抗菌耐蝕的熱交換器銅管的製作方法

2023-04-26 12:37:01 2

專利名稱：抗菌耐蝕的熱交換器銅管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種散熱器熱管，具體的說本發明涉及一種熱交換器銅管，其具有抗菌耐蝕的效果。
背景技術：
通常用於翅片管型熱交換器是將彎曲加工成細銷狀的U字形銅管(或者銅合金管)，由鋁或鋁合金板構成的散熱片的貫通孔，將擴管工具插入銅管內對所述銅管進行擴管，由此使銅管和鋁散熱片密接，另外，對銅管的開放端進行擴管，將彎曲加工成U字型的彎曲銅管插入該擴管開放端，用磷銅等釺料將彎曲銅管釺焊於U字型銅管的擴管開放端， 由此，通過彎曲銅管連接多個U字型銅管，製作熱交換器。為此，用於熱交換器的銅管要求導熱率、彎曲加工性以及釺焊性良好。因此，這些特性良好，且具有適當的強度的脫氧銅被廣泛使用。目前，用於前述翅片管型熱交換器的傳熱管因為要被進行U字型彎曲加工及擴管，因此通過採用退火材或對退火材進行了拉拔等的輕加工的軟質材，其面對這些加工而具有充分的變形性，且能夠以很小的力進行加工。磷脫氧銅製傳熱管的情況下，由於抗拉強度小，因此為了對應製冷劑的運轉壓力的增大，需要加厚管的壁厚。另外，在熱交換器的組裝時，銅焊部在800°C以上的溫度被加熱數秒至數十秒，因此在銅焊部及其附近與其他部分相比晶粒粗大化，由於軟化而成為強度降低的狀態，因此為了彌補因銅焊造成的強度降低， 需要進一步增厚壁厚。如此，作為傳管熱若使用磷脫氧銅，則熱交換器的質量增大，價格上升，因此就強烈期望一種抗拉強度高，加工性優異，具有良好的熱傳導率的傳熱管。為了使用於翅片管型熱交換器的磷脫氧銅管的壁厚即使變薄仍可耐受實用，通過對退火後的磷脫氧銅管進行拉拔加工等的塑性加工以提高其抗拉強度即可，但是由於塑性加工導致延性降低，從而不能進行彎曲加工。為了適應這樣的要求，作為0. 2%屈服點和疲勞強度優異的銅合金管，例如提出有一種熱交換器用無接頭銅合金管，其含有Co 0. 02 0. 2質量％、P 0. 01 0. 05質量％、 C :1 20ppm，餘量由Cu和不可避免的雜質構成，雜質的氧為50ppm以下。另外，還提出一種熱交換器用銅合金管，其具有如下組成含有Sn :0. 1 1. 0質量％、P 0. 005 0. 1質量％、0 0. 005質量％以下及H :0. 0002質量％以下，餘量由Cu及不可避免的雜質構成，平均晶粒直徑為30 μ m以下。然而，雖然藉助Co的磷化物帶來的析出強度而使抗拉強度提高，但是在強度上升的比例中耐壓破壞強度沒有上升。另外，由於熱交換器製作時的銅焊加熱，所述磷化物固溶，在銅焊部附近傳熱管的強度降低。因此，其用於傳熱管時，存在不太能夠減薄壁厚，從而得不到期望的效果的問題點。

發明內容
鑑於現有技術中使用的不鏽鋼換熱器存在的上述目的，本發明的目的是提供一種熱交換器銅管，具有足夠高的耐蝕性能，並且還具有抗菌的效果。為了實現上述目的，本發明採用了以下技術方案
一種抗菌耐蝕的熱交換器銅管，其特徵在於其由以下組成的材料製成；Sn 0. 5-1. 2 wt%> P 0. 05-0. 10 wt%> Al 2. 2-8. 5 wt%> Ni 1. 2-5. 0 wt%、Mg :0· 5 -1. 2 wt%, Ag
0.01-0.02 wt%,餘量為Cu及不可避免的雜質構成。
下面說明本發明的不鏽鋼材料的合金成分的意義以及限定理由。Sn
在本發明的銅合金材料中，Sn具有提高抗拉強度、延伸率及耐熱性，抑制晶粒的粗大化的效果。當Sn的含量超過1.2襯％時，銅合金材料的導電、導熱率將顯著降低；當Sn的含量低於0. 50 wt%時，本發明的Cu合金材料經退火和銅焊加熱後，不能得到充分的抗拉強度及細微的晶粒直徑。在本申請的銅合金材料中，Sn的含量進一步優選為0.75 -1.05 wt%。P
通過向銅合金材料中添加P，用於防止Sn的氧化，在本發明的合金中若P含量超過0. 10 wt%，則在熱壓出時易產生裂紋，應力腐蝕裂紋敏感性變高。若P含量低於0.05 wt%，則由於脫氧不足導致氧量增加，將不可避免的發生Sn的氧化，作為銅合金材料的彎曲加工性降低。
通過向銅合金材料中添加Al，能夠細化合金顆粒，從而能夠得到抑制釺焊時因熔融釺料向結晶粒界滲透而產生的侵蝕。優選的，Al的含量範圍為3. 5-6. 5 wt%0更優選的含量範圍為 3. 5-5. 0 wt%0Ni
通過向銅合金材料中添加Ni，能夠細化晶粒，提高銅合金的強度，特別是能夠提高銅合金的耐循環應力疲勞，而且還可以提高合金的耐高溫性能，例如耐高溫腐蝕性能。然而如果 M的含量超過5.0 wt%,材料的流動性變差，材料的可加工性能也變差。如果M的含量低於1. 2 wt%的時候，Ni的添加對合金強度、耐蝕性能的提高程度有限。M的優選含量是
1.5-4. 2 wt%。Mg:
通過向銅合金材料中添加Mg，能夠得到提高強度的效果，與合金中的Al —起能夠協同改善材料的耐蝕性能。若含量超過1.2 wt%，將會顯著降低釺焊性能，而添加量小於0.5 wt% 時，對銅合金材料強度和耐蝕性的提高不顯著。Mg的優選含量是0.7-1.0 wt%0Ag
Ag是一種具有良好殺菌抗菌的元素，在本發明的合金中加入少量的Ag即可以起到良好的抗菌殺菌效果。Ag本身屬於貴金屬的行列，價格昂貴，基於價格上的考慮在本發明中， Ag的含量不超過0.02 wt%0另外，在本發明的Cu合金中當Ag的含量達到0.02 wt%的時候，其抑菌效果基本已經達到飽和。因而在本發明中將其含量限定為0.01-0. 02 wt%0另外，本發明還公開了上述熱交換器銅管的製備方法，其特徵是，將按上述重量百分比配比的Sn、P、Al、Ni、Mg、Ag和Cu的合金原料在氮氣保護氣氛下加熱至1180-1280 V 保溫80-200 min ；加入佔合金原料總重量0. 2-0. 8wt%的BaCl2，攪拌30-75 min ；之後將合金液在1150-1250°C澆注成型；然後在680-820 °C保溫2_10 h進行均質化處理，冷卻得到所述的銅合金材料。所述的銅合金材料經過冷加工和/或熱加工和/或鑄造，例如鍛造、熱壓、冷彎加工等現有技術，將其加工成熱交換器銅管。本發明所述的熱交換器銅管，經均勻化退火後，觀察其金相組織，晶粒細小且均勻對提高銅合金的耐蝕性有好處；並且其組織中沒有發現大量存在電化學腐蝕的異質相，大大減輕了晶間腐蝕發生的傾向，發生點蝕的機率也很小；而且材料的強度與普通的銅合金相比也有了顯著的提高；另外，本發明的銅合金材料耐熱性能良好，將製備的銅合金散熱器熱管加熱至750°C的高溫，其仍然能保持優異的強度性能；並且具有良好的抗菌性，將製備的銅合金材料經過JIS Z2801-200試驗表明，本發明的熱交換器銅管對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抗菌率達到99. 8 %以上。
具體實施例方式下面本發明將結合具體的實施例對本發明做進一步的解釋和說明。按表1所示出的質量百分比，按表1所示出的質量百分比，製備本發明所述的銅合金材料。具體的製備工藝過程為將按上述重量百分比配比的Sn、P、Al、Ni、Mg、Ag和Cu的合金原料在氮氣保護氣氛下加熱至1200 °C保溫120 min ；加入佔合金原料總重量0. 5wt% 的BaCl2，攪拌75 min ；之後將合金液在1180°C澆注成型；然後在800 °C保溫3 h進行均質化處理，冷卻得到所述的銅合金材料。再將其加工成熱交換器銅管。材料強度測試
為了測定拉伸強度，在常溫下將經過冷加工後的材料加工成標準件，進行標準拉伸試驗，測試材料的抗拉強度。將抗拉強度320 MPa-450 MPa之間者評價為良，低於320 MPa者評價為不良，超過450 MPa的評價為優。材料耐腐蝕以及抗菌測試
以50X50 mm的大小分別切割出試樣，進行鹽霧試驗(SWAAT試驗)和JIS Z2801-2000 抗菌性能測試。腐蝕試驗時間設定為1000小時，材料表面沒有深度超過0. 1 mm的腐蝕坑、 評價為良，將有超過0. 1 mm的腐蝕坑的試樣評價為腐蝕性差，無腐蝕坑的，評價為優。抗菌測試的試驗菌種為大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。檢測方法為
(1)將試樣剪成50. OX 50.0 mm大小的尺寸，消毒滅菌(一式三份)。(2)在試樣上滴加若干毫升菌液，使菌落數維持在105。(3)將塑料薄膜覆蓋在試樣表面，然後放入無菌平皿內，於36 士 1°C恆溫培養箱內培養24小時後，對活菌進行計數。(4)將比較例1的不含銀同型號的鐵素體不鏽鋼作為對照樣品，重複上述操作。抗菌率採用由抗菌率=[(A-B)/A] X 100%計算得到，式中A_24小時後對照樣品平均活菌數；B-24小時後抗菌樣品平均活菌數。表1母材的化學成分(餘量為Cu以及不可避免的雜質)
權利要求
1. 一種抗菌耐蝕的熱交換器銅管，其特徵在於其由以下組成的材料製成；Sn: 0. 5-1. 2 wt%、P 0. 05-0. 10 wt%、Al :2· 2-8. 5 wt%、Ni :1· 2-5. 0 wt%、Mg :0· 5 _1· 2 wt%,Ag 01-0.02 wt%,餘量為Cu及不可避免的雜質構成。
2.權利要求1所述的熱交換器銅I『，其特徵在於Sn的含量為0.75 --1.05 wt%。
3.權利要求1所述的熱交換器銅I『，其特徵在於Al的含量為3.5-6.5wt%。
4.權利要求1所述的熱交換器銅I『，其特徵在於Al的含量為3.5-5.0wt%。
5.權利要求1所述的熱交換器銅I『，其特徵在於Ni的含量為1.5-4.2wt%。
6.權利要求1所述的熱交換器銅I『，其特徵在於Mg的含量為0.7-1.0wt%。
全文摘要
本發明涉及一種抗菌耐蝕的熱交換器銅管，其特徵在於其由以下組成的材料製成；Sn0.5-1.2wt%、P0.05-0.10wt%、Al2.2-8.5wt%、Ni1.2-5.0wt%、Mg0.5-1.2wt%，Ag0.01-0.02wt%，餘量為Cu及不可避免的雜質構成。本發明的銅合金材料耐熱性能良好，將製備的銅合金散熱器熱管加熱至750℃的高溫，其仍然能保持優異的強度性能；並且具有良好的抗菌性，將製備的銅合金材料經過JISZ2801-200試驗表明，本發明的熱交換器銅管對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抗菌率達到99.8%以上。
文檔編號F28F21/08GK102345030SQ201110174820
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月27日 優先權日2011年6月27日
發明者楊貽方 申請人:蘇州方暨圓節能科技有限公司