用于熱交換器管的銅合金制造技術(shù)

一種包含銅、鎳、錫和任選的磷的合金，所述合金可用于例如熱交換器中的銅合金管，提供了優(yōu)異的斷裂強(qiáng)度和可加工性，減輕了管材的重量，可用于使用諸如二氧化碳之類的冷卻介質(zhì)的高壓應(yīng)用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于熱交換器管的銅合金相關(guān)申請交叉參考本申請為2010年7月8日為申請日的申請?zhí)枮?01080031914.4且專利技術(shù)名稱為“用于熱交換器管的銅合金”的專利申請的分案申請，該專利申請要求2009年7月10日提交的美國臨時(shí)專利申請第61/224671號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過參考結(jié)合于此。
本專利技術(shù)一般涉及銅合金以及銅合金在熱交換器管中的應(yīng)用。具體地，本專利技術(shù)涉及具有適宜的壓力斷裂強(qiáng)度和可加工性質(zhì)的高強(qiáng)度銅合金管。所述合金適合減小厚度，因此在用于現(xiàn)有的空調(diào)和制冷(ACR)熱交換器時(shí)可節(jié)省材料，并且適用于使用諸如CO2之類的冷卻介質(zhì)的熱交換器。
技術(shù)介紹
空調(diào)熱交換器可由彎成發(fā)卡狀的U形銅管和用鋁或鋁合金板制成的散熱片組成。因此，用于上述類型的熱交換器的銅管需要合適的導(dǎo)熱/導(dǎo)電性、可成形性和釬焊性質(zhì)。HCFC(氫氯氟烴)基碳氟化合物已廣泛用于熱交換器如空調(diào)的冷卻介質(zhì)。然而，HCFC消耗臭氧的傾向很大，所以出于環(huán)境的原因，人們選擇其它的冷卻介質(zhì)。“綠色制冷劑”，例如天然冷卻介質(zhì)CO2，已用于熱交換器。用CO2作為冷卻介質(zhì)時(shí)，在運(yùn)行過程中需要提高冷凝壓力，以維持與HCFC基碳氟化合物相同的熱交換性能。在熱交換器中，使用這些冷卻介質(zhì)的壓力(熱交換器管中流動(dòng)的流體的壓力)通常在冷凝器(CO2中的氣冷器)變得最大。在此冷凝器或氣冷器中，例如，R22(一種HCFC基碳氟化合物)的冷凝壓力約為1.8MPa。另一方面，CO2冷卻介質(zhì)需要具有約7-10MPa的冷凝壓力(超臨界狀態(tài))。因此，與常規(guī)冷卻介質(zhì)R22的工作壓力相比，新型冷卻介質(zhì)的工作壓力提高了。由于壓力提高，并且在一些管材成形過程中因釬焊而致使強(qiáng)度出現(xiàn)一些損失，所以常規(guī)銅材必須做得厚一些，這樣就增加了管材重量，因而增加了與管材相關(guān)的材料成本。人們需要一種熱交換器管，它具有高抗張強(qiáng)度、優(yōu)異的可加工性和良好的導(dǎo)熱性，適合減小壁厚度，從而降低ACR熱交換器的材料成本，并且適用于采用諸如CO2的新型“綠色”冷卻介質(zhì)的需要經(jīng)受高壓的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種用于熱交換器管的銅合金，所述銅合金具有例如高抗張強(qiáng)度、優(yōu)異的可加工性和良好的導(dǎo)熱性。一方面，本專利技術(shù)是一種銅合金組合物，它包含以下組分，其中百分?jǐn)?shù)是重量百分?jǐn)?shù)。所述組合物包含銅(Cu)、鎳(Ni)和錫(Sn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述合金的組成是99重量％的銅、0.5重量％的鎳和0.5重量％的錫，可表示為CuNi(0.5)Sn(0.5)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，鎳的含量范圍是0.2％-1.0％，錫的含量范圍是0.2％-1.0％，余下部分包括Cu和雜質(zhì)。所述組合物任選包含0.01％-0.07％的磷。另一方面，本專利技術(shù)提供了包含所述銅合金組合物、用于ACR應(yīng)用的管材。在本專利技術(shù)的又一方面，將所述合金組合物成形為用于ACR應(yīng)用的管材。附圖說明圖1是與壁厚度減小的本專利技術(shù)CuNi(0.5)Sn(0.5)合金相比，目前使用的具有標(biāo)準(zhǔn)壁厚度的合金C122的每英尺相對金屬價(jià)值與銅價(jià)的關(guān)系的圖示。圖2是所測試的合金的抗張強(qiáng)度和導(dǎo)電率與Ni和Sn含量的關(guān)系的圖示。Sn對強(qiáng)度和導(dǎo)電率都有更大的影響。圖3(a)–(c)是根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方式的管材的各個(gè)視圖。圖(a)是透視圖；圖(b)是圖(a)所示管材沿縱軸看的截面圖；圖(c)是圖(a)和(b)所示管材沿垂直于縱軸的軸看的截面圖。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)提供了高強(qiáng)度合金，所述合金能夠例如減小壁厚度，從而降低與現(xiàn)有ACR管材相關(guān)的成本；并且/或者能夠提供一種ACR管材，所述管材能夠經(jīng)受與冷卻介質(zhì)如CO2相關(guān)的增加的壓力。“高強(qiáng)度”是指合金和/或用合金制成的管材至少具有本文所述的抗張強(qiáng)度水平和/或爆破壓力水平和/或循環(huán)疲勞失效水平。銅合金可節(jié)省材料和成本，減小環(huán)境影響和能量消耗。為了提供用于熱交換器管的銅合金，并且使所述熱交換器管能夠使用諸如CO2之類的冷卻介質(zhì)，所選合金應(yīng)具有合適的材料性質(zhì)，并且具有良好的可加工性。重要的材料性質(zhì)包括例如爆破壓力/強(qiáng)度、延展性、導(dǎo)熱/導(dǎo)電性和循環(huán)疲勞。本文所述的合金和/或管材的特性是適宜的，使得它們能夠經(jīng)受住ACR工作環(huán)境。高抗張強(qiáng)度和高爆破壓力是有利的管材性質(zhì)，因?yàn)樗鼈兿薅斯懿脑谑е澳軌蚪?jīng)受住的工作壓力。例如，爆破壓力越高，管材結(jié)構(gòu)就越牢固，或者對于給定的最小爆破壓力，本專利技術(shù)的合金可做成壁更薄的管材。抗張強(qiáng)度與爆破壓力之間存在相關(guān)性。所述合金和/或包含所述合金的管材具有例如最小38ksi(千磅/平方英寸)的材料抗張強(qiáng)度。所述材料抗張強(qiáng)度可通過本領(lǐng)域已知的方法，例如ASTME-8測試協(xié)議測量。在多個(gè)實(shí)施方式中，所述合金和/或包含所述合金的管材具有39、40、41或42ksi的材料抗張強(qiáng)度。所述合金和/或用所述合金制成的管材的延展性是有利的性質(zhì)，因?yàn)樵谝粋€(gè)實(shí)施方式中，管材需要彎曲180度，彎成發(fā)卡形狀而不發(fā)生破裂或起皺，以便做成盤管使用。伸長率是材料延展性的一個(gè)指標(biāo)。所述合金和/或包含所述合金的管材具有例如最小40％的伸長率。伸長率可通過本領(lǐng)域已知的方法，例如ASTME-8測試協(xié)議測量。在多個(gè)實(shí)施方式中，所述合金和/或包含所述合金的管材具有41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％的最小伸長率。導(dǎo)熱/導(dǎo)電性是有利的性質(zhì)，因?yàn)樗c傳熱能力有關(guān)，因此，它是影響ACR盤管效率的因素。導(dǎo)熱/導(dǎo)電性對于管材成形也很重要。所述合金和/或包含所述合金的管材具有例如35％IACS的最小導(dǎo)電率。導(dǎo)電率可通過本領(lǐng)域已知的方法，例如ASTME-1004測試協(xié)議測量。在多個(gè)實(shí)施方式中，所述合金和/或包含所述合金的管材具有36％、37％、38％、39％、40％、45％、50％、55％、60％或65％(IACS)的最小導(dǎo)電率。所述合金和/或管材至少具有例如與目前使用的合金例如C122相同的抗循環(huán)疲勞失效性能，如表2所示。此外，所述合金和/或管材至少具有例如與目前使用的合金例如C122相同的抵抗一種或多種腐蝕(例如電化腐蝕和蟻巢腐蝕)的性能。在一個(gè)實(shí)施方式中，相比于標(biāo)準(zhǔn)銅管，例如用C122制成的管材，包含本專利技術(shù)合金的管材具有改進(jìn)的抗軟化性(對釬焊可能比較重要)和/或增加的疲勞強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施方式中，圖3(a)-(c)所示的包含本專利技術(shù)合金的管材具有減小的壁厚度t(相比于包含常規(guī)合金例如C122的管材)，具有與包含常規(guī)合金例如C122的管材相同或改進(jìn)的爆破壓力和/或循環(huán)疲勞性能。例如，本專利技術(shù)的管材的管壁厚度相對于標(biāo)準(zhǔn)管材例如C122得到最大程度減小，這降低了總的材料成本，但這兩種管材的爆破壓力相同。在多個(gè)實(shí)施方式中，所述管壁厚度至少比C122管材薄10％、15％或20％，但這兩種管材具有相同的爆破壓力。爆破壓力可通過本領(lǐng)域已知的方法例如CSA-C22.2第140.3條第6.1款強(qiáng)度測試-UL207第13款測量。循環(huán)疲勞可通過本領(lǐng)域已知的方法例如CSA-C22.2第140.3條第6.4款疲勞測試–UL207第14款測量。本專利技術(shù)的合金可按照本領(lǐng)域已知的方法制造。在合金制造過程和/或管材成形過程中，控制溫度可能比較重要。控制溫度對于保持元素處于溶液中(防止沉淀)和控制粒度可能比較重要。例如，若處理不正確，導(dǎo)熱/導(dǎo)電性會(huì)提高而可成形性會(huì)降低。例如，在合金制造和/或管材成本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于熱交換器的銅合金，所述銅合金包含：a)0.3重量％?0.7重量％的鎳；b)0.2重量％?1.0重量％的錫；和c)0.01重量％?0.07重量％的磷；其中合金的余下部分是銅和雜質(zhì)，并且所述銅合金的粒度為1?50μm。

【技術(shù)特征摘要】
2009.07.10 US 61/224,6711.一種用于熱交換器的銅合金，所述銅合金包含：a)0.3重量％-0.7重量％的鎳；b)0.2重量％-1.0重量％的錫；和c)0.01重量％-0.07重量％的磷；其中合金的余下部分是銅和雜質(zhì)，并且所述銅合金的粒度為1-50μm。2.如權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，錫在所述合金中的含量為0.3重量％-0.7重量％。3.如權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，鎳在所述合金中的含量為0.5重量％，錫在所述合金中的含量為0.5重量％。4.如權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，磷在所述合金中的含量為0.020重量％。5.如權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，所述合金的粒度為10-25μm。6.一種用于熱交換器的ACR管材，其特征在于，所述管材包含銅合金，所述銅合金包含：a)0.3重量％-0.7重量％的鎳；b)0.2重量％-1.0重量％的錫；和c)0.01重量％-0.07重量％的磷；其中合...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：P·M·芬尼，L·伊根伯格，A·卡姆夫，T·戈貝爾，E·貢，E·羅特曼，
申請(專利權(quán))人：魯瓦塔富蘭克林股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國,US