1  前言

汽車空調(diào)冷凝器是汽車空調(diào)系統(tǒng)中的重要組成部件之一?汽車用冷凝器多使用風(fēng)冷式散熱,常見的風(fēng)冷式冷凝器屬千換熱器的一種,通過制冷劑與空氣間的熱量交換實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移?風(fēng)冷式冷凝器為全鋁焊接換熱器,其中扁管和翅片是其重要的散熱零部件?

為使冷凝器達到較高的散熱效率,結(jié)合整車的空間布局,風(fēng)冷式冷凝器一般置于汽車前端,進風(fēng)柵格之后?風(fēng)冷式冷凝器在整車中的布局,導(dǎo)致冷凝器經(jīng)受著非?？量痰牡缆翻h(huán)境和氣候環(huán)境,包括雨水(酸雨)?路面揮發(fā)的鹽?汽車排出的廢氣?沙石粒?灰塵和泥漿的污染,還承受反復(fù)的高壓和周期性的振動,使用環(huán)境非常惡劣,故冷凝器的外部防腐蝕設(shè)計至關(guān)重要,耐腐蝕性能的好壞是衡量全鋁焊接冷凝器的重要標準之一?隨著汽車行業(yè)標準不斷提升,主機廠對冷凝器耐腐蝕性能要求也越來越高,扁管作為冷凝器的主要換熱和防腐部件,采用不同成型方法和表面涂層的扁管對冷凝器本身的耐腐蝕性能有重要影響?

2  冷凝器扁管和翅片搭配設(shè)計機理

鑒于市場成本壓力以及供應(yīng)商技術(shù)能力的限制,目前市場上大多數(shù)冷凝器扁管采用擠壓的成型,多數(shù)結(jié)構(gòu)市場采用表面噴Zn的的處理方法,部分市場采用表面涂覆Zn-Siflux涂層的處理方法?少數(shù)市場采用折疊成型的折疊扁管?

對于表面噴Zn的擠壓扁管,因其表面無焊料,未完成與翅片的焊接,需搭配復(fù)合翅片;對于表面涂覆Zn-Siflux涂層的擠壓扁管和折疊成型的折疊扁管因其表面有焊料,搭配的翅片可以采用光箔?

3  微通道扁管種類

擠壓噴Zn扁管:由單一組分的鋁合金材料經(jīng)高溫擠壓成型,表面通過高溫電流將Zn絲熔化,利用高壓力空氣將熔化狀態(tài)的Zn均勻的噴涂到扁管表面?從而達到電化學(xué)防腐的機理，即用一層電位更低的金屬材料(Zn)覆蓋扁管表面?在和空氣接觸自然腐蝕的過程中,鋅層會率先釋放電子被空氣中的氧氣氧化并最終達到平衡,這種犧牲陽極的陰極保護法效果十分顯著,但同時帶來如下隱患:

1)噴鋅過程的無法保證鋅層絕對均勻,結(jié)合扁管原材料鑄錠和擠壓成型的過程中的缺,如陷扁管表面晶粒組織不一致,原材料存在雜質(zhì),擠壓過程中鋁屑擠壓到扁管中,都可能會導(dǎo)致扁管“點蝕",這種局部腐蝕持續(xù)進行就會導(dǎo)致扁管的穿孔?

2)釬焊時翅片表面針料的流動會促使鋅向扁管和翅片焊接部位聚,即集在扁管與翅片的焊接接頭處聚集大量的Zn元素?在腐蝕過程中,此處成為優(yōu)先腐蝕點,腐蝕一段時間后,焊接部位會優(yōu)先腐蝕掉,從而導(dǎo)致翅片脫落。翅片脫落雖然不會立即導(dǎo)致冷凝器的失效,但會很大程度大降低冷凝器的性能?隨著翅片的脫落率的增高,進而導(dǎo)致冷凝器的失效?

擠壓Zn-Siflux涂層扁管:由單一組分的鋁合金材料經(jīng)高溫擠壓成型,表面均勻涂覆Zn-Siflux涂層?搭配非復(fù)合翅片焊接,這種活性針劑可以阻斷材料表面氧化膜的融合,使表面始終被融解的針料濕潤,硅顆粒會與少量的鋁基體反應(yīng)形成鋁硅共晶顆粒?纖劑預(yù)涂覆技術(shù)可以有效避免鋅的使用,通過犧牲具有腐蝕作用的翅片來保護扁管,纖劑預(yù)涂覆可以大幅度的降低扁管表面的鋅含量?因此采用Zn­Siflux扁管的冷凝器可以得到良好抗腐蝕性能?
但是此種扁管因使用扁管采用擠壓成型,在原材料鑄錠和擠壓過程中不可避免的缺陷的因素,以及受擠壓工藝限制,常使用材質(zhì)相對較軟的1系和3系合金,所以存在擠壓扁管的不可避免的自身缺陷?

折疊扁管:采用由五層或三層材料組成的雙面復(fù)合板料經(jīng)模具折疊制成,可在復(fù)合鋁材表面層使用熔點較低的針焊合金完成扁管自身及扁管與翅片的焊接?在復(fù)合層的中間層采用耐腐蝕性較高的防腐合金見翅片可采用光箔,即可滿足扁管翅片的焊接,可大大降低換熱器成本,同時折疊扁管的生產(chǎn)過程不需要對鋁材料進行高溫加熱,生產(chǎn)能耗遠低于傳統(tǒng)的擠壓扁管?



4  耐腐蝕性能分析

4.1  試驗樣件

分別采用擠壓噴鋅扁管+復(fù)合翅片?擠壓涂層扁管+非復(fù)合翅片?折疊扁管+非復(fù)合翅片制作成6套樣件,如下表?



4.2  試驗裝置

鹽霧試驗箱由噴霧系統(tǒng)?內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)?加濕系統(tǒng)?制冷系統(tǒng)?箱體和控制系統(tǒng)組成,如圖2?鹽霧試驗箱，參數(shù)溫度范圍:室溫-55'C;濕度范圍85-98%RH;鹽霧沉降量:1-2ml/80cm2.h?

4.3  實驗方法

將6套樣件進行SWAAT耐腐蝕測試,1000h后,各抽出一套冷凝器目測觀察樣件宏觀腐蝕情況,并進行金相分析,觀察樣件微觀腐蝕情況?

SWAAT試驗條件:SWAAT實驗依照ASTM85-2011進行,鹽溶液的PH值保持在2.8-3.0,飽和塔內(nèi)溫度為57±1°C,實驗柜的鹽霧室溫度為49±1°C?腐蝕過程中冷凝器樣件在經(jīng)過30min的噴鹽霧后接著在相對濕度高于98%的環(huán)境中放置90min,如此循環(huán),直至完成1000h的鹽霧腐蝕?

4.4  實驗結(jié)果

按照實驗計劃,l000hSWAAT實驗后對鹽霧箱內(nèi)所有樣品1#-6#檢查外觀狀態(tài)并進行密封性檢測?

1#和2#擠壓噴鋅扁管樣件變形嚴重,芯體上下邊板呈現(xiàn)拱形,翅片部分脫落且未脫落翅片已無強,度按壓即碎?密封性檢測良好,未泄漏?

3#和4#擠壓涂層扁管樣件幾乎無變形,翅片未脫落,按壓翅片不碎且有較好強度?密封性檢測良好,未泄漏?

5#和6#折疊扁管樣件幾乎無變形,翅片未脫落,按壓翅片不碎且有較好強度?密封性檢測良好,未泄漏?

根據(jù)試驗計劃將1#?3#?5#樣件進行金相分析,結(jié)果如圖4?其中:

1#件,翅片與扁管焊接處,部分焊接點因腐蝕原因,已完全消失,扁管出現(xiàn)鋸齒式的腐蝕坑?

3#件,翅片出現(xiàn)輕微腐蝕痕跡,翅片與扁管接觸點有輕微腐蝕,但焊點完好,扁管表面也出現(xiàn)輕微的腐蝕?

5#件,翅片出現(xiàn)輕微腐蝕痕跡,翅片與扁管接觸焊點完好,扁管自身有輕微腐蝕,但是因包覆層焊料的原因,基本無法區(qū)別腐蝕與焊后的痕跡?



5  微通道扁管應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

目前汽車用冷凝器使用的微通道扁管絕大多數(shù)是擠壓成型的噴Zn扁管?少數(shù)使用擠壓成型的Zn-Siflux涂層扁管,極少數(shù)在使用折疊成型的扁管?

微通道扁管使用的現(xiàn)狀受到多方面因素的影響?如加工工藝復(fù)雜度?生產(chǎn)能力?設(shè)備能力?是否處于技術(shù)壟斷?市場需求?生產(chǎn)成本等諸多因素?其中主要的因素是成本和市場需求?這兩種因素是相輔相成的關(guān)系?隨著汽車保有量的趨于飽和,各個主車廠的競爭愈來愈激烈,進而對零部件的成本壓力也越來越大?從成本方面考慮,主機廠要求在最低的成本下,滿足其各種性能的要求?滿足的同時性能的提升是各個主機客戶的進一步要求?但是這就與零件的成本發(fā)生了矛盾?從市場需求的方面考慮,市場需求是要求空調(diào)在最短的時間給乘客提供所需要的舒適的乘車環(huán)境,進而要求冷凝器具有更大的換熱量和換熱效率?更高的性能要求就需要更多的成本來制作更好的產(chǎn)品?這就與市場的激烈競爭導(dǎo)致的整車成本控制相悖?

微通道扁管的發(fā)展受到多方面因素的影響,在目前燃油車受到新能源車彎道超車的情況下,其市場的的地位在動搖?燃油車只能靠進一步壓低售價來獲得市場?與此同時只有壓縮零部件的成本才能達到可持續(xù)發(fā)展的目的?

所以在這樣整個大環(huán)境的情況下,針對汽車冷凝器的要求同樣,在進一步降低成本的同時,提高其性能?最低的要求是保證現(xiàn)有的性能?因此,冷凝器用微通道扁管的使用主要還是以擠壓成型的噴Zn扁管為主?對于個別要求高的整車使用擠壓成型的Zn-Siflux涂層扁管?對于在成本控制上處于優(yōu)勢,同時希望在應(yīng)用前沿技術(shù)上處于優(yōu)勢的主車廠來說,可以使用折疊成型的扁管。