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1、安泰科 A n t a i k e2 0 0 3 年中国铜板带箔生产技术及市场研讨会论文集铜板带在汽车工业的应用现状及发展趋势洛阳有色金属加工设计研究院马邦娟许石亮铜及铜合金因其具有良好的导热性、耐蚀性及适中的机械性能且易于加工成形和焊接，在汽车工业中得到了广泛的应用铜板带在汽车工业中主要用于汽车水箱( 散热器) ，水箱铜带的生产和发展与汽车，水箱行业休戚相关，自上世纪5 0 年代国产第一辆解放牌汽车诞生起，我国汽车水箱制造业就应运而生。伴随我国汽车，水箱等行业的发展及汽车拥有量的剧增，引起材料加工业对水箱所需材质的关注和研究，随着汽车散热器的更新换代，自然也对材质提出了更高的要求。本文针对铜
2、板带在汽车工业的应用及发展趋势作些粗浅探讨。1 我国汽车及汽车水箱行业的生产与发展1 1 汽车产量汽车工业是我国的重点支柱发展产业，近年来该行业经济运行总体呈现快速发展势态，产销水平有了很大提高，各类产品结构调整趋向合理。据统计，目前中国汽车制造企业多达1 0 0 余家，全国有2 7 个省市区生产汽车，2 0 0 2 年全国共生产汽车3 2 5 1 万辆，比2 0 0 1年增长3 9 ，占全球总产量5 8 7 8 5 万辆的5 5 ，排在美国( 1 2 2 7 5 力辆) 、同本( 1 0 2 5 8图119 9 3 - 2 0 0 2 年汽车产量增长曲线安蔡科 A n t a i k e(
3、2 0 0 3 年中国铜板带箔生产技术及市场研讨会论文集万牟i l I i ) 、德囡( 5 4 6 9 力辆) 、法国( 3 6 9 3 万辆) 之后居世界第血位，其中大客车产量以8 - 2) J 辆居世界第一，轻型商用车和重型货车的产量均居世界第二位，轿牟产量以1 0 9 1 力辆居世界第十一位。今年l 一8 月份，全国累计生产汽车2 7 8 力辆，同比增长3 6 ，预计2 0 0 3年汽车产量将突破4 0 0 万辆。1 9 9 3 2 0 0 2 年全国汽车产量增长曲线见图l 。1 2 汽车需求量预测2 0 0 2 年度，汽车工业生产、销售同步快速增长，效益大幅上升，提前三年完成了“十五
4、”规划提出的到2 0 0 5 年我国汽车产量目标。随着我国经济的快速发展和国家对汽车产业的政策支持，以及世界汽车产业向发展中国家转移，我国的汽车需求量和消费量必将出现较大的增长。展望未来，汽车工业高速增长，有可能引领新一轮消费升级，成为带动今后一个时期经济增长的重要力量，产品需求结构将发生较大变化，载货汽车需求量将增长，但市场份额将有所下降。轿车、客车、尤其是微型客车的需求量将有较大增长，市场份额将进一步提高。根据汽车工业发展趋势、中国及今后几年的经济形势，预测2 0 0 5 年汽车产量将达到4 5 0 5 5 0 万辆，2 0 1 0 年汽车产量为8 0 0 9 0 0 万辆，2 0 0 5
5、 年、2 0 1 0 年汽车需求量预测见表l 。表1汽车需求量预测单位：万辆 年份2 0 0 5 年2 0 1 0 正载货汽车1 4 1 6 02 0 0 - 2 3 0载客汽车1 4 0 1 8 02 5 0 2 9 0轿车1 7 0 2 1 03 5 0 3 8 0总量4 5 0 5 5 08 0 0 9 0 01 3 汽车保有量进入2 l 世纪以来，随着我国汽车需求量的提高，汽车保有量出现了快速增长的趋势。2 0 0 0 - 2 0 0 2 年实际汽车保有量分别为1 6 0 8 9 1 万、1 8 0 2 0 4 万和2 0 5 3 1 7 万辆，年增长速度分别达N T1 0 7 3 、
6、1 2 、1 3 9 4 。2 0 0 3 年预计汽车保有量将至少达到2 3 5 3 万辆，比2 0 0 2年增长1 4 6 。这些数据预示，2 0 0 3 - - 2 0 1 0 年我圈汽车保有量将继续呈加速增长的趋势。预汁到2 0 1 0 年我国汽车保有量将在6 5 0 0 7 1 0 0 力- 辆左右，其中轿车约占4 5 左右。2 0 1 0年我国汽车保有量预测见表2 。3 9安泰科 A n t a i k e2 0 0 3 年中国铜板带箔生产技术及市场研讨会论文集表22 0 1 0 年汽车保有量单位：万辆 汽车类型2 0 0 2 年实际保有量预计2 0 1 0 年保有量轿车7 1 03
7、 0 6 0 载货汽车8 1 22 3 8 0 载客汽车5 3 l1 3 6 0 汽车合计2 0 5 36 8 0 01 4 汽车水箱( 散热器) 行业我国的汽车水箱生产厂家大都是与汽车相配套的专业化生产企业，主要生产汽车散热器、发动机中冷器和暖风机三大系列。产品除供给国内汽车生产厂外，还有部分远销国外。据了解，目前我国的汽车水箱生产厂有1 0 0 多家，年生产汽车水箱5 0 0 万只以上。国内主要汽车水箱生产厂生产能力情况详见表3 。目前，我国的轿车大都采用铝水箱，轻型和微型客车也开始采用铝水箱，大、中客车、微轻货车也有可能采用铝水箱。照此下去，铜水箱将逐年萎缩，只能坚守在大中型卡车上。因此
8、，如何研发和生产新型铜水箱，重新占领轿车市场，将是我国铜水箱业和铜材生产企业的一个重要任务。表3 国内部分主要汽车散热器生产厂生产能力情况万只年序年生产能力号企业名称 铜质散热器铝质散热器1青岛汽车散热器有限公司3 03 02北京弘大汽车散热器有限公司3 01 53东风散热器有限公司2 54富奥汽车零部件有限公司散热器分公司3 05南宁八菱汽车配件有限公司2 06上海汽车股份有限公司汽车配件厂3 57济南水箱厂1 08天津汽车散热器有限公司4 09广州南方汽车散热器有限公司2 01 0成都新大陆散热器厂3 01 1中日合资茌平鲁环汽车散热器有限公司4 01 2扬州I 通顺散热器有限公司2 01
9、 3泰安鲁美汽车散热器有限公司8 0安豢科 A n t a i k e2 0 0 3 年中国铜板带箔生产技术及市场研讨会论文集2 汽车水箱铜带应用现状汽车水箱用散热管材料，国外多采用高锌黄铜，而我国仍主要采用低锌黄铜，不仅机械性能羞，而且成本高。在散热片方面，国外己大量使用厚度为0 0 2 5 - - - 0 0 3 8 m m 的超薄高精度铜带材，厚度公差在O 2 以内，而我国使用的薄铜带的厚度多为O 0 6 r a m ，厚度公差有的高达8 。目前我国水箱铜带总生产能力约3 0 0 0 0 t ，市场缺口较大，特别是高性能的超薄水箱铜带材每年部有大量进口。2 1 汽车水箱的材质和结构形式汽
10、车水箱由水箱管、散热片、上下底板和水室等组成。据调查，水箱采用铜带的汽车主要有大中型客车、货车、柴油发动机、卡车、农用汽车、工具车和拖拉机等。第一代水箱是管片式，但片子上没有采用百叶窗形的结构。第二代水箱仍是管片式，但其特征是片子上开有百叶窗形的切口。第三代水箱是管带式，管带式水箱具有用铜少、散热效率高、结构简单等优点。目前我国的汽车水箱基本为管带式。为了节能和减少对大气的污染，汽车工业向轻量化方向发展，提出“全铝汽车”的口号。从这个角度看，铝自然成为最佳的选用材料。5 0 年代后期，国际上开始研究铝水箱。首先碰到的是焊接问题，铝在大气中是不能焊接的。因此，研究出采用气胀、油胀或机械胀的方法，
11、使水箱的散热管与散热翅片在大气中就能方便地连接起来。这种方法简单易行，而且生产成本低，但它的导热性能较差，随着使用过程因振动造成结合处松弛，使散热性能进一步下降。直到8 0 年代中期，美国发明了铝钎焊新工艺，管带之间才由机械结合变成熔合，使结合可靠。这种工艺使用的是复合铝带，铝的复合层为较低熔点的铝硅合金，是一种焊料。装配好的铝水箱通过氮气保护的钎焊炉，使之迅速升温到近焊料的熔点而熔合。它的导热性、抗震性大大提高，但足这种复合材料的成本高。为了解决铝的耐水腐蚀问题，专门研究成功了一种添加防锈剂的水，解决了水对水箱铝管的腐蚀问题。采用塑料制的水箱上下盖，解决铝水箱与铜管直接连接的电位腐蚀问题。为
12、了克服铝导热性能差的弱点，对水箱的结构进行改进，由管片式改为管带式，并向平行流和层迭式发展。水箱管子办由圆管向椭圆管、扁管，多孔扁管方向发展，从而提高了散热面积和散热效果。由于铝水箱的重量轻，寿命较长( 约5 年) ，因此得到迅速推广。首先在欧洲使用，然后4 I安豢科 h R t a i k e( 2 0 0 3 年中国铜板带箔生产技术及市场研讨会论文集在美国、F 1 本较晚使用。主要用于使用条件较好的城市小轿车、轻型车。北美部分地区开始在大巴士、轻型卡车上使用，甚至有用于大型卡车的发展趋势。但足，在使用条件差的重型卡车、工程车及军用车上，则难于使用。据不完全的统计，我国在1 9 9 2 年引
13、进第一条铝水箱生产线之后，共有9 个企、眦引进国外设备组成铝水箱生产线。丌始引进的是机械联合的生产工艺，后柬引进钎焊工艺生产线。目前国产轿车已丌始采用铝水箱。一些合资企业如V O L V O 等，已在大巴士上采用铝水箱。铝水箱发展这幺快，其原因是充分发挥其比重轻的优势，不断研究克服耐蚀性差、焊接性差和导热性差的缺点，采用各种技术措施使铝水箱的性能不断提高，做到与铜水箱相抗衡的境地。随着铝水箱的发展并逐步占领汽车市场之后，国际铜业协会与奥托昆普铜公司及有关水箱制造厂合作，研究r 丌发出一种新型的被称为水箱业的一次革命的铜钎焊水箱。其主要特点如下。( 1 ) 使用极薄的铜合金材料为了减轻重量、降低
14、成本，根据铜合金的高强度、高塑性的特点采用极薄的铜合会材料。管料( 与水接触侧) 为H 6 5 黄铜，其中添加少量的磷、锡等元素，以提高耐腐蚀性能。其厚度仅0 0 8 5 m m 。这样不仅减轻管料的重量，而且在保证耐腐蚀性能的前提下减少了热阻。管料是用铜带经高频或激光焊接而成。带料( 与空气接触侧) 采用导热性能好、强度高、软化点高的高铜合金，其厚度为0 0 2 5O 0 3 m m 。这不仅减轻重量，而且在钎焊过程中仍能保持细小的晶粒度，因此，具有较好的抗疲劳性能。( 2 ) 焊接工艺的改革管料与带料问的焊接原来是采用软钎料热浸焊。现在改用一种低熔点铜合金焊料进行硬钎焊，减少了热阻和泄漏，
15、又提高焊接强度和耐腐蚀性能。这种钎焊料是制成粉末的铜合金，其成分是C u7 5 、N i5 、Z nl5 和P5 。熔点约6 2 0 6 3 5 。C 。这样低的熔点与基体材料的熔点相差很大，为焊接工艺创造非常有利的条件。( 3 ) 新的表面涂层处理硬钎焊水箱的强度高，可以使用薄的材料。高质量的表面涂层可以进一步提高抗腐蚀能力。新的高性能的不溶于水的涂层很薄，约8um ，不会对散热性能有负面影响。用上述制造的钎焊铜水箱，在同等的散热条件下，其重量与铝相当，但价格比铝低，4 2安泰科 h n t a i k e2 0 0 3 年中国铜板带箔生产技术及市场研讨会论文集使用寿命比铝长，达1 0 年以
16、上。综合上述，除了比重大外，铜做水箱的几乎所有性能都比铝好，因此，铜质水箱在汽车工业中仍占有重要地位。2 2 水箱铜带的合金品种水箱铜带分冷却管用铜带、故热器用铜带和水室用铜带。由于冷却管和散热片在水箱中起的作用不同，要求其材料的主要特性也各不相同。水箱冷却管在水箱中主要起冷却作用，管内需要通冷却水。因此要求其材料既具有高的耐工作环境气体腐蚀性能、高的耐应力腐蚀裂纹性能，又要具有高的耐水质腐蚀性能。当然还应具有好的成形性、钎焊性、导热性和较高的机械强度。在国外大多数国家都采用高锌黄铜制造。如意大利用H 6 3 ，美国用H 7 0 ，日本用H 6 5 ，只有苏联用H 9 0 。为了提高黄铜的耐蚀性能，一般添加微量元素A s 、P 、S n 、S b 及触等。我国目前水箱冷却管料沿用H 9 0 和T 2 。用低锌黄铜制造水箱冷却管料一是成本高，二是机械性能低不能满足冷却管薄型化的要求。因此采用添加多种微量元素的高锌黄铜将是我国水箱
