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1、汽車散熱器材料應(yīng)用分析 汽車散熱器材料應(yīng)用分析 【摘 要】散熱器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中起核心作用的部件。散熱器性能的好壞直接影響汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果，進(jìn)而對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性會(huì)產(chǎn)生很大影響。 【關(guān)鍵詞】汽車散熱器；材料應(yīng)用 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用強(qiáng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng)。散熱器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中起核心作用的部件。散熱器性能的好壞直接影響汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果，進(jìn)而對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性會(huì)產(chǎn)生很大影響。隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷強(qiáng)化，熱負(fù)荷愈來愈高，對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求也越來越高，人們對(duì)包括散熱器在內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究愈加重

2、視，新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)，在保證散熱器具有足夠散熱能力和強(qiáng)度的前提下，體積更小、重量更輕、散熱效率更高成了散熱器開展的必然趨勢(shì)。 1.散熱器結(jié)構(gòu)型式及其對(duì)材料要求 散熱器由冷卻用的散熱器芯部、進(jìn)水室和出水室三局部組成。冷卻液在散熱器芯內(nèi)流動(dòng)，空氣從散熱器芯外高速流過，冷卻液和空氣通過散熱器芯部進(jìn)行熱量交換。理想的散熱器應(yīng)具有尺寸小、重量輕、制造工藝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)可靠耐久、散熱性能好、風(fēng)阻小等優(yōu)點(diǎn)。 1.1散熱器及其芯部的結(jié)構(gòu)型式 汽車散熱器的結(jié)構(gòu)型式可分為直流型和橫流型兩大類。直流型散熱器的進(jìn)出水室分別位于散熱器芯部的上下方，由于散熱器芯部垂直布置，因而高度尺寸較

3、大。直流型散熱器是大多數(shù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用的型式，如桑塔納1.8L、奧迪1.8L、富康1.36L等轎車發(fā)動(dòng)機(jī)均采用了直流型散熱器。橫流型散熱器采用散熱器芯部水平布置，用左右兩側(cè)的水室替代上下結(jié)構(gòu)的水室，冷卻液水平流動(dòng)。這種散熱器水平尺寸大，在一些發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋較低的車型上應(yīng)用，如國(guó)產(chǎn)依維柯輕型車等。 散熱器芯部應(yīng)具有足夠的通流面積，讓冷卻液通過；同時(shí)也應(yīng)具備足夠的空氣通流面積，讓足量的空氣通過以帶走冷卻液傳給散熱器的熱量；還必須具有足夠的散熱面積，來完成冷卻液、空氣和散熱片之間的熱量交換。因此，散熱器芯部是散熱器不可缺少的核心部件，起主要的散熱作用。 1.2散熱器對(duì)材料的要求

4、散熱系數(shù)是評(píng)價(jià)散熱器散熱性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，影響因素眾多，其中散熱器材料的導(dǎo)熱性能和焊接質(zhì)量對(duì)其影響很大。提高散熱系數(shù)可以改善散熱效能，使散熱器以較小的尺寸和質(zhì)量到達(dá)上佳的散熱效果。因此，導(dǎo)熱性能對(duì)散熱器材料至關(guān)重要。 散熱器的工作條件惡劣，一般位于汽車前端迎風(fēng)處，不僅要經(jīng)受風(fēng)吹雨淋和汽車排出的廢氣以及沙土、泥漿的污染，而且還要承受反復(fù)的熱循環(huán)和周期性振動(dòng)。另外，散熱器內(nèi)長(zhǎng)期流動(dòng)著冷卻液，其中可能混有腐蝕性及有害的成分，對(duì)散熱器有銹蝕及腐蝕作用。因此，為保證散熱器可靠的發(fā)揮散熱作用，對(duì)散熱器材料性能有如下要求： 具有良好的導(dǎo)熱性能。 具有一定的強(qiáng)度和較強(qiáng)的耐腐蝕性。

5、 良好的加工性能及釬焊性能。 良好的經(jīng)濟(jì)性。 2.常用散熱材料 目前，常用的散熱器材料主要有銅、鋁和工程塑料等。 2.1銅 銅是重要的有色金屬，也是導(dǎo)熱性最好的金屬材料，具有優(yōu)良的成型加工性、可釬焊性和耐蝕性，長(zhǎng)期以來一直作為汽車散熱器的首選材料。銅的資源問題和價(jià)格問題一直是困擾銅散熱器應(yīng)用的主要原因。銅在工業(yè)上應(yīng)用極為廣泛。隨著工業(yè)的不斷開展，銅的消耗量日益增加，但因銅儲(chǔ)量有限，隨著消耗量的不斷上升，價(jià)格居高不下，因而銅散熱器的本錢一直難以大幅下降。 近年來，為了進(jìn)一步提高銅散熱器的性能，對(duì)傳統(tǒng)的銅錫散熱器采取了許多改良措施。如在材質(zhì)方面和

6、加工工藝方面盡可能提高材料利用率，采取向銅中添加微量元素的方法，在不損失導(dǎo)熱性的前提下，提高其強(qiáng)度和軟化點(diǎn)，從而減薄帶材的厚度，節(jié)省材料用量，以減輕散熱器的質(zhì)量和降低本錢。例如，管帶式散熱器散熱帶的厚度可以到達(dá)0.045mm，最薄的可達(dá)0.025mm。 2.2鋁 隨著汽車技術(shù)的開展，節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)等方面的原因?qū)ζ囕p量化的要求越來越迫切。汽車材料的開展趨勢(shì)是輕量化、高性能和強(qiáng)功能，散熱器材料也是這樣。人們一直在尋找價(jià)格低廉、性能優(yōu)良的材料來取代銅。近十幾年來，散熱器新材料的應(yīng)用有了很大的進(jìn)展，尤其是在鋁散熱器方面開展速度很快。 鋁是汽車工業(yè)使用較多的金屬材料，也是汽

7、車輕量化的首選材料。鋁的最大優(yōu)勢(shì)是質(zhì)量輕，比重僅為銅的三分之一，相同體積情況下，質(zhì)量可以大大降低；鋁資源遠(yuǎn)較銅豐富，本錢也遠(yuǎn)低于銅；雖然鋁的熱傳導(dǎo)率較銅低，僅為銅的60%，但由于銅散熱器存在熱傳導(dǎo)率更低的錫保護(hù)層，使得鋁散熱器的熱效率反而要高于銅散熱器；另外，鋁還有良好的鑄造加工性能。雖然鋁散熱器具有質(zhì)量輕、原料本錢低、散熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，但其焊接工藝性差、生產(chǎn)設(shè)備投入大是長(zhǎng)期難以解決的問題，限制了鋁散熱器的廣泛應(yīng)用。 直到20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)采用釬焊工藝制造鋁散熱器取得成功后，才使鋁散熱器的規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用成為可能。鋁散熱器在結(jié)構(gòu)和材料方面優(yōu)勢(shì)明顯，在相同的散熱性能條件下，采用鋁

8、散熱器重量可減輕25%～40%。鋁散熱器的難點(diǎn)在于耐蝕性差，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常用的冷卻介質(zhì)水對(duì)鋁合金是一種惡劣的腐蝕介質(zhì)，長(zhǎng)時(shí)間工作容易出現(xiàn)點(diǎn)蝕問題。此外，散熱器還要承受大氣中其他腐蝕介質(zhì)的侵蝕。對(duì)于冷卻液引起的內(nèi)部腐蝕，可采用向冷卻水中添加防銹劑或在冷卻水管內(nèi)側(cè)加一層耐蝕鋁合金的方法處理；對(duì)于外部腐蝕物質(zhì)引起的外部腐蝕，可采取外表處理和在金屬外表涂耐蝕合金來處理。 目前，鋁散熱器比擬成熟的生產(chǎn)工藝有兩種：一種是機(jī)械裝配式，此種形式生產(chǎn)的散熱器冷卻水管是圓形或橢圓形，采用機(jī)械壓制而成，生產(chǎn)本錢較低，但是由于這種工藝受自身形狀的局限性，工作效率不高；另外一種是釬焊式，這種形式生產(chǎn)的冷卻水管是扁

9、狀的，不受散熱器自身幾何形狀的限制，采用焊接一次成型，工作效率高。 由于鋁散熱器的重量輕，并能做到與汽車同壽命，因此得到迅速推廣。在歐洲和美國(guó)應(yīng)用廣泛，主要用于使用條件較好的城市小轎車和輕型車。北美局部地區(qū)開始在大客車、輕型貨車上使用。但是，鋁散熱器較差的耐蝕性，使得鋁散熱器在使用條件差的重型貨車、工程車輛及軍用車輛上，那么難于使用。 國(guó)內(nèi)汽車散熱器仍以銅散熱器為主，鋁散熱器僅在轎車等小型發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較廣泛。我國(guó)于1992年引進(jìn)第一條鋁散熱器生產(chǎn)線以來，現(xiàn)已有多條生產(chǎn)線，開始是機(jī)械裝配式，后來引進(jìn)釬焊工藝生產(chǎn)線。但同國(guó)外相比，總體上生產(chǎn)工藝落后，生產(chǎn)效率低。 2.3工程

10、塑料 為了減輕質(zhì)量，提高耐腐蝕性和節(jié)約有色金屬，許多新材料開始應(yīng)用在散熱器上。在實(shí)際應(yīng)用中，散熱器上下水室材料逐漸由工程塑料取代了銅材。常用的是用參加玻璃纖維的尼龍66注塑加工成散熱器的水室，并以機(jī)械方式與散熱器芯部接合裝配，通過橡膠密封圈使接合面上到達(dá)良好密封，同時(shí)還起防振作用。另外，尼龍66具有非常優(yōu)良的耐腐蝕性，對(duì)散熱器十分有利；良好的可塑性使得散熱件輕巧而美觀；耐高溫性可使散熱器的底盤保持完好而不會(huì)產(chǎn)生任何彎曲，不會(huì)減少散熱器的氣體流動(dòng)。 目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的轎車已廣泛使用銅塑或鋁塑結(jié)構(gòu)的散熱器，如夏利1.3L轎車、桑塔納轎車等。這種散熱器質(zhì)量輕，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可以注塑加工一次成型，本錢較低。 【參考文獻(xiàn)】 【1】楊連生.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1981.