目前，汽車散熱器正朝著輕型、高效、經(jīng)濟的方向發(fā)展，國內(nèi)乘用車產(chǎn)品90%以上采用的是鋁散熱器。
1.散熱器的結構及對材料的要求
汽車水冷發(fā)動機散熱器由冷卻用的散熱器芯部、進水室和出水室三部分組成。冷卻液在散熱器芯內(nèi)流動，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行熱量交換。
目前，汽車散熱器的結構形式可分為直流型和橫流型兩大類。
散熱器芯部應具有足夠的通流面積，讓冷卻液通過，同時也應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。
散熱器芯部的結構形式主要有管片式和管帶式兩大類。管片式散熱器芯部是由許多細的冷卻管和散熱片構成，冷卻管大多采用扁圓形截面，以減小空氣阻力，增加傳熱面積。
管帶式散熱器是由波紋狀散熱帶和冷卻管相間排列經(jīng)焊接而成。與管片式散熱器相比，管帶式散熱器在同樣的條件下，散熱面積可以增加12%左右，另外散熱帶上開有擾動氣流的類似百葉窗的孔，以破壞流動空氣在散熱帶表面上的附著層，提高散熱能力。開百葉窗波狀帶的散熱器傳熱效率同普通平片散熱片相比可提高160%。
傳熱系數(shù)是評價散熱器散熱性能的重要參數(shù)。影響因素眾多，其中散熱器材料的導熱性能和焊接質量對其影響很大。散熱器的工作條件惡劣,一般位于汽車前端迎風處,不僅要經(jīng)受風吹雨淋和汽車排出的廢氣以及砂土、泥漿的污染,而且還要承受反復的熱循環(huán)和周期性的振動。另外,散熱器內(nèi)長期流動著冷卻液,對散熱器有銹蝕及腐蝕作用。因此,為保證散熱器可靠地發(fā)揮散熱作用,對散熱器材料性能有如下要求:具有良好的導熱性能、具有一定的強度和較強的耐腐蝕性、良好的加工性能及釬焊性能、良好的經(jīng)濟性。
2.鋁散熱器片材料的特點
散熱片選用導熱系數(shù)較高的材料對提高熱傳導效率很有幫助，在金屬的導熱性方面，銀的導熱系數(shù)最高，其次是銅，銀的價格昂貴，不適宜做散熱材料，目前比較常用是銅、鋁及鋁合金。鋁的導熱系數(shù)低，但通過增加鰭片增大散熱面積，也能起到較好的散熱效果。
散熱片的主要材料和成型技術可分為：全鋁散熱器是傳統(tǒng)散熱器，具有生產(chǎn)工藝簡單、易于加工、材料成本低廉，價格便宜等優(yōu)點。缺點是，整體散熱效果欠佳。
鋁是汽車工業(yè)使用較多的金屬材料，也是汽車輕量化的首選材料。雖然鋁的熱傳導率較銅低，僅為銅的60%，但由于銅散熱器存在熱傳導率更低的錫保護層，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量輕、原料成本低、散熱性能好等優(yōu)點，但其焊接工藝性差、生產(chǎn)設備投入大是長期難以解決的問題，限制了鋁散熱器的廣泛應用。直到20世紀80年代中期，美國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)和應用成為可能。
3.用鋁散熱器取代銅散熱器能夠滿足整車及發(fā)動機的性能要求
從銅、鋁散熱器結構上來說，其產(chǎn)品功能沒有什么不同，也不影響產(chǎn)品之間的互換。銅、鋁散熱器都是曾遍采用管帶式結構，散熱帶采用波浪帶式結構，銅散熱器散熱管采用咬口式，鋁散熱器采用高頻焊管和比較先進的B型管，只是由于原材料制造工藝和裝備以及銅鋁材料的性能不同，其材料和規(guī)格的選擇不同。
從材料選用上看，鋁散熱器要比銅散熱器選材厚一些，抗內(nèi)部壓力變形能力會比銅散熱器強一些。從物理傳熱特性方面看，銅的導熱比鋁材要優(yōu)越，但是，焊接銅散熱器所用的錫鉛焊料導熱系數(shù)比鋁材焊料導熱系數(shù)要小得多。因此，從產(chǎn)品的整體散熱效果來說，匹配同一車型，同樣正面面積，采用鋁散熱器的散熱效率要高于銅散熱器。一般情況下設計銅散熱器時，經(jīng)常采用芯子加厚的方案來滿足整車的散熱性能，同時也帶來散熱器的風阻增大等一系列問題。
4.鋁散熱器使用壽命高于銅散熱器
由于銅、鋁散熱器采用的焊接設備和工藝方法上的不同，其產(chǎn)品的結構強度差別較大。鋁散熱器焊接為硬釬焊，焊接溫度為577～612℃，而銅散熱器采用的是軟釬焊，焊接溫度低于450℃。鋁散熱器焊接接頭的剪切強度為50～58MPa，抗拉強度為86～96MPa，而銅散熱器錫焊抗扭強度為34～37MPa;所以鋁散熱器的結構強度要高于銅散熱器很多。考慮到鋁散熱器的不易維修性，生產(chǎn)廠家在材料選型時必須考慮到產(chǎn)品的可靠性和使用壽命，因此，鋁散熱器的可靠性要遠高于銅散熱器，目的是盡量減少整車用戶的后期使用維修成本。另一方面，鋁散熱器在抗腐蝕性能方面存在不如銅散熱器的事實，要求客戶對汽車鋁散熱器的使用條件要比銅散熱器嚴格些。主要是客戶必須使用整車廠家規(guī)定的防凍防銹液。不能采用其它介質如水。鋁散熱器和銅散熱器相比在同等條件下，鋁散熱器無故障里程要遠遠高于銅散熱器。
5.鋁散熱器必須使用廠家規(guī)定的防凍防銹液
鋁散熱器的主要失效形式是腐蝕導致的產(chǎn)品滲漏，腐蝕主要來源于大氣腐蝕和水腐蝕，散熱管的穴蝕是常見的現(xiàn)象之一。銅散熱器的材料是銅，銅化學活性差，在大氣中難于氧化。由于大氣中還有少量的CO2、H2S、H2O等氣體，它們都會加速銅的腐蝕。但銅在大氣中腐蝕后形成銅綠，該薄膜組織致密，與銅基緊密結合，從而起到保護作用，防止基體的進一步腐蝕。
鋁是化學活性較大的一種金屬。在大氣中會迅速氧化形成一層極薄的氧化膜，疏松多孔，容易滲透。但在破壞后又迅速氧化形成新的氧化層。為了提高鋁在使用中的耐腐蝕性能，一般要經(jīng)過陽極氧化處理，使表面形成致密、較厚的氧化層。鋁在水溶液中極易被H+置換，當水溶液中含有氯離子時，很快被腐蝕。水溫升高，特別在80℃以上時鋁在水溶液中極易被腐蝕，因此鋁散熱器是不能使用普通水的。所以只有鋁散熱器正確地選擇材料和使用防凍、防銹液，才能有效地減少自身的腐蝕確保產(chǎn)品正常使用壽命。一般情況下，選擇防凍防銹液PH值在7.5至9.0的冷卻液較為適宜。由于生產(chǎn)防凍防銹液的社會廠家和規(guī)格牌號五花八門難于統(tǒng)一，用戶可以根據(jù)整車的產(chǎn)品使用說明書查找到防凍防銹液規(guī)格型號。
鋁散熱器在使用防凍防銹液中，一般汽車在行駛2萬km內(nèi)不產(chǎn)生腐蝕，3萬～5萬km時逐步出現(xiàn)輕微的腐蝕，5萬km以后時腐蝕的百分比會增加，這時應該及時更換防凍防銹液。
6.鋁散熱器必需在生產(chǎn)廠家進行專業(yè)維修
鋁散熱器的維修較銅散熱器要困難一些。因為銅散熱器材料的基體材料熔點分別為1052～1080℃，而所采用的銅焊料(錫合金)的熔點為320℃以下，比較容易采用火焰焊接實現(xiàn)修補。而鋁散熱器采用的復合材料其焊料硅鋁合金的熔點為577～627℃，而基體材料的熔點為643～654℃。兩者僅相差46℃，因此在釬焊時溫度控制要求極嚴格，否則焊接時易造成基體材料熔化，因此必須要用在專業(yè)設備上進行焊接，一定程度上限制了鋁散熱器的維修便利性。
目前，一般整車廠家的服務維修站不具備維修鋁散熱器的能力和手段，必須要將產(chǎn)品返回生產(chǎn)廠家進行侈理。如果客戶在使用過程中發(fā)現(xiàn)鋁散熱器出現(xiàn)滲漏等問題，在應急的情況下，可以采用目前市面上常見的AB膠進行臨時性地粘補以應急需，但事后必須要盡快更換一臺同類型產(chǎn)品。對于故障件的維修，必須交給生產(chǎn)廠家進行專業(yè)修理。
7.汽車散熱器的發(fā)展趨勢
散熱器在限定的空間內(nèi)應具有足夠的散熱性能和較高的使用壽命,所以整個散熱器總成必須降低原材料消耗,改善生產(chǎn)工藝和結構,降低生產(chǎn)成本,實現(xiàn)薄壁、輕型、高效。在焊接部位，應采取擴大焊接面積的方法來降低應力，如主片和水室采用雙面焊接的窄溝槽形式，盡可能減小壁厚,不容許采用增加壁厚的方法來提高總成強度。如散熱器的主片和水室的壁厚應控制在0.6～0.8mm 范圍內(nèi),冷卻管的料厚應在0.11～0.13mm范圍內(nèi),散熱帶的厚度為0.043～0.06mm。銅散熱器的料厚如超過上述值會使成本增加，但強度提升有限。
采用低錫焊料、有機焊劑和高效率的氮氣保護硬釬焊工藝，生產(chǎn)鋁散熱器是今后發(fā)展的趨勢。以鋁代銅可以進一步減小散熱器質量，特別是硬釬焊生產(chǎn)的鋁散熱器可以實現(xiàn)整個總成等強度，極大地提高了散熱器的可靠性。
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