鋁合金是散熱器制造中應(yīng)用最為廣泛的金屬之一，鋁合金具有密度低，熱導(dǎo)率高，延展性好，強(qiáng)度高等特性，是生產(chǎn)輕量化，高性能散熱組件的關(guān)鍵材料。鋁合金散熱器的加工技術(shù)包括擠出，沖壓，銑削，鏟齒，壓鑄，攪拌摩擦焊，釬焊等。
優(yōu)質(zhì)鋁合金應(yīng)用于中冷器（圖片源自：UACJ）
近年來，出現(xiàn)了一些鋁加工新技術(shù)，在尺寸精度、制品質(zhì)量、高性能、輕量化等方面展示了優(yōu)勢(shì)。
可控氣氛釬焊
可控氣氛釬焊是指釬焊的過程是在爐中進(jìn)行的，而爐中的氣體并不是空氣，而是加入氮?dú)猓跓o氧氮?dú)猸h(huán)境中保持產(chǎn)品溫度均勻性。
可控氣氛的鋁釬焊爐（CAB，Aluminum Brazing unde Controled Atomsphere）是全球知名的金屬加熱和熱處理設(shè)備生產(chǎn)以及熱處理工藝研究企業(yè)Seco/Warwick公司的標(biāo)志性產(chǎn)品?，F(xiàn)在，該種釬焊爐與工藝已在汽車電池冷卻器焊接領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用，推動(dòng)了電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）的高速發(fā)展。
2021年6月，Seco/Warwick與國(guó)內(nèi)知名散熱器企業(yè)蘇州瑞泰克散熱科技有限公司（簡(jiǎn)稱“瑞泰克”）達(dá)成合作，為其電動(dòng)汽車電池冷板項(xiàng)目交付可控氣氛鋁釬焊生產(chǎn)線，同時(shí)Seco/Warwick還將服務(wù)于瑞泰克的5G基站換熱器生產(chǎn)。
真空釬焊
真空釬焊是一種幾乎不熔化母材的接合方法，由于爐內(nèi)處于真空狀態(tài)，可以對(duì)爐內(nèi)溫度進(jìn)行高精度的控制和調(diào)節(jié)，適用于對(duì)尺寸精度要求嚴(yán)格的精密零件的接合。 昭和電工使用真空釬焊工藝生產(chǎn)電動(dòng)汽車功率模塊（PM）的鋁散熱器。電動(dòng)汽車的 PM 是有助于提高整車性能的重要組成部分，幫助延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和提高能源效率。由于PM必須安裝在車內(nèi)有限的空間內(nèi)，因此要求PM散熱器結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方法自由度高，以及高效率和高散熱性。
昭和電工用真空釬焊制造的PM鋁散熱器體積小，將散熱鋁翅片直接連接到絕緣基板上，對(duì)靈活設(shè)計(jì)冷卻水路的位置進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了通用性和高散熱效果。該產(chǎn)品于2019年開始量產(chǎn)，目前已被日本的主要PM廠商模塊化，并被日本及亞洲其他地區(qū)的汽車廠商采用。目前，昭和電工正將PM鋁散熱器的產(chǎn)能擴(kuò)大一步，擴(kuò)建的生產(chǎn)線爭(zhēng)取2020年初投產(chǎn)。
真空釬焊工藝制造的PM用鋁散熱器（圖片源自：昭和電工）
CoreFlow ?技術(shù)
最近，TWI 發(fā)明了一種稱為 CoreFlow ? 的顛覆性技術(shù)，該技術(shù)可以在不熔化工件的情況下處理工件次表面下方的材料。CoreFlow ? 是攪拌摩擦焊 (FSW)和攪拌摩擦通道 (FSC)的進(jìn)一步發(fā)展，這使得在單個(gè)加工步驟中，將冷卻回路通道集成到二維或三維整體部件中成為可能。這些通道可用于熱交換器或其他產(chǎn)品。
CoreFlow技術(shù)加工的10mm厚AA6082-T6冷板（圖片源自：TWI LTD）
TWI 在CoreFlow ? 技術(shù)上為新型的固定臺(tái)肩了專利，如下圖所示，固定臺(tái)肩用來限制粘性材料的塊狀物，限制攪拌針提取（銑削）的材料流動(dòng)。在適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)方向上，部分塊狀材料在攪拌針幾何特征的引導(dǎo)下向上輸送，進(jìn)入肩部。然后，被提取的材料經(jīng)過臺(tái)肩內(nèi)一系列正交定位的孔洞從而被重新引導(dǎo)。這使得提取的通道材料被擠壓成一個(gè)固連續(xù)的固體金屬絲。當(dāng)工具組件沿著預(yù)先確定的路徑穿行時(shí)，提取材料的過程導(dǎo)致在工件內(nèi)形成一個(gè)封閉的通道，并連續(xù)排出擠壓的金屬絲。
CoreFlow 加工的示意圖，視圖垂直于行進(jìn)方向。（圖片源自：TWI LTD）
CoreFlow ?技術(shù)是熱管理系統(tǒng)的替代和高效制造工藝，例如用于 IGBT、LED、CPU/GPU 的冷板或用于電動(dòng)機(jī)、電池、電源等的集成液體冷卻外殼。
增材制造
熱交換器的傳統(tǒng)制造方法包括將許多單獨(dú)的部件釬焊成一個(gè)“核心”的復(fù)雜制造過程。這些散熱器的幾何形狀可能會(huì)受生產(chǎn)工藝限制而相對(duì)簡(jiǎn)單，但金屬材料的增材制造（AM）為制造商提供了從根本上改變散熱器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的機(jī)會(huì)。
通常，熱交換器和散熱器是線性、矩形、管狀或殼式設(shè)計(jì)；因此，在受限空間內(nèi)進(jìn)行安裝裝可能具有挑戰(zhàn)性。AM 能夠?qū)峤粨Q器設(shè)計(jì)安裝到不規(guī)則的空間中，通常比傳統(tǒng)的空間更小、更輕，但性能相同。AM 還允許將多個(gè)零件制成一件，這減少了所需的焊接量或根本不需要焊接，從而減少了冷卻液泄漏的概率。
PWR 的工程師基于AM技術(shù)設(shè)計(jì)了一種具有翅片結(jié)構(gòu)和管陣列的換熱器作為基準(zhǔn)，以測(cè)試最小壁厚、表面光潔度和傳熱效率，最終在Eplus3D 激光束粉末床融合 (PBF-LB) 機(jī)器 EP-M250Pro 上制造了具有最佳效果的鋁散熱器。
增材制造的鋁制熱交換器（圖片源自：Eplus3D/PWR Performance Solutions ）
EP-M250Pro 雙激光金屬增材制造機(jī) (PBF-LB) （圖片源自：Eplus3D ）
另外，今年年初，粘合劑噴射 3D 打印技術(shù)的先驅(qū)和全球領(lǐng)導(dǎo)者ExOne 宣布，其6061 鋁合金粘合劑噴射 3D 打印已得到客戶福特汽車公司的認(rèn)可。ExOne專利的粘合劑噴射 3D 打印和燒結(jié)工藝，可快速且可復(fù)制性的提供增材制造的鋁合金構(gòu)件，其密度達(dá)到99%，材料特性可與壓鑄鋁相媲美。
粘合劑噴射鋁合金的增材制造是一種可行的商業(yè)方法，在批量生產(chǎn)的速度上比基于激光的3D打印要快很多，這將提高增材制造鋁合金散熱器的競(jìng)爭(zhēng)能力。
該圖像顯示了 6061 鋁制部件在粘合劑噴射 3D 打印和燒結(jié)后的微觀結(jié)構(gòu)，沒有孔隙率，以及各向同性和相對(duì)較小的晶粒尺寸，是非常理想的，可與鑄造或鍛造狀態(tài)下的傳統(tǒng) 6061 顯微組織相媲美。（圖片源自：ExOne ）
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