散热器用铝合金牺牲阳极材料技术综述

刘肖 赵宇 李艳

摘要：铝合金牺牲阳极广泛应用于车辆、船舶等基础设施的腐蚀防护。本文主要介绍了散热器用的铝合金牺牲阳极材料，并对铝合金牺牲阳极材料在国内外的专利申请量、国内外的主要申请人以及该技术领域的技术发展脉络进行了简要分析。

关键词：铝合金；牺牲阳极；散热器

中图分类号：TF821 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）06-0062-03

Technical Review on the Patent Technology of the Aluminum Alloy Sacrificial Anode Materials for Heat Exchanger

LIU Xiao ZHAO Yu LI Yan

（Paten Examination Cooperation Center of the Patent Office， SIPO， Henan， Zhengzhou Henan 450018）

Abstract： Aluminum alloy sacrificial anode materials have been widely used in anti-corrosion protections for vehicles，ships and other infrastructure constructions. The aluminum alloy sacrificial anode material for heat exchanger is introduced in this paper， while briefly analyzes the patent application quantities， the most important applicant of aluminum alloy sacrificial anode material at home and abroad and the technological develop focus.

Key words： aluminum alloy； sacrificial anode； heat exchanger

1 前言

鋁合金散热器具有成本低，重量轻，寿命长，成形性好等优点[1]，因而得以广泛应用，但其工作环境恶劣，易被腐蚀，腐蚀性能无疑成了衡量散热器性能最重要的参数之一。为了抑制腐蚀，可采取涂装、添加缓蚀剂、牺牲阳极阴极保护等方法[2]。本文以牺牲阳极阴极保护抑制散热器腐蚀为切入点，以数据库（CNABS和DWPI）中截至2017年10月1日已经收录的公开专利数据为基础，对散热器用铝合金牺牲阳极材料技术的发展路线进行了研究。

2 专利申请量趋势

图1为散热器用铝合金牺牲阳极材料专利申请年度分布。从图1可知，从1960年出现第一件散热器用铝合金牺牲阳极材料专利以来，相关技术大致出现2个高速发展阶段。

1982年左右出现第一个小高峰，并且申请人均为国外申请人，但该阶段申请量不高，每年申请量基本不超过10项。

1996年以后，专利申请量出现第二个高峰，之后大部分年份专利的申请量均在10项以上，且在2004年出现了最高峰，申请量高达19项。这标志着散热器用铝合金牺牲阳极材料相关技术进入快速发展期。

3 专利布局国和主要申请人构成分析

为了改善铝合金牺牲阳极材料的耐腐蚀等性能，国内外许多企业都进行了相关研究。在CNABS和DWPI中进行检索，加以筛选共获得相关专利申请301件。

对上述专利申请进行统计分析，获得申请人区域分布。如图2，专利申请技术布局国主要集中在日本、中国和美国。其中，日本申请量最大，占申请总量的37%；中国和美国申请数量分别占比13%、11%。第四位和第五位的是欧洲专利局EP和国际局WO，申请数量分别占比8%、7%。综合来看日中美有较强的技术力量集中在该领域，特别是日本。

从图3主要申请人的国别构成来看，专利申请量排名前10中，日本申请人有8家，而中国和美国各有1家，且上述申请人均为企业，说明该技术已经商业化应用。另外，日本在散热器用铝合金牺牲阳极材料领域中已经投入了相当的研发资源进行专利布局，并且申请人都为企业，说明散热器用铝合金牺牲阳极材料在日本相对成熟，具有相对规模的商业化应用，中国申请人应多注意日本在该领域的技术现状以及发展方向。

4 散热器用铝合金牺牲阳极技术发展趋势

对于散热器牺牲阳极材料，主要是对于合金成分的设计使其具备牺牲阳极的效果。其中最早通常使用JIS3003、JIS3203等型号的Al-Mn类铝合金作为散热片材，因为Mn的添加能有效防止钎焊时的变形和焊料腐蚀。为了获得牺牲阳极效果，专利文献（日本特开昭62-120455号）在Al-Mn合金的基础上，添加Zn、Sn、In等使其电化学电位变低，从而获得耐腐蚀性能的提高。

随着研究的进一步开展，由于Al-Mn类合金在硬钎焊时存在热传导性降低的问题[3]，专利文献（日本特公昭63-23260号）提出了将Mn含量限制在0.8wt%以下、含有Zr：0.02～0.2wt%和Si：0.1～0.8wt%的铝合金，改善了热导率，同时保证了牺牲阳极效果。

目前，铝阳极以主要活化元素Zn为基础，再添加其他合金元素来改善其阳极氧化性能，其中以Al-Zn-In系合金研究较多，在此基础上再添加Cd、Sn、Bi、 Si、Mg、Ga等元素组成多元合金[4]，专利文献（JP2004345234A） 提出一种主要含有0.5%～10%Zn、0.8%～1.8%Mn的Al-Zn系合金，并向其中添加Si、Fe、Cu、Ni等元素，从而获得良好的耐腐蚀性能。

5 日本住友轻金属株式会社包覆层牺牲阳极专利分析

日本住友轻金属株式会社专利在散热器用铝合金牺牲阳极材料方面的改进主要集中在包覆层方面的改进，对包覆层进行改进的专利占了81%，基材的改进占19%。下面重点就申请量最大的日本住友轻金属株式会社关于包覆层铝合金牺牲阳极的专利申请情况，分析其技术发展路线。对该技术发展路线进行研究对国内企业的生产和研发工作具有很高的指导意义。

住友对于包覆层铝合金牺牲阳极的研究可追溯至20世纪80年代，专利申请JP16476084A（1984年）提供了一种用于水管材内壁的牺牲阳极铝合金，其中Si≤0.4%，Fe 0.1%～0.7%，Cu≤0.2%，Mn0.7%～1.5%，Zn0.8%～1.2%，Li 0.0005%～0.005%，Ca0.008%～0.1%。其中Zn使得电位降低，提高了牺牲阳极效果，Li和Ca能够抑制高真空条件下Zn的蒸发，保证电位降低的效果。Mn、Fe、Si、Cu是使得鋁合金强度提高的元素，从而提供了一种水管内表面良好耐蚀性的铝合金牺牲阳极材料。

专利申请JP24929296A（1996年）采用一种Al-Fe-Zn系的牺牲阳极铝合金，其中Fe含量为0.5%～3%，Zn含量为1.5%～4%，通过生成的Al-Fe系化合物的微细分散，阻碍了氢氧化铝皮膜的生成，避免了孔蚀，Zn使得电位降低，保证了牺牲阳极效果，避免孔蚀和隙间腐蚀。

专利申请JP2004123993A（2004年）提供了一种Al-Si系的牺牲阳极铝合金，包含1.5%～3%的Si，Cu的添加降低了铝合金熔点，在钎焊时有利于液相生成，从而提高了钎焊层的附着性，同时还保证了牺牲阳极材自身的成形性和耐腐蚀性。

专利申请JP2010063743A（2010年）提供了一种Al-Si-Mg系的牺牲阳极铝合金，其中Si含量为2.5%～6%，Mg 0.3%～1.8%，并且含有0.01%～0.05%的Sr。其中通过将Si的含量控制在一个较低的水平，促进了再结晶晶粒粒度的细小化和Mg结晶路径在表层的扩散，从而提高了钎焊的附着性。另外，Sr的添加使得单体Si的分散更加细小和均匀，抑制了局部熔融，提高了钎焊的附着性。

6 结语

通过对散热器用铝合金牺牲阳极领域的专利申请进行分析发现，日本住友轻金属株式会社为该领域技术最为先进的公司之一，其专利申请量最大，对其专利进行分析能够较好的反应散热器用铝合金牺牲阳极材料的发展情况。同时也对国内企业的生产、研发工作具有很高的指导性意义，并有助于其尽早在散热器用铝合金牺牲阳极材料研究热点领域进行专利申请布局，尽早占领专利市场。

参考文献：

[1] 李益群.车用全铜与全铝散热器的发展[J].农机化研究，2005（04）：309.

[2] 许淳淳.国内外化工防腐蚀技术进展[J]. 化工设备与防腐蚀，2001（06）：44-53.

[3] 袁婷，张敏达，涂益友，等.汽车散热器用Al-Mn系翅片箔的腐蚀性能研究[J].科技创新导报，2013（09）：56-59.

[4] 胡胜楠.模拟深海环境下Al-Zn-In牺牲阳极性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.