專利名稱：鋁的硬釬焊合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可以用作熱交換器的鋁合金。理想地，依據(jù)本發(fā)明的鋁合金可以作為熱交換設備的散熱片坯料。而且，本發(fā)明涉及至少含有一個依據(jù)本發(fā)明的鋁合金作為組件的硬釬焊的組裝件。
相關技術說明在現(xiàn)有技術中，鋁合金是可以選擇作為熱交換器用途的合金。選擇該合金是因為可以獲得所需要的綜合了強度、低重量、良好的熱和電的傳導性、可硬釬焊性、耐蝕性和可成形性的性能。
鋁合金熱交換器可以通過層疊鋁合金的包覆片(硬釬焊片)來制造，該片可以形成所需要的外形，以便形成液體通道(管道)并通過硬釬焊在液體通道之間固定波紋狀鋁合金散熱片。通過熔化芯板的硬釬焊焊料金屬和/或散熱片材料，可以使合金包覆片或管道材料與散熱片相結合。作為硬釬焊的方法，一般使用真空硬釬焊或熔劑硬釬焊。為盡力改善液體通道材料的耐蝕性，可以使用一些相對于液體通道材料來說，是電化學上的陽極(惰性較低)的散熱片材料，通過這些散熱片材料的犧牲陽極作用來達到。
下面將提到一些在現(xiàn)有技術的文獻中公開的鋁的硬釬焊片合金。
由J.Althoff發(fā)表的，在技術期刊《輕金屬時代》，1980年，9月，20-21頁“鋁合金3009不含鎂的高強度”，公開了不含鎂的3009合金。3009合金具有下面的組成成分，以重量百分比表示硅 1.0-1.8鐵 最大0.7銅 最大0.10錳 1.2-1.8鎂 最大0.01鉻 最大0.05鎳 最大0.05
鋅 最大0.05鋯 最大0.10鈦 最大0.10其它的每種成分最大0.05，總共最大0.15余量為鋁，和進一步附帶的條件是硅∶鐵應為2∶1到4∶1，和錳+硅的量應在2.5-3.5的范圍內(nèi)。
該公開的合金可以代替已知的AA3003合金，可以用于硬釬焊領域。
EP-A-0637481(Furukawa)公開了一種具有三層結構的鋁合金硬釬焊片，其中用硬釬焊材料包覆核心材料一邊，用犧牲材料包覆核心材料另一邊。所定義的核心材料具有非常寬的組成范圍，以重量百分比表示硅 0.6-2.5銅 0.5-2.5錳 最大達到2.0至少一種選自錳 0.03-0.5鉻 0.03-0.3鋯 0.03-0.3鈦 0.03-0.3鎳 0.03-1.5余量的鋁和雜質(zhì)。
該文件進一步公開了一種具有三層結構的鋁合金硬釬焊片，其中用硬釬焊材料包覆核心材料的兩邊，由此核心材料具有非常寬的組成范圍，以重量百分比表示硅 0.03-2.5鐵 0.05-2.0銅 0.05-2.0錳 0.6-2.0選自以下的至少一種鋅 0.05-5.0
銦 0.002-0.3錫 0.002-0.3余量的鋁和不可避免的雜質(zhì)。
在汽車工業(yè)中，對于可以應用在交換器領域的鋁合金有市場需求，該鋁合金具有好的抗腐蝕性并具有改善的硬釬焊后的強度。而且，從該鋁合金的制造者一方來說，從再回收的觀點出發(fā)，需要鋁合金耐受雜質(zhì)成分，該雜質(zhì)成份不會犧牲該鋁合金所需要的性能。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種可以用于熱交換器的鋁合金，該鋁合金具有超過相同用途傳統(tǒng)合金的改進的硬釬焊后0.2％的屈服強度。本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有改善的對雜質(zhì)成份耐受性的鋁合金。本發(fā)明的更進一步的目的是提供一種可以理想地用于熱交換設備的散熱片坯料的鋁合金。
本發(fā)明的一個方面是提供具有以下組成成分的鋁合金，以重量百分比表示硅 0.7-1.2錳 0.7-1.2鎂 最大達到0.35鐵 最大達到0.8鋅 最大達到3.0鎳 最大達到1.5銅 最大達到0.5鈦 最大達到0.20銦 最大達到0.20鋯 最大達到0.25釩 最大達到0.25鉻 最大達到0.25其他最大達到每種0.05，總共最大達到0.15。
鋁 剩余物。
該鋁合金具有好的耐蝕性，包括在需要場合犧牲陽極作用，以及在硬釬焊后的狀態(tài)下的優(yōu)良的機械性能，該鋁合金并且能夠在硬釬焊后0.2％的屈服強度(PS)方面，提供超過傳統(tǒng)散熱片坯料合金至少15％的增加，例如在相同的回火熱處理條件下的AA3003。依據(jù)本發(fā)明的鋁合金能夠獲得至少60Mpa，在最好的實施例中至少65Mpa的，甚至高達70Mpa或更多的硬釬焊后0.2％的屈服強度(PS)。
盡管該鋁合金可以用作熱交換設備的管板，側面支撐和頭部儲罐，也可以有其它用途，它主要用作熱交換器的散熱片坯料合金。散熱片坯料的腐蝕要求是這樣的，如果熱交換器設備被腐蝕，優(yōu)先腐蝕散熱片材料，而不是管道材料。依據(jù)本發(fā)明的合金具有犧牲陽極的作用。合金更堅固，散熱片坯料可以比傳統(tǒng)的散熱器坯料合金例如AA3003合金，更加薄和輕。本發(fā)明用作散熱器坯料的合金可以與硬釬焊合金的包覆層結合，例如現(xiàn)有技術中已知的鋁-硅合金或其它相似的鋁-硅體系合金，例如鋁-硅-鎂合金、鋁-硅-鎂-鉍合金、鋁-硅-鉍合金等。
在熱交換器市場，特別是在汽車工業(yè)中，需要這種散熱片坯料合金提供平衡的各種性能，例如強度、可成型性、可硬釬焊性和腐蝕電位。本發(fā)明新合金的關鍵性質(zhì)是與AA3003合金相比具有中等含量的錳和相對高含量的硅。所以，與傳統(tǒng)的散熱片坯料合金相比，硬釬焊后強度的增加超過15％。除了別的性質(zhì)以外該合金顯示良好的硬釬焊性。
下面描述限定依據(jù)本發(fā)明的鋁合金的合金成份的原因。所有的組成百分比以重量表示。
依據(jù)本發(fā)明，硅是合金中的重要合金元素。添加硅可以增加合金的固溶硬化。在0.7％以下，硅僅有極小的作用，大于1.2％會導致有害的低共熔混合物的形成和大的金屬間顆粒的形成。較適合的硅含量是0.75到1.0％。在許多鋁合金中，硅的含量在中間范圍時，往往是有害的。這種中間范圍的鋁含量的優(yōu)點是該合金能耐受雜質(zhì)成分，允許該合金由大量廢金屬材料組成。優(yōu)選硅+錳的總量范圍在1.6-2.3，更優(yōu)選范圍是1.75-2.1，當不費力的從廢金屬材料中制得該合金的同時，允許在所需要的合金性能方面有好的折中，例如硬釬焊后的強度和抗下垂性方面。
依據(jù)本發(fā)明錳也是合金中的一種重要合金元素。添加錳在中間范圍的量是0.7-1.2％。更優(yōu)選較下限的錳含量是0.8％。更優(yōu)選的上限的錳含量是1.1％和更優(yōu)選錳含量應當是0.8到1.0％范圍內(nèi)。較高含量的錳會導致大的有害的鐵-錳金屬間化合物的形成。為允許合金包含大量廢金屬，該金屬可能含有相對高含量的鐵，錳的含量應不超過1.2％。錳的含量超過1.2％時，鑄錠的鑄造變得較困難。
鎂顯著增加合金的強度，但是，因為鎂會與使用的熔劑反應，對控制氣氛的可釬焊性有不利的影響。因為這個原因，鎂的含量限定在最大為0.35％，作為硬釬焊后的強度和可釬焊性的折中，更優(yōu)選鎂標準的范圍是0.2到0.35％。
鐵存在于所有已知的鋁合金中。除了其他因素以外，過高含量的鐵會使材料的可成型性降低而且腐蝕性能也會降低。允許的鐵含量最大為0.8％，優(yōu)選最大為0.5％。這種相對高含量的鐵可以通過限定錳含量得以耐受。適合的鐵含量的范圍是0.20到0.45％，允許在合金所需的性能方面有好的折中，例如硬釬焊后的強度和抗下垂性之間，同時合金可以不費力的從廢金屬材料中制得。
添加鋅導致較大的負電性腐蝕電位。為允許犧牲陽極的作用，作為管道材料的散熱片材料應當帶較大的負電性。因為在熱交換器中可能會使用不同類型的管道材料，鋅含量可以調(diào)節(jié)本發(fā)明合金的腐蝕電位，而使之適合于管道材料。鋅的含量應當為低于3.0％以避免太快的腐蝕攻擊散熱片材料。因為鋅允許最大達到3.0％，優(yōu)選最大達到2.0％，更優(yōu)選最大達到1.5％，最優(yōu)選最最大達到1.0％，這可獲得該合金耐受雜質(zhì)成份的優(yōu)點，允許該合金包含大量廢金屬材料，例如廢的熱交換器，但是不只局限于該實施例。合適的較下限的鋅含量為0.2％。
為進一步增加硬釬焊后的強度，而不會明顯損害熱傳導性，在依據(jù)本發(fā)明的合金中可以存在的鎳的范圍是最大達到1.5％。作為合金元素優(yōu)選鎳的范圍是0.3到1.2％，更優(yōu)選0.5％到0.75％。這樣使得本發(fā)明的合金在硬釬焊后的強度、熱傳導性和耐蝕性之間，達到較好和所需的平衡。
銅作為優(yōu)選的增強組分。在以前報道的方法中，認為銅不會減少耐蝕性。既然銅允許最大達到0.5％，這獲得了使該合金能承受雜質(zhì)成份的優(yōu)點。允許該合金包含大量廢金屬材料，例如廢的熱交換器，但是不只局限于該實施例。合適的銅含量最大達到0.5％，優(yōu)選最大達到0.4％。作為獲得硬釬焊后的強度、耐蝕性和可釬焊性的折中，更優(yōu)選銅的含量是0.2到0.4％。
在鑄造本發(fā)明合金的鑄錠期間，鈦作為晶粒細化的添加劑，可以以最大達到0.20％的含量存在。為通過固溶強化增加合金強度，可以添加附加的鈦，例如在廢金屬材料中鈦的存在。在合金中鈦存在的總含量應當不超過0.20％，但是優(yōu)選不少于0.15％。
為獲得較大電負性腐蝕的電位，可以添加到本發(fā)明的合金中的元素銦最大達到0.20％。而且，依據(jù)本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)，在這種鋁合金中，銦在減少合金的腐蝕電位方面比鋅添加劑更有效。一般來說，0.1％的銦等效于2.5％的鋅。當有意添加該合金元素時，更優(yōu)選銦的含量為0.01到0.10％。
為進一步改善在硬釬焊后的條件下的合金強度，在本發(fā)明的合金中添加最大達到0.25％的鋯。而且，這種元素可被允許作為不破壞所需要合金性能的雜質(zhì)元素。較適合的鋯添加量的范圍是0.05到0.20，更優(yōu)選范圍是0.05到0.15％。
為進一步改善在硬釬焊后的條件下的合金強度，可在本發(fā)明的合金中添加最大達到0.25％的鉻。
在依據(jù)本發(fā)明的合金中允許存在其他包括錫和釩的組成成分，其范圍是最大達到0.25％，優(yōu)選最大達到0.15％，更優(yōu)選最大達到0.05％。這些元素的總量不能超過0.3％。這種元素的存在，可以降低合金的腐蝕電位，釩還具備進一步增加硬釬焊后的強度的潛力。
剩余物由鋁和不可避免的雜質(zhì)構成，一般來說，雜質(zhì)每種最大達到0.05％，總共最大達到0.15％。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種硬釬焊的組合件，典型的是含有以本發(fā)明的合金作為散熱片坯料的熱交換器。在該熱交換器中，具有本發(fā)明的合金的散熱片，該片可以用作犧牲的陽極。依據(jù)本發(fā)明的鋁合金也可以在其表面的一邊或兩邊進行包覆。這種包覆的目的主要是，提供可以用于角焊縫的硬釬焊材料，并用于例如在沒有包覆層的管道的情況下，象由于擠出管形成的冷凝器或蛇形管式的蒸發(fā)器。一般來說，每種包覆層的厚度范圍是整個包覆層產(chǎn)品厚度的2到15％。包覆層組合物一般含有硅5到15％，任選的最大達到2.0％的鎂，任選的最大達到3.0％的鋅，和任選的最大達到0.2％的鉍。
實施例現(xiàn)在通過非限定性的和可比較的實施例來舉例說明依據(jù)本發(fā)明的鋁合金。
在實驗室的規(guī)模試驗下，在與用工業(yè)規(guī)模的DC鑄造相同的范圍的凝固速率內(nèi)，鑄造六種鑄造的合金。盡管這里是用實驗室測試規(guī)模試驗的，依據(jù)本發(fā)明的鋁合金可以使用各種標準工業(yè)規(guī)模DC鑄造方法和鋁連續(xù)的鑄造方法制備，隨后可以使用熱和/或冷軋制?；瘜W組成列在表1中，其中合金1到4是依據(jù)本發(fā)明具有顆粒細化劑鈦的合金，合金5和6是依據(jù)本發(fā)明具有稍微增加的鎂和鈦含量的合金，合金6進一步含有增加的鋅量。依據(jù)本發(fā)明的所有的合金中，鎳、銦和釩的量是在雜質(zhì)含量范圍內(nèi)。合金7是在H14熱處理的實施例，從國際專利申請WO-97/18946中可知，其是作為對比，此外合金8是商業(yè)上已知的用作散熱器坯料的AA3003合金。四種鑄造的錠被預先加熱，并熱軋成厚度為5.7mm。然后冷軋該板到0.15mm，在冷軋成最終標準厚度0.10mm以前，在360-400℃，退火2小時。這是H14熱處理(回火)。
在經(jīng)受模擬硬釬焊循環(huán)(在590℃大約5分鐘和空冷)之前和之后，冷軋板具有下述機械性能，參見表2。對沒有包覆層的材料，該機械性能是有效的。但是，對于一定的應用，本發(fā)明的合金可以提供有薄的包覆層，導致幾個Mpa的機械性能有較少的減少(在硬釬焊之前和之后的條件下)，一般為大約2到10Mpa。
從這些結果可以看出本發(fā)明的鋁合金在機械性能方面，在相同的熱處理條件下，與傳統(tǒng)使用的AA3003合金相比具有重要的改進，并提供在硬釬焊循環(huán)之前降低部件尺寸的可能性，能降低腐蝕散熱片的速率。
表1.以重量百分比表示的，測試的鋁合金的化學組成，剩余物是鋁和雜質(zhì)。
表2.模擬的硬釬焊循環(huán)之前和之后的機械性能
已經(jīng)充分地描述了本發(fā)明，對本領域的普通技術人員來說，很明顯可以進行許多細節(jié)的變動，這種修正不偏離本發(fā)明描述的保護范圍或精神。
權利要求
1.一種具有以下組成成分的鋁合金，以重量百分比表示硅 0.7-1.2錳 0.7-1.2鎂 最大達到0.35鐵 最大達到0.8鋅 最大達到3.0鎳 最大達到1.5銅 最大達到0.5鈦 最大達到0.20銦 最大達到0.20鋯 最大達到0.25釩 最大達到0.25鉻 最大達到0.25其它各最大達到0.05，總共最大達到0.15。鋁 為余量。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金，其中錳的含量范圍是0.8到1.1％，更優(yōu)選的范圍是0.8到1.0％。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的鋁合金，其中鋅的含量范圍是0.05到0.15％。
4.根據(jù)權利要求1到3任何之一所述的鋁合金，其中鐵的含量范圍是0.20到0.45％。
5.根據(jù)權利要求1到4任何之一所述的鋁合金，其中銅的含量范圍是0.20到0.40％。
6.根據(jù)權利要求1到5任何之一所述的鋁合金，其中鎳的含量范圍是0.3到1.2％，更優(yōu)選的范圍是0.5到0.75％。
7.根據(jù)權利要求1到6任何之一所述的鋁合金，其中硅的含量范圍是0.75到1.0％。
8.根據(jù)權利要求1到7任何之一所述的鋁合金，其中銦的含量范圍是0.01到0.1％。
9.根據(jù)權利要求1到8任何之一所述的鋁合金，其中鎂的含量范圍是0.2到0.35％。
10.根據(jù)權利要求1到9任何之一所述的鋁合金，它是散熱片坯料形式的。
11.根據(jù)權利要求10所述的鋁合金，其中散熱片坯料能夠獲得至少60Mpa的硬釬焊后的0.2％的屈服強度。
12.根據(jù)權利要求11所述的鋁合金，其中散熱片坯料能夠獲得至少70Mpa的硬釬焊后的0.2％的屈服強度。
13.一種具有根據(jù)權利要求9到12任何之一所述合金的散熱片的硬釬焊的熱交換器。
14.一種具有鋁合金散熱片的硬釬焊熱交換器，所述鋁合金具有以下組成，以重量百分比表示硅 0.75-1.0錳 0.8-1.0鎂 0.2-0.35鐵 最大達到0.5，優(yōu)選0.2-0.45鋅 最大達到3.0鎳 最大達到1.5銅 最大達到0.4，優(yōu)選0.2-0.4鈦 最大達到0.20銦 最大達到0.20鋯 最大達到0.25釩 最大達到0.25鉻 最大達到0.25其它各最大達到0.05，總共最大達到0.15。鋁 為余量，和其中所述散熱片具有70Mpa或更多的硬釬焊后的0.2％的屈服強度。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁的硬釬焊合金,理想地用作散熱片坯料,以重量百分比表示的組成成分為:硅0.7－1.2,錳0.7－1.2,鎂最大達到0.35,鐵最大達到0.8,鋅最大達到3.0,鎳最大達到1.5,銅最大達到0.5,任選地選自以下的一種或多種:鈦最大達到0.20,銦最大達到0.20,鋯最大達到0.25,釩最大達到0.25,鉻最大達到0.25,其他各最大達到0.05,總共最大達到0.15,鋁剩余物。
文檔編號B32B15/01GK1390266SQ00815593
公開日2003年1月8日 申請日期2000年11月15日 優(yōu)先權日1999年11月17日
發(fā)明者A·J·維特布魯?shù)? A·博格, K·維勒格, J·A·范德霍伊溫, S·W·海勒 申請人:克里斯鋁軋制品有限公司, 克里斯有限合伙公司