專利名稱：包層金屬板以及由其制得的熱交換器管道等的制作方法
包層金屬板以及由其制得的熱交換器管道等
背景技術(shù)：
(1)發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)例如在諸如汽車散熱器等熱交換器中用于輸水的管道和集管(header)的包層金屬板(clad metal sheet)。更具體地講，本發(fā)明涉及此類包層金屬板結(jié)構(gòu)和由此得到的管道或集管(header)。(2)相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)說明熱交換器的輸水金屬管道經(jīng)常遭受來自內(nèi)部冷卻水的侵蝕，尤其是當該水含有各種化學成分，如用來提高冷卻劑沸點或降低冰點的那些時。用于此類管道的金屬經(jīng)常是鋁合金，以及AA3000系列的合金(含錳)因為其成型性、導熱性、低成本而經(jīng)常被選擇。傳統(tǒng)上，這些合金板的一個表面要施加一層所謂的焊接金屬，即具有低熔點的鋁合金。這通常是含有大量硅元素的AA4000系列合金。通過這種方法涂布的金屬板表面是用來充當金屬板制管道的外表面的表面。它會使管道一經(jīng)形成，可以通過焊接方式與金屬葉片相連接，從而提高與空氣之間的熱交換。這樣的覆層也為此被稱為“空氣側(cè)覆層(air-side cladding)”。要作為管道內(nèi)表面的表面有時會被涂布或覆蓋金屬，以減少或延緩腐蝕。熱交換器(如散熱器)中的內(nèi)部流體通常且在理想狀態(tài)下包含50%的去離子或去礦物質(zhì)水，并添有約50%的弱性冷卻劑。但是即便冷卻劑如此溫和，仍然會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，特別是添加方式不對時，情況尤為如此。該類芯層的內(nèi)部覆層經(jīng)常被稱為“水側(cè)覆層”。此時，AA7072和 AA3003等合金(添加1.5重量％的鋅)通常被用來提供此類保護。不過，合金AA7072偏軟，會在工作過程中銹蝕損壞。鑒于AA7072的強度較低，它還會削弱管道在焊接條件前后的總體強度。于2008年6月17日授予^ida等人的美國專利US7387844公開了具有與上述相同的結(jié)構(gòu)的焊接板。水側(cè)覆層包括2-9重量％的鋅和各種其他合金元素。于2007年4月19日公布的授予Vieregge等人的PCT專利公開W02007/042206 公開了具有長期抗腐蝕性能的多層焊接板。水側(cè)覆層包括AA4000系列合金的焊接覆層，在芯層和內(nèi)部焊接覆層之間，有AA3000系列合金或AA1000系列合金的內(nèi)襯墊層。舉例來講， 內(nèi)襯墊層可以是包含小于0. 25重量％的銅，0. 5-1. 5重量％的錳，小于0. 3重量％的鎂以及 0. 1-5.0重量％的鋅的AA3000合金。雖然該合金層被描述為位于內(nèi)部銅焊合金之下的“內(nèi)襯墊層”，但應(yīng)注意到，在焊接步驟中，內(nèi)部銅焊合金會消失，以此形成填充金屬以構(gòu)成內(nèi)部管件部分。因此在使用時，內(nèi)襯墊層本身形成的覆蓋層會直接暴露于冷卻水中。于2008年7月2日公布的授予Minami等人的歐洲專利公開EP1939312A1公開了包含芯層的鍍覆件，表層在芯層的一個面上，內(nèi)表層通過中間層提供在芯層的另一面上。內(nèi)表層為鋁一硅焊接材料，并在焊接步驟后消失。夾層之后變成與暴露于冷卻水的層用于提供防腐蝕保護。因此，Minami等人的主題與Vieregge等人的主題相似。雖然此類復合結(jié)構(gòu)在降低用于換熱器的管的內(nèi)部腐蝕方面有所作用，但仍會發(fā)生侵蝕或腐蝕，因此最好能提供一種具有更強抗侵蝕和腐蝕功能的金屬結(jié)構(gòu)。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案，提供了一種多層金屬板，其包括具有第一面和第二面的鋁合金芯層，其中所述的第一面具有由含鋅鋁合金制成的夾層，其位于含鋅外層 (有時稱為襯墊層)和芯層之間，外層合金層比夾層合金具有更強的負電性。優(yōu)選地，芯層由包含約0. 5-2. 0重量％的錳、約0. 1-1. 0重量％的銅、最高0. 4重量％的鐵、最高0. 25重量％的硅、最高0.8重量％的鎂以及剩余的鋁和不可避免的雜質(zhì) (若存在)的鋁合金制得。夾層優(yōu)選由包含約0.9-2. 0重量％的錳、約0.002-0. 7重量％的銅、最高0. 4重量％的鐵、0. 5-2. 0重量％的硅、最高7. 0重量％的鋅以及剩余的鋁和不可避免的雜質(zhì)(若存在)的合金制得。優(yōu)選地，水側(cè)外層或覆層由包含約0.9-2. 0重量％的錳、約0. 002-0. 7重量％的銅、最高0. 4重量％的鐵、0. 5-2. 0重量％的硅、最高7. 0重量％ 的鋅以及余量的鋁和不可避免的雜質(zhì)(若存在)的合金制得。優(yōu)選地，外層合金主要是最少含3重量％鋅的鋁一鋅合金。板可以制作成適宜制作成熱交換器管道或熱交換器管件等的任意厚度。管道的優(yōu)選最小厚度為約150 μ m，厚度范圍優(yōu)選為150-1000 μ m。管件可以最高3mm厚。外部覆層通常占據(jù)板件總厚度的2-20%。另一示例性實施方案涉及由上述種類的多層板制得的管子，其中芯層的第一面的外層形成管子的內(nèi)表面。在本說明書中，芯層的“第一面”是要與冷卻水或類似物(所述的“水側(cè)”)接觸的一面，芯層的第二面是要暴露在空氣中或其他氣體(所述的“空氣側(cè)”)的一面。示例性實施方案的覆板提供良好的抗侵蝕和腐蝕能力。在特別優(yōu)選的實施方案中，夾層的合金優(yōu)選為帶有鋅的AA7000系列合金，外層合金還可以是含有3-7重量％鋅的AA7000系列合金。為了理解在鋁及其合金的命名和確認中通常所采用的數(shù)字標識體系，請參閱鋁聯(lián)合會(The Aluminum Association)于2001年1月修訂的“熟鋁和熟鋁合金的國際合金命名禾口化學組成限制” (“International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys”)(全文在此弓I入供參考)。在工業(yè)術(shù)語的通常用法中，覆層通常指具有如抗腐蝕性或焊接能力等表面特性的層。芯層通常是指主要目的在于影響全部板材產(chǎn)品的主體機械性能的層。覆層通常但不總是比芯層薄。復合或多層板材料可僅由芯層和覆層構(gòu)成，但具有三層或更多層的板材在示例性實施方案中更具意義。明顯地，在三層或多層結(jié)構(gòu)中，芯層通常是內(nèi)層。術(shù)語“夾層”指位于兩相鄰層之間的層，例如在芯層和覆層之間的層，因此是板結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。“襯墊層 (liner)，，通常指襯在管道或其他冷卻劑輸送元件中的覆層。術(shù)語“強度”在這里用于合金時，意思是“屈服強度”(有時稱為“屈服應(yīng)力”)。該強度可用標準拉伸測試方法讓測試標本在進行模擬焊接周期后進行測量。


圖1是復合金屬板的橫截面圖，用來說明本發(fā)明的一個示例性實施方案；圖2所示為由圖1所示種類的板材形成的管道的橫截面圖；圖3A和;3B代表實施例中使用的合成結(jié)構(gòu)，其中圖3A所示為兩層結(jié)構(gòu)，
圖;3B所示為三層結(jié)構(gòu)，均為卷成300 μ m最終尺寸之前的樣子；以及圖4為顯微照片A到F的集合，表示下文所述實施例得到的結(jié)果。
實施例在本發(fā)明的示例性實施方案中，鋁合金層(稱為夾層)處于鋁合金芯層和含鋅的抗侵蝕耗鋁覆層或襯墊層。夾層是鋁合金，其阻止或延緩侵蝕過程中的坑洞滲透至芯層。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在輸水管或其他器具(例如散熱器集管)的全部內(nèi)表面上侵蝕的發(fā)生通常并不均勻，而是在暴露表面上的具體局部位置較快地發(fā)生。這些局部位置上的侵蝕形成坑洞，并快速延伸到芯層金屬，并可能穿透管壁，導致泄漏或形成薄弱點。示例性實施方案中的外層(襯墊層)和夾層的組合阻止或延緩了這種坑洞從抗侵蝕外層向芯層發(fā)展的進程，從而提高了該結(jié)構(gòu)整體的抗侵蝕和抗腐蝕性能。附圖1和2展示了本發(fā)明的示例性實施方案所述的簡單多層結(jié)構(gòu)。圖1為涂覆金屬板材局部截面圖，圖2為由1所示板材通過傳統(tǒng)方法制作的管道。在這些附圖中，層A為抗腐蝕金屬覆層，圖B為夾層，層C為金屬芯層，層D為合金焊接層。在示例性實施方案中，層B和層A所選的合金提供了更高的抗侵蝕性。所述層以及其他層的特別優(yōu)選合金將在下文中進行詳細討論。層B (水側(cè)夾層)用于該層的合金優(yōu)選包含鋅，并優(yōu)選高硅3XXX系列合金，該合金會在焊接進行前后形成高濃度分散體。此類合金的例子(稱為合金X和Y)具有如下表1所示的組成(重量％)表權(quán)利要求
1.一種多層金屬板，包括具有第一面和第二面的鋁合金芯層，其中所述芯層的所述第一面具有由含鋅的鋁合金制得的夾層，該夾層位于含鋅外層和芯層之間，外層的合金比夾層的合金具有更強的電負性。
2.權(quán)利要求1所述的板，其中外層的合金的電負性比夾層的合金強至少50mV。
3.權(quán)利要求1所述的板，其中所述的芯層由合金制得，所述合金包含約0.5-2. 0重量％ 的錳、約0. 1-1.0重量％的銅、最高0.4重量％的鐵、最高0. 25重量％的硅、最高0.8重量％ 的鎂和余量的鋁，以及不可避免的雜質(zhì)，如果存在的話。
4.權(quán)利要求1所述的板，其中所述的夾層由合金制得，所述合金包括約0.9-2. 0重量％ 的錳、約0. 002-0. 7重量％的銅、最高0. 4重量％的鐵、0. 5-2. 0重量％的硅、最高7. 0重量％的鋅以及余量的鋁，和不可避免的雜質(zhì)，如果存在的話。
5.權(quán)利要求1所述的板，其特征在于所述的外層由合金制得，所述合金包括0.9-2. 0重量％的錳、約0. 002-0. 7重量％的銅、最高0. 4重量％的鐵、0. 5-2. 0重量％的硅、最高7. 0 重量％的鋅以及剩余的鋁以及不可避免的雜質(zhì)，如果存在的話。
6.權(quán)利要求1所述的板，其中外層由鋁-鋅合金制得，該合金包含最少3重量％的鋅。
7.權(quán)利要求5所述的板，其中外層的合金包含3-7重量％的鋅。
8.權(quán)利要求1所述的板，其在所述第二面上具有由銅焊合金制備的覆蓋層。
9.權(quán)利要求7所述的板，其中在所述第二面上的所述覆蓋層包括AA4000系列的鋁合金。
10.權(quán)利要求1所述的板，其中所述夾層的所述合金包括鋁和下列元素，其含量以重量％計元素含量銅SS 0. 010鐵0. 15-0. 25鎂sS 0. 05錳1. 5-2. 0硅0. 90-1. 00鈦0.005-0.020釩sS 0. 010鋅1. 0-5. 0鋯sS 0. 010鉻sS 0. 30
11.權(quán)利要求1所述的板，其中所述夾層的所述合金包括鋁和下列元素，其含量以重量％計元素含量銅SS 0. 010鐵0. 15-0. 25鎂sS 0. 05錳0. 97-1. 03硅0. 90-1. 00鈦0.005-0.020釩sS 0. 010鋅1. 0-5. 0鋯sS 0. 010鉻sS 0. 30
12.權(quán)利要求1所述的板，其中所述芯層由包含鋁和下列元素的合金制備，含量以重量％計元素含量銅0. 5-1. 0鐵彡0. 4鎂彡0. 8錳0. 7-1. 9硅sS 0. 25鈦sS 0. 1鋅sS 0. 1鉻sS 0. 03
13.權(quán)利要求1所述的板，其中所述芯層包含鋁和下列元素的合金制備，含量以重量％計
14.權(quán)利要求1所述的板，其中夾層的合金比芯層的合金具有更強的電負性。
15.權(quán)利要求14所述的板，其中夾層的合金的電負性比芯層的合金強至少50mV。
16.權(quán)利要求1-15任一所述的包層金屬板制得的管，其中所述含鋅外層形成管的內(nèi)表
17.權(quán)利要求1-15任一所述的包層金屬板制得的散熱器件，其中所述含鋅外層形成該器件的內(nèi)表面。
全文摘要
本發(fā)明示例性實施方案涉及多層鋁合金板材，其適宜制造為熱交換器的冷卻劑傳輸管、集管等，還涉及由該板材制備的管道和集管等。該多層金屬板材具有有第一面和第二面的鋁合金芯層。第一面具有由含鋅鋁合金制成的夾層，該夾層位于芯層和含鋅的外層之間。外層合金比夾層合金具有更強的電負性。夾層合金優(yōu)選具有比芯層合金更強的電負性。在此第一面覆層是意欲暴露于冷卻劑的面，并且提供良好的耐侵蝕和腐蝕性。
文檔編號B32B15/01GK102264536SQ200980152458
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者A·D·豪威爾斯, I·史密斯, K·M·加滕比, P·H·馬羅瓦, T·L·戴維森 申請人:諾維爾里斯公司