專利名稱：高強度鋁合金釬焊薄板,釬焊組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于釬焊的鋁合金釬焊薄板，該釬焊薄板具有高強度和改良的釬焊性能，本發(fā)明涉及包含這種釬焊薄板的釬焊組件，涉及這種釬焊薄板的使用和制造鋁合金釬焊薄板的方法。更具體地，本發(fā)明涉及具有改良釬焊性能的高強度多層包覆鋁合金材料，該材料在包覆層和芯之間包含夾層，由此提高耐腐蝕性并減少釬焊期間硅和鎂的滲透。本發(fā)明還涉及對該多層包覆釬焊薄板進行軋制包覆或鑄造包覆地方法。
相關(guān)技術(shù)描述
在本領(lǐng)域中已知將鋁合金釬焊薄板用于例如換熱器，油冷卻器，中間冷卻器，汽車或其它車輛的蒸發(fā)器或冷凝器的用途，或使用換熱器的應(yīng)用。常規(guī)上，這些組件是由適于釬焊的釬焊薄板制成，使用Al-Mn基鋁合金或Al-Mg-Si基鋁合金作為芯材，并使用典型為AA4xxx-系列合金的Al-Si基鋁合金作為包覆釬焊填料用于常規(guī)的釬焊用途。一旦將這些釬焊薄板組裝成例如汽車換熱器，便可以將冷卻介質(zhì)或加熱介質(zhì)注入所述組件中。因此至關(guān)重要的是，在減小這種組件的重量和尺寸的同時防止該組件如換熱器的泄漏。因此，近期的發(fā)展顯示了由釬焊薄板制成的組件，通過減小材料厚度和改變換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計來減小尺寸、重量和成本對其進行改進。
為了提高該釬焊薄板的可熱處理合金的釬焊質(zhì)量和耐久性，開發(fā)出多層包覆層鋁材，參見H.Engstrom And L.O.Gullman，“AMultilayer Clad Aluminium Material with Improved BrazingProperties”，18th International AWS Brazing Conference，of March24-26，1987 in Chicago。這篇文章中提出在釬焊包覆層和芯層之間使用夾層以便提高耐腐蝕性。此外，結(jié)果顯示與標準的“芯層-釬焊”材料相比，這種多層材料中沿芯層晶界的硅滲透會顯著延緩從而更多的硅保留在包覆層中而且滲透深度減小。
JP-09176767公開了一種適于真空釬焊的鋁釬焊薄板，該釬焊薄板包含具有下列組成的芯層(以重量百分比計)Cu0.10-0.80，Mn0.30-1.5，Ti0.01-0.20，余量是鋁及不可避免的雜質(zhì)，其包含的釬焊填料層具有如下組成(以重量百分比計)Si5.0至15，Mg0.30至2.5，余量是鋁及不可避免的雜質(zhì)，其還包括由包含2.0-5.0Zn(以重量百分比計)的7xxx型鋁合金構(gòu)成的中間犧牲腐蝕層。
EP-0823305-A2公開了具有良好耐腐蝕性適用于換熱器的釬焊薄板，該釬焊薄板包含具有下列組成(以重量百分比計)的芯層Cu0.15-0.35，Mn0.50-1.6，Mg0.05-0.50，Ti0.06-0.30，余量是鋁及不可避免的雜質(zhì)，包含Al-Si-Mg型包覆材料的包覆層，以及含有0.50-1.2Mn(以重量百分比計)，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)以及可選包含0.05-1.20Mg的中間層，進一步還公開了加入1.0-5.0(以重量百分比計)的Zn。這些多層釬焊薄板在釬焊后顯示出140MPa至165MPa的拉伸性能。
EP-0799667-A1公開了適用于釬焊換熱器的鋁合金釬焊薄板，該釬焊薄板包含具有下列組成(以重量百分比計)的芯層Zn0.05-1.2(可選)，Mn0.50-1.5，Si≤0.60，F(xiàn)e≤0.70，余量是鋁及不可避免的雜質(zhì)，其中將不可避免的雜質(zhì)限制在Si的0.60wt％或更低和Fe的0.70wt％或更低。此外，這種釬焊薄板包括Al-Si基填料合金型包覆層和包含鋁以及不可避免雜質(zhì)的中間層，該雜質(zhì)的總量被限制在1.0wt％。該中間層的點蝕電位低于芯層的點蝕電位，以致可以使用該中間層作為犧牲層來改變腐蝕路徑。
EP-1175954-A1公開了具有芯層的多層鋁合金釬焊薄板，該芯層具有下列組成(以重量百分比計)Cu0.20-1.0，Mn0.30-1.5，Mg≤0.30，Si0.30-1.3，F(xiàn)e≤0.20，余量是鋁及不可避免的雜質(zhì)，還具有形成在芯材一個表面上的包含Al-Si基鋁合金的釬焊填料，和形成在芯材另一面上的包含下列成分(以重量百分比計)的包覆材料Mg2.0-3.5，Zn0.50-2.0，Si≤0.20，余量是鋁及不可避免的雜質(zhì)。此外，據(jù)公開不優(yōu)選向芯材中添加鎂，即使添加鎂可以提高該釬焊薄板的強度，因為在NOCOLOK(注冊商標)助焊劑釬焊方法中，芯材中添加鎂的釬焊薄板的釬焊性能顯著降低。在釬焊過程中，鎂向包覆釬焊層的表面滲透從而影響了NOCOLOK助焊劑鹽，而該助焊劑鹽可以改善爐內(nèi)的釬焊性能。
US-2002/0037426-A1公開了適用于具有四層結(jié)構(gòu)的換熱器的鋁合金釬焊薄板，該釬焊薄板具有芯材，以及具有Al-Si合金填料合金的包覆層，和Al-Zn合金的中間層犧牲陽極材料(夾層)，其中該芯合金由下列成分組成(以重量百分比計)Cu0.05-0.50，Mn0.05-2.0，F(xiàn)e0.20-0.80，Si0.10-0.50，余量是鋁及不可避免的雜質(zhì)，其中中間層主要由下列成分組成(以重量百分比計)，該組成基本上包括Cu0.40-1.0，Mn0.50-2.0，Si0.10-0.50，F(xiàn)e0.20-0.80，余量是鋁及不可避免的雜質(zhì)。
發(fā)明概述
由于難以得到不僅具有良好的釬焊性能和可成形性而且具有高強度和改良耐腐蝕性的釬焊薄板，因此本發(fā)明的一個優(yōu)選目的是獲得這樣的薄板制品。更具體地，本發(fā)明的一個優(yōu)選目的是將釬焊后的強度從常規(guī)AA3xxx合金的約50MPa提高到至少100MPa，同時使芯層獲得高的初始熔點，以便能夠生產(chǎn)具有較小厚度和較小重量的輕質(zhì)釬焊組件。
最后，本發(fā)明的一個優(yōu)選目的是公開生產(chǎn)高強度鋁合金釬焊薄板和/或釬焊組件的方法，該方法的加工成本低于常規(guī)方法，從而可以使用較薄的材料來實現(xiàn)輕質(zhì)和較低的加工成本，同時可生產(chǎn)多包覆層或多層鋁材。
本發(fā)明優(yōu)選解決上述目的中的一個或多個。
依照本發(fā)明的高強度鋁鋅合金釬焊薄板包含Al-Zn芯層和至少一個包覆層，該芯層包含下列組成(以重量百分比計)
Zn1.2-5.5
Mg0.8-3.0
Mn0.1-1.0
Cu＜0.2
Si＜0.35
Fe＜0.5，優(yōu)選＜0.30
可選地選自下列成分的一種或多種
Zr＜0.3
Cr＜0.3
V ＜0.3
Ti＜0.2
Hf＜0.3
Sc＜0.5余量是鋁和附帶元素及雜質(zhì)，每種＜0.05％，總量＜0.15％，該包覆層包含Al-Si基填料合金，典型為Si含量5至15wt.％的AA4xxx系列型合金，并且位于該芯層的至少一側(cè)。
本發(fā)明另一方面提供了制造這種高強度鋁釬焊薄板制品的方法。
本說明書中描述了優(yōu)選的實施方案。
優(yōu)選實施方案詳述
在下文中應(yīng)當清楚，除非另外指出，所有的百分數(shù)均為重量百分比。此外，合金名稱和回火名稱指鋁業(yè)協(xié)會出版的Aluminum Standardsand Data and the Registration Records中的鋁業(yè)協(xié)會名稱。
已發(fā)現(xiàn)Mg與Zn的平衡是重要的。根據(jù)Zn的含量，Mg含量(以重量百分比計)優(yōu)選為1.8≤[Zn]/[Mg]≤3.3。此外，相比普通AA7xxx型合金降低Zn含量以便提高適于釬焊應(yīng)用的熔化溫度。通過將Cu含量降低到小于0.2(以重量百分比計)并以上文確定的量選擇Zn和Mg，可以將本發(fā)明芯層的熔化溫度提高至最高620℃。因此，已發(fā)現(xiàn)Zn含量(以重量百分比計)的優(yōu)選范圍是3.0至5.0％，更優(yōu)選3.5至5.0％，還要優(yōu)選的是3.9至4.5％，最優(yōu)選4.1至4.5％。
Mg與Zn一起可以通過時效析出化合物Mg2Si提高機械強度。然而，過量的Mg將導(dǎo)致Mg滲透到包覆填料合金中并與釬焊鹽助焊劑如NOCOLOK鹽發(fā)生反應(yīng)。然而，Mg有助于提高芯材的可成形性。已發(fā)現(xiàn)芯層中Mg含量(以重量百分比計)的上限優(yōu)選是2.5％，并且更優(yōu)選的范圍是1.2至2.5wt％，優(yōu)選1.3至1.95wt％。
錳是可以提高芯材的耐腐蝕性和強度的元素。與Cu相反，由于Mn可提高機械強度而不會降低耐腐蝕性，已發(fā)現(xiàn)芯層中Mn含量(以重量百分比計)的下限優(yōu)選為0.4。Mn含量的優(yōu)選上限是0.8，更優(yōu)選0.7％，且最優(yōu)選約0.5％，這意味著約0.48至0.52％。然而，過高的Mn含量可產(chǎn)生更大的金屬間化合物，這對可加工性以及耐腐蝕性具有不利影響。Mn還可使芯材的電位更高從而有助于提高耐腐蝕性能。
Si和Cu通過釬焊后在基體中形成固溶體有助于提高合金的強度。芯層中Si與Mg的反應(yīng)可以析出由Mg2Si構(gòu)成的金屬間化合物。然而，必須相對于可選的附加犧牲夾層平衡Cu的含量，因為添加Cu可以提高所得合金的電位使其變得更為惰性。因此，優(yōu)選芯層中Cu和/或Si每一種的含量(以重量百分比計)是0.2或更少，優(yōu)選這些元素各小于0.1。
Fe會促進大的金屬間化合物的形成，該化合物分布在整個合金中從而防止該合金在成型期間發(fā)生開裂。然而，F(xiàn)e會細化晶粒從而降低釬焊性能。因此，芯層中的鐵含量(以重量百分比計)應(yīng)優(yōu)選低于0.5％，優(yōu)選低于0.3％，且更優(yōu)選為0.12至0.30％。
當加入Zr時，在優(yōu)選實施方案中其范圍是0.04至0.2％，且更優(yōu)選0.12至0.17％，而且認為它有助于控制晶粒尺寸結(jié)構(gòu)。應(yīng)避免過高水平的Zr，因為Zr可促進金屬間化合物的形成從而降低鋁釬焊薄板的可加工性和耐腐蝕性。這對于Ti同樣適用，Ti應(yīng)當?shù)陀?.15％，優(yōu)選約0.03％。也可以加入Ti作為鑄造組織的晶粒細化劑，或者作為元素或者作為已知的硼化鈦或碳化鈦晶粒細化劑的形式。
可以加入元素Cr，V，Hf和Sc來幫助控制產(chǎn)品的晶粒組織，但是它們還對芯合金薄板制造期間的淬火敏感性有影響。這些元素的最佳水平取決于該芯板的加工，但是單獨的各成分的含量不應(yīng)超過限定的范圍。當使用這些元素中的兩種或多種時，這些組合元素的總量應(yīng)優(yōu)選不超過0.3％，且更優(yōu)選不超過0.26％。應(yīng)避免這些元素的過高水平，因為Zr可促進金屬間化合物的形成從而降低該鋁釬焊薄板的可加工性并且還可能降低耐腐蝕性。
一個優(yōu)選實施方案包含上文所述的芯層，和形成在該芯層兩側(cè)的包覆層。這種釬焊薄板可用于兩側(cè)都用于裝配釬焊薄板的各種應(yīng)用。
依照另一個優(yōu)選實施方案，在芯層的至少一側(cè)形成夾層，其中所述夾層或者包含耐腐蝕性小于芯層的犧牲(陽極)材料，或者包含耐腐蝕性大于芯層的保護性材料。該夾層優(yōu)選包含AA3xxx型的Al-Mn合金組成，或AA1xxx型的純鋁，或AA6xxx系列類型的AlMgSi合金，優(yōu)選向每一種中加入至多3wt.％的Zn。
通過在芯層和包含填料的包覆層之間使用夾層，可以獲得一個或多個下列優(yōu)點
首先，可以提高總體耐腐蝕性，與此同時可以通過使用Zn獲得并維持高的強度。因此，可以利用厚度較小的釬焊薄板，這樣的薄板重量較小且較為廉價。使用該夾層，依照本發(fā)明的釬焊薄板的腐蝕性能與常規(guī)AA3xxx型芯材或AA6xxx型材料相當。
其次，通過在芯層每側(cè)使用一個夾層(共兩個)可以獲得較高的熔化溫度。包含具有本發(fā)明合金的芯層和兩個夾層以及該層狀結(jié)構(gòu)一側(cè)或兩側(cè)的包覆層的層狀結(jié)構(gòu)，其初始熔點可減小或減少包含較多Zn的芯材熔化溫度降低的問題。
第三，該夾層可作為阻擋層防止Mg從芯層擴散到包覆層以及防止Si從包覆層擴散到芯層。通過降低元素在全部層中的遷移，可以實現(xiàn)釬焊薄板的性能提高，例如更好的可焊性和機械性能。
優(yōu)選的夾層包含Al-Mn合金組成，該Al-Mn合金包含下列組成(以重量百分比計)
Mn0.8至1.5
Si≤0.5
Cu≤0.5
Mg≤0.3
Fe≤0.5
Ti≤0.2余量是鋁以及附帶元素和雜質(zhì)，每種＜0.05％，總量＜0.20％。
除了錳或代替錳，該夾層更優(yōu)選包含鋅，其優(yōu)選范圍(以重量百分比計)是至多3％，更優(yōu)選0.5至2.5％，最優(yōu)選1.0至1.5％。加入鋅可以使犧牲陽極材料的電位相比芯合金惰性更低以便確保耐腐蝕效果。當加入量不足時，添加鋅的效果不充分。然而，如果加入過多的鋅，將在釬焊溫度方向上降低該合金的熔點。
此外發(fā)現(xiàn)減少夾層中的Mn從而部分用Zn代替，可以提高耐腐蝕性。該夾層可以使腐蝕路徑轉(zhuǎn)向從而保護芯層不受影響。
依照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案，該夾層由AA1xxx型合金制成作為保護層。因此，還可以添加Zn用于控制該層相對于芯層的電位。通常，優(yōu)選使用耐腐蝕性較低的夾層，例如可顯著不受機械損傷如孔洞或劃痕影響的犧牲夾層。
依照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案，在芯層的兩側(cè)形成包覆層，同時在芯層的至少一側(cè)在芯層和包覆層之間形成夾層。由于釬焊薄板通常一個側(cè)面暴露于腐蝕性氣氛，這個側(cè)面應(yīng)當在芯層和包覆層之間包含夾層以便保護芯層在釬焊后不被腐蝕。芯層與夾層的厚度比優(yōu)選范圍是10≤芯層/夾層≤50，其中該夾層的厚度優(yōu)選為至少40μm。這樣的厚度有利于總厚度約0.4至2.0mm的多包覆層或多層釬焊薄板制品。
芯層的厚度(以相對釬焊薄板總厚度的百分數(shù)表示)優(yōu)選為60至90％，夾層的厚度(以相對釬焊薄板總厚度的百分數(shù)表示)優(yōu)選為5至25％，而包覆層的厚度(以相對釬焊薄板總厚度的百分數(shù)表示)優(yōu)選為5至15％。
依照本發(fā)明的釬焊組件包含釬焊薄板，該釬焊薄板具有上述的芯層，位于該芯層一側(cè)或兩側(cè)上的夾層，和位于至少一個夾層上即該層狀結(jié)構(gòu)至少一側(cè)上的Al-Si型包覆層(填料合金)。
依照本發(fā)明的另一個實施方案，該釬焊組件在含有芯層和兩個夾層的層狀結(jié)構(gòu)的兩側(cè)包含包覆層。
依照另一個優(yōu)選實施方案，本發(fā)明的組件含有多個釬焊薄板，這些薄板相互疊置以致使可以為未被包覆層覆蓋的夾層面向外部并且通過釬焊面對面的包覆層使疊置釬焊薄板連接在一起。
本發(fā)明還包括上述釬焊薄板或上述組件在釬焊應(yīng)用中的用途，例如換熱器，如散熱器，油冷卻器，中間冷卻器，加熱器核心，蒸發(fā)器或冷凝器或類似應(yīng)用，以及通過連接釬焊薄板形成緊湊裝配制成的組件，該組件主要用于熱交換用途。
本發(fā)明還提供了生產(chǎn)具有高強度和良好耐腐蝕性的鋁合金釬焊薄板的方法，該方法包括如下步驟
a)鑄造具有下列組成(以重量百分比計)的芯錠作為芯材，該組成包括
Zn1.2至5.5
Mg0.8至3.0
Mn0.1至1.0
Cu＜0.2
Si＜0.35
Fe＜0.5，優(yōu)選＜0.30
以及可選地選自下列的一種或多種
Zr＜0.3
Cr＜0.3
V ＜0.3
Ti＜0.2
Hf＜0.3
Sc＜0.5
余量基本上是鋁和附帶元素及雜質(zhì)，每種＜0.05，總量＜0.15，
b)鑄造之后對芯錠進行均勻化和/或預(yù)熱，
c)鑄造包含Al-Si基填料合金的包覆錠，在鑄造之后對包覆錠進行均勻化和/或預(yù)熱并將所述包覆錠熱軋成軋制包覆構(gòu)件，
d)將芯錠和該熱軋包覆構(gòu)件疊置以便形成層狀構(gòu)件，
e)對所述的層狀構(gòu)件進行熱軋并可選冷軋成軋制品，
f)可選在一個或多個冷軋道次(pass)之間進行中間退火，
g)可選進行最終退火，和
h)優(yōu)選通過自然時效，對該軋制且可選中間/最終退火制品進行時效。
此外，可以另外鑄造中間坯錠(用于制造夾層的坯錠)，該中間坯錠包含AA3xxx型的Al-Mn合金組成或AA1xxx-型的純鋁或AA6xxx型的AlMgSi合金，每一種可選加入Zn，鑄造后對該中間坯錠進行均勻化和/或預(yù)熱然后將該中間坯錠熱軋成軋制中間構(gòu)件(用作夾層的軋制薄板)，并將芯錠，該中間構(gòu)件和熱軋包覆構(gòu)件(用作包覆層的軋制薄板，由另外的包覆錠制成)疊置以便形成層狀構(gòu)件。這里，優(yōu)選通過刮出大小為軋制中間構(gòu)件和熱軋包覆構(gòu)件尺寸的槽在芯錠中提供矩形槽。然后，將一片軋制中間構(gòu)件放置到該槽中并將一片軋制包覆構(gòu)件置于該軋制中間構(gòu)件上，隨后利用芯材和包覆材料之間的邊緣對該層狀結(jié)構(gòu)進行焊接接縫，以對層狀構(gòu)件進行熱軋并可選冷軋成軋制產(chǎn)品。
依照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案，提出了制造多層釬焊薄板的新方法。該方法包括通過如下步驟制造鋁合金多包覆層釬焊薄板a)鑄造多包覆層坯錠，由此利用上文所述的組成作為中間的芯層并使用AA3xxx型的Al-Mn合金組成或AA6xxx型的AlMgSi合金或AA1xxx-型的純鋁(可選加入Zn)作為中間芯層兩側(cè)的夾層，由此形成多包覆層坯錠(具有三層材料的坯錠，一個中間芯材，其兩側(cè)包覆有夾層材料)，
b)鑄造之后對該多包覆層進行均勻化和/或預(yù)熱，
c)鑄造包含Al-Si基填料合金的包覆層坯錠，鑄造之后對包覆錠進行均勻化和/或預(yù)熱并將包覆錠熱軋成軋制包覆構(gòu)件，和
d)將所述多包覆層坯錠和熱軋包覆構(gòu)件疊置以便形成層狀構(gòu)件，
e)對該層狀構(gòu)件進行熱軋并可選將其冷軋成軋制品，
f)可選在一個或多個冷軋道次之間進行中間退火，
g)可選進行最終退火，和
h)對該軋制且可選中間/終端退火制品進行時效，優(yōu)選自然時效。
這種方法的優(yōu)點是同時鑄造芯錠和該芯錠兩側(cè)上結(jié)合的夾層，由此減少熱軋或軋制包覆期間的層移位問題。
可以按照類似方式利用本領(lǐng)域中常用的其它包覆技術(shù)來生產(chǎn)本發(fā)明的多層材料，例如噴涂包覆或連續(xù)鑄造包覆。
本發(fā)明還提供了制造上文所述的釬焊組件的優(yōu)選方法，按上文所述且優(yōu)選通過鑄造包覆錠的方法生產(chǎn)釬焊薄板，并將其相互疊置，將釬焊薄板的組件加熱至釬焊溫度。典型的釬焊循環(huán)包含，例如在第一時間段內(nèi)加熱到第一溫度，然后在第二時間段內(nèi)加熱到第二溫度，將所述組件保持在第二溫度下持續(xù)第三時間段，然后以一定冷卻速率冷卻該組件。
舉例來說，第一溫度的范圍是約500℃至550℃，第二溫度的范圍是約580℃至600℃，第一時間段的范圍是約8分鐘至12分鐘，第二個時間段的范圍是約3分鐘至7分鐘，第三時間段的范圍是約2分鐘至4分鐘，并且該冷卻速率的典型范圍是約50℃/min至70℃/min。
可以使用各種釬焊工藝，例如真空釬焊或受控氣氛釬焊，后者利用了例如NOCOLOK助焊劑，或優(yōu)選使用鎳和/或鐵和/或鈷的無助焊劑釬焊。
因此本發(fā)明提供了顯示具有極高釬焊后強度的芯層的釬焊薄板。平均釬焊后強度(0.2％屈服強度)約為165MPa。在最佳的實例中，優(yōu)選與AA3xx3型夾層結(jié)合的AA7xxx型芯合金具有47天無穿孔的SWAAT性能。
本發(fā)明芯合金的晶粒組織表現(xiàn)為強烈伸長、再結(jié)晶的晶粒，平均晶粒尺寸(寬×長)約為15×250μm。該合金顯示其中金屬間化合物微小的芯部，并且許多金屬間化合物在軋制方向上形成紋理或線條。在夾層區(qū)域以及芯層中形成的析出物的量提高。然而，芯層中還形成一些具有較少析出物的亮紋理。
在該實施例中，可以在大約120μm的深度上發(fā)現(xiàn)鋅濃度朝著芯層表面的方向降低。因此，主體芯(bulk-core)區(qū)域中較高的Zn濃度導(dǎo)致該多包覆層合金在表面區(qū)域具有顯著更高的腐蝕電位。
附圖簡述
根據(jù)下面對若干優(yōu)選實施方案的詳述，容易了解依照本發(fā)明的釬焊薄板的前述及其它特征和優(yōu)點。在附圖中顯示了一些實施例


圖1顯示了依照本發(fā)明的基本的釬焊薄板結(jié)構(gòu)；
圖2顯示了本發(fā)明釬焊薄板的三層結(jié)構(gòu)；
圖3顯示了依照本發(fā)明的五層結(jié)構(gòu)；而
圖4顯示了具有依照圖3結(jié)構(gòu)的疊置釬焊薄板的輕質(zhì)釬焊組件的一部分。
優(yōu)選實施方案詳述
圖1顯示了依照本發(fā)明的釬焊薄板的基本結(jié)構(gòu)，具有芯層1和包覆層2。如圖2和圖3所示，可以在芯層1兩側(cè)用Al-Si基填料合金合金型的包覆層2進行包覆或者一側(cè)使用包覆層2而另一側(cè)使用夾層3。具有夾層3的另一側(cè)暴露于腐蝕性氣氛。
圖3和圖4顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。芯層1位于兩個夾層3之間，這兩個夾層又被包覆層2包覆。通過制造包含本發(fā)明釬焊薄板的組件，在釬焊過程中包覆層2在兩個疊置釬焊薄板的夾角4處聚集，由此被釬焊在一起。
實施例
以工業(yè)規(guī)模將五種不同的鋁合金鑄造成錠，這些鑄錠可用作高強度鋁合金釬焊薄板的Al-Zn芯層，這些合金具有表1所列出的如下化學(xué)組成。
表1DC-鑄造芯材鋁合金的化學(xué)組成，以重量百分比計，Cu 0.02％，Si 0.08％，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)。
將鑄錠鋸成約100×80×80mm的軋制用塊體(rolling block)。這些塊體保持未包覆。均勻化之后，用AA4045合金的釬焊填料層包覆這些塊體，然后通過與用于釬焊薄板材料的標準工藝路線相當?shù)墓に嚶肪€進行軋制(至0.4mm/1.0mm)。然后在350℃下對該多包覆層材料最終退火3小時達到O-回火條件，加熱速率和冷卻速率是大約30℃/h。表2中給出處于O-回火條件的多包覆層合金1至4的機械性能。對該多包覆層材料進行典型釬焊循環(huán)后測量釬焊后屈服強度。
表2表1中合金1-4的拉伸性能和強度，延伸率(可成形性)，初始熔點(T-Melt)和釬焊后屈服強度(Rp(p.b.))。
表2顯示在0回火條件下該合金相當堅韌。此外芯合金1，2和4具有合格的可成形性(8-13％)。初始熔點顯著高于600℃。較高的Zn含量導(dǎo)致提高的強度性質(zhì)，其中較高的Mg含量也可以增加合金的強度。合金2和4可以滿足140MPa釬焊后屈服強度(0.2％PS)的優(yōu)選目標。
這里，可以看出鋅和鎂的平衡對于強度性質(zhì)非常重要。此外，所有的芯合金都到達了目標初始熔點，其中認為硅和鎂對降低初始熔點具有比鋅強的多的影響。最有希望的合金是合金2和4，這兩種合金顯示出148MPa和174MPa的極高強度，同時具有618℃和609℃的初始熔點。
此外，結(jié)合兩種不同的夾層合金對合金5進一步進行測試。以工業(yè)規(guī)模鑄造兩種不同的鋁合金，從而夾層包含兩種不同的合金組成。
表3中列出了該化學(xué)組成。
表3DC-鑄造夾層鋁合金的化學(xué)組成，以重量百分比計，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)。
與包含表1中合金5的芯層結(jié)合使用表3所示的兩種合金。對35天自然時效后不同多包覆層材料的釬焊后機械性能進行測試，結(jié)果如表4所示。
表5中給出通過DSC測得的兩種多包覆層材料的初始熔點。在最終退火、0回火條件的預(yù)釬焊板材上進行初始熔點的測量。
表435天自然時效后的釬焊后機械性能，多包覆層材料的腐蝕性能(SWAAT測試依照ASTM G85)，結(jié)合不同厚度，50天后結(jié)束測試。
表5通過DSC測得的初始熔點。
芯合金5與夾層合金1或2的組合的初始熔點綽綽有余。與標準釬焊材料相比，SWAAT測試結(jié)果顯示了該材料優(yōu)異的腐蝕性能。此外，據(jù)顯示，無鋅夾層的耐腐蝕性優(yōu)于上文所述的含鋅夾層?？磥碜詈檬褂么笥?.5mm的厚度和/或使用夾層合金1以便獲得更好的腐蝕性能。因此本發(fā)明的多包覆層或多層釬焊薄板具有極高的釬焊后強度，并且兼具非常好的腐蝕性能和相對高的初始熔點，從而可以為結(jié)構(gòu)提供良好的釬焊性能。特別地，合金4的174MPa的釬焊后強度性能優(yōu)于大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的芯合金。因此，本發(fā)明的多包覆層釬焊薄板具有極高的釬焊后強度，并且兼具非常好的腐蝕性能和相對高的初始熔點，從而可以為結(jié)構(gòu)提供良好的釬焊性能。
現(xiàn)在已完全描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白可以在不背離上文所述的本發(fā)明的主旨和范圍的情況下做出許多變化和改進。
權(quán)利要求
1.高強度鋁-鋅合金釬焊薄板，該釬焊薄板包含Al-Zn芯層(1)和至少一個包覆層(2)，所述芯層(1)包含下列組成(以重量百分比計)
Zn1.2-5.5
Mg0.8-3.0
Mn0.1-1.0
Cu＜0.2
Si＜0.35
Fe＜0.5，
可選的下列一種或多種
Zr＜0.3
Cr＜0.3
V＜0.3
Ti＜0.2
Hf＜0.3
Sc＜0.5
余量基本上是鋁和附帶元素及雜質(zhì)，所述包覆層(2)包含Al-Si基填料合金并將該包覆層施用到芯層(1)的至少一側(cè)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的釬焊薄板，其中芯層(1)中Zn含量的范圍是3.0至5.0％，更優(yōu)選的范圍是3.5至5.0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的釬焊薄板，其中芯層(1)中Mg含量的范圍是1.2至2.5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一個的釬焊薄板，其中芯層(1)中Mn含量的范圍是0.4至0.8％。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的釬焊薄板，其中芯層(1)中Zr含量的范圍是0.04至0.2％。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的釬焊薄板，其中將所述的包覆層(2)施用到芯層(1)的兩側(cè)。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的釬焊薄板，其中在芯層(1)的至少一側(cè)施用夾層(3)，所述夾層(3)包含耐腐蝕性小于芯層(1)的犧牲陽極材料或耐腐蝕性大于芯層(1)的保護性材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的釬焊薄板，其中所述夾層(3)包含AA3xxx型的Al-Mn合金組成，或AA1xxx型的純鋁，或AA6xxx型的AlMgSi合金，每一種都可選加入至多3％的Zn。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的釬焊薄板，其中所述夾層(3)包含Al-Mn合金組成，該合金組成包含下列組成(以重量百分比計)
Mn0.8至1.5
Si≤0.5
Cu≤0.5
Mg≤0.3
Fe≤0.5
Ti≤0.2
余量基本上是鋁以及附帶元素和雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9任何一個的釬焊薄板，其中所述夾層(3)除了Mn或代替Mn包含Zn，其范圍是(以重量百分比計)0.50至2.5，優(yōu)選的范圍是1.0至1.5。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的釬焊薄板，其中將所述包覆層(2)施用到芯層(1)的兩側(cè)，其中在芯層(1)的至少一側(cè)在芯層(1)和包覆層(2)之間施用夾層(3)。
12.包含任一前述權(quán)利要求所要求的釬焊薄板的釬焊組件，其中所述組件由四層或五層釬焊薄板組成，其包含芯層(1)，該芯層每一側(cè)上的夾層(3)和至少一個夾層(3)上的包覆層(2)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的釬焊組件，其中將多個釬焊薄板相互疊置以便使可以為未被包覆層(2)覆蓋的夾層(3)面朝外部，然后通過釬焊面對面的包覆層(2)將疊置的釬焊薄板連接在一起。
14.權(quán)利要求1至11中任何一個所要求的釬焊薄板在釬焊薄板制品或在依照權(quán)利要求12或13的釬焊組件中的用途。
15.生產(chǎn)具有高強度和良好耐腐蝕性的鋁合金釬焊薄板的方法，該方法包括如下步驟a)鑄造具有下列組成(以重量百分比計)的芯錠作為芯材
Zn1.2至5.5
Mg0.8至3.0
Mn0.1至1.0
Cu＜0.2
Si＜0.35
Fe＜0.5
可選的下列一種或多種
Zr＜0.3
Cr＜0.3
V＜0.3
Ti＜0.2
Hf＜0.3
Sc＜0.5
余量基本上是鋁和附帶元素及雜質(zhì)，
b)鑄造之后對芯錠進行均勻化和/或預(yù)熱，
c)鑄造包含Al-Si基填料合金的包覆錠，在鑄造之后對包覆錠進行均勻化和/或預(yù)熱并將所述包覆錠熱軋成軋制包覆構(gòu)件，
d)將所述芯錠和所述熱軋包覆構(gòu)件疊置以便形成層狀構(gòu)件，
e)對所述層狀構(gòu)件進行熱軋并可選對所述多層狀構(gòu)件進行冷軋形成軋制產(chǎn)品，
f)可選在冷軋道次之間對所述的層狀構(gòu)件進行中間退火，
g)可選進行最終退火，和
h)對該軋制且可選中間和/或最終退火制品進行時效。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中另外鑄造夾層坯錠，該夾層坯錠包含AA3xxx型的Al-Mn合金組成或AA1xxx-型的純鋁或AA6xxx型的AlMgSi合金，并可選加入最多3wt％的Zn，鑄造后對該夾層坯錠進行均勻化和/或預(yù)熱然后將所述的夾層坯錠熱軋成軋制夾層構(gòu)件，并將所述芯錠，所述夾層構(gòu)件和所述熱軋包覆構(gòu)件疊置以便形成所述的層狀構(gòu)件。
17.權(quán)利要求15中要求的方法，其中
a)鑄造多包覆層坯錠，由此利用權(quán)利要求16中所要求的組成作為中間的芯層(1)并使用AA3xxx型的Al-Mn合金組成或AA1xxx-型的純鋁或AA6xxx型的AlMgSi合金并可選加入最高3wt％的Zn作為中間芯層(1)兩側(cè)的夾層(3)，由此形成所述的多包覆層坯錠，
b)鑄造之后對所述多包覆層坯錠進行均勻化和/或預(yù)熱，
c)鑄造包含Al-Si基填料合金的包覆坯錠，鑄造之后對包覆錠進行均勻化和/或預(yù)熱并將所述包覆坯錠熱軋成軋制包覆構(gòu)件，和
d)將所述多包覆層坯錠和所述熱軋包覆構(gòu)件疊置以便形成所述的層狀構(gòu)件。
18.高強度鋁-鋅合金釬焊薄板，該釬焊薄板包含Al-Zn芯層(1)和至少一個包覆層(2)，所述芯層(1)基本上由下列成分(以重量百分比計)組成
Zn1.2-5.5
Mg0.8-3.0
Mn0.1-1.0
Cu≤0.2
Si≤0.35
Fe≤0.5，
可選的下列一種或多種
Zr＜0.3
Cr＜0.3
V＜0.3
Ti＜0.2
Hf＜0.3
Sc＜0.5
余量基本上是鋁和附帶元素及雜質(zhì)，所述包覆層(2)包含Al-Si基填料合金并且將該包覆層施用到芯層(1)的至少一側(cè)上。
19.根據(jù)權(quán)利要求7或8的釬焊薄板，其中所述夾層(3)包含Al-Mn合金組成，該合金基本上由下列成分(以重量百分比計)組成
Mn0.8-1.5
Si≤0.5
Cu≤0.5
Mg≤0.3
Fe≤0.5
Ti≤0.2
余量基本上是鋁以及附帶元素和雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含Al－Zn芯層(1)和至少一個包覆層(2)的高強度鋁合金釬焊薄板，芯層(1)包含下列組成(以重量百分比計)Zn1.2－5.5，Mg 0.8－3.0，Mn 0.1－1.0，Cu＜0.2，Si＜0.35，F(xiàn)e＜0.5，可選Zr＜0.3，Cr＜0.3，V＜0.3，Ti＜0.2，Hf＜0.3，Sc＜0.5中的一種或多種，余量是鋁和附帶的元素和雜質(zhì)，該包覆層包含Al－Si基填料合金并且被施用到該芯層的至少一側(cè)。此外本發(fā)明涉及包含這種釬焊薄板的釬焊組件，涉及這種釬焊薄板的用途和制造鋁合金釬焊薄板的方法。
文檔編號B23K35/02GK1832825SQ20048002278
公開日2006年9月13日 申請日期2004年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者R·貝爾迪克圖斯, A·比格爾, A·J·P·哈斯勒 申請人:克里斯鋁軋制品有限公司