專利名稱：用于硬釬焊的鋁合金帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及鋁合金帶，可能的是在一個(gè)或兩個(gè)面上包覆有硬釬焊合金并用于硬釬焊零件生產(chǎn)的鋁合金帶，具體是用于汽車(chē)或建筑物的熱交換器，和更為具體的是在受控氣氛下通過(guò)無(wú)焊劑硬釬焊裝配的零件。
現(xiàn)有技術(shù)用于汽車(chē)熱交換器裝配的最常用的方法是硬釬焊。這是基于使用由所謂“芯”合金組成的包覆帶材，所謂“芯”合金的一個(gè)或兩個(gè)面上涂覆有所謂“硬釬焊”合金，至少用于要裝配的部件之一。這所謂“硬釬焊”合金特征在于，液相線溫度低于芯合金固相線溫度約30℃。通過(guò)應(yīng)用適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可以只熔化包覆層，該包覆層然后?rùn)濕接觸的表面，在組件冷卻后允許好的裝配。
目前存在三種不同的硬釬焊技術(shù)最為廣泛使用的是在要裝配的零件上涂覆非腐蝕性的“焊劑”后，在受控的氮?dú)鈿夥障碌挠测F焊，最為常用的是Nocolok焊劑。這種用來(lái)溶解鋁上的表面氧化物層，并進(jìn)而提高表面潤(rùn)濕性的產(chǎn)品是氟鋁酸鉀類型。當(dāng)其使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題；顯而易見(jiàn)的，產(chǎn)品具有固有的成本；它的沉積需要特殊的設(shè)備，該設(shè)備經(jīng)常會(huì)防礙交換器生產(chǎn)線的完全自動(dòng)化；最后必須安排廢液處理。
另一種較老的、但特別是在北美仍然使用的技術(shù)是真空硬釬焊。這種方法必須使用包含鎂的包覆層；這種元素在表面偏析，在真空中蒸發(fā)，捕獲殘留的痕量氧。這就避免了最初由不一致膨脹破壞的氧化物層的重新形成。焊劑不是必須的，但真空產(chǎn)生設(shè)備是非常復(fù)雜的，連帶的維護(hù)費(fèi)用是非常高的。出于經(jīng)濟(jì)的原因，逐漸地放棄了現(xiàn)有的生產(chǎn)線并由Nocolok生產(chǎn)線取代。
最后，更少使用的第三種方法是，沉積鎳層而不是焊劑。然后在氮?dú)庀逻M(jìn)行硬釬焊。在硬釬焊周期中通過(guò)在包覆層表面上Al-Ni相的產(chǎn)生而釋放的能量足以破壞氧化物層。
主要的問(wèn)題是在現(xiàn)有的Nocolok生產(chǎn)線上實(shí)施硬釬焊操作(由于這些是最為廣泛使用的和最為經(jīng)濟(jì)的)，不使用焊劑或其它任何復(fù)雜的表面制備且不會(huì)引起使用這種技術(shù)裝配的交換器最終性能的退化。
在這個(gè)領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛開(kāi)發(fā)的解決方法是鎳沉積硬釬焊方法的適用。盡管已經(jīng)獲得和使用日益簡(jiǎn)化的沉積技術(shù)，如專利申請(qǐng)WO02/07928(Corus)所描述的，但也從未提供解決問(wèn)題的更為全面的方法。如果生產(chǎn)者實(shí)施這種操作，交換器或鋁帶的生產(chǎn)者就必須增加用于在硬釬焊前的表面制備的特殊設(shè)備，并必須繼續(xù)處理此時(shí)由鎳鍍槽產(chǎn)生的廢液。此外，盡管就耐腐蝕而言已經(jīng)取得了進(jìn)步，如專利申請(qǐng)WO02/060639(Corus)提到的，但顯示的性能并沒(méi)有總是達(dá)到Nocolok硬焊產(chǎn)品所要求的性能(例如參見(jiàn)Pechiney Rhenalu的專利申請(qǐng)WO02/40729)。
其它的解決方法涉及包覆合金和/或在硬釬焊爐中氣氛條件的適用，例如專利US 3811 177(VAW)，該專利提及在硬釬焊合金中Bi、Sr、Ba或Sb元素的添加以調(diào)節(jié)它的表面張力。鉍對(duì)表面張力的作用在專利EP0004096(Ford)中也有提及。最近，在Kaiser Aluminum的申請(qǐng)WO01/98019提及添加鈉，可能的伴隨添加鉀或鉍的優(yōu)點(diǎn)。最后在EP1306207(Sky Aluminium)中，含有Mg和Bi的硬釬焊被一層由鋁合金形成的薄層覆蓋，該鋁合金當(dāng)開(kāi)始熔融時(shí)仍保持固態(tài)；鋁合金薄層僅在硬釬焊周期的后期破裂，釋放出液體包覆物，該包覆物然后潤(rùn)濕其上表面；通過(guò)在氣氛下短時(shí)間的工作，避免了液體硬釬焊合金的氧化。當(dāng)薄層上存在的氧化物被液體環(huán)繞時(shí)會(huì)破裂。
發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是能夠在良好的經(jīng)濟(jì)條件下，通過(guò)由鋁合金制成零件的無(wú)焊劑硬釬焊進(jìn)行生產(chǎn)，并具體的是使用與在受控氣氛下采用焊劑的硬釬焊中相同的設(shè)備。
本發(fā)明的目的是含有0.01-0.5％的釔和/或0.05-0.5％的鉍，至少一個(gè)面上涂覆有硬釬焊合金的鋁合金帶或片。涂層可以是通過(guò)共軋包覆的層，例如含有4-15％硅的鋁合金。它也可以是包括硬釬焊合金顆粒的層，具體的是Al-Si合金顆粒，可能的包覆在樹(shù)脂中。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是硬釬焊的零件，具體的是使用含有0.01-0.5％釔和/或0.05-0.5％鉍的鋁合金帶或片制成的熱交換器。
附圖描述

圖1a和1b分別表示在實(shí)施例中使用的以評(píng)價(jià)可硬釬焊性的V測(cè)試片的頂視和側(cè)視圖。
圖2表示實(shí)施例中描述的可硬釬焊性測(cè)試中使用的硬釬焊接頭寬度的定義。
發(fā)明描述和上述提及的技術(shù)不同，本發(fā)明用來(lái)改進(jìn)芯合金的組成，使得硬釬焊能在沒(méi)有任何沉積物下、在標(biāo)準(zhǔn)的受控氣氛條件下進(jìn)行，并使得能在無(wú)需改變?cè)O(shè)備生產(chǎn)者使用的硬釬焊裝置的條件下完成。
令人驚訝的是，對(duì)于在氮?dú)庀碌臒o(wú)焊劑硬釬焊，在芯中一些元素如0.05％含量的釔或約0.15％含量的鉍的添加能導(dǎo)致令人滿意的硬釬焊接頭質(zhì)量。
本方法適用于所有含有至少80重量％鋁的鋁合金類型，具體的是在添加具體用于使之能夠無(wú)焊劑硬釬焊的元素之前的組成滿足下面條件(重量％)的合金Si＜1.0；Fe＜1.0；Cu＜1.0；Mn＜2.0；Mg＜3.0；Zn＜6.0；Ti＜0.3；Zr＜0.3；Cr＜0.3；Hf＜0.6；V＜0.3；Ni＜2.0；Co＜2.0；In＜0.3；其它元素每種＜0.05，總量＜0.15，剩余鋁。
片或帶可通過(guò)在一個(gè)或兩個(gè)面上共軋用硬釬焊鋁合金包覆，通常合金包含4-15％的硅。硬釬焊合金可包含其它添加劑如銅、鎂或鋅。也可包含用來(lái)調(diào)整合金表面張力的元素如Ag、Be、Bi、Ce、La、Pb、Pd、Sb、Y或混合稀土合金，換言之是無(wú)法分離的稀土的混合物。在硬釬焊合金單面被包覆的情況下，另一面可用本身已知的方式涂覆犧牲合金，通常是Al-Zn類型，旨在提高芯合金的耐腐蝕性。
硬釬焊合金也可以顆粒的形式沉積，具體的是Al-Si顆粒，例如專利EP0565568(Alcan International)所描述的。對(duì)于在受控氣氛條件下的硬釬焊，硬釬焊合金顆粒通常與焊劑顆粒相聯(lián)系，特別是基于氟化物如氟鋁酸鉀的焊劑，和如聚合物樹(shù)脂的粘結(jié)劑。在這種情況下發(fā)明的一個(gè)特別的好處在于可避免涂層中焊劑的存在。
當(dāng)用于硬焊零件的生產(chǎn)并與其它涂覆有硬釬焊合金的片相聯(lián)系時(shí)時(shí)，添加鉍和/或釔的合金片也可不涂覆的使用。
實(shí)施例實(shí)施例1鑄造4個(gè)具有下面組成的芯合金的板
和4047包覆合金板(Al-12％Si)。由這些板制得的組件使得包覆合金的厚度是總厚度的10％。熱軋這些組件，然后冷軋以生產(chǎn)0.3mm厚的包覆帶材。然后這些帶在260℃進(jìn)行回復(fù)處理10h。
如圖1描述的測(cè)試件用于評(píng)價(jià)這些材料的可硬釬焊性?！癡”由0.3mm厚的由在H24狀態(tài)的3003合金制得的裸帶組成。對(duì)要硬釬焊的金屬在250℃脫脂處理15分鐘。無(wú)需其它的表面準(zhǔn)備，尤其不需沉積焊劑。在雙層玻璃爐中進(jìn)行硬釬焊，在爐中可觀察處理中的液體硬釬焊合金的運(yùn)動(dòng)和接頭的形成。熱周期的組成是以約20℃/min的速度升溫到610℃，在610℃保溫2分鐘，然后以約30℃/min的速度降溫。整個(gè)過(guò)程在持續(xù)的以8l/min速度的氮?dú)獯祾呦逻M(jìn)行。
結(jié)果按下面的比例標(biāo)記為A-E
在表1中給出結(jié)果
表1
可以看出由于在芯合金中Y和Bi的添加而獲得的可硬焊接性的提高。
實(shí)施例2用同樣的方式鑄造2個(gè)具有下面組成的板
和4045包覆合金板(Al-10％Si)。進(jìn)行的相變過(guò)程和測(cè)試與實(shí)施例1完全相同。
表2中給出結(jié)果表2
可以看出，向合金N中加入釔明顯改善了可硬釬焊性。
實(shí)施例3用同樣的方式鑄造2個(gè)具有下面組成的板
和4045包覆合金板(Al-10％Si)。進(jìn)行的相變過(guò)程和測(cè)試與實(shí)施例1完全相同。
表3中給出結(jié)果
表3
可以看出釔在合金P中的添加顯著的提高了可硬釬焊性。
權(quán)利要求
1.鋁芯合金帶和片，其包括至少80重量％鋁、0.01-0.5％釔和/或0.05-0.5％鉍，和具有下面含量的元素Si＜1.0；Fe＜1.0；Cu＜1.0；Mn＜2.0；Mg＜3.0；Zn＜6.0；Ti＜0.3；Zr＜0.3；Cr＜0.3；Hf＜0.6；V＜0.3；Ni＜2.0；Co＜2.0；In＜0.3；Sn＜0.3，其它元素每種＜0.05和總量＜0.15，在所述帶或片至少一個(gè)面上涂覆有硬釬焊鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的帶或片，其特征在于該硬釬焊合金是含有4-15重量％硅的合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的帶或片，特征在于該硬釬焊合金包含至少一種用于改變合金的表面張力的元素，例如Ag、Be、Bi、Ce、La、Pb、Pd、Sb、Y或混合稀土合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的帶或片，其特征在于該硬釬焊合金涂層是通過(guò)與基質(zhì)鋁合金共軋獲得的包覆層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的帶或片，其特征在于該硬釬焊合金涂層由顆粒組成，可能的包覆在樹(shù)脂層中。
7.使用鋁合金帶或片制得的硬釬焊零件，該鋁合金帶和片包括0.01-0.5％釔和/或0.05-0.5％鉍，和具有下面含量的元素Si＜1.0；Fe＜1.0；Cu＜1.0；Mn＜2.0；Mg＜3.0；Zn＜6.0；Ti＜0.3；Zr＜0.3；Cr＜0.3；Hf＜0.6；V＜0.3；Ni＜2.0；Co＜2.0；In＜0.3；Sn＜0.3，其它元素每種＜0.05和總量＜0.15。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的硬釬焊零件，其特征在于所用的帶或片涂覆有硬釬焊合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的硬釬焊零件，其特征在于所用的帶或片涂覆有硬釬焊合金顆粒，可能的包覆在樹(shù)脂層中。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁合金帶或片，包括至少80重量％鋁和0.01－ 0.5％的釔和/或0.05－0.5％的鉍，該帶或片在至少一個(gè)面涂覆有硬釬焊合金。所述帶或片用于無(wú)焊劑焊接的產(chǎn)品的生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C23C30/00GK1882407SQ200480033570
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者S·迪拉克, S·亨利 申請(qǐng)人:愛(ài)爾康何納呂公司, 愛(ài)爾康軋制品-雷文斯伍德有限公司