CN109988946A - 一种真空钎焊翅片材料及其制备方法 - Google Patents

一种真空钎焊翅片材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝合金复合材料，其包含芯材合金和复合层合金，其中复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.02μm‑0.2μm的颗粒的密度(以个/mm3计)的比值为1.5以上。基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：0.3‑1.5重量％的Si、0.1‑1.0重量％的Cu、0.1‑1.0重量％的Mn、0.1‑0.9重量％的Mg、和≤0.35重量％的Fe；以及(i)‑(iii)中的至少一种：(i)0.05‑0.25重量％的Ti、(ii)0.05‑0.25重量％的Zr、(iii)0.02‑0.25重量％的Cr；以及单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；余量为Al。本发明还涉及所述铝合金复合材料的制备方法。本发明的铝合金复合材料，具有高强度且具有优良抵抗钎料熔蚀能力，适合用作翅片材料，特别是用作真空钎焊的油冷器、水箱等换热器的翅片。

Description

一种真空钎焊翅片材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金复合材料，其具有高强度且具有优良抵抗钎料熔蚀能力，适合用作翅片材料，特别是用作真空钎焊的油冷器、水箱等换热器的翅片。本发明还涉及所述铝合金复合材料的制备方法。
背景技术
铝合金由于质轻且高的热传导性，广泛用作制备应用于各种行业如汽车、工程机械、电力等的换热器。换热器主要通过钎焊法(硬钎焊)来生产，主要包括真空钎焊和可控气氛钎焊。真空钎焊即在具有真空条件的炉子内对铝换热器的部件加热进行接头的连接。真空钎焊的优点在于由于处于真空条件下，氧的含量极低，铝换热器的部件进行加热时不会进一步氧化，从而使氧化膜的厚度控制在一定范围内。随后在升温至接近600℃的条件下，Al-Si钎料合金熔化，表面的氧化膜破裂，通过毛细作用使熔化的钎料流动到钎焊接头处，形成冶金结合的钎焊接头。真空钎焊不需要添加额外的钎剂(助焊剂)等来去除表面氧化膜，因此换热器的内腔非常洁净。内腔的洁净对于某些换热器是非常重要的，比如油冷器。
油冷器是现代汽车、工程机械等其发动机润滑***或液压***不可缺少的换热器零部件。主要用于车辆发动机润滑油、液压油或燃油的冷却，冷却方式可以是冷却水或空气。油冷器具有结构紧凑、耐压和耐高温要求高、耐腐蚀性能好、传热效率高、可靠性好等特点。真空钎焊并不使用钎剂，使油冷器可以更加清洁，不容易因为钎剂残留而造成通道堵塞或腐蚀问题等。但是，由于炉子内为真空环境，在真空钎焊过程中仅能通过辐射传递热量，使得钎焊时升温速度很慢，钎焊时间很长，铝钎焊材料在高温下会发生熔蚀及软化变形等问题。
随着排放法规的不断加严，换热器产品也在进行不断更新换代，目前新趋势是更有效地利用材料以降低换热器的重量和成本。对于油冷器而言，其耐压和耐高温要求更高，并进一步向轻量化、紧凑化、模块化发展。这也对真空钎焊用铝材提出了更高的要求，要求材料本身强度，钎焊性能等达到更高的目标，而通过使用更薄的材料，使换热器的重量降低成为可能。而现有的真空钎焊用翅片材料还无法满足换热器减重而提出的材料进一步减薄的要求。对于油冷器来说，普通的真空钎焊翅片材料为了保证其高温下不变形，一般采用较厚的翅片材料，厚度一般大于0.25mm，有的甚至有0.4mm。
CN102554585A公开了一种铝合金钎焊板料的制造方法，该方法包括依次执行的下述步骤：铸造铝合金铸锭；均匀化所述铸锭，然后冷却，并进行常规的铣面；对所述铸锭进行单面或双面复合铝硅钎料层，以形成复合料；加热所述复合料；热轧并冷轧所述加热的复合料，以形成具有第一厚度的冷轧料；对所述冷轧料进行完全软化退火；以及对所述软化退火的板料进行预拉伸，由此获得具有小于所述第一厚度的第二厚度的最终的铝合金钎焊板料。该制造方法获得的材料具有良好的延伸率和芯材熔蚀残余厚度。CN 102357744A公开了一种新型真空钎焊用4A13铝合金，其特征在于：其包含总重量份数为100份的以下材料：硅(Si)大于8.2份-9份，铁(Fe)0份-0.6份，铜(Cu)0份-0.2份，锰(Mn)0份-0.2份，镁(Mg)0.08份-0.2份，锌(Zn)0份-0.2份，钛(Ti)0份-0.15份，其它杂质微量元素0份-0.15份，其余为铝(Al)。
本发明是为了解决上述提及的真空钎焊用翅片材料强度不高或/和抵抗钎料熔蚀性能差的问题进行的开发，以获得一种高强度、较好抗钎料熔蚀的铝合金复合翅片材料。本发明通过对传统的翅片材料的构成进行重组，且使原来的单层材料变成多层材料，并优化各层材料的成分及占比，实现了该铝合金复合材料在满足减薄的同时，材料在钎焊后具有较高的强度，而且该材料在钎焊过程中具有较好的抵抗钎料熔蚀的性能，特别适合于用做真空钎焊用的翅片材料。并且，本发明还提供一种真空钎焊用铝合金翅片材料的制造方法，所述的铝合金翅片材料即使在长时间的真空钎焊条件下也能得到良好的钎焊接头，并且在钎焊后具有优异的强度，特别适合用于对减重要求高的换热器产品。
本发明的发明人研究了铝钎焊材料获得高强度及抗钎料熔蚀性能的各种影响因素，结果发现，通过多层复合材料例如三层来代替传统的单层材料并采用具有特定的合金组成和合金组织的铝合金，可以获得既具有高强度又能抗钎料熔蚀的翅片材料。其中，芯材(母材)可以保证材料有很高的强度，而复合层(包覆层)可以用来抵抗钎料的熔蚀作用，两者的有机结合完成了本发明。
发明内容
本发明的一方面涉及一种铝合金复合材料，其包含芯材合金和复合层合金，其中复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒的密度(以个/mm3计)的比值为1.5以上；
其中基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：
0.3-1.5重量％的Si、
0.1-1.0重量％的Cu、
0.1-1.0重量％的Mn、
0.1-0.9重量％的Mg、和
≤0.35重量％的Fe；
以及
(i)-(iii)中的至少一种：
(i)0.05-0.25重量％的Ti、
(ii)0.05-0.25重量％的Zr、
(iii)0.02-0.25重量％的Cr；
以及
单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；
余量为Al。
在一个实施方案中，本发明的铝合金复合材料中，基于所述复合层合金，所述复合层合金包含：
0.05-0.6重量％的Si、
≤0.25重量％的Fe、和
0.5-2.0重量％的Mn；
以及
任选存在的(i’)-(iv’)中的至少一种：
(i’)≤0.5重量％的Cu、
(ii’)0.01-0.25重量％的Ti、
(iii’)0.05-0.25重量％的Zr、
(iv’)0.02-0.25重量％的Cr；
以及
单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；
余量为Al。
在一个优选的实施方案中，本发明的铝合金复合材料中，基于所述芯材合金，所述芯材合金包含0.2-0.6重量％的Mg。
在另一个优选的实施方案中，本发明的铝合金复合材料中，基于所述芯材合金，所述芯材合金包含0.2-0.95重量％的Mn。
在又一个优选的实施方案中，本发明的铝合金复合材料中，基于所述复合层合金，所述复合层合金包含0.05-0.55重量％的Si。
在还一个优选的实施方案中，本发明的铝合金复合材料中，基于所述复合层合金，所述复合层合金包含0.8-1.8重量％的Mn。
在又一个实施方案中，本发明的铝合金复合材料的特征在于，在所述芯材合金的一个面或两个面上包覆所述复合层合金。
在还一个实施方案中，铝合金复合材料的厚度为约0.25mm以下。
本发明的另一方面涉及一种制备铝合金复合材料的方法，其包括以下步骤：
a)分别铸造芯材合金和复合层合金的铸锭；
b)将复合层合金热处理；
c)锯切、铣面；
d)制备复合层合金的厚板片；
e)将芯材合金和复合层合金的厚板片进行复合；
f)预加热和热轧；
g)冷轧；
h)退火，
其中，步骤b)中热处理的温度为400-540℃。
在一个实施方案中，本发明的制备铝合金复合材料的方法中，基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：
0.3-1.5重量％的Si、
0.1-1.0重量％的Cu、
0.1-1.0重量％的Mn、
0.1-0.9重量％的Mg、和
≤0.35重量％的Fe；
以及
(i)-(iii)中的至少一种：
(i)0.05-0.25重量％的Ti、
(ii)0.05-0.25重量％的Zr、
(iii)0.02-0.25重量％的Cr；
以及
单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；
余量为Al。
在另一个实施方案中，本发明的制备铝合金复合材料的方法中，基于所述复合层合金，所述复合层合金包含：
0.05-0.6重量％的Si、
≤0.25重量％的Fe、和
0.5-2.0重量％的Mn；
以及
任选存在的(i’)-(iv’)中的至少一种：
(i’)≤0.5重量％的Cu、
(ii’)0.01-0.25重量％的Ti、
(iii’)0.05-0.25重量％的Zr、
(iv’)0.02-0.25重量％的Cr；
以及
单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；
余量为Al。
在一个实施方案中，根据本发明的方法制备的铝合金复合材料中复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒的密度(以个/mm3计)的比值为1.5以上。
在另一个实施方案中，根据本发明的方法制备的铝合金复合材料的厚度为0.25mm以下。
本发明的又一方面还涉及本发明的铝合金复合材料或用本发明的方法制备的铝合金复合材料用作真空钎焊的翅片的用途。
附图简述
图1：本发明的铝合金复合材料的结构示意图；
图2：本发明实施例6中复合层合金中颗粒的SEM形貌；
图3：本发明实施例6中芯材合金中颗粒的SEM形貌；
图4：使用对比例2的铝合金复合材料制备的翅片与管材的钎焊接头的金相显微镜照片；
图5：使用本发明的实施例6的铝合金复合材料制备的翅片与管材的钎焊接头的金相显微镜照片。
具体实施方式
一般定义及术语
除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常理解的相同的含义。若存在矛盾，则以本申请提供的定义为准。
除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。
当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及优选的数值下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围旨在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。例如“1-8”涵盖1、2、3、4、5、6、7、8以及由其中任何两个值组成的任何亚范围，例如2-6、3-5。
表述“包含”或与其同义的类似表述“包括”、“含有”和“具有”等是开放性的，不排除额外的未列举的元素、步骤或成分。表述“由…组成”排除未指明的任何元素、步骤或成分。表述“基本上由…组成”指范围限制在指定的元素、步骤或成分，加上任选存在的不会实质上影响所要求保护的主题的基本和新的特征的元素、步骤或成分。应当理解，表述“包含”涵盖表述“基本上由…组成”和“由…组成”。
在本发明的范畴内，所述合金“基本上不含”是指在所述合金的制造过程中，没有有意地添加或含有该组分，该组分仅有可能作为不可避免的杂质引入。
本文所使用的术语“约”可允许值或范围的一定程度的变化，例如在规定的值或规定限制的范围且包括确切的值或范围的10％以内，5％以内或1％以内。
本文所使用的术语“任选”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，该描述包括发生所述事件或情况和不发生所述事件或情况。
本文所使用的术语“至少一种(个)”表示1、2、3、4、5、6、7、8、9、10种(个)或更多。
本文所使用的术语“当量圆直径”指按照不规则形状颗粒的面积换算成与其面积相等的圆形颗粒时的直径。
本文所使用的术语“其它元素”是指铝合金中不可避免的杂质，例如Zn、V、Ni等。
本文的材料、方法和实施例均是示例性的，并且除非特别说明，不应理解为限制性的。
以下详细描述铝合金复合材料和制备所述铝合金复合材料的方法。
本发明涉及一种铝合金复合材料，其包含芯材合金和复合层合金。在一实施方案中，复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒的密度(以个/mm3计)的比值为1.5以上。
芯材合金
在本发明的铝合金复合材料中，基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：
0.3-1.5重量％的Si、
0.1-1.0重量％的Cu、
0.1-1.0重量％的Mn、
0.1-0.9重量％的Mg、和
≤0.35重量％的Fe。
在一实施方案中，基于所述芯材合金，所述芯材合金还包含(i)-(iii)中的至少一种：
(i)0.05-0.25重量％的Ti、
(ii)0.05-0.25重量％的Zr、
(iii)0.02-0.25重量％的Cr。
在另一实施方案中，基于所述芯材合金，所述芯材合金还包含单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素。
在上述实施方案中，余量为Al。
在本发明的芯材中，Si是非常重要的元素。Si与Fe、Mn一起形成AlFeMnSi系化合物，起到弥散强化的作用，或者通过与Mg反应形成Mg2Si化合物，提高强度，或者固溶于基体中通过固溶强化来提高强度。基于本发明的芯材合金，Si含量低于约0.3重量％，会削弱其应带来的效果，Si含量超过约1.5重量％，会导致芯材的熔点降低，引起熔融的可能性变高，可能会形成低熔点的共晶相。基于本发明的芯材合金，芯材中Si的含量为约0.3-1.5重量％，优选约0.5-1.0重量％，更优选约0.7-1.0重量％。
Mn具有提高强度和钎焊性、耐蚀性，以及提高电位的效果。Mn的含量低于约0.1重量％时，其带来的效果小。Mn的含量超过约1.0重量％时，会形成大量的含Mn颗粒，影响再结晶过程并影响抗塌陷性能，且大量的含Mn颗粒会影响Mg2Si析出强化的效果。基于本发明的芯材合金，芯材中Mn的含量为约0.1-1.0重量％，优选约0.2-0.95重量％，更优选约0.5-0.95重量％。
Mg具有显著提高合金强度的效果，其固溶强化或通过析出Mg2Si提高强度。基于本发明的芯材合金，Mg的含量低于约0.1重量％时，其带来的作用不显著。Mg的含量超过约0.9重量％时，引起芯材的熔点降低，还容易发生晶界腐蚀。Mg的含量为约0.1-0.9重量％，优选约0.2-0.6重量％，更优选约0.2-0.4重量％。
Fe是铝合金中普遍存在的杂质元素。Fe具有易于形成能够成为再结晶晶核尺寸的金属间化合物，使再结晶温度降低的效果。基于本发明的芯材合金，Fe的含量为约0.35重量％以下可以保证材料有成型性和腐蚀性表现，太高含量的Fe会降低成形性和腐蚀性能。为了保证材料钎焊后的强度，Fe的含量为约0.35重量％以下，优选为约0.25重量％以下。
Cu通过固溶强化来提高强度，并能提高电位。基于本发明的芯材合金，Cu的含量低于约0.1重量％时，其产生的效果较小。Cu的含量超过约1.0重量％时，发生晶间腐蚀的可能性变高，并且熔点也会有较大的影响。基于本发明的芯材合金，Cu的含量为约0.1-1.0重量％，优选约0.3-0.8重量％，更优选约0.5-0.7重量％。
Ti通过固溶强化来提高强度，并提高耐蚀性能。基于本发明的芯材合金，Ti的含量低于0.05时，无法获得应有的效果。Ti的含量超过0.25时，容易形成巨大的金属间化合物，使塑性加工性降低。基于本发明的芯材合金，Ti的含量为约0.05-0.25重量％。优选约0.1-0.2重量％，更优选约0.1-0.15重量％。
Zr作为合金元素的添加是为了进一步提高合金在钎焊后的强度及控制再结晶晶粒的大小。基于本发明的芯材合金，Zr的含量为约0.05-0.25重量％，优选为约0.07-0.15重量％，更优选约0.07-0.12重量％。
Cr作为合金元素的添加可进一步提高合金在钎焊后的强度及耐腐蚀性能。基于本发明的芯材合金，Cr的含量为约0.02-0.25重量％，优选为约0.02-0.2重量％，更优选约0.02-0.1重量％。
复合层合金
在本发明的铝合金复合材料中，基于所述复合层合金，所述复合层合金包含：
0.05-0.6重量％的Si、
≤0.25重量％的Fe、和
0.5-2.0重量％的Mn。
在一实施方案中，基于所述复合层合金，所述复合层合金还包含
任选存在的(i’)-(iv’)中的至少一种：
(i’)≤0.5重量％的Cu、
(ii’)0.01-0.25重量％的Ti、
(iii’)0.05-0.25重量％的Zr、
(iv’)0.02-0.25重量％的Cr。
在另一实施方案中，基于所述复合层合金，所述复合层合金还包含单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素。
在上述实施方案中，余量为Al。
在本发明的复合层中，Si可以与Mn一起形成AlMnSi弥散相颗粒，起到弥散强化的作用，细小弥散的颗粒可以控制再结晶的过程，并能影响再结晶晶粒的大小，从而影响合金抵抗钎料熔蚀的能力。对于复合层而言，基于本发明的复合层合金，Si的含量低于约0.05重量％时，其效果小。超过约0.6重量％时，熔点会降低，引起熔融的可能性变高。基于本发明的复合层，Si的含量为约0.05-0.6重量％，优选约0.05-0.55重量％。
Mn具有提高强度和钎焊性、耐蚀性，以及提高电位的效果。另外，Mn可形成大量的含Mn弥散颗粒，这些颗粒在钎焊过程中可以控制晶粒的再结晶过程，有益于控制抗塌陷性能和抵抗钎料熔蚀性能。基于本发明的复合层合金，Mn含量为约0.5-2.0重量％，优选约0.8-1.8重量％，更优选约1.0-1.6重量％。
Fe是铝合金中普遍存在的杂质元素。与其在芯材中的作用类似，Fe具有易于形成能够成为再结晶晶核尺寸的金属间化合物，使再结晶温度降低的效果。为了保证材料钎焊时的耐熔蚀性能，基于本发明的复合层，Fe的含量为约0.25重量％以下。
Cu元素在复合层合金中作为一个强化或硬化的组分通过固溶强化来提高强度，并能提高电位。对于复合层而言，基于本发明的复合层合金，如果Cu的含量超过约0.5重量％时，合金的熔点降低，并容易发生晶间腐蚀。基于本发明的复合层合金，Cu的含量为约≤0.5重量％，优选约≤0.3重量％，更优选约≤0.1重量％，特别优选≤0.05重量％。
Ti、Zr和Cr通过生成微小的颗粒使再结晶温度上升，容易在钎焊过程中得到良好的抵抗钎料熔蚀的晶粒组织。这些元素各自低于约0.01重量％时，无法良好地获得其效果，超过约0.25重量％时，容易形成巨大的金属间化合物，使塑性加工性降低。基于本发明的复合层合金，Ti的含量为约0.01-0.25重量％，优选的含量为约0.01-0.15重量％，更优选为约0.01-0.1重量％。Zr的含量为约0.05-0.25重量％，优选的含量为约0.1-0.15重量％。Cr的含量为约0.02-0.25重量％，优选的含量为约0.02-0.15重量％，更优选约0.02-0.1重量％。
铝合金复合材料
在本发明的实施方案中，复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.2μm以下的颗粒密度(以个/mm3计)的比值为约1.5以上。在优选的实施方案中，复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒密度(以个/mm3计)的比值为约1.5以上，优选约1.8以上，约2.0以上，约3.0以上，约4.5以上，约6以上，例如为约2.1、约4.4，约5.9。
在另一个优选的实施方案中，本发明的复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒密度(以个/mm3计)的比值不超过10。在又一个优选的实施方案中，复合层和芯材合金中的颗粒密度分别为约1×104个/mm3以上，优选约1×106个/mm3以上。
当复合层合金和芯材合金存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒的密度(个/mm3)比值为1.5以上时，可以得到一种特殊的组织，其中复合层作为和熔融的钎料进行接触的层，在钎料开始熔化温度以下进行再结晶，并且由于存在大量的细小颗粒的阻碍，而使再结晶的晶粒组织粗大均匀，从而可以抵抗钎料对复合层的熔蚀进一步扩大。而芯材受到复合层的保护而免受钎料的熔蚀，从而使芯材合金保持其很高的强度。
本发明的铝合金复合材料的厚度为约0.25mm以下，优选约0.2mm以下，例如约0.15mm以下。
在一个实施方案中，在本发明的芯材合金的一个侧面上包覆一定厚度的本发明的复合层合金。在另一个实施方案中，本发明的铝合金复合材料由三层构成。在本发明的芯材合金的两个侧面上各包覆上一定厚度的本发明的复合层合金形成本发明的铝合金复合材料。本发明所述的铝合金复合材料例如可以具有如图1所示的结构，即双面复合材料。
单侧复合层的厚度占材料总厚度的百分数表示为复合比。本发明的铝合金复合材料中复合层的复合比没有特别的限制，但应使得可获得目标厚度的铝合金复合材料。本发明的铝合金复合材料中复合层的复合比为约5-15％。
制备方法
本发明还提供铝合金复合材料的制备方法。
本发明的铝合金复合材料的制造方法包括以下步骤：
a)分别铸造芯材合金和复合层合金的铸锭；
b)将复合层合金热处理；
c)锯切、铣面；
d)制备复合层合金的厚板片；
e)将芯材合金和复合层合金的厚板片进行复合；
f)预加热和热轧；
g)冷轧；
h)退火，
其中，步骤b)中热处理的温度为约400-540℃。
以下详细描述生产所述芯材合金、复合层合金和铝合金复合材料的方法。
a)分别铸造芯材合金和复合层合金的铸锭
芯材合金和复合层合金的制造
通过水冷半连续铸造方法制造复合层铝锭，其包括以下步骤：将工业纯铝锭加入熔炼炉熔化，熔炼温度730-760℃，扒渣、取样分析、分别按照本发明所述的芯材合金和复合层合金的组成加入合金元素后静置、搅拌、精炼、扒渣，调整成分后倒入静置炉，再次搅拌、精炼、扒渣，经过在线变质处理、除气、过滤进入铸造机进行铸造成铸锭。
芯材合金的组成如上文所述。例如基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：
0.3-1.5重量％的Si、
0.1-1.0重量％的Cu、
0.1-1.0重量％的Mn、
0.1-0.9重量％的Mg、和
≤0.35重量％的Fe；
以及
(i)-(iii)中的至少一种：
(i)0.05-0.25重量％的Ti、
(ii)0.05-0.25重量％的Zr、
(iii)0.02-0.25重量％的Cr；
以及
单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；
余量为Al。
复合层合金的组成如上文所述。例如基于所述复合层合金，所述复合层合金的组成为：
0.05-0.6重量％的Si、
≤0.25重量％的Fe、和
0.5-2.0重量％的Mn；
以及
任选存在的(i’)-(iv’)中的至少一种：
(i’)≤0.5重量％的Cu、
(ii’)0.01-0.25重量％的Ti、
(iii’)0.05-0.25重量％的Zr、
(iv’)0.02-0.25重量％的Cr；
以及
单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；
余量为Al。
b)将复合层合金热处理
在本发明中控制复合层合金中的颗粒数量和尺寸对抵抗钎料的熔蚀最为关键。合金中等效直径小于0.2μm的弥散相颗粒可以阻碍位错、亚晶界和晶界的移动，从而产生明显的颗粒强化作用；而等效直径在0.2-0.5μm范围内的弥散相颗粒则对位错、亚晶界和晶界的阻碍作用明显减弱，其颗粒强化作用不明显；等效直径大于0.5μm的弥散相颗粒一般起到再结晶形成核心的作用，可以使晶粒细化，提高成形性能。而合金中的当量圆直径小于0.2μm的颗粒由于阻碍位错或亚晶界、晶界的移动，具有推迟再结晶的作用。因此，当量圆直径小于0.2μm的颗粒的数量越多，在钎焊过程中不易再结晶。另一方面，为了抵抗熔融钎料的熔蚀，与钎料接触的层(复合层)在钎料熔融开始温度之前必须完成再结晶。这是因为熔融的钎料会沿着亚晶界等快速扩散，产生严重熔蚀。
在多个实施方案中，将复合层合金在低于550℃，优选在400-540℃，更优选在430-530℃，特别优选在450-520℃的温度下进行热处理。在这样的热处理温度下可控制复合层合金中析出颗粒的数量和尺寸。处理温度不能在550℃以上，以避免导致铸锭中的颗粒粗化，导致再结晶温度的降低。
在400℃以上的温度对芯材合金的热处理可以在芯材铸锭中形成微小的颗粒，这对提高芯材的再结晶温度是有积极的作用。在一个实施方案中，在步骤b)还任选地对芯材合金进行热处理。热处理的温度为约450-550℃。在另一实施方案中，不对芯材合金进行热处理。
本发明的发明人发现当复合层合金和芯材合金存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒的密度(个/mm3)比值为1.5以上时，发现可以得到一种特殊的组织，其中复合层作为和熔融的钎料进行接触的层，在钎料开始熔化温度以下进行再结晶，并且由于存在大量的细小颗粒的阻碍，而使再结晶的晶粒组织粗大均匀，从而可以抵抗钎料对复合层的熔蚀进一步扩大。而芯材受到复合层的保护而免受钎料的熔蚀，从而使芯材合金保持其很高的强度。在本发明的实施方案中，复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.2μm以下的颗粒密度(以个/mm3计)的比值为约1.5以上。在优选的实施方案中，复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒密度(以个/mm3计)的比值为约1.5以上，优选约1.8以上，约2.0以上，约3.0以上，约4.5以上，约6以上，例如为约2.1、约4.4，约5.9。在另一个优选的实施方案中，本发明的复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒密度(以个/mm3计)的比值不超过10。在又一个优选的实施方案中，复合层和芯材合金中的颗粒密度分别为约1×104个/mm3以上，优选约1×106个/mm3以上。在本发明中，芯材合金和复合层合金中的颗粒数可以使用本领域通常使用的方法测定，例如通过扫描电子显微镜对视野内一定区域的颗粒进行计数测得。
c)锯切、铣面
锯切
将如上制得的复合层合金、芯材合金铸锭的底部锯掉200-500mm。铣面
将锯切后的芯材合金、复合层合金铸锭的两面各铣掉5-20mm。
d)制备复合层合金的厚板片
将两面铣面后的复合层合金铸锭放入炉中加热，之后通过轧机将其轧到规定厚度的厚板片。
e)将芯材合金和复合层合金厚板片进行复合
在芯材合金的一侧或两侧复合一定厚度的复合层合金的厚板片，其复合比为约5-15％。且用氩弧焊机进行头尾焊接。
f)预加热和热轧
芯材合金及一侧或两侧复合层合金的复合铸锭在470-550℃间加热之后准备热轧。
将加热后的复合铸锭通过热轧机进行热轧，制作多层复合铝材。经过多道次热轧，复合铸锭从初始厚度热轧至2至6mm，例如3.5mm，并卷曲成卷。
g)冷轧
待冷却后，将热轧卷在冷轧机上轧制成厚度为0.25mm以下，优选0.20mm以下的冷轧复合卷材。冷轧总压下量至少80％以上，优选90％以上。在一个实施方案中，冷轧过程中可以进行一次350℃以下的中间退火。
h)退火
将冷轧复合卷材放在退火炉内进行成品退火，退火温度为约200-360℃，优选为约240-320℃，退火时间约1-3小时。退火后的产品即可用作本发明的铝合金复合材料，其具有最终的交货状态的性能。
本发明的铝合金复合材料的通常厚度约0.25mm以下，优选约0.20mm以下，例如约0.15mm以下。
本发明的铝合金复合材料或通过本发明的方法制备的铝合金复合材料可用作真空钎焊的翅片。在一个实施方案中，铝合金复合材料可用作真空钎焊换热器的翅片。在另一个实施方案中，铝合金复合材料可用作换热器，例如板翅式换热器的翅片材料。在优选的实施方案中，在翅片材料的使用过程中，钎焊冷却过程采用大于0.5℃/s，优选大于1℃/s冷却速度。这样的冷却速度更加有利于焊后该翅片材料强度的提升，从而进一步延长换热器的使用寿命。
有益效果
本发明基于在加工过程中采用多层材料来代替单层材料，并调整微观组织结构以及颗粒尺寸和分布，实现所需的焊后强度及抵抗钎料熔蚀性能，特别是实现了高的钎焊后强度和抵抗钎料熔蚀性能，以及在翅片成形时具有较好的成形性能。
该多层复合铝合金材料用作真空钎焊翅片材料时，相比传统的翅片材料，减薄幅度超过40％，并且强度优异，抵抗熔蚀的能力很强，在钎焊过程中材料不易受热变形，体现出良好的钎焊性能。由于该翅片材料大幅减薄，因此作为热交换器或换热器时，可以有明显的轻量化优势，而且在使用过程中其强度还可以继续增强，可以进一步延长热交换器或换热器的使用寿命。
实施例
参照下文的实施例进一步详细地描述本发明，但是其并不意图限制本发明的范围。
样品制备
将具有表1、表2所示的芯材合金和复合层合金分别通过DC铸造(直冷半连续铸造)，对复合层在520℃的温度下热处理，分别对芯材和复合层的两面进行铣面后，通过热轧分别将复合层合金压延成规定的厚度。按照表3所示的组合方式，将芯材合金的两个侧面分别包覆复合层合金，在500℃下通过热轧进行压合，制成3.5mm的三层复合材料。在冷轧进行中进行1次的中间退火，之后将该金属材料冷轧为最终板厚0.15mm，并进行最终退火。
表1
表2
表3
样品颗粒形貌观测及尺寸统计
将实施例6中复合材料的复合层合金部分和芯材合金部分分别取样，进行扫描电子显微镜观察，如图2和图3所示。选取20个尺寸为85μm2的区域，分别对其中当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒数进行计数。可得复合层合金的颗粒的密度(以个/mm3计)为1.1×109，芯材合金的颗粒的密度(以个/mm3计)为5.2×108。复合层合金与芯材合金中当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒的密度的比值为2.1。
用同样的方法将实施例3、8的复合材料中的复合层合金和芯材合金部分取样进行扫描电镜分析，分别对其当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒进行计数，得到实施例3中复合层合金的颗粒的密度(以个/mm3计)为2.2×109，芯材合金的颗粒的密度(以个/mm3计)为3.7×108。复合层合金与芯材合金中当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒的密度的比值为5.9。实施例8中复合层合金的颗粒的密度(以个/mm3计)为2.0×109，芯材合金的颗粒的密度(以个/mm3计)为4.5×108。复合层合金与芯材合金中当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒的密度的比值为4.4。
钎焊后强度测量
(1)真空模拟钎焊
用真空钎焊炉，把测试样品从室温经过约3小时升温至600℃，并保温15分钟，在炉内冷却至500℃之后打开炉门拿出样品进行空冷。
(2)拉伸测试
按照EN10002-1标准制备拉伸试验样品，标距为50mm然后，并在室温以20mm/min拉伸速度进行拉伸实验。拉伸测试的样品包括：钎焊模拟后和钎焊后室温放置7天。
(3)熔蚀程度评估
把翅片材料制成翅片，并与管材组合进行钎焊模拟后形成钎焊接头，之后制备金相样品，通过金相显微镜进行熔蚀程度评估。抗拉强度和熔蚀程度由表4所示。
表4
由表4可以得出，实施例1-8的铝合金复合材料在钎焊后的抗拉强度高达130MPa以上。
与此相反，对比例1的铝合金复合材料在钎焊后的抗拉强度低于120MPa，与本发明实施例相比，明显偏低。对于对比例2，其焊后强度也略低于本发明的材料。此外，本发明的真空钎焊翅片材料抵抗钎料熔蚀的性能良好，抵抗熔蚀的性能远高于对比例。如图4和图5所示，对比例2中翅片被钎料严重熔蚀，而实施例6的翅片抵抗钎料熔蚀性能优异。
在实施方案中详细地描述本发明。但是本领域技术人员能够明显地修饰或改变实施方案而不偏离本发明的精神。所有的修饰和改变都落入本申请所附的权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种铝合金复合材料，其包含芯材合金和复合层合金，
其中复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒的密度(以个/mm3计)的比值为1.5以上；
其中基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：
0.3-1.5重量％的Si、
0.1-1.0重量％的Cu、
0.1-1.0重量％的Mn、
0.1-0.9重量％的Mg、和
≤0.35重量％的Fe；
以及
(i)-(iii)中的至少一种：
(i)0.05-0.25重量％的Ti、
(ii)0.05-0.25重量％的Zr、
(iii)0.02-0.25重量％的Cr；
以及
单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；
余量为Al。
2.权利要求1的铝合金复合材料，其中基于所述复合层合金，所述复合层合金包含：
0.05-0.6重量％的Si、
≤0.25重量％的Fe、和
0.5-2.0重量％的Mn；
以及
任选存在的(i’)-(iv’)中的至少一种：
(i’)≤0.5重量％的Cu、
(ii’)0.01-0.25重量％的Ti、
(iii’)0.05-0.25重量％的Zr、
(iv’)0.02-0.25重量％的Cr；
以及
单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；
余量为Al。
3.权利要求1或2的铝合金复合材料，其中基于所述芯材合金，所述芯材合金包含0.2-0.6重量％的Mg。
4.权利要求1-3之一的铝合金复合材料，其中基于所述芯材合金，所述芯材合金包含0.2-0.95重量％的Mn。
5.权利要求1-4之一的铝合金复合材料，其中基于所述复合层合金，所述复合层合金包含0.05-0.55重量％的Si。
6.权利要求1-5之一的铝合金复合材料，其中基于所述复合层合金，所述复合层合金包含0.8-1.8重量％的Mn。
7.权利要求1-6之一的铝合金复合材料，其特征在于，在所述芯材合金的一个面或两个面上包覆所述复合层合金。
8.权利要求1-7之一的铝合金复合材料，其中所述铝合金复合材料的厚度为0.25mm以下。
9.一种制备铝合金复合材料的方法，其包括以下步骤：
a)分别铸造芯材合金和复合层合金的铸锭；
b)将所述复合层合金热处理；
c)锯切、铣面；
d)制备所述复合层合金的厚板片；
e)将所述芯材合金和所述复合层合金的厚板片进行复合；
f)预加热和热轧；
g)冷轧；
h)退火，
其中，步骤b)中热处理的温度为400-540℃。
10.权利要求9的方法，其特征在于，基于所述芯材合金，所述芯材合金包含：
0.3-1.5重量％的Si、
0.1-1.0重量％的Cu、
0.1-1.0重量％的Mn、
0.1-0.9重量％的Mg、和
≤0.35重量％的Fe；
以及
(i)-(iii)中的至少一种：
(i)0.05-0.25重量％的Ti、
(ii)0.05-0.25重量％的Zr、
(iii)0.02-0.25重量％的Cr；
以及
单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；
余量为Al。
11.权利要求9或10的方法，其特征在于，基于所述复合层合金，所述复合层合金包含：
0.05-0.6重量％的Si、
≤0.25重量％的Fe、和
0.5-2.0重量％的Mn；
以及
任选存在的(i’)-(iv’)中的至少一种：
(i’)≤0.5重量％的Cu、
(ii’)0.01-0.25重量％的Ti、
(iii’)0.05-0.25重量％的Zr、
(iv’)0.02-0.25重量％的Cr；
以及
单种含量≤0.05重量％且总含量≤0.15重量％的其它元素；
余量为Al。
12.权利要求9-11之一的方法，其特征在于，所述铝合金复合材料中复合层合金和芯材合金中存在的当量圆直径为0.02μm-0.2μm的颗粒的密度(以个/mm3计)的比值为1.5以上。
13.权利要求9-12之一的方法，其中所述铝合金复合材料的厚度为0.25mm以下。
14.根据权利要求1-8之一的铝合金复合材料或权利要求9-13之一的方法制备的铝合金复合材料用作真空钎焊的翅片的用途。
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