CN1886527A - 铝合金带的钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于铝合金板材的装配方法，包括在受控气氛下在580－620℃的温度下的无焊剂钎焊，快速冷却和任选的在80－250℃的温度下的时效处理，并且其中至少一个板材由具有下述组成的芯合金组成(重量％)：Si：0.3－1.0；Fe＜1.0；Cu：0.3－1.0；Mn：0.3－2.0；Mg：0.3－3.0；Zn＜6.0；Ti＜0.1；Zr＜0.3；Cr＜0.3；Ni＜2.0；Co＜2.0；Bi＜0.5；Y＜0.5，其它元素每种＜0.05并且总量＜0.15，剩余为铝，并且在至少一个面上包覆有钎焊铝合金，该钎焊铝合金含有4－15％的硅和0.01－0.5％的Ag、Be、Bi、Ce、La、Pb、Pd、Sb、Y元素或混合稀土中的至少一种。本发明方法特别适合热交换器的无焊剂钎焊。

Description

铝合金带的钎焊方法
发明领域
本发明涉及铝合金带在受控气氛下的无焊剂钎焊，该铝合金带在一个或两个面上包覆有钎焊合金，并且尤其用于生产汽车或建筑物的热交换器。
背景技术
当所采用的钎焊工艺是真空钎焊类型的工艺时，对于交换器的应用来说，就会经常使用结构硬化的芯合金(尤其是6xxx系列：Al-Mg-Si)。由于与真空炉的获得及其维护相关的高成本，这种技术被中止并由在受控气氛下使用Nocolok非腐蚀性焊剂的钎焊技术所代替。Nocolok工艺对镁合金的使用有着严格的约束，这是因为镁与用于溶解氧化层的焊剂起反应而使其无法起作用。通常给定的极限含量是约0.3％。超过该含量时，则需要非常大量的焊剂，这使得操作成本非常昂贵。
此外，用于交换器的大量带材的耐腐蚀性是基于在芯/包覆层界面上形成阳极层，这就要求芯中的硅含量非常低。例如，在专利EP0326337(Alcan)中描述的合金就是这种情况。
因此，6xxx合金被具有低含量镁和低含量硅的3xxx合金大量替代，但丧失了结构硬化的效果。
最近已经提出了具有结构硬化的3xxx类型的芯合金，例如在专利EP0718072(Hoogovens Aluminium Walzprodukte)和专利申请EP1254965(SAPA Heat Transfer)。在这两个专利中，没有对带材进行改进以提高它们在标准Nocolok炉中的可钎焊性。因此，要么镁含量必须限制到相对低的值(例如在申请EP1254965中的情况下为小于0.35％)，但是结构硬化效果就相对变小，要么必须提高沉积的焊剂的量，这样则不得不使用可替代的焊剂，例如在专利US5771962(Ford)中描述的铯焊剂。在这两种情况下，操作成本均显著增加。
本发明旨在提供同时具有结构硬化性能并在现有Nocolok生产线中具有良好的钎焊性能的材料。
发明目的
本发明的目的是铝合金板材(tgle)的装配方法，包括在受控气氛下在580-620℃的温度下的无焊剂钎焊，快速冷却和任选的在80-250℃的温度下的时效处理(revenu)，并且其中至少一个板材由具有下述组成的芯合金组成(重量％)：
Si：0.3-1.0；Fe＜1.0；Cu：0.3-1.0；Mn：0.3-2.0；Mg：0.3-3.0；Zn＜6.0；Ti＜0.1；Zr＜0.3；Cr＜0.3；Ni＜2.0；Co＜2.0；Bi＜0.5；Y＜0.5，其它元素每种＜0.05并且总量＜0.15，剩余为铝，并且在至少一个面上包覆有钎焊铝合金，该钎焊铝合金含有4-15％的硅和0.01-0.5％的Ag、Be、Bi、Ce、La、Pb、Pd、Sb、Y元素或混合稀土(mischmetal)中的至少一种。
芯合金的优选组成是：
Si：0.3-1.0；Fe＜0.5；Cu：0.35-1.0；Mn：0.3-0.7；Mg：0.35-0.7；Zn＜0.2；Ti＜0.1；Zr＜0.3；Cr＜0.3；Ni＜1.0；Co＜1.0；Bi＜0.5；Y＜0.5，其它元素每种＜0.05并且总量＜0.15，剩余是铝。
在生产热交换器的情况下，可在热交换器的热部分中在操作过程中进行时效处理。
附图简述
图1a和1b分别表示在实施例中用以评价钎焊性能的V测试件的顶视图和侧视图。
图2表示在实施例中描述的钎焊性能测试中的钎焊接头宽度的定义。
发明描述
本发明的基础在于：对于无焊剂钎焊来说芯合金的特定组成的选择，并结合以在包覆合金中添加一种或多种可以改进表面性能的元素，该表面性能例如是表面张力或氧化物层的组成。
芯合金包含锰和铜，以及可通过沉淀Mg2Si导致硬化的硅和镁。
硅含量必须大于0.3％以能够形成足够量的Mg2Si，但如果芯合金和包覆合金的熔融温度要保持足够的差值，那么硅含量必须保持小于1％。
镁含量为0.3-3.0％，优选0.35-0.7％。镁含量必须足以能够形成Mg2Si，并且由于不使用焊剂，因而不会被诸如专利EP1254965中与焊剂进行反应的风险所限制。与专利申请EP1254965中给出的建议不同，其目的并不在于相对于用于形成Mg2Si的化学计量来说硅为过量的，而是相反需要过量的镁。不过镁对可成型性具有不利影响，因此对于需要大量成型的应用来说，限制镁含量到0.7％是理想的。
当铜为固溶体形式时，其提高合金的机械强度。与EP1254965的教导不同，在不超过1％的情况下当大于0.3％时，申请人没有观察到耐腐蚀性的下降，1％是铜开始沉淀的极限值。相反地，固溶体形式的铜的存在提高了腐蚀电势。不超过1％的另一个原因是避免过度降低合金的熔融温度。
包覆合金通常是含有4-15％硅和任选的其他添加元素如Cu、Mg或Zn的铝合金。本发明的特征之一是在包覆合金中添加一种或多种可以改进其润湿性的元素，该元素选自由Ag、Be、Bi、Ce、La、Pb、Pd、Sb、Y和混合稀土组成的组，该混合稀土是未分离的稀土的混合物。当不在真空下操作时，这种较好的润湿性避免了使用钎焊焊剂。
钎焊合金通常通过共轧而被包覆在芯合金上。如果钎焊合金被包覆在单面上，则另一面可通过本身已知的方式涂覆以牺牲合金，通常是Al-Zn类型的合金，以提高芯合金的耐腐蚀性。
钎焊合金也可以颗粒的形式沉积，具体地如专利EP0568568(Alcan International)中所描述的Al-Si颗粒。对于在受控气氛下的钎焊来说，钎焊合金颗粒通常与焊剂颗粒(特别是基于氟化物的焊剂，如氟铝酸钾)和粘结剂(如聚合物树脂)相结合。在这种情况下，发明的一个特别的好处在于可避免在涂层中存在焊剂。
0.05-0.5％铋和/或0.01-0.5％钇也可引入到芯合金中。
可在受控气氛下例如在氮气或氩气下，在580-620℃的温度下进行无焊剂钎焊，该温度能熔融钎焊合金，也能溶解芯合金。在溶解之后进行快速的冷却，例如用压缩空气。装配的零件可在80-250℃的温度下进行时效处理。
在制造热交换器的情况下，有时可以在交换器的最热部分中在操作过程中进行时效处理，例如在汽车发动机的冷却散热管中。
实施例
铸造几个具有表1所示组成的芯合金板：
                      表1
  合金   Si   Fe   Cu   Mn   Mg   Ti   Bi   Y   Ca
  M   0.40   0.22   0.63   0.57   0.47   0.08   -   -   -
  M+Bi   0.39   0.22   0.62   0.59   0.49   0.09   0.15   -   -
  M+Y   0.39   0.24   0.61   0.57   0.47   0.09   0.05   -
  M+Ca   0.40   0.22   0.63   0.57   0.47   0.08   -   -   0.05
以及4047(Al-12％Si)包覆合金或4047+0.19％Bi包覆合金或4047+0.05％Y包覆合金或4047+0.05％Ca包覆合金的板。由这些板制得组件，使得包覆合金的厚度是总厚度的10％。热轧这些组件，然后冷轧以生产0.3mm厚的包覆带材。然后这些带在260℃下进行回复处理10h。
如图1描述的测试件用于评价这些材料的钎焊性能。“V”由0.3mm厚的由在H24状态的3003合金制得的裸带组成。对要钎焊的金属在250℃脱脂处理15分钟。无需其它的表面准备，尤其不需沉积焊剂。在双层玻璃炉中进行钎焊，在炉中可观察处理中的液体钎焊合金的运动和接头的形成。热周期的组成是：以约20℃/min的速度升温到610℃，在610℃保温2分钟，然后以约30℃/min的速度降温。整个过程在持续的以8l/min速度的氮气吹扫下进行。
结果按下面的比例标记为A-E：
  标记   A   B   C   D   E
  形成的接头长度占全部长度的百分比   100％   90％   75％   50％   0％
结果在表2中示出：
                    表2
芯   包覆层   钎焊性能
  M   4047   E
  M   4047+Bi   B
  M+Bi   4047+Bi   A
  M+Y   4047+Y   B
  M   4047+Ca   E
同时在钎焊之后和在各种时效处理之后，测量M/4047+Bi、M+Bi/4047+Bi和M+Y/4047+Y复合材料的机械特性。表3示出了所获得的值并且将它们与传统上用于热交换器中使用的带材的合金N相比较，合金N具有下面的组成：
  合金   Si   Fe   Cu   Mn   Mg   Ti
  N   0.19   0.15   0.68   1.38   -   0.08
                                          表3
  复合材料   状态   Rm(MPa)   R0.2(MPa)   A(％)
  M/4047+Bi   钎焊后   202   95   9.3
  M/4047+Bi   钎焊后+在180℃4h   236   169   5.8
  M/4047+Bi   钎焊后+在180℃8h   236   191   3.3
  M+Bi/4047+Bi   钎焊后   210   100   8.4
  M+Bi/4047+Bi   钎焊后+在180℃4h   231   172   4.8
  M+Bi/4047+Bi   钎焊后+在180℃8h   245   196   4.1
  M+Y/4047+Y   钎焊后   207   95   9.4
  M+Y/4047+Y   钎焊后+在180℃4h   240   170   6.4
  M+Y/4047+Y   钎焊后+在180℃8h   256   198   5.2
  N/4045   钎焊后   166   64   18.0
  N/4045   钎焊后+在180℃4h   164   60   16.9
  N/4045   钎焊后+在180℃8h   163   60   17.0
可以清楚地看到结构硬化对机械强度的非常有利的影响，尤其是在时效处理之后。

Claims (11)

1.铝合金板材的装配方法，包括在受控气氛下在580-620℃的温度下的无焊剂钎焊，快速冷却和任选的在80-250℃的温度下的时效处理，并且其中至少一个板材由具有下述组成的芯合金组成(重量％)：
Si：0.3-1.0；Fe＜1.0；Cu：0.3-1.0；Mn：0.3-2.0；Mg：0.3-3.0；Zn＜6.0；Ti＜0.1；Zr＜0.3；Cr＜0.3；Ni＜2.0；Co＜2.0；Bi＜0.5；Y＜0.5，其它元素每种＜0.05并且总量＜0.15，剩余为铝，并且在至少一个面上包覆有钎焊铝合金，该钎焊铝合金含有4-15％的硅和0.01-0.5％的Ag、Be、Bi、Ce、La、Pb、Pd、Sb、Y元素或混合稀土中的至少一种。
2.权利要求1的方法，其特征在于芯合金的铜含量为0.35％-1％。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于芯合金的锰含量为0.3％-0.7％。
4.权利要求1-3中一项的方法，其特征在于芯合金的镁含量为0.35％-0.7％。
5.权利要求1-4中一项的方法，其特征在于芯合金的锌含量小于0.2％。
6.权利要求1-5中一项的方法，其特征在于芯合金的铋含量为0.05％-0.5％。
7.权利要求1-6中一项的方法，其特征在于芯合金的钇含量为0.01％-0.5％。
8.权利要求1-7中一项的方法，其特征在于芯合金的组成是：
Si：0.3-1.0；Fe＜0.5；Cu：0.35-1.0；Mn：0.3-0.7；Mg：0.35-0.7；Zn＜0.2；Ti＜0.1；Zr＜0.3；Cr＜0.3；Ni＜1.0；Co＜1.0；Bi＜0.5；Y＜0.5，其它元素每种＜0.05并且总量＜0.15，剩余是铝。
9.权利要求1-8中一项的方法，其特征在于钎焊合金通过共轧而被包覆在芯合金上。
10.权利要求1-8中一项的方法，其特征在于钎焊合金涂层由颗粒组成，任选地包覆在树脂层中。
11.权利要求1-10中一项的方法，其特征在于该方法用于生产热交换器，并且在交换器的操作过程中在其热部分中进行时效处理。
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