NO340339B1 - Bånd eller folie av aluminiumkjernelegering, samt loddet del ved anvendelse derav - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen omfatter bånd eller folie av aluminium-kjernelegering, overtrukket med en loddelegering på minst en av sidene, og beregnet på produksjon av loddede deler, bl.a. varmevekslere for bil- eller byggebransjen, og spesielt deler sammenføyd ved lodding uten flussmiddel i kontrollert miljø.

Lodding er den vanlige fremgangsmåten for sammenføyning av varmevekslere til biler. For minst én av komponentene som skal monteres er loddingen basert på bruk av et bånd som består av en legering kalt "kjerne", overtrukket på en av eller begge sidene med en legering kalt "loddelegering". Loddelegeringen kjennetegnes ved en likvidustemperatur som er ca. 30°C under kjernelegeringens solidustemperatur. Ved å benytte en egnet varmebehandling er det mulig å smelte bare overtrekket, som så fukter kontaktoverflatene og muliggjør adekvat montering etter at enheten er avkjølt.

Det finnes for tiden tre forskjellige loddeteknikker:

- Den mest utbredte er lodding i kontrollert nitrogenmiljø - først smøres delene som skal monteres inn med et ikke-etsende "flussmiddel", det vanligste er Nocolok. Dette produktet, som er beregnet på å løse opp oksydlaget på overflaten av aluminiumet og dermed øke overflatens fukteevne, er av typen fluorkaliumaluminat. Bruken av dette produktet medfører visse problemer: Det representerer naturligvis en egen, spesifikk kostnad, påføringen av produktet krever spesielle anordninger som ofte hindrer total automatisering av varmevekslernes produksjonslinjer, og det må sørges for behandling av utslippet. - En annen, eldre teknikk, som fortsatt brukes bl.a. i Nord-Amerika, er lodding i vakuum. Med denne fremgangsmåten må man benytte overtrekk som inneholder magnesium: Dette stoffet, som utskilles i overflaten og fordampes i vakuum, gjør det mulig å fange opp restspor av oksygen. Dermed unngår man at oksydlaget som opprinnelig ble brutt ved differensiell utvidelse, dannes på nytt. Intet flussmiddel er nødvendig, men anordningene for opprettelse av vakuum er svært kompliserte, med svært høye vedlikeholdsutgifter. Av disse økonomiske grunnene skiftes de eksisterende produksjonslinjene ut med Nocolok-linjer. - En tredje fremgangsmåte, som brukes mer marginalt, går ut på å påføre et nikkellag i stedet for flussmiddelet. Loddingen utføres deretter i nitrogenmiljø. Energien som frigjøres under loddesyklusen ved opprettelse av fasene Al-Ni på overtrekksflaten er tilstrekkelig til å bryte oksydlaget.

Hovedproblemet er å utføre loddeoperasjonen på de eksisterende Nocolok-linjene, da disse er de mest utbredte og de rimeligste, uten å benytte flussmiddel eller annen kompleks overflatepreparering og uten å degradere sluttegenskapene til varmevekslerne som sammenføyes med denne teknikken.

Løsningen som er mest utviklet på dette området er en tilpasning av loddeprosessen ved påføring av nikkel. Selv om det er utviklet stadig enklere påføringsteknikker, som forklart f.eks. i patentsøknaden WO 02/07928 (Corus), løser disse fortsatt bare en del av problemet. Dersom produsenten av varmevekslerne eller aluminiumsbåndene skal utføre denne operasjonen, må han alltid benytte spesialanordninger for preparering av overflaten før lodding og fortsette å styre utslippet, som da genereres av nikkelpåføringsbadene. Dessuten, selv om det er registrert fremskritt når det gjelder motstanden mot korrosjon, som angitt i patentsøknaden WO 02/060639 (Corus), når ikke de angitte resultatene opp til dem som er angitt for loddede Nocolok-produkter (se f.eks. patentsøknad WO 02/40729 fra Pechiney Rhenalu).

Andre løsninger er knyttet til en tilpasning av overtrekkslegeringen og/eller de atmosfæriske forholdene i loddeovnene, som f.eks. i patentet US 3 811 177 (VAW), som nevner tilsetning av stoffene Bi, Sr, Ba eller Sb i loddemetallet for å endre overflatespenningen. Virkningen av vismut på denne siste egenskapen er også angitt i patentet EP 0004096 (Ford). Nytten av tilsetning av natrium, eventuelt kombinert med kalium og vismut, er senere blitt påpekt i søknad WO 01/98019 fra Kaiser Aluminium.

I patentet EP 1306207 (Sky Aluminium) er loddemetallet, som inneholder Mg og Bi, dekket av et tynt lag dannet av en aluminiumslegering som forblir fast når laget begynner å smelte - det brytes først sent i loddesyklusen, og frigjør det flytende overtrekket som deretter fukter lagets øvre overflate: Oksideringen av det flytende loddemetallet unngås ved arbeid i atmosfære en kort stund. Oksydet på det tynne laget brytes når det er omgitt av væske.

WO 99/60323 A omhandler aluminiumlegeringsblandinger som hovedsakelig består av kontrollerte mengder jern, silisium, kopper, mangan, magnesium, titan, zink, zirkonium og frie bearbeidingsstoffer slik som vismut, indium og tinn hvor resten er aluminium og tilfeldige forurensninger. WO 99/60323 A omhandler ikke noe overtrekksprodukt som inkluderer en slik legering.

WO 00/71784 A omhandler et loddefolieprodukt og en fremgangsmåte for fremstilling av et loddefolieprodukt hvor et lag som omfatter nikkel pletteres på en overflate av et overtrekkslag dannet av en aluminium-silisium legering som inneholder silisium i området fra 2-18 vekt%, hvor overflaten er forbehandlet ved påføring av et bindingslag som omfatter sink eller tinn. WO 00/71784 A omhandler ikke et overtrekksprodukt med en kjerne som inneholder yttrium og/eller vismut.

Oppfinnelsen har til hensikt å muliggjøre produksjon, ved lodding uten flussmiddel, av loddede deler av aluminiumslegering, på økonomisk sett gunstige betingelser, bl.a. ved å bruke det samme utstyret som det som benyttes for lodding med flussmiddel i kontrollert atmosfære.

Oppfinnelsen gjelder et bånd eller folie av aluminiumkjernelegering med 0,01-0,5 % yttrium og/eller 0,05-0,5% vismut, og som på minst én av sidene er dekket av en loddelegering. Overtrekket kan være et lag som er lagt på ved valseplettering "roll bonding" av f.eks. en aluminiumslegering med 4-15 % silisium. Det kan også være et lag med loddelegeringspartikler, bl.a. partikler av legeringen Al-Si, eventuelt lagt inn i en harpiks.

Oppfinnelsen gjelder også en loddet del, bl.a. en varmeveksler, som er fremstilt ved hjelp av et bånd eller folie av aluminiumslegering med 0,01-0,5 % yttrium og/eller 0,05-0,5 % vismut.

Beskrivelse av figurene

Figur 1a og 1b representerer, henholdsvis sett ovenfra og fra siden, teststykker i V-form som brukes i eksemplene for å bedømme egnethet for lodding. Figur 2 viser definisjonen av bredden til den loddede sammenføyningen i testen for egnethet for lodding beskrevet i eksemplene.

I motsetning til samtlige teknikker nevnt ovenfor tar oppfinnelsen sikte på å endre sammensetningen av kjernelegeringen slik at loddingen kan utføres uten avsetning og under standardforholdene for kontrollert atmosfære - dette skal skje uten endring av lodde-anleggene hos utstyrsleverandørene.

Noe overraskende gjør tilsetningen av bestemte stoffer i kjernen, f.eks. yttrium med ca. 0,05 % eller vismut med ca. 0,15 %, det mulig å oppnå en svært tilfredsstillende kvalitet på de loddede sammenføyningene ved lodding uten flussmiddel i nitrogenmiljø.

Metoden kan anvendes for alle typer aluminiumslegeringer som inneholder minst 80 % aluminium (vektprosent), og særlig legeringer for hvilke sammensetningen tilfredsstiller de etterfølgende betingelser (i vekt%) før tilsetningen av stoffer som spesielt er beregnet på å muliggjøre lodding uten flussmiddel.

Den foreliggende oppfinnelse vedører således et bånd eller folie av kjernelegering av aluminium som inneholder minst 80 vekt% aluminium, 0,01-0,5 % yttrium og/eller 0,05-0,5 % vismut, samt følgende stoffer med innhold slik at: 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; andre stoffer: < 0,05 av hvert og totalt 0,15, restaluminium,

idet nevnte bånd eller folie på minst én side er dekket av en alumunium-loddelegering.

Oppfinnelsen vedrører også en loddet del dannet ved anvendelse av et bånd eller folie av aluminiumlegering som inneholder 0,01-0,5 % yttrium og/eller 0,05-0,5 % vismut, samt følgende stoff med innhold slik at: 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; andre stoff < 0,05 av hvert og totalt 0,15,

restaluminium.

Folien eller båndet kan legges på ved valseplettering "roll bonding" på en av eller begge sidene med en aluminiumslegering for lodding, vanligvis en legering med 4-15 % silisium. Loddelegeringen kan inneholde andre tilsetningsstoffer, f.eks. kobber, magnesium og sink. Den kan også inneholde stoffer som er beregnet på å endre legeringens overflatespenning, f.eks. Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y eller mischmetall, dvs. en blanding av uskilte, sjeldne jordarter. Dersom loddelegeringen er lagt over på bare én side, kan den andre siden dekkes på kjent måte av en offerlegering, vanligvis av typen Al-Zn, som er beregnet på å forbedre kjernelegeringens motstand mot korrosjon.

Loddelegeringen kan også påføres i form av partikler, bl.a. partiklene Al-Si, slik det f.eks. er beskrevet i patentet EP 0568568 (Alcan International). For lodding i kontrollert atmosfære er loddelegeringspartiklene vanligvis forbundet med flussmiddelpartikler, særlig fluoridbaserte flussmiddelpartikler, f.eks. fluorkaliumaluminat og et bindemiddel, f.eks. en polymerharpiks. En spesiell fordel ved oppfinnelsen i dette tilfellet er at man unngår flussmiddel i overtrekket.

Legeringsfolien med tilsetningen av vismut og/eller yttrium kan også brukes uten overtrekk hvis den ved produksjon av den loddede delen kombineres med en annen folie som er dekket med loddelegering.

Eksempler

Eksempel 1

Fire kjernelegeringsplater ble støpt, med følgende sammensetninger:

samt en legeringsplate 4047 for overtrekk (AI-12% Si). Sammenføyninger er blitt utført ut fra disse platene slik at tykkelsen på overtrekkslegeringen er 10 % av den totale tykkelsen. Disse sammenføyningene er blitt varm- og kaldvalset for å produsere bånd med overtrekk med en tykkelse på 0,3 mm. Disse båndene har deretter gjennomgått en behandling for gjenoppretting ved 260°C i 10 timer.

Teststykket i figur 1 er blitt brukt til å bedømme disse materialenes egnethet for lodding. V-en er dannet av et ubelagt bånd av legering 3003, med tilstand H24 og en tykkelse på 0,3 mm. En avfetting ved 250°C i 15 min. benyttes på loddemetallet. Ingen annen overflatebehandling er brukt, og, fremfor alt, intet flussmiddel er påført. Loddingen skjer i en glassovn med dobbelt vegg, som gjør det mulig å se bevegelsene i det flytende loddemetallet og dannelsen av sammenføyningene under behandlingen. Varmesyklusen består av en fase med temperaturstigning til 610°C ved en økning på ca. 20°C/min., en fase der temperaturen på 610°C opprettholdes i 2 min., og en senkningsfase på ca. 30°C/min. Det hele skjer under kontinuerlig nitrogenskylling, med en mengde på 8 liter/min.

Resultatene evalueres med en karakter fra A til E, i henhold til følgende skala:

Resultatene er angitt i tabell 1:

Man konstaterer at tilsetningen av Y eller Bi har forbedret kjernelegeringens egnethet for lodding.

Eksempel 2

På samme måte har to plater blitt støpt med følgende sammensetninger:

samt en legeringsplate 4045 for overtrekk (AI-10%Si). Omformingsskalaen og de utførte testene er nøyaktig av samme type som i eksempel 1.

Resultatene er angitt i tabell 2:

Man konstaterer at tilsetningen av yttrium i N-legeringen har medført vesentlig forbedret egnethet for lodding.

Eksempel 3

På samme måte har to plater blitt støpt med følgende sammensetninger:

samt en legeringsplate 4045 for overtrekk (AI-10%Si). Omformingsskalaen og de utførte testene er av nøyaktig samme type som i eksempel 1.

Resultatene er angitt i tabell 3:

Man konstaterer at tilsetningen av yttrium i P-legeringen vesentlig har forbedret egnetheten for lodding.

Claims (8)

1. Bånd eller folie av kjernelegering av aluminium som minst inneholder 80 vekt% aluminium, 0,01-0,5 % yttrium og/eller 0,05-0,5 % vismut, samt følgende stoffer med innhold slik at: 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; andre stoff: < 0,05 av hvert og totalt 0,15, restaluminium, idet nevnte bånd eller folie på minst én side er dekket av en alumunium-loddelegering.

2. Bånd eller folie i henhold til krav 1, hvor loddelegeringen inneholder 4-15 vekt% silisium.

3. Bånd eller folie i henhold til krav 1, hvor loddelegeringen inneholder minst ett stoff beregnet på å endre legeringens overflatespenning, slik som Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y eller mischmetall.

4. Bånd eller folie i henhold til krav 1-3, hvor loddelegeringens overtrekk er et lag som oppnås ved valseplettering "roll bonding" med den grunnleggende aluminiumslegeringen.

5. Bånd eller folie i henhold til krav 1-3, hvor loddelegeringens overtrekk utgjøres av partikler, eventuelt lagt inn i et harpikslag.

6. Loddet del dannet ved anvendelse av et bånd eller folie av aluminiumslegering som inneholder 0,01-0,5 % yttrium og/eller 0,05-0,5 % vismut, samt følgende stoffer med innhold slik at: 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; andre stoff < 0,05 av hvert og totalt 0,15, restaluminium.

7. Loddet del i henhold til krav 6, hvor det benyttede båndet eller folien er dekket av en loddelegering.

8. Loddet del i henhold til krav 7, hvor det benyttede båndet eller folien er dekket av loddelegeringspartikler, som eventuelt er lagt inn i et harpikslag.