AT501392B1 - Verbundwerkstoff auf aluminiumbasis für einen wärmetauscher mit einem grundwerkstoff - Google Patents

Description

2 AT 501 392 B1

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundwerkstoff auf Aluminiumbasis für einen Wärmetauscher mit einem Grundwerkstoff aus einer Aluminiumlegierung und mit einem auf den Grundwerkstoff aufplattierten Aluminiumwerkstoff. 5 Um die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumlegierungen der Reihe 3000 bzw. 6000 für einen Wärmetauscher zu verbessern, ist es bekannt (EP 1 090 745 B1), diesen Grundwerkstoff mit einem als Opferanode dienenden Aluminiumwerkstoff der Reihe 7000 zu plattieren. Die gegenüber dem Grundwerkstoff höhere Festigkeit der aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 ergibt eine höhere Gesamtfestigkeit des Werkstoffverbundes mit dem io Vorteil, daß die Wanddicken der aus diesem Verbundwerkstoff gefertigten Teile eines Wärmetauschers ohne Festigkeitsverlust im Vergleich zu Teilen aus einem nichtplattierten Grundwerkstoff verringert werden können. Da sich der Aluminiumwerkstoff der Reihe 7000 aufgrund des niedrigeren Schmelzpunktes nicht zum Hartlöten eignet, müssen die aus diesem Verbundwerkstoff hergestellten Teile auf der der Plattierung gegenüberliegenden Seite gelötet werden, wobei 15 entweder der Grundwerkstoff auf der der Plattierung gegenüberliegenden Seiten mit einer Hartlotschicht versehen oder mit einem mit einem solchen Hartlot beschichteten Konstruktionsteil verlötet wird. Abgesehen davon, daß dieser bekannte Verbundwerkstoff nur von einer Seite her gelötet werden kann, ergibt sich hinsichtlich einer weiteren Erhöhung der Festigkeit eine Beschränkung durch den Umstand, daß der Grundwerkstoff ein bestimmtes Dickenverhältnis 20 zum aufplattierten Aluminiumwerkstoff nicht unterschreiten darf.

Darüber hinaus ist eine Aluminium-Verbundplatte bekannt, die aus einer Trägerschicht aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung und einer darauf walzplattierten Nutzschicht aus Reinaluminium aufgebaut ist. Da die Nutzschicht aus Reinaluminium als Target für die Aluminium-25 beschichtung einer Oberfläche mittels Kathodenzerstäubung verwendet wird und die aushärtbare Aluminiumlegierung der Reihe 6000 angehört, ergeben sich grundsätzlich andere Anforderungen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Verbundwerkstoff auf Aluminiumbasis für 30 einen Wärmetauscher der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß aufgrund einer Steigerung der Festigkeit die Wanddicke der aus einem solchen Verbundwerkstoff gefertigten Bauteile verringert werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Grundwerkstoff aus einer aushärtba-35 ren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 und der aufplattierte Aluminiumwerkstoff aus unlegiertem Aluminium bestehen.

Da zufolge dieser Maßnahme der Grundwerkstoff aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 besteht, kann die höhere Festigkeit dieses Werkstoffes genützt und 40 davon abhängig die Wanddicken der daraus gefertigten Bauteile eines Wärmetauschers vermindert werden. Der Einsatz einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 wird trotz der für ein Hartlöten unzureichenden Temperaturfestigkeit möglich, weil auf diesen Grundwerkstoff unlegiertes Aluminium aufplattiert wird, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist und zum Hartlöten geeignet ist. Mit der aufplattierten Schicht aus unlegiertem Aluminium 45 wird somit der Grundwerkstoff aus einer Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 in einer mit bekannten Verbundwerkstoffen auf Aluminiumbasis vergleichbaren Art für Wärmetauscher einsatzfähig, so daß der Festigkeitsvorteil der Aluminiumlegierungen der Reihe 7000 oder 2000 voll genützt werden kann. Das zum Hartlöten benötigte Hartlot kann in an sich bekannterWeise auf die unlegierte Aluminiumschicht aufplattiert oder dem Bauteil zugeordnet werden, mit dem so eine Lötverbindung hergestellt werden soll. Da auch einander gegenüberliegende Seiten des Grundwerkstoffes mit unlegiertem Aluminium plattiert werden können, sind hinsichtlich der Lötbarkeit von aus solchen Verbundwerkstoffen hergestellten Bauteilen keine Beschränkungen in Kauf zu nehmen. 55 Das aufplattierte, unlegierte Aluminium stellt nicht nur die Eignung des Verbundwerkstoffes zum

Claims (1)

1. 3 AT 501 392 B1 Hartlöten sicher, sondern dient zugleich als Diffusionssperre zwischen dem Grundwerkstoff und dem Hartlot, so daß die Lötverbindung beeinträchtigende Diffusionswirkungen unterbunden werden. Außerdem verhindert die Schicht aus unlegiertem Aluminium ein frühzeitiges Ausdampfen von Legierungselementen, beispielsweise von Zink, aus dem Grundwerkstoff während 5 des Lötens insbesondere im Vakuum, was den Lötvorgang und in weiterer Folge die Lötverbindung nachteilig beeinflußt. Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes kann einerseits von einem Barren einer Aluminiumlegierung der Reihe 7000 bzw. 2000 und anderseits von einer gewalz-io ten, gerichteten und gesägten Platine aus unlegiertem Aluminium ausgegangen werden, wobei hinsichtlich der Abmessungen des Grundbarrens und der Platine die Werkstoff- und verfahrensbedingten Breitungs- und Längungseffekte insbesondere im Hinblick auf die geforderte Plattierschichtdicke des fertigen Werkstoffverbundes zu berücksichtigen sind. So wurden beispielsweise ein Grundbarren aus einer Aluminiumlegierung EN AW-7020 nach DIN EN 573-3 mit max. 15 0,35 Gew.% Silizium, max. 0,40 Gew.% Eisen, max. 0,20 Gew.% Kupfer, 0,05 bis 0,50 Gew.% Mangan, 1,0 bis 1,4 Gew.% Magnesium, 0,10 bis 0,35 Gew.% Chrom und 4,0 bis 5,0 Gew.% Zink und eine Platine der Legierungsreihe EN AW-1050 mit höchstens 0,5 Gew.% an anderen chemischen Elementen als Aluminium, wie Silizium und Eisen, eingesetzt. 20 Durch ein Bürsten werden die späteren Berührungsflächen des Grundbarrens und der Platine gereinigt und aufgerauht, bevor die gegenüber dem Grundbarren ausgerichtete Platine in ihrer Lage gegenüber dem Grundbarren durch ein Schweißen fixiert wird. Bei einer beidseitigen Plattierung des Grundbarrens mit unlegiertem Aluminium sind entsprechende Aluminiumplatinen auf gegenüberliegenden Seiten des Grundbarrens vorzusehen. Soll für eine zusätzliche 25 Hartlotschicht gesorgt werden, so ist auf die Aluminiumplatine eine Hartlotplatine aufzusetzen und ebenfalls durch ein Schweißen zu fixieren. Als Hartlot kann z. B. eine Platine aus einer Aluminiumlegierung EN AW-4045 mit 9,0 bis 11,0 Gew.% Silizium, 0,80 Gew.% Eisen, 0. 30 Gew.% Kupfer, 0,05 Gew.% Magnesium, 0,05 Gew.% Chrom und 0,10 Gew.% Zink Verwendung finden. 30 In Abhängigkeit von der jeweiligen Werkstoffkombination werden die Schweißnähte so angebracht, daß beim Plattierwalzen eine Faltenbildung vermieden und gegebenenfalls zwischen dem Grundbarren und der Platine bzw. zwischen den Platinen eingeschlossene Luft an lokal vorgesehenen Stellen ausgewalzt werden kann. Der in dieser Weise vorbereitete Walzverbund 35 wird anschließend auf Warmwalztemperatur erwärmt, um anschließend den Verbundwerkstoff durch ein Warmwalzen in Form eines Warmbandes herzustellen. Nach einer entsprechenden Abkühlphase wird der Verbundwerkstoff durch weitere Bearbeitungsschritte, beispielsweise durch Kaltwalzen, Recken, Entfetten, Wärmebehandeln, Längsteilen und Ablängen, zum gewünschten Halbzeug verarbeitet. 40 Patentansprüche: 1. Verbundwerkstoff auf Aluminiumbasis für einen Wärmetauscher mit einem Grundwerkstoff 45 aus einer Aluminiumlegierung und mit einem auf den Grundwerkstoff aufplattierten Aluminiumwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 und der aufplattierte Aluminiumwerkstoff aus unlegiertem Aluminium bestehen. so 2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aufplattierte unlegierte Aluminium eine Hartlotschicht trägt. Keine Zeichnung 55