AT521441A2

AT521441A2 - Aluminium-Hartlotblechmaterial, das zum flussmittelfreien Löten in einer Schutzgasatmosphäre geeignet ist

Info

Publication number: AT521441A2
Application number: ATA9090/2018A
Authority: AT
Inventors: Kirkham Steven; Bürger Achim; Jacoby Bernd
Original assignee: Aleris Rolled Prod Germany Gmbh
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2020-01-15
Also published as: DE112018001845T5; WO2018184806A1; AT521441B1; AT521441A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt, umfassend eine abdeckende Aluminiummaterialschicht, umfassend 0,5% bis -5% Zn, eine Aluminium-Kernmaterialschicht und eine AI-SI-Legierungs-Hartlotmaterialschicht als ein Zwischenmaterial, das zwischen der abdeckenden Aluminiummaterialschicht und der Aluminium-Kernmaterialschicht angeordnet ist, wobei die Aluminium-Kernmaterialschicht eine Aluminiumlegierung mit einer Solidustemperatur umfasst, die höher als die Liquidustemperatur der AI-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht ist, und wo- bei die AI-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht 0,01 % bis 1% Mg enthält.

Description

Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft ein Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt, umfassend eine abdeckende Aluminiummaterialschicht, umfassend 0,5% bis -5% Zn, eine Alumi5 nium-Kernmaterialschicht und eine Al-Sl-Legierungs-Hartlotmaterlalschlcht als ein Zwischenmaterial, das zwischen der abdeckenden Aluminiummaterialschicht und der Aluminium-Kernmaterialschicht angeordnet ist, wobei die Aluminium-Kernmaterialschicht eine Aluminiumlegierung mit einer Solidustemperatur umfasst, die höher als die Liquldustemperatur der Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht ist, und wo1 o bei die Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht 0,01 % bis 1 % Mg enthält.

(Fig. 1B]

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MULLER SCHUPFNER & PARTNER

Bavariaring 11

0-80336 München

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PCT/EP2018/056441 Alerts Rolled Products Germany GmbH

Aluminium>Hartlotblechmatorial, das zum flussmittelfreien Löten In einer Schutzgasatmosphäre geeignet ist

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein gewalztes Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt, umfassend eine Deckmaterialschicht, eine Kemmaterlalschlcht und ferner eine Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht als ein Zwischenmaterial, das zwischen der Deckmaterialschicht und der Kernmaterialschicht angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft ferner eine Lötbaugruppe, die In einem Lötvorgang hergestellt wird, im Idealfall in einem CAB-Vorgang ohne Verwendung eines Hartlötflussmittel-Materials, wobei die Lötbaugruppe verschiedene Komponenten umfasst und mindestens eine Komponente aus dem Alumlnlumlegierungs-Hartlotblechprodukt gemäß dieser Erfindung hergestellt wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Substrate aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in Form eines Blechs oder einer Extrusion werden zur Herstellung gestalteter oder geformter Produkte verwendet. Bei einigen dieser Prozesse werden Teile von (gestalteten) Aluminiumsubstraten miteinander verbunden. Ein Ende eines Substrats kann mit dem anderen Ende verbunden werden, oder ein Substrat kann mit einem oder mehreren anderen Substraten zusammengefügt werden. Dies erfolgt üblicherweise durch Löten. In einem Lötprozess wird ein Hartlotmetall oder eine Hartlotlegierung oder eine Zusammensetzung, die beim Erwärmen eine Hartlotlegierung erzeugt, auf mindestens einen Teil des zu lötenden Substrats aufgebracht. Nachdem die Substratteile

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MÜLLER SCHUPFNER & ι· λ k τ Ν ι·; η zusammengefügt sind, werden sie erwärmt, bis das Lötmetall oder die Hartlotlegierung schmilzt. Der Schmelzpunkt des Hartlotmaterials ist niedriger als der Schmelzpunkt des Aluminiumsubstrats oder des Aluminiumkernblechs.

Hartiotblechprodukte finden breite Anwendung In Wärmetauschern und ande5 ren ähnlichen Geräten. Herkömmliche Hartlotprodukte weisen einen Kern aus gewalztem Blech, typischerweise, aber nicht ausschließlich, aus einer Aluminiumlegierung der 3xxx-Reihe, die auf mindestens einer Oberfläche des Kernblechs eine Aluminiumplattierschicht aufweist, auf. Die Aluminiumplattierschlcht besteht aus einer Legierung der 4xxx-Reihe, die Silizium in einer Menge im Bereich von 4% bis 10 20% enthält. Die Aluminiumplattlerschicht kann auf verschiedene Im Stand der Technik bekannte Arten an die Kemlegierung gekoppelt oder gebunden werden, beispielsweise durch Walzplattleren, Sprühformen oder halbkontinuierliche oder kontinuierliche Gießverfahren. Diese Aluminiumplattierschichten der 4xxx-Serie haben eine Liquidustemperatur, die typischerweise Im Bereich von etwa 540 °C bis 15 610’C liegt.

Für die Herstellung von Lötbaugruppen wie Wärmetauschern im industriellen Maßstab werden verschiedene Lötverfahren verwendet.

Vakuumlöten wird beispielsweise bei sehr niedrigem Atmosphärendruck ausgeführt. Um die optimalen Bedingungen für das Zusammenfügen zu erhalten, ent20 halten Al-Si-Hartlotleglerungen, die üblicherweise zum Vakuumlöten verwendet werden, zweckmäßige Zusätze von etwa 1 % Mg oder mehr. Der Mechanismus so glaubt man, besteht darin, dass Mg den harten Oxidfilm der Hartlotlegierung zerstört, wenn er während des Lötens vom Hartlotblech verdampft, und ferner spielt das verdampfte Mg eine Rolle bei der Reduzierung von Sauerstoff und Feuchtigkeit, 25 die Im Vakuumhartlotofen verbleiben,

Das Patentdokument US 3,917,151 (Kaiser Aluminium) offenbart ein Verfahren zum Vakuumlöten von Aluminiumteilen unter Verwendung eines Vakuumlotblechs, das einen Aluminiumlegierungskern umfasst, wobei auf den Kern eine Hartlotlegierung plattiert wird, die im Wesentlichen aus 5 bis 15% Si, 0,5 bis 5% Mg, bis 30 zu 0,8% Fe, bis zu 0,25% Cu, bis zu 0,20% Zn, bis zu 0,20% Mn, anderen Elementen jeweils bis zu 0,1%, Rest Aluminium besteht, und en diese Lötlegierung eine

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Mg-frelen Aluminiumlegierung, d. h. nicht mehr als 0,1% Mg mit einem Schmelzpunkt von mindestens 1100 °F (593 °C) plattiert wird. Das Mg in der Hartlotlegierung wirkt als eine Mg-Quelle, um den Vakuumhartlötprozess zu erleichtern. Die Mg-frele Legierung und die Kemlegierung sollten weniger als 5% Zn, 0,8% Fe, 1 % Si, 3% Mn, 0,5% Cr, 0,05% Ti und jeweils 0,10% andere Elemente enthalten. Offenbarte geeignete Legierungen für die Kern- und Mg-freie Legierung sind die Aluminiumleglerungen 1100 und 3003. Aluminiumlegierungen 6951 und 7005 können ebenfalls als Kernlegierungen verwendet werden. Zum leichteren Plattierung können Zwischenschichten aus dünnem, relativ reinem Aluminium, z. B. 1100-Legierung, zwischen den verschiedenen Schichten angeordnet werden.

Ein anderes Lötverfahren ist das Löten unter kontrollierter Atmosphäre (CAB), das in einer trockenen sauerstoffbegrenzten Atmosphäre durchgeführt wird, vorzugsweise unter Verwendung einer inerten Umgebung, es können beispielsweise Stickstoff oder Argon verwendet werden. Zur Erleichterung des Lötens wird vor dem Löten auf die zusammenzufügenden Werkstücke ein nicht-korrosives Hartlotflussmittel, z. B. ein Flussmittel auf Fluoridbasis, wie es im Stand der Technik bekannt ist, aufgebracht. Dieses Hartlotflussmittel entfernt oder stört während des Lötvorgangs die Oxldschicht, damit der geschmolzene Füllstoff mit dem blanken Metall In Kontakt kommt, um die Verbindung zu bilden. Die für CAB verwendeten Aluminiumlegierungen sollten Mg-minimiert sein, da Mg die Hartlot-Flussmittelwirkung hemmen kann. Bei komplex gestalteten Baugruppen wird das Aufträgen des nicht-korrosiven Hartlotflussmittels vor dem Löten im Inneren der Baugruppen häufig als problematisch angesehen.

Noch ein weiteres Lötverfahren ist CAB ohne Verwendung eines Hartlotflussmittels, und dieses Verfahren wird insbesondere zum Zusammenfügen von Oberflächen innerhalb eines Wärmetauschers verwendet, die sehr schwer zu fluxen sind und Im Industriellen Maßstab kostengünstiger als ein Vakuumlötvorgang sind, da Vakuumlöten ein Chargenprozess ist und erhebliche Anlagenlnvestltlonskosten erfordert.

Es besteht ein Bedarf an weiter verbesserten Hartlotblechmaterlallen und Lötverfahren, bei denen mindestens die Innenseite einer Baugruppe nicht mit einem nicht-korrosiven Hartlotflussmittel bereitgestellt werden muss.

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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Wie hierin nachstehend zu erkennen ist, beziehen sich Bezeichnungen für Aluminiumlegierungen und Zustandsbezeichnungen, sofern nicht anders angegeben, auf die Aluminiumverbandsbezeichnungen in den Aluminiumnormen und -daten und den Registrierungsaufzeichnungen, wie sie von der Aluminium Association Im Jahr 2016 veröffentlicht wurden und dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind.

Für jede Beschreibung von Legierungszusammensetzungen oder bevorzugten Legierungszusammensetzungen beziehen sich Bezugnahmen auf Prozentangaben auf Gewichtsprozent, sofern nichts anderes angegeben ist. Der Ausdruck bis zu und bis zu etwa, wie hier verwendet, schließt explizit die Möglichkeit von null Gewichtsprozent der bestimmten Legierungskomponente, auf die er sich bezieht, ein, ist aber nicht darauf beschränkt Zum Beispiel kann bis zu 0,3% Cu eine Legierung sein, die kein Cu aufweist, und daher kann ein solches Element fehlen.

Und für den Zweck dieser Erfindung und wie nachstehend verwendet, bezieht sich der Ausdruck Löten unter kontrollierter Atmosphäre oder CAB auf ein Lötverfahren, das eine inerte Atmosphäre, beispielsweise Stickstoff oder Argon, beim Löten der verschiedenen Legierungsartikel verwendet, und sich vom Vakuum· löten unterscheidet Insbesondere dadurch, dass bei CAB die Lötatmosphäre im Ofen während des Lötvorgangs bei etwa atmosphärischem Druck liegt, obwohl ein leichter Unterdrück (zum Beispiel ein Arbeiten bei einem Druck von 0,1 bar oder mehr) oder ein leichter Überdruck verwendet werden können, um die Steuerung der internen Atmosphäre zu erleichtern und das Einströmen von Sauerstoff in den Lötofen zu verhindern. Kern bedeutet eine Aluminiumlegierung, welche die strukturelle Unterstützung für die als Füllstoff verwendete Aluminiumlegierung Ist. Füllstoff bezeichnet eine Aluminium-Silizium-Legierung, die zum Löten des Kerns oder anderer Alumlnlumartikel verwendet wird. Verrundung bedeutet eine konkave Verbindung zwischen zwei Oberflächen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Alumlnlumlegierungs-Hartlotblechmaterlal bereitzustellen, das in einem CAB-Prozess angewendet werden kann, ohne ein nicht-korrosives Hartlotflussmittel aufzutragen.

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Diese und andere Aufgaben und weitere Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung erreicht oder übertroffen, die ein Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt bereitstellt, umfassend eine abdeckende Aluminiummaterialschicht, umfassend 0,5% bis 5% Zn, eine Aluminium-Kernmaterialschicht und eine Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterlalschicht als ein Zwischenmaterial, das zwischen der abdeckenden Aluminiummaterialschicht und der Alumlnlum-Kernmaterialschicht angeordnet ist, wobei die Aluminium-Kernmaterialschicht eine Aluminiumleglerung mit einer Solidustemperatur umfasst, die höher als die Llquldustemperaturder Al-Si-LegierungsHartlotmaterialschicht ist, und wobei die Al-Si-Leglerungs-Hartlotmaterialschicht von 0,01% bis 1% Mg enthält.

In einer Ausführungsform ist die abdeckende Aluminiummaterialschicht eine dünne Deckmaterlaischicht, die Μα-frei ist. und die Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht ist als ein Zwischenmaterial zwischen der dünnen Deckmaterialschicht und der Kernmaterlalschlcht angeordnet, und wobei die dünne Deckmaterialschicht und die Kernmaterlalschlcht, die aus Aluminiumlegierungen bestehen, eine Solidustemperatur aufweisen, die höher als eine Liquidustemperatur des Al-Si-LeglerungsHartlotmaterials ist, sodass das Hartlotmaterial mit der Deckmaterialschicht in Wechselwirkung steht, wenn das Hartlotmaterial in einem Lötvorgang geschmolzen wird.

Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, dass ein Hartlotblechprodukt mit einer mehrschichtigen Struktur mit einer Aluminium-Deckmaterialschlcht, die einen gezielten Zusatz von Zn auf einer Al-Si-Hartlotmaterialschicht aufweist, sehr erfolgreich in einem flussmittelfreien CAB-Vorgang verwendet werden kann. Da die Dicke der Deckschicht in Bezug auf die Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterlalschicht vorzugsweise relativ klein ist, ist die Gesamtmenge an Zn in der gebildeten Verrundung Immer noch klein und hat keine nachteiligen Auswirkungen auf das Löten und die das Ergebnis der Lötkomponente. Das Vorhandensein einer kleinen Menge Zn in dieser Schichtkonstruktion kann sogar dazu beitragen, der Kemlegierung durch Erhöhen der Korrosionsbeständigkeit einen Opferschutz bereitzustellen.

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In einer Ausführungsform des Hartlotblechprodukts enthält die Deck-Aluminiummaterialschicht oder Überzugsschicht mindestens 0,7% Zn. In einer Ausführungsform des Hartlotblechprodukts enthält die Überzugsschicht höchstens 3,0% Zn und vorzugsweise höchstens 2,5% Zn.

In der Patentschrift EP 1 306 207 B1 wird berichtet, dass, um ein erfolgreiches CAB-Löten ohne die Verwendung eines Hartlotflussmittels zu erreichen, sowohl die Überzugsschicht als auch die Aluminium-Kernmaterialschicht eine Solidustemperatur oberhalb der Liquidustemperatur der Zwischen-Hartlotmaterialschlcht aufweisen sollten. Auf diese Weise soll das geschmolzene Hartlotmaterial während eines anschließenden Lötvorgangs bei einer Temperatur zwischen der Liquidustemperatur und der Solidustemperatur bewirken, dass die Al-Sl-Leglerungs-Hartlotmaterlalschicht schmilzt, während die dünne Deckmaterialschicht fest bleibt, um eine Oxidation des schmelzenden Hartlotmaterials zu verhindern, und dann zu bewirken, dass das Al-Si-Leglerungs-Hartlotmaterial aufgrund der Volumenausdehnung durch Trennungsbereiche der dünnen Deckmaterialschicht auf eine Oberfläche der dünnen Deckmaterlaischicht sickert und sich über die Oberfläche des dünnen Deckmaterials ausbreitet, um eine austretende Oberfläche zu bilden, die zu einer Lötverbindung führt. In der EP-1306207-B1 gibt es jedoch keine Offenbarung über den zweckmäßigen Zusatz von Zn zur Überzugsschicht, um den flussmittelfreien CABVorgang zu erleichtern.

Bei dem Hartlotblechmaterial gemäß der Erfindung ist die Kernmaterlaischicht aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die Kernlegierungen stammen vorzugsweise aus den Aluminiumlegierungen der 2xxx-, 3xxx-, 5xxx- oder 6xxx-Reihe, insbesondere aus einer Legierung der Reihe 3xxx oder 6xxx, wie einer Legierung des Typs AA3003, AA3103, AA3005, AA3105, AA6060, AA6063 oder AA6951 oder Modifikationen davon.

Die Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht besteht vorzugsweise aus einer Al-Si-Legierung mit 5% bis 15% Si und eines zweckmäßigen Zusatzes von Mg in einem Bereich von 0,01% bis 1%, um das CAB-Löten in Abwesenheit eines Flussmittels zu erleichtern. Vorzugsweise sind mindestens 0,02% Mg vorhanden, mehr bevorzugt mindestens etwa 0,05% und mehr bevorzugt mindestens etwa 0,09%. Der Mg-Gehalt beträgt höchstens 1,0% und vorzugsweise höchstens etwa 0,25%.

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In einer Ausführungsfbrm enthält die Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht ferner einen zweckmäßigen Zusatz von Zn in einem Bereich von etwa 0,05% bis 2%.

In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Al-Si-Hartlotfüllstoffschicht die folgende Zusammensetzung, bestehend aus

Si

Mg

Fe

Cu

5% bis 15%, vorzugsweise 6% bis 14%

0,01% bis 1%, vorzugsweise 0,05% bis 1,0% bis zu 0,8%, bis zu 0,3%,

Mn bis zu 0,8%, vorzugsweise bis zu 0,2%

Zn bis zu 2%, bis zu 0,3%,

Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen jeweils < 0,05%, insgesamt < 0,2%.

In einer Ausführungsform enthält die Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht ferner eines oder mehrere Banetzungselemente oder Elemente, welche die Oberflächenspannung eines geschmolzenen Al-Si-Füllmaterials modifizieren. Vorzugsweise werden die Elemente aus der Gruppe ausgewählt, die Bi, Y, Pb, Li, Na, Sb, Sr und Th umfasst, und wobei die Gesamtmenge des Benetzungselements (der Benetzungselemente) in einem Bereich von etwa 0,01% bis 0,8% liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Obergrenze für die Gesamtmenge an Benetzungselement(en) 0,5%.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Element Bi aus der definierten Gruppe von Benetzungselementen ausgewählt und liegt in einem Bereich von etwa 0,01% bis 0,8% und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,01% bis 0,5%, da es sich um das wirksamste Benetzungselement zu diesem Zweck in diesem Leglerungssystam während eines Lötvorgangs handelt.

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Das Hartlotblechprodukt gemäß der Erfindung hat eine typische Dicke bei Endmaß Im Bereich von etwa 0,1 mm bis 10 mm, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis 5 mm.

In einer Ausführungsform hat die dünne Deckmaterialschicht eine Dicke, die etwa 0,1% bis 10% der Gesamtdicke des Aluminiumlegierungs-Hartlotblechs beträgt, und die Al-Si-Leglerungs-Hartlotmaterialschicht hat eine Dicke, die ungefähr 3% bis 30%, vorzugsweise etwa 4% bis 20% der Gesamtdicke des Aluminiumlegierungs-Hartlotblechs beträgt.

Ferner beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform das Dickenverhältnis der Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht und der dünnen Deckmaterialschicht 3 oder mehr zu 1, vorzugsweise 4 oder mehr zu 1, beispielsweise beträgt das Dickenverhältnis 3 zu 1 oder 3,5 zu 1 oder 4 zu 1.

In einer Ausführungsform Ist die Deckmaterialschlcht frei von Benetzungselementen oder Elementen, welche die Oberflächenspannung eines geschmolzenen Al-Si-Füllmaterials modifizieren, die ausgewählt slndd aus der Gruppe aus Ag, Be, Bi, Ce, La, Li, Na, Pb, Se , Sb, Sr, Th und Y. Mit 'Tret ist gemeint, dass kein zweckmäßiger Zusatz von Ag, Be, BI, Ce, La, Li, Na, Pb, Se, Sb, Sr, Th oder Y zu der chemischen Zusammensetzung erfolgt, dass aber aufgrund von Verunreinigungen und/oder Lecks bei Kontakt mit Fertigungsanlagen Spurenmengen nichtsdestotrotz ihren Weg In die Deckmaterialschicht finden. In der Praxis bedeutet dies, dass die vorliegende Menge, sofern vorhanden, bis zu etwa 0,005% beträgt, typischerweise weniger als etwa 0,001 %.

Die Deckmaterialschlcht Ist vorzugsweise frei von Mg, was bedeutet, dass der Anteil unter 0,05% und vorzugsweise unter etwa 0,03% und mehr bevorzugt unter etwa 0,01% Hegt. Mit frei ist gemeint, dass kein zweckmäßiger Zusatz von Mg zur chemischen Zusammensetzung erfolgt, sondern dass aufgrund von Verunreinigungen und/oder Lecks aus dem Kontakt mit Fertigungsanlagen Spurenmengen nichtsdestotrotz ihren Weg in die Deckmaterialschicht finden.

In einer Ausführungsform ist die dünne Deckmaterialschicht eine Mg-freie Alumlnlumleglerung, umfassend

Fe 0 bis 0,6%,

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Si 0 bis 4%, vorzugsweise 0 bls 2%. mehr bevorzugt 0 bls 1 %,

Mn 0 bis 1,0%, vorzugsweise 0 bis 0,4%

Cu 0 bis 0,5%, vorzugsweise 0 bis 0,15%, mehr bevorzugt 0 bis 0,05%, Zn 0,5% bis 5%, vorzugsweise 0,7% bis 3,0%,

Ti Obis 0,1%, unvermeidliche Verunreinigungen, Jeweils < 0,05%, insgesamt < 0,15%, Rest Aluminium und mit bevorzugten engeren Zusammensetzungsbereichen wie hierin beschrieben und beansprucht.

In einer Ausführungsform Ist die dünne Deckmaterialschicht eine Mg-freie Aluminiumlegierung, bestehend

Fe 0 bis 0,6%,

Si 0 bis 4%, vorzugsweise 0 bis 2%, mehr bevorzugt 0 bis 1 %,

Mn 0 bis 1,0%, vorzugsweise 0 bis 0,4%

Ti Obis 0,1%,

Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen, jeweils < 0,05%, insgesamt <0,15%.

Rest Aluminium und mit bevorzugten engeren Zusammensetzungsbereichen wie hierin beschrieben und beansprucht.

In einer anderen Ausführungsform ist die dünne Deckmaterialschicht eine Mgfreie Aluminiumleglerung und weist neben dem zweckmäßigen Zusatz von Zn eine Zusammensetzung im Bereich von Alumlnlumlegierungen der Serie AA1000 und vorzugsweise eine Aluminiumlegierung, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend AA1050, AA1070, AA1100, AA1145 und AA1230 auf.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Artikel bereitgestellt, der mindestens zwei durch Hartlöten zusammengefügte geformte Elemente, beispielsweise einen Wärmetauscher, umfasst, der mindestens das AluminiumlegierungsHartlotprodukt gemäß dieser Erfindung als eines der geformten Elemente umfasst.

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Das Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt kann in allen bekannten Kraftfahrzeug-Wärmetauschertypen verwendet werden, z. B. Antriebsstrangkühlung und HVAC-Konstruktionen. Ein typisches Beispiel eines Wärmetauschers, der für das Aluminiumlegierungs-Hartlotmaterial gemäß dieser Erfindung von Vorteil ist, Ist ein Ölkühler, und wobei idealerweise mindestens die Aluminium-Deckmaterialschicht und die Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht einen Hohlraum zusammenfügen, der In dem Artikel gebildet ist. Ein anderes typisches Beispiel ist ein gefalztes Rohr, dessen Konfigurationen dem Fachmann gut bekannt sind, das eine innere Oberfläche aufweist, die nicht gefluxt werden kann, wohingegen an der äußeren Oberfläche Rippen an das Rohr angefügt werden sollten.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe aus Lötkomponenten bereitgestellt, umfassend die Schritte:

(a) Bereitstellen oder Bilden der Komponenten, von denen mindestens eine aus einem Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt wie oben dargelegt oder beansprucht hergestellt ist;

(b) Zusammenfügen der Komponenten zu einer Baugruppe; und vorzugsweise wird eine Seite des Hartlotblechprodukts der Erfindung, welche die Deckmaterialschicht aufweist, im Inneren der Baugruppe gehalten, die das Hartlotblech bildet, um eine Struktur, vorzugsweise eine hohle Struktur, zu bilden;

(c) Löten der Baugruppe ohne Aufträgen von Lötflussmittel in einer Inertgasatmosphäre bei einer Löttemperatur, typischerweise bei einer Temperatur in einem Bereich von ungefähr 540 ’C bis 615 ’C, zum Beispiel bei etwa 590 °C oder bei etwa 600 °C, für eine ausreichend lange Zeit zum Schmelzen und Verteilen des Aluminiumhartlot-Füllmaterials, zum Beispiel mit einer Verweilzeit von etwa 1 bis 10 Minuten, vorzugsweise 1 bis 6 Minuten, typischerweise für etwa 2 oder 4 Minuten, um eine Verrundung zwischen dem Füllmaterial und mindestens einer anderen Komponente zu bilden; und wobei der Sauerstoffgehalt der trockenen Inertgasatmosphäre auf einem so geringen Pegel wie möglich gesteuert wird, vorzugsweise unter 200 ppm, und mehr bevorzugt unter 100 ppm, und mehr bevorzugt unter 40 ppm; und

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MÜLLER SCHUPFNER a PAK T N H H ' (d) Kühlen der Lötbaugruppe, typischerweise auf unter 100 °C; z. B. auf Umgebungstemperatur.

Idealerweise wird beim Zusammenbauen der Komponenten zu einer Baugruppe, die zum Zusammenfügen durch Löten geeignet ist, eine Seite des Hartlotblechprodukts der Erfindung, welche die relativ dünne Deckmaterialschicht aufweist, im Inneren der Baugruppe gehalten, die das Hartlotblech bildet, um eine Struktur zu bilden. Während der Verwendung des Hartlotblechprodukts gemäß dieser Erfindung ist es nicht erforderlich, ein Lötflussmittel aufzutragen, um nach dem Lötvorgang eine gute Verbindung zu erhalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform sollte die Hartlot-Gasatmosphäre während des Lötvorgangs trocken sein, was bedeutet, dass der Kondensationspunkt weniger als minus 40 °C und mehr bevorzugt minus 45 ^eC oder sogar weniger beträgt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung oder das Verfahren zur Verwendung des hier beschriebenen und beanspruchten AluminiumlegierungsHartlotblechprodukts In einem flussmittelfreien CAB-Vorgang, wie hier beschrieben und beansprucht, und wobei vorzugsweise eine Seite des Hartlotblechprodukts der Erfindung die Deckmaterialschlcht aufweist, die Im Inneren der Baugruppe gehalten wird, um das Hartlotblech zum Bilden einer Struktur zu bauen, vorzugsweise eine hohle Struktur zum Herstellen einer Baugruppe aus Lötkomponenten, vorzugsweise eines Wärmetauschers, mehr bevorzugt eines Ölkühlers.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf nicht einschränkende Figuren und Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung veranschaulicht.

Typische Anordnungen des Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukts 4 gemäß der Erfindung sind in den Fig. 1A, 1B und 1C dargestellt.

Die Aluminium-Deckmaterialschicht 2 und die dazwischenliegende Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht 1 können auf beiden Seiten oder nur auf einer Seite der Kernmaterialschicht 3 aufgebracht sein, wobei das Deckmaterial 2 die Außenschicht des mehrschichtigen Hartlotblechprodukts bildet. Wenn beide Seiten plat-11/1812/26

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RS/ma tiert sind, hat das Hartlotblechprodukt fünf Schichten, einschließlich der Kernlegierungsschicht, wie In Fig. 1A gezeigt. Wenn eine Seite mit dem Hartlotmaterial plattiert ist, hat das Hartlotblechprodukt eine dreischichtige Konfiguration, wie In Fig. 1B gezeigt.

In einer anderen Ausführungsform kann, wenn eine Seite mit der Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschlcht plattiert sein, auf der anderen Seite der Kernmaterialschicht eine Außenschicht 5 aufgebracht werden, wie in Fig. 1C gezeigt. Die Außenschicht oder Außenhülle würde Im Allgemeinen aus einer Legierung bestehen, die so zugeschnitten Ist, dass sie eine hohe Korrosionsbeständigkeit oder Korrosionsbeständigkeit in Kombination mit einer Erosionsbeständigkeit in der Umgebung bereitstellt, der diese Fläche des Blechs ausgesetzt ist. Ein Beispiel einer geeigneten Außenhülle wäre eine Aluminiumlegierung mit einem zweckmäßigen Zusatz von Zn, wie beispielsweise eine Legierung der AA7072-Reihe.

In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann eine weitere Aluminiumlegierungsschicht zwischen der Kernmaterlaischicht und der mit Al-Sl-Legierung überzogenen Hartlotmaterialschicht angeordnet sein. Beispielsweise kann eine weitere Aluminiumlegierungsschicht aufgebracht werden, um beispielsweise die Diffusion von Legierungselementen von der Kernschicht zur Al-Si-Hartlotschicht zu begrenzen oder die Korroslonsleistung des Hartlotblechprodukts weiter zu verbessern. Beispiele einer geeigneten weiteren Aluminiumlegierungsschicht schließen Aluminiumlegierungen der Legierungen der Reihe 1xxx, 3xxx oder Sxxx ein. In einer weiteren Ausführungsform können die Legierungen der 1xxx-Reihe einen zweckmäßigen Zusatz von Mg in einem Bereich von 0,1% bis 1,5% aufweisen, und In einer anderen Ausführungsform können die Legierungen der 5xxx-Reihe 0,1% bis 1,5% Mg aufweisen.

Fig. 2 ist eine isometrische Ansicht eines Teils einer gelöteten Wärmetauscherbaugruppe.

Wie in Fig. 2 gezeigt, kann ein gelöteter Aluminiumwärmetauscher 12 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von fluidführenden Rohren 6 aufweisen, die aus dem Hartlotblechmaterial gemäß dieser Erfindung hergestellt sind. Die Enden der fluidführenden Rohre 6 sind zu einer Sammelplatte 8 und einem Tank 10

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RS/ma hin offen (ein Ende der fluidführenden Rohre 6, eine Sammelplatte 8 und ein Tank 10 sind in Fig. 2 gezeigt). Kühlmittel wird vom Tank 10 durch die fluidführenden Rohre 6 und in einen anderen Tank (nicht gezeigt) zirkuliert. Wie gezeigt, ist eine Vielzahl von Kühlrippen 7 zwischen den fluidführenden Rohren 6 angeordnet, um 5 Wärme von diesen wegzuleiten, wodurch ein Wärmeaustausch erleichtert wird, der das Fluid darin kühlt.

Nachdem die Erfindung nun vollständig beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen 10 werden können, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung, wie hierin beschrieben, abzuweichen.

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Claims

Patentansprüche

1. Aluminlumleglerungs-Hartlotblechprodukt (4), umfassend eine abdeckende Aluminiummaterialschicht (2), umfassend 0,5% bis 6% Zn, eine AluminiumKemmaterialschicht (3) und eine Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht (1) als ein Zwischenmaterial, das zwischen der abdeckenden Aluminiummaterialschicht (2) und der Aluminium-Kernmaterlalschicht (3) angeordnet ist, wobei die Alumlnlum-Kernmaterialschicht (3) eine Aluminiumlegierung mit einer Solidustemperatur umfasst, die höher als die Liquidustemperatur der Al-SiLeglerungs-Hartlotmaterialschicht (1) Ist, und wobei die Al-Si-LegierungsHartlotmaterialschicht (1) von 0,01% bis 1% Mg enthält.
2. Alumlniumlegierungs-Hartlotblechprodukt nach Anspruch 1, wobei die abdeckende Aluminiummaterialschicht (2) eine dünne Deckmaterialschlcht ist, die Mg-frei ist, und die Al-Si-Leglerungs-Hartlotmaterialschlcht (1) als ein Zwischenmaterial zwischen der Deckmaterialschlcht (2) und der Kernmaterialschicht (3) angeordnet ist, und wobei die Deckmaterialschlcht (2) und die Kernmaterlaischicht (3), die aus Aluminiumlegierungen bestehen, eine Solidustemperatur aufweisen, die höher als eine Liquidustemperatur des Al-SlLeglerungs-Hartlotmaterials ist, sodass das geschmolzene Hartlotmaterial auf eine Oberfläche der Deckmaterialschlcht sickert, wenn das Hartlotmaterial in einem Lötvorgang geschmolzen wird.
3. Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Deckmaterlaischicht (2) eine Dicke aufweist, die 0,1% bis 10% der Gesamtdicke des Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukts beträgt und wobei die Al-Sl-Legierungs-Hartlotmaterialschlcht (1) eine Dicke aufweist, die 3% bis 30% der Gesamtdicke des Alumlnlumlegierungs-Hartlotblechprodukts beträgt.

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4. Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Dickenverhältnis zwischen der Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterlalschlcht (1) und der Deckmaterialschicht (2) 3 oder mehr als 1 beträgt und vorzugsweise 4 oder mehr als 1 beträgt.
5. Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Deckmaterlaischicht (2) Mg unter 0,05%, vorzugsweise unter 0,03%, mehr bevorzugt unter 0,01% aufweist und mehr bevorzugt frei von Mg ist.
6. Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die abdeckende Aiuminiumschicht (2) umfasst:

Fe 0 bis 0,6%,

Si 0 bis 4%, vorzugsweise 0 bis 2%, mehr bevorzugt 0 bis 1 %, Mn Obis 1,0%,

Cu 0 bis 0,5%,

Zn 0,5% bis 5%,

Ti Obis 0,1%,

Verunreinigungen, jeweils < 0,05% gesamt < 0,15%, Rest Aluminium.
7. Alumlnlumleglerungs-Hartlotblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die abdeckende Aluminiumlegierungsschicht (2) eine Mg-freie Aluminiumlegierung Ist, die eine Zusammensetzung im Bereich einer Aluminiumlegierung der 1000er-Serie aufweist.
8. Alumlniumleglerungs-Hartlotblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die abdeckende Aluminlumlegierungsschlcht (2) einen Zn-Gehalt von mindestens 0,7% aufweist, und vorzugsweise von höchstens 3,0%.
9. Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht (1) aus Folgendem besteht:

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Sl 5% bis 15%, Mg 0,01% bis 1%, Fe bis zu 0,8%, Cu bis zu 0,3%, Mn bis zu 0,8%, Zn bis zu 2%, Ti bis zu 0,3%,

Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.
10. Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterlalschicht (1) ferner eines oder mehrere Benetzungselemente enthält, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Bi, Y, Pb, Li, Na, Sb, Sr und Th, und wobei die Gesamtmenge des Benetzungselements (der Benetzungselemente) in einem Bereich von 0,01% bis 0,8% liegt
11. Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis

10, wobei die Al-Si-Legierungs-Hartlotmaterialschicht (1) einen Mg-Gehalt im Bereich von 0,02% bis 1,0% und vorzugsweise im Bereich von 0,05% bis 1,0% und mehr bevorzugt im Bereich von 0,09% bis 0,25% aufweist.
12. Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe aus Lötkomponenten, umfassend die folgenden Schritte:

i. Bereitstellen der Komponenten, von denen mindestens eine aus einem Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist;

II Zusammenfügen der Komponenten zu einer Baugruppe;

Hi. Löten der Baugruppe ohne Aufträgen von Flussmittel in einer Inertgasatmosphäre bei einer Löttemperatur für einen Zeitraum, der lang genug ist, um das Füllmaterial zu schmelzen und zu verteilen;

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13.
14.
15.
16.

iv. Abkühlen der gelöteten Baugruppe.

Verwendung eines Aluminiumlegierungs-Hartlotblechprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bei der Herstellung einer Baugruppe aus Lötkomponenten in einem flussmittelfreien Lötvorgang unter gesteuerter Atmosphäre.

Lötbaugruppe, die ein Aluminiumlegierungs-Hartlotblech nach einem der Ansprüche 1 bis 11 integriert.

Lötbaugruppe nach Anspruch 14, wobei die Lötbaugruppe ein KraftfahrzeugWärmetauscher ist.

Lötbaugruppe nach Anspruch 14, wobei die Lötbaugruppe ein Ölkühler oder ein gefalztes Rohr ist.

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