CN103773998B

CN103773998B - 中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金及其制备方法

Info

Publication number: CN103773998B
Application number: CN201410042219.8A
Authority: CN
Inventors: 涂益友; 孙中岳; 张平; 张敏达; 张建军; 彭晓彤; 吴永新; 蒋建清
Original assignee: JIANGSU ALCHA ALUMINIUM CO Ltd; Southeast University
Current assignee: Jiangsu Changaluminium Group Co., Ltd.; Southeast University
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: CN103773998A

Abstract

本发明公开了一种中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金及其制备方法，该芯材合金按重量百分比其组分为：铁0.12～0.46%，硅0.01～0.25%，锰0.45～1.4%，铜0.04～0.5%，镁0.1～0.21%，锆0.05～0.2%，镱0.01～0.4%，其余为铝。该芯材合金的制备方法主要包括：1、选配除铝镱合金外所有合金进行熔炼、搅拌、净化和静置；2、添加铝镱合金，搅拌、静置并将铝液浇铸成芯材铝合金板；3、对芯材铝合金板均质处理、保温后出炉空冷，再经过表面处理即可。本发明的优点为该芯材合金可有效抑制熔融焊料的侵蚀、显著提高铝合金高温蠕变性能；本发明方法简单易行，容易实现，适用于工业化生产。

Description

中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种芯材合金及其制备方法，尤其涉及一种中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金及其制备方法。

背景技术

增压中冷技术是提高发动机功率、降低燃料消耗、减小排放污染的有效途径，是汽车发动机的发展必然方向。随着高功率密度发动机的发展，显著提高了增压空气的温度，而发动机舱空间日益拥挤，限制了空气流动，不利于中冷器更好的散热，导致铝中冷器工作温度超过200℃，这对铝中冷器的高温耐久性提出了更高的要求。

复合钎焊铝板/箔是生产铝制汽车中冷器的主要材料，由芯材层（3系Al-Mn合金）和双面/单面厚度为8～12%的低熔点包覆层（近共晶Al-Si合金）构成。现有的中冷器在钎焊成型过程中，其复合钎焊铝板/箔被加热至580～610℃，包覆层（熔点565℃～575℃）熔化，在表面张力、重力和其它效应的作用下通过毛细管运动流到结合的缝隙处，浸润、扩展，随着温度的降低，钎料凝固，最终形成钎焊接头。而在钎焊过程中，熔融包覆层将侵蚀芯材层，降低芯材的支撑强度，造成中冷器整体塌陷或产生虚焊、脱焊等现象；另外，高温环境会加剧铝合金的蠕变，进一步降低中冷器的工作性能。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种可有效抑制熔融焊料的侵蚀、提高铝合金高温蠕变性能的中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金；本发明的第二目的是提供该还提供了该中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金的制备方法。

技术方案：本发明所述中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金，按重量百分比其组分为：铁0.12～0.46%，硅0.01～0.25%，锰0.45～1.4%，铜0.04～0.5%，镁0.1～0.21%，锆0.05～0.2%，镱0.01～0.4%，其余为铝。

本发明所述中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金的方法，包括如下步骤：

（1）选配工业纯铝锭、铝铁合金、铝硅合金、铝锰合金、铝铜合金、铝锆合金和镁锭进行熔炼，确保铝液中各元素含量分别为：铁0.12～0.46%，硅0.01～0.25%，锰0.45～1.4%，铜0.04～0.5%，镁0.1～0.21%，锆0.05～0.2%，其余为铝，合金熔化后搅拌、净化、静置铝熔体，并清理铝液表面铝渣；

（2）往步骤（1）处理后的铝液中添加铝镱合金，确保铝液中镱含量为0.01～0.4%，搅拌、静置铝熔体，然后将铝液浇铸成芯材铝合金板；

（3）将步骤（2）处理得到的芯材铝合金板进行均质处理、保温后出炉空冷，再经过处理得到表面光洁的中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材铝合金板。

其中，步骤（1）中，所述熔炼温度为700～760℃；步骤（2）中，所述铝液采用铁模浇铸成铝合金板，铁模预热达到100℃；步骤（3）中，将所述芯材铝合金放入马弗炉进行均质处理，均质温度为500～550℃，保温1～2小时。

步骤（1）中，所述合金熔化后向铝液中加入含量为0.1～0.5%的精炼剂，该精炼剂由15～25%的氯化钠、30～40%的氯化钾、5～12%的六氯甲烷、3～7%的氟硼酸钾、12～16%的氟铝酸钠与10～20%的木炭粉混合而成。

在步骤（1）或（2）中，采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体。

步骤（1）中，所述铝铁合金中含铁10.0%，所述铝硅合金中含硅20.0%，所述铝锰合金中含锰10.0%，所述铝铜合金中含铜10.0%，所述铝锆合金中含锆10.0%，所述镁锭为工业纯镁；步骤（2）中，所述铝镱合金中镱含量为5%。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：1、通过优化复合铝箔芯材合金的配比，结合上述制造工艺，获得的芯材合金具有粗大的长条状再结晶晶粒组织，晶粒尺寸长>250微米、晶粒长宽比>3.0，可有效抑制熔融焊料对芯材的侵蚀，增强芯材的支撑强度，提高复合钎焊铝板/箔的抗下垂性，适用于中冷器的制造和使用；2、本发明提供的合金可在均质处理过程中析出尺寸稳定的核壳结构第二相颗粒，在200℃左右的中冷器工作温度下核壳结构第二相颗粒粗化速度较慢，细小弥散的第二相颗粒钉扎了位错、晶界的移动，显著提高铝合金的高温蠕变性能；3、稀土元素镱在铝基体中的固溶度极低，且镱与镁极易形成Mg₂Yb相，弥散析出强化基体；且镱与铝形成Al3Yb相颗粒与铝基体间完全共格，析出速度与Al3Sc颗粒相当，可起到与Al3Sc颗粒一样的推迟再结晶，增大再结晶组织的效果。然而，由于在200℃中冷器的工作温度条件下，镱在铝基体的固溶度远低于钪。因此，Al3Yb相颗粒的粗化速率比Al3Sc颗粒小，其高温稳定性更好。而复合添加Zr后，Al3Yb相外围包覆析出一层Al3Zr，由于Zr原子在铝基体中的扩散速度极低，核壳结构进一步增强了析出相的稳定性。4、本发明方法简单易行，容易实现，适用于工业化生产。

附图说明

图1为本发明中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金再结晶组织的显微镜图片。

具体实施方式

实施例1：

首先，采用1750克工业纯铝锭、52克铝铁合金、22克铝硅合金、180克铝锰合金、50克铝铜合金、50克铝锆合金配料和3克工业纯镁锭进行熔炼，熔炼温度720℃，合金熔化后搅拌3分钟，净化处理，静置5～10分钟，清理铝液表面铝渣。接着，向铝液中添加100克铝镱合金，搅拌2分钟，静置3～5分钟后，取样，且采用直读光谱分析铝液中各合金元素重量百分含量分别为：铁0.24%，硅0.2%，锰0.80%，铜0.21%，镁0.10%，锆0.20%，镱0.12%，其余为铝；然后出炉浇铸成20mm厚的铝合金板。最后，将获得的芯材合金板进行均质处理，均质温度500℃，保温1小时，出炉空冷，然后经过处理获得表面光洁的18mm芯材合金板。

检测：1、将本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理（阳极覆膜液配方：H₃BO₃11g+HF10ml+蒸馏水1L；电压：25V；电流密度：0.20～0.30A/cm²；时间：3～4min），并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸315微米、晶粒长宽比3.8（如图1所示），可有效抑制熔融焊料对芯材的侵蚀；

2、透射电镜观察表明本实施例提供的合金可在均质处理过程中析出中冷器工作温度下尺寸稳定的核壳结构第二相颗粒，显著提高合金的高温蠕变性能；

实施例2：

首先，采用1855克工业纯铝锭、5克工业纯镁锭、80克铝铁合金、25克铝硅合金、355克铝锰合金、50克铝铜合金，25克铝锆合金配料进行熔炼，熔炼温度710℃，合金熔化后加入铝液重量0.1%的精炼剂（该精炼剂由15%的氯化钠、30%的氯化钾、5%的六氯甲烷、3%的氟硼酸钾、12%的氟铝酸钠与10%的木炭粉混合而成，能起到除气，清洁铝熔体的效果），采用吹入氮气的方法搅拌铝熔体，进行净化处理，搅拌3分钟后，静置10分钟，清理铝液表面铝渣。接着向铝液中添加110克铝镱合金，采用吹入惰性气体的方法搅拌铝熔体，搅拌2分钟后，静置5分钟后，取样，采用直读光谱分析铝液中各合金元素重量百分含量分别为：铁0.32%，硅0.18%，锰1.4%，铜0.19%，镁0.19%，锆0.11%，镱0.10%（其中，稀土Yb元素不仅可起到成相强化作用，还对铝熔体有净化效果，容易和铝熔体中的H、O结合，形成熔渣，被清除，因此损失较多），其余为铝；然后出炉浇铸，采用铁模铸成20mm厚的铝合金板，铁模预热100℃。最后将获得的芯材合金板放入马弗炉进行均质处理，均质温度520℃，保温2小时，出炉空冷，然后将合金板双面各铣去1mm，获

检测：1、将本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理，并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸265微米、晶粒长宽比3.2，可有效抑制熔融焊料对芯材的侵蚀；

实施例3：

首先，采用1770克工业纯铝锭、4克工业纯镁锭、110克铝铁合金、32克铝硅合金、250克铝锰合金、125克铝铜合金，28克铝锆合金配料进行熔炼，熔炼温度735℃，合金熔化后加入铝液重量0.5%的精炼剂（该精炼剂由25%的氯化钠、40%的氯化钾、12%的六氯甲烷、7%的氟硼酸钾、16%的氟铝酸钠与20%的木炭粉混合而成），采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体，进行净化处理，搅拌3分钟后，静置10分钟，清理铝液表面铝渣。接着，向铝液中添加50克铝镱合金，采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体，搅拌2分钟后，静置5分钟后，取样；采用直读光谱分析铝液中各合金元素重量百分含量分别为：铁0.46%，硅0.25%，锰1.0%，铜0.5%，镁0.15%，锆0.12%，镱0.05%，其余为铝；然后出炉浇铸，采用铁模铸成20mm厚的铝合金板，铁模预热100℃；最后，将获得的芯材合金板放入马弗炉进行均质处理，均质温度550℃，保温1.5小时，出炉空冷，然后将合金板双面各铣去1mm，获得表面光洁的18mm芯材合金板。

检测：1、本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理，并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸295微米、晶粒长宽比3.5，可有效抑制熔融焊料对芯材的侵蚀；

实施例4：

首先，采用1865克工业纯铝锭、4.5克工业纯镁锭，30克铝铁合金、1克铝硅合金、100克铝锰合金、8克铝铜合金，10克铝锆合金配料进行熔炼，熔炼温度760℃，合金熔化后加入铝液重量0.2%的精炼剂（该精炼剂由20%的氯化钠、34%的氯化钾、7%的六氯甲烷、4%的氟硼酸钾、13%的氟铝酸钠与12%的木炭粉混合而成），采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体，进行净化处理，搅拌3分钟后，静置10分钟，清理铝液表面铝渣。接着，向铝液中添加200克铝镱合金，采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体，搅拌2分钟后，静置5分钟后，取样；采用直读光谱分析铝液中各合金元素重量百分含量分别为：铁0.12%，硅0.01%，锰0.45%，铜0.04%，镁0.21%，锆0.05%，镱0.40%，其余为铝；然后出炉浇铸，采用铁模铸成20mm厚的铝合金板，铁模预热100℃。最后，将获得的芯材合金板放入马弗炉进行均质处理，均质温度510℃，保温2小时，出炉空冷，然后将合金板双面各铣去1mm，获得表面光洁的18mm芯材合金板。

检测：1、本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理，并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸325微米、晶粒长宽比3.9，可有效抑制熔融焊料对芯材的侵蚀；

实施例5：

首先，采用1837克工业纯铝锭、4.5克工业纯镁锭，90克铝铁合金、23克铝硅合金、300克铝锰合金、50克铝铜合金，30克铝锆合金配料进行熔炼，熔炼温度700℃，合金熔化后加入铝液重量0.4%的精炼剂（该精炼剂由18%的氯化钠、38%的氯化钾、10%的六氯甲烷、5%的氟硼酸钾、15%的氟铝酸钠与15%的木炭粉混合而成），采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体，进行净化处理，搅拌3分钟后，静置10分钟，清理铝液表面铝渣。接着向铝液中添加22克铝镱合金，采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体，搅拌2分钟后，静置5分钟后，取样；采用直读光谱分析铝液中各合金元素重量百分含量分别为：铁0.38%，硅0.20%，锰1.27%，铜0.21%，镁0.19%，锆0.13%，镱0.01%，其余为铝；然后出炉浇铸，采用铁模铸成20mm厚的铝合金板，铁模预热100℃。最后，将获得的芯材合金板放入马弗炉进行均质处理，均质温度520℃，保温1小时，出炉空冷，然后将合金板双面各铣去1mm，获得表面光洁的18mm芯材合金板。

检测：1、本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理，并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸275微米、晶粒长宽比3.2，可有效抑制熔融焊料对芯材的侵蚀；

实施例6：

首先，采用1816克工业纯铝锭、4.8克工业纯镁锭，100克铝铁合金、24克铝硅合金、208克铝锰合金、52克铝铜合金，26克铝锆合金配料进行熔炼，熔炼温度750℃，合金熔化后采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体，进行净化处理，搅拌3分钟后，静置10分钟，清理铝液表面铝渣。接着向铝液中添加85克铝镱合金，采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体，搅拌2分钟后，静置5分钟后，取样；采用直读光谱分析铝液中各合金元素重量百分含量分别为：铁0.40%，硅0.20%，锰0.90%，铜0.22%，镁0.20%，锆0.11%，镱0.15%，其余为铝；然后出炉浇铸，采用铁模铸成20mm厚的铝合金板，铁模预热100℃。最后将获得的芯材合金板放入马弗炉进行均质处理，均质温度520℃，保温2小时，出炉空冷，然后将合金板双面各铣去1mm，获得表面光洁的18mm芯材合金板。

检测：1、本实施例制得的钎焊后芯材合金经机械研磨、抛光后，进行阳极覆膜处理，并在偏光金相显微镜下进行观察，检测表明其再结晶组织为粗大的长条状晶粒组织，晶粒轧向尺寸280微米、晶粒长宽比3.4，可有效抑制熔融焊料对芯材的侵蚀；

2、透射电镜观察表明本实施例提供的合金可在均质处理过程中析出中冷器工作温度下尺寸稳定的核壳结构第二相颗粒，显著提高合金的高温蠕变性能。

Claims

1.一种中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金，其特征在于按重量百分比其组分为：铁0.12～0.46%，硅0.01～0.25%，锰0.45～1.4%，铜0.04～0.5%，镁0.1～0.21%，锆0.05～0.2%，镱0.01～0.4%，其余为铝。

2.制备权利要求1所述中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金的方法，其特征在于包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述熔炼温度为700～760℃；步骤（2）中，所述铝液采用铁模浇铸成铝合金板，铁模预热达到100℃；步骤（3）中，将所述芯材铝合金放入马弗炉进行均质处理，均质温度为500～550℃，保温1～2小时。

4.根据权利要求2所述中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述合金熔化后向铝液中加入含量为0.1～0.5%的精炼剂，该精炼剂由15～25%的氯化钠、30～40%的氯化钾、5～12%的六氯甲烷、3～7%的氟硼酸钾、12～16%的氟铝酸钠与10～20%的木炭粉混合而成。

5.根据权利要求2所述中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金的方法，其特征在于：在步骤（1）或（2）中，采用吹入氮气或惰性气体的方法搅拌铝熔体。

6.根据权利要求2所述中冷器用复合钎焊铝板/箔芯材合金的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述铝铁合金中含铁10.0%，所述铝硅合金中含硅20.0%，所述铝锰合金中含锰10.0%，所述铝铜合金中含铜10.0%，所述铝锆合金中含锆10.0%，所述镁锭为工业纯镁；步骤（2）中，所述铝镱合金中镱含量为5%。