CN104801878A - 一种耐高温钎焊的钎料铝/连接铝/钢三层复合板 - Google Patents

一种耐高温钎焊的钎料铝/连接铝/钢三层复合板 Download PDF

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Abstract

一种耐高温钎焊的钎料铝/连接铝/钢三层复合板，属于合金材料技术领域。其中钎料铝成分为4343铝合金，连接铝成分为1050铝合金基础上加入0.8％±0.1wt.％的Si，钢的成分为08Al钢，该三层复合板经过冷轧复合，进行再结晶退火后，可应用于最高达625℃的钎焊，且钎焊后能保证良好的连接性，连接铝与钢界面不产生金属间化合物。连接铝合金厚度控制在26～89μm。连接铝厚度最优范围为64～89μm时，其再结晶退火的工艺窗口为520℃退火15-30h，或550℃退火3-6h。连接铝合金在该厚度下能很好的保证复合板在高温钎焊后结合强度，保证板材不失效。

Description

一种耐高温钎焊的钎料铝/连接铝/钢三层复合板
技术领域
本发明涉及一种耐高温钎焊的钎料铝/连接铝/钢三层复合板中连接铝厚度设计，属于合金材料技术领域。
技术背景
随着可持续发展在当前社会的进一步深入，建设资源节约型、环境友好型社会显得尤为重要。火力发电空冷技术可以有效的减少水资源的浪费。其中，铝/钢复合板材是制备火电空冷散热片的关键材料。通常铝/钢复合板材与翅片钎焊连接的方式有两种：第一种是将传统的铝/钢双层复合板与复合有焊料的铝合金翅片相焊接；第二种就是将焊料复合在传统铝/钢双层复合板外侧，形成钎料铝/连接铝/钢三层铝钢复合板，再与非复合铝合金翅片组合后钎焊。采用第一种方法的优势在于，市场容易得到原材料，装配工序简单，焊接质量较高，但复合铝合金翅片造价昂贵，一般而言，市场上铝合金非复合翅片的加工成本在4000元/吨左右，而铝合金复合翅片的加工成本在10000元/吨以上；采用第二种方法的优势就在于节约成本，翅片与铝/钢复合基管的总成本会比第一种钎焊方式降低约30％，但其难点在于钎焊空冷管束时，装配工序复杂，钎焊难度高，易造成局部焊接过度或者虚焊等现象。
基于这一原因，钎料铝/连接铝/钢复合板材的连接铝合金就显得尤为重要。要保证上层高Si的焊料铝合金熔化，但又不能熔蚀连接铝合金，使得连接铝合金与钢界面产生金属间化合物，从而导致界面失效等问题。
发明内容
本发明的目的在于通过控制连接铝合金厚度，从而控制焊料铝合金在高温退火及钎焊时Si元素的扩散，控制连接铝合金与钢界面不产生脆性的金属间化合物，从而保证连接铝合金与钢的结合强度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，一种耐高温钎焊的钎料铝/连接铝/钢三层复合材料，其特征在于，钎料铝/连接铝为钎料铝和连接铝热轧复合在一起，钎料铝/连接铝中的钎料铝面与低碳钢轧制复合在一起，其中钎料铝的厚度26～89μm，优选64～89μm。
上述进一步钎料铝成分为4343铝合金，连接铝成分为在1050铝合金基础上加入0.8％±0.1wt.％的Si，钢的成分为08Al钢。
上述钎料铝/连接铝/钢三层复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：皮材包括焊料铝合金和连接铝合金，二者进行热轧复合，然后再将连接铝合金面与芯材低碳钢接触并轧制复合；该三层复合材料经过冷轧复合后，进行再结晶退火。再结晶退火的工艺：在520℃再结晶退火12h以上或550℃再结晶退火3h以上，以满足后续加工需要。在其连接铝厚度最优范围为64～89μm时，其再结晶退火的工艺窗口为520℃退火15-30h，或550℃退火3-6h，见附图17和18。
本发明中将上述成分的钎料铝和连接铝热轧复合轧成铝箔后与低碳钢进行总变形量为60％的冷轧复合轧制处理。
本发明进行模拟钎焊处理，实验采用30min从室温升至625℃保温10min后空冷的模拟钎焊处理，以保证材料的耐高温应用。
与现有铝/铝/钢三层复合板相比，本发明的优势在于，确定了连接铝合金的厚度范围区间，并在该厚度范围内确定了再结晶退火时间，拓宽了复合轧制的工艺窗口，给工厂足够大的容错区间，可以在保证翅片钎焊的同时，不会产生连接铝合金与钢层开裂等情况。该三层复合板经过冷轧复合，进行再结晶退火后，应用于高温钎焊，且钎焊后能保证良好的连接性，连接铝与钢界面不产生金属间化合物。
附图说明
图1：520℃退火15h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度48μm连接铝/钢界面；
图2：520℃退火18h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度60μm连接铝/钢界面；
图3：520℃退火21h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度61μm连接铝/钢界面；
图4：520℃退火21h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度83μm连接铝/钢界面；
图5：520℃退火24h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度54μm连接铝/钢界面；
图6：520℃退火27h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度63μm连接铝/钢界面；
图7：520℃退火30h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度63μm连接铝/钢界面；
图8：520℃退火12h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度61μm连接铝/钢界面；
图9：520℃退火27h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度26μm连接铝/钢界面；
图10：520℃退火36h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度89μm连接铝/钢界面；
图11：550℃退火3h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度64μm连接铝/钢界面；
图12：550℃退火6h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度62μm连接铝/钢界面；
图13：550℃退火6h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度89μm连接铝/钢界面；
图14：550℃退火6h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度29μm连接铝/钢界面；
图15：550℃退火12h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度75μm连接铝/钢界面；
图16：550℃退火24h后进行模拟钎焊处理连接铝厚度65μm连接铝/钢界面；
图17：520℃退火铝/钢界面连接良好工艺优化窗口；
图18：550℃退火铝/钢界面连接良好工艺优化窗口。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
将钎料铝合金与连接铝合金热轧复合，制备不同厚度的连接铝合金，最终将皮材轧成铝箔后与钢进行变形量约为60％的冷轧复合处理，其中钎料铝成分为4343铝合金，连接铝成分为1050铝合金基础上加入0.8％±0.1wt.％的Si，钢的成分为08Al钢，随后进行再结晶退火处理+模拟钎焊热处理。铝/钢冷轧复合后，晶粒严重变形，冷轧复合板塑性下降，将复合带进行520℃/12h～36h或550℃/3h～24h退火热处理，以满足后续加工需要；实验采用30min从室温升温到625℃保温10min后空冷的模拟钎焊处理以保证材料的耐高温应用。
实施例1：连接铝合金平均厚度为48μm的样品在520℃再结晶退火15h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图1所示。
实施例2：连接铝合金平均厚度为60μm的样品在520℃再结晶退火18h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图2所示。
实施例3：连接铝合金平均厚度为61μm的样品在520℃再结晶退火21h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图3所示。
实施例4：连接铝合金平均厚度为83μm的样品在520℃再结晶退火21h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图4所示。
实施例5：连接铝合金平均厚度为54μm的样品在520℃再结晶退火24h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图5所示。
实施例6：连接铝合金平均厚度为63μm的样品在520℃再结晶退火27h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图6所示。
实施例7：连接铝合金平均厚度为63μm的样品在520℃再结晶退火30h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图7所示。
对比例1：连接铝合金平均厚度为61μm的样品在520℃再结晶退火12h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面产生金属间化合物，结果如图8所示。
对比例2：连接铝合金平均厚度为26μm的样品在520℃再结晶退火27h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面产生金属间化合物，结果如图9所示。
对比例3：连接铝合金平均厚度为89μm的样品在520℃再结晶退火36h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面产生金属间化合物，结果如图10所示。
实施例8：连接铝合金平均厚度为64μm的样品在550℃再结晶退火3h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图11所示。
实施例9：连接铝合金平均厚度为62μm的样品在550℃再结晶退火6h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图12所示。
实施例10：连接铝合金平均厚度为89μm的样品在550℃再结晶退火6h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图13所示。
对比例4：连接铝合金平均厚度为29μm的样品在550℃再结晶退火6h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图14所示。
对比例5：连接铝合金平均厚度为75μm的样品在550℃再结晶退火12h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图15所示。
对比例6：连接铝合金平均厚度为65μm的样品在550℃再结晶退火24h后，再进行模拟钎焊处理，通过金相显微镜观察发现，连接铝合金在该厚度时，经过一系列热处理，铝/钢界面未发现金属间化合物，结果如图16所示。
图17与图18为上述实施例与对比例的退火时间与连接铝厚度关系，以及优化可用的工艺窗口。

Claims (6)

1.一种耐高温钎焊的钎料铝/连接铝/钢三层复合材料，其特征在于，钎料铝/连接铝为钎料铝和连接铝热轧复合在一起，钎料铝/连接铝中的钎料铝面与低碳钢轧制复合在一起，其中钎料铝的厚度26～89μm，钎料铝成分为4343铝合金，连接铝成分为在1050铝合金基础上加入0.8％±0.1wt.％的Si，钢的成分为08Al钢。
2.按照权利要求1的一种耐高温钎焊的钎料铝/连接铝/钢三层复合材料，其特征在于，钎料铝的厚度64～89μm。
3.制备权利要求1或2的一种耐高温钎焊的钎料铝/连接铝/钢三层复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：皮材包括焊料铝合金和连接铝合金，二者进行热轧复合，然后再将连接铝合金面与芯材低碳钢接触并轧制复合；该三层复合材料经过冷轧复合后，进行再结晶退火；再结晶退火的工艺：在520℃再结晶退火12h以上或550℃再结晶退火3h以上。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，在其连接铝厚度为64～89μm时，其再结晶退火的工艺窗口为520℃退火15-30h，或550℃退火3-6h。
5.按照权利要求3的方法，其特征在于，钎料铝和连接铝热轧复合轧成铝箔后与低碳钢进行总变形量为60％的冷轧复合轧制处理。
6.权利要求1或2的耐高温钎焊的钎料铝/连接铝/钢三层复合材料用于625℃的高温钎焊。
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