CN107003095A - 换热器，铝合金和铝带的应用以及铝带的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其用于汽车的换热器(10)，具有至少一根铝合金换热管(12)和至少一个与换热管流体相连的组件(14，16)，换热管(12)和组件(14，16)通过共同的焊接连接彼此相连并且与换热管(12)相连的组件(14，16)具有以下组成的铝合金制成的核心层(24)：硅：最多0.7重量％，铁：最多0.70重量％，铜：最多0.10重量％，锰：0.9‑1.5重量％，镁：最多0.30重量％，铬：最多0.25重量％，锌：最多0.5重量％，钛：最多0.25重量％，锆：最多0.25重量％，不可避免的杂质每种最多0.05重量％，总量最多0.15重量％，其余为铝。本发明还涉及铝合金或具有该铝合金制成的核心层的铝带用于制造焊接换热器的收集管(14，16)或管板的使用，还涉及一种铝带的生产方法。

Description

换热器，铝合金和铝带的应用以及铝带的生产方法
技术领域
本发明涉及一种尤其适用于汽车的换热器，上述换热器具有至少一根铝合金换热管以及至少一个与换热管流体相连的组件，其中上述换热管和组件以整体焊接的形式彼此相连。本发明此外还涉及一种铝合金或者具有用该铝合金制成的核心层的铝带用于制造焊接的换热器的收集管或者管板的用途，还涉及一种特别是适用于前述用途的滚压包层铝带的生产方法。
背景技术
换热器的作用在于将热能从一种媒介流转移到另一种媒介流中去。为了达到这个目的，换热器具有至少一根换热管，添加上述换热管的目的是在使用中第一种媒介流流通，上述媒介流通过换热管与第二种媒介流发生热接触。此外，在使用中换热管尤其可以第二种媒介流包围绕流。为了达到更好地传热效果，换热器通常建造为能够为换热提供大的有效换热面积。为了达到此目的，可以使用换热盘管，多通道换热管和/或具有多个换热管的换热管束。额外地或者作为备选还可以将一些冷却体，比如翅片焊接到换热管上，以进一步增大热接触面积。
除了至少一根换热管之外，换热器还具有其他的组件，在工作时一种媒介流会从上述组件流出，流入到换热管中，或者一种媒介从换热管中流入到上述组件中。这些连接到换热管一端以便将媒介流引入到换热管中或者接收从换热管中流出的媒介流的组件也叫做收集管或者管板。收集管特别理解为一个四周封闭的物体，通常是管状，上述物体具有用以与换热器换热管相连的孔。管板尤其是指四周并不完全封闭的物体，比如具有半个管横截面，并通过其他部件，比如塑料板补全成为一个四周封闭的物体。管板也有用于与换热器换热管相连的孔。
铝制的焊接换热器受环境影响发生的腐蚀会产生很大问题，尤其对于汽车领域中的应用。
因为针对换热器单个的组件，如翅片、换热管、收集管等，通常出于各自目的而使用进行优化的具有不同化学组成和相应不同腐蚀电势的铝合金，所以会在换热器中出现耦合的电镀腐蚀系统。
通常这种情况在选材时就会有所体现，原因是在一些特别重要的组件上，如薄壁，流有媒介的管道采用有着相对较好腐蚀电势的铝合金，而在那些对换热器来说没那么重要的组件，如翅片，则用有着不好腐蚀电势的铝合金来制作。这样在使用中那些不太重要的换热器组件最先受到腐蚀，由此可以提高换热器的使用寿命，也即直到泄漏出现的时间。
对于空调的压缩机上冷却剂网络中的冷媒管道尽可能采用多腔挤压扁管，即所谓的MPE。为了在MPE的制造过程中限制挤压力的大小，比起其它换热器组件所采用的通常以铝锰合金(EN-AW 3xxx型合金)为基础的轧制合金，MPE所用的典型铝合金典型地含有更少的合金元素(如锰，硅或者铜)。
这尤其适用于如收集管或者管板的组件，上述组件与MPE在换热器中通过焊接连接。因此很多情况下MPE的腐蚀电势比收集管或者管板的要小，这样一来MPE优选在与收集管的焊接处和第一层空气翅片之间的区域中腐蚀。
为了避免这种MPE的局部腐蚀已知许多种应对措施，上述措施有时也会联合使用：
已知的是在MPE上添加含锌涂层，比如通过热喷涂或者通过涂覆含锌的助熔剂层。在MPE表面涂覆锌可以局部降低铝材料的腐蚀电势，由此腐蚀会优先在侧面平行于管道表面形成。局部腐蚀，即所谓的点蚀，可以通过这种方式得以限制，以显著提高换热器的使用寿命。
另外还已知，在收集管或管板上使用含锌的焊料。通过这种方式可以极大降低收集管或管板表面的腐蚀电势，由此理想情况下在焊接之后上述腐蚀电势比MPE的腐蚀电势要低，MPE也就可以通过收集管或者管板得到阳极保护。
然而上述几种措施也有缺点，即在焊接换热器中锌的分布很难控制。在铝中锌有着尤其高的扩散速度。在典型温度范围600摄氏度温度范围内的焊接过程中，锌会走过相对较远的扩散路径，无论焊接过程的长短。在最不利的情况下会在MPE和收集管之间或者也会在MPE和冷却翅片之间的焊接接口内部造成锌的大量聚集。由此这些焊接接口会成为换热器中阳极性最强的区域，这意味着有着最小腐蚀电势的区域，并因此率先腐蚀，这可能导致换热器大幅的功率损耗(当MPE和冷却翅片之间的焊接接口发生腐蚀时)或者甚至导致换热器故障(当MPE和收集管之间的焊接处发生腐蚀时)。
为了能够避免出现这种换热器的功率损耗或者甚至提前故障的情况，为每一种应用，不论各自的焊接情况，对每个部件的锌含量进行准确调整就显得十分必要。然而这非常繁杂而且使得标准材料不能够使用。
发明内容
在此背景下，本发明的目的在于，为焊接的换热器提供一个能够减轻前述腐蚀问题并尽可能能够广泛使用的材料配方。
根据该发明，这个目的在一种具有至少一根铝合金换热管和至少一个与换热管流体相连的组件，且上述换热管和组件以整体焊接的形式彼此相连的尤其适用于汽车的换热器上至少可以得到部分解决，解决的方法是以下列组成的铝合金制作与换热管相连组件的核心层：
硅：最大0.7重量％，优选0.10-0.7重量％，尤其0.50-0.7重量％，
铁：最大0.7重量％，优选0.1-0.5重量％，尤其0.15-0.40重量％，
铜：最大0.10重量％，优选最大0.05重量％，尤其最大0.03重量％，
锰：0.9-1.5重量％，优选1.2-1.5重量％，
镁：最大0.30重量％，优选0.01-0.15重量％，尤其0.01-0.10重量％，
铬：最大0.25重量％，优选0.10-0.20重量％
锌：最大0.50重量％，优选最大0.25重量％，尤其最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
换热管是指用于在使用中第一种媒介流流通，且上述第一种媒介流通过换热管与第二种媒介流发生热接触的管道或小管道。换热器具有至少一根，优选多根，如至少五根换热管。
至少有一个组件与换热管上流体相连。这里的意思是这种组件这样与换热管的至少一端相连，使得在使用过程中在换热管中流通的媒体流至少部分地也会流过该组件。该组件可以是比如收集管或者管板，且有一个或者多个换热管与上述收集管或者管板相连。
换热管与上述组件通过整体焊接的方式彼此相连。上述焊接连接特别指硬焊料钎焊，即在450摄氏度以上的焊接温度下产生的焊接连接。通过这种焊接连接换热管与该组件直接相连，这样换热管与该组件便形成了耦合电腐蚀系统。
在本发明的范围内可以知悉，在焊接的换热器中出现的腐蚀问题可以通过使用具有前述铝合金核心层的组件来作为与换热管相连的组件来减缓。上述组件尤其指具有前述合金核心层和在核心层上所镀镀层的镀层组件。但是也能够使用未镀层的组件。前述概念“核心层”既可用于镀层组件也可以用于无镀层组件，在后者这种情况下核心层也可以表示该组件所拥有的唯一一层。
通过使用这种合金作为核心层，可以使得上述核心层在焊接状态下有着较低的腐蚀电势，并因此比大多数用于换热管，尤其是MPE的典型合金更低级。通过将用于组件，尤其是收集管和管板核心层的这种合金与换热管，尤其是MPE的合金的结合，核心层的合金为换热管提供电保护。
这样也可以放弃在换热管上使用含锌涂层或者在如收集管或者管板等组件上使用含锌焊剂镀层或者大量降低锌的使用量。
相应地，焊接状态下核心层的腐蚀电势优选比换热器换热管的腐蚀电势要小。
在腐蚀测试中(海水酸化实验-SWAAT-根据ASTM G85，Annex A3)，使用了用前述合金制成的收集管和管板的焊接换热器显示出了比使用了未经过腐蚀电势适应的常见核心合金的换热器明显更长的使用寿命。
尤其是可以通过使用前述合金作为组件的核心层来避免换热器管，尤其是MPE在收集管和与其相邻的翅片之间区域的泄漏。
相应地，根据发明，上述目的至少可以部分地通过使用一种铝合金或者用该铝合金制成的核心层的铝带来制造换热器的，尤其是前述换热器的组件，尤其是收集管或者管板的应用来实现，其中该组件设置用于与换热器的换热管流体连接，并且其中上述铝合金具有以下组成：
硅：最大0.7重量％，优选0.10-0.7重量％，尤其0.50-0.7重量％，
铁：最大0.7重量％，优选0.1-0.5重量％，尤其0.15-0.40重量％，
铜：最大0.10重量％，优选最大0.05重量％，尤其最大0.03重量％，
锰：0.9-1.5重量％，优选1.2-1.5重量％，
镁：最大0.30重量％，优选0.01-0.15重量％，尤其0.01-0.10重量％，
铬：最大0.25重量％，优选0.10-0.20重量％
锌：最大0.50重量％，优选最大0.25重量％，尤其最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
上述合金的特点是进一步放弃了通常用于降低腐蚀电势而大量添加的合金元素锌和镁。取而代之的是通过仔细调节合金组成来达到想要的腐蚀电势。
该合金的特点尤其还在于进一步放弃合金元素铜，铜通常用来在普通合金中增加强度以及控制腐蚀电势。此外，特别是焊接状态下游离的合金元素锰的含量会降低。这尤其也可以通过调整合金元素锰，硅和铁的含量与控制均一退火和热轧的预热时的温度引导相结合来实现。
尽管弃用了增加强度的元素铜，但是通过前述合金仍然可以达到足够的强度值，尤其是能够与传统含铜的合金相提并论的强度值。这样前述合金就可以毫无问题地在具有挤压扁管(MPE)的换热器(如压缩机)以及带有轧制铝板材质换热管的换热器中取代目前为止在使用的合金。
另外还确定了，特性的有利组合，也就是低腐蚀电势的同时有着很好的强度，这在镀层的铝带中可以很好地通过仔细调节合金组成和生产过程来实现。
相应地，根据本发明，上述目的此外还至少部分地通过一种铝带的生产方法来解决，带铝带尤其是用于前述目的，其步骤如下：
-用DC铸造(DC)方法将具有以下组成的铝合金浇铸为锭坯：
硅：最大0.7重量％，优选0.10-0.7重量％，尤其O.50-0.7重量％，
铁:最大0.7重量％，优选0.10-0.5重量％，尤其0.15-0.4重量％，
铜：最大0.1重量％，优选最大0.05重量％，尤其最大0.03重量％，
锰：0.9-1.5重量％，优选1.2-1.5重量％，
镁：最大0.3重量％，优选0.01-0.15重量％，尤其0.01-0.10重量％，
铬：最大0.25重量％，优选0.10-0.20重量％，
锌：最大0.50重量％，优选最大0.25重量％，尤其最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
-利用温度范围在540℃至620℃，优选540℃至600℃的退火处理对锭坯进行均质化，目标温度下的保持时间为4到12小时之间，
-将锭坯热轧成热轧带材，尤其至范围为2.0-10mm的厚度，优选范围为3-7mm，
-在300℃到450℃温度范围内，优选300℃到400℃温度范围内通过选择性的中间退火将热轧带材冷轧至最终厚度，这里该冷轧带材的最终厚度优选位于0.1至5mm范围，特别优选在0.8至3mm范围，尤其在1.0至2.5mm范围。
在本发明的一个备选设计形式中，前述方法也可以不对锭坯均质化。
确定的是，该生产方法与前述合金结合能够得到一种铝带，其核心层具有很好的强度，同时具有低的腐蚀电势。
所述锭坯在热轧之前优选覆有一层镀层。通过这种方式，所述镀层在接下来的热轧中就镀在该锭坯上。所述锭坯可以在一面或者两面都具有镀层。尤其地，所述锭坯可在一面覆有焊料合金的镀层，该焊料合金可以比如是具有7至12重量％硅含量的铝合金。合适的焊料合金是比如EN-AW 4343或者EN-AW 4045。备选的焊料合金如EN-AW 4104对可能的真空焊接过程来说也是可能的。
备选地或者额外地也可以将一个或者多个防腐蚀层，如EN-AW 1050或者EN-AW7072材质的，镀到锭坯上。这种抗腐蚀层比如可以镀在后续使用过程中与腐蚀性媒介接触的那一面上。此外，通过这种防腐蚀层即使在使用不合适冷媒时也能够确保防腐蚀保护。因此这种设计形式尤其适用于冷媒冷却器。如果该铝带用于比如收集管的生产，这样该防腐蚀层优选安置于管道内侧。
下面对上述方法的各个步骤进行更详细说明：
首先，通过前述直接冷却(DC)方法生产的合金浇铸锭坯。DC方法中，液态金属通过优选冷却的模具浇铸成锭坯。产生的锭坯立即进一步冷却，例如通过喷水。
对锭坯的均质化通过温度在540℃和620℃之间，优选540℃和600℃之间，目标温度下的持续时间为4小时和12小时之间的退火处理实现。通过均质化，材料的析出状态明显地调整，该析出状态又会反过来影响材料的腐蚀电势。
备选地，锭坯的均质化可以取消，以到达材料在经焊接的状态下更高的强度。
为了所述选择性的辊轧包层，该核心锭坯在一面或者两面上覆有镀层。这些彼此重叠放置的层也称作镀层垛。所述镀层的厚度优选分别为镀层垛总厚度的5％和20％之间。
在热轧时，所述锭坯或者所述镀层垛轧至优选2.0到10mm，尤其3到7mm的厚度。为了进行热轧，所述锭坯或者所述镀层垛首先预热到450℃和480℃之间的温度并在目标温度下保持约3到10小时。高于480℃的预热温度以及长于10小时的保持时间应该避免，以不将在均质化过程中调整的析出状态从根本上改变。
该热轧带材在冷轧过程中辊轧至所需的最终厚度，优选厚度为0.1和5mm之间，特别优选为0.8和3mm之间，尤其在1.0和2.5mm之间。根据用途，更小的或者更大的最终厚度也是可能的或者有意义的。
在最终状态下需要一定的轧辊硬度状态的话，如H14(DIN EN515)，优选在中间厚度时对冷轧带材在300℃和450℃之间，尤其300℃和400℃之间进行一次重结晶退火。该中间厚度取决于所需最终厚度，通过精确的最终辊轧程度调节材料的机械强度。对于状态H14来说，例如25％至30％范围内的最终辊轧程度，例如30％，是有意义的，以达到运输状态下的强度和可塑性的有利组合。与此相对，通常最终辊轧程度对焊接状态下的腐蚀电势只有很小的影响或者没有影响。
对于处于不完全退火状态O(DIN EN 515)的材料来说，在最终厚度下，优选在300℃和450℃之间，尤其300℃和400℃之间时进行不完全退火。此外，所述方法对于不完全退火状态的材料优选进行锭坯的均质化。备选地，通过在240℃和350℃之间温度下的最终退火，状态H24能够调整出。若对铝带可塑性有高要求，尤其对于由该铝带制成的换热器组件的生产来说，那么在铝带的生产方法中优选调整出状态O(也叫做O回火状态)。对于该铝带用于作为换热器组件的管道，尤其是收集管的生产的应用来说，在生产方法中优选调整出状态H24或者H14。铝带的这种状态简化了用于换热管连接的接缝的冲制。确定的是，结尾的热处理如最终退火或者不完全退火对于焊接后的腐蚀电势来讲没有明显影响。
所述组成与换热管相连组件的核心层的铝合金或者用于生产该组件的铝带的铝合金或者用于浇铸生产该铝带的锭坯的铝合金具有以下组成：
硅：最大0.7重量％，优选0.10-0.7重量％，尤其0.50-0.7重量％，
铁：最大0.7重量％，优选0.1-0.5重量％，尤其0.15-0.40重量％，
铜：最大0.10重量％，优选最大0.05重量％，尤其最大0.03重量％，
锰：0.9-1.5重量％，优选1.2-1.5重量％，
镁：最大0.30重量％，优选0.01-0.15重量％，尤其0.01-0.10重量％，
铬：最大0.25重量％，优选0.10-0.20重量％
锌：最大0.50重量％，优选最大0.25重量％，尤其最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
每种合金成份的意义描述如下。
硅与锰共同在制造过程中构成了所谓α相(Al15Mn4Si2)的析出相。这降低了锰在基体中的溶解含量并由此对腐蚀电势在希望的方向上产生影响，此外并通过析出强化提高机械强度。过高的含量会过强地降低合金熔点。因此所述铝合金的硅含量最大为0.7重量％。为了同时达到想要的腐蚀电势，所述铝合金的硅含量优选为0.1-0.7重量％，特别优选0.5-0.7重量％。
高的铁含量损害腐蚀性能，此外还以金属间相的形式与硅化合，这样硅和锰的化合物形成中之前描述的硅的效应就受到限制。因此铝合金中铁含量限制在最大0.7重量％，优选甚至限制在0.40重量％。此外，所述铝合金优选具有0.10-0.50重量％，尤其0.15-0.40重量％范围的铁含量。小于0.15重量％甚至小于0.10重量％的铁含量会使得可用原材料(一级铝和碎料)的选择极大地受到限制并且由此增加原材料成本。通过0.10-0.50重量％，尤其0.15-0.40重量％的铁含量可以达到一方面好的腐蚀行为，另一方面经济性之间尤其好的平衡。
铜将合金的腐蚀电势极大地推向正向的，也即不希望的方向。因此铝合金的铜含量限制在最大0.10重量％，优选甚至最大0.05重量％的不可避免的痕量。此外，因为铜能够从核心层材料中扩散到焊接连接，尤其角焊缝区域中并在此区域促进腐蚀，合金的铜含量优选甚至降到最大0.03重量％。
锰有助于强度提高。因此所述铝合金的锰含量至少为0.9重量％。然而溶解锰过高的含量将腐蚀电势推向一个不希望的正向的方向，由此所述铝合金锰的含量最大为1.5重量％。尤其地，锰的含量与该合金中硅的含量相匹配。这样锰在均质化退火或者用于热轧的预热过程中和硅与铝构成金属间析出相。由此溶解锰含量降低，腐蚀电势向希望的方向移动。因此锰：硅的比例优选调整到1.7到3的范围，优选2到3的范围，尤其2到2.5的范围。该比例基于重量％的份额。锰含量优选为1.2至1.5重量％。在此范围内能够达到很好的强度，同时又能达到足够低的腐蚀电势。
镁通过固溶强化提高强度并且将腐蚀电势推向基础的，也就是所希望的方向。然而更高的镁含量损害常用CAB焊接过程中的焊接行为(CAB：Controlled AtmosphereBrazing保护气体钎焊)。因此合金中镁的含量限制在最大0.30重量％，优选甚至限制在最大0.10重量％。另一方面确定的是，通过有目的地添加在0.01-0.15重量％，尤其0.01-0.10重量％范围内的少量镁，核心层的强度和腐蚀电势得到调节，而不对焊接行为产生负面影响。
铬提高强度并且在合金里至少部分地补偿对铜的有意放弃。但是因为在较高的铬含量下会析出不希望出现的粗糙的金属间铸层，所以合金中铬的含量限制在最大0.25重量％。优选铬含量为0.10至0.20重量％。在此范围内能够达到好的强度提升而不会有不希望出现的铸层析出。
合金中锌含量由于前述的锌扩散引起的腐蚀问题限制在最大0.50重量％，优选在最大0.25重量％特别优选甚至在最大0.10重量％。因为锌将腐蚀电势在基础的方向上极大地推动，可以根据需要为了腐蚀电势的精确调整小剂量添加锌，尤其在0.01-0.10重量范围内。
钛以及锆在所述合金中的含量可以为最大0.25重量％。钛和/或锆的含量优选为最大0.05重量％。
下面对换热器，铝合金或铝带的使用以及所述铝带的生产方法的不同实施例进行描述，这里各个实施例既可以应用到换热器上，所述铝合金或铝带的使用上，也可以应用到所述铝带的生产方法上。此外，这些实施例也可以彼此互相结合。
第一种实施例中所述铝合金优选具有以下组分：
硅：0.5-0.7重量％，
铁：0.15-0.40重量％，
铜：最大0.05重量％，优选最大0.03重量％，
锰：1.2到1.5重量％，
镁：最大0.10重量％，优选0.01-0.10重量％，
铬：0.10到0.20重量％，
锌：最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
通过这种方式，能够获得具有良好强度同时又有足够低腐蚀电势的铝合金。
另外一种实施例中，与换热管相连的组件是收集管或者管板。换热器中换热管通常直接与收集管或者管板相连，这样这些组件与换热管就建立起直接的电腐蚀系统。具有与换热管相比低腐蚀电势的收集管或者管板就很适合为换热管提供阳极保护。
另外一种实施例中，焊接状态下与换热管相连的组件根据ASTM G69相对于甘汞电极(饱和甘汞电极-SCE)的腐蚀电势为-740mV或更小。确定的是，用前述的合金，尤其是与前述铝带的生产方法相结合，能够生产出具有这种低腐蚀电势，同时又具有足够强度的组件。通过-740mV或更低的腐蚀电势，该组件特别比常用的合金如EN-AW 3003型，EN-AW 3005型或者EN-AW 3017型都更加基础，上述合金的腐蚀电势通常在-660mV到-720mV范围内。
另外一种实施例中，换热管为多腔挤压扁管(MPE)。多腔挤压扁管通常具有相当低的腐蚀电势，由此其尤其容易腐蚀。前述合金在所述组件核心层的应用因此就尤其为具有MPE的换热器提供了很大的优点。
另外一种实施例中，换热管由一种型号为3xxx的铝合金构成。该种合金在焊接后的腐蚀电势通常在-720mV和-760mV之间。例如换热管可以由EN-AW 3120型号的铝合金制成。这种合金的腐蚀电势在大约-735mV到-745mV之间。换热管的铝合金尤其可以具有以下组成：硅：≤0.40重量％，铁：≤0.7重量％，铜≤0.10重量％，锰：0.05-0.40重量％，锌≤0.30重量％，钛≤0.10重量％，杂质每种≤0.05重量％，总≤0.15重量％，其余为铝。3xxx合金如EN-AW 3102具有低的腐蚀电势，因此容易腐蚀。在组件的核心层上应用前述合金因此在与用所述合金组成的换热管结合时就提供了很大的优点。
另外一种实施例中，换热管和与其相连的组件的整个焊接连接的焊料具有最大为1.2重量％，优选最大为0.50重量％，特别优选最大0.2重量％的锌含量。优选使用无锌标准焊料合金，如EN-AW 4043,EN-AW 4045的焊料或者对于真空焊使用EN-AW 4104。标准焊料合金中锌的含量进一步限制在最大0.50重量％，尤其最大0.20重量％。特殊情况下，比如应用由低合金材料制成的，焊接腐蚀电势为-750mV或更低的换热管时，使用添加有最多1.2％锌的焊料也可以是有意义的。
另外一种实施例中，与换热管相连的组件具有一个由一种焊料合金组成的镀层，这里所述焊料合金是一种含有7到12重量％硅含量，最大0.50重量％，尤其最大0.20重量％的锌含量的铝合金。在一个相应的应用实施例中，所述铝带具有一个焊料合金制成的覆在核心层之上的焊料层，这里所述焊料合金是一种含有7到12重量％硅含量，最大0.50重量％，尤其最大0.20重量％的锌含量的铝合金。在一个相应的方法实施例中，该镀层由焊料合金组成，这里所述焊料合金是一种含有7到12重量％硅含量，最大0.50重量％，尤其最大0.20重量％的锌含量的铝合金。
因为对于换热管的腐蚀保护通过组件的核心层保证，可以放弃使用含锌的焊料或者含锌的焊料镀层并且由此不受控制的锌扩散的问题能够避免。
下面对其他的换热器实施例1到7，其他的应用实施例8和9以及其他的方法实施例10到13进行描述：
1.换热器，尤其适用于汽车，
具有至少一个由一种铝合金组成的换热管和至少一个流体连接地与换热管相连的组件，
这里所述换热管和组件通过一个共同的焊接连接与彼此相连，
其特征为，
与换热管相连的组件有一个由具有以下组成的铝合金构成的核心层：
硅：最大0.7重量％，优选0.50-0.7重量％，
铁：最大0.7重量％，优选最大0.4重量％，尤其0.15-0.40重量％，
铜：最大0.10重量％，优选最大0.05重量％，
锰：0.90-1.50重量％，优选1.20到1.50重量％，
镁：最大0.30重量％，优选最大0.01重量％，
铬：最大0.25重量％，优选0.10到0.20重量％，
锌：最大0.50重量％，优选最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
2.根据实施例1所述的换热器，这里与该换热器连接的组件是一个收集管或者一个管板。
3.根据实施例1或2所述的换热器，这里与该换热器连接的组件根据ASTM G69具有-740mV或更低的腐蚀电势。
4.根据实施例1到3任意一项所述的换热器，这里换热管是多腔挤压扁管。
5.根据实施例1到4任意一项所述的换热器，这里换热管由3xxx型铝合金构成。
6.根据实施例1到5任意一项所述的换热器，这里换热管和与其相连的组件的共同焊接连接是在使用了具有最大0.2重量％锌含量的焊料的情况下产生的。
7.根据实施例1到6任意一项所述的换热器，这里与换热管相连的组件具有一个由焊料合金组成的涂覆在表面的焊料层，这里该焊料合金是一种具有7到12重量％硅含量和最大0.2重量％锌含量的铝合金。
8.一种铝合金或者具有由这种铝合金制成的核心层的铝带用于制造换热器，尤其是根据实施例1到7任意一项所述换热器的组件，尤其是收集管或者管板的应用，这里该组件用于与换热器的换热管流体连接地相连，这里该铝合金的组成如下：
硅：最大0.7重量％，优选0.50-0.7重量％，
铁：最大0.7重量％，优选最大0.4重量％，尤其0.15-0.40重量％，
铜：最大0.10重量％，优选最大0.05重量％，
锰：0.90-1.50重量％，优选1.20到1.50重量％，
镁：最大0.30重量％，优选最大0.01重量％，
铬：最大0.25重量％，优选0.10到0.20重量％，
锌：最大0.50重量％，优选最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
9.根据实施例8的应用，这里铝带具有一个涂覆于核心层表面的，由一种焊料合金组成的焊料层，这里该焊料合金是一种具有7到12重量％硅含量和最大0.2重量％锌含量的铝合金。
10.用于生产一种铝带的方法，该铝带尤其用于根据实施例8或9其中一项所述的应用，步骤如下：
-在DC方法中用具有以下组成的铝合金浇铸一个锭坯：
硅：最大0.7重量％，优选0.50-0.7重量％，
铁：最大0.7重量％，优选最大0.4重量％，尤其0.15-0.40重量％，
铜：最大0.10重量％，优选最大0.05重量％，
锰：0.90-1.50重量％，优选1.20到1.50重量％，
镁：最大0.30重量％，优选最大0.01重量％，
铬：最大0.25重量％，优选0.10到0.20重量％，
锌：最大0.50重量％，优选最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
-利用在温度范围540℃和600℃之间的和目标温度下保持时间为4到12小时的退火处理对锭坯进行均质化，
-将该锭坯热轧成为热轧带材，尤其热轧带材的厚度在3到7mm范围，
-将该热轧带材冷轧至最终厚度，选择性进行温度在300℃至400℃范围的中间退火，这里冷轧带材的最终厚度优选在1.0至2.5mm范围内。
11.根据实施例10所述的用于一个辊轧包层的铝带的生产的方法，该方法中热轧之前在锭坯上涂覆一层镀层。
12.根据实施例10或11所述的方法，这里镀层是由一种焊料合金组成的以及这里该焊料合金是一种硅含量为7到12重量％以及锌含量为最大0.2重量％的铝合金。
13.根据实施例10到12中任意一项所述的方法，这里镀层的冷轧带材在最终厚度时在300℃到400℃范围的温度下不完全退火或者在240℃到350℃范围的温度下最终退火。
附图说明
该换热器，应用和方法的其他特征和优点能够从接下来对实施例的说明中得出，这里参照附上的图。
图中示出了
图1a-b该换热器以及一种铝合金或者铝带的应用的实施例以及
图2用于一种铝带生产的方法的实施例
具体实施方式
图1a-b示出了该换热器以及一种铝合金或者铝带的应用的一个实施例。图1a示出了该换热器侧视图的示意图，图1b示出了沿在图1a中示出的标记为“Ib”的平面的截面图。
该换热器10具有多个换热管12，其终端分别连接于第一收集管14以及第二收集管16。收集管14和16由此成为分别与换热管12连接的组件。
使用中将媒介流18引入第一收集管14，该媒介流分散到各个换热管12中并最终通过收集管16重新流出换热器10。换热管12的区域在使用中第二种媒介流包围，该媒介流由此与换热管12的外表面产生热接触，由此达到第一和第二媒介流之间的热交换。为了增大用于热交换的可用表面积，换热管12之间安置了翅片20，其分别与换热器12焊接在一起。
换热管12是挤压的多腔管，其具有多个通道22，由此提高了第一媒介流18和换热管12的接触面积并由此优化了换热。该换热管12由低合金铝合金制成，比如EN-AW 3102型，并因此具有相当低的腐蚀电势。
收集管14，16具有多层结构且具有一个核心层24和一个涂覆的焊料层26。额外地，能够在收集管14，16的内侧再布置一层涂覆的抗腐蚀层28。收集管14，16尤其可以由一种镀层铝带制成，该铝带具有相应的核心层，涂覆的焊料层和可能情况下在核心层的另一层涂覆的抗腐蚀层的结构。
换热管12与收集管14，16硬焊接在一起，这里焊料层26的材料作为焊料。焊料层26尤其可以是具有7到12重量％的硅含量的铝焊料合金。
通过这种方式换热管12与收集管14，16构成了耦合电镀系统。现有技术中的换热器上会出现一个问题，即换热管由于其低腐蚀电势会受到腐蚀尤其大的影响，因此可能提前出现泄漏。这个问题在换热器10上解决，方式是使用具有下列组成的铝合金作为收集管14，16的核心层24：
硅：0.5-0.7重量％，
铁：0.15-0.40重量％，
铜：最大0.05重量％，尤其最大0.03重量％，
锰：1.2到1.5重量％，
镁：最大0.10重量％，尤其0.01-0.10重量％，
铬：0.10到0.20重量％，
锌：最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，
锆：最大0.25重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
利用这种合金组成可以达到以下效果，即核心层24具有比换热管12更低的腐蚀电势，由此后者通过收集管14，16得到阳极保护。
如果换热器10处于易促进腐蚀的环境中，比如在汽车发动机舱内，这样腐蚀首先出现在收集管14，16以及可能情况下翅片20上，而对于换热器10的运行来说至关重要的换热管12只会遭受轻微腐蚀。这样换热器10的使用寿命得到延长。
通过收集管14，16提供的对换热管12的阳极保护，能够尤其弃用含锌的焊料，这种焊料在现有技术中部分地用作换热管的抗腐蚀保护。焊料层26的铝合金相应地优选具有最大0.50重量％的锌含量，特别优选最大0.20重量％。这样就避免了换热器中难以控制的锌的扩散。
图2示出了用于生产铝带的方法的一个实施例，该铝带尤其可用于图1a-b中示出的收集管14，16的生产。
第一步80中，将用于核心层24的具有上述组成的合金在DC方法中浇铸成锭坯。该锭坯在接下来的步骤82中在温度范围540℃和600℃之间的温度下保持时间为4到12小时条件下进行均质化。在该方法的一个备选方案中均质化步骤82也可以省去。
当需要生产镀层铝带时，如带有焊料层和/或抗腐蚀层，在接下来的步骤84中用作为核心层的该锭坯和一个或多个安置于该核心层上面或者下面的镀层生产镀层垛。各个镀层的厚度分别为该镀层垛总厚度的5％到20％。
在接下来的步骤86中对该锭坯或者该镀层垛进行热轧，尤其至3-7mm范围的厚度。在热轧之前对该锭坯或者该镀层垛进行预热，具体地说优选预热至450℃-480℃的温度范围内以及在目标温度下保持3-10小时的保持时间。
对可能情况下辊轧包层的热轧带材在接下来的步骤88中进行冷轧，优选至1.0到2.5的最终厚度。进行冷轧时，可以在中间厚度时在中间步骤90中进行中间退火(重结晶退火)，优选在300℃至400℃温度范围内。
在冷轧至最终厚度后可以选择性地在接下来的步骤92中再进行最终退火。通过300-400℃温度范围内的不完全退火能够通过这种方法得到处于不完全退火状态O的材料。备选地，对于处于H24状态的材料来说也可以在240-350℃温度范围内进行一次最终退火。
多次试验后，从中得到了对于由前述合金组成的组件的低腐蚀电势和同时良好的强度之间想要的组合。
表1
表1示出了在这些试验中使用的合金组成(所有的含量单位为重量％)。表1中合金A和B是根据本发明的，这里合金A对应一个本发明的优选实施例。合金C是一个对比合金，该合金作为核心层在换热器领域有应用。合金D到F又是符合本发明的，即符合本发明的一个优选实施例。接下来给出的EN-AW 4045型合金在试验A-C和F中用作焊料涂层。
利用图2示出的方法来生产辊轧包层的铝带，这里，实验中合金A,B,C,D,E和F分别作为核心层使用，在表1中提到的EN-AW 4045型合金分别作为试验A，B，C和F的焊料涂层。一种替代的EN-AW 4343型合金分别作为试验D和E的焊料涂层，这里，在试验E中往该何金中添加了1重量％的锌。
在试验A-C中，分别生产批量60kg的有关合金并将其在DC浇铸方法中浇铸为截面积为335mm×125mm的锭坯。在试验D-F中，分别生产了批量为几吨的有关合金并且在DC浇铸方法中浇铸为更大的(横截面积约500mm×1500mm)锭坯。为了生产带材首先将焊料锭坯EN-AW 4045或者EN-AW 4343辊轧到镀层所需的占总厚度7.5％的厚度。将由合金A，B，C或者D制作的核心锭坯在575℃，以及由合金E和F制成的核心锭坯在600℃下经过6小时保持时间的均质化退火。之后用预先轧制的焊料层分别生产具有总厚度7.5％的单面镀层的镀层垛。该镀层垛分别在470℃和至少3小时的保持时间下进行预热并接着热轧到7.0mm的厚度。
然后分别多道次地冷轧至1.5mm(试验A-C和E)或者1.0mm(试验D)，或者1.6mm(试验F)的最终厚度。最后分别在350℃(用于具有核心合金A和B的带材)或者320℃(用于具有核心合金C的带材)或者400℃(用于具有核心合金D到F的带材)分别进行不完全退火，且保持时间分别为2小时，从而调整O回火状态。
在具有核心合金A和B的带材上，分别有一段带材段分别额外地在中间厚度2.15mm时在350℃和2小时保持时间下经过不完全退火并且紧接着在H14回火状态中用30％的最终辊轧度冷轧到1.5mm的最终厚度。
从该用这种方法生产的，具有镀层的带材中取样，并为了焊接状态下的特性检测对其分别进行焊接模拟，该焊接模拟对应于一个典型的工业焊接循环。为此，将该样品在0.9℃/s的升温率下加热到600℃并在保持5分钟后以0.9℃/s的速率进行降温。
在样品上，测定带材的机械性能。对机械性能的测量分别在焊接模拟之前和之后进行，并且分别在辊轧方向上。
下面的表2展示了机械性能的测量结果。第一列给出了各个核心层的合金组成，第二列分别给出了辊轧包层带材的状态，各个样品是从该带材上取的。Rp0.2，Rm，Ag和A50mm分别根据DIN EN ISO 6892-1/A224来确定。
表2
表2中的结果显示出利用根据本发明的合金(样品A和B以及D到F)能够达到与利用标准合金(样品C)可比的强度。
此外，还在样品上进行了腐蚀测试。这里首先根据ASTM G69以饱和甘汞电极为基准在中性的1摩尔氯化钠溶液制成的电解液中测量电化学腐蚀电势。腐蚀电势分别在核心层上测量。
测量结果示出在下表3中。该测量分别在上述焊接模拟前和后进行。
表3
样品A和B以及D到F提供了对于腐蚀电势来说较好的数值。具有最大0.1重量％较小镁含量的推荐的铝合金(对应于试样A和D至F)是优选的，因为通过这种方法由于较高镁含量引起的CAB焊接过程中对于可焊接性的损害能够避免。同样地，优选0.04重量％或更多的镁含量，以通过这种方式更好地调整出想要的强度和想要的合金腐蚀电势。与对比合金C相对应的样品显示出了明显在想要达到的范围之外的腐蚀电势。
推荐用作核心层的合金的一大优点尤其是与用于换热管的典型合金，尤其是MPE的电兼容性。为了检验这种电兼容性根据DIN 50919进行了接触腐蚀测量。为了进行该测量让样品A，B和C分别在一种电解液中与用常用合金EN-AW 3102的挤压管制成的样品K接触。作为电解液使用的是根据检测标准ASTM G85，Annex A3的pH值在2.8到3.0之间的酸化合成海水。在进行测量之前样品A，B，C和K分别进行上述焊接模拟。根据ASTM G69，EN-AW 3102制成的样品K在焊接模拟状态下具有-742mV的腐蚀电势。
根据DIN 50919的接触腐蚀测量在样品A，B和C的未镀层面，也就是说直接在核心层上进行。分别根据测电流的方向对电兼容性进行评价。当电流从代表换热器组件，比如说管板或者收集管的样品流向换热管材料，尤其是MPE，那么便具有兼容性。在这种情况下该组件(管板/收集管)优先分解，并牺牲自身来保护换热管(MPE)。
在接触腐蚀测量中，样品A(O回火状态)和样品K的组合得到样品K的质量损失为1.6g/m2，样品B(O回火状态)与样品K的组合得到样品K的质量损失为3.9g/m2。与此相对，样品C(O回火状态)和样品K的组合得到样品K的质量损失为34.4g/m2。由此，样品A和B比起对比样品C对样品K具有明显更好的电兼容性，也就是说样品K的腐蚀通过与样品A或者B的组合极大地减轻了。
总的来说，前述试验展示了通过使用前面推荐用作与换热管相连的组件核心层的合金能够达到对换热管的阳极保护，这样使得换热器的使用寿命大大延长。此外相应的组件还具有足够的强度。

Claims (15)

1.换热器(10)，尤其用于汽车，
-其具有至少一个由铝合金制成的换热管(12)和至少一个与所述换热管(12)流体相接的组件(14，16)，
-这里所述换热管(12)以及组件(14，16)通过一个共同的焊接连接与彼此相连，
其特征在于，
所述与换热管(12)相连的组件(14，16)具有由以下组成的铝合金制成的核心层(24)：
硅：最大0.7重量％，优选0.50-0.7重量％，
铁：最大0.7重量％，优选0.15-0.40重量％，
铜：最大0.10重量％，优选最大0.05重量％，
锰：0.90-1.50重量％，优选1.20到1.50重量％，
镁：最大0.30重量％，优选0.01-0.10重量％，
铬：最大0.25重量％，优选0.10到0.20重量％，
锌：最大0.50重量％，优选最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
2.根据权利要求1所述的换热器，
其特征在于，
所述核心层(24)的铝合金具有以下组成：
硅：0.50-0.7重量％，
铁：0.15-0.40重量％，
铜：最大0.03重量％，
锰：1.20到1.50重量％，
镁：0.01-0.10重量％，
铬：0.10到0.20重量％，
锌：最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，
锆：最大0.25重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
3.根据权利1或者2所述的换热器，
其特点在于，
所述核心层(24)的铝合金的锰含量与硅含量的比值在1.7到3，优选2到3，特别是2到2.5范围。
4.根据权利要求1到3任意一项所述换热器，
其特征在于，
所述与换热管(12)相连的组件是收集管(14，16)或者管板。
5.根据权利要求1到4任意一项所述换热器，
其特征在于，
所述与换热管(12)相连的组件(14)具有根据ASTM G69标准的-740mV或者更加不耐腐蚀的腐蚀电势。
6.根据权利要求1到5任意一项所述换热器，
其特征在于，
所述换热管(12)是经挤压的多腔管。
7.根据权利要求1到6任意一项所述换热器，
其特征在于，
所述换热管(12)由3xxx型铝合金组成。
8.根据权利要求1到7任意一项所述的换热器，
其特征在于，
所述换热管(12)与与其相连的组件(14，16)的共同焊接连接在使用一种焊料的情况下产生，该焊料具有最大0.50重量％，优选最大0.20重量％的锌含量。
9.根据权利要求1到8任意一项所述的换热器，
其特征在于，
所述与换热管(12)相连的组件(14，16)具有涂覆其上的由一种焊料合金制成的焊料层(26)，这里该焊料合金是一种具有7到12重量％的硅含量以及最大0.50重量％，优选最大0.20重量％的锌含量的铝合金。
10.一种铝合金或者具有由所述铝合金组成的核心层(24)的铝带用于制造换热器，尤其是根据权利要求1到9任意一项所述的换热器的组件，尤其是收集管(14，16)或者管板的应用，这里所述组件设置用于将该组件与所述换热器的换热管进行流体连同的连接，这里所述铝合金具有以下组成：
硅：最大0.7重量％，优选0.50-0.7重量％，
铁：最大0.7重量％，优选0.15-0.40重量％，
铜：最大0.10重量％，优选最大0.05重量％，
锰：0.90-1.50重量％，优选1.20到1.50重量％，
镁：最大0.30重量％，优选0.01-0.10重量％，
铬：最大0.25重量％，优选0.10到0.20重量％，
锌：最大0.50重量％，优选最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝。
11.根据权利要求10所述应用，
这里所述铝带具有一个覆涂在核心层(24)上的由一种焊料合金制成的焊料层(26)，以及这里所述焊料合金是一种具有7到12重量％的硅含量以及最大0.50重量％，优选最大0.20重量％的锌含量的铝合金。
12.一种铝带的生产方法，所述铝带尤其用于根据权利要求10或11所述的应用，该生产方法具有以下步骤：
-用DC方法将具有以下组成的铝合金浇铸为锭坯：
硅：最大0.7重量％，优选O.50-0.7重量％，
铁:最大0.7重量％，优选0.15-0.4重量％，
铜：最大0.1重量％，优选最大0.05重量％
锰：0.9-1.5重量％，优选1.2-1.5重量％，
镁：最大0.3重量％，优选0.01-0.10重量％，
铬：最大0.25重量％，优选0.10-0.20重量％
锌：最大0.50重量％，优选最大0.10重量％，
钛：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
锆：最大0.25重量％，优选最大0.05重量％，
不可避免的杂质每种最大0.05重量％，总最大0.15重量％，其余为铝，
-利用温度范围为540℃至620℃的退火处理对锭坯进行可选的均质化，目标温度下的保持时间为4到12小时之间，
-将锭坯热轧成热轧带材，尤其至范围为2.0-10mm的热轧带材厚度
-将热轧带材冷轧至最终厚度，可选地在300℃到450℃温度范围内进行中间退火，这里该冷轧带材的最终厚度优选位于0.1至5mm范围，特别在1.0至2.5mm范围。
13.根据权利要求12所述的用于辊轧包层的铝带生产的方法，该方法中，进行热轧前在所述辊轧锭坯上覆涂一个镀层。
14.根据权利要求12或13所述的方法，
其特征在于，
所述镀层由一种焊料合金组成，这里所述焊料合金是一种具有7到12重量％的硅含量以及最大0.50重量％，优选最大0.20重量％的锌含量的铝合金。
15.根据权利要求12到14其中一项所述的方法，
其特征在于，
镀层的冷轧带材在最终厚度时在300℃和450℃温度范围内进行不完全退火或者在240℃和350℃温度范围内进行最终退火。
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