CN1090244C - 高耐腐蚀的含钛铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝基合金，该合金约含0.06-0.25%(重量)的铁，优选为0.06-0.15%(重量)；0.05-0.15%(重量)的硅；达0.10%(重量)的锰，优选为0.03-0.08%(重量)；达0.25%(重量)的钛，优选为0.10-0.18%(重量)；达0.18(重量)的铬，优选0.10-0.18%(重量)；达0.50%(重量)的铜，优选小于0.01%(重量)；达0.70%(重量)的锌，优选0.10-0.18%(重量)；达0.02%(重量)的伴随而来的杂质，其余为铝，该铝基合金显示出高耐腐蚀性和高抗拉强度。

Description

高耐腐蚀的含钛铝合金
本发明涉及一种改良的铝合金，更具体而言涉及一种含有可控量的确定化合物的铝合金，其特征在于具有良好的可挤压性和良好的耐腐蚀性。
在汽车工业中，铝合金有多种应用，特别是用于制管，因为该合金具有良好的可挤压性和较高的强度和较低的重量。
铝合金特别适于制造热交换器和空调冷凝器。在这方面，合金应具有良好的强度、足够的耐腐蚀性和良好的可挤压性。
这方面应用的典型合金为AA3102。这种合金通常约含0.43％(重量)的Fe、0.12％(重量)的Si和0.25％(重量)的Mn。
WO 97/46726叙述了一种铝合金，该合金含0.03％(重量)的铜、0.05-0.12％(重量)硅、0.1-0.5％(重量)的锰、0.03-0.30％(重量)的钛、0.06-1.0％(重量)的锌、＜0.01％(重量)的镁，达0.50％(重量)的铁、＜0.01％(重量)的镍和达0.50％(重量)的铬。
WO97/46726中声称，Cr对耐腐蚀性无正面影响。同时应该得出，在同一专利中锰的低含量为0.1％(重量)。
对于铝合金，总是要求它具有优良的可挤压性和优异的耐腐蚀性。为降低挤压成型工厂的生产费用，包括降低挤压成型压力和提高挤压成型速度均要求优良的可挤压性。
因此，本发明的目的在于提供一种铝合金组合物，该合金表现出优异的耐腐性和改良的可挤压性，同时保持现时市售铝合金的强度。出于这个原因，本发明的合金含有可控量的铁、硅、锰、钛、铬和锌。
其次，本发明的目的在于提供一种适于制造热交换器用的挤压管的铝基合金。
再次，本发明的目的在于提供一种适于制造能耐如海水腐蚀的热交换器用的翅片轧件或薄片扦件。
达到这些目的和优点的手段是采用一种铝基合金，该合金约含0.06-0.25％(重量)的铁、0.05-0.15％(重量)的硅、0.03-0.08％(重量)的锰、0.10-0.18％(重量)的钛、达0.10-0.18％(重量)的铬、达0.50％(重量)的铜、达0.70％(重量)的锌、达0.02％(重量)的伴随而来的杂质、其余为铝，该铝基合金表现出高耐腐蚀性和高抗拉强度。
本发明的合金的铁含量宜约为0.06-0.15％(重量)。在这种情况下耐腐蚀性和可挤压性最佳，因为这两种性质皆随铁含量增加而急剧下降。
锌的浓度甚至更小，它对AA6000合金的阳极氧化性质有负影响。由于锌的这种负作用，锌含量应保持低水平，从而使合金能较易复用，并节省铸造车间的费用。另一方面，锌含量直到至少0.7％(重量)都对耐腐蚀性有正影响，但由于上面所述的原因，锌含量宜在0.10-0.18％(重量)之间。
虽然铜的含量可达0.50％(重量)，但铜的含量宜低于0.01％(重量)，以达最大可能的可挤压性。在某些情况下，可能必需添加铜，以便控制腐蚀电位，使产品为较小的电负性，从而避免对产品的电蚀。曾经发现，每添加1％的铜会提高约100mV的腐蚀电位，但同时会明显降低其可挤压性。
本发明亦涉及采用本发明的铝合金用挤压方式制造的铝产品。
一般在铸造之后，合金要在高温例如550-610℃下热处理3-10小时以进行均质。已发现，通过这种热处理，对可挤压性质略有改善，但耐腐蚀性却有负影响。
本发明的铝产品的特征在于，铝合金铸造之后的唯一热处理是直接在挤压前的预热。
这种预热在低于均质工序的温度下进行，并且只需要12分钟，这样几乎不会影响到合金的可挤压性和抗腐蚀性。
为了论证本发明的铝基合金优于现有技术的合金，曾研究了有关机械特性，耐腐蚀性和可挤压性。
下面详细叙述研究这些特性的的技术及讨论其研究结果。
制备了数种合金，这些合金是列于表1的先有技术合金A-H和本发明合金I。表1中这些合金的组成用％(重量)表示，考虑到每一合金可含达0.02％(重量)的伴随而来的杂质。表1还列出了传统的3102合金的组成。
所有这些合金皆用传统方法制备。合金制成后，坯段的挤压是在预热到460-490℃的温度下进行的。
表1：不同合金的化学组成合金     Fe     Si      Mn      Ti      Cr      ZnA      0,10   0,08    0,06    0,08    0,00    0,00B      0,14   0,08    0,08    0,13    0,00    0,04C      0,12   0,08    0,08    0,25    0,00    0,19D      0,12   0,08    0,08    0,23    0,00    0,18E      0,14   0,10    0,08    0,15    0,00    0,51F      0,10   0,08    0,08    0,14    0,00    0,70G      0,13   0,07    0,08    0,20    0,03    0,18H      0,13   0,07    0,04    0,13    0,07    0,18I      0,12   0,07    0,04    0,13    0,13    0,183102   0,43   0,12    0,25
为评价本发明合金的优点，进行3多种试验，其结果列于表2：
表2：表1所示合金的性质合金     极限抗拉     屈服    延伸率％    压模力    最大力    SWAAT
         强度       强度A         79,2        60,4     36,5       4751       5915      28B         81,7        62,3     37,0       4982       6075      38C         86,0        66,3     33,5       5053       6123      38D         83,7        64,4     34,0       4624       5644      35E         82,5        62,9     36,0       5039       6186      70F         82,2        63,2     33,5       5015       6125      99G         82,9        64,3     33,0       5072       6137      99H         78,4        60,9     31,0       4890       5993      76I         82,9        62,7     32,0       5024       6098      863102      86,2        65,5     37,2       5008       6025      10
为了研究这些合金的性质，铸了一批坯段，它们的组成用电子分光仪测定。为进行这种分析采用了BAIRD VACUUM仪器，所用标准由Pechiney提供。
可挤压性与压模力(Die forec)有关，最大挤压力表示为最大力(max forec)，这些参数由装在压机上的压力传感器记录，给出这些值的直接读数。
为了确定这些合金的耐腐蚀性，采用所谓SWAAT-试验。其试验样品曾是壁厚为0.4mm的挤压管。这种试验按照ASTM标准G85-85附录A3，在69.8％湿度下以30分钟喷雾期和90分钟浸泡期交替进行。电解液是一种人造海水，用醋酸酸化到pH为2.8-3.0，其组成按ASTM标准D1141配制。温度保持在49℃。试验在Liebisch KTS-2000盐喷雾室中进行。
为了研究腐蚀行为的演变情况，每三天从室中取不同材料的试样。该材料然后用水漂洗，再在10bar压力下试漏。如果，例如发现样品在35天后穿孔，则将对比样品放入室中，并在第一次检查前放置35天，以便确认该结果。在SWAAT中给出穿孔前的天数。
上述试验通常被汽车工业采用，汽车工业中大于20天是合格的可接受性能。
机械性能试验在多用试验仪(Zweck Universal TestingInstrument)(167500型)上按照欧洲标准进行。在整个试验期间，试验的E-模量固定为70000N/mm2。在达到Rp之前试验速度恒定在10N/mm2·sec，而从Rp到出现断裂之间的试验为40％ Lo/min，Lo为标准的计量长度。
表2的结果表明，机械性和可挤压性就压模力和最大力以及耐腐蚀性来看皆与合金有关。首先合金A-I的耐腐蚀性优于3102合金。可挤压性一般与3102合金相当，但可看出，合金A和D的可挤压性与3102合金相比有明显的改进。极限抗拉强度、屈服强度和伸长％等机械性能与3102合金处于同一水平。某些合金的机械性能略有降低。
发现耐腐蚀的最佳合金组合物是当Zn-含量较高，例如大于0.5％(重量)(合金E和F)或者在除Ti和Zn之外再添加Cr(合金G，H和I)的情况。在合金G，H和I的情况下，Zn含量降到适于在铸造车间应用的水平，但这种合金的耐腐蚀性可与Zn含量多的合金相当。
因此，应该强调，最佳性质，特别是耐腐蚀性是元素Cr、Fe、Ti、Mn和Zn的适当组合。
对从盘管的不同部位取出的样品进行了腐蚀试验。从盘管的最前端(从坯段的前部)取出约10个样品，从盘管的中部(坯段的中部)取出10个样品，从盘管的后端(坯段的尾部)取出10个样品。每个样品约长50cm。结果非常一致，它表明，在所用挤压参数下坯段在挤压过程中的挤压速度和材料流量对耐腐蚀性无影响。
为评价不同合金元素的影响进行了补充工作，结果示于附图1-6，其中：
图1表示Fe-含量对本发明合金特性的影响。
图2表示Mn-含量对本发明合金特性的影响。
图3表示Ti-含量对本发明合金特性的影响。
图4表示Cr-含量对本发明合金特性的影响。
图5表示Zn-含量对本发明合金特性的影响。
图6表示Cu-含量对本发明合金特性的影响。
图-5中的x轴是以重量百分比表示的合金组分的含量，而y轴则是不同性能的相对表示，正方形点为以MPa表示极限抗拉强度，黑色三角形点为以压模力作为代表性测量的以ktons表示的可挤压性，白色三角形点为以天为单位的SWAAT试验结果。
如图1所示，随Fe-含量的增高，抗腐蚀性明显降低(Si-含量保持在0.08％(重量)的同一水平上)。这种影响在Fe-含量为0.2-0.3％(重量)的范围内特别明显。同时随Fe-含量增高，可挤压性明显降低。应该指出，可挤压性降低2-3％(表示为破裂压力增高2-3％)对于挤压装置是不可接受的。此外，Fe-含量增高将使抗拉强度增高。
从图2可以看出Mn含量增大到0.10％(重量)以上实际上对抗腐蚀性无影响(Fe和Si的含量保持恒定)。Mn-含量增加将使可挤压性降低，并且容易造成不可接受的程度。另外，Mn-含量增高可改善机械性能。因此，宜将Mn含量保持在低于0.10％(重量)，以便在耐腐蚀性、可挤压性和机械性能之间达最佳平衡。
如图3所示如果Fe、Si和Mn的含量保持在0.15，0.08和0.08％(重量)，Ti-含量从0.07增加到0.15％(重量)将使耐腐蚀性得到改进。同时可挤压性略为降低，而抗拉强度增加2-3MPa。
如图4所示，当Fe、Si和Mn含量保持在同样水平，而Cr-含量从0.08增加到0.12％(重量)将使抗腐蚀性增强，可挤压性略为降低，机械性能稍为改进。
在Fe、Si、Ti和Mn分别保持0.15、0.08和0.08％(重量)时，Zn对可挤压性和机械性能的影响实际为零，但耐腐蚀性随Zn一含量的增加而增强。
Cu的利用是可有可无，它取决于合金的实际用途。图6表明铜含量对可挤压性和腐蚀电位的影响。X轴表示铜含量以％(重量)表示，而左y轴表示挤压力，单位为kN，右y轴是按照ASTMG69以mV表示的腐蚀电位。图中的上面一条线表示腐蚀电位变化，而下面一条线则表示挤压力的变化。
从该图可以看出，降低Cu-含量可使可挤压性明显增高，而Cu含量增加1％(重量)将使负的腐蚀电位变正100mV。
通常宜采用铜量尽可能小的合金，因为铜对裸管的固有抗腐蚀性有负影响，对可挤压性有很大的负影响。
但是，在挤压产品，诸如换热器管必须与不合锌的端板等其它产品相连接的情况下，可利用添加Cu来改变挤压产品的腐蚀电位，通过这种方法使管变得比端板材料的惰性更大(减少负电位)，这将抑制管的电蚀。

Claims (4)

1.一种铝基合金，该合金含
0.06-0.25％(重量)的铁，
0.05-0.15％(重量)的硅，
达0.03-0.08％(重量)的锰，
达0.10-0.18％(重量)的钛，
达0.10-0.18％(重量)的铬，
达0.50％(重量)的铜，
达0.70％(重量)的锌。
达0.02％(重量)伴随而来的杂质
其余为铝，该铝基合金显示的抗腐蚀性和高的抗拉强度。
2.权利要求1的合金，其中该铁含量为0.06-0.15％(重量)。
3.权利要求3的合金，其中该锌含量为0.10-0.18％(重量)。
4.上述任一权利要求的合金，其中该铜含量低于0.01％(重量)。
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