CN109702375A - 抗下垂复合铝箔材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗下垂复合铝箔材料，它包括芯层、触水层和钎焊层，所述芯层包括：Si 0.6%～1.5%、Fe 0.05%～0.35%、Mn 1.5%～2.0%、Ti 0.3%～0.5%、Cu 0.3%～0.7%、Sc 0.08%～0.12%，余量为Al；所述触水层由以下质量百分数的组分包括Si、Cu、Mn、Zn、Zr和Al；所述钎焊层包括TiN和Si、Mg、Mn、Cu和Al。本发明还提供一种制备所述抗下垂复合铝箔材料的方法。所述抗下垂复合铝箔材料能提高芯层的强度、改善钎焊接头与铝合金基体间的润湿性和结合强度。

Description

抗下垂复合铝箔材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及钎焊材料技术领域，具体的说，涉及了一种抗下垂复合铝箔材料及其制备方法。

背景技术

作为制造汽车铝热交换器的核心材料，多层复合铝合金钎焊铝箔材料应具备质轻、耐腐蚀、热传导性好、强度高、成型加工性好、钎焊性好等综合性能。为了达到上述要求，则要求材料的芯层具有较高的强度，并且对钎焊过程中各元素在不同层之间的扩散有较高的要求。

在多层复合铝箔的结构中，芯层起支撑作用，是材料的主体。触水层为加锌的合金层，可以有效提高复合铝箔的抗腐蚀能力。触水层腐蚀电位比芯层腐蚀电位底，能够作为牺牲电极保护芯层。钎焊层在钎焊过程中起钎焊作用，其中硅的含量高低与焊接性能联系紧密，硅含量高，材料的流动性好，填充能力强，但当其扩散到芯层时，会导致固相成分熔化，产生熔蚀，降低芯板的支撑强度，导致钎焊接头强度不高。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

由鉴于此，本发明确有必要提供一种抗下垂复合铝箔材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种抗下垂复合铝箔材料，它包括芯层、触水层和钎焊层，所述芯层设置在所述触水层和所述钎焊层之间；所述芯层、所述触水层和所述钎焊层的厚度比为1：（2～5）：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.6%～1.5%、Fe 0.05%～0.35%、Mn 1.5%～2.0%、Ti 0.3%～0.5%、Cu 0.3%～0.7%、Sc 0.08%～0.12%，余量为Al；

所述触水层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.5%～1.0%、Cu 0.01%～0.05%、Mn1.5%～2.0%、Zn 7.0%～11.0%、Zr 0.1%～0.2%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属相和平均颗粒尺寸为70 nm～153 nm的TiN颗粒，其中，所述金属相由以下质量百分数的元素组成：Si 17%～23%、Mg1.1%～1.4%、Mn 0.7%～0.8%、Cu 2%～6.7%，其余为Al，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为5.5%～17.5%。

本发明还提供一种制备上述抗下垂复合铝箔材料的方法，其步骤包括：

浇铸芯层铝板：选取工业纯铝锭、铝铁合金、铝硅合金、铝锰合金、铝铜合金、铝钪合金和铝钛合金进行熔炼至铝液中各元素的含量分别为：Si 0.6%～1.5%、Fe 0.05%～0.35%、Mn1.5%～2.0%、Ti 0.3%～0.5%、Cu 0.3%～0.7%、Sc 0.08%～0.12%，余量为Al，静置后浇铸成芯层预制板；将所述芯层预制板置于马弗炉中在温度为580℃～620℃温度下进行均匀化退火4小时～6小时，得到芯层铝板；

浇铸触水层和钎焊层：按照所述触水层和所述钎焊层的元素组分分别称取各原料进行熔炼，并分别浇铸成两种板材，将两种板材分别进行切割铣面后统一在440℃～520℃温度下进行均匀化退火5小时～6小时，分别得到触水层板材和钎焊层板材；

热轧：将所述触水层板材和所述钎焊层板材分别覆盖在所述芯层铝板的上下表面，并对两边边缘进行焊接得到焊接三层合金板，将所述焊接三层合金板置于马弗炉中在温度为450℃～520℃温度下进行保温0.5小时～1小时，然后将其依次进行热轧处理和冷轧处理，得到复合铝箔半成品，最后将所述复合铝箔半成品置于马弗炉中在温度为260℃～400℃温度下进行退火处理0.5小时～1小时，得到抗下垂复合铝箔材料。

基于上述，所述钎焊层是通过以下步骤制得的：按照所述的钎焊层中金属相所含有的质量百分数的元素，分别称取原材料Si 粉、Mg粉、Mn 粉、Cu 粉和Al粉，并称取平均颗粒尺寸为70nm～153 nm的TiN颗粒，然后在真空环境下将所述Si 粉、Mg粉、Mn 粉、Cu 粉和Al粉进行真空球磨，得到待烧混合料，将所述待烧混合料置于中频真空冶炼炉坩埚中，在氩气保护下进行熔化，待完全熔化后加入所述TiN颗粒浇铸成钎料铸锭；清除形成所述钎料铸锭上的氧化皮和冒口，加热后挤压成钎焊层板材。

本发明提供的抗下垂复合铝箔材料中平均颗粒尺寸为70 nm～153 nm的TiN颗粒能为固溶体提供更多的形核点，进而提高钎焊接头的抗拉强度，同时，元素Mn可以与钎料中的铁杂质生成块状锰铁相，避免了针状β-Fe的生成，而稀土元素Sc作为掺杂元素能降低钎焊接头表面张力和促进钎焊接头界面元素扩散，进一步提高钎焊接头的抗拉强度。同时通过优化复合铝箔芯层合金的配比并结合以上制造方法中浇铸、轧制及热处理工艺，可制得抗下垂性能优异的复合铝箔。钎焊后，其芯层可获得粗大的长条状再结晶晶粒组织，增大的芯层再结晶晶粒组织可有效抑制熔融焊料的侵蚀，提高复合铝箔的抗下垂性，粗大的长条状再结晶晶粒组织其长度可达150nm，晶粒长宽比可达3.0，且该抗下垂复合铝箔材料在605℃钎焊环境下保持3分钟后的抗下垂性为10mm。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种抗下垂复合铝箔材料，它包括芯层、触水层和钎焊层，所述芯层设置在所述触水层和所述钎焊层之间；所述芯层、所述触水层和所述钎焊层的厚度比为1：3：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 1.5%、Fe 0.35%、Mn 2.0%、Ti 0.5%、Cu0.7%、Sc 0.12%，余量为Al；

所述触水层由以下质量百分数的元素组成：Si 1.0%、Cu 0.05%、Mn 2.0%、Zn 11.0%、Zr0.2%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属相和平均颗粒尺寸为80 nm的TiN颗粒，其中，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为17.5%；所述金属相由以下质量百分数的金属元素组成：Si 17%、Mg 1.4%、Mn 0.8%、Cu 6.7%，其余为Al。

本发明还提供一种制备所述抗下垂复合铝箔材料的方法，其步骤包括：

浇铸芯层铝板：选取工业纯铝锭、铝铁合金、铝硅合金、铝锰合金、铝铜合金、铝钪合金和铝钛合金进行熔炼至铝液中各元素的含量分别为：Si 1.5%、Fe 0.35%、Mn 2.0%、Ti0.5%、Cu 0.7%、Sc 0.12%，余量为Al，静置后浇铸成芯层预制板；将所述芯层预制板置于马弗炉中在温度为620℃温度下进行均匀化退火4小时，得到芯层铝板；

浇铸触水层和钎焊层：按照所述触水层和所述钎焊层的元素组分分别称取各原料，然后分别进行熔炼，并分别浇铸成两种板材，将两种板材分别进行切割铣面后统一在440℃温度下进行均匀化退火5小时，分别得到触水层板材和钎焊层板材；

热轧：将所述触水层板材和所述钎焊层板材分别覆盖在所述芯层铝板的上下表面，并对两边边缘进行焊接得到焊接三层合金板，将所述焊接三层合金板置于马弗炉中在温度为520℃温度下进行保温0.5小时，然后将其依次进行热轧处理和冷轧处理，得到复合铝箔半成品，最后将所述复合铝箔半成品置于马弗炉中在温度为260℃温度下进行退火处理0.5小时，得到抗下垂复合铝箔材料。

其中，所述钎焊层是通过以下步骤制得的：按照所述的钎焊层中金属相所含有的质量百分数的元素，分别称取原材料Si 粉、Mg粉、Mn 粉、Cu 粉和Al粉，并称取平均颗粒尺寸为153 nm的TiN颗粒，然后在真空环境下将所述Si 粉、Mg粉、Mn 粉、Cu 粉和Al粉进行真空球磨，得到待烧混合料，将所述待烧混合料置于中频真空冶炼炉坩埚中，在氩气保护下进行熔化，待完全熔化后加入所述TiN颗粒浇铸成钎料铸锭；清除形成所述钎料铸锭上的氧化皮和冒口，加热后挤压成板状钎焊层。

钎焊接头性能测试：采用本实施例提供的抗下垂复合铝箔材料将两段铝合金标准拉伸试样在真空炉中钎焊成拉伸试样，通过抗拉强度来评价钎焊层与铝合金基体的结合性能。经测试，利用本实施例提供的抗下垂复合铝箔材料在铝合金基体上制备的厚度为2.7mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到289MPa。且该抗下垂复合铝箔材料在605℃钎焊环境下保持3分钟后的抗下垂性为10mm。

实施例2

本实施例提供一种抗下垂复合铝箔材料，它包括芯层、触水层和钎焊层，所述芯层设置在所述触水层和所述钎焊层之间，所述芯层、所述触水层和所述钎焊层的厚度比为1：4：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.6%、Fe 0.05%、Mn 1.5%、Ti 0.3%、Cu0.3%、Sc 0.08%，余量为Al；

所述触水层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.5%、Cu 0.01%、Mn 1.5%、Zn 7.0%、Zr0.1%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属相和平均颗粒尺寸为153 nm的TiN颗粒，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为5.5%；所述金属相由以下质量百分数的元素组成：Si 23%、Mg1.1%、Mn 0.8%、Cu 5%，其余为Al。

本发明还提供一种制备所述抗下垂复合铝箔材料的方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。

采用与实施例1相同的性能测试方法，可以得出利用本实施例提供的抗下垂复合铝箔材料在铝合金基体上制备的厚度为2.7mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到330MPa。

实施例3

本实施例提供一种抗下垂复合铝箔材料，它包括芯层、触水层和钎焊层，所述芯层设置在所述触水层和所述钎焊层之间；所述芯层、所述触水层和所述钎焊层的厚度比为1：3：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 1.0%、Fe 0.25%、Mn 1.7%、Ti 0.4%、Cu0.5%、Sc 0.10%，余量为Al；

所述触水层由以下质量百分数的元素组成：Si 1.0%、Cu 0.05%、Mn 1.7%、Zn 8.5%、Zr0.2%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属相和平均颗粒尺寸为70nm的TiN颗粒，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为9.8%；所述金属相由以下质量百分数的元素组成：Si 20%、Mg1.4%、Mn 0.8%、Cu 4.8%，其余为Al。

本发明还提供一种制备所述抗下垂复合铝箔材料的方法，其步骤包括：

浇铸芯层铝板：选取工业纯铝锭、铝铁合金、铝硅合金、铝锰合金、铝铜合金、铝钪合金和铝钛合金进行熔炼至铝液中各元素的含量分别为：Si 1.0%、Fe 0.25%、Mn 1.7%、Ti0.4%、Cu 0.5%、Sc 0.10%，余量为Al，静置后浇铸成芯层预制板；将所述芯层预制板置于马弗炉中在温度为600℃温度下进行均匀化退火4小时，得到芯层铝板；

浇铸触水层和钎焊层：按照所述触水层和所述钎焊层的元素组分分别称取各原料，然后分别进行熔炼，并分别浇铸成两种板材，将两种板材分别进行切割铣面后统一在500℃温度下进行均匀化退火5.5小时，分别得到触水层板材和钎焊层板材；

热轧：将所述触水层板材和所述钎焊层板材分别覆盖在所述芯层铝板的上下表面，并对两边边缘进行焊接得到焊接三层合金板，将所述焊接三层合金板置于马弗炉中在温度为520℃温度下进行保温1小时，然后将其依次进行热轧处理和冷轧处理，得到复合铝箔半成品，最后将所述复合铝箔半成品置于马弗炉中在温度为260℃温度下进行退火处理1小时，得到抗下垂复合铝箔材料。

采用与实施例1相同的性能测试方法，可以得出利用本实施例提供的抗下垂复合铝箔材料在铝合金基体上制备的厚度为2.0mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到300MPa。

实施例4

本实施例提供一种抗下垂复合铝箔材料，它包括芯层、触水层和钎焊层，所述芯层设置在所述触水层和所述钎焊层之间，所述芯层、所述触水层和所述钎焊层的厚度比为1：3：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 1.5%、Fe 0.05%、Mn 1.5%、Ti 0.4%、Cu0.55%、Sc 0.12%，余量为Al；

所述触水层由以下质量百分数的元素组成：Si 1.0%、Cu 0.035%、Mn 2.0%、Zn 9.9%、Zr0.2%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属相和平均颗粒尺寸为70 nm的TiN颗粒，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为5.5%；

所述金属相由以下质量百分数的元素组成：Si 20.7%、Mg 1.4%、Mn 0.8%、Cu 6.7%，其余为Al。

本发明还提供一种制备所述抗下垂复合铝箔材料的方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。

采用与实施例1相同的性能测试方法，可以得出利用本实施例提供的抗下垂复合铝箔材料在铝合金基体上制备的厚度为2.2mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到322MPa。

实施例5

本实施例提供一种抗下垂复合铝箔材料，它包括芯层、触水层和钎焊层，所述芯层设置在所述触水层和所述钎焊层之间，所述芯层、所述触水层和所述钎焊层的厚度比为1：3：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 1.5%、Fe 0.35%、Mn 1.88%、Ti 0.5%、Cu0.7%、Sc 0.11%，余量为Al；

所述触水层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.77%、Cu 0.05%、Mn 1.85%、Zn 11.0%、Zr 0.2%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属相和平均颗粒尺寸为88 nm的TiN颗粒，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为5.5%；

所述金属相由以下质量百分数的元素组成：Si 19%、Mg1.22%、Mn 0.8%、Cu 5.8%，其余为Al。

本发明还提供一种制备所述抗下垂复合铝箔材料的方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。

采用与实施例1相同的性能测试方法，可以得出利用本实施例提供的抗下垂复合铝箔材料在铝合金基体上制备的厚度为3.0mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到302MPa。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.一种抗下垂复合铝箔材料，其特征在于，它包括芯层、触水层和钎焊层，所述芯层设置在所述触水层和所述钎焊层之间；所述芯层、所述触水层和所述钎焊层的厚度比为1：（2～5）：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.6%～1.5%、Fe 0.05%～0.35%、Mn 1.5%～2.0%、Ti 0.3%～0.5%、Cu 0.3%～0.7%、Sc 0.08%～0.12%，余量为Al；

所述触水层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.5%～1.0%、Cu 0.01%～0.05%、Mn1.5%～2.0%、Zn 7.0%～11.0%、Zr 0.1%～0.2%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属相和平均颗粒尺寸为70 nm～153 nm的TiN颗粒，其中，所述金属相由以下质量百分数的元素组成：Si 17%～23%、Mg1.1%～1.4%、Mn 0.7%～0.8%、Cu 2%～6.7%，其余为Al，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为5.5%～17.5%。

2.一种制备权利要求1所述的抗下垂复合铝箔材料的方法，其步骤包括：

浇铸芯层铝板：选取工业纯铝锭、铝铁合金、铝硅合金、铝锰合金、铝铜合金、铝钪合金和铝钛合金进行熔炼至铝液中各元素的含量分别为：Si 0.6%～1.5%、Fe 0.05%～0.35%、Mn1.5%～2.0%、Ti 0.3%～0.5%、Cu 0.3%～0.7%、Sc 0.08%～0.12%，余量为Al，静置后浇铸成芯层预制板；将所述芯层预制板置于马弗炉中在温度为580℃～620℃温度下进行均匀化退火4小时～6小时，得到芯层铝板；

浇铸触水层和钎焊层：按照所述触水层和所述钎焊层的元素组分分别称取各原料进行熔炼，并分别浇铸成两种板材，将两种板材分别进行切割铣面后统一在440℃～520℃温度下进行均匀化退火5小时～6小时，分别得到触水层板材和钎焊层板材；

热轧：将所述触水层板材和所述钎焊层板材分别覆盖在所述芯层铝板的上下表面，并对两边边缘进行焊接得到焊接三层合金板，将所述焊接三层合金板置于马弗炉中在温度为450℃～520℃温度下进行保温0.5小时～1小时，然后将其依次进行热轧处理和冷轧处理，得到复合铝箔半成品，最后将所述复合铝箔半成品置于马弗炉中在温度为260℃～400℃温度下进行退火处理0.5小时～1小时，得到抗下垂复合铝箔材料。

3.根据权利要求2所述的制备抗下垂复合铝箔材料的方法，其特征在于，所述钎焊层是通过以下步骤制得的：按照权利要求1所述的钎焊层中金属相所含有的质量百分数的元素，分别称取原材料Si 粉、Mg粉、Mn 粉、Cu 粉和Al粉，并称取平均颗粒尺寸为70 nm～153 nm的TiN颗粒，然后在真空环境下将所述Si 粉、Mg粉、Mn 粉、Cu 粉和Al粉进行真空球磨，得到待烧混合料，将所述待烧混合料置于中频真空冶炼炉坩埚中，在氩气保护下进行熔化，待完全熔化后加入所述TiN颗粒浇铸成钎料铸锭；清除形成所述钎料铸锭上的氧化皮和冒口，加热后挤压成钎焊层板材。