CN109702376A - 高强复合铝箔材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高强复合铝箔材料，它包括芯层、触水层和钎焊层，所述芯层包括：Si 0.6%～1.5%、Cu 0.6%～1.2%、Mn 1.5%～2.0%、Ti 0.03%～0.05%、Zn 0.03%～0.05%、Sm 0.08%～0.12%，余量为Al；所述触水层包括：Si、Cu、Mn、Mg、Ti、Zn、Zr、Sm和Al；所述钎焊层包括TiN颗粒、Zn、Si、Mn、Ti和Al。本发明还提供一种制备所述高强复合铝箔材料的方法。所述高强复合铝箔材料能改善钎焊接头与铝合金基体间的润湿性和结合强度。

Description

高强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，涉及了一种高强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。目前，现有资料中，大多是对单独的某一层进行改进，并没有考虑锌、硅等元素的扩散问题，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高强复合铝箔材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种高强复合铝箔材料，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：（2～7）：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.6%～1.5%、Cu 0.6%～1.2%、Mn 1.5%～2.0%、Ti 0.03%～0.05%、Zn 0.03%～0.05%、Sm 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%、Mg 0.05%～0.1%、Ti 0.03%～0.05%、Zn 4.0%～7.0%、Zr 0.1%～0.2%、Sm0.05%～0.08%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为20 nm～55 nm的TiN颗粒，其中，所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 7%～11%、Si 17%～23%、Mn 0.7%～0.8%、Ti 0.2%～0.6%，其余为Al，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为2%～9.5%。

本发明还提供一种制备所述高强复合铝箔材料的方法，其步骤包括：

按照所述芯层、所述触水层和所述钎焊层的组分分别称取各原料，然后分别进行熔炼，并分别浇铸成三种铝铸板材，将三种铝铸板材分别进行切割铣面后自上而下按照触水层、芯层和钎焊层的顺序进行堆叠并对边缘进行焊接，然后在470℃～510℃温度下进行均匀化退火10小时～15小时，得到退火铝铸板材；对所述退火铝铸板材在460℃～500℃温度下进行热轧处理，热轧后的厚度为3mm～5mm；随后再对其冷轧至使用厚度得到复合铝箔半成品；最后对所述复合铝箔半成品在温度为280℃～310℃ 下进行退火1小时～3小时，得到复合铝箔材料成品。

基于上述，所述三种铝铸板材中的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合金相所含有的质量百分数的元素，分别称取原材料Zn 粉、Si 粉、Mn 粉、Ti粉和Al粉，并称取平均颗粒尺寸为20nm～55 nm的TiN颗粒，然后在真空环境下将所述Zn粉、Si 粉、Mn 粉、Ti 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。

本发明提供的高强复合铝箔材料中的平均颗粒尺寸为20nm～55 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和耐磨性。而稀土元素Sm作为掺杂元素能降低表面张力和促进钎焊界面元素扩散，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，试验证明，本发明所提供的高强复合铝箔材料焊接形成的钎焊接头具有良好的耐蚀性和较高的抗拉强度，实际得到钎焊接头的抗拉强度在280 MPa以上。

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高强复合铝箔材料，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1：7：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 1.5%、Cu 1.2%、Mn 2.0%、Ti 0.03%、Zn0.03%、Sm 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%、Mg 0.1%、Ti0.05%、Zn 7.0%、Zr0.2%、Sm 0.08%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为55 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9.5%；所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 10.4%、Si 17%、Mn 0.8%、Ti 0.6%，其余为Al。

本发明还提供一种制备所述高强复合铝箔材料的方法，其步骤包括：

按照所述芯层、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，并分别浇铸成三种铝铸板材，将三种铝铸板材分别进行切割铣面后自上而下按照触水层、芯层和钎焊层的顺序进行堆叠并对边缘进行焊接，然后在510℃温度下进行均匀化退火10小时，得到退火铝铸板材；对所述退火铝铸板材在460℃温度下进行热轧处理，随后再对其冷轧至使用厚度得到复合铝箔半成品；最后对所述复合铝箔半成品在温度为310℃ 下进行退火1小时，得到复合铝箔材料成品。

所述三种铝铸板材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合金相所含有的质量百分数的元素，分别称取原材料Zn 粉、Si 粉、Mn 粉、Ti 粉和Al粉，并称取平均颗粒尺寸为55 nm的TiN颗粒，然后在真空环境下将所述Zn 粉、Si 粉、Mn 粉、Ti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高强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高强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。

实施例2

本实施例提供一种高强复合铝箔材料，所述高强复合铝箔材料包括芯层、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1：5：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.6%、Cu 0.6%、Mn 1.5%、Ti 0.04%、Zn0.05%、Sm 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 0.8%、Cu 0.05%、Mn 1.5%、Mg 0.05%、Ti0.03%、Zn 4.0%、Zr 0.2%、Sm 0.08%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为20nm的TiN颗粒，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为7.0%；所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn8.4%、Si 17%、Mn 0.7%、Ti 0.5%，其余为Al。

本实施例还提供一种制备所述高强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高强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305MPa。

实施例3

本实施例提供一种高强复合铝箔材料，所述高强复合铝箔材料包括芯层、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1：2：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.6%、Cu 0.9%、Mn 2.0%、Ti 0.04%、Zn0.04%、Sm 0.09%，余量为Al；

所述触水层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.9%、Cu0.05%、Mn 2.0%、Mg 0.1%、Ti0.05%、Zn 6.5%、Zr 0.15%、Sm 0.08%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为30 nm的TiN颗粒，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为8.0%；所述金属合金相由以下质量百分数的金属元素组成：Zn10%、Si 19.5%、Mn 0.8%、Ti 0.55%，其余为Al。

本发明还提供一种制备所述高强复合铝箔材料的方法，其步骤包括：

按照所述芯层、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，并分别浇铸成三种铝铸板材，将三种铝铸板材分别进行切割铣面后自上而下按照触水层、芯层和钎焊层进行堆叠，然后在500℃温度下进行均匀化退火10小时，得到退火铝铸板材；对所述退火铝铸板材在460℃温度下进行热轧处理，随后再对其冷轧至使用厚度得到复合铝箔半成品；最后对所述复合铝箔半成品在温度为295℃ 下进行退火1小时，得到复合铝箔材料成品。

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高强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300MPa。

实施例4

本实施例提供一种高强复合铝箔材料，所述高强复合铝箔材料包括芯层、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 1.5%、Cu 1.2%、Mn 1.5%、Ti 0.04%、Zn0.04%、Sm 0.09%，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 1.72%、Mg 0.067%、Ti 0.05%、Zn 7.0%、Zr 0.1%、Sm 0.08%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为20nm的TiN颗粒，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为5.5%；所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn10%、Si 18.2%、Mn 0.8%、Ti 0.5%，其余为Al。

本实施例还提供一种制备所述高强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高强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315MPa。

实施例5

本实施例提供一种高强复合铝箔材料，所述高强复合铝箔材料包括芯层、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1：6：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.9%、Cu 1.2%、Mn 2.0%、Ti 0.04%、Zn0.05%、Sm0.12%，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%、Mg 0.1%、Ti0.03%、Zn 5.6%、Zr 0.2%、Sm 0.08%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为25nm的TiN颗粒，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为6.5%；所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn9.8%、Si 23%、Mn 0.8%、Ti 0.55%，其余为Al。

本实施例还提供一种制备所述高强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高强复合铝箔材料在铝合金基体上制备的厚度为2.5mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到325MPa。

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)

1.一种高强复合铝箔材料，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：（2～7）：2；

所述芯层由以下质量百分数的元素组成：Si 0.6%～1.5%、Cu 0.6%～1.2%、Mn 1.5%～2.0%、Ti 0.03%～0.05%、Zn 0.03%～0.05%、Sm 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%、Mg 0.05%～0.1%、Ti 0.03%～0.05%、Zn 4.0%～7.0%、Zr 0.1%～0.2%、Sm0.05%～0.08%，余量为Al；

所述钎焊层的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为20 nm～55 nm的TiN颗粒，其中，所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 7%～11%、Si 17%～23%、Mn 0.7%～0.8%、Ti 0.2%～0.6%，其余为Al，所述TiN颗粒占所述钎焊层的质量百分数为2%～9.5%。

2.一种制备权利要求1所述的高强复合铝箔材料的方法，其步骤包括：

按照权利要求1所述的芯层、触水层和钎焊层的元素组分分别称取各原料，然后分别进行熔炼，并分别浇铸成三种铝铸板材，将三种铝铸板材分别进行切割铣面后自上而下按照触水层、芯层和钎焊层的顺序进行堆叠并对边缘进行焊接，然后在470℃～510℃温度下进行均匀化退火10小时～15小时，得到退火铝铸板材；对所述退火铝铸板材在460℃～500℃温度下进行热轧处理，热轧后的厚度为3mm～5mm；随后再对其冷轧至使用厚度得到复合铝箔半成品；最后对所述复合铝箔半成品在温度为280℃～310℃ 下进行退火1小时～3小时，得到复合铝箔材料成品。

3.根据权利要求2所述的制备高强复合铝箔材料的方法，其特征在于，所述三种铝铸板材中的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合金相所含有的质量百分数的元素，分别称取原材料Zn 粉、Si 粉、Mn 粉、Ti 粉和Al粉，并称取平均颗粒尺寸为20nm～55 nm的TiN颗粒，然后在真空环境下将所述Zn 粉、Si 粉、Mn 粉、Ti 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。