CN112338386A

CN112338386A - 一种无钎剂钎焊铝合金复合带材及其制造方法

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Publication number: CN112338386A
Application number: CN202011199115.XA
Authority: CN
Inventors: 张全成; 吴永新; 钱敏科; 陈惠新
Original assignee: Jiangsu Changaluminium Group Co ltd
Current assignee: Jiangsu Changaluminium Group Co ltd
Priority date: 2020-11-01
Filing date: 2020-11-01
Publication date: 2021-02-09

Abstract

本发明公开了一种无钎剂钎焊铝合金复合带材及其制造方法，包括芯层和钎焊层，钎焊层设置在芯层的两侧；钎焊层为铝硅合金，所述铝硅合金包括如下重量百分含量的组分：Fe≤0.25%、Si 7.8～8.2%、Cu≤0.05%、Mn≤0.05%、Mg≤0.01%、Sr≤0.001%、Ti≤0.05%，其他元素单个含量≤0.05%，余量为Al。本发明通过配方调整及铸锭工序控制合金成分、组织，然后轧制工序，使复合带材具有优异且稳定的力学性能，所制备带材成品抗拉强度和屈服强度高，钎焊组织均匀细小，钎焊强度高；本发明不含钎焊剂，且钎焊性能稳定，钎焊质量好，增加了热传输材料的使用寿命，提高了生产效率，从而降低了成本。

Description

一种无钎剂钎焊铝合金复合带材及其制造方法

技术领域

本发明涉及铝合金材料制造领域，特别是涉及一种无钎剂钎焊铝合金复合带材及其制造方法。

背景技术

热传输行业发展要求用尽可能低的最终成本来制造高质量材料和部件。热交换器钎焊生产时最常用的是在氮气且含有尽可能少量的氧气杂质的气氛条件，这个过程被称为受控气氛钎焊。此外还包含Al-K-F 基焊剂，通过加入钎焊剂，利用钎焊剂的分解、溶解去除氧化膜形成润湿、熔融达到钎焊的目的。但是，钎焊后助焊剂残留物对热交换器是有害的，因为它们可能分散在钎焊的铝表面或堵塞内部通道，阻碍了热交换器热量的有效交换。钎焊后残余物紧紧依附于铝部件的表面，不易溶解，对于一些复杂结构，容易滞留大量剩余，很难完全清理。而且在有钎焊剂钎焊过程中，会产生大量有毒气体，严重损害操作人员的健康。后来又出现了真空或惰性气体保护钎焊工艺，该种工艺利用了镁的扩散现象以及易于从铝镁合金中挥发并刺穿其表面的氧化膜，使钎料金属流动的特性。该种工艺消除了氯化物、氟化物钎焊后残余物，减少了钎焊对铝合金腐蚀以及阻碍散热器导热的影响。但由于对钎焊过程对真空度以及氧含量要求严格，操作难度较大。

近年来，无钎剂钎焊技术开始发展起来，无钎剂钎焊，是一种在通常大气压下，不需要加入钎焊剂，只通过熔化、铺展和溶解待钎焊部件表面的氧化膜，完成合金的钎焊的一种焊接方法。但这些无钎剂钎焊技术各有缺点，仍需不断完善提高。比如，现有无钎剂钎焊材料的性能不稳定，成本高，影响钎焊后的质量。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种无钎剂钎焊铝合金复合带材及其制造方法，能够解决现有无钎剂钎焊材料存在的上述问题，促进无钎剂钎焊材料及技术的发展。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种无钎剂钎焊铝合金复合带材，包括：芯层和钎焊层，所述钎焊层设置在所述芯层的两侧；所述钎焊层为铝硅合金，所述铝硅合金包括如下重量百分含量的组分：Fe≤0.25%、Si 7.8～8.2%、Cu≤0.05%、Mn≤0.05%、Mg≤0.01%、Sr≤0.001%、Ti≤0.05%，其他元素单个含量≤0.05%，余量为Al。

在本发明一个较佳实施例中，每侧所述钎焊层的厚度为复合带材总厚度的5～10%。

在本发明一个较佳实施例中，所述芯层包括如下重量百分含量的组分：Fe 0.35～0.45%、Si 0.75～0.85%、Mn 0.50～0.60%、Mg 0.30～0.40%、Zn 0～0.10%、Cu 0.25～0.35%、Ti 0.12～0.24%，其他元素单个含量≤0.05%，其他元素的总量≤0.15%，其余为Al。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种钎剂钎焊铝合金复合带材的制造方法，包括如下步骤：

（1）芯材和钎焊层的铸造：按配方将芯材和钎焊层的各组分分别加入到熔炼炉内，经熔炼、精炼、静置后铸造；

（2）锯切、铣面：将铸造的芯材和钎焊层的铸锭头、尾缩孔锯掉，之后在铣面机上将表面氧化皮和偏析瘤铣净；通过锯切、铣面，保证了芯材和钎焊层的质量及贴合面的性能，提高了后续焊接后焊接面的质量；

（3）焊接：将钎焊层矫直，并将芯材与钎焊层清洗干净，按厚度配比，以钎焊层-芯材-钎焊层的顺序焊接成三层复合锭；

（4）加热：将三层复合锭放入加热炉中加热保温；

（5）复合热轧：将预热后的三层复合锭轧成热轧坯料；

（6）粗、中轧，在冷轧机上将热轧坯料轧制成带材；

（7）后处理：将带材先后进行退火处理。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中，所述熔炼和精炼温度为750～760℃，精炼时间15～20分钟。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中，所述铸造温度为705～725℃，铸造速度40～45mm/min，冷却水流量345～380m³/h。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）中，所述加热的温度为490～520℃，达到目标温度后的保温时间为4～7小时。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（5）中，所述热轧的工艺条件为：开轧温度为460～480℃，热轧终轧温度为330～350℃。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（7）中，所述退火的工艺条件为：退火温度235～260℃，退火保温8～10小时。

在本发明一个较佳实施例中，所述热轧坯料的厚度为7.0～8.0mm，所述粗、中轧后带材的厚度为0.30～0.40mm。

本发明的有益效果是：本发明一种无钎剂钎焊铝合金复合带材及其制备方法，通过对合金成分的优化调整，通过铸锭工序控制合金成分、组织，然后通过合理的热轧工艺，再通过冷轧、成品退火工艺，使复合带材具有优异且稳定的力学性能，所制备的带材成品抗拉强度160～180MPa，屈服强度145～165MPa，伸长率≥12%；且复合带材的钎焊组织均匀细小，钎焊强度高；本发明不含钎焊剂，且钎焊性能稳定，钎焊质量好，增加了热传输材料的使用寿命，提高了生产效率，从而降低了成本。

附图说明

图1是本发明一种无钎剂钎焊铝合金复合带材实施例1所制得的带材在钎焊前放大100倍的金相结构示意图；

图2是本发明一种无钎剂钎焊铝合金复合带材实施例1所制得的带材钎焊后放大100倍的金相结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

实施例1

本发明公开了一种无钎剂钎焊铝合金复合带材，包括芯层和钎焊层，所述钎焊层设置在所述芯层的两侧，且每侧所述钎焊层的厚度为复合带材总厚度的10%。

其中，所述芯层包括如下重量百分含量的组分：Fe 0.35%、Si 0.75%、Mn 0.50%、Mg0.30%、Zn 0.10%、Cu 0.25%、Ti 0.12%，其他元素单个含量≤0.05%，其他元素的总量≤0.15%，其余为Al。

所述钎焊层不含钎剂，为铝硅合金，所述铝硅合金包括如下重量百分含量的组分：Fe 0.15%、Si 7.8%、Cu 0.01%、Mn 0.01%、Mg 0.01%、Sr 0.001%、Ti 0.05%，其他元素单个含量≤0.05%，余量为Al。

上述无钎剂钎焊铝合金复合带材的制造方法，包括如下步骤：

（1）芯材的铸造：将芯材的上述各组分加入到熔炼炉内，经750℃熔炼、760℃精炼20min，静置后，在铸造温度为705℃，铸造速度为40mm/min，冷却水流量为345m³/h的条件下完成芯材的铸造；

钎焊层的铸造：将钎焊层的上述各组分加入到熔炼炉内，经750℃熔炼、760℃精炼20min，静置后，在铸造温度为705℃，铸造速度为40mm/min，冷却水流量为345m³/h的条件下完成钎焊层的铸造；

（2）锯切、铣面：将铸造的芯材和钎焊层的铸锭头、尾缩孔锯掉，之后在铣面机上将表面氧化皮和偏析瘤铣净；锯切保证了成型后的复合带材的质量；铣面保证了芯材和钎焊层之间的焊接面的质量，有助于提高焊接后质量，从而提高了复合带材的最终性能；

（3）焊接：将钎焊层矫直，并将芯材与钎焊层清洗干净，按每侧钎焊层占复合带材整体厚度10%（即包覆率为10%）的配比，以钎焊层-芯材-钎焊层的顺序焊接成三层复合锭；通过焊接固定钎焊层，防止钎焊层流动，确保包覆率均匀一致；

（4）加热：将上述三层复合锭放入加热炉中，加热至500℃，在此温度下保温6h；

（5）复合热轧：将预热后的三层复合锭进行复合热轧，开轧温度为460℃，终轧温度为330℃，轧成厚度为7.0～8.0mm的热轧坯料；

（6）粗、中轧：在冷轧机上将热轧坯料轧制成厚度为0.30～0.40mm带材；

（7）成品退火：将冷轧后的带材放在退火炉中，在250℃下退火保温8h；

（8）拉矫：将步骤（7）中退火后的带材在拉矫机上进行拉矫；

（9）精密分切：将步骤（8）中拉矫后的带材在精密分切机上分剪成所需的宽度。

上述方法制备得到的无钎剂钎焊铝合金复合带材，分别在未钎焊前及钎焊后，在室温条件，相对空气湿度为75%的条件下，采用电子万能拉伸试验机，在测试标准：GB/T16865变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法的指导下，对其进行力学性能测试，各平行测试3组，结果如下表1所示：

表1

实施例2

本发明公开了一种无钎剂钎焊铝合金复合带材，包括芯层和钎焊层，所述钎焊层设置在所述芯层的两侧，且每侧所述钎焊层的厚度为复合带材总厚度的5%。

其中，所述芯层包括如下重量百分含量的组分：Fe 0.45%、Si 0.85%、Mn 0.60%、Mg0.40%、Zn 0.05%、Cu 0.35%、Ti 0.24%，其他元素单个含量≤0.05%，其他元素的总量≤0.15%，其余为Al。

所述钎焊层为铝硅合金，所述铝硅合金包括如下重量百分含量的组分：Fe 0.1%、Si 8.2%、Cu 0.05%、Mn 0.05%、Mg 0.005%、Sr 0.001%、Ti 0.01%，其他元素单个含量≤0.05%，余量为Al。

制备方法及工艺条件同实施例1。

上述方法制备得到的无钎剂钎焊铝合金复合带材，分别在未钎焊前及钎焊后，在室温条件，相对空气湿度为75%的条件下，采用电子万能拉伸试验机，在测试标准：GB/T16865变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法的指导下，对其进行力学性能测试，各平行测试3组，结果如下表2所示：

表2

本发明一种无钎剂钎焊铝合金复合带材及其制备方法，与现有技术相比，存在如下优点：

1、本发明通过对合金成分的优化调整，结合上述的制造方法，通过铸锭工序控制合金成分、组织，然后通过合理的热轧工艺，再通过冷轧、成品退火工艺，使复合带材具有优异且稳定的力学性能；其最终性能指标可达：成品抗拉强度160～180MPa，屈服强度145～165MPa，伸长率≥12%；

2、复合带材的钎焊组织均匀细小，钎焊强度高，钎焊后抗拉强度≥180MPa，屈服强度≥65MPa；如图1和图2所示；

3、钎焊过程中钎焊液不会大量流动，因此没有漏焊现象和大量聚集现象，钎焊后表面不会发黑，芯层无熔蚀现象发生，如图2所示；

4、复合带材不含钎焊剂，且钎焊性能稳定，钎焊质量好，增加了热传输材料的使用寿命，提高了生产效率，从而降低了成本。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims

1.一种无钎剂钎焊铝合金复合带材，包括：芯层和钎焊层，所述钎焊层设置在所述芯层的两侧；其特征在于，所述钎焊层为铝硅合金，所述铝硅合金包括如下重量百分含量的组分：Fe≤0.25%、Si 7.8～8.2%、Cu≤0.05%、Mn≤0.05%、Mg≤0.01%、Sr≤0.001%、Ti≤0.05%，其他元素单个含量≤0.05%，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的一种无钎剂钎焊铝合金复合带材，其特征在于，每侧所述钎焊层的厚度为复合带材总厚度的5～10%。

3.根据权利要求2所述的一种无钎剂钎焊铝合金复合带材，其特征在于，所述芯层包括如下重量百分含量的组分：Fe 0.35～0.45%、Si 0.75～0.85%、Mn 0.50～0.60%、Mg 0.30～0.40%、Zn 0～0.10%、Cu 0.25～0.35%、Ti 0.12～0.24%，其他元素单个含量≤0.05%，其他元素的总量≤0.15%，其余为Al。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的无钎剂钎焊铝合金复合带材的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

（2）锯切、铣面：将铸造的芯材和钎焊层的铸锭头、尾缩孔锯掉，之后在铣面机上将表面氧化皮和偏析瘤铣净；

（4）加热：将三层复合锭放入加热炉中加热保温；

（5）复合热轧：将预热后的三层复合锭轧成热轧坯料；

（6）粗、中轧，在冷轧机上将热轧坯料轧制成带材；

（7）后处理：将带材先后进行退火处理。

5.根据权利要求4所述的无钎剂钎焊铝合金复合带材的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述熔炼和精炼温度为750～760℃，精炼时间15～20分钟。

6.根据权利要求4所述的无钎剂钎焊铝合金复合带材的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述铸造温度为705～725℃，铸造速度40～45mm/min，冷却水流量345～380m³/h。

7.根据权利要求4所述的无钎剂钎焊铝合金复合带材的制造方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述加热的温度为490～520℃，达到目标温度后的保温时间为4～7小时。

8.根据权利要求4所述的无钎剂钎焊铝合金复合带材的制造方法，其特征在于，所述步骤（5）中，所述热轧的工艺条件为：开轧温度为460～480℃，热轧终轧温度为330～350℃。

9.根据权利要求4所述的无钎剂钎焊铝合金复合带材的制造方法，其特征在于，所述步骤（7）中，所述退火的工艺条件为：退火温度235～260℃，退火保温8～10小时。

10.根据权利要求4所述的无钎剂钎焊铝合金复合带材的制造方法，其特征在于，所述热轧坯料的厚度为7.0～8.0mm，所述粗、中轧后带材的厚度为0.30～0.40mm。