CN112654726A - 用于热交换器翅片的铝合金 - Google Patents

用于热交换器翅片的铝合金 Download PDF

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Abstract

一种铝合金翅片坯料，包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、0.3重量％至0.6重量％的Fe、0.20重量％至0.60重量％的Cu、1.0重量％至1.7重量％的Mn、0.01重量％至0.25重量％的Mg、0.01重量％至3.0重量％的Zn、至多0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为＜0.15重量％。所述铝合金翅片坯料通过包括以下步骤的方法来生产：直接冷却铸造铸锭；在所述直接冷却铸造之后对所述铸锭进行热轧；将所述铝合金冷轧至中间厚度；在200℃与400℃之间的温度下对冷轧至中间厚度的所述铝合金进行中间退火；以及在中间退火之后对所述材料进行冷轧，以实现20％至40％的％冷加工(％CW)。所述铝合金翅片坯料具有钎焊前和/或钎焊后强度、热导率、抗下垂性和/或腐蚀电位的改进组合。

Description

用于热交换器翅片的铝合金
优先权声明
本申请要求2018年9月6日提交的美国临时申请号62/727,806的优先权，所述临时申请的整体以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及材料科学、材料化学、冶金、铝合金、铝制造领域以及相关领域。本发明提供了用于在热交换器翅片生产中使用的新型铝合金，所述热交换器翅片继而用于各种热交换器装置(例如，机动车辆散热器、冷凝器、蒸发器和相关装置)中。
背景技术
汽车热交换器工业对用于热交换器翅片生产的铝材料(“翅片坯料”)提出了多个需求。这些需求可能难以平衡。需要铝合金翅片坯料，其具有钎焊前和钎焊后两种状态下的高强度、改进的抗下垂性(这意味着钎焊期间的良好性能)以及减少的翅片腐蚀。为了使汽车更轻，期望缩小汽车热交换器的尺寸并降低其重量以节约资源和节能。已经研究了用于实现此目的的各种方法，并且期望的解决方案之一是减小铝翅片坯料的厚度。为了减小翅片材料的厚度，重要的是既在钎焊后实现更高强度又确保足够的钎焊性。同时，与热交换器部件的其余部分相比，热交换器翅片必须具有高传导率和更好的腐蚀性能。例如，热交换器翅片可比热交换器管坯料更阳极，使得翅片以牺牲的方式起作用。期望的铝翅片坯料将具有平衡上述要求的性质和参数。
发明内容
本发明涵盖的实施方案由权利要求而非本发明内容限定。本发明内容是本发明的各方面的高级概述，并且引入了在下文具体实施方式部分中进一步描述的概念中的一些概念。本发明内容并不意图确认所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不意图用来孤立地确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每个权利要求来理解本主题。
期望生产铝翅片坯料，所述铝翅片坯料：将具有厚度(规格)的所需组合；将能够经受钎焊并且将展现出钎焊之前、期间和之后的适当的机械特性、适合于高性能热交换器应用的强度和传导特性以及合适的腐蚀电位。另外，期望由掺入废铝的输入金属来生产铝翅片坯料，以便以环保和成本有效的方式生产翅片坯料。公开了一种改进的铝合金翅片坯料，所述改进的铝合金翅片坯料具有使其适合于生产将用于例如热交换器中的热交换器翅片(诸如汽车工业中采用的那些)的特性和性质的组合。在一个实例中，所述改进的铝合金翅片坯料可以期望厚度(规格)以片材形式生产，所述厚度(规格)适合于生产轻质热交换器单元。所述铝合金翅片坯料可进行钎焊并且表现出钎焊之前、期间和之后的强度特性，所述特性使其对汽车热交换器应用而言具有吸引力。更具体地，所公开的改进的铝合金翅片坯料具有减少钎焊期间的翅片破碎问题的钎焊前强度特性。所公开的铝合金翅片坯料还具有适合于热交换器应用的足够高的热导率，并且具有处于足够的负值以供翅片在热交换器的腐蚀期间以牺牲方式起作用的腐蚀电位。总之，所述改进的铝合金翅片坯料具有以下性质中的一种或多种：高强度、期望的钎焊后机械性质、期望的抗下垂性、期望的耐腐蚀性和期望的传导率。同时，所述铝合金翅片坯料可由至少部分地循环使用的输入铝产生。更具体地，所述改进的铝合金翅片坯料包含非铝成分(例如，Cu、Fe、Mn和Zn)的水平，所述水平与存在于作为输入金属的特定废铝中的这些元素的水平相容。
所公开的铝合金翅片坯料以片材形式、板形式或沙特板形式生产。还公开了用于生产所述改进的铝合金翅片坯料的方法，所述方法结合铸造、轧制或退火步骤中的一者或多者。在一些情况下，在所述改进的铝合金翅片坯料的生产期间所采用的方法步骤赋予所述材料有益的性质和特性。在一种示例性方法中，通过使用一个或多个冷轧步骤来生产所述改进的铝合金翅片坯料。所述冷轧步骤中的每个步骤可依次涉及多个冷轧阶段。冷轧步骤可通过所实现的“％冷加工”或“％CW”表征。为了达到所述铝合金翅片坯料的所需强度范围，可期望实现指定的％CW范围或值。在一个实例中，所述铝合金翅片坯料可通过涉及直接冷却铸造和冷加工(冷轧)以产生期望的钎焊前回火(例如，H14回火)的方法来生产。在其他实例中，所述改进的翅片坯料铝合金材料可以各种其他应变硬化的钎焊前回火(诸如H16、H18或其他H1X回火)来生产。用于生产所述铝合金翅片坯料的方法还可涉及：在直接冷却铸造之后进行热轧；以及在最终冷轧步骤之前(例如，在中间冷轧步骤与最终冷轧步骤之间)进行中间退火。术语“中间退火(IA)”是指在冷轧步骤之间施加的热处理。所述IA温度可影响所述铝翅片坯料的性质。例如，将IA温度从400℃降低至350℃导致钎焊后晶粒尺寸更粗。生产中所采用的％CW和IA温度以及其他因素(诸如所述铝合金的组成)的组合产生期望的性质。
所公开的铝合金翅片坯料可用于各种应用中，例如，用于制造热交换器的翅片。在一些情况下，所述改进的铝合金翅片坯料可用于高性能轻质汽车热交换器。作为几个非限制性实例，所述铝合金翅片坯料可用于机动车辆热交换器(诸如散热器、冷凝器和蒸发器)中。然而，所述改进的铝合金翅片坯料的用途和应用不限于汽车热交换器，并且可设想其他用途，因为所述铝合金翅片坯料的特性和性质还可有益于除汽车热交换器翅片的生产之外的用途和应用。例如，改进的铝合金翅片坯料可用于制造采用热交换器并通过钎焊生产的各种装置，诸如用于加热、通风、空调和制冷(HVAC&R)系统中的装置。
如上所论述，用于生产改进的铝合金翅片坯料的组成和方法产生一种材料，所述材料具有使其适合于制造热交换器翅片的有益特性和性质的组合。例如，所述铝合金翅片坯料显示出以下特性中的一种或多种的有益组合：钎焊前和钎焊后机械性质，诸如抗拉强度和钎焊后抗下垂性、热导率和腐蚀电位。一个实例是一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01重量％至0.25重量％的Mg、约0.1重量％至3.0重量％的Zn和至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。另一个实例是一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.35重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01重量％至0.25重量％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn和至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。另一个实例是一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.35重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01重量％至0.25重量％的Mg、约0.1重量％至3.0重量％的Zn和至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。一些其他实例如下：一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.2重量％的Si、0.3重量％至0.6重量％的Fe、0.40重量％至0.55重量％的Cu、1.0重量％至1.7重量％的Mn、0.01％至0.1％的Mg和0.1重量％至3.0重量％的Zn，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％；一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.1重量％至1.60重量％的Mn、约0.01重量％至0.25重量％的Mg、约0.1重量％至3.0重量％的Zn和至多0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％；一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.05重量％至0.2重量％的Mg、约0.1重量％至3.0重量％的Zn和至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％；一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01重量％至0.25重量％的Mg、约1重量％至3.0重量％的Zn和至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％；以及一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01重量％至0.25重量％的Mg、约1.5重量％至2.75重量％的Zn和至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。在所公开的铝合金中，Zr、V、Cr或Ni中的一者或多者可以低于0.05重量％、低于0.04重量％、低于0.03重量％、低于0.02重量％或低于0.01重量％的量存在。在一些情况下，不存在Zr、V、Cr或Ni中的一者或多者(即，0重量％)。
在一些实例中，所公开的铝合金可具有以下中的一者或两者的极限抗拉强度：在钎焊前状态下测量的至少200MPa；或钎焊后测量的至少150MPa。在一个实例中，所述铝合金具有以下中的一者或两者的极限抗拉强度：在钎焊前状态下测量的200MPa至230MPa；或钎焊后测量的大于170MPa。所述铝合金可具有钎焊后测量的-760mV或更低的腐蚀电位。所述铝合金可具有钎焊后测量的大于40％IACS(国际退火铜标准，假定纯铜传导率为100％)的热导率。
所公开的铝合金可通过包括以下的方法来生产：将所述铝合金直接冷却铸造成铸锭；在所述直接冷却铸造之后对所述铸锭进行热轧；在所述热轧之后，将所述铝合金冷轧至中间厚度；在冷轧之后，在200℃与400℃之间(200℃至400℃)的温度下对轧制至所述中间厚度的所述铝合金进行中间退火；以及在中间退火之后，对所述铝合金进行冷轧以实现20％至40％的％冷加工厚度减小(％CW)，从而产生具有45μm至100μm、45μm至90μm、47μm至85μm或50μm至83μm的厚度的片材。在另外的方法中，可使用连续铸造。在上述方法中实现的％CW可以是30％至40％。中间退火可在320℃与370℃之间(320℃至370℃)、290℃与360℃之间(290℃至360℃)或340℃与360℃之间(340℃至360℃)的温度下执行。中间退火时间可以是30分钟至60分钟。还公开了一种包括所述改进的铝合金的热交换器。所述热交换器可以是机动车辆热交换器。所述热交换器可以是散热器、冷凝器或蒸发器。还公开了用于制造包括所述改进的合金的对象和设备的方法。这种方法的一个实例是一种制造热交换器的方法，所述方法包括：通过钎焊接合由所述改进的铝合金制成的至少一种第一铝合金模板与第二铝合金模板，所述接合包括：将两种或更多种铝模板组装并固定在一起；以及将所述两种或更多种铝模板加热至钎焊温度，直到通过毛细管作用在所述两种或更多种铝模板之间形成接合部。所述改进的铝合金用于制造热交换器翅片以及其他对象和设备的用途也包括在本说明书的范围内。本发明的其他目标和优势将根据以下详细描述而显而易见。
附图说明
图1A至图1I示出在钎焊之前根据本公开制备的铝合金样品的颗粒结构的照片。
图2A至图2I示出在标准钎焊之后根据本公开制备的铝合金样品的颗粒结构的照片。
图3A至图3I示出在快速钎焊之后根据本公开制备的铝合金样品的颗粒结构的照片。
图4A至图4I示出在标准钎焊之后根据本公开制备的铝合金样品的晶粒尺寸的照片。
图5A至图5I示出在快速钎焊之后根据本公开制备的铝合金样品的晶粒尺寸的照片。
图6A至图6I示出在钎焊之前根据本公开制备的铝合金样品的晶粒结构的照片。
图7A至图7I示出在标准钎焊之后根据本公开制备的铝合金样品的晶粒结构的照片。
图8A至图8I示出在快速钎焊之后根据本公开制备的铝合金样品的晶粒结构的照片。
图9A至图9D示出％冷加工和中间退火对根据本公开制备的铝合金样品的不同性质的影响。
图10A至图10D示出根据本公开制备并且经历标准钎焊的铝合金样品的晶粒结构的照片。
图11A至图11D示出根据本公开制备并且经历标准钎焊的铝合金样品的晶粒结构的照片。
图12A至图12D示出根据本公开制备并且经历快速钎焊的铝合金样品的晶粒结构的照片。
图13A至图13D示出根据本发明制备并且经历快速钎焊的铝合金样品的晶粒结构的照片。
图14A至图14E示出包括根据本公开制备的铝合金样品的试样的腐蚀测试结果的照片。
具体实施方式
本文描述了高强度、耐腐蚀铝合金及其制造和加工方法。本文所述的铝合金表现出改进的机械强度、耐腐蚀性和/或可成型性。与现有合金相比，本文所提供的合金包括增加的硅(Si)、铜(Cu)、锰(Mn)和镁(Mg)。与现有合金相比，本文所提供的合金可具有改进的钎焊后强度。所述合金材料可形成为翅片坯料，并且用于汽车热交换器(诸如散热器、冷凝器和蒸发器)中。铝翅片坯料可用于其他钎焊应用，包括但不限于暖通空调和制冷(HVAC&R)应用。另外，铝合金翅片坯料可用于高性能轻质汽车热交换器。翅片坯料被设计成比管惰性低，使得前者比后者腐蚀得更快。热交换器基于翅片坯料优于管的这种牺牲性防腐蚀来进行设计。因此，本文所述的翅片坯料向管提供这种牺牲性保护。
定义和描述：
本文中使用的术语“发明”、“该发明”、“此发明”和“本发明”意图广泛地指代本专利申请和所附权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应被理解为限制本文所述的主题或限制所附专利权利要求的含义或范围。
在本说明书中，参考了由铝工业名称(诸如“系列”或“1xxx”)标识的合金。要了解最常用于命名和标识铝及其合金的编号命名系统，参见The Aluminum Association发布的“International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for WroughtAluminum and Wrought Aluminum Alloys”或“Registration Record of AluminumAssociation Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for AluminumAlloys in the Form of Castings and Ingot”。
如本文所使用，除非上下文中另外明确指明，否则“一种”、“一个”和“所述”的含义包括单数和复数个指示物。
如本文所使用，板通常具有大于约15mm的厚度。例如，板可以是指厚度大于约15mm、大于约20mm、大于约25mm、大于约30mm、大于约35mm、大于约40mm、大于约45mm、大于约50mm或大于约100mm的铝产品。
如本文所使用，沙特板(也称为薄板)的厚度通常为约4mm至约15mm。例如，沙特板的厚度可为约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm或约15mm。
如本文所使用，片材通常是指厚度小于约4mm的铝产品。例如，片材的厚度可小于约4mm、小于约3mm、小于约2mm、小于约1mm、小于约0.5mm、小于约0.3mm、小于约0.1mm或小于约0.05mm。
在本申请中参考合金回火或状态。要了解最常用的合金回火描述，参见“AmericanNational Standards(ANSI)H35 on Alloy and Temper Designation Systems”。F状态或回火是指所制造的铝合金。O状态或回火是指退火后的铝合金。Hxx状态或回火(在本文中也称为H回火)是指在冷轧后经过或不经过热处理(例如，退火)的铝合金。合适的H回火包括HX1、HX2、HX3、HX4、HX5、HX6、HX7、HX8或HX9回火。例如，铝合金可仅被冷轧以产生可能的H19回火。在另一实例中，铝合金可被冷轧和退火以产生可能的H23回火。
根据以基于合金总重量的重量百分比(重量％)计的铝合金元素组成描述以下铝合金。在每种合金的某些实例中，其余为铝，杂质总和的最大重量％为0.15％。
如本文所使用，“电化学势”是指材料对氧化还原反应的适应性。电化学势可用于评估本文所述的铝合金的耐腐蚀性。当与具有正电化学势的材料相比时，负值可描述更易于氧化(例如，失去电子或氧化态增加)的材料。当与具有负电化学势的材料相比时，正值可描述更易于还原(例如，获得电子或氧化态降低)的材料。如本文所使用，电化学势是表达量值和方向的矢量。
如本文所使用，“室温”的含义可包括约15℃至约30℃的温度，例如，约15℃、约16℃、约17℃、约18℃、约19℃、约20℃、约21℃、约22℃、约23℃、约24℃、约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃或约30℃。
本文所公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，指定范围“1至10”应被视为包括最小值1与最大值10之间(并且包括1和10)的任何和所有子范围；即，所有子范围均以最小值1或更大值开始(例如，1至6.1)，并且以最大值10或更小结束(例如，5.5至10)。
合金组成
下文描述新型铝合金。铝合金翅片坯料的性质基于其组成而变化。本文所公开的铝合金翅片坯料具有多个有利性质。铝合金翅片坯料可以片材、沙特板或板的形式生产，并且甚至在小于200μm或100μm的规格下也在钎焊之前、期间和之后具有并具有使其适合于制造热交换器应用的翅片的期望强度。铝合金材料还具有适合于翅片坯料生产的热导率和腐蚀电位。
与已知的翅片坯料合金相比，本文所公开的铝合金翅片坯料可包含更高含量的Cu、Si和Mg中的一者或多者。铝合金翅片坯料的组成和/或其生产工艺导致材料的性质改进，诸如钎焊期间翅片破碎减少、钎焊后强度更高、热导率提高、抗下垂性改进和阳极腐蚀电位增加。与用于翅片坯料生产的已知合金相比，铝合金翅片坯料具有提高的强度、提高的热导率和增加的腐蚀电位中的一者或多者。铝合金翅片坯料中相对高水平的非铝成分使其由掺入可循环使用的铝的输入金属制成，从而实现不同的金属输入。
在一些实例中，通过在最终冷轧步骤之前包括热处理(中间退火)步骤的方法来生产铝合金翅片坯料。中间退火在200℃至400℃的温度下进行约30分钟至2小时的时段(例如，约1小时至2小时的时间段)。中间退火之后是产生指定的厚度减小的冷轧步骤(稍后在本文档定义的“％冷加工”)。在一些实例中，上述方法步骤组合(中间退火，然后进行冷轧)导致增加的钎焊前强度和改进的钎焊后粗晶粒结构，这导致改进的铝翅片坯料的改进的抗下垂性，并且还影响热导率和腐蚀电位，从而产生具有特性和性质的有利组合的材料。
在一些实例中，合金可具有如表1中提供的以下元素组成。
表1
Figure BDA0002963839530000101
Figure BDA0002963839530000111
在一些实例中，合金可具有如表2中提供的以下元素组成。
表2
Figure BDA0002963839530000112
在一些实例中，合金可具有如表3中提供的以下元素组成。
表3
Figure BDA0002963839530000113
在一些实例中，合金可具有如表4中提供的以下元素组成。
表4
Figure BDA0002963839530000121
在一些实例中，合金可具有如表5中提供的以下元素组成。
表5
Figure BDA0002963839530000122
在一些实例中，合金可具有如表6中提供的以下元素组成。
表6
Figure BDA0002963839530000123
Figure BDA0002963839530000131
在一些实例中，合金可具有如表7中提供的以下元素组成。
表7
Figure BDA0002963839530000132
在一些实例中，合金可具有如表8中提供的以下元素组成。
表8
Figure BDA0002963839530000133
在一些实例中，合金可具有如表9中提供的以下元素组成。
表9
Figure BDA0002963839530000134
Figure BDA0002963839530000141
在一些实例中，合金可具有如表10中提供的以下元素组成。
表10
Figure BDA0002963839530000142
在一些实例中，所公开的合金包括基于合金的总重量的约0.9％至约1.4％(例如，约0.95％至约0.35％、约1.0％至约1.30％或约1.10％至约1.30％)的量的硅(Si)。例如，合金可包括约0.90％、约0.91％、约0.92％、约0.93％、约0.94％、约0.95％、约0.96％、约0.97％、约0.98％、约0.99％、约1.00％、约1.01％、约1.02％、约1.03％、约1.04％、约1.05％、约1.06％、约1.07％、约1.08％、约1.09％、约1.10％、约1.11％、约1.12％、约1.13％、约1.14％、约1.15％、约1.16％、约1.17％、约1.18％、约1.19％、约1.20％、约1.21％、约1.22％、约1.23％、约1.24％、约1.25％、约1.26％、约1.27％、约1.28％、约1.29％、约1.30％、约1.31％、约1.32％、约1.33％、约1.34％、约1.35％、约1.36％、约1.37％、约1.38％、约1.39％或约1.40％的Si。所有百分比以重量％表达。除其他方面外，Si含量会影响铝合金的熔融温度。增加Si的含量会降低铝合金的熔点。因此，为了使铝合金翅片坯料变得可钎焊，合金的Si含量应足够低，使得合金在钎焊循环期间不熔化。另一方面，合金中相对高的Si含量导致AlMnSi分散胶体的形成，从而导致基体的有利分散胶体强化和合金的改进的强度特性。在所公开翅片坯料合金中所使用的Si含量平衡了上述因素。
在一些实例中，合金还包括基于合金的总重量的约0.30％至约0.60％(例如，约0.35％至约0.60％、约0.40％至约0.60％或约0.41％至约0.47％)的量的铁(Fe)。例如，合金可包括约0.30％、约0.31％、约0.32％、约0.33％、约0.34％、约0.35％、约0.36％、约0.37％、约0.38％、约0.39％、约0.40％、约0.41％、约0.42％、约0.43％、约0.44％、约0.45％、约0.46％、约0.47％、约0.48％、约0.49％、约0.50％、约0.51％、约0.52％、约0.53％、约0.54％、约0.55％、约0.56％、约0.57％、约0.58％、约0.59％或约0.60％的Fe。所有百分比以重量％表达。在铝合金中，Fe可以是金属间成分的一部分，所述金属间成分可包含Mn、Si和其他元素。控制铝合金中的Fe含量以影响粗金属间成分的含量通常是有益的。
在一些实例中，所公开的合金包括基于合金的总重量的约0.2％至约0.60％(例如，约0.20％至约0.40％或约0.40％至约0.55％)的量的铜(Cu)。例如，合金可包括约0.20％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、约0.25％、约0.26％、约0.27％、约0.28％、约0.29％、约0.30％、约0.31％、约0.32％、约0.33％、约0.34％、约0.35％、约0.36％、约0.37％、约0.38％、约0.39％、约0.40％、约0.41％、约0.42％、约0.43％、约0.44％、约0.45％、约0.46％、约0.47％、约0.48％、约0.49％、约0.50％、约0.51％、约0.52％、约0.53％、约0.54％、约0.55％、约0.56％、约0.57％、约0.58％、约0.59％或约0.60％的Cu。所有百分比以重量％表达。固溶体中的Cu提高铝合金的强度。增加铜含量也可导致形成含铜的AlMnCu分散胶体，所述分散胶体储存Mn并在钎焊期间溶解，从而导致Mn释放到固溶体中。此方法产生提高的钎焊后强度。翅片坯料合金中相对高的Cu含量实现成本降低和循环使用能力的提高。
在一些实例中，合金可包括基于合金的总重量的约1.0％至约1.7％(例如，约1.10％至约1.65％、约1.15％至约1.35％或约1.2％至约1.35％)的量的锰(Mn)。例如，合金可包括约1.0％、约1.01％、约1.02％、约1.03％、约1.04％、约1.05％、约1.06％、约1.07％、约1.08％、约1.09％、约1.1％、约1.11％、约1.12％、约1.13％、约1.14％、约1.15％、约1.16％、约1.17％、约1.18％、约1.19％、约1.2％、约1.21％、约1.22％、约1.23％、约1.24％、约1.25％、约1.26％、约1.27％、约1.28％、约1.29％、约1.3％、约1.31％、约1.32％、约1.33％、约1.34％、约1.35％、约1.36％、约1.37％、约1.38％、约1.39％、约1.4％、约1.41％、约1.42％、约1.43％、约1.44％、约1.45％、约1.46％、约1.47％、约1.48％、约1.49％、约1.50％、约1.51％、约1.52％、约1.53％、约1.54％、约1.55％、约1.56％、约1.57％、约1.58％、约1.59％、约1.60％、约1.61％、约1.62％、约1.63％、约1.64％、约1.65％、约1.66％、约1.67％、约1.68％、约1.69％或约1.7％的Mn。所有百分比以重量％表达。固溶体中的Mn提高铝合金的强度，并且还使腐蚀电位朝向更阴极的状态移动。当以精细致密分散体存在时，(FeMn)-Al6或Al15Mn3Si2分散胶体通过颗粒增强来提高铝合金的强度。根据组成和凝固速率，Fe、Mn、Al和Si在凝固期间结合以形成各种金属间成分，即微结构内的颗粒，如Al15(FeMn)3Si2、Al5FeSi或Al8FeMg3Si6，仅举几例。较高的Mn含量尤其结合较高的Fe含量可导致形成粗的Mn-Fe金属间成分。
在一些实例中，合金包括基于合金的总重量的约0.1％至约3.0％(例如，约0.5％至约2.8％、约1.0％至约2.5％、约1.5％至约3.0％、约1.5％至约2.75％或约1.9％至约2.6％)的量的锌(Zn)。例如，合金可包括约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.2％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、约0.25％、约0.26％、约0.27％、约0.28％、约0.29％、约0.3％、约0.31％、约0.32％、约0.33％、约0.34％、约0.35％、约0.36％、约0.37％、约0.38％、约0.39％、约0.4％、约0.41％、约0.42％、约0.43％、约0.44％、约0.45％、约0.46％、约0.47％、约0.48％、约0.49％、约0.5％、约0.51％、约0.52％、约0.53％、约0.54％、约0.55％、约0.56％、约0.57％、约0.58％、约0.59％、约0.6％、约0.61％、约0.62％、约0.63％、约0.64％、约0.65％、约0.66％、约0.67％、约0.68％、约0.69％、约0.7％、约0.71％、约0.72％、约0.73％、约0.74％、约0.75％、约0.76％、约0.77％、约0.78％、约0.79％、约0.8％、约0.81％、约0.82％、约0.83％、约0.84％、约0.85％、约0.86％、约0.87％、约0.88％、约0.89％、约0.9％、约0.91％、约0.92％、约0.93％、约0.94％、约0.95％、约0.96％、约0.97％、约0.98％、约0.99％、约1.0％、约1.01％、约1.02％、约1.03％、约1.04％、约1.05％、约1.06％、约1.07％、约1.08％、约1.09％、约1.1％、约1.11％、约1.12％、约1.13％、约1.14％、约1.15％、约1.16％、约1.17％、约1.18％、约1.19％、约1.2％、约1.21％、约1.22％、约1.23％、约1.24％、约1.25％、约1.26％、约1.27％、约1.28％、约1.29％、约1.3％、约1.31％、约1.32％、约1.33％、约1.34％、约1.35％、约1.36％、约1.37％、约1.38％、约1.39％、约1.4％、约1.41％、约1.42％、约1.43％、约1.44％、约1.45％、约1.46％、约1.47％、约1.48％、约1.49％、约1.5％、约1.51％、约1.52％、约1.53％、约1.54％、约1.55％、约1.56％、约1.57％、约1.58％、约1.59％、约1.6％、约1.61％、约1.62％、约1.63％、约1.64％、约1.65％、约1.66％、约1.67％、约1.68％、约1.69％、约1.7％、约1.71％、约1.72％、约1.73％、约1.74％、约1.75％、约1.76％、约1.77％、约1.78％、约1.79％、约1.8％、约1.81％、约1.82％、约1.83％、约1.84％、约1.85％、约1.86％、约1.87％、约1.88％、约1.89％、约1.9％、约1.91％、约1.92％、约1.93％、约1.94％、约1.95％、约1.96％、约1.97％、约1.98％、约1.99％、约2.0％、约2.01％、约2.02％、约2.03％、约2.04％、约2.05％、约2.06％、约2.07％、约2.08％、约2.09％、约2.1％、约2.11％、约2.12％、约2.13％、约2.14％、约2.15％、约2.16％、约2.17％、约2.18％、约2.19％、约2.2％、约2.21％、约2.22％、约2.23％、约2.24％、约2.25％、约2.26％、约2.27％、约2.28％、约2.29％、约2.3％、约2.31％、约2.32％、约2.33％、约2.34％、约2.35％、约2.36％、约2.37％、约2.38％、约2.39％、约2.4％、约2.41％、约2.42％、约2.43％、约2.44％、约2.45％、约2.46％、约2.47％、约2.48％、约2.49％、约2.5％、约2.51％、约2.52％、约2.53％、约2.54％、约2.55％、约2.56％、约2.57％、约2.58％、约2.59％、约2.6％、约2.61％、约2.62％、约2.63％、约2.64％、约2.65％、约2.66％、约2.67％、约2.68％、约2.69％、约2.7％、约2.71％、约2.72％、约2.73％、约2.74％、约2.75％、约2.76％、约2.77％、约2.78％、约2.79％、约2.8％、约2.81％、约2.82％、约2.83％、约2.84％、约2.85％、约2.86％、约2.87％、约2.88％、约2.89％、约2.9％、约2.91％、约2.92％、约2.93％、约2.94％、约2.95％、约2.96％、约2.97％、约2.98％、约2.99％或约3.0％的Zn。所有百分比以重量％表达。通常将Zn添加到铝合金，以使腐蚀电位朝向氧化皮的阳极端移动。在所公开的翅片坯料铝合金中，高达3重量％的相对高的Zn含量补偿由于增加的Si和Cu含量而引起的腐蚀电位的偏移，从而导致更阳极腐蚀电位。更阳极腐蚀电位允许由合金制造的翅片以牺牲的方式起作用并且保护热交换器管，从而改进热交换器的整体耐腐蚀性。
在一些实例中，合金可包括基于合金的总重量的约0.01％至约0.25％(例如，约0.05％至约0.20％或约0.10％至约0.20％)的量的Mg。例如，合金可包括约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％。约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.2％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％或约0.25％的Mg。所有百分比以重量％表达。Mg通过固溶体强化而有助于本文所述铝合金的强度。
在一些实例中，Cu与Zn之比为2:1至1:15，例如，1:1至1:10，或1:5至1:10。Cu与Zn之比可以是2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14或1:15。
如本文所述的铝合金可包括基于合金的总重量的高达约0.10％(例如，0至约0.05％、约0.001％至约0.04％或约0.01％至约0.03％)的量的钛(Ti)。例如，合金可包括约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％或约0.1％的Ti。在一些情况下，合金中不存在Ti(即，0重量％)。所有百分比以重量％表达。
任选地，合金组成还可包括其他微量元素(有时称为杂质)，其量各自为约0.05％或以下、0.04％或以下、0.03％或以下、0.02％或以下或者0.01％或以下。这些杂质可包括但不限于Ga、V、Ni、Sc、Ag、B、Bi、Zr、Li、Pb、Sn、Ca、Hf、Sr或它们的组合。因此，Ga、V、Ni、Sc、Ag、B、Bi、Zr、Li、Pb、Sn、Ca、Hf或Sr可以0.05％或以下、0.04％或以下、0.03％或以下、0.02％或以下或者0.01％或以下的量存在于合金中。在某些方面，所有杂质的总和不超过0.15％(例如，0.1％)。所有百分比以重量％表达。在某些方面，合金的其余百分比是铝。
用于制造铝合金翅片坯料的方法
在某些方面，所公开的合金组成是所公开方法的产物。在不意图限制本公开的情况下，铝合金性质部分地由合金制备期间的微结构的形成来确定。在某些方面，用于合金组成的制备方法可影响或甚至确定合金是否将具有适合于期望应用的性质。
用于生产铝合金翅片坯料的方法可采用将铝合金直接冷却(DC)铸造成铸锭。在DC铸造之后，所述方法包括将铸锭预热以进行热轧。将预热温度和热轧持续时间精确控制到较低水平，以在成品翅片坯料被钎焊之后保留较大晶粒尺寸和高强度。在一些实例中，在热轧之前，可在炉中以合适的加热速率(例如，50℃/h)将铸锭预热至高达约500℃(例如，至450℃至480℃)达多达约12小时，之后使温度维持处于约450℃至500℃(例如，处于约470℃至480℃)(在所述温度下“均热(soak/soaking)”)达5小时至7小时。在预热和均热之后，将铸锭热轧至2mm-10mm，例如，2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm，这可称为热轧后的“出口规格”。
接下来，用于生产铝合金翅片坯料的方法包括冷轧步骤，以产生期望厚度(规格)和材料的其他性质。例如，在热轧步骤之后，对热轧铝合金进行冷轧以在可包括多个冷轧阶段的初始冷轧步骤期间将材料的厚度减小至1mm-2mm(例如，减小至1mm)的厚度或规格(初始冷轧规格)，之后在也可涉及多个阶段的中间冷轧步骤期间进一步冷轧至100μm至200μm的厚度或规格(中间冷轧规格)。根据热轧规格、期望最终厚度和下文所论述的其他性质，铝合金可能需要更多或更少的冷轧阶段来实现期望规格。冷轧阶段的数量不受限制，并且可例如根据最终片材的期望厚度和材料的其他性质来合适地调整。
在中间冷轧之后，用于生产铝合金翅片坯料的方法可包括中间退火步骤以产生铝合金翅片坯料的期望性质。术语“中间退火”是指在冷轧步骤之间施加的热处理。如本文所述，在中间冷轧步骤与最终冷轧步骤之间施加中间退火。中间退火涉及将铝合金加热至约200℃至约400℃(例如，约225℃至400℃、约225℃至约375℃、约225℃至约350℃、约225℃至约325℃、约300℃至约375℃、约325℃至约350℃、约340℃至约360℃、约290℃至约360℃或约345℃至约350℃)的温度(“中间退火温度”)，并且维持中间退火温度达3小时至5小时(例如，达约4小时)，之后冷却。维持约200℃至约400℃的温度的时段也可称为“均热(soak/soaking)”。为了在均热之前和之后加热和冷却材料，可施加40℃/h至50℃/h(例如，50℃/h)的恒定速率。中间退火状态以各种方式影响铝合金翅片坯料的结构和性质。例如，较高中间退火温度可导致较低的钎焊后强度。因此，在本文档中指定的范围内选择中间退火状态，以产生铝合金翅片坯料的期望性质。
在中间退火之后，执行最终冷轧以在最终冷轧步骤(其可包括多个冷轧阶段)期间实现20％至45％、25％至40％、20％至40％、20％至35％、25％至35％或5％至45％的％冷加工(％CW)，其中：
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在一些实施方案中，％CW小于或等于35％，而在一些其他实施方案中，％CW大于35％。在最终冷轧步骤之后，本发明的铝合金翅片坯料具有约45μm至100μm、45μm至90μm、47μm至85μm或50μm至83μm的厚度(规格)。
最终冷轧步骤影响铝合金翅片坯料的结构和性质。例如，随着％CW增加，铝材料的钎焊前强度(在钎焊前状态下测量的极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)或两者)增加。因此，在本文档中指定的范围内调整所采用的％CW以实现铝合金翅片坯料的期望性质。
如本文所公开的生产铝合金翅片坯料的方法可以产生具有期望回火的铝材料的方式执行。例如，可执行方法以提供可描述为“应变硬化的”、“冷加工的”和/或具有或处于“H1X”回火(例如，H14回火)的铝材料。在一些实例中，可以H14、H16或H18回火生产本文所述的改进的翅片坯料铝合金材料。应理解，特定范围的性质与回火名称相关联。还应理解，回火名称是指材料的钎焊前性质。
性质
本文所公开的铝合金翅片坯料具有多个有利性质、特性或参数。这些性质(单独地或以各种组合的形式)允许本文档中所描述的铝合金材料用于生产热交换器的翅片。然而，应理解，本发明的范围不限于特定用途或应用，并且铝合金翅片坯料的性质对于各种其他应用可以是有利的。这些性质中的一些性质在下文进行论述。一些其他性质可能未具体描述，但可遵循用于本文所述的铝合金翅片坯料的制造的组成和/或生产方法。
本文所述的铝合金材料的一些实施方案被制造为片材，例如，制造为小于4mm厚(例如，45μm至100μm厚)的片材。铝合金片材可以H1X回火(例如，H14、H16或H18回火)生产。本文所述的铝合金材料可以任何组合的形式具有以下性质中的一者或多者：在钎焊前状态下测量的210MPa或更高(换句话说，至少210MPa)或210MPa至230MPa的UTS；钎焊后测量的150MPa或更高(换句话说，至少150MPa)或150MPa至170MPa的UTS；钎焊后测量的25mm至33mm的抗下垂性；钎焊后测量的40至48、43至47或44至45IACS的热导率；-740mV或更低(例如，-750mV)的开路电位腐蚀值(相对于标准甘汞电极(SCE)，也称为“腐蚀电位”)；和/或80μm至400μm的钎焊后粗晶粒微结构。“钎焊之后”或“钎焊后(post-brazing)”(也称为“钎焊后(post-braze)”)测量的参数是在模拟钎焊循环之后测量的，在模拟钎焊循环期间，铝合金样品加热至595℃至610℃的温度并且在约20分钟的时段中冷却至室温。钎焊之前(“钎焊前(pre-brazing)”或在“钎焊前(pre-brazed)”状态下)测量的参数(也称为“钎焊前”参数)是在使材料经历任何钎焊循环之前或在未使材料经历任何钎焊循环的情况下测量的。
所公开的铝合金翅片坯料具有提高的强度和传导率，并且展现出较低腐蚀电位值。所公开的铝合金翅片坯料还能够经受至少20天的根据ASTM B368(2014)进行的铜加速盐雾(CASS)测试，而不与钎焊接合部分开。CASS测试通常通过以下方式进行：形成翅片和管的试样，钎焊以形成接合部，以及使钎焊试样经历测试。上述性质和优点允许本发明的铝合金翅片坯料有利地用于下文更详细地论述的各种用途和应用中。
用途和应用
在本文档中所述的铝合金翅片坯料可用于各种应用(例如，但不限于热交换器)中。在一些实例中，铝合金翅片坯料可用于汽车热交换器(诸如散热器、冷凝器和蒸发器)中，但它们不受限于此。例如，改进的铝合金翅片坯料可用于制造采用热交换器并通过钎焊生产的各种装置，诸如用于加热、通风、空调和制冷(HVAC&R)中的装置。本文所述的铝合金翅片坯料的用途和应用包括在本发明的范围内，利用本文所述的铝合金制造或包括本文所述的铝合金的对象、模板、设备和类似物也是如此。用于制作、生产或制造此类对象、模板、设备和类似物的方法也包括在本发明的范围内。
本文所述的铝合金适合于需要通过钎焊来接合金属表面的制作或制造方法。钎焊是金属接合方法，其中将填料金属加热至高于熔点并且通过毛细管作用将所述填料金属分布在两个或更多个紧密配合的零件之间。铝合金在钎焊中的用途以及相关方法和结果(诸如根据涉及钎焊的制造方法制造的对象)通常称为“钎焊应用”。本文所述的热交换器的零件在制造方法期间通过钎焊接合。在钎焊期间，填料金属熔化并变成能够通过毛细管作用流动到经钎焊的部件之间的接触点的填料金属。
可使用本文所述的铝合金翅片坯料制造的一个示例性对象是热交换器。热交换器是通过组装包括管、板、翅片、集管和侧支撑件(仅举几例)的零件生产的。例如，散热器是由管、翅片、集管和侧支撑件构建的。除了通常裸露(意指不包覆有Al-Si合金)的翅片以外，热交换器的所有其他零件通常在一侧或两侧包覆有钎焊包覆层。一旦组装好，热交换器单元通过捆束或此类装置固定以通过熔焊和钎焊将单元保持在一起。钎焊通常通过使单元通过隧道式炉来实现。也可通过浸入熔融盐中或以分批或分半批方法来执行钎焊。将单元加热至590℃与610℃之间的钎焊温度，并且在适当的温度下均热，直到通过毛细管作用形成接合部为止，然后冷却至低于填料金属的固相线。加热速率取决于炉类型和所生产的热交换器的尺寸。可使用本文所述的铝合金翅片坯料制造的对象的一些其他实例是蒸发器、散热器、加热器或冷凝器。
实施方案1是一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
实施方案2是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述铝合金包括：约0.95重量％至1.35重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
实施方案3是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述铝合金包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.35重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
实施方案4是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述铝合金包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.40重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
实施方案5是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述铝合金包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.40重量％至0.55重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
实施方案6是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述铝合金包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.1重量％至1.65重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
实施方案7是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述铝合金包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.05％至0.2％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
实施方案8是一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
实施方案9是一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约1.5％至2.75％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
实施方案10是一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.05重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
实施方案11是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述合金通过包括以下的方法来生产：将所述铝合金直接冷却铸造成铸锭；在所述直接冷却铸造之后对所述铸锭进行热轧；在所述热轧之后，将所述铝合金冷轧至中间厚度；在冷轧之后，在200℃至400℃下对轧制至所述中间厚度的所述铝合金进行中间退火；以及在中间退火之后，对所述铝合金进行冷轧以实现20％至40％的％冷加工(％CW)，从而产生具有45μm至100μm、45μm至90μm、47μm至85μm或50μm至83μm的厚度的片材。
实施方案12是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述中间退火在250℃至360℃或290℃至360℃下进行。
实施方案13是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述中间退火时间是30分钟至60分钟。
实施方案14是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中％CW是30％至40％。
实施例15是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述铝合金具有以下中的一者或两者的极限抗拉强度：在钎焊前状态下测量的至少200MPa；或钎焊后测量的至少150MPa。
实施方案16是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述铝合金具有钎焊后测量的-740mV或更低的腐蚀电位。
实施方案17是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金，其中所述铝合金具有钎焊后测量的大于40％IACS的热导率。
实施方案18是一种热交换器，其包括如任一前述或后续实施方案所述的铝合金。
实施方案19是一种制造热交换器的方法，所述方法包括：通过钎焊接合由如任一前述或后续实施方案所述的铝合金制成的至少一种第一铝合金模板与第二铝合金模板，所述接合包括：将两种或更多种铝模板组装并固定在一起；以及将所述两种或更多种铝模板加热至钎焊温度，直到通过毛细管作用在所述两种或更多种铝模板之间形成接合部。
实施方案20是如实施方案19所述的方法，其中所述第一铝合金能够经受至少20天的根据ASTM B368(2014)进行的CASS测试，而不与所述接合部分离。
实施方案21是如任一前述或后续实施方案所述的铝合金用于制造热交换器翅片的用途。
以下实施例将用于进一步示出本发明，但同时不构成对本发明的任何限制。相反，应当清楚地理解，在阅读了本文的说明书之后，本领域技术人员可想到在不背离本发明的精神的情况下采取各种实施方案、修改以及其等效方案。
实施例1
利用下表11中所示的组成制备了九个铝合金样品。每个样品包括至多0.15重量％的杂质，其余为Al。通过将铝合金直接冷却铸造成铸锭并然后热轧来制备每个样品。将通过由DC铸造生产的铸锭预热以进行热轧。然后将铸锭热轧至出口规格，然后冷轧至初始冷轧规格。然后将铸锭进一步冷轧至中间冷轧规格。接下来，对铸锭进行中间退火。在中间退火之后，执行最终冷轧，以实现20％至40％的％CW，从而导致每个样品具有45μm至100μm的厚度。
表11
Figure BDA0002963839530000271
然后在钎焊前状态下、在标准钎焊之后以及在快速钎焊之后，针对表11中的样品中的每个样品测试机械性质、传导率、腐蚀电位和固相线温度。在标准钎焊期间，将样品加热至605℃的温度，并且冷却至室温达约45分钟的时段，以模拟商业钎焊方法的温度时间分布。与标准钎焊循环相比，快速钎焊以快得多的加热和冷却速率进行。将材料加热至600℃与605℃之间的温度，并且在约20分钟的时段内冷却至室温。针对所有样品测量屈服强度、极限抗拉强度和均匀伸长率。根据ASTM B557标准执行测试。从每种合金变体测试三个样品，并且在钎焊前和钎焊后状态下记录平均值。电导率按％IACS(国际退火铜标准，假定纯铜电导率为100％)进行报告。下面在表12中示出屈服强度、极限抗拉强度和伸长率的结果。固相线温度也在表12中报告。钎焊后测量的热导率和腐蚀电位在表13中报告。实验性合金具有55MPa的最小钎焊后屈服强度以及大于比较例1的合金的极限抗拉强度。
比较例1的-764mV相对于合金H的-735mV的开路电位腐蚀值(相对于标准甘汞电极(SCE))表明，如果管与翅片合金之间的腐蚀电位差维持处于大约30mV至150mV，则翅片变体将以牺牲的方式作用于任何管合金。
表12
Figure BDA0002963839530000281
表13
Figure BDA0002963839530000291
样品比较例1和A至H中的每一者使用光学显微镜来拍摄。执行微结构表征，以研究分散胶体、和金属间尺寸与分布以及钎焊前后晶粒结构。通过在2.5％HBF4中蚀刻样品达60秒、然后在HNO3中进行去污来检查微结构。图1A至图1I示出钎焊前微结构，图2A至图2I示出标准钎焊之后的微结构，并且图3A至图3I示出快速循环钎焊之后的微结构。使用巴克蚀刻剂来揭示晶粒结构。图4A至图4I示出标准钎焊之后的平面图晶粒结构，并且图5A至图5I示出快速循环钎焊之后的平面图晶粒结构。样本比较例1和A-H中的每一者还被拍摄来示出钎焊前(图6A至图6I)、标准钎焊之后(图7A至图7I)以及快速钎焊之后(图8A至图8I)的横截面晶粒结构。对于每组显微照片，A图对应于比较例1，B图对应于样品A，C图对应于样品B，依此类推。
实施例2
合金样品C、E、G和H如实施例1中那样制备，不同的是，％CW当在350℃下(钎焊前)进行中间退火时发生变化。下面在表14和图9A中示出结果。如下文和图9A所示，与执行35％或以下的CW时相比，当执行大于35％的CW时，屈服强度得到提高。除样品E之外，与执行小于35％的CW时相比，当执行大于35％的CW时，极限抗拉强度也提高。除样品H之外，与执行小于35％的CW时相比，当执行大于35％的CW时，％伸长率降低。
表14
Figure BDA0002963839530000301
实施例3
合金样品C、E、G和H如实施例1中那样制备，不同的是，％CW当在350℃下(钎焊后)进行中间退火时发生变化。下面在表15和图9B中示出结果。如下文和图9B所示，除样品G之外，与执行35％或以下的CW时相比，当执行大于35％的CW时，屈服强度得到提高。除样品H之外，与执行小于35％的CW时相比，当执行大于35％的CW时，极限抗拉强度降低。通常，与执行35％或更低的CW时相比，当执行大于35％的CW时，％伸长率保持大致相同或降低。
表15
Figure BDA0002963839530000302
实施例4
合金样品C、E、G和H如实施例1中那样制备，不同的是，处于>35％CW下(钎焊前)的中间退火温度发生变化。下面在表16和图9C中示出结果。如下文和图9C所示，在较高中间退火温度下，屈服强度、极限抗拉强度和％伸长率全部降低。
表16
Figure BDA0002963839530000311
实施例5
合金样品C、E、G和H如实施例1中那样制备，不同的是，处于＞35％CW下(钎焊后)的中间退火温度的影响发生变化。下面在表17和图9D中示出结果。如下文和图9D所示，在较高中间退火温度下，屈服强度降低，伸长率增加，并且极限抗拉强度保持不变(对于样品C)或降低(样品E、G和H)。
表17
Figure BDA0002963839530000312
然后，使合金样品C、E、G和H经历标准循环或快速循环钎焊，并且如上所述进行拍摄。对于在250℃下进行中间退火并且经历标准循环钎焊的样品，在图10A至图10D中示出钎焊后平面图晶粒尺寸，其中图10A对应于样品C，图10B对应于样品E，图10C对应于样品G，并且图10D对应于样品H。类似地，对于在350℃下进行中间退火并且经历标准循环钎焊的样品，在图11A至图11D中示出钎焊后平面图晶粒尺寸，其中图11A对应于样品C，图11B对应于样品E，图11C对应于样品G，并且图11D对应于样品H。
对于在250℃下进行中间退火并且经历快速循环钎焊的样品，在图12A至图12D中示出钎焊后平面图晶粒尺寸，其中图12A对应于样品C，图12B对应于样品E，图12C对应于样品G，并且图12D对应于样品H。类似地，对于在350℃下进行中间退火并且经历快速循环钎焊的样品，在图13A至图13D中示出钎焊后平面图晶粒尺寸，其中图13A对应于样品C，图13B对应于样品E，图13C对应于样品G，并且图13D对应于样品H。基于晶粒结构图像，可观察到，将％CW增加至>35导致因用于重结晶的驱动力增加而造成钎焊后晶粒尺寸更细，但这种效果似乎未对抗下垂性产生负面影响。同样，将中间退火温度从350℃降低至250℃结合更低的％CW导致钎焊后晶粒尺寸更粗。基于所需的期望性质，仔细地选择中间退火温度和％CW的组合。例如，可能需要IA和％CW的不同组合来实现抗翅片破碎和/或更粗的晶粒尺寸。
实施例6
比较样品和样品C、E、G和H如实施例1中那样制备，并且经历钎焊。对于每个样品，接合翅片和管的试样，然后使每个试样经历根据ASTM B368(2014)进行的CASS测试。CASS测试进行达40天的时段。通过检查钎焊接合部来表征腐蚀活性，并且翅片处于10天、20天和40天。在40天时段结束时，每个翅片以牺牲的形式起作用，从而保护管。
针对实施例2至5所示的结果证实，一些元素(诸如Mg和Cu)在有助于合金的屈服强度和极限抗拉强度方面起作用。然而，与具有更低Mg和Cu的量的样品相比，通常预期增加的Mg和Cu也导致增加的腐蚀。图14A至图14E所示的图像是以100倍放大率拍摄的金相横截面。令人惊讶地且出乎意料的是，如图14A至图14E所示，与具有更低Mg和Cu的量的样品相比，具有增加的Mg和Cu的量的样品不具有增加的腐蚀。因此，样品C、E、G和H中的每一者在腐蚀方面的表现与比较样品相似，但具有其他优越性质。
以上引用的所有专利、专利申请、出版物和摘要以引用方式整体并入本文。已描述本发明的各种实施方案以实现本发明的各种目的。应认识到，这些实施方案仅仅说明本发明的原理。在不偏离如在随附权利要求中所定义的本发明的精神和范围的情况下，本发明的众多修改和改动对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
2.如权利要求1所述的铝合金，其包括：约0.95重量％至1.35重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
3.如权利要求1所述的铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.35重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
4.如权利要求1所述的铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.40重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
5.如权利要求1所述的铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.40重量％至0.55重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
6.如权利要求1所述的铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.1重量％至1.65重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
7.如权利要求1所述的铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.05％至0.2％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
8.如权利要求1所述的铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约1.5％至2.75％的Zn、至多约0.10重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
9.如权利要求1所述的铝合金，其包括：约0.9重量％至1.4重量％的Si、约0.3重量％至0.6重量％的Fe、约0.20重量％至0.60重量％的Cu、约1.0重量％至1.7重量％的Mn、约0.01％至0.25％的Mg、约0.1％至3.0％的Zn、至多约0.05重量％的Ti，其中其余的Al和杂质为≤0.15重量％。
10.如权利要求1-11中任一项所述的铝合金，其中所述合金通过包括以下的方法来生产：
将所述铝合金直接冷却铸造成铸锭；
在所述直接冷却铸造之后对所述铸锭进行热轧；
在所述热轧之后，将所述铝合金冷轧至中间厚度；
在冷轧之后，在200℃至400℃下对轧制至所述中间厚度的所述铝合金进行中间退火；以及
在中间退火之后，对所述铝合金进行冷轧以实现20％至40％的％冷加工(％CW)，从而产生具有45μm至100μm、45μm至90μm、47μm至85μm或50μm至83μm的厚度的片材。
11.如权利要求10所述的铝合金，其中所述中间退火是在250℃至360℃或290℃至360℃下进行的。
12.如权利要求10或11所述的铝合金，其中所述中间退火时间是30分钟至60分钟。
13.如权利要求10至12中任一项所述的铝合金，其中％CW是30％至40％。
14.如权利要求1至13中任一项所述的铝合金，其中所述铝合金具有以下中的一者或两者的极限抗拉强度：在钎焊前状态下测量的至少200MPa；或钎焊后测量的至少150MPa。
15.如权利要求1至14中的任一项所述的铝合金，其中所述铝合金具有钎焊后测量的-740mV或更低的腐蚀电位。
16.如权利要求1至15中的任一项所述的铝合金，其中所述铝合金具有钎焊后测量的大于40％IACS的热导率。
17.一种热交换器，其包括如权利要求1至16中任一项所述的铝合金。
18.一种制造热交换器的方法，其包括：通过钎焊接合由如权利要求1至17中任一项所述的铝合金制成的至少一种第一铝合金模板与第二铝合金模板，所述接合包括：
将两种或更多种铝模板组装并固定在一起；以及，
将所述两种或更多种铝模板加热至钎焊温度，直到通过毛细管作用在所述两种或更多种铝模板之间形成接合部。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述第一铝合金能够经受至少20天的根据ASTMB368(2014)进行的CASS测试，而不与所述接合部分离。
20.如权利要求1至16中任一项所述的铝合金用于制造热交换器翅片的用途。
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