CN113710411B - 用于轧制结合的钎焊片材的中间衬垫 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于形成可靠地轧制结合的多层铝合金钎焊片材的装置、材料和方法，所述片材具有2XXX、3XXX、5XXX或6XXX合金的芯，4XXX合金的钎焊衬垫，及具有在0.2至1.0重量％的范围内的Mn和在0.31‑1.0重量％的范围内的Si的中间衬垫。或者，中间衬垫中可存在0.1至0.5重量％的范围内的Mg。可存在另外的层如第二钎焊衬垫以提供热交换器的内表面。另外的中间衬垫可任选地在芯与内表面层之间使用。所述材料可用于高腐蚀性环境如EGR冷却器。

Description

用于轧制结合的钎焊片材的中间衬垫

技术领域

本发明涉及钎焊片材材料、热交换器、用于制造其的方法，更特别地，涉及通过轧制结合形成的多层铝合金钎焊片材。

背景技术

轧制结合的多层钎焊片材材料是已知的，其中将例如用于形成芯、钎焊衬垫和中间衬垫的多层不同的铝合金堆叠并经过轧机。通常，将层的叠层预热并且轧机对叠层施加高压，使得叠层的累积厚度减小，并减小各个层的厚度。轧制过程和厚度的减小还使得各个层彼此结合，从而产生具有多个层的厚度减小的单个复合片材。中间衬垫/中间衬垫层可用于多层钎焊片材中以减少钎焊过程中元素在例如芯与钎焊衬垫之间的迁移，此迁移会导致耐腐蚀性的降低。在低pH环境如EGR(排气再循环)相关CAC(增压空气冷却器)下，在没有中间衬垫保护的情况下，芯材料可能容易受腐蚀如晶粒间腐蚀。已知的中间衬垫，如可得自Arconic,Inc.(美国宾夕法尼亚州匹兹堡)的合金0140或AA1145，在轧制结合以形成层合物时有时会在与邻近层的结合中表现出困难。尽管有已知的方法、材料和装置，但用于制造多层、轧制结合的钎焊热材料的替代方法、装置和材料仍然是合乎需要的。

发明内容

所公开的主题涉及一种多层片材材料，其具有：2XXX、3XXX、5XXX或6XXX铝合金中之一的芯；4XXX铝合金的钎焊衬垫；和具有以下组成的中间衬垫：0.31-1.0重量％的Si、<0.1重量％的Mg、0.25-1.0重量％的Mn、至多5.0重量％的Zn、至多0.3重量％的Fe、至多0.2重量％的Cu、至多0.125重量％的Zr，其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al。

在另一个实施方案中，中间衬垫含有0.34-0.5重量％的Si、<0.05重量％的Mg和0.25-0.35重量％的Mn、≤0.05重量％的Zn、≤0.3重量％的Fe、≤0.05重量％的Cu。

在另一个实施方案中，中间衬垫设置在钎焊衬垫与芯之间。

在另一个实施方案中，中间衬垫含有0.4-0.5重量％的Si。

在另一个实施方案中，中间衬垫含有0.25-0.34重量％的Mn。

在另一个实施方案中，中间衬垫还包含0.05-5.0重量％的Zn。

在另一个实施方案中，由于Mg和Mn中的至少之一的存在，中间衬垫中的流动应力比在不存在Mg和Mn中的至少之一的情况下中间衬垫中的流动应力增加20％至52％的范围。

在另一个实施方案中，芯为3003铝合金。

在另一个实施方案中，芯包含0.1至1.0重量％的Si；至多0.5重量％的Fe、0.2至1.0重量％的Cu；1.0至1.5重量％的Mn、0.2至0.3重量％的Mg；至多0.05重量％的Zn和0.1至0.2重量％的Ti。

在另一个实施方案中，钎焊衬垫包含：6.8至8.2重量％的Si；至多0.8重量％的Fe、至多0.25重量％的Cu；至多0.1重量％的Mn和至多0.2重量％的Zn。

在另一个实施方案中，还包括设置在芯上在中间衬垫和钎焊衬垫的远侧的另一个衬垫。

在另一个实施方案中，所述另一个衬垫包括第二钎焊衬垫和第二中间衬垫，所述第二中间衬垫设置在芯与第二钎焊衬垫之间。

在另一个实施方案中，中间衬垫含有0.34至0.5重量％的Si、至多0.1重量％的Zn并还包含至多0.3重量％的Fe和至多0.2重量％的Cu，余量为A1，其它元素各<0.05重量％且总和0.15重量％。

在另一个实施方案中，中间衬垫含有<0.05重量％的Cu并还包含至多0.125重量％的Zr。

在另一个实施方案中，片材材料的总厚度为0.1mm至3.0mm，芯厚度为0.09mm至2.85mm，钎焊衬垫的包覆率为2.5％至20％，中间衬垫的包覆率为2.5至20％。

在另一个实施方案中，片材材料为O状态。

在另一个实施方案中，热交换器具有有着片材材料的管、翅片、集管板(headerplate)或罐中的至少之一，所述片材材料具有2XXX、3XXX、5XXX或6XXX铝合金中之一的芯；4XXX铝合金的钎焊衬垫；和具有如下组成的中间衬垫：0.31-1.0重量％的Si、<0.1重量％的Mg、0.25-1.0重量％的Mn，其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al。

在另一个实施方案中，多层片材材料具有2XXX、3XXX、5XXX或6XXX铝合金中之一的芯；4XXX铝合金的钎焊衬垫；和具有以下的中间衬垫：0.31-1.0重量％的Si；0.1-0.5重量％的Mg、0.05-0.3重量％的Mn、至多5.0重量％的Zn，其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al。

在另一个实施方案中，中间衬垫含有0.05-5.0重量％的Zn。

在另一个实施方案中，一种用于制造钎焊片材的方法包括步骤：

提供中间衬垫的层，所述中间衬垫包含0.31-1.0重量％的Si；<0.1重量％的Mg；0.25-1.0重量％的Mn；提供芯材料的层，所述芯材料选自2XXX、3XXX、5XXX或6XXX铝合金中之一；提供4XXX铝合金的钎焊衬垫材料的层；将中间衬垫的层、芯材料的层和钎焊衬垫材料的层堆叠成叠层，使中间衬垫设置在芯材料的层与钎焊衬垫材料的层之间；和轧制所述叠层以形成结合的多层钎焊片材。

附图说明

为了更完整地理解本公开，参考结合附图考虑的示例性实施方案的以下详细描述。

图1为根据本公开的一个实施方案的钎焊片材的示意性视图。

图2为根据本公开的另一个实施方案的钎焊片材的示意性视图。

图3为多种材料的应力-应变曲线图。

图4为多种材料的流动应力-应变率曲线图。

图5为未预应变的多种钎焊后多层材料的微观结构的一组图像。

图6为经预应变的多种钎焊后多层材料的微观结构的一组图像。

图7为多种材料对腐蚀测试的腐蚀深度曲线图。

具体实施方式

本公开的一个方面是认识到钎焊片材具有若干目标，例如，轻质、高强度和耐腐蚀性，并还认识到这些属性常常冲突。例如，使用3XXX铝合金作为钎焊片材的芯层有助于钎焊后片材材料的整体强度，但典型的4XXX钎焊衬垫将在钎焊时引起严重的液膜迁移(LFM)，从而导致耐腐蚀性的降低。对于使用3XXX芯和4XXX钎焊衬垫(也称钎焊层)的O状态钎焊片材(或钎焊片材)，情况尤其如此。由高纯度铝合金如Arconic合金0140和AA1145制成的中间衬垫(也称中间层或中间衬垫层)可用作保护层，导致改善的耐腐蚀性，但这样的中间衬垫材料有时会导致轧制结合缺陷，造成中间衬垫界面处芯和钎焊层的整体或部分(产生气泡)的层离。

本公开的一个方面是认识到高纯度中间衬垫合金是软的，特别是相对于芯合金而言，例如在2XXX、3XXX、5XXX和6XXX合金系列中，如3003铝合金，和/或4XXX钎焊合金，如4047、4045、4343、4147、4004、4104合金及具有锌添加的这些合金的衍生物。多层钎焊产品的典型轧制温度在700至1000℉之间的范围内，其可随具体的制造工艺和待轧制的材料而异。在此温度范围内轧制期间，这些合金的流动应力的大的差异可能导致材料明显变形，这对形成结合产品提出了挑战。这些层在轧制温度下的流动应力将限定其机械行为并与轧制行为和可结合性相关。

本公开的一个方面是认识到轧制结合的多层片材的各种层的流动应力的较小差异，例如，中间衬垫相对于芯和/或钎焊衬垫的流动应力的较小差异，可产生所述多个层之间更好的结合，并且如果多层、轧制结合的片材的层的流动应力在值上更接近，则将促进通过轧制结合多层片材所产生的结合。术语“可结合性”可用于表示通过轧制结合将邻近的层结合在一起的性质。例如，与具有较低可结合性的邻近片材相比，具有较高可结合性的邻近片材将在轧制结合时更容易和/或更成功地彼此结合。

本申请的一个方面是认识到可通过添加将增强软层的元素来调节多层轧制结合的钎焊片材中相对软的层的流动应力以更紧密地接近其与之结合的其它层的流动应力并且这种硬度调节将改善先前较软的层的可结合性。

本公开的一个方面是认识到多层、轧制结合的钎焊片材中软层的增强将导致流动应力的增加。此外，认识到当邻近层的流动应力在值上彼此更接近时将促进轧制结合。关于由例如Arconic合金0140制成的中间衬垫层(参见表2，ILO)，在900℉及0.01、0.1和1/秒的应变率下可观察到该合金分别具有1.25、1.91和3.15ksi的流动应力(参见下表4)。相比之下，3XXX芯合金如3003在0.01、0.1和1/秒的应变率下分别具有2.09、3.19和5.16ksi的流动应力；4XXX钎焊衬垫如4343在0.01、0.1和1/秒的应变率下分别具有1.7、2.62和4.55ksi的流动应力(表4)。通过向0140铝合金中添加0.2至0.3重量％的Mn(表2的IL4、IL5和IL6)，对于.01、0.1和1/秒，流动应力可分别增至1.72、2.35和3.78ksi到1.9、2.6和3.87ksi，这代表流动应力在20％与52％之间的增加。再向0140铝合金中添加0.1至0.4重量％的Mg(表4中的IL7、IL8和IL10合金)可将所得合金的流动应力增至更高水平。多个铝合金层的良好轧制结合需要同时破坏所有的表面氧化铝使得下面的铝可以冶金方式结合。当使用较软的中间衬垫来制备多层材料时，其可更容易地变形，但较硬的钎焊衬垫和芯合金均将具有相对较低的变形量。钎焊衬垫和芯的较低变形在分解表面氧化物方面不太有效，这使得更难与中间衬垫形成良好的冶金键。根据本公开，为了促进良好的结合，优选层之间流动应力的差异较小。中间衬垫与钎焊衬垫之间流动应力的更紧密匹配有利于轧制结合并有助于防止多层钎焊片材中在钎焊衬垫与中间衬垫合金之间经常发现的气泡。

图1示出了具有3XXX系列铝合金的铝合金芯12的钎焊片材材料10，例如下表1中的芯B合金、Arconic合金0359，其具有所示的组成。在一个实施方案中，芯具有如下组成：≤0.2重量％的Si；≤0.35重量％的Fe、0.4-0.6重量％的Cu；1.0-1.3重量％的Mn、0.2-0.3重量％的Mg；≤0.05重量％的Zn、0.1-0.2重量％的Ti，余量为A1和不可避免的杂质。图1的钎焊片材10包括钎焊衬垫(层)14，其具有4XXX(4000)系列铝合金例如4343的基础组成。在一个实施方案中，钎焊衬垫14具有如下组成：6.8-8.2重量％的Si；≤0.8重量％的Fe、≤0.25重量％的Cu；≤0.1重量％的Mn、≤0.2重量％的Zn，余量为A1和不可避免的杂质。中间衬垫(中间衬垫层)16位于芯12与钎焊衬垫14之间。在一个实施方案中，中间衬垫16(表2中的IL0，0140)具有如下组成：0.34-0.5重量％的Si；<0.3重量％的Fe、<0.05重量％的Cu；<0.1重量％的Mn和<0.05重量％的Mg；<0.1重量％的Zn。鉴于中间衬垫16中Mn和/或Mg的存在，其可描述为经改性的1XXX系列铝合金。在一个实施方案中，可通过二者择一地或组合地添加至多0.10至0.30重量％之间的Mn或0.10至0.40重量％之间的Mg来改性0140铝合金。也研究了添加至多0.2重量％的Cu和至多0.125重量％的Zr的增强效应。在另一个实施方案中，中间衬垫具有0.31-1.0重量％的Si、至多0.1重量％的Mg和0.25-1.0重量％的Mn。

钎焊片材材料10的厚度范围为0.1至3mm，芯的厚度为0.1至2.85mm，钎焊衬垫的厚度为0.005至0.6mm或包覆率为2.5至20％，中间衬垫的厚度为0.005至0.6mm(包覆率为2.5至20％)。

图2示出了具有钎焊衬垫64、中间衬垫66、芯62、另一钎焊衬垫68和另一中间衬垫70的多层(4或5层)钎焊片材20。钎焊衬垫64和68可由4XXX系列铝合金如4343、4045和4047合金制成。芯62可由2XXX、3XXX和6XXX合金如3003合金制成。中间衬垫66和70可由具有一定量的Mn和/或Mg的高纯度铝合金制成，如上文所描述。钎焊衬垫64通常将用于形成由钎焊片材20形成的结构的外表面，其介于中间衬垫66与外环境O之间。如果不存在任选的另外的钎焊衬垫68，则可使用中间衬垫70来介于芯62与由钎焊片材20形成的结构的内环境I之间。如果存在，则钎焊衬垫68将形成介于中间衬垫70与内环境I之间的结构的内表面。中间衬垫66、70中0.25-1.0重量％或0.25-0.35重量％的Mn量已在轧制温度下显示出流动应力的急剧增加。与高纯度中间衬垫如中间衬垫合金IL0相比，添加0.2重量％的Mn也显示出流动应力的有效增加(下表2)。在另一个实施方案中，Si可以0.4-0.5重量％的量存在。

在另一个实施方案中，在有或可能地无少量Mn即0.05至0.3重量％的Mn的情况下，0.10-0.5重量％的Mg可提供类似于如上所述存在0.25-1.0重量％的Mn的有益效果。

在另一个实施方案中，可向根据本公开的中间衬垫合金中添加至多5重量％的锌以帮助实现耐腐蚀性而不改变本文的钎焊衬垫和中间衬垫合金的流动应力和LFM行为。在一个实例中，内环境I可以是来自内燃发动机的排气而外环境O可以是空气或冷却剂。

本公开的一个方面是认识到当在具有高强度铝合金如3XXX系列合金的钎焊片材中使用中间衬垫时，中间衬垫往往会在钎焊期间经历显著的液膜迁移(LFM)，这可能不利地影响耐腐蚀性。对于O状态材料，情况尤其如此。钎焊片材常以O状态供应，即在完全退火之后。O状态钎焊片材表现出良好的可成形性，其允许将片材形成为制造部件如EGR型CAC(增压空气冷却器)和热交换器零件例如管、端板、歧管、收集器罐等所需的必要形状。当由这些多层材料制成的部件暴露于腐蚀性环境时，保持中间衬垫的腐蚀防护功能将是至关重要的。通过形成多层片材材料，其中优选O状态，形成过程可在呈其成形形状的材料中产生残余应变。已知具有低的残余应变(即，<10％)的具有3XXX中间衬垫的O状态多层钎焊片材可能因与钎焊填充材料反应而在钎焊期间经历严重的LFM。出于此原因，优选高纯度中间衬垫合金如0140，因为它们会在钎焊周期期间的早期重结晶并可防止LFM。本公开的一个方面是鉴定出增强元素及其浓度限制以实现较高的流动应力而得到改善的轧制结合并还与例如3XXX合金中间衬垫相比对耐腐蚀性具有低得多的LFM影响。本公开的又一个方面是在不降低耐腐蚀性的情况下最小化LFM，同时还实现改善的可轧制结合性。根据本公开的中间衬垫16将促进轧制结合，同时保持良好的抗LFM性、耐腐蚀性和经由钎焊衬垫14的可钎焊性。如果中间衬垫16包含增强元素，如超过0.34重量％的Mn，并且在钎焊之前经历来自形成过程的少量应变，则LFM可能改变中间衬垫层的微观结构和化学组成。这对于钎焊的热交换器或其它部件来说通常是不优选的并在图6中由IL8示意，该图示出了严重的LFM。

图1中示出的钎焊片材材料10将尤其适合作为用于制造在腐蚀性环境中使用的热交换器的材料，如EGR型CAC和蒸发器热交换器。在这些应用中，钎焊片材材料应是耐腐蚀的以经受住暴露于适用的内部和外部流体如空气、冷却剂和排气等而不在商业上可接受的正常使用期限内腐蚀。另外，所产生的热交换器应坚固且重量轻。

制造方法-组成

制备了具有各种组成的芯、中间衬垫和钎焊衬垫的各种实例。表1中示出了芯合金的组成，表2中示出了用于中间衬垫的组成，表3中示出了钎焊衬垫组成。标识为“0359”(表1)和“0611”(表2)的合金为由Arconic,Inc.(美国宾夕法尼亚州匹兹堡)出售的合金。

表1.高强度芯合金的实验化学组成。

合金		Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Zn	Ti
									芯A	3003	0.6	0.7	0.05-0.2	1.0-1.5		0.1
芯B	0359	0.2	0.35	0.4-0.6	1.0-1.3	0.2-0.3	0.05	0.1-0.2

表2.中间衬垫合金的化学组成。

表3.钎焊衬垫合金的化学组成。

合金	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Zn
							4343	6.8-8.2	0.8	0.25	0.1	0.05	0.1

在用于本文公开的芯、钎焊衬垫和中间衬垫的组合物中的每一者中，组合物为铝合金，其以每种所列元素的重量百分数表示，铝和杂质作为组合物的余量，即，其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％。元素的组成范围包括所有中间值，如同本文中按字面表达的那样。例如，在以上组成中，在0.1至0.3％的范围内的Mn包括0.01、0.02、0.03、0.04……、0.28、0.29和0.30重量％以及所有中间值如0.11、0.24重量％等，增量为0.01重量％。

钎焊片材的制备中使用的机械和热学操作

制造实践包括但不限于铸造高强度芯合金、4XXX钎焊衬垫合金和图1中示出的3层结构中间衬垫合金的铸块。在一些实施方案中，在轧制成中间衬垫层之前可使中间衬垫铸块经受在450℃至550℃的温度范围内的预热或匀化达至多24小时的保温时间。高强度芯铸块也可经受类似的热处理。在一些实施方案中，铸块在轧制之前不经受热处理。在一些实施方案中，高强度芯铸块在热轧之前不经受热处理。所述3层钎焊片材具有钎焊衬垫、中间衬垫和芯。钎焊衬垫和中间衬垫可各自贡献片材总厚度的5％至30％。

在一些实施方案中，堆叠体/复合物由3个层组成，其经受再热过程以进行热轧。热轧温度在400℃-520℃的范围内。

在一些实施方案中，将所得多层复合物冷轧至中间规格，然后在340℃-420℃的温度范围下经历中间退火，保温时间至多8小时。在中间退火后将复合物再次冷轧到0.1至3mm的更轻规格或最终规格。在一些实施方案中，可使材料经受不止一次中间退火，然后轧制成更轻的规格，并然后进行另一次中间退火。在一些实施方案中，使最终规格的材料经受在150℃-420℃的温度范围内的最终部分退火或完全退火，保温时间至多8小时。

在一些实施方案中，将复合物直接冷轧至最终规格而不进行中间退火，然后经受在150℃至420℃的温度范围内的最终部分退火或完全退火，保温时间至多8小时。

实验结果

通过添加增强元素如Mn、Mg、Cu和Zr，将一系列实验中间衬垫合金(表2中所列)铸造成尺寸为14”乘10”乘2”的铸块。在预热处理后由铸块材料制备圆柱形试片(直径10mm，长15mm)。在代表性的轧制温度下测量这些试片的流动应力。还测量了芯合金、钎焊衬垫4343和基线高纯度中间衬垫(IL0)以便比较。芯合金和钎焊衬垫的组成分别在上面表1和表3中列出。根据本公开的一个方面，这些层之间在轧制温度下较小的流动应力差异将促进轧制结合，尤其是对于软的中间衬垫层。使用Gleeble热力学模拟器进行流动应力测试。测试在900℉(482℃)的温度下进行，该温度是多层钎焊片材的轧制温度范围(400至520℃)的代表。对流动应力测量采用三种应变率：0.01、0.1和1/秒。选择这些应变率以涵盖钎焊片材的轧制操作的广泛范围的典型压下量。下表4列出了分别用0.01、0.1和1/秒的应变率测得的相关合金在900℉下的流动应力。通过将来自用Gleeble热力学模拟器进行的压缩测试的0.2至0.7真实应变之间的值求平均来计算每一应变率下的流动应力值。

表4

表4中记录的结果在图3中示出，该图示出了在900℉下以1/秒的应变率测试的合金的流动应力曲线，流动应力是对0.2和0.7的应变之间的值求平均得到的。

图4示出了在900℉下以0.01、0.1和1/秒的应变率测试的合金的流动应力。流动应力是对来自图3中所示测试的0.2和0.7的应变之间的值求平均得到的。根据本公开的中间衬垫合金在较低应变率如0.01/s和0.1/s下的流动应力类似于钎焊衬垫合金4343的流动应力，这将促进在缓慢压下工艺中的良好结合，如用于多层钎焊片材的轧制结合的工艺。在结合已完成之后的轧制工艺后期阶段中，通常施加较高的应变率以将堆叠体的厚度减小。

在轧制结合期间，与钎焊层如4343(合金B)和芯合金如3003/0359(芯合金A和B)相比，高纯度中间衬垫如ILO(0140合金)将更容易变形，这通常会导致多层铸块/板组装件的层离、产生气泡和弯曲。图3中示出了高纯度中间衬垫(ILO，0140)合金及钎焊衬垫4343和3003/0359(芯A和B)的测得的流动应力，还示出了一些其它材料以便比较。表4中示出了所有实验合金的流动应力值汇总。与ILO相比，中间衬垫IL4(0.2Mn)、IL6(0.3Mn)、IL7(0.1Mn0.l Mg 0.125Zr)、IL8合金(0.2Mn 0.2Cu 0.15Mg)和IL10(0.4Mg)显示出更高的流动应力。根据本公开的一个实施方案，具有另外的增强元素的中间衬垫显示出增加的流动应力和改善的可轧制结合性。上文描述的中间衬垫合金的最高流动应力据信将提供最佳的轧制结合性能。然而，根据本公开，还考虑了与较高含量的增强元素相关联的LFM现象，如由下文描述的测试中的腐蚀评估所示。

图5和图6分别示出了在典型的CAB钎焊周期之后无预应变和有4％预应变的多层材料的微观结构。钎焊周期包括以35℃/分钟加热至577℃，然后以12℃/分钟加热至600℃，在600℃下保持2分钟。然后在炉中以约-125℃/分钟进行冷却，直至250℃，然后风冷。在图6中，中间衬垫的顶部和底部由双箭头指示。如图5中所示，钎焊前无预应变的所有中间衬垫合金在钎焊周期期间均完全重结晶并且未观察到LFM。有4％的预应变时，在一些实验材料中观察到在图6中的各种严重性水平下的LFM。ILO和IL10中间衬垫合金未显示出LFM，因为材料完全重结晶而防止LFM发生。IL10具有0.4Mg含量，其可增加流动应力而实现容易的轧制结合。合金IL4、IL6和IL7(分别具有0.2Mn、0.3Mn和0.1Mn 0.1Mg 0.125Zr)显示出LFM，但主要限于中间衬垫IL的原始厚度的不到50％。较高合金化的IL8显示出更严重的LFM，其几乎影响了整个IL层。当由这些材料制成的部件暴露于腐蚀性环境时，保持中间衬垫的腐蚀防护功能将是至关重要的。从这个角度出发，不优选较高的合金化含量如IL8。本公开的一个方面是认识到对可添加到中间衬垫合金如0140中的增强元素存在限制以增加流动应力同时保持LFM的有限效应。本公开的中间衬垫合金的一个选择标准是耐腐蚀性。

用于评估表2的中间衬垫合金的腐蚀测试使用为硫酸、硝酸、甲酸和乙酸的混合物的溶液，该溶液具有2.4的pH和50mg/L的氯化钠。该溶液是模拟环境的排气再循环(EGR)类型。此测试方法使用交替的干(空气中16小时)和湿(溶液中8小时)周期并且对于湿周期向溶液中施加曝气以加速腐蚀。

图7示出了在用此方法测试60天后腐蚀坑数目和深度的测量结果。所有材料均在钎焊周期之前经用4％的预应变加以处理以模拟显著的LFM条件。图7中示出的腐蚀深度是从中间衬垫的顶部位置(钎焊衬垫正下方)测量到任何腐蚀部位的最深位置。与均不具有任何LFM效应的IL0和IL10相比，IL4、6和7均显示出相似的耐腐蚀性。显示出最严重的LFM的IL8显示出变差的耐腐蚀性。结果证实，优化的组成可增加流动应力并还保持优异的耐腐蚀性，以及提供高纯度的中间衬垫(如ILO)。

如图1中所示，多层钎焊片材包括钎焊衬垫、中间衬垫合金和芯合金的层。钎焊衬垫可由4XXX系列铝合金如4343、4045和4047合金制成。芯合金可由2XXX、3XXX和6XXX合金如3003合金制成。中间衬垫合金可由具有任选的量的Mn和/或Mg的高纯度铝合金制成，如上文所描述。实验显示，在有或无少量Mn的情况下，添加0.15重量％到至多0.4重量％的Mg可达到与0.3重量％的Mn相同的效果。由于至多5重量％的锌不会改变本文的钎焊衬垫和中间衬垫合金的流动应力和LFM行为，故可向这些合金中添加至多5重量％的锌以潜在地改善耐腐蚀性。

本公开对于出现在元素周期表中的元素采用标准缩写，例如，Mg(镁)、O(氧)、Si(硅)、Al(铝)、Bi(铋)、Fe(铁)、Zn(锌)、Cu(铜)、Mn(锰)、Ti(钛)、Zr(锆)、F(氟)、K(钾)、Cs(铯)等。

附图构成本说明书的一部分并包括本公开的示意性实施方案，并且示意了其各种目的和特征。另外，附图中示出的任何测量结果、规格等旨在示意而非限制。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。

本文中公开了本发明的详细实施方案；然而，应理解，所公开的实施方案仅是可以各种形式体现的本发明的示意。另外，连同本发明的各种实施方案一起给出的每一个实例均旨在示意而非限制。

在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有明确规定，否则以下术语采取与本文中明确相关的含义。如本文所用，表述“在一个实施方案中”和“在一些实施方案中”不一定是指相同的实施方案，虽然可以是指相同的实施方案。此外，如本文所用，表述“在另一个实施方案中”和“在一些其它实施方案中”不一定是指不同的实施方案，虽然可以是指不同的实施方案。因此，如下文所述，可容易地组合本发明的各种实施方案而不偏离本发明的范围或精神。

另外，除非上下文另有清楚地规定，否则如本文所用，术语“或”是容他性的“或”运算符，并相当于术语“和/或”。除非上下文另有清楚地规定，否则术语“基于”不具有排他性并允许基于未描述的附加因素。另外，在整个说明书中，“一个”、“一种”和“该”的含义包括复数指代。“在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”。

现在参考以下编号条项来描述本发明的方面：

1.一种多层片材材料，所述片材材料包含：

2XXX、3XXX、5XXX或6XXX铝合金中之一的芯；

4XXX铝合金的钎焊衬垫；和

中间衬垫，所述中间衬垫包含：

0.31-1.0重量％的Si；

<0.1重量％的Mg；

0.25-1.0重量％的Mn；

至多5.0重量％的Zn；

至多0.3重量％的Fe；

至多0.2重量％的Cu；

至多0.125重量％的Zr；

其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al。

2.根据条项1所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有

0.34-0.5重量％的Si；

<0.05重量％的Mg；

0.25-0.35重量％的Mn

≤0.05重量％的Zn；

≤0.05重量％的Cu。

3.根据条项1或条项2所述的片材材料，其中所述中间衬垫设置在所述钎焊衬垫与所述芯之间。

4.根据条项2或条项3所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有0.4-0.5重量％的Si。

5.根据条项2-4中任一项所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有0.25-0.34重量％的Mn。

6.根据条项1-5中任一项所述的片材材料，其中所述中间衬垫还包含0.05-5.0重量％的Zn。

7.根据条项1-6中任一项所述的片材材料，其中由于Mg和Mn中的至少之一的存在，所述中间衬垫中的流动应力比在不存在Mg和Mn中的至少之一的情况下所述中间衬垫中的流动应力增加20％至52％的范围。

8.根据条项1-7中任一项所述的片材材料，其中所述芯为3003铝合金。

9.根据条项1-7中任一项所述的片材材料，其中所述芯包含0.1至1.0重量％的Si；至多0.5重量％的Fe、0.2至1.0重量％的Cu；1.0至1.5重量％的Mn、0.2至0.3重量％的Mg；至多0.05重量％的Zn和0.1至0.2重量％的Ti。

10.根据条项1-9中任一项所述的片材材料，其中所述钎焊衬垫包含：6.8至8.2重量％的Si；至多0.8重量％的Fe、至多0.25重量％的Cu；至多0.1重量％的Mn和至多0.2重量％的Zn。

11.根据条项1-10中任一项所述的片材材料，其还包含设置在所述芯上在所述中间衬垫和所述钎焊衬垫的远侧的另一个衬垫。

12.根据条项11所述的片材材料，其中所述另一个衬垫包括第二钎焊衬垫和第二中间衬垫，所述第二中间衬垫设置在所述芯与所述第二钎焊衬垫之间。

13.根据条项1所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有0.34至0.5重量％的Si和至多0.1重量％的Zn。

14.根据条项13所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有<0.05重量％的Cu。

15.根据条项1-14中任一项所述的片材材料，其中所述片材材料的总厚度为0.1mm至3.0mm，芯厚度为0.09mm至2.85mm，钎焊衬垫的包覆率为2.5％至20％，中间衬垫的包覆率为2.5至20％。

16.根据条项1-15中任一项所述的片材材料，其中所述片材材料为O状态。

17.一种热交换器，所述热交换器包含管、翅片、集管板或罐中的至少之一，所述管、翅片、集管板或罐包含根据条项1-16中任一项所述的片材材料。

18.一种多层片材材料，所述片材材料包含：

2XXX、3XXX、5XXX或6XXX铝合金中之一的芯；

4XXX铝合金的钎焊衬垫；和

中间衬垫，所述中间衬垫包含：

0.31-1.0重量％的Si；

0.1-0.5重量％的Mg；

0.05-0.3重量％的Mn；

至多5.0重量％的Zn；

其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al。

19.根据条项18所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有0.05-5.0重量％的Zn。

20.一种用于制造钎焊片材的方法，所述方法包括步骤：

提供中间衬垫的层，所述中间衬垫包含0.31-1.0重量％的Si；<0.1重量％的Mg；0.25-1.0重量％的Mn；

提供选自2XXX、3XXX、5XXX或6XXX铝合金中之一的芯材料的层；

提供4XXX铝合金的钎焊衬垫材料的层；

将所述中间衬垫的层、所述芯材料的层和所述钎焊衬垫材料的层堆叠成叠层，使所述中间衬垫设置在所述芯材料的层与所述钎焊衬垫材料的层之间；以及

轧制所述叠层以形成结合的多层钎焊片材。

虽然已描述了本发明的多个实施方案，但应理解这些实施方案仅是示意性的而非限制性的，并且许多修改对于本领域普通技术人员来说可变得显而易见。更进一步地，各种步骤可以按任何期望的顺序执行(并且可以添加任何期望的步骤和/或可以消除任何期望的步骤)。所有此类变型和修改都旨在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种多层片材材料，所述片材材料包含：

芯，所述芯为3003铝合金或包含如下的铝合金：

0.1至1.0重量％的Si，

至多0.5重量％的Fe，

0.2至1.0重量％的Cu，

1.0至1.5重量％的Mn，

0.2至0.3重量％的Mg，

至多0.05重量％的Zn，

0.1至0.2重量％的Ti，

其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al；

钎焊衬垫，所述钎焊衬垫包含：

6.8至8.2重量％的Si，

至多0.8重量％的Fe，

至多0.25重量％的Cu，

至多0.1重量％的Mn，

至多0.2重量％的Zn，

其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al；和

中间衬垫，所述中间衬垫包含：

0.31-1.0重量％的Si；

<0.1重量％的Mg；

0.25-0.35重量％的Mn；

至多5.0重量％的Zn；

至多0.3重量％的Fe；

至多0.2重量％的Cu；

至多0.125重量％的Zr；

其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al；

其中所述中间衬垫设置在所述钎焊衬垫与所述芯之间，并且其中由于Mn的存在，所述中间衬垫中的流动应力比在不存在Mn的情况下所述中间衬垫中的流动应力增加20％至52％的范围。

2.根据权利要求1所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有

0.34-0.5重量％的Si；

<0.05重量％的Mg；

0.25-0.35重量％的Mn

≤0.05重量％的Zn；

≤0.05重量％的Cu。

3.根据权利要求2所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有0.4-0.5重量％的Si。

4.根据权利要求2所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有0.25-0.34重量％的Mn。

5.根据权利要求1所述的片材材料，其中所述中间衬垫还包含0.05-5.0重量％的Zn。

6.根据权利要求1所述的片材材料，所述片材材料还包含设置在所述芯上在所述中间衬垫和所述钎焊衬垫的远侧的另一个衬垫。

7.根据权利要求6所述的片材材料，其中所述另一个衬垫包括第二钎焊衬垫和第二中间衬垫，所述第二中间衬垫设置在所述芯与所述第二钎焊衬垫之间。

8.根据权利要求1所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有0.34至0.5重量％的Si和至多0.1重量％的Zn。

9.根据权利要求8所述的片材材料，其中所述中间衬垫含有<0.05重量％的Cu。

10.根据权利要求1所述的片材材料，其中所述片材材料的总厚度为0.1mm至3.0mm，芯厚度为0.09mm至2.85mm，所述钎焊衬垫的包覆率为2.5％至20％，并且所述中间衬垫的包覆率为2.5至20％。

11.根据权利要求1所述的片材材料，其中所述片材材料为O状态。

12.一种热交换器，所述热交换器包含管、翅片、集管板或罐中的至少之一，所述管、翅片、集管板或罐包含根据权利要求1所述的片材材料。

13.一种用于制造钎焊片材的方法，所述方法包括步骤：

提供中间衬垫的层，所述中间衬垫包含：

0.31-1.0重量％的Si；

<0.1重量％的Mg；

0.25-0.35重量％的Mn；

至多5.0重量％的Zn；

至多0.3重量％的Fe；

至多0.2重量％的Cu；

至多0.125重量％的Zr；

其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al，提供芯材料的层，所述芯材料为3003铝合金或包含如下的铝合金：

0.1至1.0重量％的Si，

至多0.5重量％的Fe，

0.2至1.0重量％的Cu，

1.0至1.5重量％的Mn，

0.2至0.3重量％的Mg，

至多0.05重量％的Zn，

0.1至0.2重量％的Ti，

其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al；

提供钎焊衬垫材料的层，所述钎焊衬垫材料包含：

6.8至8.2重量％的Si，

至多0.8重量％的Fe，

至多0.25重量％的Cu，

至多0.1重量％的Mn，

至多0.2重量％的Zn，

其它元素各≤0.05重量％且总共≤0.15重量％，余量为Al；

将所述中间衬垫的层、所述芯材料的层和所述钎焊衬垫材料的层堆叠成叠层，使所述中间衬垫设置在所述芯材料的层与所述钎焊衬垫材料的层之间；以及

轧制所述叠层以形成结合的多层钎焊片材，

其中由于Mn的存在，所述中间衬垫中的流动应力比在不存在Mn的情况下所述中间衬垫中的流动应力增加20％至52％的范围。