CN113843466A - 一种铝合金钎焊复合板及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝合金钎焊复合板及其制备方法与应用，所述铝合金钎焊复合板包括芯层与非均质分布的钎焊层；所述非均质分布的钎焊层包括不含焊剂颗粒的第一Al‑Si合金层与含有焊剂颗粒的第二Al‑Si合金层；所述第二Al‑Si合金层中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现至少2级梯度分布。所述制备方法包括：(1)配制至少2种不同浓度的钎焊混合粉末；(2)按照低浓度至高浓度的顺序依次铺设不同浓度的钎焊混合粉末，再铺设1层不含焊剂颗粒的Al‑Si合金粉末，经过热压工艺制得钎焊层；(3)将芯层与步骤(2)所得钎焊层轧制复合，得到铝合金钎焊复合板。本发明尽可能减少了焊剂的使用量，避免了焊剂残留，进一步改善了钎焊效果。

Description

一种铝合金钎焊复合板及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于铝合金钎焊技术领域，涉及一种铝合金钎焊复合板，尤其涉及一种非均质分布的铝合金钎焊复合板及其制备方法与应用。

背景技术

铝合金钎焊复合材料被广泛地应用于汽车热交换器中，如汽车发动机冷却系统的中冷器和散热器，空调系统的暖风机和冷凝器等。各类热交换器产品一般都是由多个零部件组成，如主板、管料和翅片等，各个零部件之间通过高温钎焊最终形成金属接头连接。

铝合金钎焊复合板通常包含芯层和钎焊层，钎焊层一般为相对于芯层的低熔点合金。钎焊层在高温条件下会优先融化，然后通过毛细作用形成焊接接头，从而实现各个零部件之间的金属连接。但是由于铝合金表面存在一层致密的氧化膜，该氧化膜会阻碍钎焊层的融化并降低其流动性，最终导致产品焊接不良。因此，产品在钎焊前一般都会预喷涂焊剂，在钎焊过程中焊剂能够提前破坏氧化膜，保证钎焊薄层充分融化，提升其流动性，进而改善产品的焊接质量。

目前最常见的焊剂是基于Al-F-K的焊剂，如NOCOLOK。焊剂的使用既需要大量额外的工艺步骤，且焊剂的残留会降低产品的清洁度。尤其是在电动汽车以及氢能源汽车中，热交换器产品对清洁度要求非常高，这就导致产品对焊剂的使用量越来越苛刻。

真空钎焊技术能够实现在不使用焊剂条件下的自我焊接，大大提升了产品的清洁度。但是真空钎焊设备结构复杂，并且钎焊工艺繁琐，需要在非常严格的限制内进行精确控制，导致该技术无法实现广泛应用。

另一种方法是将焊剂引入铝填料合金(filler alloy)中。如在例WO2008/110808A1、EP552567A1和FR2855085 A1中所公开的，包含此类填料合金的钎焊板显示出非常好的钎焊性能，但是具有引入的焊剂的填料合金的钎焊层合金板制造复杂，并且还发现在用于制造钎焊板的轧制操作中引起问题。

JP1994315791A公开了在含有焊剂颗粒的钎焊层上方添加一层Al-Si被覆层，以提高含焊剂颗粒钎焊板的加工强度，防止了由于强加工而产生裂缝，在一定程度上降低了加工难度。然而所述发明将芯层、含焊剂颗粒的钎焊层与Al-Si被覆层进行三层叠加，其中芯层和钎焊层通过TIG部分焊接接合，钎焊层和Al-Si被覆层通过TIG部分焊接接合形成层叠体，所述层叠体再进行热轧和冷轧至所需的厚度和状态。然而，所述发明仍然存在一定的缺陷需要克服，以便进一步改善钎焊效果，避免焊剂残留带来的问题。

由此可见，如何提供一种铝合金钎焊复合板及其制备方法，尽可能减少焊剂的使用量，避免焊剂残留，进一步改善钎焊效果，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金钎焊复合板及其制备方法与应用，所述铝合金钎焊复合板尽可能减少了焊剂的使用量，避免了焊剂残留，进一步改善了钎焊效果。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种铝合金钎焊复合板，所述铝合金钎焊复合板包括芯层与非均质分布的钎焊层。

所述非均质分布的钎焊层包括不含焊剂颗粒的第一Al-Si合金层与含有焊剂颗粒的第二Al-Si合金层。

所述非均质分布的钎焊层中的含有焊剂颗粒的一面与芯层相连接。

所述非均质分布的钎焊层中第二Al-Si合金层的焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现至少2级梯度分布，且朝着芯层方向焊剂颗粒的质量浓度逐级递减。

本发明中，所述“至少2级梯度分布”中的级数等于第二Al-Si合金层中焊剂颗粒质量浓度的级数，例如：当第二Al-Si合金层中焊剂颗粒的质量浓度分为1wt％和10wt％时，则呈现2级梯度分布；当第二Al-Si合金层中焊剂颗粒的质量浓度分为1wt％、5wt％和10wt％时，则呈现3级梯度分布。

本发明通过在芯层的表面设置1层含有焊剂颗粒的Al-Si合金层，且其中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现至少2级梯度分布，并在最外层设置1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金层，显著提升了所得铝合金钎焊复合板的钎焊性能，且尽可能减少了焊剂的使用量，避免了焊剂残留，进一步改善了钎焊效果。

优选地，所述第一Al-Si合金层厚度为钎焊层厚度的2％-90％，例如可以是2％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述第一Al-Si合金层厚度需保持在合理范围内。当厚度占比低于2％时，无法对第二Al-Si合金层起到很好的保护和覆盖作用，导致后续加工难度提升；当厚度占比高于90％时，又会导致第二Al-Si合金层的厚度占比过低，进而影响钎焊质量。

优选地，所述第二Al-Si合金层中焊剂颗粒的原料包括氟铝酸钾、氟硅酸钾、氟铝酸钠、氟化铯铝或氟化锡钾中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氟铝酸钾与氟硅酸钾的组合，氟硅酸钾与氟铝酸钠的组合，氟铝酸钠与氟化铯铝的组合，氟化铯铝与氟化锡钾的组合，氟铝酸钾、氟硅酸钾与氟铝酸钠的组合，氟硅酸钾、氟铝酸钠与氟化铯铝的组合，氟铝酸钠、氟化铯铝与氟化锡钾的组合，氟铝酸钾、氟硅酸钾、氟铝酸钠与氟化铯铝的组合，氟硅酸钾、氟铝酸钠、氟化铯铝与氟化锡钾的组合，或氟铝酸钾、氟硅酸钾、氟铝酸钠、氟化铯铝与氟化锡钾的组合。

优选地，所述第二Al-Si合金层中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现2级梯度分布，其中，靠近第一Al-Si合金层的焊剂颗粒的质量浓度为顶层浓度，靠近芯层的焊剂颗粒的质量浓度为底层浓度，且所述顶层浓度为底层浓度的5-10倍，例如可以是5倍、5.5倍、6倍、6.5倍、7倍、7.5倍、8倍、8.5倍、9倍、9.5倍或10倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述顶层浓度相较于底层浓度的倍数需保持在合理范围内。当所述顶层浓度低于底层浓度的5倍时，无法达到明显的减少焊剂效果；当所述顶层浓度高于底层浓度的10倍时，又会导致焊接后接头长度降低的现象。

优选地，所述顶层浓度为8-10wt％，例如可以是8wt％、8.2wt％、8.4wt％、8.6wt％、8.8wt％、9wt％、9.2wt％、9.4wt％、9.6wt％、9.8wt％或10wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述顶层浓度需保持在合理范围内。当顶层浓度低于8wt％时，焊接效果明显降低；当顶层浓度高于10wt％时，焊剂颗粒难以与Al-Si合金粉末结合，造成热压成型时加工困难，进而容易出现分层及开裂现象。

所述第二Al-Si合金层中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现3级梯度分布，其中，靠近第一Al-Si合金层的焊剂颗粒的质量浓度为顶层浓度，靠近芯层的焊剂颗粒的质量浓度为底层浓度，其余的焊剂颗粒的质量浓度为中间层浓度，且所述顶层浓度为中间层浓度的2-4倍，例如可以是2倍、2.2倍、2.4倍、2.6倍、2.8倍、3倍、3.2倍、3.4倍、3.6倍、3.8倍或4倍，所述顶层浓度为底层浓度的6-10倍，例如可以是6倍、6.5倍、7倍、7.5倍、8倍、8.5倍、9倍、9.5倍或10倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述顶层浓度为8-10wt％，例如可以是8wt％、8.2wt％、8.4wt％、8.6wt％、8.8wt％、9wt％、9.2wt％、9.4wt％、9.6wt％、9.8wt％或10wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述钎焊层中Si元素的质量浓度为2-20wt％，例如可以是2wt％、4wt％、6wt％、8wt％、10wt％、12wt％、14wt％、16wt％、18wt％或20wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述芯层的材质视客户的需求而定，可以是3XXX系或1XXX系铝合金等。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述铝合金钎焊复合板的制备方法包括，将铝合金的非均质分布的钎焊层与芯层上下叠放固定，然后粘合轧制，所述非均质分布的钎焊层中含焊剂的一面面向芯层；并进一步轧制到期望尺寸的铝合金钎焊复合板。

热轧粘合前可以利用焊点固定或者使用捆扎的方式固定，所述轧制的温度优选为450～520℃。

可以通过直接热轧或者热轧后冷轧的方式以实现复合板的减薄和状态的调整，所述热轧的温度优选为450～520℃；厚度减少为4～8mm；冷轧的厚度减少为客户目标厚度(一般是0.05～3mm)。

第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的铝合金钎焊复合板的非均质分布的钎焊板，所述非均质分布的钎焊板包含如第一方面所限定的不含焊剂颗粒的第一Al-Si合金层与如第一方面中所限定的含有焊剂颗粒的第二Al-Si合金层，层与层之间为冶金结合。

第四方面，本发明提供一种如第三方面所述非均质分布的钎焊板的制备方法包括以下步骤：

(1)配制至少2种不同浓度的钎焊混合粉末，所述钎焊混合粉末为Al-Si合金粉末与焊剂颗粒的混合物，所述浓度为钎焊混合粉末中焊剂颗粒的质量浓度；

(2)按照低浓度至高浓度的顺序依次铺设步骤(1)所得不同浓度的钎焊混合粉末，再铺设1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金粉末，经过热压工艺制得钎焊层。

本发明通过依次铺设不同浓度的钎焊混合粉末，再铺设1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金粉末，热压后制得非均质分布的钎焊层，提升了钎焊性能。此外，相较于将多层合金层轧制复合得到钎焊层的制备方法，本发明采用热压工艺制得钎焊层具有更优的钎焊效果，且所得钎焊层与芯层的轧制复合不易出现裂缝。

优选地，步骤(2)所述热压工艺的温度为300-550℃，例如可以是300℃、350℃、400℃、450℃、500℃或550℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述热压工艺的压力为50-150MPa，例如可以是50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa、100MPa、110MPa、120MPa、130MPa、140MPa或150MPa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

第三方面，本发明提供一种如第一方面所述铝合金钎焊复合板在热交换器中的应用。

发明机理：

通过使用非均质分布的钎焊层可以使得焊剂更有效的发挥作用，通常的当加热到适宜的钎焊温度时，焊剂颗粒会向表面迁移并用于破坏铝合金表面的氧化膜，然而我们发现当使用高焊剂含量的均质钎焊层相比于本申请的非均质的钎焊层相比，焊剂的利用率不高，这可能与焊剂的实效性及氧化膜的破坏速率相关，当钎焊初期，大量的焊剂迁移至表面作用于氧化膜，随后的焊剂的破坏作用则是大打折扣，甚至有些焊剂在未达表面时就已失效。因此，发明人针对这一发现开展了细致的研究，针对不同焊剂浓度分布的情形进行分析，认为呈现一定的浓度梯度并且靠近表面的浓度高、远离表面的浓度低有利于很好的匹配氧化膜的破坏速率和焊剂颗粒的时效性。既能确保钎焊时焊剂颗粒源源不断的向表面迁移，又能够避免远离表面部分的焊剂利用效率低。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的铝合金钎焊复合板通过在芯层的表面设置1层含有焊剂颗粒的Al-Si合金层，且其中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现至少2级梯度分布，并在最外层设置1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金层，显著提升了所得铝合金钎焊复合板的钎焊性能，且尽可能减少了焊剂的使用量，避免了焊剂残留，进一步改善了钎焊效果；

(2)本发明提供的制备方法通过依次铺设不同浓度的钎焊混合粉末，再铺设1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金粉末，热压后制得非均质分布的钎焊层，提升了钎焊性能，相较于将多层合金层轧制复合得到钎焊层的制备方法，本发明采用热压工艺制得钎焊层具有更优的钎焊效果，且所得钎焊层与芯层的轧制复合不易出现裂缝。

附图说明

图1是本发明提供的铝合金钎焊复合板结构示意图；

图2是本发明提供的铝合金钎焊复合板中钎焊层结构示意图；

图3是对比例1提供的铝合金钎焊复合板中钎焊层结构示意图；

图4是实施例1-7与对比例1-3所得铝合金钎焊复合板焊接测试装置示意图；

其中：1-芯层；2-钎焊层；3-第一Al-Si合金层；4-第二Al-Si合金层；5-AA3003铝合金板；6-304不锈钢圆棒；7-AA3003铝合金支撑板；8-铝合金钎焊复合板。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

铝合金钎焊复合板的制备方法为常规的采用轧制复合方法对芯材板与非均质分布的钎焊板进行复合获得铝合金钎焊复合板。

本发明使用如下轧制复合工艺获得铝合金钎焊复合板：芯层板与非均质分布的钎焊板按照目标复合比复合；将芯材板与非均质分布的钎焊板在500℃下进行热轧粘合，并进一步热轧使复合板减薄，轧制的总压下量为60％(50-90)；再进行冷轧，至最终厚度铝合金钎焊复合板，即复合板的总尺寸0.1-0.5mm。

在所有实施例中，使用的芯层材质AA3003的组成为：Si:0.29％；Fe:0.549％；Cu:0.121％；Mn:1.16；其余的≤0.05％。使用的非均质分布的钎焊板及制备方法见具体实施例。

实施例1

本实施例提供一种铝合金钎焊复合板，如图1所示，所述铝合金钎焊复合板包括芯层1与非均质分布的钎焊层2。如图2所示，所述钎焊层2由不含焊剂颗粒的第一Al-Si合金层3与含有焊剂颗粒的第二Al-Si合金层4构成，所述非均质分布的钎焊层2中含有焊剂颗粒的一面与芯层1相连接，所述非均质分布的钎焊层中的第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现2级梯度分布，且朝着芯层1方向焊剂颗粒的质量浓度逐级递减。

复合板总尺寸约为0.3mm，复合板中非均质分布的钎焊层2占约30μm。

本实施例中，所述第一Al-Si合金层3厚度为钎焊层2厚度的40％，所述第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的原料为氟铝酸钾。靠近第一Al-Si合金层3的焊剂颗粒的质量浓度为顶层浓度，靠近芯层1的焊剂颗粒的质量浓度为底层浓度；其中，顶层浓度为10wt％，底层浓度为1wt％，即顶层浓度为底层浓度的10倍。所述非均质分布的钎焊层2中Si元素的质量浓度为10.20wt％，所述芯层1的材质为AA3003铝合金。

上述作为中间材料的非均质分布的钎焊板的制备方法包括以下步骤：

(1)分别配制两种浓度的钎焊混合粉末，浓度分别为10wt％和1wt％，所述钎焊混合粉末为Al-Si合金粉末与焊剂颗粒的混合物，所述浓度为钎焊混合粉末中焊剂颗粒的质量浓度；

(2)在真空空腔中，先铺设浓度为1wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的30％；再铺设浓度为10wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的30％；最后铺设1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金粉末，铺设厚度为总厚度的40％；经过温度为500℃，压力为150MPa的热压工艺制得非均质分布的钎焊板。

实施例2

本实施例提供一种铝合金钎焊复合板，如图1所示，所述铝合金钎焊复合板包括芯层1与非均质分布的钎焊层2。如图2所示，所述钎焊层2由不含焊剂颗粒的第一Al-Si合金层3与含有焊剂颗粒的第二Al-Si合金层4构成，所述非均质分布的钎焊层2中含有焊剂颗粒的一面与芯层1相连接，所述非均质分布的钎焊层中的第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现2级梯度分布，且朝着芯层1方向焊剂颗粒的质量浓度逐级递减。

复合板总尺寸约为0.3mm，复合板中非均质分布的钎焊层2占约30μm。

本实施例中，所述第一Al-Si合金层3厚度为钎焊层2厚度的40％，所述第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的原料为氟铝酸钾。靠近第一Al-Si合金层3的焊剂颗粒的质量浓度为顶层浓度，靠近芯层1的焊剂颗粒的质量浓度为底层浓度；其中，顶层浓度为10wt％，底层浓度为1wt％，即顶层浓度为底层浓度的10倍。所述非均质分布的钎焊层2中Si元素的质量浓度为10.20wt％，所述芯层1的材质为AA3003铝合金。

上述作为中间材料的非均质分布的钎焊板的制备方法包括以下步骤：

分别制备钎焊剂含量为10wt％、1wt％和0wt％的Al-Si合金板，并将钎焊剂含量为1wt％的Al-Si合金板、钎焊剂含量为10wt％的Al-Si合金板以及无钎焊剂的Al-Si合金板依次叠加进行热轧和冷轧处理，热轧的温度为450℃，冷轧的温度为70℃。

实施例3

本实施例提供一种铝合金钎焊复合板及其制备方法，如图1所示，所述铝合金钎焊复合板包括芯层1与非均质分布的钎焊层2。如图2所示，所述钎焊层2由不含焊剂颗粒的第一Al-Si合金层3与含有焊剂颗粒的第二Al-Si合金层4构成，所述非均质分布的钎焊层2中含有焊剂颗粒的一面与芯层1相连接，所述非均质分布的钎焊层中的第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现3级梯度分布，且朝着芯层1方向焊剂颗粒的质量浓度逐级递减。

复合板总尺寸约为0.3mm，复合板中非均质分布的钎焊层2占约30μm。

本实施例中，所述第一Al-Si合金层3厚度为钎焊层2厚度的40％，所述第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的原料为氟硅酸钾。靠近第一Al-Si合金层3的焊剂颗粒的质量浓度为顶层浓度，靠近芯层1的焊剂颗粒的质量浓度为底层浓度，其余的焊剂颗粒的质量浓度为中间层浓度；其中，顶层浓度为10wt％，中间层浓度为5wt％，底层浓度为1wt％，即顶层浓度为中间层浓度的4倍，且为底层浓度的10倍。所述钎焊层2中Si元素的质量浓度为10.20wt％，所述芯层1的材质为AA3003铝合金。

上述作为中间材料的非均质分布的钎焊板的制备方法包括以下步骤：

(1)分别配制浓度为10wt％、5wt％和1wt％的三种钎焊混合粉末，所述钎焊混合粉末为Al-Si合金粉末与焊剂颗粒的混合物，所述浓度为钎焊混合粉末中焊剂颗粒的质量浓度；

(2)在真空空腔中，先铺设浓度为1wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的20％；再铺设浓度为5wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的20％；然后铺设浓度为10wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的20％；最后铺设1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金粉末，铺设厚度为总厚度的40％；经过温度为500℃，压力为150MPa的热压工艺制得钎焊层。

实施例4

本实施例除了将钎焊层2的中间层的浓度改为2.5％外，其余条件均与实施例3相同。

实施例5

本实施例提供一种铝合金钎焊复合板，如图1所示，所述铝合金钎焊复合板包括芯层1与非均质分布的钎焊层2。如图2所示，所述钎焊层2由不含焊剂颗粒的第一Al-Si合金层3与含有焊剂颗粒的第二Al-Si合金层4构成，所述非均质分布的钎焊层2中含有焊剂颗粒的一面与芯层1相连接，所述非均质分布的钎焊层中的第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现2级梯度分布，且朝着芯层1方向焊剂颗粒的质量浓度逐级递减。

复合板总尺寸约为0.25mm，复合板中非均质分布的钎焊层2占约35μm。

本实施例中，所述第一Al-Si合金层3厚度为钎焊层2厚度的2％，所述第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的原料为氟铝酸钾。靠近第一Al-Si合金层3的焊剂颗粒的质量浓度为顶层浓度，靠近芯层1的焊剂颗粒的质量浓度为底层浓度；其中，顶层浓度为6wt％，底层浓度为1wt％，即顶层浓度为底层浓度的10倍。所述非均质分布的钎焊层2中Si元素的质量浓度为6.80wt％，所述芯层1的材质为AA3003铝合金。

上述作为中间材料的非均质分布的钎焊板的制备方法包括以下步骤：

(1)分别配制两种浓度的钎焊混合粉末，浓度分别为6wt％和1wt％，所述钎焊混合粉末为Al-Si合金粉末与焊剂颗粒的混合物，所述浓度为钎焊混合粉末中焊剂颗粒的质量浓度；

(2)在真空空腔中，先铺设浓度为1wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的48％；再铺设浓度为6wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的50％；最后铺设1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金粉末，铺设厚度为总厚度的2％；经过温度为300℃，压力为120MPa的热压工艺制得非均质分布的钎焊板。

实施例6

本实施例提供一种铝合金钎焊复合板，如图1所示，所述铝合金钎焊复合板包括芯层1与非均质分布的钎焊层2。如图2所示，所述钎焊层2由不含焊剂颗粒的第一Al-Si合金层3与含有焊剂颗粒的第二Al-Si合金层4构成，所述非均质分布的钎焊层2中含有焊剂颗粒的一面与芯层1相连接，所述非均质分布的钎焊层中的第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现2级梯度分布，且朝着芯层1方向焊剂颗粒的质量浓度逐级递减。

复合板总尺寸约为0.5mm，复合板中非均质分布的钎焊层2占约50μm。

本实施例中，所述第一Al-Si合金层3厚度为钎焊层2厚度的60％，所述第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的原料为氟铝酸钾。靠近第一Al-Si合金层3的焊剂颗粒的质量浓度为顶层浓度，靠近芯层1的焊剂颗粒的质量浓度为底层浓度；其中，顶层浓度为8wt％，底层浓度为1wt％，即顶层浓度为底层浓度的8倍。所述非均质分布的钎焊层2中Si元素的质量浓度为8.00wt％，所述芯层1的材质为AA3003铝合金。

上述作为中间材料的非均质分布的钎焊板的制备方法包括以下步骤：

(1)分别配制两种浓度的钎焊混合粉末，浓度分别为8wt％和1wt％，所述钎焊混合粉末为Al-Si合金粉末与焊剂颗粒的混合物，所述浓度为钎焊混合粉末中焊剂颗粒的质量浓度；

(2)在真空空腔中，先铺设浓度为1wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的10％；再铺设浓度为8wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的30％；最后铺设1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金粉末，铺设厚度为总厚度的60％；经过温度为550℃，压力为30MPa的热压工艺制得非均质分布的钎焊板。

实施例7

本实施例提供一种铝合金钎焊复合板，如图1所示，所述铝合金钎焊复合板包括芯层1与非均质分布的钎焊层2。如图2所示，所述钎焊层2由不含焊剂颗粒的第一Al-Si合金层3与含有焊剂颗粒的第二Al-Si合金层4构成，所述非均质分布的钎焊层2中含有焊剂颗粒的一面与芯层1相连接，所述非均质分布的钎焊层中的第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现2级梯度分布，且朝着芯层1方向焊剂颗粒的质量浓度逐级递减。

复合板总尺寸约为0.1mm，复合板中非均质分布的钎焊层2占约10μm。

本实施例中，所述第一Al-Si合金层3厚度为钎焊层2厚度的90％，所述第二Al-Si合金层4中焊剂颗粒的原料为氟铝酸钾。靠近第一Al-Si合金层3的焊剂颗粒的质量浓度为顶层浓度，靠近芯层1的焊剂颗粒的质量浓度为底层浓度；其中，顶层浓度为20wt％，底层浓度为4wt％，即顶层浓度为底层浓度的5倍。所述非均质分布的钎焊层2中Si元素的质量浓度为16.00wt％，所述芯层1的材质为AA3003铝合金。

上述作为中间材料的非均质分布的钎焊板的制备方法包括以下步骤：

(1)分别配制两种浓度的钎焊混合粉末，浓度分别为20wt％和4wt％，所述钎焊混合粉末为Al-Si合金粉末与焊剂颗粒的混合物，所述浓度为钎焊混合粉末中焊剂颗粒的质量浓度；

(2)在真空空腔中，先铺设浓度为20wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的5％；再铺设浓度为5wt％的钎焊混合粉末，铺设厚度为总厚度的5％；最后铺设1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金粉末，铺设厚度为总厚度的90％；经过温度为500℃，压力为150MPa的热压工艺制得非均质分布的钎焊板。

对比例1

本对比例提供一种铝合金钎焊复合板及其制备方法，如图3所示，所述铝合金钎焊复合板除了将第二Al-Si合金层4中的焊剂颗粒改为均匀分布方式，且质量浓度为5.5wt％，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。

对比例2

本对比例提供一种铝合金钎焊复合板及其制备方法，所述铝合金钎焊复合板中除了将顶层浓度改为8.8wt％，底层浓度改为2.2wt％外，其余结构及条件均与实施例1相同。

对比例3

本对比例提供一种铝合金钎焊复合板及其制备方法，所述铝合金钎焊复合板中除了将顶层浓度改为10.2wt％，底层浓度改为0.8wt％外，其余结构及条件均与实施例1相同。

实施例1-7与对比例1-3所得铝合金钎焊复合板的焊接测试方法如下：

(A)如图4所示，将铝合金钎焊复合板8置于AA3003铝合金支撑板7上，并平放在试验台上，且复合板中钎焊层的方向朝上，将尺寸为55mm×25mm×1mm的AA3003铝合金板5垂直放置于复合板上，并在两者接触部位的一端放置规格为Φ1mm的304不锈钢圆棒6，组装成T型样；

(B)将T型样放入100mm口径的石英管式炉中进行模拟钎焊，且钎焊工艺为：O₂浓度控制在40±10ppm范围内，首先以100℃/min的速率升温至200℃保持5min，然后以40℃/min的速率升温至605℃保温5min，最后以100℃/min的速率降温至室温；

(C)对钎焊后T型样的焊缝长度进行统计，相关测试结果见表1。

表1

由表1可知：本申请实施例1-7制备得到的铝合金钎焊复合板具有优异的钎焊效果，但当如实施例2采用轧制进行铝合金钎焊复合板各层的复合时会导致其加工性下降。实施例3与实施例1的比较可以看出，钎焊层2的非均质分布部分的级数越多，其钎焊效果越好。对比例1与实施例1相比，没有设置非均质分布的钎焊层，其钎焊效果明显下降。而对比例2和对比例3与实施例1相比，非均质分布的钎焊层的顶部与底部的钎料浓度差分别过小和过多，也都导致了钎焊效果的下降，可见非均质分布的钎焊层的顶部与底部的钎料浓度差对钎焊效果也有着一定的影响。

由此可见，本发明提供的铝合金钎焊复合板通过在芯层的表面设置1层含有焊剂颗粒的Al-Si合金层，且其中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现至少2级梯度分布，并在最外层设置1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金层，显著提升了所得铝合金钎焊复合板的钎焊性能，且尽可能减少了焊剂的使用量，避免了焊剂残留，进一步改善了钎焊效果；此外，本发明提供的制备方法通过依次铺设不同浓度的钎焊混合粉末，再铺设1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金粉末，热压后制得非均质分布的钎焊层，提升了钎焊性能，相较于将多层合金层轧制复合得到钎焊层的制备方法，本发明采用热压工艺制得钎焊层具有更优的钎焊效果，且所得钎焊层与芯层的轧制复合不易出现裂缝。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金钎焊复合板，其特征在于，所述铝合金钎焊复合板包括芯层与非均质分布的钎焊层；

所述非均质分布的钎焊层包括不含焊剂颗粒的第一Al-Si合金层与含有焊剂颗粒的第二Al-Si合金层，层与层之间为冶金结合；

所述非均质分布的钎焊层中含焊剂颗粒的一面与芯层连接；

所述非均质分布的钎焊层中第二Al-Si合金层的焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现至少2级梯度分布，且朝着芯层方向焊剂颗粒的质量浓度逐级递减。

2.根据权利要求1所述的铝合金钎焊复合板，其特征在于，所述第一Al-Si合金层厚度为钎焊层厚度的2％-90％。

3.根据权利要求1或2所述的铝合金钎焊复合板，其特征在于，所述第二Al-Si合金层中焊剂颗粒的原料包括氟铝酸钾、氟硅酸钾、氟铝酸钠、氟化铯铝或氟化锡钾中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的铝合金钎焊复合板，其特征在于，所述第二Al-Si合金层中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现2级梯度分布，其中，靠近第一Al-Si合金层的焊剂颗粒的质量浓度为顶层浓度，靠近芯层的焊剂颗粒的质量浓度为底层浓度，且所述顶层浓度为底层浓度的5-10倍；

优选地，所述顶层浓度为8-10wt％。

5.根据权利要求1-3任一项所述的铝合金钎焊复合板，其特征在于，所述第二Al-Si合金层中焊剂颗粒的质量浓度沿合金层厚度方向呈现3级梯度分布，其中，靠近第一Al-Si合金层的焊剂颗粒的质量浓度为顶层浓度，靠近芯层的焊剂颗粒的质量浓度为底层浓度，其余的焊剂颗粒的质量浓度为中间层浓度，且所述顶层浓度为中间层浓度的2-4倍，所述顶层浓度为底层浓度的6-10倍；

优选地，所述顶层浓度为8-10wt％。

6.一种如权利要求1-5任一项所述铝合金钎焊复合板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将铝合金的非均质分布的钎焊层与芯层上下叠放固定，然后热轧粘合，所述非均质分布的钎焊层中含焊剂的一面面向芯层；并进一步轧制到期望尺寸的铝合金钎焊复合板。

7.一种用作制备如权利要求1所述的铝合金钎焊复合板的非均质分布的钎焊板，其特征在于，所述非均质分布的钎焊板包含如权利要求1或2任意一项中所限定的不含焊剂颗粒的第一Al-Si合金层与如权利要求1或3-5任意一项中所限定的含有焊剂颗粒的第二Al-Si合金层，层与层之间为冶金结合。

8.一种如权利要求7所述的非均质分布的钎焊板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)配制至少2种不同浓度的钎焊混合粉末，所述钎焊混合粉末为Al-Si合金粉末与焊剂颗粒的混合物，所述浓度为钎焊混合粉末中焊剂颗粒的质量浓度；

(2)按照低浓度至高浓度的顺序依次铺设步骤(1)所得不同浓度的钎焊混合粉末，再铺设1层不含焊剂颗粒的Al-Si合金粉末，经过热压工艺制得钎焊层。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述热压工艺的温度为300-550℃；

优选地，步骤(2)所述热压工艺的压力为50-150MPa。

10.一种如权利要求1-5任一项所述铝合金钎焊复合板在热交换器中的应用。

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