CN1164419C - 钎焊板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有双层或三层结构的钎焊板，它具有由铝合金芯材制成的芯板并在其至少一面上具有含硅作为主要合金元素的铝合金钎焊层，其中芯板的铝合金含有以下成分(重量%)：0.5-1.5的锰；0.5-2.0的铜；0.3-1.5的硅；小于0.05的镁；小于0.4的铁；小于0.15的钛；小于0.35的铬；总量小于0.35的锆和/或钒；小于0.25的锌，余量为铝和不可避免的杂质，所述钎焊板具有至少为50MPa的焊后0.2%屈服强度以及在根据ASTM G-85的无孔SWAAT实验中具有大于12天的耐蚀寿命。本发明还涉及其制造方法。

Description

钎焊板
发明领域
本发明涉及具有铝合金芯板和在芯板的至少一侧上有铝合金包覆或辊压复合层的钎焊板，所述复合层作为主要合金成分一般含有5重量％-14重量％的硅。本发明还涉及制造这样的钎焊板的方法以及由此制成的组件。
现有技术说明
在现有技术中，铝合金是选用于热交换器的合金。因为其具有强度、低重量、良好的导热性和导电性、可钎焊性、耐蚀性和可成型性的理想综合指标，所以选择了这些合金。
上述的这种钎焊板在现有技术中是众所周知的并且其中被广泛地用于汽车散热器、汽化器、冷凝器、充气冷却器。采用了NOCOLOK(商品名)焊剂的“充气钎焊(CAB)”和真空钎焊这两种钎焊法是传统方法并且在此不需要说明。所述焊剂是由钾和氟铝酸盐构成的非腐蚀性焊剂。这样的钎焊发生在由钎焊层铝硅合金决定的约600℃温度下。
通过焊剂钎焊如NOCOLOK钎焊而具有很好的钎焊性的钎焊板商品例如包含了其至少一面覆有钎焊合金的芯合金，所述芯合金按重量百分比含有：0.65-1.0的锰；0.5-0.7的铜；最高为0.3的硅；最高为0.5的铁；最高为0.10的锌；0.08-0.10的钛，余量为铝和杂质。这样的钎焊板能够获得焊后0.2％屈服强度，它一般为不到40MPa和不到48MPa的范围内，其中对应于在热轧热变形和铸造加工步骤之间，芯分别接受均质处理和不接受均质处理。此外，在根据ASTM G-85的SWAAT实验中，钎焊板具有长期耐蚀性能。耐用合金是那些在根据ASTMG-85的无孔SWAAT实验中超过10-12天的材料。
人们需要满足在焊剂钎焊中有出色钎焊能力的钎焊板，同时它具有更好的焊后强度并具有良好的耐蚀性。
在现有技术中知道了具有高焊后强度和强耐蚀性的合金。从EP-A-0718072中知道了这样的钎焊板，它具有铝合金芯材并且在其至少一侧上具有含硅作为主要合金元素的铝合金钎焊层，其中芯板的铝合金具有以下成分(重量％)：0.7-1.5的锰；0.2-2.0的铜；0.1-0.6的镁；大于0.15且最好大于0.40的硅；可能有的且不到0.15的钛；可能有的且不到0.35的铬；可能有的且总量不到0.25的锆和/或钒，余量为铝和不可避免的杂质，其中(Cu+Mg)＞0.7并且最好是(Cu+Mg)＞1.2。
加入合金元素铜、镁以便同时使所获钎焊板具有足够高的机械强度和耐蚀性。尽管可以通过焊剂钎焊来处理钎焊板，但由于合金中的镁含量较高而遇到了一些麻烦，这样高的镁含量可能影响到在钎焊周期中加入的钎焊剂。芯材合金中的镁含量太高的另一个缺点就是，当在钎焊周期中涂抹NOCOLOK钎焊剂时，流动和/或润湿性变差。但是，降低在这种已知铝芯材中的镁含量将明显降低可在钎焊后获得的强度级。
以下提到现有文献的其它一些披露内容。
JP-A-07003370披露了一种包覆有铝硅填料金属以便形成钎焊板的铝芯材。芯材合金含有(重量％)：0.4-1.5的铁，0.7-1.7的锰，其中(Fe+Mn)≤2.4；最高为1.3的硅，最高为1.5的铜，其中(Si+Cu)≥1.5；[Fe]+[Mn]≥1.7[2.5([Si]+[Cu])]-4.2，余量为铝和不可避免的杂质。
GB-A-2321869披露了一种在铝合金芯材的至少一侧上具有铝硅系列填料复合层的铝合金钎焊板，它含有0.3重量％-1.5重量％的铜、0.03重量％-0.3重量％的锡，余量主要为铝。通过在预定范围内同时添加铜和锡而提高了耐蚀性。
从EP-A-0712681中知道了一种用于热交换管的钎焊板，它具有三层结构且总厚度不超过0.25毫米，其中芯材合金含有(重量％)：0.2-2.5的硅；0.05-2.0的铁；0.7-2.5的铜；0.05-2.0的锰；可能有的且不超过0.5的镁；可能有的且不超过0.3的铬；可能有的且不超过0.3的锆；可能有的且不超过0.3的钛，余量为铝和不可避免的杂质，它在一面上包覆了钎焊材料并强制地在另一侧上镀覆上了46-70微米厚的损耗阳极覆层，该损耗阳极覆层含有(重量％)：3.0-6.0的锌；0.05-2.5的镁，余量为铝和不可避免的杂质。
在加工过程中，这三层都在铸造后接受450℃-600℃的均质处理。三层结构的热轧是在不低于450℃的温度下进行的。此外，有意地在合金中加入铁以使粗大的金属间化合物分散在合金中。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种具有由铝合金芯材制成的芯板和在其一侧或二侧上具有铝钎焊层的钎焊板，它在焊剂钎焊过程中提供了更好的可钎焊性并且在芯材接受或不接受均质处理的情况下都具有至少10％的钎焊后0.2％屈服强度的增长，同时它保持了良好的耐蚀性。
本发明目的通过提供这样一种具有双层或三层结构的钎焊板而实现，它具有由铝合金芯材制成的芯板并在其一侧或两侧上具有含硅作为主要合金元素的铝合金钎焊层，其中芯板的铝合金含有以下成分(重量％)：0.5-1.5的锰；0.5-2.0的铜；0.3-1.5的硅；小于0.05的镁；小于0.4的铁；小于0.15的钛；小于0.35的铬；总量小于0.35的锆和/或钒；小于0.25的锌，余量为铝和不可避免的杂质。
这种钎焊板在焊后状态下具有良好的机械性能，并且与具有下述组成的现有技术芯材合金的钎焊板相比，它在芯材在热变形加工步骤和铸造步骤之间接受和不接受均质处理的情况下都具有至少10％的焊后0.2％屈服强度的增长，所述芯材合金(重量％)由以下成分构成：0.65-1.0的锰；0.5-0.7的铜；最高为0.3的硅；最高为0.5的铁；最高为0.10的锌；0.08-0.10的钛，余量为铝和杂质，并且当芯材接收均质处理和不接受均质处理时，所述芯材合金具有一般为不到40MPa和不到48MPa的焊后0.2％屈服强度。在本发明上述材料接受均质处理的情况下，钎焊板能够在O回火下获得至少为50MPa的焊后0.2％屈服强度，在最佳例子中是55MPa。在材料不接受均质处理的情况下，材料在H24回火下获得至少为55MPa的焊后0.2％屈服强度，在最佳的例子中是60MPa。在至少这两种情况下，本发明的钎焊板具有良好的耐蚀性。钎焊板能够在根据ASTM G-85的无孔SWAAT实验中具有大于12天的耐蚀寿命并最好是大于20天的耐蚀寿命。在最佳的例子中，耐蚀性是25天。这种耐蚀程度使钎焊板具有了耐用产品的资格。此外，由于铝合金芯中没有镁，所以，可以通过焊剂钎焊如NOCOLOK钎焊出色地加工钎焊板。据信，出色的性能是由于特殊地组合了铜、硅、铁、锰、镁的结果。当在工作中接触水基冷却液的那侧上没有起损耗阳极作用的覆层时，钎焊板明显地具有良好的耐蚀性。
在本发明中，在芯板的至少一面上涂有钎焊层。钎焊层可以是已知道的适用的含硅铝合金钎焊层(填料层)。这样的层可以含5％-14％的硅。在钎焊板是双层的情况下，钎焊层位于芯合金的一侧上，而另一侧没有损耗覆层。在钎焊板是三层的情况下，钎焊层在芯合金的两面上。
属于铝协会(AA)3xxx系列的铝合金芯材作为主要合金元素含有铜，以便尤其是通过固溶强化来获得理想的强度。至少需要0.5％来获得理想强度和耐蚀性能，而超过2.0％的铜含量在强度方面没有产生明显改进并且可能导致有害的低熔点共晶。铜的更优选下限为0.7％并最好为0.8％。更优选的铜含量为0.8％-1.5％，以便获得理想性能的最佳化。
硅是本发明芯合金中的另一种重要合金元素。添加硅导致了合金固溶强化的加强。如果少于0.3％，则硅没有效果，如果超过1.5％，则可能导致低熔点共晶物的形成并且导致大金属间颗粒的形成。更适当的最少硅含量为0.4％。适当的最高硅含量为1.0％，适当的最高硅含量最好为0.8％。
锰是本发明芯合金中的另一个重要合金元素。如果低于0.5％，则没有充分效果，如果超过2.0％，则它可能导致有害的大金属间颗粒的形成。在优选实施例中，锰的含量为0.6％-1.5％并优选为0.7％-1.4％。在这个范围内，含锰允许产生固溶强化效果，因为足量的锰保留在固溶体中以便获得理想的焊后强度提高。
对于强度和耐蚀性能来说，最好满足(Cu+Mn)＞1.5，优选地是满足(Cu+Mn)＞1.8并最佳地是(Cu+Mn)＞2.0。
此外，对于强度和耐蚀性能来说，最好满足(Si+Mn)＞1.2的条件，优选地是(Si+Mn)＞1.4。
不是故意地往本发明铝合金中加入镁来改善在焊剂钎焊如NOCOLOK钎焊过程中的铝合金的可钎焊性。镁的最大含量为0.05％并且最好为0.03％，最佳地是不含镁。
铁存在于所有已知的铝合金中，但是在本发明的铝合金中，不需要作为必需合金元素地含铁。如果铁含量过高，则钎焊板的可成型性由此降低并且降低了耐蚀性。此外，由于可能形成有害的铁铜铝金属间颗粒，焊后强度可能降低。允许的铁量最高为0.4％并最好不超过0.3％。
尤其是，可能添加的铬提高了焊后铝合金强度，特别是与高铜含量一起时。如果铬含量超过0.35％，则强度提高的优点减弱，尤其是因为形成了有害的大金属间颗粒。更优选的铬的最高含量为0.25％。优选的铬添加量为0.05％-0.25％。
可能添加的锆和/或钒尤其是提高了焊后铝合金强度并且也提高了蠕变强度以及钎焊中的SAG性能。这些元素的优选添加量单算或总计地为0.35％。这些元素的更适当的单算或总计的含量为0.05％-0.25％。
钛的含量可以不到0.15％，以便起到晶粒细化添加剂的作用，但最好小于0.1％并最好小于0.05％。
锌一般作为杂质存在，其含量少于0.25％并最好少于0.10％。
不可避免的杂质通常是指任何添加元素少于0.05％且这样的元素总量少于0.15％。
如在现有技术中常见的那样，可以通过进行模拟钎焊周期来评估焊后强度。在此所用的模拟钎焊周期是在炉中加热试样并在590-610℃下保温5分钟，随后是以可用于标准工业钎焊线的冷却速度来进行控制冷却，即20℃/分-100℃/分。
在本发明钎焊板的一个实施例中，铝芯板如上所述地在其接受钎焊周期前处于O回火或H24回火下。
本发明还提供一种制造本发明钎焊板的方法，它包括以下步骤：
(i)铸造铝合金芯材锭；
(ii)把所述钎焊层涂覆到铝合金芯材板至少一侧上；
(iii)热轧在其至少一侧上具有钎焊层的铝合金芯材；
(iv)把所述热轧品冷轧到理想的成品尺寸；
其中在(i)与(ii)之间，不使铝合金芯材接受均质处理。铸造合金只被预热到热轧所需的起始温度。由于不需要均质处理，所以，处理路线简化了，而产品允许获得焊后强度的进一步提高并仍然能够获得良好的耐蚀性能。
在本发明的另一个方面中，提供了一种钎焊组件且尤其是钎焊热交换器，它包括至少两个通过钎焊合金而复合的部件，至少其中一个部件是含有本发明铝板作为芯材的板材，它具有超过50MPa并最好至少是55MPa的0.2％屈服强度。
现在，通过非限定实施例来说明本发明的钎焊板。
实施例
按照实验室规模进行以下实验。铸造出用作钎焊板芯材的10种铝合金锭并且以与一般出现在传统DC铸造中的冷却速度差不多的速度进行凝固。表1给出了合金成分(余量为铝和杂质)，其中8号-10号合金是对比合金(由Comp表示)，1号-7号合金是本发明的合金(由Inv表示)。
通过两条不同加工路线来处理这些合金。这些合金是如此进行处理的，即在铸造和热轧热变形之间，材料没有受到均质处理。通过这条路线获得的成品板材在H24回火下进行实验，这是特别适用于管料的条件。另一条处理路线牵涉到在铸造后热轧前进行均质处理，它包括在570℃下的8小时热处理。由后一条路线获得的材料采用350℃下的3小时成品退火并在O回火下进行实验，这是特别适用于板材的条件。
对成品尺寸为0.38毫米的材料进行机械性能评估，这些性能列于表2中。在焊后状态下，即在上述模拟钎焊周期后，检验铝合金。此外，已根据ASTM G-85进行了耐蚀性实验。结果也列于表2中，在表2中，术语“n.t.”表示“未实验”，术语“＞28”表示在试样仍有效的28天后放弃实验。
可以从这些结果中看到，与现有技术的合金(10号合金)相比，在相似条件下，本发明的合金都获得了至少10％的焊后0.2％屈服强度的提高。由于在这些合金中的镁含量很低，所以，当通过钎焊剂焊接进行加工时，它们显示出了出色的可钎焊性。如2号、5号合金所示，与1号合金相比，添加铬和/或锆可以进一步提高0.2％屈服强度。如1号和8号合金的比较所示，锰量提高将导致0.2％屈服强度的明显降低。如4号和7号合金的比较所示，可以通过提高铝合金中的硅量来进一步提高0.2％屈服强度。
从SWAAT实验结果中可以看到，本发明的材料具有很好的耐蚀性。如结果所示，添加锆和铬对耐蚀性无害。但是，铁含量过高(3号合金)对耐蚀性有害。没有检验所有在O回火下的试样，只检验了4号、5号试样。但结果显示，对在O回火下的本发明其它合金来说，可以期望获得相似的出色的耐蚀性。
表1
    合金                                 合金元素(重量％)
  Si   Mn   Cu   Mg   Fe   Cr   Zr   Ti
  Inv.   1   0.46   0.98   0.98   0.01   0.21   -   -   0.03
  Inv.   2   0.48   0.99   0.99   0.01   0.23   0.14   0.11   0.03
  Inv.   3   0.48   0.98   1.0   0.02   0.36   -   -   0.03
  Inv.   4   0.47   1.35   0.97   0.01   0.22   -   -   0.03
  Inv.   5   0.49   1.32   0.99   0.01   0.22   0.15   0.11   0.03
  Inv.   6   0.46   0.99   1.45   0.01   0.22   -   -   0.03
  Inv.   7   0.75   1.33   0.95   0.01   0.22   -   -   0.03
  Comp.   8   0.45   0.3   1.01   0.02   0.21   -   -   0.03
  Comp.   9   0.47   0.3   1.52   0.02   0.21   -   -   0.03
  Comp.   10   0.07   0.98   0.66   0.02   0.22   -   -   0.03
表2
合金  焊后0.2％屈服强度(MPa) SWAAT实验(天)
 非均质，H24回火  均质，O回火 非均质，H24回火 均质，O回火
1  57  51 25 n.t.
2  66  n.t. ＞28 n.t.
3  57  50 13 n.t.
4  61  52 ＞28 ＞28
5  69  58 ＞28 ＞28
6  59  55 ＞28 n.t.
7  63  56 ＞28 n.t.
8  42  42 n.t. n.t.
9  46  50 n.t. n.t.
10  48  n.t. 22 26
尽管充分描述了本发明，但对于本领域普通技术人员来说，显然可以在不超出后续权利要求书所述的本发明范围或精神的前提下进行许多修改和改动。

Claims (17)

1.一种钎焊板，该钎焊板或者具有双层结构，该双层结构包括由铝合金芯材制成的芯板并在其一侧上具有含硅作为主要合金元素的铝合金钎焊层，该双层结构不包括损耗阳极覆层；该钎焊板或者具有三层结构，该三层结构包括由铝合金芯材制成的芯板并在其两侧上都具有含硅作为主要合金元素的铝合金钎焊层，其中芯板的铝合金按重量百分比计含有以下成分：0.5-1.5的锰；0.5-2.0的铜；0.4-0.8的硅；小于0.05的镁；小于0.4的铁；小于0.15的钛；小于0.35的铬；总量小于0.35的锆和/或钒；小于0.25的锌，余量为铝和不可避免的杂质，所述钎焊板具有至少为50MPa的焊后0.2％屈服强度以及钎焊板在焊后状态在根据ASTM G-85的无孔SWAAT实验中具有大于12天的耐蚀寿命。
2.如权利要求1所述的钎焊板，其特征在于，在该芯板铝合金成分中的镁含量小于0.03％。
3.如权利要求1或2所述的钎焊板，其特征在于，在该芯板铝合金成分中的锰含量为0.6％-1.5％。
4.如权利要求3所述的钎焊板，其特征在于，在芯板铝合金成分中的锰含量为0.7％-1.4％。
5.如权利要求1所述的钎焊板，其特征在于，在芯板铝合金成分中的铜含量为0.8％-1.5％。
6.如权利要求1所述的钎焊板，其特征在于，钎焊板在焊后状态在根据ASTM G-85的无孔SWAAT实验中具有大于20天的耐蚀寿命。
7.如权利要求1所述的钎焊板，其特征在于，芯板在钎焊前处于O回火或H-24回火中。
8.如权利要求1所述的钎焊板，其特征在于，它成管材状。
9.一种制造如权利要求1的钎焊板的方法，它包括顺序进行的以下步骤：(i)铸造铝合金芯材锭；
(ii)把钎焊层涂覆到所述铝合金芯材板上；
(iii)热轧所述铝合金芯材与所述钎焊层；
(iv)把所述热轧品冷轧到理想的成品尺寸；
其中在步骤(i)与(ii)之间，不使所述铝合金芯材接受均质处理；且，其中所述铝合金芯材按重量百分比计含有以下成分：
0.5-1.5的锰；0.5-2.0的铜；0.4-0.8的硅；小于0.05的镁；小于0.4的铁；小于0.15的钛；小于0.35的铬；总量小于0.35的锆和/或钒；小于0.25的锌，余量为铝和不可避免的杂质；且
其中所述钎焊层包括含硅作为主要合金元素的铝合金。
10.一种包括如权利要求1所述的钎焊板的钎焊组件。
11.一种包括如权利要求1所述的钎焊板的钎焊热交换器。
12.用于双层或三层钎焊板结构的铝合金芯材，按重量百分比包括以下成份：
0.5-1.5的锰；0.5-2.0的铜；0.4-0.8的硅；小于0.05的镁；小于0.4的铁；小于0.15的钛；小于0.35的铬；总量小于0.35的锆和/或钒；小于0.25的锌，余量为铝和不可避免的杂质。
13.如权利要求12所述的铝合金芯材，其特征在于，在该铝合金芯材成分中的镁含量小于0.03％。
14.如权利要求12或13所述的铝合金芯材，其特征在于，在该铝合金芯材成分中的锰含量为0.6％-1.5％。
15.如权利要求14所述的铝合金芯材，其特征在于，在铝合金芯材成分中的锰含量为0.7％-1.4％。
16.如权利要求12所述的铝合金芯材，其特征在于，在铝合金芯材成分中的铜含量为0.8％-1.5％。
17.如权利要求12所述的铝合金芯材，其特征在于，芯材在钎焊前处于O回火或H-24回火中。
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