CN116829749A - 用作翅片坯料的高强度、抗下垂铝合金及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本文公开了高强度、耐腐蚀且抗下垂的铝合金、制造和加工此类合金的方法，以及由此类合金制备的产品。更具体地，公开了表现出改善的机械强度、可成形性和耐腐蚀性的新型铝合金。所述合金能在工业应用中、包括在热交换器中用作翅片坯料。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年2月1日提交的美国临时申请第63/199,900号的权益和优先权，该申请出于所有意图和目的以引用方式整体并入本文。
技术领域
本公开涉及材料科学、材料化学、冶金学、铝合金、铝合金产品、铝制造的领域以及相关领域。更具体地，本公开提供了可以用于多种应用的新型铝合金，包括例如用作热交换器的翅片坯料。
背景技术
汽车热交换器行业对用于生产热交换器翅片坯料的铝合金提出了许多要求。例如，在生产热交换器时，其部件通常通过钎焊接合，这要求铝合金具有良好的钎焊性能、良好的钎焊前机械特性以承受钎焊循环期间的变形，以及高的钎焊后机械特性。同时，铝合金必须牺牲并仍具有足够的腐蚀特性。例如，可能希望热交换器翅片坯料具有比热交换器的其余部分更低的腐蚀电位，使得翅片坯料起到牺牲作用。翅片坯料在钎焊前还应承受轻微变形；因此，翅片坯料在轧制状态回火(as-rolled temper)中应具有良好的成形性和强度。另外，为了使热交换器更轻(例如，以改善汽车燃料效率)，期望用于翅片坯料的铝合金更薄，同时保持上述特性的组合。因此，难以生产具有期望厚度而不对钎焊前强度、钎焊后强度、抗下垂性、翅片熔蚀或可成形特性造成不利影响的用于翅片坯料的铝合金。
发明内容
本发明涵盖的实施方案由权利要求书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，并且介绍了在下面的具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本发明内容并非意图鉴定所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也并非意图用于单独确定所要求保护的主题的范围。应当参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解主题。
本文提供了表现出高强度和耐腐蚀性的新型铝合金。本文所述的铝合金包含约0.20–1.30重量％Zn、0.30–1.25重量％Si、0–0.50重量％Fe、0–0.20重量％Cu、1.00–2.00重量％Mn、0–0.10重量％Mg、最多至0.10重量％Cr、最多至0.10重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。在一些方面，铝合金包含约0.30–1.10重量％Zn、0.35–1.20重量％Si、0.01–0.40重量％Fe、0.001–0.15重量％Cu、1.20–1.80重量％Mn、0–0.08重量％Mg、最多至0.08重量％Cr、最多至0.08重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。在一些方面，铝合金包含约0.35–1.00重量％Zn、0.50–1.10重量％Si、0.05–0.35重量％Fe、0.01–0.10重量％Cu、1.30–1.70重量％Mn、0–0.05重量％Mg、最多至0.05重量％Cr、最多至0.05重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。在一些方面，铝合金包含约0.50–0.90重量％Zn、0.80–1.10重量％Si、0.05–0.30重量％Fe、0.01–0.05重量％Cu、1.30–1.50重量％Mn、0.001–0.02重量％Mg、最多至0.05重量％Cr、最多至0.05重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。在一些方面，铝合金包含约0.75–0.85重量％Zn、0.80–0.90重量％Si、0–0.30重量％Fe、0–0.03重量％Cu、1.35–1.50重量％Mn、0–0.05重量％Mg、最多至0.01重量％Cr、最多至0.03重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。在一些方面，铝合金处于H回火。在一些方面，铝合金具有为至少140MPa的铝合金极限抗拉强度。在一些方面，铝合金具有为至少155MPa的铝合金屈服强度。在一些方面，铝合金包含基于国际退火铜标准(IACS)高于50％的电导率。在一些方面，铝合金具有-700mV至-800mV的腐蚀电位。在一些方面，铝合金包含0.80–0.90重量％Si、最多至0.30重量％Fe、最多至0.03重量％Cu、1.35–1.50重量％Mn、最多至0.05重量％Mg、0.75–0.85重量％Zn、最多至0.01重量％Cr、最多至0.03重量％Ti、最多至0.15重量％的杂质，以及Al，其中铝合金具有160MPa至180MPa的极限抗拉强度、150MPa至160MPa的屈服强度、2％至2.50％的伸长率，以及55％IACS至60％IACS的传导率。在一些方面，铝合金的最终规格小于0.10mm。在一些方面，当在长度为35mm的样本上测量时，铝合金具有小于35mm的抗下垂性。在一些方面，翅片坯料包含本文所述的任何铝合金。在一些方面，翅片坯料的规格为0.10mm或更小。在一些方面，铝合金产品包括管和翅片，其中翅片包含本文所述的任何铝合金。
在一些实施方案中，提供了一种生产铝合金产品的方法。所述方法包括对铝合金进行铸造以形成铸造铝合金，其中铝合金包含0.20–1.30重量％Zn、0.30–1.25重量％Si、0–0.50重量％Fe、0–0.20重量％Cu、1.00–2.00重量％Mn、0–0.10重量％Mg、最多至0.10重量％Cr、最多至0.10重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al；预热铸造铝合金；热轧铸造铝合金以产生铝合金产品；在第一冷轧步骤中，冷轧铝合金以产生中间规格铝合金产品；对中间规格铝合金产品进行中间退火；以及在第二冷轧步骤中，将中间规格铝合金产品冷轧成处于H回火的最终规格铝合金产品。在一些方面，最终规格铝合金产品具有至少140MPa的极限抗拉强度、至少155MPa的屈服强度，以及至少50％IACS的电导率。在一些方面，所述方法还包括钎焊最终规格铝合金产品以产生钎焊的铝合金产品。在一些方面，钎焊的铝合金产品具有至少100MPa的极限抗拉强度、至少45MPa的屈服强度，以及至少45％IACS的电导率。在一些方面，最终规格铝合金产品具有小于0.10mm的最终规格。在一些方面，铝合金产品通过本文所述的方法制备。
本文还提供了包含本文所述的铝合金的铝合金产品。产品可包括翅片坯料。任选地，翅片坯料的规格为1.0mm或更小(例如，0.15mm或更小)。本文还提供了包括管和翅片的铝合金产品，其中翅片包含本文所述的铝合金。
本文还提供了生产铝合金产品的方法。所述方法包括以下步骤：铸造如本文所述的铝合金以形成铸造铝合金、预热铸造铝合金、热轧铸造铝合金以产生轧制产品、对轧制产品进行退火，以及将轧制产品冷轧成最终规格铝合金产品。本文还提供了根据所述方法获得的铝合金产品(例如，热交换器翅片)。
在考虑以下非限制性实例的详细描述后，其他方面、目的和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A-1G示出根据本公开制备的铝合金样品在钎焊之前的颗粒结构的照片。
图2A-2G示出根据本公开制备的铝合金样品在钎焊之后的颗粒结构的照片。
图3A-3G示出根据本公开制备的铝合金样品在钎焊之前的晶粒照片。
图4A-4G示出根据本公开制备的铝合金样品在钎焊之后的晶粒照片。
具体实施方式
本文描述了高强度、抗下垂铝合金及其制造和加工方法。与用于翅片坯料的常规铝合金相比，本文所述的铝合金表现出改善的机械强度、耐腐蚀性、腐蚀电位和/或可成形性。特别地，本文所述的铝合金表现出一种或多种以下特性的组合：高钎焊前和钎焊后机械特性(例如，抗拉强度、屈服强度、伸长率)、抗下垂性、热导率和腐蚀电位。在一些实施方案中，与用于翅片坯料的已知铝合金相比，本文提供的铝合金包含较高量的Si(例如，约0.3重量％至约1.3重量％)、Mn(例如，约1.0重量％至约2.0重量％)和Mg(例如，最多至约0.05重量％)，这导致高的钎焊前强度，这减少了钎焊期间的下垂和翅片压碎问题。本文所述的铝合金的组成和/或其生产工艺导致材料的特性得到改善，诸如钎焊期间的翅片压碎减少、钎焊后强度更高、热导率改善、抗下垂性改善并且阳极腐蚀电位增加。
对于汽车热交换器应用，铝合金片材需要在钎焊前和钎焊后保持足够的强度，使得铝合金片材不下垂。在减小铝合金片材厚度以制造轻质热交换器时，这种强度要求是特别难以满足的要求。在一些实施方案中，本文所述的铝合金具有使得合金适用于生产待用于例如热交换器(诸如汽车工业中采用的那些)的热交换器翅片的特征和特性的组合。在一个示例中，本文所述的改进铝合金可以以适用于生产汽车散热器的轻质热交换器翅片的期望厚度(规格)的片材形式生产。本文所述的铝合金可以被钎焊并且在钎焊之前、期间和之后表现出强度特征，这使得合金对于汽车热交换器应用是有吸引力的。
本文所述的铝合金还具有适合于热交换器应用的足够高的热导率，并且具有足够负的腐蚀电位以使翅片在热交换器的腐蚀期间以牺牲方式起作用。总而言之，本文所述的改进铝合金具有适合于汽车翅片交换器应用的合适的钎焊前和钎焊后强度、热导率和阳极腐蚀电位值的组合。同时，本文所述的铝合金可以由至少部分回收友好的输入铝来生产。
本文所述的铝合金尤其可以用作牺牲合金(例如，作为与热交换器中的铜或铝合金管组合使用的翅片坯料)。本文所述的铝合金提供了具有机械强度和牺牲合金特征的平衡的材料。本文所述的铝合金可以成形为翅片坯料并机械附接至铜或铝合金管材。翅片坯料可以发生牺牲腐蚀，从而保护铜或铝合金管材免于腐蚀。
定义和描述：
本文中使用的术语“发明”、“本发明(the invention)”、“此发明”和“本发明(thepresent invention)”意图广泛地指代本专利申请和下附权利要求书的所有主题。含有这些术语的陈述应被理解为不限制本文所述的主题或不限制下附专利权利要求的含义或范围。
在本说明书中，提到了用铝行业标号诸如“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数字名称系统，参见由铝业协会出版的“InternationalAlloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum andWrought Aluminum Alloys”或“Registration Record of Aluminum Association AlloyDesignations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Formof Castings and Ingot”。
如本文所用，除非上下文另外明确地指出，否则“一个/种(a/an)”或“该/所述(the)”的含义包括单数和复数指代物。
如本文所用，板通常具有大于约15mm的厚度。例如，板可指厚度大于约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。
如本文所用，沙特板(也称为片材板)通常具有约4mm至约15mm的厚度。例如，沙特板可具有约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm或约15mm的厚度。
如本文所用，片材一般是指厚度小于约4mm的铝产品。例如，片材可具有小于约4mm、小于约3mm、小于约2mm、小于约1mm、小于约0.5mm、小于约0.3mm或小于约0.1mm的厚度。
在本申请中提到了合金回火(alloy temper)或状态。要了解最常用的合金回火描述，参见“American National Standards(ANSI)H35 on Alloy and Temper DesignationSystems”。F状态或回火是指制造时的铝合金。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，铝合金可以应变硬化至各种回火，例如H16、H18或其他H1X回火。
以下铝合金根据其基于合金总重量的重量百分比(重量％)的元素组成来描述。在每种合金的某些示例中，其余部分是铝，杂质的总和的最大重量％为0.15％。
如本文所用，“电化学电位”是指材料对氧化还原反应的顺应性。电化学电位可以用于评价本文所述的铝合金的耐腐蚀性。负值可以描述当与具有正电化学电位的材料相比时更易于氧化(例如，失去电子或氧化态增加)的材料。正值可以描述当与具有负电化学电位的材料相比时更易于还原(例如，得到电子或氧化态降低)的材料。如本文所用的电化学电位是表示大小和方向的矢量。
如本文所用，“室温”的含义可以包括约15℃至约30℃，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℃的温度。
本文公开的所有范围将被理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，规定范围“1至10”应被认为包括最小值1与最大值10之间(且包括最小值1和最大值10)的任何和所有子范围；即，所有子范围以最小值1或更大开始，例如1至6.1，并且以最大值10或更小结束，例如5.5至10。
合金组合物
下文描述新型铝合金组合物。在某些方面，合金表现出与用于翅片坯料生产的已知合金相比得到改善的高的钎焊前和钎焊后强度、耐腐蚀性、传导率和腐蚀电位。由于合金的元素组成，并且在一些情况下，还由于加工合金以生产所描述的片材、板和沙特板的方法而获得合金的特性。铝合金的设计目的是在不添加过量固溶强化元素的情况下提供高的钎焊前和钎焊后强度。通过对主要合金添加剂进行适当的工艺和组成控制，最终规格下的所得微观结构表现出高弥散体数密度，这大大提高了铝合金的强度。具体地，Si含量(例如，约0.30重量％至约1.30重量％)降低Mn的溶解度(例如，约1.00重量％至约2.00重量％)并促进高密度弥散体的形成以改善铝合金的钎焊前强度、钎焊后强度和抗下垂性。固溶体中的含锰弥散体增加钎焊后强度并且在控制抗下垂性和防止翅片熔蚀(例如，翅片坯料中的液芯渗透)方面发挥重要作用，从而生产出具有机械特性和腐蚀行为的优异组合的铝合金。弥散体的形成通过颗粒强化提供了另外的钎焊后强度，而不有损电导率。含锰弥散体还控制钎焊过程中的再结晶过程，导致形成大的再结晶晶粒。另外，本文所述的铝合金可以耐受较高量的Mg以用于另外的溶质强化，以改善钎焊期间的抗下垂性。
本文所述的组成和工艺确保铝合金即使在轧制成薄规格(例如，低于1mm)时也具有高的抗下垂性。当经组装的热交换器进行受控气氛钎焊时，翅片坯料、管坯料和集管坯料经受在595℃至610℃范围内的温度。在这些温度下，铝部件将开始蠕变。尽管钎焊的持续时间短，但所用铝合金的薄规格和极高的温度使得蠕变成为汽车翅片坯料的一个特殊问题。这种高温蠕变也称为“下垂”，并且材料承受这种形式的蠕变的能力称为抗下垂性。翅片坯料的下垂是在不同温度下发生的不同机制的组合。例如，恢复下垂发生在较低温度下，并随着冷变形量的增加而增加，再结晶下垂发生在大于300℃的温度下，并且蠕变下垂发生在大于550℃的温度下。蠕变下垂是由晶界滑动造成的并且如果铝合金的微观结构具有小的晶粒尺寸(例如，低于150μm至200μm)，则铝合金更容易发生蠕变下垂。钎焊期间的加热速率影响蠕变下垂，因为较高的速率导致较小的晶粒并降低抗下垂性。晶界滑动随着晶粒长度的减小而增加，因此与等轴晶粒结构相比，优选大的薄饼状晶粒。
当翅片坯料的规格减小时，翅片坯料在钎焊操作期间承受下垂的能力变得更加重要。本文所述的具有合金元素平衡的铝合金组合物延迟晶粒结构的再结晶，从而减小形成小等轴晶粒的趋势。铸造和轧制至最终规格后存在的弥散体的精细分布防止晶粒在片材厚度中生长，但允许晶粒在轧制平面中生长以形成长的薄饼状晶粒。再结晶的延迟和轧制方向上的晶粒生长的促进使得铝合金能够产生薄饼状晶粒，从而提供优异的抗下垂性。
在一些实施方案中，本文所述的铝合金和方法可以用于工业应用，包括牺牲部件、散热、包装和建筑材料。本文所述的合金可以用作热交换器的工业翅片坯料。可以提供工业翅片坯料，使得其比当前使用的工业翅片坯料合金(例如，AA7072和AA1100)更耐腐蚀，并且仍将优先腐蚀，从而保护并入热交换器中的其他金属部件。
在一些示例中，铝合金可以具有如表1中提供的下列元素组成。
表1
在一些示例中，铝合金可以具有如表2中提供的下列元素组成。
表2
在一些示例中，铝合金可以具有如表3中提供的下列元素组成。
表3
在一些示例中，铝合金可以具有如表4中提供的下列元素组成。
表4
在一些示例中，基于合金的总重量，合金包含约0.20％至约1.30％(例如，约0.30％至约1.10％、约0.35％至约1.00％、约0.50％至约0.90％、或约0.70％至约0.85％)的量的锌(Zn)。例如，合金可以包含约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％、约0.60％、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0.68％、约0.70％、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0.80％、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0.90％、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％、或约1.30％的Zn。所有百分比均以重量％表示。与常规的翅片坯料合金相比，Zn含量可以降低。当附接于铜或其他铝合金管时，包含所要求保护的量的Zn的铝合金能够起到牺牲作用，从而为管提供阴极保护。已知Zn影响铝合金的阳极电位。添加Zn将导致铝合金变得更具负电性(牺牲性)。在热交换器单元中，优选翅片材料为管材料牺牲，这取决于管材料本身的组成。通过使用具有低Zn含量的铝合金用于翅片坯料，可以调整管与翅片坯料之间的腐蚀电位差以获得足够的保护水平。Zn含量可以改善本文所述的铝合金的耐腐蚀性。具体地，当以如本文所述的水平(诸如约0.20％至约1.30％)掺入锌时，与工业过程中通常使用的翅片坯料(例如，1xxx系列和7xxx系列合金，其需要高得多的Zn含量才能实现相同的耐腐蚀性)相比，所述合金表现出增强的耐腐蚀性。在一些另外的示例中，当以超过本文所述的那些的重量百分比掺入时，Zn可以降低耐腐蚀性。在另外的示例中，如本文所述，Zn可以以最佳量掺入铝合金中，以提供适合用作工业翅片的合金。例如，在高于本文所述的那些的Zn水平下，用作翅片的合金可以比含有所描述量的Zn的翅片腐蚀得更快，从而在翅片中导致穿孔。因此，热交换器的机械完整性和热性能可能受损，从而影响热交换器的使用寿命。
在一些示例中，基于合金的总重量，合金包含约0.30％至约1.25％(例如，约0.35％至约1.20％、约0.50％至约1.10％、约0.80％至约1.10％、或约0.80％至约0.90％)的量的硅(Si)。例如，合金可以包含约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％、约0.60％、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0.68％、约0.70％、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0.80％、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0.90％、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％、或约1.25％的Si。如上所述，Si含量促进弥散体的形成，以改善铝合金的钎焊前和钎焊后强度，从而产生具有优异的机械特性和腐蚀电位的合金。具体地，Si与Mn组合并产生高密度的弥散体颗粒，从而促进高强度和良好的抗下垂性。然而，高水平的Si(例如大于1.25重量％)增加钎焊期间翅片坯料熔蚀的风险。
在一些示例中，基于合金的总重量，合金还包含0％至约0.50％(例如，0.05％至约0.35％、0.05％至0.30％、或0.05％至0.20％)的量的铁(Fe)。例如，合金可以包含0％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.60％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、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0.20％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、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％、或约0.50％的Fe。所有百分比均以重量％表示。在一些情况下，大量的Fe(例如，大于0.50重量％)可能对铝合金的特性造成不利影响，因为它增加了在凝固期间形成大的金属间成分颗粒的风险。这可能在铝合金被轧制至最终规格时导致材料穿孔或孔洞的问题。
在一些示例中，基于合金的总重量，所公开的合金包含0％至约0.20％(例如，0％至约0.15％、约0.001％至约0.15％、约0.01％至约0.10％、或约0.01％至约0.05％)的量的铜(Cu)。例如，合金可以包含0％、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％、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0.10％、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％、或约0.20％的Cu。所有百分比均以重量％表示。少量添加Cu增加钎焊后强度，并可有助于形成大的薄饼晶粒，从而改善抗下垂特性。在一些情况下，高于0.20重量％的Cu含量可能导致腐蚀问题，因为它导致正腐蚀电位，这对于翅片坯料来说是不期望的。
在一些示例中，基于合金的总重量，合金可以包含约1.00％至约2.00％(例如，约1.20％至约1.80％、约1.30％至约1.70％、或约1.30％至约1.50％)的量的锰(Mn)。例如，合金可以包含约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％、约1.40％、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％、约1.70％、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1.80％、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1.90％、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％、或约2.00％的Mn。所有百分比均以重量％表示。Mn大部分保留在固溶体中，而少量在热轧和中间退火过程中作为细小的弥散体析出。这种微观结构的作用是，当材料在钎焊操作中加热至600℃时，材料由于Mn的固溶强化作用而保持强度。以此方式，对Mn的添加进行优化，以提供有用的特性平衡。将Mn(任选地，与Cu组合)添加到铝合金中以提供强度、抗下垂性并避免翅片熔蚀，但不对电导率和热导率造成过多不利影响。
在一些示例中，基于合金的总重量，合金可以包含0％至约0.10％(例如，0％至约0.08％、0％至约0.05％、或约0.001％至约0.02％)的量的镁(Mg)。例如，合金可以包含0％、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0.10％的Mg。所有百分比均以重量％表示。
在一些示例中，基于合金的总重量，合金包含最多至约0.10％(例如，0％至约0.05％、约0.001％至约0.04％、或约0.01％至约0.03％)的量的铬(Cr)。例如，合金可以包含约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Cr。在一些情况下，合金中不存在Cr(即，0％)。所有百分比均以重量％表示。
在一些示例中，基于合金的总重量，合金包含最多至约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，合金可以包含约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％)。所有百分比均以重量％表示。
任选地，合金组合物还可以包含其他微量元素，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0.01％或以下。这些杂质可包括但不限于Na、Ga、V、Ni、Sc、Ag、B、Bi、Zr、Li、Pb、Sn、Ca、Hf、Sr或它们的组合。因此，Na、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％)。所有百分比均以重量％表示。在某些方面，合金的其余百分比是铝。
在一些实施方案中，如本文所述的示例性铝合金可以包含约0.36–0.46％Si、最多至约0.30％Fe、最多至约0.02％Cu、约1.36–1.50％Mn、最多至约0.03％Mg、约0.65–0.75％Zn、最多至约0.01％Cr、最多至约0.03％Ti和最多至约0.15％的杂质，以及Al。在一些实施方案中，如本文所述的示例性铝合金可以包含约0.36–0.46％Si、最多至约0.30％Fe、最多至约0.02％Cu、约1.36–1.50％Mn、最多至约0.03％Mg、约0.95–1.05％Zn、最多至约0.01％Cr、最多至约0.03％Ti和最多至约0.15％的杂质，以及Al。在一些实施方案中，如本文所述的示例性铝合金可以包含约0.55–0.65％Si、最多至约0.30％Fe、最多至约0.02％Cu、约1.50–1.70％Mn、最多至约0.03％Mg、约1.10–1.30％Zn、最多至约0.01％Cr、最多至约0.03％Ti和最多至约0.15％的杂质，以及Al。在一些实施方案中，如本文所述的示例性铝合金可以包含约0.80–0.90％Si、最多至约0.30％Fe、约0.07–0.09％Cu、约1.25–1.40％Mn、最多至约0.05％Mg、约0.65–0.75％Zn、最多至约0.01％Cr、最多至约0.03％Ti和最多至约0.15％的杂质，以及Al。在一些实施方案中，如本文所述的示例性铝合金可以包含约0.80–0.90％Si、最多至约0.30％Fe、最多至约0.03％Cu、约1.35–1.50％Mn、最多至约0.05％Mg、约0.75–0.85％Zn、最多至约0.01％Cr、最多至约0.03％Ti和最多至约0.15％的杂质，以及Al。在一些实施方案中，如本文所述的示例性铝合金可以包含约1.00–1.20％Si、最多至约0.30％Fe、约0.04–0.08％Cu、约1.25–1.40％Mn、最多至约0.05％Mg、约0.95–1.05％Zn、最多至约0.01％Cr、最多至约0.03％Ti和最多至约0.15％的杂质，以及Al。所有百分比均以重量％表示。
在一些实施方案中，示例性合金包含0.85％Si、0.08％Fe、0.014％Cu、1.41％Mn、0.002％Mg、0.001％Cr、0.81％Zn、0.01％Ti以及最多至0.15％的总杂质，其余部分为Al。在一些实施方案中，示例性合金包含1.10％Si、0.08％Fe、0.05％Cu、1.37％Mn、0.001％Mg、0.001％Cr、0.99％Zn、0.01％Ti以及最多至0.15％的总杂质，其余部分为Al。所有百分比均以重量％表示。
合金特性
本文所述的生产铝合金的工艺产生可以被描述为“应变硬化的”、“冷加工的”和/或具有或处于“H1X”回火(例如，H16回火)的铝材料。根据期望用途，可以通过不同加工条件来控制铝合金的机械特性。合金可以以H回火(例如，HX1、HX2、HX3、HX4、HX5、HX6、HX7、HX8或HX9回火)生产(或提供)。作为一个示例，合金可以以H16回火生产(或提供)。应当理解，特定范围的特性与回火名称相关。还应当理解，回火名称是指铝合金的钎焊前特性。
在一些非限制性示例中，所公开的合金在H回火(例如，H16回火)中和钎焊后具有高的强度、腐蚀电位和传导率。在一些非限制性示例中，与用作工业翅片坯料的常规7xxx和1xxx系列铝合金相比，所公开的合金在H回火(例如，H16回火)中和钎焊后具有良好的耐腐蚀性。作为控制如本文所述的组成和微观结构的结果，铝合金表现出以下特性的平衡。例如，在600℃钎焊后，极限抗拉强度(UTS)大于100MPa并且电导率大于48％IACS。
在某些方面，铝合金可以具有至少约30MPa的屈服强度(YS)。在非限制性示例中，屈服强度为至少约30MPa、至少约35MPa、至少约40MPa、至少约45MPa、至少约50MPa、至少约60MPa、至少约70MPa、至少约80MPa、至少约90MPa、至少约100MPa、至少约110MPa、至少约120MPa、至少约130MPa、至少约140MPa、至少约150MPa、至少约160MPa、至少约170MPa、至少约180MPa、或介于两者间的任何值。在一些情况下，屈服强度为约30MPa至约180MPa。例如，屈服强度可以为约35MPa至约170MPa、约40MPa至约160MPa、约50MPa至约155MPa、约55MPa至约150MPa、或约60MPa至约140MPa。
屈服强度将根据合金的回火而变化。在一些示例中，以H回火提供的本文所述的合金可以具有至少约100MPa至约170MPa的屈服强度。在非限制性示例中，处于H回火的合金的屈服强度为至少约110MPa、至少约120MPa、至少约125MPa、至少约130MPa、至少约135MPa、至少约140MPa、至少约145MPa、至少约150MPa、至少约155MPa、至少约160MPa、至少约165MPa、至少约170MPa、或介于两者间的任何值。
在一些另外的示例中，本文所述的合金在钎焊后可以具有为至少约30MPa、至少约35MPa、至少约40MPa、至少约45MPa、至少约50MPa、至少约55MPa、至少约60MPa、至少约65MPa、至少约70MPa、至少约75MPa、至少约80MPa、至少约85MPa、至少约90MPa、至少约100MPa、或介于两者间的任何值的屈服强度。
在某些方面，铝合金可以具有至少约70MPa的极限抗拉强度(UTS)。在非限制性示例中，屈服强度为至少约70MPa、至少约80MPa、至少约90MPa、至少约100MPa、至少约110MPa、至少约120MPa、至少约130MPa、至少约140MPa、至少约150MPa、至少约160MPa、至少约170MPa、至少约180MPa、至少约190MPa、至少约200MPa、或介于两者间的任何值。在一些情况下，屈服强度为约70MPa至约200MPa。例如，屈服强度可以为约75MPa至约190MPa、约80MPa至约185MPa、约85MPa至约180MPa、约90MPa至约175MPa、或约95MPa至约170MPa。
在一些示例中，以H回火提供的本文所述的合金可以具有至少约140MPa至约200MPa的UTS。在非限制性示例中，处于H回火的合金的UTS为至少约140MPa、至少约145MPa、至少约150MPa、至少约155MPa、至少约160MPa、至少约165MPa、至少约170MPa、至少约175MPa、至少约180MPa、至少约190MPa、至少约200MPa、或介于两者间的任何值。
在一些示例中，所提供的本文所述的合金在钎焊后可以具有至少约70MPa至约140MPa的UTS。在一些另外的示例中，本文所述的合金在钎焊后可以具有为至少约70MPa、至少约75MPa、至少约80MPa、至少约85MPa、至少约90MPa、至少约95MPa、至少约100MPa、至少约105MPa、至少约110MPa、至少约115MPa、至少约120MPa、至少约125MPa、至少约130MPa、至少约135MPa、至少约140MPa、或介于两者间的任何值的UTS。
在某些方面，以H回火提供的本文所述的合金具有足够的可成形性以满足约2％或更大的伸长率。在某些示例中，以H回火提供的本文所述的合金可以具有为约2％或更大、约2.25％或更大、约2.50％或更大、约2.75％或更大、约3％或更大、约3.25％或更大、约3.50％或更大、约3.75％或更大、约4％或更大、约4.25％或更大、约4.50％或更大、约4.75％或更大、约5.0％或更大、约5.25％或更大更大、约5.50％或更大、约5.75％或更大、约6.0％或更大、或介于两者间的任何值的伸长率。
在某些方面，本文所述的合金在钎焊后具有足够的可成形性以满足约7％或更大(例如，约9％或更大)的伸长率。在某些示例中，本文所述的合金在钎焊后可以具有为约7％或更大、约7.25％或更大、约7.50％或更大、约7.75％或更大、约8％或更大、约8.25％或更大、约8.50％或更大、约8.75％或更大、约9％或更大、约9.25％或更大、约9.50％或更大、约9.75％或更大、约10.0％或更大、约10.25％或更大、约10.50％或更大、约10.75％或更大、约11.0％或更大、约11.25％或更大、约11.50％或更大、约11.75％或更大、约12.0％或更大、约12.25％或更大、约12.50％或更大、约12.75％或更大、约13.0％或更大、或介于两者间的任何值的伸长率。
在一些示例中，以H回火提供的本文所述的合金可以具有基于国际退火铜标准(IACS)高于约50％的平均传导率值(例如，约50％IACS至约60％IACS)。例如，合金可以具有为约50％、约51％、约52％、约53％、约54％、约55％、约56％、约57％、约58％、约59％、约60％、或介于两者间的任何值的平均传导率值。所有值均以％IACS表示。
在一些示例中，本文所述的合金在钎焊后可以具有基于国际退火铜标准(IACS)高于约40％的平均传导率值(例如，约40％IACS至约55％IACS)。例如，合金可以具有为约40％、约41％、约42％、约43％、约44％、约45％、约46％、约47％、约48％、约49％、约50％、约51％、约52％、约53％、约54％、约55％、或介于两者间的任何值的平均传导率值。所有值均以％IACS表示。
在某些方面，本文所述的合金可以具有当根据ASTM G69标准测试时提供约-700mV或更小的负腐蚀电位或电化学电位(Ecorr)的耐腐蚀性。在某些情况下，相对于标准甘汞电极(SCE)的开路腐蚀电位值可以为约-700mV或更小、约-710mV或更小、约-720mV或更小、约-730mV或更小、约-740mV或更小、约-750mV或更小，约-760mV或更小、约-770mV或更小、约-780mV或更小、约-790mV或更小、约-800mV或更小、或介于两者间的任何值。例如，铝合金可以具有为约-700mV至约-800mV(例如，约-715mV至约-775mV或约-725mV至约-770mV)的开路腐蚀电位。
在某些方面，本文所述的合金具有优异的抗下垂性。通过将铝合金放置在定制的架子中来测量抗下垂性，该架子包括将铝合金垂直于地面悬挂的夹紧装置。横跨轧制方向切割宽度介于约1英寸至2英寸之间的样本，并且沿轧制方向的样本长度适合于正在测试的翅片的厚度。测量样本末梢处的初始高度。对铝合金施加模拟钎焊循环。测量从钎焊的铝合金末梢到地面的距离以测定样本的变形量。在某些方面，本文所述的合金可以具有为约1mm、约1.20mm、约1.40mm、约1.60mm、约1.80mm、约2mm、约2.20mm、约2.40mm、约2.60mm、约2.80mm、约3mm、约3.20mm、约3.40mm、约3.60mm、约3.80mm、约4mm、或介于两者间的任何值的平均下垂距离。在一些实施方案中，取决于初始样本长度，下垂距离可以在0mm至约100mm之间(例如，小于约35mm)。例如，对于厚度小于约0.1mm(例如，约0.05mm至1mm)且长度为35mm的铝合金，抗下垂性小于35mm。
在一些实施方案中，具有约0.80–0.90％Si、最多至约0.30％Fe、最多至约0.03％Cu、约1.35–1.50％Mn、最多至约0.05％Mg、约0.75–0.85％Zn、最多至约0.01％Cr、最多至约0.03％Ti和最多至约0.15％的杂质，以及Al的示例性铝合金表现出约160MPa至180MPa的钎焊前极限抗拉强度、约150MPa至160MPa的屈服强度、2％至2.50％的伸长率，以及55％IACS至60％IACS的传导率。钎焊后，上述铝合金表现出约120MPa至130MPa的极限抗拉强度、约40MPa至50MPa的屈服强度、11％至12％的伸长率，以及45％IACS至50％IACS的传导率。
制备和加工方法
在某些方面，所公开的合金组合物是所公开的方法的产品。不意图限制本公开，铝合金特性部分地由合金制备期间的微观结构的形成决定。在某些方面，制备合金组合物的方法可影响或甚至决定合金是否将具有足以满足期望应用的特性。
在一些实施方案中，用于生产本文所述的铝合金的示例性方法可包括以下步骤。该方法可包括将铝合金直接冷却(DC)铸造成铸锭。铸造之后，该过程包括铸锭的热轧。对通过铸造产生的铸锭进行预热以用于热轧。精细控制预热温度和热轧持续时间，以在铝合金钎焊后保持大晶粒尺寸和高强度。在热轧过程中，可以将铸锭在炉中以合适的加热速率(例如，约60℃/hr)预热至最高约560℃(例如，约450℃至约480℃)，然后将温度(“浸热(soak)”或“浸热(soaking)”)保持在约450℃至约560℃(例如，约450℃至约480℃)，持续约4小时至约16小时。在预热和浸热后，将铸锭在约450℃至约500℃的范围内热轧至小于约2mm至约15mm的厚度，其可称为热轧后的“出口规格(exit gauge)”。热轧后，铝合金产品采用两阶段冷轧工艺进行冷轧。在第一冷轧步骤中，在多个冷轧道次中将铝合金产品冷轧成中间规格厚度(例如，小于约1mm)铝合金产品。中间规格厚度铝合金产品可以任选地在约250℃至约400℃(例如，约400℃)的退火温度下以加热速率(例如，50℃/hr)进行中间退火，持续约3小时至约5小时。中间规格厚度铝合金产品在第二冷步骤中冷轧以产生最终规格铝合金产品(例如，约0.05mm至约0.10mm)。
铸造
本文所述的合金可以使用本领域技术人员已知的铸造方法铸造。例如，铸造工艺可以包括直接冷却(DC)铸造工艺。DC铸造工艺是根据本领域技术人员已知的铝工业中常用的标准进行的。DC工艺可以提供铸锭。任选地，可以在下游加工之前对铸锭进行剥皮。任选地，铸造工艺可以包括连续铸造(CC)工艺。
铸造铝合金然后可以进行进一步的加工步骤。例如，如本文所述的加工方法可以包括均质化、热轧、冷轧和/或退火的步骤。
预热
预热步骤可以包括加热如本文所述的铸造铝合金以获得约或至少约400℃(例如，至少约410℃、至少约420℃、至少约430℃、至少约440℃、至少约450℃、至少约460℃、至少约470℃、至少约480℃、至少约490℃、至少约500℃、至少约510℃、至少约520℃、至少约530℃、至少约540℃、至少约550℃、至少约560℃、或介于两者间的任何值)的预热温度。例如，可以将铸造铝合金加热至约400℃至约560℃、约420℃至约550℃、约440℃至约540℃、约450℃至约530℃、或约450℃至约480℃的温度。在一些情况下，达到预热温度的加热速率可以为约10℃/小时或更大、约20℃/小时或更大、约30℃/小时或更大、约40℃/小时或更大、约50℃/小时或更大、约60℃/小时或更大、或约70℃/小时或更大。在其他情况下，达到预热温度的加热速率可以为约10℃/min至约100℃/min(例如，约10℃/min至约90℃/min、约20℃/min至约80℃/min、约30℃/min至约70℃/min、约40℃/min至约65℃/min、约45℃/min至约60℃/min、或约50℃/min至约60℃/min)。
然后使铸造铝合金在预热温度范围下浸热(即，保持在指定温度下)一段时间。根据一个非限制性示例，使铸造铝合金浸热最多至约16小时(例如，约10分钟至约16小时，包括端值)。例如，铸造铝合金可以在约450℃至约560℃的温度下浸热约10分钟、约30分钟、约1小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约11小时、约12小时、约13小时、约14小时、约15小时、约16小时、或介于两者间的任何值。在一些实施方案中，铸造铝合金在约480℃至约560℃的预热温度下浸热约5小时至约7小时。
热轧
在预热步骤之后，可以进行热轧步骤。可以将铸造铝合金在约450℃至约560℃(例如，约460℃至约550℃、约470℃至约540℃、约480℃至约530℃、或约490℃至约520℃)的温度下热轧。在一些示例中，热轧温度为约450℃、约460℃、约470℃、约480℃、约490℃、约500℃、约510℃、约520℃、约530℃、约540℃、约550℃或约560℃。如果热轧温度过冷(例如，低于450℃)，则热轧负荷过高并且可能易于开裂。如果热轧温度过高(例如，大于560℃)，则铝合金可能过软并且在热轧机中破裂。在一些实施方案中，铸造铝合金可以在约450℃至约500℃的温度下热轧。
在某些情况下，铸造铝合金可以热轧至约2mm至约15mm厚规格(例如，约2.5mm至约12mm厚规格)。例如，铸造铝合金可以热轧至约2mm厚规格、约2.5mm厚规格、约3mm厚规格、约3.5mm厚规格、约4mm厚规格、约5mm厚规格、约6mm厚规格、约7mm厚规格、约8mm厚规格、约9mm厚规格、约10mm厚规格、约11mm厚规格、约12mm厚规格、约13mm厚规格、约14mm厚规格、或约15mm厚规格。在某些情况下，铸造铝合金可以热轧至大于15mm的规格(即，板)。在其他情况下，铸造铝合金可以热轧至小于4mm的规格(即，片材)。
冷轧
在热轧步骤之后，可以进行冷轧步骤。在一些示例中，冷轧步骤是两阶段冷轧步骤。两阶段冷轧步骤可以包括第一冷轧步骤、任选的居间的中间退火步骤以及第二冷轧步骤。任选地，该方法还可以包括在第二冷轧步骤之后对轧制产品进行退火。在某些方面，可以在第一冷轧步骤中将热轧产品冷轧至中间规格厚度，即，冷轧成第一冷轧产品。在某些方面，在第一冷轧步骤中将热轧产品冷轧成中间规格铝合金产品(例如，片材或沙特板)。在一些示例中，中间规格铝合金产品的厚度范围为约0.10mm至6mm(例如，约0.20mm至约5mm、约0.25mm至约4mm、约0.30mm至约3mm、约0.40mm至约2mm、约0.10mm至约1mm、约0.15mm至约0.75mm)。
可以对中间规格铝合金产品进行第二冷轧步骤。在某些方面，第二冷轧步骤可以在任选的中间退火步骤(如下所述)之后进行。在某些方面，将中间规格铝合金产品冷轧成最终规格铝合金产品(例如，片材，诸如较低规格片材)。在一些示例中，最终规格铝合金产品的厚度范围为约0.01mm至1mm(例如，约0.02mm至约0.90mm、约0.03mm至约0.80mm、约0.04mm至约0.70mm、约0.05mm至约0.60mm、约0.06mm至约0.50mm、约0.08mm至约0.40mm、约0.10mm至约0.30mm、或约0.15mm至约0.25mm)。
任选的中间退火
在一些非限制性示例中，可以在两阶段冷轧步骤期间进行任选的中间退火步骤。例如，可以将热轧产品冷轧成中间规格铝合金产品(第一冷轧步骤)，任选地盘卷、退火，并且随后冷轧成最终规格铝合金产品(第二冷轧步骤)。在一些方面，任选的中间退火可以以分批工艺(即，分批中间退火步骤)或以连续工艺进行。中间退火步骤可以在约250℃至约450℃(例如，约250℃、约260℃、约270℃、约280℃、约290℃、约300℃、约310℃、约320℃、约330℃、约340℃、约350℃、约360℃、约370℃、约380℃、约390℃、约400℃、约410℃、约420℃、约430℃、约440℃、或约450℃)的温度下进行。
在一些情况下，中间退火步骤中的加热速率可以为约100℃/小时或更低、75℃/小时或更低、50℃/小时或更低、40℃/小时或更低、30℃/小时或更低、25℃/小时或更低、20℃/小时或更低、或15℃/小时或更低。在其他情况下，加热速率可以为约10℃/min至约100℃/min(例如，约10℃/min至约90℃/min、约10℃/min至约70℃/min、约10℃/min至约60℃/min、约20℃/min至约90℃/min、约30℃/min至约80℃/min、约40℃/min至约70℃/min、或约50℃/min至约60℃/min)。
在一些实施方案中，在中间退火步骤期间允许中间规格铝合金产品浸热一段时间。在一些示例中，允许中间规格铝合金产品浸热最多至约5小时(例如，约30分钟至约4小时、约45分钟至约3小时、或约1小时至约2小时，包括端值)。例如，可以将中间规格铝合金产品在约250℃至约450℃的温度下浸热约20分钟、约30分钟、约45分钟、约1小时、约1.5小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、或介于两者间的任何值。在一些示例中，中间规格铝合金产品可以在约400℃的温度下浸热约4小时。
使用方法
本文所述的铝合金和方法可以用于工业应用，包括牺牲部件、散热、包装和建筑材料。本文所述的铝合金可以用于各种应用，例如，用于制造热交换器的翅片。在一个示例中，本文所述的改进铝合金可用于高性能、轻质汽车热交换器。更一般地，本文所述的铝合金可以用于机动车辆热交换器，诸如散热器、冷凝器和蒸发器。如上文所讨论，用于生产本文所述的改进铝合金的组合物和工艺导致材料具有使其适用于制造热交换器翅片的有益特征和特性的组合。然而，本文所述的改进铝合金的用途和应用不限于汽车热交换器，并且设想了其他用途。应当理解，本文所述的铝合金的特征和特性还可以有益于除生产汽车热交换器翅片之外的用途和应用。例如，本文所述的改进铝合金可以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、通风和空气调节(HVAC)的装置。
本文公开的铝合金是室内和室外HVAC单元中常规使用的金属的合适替代品。如本文所用，“室内”的含义是指包含在人类建造的具有受控环境条件的任何结构内的布置。如本文所用，“室外”的含义是指未完全包含在人类建造的任何结构内并暴露于地质和气象环境条件的布置，所述地质和气象环境条件包括空气、太阳辐射、风、雨、雨夹雪、雪、冻雨、冰、冰雹、沙尘暴、湿度、干燥度、烟雾(例如，烟草烟雾、房屋火灾烟雾、工业焚烧炉烟雾和野火烟雾)、雾霾、化石燃料废气、生物燃料废气、盐(例如，盐水体附近地区的高含盐量空气)、放射物、电磁波、腐蚀性气体、腐蚀性液体、电偶金属、电偶合金、腐蚀性固体、等离子体、火灾、静电放电(例如，闪电)、生物材料(例如，动物粪便、唾液、排泄油、植被)、风吹颗粒物、气压变化和昼夜温度变化。与目前采用的合金相比，本文所述的铝合金提供更好的腐蚀性能和更高的强度。
以下实施例将用于进一步说明本发明，但不构成对本发明的任何限制。相反，应当清楚地理解，可能不得不诉诸于本领域技术人员在阅读本文的描述之后在不脱离本发明的精神的情况下可能会想到的各种实施方案、其修改和等效物。在以下实施例中描述的研究过程中，除非另有说明，否则遵循常规程序。下面出于说明目的对一些程序进行描述。
实施例
实施例1：机械特性
合金1、2、3、4、5、6是根据下述方法生产的示例性合金。合金A是根据下述方法制备的比较性合金。合金A是一种常规铝合金，目前在商业应用中用作工业翅片坯料。
如表5所示的合金1、2、3、4、5、6和合金A直接冷却铸造成铸锭。将铸锭以60℃/h的加热速率预热至480℃并浸热6小时。预热后，对铸锭进行热轧，得到规格减小76mm至2.5mm的铝合金产品。在第一冷轧步骤中，在五个冷轧道次中将铝合金产品冷轧成中间规格厚度(例如，约0.18mm)铝合金产品。将中间规格厚度铝合金产品在约400℃的退火温度下以约50℃/hr的加热速率进行中间退火，持续约4小时。在第二冷步骤中对中间规格厚度铝合金产品进行冷轧，以产生最终规格为0.09mm的处于H16回火的最终规格铝合金产品。使用标准钎焊循环在600℃下对合金1、2、3、4、5、6和合金A进行钎焊，持续3分钟。
表5
所有均以重量％表示。
示例性合金和比较性合金的机械特性根据ASTM B557测定。具体来说，对合金进行拉伸、屈服强度、伸长率和传导率测试。测定了屈服强度(YS)、极限抗拉强度(UTS)、伸长百分比(EI)和国际退火铜标准百分比(％IACS)。测试结果汇总于表6中。
表6
如表6所示，与目前用作工业翅片坯料的比较例A相比，实施例合金4-6表现出优异的钎焊前强度。实施例合金4-6各自表现出大于165MPa的抗拉强度和大于155MPa的屈服强度。令人惊讶的是，在钎焊后，实施例合金4-6表现出大于120MPa的抗拉强度和大于45MPa的屈服强度。实施例合金1-6中的每一个还实现了大于45％IACS的电导率，其显著大于比较例A的电导率。如上文在表6中所示，与比较性合金相比，本文所述的示例性合金表现出出色的机械特性，并且可以成为用于工业翅片坯料应用的优异商业合金。
实施例2：腐蚀特性和抗下垂性
测定了本文所述的示例性合金和本文所述的比较性合金的腐蚀特性和抗下垂性，其元素组成在表5中提供。开路电位腐蚀值根据ASTM G69测量。抗下垂性值根据本文所述的方法测量。在约605℃的温度下进行模拟钎焊循环并随后在约20分钟内冷却至室温之后，测定示例性合金和比较性合金的耐腐蚀性和抗下垂性。耐腐蚀性和抗下垂性测试结果汇总于表7中。
表7
示例性合金表现出与管合金的电化学电位值相当的电化学电位值。常规铝管合金具有为-741mV的相对于SCE的平均开路腐蚀电位值。合金1-6与铝管合金之间的差在4-27mV范围内。相比之下，比较性合金A的管合金的电化学电位值差异较大。数据表明，用合金1-6制备充当牺牲阳极的翅片是可接受的。此外，合金1-6表现出优异的抗下垂性，同时仍保持期望的机械特性和腐蚀特性的平衡。
图1A-1G示出合金1、2、3、4、5、6和合金A在钎焊之前的颗粒结构的照片并且图2A-2G示出合金1、2、3、4、5、6和合金A在钎焊之后的颗粒结构的照片。合金1、2、3、4、5和6具有高弥散体数密度，以改善铝合金的钎焊前和钎焊后强度以及抗下垂性。如本文所述，仔细平衡的铝合金组成在控制抗下垂性方面发挥重要作用。具体地，Si含量降低Mn的溶解度并促进高密度弥散体的形成，从而改善铝合金的钎焊前和钎焊后强度以及抗下垂性。
图3A-3G示出合金1、2、3、4、5、6和合金A在钎焊之前的晶粒照片并且图4A-4G示出合金1、2、3、4、5、6和合金A在钎焊之后的晶粒照片。钎焊后，合金1、2、3、4、5和6各自具有沿轧制方向的细长薄饼状晶粒。铝合金的组成促进平行于轧制方向的晶粒生长，以使得铝合金能够形成薄饼状晶粒，从而提供优异的抗下垂性。钎焊前和钎焊后的晶粒照片显示，在轧制方向上形成2个或更少的晶粒且没有等轴晶粒结构。
本文所述的铝合金提供了牺牲腐蚀特征和机械特征，使得能够制造厚度减小的铝合金翅片坯料。厚度减小的翅片坯料保持对与翅片接触的铜或铝合金管的牺牲保护。本文所述的铝合金还可以用于期望机械强度与牺牲特征的组合的其他情况。
实例
实例1：一种铝合金，其包含0.20–1.30重量％Zn、0.30–1.25重量％Si、0–0.50重量％Fe、0–0.20重量％Cu、1.00–2.00重量％Mn、0–0.10重量％Mg、最多至0.10重量％Cr、最多至0.10重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。
实例2：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金包含0.30–1.10重量％Zn、0.35–1.20重量％Si、0.01–0.40重量％Fe、0.001–0.15重量％Cu、1.20–1.80重量％Mn、0–0.08重量％Mg、最多至0.08重量％Cr、最多至0.08重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。
实例3：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金包含0.35–1.00重量％Zn、0.50–1.10重量％Si、0.05–0.35重量％Fe、0.01–0.10重量％Cu、1.30–1.70重量％Mn、0–0.05重量％Mg、最多至0.05重量％Cr、最多至0.05重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。
实例4：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金包含0.50–0.90重量％Zn、0.80–1.10重量％Si、0.05–0.30重量％Fe、0.01–0.05重量％Cu、1.30–1.50重量％Mn、0.001–0.02重量％Mg、最多至0.05重量％Cr、最多至0.05重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。
实例5：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金包含0.75–0.85重量％Zn、0.80–0.90重量％Si、0–0.30重量％Fe、0–0.03重量％Cu、1.35–1.50重量％Mn、0–0.05重量％Mg、最多至0.01重量％Cr、最多至0.03重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。
实例6：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金处于H回火。
实例7：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金的极限抗拉强度为至少140MPa。
实例8：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金的屈服强度为至少155MPa。
实例9：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金包含基于国际退火铜标准(IACS)高于50％的电导率。
实例10：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金包含-700mV至-800mV的腐蚀电位。
实例11：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金包含0.80–0.90重量％Si、最多至0.30重量％Fe、最多至0.03重量％Cu、1.35–1.50重量％Mn、最多至0.05重量％Mg、0.75–0.85重量％Zn、最多至0.01重量％Cr、最多至0.03重量％Ti、最多至0.15重量％的杂质，以及Al，其中所述铝合金具有160MPa至180MPa的极限抗拉强度、150MPa至160MPa的屈服强度、2％至2.50％的伸长率，以及55％IACS至60％IACS的传导率。
实例12：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述铝合金的最终规格小于0.10mm。
实例13：如任何先前或后续实例所述的实例，其中当在长度为35mm的样本上测量时，所述铝合金具有小于35mm的抗下垂性。
实例14：一种翅片坯料，其包含如任何先前或后续实例所述的铝合金。
实例15：一种包括管和翅片的铝合金产品，其中所述翅片包含如任何先前或后续实例所述的翅片坯料。
实例16：一种生产铝合金产品的方法，其包括：对铝合金进行铸造以形成铸造铝合金，其中所述铝合金包含0.20–1.30重量％Zn、0.30–1.25重量％Si、0–0.50重量％Fe、0–0.20重量％Cu、1.00–2.00重量％Mn、0–0.10重量％Mg、最多至0.10重量％Cr、最多至0.10重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al；预热所述铸造铝合金；热轧所述铸造铝合金以产生铝合金产品；在第一冷轧步骤中，冷轧所述铝合金以产生中间规格铝合金产品；对所述中间规格铝合金产品进行中间退火；以及在第二冷轧步骤中，将所述中间规格铝合金产品冷轧成处于H回火的最终规格铝合金产品。
实例17：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述最终规格铝合金产品具有至少140MPa的极限抗拉强度、至少155MPa的屈服强度以及基于国际退火铜标准(IACS)至少50％的电导率。
实例18：如任何先前或后续实例所述的实例，还包括钎焊所述最终规格铝合金产品以产生钎焊的铝合金产品。
实例19：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述钎焊的铝合金产品具有至少100MPa的极限抗拉强度、至少45MPa的屈服强度，以及基于国际退火铜标准(IACS)至少45％的电导率。
实例20：如任何先前或后续实例所述的实例，其中所述最终规格铝合金产品具有小于0.10mm的最终规格。
实例21：一种铝合金，其通过如任何先前或后续实例所述的方法制备。
以上引用的所有专利、出版物和摘要均以引用方式整体并入本文。为了实现本发明的各个目的，已经描述了本发明的各个实施方案。应当认识到，这些实施方案仅用于说明本发明的原理。在不偏离如在以下权利要求中所定义的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员将易于明了本发明的各种修改和改动。
Claims (21)
1.一种铝合金，其包含0.20-1.30重量％Zn、0.30-1.25重量％Si、0-0.50重量％Fe、0-0.20重量％Cu、1.00-2.00重量％Mn、0-0.10重量％Mg、最多至0.10重量％Cr、最多至0.10重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。
2.如权利要求1所述的铝合金，其包含0.30-1.10重量％Zn、0.35-1.20重量％Si、0.01-0.40重量％Fe、0.001-0.15重量％Cu、1.20-1.80重量％Mn、0-0.08重量％Mg、最多至0.08重量％Cr、最多至0.08重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。
3.如权利要求1所述的铝合金，其包含0.35-1.00重量％Zn、0.50-1.10重量％Si、0.05-0.35重量％Fe、0.01-0.10重量％Cu、1.30-1.70重量％Mn、0-0.05重量％Mg、最多至0.05重量％Cr、最多至0.05重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。
4.如权利要求1所述的铝合金，其包含0.50-0.90重量％Zn、0.80-1.10重量％Si、0.05-0.30重量％Fe、0.01-0.05重量％Cu、1.30-1.50重量％Mn、0.001-0.02重量％Mg、最多至0.05重量％Cr、最多至0.05重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。
5.如权利要求1所述的铝合金，其包含0.75-0.85重量％Zn、0.80-0.90重量％Si、0-0.30重量％Fe、0-0.03重量％Cu、1.35-1.50重量％Mn、0-0.05重量％Mg、最多至0.01重量％Cr、最多至0.03重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al。
6.如权利要求1所述的铝合金，其中所述铝合金处于H回火。
7.如权利要求6所述的铝合金，其中所述铝合金的极限抗拉强度为至少140MPa。
8.如权利要求6所述的铝合金，其中所述铝合金的屈服强度为至少155MPa。
9.如权利要求6所述的铝合金，其中所述铝合金包含基于国际退火铜标准(IACS)高于50％的电导率。
10.如权利要求1所述的铝合金，其中所述铝合金包含-700mV至-800mV的腐蚀电位。
11.如权利要求1所述的铝合金，其中所述铝合金包含0.80-0.90重量％Si、最多至0.30重量％Fe、最多至0.03重量％Cu、1.35-1.50重量％Mn、最多至0.05重量％Mg、0.75-0.85重量％Zn、最多至0.01重量％Cr、最多至0.03重量％Ti、最多至0.15重量％的杂质，以及Al，
其中所述铝合金具有160MPa至180MPa的极限抗拉强度、150MPa至160MPa的屈服强度、2％至2.50％的伸长率，以及55％IACS至60％IACS的传导率。
12.如权利要求1所述的铝合金，其中所述铝合金的最终规格小于0.10mm。
13.如权利要求1所述的铝合金，其中当在长度为35mm的样本上测量时，所述铝合金具有小于35mm的抗下垂性。
14.一种翅片坯料，其包含如权利要求1所述的铝合金。
15.一种包括管和翅片的铝合金产品，其中所述翅片包含根据权利要求14所述的翅片坯料。
16.一种生产铝合金产品的方法，所述方法包括：
对铝合金进行铸造以形成铸造铝合金，其中所述铝合金包含0.20-1.30重量％Zn、0.30-1.25重量％Si、0-0.50重量％Fe、0-0.20重量％Cu、1.00-2.00重量％Mn、0-0.10重量％Mg、最多至0.10重量％Cr、最多至0.10重量％Ti和最多至0.15重量％的杂质，以及Al；
预热所述铸造铝合金；
热轧所述铸造铝合金以产生铝合金产品；
在第一冷轧步骤中，冷轧所述铝合金以产生中间规格铝合金产品；
对所述中间规格铝合金产品进行中间退火；以及
在第二冷轧步骤中，将所述中间规格铝合金产品冷轧成处于H回火的最终规格铝合金产品。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述最终规格铝合金产品具有至少140MPa的极限抗拉强度、至少155MPa的屈服强度，以及基于国际退火铜标准(IACS)至少50％的电导率。
18.如权利要求16所述的方法，还包括钎焊所述最终规格铝合金产品以产生钎焊的铝合金产品。
19.如权利要求18所述的方法，所述钎焊的铝合金产品具有至少100MPa的极限抗拉强度、至少45MPa的屈服强度，以及基于国际退火铜标准(IACS)至少45％的电导率。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述最终规格铝合金产品具有小于0.10mm的最终规格。
21.一种铝合金产品，其中所述铝合金产品是通过如权利要求16所述的方法制备的。
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