CN117716057A - 用于可钎焊铸件的铝合金 - Google Patents
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Abstract
本文提供了具有高传导性的铝合金成分。还描述了低传导性母体材料。
Description
通过引用合并任何优先权申请
本专利申请要求2021年7月23日提交的美国临时专利申请序列号63/203,476的权益，该临时专利申请据此通过引用以其全部内容并入本文。
背景技术
一般而言，钎焊是一种金属接合工艺，其中通过熔化填充金属并且使其流入接合部中，将两个或更多个金属物品接合在一起。通常，钎焊工艺试图避免熔化接合的金属物品，其中填充金属的熔点低于邻接金属的熔点。填充金属通过毛细管作用流入紧密配合部件之间的间隙。在适当的气氛保护时，使填充金属略高于其熔化温度。然后，液体填充材料在基底金属之上流动，并且然后被冷却以将两个金属件接合在一起。
在接合铝件的情况下，与粘合剂连接部、具有复杂接合部的小细节部件、用于强接合部的大接触面积以及金属件之间的电连接相比，利用钎焊可以减轻铝件之间流体通道中的泄漏，并且有利于高操作温度接合部。铝通常表征为具有低熔点、连贯且高度稳定的氧化物、高传导性、高热膨胀性和低密度。因此，铝件通常利用一些铝基填充合金来被钎焊，该铝基填充合金表征为具有较低的熔点以允许钎焊工艺。
附图说明
图1是用于铸造合金系统的高传导性母体材料的说明图。
图2是共晶/包晶温度高于600℃的合适低传导性母体材料的图。
具体实施方式
本发明涉及铝合金。更具体地，本发明涉及用于包括汽车部件在内的高性能应用的具有相对高强度、良好的可铸性和改进的钎焊的铝合金。本申请的一个或多个方面涉及合金表现出低热导率的实施例。本申请的一个或多个方面可以还涉及合金表现出高热导率的其他实施例。举例来说，这些合金对应于铝合金。本公开可以通过参考以下详细描述来理解，该详细描述结合如下所述的附图进行。注意，为了说明清楚的目的，各种附图中的某些元素可以不按比例绘制，可以示意性地或概念性地表示，或者以其他方式可能不完全对应于实施例的某些物理配置。
实施例涉及可用于产生产品的铝合金。铝铸件通常具有与用于钎焊的填充材料的熔点相似的低熔点。因此，由于母体材料经常经历熔化或侵蚀，所以利用传统的钎焊技术来钎焊铝铸件是极其困难或不可能的。例如，在一些实施例中，铝母体材料可以用铝钎焊填充材料来被钎焊。然而，大多数钎焊填充材料与最常见的铸造合金(铝-硅(Al-Si)或铝-镁(Al-Mg))来自相同的低熔点系统。这意味着，由于母体材料在钎焊工艺期间熔化，因此大多数铝铸件被认为是不可钎焊的。
在交通工具和交通工具制造的背景下，例如，在某些HVAC应用中，其中热线路和冷线路彼此靠近，因为热导率会对系统造成寄生热损失，所以热导率是不期望的。因此，如果要铸造此类HVAC组件，那么HVAC组件应该包括具有差的热导率、优异的可铸造性和表现出良好可钎焊性的能力的合金/材料。诸如在题为“用于高性能应用的铸造铝合金(CASTINGALUMINUM ALLOYS FOR HIGH-PERFORMANCE APPLICATIONS)”的美国专利申请公布号2019/0127824中公开的合金等一些材料具有良好的可铸造性并且还表现出优异的传导性。美国专利申请公布号2019/0127824通过引用并入本文。在另一个示例中，例如铝合金(被称为6063(镁和硅))等材料通常用于制造，但是并不表现出最佳的传导性或可铸造性。可以与钎焊铝件一起应用于车辆中的高传导性应用的交通工具的其他应用可以包括母线、散热器/冷板以及其他管道或压力容器。
目前用于钎焊填充材料的方法允许钎焊传统铝铸件，然而这些材料往往具有有限的几何形状。如前所讨论，因为母体材料将具有与通常的钎焊材料相似的熔点，所以许多通常的钎焊材料不太适合用于以铝铸件为母体材料的传统大体积钎焊工艺。图1示出了针对多个合金系统(诸如铸造合金和锻造合金)的热导率与固相线温度的曲线图。在图1所示的一个方面，示出了用于钎焊的温度范围，大约在585摄氏度至610摄氏度的范围内，以标识具有低于钎焊范围的固相线温度的合金系统(例如，Al-Si铸件)、具有高于钎焊范围的固相温度的合金系统(例如，3000系列锻件)。在一些实施例中，本公开的高温固溶体材料可以具有高于610摄氏度、620摄氏度、630摄氏度、640摄氏度、650摄氏度或660摄氏度的固相线温度。在其他实施例中，本公开的高传导性母体材料可以具有高于630摄氏度、640摄氏度或650摄氏度的固相线温度。在图1所示的另一个方面，合金系统可以具有一定范围的导热性质。
本申请的一个或多个方面对应于钎焊母体材料，该钎焊母体材料包括高熔点铸造合金，其表现出与优异的可铸性对应的特性。更具体地，钎焊母体材料被配置为利用常规钎焊工艺来被钎焊，该常规钎焊工艺包括但不限于真空钎焊、可控气氛钎焊(CAB)钎焊和感应钎焊，它们通常仅能够用于锻造铝合金母体材料。在一个方面，钎焊母体材料通过相对于其他钎焊材料(包括但不限于Al-Si或Al-Mg钎焊材料)的高固相线温度来说明性地表征。在另一个方面，钎焊母体材料可以基于导热性质来表征。在一个方面，低或更低导热率的表征可以基于100W/mK或更低的导热性质。在一些实施例中，高或更高热导率的表征可以基于约160至220W/mK的导热性质。在另一个方面，高或更高热导率的表征可以基于170至200W/mK的导热性质。相关领域的技术人员将理解，热导率的范围本质上是说明性的，并且不代表热导率的所有可能表征或满足导热性质的值的范围。例如，低或更低导热性质的表征可以通过各种子范围(例如，100至80W/mK)、阈值或最佳值来进一步表征。在一些实施例中，本公开的低传导性合金的热导率可以在约80至150W/mK的范围内。在其他实施例中，本公开的低传导性合金的热导率可以在约90至140W/mK的范围内。类似地，高或更高导热性质的表征可以通过各种子范围(例如，180-190W/mK)、阈值或最佳值来进一步表征。此外，钎焊组件可以通过其他属性来进一步表征，诸如最小强度等。
说明性地，对于具有高传导性的母体材料，母体材料可以对应于铝、5.25％镍和额外杂质(诸如铁)的化合物。在图1中说明性地标识了高热导率母体材料的示例。与钎焊材料组合的此类高传导性母体材料可以被认为是新的应用。
在另一个方面，对于低热导率的母体材料，可钎焊母体材料可以由铝与至少一种基于FCCα-Al基体的高温固溶体元素的组合制成。此类低传导性母体材料与钎焊填充材料组合可以被认为是新合金。图2示出了具有高于600摄氏度(这是通常的钎焊温度)的共晶/包晶温度的合适的低传导性母体材料。说明性地，可以包括在FCCα-Al基质中的高温固溶体材料包括锰、铬、钛和钒、锆、铁、镍、铈、钼、硅、铜、镁、锌或锡，或它们的组合。在一些实施例中，高温固溶体材料包括、包括大约、包括至少，或包括至少大约0.1wt.％、0.2wt.％或0.4wt.％或它们之间的任何值范围的铬。在一些实施例中，高温固溶体材料包括、包括大约、包括至少，或包括至少大约0.01wt.％、0.2wt.％或1.3wt.％或它们之间的任何值范围的钛。在一些实施例中，高温固溶体材料包括、包括大约、包括至少，或包括至少大约0.01wt.％、0.1wt.％或0.65wt.％或它们之间的任何值范围的钒。在一些实施例中，高温固溶体材料包括、包括大约、包括至少，或包括至少大约0.3wt.％、0.5wt.％或1wt.％或它们之间的任何值范围的锰。在一些实施例中，高温固溶体材料包括、包括大约、包括至少，或包括至少大约0.3wt.％、0.8wt.％或1.2wt.％或它们之间的任何值范围的铁。在一些实施例中，高温固溶体材料包括、包括大约、包括至少，或包括至少大约1.5wt.％、3wt.％、4.5wt.％或6wt.％或它们之间的任何值范围的镍。在一些实施例中，高温固溶体材料包括、包括大约、包括至少，或包括至少大约0.01wt.％、4wt.％或8.8wt.％或它们之间的任何值范围的铈。在一些实施例中，高温固溶体材料包括、包括大约、包括至少，或包括至少大约0.01wt.％、0.12wt.％或0.15wt.％或它们之间的任何值范围的镁。在一些实施例中，高温固溶体材料包括、包括大约、包括至少，或包括至少大约0.01wt.％、0.85wt.％或1wt.％或它们之间的任何值范围的锌。在一些实施例中，高温固溶体材料包括、包括大约、包括至少，或包括至少大约0.01wt.％、0.01wt.％或0.85wt.％或1wt.％或它们之间的任何值范围的钼。在一些实施例中，高温固溶体材料不含或基本不含硅、铜、镁、锌或锡。在一些实施例中，高温固溶体材料可以包括容易从超饱和固溶体中出来的元素。在一些实施例中，合金成分可以包括形成分散体的元素，例如铝合金3003。此外，可钎焊合金可以包括尽可能多的铁，以最小化模焊。表1说明了针对溶体材料的成分范围。
表1
成分(wt.％)
本发明的一些实施例涉及铸造铝合金，其具有高屈服强度和高热导率两者，以及改进的流动性和耐热撕裂或开裂性。发现了，与传统的市售铝合金相比，该铝合金具有高屈服强度和高电导率。本发明的其他实施例涉及铸造铝合金，其具有高屈服强度和低热导率两者，以及改进的流动性和耐热撕裂或开裂性。还发现，与传统的市售铝合金相比，该铝合金具有高屈服强度和高电导率。铝合金在本文中以合金内的总元素和颗粒的重量百分比(wt.％)以及合金的特定性质来描述。应当理解，本文所述的任何合金的剩余成分是铝和附带杂质。
表2表示针对高压铸件的测量性质，其表示本申请的一个或多个方面的说明性结果。
表2
在前述说明书中，已经参考特定实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员将理解的，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以以各种其他方式修改或以其他方式实现本文公开的各种实施例。因此，该描述被认为是说明性的，并且用于教导本领域技术人员制作和使用所公开的系统、方法和计算机程序产品的各种实施例的方式。应当理解，本文中示出和描述的公开形式将被视为代表性实施例。等效元素、材料、工艺或步骤可替代本文中代表性说明和描述的那些。此外，本公开的某些特征可以独立于其他特征的使用而被利用，所有这些对于本领域技术人员在受益于本公开的该描述之后将是显而易见的。
如本文所用，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”或它们的任何上下文变体旨在覆盖非排他性的包括。例如，包括元素列表的过程、产品、物品或装置不一定仅限于那些元素，而是可以包括未明确列出或固有于此种过程、产品或物品或装置的其他元素。此外，除非明确相反陈述，否则“或”是指包括性的或，并且不是排他性的或。例如，条件“A或B”由以下中的任一项满足：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)并且B为真(或存在)，以及A和B两者都为真(或存在)。
尽管步骤、操作或计算可以按特定顺序呈现，但在不同的实施例中，该顺序可以改变。在一些实施例中，在本说明书中将多个步骤示为顺序的范围内，可以在可替代实施例中同时执行这些步骤的一些组合。本文所述的操作序列可以被中断、暂停、反转或以其他方式由另一过程控制。
还将理解，附图/图中描绘的元件中的一个或多个元件也可以以更分离或集成的方式实现，甚至在某些情况下被移除或视为不可操作，因为根据特定应用是有用的。此外，除非另有具体说明，否则附图/图中的任何信号箭头应仅被视为示例性的，并且不是非限制性的。
Claims (20)
1.一种高温固溶体材料，包括：
铬：0.1至0.4wt.％；
锰：0.3至1wt.％；
铁：0.3至1.2wt.％；
镍：1.5至6wt.％；
余量为铝和杂质。
2.根据权利要求1所述的高温固溶体材料，还包括钛：0.01至1.3wt.％。
3.根据权利要求1或2所述的高温固溶体材料，还包括钒：0.01至0.65wt.％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的高温固溶体材料，还包括铈：0.01至8.8wt.％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的高温固溶体材料，还包括镁：0.01至0.15wt.％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的高温固溶体材料，还包括锌：0.01至1wt.％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的高温固溶体材料，还包括钼：0.01至1wt.％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的高温固溶体材料，其中所述高温固溶体材料不含或基本不含硅、铜、镁、锌或锡。
9.一种高传导性母体材料，基本上由以下组成：
镍：4.5至6wt.％；以及
余量为铝和杂质。
10.根据权利要求9所述的高传导性母体材料，其中镍为4.75至5.75wt.％。
11.根据权利要求10所述的高传导性母体材料，其中镍为5至5.5wt.％。
12.根据权利要求11所述的高传导性母体材料，其中镍为5.25wt.％。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的高传导性母体材料，其中热导率在大约160至220W/mK的范围内。
14.根据权利要求13所述的高传导性母体材料，其中热导率在大约170至200W/mK的范围内。
15.一种低传导性合金，包括FCCα-Al基体，其中所述合金的固相线温度高于610摄氏度，并且其中热导率在大约80至150W/mK的范围内。
16.根据权利要求15所述的低传导性合金，其中所述合金的所述固相线温度高于630摄氏度。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的低传导性合金，其中所述热导率在大约90至140W/mK的范围内。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的低传导性合金，还包括锰、铬、钛和钒、锆、铁、镍、铈或钼中的至少一种。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的低传导性合金，其中所述合金不含或基本不含硅、铜、镁、锌或锡。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的低传导性合金，还包括形成分散体的元素。
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