DE60114292T2

DE60114292T2 - Kühlrippenwerkstoff zum Löten

Info

Publication number: DE60114292T2
Application number: DE60114292T
Authority: DE
Inventors: Takeyoshi Chiyoda-ku Doko; Akira Chiyoda-ku Kawahara; Sunao Kariya-shi Fukuda; Yoshihiko Kariya-shi Kamiya; Masaki Kariya-shi Shimizu; Kenji Kariya-shi Negura
Original assignee: Denso Corp; Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Denso Corp; Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2021-05-19
Also published as: EP1156129A1; US6471794B2; KR100744877B1; DE60114292D1; EP1156129B1; JP2001329326A; KR20020002202A; US20020000270A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rippenmaterial aus einer Al-Ni-Fe-Legierung zum Löten, welche eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit besitzt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Mehrheit der Wärmeaustauscher für Automobile ist aus Al und Al-Legierungen zusammengesetzt, und wird durch Löten hergestellt. Üblicherweise wird ein Lötmaterial aus der Al-Si-Reihe zum Löten verwendet, so dass das Löten bei einer Temperatur von 600°C durchgeführt wird. Wie in 1 gezeigt, besitzt ein Wärmeaustauscher, wie zum Beispiel einen Radiator, Rippen (2) aus einer dünnen Wand, die in gefalteter Form maschinell hergestellt werden, und die entlang mehrerer abgeflachter Röhren (1) vollständig eingebaut werden. Beide Enden der abgeflachten Röhren (1) sind jeweils zu einem Raum hin geöffnet, der durch einen Verteilerkopf (3) und eine Behälter (4) gebildet wird, so dass ein Kühlmittel mit einer hohen Temperatur aus einem Raum des Behälters auf der einen Seite durch die abgeflachten Röhren (1) zu einem Raum des Behälters (4) auf der anderen Seite übertragen wird, und dabei den Wärmeaustausch in einem Abschnitt der Röhren (1) und der Rippen (2) bewirkt und das erhaltene Kühlmittel mit niedriger Temperatur erneut im Kreislauf geführt wird.
In den letzten Jahren werden die Wärmetauscher schrittweise leichtgewichtig und kleiner in der Größe, so dass eine Verstärkung der Wärmeeffizienz der Wärmetauscher notwendig wird, während eine Verstärkung der Wärmeleitfähigkeit der Materialien erwünscht ist. Insbesondere wird nunmehr eine Verstärkung in der Wärmeleitfähigkeit der Rippenmaterialien diskutiert, und als ein Ergebnis wurde ein Rippenmaterial einer Legierung als ein thermisch leitendes Rippenmaterial vorgeschlagen, wobei die Legierungszusammensetzung sich dem reinen Aluminium nähert. Wenn jedoch eine Rippe zu einem dünnen Blech verarbeitet wird, dann entsteht ein Problem, dass die Rippe bei der Anordnung zu einem Wärmeaustauscher zusammenbrechen wird oder während der Verwendung als Wärmeaustauscher zerstört werden wird, falls die mechanische Stärke der Rippe nicht ausreichend ist. Falls eine Rippe aus einer Legierung der reinen Aluminiumreihe hergestellt wird, besitzt die Rippe einen Fehler eines Mangels an mechanischer Festigkeit, so dass die Zugabe eines Legierungselements, wie zum Beispiel Mn, wirksam für die Steigerung der Festigkeit ist. Im Verlauf der Herstellung eines Wärmeaustauschers, der aufgrund des Lötens bis zu etwa 600°C erhitzt wird, kann jedoch ein Problem auftreten, dass jedes der Legierung zugesetzte Element zur Steigerung der mechanischen Stärke erneut zu einer festen Lösung (solid solution) beim Erhitzen zum Löten wird, um die Förderung der Wärmeleitfähigkeit zu verschlechtern.
Als ein Rippenmaterial, welches diese Probleme löst, wird eine Al-Si-Fe-Legierung vorgeschlagen, zu der Ni oder Co zugegeben wurde, welche Eigenschaften von ausgezeichneter mechanischer Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit zeigt (JP-A-7-216485 („JP-A" bedeutet ungeprüfte, veröffentlichte, japanische Patentanmeldung), JP-A-8-104934, etc.).
Unter diesen Rippenmaterialien ermöglicht jedoch eine Aluminiumlegierung, zu der mehr als 1,5% Fe (% bedeutet Gew.-%; dies gilt auch für nachfolgende Angaben) zusammen mit Ni gegeben wurde, die Entstehung intermetallischer Verbindungen der Al-Fe-Ni-Reihe innerhalb des Rippenmaterials, diese Metalle verursachen eine Steigerung der mechanischen Festigkeit und der Wärmeleitfähigkeit, jedoch tritt ein solches Problem auf, dass sie ebenfalls eine Verminderung der Korrosionsbeständigkeit des Rippenmaterials selbst verursachen. Das Rippenmaterial dient als Opfermaterial zur Verhinderung der Korrosion, um die Röhren zu schützen. Falls jedoch die Korrosionsbeständigkeit des Rippenmaterials selbst zu gering ist, wird das Rippenmaterial in den frühen Stadien aufgrund der Korrosion verbraucht, so dass es die Röhre nicht über einen langen Zeitraum schützen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten, welche aus einer Aluminiumlegierung zusammengesetzt ist, umfassend mehr als 0,1 Gew.-%, jedoch 3 Gew.-% oder weniger Ni, mehr als 1,5 Gew.-%, jedoch 2,2 Gew.-% oder weniger Fe, und 1,2 Gew.-% oder weniger Si, und mindestens einem Element, das aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus 4 Gew.-% oder weniger Zn, 0,3 Gew.-% oder weniger In, und 0,3 Gew.-% oder weniger Sn, und ggf. darüber hinaus umfassend mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus 3,0 Gew.-% oder weniger Co, 0,3 Gew.-% oder weniger Cr, 0,3 Gew.-% oder weniger Zr, 0,3 Gew.-% oder weniger Ti, 1 Gew.-% oder weniger Cu, 0,3 Gew.-% oder weniger Mn, und 1 Gew.-% oder weniger Mg, sowie jeglichen unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Rest aus Aluminium besteht, wobei ein Verhältnis einer Länge in rechtwinkliger Richtung zur Walzrichtung eines einzelnen Korns, betrachtet von der Blechoberfläche, zu einer Länge des Korns in paralleler Richtung zur Walzrichtung (die Kornlänge in rechtwinkliger Richtung/die Kornlänge in paralleler Richtung) 1/30 oder weniger beträgt, eine elektrische Leitfähigkeit 50% IACS oder mehr, jedoch 55% IACS oder weniger beträgt, und eine Zugfestigkeit von 170 MPa oder mehr, jedoch 280 MPa oder weniger beträgt.
Andere und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden eingehender anhand der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung zu lesen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Ansicht, die einen Radiator zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Eines der Kennzeichen der vorliegenden Erfindung liegt in der Steigerung der Korrosionsbeständigkeit des Rippenmaterials selbst, indem sie eine Legierung verwendet, die dafür bekannt ist, dass sie ausgezeichnet in der mechanischen Festigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit nach dem Löten ist, und dabei die Metallstruktur kontrolliert. Vor der Beschreibung der Kontrolle der Metallstruktur werden die Legierungselemente, für welche die vorliegende Erfindung einen Zielbereich vorgibt, nachfolgend erklärt werden.
In der vorliegenden Erfindung sind mehr als 0,1 Gew.-%, jedoch 3 Gew.-% oder weniger Ni, und mehr als 1,5 Gew.-%, jedoch 2,2 Gew.-% oder weniger Fe enthalten, um das Problem des Rippenmaterials durch die Zugabe von Fe und Ni zu lösen, um die mechanische Festigkeit und die Wärmeleitfähigkeit nach dem Löten zu steigern. Der Grund, weshalb die Legierung darauf beschränkt ist, mehr als 1,5 Gew.-% Fe zu enthalten, liegt in der Tatsache, dass, falls der Gehalt 1,5 Gew.-% oder weniger beträgt, die Verminderung in der Korrosionsbeständigkeit der Rippen selbst zu gering ist, dass es unnötig ist, die Metallstruktur in der vorliegenden Erfindung zu kontrollieren. Darüber hinaus liegt der Grund, weshalb die obere Grenze für Fe 2,2 Gew.-% beträgt, in der Tatsache, dass die Korrosionsbeständigkeit des Rippenmaterials auch gemäß der vorliegenden Erfindung nicht mehr verbessert werden kann, falls das Eisen die obere Beschränkung übersteigt. Die untere Beschränkung für Ni wird entsprechend der Menge zur Steigerung der mechanischen Festigkeit und der Leitfähigkeit bei gleichzeitiger Anwesenheit von Fe bestimmt. Die obere Beschränkung für Ni wird bestimmt, ähnlich im Fall des Fe, aufgrund des Umstands, dass die Korrosionsbeständigkeit des Rippenmaterials auch gemäß der vorliegenden Erfindung nicht mehr verbessert werden kann.
In Anbetracht des Vorstehenden werden die zuzugebenden Mengen von Ni und Fe bestimmt, jedoch werden 0,6 Gew.-% oder mehr Ni, insbesondere 0,9 Gew.-% oder mehr empfohlen, um eine hohe, mechanische Festigkeit zu gewährleisten. Bei der Produktion des Rippenmaterials der vorliegenden Erfindung entsprechend einem kontinuierlichen Gießen ist es zu empfehlen, 2 Gew.-% oder weniger Ni zu verwenden, um eine Stabilität zu gewährleisten. Abgesehen davon sind 2,0 Gew.-% oder weniger Fe besonders zu empfehlen, um die Stabilität während des kontinuierlichen Gießens zu steigern, und die Korrosionsbeständigkeit des Rippenmaterials zu steigern.
Zusätzlich zu dem vorstehenden Ni und Fe kann die Legierung mindestens ein Element enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus 1,2 Gew.-% oder weniger Si, 3,0 Gew.-% oder weniger Co, 0,3 Gew.-% oder weniger Cr, 0,3 Gew.-% oder weniger Zr, 0,3 Gew.-% oder weniger Ti, 4 Gew.-% oder weniger Zn, 0,3 Gew.-% oder weniger In, 0,3 Gew.-% oder weniger Sn, 1 Gew.-% oder weniger Cu, 0,3 Gew.-% oder weniger Mn, und 1 Gew.-% oder weniger Mg und unvermeidbaren Verunreinigungen. Zusätzlich zu den vorstehenden Ni und Fe enthält die Legierung in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 1,2 Gew.-% oder weniger Si, und mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus 4 Gew.-% oder weniger Zn, 0,3 Gew.-% oder weniger In, und 0,3 Gew.-% oder weniger Sn, und ggf. darüber hinaus umfassend mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus 3,0 Gew.-% oder weniger Co, 0,3 Gew.-% oder weniger Cr, 0,3 Gew.-% oder weniger Zr, 0,3 Gew.-% oder weniger Ti, 1 Gew.-% oder weniger Cu, 0,3 Gew.-% oder weniger Mn, und 1 Gew.-% oder weniger Mg, und allen unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei der Rest aus Aluminium besteht. Diese Elemente spielen eine bedeutende Rolle in den Eigenschaften, wenn die Legierung zu dem Rippenmaterial verarbeitet wird. Nachfolgend sind die Wirkungen und die Gründe für die Beschränkung der einzelnen Elemente dargelegt.
Si verbessert die mechanische Festigkeit durch seine Zugabe. Si selbst wird zu einer festen Lösung und wird gehärtet, um die mechanische Festigkeit zu steigern und darüber hinaus zeigt es eine Förderung der Präzipitation von Fe, Ni und Co, wenn diese Elemente gleichzeitig vorhanden sind. In dem Rippenmaterial der vorliegenden Erfindung ist es wesentlich, dass eine intermetallische Verbindung der Al-Fe-Reihe nicht grob vergrößert wird. Die Zugabe von Si neigt leicht dazu, intermetallische Verbindungen zu präzipitieren, so dass eine Menge intermetallischer Verbindungen tatsächlich präzipitiert wird, mit der Folge, dass die Größe der einzelnen intermetallischen Verbindungen kleiner wird, im Vergleich zu dem Fall, bei dem Si nicht zugegeben wird. Eine solche begünstigende Wirkung auf die Präzipitation kann nicht ausreichend sein, falls Si 0,3 Gew.-% oder weniger beträgt, während die Rippe zum Zeitpunkt des Lötens geschmolzen wird, wenn die Zugabe 1,2 Gew.-% übersteigt. Dementsprechend ist die Menge des Si im Falle der Zugabe zur Legierung 1,2 Gew.-% oder weniger, und sie übersteigt vorzugsweise 0,03 Gew.-%, jedoch 1,2 Gew.-% oder weniger, jedoch wird die Wirkung, welche die Ausfällung fördert, bezeichnend, falls Si 0,3 Gew.-% oder mehr beträgt. Wenn andererseits die Menge des Si unangemessen hoch ist, verursacht das im festen Zustand gelöste Si eine Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit der Rippen. Somit sind 0,8 Gew.-% oder weniger vorzuziehen. Unter diesen Bereichen von 0,3 bis 0,8 Gew.-% werden stabile Eigenschaften insbesondere im Bereich von 0,4 bis 0,7 Gew.-% gezeigt.
Co zeigt eine ähnliche Wirkung wie Ni. Wenn Co zur Legierung gegeben wird, beträgt daher die Menge 3,0 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise mehr als 0,1 Gew.-%, jedoch 3,0 Gew.-% oder weniger, insbesondere zeigt der Bereich von 0,3 Gew.-% bis 2 Gew.-% ausgezeichnete Eigenschaften. Im Vergleich mit Ni ist Co jedoch etwas unterlegen in der Wärmeleitfähigkeit und schwach in der Wirkung des Zerteilens einer Verbindung der Al-Fe-Reihe. Darüber hinaus ist Co teurer als Ni. In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Co anstelle von Ni zu verwenden, oder Co gleichzeitig mit Ni zuzugeben, jedoch ist die Zugabe von Ni hier aufgrund des Umstandes zu empfehlen, dass die Zugabe von Ni allein wichtiger für die Eigenschaften und die Kosten ist. Die untere Grenze für die Menge an zuzugebendem Co beträgt im Allgemeinen 0,1 Gew.-% für den Fall einer Einzelzugabe, jedoch kann sie minimiert werden, wenn es in Verbindung mit Ni zugegeben wird.
Die Zugabe von jeweils 0,3 Gew.-% oder weniger Zr oder Cr dient jeweils dazu, die mechanische Festigkeit zu steigern, während Zr zugegeben wird, um umkristallisierte Körner des Rippenmaterials grob zu machen, welche zum Zeitpunkt des Lötens gebildet werden, so dass die Ermüdung der Rippe und eine Diffusion des Lötmetalls in der Rippe verhindert wird. Falls jedoch ein kontinuierliches Gießen durchgeführt wird, kann eine Legierung, zu der Zr und Cr zugegeben wurden, ein Verstopfen der Düse verursachen, so dass das Gießen unmöglich wird. Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass Zr und Cr nicht zu der Legierung gegeben werden, und es wird empfohlen, dass jede Menge dieser Metalle 0,08 Gew.-% beträgt oder weniger, falls diese Metalle ebenfalls zugegeben werden.
0,3 Gew.-% oder weniger Ti werden zugegeben, um die mechanische Festigkeit als eine erste Aufgabe zu steigern. Falls kontinuierliches Gießen ausgeführt wird, kann jedoch eine Legierung, zu der Ti zugegeben wurde, ein Verstopfen einer Düse verursachen, so dass das Gießen unmöglich wird. Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass Ti nicht zu der Legierung gegeben wird, und es wird empfohlen, dass die Menge des Ti 0,08 Gew.-% oder weniger beträgt, falls Ti ebenfalls zugegeben wird. Darüber hinaus kann Ti zu dem Zweck zugegeben werden, die Struktur des Gussblocks fein zu machen, jedoch sind 0,02 Gew.-% oder weniger Ti bereits ausreichend, um diesen Zweck zu erreichen.
4 Gew.-% oder weniger Zr, 0,3 Gew.-% oder weniger In, und 0,3 Gew.-% oder weniger Sn werden zugegeben, um dem Rippenmaterial die Opferwirkung der Korrosionsverhinderung zu verleihen. Die Menge und die Art der Elemente können in Abhängigkeit von den korrosionsverhindernden Eigenschaften und der Wärmeleitfähigkeit bestimmt werden, die für das Rippenmaterial gefordert werden. In und Sn zeigen eine zufriedenstellende Opferwirkung, jedoch sind diese Elemente teuer, und es kann ein Problem sein, dass es unmöglich ist, Späne einer Abfalllegierung mit anderem Legierungsmaterial zu recyclen. In der vorliegenden Erfindung wird daher insbesondere die Zugabe von Zn empfohlen. Da Zn die Korrosivität der Rippen selbst verschlechtert, wenn die zugegebene Menge steigt, wird es empfohlen, 2 Gew.-% oder weniger, insbesondere 1 Gew.-% oder weniger zuzugeben. Die untere Grenze der Menge kann entsprechend den verwendeten Legierungsmaterialien bestimmt werden, jedoch ist es im Allgemeinen bevorzugt, 0,3 Gew.-% oder mehr zuzugeben.
In der vorliegenden Erfindung kann es der Fall sein, dass darüber hinaus Cu zugegeben wird. Cu wird hauptsächlich zur Steigerung der mechanischen Festigkeit zugegeben. Falls es zugegeben wird, kann es 0,05 Gew.-% oder weniger betragen, jedoch ist es nicht wirksam, die mechanische Festigkeit zu steigern. Falls andererseits die Menge erhöht wird, wird das Ausmaß der Abnahme der Wirkung als Opferanode stärker, so dass die empfohlene Menge 1 Gew.-% oder weniger beträgt, insbesondere 0,3 Gew.-% oder weniger. Da Cu dahingehend fungiert, das Potential des Rippenmaterials edel zu machen, nimmt dadurch die Wirkung als Opferanode ab. Falls Cu zugegeben wird, muss es zusammen mit einem oder mehreren der Elemente Zn, In und Sn zugegeben werden.
Mn kann zugegeben werden, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen, jedoch kann es die Wärmeleitfähigkeit durch die Zugabe von nur einer geringen Menge verschlechtern. Dementsprechend wird die Menge des Mn auf 0,3 Gew.-% oder weniger begrenzt, jedoch ist es vorzuziehen, keines zuzugeben.
Mg kann ebenfalls zugegeben werden, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen, jedoch reagiert es mit dem Flussmittel im NB-Löten, um die Lötbarkeit zu verschlechtern, so dass Mg nicht zugegeben werden darf, falls das Rippenmaterial für NB-Löten verwendet wird. Falls das Rippenmaterial für Vakuumlöten verwendet wird, sollte 1 Gew.-% oder weniger Mg zugegeben werden, jedoch wird es empfohlen, kein Mg zuzugeben, da es während des Lötens verdampft und seine Wirkung gering ist.
Unter den vorstehend erwähnten, unvermeidbaren Verunreinigungen und Elementen, die aus anderen Gründen als den Vorstehenden zugegeben werden sollen, kann in der vorliegenden Erfindung B oder dergleichen erwähnt werden, welches zusammen mit Ti zugegeben wird, um die Struktur des Gussblocks fein zu machen. Es tritt kein Problem auf in dem Fall, wenn diese Elemente jeweils in einer Menge von 0,03 Gew.-% oder weniger enthalten sind.
Es ist eines der Kennzeichen der vorliegenden Erfindung, dass ein Verhältnis einer Länge in rechtwinkliger Richtung zur Walzrichtung eines einzelnen Korns, betrachtet von der Plattenoberfläche, zu einer Länge des Korns in einer parallelen Richtung zur Walzrichtung (die Kornlänge in rechtwinkliger Richtung/die Kornlänge in paralleler Richtung) 1/30 oder weniger beträgt, eine Leitfähigkeit 50% IACS oder mehr, jedoch 55% IACS oder weniger beträgt, eine Zugfestigkeit von 170 MPa oder mehr, jedoch 280 MPa oder weniger beträgt.
Zu Beginn wird eine Erklärung für den Korndurchmesser gegeben, der von einer Blechoberfläche betrachtet wird.
Im Allgemeinen wird das Rippenmaterial auf dem Weg der Herstellung dem Tempern und anschließend dem Kaltwalzen unterzogen, um eine gegebene Dicke zu erhalten. Ein Korndurchmesser des Rippenmaterials vor dem Löten wird bestimmt durch den Korndurchmesser nach dem Tempern und dem anschließenden Kaltwalzen. Es ist im Allgemeinen so, dass das Kaltzwalz-Verhältnis des Rippenmaterials am Ende 50% oder weniger beträgt. Dementsprechend beträgt ein Verhältnis einer Länge in rechtwinkliger Richtung zur Walzrichtung eines einzelnen Korns des gebildeten Rippenmaterials, betrachtet von der Blechoberfläche, zu einer Länge des Korns in paralleler Richtung zur Walzrichtung (die Kornlänge in rechtwinkliger Richtung/die Kornlänge in paralleler Richtung) 1/2 oder mehr, vorausgesetzt, dass ein isometrischer Korndurchmesser durch das Tempern gebildet wird. Wenn das Verhältnis einer Länge in rechtwinkliger Richtung zur Walzrichtung eines einzelnen Korns, betrachtet von der Oberfläche nach dem Tempern, zu einer Länge des Korns in paralleler Richtung zur Walzrichtung (die Kornlänge in rechtwinkliger Richtung/die Kornlänge in paralleler Richtung) 1/10 ist, wird das Verhältnis 1/20 oder mehr, wenn das Rippenmaterial gebildet wird. Andererseits beträgt in der vorliegenden Erfindung ein Verhältnis einer Länge in rechtwinkliger Richtung zur Walzrichtung eines einzelnen Korns eines Rippenmaterials, betrachtet von der Blechoberfläche, zu einer Länge des Korns in paralleler Richtung zur Walzrichtung (die Kornlänge in rechtwinkliger Richtung/die Kornlänge in paralleler Richtung) 1/30 oder weniger, so dass die Kornstruktur weitgehend verschieden von jener eines Rippenmaterials im Allgemeinen ist. Damit die elektrische Leitfähigkeit und die mechanische Festigkeit des Rippenmaterials im Allgemeinen tatsächlich so modifiziert wird, dass sie in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt, und damit das so modifizierte Rippenmaterial dann zu einem Rippenmaterial mit dem Korndurchmesser der vorliegenden Erfindung verändert wird, ist nur dann der Fall, wenn ein feines Präzipitat dicht in dem Korn verteilt wird, wobei das Präzipitat dazu dient, eine Struktur zu bilden, wobei eine Unterkorngrenze durch das Präzipitat hochgesetzt wird.
Falls ein Verhältnis einer Länge in rechtwinkliger Richtung zur Walzrichtung eines einzelnen Korns des Rippenmaterials, betrachtet von der Blechoberfläche, zu einer Länge des Korns in paralleler Richtung zur Walzrichtung (die Kornlänge in rechtwinkliger Richtung/die Kornlänge in paralleler Richtung) 1/30 übersteigt, ist das Präzipitat im Rippenmaterial vergleichsweise grob und kaum dispergiert. In dem Rippenmaterial verbleibt daher auch nach dem Löten nur grobes Präzipitat, um welches Punkte einer lokalen Zelle gebildet werden, um die anti-korrosive Lebensdauer des Rippenmaterials selbst zu verkürzen. Ferner wird in diesem Fall die Unterkorngrenze nicht durch das Präzipitat nach oben gesetzt, so dass die Umkristallisation rasch im Verlauf des Lötens erfolgt, und somit die Bildung eines groben, präzipitierten Korns veranlasst.
Andererseits liegt das präzipitierte Korn dicht unter der Bedingung der vorliegenden Erfindung vor, so dass ein Verhältnis einer Länge in rechtwinkliger Richtung zur Walzrichtung eines einzelnen Korns des Rippenmaterials, betrachtet von der Blechoberfläche, zu einer Länge des Korns in paralleler Richtung zur Walzrichtung (die Kornlänge in rechtwinkliger Richtung/die Kornlänge in paralleler Richtung) 1/30 oder weniger beträgt. Falls das Löten in einem solchen Zustand durchgeführt wird, sind die präzipitierten Körner nicht in einer großen Menge vorhanden, insbesondere in der Umkristallisations-Korngrenze beim Erhitzen zum Löten. Obwohl intermetallische Verbindungen groß genug sind, um Punkte einer lokalen Zelle zu bilden, werden sie kleiner, so dass die anti-korrosive Eigenschaft des Rippenmaterials selbst verstärkt wird. Da ferner die Unterkorngrenze durch das Präzipitat heraufgesetzt wird, wird die Präzipitation bei einer Temperatur vor der Löttemperatur von etwa 500°C begünstigt, um eine Wirkung zu zeigen, dass die präzipitierten Körner fein verteilt werden. Daher beträgt das Verhältnis der Kornlänge in rechtwinkliger Richtung zur Kornlänge in paralleler Richtung 1/30 oder weniger, vorzugsweise 1/1000 bis 1/40, obwohl sie in der Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Bereich begrenzt ist.
Der vorstehend erwähnte Korndurchmesser wird erhalten, indem man eine Fotografie zur Beobachtung mit Hilfe eines optischen Mikroskops von dem Rippenmaterial nach dem Ätzen anfertigt, oder indem man die Fotografie unmittelbar einer Bildbearbeitung unterzieht. Falls das Verhältnis einer Kornlänge in rechtwinkliger Richtung zur Kornlänge in paralleler Richtung 1/100 oder weniger beträgt, wird eine Länge in paralleler Richtung zur Walzrichtung so groß, dass sie außerhalb des sichtbaren Bereichs liegen kann. In einem solchen Fall ist es offensichtlich, dass der Korndurchmesser die vorliegende Erfindung erfüllt. Vorausgesetzt, dass der Wert 1/100 oder weniger beträgt, besteht keine Notwendigkeit, einen wert von 1/100 oder weniger als ein Problem anzusehen.
Die elektrische Leitfähigkeit ist ein Index, der auf eine Menge von im festen Zustand gelösten Elementen in der Aluminiumlegierung hinweist. Wenn die Menge der im festen Zustand gelösten Elemente größer wird, wird die elektrische Leitfähigkeit geringer. Falls die elektrische Leitfähigkeit weniger als 50% IACS beträgt, sind die Mengen des im festen Zustand im Rippenmaterial gelösten Fe und Ni so groß, dass Fe und Ni in einer Umkristallisations-Korngrenze präzipitiert werden, die beim Erhitzen zum Löten des Rippenmaterials erzeugt wird. Da die Menge des Präzipitats entlang der Umkristallisations-Korngrenze nach dem Löten zunimmt, wird die Korrosion entlang der Korngrenze signifikant und die Korrosion tritt auf. In dem Rippenmaterial der Legierungsreihen ist das Korn in der Richtung der Dicke eines in der Mehrheit der Fälle. Da die Korrosion entlang der Grenze fortschreitet, wird daher das Rippenmaterial verschlissen und zerbricht in Stücke, um die antikorrosive Lebensdauer der Rippe zu verkürzen, vor der Korrosion des gesamten Körpers der Rippe. Falls die elektrische Leitfähigkeit 55% IACS übersteigt, wird die Menge des Präzipitats im Rippenmaterial übermäßig hoch, mit der Folge, dass das präzipitierte Korn im Verlauf des Erhitzens für das Löten erneut im festen Zustand gelöst wird. In diesem Fall bildet sich die wieder verfestigte Lösung um so leichter, je kleiner das Korn ist, und nur grobe Körner verbleiben in dem Rippenmaterial nach dem Löten. Somit werden Punkte lokaler Zellen um die groben, präzipitierten Körner herum in dem Rippenmaterial nach dem Löten gebildet, um die anti-korrosive Lebensdauer zu verkürzen. Daher beträgt die elektrische Leitfähigkeit 50 bis 55% IACS, vorzugsweise 52 bis 55% IACS, obwohl sie in der Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Bereich begrenzt ist.
Obwohl die elektrische Leitfähigkeit als ein Index der Wärmeleitfähigkeit des Rippenmaterials verwendet wird, stellt die elektrische Leitfähigkeit nach dem Löten ein Problem dar. Da das Erhitzen zum Löten bei einer Temperatur von etwa 600°C ausgeführt wird, zeigt das Erhitzen zum Löten die Funktion einer Solubilisierungsbehandlung, so dass die Menge der im festen Zustand gelösten Elemente (elektrische Leitfähigkeit) in dem Rippenmaterial nach dem Löten grob durch die Zusammensetzung der Legierung in dem Rippenmaterial bestimmt wird. Im Gegensatz dazu wird die elektrische Leitfähigkeit vor dem Löten in großem Maße von den Bedingungen der Hitzebehandlung im Verlauf der Herstellung des Rippenmaterials abhängen, und es gibt keine Korrelation zwischen der elektrischen Leitfähigkeit nach dem Löten.
Die Zugfestigkeit ist ein Index für die Menge der Dislokation, die in das Rippenmaterial eingeführt wird. Die Menge der Dislokation wird größer, wenn die Zugfestigkeit stärker wird. Falls die Zugfestigkeit weniger als 170 MPa beträgt, ist die Menge der eingeführten Dislokation zu gering, so dass die treibende Kraft für eine Umkristallisation gering wird. Bei der Umkristallisation während des Erhitzens für das Löten neigt die Korngrenze dazu, mit dem präzipitierten Korn heraufgesetzt zu werden, mit der Folge, dass eine große Menge der präzipitierten Körner in der Korngrenze des Rippenmaterials nach dem Erhitzen für das Löten vorhanden ist, und somit die Korrosionsbeständigkeit des Rippenmaterials verschlechtert. Falls die Zugfestigkeit 280 MPa übersteigt, wird die Verarbeitung für die Riffelung verschlechtert, um das Rippenmaterial für das Löten ungeeignet zu machen. Daher beträgt die Zugfestigkeit 170 bis 280 MPa, vorzugsweise 180 bis 240 MPa, obwohl sie in der Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Bereich begrenzt ist.
Eine Aufgabe des Rippenmaterials zum Löten der vorliegenden Erfindung wird erreicht, indem alle Faktoren des Korndurchmessers, der elektrischen Leitfähigkeit und der Zugfestigkeit erfüllt werden. Falls auch nur einer dieser Faktoren außerhalb der Bedingungen liegt, wird die gewünschte Metallstruktur nicht erhalten werden. Was noch angefügt werden muss, ist die Tatsache, dass die Erklärung zu den vorstehend erwähnten Gründen für die Begrenzungen auf der Voraussetzung beruhen, dass die beiden anderen Bedingungen mit dem Umfang der vorliegenden Erfindung zu tun haben. Für den Fall, dass die beiden anderen Bedingungen den Rahmen der vorliegenden Erfindung überschreiten, wird eine Situation eintreten, die von der vorstehend Erklärten verschieden ist.
Um den Korndurchmesser, die elektrische Leitfähigkeit und die Zugfestigkeit der vorliegenden Erfindung zu erhalten, wird die vorstehend erwähnte Legierung den Bearbeitungsschritten eines kontinuierlichen Gieß-Walz-Verfahrens unterzogen, wobei eine Wicklung hergestellt wird, und sie wird anschließend einem Kaltwalz-Schritt unterzogen, wobei die Wicklung kalt gewalzt wird, um eine Dicke für das Rippenmaterial zu erhalten. Im Verlauf dieser Bearbeitungsschritte wird eine optimale Hitzebehandlung durchgeführt. Das kontinuierliche Gieß-Walz-Verfahren bedeutet ein Verfahren, bei dem ein Streifen mit einer Dicke von einigen Millimetern kontinuierlich von einer geschmolzenen Aluminiumlegierung gegossen wird, und anschließend eine Wicklung hergestellt wird. Das Hunter-Verfahren und 3C-Verfahren sind als übliche Verfahren unter den kontinuierlichen Gieß-Walz-Verfahren bekannt. Im Vergleich mit dem Fall, bei dem ein Gussblock durch ein DC-Gießverfahren hergestellt und dem Heißwalzen unterzogen wird, um eine Wicklung zu ergeben, die eine Wanddicke von einigen Millimetern besitzt, ermöglicht es das kontinuierliche Gieß-Walz-Verfahren, bei dem eine Kühlrate während des Gießens hoch ist, dass intermetallische Verbindungen zum Zeitpunkt des Gießens fein auskristallisieren. Im Falle der Legierung der vorliegenden Erfindung, bei der eine große Menge an Fe enthalten ist, ist dieses Verfahren wirksam zur Steigerung der mechanischen Festigkeit. Als ein Ergebnis der Forschung, die von den vorliegenden Erfindern durchgeführt wurde, konnte es geklärt werden, dass im Vergleich zum DC-Verfahren Fe und Ni als Festkörper in einem übersättigten Zustand gelöst sind, und sie dadurch die Korrosionsbeständigkeit des Rippenmaterials selbst erhöhen.
Um die Struktur des Rippenmaterials der vorliegenden Erfindung zu erhalten, wird eine Wicklung durch ein kontinuierliches Gieß-Walzverfahren hergestellt und anschließend durch einen Kaltwalz-Schritt gewalzt, um ein Rippenmaterial mit einer Dicke von 0,10 mm oder weniger zu ergeben. Im Lauf dieser Arbeitsschritte wird mindestens zweimal ein Tempern bei einer Temperatur von 250°C oder höher, jedoch 500°C oder weniger durchgeführt, wobei das vorletzte Tempern mit einer Dicke von 0,4 mm oder mehr, jedoch 2 mm oder weniger durchgeführt wird, während das letzte Tempern unter solchen Erhitzungsbedingungen durchgeführt wird, dass die Umkristallisation nicht vervollständigt wird, um die gewünschte Struktur zu erhalten. Das Vorstehende ist lediglich ein Beispiel zur Erklärung des Rippenmaterials der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht so aufzufassen, als sei sie auf das Vorstehende beschränkt.
In der vorliegenden Erfindung ist das Rippenmaterial im Allgemeinen ein dünnwandiges Material mit einer Dicke von 0,1 mm oder weniger. Die vorliegende Erfindung betrifft das Löten eines Rippenblechs, welches eine hohe mechanische Festigkeit und eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, und somit besteht keine Notwendigkeit, ein Rippenmaterial zu erhalten, das eine hohe mechanische Festigkeit mit einer Wandstärke von mehr als 0,1 mm besitzt.
Das Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Probleme der Legierungen lösen, welche als groß in den Eigenschaften als ein Rippenmaterial zum Löten bekannt sind.
Hier bezeichnet der Ausdruck „Löten" das NB-Verfahren, VB-Verfahren und ähnliche, bis heute bekannte Verfahren. Das NB-Verfahren wird besonders empfohlen, da das NB-Verfahren in der Herstellungsgeschwindigkeit besser ist.
Die vorliegende Erfindung kann die Korrosionsbeständigkeit des Rippenmaterials selbst bemerkenswert verbessern, das als ein Rippenmaterial der Legierung der Al-Ni-Fe-Reihe bekannt ist, welches eine hohe mechanische Festigkeit und eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, und somit eine industriell hervorragende Wirkung erreicht.
Die vorliegende Erfindung wird auf der Grundlage der nachstehend angegebenen Beispiele in näheren Einzelheiten beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht so aufzufassen, als sei sie durch diese Beispiele begrenzt.
BEISPIEL
Eine Aluminiumlegierung mit einer Zusammensetzung wie in Tabelle 1 gezeigt wurde einem kontinuierlichen Gieß-Walzen unterzogen, um eine Wicklung mit einer Breite von 1000 mm und einer Dicke von 6 mm herzustellen. Die Wicklung wurde anschließend dem Kaltwalzen unterzogen, um ein Rippenmaterial mit einer Dicke von 0,06 mm herzustellen, wobei die Bedingungen des Temperns auf dem Weg variiert wurde, um Rippenmaterialen wie in Tabelle 2 gezeigt herzustellen. Ein Walzendurchmesser der verwendeten Maschine zum kontinuierlichen Gieß-Walzen war 618 mm. Für Vergleichszwecke wurde eine Wicklung mit einer Dicke von 6 mm mittels der Schritte des DC-Gießens, Schälens und Heißwalzens hergestellt, und anschließend dem Kaltwalzen und Tempern unterzogen, um Rippenmaterialien wie in Tabelle 2 gezeigt herzustellen.
Das erhaltene Rippenmaterial wurde zum NB-Löten bei 600°C für 3 Minuten erhitzt, und 1 Woche mittels des CASS-Tests getestet, um den Massenverlust des Rippenmaterials aufgrund der Korrosion zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 1
Gew.-%
Tabelle 3
Die Ergebnisse der vorstehenden Tabellen zeigen offensichtlich, dass die Rippenmaterialien der vorliegenden Erfindung einen äußerst geringen Massenverlust aufgrund der Korrosion aufweisen, und zeigen somit, dass die Korrosionsbeständigkeit des Rippenmaterials selbst ausgezeichnet ist.
Nachdem wir unsere Erfindung in Bezug auf die vorliegenden Ausführungsformen beschrieben haben, ist es unsere Absicht, mitzuteilen, dass die Erfindung nicht auf irgendeine Einzelheit der Beschreibung begrenzt ist, falls nicht anders angegeben, sondern vielmehr breit innerhalb der Vorstellung und des Rahmens aufzufassen ist, wie er durch die begleitenden Ansprüche festgelegt wird.

Claims

Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten, welches aus einer Aluminiumlegierung zusammengesetzt ist, umfassend mehr als 0,1 Gew.-%, jedoch 3 Gew.-% oder weniger Ni, mehr als 1,5 Gew.-%, jedoch 2,2 Gew.-% oder weniger Fe, und 1,2 Gew.-% oder weniger Si, und mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 4 Gew.-% oder weniger Zn, 0,3 Gew.-% oder weniger In, und 0,3 Gew.-% oder weniger Sn, und gegebenenfalls darüber hinaus mindestens ein Element umfassend, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 3,0 Gew.-% oder weniger Co, 0,3 Gew.-% oder weniger Cr, 0,3 Gew.-% oder weniger Zr, 0,3 Gew.-% oder weniger Ti, 1 Gew.-% oder weniger Cu, 0,3 Gew.-% oder weniger Mn, und 1 Gew.-% oder weniger Mg, sowie etwaige unvermeidliche Verunreinigungen, wobei der Rest aus Aluminium besteht, wobei ein Verhältnis einer Länge in rechtwinkliger Richtung zur Walzrichtung eines einzelnen Korns, gesehen von der Blechoberfläche, zur Länge des Korns in paralleler Richtung zur Walzrichtung (die Kornlänge in rechtwinkliger Richtung/die Kornlänge in paralleler Richtung) 1/30 oder weniger beträgt, wobei eine elektrische Leitfähigkeit 50% IACS oder mehr, jedoch 55% IACS oder weniger beträgt, und eine Zugfestigkeit 170 MPa oder mehr, jedoch 280 MPa oder weniger beträgt.
Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumlegierung 0,9 Gew.-% oder mehr, jedoch 2 Gew.-% oder weniger Ni enthält.
Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aluminiumlegierung mehr als 1,5 Gew.-%, jedoch 2,0 Gew.-% oder weniger Fe enthält.
Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Aluminiumlegierung 0,4 bis 0,7 Gew.-% Si enthält.
Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Aluminiumlegierung 0,3 bis 1,0 Gew.-% Zn enthält.
Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Aluminiumlegierung 0,3 bis 2,0 Gew.-% Co enthält.
Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Aluminiumlegierung mehr als 0,05 Gew.-%, jedoch 0,3 Gew.-% oder weniger Cu enthält.
Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis der Kornlänge in rechtwinkliger Richtung/Kornlänge in paralleler Richtung 1/1000 bis 1/40 beträgt.
Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrische Leitfähigkeit 52 bis 55% IACS beträgt.
Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung zum Löten nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zugfestigkeit 180 bis 240 MPa beträgt.