EP1505163A2 - Hochfeste Aluminium-Legierung für Wärmetauscher - Google Patents

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EP1505163A2
EP1505163A2 EP03029964A EP03029964A EP1505163A2 EP 1505163 A2 EP1505163 A2 EP 1505163A2 EP 03029964 A EP03029964 A EP 03029964A EP 03029964 A EP03029964 A EP 03029964A EP 1505163 A2 EP1505163 A2 EP 1505163A2
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EP
European Patent Office
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aluminum alloy
aluminum
cold
strip
rolling
Prior art date
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Withdrawn
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EP03029964A
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English (en)
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EP1505163A3 (de
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Lothar Dr Löchte
Wolf-Dieter Finkelnburg
Pascal Dr. Wagner
Raimund Sicking
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Hydro Aluminium Deutschland GmbH
Original Assignee
Hydro Aluminium Deutschland GmbH
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Publication date
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Priority to AU2004259849A priority patent/AU2004259849A1/en
Priority to KR1020067001679A priority patent/KR20060030910A/ko
Priority to EP04763503A priority patent/EP1649070A1/de
Priority to JP2006521503A priority patent/JP2007500784A/ja
Priority to EA200600211A priority patent/EA200600211A1/ru
Priority to PCT/EP2004/008359 priority patent/WO2005010223A1/de
Priority to CA002533428A priority patent/CA2533428A1/en
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Publication of EP1505163A3 publication Critical patent/EP1505163A3/de
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    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/05—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys of the Al-Si-Mg type, i.e. containing silicon and magnesium in approximately equal proportions

Definitions

  • the invention relates to a cold-curing Aluminum alloy for heat exchangers, a process for Production of a cold-hardenable aluminum strip as well an aluminum band or sheet.
  • Heat exchangers consisting of aluminum or aluminum alloys used. It has the use of aluminum Location of the previously used non-ferrous metal heat exchanger at comparable size and performance the weight of Heat exchanger almost halved.
  • Heat exchanger made of aluminum or an aluminum alloy are used today in the Motor vehicle usually for cooling the cooling water, oil and used in air conditioners.
  • Heat exchanger for Motor vehicles are usually made of aluminum bands or sheets produced by the individual prefabricated components of the heat exchanger, such as For example, fins, pipes and manifolds, by soldering be connected to each other.
  • the burdens in the practical use on such manufactured, in Automobiles built-in components due to jerky vibrations, longer lasting Vibrations, corrosive attack and the like act, are significant.
  • the present invention thus has the object based, a cold-hardenable aluminum alloy for Heat exchanger, a process for producing a Aluminum strip for heat exchangers and a corresponding To provide aluminum strip or sheet, which or which the economic use of the Inert gas soldering for the production of heat exchangers allows and at the same time high strength values after has a cold aging after soldering.
  • the above-mentioned and pointed out object for an aluminum alloy is achieved in that the aluminum alloy has the following alloy constituents in% by weight: Si ⁇ 0.7%, 0.1% ⁇ Mg ⁇ 0.3%, Fe ⁇ 0.3%, Cu ⁇ 0.2%, Ti ⁇ 0.2%, Mn ⁇ 0.1%, Cr ⁇ 0.1%, Zn ⁇ 0.1%, unavoidable accompanying elements individually max. 0.1%, in total max. 0.15% and balance aluminum.
  • the aluminum alloy according to the invention is readily suitable for inert gas soldering with non-corrosive fluxes, since reaction with the fluxes is only possible in small extent and can be dispensed with the use of expensive cesium-containing flux.
  • a Ti content of a maximum of 0.2% by weight has a positive effect on the Resistance of the invention Aluminum alloy against corrosion as the Alloying element Ti for grain refining of the microstructure Aluminum alloy contributes and thus one Corrosion attack evened.
  • the Zn content be limited to a maximum of 0.1 wt .-%.
  • the strength of the aluminum alloy according to the invention can, according to a first advantageous embodiment, by cold aging after soldering further characterized be increased that the aluminum alloy Si, Mg and Contains Cu as the main alloying elements.
  • Forming the method according to the invention produced tape in prefabricated components for the Heat exchangers, such as fins, pipes or Distributor, to facilitate this, by cold rolling on a final thickness of a maximum of 2 mm cold rolled strip one final annealing at a minimum of 300 ° C, preferably 350 ° C, subjected.
  • the alloy composition of the aluminum alloy in conjunction with the method features described above, it is possible on the basis of conventional alloying elements (Mg, Si, Cu) to produce heat exchangers which, after inert gas soldering and cold aging of about 30 days at room temperature, have yield strengths of RP 0.2 ⁇ 65MPa and are therefore particularly well suited for the enormous loads in the motor vehicle.
  • the inert gas soldering can be used without cesium-containing flux, so that an economical production is made possible.
  • a particularly high process reliability when soldering the Heat exchanger can be achieved by the Rolling bars after homogenizing with an aluminum solder is plated. That made from this rolling ingot Aluminum strip has a uniform layer of one Aluminum solder on which during soldering too special homogeneous and uniform solder joints, for example, between the fins, pipes and Distributors of the heat exchanger, leads. Will only one page the aluminum strip according to the invention with a Aluminum solder clad, may be the other side for example, with a serving as corrosion protection Alloy plated or coated.
  • aluminum solder is an aluminum alloy having a silicon content of 6 to 13% by weight, especially an AlSi7 or AlSi10 alloy, used, which is particularly good for inert gas soldering Wetting ability with respect to the wetting of in non-oxidizing atmosphere of remaining oxide layers on the components to be soldered with the heat exchanger Aluminum solder have.
  • the aluminum strip according to the invention or sheet metal has a maximum thickness of 2 mm, in particular 1 mm, on. Due to the higher strength compared to conventional Materials can in the use of the invention Aluminumbandes the strip thickness can be further reduced and thus material in the production of heat exchangers saved and a further reduction in the weight of Heat exchangers are achieved. The operational safety of Heat exchanger, even at higher operating pressures, due to the higher strength of the aluminum alloy not affected.
  • the single figure shows schematically a Production path for the realization of a Embodiment of a method for production a cold-hardenable aluminum strip for heat exchangers according to the second teaching of the invention.
  • the production path shown in the single figure comprises in a first step the ingot casting 1 made of an aluminum alloy.
  • the aluminum alloy of the exemplary embodiment in this case has the following alloy constituents in% by weight 0.60% ⁇ Si ⁇ 0.70%, 0.12% ⁇ Fe ⁇ 0.30%, 0.08% ⁇ Cu ⁇ 0.20%, 0.04% ⁇ Mn ⁇ 0.08%, 0.12% ⁇ Mg ⁇ 0.30%, Cr ⁇ 0.05%, Zn ⁇ 0.05%, 0.08% ⁇ Ti ⁇ 0.20%, B ⁇ 50 ppm, unavoidable accompanying elements max. 0.03%, in total max. 0.1% and the balance aluminum.
  • the low boron content of a maximum of 50 ppm improves the Recyclability of the aluminum alloy.
  • the from the just described aluminum alloy in the DC process cast ingots are then placed in a Homogenization stage 2 homogenized. Especially good Results regarding the homogenisation of the Roll ingots were used at a temperature of 575 ° C for more than 6 hours, in particular 12 hours. Afterwards the homogenization will be the rolling ingots on one Tandem framework 3a to a thickness of for example 7 mm hot rolled, in particular the final temperature at Hot rolling more than 300 ° C, preferably 330 ° C, amount must, in order to optimize the structure education during the To ensure hot rolling.
  • the Hot rolling but also on a Reversiergerüst 3 be carried out and on a not shown Reel wound and on the hot rolling in tandem framework 3a be waived.
  • the ensuing Cold rolling to a final thickness of about 1 mm is done on single or multi-stand rollers 4.
  • Like hot rolling may also be alternative to cold rolling done reversing on a Reversiergerüst.
  • the ingot after being homogenized in the homogenization stage 2, the ingot may be clad with an aluminum braze, for example of an AlSi7 or ALSi10 alloy, to subsequently apply an aluminum braze prior to brazing to avoid the heat exchangers produced from the strip according to the invention.
  • the ingot must be heated to a tempering temperature of at least 400 ° C, preferably 450 ° C before hot rolling.
  • soldering produced from the aluminum strip or sheet heat exchanger according to the invention could in particular in inert gas soldering waiving cesium-containing flux with temperatures up to 600 ° C and typical cooling rates of 30 ° C / min from 600 ° C to 200 ° C and a cold aging of approx. 30 days at room temperature after soldering particularly high strength values of the heat exchanger, in particular values for the elastic limit of RP 0.2 ⁇ 65 Mpa, can be achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine kaltaushärtbare Aluminiumlegierung für Wärmetauscher, ein Verfahren zur Herstellung eines kaltaushärtbaren Aluminiumbandes sowie ein Aluminiumband oder -blech. Die Aufgabe, eine kaltaushärtbare Aluminiumlegierung für Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, welche den wirtschaftlichen Einsatz des Schutzgaslötens bei der Herstellung von Wärmetauschern ermöglicht und gleichzeitig hohe Festigkeitswerte nach einer Kaltauslagerung nach dem Löten aufweist, wird dadurch gelöst, dass die Aluminiumlegierung folgende Legierungsanteile in Gew.-% aufweist: Si <= 0,7%, ; 0,1% <= Mg <= 0,3%, ; Fe <= 0,3%, ; Cu <= 0,2%, ; Ti <= 0,2%, ; Mn <= 0,1%, ; Cr <= 0,1%, ; Zn <= 0,1%, unvermeidbare Begleitelemente einzeln max. 0,1%, in Summe max. 0,15% und als Rest Aluminium. Für die Zusammenfassung wird die einzige Figur vorgeschlagen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine kaltaushärtbare Aluminiumlegierung für Wärmetauscher, ein Verfahren zur Herstellung eines kaltaushärtbaren Aluminiumbandes sowie ein Aluminiumband oder -blech.
Im Automobilbereich werden zunehmend Wärmetauscher bestehend aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen eingesetzt. Dabei hat die Verwendung von Aluminium an Stelle der früher gebräuchlichen Buntmetall-Wärmetauscher bei vergleichbarer Größe und Leistung das Gewicht der Wärmetauscher nahezu halbiert. Wärmetauscher aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung werden heutzutage im Kraftfahrzeug zumeist zur Kühlung des Kühlwassers, Öls und in Klimaanlagen eingesetzt. Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge werden üblicherweise aus Aluminium-Bändern oder -blechen hergestellt, indem die einzelnen vorgefertigten Komponenten des Wärmetauschers, wie beispielsweise Lamellen, Rohre und Verteiler, durch Löten miteinander verbunden werden. Die Belastungen, die im praktischen Einsatz auf derart hergestellte, in Kraftfahrzeugen eingebaute Bauteile aufgrund von stoßartigen Erschütterungen, länger andauernden Vibrationen, Korrosionsangriff und ähnlichem einwirken, sind erheblich. Dies betrifft insbesondere die Lamellen, über welche die Wärmeabfuhr erfolgt. Trotz der erheblichen Belastungen und steigender Betriebsdrücke der Wärmetauscher im Kraftfahrzeug besteht weiterhin der Trend zur Gewichtseinsparung im Kraftfahrzeug und damit zu einer weiteren Wanddickenreduzierung der Wärmetauscher. Dies führt jedoch zu weiter steigenden Festigkeitsanforderungen an die Aluminiumlegierung der Wärmetauscher, insbesondere nach dem Löten. Zum Löten der Wärmetauscher steht einerseits das Vakuumlöten ohne Flussmittel sowie das Schutzgaslöten mit nicht-korrosiven Flussmitteln zur Verfügung. Die bisher beim Vakuumlöten von Wärmetauschern eingesetzten kaltaushärtbaren Aluminiumlegierungen, beispielsweise die Aluminiumlegierung AA6063 (AlMgO, 7Si), AA6061 (AlMglSiCu) oder AA6951 (AlMgO, 6SiCu) weisen relativ hohe Magnesiumgehalte auf, um einerseits beim Lötprozess im Vakuum durch "Gettern" eine Oxidation des geschmolzenen Aluminiumlots auf den zu lötenden Bauteilen zu verhindern und damit eine einwandfreie Lötverbindung ohne Flussmittel zu gewährleisten und andererseits bei einer Kaltauslagerung nach dem Löten hohe Festigkeitswerte der gelöteten Wärmetauscher zu erzielen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass die Aufrechterhaltung des Gasschutzes und die Reinheitsanforderung an die zu lötenden Bauteile kostenintensiv ist. Das alternative Schutzgaslöten erfordert zwar unter diesen Gesichtspunkten weniger Aufwand und ermöglicht zudem bis zu 20 % kürzere Lötzyklen, jedoch ist der Einsatz der vom Vakuumlöten bekannten Aluminiumlegierung mit hohen Magnesiumgehalten nicht möglich, da das Magnesium während des Lötens mit den nicht-korrosiven Flussmittel reagiert. Dies kann nur durch den Einsatz teuerer cäsiumhaltiger Flussmittel verhindert werden. Ferner besteht die Möglichkeit hoch kupferhaltige Aluminiumlegierung einzusetzen (Cu-Gehalt > 0,5 %), welche jedoch beim Gießen zur Warmrissigkeit neigen und daher erhöhte Anforderungen an das Gießen der Walzbarren stellt, welches unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten als kritisch anzusehen ist. Zudem besteht bei erhöhten Cu-Gehalten die Gefahr einer Sensibilisierung für Lochfraß- bzw. Korngrenzenkorrosion, wenn Kupfer in entsprechend ausgeschiedener Form im Gefüge vorliegt. Schließlich kann beim Schutzgaslöten eine Aluminiumlegierung mit einer Zwischenplattierung als Diffusionssperrschicht eingesetzt werden, so dass eine kaltaushärtbare Aluminiumlegierung mit relativ hohen Magnesium-Gehalten als Kernmaterial einsetzbar ist. Allerdings ist die Zwischenplattierung mit einer Diffusionssperrschicht mit zusätzlichen Kosten verbunden, so dass eine wirtschaftliche Fertigung von Wärmetauschern ebenfalls nicht erreicht werden kann.
Die Herstellung von Wärmetauschern durch Löten von aus den oben angegebenen Aluminiumlegierungen bestehenden Komponenten ist beispielsweise aus der US-Patentschrift US 4,214,925 bekannt.
Ausgehend von dem zuvor aufgezeigten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine kaltaushärtbare Aluminiumlegierung für Wärmetauscher, ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumbandes für Wärmetauscher sowie ein entsprechendes Aluminiumband oder -blech zur Verfügung zu stellen, welche bzw. welches den wirtschaftlichen Einsatz des Schutzgaslötens zur Herstellung von Wärmetauschern ermöglicht und gleichzeitig hohe Festigkeitswerte nach einer Kaltauslagerung nach dem Löten aufweist.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe für eine Aluminiumlegierung dadurch gelöst, dass die Aluminiumlegierung die folgenden Legierungsbestandteile in Gew.-% aufweist: Si ≤ 0,7%, 0,1% ≤ Mg ≤ 0,3%, Fe ≤ 0,3%, Cu ≤ 0,2%, Ti ≤ 0,2%, Mn ≤ 0,1%, Cr ≤ 0,1%, Zn ≤ 0,1%,    unvermeidbare Begleitelemente einzeln max. 0,1%, in Summe max. 0,15% sowie Rest Aluminium.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass aus einer die oben angegebenen Legierungsanteile enthaltenden Aluminiumlegierung bestehende Wärmetauscher nach einer Kaltauslagerung bei Raumtemperatur nach dem Löten die für den Einsatz in Kraftfahrzeugen notwendige Festigkeit, insbesondere Streckgrenze RP0,2, aufweist, ohne dass weitere Wärmebehandlungen notwendig sind. Ursache hierfür ist die Kombination der erfindungsgemäßen Si- und Mg-Gehalte, welche feinverteilte Ausscheidungen vom Typ Mg2Si in der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung bilden und zu einer Festigkeitssteigerung durch Kaltauslagerung bei Raumtemperatur führen. Dabei streben die Festigkeitswerte der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung nach ca. 30 Tagen Kaltauslagerung bei Raumtemperatur einen maximalen Wert an. Darüber hinaus ist aufgrund des geringen Mg-Gehalts von mindestens 0,1 Gew.-% bis maximal 0,3 Gew.-% die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung ohne weiteres für das Schutzgaslöten mit nicht-korrosiven Flussmitteln geeignet, da eine Reaktion mit den Flussmitteln nur in geringem Maße erfolgt und auf den Einsatz teuerer cäsiumhaltiger Flussmittel verzichtet werden kann.
Durch die Begrenzung des Fe-Gehalts auf maximal 0,3 Gew.-% wird gewährleistet, das Si in der Aluminiumlegierung in gelöstem Zustand vorliegt. Ferner gewährleisten die geringen Cu-Gehalte von maximal 0,2 Gew.-% einerseits, dass der Festigkeitsanstieg beim Kaltauslagern gesteigert werden kann, andererseits wird durch diese Begrenzung des Cu-Gehaltes die Empfindlichkeit der Festigkeit der Aluminiumlegierung von der Abkühlrate nach dem Löten verringert. Ebenfalls zur Begrenzung der Abhängigkeit der Festigkeit der Aluminiumlegierung von der Abkühlrate nach dem Löten muss der Mn-Gehalt auf maximal 0,1 Gew.-% beschränkt werden. Cr-Gehalte von maximal 0,1 Gew.-% steigern dagegen die Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung. Darüber hinaus hat ein Ti-Gehalt von maximal 0,2 Gew.-% einen positiven Effekt auf die Wiederstandsfähigkeit der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung gegen Korrosion, da das Legierungselement Ti zur Kornfeinung des Gefüges der Aluminiumlegierung beiträgt und somit einen Korrosionsangriff vergleichmäßigt. Zur Vermeidung des negativen Effektes von Zink auf die Korrosion der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung muss der Zn-Gehalt auf maximal 0,1 Gew.-% beschränkt werden.
Die Festigkeit der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung kann, gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung, durch Kaltauslagerung nach dem Löten weiter dadurch gesteigert werden, dass die Aluminiumlegierung Si, Mg und Cu als Hauptlegierungselemente enthält.
Um ein Erweichen der zu lötenden Komponenten eines Wärmetauschers während des Lötens zu vermeiden, ist es zur Durchführung eines einwandfreien Lötverfahrens vorteilhaft, wenn die Solidustemperatur der Aluminiumlegierung 610 °C nicht unterschreitet, da üblicherweise das Löten bei Temperaturen bis zu 600 °C erfolgt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Summe der Legierungsanteile von Si, Mg und Cu 1,2 Gew.-% nicht übersteigt. Dabei bewirken Legierungselemente im allgemeinen eine Erniedrigung der Solidustempratur, wobei Si eine um den Faktor 1,2 stärkere Erniedrigung der Solidustemperatur der Aluminiumlegierung als Mg und Mg wiederum eine um Faktor 3,5 wirksamere Erniedrigung der Solidustemperatur als Cu verursacht.
Dies gilt nicht für das Legierungselement Ti, so dass eine Erhöhung der Solidustemperatur der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung dadurch erreicht werden kann, dass die Aluminiumlegierung als Legierungsbestandteil Ti aufweist.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass
  • ein Walzbarren aus einer erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung im konventionellen Barren-Guss-Verfahren gegossen wird,
  • der Walzbarren bei 500 bis 600 °C für mehr als 6 h, insbesondere für mehr als 12 h, homogenisiert wird und bei mindestens 400 °C, vorzugsweise 450°C, zu einem Band warmgewalzt wird, wobei die Endtemperatur beim Warmwalzen mindestens 300 °C beträgt,
  • das warmgewalzte Band auf Enddicke kaltgewalzt wird und anschließend einer Weichglühung bei mindestens 300 °C, vorzugsweise 350°C, unterzogen wird.
Durch die Homogenisierung des im konventionellen Barren-Guss-Verfahren gegossenen Walzbarren bei Temperaturen von 500 bis 600 °C für mehr als 6 Stunden, insbesondere für mehr als 12 Stunden, wird erreicht, dass auch diffusionsträge Elemente wie Mangan und Chrom beim Abkühlen der Schmelze fein dispers ausgeschieden werden. Durch das Warmwalzen bei mindestens 400 °C wird ein im Hinblick auf die Verformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit optimiertes Gefüge des Warmbandes erzeugt, wobei die Endwalztemperatur beim Warmwalzen mindestens 300 °C betragen muss, um einerseits eine ausreichende Verformbarkeit des Walzbarrens und andererseits eine optimierte Gefügeausbildung während des Warmwalzens zu gewährleisten. Die Warmbandenddicken können dabei, beispielsweise weniger als 9 mm betragen. Um das Umformen des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bandes in vorgefertigte Komponenten für den Wärmetauscher, beispielsweise Lamellen, Rohre oder Verteiler, zu erleichtern, wird das durch Kaltwalzen auf eine Enddicke von maximal 2 mm kaltgewalzte Band einem abschließenden Weichglühen bei mindestens 300 °C, vorzugsweise 350 °C, unterzogen.
Durch die Kombination der Legierungszusammensetzung der Aluminiumlegierung in Verbindung mit den zuvor beschriebenen Verfahrensmerkmalen können auf Basis konventioneller Legierungselemente (Mg, Si, Cu) Wärmetauscher hergestellt werden, die nach einem Schutzgaslöten und einer Kaltauslagerung von ca. 30 Tagen bei Raumtemperatur Streckgrenzen von RP0,2 ≥ 65MPa aufweisen und daher für die enormen Belastungen im Kraftfahrzeug besonders gut geeignet sind. Darüber hinaus kann zur Herstellung der Wärmetauscher das Schutzgaslöten unter Verzicht auf cäsiumhaltige Flussmittel angewendet werden, so dass eine wirtschaftliche Herstellung ermöglicht wird.
Erfolgt das Warmwalzen und/oder das Kaltwalzen reversierend oder einsinnig auf ein- oder mehrgerüstigen Walzen, so kann das erfindungsgemäße Verfahren im Hinblick auf das reduzierende Walzen mit konventionellen Mitteln und Vorrichtungen durchgeführt werden.
Eine besonders hohe Prozesssicherheit beim Löten der Wärmetauscher kann dadurch erzielt werden, dass der Walzbarren nach dem Homogenisieren mit einem Aluminiumlot plattiert wird. Das aus diesem Walzbarren hergestellte Aluminiumband weist eine gleichmäßige Schicht eines Aluminiumlotes auf, welches beim Löten zu besonders homogenen und gleichmäßigen Lötverbindungen, beispielsweise zwischen den Lamellen, Rohren und Verteilern des Wärmetauschers, führt. Wird nur eine Seite des erfindungsgemäßen Aluminiumbandes mit einem Aluminiumlot plattiert, kann die andere Seite beispielsweise mit einer als Korrosionsschutz dienenden Legierung plattiert oder beschichtet werden.
Vorzugsweise wird als Aluminiumlot eine Aluminiumlegierung mit einem Silizium-Gehalt von 6 bis 13 Gew.-%, insbesondere eine AlSi7- oder AlSi10-Legierung, verwendet, welche beim Schutzgaslöten ein besonders gutes Benetzungsvermögen im Hinblick auf die Benetzung von in nicht oxidierender Atmosphäre verbliebener Oxidschichten auf den zu lötenden Komponenten des Wärmetauschers mit Aluminiumlot aufweisen.
Schließlich wird die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung durch ein Aluminiumband oder -blech zur Herstellung von Wärmetauschern, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, gelöst. Wie bereits ausgeführt, weist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Aluminiumband oder -blech nach einer Kaltauslagerung nach dem Löten verbesserte Festigkeitswerte, insbesondere Dehngrenze, auf, so dass die Wandstärken der Wärmetauscher weiter reduziert werden können. Darüber hinaus kann das Schutzgaslöten mit nicht-korrosiven Flussmitteln unter Verzicht auf cäsiumhaltige Flussmittel zur Herstellung der Wärmetauscher eingesetzt werden.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Aluminiumband oder - blech eine Dicke von maximal 2 mm, insbesondere 1 mm, auf. Durch die höhere Festigkeit gegenüber konventionellen Werkstoffen kann bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Aluminiumbandes die Banddicke weiter reduziert werden und somit Material bei der Herstellung von Wärmetauschern eingespart und eine weitere Reduzierung des Gewichtes der Wärmetauscher erzielt werden. Die Betriebssicherheit des Wärmetauschers wird, selbst bei höheren Betriebsdrücken, aufgrund der höheren Festigkeit der Aluminiumlegierung dabei nicht beeinträchtigt.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die kaltaushärtbare Aluminiumlegierung für Wärmetauscher gemäß der ersten Lehre der Erfindung, das Verfahren zur Herstellung eines kaltaushärtbaren Aluminiumbandes für Wärmetauscher gemäß der zweiten Lehre der Erfindung sowie das erfindungsgemäße Aluminiumband oder -blech zur Herstellung von Wärmetauschern gemäß der dritten Lehre der Erfindung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1, 5 und 9 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines kaltaushärtbaren Aluminiumbandes für Wärmetauscher gemäß der zweiten Lehre der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur schematisch einen Fertigungsweg zur Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines kaltaushärtbaren Aluminiumbandes für Wärmetauscher gemäß der zweiten Lehre der Erfindung.
Der in der einzigen Figur dargestellte Fertigungsweg umfasst in einem ersten Schritt den Barrenguss 1 aus einer Aluminiumlegierung. Die Aluminiumlegierung des Ausführungsbeispiel weist dabei die folgenden Legierungsbestandteile in Gew.-% auf 0,60% ≤ Si ≤ 0,70%, 0,12% ≤ Fe ≤ 0,30%, 0,08% ≤ Cu ≤ 0,20%, 0,04% ≤ Mn ≤ 0,08%, 0,12% ≤ Mg ≤ 0,30%, Cr < 0,05%, Zn < 0,05%, 0,08% ≤ Ti ≤ 0,20%, B < 50 ppm,    unvermeidbare Begleitelemente max. 0,03%, in Summe max. 0,1% sowie als Rest Aluminium.
Der geringe Bor-Gehalt von maximal 50 ppm verbessert die Recyclingfähigkeit der Aluminiumlegierung. Die aus der eben beschriebenen Aluminiumlegierung im DC-Verfahren gegossenen Walzbarren werden anschließend in einer Homogenisierungsstufe 2 homogenisiert. Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Homogenisierung des Walzbarrens wurden bei einer Temperatur von 575 °C für mehr als 6 h, insbesondere 12 h erreicht. Anschließend an die Homogenisierung werden die Walzbarren auf einem Tandem-Gerüst 3a auf eine Dicke von beispielsweise 7 mm warmgewalzt, wobei insbesondere die Endtemperatur beim Warmwalzen mehr als 300 °C, vorzugsweise 330 °C, betragen muss, um eine optimierte Gefügeausbildung während des Warmwalzens zu gewährleisten. Alternativ kann das Warmwalzen aber auch auf einem Reversiergerüst 3 durchgeführt werden und auf einem nicht dargestellten Haspel aufgewickelt und auf das Warmwalzen im Tandem-Gerüst 3a verzichtet werden. Das sich anschließende Kaltwalzen auf eine Enddicke von etwa 1 mm erfolgt auf ein- oder mehrgerüstigen Walzen 4. Wie das Warmwalzen kann das Kaltwalzen ebenfalls alternativ auf einem Reversiergerüst reversierend erfolgen. Durch eine abschließende Weichglühung bei etwa 350 °C in einem Kammerofen 5 wird das Aluminiumband in einen Zustand möglichst geringer Festigkeit und hoher Dehnung überführt, um nachfolgende Umformarbeiten bei der Herstellung der Komponenten der Wärmetauscher zu erleichtern.
Alternativ zu dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bandes für Wärmetauscher kann der Walzbarren nach dem Homogenisieren in der Homogenisierungsstufe 2 mit einem Aluminiumlot, beispielsweise aus einer AlSi7- oder ALSi10-Legierung plattiert werden, um das nachträgliche Auftragen eines Aluminiumlotes vor dem Löten von dem aus dem erfindungsgemäßen Band hergestellten Wärmetauschern zu vermeiden. Hierzu muss der Walzbarren vor dem Warmwalzen auf eine Anwalztemperatur von mindestens 400 °C, vorzugsweise 450 °C, aufgeheizt werden. Beim Löten von aus dem erfindungsgemäßen Aluminiumband oder -blech hergestellten Wärmetauschern konnten insbesondere beim Schutzgaslöten unter Verzicht auf cäsiumhaltige Flussmittel mit Temperaturen bis 600 °C und typischen Abkühlgeschwindigkeiten von 30 °C/min von 600 °C bis 200 °C sowie einer Kaltauslagerung von ca. 30 Tagen bei Raumtemperatur nach dem Löten besonders hohe Festigkeitswerte des Wärmetauschers, insbesondere Werte für die Dehnungsgrenze von RP0,2 ≥ 65 Mpa, erzielt werden.

Claims (10)

  1. Kaltaushärtbare Aluminiumlegierung für Wärmetauscher
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aluminiumlegierung die folgenden Legierungsbestandteile in Gew.-% aufweist: Si ≤ 0,7%, 0,1% ≤ Mg ≤ 0,3%, Fe ≤ 0,3%, Cu ≤ 0,2%, Ti ≤ 0,2%, Mn ≤ 0,1%, Cr ≤ 0,1%, Zn ≤ 0,1%, unvermeidbare Begleitelemente einzeln max. 0,1%, in Summe max. 0,15% sowie als Rest Aluminium.
  2. Kaltaushärtbare Aluminiumlegierung nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aluminiumlegierung Si, Mg und Cu als Hauptlegierungselemente enthält.
  3. Kaltaushärtbare Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Summe der Legierungsanteile von Si, Mg und Cu 1,2 Gew.-% nicht übersteigt.
  4. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aluminiumlegierung als Legierungsbestandteil Ti aufweist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines kaltaushärtbaren Aluminiumbandes für Wärmetauscher aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Walzbarren im konventionellen Barren-Guss-Verfahren gegossen wird,
    der Walzbarren bei 500 bis 600 °C für mehr als 6 h, insbesondere für mehr als 12 h, homogenisiert wird,
    der Walzbarren bei mindestens 400 °C, vorzugsweise 450 °C, zu einem Band warmgewalzt wird, wobei die Endtemperatur beim Warmwalzen mindestens 300 °C beträgt,
    das warmgewalzte Band auf Enddicke kaltgewalzt wird und anschließend einer Weichglühung bei mindestens 300 °C, vorzugsweise 350 °C, unterzogen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Warmwalzen und/oder das Kaltwalzen reversierend oder einsinnig auf ein- oder mehrgerüstigen Walzen erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Walzbarren nach dem Homogenisieren mit einem Aluminiumlot plattiert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Aluminiumlot eine Aluminiumlegierung mit einem Silizium-Gehalt von 6 - 13 Gew.-%, insbesondere eine AlSi7- oder AlSi10-Legierung, verwendet wird.
  9. Aluminiumband oder -blech zur Herstellung von Wärmetauschern bestehend aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8.
  10. Aluminiumband oder -blech nach Anspruch 9
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Aluminiumband oder -blech eine Dicke von maximal 2 mm, vorzugsweise 1 mm, aufweist.
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