EP1793991A2 - Verbundwerkstoff auf aluminiumbasis für einen wärmetauscher - Google Patents

Verbundwerkstoff auf aluminiumbasis für einen wärmetauscher

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Publication number
EP1793991A2
EP1793991A2 EP05782804A EP05782804A EP1793991A2 EP 1793991 A2 EP1793991 A2 EP 1793991A2 EP 05782804 A EP05782804 A EP 05782804A EP 05782804 A EP05782804 A EP 05782804A EP 1793991 A2 EP1793991 A2 EP 1793991A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
aluminum
base material
composite material
heat exchanger
based composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05782804A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Schnitzlbaumer
Gerhard Gerner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aluminium Ranshofen Walzwerk GmbH
Amag Rolling GmbH
Original Assignee
Aluminium Ranshofen Walzwerk GmbH
Amag Rolling GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aluminium Ranshofen Walzwerk GmbH, Amag Rolling GmbH filed Critical Aluminium Ranshofen Walzwerk GmbH
Publication of EP1793991A2 publication Critical patent/EP1793991A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/016—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic all layers being formed of aluminium or aluminium alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to an aluminum-based composite material for a heat exchanger with an aluminum alloy base material and with an aluminum material plated on the base material.
  • the parts produced from this composite material must be soldered on the side opposite the cladding, either the base material being provided with a brazing layer on the sides opposite the cladding or soldered to a structural part coated with such brazing material.
  • This known composite material can be soldered only from one side, resulting in a further increase in strength, a restriction by the fact that the base material must not fall below a certain Dickenver ⁇ ratio to the plated aluminum material.
  • the invention is therefore an object of the invention to improve a composite material based on aluminum for a heat exchanger of the type described so that due to an increase in strength, the wall thickness of the manufactured of such a composite components can be reduced.
  • the invention solves this problem by the fact that the base material of a hardenable aluminum alloy series 7000 or 2000 and the plated aluminum material made of unalloyed aluminum.
  • the base material consists of a hardenable aluminum alloy of the series 7000 or 2000
  • the higher strength of this material can be utilized and depending on this, the wall thicknesses of the components of a heat exchanger manufactured therefrom can be reduced.
  • the use of a hardenable aluminum alloy of the series 7000 or 2000 despite the inadequate for a brazing temperature resistance possible because on this base material unalloyed aluminum is plated, which has a higher melting point and is suitable for brazing.
  • the base material of 7000 or 2000 series aluminum alloy can be used for heat exchangers comparable to known aluminum-based composites, so that the strength advantage of the 7000 or 2000 series aluminum alloys can be fully utilized.
  • the brazing material required for brazing can be applied in a manner known per se to the unalloyed aluminum layer or assigned to the component with which a brazed joint is produced. should be. Since opposing sides of the base material can also be clad with unalloyed aluminum, there are no restrictions as regards the solderability of components produced from such composite materials.
  • the plated, unalloyed aluminum not only ensures the suitability of the composite material for brazing, but at the same time serves as a diffusion barrier between the base material and the brazing alloy, so that the diffusion effects impairing the solder joint are prevented.
  • the layer of unalloyed aluminum prevents premature evaporation of alloying elements, such as zinc, from the base material during soldering, especially in a vacuum, which adversely affects the soldering process and subsequently the solder joint.
  • an ingot of an aluminum alloy of the series 7000 or 2000 and on the other hand a rolled, oriented and sawn board of unalloyed aluminum can be used, with respect to the dimensions of the base ingot and the board, the material and process related Width and elongation effects have to be taken into account, in particular with regard to the required platelet layer thickness of the finished composite material.
  • brazing By brushing, the later contact surfaces of the basic bar and of the board are cleaned and roughened, before the board aligned with respect to the base bar is in position relative to the basic bar Welding is fixed.
  • appropriate aluminum blanks are to be provided on opposite sides of the basic bar. If an additional hard solder layer is to be provided, then a brazing board is to be placed on the aluminum board and likewise fixed by welding. As brazing z. B.
  • the weld seams are arranged so that fold formation during plating rolling can be avoided and optionally air can be rolled out between the base bar and the sinker or between the sinkers at locally provided locations.
  • the rolled composite prepared in this manner is then heated to hot rolling temperature to subsequently produce the composite by hot rolling in the form of a hot strip.
  • the composite material is processed to the desired semifinished product by further processing steps, for example by cold rolling, stretching, degreasing, heat treatment, longitudinal splitting and cutting to length.

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Abstract

Es wird ein Verbundwerkstoff auf Aluminiumbasis für einen Wärmetauscher mit einem Grundwerkstoff aus einer Aluminiumlegierung und mit einem auf den Grundwerkstoff aufplattierten Aluminiumwerkstoff beschrieben, wobei der Grundwerkstoff aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 und der aufplattierte Aluminiumwerkstoff aus unlegiertem Aluminium bestehen.

Description

Verbundwerkstoff auf Aluminiumbasis für einen Wärmetauscher
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundwerkstoff auf Aluminiumbasis für einen Wärmetauscher mit einem Grundwerkstoff aus einer Aluminiumlegierung und mit einem auf den Grundwerkstoff aufplattierten Aluminiumwerkstoff.
Stand der Technik
Um die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumlegierungen der Reihe 3000 bzw. 6000 für einen Wärmetauscher zu verbessern, ist es bekannt (EP 1 090 745 B1), diesen Grundwerkstoff mit einem als Opferanode dienen¬ den Aluminiumwerkstoff der Reihe 7000 zu plattieren. Die gegenüber dem Grundwerkstoff höhere Festigkeit der aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 ergibt eine höhere Gesamtfestigkeit des Werkstoffverbundes mit dem Vorteil, daß die Wanddicken der aus diesem Verbundwerkstoff gefertigten Teile eines Wärmetauschers ohne Festigkeitsverlust im Vergleich zu Teilen aus einem nichtplattierten Grundwerkstoff verringert werden können. Da sich der Aluminiumwerkstoff der Reihe 7000 aufgrund des niedrigeren Schmelzpunktes nicht zum Hartlöten eignet, müssen die aus diesem Verbundwerkstoff herge¬ stellten Teile auf der der Plattierung gegenüberliegenden Seite gelötet werden, wobei entweder der Grundwerkstoff auf der der Plattierung gegenüberliegen¬ den Seiten mit einer Hartlotschicht versehen oder mit einem mit einem solchen Hartlot beschichteten Konstruktionsteil verlötet wird. Abgesehen davon, daß dieser bekannte Verbundwerkstoff nur von einer Seite her gelötet werden kann, ergibt sich hinsichtlich einer weiteren Erhöhung der Festigkeit eine Beschrän¬ kung durch den Umstand, daß der Grundwerkstoff ein bestimmtes Dickenver¬ hältnis zum aufplattierten Aluminiumwerkstoff nicht unterschreiten darf.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Verbundwerkstoff auf Aluminiumbasis für einen Wärmetauscher der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß aufgrund einer Steigerung der Festigkeit die Wanddicke der aus einem solchen Verbundwerkstoff gefertigten Bauteile verringert werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Grundwerkstoff aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 und der aufplattierte Aluminiumwerkstoff aus unlegiertem Aluminium bestehen.
Da zufolge dieser Maßnahme der Grundwerkstoff aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 besteht, kann die höhere Fe¬ stigkeit dieses Werkstoffes genützt und davon abhängig die Wanddicken der daraus gefertigten Bauteile eines Wärmetauschers vermindert werden. Der Einsatz einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 wird trotz der für ein Hartlöten unzureichenden Temperaturfestigkeit möglich, weil auf diesen Grundwerkstoff unlegiertes Aluminium aufplattiert wird, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist und zum Hartlöten geeignet ist. Mit der auf¬ plattierten Schicht aus unlegiertem Aluminium wird somit der Grundwerkstoff aus einer Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 in einer mit bekannten Verbundwerkstoffen auf Aluminiumbasis vergleichbaren Art für Wärmetauscher einsatzfähig, so daß der Festigkeitsvorteil der Aluminiumlegierungen der Reihe 7000 oder 2000 voll genützt werden kann. Das zum Hartlöten benötigte Hartlot kann in an sich bekannter Weise auf die unlegierte Aluminiumschicht aufplat¬ tiert oder dem Bauteil zugeordnet werden, mit dem eine Lötverbindung herge- stellt werden soll. Da auch einander gegenüberliegende Seiten des Grund¬ werkstoffes mit unlegiertem Aluminium plattiert werden können, sind hinsicht¬ lich der Lötbarkeit von aus solchen Verbundwerkstoffen hergestellten Bauteilen keine Beschränkungen in Kauf zu nehmen.
Das aufplattierte, unlegierte Aluminium stellt nicht nur die Eignung des Ver¬ bundwerkstoffes zum Hartlöten sicher, sondern dient zugleich als Diffusions¬ sperre zwischen dem Grundwerkstoff und dem Hartlot, so daß die Lötverbin¬ dung beeinträchtigende Diffusionswirkungen unterbunden werden. Außerdem verhindert die Schicht aus unlegiertem Aluminium ein frühzeitiges Ausdampfen von Legierungselementen, beispielsweise von Zink, aus dem Grundwerkstoff während des Lötens insbesondere im Vakuum, was den Lötvorgang und in weiterer Folge die Lötverbindung nachteilig beeinflußt.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes kann einerseits von einem Barren einer Aluminiumlegierung der Reihe 7000 bzw. 2000 und anderseits von einer gewalzten, gerichteten und gesägten Platine aus unlegier¬ tem Aluminium ausgegangen werden, wobei hinsichtlich der Abmessungen des Grundbarrens und der Platine die Werkstoff- und verfahrensbedingten Brei- tungs- und Längungseffekte insbesondere im Hinblick auf die geforderte Plat¬ tierschichtdicke des fertigen Werkstoffverbundes zu berücksichtigen sind. So wurden beispielsweise ein Grundbarren aus einer Aluminiumlegierung EN AW- 7020 nach DIN EN 573-3 mit max. 0,35 Gew.% Silizium, max. 0,40 Gew.% Eisen, max. 0,20 Gew.% Kupfer, 0,05 bis 0,50 Gew.% Mangan, 1 ,0 bis 1 ,4 Gew.% Magnesium, 0,10 bis 0,35 Gew.% Chrom und 4,0 bis 5,0 Gew.% Zink und eine Platine der Legierungsreihe EN AW-1050 mit höchstens 0,5 Gew.% an anderen chemischen Elementen als Aluminium, wie Silizium und Eisen, eingesetzt.
Durch ein Bürsten werden die späteren Berührungsflächen des Grundbarrens und der Platine gereinigt und aufgerauht, bevor die gegenüber dem Grundbar¬ ren ausgerichtete Platine in ihrer Lage gegenüber dem Grundbarren durch ein Schweißen fixiert wird. Bei einer beidseitigen Plattierung des Grundbarrens mit unlegiertem Aluminium sind entsprechende Aluminiumplatinen auf gegenüber¬ liegenden Seiten des Grundbarrens vorzusehen. Soll für eine zusätzliche Hart¬ lotschicht gesorgt werden, so ist auf die Aluminiumplatine eine Hartlotplatine aufzusetzen und ebenfalls durch ein Schweißen zu fixieren. Als Hartlot kann z. B. eine Platine aus einer Aluminiumlegierung EN AW-4045 mit 9,0 bis 11 ,0 Gew.% Silizium, 0,80 Gew.% Eisen, 0,30 Gew.% Kupfer, 0,05 Gew.% Magne¬ sium, 0,05 Gew.% Chrom und 0,10 Gew.% Zink Verwendung finden.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Werkstoffkombination werden die Schwei߬ nähte so angebracht, daß beim Plattierwalzen eine Faltenbildung vermieden und gegebenenfalls zwischen dem Grundbarren und der Platine bzw. zwischen den Platinen eingeschlossene Luft an lokal vorgesehenen Stellen ausgewalzt werden kann. Der in dieser Weise vorbereitete Walzverbund wird anschließend auf Warmwalztemperatur erwärmt, um anschließend den Verbundwerkstoff durch ein Warmwalzen in Form eines Warmbandes herzustellen. Nach einer entsprechenden Abkühlphase wird der Verbundwerkstoff durch weitere Bear¬ beitungsschritte, beispielsweise durch Kaltwalzen, Recken, Entfetten, Wärme¬ behandeln, Längsteilen und Ablängen, zum gewünschten Halbzeug verarbeitet.

Claims

Patentansprüche:
1. Verbundwerkstoff auf Aluminiumbasis für einen Wärmetauscher mit einem Grundwerkstoff aus einer Aluminiumlegierung und mit einem auf den Grundwerkstoff aufplattierten Aluminiumwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 und der aufplattierte Aluminiumwerkstoff aus unlegiertem Aluminium bestehen.
2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aufplattierte unlegierte Aluminium eine Hartlotschicht trägt.
EP05782804A 2004-09-13 2005-09-13 Verbundwerkstoff auf aluminiumbasis für einen wärmetauscher Withdrawn EP1793991A2 (de)

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AT15252004A AT501392B1 (de) 2004-09-13 2004-09-13 Verbundwerkstoff auf aluminiumbasis für einen wärmetauscher mit einem grundwerkstoff
PCT/AT2005/000365 WO2006029430A2 (de) 2004-09-13 2005-09-13 Verbundwerkstoff auf aluminiumbasis für einen wärmetauscher

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EP1793991A2 true EP1793991A2 (de) 2007-06-13

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WO2006029430A3 (de) 2007-02-15
WO2006029430A2 (de) 2006-03-23
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