ES2286136T3 - Producto de lamina de soladadura niquelada. - Google Patents
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Abstract
Un producto de lámina de soldadura que comprende una lámina central (1) hecha de una aleación de aluminio, un revestimiento con una capa (2) de revestimiento de aluminio sobre por lo menos una de las superficies de dicha lámina central, y una capa (3) que comprende níquel sobre la superficie exterior de una o ambas de dicha capa o capas (2) de revestimiento, y en la que el producto de lamina de soldadura carece de una capa que comprende cinc o estaño como capa de unión entre dicha superficie exterior de dicha capa o capas (2) de revestimiento de aluminio y dicha capa que comprende níquel (3), caracterizado porque la capa de aleación de revestimiento de aluminio comprende, en porcentaje en peso: Si de 2 a 18 Mg hasta 8, 0 Zn hasta 5, 0 Cu hasta 5, 0 Mn hasta 0, 30 In hasta 0, 30 Fe hasta 0, 80 Sr hasta 0, 20 por lo menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en: Bi de 0, 01 a 1, 0 Pb de 0, 01 a 1, 0 Li de 0, 01 a 1, 0 Sb de 0, 01 a 1, 0 impurezas cada una hasta 0, 05, sumando hasta0, 20 el resto aluminio.
Description
Producto de lámina de soldadura niquelada.
La invención se refiere a un producto de lámina
de soldadura en la que una capa que comprende níquel está chapada
sobre una superficie de una capa de revestimiento hecha de una
aleación de Al-Si que contiene Si en el intervalo
de 2 a 18% en peso, y en la que el producto de lámina de soldadura
carece de una capa que comprende cinc o estaño como capa de unión
entre dicha superficie externa de dicha capa o capas de
revestimiento de aluminio y dicha capa que comprende níquel. La
invención se refiere también a un conjunto soldado que comprende
por lo menos un componente hecho del producto de lámina de soldadura
y a un método para fabricar un conjunto de componentes
soldados.
Para el propósito de esta invención, lámina de
soldadura se debe entender como una lámina central, por ejemplo de
aluminio o aleación de aluminio, que tiene por lo menos sobre un
lado una aleación de aluminio soldable o material de carga. Las
aleaciones de aluminio soldable típicas útiles como tal capa de
revestimiento son las aleaciones de la serie Aluminium Association
(AA)4xxx, que tienen típicamente Si en el intervalo de 2 a
18% en peso. Las aleaciones de aluminio soldable se pueden acoplar a
la aleación central de varios modos conocidos en la técnica, por
ejemplo, por medio de unión con rodillo, revestimiento, o fundición
continua o semicontinua, y pulverización térmica.
La soldadura en atmósfera controlada
("CAB") y la soldadura a vacío ("VB") son los dos
principales procedimientos usados para la soldadura de aluminio a
escala industrial. La soldadura a vacío industrial se ha usado desde
los 1950's, mientras que la CAB se hizo popular en los primeros
1980's después de la introducción del fundente para soldadura
NOCOLOK (nombre comercial). La soldadura a vacío es un procedimiento
esencialmente discontinuo y exige mucha limpieza del material. La
rotura de la capa de óxido es causada principalmente por la
evaporación de magnesio de la aleación de revestimiento. Siempre
hay más magnesio presente en la aleación de revestimiento del
necesario. El magnesio en exceso se condensa sobre los puntos fríos
en el horno y tiene que ser retirado frecuentemente. La inversión
de capital para el equipo apropiado es relativamente alta.
La CAB requiere una etapa adicional del
procedimiento previamente a la soldadura comparada con la VB, dado
que se tiene que aplicar un fundente para soldadura previamente a la
soldadura. La CAB es esencialmente un procedimiento continuo en el
que, si se usa el fundente para soldadura apropiado, se pueden
fabricar grandes volúmenes de conjuntos soldados. El fundente para
soldadura disuelve la capa de óxido a la temperatura de soldadura
permitiendo que la aleación de revestimiento fluya libremente.
Cuando se usa el fundente Nocolok la superficie necesita ser
limpiada minuciosamente previamente a la aplicación del fundente.
Para obtener buenos resultados de soldadura el fundente para
soldadura se tiene que aplicar sobre la superficie total del
conjunto soldado. Esto puede provocar dificultades con ciertos tipos
de conjuntos debido a su diseño. Por ejemplo, debido a que los
intercambiadores de calor del tipo de evaporador tienen una gran
superficie interna, pueden surgir problemas debido al pobre acceso
al interior. Para buenos resultados de soldadura el fundente se
tiene que adherir a la superficie de aluminio antes de la soldadura.
Desgraciadamente el fundente para soldadura después de secar se
puede desprender fácilmente debido a pequeñas vibraciones mecánicas.
Durante el ciclo de soldadura, se generan vapores corrosivos tales
como HF. Esto exige alta resistencia a la corrosión de los
materiales aplicados para el horno.
Idealmente, debe estar disponible un material
que se pueda usar para la CAB pero que no tenga los requerimientos
y defectos de la aplicación del fundente para soldadura. Tal
material se puede suministrar a un fabricante de conjuntos soldados
y está listo para usar directamente después de dar forma a las
partes del conjunto. No se tienen que llevar a cabo operaciones de
fundente para soldadura adicionales. Actualmente, solo se usa un
procedimiento para soldadura sin fundente a escala industrial. El
material para este procedimiento puede ser por ejemplo, lámina de
soldadura estándar hecha de una aleación central de la serie AA3xxx
que está revestida en ambos lados con un revestimiento de una
aleación de la serie AA4xxx. Antes de que se pueda usar la lámina
de soldadura, la superficie se tiene que modificar de tal manera que
la capa de óxido natural no interfiera durante el ciclo de
soldadura. El método para conseguir buena soldadura es depositar una
cantidad específica de níquel sobre la superficie de la aleación de
revestimiento. Si se aplica apropiadamente, el níquel reacciona, se
supone que exotérmicamente, con el aluminio subyacente. El níquel se
puede aplicar usando una cuña de níquel entre dos partes que se van
a unir o se puede depositar por chapado electrolítico. Cuando se usa
el chapado electrolítico la adherencia del níquel debe ser
suficiente para soportar las operaciones típicas de conformado que
se usan, por ejemplo, en la fabricación de intercambiadores de
calor.
Los procedimientos para depositar níquel sobre
lámina de soldadura de aluminio se conocen de cada una de, patente
de EE.UU. No. 3.970.237, patente de EE.UU No. 4.028.200, patente de
EE.UU. No. 4.388.159, patente de EE.UU No. 4.602.731 y el documento
SAE-paper no. 880446 por B.E. Cheadle and K.F.
Dockus. Según estos documentos, se deposita níquel en combinación
con plomo. Alternativamente, se deposita cobalto en combinación con
plomo. Es conocido en la técnica que en lugar de níquel, cobalto o
sus combinaciones, se puede usar también hierro. Se usa la adición
de plomo para mejorar la humectabilidad de la aleación de
revestimiento durante el ciclo de revestimiento. Una característica
importante de estos procedimientos de chapado es que el níquel o el
cobalto se deposita preferencialmente sobre las partículas de
silicio de la aleación de revestimiento de aluminio. Para obtener
suficiente níquel o cobalto para soldar sobre la superficie, la
aleación de revestimiento de aluminio debe contener un número
relativamente grande de partículas de silicio para actuar como
núcleos para la deposición de níquel. Se cree que para obtener
suficientes sitios de nucleación antes del chapado se debe retirar
por pretratamiento químico y/o mecánico una parte del aluminio en el
que están incrustadas las partículas de silicio. Esta se cree que
es una condición necesaria para obtener un recubrimiento de níquel
y/o cobalto suficiente para servir como núcleos para la acción
humectante de la aleación de carga o aleación de revestimiento de
aluminio.
Sin embargo, el uso de plomo para la producción
de una capa apropiada de níquel o cobalto sobre la lámina de
soldadura tiene varias desventajas. Los baños de chapado para
chapado electrolítico son bastante complejos y debido a la
presencia de componentes que comprenden plomo tales como sus sales,
estos son mucho más perjudiciales para el medio ambiente que los
baños de chapado que tienen solo componentes que comprenden níquel o
cobalto. El uso de plomo para fabricar productos, tales como
productos para automoción, es indeseable y se prevé que en un
futuro muy próximo, posiblemente puede haber incluso una prohibición
de productos que comprenden plomo o productos fabricados vía una o
más etapas del procedimiento que comprenden plomo o componentes de
plomo.
Se mencionarán a continuación algunas otras
descripciones de chapado de níquel encontradas en la bibliografía de
la técnica anterior.
Libro de texto general por Wernick and Pinner,
"The Surface Treatment and Finishing of Aluminium and its
Alloys", 5^{th} edition, volumen 2, pp.
1023-1071. Este libro de texto describe en general
procedimientos de inmersión para chapado sobre aluminio.
El documento
FR-A-2.617.868 describe un método
para fabricar producto de aluminio con un revestimiento superficial
soldable de estaño o de aleación de estaño-bismuto,
en el que el producto está provisto de una capa intermedia. Esta
capa intermedia está compuesta de una primera capa de cinc y una
segunda capa de níquel, níquel que ha sido depositado por
electrólisis en un electrólito neutro. Aquí, el aluminio o aleación
de aluminio subyacente no se funde en el procedimiento de soldadura
subsecuente.
Es un objetivo de la invención proporcionar un
producto de lámina de soldadura que tiene una lámina central y
material de carga, que se va a fundir durante la soldadura,
comprendiendo dicho material de carga una capa de revestimiento de
aluminio de una aleación de Al-Si y una capa de
níquel sobre la capa de revestimiento de aluminio, en la que no hay
necesidad adicional de la adición de plomo a la capa que comprende
níquel, manteniendo buena soldabilidad del producto de lámina de
soldadura en un conjunto.
Es un objetivo de la invención proporcionar un
producto de lámina de soldadura chapado con níquel que se puede
usar en un procedimiento de soldadura a vacío así como en un
procedimiento de soldadura en atmósfera controlada en ausencia de
un fundente para soldadura, pero idealmente apropiado para el
procedimiento de CAB en ausencia de un fundente para soldadura.
Es otro objetivo de la invención proporcionar un
método de fabricación de un conjunto de componentes soldados usando
el producto de lámina de soldadura de esta invención.
Según la invención en un aspecto hay un producto
de lámina de soldadura que comprende una lámina central (1) hecha
de una aleación de aluminio, una capa de revestimiento de aluminio
(2) revestida sobre por lo menos una de las superficies de dicha
lámina central, y una capa (3) que comprende níquel sobre la
superficie exterior de una o ambas de dicha capa o capas (2) de
revestimiento, y en la que el producto de lámina de soldadura
carece de una capa que comprende cinc o estaño como capa de unión
entre dicha superficie exterior de dicha capa o capas (2) de
revestimiento de aluminio y dicha capa que comprende níquel (3),
caracterizada porque la capa de aleación de revestimiento de
aluminio comprende, en porcentaje en peso: Si de 2 a 18, Mg hasta
8,0, Zn hasta 5,0, Cu hasta 5,0, Mn hasta 0,30, In hasta 0,30, Fe
hasta 0,80, Sr hasta 0,20, por lo menos un elemento seleccionado
del grupo que consiste en: (Bi de 0,01 a 1,0, Pb de 0,01 a 1,0, Li
de 0,01 a 1,0, Sb de 0,01 a 1,0) (preferentemente, la concentración
de magnesio en la capa de revestimiento no excede de 2,0%, es
decir, Mg es de 0,2 a 2,0, cuando está presente esencialmente solo
para promover la acción de humectante de la aleación de soldadura),
otros elementos/impurezas cada una hasta 0,05, totalizando hasta
0,20, el resto aluminio.
La invención se basa en el entendimiento de que
la capa de revestimiento de aluminio puede comprender uno o más
elementos seleccionados del grupo que consiste en bismuto, plomo,
litio y antimonio, cada uno en el intervalo de 0,01 a 1,0%, y la
combinación de dos o más elementos no excede preferentemente de
1,0%, y de que el magnesio puede estar presente en el intervalo de
0,2 a 2,0%. La combinación de magnesio con uno o más de otros
elementos de este grupo no excede preferentemente de 2,5%. Por
consiguiente, el magnesio puede estar presente en la capa de
revestimiento de aluminio hasta 8,0%, los intervalos preferidos se
han expuesto a continuación, para mejorar entre otras las
propiedades mecánicas de la capa de revestimiento de aluminio,
mientras que se ha encontrado también que el magnesio en un
intervalo de 0,2 a 2,0% puede actuar también de un modo similar a
los elementos seleccionados del grupo de bismuto, plomo, litio y
antimonio. Preferentemente la concentración de magnesio en la capa
de revestimiento no excede de 2,0% cuando está presente
esencialmente solo para promover la acción humectante de la
aleación de soldadura en combinación con la capa de níquel
preferentemente libre de plomo. Se pueden añadir elementos aleantes
adicionales para mejorar propiedades específicas de la capa de
revestimiento de aleación de aluminio. En la patente de EE.UU. No.
3.970.237 se menciona que la capa de revestimiento está chapada
electrolíticamente preferentemente con una capa de níquel,
níquel-plomo, cobalto,
cobalto-plomo o sus combinaciones. El producto de
lámina de soldadura obtenido es apropiado para soldadura sin
fundente en condiciones de atmósfera controlada. Se cree que la
adición de plomo mejora la humectabilidad durante la soldadura. Sin
embargo, según la invención se ha encontrado sorprendentemente que
la capa de níquel y/o cobalto misma, y que se aplica
preferentemente por chapado electrolítico, no necesita comprender el
plomo como adición de aleante obligatoria. Sorprendentemente se ha
encontrado que se pueden obtener resultados iguales o incluso
mejores si se añade uno o más elementos del grupo de Bi, Pb, Li y Sb
y Mg en los intervalos dados a la capa de revestimiento de aluminio
misma. Añadir uno o más de estos elementos aleantes a la capa de
revestimiento tiene la ventaja de que la composición del baño de
chapado se vuelve menos compleja, que es un logro importante en si
mismo, mientras que la adición de elemento aleante al revestimiento
es muy simple cuando se fabrica la capa de revestimiento. También
se ha superado el uso de componentes que dañan el medio ambiente,
tales como sales basadas en plomo. Como resultado, la capa de
níquel aplicada puede consistir esencialmente en níquel e impurezas
inevitables. Desde un punto de vista operacional, el bismuto es el
elemento aleante más preferido para la capa de revestimiento de
aluminio. Además, se ha encontrado que el elemento bismuto es el
elemento aleante más preferido para promover el humedecimiento, y
consecuentemente se requiere menos de este elemento para conseguir
un efecto similar que con la adición de plomo en la capa de níquel
y/o cobalto. Aunque, el plomo como elemento aleante en la capa de
revestimiento en el intervalo dado da como resultado el efecto
deseado, la adición de este elemento se evita preferentemente dado
que forma desde un punto de vista medioambiental un elemento
indeseable.
Alguna bibliografía de la técnica anterior que
describe uno o más de los elementos de este grupo en un contexto
diferente, es:
La patente de EE.UU. No. 5.422.191 describe un
composite de lámina de soldadura que comprende un revestimiento de
aleación de carga que contiene aluminio sobre el material central de
aluminio-silicio. El litio está dentro del
intervalo de 0,01 a 0,30%, y el magnesio no excede de 0,05%. El
composite de lámina de soldadura se puede usar por un procedimiento
de soldadura a vacío o un procedimiento de soldadura en atmósfera
controlada. En el caso de que se emplee la aleación de carga en el
procedimiento de CAB, se usa un fundente para soldadura, por
ejemplo, el bien conocido NOCOLOK (nombre comercial). Además, no se
ha mencionado el uso de una capa que comprende níquel.
La patente de EE.UU. No. 5.069.980 describe una
aleación de aluminio de revestimiento para soldadura a vacío. El
material de revestimiento se va a usar sobre ambos lados de una
lámina central. Contiene 6-14% de silicio,
0-0,6% de magnesio, el resto aluminio y
adicionalmente, se puede incorporar también por lo menos uno de los
siguientes elementos en la aleación de revestimiento para la mejora
de su resistencia a la corrosión: Pb, Sn, Ni, Cu, Zn, Be, Li y Ge.
El papel de estos aditivos en la aleación de revestimiento es
comparable por lo que respecta al efecto de mejora de su
resistencia a la corrosión.
La patente de EE.UU. No. 4.721.653 describe un
producto de lámina de soldadura que tiene una lámina central, sobre
una o ambas de sus superficies una aleación de soldadura que
consiste esencialmente en 11-13% en peso de
silicio, 1,0-2,0% en peso de Mg, y el resto
aluminio. Esta capa de revestimiento que contiene magnesio se usa
solo en un procedimiento de soldadura a vacío, y no se ha mencionado
el uso de una capa que comprende níquel.
La solicitud francesa no.
FR-2354171 describe un producto de lámina de
soldadura de aluminio que tiene una capa de revestimiento que
comprende, en porcentaje en peso, 7-14% de silicio,
0,02-2% de magnesio, 0,05-0,3% de
plomo, un máximo de 0,6% de hierro, un máximo de 0,3% de Mn, el
resto aluminio e impurezas. Esta capa de revestimiento que contiene
magnesio se usa solo en un procedimiento de soldadura a vacío, y no
se ha mencionado el uso de una capa que comprende níquel.
La solicitud europea no.
EP-0227261 describe una aleación central para
aplicación en un producto de lámina de soldadura. El producto de
lámina de soldadura se va a usar en un procedimiento de soldadura a
vacío. La aleación central de aluminio contiene vanadio en el
intervalo de 0,02 a 0,4% en peso para mejorar la resistencia a la
corrosión de al aleación.
La capa que comprende níquel es preferentemente
una capa chapada electrolíticamente. Preferentemente en el producto
de lámina de soldadura la capa que comprende níquel tiene un grosor
de hasta 2,0 \mum, preferentemente de hasta 1,0 \mum, y más
preferentemente de hasta 0,5 \mum. Un grosor de revestimiento
mayor de 2,0 \mum requiere un tiempo de tratamiento prolongado
para el chapado, y puede dar como resultado el arrugamiento del
material de carga fundido durante la soldadura. Un grosor mínimo
preferido para esta capa que contiene Ni es 0,3 \mum.
Preferentemente la capa que comprende níquel está esencialmente
libre de plomo, y más preferentemente también libre de bismuto. Sin
embargo, se pueden usar también otras técnicas tales como unión con
rodillo, chapado no electrolítico, pulverización térmica,
deposición química en fase de vapor y deposición física en fase de
vapor u otras técnicas para depositar metales o aleaciones metálicas
de una fase gaseosa o vapor.
En una realización del producto de lámina de
soldadura cada capa de revestimiento de aluminio tiene un grosor
que varía de alrededor de 2 a 20% del grosor total del grosor total
del producto de lámina de soldadura.
En una realización preferida del producto de
lámina de soldadura según la invención, la adición de bismuto en la
capa de revestimiento de aluminio tiene un límite superior de 0,5%.
Un límite inferior apropiado para la adición de bismuto es 0,01% y
más preferentemente 0,05%.
En una realización del producto de lámina de
soldadura según la invención la adición de litio en la capa de
revestimiento de aluminio tiene un límite superior de 0,5%. Un
intervalo apropiado para la adición de litio es
0,01-0,3%.
En una realización del producto de lámina de
soldadura según la invención, la adición de antimonio en la capa de
revestimiento de aluminio tiene un límite superior de 0,5%. Un
intervalo apropiado para la adición de antimonio es
0,01-0,3%.
En una realización, la capa de revestimiento de
aluminio comprende, en porcentaje en peso, Si en el intervalo de 2
a 18%, y preferentemente de 7 a 18%, como elemento aleante y
adicionalmente magnesio en el intervalo de hasta 8,0%, y
preferentemente hasta 5,0%. Preferentemente, el magnesio está en el
intervalo de 0,2 a 5,0%, y más preferentemente de 0,5 a 2,5%. Se
pueden añadir elementos aleantes adicionales en intervalos
apropiados. Se ha encontrado que en el uso del producto de lámina
de soldadura en un ciclo de soldadura la presencia de magnesio en
la capa de revestimiento de aluminio no tiene efectos perjudiciales
durante la soldadura. Esta es una mejora importante sobre los
conocidos productos de lámina de soldadura chapados con Ni. Permite
el diseño de capas de revestimiento que pueden contribuir a la
resistencia del producto total de lámina de soldadura o
alternativamente los productos de lámina de soldadura que tienen
capas de soldadura más delgadas. Además, permite que la lámina de
soldadura que contiene Mg se pueda aplicar tanto en la soldadura a
vacío como en la soldadura en atmósfera controlada sin fundente. La
última posibilidad tiene muchas ventajas técnicas y económicas.
Además, se ha encontrado que debido a la adición tanto de bismuto
como de magnesio como elementos aleantes se supera la necesidad de
la adición de elementos aleantes humectantes o promotores de la
unión a la capa de níquel aplicada secuencialmente. El producto de
lámina de soldadura según la invención se puede usar fácilmente en
las líneas de soldadura industrial existentes.
En otra realización la capa de revestimiento de
aluminio comprende, en porcentaje en peso, Si en el intervalo de 2
a 18%, y preferentemente de 7 a 18%, como elemento aleante y
adicionalmente cinc en el intervalo de hasta 5,0%. Preferentemente,
el cinc está en el intervalo de 0,5 a 3%. Se pueden añadir elementos
aleantes adicionales tales como, pero no limitados a, Mg, In y Cu
en intervalos apropiados. Según la invención se ha encontrado que
cuando este producto de lámina de soldadura se usa en presencia de
cinc en el revestimiento no tiene efectos perjudiciales durante la
soldadura. Esto se considera una mejora importante sobre los
productos de lámina de soldadura conocidos. Permite el diseño de un
revestimiento que puede contribuir a la resistencia del producto
total de lámina de soldadura. Además, el producto de lámina de
soldadura en el que el revestimiento contiene cinc como elemento
aleante deliberado se puede aplicar tanto en soldadura a vacío como
en soldadura en atmósfera controlada sin fundente, siendo usados
ambos procedimientos a escala industrial.
En otra realización, la capa de revestimiento de
aluminio comprende, en porcentaje en peso, Si en el intervalo de 2
a 18%, y preferentemente de 7 a 18%, como elemento aleante y
adicionalmente cobre en el intervalo de hasta 5,0%.
Preferentemente, el cobre está en el intervalo de 3,2 a 4,5%. Se
pueden añadir elementos aleantes adicionales tales como, pero no
limitados a, Mg, In y Zn en intervalos apropiados. Según la
invención se ha encontrado que cuando se usa este producto de
lámina de soldadura en un ciclo de soldadura la presencia de cobre
en el revestimiento no tiene efectos perjudiciales durante la
soldadura. Esta es una mejora importante sobre los productos de
lámina de soldadura conocidos. Permite el diseño de una capa de
revestimiento de soldadura de aluminio que puede contribuir a la
resistencia del producto total de lámina de soldadura. Además, el
producto de lámina de soldadura en el que el revestimiento de
aluminio contiene cobre como elemento aleante deliberado se puede
aplicar tanto en soldadura a vacío como en soldadura en atmósfera
controlada sin fundente, siendo usados ambos procedimientos a
escala industrial.
En todas las realizaciones de la capa de
revestimiento de aluminio puede estar presente In en un intervalo
de hasta 0,30% como elemento aleante para llegar a un potencial de
corrosión más electronegativo de la aleación de revestimiento
comparado con la aleación central de aluminio. Se ha encontrado que
el In es mucho más efectivo para reducir el potencial de corrosión
de la aleación comparado con las adiciones de cinc. Típicamente 0,1%
de In es tan efectivo como 2,5% de Zn.
En todas las realizaciones de la capa de
revestimiento de aluminio, el manganeso puede estar presente en la
capa de revestimiento de aluminio como elemento de impureza en el
intervalo de hasta 0,30%, y está preferentemente presente solo
hasta 0,10% y más preferentemente hasta 0,05%.
En todas las realizaciones de la capa de
revestimiento de aluminio, el hierro puede estar presente en la capa
de revestimiento de aluminio como elemento típico de impureza en el
intervalo de hasta 0,8%, y preferentemente en un intervalo de hasta
0,4%.
En todas las realizaciones de la capa de
revestimiento de aluminio se puede añadir estroncio para modificar
el silicio presente en la capa de revestimiento de aluminio durante
la solidificación cuando se funde la aleación de revestimiento de
aluminio y durante la soldadura. Un máximo más preferido para la
adición de estroncio es de hasta 0,05%.
En una realización del producto de lámina de
soldadura según la invención, la lámina central es una aleación de
aluminio que comprende magnesio en un intervalo de hasta 8,0%. En
una realización preferida, el magnesio está en un intervalo de 0,5
a 5,0%. Se pueden añadir elementos aleantes adicionales en
intervalos apropiados. Se ha encontrado que cuando se usa el
producto de lámina de soldadura de la invención, la presencia de
magnesio en la capa de revestimiento no tiene efectos perjudiciales
durante la soldadura. Esta se considera una mejora importante sobre
las láminas de soldadura chapadas con Ni conocidas. La difusión de
Mg desde el centro hasta el revestimiento durante la fabricación
del producto de lámina de soldadura mismo y su aplicación en un
procedimiento de soldadura subsecuente, no parece tener efectos
perjudiciales sobre la soldabilidad del producto de lámina de
soldadura según la invención. Esto permite el diseño de productos de
lámina de soldadura de alta resistencia que tienen una lámina
central de aluminio que tiene magnesio en el intervalo dado como
importante elemento de refuerzo. El producto de lámina de soldadura
se puede aplicar tanto en soldadura a vacío como en soldadura en
atmósfera controlada sin fundente, siendo usados ambos
procedimientos extensamente a escala industrial.
En el producto de lámina de soldadura según la
invención la lámina central se puede acoplar a la lámina de
revestimiento de aluminio vía una o más capa o capas intermedias.
Los beneficios de tener tal capa intermedia o intercapa se han
descrito en, por ejemplo, la patente de EE.UU No. 2.821.014, el
contenido de la cual se incorpora aquí como referencia.
La invención proporciona adicionalmente un
conjunto soldado que comprende por lo menos un componente hecho del
producto de lámina de soldadura producido según la invención
descrita anteriormente.
En un aspecto adicional de la invención se
proporciona un método para fabricar un conjunto soldado usando uno
o más productos de lámina de soldadura según la invención, que
comprende las etapas secuenciales del procedimiento:
- (a)
- dar forma a partes de las cuales por lo menos una está hecha del producto de lámina de soldadura de la invención como se describe anteriormente;
- (b)
- ensamblar las partes en un conjunto;
- (c)
- soldar el conjunto a vacío o en una atmósfera inerte en ausencia de fundente para soldadura a elevada temperatura durante un periodo suficientemente prolongado para fundir y extender la aleación de carga, por lo que la aleación de carga está formada de por lo menos la aleación de revestimiento de aluminio (2) según la invención y la capa de Ni (3);
- (d)
- enfriar el conjunto soldado. La velocidad de enfriamiento puede estar en el intervalo de las velocidades típicas de enfriamiento de horno de soldadura. Las velocidades de enfriamiento típicas son velocidades de enfriamiento de por lo menos 10ºC/min o más, típicamente 40ºC/min o más.
Dependiendo de la aleación de aluminio de la
lámina central, el procedimiento puede incluir adicionalmente la
etapa (e) adicional del procedimiento de envejecimiento del conjunto
soldado y enfriado para optimizar las propiedades mecánicas y/o de
corrosión del conjunto resultante. Se ha encontrado que el uso del
producto de lámina de soldadura según la invención da como resultado
una temperatura de soldadura más baja en alrededor de 10ºC. Esta
temperatura de soldadura reducida permite una reducción
significativa del tiempo del procedimiento a escala industrial para
un ciclo de soldadura completo, típicamente se ha encontrado una
reducción de tiempo del 20% o más.
En un aspecto adicional de la invención se
proporciona un método de uso de la aleación de revestimiento de
aluminio, expuesto anteriormente y mostrado en otro lugar en la
presente memoria descriptiva, en un producto de lámina de
soldadura.
En un aspecto adicional de la invención se
proporciona un método de uso de la aleación de revestimiento de
aluminio, expuesto anteriormente y mostrado en otro lugar en la
presente memoria descriptiva, en un producto de lámina de soldadura
en un método de fabricación de un conjunto soldado en un
procedimiento de soldadura en atmósfera inerte (CAB) en ausencia de
un fundente para soldadura.
La invención se ilustrará ahora por medio de
varios ejemplos no limitantes, y con referencia a los dibujos, en
los que:
La Fig. 1 es una sección longitudinal
esquemática que muestra la estructura del producto de lámina de
soldadura según el estado de la técnica;
La Fig. 2 es una sección longitudinal
esquemática que muestra la estructura del producto de lámina de
soldadura según la invención;
La Fig. 3 es una sección longitudinal
esquemática que muestra la estructura del producto de lámina de
soldadura según la invención;
La Fig. 1 muestra esquemáticamente una lámina de
soldadura según la técnica anterior tal como se obtendría por el
procedimiento según, por ejemplo, la patente de EE.UU. No.
3.970.237. El producto de lámina de soldadura consiste en una
lámina central 1 revestida en uno o ambos lados con una capa 5 de
revestimiento de aluminio que comprende una aleación de
Al-Si. Sobre la capa 5 de revestimiento se aplica
una delgada capa 3 de níquel-plomo por medio de
chapado electrolítico.
La Fig. 2 muestra esquemáticamente una lámina de
soldadura según la presente invención en la que entre la capa 2 de
revestimiento que comprende una aleación de
Al-Si-Bi y la capa 3 de Ni, las
ventajas de la cual se describen anteriormente. En la Fig. 2 se ha
mostrado la capa 3 sobre solo un lado de la lámina de soldadura,
pero será inmediatamente evidente para la persona experta que se
puede aplicar también en ambos lados del producto de lámina de
soldadura. La composición de los distintas capas y sus ventajas se
ha expuesto anteriormente.
La Fig 3 muestra esquemáticamente un lámina de
soldadura adicional según la presente invención que tiene las capas
de la Fig. 2 y una capa 4 intermedia adicional entre la lámina 1
central y la capa de revestimiento de aluminio 2 en ambos lados. En
la Fig. 3 la capa 3 se ha mostrado sobre un solo lado del producto
de lámina de soldadura, pero será inmediatamente evidente para la
persona experta que también se puede aplicar en ambos lados del
producto de lámina de soldadura. Además la capa 4 intermedia se
puede aplicar también en un lado del producto de lámina de
soldadura. Las composiciones posibles de las distintas capas y sus
ventajas se han expuesto anterior-
mente.
mente.
Se trataron como se expone en la Tabla 2, en un
ensayo a escala de laboratorio, productos de lamina de soldadura de
aluminio fabricados de un revestimiento de aleación central de
Aluminium Association (AA)3003 en un lado por medio de unión
por rodillos con aleaciones de revestimiento de aluminio de la serie
AA4000 de cuatro composiciones diferente (véase Tabla 1), y que
tienen un grosor total de 0,5 mm, y un grosor de la capa de
revestimiento de alrededor de 50 \mum.
El tratamiento consistió en las siguientes
etapas secuenciales del procedimiento:
- limpieza por inmersión durante 180 s en
ChemTec 30014 (un desengrasante comercial disponible y limpiador
por ataque químico alcalino), seguido de lavado;
- ataque químico alcalino durante 20 s en
ChemTec 30203 (un limpiador por ataque químico alcalino comercial
disponible) a temperatura ambiente, seguido de lavado;
- opcionalmente limpieza (desmutting) durante 4
s en un baño ácido oxidante, típicamente 25-50% en
vol. de ácido nítrico, que comprende ChemTec 11093 (un activador de
decapado comercial disponible) a temperatura ambiente, seguido de
lavado;
- chapado electrolítico de níquel, y lavado.
Para el chapado electrolítico de níquel se ha
usado un baño básico sin nada de plomo o bismuto, indicado como
"L-" en la Tabla 2. El baño básico libre de plomo y bismuto
comprendía 50 g/l de sulfato de níquel, 50 g/l de cloruro de
níquel, 30 g/l de citrato de sodio, y 75 ml de hidróxido de amonio
(30%). Las condiciones de chapado a 26ºC eran tales que un tiempo
de chapado de 50 s dio como resultado una capa chapada de níquel de
0,5 \mum de grosor usando una densidad de corriente de 3
A/dm^{2}.
La soldabilidad se ha evaluado como sigue. En un
ensayo a escala de laboratorio se llevaron a cabo los ensayos de
soldadura en un pequeño horno de cuarzo. Se cortaron pequeñas
probetas de 25 mm x 25 mm de las láminas chapadas con níquel. Una
pequeña tira de una aleación de AA3003 que mide 30 mm x 7 mm x 1mm
se dobló en el centro a un ángulo de 45º y se depositó sobre las
probetas. Las tiras sobre las probetas muestra se calentaron en
flujo de nitrógeno, calentando en alrededor de 10 minutos desde
temperatura ambiente hasta 580ºC, tiempo de permanencia a 580ºC
durante 1 minuto, enfriando de 580ºC a temperatura ambiente. Se
observó el procedimiento de soldadura para ver la posible formación
de arrugas, depresión capilar y formación de filetes. Se dio una
evaluación global en la que: (-) = pobre soldabilidad, (-/\pm) =
soldabilidad aceptable, (\pm) = buena soldabilidad, y (+)
excelente soldabilidad. Los resultados obtenidos se resumen en la
Tabla 2.
Los resultados de la capa de revestimiento no. 2
demuestran que añadir Bi al revestimiento da como resultado una
excelente soldabilidad. Consecuentemente, la adición de plomo y/o
bismuto directamente a la capa de níquel se puede omitir según la
invención. Los resultados de la capa de revestimiento no. 3
demuestran que añadir Bi al revestimiento de aluminio en
combinación con magnesio aún da como resultado excelente
soldabilidad. Los resultados de la capa de revestimiento no. 4
demuestran que añadir Bi al revestimiento de aluminio en
combinación con cinc aún da como resultado excelente soldabilidad.
Mientras que si no hay ni bismuto ni plomo presente en la capa de
revestimiento ni plomo presente en la capa de níquel da como
resultado pobre soldabilidad (véase la aleación de
revestimiento
no. 1).
no. 1).
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Claims (15)
1. Un producto de lámina de soldadura que
comprende una lámina central (1) hecha de una aleación de aluminio,
un revestimiento con una capa (2) de revestimiento de aluminio sobre
por lo menos una de las superficies de dicha lámina central, y una
capa (3) que comprende níquel sobre la superficie exterior de una o
ambas de dicha capa o capas (2) de revestimiento, y en la que el
producto de lamina de soldadura carece de una capa que comprende
cinc o estaño como capa de unión entre dicha superficie exterior de
dicha capa o capas (2) de revestimiento de aluminio y dicha capa
que comprende níquel (3), caracterizado porque la capa de
aleación de revestimiento de aluminio comprende, en porcentaje en
peso:
- Si de 2 a 18
- Mg hasta 8,0
- Zn hasta 5,0
- Cu hasta 5,0
- Mn hasta 0,30
- In hasta 0,30
- Fe hasta 0,80
- Sr hasta 0,20
por lo menos un elemento seleccionado del grupo
que consiste en:
- Bi de 0,01 a 1,0
- Pb de 0,01 a 1,0
- Li de 0,01 a 1,0
- Sb de 0,01 a 1,0
- impurezas cada una hasta 0,05, sumando hasta 0,20
- el resto aluminio.
2. Un producto de lámina de soldadura según la
reivindicación 1, en el que dicha capa (3) que comprende níquel
está esencialmente libre de plomo.
3. Un producto de lámina de soldadura según las
reivindicaciones 1 o 2, en el que dicha capa (3) que comprende
níquel está esencialmente libre de bismuto.
4. Un producto de lámina de soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha capa (3)
que comprende níquel tiene un grosor de no más de 2,0 \mum,
preferentemente no más de 1,0 \mum.
5. Un producto de lámina de soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha capa (2)
de revestimiento de aluminio contiene en peso Mg en una cantidad en
el intervalo de 0,2 a 5,0%.
6. Un producto de lámina de soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha capa (2)
de revestimiento de aluminio contiene en peso Mg en una cantidad en
el intervalo de 0,2 a 2,0%.
7. Un producto de lámina de soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha capa (2)
de revestimiento de aluminio contiene en peso Zn en una cantidad en
el intervalo de 0,5 a 3,0%.
8. Un producto de lámina de soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicha capa (2)
de revestimiento de aluminio contiene en peso Bi en una cantidad en
el intervalo de 0,01 a 0,5%.
9. Un producto de lámina de soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el total de Bi,
Pb, Li y Sb contenidos en dicha capa (2) de revestimiento de
aluminio es en peso una cantidad en el intervalo de igual a o menos
de 1,0%.
10. Un producto de lámina de soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dicha lámina
(1) central está acoplada a dicha capa (2) de revestimiento de
aleación de aluminio vía una capa (4) intermedia.
11. Un producto de lámina de soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicha lámina
(1) central es una aleación de aluminio que comprende magnesio en
una cantidad en el intervalo de hasta 8,0%.
12. Un conjunto de componentes unidos por
soldadura, siendo por lo menos uno de dichos componentes un producto
de lámina de soldadura según una cualquiera de las reivindicaciones
1 a 11.
13. Un método para fabricar un conjunto de
componentes soldados, comprendiendo las etapas secuenciales del
procedimiento:
- (a)
- formar dichos componentes de los cuales por lo menos uno está hecho de producto de lámina de soldadura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11;
- (b)
- ensamblar los componentes en un conjunto;
- (c)
- soldar el conjunto a vacío o en una atmósfera inerte en ausencia de un fundente para soldadura a temperatura elevada durante un periodo suficientemente largo para fundir y extender la capa de revestimiento;
- (d)
- enfriar el conjunto soldado.
14. El método de uso de una aleación de
revestimiento de aluminio en una lámina de soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
15. El método de uso de una aleación de
revestimiento de aluminio según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11 en un procedimiento de soldadura en
atmósfera inerte en ausencia de un fundente para soldadura.
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