KR101941380B1 - 열 교환기 핀을 위한 알루미늄 합금 - Google Patents

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하니 아메드
앤드류 디. 호웰스
지오티 카달리
데렉 윌리암 알루이아
존 마이클 3세 바시아크
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Abstract

약 0.9 내지 1.2 중량%의 Si, 0.3 내지 0.5 중량%의 Fe, 0.20 내지 0.40 중량%의 Cu, 1.0 내지 1.5 중량%의 Mn, 0 내지 0.1 중량%의 Mg, 0.0 내지 3.0 중량%의 Zn, 잔여량의 Al, 및 0.15 중량% 이하의 불순물을 포함하는, 알루미늄 합금 핀 스톡 재료. 본 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는, 잉곳을 직접 냉각 주조하는 단계, 상기 직접 냉각 주조 후에 잉곳을 열간 압연시키는 단계, 알루미늄 합금을 중간 두께로 냉간 압연시키는 단계, 중간 두께로 냉간 압연된 알루미늄 합금을 200 내지 400℃의 온도에서 중간-어닐링시키는 단계, 및 20 내지 40%의 % 냉간 가공(%CW)가 얻어지도록 중간-어닐링 후의 재료를 냉간 압연시키는 단계를 포함하는 방법에 의해서 시트 형태로 생산된다. 본 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 경납땜 전 및/또는 후 강도, 전도도, 처짐 저항성 및 부식 전위 중 하나 이상의 개선된 조합을 보유한다. 본 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 열 교환기 핀을 제작하는데 유용하다.

Description

열 교환기 핀을 위한 알루미늄 합금{ALUMINUM ALLOY FOR HEAT EXCHANGER FINS}
관련 선행 출원
본원은 2014년 8월 6일 출원된 미국 가 출원 시리얼 번호 62/033,879를 우선권 주장하며, 상기 가 출원의 내용은 전체가 본원에 참고로 편입된다.
본 발명은 재료 과학, 재료 화학, 야금학, 알루미늄 합금, 알루미늄 제작 분야, 및 관련 분야에 관한 것이다. 본 발명은, 차례로 다양한 열 교환기 장치, 예를 들면, 자동차 라디에이터, 콘덴서, 증발기 및 관련 장치에 사용되는 열 교환기 핀의 생산에 사용하기 위한 신규 알루미늄 합금을 제공한다.
자동차 열 교환기 산업에서는 열 교환기 핀의 생산에 사용된 알루미늄 재료 ("핀 스톡 재료")에 대하여 많은 요구사항이 제기되고 있다. 이러한 요구사항들은 균형 맞추기 어려울 수 있다. 열 교환기 장치가 생산되면 이들의 부품은 전형적으로 경납땜(brazing)에 의해 접합되는데, 이 경납땜에서는 알루미늄 핀 스톡 재료가 좋은 경납땜 성능, 강하고 높은 경납땜 전 및 경납땜 후의 기계적 특성을 가져야 한다. 열 교환기를 더욱 경량으로 만들기 위해서는, 예를 들면, 자동차 연료 효율을 개선시키기 위해서는, 알루미늄 핀 스톡 재료가 더욱 얇은 것이 바람직하다. 동시에, 열 교환기 핀은 또한 상당량의 열을 전도해야 한다. 더욱 얇은 핀 스톡 알루미늄 합금은 경납땜 동안 감소된 강도 및 성능을 지닐 수 있다. 또한, 알루미늄 핀 스톡 재료는 열 교환기의 좋은 부식 성능을 위해 적절한 부식 전위를 필요로 한다. 예를 들면, 열 교환기 핀이 열 교환기의 나머지 부분보다 더 낮은 부식 전위를 가져서, 핀이 희생적으로 작용하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직한 알루미늄 핀 스톡 재료는 상기 요건을 균형 맞추는 특성 및 파라미터를 지닐 것이다.
따라서, 필요한 두께 (게이지) 조합을 가질 것이고, 경납땜을 견딜 수 있을 것이며, 경납땜 전, 동안 및 후에 적절한 기계적 특성, 고 성능 열 교환기 적용에 적합한 강도 및 전도도 특성, 및 적합한 부식 전위를 나타낼 알루미늄 핀 스톡 재료를 생산하는 것이 바람직하다. 또한, 환경 친화적으로 및 비용-효과적인 방식으로 핀 스톡 재료를 생산하도록, 알루미늄 박편(scrap)이 혼입되어 있는 투입(input) 금속으로부터 알루미늄 핀 스톡 재료를 생산하는 것이 바람직하다.
본 문서에 사용된 용어 "발명", "해당 발명", "이 발명" 및 "본 발명"은, 광범위하게 이 특허 출원 및 하기 청구범위의 내용 모두를 칭하도록 의도된다. 이러한 용어들을 포함하는 설명이 본원에 기재된 내용을 제한하거나 하기 특허 청구범위의 의미 또는 범주를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 포함된 구현예는 이 개요가 아니라 청구범위에 의해서 규정된다. 이 개요는 본 발명의 다양한 측면을 높은 수준으로 개략한 것이며, 하기 상세한 설명 부분에 추가로 기재되는 구상의 일부를 소개한다. 이 개요는 청구된 내용의 중요하거나 필수적인 특성을 확인하려는 것이 아니며, 또한 청구된 내용의 범주를 결정하기 위해 분리하여 사용하려는 것도 아니다. 내용은 전체 명세서의 적절한 부분, 임의의 또는 모든 도면, 및 각각의 청구범위에 대한 참고로 이해되어야 한다.
본 발명은 예를 들면, 열 교환기에 사용될 열 교환기 핀, 예컨대 자동차 산업에서 사용된 열 교환기 핀을 생산하는데 적합한 특징 및 특성의 조합을 보유하는, 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료를 제공한다. 한 예에서, 본 발명의 구현예에 따른 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는, 자동차 라디에이터에 대한 경량의 열 교환 핀을 생산하는데 적합한 원하는 두께 (게이지)에서 시트 형태로 생산될 수 있다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 경납땜될 수 있으며 경납땜 전, 동안 및 후에 강도 특성을 나타내어서, 이 점은 자동차 열 교환기 적용에 대하여 관심 끌게 한다. 더 구체적으로, 본 발명의 구현예에 따른 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 경납땜 동안 핀 분쇄 문제를 감소시키는 경납땜 전 강도 특성을 보유한다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 또한 열 교환기 적용에 적합한 충분히 높은 열 전도도를 보유하며, 핀에 대해 충분히 음(negative)의 부식 전위를 가져서 열 교환기의 부식 동안 희생적인 방식으로 작용하게 한다. 요컨대, 본 발명의 구현예에 따른 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는, 자동차 핀 교환기 적용에 적합한, 적합한 경납땜 전 및 후의 강도, 열 전도도, 및 애노드 부식 전위 값의 조합을 보유한다. 동시에, 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 적어도 부분적으로 재사용 친화적인 투입 알루미늄으로부터 생산될 수 있다. 더 구체적으로, 본 발명의 구현예에 따른 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는, 투입 금속인 특정 알루미늄 박편에서 확인된 이러한 원소 수준과 양립가능한 수준의 비-알루미늄 구성성분, 예를 들면, Cu, Fe, Mn 및 Zn을 함유한다.
본 발명의 구현예에 따른 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 시트 형태로 생산된다. 상기 재료를 생산하기 위해, 본 발명은 주조(casting), 롤링 또는 어닐링 단계 중 하나 이상이 편입되어 있는, 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 생산 방법을 제공한다. 일부 구현예에서, 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 생산 동안 사용된 공정 단계가 재료에 유익한 특성 및 특징을 제공함이 이해되어야 한다. 따라서, 일부 예에서는 재료 자체를 설명하고 정의하기 위해 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 생산 방법이 사용될 수 있다. 따라서, 공정 단계를 사용하여 설명된 발명의 구현예가 본 발명의 범주에 포함된다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 본 발명의 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 냉간-가공된(cold-worked) 형태로 생산되는데, 이에 의해 생성되는 재료에서 변형 경화(strain hardening) 및 개선된 인장 강도 특성이 얻어진다. 한 구현예에서, 본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 바람직한 경납땜 전 템퍼(temper), 예를 들면, H14 템퍼를 생산하도록 직접 냉각 주조(direct chill casting) 및 냉간 가공 (냉간 압연)을 포함하는 방법에 의해 생산될 수 있다. 일부의 다른 구현예에서, 개선된 핀 스톡 알루미늄 합금 재료는 다양한 다른 변형-경화된 경납땜 전 템퍼, 예컨대 H16, H18 또는 다른 H1X 템퍼로 생산될 수 있다. 알루미늄 합금 핀 스톡 재료 생산 방법은 또한 직접 냉각 주조 후에 열간 압연을, 및 최종 냉간 압연 단계 전에 (예를 들면, 중간 냉간 압연 단계와 최종 냉간 압연 단계 사이에) 중간-어닐링(inter-annealing)을 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 다양한 적용에, 예를 들면, 열 교환기에 대한 핀을 제작하는데 사용될 수 있다. 한 예에서, 본 발명의 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 고 성능, 경량의 자동차 열 교환기에 대하여 유용하다. 더 일반적으로, 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 자동차 열 교환기, 예컨대 라디에이터, 콘덴서 및 증발기에 사용될 수 있다. 상기 논의된 대로, 본 발명의 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료를 생산하기 위한 조성물 및 방법에 의해, 열 교환기 핀을 제작하는데 적합한 유익한 특징 및 특성의 조합을 보유하는 재료가 얻어진다. 예를 들면, 본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 하기 특성 중 하나 이상의 유익한 조합을 나타낸다: 경납땜 전 및 후의 기계적 특성, 예컨대 인장 강도 및 경납땜 후 처짐 저항성, 열 전도도 및 부식 전위. 그러나, 본 발명의 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 용도 및 적용은 자동차 열 교환기로 제한되지 않으며, 다른 용도가 예상된다. 본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 특징 및 특성은 또한 자동차 열 교환기 핀 생산 이외의 용도 및 적용에 대하여 유익할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는, 열 교환기를 사용하고 경납땜에 의해 생산된 다양한 장치, 예컨대 가열, 환기, 및 공기 컨디셔닝 (HVAC)에 사용된 장치를 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 알루미늄 합금을 포함한다. 본 발명의 하나의 예시적인 구현예는 약 0.9-1.2 중량% Si, 0.3-0.5 중량% Fe, 0.20-0.40 중량% Cu, 1.0-1.5 중량% Mn, 0-0.1 중량% Mg, 0.0-3.0 중량% Zn, 잔여량의 Al, 및 ≤0.15 중량%에서의 불순물을 포함하는 알루미늄 합금이다. 본 발명의 하나 이상의 예시적인 구현예는 약 0.9-1.2 중량% Si, 0.3-0.5 중량% Fe, 0.20-0.40 중량% Cu, 1.0-1.5 중량% Mn, 0-0.1 중량% Mg, 0.2-3.0 중량% Zn, 잔여량의 Al, 및 ≤0.15 중량%에서의 불순물을 포함하는 알루미늄 합금이다. 또 하나의 예시적인 구현예는 약 1.0-1.15 중량% Si, 0.3-0.5 중량% Fe, 0.20-0.40 중량% Cu, 1.0-1.5 중량% Mn, 0-0.1 중량% Mg, 0.0-3.0 중량% Zn, 잔여량의 Al, 및 ≤0.15 중량%에서의 불순물을 포함하는 알루미늄 합금이다. 본 발명의 알루미늄 합금의 일부 다른 예는 하기와 같다: 약 0.9-1.2 중량% Si, 0.3-0.38 중량% Fe, 0.20-0.40 중량% Cu, 1.0-1.5 중량% Mn, 0-0.1 중량% Mg, 0.0-3.0 중량% Zn, 잔여량의 Al, 및 ≤0.15 중량%에서의 불순물을 포함하는 알루미늄 합금; 약 0.9-1.2 중량% Si, 0.3-0.5 중량% Fe, 0.35-0.4 중량% Cu, 1.0-1.5 중량% Mn, 0-0.1 중량% Mg, 0.0-3.0 중량% Zn, 잔여량의 Al, 및 ≤0.15 중량%에서의 불순물을 포함하는 알루미늄 합금; 약 0.9-1.2 중량% Si, 0.3-0.5 중량% Fe, 0.20-0.40 중량% Cu, 1.2-1.4 중량% Mn, 0-0.1% Mg, 0.0-3.0 중량% Zn, 잔여량의 Al, 및 ≤0.15 중량%에서의 불순물을 포함하는 알루미늄 합금; 약 0.9-1.2 중량% Si, 0.3-0.5 중량% Fe, 0.20-0.40 중량% Cu, 1.0-1.5 중량% Mn, 0-0.1 중량% Mg, 1.5-2.5% Zn, 잔여량의 Al, 및 ≤0.15 중량%에서의 불순물을 포함하는 알루미늄 합금; 약 1.0-1.15 중량% Si, 0.3-0.38 중량% Fe, 0.35-0.40 중량% Cu, 1.2-1.4 중량% Mn, 0-0.1 중량% Mg, 1.5-2.5 중량% Zn, 잔여량의 Al, 및 ≤0.15 중량%에서의 불순물을 포함하는 알루미늄 합금, 및 약 1.0-1.1 중량% Si, 0.37-0.42 중량% Fe, 0.27-0.33 중량% Cu, 1.3-1.35 중량% Mn, 0.04-0.05 중량% Mg, 1.5-1.6 중량% Zn, 잔여량의 Al, 및 ≤0.15 중량%에서의 불순물을 포함하는 알루미늄 합금. 본 발명의 알루미늄 합금에서, Zr, V, Cr 또는 Ni 중 하나 이상은 0　중량%, 0.05　중량% 미만, 0.04　중량% 미만, 0.03　중량% 미만, 0.02　중량% 미만, 또는 0.01 중량% 미만으로 존재할 수 있다.
본 발명의 일부 구현예에서, 본 알루미늄 합금은 경납땜 전 조건에서 측정된 적어도 200 MPa, 또는 경납땜 후에 측정된 적어도 150 MPa 중 하나 또는 둘 모두의 최대 인장 강도를 갖는다. 한 예에서, 본 알루미늄 합금은 경납땜 전 조건에서 측정된 200-220 MPa, 또는 경납땜 후에 측정된 150-160 MPa 중 하나 또는 둘 모두의 최대 인장 강도를 갖는다. 또 하나의 예에서, 본 알루미늄 합금은 경납땜 전 조건에서 측정된 약 210 MPa, 또는 경납땜 후에 측정된 약 150 MPa 중 하나 또는 둘 모두의 최대 인장 강도를 갖는다. 본 발명의 알루미늄 합금은 경납땜 후에 측정된 -740 mV 이하의 부식 전위를 가질 수 있다. 예를 들면, 본 알루미늄 합금은 경납땜 후에 측정된 약 -750 mV의 부식 전위를 가질 수 있다. 본 알루미늄 합금은 경납땜 후에 측정된 43-47 IACS (순수한 구리 전도도를 100%로 가정하는, 국제적인 어닐링시킨 구리 표준)의 전도도를 가질 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금은, 알루미늄 합금을 잉곳(ingot)으로 직접 냉각 주조하는 단계; 상기 직접 냉각 주조 후의 잉곳을 열간 압연시키는 단계; 상기 열간 압연 후에, 알루미늄 합금을 중간 두께로 냉간 압연시키는 단계; 상기 냉간 압연 후에, 중간 두께로 롤링된 알루미늄 합금을 200 내지 400℃ (200-400℃) 온도에서 중간-어닐링시키는 단계; 및 상기 중간-어닐링 후에, 20 내지 40%의 % 냉간 가공 (%CW)이 얻어지도록 알루미늄 합금을 냉간 압연시키는데, 이에 의해 70-100 ㎛, 70-90 ㎛, 75-85 ㎛, 또는 77-83 ㎛의 두께를 갖는 시트가 얻어지는 단계를 포함하는 방법에 의해서 생산될 수 있다. 상기 방법에서 얻어진 %CW은 30 내지 40%일 수 있다. 중간-어닐링은 320 내지 370℃ (320-370℃), 290 내지 360℃ (290-360℃) 또는 340 내지 360℃ (340-360℃)의 온도에서 수행될 수 있다. 중간-어닐링 시간은 30 내지 60분일 수 있다. 본 발명의 구현예는 상기 본 발명의 알루미늄 합금의 제조 방법을 포함한다.
본 발명의 구현예는 본 발명의 알루미늄 합금을 포함하는 물건 및 장치, 예를 들면, 열 교환기를 포함한다. 상기 열 교환기는 자동차 열 교환기일 수 있다. 상기 열 교환기는 라디에이터, 콘덴서 또는 증발기일 수 있다. 본 발명의 구현예는 또한 본 발명의 합금을 포함하는 물건 및 장치의 제조 방법을 포함한다. 그와 같은 방법의 한 예는, 본 발명의 알루미늄 합금으로부터 제작된 적어도 하나의 제1 알루미늄 형태를 제2 알루미늄 형태와 경납땜하여 접합시키는 것을 포함하는 열 교환기의 제조 방법이며, 둘 이상의 알루미늄 형태를 함께 조립하고 고정시키는 단계; 모세관 작용에 의해 상기 둘 이상의 알루미늄 형태 사이에서 접합부가 형성될 때까지 둘 이상의 알루미늄 형태를 경납땜 온도까지 가열시키는 단계를 포함한다. 열 교환기 핀, 및 다른 물건 및 장치를 제작하기 위한 본 발명의 알루미늄 합금의 용도가 또한 본 발명의 범주에 포함된다. 본 발명의 다른 목적 및 이점이 하기 본 발명의 구현예의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
특히, 이 문서는 혁신적인 알루미늄 합금 재료를 설명한다. 이러한 혁신적인 알루미늄 재료는 단수 또는 복수로 "알루미늄 합금"으로 칭해질 수 있다. 본원에 기재된 혁신적인 알루미늄 재료는 바람직한 두께를 얻기 위한 고온 및/또는 냉간 압연 단계를 포함하는 방법에 의해서 시트로 제작될 수 있다. 따라서, 본 발명의 알루미늄 합금 재료는 단수 또는 복수로 "시트 알루미늄 합금", "알루미늄 합금 시트", "시트", "스트립" 또는 다른 관련 용어로 칭해질 수 있다. 본원의 구현예에 따른 혁신적인 알루미늄 합금 재료는 열 교환기 장치의 핀을 생산하는데 적합하므로, 이것은 "핀 스톡", "핀 스톡 알루미늄 합금", "핀 생산을 위한 알루미늄 합금", "열 교환기 핀용 알루미늄 합금", "알루미늄 합금 핀 스톡", "핀 스톡 합금" 및 다른 관련 용어로 칭해질 수 있다.
알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 특성은 이들의 조성을 기반으로 가변된다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 다수의 유리한 특성을 보유한다. 본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 시트 형태로 생산되며, 경납땜 전, 동안 및 후에 두께 (게이지) 및 강도의 조합을 보유하는데, 이 점은 본 알루미늄 합금 핀 스톡 재료가 열 교환기 적용을 위한 핀을 제작하는데 적합해지게 한다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 재료는 또한 핀 스톡 생산에 적합한 열 전도도 및 부식 전위를 보유한다.
본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 알려진 핀 스톡 합금과 비교하여 더 높은 함량의, Cu, Si 및 Fe 중 하나 이상을 함유할 수 있다. 본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 조성물 및/또는 이것의 생산 방법은, 개선된 재료 특성, 예컨대 경납땜 동안 핀 분쇄 감소, 더 높은 경납땜 후 강도, 개선된 열 전도도, 개선된 처짐 저항성, 및 증가된 애노드 부식 전위를 초래한다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는, 핀 스톡 생산에 사용된 알려진 합금과 비교하여 개선되는 강도, 열 전도도 및 부식 전위 중 하나 이상을 보유한다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 내 비교적 높은 수준의 비-알루미늄 구성성분이 존재함으로써, 재이용 친화적인 알루미늄이 혼입되어 있는 투입 금속으로부터 이 알루미늄 합금 핀 스톡이 생산될 수 있고, 이것은 상이한 금속 투입물에 대해서 허용된다.
본 발명의 일부 구현예에서, 본 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 최종 냉간 압연 단계 전에 열 처리 (중간-어닐링) 단계를 포함하는 방법에 의해서 생산된다. 중간-어닐링은 약 30분 내지 2시간의 기간 동안 (일부 구현예에서는, 약 1 내지 2시간의 시간 기간 동안) 200 내지 400℃의 온도에서 수행된다. 중간-어닐링 후에 냉간 압연 단계가 수행되어, 특정한 두께 감소가 나타난다 (이 문서에서 뒤에서 정의된, "% 냉간 가공"). 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 공정 단계의 조합 (중간-어닐링 후에 냉간 압연)에 의해 경납땜 전 강도 증가 및 개선된 조악한(coarse) 경납땜 후 그레인 구조가 얻어지며, 이에 의해 본 발명의 구현예에 따른 개선된 알루미늄 핀 스톡 재료의 개선된 처짐 저항성이 초래되고, 이것은 또한 열 전도도 및 부식 전위에도 영향을 미쳐서, 바람직한 특징 및 특성의 조합을 갖는 재료가 얻어지게 한다.
조성
표 1a
합금 구성성분 (중량%)*
Figure 112017021431766-pct00001
표 1b
합금 조성 예*
Figure 112017021431766-pct00002
* 잔여량의 합금은 알루미늄, 및 ≤0.15 중량%에서의 전체 불순물이다.
본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금의 조성은 상기 표 1a 및 1b에 예시되어 있다. Si, Cu, Fe, Mn 및 Zn의 함량은 하기 표 1a에 기재된 한계로부터 선택된 범위 하한 및 범위 상한에 의해 경계 지어진 범위에 속할 수 있다. 범위 하한은 표현 "이상" (기호 ≥) 또는 "초과" (기호 >), 또는 다른 관련 기호 및 표현, 예컨대 "...로부터", "초과의" 등에 의해 표시될 수 있다. 범위 상한은 표현 "이하"(기호 ≤), "미만" (기호 <) 또는 다른 관련 기호 및 표현, 예컨대 "까지", "미만" 등에 의해 표시될 수 있다. 다른 표현 유형, 예컨대 "내지", "의 범위 내" 등이 또한 범위를 표시하는데 사용될 수 있다. 범위가 단지 범위 상한에 의해서만 표시되는 경우에, 그와 같은 범위에 속하는 일부 예에서, 당해 원소가 존재하지 않을 수 있고, 검출가능한 양으로 존재하지 않을 수 있거나, 알루미늄 합금 분야에서 의미있는 것으로 통상적으로 인식되지 않는 그와 같은 적은 양으로 존재할 수 있음이 이해되어야 한다.
본원에 기재된 합금의 다양한 구현예에서, 우세한(predominant) 원소는 알루미늄 (Al)이며, 이것은 때때로 "잔여량의 Al"로 불린다. 다시 말해, 용어 "잔여량"은 본원에 기재된 알루미늄 합금 내 우세한 알루미늄 (Al) 함량을 설명하는데 사용될 수 있다. 본원에 기재된 합금이 달리 특정되지 않은 다양한 불가피한 불순물을 포함할 수 있음이 또한 이해되어야 한다. 일부 비제한적인 예에서, 각각의 불순물의 함량은 최대 0.05 중량%를 포함할 수 있다. 일부의 다른 비제한적인 예에서, 불순물의 총 함량은 최대 0.15 중량%를 구성할 수 있다. 예를 들면, 각각의 불순물의 함량은 0 중량%, 0.05　중량% 미만, 0.04　중량% 미만, 0.03　중량% 미만, 0.02　중량% 미만, 또는 0.01 중량% 미만일 수 있는 동시에, 모든 불순물의 총 함량은 최대 0.15 중량%를 구성할 수 있다. 불순물의 일부 비제한적인 예는 Zr, V, Cr, 또는 Ni이다. 합금의 다양한 구성성분의 수준은 다양한 고려사항을 이용하여 이 문서 전체를 통하여 기재된 범위에 속하도록 선택될 수 있는데, 이들의 일부가 하기 논의되어 있다.
Si: 특히, Si 함량은 알루미늄 합금의 용융 온도에 영향을 미친다. Si 함량이 증가하면 알루미늄 합금의 용융점이 감소한다. 따라서, 알루미늄 합금 핀 스톡을 경납땜할 수 있기 위해서는, 합금의 Si 함량이 이 합금이 경납땜 주기 동안 용융되지 않도록 충분히 낮아야 한다. 한편, 합금 내 비교적 높은 Si 함량은 AlMnSi 분산질(dispersoid)을 형성시키며, 이것은 매트릭스의 유익한 분산질 강화 및 합금의 개선된 강도 특징을 초래한다. 본 발명의 구현예에 따른 핀 스톡 합금에 사용된 Si 함량은 상기 인자들을 균형 맞춘다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금은 예를 들면, 0.9-1.0, 0.9-1.1, 0.9-1.15, 0.9-1.2, 0.9-1.25, 0.9-1.3, 0.9-1.35, 0.9-1.4, 0.9-1.45, 0.9-1.5, 1.0-1.1, 1.0-1.15, 1.0-1.2, 1.0-1.25, 1.0-1.3, 1.0-1.35, 1.0-1.4, 1.0-1.45, 1.0-1.5, 1.1-1.15, 1.1-1.2, 1.1-1.25, 1.1-1.3, 1.1-1.35, 1.1-1.4, 1.1-1.45, 1.1-1.5, 1.15-1.2, 1.15-1.25, 1.15-1.3, 1.15-1.35, 1.15-1.4, 1.15-1.45, 1.15-1.5, 1.2-1.25, 1.2-1.3, 1.2-1.35, 1.2-1.4, 1.2-1.45, 1.2-1.5, 1.25-1.3, 1.25-1.35, 1.25-1.4, 1.25-1.45, 1.25-1.5, 1.3-1.35, 1.3-1.4, 1.3-1.45, 1.3-1.5, 1.35-1.4, 1.35-1.45, 1.35-1.5, 1.4-1.45, 1.4-1.5 또는 1.45-1.5 중량% Si를 포함할 수 있다.
Cu: 고용체 내 Cu는 알루미늄 합금의 강도를 증가시킨다. Cu 함량을 증가시키면 또한 Cu 함유 AlMnCu 분산질이 형성될 수 있는데, 이것은 경납땜 동안 Mn을 저장하고 용해시켜서, 고용체 내로 Mn을 방출시킨다. 이 과정에 의해 개선된 경납땜 후 강도가 얻어진다. 본 발명의 구현예에 따른 핀 스톡 합금의 비교적 높은 Cu 함량에 의해 비용 감소가 가능해지며 재이용 능력이 증가한다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금은 예를 들면, 0.2-0.25, 0.2-0.27, 0.2-0.3, 0.2-0.35, 0.2-0.4, 0.2-0.45, 0.25-0.27, 0.25-0.3, 0.25-0.33, 0.25-0.35, 0.25-0.4, 0.25-0.45, 0.27-0.3, 0.27-0.33, 0.27-0.35, 0.27-0.4, 0.27-0.45, 0.3-0.33, 0.3-0.35, 0.3-0.4, 0.3-0.45, 0.33-0.35, 0.33-0.4, 0.33-0.45, 0.35-0.4, 0.35-0.45 또는 0.4-0.45 중량% Cu를 포함할 수 있다.
Zn: Zn이 전형적으로 알루미늄 합금에 부가되어, 부식 전위를 장치(scale)의 애노드 말단 쪽으로 이동시킨다. 본 발명의 구현예에 따른 핀 스톡 알루미늄 합금에서, 최대 3 중량% 의 비교적 높은 Zn 함량이 증가된 Si 및 Cu 함량으로 인한 부식 전위에서의 이동을 보상하여 더 애노드인 부식 전위를 초래함으로써, 이 합금으로부터 제작된 핀이 희생적으로 작용하고 열 교환기 튜브를 보호하여, 열 교환기의 전반적인 내부식성을 개선시킨다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금은 예를 들면, 0.0-1.0, 0.0-1.5, 0.0-1.6, 0.0-1.7, 0.0-2.0, 0.0-2.5, 0.0-3.0, 0.0-3.5, 0.2-1.0, 0.2-1.5, 0.2-1.6, 0.2-1.7, 0.2-2.0, 0.2-2.5, 0.2-3.0, 0.2-3.5, 0.21-1.0, 0.21-1.5, 0.21-1.6, 0.21-1.7, 0.21-2.0, 0.21-2.5, 0.21-3.0, 0.21-3.5, 1.0-1.5, 1.0-1.6, 1.0-1.7, 1.0-2.0, 1.0-2.5, 1.0-3.0, 1.0-3.5, 1.5-1.6, 1.5-1.7, 1.5-2.0, 1.5-2.5, 1.5-3.0, 1.5-3.5, 1.6-1.7, 1.6-2.0, 1.6-2.5, 1.6-3.0, 1.6-3.5, 1.7-2.0, 1.7-2.5, 1.7-3.0, 1.7-3.5, 2.0-2.5, 2.0-3.0, 2.0-3.5, 2.5-3.0, 2.5-3.5 또는 3.0-3.5 중량% Zn을 포함할 수 있다.
Mn: 고용체 내 Mn은 알루미늄 합금의 강도는 증가시키지만, 또한 부식 전위를 더욱 캐소드인 상태 쪽으로 이동시킨다. (FeMn)-Al6 또는 Al15Mn3Si2 분산질은 미세하고 농후한 분산액 중에 존재하는 경우에 입자 강화에 의해 알루미늄 합금의 강도를 증가시킨다. 조성 및 고화 속도에 따라서, Fe, Mn, Al 및 Si는 고화 동안 조합되어 다양한 금속간(intermetallic) 구성성분, 즉 예컨대 몇가지 들자면 Al15(Fe Mn)3Si2 또는 Al5FeSi 또는 Al8FeMg3Si6 와 같이 미세구조 내 입자를 형성한다. 특히 더 높은 Fe 함량과 조합된 더 높은 Mn 함량은 조악한 Mn-Fe 금속간 구성성분을 형성시킬 수 있다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금은 예를 들면, 1.0-1.1, 1.0-1.2, 1.0-1.3, 1.0-1.35, 1.0-1.4, 1.0-1.5, 1.0-1.1, 1.1-1.2, 1.1-1.3, 1.1-1.35, 1.1-1.4, 1.1-1.5, 1.2-1.3, 1.2-1.35, 1.2-1.4, 1.2-1.5, 1.3-1.35, 1.3-1.4, 1.3-1.5, 1.35-1.4, 1.35-1.5 또는 1.4-1.5 중량%　Mn을 포함할 수 있다.
Fe: 알루미늄 합금에서, Fe은 Mn, Si, 및 다른 원소를 함유할 수 있는 금속간 구성성분의 일부일 수 있다. 조악한 금속간 구성성분의 함량에 영향을 미치도록 알루미늄 합금 내 Fe 함량을 조절하는 것이 종종 유익하다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금은 예를 들면, 0.25-0.3, 0.25-0.35, 0.25-0.37, 0.25-0.38, 0.25-0.4, 0.25-0.42, 0.25-0.45, 0.25-0.5, 0.3-0.35, 0.3-0.37, 0.3-0.38, 0.3-0.4, 0.3-0.42, 0.3-0.45, 0.3-0.5, 0.35-0.37, 0.35-0.38, 0.35-0.4, 0.35-0.42, 0.35-0.45, 0.35-0.5, 0.37-0.38, 0.37-0.4, 0.37-0.42, 0.37-0.45, 0.37-0.50, 0.38-0.4, 0.38-0.42, 0.38-0.45, 0.38-0.5, 0.4-0.42, 0.4-0.45, 0.4-0.5 또는 0.45-0.5 중량% Fe을 포함할 수 있다.
Mg은 고용체 강화를 통하여 알루미늄 강도에 기여한다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금은 예를 들면, 0-0.01, 0-0.02, 0-0.03, 0-0.04, 0-0.05, 0-0.06, 0-0.07, 0-0.08, 0-0.09, 0-0.1, 0.01-0.02, 0.01-0.03, 0.01-0.04, 0.01-0.05, 0.01-0.06, 0.01-0.07, 0.01-0.08, 0.01-0.09, 0.01-0.1, 0.02-0.03, 0.02-0.04, 0.02-0.05, 0.02-0.06, 0.02-0.07, 0.02-0.08, 0.02-0.09, 0.02-0.1, 0.03-0.04, 0.03-0.05, 0.03-0.06, 0.03-0.07, 0.03-0.08, 0.03-0.09, 0.03-0.1, 0.04-0.05, 0.04-0.06, 0.04-0.07, 0.04-0.08, 0.04-0.09, 0.04-0.1, 0.05-0.06, 0.05-0.07, 0.05-0.08, 0.05-0.09, 0.05-0.1, 0.06-0.07, 0.06-0.08, 0.06-0.09, 0.06-0.1, 0.07-0.08, 0.07-0.09, 0.07-0.1, 0.08-0.09, 0.08-0.1, 0.09-0.1 중량% Mg을 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금에서, 투입 알루미늄 박편에서 확인된 불순물을 제외하고 의도적으로 부가된 Zr, V, Cr, 또는 Ni은 없다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금에서, 그와 같은 불순물은 0%, 0.05% 미만, 0.04% 미만, 0.03% 미만, 0.02% 미만, 또는 0.01% 미만일 수 있으며, 단 모든 불순물의 합은 0.15% 이하이다. 핀 스톡 알루미늄 합금 조성물의 일부 예시적인 구현예는 이 문서의 "개요" 부분에 기재되어 있다.
알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 제조 방법
본원에 기재된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 제조 또는 제작 방법, 및 본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료를 사용한 물건의 제작 방법이 또한 본 발명의 범주에 포함된다. 본원에 기재된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 이 문서에 기재된 기술적 단계의 적어도 일부를 포함하는 방법에 의해서 제작될 수 있다. 그에 대해 구체적으로 설명되지 않으면 이 문서에 포함된 방법의 설명은 본 발명의 청구된 구현예에 대하여 비제한적인 것으로 이해되어야 한다. 본원에 기재된 공정 단계들은 다양한 방식으로 조합되고 변형될 수 있고, 알루미늄 합금 또는 형태, 및 그와 같은 합금으로부터 물건을 제작하는데 적합하게 사용될 수 있다. 본원에 구체적으로 기재되지 않았지만 야금학 및 알루미늄 가공 및 제작 분야에서 일반적으로 사용된 공정 단계 및 조건이 또한 본 발명의 범주에 속하는 방법에 편입될 수 있다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 하기 논의된 공정 단계 및 조건을 사용할 수 있다.
본 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 제조 방법에서는 알루미늄 합금을 잉곳으로 직접 냉각 (DC) 주조하는 것이 사용될 수 있다. DC 주조 후에, 본 방법은 잉곳을 열간 압연시키는 것을 포함한다. DC 주조에 의해 생산된 잉곳을 열간 압연을 위해 예열시킨다. 예열 온도 및 열간 압연 지속기간은, 완성된 핀 스톡이 경납땜된 후에 큰 그레인 크기 및 큰 강도를 보존하도록 미세하게 조절된다. 본 발명의 구현예에 따른 방법에서, 열간 압연을 위해 잉곳을 노에서 적합한 가열 속도, 예를 들면 50℃/hr에서 최대 12시간 동안 최대 500℃로, 예를 들면, 450-480℃로 예열시킨 다음, 5-7 시간 동안 450-500℃에서, 예를 들면, 470-480℃에서 온도를 유지할 수 있다 ("침지"). 예열 및 침지 후에, 잉곳을 2-10 mm (예를 들면, 3-5 mm 또는 3.5-4 mm) 두께로 열간 압연시키는데, 이것은 열간 압연 후의 "배출 게이지"로 칭해질 수 있다.
본 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 생산 방법은 원하는 두께 (게이지) 및 재료의 다른 특성을 얻기 위한 냉간 압연 단계를 포함한다. 예를 들면, 열간 압연 단계 후에, 열간 압연된 알루미늄 합금을 다회 냉간 압연 통과를 포함할 수 있는 초기 냉간 압연 단계 동안 1-2 mm, 예를 들면, 1 mm 두께 또는 게이지 (초기 냉간 압연 게이지)로 냉간 압연시킨 다음, 또한 다회 통과를 포함할 수 있는 중간 냉간 압연 단계 동안 100-200 ㎛ 두께 또는 게이지 (중간 냉간 압연 게이지)로 추가 냉간 압연시킨다. 열간 압연 게이지, 바람직한 최종 두께, 및 하기 논의된 다른 특성에 따라서, 알루미늄 합금은 원하는 게이지를 얻도록 더 많거나 더 적은 냉간 압연 통과를 필요로 할 수 있다. 이 냉간 압연 통과 횟수는 제한되지 않으며, 예를 들면, 최종 시트의 원하는 두께 및 다른 재료 특성에 따라 적절하게 조정될 수 있다.
중간 냉간 압연 후에, 본 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 생산 방법은 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 바람직한 특성을 얻는 중간-어닐링 단계를 포함한다. 용어 "중간-어닐링"은 냉간 압연 단계 사이에 적용된 열 처리를 칭한다. 본 발명의 맥락에서, 중간-어닐링은 중간 냉간 압연 단계와 최종 냉간 압연 단계 사이에 적용된다. 중간-어닐링은 알루미늄 합금을 약 200 내지 약 400℃, 예를 들면, 약 300 내지 약 375℃, 약 325 내지 약 350℃, 약 340 내지 약 360℃, 약 290 내지 약 360℃ 또는 약 345 내지 약 350℃의 온도 ("중간-어닐링 온도")로 가열시키고, 상기 중간-어닐링 온도를 3-5시간 동안, 예를 들면, 약 4 시간 동안 유지한 후에 냉각시키는 것을 포함한다. 약 200 내지 약 400℃의 온도를 유지하는 기간은 또한 "침지"로 칭해질 수 있다. 침지 전 및 후에 재료를 가열 및 냉각시키기 위해서, 40 내지 50℃/hr, 예를 들면, 50℃/hr의 일정한 속도가 적용된다. 중간-어닐링 조건은 다양한 방식으로 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 구조 및 특성에 영향을 미친다. 예를 들면, 더 높은 중간-어닐링 온도는 경납땜 후 강도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 중간-어닐링 조건은 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 바람직한 특성을 얻도록 이 문서에서 상술된 범위 내에서 선택된다.
중간-어닐링 후에, (다회 냉간 압연 통과를 포함할 수 있는) 최종 냉간 압연 단계 동안 20 내지 45%, 25 내지 40%, 20 내지 40%, 20 내지 35%, 25 내지 35%의 % 냉간 가공 (%CW)이 얻어지도록 최종 냉간 압연이 수행되는데, 여기서
% CW = (냉간 압연 전 두께 - 냉간 압연 후 두께)/ 냉간 압연 전 두께 * 100%.
최종 냉간 압연 단계 후에, 본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 약 70-100 ㎛, 70-90 ㎛, 75-85 ㎛, 또는 77-83 ㎛의 두께 (게이지)를 보유한다.
최종 냉간 압연 단계는 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 구조 및 특성에 영향을 미친다. 예를 들면, %CW가 증가함에 따라, 이 알루미늄 재료의 경납땜 전 강도 (경납땜 전 조건에서 측정된 최대 인장 강도 (UTS), 항복 강도 (YS), 또는 둘 모두)가 증가한다. 따라서, 사용된 %CW는, 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 바람직한 특성을 얻도록 이 문서에서 상술된 범위 내에서 조정된다.
본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 생산 방법에 의해 "변형 경화되고", "냉간-가공되며" 및/또는 "H1X" 템퍼 (예를 들면, H14 템퍼)이거나 이것을 갖는 것으로 설명될 수 있는 알루미늄 재료가 얻어진다. 일부 예에서, 본 발명에서의 구현예에 따른 개선된 핀 스톡 알루미늄 합금 재료는 H14, H16 또는 H18 템퍼로 생산될 수 있다. 구체적인 특성 범위는 템퍼 명칭과 관련되는 것으로 이해되어야 한다. 템퍼 명칭은 본 재료의 경납땜 전 특성을 칭하는 것으로 이해되어야 한다.
특성
본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 다수의 유리한 특성, 특징 또는 파라미터를 보유한다. 이러한 특성들은 개별적으로 또는 다양하게 조합되어, 이 문서에 기재된 알루미늄 합금 재료가 열 교환기용 핀을 생산하는데 사용될 수 있게 한다. 그러나, 본 발명의 범주는 특정한 용도 또는 적용으로 제한되지 않으며, 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 특성은 다양한 다른 적용에 대해서도 유리할 수 있음이 이해되어야 한다. 이러한 특성의 일부가 하기 논의되어 있다. 일부 다른 특성들은 구체적으로 기재되지 않을 수 있지만, 본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료를 제작하는데 사용된 조성물 및/또는 생산 방법으로부터 추정될 수 있다.
본 발명의 알루미늄 합금 재료의 일부 구현예는 시트로, 예를 들면, 77-83 ㎛ 두께의 시트로 제작된다. 본 알루미늄 합금 시트는 H1X 템퍼 (예를 들면, H14, H16 또는 H18 템퍼)로 생산될 수 있다. 본 발명의 구현예에 따른 알루미늄 합금 재료는 임의로 조합된 하기 특성 중 하나 이상을 보유할 수 있다: 경납땜 전 조건에서 측정된 210 MPa 이상 (즉, 적어도 210 MPa) 또는 210-220 MPa의 UTS; 경납땜 후에 측정된 150 MPa 이상 (즉, 적어도 150 MPa) 또는 150-160 MPa의 UTS; 경납땜 후에 측정된 25-33 mm의 처짐 저항성; 경납땜 후에 측정된 42-48, 43-47, 또는 44-45 IACS의 전도도; (표준 캐로멜 전극 (SCE)에 대한) -740 mV 이하 (예를 들면, -750 mV)의 개방 회로 전위 부식 값 ("부식 전위"로 또한 지칭됨); 및/또는 조악한 경납땜 후 그레인 미세구조. "경납땜 후"에 측정된 파라미터는 모의된 경납땜 주기 후에 측정되는데, 상기 주기 동안 알루미늄 합금 샘플은 약 20분의 기간 내에 595 내지 610℃의 온도로 가열되고 실온으로 냉각된다. 경납땜 전에 (또는 "경납땜 전" 조건에서) 측정된 파라미터는, 본 재료에 임의의 경납땜 주기를 실시하기 전에 또는 이 주기를 실시하지 않고 측정된다.
본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 임의의 구현예는 개선된 강도 및 전도도를 지니며, 더 낮은 부식 전위 값을 나타낸다. 용어 "전도도", 및 본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡 재료를 설명하기 위해 본원에 사용된 관련 용어 및 표현은 문맥에 따라 열(열적) 전도도 또는 전기 전도도를 칭할 수 있다. 구체적으로 정의되지 않으면, 용어 "전도도"는 일반적으로 전기 전도도를 칭하지만 항상 그러한 것은 아니다. IACS 단위로 표현된 전도도는 전기 전도도이다. 상기 특성 및 이점은, 본 발명의 알루미늄 합금 핀 스톡이 이하에서 더욱 상세하게 논의된 다양한 용도 및 적용에서 유리하게 사용될 수 있게 한다.
용도 및 적용
이 문서에 기재된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 예를 들면, 열 교환기로 제한되지 않은 다양한 적용에 사용될 수 있다. 한 구현예에서, 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는 자동차 열 교환기, 예컨대 라디에이터, 콘덴서 및 증발기에 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 용도 및 적용은 자동차 열 교환기에 제한되지 않으며 다른 용도가 예상된다. 예를 들면, 본 발명의 개선된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료는, 열 교환기를 사용하며 경납땜에 의해 생산된 다양한 장치, 예컨대 가열, 환기 및 공기 컨디셔닝 (HVAC)에 사용된 장치를 제작하는데 사용될 수 있다. 본원에 기재된 알루미늄 합금을 포함하거나 이 합금으로 제작된 물건, 형태, 장치 및 유사 물건인 본원에 기재된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료의 용도 및 적용이 본 발명의 범주에 포함된다. 그와 같은 물건, 형태, 장치 및 유사 물건을 제작, 생산 또는 제조하는 방법이 또한 본 발명의 범주에 포함된다.
본원에 기재된 알루미늄 합금은, 경납땜에 의한 금속 표면의 접합을 필요로 하는 제작 또는 제조 방법에 적합하다. 경납땜은, 충전재 금속이 용융점 초과로 가열되고 모세관 작용에 의해 둘 이상의 꼭 맞게 끼워지는(close-fitting) 부품 사이에 분배되는 금속-접합 공정이다. 경납땜 및 관련된 공정에서 알루미늄 합금의 사용, 및 결과물, 예컨대 경납땜을 포함하는 제조 방법에 따라 제작된 물건은 일반적으로 "경납땜 적용예"로 칭해진다. 본 발명의 일부 구현예에 따른 열 교환기의 부품은 제조 공정 동안 경납땜에 의해 접합된다. 경납땜 동안, 충전재 금속은 용융되고, 모세관 작용에 의해 경납땜시킬 부품 사이의 접촉 지점으로 흐르도록 이용될 수 있는 충전재 금속이 된다.
본원에 기재된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료를 사용하여 제작될 수 있는 하나의 예시적인 물건은 열 교환기이다. 열 교환기는 말하자면 관, 판, 핀, 헤더(header), 및 측면 지지체를 포함하는 부품들의 조립체에 의해 생산된다. 예를 들면, 라디에이터는 관, 핀, 헤더 및 측면 지지체로부터 형성된다. Al-Si 합금으로 피복되지 않음을 의미하는 전형적으로 헐벗은(bare) 핀을 제외하고, 열 교환기의 다른 모든 부품은 하나 또는 두 개의 측면이 경납땜 피복으로 전형적으로 피복된다. 일단 조립되기만 하면, 열 교환기 유닛은, 용해(fluxing) 및 경납땜을 통해 상기 유닛을 함께 보유 지지하도록 밴딩 또는 그러한 장치에 의해 고정된다. 경납땜은 상기 유닛을 터널 노로 통과시킴으로써 일반적으로 수행된다. 경납땜은 또한 용융시킨 염(salt)에 또는 회분식 또는 반-회분식 공정으로 침지시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 유닛을 590℃ 내지 610℃의 경납땜 온도로 가열시키고, 접합부가 모세관 작용에 의해 형성될 때까지 적절한 온도에서 침지시킨 다음, 충전재 금속의 고상선(solidus) 아래로 냉각시킨다. 가열 속도는 노 유형 및 생산된 열 교환기의 크기에 따른다. 본원에 기재된 알루미늄 합금 핀 스톡 재료를 사용하여 제작될 수 있는 물건의 일부 다른 예는 증발기, 라디에이터, 가열기 또는 콘덴서이다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 예시하기 위해 제공될 것이지만, 동시에 본 발명을 조금이라도 제한하려는 것은 아니다. 반대로, 본원에서의 설명을 숙지한 후에 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 당업자에게 제안될 수 있는 다양한 구현예, 변형예 및 그 등가물에 의지(resort)해야 할 수 있음이 명확하게 이해되어야 한다.
실시예 1
1.0-1.1 중량% Si, 0.37-0.42 중량% Fe; 1.5-1.6 중량% Zn, 1.3-1.35 중량% Mn, 0.27-0.33 중량% Cu, 0.04-0.05 중량% Mg, 잔여량의 알루미늄, 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 합금을 잉곳으로 DC 주조하였다. 잉곳을 50℃/hr의 가열 속도에서 12시간 내에 480℃로 예열시키고, 460-480℃에서 6시간 동안 침지시키고, 3.5-4 mm 두께로 열간 압연시켰다. 다음으로, 시트를 약 1 mm 두께로 냉간 압연시킨 다음, 약 123 ㎛ 중간 두께로 냉간 압연시킨 다음, 침지시키기 전 및 후에 50℃/hr의 일정한 가열 및 냉각 속도를 적용하면서 4시간 동안 350℃에서 침지시키는 것을 포함하는 중간-어닐링 처리, 및 35% CW에 상응하는 약 80 ㎛의 최종 게이지로 후속하여 냉간 압연시켰다. 생성되는 합금 재료는, 경납땜 전 조건에서 약 220 MPa 및 경납땜 후에 약 150-160 MPa의 최소의 최대 인장 강도를 지녔다. 본 합금 재료는 약 44-45 IACS의 경납땜 후 평균 전도도, 및 ASTM G69 표준에 따라 측정된 -750 mV의 (표준 캐로멜 전극 (SCE)에 대한) 개방 회로 전위 부식 값을 지녔다. 본 합금 재료는 조악한 경납땜 후 미세구조 및 21.5 mm (동일한 샘플로부터의 상이한 쿠폰(coupon)을 사용한 2회 측정의 평균)의 처짐 저항성을 나타냈다. 상업적인 경납땜 과정의 온도 시간 프로파일을 모의하기 위해 약 20분의 기간 내에 샘플을 605℃의 온도로 가열시키고 실온으로 냉각시키는 모의된 경납땜 주기를 적용한 후에, 상기 특성을 측정하였다.
실시예 2
1.0-1.1 중량% Si, 0.37-0.42 중량% Fe; 1.5-1.6 중량% Zn, 1.3-1.35 중량% Mn, 0.27-0.33 중량% Cu, 0.04-0.05 중량% Mg, 잔여량의 알루미늄, 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 합금을 잉곳으로 DC 주조하였다. 잉곳을 50℃/hr의 가열 속도에서 12시간 내에 480℃로 예열시키고, 460-480℃에서 6시간 동안 침지시키고, 3.5-4 mm 두께로 열간 압연시켰다. 다음으로, 상기 시트를 약 1 mm 두께로 냉간 압연시킨 다음, 중간 두께로 냉간 압연시킨 다음, 2개의 상이한 온도에서 중간-어닐링 처리하였다. 중간-어닐링을 위해, 합금 샘플을 침지 전 및 후에 50℃/hr의 일정한 가열 및 냉각 속도를 적용하면서 350℃ 또는 500℃에서 4시간 동안 침지시킨 다음, 40% CW에 상응하는 약 80 ㎛의 최종 게이지로 후속하여 냉간 압연시켰다. 실시예 1에 기재된 모의된 경납땜 주기를 적용한 후에, 합금 샘플의 처짐 저항성 값 및 경납땜 후 미세구조를 조사하였다. 350℃에서의 침지를 포함하는 중간-어닐링을 사용하여 생산된 합금 샘플 ("제1 그룹")은, 조악한 경납땜 후 미세구조 및 24 mm의 평균 처짐 값을 나타냈다. 비교로, 500℃에서의 침지를 포함하는 중간-어닐링을 사용하여 생산된 합금 샘플 ("제2 그룹")은 제1 그룹보다 더 미세한 경납땜 후 그레인 구조 및 32 mm의 평균 처짐 값을 나타냈다. 더 낮은 온도에서 어닐링시킨 제1 그룹의 합금 샘플이 더 높은 처짐 저항성 값을 나타냈다.
이상에서 인용된 모든 특허, 특허 출원, 공보 및 요약서는 그 전체가 본원에 참고로 편입되어 있다. 본 발명의 다양한 구현예를, 본 발명의 다양한 목적의 성취 측면에서 설명하였다. 이러한 구현예는 단지 본 발명의 원리를 예시하는 것으로 인식되어야 한다. 하기 청구범위에서 정의된 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 다수의 변형예 및 이것의 개작물이 당업자에게 용이하게 명확해질 것이다.

Claims (19)

  1. 알루미늄 합금이며, 1.0 내지 1.1 중량%의 Si, 0.37 내지 0.42 중량%의 Fe, 0.27 내지 0.33 중량%의 Cu, 1.3 내지 1.35 중량%의 Mn, 0.04 내지 0.05 중량%의 Mg, 1.5 내지 1.6 중량%의 Zn, 잔여량의 Al, 및 0.15 중량% 이하의 불순물을 포함하고, Zr, V, Cr, 또는 Ni이 존재할 경우, 각각의 불순물은 0.05 중량% 미만으로 존재하는, 알루미늄 합금.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 합금은 알루미늄 합금 시트 형태인, 알루미늄 합금.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 합금은
    상기 알루미늄 합금을 잉곳으로 직접 냉각 주조시키는 단계;
    상기 직접 냉각 주조 후의 상기 잉곳을 열간 압연된 시트로 열간 압연시키는 단계;
    상기 열간 압연 후에, 상기 열간 압연된 시트를 중간 두께 시트로 냉간 압연시키는 단계;
    냉간 압연 후에, 상기 중간 두께 시트를 200 내지 400℃에서 중간-어닐링시키는 단계; 및
    중간-어닐링 후에, 20 내지 40%의 % 냉간 가공(%CW)이 얻어지도록 상기 중간 두께 시트를 냉간 압연시켜서, 70 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 알루미늄 합금 시트를 얻는 단계
    를 포함하는 방법에 의해 생산된 알루미늄 합금 시트 형태인, 알루미늄 합금.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트는 경납땜 전 조건에서 측정된 적어도 200 MPa, 또는 경납땜 후에 측정된 적어도 150 MPa 중 하나 또는 둘 모두의 최대 인장 강도를 갖는, 알루미늄 합금.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트는 경납땜 후에 측정된 -740 mV 이하의 부식 전위를 갖는, 알루미늄 합금.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트는 경납땜 후에 측정된 43 내지 47 IACS의 전기 전도도를 갖는, 알루미늄 합금.
  10. 청구항 1의 알루미늄 합금을 포함하는, 열 교환기.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 열 교환기는 자동차 열 교환기인, 열 교환기.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 열 교환기는 라디에이터, 콘덴서 또는 증발기인, 열 교환기.
  13. 핀 스톡 알루미늄 합금 시트의 제조 방법이며,
    1.0 내지 1.1 중량%의 Si, 0.37 내지 0.42 중량%의 Fe, 0.27 내지 0.33 중량%의 Cu, 1.3 내지 1.35 중량%의 Mn, 0.04 내지 0.05 중량%의 Mg, 1.5 내지 1.6 중량%의 Zn, 잔여량의 Al, 및 0.15 중량% 이하의 불순물을 포함하고, Zr, V, Cr, 또는 Ni이 존재할 경우, 각각의 불순물은 0.05 중량% 미만으로 존재하는 알루미늄 합금을 잉곳으로 직접 냉각 주조시키는 단계;
    상기 직접 냉각 주조 후의 상기 잉곳을 열간 압연된 시트로 열간 압연시키는 단계;
    상기 열간 압연 후에, 상기 알루미늄 합금을 중간 두께 시트로 냉간 압연시키는 단계;
    냉간 압연 후에, 상기 중간 두께 시트를 200 내지 400℃에서 중간-어닐링시키는 단계; 및
    중간-어닐링 후에, 20 내지 40%의 % 냉간 가공(%CW)이 얻어지도록 상기 중간 두께 시트를 냉간 압연시켜서, 70 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 핀스톡 알루미늄 합금 시트를 얻는 단계
    를 포함하는, 핀 스톡 알루미늄 합금 시트의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 핀 스톡 알루미늄 합금 시트가 경납땜 전 조건에서 측정된 적어도 200 MPa, 또는 경납땜 후에 측정된 적어도 150 MPa 중 하나 또는 둘 모두의 최대 인장 강도를 갖는, 핀 스톡 알루미늄 합금 시트의 제조 방법.
  15. 청구항 13 또는 14에 있어서, 상기 핀 스톡 알루미늄 합금 시트가 경납땜 후에 측정된 -740 mV 이하의 부식 전위를 갖는, 핀 스톡 알루미늄 합금 시트의 제조 방법.
  16. 청구항 13 또는 14에 있어서, 상기 핀 스톡 알루미늄 합금 시트가 경납땜 후에 측정된 43 내지 47 IACS의 전기 전도도를 갖는, 핀 스톡 알루미늄 합금 시트의 제조 방법.
  17. 청구항 1의 알루미늄 합금으로 제작된 적어도 하나의 제1 알루미늄 합금 형태를 제2 알루미늄 합금 형태와 경납땜에 의해서 접합시키는 것을 포함하는 열 교환기의 제조 방법이며,
    상기 둘 이상의 알루미늄 형태를 함께 조립하고 고정시키는 단계; 및
    모세관 작용에 의해 상기 둘 이상의 알루미늄 형태 사이에서 접합부가 형성될 때까지 상기 둘 이상의 알루미늄 형태를 경납땜 온도로 가열시키는 단계를 포함하는, 열 교환기 제조 방법.
  18. 청구항 1의 알루미늄 합금으로 제작된, 열 교환기 핀.
  19. 삭제
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