KR20150021085A

KR20150021085A - 제어된 분위기에서 플럭스프리 브레이징을 위한 다층 알루미늄 브레이징 시트

Info

Publication number: KR20150021085A
Application number: KR20147036888A
Authority: KR
Inventors: 린다 아힐; 리차르드 웨스테르가르드; 다비드 아브라함손
Original assignee: 그랑게스 스웨덴 아베
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2015-02-27
Also published as: JP6415429B2; RU2642245C2; BR112014029796A2; PL2855063T5; MX2014014444A; CN104395028B; US20150165564A1; WO2013180630A1; HUE028924T2; IN2014DN09944A; KR102131153B1; EP2855063A1; RU2014153559A; EP2855063B1; PL2855063T3; BR112014029796B1; JP2015528852A; EP2855063B2; CN104395028A

Abstract

간층으로 피복된 알루미늄 합금 코어 재료와 Al-Si 브레이즈 합금을 포함하는 알루미늄 브레이징 시트가 개시된다. 간층은 ≤1.0% Si 및 0.1-2.5% Mg를 포함하는 알루미늄 합금으로 구성된다. Al-Si 브레이즈 합금은 5-14% Si 및 0.01-1.0% Bi를 포함한다. 코어 재료와 간층은 브레이즈 합금보다 높은 용융 온도를 가진다.

Description

제어된 분위기에서 플럭스프리 브레이징을 위한 다층 알루미늄 브레이징 시트{MULTILAYER ALUMINIUM BRAZING SHEET FOR FLUXFREE BRAZING IN CONTROLLED ATMOSPHERE}

본 발명은 간층으로 피복된 코어 재료, 및 외부 피복 브레이즈 층을 포함하는 다층 알루미늄 브레이징 시트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 개선된 다층 알루미늄 브레이징 시트를 포함하는 열 교환기에 관한 것이다.

본 발명은 표층 산화물 층을 파괴, 용해 또는 제거하기 위해서 플럭스를 적용할 필요 없는 불활성 또는 환원 분위기에서, 일반적으로 대기압에서 알루미늄 재료의 브레이징에 의해 연결하기 위한 시트 재료에 관한 것이다.

오늘날의 도전과제는 열 교환기 산업에서 가능한 낮은 최종 비용으로 가능한 높은 품질을 획득하는 재료 및 구성요소를 설계하고 제조하는 것이다. 열 교환기 생산에서 가장 흔히 사용되는 기술은 가능한 적은 양의 산화성 불순물(주로 산소 기체와 수증기)을 가진 질소로 보통 구성되는 제어된 분위기에서의 브레이징이다. 이 공정은 제어 분위기 브레이징("CAB")으로 알려져 있으며, 브레이징 전에 연결될 표면에 Al-K-F 기재 플럭스, 예를 들어 Nocolok 플럭스의 적용을 수반한다. 플럭스는 필러 금속의 표층 산화물 층을 파괴, 제거 또는 용해하여 용융된 필러와 개별적 열 교환기 구성요소 사이에 습윤을 촉진한다. 플럭스는 또한 조인트 형성 동안 새로운 산화물의 형성을 방지하거나 감소시킨다. 그러나, 브레이즈 후 플럭스 잔류물은 이들이 브레이징된 알루미늄 표면으로부터 탈착하여 내부 채널을 막을 수 있어 열 교환기의 효과적인 사용을 방지하므로 열 교환기에 유해한 것으로 대체로 생각된다. 때로 일부 사례에서 플럭스의 사용은 부식과 침식을 촉진해서 유닛을 덜 효과적이게 하고, 때로 유닛의 때 이른 고장을 초래한다는 주장도 있다. 또한, 플럭스 잔류물과 예를 들어 라디에이터 회로의 매질에 사용된 부식 억제제 사이에 화학 반응이 일어나서 시스템에 손상을 야기할 수 있다는 우려도 관련된다. 플럭스 이용의 순수하게 기능 관련된 단점과는 별개로, 예를 들어 작업 환경, 비용, 브레이징 관련 하드웨어의 투자와 그것의 유지, 에너지 및 자연 환경에 대한 플럭스와 플럭스 적용의 영향이 심각하다.

상기 언급된 한계들에 더하여, CAB 플럭스의 산화물 제거 효능은 브레이징될 재료에서 합금 원소로서 Mg의 사용에 의해서 감소된다. 이것은 매우 높은 용융 온도를 가지며, 습윤, 필레트 형성 및 조인트 성장을 방지하는 플럭스 형성 화합물과 Mg 사이의 반응으로 인한 것이다. 이런 상반성은 알루미늄 재료에 강도를 제공하려 할 때 Mg가 매우 효과적이므로 성가신 일이 된다. 결과적으로, CAB는 비-열 처리가능한(NHT) 합금 및 적은 양의 Mg를 함유하는 합금에만 국한되었다. Mg가 미량 수준과 0.2%의 수준에서 이미 브레이징 결과에 영향을 미치기 시작하는 것은 잘 알려져 있으며, 대부분의 CAB 사용자는 조인트 형성이 큰 문제이다. 이 문제는 플럭스 첨가를 증가시키거나 또는 독점적이며 고가인 Cs-함유 플럭스 등급의 사용에 의해 어느 정도 포함될 수 있다. 그러나, 이 문제는 해결되지 않고, 오히려 조금 더 높은 Mg 수준을 향해 이동된다.

플럭스 적용 없이 CAB를 사용하는 열 교환기를 생산할 수 있으려면 브레이즈 조인트 형성을 가능하게 하는 새로운 재료 개념의 개발 및 설계가 따라서 필수적이다.

이후 사용된 모든 템퍼 및 합금 명칭은 2007년 알루미늄 협회에 의해서 공개된 알루미늄 협회 명칭 표준 및 데이터 및 등록 기록에 따른다. 합금에서 화학 함량과 관련한 모든 퍼센트는 여기서 중량 퍼센트를 표시하는 것으로 이해된다.

특허 EP 1306207 B1은 플럭스를 사용하지 않고 불활성 기체 중에서 블레이징하기에 적합한 알루미늄 브레이징 합금을 설명한다. 이 발명은 0.1 내지 0.5% Mg와 0.01 내지 0.5% Bi를 함유하는 Al-Si 기재 합금으로 피복한 얇은 피복층인 외부 재료와 코어 재료의 다층 브레이징 시트에 기초한다. 브레이즈 사이클의 온도 상승 단계 동안 중간 Al-Si 층이 먼저 용융하기 시작해서 체적 팽창하여 얇은 피복층을 파괴하며, 이로써 용융된 필러 금속이 균열을 통해서 브레이징 시트의 표면 위로 스며나오게 된다.

WO 2008/155067 A1에는 플럭스 없는 브레이징 방법이 개시된다. 이 발명은 얇은 피복층, 피복층과 코어 사이의 중간층으로서 Al-Si 브레이징 금속을 포함하는 다층 알루미늄 시트에 기초한다. 피복 합금과 코어 합금은 브레이징 금속의 액상선 온도보다 높은 고상선 온도를 가진다. Al-Si 브레이징 합금은 0.01-0.09% Mg와 0.01-0.5% Bi를 함유한다. 코어의 Mg 함량은 바람직하게 <0.015%이다. 이 문헌에서 플럭스 없는 브레이징은 아마도 브레이징 시트의 전체 Mg 함량을 0.06% 미만으로 유지함으로써 제조될 것이다.

상기 확인된 선행기술 문헌의 브레이징 시트 구성들은 유사하다. 둘 다 코어, 얇은 피복층으로 피복된 Mg와 Bi를 함유하는 중간 브레이즈 금속에 기초한다. 이러한 브레이징 시트 구조에는 잠재적 위험이 있다. 필러 용융과 습윤 사이에 시간 지연이 있을 수 있다. 용융물에 대한 중력의 영향이 표면 산화물 아래에서 필러 유동을 야기할 수 있고, 그 결과 불균질한 조인트 크기와 용융된 필러의 큰 국소화된 축적이 생긴다.

선행기술에서 이용가능한 플럭스 없는 브레이징을 위한 방법은 이들이 하부 브레이즈보다 높은 용융 온도를 가진 외부 피복을 필요로 하거나, 또는 두 상이한 브레이즈 합금층의 조합이 브레이징 공정 동안 둘 다 용융하도록 의도된다는 점에서 제약을 가진다. 이것은 정교한 동시 부식 전위 구배 설계, 고 강도 시트 설계 및 플럭스 없는 연결을 허용하지 않는다. 또한, 브레이징 공정을 개선하고자 하는 소망이 있다.

주로 자동차 산업에서의 요구는 열 교환기 시스템에서 허용되는 잔류 플럭스의 양과 관련하여 증가하고 있다. 고 품질 내부 조인트를 반복 형성하기 위해 열 교환기의 내부 표면의 국소 영역에 적은 양의 플럭스를 반복적으로 적용하는 것은 어렵기도 하고 비용이 많이 드는데, 이 발명은 열 교환기 생산의 바로 이 측면에서 분명한 이점을 제공한다.

따라서, 상기 확인된 문제들을 극복한 브레이징 시트를 제공해야 할 필요성이 여전히 있다.

이미 공지된 알루미늄 합금 브레이징 시트의 다른 예들은 US 6,627,330 B1과 WO2010/052231로부터 공지되며, 이 두 문헌은 높은 또는 의도적으로 첨가된 Mg 함량을 가진 최외곽층을 개시한다.

본 발명의 목적은 플럭스를 적용할 필요 없이, 불활성 또는 환원 분위기에서 브레이징될 수 있는 알루미늄 합금 브레이징 시트를 제공하는 것으로서, 이것은 증진된 브레이즈 조인트를 가져오고, 정교한 부식 전위 설계를 허용한다.

이 목적은 독립 청구항 제1항에 따른 알루미늄 합금 브레이징 시트에 의해서 달성된다. 구체예들은 종속 청구항들에 의해서 한정된다.

본 발명에 따른 알루미늄 합금 브레이징 시트는 브레이징 시트 자체 이외의 다른 하나 이상의 구성요소를 브레이징하는데, 특히 알루미늄 브레이징 시트로부터 제조된 튜브의 외부 표면에 핀 또는 헤더를 브레이징하는데 특히 적합하다.

알루미늄 합금 브레이징 시트는 알루미늄 합금의 간층(interlayer)으로 피복되고, 이것이 차례로 Al-Si 브레이즈 합금으로 피복된 알루미늄 합금 코어 재료를 포함한다. 간층 알루미늄 합금은 ≤1.0% Si 및 0.1-2.5% Mg, 바람직하게 ≥0.2% Mg, 더 바람직하게 ≥0.3% Mg, 더욱 바람직하게 ≥0.5% Mg를 포함한다. Al-Si 브레이즈 합금은 5-14% Si 및 0.01-1.0% Bi, 바람직하게 0.05-0.5% Bi, 가장 바람직하게 0.07-0.2% Bi, ≤0.8% Fe, ≤6% Zn, ≤0.1% Sn, ≤0.1% In, ≤0.3% Cu, ≤0.15% Mn, ≤0.05% Sr 및 불가피한 불순물을 포함하며, 각 불순물의 양은 0.05wt% 미만이고, 전체 불순물 함량은 0.2wt% 미만이며, 나머지는 알루미늄으로 구성된다. 코어 금속과 간층은 브레이즈 합금보다 높은 용융 온도를 가진다.

이와 같이, 본 발명은 제어된 분위기와 첨가된 부식 보호제에서 플럭스 없이 우수한 브레이징능을 달성하기 위하여, 예를 들어 EP 1306207 B1과 WO 2008/155067 A1에 설명된 것과는 완전히 상이한 브레이징 시트 구성에 기초한다.

한 구체예에 따라서, 간층의 알루미늄 합금은 적어도 0.9% Mg를 포함한다.

또 다른 구체예에 따라서, 간층의 알루미늄 합금은 최대 2.2% Mg를 포함한다.

한 구체예에 따라서, 간층은 코어 재료에 직접 인접하며, 즉 간층과 코어 재료 사이에 어떤 중간층이 없다. 다른 구체예에 따라서, 브레이즈 층은 간층에 직접 인접하며, 즉 브레이즈 층과 간층 사이에 어떤 중간층이 없다. 또 다른 구체예에 따라서, 간층은 코어층과 브레이즈 합금 사이에 어떤 추가 층들 없이 코어층과 브레이즈 합금 사이에 샌드위치된다.

알루미늄 합금 브레이징 시트는 열 교환기와 같은 브레이징된 제품을 생산하는데 사용된다.

본 발명에 따른 브레이징 시트로부터 생산된 열 교환기의 외부 표면에 플럭스가 존재하지 않으므로, 예를 들어 차량의 차체로 들어갈 수 있는 플럭스 잔류물의 탈착에서 어떤 어려움이 회피된다. 이것은 또한 열 교환기의 시각적 외형을 개선한다. 열교환기의 내부 표면에 플럭스가 존재하지 않으므로, 막힘, 침식, 및 플럭스와 냉매 사이 화학 반응에서 어떤 어려움과 플럭스 잔류물로 인한 다른 인지된 단점들이 회피된다.

또한, 플럭스 자체의 비용을 제거할 뿐만 아니라 리드 타임을 단축하고, 더 적은 인건비를 허용하고, 공장에서 바닥 공간을 여유롭게 하고, 브레이징 하드웨어의 유지관리에 대한 요구를 감소시키고, 운영에 대한 요구를 감소시킴에 따라 플럭스의 사용이 없는 브레이징 열 교환기 유닛에 있어야 하는 분명한 비용 이점이 있다. 또한, 사람을 위한 더 나은 작업 환경, 플럭스 시스템으로부터 고체 폐기물과 폐수의 적은 배출 및 브레이징 공정으로부터 더 적은 양의 유해한 기체상 유출물에 있어서 중요한 이익이 있어야 한다.

본 발명의 알루미늄 합금 브레이징 시트는 간층으로서 Mg-부화 알루미늄 합금으로 한쪽 또는 양쪽에서 피복된 알루미늄 기재 코어로 구성되며, 간층은 차례로 Al-Si 브레이즈 합금으로 피복되고, 여기서 상기 브레이즈는 Bi를 추가로 함유한다.

Al-Si 브레이즈 합금의 액상선 온도는 코어 및 간층의 고상선 온도보다 낮으며, 간층은 허용된 최고 브레이징 온도보다 높은 액상선 온도를 가진다. 간층으로부터 Mg는 브레이징 온도 이하로 가열하는 동안에 브레이즈의 외부 표면으로 확산해야 한다. 만일 정확한 양의 Mg가 정확한 시간에 그곳에 도달한다면, 브레이징 후 시트의 두께를 통해서 부식 전위 구배를 제공하는 것을 보조하는 간층의 손상이 없는 상태에서 산화물이 파괴되어 용융된 필러 금속이 어떤 대응표면을 습윤시켜 조인트를 형성하는 것이 가능하다. 본 발명에서, 필러 재료, 즉 브레이즈 재료의 Mg 함량은 바람직하게 <0.01%이다. 본 발명은 최적의 브레이징능이 코어와 필러 금속 사이의 간층에 있는 Mg에 의해서 달성됨을 보여준다.

본 발명은 이후 3-층 알루미늄 합금 브레이징 시트로서 설명되며, 여기서 브레이징은 시트의 한쪽에서 발생한다. 그러나, 본 발명은 코어의 양측에서 브레이즈 조인트를 생성하는데 사용될 수 있으며, 이 경우 브레이징 시트는 5개의 층으로 구축될 것이다. 그것은 또한 한쪽에서 희생적 수면(waterside)으로 피복될 수 있고, 4-층 시트 또는 코어와 수면 클래딩 사이에 간층이 있는 수면으로 5층 시트를 제공하는 것일 수 있다.

본 발명은 Mg-부화 간층으로 피복된 코어 재료로서, 간층이 차례로 브레이징 성능을 증진시키기 위한 Bi를 함유하는 Al-Si 합금으로 피복된 코어 재료를 포함하는 알루미늄 합금 브레이징 시트 제품을 제공하며, 여기서 상기 코어 재료와 간층은 브레이징 합금보다 높고, 실제로 의도된 브레이징 온도보다 높은 용융 온도를 가진다. 간층으로부터 Mg는 브레이징 온도 이하에서 가열하는 동안에 브레이즈 층을 통해서 브레이즈의 외부 표면으로 확산한다. 만일 정확한 양의 Mg가 정확한 시간에 그곳에 도달한다면, 브레이징 후 시트의 두께를 통해서 부식 전위 구배를 제공하는 것을 보조하는 간층의 손상이 없는 상태에서 표층 산화물이 파괴되어 용융된 필러 금속이 어떤 대응표면을 습윤시켜 조인트를 형성하는 것이 가능하다. 열 교환기에서 우수한 조인트가 형성되는 것을 허용하기 위하여, 브레이즈는 약 577℃에서 용융되어야 하며, 가열은 585-610℃ 구간의 온도에 도달할 수 있다. 보통 595-605℃의 구간을 목표로 하는 경향이 있다. 이것은 간층과 코어층의 액상선이 더 높고, 이들은 둘 다 615℃를 초과하는 액상선 온도를 가져야 하는 것을 필요로 한다.

브레이즈 합금

우수한 브레이징을 획득하기 위하여 Al-Si 브레이즈 합금은 바람직하게 최대 0.02%, 더 바람직하게 <0.01% Mg를 함유한다. 브레이징 전 가열 동안 표면에서 산화물의 과도한 성장을 피하기 위해 얇은 브레이즈 층에서 Mg 함량은 낮게 유지되는 것이 중요하다. 본 발명에 따라서 브레이즈 층에 Bi의 첨가는 조인트 형성을 증진시키며, 이로써 조인트는 더 빠르게 형성되고 더 큰 크기를 가진다. 그것은 또한 알루미늄 합금의 부식 전위를 감소시키는 Zn, Sn 및 In 또는 부식 전위를 증가시키는 Cu 및 Mn을 함유할 수 있다. Sr은 작은 Si 입자 크기를 달성하기 위한 강력한 변형제로서, 500ppm 이하의 기술적 유발량으로 또한 존재할 수 있다.

Al-Si 브레이즈 합금에서 Si의 양은 원하는 특별한 브레이징 공정에 적합하도록 선택될 수 있고, 보통 5 내지 14% Si이지만, 7 내지 13% Si가 바람직하게 사용된다.

이와 같이, Al-Si 브레이즈 합금의 바람직한 조성은:

Si 5 내지 14%, 바람직하게 7 내지 13%,

Mg <0.02%, 바람직하게 <0.01%,

Bi 0.01 내지 1.0%, 바람직하게 0.05 내지 0.5%, 가장 바람직하게 0.07 내지 0.2%,

Fe ≤0.8%

Cu ≤0.3%,

Mn ≤0.15%,

Zn ≤6%,

Sn ≤0.1%

In ≤0.1%

Sr ≤0.05%, 및

각 불순물의 양은 0.05% 미만이고, 전체 불순물 함량은 0.2% 미만인 불가피한 불순물을 함유하며, 나머지는 알루미늄으로 구성된다.

코어 재료

본 발명의 브레이징 시트는 어떤 알루미늄 브레이징 시트 코어 재료와 함께 사용될 수 있다. 적합한 코어 재료는 어떤 AA3xxx 시리즈 합금일 수 있다. 본 발명 내에서 브레이징에서 조인트 형성은 또한 코어 합금에 첨가된 Mg로 인해 잘 작동한다는 것이 판명되었는데, 이것은 코어가 더 높은 강도로 주어질 수 있다는 것을 의미한다. 코어는 또한 강도, 브레이징능 및 부식 성능을 위해 Mn와 부식 성능을 변형시킬 수 있고 브레이징 후 강도를 위한 Cu를 함유해야 한다. 그것은 또한 강도 및 분산질 형성 목적을 위해 Si와 강도, 부식을 위해 그리고 주조시 과립 정련제로서 Ti를 함유할 수 있다. Zr, Cr, V 및 Sc의 원소가 강도 변형과 분산질 형성 목적을 위해 존재할 수 있다.

이렇게 해서 코어 합금은 바람직하게:

Mn <2.0%,

Cu ≤1.2%,

Fe ≤1.0%,

Si ≤1.0%,

Ti ≤0.2%,

Mg ≤2.5%, 바람직하게 0.03-2.0%

Zr, Cr, V 및/또는 Sc 합해서 ≤0.2%, 및

간층

얇은 간층은 피복 Al-Si 브레이즈 금속의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 알루미늄 합금으로 구성되며, 표층 표면에서 산화물을 파괴하기 위해 표층 브레이즈를 통한 확산을 허용할 수 있는 실질적인 양의 Mg를 함유할 필요가 있을 것이다. 따라서, 간층은 0.1%보다 높은, 바람직하게 0.2%보다 높은 Mg 함량을 가져야 한다. 가장 바람직한 사례는 Mg가 0.3% 이상, 더 바람직하게 0.5% 초과의 양으로 합금에 첨가되는 것이다. 조인트 형성은 실시예에 나타낸 대로 간층에서 0.5%일 때 실현이 가능하다. 그러나, 간층에서 적어도 0.9%인 것이 유의하게 더 낫다. 재료의 압연능은 간층의 Mg 함량이 2.5%를 초과할 때 어려울 수 있다. 바람직하게, 간층에서 Mg의 최대 함량은 2.2%를 초과하지 않는다. 이와 같이, 간층의 Mg 함량은 0.1-2.5%, 바람직하게 0.2-2.5%, 더 바람직하게 0.3-2.5%, 더욱더 바람직하게 0.5-2.5%, 가장 바람직하게 0.9-2.2%이다. 간층은 또한 코어 재료와 동일한 이유로 Si, Mn, Fe, Ti, Cu, Zn, Cr, Zr, V 및 Sc를 함유할 수 있다. 합금의 부식 전위를 감소시키고, 시트의 두께를 통해서 적합한 브레이징 후 부식 전위 구배를 생성하는 것을 돕기 위해서 Zn, Sn 및 In이 포함될 수 있다.

이와 같이, 간층 합금은 바람직하게:

Mg 0.1-2.5%, 바람직하게 ≥0.2%, 더 바람직하게 ≥0.3%, 더욱더 바람직하게 ≥0.5%, 가장 바람직하게 0.9-2.2%,

Mn <2.0%,

Cu ≤1.2%,

Fe ≤1.0%,

Si ≤1.0%,

Ti ≤0.2%,

Zn ≤6%,

Sn ≤0.1%,

In ≤0.1%,

Zr, Cr, V 및/또는 Sc 합해서 ≤0.2%, 및

복합 브레이징 시트

Mg를 포함하는 간층으로 피복된 코어 재료를 포함하는 알루미늄 합금 브레이징 시트 제품이 제공되며, 간층은 차례로 브레이징 성능을 증진시키기 위한 Bi를 함유하는 Al-Si 합금으로 피복되고, 여기서 상기 코어 재료와 간층은 브레이징 합금보다 높은 용융 온도, 실제로 의도된 브레이징 온도보다 높은 용융 온도를 가진다. 브레이징 시트는 플럭스를 사용하지 않고 제어된 분위기에서 효과적으로 브레이징될 수 있다. 반대편 쪽은 클래드되지 않거나, 유사한 구성으로 배열되거나, 희생적 클래딩으로 클래드되거나 또는 Al-Si 브레이즈 클래딩으로 클래드될 수 있다. 그러나, 본 발명 내에서 사용될 수 있는 브레이징 시트는 상기 구성에 제한되지 않는다.

알루미늄 브레이징 시트의 전체 두께는 0.1mm 내지 4mm이며, 이것은 열 교환기의 제조에 적합하다. 간층의 두께는 바람직하게 5 내지 200μm이며, 이로써 브레이징 동안 효과적인 산화물 파괴를 제공할 수 있다. 브레이즈 층의 두께는 5 내지 100μm일 수 있다. 다층 브레이징 시트의 전체 두께에 대한 전체 클래드 층 두께는 바람직하게 3 내지 30%이다. 브레이즈의 두께는 충분한 브레이징 후 조인트 크기를 제공하기에 충분한 필러가 이용될 수 있도록 선택된다. 또한, 이 두께는 적합한 양의 Mg가 브레이즈 가열 동안 브레이즈 층을 통해서 외부 산화물로 확산하도록 선택되어야 하며, 이로써 충분한 산화물 파괴와 우수한 습윤이 제공된다. 브레이즈 합금층에 대한 간층의 두께는 25% 내지 250%이고, 대부분의 용도는 50% 내지 150%의 구간에서 예상된 두께 비율을 필요로 한다. 브레이징이 수행되는 적합한 온도 구간은 580℃ 내지 610℃, 바람직하게 590℃ 내지 605℃의 범위이다.

간층 및 코어의 화학은 이들이 브레이징 후 적합한 부식 전위 구배를 제공하도록 선택되어야 한다. 이것은 간층이 코어에 대해 적당히 희생적이어야 한다는 것을 의미한다.

시트 설계는 이상적으로 충분한 양의 Mg가 산화물/금속 계면에 도달해서 브레이즈 가열 사이클 동안 적당한 시기에 산화물을 파괴하도록 하는 것이다. 만일 브레이즈 가열 사이클 동안 너무 이르게 너무 많은 Mg가 산화물/금속 계면에 도달한다면, 과잉의 Mg는 너무 두꺼운 산화물이 생성되는 것을 보조하여 습윤 및 조인트 성장을 방지할 수 있다. 만일 너무 적은 Mg가 산화물/금속 계면에 도달하거나 브레이징 가열 사이클 동안 너무 늦게 도착한다면, 습윤 및 조인트 성장이 불완전하거나 부재할 것이다. 이것은 필러가 파괴된 산화물 층 밑으로 흐를 수 있기 때문이다. 따라서, 브레이즈 가열 사이클은 매우 중요하며, 성공적인 플럭스프리 브레이징 결과를 제공하기 위해 시트 설계, 열기계적 생산 경로, 퍼니스 특징 및 나머지 열 교환기 조립체 설계와 함께 고려되어야 한다.

더 나아가, 본 발명은 상기 설명된 알루미늄 합금 브레이징 시트를 포함하는 열 교환기를 제공한다.

브레이징 시트의 생산

상기 설명된 합금들은 각각 직접 냉각(DC) 캐스팅 또는 연속 트윈 롤 캐스팅을 사용하여 주조될 수 있거나, 또는 벨트 캐스팅기에서 연속 주조될 수 있다. 캐스팅 기술의 선택은 기술적, 경제적 및 용량적 고려사항에 의해서 결정된다. 코어 합금은 DC 캐스팅 경로를 사용하여 슬래브로서 주조되고, 중간층 및 얇은 외부층은 DC 캐스팅이나 연속 캐스팅 기술을 사용하여 주조된다.

현재 사용되는 지배적인 기술은 DC 캐스팅이며, 이후 브레이즈 합금 잉곳과 간층 합금 잉곳의 슬래브가 둘 다 스캘핑된 다음 350 내지 550℃의 온도로 퍼니스에서 가열되며, 이 소킹 온도에서 기간은 0시간에서 20시간까지 다양하다. 계속해서 두 합금은 모두 원하는 두께로 열간 압연되고 적합한 길이로 절단된다. 간층 플레이트가 다음에 코어 잉곳의 스캘핑된 표면에 놓이고, 브레이즈 합금 플레이트가 다음에 간층의 표면에 놓인다. 플레이트들은 MIG 용접에 의한 두 대향 측면을 따른 솔기 용접에 의해서, 또는 스틸 밴딩이나 관리가능한 잉곳 패키지를 제조할 수 있는 다른 적합한 기술에 의해서 코어 슬래브 상에서 제자리에 고정된다. 이 패키지는 다음에 예열 퍼니스에 놓인다. 패키지는 350℃ 내지 550℃의 온도로 가열되고, 이 소킹 온도에서 기간은 0시간 내지 20시간이다. 클래드 패키지가 열간 압연된 후, 최종 치수로 냉간 압연되고, 평탄성을 개선하기 위해 신축되고, 이송 폭으로 세절된다. 더 용이한 생산과 정확한 이송 템퍼를 달성하기 위해 필요에 따라 중간 및 최종 열처리가 행해진다.

실시예

실시예들의 모든 합금은 길이 150mm, 폭 90mm 및 두께 20mm의 작은 슬래브를 생산하는 소위 말하는 북(book) 몰드에서 실험실 캐스팅 장비를 사용하여 주조되었다. 브레이징능에 대해 시험된 합금의 화학 조성은 표 1에서 볼 수 있다.

각 슬래브는 스캘핑되었고 8시간 동안 실온에서부터 450℃까지 가열되었고 2시간 동안 450℃에서 소킹되었고 주위 공기에서 냉각되었다. 다음에, 재료를 적합한 두께로 압연하고, 용이한 압연을 촉진하기 위해 필요할 때 단계 사이에 연질 아닐링했다. 다음에, 코어-, 중간 브레이즈 층- 및 외부층 재료를 조합해서 3층 클래드 패키지를 제조했고, 여기서 층들은 냉간 압연에 의해서 서로 부착되었다. 이 재료들은 0.25mm 두께로 냉간 압연되었는데, 이것은 10% 간층과 10% 브레이즈 층을 가진 단측 클래딩을 제공했으며, 용이한 압연을 제공하기 위해 필요할 때 중간 연질 아닐링을 수행했고, 후속 브레이징 과정 동안에 코어에 큰 재결정화된 과립을 제공하기 위해 H24 템퍼까지 최종 역 아닐링을 제공했다. 템퍼 아닐링 대신에, 큰 재결정화된 과립을 제공하기 위해 가공 템퍼, 예를 들어 H12, H14 또는 H112를 제공할 수 있다.

OES에 의한 용융물 분석으로부터 시험된 합금의 중량% 단위의 화학 조성

합금	타입	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ti	Zr	Bi
A	코어	0.14	0.50	0.12	1.09	<0.01	0.02	<0.01	<0.01
B	코어	0.07	0.22	0.81	1.70	<0.01	0.05	0.14	<0.01
C	코어/간층	0.75	0.22	0.29	0.60	0.31	0.15	<0.01	<0.01
D	코어	0.68	0.25	0.30	0.03	0.42	0.14	<0.01	<0.01
E	코어/간층	0.05	0.20	0.28	1.30	0.22	0.02	<0.01	<0.01
F	코어/간층	0.50	0.22	<0.01	0.06	0.67	0.01	<0.01	<0.01
G	간층	0.05	0.17	<0.01	<0.01	0.51	<0.01	<0.01	<0.01
H	간층	0.03	0.15	<0.01	<0.01	0.96	<0.01	<0.01	<0.01
I	간층	0.03	0.15	<0.01	<0.01	1.9	<0.01	<0.01	<0.01
J	간층	0.07	0.28	<0.01	0.80	1.1	<0.01	<0.01	<0.01
K	간층	0.09	0.33	<0.01	1.7	1.0	<0.01	<0.01	<0.01
L	간층	0.05	0.17	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01
M	브레이즈	10.0	0.23	<0.01	0.01	1.26	<0.01	<0.01	0.09
N	브레이즈	10.2	0.17	<0.01	<0.01	0.11	<0.01	<0.01	0.12
O	브레이즈	8.0	0.18	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	0.11
P	브레이즈	8.0	0.18	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01
Q	브레이즈	10.2	0.17	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	0.12

대략 3dm³ 브레이징 챔버를 가진 실험실 유리 퍼니스에서 브레이징을 제조했다. 전체 브레이징 사이클 동안 퍼니스를 분당 10 표준 리터의 유속으로 질소로 플러싱했다. 브레이징 사이클은 10분 이내에 실온에서부터 600℃까지 선형 가열, 600℃에서 3분 소킹, 이어서 공기 중에서 실온으로 냉각이었다. 샘플 셋업은 쿠폰 상의 간단한 비클래드 벤트 앵글이었고, 여기서 클래드 재료가 쿠폰으로 사용되었으며, 0.5mm 게이지의 비클래드 AA3003이 앵글로 사용되었다. 모든 브레이징은 플럭스 없이 제조되었다. 샘플을 브레이즈 조인트의 육안 검사로 시험했고, 일부 결과를 대표적으로 선택하여 아래 제공한다.

선택적 실험 결과

	설명	코어	간층	브레이즈	결과
실시예 1 표준 CAB 시트	비교	B	---	P	클래드 쿠폰과 비클래드 앵글 사이에 연결 없음
실시예 2 표준 진공 브레이징 시트	비교	A	---	M	클래드 쿠폰과 비클래드 앵글 사이에 연결 없음
실시예 3	발명	B	G	O	클래드 쿠폰과 비클래드 앵글 사이에 조인트 형성. 작다.
실시예 4	발명	C	H	Q	클래드 쿠폰과 비클래드 앵글 사이에 조인트 형성
실시예 5	발명	D	I	O	클래드 쿠폰과 비클래드 앵글 사이에 조인트 형성
실시예 6	발명	E	J	Q	클래드 쿠폰과 비클래드 앵글 사이에 조인트 형성
실시예 7	발명	F	K	O	클래드 쿠폰과 비클래드 앵글 사이에 조인트 형성
실시예 8	비교	B	G	N	연결 없음, 브레이즈에 너무 많은 Mg
실시예 9	발명	B	C	O	클래드 쿠폰과 비클래드 앵글 사이에 조인트 형성, 아주 약간 완만
실시예 10	발명	B	E	O	겨우 연결
실시예 11	발명	B	F	O	클래드 쿠폰과 비클래드 앵글 사이에 조인트 형성
실시예 12	비교	F	K	P	연결 없음, 브레이즈에 Bi 없음
실시예 13	비교	B	L	O	연결 없음, 간층에 Mg 없음

Claims

≤1.0% Si 및 0.1-2.5% Mg, 바람직하게 ≥0.2% Mg, 더 바람직하게 ≥0.3% Mg, 더욱더 바람직하게 ≥0.5% Mg, 가장 바람직하게 0.9-2.2% Mg를 포함하는 알루미늄 합금의 간층으로 피복된 알루미늄 합금 코어 재료를 포함하는 플럭스프리 브레이징을 위한 알루미늄 합금 브레이징 시트로서, 간층은 5-14% Si 및 0.01-1.0% Bi, 바람직하게 0.05-0.5% Bi, 가장 바람직하게 0.07-0.2% Bi, ≤0.8% Fe, ≤6% Zn, ≤0.1% Sn, ≤0.1% In, ≤0.3% Cu, ≤0.15% Mn, ≤0.05% Sr, 및 각 불순물의 양은 0.05wt% 미만이고, 전체 불순물 함량은 0.2wt% 미만인 불가피한 불순물을 포함하며, 나머지는 알루미늄으로 구성된 Al-Si 브레이즈 합금으로 피복되고, 여기서 상기 코어 재료와 간층은 브레이즈 합금보다 높은 용융 온도를 갖는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
제 1 항에 있어서, 간층 합금은
Mg 0.1-2.5%, 바람직하게 ≥0.2%, 더 바람직하게 ≥0.3%, 가장 바람직하게 0.5-2.5%,
Mn <2.0%,
Cu ≤1.2%,
Fe ≤1.0%,
Si ≤1.0%,
Ti ≤0.2%,
Zn ≤6%,
Sn ≤0.1%,
In ≤0.1%, 및
Zr, Cr, V 및/또는 Sc 합해서 ≤0.2%, 및
각 불순물의 양은 0.05% 미만이고, 전체 불순물 함량은 0.2% 미만인 불가피한 불순물을 함유하며, 나머지는 알루미늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 코어 재료는 3XXX 합금이며, 바람직하게
Mn <2.0%,
Cu ≤1.2%,
Fe ≤1.0%,
Si ≤1.0%,
Ti ≤0.2%,
Mg ≤2.5%, 바람직하게 0.03-2.0%
Zr, Cr, V 및/또는 Sc 합해서 ≤0.2%, 및
각 불순물의 양은 0.05% 미만이고, 전체 불순물 함량은 0.2% 미만인 불가피한 불순물을 함유하며, 나머지는 알루미늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, Al-Si 브레이즈 합금은
Si 5 내지 14%, 바람직하게 7 내지 13%,
Mg <0.02%, 바람직하게 <0.01%,
Bi 0.01 내지 1.0%, 바람직하게 0.05 내지 0.5%, 가장 바람직하게 0.07 내지 0.2%,
Fe ≤0.8%
Cu ≤0.3%,
Mn ≤0.15%,
Zn ≤6%,
Sn ≤0.1%
In ≤0.1%
Sr ≤0.05%, 및
각 불순물의 양은 0.05% 미만이고, 전체 불순물 함량은 0.2% 미만인 불가피한 불순물을 함유하며, 나머지는 알루미늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 간층의 용융점과 코어의 용융점은 >615℃인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 브레이즈 합금의 용융점은 550-590℃인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 브레이즈 합금층의 두께에 대한 간층의 두께는 25-250%, 바람직하게 50-150%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 간층의 두께는 5-200μm인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 전체 브레이징 시트 두께에 대한 전체 클래드 층 두께는 3-30%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 간층이 코어에 대해 희생적인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 브레이징 시트는 간층과 브레이즈 합금을 포함하는 쪽의 반대편 코어 쪽에 브레이즈 또는 희생적 클래드 층을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트
제 11 항에 있어서, 코어의 반대편 쪽의 희생적 클래드는 희생층 또는 브레이즈 층으로 피복되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 브레이징 시트.
간층이 코어에 대해 희생적인 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 합금 브레이징 시트를 포함하는 브레이징된 제품.
핀, 튜브 또는 헤더 플레이트를 위한 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 알루미늄 합금 브레이징 시트를 사용하여 플럭스를 사용하지 않고 열 교환기를 브레이징하는 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 따른 알루미늄 브레이징 시트를 포함하는 열 교환기.
열 교환기를 제조하기 위한 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 따른 알루미늄 합금 브레이징 시트의 사용.