MXPA01000156A - Aleaciones de aluminio con combinaciones optimas de formabilidad, resistencia a la corrosion, y manejabilidad en caliente, y metodos de uso. - Google Patents

Abstract

Un articulo de aleacion de aluminio que contiene las cantidades de formacion de aleacion de hierro, silicio, manganeso, titanio, y zinc que tiene niveles controlados de hierro y manganeso para producir un articulo de aleacion que combina excelente resistencia a la corrosion con buena formabilidad; la composicion de articulo de aleacion utiliza una relacion controlada de manganeso a hierro y cantidades totales controladas de hierro y manganeso para formar compuestos intermetalicos en el articulo de aleacion final; el potencial electrolitico de los compuestos intermetalicos coincide con la matriz de aluminio del articulo para minimizar la corrosion; los niveles de hierro y manganeso se controlan de manera que los compuestos intermetalicos estan presentes en una fraccion de volumen que permite que el articulo de aleacion se forme facilmente; la composicion de aleacion de aluminio esta adaptada especialmente para procedimientos de extrusion y formacion de tubo que se utilizan en aplicaciones de intercambiador de calor.

Description

ALEACIONES DE ALUMINIO CON COMBINACIONES ÓPTIMAS DE FORMABILIDAD. RESISTENCIA A LA CORROSIÓN. Y MANEJABILIDAD EN CALIENTE. Y MÉTODOS DE USO Esta solicitud reclama prioridad bajo 35 U.S.C. § 119 (e) a partir de la solicitud de patente provisional No. de serie 60/171 ,598, presentada el 23 de diciembre de 1999.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a aleaciones de aluminio con combinaciones óptimas de formabilidad, cobresoldabilidad, resistencia a la corrosión, y manejabilidad en caliente, y métodos de uso, y en particular, a aleaciones de aluminio que tienen niveles controlados de manganeso y hierro, y una química y niveles de partículas ¡ntermetálicas controlados para proveer rendimiento óptimo en aplicaciones ta' 3S como intercambiadores de calor.

TÉCNICA ANTECEDENTE En la técnica antecedente, las aleaciones de aluminio son las aleaciones de elección para aplicaciones de intercambiador de calor. Esas aleaciones se seleccionan por su combinación deseable de resistencia, bajo peso, buena conductividad térmica y eléctrica, cobresoldabilidad, óptima resistencia a la corrosión y formabilidad. Las aplicaciones típicas para ¡ntercambiadores de calor incluyen núcleos de calefacción automotriz, radiadores, evaporadores, condensadores, enfriadores de carga de aire y enfriadores de aceite de transmisión/motor. Una aplicación particular que requiere una buena combinación de propiedades es la formación de tubos para radiadores, condensadores y similares. En esas aplicaciones, se dispone material de aletas entre entubado apilado y láminas de extremo que llevan el medio de transferencia de calor. El entubado se sitúa entre tubos colectores que re-dirigen el flujo del medio de transferencia de calor entre capas de entubado y que también contienen las entradas y salidas del intercambiador de calor. En una aplicación particular, el entubado se forma en forma de U y se enrosca a través de aberturas en el material de aleta y también a través de aberturas en láminas de extremo adyacentes a los extremos del material de aleta. Una vez que se inserta el entubado, el entubado se expande internamente y diametralmente para maximizar ¿I contacto de metal a metal con el material de aleta y la lámina de extremo, y el intercambio de calor entre el entubado y el material de aletas. Después de la inserción y expansión, los extremos libres del entubado se extienden más allá del material de aletas y la lámina de extremo para adhesión al múltiple de tubos colectores. La longitud de extensión del entubado más allá del material de aletas y la lámina de extremo una vez que se expande es crítica para la adhesión subsecuente al múltiple de tubos colectores. Esta altura que se extiende más allá de la lámina de extremo después del procedimiento de expansión se refiere comúnmente como una "altura de apilación". Si la longitud es insuficiente para adhesión al múltiple de tubos colectores sobre solamente uno de los muchos tubos intercalados en el material de aletas, se debe rechazar todo el intercambiador de calor. Como parte de la expansión, el extremo de entubado también se vuelve en forma de campana con un diámetro de campana. La medición de altura de apilación y el diámetro de campana da una buena medición del rendimiento de formación y se puede utilizar como un estándar para determinar si es que el ensamble se puede procesar de manera adicional en un intercambiador de calor completo. Durante el paso de expansión, el entubado cambiará su dimensión, encogiéndose de su longitud instalada original. Este encogimiento puede resultar en una reducción en la altura de apilación de los extremos libres del entubado que se extienden más allá del material de aletas y la lámina de extremo para adhesión a los tubos colectores, y en el rechazo del intercambiador de calor. De esta manera, además de jtras propiedades mecánicas asociadas con las aleaciones de aluminio que se utilizan típicamente en aplicación de intercambiador de calor, esta "altura de apilación" es crucial y las aleaciones deben exhibir la formabilidad necesaria para permitir la expansión sin encogimiento excesivo y similares. Una aleación que se utiliza actualmente en esos tipos de aplicaciones es AA3102. La Asociación de Aluminio especifica, en porcentaje en peso, una formación de composición para esta aleación de hasta 0.40% de silicio, hasta 0.7% de hierro, hasta 0.1 % de cobre, entre 0.05 y 0.40% de manganeso, hasta 0.05% de zinc, hasta 0.03% de titanio, con el resto aluminio e impurezas inevitables, cada impureza hasta 0.03%, y el total de impurezas de hasta 0.10%. Esta aleación tiene excelente formabilidad pero resistencia deficiente a la corrosión. En consecuencia, aunque la aleación funciona de manera ideal en fabricación de intercambiador de calor, la aleación se debe revestir para protección contra corrosión. Se cree que las partículas intermetálicas que se encuentran en la matriz de AA3102 contribuyen a su buena formabilidad. La figura 1 muestra un esquema de una microfotografía de una aleación AA3102. El esquema muestra una matriz de aluminio designada por el número de referencia 1 y una fracción de volumen de partículas intermetálicas 3 distribuidas a través de la matriz de aleación. Esta distribución es en general de aproximadamente 3.0% en volumen de intermetálicos en esas aleaciones de la técnica anterior. Al mismo tiempo, las partículas 3 son principalmente de FeAI3, que tiene un potencial electrolítico que difiere enormemente de la matriz de aluminio . Como se explica en más detalle enseguida, con el FeA siendo menos negativo que la matriz de aluminio puro, la matriz se corroe primero bajo condiciones SWAAT. La prueba de corrosión SWAAT utiliza un estándar de prueba bien conocido, es decir, ASTM G85 Anexo 3, y no necesita descripción adicional para entendimiento de la invención. En consecuencia, AA3102 tiene resistencia deficiente a la corrosión y se debe revestir cuando se utiliza en aplicaciones de intercambiador de calor.

Se han desarrollado otras aleaciones como se describe en las patentes de E.U.A. Nos. 5,906,689 y 5,976,278 a Sircar (incorporadas a la presente en su totalidad por referencia), que ofrece alta manejabilidad en caliente y resistencia mejorada a la corrosión. La resistencia a la corrosión de esas aleaciones es tan superior a las aleaciones de la técnica anterior que se elimina la necesidad de revestir las aleaciones. Una razón para esto es que el número de partículas intermetálicas, por ejemplo, FeAI3 que afectan de manera adversa la resistencia a la corrosión, es menor. Sin embargo, esas nuevas aleaciones carecen de la distribución/densidad de partícula intermetálica que existe en AA3102. Como se puede ver a partir de la figura 2, esas aleaciones altamente resistentes a la corrosión tienen una matriz 5 y intermetálicos dispersos 7. El esquema de la figura 2 ilustra solamente aproximadamente 0.1% de distribución de fracción de volumen de los intermetálicos 7. Como resultado de la fracción de volumen más baja de los intermetálicos 7, esas aleaciones pueden carecer algunas veces de la formabilidad necesaria para ciertas operaciones de fabricación de ¡ntercambiador de calor. En consecuencia, existe una necesidad para proveer una composición de aleación de aluminio que combina la formabilidad, la manejabilidad en caliente y la resistencia a la corrosión en una aleación, y una aleación adaptada especialmente para uso particular en fabricación y aplicaciones de intercambiador de calor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con esto, es un primer objeto de la presente invención proveer una aleación de aluminio que tiene una combinación óptima de manejabilidad en caliente, cobresoldabilidad, resistencia a la corrosión, y formabilidad. Otro objeto de la presente invención es un método para fabricar la aleación de aluminio de la invención para utilizarse en aplicaciones de intercambiador de calor o a un método para fabricar la aleación como una lámina o tira en vez de entubado para utilizarse en otras aplicaciones en donde sea que la combinación de resistencia excelente a la corrosión, cobresoldabilidad, y formabilidad se desean. La producción en lámina también se puede utilizar para fabricar tubos como se encuentran en radiadores típicos y núcleos de calefacción. Un objeto adicional de la presente invención es un método para fabricar artículos que requieren formación de las aleaciones, en particular, expander las aleaciones. En particular, el método de la invención está dirigido a mejoras en la fabricación de intercambiadores de calor en donde el entubado se expande como parte del procedimiento de ensamble. Aún otro aspecto de la invención es la habilidad para mejorar la formabilidad y proveer excelente resistencia a la corrosión en una aleación de aluminio sin afectar de manera significante la manejabilidad en caliente en comparación con aleaciones convencionales y aquellas que se describen en las patentes de E.U.A. Nos. 5,906,689 y 5,976,278 a Sircar. Otros objetos y ventajas de la presente invención serán evidentes conforme procede la descripción de la misma. AI satisfacer los objetos y ventajas mencionados anteriormente, la presente invención provee un artículo de aleación de aluminio fabricado a partir de una composición de aluminio que comprende, en porcentaje en peso: entre 0.05 y 0.5% de silicio; una cantidad de hierro entre 0.1% y hasta 1.0%; una cantidad de manganeso de hasta 2.0%; entre 0.06 y 1.0% de zinc; entre 0.03 y 0.35% de titanio; con el resto aluminio e impurezas inevitables; en la cual la relación de manganeso a hierro se mantiene entre más grande de 0.5 y menos que o igual a 6.0, y las cantidades totales de hierro y manganeso más grandes de 0.30% de manera que el artículo contiene compuestos intermetálicos dispersos a través de una matriz de aluminio en una fracción de volumen del artículo de al menos 0.5%, preferiblemente al menos 2.0%, y en la cual una diferencia en potencial electrolítico entre una matriz de aluminio del artículo y los compuestos intermetálicos es de menos de 0.2 voltios. Los compuestos intermetálicos pueden tener una relación de aspecto de menos de 5.0. Los compuestos intermetálicos pueden estar en la escala de tamaño de 0.5 a 5 mieras. En una modalidad preferida, la relación de manganeso a hierro se limita de manera adicional a un límite más bajo de 0.75 y a un límite más alto de 5.0, más preferiblemente entre 1.0 y 4.0 y la cantidad total de manganeso y hierro es de al menos 0.6%, y más preferiblemente entre 0.7 y 1.2%. La aleación de la invención se utiliza preferiblemente en procedimientos de extrusión que forman tubos, en particular, procedimientos de extrusión diseñados para fabricar tubos para intercambiadores de calor. La aleación también se puede utilizar en forma de lámina en donde es importante la formabilidad. En otro aspecto de la invención, la aleación de la invención está adecuada idealmente para métodos para fabricar intercambiadores de calor que utilizan un paso de expansión del entubado. La composición de aleación de la invención, cuando se expande como parte de esos procedimientos es superior en términos de formabilidad y provee la altura de apilación necesaria para el procedimiento de fabricación. Un tamaño de entubado preferido es de 6 mm de diámetro pero se pueden utilizar otros tamaños. La invención también abarca un método para mejorar la resistencia a la corrosión y formabilidad de un artículo de aleación de aluminio sin pérdida de manejabilidad en caliente al proveer una composición de aleación de aluminio que comprende cantidades de aleación, en porcentaje en peso, de entre 0.05 y 0.5% de silicio, una cantidad de manganeso de hasta 2.0%, una cantidad de hierro de entre 0.1% y hasta 1.0%, entre 0.03 y 0.35% de titanio y entre 0.06 y 1.0% de zinc, con el resto aluminio e impurezas inevitables, y formar el artículo, en donde la relación de manganeso a hierro en la composición se controla a entre 0.5 y 6.0, y la cantidad total de hierro y manganeso en la composición se controla para ser más grande de 0.3%, como para formar una microestructura terminada en el artículo que tiene más de 0.5% de fracción de volumen de compuestos intermetálicos, los compuestos intermetálicos tienen una relación de aspecto de menos de 5.0, y en la cual una diferencia de potencial electrolítico entre una matriz de aluminio del artículo y los compuestos intermetálicos es de menos de 0.2 voltios.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Enseguida se hace referencia a los dibujos de la invención en los cuales: La figura 1 es un esquema de una microfotog rafia de una aleación AA3102 que muestra las partículas intermetálicas y su distribución. La figura 2 es un esquema de una microfotog rafia de una aleación de acuerdo con la patente de E.U.A. No. 5,906,689 que muestra partículas intermetálicas y su distribución. La figura 3 es un esquema de un cuadro de espectroscopia de dispersión de energía que indica la formación de composición de los intermetálicos de AA3102 y los intermetálicos de la aleación que se describe en la patente de E.U.A. No. 5,906,689. La figura 4 es esquema de una gráfica de espectroscopia de dispersión de energía que indica la formación de composición de intermetálicos de una aleación de acuerdo con la invención. La figura 5 es una gráfica y claves que delinean los límites para hierro y manganeso para la invención. La figura 6 es un esquema de una microfotografía que muestra intermetálicos de una aleación que contiene manganeso en exceso cuando se compara con hierro. La figura 7 es unas gráfica que compara la cantidad total de hierro y manganeso al manganeso fuera de solución para un número de aleaciones de aluminio. La figura 8 es una gráfica que compara la relación de manganeso insoluble vs. hierro contra la relación de punto máximo para lecturas EDS; y La figura 9 es una gráfica que muestra el efecto de los contenidos de hierro y manganeso sobre la altura de apilación para varias aleaciones.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La invención ofrece avances significantes en el campo de aleaciones de aluminio para uso particular en aplicaciones de intercambiador de calor en donde se necesita resistencia a la corrosión, formabilidad, cobresoldabilidad, y manejabilidad en caliente. La manejabilidad en caliente está diseñada para abarcar todas las técnicas de manejo en caliente, incluyendo formación en rollo, extrusión y similares. El uso particular se refiere a formación de tubo utilizando la aleación de la invención, en tubo trenzado con material de aleta y expandido como parte de un procedimiento de fabricación de intercambiador de calor. La aleación de aluminio de la invención está diseñada a través del ajuste de los niveles de manganeso y hierro mientras mantiene la fracción de volumen y química de partículas intermetálicas necesaria para lograr una combinación inesperada de formabilidad, capacidad de extrusión, y resistencia a la corrosión. El entubado para intercambiadores de calor, en particular para condensadores, se puede enroscar en pilas de aletas, eximirse y/o doblarse en forma de U sin dificultad, es decir, tiene defectos de superficie mínimos o ningunos tales como superficie de corteza de naranja, formación de arrugas y similares. El entubado se puede insertar en material de aletas y expandirse sin afectar de manera adversa la altura de apilación disponible. Además, la resistencia a Ir., corrosión es al menos equivalente a aleaciones conocidas para uso en intercambiador de calor de manera que no requieren recubrimientos, y se cree que aun es superior a dichas aleaciones. Se debe entender que las mediciones de resistencia a la corrosión entre las aleaciones de la técnica anterior y las aleaciones de la invención se hacen con referencia a los estándares de prueba SWAAT y a condiciones para propósitos de consistencia. En una modalidad, el artículo de aleación de aluminio tiene una composición que comprende lo siguiente en porcentaje en peso: entre 0.5 y 0.5% de silicio; una cantidad de hierro entre 0.1 y hasta 1.0%; hasta 0.7% de cobre, preferiblemente hasta 0.5%, más preferiblemente hasta 0.35% y mas preferiblemente menos de 0.03%; una cantidad de manganeso de hasta 2.0%; menos que o igual a 1.0% de magnesio; preferiblemente menos de 0.5%, mas preferiblemente menos de 0.1 %, y en algunos casos, esencialmente libre de magnesio; hasta 0.5% de cromo; entre 0.06 y .0% de zinc; menos de 0.01% de níquel; entre 0.03 y 0.35% de titanio; menos de 0.3% de zirconio; con el resto aluminio e impurezas inevitables; los compuestos intermetalicos que contien3 el articulo tienen una relación de aspecto de menos de 5.0, en la cual la relación de manganeso a hierro se mantiene entre más grande de 0.5 y menos que o igual a 6.0, y las cantidades totales de hierro y manganeso más grandes de 0.30%, mas preferiblemente más grandes de 0.32% e incluyen una escala preferida de entre 0.6 y 3.0%. Una escala aún más preferida de la cantidad total de manganeso y hierro está en la escala de entre 0.8 y 1.0%. La invención también se puede describir como una aleación de aluminio que contiene compuestos intermetálicos (partículas) dispersas a través de la aleación, los compuestos tienen una fracción de volumen de al menos 0.5%, preferiblemente más grande de 3.0%, tienen una relación de aspecto de menos de 5.0, tienen una escala de tamaño de 0.5-5.0 mieras en la dirección transversal corta, tienen una diferencia en potencial electrolítico de menos de 0.2 voltios, preferiblemente 0.1 voltios, entre los compuestos intermetálicos y la matriz de aluminio. Una forma de llegar a esta solución es cambiar las adiciones de aleación elementales de manera que la enseñanza anterior se reitera. La cantidad de partículas intermetálicas es una función del contenido de hierro y manganeso. Si demasiado poco hierro y manganeso están en la aleación, por ejemplo, menos del Mn+Fe total de 0.3%, se formarán partículas intermetálicas insuficientes y se comprometerá la formabilidad. Al mismo tiempo, el equilibrio entre hierro y manganeso debe ser tal que los intermetalicos son principalmente (Fe, Mn)AI6 o MnAlß, o una combinación de los mismos, para evitar los problemas de corrosión discutidos anteriormente. Este equilibrio se logra siguiendo la relación y limites de cantidad para hierro y manganeso de la invención. Las escalas más preferidas para los elementos de zinc, silicio, magnesio, cobre, titanio, cromo, níquel, y circonio se pueden encontrar en la patente de Estados Unidos No. 5,976,278 a Sircar. Las modalidades más preferidas de la invención incluyen de manera más especifica que la escala más baja de la relación Mn/Fe sea de entre 0.75 o aproximadamente 1.0, más preferiblemente 1.5, aún más preferiblemente 2.0, y aún 2.5. La escala superior de la relación Mn/Fe puede estar en la escala de 6.0 anotada anteriormente a un límite superior preferido de 5.0, un límite superior más preferido de 4.0, y un límite aún más preferido de 3.0. Aunque los limites de composición superiores e inferiores de hierro y manganeso se muestran en la figura 5 en términos de cantidades de manganeso y hierro, un límite superior preferido de hierro incluye 0.7%, más preferiblemente 0.5% aún más preferiblemente 0.4%, 0.3% y 0.2%. De manera similar, la escala preferida de límites superiores de manganeso del 2.0% mencionada anteriormente a valores más preferidos de 1.5%, aún más preferido 1.0%, y valores aun más preferidos de 0.75%, aún hasta 0.7%, 0.6% o 0.5%. Un límite de hierro más bajo preferido es 0.20%. Un límite de manganeso más bajo preferido es de 0.5%. La cantidad o fracción de volumer de partículas intermetálicas debe ser tal que la aleación de aluminio tiene la formabilidad para ser expandida. Además, la química de partículas se debe seleccionar de manera que hay pérdida de resistencia a la corrosión. Como se anotó anteriormente, la aleación de la técnica anterior AA3102 tiene partículas en una cantidad de aproximadamente 3.0% en volumen que son predominantemente FeAI3, lo cual afecta de manera adversa la resistencia a la corrosión. Se cree que esto se confirma mediante gráficas de espectroscopia de dispersión de energía (EDS) basadas en aleaciones de la técnica anterior y aleaciones de acuerdo con la invención. Esas gráficas identifican la composición de las partículas que son analizadas al mostrar puntos máximos que están asociados con un elemento particular. Mientras que es más alto el punto máximo, es más dominante ese elemento en la composición de la partícula. La figurad es una representación esquemática de dicha gráfica para las partículas intermetálicas que se muestran en la figura 1 , es decir, una aleación AA3102. Esta figura muestra que las partículas de la aleación AA3102 son principalmente FeAI3. Aunque no se ¡lustran, también se hicieron gráficas EDS de las partículas de la aleación de la figura 2, es decir, la aleación descrita en la patente de E.U.A. No. 5,906,689. De manera similar a la química de las partículas que se encuentran en AA3102 y que se ilustran en la figura 1 , las partículas que se muestran en la figura 2 de la aleación que se describe en la patente de E.U.A: No. 5,906,689 también son principalmente de FeAI3. En comparación, se hicieron gráficas de ED de las partículas intermetálicas de la aleación de la invención, una de dichas gráficas se muestra de manera esquemática en la figura 4. Esta gráfica muestra un punto máximo de manganeso que excede el que se muestra en la figura 3, indicando por lo tanto que las partículas de la aleación de la invención son principalmente de (Fe, Mn) Al6. Por las razones que se explican enseguida, la química de las partículas que se encuentran en la aleación de la invención contribuye a la resistencia mejorada a la corrosión. Esas partículas no son de la misma química que se encuentra en la aleación AA3102 o la aleación de la patente de E.U.A. No. 5,906,689. En esta consideración, la resistencia a la corrosión de aluminio se afecta mediante el potencial químico de las partículas intermetálicas en la matriz de aluminio. El manganeso en particular tiene un efecto importante sobre el aluminio y sus aleaciones en términos de resistencia a la corrosión. Los compuestos de manganeso que se forman en aluminio tienen potenciales electrolíticos que difieren solamente unos cuantos mV cuando mucho del potencial de aluminio. El cuadro 1 muestra los potenciales de varias aleaciones y compuestos de aluminio. Basado en el cuadro 1 , prácticamente no hay diferencia si es que el manganeso está en solución en el aluminio o como compuestos, de esta manera las aleaciones de aluminio-manganeso no son susceptibles a corrosión intragranular o tensión. Esta similaridad de potencial también significa que la corrosión por picaduras está limitada: aún cuando el compuesto es menos electronegativo que el aluminio, la cantidad de aluminio que se corroe para proteger el compuesto es mínima. Más aun, una pequeña cantidad de cobre, sobre el orden de 0.05-0.20% Cu, disuelto en el aluminio, es suficiente para traer el potencial del aluminio sobre el lado positivo de los compuestos. Aunque la presencia de cobre tiende a incrementar la proporción de ataque, cuando el potencial de la matriz es positivo a aquel del compuesto, solamente el compuesto se corroe y la picadura es pequeña y más profunda. De esta manera, en aleaciones que tienen cobre, la pérdida de peso se incrementa ligeramente, pero se reduce la profundidad de penetración. En algunas condiciones corrosivas este comportamiento hace a la aleación de aluminio-manganeso más resistente a corrosión por picadura que el aluminio. Aunque el número de partículas de compuesto es mucho más grande en aleaciones de aluminio-manganeso y por lo tanto se desarrollan más picaduras, el hecho de que solamente las partículas del compuesto se corroen, pero no la matriz alrededor de ellos, hace a la formación de picaduras menos seria que en aluminio, en la cual la matriz se corroe para proteger los compuestos que llevan hierro. El hierro y los compuestos de hierro-silicio en aleaciones de aluminio son fuertemente positivos con respecto a la matriz de aluminio, por lo tanto la formación de picaduras de la matriz para proteger los compuestos puede ser severa. Cuando hierro y el silicio se absorben en los compuestos de (Fe,Mn)AI6, o de (FeMn)3-Si2Al?5, la diferencia de potencial entre compuestos y matriz desaparece y la formación de picaduras se reduce enormemente, si es que no se elimina. Más aún, el silicio tiene una tendencia a precipitar a partir de solución sólida y crear en el grano zonas límites libres de precipitados que introducen en las aleaciones una susceptibilidad media a la corrosión intergranular. Esta susceptibilidad es pequeña y aparece solamente en condiciones corrosivas especiales, pero se puede eliminar fácilmente añadiendo manganeso a la aleación para absorber el silicio en un compuesto de manganeso-silicio. Esos efectos de reducción de corrosión son máximos en aleaciones sin grandes cantidades de cobre, magnesio, zinc, aunque el manganeso mejora la resistencia a la corrosión también sobre las aleaciones de complejos.

CUADRO I Potencial electrolítico de varias aleaciones de aluminio y compuestos en solución de NaCL-HgOg. contra un electrodo de 0.1 N Calomel, en voltios Como se notó anteriormente, la figura 4 significa que los intermetálicos de la aleación de la invención son partículas de (Fe,Mn)AI6. Basado en la discusión anterior de potencial electrolítico, esas partículas de (Fe,Mn)AI6 coinciden de manera más cercana con la matriz de aluminio desde un punto de vista de potencial electrolítico. En consecuencia, el fenómeno de corrosión asociado con AA3102 bajo condiciones SWAAT, es decir, partículas de FeAI3 que difieren enormemente en potencial electrolítico de la matriz de aluminio, carece en la composición de la invención. La aleación de la invención por lo tanto no exhibe el problema de corrosión de AA3102, pero aún tiene excelente formabilidad. En la aleación de la invención, se prefiere tener una fracción de volumen de al menos 2.0% de los intermetálicos, con una fracción de volumen más preferida de al menos 3.0%. Las microfotog rafias de la aleación de la invención confirman que la distribución de fracción de volumen de las partículas intermetálicas es similar a la de la aleación AA3102 de la figura 1. Se cree que esta fracción de volumen de intermetálicos contribuye a la formabilidad mejorada de la invención sobre aleaciones tales como la que se describe en la patente de E.U.A. No. 5,906,689. La figura 5 muestra la composición de aleación en términos de los límites de manganeso y hierro en forma gráfica. La invención en su modalidad más amplia se cree que abarca la región definida por el cuadro F, - con límites más estrechos y preferidos como se describen anteriormente. El cuadro F tiene la combinación óptima de formabilidad, manejabilidad en caliente, y resistencia a la corrosión sobre otras aleaciones de la técnica anterior. Por ejemplo, AA3102 tiene en general una relación Mn/Fe que es menor de 0.5%, por lo que cae en el cuadro D. Dicha relación resulta en la formación de intermetálicos que son principalmente FeAI3, siendo estos conductivos a efectos de corrosión galvánica. Otras aleaciones de la técnica anterior como las que se describen en la patente de E.U.A. No. 5,906,689 tienen una fracción de volumen insuficiente de intermetálicos, cayendo por lo tanto en el cuadro B, y careciendo de buena formabilidad. Se cree que las relaciones de Mn/Fe que exceden de 6.0 resultan en una composición de aleación que contiene partículas intermetálicas que tienen una morfología de aguja o acicular. La figura 6 es un esquema de una microfotografía de una aleación que tiene niveles excesivos de manganeso que están fuera del alcance de la invención. La composición de esta aleación está mejor representada por la patente de E.U.A. No. 5, 976,278 a Sircar. Los intermetálicos 9 que se ilustran dispersos en la matriz 11 son predominantemente MnAI6 y tienen una morfología tipo aguja o acicular. Esta morfología es indeseable para formabilidad y es indicativa de que si se exceden los límites superiores de la escala de manganeso se producirá una microestructura que no se forma tan fácilmente como la que se ilustra en la figura 1. De esta manera, la relación Mn/Fe se debe mantener de manera que los intermetálicos tengan una morfología generalmente equiaxial (esté equiaxiada), la relación de aspecto no debe ser demasiada alta para formar los intermetálicos tipo aguja de la figura 6. Considerando esto, la forma de partícula puede ser esferas, cubos o una mezcla de los mismos. Como se anotó anteriormente, la relación de aspecto no debe exceder de 5.0, y preferiblemente está más cerca de 2.0 y más preferiblemente aproximadamente 1.0. Una escala composicional preferida para la aleación de la invención es de entre 0.04 y 0.10% Si, entre aproximadamente 0.15 y 0.35% Fe, menos de 0.01 % de cobre, entre 0.4 y 0.9% Mn, menos de 0.01% Mg, menos de 0.01 % Cr, entre 0.1 y 0.2% Zn, entre 0.1 y 0.2% Ti, con el resto aluminio e impurezas inevitables. Aunque la invención se describe en términos de una composición, es igualmente tan significante que esta composición, cuando se utiliza como formación de tubos en aplicación de intercambiador de calor, se mejora ampliamente sobre el entubado de la técnica anterior. De esta manera, la invención también abarca el uso de dicha composición en formación de tubos y producto de lámina que se utiliza en aplicaciones que requieren buena formabilidad, en particular, formación de tubo en aplicaciones de intercambiador de calor. Uno de los factores importantes para lograr el rendimiento óptimo de la aleación de la invención es el control de los niveles de manganeso y hierro de manera que las partículas intermetálicas son principalmente (Fe,Mn)Al6 en vez de FeAI3. El manganeso disponible fuera de solución es importante para impulsar la formación de partículas intermetálicas lejos del indeseable FeAI3. La figura 7 es una gráfica de la cantidad total de manganeso y hierro contra el porcentaje de manganeso fuera de solución para las composiciones que se muestran en el cuadro II, incluyendo AA3102, la aleación que se describe en la patente '689 de Sircar, y otras dos composiciones de acuerdo con la invención. Como es evidente a partir de la figura 7, conforme la cantidad total de manganeso se incrementa, la cantidad de manganeso fuera de solución se incrementa también. El cuadro II también muestra que la aleación de la invención es similar en fracción de volumen de compuestos intermetálicos a AA3102, manteniendo por lo tanto una buena formabilidad. Al mismo tiempo, los niveles de hierro y manganeso resultan en la presencia de una partícula intermetálica, por ejemplo, FeMnAI12. Este compuesto es diferente de las aleaciones de la técnica anterior de AA3102 y PA-A, es decir, FeAI3, eliminando por lo tanto los efectos adversos sobre resistencia a la corrosión cuando esas partículas de la técnica anterior están en una matriz de aluminio.

CUADRO II MnIS: % de manganeso en solución sólida MnOS: % de manganeso fuera de solución sólida f. vol. %: porcentaje de fracción de volumen Las cantidades de aleación están en porcentaje en peso. PA-A es la aleación que se describe en la patente de E.U.A. No. 5,906,689 La figura 8 es una gráfica de la relación de manganeso insoluble contr i hierro y la relación de la altura de punto máximo de rayos X de Mn/Fe, esta altura se muestra esquemáticamente en las figuras 3 y 4. La figura 8 muestra que cuando la relación de Mn/Fe insoluble se incrementa, la altura de punto máximo se incrementa. En otras palabras, el incremento de esta relación resulta en alturas de puntos máximos en donde el manganeso excede el hierro como se muestra en la figura 4. Esta es la situación deseable debido a que la química de las partículas intermetálicas, por ejemplo, principalmente (Fe,Mn)Al6, es una que coincide más de cerca en potencial electrolítico con la matriz de aluminio, reduciendo por lo tanto la corrosión. Cuando se ven juntos, el incremento en manganeso fuera de solución se cree que impulsa la formación de los intermetálicos que resulta después en resistencia mejorada a la corrosión. En resumen, el cuadro II indica que las aleaciones de la invención tienen buena formabilidad y resistencia a la corrosión por tener los intermetálicos deseados para resistencia a la corrosión con la fracción de volumen y también el tamaño de intermetálicos deseados. La aleación de la técnica anterior AA3102 (buena formabilidad - resistencia deficiente a la corrosión) tiene la fracción de volumen pero no los intermetálicos correctos, mientras que la aleación de la figura 2 tienen buena resistencia a la corrosión (baja fracción de volumen de intermetálicos indeseable) pero menos formabilidad de la deseable (demasiado bajo volumen de fracción de intermetálicos). La aleación de la invención resuelve este dilema combinando los intermetálicos correctos en la química, tamaño y cantidad correctas. Ac'amás, la invención no compromete la manejabilidad en caliente de la aleación de aluminio. Se sabe que la selección de elementos de aleación en aluminio puede afectar la manejabilidad en caliente. Algunos elementos pueden mejorar esta característica, mientras que otros elementos son perjudiciales. Al practicar las enseñanzas de la invención a través del control de la química de partícula intermetálica y distribución de partículas, de manera bastante notable, la aleación de aluminio de la invención tiene no solamente buena formabilidad y resistencia a la corrosión, sino también manejabilidad en caliente que es ya sea igual a o excede a la de las aleaciones convencionales tales como AA3102 o la aleación de la patente de E.U.A. No. 5,906,689. Cuando se conducen pruebas comparativas entre las aleaciones de la técnica anterior y la invención para estudios SWAAT de resistencia a la corrosión, la manejabilidad en caliente de la aleación de la invención no se comprometió a pesar de las desviaciones de la técnica anterior en términos de química de partícula y/o fracción de volumen de partícula. La figura 9 muestra la mejora en altura de apilación cuando la aleación de la invención se utiliza en una aplicación de intercambiador de calor. Como se anotó anteriormente, la altura de apilación es la altura del tubo que se extiende más allá del material de aleta y lámina final después de que se ha insertado en el material de aleta y se ha expandido de manera diametral. Esta altura debe ser suficientemente larga para permitir la adhesión de los extremos libres del tubo al múltiple de tubos conectores del intercambiador de calor. I a figura 9 muestra que una diferencia pronunciada en altura de apilación se puede lograr cuando se practican las enseñanzas de la invención. Es decir, cuando se incrementa la cantidad total de manganeso y hierro, se logra un ¡ncremento en la altura de apilación y altura de campana + apilación. Debido a que la altura de apilación está sobre el orden de 10 mm, un incremento relativamente pequeño resulta en una ganancia en porcentaje significante y en una amplia mejora en productividad de fabricación. Por ejemplo, incrementar la altura de apilación desde 9.5 mm a una altura de apilación de 10.5 mm cuenta por una ganancia de 10%. Al incrementarse la altura de apilación disponible se reduce la proporción de rechazo de los condensadores debido a encogimientos del entubado durante el paso de expansión y a altura insuficiente de tubo para adhesión a los tubos conectores del intercambiador de calor. También se cree que la aleación de la invención puede tener resistencia mejorada a la corrosión. Los estudios de microscopía de barrido de electrón se han conducido para investigar la morfología de superficie de varias aleaciones después de 25 días de pruebas SWAAT. Las pruebas SWAAT son bien conocidas en la técnica, se explican en las patentes de Sircar mencionadas anteriormente, y los detalles de tales no se necesitan para el entendimiento de este aspecto de la invención. Este estudio reveló que la aleación de PA-A del cuadro II superó ampliamente a la aleación AA3102 del mismo cuadro en términos de resistencia a la corrosión. La superficie de la aleación AA3102 fue con picaduras y muy poco uniforme. En contraste, la aleación PA-A mostró un efecto dr corrosión general y uniforme sobre ia superficie, prestando a este material a un rendimiento superior en el campo. A partir de esta comparación de microfotografías, es claro que el rendimiento de corrosión de la aleación PA-A es ampliamente superior a la aleación AA3102. Las aleaciones de la invención también se estudiaron bajo las mismas condiciones de prueba SWAAT y se tomaron microfotografías de barrido de electrones para propósitos de comparación. El grabado de superficie de las aleaciones de la invención, INV A y INV B del cuadro II, revelaron una morfología de superficie que aparece aún más uniforme que la aleación PA-A altamente resistente a la corrosión, es decir, menos profundidad de penetración en la superficie. A partir de esto, la aleación de la invención tiene al menos tan buena resistencia a la corrosión como la técnica anterior y aún pueden tener resistencia a la corrosión mejorada en comparación con la aleación de resistencia mejorada a la corrosión de la técnica anterior. Además de estar dirigida a una aleación de aluminio mejorada, la invención también abarca fabricar ¡ntercambiadores de calor, particularmente procedimientos que utilizan un paso de expansión. En un modo, la invención es una mejora en métodos en los cuales el entubado se extruye, después se forma en una forma en U, después se enrosca en aberturas en material de aletas y lámina de extremo, y después se expande diámetralmente para asegurar el contacto entre el entubado y el material de aleta. En esos métodos, la aleaciones de aluminio de la invención se utilizan como el material para entubado para expansión y ensamble de intercambiador de calor. Por supuesto, la composición se puede formar en otras formas que requieren la combinación óptima de resistencia a la corrosión, manejabilidad en caliente, y formabilidad si se desea. Cualquier adición de aleación que se puede utilizar de manera intercambiable (a través de grupo periódico similar, etc) y conocido en la técnica con aquellos descritos también está protegida a través de esta solicitud.

La aleación de aluminio se puede fabricar utilizando técnicas conocidas tales como formación de lingote o fundición continua, homogenización, manipulación en frío y caliente, y extrusión del producto trabajado en entubado, enrollado en lámina, y similares. Debido a que las técnicas se consideran convencionales, no se cree que sea necesaria explicación adicional para el entendimiento de la invención. Para aplicación de lámina, en algunos casos, los niveles más altos de magnesio anotados anteriormente se pueden preferir para propósitos de reforzamiento. En aún otra modalidad, la invención permite mejorar la resistencia a la corrosión y la formabilidad controlando el hierro y manganeso de una aleación de aluminio cuando se fabrica en un artículo. Como se anotó anteriormente, al diseñar la química de aleación a las relaciones y niveles deseados de hierro y manganeso, en combinación con los otros elementos de la aleación, se llevan a cabo mejoras en formabilidad sin pérdida en resistencia a la corrosión o manejabilidad en caliente. Como tal, la invención se ha descrito en términos de modalidades preferidas de la misma que satisfacen todos y cada uno de los objetos de la presente invención como se exponen anteriormente y provee una aleación de aluminio nueva y mejorada, un método de uso en aplicaciones de ¡ntercambiador de calor, y un método de fabricación. Por supuesto, varios cambios, modificaciones y alteraciones a partir de las enseñanzas de la presente invención se pueden contemplar por aquéllos expertos en la técnica sin apartarse del espíritu y alcance diseñado de la misma. Está diseñado que la presente invención esté limitada solamente por los términos de las reivindicaciones que se anexan.

Claims (1)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES 1.- Un articulo de aleación de aluminio fabricado de una composición de aleación que comprende, en porcentaje en peso: entre 0.05 y 0.5% de silicio; una cantidad de hierro entre 0.1 % y hasta 1.0%; una cantidad de manganeso de hasta 2.0%; entre 0.06 y 1.0% de zinc; entre 0.03 y 0.35% de titanio; con el resto aluminio e impurezas inevitables; en el cual la relación de manganeso a hierro se mantiene entre más grande de 0.5 y menos que o igual a 6.0, y las cantidades de hierro y manganeso totales son más grandes de 0.30% de manera que el artículo contiene compuestos intermetálicos dispersos a través de una matriz de aluminio en una fracción de volumen del artículo de al menos 0.5%, y en el cual una diferencia en potencial electrolítico entre una matriz de aluminio del artículo y los compuestos intermetálicos es de menos de 0.2 voltios, los compuestos ¡ntermetálicos tienen una relación de aspecto de menos de 5.0. 2.- El artículo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la relación de manganeso a hierro se limita de manera adicional a un limite inferior de 0.75 y un limite superior de 5.0, y la cantidad total de manganeso y hierro es de al menos 0.6%. 3.- El artículo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la relación de manganeso a hierro es de entre 1.0 y 4.0, y la cantidad total de manganeso y hierro es de entre 0.70 y 1.2%. 4.- El artículo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los compuestos intermetálicos son principalmente al menos uno de compuestos de hierro-aluminio-manganeso o compuestos de manganeso aluminio. 5.- El artículo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el hierro está entre 0.15 y 0.35%, y el manganeso está entre 0.4 y 0.9% para la relación y las cantidades totales de manganeso y hierro están en la escala entre 0.6 y 3.0%. 6.- El artículo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la fracción de volumen es más grande de 2.0%. 7.- El artículo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente hasta 0.7% de cobre, menos de 1.0% de magnesio; menos de 0.01 % de niquel, y hasta 0.5% de cromo. 8.- El artículo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los compuestos ¡ntermetálicos tienen un escala de tamaño de entre 0.5 y 5 mieras. 9.- Un método para fabricar un intercambiador de calor que incluye el paso de expandir de manera diametral entubado de intercambiador de calor, que comprende fabricar el tubo para que se expanda de manera diametral a partir de la composición de aleación de conformidad con la reivindicación 1. 10.- El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el entubado es un entubado extruido. 11.- El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque los extremos del entubado se insertan en una lámina de extremo del intercambiador de calor antes de la expansión diametral, y una longitud de cada entubado excede más allá de la lámina de extremo después del paso de expansión diametrial para adhesión a un tubo colector de ¡ntercambiador de calor, la formabilidad mejorada de la composición de aleación mejora la generación consistente de una longitud suficiente para adhesión al tubo colector. 12.- Un método para extruir entubado a partir de un material de partida de aleación de aluminio, que comprende fabricar el material de partida de aleación de aluminio a partir de ia composición de aleación de conformidad con la reivindicación 1. 13.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque comprende adicionalmente utilizar el entubado extruido para fabricar intercambiadores de calor. 14.- Un ¡ntercambiador de calor que tiene una componente fabricado a partir de la aleación de conformidad con la reivindicación 1. 15.- El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el componente es producto en forma de tubo o en lámina. 16.- Un método para mejorar la formabilidad y resistencia a la corrosión de un artículo de aleación de aluminio sin pérdida de manejabilidad en caliente, que comprende: proveer una composición de aleación que comprende cantidades de aleación, en porcentaje en peso, de entre 0.05 y 0.5% de silicio, una cantidad de manganeso de hasta 2.0%, una cantidad de hierro entre 0.1 % y hasta 1.0%, entre 0.03 y 0.35% de titanio, y entre 0.06 y 1.0% de zinc, con el resto aluminio e impurezas inevitables y formar el artículo a partir de la composición de aleación; en el cual la relación de manganeso a hierro en la composición de aleación se controla entre 0.5 y 6.0, y la cantidad total de hierro y manganeso en la composición se controla para ser más grande de 0.3% como para formar una microestructura terminada en el artículo con fracción de volumen más grande de 0.5 de compuestos intermetálicos, los compuestos ¡ntermetálicos tienen una relación de aspecto de menos de 5.0, y en el cual una diferencia potencial electrolítica entre una matriz de aluminio del artículo y los compuestos ¡ntermetálicos es de menos de 0.2 voltios. 17.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque la relación de manganeso a hierro se limita además a un limite inferior de 0.75 y un limite superior de 5.0, y la cantidad total de manganeso y hierro es de al menos 0.6%. 18.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque los compuestos intermetálicos son principalmente al menos uno de compuestos de hierro-aluminio-manganeso o compuestos de manganeso-aluminio. 19.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el hierro está entre 0.15 y 0.35%, y el manganeso está entre 0.4 y 0.9% para la relación y las cantidades totales de manganeso y hierro están en la escala entre 0.6 y 3.0%. 20.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque la fracción de volumen es más grande de 2.0%.