SE0950340A1 - Lodpläterad aluminiumplåt med hög hållfasthet och utmärkta korrosionsegenskaper - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 Föreliggande uppfinning hänför sig till lodpläterad alumíniumplàt som omfattar en kärna och ett pläteringsmaterial på kärnans ena sida bestående av en aluminiumlegering med 0,2-2,0 vikt% Mg, dock hellre 0,7-1,4 vikt% Mg, och allra helst 0,8-1,3 vikt% Mg, 0,5 till 1,5 vikt% Si, 1 ,0-2,0 vikt%, helst 1,4 till 1,8 vikt% Mn, s 0,1 vikt% Cu, och s 4 vikt% Zn, s 0,3 vikt% vardera av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn och s 0,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, samt återstoden bestående av Al samt oundvikliga föroreningar.

Detaljerad beskrivning Det har visat sig att Mg-halten i lodpläterad plåt, exempelvis den som beskrivs i US7387844 (se ovan), inte är tillräckligt hög för att ge erforderlig hållfasthet och korrosionshärdighet. Även närvaron av Cr och Cu samt den höga halten Zn bidrar till att materialet är olämpligt som plätering på vattensidan. Höga halter Zn sänker pläteringsmaterialets smältpunkt vilket kan göra materialet sprödare och orsaka problem vid valsning.

Den lodpläterade plåten i föreliggande uppfinning har en kärna av en aluminiumlegering med en lodplätering på den sida som i en värmeväxlare är i direkt kontakt med kylmedlet, och eventuellt också en lodplätering på motsatta sidan. Pläteringen på kylmedelsidan kallas här nedan för plätering på vattensidan, eller vattensidans plätering; detta är den lodpläterade plåtens yttersta lager, och det lager som är i direkt kontakt med kylmedlet.

Pläteringen på vattensidan består av en aluminiumlegering med en korrosionspotential som är lägre än kärnans och som utgör det yttersta lagret på vattensidan av en lodpläterad plåt. Pläteringen på vattensidan består av en aluminiumlegering med 0,2 till 2,0 vikt% Mg, 0,5 till 1,5 vikt% Si, 1,0 till 2,0 vikt%, helst 1,4-1,8% Mn, s0,7 vikt% Fe, s0,1 vikt% Cu, och s4 vikt% Zn, s0,3 vikt% vardera av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn och s0.5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, samt återstoden bestående av Al samt oundvikliga föroreningar.

Pläteringsmaterialet bör vara en aluminiumlegering som i huvudsak innehåller 0,7 till 1,4 vikt% Mg, 0,5 till 1,5 vikt% Si, 1,4 till 1.8 vikt% Mn,sO,7 vikt% Fe, s0,1 vikt% Cu, och s4 vikt% Zn, s0,3 vikt% vardera av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn och s0,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, samt återstoden bestående av Al samt oundvikliga föroreningar. 10 15 20 25 30 35 Pläteringen på vattensidan kan också utgöras av en aluminiumlegering som i huvudsak består av 0,8 till 1,3 vikt% Mg, 0,5 till 1,5 vikt% Si, 1,4 till 1,8 vikt% Mn, s0,7 vikt% Fe, s 0,1 vikt% Cu, och 54 vikt% Zn, 50,3 vikt% vardera av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, och 50,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, samt återstoden bestående av Al och oundvikliga föroreningar. Pläteringsmaterialet kan innehålla s0,05-0,3 vikt% Zr.

Mn är ett ämne som ökar såväl hållfastheten i vattensidans pläteringsmaterial som dess erosionskorrosionsmotstånd i exempelvis rör i en värmeväxlare. En Mn-halt under 1,0 vikt% är inte tillräckligt hög för att kunna öka vare sig partikelinducerad hållfasthet eller materialets erosionskorrosionshärdighet varvid hållfastheten inte kan garanteras. När Mn- halten är högre än 2,0 vikt% försämras pläteringsmaterialets formbarhet och det kan också bildas alltför stora intermetalliska partiklar, vilket kan påverka materialets utmattningsegenskaper negativt. En Mn-halt mellan 1,4 och 1,8 vikt% Mn ger önskad mängd små dispersoider (<0,5 um), och dessutom får man större eutektiska partiklar, vilket förbättrar erosionskorrosionsmotståndet. Därför har Mn-halten i pläteringsmaterial för vattensidan fastställts till mellan 1,0 och 2,0, dock helst mellan 1 ,4 och 1,8 vikt%.

Si reagerar med Mn vilket förbättrar hållfastheten hos pläteringsmaterialet på vattensidan.

När Si-halten är lägre än 0,5 vikt% bildas alltför få AlMnSi-dispersoider och hållfastheten ökar inte i tillräckligt hög grad. Si bidrar också till att sänka pläteringens smältpunkt och Si-halten får därför inte vara högre än 1,5 vikt%. Si-halten i pläteringsmaterial för vattensidan har sålunda fastställts till 0,5-1,5 vikt%.

Minskas Si-halten så påverkas materialets korrosionspotential; pläteringen blir ädlare och den offeranodiska effekten avtar, vilket inte är önskvärt. Si-halten i pläteringen på vattensidan bör dessutom balanseras mot Si-innehållet i kärnan för att få önskad offeranodisk effekt. När Mn-halten är hög (1 ,4-1 ,8%) måste kanske Si-halten vara högre i pläteringsmaterialet eftersom en del Si försvinner in i kärnan genom diffusion, där en reaktion med Mn uppstår och AlMnSi-partiklar bildas. Även vid lödning diffunderar Si från vattensidans plätering och in i kärnan där AlMnSi- dispersoider bildas, vilket betyder att korrosionsangreppen begränsas till kärnans allra yttersta lager.

Zn tillsätts i pläteringsmaterialet för att minska pläteringsmaterialets korrosionspotential. I det här fallet, där Cu-halten är så gott som försumbar, erhålls erforderlig offeranodisk effekt och bibehållen hög korrosionshärdighet, även om Zn-halten i pläteringsmaterialet 10 15 20 25 30 35 är lägre än 4 vikt%. Med tunnare material i käman, eller med en lödprocess med hög temperatur eller lång hålltid vid hög temperatur, så tenderar Zn i pläteringens på vattensidan att diffundera djupt in i kärnan, vilket kan leda till försämrade korrosionsegenskaper för den lodpläterade plåten. Den övre gränsen för Zn-halten har därför satts till 4 vikt%.

Mg tillsätts i pläteringsmaterialet för att förbättra såväl hållfasthet som korrosions- och erosionsmotstånd. En Mg-halt under 0,2 vikt% har inte tillräckligt stor effekt på vare sig korrosionsmotstànd eller hållfasthet. En Mg-halt över 2,0% försämrar materialets bearbetningsegenskaper vid valsning och sänker smältpunkten. Med en Mg-halt mellan 0,7 och 1,4 vikt%, eller ännu hellre mellan 0,8 och 1,3 vikt%, uppfylls kriteriema för hållfasthet och bearbetning, och dessutom förbättras korrosionsegenskaperna.

För att underlätta återvinningen av materialet bör pläteringen inte innehålla Ni. l pläteringen för vattensidan måste Cu-nivån vara låg eftersom Cu försämrar korrosionsmotstàndet genom att öka risken för gropfrätningskorrosion. Cu-nivån har därför satts till max 0,1 %, dock helst <0,04 vikt%.

Kärnmaterialet i den lodpläterade plåten i en aluminiumlegering innehåller 50,1 vikt% Si, dock helst 0,06 vikt% Si, 50,35 vikt% Mg, från 1,0 till 2,0, dock helst 1,4 till1,8 vikt% Mn, från 0,2 till 1,0, dock helst 0,6 till 1,0 vikt% Cu, 50,7 vikt% Fe, och 50,3 vikt% vardera av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, och 50,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, samt återstoden bestående av aluminium och oundvikliga föroreningar.

Materialet i kärnan bör innehålla 50,1 vikt% Si, dock helst 50,06 vikt% Si, 50,35 vikt% Mg, från 1,4 till 1,8 vikt% Mn, från 0,6 till 1,0 vikt% Cu, 50,7 vikt% Fe, 0,05 till 0,3 vikt% Zr, och 50,3 vikt% vardera av Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn och 50,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, samt återstoden bestående av aluminium och oundvikliga föroreningar. Såväl materialet i kärnan som pläteringen bör helst vara nickelfria.

Mn i kärnan ökar hållfastheten, både i fast lösning och l partiklar. Vid en Mn-halt i käman på minst 1,0 vikt% kan ett stort antal partiklar utskiljas under förvärmning och påföljande varmvalsning, och en betydande potentialgradient kan erhållas mellan kärna och vattensidans plätering tack vare den stora Mn-skillnaden i fast lösning efter lödning.

Termen förvärmning avser värmningen av götet före varmvalsningen vid en temperatur av högst 550°C. Vid Mn-halter över 2,0 vikt% kan stora eutektiska partiklar bildas under 10 15 20 25 30 35 gjutningen, vilket är något som bör undvikas vid tillverkning av tunna rör. En Mn-halt på 1,8 víkt% eller ännu mindre är önskvärd eftersom de primära partiklar som bildas under gjutningen då blir mindre. Med en Mn-halt på mellan 1,4 och 1,8 víkt% erhålls den önskade mängden små dispersoider och större eutektiska partiklar. 0,2-1,0 víkt% Cu tillsätts för att öka hållfastheten ytterligare, eftersom koppar är en stärkande agens i aluminium i fast lösning. Dessutom förväntas en väsentligt ökad åldringsrespons genom värmebehandlingen eller användandet av de lödda produkterna.

Men Cu ökar också risken för värmesprickor vid gjutning, korrosionshärdigheten minskar och solidus-temperaturen sänks. Kopparhalten bör ligga mellan 0,6 och 1,0 i de fall då hållfastheten måste förbättras.

Tillsätts Zr ökas antalet mycket små partiklar, vilket förbättrar nedböjningsmotståndet.

Detta ger också större korn efter lödning vilket är bra för korrosionsmotståndet. För att erhålla ett bra nedböjningsmotstånd och stora korn kan således 0,05-0,3 víkt% Zr tillsättas i kärnan och/eller legeringen på vattensidan.

Kiselkoncentrationen i kärnan bör vara 50,1 víkt% Si, dock helst 50,06 víkt%, eftersom gropfrätningkorrosion då kan undvikas i och med att korrosionsangreppen istället går i lateral riktning. Vid halter över 0,1 víkt% bromsas bildandet av ett offeranodiskt lager påtagligt.

Vid framställningen av en aluminiumlegering för en lodpläterad plåt i enlighet med föreliggande uppfinning är det omöjligt att helt undvika föroreningar. Dessa föroreningar vare sig beskrivs eller undviks i föreliggande uppfinning men överstiger aldrig en sammanlagd halt av 0,15 víkt%. l samtliga utföringsformer och exempel i föreliggande uppfinning består resterande mängd av aluminium.

En lodpläterad plåt framställd enligt föreliggande uppfinning ger hög hållfasthet och överlägset korrosionsmotstånd, både för pläteringen på vattensidan och för lodpläteringen på den andra sidan. Det päteringsmaterial som är avsett för vattensidan är särskilt väl Iämpat som korrosionsskydd på vald typ av kärnmaterial, tack vare en väl avpassad korrosionspotential mellan kärna och plätering. Legeringskombinationen möjliggör tillverkning av tunnare rörmaterial med tillräckligt hög hållfasthet och bra korrosionsegenskaper. En lodpläterad plåt bör vara 300 im tjock, dock helst 200 im, och pläteringen på vattensidan bör vara S30 um, dock helst mindre än 20 pm tjock. 10 15 20 25 30 35 Sammansättning och halter för de olika legeringsämnena bör väljas med stor noggrannhet. Därför tillhandahåller föreliggande uppfinning ett sätt att, genom ytterst noggrant utprovade halter av Mg, Mn, Si, Cu, Zr samt eventuellt Zn, reglera potentlalgradienter och korrosionsegenskaper i lodpläterad plåt. Därmed kan pläteringen på vattensidan göras extremt tunn utan att hållfastheten och korrosions- och erosionsmotstàndet reduceras. Ett välbalanserat och förbättrat korrosionsmotstånd erfordras för att möta såväl den externa korrosionsmiljö som fordon utsätts för på grund av saltningen av vlntervägar, som en ibland tuff invändig korrosionsmiljö orsakad av kylmedel med dålig kvalitet, vid sidan av zink-effekten i den offeranodiska pläteringen på vattensidan.

Alla aluminiumlegeringar i 4XXX-serien kan användas inom ramen för uppfinningen.

Sålunda ska de typer av lodpläteringar och de tjocklekar som i exemplen nedan illustrerar förevarande uppfinning endast uppfattas som exempel.

Både kärnan och vattensidans plätering har hög Mn-halt för att ge den lodpläterade plåten hög hållfasthet. Genom noggrann awägning av skillnaden i Si-halt i de två materialen erhålls en potentialgradient som gör att vattensidans plätering blir offeranodisk till kärnan. Under lödningen kommer, tack vare kislet i vattensidans plätering, halten inlöst Mn att vara låg, främst i vattensidans plätering, eftersom Si stabiliserar alfa-AlMnSi- dispersoiderna och eventuellt bildar nya - efter lödningen har det således uppstått en skillnad l Mn i fast lösning mellan kärnan och pläteringen på vattensidan. Den låga Si- halten i kärnan möjliggör en hög halt av inlöst Mn, eftersom merparten av de finaste AlMn-dispersoiderna som bildades vid framställningen av plåten upplöses vid lödningen.

Detta gör att en potentialgradient kan bildas; en egenskap som inte påverkas av vare sig lödningscykler eller pläteringens tjocklek. Det är önskvärt att förhållandet mellan Si i pläteringen och Si l kärnan är minst 1:5, dock helst minst 1021. Med tunn lodpläterad plåt och ännu tunnare pläteringar på vattensidan bör sålunda kiselhalten på vattensidan helst vara 0,5 vikt% eller mera för att säkerställa att tillräckligt mycket Si finns tillgängligt för att en hög nivå av alfa-AlMnSi-dispersoider ska bibehållas under lödningen. Zn kan tillsättas i pläteringen på vattensidan för att, om nödvändigt, höja potentialgradienten ytterligare, så att pläteringen på vattensidan får en ännu högre offeranodisk effekt. Tack vare föreliggande uppfinning kan emellertid zink-halten i det offeranodiska skiktet minskas, vilket betyder minskad risk att zink diffunderar djupt in i kärnan och reducerar det totala korrosionsmotstàndet från utsidan. Reducerat zink-innehåll bidrar också till att det blir enklare att återvinna värmeväxlarkomponenter, och dessutom kan tillverkningen göras flexiblare i och med att olika typer av värmeväxlare kan placeras i samma CAB-ugn. 10 15 20 25 30 35 Detta, i kombination med effekten av låg kopparhalt i pläteringen på vattensidan och hög kopparhalt i kärnan, ökar skillnaden i korrosionspotential ytterligare; det i sin tur förbättrar korrosionsmotståndet ytterligare, vid sidan av den effekt som kislet och manganet redan ger.

När Mg tillsätts i pläteringen på vattensidan förbättras pläteringens hållfasthet vilket i sin tur bidrar till att förbättra plåtens hållfasthet totalt sett. Tack vare pläteringens relativt höga mekaniska hållfasthet kan man alltså framställa mycket tunn lodpläterad plåt. Det har också framkommit vid arbetet med föreliggande uppfinning att Mg i pläteringen på vattensidan reducerar frätgroparnas djup i korrosiva miljöer.

I vissa applikationer kan dock lödbarheten försämras av Mg. För andra geometrier än runda svetsade rör, exempelvis vikta rör, är det möjligt att lödbarheten i B-formade rörfogar kan påverkas negativt om det finns Mg i pläteringen på vattensidan.

Föreliggande uppfinning möjliggör därför användandet av flera legeringar, där kiselhalten i det offeranodiska lagret (dvs pläteringen på vattensidan) respektive i kärnan spelar en viktig roll och därför balanseras mot varandra på ett sådant sätt att en hög kiselhalt i den offeranodiska pläteringen på vattensidan i kombination med en mycket låg kiselhalt i kärnan gör att det uppstår en skillnad i korrosionspotential efter en lödprocess. En potentialgradient erhålls främst genom skillnaderna i halterna av inlöst Mn, Cu, och eventuellt Zn (om Zn tlllsatts) mellan plätering och kärna. Si-halten i kärnan och i pläteringarna har fastställts med stor noggrannhet för att få optimala prestanda. Si-halten i kärnan är så låg som möjligt för att undvika att det bildas dispersoider innehållande alfa- AIMnSi under lödningen. l kombination med effekten av låga kopparniväer i pläteringen på vattensidan och en hög kopparnivå i kärnan, ökar detta skillnaderna i korrosionspotential ytterligare; det i sin tur förbättrar korrosionsmotståndet ytterligare, vid sidan av effekten av kisel och mangan.

Pläteringen på vattensidan har dessutom stora kom och ett stort antal intermetalliska partiklar, vilket gör att den klarar erosion som orsakas av vätskeflöde. Såväl den höga Mn-halten som tillverkningsprocessen bidrar till detta. Valsgöten för såväl kärna som plätering framställs i en process där temperaturen vid förvärmningen efter gjutning är högst 550°C. Erosionsegenskaperna är viktiga för rör i system med vätskeflöde, exempelvis en radiator eller en värmare. Pläteringen på vattensidan enligt föreliggande uppfinning har skräddarsytts för att ge hög motståndskraft mot erosion. Motståndskraften mot erosion hänger nära samman med partikelfraktion och storleksfördelning; ett 10 15 20 25 30 35 kontrollerat antal partiklar innehållande Al-Si-Fe-Mn bidrar till att förbättra materialets erosionsmotstånd. Legeringen på vattensidan enligt föreliggande uppfinning har en noggrant avpassad partikelfraktion. Fraktionen i Iödda tillstånd beror på sammansättning, process och lödcykel. Den erhålls enligt föreliggande uppfinning för framställning av AlMn-plåt genom att valsgötet för vattensidans plätering framställs ur en smälta som innehåller (i viktprocent) 0,5-1,5% Si, 1,0-2,0, dock helst 1,4-1,8% Mn, 0,2-2,0% Mg, s 0,1% Cu, s 0,7% Fe, s1,4%, s4% Zn, s0,3 vikt% vardera avZr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, och sO,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, samt återstoden bestående av aluminium och oundvikliga föroreningar. Alla halter av legeringsämnen här nedan är angivna i viktprocent. Valsgötet förvärrns före varmvalsningen vid en förvärmningstemperatur som är högst 550° för att reglera antal och storlek för dispersoiderna (partiklar utskiljda ur övermättad fast lösning), varefter det förvärmda valsgötet varmvalsas till ett varmt band med de önskade måtten. Total höjdreduktion vid varmvalsning av band för vattensidan beror på önskad slutlig tjocklek och tjockleken på vattensidans plätering men är normalt >70%. Utgångstjocklek för varmt band avsett för plätering på vattensidan är normalt mellan 25 och 100 mm. Det svetsas fast på plåtvalsämnet för kärnan som är framställt ur en smälta innehållande <0,1, helst <0,06% Si, 1,0-2,0%, helst 1,4-1,8% Mn, s0,35% Mg, s 0,2-1,0%, dock helst 0,6-1,0% Cu, s 0,7% Fe, s0,3 vikt% vardera av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, och sO,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, samt återstoden bestående av aluminium och oundvikliga föroreningar..

Det pläterade götet förvärms vid en förvärmningstemperatur av högst 550°C. Det varmvalsas först och kallvalsas sedan till slutlig tjocklek. Rullen bör värmebehandlas vid slutlig tjocklek. vattensidans plätering har då en mikrostruktur efter lödning med en partikelstruktur mellan 0,5 och 20 x 105 partiklar per mm'2, dock helst mellan 1 och 12 x 105-partiklar per mmz, och allra helst mellan 2 och 9 x 105 partiklar per mmz, då diametern för partiklarna är 50-500 nm, och en partikeltäthet mellan 1-20 x 103 partiklar per mmz, dock helst mellan 7 och 15 x 103 partiklar per mm2 då parilkeldiametem är >5oo nm.

Dessa fina partiklar bildas till största delen vid förvärmningen före varmvalsningen.

Normala lödförhållanden inkluderar värmning till en temperatur av 580-630°C, t.ex. runt 600°C, med en hålltid på 2-5 minuter, vanligtvis runt 3 minuter. Hur partikeldensiteten mättes beskrivs i Exempel 2.

En Al-Si-lodplätering innehållande 5-13 vikt% Si kan appliceras direkt på den lodpläterade plåten, på motsatt sida sett från vattensidans plätering. Med en lodplätering på motsatt sida mot vattensidans plätering erhålls tack vare den låga kiselhalten i kärnan ett offeranodiskt lager, vilket gör att korrosionen går i lateral riktning även på den lodpläterade sidan. Den utomordentliga korrosionshärdigheten för det här kärnmaterialet 10 15 20 25 30 35 har tidigare beskrivits i EP1580286. När en lodpläterad plåt förses med lodplätering krävs inget mellanliggande lager på lodpläteringssidan, vilket kostnadsmässigt sett är en fördel. Återvinningen förenklas också när det inte finns något mellanliggande lager med en annan sammansättning än kärnans.

Korrosionsskyddet i en lodpläterad plåt med lodplätering är mycket gott tack vare att potentialgradienter skapas för såväl inner- som yttersidor. På utsidan, dvs den sida som vetter mot luftsidan, skapas under lödningen ett offeranodiskt skikt under ytan, ett så kallat ”long-life”-skikt. Fina partiklar i kärnan innehållande Al, Mn och Si utskíljs alldeles intill lodpläteringens yta, tack vare inåtgàende diffusion av Si från lodpläteringen. Detta sänker Mn-halten i fast lösning i detta område jämfört med i kärnan. På större djup i kärnan, dit kislet inte når, upplöses största delen av de fina AlMn-díspersoiderna under lödprocessen och mängden inlöst Mn ökar. Skillnaden i mängden inlöst Mn i det offeranodiska skiktet under ytan före och efter lödprocessen resulterar i en potentialgradient mellan ytteryta och kärna, vilket ger överlägsna korrosionsegenskaper.

Också själva framställningsprocessen för den lodpläterade plåten har optimerats för att erhålla en lodpläterad plåt med bästa möjliga egenskaper. Den slutliga profilen för Mn, Cu och Si i fast lösning, och därmed de korrosionsskyddande egenskaperna, efter lödning, beror på vilken tillverkningsprocess som används.

Götet för den lodpläterade plåten förvärms bara till <550°C innan varmvalsningen. Detta för att få fram ett kärnmaterial med en stor mängd Mn-innehållande dispersoider, som är tillräckligt små för att kunna upplösas under lödprocessen, så att Mn-innehållet i fast lösning blir så högt som möjligt. Tillstånd H24 föredras framför tillstånd H14. Det är tydligt att om materialet framställs i tillstånd H24 så blir den potentiella gradienten från den yttre lodpläterade sidan skarpare.

Därför är tillstånd H24 att föredra för kärnan i en lodpläterad aluminiumplàt tillverkad enligt föreliggande uppfinning, och valsgöt för såväl kärna som plätering bör framställas i en process med förvärmning efter gjutning till högst 550°C.

Här nedan beskrivs utföringsformer för föreliggande uppfinning i form av exempel.

EXEMPEL Exempel 1 10 15 20 10 Materialplåtprov A-D tillverkades med en kärna vars sammansättning beskrivs i Tabell 1 nedan. Varmvalsat material av sagda kämmaterial användes och var ursprungligen pläterat med 10% AA4343 lodplätering och 10% pläteringstjocklek på vattensidan.

Pläteringen på vattensidan avlägsnades om ersattes med pläteringar av andra legeringar avsedda för vattensidan, vars sammansättningar beskrivs i Tabell 2. Provbitarna A och C är referensexemplar. Materialets tjocklek reducerades ytterligare med kallvalsning i laboratoriemiljö till önskade dimensioner och värmebehandlades slutligen till tillstånd H24.

Tabell 1 Kemisk sammansättning för kärnan i vikt%, mätt med OES.

Si Fe Cu Mn Mg Zn Zr Ti Kärna 0,05 0,2 0,80 1,7 <0,01 <0,01 0,13 0,03 Tabell 2 Kemisk sammansättning för vattensidans legeringar i vikt%, mätt med OES.

Prov Si Fe Cu Mn Mg Zn Zr Ti A 0,8 0,2 <0,01 1,7 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 B 0,8 0,2 <0,01 1,7 1,1 <0,01 <0,01 <0,01 C 0,8 0,2 <0,01 1,6 <0,01 2,7 <0,01 <0,01 D 0,8 0,2 <0,01 1,6 1,1 2,7 <0,01 <0,01 Alla provbitar lödsimulerades i en CAB-ugn avsedd för satsvis insättning. Plåtarna placerades parvis med vattensidans pläteringar mot varandra för att minimera zink- förångningen. En värmecykel användes, där temperaturen höjdes från rumstemperatur till 600°C på 20 min, 3 min hålltid vid den högsta temperaturen med påföljande kylning till 200°C med en av de två kylprocesser som beskrivs i Tabell 3. Kylmiljön var luft eller N2. Även om nedkylningshastigheten inte är fastställd är det dock önskvärt att kylningen går snabbt. De olika materialkombinationerna och lödprocessema beskrivs i Tabell 4. Som redan angivits har samtliga prov en kärna enligt Tabell 1, en lodplätering typ AA 4343 samt plätering på vattensidan enligt Tabell 2. Tjocklek och pläteringstjocklek mättes med ljusoptiskt mikroskop (LOM) på polerade prov. 10 15 20 Tabell 3 Lödcykler. 11 . . Maximal Hålltid vid Nedkylnlngshastighet U h tt td . .

Lödcykfl m. pp e :unga l temperatur temperatur till 200 C KymfiU-ö (mm) cc) (min) rclsek) I 20 600 2 2,4 luft ll 20 600 2 1.4 Nz Tabell 4 Materialkombinatíoner och lödschema. plåt - pj--t - Lodplâteringens . vattensldan p vattensidan (pm) (lim) A1 A 210 22 11 I B1 B 190 19 10 I C1 C 202 20 11 I D1 D 205 19 12 l A2 A 210 22 11 Il B2 B 190 19 10 Il D2 D 205 19 12 ll Korrosionsbeteendet på insidan analyseras med hjälp av ett glasbägartest. Provbitar om 40x80 mm gjordes i ordning av varje materialkombination. De avfettades i ett milt alkaliskt avfettningsbad (Candoclene). Baksidan av proverna maskerades med tejp. Provbitar lades i glasbägare innehållande 400 ml OY-vattenlösning, fyra i varje bägare. Sammansättningen i OY-vattnet var 195 ppm Cl", 60 ppm S042", 1 ppm Cuzfl samt 30 ppm Fe”. Blandningen bestod av NaCl, Na2SO4, CuCl2-2H2O, och FeCl3-6H2O tillsatt i avjoniserat vatten. Bägaren placerades på en värrneplatta med magnetisk omrörning som kunde regleras med en timer.

Temperaturcykeln sattes till 88°C i 8 timmar följt av rumstemperatur i 16 timmar. Omrörning endast under värmeperioderna om 8 timmar. Testet utfördes under en tvàveckorsperiod och samma lösning användes under hela testperioden. Dubbla provbitar av vaije materialkombination analyserades. Efter testet lades provbitarna i HNOa i 10-15 minuter och sköljdes sedan i avjoniserat vatten. Angreppsdjupen analyserades med mikroskopmetoden enligt ISO 11463. Tvärsnitt studerades i ljusoptiskt mikroskop för en mera detaljerad analys av typ av korrosionsangrepp och angreppens djup. Eventuella hål räknades, men hål som var mindre än 5 mm från kanterna togs inte med. 12 Tabell 5 visar resultaten från korrosíonstest av insidan. Antalet hål (totalt på två provbitar) anges. Inga hål upptäcktes.

Tabell 6 visar angreppsdjup i prov A1-D1 samt A3-D3. B1, B2, D1 och D2 är prov enligt föreliggande uppfinning, och A1 , A2 och C1 är referensmaterial.

Tabell 5 Antal hål efter två veckors korrosíonstest av insidan.

Prov Plätering på Tjocklek Pläteringens tjocklek Antal perforerlngar vattensidan (pm) på vattensidan (um) A1 A 210 22 0 B1 B 190 19 0 C1 C 202 20 0 D1 D 205 19 0 A2 A 210 22 0 B2 B 190 19 0 D2 D 205 19 0 10 15 20 25 30 13 Tabell 6 Korrosionsangreppens djup enligt fokuseringsmetoden efter två veckors korrosionstest av insidan.

Prov Plätering på Genomsnittligt Std awlkelse vattensidan gropdjup (pm) (pm) A1 A 110 28 B1 B 78 20 C1 C 136 29 m o i ro 11 A2 A 136 33 B2 B 70 17 D2 D 49 14 Tabell 6 visar att korrosionsangreppen i B1 och B2 inte är lika djupa som i A1 och A2.

Angreppen i D1 och D2 är inte lika djupa som i C1. Det är tydligt att om magnesium tillsätts i pläteringen på vattensidan så reduceras angreppsdjupen. Detta framgår också från tvärsnitten i Figur 1 och 2, som visar material C1 och D1 efter korrosionstest av insidan. En potentialgradient mellan vattensidans plätering och kärnan enligt förevarande uppfinning âr tillräcklig för att materialen A och C ska klara korrosionstest av insidan utan att hål uppstår.

Korrosionsegenskaperna förbättras dock betydligt om Mg tillsätts i pläteringen på vattensidan. En kombination av en stark kärna och en vattensideplätering med förbättrat motstånd mot gropfrätningskorrosion gör att tunnare material kan framställas.

Korrosionspotentialprofilerna mättes för material i både H14 och H24 tillstànd. Mätningarna gjordes från lodpläteringssidan, efter CAB-lödning, se ovan. Korrosionspotentialmätningar gjordes vid 6-8 olika djup med början vid den resterande lodpläteringens ytteryta och vidare in i kärnan. Proven etsades i hett NaOH till de olika djupen (med baksidan maskerad med tape). Efter etsningen rengjordes proven i koncentrerad HNO3 och sköljdes sedan i avjoniserat vatten och etanol. Provens tjocklek mättes med mikrometer före och efter etsningen för att fastställa djupet.

Provbitarnas baksida maskerades med tejp och kanterna täcktes med nagellack. Aktivt område efter maskeringen var ~20x30 mm. Solartron lMP processlogg användes för de elektrokemiska mätningarna. En Standard Calomel-elektrod (SCE) användes som 10 15 20 25 30 14 referenselektrod. Proven sänktes ner i en SWAAT-elektrolytlösning (ASTM D1141 utan tungmetaller och med ett pH-värde av 2,95). 10 ml HZOZ per liter elektrolytlösning tillsattes när mätningarna påbörjades. OCP (Open Circuit Potential) följdes som funktion av djupet genom att proven etsades innan mätningen.

Korrosionspotentialprofilerna visas i Figur 3. Där framgår det att material i tillstånd H24 ger en brantare korrosionspotentialprofil än material i tillstånd H14.

Exempel 2 En annan aspekt av föreliggande uppfinning är partikelfördelningen. Material vars käma har en sammansättning enligt Tabell 1 och plätering E ur Tabell 7 på vattensidan analyserades.

Det är inte troligt att Mg-halten påverkar partikeltätheten i någon större grad. Götet för pläteringen på vattensidan förvärmdes vid en temperatur mellan 450 och 550°C och varmvalsades sedan med en total reduktion av 90%. Valsgötet svetsades sedan fast på kärngötet; på motsatt sida svetsades ett valsgöt av lodplätering typ AA4343. Temperaturen var <550°C och varmvalsningen gav en total reduktion av 99%, ner till 3,9 mm. Valsgötet kallvalsades sedan till sin slutliga tjocklek 0,270 mm. Rullen värmebehandlades till tillstånd H24.

Tabell 1 Kemisk sammansättning för vattensidans plätering i vikt%, uppmätt med OES.

Prov Si Fe Cu Mn Mg Zn Zr Ti E 0,9 0,3 <0,01 1,6 <0,01 1,6 0,1 <0,01 Material från rullen enligt ovan lödsimulerades i CAB-ugn. Två värmecykler användes: den ena innebar att temperaturen höjdes från rumstemperatur till 610°C på 20 min följt av en hålltid på 3 minuter vid den maximala temperaturen. Den andra värmecykeln liknade den första, dock med en maximal temperatur av 585°C. Kylningen ägde rum i inert miljö med en hastighet av ~O.50°C/s.

För att kunna mäta materialets partikeldensitet skars sektioner i bandets längsgående riktning (ND-RD). Sektionerna polerades mekaniskt med Struers OP-S-suspension innehållande 0,04 pm kolloidal kiseldioxid i det sista preparationssteget. Partiklarnas tvärsnitt mättes i en FEG-SEM, Philips XL3OS, med ett bildanalyssystem från Oxford Instruments llVlQuant/X. 10 15 20 15 Bilder för mätningarna registrerades som backscatter-avblldningar med s.k. ln-lens-detektor i mikroskopet. För att minimera informationsdjupet och få en bild med god spatial upplösning användes låg accelerationsspänning, 3kV. Normal grånivåtröskel användes för att spåra partiklarna. För att erhålla ett resultat som är representativt för partiklarnas antal och distribution i provet spreds bildramarna över tvärsnittet. Mätningarna gjordes i två steg. Det första steget upptog mindre dispersoider (partiklar med en diameter av <500 nm). Mer än 1000 dispersoider mättes. Ytan, A, för varje partikel mättes och en motsvarande partikeldiameter beräknades som ~/(4A/1t). Den andra mätningen gjordes på intermetalliska partiklar (partiklar med en diameter >500 nm). Mätningarna gjordes på ett bildfält som omfattade runt 80% av pläteringens tjocklek. 100 sådana bildfält analyserades.

Provbiten hade efter lödning vid 610°C i 2 min en partikeldensitet av 3,9x105 dispersoider per mmz av partiklar i storleksintervallet 50-500 nm. Provbitarna hade efter lödning en partikeldensitet för de intermetalliska partiklarna i storleksintervallet >500 nm på 1,4x104 partiklar per mmz. Provbiten hade efter lödning vid 585°C i 2 min en partikeldensitet för dispersoider i storleksintervallet 50-500 nm på 6,8x105 partiklar per mmz. Provbitama hade efter lödning en partikeldensitet för intermetalliska partiklar i storleksintervallet >500 nm på 1x104 partiklar per mmz.

Claims (15)

10 15 20 25 30 PATENTKRAV

1. En Iodpläterad aluminiumplåt innefattande: ett kämmaterial av en aluminiumlegering; samt ett pläteringsmaterial på minst en sida av kärnmaterialet framställt av en aluminiumlegering med lägre korrosionspotential än kämmaterialet, varvid pläteringen är det yttersta lagret på den lodpläterade plåten, där pläteringsmaterialet utgörs av en aluminiumlegering med 0,8 till 1,3 vikt% Mg, 0,5 till1,5 vikt% Si, 1,0 till 2,0 vikt%, dock helst 1,4-1,8 vikt% Mn, 50,7 vikt% Fe, 5 0,1 vikt% Cu, och 54 vikt% Zn, 50,3 vikt% vardera av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn och 50,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn med återstoden bestående av Al och oundvikliga föroreningar.

2. Lodpläterad aluminiumplåt enligt patentkrav 1, där pläteringsmaterialet är framställt av en aluminiumlegering som i huvudsak består av 0,7 till 1,4 vikt% Mg, 0,5 till 1,5 vikt% Si, 1,0-2,0 vikt%, dock helst 1,4 till 1,8 vikt% Mn, 50,7 vikt% Fe, 5 0,1 vikt% Cu, och 54 vikt% Zn, 50,3 vikt% vardera av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn och 50,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, samt återstoden bestående av Al samt oundvikliga föroreningar.

3. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-2, där pläteringsmaterialet innehåller 50,05-O,3 vikt% Zr.

4. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-3, där plåteringens sammansättning inte inkluderar Ni.

5. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-4, där kopparinnehållet i pläteringen är <0.04 vikt%.

6. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-5, där kärnmaterialet innehåller 50,1 vikt% Si, dock helst 5 0,06 vikt% Si, 50,35 vikt% Mg, från 1,0 till 2,0 vikt%, dock helst 1,4 till 1,8 vikt% Mn, från 0,2 till 1,0, dock helst 0,6 till 1,0 vikt% Cu, 50,7 vikt% Fe, och 50,3 vikt% vardera av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn och 50,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, resten bestående av aluminium och oundvikliga föroreningar.

7. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-6, där kärnmaterialet innehåller 50,1 vikt% Si, dock helst 5 0,06 vikt% Si, 5 0,35 vikt% Mg, från 1,4 till 1,8% vikt% Mn, från 0,6 till 1,0 vikt% Cu, 50,7 vikt% Fe, 0,05 till 0,3 vikt% Zr, och 50,3 % vardera av Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn och 50,5 vikt% totalt av Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, ln, Sn, samt återstoden bestående av aluminium och oundvikliga föroreningar.

8. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1~7, där både kärnmaterial och pläteringsmaterial är nickelfria. 10 15 20

9. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-8, där sagda pläteringsmaterial är avsett för vattensidan, och där käman har en extra Al-Si lodplåtering applicerad direkt på plåten på motsatta sidan, och där denna lodplätering innefattar 5-13 vikt% Si.

10. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-9, där förhållandet mellan Si i vattensidans plätering och Si i käman är minst 5:1, dock helst 1011.

11. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-9, där den lodpläterade plåtens tjocklek är mindre än 300 um, dock helst mindre än 200 um.

12. Lodpläterad aluminiumplåt enligt patentkrav 11, där pläteringens tjocklek år S30 pm, dock helst mindre än 20 |.lm.

13. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-12, där kärnans tillstånd är H24.

14. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-12, med valsgöt för käma och plätering framställda i en process där förvärmningen efter gjutning är högst 550°C.

15. Lodpläterad aluminiumplåt enligt något av patentkraven 1-12, där vattensidans plätering efter lödning har en mikrostruktur med en partikeltäthet i storleksintervallet mellan 0,5 och 20x105 partiklar per mm 2, dock hellre mellan 'l och 12x105 partiklar per mmz, och allra helst mellan 2 och 9x105 partiklar per mmz då partiklarna har en motsvarande diameter i storleksordningen 50-500 nm, och en partikeltäthet i storleksordningen 1-2Ox103 partiklar per mmz, dock helst mellan 7 och 15x103 partiklar per mmz då partiklarna har en motsvarande diameter >500 nm.