SE0950756A1 - Sandwichmaterial med hög hållfasthet vid hög temperatur för tunna band i värmeväxlare - Google Patents

Abstract

Sandwichmaterial med hög hållfasthet vid hög temperatur för tunna band i värmeväxlare. Sammandrag. Uppfinningen avser ett sandwichmaterial för lödning innefattande ett kärnskikt av en första aluminiumlegering och ett spärrskikt av en andra aluminiumlegering varvid spärrskikt och kärnskikt väsentligen uppvisar liknande deformationsmotstånd före sammanvalsning varvid sandwichmaterialet kan framställas genom stegen att: -tillhandahålla ett kärnskikt av en första legeringen som innehåller (i vikt%): 0.5-2.0%, företrädesvis 0.8 - 1.8% Mn, £1.0%, företrädesvis0.3%, allra helst <0.05% Mg, <0.2% företrädesvis £0.1% Si, < 0.3% Ti, <0.3%, företrädesvis <0.2% Cr, < 0.3%, företrädesvis < 0.2% Zr, <0.2%, företrädesvis £0.1% Cu, < 3% Zn,0.2% In, < 0.1% Sn och <0.7%, %, företrädesvis <0.35%, (Fe+Ni), resten Al och < 0.05% av varje av oundvikliga föroreningar; tillhandahålla ett spärrskikt av en andra legering som innehåller (i vikt%):0.2% Mn+Cr, £1.0%, företrädesvis £0.3%, allra helst <0.05% Mg, 1. 6-5%, företrädesvis 2-4.5% Si, < 0.3%, företrädesvis <0.2% Ti, £0.2% Zr, £ 0.2%, företrädesvis £0.1% Cu, £ 3 % Zn, < 0.2% In, < 0.1% Sn och < 1.5%, företrädesvis <0.7%, allra helst 0,1-0.35% (Fe+Ni), resten Al och < 0.05% av varje av oundvikliga föroreningar; - sammanvalsa skikten så att de häftar ihop till ett sandwichmaterial; -värmebehandla sandwichmaterialet vid en förutbestämd temperatur och en förutbestämd tid så att Si-halten utjämnas till 0.4-1% i både kärnskikt och spärrskikt;. - valsa sandwichmaterialet till slutgiltig tjocklek.

Description

15 20 25 30 rankor i värmeväxlare, exempelvis bilkylare, som veckats av tunna aluminiumband.

Vid tillverkning av värmeväxlare anordnas rankorna mot lodpläterade rör och uppvärms sedan i en lödugn varvid lodskiktet på rören smälter och flyter iväg på grund av kapillärkrafter och ytspänningsskillnader och bildar lödfogar mellan rankorna och rören.

Rankornas primära funktion i en gas/vätska-värmeväxlare, exempelvis en bilkylare, är att leda värmen från vätskan i rören till gasen. Rankorna har oftast ytterligare uppgifter. Lödningen sker vid mycket hög temperatur där materialen kan deformeras genom krypning bara genom den mekaniska påkänning som orsakas av deras egen tyngd. Rankorna får inte mjukna så mycket att de sjunker ihop utan hjälper till att bibehålla formen hos värmeväxlaren. Rankornas förmåga i detta avseende, "nedböjningsmotståndet", mäts genom att remsor med en viss längd, exempelvis 50 mm, fästs horisontellt i ena änden i en ugn som värms till 600°C. Nedböjningen av den fria änden mäts upp när ugnen svalnat. Det är även viktigt för värmeväxlarens förmåga att motstå de höga tryck som kan uppkomma i rören i drift att rankorna hjälper till att hålla emot det höga trycket. Om rankorna har god hållfasthet även vid hög temperatur så kan rören göras tunnare vilket medför att värmeväxlaren blir lättare.

Om materialet i detaljerna som skall lödas inte är rekristalliserat vid uppvärmningen till lödtemperaturen innan lodets smälttemperatur uppnåtts så kommer kisel från lodet att tränga in i materialen som skall lödas. Detta innebär en risk i tunna band som i rankor att dessa smälter och sjunker ihop alternativt att det bildas ofullständiga eller dåliga lödfogar med stora porer. lnträngningen av kisel sker genom diffusion, uppsmältning av ytskiktet eller så kallad ”Liquid Film Migration” [se exempelvis A.

Wittebrod, S. Desikan, R. Boom, L. Katgerman, Materials Science Forum Vols. 519- 521, (2006) sid. 1151-1156)].

Därför måste ett material för lödning enligt ovan, som inte rekristalliserar vid lödningen, utföras med ett spärrskikt. Material som består av flera skikt benämnes lämpligen sandwichmaterial. Spärrskiktets funktion är att minska inträngning av kisel från lodet till det underliggande kärnmaterialet vid lödningen och därmed att säkerställa bildningen av goda lödfogar och att kärnmaterialet inte börjar smälta upp. 10 15 20 25 30 Kiselinträngning sker särskilt lätt i korngränser. Därför bör man bilda stora korn i spärrskiktet så att det finns få korngränser.

Ett problem med vanliga material för lödning som har hög hållfasthet, exempelvis sådana med höga halter av mangan, är att korrosionsegenskaperna inte är de bästa. intermetalliska partiklar med järn, mangan och aluminium är ädlare än den omgivande aluminiummatrisen vilket ger upphov till gropfrätning i fuktiga miljöer.

Kommersiellt rent aluminium som enbart har järn och kisel som legeringsämnen och dessutom låg järnhalt har mycket bättre egenskaper i detta avseende. Spärrskikt och kärnskikt kan därför lämpligen utföras så att sandwichmaterialet får goda korrosionsegenskaper.

Om rören i luft/vatten-värmeväxlare korroderar så uppstår läckage vilket måste undvikas. Därför tillsätts ofta zink till legeringen i rankorna så att de får lägre elektrisk potential i förhållande till rören och ger så kallat katodiskt skydd. Detta leder givetvis till större allmänkorrosion på rankorna. Detta kan dock vara acceptabelt medan däremot intergranulär korrosion och gropfrätning som leder till en snabbare upplösning av rankorna inte får förekomma. Ett sätt att ytterligare förbättra korrosionsegenskaperna är att öka kärnskiktets elektrokemiska potential. Detta kan exempelvis göras genom att använda koppar, mangan eller något annat legeringsämne som i fast lösning ökar elektrokemiska potentialen och som bringas i fast lösning vid lödningsprocessen.

Ett problem med kända typer av material för lödning är att de inte har tillräckligt hög utmattningshållfasthet och kryphållfasthet vid höga temperaturer. Om temperaturen är hög vid provningen, över 200°C, så begränsas vid högre spänningar även livslängden vid utmattningspåkänning av materialets kryphållfasthet. Eftersom de intermetalliska utskiljningarna bidrar starkt till hållfastheten vid högre temperaturer så är det viktigt att de är stabila och inte löses upp alltför fort med tiden. Speciellt för ett kärnmaterial som inte är rekristalllserat är detta viktigt eftersom utskiljningarna hämmar rekristallisationsförloppet.

Två exempel på produkter som kräver förbättrad utmattningshållfasthet och kryphållfasthet vid temperaturer över 150°C och upp emot 300°C är laddluftkylare 10 15 20 25 30 och kylare för avgaser som återförs till ny förbränning i bilmotorer. Dessa produkter tillverkas vanligtvis genom Iödning av sandwichmaterial. Ökade krav på bilmotorer avseende reducerade utsläpp av skadliga gaser samt förbättrad verkningsgrad medför att dessa kylare utsätts för allt högre drifttemperaturer och gastryck. Detta uppfyller hållfasthetskraven. Vanliga bilkylare som inte kommer upp till högre drifttemperatur medför ett problem eftersom befintliga sandwichmaterial inte än 100°C tillverkas idag av hållfasthetsskäl i relativt grova godsdimensioner. Den höga vikten bidrar till hög bränsleförbrukning. Den stora mängden material som används i kylarna gör dem dessutom kostsamma att tillverka. Trots att rankorna är tunna jämfört med rör och andra delar i en bilkylare så utgör de ändå en stor del av kylarens vikt, kanske 40%, och det är därför mycket viktigt att de har hög hållfasthet vid drifttemperaturen så att deras tjocklek kan hållas nere.

Ovannämnda problem har för rör och ändplåtar i värmeväxlare lösts med den metod som beskrivs i patentansökan PCT/SE2009/050139. I den metoden har kärnskiktet en sådan sammansättning att det inte rekristalliserar vid Iödning. För att förhindra att kisel från lodet att tränga in i kärnskiktet anbringas genom valsning ett spärrskikt bestående av en aluminiumlegering som rekristalliserar i grova korn vid lödningen.

Ett problem är att kan vara svårt att få spärrskiktet att fästa ihop med kärnskiktet vid varmvalsningen om det är stor skillnad i deformationsmotstånd mellan kärnskikt och spärrskikt samt om spärrskiktet är mycket tjockt. En oxidfri aluminiumyta beläggs mycket snabbt med oxid när den får kontakt med luft. För att få vidhäftning krävs att metallyta utan oxid skapas både på kärnskikt och spärrskikt så att man får kontakt metall mot metall. Detta åstadkommes genom den ytförstoring som fås vid valsningen om båda skikten deformeras. Om exempelvis kärnskiktet är mycket hårdare än spärrskiktet så deformeras inte kärnskiktet.

Vid tillverkningen läggs plåtar av spärrskiktet på ena sidan eller båda sidorna av ett göt av kärnlegeringen. För att få gott utbyte vid industriell valsning är den sammanlagda tjockleken hos detta sandwichpaket cirka 60 cm tjockt. Det är då nödvändigt att påbörja valsningen med relativt små reduktioner i varje valsstick.

Eftersom förhållandet mellan arbetsvalsarnas diameter och sandwichpaketets tjocklek är litet så betyder det att den huvudsakliga tjockleksreduktionen och därmed ytförstoringen sker nära ytorna av sandwichpaketet. Om spärrskiktet är tjockt så blir 10 15 20 25 30 därför ytförstoringen i gränsskiktet mellan spärrskikt och kärngöt liten och det blir svårt att få skikten att fästa ihop. Ett ännu större problem är att eftersom den mesta tjockieksreduktionen sker vid ytan så förlängs spärrskiktet mer än kärnskiktet. Detta gör att spärrskiktet pressas ut både framåt och bakåt ut över kärnskiktet. Dessa överskjutande delar måste sedan kapas bort vilket minskar utbytet i processen.

Dessutom pressas spärrskiktet åt sidorna ut över kärnskiktet vilket gör att man får en variation i spärrskiktets tjocklek över bredden på det färdiga bandet. Kanterna på det valsade bandet måste därför skäras bort och skrotas eftersom de har för tunn tjocklek på spärrskiktet. Detta minskar utbytet i processen ytterligare. Det är givetvis så att om spärrskiktet är mjukare än kärnskiktet, som oftast är fallet, så är problemet med dåligt utbyte extra accentuerat. Detta problem blir ännu svårare i mycket tunna band som rankor i värmeväxlare vilka ofta är tunnare än 0,1 mm och kan var så tunna som 0,05 mm. Detta betyder att om spärrskiktet skall ha sin funktion vilket kräver en tjocklek av minst 0,007 mm så upptar det en avsevärd del av tjockleken.

Det är då svårt vid den vanliga metoden för att tillverka tunna band för värmeväxlare, varmvalsning, att få gott utbyte i processen speciellt om kärnskiktet är mycket hårdare än spärrskiktet. Om spärrskiktet är tjockare än 20% av totaltjockleken så är det svårtatt överhuvudtaget få skikten att fästa ihop vid valsningen.

Det som framförallt gör ett material hårt vid valsningen är om det innehåller många hårda intermetalliska partiklar. Legeringselement i fast lösning höjer också deformationsmotståndet. I ett sandwichmaterial skall kärnskiktet ha många partiklar för att inte rekristallisera medan spärrskiktet skall ha få partiklar för att rekristallisera i en grov kornstorlek vid en relativt låg temperatur. Därför kan hårdhetsskillnaden mellan skikten vara stor vid sammanvalsningen vilket bör undvikas för att få ett gott utbyte.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett sandwichmaterial för lödning som kan tillverkas med högt utbyte samt har hög hållfasthet både vid låg och hög temperatur speciellt mot krypning och utmattning. Detta syfte uppnås genom sandwichmaterialet enligt uppfinningen. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att tillhandahålla ett sandwichmaterial som förutom ovan nämnda höga hållfasthet har mycket goda korrosionsegenskaper eftersom den elektrokemiska potentialen sjunker mot ytan och de ytor som är exponerade mot omvärlden, de så kallade spärrskikten, i 10 15 20 25 30 en lödd värmeväxlare har få intermetalliska partiklar. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att ange en metod för tillverkning av ett sandwichmaterial för lödning som ger gott utbyte i valsningsprocessen samt hög hållfasthet både vid låg och hög temperatur. Detta medför att tunnare material kan användas vilket medför materialbesparing och i värmeväxlare för fordon dessutom en lägre vikt och därmed minskad bränsleförbrukning. Detta syfte uppnås genom metoden enligt uppfinningen.

Ett vidare syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en produkt i vilken ett sandwichmaterial som uppvisar hög hållfasthet både vid låg och hög temperatur ingår. Detta syfte uppnås genom den i patentkraven definierade produkten. Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är användningen av en lödd produkt, i vilken 'ett sandwichmaterial enligt ovan ingår, vid drifttemperaturer som når över 150°C, företrädesvis över 200°C, allra helst över 250°C. Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är användningen av lödda produkter, i vilka ett sandwichmaterial enligt ovan ingår, även vid lägre drifttemperaturer, upp till 100°C, varvid tunnare material än vanligt kan användas för att spara materialåtgång eller vikt och bränsleförbrukning. Dessa syften uppnås genom användningen av den i patentkraven definierade lödda produkten.

Uppfinningen avser ett sandwichmaterial för lödning innefattande ett kärnskikt av en första aluminiumlegering och ett spärrskikt av en andra aluminiumlegering varvid spärrskikt och kärnskikt' väsentligen uppvisar samma deformationsmotstånd före sammanvalsning varvid sandwichmaterialet kan framställas genom stegen att: -tillhandahålla ett kärnskikt av en första legeringen som innehåller (i vikt%): 0.5-2.0°/0, företrädesvis 0.8 - 1.8%, allra helst 1,0-1,7% Mn, 30.2% företrädesvis 30.1% Si, 30.3% Ti, 30.3%, företrädesvis 302% Cr, 30.3%, företrädesvis 30.2% Zr, 30.2%, företrädesvis 30.1% Cu, 33% Zn, 30.2% ln, 30.1% Sn och 30.7%, företrädesvis 30.35%, (Fe+Ni), 31.0%, men för lödning i skyddsgas med flussmedel företrädesvis 30.3%, allra helst 30.05% Mg, resten Al och 30.05% av varje av oundvikliga föroreningar; -tillhandahålla ett spärrskikt av en andra legering som innehåller (i vikt%): 30.2% Mn+Cr, 1. 6-5%, företrädesvis 2-4.5% Si, 30.3%, företrädesvis <0.2% Ti, 30.2% Zr, 30.2%, företrädesvis 30.1% Cu, 33 % Zn, 302% ln, 30.1% Sn och 31 .5%, företrädesvis 30.7%, allra helst O.1-O.35% (Fe+Ni), 31.0%, men för lödning i 10 15 20 25 30 skyddsgas med flussmedel företrädesvis S0.3%, allra helst S0.05% Mg, resten Al och S 0.05% av varje av oundvikliga föroreningar; - sammanvalsa skikten så att de häftar ihop till ett sandwichmaterial; -värmebehandla sandwichmaterialet vid en förutbestämd temperatur och under en förutbestämd tid så att Si-halten utjämnas till O.4-1% i både kärnskikt och spärrskikt; - valsa sandwichmaterialet till slutgiltig tjocklek.

Kärnskiktet har en hög halt av mangan viket gör att det har ett högt deformationsmotstånd, men genom att det har en låg halt av kisel så är antalet dispersoider lägre och därmed deformationsmotståndet vid varmvalsningen lägre än om kiselhalten hade varit hög. Spärrskiktet har en hög halt av kisel vilket gör att dess deformationsmotstånd är högre än med en låg kiselhalt och deformationsmotstånden hos kärn- och spärrskikt kommer därmed att skilja sig i lägre grad vilket avsevärt ökar utbytet och underlättar vidhäftningen vid sammanvalsningen. Magnesiumhaiten hos kärnskiktet skall vara lägre än i spärrskiktet för att ytterligare minska skillnaden i deformationsmotstånd.

I ett första steg valsas kärnskiktet ihop med spärrskikt på ena sidan eller på båda sidor till ett sandwichmaterial. Detta sker lämpligen genom varmvalsning.

Sandwichmaterialet kallvalsas sedan. Graden av kallvalsning bestäms av sandwichmaterialet slutliga tjocklek samt önskade materialegenskaper. Lämpligen valsas sandwichmaterialet tills det är mellan 9% och 33% tjockare än den slutliga tjockleken, lämpligen mellan 19% och 28% tjockare än den slutliga tjockleken för bästa resultat.

Sandwichmaterialet värmebehandlas sedan vid temperaturer mellan 350°C och 500°C och tillräckligt lång tid så att det rekristalliserar och kisel från spärrskiktet diffunderar in -i kärnskiktet. Denna värmebehandling kallas i fortsättningen för kärnskiktet Al-Si-Mn-utskiljningar, så hög grad ut i små kallade Kiselhalten skall efter mellanglödgningen ligga på en nivå i intervallet O.4-1% i både "mellanglödgningen". Mangan i skiljs i rekristallisationshämmande dispersoider. kärnskikt och spärrskikt. Tiden för mellanglödgningen beror på materialets dimensioner och mellanglödgningstemperaturen och är lämpligen 1 till 24 timmar.

Genom att hålla halten kisel under 1% undviks att skikten smälter och minimihalten 10 15 20 25 30 O.4% gör att kärnskiktet genom dispersoidbildningen inte rekristalliserar helt vid lödningen av det färdiga materialet, som oftast utförs vid en temperatur av 590- 610°C. Efter ovannämnda mellanglödgning bearbetas sandwichmaterialet till slutlig tjocklek genom kallvalsning. Graden av slutbearbetning beror av önskade materialegenskaper i den slutliga produkten samt hur mycket sandwichmaterialet har bearbetats i tidigare steg. Lämpligen utförs kallvalsningen med en reduktionsgrad som är 9% - 33% , företrädesvis 19% - 28% av slutlig tjocklek.

Eftersom kärnskiktet före sammanvalsningen innehåller en låg halt av kisel och spärrskiktet en hög halt av kisel så är skillnaden i deformationsmotstånd vid valsningen inte så stor vilket gör att utbytet vid valsningen blir bra. När sedan mellanglödgningen utförts så har en tät mängd av dispersoider bildats i kärnskiktet för att ge den önskade rekristallisationshämmande effekten vid lödningen. Om kisel finns i hög halt i kärnskiktet så bildas en tät mängd av dispersoider som ger ett högt deformationsmotstånd. Den rekristallisationshämmande effekten av dispersoiderna kan ändå erhållas genom att dispersoiderna bildas senare i processen vid ovan nämnda mellanglödgning.

Spärrskikt rekristalliserar även om skiktet är tunt eftersom de låga mangan-, zirkonium- och kromhalterna gör att mycket få dispersoider bildas i spärrskiktet. Den önskade grova kornstorleken l spärrskiktet uppnås genom att hålla halterna av järn och nickel på en låg nivå. Ett sådant material är speciellt lämpligt att lödas mot en yta som är belagd med lod. Lämpligen finns det alltså inte något ytterligare skikt av någon sort på den sida av spärrskiktet som är riktad bort från kärnskiktet.

Eftersom deformationsmotstånden hos kärn- och spärrskikt inte skiljer sig avsevärt är utbytet vid valsningen mycket gott. Sandwichmaterialen enligt ovan medför flera fördelar efter ovan nämnda valsning och mellanglödgning, spärrskiktet rekristalliserar i en grov kornstorlek vid uppvärmning till lödtemperaturen, varvid diffusion av kisel från lodet till kärnan avsevärt reduceras. De noggrant avvägda legeringshalterna i kärnskikt och spärrskikt bidrar till att ge sandwichmaterialet goda hållfasthetsegenskaper vid höga temperaturer efter lödningen genom att rekristallisation av kärnskiktet motverkas. Materialet uppvisar därför hög 10 15 20 25 30 utmattningshållfasthet och god kryphållfasthet vid temperaturer upp till 300°C. Efter lödning uppvisar sandwichmaterialet mycket goda lödfogar.

Sandwichmaterialet kan bestå av ett kärnskikt av en första aluminiumlegering och ett spärrskikt av en andra aluminiumlegering som är anordnat på ena sidan av kärnskiktet.

Sandwichmaterialet kan bestå av ett kärnskikt av en första aluminiumlegering och två spärrskikt av en andra aluminiumlegering som är anordnade på vardera sida av kärnmaterialet Lämpligen utgör spärrskiktet det yttersta skiktet hos sandwichmaterialet på den sida av sandwichmaterialet som skall lödas mot en annan detalj. Ett sådant material är mycket lämpligt i tunna band, för användning som rankor i värmeväxlare.

Lämpligen uppvisar spärrskiktet efter uppvärmning till lödtemperaturen en rekristalliserad struktur med en kornstorlek som parallellt med valsytan är större än 50 um vilket minimerar inträngning av kisel från Iod till kärna vilket i sin tur bidrar till en starkare lödfog.

Kärnskiktet kan efter lödning uppvisa en icke rekristalliserad eller delvis rekristalliserad struktur. Denna struktur hos kärnskiktet är väsentlig för att ge en hög hållfasthet hos sandwichmaterialet.

Lämpligen uppvisar sandwichmaterialet efter lödning en utmattningshållfasthet som är högre än 35 l\/lPa vid 1 million belastningscykler med en dragande belastning med R=0,1 vid 300°C.

Lämpligen uppfyller sandwichmaterialet följande villkor: 0,4%SCs-x/100+Ck-(100- x)/10OS1,0% där kiselhalten i kärnskiktet är Ck % och i spärrskiktet Cs % före sammanvalsningen samt tjockleken hos spärrskiktet (eller vid två spärrskikt den sammanlagda tjockleken) är x% av totala tjockleken av sandwichmaterialet. Om 10 15 20 25 30 10 villkoret är uppfyllt uppnås dels den önskade rekristallisationshämmande effekten i kärnskiktet dels undviks att skikten smälter vid Iödningen.

Uppfinningen avser även en metod för tillverkning av ett sandwichmaterial för lödning innefattande stegen: -tillhandahålla ett kärnskikt av en_första legeringen som innehåller (i vikt%): 0.5-2.0%, företrädesvis 0.8 -1.8%, allra helst 1,0-1,7% Mn, 30.2% företrädesvis 30.1% Si, 3 0.3% Ti, 30.3%, företrädesvis 30.2% Cr, 30.3%, företrädesvis 30.2% Zr, 302%, företrädesvis 301% Cu, 33% Zn, 302% ln, 301% Sn och 307%, %, företrädesvis 30.35%, (Fe+Ni), 31 .0%, men för lödning i skyddsgas med flussmedel företrädesvis 303%, allra helst 30.05% Mg, resten Al och 3 005% av varje av oundvikliga föroreningar; -tillhandahålla en andra legering utgörande spärrskiktet som innehåller (i vikt%): 3 02% Mn+Cr, 1. 6-5%, företrädesvis 2-4.5°/0 Si, 30.3%, företrädesvis <0.2% Ti, 30.2% Zr , 30.2%, företrädesvis 30.1% Cu, 33 % Zn, 30.2% ln, 30.1% Sn och 31 .5%, företrädesvis 307%, allra helst O,1-0.35% (Fe+Ni), 31 .0%, men för lödning i skyddsgas med flussmedel företrädesvis 30.3%, allra helst 3005% Mg, resten Al och 30.05% av varje av oundvikliga föroreningar; - sammanvalsa skikten så att de häftar ihop till ett sandwichmaterial; -värmebehandla sandwichmaterialet vid en förutbestämd temperatur och under en förutbestämd tid så att Si-halten utjämnas till 0.4-1% i både kärnskikt och spärrskikt; - valsa sandwichmaterialet till slutgiltig tjocklek.

Sandwichmaterialet kan valsas till band eller plåtar av olika längder med låg variation i tjocklek över bandets yta. Eftersom skillnaden i deformationsmotstånd mellan kärnskikt och spärrskikt är liten så möjliggör metoden följaktligen en säker och rationell tillverkning av ett sandwichmaterial med hög produktivitet och högt utbyte.

Före varmvalsningen kan ytterligare ett skikt av den andra aluminiumlegeringen anordnas vid en andra yta av kärnskiktet så att kärnskiktet omges av ett spärrskikt på båda sidorna. Därigenom åstadkommes ett sandwichmaterial som kan lödas på båda sidorna. 10 15 20 25 30 11 Ytterligare skikt av en aluminiumlegering som har speciella korrosionsskyddande egenskaper kan anordnas vid en andra yta av kärnskiktet så att kärnskiktet omges med ett spärrskikt på ena sidan och ett korrosionsskyddande skikt på andra sidan.

Sammanvalsningen av skikten sker lämpligen genom varmvalsning vid 350°C - 500°C.

Sandwichmaterialet kallvalsas sedan. Graden av kallvalsning väljs utifrån önskad sluttjocklek samt önskade egenskaper i den färdiga produkten. Lämpligen valsas sandwichmaterialet tills det är mellan 9% och 33% tjockare än den slutliga tjockleken, lämpligen mellan 19% och 28% tjockare än den slutliga tjockleken för bästa resultat.

I ett ytterligare steg värmebehandlas vid hög temperatur, 300°-500°C. Temperaturen är lämpligen 350°-500°C och tiden som materialet värms beror av materialets dimensioner och den aktuella temperaturen. Lämpligen värms materialet under en tid av mellan 1 till mellanglödgningen, ändras sandwichmaterialets inre struktur så att alla skikten blir 24 timmar Genom värmebehandlingen, den så kallade rekristalliserade, diffusion av kisel från spärrskiktet till kärnskiktet medför att mangan skiljs ut i form av talrika Al-Mn-Si-utskiljningar samt kiselhalten i spärrskiktet sänks under 1%.

Sandwichmaterialet genomgår slutligen ytterligare kallbearbetning, vanligen genom kallvalsning, till slutlig tjocklek. Graden av slutlig bearbetning är beroende av önskade materialegenskaper i den färdiga produkten samt hur mycket sandwichmaterialet har bearbetas i tidigare steg. Lämpligen bearbetas sandwichmaterialet till slutlig tjocklek med en reduktionsgrad av 9% till 33%, företrädesvis 19% till 28% av slutlig tjocklek. Vid kallbearbetningen ändras materialets inre struktur, varvid dess hållfasthet ökar. Denna hållfasthetsökning kvarstår delvis hos materialet i en lödd värmeväxlare eftersom kärnskiktet inte rekristalliserar helt vid lödningen. Detta beror på att den drivande kraften för låg på kallbearbetningen efter mellanglödgningen samt att den bromsande kraften mot rekristallisationen är grund av den låga reduktionsgraden vid rekristallisation är hög på grund av den de talrika Al-Mn-Si-utskiljningarna. Den låga reduktionsgraden vid kallbearbetningen bidrar även till att kornstorleken i spärrskiktet 10 15 20 25 30 12 blir stor när detta rekristalliserar vid uppvärmningen till lödningstemperaturen. Detta gör att inträngning av kisel från lodet och uppsmältning av spärrskikt och kärnskikt förhindras.

Ett spärrskikt som är 7 um tjockt eller tjockare ger ett utmärkt motstånd mot inträngningen av kisel från lodet om uppvärmningshastigheten vid iödningen är minst 25°C/min.

Uppfinningen avser även en lödd produkt innefattande det ovan beskrivna sandwichmaterialet där spärrskiktet har en rekristalliserad struktur med kornstorlek som har en längd parallellt valsytan som är minst 50 pm. Den rekristalliserade, grova kornstrukturen i spärrskiktet som uppstår vid uppvärmning till lödtemperaturen bidrar till minskad diffusion av kisel från lodet till kärnan vilket ger en starkare lödfog samt minskar risken för delvis uppsmältning av spärr och kärnskikt i sandwichmaterialet vid iödningen. Genom att kärnskiktet inte rekristalliserar helt och hållet och innehåller talrika utskiljningar erhålles en lödd produkt där sandwichmaterialet bidrar med hög hållfasthet och mycket goda kryp- och utmattningsegenskaper, speciellt vid höga temperaturer upp till och med 300°C. Sandwichmaterialet i den lödda produkten har ett kärnskikt med en deformerad, icke rekristalliserad eller delvis rekristalliserad struktur varvid sandwichmaterialet uppvisar en sträckgräns Rpoz som är minst 60 MPa vid korrosionsbeständighet genom att sandwichmaterialet har ett kärnskikt som är ädlare rumstemperatur. Sandwichmaterialet i denna produkt har god än spärrskiktet och ett spärrskikt som innehåller få intermetalliska partiklar.

Den lödda produkten utgörs lämpligen av en värmeväxlare.

Uppfinningen avser även användning av den lödda produkten vid drifttemperaturer som når över 150°C, eller över 200°C, eller över 250°C. Produkten är speciellt sådan eftersom den uppvisar mycket goda lämplig för användning hållfasthetsegenskaper vid höga temperaturer.

Den lödda produkten är speciellt lämplig i värmeväxlare med drifttemperaturer under 100°C eftersom den höga hållfastheten som materialet uppvisar vid dessa temperaturer medför att materialet i produkten kan göras tunnare vilket leder till en 10 15 20 25 30 13 billigare produkt med låg vikt. Den låga vikten är speciellt fördelaktig i det fall produkten används i motorfordon eftersom fordonets bränsleförbrukning då reduceras.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Uppfinnaren har funnit en metod att tillverka ett sandwichmaterial för tunna band för lödning av värmeväxlare som har mycket hög hållfasthet jämfört med befintliga material även vid hög temperatur, har mycket goda korrosionsegenskaper och kan tillverkas med hög produktivitet och högt utbyte.

Eftersom spärrskiktet i tunna band, exempelvis rankband i värmeväxlare, måste vara tjockt, minst cirka 7 pm, för att ge önskad skyddsfunktion och därmed upptar en avsevärd del av tjockleken hos sandwichmaterialet så är problemet med dåligt utbyte vid valsningen speciellt svårt i detta fall. Den erforderliga tjockleken beror dock på temperatur-tid -cykeln vid lödningen - en lång tid vid hög temperatur kräver ett tjockare spärrskikt.

Det har vid experiment med sammanvalsning av skikt av olika hårdhet visat sig att utbytet vid varmvalsningen avsevärt förbättras om hårdheten hos skikten vid varmvalsning i temperaturområdet 350-500°C inte skiljer sig alltför mycket.

Vidhäftningen mellan skikten vid varmvalsningen underlättas avsevärt om det maximala deformationsmotståndet hos spärrskiktet vid varmvalsning i temperaturområdet 350-500°C inte avviker alltför mycket från kärnmaterialets maximala deformationsmotstånd. En oxidfri aluminiumyta beläggs mycket snabbt med oxid när den får kontakt med luft. För att få vidhäftning krävs därför att metallyta utan oxid skapas både på kärnskikt och spärrskikt vid valsningen så att kontakt metall mot metall erhålles mellan skikten under valsningen. Om spärrskikt och kärnskikt har ungefär samma deformationsmotstånd kommer deras ytor att förstoras i ungefär samma takt under valsningen. Därigenom säkerställs hela tiden metallisk kontakt mellan ytorna och god vidhäftning mellan uppnås.

Spärrskiktet skulle kunna göras hårt genom lösningshärdning om högre halter av legeringsämnen som kunde hållas i lösning kunde användas, exempelvis magnesium 10 15 20 25 30 14 eller koppar. Vid vissa lödmetoder som skyddsgaslödning med flussmedel kan man inte uppnå god lödbarhet om magnesiumhalten är för hög. En hög kopparhalt kan inte utnyttjas i rankband som skall lödas mot rör eftersom det ger en hög elektrisk potential vilket leder till att korrosionen av rören ökar. Ett annat sätt vore att tillsätta legeringsämnen som bildar partiklar. Detta är mindre föredraget eftersom spärrskiktet skall rekristallisera i grova korn vid uppvärmningen till lödtemperaturen innan diffusionshastigheten för kisel blir hög trots att det är tunt och den drivande kraften för rekristallisation är låg.

Ett problem är alltså att finna en sammansättning hos spärrskiktet som dels ger ett tillräckligt högt deformationsmotstånd vid varmvalsningen och dels ger ett material kornstorlek vid som rekristalliserar i en grov uppvärmningen till lödningstemperaturen. Försök har visat att det är svårare att stoppa kisel från lodet från att ta sig in i kärnmaterialet ju finare kornstorleken är i spärrskiktet och ju tunnare detta är. Valet av legeringsämnen i spärrskiktet är således mycket begränsat med hänsyn till valsbarhet och rekristallisationsegenskaper. Den tjocklek som krävs för att spärrskiktet skall rekristallisera och ge erforderligt skydd mot kiselinträngning beror av uppvärmningshastigheten vid lödningen. l föreliggande uppfinning är kiselhalten hos spärrskiktet hög vid sammanvalsningen vilket ger många partiklar och mycket kisel i lösning vilket ger högt deformationsmotstånd. Kiselhalten i kärnlegeringen är vid sammanvalsningen låg vilket ger färre partiklar och därmed lägre deformationsmotstånd. Spärrskiktet ska före varmvalsning rekristallisera vid uppvärmning till lödtemperaturen.

Minimitjockleken hos spärrskiktet väljs utifrån dess eftersträvade funktion och uppvärmningshastigheten vid lödningen. Den höga tätheten av partiklar som krävs i kärnskiktet för att detta inte ska rekristallisera vid lödningen åstadkommes vid den ovan nämnda mellanglödgningen före färdigvalsningen. Vid denna glödgning minskar kiselhalten i spärrskiktet vilket dels gör att det inte smälter vid lödningen dels medför förbättras genom att att korrosionsegenskaperna avsevärt legeringssammansättningen blir mera likt renaluminium. kärnlegeringen efter I sandwichmaterial enligt föreliggande uppfinning har mellanglödgningen före valsningen till färdigdimension en stor mängd partiklar per 10 15 20 25 30 15 volymenhet för att ge en stor bromsande kraft mot rekristallisation och en mycket hög hållfasthet mot utmattning och krypning vid hög temperatur Som framgår ovan är det viktigt att noggrant välja legeringsämnen och avväga legeringshalten i kärnskikt och spärrskikt för att erhålla ett sandwichmaterial som har goda hållfasthetsegenskaper vid höga temperaturer samt kan tillverkas genom valsning med hög produktivitet och gott utbyte. Nedan följer en beskrivning av effekten av enskilda legeringselement i sandwichmaterialet.

Kisel ger ett bidrag till deformationsmotståndet speciellt vid höga deformationshastigheter. Kiselhalten i kärnskiktet före mellanglödgningen som avser att jämna ut kiselhalten mellan kärn- och spärrskikt ska vara 50.2; företrädesvis 50.1 viktsprocent. I spärrskiktet skall halten av kisel vara hög för att ge ett deformationsmotstånd vid varmvalsningen som är lik deformationsmotståndet i kärnskiktet samt bidra till utskiljning av mangan i talrika partiklar i kärnskiktet vid mellanglödgningen före valsningen till färdigtjockleken. Halten av kisel får dock inte vara så hög att smältning av kärnskikt och spärrskikt vid lödningen sker. Föredraget skall kiselhalten i spärrskiktet före den värmebehandling som avser att jämna ut kiselhalten mellan kärn och spärrskikt vara 1.6-5.0 viktsprocent. Lämpligen är kiselhalten 2.0 - 4.5 viktsprocent i spärrskiktet.

Magnesium ökar materialets hållfasthet genom lösningshärdning om det föreligger i fast lösning eller genom att bilda MgzSi-utskiljningar vid åldring. Magnesium ökar dessutom deformationsmotståndet vid valsning vid hög temperatur vilket gör att det med fördel kan användas i spärrskiktet. Vid en för hög halt minskar lödbarheten på grund av bildning av ett tjockt magnesiumoxidlager på ytan och vidare riskeras uppsmältning av materialet vid lödtemperaturen vilket gör att magnesiumhalten i kärnskiktet begränsats till 1.0 viktsprocent. Vid skyddsgaslödning med flussmedel reagerar magnesium med flussmedlet vilket minskar lödbarheten. Lödbarheten minskar med ökande magnesiumhalt. Magnesium i kärnskiktet diffunderar ut i spärrskiktet vid värmebehandling och lödning. Magnesiumhalten i kärnskiktet har därför begränsats till 0.3 viktsprocent, företrädesvis 0.05 viktsprocent om materialet skall användas för skyddsgaslödning med flussmedel. 10 15 20 25 30 16 I spärrskiktet har av samma skäl som för kärnskiktet magnesiumhalten generellt begränsats till 1.0 vlktsprocent. Spärrskiktet får vid den idag vanligaste lödmetoden - skyddsgaslödning med flussmedel - ej innehålla högre halter av magnesium än ca 0.3 viktprocent eftersom magnesium har en negativ inverkan på flussmedlets spärrskiktet bör därför vara 50.3 vlktsprocent, funktion. Magnesiumhalten i företrädesvis _<.0.05 vlktsprocent om materialet skall användas för skyddsgaslödning med flussmedel. Högre halter av magnesium än 0.3 vlktsprocent kan tillåtas om materialet skall vakuumlödas.

Zink används för att sänka elektriska potentialen hos materialet och används mycket ofta ge katodiskt skydd åt rören i värmeväxlaren. Upp till 3% Zn kan användas i kärn- och spärrskikt.

Zlrkonium ökar nedböjningsmotståndet och ger ökat motstånd mot rekristallisation.

Upp till 0.3 vlktsprocent zirkonium kan tillsättas kärnskiktets sammansättning.

Zlrkonium fördelas i huvudsak som små AlgZr partiklar, dessa partiklar kommer att hindra rekristallisationen och ge stora korn i materialet efter lödning. Eftersom AlgZr- partiklarna är stabila även vid mycket höga temperaturer, över 300°C, så ökar de utmattnings- och kryphållfastheten vid höga temperaturer. Över 0.3 vlktsprocent bildas grova utskiljningar vilket inverkar negativt på formbarheten hos materialet.

Företrädesvis begränsas halten Zr i kärnskiktet till 0.2 viktsprocent. Eftersom Zr bidrar till att öka deformationsmotståndet så blir valet av Zr-halt i kärnskiktet en kompromiss mellan den negativa effekten av ökat deformationsmotstånd vid sammanvalsningen och de positiva effekterna av ökad rekristallisationshämning vid lödning och ökad hållfasthet i den lödda produkten. l spärrskiktet bör zirkoniumhalten inte överstiga 0.2 viktsprocent eftersom det inte kan vara högre än att spärrskiktet rekristalliserar vid lödningen och ger det önskade skyddet mot kiselinträngning.

Titan ökar hållfastheten och kan finnas i upp till 0.3 vlktsprocent i kärnskiktet. l spärrskiktet kan titan finnas upp till 0.3 vlktsprocent, företrädesvis 50.2 vlktsprocent.

Eftersom titan i dessa halter ej bildar utskiljningar som kan bromsa rekristallisationen så kan det användas för att höja deformationsmotståndet hos spärrskiktet vid valsning vid hög temperatur. 10 15 20 25 30 17 Mangan i fast lösning ökar hållfastheten, nedböjningsmotståndet och korrosionshärdigheten. Mangan i utskiljningar ökar hållfastheten. Mangan bildar med lämplig värmebehandling vid temperaturer under 500°C små utskiljningar, så kallade dispersoider, med medeldiameter mindre än 0.5 pm, vilka ökar nedböjningsmotståndet, hämmar rekristallisationen vid Iödningen och ökar hållfastheten vid låg och hög temperatur. Manganhalten i kärnskiktet ska vara 0.5- 2.0%, 1.8% allra helst 1.0 - 1.7%. mangan+kromhalten inte överstiga 0.2 viktsprocent eftersom spärrskiktet skall företrädesvis 0.8 - I spärrskiktet får rekristallisera vid lödtemperaturen Järn och nickel har negativ effekt på korrosionsmotståndet och i än högre grad på motståndet mot nedböjning, inträngning av kisel från lodmaterialet och rekristallisation av kärnskiktet. Detta beror på att järn och nickel bildar grova utskiljningar som tjänstgör som kärnbildare av rekristallisation som gör att kornstorleken blir mindre. l kärnskiktet har halten Fe+Ni därför begränsats till 0.7 viktsprocent, företrädesvis till 0.35 viktprocent i kärnskiktet. l spärrskiktet begränsas halten till 1.5 viktsprocent men bör med fördel ligga under 0.7 viktsprocent.

Lämpligen är halten 0.10 - 0.35 viktsprocent i spärrskiktet.

Koppar i högre halter än 0.2 viktsprocent har den nackdelen att spärrskiktet kan bli ädlare än rör och andra vitala delar av värmeväxlaren vilket ur korrosionssynpunkt ger en oönskad elektrisk potentialgradient. l kärn- och spärrskikt bör kopparhalten därför inte överstiga 0.2 viktsprocent, helst inte överstiga 0.1 viktsprocent.

Krom, liksom zirkonium och mangan, är en så kallad dispersoidbildare vid låga halter. Eftersom grova partiklar bildas vid högre kromhalter så bör kromhalten i kärnskiktet inte överstiga 0.3 viktsprocent. I spärrskiktet bör summan av mangan- och kromhalterna inte överstiga 0.2 viktsprocent eftersom spärrskiktet måste rekristallisera vid lödtemperaturen. ibland elektrokemiska karaktär. Halterna bör begränsas till 502% för indium och s0.1% för lndium och tenn tillsätts i små mängder för att ändra materialets tenn. 10 15 20 25 30 18 Samlad figurförteckning Figur 1 visar kisel- och manganhalten som funktion av djupet från plåtens yta till dess mitt i ett spärrskiktslegering 2 enligt Exempel 1 efter mellanglödgning och valsning till 0,07 uppfinningsenligt sandwichmaterial med kårnlegering 1 och mm. Kisel- och mangankoncentrationen har uppmätts med energidispersiv spektroskopi i ett svepelektronmikroskop punktvis på olika djup i ett längdsnitt av sandwichplåten. Den stora variationen i sammansättning från punkt till punkt beror på att kisel i kårnskiktet till stor del befinner sig i utskiljningar.

Figur 2 visar mikrostrukturen i längdsnitt efter en lödningssimulerande värmebehandling i gränszonen mellan spårrskiktet (nedre delen) och kärnskiktet i sandwichmaterialet enligt uppfinningen med kärnlegering 1 och spärrskiktslegering 2 i Exempel 1.

Figur 3 visar mikrostrukturen i ett snitt genom en fog som bildats då det uppfinningsenliga sandwichmaterialet med kårnlegering 1 och 10% av tjockleken av spårrskikt 2 på var sida som formats till en så kallad ranka och lötts mot ett rör av ett sandwichmaterial bestående av en Al-Mn-legering med ett mellanskikt av 10% Si. 16% av renaluminium och ett lodskikt av en aluminiumlegering med Sandwichmaterialet var valsat med en reduktion motsvarande utgångstjockleken mellan mellanglödgning och lödning.

Figur 4 visar en bild av sandwichmaterialet enligt uppfinningen tagen i ett svepelektronmikroskop i så kallad ”back scatter mode". Bilden visar kornstrukturen i ett längdsnitt efter en lödningssimulerande värmebehandling. Sandwichmaterialet bestod av kärnlegering 1 med 10% av tjockleken av spärrskikt 2 på var sida. Det var 16% mellanglödgning och lödning. Som framgår av bilden uppvisar kärnlegeringen en valsat med en reduktion motsvarande av utgångstjockleken mellan deformerad struktur medan spårrskiktet har rekristalliserat i en grov kornstorlek.

Figur 5 visar en jämförelse av hållfasthetens variation med temperaturen för ett sandwichmaterial enligt Exempel 2 med hållfastheten för en standardlegering för rankor. 10 15 20 25 19 Figur 6 visar en jämförelse av utmattningshållfasthetens variation med temperaturen för ett uppfinningsenligt sandwichmaterial enligt Exempel 2 med motsvarande egenskap för en standardlegering för rankor.

Figur 7 visar en jämförelse av kryphållfasthetens variation med temperaturen för ett uppfinningsenligt sandwichmaterial enligt Exempel 2 med motsvarande egenskap för en standardlegering för rankor.

Exempel l nedanstående exempel beskrivs resultaten av försök som gjorts med sandwichmaterial enligt uppfinningen ijämförelse med standardmaterial.

Exempel 1: Sandwichmaterial enligt uppfinningen har framställts genom att plåtar av spärrskiktslegeringar och plåtar av kärnskiktslegeringar har fogats ihop genom valsning. Sammansättningen av de olika skikten framgår av Tabell 1. Kärnskiktet försågs på var sida med plåtar av spärrskikten där spärrskikten på var sida utgjorde 10%, 15% eller 20 % av totaltjockleken. Skikten värmdes först till 480°C under 2 timmar. Sammanvalsningen utfördes utan problem med vidhäftningen. Variationen i tjocklek över plåtarnas yta var mindre än 1%. Sandwichmaterialen valsades sedan tills tjockleken var 0.09 mm. Sandwichplåtarna mjukglödgades så att de rekristalliserade helt igenom och så att kiselhalten blev i medel lika i både kärna och Därefter valsades sandwichmaterialen med olika spärrskikt, se Figur 1. tjockleksreduktioner från 5 % upp till 25% av utgångstjockleken. 10 20 Tabell1. Legeringssammansättning Si Fe Mn Övriga Kärnlegering 1 0.09 0.15 1.6 <0.01 Kärnlegering 2 0.08 0.16 1.1 <0.01 Kärnlegering 3 0.09 0.15 0.6 <0.01 Spärrskikt 1 2.0 0.17 <0.01 <0.01 Spärrskikt2 4.2 0.17 <0.01 <0.01 Ett stycke av sandwichmaterialet hängdes upp vertikalt i en ugn med kvävgasatmosfär och utsattes för en värmebehandling liknande den som användes vid Iödning av bilkylare: värmning från rumstemperatur till 600°C på 20 min därefter en hålltid på 3 min vid denna temperatur och sedan snabb kylning till rumstemperatur. Spärrskiktet rekristalliserade i samtliga fall i en kornstorlek som var större än 50 pm innan en temperatur av 550°C uppnåtts, se ett exempel i Figur 4. hållfasthet före lödningssimuleringen. I Tabell 2 ges några exempel.

Sandwichmaterialens reduktionsgraden beror på 21 Tabell 2. Förlängningsgräns, Rpm, för 0,06-0,085 mm tjocka sandwichmaterial efter simulerad lödning. Valsreduktionen anges i % av tjockleken före valsningen.

Valsrecluktion före .. . RPCLZ lodnmg (MPa) (%) 7 40 12 50 Kärna 1 + 20% av spärrskikt 1 17 62 25 38 5 42 10 54 Kärna 1 + 10% av spärrskikt 2 18 71 25 40 6 42 _ 11 55 Kärna 2 + 10% av spärrskikt 2 16 73 24 35 5 48 10 58 Kärna 3 + 10% av spärrskikt 2 16 63 20 42 25 35 Förlängningsgränsen, Rpm, för vissa kombinationer är efter lödningssimuleringen så hög som 60-70 MPa vid rumstemperatur vilket skall jämföras med 40 MPa för standardlegeringar för skyddsgaslödda värmeväxlare som EN-AW 3003. Orsaken är att en tät mängd dispersoider bildats vid glödgningen, se Figur 2, vilket tillsammans med den låga deformationsgraden vid valsningen gjort att kärnmaterialet delvis bibehållit en deformerad struktur.

Sandwichmaterialen löddes i skyddsgas efter flussning mot 0,40 mm tjocka, lodpläterade rör. Lödfogarna mellan sandwichmaterialet och rören visade god utfyllnad om reduktionsgraden vid valsningen före lödningen var minst 8%. Ett exempel på en lödfog ges i Figur 3 . 10 15 20 25 22 Exempel2 Ett sandwichmaterial enligt uppfinningen utsattes för en lödningssimulerande värmebehandling likt den i Exempel 1. Tabell 3 visar legeringssammansättningen efter värmebehandlingen. I det följande jämförs med ett standardmaterial, EN-AW 3003, för lödningssimulerande rankor i bilkylare. Standardmaterialet hade utsatts för samma värmebehandling som sandwichmaterialet och dess sammansättning visas också i Tabell 3. Figur 5 visar statiska hållfasthetens variation med provningstemperaturen. Figur 6 och 7 illustrerar utmattnings- respektive kryphållfastheten vid olika temperaturer. Figurerna visar att sandwichmaterialet har överlägsna egenskaper jämfört med standardmaterialet vid rumstemperatur och förhöjd temperatur med avseende på såväl statisk hållfasthet som utmattning och krypning.

Tabell 3 Legeringssammansättning, vikt-%.

Si Fe Cu Mn Mg Zr Ti Andra element, av varje Sandwichmaterial Kärnskikt 0,5 0,3 <0,02 1,6 0,2 0,1 0,04 <0,02 Spärrskikt 0,1 0,3 <0,02 <0,02 0,2 <0,02 0,1 <0,02 Standardmaterial 0,1 0,5 0,1 1,2 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 EN-AW 3003 Exempel 3: Deformationsmotståndet har uppmätts för några olika legeringar enligt Tabell 4.

Provbitar togs ut av göt av legeringarna och värmebehandlades vid 500°C i 8 timmar.

Deformationsmotståndet uppmäts som den maximala kraft per enhet tvärsnittsyta som åtgår för att deformera cylindrar med 21 mm höjd och 14 mm diameter.

Cirkulära spår med djup av 0,2 mm och bredd 0,75 mm hade frästs ut i vardera änden av cylindrarna på 2 mm avstånd från varandra. Cylindrarna värms till provningstemperaturen och deformeras med en deformationshastighet av 2 S4 till åtminstone 50% höjdreduktion. Bornitrid används som Smörjmedel.

Resultaten för deformation vid 480°C visas i Tabell 4. 10 15 23 Tabell 4 Deformationsmotstànd vid 480°C.

Legering Deformationsmotstånd vid 480°C (MPa) A|-0,2%Fe-0,1%Si 25 Al-0,2%Fe-4%Si 32 Al-0,2%Fe-1,5%Mn-0,07%Si 40 AI-0,2%Fe-1,5%Mn-0,8%Si 70 Som framgår av tabell 4 så är deformationsmotståndet för legeringen Al-O,2%Fe- 0,1%Si endast 36% av deformationsmotståndet för legeringen Al-0,2%Fe-1,5%l\/ln- 0,8%Si. Genom att höja kiselhalten till 4% i den förstnämnda legeringen och minska kiselhalten till 0,07% i deformationsmotstånd till 80% vilket avsevärt bör underlätta vidhäftningen och förbättra utbytet vid sammanvalsning vid 480°C. Vid en värmebehandling vid hög den sistnämnda legeringen så ökar förhållandet i temperatur av ett sandwichmaterial enligt uppfinningen med ett kärnskikt av Al- O,2%Fe-1,5%Mn-0,07%Si och ett spärrskikt av Al-0,2%Fe-4%Si så kan kisel fås att diffundera från spärrskiktet till kärnskiktet varvid legeringen i kärnan kommer att likna A|-0,2°V>Fe-1,5%Mn-0,8%Si och legeringen i spärrskiktet att likna Al-0,2%Fe-0,8%Si vilket bör ge de önskade egenskaperna i vad avser rekristallisationshämning i kärnskiktet och spärrskiktseffekt och god korrosionshärdighet i spärrskiktet.

Claims (15)

1. 0 15 20 25 30 Patentkrav 24

1. Sandwichmaterial för lödning innefattande ett kärnskikt av en första aluminiumlegering och åtminstone ett spärrskikt av en andra aluminiumlegering varvid kärnskikt och spärrskikt väsentligen uppvisar samma deformationsmotstånd vid sammanvalsnlngen, varvid sandwichmaterialet kan framställas genom stegen att: -tillhandahålla ett kärnskikt av en första legeringen som innehåller (i vikt%): Mn: Mg: Si: Ti: Cr: Zr: Cu: Zn: ln: Sn: Fe+Ni: 0.5-2.0%, företrädesvis 0.8 - 1.8%, allra helst 1,0 - 1,7% s 10%, företrädesvis s0.3°/», allra helst s0.05% s 0.2% företrädesvis s0.1% Si, s 0.3% s O_3%, företrädesvis s0.2% s 0.3%, företrädesvis s 0.2% s 02%, företrädesvis s0.“l% s 3% s 0.2% s 0.1% s O.7%, företrädesvis s0.35% resten Al och s 0.05% av varje av oundvikliga föroreningar; -tillhandahålla ett spärrskikt av en andra legering som innehåller (i vikt%): Mn+Cr: Mg: Si: Ti: Zr: Cu: Zn: ln: Sn: (Fe+Ni): s 02% s 1.0%, företrädesvis s0.3%, allra helst s0.05% 1.6-5%, företrädesvis 2-4.5°/o s 0.3%, företrädesvis <0.2% s 0.2% s 0.2%, företrädesvis s0.1% s 3 % s 0.2% s 0.1% s 1.5%, företrädesvis s 0.7%, helst 0.1 - 035% resten Al och s 0.05% av varje av oundvikliga föroreningar; - sammanvalsa skikten så att de häftar ihop till ett sandwichmaterial; 10 15 20 25 30 25 -värmebehandla sandwichmaterialet vid en förutbestämd temperatur och en förutbestämd tid så att Si~halten utjämnas till 0.4-1% i både kärnskikt och spärrskikt; - valsa sandwichmaterialet till slutgiltig tjocklek. _ Sandwichmaterial enligt krav 1 innefattande ett kärnskikt av den första aluminiumlegeringen och två spärrskikt av den andra aluminiumlegeringen anordnade på var sida av kärnmaterialet. .

Sandwichmaterial enligt något av kraven 1 eller 2 varvid spärrskiktet/spärrskikten utgör det yttersta skiktet hos sandwichmaterialet på den sida av sandwichmaterialet som skall lödas mot en annan detalj .

Sandwichmaterial enligt något av krav 1 -3 där spärrskiktet efter uppvärmning till lödtemperaturen uppvisar en rekristalliserad struktur med en kornstorlek som parallellt med ytan är större än 50 um. .

Sandwichmaterial enligt något av kraven 1-3 där kärnskiktet efter lödning uppvisar en icke rekristalliserad eller delvis rekristalliserad struktur. _ Sandwichmaterial enligt något av kraven 1 - 5, där sandwichmaterialet efter lödning uppvisar en utmattningshållfasthet som är högre än 35 MPa vid 1 million belastningscykler med en dragande belastning med R=O,1 vid 300°C. .

Sandwichmaterial enligt något av kraven 1 - 6 där O,4%sCs'x/100+Ck'(100- x)/100s1,0%, där Ck är kiselhalten i kärnskiktet före sammanvalsningen, och Cs är kiselhalten i spärrskiktet före sammanvalsningen, samt x är tjockleken hos spärrskiktet (eller vid två spärrskikt den sammanlagda tjockleken) i % av den totala tjockleken hos sandwichmaterialet. .

Metod för tillverkning av ett sandwichmaterial för lödning innefattande stegen: - tillhandahålla ett kärnskikt av en första aluminiumlegering innehållande (i vikt%): Mn: 0.5-2.0%, företrädesvis 0.8 - 18%, allra helst 1.0 -1.7% 10 15 20 25 30 Mg: Si: Ti: Cr: Zr: Cu: Zn: ln: Sn: Fe+Ni: 26 51.0%, företrädesvis 50.3%, allra helst 50.05% 50.2% företrädesvis 50.1% Si 5 03% 50.3%, företrädesvis 50.2% 5 03%, företrädesvis 5 02% 50.2%, företrädesvis 50.1% 5 3% 5 02% 5 01% 507%, företrädesvis 50.35% resten Al och 5 005% av varje av oundvikliga föroreningar; - tillhandahålla ett spärrskikt av en andra aluminiumlegering innehållande (i vikt%): Mn+Cr: Mg: Si: Ti: Zr: Cu: Zn: ln: Sn: (Fe+Ni): 5 02% 51.0%, företrädesvis 50.3%, allra helst 50.05%

1. 6 - 5%, företrädesvis 2 - 4.5% 5 0.3%, företrädesvis 5 02% 5 02%, företrädesvis 501% 5 3 % 5 02% 5 O.1% 5 1.5%, företrädesvis 50.7%, helst 0.1 - 035% resten Al och 5 0.05% av varje av oundvikliga föroreningar; - sammanvalsa skikten så att de häftar ihop till ett sandwichmaterial; - värmebehandla sandwichmaterialet vid en förutbestämd temperatur och under en förutbestämd tid så att Si-halten utjämnas till 0.4-1% i både kärnskikt och spärrskikt; - valsa sandwichmaterialet till slutligt tjocklek. .

Metoden enligt krav 8 varvid sandwichmaterialet, före värmebehandllng, kallvalsas till dess sandwichmaterialet uppvisar en tjocklek av 9% till 33% av slutgiltig tjocklek, företrädesvis 19% till 28% av den slutgiltiga tjockleken. 10 15 20 27

10. Metoden enligt något av kraven 8 eller 9 varvid sandwichmaterialet, efter värmebehandling, kallvalsas till slutlig tjocklek med en reduktionsgrad av 9% - 33%, företrädesvis 19% - 28% av den slutliga tjockleken.

11.Metoden enligt något av kraven 8 till 10 varvid sandwichmaterialet värmebehandlas vid en temperatur mellan 350°C och 550°C.

12.l\/letoden enligt något av kraven 8 - 11 varvid sandwichmaterialet värmebehandlas under en tid av 1 - 24 timmar.

13. Lödd produkt innefattande sandwichmaterialet enligt något av kraven 1 -7, där spärrskiktet har en rekristalliserad struktur med kornstorlek som har en längd parallellt valsytan som är minst 50 um.

14.Lödd produkt enligt krav 13, där sandwichmaterialets kärnskikt har en deformerad, icke rekristalliserad eller delvis rekristalliserad struktur varvid sandwichmaterialet uppvisar en sträckgräns Rpoyg som är minst 60 MPa vid rumstemperatur.

15.Användning av en lödd produkt enligt något av kraven 12 och 14 vid drifttemperaturer som når över 150°C alternativt över 200°C alternativt över 250°C.