翅片坯材的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及由3xxx系列鋁合金制成的翅片坯材，所述翅片坯材包含至少0.5%-2.0%的Mn；所述翅片坯材另外包含有目的地添加的一種或多種潤(rùn)濕元素，所述潤(rùn)濕元素選自于由Bi?0.03%-0.5%、Pb?0.03%-0.5%、Sb?0.03%-0.5%、Li?0.03%-0.5%、Se?0.03%-0.5%、Y?0.03%-0.05%、Th0.03%-0.05%所組成的組，并且這些元素的總和為0.5%以下；余量包含鋁和可容許的雜質(zhì)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及包含有該翅片坯材的換熱器組裝件的制造方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】翅片坯材【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及由3xxx系列招合金制成的翅片還材(stock material),該還材包含至少0.5% -2.0%的Mn。本發(fā)明進(jìn)一步涉及包含有該翅片還材的換熱器組裝件(assembly)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在下文中將會(huì)明了的是，除非另有說(shuō)明，鋁合金牌號(hào)和狀態(tài)代號(hào)(temperdesignations)是指在 2010 年由美國(guó)招業(yè)協(xié)會(huì)(Aluminum Association)出版的 AluminumStandards and Data and the Registration Records 中的 Aluminum Associationdesignations,其對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的。
[0003]對(duì)于合金組成或優(yōu)選合金組成的任何描述而言，除非另有說(shuō)明，所有提及百分比之處都是指重量百分比。本文使用的術(shù)語(yǔ)“至多”(up to)和“至多約”(up to about)明確包括但不限于所涉及的特定合金組分的重量百分比為零的可能性。例如，至多約0.05%的Cr可包括不含Cr的合金。
[0004]用于汽車(chē)?yán)鋮s器、空調(diào)系統(tǒng)、工業(yè)冷卻系統(tǒng)等的換熱器和其它類(lèi)似設(shè)備(如冷凝器、蒸發(fā)器等)通常包含若干在兩個(gè)封頭(headers)之間平行排列的換熱管，每根管任一端均連接至其中一個(gè)封頭。波紋翅片(corrugated fns)設(shè)置在相鄰換熱管之間的氣流間隙中，并釬焊至各管上。
[0005]釬焊換熱器的翅片材料或翅片坯料通常由3xxx系列鋁合金(如AA3003或有目的地添加至多約3% Zn的AA3003)制成。
[0006]通過(guò)使用鋁合金釬料(brazing filer)的釬焊操作將翅片坯材連接至換熱管，所述鋁合金釬料通常由AA4XXX系列合金制成。所述釬料通常存在于換熱管的外表面，但也可僅使用鍍層翅片構(gòu)造。
[0007]工業(yè)規(guī)模上最常用的釬焊方法為使用基于鹽的釬焊釬劑材料的真空釬焊和受控氣氛釬焊。
[0008]真空釬焊在相對(duì)低的氣氛壓力(約為I X 10_5mbar以下)下進(jìn)行，并且實(shí)質(zhì)上為不連續(xù)的方法，對(duì)材料清潔度的需求高。為了獲得發(fā)生連接的最優(yōu)條件，通常用于真空釬焊的招合金包含有目的地添加的I %以上的Mg。當(dāng)在釬焊過(guò)程中由釬焊片(brazing sheet)氣化時(shí)，Mg破壞釬劑合金的堅(jiān)硬氧化膜,并且氣化的Mg進(jìn)一步起到除去釬焊爐中剩余的氧和水分的吸氣劑(getter)作用。爐中存在的鎂總是比必需的量更多。過(guò)量的鎂凝集在真空爐中的冷點(diǎn)上，必須頻繁加以去除。對(duì)合適的設(shè)備的資本投資相對(duì)較高。
[0009]N0C0L0K?(Alcan的注冊(cè)商標(biāo))釬劑釬焊已被許多換熱器制造商用作對(duì)汽車(chē)換熱器進(jìn)行釬焊的主要釬焊方法。N0C0L0K方法產(chǎn)生的主要問(wèn)題為釬劑成本、釬劑處理和釬劑對(duì)爐造成的損害。此外，在形狀復(fù)雜的組裝件中，在組裝件內(nèi)部釬焊前施用非腐蝕性釬焊釬劑通常被認(rèn)為是非常困難且有問(wèn)題的。因此，大多數(shù)的換熱器制造商一直在努力減少釬劑消耗。[0010]對(duì)于經(jīng)釬焊的換熱器以及制造該經(jīng)釬焊的換熱器的方法、特別是不要求施用釬焊釬劑材料的釬焊方法中，鋁合金翅片坯料領(lǐng)域仍有改進(jìn)的余地。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供用于經(jīng)釬焊的換熱器的鋁合金翅片坯材，該翅片坯材用于特別是不需要施用釬焊釬劑材料的釬焊方法。
[0012]這一目的和其它目的以及進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)本發(fā)明得以實(shí)現(xiàn)或超越，本發(fā)明提供由3xxx系列鋁合金制成的翅片坯材，該翅片坯材包含至少約0.5%到約2.0%的Mn ;并且該翅片坯材另外包含有目的地添加的一種或多種潤(rùn)濕元素，所述潤(rùn)濕元素選自于由Bi0.03% -0.5%,Pb0.03% -0.5%,Sb 0.03% -0.5%,Li 0.03%-0.5%,Se 0.03% -0.5%,Y0.03% -0.05%,Th 0.03%-0.05%所組成的組，并且這些元素的總和為0.5%以下；余量包含鋁和可容許的雜質(zhì)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明可以制造包含有鋁工件(包括鋁合金翅片)的經(jīng)釬焊組裝件，從而在受控氣氛釬焊法中無(wú)須提供釬焊釬劑材料、如氟化物釬劑。在釬焊周期中，潤(rùn)濕劑在用于將翅片坯料釬焊至其它組件(component)的熔融鋁填充合金中擴(kuò)散，從而在即使不使用釬劑材料的情況下，所述潤(rùn)濕劑也能促進(jìn)所述熔融填充合金具有良好的流動(dòng)性，獲得良好的角焊縫形成。
[0014]所述潤(rùn)濕元素選自 于由B1、Pb、L1、Sb、Se、Y和Th所組成的組；其中全部所述潤(rùn)濕元素的總量為約0.01% -0.5%。優(yōu)選全部潤(rùn)濕元素的總量不超過(guò)0.40%。
[0015]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在不施用釬焊釬劑材料的受控氣氛釬焊操作期間，作為翅片坯材這一目的最有效的潤(rùn)濕元素，由這一潤(rùn)濕元素的組中選擇Bi元素，其量為約0.03%-0.5%，優(yōu)選0.03%-0.35%，更優(yōu)選的上限為0.30%。通常，Bi的水平為約0.1%或約0.2%。
[0016]Mn是翅片坯材中最重要的合金元素，有助于顆粒和固溶體強(qiáng)化。Mn含量范圍應(yīng)為約0.5% -2.0%。更優(yōu)選的Mn含量的下限為約0.8%。更優(yōu)選的Mn含量的上限為約1.7%。通常Mn的水平為約1.4%或約1.1%。
[0017]Si有助于顆粒和固溶體強(qiáng)化。Si含量不足(例如低于約0.3%)將導(dǎo)致強(qiáng)度降低；而Si過(guò)多(例如高于約2.5% )將導(dǎo)致熱傳導(dǎo)性降低且熔化溫度降低，在釬焊操作期間對(duì)換熱器造成不期望的影響。優(yōu)選的Si含量下限為約0.5%。Si含量的上限為1.5%,優(yōu)選為約1.2%。
[0018]Fe在全部已知的鋁合金中存在。其中，F(xiàn)e含量過(guò)高將使得材料的可成型性降低，腐蝕特性也會(huì)降低。在容許范圍(至多約1.8%)的上限時(shí)，在特別是通過(guò)連續(xù)鑄造操作進(jìn)行鑄造期間，合金中的鐵形成相對(duì)小的金屬間化合物顆粒，有助于顆粒強(qiáng)化。然而，優(yōu)選的可容許Fe含量最高為至多約0.8%，并且更優(yōu)選最高為至多約0.5%。實(shí)際Fe含量的范圍為約0.15% -0.45%，并使得在翅片坯材的期望性能、如釬焊后強(qiáng)度(post-brazestrength)和抗流掛性(sagging resistance)之間得到良好平衡；同時(shí)，所述翅片還材可至少部分地由廢料制造，而不產(chǎn)生大的困難。
[0019]翅片坯材可具有相對(duì)高的水平的Mn、Si和Fe，而不脫離本發(fā)明的概念。特別是在鑄造過(guò)程中將高凝固速率(通常通過(guò)連續(xù)鑄造、如雙輥鑄造得到)應(yīng)用于在生產(chǎn)翅片坯材的制造方法中時(shí)，可以使用相對(duì)高水平的合金元素，產(chǎn)生基本上沒(méi)有粗糙金屬間化合物的合金條。當(dāng)使用連續(xù)鑄造技術(shù)來(lái)生產(chǎn)用于翅片坯材的原料時(shí)，顯然也可使用所公開(kāi)的范圍中較低和中間的端點(diǎn)。在鑄造工序、如直接冷卻(DC)鑄造板坯(slab)或方坯(billet)中，凝固速率高達(dá)約100°C /秒，這使得在工業(yè)實(shí)踐中，F(xiàn)e的水平通常不超過(guò)約0.8%、Mn的水平不超過(guò)約1.7%, Si的水平不超過(guò)約1.3%，否則會(huì)產(chǎn)生有害的粗糙金屬間化合物、例如主要含鐵的金屬間化合物?；诰唧w應(yīng)用對(duì)于可成型性、強(qiáng)度、耐腐蝕性和抗流掛性的要求，可對(duì)確切的S1、Fe和Mn含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0020]添加的Mg顯著增加了翅片坯料合金的釬焊后強(qiáng)度，但過(guò)高的水平可能會(huì)增加釬焊操作過(guò)程中翅片坯材中的相發(fā)生初熔(incipient melting)的風(fēng)險(xiǎn)。Mg含量可為至多0.5%、優(yōu)選至多0.35%。當(dāng)應(yīng)用來(lái)自所述潤(rùn)濕元素組的Bi時(shí)，Mg含量的范圍優(yōu)選為約0.01% -0.35%，更優(yōu)選為約 0.01% -0.2%o
[0021]Cu可以提高翅片坯材的釬焊后強(qiáng)度，然而，它會(huì)對(duì)翅片材料的腐蝕電位產(chǎn)生不利影響?？扇菰S至多約0.4%的Cu，這在翅片坯料合金對(duì)于雜質(zhì)元素的容許度中具有優(yōu)勢(shì)，并允許合金由大量廢料、如廢棄的換熱器形成，但不僅限于這一實(shí)例。為兼顧實(shí)現(xiàn)釬焊后強(qiáng)度、耐腐蝕性和可釬焊性，更優(yōu)選的銅水平的范圍為至多約0.20%。若翅片坯材在某一換熱器應(yīng)用中最重要的特性為耐腐蝕性，則Cu的含量?jī)?yōu)選保持在低于約0.05%的水平、例如0.01%或0.02%的水平。
[0022]在對(duì)本發(fā)明的翅片合金的錠塊進(jìn)行鑄造期間，Ti可作為晶粒細(xì)化添加劑以至多約0.25%的量存在。為了通過(guò)可溶性硬化而增加翅片合金的強(qiáng)度，可添加額外的Ti (例如由于在廢料中存在)。合金中存在的Ti的總量?jī)?yōu)選不應(yīng)超過(guò)約0.20 %，但優(yōu)選低于約0.10 %。
[0023]Zn元素影響翅片坯材的腐蝕電位。通過(guò)降低翅片坯料的腐蝕電位，Zn具有使翅片成為犧牲陽(yáng)極的作用，從而對(duì)與其釬焊連接的換熱器的管提供腐蝕防護(hù)。Zn對(duì)于強(qiáng)度和熱傳導(dǎo)性具有可檢測(cè)、但相對(duì)小的影響。因此，添加用于對(duì)管進(jìn)行陰極保護(hù)所需的最小量的Zn。通常，將需要至少約0.35%的Zn。多于約1.5%的Zn將對(duì)自腐蝕速率產(chǎn)生影響。然而在有些情況下，以導(dǎo)熱性和自腐蝕性能為代價(jià)，更高的Zn含量、例如至多約2.5%的Zn可能是期望的。
[0024]可將至多約0.20%的銦元素添加至翅片坯材，以實(shí)現(xiàn)更具電負(fù)性的腐蝕電位。與添加鋅相比，In更有效地降低翅片合金的腐蝕電位。通常情況下，約0.1%的In與約2.5%的Zn —樣有效。當(dāng)作為有目的地加入的合金元素時(shí)，In的更優(yōu)選范圍為約0.0I % -0.10 %，更優(yōu)選為0.01% -0.04%。也可添加至多約0.40%的Sn來(lái)替代In。
[0025]可以向本發(fā)明的合金中添加至多約0.25%的Zr，從而進(jìn)一步提高翅片合金產(chǎn)品在釬焊后條件下的強(qiáng)度。另外，這一元素可以作為雜質(zhì)元素而容許，而不會(huì)不利地影響合金的期望性能。Zr水平的范圍更優(yōu)選為約0.05% -0.20%，且更優(yōu)選為約0.06% -0.15%。
[0026]可將V和Cr分別以至多約0.25 %的量添加至翅片坯材，從而進(jìn)一步提高合金在釬焊后條件下的強(qiáng)度。然而，已知Cr會(huì)降低熱傳導(dǎo)性。因此，優(yōu)選不含Cr，并保持低于約0.05%，更優(yōu)選保持低于約0.03%。同樣，V的含量?jī)?yōu)選保持在低于約0.03%的水平。
[0027]優(yōu)選地,若添加至翅片還材，則全部分散體形成合金元素(dispersoid formingalloying elements)Zr、Cr和V的總量不超過(guò)0.3%,以避免形成粗糙的結(jié)構(gòu)顆粒。
[0028]Ni已經(jīng)證明會(huì)促進(jìn)強(qiáng)度，且對(duì)熱導(dǎo)率沒(méi)有顯著的負(fù)面影響。然而，已知其對(duì)翅片的自腐蝕特性具有負(fù)面影響?？梢灶A(yù)想，在某些特定情況下可容許至多約0.3% ;但在一般情況下，Ni應(yīng)保持低于約0.05%，優(yōu)選低于0.03%。
[0029]翅片坯材優(yōu)選不含Na、L1、K和Ca元素的任一種，以避免在受控氣氛釬焊操作期間對(duì)Bi以及任何任選的Mg的任何干擾、或?qū)θ魏纹渌鼭?rùn)濕劑的任何干擾?！安缓?free)是指不會(huì)有目的地將Na、L1、K和Ca添加到化學(xué)組成中，但由于雜質(zhì)和/或來(lái)自于與制造設(shè)備接觸的滲漏，痕量的Na、L1、K和Ca仍可能進(jìn)入填料合金產(chǎn)品。例如，痕量的實(shí)例為低于0.008%。
[0030]余量由鋁和偶然雜質(zhì)及可容許的雜質(zhì)組成，所述雜質(zhì)通常各自最高為至多
0.05%、總量最高為約0.25%，且優(yōu)選總量不超過(guò)0.10%。
[0031]在本發(fā)明所述翅片坯材的實(shí)施方式中，所述鋁合金包含:
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種由3XXX系列鋁合金制成的翅片坯材，所述翅片坯材包含至少0.5%-2.0%的Mn ;所述翅片坯材另外包含有目的地添加的一種或多種潤(rùn)濕元素，所述潤(rùn)濕元素選自于由 Bi 0.03%-0.5%、Pb 0.03%-0.5%、Sb0.03%-0.5%、Li 0.03%-0.5%、Se 0.03%-0.5%、Y0.03%-0.05%、Th0.03%-0.05%所組成的組，并且這些元素的總和為0.5%以下；余量包含鋁和可容許的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的翅片坯材，其中，所述鋁合金進(jìn)一步包含:
3.如權(quán)利要求1所述的翅片坯材，其中，所述鋁合金任選進(jìn)一步包含一種或多種選自下組的元素:至多0.25%的Zr、至多0.25%的Cr、至多0.25%的V、至多0.25%的T1、至多0.20% 的 In、至多 0.3% 的 Ni。
4.如權(quán)利要求1所述的翅片坯材，其中，在所述潤(rùn)濕元素的組中，所述鋁合金僅包含0.03%-0.5%、優(yōu)選0.03%-0.35%的有目的地添加的Bi。
5.如權(quán)利要求4所述的翅片坯材，`其中，所述鋁合金進(jìn)一步包含0.01%-0.08%的Mg。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的翅片坯材，其中，所述鋁合金包含0.8%-1.7%的Mn。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的翅片坯材，其中，所述鋁合金包含0.15%-0.8%的Fe。
8.如權(quán)利要求1所述的翅片坯材，其中，所述鋁合金包含:
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的翅片坯材，其中，所述翅片坯材不含任何金屬層。
10.制造釬焊連接的制品或制造經(jīng)釬焊組件的組裝件的方法，所述方法包含下列步驟: (a)使所述組件成型，所述組件中的至少一個(gè)由權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的翅片坯材制得； (b)將所述翅片坯材制成波紋狀，并將所述組件組裝為組裝件； (C)在不向所述組件的組裝件施用釬焊釬劑的情況下對(duì)所述組裝件進(jìn)行釬焊，并在非活性受控氣體氣氛中，將整個(gè)組裝件在釬焊溫度下進(jìn)行釬焊，形成經(jīng)釬焊的組裝件；以及(d)將所述經(jīng)釬焊的組裝件冷 卻。
【文檔編號(hào)】C22C21/04GK103502493SQ201280018986
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月20日
【發(fā)明者】阿德里安魯斯·雅各布斯·維滕布魯?shù)? 史蒂文·柯卡姆, 阿希姆·畢爾格, 克勞斯·維耶埃格 申請(qǐng)人:愛(ài)勵(lì)軋制產(chǎn)品德國(guó)有限責(zé)任公司