一種使用鋁硅釬料的耐高溫釬焊鋁/鋼復(fù)合板材的鋁合金材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用鋁硅釬料的耐高溫釬焊鋁/鋼復(fù)合板材的鋁合金材料及其 制備工藝，屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 隨著可持續(xù)發(fā)展在當(dāng)前社會的進(jìn)一步深入，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會 顯得尤為重要。火力發(fā)電空冷技術(shù)可以有效的減少水資源的浪費(fèi)。其中，鋁/鋼復(fù)合板 材是制備火電空冷散熱片的關(guān)鍵材料。根據(jù)當(dāng)前現(xiàn)有工藝，專利CN102321834A中采用 0. 7wt. % -0. 9wt. %Si來抑制鋁/鋼復(fù)合界面Al-Fe脆性化合物的產(chǎn)生。但是，當(dāng)鋁中 Si含量較高時，鋁/鋼界面也會產(chǎn)生脆性金屬間化合物，H.Springer的研宄表明600°C 時，Al-5wt. %Si/鋼界面反應(yīng)產(chǎn)生的金屬間化合物比高純鋁/鋼界面反應(yīng)產(chǎn)生的界面金 屬間化合物更多。這是因?yàn)?00°C時，加入5wt. %Si的鋁合金基體狀態(tài)將發(fā)生變化，由固 態(tài)變?yōu)榘牍虘B(tài)形式，其反應(yīng)擴(kuò)散速度較快，此時鋁/鋼復(fù)合帶的界面又會產(chǎn)生大量Al-Fe、 Al-Fe-Si相，易引起鋁層易脫落和產(chǎn)品失效，而鋁/鋼復(fù)合板的焊料主要是高Si鋁合金。
[0003] 該發(fā)明專利主要是適用于鋁硅釬料釬焊下的鋁/鋼復(fù)合板。要保證Si的加入量 能夠在工業(yè)生產(chǎn)化的保溫溫度下起到抑制Al-Fe相生成的作用，同時，在高溫釬焊過程中， 焊料中Si的過高而擴(kuò)散至鋁層后仍能讓鋁/鋼板材可用，而本專利就是針對鋁/鋼復(fù)合板 的錯合金中Si的成分含量進(jìn)行確定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于通過向鋁合金中添加少量Si元素（<2%)的方法，改變中間 相的厚度。發(fā)揮Si元素在Fe、A1間的作用，且在高溫釬焊時不會產(chǎn)生半固態(tài)或液態(tài)鋁合 金，從而制備出一種用于加工耐高溫釬焊鋁/鋼復(fù)合帶的鋁合金。
[0005] 其技術(shù)方案是這樣的，在鋁基體中添加少量的Si元素，Si在鋁/鋼復(fù)合板退火以 及釬焊時可以抑制鋁鐵間界面化合物的產(chǎn)生，減少界面脆性相，從而提高鋁鐵界面結(jié)合強(qiáng) 度。
[0006] 其進(jìn)一步特征在于，熔煉制備的合金元素的成分范圍為（重量百分比）： 0.25-0. 69%的Si，余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)釬焊過程中焊料多是含 Si的鋁合金，可能會導(dǎo)致界面含Si量增高，如果原本鋁合金中含Si量過高，會在Si擴(kuò)散 時導(dǎo)致界面失效，而低Si就可以有效的避免這個問題，優(yōu)選為0. 25~0. 63%的Si，進(jìn)一步 0? 41%~0? 63%的Si。
[0007] 上述所述的鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：在熔煉溫度為 790±10°C下，先將鋁錠熔化，隨后加入Al-Si中間合金，待中間合金熔化后，六氯乙烷除 氣、攪拌，保溫靜置一段時間，使熔體中各元素成份分布均勻后進(jìn)行鐵模澆鑄。
[0008] 本發(fā)明中將上述成分的鋁合金軋成鋁箔后與鋼進(jìn)行總變形量為60%的冷軋復(fù)合 軋制處理，其中鋼為08A1鋼，再在520°C擴(kuò)散退火18h或575°C下擴(kuò)散退火3h。520°C退火 18h是為了使復(fù)合帶在正常退火工藝下鋁鋼界面由機(jī)械嚙合變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合，而575°C3h是 為了保證在實(shí)際工廠中應(yīng)用時爐溫不均勻會使帶材不失效。
[0009] 本發(fā)明進(jìn)行模擬釬焊處理，實(shí)驗(yàn)采用30min從室溫升至625°C保溫lOmin后空冷的 模擬釬焊處理，以保證材料的耐高溫應(yīng)用。與現(xiàn)有鋁/鋼復(fù)合板包覆鋁合金相比，本發(fā)明的 優(yōu)勢在于，針對實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)時爐溫不穩(wěn)定的情況，本發(fā)明采用板材575°C退火3h使得再 釬焊時仍然可用，克服不穩(wěn)定性帶來的不足；可以有效解決使用高Si鋁合金作為焊料時焊 料中Si元素擴(kuò)散而導(dǎo)致的鋁/鋼界面開裂問題，拓寬材料制備工藝窗口，提高產(chǎn)品合格率。
【附圖說明】
[0010] 圖1 :Al-〇. 63wt. %Si/鋼520°C18h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0011] 圖2 :Al-〇. 49wt. %Si/鋼520°C18h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0012] 圖3 :Al-〇. 41wt. %Si/鋼520°C18h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0013] 圖4 :Al-〇. 25wt. %Si/鋼520°C18h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0014] 圖5 :高純鋁/鋼520°C18h熱處理后及模擬釬焊處理界面。
[0015] 圖6 :Al-〇. 63wt. %Si/鋼575°C3h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0016] 圖7 :Al-〇. 49wt. %Si/鋼575°C3h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0017] 圖8 :Al-〇. 41wt. %Si/鋼575°C3h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0018] 圖9 :Al-〇. 25wt. %Si/鋼575°C3h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0019] 圖10 :高純鋁/鋼575°C3h熱處理后及模擬釬焊處理界面。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0021] 采用石墨坩堝熔煉和鐵模鑄造制備合金鑄錠，所用原料為純鋁和Al_35wt. %Si 的中間合金。在熔煉溫度為790 ± 10°C下，先將鋁錠熔化，隨后加入Al-Si中間合金，待中間 合金熔化后，六氯乙烷除氣、攪拌，保溫靜置后，使熔體中各元素成份分布均勻后進(jìn)行鐵模 澆鑄。制備了種不同成分的合金，通過XRF測得其實(shí)際成分，如下表1所示。
[0022] 將制備的鋁合金軋成鋁箔后與鋼進(jìn)行變形量約為60%的冷軋復(fù)合處理，隨后進(jìn)行 再結(jié)晶退火處理+模擬釬焊熱處理。鋁/鋼冷軋復(fù)合后，晶粒嚴(yán)重變形，冷軋復(fù)合板塑性 下降，將復(fù)合帶進(jìn)行520°C/18h或575°C/3h退火熱處理，以滿足后續(xù)加工需要；實(shí)驗(yàn)采用 30min從室溫升溫到625°C保溫lOmin后空冷的模擬釬焊處理以保證材料的耐高溫應(yīng)用。
[0023] 表1實(shí)驗(yàn)合金成分
[0024]
[0025] 實(shí)施例1 :A1中的鋁合金制備的鋁/鋼復(fù)合板在520°C18h熱處理后及模擬釬焊 處理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結(jié)合情況良好，見圖1。
[0026] 實(shí)施例2 :A2中的鋁合金制備的鋁/鋼復(fù)合板在520°C18h熱處理后及模擬釬焊 處理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結(jié)合情況良好，見圖2。
[0027] 實(shí)施例3 :A3中的鋁合金制備的鋁/鋼復(fù)合板在520°C18h熱處理后及模擬釬焊 處理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結(jié)合情況良好，見圖3。
[0028] 實(shí)施例4 :A4中的鋁合金制備的鋁/鋼復(fù)合板在520°C18h熱處理后及模擬釬焊 處理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結(jié)合情況良好，見圖4。
[0029] 對比例1 :A5中的鋁合金制備的鋁/鋼復(fù)合板在520°C18h熱處理后及模擬釬焊 處理界面出現(xiàn)了大量層狀連續(xù)分布的脆性界面化合物，見圖5,易引起基體鋼帶和復(fù)層鋁帶 分離，界面化合物的存在大大降低界面的結(jié)合強(qiáng)度。
[0030] 實(shí)施例5 :A1中的鋁合金制備的鋁/鋼復(fù)合板在575°C3h熱處理后及模擬釬焊處 理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結(jié)合情況良好，見圖6。
[0031] 實(shí)施例6 :A2中的鋁合金制備的鋁/鋼復(fù)合板在575°C3h熱處理后及模擬釬焊處 理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結(jié)合情況良好，見圖7。
[0032] 實(shí)施例7 :A3中的鋁合金制備的鋁/鋼復(fù)合板在575°C3h熱處理后及模擬釬焊處 理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結(jié)合情況良好，見圖8。
[0033] 對比例2 :A4中的鋁合金制備的鋁/鋼復(fù)合板在575°C3h熱處理后及模擬釬焊處 理界面出現(xiàn)了大量層狀連續(xù)分布的脆性界面化合物，見圖9,易引起基體鋼帶和復(fù)層鋁帶分 離，界面化合物的存在大大降低界面的結(jié)合強(qiáng)度。
[0034] 對比例3 :A5中的鋁合金制備的鋁/鋼復(fù)合板在575°C3h熱處理后及模擬釬焊處 理界面出現(xiàn)了大量層狀連續(xù)分布的脆性界面化合物，見圖10,易引起基體鋼帶和復(fù)層鋁帶 分離，界面化合物的存在大大降低界面的結(jié)合強(qiáng)度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種使用鋁硅釬料的耐高溫釬焊鋁/鋼復(fù)合帶材的鋁合金材料，其中鋼為08A1鋼， 其特征在于，鋁合金中Si的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.25% -0.69%的Si，余量為鋁及不可避免的雜 質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫釬焊鋁/鋼復(fù)合帶材的鋁合金材料，其特征在于， 該合金中Si含量的優(yōu)選成分范圍為0. 41 %~0. 63%。3. 制備權(quán)利要求1所述的一種耐高溫釬焊鋁/鋼復(fù)合帶材的鋁合金材料的方法，其特 征在于，按照成分將鋁合金軋成鋁箔后與鋼進(jìn)行總變形量為60%的冷軋復(fù)合軋制處理，其 中鋼為08A1鋼，再在520°C擴(kuò)散退火18h或575°C下擴(kuò)散退火3h。4. 采用包含權(quán)利要求1-3所述的任一一鋁合金材料制備的鋁/鋼復(fù)合帶材用于高溫釬 焊。5. 采用包含權(quán)利要求1-3所述的任一一鋁合金材料制備的鋁/鋼復(fù)合帶材用于625°C 的高溫釬焊。
【專利摘要】一種耐高溫釬焊鋁/鋼復(fù)合板材的鋁合金材料及制備方法，屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于，在鋁基體中添加了0.25～0.69wt.％的Si。其能解決實(shí)際生產(chǎn)中鋁/鋼界面產(chǎn)生金屬間化合物、制備工藝成本高以及制備窗口小，容錯率低等問題。
【IPC分類】B21B1/38, C22F1/043, C22C21/02, C21D8/02
【公開號】CN104962789
【申請?zhí)枴緾N201510264057
【發(fā)明人】高坤元, 駱濤, 聶祚仁, 文勝平, 黃暉, 吳曉藍(lán)
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年5月22日