專利名稱：改進(jìn)導(dǎo)電性和高強(qiáng)度的鋁合金復(fù)合材料、其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)導(dǎo)電性、抗腐蝕和高強(qiáng)度的鋁合金復(fù)合材料、其制備方法和應(yīng)用，特別是涉及一種復(fù)合了高強(qiáng)度芯材和一層或多層比芯材具有更高導(dǎo)電性的包層的復(fù)合材料，來(lái)提高換熱器應(yīng)用中的性能。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，鋁合金是選擇用于換熱器應(yīng)用的合金。這些合金是由于理想地結(jié)合了強(qiáng)度、輕質(zhì)、好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性、釬焊性、抗腐蝕和可成形性而被選中的。
典型的應(yīng)用包括汽車加熱器芯、散熱器、蒸發(fā)器、冷凝器、增壓空氣冷卻器、傳動(dòng)/發(fā)動(dòng)機(jī)油冷卻器。要求性能良好結(jié)合的一個(gè)典型應(yīng)用是用作散熱器地散熱片件(fin stock)。在這樣的應(yīng)用中，散熱片件被安置在裝載散熱器冷卻介質(zhì)的堆疊管中。該管被放置在加熱器之間，該加熱器使管層之間的冷卻介質(zhì)改向并且還可以帶有散熱器出入口。通常，該管用釬焊材料包層，整個(gè)組件用焊劑在可控氣氛釬焊(CAB)法中焊接在一起。
換熱器業(yè)的趨勢(shì)是繼續(xù)降低部件大小。這種降低大小對(duì)換熱器材料的性能和操作能力提出了新的要求。這種要求記載在UA-A-5,217,547(Ishikawa等人)中。該專利指明，希望使散熱片件更薄來(lái)滿足更高性能和增加換熱器緊湊性的要求。盡管更薄使換熱器更輕，但是它也造成強(qiáng)度更低，特別是由于釬焊方法(該方法中，可以看到換熱器的溫度達(dá)到600℃)。這種高溫可能引起釬焊過(guò)程中下垂，散熱片整體性喪失和不能接受的釬焊產(chǎn)品。
Ishikawa等人想通過(guò)通常用于散熱片件的鋁合金即AA3003的外來(lái)合金化(exotic alloying)來(lái)克服這些問(wèn)題。為了提供高溫抗變形和下垂，ishikawa等提出了利用特定用量的鐵、硅、鋯、鋅、錫和銦的散熱片件用鋁合金。這些方法的缺點(diǎn)在于，多數(shù)時(shí)候，這些外來(lái)合金難以制造，由此大大地增加了散熱片件材料的費(fèi)用。
另一種解決降低散熱片件厚度的明確方法是利用更高強(qiáng)度的鋁合金材料。盡管使用更高強(qiáng)度的材料可以在增加高溫抗下垂和變形方面具有優(yōu)異效果，但是這些高強(qiáng)材料在換熱器制造的釬焊存在問(wèn)題。
一種經(jīng)常用于換熱器制造的釬焊法是利用Noclok(商品名)焊劑的CAB方法。該焊劑是由鉀和氟鋁酸鹽混合物制成的非腐蝕性焊劑。該焊劑在釬焊溫度下通過(guò)熔融、分散和溶解在氧化物膜中而起作用。在高強(qiáng)鋁合金中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的某些合金元素例如鎂對(duì)釬焊法有害，包括與釬焊過(guò)程中使用的焊劑發(fā)生負(fù)面相互作用。因此，盡管使用高強(qiáng)鋁合金能夠解決釬焊過(guò)程中的下垂問(wèn)題，但是由于合金本身與釬焊法本身的不相容性可能出現(xiàn)其它問(wèn)題。
現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)問(wèn)題是換熱器材料例如散熱片需要具有一定量的釬焊后拉伸強(qiáng)度和導(dǎo)電性以滿足顧客的要求。在合理的費(fèi)用范圍內(nèi)，利用現(xiàn)有的可用材料，滿足既具有高強(qiáng)度又具有導(dǎo)電性的要求是困難的。高強(qiáng)度鋁合金將具有更低的導(dǎo)電性，不能滿足這種要求。相同，具有高導(dǎo)電性的鋁合金，其強(qiáng)度不足以滿足這種要求。盡管外來(lái)合金可以解決該困境中的有限問(wèn)題，但是制備合金的費(fèi)用將使得這種解決方案對(duì)于多數(shù)制造商來(lái)說(shuō)是不利的。
因此，需要開(kāi)發(fā)一種改善了的換熱器材料，來(lái)克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)提供一種由高導(dǎo)電性包層和低導(dǎo)電性芯材制成的鋁合金復(fù)合材料解決了這種需求。該復(fù)合材料具有高的釬焊后強(qiáng)度、提高了釬焊后導(dǎo)電導(dǎo)熱性、優(yōu)異的抗腐蝕性和在釬焊法例如CAB中的可釬焊性。該材料作為釬焊到用作換熱器的釬焊包層管上的裸露散熱片件是理想的。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，由鋁制成的復(fù)合材料適于用作屏蔽電纜。US-A-4,010,315(Mildner)公開(kāi)了一種電纜屏蔽膠帶，它具有粘合到第二層鋁合金上的基本上純鋁的第一層。盡管Mildner能夠提出一種復(fù)合材料，但是該專利沒(méi)有涉及現(xiàn)有技術(shù)中遇到的釬焊問(wèn)題，也沒(méi)有提出對(duì)這些問(wèn)題的任何解決方案。其它復(fù)合材料公開(kāi)在US-A-4,146,164(Anderson)和US-A-5,011,547(Fujimoto等人)中。然而，這些專利初步涉及了釬焊包層材料，而沒(méi)有涉及本發(fā)明中所涉及的裸露散熱片原材料等。
發(fā)明的簡(jiǎn)要描述
本發(fā)明的目的之一是提供一種鋁合金復(fù)合材料，它理想地用于換熱器應(yīng)用中。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于換熱器應(yīng)用中的鋁合金復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供改進(jìn)了的釬焊方法，該方法使用利用了鋁合金材料的復(fù)合材料。
本發(fā)明的其它目的是提供鋁合金復(fù)合材料，它提供了提高了導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、抗下垂性、高強(qiáng)度、優(yōu)異的抗腐蝕性和好的可釬焊性的換熱器材料。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供了用鋁合金復(fù)合材料制成的裸露散熱片件以及利用本發(fā)明的復(fù)合材料制成這種換熱器的方法，所述裸露散熱片件釬焊在釬焊包層管上作為換熱器的一部分。
在滿足上述目的和優(yōu)點(diǎn)的過(guò)程中，本發(fā)明提供了鋁合金復(fù)合材料，其制備方法和在釬焊中的使用方法。該復(fù)合材料還包括具有相對(duì)芯材表面的芯層。該芯層由具有少于99％重量的鋁和大于1％重量的一種或多種金屬元素的第一鋁合金材料制成的。一種或多種金屬元素能夠存在或不存在于溶液中，且增加了第一鋁合金材料的強(qiáng)度，使第一鋁合金材料的拉伸強(qiáng)度大約103.4Mpa(＝15ksi)。芯材也具有小于50％ IACS的導(dǎo)電性。
該復(fù)合材料還包括至少一種具有相對(duì)表面的包層，其中一個(gè)表面緊鄰相對(duì)的芯材表面的一個(gè)表面，至少部分另一相對(duì)表面外露以便于用另一種鋁組分熔化例如釬焊。至少一個(gè)包層是由第二鋁合金材料制成的，其中該第二鋁合金材料具有小于1％重量的一種或多種金屬元素，以使第二鋁合金材料的拉伸強(qiáng)度小于103.4MPa。包層材料也具有0至高達(dá)2.5％重量的其它金屬元素，該金屬元素存在于溶液中且增加了腐蝕電位電負(fù)性，結(jié)果第二鋁合金材料的腐蝕電位至少比芯層的第一鋁合金材料的腐蝕電位更負(fù)至少20mV。包層的導(dǎo)電性大于50％ IACS。
基于上述限定，芯層可以由選自AA2000系列、AA3000系列、AA5000系列、AA6000系列、AA7000系列、AA8000系列鋁合金的第一鋁合金材料制成。至少一個(gè)包層可以由選自AA1000系列、AA7000系列和AA8000系列鋁合金的第二鋁合金材料制成。如上所述，為提高抗腐蝕性，包層應(yīng)當(dāng)具有的拉伸強(qiáng)度小于103.4Mpa，腐蝕電位比芯層更負(fù)至少20mV。
優(yōu)選實(shí)施方式中，芯層是由一種AA3000系列、AA6000系列和AA8000系列鋁合金制成的，包層是由一種AA1000系列和AA7000系列鋁合金制成。至少一個(gè)包層能夠包括兩層包層，每一個(gè)包層緊鄰芯層的各個(gè)相對(duì)表面。更優(yōu)選的是，芯層是AA3000型鋁合金，包層是AA1000型鋁合金。優(yōu)選的是，芯層的拉伸強(qiáng)度大于138MPa。包層的腐蝕電位優(yōu)選比芯層更負(fù)至少50mV。
復(fù)合材料可以是任何形狀，包括用作散熱片件、管等的片材。優(yōu)選的是，當(dāng)使用一個(gè)包層時(shí)，每個(gè)包層的厚度大約為復(fù)合材料整個(gè)厚度的5-40％，當(dāng)使用一對(duì)包層時(shí)，約為整個(gè)厚度的2.5-20％。
本發(fā)明還包括利用本發(fā)明復(fù)合材料的釬焊方法。該實(shí)施方式中，將一個(gè)或多個(gè)復(fù)合材料包層連接到一個(gè)或多個(gè)鋁合金組分上，形成釬焊制品例如換熱器。釬焊方法可以是任何常規(guī)類型，包括利用可控氣氛和特定焊劑、真空釬焊等的那些。
本發(fā)明還包括通過(guò)將兩種材料粘合、層合、或連接在一起來(lái)制備復(fù)合材料的方法。該復(fù)合材料能夠通過(guò)輥將片材或帶材粘合在一起而制成，所述片材或帶材或者單獨(dú)通過(guò)連續(xù)地澆鑄、連續(xù)地澆鑄和加工形成，或者通過(guò)鑄錠和加工形成，這種方法還包括必不可少的熱處理/退火步驟。也可以使用另一種制備方法，其中將一層沉淀或涂覆在另一層上。這些技術(shù)的實(shí)例包括在芯層基質(zhì)等上噴涂熔融或固體材料。
本發(fā)明還包括具有復(fù)合材料作為具有更高導(dǎo)電性組分的釬焊制品，其中釬焊方法的結(jié)果是將包層連接到制品的另一組成部分上。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明復(fù)合材料是換熱器裸露散熱片件，該散熱片件適于釬焊到釬焊包層管上。本發(fā)明復(fù)合材料的性能結(jié)合了抗腐蝕性、強(qiáng)度和導(dǎo)電性，滿足了換熱器應(yīng)用要求極輕量(light gauge)的散熱片件和管的嚴(yán)格條件。
附圖的簡(jiǎn)要描述
現(xiàn)在，參考本發(fā)明的附圖，其中


圖1表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式；
圖2表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式；
圖3表示將圖1的實(shí)施方式連接到另一部件上形成釬焊制品；
圖4表示將本發(fā)明圖2的復(fù)合材料作為散熱片件釬焊到換熱器的釬焊包層管上；
圖5是比較多種材料的SWAAT腐蝕測(cè)試結(jié)果的圖。
優(yōu)選實(shí)施方式的描述
本發(fā)明在釬焊鋁合金領(lǐng)域具有顯著的進(jìn)步，它是將具有高導(dǎo)電性和相對(duì)低強(qiáng)度的鋁合金與低導(dǎo)電性和高強(qiáng)度的鋁合金結(jié)合在一起作為復(fù)合材料，提高了釬焊性、導(dǎo)熱性、優(yōu)異的抗腐蝕性和高的整體導(dǎo)電性。該高導(dǎo)電性材料是覆蓋或鄰接低導(dǎo)電性芯材的至少一個(gè)表面的包層。包層材料的導(dǎo)電性大于50％IACS，高強(qiáng)度芯材材料的導(dǎo)電性低于50％ IACS。通過(guò)將包層和芯層結(jié)合在一起，形成的復(fù)合材料，利用了高強(qiáng)度材料的屬性，來(lái)提高高溫抗變形和下垂性。同時(shí)，釬焊方法沒(méi)有因?yàn)殁F焊方法的變化和高強(qiáng)度芯層鋁合金材料的合金含量之間的不相容性而受到損害。包層材料的導(dǎo)電性優(yōu)選大于約55％IACS。
高強(qiáng)度低導(dǎo)電性芯層能夠根據(jù)向純鋁中添加的金屬來(lái)限定。這些高強(qiáng)度芯材能夠限定為那些含有顯著量添加金屬元素的材料，所述添加金屬元素例如但不限于Cr，Cu，F(xiàn)e，Mg，Mn，Ni，Co，Si，Li，Ti，V，Zr和Zn。不管是否是溶液，這些單獨(dú)添加或結(jié)合添加的元素增加了合金的強(qiáng)度，結(jié)果使合金的純度小于99％重量的鋁。換句話說(shuō)，為了有助于強(qiáng)度增加到拉伸強(qiáng)度大于103.4Mpa，芯材含有大于1％重量的一種或多種這些金屬元素。
按照相同方式，低強(qiáng)度高導(dǎo)電性包層材料通常限定為那些純度超過(guò)99％重量鋁的合金。然而，包層可以含有0-2.5％重量的添加金屬，這些元素使合金的腐蝕電位更高(更負(fù)性)并且保持在溶液中以使之沒(méi)有顯著降低導(dǎo)電性。這些元素的實(shí)例包括Ga，In和Zn。換句話說(shuō)，包層含有少于1％重量的芯材中包括的增強(qiáng)元素，同時(shí)含有高達(dá)2.5％重量通常在溶液中的金屬元素，使包層的腐蝕電位更負(fù)，優(yōu)選比芯層更負(fù)20mV。沒(méi)有芯層中包括的增強(qiáng)金屬元素的前體下，包層的拉伸強(qiáng)度小于103.4Mpa。
本發(fā)明的復(fù)合材料合金提供的釬焊后導(dǎo)電性比芯層的導(dǎo)電性至少大2％IACS。復(fù)合材料的釬焊后強(qiáng)度的降低小于芯層合金釬焊后強(qiáng)度的20％。復(fù)合材料可以根據(jù)下面條件進(jìn)行限定
A＝芯層的釬焊后拉伸強(qiáng)度，
B＝芯層的導(dǎo)電性，
C＝復(fù)合材料的釬焊后拉伸強(qiáng)度，
D＝復(fù)合材料的導(dǎo)電性，其中D-B＞2％IACS，且A-C/C×100＜20％。
基于上述限定，高導(dǎo)電性包層材料可以選自鋁協(xié)會(huì)(AluminiumAssociation)鋁合金系列AA1000、AA7000和AA8000。高強(qiáng)度、低導(dǎo)電性芯材可以選自AA2000、AA3000、AA5000、AA6000、AA7000和AA8000系列鋁合金，前提是假使每一種選擇的合金具有特定的導(dǎo)電性。更優(yōu)選的合金包括以AA1000和AA7000系列合金作包層材料，以AA3000、AA6000和AA8000系列鋁合金作芯材。更優(yōu)選的合金是以AA1000作包層材料，以AA3000系列或AA6000系列合金作芯材。芯材的具體實(shí)例包括AA3003和AA6061。
機(jī)械性能也可以與上述導(dǎo)電性結(jié)合起來(lái)，來(lái)區(qū)別芯材材料和包層材料。芯材的拉伸強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)大于103.4Mpa，包層的拉伸強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)小于103.4Mpa。對(duì)于有些應(yīng)用，具有更小強(qiáng)度值例如拉伸強(qiáng)度大于約138MPa的合金比拉伸強(qiáng)度至少為103.4Mpa的合金更優(yōu)選作為芯層。
為了提高抗腐蝕性，包層的腐蝕電位應(yīng)當(dāng)比芯層更負(fù)至少20mV，優(yōu)選比芯層更負(fù)50mV。正如下面將描述的，控制該腐蝕電位差大大地提高了復(fù)合材料的抗腐蝕性，由此使之理想地用作換熱器。
應(yīng)當(dāng)理解的是，在多種鋁協(xié)會(huì)系列中合金的選擇反映了上述用作復(fù)合材料芯層和包層的拉伸強(qiáng)度、所需的導(dǎo)電性和腐蝕電位。適合本發(fā)明的合金可以包括落入某種合金給定規(guī)格的范圍內(nèi)的組成，例如用作芯材的AA3003，或者是滿足強(qiáng)度、腐蝕電位和強(qiáng)度準(zhǔn)則的兩種或多種合金的組成混合，例如具有AA3000、AA7000和AA8000系列合金特征的組合。
本發(fā)明復(fù)合材料的應(yīng)用之一是理想地用作換熱器中與釬焊包層管配合使用的裸露換熱器散熱片件。該裸露的散熱片件能夠釬焊到釬焊包層管上，同時(shí)仍然具有優(yōu)異的釬焊后導(dǎo)電性、抗腐蝕性和強(qiáng)度的組合性能。通過(guò)這種性能的組合，現(xiàn)有散熱片件材料由于大小降低(down-gauging)的結(jié)果而引起的散熱片整體性和/或斷裂強(qiáng)度(column strength)的損失將克服或降低。因此，該散熱片件更不易于由于將換熱器用于交通工具或其它機(jī)械中所遭遇到的持久發(fā)熱和壓力循環(huán)而失效。盡管現(xiàn)有散熱片件能夠滿足這些應(yīng)用對(duì)強(qiáng)度的要求，但是這些現(xiàn)有材料缺乏換熱器所需要的必要的導(dǎo)電性且不如本發(fā)明復(fù)合材料適于作換熱器。
圖1表示用參考數(shù)字10標(biāo)記的本發(fā)明復(fù)合材料的一個(gè)實(shí)施方式。該復(fù)合材料包括具有兩個(gè)相對(duì)表面3和5的芯層1。所示的一個(gè)包層7具有與芯層1的一個(gè)表面5相鄰的表面9。由于包層表面9鄰接芯層，因此相對(duì)表面層11是裸露或暴露的，用于通過(guò)釬焊操作與另一組件連接。在圖1的實(shí)施方式中，包層厚度能夠?yàn)檎麄€(gè)復(fù)合材料厚度即芯層和包層的總厚度的5-40％(厚度或包層比)。整個(gè)厚度可以根據(jù)復(fù)合材料的特殊應(yīng)用而改變。舉例說(shuō)明，對(duì)于散熱片件，片材厚度可以為0.05mm(0.002英寸)至0.015mm(0.006英寸)。其它部件形狀例如管可以具有其它厚度范圍。舉例說(shuō)明，管的片材厚度可以為0.0203mm(0.008英寸)。
圖2表示另一個(gè)實(shí)施方式20，其中芯層的每個(gè)表面3和5鄰接包層7。該實(shí)施方式中，每個(gè)包層的厚度比的優(yōu)選范圍大約為復(fù)合材料20整個(gè)厚度的2.5-20％。
圖1和2中，所述芯層1與一個(gè)以上包層7相鄰接。鄰接意指包括所有公知的將包層/材料與芯層/材料粘合、層合或接合方法，形成所述復(fù)合結(jié)構(gòu)。術(shù)語(yǔ)“層合”意指包括由芯層材料和包層材料形成復(fù)合材料所需要的所有步驟。這些層合的實(shí)例包括滾軋接合(rolling bonding)，其中施加軋制力將各層粘合在一起。層合的另一種形式包括連續(xù)澆鑄，其中將每一層澆鑄或模鑄錠加工形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。其中形成一層并在其上再形成一層的方法也可以使用，例如那些液體和/或固體金屬沉積技術(shù)中使用的方法，例如熱噴鍍、電弧噴鍍、粉末噴鍍。當(dāng)從一層開(kāi)始時(shí)，該層可以通過(guò)常規(guī)澆錠或連續(xù)澆鑄技術(shù)和常規(guī)熱和/或冷軋方法形成。然后將包層應(yīng)用在它上面形成復(fù)合材料。
圖3表示將圖1的復(fù)合材料10釬焊到另一個(gè)鋁合金組件15上。如果需要，該組件可以釬焊包層。該圖中，釬焊區(qū)域用參考數(shù)字17表示。釬焊方法可以是任何常規(guī)釬焊技術(shù)，包括CAB和真空釬焊。優(yōu)選技術(shù)是可控氣氛釬焊技術(shù)，其中釬焊是在非大氣條件例如干氮?dú)庀逻M(jìn)行的。這些CAB方法通常用于焊接鋁材料，并利用高溫例如600℃形成有效的釬焊連接。在這些釬焊方法中，利用焊劑來(lái)幫助釬焊。一種焊劑是Nocolok焊劑，它能夠與釬焊材料發(fā)生不利地相互作用。通過(guò)使用本發(fā)明的復(fù)合材料，通常在高強(qiáng)度鋁合金中發(fā)現(xiàn)的合金元素從焊劑中分離。因此，高強(qiáng)度鋁合金能夠用作釬焊制品組件而不對(duì)釬焊有副作用。更具體地說(shuō)，圖3的包層7作為對(duì)芯層合金元素的擴(kuò)散隔離層，否則該合金元素將通過(guò)與焊劑作用而破壞釬焊工藝。
包層7也用作對(duì)熔融釬焊材料13的擴(kuò)散隔離層，否則該釬焊材料將滲透到芯層1中。降低滲透到芯層1中的釬焊材料13的厚度和/或量將提高釬焊制品的高溫下垂和熔融性能。因此，不管是包覆芯層還是施用在其一個(gè)表面上的包層都起到雙重?cái)U(kuò)散隔離層的作用。
圖1-3表明片狀或帶狀的不同的層。然而，該復(fù)合材料可以制成任何形狀，波狀散熱片件、管、加熱器、或任何適于釬焊的其它形狀。
參考圖4，該復(fù)合材料形成為波狀裸露的散熱片件片材40，該散熱片件包括芯層1和外露的適于釬焊的包層7。外露的包層7是利用釬焊方法例如CAB釬焊到釬焊包層管31上，該管31在芯層35上具有釬焊包層33。釬焊區(qū)域41和43利用散熱片件40的包層7熔融了釬焊包層33。
盡管沒(méi)有示出，但是管31和散熱片件30將同現(xiàn)有技術(shù)公知的那樣是換熱器的一部分，參見(jiàn)US-A-5,148,862，該文獻(xiàn)被引用在本文中作參考。由于其結(jié)構(gòu)是公知的，因此沒(méi)有必要為了理解本發(fā)明而作進(jìn)一步的說(shuō)明。
盡管圖4表示的是將本發(fā)明的圖2的實(shí)施方式作為裸露散熱片件，但是僅具有一個(gè)包層7的波形裸露散熱片件也可以釬焊到釬焊包層材料上。
為了說(shuō)明與本發(fā)明有關(guān)的沒(méi)有意料到的改進(jìn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比高強(qiáng)度材料和本發(fā)明的多種材料。測(cè)試之一，高強(qiáng)度材料類似于AA3000系列鋁合金材料，本發(fā)明的復(fù)合材料使用該高強(qiáng)度材料作芯層X(jué)3，并用AA1100材料作包層。另一系列測(cè)試中，高強(qiáng)度材料包括AA3000和AA7000系列合金以及滿足上述對(duì)芯層材料和包層材料限定的組合材料。材料的化學(xué)組成表示在表1中。
表1化學(xué)組成(wt％)*
*余量鋁和附帶雜質(zhì)
系列測(cè)試中，將四種材料用于研究，一種是未包層芯層A。另三種材料是下述包層材料
1)芯層A的兩個(gè)表面用AA1100包層，包層比為10％(包層比是包層厚度除以整個(gè)復(fù)合材料的厚度)；
2)芯層A的兩個(gè)表面用AA1100包層，包層比為15％；
3)芯層A的一個(gè)表面用AA1100包層，包層比為30％。
該材料是這樣制備的，利用實(shí)驗(yàn)室澆鑄DC錠料作芯層，生產(chǎn)澆鑄DC錠料作包層。將芯材和包層錠料熱軋到合適的粘合厚度，并將復(fù)合材料用不銹鋼絲組合在一起。將該復(fù)合材料在482℃下再加熱，并熱軋將包層材料接合到芯材上。復(fù)合材料熱軋之后尺寸為8.89mm。將該復(fù)合材料冷軋到中間退火厚度0.254mm，并在399℃下分批退火2小時(shí)。這樣，賦予復(fù)合材料以最終冷收縮30％到厚度為0.178mm，制成-H1X回火散熱片件。將按照與-H1X回火操作相同的方法處理的復(fù)合材料樣品和未包層X(jué)3合金散熱片件在593℃下進(jìn)行模擬的釬焊循環(huán)，并交付機(jī)械性能和導(dǎo)電性評(píng)價(jià)。這些評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)表示在表2中。從表中可以清楚地看出，與高強(qiáng)度和未包層材料相比，本發(fā)明復(fù)合材料大大地提高了導(dǎo)電性，這使得它是作為可釬焊換熱器材料的理想候選者。釬焊后導(dǎo)電性從41.0％IACS增加到43.0和44.0％IACS就是明顯的一個(gè)改進(jìn)，這是由于導(dǎo)電性的這種增加表明，導(dǎo)熱性也提高了，因此提高了熱交換。
表2
上述試驗(yàn)步驟之后，利用表1之外的材料對(duì)芯材A和AA1100進(jìn)行另一系列測(cè)試。表3表示了AA1100、包層X(jué)和包層B以及芯材B-E的釬焊后拉伸強(qiáng)度和導(dǎo)電性，以及各種材料與上述定義的芯材和包層是怎樣的關(guān)系。表3表示，包層材料的拉伸強(qiáng)度小于103.4Mpa，導(dǎo)電性大于50％IACS，同時(shí)所有芯層合金的拉伸強(qiáng)度都超過(guò)103.4Mpa，導(dǎo)電性都小于50％IACS。
表3.各個(gè)芯層和包層的性能
表4表示了當(dāng)形成本發(fā)明復(fù)合材料時(shí)，包層和芯層的拉伸強(qiáng)度和導(dǎo)電性。從表中可以清楚地看出，釬焊后復(fù)合材料結(jié)合了優(yōu)異的導(dǎo)電性和強(qiáng)度，由此使得它非常適于用作其中好的導(dǎo)電性和強(qiáng)度是必需的換熱器裸露散熱片件。
如上所述，抗腐蝕性是換熱器材料的必要特征。表5表示測(cè)試材料的腐蝕電位，圖5簡(jiǎn)要地圖示了SWAAT測(cè)試中的腐蝕行為。由于根據(jù)ASTMG85的這種測(cè)試是公認(rèn)的，因此沒(méi)有必要為了理解本發(fā)明而對(duì)該測(cè)試的細(xì)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
表4.復(fù)合材料制造后的性能
表5.ASTM G69電化學(xué)腐蝕電位
表5表示，材料AA1100、包層X(jué)和包層Y的電位比芯層B-E中的任何一個(gè)都更負(fù)至少20mV。芯層A的高腐蝕電位可能歸因于其高的含鋅量，芯層A上的AA1100的腐蝕性能將不可能比芯層A本身更好。
然而，通過(guò)將包層的電位控制在比芯層材料更負(fù)20mV，能夠得到明顯的抗腐蝕性。參考圖5，將SWAAT抗腐蝕時(shí)間對(duì)多種材料作圖，所述材料包括裸露的芯層材料和復(fù)合材料，某些是本發(fā)明的材料。裸露的芯層材料AA3003、AA7013和不帶包層的芯層B-E不具有明顯的抗腐蝕性。與未包層芯材D或E相比，芯材C上的復(fù)合材料包層Y和芯材D上的包層X(jué)和Y都具有明顯的抗腐蝕性。與現(xiàn)有合金AA3003和AA7013相比，本發(fā)明的復(fù)合材料也大大地提高了抗腐蝕性。
復(fù)合材料也得益于外來(lái)或特定的合金元素，并且為制備提高了的釬焊制品并不需要特殊技術(shù)。事實(shí)上，根據(jù)導(dǎo)電性，可以使用標(biāo)準(zhǔn)合金作為制備復(fù)合材料的芯材和包層材料。因此，該合金能夠更經(jīng)濟(jì)地制備，這種節(jié)約也反映在降低釬焊制品費(fèi)用上。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金復(fù)合材料，包括
a)一芯層，該芯層具有兩個(gè)相對(duì)芯層表面，并由含有少于99％重量的鋁和大于1％重量的一種或多種金屬元素的第一鋁合金制成，該一種或多種金屬元素存在于或不存在于溶液中，并增加了第一鋁合金材料的強(qiáng)度，結(jié)果使第一鋁合金材料的拉伸強(qiáng)度大于103.4Mpa，導(dǎo)電性小于50％IACS；和
b)至少一包層，該包層具有兩個(gè)相對(duì)表面，其中一個(gè)相對(duì)表面與兩個(gè)芯層相對(duì)表面中的一個(gè)相鄰接，至少部分另一表面外露，用于與另一種鋁部件熔接，至少一個(gè)包層是由第二鋁合金材料制成，該第二鋁合金具有少于1％重量的一種或多種金屬元素以使第二鋁合金材料的拉伸強(qiáng)度小于103.4Mpa，和0至高達(dá)2.5％重量的另一種金屬元素，該金屬元素存在于溶液中且增加腐蝕電位負(fù)性以使第二鋁合金材料的腐蝕電位比芯層的第一鋁合金材料的腐蝕電位更負(fù)至少20mV，且導(dǎo)電性大于50％IACS。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中芯層是由AA3000系列、AA6000系列和AA8000系列鋁合金中的一種制成，包層是由AA1000系列和AA7000系列鋁合金中的一種制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的復(fù)合材料，其中至少一個(gè)包層包括兩個(gè)包層，每一個(gè)包層與芯層的各自的相對(duì)表面相鄰接，包層相對(duì)表面中的另一個(gè)外露用于釬焊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中芯材和包層是片材。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中芯材具有第一厚度，至少一個(gè)包層具有第二厚度，第二厚度與第一和第二厚度之和的比大約為5-40％。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的復(fù)合材料，其中芯材具有第一厚度，兩個(gè)包層中的每一個(gè)都具有第二厚度，每個(gè)第二厚度與第一和第二厚度之和的比大約為2.5-20％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中芯材是AA3000系列鋁合金，至少一個(gè)包層是AA1000系列鋁合金。
8.一種通過(guò)將至少兩個(gè)鋁合金部件釬焊在一起來(lái)制備釬焊制品的方法，包括
a)提供一種鋁合金復(fù)合材料，所述材料包括
i)一芯層，該芯層具有兩個(gè)相對(duì)芯層表面，并由含有少于99％重量的鋁和大于1％重量的一種或多種金屬元素的第一鋁合金制成，該一種或多種金屬元素存在于或不存在于溶液中，并增加了第一鋁合金材料的強(qiáng)度，結(jié)果使第一鋁合金材料的拉伸強(qiáng)度大于103.4Mpa，導(dǎo)電性小于50％IACS；和
ii)至少一包層，該包層具有兩個(gè)相對(duì)表面，其中一個(gè)相對(duì)表面與兩個(gè)芯層相對(duì)表面中的一個(gè)相鄰接，至少部分另一表面外露，用于與另一種鋁部件熔接，至少一個(gè)包層是由第二鋁合金材料制成，該第二鋁合金具有少于1％重量的一種或多種金屬元素以使第二鋁合金材料的拉伸強(qiáng)度小于103.4Mpa，和0至高達(dá)2.5％重量的另一種金屬元素，該金屬元素存在于溶液中且增加腐蝕電位負(fù)性以使第二鋁合金材料的腐蝕電位比芯層的第一鋁合金材料的腐蝕電位更負(fù)至少20mV，且導(dǎo)電性大于50％IACS；
b)提供至少一個(gè)釬焊包層鋁合金部件；和
c)將至少一個(gè)鋁合金部件釬焊到鋁合金復(fù)合材料的部分外露相對(duì)表面上形成釬焊制品。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中釬焊步驟還包括利用焊劑和可控氣氛。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其中鋁合金復(fù)合材料是換熱器用的裸露散熱片件，釬焊包層鋁合金部件是釬焊包層管。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)的方法，其中提供一對(duì)包層鄰接芯層的每一個(gè)相對(duì)表面，且將鋁合金組件釬焊到包層的每個(gè)外露相對(duì)表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11的任一項(xiàng)的方法，其中芯層是由AA3000系列、AA6000系列、和AA8000系列鋁合金中的一種制成，包層是由AA1000系列和AA7000系列鋁合金中的一種制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中芯層是由AA3000系列、AA6000系列和AA8000系列鋁合金中的一種制成，包層是由AA1000系列和AA7000系列鋁合金中的一種制成。
14.一種制備鋁合金復(fù)合材料的方法，包括
a)提供一芯層，該芯層具有兩個(gè)相對(duì)芯層表面，并由含有少于99％重量的鋁和大于1％重量的一種或多種金屬元素的第一鋁合金制成，該一種或多種金屬元素存在于或不存在于溶液中，并增加了第一鋁合金材料的強(qiáng)度，結(jié)果使第一鋁合金材料的拉伸強(qiáng)度大于103.4Mpa，導(dǎo)電性小于50％IACS；和
b)提供至少一個(gè)包層，該包層是由第二鋁合金材料制成，該第二鋁合金具有少于1％重量的一種或多種金屬元素以使第二鋁合金材料的拉伸強(qiáng)度小于103.4Mpa，和0至高達(dá)2.5％重量的另一種金屬元素，該金屬元素存在于溶液中且增加腐蝕電位負(fù)性以使第二鋁合金材料的腐蝕電位比芯層的第一鋁合金材料的腐蝕電位更負(fù)至少20mV，且導(dǎo)電性大于50％IACS；和
c)層合芯材料和至少一個(gè)包層材料形成鋁合金復(fù)合材料，該材料具有至少一個(gè)鄰接芯層材料層的包層材料層，至少部分包層在層合步驟之后外露用于釬焊。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中芯材包括第一片材，至少一個(gè)包層材料包括第二片材，層合步驟包括將第一和第二片材滾軋?jiān)谝黄鹦纬射X合金復(fù)合材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的方法，其中包層材料是固體或熔融金屬形式，層合步驟包括將包層材料沉淀在芯材上形成鋁合金復(fù)合材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中沉淀步驟包括噴灑。
18.根據(jù)權(quán)利要求14-17中任一項(xiàng)的方法，其中芯材是由AA3000系列、AA6000系列、和AA8000系列鋁合金中的一種制成，包層材料是由AA1000系列和AA7000系列鋁合金中的一種制成。
19.一種裸露的換熱器散熱片件材料，包括
a)一芯層，該芯層具有兩個(gè)相對(duì)芯層表面，并由含有少于99％重量的鋁和大于1％重量的一種或多種金屬元素的第一鋁合金制成，該一種或多種金屬元素存在于或不存在于溶液中，并增加了第一鋁合金材料的強(qiáng)度，結(jié)果使第一鋁合金材料的拉伸強(qiáng)度大于103.4Mpa，導(dǎo)電性小于50％IACS；和
b)至少一包層，該包層具有兩個(gè)相對(duì)表面，其中一個(gè)相對(duì)表面與兩個(gè)芯層相對(duì)表面中的一個(gè)相鄰接，至少部分另一表面外露，用于與另一種鋁部件熔接，至少一個(gè)包層是由第二鋁合金材料制成，該第二鋁合金具有少于1％重量的一種或多種金屬元素以使第二鋁合金材料的拉伸強(qiáng)度小于103.4Mpa，和0至高達(dá)2.5％重量的另一種金屬元素，該金屬元素存在于溶液中且增加腐蝕電位負(fù)性以使第二鋁合金材料的腐蝕電位比芯層的第一鋁合金材料的腐蝕電位更負(fù)至少20mV，且導(dǎo)電性大于50％IACS。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的裸露換熱器散熱片件，其中至少一個(gè)包層包括兩個(gè)包層，每個(gè)包層與芯層的各個(gè)相對(duì)表面鄰接，包層的每個(gè)其它表面外露用于釬焊。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20的裸露散熱片件，其中芯材具有第一厚度，至少一個(gè)包層具有第二厚度，第二厚度與第一和第二厚度之和的比大約為5-40％。
22.根據(jù)權(quán)利要求20-21中任一項(xiàng)的裸露散熱片件，其中芯材具有第一厚度，至少一個(gè)包層具有第二厚度，第二厚度與第一和第二厚度之和的比大約為5-40％。
23.在包括多個(gè)釬焊包層鋁合金管的換熱器中，其中相鄰釬焊包層管之間釬焊有鋁合金散熱片件材料，改進(jìn)之處包括使用權(quán)利要求19-22中任一項(xiàng)的裸露換熱器散熱片件作鋁合金散熱片件。
24.根據(jù)權(quán)利要求8的方法制備的釬焊制品。
全文摘要
一種鋁合金復(fù)合材料，包括高強(qiáng)度鋁合金芯材層和至少一層比芯材具有更高導(dǎo)電性的包層鋁合金材料層。包層緊鄰芯材放置，并且當(dāng)釬焊是在可控氣氛下用特殊焊劑材料進(jìn)行時(shí)，該復(fù)合材料特別適用于換熱器應(yīng)用。芯材的導(dǎo)電性小于50％IACS，包層的導(dǎo)電性大于50％IACS。包層可以是芯層的一個(gè)或兩個(gè)表面。根據(jù)是否施用一個(gè)或多個(gè)包層，包層的厚度可以為整個(gè)復(fù)合材料厚度的大約2.5－40％。包層的腐蝕電位也比芯層的更負(fù)，以此來(lái)提高抗腐蝕性。
文檔編號(hào)B32B15/01GK1398223SQ01804498
公開(kāi)日2003年2月19日 申請(qǐng)日期2001年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月3日
發(fā)明者R·M·奈訥, S·W·哈勒 申請(qǐng)人:克里斯有限合伙公司