鋁合金組合物和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年9月21日提交的第61/704, 211號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)并 是其非臨時申請案，其全部內(nèi)容通過引用的方式并入本文并作為其一部分。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體而言涉及鋁合金組合物及與所述組合物一起使用的制造和/或均質(zhì) 化方法，并且更具體地，涉及具有良好的耐腐蝕性和可擠出性并耐受增加的Ni雜質(zhì)水平的 Al-Mn-Si-Ti合金組合物。
【背景技術(shù)】
[0004] 熱交換器中使用鋁是在諸如汽車、越野設(shè)備和供暖通風(fēng)和空調(diào)（HVAC)系統(tǒng)的應(yīng) 用中廣泛存在的。因能生產(chǎn)復(fù)雜的薄壁幾何形狀的能力，故通常使用擠出的管材（tubing)， 如改善了熱傳遞的微型微創(chuàng)（MMP)管材。這樣的管（tube)通常被連接到翅片（fin)和集 管（header)/歧管（manifold)以形成使用可控氣氛釬焊（CAB)的熱交換器。耐因點蝕引 起的失效是這些單元可以經(jīng)受腐蝕性環(huán)境如道路鹽、沿海環(huán)境和工業(yè)污染物的一個重要屬 性。同時，在這些單元的壽命和客戶擔保方面的期望不斷增加，人們一直需要改進這種系 統(tǒng)的抗腐蝕性能。擠出的管材通常是這樣的熱交換器的最薄的薄壁組件并最可能首先受 到腐蝕而失效。常常將管通過熱電弧噴涂或通過用含鋅助熔劑（flux)輥涂而被鋅酸鹽化 (zincated)，這增加了犧牲性腐蝕保護的手段。但是，底部的管材料的固有的耐腐蝕性仍然 是保護機制的一個重要組成部分，特別是當所述犧牲性富鋅層已通過腐蝕被除去時。
[0005] 已經(jīng)開發(fā)出許多"長壽合金"以試圖解決這個問題。US 6, 939, 417描述了當使用 AA3000和AA1000系列鋁合金時控制了 Cu和Ni的含量以改善耐腐蝕性。該專利的全部內(nèi) 容通過引用并入本文并作為其一部分。
[0006] US 5, 286, 316提供了一種用在汽車應(yīng)用、特別是熱交換器管材和翅片坯料 (finstock)中的基本上不含銅的錯基合金的組合物。
[0007] US 6, 638, 376涉及一種表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性并具有優(yōu)異的加工性，如在管端部 形成隆起的能力的錯合金管道（piping)材料。
[0008] US 7, 781，071涉及用于熱交換器的擠出管，當單獨使用時以及當成為具有相容的 翅片坯料的釬焊熱交換器組件的一部分時，其具有改良的耐腐蝕性。該專利的全部內(nèi)容通 過引用并入本文并作為其一部分。
[0009] US 8, 025, 748教導(dǎo)了一種可擠出的鋁合金錠（ingot)，其含有0.90-1. 30的Mn、 0. 05-0. 25 的 Fe、0. 05-0. 25 的 Si、0. 01-0. 02 的 Ti、小于 0. 01 的 Cu、小于 0. 01 的 Ni 和小 于0.05的鎂，其中鋁合金坯料（billet)在550和600°C范圍之間的溫度下被均質(zhì)化。此產(chǎn) 品已經(jīng)成功商業(yè)化，但是對于嚴苛的HVAC市場而言需要進一步改善耐腐蝕性。同時，具有 低Ni含量的原錯（primary aluminum)的可用性全球化地降低，造成耐點蝕性的普遍退化。
[0010] 本發(fā)明的組合物和方法被提供以解決上文所討論的問題和其他問題，并提供現(xiàn)有 的組合物和這種類型的方法所不具有的優(yōu)點和方面。本發(fā)明的特點和優(yōu)點的詳細討論被推 遲到下面的參照附圖所進行的詳細描述中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 下面給出本公開內(nèi)容的各個方面的總體概述，從而提供對本公開內(nèi)容和其各個方 面的基本理解。該概述不旨在以任何方式限制本公開內(nèi)容的范圍，但它只是提供了總體綜 述和用于下面的更詳細的描述的背景。
[0012] 本發(fā)明的方面涉及一種鋁合金組合物，其包括以重量百分比計的：
[0013] 0.7-1. 10 的錳；
[0014] 0.05-0. 25的鐵；
[0015] 0.21-0. 30 的硅；
[0016] 0? 005-0. 020的鎳；
[0017] 0.10-0. 20的鈦；
[0018] 最大0.014的銅；和
[0019] 最大0.05的鋅，
[0020] 其中余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)一個方面，所述雜質(zhì)可以多至0. 05wt. % (每種雜質(zhì)）和〇.15wt. % (總計）的量存在。所述合金可以耐受比現(xiàn)有的合金更高的 鎳含量，同時提供增加的耐腐蝕性以及類似的可擠出性、強度和性能。根據(jù)另一個方面， 所述合金可以耐受0.008-0. 020wt. %的鎳含量。根據(jù)進一步的方面，所述合金可以包括 0? 21-0. 26wt. %硅含量、0? 10-0. 16wt. % 的鈦含量和 / 或 0? 75-1. 05wt. % 的錳含量。
[0021] 本發(fā)明的其他方面涉及用于處理上述的鋁合金的坯料的方法。所述坯料在 590-640°C的均質(zhì)化溫度下均質(zhì)化，然后在均質(zhì)化后以小于250°C /小時的速率控制冷卻。 所述被均質(zhì)化和被控制冷卻的坯料然后可以被擠出以形成擠出的鋁合金產(chǎn)品，例如換熱器 管。
[0022] 根據(jù)一個方面，所述均質(zhì)化溫度可以是600-640°C或610-640°C，并且所述坯料可 被均質(zhì)化長至八個小時。
[0023]根據(jù)另一個方面，所述被均質(zhì)化和被控制冷卻的坯料在500°C、在0. 1/秒的應(yīng)變 速率下具有22MPa或更小的流動應(yīng)力。
[0024] 根據(jù)進一步的方面，所述控制冷卻的速率是每小時小于200°C，并且所述坯料可以 被控制冷卻，直到它達到室溫或直到它達到300-400 °C。
[0025] 本發(fā)明的進一步的方面涉及一種產(chǎn)品，如至少部分地由如上所述的鋁合金形成的 擠出的鋁合金熱交換管。所述鋁合金熱交換器擠出管可以由鋁合金的坯料擠出并在擠出之 前在590-640°C的均質(zhì)化溫度下均質(zhì)化。所述坯料還可以在均質(zhì)化之后以小于250°C /小 時的速率控制冷卻。這樣的熱交換管還可以具有施加在外表面上的鋅擴散層，例如通過熱 電弧噴涂（例如，當擠出物從模頭（die)出現(xiàn)時），或在擠出之后施加到管表面的含鋅釬焊 劑（braze flux)(例如，通過棍涂）。所述合金可附加地或替代地被釬焊合金包覆。
[0026] 根據(jù)一個方面，所述管表現(xiàn)出的100微米或更小的釬焊后全厚 (through-thickness)晶粒尺寸。根據(jù)其他方面，所述晶粒尺寸可以是75微米或更小，或約 50微米。
[0027] 根據(jù)進一步的方面，所述擠出的鋁合金熱交換管可以具有至少70MPa的釬焊后拉 伸強度。
[0028] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將從以下的描述中可見。
【附圖說明】
[0029] 圖1是實施方案2的表3中的腐蝕數(shù)據(jù)的圖形