[發明專利]用于換熱器中的薄板的在高溫下具有高強度的夾層材料

有效

• 申請號: 201080046345.0
• 申請日: 2010-10-12
• 公開（公告）號: CN102597285A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: H-E·埃克斯特倫;A·奧斯卡松
• 申請（專利權）人: 薩帕鋁熱傳輸公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C21/02;B23K35/02;B23K35/28;B32B15/01
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 李振東;過曉東

技術領域

本發明涉及制造釬焊用夾層材料的方法、制備經釬焊產品的方法，以及經釬焊產品的應用。本發明還涉及通過所述方法制得的夾層材料和通過所述方法制得的經釬焊產品。

背景技術

鋁是常用于通過釬焊制造產品的材料。鋁可通過添加各種合金材料例如Mn、Mg、Ti、Si而鑄成合金，并且鋁合金的強度受到顆粒偏析或者與鋁形成固溶體的合金材料的影響。

以上類型的釬焊用材料可通過在釬焊前對其進行冷加工而在釬焊后被賦予高強度，冷加工即在溫度低于200℃下進行軋制或拉伸，其提高強度，并由此它在釬焊時不失去強度的提高。這意味著該材料在整個釬焊所必需的熱處理過程中避免了重結晶。此外，該材料在不低于300℃的高溫下使用時可被賦予高疲勞強度和抗蠕變性。該高溫下高強度的產生是因為在冷加工過程中通過選擇足夠低的變形程度而降低重結晶的驅動力，并因為產生每單位體積足夠大量的顆粒使約束力提高。

釬焊用材料可被具有高硅含量的合金的釬焊層包覆。在釬焊中，使該材料與另一部件接觸，并在釬焊爐中加熱。釬焊層中的高硅含量使釬焊層在比下面的芯層更低的溫度下熔化，因毛細作用力和表面張力差異而流出，與另一部件形成焊縫。

另一釬焊材料的變例不包括任何釬焊層，但是，它被釬焊至包括該層的材料。例如，該材料可用于換熱器例如由薄鋁板折疊的汽車散熱器中所謂的“翅片”(ranks)。在制造換熱器時，翅片緊靠釬焊包覆管排列，然后在釬焊爐中加熱，使得管上的釬焊層熔化，并因毛細作用力和表面張力差異而流出，在翅片與管之間形成焊縫。

氣/液換熱器例如汽車散熱器中的翅片的首要功能是將熱從管中的液體傳導向氣體。翅片通常具有附加的任務。釬焊在很高的溫度下進行，以至材料可在僅受到由其自身重量產生的機械應力而發生蠕變變形。翅片必須不變得太軟以至于它們塌陷，而是有助于保持換熱器的形狀。翅片在此方面的能力(它們的“抗撓曲性”)通過在加熱至600℃的爐的一端水平固定特定長度(例如50mm)的板條而進行測定。在爐已冷卻時，測定自由端的撓曲度。換熱器耐受運行時管中可產生的高壓的能力也是重要的，在這樣的運行中，翅片有助于耐受此高壓。若翅片在高溫下也具有高強度，則管件可以更細，這意味著換熱器重量減輕。

若到達釬焊料的熔化溫度之前，經釬焊的部件材料被加熱至釬焊溫度時未重結晶，則來自釬焊料的硅滲入受釬焊的材料。這在薄板，例如翅片中勢必造成熔化和塌陷的風險，或可形成不完全或較差的具有大孔隙的焊縫。硅滲入通過擴散、外層的熔化或者所謂的“液膜遷移”發生[參見例如A.Wittebrod，S.Desikan，R.Boom，L.Katgerman，Materials?Science?Forum?Vols.519-521，(2006)pp.1151-1156)]。

因此，在釬焊過程中未重結晶的上述釬焊材料必須具有阻隔層。將由多層組成的材料恰當地稱為夾層材料。阻隔層的功能是減少釬焊過程中硅從釬焊料滲入下面的芯材中，并由此確保形成良好的焊縫，使得芯材不開始熔化。硅的滲入特別易于在晶界處發生。因此，需要在阻隔層中形成大晶粒，使得幾乎不存在晶界。

常規高強度釬焊材料(例如含有高含量的錳)的一個問題是其抗腐蝕性不是最好的。含有鐵、錳和鋁的金屬間顆粒比周圍的鋁基體更偏惰性，這在潮濕環境中產生點蝕。在此方面，僅以鐵和硅為合金材料且鐵含量低的市售純鋁具有大幅更好的性質。因此，可優選構成阻隔層和芯層以使夾層材料具有良好的抗腐蝕性。

若空氣/水換熱器中的管開始腐蝕，它們會滲漏，這必須被阻止。因此，常把鋅添加入翅片中的合金，以使它們相對于管件具有更低的電勢，并提供所謂的陰極保護。當然，這對于翅片造成更全面的腐蝕。但這是可接受的，而導致翅片更快速溶解的晶粒間腐蝕和點蝕必須不可發生。一種進一步改進抗腐蝕性的方法是提高芯層的電化學電勢。這可通過例如使用銅、錳或一些其他合金材料實施，所述合金材料提高固溶體中的電化學電勢，并在釬焊過程中加入固溶體中。

已知類型的釬焊材料的一個問題是它們在高溫下缺乏足夠的疲勞強度和抗蠕變性。若在測試時溫度高(超過200℃)，則用于材料的抗蠕變性的疲勞應力的使用期也將在相當高的應力下受限制。因為金屬間偏析對高溫下的強度作用很大，重要的是，它們穩定并且不隨著時間過快地溶解。特別重要的是不重結晶的芯材，因為偏析延遲重結晶的過程。