[發明專利]一種抑制界面化合物的耐高溫釬焊鋁/鋼復合板材

有效

• 申請號: 202110373970.6
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113103688B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 高坤元;王國戰;張小軍;聶祚仁;黃暉;魏午;文勝平
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;B32B15/18;B32B15/20;C22C21/02;C22C38/02;C22C1/03;C22C33/06;B21B1/38
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種抑制界面化合物的耐高溫釬焊鋁/鋼復合板材，屬于合金材料技術領域。本發明采用的用于加工耐高溫釬焊鋁/鋼復合帶的鋁側合金中Si含量為0.26％～0.88wt.％，鐵側合金中Si含量為0.13％～0.82wt.％。采用上述成分配比的的鋁硅合金、鐵硅合金能有效抑制高溫釬焊時界面化合物的產生，提高了界面結合強度，擴寬了520℃/36h退火+模擬釬焊情況下界面結合良好的Si成分窗口。本發明能解決鋁/鋼復合板材實際生產中鋁側Er、Si成分窗口小等問題。

技術領域

本發明涉及一組耐高溫釬焊鋁/鋼復合板材的Al-Si、Fe-Si合金，屬于合金材料技術領域。

技術背景

目前火力發電空冷系統重要散熱材料多采用鋁/鋼復合材料，其綜合了鋁密度小、導熱好，鋼強度高、價格低等優點，傳統用于加工鋁/鋼復合帶的鋁側多采用1050鋁合金，鋼側多采用08Al鋼，其中主要問題是1050鋁合金與鋼板進行后續退火、高溫下釬焊處理時，鋁/鋼復合界面易產生Al-Fe脆性化合物，降低了鋁/鋼復合帶的界面結合強度。有研究表明在鋁/鋼復合帶中鋁側加入Si可抑制高溫釬焊時界面脆性化合物的產生，但是還是不能達到要求。

在專利CN102321834A中，通過在高純鋁中添加0.7-0.9wt.％的Si、0.075±0.01wt.％的Er及專利CN104962789A在高純鋁中添加0.41-0.63wt.％的Si均有效抑制了鋁/鋼復合帶材高溫釬焊過程中界面硬脆金屬間化合物的產生。目前相關工藝需要在鋁側添加Si、Er合金，實際生產過程中需精確控制Si、Er成分區間，容錯率低，探究鐵側加Si及鋁側更寬的Si成分范圍具有重要的工業意義。

發明內容

本發明的目的在于同時向耐高溫釬焊鋁/鋼復合板材鐵側添加少量Si元素(0.13wt.％～0.82wt.％)及鋁側添加少量Si元素(0.26wt.％～0.88wt.％)的來抑制中間化合物，同時拓寬鋁側Si成分窗口，充分發揮Si元素在Fe、Al側的作用，制備出一種用于加工耐高溫釬焊的鋁/鐵復合板。

其技術方案是這樣的，在鐵側、鋁側分別添加少量的Si元素，在鋁/鐵復合板退火以及釬焊時有效抑制鋁鐵間界面化合物的產生，減少界面脆性相，從而提高鋁鐵界面結合強度。

一種抑制界面化合物的耐高溫釬焊鋁/鋼復合板材，其特征在于，分別在鐵側添加少量Si元素、在鋁側添加少量Si元素，鋁側Si的質量百分數為0.26～0.88％余量為鋁及不可避免的雜質，鐵側Si的質量百分數為0.13～0.82％，余量為鐵及不可避免的雜質。

上述所述的鋁硅合金的制備方法，包括以下步驟：在熔煉溫度為790±10℃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行鐵模澆鑄。

鐵硅合金制備方法，包括以下步驟：在真空熔煉爐中，熔煉溫度為1650±10℃下，先將純鐵錠熔化，隨后加入Fe-Si中間合金，待中間合金熔化后，攪拌均勻，保溫靜置一段時間，使熔體中各元素成份分布均勻后進行鋼模澆鑄。

本發明中將上述成分的鋁硅合金、鐵硅分別軋成鋁板、鐵板后進行總變形量為50％的冷軋復合處理，再在520℃擴散退火36h，以滿足后續變形加工需要。

本發明耐高溫釬焊鋁/鋼復合板材用于610℃的高溫釬焊。本發明進行的模擬釬焊處理，采用40min從室溫升至610℃保溫10min后空冷的釬焊處理。通過觀察界面結合情況及剝離測試，確保材料能在高溫條件下應用。

當鐵側Si的質量百分數為0.82，鋁側Si的質量百分數為0～0.88(且不為0)時界面結合強度均大于鋁側基體抗拉強度；當鐵側Si的質量百分數為0.13，鋁側Si的質量百分數為0.26～0.88時界面結合強度均大于鋁側基體抗拉強度；當鐵側為純鐵，鋁側Si的質量百分數為0～0.88時界面剝離強度僅為1～2.5N/mm。