本發(fā)明涉及多層釬焊片材材料，所述片材材料由如下組成：鋁芯合金層，在所述鋁芯層的一個面上設(shè)有釬焊包覆層材料；中間層或中間襯里(inter-layer或inter-liner)，所述中間層或中間襯里位于鋁芯合金層和釬焊包覆層材料之間；以及水側(cè)層或水側(cè)襯里(water-sidelayer或water-sidelinder)，所述水側(cè)層或水側(cè)襯里位于所述鋁芯層的另一個面上。本發(fā)明還涉及經(jīng)釬焊的換熱器，所述換熱器包含各種組件和至少一種由本發(fā)明所述的多層釬焊片材制成的組件。
背景技術(shù)：
除非另有說明，對于合金組成或優(yōu)選的合金組成的任何描述，所指的百分?jǐn)?shù)均為重量百分?jǐn)?shù)。
將處于片材或擠出形式的鋁合金或鋁的基材用于制備成形或成型的產(chǎn)品。在一些此類工藝中，包含基材的(成形的)鋁部件互連?；牡囊欢丝梢耘c另一端互連，或者一個基材可以與一個或多個其它基材組裝。這通常通過釬焊來完成。在釬焊工藝中，將釬焊填充金屬或釬焊合金或者在加熱時產(chǎn)生釬焊合金的組合物施加到待釬焊的基材的至少一部分。在組裝基材部件之后，將它們加熱直到釬焊金屬或釬焊合金熔化。釬焊材料的熔點(diǎn)低于鋁基材或鋁芯片材的熔點(diǎn)。
釬焊片材產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于換熱器和其它類似設(shè)備。常規(guī)的釬焊產(chǎn)品具有軋制片材的芯，通常(但并非唯一)是3xxx系列的鋁合金，在芯片材的至少一個表面上具有鋁包覆層(也稱為鋁包覆的層)。鋁包覆層由4xxx系列合金制成，該合金以2wt％至20wt％、優(yōu)選約6wt％至14wt％的量包含硅?？蓪X包覆層以本領(lǐng)域已知的多種方式連接或結(jié)合至芯合金，例如通過軋制結(jié)合、包覆噴涂成型或者半連續(xù)或連續(xù)澆鑄工藝。這些鋁包覆層具有通常在約540℃至615℃范圍內(nèi)的液相線溫度。
需要進(jìn)一步改進(jìn)的釬焊片材材料，所述片材材料能夠以部分或完全退火的狀態(tài)供應(yīng)，并且可充分成型以生產(chǎn)復(fù)雜形狀的鋁基材，還可暴露于真空釬焊和受控氣氛釬焊(“cab”)事件，并實(shí)現(xiàn)高水平的釬焊后耐腐蝕性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供如下的釬焊片材材料：滿足上述需要，或至少為能夠以完全退火的狀態(tài)供應(yīng)的替代產(chǎn)品，并且可充分成型以生產(chǎn)復(fù)雜形狀的鋁基材，還可以暴露于真空釬焊和受控氣氛釬焊事件，并且實(shí)現(xiàn)高水平的釬焊后耐腐蝕性。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)或超越了上述目的和其它目的以及進(jìn)一步的優(yōu)勢，本發(fā)明提供了4層釬焊片材材料，該釬焊片材材料由如下組成：鋁芯合金層，在所述鋁芯層的一個面上設(shè)有釬焊包覆層材料；中間層，所述中間層位于所述鋁芯合金層和所述釬焊包覆層材料之間；以及水側(cè)層，所述水側(cè)層位于所述鋁芯層的另一個面上；其中，所述芯層由如下鋁合金制成，所述鋁合金以wt％計(jì)具有至多0.6％si、至多0.45％fe、0.6％至1.25％cu、0.6％至1.4％mn、0.08％至0.4％mg、至多0.2％cr、至多0.25％zr、至多0.25％ti、至多0.3％zn、余量的鋁和雜質(zhì)；其中，所述釬焊層由如下鋁合金制成，所述鋁合金具有6％至14％si和至多2％mg、余量的鋁和雜質(zhì)；并且其中，所述中間層由1xxx系列合金的鋁合金制成；以及其中，所述水側(cè)層由具有0.5％至1.8％mn和1％至3.5％zn的3xxx系列鋁合金制成。
根據(jù)本發(fā)明的多層釬焊片材材料在酸性環(huán)境中具有非常好的耐腐蝕性，可以經(jīng)受周期性的溫度和壓力變化，這通常見于汽車應(yīng)用(例如作為廢燃料蒸汽冷凝的結(jié)果)；由此，該釬焊片材材料適合用于直接空氣-至-空氣(air-to-air)增壓空氣冷卻(chargeaircooling，“cac”)或中間冷卻、空氣-至-水(air-to-water)cac、水-至-空氣(water-to-air)cac、空氣-至-制冷劑(air-to-refrigerant)cac、制冷劑-至-空氣(refrigerant-to-air)cac、水-至-制冷劑冷凝器和蒸發(fā)器、廢氣冷卻、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、混合冷卻系統(tǒng)、兩相冷卻系統(tǒng)、用于散熱器和加熱器芯的管材、用于電池冷卻系統(tǒng)的板材料等，其中，3xxx系列水側(cè)襯里朝向水側(cè)。4層釬焊片材材料形成至少能夠使這種換熱器單元的使用壽命延長超過當(dāng)前技術(shù)可行的性能范圍的替代產(chǎn)品。釬焊片材材料可以作為卷材和片材生產(chǎn)，以支持大量生產(chǎn)規(guī)模或批量規(guī)模加工，并且可充分成型以生產(chǎn)上述復(fù)雜形狀的鋁基材。釬焊片材材料可在受控氣氛釬焊工藝(可以施用或不施用釬焊釬劑材料)以及真空釬焊工藝中進(jìn)行釬焊，并且在釬焊條件下，該釬焊片材材料在周期性操作中具有高的熱穩(wěn)定性。
在一個實(shí)施方式中，3xxx系列鋁芯合金由下述鋁合金制成，該鋁合金以wt％計(jì)由如下組成：至多0.2％si、至多0.3％fe、0.7％至1.1％cu、0.7％至1.2％mn、0.1％至0.3％mg、至多0.2％cr、0.04％至0.2％zr、0.03％至0.15％ti、至多0.1％zn、雜質(zhì)和其它成分每種<0.05％且總量<0.2％、余量的鋁。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，3xxx系列芯合金由下述鋁合金制成，該鋁合金以wt％計(jì)由如下組成：至多0.1％si、至多0.25％fe、0.75％至1.05％cu、0.75％至1.1％mn、0.15％至0.3％mg、至多0.1％cr、0.04％至0.15％zr、0.05％至0.15％ti、至多0.1％zn、雜質(zhì)和其它成分每種<0.05％且總量<0.2％、余量的鋁。
如本領(lǐng)域中充分記載的，在芯合金中，升高的ti水平是為了提高3xxx系列合金的釬焊后耐腐蝕性。升高的zr水平是為了提高歸因于芯合金的可時效硬化特性的釬焊后強(qiáng)度。
釬焊包覆襯里由具有6％至14％si和至多0.35％mg的4xxx系列鋁合金制成，理想地用于cab工藝中。優(yōu)選地，si至多為11％。mg的水平優(yōu)選為至多0.10％、更優(yōu)選為至多0.04％，從而使得該鋁合金基本上不含mg。余量由鋁和不可避免的雜質(zhì)組成，其在實(shí)踐中將表示：至多0.6％fe、至多0.1％mn、至多0.08％cu、至多0.20％zn、其它成分每種<0.05％、總量<0.2％；余量的鋁。
在替代的實(shí)施方式中，釬焊包覆襯里由如下的4xxx系列鋁合金制成，所述鋁合金具有6％至14％si和至多2％mg、余量的鋁和雜質(zhì)。優(yōu)選地，si含量在7％至11％si的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，mg含量在0.4％至2％、更優(yōu)選1％至1.8％mg的范圍內(nèi)，以使得釬焊片材材料能夠用于真空釬焊工藝中。余量由鋁和不可避免的雜質(zhì)組成，其在實(shí)踐中將表示：至多0.6％fe、至多0.1％mn、至多0.1％cu、至多0.2％zn、其它成分每種<0.05％、總量<0.2％；余量的鋁。
在替代的實(shí)施方式中，釬焊包覆襯里各自由如下的4xxx系列鋁合金制成，所述鋁合金具有6％至14％si、至多0.5％mg、至多0.5％bi和/或至多0.5％y，理想地用于無釬劑受控氣氛釬焊工藝。優(yōu)選地，si至多為9％。余量由鋁和不可避免的雜質(zhì)組成，其在實(shí)踐中將表示：至多0.6％fe、至多0.1％mn、至多0.08％cu、至多0.20％zn、其它成分每種<0.05％、總量<0.2％；余量的鋁。
中間層或中間襯里由1xxx系列合金的鋁合金、優(yōu)選來自aa1050系列的鋁合金制成。在優(yōu)選實(shí)施方式中，中間層具有100μm以下的厚度、例如約40μm或約50μm的厚度，并且中間層用于控制合金元素(例如si)從芯層向釬焊層的擴(kuò)散，由此限制在釬焊后條件下的顆粒間腐蝕通過芯層進(jìn)行傳播，從而在應(yīng)用于換熱器、特別是cac中時顯著改善了釬焊片材產(chǎn)品的釬焊后腐蝕性能。1xxx系列中間層還為3xxx系列鋁芯合金提供電化腐蝕保護(hù)(galvanicprotection)。
在一個實(shí)施方式中，3xxx系列水側(cè)襯里由下述鋁合金制成，該鋁合金以wt％計(jì)由如下組成：
mn0.5％至1.8％、優(yōu)選0.6％至1.3％、更優(yōu)選0.75％至1.0％；
zn1％至3.5％、優(yōu)選1.5％至3％、更優(yōu)選2.2％至2.8％；
mg<0.3％、優(yōu)選<0.1％、更優(yōu)選<0.05％；
si<1.2％、優(yōu)選<0.5％、更優(yōu)選<0.2％；
fe<0.8％、優(yōu)選<0.5％；
cu<0.8％、優(yōu)選<0.1％、更優(yōu)選<0.05％；
ti<0.25％、優(yōu)選小于0.12％、更優(yōu)選0.01％至0.1％；
不可避免的雜質(zhì)和其它成分每種<0.05％、總量<0.2％，余量的鋁。
在過高的zn水平，特別是對于薄規(guī)格材料，過多的zn可能在加熱和釬焊循環(huán)期間擴(kuò)散到芯合金中。此外，過高的zn含量可能導(dǎo)致在加熱和釬焊循環(huán)期間zn從襯里蒸發(fā)。
水側(cè)襯里通常具有占4層釬焊片材結(jié)構(gòu)的總厚度的3％至20％、例如約15％的厚度。在一個實(shí)施方式中，水側(cè)襯里具有25μm至70μm(例如，約30μm或約40μm)的規(guī)格，以提供所需的耐腐蝕性。
根據(jù)本發(fā)明的多層釬焊片材材料可以通過各種技術(shù)制造。例如通過本領(lǐng)域公知的軋制結(jié)合進(jìn)行?；蛘?，可以通過熱噴涂技術(shù)將一個或多個釬焊合金層施加在芯合金層上?；蛘?，芯合金層和水側(cè)襯里可以通過澆鑄技術(shù)制造，例如在國際專利文獻(xiàn)wo-2004/112992中公開的技術(shù)，然后可通過例如軋制結(jié)合施加其它包覆層。
根據(jù)本發(fā)明的多層釬焊片材材料在最終規(guī)格上具有約0.1mm-3mm、優(yōu)選0.1mm-1.2mm(例如，0.2mm或0.5mm)的通常厚度。釬焊片材材料在最終規(guī)格上優(yōu)選至多約1mm厚，更優(yōu)選至多約0.8mm厚。釬焊層通常具有占總厚度的5％至15％、例如約10％的厚度。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，芯層在其熱變形之前的制造路線中已經(jīng)被均質(zhì)化為較薄規(guī)格的材料。通常，這種均質(zhì)化熱處理在400℃至650℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，均熱時間為5-48小時，從而使得能夠得到o狀態(tài)(o-temper)的材料。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，多層釬焊片材材料以o狀態(tài)提供，并且其被完全退火。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，多層釬焊片材材料以h2x狀態(tài)提供，其中x為1、2、3、4、5或6。更優(yōu)選其以h24狀態(tài)提供，且未均質(zhì)化。
在本發(fā)明的另一方面中，涉及由根據(jù)本發(fā)明的多層釬焊片材材料制成的經(jīng)釬焊的管，該經(jīng)釬焊的管作為換熱器裝置中的流體通道，并籍此水側(cè)襯里朝向管中的流體側(cè)。
在本發(fā)明的另一方面中，涉及經(jīng)釬焊的換熱器，所述換熱器包含由根據(jù)本發(fā)明的多層釬焊片材材料制成的至少一個管。理想情況下，換熱器是增壓空氣冷卻器(“cac”)。更優(yōu)選水cac，其在本領(lǐng)域也稱為液體cac。
該多層釬焊片材材料還適合應(yīng)用于空氣-至-制冷劑cac、空氣-至-空氣cac、空氣-至-水cac、空氣-至-制冷劑cac、水-至-制冷劑冷凝器和蒸發(fā)器、廢氣冷卻器、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、混合冷卻系統(tǒng)、兩相冷卻系統(tǒng)、用于散熱器和加熱器芯的管材、用于電池冷卻系統(tǒng)的板材料。