具有晶間腐蝕抗力的鋁合金、制備方法及其應(yīng)用的制作方法

專利名稱：具有晶間腐蝕抗力的鋁合金、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金以及它的制備方法和應(yīng)用，尤其在于一種具有用于獲得耐腐蝕性，特別是晶間腐蝕抗力的可控量的鐵、錳、鉻和鈦，以及可控量的鋅的鋁合金。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，已開發(fā)出幾種耐腐蝕鋁合金應(yīng)用在圓和扁型管路場合，例如熱交換器、冷凝器。其中的一些合金在美國專利5,906,689和5,976,278中進(jìn)行了介紹。這兩項美國專利的申請人均是Sircar。
美國專利5,906,689(’689專利)公開了一種使用錳、鈦、少量的銅以及鋅的鋁合金。
美國專利5,976,278(’278專利)公開了一種具有可控量的錳、鋯、鋅、少量的銅以及鈦的鋁合金?！?78專利在幾個方面，包括示例性的更高的錳含量以及鋯的使用上與’689專利不同。
這兩項專利均設(shè)計通過化學(xué)控制制備耐腐蝕鋁合金?！?89專利中的合金具有較好的耐腐蝕性的一個原因在于金屬間化合物Fe3Al的含量下降，而金屬間化合物Fe3Al存在于現(xiàn)有技術(shù)合金例如AA3102中。然而，盡管腐蝕得到改善，但是該合金的金屬間化合物的數(shù)量減少，可能導(dǎo)致缺少在某些場合，例如在制造熱交換器組件時所必需的可成形性。
’278專利中的合金由于存在一般為MnAl6的針狀金屬間化合物，其也缺乏在某些場合的可成形性。
針對這些不足，在2000年5月3日提交的申請?zhí)枮?9/564,053的專利申請和2000年7月13日提交的申請?zhí)枮?9/616,015的專利申請中已提出了改善的鋁合金，其中，申請09/564,053基于1999年12月23日提交的申請?zhí)枮?0/171,598的臨時專利申請。在這些改進(jìn)的合金中，金屬間化合物的分布得到改善，而且，金屬間化合物粒子的化學(xué)組成得到了控制，從而改善了可成形性、耐腐蝕性、熱加工性和可釬焊性。這些合金在已加工的產(chǎn)品中，特別是在使用薄壁結(jié)構(gòu)的合金例如扁型或多空隙的管材中還具有細(xì)小的晶粒結(jié)構(gòu)。通過細(xì)化晶粒尺寸來提高晶粒數(shù)目，則晶粒的路徑變得更為曲折，而且，沿著晶粒邊界的腐蝕受到阻礙。
但是，這些改進(jìn)的鋁合金仍然存在模具磨損增加和加工壓力增加的不足之處。在某些場合，合金表現(xiàn)出高的流動應(yīng)力，結(jié)果，擠壓變得更困難，而且，擠壓模具的磨損增大。
雖然所述這些改進(jìn)的鋁合金在SWAAT條件下的確表現(xiàn)出優(yōu)異的腐蝕抗力，但是，在晶粒邊界的晶間腐蝕仍然是主要的腐蝕機制，而且，盡管對金屬間化合物離子的化學(xué)組成進(jìn)行了優(yōu)選以及使晶粒具有細(xì)小的尺寸，但是，腐蝕可能仍然是一個問題。一旦在冷凝器等裝置中將管材與散熱片(fin)坯料(stock)釬焊一起時，晶間腐蝕可能尤其麻煩。首先，由于在具有一種組成的散熱片坯料與具有另一種組成的管材之間存在電位差，管材與散熱片坯料組件能夠產(chǎn)生一種原電池，并且能夠產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。第二，某種散熱片坯料與管材之間的腐蝕電位差可能很大，在這種情況下，對晶間腐蝕特別敏感的管材可能很快破壞。這種破壞能夠?qū)е陆M合裝置的早期失效。當(dāng)管材是薄壁管材例如多微空隙的冷凝器管材時，該問題可能尤其麻煩。由于壁厚較薄和存在晶間腐蝕機制，沿晶粒邊界的電化學(xué)腐蝕可能損害壁的整體性至管材發(fā)生失效的程度，而且，必須更換整個冷凝器裝置。
所述改進(jìn)合金的另一個問題是在某些情形下，已加工或者擠壓的產(chǎn)品必須進(jìn)一步冷加工或者拉伸，以滿足產(chǎn)品的尺寸要求。這種附加的冷加工使材料的基體具有更高的儲存能量，而且，在隨后的釬焊循環(huán)期間，這一額外的能量表現(xiàn)為晶粒長大。結(jié)果，盡管設(shè)計這些材料具有細(xì)小的晶粒以控制晶間腐蝕，但是，在釬焊前的產(chǎn)品中獲得細(xì)小晶粒不能總是能夠確保材料在其最終的組裝態(tài)具有充分的腐蝕保護(hù)性能。
鑒于存在所述這些問題，因此，需要提供具有改善的腐蝕抗力和較低晶粒尺寸敏感性的鋁合金。本發(fā)明通過提供一種鋁合金來滿足這一需要，所述鋁合金使用可控量的鐵、錳、鉻和鈦，由此，晶粒邊界的電極電位與基體材料的電極電位相當(dāng)匹配，而且，沿著晶粒邊界的優(yōu)先腐蝕得到最大程度地降低。這種電位匹配甚至在存在電化學(xué)腐蝕的情形下也能夠提供強有力的保護(hù)作用，即與基體材料相比，晶粒邊界不會發(fā)生優(yōu)先腐蝕，材料的腐蝕以更均勻的方式進(jìn)行。
發(fā)明概述本發(fā)明的第一個目的是提供一種改進(jìn)的鋁合金，它具有優(yōu)異的耐腐蝕性，不以晶間腐蝕為其主要的腐蝕機制，并且對控制腐蝕的細(xì)小晶粒尺寸要求的敏感性較低。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種使用可控量的鐵、錳、鉻、鋅和鈦的改進(jìn)的鋁合金。
本發(fā)明的一個其它目的是一種在釬焊(braze)應(yīng)用采用所述鋁合金作為組件的方法，由此，組件的基體與晶粒邊界具有相似的電化學(xué)電位，從而能夠尤其在可能存在電化腐蝕的情況下，最大程度地降低沿晶界的腐蝕。所述組件可以是薄板、管材等。
本發(fā)明的再一個目的是一種制備鋁合金的方法，其中，在制備過程中，對錳與鐵之比值，鉻與鈦之比值以及鋅的含量進(jìn)行控制，以便降低所述合金在使用時的沿晶界腐蝕的敏感性。
隨著對本發(fā)明描述的繼續(xù)進(jìn)行，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變得顯而易見。
為了滿足前述的目的和優(yōu)點，本發(fā)明對長壽命的鋁合金進(jìn)行了改進(jìn)，它采用低含量的銅、以及錳、鐵、鋅、鈦和鋯作為合金元素，以獲得耐腐蝕性、釬焊性、可成形性和熱加工性。本發(fā)明的鋁合金的基本組成為，以重量百分比計約0.05-0.5％硅；約0.05％并且最高為1.0％的鐵；
最高約2.0％的錳；低于0.1％的鋅；最高約0.10％的鎂；最高約0.10％的鎳；最高約0.5％的銅；約0.03-0.50％的鉻；約0.03-0.35％的鈦；余者為鋁和不可避免的雜質(zhì)；其中，錳與鐵之比值保持為約2.0-6.0，并且，對鉻和鈦的量進(jìn)行控制，使鉻與鈦之比值為0.25-2.0。
在更優(yōu)選的實施方案中，所述合金組成中的錳、鐵、鉻、鈦的量以及銅和鋅的含量可以作如下變化鈦含量可以為約0.06-0.30％，更優(yōu)選為約0.08-0.25％.鉻含量可以為約0.06-0.30％，更優(yōu)選為約0.08-0.25％。鋅含量可以低于0.06％，而且，鉻與鈦之比值可以為約0.5-1.5。
本發(fā)明還包括所述合金在尤其是作為熱交換器組件制造工序的一部分的釬焊場合的應(yīng)用。所述合金在其被用作圓形或扁狀管材等并且與不同材料例如散熱片坯料、集管(header)或者其它熱交換器組件釬焊一起的組合件中特別有效。
在制備所述合金時，對組成進(jìn)行控制，以便將錳與鐵以及鉻與鈦的量調(diào)整在所述要求的比值范圍內(nèi)。
所述合金組合物可以采用傳統(tǒng)的鑄造、均勻化、熱/冷加工、熱處理、時效、精整(finish)操作等工藝制成任何部件。所述部件以可以與其它部件或者組件一起使用。
附圖簡述現(xiàn)在參照本發(fā)明的附圖，其中

圖1是含有鋅和鈦的鋁合金組合物與不同散熱片坯料之間的電流密度與時間以及電位與時間的比較圖；
圖2是含有鉻和鈦的鋁合金組合物與不同散熱片坯料之間的電流密度與時間以及電位與時間的比較圖；圖3是展示一種現(xiàn)有技術(shù)合金的晶間腐蝕圖案的顯微照片；以及圖4是展示根據(jù)本發(fā)明的一種合金的均勻腐蝕的顯微照片。
優(yōu)選實施方案描述本發(fā)明在耐腐蝕的鋁合金，特別是用于制備圓形和扁形管材的鋁合金領(lǐng)域中具有顯著優(yōu)點，所述管材例如用于(例如車輛中使用的)熱交換器用途如冷凝器以及其它用途，例如空調(diào)、冰箱等。
本發(fā)明與通過控制金屬間化合物的化學(xué)組成和獲得細(xì)小晶粒尺寸以提高耐腐蝕性的現(xiàn)有技術(shù)不同。本發(fā)明的合金利用合金元素的含量以及比值，以便使合金基體和晶粒邊界的電化學(xué)電位相匹配。通過規(guī)定/控制合金元素的量和比例，可在基體和晶粒邊界的電化學(xué)電位之間建立平衡，即晶粒邊界與基體之間的腐蝕電位差最小。通過這種平衡，晶界處的局部原電池或者未被激活，或者被激活的程度顯著降低或者最小。當(dāng)管材組裝在管材固定暴露在易于發(fā)生腐蝕的環(huán)境的裝置中時，這種電位匹配能夠顯著提高管材的壽命，而且，對于電化學(xué)腐蝕可能成為一個問題的環(huán)境尤其有效。本發(fā)明也降低了對合金具有細(xì)小晶粒尺寸和適當(dāng)粒子化學(xué)組成的要求，而這是現(xiàn)有技術(shù)的合金所要求的。
本發(fā)明的另一個特征是控制晶粒邊界與基體的腐蝕電位，能夠降低材料對晶粒尺寸的敏感性以及對特定百分比的金屬間化合物的要求。這就是說，由于晶粒邊界處的晶間腐蝕被顯著減輕或者消除，結(jié)果，材料可以具有較大的晶粒尺寸而又不會喪失耐腐蝕性。容許晶粒尺寸較大在最終材料可能進(jìn)行進(jìn)一步冷加工例如拉伸的場合很重要。在這樣過程中，即使晶粒尺寸因拉伸增大，但是合金會阻止在晶粒邊界處發(fā)生局部腐蝕，其腐蝕而是以更全面或更均勻的方式發(fā)生。通過降低對具有細(xì)小晶粒尺寸的要求，具有一些細(xì)小的金屬間化合物以控制在加工和/制造條件下，例如擠壓或釬焊循環(huán)期間的晶粒尺寸這一結(jié)論也變得不那么關(guān)鍵。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明控制合金組成不僅顯著改善腐蝕性，而且也易于對現(xiàn)有技術(shù)合金所必需的晶粒尺寸和化學(xué)組成的控制。因此，所述合金更利于使用者進(jìn)行加工，特別是加工成用于裝置如熱交換器中的部件例如管材。
本發(fā)明是對在共同未決的申請09/564,053和09/616,015中詳細(xì)描述的組成的改進(jìn)。本發(fā)明的鋁合金的改進(jìn)之處在于與在共同未決的申請09/564,053中公開的對錳與鐵之比值的控制一起，同時對鋅、鉻和鈦的含量進(jìn)行控制。
此發(fā)明的合金的基本組成為，以重量百分比計約0.05-0.5％硅；約0.05％并且最高為1.0％的鐵；最高約2.0％的錳；低于0.1％的鋅，即處于雜質(zhì)水平；最高約0.10％的鎂；最高約0.10％的鎳；最高約0.5％的銅；約0.03-0.50％的鉻；約0.03-0.35％的鈦；余者為鋁和不可避免的雜質(zhì)；其中，錳與鐵之比值保持為約2.0-6.0，并且，對鉻和鈦的量進(jìn)行控制，使鉻與鈦之比值為0.25-2.0。
更優(yōu)選的鉻與鈦之比值為0.5-1.5，甚至更優(yōu)選0.8-1.2。
就鉻和鈦的重量百分含量而言，鈦的優(yōu)選范圍為約0.06-0.30％，更優(yōu)選為約0.08-0.25％，甚至更優(yōu)選為0.10-0.20％。類似地，鉻的優(yōu)選范圍為約0.06-0.30％，更優(yōu)選為約0.08-0.25％，甚至更優(yōu)選為0.10-0.20％。對鉻和鈦的含量進(jìn)行調(diào)整，以滿足上述特定比值。
其它的優(yōu)選方案包括指定Mn/Fe比值的下限為約2.25，甚至為2.5。
Mn/Fe比值的上限可以是上述的6.0，優(yōu)選上限為5.0，更優(yōu)選的上限為4.0，甚至更優(yōu)選的上限為約3.0。
就錳和鐵的重量百分含量而言，鐵的優(yōu)選上限為約0.7％，更優(yōu)選為約0.5％，甚至更優(yōu)選為約0.4％，0.3％和0.2％。在一種優(yōu)選模式中，鐵和錳的含量之和大于約0.30％。
類似地，錳的優(yōu)選上限為上述的約2.0％，更優(yōu)選為約1.5％，甚至更優(yōu)選為1.0％，并且，還更優(yōu)選為約0.75％，還甚至更優(yōu)選為0.7％，0.6％，0.5％，并且，甚至高于0.4％。
鐵的優(yōu)選下限為0.10％。錳的優(yōu)選下限為約0.5％。
鐵的另一個優(yōu)選范圍為約0.07-0.3％，錳的范圍為約0.5-1.0％。
鋅含量被看成是一種雜質(zhì)含量；當(dāng)控制鉻和鈦時，不使用任何有效量的鋅。將雜質(zhì)含量設(shè)定為約0.10％，但是，可以對鋅含量進(jìn)行更嚴(yán)格控制，使其低于0.08％，低于0.06％，甚至低于0.05％，例如0.02％或0.03％。在這方面，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)合金明顯不同，現(xiàn)有技術(shù)合金確信鋅是一種有助于所述長壽命合金的總體性能的重要參與元素。正如在下面將要展示的那樣，鋅的存在能夠在與SWAAT實驗類似的條件下有效控制腐蝕。但是，據(jù)認(rèn)為，鋅的存在會促進(jìn)在這些含鋅合金中發(fā)生晶間腐蝕，而且，沿著晶界的腐蝕在適當(dāng)?shù)臈l件例如電化學(xué)腐蝕條件下，仍然能夠產(chǎn)生加速的腐蝕速率。
通過控制鐵、錳、鉻和鈦，合金對銅含量的控制可以更為放松。即在現(xiàn)有技術(shù)合金中，人們相信應(yīng)該將銅含量降至最低。但是，通過使主要腐蝕機制由晶間機制變成在基體和晶界都以類似方式發(fā)生的一種機制，銅含量可以最高為0.5％，更優(yōu)選最高為0.35％，最高為0.20％，最高為0.1％，最高為0.05％。目標(biāo)是確保通過控制銅含量，使合金中的銅以溶解方式存在，而不至于引起銅的析出(對于耐腐蝕性，含銅的金屬間化合物是不希望存在的)。
本發(fā)明也涉及使用本發(fā)明的合金組成，采用在本領(lǐng)域已知的熔煉和鑄造技術(shù)制造部件。在熔煉和/或鑄造期間，對本合金組成進(jìn)行控制，以便獲得適量以及適當(dāng)比例的錳和鐵以及鉻和鈦。也對如前所述的鋅含量進(jìn)行控制。一旦將所述適當(dāng)合金加以熔煉和鑄造，之后，可以采用傳統(tǒng)的加工技術(shù)將鑄件加工成一種部件或組件。
本發(fā)明組合物的一種優(yōu)選應(yīng)用是將鋁合金加工成熱交換器中用的管材。該管材經(jīng)常通過對一種鑄造形狀和/或已加工的形狀例如坯料進(jìn)行擠壓制備而成。該坯料擠壓時需進(jìn)行適當(dāng)加熱，而且，依據(jù)所要求的最終性能，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行熱處理和/或淬火/時效處理。之后，可以將所述管材與其它部件例如集管和散熱片坯料等組裝一起，并且進(jìn)行釬焊循環(huán)，以便將各個部件連接成為一個整體裝置。
本發(fā)明的合金特別適合于與可能產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕效應(yīng)的其它材料組裝一起。在這種情況下，本發(fā)明合金無論作為圓形或扁型管材或者薄板或其它形狀產(chǎn)品，其腐蝕狀況比化學(xué)組成易于發(fā)生晶間腐蝕的現(xiàn)有部件更均勻。例如，在熱交換器組件中與管材釬焊一起的散熱片坯料可能會在某種腐蝕條件下與管材形成原電池。通過使用減小或者消除晶粒邊界與基體之間的電位差的合金組成，能夠顯著降低晶間腐蝕效應(yīng)，而且，合金能夠以一種全面或均勻的方式發(fā)生腐蝕。這種均勻的腐蝕導(dǎo)致材料表面全面破壞，避免了沿晶粒邊界的快速局部腐蝕和隨后的管材失效。
雖然本發(fā)明合金優(yōu)選應(yīng)用于制備管材的擠壓工藝，特別是設(shè)計用于制造熱交換器管材的擠壓工藝中，但是，本合金也可以制造成薄板產(chǎn)品或者其它形狀，并且用于成形性很重要的場合。
本發(fā)明中，針對晶間腐蝕問題，對幾種鋁合金進(jìn)行了調(diào)查研究。表I示出了幾種實驗材料中的元素組成。僅僅給出了元素鐵、錳、鉻、鋅和鈦，因為考慮到這幾種元素是對用于預(yù)期場合的鋁合金的性能有影響的元素。其它元素例如硅、銅、鎳、雜質(zhì)以及余下的鋁含量均處于如前所述的范圍之內(nèi)。
表I試驗材料的組成*

*合金組成中未給出硅、銅、鎳以及余下的鋁和其它雜質(zhì)的含量。
表I中的合金1-12具有不同的合金元素含量。例如，合金1中的錳與鐵之比值與合金2-12不同，其中合金1代表一種典型的AA1100合金。合金1含有較高的鐵和較低的錳，結(jié)果獲得了低的Mn/Fe比值，而合金2-12中鐵含量較低，而錳含量較高，結(jié)果它們的Mn/Fe比值較高。例如，合金2的Mn/Fe比值為3.3。一般保持合金2-12中的Mn/Fe比值相同(大致為3.0-4.0)，下面不再介紹合金3-12的Mn/Fe比值。表I中以及下面列出的鉻、鋅和鈦的含量均依據(jù)合金1中的含量水平進(jìn)行變化，其中，合金1中基本不含鉻、鋅和鈦。即與合金1類似但添加鉻的合金被描述成含有一定量的鉻。下面介紹合金1-12中的每一種合金中存在的合金元素。
1)低的錳與鐵比值，無鉻、無鋅且無鈦。
2)高的錳與鐵比值，與合金1大致相同的鉻、鋅和鈦雜質(zhì)含量。
3)無鉻、無鋅，但含有一定量的鈦。
4)無鉻，一定量的鋅，無鈦。
5)一定量的鉻，無鋅，無鈦。
6)一定量的鉻，一定量的鋅，無鈦。
7)無鉻，一定量的鋅和一定量的鈦。
8)與合金7類似，無鉻，一定量的鋅和一定量的鈦，只是鈦含量比合金7稍高。
9)一定量的鉻，無鋅，一定量的鈦。
10)一定量的鉻，一定量的鋅，一定量的鈦。
11)無鉻，一定量的鋅和鈦。
12)與合金11類似，無鉻，一定量的鋅和鈦。
根據(jù)ASTM G85 A3，對合金1-12中的每一種進(jìn)行SWAAT腐蝕試驗。由于該腐蝕實驗方法眾所周知，因此，可以認(rèn)為對該方法的特點進(jìn)一步介紹不是理解本發(fā)明所必需的。表II示出了不同時間期限，例如20，30和40天的實驗結(jié)果。
表II腐蝕結(jié)果(通過SWAAT的試樣數(shù)目)*

*SWAAT根據(jù)ASTM G85 A3進(jìn)行。各試樣在各暴露時間后在20psi下受壓試驗。
首先，由表II明顯看出具有低的Mn/Fe比值的合金沒有提供可接受的耐腐蝕性。合金1表現(xiàn)出完全不可接受的SWAAT實驗結(jié)果。這是由于金屬間化合物主要是FeAl3。由于與鋁基體存在電解電位差，所述金屬間化合物使腐蝕加劇。
由表II，通過對合金含有或者不含元素鉻、鋅和鈦進(jìn)行比較，可以明顯得出其它結(jié)論。不含鉻、鋅和鈦的合金2的耐腐蝕性差。
合金3，4和5中的每一種均僅僅含有鉻、鋅和鈦中的一種元素。由通過40天實驗的試樣數(shù)目可以看出，只含有鉻(合金5)，或者只含有鋅(合金4)，或者只含有鈦(合金3)的試樣具有較低耐腐蝕性，即只有3/5通過試驗。這意味著所述元素中之任何一種單獨存在均不能提供最佳的耐腐蝕性。
合金6與合金5相似，但還含有鋅。SWAAT試驗表明這種組合導(dǎo)致耐腐蝕性特別差。即合金5中的鉻能夠獲得較低結(jié)果，而添加鋅卻導(dǎo)致耐腐蝕性顯著降低。顯然，但采用優(yōu)選的Mn/Fe比值和鉻時，鋅起的是壞作用。
只含有鋅和鈦的合金7的耐腐蝕性也差；只有一個試樣通過了40天的試驗。
合金8表明具有比合金7高的鈦含量能夠提高耐腐蝕性。但是，應(yīng)該注意合金7和8代表了使用鋅作為合金元素的現(xiàn)有技術(shù)思想。正如下面將加以說明的那樣，雖然合金8在SWAAT試驗中表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性，但是，它仍以晶間腐蝕機制為主，而且，該合金在電化學(xué)腐蝕條件下的耐腐蝕性仍然較差。結(jié)果，這種組合物不能在所有條件下表現(xiàn)出一致的耐腐蝕性。
合金9中含有鉻和鈦但不含鋅，而合金10與合金9相似，只是還存在鋅。比較合金9和10可明顯看出，含有鉻和鈦而不含鋅能夠在SWAAT條件下提供優(yōu)異的耐腐蝕性。合金10中鋅的這種不利作用與合金6中鋅的作用一致。更重要地，如后面的顯微照片所示，合金9表現(xiàn)出均勻腐蝕特征，這與現(xiàn)有技術(shù)合金，例如合金7和8有很大不同，這后兩種合金表現(xiàn)出晶間腐蝕機制。
合金11和12與合金7和8類似，它們在SWAAT條件下都具有良好的耐腐蝕性。但是，使用鋅和鈦時，這些合金再次表現(xiàn)出晶間腐蝕機制，而且在進(jìn)行電化學(xué)腐蝕時的表現(xiàn)也不佳。
現(xiàn)在參照圖1和2以及合金7-12，研究改變鋅和鉻的組成對晶間腐蝕的影響。圖1展示出了在存在散熱片坯料時含有不同含量的鋅和鈦的鋁合金的敏感性。當(dāng)含有鋅和鈦的鋁合金與一種散熱片坯料材料結(jié)合時，存在很小的電化學(xué)電流密度，這兩者的組合時具有良好的耐腐蝕性，而且腐蝕程度最小。但是，當(dāng)含有鋅和鈦的鋁合金與另一種散熱片坯料材料結(jié)合時，會產(chǎn)生較大的電流密度，而且耐腐蝕性也不好。此外，由于含有鋅和鈦的鋁合金主要在晶界發(fā)生腐蝕，因此，在薄壁管材場合的腐蝕尤其嚴(yán)重。圖1中的Zn-Ti鋁合金與表I和II中的合金7，8，11和12相似。
圖2證實了在鋁合金中最大程度減少鋅，而同時存在足夠的鉻和鈦以及適量的鐵和錳很關(guān)鍵這一發(fā)現(xiàn)。該圖使用的是一種含有鉻和鈦的鋁合金，而不是圖1中使用的含有鋅和鈦的鋁合金。圖2清楚表明，在使用鉻和鈦的管材與任一種散熱片坯料之間產(chǎn)生的電化學(xué)電流幾乎相同。盡管含有鉻和鈦的鋁合金仍然會出現(xiàn)腐蝕，但是，這種腐蝕以均勻得多的方式發(fā)生，而不是像圖1中的Zn-Ti鋁合金那樣發(fā)生晶間腐蝕。由于腐蝕更均勻，所以能夠減少熱交換器組件因腐蝕穿透薄壁管材的壁厚而發(fā)生的失效。
在圖3和4中對含有鉻和鈦的鋁合金的均勻腐蝕與含有鋅和鈦的鋁合金的晶間腐蝕作了進(jìn)一步的比較說明。圖3是含有鋅和鈦的鋁合金的顯微照片，表明存在嚴(yán)重的晶間腐蝕。相反，在圖4中示出的含有鉻和鈦的鋁合金表現(xiàn)出程度大得多的均勻腐蝕。這些顯微照片證實，使用鉻和鈦以及所述比值的錳和鐵能夠出人意料地提供一種耐腐蝕性，特別是晶間腐蝕抗力顯著改善的鋁合金。
總之，SWAAT試驗以及對已試驗的實際試樣的觀察結(jié)果清楚地表明，至少對鋅、鉻和鈦含量進(jìn)行控制，對于最大程度地降低晶界腐蝕程度很重要。鋅含量高有害。元素鉻和鈦本身不足于提供優(yōu)異的耐腐蝕性。但是，含有鉻和鈦以及雜質(zhì)水平例如如上所述的低于0.1％或更低的鋅能夠獲得具有優(yōu)異耐腐蝕性的鋁合金。如前所述，可以相信，這種耐腐蝕性是通過使基體與晶粒邊界的電解電位相匹配，結(jié)果導(dǎo)致任何部件尤其是晶粒邊界不再是優(yōu)選的腐蝕部位來獲得的。
本發(fā)明也包括一種通過至少控制鐵、錳、鉻、鋅和鈦的含量，以滿足上述的范圍和比值來制備鋁合金的方法。所述方法包括提供鋁熔體或者鋁合金熔液和采用本領(lǐng)域的技術(shù)調(diào)整組成，以便使合金在鑄造或凝固時具有所述的目標(biāo)組成。
一旦將本發(fā)明合金鑄造之后，可以對其進(jìn)行通常的處理，形成要求具有耐腐蝕性、釬焊性、熱加工性和成形性中之一種或多種性能的任何部件。本合金一種優(yōu)選的應(yīng)用場合是典型地采用擠壓作為熱加工方法制備管材。該管材可以用于熱交換器場合，其中的管材與熱交換器的其它部件組裝一起，并且進(jìn)行釬焊操作，固定熱交換器各部件構(gòu)成一種整體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的合金在所述這些場合尤其有用，因為所述合金具有擠壓過程所需的良好的熱加工性、制造步驟例如冷凝器組裝過程中的膨脹步驟所需的良好的成形性、釬焊操作所需的良好的釬焊性以及良好的耐腐蝕性。
至此，已通過優(yōu)選實施方案對發(fā)明進(jìn)行了公開，該發(fā)明實現(xiàn)了如上所述的本發(fā)明的每一個目標(biāo)，并且，提供了新的和改進(jìn)的鋁合金、由該合金制成的部件，以及制備和使用由所述鋁合金制成的鋁合金部件的方法。
當(dāng)然，在不偏離本發(fā)明的預(yù)期精神和范圍的前提下，本領(lǐng)域的專業(yè)人員可以設(shè)想對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行各種變化、修正和改造。其目的在于本發(fā)明僅僅受附后的各項權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金組合物，基本組成為，以重量百分比計約0.05-0.5％硅；約0.05％并且最高為1.0％的鐵；最高約2.0％的錳；低于0.1％的鋅；最高約0.10％的鎂；最高約0.10％的鎳；最高約0.5％的銅；約0.03-0.50％的鉻；約0.03-0.35％的鈦；余者為鋁和不可避免的雜質(zhì)；其中，錳與鐵之比值保持為約2.0-6.0，并且，對鉻和鈦的量進(jìn)行控制，使鉻與鈦之比值為0.25-2.0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的合金，其中，鈦含量為約0.06-0.30％，鉻含量為約0.06-0.30％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的合金，其中，鈦含量為約0.08-0.25％，鉻含量為約0.08-0.25％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的合金，其中，鋅含量低于0.06％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的合金，其中，鉻與鈦之比值為0.5-1.5。
6.一種由根據(jù)權(quán)利要求1的合金制成的部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的部件，其中，所述部件是管材。
8.具有與散熱片坯料釬焊一起的管材的熱交換器，所述改進(jìn)包括由根據(jù)權(quán)利要求1的合金制成的所述管材。
9.一種制備具有耐腐蝕性的鋁合金的方法，其中，將一種合金熔化并且至少鑄造成一種形狀，所述合金的基本組成為，以重量百分比計約0.05-0.5％硅；約0.05％并且最高為1.0％的鐵；最高約2.0％的錳；一定量的鋅；最高約0.10％的鎂；最高約0.10％的鎳；最高約0.5％的銅；最高約0.50％的鉻；約0.03-0.35％的鈦；余者為鋁和不可避免的雜質(zhì)；其中，錳與鐵之比值保持為約2.0-6.0，所述改進(jìn)包括在制備合金時控制鋅、鉻、鈦的含量，以使鋅含量低于0.10％，鉻含量為0.03-0.35％，并且控制鉻與鈦之比值為約0.25-2.0。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，鈦含量為約0.06-0.30％，鉻含量為約0.06-0.30％。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，鈦含量為約0.08-0.25％，鉻含量為約0.08-0.25％。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，控制鋅含量低于0.06％。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，將所述鑄件的形狀加工成管材形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述管材與散熱片坯料裝配一起，構(gòu)成熱交換器組件。
15.一種制造熱交換器的方法，其中，多個管與散熱片坯料釬焊一起，所述改進(jìn)包括由一種鋁合金制備管材，所述合金的基本組成為，以重量百分比計約0.05-0.5％硅；約0.05％并且最高為1.0％的鐵；最高約2.0％的錳；低于0.1％的鋅；最高約0.10％的鎂；最高約0.10％的鎳；最高約0.5％的銅；約0.03-0.50％的鉻；約0.03-0.35％的鈦；余者為鋁和不可避免的雜質(zhì)；其中，錳與鐵之比值保持為約2.0-6.0，并且，對鉻和鈦的量進(jìn)行控制，使鉻與鈦之比值為0.25-2.0。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中，鈦含量為約0.06-0.30％，鉻含量為約0.06-0.30％。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，鈦含量為約0.08-0.25％，鉻含量為約0.08-0.25％。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中，鋅含量低于0.06％。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的合金，其中，鉻與鈦之比值為約0.5-1.5。
20.一種鋁合金，基本組成為，以重量百分比計約0.05-0.5％硅；約0.10％并且最高為0.50％的鐵；大于0.4％但最高約1.0％的錳；低于0.1％的鋅；最高約0.10％的鎂；最高約0.10％的鎳；最高約0.1％的銅；約0.06-0.30％的鉻；約0.06-0.30％的鈦；余者為鋁和不可避免的雜質(zhì)；其中，錳與鐵之比值保持為約2.0-6.0，并且，對鉻和鈦的量進(jìn)行控制，使鉻與鈦之比值為0.25-2.0。
全文摘要
一種耐腐蝕的鋁合金具有控制量的鐵、錳、鉻和鈦，并且含有銅、硅、鎳以及不超過雜質(zhì)水平的鋅。調(diào)整所述合金的化學(xué)組成，以使晶粒邊界的電解電位與合金基體相匹配，從而降低晶間腐蝕。所述合金特別適合于采用擠壓和釬焊技術(shù)制造熱交換器中的管材。
文檔編號C22F1/00GK1496417SQ02806584
公開日2004年5月12日 申請日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月23日
發(fā)明者B·任, B 任 申請人:阿爾科公司