專利名稱：釬焊鋁板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及釬焊板材，其包括鋁芯合金層，其在鋁芯合金層的一面或兩面上配設(shè) 有第一鋁硅合金釬焊包覆層材料并配設(shè)有位于鋁芯合金層和第一釬焊包覆層材料之間的 至少一層第二鋁硅合金釬焊包覆層材料。本發(fā)明還涉及在釬焊工藝中制造的釬焊組件，該釬焊組件包括多個不同的組成構(gòu) 件并且至少一個組成構(gòu)件由根據(jù)本發(fā)明的鋁合金釬焊板制成。
背景技術(shù)：
在下文將會理解，除非另有說明，否則鋁合金牌號和狀態(tài)代號是指由鋁業(yè)協(xié)會于 2008年頒布的“鋁標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)及登記備案”中的鋁業(yè)協(xié)會標(biāo)號。關(guān)于對合金成分或優(yōu)選合金成分的任何說明，提到百分比時都是指重量百分比， 除非另作說明。由鋁或鋁合金構(gòu)成的呈板狀或擠出品形式的基材被用來制造成型或成形的產(chǎn)品。 在其中一些工藝中，含有基材的(成型)鋁制構(gòu)件被互相連接起來。一個基材的一端可以 與另一端互相連接，或者一個基材可以與一個或多個其它基材組裝在一起。這通常通過釬 焊來完成。在釬焊過程中，釬焊填料金屬或釬焊合金或在加熱時產(chǎn)生釬焊合金的復(fù)合材料 被施加到待釬焊基材的至少一部分上。在基材零部件被組裝起來后，它們被加熱，直到釬焊 金屬或釬焊合金熔化。釬焊材料的熔點(diǎn)低于鋁基材或鋁芯板的熔點(diǎn)。釬焊板材廣泛應(yīng)用在換熱器和其它類似設(shè)備中。傳統(tǒng)的釬焊產(chǎn)品具有由軋制薄板 構(gòu)成的芯，其典型為但不絕對是3XXX系列的鋁合金，該產(chǎn)品在芯板的至少一個表面上具有 鋁包覆層(也稱為鋁包層)。該鋁包覆層由4XXX系列合金制成，該合金含有2重量％至20 重量％、優(yōu)選為7重量％至14重量％的硅。該鋁包覆層可以通過在現(xiàn)有技術(shù)中已知的各種 不同方式被連接或接合到芯合金上，例如通過軋制接合、包覆噴涂成形或半連續(xù)或連續(xù)澆 鑄工藝。這些鋁包覆層的液相線溫度一般在約討01至615°C范圍內(nèi)。人們采用了各種不同的釬焊工藝，用于釬焊組件例如換熱器的工業(yè)規(guī)模制造。存在真空釬焊(VB)工藝，其在相對低的、約IX 10_5毫巴或更低的數(shù)量級的大氣壓 下進(jìn)行。為了獲得對要進(jìn)行的連接的最佳條件，常用于真空釬焊的鋁硅釬焊合金含有有意 添加的或更多的鎂。該機(jī)理據(jù)信是鎂能在其在釬焊過程中從釬焊板中蒸發(fā)出來時破壞 填料金屬的堅硬氧化膜，并且蒸發(fā)出的鎂起到吸氣劑的作用，它吸除在殘留在釬焊爐中的 氧氣和水分。這樣的用于真空釬焊的含鎂釬焊板材在美國專利US4489140中被公開，其中用于 真空的釬焊板材包含有AA3000系列芯合金，其包覆有AA4104釬焊合金層并且在芯合金和 AA4104釬焊合金層之間設(shè)有AA4343釬焊合金，以在芯和AA4104合金之間提供一致的良好 接合。在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的是，AA4104合金含有1.2%至2.0%的Mg和0. 02%至0.2% 的Bi，并且AA4343合金不含Bi，也不含Mg。美國專利US5069980公開一種真空釬焊鋁包覆材料，其由鋁合金的芯件、第一包
4覆層和第二包覆層構(gòu)成，第一包覆層主要由6%至14%的Si、0至0. 6%的Mg和余量為Al 構(gòu)成，第二包覆層由0至14%的Si且優(yōu)選為0%的Si和0. 8%至2. 5%的Mg且余量為Al 構(gòu)成，其中第二包覆層的厚度取決于第二包覆層中的硅含量。美國專利US4161553公開一種真空釬焊用釬焊板材，該釬焊板包括鋁合金芯合 金、主要由0至2. 5%的Mg、5. 0%至13. 0%的Si、最多為0. 8%的Fe、最多為0. 3%的Cu、 最多為0. 3%的Si、最多為0. 3%的Mn和余量為Al構(gòu)成的鋁釬焊合金第一層、和包覆在該 第一層上的鋁合金第二層，該第二層主要由0. 5%至1. 2%的Mg、l. 2%至1. 8%的Si、最多 為0.3%的Cu、最多為0.7%的Fe、最多為1. 5%的Mn和余量為Al構(gòu)成，第二層的熔點(diǎn)基本 上等于第一層的熔點(diǎn)。在一個例子中，第一層和第二層的鋁合金均具有0.5%的Mg含量。另一種釬焊工藝是可控氣氛釬焊(CAB)，其在不含氧的干燥氣氛中進(jìn)行，優(yōu)選利用 氮?dú)獾亩栊原h(huán)境，但例如也可以使用氬氣。為了促進(jìn)釬焊，無腐蝕性釬焊劑例如基于氟化物 的焊劑在釬焊之前被施加在待連接的零部件上。此釬焊劑在釬焊作業(yè)中除去或至少破壞總 是存在的氧化皮，從而允許熔融填料接觸到裸金屬而形成接頭。CAB所用的鋁合金應(yīng)該不含 Mg，因?yàn)槿魏蜯g都會阻止釬焊劑的除去氧化皮的作用。在造型復(fù)雜的組件中，在釬焊前在 組件內(nèi)部施加非腐蝕性釬焊劑通常被認(rèn)為是很困難和有問題的。另一種釬焊工藝是不使用釬焊劑的CAB，該工藝尤其正被用于釬焊聯(lián)接很難施加 焊劑的換熱器內(nèi)部表面，并且就工業(yè)規(guī)模而言，該工藝比真空釬焊作業(yè)更加經(jīng)濟(jì)劃算，因?yàn)?真空釬焊需要可觀的設(shè)備資金成本。在歐洲專利申請公開號EP1430988A1中公開了，對于這樣的不使用釬焊劑的CAB 工藝，所用的釬焊板材在除了填料合金層外的構(gòu)成釬焊板的至少一層中含有Mg，一般，該芯 合金含有在0. 05重量％至1. 0重量％范圍內(nèi)的Mg。防擴(kuò)散層例如無鎂的AA3003系列鋁合 金夾設(shè)在芯合金和填料合金之間。在歐洲專利授權(quán)公告號EP1306207B1中公開另一種在惰性氣體氣氛下的無焊劑 釬焊工藝，該惰性氣體氣氛含有至多達(dá)IOOOppm且優(yōu)選至多達(dá)500ppm的極低含氧量。而 且，披露了一種釬焊板材，它包括鋁芯合金，其在一面或兩面上包覆有鋁硅合金釬焊合金作 為中間層，該鋁硅合金釬焊合金含有0. 1 %至5 %的Mg和0. 01 %至0. 5 %的Bi，還包括包覆 在鋁硅合金釬焊合金上的薄覆層。還披露了，在釬焊作業(yè)中，中間層中的釬焊材料隨著在釬 焊過程中的升溫而熔化，但沒有發(fā)生釬焊材料的表面氧化，這是因?yàn)樵摫砻娓灿腥员３止?態(tài)的薄覆層。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時，具有低熔點(diǎn)的部分例如靠近熔融釬焊材料的薄覆層偏 析部分被局部熔化，隨后，釬焊材料因體積膨脹而滲出并流布到薄覆層材料的表面上。釬焊 材料的表面于是變成無氧化膜的浮現(xiàn)面，因?yàn)橛卸栊詺怏w氣氛而不會發(fā)生新的強(qiáng)烈氧化。人們需要進(jìn)一步改善的釬焊板材和其中組件的內(nèi)側(cè)面不需要配設(shè)有釬焊劑的釬 焊工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種替代的鋁合金釬焊板材，它可被應(yīng)用在無釬焊劑的 可控氣氛釬焊工藝中。本發(fā)明的另一個目的是提供一種鋁合金釬焊板材，它可被應(yīng)用在無焊劑的可控氣 氛釬焊工藝以及使用釬焊劑的可控氣氛釬焊工藝中。
本發(fā)明的另一目的是提供一種鋁合金釬焊板材，它可被應(yīng)用在無焊劑的可控氣氛 釬焊工藝以及使用釬焊劑的可控氣氛釬焊工藝和真空釬焊工藝中。通過提供一種釬焊板材的本發(fā)明來滿足或超越這些和其它的目的和進(jìn)一步的優(yōu) 點(diǎn)，該釬焊板材包括鋁芯合金層，其在該鋁芯層的一面或兩面配設(shè)有第一釬焊包覆層材料 并配設(shè)有位于該鋁芯合金層和第一釬焊包覆層材料之間的至少一個第二釬焊包覆層材料， 其中該第二釬焊包覆層材料是鋁硅合金釬焊材料，其含有5%至20%的Si和0. 01%至3% 的Mg，并且該第一釬焊包覆層材料是含有2%至14%的Si和小于0. 4%的Mg的鋁硅合金 釬焊材料。根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在第一鋁硅合金釬焊包覆層材料中保持很低的鎂含量 且可控制地有意添加Mg到第二鋁硅合金釬焊包覆層材料，提供了一種能成功應(yīng)用在不使 用釬焊劑的可控氣氛釬焊工藝中的釬焊板材。在歐洲專利授權(quán)公告號EP1306207B1中，據(jù)說為了獲得成功的無釬焊劑CAB釬焊 作業(yè)，要求頂層和鋁芯材料層應(yīng)該具有高于中間釬焊材料層的液相線溫度的固相線溫度。 這樣一來，在液相線溫度和固相線溫度之間的溫度下的后續(xù)釬焊作業(yè)中的熔融釬焊材料會 造成鋁硅合金釬焊材料層熔化，同時保持薄覆層材料是固態(tài)以阻止已熔化的釬焊材料氧 化，于是造成鋁硅合金釬焊材料因體積膨脹而滲流過薄覆層材料的偏析部分，到達(dá)該薄覆 層材料的表面并流布到薄覆層材料的表面上而形成獲得釬焊接頭的浮現(xiàn)面。而在根據(jù)本發(fā) 明的釬焊板材中，第一和第二鋁硅合金釬焊包覆層可以具有基本相同的固相線溫度和液相 線溫度，同時仍然能被成功應(yīng)用在可控氣氛釬焊作業(yè)中。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，盡管在由第一和第二鋁硅合金釬焊包覆材料形成的 填料金屬中的低Mg含量，尤其是在作為外包覆層的第一鋁硅合金包覆材料層具有很低的 Mg含量的情況下，該釬焊板材仍可以被成功應(yīng)用在真空釬焊作業(yè)中。這與包覆層或外包層 材料具有超過的典型鎂含量的真空釬焊的工業(yè)實(shí)踐做法不同。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的釬焊板材是可用在這樣的釬焊組件中的一個非常 有吸引力的候選者，該釬焊組件具有一個或多個難以施加焊劑的內(nèi)表面。人們出乎意料地 發(fā)現(xiàn)，雖然采用了 Mg添加(這通常對于焊劑釬焊工藝?yán)鏝0C0L0K (Alcan的注冊商標(biāo))是 不期望有的)的做法，但是本發(fā)明的釬焊板材可以在施加釬焊劑的情況下在可控氣氛釬焊 中被釬焊。這使得該釬焊板材成為用于制造例如釬焊油冷器的一個很有吸引力的候選者。 油冷器通常由多塊板制成，這些板必然在內(nèi)側(cè)和外側(cè)釬焊。因?yàn)殁F焊周期長，所以需要焊劑 處理油冷器的外表面以幫助釬焊。否則，即便是在可控氣氛環(huán)境中，長釬焊周期也將會引起 過度氧化，由此降低形成可靠接頭的能力。所施加的釬焊劑顯著減輕了氧化程度。而且，利 用本發(fā)明的釬焊板材，在內(nèi)表面上獲得了良好的接頭，而對此不需要施加釬焊劑。在根據(jù)本發(fā)明的釬焊板材中，該芯合金層由鋁合金制造。該芯合金優(yōu)選自hxx系 列、3xxx系列、5xxx系列或6xxx系列鋁合金，例如是AA3003、AA3005、AA6060或AA6063類 的合金。當(dāng)被用在與釬焊劑使用相結(jié)合的CAB作業(yè)中時，最好該芯合金層中的鎂含量被控 制為不超過大約0. 3 %，更優(yōu)選地不超過大約0. 2 %，更好地不超過大約0. 10%。在一個實(shí)施例中，該芯合金層是AA3000系列合金，其含有不超過約0. 3%的Mg，尤 其是當(dāng)被用來制造在施加釬焊劑的情況下通過CAB來連接的物品。更優(yōu)選的是，該芯合金層是這樣的鋁合金，其按照重量％含有0. 5至2.0的Mn，0至1.2的Cu，0至1.0的狗，0 至1.0的Si，0至0. 1的Bi，0至0. 1的Ti，0至0.3且優(yōu)選為0至0.2的Mg，以及均各小于 0. 05且總量小于0. 2的其它元素和不可避免的雜質(zhì)，余量為鋁。根據(jù)本發(fā)明，第一鋁硅合金釬焊包覆層至少含有在2. 0 %至14 %范圍內(nèi)的Si、和 小于0.4%的Mg(如果有的話)。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)第一鋁硅合金釬焊包覆層中的鎂含量應(yīng)該保持低值，更優(yōu) 選的是，應(yīng)該小于約0. 15%。更優(yōu)選的是一種不含Mg的鋁硅釬焊合金，用于避免在釬焊作 業(yè)中形成氧化皮。實(shí)際上，這將意味著Mg以雜質(zhì)元素或伴生元素的很低含量存在，一般為 小于0. 08%，理想的是小于0. 05%，更優(yōu)選的是小于0. 01 %。更優(yōu)選的是，該鋁合金基本上 不含Mg。“基本上不含”是指沒有有意添加Mg至化學(xué)成分中，但由于雜質(zhì)和/或接觸制造 設(shè)備而引起的滲漏，微量的Mg可能怎樣都會進(jìn)入到鋁合金產(chǎn)品中。在第一鋁硅合金釬焊包覆層的一個實(shí)施例中，硅含量優(yōu)選在2. 0 %至5 %范圍內(nèi)， 優(yōu)選在2. 0 %至4. 0 %的范圍內(nèi)。在此實(shí)施例中，第一和第二鋁硅合金釬焊包覆層之間的硅 含量相差很大，這有助于包覆襯層厚度的質(zhì)量控制。在釬焊板材的外包層中的較低硅含量 導(dǎo)致在釬焊板材例如通過彎曲或彎折成型時出現(xiàn)較小的模具磨損。在第一鋁硅合金釬焊包覆層的另一實(shí)施例中，硅含量優(yōu)選在約4%至14%的范圍 內(nèi)，更優(yōu)選地在約6%至12%的范圍內(nèi)。在一個實(shí)施例中，第一釬焊包覆材料層具有在AA4045或AA4343系列鋁合金范圍 內(nèi)的化學(xué)成分，優(yōu)選還附帶以下條件，該合金具有如本文所規(guī)定的很低的鎂含量，理想的是 不含Mg。第二鋁硅合金釬焊包覆材料含有在5%至20%范圍內(nèi)的Si和在0. 01%至約3% 范圍內(nèi)的Mg。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，硅含量的下限為約6%，硅含量的優(yōu)選上限為約14%。 在一個優(yōu)選實(shí)施例中，鎂含量具有約1. 5%的上限.在根據(jù)本發(fā)明釬焊板材被用在不使用釬焊劑的CAB中的實(shí)施例中，第二鋁硅合金 釬焊材料中的鎂含量被控制在0. 01 %至約1 %的范圍內(nèi)，更優(yōu)選的是，上限為約0. 50 %，更 優(yōu)選地為約0. 20%。當(dāng)被用在使用釬焊劑或不使用釬焊劑的CAB作業(yè)中時，在第一和第二鋁硅合金釬 焊包覆層中的鎂含量之和優(yōu)選被控制為不超過大約0.25%，最好不超過0. 10%。目前，制 造鋁釬焊板材時的質(zhì)量和控制機(jī)理允許具有士0.01%精度或更高精度的Mg目標(biāo)量和控制量。理想的是，在第一和第二鋁硅合金釬焊材料層中的硅含量是如此選擇的，這兩層 的硅含量之和在6%至12. 5%的范圍內(nèi)，優(yōu)選在6%至11%的范圍內(nèi)。在更優(yōu)選的實(shí)施例 中，硅含量之和在9%至11%的范圍內(nèi)。在另一個優(yōu)選實(shí)施例中，硅含量之和在6. 5%至 8. 5%的范圍內(nèi)。在用于第一和第二鋁硅合金釬焊包覆材料的鋁硅合金釬焊材料中的Fe含量主要 取決于合金材料來源并且可能至多達(dá)約0. 8%，優(yōu)選不超過約0. 6%。作為晶粒細(xì)化元素， Ti可以以至多約0. 2%的范圍內(nèi)，優(yōu)選至多達(dá)0. 15%的含量存在于釬焊材料中。余量由不 可避免的雜質(zhì)和鋁構(gòu)成。而且，Cu可以作為容許的雜質(zhì)元素存在，一般至多達(dá)到0.3%的含 量，但優(yōu)選不超過0. 1%。
在一個實(shí)施例中，錳可按照約0. 2%至0. 8%的含量存在于第一和/或第二鋁硅合 金釬焊材料層中，以改善釬焊鋁板材的耐蝕性。在低于約0. 2%含量時，無法看到通過添加 錳改善耐蝕性的效果。錳含量優(yōu)選為至少約0.3%，以提供改善的耐蝕性?？紤]到合金性 能，錳含量不應(yīng)超過1. 0%，優(yōu)選最多為0. 8%，因?yàn)槿舫^此含量，則改善的耐蝕性可能較 弱。在有意添加錳的實(shí)施例中，優(yōu)選Mn/Fe的重量百分比之比為至少1，更優(yōu)選為至少2。在往其中的一個或兩個鋁硅合金釬焊材料層有意添加錳的實(shí)施例中，在兩個相鄰 的釬焊包覆材料之間的錳含量最好具有至少約0. 的差值，更優(yōu)選的是至少0. 2%的差 值。錳含量的差值有助于例如通過蝕刻技術(shù)的包覆襯層厚度的質(zhì)量控制手段。在釬焊作業(yè) 中，這兩個鋁硅合金釬焊材料層形成一個填料金屬，從而形成接頭，由此消除在釬焊前存在 的任何成分差別。在一個實(shí)施例中，第一或第二鋁硅合金釬焊包覆材料層均還含有一種或多種浸 潤元素。浸潤元素優(yōu)選選自包含Bi、Pb、Li、Sb、Se、Y和Th的組，其中浸潤元素的總量在 約0. 01 %至0. 5%的范圍內(nèi)。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，從浸潤元素組中選擇元素Bi，其在約 0. 01%至0. 5%范圍內(nèi)，優(yōu)選在約0. 01 %至0. 25 %范圍內(nèi)，它是在釬焊作業(yè)中在此合金系 中對此最有效的浸潤元素。浸潤元素優(yōu)選被添加到該第二鋁硅合金釬焊材料層。在Bi被添加到釬焊材料層 中的實(shí)施例中，還優(yōu)選的是相對于Bi2Ife3的化學(xué)計量成分的多余鎂含量為0. 07%或更低， 優(yōu)選為0. 05%或更低。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，Bi在鋁中具有低溶性并且傾向于在晶界析出，即便其只 以例如大約0. 的低水平添加。為了克服這一缺陷，少量的Mg將形成Bi2Ife3，其停止在晶 界析出。但是，Bi2Ife3相將在釬焊材料熔化時溶解在鋁硅包覆層材料中，釋放出Bi以減小 熔融填料的表面張力。在一個實(shí)施例中，每個鋁硅合金釬焊包覆材料層還可以含有選自以下組的一種或 多種元素，該組由約0. 至8%的Si、約0.01%至的In、約0.01%至的Sn和約 0. 01%至的Ge。這些合金化元素通過使鋁硅釬焊材料相對芯材更先犧牲來改善芯材的 耐蝕性。如果該含量小于下限，則犧牲陽極作用不足以產(chǎn)生犧牲陽極效果，而如果超過上 限，則沒有帶來進(jìn)一步改善耐蝕性的效果，反而使合金更難以制造。本發(fā)明釬焊板材有多種不同的配置結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施例中，該芯合金層在一面上配設(shè)有第一鋁硅合金釬焊包覆材料層和位 于芯合金層和該鋁硅合金釬焊包覆材料之間的第二鋁硅合金釬焊包覆材料，由此該芯層的 另一面是赤裸的，從而該釬焊板材由三層配置結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在根據(jù)本發(fā)明的釬焊板材的一個替代實(shí)施例中，該芯合金層在兩面上配設(shè)有第一 鋁硅合金釬焊包覆材料層和位于芯合金層和第一鋁硅合金釬焊包覆材料之間的第二鋁硅 合金釬焊包覆材料。當(dāng)芯層的兩面按照相同的方式被包覆時，該釬焊板材由至少五層配置 結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在另一個實(shí)施例中，當(dāng)芯合金層的一面包覆有兩個根據(jù)本發(fā)明的鋁硅合金釬焊包 覆材料層時，可以在芯合金層的另一面上施加一個外層。該外層或外襯將通常由這樣的合 金構(gòu)成，該合金被控制以提供強(qiáng)耐蝕性或甚至與在釬焊板材表面所經(jīng)受的環(huán)境中(例如當(dāng) 被用作換熱器中的水側(cè)襯材時)的耐腐性相結(jié)合的耐蝕性。合適的外襯的一個例子將是這 樣的鋁合金，其具有有意添加的Zn (至多達(dá)約6% )，例如是AA7072系列合金。
在又一個實(shí)施例中，另一個鋁合金層可以被夾設(shè)在芯合金層和第二鋁硅合金釬焊 包覆材料之間。例如，施加另一個鋁合金層例如可能是為了限制合金化元素從芯層擴(kuò)散到 釬焊層或者為了進(jìn)一步改善釬焊板產(chǎn)品的耐蝕性能。根據(jù)本發(fā)明的釬焊板材可以通過各種技術(shù)來制造，例如通過現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知 的軋制接合?；蛘撸渲械囊粋€或多個鋁硅釬焊合金層可以通過熱噴涂技術(shù)被施加在該芯 合金層上。又或者，該芯合金層和該第二鋁硅合金釬焊包覆材料可以通過澆鑄技術(shù)來制造， 例如如國際專利申請?zhí)朩02004/112992所述的技術(shù)，在這里，是在第一鋁硅合金釬焊包覆 材料可通過例如軋制接合或熱噴涂技術(shù)被施加上之后。根據(jù)本發(fā)明的釬焊板材的最終尺寸具有在約0.05毫米至4毫米范圍的典型厚度。 該釬焊板材的最終尺寸優(yōu)選接近約350微米厚，更優(yōu)選為約100微米至約250微米厚。該第一鋁硅合金釬焊包覆材料層的厚度優(yōu)選為鋁合金釬焊板材的總厚度的約3% 至15%。第二鋁硅合金釬焊包覆材料層的厚度為該鋁合金釬焊板材的總厚度的約3%至 20%，優(yōu)選為約3%至15%。第一和第二鋁硅合金釬焊包覆材料層可以具有大致相等的厚 度。被施加在該芯合金層一面上的第一和第二鋁硅合金釬焊包覆材料層的厚度之和 優(yōu)選在該鋁合金釬焊板材的總厚度的5 %至20 %范圍內(nèi)。在本發(fā)明的另一個方面中，提供一種物品例如換熱器，其包括釬焊連接的至少兩 個成型件，至少帶有根據(jù)本發(fā)明的鋁合金釬焊材料作為其中一個成型件。得益于本發(fā)明鋁 合金釬焊材料的換熱器的一個典型例子就是油冷器，在此，理想的是至少第一和第二鋁硅 合金釬焊包覆材料連接一個形成在物品中的空心結(jié)構(gòu)。另一個典型例子是B管，其配置形 式是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，其中存在一個無法被焊劑處理的內(nèi)表面，而在外表面上，多 個翅片應(yīng)該被連接到管上。在本發(fā)明的另一方面中，提供一種用于制造釬焊連接的物品或由釬焊的組成構(gòu)件 構(gòu)成的組件的方法，包括以下步驟(i)形成多個組成構(gòu)件，其中的至少一個組成構(gòu)件由根據(jù)本發(fā)明的、如上所述且如 權(quán)利要求所述的鋁合金釬焊材料制成；(ii)將所述多個組成構(gòu)件組裝成組件；(iii)在惰性氣體氣氛中不施加焊劑地在釬焊溫度釬焊該組件一段足夠長的 時間以使填料熔化和流布；通常，釬焊氣氛中的氧含量應(yīng)該盡量合理地低，并且優(yōu)選低于 IOOOppm,更優(yōu)選地低于200ppm ；(iv)冷卻該釬焊組件，一般到低于100°C。理想的是，當(dāng)將多個組成構(gòu)件組裝成適用于釬焊連接的組件時，具有第一和第二 鋁硅合金釬焊包覆材料層的本發(fā)明釬焊板材的一面被保持位于構(gòu)成該組件的釬焊板材的 內(nèi)側(cè)，由此限定出空心結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用本發(fā)明的釬焊板材時不需要伴隨釬焊作業(yè)施加焊劑來 獲得良好的接頭。在本發(fā)明的另一個方面中，提供一種制造釬焊連接的物品或者由釬焊的組成構(gòu)件 構(gòu)成的組件的方法，包括以下步驟(a)形成多個組成構(gòu)件，其中的至少一個組成構(gòu)件由根據(jù)本發(fā)明的鋁合金釬焊材 料制成；
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(b)將所述多個組成構(gòu)件組裝成組件，其中具有第一和第二鋁硅合金釬焊材料層 的該釬焊板材的一側(cè)被保持位于由該釬焊板材形成的組件的內(nèi)側(cè)，以構(gòu)成空心結(jié)構(gòu)；(c)在不在空心結(jié)構(gòu)中施加焊劑而在由多個組成構(gòu)件構(gòu)成的該組件的至少部分外 表面施加焊劑的情況下釬焊該組件，并且在惰性氣體氣氛下在釬焊溫度釬焊整個組件一段 足夠長的時間，以使填料熔化和流布；通常，釬焊氣氛中的氧含量應(yīng)該盡量合理地低，優(yōu)選 低于lOOOppm，更優(yōu)選地低于200ppm ；(d)冷卻該釬焊組件，一般到低于100°C。在本發(fā)明的另一個方面中，提供一種制造釬焊連接的物品或者由多個組成構(gòu)件構(gòu) 成的組件的方法，包括以下步驟(a)形成多個組成構(gòu)件，其中的至少一個組成構(gòu)件由根據(jù)本發(fā)明的鋁合金釬焊材 料制成；(b)將所述多個組成構(gòu)件組裝成組件；(c)在不施加焊劑的情況下在真空氣氛下在釬焊溫度釬焊該組件一段足夠長的時 間，以使填料熔化和流布；(d)冷卻該釬焊組件，一般到低于100°C。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的釬焊板材可以在真空釬焊作業(yè)中被成功釬焊。在真空釬焊作 業(yè)所常用的鋁硅釬焊材料中的鎂含量相當(dāng)?shù)偷那闆r下，獲得良好的角焊縫成型。而且已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)，在沒有工業(yè)規(guī)模真空爐中常用的真空壓力那么低的真空壓力下，已經(jīng)能獲得良好的 角焊縫成型。以下將通過以下的非限定例子來解釋本發(fā)明。例子例 1在一系列試驗(yàn)中，制造了 1毫米厚釬焊板材。由小鑄錠制造出45毫米厚的芯板， 該小鑄錠在430°C被預(yù)熱，隨后被熱軋到45毫米。已經(jīng)由小鑄錠制造出用于形成第一和第 二包覆層的鋁硅合金包覆材料，該小鑄錠已經(jīng)被預(yù)熱到430°C并且被熱軋到5毫米，接著被 冷軋到4毫米。已經(jīng)制造一種五層釬焊板材，它包括芯合金，該芯合金的成分為0. 25 %的Fe、 0. 1 %的Si、0. 2 %的Mg、0. 5 %的Cu、1. 0 %的Mn和余量為Al和雜質(zhì)，該芯合金在兩面上包 覆有第一鋁硅合金釬焊包覆層，并且在芯層的兩面上已經(jīng)在該芯合金層和該第一釬焊包覆 層之間設(shè)置了第二鋁硅合金釬焊材料。第一鋁硅包覆材料層的成分為AA4343系列合金，其 含有7. 5%的Si但不含Mg。第二鋁硅包覆層材料的成分為12. 7%的Si、0. 3%的狗、0. 09% 的Bi、0. 08%的Mg和余量為Al和雜質(zhì)。該五層釬焊板材通過將不同的4毫米包覆層安置在45毫米芯板上來制造。61毫 米厚的產(chǎn)品隨后在430°C被預(yù)熱3小時，隨后被熱軋到3毫米，接著被冷軋到1毫米。1毫 米厚的焊板材在350°C被退火處理2小時，接著評估釬焊性能。隨后，在芯層的每一面上施 加兩個鋁硅釬焊材料層。每層鋁硅合金釬焊包覆材料的厚度為釬焊板材總厚度的約5%。該釬焊板材的釬焊能力已按照在小型石英爐中以實(shí)驗(yàn)室測試規(guī)模來評估。從釬焊 板材上切下25毫米X25毫米的小樣品。由AA3003合金構(gòu)成的30毫米X7毫米Xl毫 米的小條在中心被彎曲至45°角并且被安放在該小樣品上。小樣品上疊小條的樣品在流
10動氮?dú)庀卤患訜?，從室溫被加熱?90°C，在590°C駐留1分鐘，從590°C冷卻到室溫。通過 AA3003與釬焊板材接觸的周邊處的角焊縫量評估釬焊樣品并以％來表示，例如如果沒有形 成角焊縫，則角焊縫量為0%，如果圍繞整個周邊形成了角焊縫，則角焊縫量為100%。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用本發(fā)明的釬焊板材獲得了 100%的角焊縫成型。在進(jìn)一步的釬焊測試中，該釬焊板材在工業(yè)規(guī)模的真空環(huán)境中在大約595°C被釬 焊。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)獲得了與CAB釬焊周期相似的角焊縫成型。于是，根據(jù)本發(fā)明的釬焊板材可以在CAB環(huán)境和真空釬焊(VB)環(huán)境中被成功釬 焊。在釬焊板材中的鎂含量相當(dāng)?shù)偷那闆r下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了真空釬輝，結(jié)果，得到少的鎂排放， 進(jìn)而延長真空爐的維護(hù)間隔期。例 2.例1的五層釬焊板材已經(jīng)被成型和應(yīng)用在由多個組成構(gòu)件構(gòu)成的且形成油冷器 的組件中。該油冷器由多塊板構(gòu)成，這些板必須在內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面釬焊。因?yàn)殁F焊周期長， 所以需要用焊劑處理油冷器的外表面以通過避免過度氧化來促進(jìn)釬焊，而油冷器的內(nèi)表面 沒有用焊劑處理。油冷器已經(jīng)在工業(yè)規(guī)模的可控氣氛釬焊爐中被釬焊。從觀察中將清楚看到，未用焊劑處理的內(nèi)表面以及用焊劑處理的外表面顯示出良 好的圓角焊縫，該角焊縫將尤其產(chǎn)生良好的耐疲勞性。例 3.為了比較而利用與以上

圖1所示相似的加工條件，制造出1毫米厚的釬焊板材，它 由兩面包覆有鋁硅合金包覆層的芯層構(gòu)成。芯合金層的成分為0.25%的Fe、0. 的Si、 0. 2%的Mg、0. 5%的Cu、1.0%的Mn、余量為Al和雜質(zhì)，包覆層的成分為12. 7%的Si、0. 3% 的!^e和余量為Al和雜質(zhì)。已經(jīng)在與針對例1的五層釬焊板材相似的CAB釬焊條件下評估了釬焊能力，并且 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)沒有出現(xiàn)角焊縫成型。在進(jìn)一步的試驗(yàn)中，在對比用釬焊板材中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，施加由僅含有0. 3%的!^e和 0. 5%的Si的鋁制成的薄覆層材料略微改善了角焊縫成型至大約25%。該薄覆層材料根據(jù) 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)EP1306207B1的教導(dǎo)。進(jìn)一步的試驗(yàn)結(jié)果表明，如果釬焊板材中沒有Mg(芯層和施加在芯層上的任何層 都沒有Mg)，則在不施加釬焊劑的可控氣氛條件下也沒有形成角焊縫。在第二鋁硅合金包覆 層中添加少量Mg且連帶第一鋁硅包覆層材料未添加Mg進(jìn)一步改善了無釬焊劑的CAB條件 下的釬焊能力。但是，如果想要獲得良好的角焊縫成型，則第二鋁硅合金釬焊包覆材料中的 鎂含量不應(yīng)太高。當(dāng)?shù)诙X硅合金釬焊包覆層按照與第二鋁硅合金釬焊包覆材料層相關(guān)地 所要求的范圍組合含有Bi和Mg，則獲得了進(jìn)一步的改善效果。Bi作為其中一種可用的浸 潤元素被加入。當(dāng)?shù)谝讳X硅合金包覆釬焊層中的硅含量為約3%和約12%時，獲得好結(jié)果?，F(xiàn)在已經(jīng)充分描述了本發(fā)明，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然可以在不超出本文所 述的本發(fā)明的精神或范圍的情況下做出許多變化和改動。
權(quán)利要求
1.一種釬焊板材，包括鋁芯合金層，其在該鋁芯層的一面或兩面配設(shè)有第一釬焊包覆 層材料并配設(shè)有位于該鋁芯合金層和第一釬焊包覆層材料之間的至少一個第二釬焊包覆 層材料，其中該第二釬焊包覆層材料是含有5%至20%的Si和0. 01%至3%的Mg的鋁硅 合金釬焊材料，該第一釬焊包覆層材料是含有2%至14%的Si和小于0. 4%的Mg的鋁硅合 金釬焊材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釬焊板材，其中，第一鋁硅合金釬焊包覆層材料具有小于 0. 15%的鎂含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的釬焊板材，其中，第一鋁硅合金釬焊包覆層材料不含Mg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的釬焊板材，其中，第二鋁硅合金釬焊包覆層材料具有 在0. 01%至且優(yōu)選在0. 01%至0. 50%范圍內(nèi)的鎂含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的釬焊板材，其中，在第一和第二鋁硅合金釬焊包覆層 材料中的鎂含量之和不超過0.25%，優(yōu)選不超過0.10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的釬焊板材，其中，第一鋁硅合金釬焊包覆層材料的硅 含量在4%至14%的范圍，優(yōu)選在6%至12%的范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的釬焊板材，其中，該第一鋁硅合金釬焊包覆層的成分 在AA4045或AA4343系列鋁合金的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的釬焊板材，其中，第一鋁硅合金釬焊包覆層材料的硅 含量在2.0%至5%的范圍內(nèi)，優(yōu)選在2.0%至4.0%的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的釬焊板材，其中，該第二鋁硅合金釬焊包覆層材料還 含有一種或多種浸潤元素，其優(yōu)選選自包含Bi、Pb、Li、Sb、Se、Y和Th的組，并且該浸潤元 素的總量在0.01%至0.5%的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的釬焊板材，其中，第二鋁硅鋁釬焊包覆層材料還以 0. 01%至0. 5%且優(yōu)選為0. 01%至0. 25%的含量含有Bi作為浸潤元素。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的釬焊板材，其中，相對于Bi2Mg3的化學(xué)計量成分的多余Mg 為0. 07%或更低，優(yōu)選為0. 05%或更低。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的釬焊板材，其中，該第一鋁硅合金釬焊包覆層材料 還含有一種或多種浸潤元素，其優(yōu)選選自包含Bi、Pb、Li、Sb、Se、Y和Th的組，其中該浸潤 元素的總量在0. 01%至0. 5%的范圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的釬焊板材，其中，第一和第二鋁硅合金釬焊包覆材 料層均還可以含有至多達(dá)0.8%的Fe和至多達(dá)0.2%的Ti和余量為不可避免的雜質(zhì)和鋁。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的釬焊板材，其中，第一和第二鋁硅合金釬焊包覆材 料層均還可以含有一種或多種選自以下組的元素，該組由0. 1 %至8 %的Zn、0. 01 %至1 % 的Ιη、0. 01%至的Sn和0. 01%至的Ge構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14之一所述的釬焊板材，其中，該第一鋁硅合金釬焊包覆材料層 的厚度為該鋁合金釬焊板材的總厚度的3%至15%，該第二鋁硅合金釬焊包覆材料層的厚 度為該鋁合金釬焊板材的總厚度的3%至20%。
16.一種制造由釬焊組成構(gòu)件構(gòu)成的組件的方法，包括以下步驟a.)形成多個組成構(gòu)件，其中的至少一個所述組成構(gòu)件由根據(jù)權(quán)利要求1至15之一所 述的釬焊鋁板材制成；b.)將所述多個組成構(gòu)件組裝成組件；c.)在惰性氣體氣氛下不施加焊劑地在釬焊溫度釬焊該組件一段足夠長才時間，以使 填料熔化和流布；d.)冷卻該釬焊組件。
17.—種制造由釬焊的組成構(gòu)件構(gòu)成的組件的方法，包括以下步驟a.)形成多個組成構(gòu)件，其中的至少一個所述組成構(gòu)件由根據(jù)權(quán)利要求1至15之一所 述的釬焊鋁板材制成；b.)將所述多個組成構(gòu)件組裝成組件；c.)在真空氣氛下不施加焊劑地在釬焊溫度釬焊該組件一段足夠長才時間，以使填料 熔化和流布；d.)冷卻該釬焊組件。
18.一種由帶有根據(jù)權(quán)利要求1至15之一的鋁合金釬焊板的組成構(gòu)件構(gòu)成的釬焊組件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的釬焊組件，其中，該釬焊組件是油冷器或者B管。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于無焊劑的CAB釬焊的釬焊板材，該釬焊板材包含鋁芯合金層，其在該鋁芯層的一面或兩面配設(shè)有第一釬焊包覆層材料并配設(shè)有位于鋁芯合金層和第一釬焊包覆層材料之間的至少一個第二釬焊包覆層材料，其中第二釬焊包覆層材料是含有5％至20％的Si和0.01％至3％的Mg的鋁硅合金釬焊材料，第一釬焊包覆層材料是含有2％至14％的Si和小于0.4％的Mg的鋁硅合金釬焊材料。本發(fā)明還涉及在釬焊作業(yè)中制造的釬焊組件。
文檔編號B23K35/00GK102089117SQ200980124850
公開日2011年6月8日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者A·J·威特布魯?shù)? A·博格, T·德漢 申請人:阿勒里斯鋁業(yè)科布倫茨有限公司