本發(fā)明涉及一種芯材、包含該芯材的鋁合金復(fù)合板材以及它們的制備方法和用途，本發(fā)明尤其涉及一種芯材、具有至少兩層(例如兩層、三層或更多層)的包含該芯材的鋁合金復(fù)合板材以及它們的制備方法和用途。所述鋁合金復(fù)合板材特別適合用作汽車(chē)零部件，例如熱交換器、散熱器的主板或邊板，是一種高強(qiáng)度釬焊用鋁合金復(fù)合板材。

背景技術(shù)：

鋁合金由于質(zhì)輕和高熱傳導(dǎo)性，廣泛用于汽車(chē)零部件，例如熱交換器、散熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、油冷器和中冷器等的主板或邊板。這些汽車(chē)零部件主要通過(guò)包括真空釬焊和可控氣氛釬焊的釬焊法來(lái)制備。通常，釬焊法使用al-si系合金作為釬料，在600℃左右的釬焊溫度下首先使釬料完全熔化，然后用該經(jīng)熔化的釬料進(jìn)行接頭間隙的填充。

近年來(lái)，隨著汽車(chē)的輕量化要求，汽車(chē)用換熱器也要求輕量化，進(jìn)而要求換熱器用鋁合金復(fù)合板材進(jìn)行減薄。主板和邊板的厚度減薄對(duì)換熱器的輕量化具有重要意義，因此減薄對(duì)釬焊用鋁合金板材提出了更高要求，即要求其在降低厚度的同時(shí)還要滿(mǎn)足強(qiáng)度和耐腐蝕性保持不變。

目前，汽車(chē)散熱器、熱交換器的邊板和主板所使用的材料通常是具有兩層或三層的鋁合金復(fù)合板材(其芯材一般為aa3003鋁合金或其改型合金)。然而，經(jīng)釬焊后，該復(fù)合板材的強(qiáng)度通常會(huì)降低，抗疲勞性變差，在使用中容易出現(xiàn)開(kāi)裂等現(xiàn)象，造成換熱器泄漏失效。

為了提高復(fù)合板材的焊后強(qiáng)度，cn101372161a公開(kāi)了一種包含五層的釬焊鋁合金多層復(fù)合板材料，其最內(nèi)層(即芯材)為mod6060合金，具有強(qiáng)化增強(qiáng)強(qiáng)度、抗塌陷的作用。但是，由于該材料主要依靠時(shí)效處理來(lái)強(qiáng)化，自然時(shí)效狀態(tài)下強(qiáng)度不高。如果通過(guò)換熱器溫度(例如水箱80-120℃)來(lái)進(jìn)行時(shí)效處理，則隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，很可能發(fā)生過(guò)時(shí)效現(xiàn)象，使強(qiáng)度不 增反降。此外，該五層復(fù)合板材的生產(chǎn)工藝相比三層復(fù)合板材而言，成品率更低，生產(chǎn)過(guò)程更困難。

釬焊用鋁合金復(fù)合板材一般包括芯材和至少一個(gè)復(fù)合層(釬焊層和/或觸水層)。工業(yè)上使用的釬焊用鋁合金復(fù)合板材通常含有7-12％的si，其芯材中的si含量一般較低，觸水層則通常含有zn或mg等元素。此外，在釬焊用鋁合金復(fù)合板材的制備中通常還會(huì)用到大量原鋁(又稱(chēng)純鋁)。每生產(chǎn)1噸原鋁，一般會(huì)產(chǎn)生1.5噸的二氧化碳，綜合耗電約15000kwh。而廢鋁回收再利用(即再生鋁)的能耗僅相當(dāng)于從鋁土礦開(kāi)采→氧化鋁提取→原鋁電解→鑄成鋁錠這一過(guò)程所需總能耗的5％。與原鋁生產(chǎn)相比，每生產(chǎn)1噸再生鋁可以節(jié)約95％的能耗，并且二氧化碳排放也只有原鋁的10％。此外，在生產(chǎn)過(guò)程中，由于鑄錠切頭、熱軋及冷軋產(chǎn)品的切頭、切尾和切邊等工藝會(huì)產(chǎn)生大約30％左右的廢料，這些廢料含有較高的合金元素，尤其是si的含量很高。這些廢料如何更好的循環(huán)利用，對(duì)節(jié)約成本和能耗是非常重要的。

現(xiàn)有技術(shù)至今還未發(fā)現(xiàn)有將這些廢料大規(guī)模作為原料用于制備鋁合金復(fù)合板材的相關(guān)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明人通過(guò)對(duì)鋁合金復(fù)合板材及其廢料循環(huán)利用進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，具有特定合金組成與含量的芯材和包含該芯材的鋁合金復(fù)合板材能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的，基于該發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種芯材的制備方法，其包括以一定比例的工業(yè)鋁材廢料和/或工業(yè)純鋁錠作為原料，制備芯材(例如使用水冷半連續(xù)鑄造法(dccasting))，然后任選采用特定的均勻化熱處理來(lái)進(jìn)一步加工處理該芯材。

該方法可實(shí)現(xiàn)100％的工業(yè)鋁材廢料的回收利用。并且，通過(guò)特定的均勻化熱處理工藝可控制芯材中的彌散相顆粒的大小和分布密度，從而獲得具有高強(qiáng)度和良好釬焊性以及良好耐熔蝕性的目標(biāo)產(chǎn)品。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種芯材，其是具有特定合金組成和含量的鋁合金。以重量計(jì)，所述芯材包括以下組分：

si：0.5％-1.5％，

mn：0.6％-2.0％，

fe：0.1％-0.7％，

cu：0.3％-1.5％，

mg：0.03％-0.5％，

zn：0.03％-0.5％，

ti：0.03％-0.2％，

zr：0.03％-0.3％，

cr：0.03％-0.3％；以及

其它元素(例如ni、pb或sn等)，其中單個(gè)元素含量≤0.05％，但全部元素總量≤0.15％；

其余為鋁。

可采用本發(fā)明的上述方法來(lái)制備該芯材。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種鋁合金復(fù)合板材的制備方法，其包括以下步驟：制備復(fù)合層，然后將該復(fù)合層與本發(fā)明的芯材進(jìn)行復(fù)合并焊接，之后進(jìn)行預(yù)加熱(例如在420-520℃的溫度下保溫5-20小時(shí))，然后經(jīng)熱軋、冷軋和成品退火處理，即獲得本發(fā)明的鋁合金復(fù)合板材，其總厚度不超過(guò)2.0mm，優(yōu)選不超過(guò)1.5mm，更優(yōu)選不超過(guò)1.2mm，達(dá)到了減薄要求。

本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種鋁合金復(fù)合板材，除了至少一個(gè)復(fù)合層之外，其還包括本發(fā)明的芯材。所述復(fù)合層包括釬焊層和/或觸水層。

可采用本發(fā)明的上述方法來(lái)制備該鋁合金復(fù)合板材。

本發(fā)明的第五個(gè)目的是提供鋁合金復(fù)合板材的用途。例如本發(fā)明的鋁合金復(fù)合板材可用于制備汽車(chē)的零部件，例如熱交換器、散熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、油冷器和中間冷卻器的主板或邊板等，使其具有優(yōu)異的強(qiáng)度、釬焊性和耐熔蝕性。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供本發(fā)明的芯材用于制備鋁合金復(fù)合板材的用途。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的復(fù)合板材m1的晶粒組織照片。

圖2為本發(fā)明的復(fù)合板材m2的晶粒組織照片。

圖3為本發(fā)明的復(fù)合板材m1的芯材的顆粒組織照片。

圖4為本發(fā)明的復(fù)合板材m2的芯材的顆粒組織照片。

具體實(shí)施方式

以下將對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解，所述用語(yǔ)旨在描述目的，而非限制本發(fā)明。

芯材及其制備

術(shù)語(yǔ)“水冷半連續(xù)鑄造法(dccasting)”是指，將原料(例如工業(yè)鋁材廢料和/或工業(yè)純鋁錠)按照一定比例加入熔煉爐進(jìn)行熔化，熔煉溫度為730-760℃，然后扒渣、取樣分析、加入合金元素后靜置、攪拌、精煉、扒渣，調(diào)整各元素含量后倒入靜置爐，再次攪拌、精煉、扒渣，最后經(jīng)在線(xiàn)加入鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑、除氣、過(guò)濾后，進(jìn)入鑄造機(jī)鑄制成芯材鑄錠(簡(jiǎn)稱(chēng)“芯材”，在本文中二者可以互相使用)。

工業(yè)鋁材廢料是指在鋁材加工廠(chǎng)生產(chǎn)鋁材的各工序中所產(chǎn)生的各種鋁材廢料。在本發(fā)明中，所述廢料來(lái)自申請(qǐng)人本廠(chǎng)生產(chǎn)鋁材的各工序中所產(chǎn)生的鋁材廢料。應(yīng)注意，本發(fā)明對(duì)所述鋁材廢料的來(lái)源和組成沒(méi)有特別限制，只要根據(jù)本發(fā)明方法可獲得本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)品即可。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)，使用不低于原料總重量的25％的工業(yè)鋁材廢料來(lái)制備芯材。例如，工業(yè)鋁材廢料可以是原料總重量的35％-100％。工業(yè)鋁材廢料的用量可以涵蓋該范圍中的任意數(shù)值，例如包括但不限于25％、30％、35％、45％、55％、65％、75％、80％、90％、95％甚至100％(即全部使用純工業(yè)鋁材廢料作為原料)或由這些數(shù)值所組成的范圍。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，將工業(yè)鋁材廢料和/或工業(yè)純鋁錠在730-760℃的熔化溫度下進(jìn)行熔化，優(yōu)選熔化溫度為740-760℃，更優(yōu)選為750-760℃，例如包括但不限于730℃、735℃、740℃、745℃、750℃、755℃、760℃等。

然后，將上述制得的芯材鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理。

均勻化熱處理的保溫溫度和保溫時(shí)間對(duì)芯材鑄錠的彌散相顆粒的大小 和分布密度有著重要影響。不同的保溫溫度和保溫時(shí)間可以得到不同的彌散相顆粒分布，并對(duì)材料的成品性能產(chǎn)生一定影響。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，將上述制得的芯材鑄錠在500-630℃的溫度下，優(yōu)選在例如500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃、610℃、620℃、630℃以及由它們組成的溫度范圍(例如包括但不限于520-630℃、550℃-630℃、550-600℃)下，進(jìn)行均勻化熱處理，熱處理時(shí)間為5-35小時(shí)，優(yōu)選5-20小時(shí)，更優(yōu)選5-15小時(shí)，甚至更優(yōu)選5-10小時(shí)，例如包括但不限于5小時(shí)、10小時(shí)、15小時(shí)、20小時(shí)等。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述均勻化熱處理包括兩個(gè)階段。

第一階段，將所述芯材鑄錠在570-630℃的溫度下，優(yōu)選在例如570℃、580℃、590℃、600℃、610℃、620℃、630℃以及由它們組成的溫度范圍(例如包括但不限于570℃-620℃、570-600℃、580℃-630℃、580℃-600℃等)下，進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為2-5小時(shí)，優(yōu)選2-4小時(shí)、3-5小時(shí)等，例如包括但不限于2小時(shí)、3小時(shí)、4小時(shí)、5小時(shí)等。

第二階段，將所述芯材鑄錠在500-570℃的溫度下，優(yōu)選在例如500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃以及由它們組成的溫度范圍(例如包括但不限于500℃-560℃、500℃-550℃、520℃-560℃、520℃-600℃等)下，進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為至少3小時(shí)，優(yōu)選例如保溫3小時(shí)、4小時(shí)、5小時(shí)、6小時(shí)、8小時(shí)、10小時(shí)、15小時(shí)、18小時(shí)、20小時(shí)等以及由它們組成的時(shí)間段(例如包括但不限于3-20小時(shí)、3-18小時(shí)、3-15小時(shí)、5-20小時(shí)、5-15小時(shí)等)；但將所述芯材保溫不超過(guò)30小時(shí)，優(yōu)選不超過(guò)25小時(shí)、更優(yōu)選不超過(guò)20小時(shí)。

此外，均勻化熱處理之前的升溫速度以及之后的冷卻速度也對(duì)彌散相顆粒的大小和分布密度有一定影響，太快/太慢的升溫速度/冷卻速度都不利于彌散相顆粒的析出和均勻分布，進(jìn)而對(duì)鋁合金復(fù)合板材的強(qiáng)度，尤其是釬焊后的鋁合金復(fù)合板材的強(qiáng)度有明顯影響。在本發(fā)明中，以不超過(guò)100℃/h，優(yōu)選不超過(guò)90℃/h，更優(yōu)選不超過(guò)80℃/h的升溫速度將芯材升高到均勻化處理的溫度，并采用約50-60℃/h(例如50℃/h、55℃/h、60℃/h)的冷卻速度將芯材從均勻化處理溫度冷卻至室溫。

一般來(lái)說(shuō)，芯材的強(qiáng)化方式主要包括顆粒強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化。研究表明，芯材中等效直徑小于0.1μm的彌散相顆粒可以阻礙位錯(cuò)、亞晶界和晶界的移動(dòng)，從而產(chǎn)生明顯的顆粒強(qiáng)化作用；而等效直徑在0.1-0.3μm范圍內(nèi)的彌散相顆粒則對(duì)位錯(cuò)、亞晶界和晶界的阻礙作用明顯減弱，其顆粒強(qiáng)化作用不明顯；等效直徑大于0.3μm的彌散相顆粒一般起到再結(jié)晶形成核心的作用，可以使晶粒細(xì)化，提高板材的成形性能。

研究發(fā)現(xiàn)，芯材的常規(guī)均勻化熱處理很難控制其彌散相顆粒的大小和分布密度。例如，在約600℃左右的溫度下保溫10-15小時(shí)的常規(guī)均勻化熱處理工藝中，等效直徑在0.1-0.3μm的彌散相顆粒數(shù)目大于5×10⁸個(gè)/mm³，而等效直徑小于0.1μm和大于0.3μm的彌散相顆粒數(shù)目均不超過(guò)1×10⁸個(gè)/mm³，致使彌散相顆粒的強(qiáng)化效果幾乎沒(méi)有，結(jié)果是釬焊后復(fù)合板材的強(qiáng)度不高，綜合性能較差。

在本發(fā)明中，通過(guò)采用特定的兩個(gè)階段的均勻化熱處理工藝來(lái)控制芯材中的彌散相顆粒的大小和分布密度，保證了目標(biāo)產(chǎn)品具有良好的強(qiáng)度、釬焊性和耐熔蝕性。

經(jīng)掃描電鏡觀(guān)察，在本發(fā)明的經(jīng)歷兩階段的均勻化熱處理的芯材中，等效直徑小于0.1μm的彌散相顆粒不低于1.5×10⁹個(gè)/mm³，等效直徑在0.1-0.3μm范圍內(nèi)的彌散相顆粒為至少3×10⁸個(gè)/mm³但不超過(guò)等效直徑小于0.1μm的彌散相顆粒數(shù)(例如不超過(guò)1.5×10⁹個(gè)/mm³)，等效直徑大于0.3μm的彌散相顆粒不低于1×10⁸個(gè)/mm³但不超過(guò)等效直徑在0.1-0.3μm范圍內(nèi)的彌散相顆粒數(shù)(例如不超過(guò)3×10⁸個(gè)/mm³)。這表明通過(guò)本發(fā)明的熱處理工藝很好地控制了彌散相中不同粒徑的顆粒的分布密度，保證了目標(biāo)產(chǎn)品具有良好的強(qiáng)度、釬焊性和耐熔蝕性。

下文將對(duì)本發(fā)明的芯材合金中的各元素的添加理由和添加范圍進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。除非另有說(shuō)明，本文的所有數(shù)值、數(shù)值范圍和百分?jǐn)?shù)均以重量計(jì)。

si

si是一種非常重要的元素。si與fe、mn一起形成al-fe-mn-si系化合物，起到彌散強(qiáng)化的作用，或者與基體固溶，通過(guò)固溶強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度。此外，它通過(guò)與mg反應(yīng)形成mg2si化合物來(lái)提高強(qiáng)度。si的含量如果低于0.5％，其效果甚微；超過(guò)1.5％時(shí)，則會(huì)固溶到合金中形成低熔點(diǎn)的共晶 相，顯著降低芯材合金的固相線(xiàn)溫度。而芯材的熔點(diǎn)降低，則會(huì)使熔融的可能性變高。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.5％、0.66％、0.8％、0.87％、0.95％、1.2％、1.25％、1.5％等以及由它們組成的各種范圍的si，例如優(yōu)選芯材包含但不限于0.5％-1.5％、0.66％-1.5％、0.66％-1.25％、0.87％-1.5％、0.87％-1.25％、0.95％-1.5％、0.95％-1.25％、0.8％-1.2％等的si。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.8％-1.2％的si。

mn

mn具有提高強(qiáng)度和釬焊性、耐腐蝕性以及提高電位的作用。當(dāng)mn的含量低于0.6％時(shí)，其效果較弱；超過(guò)2.0％時(shí)，容易在鑄造時(shí)形成巨大的金屬間化合物，使塑性、加工性降低。而且，通常廢料的添加會(huì)改變金屬間化合物的成分，可能形成巨大的mn-fe金屬間化合物。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.6％、0.8％、1.21％、1.32％、1.65％、1.7％、2.0％等以及由它們組成的各種范圍的mn，例如優(yōu)選芯材包含但不限于0.6％-1.21％、0.6％-1.32％、0.6％-1.65％、0.6％-2.0％，0.8％-1.65％、0.8％-1.7％、0.8％-2.0％等的mn。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.8％-1.7％的mn，以保證材料具有穩(wěn)定的性能。

fe

fe是鋁合金中普遍存在的雜質(zhì)元素。fe的含量在合理的范圍內(nèi)可以保證材料有較好的成形性和耐腐蝕性。當(dāng)fe的含量最低為0.2％時(shí)，可以保證材料釬焊后的強(qiáng)度；當(dāng)fe的含量最高為0.5％，可以保證不降低耐腐蝕性和成形性。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.1％、0.2％、0.26％、0.29％、0.5％、0.57％、0.7％等以及由它們組成的各種范圍的fe，例如優(yōu)選芯材包含但不限于0.1％-0.7％、0.1％-0.57％、0.2％-0.5％、0.26％-0.57％等的fe。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.2％-0.5％的fe，以保證釬焊后材料的強(qiáng)度和耐耐腐蝕之間良好的平衡。

cu

cu在芯材中作為強(qiáng)化或硬化成分，通過(guò)固溶強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度。此外，cu還可通過(guò)固溶來(lái)提高電位，增大與觸水層、翅片材料的電位差，使由犧牲陽(yáng)極效果產(chǎn)生的耐腐蝕效果提高。cu的含量如果低于0.3％，其效果較小；超過(guò)1.5％時(shí)，發(fā)生晶間腐蝕的可能性變高，并且工業(yè)用尺寸鑄錠的熱開(kāi)裂傾向變大。此外還需要平衡cu與mg和si的含量，添加過(guò)多的cu會(huì)降低芯材鑄錠的熔點(diǎn)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.3％、0.4％、0.5％、0.58％、0.87％、1.2％、1.5％等以及由它們組成的各種范圍的cu，例如優(yōu)選芯材包含但不限于0.3％-1.5％、0.3％-1.2％、0.4％-1.5％、0.4％-1.2％、0.5％-1.5％、0.5％-1.2％等的cu。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.4％-1.2％的cu，以保證復(fù)合板材具有較高的強(qiáng)度、耐耐腐蝕性和可釬焊性。

mg

mg可顯著提高合金的強(qiáng)度，通過(guò)析出mg2si來(lái)提高材料強(qiáng)度。mg的含量如果低于0.03％時(shí)，其強(qiáng)化效果較弱；高于0.5％時(shí)，由于其易于與所使用的釬劑(例如氟化物)進(jìn)行反應(yīng)而生成mgf化合物，則對(duì)可控氣氛釬焊有不利的影響。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.03％、0.08％、0.1％、0.11％、0.18％、0.3％、0.5％等以及由它們組成的各種范圍的mg，例如優(yōu)選芯材包含但不限于0.03％-0.5％、0.03％-0.3％、0.08％-0.5％、0.08％-0.3％、0.1％-0.5％、0.1％-0.3％等的mg。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.1％-0.3％的mg。

zn

zn的添加量一般保持在0.5％以?xún)?nèi)，這是為了避免太高的均勻熔蝕敏感性。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.03％、0.08％、0.11％、0.3％、0.32％、0.5％等以及由它們組成的各種范圍的zn，例如優(yōu)選芯材包含但不限于0.03％-0.5％、0.03％-0.32％、0.03％-0.3％、0.08％-0.3％、0.08％-0.32％等的zn。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選 芯材包含0.10-0.3％的zn，以更進(jìn)一步降低材料的均勻耐腐蝕的傾向。

ti

ti通過(guò)固溶強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度，并同時(shí)提高釬焊后的耐腐蝕性。當(dāng)ti含量低于0.03％時(shí)，得不到預(yù)期效果；超過(guò)0.2％時(shí)，容易形成巨大的金屬間化合物，使塑性、加工性降低。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.03％、0.05％、0.15％、0.2％等以及由它們組成的各種范圍的ti，例如優(yōu)選芯材包含但不限于0.03％-0.2％、0.03％-0.15％、0.05％-0.2％、0.05％-0.15％等的ti。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.05％-0.15％的ti。

zr

作為合金元素的成分之一，zr的添加范圍最高可達(dá)到0.3％，這是為了進(jìn)一步提高材料在釬焊后的強(qiáng)度。而且，該元素可以平衡一些雜質(zhì)元素的影響。但是，太高含量可能會(huì)對(duì)材料的各種性能產(chǎn)生不利影響。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.03％、0.05％、0.08％、0.3％等以及由它們組成的各種范圍的zr，例如優(yōu)選芯材包含但不限于0.03％-0.3％、0.03％-0.08％、0.03％-0.05％等的zr。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.05-0.15％的zr。

cr

cr通過(guò)固溶強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度和釬焊后的耐腐蝕性。當(dāng)cr的含量低于0.03％時(shí)，得不到其效果，超過(guò)0.3％時(shí)，容易形成巨大的金屬間化合物。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.03％、0.05％、0.11％、0.15％、0.2％、0.3％等以及由它們組成的各種范圍的cr，例如優(yōu)選芯材包含但不限于0.03％-0.3％、0.03％-0.2％、0.03％-0.15％、0.05％-0.3％、0.05％-0.2％、0.05％-0.15％等的cr。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，以重量計(jì)，優(yōu)選芯材包含0.05％-0.2％的cr。

鋁合金復(fù)合板材及其制備

本發(fā)明所述的鋁合金復(fù)合板材的制備方法，包括以下步驟：

制備復(fù)合層，然后將該復(fù)合層與本發(fā)明的芯材進(jìn)行復(fù)合并焊接，之后在420-520℃的溫度下保溫5-20小時(shí)進(jìn)行預(yù)加熱，然后經(jīng)熱軋、冷軋和成 品退火處理，即獲得本發(fā)明的鋁合金復(fù)合板材。其總厚度不超過(guò)2.0mm，優(yōu)選不超過(guò)1.5mm，更優(yōu)選不超過(guò)1.2mm，達(dá)到了減薄要求。

所述復(fù)合層的制備包括釬焊層的制備和/或觸水層的制備。

釬焊層的制備是指，將al-si系合金鑄錠銑面后，在450-520℃的溫度下，優(yōu)選450℃-510℃、450℃-500℃、460℃-520℃、460℃-500℃、480℃-520℃或480℃-500℃的溫度下，例如包括但不限于450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃等的溫度下，進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間5-11小時(shí)，優(yōu)選5-10小時(shí)、5-8小時(shí)、6-11小時(shí)、6-10小時(shí)或6-8小時(shí)，例如包括但不限于5小時(shí)、6小時(shí)、7小時(shí)、8小時(shí)、9小時(shí)、10小時(shí)、11小時(shí)等，然后將其軋制成規(guī)定尺寸的釬焊層。例如軋制成厚度為40-50mm，優(yōu)選40mm、45mm、50mm的釬焊層。

觸水層的制備是指，將al-zn系合金鑄錠銑面后，在450-520℃的溫度下，優(yōu)選450℃-510℃、450℃-500℃、460℃-520℃、460℃-500℃、480℃-520℃或480℃-500℃的溫度下，例如包括但不限于450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃等的溫度下，進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間5-11小時(shí)，優(yōu)選5-10小時(shí)、5-8小時(shí)、6-11小時(shí)、6-10小時(shí)或6-8小時(shí)，例如包括但不限于5小時(shí)、6小時(shí)、7小時(shí)、8小時(shí)、9小時(shí)、10小時(shí)、11小時(shí)等，然后將其軋制成規(guī)定尺寸的觸水層。例如軋制成厚度為40-50mm，優(yōu)選40mm、45mm、50mm的觸水層。

在與復(fù)合層進(jìn)行復(fù)合和焊接之前，可將芯材進(jìn)行切頭和銑面，即將芯材的兩面各銑掉10-20mm，例如10mm、15mm或20mm。

之后，將芯材與至少一個(gè)復(fù)合層進(jìn)行復(fù)合，然后焊接(例如用氬弧焊機(jī)進(jìn)行頭尾焊接)，之后在420-520℃的加熱爐內(nèi)保溫5-20小時(shí)進(jìn)行預(yù)加熱。

預(yù)加熱的時(shí)間和溫度對(duì)彌散相顆粒也有一定影響，對(duì)于不同應(yīng)用的鋁合金復(fù)合板材，可以選用不同的預(yù)加熱溫度和時(shí)間。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選將復(fù)合板材在420-520℃的溫度下，例如在包括但不限于420℃、450℃、480℃、500℃或520℃的溫度下進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為5-20小時(shí)，優(yōu)選包括但不限于20小時(shí)、15小時(shí)、12小時(shí)、10小時(shí)、8小時(shí)、6小時(shí)或5小時(shí)，進(jìn)行預(yù)加熱。

本文對(duì)于芯材與復(fù)合層的復(fù)合比沒(méi)有特別限制，只要能夠獲得本發(fā)明 的目標(biāo)產(chǎn)品即可。

術(shù)語(yǔ)“復(fù)合比”是指復(fù)合層的厚度占復(fù)合材料(即本發(fā)明的復(fù)合板材)總厚度的百分?jǐn)?shù)，如復(fù)合材料厚度為1mm，復(fù)合層厚度為0.1mm，則復(fù)合比為10％。

術(shù)語(yǔ)“熱軋”是指將經(jīng)預(yù)加熱后的復(fù)合板材在熱軋機(jī)上軋制成厚度為3-8mm的熱軋卷材，例如軋制成3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm的熱軋卷材。熱軋終止溫度為250-350℃，例如250℃、260℃、280℃、300℃、320℃、350℃。

術(shù)語(yǔ)“冷軋”是指將冷卻后的熱軋卷材在冷軋機(jī)上經(jīng)幾個(gè)道次的冷軋，軋制成厚度為0.8-2.5mm的冷軋卷材，例如軋制成0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、2.0mm、2.5mm的冷軋卷材。

術(shù)語(yǔ)“成品退火”是指將上述獲得的冷軋卷材在退火爐內(nèi)進(jìn)行成品退火，退火溫度為300-360℃，例如300℃、320℃、350℃、360℃或由它們組成的范圍。退火時(shí)間為1-3小時(shí)，例如1小時(shí)、2小時(shí)、3小時(shí)。獲得的鋁合金復(fù)合板材總厚度不超過(guò)2.0mm，優(yōu)選不超過(guò)1.5mm，更優(yōu)選不超過(guò)1.2mm，達(dá)到了減薄要求。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明對(duì)于熱軋、冷軋的處理溫度和時(shí)間沒(méi)有特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行任意選擇和組合，只要能夠獲得本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)品即可。

此外，本發(fā)明方法各步驟(例如芯材的制備、切頭、銑面、復(fù)合與焊接、預(yù)處理、熱軋、冷軋、退火處理等)中所產(chǎn)生的廢料，可進(jìn)一步作為下一次生產(chǎn)復(fù)合板材的原料再利用，從而實(shí)現(xiàn)100％的廢料回收利用。

根據(jù)本發(fā)明方法制得的鋁合金復(fù)合板材，包括芯材和至少一個(gè)復(fù)合層。所述復(fù)合層包括釬焊層和/或觸水層。所述芯材可采用本發(fā)明的方法制得。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述釬焊層為al-si系合金，例如aa4343合金、aa4045合金。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述釬焊層的si含量為5-12％。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述觸水層為具有犧牲陽(yáng)極作用的觸水層al-zn系合金，例如aa7072合金、aa7031合金。

在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，所述復(fù)合層不包括觸水層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述鋁合金復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)是：在芯材的一個(gè)面上包覆至少一個(gè)釬焊層，并在該芯材的另一個(gè)面上包覆至少一個(gè)具有犧牲陽(yáng)極作用的觸水層。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述鋁合金復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)是：在芯材的一個(gè)面上包覆至少一個(gè)釬焊層，并在該芯材的另一個(gè)面上不包覆觸水層。

經(jīng)性能測(cè)試，本發(fā)明的鋁合金復(fù)合板材具有高強(qiáng)度和良好的釬焊性以及良好的耐熔蝕性，可用于制備汽車(chē)的零部件，例如熱交換器、散熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、油冷器和中間冷卻器的主板或邊板。

由于本發(fā)明的鋁合金復(fù)合板材總厚度不超過(guò)2mm，優(yōu)選不超過(guò)1.5mm，更優(yōu)選不超過(guò)1.2mm，因此由其制得的熱交換器、散熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、油冷器和中間冷卻器的主板和邊板在保持高性能的同時(shí)還達(dá)到了減薄要求。

實(shí)施例

以下將通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案。應(yīng)注意，所述實(shí)施例僅為示例性，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本發(fā)明還可有其它實(shí)施方案，或能夠以多種方式實(shí)踐或進(jìn)行。

aa3003合金、aa4343合金、aa7072合金均為市售產(chǎn)品。

鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑，市售產(chǎn)品，成分組成為alti5b1。

此外，本發(fā)明對(duì)鋁材的狀態(tài)描述均采用本行業(yè)的通用術(shù)語(yǔ)，例如o表示鋁材在成形加工后處于全退火的狀態(tài)，是完全軟化狀態(tài)，適用于通過(guò)完全退火獲得的具有最低強(qiáng)度的加工產(chǎn)品。本發(fā)明所述的交貨狀態(tài)是指鋁材出廠(chǎng)前的狀態(tài)，包括o狀態(tài)。

實(shí)施例1芯材a1、a2的制備

使用水冷半連續(xù)鑄造法(dccasting)來(lái)制備芯材a1和a2，其中使用本廠(chǎng)車(chē)間的鋁材廢料作為原料，其熔煉過(guò)程如下：

按照鋁材廢料的添加量(又稱(chēng)廢料消耗量)為原料總重量的35％的比例，將鋁材廢料和工業(yè)純鋁錠一起加入熔煉爐進(jìn)行熔化，熔煉溫度為730℃，然 后扒渣、取樣分析、加入合金元素后靜置、攪拌、精煉、扒渣，調(diào)整各元素含量后倒入靜置爐，再次攪拌、精煉、扒渣，最后經(jīng)在線(xiàn)加入鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑、除氣、過(guò)濾后，進(jìn)入鑄造機(jī)鑄制成芯材鑄錠a1和a2(簡(jiǎn)稱(chēng)芯材a1和a2)。

表1示出了本發(fā)明和對(duì)比例的芯材的合金組成，其中對(duì)比例芯材b為市售aa3003合金，其廣泛用作鋁釬焊材料的芯材合金。

表1

之后，將上述制得的芯材按照下表3所示工藝進(jìn)行均勻化熱處理。

兩階段均勻化熱處理是指，該均勻化熱處理包括兩個(gè)階段。在第一階段，將芯材在590℃的溫度下保溫3小時(shí)；在第二階段，將芯材在550℃的溫度下保溫3小時(shí)。其中，在開(kāi)始進(jìn)行第一階段的均勻化熱處理之前，首先以不超過(guò)100℃/h的升溫速度將芯材從室溫升高到590℃；在結(jié)束第二階段的均勻化熱處理時(shí)，以約50℃/h的冷卻速度將芯材從550℃冷卻至室溫。

常規(guī)均勻化熱處理是指，將芯材在605℃的處理溫度下保溫10小時(shí)。

之后，將上述經(jīng)均勻化熱處理的芯材分別進(jìn)行切頭和銑面，即兩面各銑掉10mm。

實(shí)施例2釬焊層c的制備

將市售aa4343合金鑄錠按照實(shí)施例1的方法進(jìn)行銑面后，在450℃的加熱爐內(nèi)保溫5小時(shí)，然后在熱軋機(jī)上軋制成45mm的釬焊層c，作為復(fù)合層，其合金組成如表2所示。

表2

實(shí)施例3鋁合金復(fù)合板材m1-m4的制備

將實(shí)施例1的芯材和實(shí)施例2的復(fù)合層按照下表3的結(jié)構(gòu)組成和復(fù)合比進(jìn)行復(fù)合，并使用氬弧焊機(jī)進(jìn)行頭尾焊接，然后在500℃的加熱爐內(nèi)保溫8小時(shí)進(jìn)行預(yù)加熱。

之后，在熱軋機(jī)上軋制成厚度為5mm的熱軋卷材，熱軋終止溫度為250℃。

冷卻后，在冷軋機(jī)上經(jīng)幾個(gè)道次的冷軋，軋制成厚度為1.5mm的冷軋卷材。

然后，在退火爐內(nèi)進(jìn)行成品退火，退火溫度為360℃，退火時(shí)間為2小時(shí)，即獲得鋁合金復(fù)合板材m1-m4，厚度均為1.5mm。

其中對(duì)比例m4的芯材為市售aa3003鋁合金，即上述的芯材b。

表3

實(shí)施例4芯材a3的制備

按照類(lèi)似于實(shí)施例1的方法制備芯材a3，其中所使用的廢料為實(shí)施例1-3任一生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的廢料，其添加量為原料總重量的65％，熔煉溫度為750℃。

表4示出了本發(fā)明的芯材a3的合金組成。

表4

之后，將上述制得的芯材按照下表6所示工藝進(jìn)行均勻化熱處理。

兩階段均勻化熱處理是指，該均勻化熱處理包括兩個(gè)階段，在第一階段，將芯材在630℃的溫度下保溫5小時(shí)；在第二階段，將芯材在570℃的溫度下保溫3小時(shí)。其中，在開(kāi)始進(jìn)行第一階段的均勻化熱處理之前，首先以不超過(guò)90℃/h的升溫速度將芯材從室溫升高到590℃；在結(jié)束第二階段的均勻化熱處理時(shí)，以約50℃/h的冷卻速度將芯材從570℃冷卻至室溫。

常規(guī)均勻化熱處理是指，將芯材在600℃的溫度下保溫15小時(shí)。

之后，將上述經(jīng)均勻化熱處理的芯材進(jìn)行切頭和銑面，即兩面各銑掉20mm。

實(shí)施例5觸水層d的制備

將aa7072合金鑄錠按照實(shí)施例1的方法進(jìn)行銑面后，在520℃的加熱爐內(nèi)保溫11小時(shí)，然后在熱軋機(jī)上軋制成45mm的觸水層d，作為復(fù)合層，其合金組成如表5所示。

表5

實(shí)施例6復(fù)合板材m5-m7的制備

將實(shí)施例3的芯材、實(shí)施例2的釬焊層以及實(shí)施例5的觸水層按照下表6的結(jié)構(gòu)組成和復(fù)合比進(jìn)行復(fù)合，并使用氬弧焊機(jī)進(jìn)行頭尾焊接，然后在500℃的加熱爐內(nèi)保溫8小時(shí)進(jìn)行預(yù)加熱。

之后，在熱軋機(jī)上軋制成厚度為5mm的熱軋卷材，熱軋終止溫度為250℃。

冷卻后，在冷軋機(jī)上經(jīng)幾個(gè)道次的冷軋，軋制成厚度為1.5mm的冷軋卷材。

然后，在退火爐內(nèi)進(jìn)行成品退火，退火溫度為360℃，退火時(shí)間為2小時(shí)，即獲得鋁合金復(fù)合板材m5-m7，厚度均為1.2mm。

其中對(duì)比例m7的芯材為市售aa3003鋁合金，即上述的芯材b。

表6

實(shí)施例7芯材a4的制備

按照類(lèi)似于實(shí)施例1的方法制備芯材a4，其中所使用的廢料為實(shí)施例1-6任一生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的廢料，其添加量為原料總重量的100％，熔煉溫度為740℃。

表7示出了本發(fā)明的芯材a4的合金組成。

表7

之后，將上述制得的芯材按照表8所示工藝進(jìn)行均勻化熱處理。

兩階段均勻化熱處理是指，該均勻化熱處理包括兩個(gè)階段。在第一階段，將芯材在630℃的溫度下保溫5小時(shí)；在第二階段，將芯材在570℃的溫度下保溫4小時(shí)。其中，在開(kāi)始進(jìn)行第一階段的均勻化熱處理之前，首先以不超過(guò)80℃/h的升溫速度將芯材從室溫升高到590℃；在結(jié)束第二階段的均勻化熱處理時(shí)，以約60℃/h的冷卻速度將芯材從570℃冷卻至室溫。

常規(guī)均勻化熱處理是指，將芯材在600℃的溫度下保溫15小時(shí)。

之后，將上述經(jīng)均勻化熱處理的芯材進(jìn)行切頭和銑面，即兩面各銑掉 20mm。

實(shí)施例8復(fù)合板材m8-m9的制備

將實(shí)施例7的芯材、實(shí)施例2的釬焊層以及實(shí)施例5的觸水層按照以下表8的結(jié)構(gòu)組成和復(fù)合比進(jìn)行復(fù)合，并使用氬弧焊機(jī)進(jìn)行頭尾焊接，然后在500℃的加熱爐內(nèi)保溫8小時(shí)進(jìn)行預(yù)加熱。

之后，在熱軋機(jī)上軋制成厚度為5mm的熱軋卷材，熱軋終止溫度為250℃。

冷卻后，在冷軋機(jī)上經(jīng)幾個(gè)道次的冷軋，軋制成厚度為1.5mm的冷軋卷材。

然后，在退火爐內(nèi)進(jìn)行成品退火，退火溫度為360℃，退火時(shí)間為2小時(shí)，即獲得本發(fā)明的鋁合金復(fù)合板材m8，厚度1.2mm。

其中對(duì)比例m9的芯材為市售aa3003鋁合金，即芯材b。

表8

實(shí)施例9性能測(cè)試

按照以下方法對(duì)上述制得的芯材和復(fù)合板材進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，結(jié)果示于表9。

(1)晶粒組織

按照鑲嵌樣品、切割鑲嵌樣品、砂紙粗磨、精磨、精拋等流程來(lái)制備金相樣品，之后對(duì)該樣品進(jìn)行覆膜，并通過(guò)金相顯微鏡在偏振光下觀(guān)察晶粒組織，結(jié)果參看圖1-2。

圖1為本發(fā)明的復(fù)合板材m1的晶粒組織照片，可以看出，其是扁長(zhǎng)的晶粒組織。

圖2為本發(fā)明的復(fù)合板材m2的晶粒組織照片，可以看出，其是等軸的晶粒組織。

(2)顆粒分布

通過(guò)掃描電鏡觀(guān)察各復(fù)合板材的芯材中的顆粒大小和分布密度，并對(duì)比不同均勻化熱處理工藝制得的產(chǎn)品的芯材的顆粒組織，結(jié)果參看圖3-4。

圖3為本發(fā)明的復(fù)合板材m1的芯材的顆粒組織照片，可以看出，其顆粒尺寸均勻，分布彌散。

圖4為本發(fā)明的復(fù)合板材m2的芯材的顆粒組織照片，可以看出，其顆粒尺寸大小不一，密度也有差異。

結(jié)果還顯示，在復(fù)合板材m1的芯材中，等效直徑小于0.1μm的彌散相顆粒的數(shù)目為約3×10⁹個(gè)/mm³，等效直徑在0.1-0.3μm范圍內(nèi)的彌散相顆粒數(shù)目為約1×10⁹個(gè)/mm³，等效直徑大于0.3μm的彌散相顆粒的數(shù)目為約2×10⁸個(gè)/mm³。

在復(fù)合板材m2的芯材中，等效直徑小于0.1μm的彌散相顆粒的數(shù)目為約5×10⁷個(gè)/mm³，等效直徑在0.1-0.3μm范圍內(nèi)的彌散相顆粒數(shù)目為約8×10⁸個(gè)/mm³，等效直徑大于0.3μm的彌散相顆粒的數(shù)目為約5×10⁷個(gè)/mm³。

而對(duì)于采用常規(guī)均勻化熱處理的對(duì)比例復(fù)合板材m4，經(jīng)掃描顯微鏡觀(guān)察，其芯材b(即市售aa3003合金)中等效直徑小于0.1μm的彌散相顆粒的數(shù)目為約3×10⁷個(gè)/mm³，等效直徑在0.1-0.3μm范圍內(nèi)的彌散相顆粒數(shù)目為約6×10⁸個(gè)/mm³，等效直徑大于0.3μm的彌散相顆粒的數(shù)目為約2×10⁷個(gè)/mm³。

(3)抗拉強(qiáng)度測(cè)試

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)en10002-1，將各復(fù)合板材制成拉伸試驗(yàn)樣品，標(biāo)距為50mm，在室溫下進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測(cè)試。

(4)釬焊模擬

從室溫經(jīng)約1小時(shí)升溫至600℃，并保溫3分鐘，在氮?dú)?n2)保護(hù)下冷卻10分鐘后空冷，對(duì)各復(fù)合板材進(jìn)行釬焊模擬。

(5)釬焊后抗拉強(qiáng)度的測(cè)試

將上述經(jīng)釬焊模擬后的復(fù)合板材按照標(biāo)準(zhǔn)en10002-1制成拉伸試驗(yàn)樣品，標(biāo)距為50mm。在室溫下以20mm/分鐘的拉伸速度進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)試其抗拉強(qiáng)度。

(6)釬焊后的熔蝕性

將上述經(jīng)釬焊模擬后的復(fù)合板材制成金相樣品，通過(guò)金相顯微鏡觀(guān)察其熔蝕深度(熔蝕深度占材料厚度的百分比)。

表9

由表9可以看出，作為本發(fā)明的試驗(yàn)材料m1-m6和m8，無(wú)論是在釬焊前(交貨態(tài))還是釬焊后，其抗拉強(qiáng)度均明顯高于對(duì)比例的復(fù)合板材m4、m7和m9，其中釬焊后的抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)到175mpa。而且，對(duì)于本發(fā)明的具有相同合金組成的復(fù)合板材，例如m1和m2，由于采用不同的均勻化熱處理工藝，其抗拉強(qiáng)度也有一定差異。從圖1-4還可以看出，二者的芯材的晶粒組織和的顆粒大小以及分布密度也不完全相同，這說(shuō)明均勻化處理對(duì)復(fù)合板材的性能提升有一定影響。

從以上實(shí)施例還可以看出，本發(fā)明的制備工藝可以達(dá)到100％的廢料回收利用，由于在熔鑄時(shí)使用了大量廢料，從而減少了各合金元素的添加量和以及純鋁錠的消耗，明顯降低了生產(chǎn)成本。例如鑄造一爐20噸的芯材鑄錠，當(dāng)廢料添加量為50％時(shí)，可以節(jié)約大約25％的生產(chǎn)成本。

雖然本發(fā)明已闡述并描述了典型的實(shí)施方案，但本發(fā)明并不限于所述細(xì)節(jié)。由于各種可能的修改和替換沒(méi)有背離本發(fā)明的精神，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可使用常規(guī)試驗(yàn)?zāi)軌蛳氲降谋景l(fā)明的變型和等同物，因此所有這些變型和等同物都落入由以下權(quán)利要求書(shū)所定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。