一种耐热铝合金钎焊复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种耐热铝合金钎焊复合材料，包括芯材和包覆在所述芯材外的皮材，所述芯材为3003铝合金，所述皮材为4343、4045、4104或4004铝合金，同时公开了上述耐热铝合金钎焊复合材料的制备方法，采用该方法制备的耐热铝合金钎焊复合材料较普通铝合金钎焊复合材料在力学性能上得到优化和提高，改善了超薄复合材料的成型性能，提高了抗塌陷性能。
【专利说明】
一种耐热铝合金钎焊复合材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铝合金钎焊复合材料及其制备方法，特别涉及一种耐热3003铝 合金钎焊复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械 制造、船舶及化学工业中已大量应用，是在纯铝的基础上添加不同金属熔炼而成，因而不同 的铝合金具有不同的物理性能，现如今工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求 日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。
[0003] 皮材：亦称包覆层，依附于芯材单侧或双侧而存在，相对于芯材占比较少，熔点比 芯材低，在钎焊的过程中作为钎料。
[0004] 芯材：亦称基体、基层，依附于芯材单侧或双侧而存在，相对于芯材占比较少，熔点 比皮材高，在钎焊过程中主要起到强力支撑作用，钎焊完成后皮材作为钎料焊接，芯材裸露 作为结构部件使用。
[0005] 复合锭：复合锭是钎焊板生产过程中的中间产物，将皮材厚板与芯材板锭固定在 一起，形成复合锭，复合锭经加热、热乳形成钎焊卷材。
[0006] 汽车热交换器主要是由流体管道和散热翅片通过钎焊法装配而成，流体管道和 散热翅片分别是由三层4343/3003/4343铝合金板材复合乳制成为铝板和铝箱材，其中芯 材3003为典型的Al-Mn系合金，起支撑作用，是钎焊铝箱的主体材料；皮材4343为典型的 Al-Si系合金，作为钎焊层在钎焊时起钎料作用。当前资源和能源危机日益加剧的背景下， 汽车的轻量化迫切需求其热交换器（散热器、中冷器、冷凝器、蒸发器等）铝复合板带箱材 减重变薄。
[0007] 4343铝合金的固相线温度为577°C，液相线温度为615°C，故工业上热交换器的钎 焊温度为600-620°C。正是因为钎焊温度只比芯材3003的固相线温度643°C略低，所以，当 散热器和冷凝器等翅片的复合铝箱材过薄（小于0. 08-0. 1mm)，芯材3003基材严重软化； 而且高温下皮材4343中的Si向芯材剧烈渗透，沿晶界扩散形成a (Al)+Si共晶，进一步芯 材的固相线温度和强度，最终造成焊后工件翘曲变形、散热带熔蚀、烧断、倒塌和金属堆积 等缺陷，严重影响成品率和经济效益。
【发明内容】
[0008] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种耐热3003铝合金钎焊复合材料及其制 备方法，以达到提高焊后的铝合金复合材料的强度、延伸率、抗塌陷性能等指标的目的。
[0009] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
[0010] 一种耐热铝合金钎焊复合材料，包括芯材和包覆在所述芯材外的皮材，所述芯材 为3003铝合金，所述3003铝合金包括按重量百分数计的如下成分：0. 65-0. 85%的Si， 0? 35-0. 45%的 Fe，0. 1-0. 2%的 Cu，1. 5-2. 0%的 Mn，0. 01-0. 05%的 Mg，0. 03-0. 2%的 Zr， 0? 01-0. 05% 的 Cr，0. 01-0. 15% 的 Zn，0. 015-0. 025% 的 Ti，余量为 A1 及不可避免的杂质； [0011] 所述皮材为4系铝合金，所述4系铝合金包括按重量百分数计的如下成分： 7.2-10.7%的51，0.1-0.65%的卩6,0.01-0.05%的(：11，0.01-0.05%的]\111，0.01-0.05%的 Mg，0. 03-0. 2%的 Zr，0. 01-0. 05%的 Cr，0. 01-0. 1%的 Zn，0. 015-0. 025%的 Ti，余量为 A1 及不可避免的杂质。
[0012] 通过调整芯材和皮材中各种金属元素的含量，可基本解决超薄复合材料的成型性 能及抗塌陷性能，焊后的强度大幅度增加。
[0013] 优选的，所述4系铝合金为4343、4045、4104或4004铝合金，在复合钎焊过程中， 作为包覆层合金具有较好的流动性、润湿性、间隙填充能力、熔湿性和接头强度。
[0014] -种耐热铝合金钎焊复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0015] 1)对3003铝合金进行铸锭、锯铣，得到芯材；
[0016] 2)对4系铝合金进行铸锭、锯铣，加热、热乳、锯切得到皮材； _7] 3)将皮材和芯材紧固，进行无缝焊接，焊接后，头、中、尾部打钢带固定，得到复合 锭；
[0018] 4)将复合锭装炉加热到380~400°C，保温2h，后加热到510°C保温7h ;
[0019] 5)加热后的复合锭进行热乳，开乳温度为490°C，终乳温度大于300°C ;
[0020] 6)乳制到60mm厚时得到耐热错合金钎焊复合材料。
[0021] 进一步的技术方案中，所述步骤1)中3003铝合金是由重量分数30-35 %的铝锭和 重量分数65-70 %的浓度为99. 7 %的铝液配料而成。
[0022] 优选的，所述步骤1)中的配料温度为740±5°C，铸锭温度为690~700°C。
[0023] 进一步的技术方案中，所述步骤2)中4系铝合金是由重量分数30-35 %的铝锭和 重量分数65-70 %的浓度为99. 7 %的铝液配料而成。
[0024] 进一步的技术方案中，所述步骤2)中的配料温度为740 ±5 °C，铸锭温度为670~ 680°C，加热温度为500°C，加热16h。
[0025] 进一步的技术方案中，所述步骤3)中的皮材比芯材宽度小60mm，长度短100mm。
[0026] 通过上述技术方案，本发明提供的耐热3003铝合金钎焊复合材料较普通铝合金 钎焊复合材料在力学性能上得到优化和提高，改善了超薄复合材料的成型性能，提高了抗 塌陷性能。该制备方法制得的成品焊合良好，没有腐蚀、乳液痕、裂纹、气泡、夹渣、粘铝、擦 划伤等缺陷。
【附图说明】
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0028] 图1为本发明实施例1、2所公开的耐热3003铝合金钎焊复合材料的截面示意图；
[0029] 图2为本发明实施例3、4所公开的耐热3003铝合金钎焊复合材料的截面示意图。
【具体实施方式】
[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述。
[0031] 本发明提供了一种耐热3003铝合金钎焊复合材料及其制备方法，具体实施例如 下：
[0032] 实施例1 :
[0033] 芯材：
[0034] 3003铝合金，包括按重量百分数计的如下成分：0. 70%的Si，0. 4%的Fe，0. 2%的 Cu，l. 5%的Mn，0. 02%的Mg，0. 1%的 Zr，0. 02%的 Cr，0. 12%的 Zn，0. 02%的 Ti，余量为 A1 及不可避免的杂质。
[0035] 皮材：
[0036] 4343铝合金，包括按重量百分数计的如下成分：8. 7 %的Si，0. 2 %的Fe，0. 03 %的 〇1，0.04%的]?11，0.02%的]\%，0.08%的210.02%的〇,0.08%的211，0.025%的11，余量 为A1及不可避免的杂质。
[0037] 具体制备方法如下：
[0038] 1)将重量分数30-35 %的3003铝锭和重量分数65-70 %的浓度为99. 7 %的铝液 在740°C下配料，放入导炉中，投入高效精炼剂，在680°C下进行铸锭，完成后，切锯头尾，保 证板锭平直无铸造偏析瘤，厚度差头、中、尾同板差控制在0. 5mm以内，每面铣10mm，得到芯 材；
[0039] 2)将重量分数30-35 %的4343铝锭和重量分数65-70 %的浓度为99. 7 %的铝液 配料，在740°C下配料，放入导炉中，投入高效精炼剂，在680°C下进行铸锭，完成后，切锯头 尾，保证板锭平直无铸造偏析瘤，厚度差头、中、尾同板差控制在0. 5mm以内，每面铣10_， 加热到温度为500°C，加热16h，锯切得到皮材；
[0040] 3)皮材用专用钢刷均匀、认真打磨（皮材表面氧化皮打磨干净、彻底，表面呈颗粒 感），清理干净（清洗油或汽油将表面清理擦洗干净），不允许存在油污、脏物、灰份、毛肩 等。皮材比芯材宽度小60臟，长度短100mm。如图1所示，将芯材1置于中间，两面各一层 皮材2,将其紧固，进行无缝焊接，钎焊时要求立焊，焊枪角度控制在75°左右，防止焊渣进 入皮材与芯材间隙。焊缝长度lm，焊缝间隙长度20cm，焊合后将表面磕伤碰伤及表面黑斑 等缺陷打磨清理干净。焊接后，头、中、尾部打钢带固定，得到复合锭；
[0041] 4)将复合锭装炉，复合锭梯形面放在加热垫上，加热到380~400°C，保温2h，后加 热到510°C保温7h ;
[0042] 5)加热后的复合锭进行热乳，开乳前，乳液始终保持大循环，电导率< 600us，浓 度：3.4%沖11=7.8~8.2左右，粘度：10~15，温度 ：55±5°(：，了￡值：8~10。开乳温度 为490°C，终乳温度大于300°C ;乳辊粗糙度：0. 28-0. 3。
[0043] 热乳前用乳液冲洗辊面30S后，料出炉后剪掉打包带，关闭乳液2分钟后再送料， 料进入中间压紧，中间开乳3-5道次，左右乳2道次，道次压下量控制在2-3_，可根据乳制 情况适量放大，待焊和后再喷乳液迅速乳制，乳制道次绝对压下量以稳定乳制设备水平最 大值为好，乳制60mm厚时切取料头料尾，乳制合格后卷取。乳制时张力控制略小于3003乳 制时的张力控制。
[0044] 复合卷端面整齐塔形< 5mm，错层< 1. 5mm。
[0045] 实施例2 :
[0046] 芯材：
[0047] 3003铝合金，包括按重量百分数计的如下成分：0. 75 %的Si，0. 45 %的Fe，0. 1% 的 Cu，l. 5%的Mn，0. 02%的Mg，0. 1%的 Zr，0. 02%的 Cr，0. 12%的 Zn，0. 02%的 Ti，余量为 A1及不可避免的杂质。
[0048] 皮材：
[0049] 4045铝合金，包括按重量百分数计的如下成分：10. 2%的Si，0. 3%的Fe，0. 02% 的〇1，0.04%的]?11，0.02%的]\%，0.08%的21，0.02%的0,0.08%的211，0.025%的11，余 量为A1及不可避免的杂质。
[0050] 制备方法同实施例1。
[0051] 实施例3:
[0052] 芯材、皮材成分同实施例1。
[0053] 制备时，如图2所示，将芯材1和皮材2各一层，进行紧固，焊接，其余方法同实施 例1 〇
[0054] 实施例4 :
[0055] 芯材、皮材成分同实施例2。
[0056] 制备时，如图2所示，将芯材1和皮材2各一层，进行紧固，焊接，其余方法同实施 例1 〇
[0057] 需要说明的是，皮材、芯材表面质量要求如下：
[0058] 刀痕深度< 0. 2mm，铣完面表面光洁干净不允许有夹渣、气泡、裂纹、脏物、腐蚀等 存在。
[0059] 皮材热乳后表面光洁平整不允许有气泡、夹渣、擦划伤、乳液痕存在；不允许有裂 纹、腐蚀存在，板型平整，不允许有明显波浪存在，锯切后端面无毛刺。
[0060] 制备后的复合材料各项性能测试结果如下表1。
[0061] 表1性能指标
[0063] 从上表中可以看出，耐热3003基材复合材料的各种性能指标均优于标准3003基 材复合材料，改善了超薄复合材料的成型性能，提高了抗塌陷性能。
[0064] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种耐热铝合金钎焊复合材料，包括芯材和包覆在所述芯材外的皮材，其特征在于， 所述芯材为3003铝合金，所述3003铝合金包括按重量百分数计的如下成分：0. 65-0. 85% 的 Si，0. 35-0. 45%的 Fe，0. 1-0. 2%的 Cu，L 5-2. 0%的 Μη，0· 01-0. 05%的 Mg，0. 03-0. 2% 的 Zr，0. 01-0. 05%的 Cr，0. 01-0. 15%的 Ζη，0· 015-0. 025%的 Ti，余量为 Al 及不可避免的 杂质； 所述皮材为4系铝合金，所述4系铝合金包括按重量百分数计的如下成分：7. 2-10. 7% 的 Si，0. 1-0. 65 % 的 Fe，0. 01-0. 05 % 的 Cu，0. 01-0. 05 % 的 Μη，0· 01-0. 05 % 的 Mg， 0· 03-0. 2% 的 Zr，0. 01-0. 05% 的 Cr，0. 01-0. 1% 的 Ζη，0· 015-0. 025% 的 Ti，余量为 Al 及 不可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的耐热铝合金钎焊复合材料，其特征在于，所述4系铝合金为 4343、4045、4104 或 4004 铝合金。3. -种如权利要求1所述的耐热铝合金钎焊复合材料的制备方法，其特征在于，包括 如下步骤： 1) 对3003铝合金进行铸锭、锯铣，得到芯材； 2) 对4系铝合金进行铸锭、锯铣，加热、热乳、锯切得到皮材； 3) 将皮材和芯材紧固，进行无缝焊接，焊接后，头、中、尾部打钢带固定，得到复合锭； 4) 将复合锭装炉加热到380~400°C，保温2h，后加热到510°C保温7h ; 5) 加热后的复合锭进行热乳，开乳温度为490°C，终乳温度大于300°C ; 6) 乳制到60mm厚时得到耐热错合金钎焊复合材料。4. 根据权利要求3所述的一种耐热铝合金钎焊复合材料的制备方法，其特征在于， 所述步骤1)中3003铝合金是由重量分数30-35%的铝锭和重量分数65-70%的浓度为 99. 7 %的铝液配料而成。5. 根据权利要求4所述的一种耐热铝合金钎焊复合材料的制备方法，其特征在于，所 述步骤1)中的配料温度为740 ±5 °C，铸锭温度为690~700 °C。6. 根据权利要求3所述的一种耐热铝合金钎焊复合材料的制备方法，其特征在于，所 述步骤2)中4系铝合金是由重量分数30-35 %的铝锭和重量分数65-70 %的浓度为99. 7% 的铝液配料而成。7. 根据权利要求6所述的一种耐热铝合金钎焊复合材料的制备方法，其特征在于，所 述步骤2)中的配料温度为740±5°C，铸锭温度为670~680°C，加热温度为500°C，加热 16h〇8. 根据权利要求3所述的一种耐热铝合金钎焊复合材料的制备方法，其特征在于，所 述步骤3)中的皮材比芯材宽度小60mm，长度短100mm。
【文档编号】B23K35/28GK105880866SQ201510031307
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月15日
【发明人】毕祥玉
【申请人】江苏财发铝业股份有限公司