铝合金组合物和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年9月21日提交的第61/704, 211号美国临时申请的优先权并 是其非临时申请案，其全部内容通过引用的方式并入本文并作为其一部分。
技术领域
[0003] 本发明总体而言涉及铝合金组合物及与所述组合物一起使用的制造和/或均质 化方法，并且更具体地，涉及具有良好的耐腐蚀性和可挤出性并耐受增加的Ni杂质水平的 Al-Mn-Si-Ti合金组合物。
【背景技术】
[0004] 热交换器中使用铝是在诸如汽车、越野设备和供暖通风和空调（HVAC)系统的应 用中广泛存在的。因能生产复杂的薄壁几何形状的能力，故通常使用挤出的管材（tubing)， 如改善了热传递的微型微创（MMP)管材。这样的管（tube)通常被连接到翅片（fin)和集 管（header)/歧管（manifold)以形成使用可控气氛钎焊（CAB)的热交换器。耐因点蚀引 起的失效是这些单元可以经受腐蚀性环境如道路盐、沿海环境和工业污染物的一个重要属 性。同时，在这些单元的寿命和客户担保方面的期望不断增加，人们一直需要改进这种系 统的抗腐蚀性能。挤出的管材通常是这样的热交换器的最薄的薄壁组件并最可能首先受 到腐蚀而失效。常常将管通过热电弧喷涂或通过用含锌助熔剂（flux)辊涂而被锌酸盐化 (zincated)，这增加了牺牲性腐蚀保护的手段。但是，底部的管材料的固有的耐腐蚀性仍然 是保护机制的一个重要组成部分，特别是当所述牺牲性富锌层已通过腐蚀被除去时。
[0005] 已经开发出许多"长寿合金"以试图解决这个问题。US 6, 939, 417描述了当使用 AA3000和AA1000系列铝合金时控制了 Cu和Ni的含量以改善耐腐蚀性。该专利的全部内 容通过引用并入本文并作为其一部分。
[0006] US 5, 286, 316提供了一种用在汽车应用、特别是热交换器管材和翅片坯料 (finstock)中的基本上不含铜的错基合金的组合物。
[0007] US 6, 638, 376涉及一种表现出良好的耐腐蚀性并具有优异的加工性，如在管端部 形成隆起的能力的错合金管道（piping)材料。
[0008] US 7, 781，071涉及用于热交换器的挤出管，当单独使用时以及当成为具有相容的 翅片坯料的钎焊热交换器组件的一部分时，其具有改良的耐腐蚀性。该专利的全部内容通 过引用并入本文并作为其一部分。
[0009] US 8, 025, 748教导了一种可挤出的铝合金锭（ingot)，其含有0.90-1. 30的Mn、 0. 05-0. 25 的 Fe、0. 05-0. 25 的 Si、0. 01-0. 02 的 Ti、小于 0. 01 的 Cu、小于 0. 01 的 Ni 和小 于0.05的镁，其中铝合金坯料（billet)在550和600°C范围之间的温度下被均质化。此产 品已经成功商业化，但是对于严苛的HVAC市场而言需要进一步改善耐腐蚀性。同时，具有 低Ni含量的原错（primary aluminum)的可用性全球化地降低，造成耐点蚀性的普遍退化。
[0010] 本发明的组合物和方法被提供以解决上文所讨论的问题和其他问题，并提供现有 的组合物和这种类型的方法所不具有的优点和方面。本发明的特点和优点的详细讨论被推 迟到下面的参照附图所进行的详细描述中。
【发明内容】
[0011] 下面给出本公开内容的各个方面的总体概述，从而提供对本公开内容和其各个方 面的基本理解。该概述不旨在以任何方式限制本公开内容的范围，但它只是提供了总体综 述和用于下面的更详细的描述的背景。
[0012] 本发明的方面涉及一种铝合金组合物，其包括以重量百分比计的：
[0013] 0.7-1. 10 的锰；
[0014] 0.05-0. 25的铁；
[0015] 0.21-0. 30 的硅；
[0016] 0? 005-0. 020的镍；
[0017] 0.10-0. 20的钛；
[0018] 最大0.014的铜；和
[0019] 最大0.05的锌，
[0020] 其中余量为铝和不可避免的杂质。根据一个方面，所述杂质可以多至0. 05wt. % (每种杂质）和〇.15wt. % (总计）的量存在。所述合金可以耐受比现有的合金更高的 镍含量，同时提供增加的耐腐蚀性以及类似的可挤出性、强度和性能。根据另一个方面， 所述合金可以耐受0.008-0. 020wt. %的镍含量。根据进一步的方面，所述合金可以包括 0? 21-0. 26wt. %硅含量、0? 10-0. 16wt. % 的钛含量和 / 或 0? 75-1. 05wt. % 的锰含量。
[0021] 本发明的其他方面涉及用于处理上述的铝合金的坯料的方法。所述坯料在 590-640°C的均质化温度下均质化，然后在均质化后以小于250°C /小时的速率控制冷却。 所述被均质化和被控制冷却的坯料然后可以被挤出以形成挤出的铝合金产品，例如换热器 管。
[0022] 根据一个方面，所述均质化温度可以是600-640°C或610-640°C，并且所述坯料可 被均质化长至八个小时。
[0023]根据另一个方面，所述被均质化和被控制冷却的坯料在500°C、在0. 1/秒的应变 速率下具有22MPa或更小的流动应力。
[0024] 根据进一步的方面，所述控制冷却的速率是每小时小于200°C，并且所述坯料可以 被控制冷却，直到它达到室温或直到它达到300-400 °C。
[0025] 本发明的进一步的方面涉及一种产品，如至少部分地由如上所述的铝合金形成的 挤出的铝合金热交换管。所述铝合金热交换器挤出管可以由铝合金的坯料挤出并在挤出之 前在590-640°C的均质化温度下均质化。所述坯料还可以在均质化之后以小于250°C /小 时的速率控制冷却。这样的热交换管还可以具有施加在外表面上的锌扩散层，例如通过热 电弧喷涂（例如，当挤出物从模头（die)出现时），或在挤出之后施加到管表面的含锌钎焊 剂（braze flux)(例如，通过棍涂）。所述合金可附加地或替代地被钎焊合金包覆。
[0026] 根据一个方面，所述管表现出的100微米或更小的钎焊后全厚 (through-thickness)晶粒尺寸。根据其他方面，所述晶粒尺寸可以是75微米或更小，或约 50微米。
[0027] 根据进一步的方面，所述挤出的铝合金热交换管可以具有至少70MPa的钎焊后拉 伸强度。
[0028] 本发明的其他特征和优点将从以下的描述中可见。
【附图说明】
[0029] 图1是实施方案2的表3中的腐蚀数据的图形