一种使用铝硅钎料的耐高温钎焊铝/钢复合板材的铝合金材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用铝硅钎料的耐高温钎焊铝/钢复合板材的铝合金材料及其 制备工艺，属于合金材料技术领域。 技术背景
[0002] 随着可持续发展在当前社会的进一步深入，建设资源节约型、环境友好型社会 显得尤为重要。火力发电空冷技术可以有效的减少水资源的浪费。其中，铝/钢复合板 材是制备火电空冷散热片的关键材料。根据当前现有工艺，专利CN102321834A中采用 0. 7wt. % -0. 9wt. %Si来抑制铝/钢复合界面Al-Fe脆性化合物的产生。但是，当铝中 Si含量较高时，铝/钢界面也会产生脆性金属间化合物，H.Springer的研宄表明600°C 时，Al-5wt. %Si/钢界面反应产生的金属间化合物比高纯铝/钢界面反应产生的界面金 属间化合物更多。这是因为600°C时，加入5wt. %Si的铝合金基体状态将发生变化，由固 态变为半固态形式，其反应扩散速度较快，此时铝/钢复合带的界面又会产生大量Al-Fe、 Al-Fe-Si相，易引起铝层易脱落和产品失效，而铝/钢复合板的焊料主要是高Si铝合金。
[0003] 该发明专利主要是适用于铝硅钎料钎焊下的铝/钢复合板。要保证Si的加入量 能够在工业生产化的保温温度下起到抑制Al-Fe相生成的作用，同时，在高温钎焊过程中， 焊料中Si的过高而扩散至铝层后仍能让铝/钢板材可用，而本专利就是针对铝/钢复合板 的错合金中Si的成分含量进行确定。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于通过向铝合金中添加少量Si元素（<2%)的方法，改变中间 相的厚度。发挥Si元素在Fe、A1间的作用，且在高温钎焊时不会产生半固态或液态铝合 金，从而制备出一种用于加工耐高温钎焊铝/钢复合带的铝合金。
[0005] 其技术方案是这样的，在铝基体中添加少量的Si元素，Si在铝/钢复合板退火以 及钎焊时可以抑制铝铁间界面化合物的产生，减少界面脆性相，从而提高铝铁界面结合强 度。
[0006] 其进一步特征在于，熔炼制备的合金元素的成分范围为（重量百分比）： 0.25-0. 69%的Si，余量为铝及不可避免的杂质。因为在实际生产钎焊过程中焊料多是含 Si的铝合金，可能会导致界面含Si量增高，如果原本铝合金中含Si量过高，会在Si扩散 时导致界面失效，而低Si就可以有效的避免这个问题，优选为0. 25~0. 63%的Si，进一步 0? 41%~0? 63%的Si。
[0007] 上述所述的铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在熔炼温度为 790±10°C下，先将铝锭熔化，随后加入Al-Si中间合金，待中间合金熔化后，六氯乙烷除 气、搅拌，保温静置一段时间，使熔体中各元素成份分布均匀后进行铁模浇铸。
[0008] 本发明中将上述成分的铝合金轧成铝箔后与钢进行总变形量为60%的冷轧复合 轧制处理，其中钢为08A1钢，再在520°C扩散退火18h或575°C下扩散退火3h。520°C退火 18h是为了使复合带在正常退火工艺下铝钢界面由机械啮合变为冶金结合，而575°C3h是 为了保证在实际工厂中应用时炉温不均匀会使带材不失效。
[0009] 本发明进行模拟钎焊处理，实验采用30min从室温升至625°C保温lOmin后空冷的 模拟钎焊处理，以保证材料的耐高温应用。与现有铝/钢复合板包覆铝合金相比，本发明的 优势在于，针对实际工业生产时炉温不稳定的情况，本发明采用板材575°C退火3h使得再 钎焊时仍然可用，克服不稳定性带来的不足；可以有效解决使用高Si铝合金作为焊料时焊 料中Si元素扩散而导致的铝/钢界面开裂问题，拓宽材料制备工艺窗口，提高产品合格率。
【附图说明】
[0010] 图1 :Al-〇. 63wt. %Si/钢520°C18h热处理后及模拟钎焊处理界面；
[0011] 图2 :Al-〇. 49wt. %Si/钢520°C18h热处理后及模拟钎焊处理界面；
[0012] 图3 :Al-〇. 41wt. %Si/钢520°C18h热处理后及模拟钎焊处理界面；
[0013] 图4 :Al-〇. 25wt. %Si/钢520°C18h热处理后及模拟钎焊处理界面；
[0014] 图5 :高纯铝/钢520°C18h热处理后及模拟钎焊处理界面。
[0015] 图6 :Al-〇. 63wt. %Si/钢575°C3h热处理后及模拟钎焊处理界面；
[0016] 图7 :Al-〇. 49wt. %Si/钢575°C3h热处理后及模拟钎焊处理界面；
[0017] 图8 :Al-〇. 41wt. %Si/钢575°C3h热处理后及模拟钎焊处理界面；
[0018] 图9 :Al-〇. 25wt. %Si/钢575°C3h热处理后及模拟钎焊处理界面；
[0019] 图10 :高纯铝/钢575°C3h热处理后及模拟钎焊处理界面。
【具体实施方式】
[0020] 下面将结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0021] 采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备合金铸锭，所用原料为纯铝和Al_35wt. %Si 的中间合金。在熔炼温度为790 ± 10°C下，先将铝锭熔化，随后加入Al-Si中间合金，待中间 合金熔化后，六氯乙烷除气、搅拌，保温静置后，使熔体中各元素成份分布均匀后进行铁模 浇铸。制备了种不同成分的合金，通过XRF测得其实际成分，如下表1所示。
[0022] 将制备的铝合金轧成铝箔后与钢进行变形量约为60%的冷轧复合处理，随后进行 再结晶退火处理+模拟钎焊热处理。铝/钢冷轧复合后，晶粒严重变形，冷轧复合板塑性 下降，将复合带进行520°C/18h或575°C/3h退火热处理，以满足后续加工需要；实验采用 30min从室温升温到625°C保温lOmin后空冷的模拟钎焊处理以保证材料的耐高温应用。
[0023] 表1实验合金成分
[0024]
[0025] 实施例1 :A1中的铝合金制备的铝/钢复合板在520°C18h热处理后及模拟钎焊 处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图1。
[0026] 实施例2 :A2中的铝合金制备的铝/钢复合板在520°C18h热处理后及模拟钎焊 处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图2。
[0027] 实施例3 :A3中的铝合金制备的铝/钢复合板在520°C18h热处理后及模拟钎焊 处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图3。
[0028] 实施例4 :A4中的铝合金制备的铝/钢复合板在520°C18h热处理后及模拟钎焊 处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图4。
[0029] 对比例1 :A5中的铝合金制备的铝/钢复合板在520°C18h热处理后及模拟钎焊 处理界面出现了大量层状连续分布的脆性界面化合物，见图5,易引起基体钢带和复层铝带 分离，界面化合物的存在大大降低界面的结合强度。
[0030] 实施例5 :A1中的铝合金制备的铝/钢复合板在575°C3h热处理后及模拟钎焊处 理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图6。
[0031] 实施例6 :A2中的铝合金制备的铝/钢复合板在575°C3h热处理后及模拟钎焊处 理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图7。
[0032] 实施例7 :A3中的铝合金制备的铝/钢复合板在575°C3h热处理后及模拟钎焊处 理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图8。
[0033] 对比例2 :A4中的铝合金制备的铝/钢复合板在575°C3h热处理后及模拟钎焊处 理界面出现了大量层状连续分布的脆性界面化合物，见图9,易引起基体钢带和复层铝带分 离，界面化合物的存在大大降低界面的结合强度。
[0034] 对比例3 :A5中的铝合金制备的铝/钢复合板在575°C3h热处理后及模拟钎焊处 理界面出现了大量层状连续分布的脆性界面化合物，见图10,易引起基体钢带和复层铝带 分离，界面化合物的存在大大降低界面的结合强度。
【主权项】
1. 一种使用铝硅钎料的耐高温钎焊铝/钢复合带材的铝合金材料，其中钢为08A1钢， 其特征在于，铝合金中Si的质量百分数为0.25% -0.69%的Si，余量为铝及不可避免的杂 质。2. 根据权利要求1所述的一种耐高温钎焊铝/钢复合带材的铝合金材料，其特征在于， 该合金中Si含量的优选成分范围为0. 41 %~0. 63%。3. 制备权利要求1所述的一种耐高温钎焊铝/钢复合带材的铝合金材料的方法，其特 征在于，按照成分将铝合金轧成铝箔后与钢进行总变形量为60%的冷轧复合轧制处理，其 中钢为08A1钢，再在520°C扩散退火18h或575°C下扩散退火3h。4. 采用包含权利要求1-3所述的任一一铝合金材料制备的铝/钢复合带材用于高温钎 焊。5. 采用包含权利要求1-3所述的任一一铝合金材料制备的铝/钢复合带材用于625°C 的高温钎焊。
【专利摘要】一种耐高温钎焊铝/钢复合板材的铝合金材料及制备方法，属于合金材料技术领域。其特征在于，在铝基体中添加了0.25～0.69wt.％的Si。其能解决实际生产中铝/钢界面产生金属间化合物、制备工艺成本高以及制备窗口小，容错率低等问题。
【IPC分类】B21B1/38, C22F1/043, C22C21/02, C21D8/02
【公开号】CN104962789
【申请号】CN201510264057
【发明人】高坤元, 骆涛, 聂祚仁, 文胜平, 黄晖, 吴晓蓝
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月22日