一种用于耐高温钎焊铝/钢复合带材的宽Si成分窗口的Al-Si-Er合金的制作方法
【专利摘要】一种用于耐高温钎焊铝/钢复合带材的宽Si成分窗口的Al?Si?Er合金，属于合金材料技术领域。本发明采用的用于加工耐高温钎焊铝/钢复合带的铝合金材料的成分配比为在含Si的质量百分数为0.25～0.99％的铝基体中添加质量百分数为0.075±0.01％的Er。采用上述成分配比的铝合金，能有效抑制高温钎焊时界面化合物的产生，扩宽了550℃3h退火及模拟钎焊情况下界面结合良好的Si成分窗口。本发明能解决实际生产中铝/钢界面产生脆性金属间化合物和成分窗口小等问题。
【专利说明】
-种用于耐高溫钉焊错/钢复合带材的宽S i成分窗口的AI - S i -Er合金
技术领域
[0001] 本发明设及一种耐高溫针焊侣/钢复合带材的宽Si成分窗口的Al-Si-化合金，属 于合金材料技术领域。 技术背景
[0002] 侣密度低、耐腐蚀、导热好，钢强度高、价格低且有良好初性，侣/钢层状复合带材 综合了两者的优良性能，是用于火力发电空冷系统散热片的关键材料。传统用于加工侣/钢 复合带的侣合金基体较多采用1050侣合金。但是1050侣合金与钢板进行复合、退火、高溫下 针焊处理时，侣/钢复合界面易产生Al-Fe脆性化合物，从而降低了侣/钢复合带的界面强 度。有研究表明在侣/钢复合带中侣侧加入Si可抑制高溫针焊时界面脆性化合物的产生。
[0003] 根据目前工艺，专利CN104962789A中侣/钢层状复合带材侣侧采用高纯侣加 0.4^^.%-0.63巧*.%的51来抑制侣/钢层状复合带材界面^-化脆性化合物的产生。实际 生产过程中Si成分区间小，容错率低，精确控制难度大，探究具有更宽Si成分范围的侣合金 具有重要的工业意义。
[0004] 又有研究表明侣侧加微合金化元素化可W改变侣/钢层状复合带材界面金属间化 合物的厚度、形貌和分布，因此对侣侧在更宽Si成分范围的基础上额外添加化，W期获得一 种用于耐高溫针焊侣/钢复合带材的宽Si成分窗口的Al-Si-化合金，解决实际生产中侣/钢 界面产生脆性金属间化合物和成分窗口小等问题。
【发明内容】
[000引本发明的目的在于通过向侣侧含Si侣合金中添加少量Er元素（0.075 ± 0.0Iwt. % )的方法，扩宽Si成分窗口。发挥Si、化元素在Fe、Al间的作用，制备出一种用于加 工耐高溫针焊侣/钢复合带的侣合金。
[0006] 其技术方案是运样的，在侣基体中添加少量的Si、化元素，在侣/钢复合带退火W 及针焊时可W抑制侣铁间界面化合物的产生，减少界面脆性相，从而提高侣铁界面结合强 度。
[0007] 一种用于耐高溫针焊侣/钢复合带材的宽Si成分窗口的Al-Si-化合金，其特征在 于，在侣合金侧，侣合金中Si的质量百分数为0.25~0.99%，化的质量百分数为0.075± 0.0 l %，余量为侣及不可避免的杂质。
[000引其中钢为08A1钢。
[0009] 上述所述的侣合金的制备方法，其特征在于，包括W下步骤:在烙炼溫度为790± l〇°C下，先将侣锭烙化，随后加入Al-Si中间合金，待中间合金烙化后，六氯乙烧除气、揽拌， 保溫静置一段时间，使烙体中各元素成份分布均匀后进行铁模诱铸。
[0010] 本发明中将上述成分的侣合金社成侣锥后与08A1钢进行总变形量为60%的冷社 复合处理，再在520°C扩散退火2化或550°C下扩散退火化，520°C退火2化是为了模拟复合带 在正常退火工艺下侣钢界面由机械晒合变为冶金结合，而550°C化是为了模拟工厂中炉溫 不均匀会否使带材失效。
[0011] 本发明耐高溫针焊侣/钢复合带材用于625°C的高溫针焊。本发明进行模拟针焊处 理，实验采用30min从室溫升至625°C保溫IOmin后空冷的模拟针焊处理，W保证材料的耐高 溫应用。通过观察界面情况，本发明Al-Si-化/钢复合带可用于耐高溫针焊应用，界面不产 生脆性金属间化合物，克服了现有技术结合强度低的问题。
[0012] 与普通的加 Si侣合金相比，本发明采用上述成分配比的一种用于加工耐高溫针焊 侣/钢复合带的侣合金，扩宽了 550°C化退火及模拟针焊情况下界面结合良好的Si成分窗 口，有效抑制高溫针焊时界面化合物的产生。
【附图说明】
[0013] 图1: Al-0.99Si-0.07祀r/钢520°C 2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0014] 图2: Al-0.79Si-0.076Er/钢520 °C 2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0015] 图3: Al-0.62Si-0.074Er/钢520°C 2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0016] 图4:41-0.3951-0.0776以钢5201：2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0017] 图5: Al-0.25Si-0.076Er/钢520°C 2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0018] 图6:41-0.074化/钢5201：2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0019] 图7:Al-0.99Si/钢520°C2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0020] 图8:41-0.8351/钢5201：2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0021] 图9:Al-0.63Si/钢520°C2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0022] 图10: A^O. 41Si/钢520°C 2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0023] 图ll:A^0.25Si/钢520°C2化退火及模拟针焊处理后界面；
[0024] 图12:高纯侣/钢520°C2化退火及模拟针焊处理后界面。
[00巧]图13: A^O. 99Si-0.075化/钢550°C化退火及模拟针焊处理后界面；
[00%] 图14: A^O. 79Si-0.076化/钢550°C化退火及模拟针焊处理后界面；
[0027] 图15: A^O. 62Si-0.074化/钢550°C化退火及模拟针焊处理后界面；
[0028] 图16: A^O. 39Si-0.077化/钢550°C化退火及模拟针焊处理后界面；
[00巧]图17: A^o. 25Si-0.076化/钢550°C化退火及模拟针焊处理后界面；
[0030] 图18: A^0.0 74Er/钢550°C化退火及模拟针焊处理后界面；
[0031] 图19: A^O. 99Si/钢55(TC化退火及模拟针焊处理后界面；
[0032] 图20: A^O. 83Si/钢550°C化退火及模拟针焊处理后界面；
[0033] 图21:4^0.6351/钢550°(：化退火及模拟针焊处理后界面；
[0034] 图22: A^O. 41 Si/钢550°C化退火及模拟针焊处理后界面；
[00巧]图23: A^o. 25Si/钢550 r化退火及模拟针焊处理后界面；
[0036] 图24:高纯侣/钢550°C化退火及模拟针焊处理后界面。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于W下实施例。
[0038] 采用石墨相蜗烙炼和铁模铸造制备合金铸锭，所用原料为高纯侣、Al-21wt. %Si 和Al-6wt. %化的中间合金。在烙炼溫度为790± 10°C下，先将侣锭烙化，随后加入Al-Si和 Al-化中间合金，待中间合金烙化后，六氯乙烧除气、揽拌，保溫静置后，使烙体中各元素成 份分布均匀后进行铁模诱铸。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。
[0039] 将制备的侣合金社成侣锥后与钢进行变形量约为60%的冷社复合处理，随后进行 再结晶退火处理+模拟针焊热处理。侣/钢冷社复合后，晶粒严重变形，冷社复合带塑性下 降，将复合带进行520°C/21h或550°C/3h退火热处理，W满足后续加工需要;实验采用30min 从室溫升溫到625°C保溫IOmin后空冷的模拟针焊处理W保证材料的耐高溫应用。
[0040] 表1实验合金成分
[0041]
[0042] 实施例1:A1中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2比退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图1。
[0043] 实施例2:A2中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2比退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图2。
[0044] 实施例3:A3中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2比退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图3。
[0045] 实施例4:A4中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2比退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图4。
[0046] 实施例5:A5中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2比退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图5。
[0047] 对比例1:A6中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2比退火及模拟针焊处理后界 面出现了断续分布的脆性化合物，见图6,降低界面的结合强度，易引起基体钢带和复层侣 带分离。
[004引对比例2:A7中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2比退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图7。
[0049] 对比例3:A8中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2比退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图8。
[0050] 对比例4:A9中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2比退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图9。
[0051] 对比例5:A10中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2化退火及模拟针焊处理后 界面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图10。
[0052] 对比例6:A11中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2化退火及模拟针焊处理后 界面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图11。
[0053] 对比例7:A12中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C2化退火及模拟针焊处理后 界面出现了大量连续分布的脆性界面化合物，见图12,大大降低界面的结合强度，易引起基 体钢带和复层侣带分离。
[0054] 实施例6:A1中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C化退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图13。
[0055] 实施例7:A2中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C化退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图14。
[0056] 实施例8:A3中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C化退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图15。
[0057] 实施例9:A4中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C化退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图16。
[005引实施例10:A5中的侣合金制备的侣/钢复合带在520°C化退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图17。
[0059] 对比例8 :A6中的侣合金制备的侣/钢复合带在550°C化退火及模拟针焊处理后界 面出现了断续分布的脆性界面化合物，见图18,降低界面的结合强度，易引起基体钢带和复 层侣带分离。
[0060] 对比例9:A7中的侣合金制备的侣/钢复合带在550°C化退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图19。
[0061] 对比例10:A8中的侣合金制备的侣/钢复合带在550°C化退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图20。
[0062] 对比例11 :A9中的侣合金制备的侣/钢复合带在550°C化退火及模拟针焊处理后界 面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图21。
[0063] 对比例12:A10中的侣合金制备的侣/钢复合带在550°C化退火及模拟针焊处理后 界面没有产生界面化合物，结合情况良好，见图22。
[0064] 对比例13:A11中的侣合金制备的侣/钢复合带在550°C化退火及模拟针焊处理后 界面出现了大量连续分布的脆性界面化合物，见图23,大大降低界面的结合强度，易引起基 体钢带和复层侣带分离。
[0065] 对比例14:A12中的侣合金制备的侣/钢复合带在550°C化退火及模拟针焊处理后 界面出现了大量连续分布的脆性界面化合物，见图24,大大降低界面的结合强度，易引起基 体钢带和复层侣带分离。
[0066] 由图12和24可知，高纯侣/钢复合带在520°C2化或550°C化退火及模拟针焊处理后 界面均出现了大量层状连续分布的平均厚度约为8WI1的脆性界面化合物，大大降低界面的 结合强度。
[0067] 由图6和18可知，Al-0.074Er/钢复合带在520°C2化或550°C化退火及模拟针焊处 理后界面同样均出现了断续分布的平均厚度约为扣m脆性界面化合物，界面的结合强度也 不能满足使用要求。
[006引由图7~11可知，41-0.25~0.9951/钢复合带在5201：2化退火及模拟针焊处理后 界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好。但由图19~23可知，Al-O . 41~ 0.99Si/钢复合带在550°C化退火及模拟针焊处理后界面没有观察到界面化合物的存在，界 面结合情况良好，而Al-O. 25~0.41SV钢复合带在550°C化退火及模拟针焊处理后界面出 现了连续分布的平均厚度约为10皿脆性界面化合物，降低了界面的结合强度。因此，只有 A^O. 41~0.99Si/钢复合带在520°C2化或550°C化退火及模拟针焊处理后界面没有观察到 界面化合物的存在，界面结合情况良好。
[0069] 由图1~5和图13~17可知，41-0.25~0.9951-0.075化/钢复合带在5201：2化或 550°C化热处理后及模拟针焊处理界面均没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良 好。与能在520°C2化或550°C化退火及模拟针焊处理后界面结合良好的Al-0.41~0.99Si/ 钢复合带相比，扩宽了Si的成分窗口。
[0070] 综上所述，本发明采用的用于加工耐高溫针焊侣/钢复合带的侣合金材料的成分 配比为在含Si的质量百分数为0.25~0.99 %的侣基体中添加质量百分数为0.075 ± 0.01 % 的化。采用上述成分配比的的侣合金，能有效抑制高溫针焊时界面化合物的产生，在52(TC 21h或550°C化退火并模拟针焊处理后界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良 好，并扩宽了550°C化退火及模拟针焊情况下界面结合良好的Si成分窗口。本发明能解决实 际生产中侣/钢界面产生脆性金属间化合物和成分窗口小等问题。
【主权项】
1. 一种用于耐高温钎焊铝/钢复合带材的宽Si成分窗口的Al-Si-Er合金，其特征在于， 在铝合金侧，铝合金中Si的质量百分数为0.25~0.99 %，Er的质量百分数为0.075 土 0.01 %，余量为铝及不可避免的杂质。2. 包含权利要求1所述的Al-Si-Er合金的耐高温钎焊铝/钢复合带材，其特征在于，其 中钢为08A1钢。3. 包含权利要求1所述的Al-Si-Er合金的耐高温钎焊铝/钢复合带材的应用，其特征在 于，将权利要求1成分的铝合金乳成铝箱后与08A1钢进行总变形量为60 %的冷乳复合处理， 再在520°C扩散退火21h或550°C下扩散退火3h。4. 包含权利要求1所述的Al-Si-Er合金的耐高温钎焊铝/钢复合带材的应用，其特征在 于，用于625°C的高温钎焊。5. 权利要求3所述的Al-Si-Er合金的耐高温钎焊铝/钢复合带材的应用，其特征在于， 退火之后再进行625°C的高温钎焊。
【文档编号】C22F1/043GK105861888SQ201610238024
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月17日
【发明人】高坤元, 林占强, 郭姗姗, 聂祚仁, 丁宇升, 文胜平, 黄晖, 吴晓蓝
【申请人】北京工业大学