专利名称：钎焊铝板材的制作方法
技术领域：
本发明涉及钎焊板材，其包括铝芯合金层，其在铝芯合金层的一面或两面上配设 有第一铝硅合金钎焊包覆层材料并配设有位于铝芯合金层和第一钎焊包覆层材料之间的 至少一层第二铝硅合金钎焊包覆层材料。本发明还涉及在钎焊工艺中制造的钎焊组件，该钎焊组件包括多个不同的组成构 件并且至少一个组成构件由根据本发明的铝合金钎焊板制成。
背景技术：
在下文将会理解，除非另有说明，否则铝合金牌号和状态代号是指由铝业协会于 2008年颁布的“铝标准和数据及登记备案”中的铝业协会标号。关于对合金成分或优选合金成分的任何说明，提到百分比时都是指重量百分比， 除非另作说明。由铝或铝合金构成的呈板状或挤出品形式的基材被用来制造成型或成形的产品。 在其中一些工艺中，含有基材的(成型)铝制构件被互相连接起来。一个基材的一端可以 与另一端互相连接，或者一个基材可以与一个或多个其它基材组装在一起。这通常通过钎 焊来完成。在钎焊过程中，钎焊填料金属或钎焊合金或在加热时产生钎焊合金的复合材料 被施加到待钎焊基材的至少一部分上。在基材零部件被组装起来后，它们被加热，直到钎焊 金属或钎焊合金熔化。钎焊材料的熔点低于铝基材或铝芯板的熔点。钎焊板材广泛应用在换热器和其它类似设备中。传统的钎焊产品具有由轧制薄板 构成的芯，其典型为但不绝对是3XXX系列的铝合金，该产品在芯板的至少一个表面上具有 铝包覆层(也称为铝包层)。该铝包覆层由4XXX系列合金制成，该合金含有2重量％至20 重量％、优选为7重量％至14重量％的硅。该铝包覆层可以通过在现有技术中已知的各种 不同方式被连接或接合到芯合金上，例如通过轧制接合、包覆喷涂成形或半连续或连续浇 铸工艺。这些铝包覆层的液相线温度一般在约讨01至615°C范围内。人们采用了各种不同的钎焊工艺，用于钎焊组件例如换热器的工业规模制造。存在真空钎焊(VB)工艺，其在相对低的、约IX 10_5毫巴或更低的数量级的大气压 下进行。为了获得对要进行的连接的最佳条件，常用于真空钎焊的铝硅钎焊合金含有有意 添加的或更多的镁。该机理据信是镁能在其在钎焊过程中从钎焊板中蒸发出来时破坏 填料金属的坚硬氧化膜，并且蒸发出的镁起到吸气剂的作用，它吸除在残留在钎焊炉中的 氧气和水分。这样的用于真空钎焊的含镁钎焊板材在美国专利US4489140中被公开，其中用于 真空的钎焊板材包含有AA3000系列芯合金，其包覆有AA4104钎焊合金层并且在芯合金和 AA4104钎焊合金层之间设有AA4343钎焊合金，以在芯和AA4104合金之间提供一致的良好 接合。在现有技术中众所周知的是，AA4104合金含有1.2%至2.0%的Mg和0. 02%至0.2% 的Bi，并且AA4343合金不含Bi，也不含Mg。美国专利US5069980公开一种真空钎焊铝包覆材料，其由铝合金的芯件、第一包
4覆层和第二包覆层构成，第一包覆层主要由6%至14%的Si、0至0. 6%的Mg和余量为Al 构成，第二包覆层由0至14%的Si且优选为0%的Si和0. 8%至2. 5%的Mg且余量为Al 构成，其中第二包覆层的厚度取决于第二包覆层中的硅含量。美国专利US4161553公开一种真空钎焊用钎焊板材，该钎焊板包括铝合金芯合 金、主要由0至2. 5%的Mg、5. 0%至13. 0%的Si、最多为0. 8%的Fe、最多为0. 3%的Cu、 最多为0. 3%的Si、最多为0. 3%的Mn和余量为Al构成的铝钎焊合金第一层、和包覆在该 第一层上的铝合金第二层，该第二层主要由0. 5%至1. 2%的Mg、l. 2%至1. 8%的Si、最多 为0.3%的Cu、最多为0.7%的Fe、最多为1. 5%的Mn和余量为Al构成，第二层的熔点基本 上等于第一层的熔点。在一个例子中，第一层和第二层的铝合金均具有0.5%的Mg含量。另一种钎焊工艺是可控气氛钎焊(CAB)，其在不含氧的干燥气氛中进行，优选利用 氮气的惰性环境，但例如也可以使用氩气。为了促进钎焊，无腐蚀性钎焊剂例如基于氟化物 的焊剂在钎焊之前被施加在待连接的零部件上。此钎焊剂在钎焊作业中除去或至少破坏总 是存在的氧化皮，从而允许熔融填料接触到裸金属而形成接头。CAB所用的铝合金应该不含 Mg，因为任何Mg都会阻止钎焊剂的除去氧化皮的作用。在造型复杂的组件中，在钎焊前在 组件内部施加非腐蚀性钎焊剂通常被认为是很困难和有问题的。另一种钎焊工艺是不使用钎焊剂的CAB，该工艺尤其正被用于钎焊联接很难施加 焊剂的换热器内部表面，并且就工业规模而言，该工艺比真空钎焊作业更加经济划算，因为 真空钎焊需要可观的设备资金成本。在欧洲专利申请公开号EP1430988A1中公开了，对于这样的不使用钎焊剂的CAB 工艺，所用的钎焊板材在除了填料合金层外的构成钎焊板的至少一层中含有Mg，一般，该芯 合金含有在0. 05重量％至1. 0重量％范围内的Mg。防扩散层例如无镁的AA3003系列铝合 金夹设在芯合金和填料合金之间。在欧洲专利授权公告号EP1306207B1中公开另一种在惰性气体气氛下的无焊剂 钎焊工艺，该惰性气体气氛含有至多达IOOOppm且优选至多达500ppm的极低含氧量。而 且，披露了一种钎焊板材，它包括铝芯合金，其在一面或两面上包覆有铝硅合金钎焊合金作 为中间层，该铝硅合金钎焊合金含有0. 1 %至5 %的Mg和0. 01 %至0. 5 %的Bi，还包括包覆 在铝硅合金钎焊合金上的薄覆层。还披露了，在钎焊作业中，中间层中的钎焊材料随着在钎 焊过程中的升温而熔化，但没有发生钎焊材料的表面氧化，这是因为该表面覆有仍保持固 态的薄覆层。当温度进一步升高时，具有低熔点的部分例如靠近熔融钎焊材料的薄覆层偏 析部分被局部熔化，随后，钎焊材料因体积膨胀而渗出并流布到薄覆层材料的表面上。钎焊 材料的表面于是变成无氧化膜的浮现面，因为有惰性气体气氛而不会发生新的强烈氧化。人们需要进一步改善的钎焊板材和其中组件的内侧面不需要配设有钎焊剂的钎 焊工艺。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种替代的铝合金钎焊板材，它可被应用在无钎焊剂的 可控气氛钎焊工艺中。本发明的另一个目的是提供一种铝合金钎焊板材，它可被应用在无焊剂的可控气 氛钎焊工艺以及使用钎焊剂的可控气氛钎焊工艺中。
本发明的另一目的是提供一种铝合金钎焊板材，它可被应用在无焊剂的可控气氛 钎焊工艺以及使用钎焊剂的可控气氛钎焊工艺和真空钎焊工艺中。通过提供一种钎焊板材的本发明来满足或超越这些和其它的目的和进一步的优 点，该钎焊板材包括铝芯合金层，其在该铝芯层的一面或两面配设有第一钎焊包覆层材料 并配设有位于该铝芯合金层和第一钎焊包覆层材料之间的至少一个第二钎焊包覆层材料， 其中该第二钎焊包覆层材料是铝硅合金钎焊材料，其含有5%至20%的Si和0. 01%至3% 的Mg，并且该第一钎焊包覆层材料是含有2%至14%的Si和小于0. 4%的Mg的铝硅合金 钎焊材料。根据本发明已经发现，通过在第一铝硅合金钎焊包覆层材料中保持很低的镁含量 且可控制地有意添加Mg到第二铝硅合金钎焊包覆层材料，提供了一种能成功应用在不使 用钎焊剂的可控气氛钎焊工艺中的钎焊板材。在欧洲专利授权公告号EP1306207B1中，据说为了获得成功的无钎焊剂CAB钎焊 作业，要求顶层和铝芯材料层应该具有高于中间钎焊材料层的液相线温度的固相线温度。 这样一来，在液相线温度和固相线温度之间的温度下的后续钎焊作业中的熔融钎焊材料会 造成铝硅合金钎焊材料层熔化，同时保持薄覆层材料是固态以阻止已熔化的钎焊材料氧 化，于是造成铝硅合金钎焊材料因体积膨胀而渗流过薄覆层材料的偏析部分，到达该薄覆 层材料的表面并流布到薄覆层材料的表面上而形成获得钎焊接头的浮现面。而在根据本发 明的钎焊板材中，第一和第二铝硅合金钎焊包覆层可以具有基本相同的固相线温度和液相 线温度，同时仍然能被成功应用在可控气氛钎焊作业中。此外，已经发现，根据本发明，尽管在由第一和第二铝硅合金钎焊包覆材料形成的 填料金属中的低Mg含量，尤其是在作为外包覆层的第一铝硅合金包覆材料层具有很低的 Mg含量的情况下，该钎焊板材仍可以被成功应用在真空钎焊作业中。这与包覆层或外包层 材料具有超过的典型镁含量的真空钎焊的工业实践做法不同。此外，已经发现，根据本发明的钎焊板材是可用在这样的钎焊组件中的一个非常 有吸引力的候选者，该钎焊组件具有一个或多个难以施加焊剂的内表面。人们出乎意料地 发现，虽然采用了 Mg添加(这通常对于焊剂钎焊工艺例如N0C0L0K (Alcan的注册商标)是 不期望有的)的做法，但是本发明的钎焊板材可以在施加钎焊剂的情况下在可控气氛钎焊 中被钎焊。这使得该钎焊板材成为用于制造例如钎焊油冷器的一个很有吸引力的候选者。 油冷器通常由多块板制成，这些板必然在内侧和外侧钎焊。因为钎焊周期长，所以需要焊剂 处理油冷器的外表面以帮助钎焊。否则，即便是在可控气氛环境中，长钎焊周期也将会引起 过度氧化，由此降低形成可靠接头的能力。所施加的钎焊剂显著减轻了氧化程度。而且，利 用本发明的钎焊板材，在内表面上获得了良好的接头，而对此不需要施加钎焊剂。在根据本发明的钎焊板材中，该芯合金层由铝合金制造。该芯合金优选自hxx系 列、3xxx系列、5xxx系列或6xxx系列铝合金，例如是AA3003、AA3005、AA6060或AA6063类 的合金。当被用在与钎焊剂使用相结合的CAB作业中时，最好该芯合金层中的镁含量被控 制为不超过大约0. 3 %，更优选地不超过大约0. 2 %，更好地不超过大约0. 10%。在一个实施例中，该芯合金层是AA3000系列合金，其含有不超过约0. 3%的Mg，尤 其是当被用来制造在施加钎焊剂的情况下通过CAB来连接的物品。更优选的是，该芯合金层是这样的铝合金，其按照重量％含有0. 5至2.0的Mn，0至1.2的Cu，0至1.0的狗，0 至1.0的Si，0至0. 1的Bi，0至0. 1的Ti，0至0.3且优选为0至0.2的Mg，以及均各小于 0. 05且总量小于0. 2的其它元素和不可避免的杂质，余量为铝。根据本发明，第一铝硅合金钎焊包覆层至少含有在2. 0 %至14 %范围内的Si、和 小于0.4%的Mg(如果有的话)。根据本发明，已经发现第一铝硅合金钎焊包覆层中的镁含量应该保持低值，更优 选的是，应该小于约0. 15%。更优选的是一种不含Mg的铝硅钎焊合金，用于避免在钎焊作 业中形成氧化皮。实际上，这将意味着Mg以杂质元素或伴生元素的很低含量存在，一般为 小于0. 08%，理想的是小于0. 05%，更优选的是小于0. 01 %。更优选的是，该铝合金基本上 不含Mg。“基本上不含”是指没有有意添加Mg至化学成分中，但由于杂质和/或接触制造 设备而引起的渗漏，微量的Mg可能怎样都会进入到铝合金产品中。在第一铝硅合金钎焊包覆层的一个实施例中，硅含量优选在2. 0 %至5 %范围内， 优选在2. 0 %至4. 0 %的范围内。在此实施例中，第一和第二铝硅合金钎焊包覆层之间的硅 含量相差很大，这有助于包覆衬层厚度的质量控制。在钎焊板材的外包层中的较低硅含量 导致在钎焊板材例如通过弯曲或弯折成型时出现较小的模具磨损。在第一铝硅合金钎焊包覆层的另一实施例中，硅含量优选在约4%至14%的范围 内，更优选地在约6%至12%的范围内。在一个实施例中，第一钎焊包覆材料层具有在AA4045或AA4343系列铝合金范围 内的化学成分，优选还附带以下条件，该合金具有如本文所规定的很低的镁含量，理想的是 不含Mg。第二铝硅合金钎焊包覆材料含有在5%至20%范围内的Si和在0. 01%至约3% 范围内的Mg。在一个优选实施例中，硅含量的下限为约6%，硅含量的优选上限为约14%。 在一个优选实施例中，镁含量具有约1. 5%的上限.在根据本发明钎焊板材被用在不使用钎焊剂的CAB中的实施例中，第二铝硅合金 钎焊材料中的镁含量被控制在0. 01 %至约1 %的范围内，更优选的是，上限为约0. 50 %，更 优选地为约0. 20%。当被用在使用钎焊剂或不使用钎焊剂的CAB作业中时，在第一和第二铝硅合金钎 焊包覆层中的镁含量之和优选被控制为不超过大约0.25%，最好不超过0. 10%。目前，制 造铝钎焊板材时的质量和控制机理允许具有士0.01%精度或更高精度的Mg目标量和控制量。理想的是，在第一和第二铝硅合金钎焊材料层中的硅含量是如此选择的，这两层 的硅含量之和在6%至12. 5%的范围内，优选在6%至11%的范围内。在更优选的实施例 中，硅含量之和在9%至11%的范围内。在另一个优选实施例中，硅含量之和在6. 5%至 8. 5%的范围内。在用于第一和第二铝硅合金钎焊包覆材料的铝硅合金钎焊材料中的Fe含量主要 取决于合金材料来源并且可能至多达约0. 8%，优选不超过约0. 6%。作为晶粒细化元素， Ti可以以至多约0. 2%的范围内，优选至多达0. 15%的含量存在于钎焊材料中。余量由不 可避免的杂质和铝构成。而且，Cu可以作为容许的杂质元素存在，一般至多达到0.3%的含 量，但优选不超过0. 1%。
在一个实施例中，锰可按照约0. 2%至0. 8%的含量存在于第一和/或第二铝硅合 金钎焊材料层中，以改善钎焊铝板材的耐蚀性。在低于约0. 2%含量时，无法看到通过添加 锰改善耐蚀性的效果。锰含量优选为至少约0.3%，以提供改善的耐蚀性。考虑到合金性 能，锰含量不应超过1. 0%，优选最多为0. 8%，因为若超过此含量，则改善的耐蚀性可能较 弱。在有意添加锰的实施例中，优选Mn/Fe的重量百分比之比为至少1，更优选为至少2。在往其中的一个或两个铝硅合金钎焊材料层有意添加锰的实施例中，在两个相邻 的钎焊包覆材料之间的锰含量最好具有至少约0. 的差值，更优选的是至少0. 2%的差 值。锰含量的差值有助于例如通过蚀刻技术的包覆衬层厚度的质量控制手段。在钎焊作业 中，这两个铝硅合金钎焊材料层形成一个填料金属，从而形成接头，由此消除在钎焊前存在 的任何成分差别。在一个实施例中，第一或第二铝硅合金钎焊包覆材料层均还含有一种或多种浸 润元素。浸润元素优选选自包含Bi、Pb、Li、Sb、Se、Y和Th的组，其中浸润元素的总量在 约0. 01 %至0. 5%的范围内。在一个优选实施例中，从浸润元素组中选择元素Bi，其在约 0. 01%至0. 5%范围内，优选在约0. 01 %至0. 25 %范围内，它是在钎焊作业中在此合金系 中对此最有效的浸润元素。浸润元素优选被添加到该第二铝硅合金钎焊材料层。在Bi被添加到钎焊材料层 中的实施例中，还优选的是相对于Bi2Ife3的化学计量成分的多余镁含量为0. 07%或更低， 优选为0. 05%或更低。已经发现，Bi在铝中具有低溶性并且倾向于在晶界析出，即便其只 以例如大约0. 的低水平添加。为了克服这一缺陷，少量的Mg将形成Bi2Ife3，其停止在晶 界析出。但是，Bi2Ife3相将在钎焊材料熔化时溶解在铝硅包覆层材料中，释放出Bi以减小 熔融填料的表面张力。在一个实施例中，每个铝硅合金钎焊包覆材料层还可以含有选自以下组的一种或 多种元素，该组由约0. 至8%的Si、约0.01%至的In、约0.01%至的Sn和约 0. 01%至的Ge。这些合金化元素通过使铝硅钎焊材料相对芯材更先牺牲来改善芯材的 耐蚀性。如果该含量小于下限，则牺牲阳极作用不足以产生牺牲阳极效果，而如果超过上 限，则没有带来进一步改善耐蚀性的效果，反而使合金更难以制造。本发明钎焊板材有多种不同的配置结构。在一个实施例中，该芯合金层在一面上配设有第一铝硅合金钎焊包覆材料层和位 于芯合金层和该铝硅合金钎焊包覆材料之间的第二铝硅合金钎焊包覆材料，由此该芯层的 另一面是赤裸的，从而该钎焊板材由三层配置结构构成。在根据本发明的钎焊板材的一个替代实施例中，该芯合金层在两面上配设有第一 铝硅合金钎焊包覆材料层和位于芯合金层和第一铝硅合金钎焊包覆材料之间的第二铝硅 合金钎焊包覆材料。当芯层的两面按照相同的方式被包覆时，该钎焊板材由至少五层配置 结构构成。在另一个实施例中，当芯合金层的一面包覆有两个根据本发明的铝硅合金钎焊包 覆材料层时，可以在芯合金层的另一面上施加一个外层。该外层或外衬将通常由这样的合 金构成，该合金被控制以提供强耐蚀性或甚至与在钎焊板材表面所经受的环境中(例如当 被用作换热器中的水侧衬材时)的耐腐性相结合的耐蚀性。合适的外衬的一个例子将是这 样的铝合金，其具有有意添加的Zn (至多达约6% )，例如是AA7072系列合金。
在又一个实施例中，另一个铝合金层可以被夹设在芯合金层和第二铝硅合金钎焊 包覆材料之间。例如，施加另一个铝合金层例如可能是为了限制合金化元素从芯层扩散到 钎焊层或者为了进一步改善钎焊板产品的耐蚀性能。根据本发明的钎焊板材可以通过各种技术来制造，例如通过现有技术中众所周知 的轧制接合。或者，其中的一个或多个铝硅钎焊合金层可以通过热喷涂技术被施加在该芯 合金层上。又或者，该芯合金层和该第二铝硅合金钎焊包覆材料可以通过浇铸技术来制造， 例如如国际专利申请号W02004/112992所述的技术，在这里，是在第一铝硅合金钎焊包覆 材料可通过例如轧制接合或热喷涂技术被施加上之后。根据本发明的钎焊板材的最终尺寸具有在约0.05毫米至4毫米范围的典型厚度。 该钎焊板材的最终尺寸优选接近约350微米厚，更优选为约100微米至约250微米厚。该第一铝硅合金钎焊包覆材料层的厚度优选为铝合金钎焊板材的总厚度的约3% 至15%。第二铝硅合金钎焊包覆材料层的厚度为该铝合金钎焊板材的总厚度的约3%至 20%，优选为约3%至15%。第一和第二铝硅合金钎焊包覆材料层可以具有大致相等的厚 度。被施加在该芯合金层一面上的第一和第二铝硅合金钎焊包覆材料层的厚度之和 优选在该铝合金钎焊板材的总厚度的5 %至20 %范围内。在本发明的另一个方面中，提供一种物品例如换热器，其包括钎焊连接的至少两 个成型件，至少带有根据本发明的铝合金钎焊材料作为其中一个成型件。得益于本发明铝 合金钎焊材料的换热器的一个典型例子就是油冷器，在此，理想的是至少第一和第二铝硅 合金钎焊包覆材料连接一个形成在物品中的空心结构。另一个典型例子是B管，其配置形 式是本领域技术人员所熟知的，其中存在一个无法被焊剂处理的内表面，而在外表面上，多 个翅片应该被连接到管上。在本发明的另一方面中，提供一种用于制造钎焊连接的物品或由钎焊的组成构件 构成的组件的方法，包括以下步骤(i)形成多个组成构件，其中的至少一个组成构件由根据本发明的、如上所述且如 权利要求所述的铝合金钎焊材料制成；(ii)将所述多个组成构件组装成组件；(iii)在惰性气体气氛中不施加焊剂地在钎焊温度钎焊该组件一段足够长的 时间以使填料熔化和流布；通常，钎焊气氛中的氧含量应该尽量合理地低，并且优选低于 IOOOppm,更优选地低于200ppm ；(iv)冷却该钎焊组件，一般到低于100°C。理想的是，当将多个组成构件组装成适用于钎焊连接的组件时，具有第一和第二 铝硅合金钎焊包覆材料层的本发明钎焊板材的一面被保持位于构成该组件的钎焊板材的 内侧，由此限定出空心结构。当使用本发明的钎焊板材时不需要伴随钎焊作业施加焊剂来 获得良好的接头。在本发明的另一个方面中，提供一种制造钎焊连接的物品或者由钎焊的组成构件 构成的组件的方法，包括以下步骤(a)形成多个组成构件，其中的至少一个组成构件由根据本发明的铝合金钎焊材 料制成；
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(b)将所述多个组成构件组装成组件，其中具有第一和第二铝硅合金钎焊材料层 的该钎焊板材的一侧被保持位于由该钎焊板材形成的组件的内侧，以构成空心结构；(c)在不在空心结构中施加焊剂而在由多个组成构件构成的该组件的至少部分外 表面施加焊剂的情况下钎焊该组件，并且在惰性气体气氛下在钎焊温度钎焊整个组件一段 足够长的时间，以使填料熔化和流布；通常，钎焊气氛中的氧含量应该尽量合理地低，优选 低于lOOOppm，更优选地低于200ppm ；(d)冷却该钎焊组件，一般到低于100°C。在本发明的另一个方面中，提供一种制造钎焊连接的物品或者由多个组成构件构 成的组件的方法，包括以下步骤(a)形成多个组成构件，其中的至少一个组成构件由根据本发明的铝合金钎焊材 料制成；(b)将所述多个组成构件组装成组件；(c)在不施加焊剂的情况下在真空气氛下在钎焊温度钎焊该组件一段足够长的时 间，以使填料熔化和流布；(d)冷却该钎焊组件，一般到低于100°C。已经发现，本发明的钎焊板材可以在真空钎焊作业中被成功钎焊。在真空钎焊作 业所常用的铝硅钎焊材料中的镁含量相当低的情况下，获得良好的角焊缝成型。而且已经 发现，在没有工业规模真空炉中常用的真空压力那么低的真空压力下，已经能获得良好的 角焊缝成型。以下将通过以下的非限定例子来解释本发明。例子例 1在一系列试验中，制造了 1毫米厚钎焊板材。由小铸锭制造出45毫米厚的芯板， 该小铸锭在430°C被预热，随后被热轧到45毫米。已经由小铸锭制造出用于形成第一和第 二包覆层的铝硅合金包覆材料，该小铸锭已经被预热到430°C并且被热轧到5毫米，接着被 冷轧到4毫米。已经制造一种五层钎焊板材，它包括芯合金，该芯合金的成分为0. 25 %的Fe、 0. 1 %的Si、0. 2 %的Mg、0. 5 %的Cu、1. 0 %的Mn和余量为Al和杂质，该芯合金在两面上包 覆有第一铝硅合金钎焊包覆层，并且在芯层的两面上已经在该芯合金层和该第一钎焊包覆 层之间设置了第二铝硅合金钎焊材料。第一铝硅包覆材料层的成分为AA4343系列合金，其 含有7. 5%的Si但不含Mg。第二铝硅包覆层材料的成分为12. 7%的Si、0. 3%的狗、0. 09% 的Bi、0. 08%的Mg和余量为Al和杂质。该五层钎焊板材通过将不同的4毫米包覆层安置在45毫米芯板上来制造。61毫 米厚的产品随后在430°C被预热3小时，随后被热轧到3毫米，接着被冷轧到1毫米。1毫 米厚的焊板材在350°C被退火处理2小时，接着评估钎焊性能。随后，在芯层的每一面上施 加两个铝硅钎焊材料层。每层铝硅合金钎焊包覆材料的厚度为钎焊板材总厚度的约5%。该钎焊板材的钎焊能力已按照在小型石英炉中以实验室测试规模来评估。从钎焊 板材上切下25毫米X25毫米的小样品。由AA3003合金构成的30毫米X7毫米Xl毫 米的小条在中心被弯曲至45°角并且被安放在该小样品上。小样品上叠小条的样品在流
10动氮气下被加热，从室温被加热到590°C，在590°C驻留1分钟，从590°C冷却到室温。通过 AA3003与钎焊板材接触的周边处的角焊缝量评估钎焊样品并以％来表示，例如如果没有形 成角焊缝，则角焊缝量为0%，如果围绕整个周边形成了角焊缝，则角焊缝量为100%。已经发现，利用本发明的钎焊板材获得了 100%的角焊缝成型。在进一步的钎焊测试中，该钎焊板材在工业规模的真空环境中在大约595°C被钎 焊。已经发现获得了与CAB钎焊周期相似的角焊缝成型。于是，根据本发明的钎焊板材可以在CAB环境和真空钎焊(VB)环境中被成功钎 焊。在钎焊板材中的镁含量相当低的情况下已经实现了真空钎辉，结果，得到少的镁排放， 进而延长真空炉的维护间隔期。例 2.例1的五层钎焊板材已经被成型和应用在由多个组成构件构成的且形成油冷器 的组件中。该油冷器由多块板构成，这些板必须在内侧面和外侧面钎焊。因为钎焊周期长， 所以需要用焊剂处理油冷器的外表面以通过避免过度氧化来促进钎焊，而油冷器的内表面 没有用焊剂处理。油冷器已经在工业规模的可控气氛钎焊炉中被钎焊。从观察中将清楚看到，未用焊剂处理的内表面以及用焊剂处理的外表面显示出良 好的圆角焊缝，该角焊缝将尤其产生良好的耐疲劳性。例 3.为了比较而利用与以上
图1所示相似的加工条件，制造出1毫米厚的钎焊板材，它 由两面包覆有铝硅合金包覆层的芯层构成。芯合金层的成分为0.25%的Fe、0. 的Si、 0. 2%的Mg、0. 5%的Cu、1.0%的Mn、余量为Al和杂质，包覆层的成分为12. 7%的Si、0. 3% 的!^e和余量为Al和杂质。已经在与针对例1的五层钎焊板材相似的CAB钎焊条件下评估了钎焊能力，并且 已经发现没有出现角焊缝成型。在进一步的试验中，在对比用钎焊板材中已经发现，施加由仅含有0. 3%的!^e和 0. 5%的Si的铝制成的薄覆层材料略微改善了角焊缝成型至大约25%。该薄覆层材料根据 现有技术文献EP1306207B1的教导。进一步的试验结果表明，如果钎焊板材中没有Mg(芯层和施加在芯层上的任何层 都没有Mg)，则在不施加钎焊剂的可控气氛条件下也没有形成角焊缝。在第二铝硅合金包覆 层中添加少量Mg且连带第一铝硅包覆层材料未添加Mg进一步改善了无钎焊剂的CAB条件 下的钎焊能力。但是，如果想要获得良好的角焊缝成型，则第二铝硅合金钎焊包覆材料中的 镁含量不应太高。当第二铝硅合金钎焊包覆层按照与第二铝硅合金钎焊包覆材料层相关地 所要求的范围组合含有Bi和Mg，则获得了进一步的改善效果。Bi作为其中一种可用的浸 润元素被加入。当第一铝硅合金包覆钎焊层中的硅含量为约3%和约12%时，获得好结果。现在已经充分描述了本发明，对本领域技术人员来说，显然可以在不超出本文所 述的本发明的精神或范围的情况下做出许多变化和改动。
权利要求
1.一种钎焊板材，包括铝芯合金层，其在该铝芯层的一面或两面配设有第一钎焊包覆 层材料并配设有位于该铝芯合金层和第一钎焊包覆层材料之间的至少一个第二钎焊包覆 层材料，其中该第二钎焊包覆层材料是含有5%至20%的Si和0. 01%至3%的Mg的铝硅 合金钎焊材料，该第一钎焊包覆层材料是含有2%至14%的Si和小于0. 4%的Mg的铝硅合 金钎焊材料。
2.根据权利要求1所述的钎焊板材，其中，第一铝硅合金钎焊包覆层材料具有小于 0. 15%的镁含量。
3.根据权利要求1或2所述的钎焊板材，其中，第一铝硅合金钎焊包覆层材料不含Mg。
4.根据权利要求1至3之一所述的钎焊板材，其中，第二铝硅合金钎焊包覆层材料具有 在0. 01%至且优选在0. 01%至0. 50%范围内的镁含量。
5.根据权利要求1至4之一所述的钎焊板材，其中，在第一和第二铝硅合金钎焊包覆层 材料中的镁含量之和不超过0.25%，优选不超过0.10%。
6.根据权利要求1至5之一所述的钎焊板材，其中，第一铝硅合金钎焊包覆层材料的硅 含量在4%至14%的范围，优选在6%至12%的范围。
7.根据权利要求1至5之一所述的钎焊板材，其中，该第一铝硅合金钎焊包覆层的成分 在AA4045或AA4343系列铝合金的范围内。
8.根据权利要求1至5之一所述的钎焊板材，其中，第一铝硅合金钎焊包覆层材料的硅 含量在2.0%至5%的范围内，优选在2.0%至4.0%的范围内。
9.根据权利要求1至8之一所述的钎焊板材，其中，该第二铝硅合金钎焊包覆层材料还 含有一种或多种浸润元素，其优选选自包含Bi、Pb、Li、Sb、Se、Y和Th的组，并且该浸润元 素的总量在0.01%至0.5%的范围内。
10.根据权利要求1至8之一所述的钎焊板材，其中，第二铝硅铝钎焊包覆层材料还以 0. 01%至0. 5%且优选为0. 01%至0. 25%的含量含有Bi作为浸润元素。
11.根据权利要求10所述的钎焊板材，其中，相对于Bi2Mg3的化学计量成分的多余Mg 为0. 07%或更低，优选为0. 05%或更低。
12.根据权利要求1至11之一所述的钎焊板材，其中，该第一铝硅合金钎焊包覆层材料 还含有一种或多种浸润元素，其优选选自包含Bi、Pb、Li、Sb、Se、Y和Th的组，其中该浸润 元素的总量在0. 01%至0. 5%的范围。
13.根据权利要求1至12之一所述的钎焊板材，其中，第一和第二铝硅合金钎焊包覆材 料层均还可以含有至多达0.8%的Fe和至多达0.2%的Ti和余量为不可避免的杂质和铝。
14.根据权利要求1至13之一所述的钎焊板材，其中，第一和第二铝硅合金钎焊包覆材 料层均还可以含有一种或多种选自以下组的元素，该组由0. 1 %至8 %的Zn、0. 01 %至1 % 的Ιη、0. 01%至的Sn和0. 01%至的Ge构成。
15.根据权利要求1至14之一所述的钎焊板材，其中，该第一铝硅合金钎焊包覆材料层 的厚度为该铝合金钎焊板材的总厚度的3%至15%，该第二铝硅合金钎焊包覆材料层的厚 度为该铝合金钎焊板材的总厚度的3%至20%。
16.一种制造由钎焊组成构件构成的组件的方法，包括以下步骤a.)形成多个组成构件，其中的至少一个所述组成构件由根据权利要求1至15之一所 述的钎焊铝板材制成；b.)将所述多个组成构件组装成组件；c.)在惰性气体气氛下不施加焊剂地在钎焊温度钎焊该组件一段足够长才时间，以使 填料熔化和流布；d.)冷却该钎焊组件。
17.—种制造由钎焊的组成构件构成的组件的方法，包括以下步骤a.)形成多个组成构件，其中的至少一个所述组成构件由根据权利要求1至15之一所 述的钎焊铝板材制成；b.)将所述多个组成构件组装成组件；c.)在真空气氛下不施加焊剂地在钎焊温度钎焊该组件一段足够长才时间，以使填料 熔化和流布；d.)冷却该钎焊组件。
18.一种由带有根据权利要求1至15之一的铝合金钎焊板的组成构件构成的钎焊组件。
19.根据权利要求18所述的钎焊组件，其中，该钎焊组件是油冷器或者B管。
全文摘要
本发明涉及用于无焊剂的CAB钎焊的钎焊板材，该钎焊板材包含铝芯合金层，其在该铝芯层的一面或两面配设有第一钎焊包覆层材料并配设有位于铝芯合金层和第一钎焊包覆层材料之间的至少一个第二钎焊包覆层材料，其中第二钎焊包覆层材料是含有5％至20％的Si和0.01％至3％的Mg的铝硅合金钎焊材料，第一钎焊包覆层材料是含有2％至14％的Si和小于0.4％的Mg的铝硅合金钎焊材料。本发明还涉及在钎焊作业中制造的钎焊组件。
文档编号B23K35/00GK102089117SQ200980124850
公开日2011年6月8日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年7月2日
发明者A·J·威特布鲁德, A·博格, T·德汉 申请人:阿勒里斯铝业科布伦茨有限公司