专利名称：：用于钎焊组件的铝合金的制作方法
技术领域：
：本发明涉及用于钎焊组件中作为钎接金属片的芯部材料的铝合金，涉及所述铝合金在钎焊组件中作为钎接金属片芯部材料的应用，涉及所述铝合金作为散热片坯料的应用，涉及一种钎焊组件的制造方法，以及涉及采用所述方法制造的组件。所述铝合金属于铝协会3XXX级。此处术语薄片材料包括管材、板材和集管材料。现有技术描述含有所述合金的钎接金属片主要用于热交换器，例如散热器、冷凝器和油冷却器。这些热交换器会受到外部腐蚀性介质如道路除冰盐的严重侵蚀。为此，良好的耐腐蚀性是一个必不可少的性能。此处所说的长寿合金指的是在按照ASTMG-85进行SWAAT试验中不发生穿孔的天数超过10-12天的合金(参见K.Scholin等的文章，VTMS1993,SAEP-263)。钎接金属片的另一个重要性能是钎焊后的强度，此后表示为钎焊后强度。WO94/22633中介绍了这样一种合金，其组成如下，以wt.％计Mn0.7-1.5Cu0.5-1.0，优选＞0.6-0.9Fe不高于0.4Si不高于0.15Mg最多0.8V和/或Cr最多0.3，优选最多为0.2Ti最多0.1余者为铝和杂质。该合金用来作为具有含Si的钎焊包覆层的芯部材料。Cu含量高是为了改善钎焊后强度。虽然典型地原材料中存在Ti，但优选不去有意添加Ti。优选也不有意添加Zr。据认为Cr和/或V不能改善钎焊后的耐腐蚀性，但对钎焊后强度和抗下垂性(sagresistance)有利。据报导，WO94/22633中的钎接金属片的钎焊后屈服强度为54-85MPa。EP-A-0718072公开了一种钎接金属片，其包括由铝合金芯部材料制成的芯部片材，并且在其至少一边存在一个含硅作为主要合金元素的铝合金制造的钎焊层，其中，所述芯部片材中的铝合金的组成(wt.％)如下Mn0.7-1.5Cu0.2-2.0Mg0.1-0.6Si＞0.15，优选＞0.20，并且最优选＞0.40Fe最高0.8Ti任选元素，最高0.15Cr任选元素，最高0.35Zr和/或V，任选元素，总量最高为0.25余者为铝和不可避免的杂质，并且须满足下式(Cu+Mg)＞0.7所公开的芯部合金中的Si含量高于0.15％，并且最优选高于0.40％，以便在保持良好耐腐蚀性的同时获得所要求的强度。EP-A-0537764中公开了一种生产铝合金热交换器的方法，该方法中，对钎焊后的钎焊组件进行冷却，并且，然后，在400-500℃的温度下再加热10分钟至30小时。该钎焊后的附加热处理的目的是使钎焊循环期间发生固溶的元素(如Si,Mg和Mn)发生沉淀析出，而且，据认为还能够改善材料的热导性，并且由此可使所获得的热交换器的热效率提高约3％。所使用的芯部合金含有不高于0.5％的Cu，而且还含有0.05-1.0％的作为合金元素的Si。US-A-4,214,925中公开了一种制造钎焊的铝散热片热交换器的方法，其中，散热片的组成中含有0.15-0.40wt％的Cu，并且优选是可热处理的AA6951合金，而且，其中，钎接金属片的芯部片材是传统的AA3003合金。在500-570℃下进行30分钟至4小时的固溶热处理后的冷却速度为2.8-50℃/min，优选2.8-20℃/min，并且更优选约10℃/min。后来出版的编号为PCT/EP97/06070的国际专利申请中提到了一种作为钎接金属片的芯部合金的不可热处理的铝合金，即，该合金不要求进行钎焊后的时效处理。所述铝制的芯部合金的组成为，以wt.％计Mn0.7-1.5Cu0.6-1.0Fe不高于0.4Si低于0.1Mg0.05-0.8Ti0.02-0.3Cr0.1-0.35Zr0.1-0.2余者为铝和不可避免的杂质，并且，其中0.20≤(Cr+Zr)≤0.4。发明简述本发明的目的是提供一种用于钎焊组件，特别是作为钎接金属片中的芯部合金或者作为散热片坯料的铝合金，以便获得改善的强度性能和良好的耐腐蚀性。根据本发明，所提供的形式为片、板或挤压件的铝合金具有以下组成(wt.％)Si＜0.15Mn0.7-1.5Mg最高0.8Cu0.5-1.5Fe＜0.4Cr＜0.30Zr＜0.30Ti＜0.30V＜0.30其它元素每种＜0.05，总量＜0.15余量为铝并且所述铝合金以时效态提供。根据本发明，已令人惊奇地发现，所述铝合金处于钎焊后状态时表现出可以时效硬化，不仅可以进行自然时效，而且也可以进行人工时效。标准的AA3XXX级合金尚未发现这一钎焊后的时效效果，而且，这种效果对于该合金并不典型。这就有可能使可获得的钎焊后屈服强度比现有技术报告的钎焊后屈服强度显著提高5-35MPa，而同时又能在时效处理后保持良好的耐腐蚀性不变。根据本发明，所述铝合金能够提供至少75MPa的钎焊及时效后的0.2％屈服强度，并且具有在根据ASTMG-85进行的SWAAT试验中不发生穿孔的天数等于或多于13天的耐腐蚀性。在又一个优选实施方案中，所述铝合金能够提供至少80MPa的钎焊及时效后的0.2％屈服强度，并且更优选至少85MPa的钎焊及时效后的0.2％屈服强度。在最佳的实施例中，耐腐蚀性超过20天。这一耐腐蚀性结果表明所述合金是一种长寿产品。此外，在最佳的实施例中，所提供的钎焊及时效后的0.2％屈服强度至少为95MPa。典型地，但决非受此所限，钎焊在约590-600℃下进行3-5min。所述铝合金属于AA3XXX级。Mn是为获得所要求的强度水平所添加的主要合金元素。要获得所要求的强度，需要添加的Mn量至少为0.7％，而当Mn含量超过1.5％时，由于粗大的含Al-Mn粒子的形成，强度得不到任何明显改善。粗大的含Al-Mn粒子的另一缺点是它们降低了所述铝合金的可轧制性。更优选地，Mn含量为0.8-1.2％。镁用于钎接金属片的芯部合金中起改善真空钎焊产品的强度的作用。如果采用焊剂钎焊法，则Mg含量优选保持在低水平，并且优选低于0.4。在又一个实施方案中，在硬钎焊性得到改善的焊剂钎焊方法中优选Mg含量为0。确定Mg含量最高为0.8％，并且优选最高为0.5％。本发明的铝合金中的Si含量应低于0.15％，以获得长寿命的耐腐蚀性，并且优选低于0.10％，在甚至更优选的范围时，Si处于杂质水平。尽管Si含量低，但仍可看到显著的时效效果。所述铝合金中的Cu含量会提高合金的强度并且应为0.5-1.5％，优选高于0.7％。特别是，在这一范围内的Cu与低的Si含量以及与Mg共同组合时，已观察到出人意料的时效效果，而同时所要求的长寿命的耐腐蚀性未明显降低。当Cu含量高于1.5％时，可能形成不希望的粗大含Cu粒子，以及低熔点相。优选Cu含量不超过1.2％。在相对稀释的Cu和Mg含量下出现强烈的时效效果被认为是出人意料的。Fe在所有已知的商品铝合金中都存在，但在根据本发明的铝合金中，Fe不是一种所要求的合金元素因此不是故意添加的。尤是Fe含量高时，耐腐蚀性会下降。所允许的Fe含量最高为0.4％，并且优选最高为0.25％。Zn可以存在其中，含量优选为0.0-2.0％，这样，它可保持固溶态并且有助于降低腐蚀速度。在一个实施方案中，根据本发明的铝合金中含有选自于0.05-0.30％的Cr,0.05-0.30％的Ti,0.05-0.30％的Zr以及0.05-0.30％的V中的至少一种元素，添加至少一种上述元素可进一步改善时效处理后的钎焊后强度。上述各元素含量超过0.25％是不希望的，因为这可能会形成粗大粒子。Cr,Ti,Zr和V的任选添加的总量应加以选择，以满足关系式0.05＜(Cr+Ti+Zr+V)＜0.4。在另一个本发明的实施方案中，所存在的Zr至少满足0.05＜Zr＜0.25％，并且更优选0.05＜Zr＜0.15％。已发现，Zr尤其能改善铝合金的时效响应性并且显著提高钎焊及时效后的强度。在最佳的实施例中，钎焊及时效后的屈服强度至少95Ma，该结果高于现有技术中报导的钎焊后屈服强度的值。在本发明的另一个优选实施方案中，所述铝合金具有在国际专利申请PCT/EP97/06070中述及的组成，此处引入供参考。该合金的组成为(wt.％)Mn0.7-1.5Cu0.6-1.0Fe不高于0.4Si低于0.1Mg0.05-0.8Ti0.02-0.3Cr0.1-0.25Zr0.1-0.2余者为铝和不可避免的杂质，并且，其中0.20＜(Cr+Zr)＜0.4。本发明也涉及包含作为芯部材料(即，提供强度的材料)的上述本发明的合金的钎接金属片。不要求在与水接触时起牺牲阳极作用的包覆层或涂覆层，这种层可以存在于所述芯部合金的一侧或两侧。在一侧，与所述芯部合金相接触，通常有一个传统的低熔点合金焊料层形式的包覆层。本发明进一步涉及上述本发明的铝合金在钎焊组件中作为钎接金属片的芯部材料的应用。在这样一个组件中，所述铝合金芯部材料可以直接与在钎焊温度熔化的钎料合金接触。本发明还涉及上述的本发明的铝合金作为钎焊组件中的散热片坯料的应用。虽然特别适合于钎焊用途，但本发明的合金也能够进行挤压来获得耐腐蚀的挤制型材。本发明还涉及具有下述组成(wt.％)的铝合金的应用Si＜0.15Mn0.7-1.5Mg最高0.8Cu0.5-1.5Fe＜0.4Cr＜0.30Zr＜0.30Ti＜0.30V＜0.30其它元素每种＜0.05，总量＜0.15余量为铝以便在以至少为典型钎焊炉的冷却速度从钎焊温度冷却后进行时效处理。典型的时效处理是自然时效和人工时效。更优选的合金元素含量范围已在前面给出。本发明也提供一种采用钎接金属片或散热片坯料制造钎焊组件的方法，其包括如下步骤(ⅰ)成型部件，其中所述部件中至少一种由钎接金属片制成；(ⅱ)将上述部件组装成组件；(ⅲ)钎焊所述组件；(ⅳ)以至少20℃/min的冷却速度将所述钎焊组件冷却至100℃以下；(ⅴ)对所述钎焊及冷却的组件进行时效处理。并且，其中，所述钎接金属片具有铝合金制的芯部，所述铝合金的组成(wt.％)如下Si＜0.15Mn0.7-1.5Mg最高0.8Cu0.5-1.5Fe＜0.4Cr＜0.30Ti＜0.30Zr＜0.30V＜0.30其它元素每种＜0.05，总量＜0.15余量为铝在本发明中，已发现钎焊循环后的冷却速度对获得以前尚未发现的钎焊后的时效效果有重要影响。更优选钎焊后的冷却速度至少40℃/min，并且更优选至少60℃/min。增大钎焊循环后的冷却速度能够使所能获得的强度水平进一步提高。尤其是由于钎焊循环较短且又未采用水淬，因此，在Cu和Mg的浓度相对稀释时出现强烈的钎焊后时效效应被看作是意料之外的。典型地，为获得所要求的屈服强度采用的时效方法是(ⅰ)自然时效；和(ⅱ)人工时效，其中时效温度为100-250℃，保温时间为5-1000小时。下面还要对时效处理进行更详细讨论。本发明还提供一种钎焊组件，所述组件包括至少两个借助钎料合金结合一起的部件，其至少一个部件为包括上述本发明的铝合金作为其芯部的片材。此处应该提及的是，在欧洲专利申请EP-A-0718072中，介绍了一种对照实例C7，其含有(wt％)1.1％Mn,0.75％Cu,0.5％Mg,0.1％Si,余者基本为铝和杂质。在介绍该申请的图1中，可看到由于在模拟钎焊循环后进行了自然时效，该合金的0.2％屈服强度得以提高。然而，在所述介绍中，丝毫未提及模拟钎焊循环后的冷却速度。实施例现在，通过几个非限制性实施例对本发明进行说明。同本领域的传统作法一样，钎焊后强度可以通过实施模拟钎焊循环来测量。由于所述芯部单独提供钎接金属片的抗拉强度，因此，钎焊循环可以在钎接金属片只由芯部合金构成或者同时包括核心和包覆层时进行。此处使用的模拟钎焊循环是在炉中加热并且在590-595℃下保温4分钟，之后冷却。实施例1下述试验以实验室规模进行。对用作钎接金属片中的芯部合金的15种铝合金铸锭进行浇铸并且以与直接浇铸时相当的冷却速度进行凝固。表1示出了所述合金的化学组成，以铸造后材料的重量百分比计(余者为Al和杂质)。以30℃/h的加热速度将铸锭预热至450℃保温5小时，并由初始厚度100mm热轧至2.7mm厚，然后冷轧至0.38mm的最终厚度，中间退火在厚度处于中间值时进行。将最终的冷轧板退火至H24回火(H24-temper)并冷至室温。退火后，再对所述薄片进行模拟钎焊循环并且以不同的冷却速度冷却至100℃以下。根据NEN-EN10002-1对室温下的自然时效后的机械性能进行评价，所获结果示于表2中。按照ASTMG-85对试样进行SWAAT试验，直到出现第一个穿孔为止，所获得的天数的平均值示于表3中。冷却速度为60℃/min时是对3个试样进行平均，而冷却速度为20和90℃/min时，则是对2个测试试样加以平均。标记(-)表示“未测试”。由表2结果可看出，所标示的合金类型有显著的时效响应性，可能使可获得的钎焊后屈服强度提高至5-35MPa高于钎焊后即测得的钎焊后屈服强度。由表3结果可看出，这些合金可看作具有长寿命的耐腐蚀性。对表2中的铸锭10,11和13的结果比较可知，Zr的添加对时效响应性有明显影响并且能获得更高的屈服强度。给定范围的Cr的添加会总体提高钎焊后屈服强度。对铸锭12和15的结果进行比较可发现，Cu含量较高时，时效响应性要显著得多。比较铸锭4,5和6的结果可知，钎焊后的强度水平随Cu含量的增加而提高，而且，时效响应性在Cu含量高时更显著。比较铸锭4,8和9的结果可知，增加Fe含量能提高钎焊后的强度但会降低腐蚀寿命。比较在冷速分别为20℃/min和60℃/min时自然时效35天后的结果，可发现，钎焊后的冷却速度较高会总体提高钎焊后屈服强度。实施例2在另一个实验室规模的试验中，采用与实施例1类似方式制备出5个测试铸锭，只是这些铸锭热轧前在600℃进行10小时的均匀化处理，其中加热和冷却速度均为30℃/h。铸态铸锭的化学组成于表4中给出，并且分别与铸锭1,2,3,11和13相同。0.2％屈服强度(MPa)与室温下自然时效时间以及钎焊循环后冷却速度的关系示于表5中。由上述表中结果可看出，均匀化处理不会损害根据本发明的合金的时效响应性。本领域中已知的是对这种类型的合金进行均匀化处理可提高最终薄片产品的可成形性，但会降低钎焊后的强度。利用这一以前未被发现的时效效应，通过进行时效处理，既可以提高可成形性，同时又能够增加钎焊后的强度。通过在可控条件下进行均匀化处理，耐腐蚀性也不会受到损害。实施例3在另一个实验室规模的试验中，对实施例1中的6个试验铸锭的人工时效响应性进行了测定。铸锭1,4,5,7,11和13中的材料采用与实施例1相同方式进行处理，并且在钎焊循环后，以60℃/min的冷却速度冷至100℃以下。时效温度为165℃。表6中示出了硬度(洛氏15T-15kg)与时效时间以及0.2％屈服强度(MPa)与时效时间之间的关系。为进行比较，表中也示出了室温下自然时效5天后的硬度。由上述结果可看出，所标示的合金具有显著的人工时效响应性。在该特定实施例中，自然时效的结果与人工时效的结果处于相同范围。另外，比较铸锭11和13的结果可知，Zr的添加对最终的强度水平起有利作用。专业人员应能够进一步优化人工时效期间的温度-时间范围，以便使钎焊后的合金强度进一步提高。表1表2表3表4表5表6表1铸态铸锭的化学组成(重量％)<tablesid="table1"num="001"><table>铸锭编号SiMnCuMgFeCrZrTi10.060.770.860.300.210.150.0960.0320.111.001.010.400.230.150.1040.0330.100.900.800.270.190.140.1100.0340.080.910.960.370.240.150.0920.0350.080.900.870.360.230.150.1050.0360.080.901.010.360.230.150.1070.0370.080.900.940.520.220.150.1070.0380.080.900.940.360.420.140.1040.0390.080.880.970.370.110.140.1060.03100.071.010.940.360.22-0.0620.03110.080.890.940.360.22-0.1090.03120.070.940.600.350.08--0.03130.081.000.950.370.22--0.03140.100.960.840.300.200.150.0980.03150.070.980.930.350.10--0.03</table></tables>表20.2％屈服强度(MPa)与自然时效时间(天数)以及硬钎焊后的冷却速度(℃/分钟)之间的关系表3根据ASTMG-85进行的SWAAT试验的平均结果(天数)表4铸态铸锭的化学组成(重量％)表50.2％屈服强度(MPa)与自然时效时间(天数)以及硬钎焊后的冷却速度(℃/分钟)之间的关系表6硬度和0.2％屈服强度(MPa)与165℃下时效时间(天数)的关系权利要求1．形式为片、板或挤压件的铝合金，其具有以下组成(wt.％)Si＜0.15Mn0.7-1.5Mg最高0.8Cu0.5-1.5Fe＜0.4Cr＜0.30Ti＜0.30V＜0.30Zr＜0.30其它元素每种＜0.05总量＜0.15余量为铝并且，所述铝合金以时效态提供。2．根据权利要求1的铝合金，其中，所述铝合金能够在钎焊及时效后状态下，获得至少75MPa的0.2％屈服强度以及在根据ASTMG-85进行的不发生穿孔的SWAAT试验中具有等于或高于13天的腐蚀寿命。3．根据权利要求1或2的铝合金，其中Cu含量至少0.7wt.％。4．根据权利要求1-3中之任一项的铝合金，其中，Zr的含量为0.05-0.25wt.％。5．根据权利要求1-4中之任一项的铝合金，其中，Mg的含量为0.05-0.8wt.％。6．包含作为芯部材料的根据权利要求1-5中之任一项的铝合金的钎接金属片。7．根据权利要求1-5中之任一项的铝合金在钎焊组件中作为钎接金属片的芯部材料的用途。8．根据权利要求1-5中之任一项的铝合金在钎焊组件中作为散热片坯料的用途。9．具有下述组成(wt.％)并进行时效处理的铝合金的用途Si＜0.15Mn0.7-1.5Mg最高0.8，并且优选0.05-0.8Cu0.5-1.5Fe＜0.4Cr＜0.30Ti＜0.30V＜0.30Zr＜0.30其它元素每种＜0.05总量＜0.15余量为铝10．采用钎接金属片制造钎焊组件的方法，其包括如下步骤(ⅰ)对各部件进行成形，其中至少一个部件由钎接金属片制成；(ⅱ)将所述各部件组装成所述组件；(ⅲ)对所述组件进行钎焊；(ⅳ)以至少20℃/min的冷却速度将钎焊后的组件冷却至100℃以下；(ⅴ)对所述钎焊并冷却的组件进行时效处理，而且，其中，所述钎接金属片具有采用铝合金制的芯部，所述铝合金具有下述组成(wt.％)Si＜0.15Mn0.7-1.5Mg最高0.8Cu0.5-1.5Fe＜0.4Cr＜0.30Ti＜0.30Zr＜0.30V＜0.30其它元素每种＜0.05总量＜0.15余量为铝11．根据权利要求10的方法，其中所述时效包括自然时效。12．根据权利要求10的方法，其中所述时效包括在100-250℃下的人工时效。13．根据权利要求9-12中之任一项的方法，其中所述铝芯部合金的Cu含量至少为0.7wt.％。14．根据权利要求9-13中之任一项的方法，其中所述铝芯部合金中的Zr含量为0.05-0.25wt.％。15．根据权利要求9-14中之任一项的方法，其中所述铝芯部合金中的Mg含量为0.05-0.8wt.％。16．根据权利要求9-15中之任一项制造的组件，其中，由所述钎接金属片制造的部件在所述时效处理后的0.2％屈服强度高于75MPa。全文摘要片、板或挤压件形式的铝合金,其具有以下组成(wt.%):Si<0.5;Mn0.7—1.5;Mg最高0.8;Cu0.5—1.5；Fe<0.4；Cr<0.30;Ti<0.30;V<0.30;Zr<0.30;其它元素中每种<0.05;总量<0.15;余者为铝,而且,所述铝合金以时效态提供。文档编号B23K35/28GK1298457SQ99805505公开日2001年6月6日申请日期1999年3月18日优先权日1998年4月29日发明者T·J·互尔德,N·D·A·库艾基,A·布尔格,K·维尔瑞格申请人:克里斯铝轧制品有限公司