一种耐腐蚀铝钎焊复合板及其制备方法与流程

1.本发明涉及铝合金板技术领域，具体为一种耐腐蚀铝钎焊复合板及其制备方法。


背景技术：

2.铝合金板材由于具有良好的力学性能和可加工性，被广泛用于汽车、航天、建筑等领域。其中，铝钎焊板是一种包括芯层和包层的复合型铝合金板，通常以3
×××
铝合金为芯层、以4
×××
铝合金为包层(钎焊料)复合得到，被广泛用于热交换系统中。
3.现有技术中，最常使用3003作为芯层，4004为包层得到铝钎焊板，其强度低、使用寿命短；同时由于钎焊后元素的迁移，使得大量脆性金属间化合物产生，导致力学性能、耐腐蚀性进一步下降。但是，由于铝钎焊板的应用范围扩展，对性能要求越来越高，其中包括了高强度、耐腐蚀性等性能。当然，为防止钎焊过程中元素的迁移，部分专利中使用7072铝合金、1050铝合金作为阻隔层，用以抑制元素迁移。但是该类合金的加入，增加了层与层之间轧合，会使得层与层之间粘结强度的下降，导致铝钎焊复合板的强度下降，同时耐腐蚀性一般，使其在较为苛刻的使用条件下应用受限。
4.综上所述，解决上述问题，制备一种耐腐蚀铝钎焊复合板具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种耐腐蚀铝钎焊复合板及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
7.一种耐腐蚀铝钎焊复合板的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤1：将芯层合金铸锭、包层合金铸锭分别进行切割、铣面，均质化处理；得到芯层合金、包层合金；
9.步骤2：将芯层合金表面激光刻蚀，喷涂石墨烯混合料，激光熔覆，表面产生阻隔层；得到芯层合金a；
10.步骤3：按照包层合金、芯层合金a、包层合金的顺序叠合，热轧，一次退火；冷轧，二次退火；空冷，得到耐腐蚀铝钎焊复合板。
11.较为优化地，步骤1中，均质化温度为500～520℃；步骤3中，热轧温度为480～500℃，热轧至3～3.5mm；一次退火温度为470～480℃，时间为20～30分钟；冷轧至1.0
±
0.01mm；二次退火温度为400～410℃，退火时间为3～4小时。
12.较为优化地，步骤2中，所述激光刻蚀的工艺参数为：激光功率15～20w，扫描速度为2000mm/s，光斑直径为50μm，扫描次数为2～3次，扫描线间距为40μm；激光熔覆的工艺参数为：激光功率1.5～1.8kw，扫描速度为15mm/s，光斑直径为3mm。
13.较为优化地，步骤2中，所述阻隔层的厚度为30～50μm；喷涂的工艺参数为：压力为1～2.5mpa，温度为200～250℃，喂粉速率为100～150g/min。
14.较为优化地，步骤1中，所述包层合金为4343铝合金；所述芯层合金中包括以下成
分：按重量计百分比，锰0.5～1.5％，铜2.0～4.5％、镁0.8～1.2％、铁≤0.5％、硅≤0.5％，其余为铝及不去除杂质。
15.较为优化地，步骤2中，所述石墨烯混合料的原料包括以下组分：按重量计，2～3份金属化石墨烯、99～100份1100铝合金粉末。
16.较为优化地，所述金属化石墨烯包括质量比(9～10):1的锌基石墨烯和钛基石墨烯。
17.较为优化地，所述锌基石墨烯的制备方法为：将石墨烯分散在水溶液中，加入硝酸锌溶液混合均匀，冻干，转移至高温炉中，在5％氢气-95％氮气混合气体下，设置温度为650～750℃热处理2小时，得到锌基石墨烯；其中，所述石墨烯和硝酸锌的质量比为5:(0.8～1)。
18.较为优化地，所述钛基石墨烯的制备方法：将石墨烯、氟钛酸钾、1100铝合金粉末研磨混合，转移至高温炉中，在氮气下，设置温度为750～850℃热处理1～1.5小时，得到钛基石墨烯；其中，石墨烯、氟钛酸钾、1100铝合金粉末的质量比为5:(0.8～1):2。
19.较为优化地，一种耐腐蚀铝钎焊复合板的制备方法得到的耐腐蚀铝钎焊复合板。
20.本技术方案中，将金属化石墨烯掺杂在铝粉中，作为阻隔层涂敷在芯层合金与包层合金之间，有效抑制元素的迁移，增加层与层之间的界面作用，提高铝钎焊复合板的力学性能，抑制耐腐蚀性降低，从而制得高强度、具有优异耐腐性的铝钎焊复合板。
21.(1)方案中，采用al-cu-mg-mn系合金，以其为芯层合金，相较于3003芯层，由于含有镁元素，其固溶和晶界硬化作用使得铝复合板的强度更高。
22.(2)由于芯层合金中含有铜、镁，其会在钎焊过程中，芯层合金与包层合金发生液固作用，其迁移扩散至包层中，产生晶界沉淀相，导致产生孔洞、裂纹等缺陷，导致铝钎焊复合板的力学性能和耐腐蚀性能下降。因此，设置阻隔层用以解决存在的问题。
23.方案中，并未直接使用1100铝合金复合板，而是将石墨烯掺杂在1100铝合金粉末形成石墨烯混合料。先通过激光刻蚀，在其表面形成网格状图形，在喷涂石墨烯混合料，增加其嵌入性，在通过激光熔覆填平，形成一定厚度的阻隔层。该方式，减少了一层铝合金板的加入，减少了轧合时层与层的界面，从而提高了粘结强度，提高整体钎焊复合板的强度。
24.方案中，采用金属化石墨烯和1100铝合金粉末形成混合料，激光熔覆在芯层表面，形成阻隔层；该阻隔层的设置防止了固液作用，抑制了铜、镁金属元素的迁移，抑制了力学性能、耐腐蚀性能的下降。其中，1100铝合金粉末是一种较软的铝合金粉末，具有良好的延展性、焊接性、耐蚀性；相较于7072铝合金、1050铝合金，其是更纯净铝粉，其可以很好的作为芯层和包层的中间界面，使得两层具有良好的粘结性。
25.阻隔层中，金属化石墨烯的加入，增加了阻隔层的力学性能，从而提高了整体强度；但是其加入量不宜过多，因为石墨烯和铝粉之间界面作用性差，加入量过对，会影响铝合金的界面作用性，使得强度下降。同时，方案中通过将石墨烯金属化，提高石墨烯的分散性和界面性问题。其中，金属化，选用钛、锌两种金属，形成钛基石墨烯和锌基石墨烯，通过调节比例加入。目的是为了提高钎焊后的铝钎焊复合板的力学性能，原因在于：钛、锌的迁移，使得冷成型过程中铝合金组织晶粒的细化，因为一般情况下，钎焊后冷却过程缓慢，使得界面组织晶粒粗化，导致裂纹和孔洞出现，影响了包层的粘结强度，从而使得强度下降。而钛的迁移可以细化，增加力学强度。而锌的迁移可以提高耐腐蚀性。同时，铜迁移到阻隔
层时，存在与石墨烯形成铜基石墨烯，具有一定接触钎焊性，增加了界面强度。当然两种金属化石墨烯的比例和量需要限制，因为金属量比例不对，会造成性能下降。
具体实施方式
26.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.以下实施例中，
28.钛基石墨烯的制备：将质量比为5:1:2石墨烯、氟钛酸钾、1100铝合金粉末研磨混合，转移至高温炉中，在氮气下，设置温度为850℃热处理1小时，得到钛基石墨烯。
29.锌基石墨烯的制备方法为：称取质量比为5:1的石墨烯和硝酸锌；将石墨烯分散在水溶液中形成10wt％，加入10wt％的硝酸锌溶液混合均匀，冻干，转移至高温炉中，在5％氢气-95％氮气混合气体下，设置温度为700℃热处理2小时，得到锌基石墨烯。
30.实施例1：
31.步骤1：将al-cu-mg-mn芯层合金铸锭、4343包层合金铸锭分别进行切割、铣面，在520℃下均质化处理1小时；得到芯层合金、包层合金；
32.步骤2：(1)将质量比为10:1的锌基石墨烯和钛基石墨烯混合均匀，得到金属化石墨烯；将3份金属化石墨烯、100份1100铝合金粉末置于研磨罐中，在球料比为10:1下，设置转速为150rmp，间歇式球磨2.5小时，每10分钟，暂停30分钟；得到石墨烯混合料。(2)设置工艺参数为：激光功率18w，扫描速度为2000mm/s，光斑直径为50μm，扫描次数为2次，扫描线间距为40μm；进行在芯层合金表面激光刻蚀；设置喷涂的工艺参数为：压力为2mpa，温度为200℃，喂粉速率为125g/min，喷涂石墨烯混合料；设置激光熔覆的工艺参数为：激光功率1.5kw，扫描速度为15mm/s，光斑直径为3mm，激光熔覆，表面覆盖40μm阻隔层；得到芯层合金a；
33.步骤3：按照包层合金、芯层合金a、包层合金的顺序叠合，在490℃下多次热轧至3mm，在475℃下一次退火25分钟；多次冷轧至1.0mm，在400℃下二次退火3.5小时；空冷，得到耐腐蚀铝钎焊复合板。
34.实施例2：
35.步骤1：将al-cu-mg-mn芯层合金铸锭、4343包层合金铸锭分别进行切割、铣面，在500℃下均质化处理1小时；得到芯层合金、包层合金；
36.步骤2：(1)将质量比为9:1的锌基石墨烯和钛基石墨烯混合均匀，得到金属化石墨烯；将2份金属化石墨烯、99份1100铝合金粉末置于研磨罐中，在球料比为10:1下，设置转速为150rmp，间歇式球磨2小时，每10分钟，暂停30分钟；得到石墨烯混合料。(2)设置工艺参数为：激光功率15w，扫描速度为2000mm/s，光斑直径为50μm，扫描次数为3次，扫描线间距为40μm；进行在芯层合金表面激光刻蚀；设置喷涂的工艺参数为：压力为1mpa，温度为250℃，喂粉速率为100g/min，喷涂石墨烯混合料；设置激光熔覆的工艺参数为：激光功率1.5kw，扫描速度为15mm/s，光斑直径为3mm，激光熔覆，表面覆盖30μm阻隔层；得到芯层合金a；
37.步骤3：按照包层合金、芯层合金a、包层合金的顺序叠合，在480℃下多次热轧至
3mm，在470℃下一次退火20分钟；多次冷轧至1.0mm，在400℃下二次退火4小时；空冷，得到耐腐蚀铝钎焊复合板。
38.实施例3：
39.步骤1：将al-cu-mg-mn芯层合金铸锭、4343包层合金铸锭分别进行切割、铣面，在520℃下均质化处理1小时；得到芯层合金、包层合金；
40.步骤2：(1)将质量比为10:1的锌基石墨烯和钛基石墨烯混合均匀，得到金属化石墨烯；将3份金属化石墨烯、100份1100铝合金粉末置于研磨罐中，在球料比为10:1下，设置转速为150rmp，间歇式球磨3小时，每10分钟，暂停30分钟；得到石墨烯混合料。(2)设置工艺参数为：激光功率20w，扫描速度为2000mm/s，光斑直径为50μm，扫描次数为2次，扫描线间距为40μm；进行在芯层合金表面激光刻蚀；设置喷涂的工艺参数为：压力为2.5mpa，温度为200℃，喂粉速率为150g/min，喷涂石墨烯混合料；设置激光熔覆的工艺参数为：激光功率1.8kw，扫描速度为15mm/s，光斑直径为3mm，激光熔覆，表面覆盖50μm阻隔层；得到芯层合金a；
41.步骤3：按照包层合金、芯层合金a、包层合金的顺序叠合，在500℃下多次热轧至3.5mm，在480℃下一次退火20分钟；多次冷轧至1.0mm，在410℃下二次退火3小时；空冷，得到耐腐蚀铝钎焊复合板。
42.对比例1：
43.步骤1：将3003芯层合金铸锭、4343包层合金铸锭分别进行切割、铣面，在520℃下均质化处理1小时；得到芯层合金、包层合金；
44.步骤2：(1)将质量比为10:1的锌基石墨烯和钛基石墨烯混合均匀，得到金属化石墨烯；将3份金属化石墨烯、100份1100铝合金粉末置于研磨罐中，在球料比为10:1下，设置转速为150rmp，间歇式球磨2.5小时，每10分钟，暂停30分钟；得到石墨烯混合料。(2)设置工艺参数为：激光功率18w，扫描速度为2000mm/s，光斑直径为50μm，扫描次数为2次，扫描线间距为40μm；进行在芯层合金表面激光刻蚀；设置喷涂的工艺参数为：压力为2mpa，温度为200℃，喂粉速率为125g/min，喷涂石墨烯混合料；设置激光熔覆的工艺参数为：激光功率1.5kw，扫描速度为15mm/s，光斑直径为3mm，激光熔覆，表面覆盖40μm阻隔层；得到芯层合金a；
45.步骤3：按照包层合金、芯层合金a、包层合金的顺序叠合，在490℃下多次热轧至3mm，在475℃下一次退火25分钟；多次冷轧至1.0mm，在400℃下二次退火3.5小时；空冷，得到耐腐蚀铝钎焊复合板。
46.对比例2：
47.步骤1：将al-cu-mg-mn芯层合金铸锭、4343包层合金铸锭、1100铝合金铸锭分别进行切割、铣面，在520℃下均质化处理1小时；得到芯层合金、包层合金、1100铝合金；
48.步骤2：按照包层合金、1100铝合金、芯层合金a、1100铝合金、包层合金的顺序叠合，在490℃下多次热轧至3mm，在475℃下一次退火25分钟；多次冷轧至1.0mm，在400℃下二次退火3.5小时；空冷，得到耐腐蚀铝钎焊复合板。
49.对比例3：
50.步骤1：将al-cu-mg-mn芯层合金铸锭、4343包层合金铸锭分别进行切割、铣面，在520℃下均质化处理1小时；得到芯层合金、包层合金；
51.步骤2：(1)将质量比为10:1的锌基石墨烯和钛基石墨烯混合均匀，得到金属化石墨烯；将3份金属化石墨烯、100份1050铝合金粉末置于研磨罐中，在球料比为10:1下，设置转速为150rmp，间歇式球磨2.5小时，每10分钟，暂停30分钟；得到石墨烯混合料。(2)设置工艺参数为：激光功率18w，扫描速度为2000mm/s，光斑直径为50μm，扫描次数为2次，扫描线间距为40μm；进行在芯层合金表面激光刻蚀；设置喷涂的工艺参数为：压力为2mpa，温度为200℃，喂粉速率为125g/min，喷涂石墨烯混合料；设置激光熔覆的工艺参数为：激光功率1.5kw，扫描速度为15mm/s，光斑直径为3mm，激光熔覆，表面覆盖40μm阻隔层；得到芯层合金a；
52.步骤3：按照包层合金、芯层合金a、包层合金的顺序叠合，在490℃下多次热轧至3mm，在475℃下一次退火25分钟；多次冷轧至1.0mm，在400℃下二次退火3.5小时；空冷，得到耐腐蚀铝钎焊复合板。
53.对比例4：
54.步骤1：将al-cu-mg-mn芯层合金铸锭、4343包层合金铸锭分别进行切割、铣面，在520℃下均质化处理1小时；得到芯层合金、包层合金；
55.步骤2：(1)将3份石墨烯、100份1100铝合金粉末置于研磨罐中，在球料比为10:1下，设置转速为150rmp，间歇式球磨2.5小时，每10分钟，暂停30分钟；得到石墨烯混合料。(2)设置工艺参数为：激光功率18w，扫描速度为2000mm/s，光斑直径为50μm，扫描次数为2次，扫描线间距为40μm；进行在芯层合金表面激光刻蚀；设置喷涂的工艺参数为：压力为2mpa，温度为200℃，喂粉速率为125g/min，喷涂石墨烯混合料；设置激光熔覆的工艺参数为：激光功率1.5kw，扫描速度为15mm/s，光斑直径为3mm，激光熔覆，表面覆盖40μm阻隔层；得到芯层合金a；
56.步骤3：按照包层合金、芯层合金a、包层合金的顺序叠合，在490℃下多次热轧至3mm，在475℃下一次退火25分钟；多次冷轧至1.0mm，在400℃下二次退火3.5小时；空冷，得到耐腐蚀铝钎焊复合板。
57.对比例5：
58.步骤1：将al-cu-mg-mn芯层合金铸锭、4343包层合金铸锭分别进行切割、铣面，在520℃下均质化处理1小时；得到芯层合金、包层合金；
59.步骤2：(1)将质量比为10:1的锌基石墨烯和钛基石墨烯混合均匀，得到金属化石墨烯；将5份金属化石墨烯、100份1100铝合金粉末置于研磨罐中，在球料比为10:1下，设置转速为150rmp，间歇式球磨2.5小时，每10分钟，暂停30分钟；得到石墨烯混合料。(2)设置工艺参数为：激光功率18w，扫描速度为2000mm/s，光斑直径为50μm，扫描次数为2次，扫描线间距为40μm；进行在芯层合金表面激光刻蚀；设置喷涂的工艺参数为：压力为2mpa，温度为200℃，喂粉速率为125g/min，喷涂石墨烯混合料；设置激光熔覆的工艺参数为：激光功率1.5kw，扫描速度为15mm/s，光斑直径为3mm，激光熔覆，表面覆盖40μm阻隔层；得到芯层合金a；
60.步骤3：按照包层合金、芯层合金a、包层合金的顺序叠合，在490℃下多次热轧至3mm，在475℃下一次退火25分钟；多次冷轧至1.0mm，在400℃下二次退火3.5小时；空冷，得到耐腐蚀铝钎焊复合板。
61.对比例6：
62.步骤1：将al-cu-mg-mn芯层合金铸锭、4343包层合金铸锭分别进行切割、铣面，在520℃下均质化处理1小时；得到芯层合金、包层合金；
63.步骤2：(1)将质量比为5:1的锌基石墨烯和钛基石墨烯混合均匀，得到金属化石墨烯；将3份金属化石墨烯、100份1100铝合金粉末置于研磨罐中，在球料比为10:1下，设置转速为150rmp，间歇式球磨2.5小时，每10分钟，暂停30分钟；得到石墨烯混合料。(2)设置工艺参数为：激光功率18w，扫描速度为2000mm/s，光斑直径为50μm，扫描次数为2次，扫描线间距为40μm；进行在芯层合金表面激光刻蚀；设置喷涂的工艺参数为：压力为2mpa，温度为200℃，喂粉速率为125g/min，喷涂石墨烯混合料；设置激光熔覆的工艺参数为：激光功率1.5kw，扫描速度为15mm/s，光斑直径为3mm，激光熔覆，表面覆盖40μm阻隔层；得到芯层合金a；
64.步骤3：按照包层合金、芯层合金a、包层合金的顺序叠合，在490℃下多次热轧至3mm，在475℃下一次退火25分钟；多次冷轧至1.0mm，在400℃下二次退火3.5小时；空冷，得到耐腐蚀铝钎焊复合板。
65.实验：将实施例和对比例中的耐腐蚀铝钎焊复合板测试钎焊后的力学性能和耐腐蚀性测试；其中，钎焊工艺为600℃保温5分钟，空冷；耐腐蚀性测试是在swaat盐雾箱中进行实验，一天循环12小时，每次循环过程为：30分钟盐雾喷淋，90分钟50℃冷凝水保湿。60天后，测试腐蚀深度。所得数据如下表所示。
[0066][0067]
结论：由实施例1～3可知，所制备的耐腐蚀铝钎焊复合板具有良好的力学性能、优异的耐腐蚀性、良好的钎焊性。将实施例1与对比例1～7的数据对比可知：对比例1中，使用3003最为芯层合金，使得强度下降；对比例2中，由于直接使用1100铝合金板，使得界面性能下降，使得强度下降，同时由于1100铝合金板中未含有金属化石墨烯，使得强度和耐腐蚀性下降。对比例3中，由于使用1050铝合金粉末代替1100铝合金粉末，使得性能略有下降。对比例4中，由于直接加入石墨烯，使得力学性能和耐腐蚀性下降。对比例5中，由于金属化石墨烯的加入量过多，使得性能下降。对比例6中，由于金属化石墨烯中锌基石墨烯和钛基石墨烯的比例变化，使得强度和耐腐蚀性能下降。
[0068]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。
[0069]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。