一種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料，包括芯材和包覆在所述芯材外的皮材，所述芯材為3003鋁合金，所述皮材為4343、4045、4104或4004鋁合金，同時(shí)公開了上述耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料的制備方法，采用該方法制備的耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料較普通鋁合金釬焊復(fù)合材料在力學(xué)性能上得到優(yōu)化和提高，改善了超薄復(fù)合材料的成型性能，提高了抗塌陷性能。
【專利說明】
一種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁合金釬焊復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種耐熱3003鋁 合金釬焊復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械 制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用，是在純鋁的基礎(chǔ)上添加不同金屬熔煉而成，因而不同 的鋁合金具有不同的物理性能，現(xiàn)如今工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求 日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。
[0003] 皮材：亦稱包覆層，依附于芯材單側(cè)或雙側(cè)而存在，相對(duì)于芯材占比較少，熔點(diǎn)比 芯材低，在釬焊的過程中作為釬料。
[0004] 芯材：亦稱基體、基層，依附于芯材單側(cè)或雙側(cè)而存在，相對(duì)于芯材占比較少，熔點(diǎn) 比皮材高，在釬焊過程中主要起到強(qiáng)力支撐作用，釬焊完成后皮材作為釬料焊接，芯材裸露 作為結(jié)構(gòu)部件使用。
[0005] 復(fù)合錠：復(fù)合錠是釬焊板生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物，將皮材厚板與芯材板錠固定在 一起，形成復(fù)合錠，復(fù)合錠經(jīng)加熱、熱乳形成釬焊卷材。
[0006] 汽車熱交換器主要是由流體管道和散熱翅片通過釬焊法裝配而成，流體管道和 散熱翅片分別是由三層4343/3003/4343鋁合金板材復(fù)合乳制成為鋁板和鋁箱材，其中芯 材3003為典型的Al-Mn系合金，起支撐作用，是釬焊鋁箱的主體材料；皮材4343為典型的 Al-Si系合金，作為釬焊層在釬焊時(shí)起釬料作用。當(dāng)前資源和能源危機(jī)日益加劇的背景下， 汽車的輕量化迫切需求其熱交換器（散熱器、中冷器、冷凝器、蒸發(fā)器等）鋁復(fù)合板帶箱材 減重變薄。
[0007] 4343鋁合金的固相線溫度為577°C，液相線溫度為615°C，故工業(yè)上熱交換器的釬 焊溫度為600-620°C。正是因?yàn)殁F焊溫度只比芯材3003的固相線溫度643°C略低，所以，當(dāng) 散熱器和冷凝器等翅片的復(fù)合鋁箱材過?。ㄐ∮?. 08-0. 1mm)，芯材3003基材嚴(yán)重軟化； 而且高溫下皮材4343中的Si向芯材劇烈滲透，沿晶界擴(kuò)散形成a (Al)+Si共晶，進(jìn)一步芯 材的固相線溫度和強(qiáng)度，最終造成焊后工件翹曲變形、散熱帶熔蝕、燒斷、倒塌和金屬堆積 等缺陷，嚴(yán)重影響成品率和經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種耐熱3003鋁合金釬焊復(fù)合材料及其制 備方法，以達(dá)到提高焊后的鋁合金復(fù)合材料的強(qiáng)度、延伸率、抗塌陷性能等指標(biāo)的目的。
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0010] 一種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料，包括芯材和包覆在所述芯材外的皮材，所述芯材 為3003鋁合金，所述3003鋁合金包括按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的如下成分：0. 65-0. 85%的Si， 0? 35-0. 45%的 Fe，0. 1-0. 2%的 Cu，1. 5-2. 0%的 Mn，0. 01-0. 05%的 Mg，0. 03-0. 2%的 Zr， 0? 01-0. 05% 的 Cr，0. 01-0. 15% 的 Zn，0. 015-0. 025% 的 Ti，余量為 A1 及不可避免的雜質(zhì)； [0011] 所述皮材為4系鋁合金，所述4系鋁合金包括按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的如下成分： 7.2-10.7%的51，0.1-0.65%的卩6,0.01-0.05%的(：11，0.01-0.05%的]\111，0.01-0.05%的 Mg，0. 03-0. 2%的 Zr，0. 01-0. 05%的 Cr，0. 01-0. 1%的 Zn，0. 015-0. 025%的 Ti，余量為 A1 及不可避免的雜質(zhì)。
[0012] 通過調(diào)整芯材和皮材中各種金屬元素的含量，可基本解決超薄復(fù)合材料的成型性 能及抗塌陷性能，焊后的強(qiáng)度大幅度增加。
[0013] 優(yōu)選的，所述4系鋁合金為4343、4045、4104或4004鋁合金，在復(fù)合釬焊過程中， 作為包覆層合金具有較好的流動(dòng)性、潤濕性、間隙填充能力、熔濕性和接頭強(qiáng)度。
[0014] -種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
[0015] 1)對(duì)3003鋁合金進(jìn)行鑄錠、鋸銑，得到芯材；
[0016] 2)對(duì)4系鋁合金進(jìn)行鑄錠、鋸銑，加熱、熱乳、鋸切得到皮材； _7] 3)將皮材和芯材緊固，進(jìn)行無縫焊接，焊接后，頭、中、尾部打鋼帶固定，得到復(fù)合 錠；
[0018] 4)將復(fù)合錠裝爐加熱到380~400°C，保溫2h，后加熱到510°C保溫7h ;
[0019] 5)加熱后的復(fù)合錠進(jìn)行熱乳，開乳溫度為490°C，終乳溫度大于300°C ;
[0020] 6)乳制到60mm厚時(shí)得到耐熱錯(cuò)合金釬焊復(fù)合材料。
[0021] 進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述步驟1)中3003鋁合金是由重量分?jǐn)?shù)30-35 %的鋁錠和 重量分?jǐn)?shù)65-70 %的濃度為99. 7 %的鋁液配料而成。
[0022] 優(yōu)選的，所述步驟1)中的配料溫度為740±5°C，鑄錠溫度為690~700°C。
[0023] 進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述步驟2)中4系鋁合金是由重量分?jǐn)?shù)30-35 %的鋁錠和 重量分?jǐn)?shù)65-70 %的濃度為99. 7 %的鋁液配料而成。
[0024] 進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述步驟2)中的配料溫度為740 ±5 °C，鑄錠溫度為670~ 680°C，加熱溫度為500°C，加熱16h。
[0025] 進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述步驟3)中的皮材比芯材寬度小60mm，長度短100mm。
[0026] 通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的耐熱3003鋁合金釬焊復(fù)合材料較普通鋁合金 釬焊復(fù)合材料在力學(xué)性能上得到優(yōu)化和提高，改善了超薄復(fù)合材料的成型性能，提高了抗 塌陷性能。該制備方法制得的成品焊合良好，沒有腐蝕、乳液痕、裂紋、氣泡、夾渣、粘鋁、擦 劃傷等缺陷。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0028] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1、2所公開的耐熱3003鋁合金釬焊復(fù)合材料的截面示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例3、4所公開的耐熱3003鋁合金釬焊復(fù)合材料的截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。
[0031] 本發(fā)明提供了一種耐熱3003鋁合金釬焊復(fù)合材料及其制備方法，具體實(shí)施例如 下：
[0032] 實(shí)施例1 :
[0033] 芯材：
[0034] 3003鋁合金，包括按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的如下成分：0. 70%的Si，0. 4%的Fe，0. 2%的 Cu，l. 5%的Mn，0. 02%的Mg，0. 1%的 Zr，0. 02%的 Cr，0. 12%的 Zn，0. 02%的 Ti，余量為 A1 及不可避免的雜質(zhì)。
[0035] 皮材：
[0036] 4343鋁合金，包括按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的如下成分：8. 7 %的Si，0. 2 %的Fe，0. 03 %的 〇1，0.04%的]?11，0.02%的]\%，0.08%的210.02%的〇,0.08%的211，0.025%的11，余量 為A1及不可避免的雜質(zhì)。
[0037] 具體制備方法如下：
[0038] 1)將重量分?jǐn)?shù)30-35 %的3003鋁錠和重量分?jǐn)?shù)65-70 %的濃度為99. 7 %的鋁液 在740°C下配料，放入導(dǎo)爐中，投入高效精煉劑，在680°C下進(jìn)行鑄錠，完成后，切鋸頭尾，保 證板錠平直無鑄造偏析瘤，厚度差頭、中、尾同板差控制在0. 5mm以內(nèi)，每面銑10mm，得到芯 材；
[0039] 2)將重量分?jǐn)?shù)30-35 %的4343鋁錠和重量分?jǐn)?shù)65-70 %的濃度為99. 7 %的鋁液 配料，在740°C下配料，放入導(dǎo)爐中，投入高效精煉劑，在680°C下進(jìn)行鑄錠，完成后，切鋸頭 尾，保證板錠平直無鑄造偏析瘤，厚度差頭、中、尾同板差控制在0. 5mm以內(nèi)，每面銑10_， 加熱到溫度為500°C，加熱16h，鋸切得到皮材；
[0040] 3)皮材用專用鋼刷均勻、認(rèn)真打磨（皮材表面氧化皮打磨干凈、徹底，表面呈顆粒 感），清理干凈（清洗油或汽油將表面清理擦洗干凈），不允許存在油污、臟物、灰份、毛肩 等。皮材比芯材寬度小60臟，長度短100mm。如圖1所示，將芯材1置于中間，兩面各一層 皮材2,將其緊固，進(jìn)行無縫焊接，釬焊時(shí)要求立焊，焊槍角度控制在75°左右，防止焊渣進(jìn) 入皮材與芯材間隙。焊縫長度lm，焊縫間隙長度20cm，焊合后將表面磕傷碰傷及表面黑斑 等缺陷打磨清理干凈。焊接后，頭、中、尾部打鋼帶固定，得到復(fù)合錠；
[0041] 4)將復(fù)合錠裝爐，復(fù)合錠梯形面放在加熱墊上，加熱到380~400°C，保溫2h，后加 熱到510°C保溫7h ;
[0042] 5)加熱后的復(fù)合錠進(jìn)行熱乳，開乳前，乳液始終保持大循環(huán)，電導(dǎo)率< 600us，濃 度：3.4%沖11=7.8~8.2左右，粘度：10~15，溫度 ：55±5°(：，了￡值：8~10。開乳溫度 為490°C，終乳溫度大于300°C ;乳輥粗糙度：0. 28-0. 3。
[0043] 熱乳前用乳液沖洗輥面30S后，料出爐后剪掉打包帶，關(guān)閉乳液2分鐘后再送料， 料進(jìn)入中間壓緊，中間開乳3-5道次，左右乳2道次，道次壓下量控制在2-3_，可根據(jù)乳制 情況適量放大，待焊和后再噴乳液迅速乳制，乳制道次絕對(duì)壓下量以穩(wěn)定乳制設(shè)備水平最 大值為好，乳制60mm厚時(shí)切取料頭料尾，乳制合格后卷取。乳制時(shí)張力控制略小于3003乳 制時(shí)的張力控制。
[0044] 復(fù)合卷端面整齊塔形< 5mm，錯(cuò)層< 1. 5mm。
[0045] 實(shí)施例2 :
[0046] 芯材：
[0047] 3003鋁合金，包括按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的如下成分：0. 75 %的Si，0. 45 %的Fe，0. 1% 的 Cu，l. 5%的Mn，0. 02%的Mg，0. 1%的 Zr，0. 02%的 Cr，0. 12%的 Zn，0. 02%的 Ti，余量為 A1及不可避免的雜質(zhì)。
[0048] 皮材：
[0049] 4045鋁合金，包括按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的如下成分：10. 2%的Si，0. 3%的Fe，0. 02% 的〇1，0.04%的]?11，0.02%的]\%，0.08%的21，0.02%的0,0.08%的211，0.025%的11，余 量為A1及不可避免的雜質(zhì)。
[0050] 制備方法同實(shí)施例1。
[0051] 實(shí)施例3:
[0052] 芯材、皮材成分同實(shí)施例1。
[0053] 制備時(shí)，如圖2所示，將芯材1和皮材2各一層，進(jìn)行緊固，焊接，其余方法同實(shí)施 例1 〇
[0054] 實(shí)施例4 :
[0055] 芯材、皮材成分同實(shí)施例2。
[0056] 制備時(shí)，如圖2所示，將芯材1和皮材2各一層，進(jìn)行緊固，焊接，其余方法同實(shí)施 例1 〇
[0057] 需要說明的是，皮材、芯材表面質(zhì)量要求如下：
[0058] 刀痕深度< 0. 2mm，銑完面表面光潔干凈不允許有夾渣、氣泡、裂紋、臟物、腐蝕等 存在。
[0059] 皮材熱乳后表面光潔平整不允許有氣泡、夾渣、擦劃傷、乳液痕存在；不允許有裂 紋、腐蝕存在，板型平整，不允許有明顯波浪存在，鋸切后端面無毛刺。
[0060] 制備后的復(fù)合材料各項(xiàng)性能測(cè)試結(jié)果如下表1。
[0061] 表1性能指標(biāo)
[0063] 從上表中可以看出，耐熱3003基材復(fù)合材料的各種性能指標(biāo)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)3003基 材復(fù)合材料，改善了超薄復(fù)合材料的成型性能，提高了抗塌陷性能。
[0064] 對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一 致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料，包括芯材和包覆在所述芯材外的皮材，其特征在于， 所述芯材為3003鋁合金，所述3003鋁合金包括按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的如下成分：0. 65-0. 85% 的 Si，0. 35-0. 45%的 Fe，0. 1-0. 2%的 Cu，L 5-2. 0%的 Μη，0· 01-0. 05%的 Mg，0. 03-0. 2% 的 Zr，0. 01-0. 05%的 Cr，0. 01-0. 15%的 Ζη，0· 015-0. 025%的 Ti，余量為 Al 及不可避免的 雜質(zhì)； 所述皮材為4系鋁合金，所述4系鋁合金包括按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的如下成分：7. 2-10. 7% 的 Si，0. 1-0. 65 % 的 Fe，0. 01-0. 05 % 的 Cu，0. 01-0. 05 % 的 Μη，0· 01-0. 05 % 的 Mg， 0· 03-0. 2% 的 Zr，0. 01-0. 05% 的 Cr，0. 01-0. 1% 的 Ζη，0· 015-0. 025% 的 Ti，余量為 Al 及 不可避免的雜質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料，其特征在于，所述4系鋁合金為 4343、4045、4104 或 4004 鋁合金。3. -種如權(quán)利要求1所述的耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括 如下步驟： 1) 對(duì)3003鋁合金進(jìn)行鑄錠、鋸銑，得到芯材； 2) 對(duì)4系鋁合金進(jìn)行鑄錠、鋸銑，加熱、熱乳、鋸切得到皮材； 3) 將皮材和芯材緊固，進(jìn)行無縫焊接，焊接后，頭、中、尾部打鋼帶固定，得到復(fù)合錠； 4) 將復(fù)合錠裝爐加熱到380~400°C，保溫2h，后加熱到510°C保溫7h ; 5) 加熱后的復(fù)合錠進(jìn)行熱乳，開乳溫度為490°C，終乳溫度大于300°C ; 6) 乳制到60mm厚時(shí)得到耐熱錯(cuò)合金釬焊復(fù)合材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 所述步驟1)中3003鋁合金是由重量分?jǐn)?shù)30-35%的鋁錠和重量分?jǐn)?shù)65-70%的濃度為 99. 7 %的鋁液配料而成。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟1)中的配料溫度為740 ±5 °C，鑄錠溫度為690~700 °C。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟2)中4系鋁合金是由重量分?jǐn)?shù)30-35 %的鋁錠和重量分?jǐn)?shù)65-70 %的濃度為99. 7% 的鋁液配料而成。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟2)中的配料溫度為740±5°C，鑄錠溫度為670~680°C，加熱溫度為500°C，加熱 16h〇8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐熱鋁合金釬焊復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟3)中的皮材比芯材寬度小60mm，長度短100mm。
【文檔編號(hào)】B23K35/28GK105880866SQ201510031307
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年1月15日
【發(fā)明人】畢祥玉
【申請(qǐng)人】江蘇財(cái)發(fā)鋁業(yè)股份有限公司