一种钎焊复合板的制造方法

技术领域

本发明提供一种能够与含Mg铝合金钎焊的钎焊复合板的制造方法。

背景技术

就以汽车用热交换器为代表的铝合金热交换器而言，经常通过将钎焊材料包覆在芯材上而形成的复合材料来制造。

近年来最常用的钎焊方法是CAB法(Controlled Atmosphere Brazing：保护气体钎焊法)。CAB法是在氮气等非氧化性气氛中加热铝材料，通过熔化的非腐蚀性钎剂破坏铝材料表面的氧化膜而进行钎焊连接的方法。

作为用于固定热交换器罐(Tank)材料的支撑材料，使用添加了Mg的可提高抗振动疲劳强度的6系合金。材料中含有的Mg在钎焊过程中会氧化、生成牢固的氧化膜，因此会抑制钎焊。在CAB方法中，通常使用氟化物系助焊剂(以下称为钎剂)，但钎剂会与材料中含有的Mg反应，由此钎剂不能起到充分破除氧化膜的作用，因此有时不能形成正常形状的焊角。

特别是，在需要强度且容易因振动而产生疲劳断裂的接合部位，焊角形状不正常的情况下，应力容易集中在焊角部位上而产生疲劳断裂。在这种情况下，即使使用添加了Mg的铝合金来提高材料的强度，也无法获得良好的疲劳强度。

发明内容

发明所要解决的问题

本发明提供一种钎焊复合板的制造方法，该钎焊复合板能够通过与含Mg的铝合金钎焊来形成疲劳强度优异的焊角。

用于解决问题的方案

根据本发明的实施例，提供了下述解决方案。

本发明提供一种钎焊复合板的制造方法，其特征在于，包括：铸造工序，通过将Si原料与熔融铝液混合来铸造含有7～12质量％的Si的Al-Si系钎料铸锭；以及轧制工序，轧制包含所述钎料铸锭的钎焊复合板以使板厚为0.8～3mm，所述钎焊复合板中钎料的厚度比例为3～12％，所述Si原料不含助熔剂。

发明效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：根据本发明的实施例，可以防止在钎焊加热时阻碍氟化物系发挥的助熔剂在铸造时与Si原料一起混入钎焊材料中，并且可以在与含Mg的铝合金接合中形成正常形状的焊角。本发明提供一种钎焊复合板的制造方法，该钎焊复合板能够通过与含Mg的铝合金钎焊来形成疲劳强度优异的焊角。

附图说明

图1为铝合金复合板的生产流程图。

图2的(a)为从垂直方向观察的样品材料示意图，图2的(b)是从垂直方向拍摄的样品材料照片。

图3的(a)和图3的(b)为从垂直方向拍摄的样品材料照片，图3的(c)和图3的(d)为从倾斜方向拍摄的样品材料照片，图3的(e)和图3的3的(f)为表示焊角的横截面照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例及比较例中的原料均可通过市场购买得到。

除非特别说明，本发明所采用的材料、方法和设备为本技术领域的常规材料、方法和设备。

1、钎焊复合板的构成

根据本发明实施例的制造方法制造出的钎焊板是整体板厚为0.8～3.0mm的钎焊复合板材，具有芯材和至少一层钎料。钎焊层的包覆率为3～12％(厚度比例)。包覆率是钎焊材料的厚度与复合板的总厚度之比。钎焊层可以仅复合在芯材的一个表面上，也可以复合在芯材的两个表面上。当钎焊层存在于芯材的两个表面上时，包覆率表示单个钎焊层的厚度比例。

芯材可以是以3003合金为代表的Al-Mn系合金，也可以是通过向Al-Mn系合金中添加0.05～1.2质量％的Cu或0.05～0.3质量％的Mg来提高强度的合金。芯材可以含有0.3质量％以下的Cr、Zr、Ti，也可以含有1.0质量％以下的Zn、Ni。Cr、Zr、Ti、Zn和Ni在上述含量范围内的含量不会影响本发明的效果。另外，芯材可以在不影响本发明效果的范围内含有上述元素以外的杂质元素，具体可以在各自含量为0.05质量％以下、合计含量为0.15质量％以下的范围内含有杂质元素。

用于本发明的钎焊材料可以是用于CAB方法的Al-Si系合金，并且可以应用例如4343、4045和4047的合金作为钎焊材料。

如上所述，钎焊层的包覆率为3～12％(厚度百分比)。当钎焊层的包覆率小于3％时，复合板的制造变得困难。另一方面，在通过本发明制造出的钎焊复合板中，如果使钎料变厚至包覆率超过12％，则钎焊时会产生过剩的熔融钎料，熔融钎料会沿着管材等构件流动而产生母材熔融的不良情况。

当钎焊材料仅存在芯材的一个表面上时，由1050合金表示的合金或由7072合金表示的Al-Zn合金可以包覆在与钎焊材料相反侧的表面上。另外，也可以将含有0.5～5质量％以下的Zn、0.05～2.5质量％以下的Mg、0.05～1.2质量％以下的Mn中的1种或2种以上的合金材料包覆在与钎焊层相反侧的表面上。通过包覆含Zn的合金材料，可以提高牺牲防腐性能，通过包覆含Mg和Mn的合金材料，可以提高强度。

由于本实施例的钎焊复合板厚度下限为0.8mm，足够厚，因此可以认为：包覆在相反侧的表面上的合金材料不会对通过钎焊形成的焊角形状产生影响。因此，可以包覆在与钎焊材料相反侧的表面上的合金不受限制，并且可以通过包覆各种合金材料来改善复合板的各种特性。

当钎焊复合板的板厚为0.8mm以上时，在复合板本身被疲劳破坏之前可能发生焊角的疲劳破坏。因此，可以通过在制造板厚为0.8mm以上的钎焊板时应用本发明，提高焊角的疲劳强度，提高应用了该钎焊复合板的产品的抗疲劳性能。另一方面，当钎焊板的厚度为3mm以下时，因钎焊复合板本身的机械特性而难以抑制焊角附近的变形导致的焊角的疲劳断裂。因此，可以通过在制造厚度为3mm以下的钎焊复合板时应用本发明，提高焊角的疲劳强度，提高应用了该钎焊复合板的产品的抗疲劳性能。

2、钎焊复合板的制造方法

图1为本实施例的钎焊复合板的生产流程示意图。

首先，在铸造工序中，通过加入Si原料并与熔融铝液混合来铸造含有7～12质量％Si的Al-Si系钎料的铸锭。具体而言，钎焊复合板的钎料铸锭通过DC法(快速冷却铸造)进行铸造。构成复合板表面的是皮材。除钎料以外的其他皮材的铸锭采用与芯材相同的铸造方法。接下来，对皮材铸锭进行铣面。对皮材铸锭进行铣面的同时，可以锯切铸锭的头部和尾部中的一个或两个。此外，可以根据需要对皮材铸锭进行均匀化(均热)处理。

同样地，通过DC铸造来制造芯材的铸锭。接着，对芯材的铸锭进行均匀化处理。通常，为了提高材料的成形性能而对芯材铸锭进行均匀化处理。另外，需要对芯材的铸锭进行铣面，并且可以根据需要锯切头部和尾部中的一个或两个。

接着，在轧制工序中，轧制含有所述钎料的复合板以使板厚为0.8～3mm，所述钎焊复合板中钎料层的厚度比例为3～12％。该轧制工序包括：皮材轧制工序，通过热轧形成皮材轧制板；焊合工序，通过在厚度方向上焊合皮材和芯材的铸锭来形成复合材料；热轧复合工序，通过复合压延来形成复合板；以及冷轧工序，将钎焊复合板轧制成最终板厚。

在皮材轧制工序中，可以通过热轧使皮材的厚度达到目标板厚。当需要多种皮材作为包覆层时，皮材的铸造和轧制工序可以对每种皮材进行。

在焊合工序中，通过在厚度方向上焊合锯切后的芯材铸锭和皮材来形成焊合材料，并且通过打钢带或焊接来固定芯材铸锭和皮材。当芯材铸锭和皮材焊合时，可以对芯材铸锭和皮材进行表面处理，例如清刷或化学处理。

在复合压延过程中，通过对材料进行复合压延，使材料的皮材和芯材粘合在一起。通过热轧卷取道次得到复合卷材。

在冷轧工序中，通过对复合卷材进行冷轧，形成具有最终板厚的材料。在冷轧过程中或完成后进行退火，以使钎焊复合板具有所需的H24、H14、O等材料状态。其目的在于，为了满足材料成形性能和抑制钎焊时钎料扩散到芯材中。确定了退火条件后，退火可以按照常规方法进行。

以下，对钎料板锭的铸造工序进行详细说明。在本实施例的铸造工序中，将铝基金属和Si原料混合，在熔化炉中熔化，在保持炉中调节成分，然后进行DC铸造。

通过在铸造过程中使用不含助熔剂的Si原料，当复合材料与含Mg的铝合金钎焊时，可以形成具有正常形状的焊角。

当在铸造过程中形成熔融Al-Si合金时，向熔融铝液中添加高熔点的Si原料。此时，Al与Si反应而形成Al-Si共晶成分，会降低熔点，形成Al-Si合金的熔融金属液。传统上，为了促进Si原料的熔化，会在Si原料中加入助熔剂。

用于在铸造时促进Si原料熔化的助熔剂(以下称为铸造用助熔剂)通常是氟钛酸系助熔剂，并且与构成钎焊时使用的氟化物系钎剂不同。残留在钎料中的铸造用助熔剂会在钎焊加热时抑制钎剂的作用，由此导致焊角的形成不稳定，特别是，在与含Mg的铝合金接合中，发现了通过使用不添加铸造用助熔剂的Si原料，可以在含Mg的铝合金上正常地形成焊角。

在这种情况下，Si原料中不包含助熔剂意味着，随着Si原料的混合，铸造用助熔剂不会混合到熔融铝液中。即意味着，Si原料中不包含铸造用助熔剂，并且铸造用助熔剂也不粘附到Si原料的表面。

就通过该制造方法制造出的钎焊复合板而言，可以在非氧化气氛中使用氟化物系非腐蚀性钎剂并通过所谓的CAB方法进行钎焊。就通过该制造方法制造出的钎焊复合板而言，即使在使用氟化物系钎剂的CAB方法中，也可以形成正常形状的焊角。

AA6101合金或AA6063合金是与通过该制造方法制造出的钎焊复合板配合使用的典型合金材料。但是，上述钎焊复合板的配合材料只要是含有0.1～3质量％Mg的铝合金即可，并不限于AA6101合金或AA6063合金。通过本实施例的制造方法制造出的钎焊复合板也可以与Mg含量不足0.1质量％的配合材料钎焊。

3、实施例

【表1】

其中，比较例中使用含有助熔剂的Si原料，实施例中使用不含助熔剂的Si原料。

工业上制造了由具有表1所示的化学成分的钎料和芯材构成的两层结构的钎焊复合板。如表1所示，实施例和比较例中的复合板具有几乎相同的化学成分。实施例和比较例的钎焊复合板均具有1.25mm的板厚且为O态材质。

作为比较例的钎焊层与作为实施例的钎焊层的不同之处在于，在铸造过程中使用了仅含有4质量％的铸造用助熔剂的Si原料。具体而言，比较例中使用的Si原料含有六氟化钛酸钾作为主要成分，并且还含有六氟化钛酸钠、氯化钾和氯化钠作为铸造用助熔剂。另一方面，实施例中使用的Si原料含有约0.3质量％的作为杂质的Fe等，但不含铸造用助熔剂。

实施例的钎焊层是通过上述制造方法制造出的。比较例的钎焊层是通过与实施例相同的制造方法制造出的，除了在铸造过程中使用了含有铸造用助熔剂的Si原料以外。

将实施例和比较例的钎焊复合板用于钎焊性的评价。图2的(a)和图2的(b)是可焊性的评价方法的示意图和照片。如图2的(a)所示，将钎焊复合板试样切成20mm宽、50mm长。然后将作为钎剂的氟铝酸钾系助焊剂、即所谓的Nocolox助焊剂以5g/m

接着，按照以下方式，通过CAB法进行了钎焊。在氮气中进行钎焊加热，评价钎焊加热后的试样的焊角形状。钎焊加热是试样材料达到600℃后在炉内进行的加热。

图3的(a)、图3的(c)和图3的(e)是实施例的焊角形状照片，图3的(b)、图3的(d)和图3的(f)是比较例的焊角形状照片。如图3的(b)、图3的(d)和图3的(f)所示，在比较例的钎焊复合板中存在未形成足够的焊角的部分。因此，比较例中的钎焊复合板的疲劳强度降低。另一方面，如图3的(a)、图3的(c)和图3的(e)所示，实施例的钎焊复合板在任何部位均形成了焊角，并且在整个圆周上形成很均匀的焊角形状。因此，应力不会集中在焊角的一部分，产生疲劳断裂的可能性很小。