用在无助熔剂的热接合方法中的铝复合材料及其生产方法技术

本发明专利技术涉及用在无助熔剂的热接合方法中的铝复合材料，其包括至少一个由铝芯合金构成的芯层和至少一个设置在该芯层一面上或两个面上的由铝焊料合金构成的外部焊料层。本发明专利技术的目的在于提供一种用在无助熔剂的热接合方法中的铝复合材料，利用该铝复合材料可以在真空中以及在保护气下，在不使用助熔剂的情况下进一步优化钎焊特性，同时避免了由现有技术中已知的缺点，该目的由此解决，即使得该铝焊料合金具有下列以重量％为单位示出的组成：6.5％≤Si≤13％，Fe≤1％，230ppm≤Mg≤450ppm，Bi＜500ppm，Mn≤0.15％，Cu≤0.3％，Zn≤3％，Ti≤0.30％，其余为铝和不可避免的、单独最大0.05％，总和最大0.15％的杂质，并且使得该铝焊料层具有经碱蚀洗或经酸蚀洗的表面。此外，本发明专利技术还涉及一种用于生产铝复合材料，尤其是根据本发明专利技术的铝复合材料的方法，在该方法中制造至少一个由铝芯合金构成的锌层并且在该芯层的一面上或两个面上施加至少一个由铝焊料合金构成的外部焊料层。另外，本发明专利技术还涉及用于热接合构件的方法以及一种热接合的构造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用在无助熔剂的热接合方法中的铝复合材料及其生产方法
本专利技术涉及用在无助熔剂的热接合方法中的铝复合材料，其包括至少一个由铝芯合金构成的芯层和至少一个设置在该芯层一面上或两个面上的由铝焊料合金构成的外部焊料层。此外，本专利技术还涉及一种用于生产铝复合材料，尤其是根据本专利技术的铝复合材料的方法，在该方法中制造至少一个由铝芯合金构成的芯层并且在该芯层的一面上或两个面上施加至少一个由铝焊料合金构成的外部焊料层。另外，本专利技术还涉及用于热接合构件的方法以及一种热接合的构造物。
技术介绍
具有至少一个由铝芯合金构成的芯层和至少一个设置在该芯层一面上或两个面上的外部焊料层的铝复合材料用于生产钎焊构造物。钎焊构造物通常具有多个钎焊位置，例如在换热器中就是这样。这里使用不同的钎焊方法来钎焊金属构件。最常用的方法中的一种是所谓的“可控气氛钎焊”-(CAB)钎焊方法，在该方法中通常在使用助熔剂的情况下钎焊铝构件，并且在钎焊过程中将铝构件置于惰性气体气氛，例如氮气气氛中。其它热接合方法同样使用助熔剂并且同样在存在保护气的情况下软化铝焊料。腐蚀性或非腐蚀性助熔剂的使用却包含着一些缺点，例如提高的设备成本以及在残余助熔剂例如和换热器中的冷却剂添加剂的相互作用中的技术问题。此外，助熔剂的使用在避免环境污染方面以及从工作安全角度来看也是有问题的。最后，在CAB钎焊方法中，含Mg的焊料合金的使用是有问题的，因为镁在保护气气氛中会对钎焊特性产生不利影响。镁与助熔剂强烈地相互作用，因此助熔剂不再能够发挥其本身的作用，并且在Mg的量较大时最终会无法进行焊接。此外，反应产物会使钎焊马弗炉结痂，由此必须更频繁地将其更换。另外，也会在焊角中出现孔或者出现钎焊构件的变色。经常使用的第二种方法是真空钎焊，在真空钎焊中将待钎焊的构件在压力非常低，例如约10-5mbar或更低的气氛中进行钎焊。可不使用助熔剂来进行真空钎焊。出于此原因可以推断，真空钎焊构件在钎焊过程之后具有非常高的表面洁净度。由该方法得到的构件钎焊质量通常非常高。然而真空钎焊设备在投资和运行方面都非常昂贵。此外，其处理能力与保护气体钎焊相比明显更低。但在真空钎焊中，钎焊质量会通过残余气体和钎焊炉气氛中的杂质与焊料层的反应而降低。焊料层同样在其表面上具有氧化物层，该氧化物层会降低焊料的润湿性能。因此，为了改善钎焊质量，通常将一定比例的镁添加到铝焊料中，以得到更好的钎焊结果。焊料层中的镁在焊料熔点温度以下已经开始蒸发，由此以对钎焊有利的方式破坏存在的氧化层。当焊料层熔化时，正在蒸发的Mg由此可以减小熔融物表面上氧化物层的负面影响。此外，被蒸发出的Mg作为除气剂材料起效并例如与炉子气氛中的氧气和水反应。由此可以使这些残余气体远离焊料层。在H.Schoer的教材《SchweiβenundvonAluminiumwerkstoffen》，DVSMediaVerlag(2003)，中有说明，真空钎焊时Mg含量在开始时为2至3％。通过在真空钎焊领域中的后续发展，焊料合金的Mg含量最大降至1.2％。低于这个Mg含量时，只有当材料中的其它合金具有相应明显更高的Mg含量时，真空钎焊才有可能。因此，在真空钎焊中通常使用Mg含量相对高的焊料合金。这种Mg含量为至少1.0重量％的焊料合金通常为AA4004或AA4104型。但这种通常所使用的高Mg含量的缺点是，蒸发的Mg的冷凝物以残留物的形式沉积在炉子中。由此，必须以较短的时间间隔非常高成本地将这些产生的残留物从炉子中清洁除去。这带来了额外的花费并且降低了炉子设备的生产力。由此，虽然利用真空钎焊给出了CAB钎焊方法的无助熔剂的替代方案，但真空钎焊在设备方面成本非常高并由此非常昂贵。由于需要较高的Mg含量，直到目前材料选择还是受限。由此，基于材料组成，已经设定了在特定热接合方法中的应用。低Mg含量的焊料合金尤其在使用助熔剂的情况下用在CAB方法中，但其目前为止几乎不适用于在真空钎焊方法中进行可靠且经济的接合。具有较高Mg含量，例如大于1.0重量％的Mg的焊料合金可以应用在真空中并获得良好的钎焊结果，但完全不适用于CAB方法。材料的使用者由此经常已经通过材料或者构件中焊料层的组成而确定了一种特定的结合方法。由日本公开JP04-1000696，JP04-100674以及JP05-154693已知经碱蚀洗的铝复合材料在真空钎焊方法中的应用或者与助熔剂一起在CAB钎焊方法中的应用。此外，由国际专利申请WO2010/000666A1中已知一种用于利用CAB钎焊方法进行无助熔剂的钎焊的方法，在该方法中铝焊料层由第一铝焊料层和第二铝焊料层构成。第二铝焊料层由Al-Si铝合金构成，该铝合金在5重量％-20重量％的Si之外还包含0.01重量％-3重量％的镁。与此相对，第一铝焊料合金包含2重量％-14重量％的硅和少于0.4重量％的镁。但该铝焊料层的两层结构的缺点是，在两层式铝焊料层的生产中会出现较高的费用。此外，常见的、例如具有位于外部的纯铝制包层的两层结构的一个重要缺点在于，其不能与助熔剂兼容使用。例如由于具有过高氧分压或者过高湿度的暂时更差的炉内气氛引起的钎焊结果的不足，不能通过添加助熔剂来补偿。与此相反，美国专利文件US5102033说明了一种方法，在该方法中将由一个铝芯合金层和一个铝焊料合金层组成的铝复合材料用酸蚀液进行酸蚀然后通过真空钎焊进行钎焊，该酸蚀洗液包含硝酸和氢氟酸的混合物。该美国文件虽然也提到了传统钎焊方法，但这些方法如果不在真空中实施的话，其特征通常在于使用助熔剂。申请人自己的已经公开的WO2013/164466A1公开了经酸蚀洗或碱蚀洗的铝复合材料在无助熔剂的热焊接方法中使用的原理。
技术实现思路
在此背景下，本专利技术的目的在于给出一种用在无助熔剂的热接合方法中的铝复合材料，利用该铝复合材料可以在不使用助熔剂的情况下进一步优化钎焊特性，同时避免了由现有技术中已知的缺点，并且相同的铝复合材料在不同的钎焊方法中，尤其是在真空中以及在保护气体中都能够过程可靠地进行接合。此外，为此也给出一种用于生产铝复合材料的方法，一种用于热接合构件的方法以及一种热接合的构造物。根据第一种教导，所提及的涉及铝复合材料的目的由此解决，即使得铝焊料合金具有下列重量％为单位的组成：6.5％≤Si≤13％，Fe≤1％，230ppm≤Mg≤450ppm，Bi＜500ppm，Mn≤0.15％，Cu≤0.3％，Zn≤3％，Ti≤0.30％，其余为铝和不可避免的、单独最大0.05％，总和最大0.15％的杂质，并且使得该铝焊料层具有经碱蚀洗或经酸蚀洗的表面。通过对铝焊料合金Si含量的如上所述的规定可以实现使得该铝焊料合金具有比铝芯合金更低的熔点，由此在将待钎焊的构件加热至某低于该铝芯合金的固相线温度时，该铝焊料合金熔化或部分熔化。与此相对，铝芯合金则不融化。铝焊料合金的Si含量优选为最小6.5重量％至最大12重量％，尤其优选为最小6.8重量％至最大11重量％。通过对最大Si含量的限制可以避免热接合中的不利效应，如通过Si到接合构件中扩散而引起的侵蚀。通过经碱蚀洗或酸蚀洗的表面与上述的Mg含量范围的特殊且独特的结合可实现使得该铝复合材料可在无助熔剂的情况下用在热接合方法中并且在此获得优秀的钎焊结果。这在真空钎本文档来自技高网...

【技术保护点】
用在无助熔剂的热接合方法中的铝复合材料，所述铝复合材料包括至少一个由铝芯合金构成的芯层和至少一个设置在该芯层一面上或两个面上的由铝焊料合金构成的外部焊料层，其特征在于，所述铝焊料合金具有下列重量％为单位的组成：6.5％≤Si≤13％，Fe≤1％，230ppm≤Mg≤400ppm，Bi＜500ppm，Mn≤0.15％，Cu≤0.3％，Zn≤3％，Ti≤0.30％，其余为铝和不可避免的、单独最大0.05％，总和最大0.15％的杂质，并且所述铝焊料层具有经碱蚀洗或经酸蚀洗的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.05 EP 15188424.41.用在无助熔剂的热接合方法中的铝复合材料，所述铝复合材料包括至少一个由铝芯合金构成的芯层和至少一个设置在该芯层一面上或两个面上的由铝焊料合金构成的外部焊料层，其特征在于，所述铝焊料合金具有下列重量％为单位的组成：6.5％≤Si≤13％，Fe≤1％，230ppm≤Mg≤400ppm，Bi＜500ppm，Mn≤0.15％，Cu≤0.3％，Zn≤3％，Ti≤0.30％，其余为铝和不可避免的、单独最大0.05％，总和最大0.15％的杂质，并且所述铝焊料层具有经碱蚀洗或经酸蚀洗的表面。2.根据权利要求1所述的铝复合材料，其特征在于，所述铝焊料合金重量％为单位的Mg含量为230ppm≤Mg≤400ppm。3.根据权利要求1或2所述的铝复合材料，其特征在于，所述铝焊料合金的重量％为单位的Bi含量为Bi≤280ppm。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的铝复合材料，其特征在于，所述铝焊料合金满足AA4045型或AA4343型的详细规格。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的铝复合材料，其特征在于，所述铝芯合金的Mg含量最大为1.0重量％，优选0.2％至0.6％，0.05％至0.30％或小于0.05重量％。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的铝复合材料，其特征在于，所述铝芯合金为AA3xxx型合金，优选AA3003，AA3005或者AA3017型或AA6xxx型合金，优选AA6063或AA6060。7.根据权利要求1至6中任意一项所述的铝复合材料，其特征在于，所述铝复合材料具有0.05至6mm，优选0.2至3mm平均厚度。8.用于生产铝复合材料，尤其是根据权利要求1至7中任意一项所述的铝复合材料的方法，在所述方法中准备至少一个由铝芯合金构成的芯层和将至少一个由铝焊料合金构...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡特林·埃克哈德，奥拉夫·居斯根，托尔斯滕·里克特，哈特莫特·扬森，尼科·艾根，
申请(专利权)人：海德鲁铝业钢材有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE