改进导电性和高强度的铝合金复合材料、其制备方法和应用技术

一种铝合金复合材料，包括高强度铝合金芯材层和至少一层比芯材具有更高导电性的包层铝合金材料层。包层紧邻芯材放置，并且当钎焊是在可控气氛下用特殊焊剂材料进行时，该复合材料特别适用于换热器应用。芯材的导电性小于５０％ＩＡＣＳ，包层的导电性大于５０％ＩＡＣＳ。包层可以是芯层的一个或两个表面。根据是否施用一个或多个包层，包层的厚度可以为整个复合材料厚度的大约２．５－４０％。包层的腐蚀电位也比芯层的更负，以此来提高抗腐蚀性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进导电性、抗腐蚀和高强度的铝合金复合材料、其制备方法和应用，特别是涉及一种复合了高强度芯材和一层或多层比芯材具有更高导电性的包层的复合材料，来提高换热器应用中的性能。
技术介绍
现有技术中，铝合金是选择用于换热器应用的合金。这些合金是由于理想地结合了强度、轻质、好的导热和导电性、钎焊性、抗腐蚀和可成形性而被选中的。典型的应用包括汽车加热器芯、散热器、蒸发器、冷凝器、增压空气冷却器、传动/发动机油冷却器。要求性能良好结合的一个典型应用是用作散热器地散热片件(fin stock)。在这样的应用中，散热片件被安置在装载散热器冷却介质的堆叠管中。该管被放置在加热器之间，该加热器使管层之间的冷却介质改向并且还可以带有散热器出入口。通常，该管用钎焊材料包层，整个组件用焊剂在可控气氛钎焊(CAB)法中焊接在一起。换热器业的趋势是继续降低部件大小。这种降低大小对换热器材料的性能和操作能力提出了新的要求。这种要求记载在UA-A-5,217,547(Ishikawa等人)中。该专利指明，希望使散热片件更薄来满足更高性能和增加换热器紧凑性的要求。尽管更薄使换热器更轻，但是它也造成强度更低，特别是由于钎焊方法(该方法中，可以看到换热器的温度达到600℃)。这种高温可能引起钎焊过程中下垂，散热片整体性丧失和不能接受的钎焊产品。Ishikawa等人想通过通常用于散热片件的铝合金即AA3003的外来合金化(exotic alloying)来克服这些问题。为了提供高温抗变形和下垂，ishikawa等提出了利用特定用量的铁、硅、锆、锌、锡和铟的散热片件用铝合金。这些方法的缺点在于，多数时候，这些外来合金难以制造，由此大大地增加了散热片件材料的费用。另一种解决降低散热片件厚度的明确方法是利用更高强度的铝合金材料。尽管使用更高强度的材料可以在增加高温抗下垂和变形方面具有优异效果，但是这些高强材料在换热器制造的钎焊存在问题。一种经常用于换热器制造的钎焊法是利用Noclok(商品名)焊剂的CAB方法。该焊剂是由钾和氟铝酸盐混合物制成的非腐蚀性焊剂。该焊剂在钎焊温度下通过熔融、分散和溶解在氧化物膜中而起作用。在高强铝合金中经常发现的某些合金元素例如镁对钎焊法有害，包括与钎焊过程中使用的焊剂发生负面相互作用。因此，尽管使用高强铝合金能够解决钎焊过程中的下垂问题，但是由于合金本身与钎焊法本身的不相容性可能出现其它问题。现有技术的另一个问题是换热器材料例如散热片需要具有一定量的钎焊后拉伸强度和导电性以满足顾客的要求。在合理的费用范围内，利用现有的可用材料，满足既具有高强度又具有导电性的要求是困难的。高强度铝合金将具有更低的导电性，不能满足这种要求。相同，具有高导电性的铝合金，其强度不足以满足这种要求。尽管外来合金可以解决该困境中的有限问题，但是制备合金的费用将使得这种解决方案对于多数制造商来说是不利的。因此，需要开发一种改善了的换热器材料，来克服上述现有技术中的缺点。本专利技术通过提供一种由高导电性包层和低导电性芯材制成的铝合金复合材料解决了这种需求。该复合材料具有高的钎焊后强度、提高了钎焊后导电导热性、优异的抗腐蚀性和在钎焊法例如CAB中的可钎焊性。该材料作为钎焊到用作换热器的钎焊包层管上的裸露散热片件是理想的。业已发现，由铝制成的复合材料适于用作屏蔽电缆。US-A-4,010,315(Mildner)公开了一种电缆屏蔽胶带，它具有粘合到第二层铝合金上的基本上纯铝的第一层。尽管Mildner能够提出一种复合材料，但是该专利没有涉及现有技术中遇到的钎焊问题，也没有提出对这些问题的任何解决方案。其它复合材料公开在US-A-4,146,164(Anderson)和US-A-5,011,547(Fujimoto等人)中。然而，这些专利初步涉及了钎焊包层材料，而没有涉及本专利技术中所涉及的裸露散热片原材料等。专利技术的简要描述本专利技术的目的之一是提供一种铝合金复合材料，它理想地用于换热器应用中。本专利技术的另一个目的是提供一种用于换热器应用中的铝合金复合材料的制备方法。本专利技术的又一个目的是提供改进了的钎焊方法，该方法使用利用了铝合金材料的复合材料。本专利技术的其它目的是提供铝合金复合材料，它提供了提高了导电导热性能、抗下垂性、高强度、优异的抗腐蚀性和好的可钎焊性的换热器材料。本专利技术的再一个目的是提供了用铝合金复合材料制成的裸露散热片件以及利用本专利技术的复合材料制成这种换热器的方法，所述裸露散热片件钎焊在钎焊包层管上作为换热器的一部分。在满足上述目的和优点的过程中，本专利技术提供了铝合金复合材料，其制备方法和在钎焊中的使用方法。该复合材料还包括具有相对芯材表面的芯层。该芯层由具有少于99％重量的铝和大于1％重量的一种或多种金属元素的第一铝合金材料制成的。一种或多种金属元素能够存在或不存在于溶液中，且增加了第一铝合金材料的强度，使第一铝合金材料的拉伸强度大约103.4Mpa(＝15ksi)。芯材也具有小于50％ IACS的导电性。该复合材料还包括至少一种具有相对表面的包层，其中一个表面紧邻相对的芯材表面的一个表面，至少部分另一相对表面外露以便于用另一种铝组分熔化例如钎焊。至少一个包层是由第二铝合金材料制成的，其中该第二铝合金材料具有小于1％重量的一种或多种金属元素，以使第二铝合金材料的拉伸强度小于103.4MPa。包层材料也具有0至高达2.5％重量的其它金属元素，该金属元素存在于溶液中且增加了腐蚀电位电负性，结果第二铝合金材料的腐蚀电位至少比芯层的第一铝合金材料的腐蚀电位更负至少20mV。包层的导电性大于50％ IACS。基于上述限定，芯层可以由选自AA2000系列、AA3000系列、AA5000系列、AA6000系列、AA7000系列、AA8000系列铝合金的第一铝合金材料制成。至少一个包层可以由选自AA1000系列、AA7000系列和AA8000系列铝合金的第二铝合金材料制成。如上所述，为提高抗腐蚀性，包层应当具有的拉伸强度小于103.4Mpa，腐蚀电位比芯层更负至少20mV。优选实施方式中，芯层是由一种AA3000系列、AA6000系列和AA8000系列铝合金制成的，包层是由一种AA1000系列和AA7000系列铝合金制成。至少一个包层能够包括两层包层，每一个包层紧邻芯层的各个相对表面。更优选的是，芯层是AA3000型铝合金，包层是AA1000型铝合金。优选的是，芯层的拉伸强度大于138MPa。包层的腐蚀电位优选比芯层更负至少50mV。复合材料可以是任何形状，包括用作散热片件、管等的片材。优选的是，当使用一个包层时，每个包层的厚度大约为复合材料整个厚度的5-40％，当使用一对包层时，约为整个厚度的2.5-20％。本专利技术还包括利用本专利技术复合材料的钎焊方法。该实施方式中，将一个或多个复合材料包层连接到一个或多个铝合金组分上，形成钎焊制品例如换热器。钎焊方法可以是任何常规类型，包括利用可控气氛和特定焊剂、真空钎焊等的那些。本专利技术还包括通过将两种材料粘合、层合、或连接在一起来制备复合材料的方法。该复合材料能够通过辊将片材或带材粘合在一起而制成，所述片材或带材或者单独通过连续地浇铸、连续地浇铸和加工形成，或者通过铸锭和加工形成，这种方法还包括必不可少的热处理/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金复合材料，包括： ａ） 一芯层，该芯层具有两个相对芯层表面，并由含有少于９９％重量的铝和大于１％重量的一种或多种金属元素的第一铝合金制成，该一种或多种金属元素存在于或不存在于溶液中，并增加了第一铝合金材料的强度，结果使第一铝合金材料的拉伸强度大于１０３．４Ｍｐａ，导电性小于５０％ＩＡＣＳ；和 ｂ） 至少一包层，该包层具有两个相对表面，其中一个相对表面与两个芯层相对表面中的一个相邻接，至少部分另一表面外露，用于与另一种铝部件熔接，至少一个包层是由第二铝合金材料制成，该第二铝合金具有少于１％重量的一种或多种金属元素以使第二铝合金材料的拉伸强度小于１０３．４Ｍｐａ，和０至高达２．５％重量的另一种金属元素，该金属元素存在于溶液中且增加腐蚀电位负性以使第二铝合金材料的腐蚀电位比芯层的第一铝合金材料的腐蚀电位更负至少２０ｍＶ，且导电性大于５０％ＩＡＣＳ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RM奈讷，SW哈勒，
申请(专利权)人：克里斯有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]