用于无焊剂钎焊应用的铝合金、其制造方法及其用途与流程

用于无焊剂钎焊应用的铝合金、其制造方法及其用途
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年5月19日提交的第62/849,938号美国临时申请的权益，该临时申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
3.本公开涉及材料科学、材料化学、冶金学、铝合金、铝制造领域以及相关领域。更具体地，本公开涉及用于无焊剂钎焊的新型包覆铝合金，并且涉及其制造方法。另外，本公开涉及可用于多种钎焊应用(包括例如热交换器)的包覆铝合金。


背景技术：

4.铝合金由于其高强度、耐腐蚀性、高热导率和重量轻的原因而已经成为用于汽车部件(例如，热交换器)的重要材料来源。因此，铝合金越来越多地用于制造结合在空调、汽车等中的热交换器。然而，在用于制造铝部件的工艺(例如，汽车热交换器中的钎焊)中，金属部件上存在的表面氧化物膜的稳定性会导致钎焊接头不稳定。在钎焊期间，氧化物膜起到阻挡接头形成所需的填料金属的润湿和流动的效果。通常，常规的铝接合方法需要除去氧化物并防止再氧化。
5.为了将铝合金部件与其它金属部件(例如，含铜部件、含铝部件、钢部件等)接合，经常采用焊剂钎焊方法，其中通过使用由铝-硅合金组成的熔融包覆层来进行钎焊。在此工艺中，将基于氟化物的焊剂施加到包覆层上，接着在非氧化环境中(例如，在氮气气氛下)加热。然而，在焊剂钎焊方法中，如果焊剂施加量不足，则有在金属部件表面上存在的氧化物膜分解不充分的风险。为了除去氧化物膜，汽车部件(例如，热交换器)经过清洗/浸蚀处理，以获得均匀的焊剂涂层。除了用于焊剂涂覆处理的有害浸蚀剂之外，焊剂浆料经常包括挥发性极性溶剂，如醇类。这些溶剂的使用量相对较大，导致钎焊工艺的成本增加和效率低下。另外，挥发性有机化合物的使用存在环境和安全问题。
6.尽管一些钎焊方法产生的接头良好，但仍需要可以在不使用焊剂的情况下与其它金属部件产生良好钎焊接头的改进的包覆铝合金及钎焊工艺。


技术实现要素：

7.本发明涵盖的实施方案由权利要求而非本发明内容限定。本发明内容是对本发明的各方面的高度概括，并且介绍了在下面的具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在确认所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考整个说明书适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解所述主题。
8.在一些实施方案中，本公开涉及铝合金，其包含约7.0-14.0重量％的si、约0.05-1.0重量％的fe、约0.01-0.60重量％的cu、约0.01-0.30重量％的mn、约0.01-0.50重量％的mg、约0.0-0.60重量％的zn、约0.001-0.50重量％的bi、最多约0.30重量％的sb、最多约
0.20重量％的sr、最多约0.20重量％的na、最多约0.25重量％的ti、最多约0.15重量％的杂质和al。在一些实施方案中，铝合金包含约8.0-12.0重量％的si、约0.10-0.90重量％的fe、约0.01-0.50重量％的cu、约0.05-0.20重量％的mn、约0.01-0.40重量％的mg、约0.05-0.40重量％的zn、约0.01-0.40重量％的bi、最多约0.25重量％的sb、最多约0.15重量％的sr、最多约0.10重量％的na、最多约0.20重量％的ti、最多约0.15重量％的杂质和al。在一些实施方案中，铝合金包含约8.5-11.0重量％的si、约0.15-0.50重量％的fe、约0.01-0.40重量％的cu、约0.05-0.15重量％的mn、约0.05-0.30重量％的mg、约0.10-0.30重量％的zn、约0.05-0.30重量％的bi、最多约0.20重量％的sb、最多约0.10重量％的sr、最多约0.06重量％的na、最多约0.15重量％的ti、最多约0.15重量％的杂质和al。在一些实施方案中，铝合金包含约9.0-10.5重量％的si、约0.15-0.25重量％的fe、约0.30-0.40重量％的cu、约0.05-0.15重量％的mn、约0.15-0.30重量％的mg、约0.15-0.30重量％的zn、约0.10-0.35重量％的bi、最多约0.15重量％的sb、最多约0.05重量％的sr、最多约0.05重量％的na、最多约0.10重量％的ti、最多约0.15重量％的杂质和al。在一些实施方案中，铝合金包含约9.5-10.5重量％的si、约0.30-0.50重量％的fe、约0.01-0.05重量％的cu、约0.05-0.15重量％的mn、约0.01-0.05重量％的mg、约0.20-0.25重量％的zn、约0.10-0.20重量％的bi、约0.01-0.05重量％的sb、约0.001-0.02重量％的sr、最多约0.01重量％的na、最多约0.10重量％的ti、最多约0.15重量％的杂质和al。在一些实施方案中，通过直接冷硬铸造、接着热轧和冷轧产生所述合金。在一些实施方案中，所述合金具有在钎焊后测量为660-720mv或更低的腐蚀电位。在一些实施方案中，所述合金在钎焊后的空气侧腐蚀测试期间耐受至少28天而没有穿孔。
9.在一些实施方案中，本公开涉及包覆铝合金产品，其包括：芯层；和至少一个包含本文所述的铝合金的包覆层。在一些实施方案中，芯层包含铝合金，所述铝合金包含最多约0.25重量％的si、最多约0.35重量％的fe、约0.50-0.60重量％的cu、约1.4-1.6重量％的mn、约0.06-0.62重量％的mg、最多约0.05重量％的cr、最多约0.04重量％的zn、约0.10-0.20重量％的ti、最多约0.05重量％的sr、最多约0.15重量％的杂质和al。
10.在一些实施方案中，本公开涉及包覆铝合金产品，其包括：芯层，其中所述芯层具有第一侧和第二侧；在所述第一侧或所述第二侧上的至少一个包覆层；其中所述至少一个包覆层包含约7.0-14.0重量％的si、约0.05-1.0重量％的fe、约0.01-0.60重量％的cu、约0.01-0.30重量％的mn、约0.01-0.50重量％的mg、约0.0-0.60重量％的zn、约0.001-0.50重量％的bi、最多约0.30重量％的sb、最多约0.20重量％的sr、最多约0.20重量％的na、最多约0.25重量％的ti、最多约0.15重量％的杂质和al。在一些实施方案中，芯层包含铝合金，所述铝合金包含最多约0.25重量％的si、最多约0.35重量％的fe、约0.50-0.60重量％的cu、约1.4-1.6重量％的mn、约0.06-0.62重量％的mg、最多约0.05重量％的cr、最多约0.04重量％的zn、约0.10-0.20重量％的ti、最多约0.05重量％的sr、最多约0.15重量％的杂质和al。在一些实施方案中，耐腐蚀钎焊片材包括本文所述的包覆铝合金产品。在一些实施方案中，热交换器包括本文所述的包覆铝合金产品。在一些实施方案中，热交换器是汽车热交换器。在一些实施方案中，汽车热交换器是散热器、冷凝器、蒸发器、油冷却器、中间冷却器、增压空气冷却器或加热器芯。在一些实施方案中，由本文所述的包覆铝合金产品制成管。
11.在一些实施方案中，本公开涉及形成钎焊接头的方法，其包括如下步骤：提供一个
或多个金属部件；在所述一个或多个金属部件之上或之间提供包覆铝合金产品以形成组件，其中所述包覆铝合金产品包括至少一个包覆层；在不施加焊剂的情况下对所述组件进行钎焊以接合所述包覆铝合金产品和所述一个或多个金属部件，从而产生钎焊组件；以及冷却所述钎焊组件，其中所述至少一个包覆层包含约7.0-14.0重量％的si、约0.05-1.0重量％的fe、约0.01-0.60重量％的cu、约0.01-0.30重量％的mn、约0.01-0.50重量％的mg、约0.0-0.60重量％的zn、约0.001-0.50重量％的bi、最多约0.30重量％的sb、最多约0.20重量％的sr、最多约0.20重量％的na、最多约0.25重量％的ti、最多约0.15重量％的杂质和al。在一些实施方案中，在包含惰性气体的受控气氛钎焊炉中进行钎焊。在一些实施方案中，受控气氛钎焊炉包含不到100ppm的氧。在一些实施方案中，受控气氛钎焊炉具有低于-40℃的露点。在一些实施方案中，在约590℃至约610℃范围内的钎焊温度下对所述组件进行钎焊。在一些实施方案中，在不到五分钟内将受控气氛钎焊炉加热到钎焊温度。在一些实施方案中，将所述组件在氮气氛中在氧浓度小于50ppm且露点低于-40℃的受控气氛钎焊炉中在600℃下钎焊3分钟。在一些实施方案中，所述至少一个包覆层包含约8.0-12.0重量％的si、约0.10-0.90重量％的fe、约0.01-0.50重量％的cu、约0.05-0.20重量％的mn、约0.01-0.40重量％的mg、约0.10-0.40重量％的zn、约0.01-0.40重量％的bi、最多约0.25重量％的sb、最多约0.15重量％的sr和最多约0.15重量％的杂质以及al。
12.考虑到以下对非限制性实施例的详细描述后，进一步的方面、目的和优点将变得显而易见。
附图说明
13.图1是根据一个实施方案使用keyence显微镜在100x放大倍数下钎焊接头的光学显微镜图像。
14.图2是根据一个实施方案使用zeiss光学显微镜在100x放大倍数下钎焊接头的光学显微镜图像。
15.图3是本文所述的示例铝合金的屈服强度、极限伸长率和伸长率的图表。
16.图4是本文所述的示例铝合金的钎焊后屈服强度、极限伸长率和伸长率的图表。
17.图5是如表9中给出的实施例合金1、3-7、12-14和比较例a在2周、3周和4周后的海水乙酸测试(swaat)样品的金相检查结果的示意图。
具体实施方式
18.本文描述了包括铝合金芯层和至少一个铝合金包覆层的包覆铝合金产品。包括芯层和至少一个包覆层的这些铝材料可以被称为“包覆铝合金产品”。本文所述的包覆铝合金产品可以被制造成片材(或其它产品)，包覆层在芯层的一侧或两侧以形成片材(或其它产品)，在这种情况下单数或复数的该材料可以被称为“包覆片材铝合金产品”、“包覆铝片材”、“包覆片材合金”或其它相关术语。本文使用的术语“包覆铝合金”或“包覆铝合金产品”及类似术语在范围上比术语“包覆片材铝合金”及类似术语更广泛。换言之，包覆片材铝合金是包覆铝合金产品的子集。
19.包覆铝合金产品(包括包覆片材铝合金)可具有各种组成和性能。这些性能中的一些可由芯和包覆层的化学组成赋予，而其它性能可由生产或制造包覆铝合金产品所用的生
产或制造工艺赋予。
20.在将铝合金产品与其它金属部件(例如铝、钢、铜部件等)接合的过程中，金属部件上存在的氧化物膜一直被认为对形成稳定钎焊接头是不利的。通常需要对要接合的部件进行化学清洗以除去厚的氧化物膜，接着在钎焊结合期间使用单独的腐蚀性焊剂。使用焊剂除去氧化物，从而允许熔融的钎焊合金接触无氧化物的表面以形成所需的接头。然而，虽然使用焊剂有助于润湿和流动，但随后将其完全除去是困难的，并且在许多情况下是不可能的。从强度和腐蚀的角度来看，在最终接头中滞留的任何焊剂都是不利的。具体地，在热交换器中需要良好的钎焊接头以获得高机械强度、耐腐蚀且无泄漏的热交换器。本发明的铝合金组合物提供用作包覆层的铝合金，其具有在不使用腐蚀性焊剂的情况下形成钎焊接头的能力。
21.本文所述的包覆铝合金产品的包覆层的组成包括促进剂，其与要与包覆铝合金产品接合的金属部件的表面上的氧化物膜界面结合，以减少或除去氧化物膜而不需要焊剂。在包覆铝合金产品的包覆层中的促进剂的结合减少了要接合的金属部件上的氧化物膜，从而实现无焊剂钎焊。另外，包覆层的组成中的促进剂提高了熔融包覆层润湿并贴合基底金属表面的能力，作为结果，当冷却到其固相线温度以下时与基底金属形成强结合。包覆层具有元素的协同组合，当处于熔融状态时，其影响熔融包覆层的粘度，降低熔融包覆层的表面张力，并促进要与包覆铝合金产品接合的金属部件的润湿。
22.本文所述的包覆铝合金产品适用于可能需要通过钎焊将包覆铝合金产品的表面与另一金属表面接合的制造或生产工艺。所述包覆铝合金产品可用于工业应用中，包括热交换器或其它应用中。在热交换器中，包覆铝合金产品的包覆层形成用于热交换器的部件(例如，芯合金附接于其上的管)的钎焊接头。钎焊是金属接合工艺，其中包覆铝合金产品被加热到熔点以上，并通过毛细作用分布在两个或更多个紧密配合的部件之间。当在钎焊工艺中使用本文所述的包覆铝合金产品时，包覆层熔化并变成填充金属，其通过毛细作用流向被钎焊的部件之间的接触点。要理解的是，被钎焊接合的两个或所有部件不必都由包覆铝合金制成。至少在一些情况下，被接合的这些部件中仅一个部件由包覆铝合金制成就足够了。例如，在散热器或蒸发器中，可以将包覆管坯件(stock)与非包覆翅片合金接合。在另一非限制性实例中，在冷凝器中，可以将包覆翅片与非包覆挤出管接合。包覆铝合金在钎焊及相关工艺以及所得产品(如根据涉及钎焊的生产工艺制造的物体)中的用途通常被称为“钎焊应用”。
23.本文所述的包覆铝合金产品的包覆层通过在钎焊应用期间控制填充材料的熔化、促进要接合的金属的氧化物膜层中的孔形成并输送促进剂以界面结合和/或除去金属部件上的氧化物膜而表现出在钎焊应用中的接头形成所需的润湿和流动改善。具体地，包覆铝合金产品(例如，一个或两个包覆层)包含特定量的镁(mg)、铋(bi)、锑(sb)、锶(sr)、钠(na)、钛(ti)和/或导致产品特别可用作无焊剂钎焊应用的填充合金(例如，作为在热交换器中与铜或铝合金管结合使用的包覆铝合金)的其它成分(在本文中称为促进剂)。例如，少量的mg(例如，不到0.50重量％)与bi、sb、sr、na和/或ti组合协同作用以使要接合的金属部件上的表面氧化物层开裂，使得熔融的包覆铝合金(例如，填料)流过裂缝，以在不使用焊剂的情况下形成稳定的钎焊接头。促进剂分解暴露在金属部件表面上的氧化物膜，使得部件之间的接合表面被熔融包覆层填充以形成稳定的接头。促进剂(例如，mg、bi、sb、sr、na和/
或ti)破坏金属部件表面上的氧化物膜，并在一些情况下从氧化物膜中提取氧，氧化物膜会干扰形成连续且无缺陷的钎焊接头。
24.定义和描述：
25.本文中使用的术语“发明(invention/the invention)”、“本发明(this invention/the present invention)”旨在广泛地指代本专利申请和以下权利要求的所有主题。含有这些术语的陈述应被理解为并不限制本文所述的主题或限制以下专利权利要求的含义或范围。
26.在本说明书中，参考由铝行业名称确认的合金，如“系列”或“1xxx”。要了解最常用于命名和确认铝及其合金的编号命名系统，参见由铝业协会(the aluminum association)发布的“international alloy designations and chemical composition limits for wrought aluminum and wrought aluminum alloys”或“registration record of aluminum association alloy designations and chemical compositions limits for aluminum alloys in the form of castings and ingot”。
27.如本文所用，“一个(种)”或“该(所述)”的含义包括单数和复数指代项，除非上下文明确另有规定。
28.如本文所用，板的厚度通常超过约15mm。例如，板可以指厚度超过约15mm、超过约20mm、超过约25mm、超过约30mm、超过约35mm、超过约40mm、超过约45mm、超过约50mm或超过约100mm的铝产品。
29.如本文所用，沙特板(shate，也称为片材板)通常具有约4mm至约15mm的厚度。例如，沙特板的厚度可以为约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm或约15mm。
30.如本文所用，片材通常是指厚度不到约4mm的铝产品。例如，片材的厚度可不到约4mm、不到约3mm、不到约2mm、不到约1mm、不到约0.5mm、不到约0.3mm或不到约0.1mm。
31.本技术中提到合金回火或状态。要了解最常用的合金回火描述，参见“american national standards(ansi)h35 on alloy and temper designation systems”。f状态或回火是指制造时的铝合金。o状态或回火是指退火后的铝合金。hxx状态或回火在本文中也称为h回火，是指在冷轧后经过或不经过热处理(例如，退火)的铝合金。合适的h回火包括hx1、hx2、hx3、hx4、hx5、hx6、hx7、hx8或hx9回火。例如，铝合金可以仅被冷轧以产生可能的h19回火。在进一步的实例中，铝合金可以被冷轧并退火以产生可能的h23回火。
32.如本文所用，“电化学电位”是指材料对氧化还原反应的顺应性。电化学电位可用于评价本文所述的铝合金产品的耐腐蚀性。负值可以描述与具有正电化学电位的材料相比更容易氧化的材料(例如，失去电子或氧化态增加的材料)。正值可以描述与具有负电化学电位的材料相比更容易还原的材料(例如，获得电子或氧化态降低的材料)。如本文所用的电化学电位是表示大小和方向的向量。
33.如本文所用，“室温”的含义可包括约15℃至约30℃的温度，例如约15℃、约16℃、约17℃、约18℃、约19℃、约20℃、约21℃、约22℃、约23℃、约24℃、约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃或约30℃。
34.本文公开的所有范围应被理解为涵盖归入其中的任何及所有子范围。例如，“1至10”的规定范围应被认为包括最小值1与最大值10之间(且包括最小值1和最大值10)的任何
及所有子范围；即，以最小值1或更大(例如1至6.1)开始并以最大值10或更小(例如5.5至10)结束的所有子范围。
35.如本文所用，术语“受控气氛钎焊”或“cab”是指在钎焊工艺中利用惰性气氛(例如氮气、氩气或氦气)的钎焊工艺。
36.如本文所用，“填料”是指包覆铝合金，其在高于其液相线温度时熔化，用于将芯与其它金属制品钎焊。
37.以下铝合金根据其基于合金总重量的重量百分比(重量％)的元素组成来描述。在每种合金的某些实例中，余者是铝，杂质总和的最大重量％为0.15％。
38.包覆铝合金产品
39.术语“包覆(cladding/clad)”、“包覆层(cladding layer/clad layer)”及相关术语通常用于指包覆铝合金产品的相对薄的表面层。术语“芯”、“芯层”及相关术语用于指包覆铝合金产品的相对较厚的层。在一些实例中，包覆铝合金产品(例如，包覆片材铝合金)可在芯层的两侧具有包覆层，在这种情况下芯层确实是铝材料的内部层。然而，包覆铝合金产品(例如，包覆片材铝合金)可替代地仅在芯层的一侧具有包覆层，在这种情况下芯层也可以在表面上。芯层和包覆层通常具有不同的化学组成。在一些情况下，包覆铝合金产品可具有组成和性能不同的两个不同包覆层。
40.要理解的是，适用于钎焊应用的包覆铝合金产品不一定仅含有芯层和一个或两个包覆层。包覆铝合金产品可含有其它层(例如，以形成多层铝材料)，其中的一些可以被称为“中间层”、“外层”、“衬里”及其它相关术语。例如，包覆铝合金产品可具有2、3、4、5、6或更多个不同的层，每个层具有一定的功能。更一般地，包覆铝合金产品可具有可在一次或多次操作中堆叠并结合在一起的尽可能多的层。在商业背景下，一个可能的限制因素是生产成本和/或在生产包覆铝合金产品期间产生的废料，随着包覆铝合金产品层数的增加，其可能变得太高，而使产品在商业上不可行。在适用于钎焊应用的包覆铝合金产品的情况下，一个或多个包覆层可以是在钎焊周期期间熔化的产品部分。衬里可以是预期在钎焊周期期间不会熔化的层，并且可赋予包覆铝合金产品一些其它益处，如耐腐蚀性或增加的强度。芯也可以包括多个层，如在主芯层的一侧或两侧的一个或多个中间层。
41.在一些实施方案中，包覆铝合金产品包括芯层和至少一个包覆层。在一些情况下，包覆铝合金产品包括芯层、第一包覆层和第二包覆层。在这些情况下，第一包覆层可邻近并接触芯层的第一侧以形成第一界面(即，在第一包覆层与芯层的第一侧之间没有层介入)。第二包覆层可邻近并接触芯层的第二侧以形成第二界面(即，在第二包覆层与芯层的第二侧之间没有层介入)。第一包覆层和第二包覆层可各自包含本文所述的合金组合物。在一些实施方案中，芯层仅在一侧被包覆。在其它实施方案中，芯层在两侧被包覆。在其它实施方案中，芯层在所述芯层的一侧被包覆，且水侧衬里或其它层置于芯层的另一侧。
42.包覆铝合金产品的一个或多个包覆层的组成包括促进剂(例如，mg、bi、sb、sr、na、ti等)，其与要与包覆铝合金产品接合的金属部件的表面上的氧化物膜界面结合，以减少或除去氧化物膜而不需要焊剂。在包覆铝合金产品的包覆层中的促进剂的结合减少了氧化铝膜，从而实现产品的无焊剂钎焊。例如，本文所述的包覆铝合金产品的包覆层在窄的温度范围内熔化并流动，以破坏并填充要与包覆铝合金产品接合的金属部件表面上的氧化物膜，从而形成良好的冶金接头。
43.包覆铝合金产品的包覆层熔化并变成填充金属，其通过毛细作用流向被钎焊的部件之间的接触点。包覆层的组成中的促进剂提高了熔融包覆层润湿并贴合基底金属表面的能力，作为结果，当冷却到其固相线温度以下时与该金属形成强结合。另外，包覆层的组成还表现出熔融包覆层的流动性改善(例如，由于毛细管力的作用，熔融包覆层将在熔融状态下远离其原始位置移动的距离)。包覆铝合金产品的包覆层的液相线温度不会有任何明显的升高，即使其组成可能因基底金属的溶解而改变。这在铝钎焊中很重要，因为钎焊操作通常在非常接近液相线温度的情况下进行。在一些实施方案中，润湿性和流动性是包覆铝合金产品的熔融包覆层和芯层两者的函数。
44.本文所述的包覆铝合金产品和方法可用于工业应用，包括牺牲部件、填充部件、散热、包装和建筑材料。在一些实施方案中，本文所述的包覆铝合金产品可用在热交换器的铝合金部件中。具体地，本文所述的包覆铝合金产品可在热交换器中的铝合金部件和/或其它金属部件(例如，铜部件)之间形成钎焊接头，而不需要用焊剂处理操作。下面描述用于这类包覆铝合金产品的合适的包覆层和芯层。
45.包覆层
46.本文提供了新型铝合金。在一个实施方案中，铝合金可用作与芯层组合的一个或多个包覆层，以形成如本文所述的包覆铝合金产品。所得包覆铝合金产品适用于多种应用，包括在生产管材中用作耐腐蚀钎焊片材合板(package)。
47.在一些实例中，任选用作本文所述的包覆层的铝合金可具有以下如表1中提供的元素组成。
48.表1
[0049][0050]
在一些实例中，任选用作本文所述的包覆层的铝合金可具有以下如表2中提供的元素组成。
[0051]
表2
[0052][0053]
在一些实例中，任选用作本文所述的包覆层的铝合金可具有以下如表3中提供的元素组成。
[0054]
表3
[0055][0056][0057]
在一些实例中，任选用作本文所述的包覆层的铝合金可具有以下如表4中提供的元素组成。
[0058]
表4
[0059][0060]
在一些实例中，任选用作本文所述的包覆层的铝合金可具有以下如表5中提供的元素组成。
[0061]
表5
[0062][0063][0064]
铝合金可包含不同浓度的硅(si)以提供钎焊应用所需的各种熔化范围。在一些实例中，所公开的合金包含基于合金的总重量为约7.0％至约14.0％(例如，约8.0％至约13.0％、约8.5％至约11.0％或约9.0％至约10.5％)的量的si。例如，合金可包含约7.0％、约7.1％、约7.2％、约7.3％、约7.4％、约7.5％、约7.6％、约7.7％、约7.8％、约7.9％、约8.0％、约8.1％、约8.2％、约8.3％、约8.4％、约8.5％、约8.6％、约8.7％、约8.8％、约
8.9％、约9.0％、约9.1％、约9.2％、约9.3％、约9.4％、约9.5％、约9.6％、约9.7％、约9.8％、约9.9％、约10.0％、约10.1％、约10.2％、约10.3％、约10.4％、约10.5％、约10.6％、约10.7％、约10.8％、约10.9％、约11.0％、约11.1％、约11.2％、约11.3％、约11.4％、约11.5％、约11.6％、约11.7％、约11.8％、约11.9％、约12.0％、约12.1％、约12.2％、约12.3％、约12.4％、约12.5％、约12.6％、约12.7％、约12.8％、约12.9％、约13.0％、约13.1％、约13.2％、约13.3％、约13.4％、约13.5％、约13.6％、约13.7％、约13.8％、约13.9％或约14.0％的si。所有百分比均以重量％表示。
[0065]
本文所述的铝合金在加工后可在固溶体中包含相对少量的铁(fe)。fe可形成可含有mn、si及其它元素的金属间成分。有益的是控制组成中的fe含量，以避免对包覆铝合金产品的包覆层的有益性能没有贡献的大量成分。在一些实例中，合金包含基于合金的总重量为约0.05％至约1.0％(例如，约0.10％至约0.90％、约0.15％至约0.50％或约0.15％至约0.25％)的量的fe。例如，合金可包含约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.20％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、约0.25％、约0.26％、约0.27％、约0.28％、约0.29％、约0.30％、约0.31％、约0.32％、约0.33％、约0.34％、约0.35％、约0.36％、约0.37％、约0.38％、约0.39％、约0.40％、约0.41％、约0.42％、约0.43％、约0.44％、约0.45％、约0.46％、约0.47％、约0.48％、约0.49％、约0.50％、约0.51％、约0.52％、约0.53％、约0.54％、约0.55％、约0.56％、约0.57％、约0.58％、约0.59％、约0.60％、约0.61％、约0.62％、约0.63％、约0.64％、约0.65％、约0.66％、约0.67％、约0.68％、约0.69％、约0.70％、约0.71％、约0.72％、约0.73％、约0.74％、约0.75％、约0.76％、约0.77％、约0.78％、约0.79％、约0.80％、约0.81％、约0.82％、约0.83％、约0.84％、约0.85％、约0.86％、约0.87％、约0.88％、约0.89％、约0.90％、约0.91％、约0.92％、约0.93％、约0.94％、约0.95％、约0.96％、约0.97％、约0.98％、约0.99％或约1.0％的fe。所有百分比均以重量％表示。
[0066]
本文所述的铝合金可包含铜(cu)以提高铝合金的强度。根据浓度，cu可影响例如包括铝合金作为包覆层的包覆铝合金产品的耐腐蚀性。例如，在根据一些实施方案的铝合金中，固溶体中的cu可通过降低共晶体系中基体与si颗粒的腐蚀电位之间的差距来提高耐腐蚀性。在一些实例中，所公开的合金包含基于合金的总重量为约0.01％至约0.60％(例如，约0.01％至约0.50％、约0.01％至约0.40％或约0.30％至约0.40％)的量的cu。例如，合金可包含约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.20％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、约0.25％、约0.26％、约0.27％、约0.28％、约0.29％、约0.30％、约0.31％、约0.32％、约0.33％、约0.34％、约0.35％、约0.36％、约0.37％、约0.38％、约0.39％、约0.40％、约0.41％、约0.42％、约0.43％、约0.44％、约0.45％、约0.46％、约0.47％、约0.48％、约0.49％、约0.50％、约0.51％、约0.52％、约0.53％、约0.54％、约0.55％、约0.56％、约0.57％、约0.58％、约0.59％或约0.60％的cu。所有百分比均以重量％表示。
[0067]
在一些实例中，合金可包含基于合金的总重量为约0.01％至约0.30％(例如，约0.05％至约0.20％、约0.05％至约0.15％或约0.10％至约0.15％)的量的锰(mn)。例如，合
金可包含约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.20％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、约0.25％、约0.26％、约0.27％、约0.28％、约0.29％或约0.30％的mn。所有百分比均以重量％表示。
[0068]
当合金用作包覆铝合金产品中的包覆层时，铝合金可包含少量的mg以提高钎焊性能。在钎焊应用中，mg吸出氧化物膜层中的氧并使膜破裂，使得其不再是连续的。在无焊剂钎焊方法中，少量的mg提供了良好的可钎焊性。在一些实例中，合金可包含基于合金的总重量为约0.01％至约0.50％(例如，约0.05％至约0.40％、约0.10％至约0.35％或约0.15％至约0.25％)的量的mg。例如，合金可包含约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.20％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、约0.25％、约0.26％、约0.27％、约0.28％、约0.29％、约0.30％、约0.31％、约0.32％、约0.33％、约0.34％、约0.35％、约0.36％、约0.37％、约0.38％、约0.39％、约0.40％、约0.41％、约0.42％、约0.43％、约0.44％、约0.45％、约0.46％、约0.47％、约0.48％、约0.49％或约0.50％的mg。所有百分比均以重量％表示。
[0069]
在一些实例中，合金包含基于合金的总重量最多约0.60％(例如，0％至约0.60％、约0.01％至约0.50％、约0.05％至约0.40％或约0.10％至约0.30％)的量的锌(zn)。例如，合金可包含约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.20％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、约0.25％、约0.26％、约0.27％、约0.28％、约0.29％、约0.30％、约0.31％、约0.32％、约0.33％、约0.34％、约0.35％、约0.36％、约0.37％、约0.38％、约0.39％、约0.40％、约0.41％、约0.42％、约0.43％、约0.44％、约0.45％、约0.46％、约0.47％、约0.48％、约0.49％、约0.50％、约0.51％、约0.52％、约0.53％、约0.54％、约0.55％、约0.56％、约0.57％、约0.58％、约0.59％或约0.60％的zn。在一些实例中，合金中不存在zn(即，0％)。所有百分比均以重量％表示。
[0070]
在一些实例中，合金包含基于合金的总重量为约0.001％至约0.50％(例如，约0.01％至约0.40％、约0.05％至约0.30％或约0.10％至约0.25％)的量的bi。例如，合金可包含约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.20％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、约0.25％、约0.26％、约0.27％、约0.28％、约0.29％、约0.30％、约0.31％、约0.32％、约0.33％、约0.34％、约0.35％、约0.36％、约0.37％、约0.38％、约0.39％、约0.40％、约0.41％、约0.42％、约0.43％、约0.44％、约0.45％、约0.46％、约0.47％、约0.48％、约0.49％或约0.50％的bi。所有百分比均以重量％表示。
[0071]
在一些实例中，合金包含基于合金的总重量最多约0.30％(例如，0％至约0.30％、
约0.001％至约0.20％或约0.01％至约0.15％)的量的sb。例如，合金可包含约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.20％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、约0.25％、约0.26％、约0.27％、约0.28％、约0.29％或约0.30％的sb。在一些情况下，合金中不存在sb(即，0％)。所有百分比均以重量％表示。
[0072]
在一些实例中，合金包含基于合金的总重量最多约0.20％(例如，0％至约0.15％、约0.001％至约0.10％或约0.01％至约0.05％)的量的sr。例如，合金可包含约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％或约0.20％的sr。在一些情况下，合金中不存在sr(即，0％)。所有百分比均以重量％表示。
[0073]
在一些实例中，合金包含基于合金的总重量最多约0.20％(例如，0％至约0.15％、约0.0001％至约0.10％或约0.0004％至约0.10％)的量的na。例如，合金可包含约0.0001％、约0.0002％、约0.0003％、约0.0004％、约0.0005％、约0.0006％、约0.0007％、约0.0008％、约0.0009％、约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％或约0.20％的na。在一些情况下，合金中不存在na(即，0％)。所有百分比均以重量％表示。
[0074]
在一些实例中，合金包含基于合金的总重量最多约0.25％(例如，0％至约0.25％、约0.001％至约0.20％或约0.01％至约0.10％)的量的ti。例如，合金可包含约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.10％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.20％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％或约0.25％的ti。在一些情况下，合金中不存在ti(即，0％)。所有百分比均以重量％表示。据发现，上述量的钛可改善熔融状态下的包覆铝合金的润湿性。
[0075]
在一些实例中，合金包含基于合金的总重量最多约0.10％(例如，0％至约0.05％、约0.001％至约0.04％或约0.01％至约0.03％)的量的铬(cr)。例如，合金可包含约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％或约0.10％的cr。在一些情况下，合金中不存在cr(即，0％)。所有百分比均以重量％表示。
[0076]
任选地，合金组合物可进一步包含其它少量元素，有时被称为杂质，其量各自为约0.05％或以下、0.04％或以下、0.03％或以下、0.02％或以下或者0.01％或以下。这些杂质可包括但不限于ga、v、ni、sc、ag、b、zr、li、pb、sn、ca、hf或其组合。因此，ga、v、ni、sc、ag、b、
zr、li、pb、sn、ca或hf可在合金中以0.05％或以下、0.04％或以下、0.03％或以下、0.02％或以下或者0.01％或以下的量存在。在某些方面，所有杂质的总和不超过0.15％(例如，0.10％)。所有百分比均以重量％表示。在某些方面，合金的剩余百分比是铝。
[0077]
包覆层的厚度可以为1微米至100微米。例如，包覆层可以为5微米至90微米、10微米至80微米、15微米至70微米、20微米至60微米、25微米至55微米、30微米至50微米、5微米至50微米、10微米至40微米或15微米至35微米。
[0078]
包覆层的厚度可各自为包覆铝合金产品中的芯层厚度的最多40％。例如，包覆层可以为包覆铝合金产品中的芯层厚度的40％、39％、38％、37％、36％、35％、34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16.5％、16％、15.5％、15％、14.5％、14％、13.5％、13％、12.5％、12％、11.5％、11％、10.5％、10％、9.5％、9％、8.5％、8％、7.5％、7％、6.5％或6％。
[0079]
在一些实施方案中，包覆层的起始温度对于控制钎焊接头的性能很重要。起始温度是指铝合金(在这种情况下为包覆层)开始熔化(即，熔化的起始)的温度。本文所述的包覆层具有促进熔融包覆层在铝合金产品(例如，热交换器)中的芯层与其它部件之间良好扩展的起始温度。如果包覆层的起始温度高(例如，高于或等于600℃)，则形成良好钎焊接头的能力降低，因为熔融包覆层没有充分扩展以形成坚固接头(solid joint)。在一些实施方案中，包覆层的起始温度为约500℃至约600℃(例如，约510℃至约595℃、约525℃至约590℃、约540℃至约585℃、约550℃至约580℃或约560℃至约575℃)。在一些实施方案中，包覆层的起始温度为约560℃至约580℃。
[0080]
另外，具有低熔化温度的包覆层在熔融时表现出流动性增加。如果包覆层的熔点高，则可加工性或形成良好钎焊接头的能力降低，因为没有足够的熔融包覆层可用于形成坚固接头。在一些实施方案中，包覆层的熔点为约600℃至约700℃(例如，约610℃至约690℃、约615℃至约680℃、约620℃至约670℃、约630℃至约660℃或约640℃至约665℃)。在一些实施方案中，一个或多个包覆层具有不同的组成，因此具有不同的起始温度和熔点。
[0081]
芯层
[0082]
本公开进一步提供包括至少一个包覆铝合金层和芯层的包覆铝合金产品。芯铝合金可以是通常被描述为“终身芯合金”的合金，意思是芯层采用了通过芯减缓腐蚀的机制。第9,546,829号美国专利中描述了这种合金的一个实例，其内容以引用的方式并入本文。如第9,546,829号美国专利中所讨论，芯合金中较高的si含量导致形成almnsi分散胶体，从而导致基体的分散胶体强化。结果还表明，即使在高达0.4％的高si含量下，si的存在也会导致形成有效的致密沉淀物带(dpb)，这在钎焊期间导致钎焊后耐腐蚀性改善。另外，该专利公开了高fe含量的存在导致钎焊后强度较高。尽管较高的fe含量可能会导致芯层中有害的腐蚀行为，但这种影响通过添加ti得以减轻，添加ti在钎焊后条件下产生富ti带，从而改善了腐蚀行为。不受理论的约束，据发现使用本文所述具有包含ti的芯铝合金的包覆铝合金有利地为钎焊合板提供耐腐蚀性。
[0083]
在一些实施方案中，芯层是3xxx系列铝合金或6xxx系列铝合金。用于本文所述的芯层的合适的3xxx系列铝合金包括例如aa3002、aa3102、aa3003、aa3103、aa3103a、aa3103b、aa3203、aa3403、aa3004、aa3004a、aa3104、aa3204、aa3304、aa3005、aa3005a、aa3105、aa3105a、aa3105b、aa3007、aa3107、aa3207、aa3207a、aa3307、aa3009、aa3010、
aa3110、aa3011、aa3012、aa3012a、aa3013、aa3014、aa3015、aa3016、aa3017、aa3019、aa3020、aa3021、aa3025、aa3026、aa3030、aa3130和aa3065。
[0084]
用于本文所述的芯层的合适的6xxx系列铝合金包括例如aa6101、aa6101a、aa6101b、aa6201、aa6201a、aa6401、aa6501、aa6002、aa6003、aa6103、aa6005、aa6005a、aa6005b、aa6005c、aa6105、aa6205、aa6305、aa6006、aa6106、aa6206、aa6306、aa6008、aa6009、aa6010、aa6110、aa6110a、aa6011、aa6111、aa6012、aa6012a、aa6013、aa6113、aa6014、aa6015、aa6016、aa6016a、aa6116、aa6018、aa6019、aa6020、aa6021、aa6022、aa6023、aa6024、aa6025、aa6026、aa6027、aa6028、aa6031、aa6032、aa6033、aa6040、aa6041、aa6042、aa6043、aa6151、aa6351、aa6351a、aa6451、aa6951、aa6053、aa6055、aa6056、aa6156、aa6060、aa6160、aa6260、aa6360、aa6460、aa6460b、aa6560、aa6660、aa6061、aa6061a、aa6261、aa6361、aa6162、aa6262、aa6262a、aa6063、aa6063a、aa6463、aa6463a、aa6763、a6963、aa6064、aa6064a、aa6065、aa6066、aa6068、aa6069、aa6070、aa6081、aa6181、aa6181a、aa6082、aa6082a、aa6182、aa6091和aa6092。
[0085]
在一些实施方案中，包覆铝合金产品是耐腐蚀的，并且提供了用于生产热交换器用管材的钎焊合板。在一些实施方案中，包覆铝合金产品包括含铝合金的芯层，该含铝合金包含约0.10重量％至约0.20重量％的ti。在一些实施方案中，芯层由包含最多约0.25重量％的si、最多约0.35重量％的fe、约0.50重量％至约0.65重量％的cu、约1.4重量％至约1.6重量％的mn、约0.06重量％至约0.62重量％的mg、最多约0.05重量％的cr、最多约0.04重量％的zn、约0.10重量％至约0.20重量％的ti、最多约0.05重量％的sr、最多约0.15重量％的杂质和铝的合金制成。在一些实施方案中，芯层由包含最多约0.25重量％的si、最多约0.25重量％的fe、约0.50重量％至约0.65重量％的cu、约1.4重量％至约1.6重量％的mn、约0.06重量％至约0.14重量％的mg、最多约0.05重量％的cr、最多约0.04重量％的zn、约0.10重量％至约0.20重量％的ti、最多约0.05重量％的sr、最多约0.15重量％的杂质和铝的合金制成。
[0086]
在一些实施方案中，芯合金包含约0.04重量％至约0.40重量％的si、约0.50重量％至约1.0重量％的cu、约0.005重量％至约0.15重量％的ti、约0.20重量％至约0.50重量％的fe、约0.0重量％至约0.29重量％的mg、约1.4重量％至约1.70重量％的mn、最多约0.15重量％的杂质和al。仍在另一实施方案中，芯合金包含约0.05重量％至约0.34重量％的si、约0.50重量％至约0.95重量％的cu、约0.01重量％至约0.15重量％的ti、约0.25重量％至约0.45重量％的fe、约0.0重量％至约0.27重量％的mg、约1.45重量％至约1.65重量％的mn、最多约0.15重量％的杂质和al。在另一实施方案中，芯合金包含约0.16重量％至约0.50重量％的si、约0.50重量％至约1.1重量％的cu、约0.001重量％至约0.20重量％的ti、约0.15重量％至约0.55重量％的fe、约0.0重量％至约0.35重量％的mg、1.3重量％至约1.8重量％的mn、最多约0.15重量％的杂质和al。在又一实施方案中，芯合金包含约0.16重量％至约0.40重量％的si、约0.50重量％至约1.0重量％的cu、约0.005重量％至约0.15重量％的ti、约0.20重量％至约0.50重量％的fe、约0.0重量％至约0.29重量％的mg、约1.4重量％至约1.7重量％的mn、最多约0.15重量％的杂质和al。仍在另一实施方案中，芯合金包含约0.16重量％至约0.40重量％的si、约0.50重量％至约1.0重量％的cu、约0.005重量％至约0.15重量％的ti、约0.20重量％至约0.40重量％的fe、约0.0重量％至约0.29重量％的
mg、约1.4重量％至约1.7重量％的mn、最多0.15重量％的杂质和al。在另一实施方案中，芯合金包含约0.16重量％至约0.34重量％的si、约0.50重量％至约0.95重量％的cu、约0.01重量％至约0.15重量％的ti、约0.25重量％至约0.45重量％的fe、约0.0重量％至约0.27重量％的mg、约1.45重量％至约1.65重量％的mn、最多0.15重量％的杂质和al。在又一实施方案中，芯合金包含约0.20重量％至约0.50重量％的si、约0.52重量％至约0.80重量％的cu、约0.11重量％至约0.20重量％的ti、约0.25重量％至约0.55重量％的fe、约0.0重量％至约0.20重量％的mg、约1.51重量％至约1.80重量％的mn、最多约0.15重量％的杂质和al。仍在另一实施方案中，芯合金包含约0.20重量％至约0.50重量％的si、约0.52重量％至约0.75重量％的cu、约0.11重量％至约0.20重量％的ti、约0.25重量％至约0.55重量％的fe、约0.0重量％至约0.20重量％的mg、约1.51重量％至约1.80重量％的mn、最多约0.15重量％的杂质和al。在又一实施方案中，芯合金包含约0.20重量％至约0.40重量％的si、约0.52重量％至约0.70重量％的cu、约0.11重量％至约0.18重量％的ti、约0.25重量％至约0.55重量％的fe、约0.0重量％至约0.20重量％的mg、约1.51重量％至约1.75重量％的mn、最多约0.15重量％的杂质和al。在另一实施方案中，芯合金包含最多约0.25重量％的si、约0.15重量％至约0.55重量％的fe、约0.50重量％至约0.60重量％的cu、约1.4重量％至约1.6重量％的mn、约0.06重量％至约0.14重量％的mg、最多约0.05重量％的cr、最多约0.04重量％的zn、约0.10重量％至约0.20重量％的ti、最多约0.05重量％的sr、最多约0.15重量％的杂质和al。在又一实施方案中，芯合金包含约0.16重量％至约0.25重量％的si、约0.15重量％至约0.55重量％的fe、约0.50重量％至约0.60重量％的cu、约1.4重量％至约1.6重量％的mn、约0.06重量％至约0.30重量％的mg、最多约0.05重量％的cr、最多约0.04重量％的zn、约0.10重量％至约0.20重量％的ti、最多约0.05重量％的sr、最多约0.15重量％的杂质和al。仍在另一实施方案中，芯合金包含约0.16重量％至约0.25重量％的si、约0.15重量％至约0.55重量％的fe、约0.50重量％至约0.60重量％的cu、约1.4重量％至约1.6重量％的mn、约0.0重量％至约0.30重量％的mg、最多约0.05重量％的cr、最多约0.04重量％的zn、约0.10重量％至约0.20重量％的ti、最多约0.05重量％的sr、最多约0.15重量％的杂质和al。
[0087]
芯层的厚度可以为约100微米至约4000微米。例如，芯层可以为约150微米至约3500微米、约200微米至约3000微米、约250微米至约2500微米、约300微米至约2000微米、约350微米至约1500微米、约400微米至约1000微米、约450微米至约900微米、约500微米至约800微米或约550微米至约700微米。
[0088]
用作芯层的上述合金耐腐蚀并具有良好的机械性能。合金被配制成在第一和第二界面(即，在芯合金与第一和第二包覆层之间)产生致密沉淀物的牺牲带。如本文所用，牺牲意指致密沉淀物带区域将优先于芯层腐蚀。致密沉淀物带区域可在钎焊周期期间形成。如第5,041,343号美国专利、第5,037,707号美国专利、第6,019,939号美国专利和第wo 94/22633号国际专利公布中所述，此带防止管从外部穿孔，并增强芯层的耐腐蚀性，这些专利文献以全文引用的方式并入本文。致密沉淀物的带厚度通常为约20-50μm(例如，约25-40μm)。
[0089]
钎焊片材合板
[0090]
包覆铝合金产品可采用本领域技术人员已知的任何产品方法由一个或多个包覆层和芯层制成。例如，可通过热金属轧制等将一个或多个包覆层与芯层结合来制造包覆铝
合金产品。如下面更详细描述的那样，可通过熔铸形成包覆铝合金产品。任选地，如第2005/0011630号美国公布专利申请中所述的那样，可通过包括热轧和冷轧复合铸锭的工艺制造包覆铝合金产品，该专利申请特此以全文引用的方式并入。所得包覆铝合金产品当钎焊到金属部件上时提供良好的耐腐蚀性。
[0091]
在一些实施方案中，包覆铝合金片材一旦形成即可通过本领域技术人员已知的任何管形成方法转换为管形式。例如，可通过折叠或焊接将包覆铝合金片材转换为管形式。所得管可用在例如热交换器中。任选地，翅片可附接于由包覆铝合金片材形成的片材或管。
[0092]
制备和加工方法
[0093]
在某些方面，制备或制造本文所述的包覆铝合金产品以及使用包覆铝合金产品制造物体的方法也包括在本公开的范围内。可通过包括本文件中所述和所示的至少一些技术步骤的工艺制造本文所述的包覆铝合金产品。要理解的是，对本文件中包含的工艺的描述和说明是非限制性的。本文所述的工艺步骤可以各种方式组合及修改，并合适地用于由这类合金制造包覆铝合金产品或形式和物体。本文中未明确描述但常用于冶金和铝加工及制造领域的工艺步骤和条件也可结合到落入本公开的范围内的工艺中。下面更详细地描述制备包覆铝合金产品的包覆层的工艺。
[0094]
铸造
[0095]
可采用如本领域技术人员已知的铸造方法来铸造本文所述的包覆铝合金产品的包覆层。例如，铸造工艺可包括直接冷硬(dc)铸造工艺。根据本领域技术人员已知的标准进行dc铸造工艺。dc工艺可提供锭。任选地，可以在下游加工之前对锭进行剥皮。任选地，铸造工艺可包括连续铸造(cc)工艺而不是dc铸造工艺。
[0096]
在一些实施方案中，可采用“熔铸”来铸造包覆铝合金产品的包覆层，其也可由商标名fusion
tm
(novelis，atlanta，us)指称，并且描述于例如第7,472,740号美国专利中，该专利的内容以引用的方式并入本文。一般地，熔铸是铸造复合或多层金属锭的工艺。当采用通过fusion
tm
(novelis，atlanta，us)工艺铸造来生产本文所述的包覆铝合金产品时，用作包覆层的铝合金在部分凝固的芯合金的一个或两个表面上凝固。熔铸工艺通常使用具有进料端和出口端的模具。在进料端添加熔融金属，并且从模具的出口端取出凝固锭。分隔壁用于将进料端分隔成至少两个分开的进料室。分隔壁终止于模具的出口端上方。每个进料室与至少一个另外的进料室相邻。对于每对相邻的进料室，将第一合金流进料到该对室中的一个中，以在第一室中形成金属熔池。第二合金流通过该对进料室中的第二个进料，以在第二室中形成金属熔池。第一金属熔池接触该对室之间的分隔壁以冷却第一熔池，从而形成与分隔壁相邻的自支撑表面。然后使第二金属熔池与第一熔池接触，使得第二熔池在自支撑表面的温度低于第一合金的固相线温度的点处首先接触第一熔池的自支撑表面。两个合金熔池接合为两层并冷却以形成复合或多层锭，其也可以被称为“合板(package)”。通过熔铸获得的多层锭包括在本文所述的包覆铝合金产品的范围内。
[0097]
然后可以对铸造铝合金进行进一步的加工步骤。例如，如本文所述的加工方法可包括均化、热轧、冷轧和/或退火的步骤。
[0098]
均化
[0099]
均化步骤可包括加热如本文所述的铸造铝合金以达到约或至少约570℃(例如，至少约570℃、至少约580℃、至少约590℃、至少约600℃、至少约610℃或其间的任何温度)的
均化温度。例如，可将铸造铝合金加热到约570℃至约620℃、约575℃至约615℃、约585℃至约610℃或约590℃至约605℃的温度。在一些情况下，加热到均化温度的速率可以为约100℃/小时或更小、约75℃/小时或更小、约50℃/小时或更小、约40℃/小时或更小、约30℃/小时或更小、约25℃/小时或更小、约20℃/小时或更小、约15℃/小时或更小或约10℃/小时或更小。在其它情况下，加热到均化温度的速率可以为约10℃/分钟至约100℃/分钟(例如，约10℃/分钟至约90℃/分钟、约10℃/分钟至约70℃/分钟、约10℃/分钟至约60℃/分钟、约20℃/分钟至约90℃/分钟、约30℃/分钟至约80℃/分钟、约40℃/分钟至约70℃/分钟或约50℃/分钟至约60℃/分钟)。
[0100]
在一些实施方案中，然后允许铸造铝合金浸泡(即，在指示温度下保持)一段时间。根据一个非限制性实例，允许铸造铝合金浸泡最多约5小时(例如，约10分钟至约5小时，包括10分钟和5小时)。例如，可将铸造铝合金在至少570℃的温度下浸泡10分钟、20分钟、30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时或其间的任何时间。
[0101]
在一些实施方案中，可将铸造铝合金从第一温度冷却到低于第一温度的第二温度。在一些实例中，第二温度高于约555℃(例如，高于约560℃、高于约565℃、高于约570℃或高于约575℃)。例如，可将铸造铝合金冷却到约555℃至约590℃、约560℃至约575℃、约565℃至约580℃、约570℃至约585℃、约565℃至约570℃、约570℃至约590℃或约575℃至约585℃的第二温度。冷却到第二温度的速率可以为约10℃/分钟至约100℃/分钟(例如，约20℃/分钟至约90℃/分钟、约30℃/分钟至约80℃/分钟、约10℃/分钟至约90℃/分钟、约10℃/分钟至约70℃/分钟、约10℃/分钟至约60℃/分钟、约40℃/分钟至约70℃/分钟或约50℃/分钟至约60℃/分钟)。
[0102]
在一些实施方案中，然后可允许铸造铝合金在第二温度下浸泡一段时间。在某些情况下，允许锭浸泡最多约5小时(例如，10分钟至5小时，包括10分钟和5小时)。例如，锭可以在约560℃至约590℃的温度下浸泡10分钟、20分钟、30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时或其间的任何时间。
[0103]
热轧
[0104]
在均化步骤之后，可以进行热轧步骤。在某些情况下，对铸造铝合金进行热轧，热轧机进口温度范围是约560℃至约600℃。例如，进口温度可以为约560℃、约565℃、约570℃、约575℃、约580℃、约585℃、约590℃、约595℃或约600℃。在某些情况下，热辊出口温度范围可以是约290℃至约350℃(例如，约310℃至约340℃)。例如，热辊出口温度可以为约290℃、约295℃、约300℃、约305℃、约310℃、约315℃、约320℃、约325℃、约330℃、约335℃、约340℃、约345℃、约350℃或其间的任何温度。
[0105]
在某些情况下，可将铸造铝合金热轧至约2mm至约15mm厚的规格(例如，约2.5mm至约12mm厚的规格)。例如，可将铸造铝合金热轧至约2mm厚的规格、约2.5mm厚的规格、约3mm厚的规格、约3.5mm厚的规格、约4mm厚的规格、约5mm厚的规格、约6mm厚的规格、约7mm厚的规格、约8mm厚的规格、约9mm厚的规格、约10mm厚的规格、约11mm厚的规格、约12mm厚的规格、约13mm厚的规格、约14mm厚的规格或约15mm厚的规格。在某些情况下，可将铸造铝合金热轧至规格超过15mm(即，板)。在其它情况下，可将铸造铝合金热轧至规格不到4mm(即，片材)。
[0106]
冷轧
[0107]
可在热轧步骤之后进行冷轧步骤。在某些方面，可将来自热轧步骤的轧制产品冷轧为片材(例如，大约4.0mm以下)。在某些方面，将轧制产品冷轧至约0.4mm至约1.0mm、约1.0mm至约3.0mm或约3.0mm至不到约4.0mm的厚度。在某些方面，将合金冷轧至约3.5mm或更薄、约3mm或更薄、约2.5mm或更薄、约2mm或更薄、约1.5mm或更薄、约1mm或更薄、约0.5mm或更薄、约0.4mm或更薄、约0.3mm或更薄、约0.2mm或更薄或者约0.1mm或更薄。例如，可将轧制产品冷轧至约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1.0mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm、约1.6mm、约1.7mm、约1.8mm、约1.9mm、约2.0mm、约2.1mm、约2.2mm、约2.3mm、约2.4mm、约2.5mm、约2.6mm、约2.7mm、约2.8mm、约2.9mm、约3.0mm、约3.1mm、约3.2mm、约3.3mm、约3.4mm、约3.5mm、约3.6mm、约3.7mm、约3.8mm、约3.9mm、约4.0mm或其间的任何厚度。
[0108]
在一种情况下，加工如本文所述的铝合金的方法可包括以下步骤。可通过经约12小时的时间段加热如本文所述的铸造铝合金以达到约590℃的均化温度来进行均化步骤，其中允许铸造铝合金在约590℃的温度下浸泡约2小时。然后可将铸造铝合金冷却到约580℃，并允许在580℃下浸泡约2小时。然后可以将铸造铝合金热轧至合适的规格。然后可以将铸造铝合金冷轧至所需规格。
[0109]
退火
[0110]
任选地，可通过将合金从室温加热到约200℃至约400℃(例如，约210℃至约375℃、约220℃至约350℃、约225℃至约345℃或约250℃至约320℃)的退火温度来将铝合金退火。在一些情况下，加热到退火温度的速率可以为约100℃/小时或更小、约75℃/小时或更小、约50℃/小时或更小、约40℃/小时或更小、约30℃/小时或更小、约25℃/小时或更小、约20℃/小时或更小、约15℃/小时或更小或约10℃/小时或更小。可以将合金在该温度下浸泡一段时间。在某些方面，允许合金浸泡最多大约6小时(例如，约10秒至约6小时，包括10秒和6小时)。例如，可以将合金在约230℃至约370℃的温度下浸泡约20秒、约25秒、约30秒、约35秒、约40秒、约45秒、约50秒、约55秒、约60秒、约65秒、约70秒、约75秒、约80秒、约85秒、约90秒、约95秒、约100秒、约105秒、约110秒、约115秒、约120秒、约125秒、约130秒、约135秒、约140秒、约145秒、约150秒、约5分钟、约10分钟、约15分钟、约20分钟、约25分钟、约30分钟、约35分钟、约40分钟、约45分钟、约50分钟、约55分钟、约60分钟、约65分钟、约70分钟、约75分钟、约80分钟、约85分钟、约90分钟、约95分钟、约100分钟、约105分钟、约110分钟、约115分钟、约120分钟、约2.5小时、约3小时、约3.5小时、约4小时、约4.5小时、约5小时、约5.5小时、约6小时或其间的任何时间。在一些实例中，不对合金进行退火。
[0111]
在一些实例中，以约40℃/小时至约50℃/小时的恒定速率将合金加热到约200℃至约400℃的退火温度。在一些方面，允许合金在退火温度下浸泡约3小时至约5小时(例如，约4小时)。在一些情况下，以约40℃/小时至约50℃/小时的恒定速率将合金从退火温度冷却。在一些实例中，不对合金进行退火。
[0112]
性能和优点
[0113]
根据所需用途，可通过各种加工条件来控制包覆铝合金产品的机械性能。可以在h回火(例如，hx1、hx2、hx3 hx4、hx5、hx6、hx7、hx8或hx9回火)下生产(或提供)包覆铝合金产品。作为一个实例，可以在h19回火下生产(或提供)包覆铝合金产品。h19回火是指冷轧的产品。作为另一实例，可以在h24回火下生产(或提供)包覆铝合金产品。h24回火是指冷轧并部
分退火的产品。作为进一步的实例，可以在o条件或回火下生产(或提供)包覆铝合金产品。
[0114]
在一些非限制性实例中，包覆铝合金产品在h回火(例如，h19回火和h24回火)下具有高强度，在o回火下具有高成形性(即，弯曲性)。在一些非限制性实例中，所述包覆铝合金产品与常规的包覆铝合金产品相比在h回火(例如，h19回火和h24回火)和o回火下具有良好的耐腐蚀性。
[0115]
在不使用腐蚀性焊剂的情况下，本文所述的包覆铝合金产品可产生比常规包覆合金耐腐蚀性更好的钎焊接头。本发明包覆铝合金产品的优点在于，钎焊后产生的硬化填充合金可以比常规包覆合金产生的硬化填充合金耐腐蚀性更好。相比于常规包覆合金，耐腐蚀性提高是由于在包覆铝合金产品中使用的包覆合金中存在促进剂。可有利地影响残留包覆层的腐蚀性能的这类附加促进剂的若干实例有bi、sb、sr、na和ti，所述残留包覆层可在经受钎焊的部件和物体中充当保护性抗腐蚀涂层。当在包覆铝合金产品的包覆层中以特定量存在时，在钎焊包覆铝合金产品与要接合的金属部件之间的接头时不需要进行焊剂操作。这提高了包覆铝合金产品的腐蚀电位，因为在生产钎焊接头时不需要对接头的腐蚀电位有负面影响的焊剂操作。
[0116]
在某些方面，当根据astm g69标准进行测试时，包覆铝合金产品可具有提供约-650mv至约-760mv(例如，约-660mv至约-750mv、约-670mv至约-740mv、约-680mv至约-730mv、约-690mv至约-720mv、约-700mv至约-710mv等)的负腐蚀电位或电化学电位(ecorr)的耐腐蚀性。在某些情况下，负腐蚀电位或电化学电位(ecorr)可以为约-650mv、约-660mv、约-670mv、约-680mv、约-690mv、约-700mv、约-710mv、约-720mv、约-730mv、约-740mv、约-750mv或约-760mv或其间的任何值。
[0117]
在某些方面，包覆铝合金产品当在h回火下时可具有约150mpa至约250mpa(例如，约160mpa至约240mpa、约165mpa至约225mpa、约170mpa至约210mpa、约170mpa至约200mpa、约175mpa至约195mpa等)的屈服强度。在某些情况下，包覆铝合金产品当在h回火下时可具有约160mpa、约165mpa、约170mpa、约175mpa、约180mpa、约185mpa、约190mpa、约195mpa、约200mpa、约205mpa、约210mpa、约215mpa、约220mpa、约225mpa、约230mpa、约235mpa、约240mpa、约245mpa或约250mpa的屈服强度。
[0118]
在某些方面，包覆铝合金产品当在h回火下时可具有约175mpa至约250mpa(例如，约180mpa至约240mpa、约185mpa至约245mpa、约190mpa至约240mpa、约195mpa至约235mpa、约200mpa至约230mpa等)的极限拉伸强度。在某些情况下，包覆铝合金产品当在h回火下时可具有约175mpa、约180mpa、约185mpa、约190mpa、约195mpa、约200mpa、约205mpa、约210mpa、约215mpa、约220mpa、约225mpa、约230mpa、约235mpa、约240mpa、约245mpa或约250mpa的极限拉伸强度。
[0119]
在某些方面，包覆铝合金产品当在h回火下时可具有约11％至约18％(例如，约12％至约17.5％、约12.5％至约17％、约13％至约16.5％、约14％至约16％等)的伸长率。在某些情况下，包覆铝合金产品当在h回火下时可具有约11％、约11.5％、约12％、约12.5％、约13％、约13.5％、约14％、约14.5％、约15％、约15.5％、约16％、约16.5％、约17％、约17.5％或约18％的伸长率。
[0120]
预期当包覆铝合金产品的包覆层形成钎焊接头时，其在进行加速空气侧腐蚀测试时将表现出良好的耐腐蚀性。具体地，当根据astm g85:a3进行海水乙酸测试(swaat)时，由
本文所述的包覆铝合金产品的包覆层形成的钎焊接头可表现出良好的空气侧腐蚀评级。例如，包覆铝合金产品可持续2周、3周和4周经受swaat测试。在这些实例中的每一者中，预期在至少28天内在包覆铝合金中腐蚀活性最小且将不会形成穿孔。
[0121]
钎焊方法
[0122]
本文所述的包覆铝合金产品适用于不使用焊剂的钎焊应用。意外地发现，包覆铝合金产品的包覆层中的成分穿透要接合的金属部件的氧化物膜，以破坏或除去表面氧化物膜，从而完全取代对焊剂的需求。因此，在本公开的实施方案中可以合适地采用各种钎焊工艺和技术步骤。在此方法中，通过在包覆层的合金组合物中掺入一定量的mg、bi、sb、sr、na、ti等以破坏和除去要接合的金属部件表面上的氧化物膜，可以在不使用焊剂的情况下在惰性气体气氛中对包覆铝合金产品进行钎焊。可以使用任意合适的惰性气体，包括例如氩气、氦气、氮气等。在钎焊应用期间，通过熔化包覆层形成的填充合金可以流动并润湿破裂的氧化物膜，以在不使用腐蚀性焊剂的情况下形成结构良好的钎焊接头。
[0123]
因此，本文所述的包覆铝合金产品适用于不施加焊剂的受控气氛钎焊(“cab”)。为进行钎焊周期，可在惰性气氛cab炉中加热包覆铝合金产品。在使用焊剂的钎焊工艺中，接头材料(基底材料)和芯材料中的元素受到严格控制，因为某些元素会与焊剂负面地发生反应。因为不需要进行焊剂操作，所以本文所述的包覆层的合金组成容许将包覆铝合金产品钎焊到具有不同组成的多种金属部件上。这使得有可能使用在钎焊后保持坚固和耐腐蚀的合金。
[0124]
在一些实施方案中，在钎焊之前准备(例如预处理)要与包覆铝合金产品接合的金属部件的表面。在一些实施方案中，对要接合的金属部件进行一种或多种预处理，所述预处理可用于促进包覆铝合金产品和金属部件的粘附。可以通过对金属部件的外表面进行预处理来改善包覆铝合金产品例如包覆铝合金产品的包覆层与金属部件的粘附，包覆铝合金产品沉积在所述金属部件上，以产生良好的钎焊接头。在一些实施方案中，预处理包括初步清洗步骤，在此期间处理金属部件的表面以除去油脂、油、抛光化合物、轧制润滑剂或切割油。这可以许多方式来实现，例如通过蒸汽脱脂、溶剂洗涤、溶剂乳液清洗、机械研磨或通过温和浸蚀。
[0125]
在一些实施方案中，浸蚀要接合的金属部件的表面以除去来自轧制过程残留的痕量油和油脂并使氧化物膜层更薄。例如，准备过程涉及使用苛性清洗剂(例如，10％naoh)浸蚀金属部件的表面以除去所有痕量的油或油脂。在一些实施方案中，浸蚀表面可产生对于形成良好钎焊接头重要的表面特征。特别地，表面粗糙度是材料表面的重要性能，并且表面粗糙度增加可以有更多的面积用于氧化反应和用于氧化物膜层。在一些实施方案中，机械研磨增加表面粗糙度。表面粗糙度可以为约0.1微米至约2.0微米(例如，约0.2微米至约1.5微米、约0.3微米至约1.0微米或约0.4微米至约0.8微米)，以产生良好的钎焊接头。
[0126]
钎焊工艺在干燥气氛中进行，气氛中几乎没有或没有氧。在一些实施方案中，钎焊工艺在氮气、氩气或氦气的惰性气氛中进行。cab炉中的气氛可包括不到100ppm的氧，例如不到90ppm、不到80ppm、不到70ppm、不到60ppm、不到50ppm、不到40ppm、不到30ppm、不到25ppm、不到20ppm、不到10ppm或不到5ppm的氧。较低的氧浓度防止了钎焊工艺期间铝合金部件上的再氧化。
[0127]
在一些实施方案中，cab炉中的气氛的露点可低于-30℃，例如低于-32℃、低于-34
℃、低于-36℃、低于-38℃、低于-40℃、低于-42℃、低于-44℃、低于-46℃、低于-48℃、低于-50℃、低于-52℃、低于-54℃、低于-56℃、低于-58℃、低于-60℃、低于-62℃、低于-64℃、低于-66℃、低于-68℃或低于-70℃。例如，cab炉中的露点可以为约-30℃至约-70℃、约-35℃至约-65℃、约-40℃至约-60℃或约-45℃至约-55℃。
[0128]
钎焊工艺可包括加热如本文所述的包覆铝合金产品以达到约或至少约560℃(例如，至少约570℃、至少约580℃、至少约590℃、至少约600℃、至少约610℃或其间的任何温度)的钎焊温度。例如，可以将包覆铝合金产品加热到约560℃至约620℃、约570℃至约615℃、约580℃至约610℃或约590℃至约605℃的温度。在一些情况下，加热到钎焊温度的速率可以为约200℃/小时或更小、约180℃/小时或更小、约160℃/小时或更小、约140℃/小时或更小、约120℃/小时或更小、约100℃/小时或更小、约75℃/小时或更小、约50℃/小时或更小、约40℃/小时或更小、约30℃/小时或更小、约25℃/小时或更小、约20℃/小时或更小、约15℃/小时或更小或者约10℃/小时或更小。在其它情况下，加热到钎焊温度的速率可以为约10℃/分钟至约200℃/分钟(例如，约10℃/分钟至约175℃/分钟、约10℃/分钟至约150℃/分钟、约10℃/分钟至约100℃/分钟、约20℃/分钟至约90℃/分钟、约30℃/分钟至约80℃/分钟、约40℃/分钟至约70℃/分钟或约50℃/分钟至约60℃/分钟)。在一些实施方案中，cab炉中达到峰值温度的加热速率不到3分钟。
[0129]
在一些实施方案中，可以在cab炉中以每分钟100℃的速率加热包覆铝合金产品，直至达到520℃的温度。然后可以每分钟25℃的速率加热包覆铝合金产品，直至达到605℃的温度，接着在605℃下热浸泡3分钟。然后可以将包覆铝合金产品冷却到570℃，并从炉中取出以在室温下冷却。在一些实施方案中，在其中氧浓度小于50ppm且露点低于-40℃(在氮气气氛中)的钎焊气氛下在600℃的cab炉中加热包覆铝合金产品3分钟。
[0130]
在一些实施方案中，提供了生产通过钎焊接合的制品(如热交换器)或钎焊部件的组件的方法。所述方法可包括提供部件，其中的至少一个部件由本文所述的包覆铝合金产品制成。所述方法可包括将诸如波纹翅片坯件材料的部件和诸如管的其它部件组装成组件。所述方法可进一步包括在不在部件的组件上施加钎焊焊剂的情况下对组件进行钎焊。将整个组件在受控的惰性气体气氛中在钎焊温度下(通常在约560℃至620℃范围内的温度下)钎焊足够长的时间，足以使接合各种部件的填料熔化和扩展，例如停留时间为1至5分钟。钎焊气氛中的氧含量应尽可能合理地低，并且优选低于约100ppm，更优选低于约50ppm，例如为25ppm或更低。所述方法进一步包括使用例如吹入的空气或任何其它合适的冷却介质将钎焊组件冷却到通常约100℃以下，例如冷却到室温。
[0131]
在此操作中，不需要焊剂来从与包覆铝合金产品接合的金属部件上除去氧化物膜。在用于钎焊的高温下，包覆铝合金产品的包覆层中的成分在钎焊操作期间除去或至少裂开氧化物膜，以允许熔融填料与金属部件接触以形成接头。在某些方面，包覆铝合金产品的包覆层用作用于生产通过钎焊接合的制品(如热交换器)或钎焊部件的组件的方法的填充合金。不旨在限制本公开，包覆铝合金产品的包覆层的合金组成控制包覆层的熔化以形成填充材料，促进要与包覆铝合金产品接合的金属部件的氧化物膜中的孔形成，并且输送促进剂以在钎焊应用期间减少或除去氧化物膜。
[0132]
虽然在全文中描述了金属部件如铝合金制品，但所述方法和制品适用于任何金属。在一些实例中，金属部件是铝、铝合金、镁、基于镁的材料、钛、基于钛的材料、铜、基于铜
的材料、钢、基于钢的材料、青铜、基于青铜的材料、黄铜、基于黄铜的材料、复合材料、复合材料中使用的片材或任何其它合适的金属或材料的组合。
[0133]
使用方法
[0134]
本文所述的包覆铝合金产品和方法可用于工业应用，包括牺牲部件、散热、包装和建筑材料。本文所述的包覆铝合金产品的用途和应用包括在本发明的范围内，用本文所述的包覆铝合金产品制造或包括本文所述的包覆铝合金产品的物体、形式、设备及类似物也包括在本发明的范围内。制造、制备或生产这类物体、形式、设备及类似物的工艺也包括在本发明的范围内。
[0135]
第8,349,470号美国专利中描述和显示了可用本发明的产品制成的一些其它示例性物体，该专利的内容以引用的方式并入本文。这类物体的一些非限制性实例有蒸发器板、蒸发器、散热器、加热器、加热器芯、冷凝器、冷凝管、各种管和管道、歧管和一些结构特征件，如侧支撑件。本文公开的包覆铝合金产品的用途不限于涉及将包覆合金钎焊到芯合金或中间层合金上的工艺。例如，可以为由拉丝制成的填充环生产包覆钎焊铝合金。在另一实例中，以片材形式生产的包覆铝合金产品可用作填充垫片。垫片材料可具有从几微米到毫米的任何厚度，这取决于应用。与目前使用的合金相比，本文所述的铝合金提供更好的腐蚀性能和更高的强度。
[0136]
铝合金、包覆铝合金产品和方法的示例
[0137]
示例1是包含7.0-14.0重量％的si、0.05-1.0重量％的fe、0.01-0.60重量％的cu、0.01-0.30重量％的mn、0.01-0.50重量％的mg、0.0-0.60重量％的zn、0.001-0.50重量％的bi、最多0.30重量％的sb、最多0.20重量％的sr、最多0.20重量％的na、最多0.25重量％的ti、最多0.15重量％的杂质和al的铝合金。
[0138]
示例2是任何前述或后续示例的铝合金，其包含8.0-12.0重量％的si、0.10-0.90重量％的fe、0.01-0.50重量％的cu、0.05-0.20重量％的mn、0.01-0.40重量％的mg、0.05-0.40重量％的zn、0.01-0.40重量％的bi、最多0.25重量％的sb、最多0.15重量％的sr、最多0.10重量％的na、最多0.20重量％的ti、最多0.15重量％的杂质和al。
[0139]
示例3是任何前述或后续示例的铝合金，其包含8.5-11.0重量％的si、0.15-0.50重量％的fe、0.01-0.40重量％的cu、0.05-0.15重量％的mn、0.05-0.30重量％的mg、0.10-0.30重量％的zn、0.05-0.30重量％的bi、最多0.20重量％的sb、最多0.10重量％的sr、最多0.06重量％的na、最多0.15重量％的ti、最多0.15重量％的杂质和al。
[0140]
示例4是任何前述或后续示例的铝合金，其包含9.0-10.5重量％的si、0.15-0.25重量％的fe、0.30-0.40重量％的cu、0.05-0.15重量％的mn、0.15-0.30重量％的mg、0.15-0.30重量％的zn、0.10-0.35重量％的bi、最多0.15重量％的sb、最多0.05重量％的sr、最多0.05重量％的na、最多0.10重量％的ti、最多0.15重量％的杂质和al。
[0141]
示例5是任何前述或后续示例的铝合金，其包含9.5-10.5重量％的si、0.30-0.50重量％的fe、0.01-0.05重量％的cu、0.05-0.15重量％的mn、0.01-0.05重量％的mg、0.20-0.25重量％的zn、0.10-0.20重量％的bi、最多0.05重量％的sb、最多0.02重量％的sr、最多0.01重量％的na、最多0.10重量％的ti、最多0.15重量％的杂质和al。
[0142]
示例6是任何前述或后续示例的铝合金，其中该合金通过直接冷硬铸造、接着热轧和冷轧来生产。
[0143]
示例7是任何前述或后续示例的铝合金，其中该合金在钎焊后测量的腐蚀电位为660-720mv或更低。
[0144]
示例8是任何前述或后续示例的铝合金，其中该合金在钎焊后的空气侧腐蚀测试期间耐受至少28天而没有穿孔。
[0145]
示例9是一种包覆铝合金产品，其包括：芯层；和至少一个包含任何前述或后续示例的铝合金的包覆层。
[0146]
示例10是任何前述或后续示例的包覆铝合金产品，其中芯层包含铝合金，该铝合金包含最多0.25重量％的si、最多0.35重量％的fe、0.50重量％至0.60重量％的cu、1.4重量％至1.6重量％的mn、0.06重量％至0.62重量％的mg、最多0.05重量％的cr、最多0.04重量％的zn、0.10重量％至0.20重量％的ti、最多0.05重量％的sr、最多0.15重量％的杂质和al。
[0147]
示例11是一种包覆铝合金产品，其包括芯层，其中芯层具有第一侧和第二侧；在第一侧或第二侧上的至少一个包覆层；其中该至少一个包覆层包含7.0-14.0重量％的si、0.05-1.0重量％的fe、0.01-0.60重量％的cu、0.01-0.30重量％的mn、0.01-0.50重量％的mg、0.0-0.60重量％的zn、0.001-0.50重量％的bi、最多0.30重量％的sb、最多0.20重量％的sr、最多0.20重量％的na、最多0.25重量％的ti、最多0.15重量％的杂质和al。
[0148]
示例12是任何前述或后续示例的包覆铝合金产品，其中芯层包含铝合金，该铝合金包含最多0.25重量％的si、最多0.35重量％的fe、0.50重量％至0.60重量％的cu、1.4重量％至1.6重量％的mn、0.06重量％至0.62重量％的mg、最多0.05重量％的cr、最多0.04重量％的zn、0.10重量％至0.20重量％的ti、最多0.05重量％的sr、最多0.15重量％的杂质和al。
[0149]
示例13是包括任何前述或后续示例的包覆铝合金产品的耐腐蚀钎焊片材。
[0150]
示例14是包括任何前述或后续示例的包覆铝合金产品的热交换器。
[0151]
示例15是任何前述或后续示例的热交换器，其中该热交换器是汽车热交换器。
[0152]
示例16是任何前述或后续示例的汽车热交换器，其中该汽车热交换器是散热器、冷凝器、蒸发器、油冷却器、中间冷却器、增压空气冷却器或加热器芯。
[0153]
示例17是包括任何前述或后续示例的包覆铝合金产品的管。
[0154]
示例18是形成钎焊接头的方法，其包括如下步骤：提供一个或多个金属部件；在一个或多个金属部件之上或之间提供包覆铝合金产品以形成组件，其中包覆铝合金产品包括至少一个包覆层；在不施加焊剂的情况下对组件进行钎焊以接合包覆铝合金产品和一个或多个金属部件，从而产生钎焊组件；以及冷却该钎焊组件，其中该至少一个包覆层包含7.0-14.0重量％的si、0.05-1.0重量％的fe、0.01-0.60重量％的cu、0.01-0.30重量％的mn、0.01-0.50重量％的mg、0.0-0.60重量％的zn、0.001-0.50重量％的bi、最多0.30重量％的sb、最多0.20重量％的sr、最多0.20重量％的na、最多0.25重量％的ti、最多0.15重量％的杂质和al。
[0155]
示例19是任何前述或后续示例的形成钎焊接头的方法，其中钎焊步骤在包含惰性气体的受控气氛钎焊炉中进行。
[0156]
示例20是任何前述或后续示例的形成钎焊接头的方法，其中受控气氛钎焊炉包含不到100ppm的氧。
[0157]
示例21是任何前述或后续示例的形成钎焊接头的方法，其中受控气氛钎焊炉具有低于-40℃的露点。
[0158]
示例22是任何前述或后续示例的形成钎焊接头的方法，其中在590℃至610℃范围内的钎焊温度下钎焊该组件。
[0159]
示例23是任何前述或后续示例的形成钎焊接头的方法，其中受控气氛钎焊炉在不到五分钟内被加热到钎焊温度。
[0160]
示例24是任何前述或后续示例的形成钎焊接头的方法，其中将该组件在氮气氛中在氧浓度小于50ppm且露点低于-40℃的受控气氛钎焊炉中在600℃下钎焊3分钟。
[0161]
示例25是任何前述或后续示例的形成钎焊接头的方法，其中该至少一个包覆层包含8.0-12.0重量％的si、0.10-0.90重量％的fe、0.01-0.50重量％的cu、0.05-0.20重量％的mn、0.01-0.40重量％的mg、0.10-0.40重量％的zn、0.01-0.40重量％的bi、最多0.25重量％的sb、最多0.15重量％的sr、最多0.06重量％的na、最多0.15重量％的ti和最多0.15重量％的杂质以及al。
[0162]
以下实施例将用于进一步说明本发明，但不构成对本发明的任何限制。相反，要清楚理解的是，在阅读本文的描述之后，本领域技术人员可以想到在不脱离本发明实质的情况下采取各种实施方案、其修改方案和等同方案。除另有说明外，在以下实施例中描述的研究期间，遵循常规的程序。出于说明的目的，下面描述一些程序。
[0163]
实施例
[0164]
实施例1：铝合金组合物和性能
[0165]
根据下述方法制备如表6中所示的示例性合金和比较合金。合金1-14是用于包覆铝合金产品的包覆层的示例性合金。比较合金a是用于包覆层的比较合金。
[0166]
表6
[0167]
[0168][0169]
所有均表示为重量％。最多0.15重量％的杂质；余者为al。
[0170]
采用直接冷硬铸造工艺铸锭来制备表6中的包覆层组合物。然后根据本文所述的方法对锭进行均化、热轧和冷轧，以产生最终规格的铝合金产品。
[0171]
表6中描述的包覆层用于生产包括包覆层和芯层的包覆铝合金产品(例如，包覆片材铝合金)。芯层包含具有表7中所示组成的3xxx系列铝合金。
[0172]
表7
[0173][0174]
根据下述方法制备芯层。将表7的芯铝合金组合物直接冷硬铸造以产生锭。随后对锭进行剥皮。此后在约12小时内将剥皮锭加热到约480℃至约520℃的均化温度。将锭在均化温度下浸泡约5小时至约6小时。然后将均化锭热轧至19mm的规格厚度。然后将表6中描述的包覆铝合金焊接到19mm厚的芯层的一侧以产生包覆铝合金产品。焊接后，将包覆铝合金产品重新加热到约450℃的温度持续约45至约60分钟，接着将包覆铝合金产品热轧至约3mm至约4mm的规格厚度。随后将包覆铝合金产品冷轧至约1mm至约2mm的初始规格厚度。然后，将包覆铝合金产品进一步冷轧至约300μm的最终规格厚度。包覆层具有约25μm至约30μm的
规格厚度，并且为包覆铝合金产品总厚度的约7％至约13％。将最终规格的铝合金产品以每小时30℃的温度斜坡进行部分退火，接着在305℃下浸泡三小时以达到h24回火状态。
[0175]
本文所述的包覆铝合金产品的包覆层控制填充材料的熔化，促进要与包覆铝合金产品接合的金属部件的氧化物膜层中的孔形成，并在钎焊应用期间输送促进剂以与氧化物膜界面结合。具体地，包覆层的合金组合物包含特定量的mg、bi、sb、sr、na和/或ti成分，其可特别用作无焊剂钎焊应用的填充合金。例如，少量的mg(例如，不到0.50重量％)与bi、sb、sr、na和/或ti组合协同作用以使表面氧化物层开裂，使得熔融的包覆铝合金流过裂缝，以在不使用焊剂的情况下形成稳定的钎焊接头。本文所述的包覆铝合金产品也可用于需要机械强度与耐腐蚀性相结合的其它情况。
[0176]
下表8显示合金1-14和比较合金a的包覆层的起始温度和熔点。
[0177]
表8
[0178][0179][0180]
实施例1-14的包覆层的起始温度低于575℃。实施例1-14的包覆层的起始温度有利于产生良好的钎焊接头。实施例1-14的包覆层具有促进熔融包覆层在铝合金产品(例如，热交换器)中的芯层与其它部件之间良好扩展的起始温度。因此，实施例1-14的包覆层可有利地促进在铝合金产品中的芯层与其它部件之间形成良好的钎焊接头。另外，实施例1-14的包覆层的熔化温度为630℃至660℃。因此，实施例1-14的包覆层在熔融时表现出增加的流动性以形成良好的钎焊接头。
[0181]
这进一步由图1和图2所证实，图1和图2显示了分别使用keyence和zeiss光学显微镜以100x放大倍数拍摄的由本文所述的包覆铝合金产品形成的示例钎焊接头的光学图像。具体地，对包括实施例合金4和6的包覆层的包覆铝合金产品进行钎焊工艺以分别产生图1和图2中所示的接头。钎焊工艺在cab炉中在干燥气氛下进行，气氛中几乎没有或没有氧。将包覆铝合金产品在cab炉中在约600℃至约605℃的温度下加热约3分钟至约5分钟，接着进行空气冷却。如图所示，实施例合金4和6在不使用焊剂的情况下形成了极好的钎焊接头。当
加热到足够高的温度持续足够的时间段时，包覆铝合金产品的包覆层熔化以形成填充金属，该填充金属在通过钎焊接合的部件之间形成钎焊接头。如先前所指出的那样，掺入包覆层中的促进剂改善了钎焊接头的质量。
[0182]
在将包覆铝合金部分退火至h24回火后和钎焊工艺后测定实施例合金1、3-7、12、13、14和比较例14中的每一者的拉伸性能。测量的拉伸性能包括屈服强度、伸长率和极限拉伸强度。图3提供h24回火的包覆铝合金的拉伸性能，且图4提供钎焊后的包覆铝合金的拉伸性能。根据这些结果，实施例合金1、3-7、12、13和14的屈服强度(ys)与比较合金a相当。类似地，实施例合金1、3-7和12的极限拉伸强度(uts)和伸长率(el)性能与比较合金a相当。实施例合金13和14表现出比比较合金a更高的uts和伸长率。
[0183]
根据astm g69标准测试实施例合金1、3-7、12-14和比较例a的开路腐蚀电位值。测量致密沉淀物带(dpb)与包覆层之间的腐蚀电位差。通过研磨和抛光进行dpb测量以确保暴露的表面在dpb区域内。另外，根据astm g85标准的附录3进行与空气相关的腐蚀(swaat)。使用ph为2.8-3.0的酸化合成海水(42g/l合成海盐 10ml/l冰醋酸)。然后将样品在50％度量酸(metric acid)中清洗一小时，在四个不同的位置切开并检查腐蚀。为了评估将样品提交swaat试验后的腐蚀严重程度，使用定性量表，其中将腐蚀表征为：依次是低、中等、严重和非常严重。腐蚀的严重程度被表征为：(i)低：腐蚀发生在dpb区域内；(ii)中等：腐蚀发生刚好消耗dpb区域；(iii)严重：腐蚀发生消耗多达芯厚度的四分之一至三分之一而没有穿孔；和(iv)非常严重：腐蚀发生导致穿孔。表9中提供了实施例合金1、3-7、12-14和比较例a的开路电位(ocp)腐蚀值和swaat测试结果。
[0184]
表9
[0185][0186][0187]
如表9中所示，实施例合金的腐蚀电位为-672mv至-696mv。实施例1-14的腐蚀电位值表明，残留包覆层具有4xxx系列铝合金典型的腐蚀电位，并且将以牺牲方式起作用以有效保护芯合金。具体地，实施例合金3、4、6、7、13和14具有比比较合金a更低的负腐蚀电位。在实际应用中，当用实施例合金3、4、6、7、13和14的包覆层生产的包覆铝合金产品与具有更负的腐蚀电位的翅片坯件结合时，翅片坯件将对包覆层起牺牲作用以保护热交换器部件
(例如，管)免受腐蚀。在一些实施方案中，翅片坯件可包含锌、铝或其组合。在一些实施方案中，翅片坯件可包含约1重量％至约10重量％的zn(例如，1.1重量％至8重量％、1.2重量％至6重量％、1.3重量％至5重量％、1.4重量％至4重量％或1.5重量％至3.5重量％)。
[0188]
swaat测试的结果汇总于图5中。图5显示如表9中所示实施例合金1、3-7、12、13、14和比较例a在2周、3周和4周后的swaat腐蚀测试的金相检查结果的示意图。在2周、3周和4周后实施例合金1、3-7、12、13和14中的每一者表现出比比较合金a更好的耐腐蚀性。图5表明在不使用腐蚀性焊剂的情况下，本文所述的包覆铝合金产品的包覆层可产生比常规包覆合金耐腐蚀性更好的钎焊接头。如本文所讨论的那样，相比于常规的包覆合金，耐腐蚀性的改善是由于在包覆铝合金产品中使用的包覆合金中存在促进剂，使其可在经受钎焊的部件和物体中充当保护性抗腐蚀涂层。当在包覆铝合金产品的包覆层中以特定量存在时，在钎焊包覆铝合金产品与要接合的金属部件之间的接头时不需要进行焊剂操作。由于在生产钎焊接头时不需要进行焊剂操作，因此包覆铝合金产品的腐蚀电位得以提高，因为焊剂会负面地影响接头的腐蚀电位。
[0189]
以上引用的所有专利、出版物和摘要以全文引用的方式并入本文。已经描述了实现本发明的各种目的的本发明的各种实施方案。应该认识到的是，这些实施方案仅是说明本发明的原理。在不偏离如以下权利要求书中所限定的本发明的实质和范围的情况下，本发明的许多修改和变动对于本领域技术人员而言将是显而易见的。