本发明涉及
铝合金钎焊领域，具体地，涉及一种预埋钎剂铝合金
复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
现有铝质热交换器通常是铝合金及其复合材料通过钎焊方式制成。由于铝合金及其复合材料是在大气环境下制备，其表面形成了氧化膜。该氧化膜与熔融的钎料不润湿，从而抑制钎料的流动及焊脚的毛细吸附作用。为了使熔化的钎料与其它材料表面致密连接，必须破坏该氧化膜并使新鲜的金属相互接触并润湿。
在热交换器工业生产应用中，有两种钎焊方法可以解决钎焊铝合金氧化膜的问题。一种是控制气氛钎焊方法，通常是在惰性气体保护下，在组装好热交换铝合金表面涂覆或喷覆钎剂来溶解或破坏表层氧化膜。该方法可以实现连续生产、生产效率高，且钎焊不良品可以进行二次钎焊，因此成品率高达99％，但不适于含mg元素铝合金的钎焊。而且难以确保铝合金复合材料每个钎焊位置钎剂含量，特别是一些形状和结构复杂的热交换器组件。钎剂通常是盐的混合物，钎焊后残留的钎剂一方面影响热交换器外观，另一方面会进入冷却液中加速铝质热交换器的腐蚀。此外，涂覆或喷覆的钎剂层具有一定的厚度，对于铝合金复合材料成型组件装配和定位有一定影响。
另一种是真空钎焊方法，该方法应用铝合金复合材料中钎焊层的mg元素来溶解或破坏氧化膜。真空钎焊虽然可以获得高质量的铝合金器件，然而其生产过程必须在近真空状态的(3.5×10-3pa)封闭式炉体中升温钎焊，生产周期长、效率低、生产成本高。
随着铝质热交换器向体积小、重量轻、寿命长等方向发展，对其铝合金复合材料要求越来越高，控制气氛钎焊方法对钎剂涂覆或喷涂的均匀性要求也越高。
技术实现要素：
针对现有钎焊方法存在的缺点，本发明通过
粉末冶金方法将钎剂预埋在钎焊层中，并将预埋钎剂的钎焊层与铝合金层通过轧制复合方法制备成铝合金复合材料。所制备的铝合金复合材料，在后续的热交换器生产过程中可简化工序，钎剂不会残留材料表面，在控制气氛钎焊中与其它组件可以完全钎焊连接。
本发明提供的预埋钎剂铝合金复合材料制备方法，包括：
将钎剂粉末和铝硅合金粉末混合均匀后进行热等静压压制，获得热等静压坯锭；
将所述热等静压坯锭进行铣削和轧制，获得钎焊层；
将所述钎焊层与铝合金层进行轧制复合，获得轧板；
将所述轧板进行热处理。
在本发明的一些实施例中，所述铝硅合金粉末的硅含量为6.5～12.5％，氧含量低于300ppm，d50为20～60μm；
所述钎剂粉末为氟铝酸钾钎剂粉末，所述氟铝酸钾钎剂粉末的d50为10～50μm；
所述氟铝酸钾钎剂粉末与所述铝硅合金粉末的重量比为(2～4)：(98～96)。
在本发明的一些实施例中，热等静压压制时，温度为400～500℃，压力为100～150mpa，保压时间为3～6h；采用纯铝制作带气管的空心包套，其中所述纯铝的厚度为3～5mm。
在本发明的一些实施例中，将所述热等静压坯锭进行铣削和轧制，获得钎焊层包括：
通过铣削将所述热等静压坯锭表面的所述纯铝完全去除；
去除所述纯铝后，将所述热等静压坯锭加热至450～500℃并保温4～6h，然后热轧至18～52mm，获得所述钎焊层。
在本发明的一些实施例中，将所述钎焊层与铝合金层进行轧制复合，获得轧板包括：
将所述钎焊层与所述铝合金层叠起来，加热至450～500℃并保温4～6h，然后热轧至5～8mm，获得热轧板；其中终轧温度大于300℃；
将所述热轧板冷却后冷轧至0.3～2.0mm，获得所述轧板。
在本发明的一些实施例中，将所述轧板进行热处理包括：
将所述轧板在380～400℃下保温2～4h。
本发明提供的预埋钎剂铝合金复合材料，包括钎焊层和铝合金层；
其中所述钎焊层由钎剂粉末和铝硅合金粉末混合均匀后制备而成；
所述钎剂粉末与所述铝硅合金粉末的重量比为(2～4)：(98～96)。
在本发明的一些实施例中，所述钎焊层在所述预埋钎剂铝合金复合材料中的厚度占比为5～24％。
在本发明的一些实施例中，所述预埋钎剂铝合金复合材料的厚度为0.3～2.0mm。
本发明还提供了上述预埋钎剂铝合金复合材料在制备热交换器中的应用。
本发明的预埋钎剂铝合金复合材料可应用于各种钎焊式热交换器的生产，不仅组件钎焊效果好，而且缩短了热交换器的生产流程，提高了热交换器的生产效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的预埋钎剂铝合金复合材料的制备工艺流程图。
图2为本发明实施例1制得的汽车空调系统蒸发器管料与翅片的焊脚金相。
图3为本发明实施例2制得的汽车油冷器
芯片之间的焊脚金相。
图4为本发明实施例3制得的
新能源汽车电池水冷板平板(下)和流通板(上)的焊脚金相。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
需要特别说明的是，本发明中“％”指的是质量百分含量。
本发明提供的预埋钎剂铝合金复合材料包括钎焊层和铝合金层。
其中，该钎焊层由钎剂粉末和铝硅合金粉末混合均匀后制备而成。
可选地，本发明使用的钎剂粉末为氟铝酸钾钎剂粉末。可选地，氟铝酸钾钎剂粉末的d50为10～50μm。可选地，所用的铝硅合金粉末的硅含量为6.5～12.5％，氧含量低于300ppm，d50为20～60μm。可选地，氟铝酸钾钎剂粉末与铝硅合金粉末的重量比为(2～4)：(98～96)。
可选地，钎焊层和铝合金层的结构可以为两层(即结构为钎焊层-铝合金层)，或三层(即结构为钎焊层-铝合金层-钎焊层)。
可选地，单层钎焊层的厚度占比可为5～12％，当其结构为钎焊层-铝合金层-钎焊层时，钎焊层的总占比为5～24％。
本发明所用的铝合金层可以为任何铝合金，当用于热交换器时，该铝合金优选为三系铝合金，更优选为3003铝合金。
由于该预埋钎剂铝合金复合材料需要与其他材料进行钎焊，故而其厚度优选为0.3～2.0mm。
本发明提供了一种预埋钎剂铝合金复合材料制备方法，如图1所示，包括s101～s104步骤：
s101：将钎剂粉末和铝硅合金粉末混合均匀后进行热等静压压制，获得热等静压坯锭。
本发明可采用混粉机将两种粉末混合均匀。可选地，混粉时在混粉机上进行低速混合，速度为2～6r/min，混粉时间为4～8h。
本发明采用热等静压的方法制备钎焊层，制备出的钎焊层力学性能好。
可选地，采用纯铝制作带气管的空心包套，纯铝的厚度为3～5mm。在本发明的一实施例中包套的外部规格为206×326×646mm。
将混合粉末装入包套中，抽真空至0.5～2pa，然后开始热等静压工艺。热等静压压制时，温度为400～500℃，压力为100～150mpa，保压时间为3～6h。
s102：将热等静压坯锭进行铣削和轧制，获得钎焊层。
热等静压制备出的热等静压坯锭外层为纯铝层。故而需要先将该纯铝层除去。可选地，除去纯铝层后，将热等静压坯锭加热至450～500℃并保温4～6h，然后热轧至18～52mm，获得钎焊层。
s103：将钎焊层与铝合金层进行轧制复合，获得轧板。
可选地，该步骤包括以下子步骤：
将钎焊层与铝合金层叠起来，加热至450～500℃并保温4～6h，然后热轧至5～8mm，获得热轧板；其中终轧温度大于300℃。
将热轧板冷却后冷轧至0.3～2.0mm，获得轧板。
如前所述，可将钎焊层与铝合金层按照钎焊层-铝合金层的结构或钎焊层-铝合金层-钎焊层的结构叠起来。
可选地，热轧板冷却至室温后即可进行冷轧。
s104：将轧板进行热处理，即得。
可选地，热处理的条件为温度380～400℃、保温时间2～4h。
本发明进一步提供了上述预埋钎剂铝合金复合材料在制备热交换器中的应用。
可选地，该预埋钎剂铝合金复合材料经分切、冲压成形或折叠、表面清洗后，与铝合金翅片、管材、板材等组装成蒸发器、冷凝器、中冷器、油冷器和水冷板，无需喷涂钎剂，直接在控制气氛中钎焊，冷却即得铝质热交换器。金相检测热交换器的钎焊接头，焊脚饱满无虚焊。
采用预埋钎剂铝合金复合材料进行热交换器的生产和应用有以下优点：
1)缩短热交换器的生产流程：
传统的热交换器的生产工艺路线包括：原材料成形——清洗——钎剂与水的浆料制作——涂覆或喷覆钎剂——干燥——装配——钎焊。该方法的工序较多。
采用本发明的预埋钎剂铝合金复合材料进行热交换器的生产，省略了钎剂与水的浆料制作、涂覆或喷覆钎剂、干燥这三道工序，提高了热交换器的生产效率。
2)该材料适合结构复杂的热交换器的生产：
传统的钎剂涂覆或喷覆方式，难以保证一些形状复杂的热交换器组件表面钎剂含量均匀，而本发明的钎剂在钎焊层内部分布均匀，可确保每个钎焊连接位置都存在钎剂。
3)对热交换器的外观及后续的腐蚀性能无影响：
本申请的钎剂在钎焊层内部分布均匀，故钎焊后不会残留材料表面，因此对热交换器外观无影响，且不会因为表面残留而进入冷却液中加速铝质热交换器的腐蚀。
4)不影响热交换器组件精确装配和定位：
本申请的钎剂在铝合金复合材料钎焊层内部，不会影响成型组件装配和定位。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。除特别指出，本发明提供的技术方案中所用试剂、仪器均可由常规渠道或市场购得。
制备例1
本制备例提供一种预埋钎剂铝合金复合材料，按以下步骤进行制备：
1)粉末准备：铝硅合金粉末的si含量为6.5％，o含量约250ppm，粉末d50为40μm。氟铝酸钾钎剂粉末d50为30μm。
2)粉末混合：称取4％氟铝酸钾钎剂粉末，剩余为铝硅合金粉末，在混粉机上进行低速混合，速度6r/min，混粉时间4h。
3)热等静压压制：采用纯铝制作带气管的空心包套，包套外部规格为206×326×646mm，其中纯铝厚度为3mm。将混合粉末装入包套中，抽真空至1pa。热等静压温度为500℃，压力为100mpa，保压时间为6h。
4)坯锭铣削和轧制：将热等静压坯锭上下表面各铣削5mm以完全去除包套，将坯锭加热至450℃保温6h，热轧至41mm厚板以作钎焊层。
5)轧制复合：以41mm厚板作为钎焊层，与经铣削表面的330mm厚3003铝合金铸锭按照钎焊层-芯材层-钎焊层的结构叠起来，加热至450℃保温6h，热轧至6.0mm，终轧温度310℃。将冷却至室温的热轧板，冷轧至0.8mm。
6)热处理：将冷轧板在390℃保温3h，即得软态的预埋钎剂钎焊铝合金复合材料。该复合材料的单面钎焊层复合比例约为10％。
制备例2
本制备例提供一种预埋钎剂铝合金复合材料，按以下步骤进行制备：
1)粉末准备：铝硅合金粉末的si含量为10％，o含量约为200ppm，粉末d50为20μm。氟铝酸钾钎剂粉末d50为10μm。
2)粉末混合：称取3％氟铝酸钾钎剂粉末，剩余为铝硅合金粉末，在混粉机上进行低速混合，速度2r/min，混粉时间8h。
3)热等静压压制：采用纯铝制作带气管的空心包套，包套外部规格为206×326×646mm，其中纯铝为3mm。将混合粉末装入包套中，抽真空至2pa。热等静压温度为470℃，压力为130mpa，保压时间为4h。
4)坯锭铣削和轧制：将热等静压坯锭上下表面各铣削5mm以完全去除包套，将坯锭加热至500℃保温4h，热轧至52mm厚板以作钎焊层。
5)轧制复合：以52mm厚板作为钎焊层，与经铣削表面的330mm厚3003铝合金铸锭按照钎焊层-芯材层-钎焊层叠起来，加热至500℃保温4h，热轧至5.0mm，终轧温度300℃。将冷却至室温的热轧板，冷轧至0.3mm。
6)热处理：将冷轧板在380℃保温4h，即得软态的预埋钎剂钎焊铝合金复合材料。该复合材料单面钎焊层复合比例约为12％。
制备例3
本制备例提供一种预埋钎剂铝合金复合材料，按以下步骤进行制备：
1)粉末准备：铝硅合金粉末的si含量为12.5％，o含量约为280ppm，粉末d50为60μm。氟铝酸钾钎剂粉末d50为50μm。
2)粉末混合：称取2％氟铝酸钾钎剂粉末，剩余为铝硅合金粉末，在混粉机上进行低速混合，速度4r/min，混粉时间6h。
3)热等静压压制：采用纯铝制作带气管的空心包套，包套外部规格为206×326×646mm，其中纯铝为3mm。将混合粉末装入包套中，抽真空至0.5pa。热等静压温度为450℃，压力为150mpa，保压时间为3h。
4)坯锭铣削和轧制：将热等静压坯锭上下表面各铣削5mm以完全去除包套，将坯锭加热至470℃保温5h，热轧至18mm厚板以作钎焊层。
5)轧制复合：以18mm厚板作为钎焊层，与铣削表面的330mm的厚3003铝合金铸锭按照钎焊层-芯材层叠起来，加热至470℃保温5h，热轧至8mm，终轧温度320℃。将冷却至室温的热轧板，冷轧至2.0mm。
6)热处理：将冷轧板在400℃保温2h即得软态的预埋钎剂钎焊铝合金复合材料。该复合材料的钎焊层复合比例约为5％。
实施例1
本实施例提供一种汽车空调系统的蒸发器。
将制备例1制得的预埋钎剂钎焊铝合金复合材料经分切、冲压成形、表面清洗后制成管，与铝合金翅片等组装成蒸发器，直接在控制气氛中钎焊，冷却即得蒸发器。
金相检测以实施例1所制备的蒸发器管与翅片的钎焊接头，如图2所示。可见，管与翅片的焊脚饱满，无虚焊。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处仅在于所用的预埋钎剂钎焊铝合金复合材料为制备例2制得的预埋钎剂钎焊铝合金复合材料，该材料用于制作汽车油冷器的内部芯片。
金相检测以本实施例2所制备板材为油冷器内部芯片的钎焊接头，如图3所示。可见，油冷器内部芯片与芯片之间的焊脚饱满，无虚焊。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处仅在于所用的预埋钎剂钎焊铝合金复合材料为制备例3制得的预埋钎剂钎焊铝合金复合材料，该材料用于制作新能源汽车电池系统散热的水冷板。
金相检测以本实施例3所制备的2mm板材作为平板的水冷板的钎焊接头，如图4所示。可见，水冷板中的平板(下)和流通板(上)焊脚饱满，无虚焊。
从以上实施例可知，本发明的预埋钎剂铝合金复合材料焊接效果好，而且在制备热交换器时能减少热交换器的制备工序。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
技术特征：
1.一种预埋钎剂铝合金复合材料制备方法，其特征在于，包括：
将钎剂粉末和铝硅合金粉末混合均匀后进行热等静压压制，获得热等静压坯锭；
将所述热等静压坯锭进行铣削和轧制，获得钎焊层；
将所述钎焊层与铝合金层进行轧制复合，获得轧板；
将所述轧板进行热处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝硅合金粉末的硅含量为6.5～12.5％，氧含量低于300ppm，d50为20～60μm；
所述钎剂粉末为氟铝酸钾钎剂粉末，所述氟铝酸钾钎剂粉末的d50为10～50μm；
所述氟铝酸钾钎剂粉末与所述铝硅合金粉末的重量比为(2～4)：(98～96)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，热等静压压制时，温度为400～500℃，压力为100～150mpa，保压时间为3～6h；采用纯铝制作带气管的空心包套，其中所述纯铝的厚度为3～5mm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述热等静压坯锭进行铣削和轧制，获得钎焊层包括：
通过铣削将所述热等静压坯锭表面的所述纯铝完全去除；
去除所述纯铝后，将所述热等静压坯锭加热至450～500℃并保温4～6h，然后热轧至18～52mm，获得所述钎焊层。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，将所述钎焊层与铝合金层进行轧制复合，获得轧板包括：
将所述钎焊层与所述铝合金层叠起来，加热至450～500℃并保温4～6h，然后热轧至5～8mm，获得热轧板；其中终轧温度大于300℃；
将所述热轧板冷却后冷轧至0.3～2.0mm，获得所述轧板。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，将所述轧板进行热处理包括：
将所述轧板在380～400℃下保温2～4h。
7.一种预埋钎剂铝合金复合材料，其特征在于，包括钎焊层和铝合金层；
其中所述钎焊层由钎剂粉末和铝硅合金粉末混合均匀后制备而成；
所述钎剂粉末与所述铝硅合金粉末的重量比为(2～4)：(98～96)。
8.根据权利要求7所述的预埋钎剂铝合金复合材料，其特征在于，所述钎焊层在所述预埋钎剂铝合金复合材料中的厚度占比为5～24％。
9.根据权利要求7所述的预埋钎剂铝合金复合材料，其特征在于，所述预埋钎剂铝合金复合材料的厚度为0.3～2.0mm。
10.权利要求7～9中任一所述预埋钎剂铝合金复合材料在制备热交换器中的应用。
技术总结
本发明提供一种预埋钎剂铝合金复合材料及其制备方法和应用。该方法包括：将钎剂粉末和铝硅合金粉末混合均匀后进行热等静压压制，获得热等静压坯锭；将热等静压坯锭进行铣削和轧制，获得钎焊层；将钎焊层与铝合金层进行轧制复合，获得轧板；将轧板进行热处理。本发明的预埋钎剂铝合金复合材料可应用于各种钎焊式热交换器的生产，不仅组件钎焊效果好，而且缩短了热交换器的生产流程，提高了热交换器的生产效率。
技术研发人员：郭耿锋;夏承东;李卫东;任峰岩
受保护的技术使用者：银邦金属复合材料股份有限公司
技术研发日：2021.03.31
技术公布日：2021.08.06
声明：
“预埋钎剂铝合金复合材料及其制备方法和应用与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：银邦金属复合材料股份有限公司
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2024年05月24日 ~ 26日 
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