一種使用鋁硅釬料的耐高溫釬焊鋁/鋼復合板材的鋁合金材料及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種使用鋁硅釬料的耐高溫釬焊鋁/鋼復合板材的鋁合金材料及其 制備工藝，屬于合金材料技術領域。 技術背景
[0002] 隨著可持續發展在當前社會的進一步深入，建設資源節約型、環境友好型社會 顯得尤為重要。火力發電空冷技術可以有效的減少水資源的浪費。其中，鋁/鋼復合板 材是制備火電空冷散熱片的關鍵材料。根據當前現有工藝，專利CN102321834A中采用 0. 7wt. % -0. 9wt. %Si來抑制鋁/鋼復合界面Al-Fe脆性化合物的產生。但是，當鋁中 Si含量較高時，鋁/鋼界面也會產生脆性金屬間化合物，H.Springer的研宄表明600°C 時，Al-5wt. %Si/鋼界面反應產生的金屬間化合物比高純鋁/鋼界面反應產生的界面金 屬間化合物更多。這是因為600°C時，加入5wt. %Si的鋁合金基體狀態將發生變化，由固 態變為半固態形式，其反應擴散速度較快，此時鋁/鋼復合帶的界面又會產生大量Al-Fe、 Al-Fe-Si相，易引起鋁層易脫落和產品失效，而鋁/鋼復合板的焊料主要是高Si鋁合金。
[0003] 該發明專利主要是適用于鋁硅釬料釬焊下的鋁/鋼復合板。要保證Si的加入量 能夠在工業生產化的保溫溫度下起到抑制Al-Fe相生成的作用，同時，在高溫釬焊過程中， 焊料中Si的過高而擴散至鋁層后仍能讓鋁/鋼板材可用，而本專利就是針對鋁/鋼復合板 的錯合金中Si的成分含量進行確定。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于通過向鋁合金中添加少量Si元素（<2%)的方法，改變中間 相的厚度。發揮Si元素在Fe、A1間的作用，且在高溫釬焊時不會產生半固態或液態鋁合 金，從而制備出一種用于加工耐高溫釬焊鋁/鋼復合帶的鋁合金。
[0005] 其技術方案是這樣的，在鋁基體中添加少量的Si元素，Si在鋁/鋼復合板退火以 及釬焊時可以抑制鋁鐵間界面化合物的產生，減少界面脆性相，從而提高鋁鐵界面結合強 度。
[0006] 其進一步特征在于，熔煉制備的合金元素的成分范圍為（重量百分比）： 0.25-0. 69%的Si，余量為鋁及不可避免的雜質。因為在實際生產釬焊過程中焊料多是含 Si的鋁合金，可能會導致界面含Si量增高，如果原本鋁合金中含Si量過高，會在Si擴散 時導致界面失效，而低Si就可以有效的避免這個問題，優選為0. 25~0. 63%的Si，進一步 0? 41%~0? 63%的Si。
[0007] 上述所述的鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：在熔煉溫度為 790±10°C下，先將鋁錠熔化，隨后加入Al-Si中間合金，待中間合金熔化后，六氯乙烷除 氣、攪拌，保溫靜置一段時間，使熔體中各元素成份分布均勻后進行鐵模澆鑄。
[0008] 本發明中將上述成分的鋁合金軋成鋁箔后與鋼進行總變形量為60%的冷軋復合 軋制處理，其中鋼為08A1鋼，再在520°C擴散退火18h或575°C下擴散退火3h。520°C退火 18h是為了使復合帶在正常退火工藝下鋁鋼界面由機械嚙合變為冶金結合，而575°C3h是 為了保證在實際工廠中應用時爐溫不均勻會使帶材不失效。
[0009] 本發明進行模擬釬焊處理，實驗采用30min從室溫升至625°C保溫lOmin后空冷的 模擬釬焊處理，以保證材料的耐高溫應用。與現有鋁/鋼復合板包覆鋁合金相比，本發明的 優勢在于，針對實際工業生產時爐溫不穩定的情況，本發明采用板材575°C退火3h使得再 釬焊時仍然可用，克服不穩定性帶來的不足；可以有效解決使用高Si鋁合金作為焊料時焊 料中Si元素擴散而導致的鋁/鋼界面開裂問題，拓寬材料制備工藝窗口，提高產品合格率。
【附圖說明】
[0010] 圖1 :Al-〇. 63wt. %Si/鋼520°C18h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0011] 圖2 :Al-〇. 49wt. %Si/鋼520°C18h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0012] 圖3 :Al-〇. 41wt. %Si/鋼520°C18h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0013] 圖4 :Al-〇. 25wt. %Si/鋼520°C18h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0014] 圖5 :高純鋁/鋼520°C18h熱處理后及模擬釬焊處理界面。
[0015] 圖6 :Al-〇. 63wt. %Si/鋼575°C3h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0016] 圖7 :Al-〇. 49wt. %Si/鋼575°C3h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0017] 圖8 :Al-〇. 41wt. %Si/鋼575°C3h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0018] 圖9 :Al-〇. 25wt. %Si/鋼575°C3h熱處理后及模擬釬焊處理界面；
[0019] 圖10 :高純鋁/鋼575°C3h熱處理后及模擬釬焊處理界面。
【具體實施方式】
[0020] 下面將結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。
[0021] 采用石墨坩堝熔煉和鐵模鑄造制備合金鑄錠，所用原料為純鋁和Al_35wt. %Si 的中間合金。在熔煉溫度為790 ± 10°C下，先將鋁錠熔化，隨后加入Al-Si中間合金，待中間 合金熔化后，六氯乙烷除氣、攪拌，保溫靜置后，使熔體中各元素成份分布均勻后進行鐵模 澆鑄。制備了種不同成分的合金，通過XRF測得其實際成分，如下表1所示。
[0022] 將制備的鋁合金軋成鋁箔后與鋼進行變形量約為60%的冷軋復合處理，隨后進行 再結晶退火處理+模擬釬焊熱處理。鋁/鋼冷軋復合后，晶粒嚴重變形，冷軋復合板塑性 下降，將復合帶進行520°C/18h或575°C/3h退火熱處理，以滿足后續加工需要；實驗采用 30min從室溫升溫到625°C保溫lOmin后空冷的模擬釬焊處理以保證材料的耐高溫應用。
[0023] 表1實驗合金成分
[0024]
[0025] 實施例1 :A1中的鋁合金制備的鋁/鋼復合板在520°C18h熱處理后及模擬釬焊 處理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結合情況良好，見圖1。
[0026] 實施例2 :A2中的鋁合金制備的鋁/鋼復合板在520°C18h熱處理后及模擬釬焊 處理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結合情況良好，見圖2。
[0027] 實施例3 :A3中的鋁合金制備的鋁/鋼復合板在520°C18h熱處理后及模擬釬焊 處理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結合情況良好，見圖3。
[0028] 實施例4 :A4中的鋁合金制備的鋁/鋼復合板在520°C18h熱處理后及模擬釬焊 處理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結合情況良好，見圖4。
[0029] 對比例1 :A5中的鋁合金制備的鋁/鋼復合板在520°C18h熱處理后及模擬釬焊 處理界面出現了大量層狀連續分布的脆性界面化合物，見圖5,易引起基體鋼帶和復層鋁帶 分離，界面化合物的存在大大降低界面的結合強度。
[0030] 實施例5 :A1中的鋁合金制備的鋁/鋼復合板在575°C3h熱處理后及模擬釬焊處 理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結合情況良好，見圖6。
[0031] 實施例6 :A2中的鋁合金制備的鋁/鋼復合板在575°C3h熱處理后及模擬釬焊處 理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結合情況良好，見圖7。
[0032] 實施例7 :A3中的鋁合金制備的鋁/鋼復合板在575°C3h熱處理后及模擬釬焊處 理界面沒有觀察到界面化合物的存在，界面結合情況良好，見圖8。
[0033] 對比例2 :A4中的鋁合金制備的鋁/鋼復合板在575°C3h熱處理后及模擬釬焊處 理界面出現了大量層狀連續分布的脆性界面化合物，見圖9,易引起基體鋼帶和復層鋁帶分 離，界面化合物的存在大大降低界面的結合強度。
[0034] 對比例3 :A5中的鋁合金制備的鋁/鋼復合板在575°C3h熱處理后及模擬釬焊處 理界面出現了大量層狀連續分布的脆性界面化合物，見圖10,易引起基體鋼帶和復層鋁帶 分離，界面化合物的存在大大降低界面的結合強度。
【主權項】
1. 一種使用鋁硅釬料的耐高溫釬焊鋁/鋼復合帶材的鋁合金材料，其中鋼為08A1鋼， 其特征在于，鋁合金中Si的質量百分數為0.25% -0.69%的Si，余量為鋁及不可避免的雜 質。2. 根據權利要求1所述的一種耐高溫釬焊鋁/鋼復合帶材的鋁合金材料，其特征在于， 該合金中Si含量的優選成分范圍為0. 41 %~0. 63%。3. 制備權利要求1所述的一種耐高溫釬焊鋁/鋼復合帶材的鋁合金材料的方法，其特 征在于，按照成分將鋁合金軋成鋁箔后與鋼進行總變形量為60%的冷軋復合軋制處理，其 中鋼為08A1鋼，再在520°C擴散退火18h或575°C下擴散退火3h。4. 采用包含權利要求1-3所述的任一一鋁合金材料制備的鋁/鋼復合帶材用于高溫釬 焊。5. 采用包含權利要求1-3所述的任一一鋁合金材料制備的鋁/鋼復合帶材用于625°C 的高溫釬焊。
【專利摘要】一種耐高溫釬焊鋁/鋼復合板材的鋁合金材料及制備方法，屬于合金材料技術領域。其特征在于，在鋁基體中添加了0.25～0.69wt.％的Si。其能解決實際生產中鋁/鋼界面產生金屬間化合物、制備工藝成本高以及制備窗口小，容錯率低等問題。
【IPC分類】B21B1/38, C22F1/043, C22C21/02, C21D8/02
【公開號】CN104962789
【申請號】CN201510264057
【發明人】高坤元, 駱濤, 聶祚仁, 文勝平, 黃暉, 吳曉藍
【申請人】北京工業大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年5月22日