挤压3xxx系列铝合金管产品

摘要

本发明涉及用于换热器组装件的铝合金挤压管产品，所述产品由3xxx系列铝合金制成，并且进一步包含有目的地添加的一种或多种润湿元素，所述润湿元素选自于由Bi0.03%-0.5%、Pb0.03%-0.5%、Sb0.03%-0.5%、Li0.03%-0.5%、Se0.03%-0.5%、Y0.03%-0.05%、Th0.03%-0.05%所组成的组，并且这些元素的总和为0.5%以下。

说明书

技术领域

本发明涉及挤压铝合金管产品。具体而言，本发明公开了用于制造 换热器的铝管产品。本发明还涉及包含有挤压铝合金管产品的换热器组 装件（assembly）的制造方法。

背景技术

在下文中将会明了的是，除非另有说明，铝合金牌号和状态代号 （temper designations）是指在2010年由美国铝业协会（Aluminum  Association）出版的Aluminum Standards and Data and the Registration  Records中的Aluminum Association designations，其对于本领域技术人员 而言是公知的。

对于合金组成或优选合金组成的任何描述而言，除非另有说明，所 有提及百分比之处都是指重量百分比。本文所使用的术语“至多”（up to） 和“至多约”（up to about）明确包括但不限于所涉及的特定合金组分的 重量百分比为零的可能性。例如，至多约0.1%的Zn可包括不含Zn的合 金。

用于汽车冷却器、空调系统和工业冷却系统等的换热器及其它类似 设备（如冷凝器、蒸发器等）通常包含若干在两个封头（headers）之间 平行排列的换热管，每根管任一端均连接至其中一个封头。波纹翅片 （corrugated fins）设置于相邻换热管之间的气流间隙中，并钎焊至各管 上。

例如通过将外部被钎焊材料层所包覆的钎焊板进行折叠（folding） 来制造管或制冷剂管。

或者，通过挤压的方式生产管。基于典型挤压的换热器基本上为两 种设计。第一种设计使用圆形管件（round tubing）和机械连接于圆管的 翅片，首先将管置于翅片上已经打好的孔中，然后使管扩张，以确保管 的外表面与翅片紧密地机械接触。

第二种典型的设计使用在管件中具有多个通道的扁平管件或管（flat  tubing or tubes），通常被称作多空隙管件（multi-void tubing）或微多空隙 管件或多端口挤压管（multi port extruded tubes）或多腔管件（multi-cavity  tubing）或多孔口管件（multi-porthole tubing）。使用钎焊方法将这种类型 的换热器管件连接于翅片。流动通道的横截面可以变化，例如圆形、椭 圆形、方形、矩形或其它规则或不规则的形状。通常情况下，微多空隙 管件和多空隙管件的宽度为约10-80mm，高度为约1-5mm。

对于挤压多空隙管件而言，可使用各种各样的铝合金。在需要耐腐 蚀性的情况下，经常选择AA1000系列铝合金。在需要更高强度的情况 下，经常使用AA3000和AA6000系列。用于微多空隙管件和多空隙管 件的铝合金已有各种公开，并对合金组成进行了优化，以满足对耐腐蚀 性或强度水平的特定改进。在EP-1564307-A1、EP-1721988-A1和 EP-1892308-A1各专利文献公开文本中可找到实例，并以引用的方式并 入本文。

另一个实例在美国公开的专利申请2007/0017605-A1中公开，该专 利申请公开了具有改进的表面特性的具体Al-Mn-Si铝合金挤压产品。在 将氟化物型钎剂施用于由铝合金制成的多端口管（multi-port tube）的表 面之后，将多端口管和其它构件（例如翅片材料）组装成特定的结构， 并通过在含有非活性气体的加热炉中进行钎焊而得以连接。

对于经钎焊的换热器和制造该经钎焊的换热器的方法，特别是对于 不需要施用钎焊钎剂材料的钎焊方法，铝挤压合金管坯料领域仍有改进 的余地。

发明内容

本发明的目的是提供用于经钎焊换热器的铝合金挤压管坯材（stock  material），该坯材特别是用于不需要施用钎焊钎剂材料的钎焊方法。

这一目的和其它目的以及进一步的优点通过本发明得以实现或超 越，本发明提供用于换热器组装件的铝合金挤压管产品，所述产品由 AA3xxx系列铝合金制成，并且进一步包含有目的地添加的一种或多种润 湿元素，所述润湿元素选自于由Bi0.03%-0.5%、Pb0.03%-0.5%、Sb 0.03%-0.5%、Li0.03%-0.5%、Se0.03%-0.5%、Y0.03%-0.05%、Th 0.03%-0.05%所组成的组，并且这些元素的总和为0.5%以下。

润湿元素选自于由Bi、Pb、Li、Sb、Se、Y和Th所组成的组，其 中，润湿元素的总量为约0.01%-0.5%。润湿元素的总量优选不超过0.4%。

根据本发明已经发现，本发明可以制造包含有铝工件（包括铝合金 挤压管）的经钎焊组装件，从而在受控气氛钎焊法中无须提供钎焊钎剂 材料、如氟化物钎剂。在钎焊周期中，润湿剂主要位于或邻近挤压产品 表面区域，并且从挤压产品扩散到表面区域，进入用于将挤压管坯料钎 焊至其它组件（例如翅片和封头）的熔融铝-硅填充合金中；因而，润湿 剂促进了熔融填充合金具有良好的流动性，即使不使用钎剂材料，也可 在受控气氛钎焊方法中获得良好的角焊缝形成。

在本领域中已知的是，在组合使用钎焊钎剂材料（例如基于氟化物 的钎剂）的受控气氛钎焊中，铝合金中的Mg含量应保持在低水平、通 常小于0.2%、更优选小于0.05%，以避免Mg和钎剂之间任何不利的相 互作用。根据本发明已经发现，由于挤压铝合金管材料理想地适用于在 受控气氛钎焊操作中进行无钎剂钎焊，从而可以相应地容许铝合金中的 Mg。因此，可容许显著更高水平的Mg，或者可以有目的地添加Mg。可 将Mg有目的地加入到铝合金体系中，从而增加例如铝合金的强度。如 下文所记载，Mg的另一个有目的的作用是，它可与所施用的润湿剂（特 别是使用Bi时）有利地相互作用。

在优选的实施方式中，作为受控气氛钎焊操作期间在该铝合金体系 中用于该目的的最有效的润湿元素，由这一润湿元素的组中选择Bi元素， 其量为约0.03%-0.5%、优选约0.03%-0.35%、并且更优选上限为0.30%。 理想的情况是仅将Bi以0.03%-0.5%加入到填充合金中。Bi添加量的优 选下限为0.06%。通常Bi水平为约0.1%和约0.15%。

在向铝合金挤压管中添加Bi、优选仅添加Bi的实施方式中，对于 Mg不起到其它显著有目的的作用的合金体系，相对于Bi₂Mg₃的化学计 量组成，更优选过量Mg的含量为0.1%以下，优选0.07%以下。已经发 现，Bi在铝中具有低溶解度，即使以例如0.1%或0.15%的低水平进行添 加，Bi也趋于在晶界（grain boundaries）处析出。这可能会导致作为坯 料保存相当长的时间时，挤压管的外观出现白灰。为了克服这一作用， 少量Mg会形成阻止Bi在晶界处析出的Bi₂Mg₃。然而，这一Bi₂Mg₃相 会在钎焊周期期间加热时溶于铝合金，释放出Bi，从而降低熔融Al-Si 填充物的表面张力。

所述挤压铝合金优选不含Na、Li、K和Ca元素的任一种，以避免 在受控气氛钎焊操作期间对Bi以及任何任选的Mg的任何干扰。“不含 （free）”意味着不会有目的地将Na、Li、K和Ca添加到化学组成中， 但是由于杂质和/或来自于与制造设备接触的渗漏，痕量的Na、Li、K和 Ca仍可能进入所述填充合金产品中。例如，痕量的实例为小于0.006%。

在一个实施方式中，挤压管由AA3xxx系列铝合金制成，该铝合金 具有通常处于0.05%至约2%范围内的Mn作为其必要的主合金元素。

优选地，AA3xxx系列铝合金的组成以wt%计进一步包含：

Mn         0.05%-2.0%，优选0.05%-1.5%；

Mg         至多1%；

Si         至多1.2%，优选至多0.7%；

Fe         至多1%，优选至多0.8%；

Cu         至多约0.5%，优选至多约0.2%；

Zn         至多约0.5%；

Ti         至多0.25%；

任选包含选自于由Zr0.03-0.3、Cr0.03-0.4、Hf0.03-0.4、Sc0.03-0.3 所组成的组中的一种或多种元素；

不可避免的杂质以及余量的铝。

不可避免的杂质通常能够以每种至多0.05%、并且总量小于0.2%的 水平存在。

在优选的实施方式中，AA3xxx系列铝合金的组成以wt%计进一步由 如下元素构成：

Mn         0.05%-2.0%，优选0.05%-1.5%；

Mg         至多1%；

Si         至多1.2%，优选至多0.7%；

Fe         至多1%，优选至多0.8%；

Cu         至多0.5%，优选至多0.2%；

Zn         至多0.5%；

Ti         至多0.25%；

任选包含选自于由Zr0.03-0.3、Cr0.03-0.4、Hf0.03-0.4、Sc0.03-0.3 所组成的组中的一种或多种元素；

不可避免的杂质以及余量的铝。

不可避免的杂质通常能够以每种至多0.05%、并且总量小于0.2%的 水平存在。

优选的铝合金为其组成处于如下范围内的铝合金：3002、3102、3003、 3103、3103A、3103B、3004、3005、3105和3065。

在另一个实施方式中，AA3xxx系列铝合金的组成以wt%计进一步包 含：

Mn         0.45%-1.4%；

Si         至多0.5%；

Mg         至多1%，优选至多0.8%；

Fe         至多1%，优选至多0.3%；

Cu         至多0.5%，优选至多0.3%；

Zn         至多0.3%；

Ti         至多0.2%；

Cr         至多0.3%；

不可避免的杂质以及余量的铝。

不可避免的杂质通常能够以每种至多0.05%、并且总量小于0.2%的 水平存在。

另一方面，本发明提供了制造通过钎焊连接的制品（换热器）或制 造经钎焊的组件的组装件的方法，所述方法包含以下步骤：

（a）提供待钎焊在一起的组件或使待钎焊在一起的组件成型，组件 中的至少一个由本发明所述的挤压铝合金管产品、特别是多孔口管制成；

（b）将组件、多孔口管以及其它组件（例如翅片）组装成组装件；

（c）在不向所述组件的组装件施用钎焊钎剂的情况下对所述组装件 进行钎焊，并且在受控非活性气氛中将整个组装件在钎焊温度下（通常 在约540℃-615℃、例如在约600℃或约590℃的温度下）钎焊足够长的 时间（例如停留时间为2-5分钟、通常为约2分钟或3分钟），使钎焊材 料（优选Al-Si合金钎焊材料）熔融并铺展，将包括挤压管产品和翅片在 内的各组件加以连接；通常，钎焊气氛中的氧含量应尽可能合理地低， 优选低于约200ppm，更优选低于约100ppm，例如15ppm以下；

（d）冷却经钎焊的组装件，通常冷却至低于约100℃，例如冷却至 环境温度。

为了本发明的目的，本文中所使用的术语“受控气氛钎焊”或“CAB” 是指在铝合金制品的钎焊中使用非活性气氛（例如氮气、氩气或氦气） 的钎焊方法，CAB尤其在如下方面不同于真空钎焊：对于CAB而言， 在钎焊操作期间炉中的钎焊气氛约为常规大气压，尽管轻微的减压（例 如，在0.1bar以上的压力下作业）或具有轻微的超压可用于促进对非活 性气氛的控制并防止含氧气体流入钎焊炉中。

虽然已经详细描述了本文所述技术的各种实施方式，但很明显本领 域技术人员将会想到对这些实施方式进行改进和调整。然而，应当清楚 理解的是，这些改进和调整处于本发明所公开技术的精神和范围之内。