一种使用铝硅钎料的耐高温钎焊铝/钢复合板材的铝合金材料及制备方法

摘要

一种耐高温钎焊铝/钢复合板材的铝合金材料及制备方法，属于合金材料技术领域。其特征在于，在铝基体中添加了0.25～0.69wt.％的Si。其能解决实际生产中铝/钢界面产生金属间化合物、制备工艺成本高以及制备窗口小，容错率低等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用铝硅钎料的耐高温钎焊铝/钢复合板材的铝合金材料 及其制备工艺，属于合金材料技术领域。

技术背景

随着可持续发展在当前社会的进一步深入，建设资源节约型、环境友好型 社会显得尤为重要。火力发电空冷技术可以有效的减少水资源的浪费。其中， 铝/钢复合板材是制备火电空冷散热片的关键材料。根据当前现有工艺，专利 CN102321834A中采用0.7wt.％-0.9wt.％Si来抑制铝/钢复合界面Al-Fe脆性化合 物的产生。但是，当铝中Si含量较高时，铝/钢界面也会产生脆性金属间化合物， H.Springer的研究表明600℃时，Al-5wt.％Si/钢界面反应产生的金属间化合物比 高纯铝/钢界面反应产生的界面金属间化合物更多。这是因为600℃时，加入 5wt.％Si的铝合金基体状态将发生变化，由固态变为半固态形式，其反应扩散速 度较快，此时铝/钢复合带的界面又会产生大量Al-Fe、Al-Fe-Si相，易引起铝层 易脱落和产品失效，而铝/钢复合板的焊料主要是高Si铝合金。

该发明专利主要是适用于铝硅钎料钎焊下的铝/钢复合板。要保证Si的加入 量能够在工业生产化的保温温度下起到抑制Al-Fe相生成的作用，同时，在高 温钎焊过程中，焊料中Si的过高而扩散至铝层后仍能让铝/钢板材可用，而本专 利就是针对铝/钢复合板的铝合金中Si的成分含量进行确定。

发明内容

本发明的目的在于通过向铝合金中添加少量Si元素(＜2％)的方法，改变 中间相的厚度。发挥Si元素在Fe、Al间的作用，且在高温钎焊时不会产生半固 态或液态铝合金，从而制备出一种用于加工耐高温钎焊铝/钢复合带的铝合金。

其技术方案是这样的，在铝基体中添加少量的Si元素，Si在铝/钢复合板退 火以及钎焊时可以抑制铝铁间界面化合物的产生，减少界面脆性相，从而提高 铝铁界面结合强度。

其进一步特征在于，熔炼制备的合金元素的成分范围为(重量百分比)： 0.25-0.69％的Si，余量为铝及不可避免的杂质。因为在实际生产钎焊过程中焊料 多是含Si的铝合金，可能会导致界面含Si量增高，如果原本铝合金中含Si量 过高，会在Si扩散时导致界面失效，而低Si就可以有效的避免这个问题，优选 为0.25～0.63％的Si，进一步0.41％～0.63％的Si。

上述所述的铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在熔炼温度 为790±10℃下，先将铝锭熔化，随后加入Al-Si中间合金，待中间合金熔化后， 六氯乙烷除气、搅拌，保温静置一段时间，使熔体中各元素成份分布均匀后进 行铁模浇铸。

本发明中将上述成分的铝合金轧成铝箔后与钢进行总变形量为60％的冷轧 复合轧制处理，其中钢为08Al钢，再在520℃扩散退火18h或575℃下扩散退 火3h。520℃退火18h是为了使复合带在正常退火工艺下铝钢界面由机械啮合变 为冶金结合，而575℃3h是为了保证在实际工厂中应用时炉温不均匀会使带材 不失效。

本发明进行模拟钎焊处理，实验采用30min从室温升至625℃保温10min 后空冷的模拟钎焊处理，以保证材料的耐高温应用。与现有铝/钢复合板包覆铝 合金相比，本发明的优势在于，针对实际工业生产时炉温不稳定的情况，本发 明采用板材575℃退火3h使得再钎焊时仍然可用，克服不稳定性带来的不足； 可以有效解决使用高Si铝合金作为焊料时焊料中Si元素扩散而导致的铝/钢界 面开裂问题，拓宽材料制备工艺窗口，提高产品合格率。

附图说明

图1：Al-0.63wt.％Si/钢520℃18h热处理后及模拟钎焊处理界面；

图2：Al-0.49wt.％Si/钢520℃18h热处理后及模拟钎焊处理界面；

图3：Al-0.41wt.％Si/钢520℃18h热处理后及模拟钎焊处理界面；

图4：Al-0.25wt.％Si/钢520℃18h热处理后及模拟钎焊处理界面；

图5：高纯铝/钢520℃18h热处理后及模拟钎焊处理界面。

图6：Al-0.63wt.％Si/钢575℃3h热处理后及模拟钎焊处理界面；

图7：Al-0.49wt.％Si/钢575℃3h热处理后及模拟钎焊处理界面；

图8：Al-0.41wt.％Si/钢575℃3h热处理后及模拟钎焊处理界面；

图9：Al-0.25wt.％Si/钢575℃3h热处理后及模拟钎焊处理界面；

图10：高纯铝/钢575℃3h热处理后及模拟钎焊处理界面。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备合金铸锭，所用原料为纯铝和 Al-35wt.％Si的中间合金。在熔炼温度为790±10℃下，先将铝锭熔化，随后加入 Al-Si中间合金，待中间合金熔化后，六氯乙烷除气、搅拌，保温静置后，使熔 体中各元素成份分布均匀后进行铁模浇铸。制备了种不同成分的合金，通过XRF 测得其实际成分，如下表1所示。

将制备的铝合金轧成铝箔后与钢进行变形量约为60％的冷轧复合处理，随 后进行再结晶退火处理+模拟钎焊热处理。铝/钢冷轧复合后，晶粒严重变形，冷 轧复合板塑性下降，将复合带进行520℃/18h或575℃/3h退火热处理，以满足 后续加工需要；实验采用30min从室温升温到625℃保温10min后空冷的模拟钎 焊处理以保证材料的耐高温应用。

表1实验合金成分

实施例1：A1中的铝合金制备的铝/钢复合板在520℃18h热处理后及模拟钎 焊处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图1。

实施例2：A2中的铝合金制备的铝/钢复合板在520℃18h热处理后及模拟钎 焊处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图2。

实施例3：A3中的铝合金制备的铝/钢复合板在520℃18h热处理后及模拟钎 焊处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图3。

实施例4：A4中的铝合金制备的铝/钢复合板在520℃18h热处理后及模拟钎 焊处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图4。

对比例1：A5中的铝合金制备的铝/钢复合板在520℃18h热处理后及模拟钎 焊处理界面出现了大量层状连续分布的脆性界面化合物，见图5，易引起基体钢 带和复层铝带分离，界面化合物的存在大大降低界面的结合强度。

实施例5：A1中的铝合金制备的铝/钢复合板在575℃3h热处理后及模拟钎 焊处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图6。

实施例6：A2中的铝合金制备的铝/钢复合板在575℃3h热处理后及模拟钎 焊处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图7。

实施例7：A3中的铝合金制备的铝/钢复合板在575℃3h热处理后及模拟钎 焊处理界面没有观察到界面化合物的存在，界面结合情况良好，见图8。

对比例2：A4中的铝合金制备的铝/钢复合板在575℃3h热处理后及模拟钎 焊处理界面出现了大量层状连续分布的脆性界面化合物，见图9，易引起基体钢 带和复层铝带分离，界面化合物的存在大大降低界面的结合强度。

对比例3：A5中的铝合金制备的铝/钢复合板在575℃3h热处理后及模拟钎 焊处理界面出现了大量层状连续分布的脆性界面化合物，见图10，易引起基体 钢带和复层铝带分离，界面化合物的存在大大降低界面的结合强度。