[发明专利]用于在受控气氛中无助焊剂钎焊的多层铝钎焊板

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层铝钎焊板，其包含以夹层包覆的芯材、和外包钎焊层。本发明还涉及一种热交换器，其包含所述改进的多层铝钎焊板。

背景技术

本发明涉及一种在惰性或还原气氛中，通常在大气压下，通过铝材的钎焊进行接合而无需使用助焊剂使表面氧化层破裂、溶解或去除的薄板材料。

当前的挑战在于以尽可能低的最终成本和尽可能高的质量设计并制造用于热交换器工业的材料和组件。在热交换器制造中常用的一项技术是在通常由包含尽可能少量的氧化性杂质(主要是氧气和水蒸气)的氮气组成的受控气氛中进行钎焊。这种方法被称作受控气氛钎焊(“CAB”)，并且涉及在钎焊前将Al-K-F基助焊剂(例如Nocolok助焊剂)施用于待接合的表面上。助焊剂使填焊金属的表面氧化层破裂、去除或溶解以促进熔融钎料和单独热交换组件表面之间的湿润性。所述助焊剂也会在接头形成过程中防止或降低形成新的氧化物。然而，钎焊后的助焊剂残留物经常被认为是不利于热交换器的，因为其可能从已钎焊的铝表面脱离，并堵塞内槽，从而阻碍热交换器的有效使用。有时听到一些论点，在一些情况下助焊剂的使用促进了腐蚀和侵蚀，并导致效率较低的单元，并且有时单元过早失效。所关心的问题还涉及到助焊剂残渣与例如散热器回路内的介质中所使用的腐蚀抑制剂之间的化学反应，这可能会引起系统的损害。除了纯粹的与功能相关的助焊剂使用缺陷之外，助焊剂和助焊对例如工作环境、成本、钎焊相关硬件的投资及其维护、能源和自然环境的影响较严重。

除了上述的限制，在待钎焊的材料中使用Mg作为合金元素，会降低CAB助焊剂去除氧化物的效率。这是因为Mg和助焊剂之间反应形成具有非常高的熔化温度的化合物，其会防止润湿、钎焊缝的形成以及接头的生长。这种不相容是麻烦的，因为在铝材料中Mg会很有效率地提供强度。因此，CAB被限制于不可热处理的(NHT)合金和含Mg量低的合金。众所周知，Mg从痕量水平已经开始影响钎焊的结果，且在0.2％的水平下，大部分的CAB使用者有大量关于接头形成的问题。所述问题可以在一定程度上通过提高助焊剂的添加，或使用唯一的且昂贵的含Cs级别的助焊剂来控制。然而，问题并未解决而是轻微转移至更高的Mg水平。

为了能够在不使用助焊剂的情况下利用CAB制造热交换器，因此需要发展新材料的概念和设计，使得能够形成钎焊接头。

以下使用的所有性质和合金型号参照2007年由Aluminium Association出版的Aluminium Association designation Standards and Data and the Registration Records。合金中与化学含量相关的所有百分率此后被理解为表示重量百分率。

专利EP1306207B1描述了一种适于在惰性气体中钎焊而不使用助焊剂的铝钎焊合金。该发明基于多层钎焊板和芯材，其中外层材料是包覆Al-Si基合金的薄包覆层，该Al-Si基合金包含0.1-0.5重量％的Mg和0.01-0.5重量％的Bi。在钎焊周期的温度上升阶段，中间Al-Si层先开始熔化并体积膨胀使薄包覆层破裂，使熔融的钎料金属通过裂纹渗出，并渗透至钎焊板材的表面上。

WO2008/155067A1中公开一种不使用助焊剂的钎焊方法。这种方法基于多层铝板，该多层铝板包含薄包覆层、在该包覆层和芯材之间的Al-Si钎焊材料作为中间层。所述包覆层合金和芯材合金的固相温度比钎焊材料的液相温度要高。所述Al-Si钎焊合金包含0.01-0.09重量％的Mg和0.01-0.5％的Bi。芯材的Mg含量优选＜0.015％。在此发明中，通过保持钎焊板中Mg的总含量低于0.06％使得无助焊剂钎焊成为可能。

上述的钎焊板配置被认为和现有技术的记载是相似的。两者都基于芯，包覆薄包覆层的包含Mg和Bi的中间钎焊金属。具有这样的钎焊板结构是有潜在风险的。这可能在钎料熔化和润湿之间产生一个时间滞差。重力对熔体的影响可导致钎料流到氧化层的表面下，引起不均匀的接头形状以及熔融钎料大的局部积累。

可在现有技术中获得的无助焊剂钎焊的方法具有限制，其需要外部包覆层比下层钎焊层具有更高的熔化温度，或组合两种在钎焊过程中都意欲熔化的不同的钎焊合金层。这不允许同时复杂的腐蚀电位梯度的设计，高强度板的设计以及无助焊剂的接合。还期望改进钎焊的过程。

主要是汽车工业中对于热交换系统中允许的助焊剂残留量的要求越来越高。在热交换器内表面的局部区域上使用少量和重复量的助焊剂以重复形成高质量内部接头是困难且昂贵的，而本发明在热交换器制造的这方面提供了明显的优势。