[发明专利]一种低温真空钎焊铝基复合材料及其钎焊方法

说明书

本发明涉及一种低温真空钎焊铝基复合材料及其钎焊方法，低温真空钎焊铝基复合材料包括芯层、位于所述芯层外侧的钎料层以及沉积在所述钎料层外侧的金属铜沉积层；所述钎料层为Al‑Si‑Mg合金；所述金属铜沉积层中Cu元素的含量≥99.0wt％；所述金属铜沉积层与所述钎料层的结合力达到GB/T9286‑2021色漆和清漆划格试验的0级；所述金属铜沉积层的厚度占所述钎料层和所述金属铜沉积层的厚度之和的0.5‑2.0％；钎焊方法包括步骤：(1)真空环境调节；(2)钎焊；(3)降温取样。本发明的低温真空钎焊铝基复合材料的熔点较低，钎焊性能优良，同时耐腐蚀性能优良。

技术领域

本发明属于铝合金层状复合材料技术领域，特别涉及一种低温真空钎焊铝基复合材料及其钎焊方法。

背景技术

以Al-Mn系合金为芯层，Al-Si系合金为皮材的铝合金层状复合材料广泛应用于汽车热交换器(水箱、冷凝器、蒸发器、油冷器等)的生产制造。随着汽车轻量化的要求越来越高，汽车主机厂和热交换器生产企业对汽车热交换器用铝合金层状复合材料综合性能提出了更高要求，在提高材料力学性能的基础上，不断摸索材料的厚度边界，以期进一步减小热交换器的重量，同时，提升或保持汽车热交换器的耐腐蚀性能，延长汽车热交换器的使用寿命。从铝合金层状复合材料到铝制热交换器要经历的最关键一步是高温(595-610℃)钎焊，即将组装好的铝制热交换器组件在惰性气体环境(惰性气体保护钎焊)或真空环境下(真空钎焊)加热到高于Al-Si系皮材合金的液相线温度，同时低于Al-Mn系芯层合金的固相线温度下进行保温，在这一过程中，皮材合金经过熔化-润湿-铺展-填充等过程在铝制热交换器组件的各个接触或近接触位置在毛细作用影响下形成焊接接头，这些焊接接头的形成将铝制热交换器的各个组件接合起来形成一个整体，经过冷却以后，一个完整的热交换器主体得以生产出来。

在汽车热交换器的生产制造过程中，真空钎焊作为除了惰性气体保护钎焊之外的最常用的铝制热交换器钎焊方法，具有如下优点：1)钎焊的整个过程中被钎焊的零件都处于真空条件下，不会出现氧化、增碳以及污染变质现象；2)钎焊过程中的零件受热均匀，零件内部热应力较小，可将变形控制到最小限度，特别适合于精密产品的焊接；3)金属基体和钎料周围存在的低压，能够排除金属在钎焊温度下释放出来的挥发性气体和杂质，可使基体金属的性能得到改善；4)对带有狭窄沟槽、极小过渡台、盲孔的部件和封闭容器、形状复杂的组件均可采用，无需考虑惰性气体保护钎焊前还需在热交换器表面喷涂钎剂等引起的腐蚀、清洗等问题。但真空钎焊也有自身的不足，不同于惰性气体保护钎焊能以较快的升温速率达到目标温度，真空钎焊的升温段升温速率较慢、时长较长，为了保证汽车热交换器内外组件受热均匀，在目标温度下的保温时长也较长，往往导致Al-Si(-Mg)系皮材熔化后在液相停留的时间较长，这些熔化的液相会逐渐向芯层内部扩散，形成熔蚀现象，熔蚀的发生降低了整个汽车热交换器的力学性能和耐腐蚀性能，严重的会产生熔蚀穿孔，造成产品报废。这一现象在大型工程机械铝制热交换器的真空钎焊过程中尤为突出。

为解决上述铝制热交换器材料在常规真空钎焊过程中遇到的熔蚀问题，开发一款能应用在更低真空钎焊温度下的汽车热交换器用耐蚀铝合金层状复合材料是行业发展的必然趋势，同时也是汽车热交换器原材料厂家需要迫切解决的问题。

为降低钎焊温度，现有技术通常通过在钎料中添加Cu元素手段来降低钎料的熔点，在一定范围内，随着Cu含量的增加，熔点逐渐降低，以此降低钎焊温度。然而，现有技术手段如在钎料中添加15-25％的Cu元素，钎料的熔点为460-500℃，在520-530℃下能实现铝合金的真空钎焊，但是该类合金在常规半连续铸造中极易发生铸锭开裂，报废率极高，难以实现工业化稳定生产；即便是制得所述低熔点的钎料层的复合材料，由于钎料层中Cu元素的化学电位较高，Cu元素的加入会明显增加钎料的电化学电位，在与其他目标铝合金焊件钎焊后，会导致钎料层的电化学电位高于目标焊件，在腐蚀介质下，形成了原电池效应，优先腐蚀电化学电位更低的焊件，从而降低目标焊件的使用寿命。

发明内容