[发明专利]一种Al-Cu-Mn-Zr系铝合金、铝合金复合板材及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种Al‑Cu‑Mn‑Zr系铝合金、铝合金复合板材及其制备方法和用途，所述铝合金在基本不含Mg元素的基础上，同时提高了Cu元素与Zr元素的含量，并通过严格限定Mn、Cu与Zr三种合金元素的配比组成，同时进一步限定Si元素与Fe元素的含量，使之形成良好的协同作用，使得本发明所述铝合金同时具有高强度、高耐热性、高耐腐蚀性的特点，不存在Mg元素对钎焊性能的影响问题，可以作为钎焊用铝合金复合板材的芯层，从而使得铝合金复合板材具有优异的焊后强度、高温耐热性能以及耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及铝合金技术领域，具体涉及一种Al-Cu-Mn-Zr系铝合金、铝合金复合板材及其制备方法和用途。

背景技术

铝合金是以铝为基础加入其他元素组成的合金，是结构工程中最常用的材料，具有比重小、传热性好、导电性好、环保、可回收循环利用，被广泛应用于3C、汽车交通运输，家居、航空航天、化工、火箭等各个领域。

多层铝合金钎焊板材被广泛地应用于热交换器系统中，如汽车散热器、中冷器、空调冷凝器以及蒸发器等。为了满足钎焊工艺的需要，这种多层铝合金复合板材一般使用Al-Mn基铝合金或Al-Mg-Si基铝合金作为芯材，并在芯材外侧的至少一面上包覆AA4XXX系列的Al-Si基铝合金作为钎焊料。进一步地，对于具有高耐腐蚀性要求的制件，还会在芯材外侧复合一层Al-Zn系铝合金作为牺牲阳极材料。

近年来，由于汽车轻量化的发展趋势及尾气排放标准的提高，也要求汽车用热交换器的轻量化并提高其工作温度。因而，汽车热交换器制造商迫切需要一种更高强度及更高耐热性的铝合金钎焊板材来满足其使用要求。

为了提高铝合金钎焊板材在钎焊后的强度，目前主要采用在芯材中添加Mg元素或采用含有较高含量Mg元素的铝合金，例如Al-Mg-Si系或Al-Zn-Mg系铝合金。但是，Mg元素在可控气氛钎焊(CAB)过程中会使钎焊助剂“中毒”，严重降低钎焊质量。所以在含镁的铝合金钎焊材料中，多在芯材及钎焊料之间加入一层中间阻挡层，以防止Mg元素从芯材扩散到钎焊料表面，进而防止因钎焊助剂“中毒”所导致的钎焊性能不足，但是，这种技术方案无疑使得铝合金复合板材的复合过程变得复杂，并且对钎焊工艺要求很高，提高了生产及使用成本。例如专利CN100528458C公开了一种高强度铝合金钎焊薄板，以重量百分比计，该高强度铝合金钎焊薄板的芯层包含下列组成：Zn：1.2-5.5％，Mg：0.8-3.0％，Mn：0.1-1.0％，Cu：0.2％，Si：0.35％，Fe：0.5％等元素；并且，所述高强度铝合金钎焊薄板为3-5层结构，为了阻止芯层Mg元素在可控气氛钎焊中向焊料层扩散，在Al-Zn-Mg-Mn芯层材料外侧加入一个Al-Mn合金组成的夹层，夹层外侧为Al-Si焊料层。

此外，Cu元素也是一种可以提高铝合金强度的强化合金元素。专利CN102431237B公开了一种高强度铝合金钎焊片材及其制造方法，以重量百分比计，其芯层含有Si：0.05-1.2％，Fe：0.05-1.0％，Cu：0.05-1.2％，Mn：0.6-1.8％等元素，该钎焊片材钎焊后的抗拉强度为150-200MPa。专利CN107075620A公开了一种具有高强度高耐腐蚀性高原材料伸长率的铝合金钎焊板，所述芯材合金含有Mn：1.3-2.0％，Si：0.6-1.3％，Fe：0.1-0.5％，Cu：0.7-1.3％等元素，钎焊后的拉伸强度在170-200MPa之间。Cu元素虽然能够提高铝合金的强度，然而过高的Cu元素的添加会使得更多的Cu从基体中析出，在晶界形成粗大的Al₂Cu相，这种粗大的Al₂Cu相会降低铝合金的耐腐蚀性能。因此，在制备耐腐蚀的铝合金时，或者加入较低的Cu元素含量(1.3％)，牺牲一定的铝合金强度来获得满足耐腐蚀要求的铝合金产品，或者是引入高于0.05％以上的Mg元素来强化铝合金，牺牲一定的铝合金钎焊性来获得机械性能。

综上所述，为了得到一种钎焊用的铝合金复合板材，不含有对可控气氛钎焊有害的Mg元素，同时具有高强度、高耐热性、高耐腐蚀性的特点，目前亟需开发一种Al-Cu-Mn-Zr系铝合金、铝合金复合板材及其制备方法和用途。