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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundmaterial
aus Aluminiumlegierungen zum Hartlöten, das in Härte,
Korrosionsbeständigkeit und Hartlötbarkeit verbessert ist,
und das bemerkenswerte Vorteile bei der Verwendung für die
Montageverarbeitung durch das Hartlötverfahren mit nicht
korrodierendem Flußmittel liefert.
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Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen zum
Hartlöten werden als Röhrenbauteil für einen hartgelöteten
Radiator und dergleichen verwendet, und herkömmlicherweise werden
für diesen Zweck Lötblätter verwendet, die ein Al-Mn-
Legierungs-(JIS A3003) Kernbauteil und ein auf das
Kernbauteil plattiertes Al-Si-Füllmaterialbauteil umfassen. Das
Lötblatt mit dem A3003-Kernbauteil hat jedoch eine Härte
nach dem Löten von nicht größer als etwa 12 kgf/mm² und ist
nicht ausreichend korrosionsbeständig.
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Falls Mg zu der Aluminiumlegierung für das Kernbauteil
addiert wird, kann die Härte des Verbundmaterials verbessert
werden, aber dies führt zu einer gesteigerten Abtragung des
Kernbauteils aufgrund des Füllmaterialbauteils und ebenso in
einer Verminderung der Hartlötbarkeit und
Korrosionsbeständigkeit. Insbesondere hat, im Fall der Verwendung des
Hartlötverfahrens mit nichtkorrodierendem Flußmittel, der
Mg-Gehalt des Kernbauteils in einem Überschuß von 0,2% einen
wesentlichen Abfall der Hartlötbarkeit zur Folge und
dementsprechend muß die Addition von Mg zu dem Kernbauteil
beschränkt werden.
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In JP-A-2175093 (entsprechend zu US-A-5011547) wurde
ebenfalls ein Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen zum
Hartlöten präsentiert, das in der Nachhartlöthärte
verbessert ist, ohne der Hartlötbarkeit entgegenzuwirken. Dieses
Verbundmaterial hat eine Gesamtdicke von etwa 0,4 mm und
umfaßt ein Kernbauteil, hergestellt aus einer
Aluminiumlegierung, die 0,2-1,5 Gewichtsprozent Mn, 0,3-1,3
Gewichtsprozent Si und höchstens 0,2 Gewichtsprozent Mg und
gegebenenfalls Cu, Cr und Zr, Rest Al, enthalten kann; ein
auf eine Oberfläche des Kernbauteils plattiertes Al-Si-
Füllmaterialbauteil; und ein Plattierungsbauteil aus einer
Aluminiumlegierung, das auf die entgegengesetzte Seite des
Kernbauteils plattiert ist, umfassend 0,3-2,5
Gewichtsprozent Mg und gegebenenfalls Mn, Cu, Cr und Zr.
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In US-A-4560625 wird ein Verbundmaterial aus
Aluminiumlegierungen für hartgelötete Wärmeaustauscher offenbart,
wobei das Material ein Kernbauteil umfaßt, das im
wesentlichen aus einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus Mn, Cr und Zr in einer Menge von 0,05-0,5
Gewichtsprozent, 0,2-1,0 Gewichtsprozent Si, 0,1-0,5
Gewichtsprozent Mg und 0,2-1,0 Gewichtsprozent Cu, Rest Al und
unvermeidbare Verunreinigungen; einem Al-Si-Füllmaterial und
einer Plattierungsschicht besteht.
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Des weiteren wird in US-A-4649087 ein
Aluminiumkernlegierung für die Verwendung bei der Herstellung von
hartgelöteten Wärmeaustauscherbaueinheiten mit hoher
Korrosionsbeständigkeit und mittlerer Härte offenbart. Die
Aluminiumkernlegierung umfaßt 0,11-0,3 Gewichtsprozent Ti, 0,3-
1,5 Gewichtsprozent Mn, 0,005-0,7 Gewichtsprozent Cu, bis
zu 0,7 Gewichtsprozent Fe, bis zu 0,8 Gewichtsprozent Si,
bis zu 1,5 Gewichtsprozent Mg, Rest Aluminium und
unvermeidbare Verunreinigungen.
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Somit ist es mit herkömmlichen Techniken schwierig, ein
Röhrenbauteil eines hartgelöteten Radiators mit höher Härte
und hoher Korrosionsbeständigkeit zu erhalten, das noch dazu
hervorragend hartlötbar ist. Für Wärmeaustauscher wie einen
Autokühler werden dünne Materialien benötigt, um das Gewicht
und Kosten zu reduzieren, und demzufolge besteht ein Bedarf
für ein Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen zum
Hartlöten, das eine hohe Härte und hohe Korrosionsbeständigkeit
hat und hervorragend hartlötbar ist, aber ein derartiges
Material wurde bis jetzt nicht entwickelt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Bereitstellung eines Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen zum
Hartlöten, das hohe Härte, hohe Korrosionsbeständigkeit und
hervorragende Hartlötbarkeit ohne Erniedrigung durch
Hartlötverfahren mit nichtkorrodierendem Flußmittel liefert, und
geeignet für das Bauteil ist, das zum Aufbau eines
Wärmeaustauschers mit großer Härte verwendet wird.
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Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, haben die
gegenwärtigen Erfinder Studien an Bauteilen zum Hartlöten
gemacht, die einen geringeren Mg-Gehalt in der
Aluminiumlegierung für das Kernbauteil haben, aber eine große Härte haben,
während Hartlötbarkeit und Korrosionsbeständigkeit noch mehr
verbessert sind. Infolgedessen wurde die vorliegende
Erfindung wie folgt vervollständigt.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verbundmaterial
aus Aluminiumlegierungen zum Hartlöten bereit, umfassend (in
Gewichtsprozent):
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ein Kernbauteil (1), hergestellt aus einer
Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,2-1,5% Mn, 0,3-1,3% Si, 0,02-
0,3% Ti, weniger als 0,1% Mg,
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gegebenenfalls 0,1% oder weniger Cu, 0,3% oder weniger
Cr, 0,2% oder weniger Zr, Rest Al und unvermeidbare
Verunreinigungen;
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ein auf eine Seite des Kernbauteils plattiertes Al-Si-
Füllmaterialbauteil (3); und
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ein Plattierungsbauteil (2) aus einer auf die
entgegengesetzte Seite des Kernbauteils plattierten
Aluminiumlegierung, umfassend 0,3-3% Mg, und gegebenenfalls 5% oder
weniger Zn,
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das Verbundmaterial mit einer Gesamtdicke von weniger
oder gleich 0,3 mm.
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Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung ebenfalls
eine Röhrenteil für einen Radiator bereit, bei dem das
vorstehend genannte Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen
zum Hartlöten in eine Röhre mit dem Füllmaterialbauteil an
der Außenseite eingeschweißt wird, und die Röhre in einen
Radiator durch das Hartlötverfahren mit nichtkorrodierendem
Flußmittel verarbeitet wird, wobei das Kernbauteil nach dem
Hartlöten ein Lochfraß- bzw. Pittingpotential (positiv) hat,
das höher als das Lochfraß- bzw. Pittingpotential des
Plattierungsbauteils ist und höher als das Lochfraß- bzw.
Pittingpotential des Füllmaterialbauteils ist, und die
Unterschiede im Lochfraß- bzw. Pittingpotential zwischen dem
Kernbauteil und dem Füllmaterialbauteil in den Bereich von
30-120 mV fallen.
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Die vorliegende Erfindung stellt somit ein
Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen mit großer Härte bereit, das
durch das Nocolok-Hartlötverfahren nicht in der
Hartlötbarkeit und Korrosionsbeständigkeit erniedrigt wird. Wenn das
Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen der vorliegenden
Erfindung mit großer Härte zum Aufbau eines Autokühlers
verwendet wird, liefert es demzufolge bemerkenswerte Effekte
wie die Reduzierung der Dicke und des Gewichts des
Wärmeaustauschers, Verminderung der Kosten und dergleichen.
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Fig. 1 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines Beispiels
eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials aus
Aluminiumlegierungen zum Hartlöten zeigt; und
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Fig. 2 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines
Anwendungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials aus
Aluminiumlegierungen zum Hartlöten zeigt.
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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden detailliert
beschrieben.
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Die Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen
Verbundmaterials aus Aluminiumlegierungen zum Hartlöten ist derart,
daß, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Kernbauteil 1, hergestellt
aus einer Aluminiumlegierung, deren Mg-Gehalt auf 0,1
Gewichtsprozent oder weniger beschränkt ist und deren
unvermeidbare Verunreinigungen im wesentlichen aus 0,2 bis
1,5 Gewichtsprozent Mn, 0,3 bis 1,3 Gewichtsprozent Si, 0,02
bis 0,3 Gewichtsprozent Ti bestehen, und die ferner, falls
erforderlich, 0,1 Gewichtsprozent oder weniger Cu, 0,3
Gewichtsprozent oder weniger Cr und 0,2 Gewichtsprozent oder
weniger Zr enthält, ein Al-Si-Füllmaterialbauteil 3
kontaktiert; und ein Plattierungsbauteil 2 aus einer
Aluminiumlegierung, das im wesentlichen aus einer vorbestimmten Menge
(0,3 bis 3 Gewichtsprozent) an Mg besteht, auf die
entgegengesetzte Oberfläche des Kernbauteils 1 plattiert ist.
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Das Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen mit dem
vorstehenden Aufbau hat die folgenden Charakteristika und
erreicht somit die beabsichtigten Effekte.
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Beim Hartlöten wird die Hartlötbarkeit des
Verbundmaterials nie erniedrigt, da der Mg-Gehalt des Kernbauteils 1
auf einen niedrigen Wert beschränkt ist. Des weiteren
diffundiert während des Hartlötens mit Hitze Si aus dem
Füllmaterial 3 in das Kernbauteil 1, während Mg aus dem
Plattierungsbauteil 2 auf der entgegengesetzten Seite des
Kernbauteils 1 in das Kernbauteil 1 diffundiert, wodurch
eine MgSi-Verbindung im Kernbauteil 1 hergestellt wird,
womit die Härte nach dem Hartlöten vergrößert wird. In
diesem Fall hat der Bereich des Kernbauteils 1, der das
Füllmaterial 3 kontaktiert, den geringsten Mg-Gehalt, da das
Mg aus dem Plattierungsbauteil 2, das auf der dem
Füllmaterial 3 entgegengesetzten Seite auf das Kernbauteil 1
plattiert ist, dem Kernbauteil 1 zugeführt wird und in das
Kernbauteil zu dem Bereich diffundiert, wodurch die Härte
ohne eine Verminderung der Hartlötbarkeit verbessert werden
kann. Auf der anderen Seite hat die Oberfläche des
Plattie
rungsbauteils 2 auf der entgegengesetzten Seite den höchsten
Mg-Gehalt und den niedrigsten Si-Gehalt und demzufolge ist
die Korrosionsbeständigkeit kaum vermindert.
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Gemäß dem Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen, das
in der japanischen veröffentlichten, ungeprüften
Patentanmeldung Nr. 175093/1990 vorgeschlagen wird, das mit der
vorliegenden Erfindung verwandter Stand der Technik ist,
wurde der Ti-Gehalt der Zusammensetzung für das Kernbauteil
nicht eingestellt, so daß die Korrosionsbeständigkeit als
unzureichend befunden wurde.
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Mittlerweile werden zu dem Kernbauteil der vorliegenden
Erfindung Mn, Si und Ti als wesentliche Komponenten
hinzugegeben, und dies geschieht deshalb, da diese
Legierungselemente unerläßlich für die Verbesserung der Härte und
Korrosionsbeständigkeit (oder Inhibierung der intergranularen
Korrosionsempfindlichkeit) des Kernbauteils sind. Falls
erforderlich, kann sowohl die Härte als auch die äußere
Korrosionsbeständigkeit durch Zugabe von Cu weiter
gesteigert werden, während mit geeigneten Mengen an Cr, Zr und der
dergleichen die kristalline Kornform des Kernbauteils
eingestellt wird und somit die Hartlötbarkeit verbessert
wird. Die Zugabe von Mg innerhalb eines eingestellten
Bereichs wirkt ebenfalls als Inhibitor für eine Verminderung
der Hartlötbarkeit und trägt zur Verbesserung der Härte bei.
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Für das auf die entgegengesetzte Seite des Kernbauteils
1 plattierte Plattierungsbauteil 2 wird eine Mg enthaltende
Aluminiumverbindung verwendet, die als Opferanode fungieren
kann, wenn sie für die Radiatorröhre verwendet wird, und
dabei die Korrosionsbeständigkeit bemerkenswert steigert.
Durch Zugabe einer geeigneten Menge an Zn zu dem
Plattierungsbauteil 2 kann die Wirkungsweise der Opferanode weiter
verbessert werden.
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Somit dient das Kernbauteil 1 während des Hartlötens
zur Einschränkung der Diffusion von Si aus dem auf die eine
Oberfläche des Kernbauteils 1 plattierten
Füllmaterialbauteil 3 und der Diffusion von Mg aus dem auf die
entgegengesetzte Oberfläche des Kernbauteil 1 plattierten
Plattierungsmaterial 1. Die Dicke des Kernbauteils 1 wird optimal
sein, wenn der vorstehend genannte Effekt gleichzeitig mit
der maximal verbesserten Härte erhalten werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verbundmaterial aus
Aluminiumlegierungen hat die vorstehend genannten Effekte. Nun wird die
Definition des Gehalts der einzelnen Elemente beschrieben
werden.
Kernbauteil:
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In der Aluminiumverbindung für ein Kernbauteil wird die
zulässige Menge an in dem Aluminiumlegierungsbauteil 1 als
Verunreinigung enthaltenem Mg vor dem Hartlöten als maximal
0,1 Gewichtsprozent definiert, um die Verminderung der
Hartlötbarkeit zu vermeiden. Falls der Mg-Gehalt größer als
der zulässige Wert ist, wird die Hartlötbarkeit
unvorteilhaft erniedrigt, insbesondere während eines
Hartlötverfahrens durch ein Nocolok-Hartlötverfahren. Der Mg-Gehalt ist
somit niedriger als 0,1 Gewichtsprozent.
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Durch Zugabe von Mn zum Kernbauteil 1 kann die
Korrosionsbeständigkeit, Hartlötbarkeit und Härte verbessert
werden. Die Zugabemenge an Mn zu diesem Zweck soll innerhalb
eines Bereichs von 0,2 bis 1,5 Gewichtsprozent fallen. Falls
die Zugabe an Mn geringer als 0,2 Gewichtsprozent ist,
werden die vorstehenden Vorteile nicht vollständig erreicht,
während, falls der Mn-Gehalt größer als 1,5 Gewichtsprozent
ist, große Verbindungen hergestellt werden und somit die
Verarbeitbarkeit erniedrigt ist.
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Ähnlich ist es durch Zugabe von Si zu dem Kernbauteil 1
möglich, die Härte zu verbessern, selbst wenn die Versorgung
mit Si von dem Füllmaterialbauteil 3 unzureichend ist. Eine
bevorzugte Menge an zuzugebendem Si liegt von 0,3
Gewichtsprozent bis 1,3 Gewichtsprozent. Falls der Gehalt an Si
geringer als 0,3 Gewichtsprozent ist, wird die Härte nicht
ausreichend verbessert und falls der Gehalt an Si größer als
1,3 Gewichtsprozent ist, entsteht ein Nachteil, da der
Schmelzpunkt erniedrigt wird.
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Des weiteren kann die Korrosionsbeständigkeit durch die
Zugabe von Ti zu dem Kernbauteil 1 weiter verbessert werden.
Ein bevorzugter Gehalt an zuzugebendem Ti liegt von 0,02 bis
0,3 Gewichtsprozent. Falls der Gehalt an Ti niedriger als
0,02 Gewichtsprozent ist, kann die Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit nicht erreicht werden, und falls der Gehalt
an Ti 0,3 Gewichtsprozent übersteigt, wird der Effekt
Sättigung erreichen, und die Herstellung großer Verbindungen
tritt auf, die unvorteilhafterweise zu niedriger
Verarbeitbarkeit führt. Wie vorstehend genannt, ist das Ti
unerläßlich zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Dieser
Mechanismus erfolgt derart, daß Ti ausfällt, um Ti-reiche
Schichten in dem Kernbauteil 1 in einer Walzrichtung zu
bilden, wodurch die Lötfraßkorrosion darin gehindert wird,
sich in die Tiefe auszubreiten, und Ti erzeugt den Wechsel
des elektrischen Potentials des Kernbauteils 1 ins Positive.
Da Ti mit niedriger Geschwindigkeit in einer
Aluminiumlegierung diffundiert und sich nicht so weit während des
Hartlötens bewegt, kann die Potentialdifferenz zwischen dem
Kernbauteil 1 und dem Füllmaterialbauteil 3, oder zwischen
dem Kernbauteil 1 und dem Plattierungsbauteil 2
aufrechterhalten werden und somit kann das Kernbauteil 1 wirksam
elektrochemisch vor Korrosion geschützt werden.
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Des weiteren erzeugt die Zugabe von Cu, falls
erforderlich, zu dem Kernbauteil 1 einen Übergang des Potentials des
Kernbauteils 1 ins Positive, wodurch das Kernbauteil 1
elektrochemisch vor Korrosion geschützt wird. Aus diesem
Grund verursacht die Addition von Cu eine große Wirkung zur
Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Härte. Die
Menge an Cu beträgt 0,1 Gewichtsprozent oder weniger. In
diesem Fall, falls der Gehalt an Cu 0,1 Gewichtsprozent oder
weniger ist, ist er vorteilhaft für die Inhibierung der
Empfindlichkeit der intergranularen Korrosion. Falls die
Menge an Cu 0,6 Gewichtsprozent übersteigt, ist die
Korrosionsbeständigkeit stark erniedrigt, obwohl die Härte
verbessert ist. Folglich ist es unmöglich, eine ausreichende
Korrosionsbeständigkeit sicherzustellen, selbst wenn die
Wirkungsweise des Plattierungsbauteils 2 als Opferanode
verstärkt ist, und somit ist die Hartlötbarkeit erniedrigt.
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Ähnlich ermöglicht die Zugabe von mindestens einem
Element, ausgewählt aus Cr und Zr, zu dem Kernbauteil 1 die
Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, Härte und
Hartlötbarkeit. Bevorzugte Mengen an Cr und Zr sind 0,3
Gewichtsprozent oder weniger bzw. 0,2 Gewichtsprozent. Die Zugabe
der Elemente im Überschuß bezüglich ihrer jeweiligen
Obergrenzen führt zur Sättigung der vorstehend beschriebenen
Effekte und erniedrigt die Verarbeitbarkeit.
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Das Kernbauteil 1 dient zur Einschränkung nicht nur der
Diffusion von Si aus dem Füllmaterialbauteil 3, sondern auch
der Diffusion von Mg aus dem Plattierungsbauteil 2 während
des Hartlötens. Die Dicke des Kernbauteils 1 wird auf einen
optimalen Wert derart festgesetzt, daß die vorstehend
beschriebenen Effekte erreicht werden und die Härte maximal
ist, und bevorzugt das 2,5-fache oder mehr der Dicke des
Füllmaterialbauteils 3 und im Bereich von 0,1 bis 1 mm ist.
Plattierungsbauteil:
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Für das auf die Oberfläche des Kernbauteils 1 auf der
entgegengesetzten Seite des Füllmaterialbauteils 3
plattierte Plattierungsbauteil 2 wird eine Mg-enthaltende
Aluminiumlegierung verwendet, die als Opferanode wirken kann, wenn
das Verbundmaterial für eine Radiatorröhre und dergleichen
verwendet wird, wodurch die Korrosionsbeständigkeit
bemerkenswert gesteigert wird. Der Mg-Gehalt an der Grenzfläche
zwischen Kernbauteil 1 und Füllmaterialbauteil 3 nach dem
Hartlöten ist bevorzugt etwa 0,1 Gewichtsprozent bis 0,2
Gewichtsprozent, und um einen derartigen Mg-Gehalt zu
erreichen, sollte der Mg-Gehalt des Plattierungsbauteils 2
im Bereich von 0,3 Gewichtsprozent bis 3,0 Gewichtsprozent
liegen, wenngleich der Gehalt von der Dicke des
Plattierungsbauteils 2, den Hartlötbedingungen und dergleichen
abhängt. Falls der Mg-Gehalt geringer als 0,3
Gewichtsprozent ist, ist die Verbesserung in der Härte unzureichend,
und falls der Mg-Gehalt größer als 3,0 Gewichtsprozent ist,
ist es schwierig, das Plattierungsbauteil 2 auf das
Kernbauteil 1 zu plattieren. Falls ein Verbundmaterial mit einer
gesteigerten Dicke hergestellt werden soll, können Mn, Cu,
Cr, Ti, Zr und dergleichen zu dem Plattierungsbauteil 2 zur
Verbesserung der Härte zugegeben werden. Die bevorzugten
Mengen dieser zuzugebenden Elemente sind dieselben wie im
Fall der Zugabe der Elemente zu der Legierung des
Kernbauteils 1.
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Wenn das Plattierungsbauteil 2 als Opferanode verwendet
werden soll, ist es wirksam, Elemente für den Übergang des
Potentials ins Positive zu dem Kernbauteil 1 zuzugeben,
beispielsweise Mn, Cu, Ti, Cr und dergleichen; zusätzlich
kann Zn zu dem Plattierungsbauteil 2 zugegeben werden, um
das Anodenpotential des Plattierungsbauteils 2 zu
vergrößern. Vorzugsweise ist die Menge an zuzugebendem Zn 5
Gewichtsprozent oder weniger, und falls das
Plattierungsbauteil 2 mehr Zn enthält, kann ein Nachteil darin verursacht
werden, daß der Ofens während des Hartlötens verunreinigt
wird.
Füllmaterialbauteil:
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Für ein Füllmaterialbauteil 3 können Al-Si-Legierungen,
wie beispielsweise die A4045-Legierung und dergleichen in
der herkömmlichen Technik verwendet werden. Es ist ebenfalls
möglich, Zn zu dem Füllmaterialbauteil 3 zuzugeben, um das
Füllmaterialbauteil 3 als Opferanode fungieren zu lassen.
Bevorzugte Mengen an zuzugebendem Zn zu dem
Füllmaterialbau
teil 3 sind dieselben wie im Fall der Zugabe der Elemente zu
der Legierung des Plattierungsbauteils 2.
Andere Bedingungen:
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Als Dicke für das Verbundmaterial ist 0,3 mm oder
weniger genug, wenn das Material für ein Röhrenbauteil eines
Radiators verwendet wird, da die Härte ausreichend durch die
Diffusion von Mg aus dem auf die Seite des Kernbauteils 1
plattierten Plattierungsbauteil 2, die dem
Füllmaterialbauteil 3 entgegengesetzt ist, gesteigert ist.
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Die vorliegende Erfindung ist am wirksamsten bei
Anwendung auf das Hartlötverfahren mit nichtkorrodierendem
Flußmittel, das die Hartlötbarkeit aufgrund von Mg extrem
verschlechtern kann, aber natürlich kann sie auch auf andere
Hartlötverfahren wie Lufthartlöten, Flußmittelhartlöten,
Vakuumhartlöten und dergleichen angewendet werden. Falls,
wie in Fig. 2 gezeigt, Aluminiumlegierungskernbauteile 1,
die kein Mg enthalten, auf beide Oberflächen eines Mg
enthaltenden Aluminiumlegierungs-Plattierungsbauteils 2 und
Al-Si-Füllmaterialbauteile 3 auf beide Oberflächen des
resultierenden Aufbaus plattiert werden, kann dann ein
Hartlötblatt mit Füllmaterialbauteilen 3 auf beiden
Oberflächen darauf erhalten werden.
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Bei der Anordnung einer Radiatorröhre, wird das
Verbundmaterial durch ein geeignetes Verfahren, beispielsweise
durch Nahtschweißung, in eine Röhre mit dem vorstehenden
Füllmaterialbauteil 3 an der Außenseite eingearbeitet.
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Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit der
Innenfläche der Radiatorröhre ist die wirksamste Maßnahme die
Verwendung des Plattierungsbauteils 2 als Opferanode für das
Kernbauteil 1. Da das Hartlötverfahren mit
nichtkorrodierendem Flußmittel unter Atmosphärendruck durchgeführt wird,
verdampft Zn kaum, diffundiert aber durch die Hartlöthitze
in das Kernbauteil 1, womit die Oberflächenkonzentration
erniedrigt wird. Um die Korrosionsbeständigkeit der
Innen
fläche (Kühlmitteloberfläche) der Radiatorröhre durch den
Opferanodeneffekt des Plattierungsbauteils 2 stark zu
verbessern, sollte der Unterschied der Lochfraßpotentiale
zwischen der Oberfläche des Plattierungsbauteils 2 und des
Kernbauteils 1 nicht niedriger als 30 mV sein. Falls jedoch
der Unterschied der Lochfraßpotentiale größer als 120 mV
ist, ist die Geschwindigkeit des Verbrauchs des
Plattierungsbauteils 2 hoch und der Opferanodeneffekt kann somit
nicht für eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden. Der
Unterschied der Lochfraßpotentiale zwischen dem
Plattierungsbauteil 2 und dem Kernbauteil 1 variiert in
Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Plattierungsbauteils 2 und
des Kernbauteils 1 und den Hartlötbedingungen, aber falls
der Unterschied des Lochfraßpotentials nach dem Hartlöten
mit nichtkorrodierenden Flußmittel innerhalb des Bereichs
von 30 bis 120 mV ist, kann man eine hervorragende
Korrosionsbeständigkeit für lange Zeit geniessen. Ähnlicherweise,
falls der Unterschied des Lochfraßpotentials zwischen der
Oberfläche des Füllmaterialbauteils 3 und des Kernbauteils 1
innerhalb des Bereichs von 30 bis 120 mV fällt, wird die
Sicherstellung hervorragender Korrosionsbeständigkeit für
einen längeren Zeitraum ermöglicht.
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Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
(Ausführungsform 1)
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Für die folgenden Beispiele 1 bis 5 wurden
Aluminiumlegierungen (Kernbauteil, Plattierungsbauteil und
Füllmaterialbauteil) mit in Tabelle 1 gezeigten chemischen
Zusammensetzungen hergestellt. In Tabelle 1 wurden die
Legierungen Nr. 1 bis Nr. 12 für das Kernbauteil, die Legierungen
Nr. 13 bis Nr. 19 für das auf die entgegengesetzte Seite des
Kernbauteils plattierte Plattierungsbauteil, und die
Legierung Nr. 20 (Legierung 4045) für das Füllmaterialbauteil
verwendet.
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Dabei werden die Legierungen Nr. 7 bis Nr. 20 als
Vergleichsbeispiele verwendet und die Legierung Nr. 7
enthält eine große Menge an Ti und die Legierung Nr. 8
enthält geringe Mengen an Si und Ti. Legierungen Nr. 9, Nr.
10, Nr. 11 und Nr. 12 enthielten in jeweils großer Menge Mn,
Si, Mg und Cu.
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Diese Aluminiumverbindungen wurden, wie in Tabelle 2
gezeigt, verbunden, um Proben für Verbundmaterialien aus
Aluminiumlegierungen zum Hartlöten mit dem in Fig. 1
gezeigten Aufbau herzustellen.
Beispiel 1-1:
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Jedes der Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen
zum Hartlöten mit der jeweiligen in Tabelle 2 gezeigten
Kombination wurden mit 5 g/m³ nichtkorrodierendem
Hartlötflußmittel auf das Füllmaterialbauteil darauf versehen,
getrocknet, und dann auf 600ºC für 5 Minuten in
Stickstoffgasatmosphäre mit einem Taupunkt von -40ºC erwärmt. Die
Ergebnisse der Überprüfung auf Hartlötbarkeit für jedes sind
in Tabelle 3 gezeigt. Dabei wurde die Hartlötbarkeit der
Proben hinsichtlich des Fließfaktors bewertet. Wie aus
Tabelle 3 ersichtlich ist, haben die erfindungsgemäßen
Beispiele eine verbesserte Hartlötbarkeit.
Beispiel 1-2:
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Die unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1
erwärmten Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen wurden
für 7 Tage bei Raumtemperatur stehengelassen, und dann einem
Zugtest unterzogen. Wie aus den in Tabelle 3 gezeigten
Ergebnissen ersichtlich ist, haben die erfindungsgemäßen
Beispiele nach dem Hartlöten eine große Härte von über
15 kgf/mm² (145 N/mm²).
Beispiel 1-3:
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Die unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1
erwärmten Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen wurden
einem CASS-Test unterzogen, um die Korrosionsbeständigkeit
der Füllmaterialbauteil-Seite des Verbundmaterials zu
überprüfen. Die Ergebnisse der Überprüfung nach dem CASS-
Test für 250 Stunden sind in Tabelle 3 gezeigt. Wie in
Tabelle 3 unter der Überschrift "Korrosionstiefe der
Füllmaterialbauteil-Seite (mm)" gezeigt, haben die
erfindungsgemäßen Beispiele eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit.
Beispiel 1-4:
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Die unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1
erwärmten Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen wurden
einem Eintauchtest durch Eintauchen des Verbundmaterials in
künstliches Wasser (Cl&supmin;: 300 ppm; SO²&supmin;: 100 ppm; Cu&spplus;: 5 ppm)
für 30 Tage unter wechselnden Temperaturbedingungen von
88ºC für 8 Stunden und Raumtemperatur für 16 Stunden
unterzogen, um die Korrosionsbeständigkeit des auf das
Kernbauteil plattierten Plattierungsbauteils zu überprüfen.
Die Ergebnisse des Eintauchtests sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wie in Tabelle 3 unter der Überschrift "Korrosionstiefe der
Plattierungsbauteil-Seite (mm)" gezeigt, haben die
erfindungsgemäßen Beispiele hervorragende
Korrosionsbeständigkeit.
Beispiel 1-5:
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Für jedes der unter denselben Bedingungen wie in
Beispiel 1 erwärmten Verbundmaterialien aus
Aluminiumlegierungen wurde das Lochfraßpotential der Oberfläche des auf das
Kernbauteil plattierten Plattierungsbauteils, das
Lochfraßpotential der Oberfläche des Füllmaterialbauteils und das
Lochfraßpotential des Kernbauteils, das durch mechanisches
Entfernen des Plattierungsbauteils mit Schleifpapier
freigelegt wurde, unter den folgenden Bedingungen gemessen.
< Meßbedingungen:>
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Elektrolyt: 3,5% NaCl, (entgast)
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Temperatur: 25ºC
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Meßverfahren: Potentialscannen unter Verwendung
eines Potentiostaten (Laufgeschwindigkeit: 10
mV/min)
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Die gemessenen Unterschiede der Lochfraßpotentiale
zwischen dem Kernbauteil und dem Plattierungsbauteil sind in
Tabelle 3 gezeigt. Wie in Tabelle 3 gezeigt, fallen die
Unterschiede der Lochfraßpotentiale zwischen dem Kernbauteil
und dem Plattierungsbauteil und zwischen dem Kernbauteil und
dem Füllmaterialbauteil der erfindungsgemäßen
Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen zum Hartlöten in einen
Bereich von 30 bis 120 mV, und das bedeutet, daß eine
hervorragende Korrosionsbeständigkeit über einen langen
Zeitraum aufrechterhalten werden kann.
(Ausführungsform 2)
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Für die folgenden Beispiele 2-1 bis 2-5 wurden
Aluminiumlegierungen (Kernbauteil, Plattierungsbauteil und
Füllmaterialbauteil) mit in Tabelle 4 gezeigten chemischen
Zusammensetzungen hergestellt. In Tabelle 4 wurden die
Legierungen Nr. 1 bis Nr. 12 für das Kernbauteil, die Legierungen
Nr. 13 bis Nr. 19 für das Plattierungsbauteil und die
Legierung Nr. 20 (Legierung 4045) für das
Füllmaterialbauteil verwendet.
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Dabei wurden die Legierungen Nr. 7 bis Nr. 12 als
Vergleichsbeispiel verwendet und die Legierung Nr. 7
enthielt eine große Menge an Ti und die Legierung Nr. 8
enthielt geringe Mengen an Si und Ti. Die Legierungen Nr. 9,
Nr. 10, Nr. 11 und Nr. 12 enthielten jeweils in großen
Mengen Mn, Si, Mg und Cu.
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Diese Aluminiumlegierungen wurden, wie in Tabelle 5
gezeigt, verbunden, um Proben aus Verbundmaterial aus
Aluminiumlegierungen zum Hartlöten mit dem in Fig. 1
gezeigten Aufbau herzustellen.
Beispiel 2-1:
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Jedes der Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen
zum Hartlöten mit der jeweiligen in Tabelle 5 gezeigten
Kombination wurde mit 5 g/m² Nocolok-Hartlötflußmittel auf
das Füllmaterialbauteil darauf angebracht, getrocknet und
dann bei 600ºC für 5 Minuten in Stickstoffgasatmosphäre mit
einem Taupunkt von -40ºC erwärmt. Die Ergebnisse der
Überprüfung auf Hartlöten für jedes sind in Tabelle 6
gezeigt. Dabei wurde die Hartlötbarkeit der Proben
hinsichtlich des Fließfaktors überprüft. Wie aus Tabelle 6
offensichtlich ist, haben die erfindungsgemäßen Beispiele
verbesserte Hartlötbarkeit.
Beispiel 2-2:
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Die unter denselben Bedingungen wie Beispiel 2-1
erwärmten Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen wurden für
7 Tage bei Raumtemperatur stehengelassen und dann einem
Zugtest unterzogen. Wie aus der die Ergebnisse zeigenden
Tabelle 6 ersichtlich ist, haben die erfindungsgemäßen
Beispiele nach dem Hartlöten eine große Härte von über
15 kgf/mm² (145 N/mm²).
Beispiel 2-3:
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Die unter denselben Bedingungen wie Beispiel 2-1
erwärmten Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen wurden
einem CASS-Test unterzogen, um die Korrosionsbeständigkeit
der Füllmaterialbauteil-Seite des Verbundmaterials zu
überprüfen. Der Ergebnisse der Überprüfung 250 Stunden nach
dem CASS-Test sind in Tabelle 6 gezeigt. Wie in Tabelle 6
unter der Überschrift "Korrosionstiefe der
Füllmaterialbauteil-Seite (mm)" gezeigt, haben die erfindungsgemäßen
Beispiele eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit.
Beispiel 2-4:
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Die unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 2-1
erwärmten Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen wurden
einem Eintauchtest durch Eintauchen des Verbundmaterials in
künstliches Wasser (Cl&supmin;: 300 ppm; SO²&supmin;: 100 ppm; Cu&spplus;: 5 ppm)
für 30 Tage unter wechselnden Temperaturbedingungen von
88ºC für 8 Stunden und Raumtemperatur für 16 Stunden
unterzogen, um die Korrosionsbeständigkeit des auf das
Kernbauteil plattierten Plattierungsbauteils zu überprüfen.
Die Ergebnisse des Eintauchtests sind in Tabelle 6 gezeigt.
Wie in Tabelle 6 unter der Überschrift "Korrosionstiefe der
Plattierungsbauteil-Seite (mm)" gezeigt, haben die
erfindungsgemäßen Beispiele hervorragende
Korrosionsbeständigkeit.
Beispiel 2-5:
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Für jedes der unter denselben Bedingungen wie in
Beispiel 2-1 erwärmten Verbundmaterialien aus
Aluminiumlegierungen wurde das Lochfraßpotential der Oberfläche des
Plattierungsbauteils, das Lochfraßpotential der Oberfläche
des Füllmaterialbauteils und das Lochfraßpotential des
Kernbauteils, das durch mechanisches Entfernen des
Plattierungsbauteils mit Schleifpapier freigelegt wurde, unter
denselben Bedingungen wie in Beispiel 1-5 der
Ausführungsform 1 gemessen.
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Die gemessenen Unterschiede der Lochfraßpotentiale
zwischen dem Kernbauteil und dem Plattierungsbauteil sind in
Tabelle 6 gezeigt. Wie in Tabelle 6 gezeigt, fallen die
Unterschiede der Lochfraßpotentiale zwischen dem Kernbauteil
und dem Plattierungsbauteil und zwischen dem Kernbauteil und
dem Füllmaterialbauteil der erfindungsgemäßen
Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen zum Hartlöten in einen
Bereich von 30 bis 120 mV, und das bedeutet, daß eine
hervorragende Korrosionsbeständigkeit über einen langen
Zeitraum aufrechterhalten werden kann.
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Wie aus den Ausführungsformen 2-1 und 2-2
offensichtlich ist, kann jedes der Beispiele der vorliegenden
Erfindung hohe Härte ohne eine Verminderung der Hartlötbarkeit
oder Korrosionsbeständigkeit liefern.
Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung der Aluminiumlegierung, die bei einem Verbundmaterial aus
Aluminiumlegierungen zum Hartlöten verwendet wird
Tabelle 2 Aufbau des Verbundmaterials aus Aluminiumlegierungen zum Hartlöten
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Bemerkung: Die Nr. in den Spalten des Kernbauteils, Plattierungsbauteils und
Füllmaterialbauteils zeigen die Legierungsnr. in Tabelle 1 an.
Tabelle 3 Testergebniss der Überprüfung von Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen
Tabelle 4 Chemische Zusammensetzung der Aluminiumlegierung, die bei einem Verbundmaterial aus
Aluminiumlegierungen zum Hartlöten verwendet wird
Tabelle 5 Aufbau des Verbundmaterials aus Aluminiumlegierungen zum Hartlöten
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Bemerkung: Die Nr. in den Spalten des Kernbauteils, Plattierungsbauteils und
Füllmaterialbauteils zeigen die Legierungsnr. in Tabelle 4 an.
Tabelle 6 Testergebniss der Überprüfung von Verbundmaterialien aus Aluminiumlegierungen
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Das Verbundmaterial hat einen Aufbau, umfassend: ein
Kernbauteil (1) einer Aluminiumlegierung, deren Gehalt an Mg
auf 0,2 Gewichtsprozent oder weniger als Verunreinigung
beschränkt ist, bestehend im wesentlichen aus 0,2 bis 1,5
Gewichtsprozent Mn, 0,3 bis 1,3 Gewichtsprozent Si, 0,02 bis
0,3 Gewichtsprozent Ti, und, falls erforderlich, 0,6
Gewichtsprozent oder weniger Cu, 0,3 Gewichtsprozent oder
weniger Cr und 0,2 Gewichtsprozent oder weniger Zr; einem
Al-Si-Füllmaterialbauteil (3), das auf eine Oberfläche des
Kernbauteils plattiert ist; und ein Plattierungsbauteil (2)
aus einer Aluminiumlegierung, das auf die entgegengesetzte
Seite des Kernbauteils (1) plattiert ist, bestehend im
wesentlichen aus 0,3 bis 3 Gewichtsprozent Mg und, falls
erforderlich, aus 5 Gewichtsprozent oder weniger Zn. Die
Dicke des Kernbauteils (1) ist bevorzugt 2,5 mal oder mehr
größer als die des Füllmaterialbauteils (3) und fällt
innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 1 mm. Mit Bezug auf ein
Röhrenbauteil für einen Radiator, das durch das
Hartlötverfahren mit nichtkorrodierendem Flußmittel montiert wird, ist
das Lochfraßpotential des Kernbauteils (positiv) höher als
das des Plattierungsbauteils und ist höher als das des
Füllmaterialbauteils, und die Unterschiede im
Lochfraßpotential zwischen dem Kernbauteil und dem Plattierungsbauteil
und zwischen dem Kernbauteil und dem Füllmaterialbauteil
sind 30 bis 120 mV. Damit ist es möglich, ein Röhrenbauteil
für einen Radiator zu erhalten, der eine hervorragende
Korrosionsbeständigkeit für eine lange Zeitdauer hat.