PL200632B1

PL200632B1 - Wielowarstwowy arkusz lutowniczy

Info

Publication number: PL200632B1
Application number: PL361989A
Authority: PL
Inventors: Raymond J. Kilmer
Original assignee: Alcoa Inc
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2009-01-30
Also published as: MXPA03005499A; EP1351794A2; US6555251B2; EP1351794B1; CA2431145A1; ES2269503T5; CN1527755A; DE60123127T3; DK1351794T3; PL361989A1; ATE339271T1; JP2005505421A; AU3287902A; US20020142185A1; WO2002049798A2; WO2002049798A3; JP4141835B2; CA2431145C; DE60123127T2; DE60123127D1

Abstract

1. Wielowarstwowy arkusz lutowniczy zawieraj acy warstw e rdzeniow a ze stopu aluminium zawieraj acego w % wagowych 0,5 - 1,7% Mn, 0,1 - 1% Mg, 0,02 - 1,2% Cu, do 0,9% Si 0,02 - 0,25% wagowego Ti i reszta Al, pierwsz a wk ladk e wewn etrzn a umieszczon a z jednej strony warstwy rdzeniowej, przy czym pierwsza wk ladka wewn etrzna zawiera stop aluminium zawie- raj acy 0,02 - 1,1% wagowego Si (…..) przy czym warstwa ok ladziny zawiera stop aluminium zawieraj acy 5 - 15% wago- wych Si i reszt e Al oraz drug a wk ladk e wewn etrzn a umiesz- czon a z drugiej strony warstwy rdzeniowej, przy czym druga wk ladka wewn etrzna zawiera stop aluminium zawieraj acy 0,02 - 1,1% wagowego Si i reszt e Al, znamienny tym, ze ilo sc Si w stopie warstwy rdzeniowej (8) jest mniejsza …..……………. . 20. Wielowarstwowy arkusz lutowniczy zawieraj acy war- stw e rdzeniow a ze stopu aluminium zawieraj acego w % wa- gowych 0,5 - 1,7 Mn, 0,1 - 1,0 Mg, 0,02 - 1,2 Cu, do 0,9 Si, do 0,6 Fe, do 0,2 Zn, 0,02 - 0,25 Ti, do 0,3 Cr, do 0,1 Zr, do 0,2 V i reszt e Al, pierwsz a wk ladk e wewn etrzn a umieszczon a z jed- nej strony warstwy rdzeniowej, (…..) drug a wk ladk e wewn etrz- n a umieszczon a z drugiej strony warstwy rdzeniowej, przy czym druga wk ladka wewn etrzna zawiera stop aluminium zawie- raj acy w % wagowych 0,02 - 1,1 Si, do 0,6 Fe, do 1,7 Mn, do 0,25 Cu, do 0,1 Mg i do 6,0 Zn, do 0,3 Cr, do 0,25 Ti, do 0,1 Zr, do 0,2 V, do 0,2 In i reszt e Al, znamienny tym, ze ilo sc Si w sto- pie warstwy rdzeniowej jest mniejsza ni z w ka zdym ze stopów pierwszej (8) i drugiej (10) wk ladki wewn etrznej. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest wielowarstwowy arkusz lutowniczy zwłaszcza ze stopu aluminium, który jest lutowany twardo w procesie wykorzystującym topnik bazujący na fluorku, którego jeden przykład jest szerzej znany jako topnik typu Nocolok® (powszechnie nazywany „procesem lutowania Nocolok”).

Z opisów patentowych USA nr 4,040,822, 5,375,760, 5,520,321, 5,535,939 i 5,564,619, USA nr 2,096,010, 4,589,932, 5,286,445, 5,522,950 i 5,587,029 znanych jest wiele stopów stosowanych przy wytwarzaniu wielowarstwowych arkuszy lutowniczych.

Jak dotąd trudno było uzyskać wysokie wytrzymałości po lutowaniu, z wartościami granicy plastyczności większymi niż około 90 MPa, dla wyrobu arkuszowego, którego wewnętrzne i zewnętrzne powierzchnie dobrze poddawały się lutowaniu w procesach lutowania twardego z wykorzystaniem topników typu Nocolok®. Jednym podejściem było zastosowanie wkładki wewnętrznej składającej się ze stopu Aluminium Association (AA) 3003 albo stopu 7072, znajdującej się pomiędzy okładziną lutowiny serii 4000 (albo 4xxx, przy czym serie 4xxx oznaczają podobne stopy, takie jak 4016, 4145, 4643A) i zawierającym magnez, obrabianym cieplnie stopem rdzeniowym. Ta wkładka wewnętrzna działa głównie jako bariera zapobiegająca dyfuzji magnezu z rdzenia do okładziny lutowiny. W ten sposób kompozytowy stop według niniejszego wynalazku może uzyskać większe wartości wytrzymałości, równocześnie będąc lutowanym za pomocą procesu typu Nocolok®.

Znane w tej dziedzinie techniki czterowarstwowe wyroby stopowe polegały przeważnie na obrabianych cieplnie stopach rdzeniowych dających podwyższone wytrzymałości po lutowaniu. Wartości wytrzymałości na rozciąganie po lutowaniu dla takich stopów typowo nie przewyższały jednak w przybliżeniu 85 MPa, nawet po wydłużeniu naturalnego czasu starzenia. Wytrzymałość taka zależy od składu stopu, czasu starzenia i temperatury, jak również prędkości chłodzenia zastosowanych po lutowaniu za pomocą procesu lutowania Nocolok®. Zdolność producentów do dalszego zmniejszenia grubości tych postaci wyrobów zależy mocno od tych wytrzymałości po lutowaniu, przy czym oczywiście pożądane są większe wytrzymałości, umożliwiające większe wynikowe zmniejszenie grubości.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie arkusza lutowniczego wielowarstwowego ze stopu aluminiowego, który może być zastosowany jako materiał do wytwarzania lutowanych wymienników ciepła, głównie dla rur zwijanych i/lub zgrzewanych stosowanych w wymiennikach ciepła typu rozdzielaczowo/rurowego na przykład grzejnikach, nagrzewnicach i tym podobnych).

Wielowarstwowy arkusz lutowniczy zawierający warstwę rdzeniową ze stopu aluminium zawierającego w % wagowych 0,5 -1,7 Mn, 0,1 - 1 Mg, 0,02 - 1,2 Cu, do 0,9% Si 0,02 - 0,25% wagowego Ti i reszta Al, pierwszą wkładkę wewnętrzną umieszczoną z jednej strony warstwy rdzeniowej, przy czym pierwsza wkładka wewnętrzna zawiera stop aluminium zawierający 0,02 - 1,1% wagowego Si i resztę Al warstwę okładziny lutowiny umieszczoną z drugiej strony pierwszej wkładki wewnętrznej, przy czym warstwa okładziny zawiera stop aluminium zawierający 5 - 15% wagowych Si i resztę Al oraz drugą wkładkę wewnętrzną umieszczoną z drugiej strony warstwy rdzeniowej, przy czym druga wkładka wewnętrzna zawiera stop aluminium zawierający 0,02 - 1,1% wagowego Si i resztę Al, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ilość Si w stopie warstwy rdzeniowej jest mniejsza niż w co najmniej jednym ze stopów pierwszej i drugiej wkładki wewnętrznej.

Korzystnie, stop warstwy okładziny zawiera ponadto w % wagowych do 0,6 Fe, do 0,1 Mn, do 0,3 Cu i do 4 Zn.

Korzystnie, stop warstwy okładzin zawiera w % wagowych 0,15 - 0,3 Fe i do 0,1 Cu.

Korzystnie, stop pierwszej wkładki wewnętrznej zawiera ponadto w % wagowych do 0,6 Fe, do 1,7 Mn, do 0,3 Cu, do 0,1 Mg, do 4 Zn i do 0,25 Ti.

Korzystnie, stop pierwszej wkładki wewnętrznej zawiera w % wagowych 0,15 - 0,3 Fe, do 0,1 Cu, do 0,05 Mg.

Korzystnie, stop pierwszej wkładki wewnętrznej jest bardziej aktywny elektrolitycznie niż stop znajdującej się pod spodem warstwy rdzeniowej.

Korzystnie, stop warstwy rdzeniowej zawiera ponadto w % wagowych do 0,6 Fe i do 0,2 Zn.

Korzystnie, stop warstwy rdzeniowej zawiera w % wagowych 0,15 - 0,3 Fe, 0,25 - 0,6 Mg i 0,10 - 0,25 Ti.

Korzystnie, stop warstwy rdzeniowej jest bardziej szlachetny elektrolitycznie niż stopy pierwszej i drugiej wkładki wewnętrznej.

PL 200 632 B1

Korzystnie, stop drugiej wkładki wewnętrznej zawiera ponadto w % wagowych do 0,6 Fe, do 1,7 Mn, do 0,25 Cu, do 0,1 Mg i do 6 Zn.

Korzystnie, stop drugiej wkładki wewnętrznej zawiera w % wagowych 0,15 - 0,3 Fe, do 0,1 Cu, do 0,05 Mg i 1 - 4 Zn.

Korzystnie, stop drugiej wkładki wewnętrznej jest bardziej aktywny elektrolitycznie niż stop warstwy rdzeniowej.

Korzystnie, arkusz ma grubość do około 350 mikrometrów.

Korzystnie, arkusz ma około 120 do około 250 mikrometrów grubości.

Korzystnie, warstwa okładziny obejmuje 5 - 20% grubości arkusza, pierwsza wkładka obejmuje około 10 - 25% grubości arkusza, a druga wkładki wewnętrznej obejmuje 10 - 30% grubości arkusza.

Korzystnie, granica plastyczności arkusza po lutowaniu przewyższa około 60 MPa, po starzeniu przez 30 dni w temperaturze 90°C.

Korzystnie, wytrzymałość arkusza na rozciąganie po lutowaniu przewyższa około 150 MPa, po starzeniu przez 30 dni w temperaturze 90°C.

Korzystnie, wytrzymałość arkusza na rozciąganie po lutowaniu przewyższa około 90 MPa, po starzeniu przez 30 dni w temperaturze 90°C.

Korzystnie, wytrzymałość arkusza na rozciąganie po lutowaniu przewyższa około 160 MPa, po starzeniu przez 30 dni w temperaturze 90°C.

Wielowarstwowy arkusz lutowniczy zawierający:

warstwę rdzeniową ze stopu aluminium zawierającego w % wagowych 0,5 - 1,7 Mn, 0,1 - 1 Mg, 0,02 - 1,2 Cu, do 0,9% Si, do 0,6 Fe, do 0,2 Zn, 0,02 - 0,25 Ti, do 0,3 Cr, do 0,1 Zr, do 0,2 V i resztę Al, pierwszą wkładkę wewnętrzną umieszczoną z jednej strony warstwy rdzeniowej, przy czym pierwsza wkładka wewnętrzna zawiera stop aluminium zawierający w % wagowych 0,02 - 1,1 Si, do 0,6 Fe, do 1,7 Mn, do 0,3 Cu, do 0,1 Mg, do 4 Zn i do 0,25 Ti, do 0,3 Cr, do 0,1 Zr, do 0,2 V, do 0,2 In i resztę Al, warstwę okładziny lutowiny umieszczoną z drugiej strony pierwszej wkładki wewnętrznej, przy czym warstwa okładziny zawiera stop aluminium zawierający w % wagowych 5 - 15 Si, do 0,6 Fe, do 0,1 Mn, do 0,3 Cu i do 4 Zn, do 0,2 Cr, do 0,1 Mg, do 0,25 Ti, do 0,02 Zr i resztę Al, drugą wkładkę wewnętrzną umieszczoną z drugiej strony warstwy rdzeniowej, przy czym druga wkładką wewnętrzna zawiera stop aluminium zawierający w % wagowych 0,02 - 1,1 Si, do 0,6 Fe, do 1,7 Mn, do 0,25 Cu, do 0,1 Mg i do 6 Zn, do 0,3 Cr, do 0,25 Ti, do 0,1 Zr, do 0,2 V, do 0,2 In i resztę Al według wynalazku charakteryzuje się tym, że ilość Si w stopie warstwy rdzeniowej jest mniejsza niż w każdym ze stopów pierwszej i drugiej wkładki wewnętrznej.

Korzystnie, arkusz ma grubość do około 350 mikrometrów.

Korzystnie, arkusz ma około 120 do około 250 mikrometrów grubości.

Korzystnie, warstwa okładziny obejmuje około 5 - 20% grubości arkusza, pierwsza wkładka wewnętrzna obejmuje około 10 - 25% grubości arkusza, a druga wkładka wewnętrzna obejmuje około 10 - 30% grubości arkusza.

Arkusz może być wytwarzany za pomocą tradycyjnych sposobów łączenia przez walcowanie albo za pomocą innych znanych sposobów. W arkuszu można zastosować cienki (mniejszy niż około 3% całkowitej grubości kompozytu) stop dzielący umieszczony pomiędzy przynajmniej jedną do trzech powierzchni przylegania pomiędzy opisanymi tutaj czterema warstwami. Ten stop dzielący zawiera przynajmniej 96% aluminium i służy jako separator/oddzielacz minimalizujący wzajemne mieszanie się stopów znajdujących się po jego obu stronach podczas procesu odlewania. Arkusz może posiadać więcej niż cztery warstwy różniące się składem. Obecność cienkiego stopu dzielącego nie zmienia zasadniczo zachowania wyrobu finalnego, ani też nie zmienia celowo opisanych tutaj mechanizmów. Z tego powodu wszystkie odwołania do wyrobów czterowarstwowych nie muszą koniecznie ograniczać wynalazku do stopów bez tych oddzielaczy. Czterowarstwowość dotyczy składowo i funkcjonalnie znaczących warstw wyrobu kompozytowego.

Kompozyt czterowarstwowy według niniejszego wynalazku zawiera pierwszą wkładkę wewnętrzną umieszczoną pomiędzy stopem okładziny lutowiny serii 4xxx, takiej jak to wyjaśniono powyżej (Aluminium Association - „AA”) i stopem rdzeniowym, oraz drugą wkładkę wewnętrzną umieszczoną po przeciwnej stronie stopu rdzeniowego niż pierwsza wkładka wewnętrzna. Przynajmniej jedna z pier4

PL 200 632 B1 wszej i drugiej wkładki wewnętrznej zawiera większe ilości Si niż stop rdzeniowy do niej przyległy. Wkładka wewnętrzna o większej zawartości Si korzystnie zawiera około 0,02 - 1,1% wagowych Si, korzystnie około 0,1 - 1,1% wagowych Si, a najkorzystniej około 0,3 -1,1% wagowych Si. Wkładki wewnętrzne posiadają także małą zawartość Mg, w celu polepszenia zdolności wyrobu do lutowania Nocolok.

Figura 1 przedstawia schemat pokazujący cztery różne warstwy w korzystnym przykładzie wykonania arkusza lutowniczego według niniejszego wynalazku.

Zawartości procentowe wszystkich składników są podane tutaj w procentach wagowych, chyba że jest zaznaczone, że tak nie jest. Tak jak jest tutaj stosowany, termin „zasadniczo wolny” oznacza, że do składu nie dodano żadnych celowych dodatków danego elementu stopowego, ale że z powodu zanieczyszczeń i/lub ługowania wynikającego z kontaktu ze sprzętem produkcyjnym śladowe ilości takich elementów mogą jednak dostać się do ostatecznego wyrobu stopowego.

Kiedy odwołujemy się do dowolnego zakresu wartości liczbowych, zakresy takie mają być rozumiane jako obejmujące wszystkie i każdą liczbę i/lub ułamek mieszczący się pomiędzy ustalonym zakresem minimalnym i maksymalnym. Na przykład zakres około 5 do 15% wagowych krzemu obejmowałby formalnie wszystkie wartości pośrednie wynoszące około 5,1, 5,2, 5,3 i 5,5% i wzwyż, obejmując wartości 14,5, 14,7 i 14,9% Si. To samo dotyczy każdej innej ustalonej tutaj własności liczbowej, grubości względnej i/lub zakresu elementarnego.

Arkusz lutowniczy według niniejszego wynalazku jest przedstawiony schematycznie na fig. 1. Arkusz 2 zawiera cztery warstwy: warstwę okładziny lutowiny serii 4xxx 4, pierwszą wkładkę wewnętrzną 6 umieszczoną pomiędzy warstwą okładziny lutowiny 4 i stopem rdzeniowym 8, oraz drugą wkładkę wewnętrzną 10 umieszczoną po przeciwnej stronie stopu rdzeniowego 10 niż pierwsza wkładka wewnętrzna 6. Arkusz lutowniczy 2 korzystnie ma grubość ostateczną do około 350 mikrometrów, a korzystniej około 120 do około 250 mikrometrów. Przynajmniej jeden ze stopów z pierwszej i drugiej wkładki wewnętrznej 6 i 10 zawiera więcej Si niż stop rdzeniowy 8 do niego przyległy. Wkładka wewnętrzna o większej zawartości Si korzystnie zawiera około 0,02 - 1,1% wagowych Si, korzystnie około 0,1 - 1,1% wagowych Si, a najkorzystniej około 0,3 - 1,1% wagowych Si. Dodatkowo suma Si z pierwszej i drugiej wkładki wewnętrznej 6 i 10 oraz rdzenia 8 korzystnie wynosi przynajmniej około 0,4% wagowych. Kiedy druga wkładka wewnętrzna 10 jest stosowana jako wkładka od strony wodnej wymiennika ciepła, wtedy wkładka wewnętrzna 10 może zawierać wysokie poziomy Zn (do około 6% wagowych), w celu zapewnienia odporności na korozję wewnętrzną.

Preferowany skład i preferowana grubość względna każdej z warstw arkusza lutowniczego 2 są zebrane w tabeli 1, z zakresami bardziej preferowanymi wypisanymi w nawiasach pod ich odpowiednimi szerszymi zakresami.

T a b e l a 1

	Warstwa okładziny	Pierwsza wkładka wewnętrzna	Warstwa rdzeniowa	Druga wkładka wewnętrzna
1	2	3	4	5
% grubości ostatecznej	5 - 20%	10 - 25%	bilans	10 - 30%
Si	5 - 15	0,02 - 1,1 (0,1 - 1,1) (0,3 - 1,1)	max 0, 9	0,02 - 1,1
Fe	max 0, 6 (0,15 - 0,3)	max 0,6 (0,15 - 0,3)	max 0,6 (0,15 - 0,3)	max 0,6 (0,15 - 0,3)
Mn	max 0,1	max 1,7	0,5 - 1,7	max 1,7
Cr	max 0,2	max 0,3	max 0,3	max 0,3
Cu	max 0,3 (max 0,1)	max 0,3 (max 0,1)	0,02 - 1,2	max 0,25 (max 0,1)
Mg	max 0,1	max 0,1 (max 0,05)	0,1 - 1 (0,25 - 0,6)	max 0,1 (max 0,05)
Zn	max 4	max 4*	max 0,2	max 6* (1 - 4)

PL 200 632 B1

c.d. tabeli 1

1	2	3	4	5
Ti	max 0,25	max 0,25	0,02 - 0,25	max 0,25
(0,1 - 0,25)	(0,1 - 0,25)
Zr	max 0,02	max 0,10	max 0,10	max 0,10
(max 0,01)	(max 0,01)	(max 0,01)
inne		V = max 0,2 In = max 0,2	V = max 0,2	V = max 0,2 In = max 0,2
Al i zanieczyszczenia uboczne	reszta	reszta	reszta	reszta

* W dodatkach opcjonalnie do 0,2% wagowego.

Po okresie starzenia o długości około 30 dni w temperaturze 90°C (typowa robocza temperatura otoczenia dla rury grzejnika/nagrzewnicy), spodziewana jest granica plastyczności arkusza 2 po lutowaniu przewyższająca około 60 MPa. Nie zaobserwowano wartości granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie po lutowaniu i starzeniu przewyższających odpowiednio 80 MPa i 150 MPa, kiedy zawartość Mg w stopie rdzeniowym jest mniejsza niż około 0,25% wagowych. Wysokie wytrzymałości (granica plastyczności większe niż 90 MPa i wytrzymałość na rozciąganie większe niż 160 MPa) po lutowaniu i starzeniu (30 dni przy 90°C) mogą być ogólnie obserwowane kiedy zawartość Mg w rdzeniu jest większa niż około 0,35% wagowego, a zawartość Si w przynajmniej jednej z trzech warstw (pierwsza wkładka wewnętrzna 6, rdzeń 8 albo druga wkładka wewnętrzna 10) jest większa niż 0,7% wagowego. Kiedy zawartość Mg jest większa niż około 0,45% wagowego, te poziomy wytrzymałości są możliwe do uzyskania dla stopów o mniejszej zawartości Si. Zaobserwowano także, że poziomy wytrzymałości po lutowaniu i starzeniu zwiększają się wraz ze zwiększaniem zawartości Cu w rdzeniu 8. Ponieważ podczas lutowania zachodzi znaczna dyfuzja wewnętrzna, to Si może dyfundować z jednej albo obu wkładek wewnętrznych 6 i 10 do rdzenia 8. Podobnie, Mg i/lub Cu mogą dyfundować z rdzenia 8 do wkładek wewnętrznych 6 albo 10. Wyższe poziomy Mg, Si i Cu powodują większe wytrzymałości po lutowaniu, ale zawartości metali rozpuszczonych w stopach przed lutowaniem powinny być dokładnie wybrane, w celu utrzymania po lutowaniu odpowiedniego pokrewieństwa galwanicznego pomiędzy rdzeniem 8, pierwszą wkładką wewnętrzną 6 (na przykład po stronie powietrznej) i drugą wkładką wewnętrzną 10 (na przykład po stronie wodnej).

Określenie „pokrewieństwo metali” odnosi się do relacji i zjawisk zachodzących pomiędzy różnymi materiałami, które są elektrycznie połączone i znajdują się w obecności elektrolitu. W takim ułożeniu materiałów mogą one wpływać na siebie i na sposób zachodzenia zjawiska korozji. Jednym ze wskaźników cech elektrochemicznych i działania materiałów jest „potencjał korozji”. Potencjał korozji dla materiału jest typowo mierzony z zastosowanie określonego elektrolitu i specjalnej elektrody odniesienia. Im potencjał jest bardziej ujemny, tym bardziej aktywny jest materiał. Kiedy dwa materiały, w tym przypadku, dwie warstwy w arkuszu wielowarstwowym są połączone elektrycznie, w przypadku arkusza wielowarstwowego, są one zespolone ze sobą i są poddane działaniu elektrolitu w warunkach korozyjnych. Wtedy wpływają one na siebie w ten sposób, że korodują. Gdy zachodzi taki przypadek, wtedy bardziej aktywne warstwy zewnętrzne zespołu korodują bardziej niż wewnętrzna warstwa rdzeniowa. Takie zjawisko jest zwane „ochroną katodową”. Dzięki ochronie rdzenia, opóźnia się atak korozji na wskroś rury i dzięki temu opóźnia się powstawanie przecieków. Należy więc sprawdzać względny potencjał korozji warstw, czyli ich pokrewieństwa galwanicznego poprzez ustalenie składu poszczególnych warstw.

Stopy o wyższej zawartości Si, Mg i Cu są także ogólnie bardziej wrażliwe na czułość prędkości hartowania po lutowaniu (to znaczy nierównomierny rozkład substancji rozpuszczonej w stopie, co może prowadzić do mniejszych wytrzymałości po lutowaniu i słabej odporności na korozję). „Czułość prędkości hartowania” odnosi się do względnej szybkości z jaką materiał musi być chłodzony aby nie zostały zniszczone jego właściwości przez niejednorodne wydzielanie poszczególnych składników. Prawie jest regułą, że czym więcej składników zawiera stop, tym szybciej należy go chłodzić wychodząc od wysokiej temperatury obróbki, aby uniknąć pogorszenia jego właściwości. Czym szybciej należy chłodzić lub hartować stop, tym większa jest jego czułość hartowania. Tabela 1 wymienia pierwszą wkładkę wewnętrzną 6 o składzie stopu różniącym się nieco od drugiej wkładki wewnętrznej 10. Należy jednak rozumieć, że obie wkładki wewnętrzne 6 i 10 mogą mieć ten sam skład. W pewnych przypad6

PL 200 632 B1 kach korzystne będzie (zwłaszcza z punktu widzenia odporności na korozję), jeśli wkładki wewnętrzne 6 i 10 mają zmienny skład. Wkładki wewnętrzne 6 i 10 mogą mieć takie same lub różne grubości. Należy także rozumieć, że lokalizacja wkładek wewnętrznych 6 i 10 może być przestawiona, to znaczy wkładka wewnętrzna 10 może być umieszczona pomiędzy warstwą okładziny 4 i warstwą rdzeniową 8, a wkładka wewnętrzna 6 zlokalizowana na zewnątrz, przylegając do warstwy rdzeniowej 8. Korzystnie rdzeń 8 jest bardziej szlachetny elektrolitycznie niż pierwsza i druga wkładka wewnętrzna 6 i 10, oraz potencjał elektrolityczny wkładek wewnętrznych 6 i 10 jest poświęcany na rzecz potencjału warstwy rdzeniowej 8 w środowisku, którego działaniu poddane są stopy. W wyniku lutowania może wystąpić pewna wzajemna dyfuzja elementów stopu pomiędzy warstwami arkusza 2. Ta wzajemna dyfuzja jest ważna przy ustanawianiu odpowiednich lokalnych poziomów substancji rozpuszczonych, w celu wytworzenia stopu utwardzanego przez wytrącanie o odpowiedniej wewnętrznej i zewnętrznej odporności na korozję. Jest spodziewane, że wewnętrzna odporność na korozję przekracza 5 miesięcy poddania działaniu czynników zewnętrznych bez perforacji, przy przeprowadzeniu testu na korozję wewnętrzną obejmującego poddanie działaniu zmodyfikowanej wody OY.

Jak wynika ze wspomnianej powyżej tabeli preferowanych zakresów elementów składowych, warstwa rdzeniowa 8 posiada preferowaną zawartość Mg mieszczącą się w zakresie od około 0,1 do 1% wagowego. Dowolna z warstw arkusza 2 może zawierać dodatki Mn służące zwiększeniu wytrzymałości i/lub podniesione poziomy Ti (do około 0,25% wagowych) służące polepszeniu odporności na korozję. Wyższe poziomy Ti nie są ogólnie potrzebne dla polepszenia odporności na korozję dla stopu wkładki wewnętrznej 10, zwłaszcza kiedy wkładka wewnętrzna zawiera celowe dodatki Zn. Jednak dla celów niniejszego wynalazku muszą być wykonane wszystkie takie dodatki do stopu, równocześnie utrzymując temperaturę solidusu dla takiej konkretnej warstwy powyżej około 610°C.

Dodatki Cr do stopu warstwy rdzeniowej są opcjonalne. Dodatek Cr powinien być kontrolowany, w celu uniknięcia wytwarzania gruboziarnistych cząsteczek zawierających Cr, zwłaszcza kiedy poziomy każdego z Mn i Ti (Mn + Ti) są wyższe od około 1,3% wagowego.

Warstwy wkładek wewnętrznych 6 i 10 według niniejszego wynalazku, kiedy są połączone z zawierającą magnez warstwą rdzeniową 8, mogą znacząco zwiększyć wartości granicy plastyczności dla całości arkusza po lutowaniu. Faktycznie równoważne wytrzymałości i zdolność do lutowania nie mogą być osiągnięte po prostu poprzez połączenie identycznego stopu rdzeniowego z okładziną lutowiny, nawet kiedy okładzina lutowiny jest tak zaprojektowana, aby zapewniać znaczą ilość Si dla rdzenia podczas cyklu lutowania. Uważa się, że tylko poprzez zastosowanie warstw wkładek wewnętrznych 6 i 10 można zapewnić czterowarstwowy wyrób według niniejszego wynalazku (kiedy zawartości Mg w stopie rdzeniowym są większe niż 0,3% wagowego) odpowiedni do pomyślnego lutowania z topnikiem typu Nocolok®.

Chociaż wynalazek został opisany ogólnie powyżej, konkretne przykłady zapewniają dodatkową ilustrację wyrobu według niniejszego wynalazku.

P r z y k ł a d y

Wyprodukowane zostały czterowarstwowe arkusze lutownicze wykonane według niniejszego wynalazku, posiadające warstwy o składach wypisanych w tabeli 2, przy czym resztę niepodaną w tabeli stanowi Al i nieuniknione zanieczyszczenia. W tabeli 3 pojawiają się przetestowane kombinacje stopów z tabeli 2, wraz z udziałami okładzin i danymi dotyczącymi właściwości mechanicznych i wewnętrznej odporności na korozję po lutowaniu.

T a b e l a 2

Stop nr	Warstwa	Skład (% wagowe)
Si	Fe	Mn	Cu	Mg	Zn	Ti	Zr
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	okładzina	10,04	0,26	0,01	0,02	0, 01	0,01	0,01	0,00
2	pierwsza wkładka wewnętrzna	0,06	0,19	0,00	0,01	0,00	1,46	0,17	0,00
3	pierwsza wkładka wewnętrzna	0,44	0,19	0,00	0,01	0,00	1,43	0,17	0,00
4	pierwsza albo druga wkładka wewnętrzna	0,29	0,24	0,97	0,00	0,00	0,11	0,17	0,00
5	rdzeń	0,27	0,25	0,98	0,76	0,48	0,02	0,17	0,00

PL 200 632 B1

c.d.tabeli 2

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
6	rdzeń	0,26	0,25	0, 97	0,84	0,49	0,02	0,19	0,00
7	rdzeń	0,39	0,20	0,03	0,04	0,40	0,02	0,18	0,00
8	rdzeń	0,59	0,20	0,03	0,04	0,40	0,02	0,18	0,00
9	rdzeń	0,39	0,20	0,01	0,24	0,39	0,02	0,19	0,00
10	rdzeń	0,58	0,20	0,01	0,24	0,37	0,02	0,20	0,00
11	rdzeń	0,06	0,17	0,91	0,55	0,24	0, 00	0,16	0,00
12	rdzeń	0,06	0,13	0,73	0,30	0,48	0,01	0,12	0,08
13	rdzeń	0,08	0,23	1,15	0,85	0,24	0,03	0,18	0,00
14	druga wkładka wewnętrzna	0,73	0,24	0,31	0,00	0,01	1,53	0,16	0,00
15	druga wkładka wewnętrzna	0,72	0,24	0,32	0,00	0,00	0,02	0,20	0,00
16	druga wkładka wewnętrzna	0,74	0,19	0,00	0,01	0,00	1,39	0,18	0,00
17	druga wkładka wewnętrzna	0,75	0,19	0,00	0,02	0,01	4,07	0,18	0,00
18	druga wkładka wewnętrzna	0,08	0,19	0,00	0,02	0,01	4,29	0, 18	0,00

T a b e l a 3

Stopy z tabeli 2 zastosowane w arkszu	Udział okładzin (%/%/%/%)	Właściwości mechaniczne po lutowaniu* (MPa)
W stanie lutowanym (AB)	AB + 30 dni w RT (temperaturze pokojowej)	AB + 7 dni w RT+ 30 dni w temp. 90°C	Korozja wewnętrz- na**
UTS (Rm)	TYS (Rpl)	UTS (Rm)	TYS (Rpl)	UTS (Rm)	TYS (Rpl)
1/2/7/17	13/25/37/25	100	41	118	51	171	107	> 4 miesięcy
1/2/9/17	13/25/37/25	112	41	114	49	164	98	> 4 miesięcy
1/2/7/16	13/25/37/25	105	39	116	50	153	96	> 4 miesięcy
1/2/8/17	13/25/37/25	109	44	127	52	160	99	> 4 miesięcy
1/2/10/17	13/25/37/25	106	43	129	54	165	96	> 4 miesięcy
1/2/13/18	13/25/37/25	90	37	100	43	142	84	> 4 miesięcy
1/2/11/17	13/25/37/25	114	48	123	47	143	65	> 4 miesięcy
1/16/11/17	13/25/37/25	119	49	131	51	143	68	> 4 miesięcy
1/2/12/17	13/25/37/25	125	49	149	62	191	116	> 4 miesięcy
1/4/5/14	13/20/47/20	147	63	ND	ND	200	120	ND
1/4/9/14	13/20/47/20	141	69	ND	ND	201	131	ND
1/4/6/15	13/20/47/20	141	65	ND	ND	210	122	ND
1/4/5/16	13/20/47/20	144	65	ND	ND	208	122	ND
1/4/5/4	13/20/47/20	151	65	ND	ND	175	90	ND
1/4/5/17	13/20/47/20	145	65	ND	ND	198	119	ND
1/4/6/18	13/20/47/20	138	58	ND	ND	165	84	ND

* Zastosowany cykl lutowniczy: 5 min powyżej 590°C ze szczytową temperaturą metalu 600°C.

** Test korozji wewnętrznej albo próbki wycięte z arkusza testowego w zmodyfikowanej wodzie OY.

Czas oznacza czas poddania próbek działaniu czynnika (zasłoniętych tak, aby odsłaniać tylko stronę wodną) bez wystąpienia perforacji. TYS - granica plastyczności.

UTS - wytrzymałość na rozciąganie.

PL 200 632 B1

Arkusz lutowniczy według niniejszego wynalazku jest szczególnie odpowiedni do stosowania jako rura dla grzejnika albo wymiennika ciepła. Rura może zawierać szew, albo też rura może nie być zgrzewana, ale zwijana do odpowiedniego kształtu, a krawędzie arkusza są szczelnie łączone ze sobą w wyniku procesu lutowania, a zwłaszcza procesu lutowania Nocolok.

Claims

1. Welowarstwowy arkusz I utowniccz zzwierającc warstwę rddzniową zz stoou aluminium zzwierającego w % wagowych 0,5 - 1,7% Mn, 0,1 - 1% Mg, 0,02 - 1,2% Cu, do 0,9% Si 0,02 - 0,25% wagowego Ti i reszta Al, pierwszą wkładkę wewnętrzną umieszczoną z jednej strony warstwy rdzeniowej, przy czym pierwsza wkładka wewnętrzna zawiera stop aluminium zawierający 0,02 - 1,1% wagowego Si i resztę Al, warstwę okładziny lutowiny umieszczoną z drugiej strony pierwszej wkładki wewnętrznej, przy czym warstwa okładziny zawiera stop aluminium zawierający 5 - 15% wagowych Si i resztę Al oraz drugą wkładkę wewnętrzną umieszczoną z drugiej strony warstwy rdzeniowej, przy czym druga wkładka wewnętrzna zawiera stop aluminium zawierający 0,02 - 1,1% wagowego Si i resztę Al, znamienny tym, że ilość Si w stopie warstwy rdzeniowej (8) jest mniejsza niż w co najmniej jednym ze stopów pierwszej 6) i drugiej (10) wkładki wewnętrznej.

2. Arkuuz woełus zastos, 1, zznmieenn tym, zż itoo wo-sZwo okłaadiny (4) zzwiera ppnaato w % wagowych do 0,6 Fe, do 0,1 Mn, do 0,3 Cu i do 4,0 Zn.

3. Αγ^ζ woełus zć^sto^. Z, zznmieenn t^m, Zż atoo worsZtą zkłaadiny (4) zzwieraw % wogowych 0,15 - 0,3 Fe i do 0,1 Cu.

4. Ar^z woełus zzatrz. 1 znmieenn t^m, żż stoo οιο^/οζ.ι w0łaakiwownytrznei(4)zzwier ra ponadto w % wagowych do 0,6 Fe, do 1,7 Mn, do 0,3 Cu, do 0,1 Mg, do 4,0 Zn i do 0,25 Ti.

5. Αγ^ζ woełus zzatrz. 4,zznmieenn t^m, żż stoo ^ιι/οζ.ι w0łaakiwownytrznei(4)zzwier ra w % wagowych 0,15 - 0,3 Fe, do 0,1 Cu, do 0,05 Mg.

6. Ar^kj^^ woełus z^^tr^. 4, zznmieenn tiyn, że ztoo Ριζ^/οζ.ι wyłaaki wownytrsnyr Z4) j jet bardziej aktywny elektrolitycznie niż stop znajdującej się pod spodem warstwy rdzeniowej (8).

7. Arkuszwoełuszzstra. ty z znmieenn tym, żż stoowo-stwo rddzniowor (4) zzwiera zpnyato w % wagowych do 0,6 Fe i do 0,2 Zn.

8. Ar^z woełus zastos. Z, z znmieenn tt/rn, żż stoo wo-sZwo 1Sdzniowor ^zawiera w % wogowych 0,15 - 0,3 Fe, 0,25 - 0,6 Mg i 0,10 - 0,25 Ti.

9. Ar^z wiekłu zzstrz.7,zznmieenntym. żż stoo wo-stworSdzniowor (4)j jet Zb-Sdieisziachetny elektrolitycznie niż stopy pierwszej (6) i drugiej (10) wkładki wewnętrznej.

10. Ar^z woełus zzstrz. ty zznmieenntym. żż stoo drssiei wOłaakiwownytrznei( (O)zzwiera ponadto w % wagowych do 0,6 Fe, do 1,7 Mn, do 0,25 Cu, do 0,1 Mg i do 6,0 Zn.

11. Ar^z woełus zzstrz. H.zznmieenn tym, żż stoo drssiei wOłaakiwownytrznei( (O)zzwier ra w % wagowych 0,15 - 0,3 Fe, do 0,1 Cu, do 0,05 Mg i 1,0 - 4,0 Zn.

12. Arkuuz weełus zastos. 10, znamiennn tym, że stop drusier wkłaaki wewnętrzni ((0) jet bardziej aktywny elektrolitycznie niż stop warstwy rdzeniowej (8).

13. Arkusz według zastra, 1, znamienny ty,, że arkusz (2) ma grubość do około 350 mikrometrów.

14. Arkusz według zastrz, 1, znamienny ty,, że arkusz (2) ma około 120 do około 250 mikrometrów grubości.

15. ArSkuz woełus zastos. H. z znmieenn tym, żż wo-sZwo zkłaadiny (4)o0brmują5 - 20% grubości arkusza (2), pierwsza wkładka (6) obejmuje około 10 - 25% grubości arkusza (2), a druga wkładki wewnętrznej (10) obejmuje 10 - 30% grubości arkusza (2).

16. ArSusz woełus zastos. ty zznmieenn tym, że zrasicc 018-^^^001 a-Suszz Z(^) pp I utonnoniu przewyższa około 60 MPa, po starzeniu przez 30 dni w temperaturze 90°C.

17. Α^^ζ woełus zastos. ty zznmieenn t^r^, że wotoszmałok0 θ-Ι^ζζ (4) n^ 1soziąogr^ie pp lutowaniu przewyższa około 150 MPa, po starzeniu przez 30 dni w temperaturze 90°C.

18. ΑγΙ^ζ zastos. Z1 z znmieenn tym, żż wotrszmałok0 z-Suszz m rsoziąogsie zp I utowaniu przewyższa około 90 MPa, po starzeniu przez 30 dni w temperaturze 90°C.

19. Ar^k^i^z: Z utonnniccy woełus zastos, ty zznmieenn tym, że wj^to^z^r^ć^^^ńc^ a-Suszz (4) n^ 1sociąganie po lutowaniu przewyższa około 160 MPa, po starzeniu przez 30 dni w temperaturze 90°C.

20. \Melowo-stwowo z-^uuz Z utowniccz zawiersjącywo-stwo 1Sdzniową zz atoou zluminium zawierającego w % wagowych 0,5 - 1,7 Mn, 0,1 - 1,0 Mg, 0,02 - 1,2 Cu, do 0,9 Si, do 0,6 Fe, do 0,2 Zn,

PL 200 632 B1

0,02 - 0,25 Ti, do 0,3 Cr, do 0,1 Zr, do 0,2 V i resztę Al, pierwszą wkładkę wewnętrzną umieszczoną z jednej strony warstwy rdzeniowej, przy czym pierwsza wkładka wewnętrzna zawiera stop aluminium zawierający w % wagowych 0,02 - 1,1 Si, do 0,6 Fe, do 1,7 Mn, do 0,3 Cu, do 0,1 Mg, do 4,0 Zn i do 0,25 Ti, do 0,3 Cr, do 0,1 Zr, do 0,2 V, do 0,2 In i resztę Al, warstwę okładziny lutowiny umieszczoną z drugiej strony pierwszej wkładki wewnętrznej, przy czym warstwa okładziny zawiera stop aluminium zawierający w % wagowych 5,0 - 15,0 Si, do 0,6 Fe, do 0,1 Mn, do 0,3 Cu i do 4,0 Zn, do 0,2 Cr, do 0,1 Mg, do 0,25 Ti, do 0,02 Zr i resztę Al, drugą wkładkę wewnętrzną umieszczoną z drugiej strony warstwy rdzeniowej, przy czym druga wkładka wewnętrzna zawiera stop aluminium zawierający w % wagowych 0,02 - 1,1 Si, do 0,6 Fe, do 1,7 Mn, do 0,25 Cu, do 0,1 Mg i do 6,0 Zn, do 0,3 Cr, do 0,25 Ti, do 0,1 Zr, do 0,2 V, do 0,2 In i resztę Al., znamienny tym, że ilość Si w stopie warstwy rdzeniowej jest mniejsza niż w każdym ze stopów pierwszej (8) i drugiej (10) wkładki wewnętrznej.

21. Arkusz według zastrz. 20, ζι^^ι^ϊ^ι^ι^^ tym, że arkusz (2) ma grubość do około 350 mikrometrów.

22. Arkusz według zas^z. 20, znamienny t^r^, że arkusz (2) ma okoto 120 do okoto 250 mikrometrów grubości.

23. Arkuszwedług zas^z. 20, zn^i^i^i^ii^r tym, że warsswaokłaaziny (4) obejmuje okoto 5 - 20% grubości arkusza (2), pierwsza wkładka wewnętrzna (6) obejmuje około 10 - 25% grubości arkusza (2), a druga wkładka wewnętrzna (10) obejmuje około 10 - 30% grubości arkusza (2).

24. Arkusz według zas^z. 20, znamienny tym, że granica plastyczności arkusza(2) po I uuowaniu przewyższa około 60 MPa, po starzeniu przez 30 dni w temperaturze 90°C.

25. Arkusz według zas^z. 20, znamienny tym. że wytrzyma-ość arkusza (2) na rozciągam ie po lutowaniu przewyższa około 150 MPa, po starzeniu przez 30 dni w temperaturze 90°C.