ES2303641T3 - Hoja de cobresoldadura de aleacion de aluminio de alta resistencia. - Google Patents
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Abstract
Hoja de cobresoldadura de aleación de aluminio de alta resistencia, que comprende una capa (1) de núcleo de Al-Cu, capas (2) de revestimiento y al menos una capa (3) intercalada, teniendo dicha capa (1) de núcleo la composición siguiente (% en peso): Cu: 1,2 a 4,0 Mn: 0,1 a 0,5 Mg: 0,06 a 1,5 Si: = 0,5 Zn: = 0,4 Fe: = 0,5 y opcionalmente uno o más de: Zr: = 0,25 Cr: = 0,25 V: = 0,25 Ti: = 0,25 el aluminio de equilibrio y elementos incidentales e impurezas, comprendiendo dichas capas (2) de revestimiento una aleación de relleno basada en Al-Si que se aplica sobre ambos lados de la capa (1) de núcleo y una capa intercalada (3) que se aplica sobre al menos a un lado de la capa (1) de núcleo, comprendiendo dicha capa intercalada (3) un material de ánodo protector que es menos resistente a la corrosión que la capa (1) de núcleo o un material protector que es más resistente a la corrosión que la capa (1) de núcleo.
Description
Hoja de cobresoldadura de aleación de aluminio
de alta resistencia.
La presente invención se refiere a una hoja de
cobresoldadura de aleación de aluminio para cobresoldar que tiene
alta resistencia, alta conformabilidad, propiedades de
cobresoldadura mejoradas y una excelente resistencia a la
corrosión. La invención se refiere además a un montaje cobresoldado
que comprende ese tipo de hoja de cobresoldadura y a un método para
producir esa hoja de cobresoldadura de aleación de aluminio. Más
concretamente, la presente invención se refiere a un material de
aluminio estratificado de alta resistencia con propiedades de
cobresoldadura mejoradas, que comprende una capa intermedia entre el
revestimiento cobresoldado y el núcleo, mejorando de ese modo la
resistencia a la corrosión y reduciendo la penetración de silicio y
magnesio durante el ciclo de cobresol-
dadura.
dadura.
En la técnica se sabe aplicar una hoja de
cobresoldadura de aleación de aluminio para ser usada, por ejemplo,
en intercambiadores de calor, refrigeradores de aceite,
refrigeradores intermedios, evaporadores o condensadores de
automóviles u otros vehículos o aplicaciones que usen
intercambiadores de calor. Convencionalmente, estos montajes son
fabricados a partir de hojas cobresoldadas para cobresoldar usando
aleaciones de aluminio basadas en Al-Mn o
Al-Mg-Si basadas en aleaciones de
aluminio como un material de núcleo y aleaciones de aluminio
basadas en Al-Si, típicamente aleaciones de las
series 4xxx de la Asociación de Aluminio (AA), como un material de
relleno de cobresoldadura de revestimiento para aplicaciones de
cobresoldadura convencionales. Una vez que estas hojas de
cobresoldadura están ensambladas y cobresoldadas por ejemplo a un
intercambiador de calor para automóviles, un medio de refrigeración
o un medio de calentamiento, intercambiado calor a través de dicho
montaje. Por consiguiente, es crucial impedir la fuga de calor del
montaje cobresoldado reduciendo al mismo tiempo el peso y el tamaño
de tales montajes. Por lo tanto, recientes desarrollos mostraron
montajes hechos con hojas de cobresoldadura, que fueron mejoradas
para reducir el tamaño, el peso y el coste disminuyendo el espesor
del material y cambiando el diseño de la estructura del
intercambiador de calor.
Para mejorar la calidad de la cobresoldadura y
la durabilidad de la hoja de cobresoldadura térmicamente tratable
fue desarrollado un material de aluminio de revestimiento multicapa,
véase H. Engström y L.-O. Gullman, "Un Material de Aluminio de
Revestimiento Multicapa con Propiedades de Cobresoldadura
mejoradas", Conferencia de Cobresoldadura AWS Internacional 18ª,
de 24-26 de Marzo, 1987, en Chicago. En esta
comunicación se propone el uso de una capa intermedia entre el
revestimiento cobresoldado y la capa de núcleo para incrementar la
resistencia a la corrosión. Además, los resultados mostraron que la
penetración de silicio a lo largo de los contornos de grano de la
capa de núcleo fue significativamente retardada en tal material
multiestratificado en comparación con el material de
"cobresoldadura" estándar y permaneció más silicio en la capa
de revestimiento y la profundidad de penetración fue reducida.
El documento JP-02030394
describe una hoja de cobresoldadura de aluminio compuesta de un
material de núcleo, un material cobresoldado de aleación de
Al-Si y una capa intermedia de aleación pura de Al
sobre uno o ambos lados del material de núcleo. La capa de núcleo
comprende esencialmente la siguiente composición (% en peso):
- Cu:
- 0,10 - 1,0
- Mn:
- 0,30 - 1,5
- Mg:
- 0,10 - 1,0
el aluminio de equilibrio con
inevitables
impurezas.
\vskip1.000000\baselineskip
El documento JP-09176767
describe una hoja de revestimiento de aluminio para la
cobresoldadura de vacío que comprende una capa de núcleo con la
siguiente composición (en % en peso):
- Cu:
- 0,10 - 0,80
- Mn:
- 0,30 - 1,5
- Ti:
- 0,01 - 0,20
el aluminio de equilibrio con
inevitables impurezas, una capa de relleno de cobresoldadura que
tiene una composición que se compone de (% en peso) Si: 5,0 a 15,
Mg: 0,30 a 2,5, el aluminio de equilibrio con inevitables impurezas
así como una capa de corrosión protectora intermedia compuesta de
una aleación de Al-Zn que contiene (en % en peso) de
2,0 - 5,0 de
Zn.
El documento
EP-0823305-A2 describe una hoja de
cobresoldadura con buena resistencia a la corrosión para ser usada
en intercambiadores de calor que comprende una capa de núcleo con
la siguiente composición (% en pe-
so)
so)
- Cu:
- 0,15 - 0,35
- Mn:
- 0,50 - 1,6
- Mg:
- 0,05 - 0,50
- Ti:
- 0,06 - 0,30,
el aluminio restante y las
impurezas inevitables, una capa de revestimiento que comprende un
material de revestimiento de tipo de
Al-Si-Mg y una capa intermedia con
(% en peso) Mn: 0,50 - 1,2, el aluminio restante y las impurezas
inevitables así como Mg: 0,05 - 1,20 como una opción, revelando
también de este modo la adición de Zn en una cantidad de (% en
peso) de 1,0 - 5,0. Estas hojas de cobresoldadura
multirrevestimiento o multicapa mostraron unas propiedades tensoras
después de la cobresoldadura de 140 MPa a 165
MPa.
\vskip1.000000\baselineskip
El documento EP 0799667-A1
describe una hoja de cobresoldadura de aleación de aluminio para
intercambiadores de calor cobresoldados que comprende una capa de
núcleo con la siguiente composición (% en peso):
- Cu:
- 0,05 - 1,2 (opcionalmente)
- Mn:
- 0,50 - 1,5
- Si:
- \leq 0,60
- Fe:
- \leq 0,70
el aluminio de equilibrio y las
impurezas inevitables, en el que las impurezas inevitables se
restringen al 0,60% en peso o menos de Si y 0,70% en peso o menos
de Fe. Además, esa hoja cobresoldada incorpora una capa de
revestimiento del tipo de aleación de relleno basada en
Al-Si y una capa intermedia compuesta de aluminio y
las impurezas inevitables que están limitadas a una cantidad total
del 1,0% en
peso.
\vskip1.000000\baselineskip
El documento
EP-1175954-A1 describe una hoja de
cobresoldadura de aleación de aluminio multicapa con una capa de
núcleo que comprende la composición siguiente (% en peso):
- Cu:
- 0,20 - 1,0
- Mn:
- 0,30 -1,5
- Mg:
- \leq 0,30
- Si:
- 0,30 -1,3
- Fe:
- \leq 0,20
el aluminio de equilibrio y las
impurezas inevitables, un material de relleno de cobresoldadura que
se forma sobre una superficie del material de núcleo que comprende
una aleación de aluminio basada en Al-Si y un
material de revestimiento que está formado sobre el otro lado del
material de núcleo y que contiene (% en
peso):
- Mg:
- 2,0 - 3,5
- Zn:
- 0,50 - 2,0
- Si:
- \leq 0,20
el aluminio de equilibrio y las
impurezas inevitables. Además, se describe que no es preferible
añadir magnesio al material de núcleo, incluso aunque la adición de
magnesio mejora la resistencia de la hoja cobresoldada, puesto que
en un método de cobresoldadura de flujo NOCOLOK (marca comercial
registrada), la propiedad de cobresoldar de una hoja de
cobresoldadura en la que se añade magnesio a un material de núcleo,
es significativamente degradada. Durante la cobresoldadura el
magnesio penetra en la superficie de la capa de cobresoldadura de
revestimiento y afecta a la sal de flujo de
NOCOLOK.
\newpage
El documento
WO-02/49798-A2 describe una hoja de
cobresoldadura que tratable por calor de cuatro capas para ser
usada en forma de tubos plegados y/o soldados en intercambiadores de
calor de tipo de encabezamiento. La capa de núcleo es de una
aleación de aluminio que contiene (% en peso):
- Mn
- 0,5 - 1,7
- Mg
- 0,1 - 1
- Cu
- 0,02 - 1,2
- Si
- hasta 0,9
- Ti
- 0,02 - 0,25
\vskip1.000000\baselineskip
El documento USS 6.413.331 B1 describe una
aleación de aluminio en la forma de una hoja, placa o extrusión,
que tiene una composición en el margen (% en peso):
- Si:
- < 0,15
- Mn:
- 0,7 - 1,5
- Mg:
- hasta 0,8
- Cu:
- 0,5 - 1,5
- Fe:
- < 0,4
- Cr:
- < 0,30
- Ti:
- < 0,30
- V:
- < 0,30
- Zr:
- < 0,30
cada uno de otros < 0,05, total < 0,15
aluminio de equilibrio, y dicha aleación de
aluminio se proporciona en una condición envejecida.
\vskip1.000000\baselineskip
El documento EP 0 718 072 A1 describe una hoja
de cobresoldadura que tiene una hoja de núcleo hecha de un material
de núcleo de aleación de aluminio y sobre al menos un lado de la
misma una capa de revestimiento de una aleación de aluminio que
contiene silicio como elemento de aleación principal, en el que la
aleación de aluminio de la hoja de núcleo tiene la composición (%
en peso):
- Mn:
- 0,7 - 1,5
- Cu:
- 0,2 a 2,0
- Mg:
- 0,1 - 0,6
- Si:
- > 0,15
- Fe:
- hasta 0,8
- Ti:
- opcional, hasta 0,15
- Cr:
- opcional, hasta 0,35
Zr y/o V: opcional hasta 0,25 en
total
Al de equilibrio e impurezas inevitables, con
una provisión de que (Cu + Mg) >0,7.
Las composiciones de aleación de las diversas
capas distintas son optimizadas para proporcionar suficiente
resistencia a la corrosión interna para que sean usadas como tubo en
un intercambiador de calor.
El documento
US-2002/0037426-A1 describe una hoja
de cobresoldadura de aleación de aluminio para un intercambiador de
calor que tiene una cuarta estructura estratificada con un material
de núcleo, una capa de de revestimiento con una aleación de filtro
de una aleación de Al-Si y un material de ánodo
protector para una capa intermedia (capa intercalada) de una
aleación de Al-Zn en la que la aleación de núcleo
está compuesta de (en % en peso):
- Cu:
- 0,05 - 0,50
- Mn:
- 0,05 - 2,0
- Fe:
- 0,20 - 0,80
- Si:
- 0,10 - 0,50
el aluminio de equilibrio y las
impurezas inevitables en la que la capa intermedia están compuestos
de una composición que comprende esencialmente (% en
peso):
- Cu:
- 0,40 - 1,0
- Mn:
- 0,50 - 2,0
- Si:
- 0,10 - 0,50
- Fe:
- 0,20 - 0,80
el aluminio de equilibrio y las
impurezas
inevitables.
\vskip1.000000\baselineskip
Puesto que ha sido difícil obtener un producto
de hoja cobresoldada que no solamente tenga buenas propiedades de
cobresoldadura y características de conformabilidad sino también una
alta fortaleza y una resistencia a la corrosión mejorada, un objeto
de la presente invención es obtener estas características. Más
concretamente, un objeto de la presente invención es incrementar el
límite elástico después de la cobresoldadura y el envejecimiento
natural de alrededor de 50 MPa de la aleación AA3xxx convencional al
menos a 100 MPa y al mismo tiempo obtener un punto de fusión
incipiente para la capa de núcleo para que sea capaz de producir
ligeros montajes cobresoldados que tengan menos espesor y menos
peso.
Otro objeto todavía de la presente invención es
proporcionar un método para producir una hoja cobresoldada de
aleación de aluminio de alta resistencia y/o un montaje cobresoldado
cuyos gastos de fabricación sean inferiores a aquellos de métodos
regulares usando por lo tanto materiales más delgados para conseguir
un peso más ligero y gastos de fabricación inferiores así como para
producir simultáneamente un material de aluminio multirrevestimiento
o multicapa.
La presente invención satisface uno o más de
estos objetivos mediante un producto de hoja de cobresoldadura de
aleación de aluminio de alta resistencia según la reivindicación
1.
En un aspecto más de la invención se proporciona
un método de fabricación tal como un producto de hoja de
cobresoldadura de aluminio de alta resistencia.
Realizaciones preferidas se describen y
reivindican en las correspondientes reivindicaciones
dependientes.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se apreciará en esta memoria más adelante,
si no se indica lo contrario, todos los porcentajes se dan en peso.
Además, las designaciones de las aleaciones y las designaciones de
temple se refieren a las designaciones de la Asociación del
Aluminio en las Normas y Datos del Aluminio y Datos de Registro,
publicados por la Asociación del Aluminio.
Mediante la adición de Cu los valores de
resistencia de la hoja de cobresoldadura podrían ser incrementados.
No obstante, el contenido de Cu debe ser equilibrado cuidadosamente
con el contenido de Mn y el Mg puesto que el punto de fusión del
material de núcleo se reduce mediante la adición de demasiado cobre.
Al mismo tiempo el contenido de Cu debe ser equilibrado con
respecto a una capa intercalada protectora adicional puesto que la
adición de Cu incrementa también la corrosión potencial de la
aleación resultante que entonces se hace más noble. Por
consiguiente, se ha hallado que la cantidad (% en peso) de Cu en la
capa de núcleo está preferiblemente en el intervalo de 1,2 a 2,5, y
más preferiblemente en un margen de 1,2 a 1,8. Un límite inferior
más preferido para el contenido de Cu es
el 1,3%.
el 1,3%.
El manganeso es un elemento de aleación
importante porque incrementa la resistencia a la corrosión y la
resistencia del material de núcleo. Puesto que el Mn aumenta la
resistencia mecánica sin disminuir la resistencia a la corrosión se
ha hallado que la cantidad de Mn en la capa de núcleo está
preferiblemente en un intervalo de 0,1 a 0,5% en peso. Un límite
superior más preferido para el contenido de Mn es 0,45% en peso. No
obstante, cantidades demasiado altas de Mn originan grandes
compuestos intermetálicos, que tienen un efecto adverso en su
aptitud para soportar el proceso de fabricación y la resistencia a
la corrosión. El Mn hace también el potencial de corrosión del
material de núcleo más alto ayudando de ese modo a mejorar la
resistencia a la corrosión global.
El magnesio, junto con el cobre, mejora también
la resistencia mecánica, en particular después de envejecer
mediante la precipitación de un compuesto de AlCuMg. No obstante,
una cantidad excesiva de Mg origina la penetración de Magnesio
dentro de la aleación relleno de revestimiento y una reacción no
deseada con el flujo salino de cobresoldadura, por ejemplo, sal
NOCOLOK. Se ha hallado que la cantidad de Mg en la capa de núcleo
está preferiblemente en el intervalo de 0,2 a 0,95% en peso, más
preferiblemente en el intervalo de 0,3 a 0,8% en peso.
El Si contribuye a mejorar la resistencia
mecánica de la aleación de núcleo reforzando la solución sólida en
la matriz después de la cobresoldadura. También, un compuesto
intermetálico de Mg_{2}Si es precipitado por la reacción del Si
con el Mg en la capa de núcleo. La cantidad de Si en la capa de
núcleo está preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 0,25% en peso.
Cuando el contenido de silicio excede el 0,5% en peso grandes
compuestos que contienen silicio se precipitan lo cual reduce
adversamente la resistencia a la corrosión de la aleación de
núcleo.
El hierro mejora la formación de compuestos
intermetálicos grandes perjudiciales, los cuales se distribuyen a
través de la aleación favoreciendo de ese modo el agrietamiento de
la aleación durante la formación. Por consiguiente, la cantidad (%
en peso) de hiero en la capa de núcleo debe estar comprendida
preferiblemente en un intervalo de 0,1 a 0,4, y más preferiblemente
en un intervalo de 0,10 a 0,30.
Preferiblemente, si se añaden zirconio, cromo
y/o vanadio, la cantidad debe ser inferior al 0,25% en peso de cada
uno puesto que favorecen la formación de compuestos intermetálicos
degradando la aptitud para soportar el proceso de fabricación de la
hoja de cobresoldadura y también la resistencia a la corrosión. Esto
es igualmente válido para el titanio, que deberá mantenerse por
debajo del 0,25% en peso puesto que la adición de titanio por
encima del 0,25% se ha hallado que origina una menor resistencia a
la corrosión y menor conformabilidad.
Una realización de la presente invención
comprende una capa de núcleo como se describe anteriormente y una
capa de revestimiento que se forma sobre ambos lados de la capa de
núcleo. Ese producto de hoja de cobresoldadura puede ser usado para
la unión de la hoja de cobresoldadura.
En una realización la capa intercalada se aplica
sobre al menos una cara de la capa de núcleo, dicha capa
intercalada que tiene una diferencia potencial de corrosión con la
capa de núcleo medida según la ASTM-G69 de al menos
10 mV, preferiblemente de al menos 30 mV en función de SCE.
Según otra realización preferida de la presente
invención se configura una capa intercalada sobre al menos un lado
de la capa de núcleo en el que dicha capa intercalada comprende un
material (ánodo) protector que es menos resistente a la corrosión
que la capa de núcleo o un material protector que es más resistente
a la corrosión que la capa de núcleo. Preferiblemente, la capa
intercalada comprende una composición de aleación de
Al-Mn del tipo AA3xxx o una aleación de aluminio
puro del tipo AA1xxx o una aleación de AlMgSi del tipo AA6xxx, cada
una opcionalmente con la adición de Zn en una cantidad de tanto como
de alrededor del 3%, y preferiblemente de tanto como el 1,5%. Todos
los porcentajes en esta solicitud son en peso a menos que se indique
otra cosa.
Mediante la utilización de una capa de
intercalación entre la capa de núcleo y la capa de revestimiento,
que comprende el material de relleno, se obtienen una o más de las
ventajas siguientes:
En primer lugar, la resistencia a la corrosión
global puede ser mejorada mientras, al mismo tiempo, una cantidad
considerable de cobre puede ser usada dentro de la capa de núcleo,
obteniendo de ese modo un comportamiento de la corrosión global que
es comparable, o mejor, que el convencional de materiales de núcleo
de tipo AA3xxx o materiales de núcleo tipo AA6xxx e incluso un
comportamiento mejor que el de los materiales de Larga Vida,
combinado con una alta resistencia global del material.
En segundo lugar, la capa intercalada sirve como
una barrera e impide la difusión del magnesio desde la capa de
núcleo a la capa de revestimiento y la difusión del silicio desde la
capa de revestimiento a la capa de núcleo. Mediante esa reducción
de la migración de elementos a través de las propiedades mejoradas
de las capas de la hoja de cobresoldadura se logra una mejor
soldabilidad del cobre y mejores propiedades mecánicas.
Una capa intercalada preferida de la presente
invención, compuesta de una aleación de Al-Mn,
comprende esencialmente la composición siguiente (% en peso):
- Mn:
- 0,8 a 1,5
- Si:
- \leq 0,5
- Cu:
- \leq 0,5
- Mg:
- \leq 0,3
- Fe:
- \leq 0,5
- Ti:
- \leq 0,2
el aluminio de equilibrio y los
elementos incidentales e impurezas, cada uno <0,05%, y un
total<0,15%.
\vskip1.000000\baselineskip
Incluso con más preferencia, la capa intercalada
de la presente invención comprende cinc, en adición o en vez de
manganeso, preferiblemente en un intervalo (% en peso) de 0,50 a
2,5, más preferiblemente en un intervalo de 1,0 a 1,5. La adición
de cinc hace la corrosión del ánodo protector menos noble para
mejorar el efecto de protección de corrosión. Se cree que la capa
intercalada desvía la trayectoria de corrosión protegiendo de ese
modo la capa de núcleo de ser afectada. El efecto de la adición de
cinc es insuficiente cuando la cantidad no es suficiente. No
obstante, si se añade una cantidad de cinc demasiado alta el punto
de fusión de la aleación desciende adversamente en la dirección de
la temperatura de cobresoldadura.
Según otra realización preferida la capa de
revestimiento se configura sobre ambos lados de la capa de núcleo
mientras la capa intercalada se configura sobre al menos un lado de
la capa de núcleo entre la capa de núcleo y la capa de
revestimiento. Puesto que la hoja cobresoldada en uso tiene
comúnmente una cara, que está expuesta a una atmósfera corrosiva,
esa cara debe contener la capa intercalada entre la capa de núcleo y
la capa de revestimiento para proteger la capa de núcleo de la
corrosión después de la cobresoldadura. La relación de espesores de
la capa de núcleo y la capa intercalada está preferiblemente en el
intervalo de 10 \leq capa de núcleo/capa intercalada \leq 50,
en donde la capa intercalada tiene preferiblemente un espesor de al
menos 40 \mum. Ese espesor es ventajoso para productos de hoja de
cobresoldadura multirrevestidos de alrededor de 0,4 a 2,0 mm de
espesor total.
El espesor de la capa de núcleo (en porcentaje
comparado con el espesor total de la hoja cobresoldada está
preferiblemente en el intervalo de 60 a 90%, el espesor de la capa
intercalada (en porcentaje comparado con el espesor total de la
hoja de cobresoldadura) está preferiblemente en el intervalo de 5 a
25% y el espesor de la capa de revestimiento está preferiblemente
(en un porcentaje comparado con el espesor total de la hoja
cobresoldada) en el intervalo de 5 a 15%.
Un montaje cobresoldado según la presente
invención, comprende una hoja cobresoldada con una capa de núcleo
como se ha descrito anteriormente, una capa intercalada sobre uno o
ambos lados de la capa de núcleo y una capa de revestimiento del
tipo de Al-Si (aleación de relleno) sobre al menos
una capa intercalada, que significa sobre al menos un lado de la
estructura estratificada.
La presente invención comprende también el uso
de una hoja cobresoldada como se describe anteriormente o de un
montaje como se describe anteriormente para una aplicación de
cobresoldadura tal como un intercambiador de calor, como por
ejemplo un radiador, un refrigerador de aceite, un refrigerador
interior, un núcleo de calentador, un refrigerador intermedio, un
núcleo calentador, un evaporador o un condensador o aplicaciones
similares y montajes que son producidos uniendo hojas cobresoldadas
para formar un montaje compacto, principalmente con el propósito de
intercambiar calor.
La presente invención, proporciona también un
método según la reivindicación 13 para producir una hoja de
cobresoldadura de aleación de aluminio que es resistente y tiene
buena resistencia a la corrosión.
Aquí, es ventajoso proporcionar una ranura
rectangular en el lingote del núcleo, excavando la ranura en el
tamaño del miembro interior laminado y dicho miembro de
revestimiento laminado caliente. Entonces, en la ranura, se coloca
una rebanada de miembro interior laminado y, encima de este, se
coloca una rebanada de miembro de revestimiento laminado, después
de lo cual se usa el borde entre el material de núcleo y el material
de revestimiento para la costura de soldadura, la estructura
estratificada por el laminado en caliente del miembro estratificado
y el laminado opcionalmente en frío dentro de un producto
laminado.
Según otra realización preferida de la presente
invención se ofrece un nuevo método para producir una hoja de
cobresoldadura multicapa. El método comprende la producción de una
hoja de cobresoldadura multicapa o multirrevestida de una aleación
de aluminio que comprende las operaciones de:
a) fundir un lingote de revestimiento, usando de
ese modo una composición descrita anteriormente como una capa de
núcleo central y preferiblemente unas composición de la aleación de
Al-Mn del tipo AA3xxx o aluminio puro del tipo
AA1xxx o una aleación del tipo AA6xxx, opcionalmente con la adición
de Zn, como una capa intercalada sobre ambos lados de la capa de
núcleo central, configurando de ese modo dicho lingote revestido
(lingote con tres capas de material, un material de núcleo central,
cubierto en ambos lados con material de la capa intercalada);
b) homogeneizar y/o calentar dicho lingote de
revestimiento después de la colada;
c) fundir un lingote de capa de revestimiento
que comprende una aleación de relleno basada en
Al-Si, homogeneizar y/o precalentar el lingote de
la capa de revestimiento después de la colada y laminar en caliente
dicha capa de revestimiento con un miembro de revestimiento
laminado; y
d) superponer dicho lingote de revestimiento y
dicho miembro de capa de revestimiento laminado para formar dicho
miembro multicapa;
e) laminar en caliente dicho miembro multicapa y
opcionalmente laminar en frío dicho miembro multicapa
convirtiéndolo en un producto laminado;
f) recocer opcionalmente antes y/o entre pasos
de laminación en frío;
g) opcionalmente el recocido final; y
h) envejecer opcionalmente el laminado y
opcionalmente entre pasos y/o el producto recocido final.
\vskip1.000000\baselineskip
Ese método tiene la ventaja de que el lingote de
núcleo y la capa intercalada integrada sobre ambos lados del
lingote de núcleo son fundidos al mismo tiempo, reduciendo de ese
modo los gastos y el problema de cambiar capas durante la
laminación en caliente o el revestimiento del rollo.
Otras técnicas de revestimiento regulares en la
técnica tales como el revestimiento por pulverización o el
revestimiento fundido continuo pueden ser aplicadas de un modo
análogo para producir el material multicapa de la presente
invención.
La presente invención describe también un método
preferido para producir un montaje cobresoldado como se ha descrito
anteriormente, calentando unas hojas de cobresoldadura, que son
superpuestas entre sí y que son producidas como se ha descrito
anteriormente, preferiblemente por medio de un método para fundir un
lingote de revestimiento, a la temperatura de cobresoldadura. Un
ciclo de cobresoldadura típico comprende por ejemplo calentar a una
primera temperatura durante un primer intervalo de tiempo y a una
segunda temperatura durante un segundo intervalo de tiempo, un
periodo de reposo de dicho montaje a dicha segunda temperatura
durante un tercer intervalo de tiempo y enfriar dicho montaje con
un cierto régimen de enfriamiento.
Como un ejemplo dicha primera temperatura está
en un intervalo de alrededor de 500ºC a 550ºC, dicha segunda
temperatura está en un intervalo de alrededor de 590ºC a 600ºC,
dicho primer intervalo de tiempo dura de alrededor de 8 a 12
minutos, dicho segundo intervalo de tiempo dura alrededor de 3 a 7
minutos, dicho tercer intervalo de tiempo dura de alrededor de 2 a
4 minutos y dicho régimen de enfriamiento está típicamente en el
intervalo de 50ºC/min a 70ºC/min.
Pueden ser aplicados varios procedimientos de
cobresoldadura como por ejemplo cobresoldadura al vacío o
cobresoldadura en atmósfera controlada, el último con el uso de por
ejemplo de flujo NOCOLOK, o cobresoldadura sin flujo ventajosamente
usando níquel y/o hierro y/o cobalto,
La presente invención por tanto describe una
hoja de cobresoldadura, que muestra una capa de núcleo en la que
los componentes intermetálicos son pequeños y están distribuidos
uniformemente. La estructura de grano de las aleaciones de núcleo
mostró granos recristalizados ligeramente alargados, siendo el
tamaño medio de grano (anchura longitud) de alrededor de 75 x 150
\mum.
Podría hallarse una concentración de cobre que
disminuyese hacia la superficie de la capa de núcleo. Debido a la
baja concentración de cobre en el área de la superficie la aleación
de núcleo mostró un potencial de corrosión significativamente bajo
en el área de la superficie, que se aproximaba al potencial de
corrosión del material de la capa intercalada. Se considera que de
ese modo la capa intercalada protege la capa de núcleo de la
corrosión que la perfore, en particular de la corrosión
crateriforme. Mediante la adición de cinc en la capa intercalada es
posible proporcionar al material una diferencia de potencial de
corrosión que de ese modo mejora el comportamiento de corrosión
global, como se muestra con más detalle, más adelante, en la Tabla
4.
\vskip1.000000\baselineskip
Las características y ventajas antes mencionadas
y otras de la hoja de cobresoldadura según la invención serán
evidentes a partir de la descripción detallada siguiente de algunas
realizaciones preferidas. Algunos ejemplos se muestran en los
dibujos que se adjunta:
La Figura 1 muestra esquemáticamente una
estructura de hoja de cobresoldadura básica;
la Figura 2 muestra esquemáticamente una
estructura de tres capas de la hoja de cobresoldadura;
la Figura 3 muestra esquemáticamente una
estructura de cinco capas según la presente invención; y
la Figura 4 muestra esquemáticamente una sección
de un montaje de cobresoldadura con hojas de cobresoldadura
superpuestas de la estructura según la Figura 3.
La Figura 1 muestra una estructura básica de la
hoja de cobresoldadura con una capa 1 de núcleo y una capa 2 de
revestimiento distinta. Como se muestra en las Figuras 2 y 3 la capa
1 de núcleo puede estar revestida sobre ambas caras con la capa 2
de revestimiento del tipo de aleación de relleno basado en
Al-Si o sobre una cara con la capa 2 de
revestimiento y sobre la otra con una capa intercalada 3. Estando
expuesto el otro lado de la capa intercalada a la atmósfera
corrosiva.
Una realización preferida de la presente
invención se muestra en las Figuras 3 y 4. La capa 1 de núcleo está
incrustada entre dos placas intercaladas 3 distintas que están
revestidas con capas 2 de revestimiento. Produciendo un montaje que
contiene las hojas de cobresoldadura de la presente invención, las
capas 2 de revestimiento se juntan en la esquina 4 de dos hojas de
cobresoldadura superpuestas durante la cobresoldadura siendo de ese
modo cobresoldadas juntas.
\vskip1.000000\baselineskip
A escala de laboratorio han sido fundidas cinco
aleaciones de aluminio diferentes dentro de lingotes para que sean
usadas como una capa de núcleo de aleación de Al-Cu
para una hoja de cobresoldadura de aleación de aluminio de alta
resistencia que tienen la composición química siguiente como se
establece en la Tabla 1.
Los lingotes fundidos han sido divididos en
bloques laminados de aproximadamente 100 x 80 x 80 mm. Después de
un tratamiento de homogenización los bloques fueron revestidos con
una capa de relleno de cobresoldadura de una aleación AA4045 y
laminados (a 0,4 ó 1,0 mm) mediante una ruta de tratamiento
comparable con una ruta de tratamiento estándar usada para
materiales de hoja de cobresoldadura. Los materiales
múltiestratificados o multirrevestidos fueron entonces recocidos en
una condición de "O temper" (completamente recocido) a 350ºC
durante 3 horas, siendo los regímenes de calentamiento y
enfriamiento de alrededor de 30ºC/hora. Entonces, el material
multirrevestido fue sometido a un ciclo de cobresoldadura típico
(tiempo de reposo de 4 m a 590ºC). Las propiedades mecánicas de las
aleaciones multirrevestimiento en la condición de "O temper" y
después de cobresoldar y de 30 días naturales de envejecimiento son
dados en la Tabla 2.
La Tabla 2 muestra que en la condición
"O-temper" las aleaciones multirrevestidas
fueron considerablemente blandas. La conformabilidad determinada
por el alargamiento de las aleaciones multirrevestidas fue
razonablemente bueno (14 a 18%). El punto de fusión incipiente fue
superior a 590ºC, en donde se ha hallado que la adición de silicio
y magnesio disminuye significativamente el punto de fusión
incipiente en el que una adición extra de alrededor del 2% de
silicio disminuye el punto de fusión incipiente alrededor de 15ºC.
Por consiguiente, la disminución del contenido de silicio originó
un incremento en el punto de fusión. Las aleaciones 4 y 5 mostraron
especialmente buenas propiedades (propiedades mecánicas u punto de
fusión) con un bajo contenido de silicio. Las aleaciones 2 y 4
fueron ensayadas con respecto a la resistencia elástica a la
tracción después de la cobresoldadura y fueron medidos muy buenos
valores de 140 MPa y 165 MPa.
Además, la aleación Nº 4 ha sido además ensayada
con respecto a dos aleaciones intercaladas interpuestas entre la
aleación de núcleo y la aleación de relleno. A escala de laboratorio
se funden dos diferentes aleaciones de aluminio por contener dos
diferentes composiciones de la aleación para la capa intercalada.
Las composiciones químicas se establecen en la Tabla 3.
Ambas aleaciones como se muestra en la Tabla 3
fueron usadas en combinación con una capa de núcleo que comprende
la aleación Nº 4 de la Tabla 1. Ambos espesores de filtro y capa
intercalada fueron del 10% del espesor total. Las propiedades
mecánicas de la cobresoldadura posteriores de los diversos
materiales de multirrevestimiento después de 35 días de
envejecimiento natural han sido ensayadas y se dan en la Tabla
4.
Los resultados del ensayo de SWAAT muestran un
comportamiento con la corrosión excelente de los materiales cuando
son comparados con materiales de cobresoldadura estándar. Además, se
ha mostrado que la resistencia a la corrosión cuando es medida en
un ensayo SWAAT de un material multirrevestido con una capa
intercalada que comprende cinc es mejor que el de uno con una capa
intercalada que no comprende cinc. La resistencia de 140 MPa de la
prueba posterior a la cobresoldadura de la aleación número 4 es
superior a la mayoría de las aleaciones de núcleo de la técnica
anterior. Por consiguiente, el multirrevestido o la hoja de
cobresoldadura multiestratificada de la presente invención tiene
una resistencia después de la cobresoldadura muy alta en
combinación con muy buenas propiedades de corrosión y un punto de
fusión incipiente relativamente alto, que añade de ese modo buenas
propiedades de cobresoldadura a la estructura.
Claims (14)
1. Hoja de cobresoldadura de aleación de
aluminio de alta resistencia, que comprende una capa (1) de núcleo
de Al-Cu, capas (2) de revestimiento y al menos una
capa (3) intercalada, teniendo dicha capa (1) de núcleo la
composición siguiente (% en peso):
- Cu:
- 1,2 a 4,0
- Mn:
- 0,1 a 0,5
- Mg:
- 0,06 a 1,5
- Si:
- \leq 0,5
- Zn:
- \leq 0,4
- Fe:
- \leq 0,5
y opcionalmente uno o más de:
- Zr:
- \leq 0,25
- Cr:
- \leq 0,25
- V:
- \leq 0,25
- Ti:
- \leq 0,25
el aluminio de equilibrio y elementos
incidentales e impurezas, comprendiendo dichas capas (2) de
revestimiento una aleación de relleno basada en
Al-Si que se aplica sobre ambos lados de la capa (1)
de núcleo y una capa intercalada (3) que se aplica sobre al menos a
un lado de la capa (1) de núcleo, comprendiendo dicha capa
intercalada (3) un material de ánodo protector que es menos
resistente a la corrosión que la capa (1) de núcleo o un material
protector que es más resistente a la corrosión que la capa (1) de
núcleo.
2. Hoja de cobresoldadura según la
reivindicación 1, en la que la cantidad (% en peso) de Cu en la capa
(1) de núcleo está en un intervalo de 1,2 a 2,5, y más
preferiblemente en un intervalo de 1,2 a 1,8.
3. Hoja de cobresoldadura según las
reivindicaciones 1 ó 2, en la que la cantidad (% en peso) de Mg en
la capa (1) de núcleo está en un intervalo de 0,2 a 0,95, y
preferiblemente en un intervalo de 0,3 a 0,8.
4. Hoja de cobresoldadura según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en la que la cantidad (% en
peso) de Si en la capa (1) de núcleo está en un intervalo de 0,1 a
0,25.
5. Hoja de cobresoldadura según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en la que la cantidad (% en
peso) de Zn en la capa (1) de núcleo está en el intervalo de hasta
0,25.
6. Hoja de cobresoldadura según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en la que la cantidad (% peso)
de Fe en la capa (1) de núcleo está en el intervalo de 0,1 a 0,4, y
preferiblemente en un intervalo de 0,10 a 0,30.
7. Hoja de cobresoldadura según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en la que se aplica una capa
intercalada (3) sobre al menos un lado de la capa (1) de núcleo,
teniendo dicha capa intercalada (3) una diferencia potencial de
corrosión contra la capa (1) de núcleo, medida según la G69 de ASTM
de al menos 10 mV, preferiblemente de al menos 30 mV en comparación
con SCE.
8. Hoja de cobresoldadura según la
reivindicación 7, en la que dicha capa intercalada (3) comprende una
composición de aleación de Al-Mn del tipo AA3xxx o
de aluminio puro del tipo AA1xxx o una aleación de AlMgSi del tipo
AA6xxx, cada una opcionalmente con la adición de hasta el 3% de
Zn.
9. Hoja de cobresoldadura según las
reivindicaciones 7 u 8, en la que dicha capa intercalada (3)
comprende una composición de aleación de Al-Mn con
la siguiente composición (en peso):
- Mn:
- 0,8 a 1,5
- Si:
- \leq 0,5
- Cu:
- \leq 0,5
- Mg:
- \leq 0,3
- Fe:
- \leq 0,5
- Ti:
- \leq 0,2
el aluminio de equilibrio y
elementos incidentales e
impurezas.
10. Hoja de cobresoldadura según una cualquiera
de las reivindicaciones 7 a 9, en la que dicha capa intercalada (3)
comprende Zn, en adición a, o en vez de Mn, en un intervalo (% en
peso) de 0,5 a 2,5 y preferiblemente en un intervalo de 1,0 a
1,5.
11. Montaje de cobresoldadura que comprende una
hoja de cobresoldadura como se reivindica en una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que dicho montaje está compuesto
de una hoja de cobresoldadura estratificada de cinco, que comprende
una capa (1) de núcleo, una capa intercalada (3) sobre cada lado de
la capa de núcleo y capas (2) de revestimiento sobre ambas capas
intercaladas (3).
12. El uso de una aleación de aluminio según una
de las reivindicaciones 1 a 6, en un producto de hoja de
cobresoldadura o en un montaje de cobresoldadura según la
reivindicación 11.
13. Un método para producir una hoja de
cobresoldadura de aleación de aluminio que tiene alta resistencia
mecánica y buena resistencia a la corrosión, que comprende las
operaciones de:
a) fundir un lingote de núcleo con la
composición siguiente:
(% en peso)
- Cu:
- 1,2 a 4,0
- Mn:
- 0,1 a 0,5
- Mg:
- 0,06 a 1,5
- Si:
- \leq 0,5
- Zn:
- \leq 0,4
- Fe:
- \leq 0,5
\vskip1.000000\baselineskip
opcionalmente uno o más de:
- Zr:
- \leq 0,25
- Cr:
- \leq 0,25
- V:
- \leq 0,25
- Ti:
- \leq 0,25
- Ti:
- \leq 0,25
el aluminio de equilibrio y elementos
incidentales e impurezas como un material de núcleo,
b) homogenización y/o precalentamiento del
lingote de núcleo después de la fusión,
c) fundir un lingote de capa intercalada que
comprende un material de ánodo de protección que es menos resistente
a la corrosión que el núcleo o un material protector que es más
resistente a la corrosión que el núcleo, preferiblemente una
composición de aleación de Al-Mn del tipo AA3xxx o
aluminio puro del tipo AA1xxx o una aleación de AlMgSi del tipo
AA6xxx, opcionalmente con la adición de Zn hasta el 3% en peso,
homogenizar y/o precalentar el lingote de la capa intercalada
después de fundir y laminar en caliente dicho lingote de capa
intercalada en un miembro intercalado laminado,
d) fundir un lingote de revestimiento que
comprende una aleación de relleno basada en Al-Si,
homogenizar y/o precalentar el lingote de revestimiento después de
la fusión y laminar en caliente dicho lingote de revestimiento para
obtener un miembro de revestimiento laminado,
e) superponer dicho lingote de núcleo, dicho
miembro de intercalación y dicho miembro de revestimiento laminado
caliente para formar un miembro estratificado,
f) laminar en caliente dicho miembro
estratificado y opcionalmente laminar en frío dicho miembro
estratificado convirtiéndolo en un producto laminado,
g) opcionalmente recocer interiormente dicho
miembro estratificado entre pases de laminación en frío,
h) opcionalmente terminar el recocido, y
i) envejecer el producto laminado y
opcionalmente el producto recocido interno/final.
14. Un método para producir una hoja de
cobresoldadura de aleación de aluminio que tiene una alta
resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión, que
comprende las operaciones de:
a) fundir un lingote multirrevestido, usando de
ese modo la composición reivindicada en la reivindicación 13 como
una capa (1) de núcleo central y una composición de aleación de
Al-Mn del tipo AA3xxx o aluminio puro del tipo
AA1xxx o una aleación de AlMgSi del tiño AA6xxx, material que actúa
como protector de ánodo menos resistente a la corrosión que el
núcleo o como material protector más resistente a la corrosión que
el núcleo, opcionalmente con la adición de Zn como una capa
intercalada (3) sobre ambos lados de la capa (1) de núcleo central,
formando de ese modo dicho lingote multirrevestido,
b) homogenizar y/o precalentar dicho lingote
multirrevestido después de la fusión,
c) fundir un lingote de revestimiento que
comprende una aleación de relleno basada en Al-Si,
homogenizar y/o precalentar el lingote de revestimiento después de
la fusión y laminar en caliente dicho lingote de revestimiento para
obtener un miembro de revestimiento laminado, y
d) superponer dicho lingote multirrevestido y
dicho miembro de revestimiento para formar dicho miembro
revestido.
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