ES2381166T3

ES2381166T3 - Material laminar de cobresoldadura de aluminio

Info

Publication number: ES2381166T3
Application number: ES09772366T
Authority: ES
Inventors: Adrianus Jacobus Wittebrood; Theobald De Haan; Achim BÜRGER
Original assignee: Aleris Aluminum Koblenz GmbH
Current assignee: Novelis Koblenz GmbH
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2029-06-25
Also published as: US20110111254A1; EP2323805B1; KR20110036545A; WO2010000666A1; ATE544557T1; CN102089117A; KR101610421B1; CN102089117B; US8455110B2; EP2323805A1

Abstract

Un material laminar de cobresoldadura que comprende una capa de aleacion central de aluminio provista con un primer material de capa chapada de cobresoldadura en una o ambas caras de dicha capa central de aluminio y al menos un segundo material laminar chapado de cobresoldadura colocado entre la capa de aleacion central de aluminio y el primer material laminar chapado de cobresoldadura, en el que el segundo material laminar chapado de cobresoldadura es un material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si que tiene 5 a 20% de Si y 0, 01 a 3% de Mg, y en el que el primer material laminar chapado de cobresoldadura es un material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si que tiene 6 a 14% de Si y menos que 0, 01% de Mg.

Description

Material laminar de cobresoldadura de aluminio

Campo de la invención

La invencion se refiere a un material laminar de cobresoldadura que comprende una capa de aleacion central de

5 aluminio proporcionada con un primer material de capa chapada de cobresoldadura de aleacion de Al-Si en una o ambas caras de dicha capa central de aluminio y al menos un segundo material de capa chapada de cobresoldadura de aleacion de Al-Si colocado entre la capa de aleacion central de aluminio y el primer material de capa chapada de cobresoldadura.

La invencion se refiere ademas a un montaje cobresoldado fabricado en una operacion de cobresoldadura,

10 comprendiendo el montaje cobresoldado varios componentes y siendo al menos uno de los componentes fabricado a partir de lamina de cobresoldadura de aleacion de aluminio de acuerdo con esta invencion.

Antecedentes de la invención

Como se comprendera en el presente documento mas adelante, excepto si se indica lo contrario, las designaciones de aleacion de aluminio y las designaciones de templado se refieren a las designaciones de la Aluminum Association

15 en Aluminum Standards and Data and the Registration Records, publicados por la Aluminum Association en 2008.

Para cualquier descripcion de composiciones de aleaciones o de las composiciones de aleaciones preferidas, todas las referencias a porcentajes estan en tanto por ciento en peso a menos que se indique lo contrario.

Los sustratos de aluminio o de aleacion de aluminio en forma de lamina o extrusion, se usan para fabricar productos con forma o conformados. En algunos de estos procesos las piezas de aluminio (con forma) que comprenden los 20 sustratos estan interconectadas. Un extremo de un sustrato puede estar interconectado con el otro extremo, o un sustrato puede estar ensamblado con uno o mas sustratos. Esto se hace normalmente por cobresoldadura. En un proceso de cobresoldadura, un metal de carga para cobresoldadura o una aleacion de cobresoldar, o una composicion que produce una aleacion de cobresoldadura despues de calentamiento, se aplica al menos a una parte del sustrato que sera cobresoldado. Despues de que las piezas del sustrato se han ensamblado, se calientan

25 hasta que funde el metal de cobresoldadura o la aleacion de cobresoldadura. La temperatura de fusion del material de cobresoldadura es menor que la temperatura de fusion del sustrato de aluminio o de la lamina central de aluminio.

Los productos laminares de cobresoldadura encontraron amplias aplicaciones en los intercambiadores de calor y otros equipos similares. Los productos de cobresoldadura convencionales tienen un nucleo de lamina enrollada, 30 tipicamente, pero no exclusivamente una aleacion de aluminio de la serie 3xxx, que tiene en al menos una superficie de la hoja central una capa chapada de aluminio (tambien conocida como capa revestida de aluminio). La capa chapada de aluminio se fabrica de una aleacion de la serie 4xxx que comprende silicio en una cantidad en el intervalo de 2 a 20% en peso y, preferiblemente, en el intervalo de aproximadamente 7 a 14% en peso. La capa chapada de aluminio puede acoplarse o unirse a la aleacion central de varias formas conocidas en la tecnica, por

35 ejemplo por medio de procesos de colaminacion, conformado por aspersion sobre chapado o por procesos de colada semicontinua o continua. Estas capas chapadas de aluminio tienen una temperatura de liquidus, tipicamente, en el intervalo de aproximadamente 540 a 615°C.

Existen varios procesos de cobresoldadura de uso en la fabricacion a escala industrial de montajes cobresoldados tal como intercambiadores de calor.

40 Existe una cobresoldadura en vacio ("VB", de sus siglas en ingles) que se lleva a cabo a una presion atmosferica relativamente baja del orden de aproximadamente 1.10-5 mbar o menos. Para lograr que se produzcan las condiciones optimas de la union, las aleaciones de cobresoldadura Al-Si normalmente usadas para el cobresoldado en vacio contienen adiciones intencionales de Mg de un 1% o mas. El mecanismo estimado es que el Mg destruye la dura pelicula de oxido de la aleacion de carga cuando se evapora de la lamina de cobresoldadura durante el

45 cobresoldado, y ademas el Mg evaporado juega el papel de absorbente metalico que elimina el oxigeno y la humedad que quedan en el horno de cobresoldado.

Un producto laminar de cobresoldadura de este tipo que contiene Mg para cobresoldar en vacio se describe en la patente de EE.UU. n° 4.489.140 en la que el producto laminar de cobresoldadura mediante vacio que comprende una aleacion central de la serie AA3000, chapada con una capa de aleacion de cobresoldadura AA4104 y que tiene

50 una aleacion de cobresoldadura AA4343 interpuesta entre la aleacion central y la capa de aleacion de cobresoldadura AA4104 para proporcionar una consistentemente buena union entre el nucleo y la aleacion AA4104. Es bien sabido en la tecnica que las aleaciones AA4104 contienen Mg en un intervalo de 1,2 a 2,0% y Bi en un intervalo de 0,02 a 0,2%, y que las aleaciones AA4343 no tienen ni B ni Mg.

La patente de EE.UU. n° 5.069.980 describe un material chapado de aluminio para cobresoldadura en vacio que 55 consiste en un miembro central de aleacion de aluminio, y un primer chapado y un segundo chapado, consistiendo

dicho primer chapado esencialmente en 6 a 14% de Si, 0 a 0,6% de Mg, y siendo el resto Al, y consistiendo dicho segundo chapado en 0 a 14% de Si, y preferiblemente cero % de Si, y 0,8 a 2,5% de Mg y siendo el resto Al, y en donde el espesor del segundo chapado es funcion del contenido de Si en esta segunda capa chapada.

La patente de EE.UU. n° 4.161.553 describe un producto laminar de cobresoldadura para cobresoldado en vacio, comprendiendo la lamina de cobresoldadura una aleacion central de aleacion de aluminio, una primera capa de una aleacion de cobresoldadura de aluminio que consiste esencialmente en 0 a 2,5% de Mg, 5,0 a 13,0% de Si, un max. de 0,8% de Fe, un max. de 0,3% de Cu, un max. de 0,3% de Zn, un max. de 0,3% de Mn, el resto aluminio, y una segunda capa chapada de aleacion de aluminio sobre la primera capa, consistiendo dicha segunda capa esencialmente en 0,5 a 1,2% de Mg, 1,2 a 1,8% de Si, un max. de 0,3% de Cu, un max. de 0,7% de Fe, un max. de 1,5% de Mn, el resto aluminio, teniendo la segunda capa una temperatura de fusion sustancialmente equivalente a la temperatura de fusion de la primera capa. En un ejemplo, cada primera y segunda capa de las aleaciones de aluminio tenia un contenido de 0,5% de Mg.

Otro proceso de cobresoldadura es la cobresoldadura en atmosfera controlada ("CAB", de las siglas en ingles) que se lleva a cabo realiza en una atmosfera seca que no contiene oxigeno, usando preferiblemente un medioambiente inerte de nitrogeno, pero por ejemplo tambien puede usarse argon. Para facilitar la cobresoldadura, antes de cobresoldar sobre las piezas que se uniran, se aplica un fundente de cobresoldado no corrosivo, por ejemplo, un fundente basado en fluoruro. Este fundente de cobresoldado elimina o al menos abre rompiendo, durante la operacion de cobresoldadura, la siempre presente capa de oxido para permitir que la carga fundida llegue a entrar en contacto con el metal sin revestir para formar la junta. Las aleaciones de aluminio usadas en la CAB deberian estar exentas de Mg porque cualquier cantidad de Mg inhibe la accion del fundente de cobresoldadura en la eliminacion de la capa de oxido. En los montajes con formas complejas, la aplicacion de fundente de cobresoldadura no corrosivo antes de cobresoldar en el interior de los montajes se considera a menudo muy dificil y problematica.

Otro proceso mas de cobresoldadura es CAB sin el uso de un fundente de cobresoldadura, y este proceso esta usandose, en particular, para unir por medio de cobresoldado de superficies dentro de un intercambiador de calor que son muy dificiles de fundir y a escala industrial tiene un mayor coste eficaz que una operacion de cobresoldadura en vacio ya que el cobresoldado en vacio requiere costes de equipamiento de capital considerable.

En el documento de patente europea EP-1430988-A1 se describe que para un proceso del tipo de CAB sin el uso de un fundente de cobresoldado que el producto laminar de cobresoldado usado contiene Mg al menos en una capa que constituye la lamina de cobresoldadura distinta de la capa de aleacion de carga, tipicamente la aleacion central contiene Mg en un intervalo de 0,05 a 1,0% en peso. Interpuesto entre la aleacion central y la aleacion de carga esta presente una capa para impedir la difusion, tal como una aleacion de aluminio de la serie AA3003 exenta de Mg.

El documento de patente europea EP-1306207-B1 describe otro proceso de cobresoldadura sin fundente en una atmosfera de gas inerte que contiene un contenido de oxigeno muy bajo hasta 1.000 ppm, y preferiblemente hasta 500 ppm. Ademas se ha descrito un producto laminar de cobresoldadura que comprende una aleacion central de aluminio en una o ambas caras chapadas con una aleacion de cobresoldadura de aleacion de Al-Si que contiene 0,1 a 5% de Mg y 0,01 a 0,5% de Bi como una capa intermedia, y un delgado material de revestimiento chapado sobre la aleacion de cobresoldadura de aleacion de Al-Si. Se describe que durante una operacion de cobresoldadura el material de cobresoldadura en la capa intermedia se funde a medida que se eleva la temperatura durante el cobresoldado, pero la oxidacion de la superficie del material de cobresoldadura no tiene lugar porque la superficie esta cubierta con el delgado material de revestimiento que permanece solido. Cuando la temperatura se eleva adicionalmente, las partes con menores temperaturas de fusion, tal como una parte segregada del delgado material de revestimiento cercano al material de cobresoldadura fundido, se funden en el sitio, y despues el material de cobresoldadura se infiltra y se dispersa sobre la superficie del material delgado de revestimiento debido a la expansion volumetrica. La superficie del material de cobresoldadura llega entonces a ser una cara emergente sin una pelicula de oxidacion, y no continua una nueva intensa oxidacion debido a la atmosfera de gas inerte.

Existe la necesidad de materiales laminares de cobresoldadura mejorados adicionalmente y procesos de cobresoldadura en los que la cara interna de un montaje no tiene que proporcionarse con un fundente de cobresoldadura.

Descripción de la invención

Un objeto de la invencion es proporcionar un material alternativo laminar de cobresoldadura de aleacion de aluminio que puede aplicarse en un proceso de cobresoldadura sin fundente en atmosfera controlada sin aplicar un fundente de cobresoldadura.

Otro objeto de la invencion es proporcionar un material laminar de cobresoldadura de aleacion de aluminio que puede aplicarse en un proceso de cobresoldadura sin fundente en atmosfera controlada sin aplicar un fundente de cobresoldadura asi como tambien en un proceso de cobresoldadura en atmosfera controlada con un fundente de cobresoldadura.

Otro objeto de la invencion es proporcionar un material laminar de cobresoldadura de aleacion de aluminio que

puede aplicarse en un proceso de cobresoldadura sin fundente en atmosfera controlada asi como tambien en un proceso de cobresoldadura en atmosfera controlada con un fundente de cobresoldadura, asi como tambien en un proceso de cobresoldadura en vacio.

Estos y otros objetos y ventajas adicionales se cumplen o se superan por la presente invencion proporcionando un material laminar de cobresoldadura que comprende una capa de aleacion central de aluminio que tiene un primer material de capa chapada de cobresoldadura en una o ambas caras de dicha capa central de aluminio y al menos un segundo material de capa chapada de cobresoldadura colocado entre la capa de aleacion central de aluminio y el primer material de capa chapada de cobresoldar, en el que el segundo material de capa chapada de cobresoldadura es un material de cobresoldadura chapado de una aleacion de Al-Si que tiene 5% a 20% de Si y 0,01% a 3% de Mg, y en el que el primer material de capa chapada de cobresoldadura es un material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si que tiene 6% a 14% de Si y menos de 0,01% de Mg.

De acuerdo con la invencion, se ha encontrado que manteniendo un nivel de Mg muy bajo en el primer material de capa chapada de cobresoldadura de aleacion de Al-Si y que tiene una adicion intencional controlada de Mg al segundo material de capa chapada de cobresoldadura de aleacion de Al-Si, se produce un producto laminar de cobresoldadura que pueda aplicarse con exito en un proceso de cobresoldadura en atmosfera controlada sin el uso de un fundente de cobresoldadura.

En el documento de patente EP-1306207-B1 se informa que para lograr con exito la cobresoldadura CAB sin el uso de un fundente de cobresoldadura se requiere que tanto la capa superior como la capa de material central de aluminio deba tener una temperatura del solidus superior a la temperatura del liquidus de la capa intermedia de material de cobresoldadura. De esta forma, el material de cobresoldadura fundido durante una operacion posterior de cobresoldadura a una temperatura entre la temperatura de liquidus y la temperatura de solidus es causar que la capa de material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si funda mientras se mantiene solida la delgada capa de material de revestimiento para impedir la oxidacion del material de cobresoldadura que es fundido, y entonces da lugar a que el material de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si, debido a la expansion volumetrica, se infiltra a traves de zonas de segregacion partes de la segregacion de la delgada capa de material de revestimiento sobre una superficie de la delgada capa de material de revestimiento y se dispersa sobre la superficie del delgado material de revestimiento para formar una superficie emergente que da como resultado una junta de cobresoldadura. Mientras en el material laminar de cobresoldadura de acuerdo con la presente invencion la primera y segunda capas chapadas de cobresoldadura de aleacion de Al-Si pueden tener temperaturas de solidus y de liquidus sustancialmente equivalentes, todavia puede usarse con exito en una operacion de cobresoldadura en atmosfera controlada.

Ademas, se ha encontrado de acuerdo con esta invencion que el producto laminar de cobresoldadura puede aplicarse con exito en una operacion de cobresoldadura en vacio a pesar del bajo nivel de Mg en el metal de carga formado por los materiales primero y segundo de chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si, mas en particular donde la primera capa de material chapado de aleacion de Al-Si, que es la capa chapada externa, tiene un contenido de Mg muy bajo. Esto es contrario a la practica en la industria para cobresoldadura en vacio donde la capa de chapado o material de capa chapada externa tiene un tipico contenido de Mg de mas que 1%.

Ademas, se ha encontrado que el material laminar de cobresoldadura de acuerdo con esta invencion es un candidato muy atractivo para aplicar en montajes cobresoldados que tienen una o mas superficies internas que son dificiles de fundir. Sorprendentemente, se ha encontrado, a pesar del uso de adiciones de Mg que son normalmente no deseables en los procesos de cobresoldadura con fundente tal como NOCOLOK (marca registrada de Alcan), que el producto laminar de cobresoldadura de acuerdo con esta invencion puede ser cobresoldada en un proceso de cobresoldadura con atmosfera controlada mientras se aplica un fundente de cobresoldar. Esto hace el producto laminar de cobresoldadura un candidato muy atractivo para la produccion, por ejemplo, de refrigerantes de aceite cobresoldados. Los refrigerantes de aceite se construyen normalmente a partir de chapas que tienen que cobresoldarse interna y externamente. Debido al largo ciclo de cobresoldadura es necesario fundir la cara externa del refrigerador de aceite para facilitar el cobresoldado. Los largos ciclos de cobresoldado darian de otro modo excesiva oxidacion incluso en un medio ambiente con atmosfera controlada, reduciendo de ese modo la capacidad de formar juntas fiables. El fundente de cobresoldadura aplicado reduce significativamente el grado de oxidacion. Tambien, con el producto laminar de cobresoldadura de acuerdo con esta invencion se obtienen buenas juntas cobresoldadas en las superficies internas sin el requisito de aplicar un fundente de cobresoldadura.

En el material laminar de cobresoldadura de acuerdo con la invencion la capa de aleacion central se fabrica con una aleacion de aluminio. Las aleaciones centrales son preferiblemente de aleaciones de aluminio de las series 2xxx, 3xxx, 5xxx o 6xxx, por ejemplo una aleacion de tipo AA3003, AA3005, AA6060 o AA6063.

Cuando se usaba una operacion CAB que incorpora tambien el uso de un fundente de cobresoldadura se prefiere que el contenido de Mg en la capa de aleacion central esta siendo controlada tal que no es mas que aproximadamente 0,3%, y mas preferiblemente no mas que aproximadamente 0,2%, y mas preferiblemente no mas que aproximadamente 0,10%.

En una realizacion, la capa de aleacion central es una aleacion de la serie AA3000 que tiene no mas que

aproximadamente 0,3% de Mg, en particular cuando se usa para fabricar un articulo unido por medio de CAB con la aplicacion de un fundente de cobresoldadura. Mas preferiblemente, la capa central de aluminio es una aleacion de aluminio que comprende, en tanto por ciento en peso:

Mn: 0,5 a 2,0

Cu: 0 a 1,2

Fe: 0 a 1,0

Si: 0 a 1,0

Bi: 0 a 0,1

Ti: 0 a 0,1

Mg: 0 a 0,3, preferiblemente 0 a 0,2

otros elementos e impurezas inevitables, cada una <0,05, total <0,2, el resto aluminio

De acuerdo con esta invencion, la primera capa chapada de cobresoldadura de aleacion de Al-Si comprende al menos Si en un intervalo de 6 a 14% y tiene Mg, si esta presente, de menos que 0,01%.

De acuerdo con la invencion, se ha encontrado que el contenido de Mg deberia mantenerse bajo en la primera capa chapada de cobresoldadura de aleacion de Al-Si y deberia ser menor que aproximadamente 0,01%. En una base mas preferida es una aleacion de cobresoldadura de Al-Si que esta exenta de Mg para evitar la formacion de una capa de oxido durante una operacion de cobresoldadura. En terminos practicos esto significaria que el Mg esta presente a muy bajo nivel de impureza o elemento incidental, a un nivel de <0,01%. Mas preferiblemente, la aleacion de aluminio esta sustancialmente exenta de Mg. Con "sustancialmente exenta", se quiere indicar que no se hizo ninguna adicion de Mg a la composicion quimica sino la debida a impurezas y/o lo que se filtra del contacto con el equipo de fabricacion, las cantidades traza de Mg pueden, sin embargo, conseguir entrar en el producto de la aleacion de aluminio.

En la capa chapada de cobresoldadura de aleacion de Al-Si el contenido de Si esta en el intervalo de 6 a 14%, y preferiblemente en el intervalo de 6% a 12%.

En una realizacion, la primera capa de material chapado de cobresoldadura tiene una composicion quimica dentro del intervalo de una aleacion de aluminio de las series AA4045 o AA4343, preferiblemente con la condicion adicional de que la aleacion tienen un contenido muy bajo de Mg como se establece en esta descripcion, e idealmente esta exento de Mg.

El segundo material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si comprende Si en un intervalo de 5% a 20% y Mg en un intervalo de 0,01% a aproximadamente 3%. En una realizacion preferida, el limite inferior del contenido de Si es aproximadamente 6%, y un limite superior del contenido de Si es de aproximadamente 14%. En una realizacion preferida, el contenido de Mg tiene un limite superior de aproximadamente 1,5%.

En la realizacion en la que el material laminar de cobresoldadura de acuerdo con esto se aplica en una operacion de CAB sin el uso de un fundente de cobresoldadura, el contenido de Mg en el segundo material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si es controlado en un intervalo de 0,01% a aproximadamente 1%, y mas preferiblemente el limite superior es aproximadamente 0,50%, y mas preferiblemente aproximadamente 0,20%.

Cuando se usa en una operacion de CAB, sin o con el uso de un fundente de cobresoldadura, se prefiere que la suma del contenido de Mg en la primera y segunda capas de chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si se controla de manera que no supere aproximadamente 0,25%, y preferiblemente no supere 0,10%. Actualmente, los mecanismos de la calidad y de control cuando se producen productos laminares de cobresoldadura de aluminio tienen en cuenta el objetivo y el control de Mg con una precision de ±0,01% o mejor.

Idealmente, el contenido de Si en la primera y segunda capa de material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si se selecciona tal que la suma de los contenidos de Si de ambas capas esta en el intervalo de 6% a 12,5%, y preferiblemente en el intervalo de 6% a 11%. En una realizacion mas preferida la suma del contenido de Si esta en el intervalo de 9% a 11%. Y en otra realizacion preferida la suma del contenido de Si esta en el intervalo de 6,5% a 8,5%.

La cantidad de Fe presente en el material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si, tanto para el primero como para el segundo material chapado de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si, depende principalmente en el origen del material de la aleacion y puede ser de hasta aproximadamente 0,8%, y preferiblemente es no mas que aproximadamente 0,6%. Como elemento refinador del grano, puede estar presente Ti en el material de cobresoldadura en un intervalo de hasta aproximadamente 0,2%, preferiblemente de hasta 0,15%. El resto se

compone de inevitables impurezas y aluminio. Tambien puede estar presente Cu como elemento impureza tolerable, tipicamente a un nivel de hasta 0,3%, pero preferiblemente no supera 0,1%.

En una realizacion, puede estar presente Mn en la primera y/o en la segunda capa de material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si en el intervalo de aproximadamente 0,2% a 0,8% para mejorar la resistencia a la corrosion del material laminar de cobresoldadura de aluminio. A un nivel por debajo de aproximadamente 0,2% no se ha encontrado el efecto de una mejorada resistencia a la corrosion por la adicion de Mn. Preferiblemente, la cantidad de Mn para proporcionar una mejorada resistencia a la corrosion es de al menos aproximadamente 0,3%. Con relacion a las propiedades de la aleacion, la cantidad de Mn deberia no ser mas que 1,0%, y un maximo preferido es 0,8%, ya que por encima de este nivel puede ser menor la mejorada resistencia a la corrosion. En la realizacion en la que Mn es deliberadamente anadido se prefiere que la relacion Mn/Fe en tanto por ciento en peso es al menos 1, y mas preferiblemente al menos 2.

En la realizacion en la que Mn es deliberadamente anadido a una o ambas caras de las capas de materiales de cobresoldadura de aleacion de Al-Si, se prefiere tener una diferencia en niveles de Mn entre los dos materiales chapados de cobresoldadura adyacentes, se prefiere que tenga una diferencia en los niveles de Mn entre los dos materiales chapados de cobresoldadura adyacentes de al menos aproximadamente 0,1%, y preferiblemente de al menos aproximadamente 0,2%. Una diferencia en los niveles de Mn es de ayuda como medio de control de la calidad del espesor del forro de chapado, por ejemplo, por medio de tecnicas de grabado. Durante una operacion de cobresoldadura los dos materiales de cobresoldado de aleacion de Al-Si forman un metal de carga para formar una junta y nivelar de cualquier diferencia composicional presente previa al cobresoldado.

En una realizacion, cada primera o segunda capas de material chapado de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si, contiene ademas uno o mas elementos humectantes. Preferiblemente, los elementos humectantes se seleccionan del grupo que comprende Bi, Pb, Li, Sb, Se, Y y Th, y en donde la cantidad total de los elementos humectantes esta en el intervalo de aproximadamente 0,01% a 0,5%. En una realizacion preferida, el elemento Bi se selecciona del grupo de elementos humectantes y esta en el intervalo de aproximadamente 0,01% a 0,5%, y preferiblemente en un intervalo de aproximadamente 0,01% a 0,25%, por ser el elemento humectante mas eficiente con este fin en este sistema de aleacion durante la operacion de cobresoldadura.

Preferiblemente, el agente humectante se anade a la segunda capa de material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si. En la realizacion en que se anade Bi a la capa de material de cobresoldadura se prefiere adicionalmente que el exceso de contenido de Mg con respecto a la composicion estequiometrica de Bi2Mg3 sea 0,07% o menos, y preferiblemente 0,05% o menos. Se ha encontrado que Bi tiene una baja solubilidad en aluminio y tiende a separarse en el contorno de los granos incluso cuando se anade a bajos niveles, por ejemplo, de aproximadamente 0,1%. Para superar esto una pequena cantidad de Mg formara Bi2Mg3 que detiene la separacion en el contorno de los granos. Esta fase de Bi2Mg3 se disolvera sin embargo en el material de capa chapada de Al-Si en la fusion del material de cobresoldadura que libera el Bi para disminuir la tension superficial de la carga fundida.

En una realizacion, cada una de las capas de material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si puede contener ademas uno o mas elementos seleccionados del grupo constituido por aproximadamente 0,1% a 8% de Zn, aproximadamente 0,01% a 1% de In, aproximadamente 0,01% a 1% de Sn, y aproximadamente 0,01% a 1% de Ge. Estos elementos aleantes mejoran la resistencia a la corrosion del material central haciendo al material de cobresoldadura de Al-Si mas protector con respecto al material central. Cuando la cantidad es menor que el limite inferior, el efecto protector en el anodo no es suficiente para producir el efecto protector en el anodo, y cuando esta presente mas del limite superior no proporciona ninguna mejora adicional sobre la resistencia a la corrosion, mientras la aleacion es mas dificil de fabricar.

Existen varias configuraciones posibles para el material laminar de cobresoldadura de acuerdo con la invencion.

En una realizacion, la capa de la aleacion central esta provista en una cara con la primera capa de material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si y con el segundo material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si colocado entre la capa de la aleacion central y dicho material chapado de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si, y por el que la otra cara de la capa central esta sin revestir de manera que el material laminar de cobresoldadura comprende una configuracion de tres capas.

En una realizacion alternativa del material laminar de cobresoldadura de acuerdo con esta invencion la capa de la aleacion central esta provista en ambas caras con la primera capa de material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si y con el segundo material chapado de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si colocado entre la capa de la aleacion central y el primer material chapado de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si. Cuando ambas caras de la capa central son chapadas de la misma manera, el material laminar de cobresoldadura comprende al menos una configuracion de cinco capas.

En otra realizacion, cuando una cara de la capa de aleacion central esta chapada con las dos capas de material chapado de cobresoldadura de las aleaciones de Al-Si de acuerdo con esta invencion, en la otra cara de la capa de aleacion central puede aplicarse una capa mas externa. La capa mas externa o camisa exterior seria generalmente de una aleacion hecha a medida para proporcionar una gran resistencia a la corrosion o incluso una corrosion

combinada con resistencia a la erosion en el medioambiente al que se expone esa cara de material laminar de cobresoldadura, por ejemplo cuando se usa como una camisa en contacto con el agua en un intercambiador de calor. Un ejemplo de camisa mas externa adecuada seria una aleacion de aluminio que tiene una adicion intencional de Zn (hasta aproximadamente 6%), tal como por ejemplo una aleacion de la serie AA7072.

Todavia en otra realizacion, puede interponerse una capa de aleacion de aluminio adicional entre la capa de aleacion central y el segundo material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si. Por ejemplo, puede aplicarse una capa adicional de aleacion de aluminio para, por ejemplo, limitar la difusion de elementos aleantes de la capa central a la capa de cobresoldadura o mejorar ademas el comportamiento frente a la corrosion del producto laminar de cobresoldadura.

El material laminar de cobresoldadura de acuerdo con esta invencion puede fabricarse mediante varias tecnicas. Por ejemplo, por colaminacion que es bien conocido en la tecnica. Alternativamente, pueden aplicarse una o mas capas de aleacion de cobresoldadura de Al-Si sobre la capa de aleacion central por medio de tecnicas de pulverizacion termica. O, alternativamente, la capa de aleacion central y el segundo material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si puede fabricarse por medio de tecnicas de colada, por ejemplo como se describe en el documento de patente internacional WO-2004/112992, donde despues del primer material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si puede aplicarse por medio de, por ejemplo, colaminacion o tecnicas de pulverizacion termica.

El material laminar de cobresoldadura de acuerdo con la invencion tiene un tipico espesor de calibre final en el intervalo de aproximadamente 0,05 a 4 mm. El material laminar de cobresoldadura es preferiblemente de hasta aproximadamente 350 micrometros de espesor de calibre final, y mas preferiblemente de aproximadamente 100 a aproximadamente 250 micrometros de espesor.

La primera capa de material chapado de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si tiene preferiblemente un espesor que es de aproximadamente 3 a 15% del espesor total del material laminar de cobresoldadura de la aleacion de aluminio. La segunda capa de material chapado de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si tiene un espesor de aproximadamente 3 a 20%, y preferiblemente 3 a 15%, del espesor total del material laminar de cobresoldadura de la aleacion de aluminio. La primera y segunda capas del material chapado de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si pueden tener aproximadamente iguales espesores.

Preferiblemente, la suma de los espesores de la primera y segunda capas de material chapado de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si aplicadas sobre una cara de la capa de la aleacion central estan en un intervalo de 5 a 20% del espesor total del material laminar de cobresoldadura de la aleacion de aluminio.

En un aspecto adicional de la invencion se ha proporcionado un articulo que comprende al menos dos miembros conformados unidos por cobresoldadura, por ejemplo un intercambiador de calor, que incorpora al menos el material de cobresoldadura de aleacion de aluminio de acuerdo con esta invencion como uno de los miembros conformados. Un ejemplo tipico de un intercambiador de calor que se beneficia del material de cobresoldadura de la aleacion de aluminio de acuerdo con esta invencion es un enfriador de aceite, y de ese modo idealmente al menos el primer y el segundo materiales chapados de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si unen un hueco formado en el articulo. Otro ejemplo tipico es un tubo-B, siendo sus configuraciones bien conocidas de la persona experta, en la que hay una superficie interna que no puede fundirse mientras en la superficie mas externa los finos deberian unirse al tubo.

En otro aspecto de la invencion se ha proporcionado un procedimiento de fabricacion de un articulo unido por cobresoldadura o un montaje de componentes cobresoldados, que comprende las etapas de:

(i): conformar los componentes de los que al menos uno se fabrica de un material de cobresoldadura de aleacion de aluminio de acuerdo con esta invencion como se senala mas arriba y en las reivindicaciones;

(ii): ensamblar los componentes en un montaje;

(iii) cobresoldar el montaje sin aplicar fundente en una atmosfera de gas inerte a una temperatura de cobresoldado durante un periodo suficientemente largo para la fusion y dispersion del material de carga. Tipicamente, el contenido de oxigeno en la atmosfera de cobresoldadura deberia ser lo mas razonablemente posible, y esta preferiblemente por debajo de 1.000 ppm, y mas preferiblemente por debajo de 200 ppm;

(iv) enfriar el montaje cobresoldado, tipicamente por debajo de 100°C.

Idealmente, cuando se montan los componentes en un montaje adecuado para unir por cobresoldadura, una cara del material laminar de cobresoldadura de la invencion que tiene la primera y segunda capas de material chapado de cobresoldadura de la aleacion de Al-Si esta siendo mantenido dentro del montaje que forma el material laminar de cobresoldadura de aleacion de Al-Si se esta manteniendo dentro del montaje que forma el material laminar de cobresoldadura para constituir una estructura hueca. Mientras se usa el material laminar de cobresoldadura de acuerdo con esta invencion no hay necesidad de aplicar un fundente para obtener una buena union con la operacion de cobresoldadura.

(a). conformar los componentes de los que al menos uno se fabrica de un material de cobresoldadura de aleacion de aluminio de acuerdo con esta invencion;

(b). ensamblar los componentes en un montaje, y en donde una cara del material laminar de cobresoldadura que tiene la primera y segunda capa de material de cobresoldado esta manteniendose dentro del montaje formado por el material laminar de cobresoldadura para constituir una estructura hueca;

(c). cobresoldar el montaje sin aplicar fundente en la estructura hueca y aplicar un fundente sobre al menos parte de la cara externa del montaje de los componentes y cobresoldado de todo el montaje en una atmosfera de gas inerte a una temperatura de cobresoldadura durante un largo periodo suficientemente largo para la fusion y dispersion del material de carga. Tipicamente, el contenido de oxigeno en la atmosfera de cobresoldadura deberia ser lo mas razonablemente bajo posible, y esta preferiblemente por debajo de 1.000 ppm, y mas preferiblemente por debajo de 200 ppm;

(d). enfriar el montaje cobresoldado, tipicamente por debajo de 100°C.

(b). ensamblar los componentes en un montaje;

(c). cobresoldar el montaje sin aplicar fundente en una atmosfera en vacio a una temperatura de cobresoldadura durante un periodo suficientemente largo para la fusion y dispersion del material de carga;

(d). enfriar el montaje cobresoldado, tipicamente por debajo de 100°C.

Se ha encontrado que el material laminar de cobresoldadura de acuerdo con esta invencion puede cobresoldarse con exito en una operacion de cobresoldadura en vacio. Una buena formacion de cordon se esta obteniendo a contenidos de Mg significativamente bajos en el material de cobresoldado de Al-Si normalmente usado en operaciones de cobresoldadura en vacio. Ademas, se ha encontrado que ya puede obtenerse una buena formacion del cordon a presiones de vacio menos intensas que las normalmente aplicadas en hornos de vacio a escala industrial.

A continuacion, la invencion se explicara mediante los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplos

Ejemplo 1

En una serie de experimentos se ha fabricado material laminar de cobresoldadura de 1 mm. La lamina central de 45 mm se ha producido a partir de pequenos lingotes que se han precalentado a 430°C y despues se han laminado en caliente a 45 mm. Los materiales chapados de aleacion de Al-Si para formar la primera y segunda capa chapada se han producido a partir de pequenos lingotes que se han precalentado a 430°C y se han laminado en caliente a 5 mm y despues se han laminado en frio a 4 mm.

Se ha fabricado un producto laminar de cobresoldadura de cinco capas que consistia en una aleacion central que tiene una composicion de 0,25% de Fe, 0,1% Si, 0,2% de Mg, 0,5% de Cu, 1% de Mn, el resto aluminio e impurezas, en ambas caras chapadas con un primer chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si, y en ambas caras de la capa central un segundo material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si se ha colocado entre la capa de aleacion central y la primera capa chapada de cobresoldadura. La composicion de la primera capa de material chapado de Al-Si era una aleacion de la serie AA4343 que tiene 7,5% de Si y estando sin Mg. La composicion del segundo material de capa chapada de Al-Si era 12,7% de Si, 0,3% de Fe, 0,09% de Bi, 0,08% de Mg, el resto aluminio e impurezas.

Este material laminar de cobresoldadura de cinco capas se ha fabricado colocando sobre una lamina central de 45 mm varias capas chapadas de 4 mm. El producto de 61 mm de espesor era entonces precalentado a 430°C durante 3 horas, despues se laminaba en caliente a 3 mm y despues se laminaba en frio a 1 mm. El material laminar de cobresoldadura de 1 mm era recocido durante 2 horas a 350°C y mas tarde se evaluaba la capacidad de cobresoldado. Asi, en cada cara de la capa central se aplicaban dos capas de material de cobresoldadura de Al-Si. El espesor de cada una de las capas de material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si era cada una de aproximadamente 5% del espesor total de material laminar de cobresoldadura.

La capacidad de cobresoldadura de los productos laminares de cobresoldadura se ha evaluado a escala de

laboratorio de ensayar en un pequeno horno de cuarzo. Se cortaron pequenos testigos de 25 mm x 25 mm a partir de productos laminares de cobresoldadura. Una pequena banda de una aleacion AA3003 que mide 30 mm x 7 mm x 1 mm se doblo en el centro a un angulo de 45° y se dejo sobre los testigos. Las muestras de banda sobre testigo se calentaron bajo nitrogeno en circulacion, con calentamiento desde la temperatura ambiente hasta 590°C, tiempo de residencia a 590°C durante 1 minuto, y enfriamiento desde 590°C hasta temperatura ambiente. Las muestras cobresoldadas se evaluaron para la cantidad de cordon formado en la periferia de la AA3003 en contacto con los productos laminares de cobresoldadura y expresados en %, por ejemplo si no se formaba cordon entonces la cantidad de cordon era del 0%, y cuando se formaba un cordon alrededor de toda la periferia la cantidad de cordon era del 100%.

Se ha encontrado que se obtenia una formacion de cordon del 100% con el producto laminar de cobresoldadura de acuerdo con la invencion.

En un ensayo de cobresoldadura adicional, el material laminar de cobresoldadura se ha cobresoldado en un medioambiente en vacio a escala industrial a aproximadamente 595°C. Una formacion de cordon similar se ha encontrado respecto a ciclo de cobresoldado CAB.

Asi, el producto laminar adicional de cobresoldadura de acuerdo con esta invencion puede cobresoldarse con exito tanto en un medioambiente de CAB como de VB. VB se ha logrado a niveles de Mg significativamente menores en el producto laminar de cobresoldadura dando como resultado una menor emision de Mg y consecuentemente aumento el intervalo de mantenimiento del horno en vacio.

Ejemplo 2

El material laminar de cobresoldadura de cinco capas del Ejemplo 1 se ha conformado y se ha aplicado en un montaje de componentes que forman un enfriador de aceite. Este enfriador de aceite se construyo a partir de placas que tienen que cobresoldar tanto interna como externamente tambien. Debido al largo ciclo de cobresoldado era necesario fundir el exterior del enfriador de aceite para facilitar la cobresoldadura evitando una oxidacion excesiva, mientras las superficies internas del enfriador de aceite no se han fundido. Los enfriadores de aceite se han cobresoldado en un horno de cobresoldado de atmosfera controlada a escala industrial.

De las observaciones quedo claro que las superficies internas no fundidas asi como las superficies externas fundidas mostraban cordones bien redondeados que proporcionaran entre otras una mejora resistencia a la fatiga.

Ejemplo 3

Usando condiciones de fabricacion similares como las que se senalan en el Ejemplo 1 anteriormente para comparacion, se ha fabricado un producto laminar de cobresoldadura de 1 mm que consiste en una capa central chapada en ambas caras con una capa chapada de aleacion de Al-Si. La capa de aleacion central tenia una composicion de 0,25% de Fe, 0,1% de Si, 0,2% de Mg, 0,5% de Cu, 1,0% de Mn, resto de aluminio e impurezas, y la capa de chapado tenia una composicion de 12,7% de Si y 0,3% de Fe, el resto aluminio e impurezas.

Se ha evaluado la capacidad de cobresoldadura bajo una condicion similar de cobresoldadura CAB respecto a un material laminar de cobresoldadura de 5 capas del Ejemplo 1, y se ha encontrado que no se daba la formacion de cordon.

En experimentos adicionales, se ha encontrado en el producto laminar de cobresoldadura comparativo, que la aplicacion de un material de revestimiento delgado de aluminio que tenga solo 0,3% de Fe y 0,5% de Si mejoraba ligeramente la formacion de cordon en aproximadamente un 25%. Este delgado material de revestimiento esta de acuerdo con la ensenanza del documento EP-1306207-B1 de la tecnica anterior.

Los resultados experimentales adicionales mostraron que si no esta presente el Mg en el material laminar de cobresoldadura (ni en la capa central ni en cualquier capa aplicada en la parte superior de la capa central) no hay tampoco formacion de un cordon en una situacion de atmosfera controlada cuando no se aplica fundente de cobresoldadura. La adicion de una pequena cantidad de Mg en la segunda capa chapada de aleacion de Al-Si en combinacion con un primer material de la capa chapada de Al-Si que no tiene adicion de Mg mejora la capacidad de cobresoldadura en condiciones CAB sin un fundente de cobresoldadura. Sin embargo, el contenido en este segundo material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si no deberia ser demasiado alto si uno es para obtener una buena formacion de cordon. Resultados mejorados adicionales se obtienen cuando la segunda capa chapada de cobresoldadura de aleacion de Al-Si contiene en combinacion Bi y Mg en el intervalo reivindicado junto con una segunda capa de material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si. Bi se anade como uno de los posibles agentes humectantes. Se obtenian buenos resultados con niveles de Si de aproximadamente 3% y de aproximadamente 12% en la primera capa de cobresoldadura chapada de aleacion de Al-Si.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un material laminar de cobresoldadura que comprende una capa de aleacion central de aluminio provista con un primer material de capa chapada de cobresoldadura en una o ambas caras de dicha capa central de aluminio y al menos un segundo material laminar chapado de cobresoldadura colocado entre la capa de aleacion central de aluminio y el primer material laminar chapado de cobresoldadura, en el que el segundo material laminar chapado de cobresoldadura es un material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si que tiene 5 a 20% de Si y 0,01 a 3% de Mg, y en el que el primer material laminar chapado de cobresoldadura es un material de cobresoldadura de aleacion de Al-Si que tiene 6 a 14% de Si y menos que 0,01% de Mg.
2.- Un material laminar de cobresoldadura de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el segundo material laminar chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si tiene un contenido de Mg en un intervalo de 0,01 a 1% y, preferiblemente, en un intervalo de 0,01 a 0,50%.
3.- Un material laminar de cobresoldadura de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la suma del contenido de Mg en el primero y en el segundo material laminar chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si no supera el 0,25% y, preferiblemente, no supera el 0,10%.
4.- Un material laminar de cobresoldadura de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el primer material laminar chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si tiene una composicion dentro del intervalo de aleacion de aluminio de las series AA4045 o AA4343.
5.- Un material laminar de cobresoldadura de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el segundo material laminar chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si contiene ademas uno o mas elementos humectantes, preferiblemente seleccionados del grupo constituido por Bi, Pb, Li, Sb, Se, Y y Th, y en el que la cantidad total de los elementos humectantes esta en el intervalo de 0,01 a 0,5%.
6.- Un material laminar de cobresoldadura de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el segundo material laminar chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si contiene ademas Bi como elemento humectante en un intervalo de 0,01% a 0,5%, y preferiblemente en un intervalo de 0,01% a 0,25%.
7.- Un material laminar de cobresoldadura de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que el exceso de Mg con respecto a la composicion estequiometrica de Bi2Mg3 es 0,07% o menos, y preferiblemente 0,05% o menos.
8.- Un material laminar de cobresoldadura de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el primer material laminar chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si contiene ademas uno o mas elementos humectantes, preferiblemente seleccionados del grupo constituido por Bi, Pb, Li, Sb, Se, Y y Th, y en el que la cantidad total de los elementos humectantes esta en el intervalo de 0,01 a 0,5%.
9.- Un material laminar de cobresoldadura de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que cada primera y segunda capas del material laminar chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si puede contener ademas hasta 0,8% de Fe, y hasta 0,2% de Ti, y el resto las inevitables impurezas y aluminio.
10.- Un material laminar de cobresoldadura de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que cada primera y segunda capas del material laminar chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si puede contener ademas uno o mas de los elementos seleccionados del grupo constituido por 0,1% a 8% de Zn, 0,01% a 1% de In, 0,01% a 1% de Sn, y 0,01% a 1% de Ge.
11.- Un material laminar de cobresoldadura de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la primera capa de material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si tienen un espesor que es 3% a 15% de todo el espesor de dicho producto laminar de cobresoldadura de aleacion de aluminio, y la segunda capa de material chapado de cobresoldadura de aleacion de Al-Si tiene un espesor de 3% a 20% de todo el espesor de dicho producto laminar de cobresoldadura de aleacion de aluminio.
12.- Un procedimiento de fabricar un montaje de componentes cobresoldados, que comprende las etapas de:

a.

conformar los componentes de los que al menos uno se fabrica de un material laminar de cobresoldadura de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11;

b.

ensamblar los componentes en un montaje;

c.

cobresoldar el montaje sin aplicar fundente en una atmosfera de gas inerte a una temperatura de cobresoldadura durante un periodo suficientemente largo para la fusion y dispersion del material de carga;

d.

enfriar el montaje cobresoldado.
13.- Un procedimiento de fabricar un montaje de componentes cobresoldados, que comprende las etapas de:

a.

conformar los componentes de los que al menos uno se fabrica de un material laminar de cobresoldadura

de aluminio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11;

b.

ensamblar los componentes en un montaje;

5

c. cobresoldar el montaje sin aplicar fundente en atmosfera con vacio a una temperatura de cobresoldadura

durante un periodo suficientemente largo para la fusion y dispersion del material de relleno;

d.

enfriar el montaje cobresoldado.
14.- Un articulo que comprende al menos dos miembros conformados unidos por cobresoldado, que incorpora al menos el material laminar de cobresoldadura de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, como 10 uno de los miembros conformados.
15.- Un articulo de acuerdo con la reivindicacion 14, en el que el articulo es un enfriador de aceite o un tubo-B.