ES2677645T3 - Aleaciones de láminas revestidas para aplicaciones de soldadura fuerte - Google Patents

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Abstract

Un material de aluminio constituido por un núcleo de una aleación de aluminio y un revestimiento de una aleación de aluminio, donde el revestimiento de aleación de aluminio comprende 0,1-1,0% en peso de Cu, 0,1-0,5% en peso de Fe, 0,3-1,0% en peso de Mn, 3-15% en peso de Si, 0,005-0,15% en peso de Ti, y 3-7% en peso de Zn y 0,005- 0,01% en peso de Ni, 0,005-0,05% en peso de al menos uno de Sr, Na o Ca, 0,00-1,5% en peso de Mg, e impurezas inevitables donde el contenido de cada impureza comprende hasta un 0,05% en peso y el total de todas las impurezas constituye un máximo de 0,15% en peso, y el resto es Al.

Description

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DESCRIPCION
Aleaciones de laminas revestidas para aplicaciones de soldadura fuerte Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a los campos de la ciencia de materiales, qmmica de materiales, metalurgia, aleaciones de aluminio, fabricacion de aluminio, y a otros campos relacionados.
Antecedentes
Las aleaciones de laminas revestidas apropiadas para aplicaciones de soldadura fuerte comprenden aleaciones de revestimiento que normalmente se fabrican con aluminio de fundicion de pureza comercial, al que se le anade Si. Dichas aleaciones de aluminio de revestimiento contienen entre 7 y 12% de Si, <0,25% de Fe, y trazas de otros elementos. El aluminio de fundicion de pureza comercial es mas caro que el aluminio reciclado o secundario. Es deseable disminuir los costes de las aleaciones de aluminio de laminas revestidas apropiadas para aplicaciones de soldadura fuerte incrementando el contenido de aluminio reciclado en dichas aleaciones de laminas revestidas. Tambien es deseable mejorar las propiedades de las aleaciones de aluminio apropiadas para aplicaciones de soldadura fuerte, por ejemplo, para aumentar la resistencia a la corrosion y/o la fuerza de las juntas con soldadura fuerte creadas por soldadura fuerte de las partes u objetos fabricados con aleaciones de aluminio de laminas revestidas.
El documento WO2010052231 se refiere a un proceso de soldadura fuerte en atmosfera controlada que comprende soldar una aleacion de aluminio sin fundente en una atmosfera controlada, mientras se utiliza una lamina de soldadura fuerte que comprende un nucleo de una aleacion de aluminio que en al menos un lado una capa de aleacion de aportacion es revestimiento, teniendo la capa revestida con aportacion una superficie interior y una superficie exterior, donde la superficie interior esta frente al nucleo y la superficie exterior no tiene ningun otra capa metalica, y en donde la aleacion de aportacion tiene una composicion que no tiene Na, Li, K, ni Ca, y que comprende, en % en peso: de 3% a 15% de Si, 0,05% a 0,5% de Mg, uno o mas elementos seleccionados del siguiente grupo: (de 0,03% a 0,2% de Bi, 0,03% a 0,2% de Pb, de 0,03% a 0,2% de Sb, y la suma de dichos elementos es 0,2% o menos), de 0 a 0,6% de Fe, de 0 a 1,5% de Mn, siendo el balance entre el aluminio y las impurezas incidentales.
Compendio
Los terminos “invencion”, “la invencion”, “esta invencion”, y “la presente invencion” utilizados en la presente memoria se refieren en general a la materia de esta solicitud de patente y a las reivindicaciones que se detallan a continuacion. Las oraciones que contengan estos terminos se deben entender de forma tal que no limiten la materia descrita en la presente memoria o el significado o alcance de las reivindicaciones de la patente que se detallan a continuacion. Las realizaciones de la invencion se definen en las reivindicaciones, no en este compendio. Este compendio es un panorama general de varios aspectos de la invencion y explica algunos de los conceptos descritos en mas detalle en la seccion Descripcion Detallada a continuacion. Este compendio no tiene como objetivo las identificar caractensticas claves o esenciales de la materia reivindicada, ni tampoco debe utilizarse de forma aislada para determinar el alcance de la materia reivindicada. La materia debena ser comprendida haciendo referencia a las partes correspondientes de toda la especificacion, a cualquier o a todos los dibujos y a cada reivindicacion.
Las aleaciones de aluminio que se usan tradicionalmente para la fundicion, en lugar de para el revestimiento, contienen niveles mucho mas altos de uno o mas de los elementos Fe, Cu, Mg, Mn, Ni, Si, Ti o Zn que las aleaciones de revestimiento tradicionales. El inventor descubrio que dichas “aleaciones de fundicion” se pueden utilizar como aleaciones de revestimiento en aleaciones de aluminio fundido apropiadas para aplicaciones de soldadura fuerte. La presente invencion describe un material de aluminio multicapa que comprende un nucleo de aleacion de aluminio y un revestimiento de aleacion de aluminio. Este material, al que se refiere en la presente memoria como “aleacion de aluminio revestido”, se puede producir en forma de laminas y se puede utilizar para aplicaciones de soldadura fuerte. La presente invencion tambien describe los procesos para fabricar los materiales de aluminio mencionados arriba, asf como los procesos para fabricar formas y/u objetos de metal fabricados con los materiales de aluminio mencionados arriba. Tambien se describen los procesos para utilizar los materiales de aluminio multicapa descritos arriba, que comprenden unir por medio de soldadura fuerte las formas u objetos de metal, de los cuales al menos uno esta fabricado con el material de aluminio multicapa. La soldadura fuerte, como se incorpora en las realizaciones de la presente invencion, incluye pero no se limita a la soldadura al vado, soldadura en atmosfera controlada, el proceso de recubrimiento de Borg-Warner, o la soldadura con sal fundida.
El material de aluminio que comprende un nucleo de una aleacion de aluminio y un revestimiento de una aleacion de aluminio se define en la reivindicacion 1.
Un material de aluminio que comprende un nucleo de una aleacion de aluminio y un revestimiento de una aleacion de aluminio se describe en la presente memoria, donde el revestimiento comprende una aleacion de aluminio que comprende por <1,0% en peso de Cu, <0,5% en peso de Fe, <1,5% en peso de Mg, <1,0% en peso de Mn, <0,01% en peso de Ni, <15% en peso de Si, <0,15% en peso de Ti, <7% en peso de Zn y <0,05% en peso de Sr, el resto Al. 5 Se ha de entender que en las diferentes realizaciones de las aleaciones descritas en la presente memoria el elemento predominante es el aluminio (Al), a veces llamado el resto Al. Tambien se ha de entender que las diferentes realizaciones de las aleaciones descritas en la presente memoria pueden comprender varias impurezas inevitables que no estan especificadas. En algunos ejemplos no limitativos, un contenido de cada impureza puede constituir hasta un 0,05% en peso del contenido. En otros ejemplos no limitativos, un contenido total de las 10 impurezas puede constituir hasta un 0,15% en peso. La presente memoria describe que el revestimiento de aleacion de aluminio comprende entre un 0,1 -1,0% en peso de Cu, 0,1-0,5% en peso de Fe, 0,1-1,0% en peso de Mn, 3-15% en peso de Si, 0,005-0,15% en peso de Ti, y 0,1-7% en peso de Zn, el resto Al. Se describe ademas en la presente memoria que el revestimiento de aleacion de aluminio comprende 0,15-0,6% en peso de Cu, 0,1-0,4% en peso de Fe, 0,2-0,7% en peso de Mn, 5-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 0,5-5% en peso de Zn, el resto Al. 15 Se describe ademas en la presente memoria que el revestimiento de aleacion de aluminio comprende 0,15-0,3% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,3-0,5% en peso de Mn, 7-10% en peso de Si, 0,005-0,13% en peso de Ti, y 0,5-3,5% en peso de Zn, el resto Al. En todas las opciones descritas arriba, el revestimiento de aleacion de aluminio puede comprender de manera opcional uno o mas de 0,001-0,3% en peso de Mg, 0,001-0,01% en peso de Ni, o 0,001-0,05% en peso de Sr, Na o Ca.
20 El material puede tener la forma de una lamina que comprende el revestimiento en un lado de la lamina o en ambos lados de la lamina. Otra realizacion de ejemplo de la presente invencion es un proceso para preparar un material de aluminio que comprende un nucleo de aleacion de aluminio y un revestimiento de aleacion de aluminio, que comprende: fundir la aleacion de revestimiento; laminar la aleacion del revestimiento hasta obtener un espesor requerido, produciendo asf la aleacion de revestimiento laminado; ensamblar la aleacion de revestimiento laminado 25 sobre al menos uno de los lados de una aleacion de nucleo laminado; y laminar en caliente la aleacion de revestimiento laminado sobre la aleacion de nucleo laminado. Algunas variaciones del proceso descrito arriba pueden comprender fundir mediante el proceso de fusion FUSION™ (Novelis, Atlanta, USA) el nucleo de aleacion de aluminio y el revestimiento de aleacion de aluminio. Los procesos mencionados arriba pueden comprender, antes de realizar la fundicion, preparar la aleacion de revestimiento a partir de chatarra de aluminio anadiendo Si o a partir de 30 una combinacion de chatarra de aluminio y aluminio de grado de fundicion. De forma mas general, la aleacion de aluminio de revestimiento puede contener aluminio reciclado de chatarra de aluminio.
Otra realizacion de ejemplo de la presente invencion es un proceso que comprende unir por medio de soldadura fuerte al menos una forma de aleacion de aluminio fabricada a partir de un material segun las realizaciones de la presente invencion con una segunda forma de aleacion de aluminio. Los objetos fabricados por medio de un proceso 35 que comprende unir por soldadura fuerte tambien se incluyen dentro del alcance de las realizaciones de la presente invencion. Algunos ejemplos de dichos objetos son un nucleo de calentador, un evaporador, un radiador, un condensador, un tubo, una tubena o un distribuidor.
Breve descripcion de las figuras
La figura 1 es un dibujo que ilustra de forma esquematica una aleacion de aluminio de una lamina revestida 40 apropiada para soldadura fuerte.
La figura 2 es un esquema que ilustra un diagrama de fase de una aleacion aluminio - silicio.
La figura 3 es una reproduccion de las series de potencial electroqmmico.
La figura 4 es un grafico de barras que ilustra los resultados de un calculo ThermoCalc de las temperaturas fundentes de una serie de aleaciones de aluminio.
45 La figura 5 es un esquema que ilustra un proceso generico de fundicion/laminado en caliente apropiado para la produccion de laminas de aleaciones de aluminio. Reproducido con el permiso de NSW HSC Online © Departamento de Educacion y Comunidades, y la Universidad Charles Sturt 2011.
La figura 6 es una fotograffa de un ejemplo de un enfriador de aceite.
La figura 7 es una fotograffa de un ejemplo de un radiador.
50 La figura 8 es una fotograffa de un ejemplo de las placas de evaporadores.
La figura 9 es una fotograffa de un ejemplo de un evaporador.
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La figura 10 es una fotograffa que muestra anillos de varias dimensiones, cables, rollos de cables y otras formas que se pueden utilizar como aportacion durante la soldadura fuerte de componentes que no son de revestimiento.
La figura 11 muestra, en el panel A, una imagen esquematica de una vista en seccion de una lamina de aluminio multicapa de ejemplo, y, en el panel B, una imagen esquematica de una vista en seccion de un tubo formado con una lamina del tipo mostrado en el panel A.
La figura 12 es una micrograffa que ilustra una comparacion de dos aleaciones de aluminio de revestimiento experimental “como han sido moldeadas”. El panel A muestra una seccion longitudinal de un lingote “como ha sido moldeado” de una aleacion de aluminio convencional AA4343 + 1% Zn modificado con Sr. El panel B muestra una seccion longitudinal de un lingote “como ha sido moldeado” de una aleacion de aluminio de revestimiento segun una realizacion de la presente invencion.
La figura 13 es una micrograffa que ilustra la comparacion de las laminas de soldadura fuerte producidas con cada aleacion de revestimiento mostrada en la figura 12. El panel A muestra una seccion longitudinal de una aleacion de una lamina revestida en la que una aleacion de aluminio convencional AA4343 + 1% Zn modificada con Sr reviste un lado de la aleacion del nucleo X902. El panel B muestra una seccion longitudinal de la variante 2 de la aleacion de revestimiento que reviste la aleacion del nucleo X902.
La figura 14 es una micrograffa que muestra la comparacion de las muestras de la figura 13 tras realizar la soldadura fuerte.
La figura 15 es una imagen esquematica que ilustra las pruebas de “probeta con metal doblado”.
Descripcion detallada
En esta descripcion se hace referencia a aleaciones que se identifican con numeros AA y otras designaciones relacionadas, tales como “series”. Para entender el sistema de designacion numerica utilizado mas comunmente para nombrar e identificar el aluminio y sus aleaciones, ver “International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” o “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”, ambos publicados por la Asociacion del Aluminio.
Entre otras cosas, este documento describe innovadores materiales de aluminio multicapa constituidos por un nucleo de una aleacion de aluminio y un revestimiento de una aleacion de aluminio. Estos materiales de aluminio multicapa se mencionan como “aleaciones de aluminio revestidas”. Los innovadores materiales de aluminio multicapa descritos en la presente memoria se pueden fabricar como laminas, con el revestimiento en uno o en ambos lados de la lamina, en cuyo caso se mencionan como “aleaciones de aluminio de laminas revestidas”, “laminas de aluminio revestidas”, “aleaciones de laminas revestidas”, o con otros terminos relacionados, en singular o en plural. El termino “aleacion de aluminio revestida” y otros terminos similares utilizados en la presente memoria tienen un alcance mas amplio que el termino “aleacion de aluminio de lamina revestida” y otros terminos similares. En otras palabras, las aleaciones de aluminio de laminas revestidas son un subconjunto de las aleaciones de aluminio revestidas.
Las aleaciones de aluminio revestidas, que incluyen las aleaciones de aluminio de laminas revestidas, pueden tener varias composiciones y propiedades. Algunas de estas propiedades las pueden conferir la composicion qrnmica de las capas del nucleo y del revestimiento, mientras que otras propiedades las pueden conferir los procesos de fabricacion utilizados en la produccion o fabricacion de las aleaciones de aluminio revestidas.
Las aleaciones de aluminio de laminas revestidas descritas en la presente memoria se pueden utilizar para los procesos de fabricacion que requieren unir superficies metalicas por soldadura fuerte. La soldadura fuerte es un proceso para unir metales en el que un metal de aportacion se calienta por encima de un punto de fusion y se distribuye entre dos o mas partes bien entalladas por accion capilar. Basicamente, cuando las aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria se utilizan en un proceso de soldadura fuerte, el revestimiento se funde y se convierte en el material de aportacion que puede fluir por accion capilar hacia los puntos de contacto entre los componentes que se estan soldando. Se ha de entender que no es necesario que ambas o que todas las partes que se unen por soldadura fuerte esten hechas de una aleacion de lamina revestida. Al menos en algunos casos, basta con que una de esas partes soldadas sea de una aleacion de una lamina revestida. Por ejemplo, un tubo semiacabado revestido se puede unir a una aleacion de una aleta sin revestir en un radiador o un evaporador. En otro ejemplo, una aleta revestida se puede unir a un tubo de extrusion sin revestir en un condensador. Los usos de las aleaciones de aluminio de laminas revestidas en la soldadura fuerte y en los procesos y resultados relacionados, tales como los objetos fabricados segun los procesos fabricacion que incluyen la soldadura fuerte, generalmente se refieren como “aplicaciones de soldadura fuerte”.
La presente invencion revelo de forma inesperada que ciertas aleaciones tradicionalmente utilizadas para fundicion, en lugar de revestimiento, se pueden utilizar como aleaciones de revestimiento en aleaciones de aluminio revestidas
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para aplicaciones de soldadura fuerte. Estas “aleaciones de fundicion” tradicionales contienen niveles muchos mas altos de uno o mas de los elementos de Fe, Cu, Mg, Mn, Ni, Si, Ti o Zn en comparacion con las aleaciones de revestimientos utilizadas convencionalmente en aplicaciones de soldadura fuerte. Utilizar estas “aleaciones de fundicion” tradicionales como aleaciones de revestimiento en aleaciones de aluminio revestidas para aplicaciones de soldadura fuerte otorga una serie de ventajas descritas de manera mas detallada mas adelante en este documento. La presente invencion se realiza en las innovadoras aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria, que incluyen las aleaciones de aluminio de laminas revestidas, y los procesos relacionados con la fabricacion y el uso de estas innovadoras aleaciones de aluminio revestidas. Algunas de las realizaciones de la presente invencion son procesos para fabricar o manufacturar las innovadoras aleaciones de aluminio revestidas. Algunas de las otras realizaciones de la presente invencion son procesos para utilizar las aleaciones de aluminio revestidas, que incluyen realizar soldadura fuerte. La presente invencion incluye formas u objetos que tienen junta con soldadura fuerte producidos utilizando las innovadoras aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria.
Aleaciones de aluminio revestidas
Las innovadoras aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion difieren de las aleaciones de aluminio revestidas convencionales apropiadas para aplicaciones de soldadura fuerte en que las innovadoras aleaciones de aluminio revestidas contienen al menos una capa de revestimiento de una aleacion de aluminio que contiene niveles mas altos de uno o mas elementos de Fe, Cu, Mg, Mn, Ni, Si, Ti o Zn que los que tienen las aleaciones de revestimiento convencionalmente utilizadas en aplicaciones de soldadura fuerte. Las innovadoras aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria se pueden fabricar como aleaciones de laminas revestidas que comprenden un nucleo y un revestimiento en uno o en ambos lados de la lamina.
Los terminos “revestimiento”, “revestido”, “capa de revestimiento” y los terminos relacionados se utilizan generalmente para referirse a una fina capa superficial de una aleacion de aluminio multicapa. Los terminos “nucleo”, “capa nucleo”, y los terminos relacionados se utilizan para referirse a una capa relativamente mas gruesa de una aleacion de aluminio multicapa. Una aleacion de aluminio de lamina revestida puede tener capas de revestimiento en ambos lados de la lamina, en cuyo caso una capa nucleo es en efecto una capa interna del material multicapa. Sin embargo, una aleacion de lamina revestida tambien puede tener un revestimiento en un solo lado de la lamina, en cuyo caso la capa nucleo tambien puede estar en una superficie. La capa nucleo y la capa o capas de revestimiento normalmente tienen distintas composiciones qmmicas. Una aleacion de lamina revestida puede tener dos capas de revestimiento distintas con diferentes composiciones y propiedades.
Se ha de entender que las aleaciones de aluminio revestidas apropiadas para aplicaciones de soldadura fuerte no necesariamente contienen solo una capa nucleo y una o dos capas de revestimiento. Las aleaciones de aluminio revestidas pueden contener otras capas, algunas de las cuales se pueden mencionar como “capas intercaladas”, “capas externas”, “recubrimientos”, y otros terminos relacionados. Este concepto se ilustra en algunos ejemplos descritos y se muestra en otras partes de este documento. Algunos ejemplos de aleaciones de aluminio revestidas se ilustran en las figuras 1 y 11. Las aleaciones de aluminio de laminas revestidas pueden tener 2, 3, 4, 5, 6 o mas capas distintas, cada una con una cierta funcion. De manera general, una aleacion de aluminio de lamina revestida puede tener tantas capas como se puedan apilar y unir en una o mas operaciones. En el contexto comercial, un factor limitativo puede ser el coste de produccion y/o la chatarra generada durante la produccion de aleaciones multicapa, que pueden ser muy altos para ser viable comercialmente debido al gran numero de capas de la aleacion multicapa. En el contexto de las aleaciones de aluminio de laminas revestidas apropiadas para aplicaciones de soldadura fuerte, una o mas capas de revestimiento son la parte de la lamina que se funde durante un ciclo de soldadura. Un recubrimiento puede ser una capa que no se espera que se funda durante un ciclo de soldadura fuerte y que puede conferir otros beneficios, tales como la resistencia a la corrosion o un incremento de la fuerza de la aleacion de aluminio multicapa. Un nucleo tambien puede incluir multiples capas, tales como una o mas capas intercaladas en uno o en ambos lados de la capa nucleo principal.
La composicion del revestimiento para aplicaciones de soldadura fuerte, que se puede llamar “aleacion de aluminio para soldadura fuerte”, “aleacion de revestimiento de soldadura fuerte”, “aleacion de revestimiento para soldadura fuerte”, y otros terminos relacionados se muestran en la Tabla 1 (a, b, c). El contenido de los elementos detallados en la Tabla 1 se encuentra dentro de los intervalos delimitados por un lfmite inferior y un lfmite superior que se muestra en la Tabla 1. Un lfmite inferior esta marcado por expresiones como “menor o igual a” (signo >) o “mayor que” (signo >), u otros signos relacionados y expresiones tales como “desde...,” “mayores que”, etc. Un lfmite superior se puede delimitar con expresiones como “menor o igual a” (signo <), “menor que” (signo <) u otros signos y expresiones relacionadas, tales como “a”, “menor que”, etc. Otros tipos de expresiones tambien se pueden utilizar para delimitar los intervalos, tales como “entre”, “en el intervalo de”, etc. Cuando un intervalo esta delimitado solo por el lfmite superior, se ha de entender que, en algunos ejemplos que caen dentro de dicho intervalo, un elemento en cuestion puede no estar presente, puede no estar presente en cantidades detectables, o puede estar presente en cantidades tan bajas que no se reconocen de forma convencional como significativas dentro del campo de las
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aleaciones de aluminio. Se ha de entender que el termino “el resto” se puede utilizar para describir el contenido de aluminio (Al) en las aleaciones de aluminio descritas en la presente memoria. Tambien se ha de entender que otros aditivos y/o elementos pueden estar presentes en la aleacion de aluminio, que no necesariamente estan detallados en la Tabla 1. Generalmente, las aleaciones de aluminio y los terminos y nomenclatura relacionados estan documentados en un documento publicado por la Asociacion del Aluminio llamado “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions in the Form of Castings and Ingot”.
La presencia y el contenido de uno o mas elementos incluidos en la Tabla 1, asf como de otros elementos que no necesariamente estan en la Tabla 1, puede afectar las propiedades del revestimiento de aleacion de aluminio segun los principios generales conocidos en el campo de la metalurgia y que se describen brevemente a continuacion. Por lo tanto, es posible cambiar las propiedades de la capa de revestimiento y de la aleacion de aluminio revestido que incorpora la capa de revestimiento variando la presencia y el contenido de uno o mas de los elementos, algunos de los cuales se comentan a continuacion.
Cu: el Cu en una disolucion solida aumenta la fuerza de una aleacion de aluminio. Dependiendo de la concentracion, el Cu puede tener un efecto de resistencia a la corrosion en una aleacion de aluminio. Por ejemplo, en las aleaciones de aluminio revestidas segun algunas realizaciones de la presente invencion, el Cu en una disolucion solida puede incrementar la resistencia a la corrosion al reducir el margen entre el potencial de corrosion (ASTM, G69, SCE) de la matriz y las partfculas Si en el sistema eutectico. La capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion pueden comprender, en algunos ejemplos no limitativos, 0,1-0,3, 0,1-0,6, 0,1-1,0, 0,15-0,3, 0,15-0,6 0,15-0,1, 0,5-1,0, >0,5 pero <1,0, 0,55-1,0 o 0,6-1,0 de % en peso de Cu.
Fe: cantidades relativamente pequenas de Fe pueden estar presentes en una disolucion solida de una aleacion de aluminio luego de ser procesada. El Fe puede ser parte de constituyentes intermetalicos que pueden contener Mn, Si, y otros elementos. A menudo es beneficioso controlar el contenido de Fe en una aleacion de aluminio para evitar constituyentes grandes que no contribuyen a las propiedades beneficiosas de la aleacion, tales como la resistencia a la fractura. En aleaciones de revestimiento convencionales, el contenido de Fe se mantiene bajo para evitar la formacion de Beta AlFeSi, que se encuentra en forma de aguja. Las aleaciones de aluminio utilizadas para la capa de revestimiento en las realizaciones de la presente invencion pueden tolerar niveles aceptables de Fe mas altos que los convencionales. La capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion puede comprender en algunos ejemplos no limitativos 0,1-0,4, 0,1-0,5, 0,2-0,4 o 0,2-0,5 de & en peso de Fe.
Mg: el Mg se anade generalmente para fortalecer las aleaciones de aluminio. En aplicaciones de soldadura fuerte, el Mg se puede anadir para mejorar la soldadura al vado ya que ayuda a romper el oxido superficial, de modo que un metal de aportacion puede humedecer superficies adyacentes. Sin embargo, es perjudicial para la soldadura fuerte en atmosfera controlada (CAB), donde el Mg reacciona al fundente creando agujas solidas de K2MgF4 y MgF2 durante el ciclo de soldadura fuerte. Generalmente, la inclusion de Mg no es un requisito para una aleacion de revestimiento segun las realizaciones de la presente invencion, pero la presencia de Mg puede ser necesaria, deseable u opcional en algunas realizaciones. Es decir, el Mg puede no necesariamente estar presente (en otras palabras, puede o no estar presente o puede estar presente de forma opcional) en la capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion. Sin embargo, la capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion puede comprender de forma opcional en algunos ejemplos no limitativos 0,00-0,1, 0,00-0,2, 0,00-0,3, 0,00-0,5, 0,00-1,5, 0,001-0,1, 0,001-0,2, 0,001-0,3, 0,001-0,5, 0,001-1,5, 0,005-0,1, 0,005-0,2, 0,005-0,3, 0,005-0,5, 0,005-1,5, 0,0050,1, 0,005-0,2, 0,005-0,3, 0,005-0,5, 0,005-1,5, 0,1-0,2, 0,1-0,3, 0,1-0,5, 0,1-1,5, 0,2-0,3, 0,2-0,5 o 0,2-1,5 de % en peso de Mg. Para que sea apropiado para soldadura fuerte CAB, una aleacion de revestimiento normalmente debe contener <0,2% en peso de Mg, a menos que se utilicen fundentes especiales para limitar o eliminar la formacion de las agujas KMgF2. Para que sea apropiado para la soldadura fuerte al vado, una aleacion de revestimiento normalmente debe contener al menos aproximadamente de 0,2 a 1,5% en peso de Mg. Para que sea apropiado para en el proceso de Borg-Warner, una aleacion de revestimiento normalmente debe contener hasta un maximo de aproximadamente 0,5% en peso de Mb. El contenido de Mg en la capa de revestimiento puede no estar especificado en algunas de las realizaciones de la presente invencion, pero puede aun asf estar presente en la capa de revestimiento.
Mn: el Mn en una disolucion solida aumenta la fuerza de una aleacion de aluminio y lleva la corrosion potencial a un estado mas catodico. El (FeMn)-Al6 o Al-i5Mn3Si2 dispersoide aumenta la fuerza de una aleacion de aluminio reforzando las partfculas, cuando se encuentra presente en una fina y densa dispersion. El Mn presente en las aleaciones de revestimiento de las realizaciones de la presente invencion puede ayudar a la formacion de la fase Cubic Alpha AIFeMnSi, que tiene forma de bloques o acicular. Dependiendo de la composicion y el ratio de solidificacion, el Fe, Mn, Al y Si se combinan durante la solidificacion formando varios constituyentes intermetalicos, es decir, partfculas dentro de la microestructura, como Al15(Fe Mn)3Si2 o A^FeSi o Al8FeMg3Si6, por mencionar algunos. La capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion pueden comprender, en algunos ejemplos no limitativos 0,3-0,45, 0,3-0,5, 0,3-0,7, 0,3-1, 0,35-0,45, 0,35-
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0,5, 0,35-0,7, 0,35-1, 0,4-0,45, 0,4-0,5, 0,4-0,7 o 0,4-1 de % en peso de Mn.
Ni: el Ni forma el NiAl3, que es altamente catodico en las aleaciones de aluminio. En algunas realizaciones de la presente invencion, es por ende beneficioso tener niveles bajos de Ni en la aleacion de revestimiento. Independientemente de los lfmites de la composicion mostrados en la Tabla 1 (a, b, c,), se ha de entender que el contenido de Ni puede ser mayor en materiales tras la soldadura fuerte producida por medio del proceso Borg- Warner o en aplicaciones que no involucren ambientes corrosivos donde la presencia de NiAh sena perjudicial. La capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestido segun las realizaciones de la presente invencion comprenden 0,005-0,01% en peso de Ni.
Si: el Si se utiliza en distintas concentraciones para poder obtener una serie de intervalos de fundicion necesarios para distintas aplicaciones de soldadura fuerte, como se ilustra en el diagrama de fase de aluminio-silicio de la Figura 2. La capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion pueden comprender, en algunos ejemplos no limitativos 3-8, 3-10, 3-12, 3-15, 5-7, 5-8, 5-10, 5-12, 5-15, 78, 7-10, 7-12, 7-15, 8-10, 8-12 o 8-15 de % en peso de Si.
Ti: el Ti mejora la resistencia a la corrosion cuando se encuentra presente en un intervalo de 0,1-0,22% en peso en una aleacion de aluminio. Ya que es un elemento peritectico, el Ti se concentra en el centro de las celulas tras la resolidificacion de la aleacion. La capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion pueden comprender, en algunos ejemplos no limitativos 0,005-0,13, 0,005,0,15, 0,01-0,13 o 0,01-0,15 de % en peso Ti.
Zn: el Zn normalmente se anade a las aleaciones de aluminio para llevar el potencial de corrosion hacia el extremo anodico de la escala, como se ilustra en las series de potencial electroqmmico que muestra la Figura 3. El Zn puede ser un elemento de refuerzo, cuando otros elementos tales como Cu, Mg estan presentes, tal como en una aleacion serie 7000. Por ejemplo, el Al 7000 forjado contiene entre 3,0% y 9,7% de Zn; la serie de aleaciones fundidas 7000 contienen entre 2,7% y 8% de Zn. La capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion puede comprender en algunos ejemplos no limitativos porcentajes de >3 pero <5, 3,25-5, 3,5-5, 3,75-5, 4-5, 4,25-5, 4,75-5, >3 pero <7, 3,25-7, 3,5-7, 3,75-7, 4-7, 4,25-7, 4,75-7 o 5-7 de % en peso de Zn.
Sr, Na, Ca: el Sr, Na o Ca se anaden generalmente a las aleaciones AlSi para cambiar las partfculas Si de formas de agujas a finas esferas. El Sr y Na son metales que son mas beneficiosos durante la fundicion en frio directa, donde los ratios de solidificacion son relativamente lentos. El Sr permanece por mas tiempo en el Al fundido y por tanto otorga mas tiempo antes de que se produzca la fundicion, mientras que el Na empieza a evaporarse mas rapido del metal fundido por lo que reduce el tiempo antes de la fundicion. El Sr, Na o Ca son efectivos para modificar el Si en aleaciones AlSi. La presencia de al menos uno de Ca, Na o Sr es necesaria en la capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion. La capa de revestimiento de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion comprenden en algunos ejemplos no limitativos 0,000-0,002, 0,00-0,02, 0,00-0,025, 0,00-0,03, 0,00-0,05, 0,001-0,002,0,001-0,025, 0,0010,03, 0,001-0,05, 0,005-0,025, 0,005-0,03, 0,005-0,05 de % en peso de Sr, Na o Ca. El contenido de Sr, Na o Ca en la capa de revestimiento puede no estar especificado en algunas de las realizaciones de la presente invencion, aunque puede estar presente en la capa de revestimiento.
Algunos de los elementos enumerados en la Tabla 1a estan presentes de forma opcional en las formas preferentes de ejemplo de la aleacion de revestimiento para soldadura fuerte segun la presente invencion. Estos elementos y su contenido de ejemplo estan enumerados en la Tabla 1c. Algunos de los elementos enumerados en la Tabla 1a deben necesariamente estar presentes en las formas preferentes de ejemplos de la aleacion de revestimiento para soldadura fuerte segun la presente invencion. Estos elementos y su contenido de ejemplo estan enumerados en la Tabla 1b.
Algunas realizaciones a modo de ejemplo de la composicion de la capa de revestimiento (“revestimiento de aleacion de aluminio”) de las aleaciones de aluminio revestidas se describen a continuacion. En la presente memoria se describe un revestimiento de aleacion de aluminio que contiene 0,1-1,0% en peso de Cu, 0,1-0,5% en peso de Fe, 0,1 -1,0% en peso de Mn, 3-15% en peso de Si, 0,005-0,15% en peso de Ti, y 0,1-7% en peso de Zn. Tambien se describe en la presente memoria un revestimiento de aleacion de aluminio que contiene 0,15-0,6% en peso de Cu, 0,1-0,4% en peso de Fe, 0,2-0,7% en peso de Mn, 5-12% en peso de Si, 0,005-0,13% en peso de Ti, y 0,5-5% en peso de Zn. Tambien se describe en la presente memoria un revestimiento de aleacion de aluminio que contiene 0,15-0,3% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,3-0,5% en peso de Mn, 7-10% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 0,5-3,5% en peso de Zn. Tambien se describe en la presente memoria un revestimiento de aleacion de aluminio que contiene 0,15-0,3% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,3-0,5% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 0,5-3,5% en peso de Zn.
En una realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,1-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,3-0,5% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y >3% pero <7% en peso de Zn. En
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otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,1-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe,
0,3-0,5% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 3,25-7% en peso de Zn. En una
realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,55-1,0% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,3-0,5% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y >3% pero <7% en peso de Zn. En otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,55-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,30,5% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 3,25-7% en peso de Zn. En otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,55-1,0% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,35-0,5% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y >3% pero <7% en peso de Zn. En otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,55-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,35-0,5% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 3,25-7% en peso de Zn. En otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,1-1,0% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,35-0,5% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y >3% pero <7% en peso de Zn. En otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,1-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,35-0,5% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 3,25-7% en peso de Zn.
En una realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,1-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,35-1% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y >3% pero <7% en peso de Zn. En
otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,1-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe,
0,35-1% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 3,25-7% en peso de Zn. En otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,55-1,0% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,35-1% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y >3% pero <7% en peso de Zn. En otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,55-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,35-1% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 3,25-7% en peso de Zn. En otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,55-1,0% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,35-1% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y >3% pero <7% en peso de Zn. En otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,55-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,35-1% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 3,25-7% en peso de Zn. En otra realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,1-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,351% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y >3% pero <7% en peso de Zn. En una realizacion, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,1-1% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,351% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti y 3,25-7% en peso de Zn.
Tabla 1a. Composicion de aleaciones de revestimiento para soldadura fuerte (% en peso del elemento)
Ejemplos de lfmite inferior del intervalo Ejemplos de lfmite superior del intervalo Ejemplos de intervalos
Elemento
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3
Cu
0,05*; 0,1; 0,15; 0,2 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1,0 <1,0 <0,6 0,2-0,3
Fe
0,05*: 0,1; 0,15; 0,2 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5 <0,5 <0,3 0,2-0,3
Mg
0,00; 0,001; 0,005; 0,01 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; <0,1 <0,5 <1,5
Ejemplos de lfmite inferior del intervalo Ejemplos de lfmite superior del intervalo Ejemplos de intervalos
Elemento
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3
Mn
0,1*; 0,2*; 0,3 0,35; 0,4 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1 <1 <0,75 <0,6
Ni
0,00*; 0,001*; 0,005 0,005; 0,01 <0,01 0,001*-0,01 <0,005
Si
3; 4; 5; 6; 7; 8 10; 11; 12; 13; 14; 15 <15 3 -12 7 -12
Ti
0,005; 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,1; 0,1; 0,13; 0,14; 0,15 <0,15 0,01-0,15 0,05-0,15
Zn
0,1*; 0,5*; 1*; 1,5*; 2*; 2,5*; 3* 3,25; 3,5; 3,75; 4; 4,25; 4,5; 5 3*; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5*; 8* <7 <5 <3,5
Sr
0,00; 0,001; 0,005: 0,01 0,001; 0,002; 0,025; 0,03; 0,035; 0,04; 0,045; 0,05 <0,05 <0,03 0,01-0,025
Na
0,00; 0,001; 0,005; 0,01 0,001; 0,002; 0,025; 0,03; 0,035; 0,04; 0,045; 0,05 <0,05 <0,03 0,01-0,025
Ca
0,001; 0,005; 0,01 0,025; 0,03; 0,035; 0,04; 0,045; 0,05 <0,05 <0,03 0,01-0,025
* no segun la invencion
Tabla 1b. Ejemplos de las cantidades de los elementos presentes en la aleacion del revestimiento para soldadura fuerte (% en peso del elemento)
Elemento
Ejemplos de intervalos
Intervalo 1
Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5
Cu
0,1-1,0 0,15-0,6 0,15-0,3 0,55-1,0
Fe
0,1-0,5 0,1-0,4 0,2-0,4
Mn
0,1*-1 0,2*-0,7 0,3-0,5 0,3-0,45 0,35-1
Si
3-15 5-12 7-10 7-12 8-12
Ti
0,005-0,15 0,005-0,13 0,01-0,15
5
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15
20
25
30
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Elemento
Ejemplos de intervalos
Intervalo 1
Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5
Zn
0,1*-7,0 0,5*-5,0 0,5*-3,5 >3 pero <7 3,25-7
* no segun la invencion
Tabla 1c. Ejemplos de las cantidades de los elementos presentes de forma opcional en la aleacion del revestimiento para soldadura fuerte (% en peso del elemento)
Ejemplos de intervalos
Mg
0,001-0,3 0,0015-0,5 0,1-t,5 0,001-0,1 0,00-0,1
Ni
0,005-0,01 0,001*-0,01 0,00*-0,01
Elemento
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5
Sr
0,001-0,05 0,001-0,03 0,001-0,025 0,000-0,002 0,005-0,05
Na
0,001-0,05 0,001-0,03 0,001-0,025 0,000-0,002 0,005-0,05
Ca
0,001-0,05 0,001-0,03 0,001-0,025 0,000-0,002 0,005-0,05
* no segun la invencion
Se ha de entender que en algunas variaciones de las realizaciones de las aleaciones de revestimiento descritas arriba, en el texto y en las tablas, incluidas las realizaciones de ejemplo de la primera hasta la vigesima, el resto de la composicion de la aleacion de revestimiento es Al e impurezas inevitables. Por ejemplo (que se puede aplicar a cada una de las realizaciones), una realizacion puede ser un revestimiento de aleacion de aluminio que contiene 0,11% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,35-1% en peso de Mn, 7-12% en peso de Si, 0,01-0,15% en peso de Ti, y 3,25-7% en peso de Zn, el resto Al. Sin embargo, en otras variaciones, incluso si una realizacion se describe como que tiene el “resto Al”, las realizaciones de las aleaciones de revestimiento descritas arriba pueden comprender mas constituyentes, como en las variaciones de ejemplos que se comentan a continuacion.
En la primera variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,001-0,3% en peso de Mg. En la segunda variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,005-0,5% en peso de Mg. En la tercera variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,1-1,5% en peso de Mg. En la cuarta variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,00-0,1% en peso de Mg. En las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento contiene 0,005-0,01% en peso de Ni. En la quinta variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,01-0,025% en peso de al menos uno de Sr, Na o Ca. En las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento contiene 0,005-0,05% en peso de al menos uno de Sr, Na o Ca. En la sexta variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,001-0,05% en peso de Sr. En la septima variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,001-0,03% en peso de Sr. En la octava variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,001-0,025% en peso de Sr. En la novena variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,000-0,002% en peso de Sr. En la decima variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,01-0,025% en peso de Sr. En la undecima variacion de las realizaciones descritas arriba, la aleacion de revestimiento puede contener de forma opcional 0,005-0,5% en peso de Sr.
Se ha de entender que las variaciones descritas arriba de las realizaciones se pueden aplicar no solo a las realizaciones descritas arriba sino tambien a otras realizaciones del revestimiento de aleacion de aluminio. Ademas, se ha de entender que cada una de las variaciones se puede utilizar por separado o en combinacion con otras variaciones. Es decir, las realizaciones del revestimiento de aleacion de aluminio pueden contener variaciones del contenido de uno o mas de Mg, Ni, Sr, Na, o Ca. A modo de ilustracion, se describe en la presente memoria un revestimiento de aleacion de aluminio que puede contener 0,1 -1,0% en peso de Cu, 0,1-0,5% en peso de Fe, 0,110
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1,0% en peso de Mn, 3-15% en peso de Si, 0,005-0,15% en peso de Ti, y 0,1-7% en peso de Zn y 0,001-0,3% en peso de Mg, el resto Al. El resto del revestimiento de la aleacion de aluminio tambien puede ser aluminio e impurezas normales u otros constituyentes que tambien pueden estar presentes en la aleacion de revestimiento. Por ejemplo, la aleacion de revestimiento puede contener, ademas de los elementos especificados arriba, 0,001-0,01% en peso de Ni y/o 0,001-0,005% en peso de Sr. En otro ejemplo descrito en la presente memoria, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene 0,2-0,3% en peso de Cu, 0,2-0,3% en peso de Fe, <0,1% en peso de Mg, <0,6% en peso de Mn, 0,005-0,01% en peso de Ni, 7-12% en peso de Si, 0,05-0,15% en peso de Ti, 0-3,5% en peso de Zn y 0,01-0,025% en peso de Sr, el resto Al. Se ha de entender que otros constituyentes tambien pueden estar presentes en la aleacion de revestimiento.
En algunos casos, el revestimiento de aleacion de aluminio segun las realizaciones de la presente invencion se puede especificar utilizando solo los lfmites superiores de la cantidad de los elementos constituyentes. A modo ilustrativo, se describe el revestimiento de aleacion de aluminio que contiene <1,0% en peso de Cu, <0,5% en peso de Fe, <1,5% en peso de Mg, <1,0% en peso de Mn, <0,01% en peso de Ni, <15% en peso de Si; <0,15% en peso de Ti, <7% en peso de Zn, el resto Al. En otro ejemplo ilustrativo, un revestimiento de aleacion de aluminio contiene <1,0% en peso de Cu, <0,5% en peso de Fe, <0,2% en peso de Mg, <1,0% en peso de Mn, <0,01% en peso de Ni, <15% en peso de Si; <0,15% en peso de Ti, <7% en peso de Zn, y <0,05% en peso de Sr, el resto Al. En otro ejemplo, se describe el revestimiento de aleacion de aluminio que contiene <1,0% en peso de Cu, <0,5% en peso de Fe, <0,2% en peso de Mg, <1,0% en peso de Mn, <0,051% en peso de Ni, <15% en peso de Si; <0,15% en peso de Ti, <7% en peso de Zn, y <0,05% en peso de al menos uno de Sr, Na o Ca. En los ejemplos ilustrativos descritos arriba, el lfmite inferior de la cantidad del elemento constituyente puede o no ser 0, 0,00, o 0,000% en peso dependiendo del elemento espedfico.
Se ha de entender que los ejemplos de intervalos de arriba no son limitativos. En algunos casos, los elementos mencionados arriba pueden estar presentes en cantidades que se encuentran fuera de los intervalos, o pueden no estar presentes. Se ha de entender que el elemento que se designa como que “no esta presente” o esta “ausente” o cuando la cantidad del elemento se describe como “0% en peso”, “0,00% en peso”, “0,000% en peso”, el elemento en cuestion puede no estar presente, puede no estar presente en cantidades detectables, o puede estar presente en cantidades tan bajas que no se reconocen de forma convencional como significativas en el campo de las aleaciones de aluminio. Se ha de entender tambien que en algunos casos un elemento puede no estar especificado en la descripcion de una aleacion. Se ha de entender que en dichos casos, el elemento puede estar presente en varias cantidades o puede no estar presente.
Las aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria tienen un nucleo de una aleacion de aluminio. Una aleacion de aluminio de un nucleo puede ser cualquiera de la series de aleaciones 3xxx o 6xxx que pueden soldarse sin riesgo de fundicion o disolucion indebida debido a su intervalo de fundicion inherente. Las aleaciones de aluminio de un nucleo pueden ser las aleaciones descritas normalmente como “Larga Vida”, que significa que utilizan un mecanismo para ralentizar la corrosion en el nucleo. Un ejemplo de dicho mecanismo se describe en las patentes de Estados Unidos N° 5.041.343 y 5.037.707. Como se detalla en estas patentes, una banda de precipitado densa se forma durante el ciclo de soldadura fuerte en el nucleo adyacente a la interfaz entre la aleacion del nucleo y la aleacion del revestimiento. Esta banda de precipitado densa actua como proteccion del nucleo durante la corrosion, ralentizando asf la corrosion del nucleo. La presencia y el contenido de uno o mas elementos distintos de aluminio en la aleacion de aluminio del nucleo puede afectar las propiedades de la aleacion de aluminio del nucleo segun los principios generales que se conocen en el campo de la metalurgia y que se resumieron brevemente mas arriba en este documento. Por lo tanto, es posible cambiar las propiedades del nucleo y de la aleacion de aluminio revestida que incorpora el nucleo variando la presencia y el contenido de uno o mas de los elementos, algunos de los cuales se comentan a continuacion. La aleacion de aluminio del nucleo de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion puede comprender en algunos ejemplos no limitativos porcentajes de 0,0-0,7, 0,05-0,7 o 0,1-0,4 en peso de Fe. La presencia de Fe en la aleacion de aluminio del nucleo es opcional, y el contenido de Fe se puede caracterizar como una impureza en algunos casos. La aleacion de aluminio del nucleo de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion puede comprender en algunos casos no limitativos porcentajes de 0,005-0,7 o 0,1-0,8 o 0,4-0,7 en peso de Cu. La aleacion de aluminio del nucleo de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion puede comprender en algunos ejemplos no limitativos porcentajes de 0,3-1,5, 0,5-1,8 o 1,21,6 en peso de Mn. La aleacion de aluminio del nucleo de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion puede comprender en algunos ejemplos no limitativos porcentajes de 0,0010,2, 0,1-0,15 o 0,13-0,3 en peso de Ti. La presencia de Zn en el nucleo es opcional. La aleacion de aluminio del nucleo de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion puede comprender en algunos ejemplos no limitativos porcentajes de 0,00-2,0, 0,00-1,0 o 0,001-2,0 o 0,001-1,0 en peso de Zn. La presencia de Mg en el nucleo es opcional. La aleacion de aluminio del nucleo de las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion puede comprender en algunos ejemplos no limitativos 0,0-1,5% en peso de Mg o 0,001-1,5% en peso de Mg. Se describen ejemplos de aleaciones de aluminio del nucleo, por ejemplo, en la patente de los Estados Unidos N° 4.649.087. En una realizacion de ejemplo, una aleacion de aluminio de un nucleo contiene 0,005-0,7% en peso de Cu, 0,0 a 0,7% en peso de Fe, 0,3-1,5% en peso de Mn, 0,011
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1,5% en peso de Mg, 0,13-0,3% en peso de Ti, y 0,0-0,8% en peso de Si, el resto Al.
Propiedades y Ventajas
Normalmente, el revestimiento en las aleaciones de aluminio revestidas utilizadas para las aplicaciones de soldadura fuerte se produce con aluminio de fundicion de pureza comercial, al que se le anade Si. El revestimiento para soldadura fuerte convencional normalmente contiene entre 7% y 12% de Si, y 0,25% de Fe. Puede haber Mg presente si la aleacion se va a utilizar en aplicaciones de soldadura fuerte al vado. Tambien hay otras trazas de elementos que normalmente se encuentran presentes en tales aleaciones de revestimiento convencionales, en porcentajes tales como 0,05% o menos de 0,005% en peso. El metal de fundicion de pureza comercial, que se necesita para producir las aleaciones de revestimiento convencionales descritas arriba debido a su alta pureza, es mas caro que el metal secundario o reciclado.
Las aleaciones de aluminio forjado no se utilizan como aleaciones de revestimiento para aplicaciones de soldadura fuerte porque se pueden considerar de calidad y consistencia inferior. Normalmente, un numero limitado de aleaciones de revestimiento de soldadura fuerte se utiliza tradicionalmente en el campo de la metalurgia de aluminio y en los campos relacionados. Por ejemplo, para la soldadura fuerte en atmosferas inertes, las aleaciones como la AA4343, 4045 y 4047 son las aleaciones de revestimiento mas comunmente utilizadas. Las aleaciones de revestimiento de soldadura fuerte convencionales tienen intervalos de fundicion bien conocidos y definidos, ya que incluyen principalmente Al, Si y posiblemente Zn o Mg. Los diagramas de fase determinan la eleccion de las aleaciones aptas para la soldadura fuerte en la industria del aluminio. Se hace referencia, por ejemplo, a “Multicomponent Phase Diagrams: Applications for Commercial Aluminum Alloys” Elsevier, 2005, ISBN 0-080-445373.
Es notable que la presente invencion revele que puede ser beneficioso reciclar y utilizar las aleaciones de aluminio forjado como aleaciones de revestimiento en aleaciones de aluminio revestidas para aplicaciones de soldadura fuerte. Tambien puede ser beneficioso combinar las aleaciones de aluminio forjado con metal de fundicion convencional de alta pureza y utilizarlo como aleaciones de revestimiento en aleaciones de aluminio revestidas para aplicaciones de soldadura fuerte. Asf, las realizaciones de la presente invencion incorporan una aleacion de revestimiento que se puede derivar de una mezcla de aluminio de grado de fundicion con la adicion de varias chatarras de aleaciones de aluminio limpias. Una aleacion de revestimiento de soldadura fuerte incorporada en las realizaciones de la presente invencion tambien se puede producir a partir de chatarra de aluminio limpia, a la que se le anade Si para producir una aleacion con el intervalo de fundicion deseado. Las aleaciones de revestimiento descritas en la presente memoria tienen una o mas ventajas comparadas con las aleaciones de revestimiento convencionales, en particular cuando se utilizan para fabricar materiales laminares para aplicaciones compatibles con soldadura fuerte.
La presente invencion permite reciclar el aluminio forjado producido por instalaciones comerciales de fundicion y laminado. El termino “reciclar” y otros terminos relacionados se utilizan en la presente memoria para describir una nocion de que se pueden combinar y tratar con procesos metalurgicos las aleaciones u objetos de aluminio fabricados previamente para fabricar aleaciones de aluminio de utilidad comercial y tecnologica, que se pueden caracterizar como “reciclados”. Las aleaciones de revestimiento de soldadura fuerte que se incluyen en las realizaciones de la presente invencion pueden contener hasta un 100% de aluminio reciclado o “chatarra” de aluminio. En algunos casos, el unico elemento adicional que se anade a la chatarra de aluminio para producir las aleaciones de aluminio reciclado es el Si para obtener la cantidad de Si necesaria para el intervalo de fundicion deseado, tales como 7,5% de Si o 10% de Si. En otros casos se pueden anadir otros elementos adicionales.
Utilizar aluminio forjado reciclado como un componente de aleaciones de revestimiento puede reducir el coste de las aleaciones de aluminio de laminas revestidas innovadoras para aplicaciones de soldadura fuerte. Se incluye el siguiente ejemplo para demostrar este punto. Si el precio de aluminio de grado de fundicion se fija en $1.500 por tonelada, entonces es probable que el precio de la chatarra de aluminio sea la mitad. Cuando las aleaciones de aluminio de laminas revestidas se fabrican comercialmente, se genera chatarra al cortar y descartar varias partes de un lingote, un trozo laminado en caliente, o material laminado en frio. Tras ser fundida de nuevo, esta chatarra es una mezcla entre el nucleo y el revestimiento. Si el revestimiento se fabrica a partir de aluminio de grado de fundicion mas Si, y el nucleo es una aleacion con alto contenido de Mn y Cu, entonces la chatarra tendra una composicion que combine las aleaciones del nucleo y el revestimiento, dependiendo del espesor general del revestimiento original y el punto del proceso en el que el material fue descartado. Las aleaciones de revestimiento utilizadas en las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion se pueden preparar a partir de dicha chatarra tras anadir Si, con lo que el precio segun la situacion hipotetica descrita arriba es menor que el del aluminio de grado de fundicion (por ejemplo, aproximadamente 10%, 20%, 30% o 40% mas bajo).
Una ventaja de las aleaciones de revestimiento que se incluyen en las realizaciones de la presente invencion es que los filetes o el revestimiento residual producido tras la soldadura fuerte puede resistir la corrosion mejor que los filetes o el revestimiento residual producido por las aleaciones de revestimiento convencionales. La resistencia a la
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corrosion mejorada se debe a la presencia de elementos adicionales en las aleaciones de revestimiento utilizadas en las aleaciones de aluminio revestidas de la presente invencion, en comparacion con las aleaciones de revestimiento convencionales. Dos ejemplos de tales elementos adicionales que pueden afectar de forma beneficiosa las propiedades de resistencia a la corrosion de los filetes y del revestimiento residual, que pueden actuar como recubrimientos de proteccion anti-corrosion en las partes y objetos que se someten a la soldadura fuerte, son el Cu y el Mn. Cuando se encuentran en disolucion solida en una aleacion de aluminio, el Cu y/o el Mn elevan el potencial de corrosion del Al alfa. Esto reduce el margen entre las partfculas de Si, que son muy catodicas, y el Al alfa. El aumento de la resistencia a la corrosion se basa en principios establecidos, algunos de los cuales se ilustran en el diagrama de corrosion reproducido en la Figura 3. Por ejemplo, si uno considera que el Si relativamente puro tiene un potencial de corrosion acoplado abierto (sce) ASTM G69 de -170mv, y el Al alfa sin Cu tiene un potencial de corrosion acoplado abierto en el intervalo de -760 a -740mv, entonces anadir 0,1% en peso de Cu al Al alfa lo hana unos 50mv mas catodico. Si se anade 1% en peso de Mn al Al alfa se movena el potencial de corrosion aun mas en la direccion catodica, disminuyendo el margen entre la matriz y las partfculas de Si. Ademas de Mg, otros elementos pueden mover el potencial aun mas cuando se encuentran presentes en la aleacion de revestimiento, segun principios electroqmmicos conocidos.
Las aleaciones de revestimiento mejoradas incorporadas en las aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria son mas fuertes que las aleaciones de revestimiento convencionales debido a la presencia de uno o mas metales ademas del aluminio, como se ilustra en la Tabla 1. Uno o mas elementos adicionales pueden estar presentes en disolucion solida y/o en forma de constituyente. Dos ejemplos de tales elementos adicionales que afectan la fuerza de los filetes son el Cu y el Mn. Las aleaciones de revestimiento para soldadura fuerte comunes, que estan hechas de Al principalmente puro con Si anadido, son relativamente blandas en comparacion con las aleaciones de revestimiento incorporadas en las realizaciones de la presente invencion. La Tabla 2 muestra las propiedades elasticas de una seleccion de aleaciones de aluminio de revestimiento convencionales (4043-0, 4343, 4045-O y 4047) y de aleaciones de aluminio fundidas (A413.0-F, A356 y A360,0-F), demostrando las composiciones y propiedades que se pueden incorporar de forma beneficiosa a las realizaciones de la presente invencion.
La fuerza aumentada de las aleaciones de revestimiento que se incluyen en las realizaciones de la presente invencion minimiza la perdida de revestimiento por medio de escurrimiento en los bordes de los paquetes durante los procesos de laminado que se utilizan normalmente en la fabricacion de aleaciones de laminas revestidas. Las aleaciones de revestimiento utilizadas en las realizaciones de la presente invencion tambien resisten el escurrimiento durante el laminado en caliente y permiten mayores reducciones por cada pasada, que en algunos casos ayuda a reducir la diferencia de espesores del revestimiento entre los bordes y el centro, una desventaja comun de las aleaciones de laminas revestidas convencionales. Las aleaciones de revestimiento que se incorporan en las aleaciones de aluminio revestidas segun las realizaciones de la presente invencion pueden garantizar espesores de revestimiento mas consistentes en todo el ancho de la lamina revestida.
Los datos de fuerza de las aleaciones 4343 y 4045 que se muestran en la Tabla 2 se obtuvieron de forma experimental. Otros datos de fuerza que se muestran en la Tabla 2 se obtuvieron del sitio web de datos de propiedades de materiales MatWeb en la seccion de materiales no ferrosos, bajo aleaciones de aluminio. Las fuerzas de las aleaciones de fundicion que se muestran en la Tabla 2 se midieron a temperatura ambiente. Cuando se someten a altas temperaturas, las aleaciones de Al se tornan mas blandas. Como ejemplo, el AA1100 en un ensayo a temperatura ambiente tiene una tension de rotura (UTS) de 90 MPa, mientras que el AA1100 en un ensayo a 371°C tiene una UTS de 14,5 MPa. El AA3003 tiene una UTS de aproximadamente 110 MPa a temperatura ambiente, pero una UTS de 19 MPa a 371 °C. Por lo tanto, se ha de entender que la Tabla 2 sirve para mostrar las propiedades de resistencia de las aleaciones de aluminio de revestimiento. Las propiedades de fuerza, tales como la UTS, pueden disminuir en hasta 85-95% a temperaturas de laminado en caliente, en comparacion con las mismas propiedades medidas a temperatura ambiente. Los datos de elasticidad a diferentes temperaturas se muestran en los materiales publicados por la Asociacion del Aluminio, en “Aluminum Standards and Data 1997”, por ejemplo, en las paginas 2-5, 2-7 y 2-9.
Incluso otra ventaja de las aleaciones de aluminio que se incorporan en el revestimiento de aleacion de aluminio de las aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria es que se pueden fundir a temperaturas menores durante un proceso de soldadura fuerte o similar, en comparacion con los revestimientos para soldadura fuerte convencionales. Esto proporciona beneficios de costes para fabricar componentes y/o partes soldadas, por ejemplo, para reducir el uso de energfa. Para ilustrar la reduccion de las temperaturas de fundicion, se realizo la Tabla 3 y el grafico de barras de la Figura 4 utilizando el software ThermoCalc (Thermo-Calc Software, Inc, McMurray PA), que muestran que las aleaciones de aluminio que contienen elementos adicionales se funden a temperaturas significativamente reducidas en comparacion con aleaciones de aluminio con contenidos de Si similares pero con niveles menores de uno o mas elementos adicionales. Por ejemplo, la aleacion 4343 con 7% en peso de Si se funde en un intervalo de temperaturas de entre 573,5°C (solidus, la temperatura a la que el metal comienza a fundirse) y 612,8°C (liquidus, la temperatura en la que el metal esta completamente fundido). En comparacion, una aleacion de fundicion, tal como la A356 que contiene una cantidad similar de Si, se funde a intervalos de temperatura de entre 550°C (solidus) a 607°C (liquidus).
Los ejemplos siguientes se incluyen para ilustrar las propiedades y las ventajas mencionadas arriba. En un ejemplo, un tubo semiacabado para radiadores esta compuesto normalmente de una aleacion de nucleo cuyo revestimiento tiene entre 3% y 18% del espesor total en un lado con una aleacion Al-Si (AA4343, AA4045 +/-Zn) y puede tambien que con una aleacion de recubrimiento en el lado opuesto. En otro ejemplo, se pueden fabricar placas de 5 evaporadores con una aleacion AA4343 cuyos revestimientos tienen entre 5% y 15% en ambos lados de la aleacion del nucleo. Ambas aleaciones revestidas descritas arriba se pueden producir de forma beneficiosa con el revestimiento descrito en la presente memoria. Generalmente, la aleacion de revestimiento debe fundirse y fluir a la temperatura de soldadura fuerte que estipula el fabricante y proporcionar una cierta resistencia necesaria tras la soldadura fuerte, de modo que la parte u
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objeto soldado puede soportar varios ensayos que demuestren que cumple con las necesidades de servicio, tales como presion de rotura, fatiga ciclica, resistencia a la corrosion, etc. Al tener una aleacion para soldadura fuerte que puede fundirse y fluir a temperaturas menores se reduce el coste de los procesos de soldadura fuerte, ya que se 5 pueden realizar a temperaturas de soldadura fuerte menores. Una aleacion de revestimiento mas resistente y menos propensa a la corrosion puede mejorar de forma beneficiosa las propiedades de los objetos fabricados con dicha aleacion, tales como un radiador o un evaporador.
Procesos
Los procesos para crear o fabricar las aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria, asi como 10 para fabricar los objetos utilizando las aleaciones de aluminio revestidas, tambien se incluyen dentro del alcance de la presente invencion. Un proceso de ejemplo se ilustra de forma esquematica en la Figura 5. El aluminio revestido descrito en la presente memoria se puede fabricar por medio de los procesos que incluyen al menos algunos de los pasos tecnologicos descritos y mostrados en este documento. Se ha de entender que las descripciones e ilustraciones de los procesos que se incluyen en este documento no son limitativas. Los pasos del proceso descrito 15 en la presente memoria se pueden combinar y modificar de varias maneras y se pueden utilizar para fabricar
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aleaciones de aluminio revestidas o formas y objetos a partir de dichas aleaciones. Los pasos y las condiciones del proceso que no se describen de forma explfcita en la presente memoria, pero son empleados comunmente en las areas del procesamiento y la fabricacion de aluminio y metalurgia, tambien se pueden incorporar en los procesos que se encuentran dentro del alcance de la presente invencion.
Una tecnologfa que se puede incorporar de forma apropiada a los procesos segun las realizaciones de la presente invencion es la “fundicion por fusion”, que tambien se conoce por su nombre comercial FUSION™ (Novelis, Atlanta, US), y que se describe, por ejemplo, en la patente de los Estados Unidos N° 7.472.740. Generalmente, la fundicion por fusion es un proceso en el que se funde un lingote de metal multicapas o compuesto. Cuando se utiliza el proceso de fundicion FUSION™ (Novelis, Atlanta, US) para la produccion de la aleacion de aluminio fundido descrita en la presente memoria, una aleacion de revestimiento se solidifica en una o ambas superficies de una aleacion de un nucleo parcialmente solidificada. Un proceso de fundicion por fusion normalmente utiliza un molde con una entrada de alimentacion y una salida. El metal fundido se anade en la entrada de alimentacion, y un lingote solidificado se extrae de la salida del molde. Paredes divisorias se utilizan para dividir la entrada de alimentacion en al menos dos camaras. Las paredes divisorias terminan arriba de la salida del molde. Cada camara de alimentacion es adyacente a al menos otra camara de alimentacion. Para cada par de camaras adyacentes, un flujo de una primera aleacion se envfa a uno de los pares de camaras para formar una reserva de metal en la primera camara. Un flujo de una segunda aleacion se envfa al segundo de los pares de camaras de alimentacion para formar una reserva de metal en la segunda camara. La primera reserva de metal entra en contacto con la pared divisoria entre los pares de camaras para enfriar la primera reserva, con el fin de formar una superficie autoportante adyacente a la pared divisoria. La segunda reserva de metal se pone entonces en contacto con la primera reserva, de modo que la segunda reserva primero entra en contacto con la superficie autoportante en un punto en que la temperatura de la superficie autoportante se encuentra por debajo de la temperatura de solidus de la primera aleacion. Las dos reservas de aleaciones se unen como dos capas y se enfnan para formar un lingote multicapa o compuesto, que tambien se puede denominar como “paquete”. El lingote multicapa obtenido por medio de la fundicion por fusion se incluye dentro del alcance de las aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria.
Se ha de entender que las aleaciones de aluminio multicapa se pueden producir por medio de otros procesos ademas de la fundicion por fusion. Por ejemplo, la aleacion de revestimiento se puede fundir por medio de fundicion en fno directo (D.C.) o continuo (C.C.), laminado en caliente para obtener un determinado espesor, y luego ensamblado o revestido en uno en ambos lados de una aleacion de un nucleo por medio de laminacion en caliente. Asf se produce una “banda laminada en caliente” que se puede laminar en fno hasta obtener un espesor intermedio y calcinar o laminar en fno en una serie de pasadas para obtener un espesor final.
La laminacion en caliente se puede incorporar a los procesos segun las realizaciones de la presente invencion. Por ejemplo, los paquetes o lingotes producidos por medio de los procesos de fno directo o FUSION™ se pueden recalentar a una temperatura entre 450°C y 550°C y laminar en caliente a un espesor intermedio entre 2 y 10 mm. Se puede recalentar en un horno de empuje por un periodo entre 5 y 10 horas, o en un horno vertical por un periodo de 15 a 24 horas. El proceso de precalentamiento se puede incorporar de formar opcional al proceso de la presente invencion.
La laminacion en fno tambien se puede incorporar a los procesos segun las realizaciones de la presente invencion. Dependiendo del espesor final de la laminacion en caliente, una aleacion de aluminio fundido puede necesitar mas o menos pasadas de laminaciones en fno. Por ejemplo, puede haber entre 1 y 6 pasadas de laminacion en fno, dependiendo del espesor de banda en caliente provisto por el laminador en caliente. Este numero de pasadas en fno no tiene lfmite y se puede modificar segun sea necesario, por ejemplo, dependiendo del espesor necesario de la lamina final. La laminacion en fno puede producir espesores que van desde 50 micrones a 1 mm. Algunos ejemplos de los espesores que se pueden obtener por medio de la laminacion en fno son 50 micrones (normalmente utilizados para materiales de aletas) y 200 micrones, y 1 mm para componentes de tubos semiacabados.
La calcinacion tambien se puede incorporar a los procesos segun las realizaciones de la presente invencion. Por ejemplo, una aleacion de aluminio de una lamina revestida se puede calcinar completa o parcialmente para obtener la necesaria conformabilidad.
Las aleaciones de aluminio de laminas revestidas se pueden utilizar en aplicaciones de soldadura fuerte. Por consiguiente, varios procesos y pasos tecnologicos de soldadura fuerte se pueden utilizar de forma apropiada en las realizaciones de la presente invencion. La soldadura fuerte de partes de aluminio se describe de forma general en la patente de los Estados Unidos N° 3.970.327. La soldadura fuerte incluye soldadura con sal fundida, soldadura fuerte CAB, soldadura al vacfo y soldadura con Ni. La soldadura fuerte de una aleacion de aluminio de una lamina revestida requiere una aleacion de revestimiento que se funda una temperatura mucho menor que la de la aleacion del nucleo. Las aleaciones de revestimiento Al-Si comerciales estandar utilizadas para las aplicaciones de soldadura fuerte suelen comenzar a fundirse entre los 575°C-577°C, y se tornan totalmente lfquidas a temperaturas entre 577°C y 615°C, dependiendo del contenido de Si. El nucleo normalmente se funde a temperaturas de 645°C o mayores. Las aleaciones de aluminio revestidas de la presente invencion se comportan segun los requisitos
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descritos arriba.
Ademas, debido a los elementos adicionales presentes en la capa de revestimiento, las aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria pueden tener el beneficio de un revestimiento con un punto de fundicion menor que el de aleaciones de aluminio revestidas convencionales utilizadas para aplicaciones de soldadura fuerte. Por ejemplo, las simulaciones ThermoCalc muestran que los revestimientos incorporados a las aleaciones de laminas revestidas de la presente invencion se pueden fundir a temperaturas mucho menores que las de las aleaciones de aluminio convencionales con el mismo contenido de Si.
En un proceso de ejemplo, dos formas fabricadas con una aleacion de aluminio de una lamina revestida se ensamblan, fijan, opcionalmente se funden si se va a realizar la soldadura fuerte en una atmosfera inerte, y luego se sueldan. El proceso de soldadura fuerte puede ser un proceso de soldadura fuerte al vacfo si el nucleo y el revestimiento de la aleacion de aluminio de la lamina revestida contiene niveles adecuados de Mg, normalmente entre: 0,25% a 1,5% en peso de Mg. Por ejemplo, la soldadura fuerte se puede realizar a temperaturas entre 600°C- 605°C.
Usos y aplicaciones
Los usos y aplicaciones de las aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria se incluyen dentro del alcance de la presente invencion, asf como los objetos, formas, aparatos y cosas similares fabricadas con o constituidas por las aleaciones de aluminio revestidas descritas en la presente memoria. El proceso de fabricar, producir o manufacturar tales objetos, formas, aparatos y cosas similares tambien se incluyen dentro del alcance de la presente invencion.
Un objeto de ejemplo es un intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor se producen ensamblando las partes que comprenden tubos, placas, aletas, cabeceras, y soportes laterales, por mencionar algunos. Por ejemplo, un radiador se construye a partir de tubos, aletas, cabeceras y soportes laterales. A excepcion de las aletas, que normalmente van descubiertas, es decir, sin ningun revestimiento de una aleacion Al-Si, todas las otras partes de un intercambiador de calor normalmente van revestidas con un revestimiento de soldadura fuerte en uno o dos lados. Una vez ensamblado, una unidad de intercambiador de calor se fija por medio de zunchado o similar para mantenerla unida por medio de adicion de fundente y soldadura fuerte. La soldadura fuerte normalmente se realiza pasando la unidad por medio de un horno tunel. La soldadura fuerte tambien se puede realizar banando en sal fundida o en un proceso por lotes o por semi-lotes. La unidad se calienta a una temperatura de soldadura fuerte entre 590°C y 6l0°C, se impregna a una temperatura adecuada hasta que las uniones se crean por medio de accion capilar y luego se enfna por debajo de la temperatura de solidus del metal de aportacion. La ratio de calentamiento depende del tipo de horno utilizado y del tamano del intercambiador de calor producido.
Otros ejemplos de objetos que se pueden realizar con las aleaciones de la presente invencion se describen y muestran en la patente de los Estados Unidos 8.349.470. Algunos ejemplos de dichos objetos son una placa de evaporacion, un evaporador, un radiador, un calentador, un nucleo de calentador, un condensador, tubos de condensacion, varios tubos y tubenas, un distribuidor, y algunas herramientas estructurales, tales como soportes laterales. Los usos de las aleaciones de aluminio de revestimiento para soldadura fuerte segun la presente invencion no se limitan a los procesos que incluyen soldar las aleaciones de revestimiento a aleaciones de nucleos o aleaciones de capas intercaladas. Por ejemplo, las aleaciones de aluminio de revestimiento para soldadura fuerte se pueden producir para anillos de aportacion fabricados con alambre. En otro ejemplo, una aleacion de aluminio de revestimiento para soldadura fuerte producida en forma de lamina se puede utilizar como una cuna de aportacion. El material de la cuna puede tener un espesor entre unos pocos micrones y un milfmetro, dependiendo de la aplicacion. Algunas de las realizaciones descritas arriba se ilustran en las Figuras 6-11.
Los ejemplos siguientes sirven para ilustrar mejor la presente invencion sin representar, al mismo tiempo, sin embargo, una limitacion de la misma. Al contrario, se ha de entender claramente que expertos en la tecnica podran realizar varias realizaciones, modificaciones y equivalentes de la invencion tras leer la descripcion de la presente memoria, sin alejarse del espmtu de la presente invencion. Durante los estudios descritos en los ejemplos siguientes se siguieron procedimientos convencionales, a menos que se especifique lo contrario. Algunos de los procedimientos se describen debajo a modo de ilustracion.
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Ejemplo 1
Se hicieron tres variantes de una aleacion de fundicion similar al A356 y se usaron para revestir nucleos X902 o X912. X902 es una aleacion que contiene cantidades nominales de 1,4-1,6% de Mn, 0,5-0,65% de Cu, <0,15% de Si, 5 <0,02% de Mg, <0,015% de Ti, todos porcentajes en peso. X912 es una aleacion que tiene X902 de base con 0,1%
en peso anadido de Ti. Cuatro aleaciones de revestimiento convencionales de la serie 4343 se usaron como controles para revestir los nucleos X902 y X912. Las aleaciones de laminas revestidas se procesaron hasta obtener un espesor de 0,3 a 0,25 mm y luego se expusieron a un ciclo de soldadura fuerte para confirmar que las aleaciones de revestimiento se fundiesen y fluyesen. Se realizo un analisis ThermoCalc para comprobar los intervalos de 10 fundicion y los tipos de constituyentes. Las aleaciones puestas a prueba se detallan en las Tablas 3 y 4.
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Ejemplo 2
Comportamiento de la aleacion de aluminio de lamina revestida bajo condiciones de soldadura fuerte.
Se realizo un estudio del comportamiento de la aleacion de aluminio de lamina revestida bajo condiciones de soldadura fuerte. Se puso a prueba la aleacion de revestimiento “Variante 2” (Tabla 4). Se utilizo como control una aleacion de aluminio convencional AA4343 + 1 Zn modificada con Sr y revestida en una aleacion de un nucleo X902. La Figura 12 muestra las microestructuras de las aleaciones “como han sido moldeadas” bajo prueba. Se debe destacar que la aleacion de la “variante 2” no contema Sr, que se utiliza para cambiar la forma de agujas a finas esferas de las parffculas de Si en el lingote moldeado. Como se muestra en el panel B, “como ha sido moldeado”, la aleacion de la “variante 2” contema parffculas de Si mas grandes debido a la ausencia de Sr. La inclusion de Sr no es un requisito de las aleaciones de revestimiento para aplicaciones de soldadura fuerte. Sin embargo, se preve realizar mas pruebas de fundicion de lingotes de tamano comercial para comprobar si la adicion de Sr o Na es beneficiosa en la fundicion comercial.
La Figura 13 muestra una comparacion de las laminas de soldadura fuerte producidas con cada aleacion de revestimiento. El panel A de la Figura 13 muestra una seccion longitudinal de una aleacion de lamina revestida de control. El panel B de la Figura 13 muestra una seccion longitudinal de la variante 2 de aleacion de fundicion. Las micrograffas que se muestran en la Figura 13 apoyan la conclusion que afirma que la variante de aleacion de fundicion exhibe una microestructura similar a la de una aleacion de revestimiento estandar. A pesar de que la “variante 2” no contema Sr para modificar las parffculas de Si, la microestructura resultante era aun asf relativamente fina y estaba bien dispersa. Los lingotes utilizados en el experimento se fundieron en fffo directo en pequenos lingotes de 9,525 x 22,86 x 60,96 cenffmetros (3,75 x 9 x 24 pulgadas). El ratio de solidificacion fue mas alto que el que se observa normalmente en un lingote comercial, que puede tener un ancho de 1,829 metros (6 pies), un espesor de 60,96 cenffmetros (24 pulgadas), y 6,096 metros (20 pies) de longitud. Sin embargo, se preve que las aleaciones de revestimiento segun las realizaciones de la presente invencion produciran una microestructura apta para aplicaciones de soldadura fuerte cuando se fundan para crear lingotes comerciales.
La figura 14 es una micrograffa que muestra la comparacion de las muestras de la figura 13 tras la soldadura fuerte. Las muestras de las fotograffas de la Figura 14 se obtuvieron al exponer las probetas de las aleaciones de revestimiento de muestra de la Figura 13 a temperaturas entre 602°C-606°C, luego impregnandolas durante 3 minutos, lo que implica que la temperatura se “mantuvo” entre 602°C y 606°C y luego se enfffo a 570°C antes de extraer las muestras del horno para enfriarlas a temperatura ambiente. Las probetas se crearon en el laboratorio y se expusieron a un ciclo de soldadura fuerte en posicion vertical. El Panel A muestra una micrograffa de una seccion longitudinal de un revestimiento AA4343 + 1 Zn convencional. El Panel B muestra una micrograffa de una seccion longitudinal de la variante 2 de aleacion de revestimiento revistiendo una aleacion de un nucleo X902. Una seccion longitudinal significa que el plano en que se pule es paralelo a la direccion de laminacion, y la vista que muestra en la figura es a traves del espesor de la lamina.
Al estudiar las micrograffas de la Figura 14 se revelo que en ambas muestras el revestimiento fluyo de forma similar, y se encontro un nivel similar de metal de aportacion residual en la superficie tras la soldadura fuerte. En ambos casos, una banda de precipitado densa se formo en el nucleo adyacente a la capa superficial de aportacion residual. Por consiguiente, tanto la aleacion experimental y la aleacion de control exhibieron comportamientos de fundicion y flujo apropiados hacia el fondo de una probeta cuando se expusieron en posicion vertical. Los resultados de la prueba apoyan la conclusion que afirma que las aleaciones de la presente invencion pueden llenar o unir dos componentes por medio de accion capilar durante un ciclo de soldadura fuerte.
Ejemplo 3
Comportamiento de la aleacion de aluminio de lamina revestida en un ensayo con una “probeta con metal doblado”.
Se realizo un ensayo usualmente llamado “probeta con metal doblado” sobre las aleaciones descritas en el ejemplo anterior. Se creo una probeta de unos 3,175 cenffmetros cuadrados (1,25” cuadradas) a partir de cada aleacion de aluminio de lamina revestida. Se puso una pequena pieza de AA1100 doblada en dada probeta. Se aplica fundente a la probeta y el metal doblado banandolos en una suspension de 16% de NOCOLOK™ (Solvay, Houston, US) de fundido en agua que contiene un tensioactivo, o de forma alternativa, el fundente se mezcla en 100% de alcohol isopropflico. Ambos metodos de fundicion depositan 2-6 g/m2 de fundente sobre las superficies de los metales doblados y las probetas. Los metales doblados y las probetas se levantan por uno u otro extremo por medio de un cable pequeno, como se muestra en la Figura 15, formando asf un hueco que se puede llenar con la aleacion de revestimiento durante la soldadura fuerte. Este ensayo se utiliza para comprobar la capacidad de las aleaciones de aluminio revestidas bajo prueba para llenar huecos de distintos tamanos. El largo del filete resultante se evalua tras la soldadura fuerte. Se observa que el metal de aportacion llena los huecos por completo hasta el cable. Esta capacidad del metal de aportacion demuestra que el metal de aportacion tiene la fluidez apropiada para que la accion capilar que se desarrolla entre las dos superficies “tire” de el.
Ejemplo 4
Ensayo de corrosion de aleaciones de laminas revestidas experimentales.
Todas las aleaciones que se muestran en la Tabla 4 se utilizaron para crear aleaciones de laminas revestidas y se puso a prueba su resistencia a la corrosion. Se realizaron ensayos de corrosion de las aleaciones de laminas 5 revestidas experimentales que mostraron que las aleaciones de revestimiento de la variante 1, la variante 2 y la variante 3 dejaron mas aleacion de aportacion resolidificado residual sobre la superficie de las probetas en comparacion con aleaciones estandar revestidas en el mismo nucleo. Este resultado muestra que la variante 1, la variante 2 y la variante 3 de las aleaciones de revestimiento experimentales fueron menos anodicas al nucleo que las aleaciones de revestimiento estandar. Por consiguiente, una aleacion de lamina revestida constituida por un 10 revestimiento experimental, que ejemplifica las realizaciones de la presente invencion, puede resistir la corrosion de las juntas con soladura fuerte mejor que la aleacion convencional. Los objetos con soldadura fuerte fabricados con una aleacion experimental pueden durar mas tiempo antes de que la corrosion avene las juntas con soldadura fuerte, comparado con los objetos fabricados con aleaciones de laminas revestidas convencionales.
Varias realizaciones de la invencion se han descrito para demostrar los distintos objetivos de la invencion. Se ha de 15 entender que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios de la presente invencion. Los expertos en la tecnica podran realizar, con facilidad, numerosas modificaciones y adaptaciones de la invencion sin desviarse del espmtu y el alcance de la presente invencion.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un material de aluminio constituido por un nucleo de una aleacion de aluminio y un revestimiento de una aleacion de aluminio, donde el revestimiento de aleacion de aluminio comprende 0,1-1,0% en peso de Cu, 0,1-0,5% en peso de Fe, 0,3-1,0% en peso de Mn, 3-15% en peso de Si, 0,005-0,15% en peso de Ti, y 3-7% en peso de Zn y 0,0050,01% en peso de Ni, 0,005-0,05% en peso de al menos uno de Sr, Na o Ca, 0,00-1,5% en peso de Mg, e impurezas inevitables donde el contenido de cada impureza comprende hasta un 0,05% en peso y el total de todas las impurezas constituye un maximo de 0,15% en peso, y el resto es Al.
  2. 2. El material de aluminio de la reivindicacion 1, en donde el revestimiento de la aleacion de aluminio comprende 0,001-0,3% en peso de Mg, el resto Al.
  3. 3. El material de aluminio de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el revestimiento de la aleacion de aluminio comprende 0,15-0,6% en peso de Cu, 0,1-0,4% en peso de Fe, 0,3-0,7% en peso de Mn, 5-12% en peso de Si y 0,01-0,15% en peso de Ti, el resto Al.
  4. 4. El material de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el revestimiento de la aleacion de aluminio comprende 0,15-0,3% en peso de Cu, 0,2-0,4% en peso de Fe, 0,3-0,5% en peso de Mn, 7-10% en peso de Si y 0,005-0,13% en peso de Ti, el resto Al.
  5. 5. El material de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el material tiene una forma de una lamina constituida por el nucleo de la aleacion de aluminio y que tiene el revestimiento de la aleacion de aluminio en uno o en ambos lados de la lamina.
  6. 6. El material de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el revestimiento de la aleacion de aluminio comprende 0,005-0,7% en peso de Cu, 0,3-1,5% en peso de Mn y 0,001-0,2% en peso de Ti, el resto Al.
  7. 7. Un proceso para preparar el material de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6 que comprende:
    fundir el revestimiento de la aleacion de aluminio;
    laminar el revestimiento de la aleacion de aluminio hasta obtener el espesor deseado, produciendo asf el revestimiento de la aleacion de aluminio laminado;
    ensamblar el revestimiento de la aleacion de aluminio laminado sobre al menos un lado del nucleo de la aleacion de aluminio laminado; y,
    laminar en caliente el revestimiento de la aleacion de aluminio laminado sobre el nucleo de la aleacion de aluminio laminado
    o fundir por fusion el nucleo de la aleacion de aluminio y el revestimiento de la aleacion de aluminio.
  8. 8. El proceso de la reivindicacion 7, que tambien comprende preparar, antes de realizar la fundicion, el revestimiento de la aleacion de aluminio a partir de chatarra de aluminio anadiendo Si o a partir de una combinacion de chatarra de aluminio y aluminio de grado de fundicion.
  9. 9. Un proceso para unir dos o mas formas de aluminio por medio de soldadura fuerte, en donde al menos una de las dos o mas formas de aluminio esta fabricada con el material de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones 16.
  10. 10. El proceso de la reivindicacion 9, que comprende:
    ensamblar y fijar las dos o mas formas de aluminio;
    calentar las dos o mas formas de aluminio hasta llevarlas a una temperatura de soldadura fuerte en la que se crean juntas entre las dos o mas formas de aluminio por medio de accion capilar; y,
    enfriar las dos o mas formas de aluminio por debajo de la temperatura de solidus del revestimiento de la aleacion de aluminio.
  11. 11. El proceso de la reivindicacion 9 o 10, en donde la temperatura de soldadura fuerte es entre 590°C y 610°C.
  12. 12. Un objeto obtenido por medio de un proceso que comprende el proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 9-11.
  13. 13. El objeto de la reivindicacion 12, en donde el objeto es un calentador, una placa de evaporacion, un evaporador, un radiador, un nucleo de calentador, un condensador, un tubo, una tubena o un distribuidor.
  14. 14. Utilizar el material de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6 para soldadura fuerte.
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