СПЛАВ С ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ И КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТЬЮ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СИСТЕМАХ ОВКВиО Российский патент 2020 года по МПК C22C21/06 C22C21/12 C22C21/14 C22F1/04 C22F1/47 C22F1/57 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка испрашивает преимущества предварительной заявки США № 62/342,723, поданной 27 мая 2016 г., которая включена в настоящую заявку в полном объеме посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к областям материаловедения, химии материалов, металлургии, сплавов алюминия, производства алюминия и родственным областям. Более конкретно, согласно настоящему изобретению предложены инновационные сплавы алюминия, которые могут быть применены в различных практических сферах, включая, но не ограничиваясь этим, производство компонентов систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и охлаждения (ОВКВиО) для внутренних и наружных блоков.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Металлические компоненты систем ОВКВиО подвержены коррозии с течением времени. Частным примером является система металлических трубок. В течение около века металлические трубы в системах ОВКВиО изготовлялись из меди, и влияние коррозии на медные трубы долго представляло существенную проблему, влекущую значительные издержки. Коррозия в трубках может снижать эффективность системы. В частности, электрохимическая коррозия между трубкой и пластиной может приводить к утечкам из трубки, что ухудшает рабочие характеристики блока.

Необходимы альтернативные способы, которые повышают кпд, энергоэффективность и долговечность компонентов ОВКВиО. Большинство конструкций оборудования ОВКВиО основано на схемах круглые трубки-плоские пластины. Эта базовая схема применялась последние около 100 лет. Концепция совершенствовалась различными путями для достижения улучшенных характеристик теплопередачи. В частности, решения на базе алюминия обеспечивают конструктивные преимущества, которые дают множество выгод. Например, в теплообменниках из алюминия коррозия трубок происходит намного медленнее, чем в блоке с трубками из металла и пластинами из алюминия, благодаря более близкому электрохимическому балансу между пластиной и трубкой. Тем не менее, сохраняется необходимость в улучшенных характеристиках.

Требуемой эффективности можно добиться заменой медных трубок на трубки из других материалов. На сегодняшний день заменой медным трубкам ОВКВиО являются, среди прочего, трубки с алюминиевой плакировкой и трубы с цинковым покрытием. Однако трубки с алюминиевой плакировкой требуют дополнительных этапов обработки из-за наличия плакирующего слоя, что увеличивает их стоимость. Схожие проблемы существуют и в случае трубок с цинковым покрытием из-за дополнительного этапа их защиты. Кроме того, срок службы трубок с цинковым покрытием в условиях коррозии истекает, как только цинковый слой коррозировал в процессе эксплуатации.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Рассмотренные варианты реализации настоящего изобретения определены формулой настоящего изобретения, но не этим раскрытием его сущности. Это раскрытие сущности представляет собой обобщенный обзор различных аспектов настоящего изобретения, который вводит ряд концепций, подробно описанных в нижеприведенном разделе осуществления изобретения. Это раскрытие сущности не рассчитано на выявление ключевых или существенных признаков заявленного объекта изобретения, а также на то, чтобы использоваться отдельно для определения объема заявленного объекта. Объект изобретения следует интерпретировать через ссылки на соответствующие фрагменты всего описания, любой чертеж или чертежи и каждый пункт формулы изобретения.

В настоящем документе предложены инновационные сплавы алюминия, которые хорошо подходят для замещения меди в различных практических сферах, включая водопровод и канализацию, ОВКВиО, автомобилестроение, промышленность, транспорт, электронику, авиацию и космонавтику, железные дороги, упаковочное дело и другие.

Сплавы алюминия, раскрытые в настоящем документе, являются подходящими заменами металлам, традиционно применяемым во внутренних и наружных блоках ОВКВиО. Например, сплавы алюминия, раскрытые в настоящем документе, являются подходящими заменами меди, традиционно применяемой в компонентах систем ОВКВиО, например, медных трубопроводах. Сплавы алюминия, описанные в настоящем документе, обеспечивают улучшенные коррозионные характеристики и экономию материальных издержек по сравнению с медью. В качестве неограничивающих примеров, круглые или микроканальные трубы из сплавов алюминия, описанных в настоящем документе, могут заменить круглые медные трубки во внутренних и наружных блоках ОВКВиО.

Сплавы алюминия, предложенные в настоящем документе, проявляют высокую прочность и коррозионную стойкость. В некоторых примерах сплавы алюминия, описанные в настоящем документе, содержат следующее (все в % масс.): Cu: около 0,01 % - около 0,60 %, Fe: около 0,05 % - около 0,40 %, Mg: около 0,05 % - около 0,8 %, Mn: около 0,001 % - около 2,0 %, Si: около 0,05 % - около 0,25 %, Ti: около 0,001 % - около 0,20 %, Zn: около 0,001 % - около 0,20 %, Cr: 0 % - около 0,05 %, Pb: 0 % - около 0,005 %, Ca: 0 % - около 0,03 %, Cd: 0 % - около 0,004 %, Li: 0 % - около 0,0001 %, и Na: 0 % - около 0,0005 %. Другие элементы могут присутствовать в виде примесей в количестве 0,03% каждая, при этом общее содержание примесей не должно превышать 0,10%. Остаток - алюминий. В некоторых примерах сплавы алюминия, описанные в настоящем документе, содержат следующее (все в % масс.): Cu: около 0,05 % - около 0,10 %, Fe: около 0,27 % - около 0,33 %, Mg: около 0,46 % - около 0,52 %, Mn: около 1,67 % - около 1,8 %, Si: около 0,17 % - около 0,23 %, Ti: около 0,12 % - около 0,17 %, Zn: около 0,12 % - около 0,17 %, Cr: 0 % - около 0,01 %, Pb: 0 % - около 0,005 %, Ca: 0 % - около 0,03 %, Cd: 0 % - около 0,004 %, Li: 0 % - около 0,0001 %, Na: 0 % - около 0,0005 %, другие элементы: до 0,03 % каждый и до 0,10 % всего, и остаток: Al. В одном случае сплавы алюминия содержат: Cu: около 0,07 %, Fe: около 0,3 %, Mg: около 0,5 %, Mn: около 1,73 %, Si: около 0,2 %, Ti: около 0,15 %, Zn: около 0,15 %, другие элементы: 0,03 % каждый и 0,10 % всего, и остаток: алюминий.

При необходимости сплавы алюминия, описанные в настоящем документе, могут иметь электропроводимость более 40%, исходя из Международного стандарта на отожженную медь (International Annealed Copper Standard - IACS) (например, около 41% исходя из IACS). Сплавы алюминия, описанные в настоящем документе, могут иметь коррозионный потенциал около -735 mV. При необходимости сплавы алюминия, описанные в настоящем документе, могут иметь предел текучести более чем около 130 МПа и предел прочности на растяжение более чем около 185 МПа. Сплавы алюминия могут иметь степень твердости H или O.

В настоящем документе также предложены способы изготовления сплава алюминия. Эти способы включают этап отливки сплава алюминия, как описано в настоящем документе, для получения литого сплава алюминия, этап гомогенизации отлитого сплава алюминия, этап горячей прокатки отлитого сплава алюминия для получения листа промежуточной толщины, этап холодной прокатки листа промежуточной толщины для получения листа конечной толщины, и при необходимости этап отжига листа конечной толщины.

Кроме того, в настоящем документе предложены алюминиевые изделия, содержащие сплав алюминия согласно настоящему описанию. Алюминиевые изделия могут содержать теплообменный компонент (например, по меньшей мере одно из радиатора, конденсатора, испарителя, маслоохладителя, промежуточного охладителя, охладителя наддувочного воздуха или радиатора отопителя). При необходимости теплообменный компонент содержит трубку. Алюминиевое изделие может содержать внутренний или наружный блок ОВКВиО. Алюминиевое изделие может содержать водопропускное устройство, оросительный трубопровод или плавучее транспортное средство.

В настоящем документе также предложены изделия, которые содержат трубку, выполненную из алюминиевого изделия согласно настоящему описанию, и пластину, выполненную из сплава алюминия серии 7xxx (например, AA7072) или серии 1xxx (например, AA1100), при этом пластина соединена с трубкой посредством высокотемпературной пайки.

Другие аспекты, цели и преимущества будут очевидны после рассмотрения подробного описания нижеприведенных неограничивающих примеров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - диаграмма, иллюстрирующая предел текучести (YS), предел прочности на растяжение (UTS) и относительное удлинение (EI) для примерного сплава A и сравнительных сплавов.

Фиг. 2 - изображения примерного сплава A и сравнительных сплавов после их выдержки в течение одной недели в рамках испытания в морской воде с добавлением уксусной кислоты (SWAAT).

Фиг. 3 - изображения примерного сплава A и сравнительных сплавов после их выдержки в течение одной недели в рамках испытания SWAAT.

Фиг. 4 - изображения примерного сплава A и сравнительных сплавов после их выдержки в течение одной недели в рамках испытания SWAAT.

Фиг. 5 - изображения примерного сплава A и сравнительных сплавов после их выдержки в течение четырех недель в рамках испытания SWAAT.

Фиг. 6 - изображения примерного сплава A и сравнительных сплавов после их выдержки в течение четырех недель в рамках испытания SWAAT.

Фиг. 7 - изображения примерного сплава A и сравнительных сплавов после их выдержки в течение четырех недель в рамках испытания SWAAT.

Фиг. 8 - изображения меди, присоединенной к пластине из AA7072 (панель A), и меди, присоединенной к пластине из AA1100 (панель B), спустя четыре недели выдержки в условиях SWAAT.

Фиг. 9 - изображения примерного сплава A, присоединенного к пластине из AA7072 (панель A), и примерного сплава A, присоединенной к пластине из AA1100 (панель B), спустя четыре недели выдержки в условиях SWAAT.

Фиг. 10 - цифровое изображение образца без каких-либо трещин после испытания намотки-сгиба.

Фиг. 11 - цифровое изображение образца, содержащего трещины, после испытания намотки-сгиба.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем документе описаны инновационные сплавы алюминия и способы применения этих сплавов. Описанные сплавы имеют свойства, позволяющие заменить ими медь в любых практических сферах, для которых подходит медь. Например, сплавы, описанные в настоящем документе, могут заменить собой медные трубки, традиционно применяемые в системах ОВКВиО, включая трубки во внутренних и наружных блоках ОВКВиО. Сплавы могут быть использованы и как замена существующим экструдированным сплавам, в том числе в других паяных устройствах, таких как радиаторы, конденсаторы, маслоохладители и радиаторы отопителей (например, если содержание магния (Mg) сохраняется равным менее 0,5 % масс.). Сплавы, описанные в настоящем документе, могут быть плакированы на одной или обеих сторонах и быть применены в вышеупомянутых сферах. Эти сплавы имеют больший срок службы и большую прочность, чем алюминиевые трубки с плакировкой и цинковым покрытием, покрытые цинком, которые доступны в настоящее время как замена медным трубопроводам. Кроме того, сплавы, описанные в настоящем документе, могут быть применены в промышленных объектах общего назначениях, включая трубные заготовки и оросительные трубопроводы. В некоторых других примерах сплавы, описанные в настоящем документе, могут быть применены в транспортных объектах, например, в плавучих средствах (например, в мелких судах), легковых автомобилях, грузопассажирских автомобилях, летательных аппаратах или железнодорожных объектах. В других примерах сплав, описанный в настоящем документе, может быть применен в электронных объектах, например блоках питания и теплоотводах, или в любых других объектах.

Определения и расшифровки

Предполагается, что термины «изобретение», «это изобретение» и «настоящее изобретение», использованные в настоящем документе, относятся в целом ко всему объекту настоящей патентной заявки и всей нижеприведенной формуле изобретения. Формулировки, содержащие эти термины, следует трактовать не как ограничивающие объект, описанный в настоящем документе, или не как ограничивающие смысл или объем нижеприведенной формулы настоящего изобретения.

В настоящем описании может делаться ссылка на сплавы, помеченные знаками AA и другими родственными обозначениями, такими как «серия» или «1xxx». Для того чтобы понимать систему символьного обозначения, наиболее часто использованную в названиях и обозначениях алюминия и его сплавов, см. “International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” или “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot,” опубликованные Ассоциацией алюминиевой промышленности.

В настоящем документе грамматические показатели единственного включают ссылки на единственное и множественное числа, если контекст явно не указывает иное.

В настоящем документе термин «наружный» указывает на размещение не полностью внутри какой-либо конструкции, созданной людьми, и на подверженность геологическим и метеорологическим внешним условиям, таким как воздух, солнечное излучение, ветер, дождь, дождь со снегом, снег, переохлажденный снег, лед, град, пыльные бури, влажность, сухость, дым (например, табачный дым, дым домашних очагов, дым от промышленных мусоросжигателей и дым от лесных пожаров), смог, выхлопы ископаемого топлива, выхлопы биологического топлива, соли (например, воздух с высоким содержанием солей в регионах вблизи залежи соленой воды), радиоактивность, электромагнитные волны, коррозионные газы, коррозионные жидкости, гальванические металлы, гальванические сплавы, коррозионные твердые тела, плазма, огонь, электростатические разряды (например, молния), биологические материалы (например, отходы животного происхождения, слюна, жировые выделения и растительность), частицы, переносимые ветром, изменения атмосферного давления и суточные изменения температуры.

В настоящем документе термин «внутренний» указывает на размещение внутри любой конструкции, созданной людьми, при необходимости с управляемыми внешними условиями.

В настоящем документе термин «комнатная температура» может включать в себя температуру от около 15°C до около 30°C, например около 15°C, около 16°C, около 17°C, около 18°C, около 19°C, около 20°C, около 21°C, около 22°C, около 23°C, около 24°C, около 25°C, около 26°C, около 27°C, около 28°C, около 29°C или около 30°C.

В настоящей заявке делается ссылка на степень твердости или кондицию сплавов. Для того чтобы понимать наиболее часто используемые описания степеней твердости сплавов, см. “American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems”. Кондиция или степень твердости F относится к сплаву алюминия в состоянии после его изготовления. Кондиция или степень твердости O относится к сплаву алюминия в состоянии после его отжига. Кондиция или степень твердости Hxx, также обозначаемая в настоящем документе как H, относится к сплаву алюминия после его холодной прокатки с термической обработкой или без нее (например, отжигом). Подходящие степени твердости H включают в себя степени твердости HX1, HX2, HX3, HX4, HX5, HX6, HX7, HX8 или HX9.

Все диапазоны, раскрытые в настоящем документе, следует понимать как охватывающие любые возможные поддиапазоны, относящиеся к данной категории. Например, заявленный диапазон «1-10» следует рассматривать как включающий любые возможные поддиапазоны между (и включительно) минимальным значением 1 и максимальным значением 10; то есть все поддиапазоны, начинающиеся с минимального значения 1 или более, например 1-6,1, и заканчивающиеся максимальным значением 10 или менее, например 5,5-10.

Составы сплавов

В настоящем документе описаны сплавы алюминия, имеющие высокую коррозионную стойкость и высокую прочность. Сплавы алюминия и их компоненты описаны в отношении их элементного состава в массовых процентах (% масс.). В каждом сплаве остаток - это алюминий, при этом максимальный массовый процент суммы всех примесей равен 0,1%.

В некоторых примерах сплавы, раскрытые в настоящем документе, содержат следующее (все в % масс.): медь (Cu): около 0,01 % - около 0,60 % (например, около 0,01 % - около 0,6 %, около 0,05 % - около 0,6 %, около 0,05 % - около 0,55 %, около 0,05 % - около 0,50 %, около 0,05 % - около 0,40 %, или около 0,05 % - около 0,30 %); железо (Fe): около 0,05 % - около 0,40 % (например, около 0,1 % - около 0,4 %, около 0,2 % - около 0,4 %, около 0,05 % - около 0,33 %, около 0,2 % - около 0,33 %, или около 0,27 % - около 0,33 %); магний (Mg): около 0,05 % - около 0,8 % (например, около 0,1 % - около 0,8 %, около 0,3 % - около 0,8 %, около 0,3 % - около 0,6 %, около 0,3 % - около 0,52 %, около 0,46 % - около 0,52 %, или около 0,46 % - около 0,8 %); марганец (Mn): около 0,001 % - около 2,0 % (например, около 0,1 % - около 2,0 %, около 0,5 % - около 2,0 %, около 1,0 % - около 2,0 %, около 1,5 % - около 2,0 %, около 0,5 % - около 1,8 %, около 1,0 % - около 1,8 %, около 1,5 % - около 1,8 %, или около 1,67 % - около 1,8 %); кремний (Si): около 0,05 % - около 0,25 % (например, около 0,10 % - около 0,30 %, около 0,10 % - около 0,23 %, около 0,17 % - около 0,30 %, или около 0,17 % - около 0,23 %); титан (Ti): около 0,001 % - около 0,22 % (например, около 0,01 % - около 0,20 %, около 0,05 % - около 0,20 %, около 0,1 % - около 0,20 %, около 0,12 % - около 0,20 %, около 0,01 % - около 0,17 % , около 0,5 % - около 0,17 %, около 0,1 % - около 0,17 %, или около 0,12 % - около 0,17 %); цинк (Zn): около 0,001 % - около 0,22 % (например, около 0,01 % - около 0,20 %, около 0,05 % - около 0,20 %, около 0,1 % - около 0,20 %, около 0,12 % - около 0,20 %, около 0,01 % - около 0,17 %, около 0,5 % - около 0,17 %, около 0,1 % - около 0,17 %, или около 0,12 % - около 0,17 %); хром (Cr): 0 % - около 0,05 % (например, 0 % - около 0,01 %); свинец (Pb): 0 % - около 0,01 % (например, 0 % - около 0,005 %); кальций (Ca): 0 % - около 0,06 % (например, 0 % - около 0,03 %); кадмий (Cd): 0 % - около 0,01 % (например, 0 % - около 0,004 %, 0 % - около 0,006 %, 0 % - около 0,008 %, около 0,001 % - около 0,004 %, около 0,001 % - около 0,006 %, около 0,001 % - около 0,008 %, или около 0,001 % - около 0,01 %); литий (Li): 0 % - около 0,001 % (например, 0 % - около 0,0001 %, 0 % - около 0,0004 %, 0 % - около 0,0008 %, около 0,00005 % - около 0,0001 %, около 0,00005 % - около 0,0004 %, около 0,00008 % - около 0,0001 %, или около 0,00005 % - около 0,001 %); и натрий (Na): 0 % - около 0,001 % (например, 0 % - около 0,0005 %, 0 % - около 0,0007 %, около 0,001 % - около 0,0005 %, или около 0,001 % - около 0,007 %). Другие элементы могут присутствовать в виде примесей в количестве 0,03 % каждая, при этом общее содержание примесей не должно превышать 0,10 %. Остаток - алюминий.

В некоторых случаях сплавы содержат следующее (все в % масс.): Cu: около 0,01 % - около 0,60 %, Fe: около 0,05 % - около 0,40 %, Mg: около 0,05 % - около 0,8 %, Mn: около 0,001 % - около 2,0 %, Si: около 0,05 % - около 0,25 %, Ti: около 0,001 % - около 0,20 %, Zn: около 0,001 % - около 0,20 %, Cr: 0 % - около 0,05 %, Pb: 0 % - около 0,005 %, Ca: 0 % - около 0,03 %, Cd: 0 % - около 0,004 %, Li: 0 % - около 0,0001 % и Na: 0 % - около 0,0005 %. Другие элементы могут присутствовать в виде примесей в количестве 0,03 % каждая, при этом общее содержание примесей не должно превышать 0,10 %. Остаток - алюминий.

В некоторых примерах сплавы содержат следующее (все в % масс.): Cu: около 0,05 % - около 0,30 %, Fe: около 0,27 % - около 0,33 %, Mg: около 0,46 % - около 0,52 %, Mn: около 1,67 % - около 1,8 %, Si: около 0,17 % - около 0,23 %, Ti: около 0,12 % - около 0,17 %, Zn: около 0,12 % - около 0,17 %, Cr: 0 % - около 0,01 %, Pb: 0 % - около 0,005 %, Ca: 0 % - около 0,03 %, Cd: 0 % - около 0,004 %, Li: 0 % - около 0,0001 % и Na: 0 % - около 0,0005 %. Другие элементы могут присутствовать в виде примесей в количестве 0,03 % каждая, при этом общее содержание примесей не должно превышать 0,10 %. Остаток - алюминий.

В одном случае сплавы содержат Cu: около 0,07%, Fe: около 0,3%, Mg: около 0,5%, Mn: около 1,73%, Si: около 0,2%, Ti: около 0,15%, Zn: около 0,15%, другие элементы -0,03% каждый и 0,10% в сумме, остаток - алюминий.

В некоторых случаях сплавы, описанные в настоящем документе, содержат медь (Cu) в количестве 0,01 % - 0,60 %. Например, сплавы могут содержать Cu в количестве около 0,01 %, около 0,02 %, около 0,03 %, около 0,04 %, около 0,05 %, около 0,06 %, около 0,07 %, около 0,08 %, около 0,09 %, около 0,10 %, около 0,11 %, около 0,12 %, около 0,13 %, около 0,14 %, около 0,15 %, около 0,16 %,около 0,17 %, около 0,18 %, около 0,19 %, около 0,20 %, около 0,21 %, около 0,22 %, около 0,23 %, около 0,24 %, около 0,25 %, около 0,26 %, около 0,27 %, около 0,28 %, около 0,29 %, около 0,30 %, около 0,31 %, около 0,32 %, около 0,33 %, около 0,34 %, около 0,35 %, около 0,36 %, около 0,37 %, около 0,38 %, около 0,39 %, около 0,40 %, около 0,41 %, около 0,42 %, около 0,43 %, около 0,44 %, около 0,45 %, около 0,46 %, около 0,47 %, около 0,48 %, около 0,49 %, около 0,50 %, около 0,51 %, около 0,52 %, около 0,53 %, около 0,54 %, около 0,55 %, около 0,56 %, около 0,57 %, около 0,58 %, около 0,59 %, или около 0,60 %. В некоторых примерах Cu в твердом растворе может увеличить прочность сплавов алюминия, описанных в настоящем документе. Как правило, Cu не образует крупнодисперсных осадков в сплавах алюминия; тем не менее, Cu может выпадать в осадок при температурах горячей прокатки или отжига (например, около 300°C - около 500°C), в зависимости от концентрации Cu в сплаве. В условиях равновесия и при содержании Cu, описанном в настоящем документе (например, около 0,6% масс.), Cu снижает растворимость Mn в твердой фазе благодаря образованию интерметаллической фазы AlMnCu. Рост частиц AlMnCu происходит в ходе гомогенизации отлитого сплава алюминия и перед его горячей прокаткой в условиях, подробно описанных ниже.

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат железо (Fe) в количестве около 0,05 % - около 0,40 %. Например, сплавы могут содержать Fe в количестве около 0,05 %, около 0,06 %, около 0,07 %, около 0,08 %, около 0,09 %, около 0,10 %, около 0,11 %, около 0,12 %, около 0,13 %, около 0,14 %, около 0,15 %, около 0,16 %, около 0,17 %, около 0,18 %, около 0,19 %, около 0,20 %, около 0,21 %, около 0,22 %, около 0,23 %, около 0,24 %, около 0,25 %, около 0,26 %, около 0,27 %, около 0,28 %, около 0,29 %, около 0,30 %, около 0,31 %, около 0,32 %, около 0,33 %, около 0,34 %, около 0,35 %, около 0,36 %, около 0,37 %, около 0,38 %, около 0,39 % или около 0,40 %. В некоторых примерах Fe может быть частью интерметаллических составляющих, которые могут содержать Mn, Si и другие элементы. Включение Fe в количествах, описанных в настоящем документе, может контролировать образование крупнодисперсных интерметаллических составляющих.

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат магний (Mg) в количестве около 0,05 % - около 0,8 %. Например, сплавы могут содержать Mg в количестве около 0,05 %, около 0,06 %, около 0,07 %, около 0,08 %, около 0,09 %, около 0,10 %, около 0,11 %, около 0,12 %, около 0,13 %, около 0,14 %, около 0,15 %, около 0,16 %, около 0,17 %, около 0,18%, около 0,19 %, около 0,20 %, около 0,21 %, около 0,22 %, около 0,23 %, около 0,24 %, около 0,25 %, около 0,26 %, около 0,27 %, около 0,28 %, около 0,29 %, около 0,30 %, около 0,31 %, около 0,32 %, около 0,33 %, около 0,34 %, около 0,35 %, около 0,36 %, около 0,37 %, около 0,38%, около 0,39 %, около 0,40 %, около 0,41 %, около 0,42 %, около 0,43 %, около 0,44 %, около 0,45 %, около 0,46 %, около 0,47 %, около 0,48 %, около 0,49 %, около 0,50 %, около 0,51 %, около 0,52 %, около 0,53 %, около 0,54 %, около 0,55 %, около 0,56 %, около 0,57 %, около 0,58 %, около 0,59 %, около 0,60 %, около 0,61 %, около 0,62 %, около 0,63 %, около 0,64 %, около 0,65 %, около 0,66 %, около 0,67 %, около 0,68 %, около 0,69 %, около 0,70 %, около 0,71 %, около 0,72 %, около 0,73 %, около 0,74 %, около 0,75 %, около 0,76 %, около 0,77 %, около 0,78 %, около 0,79 % или около 0,80 %. В некоторых примерах Mg может увеличивать прочность сплава алюминия за счет твердо-растворного упрочнения. Mg может взаимодействовать с Si и Cu, которые присутствуют в сплавах алюминия, описанных в настоящем документе, с образованием дисперсионно-твердеющего сплава. В некоторых случаях большие количества Mg (например, превышающие диапазоны, перечисленные в настоящем документе) могут снизить коррозионную стойкость сплава алюминия и снизить температуру плавления сплава алюминия. Поэтому Mg должен присутствовать в количествах, описанных в настоящем документе, для увеличения прочности без уменьшения коррозионной стойкости и без снижения температуры плавления сплава алюминия.

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат марганец (Mn) в количестве около 0,001 % - около 2,0 %. Например, сплавы могут содержать Mn в количестве около 0,001 %, около 0,005 %, около 0,01 %, около 0,05 %, около 0,1 %, около 0,5 %, около 1,0 %, около 1,1 %, около 1,2 %, около 1,3 %, около 1,4 %, около 1,5 %, около 1,6 %, около 1,65 %, около 1,66 %, около 1,67 %, около 1,68 %, около 1,69 %, около 1,70 %, около 1,71 %, около 1,72 %, около 1,73 %, около 1,74 %, около 1,75 %, около 1,76 %, около 1,77 %, около 1,78 %, около 1,79 %, около 1,80 %, около 1,81 %, около 1,82 %, около 1,83 %, около 1,84 %, около 1,85 %, около 1,86 %, около 1,87 %, около 1,88 %, около 1,89 %, около 1,9 %, около 1,91 %, около 1,92 %, около 1,93 %, около 1,94 %, около 1,95 %, около 1,96 %, около 1,97 %, около 1,98 %, около 1,99 %, или около 2,0 %. Mn может повышать прочность алюминия за счет твердорастворного упрочнения. Mn может образовывать дисперсии интерметаллических соединений с алюминием. Высокое содержание Mn, например, в комбинации с количествами Fe, описанными в настоящем документе, может приводить к образованию крупнодисперсных интерметаллических Mn-Fe-составляющих.

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат кремний (Si) в количестве около 0,05 % - около 0,25 %. Например, сплав может содержать Si в количестве около 0,05 %, около 0,06 %, около 0,07 %, около 0,08 %, около 0,09 %, около 0,10 %, около 0,11 %, около 0,12 %, около 0,13 %, около 0,14 %, около 0,15 %, около 0,16 %, около 0,17 %, около 0,18 %, около 0,19 %, около 0,20 %, около 0,21 %, около 0,22 %, около 0,23 %, около 0,24 %, или около 0,25 %. Содержание Si тщательно контролируется, поскольку может снизить температуру плавления сплавов алюминия, описанных в настоящем документе. Включение Si в количествах, описанных в настоящем документе, может приводить к образованию дисперсных фаз AlMnSi, что увеличивает прочность сплавов алюминия.

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат титан (Ti) в количестве около 0,001 % - около 0,20 %. Например, сплавы могут содержать Ti в количестве около 0,001 %, около 0,005 %, около 0,010 %, около 0,05 %, около 0,10 %, около 0,11 %, около 0,12 %, около 0,13 %, около 0,14 % около 0,15 %, около 0,16 %, около 0,17 %, около 0,18 %, около 0,19 %, или около 0,20 %. Будучи включенным в количествах, описанных в настоящем документе, Ti улучшает коррозионную стойкость сплавов алюминия, описанных в настоящем документе. В некоторых случаях Ti включен в количествах, описанных в настоящем документе, для сохранения деформируемости сплавов алюминия. Если Ti используется в количествах больших, чем описано в настоящем документе, то может ухудшить деформируемость созданного сплава, которая необходима для изготовления определенных продуктов, таких как трубки.

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат цинк (Zn) в количестве около 0,001 % - около 0,20 %. Например, сплавы могут содержать Zn в количестве около 0,001 %, около 0,005 %, около 0,010 %, около 0,05 %, около 0,10 %, около 0,11 %, около 0,12 %, около 0,13 %, около 0,14 % около 0,15 %, около 0,16 %, около 0,17 %, около 0,18 %, около 0,19 % или около 0,20 %. В некоторых примерах Zn, содержащийся в сплаве в концентрации, описанной в настоящем документе, может оставаться в твердом растворе и повышать коррозионную стойкость. В некоторых случаях Zn, содержащийся в концентрации большей, чем около 0,20%, может усиливать межкристаллитную коррозию или ускорять коррозию, например, в условиях гальванической связи.

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат хром (Cr) в количестве 0 % - около 0,05 %. Например, сплавы могут содержать Cr в количестве около 0,001 %, около 0,002 %, около 0,003 %, около 0,004 %, около 0,005 %, около 0,006 %, около 0,007 %, около 0,008 %, около 0,009 %, около 0,01 %, около 0,02 %, около 0,03 %, около 0,04 % или около 0,05 %. В некоторых примерах Cr отсутствует (то есть его количество равно 0%).

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат свинец (Pb) в количестве 0 % - около 0,005 %. Например, сплавы могут содержать Pb в количестве около 0,001 %, около 0,002 %, около 0,003 %, около 0,004 % или около 0,005 %. В некоторых примерах Pb отсутствует (то есть его количество равно 0%).

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат кальций (Ca) в количестве 0 % - около 0,03 %. Например, сплавы могут содержать Ca в количестве около 0,01 %, около 0,02 % или около 0,03 %. В некоторых примерах Ca отсутствует (то есть его количество равно 0%).

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат кадмий (Cd) в количестве 0 % - около 0,004 %. Например, сплавы могут содержать Cd в количестве около 0,001 %, около 0,002 %, около 0,003 % или около 0,004 %. В некоторых примерах Cd отсутствует (то есть его количество равно 0%).

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат литий (Li) в количестве 0 % - около 0,0001 %. Например, сплавы могут содержать Li в количестве около 0,00005 % или около 0,0001 %. В некоторых примерах Li отсутствует (то есть его количество равно 0%).

В некоторых примерах сплавы, описанные в настоящем документе, содержат натрий (Na) в количестве 0 % - около 0,001%. Например, сплавы могут содержать Na в количестве около 0,0001 %, около 0,0002 %, около 0,0003 %, около 0,0004 %, около 0,0005 % или около 0,001 %. В некоторых примерах Na отсутствует (то есть его количество равно 0%).

Свойства сплавов

Сплавы, описанные в настоящем документе, имеют высокий показатель деформационного упрочнения. Прочность сплавов в состоянии после прокатки существенно выше, что делает сплав пригодным для применения в условиях, не требующих формуемости. Сплав может применяться как с плакирующим слоем, так и без него.

Справы, раскрытые в настоящем документе, хорошо подходят для замещения меди в различных практических сферах, включая водопровод и канализацию, ОВКВиО, автомобилестроение, промышленность, транспорт, электронику, авиацию и космонавтику, железные дороги, упаковочное дело и другие. Сплавы, описанные в настоящем документе, могут быть применены, например, в оборудовании ОВКВиО, включая теплообменники. При формовании в трубки компоненты обычно собирают механическим путем с обеспечением малой площади на конце, который припаивают методом газопламенной пайки к U-образному колену. Газопламенная пайка требует, чтобы трубка имела существенно большую температуру солидуса, чем припой, что исключает плавление трубки вместе с припоем, используемым в ходе газопламенной пайки. Сплав, описанный в настоящем документе, имеет хорошие механические и химические свойства, включая высокую температуру солидуса, что позволяет использовать его с твердыми припоями различных типов.

Сплавы, описанные в настоящем документе, имеют коррозионную стойкость, достаточную для прохождения 28-дневного испытания на коррозию в морской воде с добавлением уксусной кислоты (Sea Water Acetic Acid Testing - SWAAT). При формовании этих сплавов в трубы теплообменников, включая трубы с микроотверстиями, сплавы сами по себе создают достаточную коррозионную стойкость, что устраняет любую необходимость в обычном этапе газотермического напыления цинка.

Будучи комбинированы с материалами пластин, то есть сплавами алюминия серии 1xxx или 7xxx, сплавы, описанные в настоящем документе, имеют лучшую коррозионную стойкость, чем медь. Материал пластин расходуется вплоть до трубки. Сплавы, описанные в настоящем документе, превосходят медь в испытании на коррозию SWAAT. Как показано на примерах, образцы сплава по настоящему изобретению вместе с пластиной, выполненной из сплава алюминия серии 1xxx или 7xxx, не имеют или имеют ограниченную коррозию для сплава по настоящему изобретению. Однако образцы меди вместе с ребром, выполненным из сплава алюминия серии 1xxx или 7xxx, обнаруживают значительную коррозию для меди спустя две недели выдержки.

Способы приготовления и обработки

Отливка

Сплав, описанный в настоящем документе, может быть отлит c помощью способа отливки, известного специалистам в данной области техники. Например, процесс литья может включать способ литья прямым охлаждением (Direct Chill - DC). Способ литья прямым охлаждением выполняют согласно стандартам, обычно применяемым в алюминиевой промышленности и известным специалистам в данной области техники. При необходимости процесс литья может включать способ непрерывного литья (continuous casting - CC). Процесс литья при необходимости может включать любой другой промышленный способ литья с использованием валкового литья. При необходимости с отлитого сплава алюминия может быть снята корка. Отлитый сплав алюминия затем может быть подвергнут дальнейшим этапам обработки. Например, способы обработки, описанные в настоящем документе, могут включать этапы гомогенизации, горячей прокатки, холодной прокатки и/или отжига.

Гомогенизация

Этап гомогенизации может включать нагрев отлитого сплава алюминия, как описано в настоящем документе, до получения температуры гомогенизации около или по меньшей мере около 480°C. Например, отлитый сплав алюминия может быть нагрет до температуры по меньшей мере около 480°C, по меньшей мере около 490°C, по меньшей мере около 500°C, по меньшей мере около 510°C, по меньшей мере около 520°C, по меньшей мере около 530°C, по меньшей мере около 540°C, по меньшей мере около 550°C или любого промежуточного значения. В некоторых случаях скорость нагрева до температуры гомогенизации может быть около 100°C/час или меньше, около 75°C/час или меньше, около 50°C/час или меньше, около 40°C/час или меньше, около 30°C/час или меньше, около 25°C/час или меньше, около 20°C/час или меньше, около 15°C/час или меньше, или около 10°C/час или меньше.

Отлитый сплав алюминия затем подвергают томлению (то есть оставляют при указанной температуре) в течение некоторого периода времени. В одном неограничивающем примере отлитый сплав алюминия подвергают томлению в течение до около 10 часов (например, от около 10 минут до около 10 часов включительно). Например, отлитый сплав алюминия может быть подвергнут томлению при температуре по меньшей мере 520°C в течение 10 минут, 20 минут, 30 минут, 1 часа, 2 часов, 3 часов, 4 часов, 5 часов, 6 часов, 7 часов, 8 часов, 9 часов, 10 часов или любого промежуточного периода.

Горячая прокатка

После этапа гомогенизации может быть выполнен этап горячей прокатки для получения продукта промежуточной толщины (например, листа или пластины). В некоторых случаях отлитый сплав алюминия может быть подвергнут горячей прокатке до получения толщины от около 2 мм до около 15 мм (например, от около 2,5 мм до около 10 мм). Например, отлитый сплав алюминия может быть подвергнут горячей прокатке до получения толщины около 2 мм, около 2,5 мм, около 3 мм, около 3,5 мм, около 4 мм, около 5 мм, около 6 мм, около 7 мм, около 8 мм, около 9 мм, около 10 мм, около 11 мм, около 12 мм, около 13 мм, около 14 мм или около 15 мм.

Холодная прокатка

Этап холодной прокатки может быть выполнен после этапа горячей прокатки. В определенных аспектах лист промежуточной толщины, полученный в результате этапа горячей прокатки, может быть подвергнут холодной прокатке до получения листа конечной толщины. В некоторых аспектах прокатанный продукт подвергают холодной прокатке до толщины от около 0,2 мм до около 2,0 мм, от около 0,3 мм до около 1,5 мм или от около 0,4 мм до около 0,8 мм. В некоторых аспектах лист промежуточной толщины подвергают холодной прокатке до толщины около 2 мм или меньше, около 1,5 мм или меньше, около 1 мм или меньше, около 0,5 мм или меньше, около 0,4 мм или меньше, около 0,3 мм или меньше, около 0,2 мм или меньше, или около 0,1 мм или меньше. Например, продукт промежуточной толщины может быть подвергнут холодной прокатке до толщины около 0,1 мм, около 0,2 мм, около 0,3 мм, около 0,4 мм, около 0,5 мм, около 0,6 мм, около 0,7 мм, около 0,8 мм, около 0,9 мм, около 1,0 мм, около 1,1 мм, около 1,2 мм, около 1,3 мм, около 1,4 мм, около 1,5 мм, около 1,6 мм, около 1,7 мм, около 1,8 мм, около 1,9 мм или около 2,0 мм, или любого промежуточного значения.

Отжиг

В зависимости от требований к конечной степени твердости, способ может при необходимости включать последующий этап отжига. Этап отжига может быть применен к листу алюминия конечной толщины или после окончательного прохода через стан холодной прокатки. Этап отжига может включать нагрев листа с комнатной температуры до температуры от около 230°C до около 370°C (например, от около 240°C до около 360°C, от около 250°C до около 350°C, от около 265°C до около 345°C или от около 270°C до около 320°C). Лист может быть подвергнут томлению при указанной температуре в течение некоторого периода времени. В некоторых аспектах допустимо томление листа в течение до около 6 часов (например, от около 10 секунд до около 6 часов включительно). Например, лист может быть подвергнут томлению при температуре от около 230°C до около 370°C в течение около 15 секунд, около 30 секунд, около 45 секунд, около 1 минуты, около 5 минут, около 10 минут, около 15 минут, около 20 минут, около 30 минут, около 1 часа, около 2 часов, около 3 часов, около 4 часов, около 5 часов, около 6 часов или любого промежуточного периода. В некоторых примерах лист отжигу не подвергают.

Способы применения

Сплавы и способы, описанные в настоящем документе, могут быть применены в таких промышленных объектах как расходуемые части, рассеиватели тепла, упаковки, строительные материалы и др. Сплавы, описанные в настоящем документе, могут быть применены как промышленные заготовки для пластин теплообменников. Промышленные заготовки для пластин могут быть предусмотрены таким образом, чтобы быть устойчивее к коррозии, чем применяемые в настоящее время сплавы для промышленных заготовок пластин (например, сплавы AA7072 и AA1100), и все же предпочтительным образом коррозировать, защищая другие металлические части теплообменника. Сплавы алюминия, раскрытые в настоящем документе, являются подходящими заменами металлам, традиционно применяемым во внутренних и наружных блоках ОВКВиО. Сплавы алюминия, описанные в настоящем документе, имеют улучшенную коррозионную характеристику и более высокую прочность по сравнению с таковыми у сплавов, применяемых в настоящее время.

Сплавы, описанные в настоящем документе, могут заменить медь в любой практической сфере, для которой подходит медь. Например, сплавы, раскрытые в настоящем документе, могут быть применены в качестве материала круглых трубок как замена медным круглым трубам, с плакирующим слоем или без него. Альтернативный подход заключается в замене круглых медных трубок многодырчатыми экструзионными (multi-port extrusion - MPE) алюминиевыми трубками, которые называют также микроканальными трубками. Микроканальную трубку называют также паяным алюминиевым теплообменником.

Нижеследующие примеры служат для дополнительной иллюстрации настоящего изобретения, не являясь каким бы то ни было его ограничением. Напротив, следует четко понимать, что можно прибегнуть к разнообразным вариантам реализации, модификациям и эквивалентам настоящего изобретения, которые могут быть понятны специалистам в данной области техники, без выхода за рамки сущности настоящего изобретения. В ходе исследований, описанных в нижеприведенных примерах, преследовались общепринятые методы, если не указано иное. Некоторые из методов описаны ниже для наглядности.

Примеры

Материалы

В таблице 1 представлены составы пяти сплавов, использованных в нижеприведенных разделах испытаний, при этом остаток сплавов - алюминий. Диапазон составов для примерного сплава A по настоящему изобретению удовлетворял следующим условиям: 1,7-1,8% Mn, 0,46-0,52% Mg, 0,05-0,07% Cu, 0,27-0,33% Fe, 0,17-0,23% Si, 0,12-0,17% Ti, 0,12-0,17% Zn, неизбежные примеси, остаток - Al.

Для указанных сплавов применялась следующая процедура изготовления. С литой заготовки, полученной посредством литья прямым охлаждением, была снята корка, после чего заготовка была нагрета до 520°C за 12 часов. Заготовка была подвергнута томлению при температуре 520°C в течение 6 часов. Заготовка была подвергнута горячей прокатке до получения толщины 2,5 мм. Горячекатаный лист затем был подвергнут холодной прокатке до получения требуемой конечной толщины 0,4 - 0,8 мм. Все образцы были испытаны в полностью отожженном состоянии. Все сравненные образцы имели степень твердости O.

Таблица 1

Сплав Cu Fe Mg Mn Si Ti Zn Примеси Каждая Всего Сплав A 0,07 0,3 0,5 1,7 0,2 0,15 0,15 0,05 0,15 3005M 0,07 0,3 0,5 1 0,2 0,15 0,15 0,05 0,15 3104M 0,07 0,3 1 1 0,2 0,15 0,15 0,05 0,15 5052M 0,07 0,12 2,5 0,07 0,15 0,15 0,15 0,05 0,15 3003M 0,08 0,3 1,4 0,5 0,15 0,15 0,05 0,15

Пример 1: механические свойства сплавов

Были определены механические свойства для листов примерного сплава A и нескольких сравнительных сплавов. Испытание было проведено для сплавов степени твердости O. Образцы были изготовлены в соответствии со стандартами ASTM B557. Было испытано три образца от каждой разновидности сплава и представлены средние значения. Для получения надежных результатов образцы были изготовлены с шероховатостью контуров 0,5 Ra. Примерный сплав A имел предел прочности на растяжение (ultimate tensile strength - UTS) ~175 МПа. Все сравнительные сплавы кроме одного имели UTS меньший, чем у примерного сплава A. Фиг. 1 иллюстрирует UTS для примерного сплава A и сравнительных сплавов. Примерный сплав A имел предел текучести (yield strength - YS) около 75 МПа. Все сравнительные сплавы кроме одного имели YS меньший, чем у примерного сплава A. Результаты испытаний для YS также представлены на фиг. 1. Примерный плав A имел относительное удлинение (percent elongation - EI) около 15%, как показано на фиг. 1.

Пример 2: коррозионные свойства

Пластина из сплава алюминия AA7072 была использована для оценки показателей коррозии примерного сплава A и сравнительных сплавов. Показатели коррозии при потенциалах незамкнутой цепи («коррозионные потенциалы») были измерены в соответствии с ASTM G69. Примерный сплав A имел коррозионный потенциал -735 мВ, который близок к коррозионным потенциалам других испытанных сплавов. Таблица 2 иллюстрирует результаты этого испытания для всех сплавов. Расчетная разность между коррозионными потенциалами алюминиевого сплава трубки и алюминиевого сплава пластины должна быть меньше 150 мВ, чтобы пластина могла расходоваться и защищать трубку от коррозии.

Была испытана электропроводимость в соответствии с Международным стандартом на отожженную медь IACS. Примерный сплав A имел среднюю электропроводимость около 43,4 % по IACS, что достаточно для обеспечения хорошей теплопередачи в блоке. Таблица 2 содержит данные по IACS для всех испытанных сплавов.

Дифференциальная сканирующая калориметрия (Differential scanning calorimetry -DSC) использовалась для определения температур солидуса и ликвидуса примерного сплава A, а также сравнительных сплавов и материала припоя 718 AlSi с известным составом. В таблице 2 приведены эти температуры, а также разность между солидусом сплавов и ликвидусом материала припоя 718 AlSi. Приведенные здесь температуры нормированы относительно сплава алюминия чистотой 99,999%. Чем больше разность между солидусом сплава и ликвидусом припоя, тем стабильнее процесс промышленной сборки с использованием материала припоя. Высокая температура солидуса примерного сплава A необходима для того, чтобы трубка не плавилась в ходе ее припаивания к другому компоненту теплообменного блока. Разность между солидусом примерного сплава A и ликвидусом 718 AlSi равна 65°C, что допустимо для осуществления процессов сборки, таких как газопламенная пайка.

Таблица 2

Сплав Электро-проводи-мость
(% IACS) Коррозионный потенциал
(мВ) КП 7072 - КП сплава
(мВ) ДСК Разность между
солидусом сплава - ликвидусом припоя
718 AlSi (°C) Солидус (°C) Ликвидус (°C) Сплав A 43,4 -735 -151 647 655 65 3005M 40,1 -725 -161 643 655 61 3104M 37,2 -722 -164 631 655 49 5052M 37,1 -738 -148 604 647 22 3003M 46,7 -726 -160 647 656 65 7072 50,0 -886 650 662 Припой 718AlSi 576 582

Пример 3: испытание на коррозию в морской воде с добавлением уксусной кислоты (SWAAT)

Примерный сплав A и сравнительные сплавы 3005M, 3104M, 5052M и 3003M были отформованы и испытаны с использованием AA7072, закрепленного на выполненных примерных и сравнительных сплавах (служил для создания пластины с целью оценки коррозионных характеристик сплавов в рамках испытания SWAAT). SWAAT было проведено в соответствии с ASTM G85 Приложение 3. Применялась искусственная морская вода, окисленная до 2,8 - 3,0 pH (42 г/л искус. мор. соль + 10 мл/л ледяная уксусная кислота). После этого образцы были очищены в 50%-й азотной кислоте в течение 1 часа и исследованы на предмет коррозии в трех различных местах.

На фиг. 2-7 представлены результаты испытания SWAAT для примерного сплава A и сравнительных сплавов спустя 1 неделю (фиг. 2, 3 и 4) и 4 недели (фиг. 5, 6 и 7) выдержки. На фиг. 2, 3, 5 и 6 с пластиной контактировали только верхние поверхности. При оценке коррозии рассмотрены только участки под пластиной. Спустя одну неделю (фиг. 2, 3 и 4) несколько сплавов обнаружили коррозионную активность, которая была интенсивнее на участках, удаленных от зажимов. Спустя четыре недели (фиг. 5, 6 и 7) сплавы обнаружили некоторую коррозионную активность на участках под пластиной и на удалении от зажимов. Как видно из фиг. 2-7, примерный сплав A обнаружил значительно меньшую питтинговую коррозию, чем другие испытанные сплавы.

Была использована качественная шкала для оценки степени коррозии после того, как образцы были подвергнуты испытанию SWAAT. Образцы были подвергнуты коррозионному испытанию SWAAT (ASTM G85) с выдержкой 4 недели и изучены спустя 1 и 4 недели для описания их коррозионных свойств. Степень коррозии была охарактеризована шкалой от нуля до десяти, где ноль обозначал сильную коррозию, а десять - слабую коррозию или ее отсутствие. Результаты для коррозионной стойкости и прочности представлены в таблице 3. Испытанные составы сплавов приведены в таблице 1.

Таблица 3

Сплав Прочность Коррозия Сплав A 8 8 3005M 5 7 3104M 7 4 5052M 10 8 3003M 3 7

По результатам испытаний механических свойств и коррозионной стойкости, примерный сплав A имел наилучшую общую комбинацию прочности, коррозионной стойкости, химического потенциала и температуры солидуса. Сплав 3005 имел хорошую коррозионную стойкость, но плохие механические свойства. Сплав 3104 имел хорошую прочность и формуемость, но низкую коррозионную стойкость на участках, удаленных от мест контакта с пластиной из 7072. Кроме того, сплав 3104 имеет высокое содержание Mg и низкую температуру солидуса, что может явиться препятствием при высокотемпературной пайке. Сплав 5052 имел превосходную комбинацию прочности и коррозионной стойкости, но очень низкий солидус и очень высокое содержание Mg, что делает его уязвимым перед плавлением в ходе газопламенной пайки. Сплав 5052 также имеет плохую свариваемость. Сплав 3003 имел хорошую коррозионную стойкость, но низкую прочность.

Испытания SWAAT также были проведены на предмет (i) сравнения пластины из AA7072, расположенной на примерном сплаве A и на меди, и (ii) сравнения пластины из AA1100, расположенной на примерном сплаве A и на меди. Результаты представлены на фиг. 8 и 9. При анализе коррозии были рассмотрены только участки под пластиной. На фиг. 8 панель A показана коррозия 810 меди при наличии на ней пластины из AA7072. На фиг. 8 панель B показана коррозия 810 меди при наличии на ней пластины из AA1100. На фиг. 9 панель A показана коррозия примерного сплава A при наличии на нем пластины из AA7072. На фиг. 9 панели B показана коррозия примерного сплава A при наличии на нем пластины из AA1100. Пластины из 7072 и 1100 на примерном сплаве A сохранились спустя 4 недели выдержки в растворе по SWAAT. Медь, контактировавшая с 7072 и 1100, обнаружила сильную коррозионную активность спустя две недели выдержки в растворе по SWAAT, а пластины были корродированы полностью, что указывало на интенсивную электрохимическую коррозионную активность между медной трубкой и алюминиевой пластиной.

Пример 4: испытания сплавов на сгибаемость

Были проведены испытания на сгибаемость с включением испытания намотки-сгиба (Wrap Bend test) и испытания плоской кромки (Flat Hem test). Испытания намотки-сгиба были проведены на предмет сгибаемости на барабане с наименьшим радиусом 0,002 дюйма. Испытание плоской кромки служит для определения сгибаемости сплава на основе его полного 180°-го изгиба. Образцы упорядочены по внешнему виду их поверхности изгиба и по внешнему виду плоской кромки; по отсутствию трещин (см. фиг. 10) или наличию трещин 1100 (см. фиг. 11). Примерный сплав A обнаруживал хорошую поверхность без каких-либо трещин, а минимально зарегистрированное соотношение R/T составляет 0,089 для испытания намотки-сгиба, где R соответствует радиусу барабана в дюймах, а T - толщине образца в дюймах. Образцам была присвоена шкала изгиба поверхности от одного до десяти. Исходя из этих результатов, примерный сплав A обнаружил превосходные сгибательные свойства по сравнению с таковыми у сравнительных сплавов трубных заготовок.

Были также проведены испытания на формуемость с включением испытания по Эриксену. В ходе испытания по Эриксену измеряют формуемость сплава под действием трехосевой нагрузки. Пуансон давит на лист алюминия, пока в нем не появляются трещины. Результаты испытания по Эриксену представляют в единицах перемещения в материале до его растрескивания.

Отожженные образцы были подвергнуты испытаниям по Эриксену, и их результаты представлены в таблице 4 для примерного сплава A и сравнительных сплавов. Исходя из этих результатов, примерный сплав A проявляет хорошие свойства при операциях сгиба. Основой для сравнения с примерным сплавом A является сплав 5052M. 5052M имеет хорошую комбинацию прочности и коррозионной стойкости, однако из-за большого содержания в нем Mg высокотемпературная пайка с ним затруднительна. Сплаву 5052M соответствует малая разность между солидусом сплава и ликвидусом припоя, что создает проблемы при газопламенной пайке, то есть сплав будет плавиться вместе с припоем. Для примерного сплава A и материалов припоя характерна большая разность между солидусом сплава и ликвидусом припоя, так что примерный сплав A обеспечивает более стабильный производственный процесс.

Таблица 4

Сплав Высота колпачка по Эриксону (дюйм) 3005M 0,348 Сплав A 0,322 3104M 0,303 5052M 0,322 3003M 0,378

Все патенты, патентные заявки, публикации и рефераты, упомянутые выше, включены в настоящий документ в полном объеме посредством ссылки. Различные варианты реализации настоящего изобретения описаны во исполнение различных целей настоящего изобретения. Следует отметить, что эти варианты реализации служат лишь наглядной иллюстрацией принципов настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет очевидно множество его модификаций и адаптаций без выхода за рамки сущности и объема настоящего изобретения, определенных в нижеследующей формуле настоящего изобретения.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, которые могут быть использованы для производства компонентов систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и охлаждения (ОВКВиО) во внутренних и наружных блоках. Сплав алюминия содержит, мас.%: Cu 0,01-0,4, Fe 0,05-0,40, Mg 0,05-0,8, Mn 0,001-2,0, S 0,05-0,25, Ti 0,001-0,20, Zn 0,001-0,20, Cr 0-0,05, Pb 0-0,005, Ca 0-0,03, Cd 0-0,004, Li 0-0,0001, Na 0-0,0005, неизбежные примеси до 0,03 каждой и до 0,10 в сумме, остальное - алюминий. Способ изготовления сплава алюминия включает получение отливки из сплава алюминия, гомогенизацию отливки, горячую прокатку, холодную прокатку листа промежуточной толщины для получения листа конечной толщины и отжиг листа конечной толщины. Изобретение направлено на повышение долговечности компонентов ОВКВиО за счет получения сплавов с высокой прочностью и хорошей коррозионной стойкостью. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 пр., 4 табл., 11 ил.

1. Сплав алюминия, имеющий следующий состав: Cu 0,01-0,4 мас.%, Fe 0,05-0,40 мас.%, Mg 0,05-0,8 мас.%, Mn 0,001-2,0 мас.%, Si 0,05-0,25 мас.%, Ti 0,001-0,20 мас.%, Zn 0,001-0,20 мас.%, Cr 0-0,05 мас.%, Pb 0-0,005 мас.%, Ca 0-0,03 мас.%, Cd 0-0,004 мас.%, Li 0-0,0001 мас.%, Na 0-0,0005 мас.%, неизбежные примеси до 0,03 мас.% каждой и до 0,10 мас.% в сумме, и остальное - алюминий.

2. Сплав алюминия по п. 1, отличающийся тем, что он имеет следующий состав: Cu 0,05-0,10 мас.%, Fe 0,27-0,33 мас.%, Mg 0,46-0,52 мас.%, Mn 1,67-1,8 мас.%, Si 0,17-0,23 мас.%, Ti 0,12- 0,17 мас.%, Zn 0,12-0,17 мас.%, Cr 0-0,01 мас.%, Pb 0-0,005 мас.%, Ca 0-0,03 мас.%, Cd 0-0,004 мас.%, Li 0-0,0001 мас.%, Na 0-0,0005 мас.%, неизбежные примеси до 0,03 мас.% каждой и до 0,10 мас.% в сумме, и остальное - алюминий.

3. Сплав алюминия по п. 2, в котором Cu присутствует в количестве 0,07%, Fe присутствует в количестве 0,3%, Mg присутствует в количестве 0,5%, Mn присутствует в количестве 1,73%, Si присутствует в количестве 0,2%, Ti присутствует в количестве 0,15% и Zn присутствует в количестве 0,15%.

4. Сплав алюминия по любому из пп. 1-3, в котором электропроводимость сплава алюминия превышает 40% исходя из Международного стандарта на отожженную медь IACS.

5. Сплав алюминия по любому из пп. 1-4, в котором электропроводимость сплава алюминия равна 41% исходя из IACS.

6. Сплав алюминия по любому из пп. 1-5, в котором коррозионный потенциал сплава алюминия равен -735 мВ.

7. Сплав алюминия по любому из пп. 1-6, в котором сплав алюминия имеет предел текучести более чем 130 МПа и предел прочности на растяжение более чем 185 МПа.

8. Сплав по любому из пп. 1-7, в котором сплав имеет степень твердости H.

9. Сплав по любому из пп. 1-7, в котором сплав имеет степень твердости O.

10. Способ изготовления сплава алюминия, включающий:

отливку сплава алюминия в соответствии с п. 1 для получения отлитого сплава алюминия;

гомогенизацию отлитого сплава алюминия;

горячую прокатку отлитого сплава алюминия для получения листа промежуточной толщины;

холодную прокатку листа промежуточной толщины для получения листа конечной толщины и

отжиг листа конечной толщины.

11. Алюминиевое изделие, содержащее сплав алюминия по п. 1.

12. Алюминиевое изделие по п. 11, которое содержит теплообменный компонент.

13. Алюминиевое изделие по п. 12, в котором теплообменный компонент содержит по меньшей мере одно из радиатора, конденсатора, испарителя, маслоохладителя, промежуточного охладителя, охладителя наддувочного воздуха или радиатора отопителя.

14. Алюминиевое изделие по п. 12, в котором теплообменный компонент содержит трубку.

15. Алюминиевое изделие по п. 11, которое содержит внутренний блок отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и охлаждения (ОВКВиО).

16. Алюминиевое изделие по п. 11, которое содержит наружный блок отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и охлаждения (ОВКВиО).

17. Алюминиевое изделие по п. 11, которое содержит водопропускное устройство, оросительный трубопровод или плавучее средство.

18. Теплообменный компонент, выполненный из листа, который выполнен из алюминиевого сплава по п. 1, и соединенной с листом пластины, выполненной из сплава алюминия серии 7xxx, причем пластина соединена с листом посредством высокотемпературной пайки.

19. Теплообменный компонент по п. 18, в котором пластина выполнена из сплава алюминия 7072.

20. Теплообменный компонент, выполненный из листа, который выполнен из алюминиевого сплава по п. 1, и соединенной с листом пластины, выполненной из сплава алюминия серии 1xxx, причем пластина соединена с листом посредством высокотемпературной пайки.

21. Теплообменный элемент по п. 20, в котором пластина выполнена из сплава алюминия 1100.