DE60111420T2

DE60111420T2 - Verfahren zur herstellung eines verbundblechs aus aluminium

Info

Publication number: DE60111420T2
Application number: DE60111420T
Authority: DE
Inventors: P. Ian HEWETT; Alan Gray; Keith G. Davis
Original assignee: Novelis Inc Canada
Current assignee: Novelis Inc Canada
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2021-11-15
Also published as: KR20030062340A; JP2004522582A; CA2428660A1; EP1345728B8; WO2002040210A3; CN1269606C; AU2002214151A1; GB0027706D0; WO2002040210A2; DE60111420D1; EP1345728B1; BR0115360A; CN1486228A; US20040045643A1; EP1345728A2; ATE297285T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Aluminium-Verbund-Lötblechs.
Das US-Patent 2,691,815 (veröffentlicht 1954) beschreibt ein Verfahren zum miteinander Verbinden von zwei Metallblechen gleicher oder unterschiedlicher Metalle und gleicher und unterschiedlicher Dicke. Zuerst werden die sich gegenüberliegenden Oberflächen der zwei Bleche gereinigt, um schädliche Oberflächenfilme zu eliminieren, beispielsweise durch eine Abrasion, der eine Erhitzung folgt. Zweitens werden die zwei Bleche kaltgewalzt, um nukleale Verbindungen an diskreten Punkten zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise wird das weichere Material kaltverfestigt, so dass die zwei Bleche so weit wie möglich die gleiche Härte aufweisen. Drittens werden die kombinierten Bleche erhitzt (gesintert), um eine starke Verbindung zwischen ihnen auszubilden. Obwohl eine Vielzahl von Beispielen angegeben ist, zeigt keine das miteinander Verbinden von zwei Aluminiumlegierungen.
Die US-A-3,470,607, die die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, offenbart ein Verfahren zum Erhalten von Verbundmetall-Gegenständen, welches durch Zusammenwalzen des Kerns und einer Auflage durch Kaltwalzen gekennzeichnet ist, um eine Grünbindung auszubilden, sowie Kaltwalzen des daraus resultierenden schlecht verbundenen Verbunds.
Die US-A-4,820,355 offenbart insbesondere die Fabrikation von Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Strukturen so wie metallischen Sandwich-Strukturen, die durch ein Verfahren erzeugt werden, welches die Feinkorn-Entwicklung von zumindest einer Komponente der Struktur in Verbindung mit einer Walzverbindung und superplastischer Umformung beinhaltet.
Die Aluminiumindustrie stellt in einem wesentlichen Ausmaß durch die folgende Technologie ein Auflageblech zur Verfügung, welches aus einer Kernschicht und einer Auflageschicht besteht. Ein Gussblock der Kernlegierung wird gegossen, falls notwendig homogenisiert, abgeschliffen und auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Eine Bramme der Auflagelegierung wird oberhalb des Gussblocks platziert und in Position gehalten. Der Verbund wird einem Warmwalzen (oberhalb 420°C) in einem Reversiergerüst unterzogen, wo die Dicke auf ein Niveau von etwa 10 mm bis 25 mm reduziert wird.
Die Platte wird in einem Tandemgerüst auf ein Blech von 3,0–3,5 mm Dicke warmgewalzt. Anschließend wird das warmgewalzte Verbundblech auf eine gewünschte Dicke, die vom Abschlussprodukt abhängt, kaltgewalzt. Sie kann einer Zwischenglühung unterzogen werden und wird üblicherweise einer Abschlussglühung unterzogen, um die Umformbarkeit zu verbessern.
Das Vorliegen einer Auflagebramme auf dem Kern-Gussblock verdoppelt zumindest die erforderliche Zeit, die in dem Reversiergerüst aufgebracht werden muss. Während des Durchtritts durch das Reversiergerüst und das heiße Tandemgerüst spreizt sich die Auflage sowohl längs als auch quer. Eine Menge vermischter Schrott mit vergleichsweise niedrigem Wert wird erzeugt. Die Ausbeute des Verbundblechs ist etwa 60–65% des Start-Gussblocks. Die Dicke der Auflage kann begrenzt sein, da dicke Platten nicht leicht auch während des Warmwalzens walzverbunden werden. Unabhängig seiner offenkundigen Nachteile wird diese Technologie derzeit angewendet und wurde seit den 60iger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts verwendet, um Aluminium-Lötblech zu erzeugen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird den Nachteilen der bekannten Technologie durch Aufbringen der Auflageschicht nur nachdem das Warmwalzen der Kernschicht abgeschlossen wurde begegnet. Obwohl es als offenkundig wünschenswert angesehen werden könnte, die Auflageschicht so spät wie möglich im thermomechanischen Prozess, der zur Erzeugung des Verbundblechs angewendet wird, hinzuzufügen, war es dennoch nicht vollständig deutlich, dass dies möglich sein könnte. Zuerst war nicht klar ersichtlich, dass das Kaltwalzen wirksam sein könnte, zwei unterschiedliche Bleche mittels einer Verbindung zu verbinden, die stark genug ist, einer Prägung, einem Tiefziehen, Streckziehen und anderen Umformprozessen zu widerstehen, welchen beispielsweise ein Lötblech unterworfen wird. Auch in der konventionellen Warmwalz-Technologie tritt ein Walzverbund nicht im ersten Durchgang durch ein Reversiergerüst auf. Zweitens muss das Walz-Verbinden unter sorgfältig gesteuerten Bedingungen durchgeführt werden, so dass Schmiermittel oder Kühlmittel nicht in den Spalt zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen der zwei Bleche eintritt und so dass ein Anhaften an den Walzen nicht eintritt. Die vorliegende Erfindung begegnet diesen Bedenken.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Erzeugung eines Aluminium-Verbund-Lötblechs zur Verfügung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Kernblechs aus einer ersten Aluminium-Legierung sowie eines Auflageblechs aus einer zweiten Aluminium-Legierung, wobei a) die Zusammensetzung der ersten Aluminium-Legierung unterschiedlich zu der Zusammensetzung der zweiten Aluminium-Legierung ist, und b) die Dicke des Kernblechs größer als die Dicke des Auflageblechs ist; das Reinigen der sich gegenüberliegenden Oberflächen des Kernblechs und des Auflageblechs; und Kaltwalzen des Kernblechs mit dem Auflageblech, um diese so zur Erzeugung eines Aluminium-Verbundblechs verbundzuwalzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernblech härter als das Auflageblech ist.
Eine Aluminium-Legierung ist jede Legierung, bei der Aluminium die Hauptkomponente ist. Es ist möglich, reines Aluminium-Metall für das Auflageblech zu verwenden. Die Zusammensetzung der Kern-Legierung und der Auflage-Legierung werden von der gewünschten Verwendung des Verbund-Blechs abhängen. Für Lötblech ist die Auflage-Legierung üblicherweise eine Legierung der 4000er Serie (der Liste der Aluminium Association) und die Kern-Legierung kann eine Legierung der 3000er Serie sein.
Das Kernblech soll üblicherweise die gewünschten mechanischen Eigenschaften so wie Festigkeit und Umformbarkeit für das Verbundblech zur Verfügung stellen. Das Auflageblech soll üblicherweise bestimmte Oberflächeneigenschaften in dem Verbund-Blech bereitstellen. Eine Auflageschicht kann an einer oder beiden Oberflächen der Kernschicht vorgesehen sein. Die Dicke einer Auflageschicht ist vorzugsweise von 2 bis 30%, besonders bevorzugt 5 bis 15% der Dicke einer Kernschicht, obwohl dieser Bereich nicht kritisch ist. Dort wo eine Kernschicht auf beiden Seiten belegt ist, können die Dicken der zwei Auflageschichten und die Legierungen die gleichen oder unterschiedlich sein.
Sich gegenüberliegende Oberflächen des Kernblechs und des Auflageblechs werden gereinigt, um zu gewährleisten, dass sie in der Lage sind, unter Kaltwalz-Bedingungen verbundgewalzt zu werden. Chemische Reinigung, die das Entfernen einer Oberfläche des darunter liegenden Metalls beinhaltet, ist ausreichend, wird üblicherweise jedoch nicht erforderlich sein. Es ist üblicherweise ausreichend, die Oberflächen einer wässrigen Entfettung mit einem nicht ätzenden Entfettungsmittel zu unterziehen. Es ist üblicherweise nicht notwendig, eine dünne Schicht aus Aluminiumoxid- oder Magnesiumoxid-Oberflächenschicht zu entfernen. Vorzugsweise werden die Oberflächen durch Metallabrasion gereinigt, beispielsweise unter Verwendung von Drahtbürsten; dies kann den Effekt einer Neuverteilung eher als eine Entfernung aller natürlich auftretender Oberflächenoxide bewirken. Nach diesem Reinigungsschritt werden die sich gegenüberliegenden Oberflächen getrocknet und sind dann für den Kaltwalz-Schritt bereit.
Der Kaltwalz-Schritt wird vorzugsweise kontinuierlich auf einem kontinuierlichen Band oder Coil durchgeführt. Es wird ins Auge gefasst, dass die Walzen eine Breite von bis zu 1200 mm und einen Durchmesser von 1000 mm aufweisen und bei Walzgeschwindigkeiten von bis zu einigen hundert Metern pro Minute betrieben werden können. Das verbundzuwalzende Kernblech und Auflageblech können on-line oder off-line kombiniert werden. Dort wo Auflageschichten auf beide Oberflächen einer Kernschicht aufzubringen sind, können die zwei Walzverbund-Operationen in separaten Schritten durch ein Walzgerüst ausgeführt werden. Da das Vorliegen einer Flüssigkeit, beispielsweise Kühlmittel oder Schmiermittel zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen des Kernblechs und des Auflageblechs einen Walzverbund verhindern würden, wird bevorzugt, dass der Kaltwalz-Schritt für den Walzverbund ohne Verwendung jeglicher flüssiger Schmiermittel oder Kühlmittel ausgeführt wird. Ein Freigabeagens kann jedoch erforderlich sein, um ein Ankleben des Verbundblechs an den Walzen zu verhindern. Da Anhaften dennoch ein Problem bei hohen Temperaturen sein kann, wird bevorzugt, dass das Verbundblech die Walzen bei einer Temperatur nicht höher als 50°C verlässt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einen Walzverbund durch Kaltwalzen bei einer Dickenreduktion von etwa 15% ausgeführt. Jedoch wird dieses als im Wesentlichen Minimalwert erwartet und der Kaltwalz-Schritt zum Walzverbinden wird vorzugsweise bei einer Dicken-Reduktion von 20 bis 70%, beispielsweise etwa 30% ausgeführt. Vorzugsweise wird der Kaltwalz-Schritt in einem einzelnen Stich für jede auf das Kernblech aufzuwalzende Auflageblech ausgeführt.
Es ist ein Merkmal der Erfindung, dass das Kernblech härter als das Auflageblech ist (d.h. dass das Auflageblech weicher als das Kernblech ist). Dies ist rein intuitiv überraschend.
Man könnte erwarten, dass wenn ein Blech deutlich weicher als das andere ist, das eine Blech sich während einem kontinuierlichen Kaltwalz-Betrieb längs und quer aufspreizen wird, während das andere Blech kaum deformiert wird, und das sich seitlich erstreckende Wellen in der Auflageschicht des Verbundblechs einstellen mögen, was eine effektive Verbindung der zwei Schichten verhindern könnte. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ermittelt, dass obwohl diese Effekte zu einem geringen Ausmaß auftreten können, diese in der Praxis kein Problem darstellen. Zusätzlich bestehen stichhaltige metallurgische Gründe, die im Anschluss diskutiert werden, zur Verwendung eines Auflageblechs, das weicher als das Kernblech ist.
Der oben beschriebene Kaltwalz-Schritt führt zu einem Verbundblech, bei dem eine Auflageschicht mit einer Kernschicht mittels einer starken und kontinuierlichen oder im Wesentlichen kontinuierlichen Verbindung verbunden wird. Wenn das Verbundblech zu dick für seine beabsichtigte Verwendung ist, kann es einem weiteren Kaltwalzen unterworfen werden. Dies würde üblicherweise unter Verwendung eines Schmiermittels erfolgen. Das Verbundblech kann einer Zwischenglühung unterzogen werden, beispielsweise wenn das Metall zu hart für ein weiteres ökonomisches Walzen ist, und/oder einer Abschlussglühung, um beispielsweise das Metall in einem weicheren Zustand mit verbesserter Umformbarkeit oder in der Produktion eines Zwischen-Temperzustands zur Verfügung zu stellen. Eine Schlussglühung kann sowohl unterhalb der Rekristallisations-Temperatur durchgeführt werden, insbesondere dort, wo das Blech in eine Röhre umzuformen ist, oder oberhalb der Rekristallisations-Temperatur der Kernschicht, um die Umformbarkeit zu verbessern. Diese anschließenden Kaltwalz- und Glühschritte können die Verbindung zwischen der Auflageschicht und der Kernschicht verbessern. Jedoch wird davon ausgegangen, dass diese Schritte nicht notwendig sind, um eine Verbindung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, den Umform- Operationen zu widerstehen, die auf Lötblech aufgebracht werden. Es ist ein überraschendes Merkmal der Erfindung, dass ein einzelner Kaltwalz-Stich üblicherweise ausreichend ist, eine wesentliche und kontinuierliche Verbindung zwischen einer Auflageschicht und einer Kernschicht zur Verfügung zu stellen, so dass das Verbundblech einer Routine-Handhabung und Umform-Operation widersteht, die notwendigerweise aufgebracht werden.
Die optimalen Härten des Auflageblechs und des Kernblechs stehen zueinander in Beziehung. Wenn das Auflageblech vollständig weich ist, dann kann das Kernblech halb hart sein. Wenn das Auflageblech halb hart ist, dann kann das Kernblech vollständig ausgehärtet sein, beispielsweise durch wesentliche Kaltverfestigung durch Kaltwalzen. Während des Walzverbund-Schritts überträgt das Auflageblech Spannungen auf das Kernblech und verhindert somit einen exzessiven Hitze-Stau. Wenn das Auflageblech schneller als das Kernblech kaltverfestigt wird, kann eine exzessive Spreizung des Auflageblechs (die zu einem Effekt führt, der als „alligatoring" bekannt ist) verhindert werden. Um das Verbundblech einer abschließenden Rekristallisations-Glühung zu unterziehen, um eine maximale Umformbarkeit bereitzustellen, kann es notwendig sein, dass das Kernblech in einem teilweise kaltverfestigten Zustand vorliegt, bevor es mit dem Auflageblech walzverbunden wird. Es kann günstig sein, wenn das Auflageblech gleich schmaler als das Kernblech ist. Die Härten des Auflageblechs und des Kernblechs müssen in Beziehung zu deren Kaltverfestigungs-Eigenschaften ausgewählt werden, um eine im Wesentlichen gleiche Verlängerung der beiden Bleche zu erhalten.
Der Erfindung wird eine besondere Bedeutung in Bezug auf Löt-Legierungsblechs derart zugeschrieben, die einen Kern aus Aluminiumbasis und zumindest eine Auflage auf einer Seite aus einer Lötlegierung auf Aluminiumbasis umfasst, die Silizium als Haupt-Legierungsbestandteil enthält. Lötblech dieser Art, welches einen guten Korrosionswiderstand und ebenso Durchbiegungswiderstand und eine gute Festigkeit nach dem Löten aufweist, ist in den US-Patenten 5,037,707 und 5,041,343 sowie in der WO 94/22633 (Alcan International Limited) beschrieben. Die Kernlegierung ist eine Legierung der 3000er Serie mit der folgenden Zusammensetzung:

Kernlegierung

Fe < 0,4

Si < 0,2

Mn 0,7–1,7

Mg 0–0,8

Cu 0,1–1,0

V und/oder Cr < 0,3

Zn < 0,2

Ti < 0,1

Andere < 0,05 jeweils, < 0,15 gesamt

Al Rest.
Magnesium liegt im Kern vor, um eine erhöhte Festigkeit zur Verfügung zu stellen. Magnesium liegt normalerweise nicht in der Auflage vor. Wenn ein Lötblech mittels der konventionellen Technik des Warmwalzens eines Kernblechs, welches zumindest 0,05 Mg enthält, sowie eines Auflageblechs erzeugt wird, dann liegt eine deutliche Wanderung des Magnesiums von einer Region der Kernschicht nahe der Grenzfläche zu einer Region der Auflageschicht nahe der Grenzfläche vor. Auf der anderen Seite liegt, wenn ein solches Lötblech mittels Walzverbinden eines Kernblechs und eines Auflageblechs durch Kaltwalzen ausgeformt wird, wie dies in der vorliegenden Erfindung der Fall ist, keine wesentliche Wanderung des Magnesiums über die Grenze hinweg vor; und dies gilt auch dann, wenn das resultierende Lötblech einer abschließenden Rekristallisations-Glühung unterworfen wird. Es ist somit möglich, durch Untersuchung einer Probe eines Lötblechs festzustellen, ob eine Probe Warmwalzen oder Kaltwalzen unterworfen wurde.
Obwohl die vorliegende Kalt-Auflagetechnik eine definierte Grenzflächenzone bildet, die Elemente enthält, die sowohl von der Auflageschicht als auch dem Kern hinein diffundiert sind, wodurch demonstriert wird, dass sich eine metallurgische Verbindung ausgebildet hat, diffundiert das Magnesium vom Kern nicht in das Auflagematerial hinter dieser Zone und insbesondere erhöht sich die Magnesium-Konzentration neben der äußeren Oberfläche der Auflage nicht über das Niveau hinaus, was ursprünglich im Auflagematerial vorlag. Typischerweise wird das Kernmaterial mehr (d.h. eine höhere Konzentration an) Mn, Cu und Mg als das Auflagematerial aufweisen und das Auflagematerial mehr Si als der Kern, so dass die Grenzflächenzone mehr Si als das ursprüngliche Kernmaterial und mehr Mn, Cu und Mg als das ursprüngliche Auflagematerial enthält.
Dort, wo das Lötblech einem Löten auf Flussmittelbasis unterworfen wird, wird das Auflagematerial typischerweise mit sehr geringem Mn-Niveaus erzeugt, da das Magnesium den Lötprozess beeinflusst. Typischerweise wird das Magnesium im Auflagematerial weniger als 0,1% sein und vorzugsweise liegt es nur als Verunreinigung (weniger als 0,05%) vor. Jedoch wird Magnesium während eines Heiß-Auflageprozesses vom Kernmaterial weg wandern und kann die Magnesium-Niveaus im Auflagematerial auf ein Niveau anheben, bei dem es den Flussmittel-Lötprozess beeinflusst.
Die im vorliegenden Kalt-Auflageprozess verwendete Kernlegierung weist vorzugsweise zumindest 0,05 Mg und besonders bevorzugt zumindest 0,1% vorliegendes Mg auf, da das durch den vorliegenden Prozess erzeugte Auflageblech überraschenderweise toleranter für Magnesium im Kernmaterial ist als vergleichbare Materialien, die durch Heiß-Auflegen produziert wurden. Dies scheint daran zu liegen, dass die Wanderung von Magnesium im Fall von Warmwalzen des Auflageblechs und des Kernmaterials die Magnesium- Konzentration an der Oberfläche der Auflage anhebt, während es die Ausbildung von Oxiden während des Lötens und bei Vorliegen von fluoriden Flussmitteln, die oft beim Löten verwendet werden, steigert, was nicht wünschenswerte Verbunde mit dem Flussmittel ausbildet, das den Lötprozess unterbindet. Das Vorliegen von Magnesium an der Grenzfläche zwischen dem Kern und der Auflage ist jedoch bei der Unterstützung der Bildung von kupferreichen Phasen an der Grenzfläche (das „braune Band") hilfreich, was als die Ausbeute an Korrosionswiderstand erhöhend ermittelt wurde. Es wurde überraschenderweise ermittelt, dass die vorliegende Erfindung eine ausreichende Diffusion von Legierungselementen entlang der Grenzfläche zur Verfügung stellt, um zu gewährleisten, dass sich ein effektives „braunes Band" ausbildet und die Magnesium-Diffusion in der Auflageschicht im Wesentlichen eliminiert wird.
Experimente haben ergeben, dass das Vorliegen einer Magnesium-Konzentration von 0,26 im Kernmaterial einer typischen X900 Legierung den Korrosionswiderstand in einem SWAAT-Test über das unter Verwendung einer Magnesium-Konzentration bei 0,01% anhebt, und somit ermöglicht die Fähigkeit, das Magnesium in der Kernlegierung in der vorliegenden Erfindung anzuheben, ein Erhöhen des Korrosionswiderstands ohne negative Effekte der Diffusion von Magnesium in die Auflageschicht. In typischen Ergebnissen war die Grübchentiefe in einem Material, welches 0,26 Magnesium im Kern nach einem SWAAT-Test von 1000 Stunden enthält, nur 152 Mikrometer, während die Grübchentiefe in Material, welches nur 0,01% Magnesium im Kern enthält, unter den gleichen Bedingungen größer als 370 Mikrometer (vollständige Perforation) war.
Die vorliegende Erfindung kann zum Aufbringen einer zweiten Auflageschicht auf einen vorab ausgebildeten Verbund angewendet werden. Beispielsweise kann ein durch Warmabdecken einer Schicht auf einem Kernmaterial ausgebildeter Verbund als „Kern" für den vorliegenden Prozess verwendet werden und eine weitere Auflageschicht kann auf jede Seite des „Kerns" aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden, um eine zweite Schicht aus einer Aluminium-Legierung mit hohem Silizium-Anteil auf eine gegenüberliegende Seite, gesehen von der ersten so aufgebrachten Schicht, eines Kernmaterials aufzubringen, oder eine Zwischenschicht-Struktur unter Verwendung von 3 unterschiedlichen Legierungen zu erzeugen, wobei der Kern und die „Zwischenschicht" aus einer ursprünglich Auflageoperation kommen und die äußerste Schicht durch den Kaltwalz-Betrieb auf die „Zwischenschicht"-Seite des Verbunds aufgebracht wird.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, welches das Walzverbinden durch Kaltwalzen beinhaltet, weist die folgenden Vorteile über die konventionelle Warmwalz-Technik auf

– Anstieg verfügbarer Warmwalz-Zeit;
– erhöhte Erholung;
– reduziertes Niveau vermischter Schrotte;
– reduzierte Verwendung von Vorwärm-Öfen – aufgrund der Möglichkeit, die Kernlegierung direkt nach der Homogenisierung warmzuwalzen;
- wesentlich reduzierte Prozesskosten.

Unter Bezugnahme auf die beiliegende 1 wird ein Flussdiagramm dargestellt, welches die Abfolge von Schritten zeigt, die erforderlich sind, Gussblöcke der Auflagelegierung und der Kernlegierung zu einem geglühten Verbundblech umzuformen. Die gezeigte Schrittfolge ist eine bevorzugte Schrittfolge; einige der Schritte könnten abgeändert oder vermieden werden, wie dies oben und in den beiliegenden Ansprüchen angezeigt ist.
Beispiel 1
Laborexperimente wurden bei den folgenden Materialien chargenweise durchgeführt.
Das Kernblech war eine X900-Legierung (1,5% Mn, 0,6% Cu, 0,27% Mg, 0,18% Fe, 0,09% Si) in der Form eines dressierten, vollständig harten Blechs mit einer Dicke von 3,5 mm. Die Auflagelegierung war eine Aluminium-Silizium-Legierung, die als AA4045 bezeichnet wird. Verschiedene Auflageverhältnisse, d.h. 100 und 50% und 15% wurden mit der weichgeglühten Auflage, einer vollständig harten Auflage oder einer Zwischenhärte der Auflage untersucht. Die Oberflächen der Bleche wurden auf verschiedene Arten gereinigt:

– wie gewalzt (d.h. nicht speziell gereinigt);
– durch manuelle Abrasion unter Verwendung von Scotchbrite;
– durch eine wässrige Entfettung;
– durch eine scharfe Ätzung (die Oxide und ebenfalls Oberflächenmetall entfernt).

Ein Kernblech und ein Auflageblech wurden einem Kaltwalzen bei einem Verformungsniveau von 20 bis 70% unter Verwendung eines einzelnen Durchgangs durch ein Labor-Walzgerüst unter Verwendung eines Schmiermittels unterzogen. Die Resultate waren wie folgt. Dort wo die Blech in einem Zustand wie gewalzt verwendet wurden, wurde keine Verbindung beobachtet. Wenn die Oberflächen der Bleche jedoch mittels irgendeiner der angezeigten Techniken gereinigt wurden, wurden wesentliche oder kontinuierliche Verbindungen erhalten, wenn die Auflage in einem vollständig weichen Zustand war. Höhere Reduktionen waren erforderlich, wenn die Auflage härter war, als in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.
Verbindung als Funktion der Kalt-Reduktion und der Härte der Auflage

X: = keine Verbindug
Y: = Verbindung

Beispiel 2
Proben wie in Beispiel 1 wurden vorbereitet und nach der Reinigung durch Abrasion mit Scotchbrite walzverbunden. Die Auflage, die die gleiche Dicke wie der Kern aufwies, war in einem vollständig weichen Zustand und der Kern war vollständig hart. 85% Kalt-Umformung wurde in zwei Stichen erreicht, wobei der erste Stich eine Umformung von 50% betrug. Beide Stiche wurden ohne Schmiermittel ausgeführt. Die Verbindungs-Festigkeit wurde dann unter Verwendung eines konventionellen Peel-Tests bei einer Umformrate von 20 mm pro Minute in dem wie gewalzten Zustand und nach der Glühung gemessen. Die Resultate waren:
Peel-Festigkeit wie gewalzt: 10 ± 2 MPa
Peel-Festigkeit nach der Glühung: 132–605 MPa (zwei Resultate)
Beispiel 3
Beispiel 2 wurde unter Verwendung einer AA4104-Legierung als Auflagematerial wiederholt. Diese Auflage wird für Vakuum-Lötung verwendet. Die Resultate des Peel-Tests waren die folgenden:
Peel-Festigkeit wie gewalzt: 10 ± 3 MPa
Peel-Festigkeit nach der Glühung: 147–185 MPa
Beispiel 4
Geglühtes Material aus den Beispielen 2 und 3 wurde einem simulierten Lötzyklus unterworfen und ein Querschnitt durch die Auflage und den Kern wurde metallographisch untersucht. Es wurde festgestellt, dass ein braunes Band ausgebildet war, wie dies in der EP 691 898 beschrieben ist. Dies ist ein weiterer Beweis dafür, dass sich eine metallurgische Verbindung gebildet hat, da die Bildung dieses Bands eine Diffusion über die Grenzfläche zwischen dem Kern und der Auflage hinweg erfordert.
Beispiel 5
2 ist eine Mikrosonden-Linienanalyse durch ein Verbundblech gemäß der vorliegenden Erfindung, welches die Verteilung von vier Legierungs-Elementen an jeder Seite der Grenzfläche zwischen einer Kernschicht und einer Auflageschicht zeigt. Es ist festzustellen, dass nur geringe oder gar keine Anzeichen dafür vorliegen, dass Magnesium von der Kernschicht in die Auflageschicht gewandert ist, d.h. es liegt im Wesentlichen kein Magnesium in einer Region der Auflageschicht vor, welche in Nachbarschaft zur Grenzfläche steht.
3 ist ein GDEOS-Scan (optische Glimm-Entladungs-Emissions-Spektroskopie) des gleichen Materials, welches ein deutlicheres Konzentrationsprofil des Materials erzeugt. Der Scan durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung produzierten Materials zeigt, dass eine klare Schicht einer ausgebildeten Interdiffusion vorliegt, was zeigt, dass eine metallurgische Verbindung eingetreten ist (in Übereinstimmung mit dem Auffinden eines „braunes Bands" in Beispiel 4). Die gleichen durch Warmwalzen in ein Auflageblech ausgeformten Zusammensetzungen zeigen ein wesentliches Ausmaß an Magnesium-Diffusion, welches sich zur Oberfläche der Auflageschicht erstreckt, was zu einer größeren Schwierigkeit während des Flussmittel-Lötens führen würde.

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Aluminium-Verbund-Lötblechs, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Kernblechs aus einer ersten Aluminium-Legierung sowie eines Auflageblechs aus einer zweiten Aluminium-Legierung, wobei a) die Zusammensetzung der ersten Aluminium-Legierung unterschiedlich zu der Zusammensetzung der zweiten Aluminiumlegierung ist und b) die Dicke des Kernblechs größer als die Dicke des Auflageblechs ist; das Reinigen der sich gegenüberliegenden Oberflächen des Kernblechs und des Auflageblechs; und Kaltwalzen des Kernblechs mit dem Auflageblech, um diese so zur Erzeugung eines Aluminium-Verbundblechs verbundzuwalzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernblech härter als das Auflageblech ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die sich gegenüberliegenden Oberflächen des Kernblechs und des Auflageblechs mittels mechanischem Abrieb oder durch eine wässrige Entfettung gereinigt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei in dem Aluminium-Verbundblech die Dicke der Auflageschicht 5 bis 15% der Dicke der Kernschicht beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kaltwalzen kontinuierlich auf ein kontinuierliches Band oder Coil angewandt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kaltwalzen zum Verbundwalzen in einem einzelnen Stich mit einer Dickenreduktion von 20 bis 70% erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Kaltwalzen zum Verbundwalzen ohne Verwendung eines flüssigen Schmier- oder Kühlmittels erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Aluminium-Verbundblech eine Temperatur von nicht mehr als 50°C aufweist, wenn es den Kaltwalzschritt verlässt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Aluminium-Verbundblech einem Kaltwalzen und/oder einer Abschlussglühung unterworfen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in der zweiten Aluminiumlegierung Magnesium entweder nicht oder bei einer Konzentration wesentlich geringer als in der ersten Aluminiumlegierung vorliegt und wobei während des Walzprozesses im Wesentlichen keine Wanderung von Magnesium aus dem Kernblech in das Auflageblech erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Magnesium in einer Menge von mehr als 0,05 Gew.-% in der ersten Legierung und in einer Menge von weniger als 0,05 Gew.-% in der zweiten Legierung vorliegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite Legierung mehr Silizium als die erste Legierung umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste Legierung mehr Magnesium, Mangan und Kupfer als die zweite Legierung umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Grenzflächen-Zone vorliegt, die eine Silizium-Konzentration, die höher als in der ersten Legierung ist, sowie eine Mangan-, Kupfer- und Magnesium-Konzentration, die höher als in der zweiten Legierung ist, umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Zusammensetzung der ersten Legierung in Gew.-% ist: Fe < 0,4 Si < 0,2 Mn 0,7–1,7 Mg 0–0,8 Cu 0,1–1,0 V und/oder Cr < 0,3 Zn < 0,2 Ti < 0,1 Andere jeweils < 0,05, zusammen < 0,15 Al Rest.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, des Weiteren umfassend den Schritt des Aufbringens einer weiteren Schicht einer unterschiedlichen Aluminium-Legierung.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die weitere Schicht aus unterschiedlicher Aluminium-Legierung auf die Oberfläche des Kernblechs, die nicht mittels des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 plattiert ist, aufgebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die weitere Schicht aus unterschiedlicher Aluminium-Legierung auf das Auflageblech der zweiten Aluminium-Legierung aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Kernblech Schichten zweier getrennter Aluminium-Legierungen umfasst, die beide unterschiedlich von der Auflage-Legierung sind.