專利名稱：擠壓性質(zhì)和犧牲陽極性質(zhì)優(yōu)異的連接件用鋁合金擠壓材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擠壓(extrusion)性質(zhì)和犧牲陽極(sacrificial anode)性質(zhì)優(yōu)異的 連接件(connector)用鋁合金擠壓材料，該連接件用于管和熱交換器的連接。
背景技術(shù)：
通常，例如會(huì)使用釬焊(brazing)方法將管道與熱交換器的連接件連接。這種釬 焊方法的優(yōu)點(diǎn)是連接可靠性，但也具有連接成本高的缺點(diǎn)。就此而言，近年來，主要使用機(jī) 械型鍛方法(swaging process)來代替釬焊方法，從而實(shí)現(xiàn)了低成本的連接。然而，為了實(shí) 現(xiàn)型鍛方法，需要在每個(gè)中空連接件的內(nèi)表面上形成一些凹凸槽。通常，使用以JIS A7N01或A7003為代表的Al-Si-Mg系合金和以JIS A3004為代 表的Al-Mn系合金作為連接件用合金。在通過擠壓方法利用上述這樣的合金來制造用于型 鍛方法的連接件時(shí)，其中所述連接件在其分別的內(nèi)表面上具有凹凸槽，由于在擠壓中抗變 形性較大，會(huì)損壞待形成槽的尺寸準(zhǔn)確性，從而導(dǎo)致在擠壓過程之后必須對槽再次進(jìn)行機(jī) 械加工。從這樣的觀點(diǎn)來看，近年來，壓鑄方法(die casting process)主要用于生產(chǎn)連接 件。然而，在使用壓鑄方法時(shí)，需要進(jìn)行二次加工。因此，通常的擠壓方法和壓鑄方法在連 接件制造上所需的成本較高。另一方面，使用JIS A6063為代表的Al-Mg-Si系合金和以JIS A3004為代表的 Al-Mn系合金作為待連接管的材料。為了滿足汽車部件更長壽命的要求，近年來，也需要提 高管的耐腐蝕性，所以使用利用連接件材料作為犧牲陽極材料的方法可以滿足上述要求。例如，參考文獻(xiàn)1指出可以使用如下的鋁合金作為具有犧牲陽極性質(zhì)的連接件合 金，所述鋁合金由2 10質(zhì)量％的&1，2 7質(zhì)量％的Si，0.5 1.5質(zhì)量％的狗和/或 0. 1 1.5質(zhì)量％的Mn，以及余量Al和不可避免的雜質(zhì)組成。然而，參考文獻(xiàn)1中提到的合金為壓鑄合金，因此其含有大量Si以提高其流動(dòng) 性，從而導(dǎo)致其不適合用作擠壓合金，這是因?yàn)樵跓釘D法中的時(shí)效硬化使得擠壓成型變得 困難。另外，如果將Si加入到鋁合金中，由含有Si的鋁合金制成的連接件的電勢變?yōu)楦唠?勢。在使用鋁合金制造連接件時(shí)，由于與連接件連接的管可能被腐蝕，因此必須向鋁合金中 加入大量的Zn，以使鋁合金的電勢降低。但是，引起了損害鋁合金，即由鋁合金制造的連接 件的耐腐蝕性這樣的新問題。此外，需要對含有大量Si的壓鑄合金進(jìn)行熱擴(kuò)散，從而使大 量的Si均勻地?cái)U(kuò)散，這可能會(huì)引起成本的增加。參考文獻(xiàn)2和3提出將0. 2 1. 0質(zhì)量％的Si加入到Al-Mg-Si合金中。由于添 加辦的目的在于減小Al-Mg-Si合金中的晶粒內(nèi)電勢和晶界電勢之間的差，從而抑制晶界 腐蝕，因此如果將Al-Mg-Si合金用作連接件材料，則不利地是連接件材料所需的犧牲陽極性質(zhì)是不足的，這是因?yàn)檫B接件和管之間的電勢差由于少量的ai而無法得到充分地增加。就此而言，為了通過型鍛方法來實(shí)現(xiàn)(中空)連接件和管的連接，需要具有如下性 質(zhì)的連接件用鋁合金，該鋁合金對于管而言具有犧牲陽極性質(zhì)，并且可以將其擠壓成復(fù)雜 的形狀從而可以使中空連接件內(nèi)表面具有凹凸槽。[參考文獻(xiàn)1] JP-A 2007-92113(公開)[參考文獻(xiàn)2] JP-A 2002-69559 (公開)[參考文獻(xiàn)3]JP_A 10-130765(公開)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為了通過型鍛方法實(shí)現(xiàn)連接件和管之間的連接，提供連接件用 鋁合金，該鋁合金可以擠壓成復(fù)雜的形狀以使得在連接件的內(nèi)表面具有凹凸槽，并且其對 于管而言具有犧牲陽極性質(zhì)，因此該鋁合金具有優(yōu)異的擠壓性質(zhì)和犧牲陽極性質(zhì)。術(shù)語“型鍛”是指將外徑大于管件內(nèi)徑的鉆模(jig)無旋轉(zhuǎn)地插入管中，然后通過 擴(kuò)展管件的外徑和內(nèi)徑從而將管件連接并固定至在連接件處形成的通孔上。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的一個(gè)方面涉及具有優(yōu)異的擠壓性質(zhì)和犧牲陽極 性質(zhì)的連接件用鋁合金擠壓材料(第一鋁合金)，其由以下組成0.2 0.8% (在下文中， “％”表示“質(zhì)量 ％”)的 Si，0. 45 0. 9% 的 Mg，1. 0 3. 5% 的 Ζη，0· 001 0. 2% 的 Ti， 以及余量的Al和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及具有優(yōu)異的擠壓性質(zhì)和犧牲陽極性質(zhì)的連接件用鋁合 金擠壓材料(第二鋁合金)，其由以下組成0. 2 0. 8 % (在下文中，“ % ”表示“質(zhì)量％ ”) 的Si，0. 45 0. 9%的Mg，1. 5 2. 5%的Zn，0. 001 0. 2%的Ti，以及余量的Al和不可 避免的雜質(zhì)。本發(fā)明人對連接件用鋁合金進(jìn)行了深入的多樣化的研究。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了 如下事實(shí)。作為連接件用的第一和第二鋁合金擠壓材料，通過在鋁合金中含有Si、Mg、Zn、 Ti作為鋁合金組分并適當(dāng)?shù)乜刂芐i的含量，可以提供能夠不損害擠壓性質(zhì)并且對管而言 能夠具有犧牲陽極性質(zhì)的所需的鋁合金。因此，如果連接件是由該鋁合金來制造的，那么該 連接件可以簡單地通過擠壓成型來形成，從而不會(huì)腐蝕待連接的管并且使連接件的內(nèi)表面 上具有凹凸槽。在此，參考文獻(xiàn)1(JP-A 2007-92113(公開))提出的鋁合金所具有的組成與本發(fā) 明的鋁合金的組成相似。然而，由于在參考文獻(xiàn)1中的目標(biāo)連接件是通過壓鑄成型的，因此 將Si和ai的含量設(shè)定為較高的量。特別地，在參考文獻(xiàn)ι中設(shè)定的Si的含量高于本發(fā)明 鋁合金中的Si的含量。另外，與連接件用第二鋁合金相比，設(shè)定的的含量高于本發(fā)明第 二鋁合金中的ai的含量。此外，參考文獻(xiàn)ι不要求Ti作為必要組分。因此，參考文獻(xiàn)1中的鋁合金不同于本發(fā)明的鋁合金。參考文獻(xiàn)2(JP_A 2002-69559(公開))提出的鋁合金所具有的組成與本發(fā)明的鋁 合金的組成相似。參考文獻(xiàn)2也提出利用擠壓成型用鋁合金制造所需擠壓材料。然而，參 考文獻(xiàn)2根本沒有教導(dǎo)和暗示鋁合金擠壓材料作為連接件的用途。因此，參考文獻(xiàn)2沒有 給出鋁合金具有犧牲陽極性質(zhì)的教導(dǎo)。另外，在參考文獻(xiàn)2中，鋁合金中所含有的Si組分的功能是降低鋁合金中晶粒內(nèi)電勢和晶界電勢之間的差。將本發(fā)明的鋁合金和參考文獻(xiàn)2的鋁合金相比，盡管本發(fā)明第 一鋁合金的Si組分的臨界含量(1.0質(zhì)量％ )與參考文獻(xiàn)2中鋁合金的Si組分的臨界含 量相重疊，但是總體來看，參考文獻(xiàn)2中所設(shè)定的鋁合金中的ai組分的含量小于本發(fā)明鋁 合金中的ai組分的含量。因此，參考文獻(xiàn)2中的鋁合金不同于本發(fā)明的連接件用鋁合金。參考文獻(xiàn)3(JP-A 10-130765(公開))提出的鋁合金所具有的組成與本發(fā)明的 鋁合金的組成相似。參考文獻(xiàn)3也提出利用軋制(rolling)用鋁合金制造所需軋制材料 (rolled material)，但沒有教導(dǎo)利用擠壓成型用鋁合金制造目標(biāo)擠壓材料。此外，參考文 獻(xiàn)3根本沒有教導(dǎo)和暗示鋁合金擠壓材料作為連接件的用途。因此，參考文獻(xiàn)3沒有給出 鋁合金具有犧牲陽極性質(zhì)的教導(dǎo)。另外，在參考文獻(xiàn)3中，鋁合金中所含有的Si組分的主要作用是降低鋁合金中晶 粒內(nèi)電勢和晶界電勢之間的差。將本發(fā)明的鋁合金和參考文獻(xiàn)3的鋁合金相比，盡管本發(fā) 明第一鋁合金的Si組分的臨界含量(ι. ο質(zhì)量％ )與參考文獻(xiàn)3中鋁合金的ai組分的臨 界含量相重疊，但是總體而言，參考文獻(xiàn)3中所設(shè)定的鋁合金中的ai組分的含量小于本發(fā) 明鋁合金中的ai組分的含量。因此，參考文獻(xiàn)3中的鋁合金不同于本發(fā)明的連接件用鋁合
^^ ο在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，連接件用鋁合金擠壓材料可成為中空的。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，鋁合金擠壓材料的電勢可以設(shè)置為比待型鍛的管 部件的電勢低IOOmV或更多，從而可以充分地表現(xiàn)出犧牲陽極效果。發(fā)明效果如上所述，為了通過型鍛方法實(shí)現(xiàn)連接件和管之間的連接，本發(fā)明可以提供一種 連接件用鋁合金，該鋁合金可以擠壓形成復(fù)雜的形狀以使得連接件的內(nèi)表面具有凹凸槽， 并且其對于管而言具有犧牲陽極性質(zhì)，因此該鋁合金具有優(yōu)異的擠壓性質(zhì)和犧牲陽極性 質(zhì)。附圖簡述

圖1是由本發(fā)明的連接件用鋁合金所制成的連接件的一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。實(shí)施本發(fā)明的最佳方式以下，將參考附圖對本發(fā)明的細(xì)節(jié)、其他特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行描述。(連接件用鋁合金擠壓材料)首先，對本發(fā)明鋁合金擠壓材料的組分的添加原因和含量進(jìn)行說明?！碨i (硅)>Si與Mg反應(yīng)在鋁合金中形成Mg2Si化合物，從而在熱成型(即擠壓成型)之 后的人工時(shí)效處理中增強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度，Si與Mn和！^形成由微小的Al-Mn-Si系或 Al-Fe-Mn-Si系金屬間化合物形成的時(shí)效析出(aging precipitation)。Si的含量設(shè)置在 0.2 0.8% (在下文中，“％”表示“質(zhì)量％”)的范圍內(nèi)。如果設(shè)置Si的含量小于0.2%， 則無法充分地體現(xiàn)出上述功能/效果。如果設(shè)置Si的含量高于0.8%，則由于過度的時(shí)效 效果可能會(huì)損害高溫時(shí)的成型性質(zhì)和擠壓性質(zhì)?！碝g(鎂)>如上所述，Mg與Si反應(yīng)形成Mg2Si化合物，從而在擠壓成型之后的人工時(shí)效處理 中增強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度，并且Mg固溶(solid solve)于鋁合金基質(zhì)中，從而通過固溶強(qiáng)化來提高鋁合金的強(qiáng)度。Mg的含量設(shè)定為在0.45 0.9%的范圍內(nèi)。如果設(shè)置Mg的含量小于 0. 45%,則無法充分地體現(xiàn)出上述功能/效果。如果設(shè)置Mg的含量高于0. 9%，則由于過渡 的時(shí)效效果可能會(huì)損害高溫時(shí)的成型性質(zhì)和擠壓性質(zhì)?！碯n (鋅)>在本發(fā)明的連接件用鋁合金擠壓材料中，Si起到非常重要的作用，使得鋁合金擠 壓材料對待連接管部件的電勢達(dá)到基電勢(base potential)。Si的含量設(shè)置在1. 0 3. 5%的范圍內(nèi)。如果設(shè)置Si的含量小于1. 0%，則不能充分地使連接件用鋁合金擠壓材料 的電勢達(dá)到基電勢，從而不能充分實(shí)現(xiàn)犧牲陽極性質(zhì)。另一方面，如果設(shè)置Si的含量高于 3. 5%，則使鋁合金電勢成為基電勢的功能/效果達(dá)到飽和，使得無法更多地提高犧牲陽極 性質(zhì)同時(shí)會(huì)損害鋁合金的擠壓性質(zhì)?？紤]到擠壓性質(zhì)和犧牲陽極性質(zhì)，Zn的含量優(yōu)選設(shè)置在1. 5 2. 5%的范圍內(nèi)。另外，當(dāng)Si的含量設(shè)置在上述范圍內(nèi)時(shí)，連接件用鋁合金擠壓材料的電勢可以 比管部件低IOOmV或更多，優(yōu)選低150mV或更多，其中，所述管部件由例如復(fù)合材料如 Al-Mg-Si系合金或(例如JIS 6063合金)或Al-Mn系合金(例如JIS 3003合金或JIS 3004合金)所制成。〈Ti (鈦)>Ti起細(xì)化(refine)鋁合金的鑄錠結(jié)構(gòu)(ingot structure)和提高耐腐蝕性的作 用。Ti的含量設(shè)置在0.01 0.2%的范圍內(nèi)。如果設(shè)置Ti的含量少于0.001%，則可能無 法充分地實(shí)現(xiàn)上述功能/效果。如果設(shè)置Ti的含量大于0.2%，則Ti可能會(huì)形成巨型金屬 間化合物從而損害加工性質(zhì)。Ti的含量優(yōu)選設(shè)置在0. 01 0. 05%的范圍內(nèi)。<不可避免的雜質(zhì)>不可避免的雜質(zhì)是由不同的途徑所導(dǎo)致的污染，例如原樣金屬(bare metal)、添 加的元素合金等。特別地，狗是最常見的在相應(yīng)鋁原樣金屬中含有的元素。如果設(shè)置狗 的含量超過0. 35%，在鑄造中形成的Al-Fe-Si系結(jié)晶產(chǎn)物會(huì)損害加工性質(zhì)。因此，設(shè)置狗 的含量不超過0. 35 %。每種其他不可避免的雜質(zhì)的含量設(shè)置為不超過0. 05 %，且其他不可 避免的雜質(zhì)的總含量設(shè)置為不超過0. 15%，以使得鋁合金不會(huì)受其他不可避免的雜質(zhì)的影 響。(連接件用鋁合金擠壓材料的性質(zhì))如果鋁合金具有上述組成，則可以將該鋁合金擠壓成各種形狀。在使用鋁合金作 為管部件用型鍛連接件材料的情況下，特別地，如果將鋁合金擠壓成中空形狀，則由于在擠 壓步驟后不需要研磨步驟，因此可以減少加工成本。在這種情況下，優(yōu)選凹凸槽形成在中空 鋁合金(中空連接件)的內(nèi)表面上。如果鋁合金(連接件)和管部件之間的電勢差小于IOOmV,則鋁合金擠壓材料的犧 牲陽極性質(zhì)將不足，無法滿足管部件的預(yù)定壽命。因此，優(yōu)選連接件用鋁合金擠壓材料的電 勢應(yīng)比管材料的電勢低IOOmV或更多，更優(yōu)選低150mV或更多。如果按照上述組成來限定鋁合金擠壓材料并且按照上述組成來限定管材料，則能 夠固有地滿足上述要求。(型鍛連接件用鋁合金擠壓材料)首先，通過通常方法生產(chǎn)鋁合金擠壓材料。
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(固溶(solution)、鑄造、均質(zhì)化熱處理)在固溶和鑄造過程中，相應(yīng)的鋁合金熔體，其組成以溶解狀態(tài)調(diào)節(jié)至上述范圍，通 過適當(dāng)選自連續(xù)鑄-軋方法、半連續(xù)鑄造方法(DC鑄造方法)等的通常的熔融鑄造方法對 該鋁合金熔體進(jìn)行鑄造。然后，對由此得到的鑄造Al合金鑄錠進(jìn)行均質(zhì)化熱處理。根據(jù)通 常的均質(zhì)化熱處理，將均質(zhì)化熱處理的溫度設(shè)定為不低于500°C，同時(shí)低于Al合金鑄錠的 熔點(diǎn)。(固溶處理和淬火處理)根據(jù)情況的需要，在本發(fā)明中可以進(jìn)行固溶處理和淬火處理。利用固溶處理和淬 火處理，可以使粗Mg2Si金屬間化合物充分地固溶。如果在固溶處理之后，粗Mg2Si沒有充 分地固溶，則粗Mg2Si會(huì)在人工時(shí)效處理之后引起Al合金鑄錠強(qiáng)度的惡化。為了充分地體 現(xiàn)出固溶處理的功能/效果，優(yōu)選在500 560°C的溫度范圍進(jìn)行固溶處理。在固溶處理之后的淬火處理中，如果冷卻速度低，則Si、M&Si等可能會(huì)在Al合金 鑄錠的晶界處析出，其可能會(huì)在成型時(shí)形成裂紋起始點(diǎn)，并因此損害成型性質(zhì)。為了確保冷 卻速度，優(yōu)選選擇利用風(fēng)機(jī)的空冷或利用噴霧、噴濺或浸漬的水冷來進(jìn)行淬火處理，從而將 冷卻速度設(shè)定為10°c /秒或更高的快冷速度。<擠壓加工>在Al合金鑄錠如上所述的成型之后，對Al合金鑄錠實(shí)施擠壓加工以形成具有所 需形狀和尺寸的目標(biāo)擠壓材料(在本實(shí)施方式中，擠壓材料為連接件)?？梢岳枚嗫讛D 壓方法(porthole extrusion method)、芯棒擠壓方法(mandrel method)等來實(shí)施擠壓力口工。<型鍛加工>圖1是由本發(fā)明鋁合金擠壓材料制成的連接件的一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。在這個(gè)實(shí)施方式中，如圖1所示，連接件10成形為較大的鑰匙孔形墳堆 (keyhole-shaped tomb mound)形狀，使得用于在其中插入螺栓作為固定手段的第一通孔 13形成在方形部分11處，并且用于在其中插入管部件的第二通孔14形成在圓形部分12 處。然后，兩對凹凸部分15形成在第二通孔14的側(cè)面處。因此，在當(dāng)在管部件插入到圖1中連接件10的第二通孔14后對管部件進(jìn)行型鍛 時(shí)，管部件通過凹凸部分15固定在連接件10上，并從而可以與連接件10連接。
實(shí)施例下面，將基于實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這些 實(shí)施例，這是因?yàn)檫@些實(shí)施例僅是用于說明本發(fā)明效果的實(shí)施例。通過半連續(xù)鑄造方法生產(chǎn)出分別具有表1所列組成的多種坯料，然后，于565°C在 均質(zhì)化時(shí)進(jìn)行熱處理4小時(shí)。加熱所得坯料至500°C，然后利用多孔擠壓方法以5米/分鐘 的擠壓速度進(jìn)行擠壓，從而成型得到圖1所示的連接件10。將連接件10的圓形部分12的 寬度“W”設(shè)為30mm，并將連接件10的長度“L，，設(shè)為50mm。然后，設(shè)置第一通孔13的直徑 “r，，為IOmm及第二通孔14的直徑“R”為16讓。1.擠壓性質(zhì)作為對擠壓性質(zhì)的評價(jià)，將表面和內(nèi)表面不具有裂紋的連接件規(guī)定為“優(yōu)異”，將僅在內(nèi)表面的凹凸部分具有一些微小裂紋的連接件規(guī)定為“良好”，以及將在表面和內(nèi)表面 具有一些裂紋的連接件規(guī)定為“較差”。2.拉伸實(shí)驗(yàn)根據(jù)JIS Z2201進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，從進(jìn)行了人工時(shí)效處理之后的連接件中切出JIS No. 4拉伸實(shí)驗(yàn)塊，其中人工時(shí)效處理在180°C的條件下進(jìn)行6小時(shí)。3.耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)作為耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)，對由分別具有表1所列組成的相應(yīng)合金通過擠壓制造的連接 件與由JIS 6063合金通過擠壓制成的管部件進(jìn)行型鍛以分別形成測試塊。然后，對各測試 塊進(jìn)行鹽水噴霧實(shí)驗(yàn)，因此在暴露1000小時(shí)后，測量測試塊的最大點(diǎn)腐蝕深度，并對制造 測試塊的管部件進(jìn)行泄露檢驗(yàn)。4.連接件的自發(fā)電極電勢的測量按照下述方法測量自發(fā)電極電勢。對作為測試塊的連接件進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理方 法為，將連接件浸沒在5%的NaOH溶液中，并維持溫度在60°C持續(xù)30秒鐘，然后將連接件 浸沒在30% HNO3溶液中。隨后，將連接件浸沒在5% NaCl-15mL/L乙酸溶液中，在經(jīng)過30 分鐘之后測量各個(gè)連接件的自發(fā)電極電勢。另外，將6063-T5材料制備成為管部件，并且按 照與連接件相同的方法測量該部件的自發(fā)電勢，從而可以測量連接件(即，表1所列出的合 金)和部件之間的電勢差。測試結(jié)果列于表2中。[表 1](質(zhì)量％)
權(quán)利要求
1.具有優(yōu)異的擠壓性質(zhì)和犧牲陽極性質(zhì)的連接件用鋁合金擠壓材料，其由以下組成 0. 2 0. 8質(zhì)量％的Si，0. 45 0. 9質(zhì)量％的Mg，1. 0 3. 5質(zhì)量％的Zn，0. 001 0.2質(zhì)量％的Ti，以及余量的Al和不可避免的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1所述的鋁合金擠壓材料，其中，Zn的含量范圍從1.0 3. 5質(zhì)量％變?yōu)?.5 2. 5質(zhì)量％。
3.權(quán)利要求1所述的鋁合金擠壓材料，其中，鋁合金擠壓材料成型為中空形狀。
4.權(quán)利要求1所述的鋁合金擠壓材料，其中，鋁合金擠壓材料的電勢比待型鍛的管部 件的電勢低IOOmV或更多。
5.權(quán)利要求1所述的鋁合金擠壓材料，其中，管部件由Al-Mg-Si系合金或Al-Mn系合 金制成。
全文摘要
具有優(yōu)異的擠壓性質(zhì)和犧牲陽極性質(zhì)的連接件用鋁合金擠壓材料，其由以下組成0.2～0.8質(zhì)量％的Si，0.45～0.9質(zhì)量％的Mg，1.0～3.5質(zhì)量％的Zn，0.001～0.2質(zhì)量％的Ti，以及余量的Al和不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號C22F1/053GK102146543SQ20101056802
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者市之瀬晃, 柿木敏行, 若栗聰史 申請人:古河Sky株式會(huì)社