具有防腐层的复合材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种复合材料， 其具有载体材料， 其中， 载体材料至少局部表面涂有由 铝合金构成的防腐层。 本发明还涉及一种用于制备上述复合材料的方法以及上述复合材料 对于热载体或热交换器的冷却剂导引构件、 特别是对于管体的应用。背景技术
上述类型的复合材料已经为公众所知， 而且例如应用在飞机或机动车中的热载体 或热交换器的构件上。由此， 由易腐蚀的铝合金构成的载体材料可以以公知的方式镀有这 样的合金， 即， 所镀的合金具有至少一种使腐蚀性能降低的成分， 例如为锌、 锡或铟。通常， 这要求在 450℃以上的温度条件下进行热处理， 优选在 575℃至 610℃的温度条件下， 也就 是例如在焊接热交换器的条件下。 然而， 在使用锌作为使腐蚀性能降低的成分的情况下， 还 同时产生这样的问题， 即， 锌能够流畅地几乎不可控地从防腐层扩散到载体材料中。 这样就 导致了， 还使载体材料变得更为粗糙且更易腐蚀。 另外， 含锌的防腐层通过腐蚀性介质又产 生快速的材料损坏， 这是因为侵入深度和材料损坏由于腐蚀性介质是不可控的。 据此， 由锌 影响的防腐层相对而言具有较短的使用寿命。在使用锡和 / 或铟作为使腐蚀性能降低的成 分的情况下， 对此具有这样的问题， 即， 这种成分的存在使合金的回收性能遭到破坏。那么 在铝合金中含有部分锡或铟仅适用于很少的使用情况下。而在上述过程之后， 首先必须耗 费工本地挑出含锡和 / 或铟的部分， 从而能够再次获得纯度较高的铝， 以适用于各种各样 的使用情况。
进一步公知的， 由铝锰合金构成的载体材料涂有一层由铝硅合金构成的涂层。在 这种复合材料中， 在优选 575℃至 610℃的温度条件下硅从由铝硅合金构成的涂层扩散到 载体材料中， 并且造成载体材料的锰饱和混合晶体中锰化合物的分离。分离出的锰化合物 的腐蚀性能低于剩余载体材料的腐蚀性能， 因此分离出的锰化合物能够产生防腐作用。然 而， 直到硅扩散到载体材料中， 具有分离出的锰化合物的涂层的深度以及由此造成的厚度 容易取决于制备复合材料的加工过程以及热处理工艺。 这样就要求在制备过程中具有较高 的精确性以及耗费工本的加工控制技术。 发明内容
因此， 本发明的目的在于提供一种开始所述类型的复合材料， 使该复合材料具有 限定的、 有效的和稳定的防腐层， 并且同时具有较高的回收潜力。此外， 本发明的目的还在 于提供一种用于制备上述复合材料的方法。
上述目的根据本发明的第一技术方案得以实现， 即， 所述防腐层的铝合金具有以 下重量％的组分 ：
0.8 ≤锰≤ 1.8，
锌≤ 0.05，
铜≤ 0.05，硅≤ 1.0，
铬≤ 0.25，
锆≤ 0.25，
镁≤ 0.10，
剩余的铝和不可避免的杂质， 其单一最大含量为 0.05 重量％， 而总和最大为 0.15 重量％。
令人意想不到的是， 用作防腐层的合金中锰含量在 0.8 重量％和 1.8 重量％之间， 从而使精细分布的含锰分离物具有较高的密度。以这种方式来降低防腐层的腐蚀性能。优 选防腐层的防腐性能以大约 30mV 的量低于载体材料的防腐性能。而且还应该使铜和锌的 含量各自最大为 0.05 重量％。通过铜和锌的低含量能够阻止局部成分的形成， 这些局部成 分能够产生电镀非常活跃的表面并因此产生扩大的由于腐蚀造成的材料损坏。而且， 复合 材料和由其制成的产品的回收性能通过在合金中较低的铜和锌含量以及对合金中硅、 铬和 锆含量的限定而受到积极影响。镁的份额应该最高为 0.10 重量％， 因此在采用含硅的铝焊 料的条件下， 还可以使由合金构成的工件的焊接性能不会由于流体介质的含镁杂质而受到 破坏。通过前述铝合金， 防腐层仅具有较少的侵入表面用以共晶腐蚀或还在热处理之后的 点状腐蚀。因此能够使由于腐蚀造成的材料损坏保持很少。尤其是， 如果在发生腐蚀的情 况下， 复合材料的腐蚀还显示为， 在一个轻微显著的凹陷状侵入结构， 平均直径大于凹陷部 的平均深度。 通过较小的平均深度能够降低腐蚀侵入在载体材料的易腐蚀区域中贯穿的可 能性。优选将保护层从一侧或从两侧涂覆在载体材料上。
在复合材料的一个优选结构方案中， 防腐层的铝合金的锰含量为 1.0 重量％至 1.8 重量％， 优选为 1.2 重量％至 1.8 重量％。 通过防腐层的铝合金中锰含量的轻微提高还 能够使精细分布的含锰分离物的形成继续推进， 精细分布的含锰分离物的形成对于防腐层 具有重要意义。然而， 当含量超过 1.8 重量％时， 在防腐层的组织结构中由于锰的有限溶解 性而能够形成粗糙的锰分离物。这种粗糙的分离物能够主要导致防腐层的防腐性能削弱。
此外， 防腐层的铝合金的硅含量为 0.4 重量％至 1.0 重量％。防腐层中含硅的部 分能够扩散到载体材料中， 并且能够在载体材料中产生附加的精细分布的含锰分离物， 该 含锰分离物可以提高载体材料的防腐性能。硅从防腐层到载体材料中的扩散范围特别由 于防腐层中有限的硅含量而仅取决于载体材料中的硅含量， 并且因此还取决于硅的浓度梯 度。特别是当载体材料的硅含量最高为 0.4 重量％时， 因此能够产生从防腐层到载体材料 中的明确界定的硅扩散。而且， 涂层能够以基本上任意的硅含量、 例如采用 AlSi 焊料而附 加涂覆在防腐层的背对载体材料的一侧上。 通过防腐层的有限的硅含量还可以防止硅从附 加外层穿过防腐层进入到载体材料的难以控制的扩散。 因此能够更好地确保了复合材料性 能的稳定性。
在复合材料的又一个优选结构方案中， 防腐层的铝合金具有 0.05 重量％至 0.25 重量％的铬和 / 或 0.05 重量％至 0.25 重量％的锆。与铬和 / 或锆含量相对应地， 特别使 防腐层的组织结构的平均颗粒尺寸得以增大。由此， 使直到硅从附加含硅外层扩散到防腐 层中的深度得到控制。然而， 当铬含量和 / 或锆含量超过 0.25 重量％时， 能够产生粗糙的 主分离物， 这样的主分离物又对防腐层的组织结构产生消极影响。
此外， 载体材料优选由铝或铝合金、 特别由铝锰铜合金构成。 铝或铝合金具有特别有利的成型性能， 从而能够使复合材料加工成型为适于各种各样使用目的的构件。 而且， 铝 或铝合金还具有重量优势， 特别是与许多其它的例如为钢的金属或金属合金相比， 特别具 有优势的是， 由铝或铝合金构成的构件用于重量敏感的使用情况， 例如在飞机或机动车上 的使用。特别优选的是， 载体材料由铝锰铜合金构成。这样的合金优选用作在热交换器中 所使用的复合材料的载体材料。
在复合材料的另一个优选结构方案中， 载体材料的整个表面都涂有防腐层。那么 这样特别具有优势的是， 使复合材料可以适用于各种各样的不同使用情况。而且还可以实 现， 仅使载体材料的局部表面涂上防腐层。 例如在由复合材料构成的成型件加工完成之后， 仅复合材料的局部表面与腐蚀性环境接触， 那么仅在这局部表面上涂有防腐层就足够了。 因此在满足制造出成型件的要求的基础上能够更好地节省制造成本。
另外， 优选防腐层在其背向载体材料的一侧上至少局部表面涂有外层。 而且， 载体 材料能够在其背向防腐层的一侧上涂有至少一层外层。该外层能够由铝或其它铝合金、 特 别由铝硅合金构成。 由此实现了， 使复合材料还可以设有其它功能性涂层， 例如由此实现载 体材料两侧的焊接性能。在这种情况下， 还具有优势的是， 使载体材料的两侧都涂有防腐 层。 根据本发明的又一技术方案， 本发明的目的还通过一种用于制备如上文所述的复 合材料的方法得以实现， 其中， 使载体材料至少局部表面涂有由上文所述铝合金构成的防 腐层， 其中， 使该防腐层通过同时铸造、 镀层或喷射加工而进行涂覆。
通过采用镀层加工能够以经济的方式制备大量具有明确界定厚度的防腐层的复 合材料， 其中， 通过镀层加工在载体材料和防腐层之间实现一个特别良好的连接。此外， 防 腐层的喷涂加工还能够确保使防腐层均匀地、 以限定方式而且特别以较高的空间分辨率涂 覆在载体材料上。 在此， 喷涂处理特别优选用于局部表面涂在载体材料上的防腐层的镀层。 防腐层与载体材料的同时铸造处理又能够使用于在载体材料上加工防腐层的操作步骤减 少。此后， 用于将防腐层镀在载体材料上的铝合金的单独镀层或单独喷涂处理不再是必须 的。 然而， 例如此后， 如果还需要具有其它功能性涂层、 例如外层的情况下， 还可以考虑采用 镀层、 喷涂和 / 或同时铸造的结合的技术方案。
另外， 还可以借由同时铸造加工、 镀层加工或喷涂加工而将外层例如涂覆在防腐 层上以及还可以涂在载体材料上。
关于本发明方法的其它优点， 由本发明复合材料的实施方案可知。
根据本发明的另一技术方案， 本发明的目的还通过一种热交换器得以实现， 该热 交换器包括至少一个构件， 特别指冷却剂导引构件， 该构件由本发明的复合材料构成。 该热 交换器一方面可以防腐蚀， 而且还能够同时具有良好的回收性能。
本发明的用于热载体或热交换器中冷却剂导引构件的复合材料的应用特别具有 优势， 这是因为这种构件由于重量的减少而通常仅允许具有很小的壁强度。 然而， 如果在具 有很小壁强度的构件上的腐蚀侵入通过防腐层并没有充分得到阻止， 那么能够使冷却剂导 引构件的密度由于在深度上的侵入而受到损坏， 该侵入例如为共晶腐蚀或点状腐蚀。与其 相对， 如果在发生腐蚀的情况下， 通过本发明防腐层的作用使冷却剂导引构件上的腐蚀显 示为， 在一个轻微显著的凹陷状侵入中， 平均直径大于凹陷部的平均深度。 因此使冷却剂导 引构件的密度较少地受损。
附图说明 本发明提供了多种技术方案， 用以构成和扩展本发明的复合材料或其制备方法。 对此， 一方面通过权利要求 1 和 10 的从属权利要求进行说明， 而另一方面通过将实施例与 附图相结合来进行说明。附图示出了 ：
图 1 为本发明的复合材料的第一实施例的截面图 ；
图 2 为本发明的呈管体结构的热交换器的实施例的冷却剂导引构件的截面图。
具体实施方式
图 1 示出了本发明的复合材料 1 的实施例的截面图。该复合材料 1 具有防腐层 2、 载体材料 3 和附加外层 4， 该载体材料例如由铝锰铜合金构成， 该附加外层优选为一层由铝 硅合金构成的涂层。然而， 外层 4 并不是必不可少的。载体材料 3 还能够由纯铝或其它铝 合金制成。外层 4 也能够由纯铝或其它铝合金构成。此外， 载体材料 3 和外层 4 还可以由 相同的材料构成。防腐层 2 由含有以下合金成分 ( 重量％ ) 的铝合金构成 ：
0.8 ≤ Mn ≤ 1.8， Zn ≤ 0.05，
Cu ≤ 0.05，
Si ≤ 1.0，
Cr ≤ 0.25，
Zr ≤ 0.25，
Mg ≤ 0.10，
剩余的铝和不可避免的杂质， 其单一最大含量为 0.05 重量％， 而总和最大为 0.15 重量％。
锰含量还可以在 1.0 重量％至 1.8 重量％、 特别还在 1.2 重量％至 1.8 重量％的区 间进行选择。 可选择地， 还可以在防腐层 2 的铝合金中设有含量分别为 0.05 重量％至 0.25 重量％的铬和 / 或锆。 防腐层 2 的铝合金还能够附加地具有 0.4 重量％至 1.0 重量％的硅。 防腐层 2 在与腐蚀性介质接触的过程中显示出良好的防腐性能。特别是在如果发生腐蚀的 情况下， 在复合材料 1 的由防腐层保护的区域上的腐蚀仅显示为， 在一个轻微显著的凹陷 状侵入结构中， 平均直径大于凹陷部的平均深度。复合材料 1 以及由其制成的用于热载体 或热交换器的冷却剂导引构件以及在生产过程中产生的废料能够非常好地进行回收， 这是 因为合金组分既不包含锌， 也不包含锡或铟。
在图 1 所示的实施例中， 载体材料 3 仅在一侧涂有防腐层 2 和外层 4。然而还可以 使载体材料 3 在两侧都涂有局部表面涂层， 该局部表面涂层为防腐层以及还可能具有其它 的外层， 其中， 该局部表面涂层例如仅涂在与腐蚀性介质接触的区域上。此外， 根据使用目 的， 还能够在载体材料 3 背向防腐层 2 的一侧设有至少一层外层 4。
在图 2 中示出了由复合材料 1 制成的管体 5 的截面图。除了管体 5 之外， 复合材 料 1 基本上还能够用于制造任意其它的构件。防腐层 2 以及外层 4 由铝硅合金构成， 在该 实施例中， 防腐层设置在载体材料 3 面向管体内部的一侧上， 通常防腐层和外层通过镀层 处理而与载体材料 3 连接， 该载体材料由铝锰铜合金构成。在管体 5 的内部， 例如能够导引
冷却介质， 其中， 防腐层 2 防止载体材料 3 受到腐蚀。
取代上述将防腐层 2 和外层 4 都镀在载体材料 3 上的镀层处理方案， 本发明还可 以这样来实现， 即， 使载体材料 3、 防腐层 2 和 / 或外层 4 同时铸造成一种适宜的复合材料， 并且在接下来的操作步骤中加工成型为管体 5。 另一种可替换的制备方法是， 使防腐层 2 和 / 或外层 4 通过喷射处理涂覆在载体材料 3 上。当然还可以考虑采用上述加工方式的任意 结合的技术方案。
图 2 所示的管体 5 在该实施例中具有圆形的横截面。但是还实现了， 管体 5 的横 截面可以由复合材料加工成任意其它类型的形状， 例如为椭圆形、 矩形、 多边形、 结构渐窄 的或类似形状的横截面。最后， 管体 5 的许多其它的结构方案可以结合防腐层 2 以及还可 以结合外层 4 来考虑。因此， 对于图 2 所示的实施例， 载体材料 3 还能够附加地或可替换地 在外围面上也具有防腐层 2 以及可选择地具有外层 4。