!HU00000282T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 00 282 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 04 8032 (22) A bejelentés napja: 2004. 11. 24. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 200408032 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 16871 1 200. 07. 07. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 168711 B1 2009. 01. 07. (1) Int. Cl.: B23K 1/00 (2006.01) B32B 1/00 (2006.01) C23C 28/00 (2006.01) C23C 30/00 (2006.01) C22C 21/00 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 006116 PCT/FR 04/003003 (30) Elsõbbségi adatok: 030014001 2003. 11. 28. FR (72) Feltalálók: DULAC, Sandrine, F-38100 Grenoble (FR); HENRY, Sylvain, F-3800 Voiron (FR) (73) Jogosultak: ALCAN RHENALU, 7116 Paris (FR); ALCAN ROLLED PRODUCTS RAVENSWOOD LLC, Ravenswood, WV 26164 (US) (74) Képviselõ: Erdély Péter, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (4) Szalag alumíniumötvözetbõl, keményforrasztáshoz (7) Kivonat A találmány szerinti szalag vagy lemez legalább 80 súly% alumíniumot, 0,01 0, súly% ittriumot és/vagy 0,0 0, súly% bizmutot tartalmaz, továbbá a szalag vagy lemez legalább egyik oldalán forrasztó alumíniumötvözettel van bevonva. A szalagokat vagy lemezeket alkatrészek folyasztószer nélkül történõ forrasztásához lehet felhasználni. HU 00 282 T2 A leírás terjedelme 6 oldal (ezen belül 1 lap ábra) 1. ábra Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 199. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1 HU 00 282 T2 2 A találmány szakterülete A találmány alumíniumötvözetbõl készült szalagra vonatkozik, amely lehetõleg egy vagy mindkét oldalán forrasztóötvözettel van bevonva, és forrasztott alkatrészek elõállítására szolgál, fõként gépjármûvek vagy épületek hõcserélõihez, különösképpen olyan alkatrészekhez, amelyeket szabályozott atmoszférában, folyasztószer nélküli keményforrasztással szerelnek össze. A technika állása Gépjármûvek hõcserélõinek összeszerelésénél a leggyakrabban alkalmazott eljárás a keményforrasztás. Ez az eljárás egy úgynevezett mag ötvözetbõl álló, és egy vagy két oldalán úgynevezett forrasztó¹ ötvözetbõl készült bevonattal ellátott szalag alkalmazásán alapul, legalább az összeszerelendõ részek egyikén. Ennek az úgy nevezett forrasztó¹ ötvözetnek a likviduszhõmérséklete mintegy 30 C¹kal kisebb a magötvözet szolidusz-hõmérsékleténél. Megfelelõ hõkezelés alkalmazásával lehetõség van arra, hogy csak a bevonatot olvasszuk meg, amely azután nedvesíti a kapcsolódó felületeket, lehetõvé téve ezzel jó minõségû kötést, miután az összekapcsolt részek kihûltek. Jelenleg három forrasztási technikát alkalmaznak: A legelterjedtebb a szabályozott nitrogénatmoszférában végzett forrasztás, amelynél az összeszerelendõ részeket elõzõleg egy nem korrodáló folyasztószerrel vonják be. A leggyakrabban erre a Nocolok folyasztószert használják, amelynek rendeltetése, hogy oldja a felületen az alumíniumon lévõ oxidréteget, és folyamatosan növelje a felület nedvesedõképességét. Ez a folyasztószer a kálium-fluor-aluminát, amelynek alkalmazása azonban számos problémát okoz. Nyilvánvaló, hogy a terméknek költségei vannak; tárolása olyan speciális berendezéseket igényel, amelyek gyakran megakadályozzák a hõcserélõgyártósor teljes automatizálását; végül pedig az effluenskezelést is meg kell szervezni. Egy másik régi, de még használt technika, fõleg Észak-Amerikában, a vákuumforrasztás. Ez az eljárás szükségessé teszi magnéziumtartalmú bevonat használatát. Ez az elem kiválik a felszínen és a vákuum hatására elgõzölög, elnyelve a maradék oxigénrészecskéket. Emellett megakadályozza az eredetileg differenciális expanzióval megbontott oxidréteg visszaalakulását. Az eljáráshoz nem szükséges folyasztószer, de a vákuum elõállítására szolgáló berendezések nagyon bonyolultak, és a kapcsolódó fenntartási költségek igen magasak. A gazdaságossági szempont miatt a létezõ gyártósorokat fokozatosan szerelik le, és helyükre Nocolok gyártósorok kerülnek. Végezetül a harmadik, marginálisan alkalmazott eljárásnál nikkelréteget alkalmaznak a folyasztószer helyett. A forrasztás ezután nitrogénben történik. A forrasztási ciklus során a bevont felületen keletkezõ Al¹Ni fázis létrejöttével felszabaduló energia elegendõ az oxidréteg feltöréséhez. 10 1 20 2 30 3 40 4 0 60 A fõ problémát az jelenti, hogy hogyan lehet a legelterjedtebb és a leggazdaságosabb üzemelõ Nocolok gyártó sorokat alkalmassá tenni a forrasztási mûveletre folyasztószer alkalmazása, vagy más komplex felületelõkészítés nélkül, és úgy, hogy az ezzel a technológiával összeszerelt hõcserélõk végsõ tulajdonságaiban semmilyen romlás ne következzék be. Az ezen a területen kifejlesztett, legelterjedtebben használt megoldás a nikkelbevonásos forrasztási eljárás adaptálása. Bár egyre több egyszerûsített bevonásos technikát alkalmazó megoldást [például amit a WO 02/07928 (Corus) számú szabadalmi bejelentés ismertet] találtak ki, és alkalmaztak, ezek eddig nem nyújtottak többet, mint a probléma részleges megoldását. A hõcserélõk vagy az alumíniumszalag gyártóinak, ha azt is a hõcserélõ gyártója állítja elõ, a gyártás során a forrasztás elõtt mindig speciális készülékkel kell elõkészíteni a felszínt, és ugyanakkor a nikkel galvanizáló kádban keletkezõ effluens fogadását kell folyamatosan kézben tartani. Továbbá, bár haladás következett be a korrózióval szembeni ellenállás vonatkozásában, ahogy azt a WO 02/060639 (Corus) számú szabadalmi bejelentés említi, a javasolt megoldás nem mindig képes biztosítani azt a teljesítményt, amelyet a Nocolok forrasztással készült termékek igényelnek (lásd például a Pechiney Rhenalu WO 02/40729 számú szabadalmi bejelentését). Más megoldások a bevonóötvözet és/vagy a forrasztókemence atmoszferikus feltételeinek módosításaira vonatkoznak, mint például a 3,811,177 (VAW) számú U. S. szabadalom, amely említi Bi, Sr, Ba vagy Sb hozzáadását a forrasztóötvözethez, hogy ezzel megváltoztassa annak felületi feszültségét. A bizmut hatását a felületi feszültségre szintén említi az EP 0004096 (Ford) számú szabadalom. További hivatkozás található a WO 01/98019 számú (Kaiser Aluminium) szabadalmi leírásban a káliummal vagy bizmuttal vegyített nátriumadagolás elõnyeire. Végezetül az EP 1306207 számú (Sky Aluminium) leírásban a Mg¹ot és Bi¹ot tartalmazó forrasztóötvözet egy alumíniumötvözetbõl álló vékony réteggel van bevonva, amely szilárd marad, miközben a forrasztóötvözet olvadni kezd; és csak a forrasztási ciklus egy késõbbi pontján kezd széttöredezni, folyékony bevonatot képezve, amely azután nedvesíti a felsõ felületet. A folyékony forrasztóötvözet oxidációját azzal kerülik el, hogy rövid ideig védõatmoszférában történik a mûveletvégzés. A vékony rétegen lévõ oxid elbomlik, amikor azt a folyadék elborítja. A találmány célja és tárgya A találmánnyal célunk, hogy lehetõvé tegyük az alumíniumötvözetbõl készült alkatrészek folyasztószer nélkül végzett forrasztását jó gazdasági feltételekkel, és biztosítsuk ennek során annak a készüléknek a használatát, amelyet a folyasztószerrel, szabályozott atmoszférában végzett forrasztás esetében használnak. Célunk még a találmánnyal egy olyan, alumíniumötvözetbõl készített szalag vagy lap kialakítása, amely 2
1 HU 00 282 T2 2 0,01 0,% ittriumot és/vagy 0,0 0,% bizmutot tartalmaz, és be van vonva legalább az egyik oldalán forrasztóötvözettel. A bevonat lehet egy hengerlés során kialakított réteg, amely például 4 1% szilíciumot tartalmazó alumíniumötvözetbõl van. Olyan réteget is lehet alkalmazni, amely forrasztóötvözet-részecskéket, nevezetesen Al¹Si ötvözetrészecskéket tartalmaz, lehetõleg gyantába ágyazottan. A találmánnyal további célunk forrasztott alkatrészek, konkrétan hõcserélõk kialakítása, amelyek 0,01 0,% ittriumot és/vagy 0,0 0,% bizmutot tartalmazó alumíniumötvözetbõl álló szalagból vagy lapból készül. Az ábrák ismertetése Az 1a. és 1b. ábra egy, a kiviteli példáknál a keményforraszthatóság értékeléséhez használt V próbadarab felülnézeti és oldalnézeti képe; a 2. ábra a kiviteli példában leírt forraszthatósági vizsgálathoz használt keményforrasztott kötés szélességének meghatározását mutatja. A találmány részletes ismertetése A korábban említett technikáktól eltérõen, a találmánnyal módosítani kívánjuk a magötvözet összetételét úgy, hogy a forrasztás kivitelezhetõ legyen bevonatkészítés nélkül, standard szabályozott atmoszférában és hogy ez elvégezhetõ legyen anélkül, hogy a forrasztáshoz alkalmazott készüléket a gyártóknak módosítaniuk kellene. Meglepõ módon néhány elem, például 0,0%-nyi ittrium, vagy körülbelül 0,1%-nyi bizmut hozzáadása a maghoz kielégítõ minõségû keményforrasztott kötést eredményezhet nitrogénatmoszférában, folyasztószer nélkül végzett keményforrasztásnál. A módszer valamennyi alumíniumötvözet-típus esetében alkalmazható, amely legalább 80 súly%-nyi alumíniumot tartalmaz, és különösen azoknál az ötvözeteknél, amelyeknél az összetevõk (súly%-ban kifejezett) mennyisége az alábbi, azon elemek hozzáadása elõtt, amelyek különösen alkalmasak a folyasztószer nélküli keményforrasztáshoz: 10 1 20 2 30 3 40 Si<1,0%, Fe<1,0%, Cu<1,0%, Mn<2,0%, Mg<3,0%, Zn<6,0%, Ti<0,3%, Zr<0,3%, Cr<0,3%, Hf<0,6%, V<0,3%, Ni<2,0%, Co<2,0%, In<0,3% Sn<0,3%, ahol valamennyi további elem mennyisége külön-külön kisebb, mint 0,0%, és összességükben kisebb, mint 0,1%; a maradék pedig alumínium. A lap vagy szalag egy vagy két oldalán hengerléssel be lehet vonva forrasztó alumíniumötvözettel, általában olyannal, amelynek szilíciumtartalma 4 és 1% között van. A forrasztóötvözet további adalékokat is tartalmazhat, mint például rezet, magnéziumot vagy cinket. Lehetnek benne olyan elemek is, amelyek rendeltetése az ötvözet felületi feszültségének változtatása, mint például Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y vagy elegyfém (Mischmetal), másképpen kifejezve ritkaföldfémek keveréke. Abban az esetben, amikor a keményforrasztó ötvözet csak az egyik oldalra kerül bevonatként, a másik oldalt burkolhatja egy elfogyó, általában Al¹Zn típusú ötvözet, mivel közismert, hogy ezzel a magötvözet korrózióval szembeni ellenállását lehet növelni. A keményforrasztó ötvözet lerakódhat részecskék formájában is, különösen Al¹Si részecskeként, amint azt például az EP 06868 számú szabadalmi leírás (Alcan International) ismerteti. Szabályozott atmoszférában történõ forrasztáshoz a forrasztóötvözet-részecskék rendszerint folyasztórészecskékhez társulnak, különösen fluoridbázisú folyasztószerhez, mint például a kálium-fluorid-aluminát, és egy kötõfémhez, mint például a polimer mûgyanta. Ebben az esetben a találmány egyik elõnye konkrétan az, hogy feleslegessé teszi a folyasztószer alkalmazását a burkolatban. Az ötvözetlap bizmut és/vagy ittrium hozzáadásával burkolat nélkül is használható, ha másik olyan lappal használjuk együtt, amelyet bevontunk a keményforrasztott rész elõállításához keményforrasztó ötvözettel. Példák 1. példa Négy lemezt öntöttünk a következõ összetételû magötvözetekbõl: Ötvözet Si Fe Cu Mn Mg Ti Y Bi Ca M 0,40 0,22 0,63 0,7 0,47 0,08 M+Y 0,39 0,24 0,61 0,7 0,47 0,09 0,06 M+Bi 0,39 0,22 0,62 0,9 0,49 0,09 0,1 M+Ca 0,40 0,22 0,63 0,7 0,47 0,08 0,0 Egy 4047 számú bevonatötvözetbõl is lemezeket (Al 12% Si) öntöttünk. Ezekbõl a lemezekbõl kombinált lemezeket készítettünk olyan módon, hogy a teljes vastagság 10%¹át a bevonatlemez vastagsága tette ki. Ezeket a lemezeket melegen hengereltük, majd hidegen hengereltük úgy, hogy végül 0,3 mm vastag bevonatos szalagokat kapjunk. Ezeket a szalagokat azután 260 C¹on, 10 órán át tartó hõkezelésnek vetettük alá. 60 Az 1. ábrán bemutatott próbadarabokkal ezeknek az anyagoknak a forraszthatóságát értékeltük. A V alakú próba egy 0,3 mm vastagságú bevonatmentes 3003 jelû, H24 kategóriájú ötvözetbõl lévõ szalagból lett kialakítva. A forrasztandó fémet 20 C¹on 1 perces zsírtalanítási kezelésnek vetettük alá, hogy forrasztható legyen. Semmilyen más felületi elõkészítést nem végeztünk és folyasztószert sem alkalmazunk. A forrasztást kettõs üvegfalú kemencében végeztük, 3
1 HU 00 282 T2 2 amelyben lehetett látni a folyékony forrasztóötvözet mozgását és a kötések kialakulását az eljárás során. A hõciklust úgy alakítottuk, hogy a hõmérséklet 20 C/perc sebességgel melegedjék 610 C fölé, 2 percen keresztül 610 C¹on maradjon, majd csökkenjen körülbelül 30 C/perc sebességgel. A teljes folyamat nitrogénöblítéssel zajlott, 81/perc mennyiségû gáz bevezetése mellett. Az eredményt a következõ skála szerint értékeltük A¹tól E¹ig: Jelölés A B C D E Forrasztási kötés hossz a teljes hossz%-ában kifejezve 100% 90% 7% 0% 0% Az eredményt az 1. táblázat mutatja: 1. táblázat Mag Bevonat Forraszthatóság M 4047 E M+Y 4047 A M+Bi 4047 A M+Ca 4047 E 1 20 A magötvözet forraszthatóságában Y és Bi hozzáadásának köszönhetõen beállt javulás szemmel látható. 2. példa Ugyanezen a módon két lemez öntését végeztük a következõ összetétellel: Ötvözet Si Fe Cu Mn Mg Ti Y N 0,17 0,18 0,64 1,37 0,08 N+Y 0,19 0,17 0,67 1,32 0,09 0,06 a 404¹ös bevonóötvözet-lemezzel (Al 10% Si). Az átalakítási folyamat és az elvégzett teszt pontosan ugyanaz volt, mint az 1. példában. Az eredményeket a 2. táblázat mutatja: 2. táblázat Mag Bevonat Forraszthatóság N 404 E N+Y 404 A 30 3 40 Látható, hogy az N ötvözetnél ittrium hozzáadása szignifikánsan növelte a forraszthatóságot. 3. példa Ugyanezen a módon két lemez öntését végeztük a következõ összetétellel: Ötvözet Si Fe Cu Mn Mg Zn Y P 0,1 0,3 0,1 0,1 0,8 0,12 P+Y 0,1 0,3 0,1 0,1 0,8 0,12 0,06 404¹ös bevonóötvözet-lemezeket (Al 10% Si) is öntöttünk. Az alakítási folyamat és az elvégzett teszt pontosan ugyanaz volt, mint az 1. példában. Az eredményeket a 3. táblázat mutatja: 3. táblázat Mag Bevonat Forraszthatóság P 404 E P+Y 404 A Látható, hogy a P ötvözethez ittrium hozzáadása szignifikánsan növelte a forraszthatóságot. 0 60 SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Alumínium magötvözetbõl készült szalag vagy lemez, amely legalább 80 súly% alumíniumot, 0,01 0, súly% ittriumot és/vagy 0,0 0, súly% bizmutot, továbbá a következõ elemeket tartalmazza, súly%-ban kifejezve: Si<1,0; Fe<1,0; Cu<1,0; Mn<2,0; Mg<3,0; Zn<6,0, Ti<0,3; Zr<0,3; Cr<0,3; Hf<0,6; V<0,3; Ni<2,0; Co<2,0; In<0,3; Sn<0,3; egyéb elemek, egyenként legfeljebb 0,0 és összességében legfeljebb 0,1; és a maradék alumínium; továbbá a szalag vagy lemez legalább egyik oldalán forrasztó alumíniumötvözettel van bevonva. 4
1 HU 00 282 T2 2 2. Az 1. igénypont szerinti szalag vagy lemez, azzal jellemezve, hogy a forrasztóötvözet 4 1 súly% szilíciumot tartalmaz. 3. Az 1. igénypont szerinti szalag vagy lemez, azzal jellemezve, hogy a forrasztóötvözet a felületi feszültség módosítására legalább egy elemet tartalmaz a következõk közül: Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y vagy mischmetal. 4. Az 1 3. igénypontok bármelyike szerinti szalag vagy lemez, azzal jellemezve, hogy a forrasztóötvözetbevonat plattírozott réteg, amely alumínium-alapötvözettel van összehengerelve.. Az 1 3. igénypontok bármelyike szerinti szalag vagy lemez, azzal jellemezve, hogy a forrasztóötvözetbevonat elõnyösen gyantarétegbe ágyazott részecskékbõl áll. 10 1 6. Alumíniumötvözetbõl készült szalag vagy lemez felhasználásával forrasztott alkatrész, ahol a szalag vagy lemez tartalmaz 0,01 0,% ittriumot és/vagy 0,0 0,% bizmutot, valamint a következõ elemeket Si<1 0%; Fe<1 0%; Cu<1 0%; Mn<2,0%, Mg<3,0%; Zn<6,0%; Ti<0,3%; Zr<0,3%; Cr<0,3%; Hf<0,6%; V<0,3%; Ni<2,0%; Co<2,0%; In<0,3%; Sn<0,3%; további elemek egyenként legfeljebb 0,0% és összesen legfeljebb 0,1%, és a maradék alumínium. 7. A 6. igénypont szerinti forrasztott alkatrész,, azzal jellemezve, hogy az alkalmazott szalag vagy lemez forrasztóötvözettel van bevonva. 8. A 7. igénypont szerinti forrasztott alkatrész, azzal jellemezve, hogy az alkalmazott szalag vagy lemez forrasztóötvözet-részecskékkel, célszerûen gyantarétegbe ágyazott részecskékkel van bevonva.
HU 00 282 T2 Int. Cl.: B23K 1/00 Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest