Analiza procesa NOCOLOK lemljenja za čelične-aluminijske kompozitne tekuće hladne ploče

I. Osnove procesa i pozicioniranje aplikacije

1. Struktura čeličnih-aluminijskih kompozitnih tekućih hladnih ploča

Glavna konfiguracija: supstrat od ugljičnog čelika/nehrđajućeg čelika obložen kompozitnim slojem aluminij-silicija (4343/4045 sloj metalnog punila + 3003 aluminijska jezgra). Kanali za tekuće hlađenje su utisnuti ili glodani na aluminijskoj strani; čelični sloj pruža strukturnu krutost, otpornost na deformacije i sposobnost-nosivosti pritiska, dok aluminijska strana pruža vrhunsku toplinsku vodljivost i kompatibilnost s lemljenjem.

2. Mehanizam jezgre NOCOLOK lemljenja

Topilo za tvrdo lemljenje je eutektička kalijeva fluoroaluminatna sol (K₃AlF₆–KAlF₄) s talištem u rasponu od 565 stupnjeva do 572 stupnja . Radni dijelovi se zagrijavaju u peći s kontinuiranom atmosferom dušika. Otopljeni fluks otapa Al₂O₃ oksidni film na aluminijskim površinama, omogućujući Al-Si dodatnom metalu da smoči čelično-aluminijsko sučelje i formira metaluršku vezu. Ovaj postupak ostavlja ne{3}}korozivne ostatke, odgovara masovnoj kontinuiranoj proizvodnji i ima niže troškove i veću propusnost u usporedbi s lemljenjem pod vakuumom.

3. Inherentne poteškoće lemljenja različitog čelika-aluminija (specifično za tekuće hladne ploče)

1. Fe-Al krhki intermetalni spojevi (IMC): Na visokim temperaturama aluminij difundira u čelik stvarajući tvrde krhke slojeve FeAl₃ i Fe₂Al₅. Nakon što debljina sloja prijeđe 8 μm, čvrstoća spoja naglo opada, lako dolazi do pucanja pod toplinskim ciklusima, a rizik od curenja tekućine za hlađenje pod pritiskom drastično raste.
2. Neusklađeni koeficijenti toplinskog širenja: Aluminij ima linearni koeficijent širenja ≈ 23,5×10⁻⁶/ stupanj, dok čelik ≈ 11,5×10⁻⁶/ stupanj. Tijekom zagrijavanja i hlađenja stvara se značajno međupovršinsko smicanje, što dovodi do deformacije tankih-stjenka kanala, raslojavanja lemljenog šava i smanjenog-presjeka kanala što povećava otpor protoku.
3. Zahtjevi za uklanjanje dvostrukog oksidnog filma: Gusta glinica na aluminiju i željezni oksid na čeliku. Konvencionalni prašak pokazuje slabu sposobnost vlaženja na čeličnim površinama, što lako uzrokuje nedovoljno širenje punila, nepotpuno lijepljenje i nezavarena područja.
4. Ograničenja čistoće za unutarnje rashladne šupljine: zaostali fluks, kuglice za lemljenje i metalni ostaci blokiraju mikrokanale, povećavajući otpor protoku, izazivajući zračne blokade i lokalno pregrijavanje. Topljivi ostaci fluorida moraju se eliminirati kako bi se spriječila srednje-inducirana korozija kanala.

5. Uski raspon temperature obrade: Dodatni metal se topi na 577 stupnjeva, dok se osnovni metal 3003 aluminija topi na 650 stupnjeva. Neravnomjerno zagrijavanje čeličnih-aluminijskih kompozitnih ploča lako uzrokuje lokalno pregorevanje i eroziju osnovnog metala.

II. Potpuni tok procesa (specijalizirano za čelične-aluminijske kompozitne tekuće hladne ploče)

Korak 1: Inspekcija sirovina i rezanje

1. Inspect thickness uniformity of steel-aluminum composite strips; control the 4343 filler metal layer at 80–120 μm. Aluminum alloys with magnesium content >0,1% su zabranjeni jer se MgO ne može otopiti NOCOLOK fluxom.
2. Površine od nehrđajućeg čelika moraju biti bez-hrđe i ulja-; ugljični čelik zahtijeva prethodno-fosfatiranje ili pasiviranje kako bi se ublažila oksidacija na visokim-temperaturama.

Korak 2: Oblikovanje kanala (žigosanje/glodanje)

• Strogo kontrolirajte dimenzijske tolerancije razmaka kanala i visine rebara unutar ±0,05 mm, što rezultira razmakom za lemljenje od 0,1–0,2 mm nakon sastavljanja. Razmaci širi od 0,2 mm uzrokuju otjecanje dodatnog metala i nedovoljnu brzinu lijepljenja; raspori uži od 0,08 mm slabe kapilarno djelovanje i nepotpuno ispunjavaju praznine.
• Očistite sve oblikovane dijelove kako biste uklonili oštre izbočine unutar kanala, koje inače povećavaju otpor tečenju i izazivaju lokalizirane pukotine od naprezanja.

Korak 3: Odmašćivanje i čišćenje (kritično za uspjeh NOCOLOK lemljenja)

1. Slijed procesa: alkalno odmašćivanje → ispiranje čistom vodom → neutralizacija razrijeđenom dušičnom kiselinom → završno ispiranje čistom vodom. Prošao test loma vodom (potpuno kontinuirano vlaženje vodom bez pucanja filma).
2. Zahtjevi: Bez ulja za žigosanje, sredstava za crtanje ili prašine unutar šupljina. Preostala mast izolira fluks, ometa uklanjanje oksidnog filma i dovodi do nepotpunog lijepljenja i pukotina.
3. Dajte prioritet uklanjanju hrđe na čeličnim površinama; tragovi željeznog oksida troše fluks i smanjuju površinsko vlaženje.

Korak 4: NOCOLOK premaz i sušenje

1. Formulacija suspenzije topilice: Čista voda pomiješana s 5%–10% praha topilice. Nanesite kašu visoke-koncentracije (15%–30%) lokalno na čelične-aluminijske spojeve i unutarnje stijenke kanala kako biste poboljšali sposobnost vlaženja čelične površine.
2. Kontrola težine premaza: 4–6 g/m². Nedovoljan fluks ne uspijeva u potpunosti ukloniti oksidne filmove; prekomjerni fluks stvara obilne ostatke troske nakon-lemljenja koji začepljuju mikrokanale i smanjuju otpornost na koroziju.
3. Postupno sušenje: Pred-sušenje na 80 stupnjeva → Potpuno odvodnjavanje na 180 stupnjeva. Preostala vlaga isparava tijekom zagrijavanja, stvarajući zavarene otvore i curenje tlaka u tekućim hladnim pločama.

Korak 5: Montaža alata i stezanje

1. Ravnomjerna kompresija pomoću alata od grafita/nehrđajućeg čelika na 0,08–0,12 MPa kako bi se spriječilo savijanje izazvano neusklađenošću toplinske ekspanzije čelika-aluminija i spriječilo raslojavanje kanala.
2. Rezervirajte ispušne prolaze na ulazu/izlazu kanala kako biste izbjegli lokalno podgrijavanje i potisnuti protok punila uzrokovan zarobljenim plinom iz peći.
3. Izbjegavajte izravan kontakt između alata i zona kanala kako biste spriječili lokalno pregrijavanje i eroziju aluminijske obloge.

Korak 6: Dušik kontinuirano lemljenje u peći (stupanj kontrole temperature jezgre)

Peć je podijeljena u četiri zone: zona predgrijavanja → zona grijanja → zona lemljenja → zona hlađenja. Održavati atmosferu dušika sa sadržajem kisika<10 ppm and dew point <−40℃ throughout the process.

Standardni preporučeni toplinski ciklus za čelične-aluminijske kompozitne tekuće hladne ploče

1. Zona predgrijavanja (sobna temperatura → 450 stupnjeva, 60–90 min) Polagano zagrijavanje uklanja preostalu vlagu i postupno aktivira fluks kako bi se izbjegla deformacija izratka uslijed toplinskog udara. Dušik pročišćava unutarnje šupljine kako bi odnio onečišćenja hlapljivog ulja.
2. Zona grijanja (450 stupnjeva → 570 stupnjeva, 30–45 min) Topilo se progresivno topi kako bi se otopio aluminijev oksid i istovremeno uklonili površinski oksidi čelika. Ograničite brzinu zagrijavanja Manju ili jednaku 4 stupnja/min kako biste spriječili pucanje uslijed naprezanja zbog prekomjerne temperaturne razlike na površini između čelika i aluminija.
3. Zona zadržavanja lemljenja (578–590 stupnjeva, 3–6 min)

• Vršna temperatura strogo ograničena na 595 stupnjeva: Svaki porast temperature od 10 stupnjeva udvostručuje stopu rasta Fe-Al intermetalnih spojeva. Trajanje držanja dulje od 8 minuta dovodi do preko-debelih lomljivih slojeva.
• Kratko vrijeme zadržavanja srž je tvrdog lemljenja različitog čelika-aluminija: ono omogućuje samo potpuno širenje punila i popunjavanje praznina dok ograničava međudifuziju Fe-Al za kontrolu IMC debljine ispod 5 μm.

4. Zona brzog hlađenja (590 stupnjeva → 200 stupnjeva, prisilno hlađenje zrakom dušikom)

Brzo hlađenje prekida međudifuziju elemenata na sučelju kako bi se zaustavilo kontinuirano zadebljanje krhkih slojeva. Također smanjuje zaostalo naprezanje koje proizlazi iz različitog skupljanja aluminija i čelika, eliminirajući krivljenje kanala i mikropukotine u šavovima za lemljenje.

Korak 7: Čišćenje nakon-lemljenja i pročišćavanje unutarnjih šupljina

1. Vanjske površine: Uklonite trosku od talila visoko{0}}mlazom vrućeg zraka i ispiranjem blagom kiselinom.

2. Kritična obrada unutarnjih šupljina: cirkulirajuće visokotlačno-ispiranje čistom vodom nakon čega slijedi ispuhavanje-komprimiranog zraka kako bi se temeljito uklonila odvojena šljaka topitelja i aluminijski prah, sprječavajući začepljenje mikrokanala i povećani otpor protoku.

3. Osušite i zatvorite gotove dijelove kako biste izbjegli-ponovno hrđanje čeličnih podloga.

Korak 8: Specijalizirano testiranje performansi za tekuće hladne ploče

1. Ispitivanje nepropusnosti plina/helija: Brzina curenja manja ili jednaka 1×10⁻⁶ Pa·m³/s.
2. Metalografska inspekcija uzorkovanja: IMC debljina međufaze čelika-aluminija<5 μm, no continuous thick brittle layers.
3. Mjerenje otpora protoku: Usporedite testne podatke s projektiranim vrijednostima kako biste identificirali blokade uzrokovane zrncima za lemljenje unutar kanala.
4. Termičko cikličko ispitivanje (-40 stupnjeva do 120 stupnjeva, 500 ciklusa): Nije dopušteno propuštanje ili raslojavanje na površini.

III. Sheme podudaranja za ključne materijale

1. Topilo: Standardni ne{0}}korozivni NOCOLOK topilo. Aktivatori na bazi-silicija u tragovima mogu se dodati za čelične-aluminijske različite spojeve kako bi se poboljšala sposobnost vlaženja na površinama od ugljičnog čelika i nehrđajućeg čelika.
2. Plakirani dodatni metal: 4343 (7,5% Si, talište 577 stupnjeva) primarni je izbor. 4045 (10% Si, talište 565 stupnjeva) usvojeno je za tekuće hladne ploče visoke gustoće toplinskog toka kako bi se smanjila ograničenja na raspon temperature lemljenja.
3. Čelična podloga

• Lagane primjene pod-niskim tlakom: SPCC hladno{1}}valjani ugljični čelik (potrebna prethodna-pasivacija za otpornost na-temperaturnu oksidaciju).
• Primjene -otporne na koroziju i pod visokim{1}}tlakom: nehrđajući čelik 304, koji pruža vrhunsku sposobnost vlaženja NOCOLOK lemljenja u usporedbi s ugljičnim čelikom uz veću cijenu materijala.

4. Sloj aluminijske jezgre: 3003 Al-Mn legura s dobrom otpornošću na eroziju i srednjom otpornošću na koroziju. 5xxx-serija magnezij-legure aluminija koje sadrže strogo su zabranjene.

IV. Utjecaji ključnih procesnih parametara na čelična-aluminijska sučelja i performanse hlađenja tekućinom

1. Temperatura lemljenja

• <575℃: Incomplete filler melting, poor steel surface wettability, incomplete bonding, and insufficient channel pressure resistance.
• 578–590 stupnjeva: Optimalni procesni prozor koji formira tanke kontinuirane metalurške IMC slojeve.
• 595 stupnjeva: Masivna difuzija aluminija u čelik stvara gusti, krti FeAl₃ slojeva, smanjujući čvrstoću spoja na smicanje za više od 40%. Erozija aluminijske obloge stanji rebra kanala i slabi otpornost na pritisak; prekomjerne kuglice za lemljenje sužavaju kanale i naglo povećavaju otpor protoka

2. Vrijeme zadržavanja

Držanje dulje od 6 min ubrzava zgušnjavanje IMC-a. Za tanko{2}}hladne mikrokanalne ploče ograničite maksimalno vrijeme držanja na 4 min.

3. Čistoća atmosfere dušika

Oxygen content >15 ppm izaziva dugotrajnu oksidaciju aluminija i čelika tijekom zagrijavanja, ubrzavajući potrošnju topitelja i uzrokujući lokalizirane nezavarene zone i pukotine u zavarima. Oksidacijska troska zarobljena unutar šupljina blokira mikrokanale.

4. Pritisak stezanja alata

• Nedovoljan tlak: Aluminij se širi i odvaja od čelika tijekom zagrijavanja, proširujući razmake za lemljenje, izazivajući otjecanje punila i međupovršinske šupljine koje povećavaju toplinski otpor i smanjuju performanse rasipanja topline.
• Prekomjerni tlak: Presjeci-kanala su ekstrudirani i suženi, što dovodi do-- otpora protoku koji-je -od specifikacije ili čak do zgnječenja rashladnih rebara.

5. Težina premaza topitelja

• Višak fluksa: ostaci fluoridne troske nakon-lemljenja zarobljeni u šupljinama blokiraju mikrokanale i izazivaju dugotrajnu{1}}koroziju aluminijske stijenke.
• Nedovoljno fluks: nepotpuno uklanjanje oksida čelične površine uzrokuje lokalizirana ne{0}}povezana sučelja sklona curenju pod toplinskim ciklusima.

V. Glavni uzroci tipičnih kvarova i protumjere kontrole procesa (isključivo za tekuće hladne ploče)

1. Debeli krti IMC slojevi na čeličnim-aluminijskim sučeljima, pucanje i curenje nakon termičkog ciklusa

Osnovni uzroci: Previsoka vršna temperatura, produljeno vrijeme zadržavanja, pretjerano spora brzina zagrijavanja.

Protumjere: Ograničite vršnu temperaturu ispod 590 stupnjeva, skratite vrijeme zadržavanja na 3–5 min, primijenite prisilno brzo hlađenje nakon izlaska iz peći i usvojite nisku{3}}točku taljenja-dopunskog materijala 4045 kako biste snizili vršnu temperaturu lemljenja.

2. Loša sposobnost vlaženja čelične površine, nepotpuno lijepljenje i lokalne nezavarene zone

Glavni uzroci: Neadekvatno uklanjanje hrđe i odmašćivanje čeličnih površina, nedovoljna koncentracija fluksa, visoka točka rosišta peći. Protumjere: Pre-pasivirajte čelične dijelove, lokalno četkajte -fluks visoke koncentracije na čelične-aluminijske spojeve i stabilizirajte točku rosišta peći ispod -40 stupnjeva.

3. Zrnca za lemljenje unutarnjeg kanala, blokade i pretjerani otpor protoku

Osnovni uzroci: Pre-debela obloga od dodatnog metala, produljeno vrijeme držanja, neravnomjeran pritisak alata, prekomjerno nanošenje topitelja. Protumjere: Kontrolirajte debljinu obloge, skratite trajanje držanja, provedite visoko{2}}unutarnje ispiranje nakon-lemljenja i optimizirajte alate za jednoliku kompresiju.

4. Iskrivljenost tekuće hladne ploče i suženje poprečnog-presjeka kanala

Glavni uzroci: neusklađenost toplinske ekspanzije čelika-aluminija, spora brzina hlađenja, neuravnotežen pritisak alata. Protumjere: Postupno zagrijavanje i hlađenje, brzo hlađenje dušikom nakon lemljenja, simetrični uniformni-tlačni alati i zonska kontrola temperature kako bi se smanjili temperaturni gradijenti.

5. Gusti zavareni otvori i curenje helija

Glavni uzroci: Preostala vlaga od nepotpunog čišćenja, nedovoljno sušenje topitelja, visok sadržaj kisika u peći.

Protumjere: Produžite fazu sušenja na 180 stupnjeva, potpuno ohladite izratke prije ubacivanja u peć i održavajte kontinuirano pročišćavanje dušikom visoke -čistoće.

6. Dugotrajna -korozija kanala i curenje u obliku rupa

Osnovni uzroci: Neuklonjeni ostaci NOCOLOK fluksa zarobljeni unutar šupljina.

Protumjere: Više{0}}ispiranje cirkulirajućom čistom vodom nakon-lemljenja, nakon čega slijedi pročišćavanje mrtvih zona u kanalima komprimiranim zrakom prije sušenja.

VI. Prednosti i nedostaci NOCOLOK lemljenja naspram vakuumskog lemljenja za čelične-aluminijske tekuće hladne ploče

Prednosti

1. Masovna proizvodnja putem peći s kontinuiranom mrežastom trakom daje visoku propusnost, s jediničnom cijenom samo upola manjom od vakuumskog lemljenja.
2. Kontinuirano podesivi toplinski ciklusi smanjuju deformaciju tankih -čeličnih-aluminijskih kompozitnih ploča.
3. Flux aktivno uklanja dvostruke oksidne filmove na čeliku i aluminiju, pokazujući superiornu sposobnost vlaženja za različite metale u usporedbi s-vakuumskim lemljenjem bez fluksa.
4. Prikladno za masovnu proizvodnju integriranih tekućih hladnih ploča sa složenim zmijolikim i mikrokanalnim strukturama

Nedostaci

1. Dodatni postupci ispiranja unutarnjih šupljina povećavaju troškove kontrole čistoće.
2. Magnezijeve-serije aluminijskih legura nekompatibilne su, ograničavajući raspon izbora materijala.
3. Obavezna je stroga kontrola ostataka fluksa; mikrokanali su podložni začepljenju, što otežava upravljanje specifikacijama otpora protoka.
4. Ultra{0}}hermetičke tekuće hladne ploče s ultra{0}}vakuumom za primjenu u zrakoplovstvu zahtijevaju dodatni tretman pasivizacije nakon-lemljenja.

VII. Koncepti dizajna optimizacije procesa (uravnoteženje čvrstoće zavara i malog otpora protoku)

1. Optimizacija međufazne metalurgije: usvojite kratke-temperaturne-termalne cikluse držanja kako biste ograničili debljinu Fe-Al IMC unutar 5 μm, osiguravajući čvrstoću spoja i otpornost na toplinske cikluse.
2. Očuvanje dimenzija kanala: Primijenite jednolik pritisak alata i strogo kontrolirajte vršnu temperaturu kako biste izbjegli deformaciju kanala ekstruzijom i suženje popre{0}}presjeka zbog erozije osnovnog metala.
3. Zatvorena-kontrola čistoće unutarnje šupljine: potpuno-upravljanje procesom koji pokriva čišćenje, sušenje, lak-prevlaku fluksa i više{3}}fazno-ispiranje lemljenjem radi uklanjanja začepljenja od troske.
4. Ublažavanje zaostalog naprezanja: Postupno zagrijavanje i hlađenje u kombinaciji s brzim hlađenjem nakon-lemljenja smanjuje zaostalo naprezanje izazvano neusklađenošću toplinske ekspanzije čelika-aluminija, sprječavajući mikropukotine u šavovima za lemljenje i deformaciju kanala.
5. Optimizacija usklađivanja materijala: Uparite supstrate od nehrđajućeg čelika s dodatnim metalom 4045 kako biste snizili vršnu temperaturu lemljenja, potisnuli međusobnu difuziju međupovršinskih elemenata i smanjili eroziju stijenke kanala.

Bilješke o prijevodu

1. Stručni izrazi prihvaćaju međunarodno priznate industrijske standarde zavarivanja/termalnog upravljanja (NOCOLOK, IMC, otpor protoka, ispitivanje curenja helija, itd.).
2. Metalurške formule, stupnjevi legura, parametri temperature/tlaka i vrijednosti tolerancije zadržavaju izvorne numeričke specifikacije.
3. Duge kineske složene logičke rečenice restrukturirane su u sažete tehničke odlomke na engleskom jeziku u skladu s međunarodnim konvencijama za pisanje dokumenata procesa.
4. Specijalizirana terminologija proizvodnje hladnih ploča (mikrokanal, peraje, lemljenje, točka rosišta, peć s mrežastim remenom) slijedi uobičajene izraze industrije upravljanja toplinom u automobilskoj industriji.