SMM讯：2020年6月11日，由SMM主办的《第十五届中国国际铝加工峰会》于山东烟台召开。会上，江苏常铝铝业集团股份有限公司副总经理张全成分享了汽车热交换用铝合金若干研究内容，其中包括：如何提高耐腐蚀性、均匀化退火对组织和耐腐蚀影响、添加中间层对显微组织和耐腐蚀性的影响、钎焊后热处理对组织和耐腐蚀性的影响等，并总结了三种改善铝合金复合板材耐腐蚀性的方法。
汽车热交换用铝合金若干研究初探
优点：成本低、重量轻、导电率高、耐腐蚀性良好；
热交换器：中冷器、散热器、冷凝器 ……
钎焊：采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件。
如何提高耐腐蚀性？——钎焊过程中腐蚀机制
不同成品退火白光图&不同成品退火偏光图
不同成品退火Si元素分布情况
Si的扩散焊后结果很明显，随退火温度的增加，扩散量和深度都在增加随着成品退火温度的升高。钎焊后，Si扩散量和深度更高。
铝合金复合板材钎焊前后Si和Cu元素分布
Si：钎焊后，Si从皮材扩散到芯层，扩散距离约为100μm。再凝固的皮材基体中Si浓度的显著降低。Cu：钎焊前，皮材Cu的质量分数仅为0.1wt.%，而Cu的浓度分布表明，皮材表面附近Cu的质量分数增加到0.2wt.%。
铝合金复合板材钎焊前后皮材电位：钎焊过程中，皮材的Si向芯材发生扩散，芯材的Cu向皮层材料中扩散，Cu对电位的影响比Si大，钎焊后皮层的OCP值变高。钎焊后，铝板的开路腐蚀电位增加了25mv。
铝合金复合板材钎焊前后极化曲线：与非钎焊复合材料相比，钎焊复合材料的阴极极化响应表现出更高的反应活性。钎焊复合层阴极电流密度的提高与复合层中α-Al（Mn-Fe）Si粒子的大量存在有关。α-Al（Mn-Fe）Si颗粒是相对于Al基体的阴极相，为还原反应提供了阴极位置。
铝合金复合板材阳极极化后SEM
非钎焊材料的主要腐蚀机理是点蚀；点蚀攻击仅限于非钎焊材料的皮层；钎焊材料的主要腐蚀机理是晶间腐蚀。钎焊材料对IGC高度敏感，攻击深入到芯材结构中。
铝合金复合板材暴露于SWAAT：钎焊板腐蚀过程的第一阶段是再凝固皮层的IGC。腐蚀过程的第一阶段是非常快的，在暴露于SWAAT后的两天内，IGC会完全穿透熔皮层。
钎焊过程中的腐蚀机制：
腐蚀机制：皮材的Si向芯材发生扩散，钎焊后皮层的OCP值变高，使皮材牺牲保护能力减弱，使材料的耐腐性降低。
1、不均质合金芯材组织长条状，不利于皮材的Si向芯材扩散，可以改善铝合金复合板材的耐腐蚀性；
2、添加中间层组织皮材Si向芯材扩散，可以改善铝合金复合板材的耐腐蚀性。
3、钎焊后热处理可以降低皮材的电位，可以改善铝合金复合板材的耐腐蚀性；
均匀化退火对组织和耐腐蚀影响
铝合金复合板材钎焊前后Si元素分布：钎焊后扩散区的Si浓度显著增加；不均质样品扩散区的Si含量增加了0.2wt.%，均质样品扩散区的Si含量增加增加了0.6wt.%；均质样品中Si的扩散深度明显大于不均质样品。
铝合金复合板材钎焊前后Cu元素分布：不均质样品皮材的基本没有Cu；均质样品皮材的Cu含量增加增加了0.6wt.%。
铝合金复合板材钎焊前后开路电位：
钎焊前：均质和不均质皮材的OCP几乎没有差别。
钎焊后：均质样品皮材开路电位比非均质开路电位高10mV。
铝合金复合板材钎焊前后逐层电位：
均质样品：芯材电位波动较大，发生局部腐蚀可能性较大，因而耐腐蚀性较差。
均质样品： 但是芯材电位基本一致，因而耐腐蚀性好。
铝合金复合板材钎焊前后逐层电位：
对于均质样品：15d样品几乎完全渗透。
对于不均质样品：由于存在BDP，当腐蚀扩展到BDP时，由于致密沉淀物(α-Al(Fe，Mn)Si相的形成，基体电位低，腐蚀形式被剥落腐蚀所取代。
添加中间层对显微组织和耐腐蚀性的影响
铝合金复合板材钎焊前后显微组织&铝合金复合板材钎焊前后偏光
铝合金复合板材钎焊前后腐蚀形貌：中间层的加入，减少了皮材中的Si扩散到芯材，减少了沿晶腐蚀，耐腐蚀性改善。
铝合金复合板材钎焊前后逐层电位：
三层合金：芯材和扩散区电位差不多，扩散区不能保护芯材。当腐蚀进去芯材，芯材的晶间腐蚀发生，穿透材料；
四层合金：中间层电位为815mv，当腐蚀进入中间层，中间层优先腐蚀、剥落，保护芯材。
钎焊后热处理对组织和耐腐蚀性的影响
钎焊后热处理对铝合金复合板材组织和耐腐蚀影响：
Cu分布不均匀，耐腐蚀降低；皮材电位升高，使皮材牺牲保护芯材能力降低。
钎焊后热处理对扩散区析出相影响：钎焊后热处理合金中弥散体的数量明显多于钎焊合金中的弥散体。
钎焊：在再凝固皮材中形成了贫Cu和富Cu区域。
钎焊后热处理：Cu元素均匀地分散在在再凝固皮材。 钎焊后热处理消除了Cu的偏析，从而减小了晶界和基体腐蚀电位的差异。
电位分布：钎焊后热处理会增加α-Al（Fe，Mn）Si 在扩散区中，这降低了扩散区的OCP值。 扩散区的牺牲保护能力增强。
极化曲线：钎焊后热处理的复合材料的较高阴极反应性与阴极颗粒（α-Al(Fe,Mn)Si）的高密度相关。
腐蚀形貌：焊后热处理皮材的腐蚀程度明显低于未经热处理的钎焊铝板。钎焊后，腐蚀形态是点蚀和IGC相结合的，而焊后热处理铝片的IGC很小。可以看出，未经热处理的钎焊铝板中的IGC渗入芯层。焊后热处理后，铝板表现出优异的耐腐蚀性。
结论：通过三种方法改善了铝合金复合板材的耐腐蚀性：
1、不均质合金芯材组织长条状，不利于皮材的Si向芯材扩散，可以改善铝合金复合板材的耐腐蚀性；
2、添加中间层组织皮材Si向芯材扩散，可以改善铝合金复合板材的耐腐蚀性；
3、钎焊后热处理可以降低皮材的电位，可以改善铝合金复合板材的耐腐蚀性。
扫码申请加入SMM铝行业交流群
