Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zinkaluminiumlegierung, einen daraus herstellbaren Draht sowie Verwendungen der erfindungsgemäßen Zinkaluminiumlegierung.
Heutzutage werden zum Ofen- und Flammlöten von Wärmetauschern weltweit Lote auf Aluminium- und Zinkbasis eingesetzt. Typische Zusammensetzungen der eingesetzten Zinklegierungsdrähte liegen zwischen 2-22 Gew. % Al Rest Zn.
Das Löten der Aluminiumbauteile geschieht unter Zuhilfenahme von Lötpasten (Metallpulver und Flußmittel) oder durch das Zuführen eines Massivdrahtes der mit Flußmittel bestrichen ist oder mittels eines Fülldrahtes. Beim Einsatz eines Lotdrahtes wird dieser zu Ringen gebogen welche vor dem Prozess auf die zu verlötenden Rohr durch Aufstecken geklemmt werden. Diese Rohre werden in die aufgeweiteten Gegenrohre eingesetzt und dann verlötet.
Die bekannten Lotwerkstoffe haben eine geringe Kriechbeständigkeit. Da das Aufstecken der Ringe auf die Rohre und der Lötprozess auf verschiedenen Anlagen bzw. teilweise in getrennten Fabrikationsstätten oder zeitlich getrennt stattfindet, verlieren die aufgesteckten Ringe ihre Klemmspannung, verschieben sich oder fallen sogar von den Rohren ab.
Ein weiterer Mangel der Standardlegierungen besteht in der Porenbildung im Lotbereich. Diese Poren führen zu einer geringen Festigkeit der Verbindung, sowie zu Undichtigkeiten der Lötverbindungen insbesondere bei Temperaturbelastung und zyklischen thermischen oder mechanischen Wechselbeanspruchungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Legierung mit verbesserter Kriechbeständigkeit, um höhere Produktionssicherheit bei der Vorbereitung von zu verlötenden Teilen zu schaffen. Die zu schaffende Legierung soll auch signifikant weniger Poren (Schrumpfungsporösität) als diejenigen nach dem Stand der Technik aufweisen.
Gelöst wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem durch eine Zinkaluminiumlegierung, die einen Al-Gehalt von 12% - 22%; einen Cu-Gehalt von 0,5% - 1,0%; einen Mg-Gehalt von 0,001% - 0,1%;einen Mn-Gehalt von 0,1% - 0,5%; einen Si-Gehalt von 0,1% - 0,8%, mit Zn auf 100 % ausgeglichen, aufweist.
Die neu entwickelte Legierung weist gegenüber den Standardlegierungen eine um mehr als 20% bessere Kriechbeständigkeit auf und erlaubt einen sicheren Halt der Ringe auf dem Rohr.
Neben der deutlich verbesserten Kriechbeständigkeit zeigt die neue Legierung gegenüber derjenigen des Standes der Technik (
Besonders bewährt hat sich eine Zinkaluminiumlegierung mit einem Al-Gehalt von 18 %; einem Cu-Gehalt von 0,8 %; einem Mg-Gehalt von 0,03 %; einem Mn-Gehalt von 0,18 %; einem Si-Gehalt von 0,4 % und einem Zn-Gehalt von 80,59 %.
Die erfindungsgemäße Zinkaluminiumlegierung kann in an sich bekannter Weise zu einem Draht umgeformt werden. Diese geschieht üblicherweise durch einen mehrstufigen Walz- und Ziehprozess.
Der erfindungsgemäße Draht weist ein verbessertes Kriechverhalten und geringere Relaxation unter Spannung auf. In Anlehnung an DIN EN 10319-1 werden beim Relaxationsversuch unter Zugspannung bei Raumtemperatur bei einer Prüfspannung von 100 MPa nach einer Prüfzeit von 16h Restspannungen von 40% - 60% der Prüfspannung ermittelt.
Der erfindungsgemäße Draht weist nur eine geringe Zahl von Poren und eine gute Benetzbarkeit auf.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Die Herstellung der Legierung geschieht durch die Addition der einzelnen Legierungselemente Al, Cu, Si, Mn, und Mg zu einer Standardlegierung unter gleichzeitigem Rühren. Auch der Einsatz von Vorlegierungen, wie zum Besipiel CuSi zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mehrstofflegierung ist möglich. Als letztes Legierungselement wird Mg beigefügt. Der Draht wird aus dem Gussstrang in einem mehrstufigen Walz- und Ziehprozess hergestellt.
Die verbesserten Kriecheigenschaften der erfindungsgemäßen Zinklegierung werden im Relaxationsversuch ermittelt. Hierbei werden die Proben bei Raumtemperatur in der Prüfmaschine mit einer Kraft von 100 MPa (+/- 2 MPa) beaufschlagt und der Spannungsabfall in der Probe bei konstanter Dehnung über einen Zeitraum bis 16 h aufgezeichnet.
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