ES2244674T3

ES2244674T3 - Metodo de soldadura utilizando un material de soldadura con un bajo punto de fusion.

Info

Publication number: ES2244674T3
Application number: ES01993524T
Authority: ES
Inventors: Adrianus Jacobus Wittebrood; Jacques Hubert Olga Joseph Wijenberg
Original assignee: Corus Aluminium Walzprodukte GmbH
Current assignee: Novelis Koblenz GmbH
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2005-12-16
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: BR0115221A; JP2004535931A; JP3946637B2; CN1274457C; ATE302089T1; EP1339523B1; CA2428119C; MXPA03003792A; CA2428119A1; AU2481602A; DE60112787T2; DE60112787D1; WO2002038326A3; EP1339523A2; AU2002224816B2; CN1473089A; WO2002038326A2

Abstract

Un método para fabricar un conjunto de componentes soldados por soldadura con capa intermedia, el cual comprende las etapas de: (a) conformar partes de las cuales al menos un componente se ha fabricado a partir de un producto en láminas de soldadura con capa intermedia, que comprende una lámina de núcleo (4), fabricada de una aleación de aluminio, que tiene, sobre al menos una superficie de dicha lámina de núcleo, una capa de revestimiento de aluminio (1) a ella acoplada, de tal manera que la capa de revestimiento de aluminio se ha fabricado de una aleación de aluminio que comprende silicio en una cantidad comprendida en el intervalo entre el 2 y el 18% en peso; una capa (2), que comprende níquel, sobre la superficie externa de dicha capa de revestimiento de aluminio, al menos una capa depositada independientemente (3) sobre una de las caras de dicha capa (2) que comprende níquel, y que es esencialmente carente de plomo, de modo que dicha capa depositada independientemente (3) comprende cobre o una aleación con material de base de cobre, tal que, tomadas conjuntamente dicho sustrato de aluminio (1) y todas las capas exteriores al mismo, forman un relleno de metal que tiene una temperatura de fase líquida comprendida en el intervalo entre 490 y 570ºC, y, preferiblemente, en el intervalo entre 510 y 550ºC. (b) ensamblar las partes formando el conjunto; (c) soldar por soldadura con capa intermedia el conjunto en una atmósfera inerte, en ausencia de un fundente de soldadura con capa intermedia, a una temperatura elevada, comprendida en el intervalo entre 490 y 570ºC, durante un periodo lo suficientemente largo como para que se funda y esparza el relleno fundido; (d) enfriar el conjunto soldado por soldadura con capa intermedia.

Description

Método de soldadura utilizando un material de soldadura con un bajo punto de fusión.

Campo de la invención

La invención se refiere a un método para fabricar un conjunto soldado con capa intermedia, que tiene un producto en láminas de soldadura con capa intermedia, que está provisto de una lámina de núcleo fabricada de una aleación de aluminio que presenta, sobre al menos una superficie de dicho revestimiento de lámina de núcleo, una capa de revestimiento de aluminio, de tal manera que la capa de revestimiento de aluminio está fabricada de una aleación de aluminio que comprende silicio en una cantidad comprendida en el intervalo entre el 2 y el 18% en peso, y una capa que comprende níquel, situada sobre la superficie exterior de dicha capa de revestimiento de aluminio.

Descripción de la técnica relacionada

La soldadura con capa intermedia emplea, por definición, metal de relleno o intermedio que tiene una fase líquida por encima de 450ºC y por debajo de la fase sólida del metal de base. La soldadura con capa intermedia se distingue de la soldadura blanda por el punto de fusión del metal de relleno: los metales intermedios de soldadura blanda se funden por debajo de 450ºC.

Los productos en láminas de soldadura con capa intermedia encuentran amplia aplicación en los intercambiadores de calor y en otros equipos similares. Los productos en láminas de soldadura con capa intermedia convencionales tienen una lámina de núcleo, típicamente una aleación de aluminio de la serie 3000 de la "Aluminium Association" (AA-Asociación del Aluminio), que tiene, sobre al menos una superficie de dicho revestimiento de lámina de núcleo, una capa de revestimiento de aluminio, de tal manera que la capa de revestimiento de aluminio está fabricada de una aleación de la serie AA4000, que comprende silicio en una cantidad comprendida en el intervalo entre el 2 y el 18% en peso, y, preferiblemente, en el intervalo entre el 7 y el 14% en peso. La capa de revestimiento de aluminio puede ser acoplada a la aleación de núcleo de diversas formas conocidas en la técnica, por ejemplo, por medio de unión por rodillos, formación de revestimiento por rociado o procedimientos de colada semicontinuos o continuos. Estas capas de revestimiento de aluminio tienen una temperatura de fase líquida comprendida típicamente en el intervalo entre 577 y 600ºC.

Idealmente, el punto de fusión de la capa de revestimiento de aleación de aluminio, al ser la temperatura por encima de la cual el metal se funde completamente, o a la que se hace referencia, alternativamente, como la temperatura de fase líquida, deberá ser sustancialmente menor que el punto de fusión de la aleación de núcleo. En caso contrario, el control de la temperatura durante las operaciones de soldadura con capa intermedia subsiguientes se hace muy crítico. Las aleaciones de aluminio que tienen un punto de fusión inferior al punto de fusión de la capa de revestimiento de aluminio, no pueden ser utilizadas para la capa de núcleo de aluminio. En consecuencia, el elevado punto de fusión de las aleaciones de revestimiento de aluminio convencionales limita la elección para las aleaciones de núcleo de aluminio posiblemente más baratas y/o más fuertes.

Sin embargo, existe en el mercado una demanda de productos de soldadura con capa intermedia, tales como productos en lámina de soldadura con capa intermedia, capaces de ser soldados por soldadura con capa intermedia formando conjuntos, a una temperatura por debajo de 570ºC.

La soldadura con capa intermedia en atmósfera controlada ("CAB"-"Controlled Atmosphere Brazing") y la soldadura con capa intermedia en vacío ("VB"-"Vacuum Brazing") son los dos procedimientos principales que se utilizan para la soldadura con capa intermedia de aluminio a escala industrial. La soldadura industrial con capa intermedia en vacío se ha venido utilizando desde los años `50, en tanto que la CAB se hizo popular a principios de los `80, tras la introducción del fundente de soldadura con capa intermedia Nocolok (marca comercial). La soldadura con capa intermedia en vacío es un procedimiento esencialmente discontinuo e impone una alta exigencia en cuanto a la limpieza o pureza del material. La interrupción de la capa de óxido presente está causada principalmente por la evaporación del magnesio desde la aleación de revestimiento. Existe siempre una mayor presencia de magnesio en el horno que la que se necesita. El exceso de magnesio se condensa sobre los puntos fríos del horno y tiene que ser retirado con frecuencia. La inversión de capital en el equipamiento adecuado es relativamente elevada.

La CAB requiere una etapa de procedimiento adicional antes de la soldadura con capa intermedia, en comparación con la VB, ya que ha de aplicarse un fundente de soldadura con capa intermedia, antes la soldadura con capa intermedia. La CAB es, esencialmente, un procedimiento continuo en el cual, si se está utilizando el fundente de soldadura con capa intermedia adecuado, es posible fabricar grandes volúmenes de conjuntos soldados por soldadura con capa intermedia. El fundente de soldadura con capa intermedia disuelve la capa de óxido a la temperatura de la soldadura con capa intermedia, con lo que permite a la aleación de revestimiento fluir adecuadamente. Cuando se utiliza el fundente de Nocolok, la superficie necesita ser limpiada cuidadosamente antes de la aplicación del fundente. Con el fin de obtener unos buenos resultados de soldadura con capa intermedia, el fundente de la soldadura con capa intermedia ha de ser aplicado sobre la totalidad de la superficie del conjunto soldado por soldadura con capa intermedia. Esto puede causar dificultades con ciertos tipos de conjuntos debido a su diseño. Por ejemplo, debido a que los intercambiadores de calor del tipo de evaporador presentan una gran superficie interna, pueden surgir problemas como consecuencia del acceso dificultoso a su interior. Para unos buenos resultados de la soldadura con capa intermedia, el fundente tiene que adherirse a la superficie de aluminio antes de realizar la soldadura con capa intermedia. Desgraciadamente, el fundente de soldadura con capa intermedia, tras solidificarse, puede caerse fácilmente debido a pequeñas vibraciones mecánicas. Durante el ciclo de soldadura con capa intermedia se generan vapores corrosivos, tales como el HF. Esto impone unas elevadas exigencias con respecto a la resistencia a la corrosión de los materiales aplicados en el horno.

Idealmente, debería disponerse de un material que pudiera ser utilizado para la CAB pero que no presentase los requisitos y defectos de la aplicación del fundente de soldadura con capa intermedia. Tal material puede ser suministrado a un fabricante de conjuntos soldados por soldadura con capa intermedia, de manera que esté listo para ser utilizado directamente tras la formación de las partes del conjunto. No es necesario llevar a cabo operaciones de aplicación de fundente de soldadura con capa intermedia adicionales. En el presente, únicamente se utiliza a escala industrial un procedimiento para soldadura con capa intermedia y sin fundente. El material para este procedimiento puede ser, por ejemplo, una lámina estándar de soldadura con capa intermedia, fabricada a partir de un recubrimiento de aleación de núcleo de serie AA3000 sobre ambos lados, con la disposición de un recubrimiento de una aleación de la serie AA4000. Antes de que pueda utilizarse la lámina de soldadura con capa intermedia, la superficie ha de ser modificada de tal manera que la capa de óxido que se produce de forma natural, no interfiera en el curso del ciclo de soldadura con capa intermedia. El método para lograr una buena soldadura con capa intermedia consiste en depositar una cantidad específica de níquel sobre la superficie de la aleación de revestimiento. Si se aplica adecuadamente, el níquel reacciona, presumiblemente de forma exotérmica, con la capa de aluminio subyacente. El níquel puede ser aplicado con el uso de una laminilla de relleno de níquel entre las dos partes que han de ser unidas, o bien puede ser depositado por recubrimiento electrolítico. Cuando se utiliza el recubrimiento electrolítico, la adherencia del níquel habrá de ser la suficiente para soportar las operaciones de conformación típicas que se emplean en, por ejemplo, la fabricación de los intercambiadores de calor.

Se conocen los procedimientos de recubrimiento con níquel en una solución alcalina de lámina de aluminio para soldadura con capa intermedia, por cada uno de los documentos US 3.970.237, US 4.028.200, US 4.164.454, US 4.602.731, así como por la publicación SAE-paper Nº 880446, por B. E. Cheadle y K. F. Dockus. De acuerdo con estos documentos, se deposita, de la forma más preferida, níquel o cobalto, o bien combinaciones de los mismos, en combinación con plomo. La adición de plomo se utiliza con el fin de mejorar la susceptibilidad de impregnación, o impregnabilidad, de la aleación de recubrimiento durante el ciclo de soldadura con capa intermedia. Una característica importante de este procedimiento de recubrimiento es que el níquel se deposita, de preferencia, sobre las partículas de silicio de la aleación de revestimiento. Con el fin de obtener el níquel suficiente para la soldadura con capa intermedia sobre la superficie, la aleación de revestimiento deberá contener un número relativamente grande de partículas de silicio que actúen como núcleos para el depósito de níquel. Se cree que, para obtener los suficientes puntos o lugares de nucleación, deberá eliminarse, antes, del decapado o eliminación del óxido, una parte del aluminio en el que se encuentran embebidas las partículas de silicio, por medio de un tratamiento previo químico y/o mecánico. Esto se considera una condición necesaria para obtener una cobertura de níquel suficiente como para servir como núcleos para la acción de recubrimiento de la soldadura con capa intermedia o aleación de revestimiento. A una escala microscópica, la superficie del revestimiento que contiene Si de la lámina de soldadura con capa intermedia, se encuentra cubierta con glóbulos de níquel.

Sin embargo, el uso de plomo para la producción de una capa de níquel y/o cobalto adecuada sobre la lámina de soldadura con capa intermedia tiene diversas desventajas. Los baños de recubrimiento para el recubrimiento electrolítico son bastante complejos y, debido a la presencia de componentes que comprenden plomo, tales sales del mismo, estos baños son mucho más agresivos con el medio ambiente que los baños de recubrimiento que comprenden únicamente componentes de níquel o de cobalto. El uso de plomo para la fabricación de productos tales como productos de automoción, no es deseable, y se vislumbra que, en un futuro muy próximo, posiblemente podrían incluso prohibirse los productos con contenido de plomo o los productos fabricados por medio de una o más de las etapas de tratamiento intermedias que comprenden plomo o componentes con material de base de plomo.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un método para fabricar un conjunto de componentes soldados por soldadura con capa intermedia, tal y como se define en la reivindicación 1.

Se proporciona, con la invención, un método de soldadura con capa intermedia destinado a soldar con capa intermedia a temperaturas significativamente bajas, en comparación con las temperaturas de soldadura con capa intermedia tradicionales, y a lograr una buena formación de filetes o vetas y una unión muy fuerte. El producto de soldadura con capa intermedia de acuerdo con la invención puede ser aplicado en la soldadura con capa intermedia y carente de fundente, preferiblemente bajo condiciones de atmósfera controlada.

El producto de soldadura con capa intermedia de aluminio forma un producto en láminas de soldadura con capa intermedia de aluminio que comprende una lámina de núcleo hecha de una aleación de aluminio y que, durante una operación de soldadura con capa intermedia, no se funde ni forma parte del metal de relleno. El producto en láminas de soldadura con capa intermedia comprende una lámina de núcleo de aleación de aluminio, que tiene acoplado o adherido, sobre al menos una superficie de dicha lámina de núcleo, el sustrato de base de aluminio anteriormente establecido, por ejemplo, por medio de revestimiento, y al que se hace referencia también, en el caso de la lámina de soldadura con capa intermedia de aluminio, como una capa de revestimiento de aluminio, de tal manera que la capa de revestimiento de aluminio está hecha de una aleación de aluminio que comprende silicio en una cantidad comprendida en el intervalo entre el 2 y el 18% en peso, y es, típicamente, una aleación de la serie AA4000, una capa que comprende níquel y situada sobre la superficie exterior de dicha capa de revestimiento de aluminio, una capa depositada independientemente sobre una de las caras de dicha capa que comprende níquel, comprendiendo dicha capa un metal, de tal manera que, tomadas en conjunto, dicha capa de revestimiento de aluminio y todas las capas exteriores a la misma forman un relleno metálico que tiene una temperatura de fase líquida o temperatura de fusión comprendida en el intervalo entre 490 y 570ºC, y, preferiblemente, en el intervalo entre 510 y
550ºC.

Con el producto en láminas de soldadura con capa intermedia de acuerdo con la invención, se proporciona una lámina de soldadura con capa intermedia que puede ser empleada para soldar con capa intermedia a temperaturas significativamente bajas, en comparación con las temperaturas de soldadura con capa intermedia tradicionales, y lograr una unión muy fuerte. El producto en láminas de soldadura con capa intermedia puede ser fabricado a una escala industrial sin necesidad del laborioso uso de láminas delgadas de metal laminadas, las cuales son, en sí mismas, difíciles de fabricar. Con el producto en láminas de soldadura con capa intermedia utilizado de conformidad con la invención, es posible también soldar con capa intermedia unos con otros metales más inusuales; por ejemplo, puede emplearse ahora, en una operación de CAB carente de fundente, lámina de aluminio o aleaciones de núcleo de extrusión fabricadas de aleaciones de la serie AA5000 que tienen un contenido de Mg comprendido en un intervalo de hasta el 6%. Pueden utilizarse también como aleación de núcleo al menos aleaciones de aluminio de entre las aleaciones de aluminio de las series AA3000 y AA6000.

En la invención, la capa depositada independientemente y que comprende cobre es tal, que tomada conjuntamente con dicha capa de revestimiento de aluminio y con todas las capas exteriores a la misma, forma un relleno de metal que tiene una temperatura de fase líquida comprendida en el intervalo entre 490 y 570ºC, preferiblemente en el intervalo entre 510 y 550ºC, y, de la forma más preferida, en el intervalo entre 510 y 540ºC, comprende cobre o una aleación con material de base de cobre, y, más preferiblemente, dicha capa depositada independientemente comprende al menos el 60% en peso de cobre. Aleaciones adecuadas con material de base de cobre pueden ser, por ejemplo, el latón o el bronce.

Preferiblemente, la capa aplicada que comprende cobre o aleación con material de base de cobre, tiene un espesor de hasta 10 micras, más preferiblemente, de hasta 7 micras. Para los mejores resultados se ha utilizado un espesor de aproximadamente 4 micras.

Se ha encontrado que el cobre, en particular, reduce significativamente la temperatura de fase líquida del relleno de metal. Sin embargo, además, de él, pueden aplicarse capas metálicas adicionales de, por ejemplo, zinc o estaño, o combinaciones de los mismos.

En una realización del producto de soldadura con capa intermedia de acuerdo con la invención, la capa de revestimiento de aluminio comprende Si en un intervalo de entre el 2 y el 18% en peso, y, preferiblemente, de entre el 5 y el 14%. Y, adicionalmente, de manera opcional, al menos Mg en un intervalo de hasta el 8% en peso, y, preferiblemente, de hasta el 5% en peso, y, de la forma más preferida, en un intervalo de entre el 0,05 y el 2,5% en peso.

En una realización adicional, la capa de revestimiento de aluminio del producto en láminas de soldadura con capa intermedia comprende, en porcentajes en peso:

Si	entre el 2 y el 18, preferiblemente entre el 5 y el 14,
Mg	hasta el 8, preferiblemente hasta el 5,
Zn	hasta el 5,0,
Cu	hasta el 5,0,
Mn	hasta el 0,5,
In	hasta el 0,3,
Fe	hasta el 0,8,
Sr	hasta el 0,2,

opcionalmente, uno o más elementos seleccionados de entre el grupo consistente en:

Bi	entre el 0,01 y el 1,0,
Pb	entre el 0,01 y el 1,0,
Li	entre el 0,01 y el 1,0,
Sb	entre el 0,01 y el 1,0,

impurezas, cada una de hasta el 0,05, para un total de hasta el 0,20,

aluminio hasta completar el total.

Este aspecto de la invención está basado en la apreciación de que la capa de revestimiento de aluminio puede comprender uno o más elementos seleccionados de entre el grupo compuesto por bismuto, plomo, litio y antimonio, cada uno de ellos dentro de un intervalo del 0,01 al 1,0%, y la combinación de dos o más elementos no excede, preferiblemente, del 2,5%. De acuerdo con la invención, se ha encontrado, de forma sorprendente, que la capa de níquel no necesita, en sí misma, comprender plomo alguno como añadido de aleación obligatorio. De forma sorprendente, se ha encontrado que es posible obtener unos resultados iguales o incluso mejores si uno o más elementos del grupo Bi, Pb, Li y Sb son añadidos en los intervalos dados a la propia capa de revestimiento de aluminio. La adición de plomo a la capa de revestimiento de aluminio es muy eficaz, si bien su adición se prefiere evitar desde un punto de vista medioambiental. Es posible añadir elementos de aleación adicionales con el fin de mejorar propiedades específicas de la capa de revestimiento de aleación de aluminio. El magnesio puede estar presente en la capa de revestimiento en un intervalo de hasta el 8%, preferiblemente en un intervalo de entre el 0,2 y el 5%, y, más preferiblemente, de entre el 0,5 y el 2,5%, como elemento de aleación para incrementar, entre otras, la resistencia del sustrato de base o de la capa de revestimiento de aluminio. De acuerdo con la invención, se ha encontrado también que el magnesio, en el intervalo comprendido entre el 0,2 y el 2%, puede también actuar de una forma similar a los elementos seleccionados de entre el grupo del bismuto, el plomo, el litio y el antimonio. Preferiblemente, el nivel de magnesio no excede del 2%, cuando está presente, esencialmente, tan solo para favorecer la acción de impregnación del aluminio en combinación con la capa de níquel carente de plomo. En caso de que el magnesio de la capa de revestimiento esté presente en una cantidad de más del 2%, éste se encuentra, preferiblemente, acompañado de uno o más elementos seleccionados de entre el grupo consistente en bismuto, plomo, litio y antimonio en los intervalos dados, y de tal manera que la combinación de dos o más elementos de este grupo no exceda, preferiblemente, el 1,0%. Se ha encontrado también que, al utilizar el producto de soldadura con capa intermedia, la presencia de magnesio en la capa de revestimiento de aluminio no excede, preferiblemente, del 1,0%. Se ha encontrado también que, en el uso del producto de soldadura con capa intermedia, la presencia de magnesio en la capa de revestimiento de aluminio no tiene efectos perjudiciales durante una operación de soldadura con capa intermedia. Es ésta una mejora fundamental con respecto a los productos de soldadura con capa intermedia conocidos. Permite que los productos de soldadura con capa intermedia con contenido de Mg puedan ser aplicados tanto en la VB como en la CAB carente de fundente. Esta última posibilidad tiene muchas ventajas económicas y técnicas.

En una realización del producto de soldadura con capa intermedia que se utiliza de acuerdo con la invención, dicha capa que comprende níquel comprende, adicionalmente, bismuto en un intervalo de hasta el 5% en peso. De acuerdo con la invención, se ha encontrado, sorprendentemente, que no es necesario que la capa de níquel comprenda plomo alguno como añadido obligatorio a la aleación, para lograr una buena capacidad de soldadura con capa intermedia. Sorprendentemente, se ha encontrado que pueden obtenerse los mismos resultados e incluso mejores si se añade bismuto a la capa de níquel, de tal manera que dicha capa de níquel puede ser mantenida esencialmente carente de plomo y, simultáneamente, también en el baño de recubrimiento que se utiliza para el depósito de dicha capa de aleación de Ni-Bi.

De preferencia, en este producto de soldadura con capa intermedia, la capa que comprende níquel y bismuto tiene un espesor de hasta 2 \mum, preferiblemente de hasta 1 \mum, y, más preferiblemente, de hasta 0,5 \mum. Un espesor de revestimiento mayor que 2 \mum requiere un tiempo de tratamiento prolongado para el recubrimiento, lo que puede dar lugar a que se arrugue el material de relleno fundido durante la soldadura con capa intermedia subsiguiente. Un espesor mínimo preferido para esta capa que contiene Ni-Bi es aproximadamente 0,25 \mum. También es posible utilizar otras técnicas tales como el rociado térmico, la deposición química de vapor ("CVD"-"Chemical Vapour Deposition") y la deposición física de vapor ("PVD"-"Physical Vapour Deposition").

En una realización, el producto de soldadura con capa intermedia está caracterizado adicionalmente por una capa que comprende zinc o estaño como capa de unión entre dicha superficie externa de dicha capa de revestimiento de aluminio y dicha capa que comprende níquel. Gracias a la capa de unión que comprende zinc o estaño, se forma una unión muy efectiva entre la capa de revestimiento de aleación de aluminio y la capa que comprende níquel, de tal manera que la unión sigue siendo efectiva durante la deformación subsiguiente de la lámina de soldadura con capa intermedia, por ejemplo, por doblado o plegado. La cobertura de la capa de níquel no depende ya de las características superficiales de la capa de revestimiento desnuda. El producto de soldadura con capa intermedia obtenido es adecuado para soldadura con capa intermedia y sin fundente, bajo condiciones de atmósfera controlada. La invención está basada, en parte, en la apreciación de que, para obtener una capa de níquel bien unida sobre la capa de aluminio con contenido de Si, perteneciente al producto de soldadura con capa intermedia, de tal manera que la unión siga siendo eficaz bajo una gran deformación, el tratamiento previo de la capa de recubrimiento de aluminio es extremadamente importante. Los procedimientos de la técnica anterior estaban aparentemente encaminados a la aplicación del níquel de una forma distribuida, principalmente a las partículas de silicio situadas en la superficie de la capa de revestimiento de aluminio, en lugar de tratar de conseguir una capa uniforme de níquel. En la presente invención, la superficie de la aleación de aluminio con contenido de Si es alterada de tal manera que la cobertura de níquel es independiente de las partículas de silicio existentes en su superficie. El recubrimiento de níquel no tiene lugar sobre las partículas de silicio, sino sobre la capa de unión aplicada que contiene zinc o estaño. Puesto que el níquel es, así pues, depositado sobre la superficie total de la capa de revestimiento de aluminio, la reacción necesaria antes de la soldadura con capa intermedia puede tener lugar mucho más fácilmente en comparación con el procedimiento de la técnica anterior. El zinc o el estaño aplicado no interfiere en absoluto durante el procedimiento de soldadura con capa intermedia, y puede contener un componente que contribuya a la soldadura con capa intermedia. Puesto que el níquel es depositado suave y uniformemente sobre la superficie, el uso de plomo para favorecer la impregnación durante la soldadura con capa intermedia puede ser reducido o suprimido, o bien pueden utilizarse otros elementos, tales como el bismuto, para este propósito. Una ventaja adicional importante del hecho de que el níquel esté depositado suave y uniformemente sobre la superficie, es que puede reducirse la cantidad total de níquel que ha de aplicarse con el fin de conseguir una buena soldadura con capa intermedia y carente de fundente. Otra ventaja es que la cobertura completa de la superficie evita cualquier dificultad causada por el óxido de aluminio en la superficie de la capa de
revestimiento.

De preferencia, la capa aplicada que comprende zinc o estaño tiene un espesor de hasta 0,5 \mum, preferiblemente de hasta 0,3 \mum (300 nm), y, de la forma más preferida, comprendido en el intervalo entre 0,01 y 0,15 \mum (entre 10 y 150 nm). Para los mejores resultados que se obtuvieron se utilizó un espesor de aproximadamente 0,30 nm. Un espesor de revestimiento mayor que 0,5 \mum requiere un tiempo de tratamiento prolongado, por ejemplo, para el recubrimiento de desplazamiento, y, según se preconiza, no tiene ventajas adicionales por lo que respecta la mejora de la
adhesión.

En una realización del producto en láminas de soldadura con capa intermedia, la capa de revestimiento de aleación de aluminio tiene un espesor que oscila entre aproximadamente el 2 y el 20% del espesor global del espesor de todo el producto en láminas de soldadura con capa intermedia. El espesor típico de la capa de recubrimiento de aluminio está comprendido en el intervalo entre 40 y 80 micras. La lámina de núcleo tiene un espesor típicamente comprendido en un intervalo de hasta 5 mm, más preferiblemente, en el intervalo entre 0,1 y 2 mm.

En el producto en láminas de soldadura con capa intermedia que se utiliza de acuerdo con la invención, la lámina de núcleo puede estar acoplada o unida a la capa de recubrimiento de aluminio a través de una capa intermedia, preferiblemente en la forma de una capa anódica que puede ser de cualquier material que sea anódico con respecto al núcleo, siendo elecciones posibles el zinc o aleaciones de aluminio que contienen zinc.

En una realización, la lámina de núcleo del producto en láminas de soldadura con capa intermedia es una aleación de aluminio que comprende magnesio en un intervalo de hasta el 8%. En una realización preferida, el magnesio está comprendido en un intervalo entre el 0,5 y el 5%. Pueden añadirse elementos de aleación adicionales en intervalos adecuados. Se ha encontrado que, cuando se utiliza el producto en láminas de soldadura con capa intermedia, de acuerdo con la invención, la presencia de magnesio en la capa de revestimiento no tiene ningún efecto perjudicial en el curso de la soladura con capa intermedia. Esto se considera una mejora importante con respecto a las láminas de soldadura con capa intermedia conocidas. La difusión de Mg desde el núcleo hacia el revestimiento durante la fabricación del producto en láminas de soldadura con capa intermedia, en sí mismo, y durante su aplicación a un procedimiento subsiguiente de soldadura con capa intermedia, parece no tener efectos perjudiciales en la susceptibilidad de soldadura con capa intermedia del producto en láminas de soldadura con capa intermedia de acuerdo con la invención. Esto hace posible el diseño de productos en láminas de soldadura con capa intermedia de elevada resistencia y que tienen una lámina de núcleo de aluminio que tiene magnesio, como elemento de fortalecimiento importante, en el intervalo dado. El producto en láminas puede ser aplicado en soldadura con capa intermedia en atmósfera controlada ("CAB") y sin fundente, un procedimiento que se utiliza de manera generalizada a escala
industrial.

Una realización del producto de soldadura con capa intermedia utilizado de acuerdo con esta invención se caracteriza por que, considerando conjuntamente dicha capa de revestimiento de aluminio y todas las capas exteriores a la misma, tienen una composición que comprende, al menos, en porcentajes en peso:

: Si en el intervalo entre el 5 y el 10%, preferiblemente entre el 7 y el 10%,

: Cu en el intervalo entre el 12 y el 25%, preferiblemente entre el 12 y el 18%,

: Bi en el intervalo hasta el 0,25%, preferiblemente en el intervalo entre el 0,02 y el 0,25%,

: Ni en el intervalo entre el 0,05 y el 4%, preferiblemente entre el 0,05 y el 3%,

: Zn en el intervalo hasta el 0,25%, preferiblemente, hasta el 0,15%,

: aluminio e impurezas hasta completar el total.

Un elemento de impureza típico es el hierro, en particular el que tiene su origen en el sustrato de base de aluminio o en la capa de revestimiento de aluminio, y que puede ser tolerado en hasta el 0,8%. Pueden estar presentes otros elementos de aleación, que típicamente, pero no exclusivamente, tendrán su origen en la capa de revestimiento de aluminio. Típicamente, cada elemento de impureza está presente en un intervalo de no más del 0,05%, y el total de los elementos de impurezas no excede el 0,3%.

En esta realización se obtiene un relleno de metal que tiene una temperatura de fase líquida comprendida en el intervalo entre 510 y 550ºC, y que permite la fabricación de conjuntos soldados por soldadura con capa intermedia a temperaturas significativamente más bajas, en comparación con las temperaturas de soldadura con capa intermedia a escala industrial tradicionales.

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En una realización adicional, el producto de soldadura con capa intermedia que se utiliza de acuerdo con esta invención, está caracterizado por que, consideradas conjuntamente la capa de revestimiento de aluminio y todas las capas exteriores a la misma, tienen una composición que comprende, al menos, en porcentajes en peso:

: Zn en el intervalo hasta el 20%, preferiblemente, hasta el 10%,

: Sn en el intervalo hasta el 5%,

: aluminio e impurezas hasta completar el total.

La limitación para las impurezas ya ha sido establecida anteriormente con la otra realización.

A la hora de fabricar el producto de soldadura con capa intermedia establecido en lo anterior, tal como un producto en láminas de soldadura con capa intermedia, el producto de aluminio para soldadura con capa intermedia se recubre, típicamente, con níquel por medio de recubrimiento electrolítico en una solución alcalina. Pueden obtenerse buenos resultados cuando el procedimiento de recubrimiento electrolítico para el depósito de níquel comprende una o más de las siguientes condiciones:

(a) temperatura del baño entre 20 y 70ºC, preferiblemente entre 20 y 30ºC;

(b) pH hasta 12, preferiblemente pH entre 10 y 12, y más preferiblemente, en torno a 10,5;

(c) densidad de corriente entre 0,1 y 10 A/dm^{2}, preferiblemente entre 0,5 y 4 A/dm^{2};

(d) tiempo de recubrimiento de 1 a 300 s, preferiblemente de 30 a 100 s;

(e) composición del baño que comprende de 3 a 200 g/l de sulfato de níquel, preferiblemente 50 g/l de sulfato de níquel, de 10 a 100 g/l de cloruro de níquel, preferiblemente 50 g/l de cloruro de níquel, de 60 a 300 g/l de citrato de sodio, preferiblemente 100 g/l de citrato de sodio, y de 5 a 150 ml/l de hidróxido de amonio (30% en peso), preferiblemente 75 ml/l de hidróxido de amonio. Como alternativa para el citrato de sodio, pueden utilizarse de 60 a 300 g/l de gluconato de sodio, preferiblemente 150 g/l de gluconato de sodio, y, preferiblemente, puede utilizarse 1 g/l de citrato de sodio o lactato de bismuto. Utilizando estos parámetros en combinación con la capa de unión de acuerdo con la invención, se aplica una capa bien unida y que comprende esencialmente níquel a la lámina de soldadura con capa intermedia, de tal manera que la unión sigue siendo eficaz bajo una gran deformación de la lámina de soldadura con capa intermedia recubierta con níquel, y el depósito de la capa de recubrimiento es independiente de las partículas de silicio existentes en la superficie de la capa de revestimiento. Una ventaja adicional es que es posible llevar a cabo un procedimiento continuo.

De manera alternativa, el producto de aluminio para soldadura con capa intermedia se recubre con níquel por recubrimiento electrolítico en una solución ácida. Pueden obtenerse buenos resultados cuando, en el procedimiento de recubrimiento electrolítico para el depósito de níquel, los parámetros comprenden uno o más de:

(a) temperatura del baño entre 20 y 70ºC, preferiblemente entre 40 y 60ºC;

(b) pH comprendido en el intervalo entre 3 y 5, preferiblemente entre 4 y 5;

(c) densidad de corriente entre 0,1 y 10 A/dm^{2}, preferiblemente entre 0,5 y 5 A/dm^{2};

(d) tiempo de recubrimiento de 1 a 300 s, preferiblemente de 20 a 100 s;

(e) composición del baño que comprende de 5 a 400 g/l de sulfato de níquel, preferiblemente de 240 a 300 g/l de sulfato de níquel, de 10 a 100 g/l de cloruro de níquel, preferiblemente de 40 a 60 g/l de cloruro de níquel, y de 5 a 100 g/l de ácido bórico, preferiblemente de 25 a 40 g/l de ácido bórico. En la práctica se hace referencia, a menudo, a dicho procedimiento de recubrimiento electrolítico como el procedimiento de Watt. Utilizando estos parámetros en combinación con la capa de unión de acuerdo con la invención, es posible aplicar una capa bien unida que comprende esencialmente níquel, al producto de soldadura con capa intermedia, de tal manera que la unión siga siendo eficaz bajo una gran deformación del producto de soldadura con capa intermedia recubierto con níquel, tal como la lámina de soldadura con capa intermedia, y el depósito de la capa de recubrimiento sea independiente de las partículas de silicio existentes en la superficie de la capa de revestimiento. Una ventaja adicional es que es posible llevar a cabo un procedimiento continuo.

En una realización del método de acuerdo con la invención, el método está caracterizado por que dicha capa que comprende níquel se deposita por medio del recubrimiento electrolítico, tanto con níquel como con bismuto, con el uso de un baño acuoso que comprende una concentración de iones de níquel dentro de un intervalo de 10 a 100 g/l, y una concentración de iones de bismuto comprendida en el intervalo entre 0,01 y 10 g/l.

De acuerdo con la invención, se ha encontrado, de forma sorprendente, que la capa de níquel no necesita comprender plomo alguno como añadido de aleación obligatorio, con el fin de conseguir una buena susceptibilidad de soldadura con capa intermedia. Sorprendentemente, se ha encontrado que es posible obtener los mismos resultados o incluso mejores si se añade bismuto a la capa de níquel, de tal manera que dicha capa de níquel puede mantenerse esencialmente carente de plomo y, simultáneamente, también en el baño de recubrimiento que se utiliza para el depósito de esta capa de Ni-Bi. Con el uso de este baño de recubrimiento acuoso, se ha superado la necesidad de adición de plomo, lo que constituye un logro significativo desde un punto de vista medioambiental.

En otro aspecto de la fabricación del producto de soldadura con capa intermedia, tal como la lámina de soldadura con capa intermedia, dicha capa que comprende níquel es depositada por recubrimiento, tanto con níquel como con bismuto, utilizando un baño acuoso que comprende una concentración de iones de níquel dentro de un intervalo de entre 20 y 70 g/l, y una concentración de iones de bismuto comprendida en el intervalo entre 0,02 y 5 g/l.

Puede añadirse la concentración de iones de níquel al baño acuoso por medio de la adición de cloruro de níquel, fluoborato de níquel, sulfamato de níquel, acetato de níquel o sulfato de níquel. Sin embargo, existe la preferencia de utilizar la adición de sulfato de níquel (NiSO_{4}). Para un nivel demasiado alto de sal de níquel en el baño acuso, existe el riesgo de cristalización de la sal en la solución, lo que podría perjudicar a un procedimiento continuo. Para niveles demasiado bajos, el baño resultante se vuelve poco económico debido a los tiempos de recubrimiento demasiado largos y a la baja densidad de corriente.

Es posible añadir al baño acuoso, de diversas formas, iones de Bi en la concentración anteriormente establecida. En teoría, podrían utilizarse muchos compuestos de bismuto para este propósito. Sin embargo, se han probado numerosos compuestos, si bien tan solo muy pocos parecen proporcionar resultados fiables y reproducibles. Por ejemplo, se ha probado la adición de acetato de bismuto, pero se ha encontrado que este compuesto no se disolvía en el baño de recubrimiento utilizado, en tanto que la adición de acetato de plomo no ocasionaba problema alguno por lo que respecta a hacer disolverse este compuesto. También, por ejemplo, la combinación de un baño de iones de níquel e iones de bismuto, y de un tartrato a un pH comprendido en el intervalo de más de 8, daba lugar a la formación de un lodo indeseable que contenía Ni. Este lodo con contenido de Ni no se disolvía con el calentamiento, lo que indicaba, entre otras cosas, que el Ni es inestable en presencia de un tartrato en el intervalo de pH mencionado. De acuerdo con la invención, se han obtenido resultados muy buenos cuando se han añadido iones de Bi a través de la adición de uno o más compuestos de entre el grupo formado por carbonato de bismuto (Bi_{2}(CO_{3})_{3}), óxido de bismuto (Bi_{2}O_{3}), citrato de bismuto (BiC_{6}H_{5}O_{7}) y cloruro de bismuto (BiCl_{3}). Opcionalmente, es posible añadir también una cierta cantidad de hidróxido de sodio para regular el pH del baño acuoso. Al utilizar carbonato de bismuto u óxido de bismuto en presencia de níquel, se ha obtenido un baño de recubrimiento adecuado que es estable para un intervalo de pH muy amplio. Para niveles demasiado elevados de concentración de iones de Bi en el baño acuoso, el depósito resultante presentaba una concentración de Bi indeseablemente elevada. Preferiblemente, la concentración de Bi en la capa de Ni-Bi que resulta sobre el producto en láminas de soldadura con capa intermedia, no es mayor que el 5 por ciento en peso, y, de preferencia, no es mayor que el 3 por ciento en peso. Para niveles demasiado bajos, el baño resultante llega a ser poco económico debido a los tiempos de recubrimiento demasiado largos y a la baja densidad de
corriente.

En una realización del método de la invención, dicha capa que comprende níquel es depositada por recubrimiento tanto con níquel como con bismuto, utilizando un baño acuoso que tiene:

-: un pH comprendido en el intervalo entre 2,5 y 10, y

-: que comprende una concentración de iones de níquel dentro de un intervalo entre 10 y 100 g/l, y, preferiblemente, dentro de un intervalo entre 20 y 70 g/l,

-: una concentración de iones de Bi comprendida en el intervalo entre 0,01 y 10 g/l, y, preferiblemente, en el intervalo entre 0,02 y 5 g/l,

-: una concentración de iones citrato comprendida en el intervalo entre 40 y 150 g/l, y, preferiblemente, en el intervalo entre 80 y 110 g/l,

-: una concentración de iones gluconato comprendida en el intervalo entre 2 y 80 g/l, y, preferiblemente, en el intervalo entre 4 y 50 g/l,

-: una concentración de iones cloruro o fluoruro comprendida en el intervalo entre 1 y 50 g/l, y, preferiblemente, en el intervalo entre 1 y 30 g/l.

Este baño de recubrimiento acuoso demostró ser operativo en un intervalo muy amplio de pH, y puede ser utilizado en las cadenas de recubrimiento de bobinas a escala industrial con el uso de una elevada densidad de corriente, lo que, a su vez, permite velocidades bastante elevadas en la cadena. Ventajas adicionales de este baño de recubrimiento son que no genera vapores de antimonio en absoluto, puede componerse o formularse utilizando productos químicos convencionales y de los que se dispone fácilmente, y el bismuto puede ser repuesto con facilidad en el baño de recubrimiento a partir de un concentrado de bismuto o de otra manera.

Han demostrado ser particularmente eficaces los baños que se sirven de las siguientes sales, en gramos por litro:

-: Sulfato de níquel en un intervalo entre 45 y 450 g/l, y, preferiblemente, entre 90 y 315 g/l,

-: Una concentración de iones cloruro dentro de un intervalo entre 1 y 50 g/l, y, preferiblemente, entre 1 y 30 g/l,

-: Citrato de sodio en un intervalo de 55 a 180 g/l, y, preferiblemente, de 110 a 150 g/l,

-: Gluconato de sodio dentro de un intervalo entre 2 y 90 g/l, y, preferiblemente, entre 5 y 55 g/l,

-: Sulfato de amonio dentro de un intervalo hasta 270 g/l,

-: Óxido de bismuto dentro de un intervalo entre 0,02 y 22 g/l, y, preferiblemente, entre 0,05 y 11 g/l, o

-: Carbonato de bismuto dentro de un intervalo entre 0,03 y 29 g/l, y, preferiblemente, entre 0,06 y 14 g/l.

Se requiere la adición de un ión de entre el grupo consistente en cloruro y fluoruro para inducir la corrosión del ánodo. Una fuente adecuada de concentración de iones cloruro puede ser realizada mediante la adición de cloruro de níquel (NiCl_{2}.6H_{2}O) dentro de un intervalo hasta 415 g/l, y, preferiblemente, dentro de un intervalo hasta
250 g/l.

Es posible añadir (H^{+}) u (OH^{-}) para regular el pH de modo que quede dentro de un intervalo entre 2,5 y 10. Deberá evitarse, preferiblemente, el uso de hidróxido de amonio, a la vista de la generación de vapores de amoniaco.

Opcionalmente, con el fin de reducir la tensión en la capa de depósito que comprende el Ni y el Bi, es posible añadir al baño acuoso una concentración de iones de amonio comprendida en un intervalo de hasta 40 g/l, y preferiblemente, dentro de un intervalo entre 1 y 25 g/l, o una concentración de iones de trietanolamina comprendida en un intervalo de hasta 40 g/l, o bien combinaciones de los mismos, u otros componentes equivalentes. Puede utilizarse cualquier sal de amonio soluble como fuente de los NH_{4}^{+}.

El baño de recubrimiento que se utiliza en el método de acuerdo con la invención puede operar dentro de un amplio intervalo de pH entre 2,5 y 10, y, preferiblemente, en el intervalo entre 4 y 8, sin que ello afecte a las propiedades del baño y sin que se disuelva la capa de revestimiento de aluminio del producto en láminas de soldadura con capa intermedia. En el caso de que la capa de revestimiento haya sido provista de una capa de zinc, por ejemplo, por medio de un tratamiento con zincato a través de recubrimiento directo o por inmersión, antes del recubrimiento con la capa de Ni-Bi, el pH se encuentra, preferiblemente, en el intervalo entre 5 y 8, y, más preferiblemente, en el intervalo entre 5,4 y 7,5.

El método de acuerdo con la invención se emplea, preferiblemente, utilizando un baño de recubrimiento que tiene una temperatura comprendida en el intervalo entre 30 y 70ºC, y, más preferiblemente, en el intervalo entre 40 y 65ºC. En este intervalo de temperaturas la movilidad de los iones se incrementa y no existe necesidad de refrigerar el baño de recubrimiento para compensar la generación de calor en el curso del recubrimiento.

En una realización, el método de acuerdo con esta invención se caracteriza por que dicha capa de unión que comprende zinc o estaño es aplicada por medio de un tratamiento de recubrimiento directo con zinc, o bien mediante un tratamiento con zincato o un tratamiento con estannato. Pueden obtenerse resultados muy buenos con un tratamiento con zincato por inmersión o con un tratamiento con estannato por inmersión, al que se hace referencia también, a menudo, como recubrimiento de desplazamiento. Una ventaja adicional es que este tratamiento se presta a aplicación en un funcionamiento de procedimiento continuo.

Los tratamientos con zincato son bien conocidos por sí mismos en la técnica para la aplicación de capas sobre aluminio. Una composición básica sencilla para un baño desoxidante o decapante de zincato comprende de 40 a 50 g/l de ZnO y de 400 a 500 g/l de NaOH. También, pueden utilizarse otros baños de zincato disponibles comercialmente, por ejemplo, el ChemTec (marca comercial) 024202, también conocido como el procedimiento Bondal, y el ChemTec (024195), también conocido como el procedimiento Bondal carente de cianuro.

Los tratamientos con estannato son conocidos en la técnica para el depósito de una capa sobre aluminio con el fin de facilitar la soldadura, para mejorar la conductividad eléctrica y también con el fin de proporcionar una superficie lubricada a los pistones de aleación de aluminio para motores de combustión interna, durante el periodo de rodaje. Soluciones típicas de estannato alcalinas comprenden entre 5 y 300 g/l de estannato de sodio o de pota-
sio.

La capa de unión de zinc o estaño que se aplica en el método de la invención puede ser, esencialmente, una capa de zinc o estaño puro, o bien puede ser, básicamente, de zinc o estaño (por ejemplo, al menos el 50% en peso). Pueden estar presentes pequeñas cantidades de elementos de impurezas o de elementos deliberadamente añadidos, tal y como se expone con mayor detalle más adelante. Típicamente, los elementos de impurezas están presentes en menos que el 10% y, más habitualmente, en menos que el 5% en peso en la capa de zinc o de estaño. La capa de zinc o de estaño puede contener menos que el 1% de otros elementos.

En una realización del método de acuerdo con la invención, este método se caracteriza por que dicha capa depositada independientemente y que comprende cobre o una aleación con material de base de cobre, es depositada por medio de recubrimiento electrolítico.

En una realización del método de acuerdo con la invención, este método se caracteriza por que dicha capa depositada independientemente y que comprende cobre o una aleación con material de base de cobre, es depositada por recubrimiento con cobre o con una aleación de cobre, utilizando un baño de recubrimiento acuoso y alcalino con material de base de cianuro de cobre.

En una realización del método de acuerdo con la invención, este método se caracteriza por que dicha capa depositada independientemente y que comprende cobre o una aleación con material de base de cobre, es depositada por recubrimiento con cobre o con una aleación de cobre, utilizando un baño de recubrimiento acuoso con material de base de fosfato de cobre. Este baño de recubrimiento acuoso demostró ser operativo en un amplio intervalo de pH, y puede utilizarse en cadenas de recubrimiento a escala industrial con el uso de una elevada densidad de corriente, lo que, a su vez, hace posible velocidades bastante elevadas en la cadena. Puede componerse o formularse utilizando productos químicos convencionales y de los que se dispone fácilmente, y el cobre puede reponerse fácilmente al baño de recubrimiento.

Han demostrado ser particularmente eficaces los baños que utilizan la siguiente sal, en gramos por litro:

-: un pH comprendido en el intervalo entre 7 y 11;

-: ha demostrado ser una sal adecuada el fosfato de cobre dentro de un intervalo entre 5 y 200 g/l, y, preferiblemente, entre 20 y 150 g/l, y, en particular, el pirofosfato de cobre,

-: el pirofosfato de potasio dentro del intervalo entre 50 y 700 g/l, y, preferiblemente, entre 150 y 400 g/l,

-: opcionalmente, el ácido cítrico dentro de un intervalo de 2 a 50 g/l y, preferiblemente, de 4 a 25 g/l,

-: opcionalmente, pueden añadirse (OH^{-}) para regular el pH de modo que se encuentre en un intervalo entre 7 y 11.

El método de acuerdo con la invención se emplea, de preferencia, utilizando un baño de recubrimiento que tiene una temperatura comprendida en el intervalo entre 30 y 70ºC, y, más preferiblemente, en el intervalo entre 40 y 65ºC. En este intervalo de temperatura la movilidad de los iones se incrementa y no existe necesidad de refrigerar el baño de recubrimiento para compensar la generación de calor durante el recubrimiento.

Dependiendo de la aleación de aluminio de la lámina de núcleo, el procedimiento puede incluir la etapa de procedimiento adicional de (e) hacer envejecer el conjunto soldado mediante soldadura con capa intermedia y enfriado, con el fin de optimizar las propiedades mecánicas y/o de corrosión del conjunto resultante.

Se ha encontrado que el método de la invención da lugar a una temperatura de soldadura con capa intermedia significativamente más baja. Esta temperatura reducida de la soldadura con capa intermedia hace posible una reducción significativa del tiempo de tratamiento a escala industrial para un ciclo completo de soldadura con capa intermedia, y se ha encontrado, típicamente, una reducción de tiempo del 25% o más.

En una realización del método para fabricar un conjunto soldado por soldadura con capa intermedia, en la etapa (a), al menos una de las partes que se han de unir por soldadura con capa intermedia es un componente hecho del producto de aluminio en láminas para soldadura con capa intermedia, de acuerdo con la invención que se ha establecido en lo anterior, y al menos otro de los componentes se selecciona de entre el grupo consistente en titanio, titanio dispuesto por recubrimiento, titanio dispuesto por revestimiento, bronce, latón, acero inoxidable, acero inoxidable dispuesto por recubrimiento, acero inoxidable dispuesto por revestimiento, níquel, aleación de níquel, acero con bajo contenido de carbono, acero con bajo contenido de carbono y dispuesto por recubrimiento, acero con bajo contenido de carbono y dispuesto por revestimiento, acero de alta resistencia, acero de alta resistencia dispuesto por recubrimiento y acero de alta resistencia dispuesto por revestimiento.

En sus realizaciones preferidas, el conjunto soldado por soldadura con capa intermedia que se fabrica de acuerdo con la invención descrita en lo anterior, es un intercambiador de calor, típicamente para aplicaciones de automoción, o bien una celda de combustible, típicamente una celda de combustible electroquímica.

Breve descripción del dibujo

La invención se ilustrará a continuación por medio de varios ejemplos no limitativos y con referencia a los dibujos, en los cuales:

la Figura 1 es un corte longitudinal esquemático que muestra la estructura del producto en láminas de soldadura con capa intermedia de acuerdo con el estado de la técnica;

la Figura 2 es corte longitudinal esquemático que muestra la estructura del producto de aluminio en láminas de soldadura con capa intermedia, que se utiliza de acuerdo con la invención;

la Figura 3 es un corte longitudinal esquemático que muestra la estructura del producto de aluminio de soldadura con capa intermedia, que se utiliza de acuerdo con la invención.

Descripción de realizaciones preferidas

La Figura 1 muestra esquemáticamente una lámina de soldadura con capa intermedia, de acuerdo con la técnica anterior, tal y como se obtendría por medio del procedimiento de acuerdo con, por ejemplo, el documento US 3.970.237. El producto en láminas de soldadura con capa intermedia consiste en una lámina de núcleo 4 revestida, por una o por ambas caras, con una capa de revestimiento de aluminio 1 que comprende una aleación de Al-Si. Por encima de la capa de revestimiento se ha aplicado una capa delgada de níquel 2, preferiblemente, una capa de níquel-plomo, mediante recubrimiento electrolítico.

La Figura 2 muestra esquemáticamente una lámina de aluminio de soldadura con capa intermedia, de acuerdo con la presente invención, que comprende un núcleo de aluminio 4, de tal manera que dicho núcleo de aluminio 4 está revestido, por ambas caras, con una capa de revestimiento de aluminio 1, y de tal modo que, entre una de las capas de revestimiento de aluminio 1 y la capa de níquel 2, se ha aplicado una delgada capa adicional de unión 5, opcional, de zinc o estaño, cuyas ventajas se han expuesto en lo anterior. De acuerdo con la invención, se ha proporcionado una capa metálica depositada adicional 3, al objeto de reducir la temperatura de fase líquida del relleno metálico formado por la capa de revestimiento 1 y todas las capas 5, 2, 3 exteriores a la misma. La capa metálica depositada 3 puede ser aplicada por encima de la capa de níquel 2 o por debajo de dicha capa de níquel 2. En la Figura 2, las capas 5, 2 y 3 se han mostrado dispuestas solamente en una de las caras de la lámina de soldadura con capa intermedia, si bien se pondrá de manifiesto de forma inmediata para la persona experta que pueden aplicarse también por ambas caras del producto en láminas de soldadura con capa intermedia. La composición de las diversas capas y sus ventajas han sido expuestas en lo anterior.

La Figura 3 muestra esquemáticamente un producto de aluminio de soldadura con capa intermedia que se utiliza de acuerdo con la presente invención, el cual no tiene la capa de núcleo 4 que se muestra en la Figura 2. En la Figura 3, el sustrato de base 1 de una aleación de Al-Si se ha provisto, por ambas caras, de una capa de níquel 2, y, sobre esta capa de níquel 2 se ha aplicado una capa metálica adicional 3, que comprende, preferiblemente, cobre, con el fin de reducir la temperatura de la fase líquida del relleno de metal formado por el sustrato de base y por todas las capas exteriores al mismo. El producto de soldadura con capa intermedia que se muestra en la Figura 3 no está provisto de ninguna capa de unión 5 (Figura 2) de zinc o estaño, dispuesta entre el sustrato de base 1 y la capa de níquel 2, pero se pondrá de manifiesto de forma inmediata para la persona experta que tal capa de unión puede ser aplicada también aquí. Como se ha establecido anteriormente, esta realización puede también proporcionarse con la forma de un material en cable o en barra. La composición de las diversas capas y sus ventajas ya han sido establecidas en lo
anterior.

Ejemplos Ejemplo 1

Se han tratado previamente, a una escala de laboratorio, láminas de aluminio de soldadura con capa intermedia, fabricadas a partir de una aleación de núcleo AA3000, revestida por medio de unión por laminación, sobre ambas caras, con una aleación de revestimiento AA4045 (véase la Tabla 1), y que tiene un espesor total de 0,5 mm, por lo cual el espesor de cada capa de revestimiento es 50 micras, por medio de ataque químico superficial alcalino y demudación con aclarado intermedio, y, subsiguientemente, se han recubierto por ambas caras con varias capas de metal diferentes; véase también la Tabla 2.

- se ha aplicado una delgada capa de zinc, de aproximadamente 30 nm, con el uso de un tratamiento de inmersión en zincato, utilizando ChemTec (nombre comercial) 024202, durante 12 s y a temperatura de la sala.

- se ha aplicado una capa de níquel-plomo con el uso de un baño básico que comprende 50 g/l de sulfato de níquel, 50 g/l de cloruro de níquel, 30 g/l de citrato de sodio, 1 g/l de acetato de plomo y 75 ml/l de hidróxido de amonio (30%). Las condiciones de recubrimiento a 26ºC fueron tales, que un tiempo de recubrimiento de 50 s dio lugar a una capa de níquel-plomo depositada por recubrimiento de 0,5 micras de espesor, con el uso de una densidad de corriente de 3 A/dm^{2}.

- se ha aplicado una capa de níquel-bismuto utilizando un baño de recubrimiento que tiene la composición de la Tabla 3 y que presenta un pH de 5,5. La concentración de iones de Bi ha sido añadida al baño de recubrimiento mediante el uso de un concentrado de iones de Bi de 160 g/l de hidróxido de sodio, 300 g/l de gluconato de sodio y 110 g/l de óxido de bismuto. El óxido de bismuto podría haber sido reemplazado también por carbonato de bismuto. El recubrimiento electrolítico con una capa de Ni-Bi se llevó a cabo a 57ºC.

- se ha aplicado una capa de cobre por revestimiento electrolítico utilizando un baño de recubrimiento alcalino de cianuro, que comprendía 110 g/l de cianuro de cobre(I), 140 g/l de cianuro de sodio y 90 g/l de carbonato de sodio, y las condiciones del recubrimiento eran tales, que se han aplicado tiempos de recubrimiento diferentes que dieron lugar a diferentes espesores de las capas, por medio de una densidad de corriente de 3 A/dm^{2} a una temperatura de 50ºC. La eficacia de la corriente para el recubrimiento con cobre fue de aproximadamente el 70%.

Como material de referencia se ha utilizado lámina de soldadura con capa intermedia, disponible comercialmente y fabricada de conformidad con el procedimiento descrito en el documento US 3.970.237, y se indica como "REF" en la Tabla 2.

Por ejemplo, la muestra 3 de la Tabla 2 tenía las siguientes capas de metal subsiguientes o sucesivas sobre cada una de las caras de la lámina de núcleo: capa de revestimiento de aleación de Al-Si, capa de zinc, capa de Ni-Bi y, por último, una capa de cobre.

La composición y el peso de las capas aplicadas en ambas caras fueron determinados por ICP (plasma acoplado inductivamente - "Inductivel y Coupled Plasma"). Los resultados para cada una de las caras de la lámina de núcleo se han listado en la Tabla 2. "n.m." significa "no medido".

Los especímenes recubiertos han sido ensayados con respecto a su adhesión utilizando el ensayo de cúpula de Erichsen (5 mm), y el ensayo de doblez en T. Se da a continuación una evaluación de los valores para la adhesión, de tal manera que (-) = mala, (\pm) = aceptable, y (+) = buena. Los resultados se proporcionan en la Tabla 2. Se ha evaluado, además, la susceptibilidad a la soldadura con capa intermedia. A una escala de laboratorio en el ensayo, los ensayos de soldadura con capa intermedia se llevaron a cabo en un pequeño horno de cuarzo. Se cortaron pequeñas plaquitas de 25 mm x 25 mm a partir de las láminas de muestra recubiertas. Se dobló una pequeña tira de una aleación AA3003, que medía 30 mm x 7 mm x 1 mm, por su centro formando un ángulo de 45º, y se extendió sobre las plaquitas. La tira, situada sobre las muestras en plaquitas, se calentó bajo nitrógeno fluyente, con un calentamiento desde la temperatura de la sala hasta 580ºC, un tiempo de espera de 1 minuto a 580ºC, y un enfriamiento desde 580ºC hasta la temperatura de la sala. Se juzgó el procedimiento de soldadura con capa intermedia en relación con la posible formación de arrugas, depresión capilar y formación de filetes o vetas. Se dio una evaluación global en la que: (-) = mala susceptibilidad a la soldadura con capa intermedia, (-/\pm) = aceptable susceptibilidad a la soldadura con capa intermedia, (\pm) = buena susceptibilidad a la soldadura con capa intermedia, y (+) = excelente susceptibilidad a la soldadura con capa intermedia. Los resultados obtenidos se resumen en la Tabla 2.

Para cada espécimen de recubrimiento, se ha medido el intervalo de fusión del relleno de metal aplicado, formado por la capa de revestimiento de aluminio y por todas las capas exteriores a la misma, por DSC (calorímetro de barrido diferencial - "Differential Scanning Calorimeter"). Dichas mediciones proporcionaron un intervalo de fusión en el que la temperatura más alta representa la temperatura de la fase líquida, a la que se hace referencia a menudo como la temperatura de fusión.

De los resultados de la Tabla 2 puede observarse que un tratamiento con zincato de acuerdo con la invención tiene éxito por lo que respecta a conseguir una buena adhesión del recubrimiento de Ni cuando está en contacto con la capa delgada.

De manera adicional, se ha encontrado que una capa de unión de zinc muy delgada no tiene influencia en el intervalo de fusión del metal de relleno resultante.

A partir de la comparación de las muestras 3 y 8 puede observarse que la secuencia de las capas de metal tiene una cierta influencia en la susceptibilidad de soldadura con capa intermedia del metal de relleno. Preferiblemente, la capa de cobre ha sido aplicada por encima de la capa que comprende níquel (muestra 3).

A partir de las muestras que comprenden una capa de Ni-Bi, puede observarse que la adición en el plomo no es un elemento esencial para conseguir una excelente susceptibilidad de soldadura con capa intermedia CAB sin fundente, y pueden obtenerse resultados similares o aún mejores cuando está presente bismuto en la capa que comprende zinc. Sin embargo, el bismuto puede también añadirse, por ejemplo, a la capa de revestimiento de aluminio.

De la comparación de las muestras 5, 6 y 7, puede observarse que se requiere la presencia de una capa que comprende Ni para obtener una buena susceptibilidad de soldadura con capa intermedia en un entorno de soldadura con capa intermedia CAB sin fundente.

En el mejor ejemplo, que es el ejemplo 3, el espesor de la capa de Ni-Bi era de aproximadamente 0,5 micras, y el espesor de la capa de cobre era de aproximadamente 4 micras.

Las múltiples operaciones de recubrimiento u otras técnicas para la aplicación de una capa metálica de acuerdo con la invención, pueden ser aplicadas asimismo en una o en ambas caras de una lámina o tira de aleación de aluminio, fabricada de una de las aleaciones de aluminio de la serie AA4000, de tal manera que dicha lámina de aleación de aluminio no ha sido provista de una lámina de núcleo para formar un producto en láminas de soldadura con capa intermedia. Dicha lámina o tira de aleación de aluminio de la serie AA4000, que tiene, típicamente, un calibre comprendido en el intervalo de hasta 3 mm, y, preferiblemente, en el intervalo entre 0,04 y 2 mm, puede ser empleada también en una operación de soldadura con capa intermedia, tal y como se expone en este ejemplo. Es posible utilizar una solución similar para disponer por recubrimiento múltiples capas de metal sobre cables o barras de aleación de aluminio de la serie AA4000. Dichos cables o barras revestidas pueden ser empleados en una operación de soladura con capa intermedia, tal y como se ha expuesto en este ejemplo, o utilizados como material de relleno en una operación de soldadura, tal como, por ejemplo, en operaciones de soldadura por láser.

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TABLA 1

Elemento	AA 3003	AA 4045
Si	<0,6	9,0 - 11,0
Fe	<0,7	<0,8
Cu	0,05-0,20	<0,3
Mn	1,0-1,5	<0,05
Mg	-	<0,05
Zn	<0,10	<0,10
Ti	-	<0,20
otros	cada uno <0,05	cada uno <0,05
	total <0,15	total <0,15
hasta el total	A1	A1

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TABLA 2

muestra	1	2	3	4	5	6	7	8	REF
inmersión en Zn	\surd	-	\surd	\surd	\surd	\surd	-	\surd
aclarado	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd	-
recubrimiento con Ni-Pb	\surd	\surd	-	-	-	-	-	-
recubrimiento con Ni-Bi	-	-	\surd	\surd	\surd	-	-	\surd
aclarado	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd
recubrimiento con Cu [s]	-	-	194	258	323	258	258	258
aclarado	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd	\surd
orden de recubrimiento	Zn	NiPb	Zn	Zn	Zn	Zn	Cu	Zn
	NiPb		NiBi	NiBi	NiBi	Cu		Cu
			Cu	Cu	Cu			NiBi

TABLA 2 (continuación)

elemento	composición de relleno de metal (% en peso), aluminio hasta completar el total
Zn	0,1	-	0,1	0,1	0,1	0,1	-	0,1	-
Ni	3,2	3,2	2,6	2,5	2,3	-	-	2,5	11,6
Pb	0,2	0,1	-	-	-	-	-	-	0,3
Bi	-	-	0,1	0,1	0,1	-	-	0,1	-
Cu	-	-	15,9	19,8	24,2	22,8	22,4	20,4	-
Si	9,7	9,7	8,1	7,8	7,3	7,7	7,8	7,6	9,4
adhesión	+	-	+	+	+	+	-	-	\pm
susceptibilidad de soldadura	+	+	+	+	+	-	-	-	+
con capa intermedia
intervalo de fusión (ºC)	565	565	525	525	525	520	522	523	570
	575	575	550	545	540	543	558	543	578

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TABLA 3

Compuesto	Concentración [g/l]
Sulfato de níquel	142
Sulfato de amonio	34
Cloruro de níquel	30
Citrato de sodio	140
Gluconato de sodio	30
Iones de bismuto	1

Ejemplo 2

La Muestra 3 del Ejemplo 1 ha sido repetida, pero, en lugar de una capa de revestimiento AA4045, se ha utilizado una capa de revestimiento que comprende, en porcentajes en peso, el 9,6% de Si, el 1,32% de Mg, y aluminio e impurezas hasta completar el total. Se ha omitido en el baño de recubrimiento la adición de iones de Bi, de tal manera que la capa de Ni aplicada está constituida enteramente de níquel. Subsiguientemente, se ha llevado a cabo la misma serie de ensayos, lo que ha dado los mismos resultados que para la Muestra 2 del Ejemplo 1.

La presencia de Mg en la capa de revestimiento de aluminio no tuvo ningún efecto perjudicial en la susceptibilidad de soldadura con capa intermedia del producto en láminas de aluminio de soldadura con capa intermedia. En una cantidad de hasta aproximadamente el 2,5%, el Mg puede incluso evitar la adición de Bi a la capa de revestimiento de aluminio y/o a la capa que comprende níquel, y aún proporcionar una buena susceptibilidad a la soldadura con capa intermedia.

Ejemplo 3

Se ha utilizado la Muestra 4 del Ejemplo 1 como punto de partida para disponer por recubrimiento capas de metal adicionales sobre la capa de cobre.

Se ha confeccionado una Muestra 9 por la disposición por recubrimiento de una capa adicional de zinc sobre la capa de cobre, con el uso de un baño de recubrimiento de sulfato de zinc convencional.

Se ha confeccionado una Muestra 10 mediante la disposición por recubrimiento de una capa de estaño sobre la capa de cobre. La composición del baño acuoso de recubrimiento de estaño que se utilizó era:

iones de estaño 2+	2,6 g/l
Fe total	15,5 g/l
sulfato	5,2 g/l
ácido fenol-sulfónico	210 g/l

La composición del relleno de metal y el intervalo de fusión del relleno de metal se han determinado de la misma manera que en el Ejemplo 1, y los resultados se han resumido en la Tabla 4. La composición se da en porcentajes en peso, y se completa hasta el total con aluminio e impurezas. Las impurezas tienen su origen principalmente en la capa de revestimiento de aluminio, que comprende, por ejemplo, Fe como impureza; véase también la Tabla 1.

Los especímenes dispuestos por recubrimiento de las Muestras 9 y 10 arrojaron unos resultados de adhesión y susceptibilidad a la soldadura con capa intermedia similares a la Muestra 4 del Ejemplo 1. El zinc dispuesto por recubrimiento y la placa de estaño de las Muestras 9 y 10, respectivamente, no actúan como capa de unión para la capa de revestimiento de aluminio ni para la capa de níquel.

A partir de los resultados de la Tabla 4, puede observarse que el uso de capas adicionales de metal aplicadas puede hacer descender adicionalmente el intervalo de fusión y, en consecuencia, también la temperatura de la fase líquida, del metal de relleno resultante, al tiempo que mantiene unas buena características de susceptibilidad a la soldadura con capa intermedia CAB.

TABLA 4

Muestra	Composición del relleno de metal [% en peso]	Intervalo de fusión [ºC]
	Zn	Ni	Pb	Bi	Cu	Si	Sn
9	6,3	2,3	-	0,1	18,5	7,2	-	520-538
10	0,1	2,4	-	0,1	19,4	7,5	1,9	523-540

Claims

1. Un método para fabricar un conjunto de componentes soldados por soldadura con capa intermedia, el cual comprende las etapas de:

(a) conformar partes de las cuales al menos un componente se ha fabricado a partir de un producto en láminas de soldadura con capa intermedia, que comprende una lámina de núcleo (4), fabricada de una aleación de aluminio, que tiene, sobre al menos una superficie de dicha lámina de núcleo, una capa de revestimiento de aluminio (1) a ella acoplada, de tal manera que la capa de revestimiento de aluminio se ha fabricado de una aleación de aluminio que comprende silicio en una cantidad comprendida en el intervalo entre el 2 y el 18% en peso; una capa (2), que comprende níquel, sobre la superficie externa de dicha capa de revestimiento de aluminio, al menos una capa depositada independientemente (3) sobre una de las caras de dicha capa (2) que comprende níquel, y que es esencialmente carente de plomo, de modo que dicha capa depositada independientemente (3) comprende cobre o una aleación con material de base de cobre, tal que, tomadas conjuntamente dicho sustrato de aluminio (1) y todas las capas exteriores al mismo, forman un relleno de metal que tiene una temperatura de fase líquida comprendida en el intervalo entre 490 y 570ºC, y, preferiblemente, en el intervalo entre 510 y 550ºC.

(b) ensamblar las partes formando el conjunto;

(c) soldar por soldadura con capa intermedia el conjunto en una atmósfera inerte, en ausencia de un fundente de soldadura con capa intermedia, a una temperatura elevada, comprendida en el intervalo entre 490 y 570ºC, durante un periodo lo suficientemente largo como para que se funda y esparza el relleno fundido;

(d) enfriar el conjunto soldado por soldadura con capa intermedia.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicha capa depositada independientemente (3) comprende al menos el 60% en peso de cobre.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, en el cual dicha capa depositada independientemente (3) tiene un espesor no mayor que 10 micras y, preferiblemente, no mayor que 7 micras.

4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual dicho sustrato de base de aluminio (1) comprende adicionalmente magnesio dentro de un intervalo de hasta el 8% y, preferiblemente, dentro de un intervalo de entre el 0,5 y el 5%.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual dicha capa (2) que comprende níquel, comprende adicionalmente bismuto dentro de un intervalo de hasta el 5% en peso.

6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual dicha capa (2) que comprende níquel, tiene un espesor de no más que 2 micras, preferiblemente de no más que 1 micra.

7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual dicha capa (2) que comprende níquel, es aplicada por medio de recubrimiento electrolítico.

8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por una capa adicional (5) que comprende zinc o estaño, como capa de unión entre dicha superficie externa de dicha capa de revestimiento (1) de base de aluminio y dicha capa (2) que comprende níquel.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en el cual dicha capa de unión (5) tiene un espesor de no más que 0,5 micras, preferiblemente de no más que 0,3 micras.

10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el cual, tomadas conjuntamente dicha capa de revestimiento de aluminio y todas las capas exteriores a ella, tienen una composición que comprende, al menos, en porcentajes en peso:

: Si en el intervalo entre el 5 y el 10%,

: Cu en el intervalo entre el 12 y el 25%,

: Bi en el intervalo hasta el 0,25% y, preferiblemente, en el intervalo entre el 0,02 y el 0,25%,

: Ni en el intervalo entre el 0,05 y el 4%,

: Zn en el intervalo hasta el 0,25%,

: aluminio e impurezas hasta completar el total.

11. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el cual, tomadas conjuntamente dicha capa de revestimiento de aluminio y todas las capas exteriores a ella, tienen una composición que comprende, al menos, en porcentajes en peso:

: Si en el intervalo entre el 5 y el 10%,

: Cu en el intervalo entre el 12 y el 25%,

: Ni en el intervalo entre el 0,05 y el 4%,

: Zn en el intervalo hasta el 20%,

: Sn en el intervalo hasta el 5%,

: Mg en el intervalo hasta el 5%,

: aluminio e impurezas hasta completar el total.

12. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el cual la capa de revestimiento de aluminio comprende, en porcentajes en peso:

opcionalmente, uno o más elementos de entre el grupo consistente en:

Bi del 0,01 al 1,0 Pb del 0,01 al 1,0 Li del 0,01 al 1,0 Sb del 0,01 al 1,0,

impurezas, cada una en hasta el 0,05, hasta un total del 0,20, con aluminio hasta completar el total.

13. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el cual el conjunto soldado por soldadura con capa intermedia es un intercambiador de calor.

14. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el cual el conjunto soldado por soldadura con capa intermedia es una celda de combustible, en particular, una celda de combustible electroquímica.