Analisis Proses Pateri NOCOLOK untuk Keluli-Plat Sejuk Cecair Komposit Aluminium

I. Asas Proses dan Kedudukan Permohonan

1. Struktur Keluli-Plat Sejuk Cecair Komposit Aluminium

Konfigurasi arus perdana: Substrat keluli karbon/keluli tahan karat disalut dengan-lapisan komposit silikon aluminium (lapisan logam pengisi + 3003 teras aluminium 4343/4045). Saluran penyejukan cecair dicop atau dikisar pada bahagian aluminium; lapisan keluli memberikan ketegaran struktur, rintangan ubah bentuk dan kapasiti galas tekanan-, manakala bahagian aluminium memberikan kekonduksian terma yang unggul dan keserasian pematerian.

2. Mekanisme Teras Pematerian NOCOLOK

Fluks pematerian ialah garam kalium fluoroaluminate eutektik (K₃AlF₆–KAlF₄) dengan takat lebur antara 565 darjah hingga 572 darjah . Bahan kerja dipanaskan dalam relau atmosfera nitrogen berterusan. Fluks cair melarutkan Al₂O₃filem oksida pada permukaan aluminium, membolehkan logam pengisi Al-Si membasahi antara muka aluminium-keluli dan membentuk ikatan metalurgi. Proses ini meninggalkan -sisa yang tidak menghakis, sesuai dengan pengeluaran berterusan secara besar-besaran dan menampilkan kos yang lebih rendah dan daya pemprosesan yang lebih tinggi berbanding dengan pematerian vakum.

3. Kesukaran Inheren Keluli Tidak Serupa-Pateri Aluminium (Khusus kepada Plat Sejuk Cecair)

Fe-Al sebatian antara logam rapuh (IMC): Pada suhu tinggi, aluminium meresap ke dalam keluli untuk membentuk lapisan keras rapuh FeAl₃dan Fe₂Al₅. Sebaik sahaja ketebalan lapisan melebihi 8 μm, kekuatan sendi menurun secara mendadak, mudah retak berlaku di bawah kitaran haba, dan risiko kebocoran penyejukan cecair di bawah tekanan meningkat secara drastik.
Pekali pengembangan terma tidak sepadan: Aluminium mempunyai pekali pengembangan linear ≈ 23.5×10⁻⁶/ darjah , manakala keluli ≈ 11.5×10⁻⁶/ darjah . Tegasan ricih antara muka yang ketara terhasil semasa pemanasan dan penyejukan, yang membawa kepada ubah bentuk-saluran berdinding nipis, penepian jahitan braze dan keratan rentas saluran-yang berkurangan yang meningkatkan rintangan aliran.
Keperluan penyingkiran filem dwi oksida: Alumina padat pada aluminium dan oksida besi pada keluli. Fluks konvensional menunjukkan kebolehbasahan yang lemah pada permukaan keluli, mudah menyebabkan penyebaran pengisi yang tidak mencukupi, ikatan yang tidak lengkap dan kawasan yang tidak dikimpal.
Kekangan kebersihan untuk rongga penyejukan dalaman: Fluks sisa, manik braze dan serpihan logam menyekat saluran mikro, meningkatkan rintangan aliran, mencetuskan sekatan udara dan terlalu panas setempat. Sisa fluorida larut mesti disingkirkan untuk mengelakkan kakisan saluran-yang sederhana.
Tetingkap suhu pemprosesan sempit: Logam pengisi cair pada 577 darjah, manakala 3003 logam asas aluminium cair pada 650 darjah. Pemanasan plat komposit aluminium-keluli yang tidak sekata dengan mudah menyebabkan pembakaran terlampau tempatan dan hakisan logam asas.

II. Aliran Proses Lengkap (Khusus untuk Keluli-Plat Sejuk Cecair Komposit Aluminium)

Langkah 1: Pemeriksaan dan Pemotongan Bahan Mentah

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% adalah dilarang, kerana MgO tidak boleh dibubarkan oleh fluks NOCOLOK.
Permukaan keluli tahan karat mestilah bebas karat-dan bebas minyak-; keluli karbon memerlukan pra-fosfat atau pempasifan untuk mengurangkan-pengoksidaan suhu tinggi.

Langkah 2: Pembentukan Saluran (Setem/Pengilangan)

Kawal dengan ketat toleransi dimensi bagi jurang saluran dan ketinggian sirip dalam ±0.05 mm, menghasilkan jurang pateri 0.1–0.2 mm selepas pemasangan. Jurang lebih lebar daripada 0.2 mm menyebabkan larian logam pengisi dan kadar ikatan tidak mencukupi; jurang yang lebih sempit daripada 0.08 mm melemahkan tindakan kapilari dan pengisian jurang yang tidak lengkap.
Deburr semua bahagian yang terbentuk untuk menghapuskan tonjolan tajam di dalam saluran, yang sebaliknya meningkatkan rintangan aliran dan mendorong keretakan tegasan setempat.

Langkah 3: Penyahgris dan Pembersihan (Penting untuk Kejayaan Memateri NOCOLOK)

Urutan proses: Penyahgaraman beralkali → Pembilasan air tulen → Penutralan asid nitrik cair → Pembilasan air tulen akhir. Lulus ujian pecah air (pembasahan air berterusan lengkap tanpa pecah filem).
Keperluan: Tiada minyak pengecap, agen lukisan atau habuk di dalam rongga. Sisa gris mengasingkan fluks, menghalang penyingkiran filem oksida dan mengakibatkan ikatan dan lubang semburan yang tidak lengkap.
Utamakan penyingkiran karat pada permukaan keluli; oksida besi surih menggunakan fluks dan menjejaskan kebolehbasahan antara muka.

Langkah 4: Salutan dan Pengeringan Fluks NOCOLOK

Formulasi suspensi fluks: Air tulen dicampur dengan serbuk fluks 5%–10%. Sapukan buburan-kepekatan tinggi (15%–30%) secara setempat pada sambungan-aluminium keluli dan dinding saluran dalam untuk meningkatkan kebolehbasahan permukaan keluli.
Kawalan berat salutan: 4–6 g/m². Fluks yang tidak mencukupi gagal mengeluarkan filem oksida sepenuhnya; fluks yang berlebihan menghasilkan banyak-sisa sanga pateri yang menyumbat saluran mikro dan menjejaskan rintangan kakisan.
Pengeringan berperingkat: Pra-kering pada 80 darjah → Penyahairan lengkap pada 180 darjah . Lembapan sisa mengewap semasa pemanasan, membentuk lubang angin kimpalan dan kebocoran tekanan dalam plat sejuk cecair.

Langkah 5: Pemasangan Alatan dan Pengapit

Mampatan seragam melalui perkakasan grafit/keluli tahan karat pada 0.08–0.12 MPa untuk mengatasi lenturan yang disebabkan oleh ketidakpadanan pengembangan terma-aluminium keluli dan mengelakkan penepian saluran.
Simpan laluan ekzos di saluran masuk/alur keluar untuk mengelakkan pemanasan terkurang setempat dan aliran pengisi yang disekat disebabkan oleh gas relau yang terperangkap.
Elakkan sentuhan langsung antara perkakas dan zon saluran untuk mengelakkan pemanasan terlampau setempat dan hakisan pelapisan aluminium.

Langkah 6: Pematerian Relau Berterusan Nitrogen (Peringkat Kawalan Suhu Teras)

Relau dibahagikan kepada empat zon: Zon Prapemanasan → Zon Pemanasan → Zon Pegangan Brazing → Zon Penyejukan. Mengekalkan atmosfera nitrogen dengan kandungan oksigen<10 ppm and dew point <−40℃ throughout the process.

Kitaran Terma Standard Disyorkan untuk Keluli-Plat Sejuk Cecair Komposit Aluminium

Zon Prapemanasan (Suhu Bilik → 450 darjah , 60–90 min) Pemanasan perlahan menghilangkan sisa lembapan dan mengaktifkan fluks secara beransur-ansur untuk mengelakkan ubah bentuk bahan kerja daripada kejutan haba. Nitrogen membersihkan rongga dalaman untuk membawa bahan cemar minyak meruap.
Zon Pemanasan (450 darjah → 570 darjah , 30–45 min) Fluks cair secara beransur-ansur untuk melarutkan alumina dan pada masa yang sama mengeluarkan oksida permukaan keluli. Hadkan kadar pemanasan Kurang daripada atau sama dengan 4 darjah /min untuk mengelakkan retak tegasan daripada perbezaan suhu antara muka yang berlebihan antara keluli dan aluminium.
Zon Pegangan Brazing (578–590 darjah , 3–6 min)

Suhu puncak dihadkan dengan ketat pada 595 darjah : Setiap kenaikan suhu 10 darjah menggandakan kadar pertumbuhan Fe-Al sebatian antara logam. Tempoh penahanan melebihi 8 min membawa kepada lebih-lapisan rapuh yang tebal.
Masa pegangan yang singkat ialah teras pematerian aluminium-keluli yang berbeza: Ia hanya mendayakan penyebaran pengisi penuh dan pengisian celah sambil menahan interdifusi Fe-Al untuk mengawal ketebalan IMC di bawah 5 μm.

4. Zon Penyejukan Pantas (590 darjah → 200 darjah , Penyejukan Udara Nitrogen Paksa)

Penyejukan pantas menamatkan interdifusi unsur pada antara muka untuk menghentikan penebalan berterusan lapisan rapuh. Ia juga mengurangkan tekanan sisa yang berpunca daripada pengecutan perbezaan aluminium dan keluli, menghapuskan lengkungan saluran dan retakan mikro dalam jahitan braze.

Langkah 7: Pasca-Pembersihan Brazing dan Pembersihan Rongga Dalaman

Permukaan luaran: Keluarkan sanga fluks melalui-hembusan udara panas bertekanan tinggi dan pencucian asid lembut.
Rawatan rongga dalaman yang kritikal: Penyiraman air tulen bertekanan tinggi{0}}tinggi diikuti dengan hembusan udara termampat-dimatikan untuk menghapuskan sanga fluks dan serbuk aluminium secara menyeluruh, mengelakkan penyumbatan saluran mikro dan rintangan aliran tinggi.
Keringkan dan tutup bahagian siap untuk mengelakkan-karat semula substrat keluli.

Langkah 8: Ujian Prestasi Khusus untuk Plat Sejuk Cecair

Keketatan gas/Ujian kebocoran helium: Kadar kebocoran Kurang daripada atau sama dengan 1×10⁻⁶ Pa·m³/s.
Pemeriksaan pensampelan metalografik: Keluli-ketebalan IMC antara muka aluminium<5 μm, no continuous thick brittle layers.
Pengukuran rintangan aliran: Bandingkan data ujian dengan nilai reka bentuk untuk mengenal pasti sekatan yang disebabkan oleh manik braze di dalam saluran.
Ujian berbasikal terma (−40 darjah hingga 120 darjah , 500 kitaran): Tiada kebocoran atau penembusan antara muka dibenarkan.

III. Skim Padanan untuk Bahan Utama

Fluks: Fluks NOCOLOK standard tidak menghakis. Pengaktif berasaskan silikon surih-boleh ditambah untuk sambungan-aluminium yang berbeza untuk meningkatkan kebolehbasahan pada permukaan keluli karbon dan keluli tahan karat.
Logam pengisi bersalut: 4343 (7.5% Si, takat lebur 577 darjah ) ialah pilihan utama. 4045 (10% Si, takat lebur 565 darjah ) diterima pakai untuk plat sejuk cecair ketumpatan fluks haba tinggi untuk mengurangkan sekatan pada tetingkap suhu pematerian.
Substrat Keluli

Aplikasi ringan-tekanan rendah: Keluli karbon tergelek sejuk-SPCC (pra-pepasifan diperlukan untuk menahan-pengoksidaan suhu tinggi).
Aplikasi-tahan kakisan dan tekanan tinggi-: keluli tahan karat 304, yang memberikan kebolehbasahan pematerian NOCOLOK yang unggul berbanding keluli karbon pada kos bahan yang lebih tinggi.

4. Lapisan Teras Aluminium: Aloi 3003 Al-Mn dengan rintangan hakisan yang baik dan rintangan kakisan sederhana. 5xxx-siri magnesium-yang mengandungi aloi aluminium adalah dilarang sama sekali.

IV. Kesan Parameter Proses Teras pada Keluli-Antara Muka Aluminium dan Prestasi Penyejukan Cecair

1. Suhu Memateri

<575℃: Incomplete filler melting, poor steel surface wettability, incomplete bonding, and insufficient channel pressure resistance.
578–590 darjah : Tetingkap proses optimum membentuk lapisan IMC metalurgi berterusan nipis.
595 darjah : Resapan aluminium secara besar-besaran ke dalam keluli menghasilkan FeAl rapuh tebal₃lapisan, mengurangkan kekuatan ricih sendi lebih 40%. Hakisan pelapisan aluminium menipiskan sirip saluran dan melemahkan rintangan tekanan; manik braze yang berlebihan menyempitkan saluran dan meningkatkan rintangan aliran secara mendadak

2. Masa Menahan

Menahan lebih lama daripada 6 minit mempercepatkan penebalan IMC. Untuk plat sejuk saluran mikro-berdinding nipis, hadkan masa penahanan maksimum kepada 4 min.

3. Kesucian Atmosfera Nitrogen

Oxygen content >15 ppm mencetuskan pengoksidaan berterusan aluminium dan keluli semasa pemanasan, mempercepatkan penggunaan fluks dan menyebabkan zon tidak dikimpal setempat dan lubang semburan kimpal. Sanga pengoksidaan yang terperangkap di dalam rongga menyekat saluran mikro.

4. Tekanan Pengapit Perkakas

Tekanan tidak mencukupi: Aluminium mengembang dan berpisah daripada keluli semasa pemanasan, melebarkan jurang braz, mendorong air larian pengisi dan lompang antara muka yang meningkatkan rintangan haba dan merendahkan prestasi pelesapan haba.
Tekanan berlebihan: Bahagian rentas saluran-tersemperit dan terhimpit, membawa kepada rintangan aliran-spesifikasi yang teruk atau sirip penyejuk yang hancur.

5. Berat Salutan Fluks

Fluks berlebihan: Selepas-sisa sanga fluorida pematerian yang terperangkap di dalam rongga menyekat saluran mikro dan menyebabkan-kakisan dinding aluminium jangka panjang.
Fluks tidak mencukupi: Penyingkiran oksida permukaan keluli yang tidak lengkap menyebabkan antara muka tidak terikat-setempat terdedah kepada kebocoran di bawah kitaran haba.

V. Punca Akar Kecacatan Biasa dan Langkah-Langkah Kawalan Proses (Eksklusif kepada Plat Sejuk Cecair)

1. Lapisan IMC Rapuh Tebal pada Keluli-Antara Muka Aluminium, Retak dan Kebocoran selepas Berbasikal Terma

Punca punca: Suhu puncak yang berlebihan, masa penahanan yang berpanjangan, kadar pemanasan yang terlalu perlahan.

Langkah-langkah balas: Hadkan suhu puncak di bawah 590 darjah , pendekkan masa penahanan kepada 3–5 min, gunakan penyejukan pantas paksa selepas keluar relau dan pakai -titik lebur-logam pengisi 4045 rendah untuk menurunkan suhu pematerian puncak.

2. Kebolehbasahan Permukaan Keluli yang Lemah, Ikatan Tidak Lengkap dan Zon Tidak Dikimpal Setempat

Punca akar: Penyingkiran karat dan penyahgris yang tidak mencukupi pada permukaan keluli, kepekatan fluks tidak mencukupi, takat embun relau yang tinggi. Langkah-langkah balas: Pra-bahagian keluli pasif, sikat setempat-fluks kepekatan tinggi pada sambungan-aluminium keluli dan stabilkan takat embun relau di bawah −40 darjah .

3. Manik Braze Saluran Dalaman, Tersumbat dan Rintangan Aliran Berlebihan

Punca punca: Pelapisan logam pengisi yang lebih-tebal, masa penahanan yang berpanjangan, tekanan perkakas yang tidak sekata, salutan fluks yang berlebihan. Langkah-langkah balas: Kawal ketebalan pelapisan, pendekkan tempoh penahanan, lakukan-pasukan curahan dalaman bertekanan tinggi-dan optimumkan alatan untuk pemampatan seragam.

4. Lekapan Plat Sejuk Cecair dan Penyempitan Bahagian-Saluran

Punca punca: Keluli-ketidakpadanan pengembangan terma aluminium, kadar penyejukan perlahan, tekanan alat tidak seimbang. Tindakan balas: Pemanasan dan penyejukan berperingkat, penyejukan nitrogen pantas selepas pematerian, alat tekanan seragam-simetri dan kawalan suhu dizonkan untuk meminimumkan kecerunan suhu.

5. Lubang Hembusan Kimpalan Padat dan Kebocoran Helium

Punca akar: Lembapan sisa daripada pembersihan yang tidak lengkap, pengeringan fluks yang tidak mencukupi, kandungan oksigen relau yang tinggi.

Tindakan balas: Panjangkan peringkat pengeringan 180 darjah, sejukkan bahan kerja sepenuhnya sebelum relau dimuatkan dan kekalkan pembersihan nitrogen ketulenan tinggi-tinggi yang berterusan.

6. Kakisan Saluran-Jangka Panjang dan Kebocoran Lubang

Punca akar: Sisa fluks NOCOLOK yang tidak dialihkan terperangkap di dalam rongga.

Langkah-langkah balas: Berbilang-pasca siram air tulen beredar-pateri, diikuti dengan pembersihan udara termampat zon mati dalam saluran sebelum pengeringan.

VI. Kebaikan dan Keburukan NoCOLOK Brazing lwn. Vacuum Brazing untuk Keluli-Plat Sejuk Cecair Aluminium

Kelebihan

Pengeluaran besar-besaran melalui relau tali pinggang mesh berterusan memberikan daya pemprosesan yang tinggi, dengan kos unit hanya separuh daripada pematerian vakum.
Kitaran terma boleh laras berterusan meminimumkan ubah bentuk-keluli berdinding{1}}plat komposit aluminium nipis.
Fluks secara aktif mengeluarkan filem dwi oksida pada keluli dan aluminium, mempamerkan kebolehbasahan unggul untuk logam yang berbeza berbanding dengan pematerian vakum bebas fluks-.
Sesuai untuk pembuatan besar-besaran plat sejuk cecair bersepadu dengan struktur serpentin dan saluran mikro yang kompleks

Keburukan

Prosedur pembilasan rongga dalaman tambahan meningkatkan kos kawalan kebersihan.
Aloi aluminium siri Magnesium-tidak serasi, mengehadkan julat pemilihan bahan.
Kawalan ketat ke atas sisa fluks adalah wajib; saluran mikro terdedah kepada penyumbatan, meningkatkan kesukaran pengurusan spesifikasi rintangan aliran.
Plat sejuk cecair hermetik vakum ultra tinggi-tinggi untuk aplikasi aeroangkasa memerlukan-rawatan pempasifan pateri tambahan.

VII. Konsep Reka Bentuk Pengoptimuman Proses (Mengimbangi Kekuatan Kimpalan dan Rintangan Aliran Rendah)

Pengoptimuman Metalurgi Antara Muka: Gunakan kitaran haba pegangan-suhu rendah-rendah untuk mengehadkan ketebalan Fe-Al IMC dalam 5 μm, menjamin kekuatan sendi dan rintangan kitaran haba.
Pemeliharaan Dimensi Saluran: Gunakan tekanan alat seragam dan kawal suhu puncak dengan ketat untuk mengelakkan ubah bentuk penyemperitan saluran dan-sempitan keratan rentas daripada hakisan logam asas.
Tertutup-Kawalan Kebersihan Rongga Dalaman:-Pengurusan penuh proses meliputi pembersihan, pengeringan,-salutan fluks berat rendah dan-siang peringkat-pembilasan pateri untuk menghapuskan penyumbatan sanga.
Pengurangan Tegasan Sisa: Pemanasan dan penyejukan berperingkat digabungkan dengan penyejukan-pematerian pantas mengurangkan tekanan sisa yang diakibatkan oleh keluli-ketidakpadanan pengembangan terma aluminium, mengelakkan retakan mikro jahitan braze dan ubah bentuk saluran.
Pengoptimuman Padanan Bahan: Pasangkan substrat keluli tahan karat dengan logam pengisi 4045 untuk menurunkan suhu pematerian puncak, menyekat interdifusi unsur antara muka dan mengurangkan hakisan dinding saluran.

Nota Terjemahan

Istilah profesional mengguna pakai piawaian industri kimpalan/pengurusan terma yang diiktiraf di peringkat antarabangsa (NOCOLOK, IMC, rintangan aliran, ujian kebocoran helium, dsb.).
Formula metalurgi, gred aloi, parameter suhu/tekanan dan nilai toleransi mengekalkan spesifikasi berangka asal.
Ayat logik majmuk Cina yang panjang disusun semula menjadi perenggan teknikal bahasa Inggeris yang ringkas mengikut konvensyen penulisan dokumen proses antarabangsa.
Terminologi pembuatan plat sejuk khusus (saluran mikro, sirip, manik braze, titik embun, relau tali pinggang mesh) mengikut ungkapan lazim industri pengurusan haba automotif.