Gränges Europe har fått forskningsstöd från Vinnova för två forskningsprojekt. Båda syftar till att ytterligare förbättra Gränges produkter till lödda värmeväxlare.
–Vi använder ytterst avancerade metoder för att lösa kunders materialutmaningar och det här servi som ett kvitto på att Vinnova tror på våra idéer och vår forskningsförmåga, säger Linda Ahl, forskningschef inom Gränges Research & Innovation.
I det ena projektet kommer Gränges Europe tillsammans med Lunds Universitet och Uppsala Synchrotronix att genomföra 3D-karakteriseringar vid synkrotronljusanläggningar för att studera kornorientering och dess betydelse vid lödning.
I det andra projektet samarbetar Gränges med Linköpings Universitet och Uppsala Synchrotronix i ett forskningsprojekt för att förstå magnesiums roll som oxiduppbrytare med ambition att tillverka material för flussfri aluminiumlödning.
Att eliminera fluss vid lödning av värmeväxlare innebär både en bättre arbetsmiljö vid tillverkningen, mindre miljöpåverkan, samt tillåter nya kylarvätskor.
3D-karakterisering
Vid normala metallografiundersökningar kapar man materialet och tittar på ett tvådimensionellt tvärsnitt. Det är en förstörande provning, och vill man se effekten av exempelvis en värmebehandling måste man titta på två olika prover.
En ny metod, där diffraktionsspektra och faskontrasttomografi kombineras, gör att man kan få 3D-bilder av kornstrukturen i olika material. För att göra det här behöver man i praktiken de strålningsintensiteter som bara ges i synkrotronljusanläggningar. Det har gjorts för aluminium på SPring-8 i Japan, och Gränges har fått en stråltid där.
–För att se på något som är mycket litet behöver man något som är riktigt stort. Målet är att mäta materialet på samma plats före och efter en värmebehandling. Det handlar om områden cirka 0,5 x 0,5 x 0,5 mm3. Synkrotronstrålning uppstår när elektroner i nära ljusets hastighet accelererar i ett magnetfält och är mycket intensiv, strålningen ger användbara mätvärden efter korta tider, säger projektledare Torkel Stenqvist.
Han fortsätter:
–Mätningar som tar flera dagar med konventionella röntgenrör kan göras på några minuter i en synkrotronljusläggning. För att rekonstruera en kornstruktur krävs mycket data.
En stor utmaning vid lödning av aluminium är att den smälta lodlegeringen kan tränga in i aluminiummaterialet. Risken ökar då för korrosion och senare allvarliga läckage i exempelvis värmeväxlare. Forskningen kan bli till stor hjälp för förbättringar vid Gränges tillverkning av värmeväxlarband för bilindustrin, allt för att uppfylla värmeväxlartillverkarnas krav.
Inom värmeväxlarindustrin är det en kontinuerlig strävan efter tunnare och därmed lättare material, allt för att få lägre vikt på värmeväxlarna i bilarna och därmed besparingar i bränsle, klimat och ekonomi som följd.
Denna pilotstudie förväntas verifiera att kombinerad faskontrasttomografi och 3D-röntgendiffraktion kan visa kornorienteringar och lodinträngningsprocesser.
Magnesium som oxidbrytare
Lödning av aluminium är en process där flussmedel vanligtvis används för att bryta upp den naturligt formade oxiden på aluminiumytan. Ett miljövänligt alternativ är att använda magnesium som oxiduppbrytare. Mekanismerna hur magnesium faktiskt bryter upp oxiden är dock oklar.
I praktiken är flussfria lödningsprocesser svåra att få stabila. Gränges Europe kommer därför tillsammans med Linköpings universitet och Uppsala Synchrotronix att studera magnesiuminitierad oxiduppbrytningsprocess in operando. I detta projekt använder forskarna ytspektroskopiska tekniker vid den nya synkrotronljusanläggningen MAX IV i Lund.
–Lödning av aluminium sker huvudsakligen i kvävgasatmosfär där en fluorbaserad fluss bryter upp ytoxiden under lödningsprocessen. Använder man flussfritt material, där magnesium bryter upp oxiden blir det möjligt att helt ta bort flusset, säger Torkel Stenqvist.
–Magnesiums roll kommer att undersökas med XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) och XAS (X-ray Absorption Spectroscopy), vilket kommer att ge en bättre förståelse av de flussfria hårdlödningsprocesserna.
Ytterligare arbete på Gränges kommer att fortsätta syfta till mer miljövänlig hårdlödning av aluminiumkomponenter.
De båda forskningsprojekten är unika med ett gemensamt; att Gränges arbetar på grundforskningsnivå med mycket avancerade mättekniker.
Denna artikel kommer från Gränges Europe och är skriven av Ewa Arve, pressansvarig på Gränges Europe.
