鋁合金與銅合金的接合體及其接合方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋁合金與銅合金的接合體及其接合方法，提供利用良好的接合性且接合時(shí)材料變形少的、可靠性高的新的方法來接合的接合體及其接合方法。一種接合體，其是以鋁合金為一方的被接合構(gòu)件、以銅合金為另一方的被接合構(gòu)件，將所述一方的被接合構(gòu)件與另一方的被接合構(gòu)件金屬性接合的接合體，所述一方的被接合構(gòu)件由含有Cu：3.0質(zhì)量％～8.0質(zhì)量％以及Si：0.1質(zhì)量％～10質(zhì)量％、剩余部分以Al和不可避免雜質(zhì)形成的鋁合金構(gòu)成，當(dāng)將Cu濃度設(shè)為C(質(zhì)量％)、Si濃度設(shè)為S(質(zhì)量％)時(shí)，滿足C+2.4×S≥7.8，所述另一方的被接合構(gòu)件為固相線溫度比所述一方的被接合構(gòu)件高的銅合金。
【專利說明】鋁合金與銅合金的接合體及其接合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以鋁合金為一方的被接合構(gòu)件、以銅合金為另一方的被接合構(gòu)件，將兩個(gè)被接合構(gòu)件接合的接合體及其接合方法。另外，在本發(fā)明中，純鋁也包括在鋁合金中，純銅也包括在銅合金中。
【背景技術(shù)】
[0002]將鋁合金材料與銅合金材料接合的接合體由于在熱傳導(dǎo)性等方面優(yōu)異，因此使用于制冷空調(diào)裝置的制冷回路中的翅片管型熱交換器、配管等熱交換裝置等中。
[0003]關(guān)于將鋁合金材料與銅合金材料接合的方法，研究了摩擦壓接、擴(kuò)散接合、爆炸壓接、硬釬焊接合等各種接合方法。
[0004]在專利文獻(xiàn)I中，在使鋁管與銅管接觸加壓的狀態(tài)下，使一方旋轉(zhuǎn)，通過接觸面的摩擦，機(jī)械地除去鋁表面的氧化皮膜，進(jìn)而利用摩擦熱使接合部位熔融軟化，迅速停止旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行接合。
[0005]此外，在專利文獻(xiàn)2中，在對(duì)銅側(cè)實(shí)施了鍍鎳的狀態(tài)下，在鋁翅片與銅板之間夾持Al-Si系硬釬料并加熱，從而進(jìn)行接合。
[0006]此外，在專利文獻(xiàn)3中，利用如下的機(jī)制使接合界面合金熔融來進(jìn)行接合(共晶熔接):在550?660°C附近，使鋁管與銅管接觸，從而通過固相擴(kuò)散生成共晶熔液。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開昭52-048542號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開2002-361408號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)3:日本特開平09-085467號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明要解決的課題
[0013]如上所述，將鋁合金材料與銅合金材料接合的方法有各種方法，在摩擦壓接等固相接合法中，對(duì)接合體的形狀、尺寸有限制，復(fù)雜的形狀的接合困難。另一方面，硬釬焊、共晶熔接等由于被接合材料的自由度大，因此還能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的形狀的接合。但是，硬釬焊由于液相的流動(dòng)大，因此有時(shí)會(huì)有微細(xì)的流路等被釬料填埋，并且在硬釬料的制作、涂布時(shí)花費(fèi)成本。此外，在共晶熔接中，有可能因共晶反應(yīng)而被接合材料發(fā)生變形。
[0014]本發(fā)明鑒于上述那樣的現(xiàn)有技術(shù)的問題，目的是提供鋁合金材料與銅合金材料的接合體及其接合方法，在鋁合金材料與銅合金材料的接合體及其接合方法中，利用良好的接合性且?guī)缀鯖]有因接合時(shí)材料的流動(dòng)而引起的變形的、可靠性高的新的方法來接合。
[0015]用于解決課題的方法
[0016]本發(fā)明人等進(jìn)行深入研究的結(jié)果，著眼于作為被接合構(gòu)件的鋁合金的金屬組織學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)將在加熱鋁合金時(shí)生成的液相用于與銅合金材料的接合中的新的接合方法，從而完成本發(fā)明。
[0017](1) 一種由鋁合金材料與銅合金材料構(gòu)成的接合體，其特征在于，是以鋁合金為一方的被接合構(gòu)件、以銅合金為另一方的被接合構(gòu)件，將所述一方的被接合構(gòu)件與另一方的被接合構(gòu)件金屬性接合的接合體，所述一方的被接合構(gòu)件由含有Cu:3.0質(zhì)量％~8.0質(zhì)量％ (以下，簡記為％。)以及S1:0.1 %~10%、剩余部分以Al和不可避免雜質(zhì)形成的鋁合金構(gòu)成，當(dāng)將Cu濃度設(shè)為C(% )、Si濃度設(shè)為S(% )時(shí)，滿足C+2.4XS≥7.8，所述另一方的被接合構(gòu)件為固相線溫度比所述一方的被接合構(gòu)件高的銅合金材料。
[0018](2)根據(jù)⑴所述的接合體，其特征在于，所述一方的被接合構(gòu)件由進(jìn)一步含有Mg:0.05%~2.0%,Ni:0.05%~2.0%以及Zn:0.05%~6.0%中的I種或2種以上的鋁合金構(gòu)成。
[0019](3) (I)或⑵中任一項(xiàng)所述的由鋁合金與銅合金構(gòu)成的接合體的接合方法，其特征在于，作為所述一方的被接合構(gòu)件的鋁合金中，Mg被限制為0.5%以下，在相對(duì)于作為所述一方的被接合構(gòu)件的鋁合金的全部質(zhì)量該鋁合金內(nèi)生成的液相的質(zhì)量之比成為5%以上且35%以下的溫度，在接合構(gòu)件間涂布有焊劑的狀態(tài)下，在非氧化性氣氛中進(jìn)行接合。
[0020](4) (I)或(2)中任一項(xiàng)所述的由鋁合金與銅合金構(gòu)成的接合體的接合方法，其特征在于，作為所述一方的被接合構(gòu)件的鋁合金含有Mg:0.2%~2.0%，在相對(duì)于作為所述一方的被接合構(gòu)件的鋁合金的全部質(zhì)量該鋁合金內(nèi)生成的液相的質(zhì)量之比成為5%以上且35%以下的溫度，在真空中或非氧化性氣氛中進(jìn)行接合。
[0021](5)根據(jù)(3)或(4)所述的接合方法，其特征在于，在作為一方的被接合構(gòu)件的鋁合金中，相對(duì)于鋁合金的全部質(zhì)量該鋁合金內(nèi)生成的液相的質(zhì)量之比為5%以上的時(shí)間為30秒以上且3600秒以內(nèi)。
[0022](6)根據(jù)(3)至(5)中任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于，當(dāng)將在作為一方的被接合構(gòu)件的鋁合金中產(chǎn)生的最大應(yīng)力設(shè)為P (kPa)、相對(duì)于所述鋁合金的全部質(zhì)量該鋁合金內(nèi)生成的液相的質(zhì)量之比設(shè)為V(% )時(shí)，在滿足P < 460-12V的條件下進(jìn)行接合。
[0023]發(fā)明效果
[0024]如以上說明，本發(fā)明涉及的鋁合金與銅合金的接合方法是利用在接合的鋁合金內(nèi)部產(chǎn)生的極少的液相來進(jìn)行接合的方法。在本發(fā)明中，通過可靠性高的金屬結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)招合金與銅合金的接合。
[0025]此外，本發(fā)明中，由于被接合構(gòu)件本身不會(huì)因熔融而產(chǎn)生大的流動(dòng)，不使用軟釬料、硬釬料、熔化材料等，因此由于接合而引起的尺寸變化小，幾乎不發(fā)生形狀變化。特別是，即使在具有微細(xì)的流路的構(gòu)件的接合中，也不會(huì)由于液相的流入、變形而造成流路堵塞，能夠進(jìn)行良好的接合。
[0026]進(jìn)而，由于在接合部附近不會(huì)引起局部性組織變化，因此不易產(chǎn)生強(qiáng)度脆化。此外，在不使用預(yù)加釬料、焊膏、包覆硬釬料的硬釬焊片等的情況下能夠進(jìn)行具有與硬釬焊法同等可靠性的同時(shí)多點(diǎn)接合。由此，不有損接合性能并能夠?qū)崿F(xiàn)材料的成本降低。
[0027]另外，本發(fā)明在因接合而引起的變形少且能夠同時(shí)多點(diǎn)接合的方面與擴(kuò)散接合同樣，但具有與擴(kuò)散接合相比，不需要加壓、且能夠縮短接合所需時(shí)間，即使是不含Mg的鋁合金材料的接合，也不需要用于接合面的清潔化處理的特殊的工序這樣的優(yōu)點(diǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0028]圖1是示出作為二元系共晶合金的Al-Si合金的狀態(tài)圖的示意圖。
[0029]圖2是示出本發(fā)明涉及的鋁合金材料與銅合金材料的接合方法中、鋁合金中的液相的生成機(jī)制的說明圖。
[0030]圖3是示出本發(fā)明涉及的鋁合金與銅合金的接合方法中、鋁合金中的液相的生成機(jī)制的說明圖。
[0031]圖4是示出用于評(píng)價(jià)接合率的倒T字型接合試驗(yàn)片的立體圖。
[0032]圖5是說明用于評(píng)價(jià)變形率的下垂試驗(yàn)的立體圖(a)及側(cè)視圖(b)。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明中，將在作為一方的被接合構(gòu)件的鋁合金的加熱時(shí)生成的規(guī)定量的液相用于與作為另一方的被接合構(gòu)件的銅合金的接合。因此，首先，使用作為二元系共晶合金的Al-Si合金，對(duì)該液相的生成機(jī)制進(jìn)行說明。另外，在本發(fā)明中，將利用該鋁合金生成的液相的接合稱為“滲出接合”。
[0034]在圖1中示意性地示出作為代表性二元系共晶合金的Al-Si合金的狀態(tài)圖。如果對(duì)Si濃度為Cl的鋁合金進(jìn)行加熱，則在超過共晶溫度(固相線溫度)Te的附近的溫度Tl開始液相的生成。在共晶溫度Te以下時(shí)，如圖2(a)所示，在由晶界區(qū)分的基體中分布有晶體析出物。如果在此開始液相的生成，則如圖2(b)所示，晶體析出物分布的偏析多的晶界熔融而變成液相。接著，如圖2(c)所示，分散在鋁合金的基體中的作為主添加元素成分的Si的晶體析出物粒子、金屬間化合物的周邊以球狀熔融而變成液相。進(jìn)而如圖2(d)所示，生成在基體中的該球狀的液相利用界面能，隨著時(shí)間的經(jīng)過、溫度上升，再固溶于基體中，并通過固相內(nèi)擴(kuò)散而向晶界、表面移動(dòng)。接著，如圖1所示，如果溫度上升為T2，則從狀態(tài)圖可知液相量增加。
[0035]此外，在圖1中，在一方的鋁合金的Si濃度比最大固溶限濃度小的c2的情況下，在超過固相線溫度Ts2的附近開始液相的生成。但是，與Cl的情況不同，即將熔融之前的組織如圖3(a)所示，有在基體中不存在晶體析出物的情況。在這種情況下，如圖3(b)所示在晶界先熔融而變成液相后，如圖3(c)所示在基體中從溶質(zhì)元素濃度高的位置開始局部性地產(chǎn)生液相。如圖3(d)所示，生成在基體中的該球狀的液相與Cl的情況同樣地，利用界面能，隨著時(shí)間的經(jīng)過、溫度上升，再固溶于基體中，并通過固相內(nèi)擴(kuò)散而向晶界、表面移動(dòng)。如果溫度上升為T3，則從狀態(tài)圖可知液相量增加。
[0036]這樣，本發(fā)明的滲出接合利用通過鋁合金內(nèi)部的局部性熔融而生成的液相。并且，通過加熱溫度的調(diào)整，使液相的質(zhì)量在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)兼顧接合與維持形狀。另外，由該機(jī)制推測(cè)到的那樣，對(duì)于作為本發(fā)明中的另一方的被接合構(gòu)件的銅合金材料，需要使該加熱溫度為固相線溫度以下。這是因?yàn)椋绻~合金材料處于超過固相線溫度的狀態(tài)，則連銅合金材料也開始熔融，在接合界面附近與鋁合金反應(yīng)，而在接合界面附近急劇地加速液相生成，因此有可能無法保持構(gòu)件形狀。
[0037]本發(fā)明涉及的接合的基本機(jī)制如上所述。接下來，對(duì)本發(fā)明的特征進(jìn)行更詳細(xì)描述。
[0038]A.鋁合金材料的成分[0039]Cu:3.0%~8.0%
[0040]在鋁合金的Cu的含量小于3.0%的情況下，液相的滲出不充分，接合變得不完全。另一方面，如果Cu的含量超過8.0%，則鋁合金中的Al-Cu系化合物的量變多，液相的生成量變多，因此加熱中的材料強(qiáng)度極端降低，結(jié)構(gòu)體的形狀維持變得困難。此外，如果超過
8.0%，則軋制變得困難，有可能無法制造材料。因此，本發(fā)明的鋁合金材料中的Cu的含量設(shè)為3.0~8.0%。此外，板厚越厚、加熱溫度越高，則滲出的液相的量就越多，但在加熱時(shí)所需的液相的量取決于結(jié)構(gòu)體的形狀，因此優(yōu)選根據(jù)需要來調(diào)整Cu的含量、接合條件(溫度、時(shí)間等)。
[0041]S1:0.1%~10%
[0042]在鋁合金的Si的含量小于0.1 %的情況下，液相的滲出不充分，接合變得不完全。另一方面，如果Si的含量超過10.0%，則鋁合金材料中的Si粒子變多，液相的生成量變多，因此加熱中的材料強(qiáng)度極端降低，結(jié)構(gòu)體的形狀維持變得困難。此外，如果超過?ο.0%,m軋制變得困難，有可能無法制造材料。因此，本發(fā)明的鋁合金中的Si的含量設(shè)為0.1%~10%。另外，板厚越厚、加熱溫度越高，則滲出的液相的量就越多，但在加熱時(shí)所需的液相的量取決于結(jié)構(gòu)體的形狀，因此優(yōu)選根據(jù)需要來調(diào)整Si的含量、接合條件(溫度、時(shí)間等)。
[0043]C+2.4XS ^ 7.8
[0044]即使鋁合金的Cu含量為3.0%~8.0%、且Si的含量為0.1%~10%，當(dāng)將Cu濃度設(shè)為C(%)、Si濃度設(shè)為S(% )時(shí)，在C+2.4X S小于7.8時(shí)，也不能充分生成液相，液相的供給量變得不充分，而接合變得不完全。因此，本發(fā)明的鋁合金中的C+2.4XS設(shè)為7.8以上。
[0045]為了發(fā)揮作為本發(fā)明的鋁合金的基本功能，只要規(guī)定Cu、Si量即可，但通過添加一種或多種其他元素，則能夠提高接合性。以下對(duì)各選擇添加元素進(jìn)行描述。
[0046]為了進(jìn)一步提高接合性，也可以進(jìn)一步添加規(guī)定量的Mg、Zn、Ni中的I種或者2種以上。
[0047]Mg:0.05%~2.0%
[0048]Mg能夠使合金的固相線溫度降低，能夠?qū)崿F(xiàn)在更低溫下的可靠的接合。在Mg量小于0.05%時(shí)幾乎得不到該效果。此外，如果超過2.0 %，則軋制變得困難，有可能無法制造材料。因此，Mg優(yōu)選添加0.05%~2.0%。更優(yōu)選的Mg添加量為0.1 %~1.0%。
[0049]Zn:0.05%~6.0%
[0050]Zn能夠使合金的固相線溫度降低，能夠?qū)崿F(xiàn)在更低溫下的可靠的接合。在Zn添加量小于0.05%時(shí)幾乎得不到該效果。此外，如果超過6.0%，則軋制變得困難，有可能無法制造材料。因此，Zn優(yōu)選添加0.05%~6.0%。更優(yōu)選的Zn添加量為0.5%~2.0%。
[0051]N1:0.05%~2.0%
[0052]Ni能夠使合金的固相線溫度降低，能夠?qū)崿F(xiàn)在更低溫下的可靠的接合。在Ni添加量小于0.05%時(shí)幾乎得不到該效果。此外，如果超過2.0%，則在材料制造中金屬間化合物生成過多，有可能軋制變得困難。因此，Ni優(yōu)選添加0.05%~2.0%。更優(yōu)選的添加量為0.2%~1.0%。
[0053]為了提高接合后的強(qiáng)度、耐腐蝕性，在上述的合金中，也可以進(jìn)一步添加以下的規(guī)定量的一種或多種元素。[0054]Fe:0.1%?2.0%
[0055]Fe除了具有固溶而提高強(qiáng)度的效果之外，還以晶體析出物的形式分散，而具有防止特別在高溫下的強(qiáng)度降低的效果。從兼顧強(qiáng)度和制造容易性的方面考慮，F(xiàn)e的添加量優(yōu)選設(shè)為0.1%?2.0%的范圍。
[0056]Mn:0.1%?2.0%
[0057]Mn與Si —起形成Al-Mn-Si系金屬間化合物，具有如下效果:發(fā)揮分散強(qiáng)化的作用或者固溶于鋁母相中來通過固溶強(qiáng)化而提高強(qiáng)度。從兼顧強(qiáng)度和制造容易性的方面考慮，Mn的添加量優(yōu)選設(shè)為0.1%?2.0%的范圍。
[0058]Ti:0.01%?0.3%,V:0.01%?0.3%
[0059]T1、V除了固溶而提高強(qiáng)度之外，還以層狀分布，而具有防止板厚方向的腐蝕進(jìn)展的效果。從兼顧強(qiáng)度和制造容易性的方面考慮，Ti和V的添加量優(yōu)選設(shè)為0.01%?0.3%的范圍。
[0060]Cr:0.05%?0.3%
[0061]Cr通過固溶強(qiáng)化而提高強(qiáng)度，此外Al-Cr系金屬間化合物析出，作用于加熱后的晶粒粗大化。從兼顧強(qiáng)度和制造容易性的方面考慮，Cr的添加量優(yōu)選設(shè)為0.05%?0.3%的范圍。
[0062]In:0.05%?0.3%, Sn:0.05%?0.3%
[0063]In、Sn具有附加犧牲陽極作用的效果。從兼顧耐腐蝕性和制造容易性的方面考慮，In和Sn的添加量優(yōu)選設(shè)為0.05%?0.3%的范圍。
[0064]Be:0.0001 % ?0.1 %、Sr:0.0001 % ?0.1 %、B1:0.0001 % ?0.1 %、Na:0.0001%?0.l%,Ca:0.0001%?0.05%
[0065]此外，也可以根據(jù)需要添加Be:0.0001% ?0.1 %、Sr:0.0001 % ?0.1%, Bi:0.0001%?0.l%,Na:0.0001%?0.l%,Ca:0.0001%?0.05%中的 I 種或者 2 種以上，這些微量元素能夠通過Si粒子的微細(xì)分散、液相的流動(dòng)性提高等而改善接合性。此外，在添加Be、Sr、B1、Na、Ca中的I種或者2種以上的情況下，從兼顧耐腐蝕性和制造容易性的方面考慮，各添加成分全都優(yōu)選在上述成分范圍內(nèi)。
[0066]B.液相的質(zhì)量比的范圍
[0067]在本發(fā)明涉及的鋁合金與銅合金的滲出接合中，需要在相對(duì)于作為一方的被接合構(gòu)件的鋁合金的全部質(zhì)量該鋁合金內(nèi)生成的液相的質(zhì)量之比(以下，記為“液相率”)成為5%以上且35%以下的溫度進(jìn)行接合。如果液相率超過35%，則所生成的液相的量過多，鋁合金會(huì)無法維持形狀而產(chǎn)生大的變形。另一方面，在液相率小于5%時(shí)，接合變得困難。優(yōu)選的液相率為5?30%，更優(yōu)選的液相率為10?20%。
[0068]由于這樣的接合行為，而在接合工序后幾乎不發(fā)生接合部位附近的形狀變化。即，在本發(fā)明涉及的接合方法中幾乎不發(fā)生焊接法的焊道、硬釬焊法中的角焊縫那樣的接合后的形狀變化。盡管如此，也能夠與焊接法、硬釬焊法同樣地實(shí)現(xiàn)利用金屬結(jié)合的接合。因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中需要考慮該減少部分。在本發(fā)明的滲出接合中，由于接合后的尺寸變化極小，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
[0069]另外，測(cè)定加熱中的實(shí)際液相率是非常困難的。于是，本發(fā)明中規(guī)定的液相率通常可以利用平衡狀態(tài)圖，基于合金組成和最高達(dá)到溫度，利用杠桿原理(杠桿定律)來求出。在狀態(tài)圖已清楚的合金體系中，可以使用該狀態(tài)圖，利用杠桿原理來求出液相率。另一方面，對(duì)于平衡狀態(tài)圖未公開的合金體系，利用平衡計(jì)算狀態(tài)圖軟件來求出液相率。在平衡計(jì)算狀態(tài)圖軟件中，安裝有采用合金組成和溫度，利用杠桿原理來求出液相率的組件。平衡計(jì)算狀態(tài)圖軟件有Thermo-Calc Software AB公司制的Thermo-Calc等。在平衡狀態(tài)圖已清楚的合金體系中，即使使用平衡計(jì)算狀態(tài)圖軟件來計(jì)算液相率，也得到與根據(jù)平衡狀態(tài)圖利用杠桿原理來求出液相率的結(jié)果相同的結(jié)果，因此為了簡便化，也可以利用平衡計(jì)算狀態(tài)圖軟件。
[0070]C.氧化皮膜的破壞方法
[0071]在鋁合金的表層上形成有牢固的氧化皮膜，由此接合受到阻礙。因此，在接合中需要破壞氧化皮膜。因此，接下來，說明除去氧化皮膜的具體的方法。另外，在以下的說明中對(duì)鋁合金的氧化皮膜的破壞進(jìn)行說明，但鋁合金的氧化皮膜非常牢固，與鋁合金相比，銅合金通常即使產(chǎn)生氧化皮膜，氧化皮膜也容易被還原、破壞。因此，如果鋁合金的氧化皮膜被破壞，則銅合金的氧化皮膜也同時(shí)被破壞，而能夠?qū)崿F(xiàn)接合。
[0072]C-1.利用焊劑的氧化皮膜的破壞
[0073]本方法為了破壞氧化皮膜，至少對(duì)接合部涂布焊劑。焊劑可使用鋁合金的硬釬焊中所使用的 KAlF4,K2AlF5,K2AlF5.H2CKK3AlFf^AlF3'KZnF3'K2SiF6 等氟化物系焊劑，Cs3A1F6、CsAlF4.2H20、Cs2AlF5.H2O等銫系焊劑，或者KCl、NaCl、LiCl、ZnCl2等氯化物系焊劑。這些焊劑在滲出接合中 液相熔融之前或者達(dá)到接合溫度之前熔融，并與氧化皮膜反應(yīng)而破壞氧化皮膜。
[0074]進(jìn)而在該方法中，為了抑制氧化皮膜的形成，在氮?dú)?、氬氣等非氧化性氣氛中進(jìn)行接合。特別是在使用氟化物系焊劑的情況下，優(yōu)選在將氧濃度抑制為250ppm以下、將露點(diǎn)抑制為_25°C以下的非氧化性氣氛中進(jìn)行接合。
[0075]此外，在使用氟化物系焊劑的情況下，如果在一方的被接合構(gòu)件的鋁合金中含有超過0.5質(zhì)量％的Mg，則焊劑與Mg反應(yīng)而焊劑的氧化皮膜破壞作用受損?？紤]到該方面，將使用焊劑時(shí)的一方的被接合構(gòu)件的鋁合金的Mg濃度的上限限制為0.5%。
[0076]C-2.利用Mg的吸氣(getter)作用的氧化皮膜的破壞
[0077]該方法中，適用鋁合金的Mg含量為0.2%~2.0 %的材料，在這種情況下，即使不對(duì)接合部涂布焊劑，也能夠破壞氧化皮膜而實(shí)現(xiàn)接合。此時(shí)，鋁合金熔融而液相出現(xiàn)在表層時(shí)，通過從招合金中蒸發(fā)的Mg的吸氣作用而氧化皮膜被破壞。招合金材料中，在Mg小于
0.2%時(shí)無法期待Mg的吸氣作用。如果超過2.0 %，則如上所述軋制變得困難，無法制造材料。
[0078]D.接合條件
[0079]本發(fā)明涉及的滲出接合法通過以上說明的基本的構(gòu)成，能夠使被接合構(gòu)件的變形為最小限度的同時(shí)進(jìn)行可靠的接合。在此，本發(fā)明中，作為考慮到維持被接合構(gòu)件的形狀的接合條件，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定接合時(shí)間以及對(duì)兩個(gè)被接合構(gòu)件施加的應(yīng)力、接合時(shí)的加熱溫度，能夠得到理想的接合。
[0080]D-1.維持形狀所需的接合時(shí)間
[0081]在本發(fā)明中，接合時(shí)間是指，作為產(chǎn)生液相的一方的被接合構(gòu)件的鋁合金中的液相率為5%以上的時(shí)間。并且，該接合時(shí)間優(yōu)選為3600秒以內(nèi)。如果設(shè)為3600秒以內(nèi)，則能夠得到與接合前相比形狀變化少的接合體，進(jìn)而如果設(shè)為1800秒以內(nèi)，則能夠得到形狀變化進(jìn)一步少的精致的接合體。
[0082]此外，接合時(shí)間優(yōu)選為30秒以上，如果為30秒以上，則能夠得到可靠地接合的接合體，進(jìn)而如果為60秒，則能夠得到進(jìn)一步可靠地接合的接合體。
[0083]D-2.接合時(shí)對(duì)兩個(gè)被接合構(gòu)件施加的應(yīng)力
[0084]在本發(fā)明的接合中，只要在接合部兩個(gè)被接合構(gòu)件相接，則并不一定需要對(duì)接合面施加壓力。但是，在實(shí)際的產(chǎn)品制造過程中，為了將被接合構(gòu)件彼此固定或者縮小間隙，用夾具等對(duì)兩個(gè)被接合構(gòu)件施加應(yīng)力的情況多。此外，也因自重而在被接合構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力。
[0085]此時(shí)，在各被接合構(gòu)件內(nèi)的各部位產(chǎn)生的應(yīng)力根據(jù)形狀和載荷求出。該應(yīng)力可以使用例如結(jié)構(gòu)計(jì)算程序等來計(jì)算。在本發(fā)明中，當(dāng)將在接合時(shí)產(chǎn)生液相的被接合構(gòu)件的各部位產(chǎn)生的應(yīng)力之中最大者(最大應(yīng)力)設(shè)為P (kPa)、將作為該被接合構(gòu)件的鋁合金中的液相率設(shè)為V時(shí)，優(yōu)選以滿足P < 460-12V的方式進(jìn)行接合。該式的右邊所示的值為極限應(yīng)力，如果超過該極限應(yīng)力的應(yīng)力施加到產(chǎn)生液相的被接合構(gòu)件，則即使液相率為35%以內(nèi)，也有可能對(duì)被接合構(gòu)件產(chǎn)生大的變形。
[0086]D-3.接合時(shí)的加熱溫度
[0087]本發(fā)明的接合中，在接合時(shí)的加熱溫度為548°C以上時(shí)，由于鋁合金與銅合金的共晶反應(yīng)，有可能被接合構(gòu)件發(fā)生變形，因此鋁合金與銅合金的接合時(shí)的加熱溫度優(yōu)選小于548。。。
[0088]實(shí)施例
[0089]以下，基于實(shí)施例和比較例詳細(xì)說明本發(fā)明。以下，準(zhǔn)備多個(gè)鋁合金和銅合金，應(yīng)用本發(fā)明涉及的滲出接合法進(jìn)行接合，并進(jìn)行接合性的評(píng)價(jià)(第I實(shí)施方式)。此外，還進(jìn)行了關(guān)于鋁合金的變形率的評(píng)價(jià)的詳細(xì)研究(第2實(shí)施方式)。
[0090]第I實(shí)施方式(實(shí)施例1?49、比較例I?8)
[0091]在表I中示出用作一方的被接合材料的鋁合金材料的組成。在調(diào)制表I中所示的合金鑄塊后，通過熱軋及冷軋得到厚度為2mm的軋制板。將該軋制板置于矯平機(jī)(leveller)后,在380°C退火2小時(shí),作為軋制板試樣。
[0092][表 I]
【權(quán)利要求】
1.一種由鋁合金與銅合金構(gòu)成的接合體，其特征在于，該接合體是以鋁合金為一方的被接合構(gòu)件、以銅合金為另一方的被接合構(gòu)件，將所述一方的被接合構(gòu)件與另一方的被接合構(gòu)件金屬性接合的接合體，所述一方的被接合構(gòu)件由含有Cu:3.0質(zhì)量％~8.0質(zhì)量％以及S1:0.1質(zhì)量％~10質(zhì)量％、剩余部分以Al和不可避免雜質(zhì)形成的鋁合金構(gòu)成，當(dāng)將Cu濃度設(shè)為C(質(zhì)量％ )、Si濃度設(shè)為S(質(zhì)量％ )時(shí)，滿足C+2.4XS≥7.8，所述另一方的被接合構(gòu)件為固相線溫度比所述一方的被接合構(gòu)件高的銅合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由鋁合金與銅合金構(gòu)成的接合體，所述一方的被接合構(gòu)件由進(jìn)一步含有Mg:0.05質(zhì)量％~2.0質(zhì)量％、N1:0.05質(zhì)量％~2.0質(zhì)量％以及Zn:0.05質(zhì)量％~6.0質(zhì)量％中的I種或2種以上的鋁合金構(gòu)成。
3.—種鋁合金與銅合金的接合方法，其特征在于，是權(quán)利要求1或2所述的由鋁合金與銅合金構(gòu)成的接合體的接 合方法，作為所述一方的被接合構(gòu)件的鋁合金中，Mg被限制為0.5質(zhì)量％以下，在相對(duì)于作為所述一方的被接合構(gòu)件的鋁合金的全部質(zhì)量該鋁合金內(nèi)生成的液相的質(zhì)量之比成為5%以上且35%以下的溫度，在接合構(gòu)件間涂布有焊劑的狀態(tài)下，在非氧化性氣氛中進(jìn)行接合。
4.一種鋁合金與銅合金的接合方法，其特征在于，是權(quán)利要求1或2所述的由鋁合金與銅合金構(gòu)成的接合體的接合方法，作為所述一方的被接合構(gòu)件的鋁合金含有Mg:0.2質(zhì)量％~2.0質(zhì)量％，在相對(duì)于作為所述一方的被接合構(gòu)件的鋁合金的全部質(zhì)量該鋁合金內(nèi)生成的液相的質(zhì)量之比成為5%以上且35%以下的溫度，在真空中或非氧化性氣氛中進(jìn)行接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鋁合金與銅合金的接合方法，在作為一方的被接合構(gòu)件的鋁合金中，相對(duì)于鋁合金的全部質(zhì)量該鋁合金內(nèi)生成的液相的質(zhì)量之比為5%以上的時(shí)間為30秒以上且3600秒以內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的鋁合金與銅合金的接合方法，當(dāng)將在作為一方的被接合構(gòu)件的鋁合金中產(chǎn)生的最大應(yīng)力設(shè)為P (kPa)、相對(duì)于所述鋁合金的全部質(zhì)量該鋁合金內(nèi)生成的液相的質(zhì)量之比設(shè)為V(% )時(shí)，在滿足P < 460-12V的條件下進(jìn)行接合。
【文檔編號(hào)】B32B15/01GK103958113SQ201280059087
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】北脅高太郎, 村瀨崇 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Uacj