CN102917833B - 铝合金材料的接合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金材料的接合方法，将铝合金材料作为一方的被接合部件,将铝合金材料及纯铝材料中任一种作为另一方的被接合部件,接合上述两被接合部件,其特征在于:一方的被接合部件和另一方的被接合部件的铝合金材料的Mg含有量都限制为0.5质量%以下,在作为一方的被接合部件的铝合金材料内生成的液相质量相对该铝合金材料的全质量之比为5%以上、35%以下的温度,在氟化物系焊剂或氯化物系焊剂涂布在接合部件间的状态下,在非氧化性气氛中接合。

Description

铝合金材料的接合方法

技术领域

本发明涉及将铝合金材料作为一方的被接合部件、将铝合金材料和纯铝材料的某方作为另一方的被接合部件、接合两被接合部件的方法。

背景技术

对于金属制部件的接合方法,以往采用各种各样方法。在非专利文献1中,将金属的接合方法粗分为材质接合法,化学接合法,以及机械接合法。铝合金材料的接合也使用上述某种方法。

材质接合法是通过金属键牢固地接合被接合部件之间。通过合适地进行,能提高接合部的可靠性。具体地说,分类为使其熔融接合的焊接法,扩散接合法、摩擦接合法、压接法等的固相接合法,钎焊等的液相-固相反应接合法等。材质接合法如上所述通过金属键实现牢固接合。其中,作为液相-固相反应接合法的钎焊在炉中加热被接合部件整体进行接合,因此,能同时多点接合。利用这种优点的钎焊大多适用于汽车用热交换器或散热器等接合处多、在狭间隔接合的制品的接合。

化学接合法是使用所谓粘接剂的接合方法,与材质接合法不同,不需要在高温下接合,具有不产生被接合部件自身变形的优点。但是,不能得到金属键那样的牢固的接合,因此,与材质接合法相比,存在接合部的可靠性及热传导性差的缺点。

机械接合法可以列举铆接或螺栓紧固等。与材质接合法或化学接合法相比,能比较简单地接合。又,能得到与材质接合法同等以上的接合强度,根据方法不同,容易重新接合。但是,存在接合部形状被限定,以及对于需要密闭性的接合来说不合适等缺点。

在铝合金材料的接合中,以往使用焊接法、锡焊法、钎焊法等材质接合法。

焊接法是通过电或火焰加热接合部熔融,合金化而形成接合。接合部的间隙大场合,或需要接合强度场合,在接合时同时使得填充材料熔融填充间隙。这样,接合部熔融,因此,确实得到接合。另一方面,接合部熔融接合,因此,接 合部附近形状发生大的变形,金属组织也局部发生大变化,成为不同组织,有时局部产生脆弱化。又,需要仅仅局部加热接合部,因此,也存在同时多点接合很困难等问题。

在锡焊法或钎焊法中,使用熔点比被接合部件低的锡焊材料或钎焊材料,通过电或火焰加热,仅仅使得上述锡焊材料或钎焊材料熔融,填充接合部间隙,形成接合。对点状或线状连接部的接合有利,锡焊材料或钎焊材料在接合凝固时形成称为角焊缝(fillet)的形状,在强度或热传导性等方面能得到非常高的可靠性。又,不使得母材熔融,能在短时间得到牢固的接合。尤其,NOKOLOK(美国焊剂名称)钎焊法或真空钎焊法等炉中钎焊法的特征在于,使用钎焊材料以及对作为被接合部件的铝合金材料包层(clad)的钎焊片材(brazing sheet,也称为“硬钎焊片材”)。对钎焊片材进行压力加工,组装具有中空结构的叠层型热交换器,通过在炉中加热,能制造接合处多、具有复杂形状的热交换器。另一方面,在钎焊或锡焊中,液相流动,因此,有时也发生细微流路等被焊料填埋。又,通过使用钎焊片材,具有能容易地向接合部均一供给焊料的优点,另一方面,钎焊片材制造复杂,因此,要求降低成本及改善供应性。再有,还存在接合面侧的切削等加工自由度受到损害等问题。

扩散接合法或摩擦接合法等固相接合法是原则上不伴随被接合部件熔融的接合方法。

扩散接合法使得母材之间密接,基本上在母材的熔点以下加压到不产生塑性变形的程度,利用接合面间产生的原子扩散,形成接合。在该接合方法中,不伴随被接合部件的变形,同时能多点接合或面接合。因此,能接合具有细微形状的被接合部件。但是,为了利用扩散现象,与焊接或钎焊等相比,接合需要长时间。通常,需要30分钟左右以上的时间,在所定温度下保持。又,接合需要加压,因此,不能避免接合操作烦杂化以及成本增加。再有,当铝合金材料场合,在其表面存在稳定牢固的氧化膜,由此阻害扩散,因此,难以适用固相扩散接合。使用在被接合部件中含有Mg 0.5～1.0质量%左右的铝合金材料场合,因Mg的还原作用,破坏氧化膜,能比较容易接合,但在其他铝合金材料中,需要除去接合面的氧化膜的净化处理,存在需要氩离子冲击、辉光放电、赋与超声波等特殊工序等问题。

在摩擦接合法中,适用于铝合金材料的摩擦搅拌接合法能适用于全部铝合金材料。不伴随母材熔融,因此,具有接合引起的被接合部件变形少的优点。 另一方面,接合部形状限定为直线或平缓曲线,复杂形状接合困难。又,使得接合工具直接接触接合部,因此,细微形状接合困难,且同时接合多点也很困难。又,在该接合方法中,不能避免在接合终端部残留接合销(pin)的痕迹。再有,在接合部中,搅拌被接合部件,因此,还存在因呈现与母材不同的组织而引起接合强度降低的问题。

如上所述,通过材质接合法接合铝材料场合,一般采用不使得被接合部件熔融或仅仅接合部附近局部熔融的接合方法。这是因为若被接合部件全体熔融,则不能保持形状,不能得到所希望形状。但是,为了在实用速度下确实进行接合,需要被熔融的部分,不能避免该部分变形。因此,设想接合后尺寸变化或强度变化,存在必须进行部件设计、组装的问题。

另一方面,也提出将金属部件全体设为半熔融状态进行的接合方法。在专利文献1中,提出利用合金粉末的半熔融的接合方法。在该接合方法中,作为被接合部件的合金粉末其全体成为半熔融状态,因此,其形状变形显著,不适合希望抑制形状变形部件的接合。又,在专利文献2中,提出将非金属部件压入半熔融的合金母材,接合非金属部件和合金母材的方法。但是,在该接合方法中,将冲头与所定模具压接,接合非金属部件和合金母材,因此,制品形状受到限制。

又,在专利文献3中,提出制作导波管型的天线时,构成导波管的隙缝板和基板使用Mg类的铝合金,以该铝合金的固液共存区域或固液共存区域附近的温度加热/加压,进行扩散接合的方法。在该方法中,以使用楔子的夹具对接合面加压,利用夹具和该铝的热膨胀差进一步对接合部给予加压,进行扩散接合。这时,显示作为部件的隙缝板和基板的液相率最大为1.7%那样的接合条件。但是,液相率为1.7%左右场合,生成的液相过少,恐怕不能形成具有充分强度的接合。又,在专利文献3提出的方法中,进一步提高温度以使得液相比例变大场合,担心压力施加过大,产生大的变形。再有,在该方法中,只能接合平坦板状物,且接合面的朝向限定为加压方向。

在专利文献4中,提出以下方法:二个金属合金的被接合部件哪个都处于固相率为30%以上、不足90%(液相率10%以上、不足70%)的范围内,在处于上述范围内的温度下,将上述被接合部件插入锻造模具内,锻造成形同时,形成接合。该方法是锻造多块合金板复合材化的方法,因此,不能在保持接合前后 形状的状态下接合。又,不能接合在接合材料之间设有中空部的材料,或不平坦的材料。再有,还需要高温、大型的锻造装置。

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2005-30513号公报

【专利文献2】日本特开2003-88948号公报

【专利文献3】日本特开平10-313214号公报

【专利文献4】日本专利第4261705号

【非专利文献】

【专利文献1】焊接/接合技术数据手册,p.57,焊接/接合技术数据手册编辑委员会(2007年)

发明内容

本发明就是鉴于上述那样的以往技术所存在的问题而提出来的,本发明的目的在于,提供具有良好的接合性、几乎没有接合时材料流动引起的变形、可靠性高的新颖的接合方法。

为了解决上述课题,本发明人进行研究结果,发现利用加热作为被接合部件的铝合金时生成的液相的新颖的接合方法,完成了本发明。即,本发明在权利要求1中,提出一种铝合金材料的接合方法，将铝合金材料作为一方的被接合部件,将铝合金材料及纯铝材料中任一种作为另一方的被接合部件,接合上述一方的被接合部件和另一方的被接合部件,其特征在于:

上述一方的被接合部件和另一方的被接合部件的铝合金材料由含有Mg:0.5质量%以下的铝合金构成,在上述作为一方的被接合部件的铝合金材料内生成的液相质量相对该铝合金材料的全质量之比为5%以上、35%以下的温度,在氟化物系焊剂或氯化物系焊剂涂布在接合部件间的状态下,在非氧化性气氛中接合。

在本发明中,上述“5%以上”包含5%(下文皆如此),上述“35%以下”包含35%(下文皆如此)。

本发明在权利要求2中,提出一种铝合金材料的接合方法，将铝合金材料作为一方的被接合部件,将铝合金材料及纯铝材料中任一种作为另一方的被接合部件,接合上述一方的被接合部件和另一方的被接合部件,其特征在于:

上述作为一方的被接合部件的铝合金材料由含有Mg:0.2质量%以上、2.0质量%以下的铝合金构成,作为另一方的被接合部件的铝合金材料由含有 Mg:2.0质量%以下的铝合金构成,在上述作为一方的被接合部件的铝合金材料内生成的液相质量相对该铝合金材料的全质量之比为5%以上、35%以下的温度,在真空中或非氧化性气氛中接合。

本发明的权利要求3系在权利要求1或2中,在上述作为一方的被接合部件的铝合金材料中,在该铝合金材料内生成的液相质量相对铝合金材料的全质量之比为5%以上的时间为30秒以上、3600秒以内。

本发明的权利要求4系在权利要求3中,上述作为一方的被接合部件的铝合金材料由进一步含有Si:0.6～3.5质量%的铝合金构成,当将Si元素的含有量设为X质量%场合,接合时该铝合金材料的温度T℃用下式规定:

660－39.5X≤T≤660－15.7X

并且,T≥577。

本发明的权利要求5系在权利要求4中,上述铝合金进一步含有从Cu:0.05～0.5质量%、Fe:0.05～1.0质量%、Zn:0.2～1.0质量%、Mn:0.1～1.8质量%、以及Ti:0.01～0.3质量%选择的至少一种。

本发明的权利要求6系在权利要求3中,上述作为一方的被接合部件的铝合金材料由进一步含有Cu:0.7～15.0质量%的铝合金构成,当将Cu元素的含有量设为Y质量%场合,接合时该铝合金材料的温度T℃用下式规定:

660－15.6Y≤T≤660－6.9Y

并且,T≥548。

本发明的权利要求7系在权利要求6中,上述铝合金进一步含有从Si:0.05～0.8质量%、Fe:0.05～1.0质量%、Zn:0.2～1.0质量%、Mn:0.1～1.8质量%、以及Ti:0.01～0.3质量%选择的至少一种。

本发明的权利要求8系在权利要求1～7任一项中，当将在生成液相的被接合部件产生的最大应力设为P kPa,在该铝合金材料内生成的液相质量相对作为该被接合部件的铝合金材料的全质量之比设为V%时,在满足P≤460－12V的条件下接合。

本发明的权利要求9系在权利要求1～8任一项中，从两被接合部件接合前的接合表面的凹凸求得的算术平均波度Wa1及Wa2之和为:Wa1＋Wa2≤10μm。

本发明的权利要求10系在权利要求1～9任一项中，在上述作为一方的被接合部件的铝合金材料中,固相线温度和液相线温度之差为10℃以上。

下面,说明本发明的效果:

本发明涉及的铝合金材料的接合方法利用在接合的铝合金内部生成的微量的液相进行接合。在本发明中,通过可靠性高的金属键(金属结合),相同组成的铝合金材料之间的接合当然不用说,还能使得铝合金材料和纯铝材料、铝合金材料和与其不同组成的铝合金材料的接合成为可能。

又,本发明的被接合部件自身不会因熔融发生大的流动,不使用锡焊材料或钎焊材料、熔化材料等,因此,因接合引起的尺寸变化小,几乎不产生形状变化。尤其,即使在具有微细流路的部件接合中,不会因液相流入或变形引起流路堵塞,能实行良好的接合。

再有,在接合部附近不产生局部组织变化,难以发生强度脆化。又,可以不使用包层预加焊料、焊膏、钎焊料的钎焊片材等,进行具有与钎焊法同等可靠性的同时多点接合。由此,能不损害接合性能地降低材料成本。

将本发明与同样的接合变形少、能同时多点接合的扩散接合相比,不需要加压,能缩短接合所需要的时间,即使不含有Mg的铝合金材料的接合,也不需要用于接合面的清洁化处理的特殊工序。

如上所述,本发明提供以往没有的新颖接合方法。将本发明涉及的接合方法命名为“渗出接合”(bleed bonding)。

附图说明

图1是表示作为二元系共晶合金的Al-Si合金的状态图。

图2是表示本发明涉及的铝合金材料的接合方法的液相生成机理的说明图。

图3是表示本发明涉及的铝合金材料的接合方法的液相生成机理的说明图。

图4是表示倒T字型接合试验片和其接合部的观察面位置的正面图。

图5是表示在图4观察到的接合部的显微镜照片。

图6是表示用于评价接合率的倒T字型接合试验片的立体图。

图7是说明用于评价变形率的下垂试验的立体图(a)和侧面图(b)。

图中符号意义如下:

c－Si浓度

c1－Si浓度

c2－Si浓度

T－温度

T1－超过Te的温度

T2－比T1更高的温度

T3－超过Ts2的温度

Te－固相线温度

Ts2－固相线温度

具体实施方式

下面，详细说明本发明。

A.被接合部件的组合

在本发明涉及的铝合金材料的渗出接合中,将铝合金材料作为一方的被接合部件,将铝合金材料及纯铝材料任一种作为另一方的被接合部件,使得一方的被接合部件和另一方的被接合部件接合。使得铝合金材料之间接合场合,既可以是合金组成相同者之间,也可以是合金组成不同者之间。

B.液相的生成

在本发明涉及的铝合金材料的渗出接合中,作为一方的被接合部件,使用铝合金材料,在该铝合金材料内生成的液相质量相对该铝合金材料的全质量之比(以下,记为“液相率”)为5%以上、35%以下,需要在成为上述液相率的温度下接合。若液相率超过35%,则生成的液相量过多,铝合金材料不能维持形状,发生大的变形。另一方面,液相率不足5%,接合困难。较好的是,液相率为5～30%,更好的是,液相率为10～20%。

测定加热中的实际液相率非常困难。于是,在本发明中规定的液相率设为通过平衡计算求得。具体地说,通过Thermo-Calc等热力学平衡计算软件,根据合金组成以及加热时的最高到达温度进行计算。

说明液相的生成机理。图1是模式地表示代表性的作为二元系共晶合金的Al-Si合金的状态图。若加热Si浓度为c1的铝合金材料,则在超过共晶温度(固相线温度)Te附近的温度T1开始生成液相。在共晶温度Te以下,如图2(a)所示,在晶界区分的基体(matrix)中,分布结晶析出物。若在此开始液相生成,则如图2(b)所示,结晶析出物分布的偏析多的晶界熔融成为液相。接着,如图2(c)所示,分散在铝合金的基体中的作为主添加元素成份的Si的结晶析出物粒子及金属互化物的周边熔融成球状,成为液相。进而,如图2(d)所示,在基体中生成的该球状液相因界面能,随着时间经过或温度上升,在基体中再 固溶,因固相内扩散,朝晶界或表面移动。接着,如图1所示,若温度上升到T2,则从状态图可知,液相量增加。如图1所示,当一方的铝合金材料的Si浓度为比最大固溶限度浓度小的c2场合,在超过固相线温度Ts2附近,开始生成液相。但是,与c1场合不同,将要熔融前的组织如图3(a)所示,有时在基体中不存在结晶析出物。这种场合,如图3(b)所示,先在晶粒边界熔融成为液相后,如图3(c)所示,在基体中,从局部溶质元素浓度高的场所发生液相。如图3(d)所示,在基体中生成的该球状液相与c1场合相同,因界面能,随着时间经过或温度上升,在基体中再固溶,因固相内扩散,朝晶界或表面移动。若温度上升到T3,则从状态图可知,液相量增加。这样,本发明涉及的渗出接合是利用因铝合金材料内部的部分熔融所生成的液相,既能实现接合,又能维持形状。

C.接合中的金属组织的变动

说明生成液相后到接合的金属组织的变动。如图4所示,接合使用生成液相的铝合金材料A以及与其接合的铝合金材料B的倒T字型接合试验片,用显微镜观察图示观察面。如上所述,在接合中,在铝合金材料A的表面生成的极少的液相填埋与因焊剂等作用氧化膜受到破坏的对方的铝合金材料B之间的间隙。接着,位于两合金材料的接合界面附近的液相向铝合金材料B内移动,与此相伴随,与接合界面相接的铝合金材料A的固相α相的晶粒向铝合金材料B内成长。另一方面,铝合金材料B的晶粒也向铝合金材料A侧成长。

当铝合金材料B为不生成液相的合金场合,如图5(a)所示,在接合界面附近的铝合金材料B中,成为铝合金材料A的组织进入那样的组织,进行接合。因此,在接合界面,不产生铝合金材料A和铝合金材料B以外的金属组织。又,当铝合金材料B为也生成液相的合金场合,如图5(b)所示,两合金材料成为完全一体化的组织,不能判别接合界面。

另一方面,作为铝合金材料A,使用包层钎料的钎焊片材,作为铝合金材料B,使用不生成液相的合金场合,如图5(c)所示,在接合部形成角焊缝,可见共晶组织。这样,在图5(c)中,成为与在图5(a)、图5(b)中形成的接合组织不同的组织。在钎焊法中,液相钎料填埋接合部,形成角焊缝,因此,接合部形成与周围不同的共晶组织。又,即使在焊接法中,接合部局部熔融,因此,成为与其他部位不同的金属组织。与此相反,在本发明涉及的渗出接合中,接合部的金属组织仅仅由两被接合部件构成,或两被接合部件一体化构成,在这一点上与钎焊或焊接所形成的接合组织不同。

由于这种接合变动,在接合工序后,接合部位附近的形状变化几乎不发生。即,焊接法的焊道或在钎焊法中的角焊缝那样的接合后的形状变化,在本发明涉及的接合方法中几乎不发生。尽管那样,与焊接法或钎焊法相同,能通过金属键接合。例如,使用钎焊片材(钎料包层率单面5%)组装冲杯型(drawn cup)的叠层型热交换器场合,钎焊加热后熔融的钎料集中在接合部,因此,叠层的热交换器的高度减少5～10%。因此,在制品设计中,需要考虑该减少部分。在本发明的渗出方法中,接合后的尺寸变化非常小,因此,能进行高精度的制品设计。

D.氧化膜的破坏

在铝合金材料的表层形成氧化膜,由此阻害接合。因此,在接合中需要破坏氧化膜。在本发明涉及的渗出方法中,为了破坏氧化膜,采用以下的D-1或D-2所示的某一种方法。

D-1.由焊剂破坏氧化膜

在该方法中,为了破坏氧化膜,至少在接合部涂布焊剂。焊剂使用在铝合金的钎焊中使用的KAlF₄或CsAlF₄等氟化物系焊剂或KCl或NaCl等氯化物系焊剂。上述焊剂在渗出接合中,在液相熔融前或达到接合温度前熔融,与氧化膜反应,破坏氧化膜。

再有,在该方法中,为了抑制形成氧化膜,在氮气或氩气等非氧化性气氛中接合。尤其,使用氟化物系焊剂场合,较好的是,在将氧浓度抑制在250ppm以下、露点抑制在-25℃以下的非氧化性气体气氛中接合。

又,使用氟化物系焊剂场合,在一方及另一方的被接合部件的铝合金材料中,若在铝合金中,Mg含有量超过0.5质量%,则焊剂与Mg反应,损害焊剂的氧化膜破坏作用。因此,如本发明权项1规定那样,两被接合部件为铝合金材料场合,上述被接合部件任一个都设为由含有0.5质量%以下的Mg的铝合金构成。若满足Mg含有量为0.5质量%以下的条件,则对于铝合金含有的其他元素种类或含有量没有限制。

D-2.由Mg的吸气作用破坏氧化膜

在铝合金材料中添加所定量Mg场合,即使不在接合部涂布焊剂,也能破坏氧化膜进行接合。这种场合,与真空无焊剂钎焊相同,当铝合金熔融,液相在表层出现时,因从铝合金中蒸发的Mg的吸气作用破坏氧化膜。

因Mg的吸气作用破坏氧化膜场合,为了抑制形成氧化膜,在真空中或上述非氧化性气氛中接合。但是，在面接合或闭塞空间接合场合，有时即使干燥大气也能接合。在非氧化性气氛中或干燥大气中接合场合，较好的是，将露点抑制在-25℃以下。

为了由Mg的吸气作用破坏氧化膜，如本发明权项2规定那样，作为一方的被接合部件的铝合金材料设为由含有0.2质量%以上、2.0质量%以下的Mg的铝合金构成。在不足0.2质量%场合，不能得到充分的吸气作用，不能实现良好的接合。另一方面，若超过2.0质量%，则在表面，Mg与气氛中的氧反应，生成多量的氧化物MgO，阻害接合。之所以仅仅对于一方的被接合部件将Mg含有量设为0.2质量%以上、2.0质量%以下，是因为若得到一方的被接合部件的Mg的吸气作用就足够。在作为另一方的被接合部件的铝合金材料中，虽然铝合金中的Mg含有量没有限定为0.2质量%以上，但是，若MgO生成多量则阻害接合，因此，Mg含有量设为2.0质量%以下。又，在一方的被接合部件中，若满足Mg含有量为0.2质量%以上、2.0质量%以下的条件，则对于铝合金含有的其他元素种类或含有量没有限制。

E.对于形成液相必要的时间下限

在本发明的接合中，在接合部破坏氧化膜后，在两被接合部件之间充填液相接合。该液相在作为一方的被接合部件的铝合金材料中生成。为了使得液相在接合部充分得到充填，较好的是，液相率5%以上的时间为30秒以上。更好的是，若液相率5%以上的时间为60秒以上，则能进一步进行充分的充填，确实接合。在本接合中，液相只在接合部的极靠近处移动，因此，该充填必要的时间不依存于接合部的大小。即使在作为另一方的被接合部件的铝合金材料中，也可以生成液相，在此，较好的是，液相率5%以上的时间也为30秒以上，更好的是，为60秒以上。

F.对于维持形状必要的接合时间的上限

在本发明中，较好的是，生成液相的作为一方的被接合部件的铝合金材料中的液相率5%以上的时间为3600秒以内。若超过3600秒，则即使液相率为35%以下，也担心被接合部件发生大的变形。更好的是，若液相率5%以上的时间设为1800秒以内，则能确实抑制形状变化。即使在另一方的被接合部件的铝合金材料中也生成液相场合，在此，较好的是，固相线温度以上的时间为3600秒以内，更好的是，为1800秒以内。

G.铝合金材料的添加元素的含有量

生成液相的铝合金材料的主添加元素的含有量在例如二元系中可以从平衡状态图进行以下设定。若将接合温度设为T(℃),将主添加元素相对铝的添加量设为X(质量%),将共晶温度设为Te(℃),将主添加元素相对铝的固溶限度设为a(质量%),将共晶点的主添加元素的含有量设为b(质量%),则通过在满足下式(1)的范围内实施接合,能得到更良好的液相率:

[(0.05/a)＋(0.95/b)]×(Te－660)×T＋660＜X＜

[(0.35/a)＋(0.65/b)]×(Te－660)×T＋660 (1)

若X为{[(0.05/a)＋(0.95/b)]×(Te－660)×T＋660}以下,则产生所生成液相量不充分场合,这种场合,接合困难。另一方面,若X为{[(0.35/a)＋(0.65/b)]×(Te－660)×T＋660}以上,则产生所生成液相量过多场合,这种场合,接合后引起大的形状变化。因此,希望添加元素的添加量X满足式(1)。

H.尤其适合本发明的合金

如上所述,在本发明涉及的接合中,为破坏氧化膜使用焊剂场合,作为一方及另一方的被接合部件的铝合金材料,使用Mg含有量限制为0.5质量%以下的铝合金。又,为破坏氧化膜,不使用焊剂,而利用Mg的吸气作用场合,作为一方的被接合部件的铝合金材料,使用Mg含有量限制为0.2质量%以上、2.0质量%以下的铝合金,作为另一方的被接合部件的铝合金材料,使用Mg含有量限制为2.0质量%以下的铝合金。

作为一方的被接合部件的铝合金材料,可以使用将Si元素作为必要成份含有的Al-Si合金或Al-Si-Mg合金。在这样的铝合金中,Si的含有量X(质量%)为0.6～3.5质量%很合适。不足0.6质量%场合,液相率成为5%～35%的温度范围狭,有时成为稳定接合困难。另一方面,若X超过3.5质量%,则在固相线温度＝共晶温度产生的液相量接近35%,从固相线温度到液相率为35%的温度范围变狭,有时成为稳定接合困难。更好的是,Si含有量为1.2～3.0质量%。

又,上述Al-Si合金或Al-Si-Mg合金可以进一步含有从Cu:0.05～0.5质量%、Fe:0.05～1.0质量%、Zn:0.2～1.0质量%、Mn:0.1～1.8质量%、以及Ti:0.01～0.3质量%选择的至少一种。

即,使用由以下铝合金构成的铝合金材料很合适:Mg含有量限制为0.5质量%以下或0.2质量%以上、2.0质量%以下,作为必要元素含有Si:0.6～3.5质量%,作为选择的添加元素,进一步含有从Cu:0.05～0.5质量%、Fe:0.05～1.0质量%、Zn:0.2～1.0质量%、Mn:0.1～1.8质量%、以及Ti:0.01～0.3质 量%选择的至少一种,剩余部分由Al和不可避免的杂质构成。

将由这样的Al-Si合金或Al-Si-Mg合金构成的铝合金材料作为一方的被接合部件与另一方接合部件接合场合,较好的是,控制使得接合时的一方的被接合部件的温度T成为:660－39.5X≤T≤660－15.7X,且:T≥577。由此,实现更良好的接合。

作为一方的被接合部件的铝合金材料,可以使用将Cu元素作为必要成份含有的Al-Cu合金或Al-Cu-Mg合金。在这样的铝合金中,Cu的含有量Y(质量%)为0.7～15.0质量%很合适。不足0.7质量%场合,液相率成为5%～35%的温度范围狭,有时成为稳定接合困难。另一方面,若Y超过15.0质量%,则在固相线温度＝共晶温度产生的液相量接近35%,从固相线温度到液相率为35%的温度范围变狭,有时成为稳定接合困难。更好的是,Cu含有量为1.5～12.0质量%。

又,上述Al-Cu合金或Al-Cu-Mg合金可以进一步含有从Si:0.05～0.8质量%、Fe:0.05～1.0质量%、Zn:0.2～1.0质量%、Mn:0.1～1.8质量%、以及Ti:0.01～0.3质量%选择的至少一种。

即,使用由以下铝合金构成的铝合金材料很合适:Mg含有量限制为0.5质量%以下或0.2质量%以上、2.0质量%以下,作为必要元素含有Cu:0.7～15.0质量%,作为选择的添加元素,进一步含有从Si:0.05～0.8质量%、Fe:0.05～1.0质量%、Zn:0.2～1.0质量%、Mn:0.1～1.8质量%、以及Ti:0.01～0.3质量%选择的至少一种,剩余部分由Al和不可避免的杂质构成。

将由这样的Al-Cu合金或Al-Cu-Mg合金构成的铝合金材料作为一方的被接合部件与另一方接合部件接合场合,较好的是,控制使得接合时的一方的被接合部件的温度T成为:660－15.6Y≤T≤660－6.9Y,且:T≥548。由此,实现更良好的接合。

I.接合时施加在两被接合部件的应力

在本发明的接合中,若两被接合部件在接合部相接,则不一定必须在接合面施加压力。但是,在实际制品的制造过程中,为了固定被接合部件之间或缩小间隙,大多用夹具等对两被接合部件施加应力。又,即使自重也在被接合部件内产生应力。

这时,在各被接合部件内的各部位产生的应力可以根据形状及负载求得。例如,使用结构计算程序等计算。在本发明中,接合时,当在生成液相的被接合 部件的各部位产生的应力之中,将最大值(最大应力)设为P(kPa),将在作为该被接合部件的铝合金中的液相率设为V时,较好的是,满足以下条件下接合:P≤460－12V。该式右边所示值为极限应力,若将超过其的应力施加到生成液相的被接合部件上,则即使液相率在35%以内,被接合部件恐怕也会发生大的变形。

从两被接合部件产生液相场合,对两被接合部件,分别使用各自的应力P、液相率V,计算P≤460－12V,使得两被接合部件都同时满足上式,进行接合。

J.被接合部件的接合表面的弯曲

在本发明的接合中,由于在一方的被接合部件的液相生成量为微量,因此,需要配置使得在接合部两被接合部件相接。但是,因材料翘曲或弯曲,有时在两被接合部件之间产生微小间隙。尤其,凹凸波长为25～2500μm的波形,作为间隙,不是能忽视的大小,且通过夹具推压等矫正也很困难。

在本发明中,当从接合前的两被接合部件的接合面的表面凹凸求得的算术平均波度Wa1和Wa2之和满足:Wa1＋Wa2≤10(μm)场合,能得到更充分的接合。算术平均波度Wa1、Wa2是标准JISB0633所规定,设定在波长为25～2500μm之间成为凹凸的截止值(cut off),从用激光显微镜或共焦显微镜测定的波形曲线求取。

K.固相线温度和液相线温度之差

在本发明涉及的渗出接合中,较好的是,将生成液相的铝合金材料的固相线温度和液相线温度之差设为10℃以上。若超过固相线温度,则开始生成液相,但是,若固相线温度和液相线温度之差小,则固体和液体共存的温度范围变狭,控制生成的液相量成为困难。因此,较好的是,将该差设为10℃以上。例如,作为具有满足该条件的组成的二元系的合金,可以列举Al-Si系合金、Al-Cu系合金、Al-Mg系合金、Al-Zn系合金、Al-Ni系合金等。为了满足该条件,上述那样的共晶型合金具有大的固液共存区域很有利。但是,即使其他无限固溶体、包晶型、偏晶型等的合金,只要固相线温度和液相线温度之差为10℃以上,就能良好地接合。又,上述二元系合金可以含有主添加元素以外的添加元素,实质上也包含三元系或四元系合金,进而五元系或五元以上的多元系的合金。例如,可以列举Al-Si-Mg系合金、Al-Si-Cu系合金、Al-Si-Zn系合金、Al-Si-Zn系合金、Al-Si-Cu-Mg系合金等。

固相线温度和液相线温度之差越大,越容易控制为合适的液相量。因此, 对于固相线温度和液相线温度之差,不特别设置上限。又,较好的是,生成液相的铝合金的液相率为5%的温度和液相率为35%的温度之差为10℃以上,更好的是,上述温度之差为20℃以上。

L.接合后的结晶粒径

在生成液相的铝合金材料中,较好的是,将以接合温度加热后的基体的结晶粒径设为50μm以上。通常,铝合金在高温、低应力下晶粒自身的塑性变形优先,在晶界因偏离的晶界滑移而变形。

尤其,在本发明的接合时那样的固液共存区域中,晶界优先熔融,若结晶粒径小,则单位体积中晶界变多,易因晶界滑移发生变形。若在固液共存区域的结晶粒径过小,则易因自重发生晶界滑移,恐怕加热中形状变化变大。直接测定接合中处于固液共存区域的结晶粒径很困难。于是,调查接合中处于固液共存区域的结晶粒径和接合加热后的结晶粒径的关系。直接测定接合中处于固液共存区域的结晶粒径很困难,因此,在通常的钎焊炉的冷却工序(加热后以30℃/分冷却到40℃)中,测定冷却时的结晶粒径,将其作为接合中处于固液共存区域的结晶粒径。接着，测定在接合加热温度下保持后水冷时的结晶粒径,作为接合加热后的结晶粒径。比较两者,为大致相同的结晶粒径。因此,判明接合加热后的结晶粒径与接合中处于固液共存区域的结晶粒径同等。于是,在本发明中,由加热后的结晶粒径评价接合中处于固液共存区域的结晶粒径。在本发明的接合方法中,若加热后的结晶粒径不足50μm,则恐怕变形会变大。因此,较好的是,加热后的结晶粒径下限设为50μm。这是由于在不足50μm场合,易因自重发生晶界滑移,若接合时间变长,有时会产生促进变形场合。结晶粒径测定根据标准JIS H:501的切断法进行测定。

M.接合方法

在本发明的接合方法中,通常,在炉中加热被接合部件。对于炉的形状不作特别限定,例如,可以使用一室结构的间歇炉、汽车用热交换器制造等用的连续炉等。炉中气氛不作限定,较好的是,如上所述,在非氧化性气氛中进行。

在铝合金材料表层形成氧化膜,由此,接合受到阻害。因此,在接合中需要破坏氧化膜。在本发明涉及的接合方法中,为了破坏氧化膜,较好的是,在接合部涂布焊剂。又,为了抑制形成氧化膜,较好的是,氮气等非氧化性气体气氛中接合。特别好的是,在接合部涂布焊剂,且在非氧化性气体气氛中接合。在铝合金材料中添加Mg场合,即使不在接合部涂布焊剂,也能通过使用真空炉或 非氧化性气氛炉,通过Mg的吸气作用除去表面的氧化膜。

[实施例]

下面,根据实施例及比较例详细说明本发明。

实施例Ⅰ(实施例1～26及比较例27～33)

表1表示用于接合的Al-Si合金(合金号1～5)以及Al-Cu合金(合金号6,7)的组成。上述合金(合金号1～7)是权项1规定的Mg含有量为0.5质量%以下者。在表1中,也表示权项4、6规定的表示温度范围的一方的不等式中的上下限数值,以及在580～635℃各温度下的平衡液相率。平衡液相率是由Thermo-Calc得到的计算值。调制表1所示合金铸块后,通过热轧及冷轧,得到厚度1mm的轧制板。将该轧制板置于矫平机后,在380℃退火二小时,作为轧制板试料。使用这样制作的轧制板试料,评价接合率及变形率。

(1)接合率评价

从上述轧制板试料切出宽20mm×长50mm的二块板,通过铣刀使得各自端面平滑,组合作为铝合金材料的上板及下板,制作图6所示倒T字型接合试验片。试验片的上板及下板使用表1所示组成的铝合金板。在表2中,表示各试验片的上板及下板的组合。上板及下板的铝合金的组成相同,上述例子是相同组成的铝合金材料之间的接合。在该接合试验片的接合面上,涂布氟化钾系的非腐蚀性焊剂。在图6中还表示上板及下板的尺寸。两被接合部件表面的算术平均波度Wa1、Wa2在哪个试验片都是1.0μm以下。又,成为上板的接合面的端面的算术平均波度Wa在哪个试验片都是1.0μm以下。这样的算术平均波度Wa1、Wa2、Wa在后述实施例Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ中也相同。

表2

将上述试验片在氮气气氛中升温到所定温度,在该温度(表2所示接合温度)保持180秒钟后,在炉中自然冷却。氮气气氛在氧浓度100ppm以下,在露点－45℃以下管理。升温速度在520℃以上,设为10℃/分。

从接合加热后的试验片,按如下方法求取接合率。使用超声波探伤装置,测定在接合部被接合部分的长度。将倒T字试验片的接合部的全长设为50mm,由以下式计算接合率(%):[在接合部被接合部分的长度(mm)/50(mm)]×100。接合率为95%以上判定为◎,90%以上、不足95%判定为○,25%以上、不足90%判定为△,不足25%判定为×。

(2)变形率评价

从上述轧制板试料切出宽10mm×长30mm的板,作为变形率测定用的试验片。如图7(a)所示那样,使得该试验片突出长度为20mm地安装设置在下垂试验用夹具(在图中,设置三片试验片)。下垂试验那样的悬臂梁形状的最大应力P(N/m²)由弯矩M和截面系数Z按下式求得:

P＝M/Z＝(W×l²/2)/(bh²/6)

＝[(g×ρ×l×b×h/l)×l²/2]/(bh²/6)

＝3×g×ρ×l²/h

其中,各符号意义如下:

M:弯矩(N·m)

等分布载荷的悬臂梁场合:W×l²/2

Z:截面系数(m³)

截面形状为长方形场合:bh²/6

W:等分布载荷(N/m)

g:重力加速度(m/s²)

ρ:铝密度(kg/m³)

l:突出长度(m)

b:板宽度(m)

h:板厚(m)

最大应力P施加在突出部的根部。在该试验中,施加在试验片的最大应力P是通过将数值代入上式计算得出,结果为31kPa。这样的应力P在后述的实施例Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ中也相同。将该试验片在氮气气氛中加热到所定温度,在该温度(表2所示接合温度)保持180秒钟后,在炉中自然冷却。氮气气氛在氧浓度 100ppm以下,在露点－45℃以下管理。升温速度在520℃以上,设为10℃/分。

从加热后的试验片,按如下方法求取接合率。如图7(b)所示那样,测定加热后的试验片的垂下量。使用突出长度20mm,由[垂下量(mm)/20(mm)]×100计算变形率(%)。变形率为50%以下判定为◎,超过50%、70%以下判定为○,超过70%、80%以下判定为△,超过80%判定为×。

[综合判定]

根据上述结果,对于各评价的判定,◎设为5分,○设为3分,△设为0分,×设为－5分,进行计分,合计分为10分判定为◎,6分以上、9分以下判定为○,1分以上、5分以下判定为△,0分以下判定为×,进行综合判定。综合判定为◎、○、△者,作为合格,判定为×者,作为不合格。将接合率,变形率,以及综合判定的结果和接合条件(温度,平衡液相率的计算值)一起,表示在表2。

在实施例1～26中,接合加热时的铝合金材料中的液相率为合适的范围,因此,得到良好的接合,综合判定合格。

在比较例27中,生成的液相率过低,因此,接合率变低,综合判定不合格。

在比较例28～31、33中,液相率过高,因此,变形率变大,综合判定不合格。

在比较例32中,没有生成液相,因此,没有接合,综合判定不合格。

实施例Ⅱ(实施例34～61及比较例62～68)

表3表示用于接合的Al-Si-Mg合金(合金号8～12)以及Al-Cu-Mg合金(合金号13,14)的组成。上述合金(合金号8～14)是权项2规定的一方的被接合部件的铝合金的Mg含有量限定为0.2质量%以上、2.0质量%以下者。在表3中,也表示权项4、6规定的表示温度范围的一方的不等式中的上下限数值,以及在580～635℃各温度下的平衡液相率。平衡液相率是由Thermo-Calc得到的计算值。调制表3所示合金铸块后,通过热轧及冷轧,得到厚度1mm的轧制板。将该轧制板置于矫平机后,在380℃退火二小时,作为轧制板试料。使用这样制作的轧制板试料,评价接合率及变形率。

(1)接合率评价

从上述轧制板试料切出宽20mm×长50mm的二块板,通过铣刀使得各自端面平滑,组合作为铝合金材料的上板及下板,制作图6所示倒T字型接合试验片。试验片的上板及下板使用表3所示组成的铝合金板。在表4中,表示各试验片的上板及下板的组合。上板及下板的铝合金的组成相同,上述例子是相同组成的铝合金材料之间的接合。在该接合试验片的接合面上,不涂布焊剂。

表4

将上述试验片在真空气氛中升温到所定温度,在该温度(表4所示接合温度)保持180秒钟后,在炉中自然冷却。真空气氛在10^-5torr管理。升温速度在520℃以上,设为10℃/分。

与上述实施例Ⅰ相同,求取接合加热后的试验片的接合率。判定基准也与实施例Ⅰ相同。

(2)变形率评价

从上述轧制板试料切出宽10mm×长30mm的板,作为变形率测定用的试验片。如图7(a)所示那样,使得该试验片突出长度为20mm地安装设置在下垂试验用夹具。将该试验片在真空气氛中加热到所定温度,在该温度(表4所示接合温度)保持180秒钟后,在炉中自然冷却。真空气氛在10^-5torr管理。升温速度在520℃以上,设为10℃/分。

与上述实施例Ⅰ相同,求取加热后的试验片的变形率。判定基准也与实施例Ⅰ相同。进而,与实施例Ⅰ相同,进行综合判定。将接合率,变形率,以及综合判定的结果和接合条件(温度,平衡液相率的计算值)一起,表示在表4。

在实施例34～61中,接合加热时的铝合金材料中的液相率为合适的范围,因此,得到良好的接合,综合判定合格。

在比较例62中,没有生成液相,因此,没有接合,综合判定不合格。

在比较例63～66以及68中,液相率过高,因此,变形率变大,综合判定不合格。

在比较例67中,生成的液相率过低,因此,接合率变低,综合判定不合格。

实施例Ⅲ(实施例69～119及比较例120～150)

使用表5所示组成的合金,加入到表1、表3所示合金,进行接合。上述合金是权项1规定的Mg含有量限定为0.5质量%以下者,以及权项2规定的Mg含有量限定为0.2质量%以上、2.0质量%以下者。调制上述合金铸块后,通过热轧及冷轧,得到厚度1mm的轧制板。将该轧制板置于矫平机后,在380℃退火二小时,作为轧制板试料。使用这样制作的轧制板试料,评价接合率及变形率。

表5

(1)接合率评价

从上述轧制板试料切出宽20mm×长50mm的二块板,通过铣刀使得各自端面平滑,组合作为铝合金材料的上板及下板,制作图6所示倒T字型接合试验片。试验片的上板及下板使用表5所示组成的铝合金板。在表6～8中,表示各试验片的上板及下板的组合。上板及下板的铝合金的组成相同,上述例子是相同组成的铝合金材料之间的接合。在该接合试验片的接合面上,涂布氟化钾系或氟化铯系的非腐蚀性焊剂,或不涂布焊剂。在表6～8表示有无涂布焊剂及种类。在这些表中,“F”表示氟化钾系非腐蚀性焊剂(KAlF₄),“Cs”表示氟化铯系非腐蚀性焊剂(CsAlF₄),“－”表示不涂布焊剂场合。

将上述试验片在氮气气氛中,或氩气气氛中,或真空气氛中升温到所定温度,在该温度(在表6～8所示接合温度)保持所定时间(表6～8所示在接合温度的保持时间)后,在炉中自然冷却。氮气气氛或氩气气氛在氧浓度100ppm以下,在露点－45℃以下管理。真空气氛在10^-5torr管理。不管在哪种气氛中,升温速度都为在520℃以上,设为10℃/分。

与上述实施例Ⅰ相同,求取接合加热后的试验片的接合率。判定基准也与实施例Ⅰ相同。

(2)变形率评价

从上述轧制板试料切出宽10mm×长30mm的板,作为变形率测定用的试验片。如图7(a)所示那样,使得该试验片突出长度为20mm地安装设置在下垂试验用夹具。将试验片在表6～8所示气氛中加热到所定温度,在该温度(各表所示接合温度)保持在各表所示所定时间后,在炉中自然冷却。氮气气氛及氩气气氛在氧浓度100ppm以下,在露点－45℃以下管理。真空气氛在10^-5torr管理。不管在哪种气氛中,升温速度都为在520℃以上,设为10℃/分。

与上述实施例Ⅰ相同,求取加热后的试验片的变形率。判定基准也与实施例Ⅰ相同。进而,与实施例Ⅰ相同,进行综合判定。将接合率,变形率,以及综合判定的结果和接合条件(接合温度,平衡液相率的计算值,在接合温度下的保持时间,固相线温度,处于固相线温度以上的时间,液相率5%的温度,处于液相率5%以上的时间,液相线温度,固相线温度和液相线温度之差)一起,表示在表6～8。

在实施例69～119中,接合加热时的铝合金材料中的液相率为合适的范围,因此,得到良好的接合,综合判定合格。

在比较例120、121、123～125、130、131、134、135、137中,生成的液相率过低,因此,接合率变低,综合判定不合格。

在比较例122、126～129、132、136、138～141中,液相率过高,因此,变形率变大,综合判定不合格。

在比较例133、142～144中,合金中含有的Mg量过多,因此,MgO过于成长,不形成接合,综合判定不合格。

在比较例145、146、147中,铝合金中的Mg与焊剂反应,被无效化,不能破坏氧化膜。由此,不形成接合,综合判定不合格。

在比较例148中,使用Al-Si合金,但不涂布焊剂,因此,不能破坏氧化膜。 由此,不形成接合,综合判定不合格。

在比较例149中,液相率为5%以上的时间过短,因此,不能充分生成液相,接合不充分,综合判定不合格。

在比较例150中,液相率为5%以上的时间过长,因此,变形率变大,综合判定不合格。

实施例Ⅳ(实施例151～181及参考例182～186)

进行下垂试验,评价加热中被接合部件能经得住的应力P。该评价是在实施例Ⅰ的评价中,选择综合评价为合格的条件(合金,加热条件),仅仅更详细地进行变形率的评价。试验片选择表1的铝合金使用。试验片设为板厚1mm,宽度15mm,长度60mm。关于该试验片,使得突出长度变化为20～50mm,安装设置在图7所示的下垂试验用夹具。最大应力根据突出长度计算。结果表示在表9。

具体地说,将试验片在氮气气氛中升温到所定温度,在该温度保持180秒钟后,在炉中自然冷却。氮气气氛在氧浓度100ppm以下,在露点－45℃以下管理。升温速度在520℃以上,设为10℃/分。

从加热后的试验片,按如下方法求取接合率。如图7(b)所示那样,测定加热后的试验片的垂下量。使用各突出长度,由[垂下量(mm)/突出长度(mm)]×100计算变形率(%)。变形率不足50%判定为◎,50%以上、不足70%判定为○,70%以上判定为×。◎及○设为合格,×设为不合格。将变形率,突出长度,应力以及极限应力和加热条件(加热温度,液相率,在加热温度下的保持时间)一起,表示在表9。结果表示在表9。

表9

在实施例151～181中,应力P(kPa)为将V(%)作为液相率的极限应力(460-12V)以下。其结果,在这些实施例中,不管哪一个实施例,其垂下量相对突出长度不足70%,成为良好的变形率。

与此相反,在参考例182～186中,应力P比极限应力(460-12V)大。其结果,不管哪一个实施例,其垂下量相对突出长度成为70%以上,变形率大。

根据以上结果,施加在被接合部件的应力P若为(460-12V)以下,则部件在接合前后的变形能抑制在5%以内,能制作精度高的结构物。

实施例Ⅴ(实施例187～204及比较例205～213)

进行间隙试验,评价被接合部件的波形。该评价是在实施例Ⅰ的评价中,选择综合评价为合格的条件(合金,加热条件),仅仅更详细地进行接合率的评价。试验片选择表1、表3、以及表5的铝合金使用。调制上述合金铸块后,通过热轧及冷轧,得到厚度3mm的轧制板。将该轧制板置于矫平机后,在380℃退火二小时。将该轧制板切出150×100mm,通过铣刀使得单面成为平滑,进行切削加工,进一步切出30×30mm,作为试验片。

对于试验片的用铣刀加工的平面,使用共焦显微镜测定表面粗糙度,绘制波形曲线,得到算术平均波度(Wa1,Wa2)。测定方向相对铣刀刀纹设为垂直方向,对于各试验片,以5mm间隔实施五根线的测定。又,将测定的波形的波长设为25～2500μm,设定截止波长。

准备二片这样制作的试验片,使得各自的铣切面成为接合面,进行叠合,作为测定试验片。使得铣刀刀纹正交地叠合。在接合面上根据合金和温度涂布作为氟化钾系非腐蚀性焊剂的KAlF4,或作为氟化铯系非腐蚀性焊剂的CsAlF4,或不涂布焊剂,使得试验片叠合。将该测定试验片在氮气气氛中升温到所定温度(560℃,580℃,600℃),在该温度下保持180秒钟后,在炉中自然冷却。氮气气氛在氧浓度100ppm以下,在露点－45℃以下管理。升温速度在520℃以上,设为10℃/分。

对于上述加热冷却的测定试验片,使用超声波探伤装置,测定在接合部被接合部分的面积A。接着,由(面积A/接合部的全面积)×100计算接合率(%)。接合率为50%以上判定为◎,25%以上、不足50%判定为○,不足25%判定为×。◎及○设为合格,×设为不合格。将接合率以及算术平均波度和加热条件(加热温度,液相率,气氛,焊剂)一起,表示在表10。结果表示在表10。在表10的焊剂中,“F”表示KAlF₄,“Cs”表示CsAlF₄,“-”表示不涂布焊剂。

在实施例187～204中,算术平均波度Wa1和Wa2之和成为10μm以下,被良好接合。

与此相反,在参考例205～213中,算术平均波度Wa1和Wa2之和超过10μm,未接合部分多。

实施例Ⅵ(实施例214～230)

在表1、表3所示合金上,加入表5所示组成的合金,将其作为一方的被接合部件,将与一方的被接合部件不同的另一合金作为另一方的被接合部件,进行接合。上述合金是权项1规定的Mg含有量限定为0.5质量%以下者,以及权项2规定的Mg含有量限定为0.2质量%以上、2.0质量%以下者。调制上述合金铸块后,通过热轧及冷轧,得到厚度1mm的轧制板。将该轧制板置于矫平机后,在380℃退火二小时,作为轧制板试料。使用这样制作的轧制板试料,评价接合率。

(1)接合率评价

从上述轧制板试料切出宽20mm×长50mm的一块板,通过铣刀使得各端面平滑。接着,将表11所示铝合金材料分别作为上板、下板组合,制作图6所示倒T字型接合试验片。上板及下板的铝合金的组成不同,实施例214～227是另一方的被接合部件的铝合金不熔融场合的铝合金材料的接合。又,实施例228～230是不同合金组合,哪个被接合部件都熔融场合的铝合金材料的接合。在该接合试验片的接合面上,涂布氟化钾系非腐蚀性焊剂或氟化铯系非腐蚀性焊剂,或不涂布焊剂。在表11表示有无涂布焊剂及种类。在该表中,“F”表示氟化钾系非腐蚀性焊剂(KAlF₄),“Cs”表示氟化铯系非腐蚀性焊剂(CsAlF₄),“－”表示不涂布焊剂场合。

将上述试验片在氮气气氛中或真空气氛中升温到所定温度,在该温度(表11所示接合温度)保持所定时间(表11所示在接合温度的保持时间)后,在炉中自然冷却。氮气气氛在氧浓度100ppm以下,在露点－45℃以下管理。真空气氛在10^-5torr管理。不管在哪种气氛中,升温速度在520℃以上,都设为10℃/分。

与上述实施例Ⅰ相同,求取接合加热后的试验片的接合率进行评价。在实施例214～230中,接合加热时的铝合金材料中的液相率为合适的范围,因此,在全部实施例中,接合率成为◎或○,能得到良好的接合率。

下面说明本发明在产业上的可利用性:

根据本发明,实现具有良好的接合性、几乎没有接合时引起的变形、可靠性高的铝合金材料的接合方法,工业价值大。

Claims (8)

1.一种铝合金材料的接合方法，将铝合金材料作为一方的被接合部件，将铝合金材料及纯铝材料中任一种作为另一方的被接合部件，接合上述一方的被接合部件和另一方的被接合部件，其特征在于:

上述一方的被接合部件和另一方的被接合部件的铝合金材料由含有Mg:0.5质量％以下的铝合金构成，在上述作为一方的被接合部件的铝合金材料内生成的液相质量相对该铝合金材料的全质量之比为5％以上、35％以下的温度，在氟化物系焊剂或氯化物系焊剂涂布在接合部件间的状态下，在非氧化性气氛中接合，

在上述一方的被接合部件的铝合金材料中，以接合温度加热后的基体的结晶粒径为50μm以上。

2.一种铝合金材料的接合方法，将铝合金材料作为一方的被接合部件，将铝合金材料及纯铝材料中任一种作为另一方的被接合部件，接合上述一方的被接合部件和另一方的被接合部件，其特征在于:

上述作为一方的被接合部件的铝合金材料由含有Mg:0.2质量％以上、2.0质量％以下的铝合金构成，作为另一方的被接合部件的铝合金材料由含有Mg:2.0质量％以下的铝合金构成，在上述作为一方的被接合部件的铝合金材料内生成的液相质量相对该铝合金材料的全质量之比为5％以上、35％以下的温度，不使用焊剂，在非氧化性气氛中接合，

在上述一方的被接合部件的铝合金材料中，以接合温度加热后的基体的结晶粒径为50μm以上。

3.如权利要求1或2所述的铝合金材料的接合方法，其特征在于:

在上述作为一方的被接合部件的铝合金材料中，在该铝合金材料内生成的液相质量相对铝合金材料的全质量之比为5％以上的时间为30秒以上、3600秒以内。

4.如权利要求1或2所述的铝合金材料的接合方法，其特征在于:

从两被接合部件接合前的接合表面的凹凸求得的算术平均波度Wa1及Wa2之和为:Wa1+Wa2≤10μm。

5.如权利要求3所述的铝合金材料的接合方法，其特征在于:

从两被接合部件接合前的接合表面的凹凸求得的算术平均波度Wa1及Wa2之和为:Wa1+Wa2≤10μm。

6.如权利要求1或2所述的铝合金材料的接合方法，其特征在于:

在上述作为一方的被接合部件的铝合金材料中，固相线温度和液相线温度之差为10℃以上。

7.如权利要求3所述的铝合金材料的接合方法，其特征在于:

在上述作为一方的被接合部件的铝合金材料中，固相线温度和液相线温度之差为10℃以上。

8.如权利要求4所述的铝合金材料的接合方法，其特征在于:

在上述作为一方的被接合部件的铝合金材料中，固相线温度和液相线温度之差为10℃以上。