CN103958111B - 铝构件的接合方法以及通过该接合方法接合而成的铝结构体 - Google Patents

Abstract

本发明提供不需要熔化材料、硬钎料的简易的铝构件的接合方法、以及在接头部分不存在应力集中并具有足够强度的铝结构体。将第1及第2铝构件中的至少一方在该铝构件内所生成的液相的质量相对于它们全部质量的比成为5％以上且35％以下的温度接合，并且使第1及第2铝构件的接合部的接合宽度比所述第2铝构件的主体部分的沿着与所述第1及第2铝构件的接合面平行的面的截面的最小宽度大。

Description

铝构件的接合方法以及通过该接合方法接合而成的铝结构体

技术领域

本发明涉及将铝构件彼此接合的方法、以及通过该接合方法接合而成的铝结构体。

背景技术

对于金属制构件的接合方法，一直以来采用了各种方法。在非专利文献1中，金属的接合方法大致被分为材质接合法、化学接合法和机械接合法。铝构件的接合也采用它们当中的任一种方法，具体地说一直使用焊接法、软钎焊法、硬钎焊法等材质接合法。

焊接法是通过电或者火焰将接合部加热并熔融、合金化而实现接合的方法。在接合部的间隙大的情况、需要接合强度的情况下，接合时使填充材料同时熔融而填充间隙。这样，由于接合部熔融而实现可靠的接合。另一方面，由于将接合部熔融并接合，因此有如下的情况：接合部附近的形状产生大的变形，金属组织也局部发生大的变化，变成不同组织，而产生局部脆弱化。另外，由于需要仅将接合部局部加热，因此还存在难以同时将多点接合等问题。并且存在因未接合部残留而产生残留应力、由于加入填充材料而造成的重量增加等问题。

此外，在硬钎焊法中，存在由于硬钎料的熔融引起的流动而发生形状变化等问题。即使在除了被接合构件之外还使用硬钎料的情况下、或者在被接合材料上包覆硬钎料并一体化的情况下，也需要某一定程度的硬钎料，因此即使在例如存在狭窄流路的情况等中，也存在会将该间隙填埋等问题。此外，在另外准备硬钎料的情况下，还存在组装变得麻烦，包覆材料(clad material)的情况下材料费变高这样的问题。

与此相对，专利文献1中所示的渗出接合(bleed bonding)，是具有良好的接合性且几乎不存在由接合时材料的流动引起的变形、可靠性高的新的接合方法。其具有这样的特征：由于被接合构件本身不会因熔融而产生大的流动，不使用软钎料、硬钎料、熔化材料等，因此由于接合而引起的尺寸变化小，几乎不发生形状变化。特别是，即使在具有微细的流路的构件的接合中，也不会由于液相的流入、变形而造成流路堵塞，能够进行良好的接合。此外，由于不像扩散接合那样需要接合面彼此的强烈加压，因此并不限于平坦的板状，也能够将构件彼此的端部对接的接合。由于能够以材料本身进行接合，因此不像使用硬钎料的硬钎焊那样组装繁琐，也不会像硬钎料的包覆材料那样材料费变高。

如上所述，渗出接合是解决现有接合方法的问题的接合方法，是在铝材料的接合中具有很多优点的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开WO2011/152556

非专利文献

非专利文献1：溶接·接合技術データブック、p.5 7、溶接·接合技術デ-タブック編集委員会(焊接/接合技术数据手册、57页、焊接/接合技术数据手册编辑委员会)(2007年)

发明内容

发明要解决的课题

铝材料由于比强度高而作为结构体需求高，如果有轻型且高强度的结构体，则能够在产业上得到大的效果。然而，在将上述的渗出接合使用于结构体那样的接头形状的情况下，在将构件彼此的端部对接的部分容易产生应力集中。

其理由认为如下。在通常的硬钎焊的情况下，液相钎料填埋接合部而形成使接合部附近的形状变粗的角焊缝(fillet)，在焊接的情况下，由于将接合部熔融的同时添加填充材料而形成使接合部附近的形状变粗的焊道(bead)。在这些接合方法中，应力通过缓解构件间的截面积的急剧变化的角焊缝、焊道而被分散。与此相对，在渗出接合中，由于在接合部不形成缓解构件间的截面积变化的角焊缝、焊道，因此无法缓解截面积的急剧变化，而应力会集中于接合部。因此需要在发挥渗出接合的优点的同时、消除接合部的应力集中而能够提高接头强度的适于渗出接合的接合方法。

本发明是鉴于这样的技术背景而完成的。其目的在于提供一种铝构件的接合方法，该铝构件的接合方法在使用渗出接合而成的铝结构体中，在接头部分不存在应力集中并具有足够的强度，且不会发生焊接、硬钎焊中那样的组织变化、形状变化等兼具渗出接合的优点。

用于解决课题的方法

本发明提供一种铝构件的接合方法，其特征在于，该铝构件的接合方法是将第1铝构件与第2铝构件接合的方法，是将所述第1及第2铝构件的至少一方在该铝构件内所生成的液相的质量相对于它们全部质量的比成为5％以上且35％以下的温度与另一方的铝构件接合的接合方法，使所述第1及第2铝构件的接合部的接合宽度比所述第2铝合金构件的、沿着与所述第1及第2铝构件的接合面平行的面的截面的最小宽度大。

在上述本发明中，可以使所述第1及第2铝构件的接合面各自由单一平面构成。

在上述本发明中，也可以使所述第1及第2铝构件的接合面各自由在两个构件间互补的多个平面或者互补的曲面构成。

在所述第1及第2铝构件的接合面各自由在两个构件间互补的多个平面构成的情况下，该各接合面可以由在两个构件间互补的两个平面或者三个平面构成，与该接合面正交的接合部的截面可以为大致L字形或者大致U字形。

在所述第1及第2铝构件的接合面各自由在两个构件间互补的多个平面构成的情况下，该各接合面也可以由在两个构件间互补的连续的多个平面构成，与该接合面正交的接合部的截面也可以为锯齿状、阶梯状或凹凸状。

所述第1及第2铝构件的接合面各自也可以由在两个构件间互补的曲面构成，与该接合面正交的接合部的截面也可以为波状。

在上述本发明中，使所述第1及第2铝构件由Mg被限制为0.5质量％以下的铝材料构成，使所述接合在非氧化性气氛中、在接合部涂布有氟化物系或氯化物系焊剂的状态下进行。

在上述本发明中，使所述第1铝构件由含有0.2质量％以上且2.0质量％以下Mg的铝材料构成，使所述第2铝构件由Mg被限制为2.0质量％以下的铝材料构成，使所述接合在真空中、非氧化性气氛中或大气中进行。

本发明还提供一种铝结构体，其通过上述的各接合方法将所述第1及第2铝构件接合而成。

发明效果

根据本发明，能够提供不需要熔化材料、硬钎料的简易的铝构件的接合方法，进而能够提供在接头部分不存在应力集中并具有足够强度的铝结构体。

对接合方法进行详述，其具有以下的渗出接合本来的特征。即，由于被接合构件本身不会因熔融而产生大的流动，不使用软钎料、硬钎料、熔化材料等，因此由于接合而引起的尺寸变化小，几乎不发生形状变化。特别是，即使在具有微细的流路的构件的接合中，也不会由于液相的流入、变形而造成流路堵塞，能够进行良好的接合。

进而，由于在接合部附近不会引起局部组织变化，因此不易产生强度脆化。此外，在不使用包覆预加钎料、焊膏、硬钎料的硬钎焊片等的情况下能够进行具有与硬钎焊法同等可靠性的同时多点接合。由此，能够不损害接合性能地实现材料的成本降低。

与本发明同样地因接合而引起的变形少且能够同时多点接合的扩散接合相比，不需要加压、能够缩短接合所需时间，即使是与不含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的工序。

附图说明

图1是示出本发明中的接合方式的实施例的截面图。

图2是示出本发明中的接合方式的其他实施例的截面图。

图3是示出本发明中的接合方式的其他实施例的截面图。

图4是示出第1铝构件与第2铝构件的沿着长度方向的中心线彼此形成的角度(θ)的示意图。

图5是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的实施例的截面图。

图6是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图7是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图8是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图9是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图10是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图11是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图12是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图13是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图14是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图15是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图16是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图17是示出本发明中的将接合方式的接合面变更了的其他实施例的截面图。

图18是示出作为二元系共晶合金的Al-Si合金的状态图的示意图。

图19是示出本发明涉及的铝构件的接合方法中液相的生成机制的说明图。

图20是示出本发明涉及的铝构件的接合方法中液相的生成机制的说明图。

图21是示出倒T字型接合试验片及其接合部的观察面位置的主视图。

图22是示出在图21中观察的接合部的显微镜照片。

具体实施方式

以下，对本发明的铝构件的接合方法、以及使用该接合方法来接合而成的铝结构体进行说明。在此，该接合方法是按照上述的专利文献1的记载，应用渗出接合法将铝构件彼此接合的方法。首先，对作为被接合构件的第1及第2铝构件的接合方式进行说明。

A.接合方式

如图1所示，可以举出如下的接合方式：在第1铝构件为长的材料的情况下对其长边部、或者在第1铝构件为平板材料的情况下对其平面部，以具有规定角度的方式接合相同的作为长的材料的第2铝构件的端部的接合方式。由于第2铝构件以“竖立”的方式接合在第1铝构件上，因此以下将这样的接合记为“立接”。第1及第2铝构件各自的接合面为单一平面，与这些接合面抵接的部分成为接合部。首先，对接合面为单一平面的立接的接合方式进行说明。

如果适用渗出接合，则在接合部不存在硬钎焊的角焊缝、焊接的焊道那样截面积从第2铝构件到第1铝构件逐渐变大那样的部分。如果不存在截面积渐变的部分，则在例如与第2铝构件的接合部分离的位置受到悬臂梁那样的载荷的情况下，应力集中于截面积急剧变化的接合部，当达到应力超过接合强度那样的负荷条件时，接合部会变形或者破坏。

这是因为，在恒定的负荷条件下在接合部产生的力矩恒定，如果接合中心与最外部的距离小则在接合部的最外部产生的应力变大，如果该距离大则最大应力变小。换言之，这是因为，如果接合部的宽度小则最大应力大，如果接合部的宽度大则变小。并且，在渗出接合中，由于该接合部的宽度小，因此最大应力变大。

因此，在本发明中，在通过渗出接合将两个铝构件彼此立接的情况下，使第2铝构件的与第1铝构件相接一侧的端部增大，使其接合面比第2铝构件的主体部分大。具体地说，使第2铝构件与第1铝构件的接合部的接合宽度比第2铝构件的主体部分的沿着与第1及第2铝构件的接合面平行的面的截面的最小宽度大。由此，接合部的最外部的应力集中消失，而能够抑制在接合部的变形、破坏的产生。

作为这样的利用立接的接合方式的例子，可以举出如图1所示，端部成型为L字形的第2铝构件与第1铝构件的接合方式。L字形状的尺寸只要适当地决定即可。

作为其他接合方式的例子，可以举出如图2所示，第2铝构件的端部扩大成漏斗状、该漏斗状的端面中与第1铝构件接合的接合方式。漏斗状的端部形状、尺寸只要适当地决定即可。

此外，作为其他接合方式的例子，可以举出如图3所示，图2中的第2铝构件的与接合于第1铝构件的端部相反侧的未接合的端部扩大的接合方式。该未接合的端部的形状为任一种，并不损害本发明的效果。

在这些图1～3中所示的利用立接的接合方式的例子中，第2铝构件与第1铝构件的形成角度、即沿着两个构件的长度方向的中心线彼此形成的角度为直角(90°)，但并不限于该角度。如图4所示，中心线彼此(L1、L2)形成的角度(θ)可以在0°＜θ＜180°的范围内进行设定，并能够发挥其效果。在一般的结构构件的情况下，在30°＜θ＜150°的范围内接合的情况较多。

对于第1及第2铝构件，以作为实心构件的情况为前提进行说明，但也可以是第1及第2铝构件中的任一方、或者双方为中空构件。

接下来，作为本发明的接合方式，对作为并不限于上述的立接那样的接合方式的一般接合方式的、对接合面进行各种变更的例子进行说明。一般而言，所谓的接合，存在2个被接合构件，它们的接合面由单一平面构成的情况较多。然而，在渗出接合中，液层量比通常的硬钎焊少，也不会像焊接那样使用填充材料。因此，在作为被接合构件选择其本身的强度高的构件的情况下，接合部的接合强度相对变弱。在这样的情况下，如果施加载荷则接合部也会变形或者破坏。

因此，在本发明的其他实施方式中，将第1铝构件的接合面设为多个平面，并且第2铝构件的接合面也设为相同的多个平面。此外，使第1铝构件的多个接合面与对应于它们的第2铝构件的多个接合面分别互补。另外，代替它们，将第1及第2铝构件的接合面分别设为曲面，使各自的曲面互补。

作为这样的接合方式的例子，可以举出如图5所示，与多个平面正交的接合部截面呈垂直的阶梯形状的接合方式。阶梯形状的尺寸只要适当地决定即可，角部也可以为曲线(R)。此外，可以举出如图6所示，接合部截面呈钝角的阶梯形状的接合方式。与图5的例子同样地，阶梯形状的尺寸只要适当地决定即可，角部也可以为曲线(R)。进而，可以举出如图7所示，接合部截面呈く字形的接合方式。く字的直线间的角度只要适当地决定即可。另外，可以举出如图8所示，接合部截面呈曲线状的接合方式。曲线的具体形状、尺寸只要适当地决定即可。

当设为这样的接合方式时，即使在作为铝构件选择其本身的强度高的构件且接合面的接合强度相对弱的情况下，也能够增大接合面积。其结果是，作为接合结构全体的接合强度变大，即使施加载荷，在接合部也不易破坏。

说明对接合面进行各种变更的其他例子。该例子中，第1铝构件的两个接合平面与对应于它们的第2铝构件的两个接合平面分别互补，因此接合部的截面呈直角或者钝角的大致L字形。

例如，如图9所示，第2铝构件具有由2个平面构成的大致直角状的角部，第1铝构件具有与它们的2个平面互补的底面和侧面。并且，第1铝构件以竖立的方式立接在第2铝构件的角部而接合，接合部的截面呈L字形。第1铝构件的未接合的端部可以成型为例如L字形、U字形，另外也可以不成型为特定的形状。

代替图9的第2铝构件，也可以使用如图10所示，设于长边部的凸部的一侧的具有由2个平面构成的大致直角状的角部的第2铝构件。第1铝构件具有与第2铝构件的上述2个平面互补的底面和侧面。该例子中，第1铝构件以竖立的方式立接在第2铝构件的角部而接合，接合部的截面呈L字形。与图9中所示的例子同样地，第1铝构件的未接合的端部可以成型为例如L字形、U字形，或者也可以不成型为特定的形状。

作为接合部为大致L字形的其他例子，如图11所示，第1铝构件的端部呈阶梯状而形成有由2个平面构成的大致直角状的角部，第2铝构件为平板状，具有与第1铝构件的上述2个平面互补的底面和侧面。并且，通过使第2铝构件的端部以对接的方式接合在第1铝构件的角部，从而接合部的截面呈L字形。第2铝构件的未接合的端部可以成型为例如L字形、U字形，或者也可以不成型为特定的形状。

在上述图9～11中所示的例子中，L字形的尺寸只要适当地决定即可。此外，除了这些例示的例子以外，只要接合部的截面呈L字形就起到同样的效果。

说明对接合面进行各种变更的另一个例子。该例子中，第1铝构件的三个接合平面与对应于它们的第2铝构件的三个接合平面分别互补，因此接合部的截面呈形成直角或者钝角的大致U字形。

例如，如图12所示，第2铝构件在长边部具有形成直角或者钝角的U字形的凹部，第1铝构件具有与上述凹部的平面互补的、例如成型为L字面的端部。并且，通过将第1铝构件的形成为L字形的端部插入第2铝构件的凹部来接合，从而接合部的截面呈U字形。第1铝构件的未接合的端部可以成型为例如L字形、U字形，另外也可以不成型为特定的形状。

此外，作为接合部的截面呈U字形的其他例子，如图13所示，第2铝构件在长边部具有并列配置的2个凸部(13-1、13-2)，在这些凸部间形成有凹部。第1铝构件具有具备与上述凹部的平面互补的底面和两侧面的端部。并且，通过将第1铝构件的上述端部插入第2铝构件的凹部来接合，从而接合部的截面成为U字形。与图12的例子同样地，第1铝构件的未接合的端部可以成型为例如L字形、U字形，另外也可以不成型为特定的形状。

在上述图12、13中所示的例子中，U字形的尺寸只要适当地决定即可。此外，除了这些例示的例子以外，只要接合部的截面呈L字形则起到同样的效果。

说明对接合面进行各种变更的另一个例子。该例子中，第1铝构件的连续的多个接合平面与对应于它们的第2铝构件的连续的多个接合平面分别互补，因此与接合平面正交的接合部的截面呈锯齿状、阶梯状或者凹凸(矩形槽与朝上方的矩形突起的连续体)状，或者第1及第2铝构件的接合曲面分别互补，与接合曲面正交的接合部的截面呈波状。

例如，如图14所示，第1铝构件与第2铝构件的接合面各自由多个阶梯状的平面构成，并且，在这些构件间对应的平面彼此互补。因此，通过接合而接合部的截面呈阶梯状。

进而，如图15所示，第1铝构件与第2铝构件的接合面各自由多个锯齿状的平面构成，并且，在这些构件间对应的平面彼此互补。因此，通过接合而接合部的截面呈锯齿状。

进而，如图16所示，第1铝构件与第2铝构件的接合面各自由多个凹凸状的平面构成，并且，在这些构件间对应的凹与凸互补。因此，通过接合而接合部的截面呈凹凸状。

进而，如图17所示，第1铝构件与第2铝构件的接合面各自由波状的曲面构成，并且，对应的波状曲面彼此互补。因此，通过接合而接合部的截面呈波状。

这些阶梯形状的尺寸、锯齿形状的尺寸、凹凸形状的尺寸、波状的尺寸只要适当地决定即可。

此外，在上述图4～17中所示的例子中，也使第1铝构件与第2铝构件的接合部的接合宽度比与第1及第2铝构件的接合面平行的第2铝构件的主体截面的最小宽度大。

以上，对第1及第2铝构件的接合方式进行详述，但在任一种接合方式中，都选择铝构件本身的强度高的接合方式，从而即使在接合部的接合强度相对弱的情况下，也能够增大接合面积。其结果是，作为接合的结构体全体的接合强度变大，能够得到即使施加载荷，在接合部也不易破坏这样的显著效果。

接下来，对本发明中适用的渗出接合进行详细说明。

B.被接合构件的组合

在本发明涉及的铝构件的接合方法中，将作为一方的被接合构件的第1铝构件与作为另一方的被接合构件的第2铝构件接合。在此所说的铝构件是指铝合金材料或者纯铝材料，铝构件彼此的接合可以是合金组成相同材料彼此的接合，也可以是合金组成不同材料彼此的接合。

C.液相的生成

在本发明中适用的铝构件的渗出接合中，如上述的专利文献1中所记载，需要将第1及第2铝构件的至少一方，即第1及第2铝构件中的任一方、或者双方在该铝构件内生成的液相的质量相对于铝构件的全部质量的比(以下，记为“液相率”)成为5％以上且35％以下的温度接合。如果液相率超过35％，则所生成的液相的量过多，铝构件会无法维持形状而产生大的变形。另一方面，在液相率小于5％时，接合变得困难。优选的液相率为5～30％，更优选的液相率为10～20％。

测定加热中的实际液相率是非常困难的。于是，本发明中规定的液相率通过平衡计算来求出。具体地说，通过Thermo-Calc等热力学平衡计算软件，根据合金组成和加热时的最高达到温度来计算。

对液相的生成机制进行说明。在图18中示意性地示出作为代表性二元系共晶合金的Al-Si合金的状态图。如果对Si浓度为c1的铝构件进行加热，则在超过共晶温度(固相线温度)Te的附近的温度T1开始液相的生成。在共晶温度Te以下时，如图19(a)所示，在由晶界区分的基体中分布有晶体析出物。如果在此开始液相的生成，则如图19(b)所示，晶体析出物分布的偏析多的晶界熔融而变成液相。接着，如图19(c)所示，分散在铝合金的基体中的作为主添加元素成分的Si的晶体析出物粒子、金属间化合物的周边以球状熔融而变成液相。进而如图19(d)所示，生成在基体中的该球状的液相利用界面能，随着时间的经过、温度上升，再固溶于基体中，并通过固相内扩散而向晶界、表面移动。接着，如图17所示，如果温度上升为T2，则从状态图可知液相量增加。如图18所示，在一方的铝构件的Si浓度比最大固溶限浓度小的c2的情况下，在超过固相线温度Ts2的附近开始液相的生成。但是，与c1的情况不同，即将熔融之前的组织如图20(a)所示，有在基体中不存在晶体析出物的情况。在这种情况下，如图20(b)所示在晶界先熔融而变成液相后，如图20(c)所示在基体中从溶质元素浓度高的位置开始局部性地产生液相。如图20(d)所示，生成在基体中的该球状的液相与c1的情况同样地，利用界面能，随着时间的经过、温度上升，再固溶于基体中，并通过固相内扩散而向晶界、表面移动。如果温度上升至T3，则从状态图可知液相量增加。这样，本发明适用的渗出接合利用通过铝构件内部的局部性熔融而生成的液相，能够实现兼顾接合与形状维持。

D.接合时的金属组织的行为

说明产生液相后到接合为止的金属组织的行为。如图21所示，接合使用了生成液相的铝构件A以及与其接合的铝构件B的倒T字型接合试验片，用显微镜观察图中所示的观察面。如上所述，在接合中，在铝构件A的表面上生成的极少的液相填埋与因焊剂等的作用而氧化皮膜被破坏的对象的铝构件B的间隙。接下来，位于两个构件的接合界面附近的液相向铝构件B内移动，与此相伴，与接合界面相接的铝构件A的固相α相的晶粒朝向铝构件B内生长。另一方面，铝构件B的晶粒也向铝构件A侧生长。

在铝构件B为不生成液相的合金的情况下，如图22(a)所示，成为在接合界面附近的铝构件B中进入铝构件A的组织那样的组织而接合。因此，在接合界面上不产生除了铝构件A与铝构件B以外的金属组织。此外，在铝构件B也为生成液相的合金的情况下，如图22(b)所示，形成两个构件完全一体化的组织，而无法辨别接合界面。

另一方面，在使用包覆硬钎料的硬钎焊片作为铝构件A、使用不生成液相的构件作为铝构件B的情况下，如图22(c)所示，在接合部形成角焊缝，可见共晶组织。这样，在图22(c)中，形成与图22(a)、(b)中所形成的接合组织不同的组织。在硬钎焊法中，由于液相钎料填埋接合部而形成角焊缝，因此接合部形成与周围不同的共晶组织。此外，在焊接法中，由于接合部局部熔融，因此形成与其他部位不同的金属组织。与此相对，在本发明中适用的渗出接合中，接合部的金属组织仅由两个被接合构件的材料构成、或者由两个被接合构件一体化而成的材料构成，在这一点上与通过硬钎焊、焊接而产生的接合组织不同。

由于这样的接合行为，而在接合工序后几乎不发生接合部位附近的形状变化。即，在本发明涉及的接合方法中几乎不发生焊接法的焊道、硬钎焊法中的角焊缝那样的接合后的形状变化。尽管如此，也能够与焊接法、硬钎焊法同样地利用金属结合进行接合。例如，在使用硬钎焊片(硬钎料包覆率为单面5％)组装冲压杯式(drawn cup type)层叠型热交换器的情况下，由于在硬钎焊加热后熔融的硬钎料集中于接合部，因此层叠的热交换器的高度减少5～10％。因此，在产品设计中需要考虑该减少部分。在本发明中适用的渗出接合中，由于接合后的尺寸变化极小，因此能够实现高精度的产品设计。

E.氧化皮膜的破坏

在铝构件的表层上形成有氧化皮膜，由此接合受到阻碍。因此，在接合中需要破坏氧化皮膜。在本发明中适用的渗出接合中，为了破坏氧化皮膜，采用以下的D-1或者D-2中所示的任一种方法。

E-1.利用焊剂的氧化皮膜的破坏

在该方法中，为了破坏氧化皮膜，至少对接合部涂布焊剂。焊剂使用铝材料的硬钎焊中所使用的KAlF4、CsAlF4等氟化物系焊剂或者KCl、NaCl等氯化物系焊剂。这些焊剂在渗出接合中液相熔融之前或者达到接合温度之前熔融，并与氧化皮膜反应而破坏氧化皮膜。

进而在该方法中，为了抑制氧化皮膜的形成，在氮气、氩气等非氧化性气氛中进行接合。特别是在使用氟化物系焊剂的情况下，优选在将氧浓度抑制为250ppm以下、将露点抑制为-25℃以下的非氧化性气氛中进行接合。

此外，在使用氟化物系焊剂的情况下，如果在第1及第2铝构件中含有超过0.5质量％的Mg，则焊剂与Mg反应而焊剂的氧化皮膜破坏作用受损。因此，如权利要求1、3中规定的那样，使第1及第2铝构件中的任一种均由Mg含量被限制为0.5质量％(以下，简记为“％”)以下的铝材料构成。在此，所谓的Mg为0.5质量％以下，包括不含Mg的情况、或者以不可避免的杂质水平含有极微量的情况。另外，如果满足Mg含量为0.5质量％以下的条件，则对第1及第2铝构件中所含的其他元素的种类、含量没有限制。

E-2.利用Mg的吸气(getter)作用的氧化皮膜的破坏

在铝构件中添加了规定量Mg的情况下，即使对接合部不涂布焊剂，也能够破坏氧化皮膜而实现接合。在这种情况下，与真空无焊剂硬钎焊同样地，铝构件熔融而液相出现在表层时，通过从铝构件中蒸发的Mg的吸气作用而氧化皮膜被破坏。

在通过Mg的吸气作用而破坏氧化皮膜的情况下，为了抑制氧化皮膜的形成，在真空中或者上述的非氧化性气氛中进行接合。在面接合、闭塞空间中的接合的情况下，有时能够在干燥的大气中接合。在非氧化性气氛中、干燥大气中的接合的情况下，优选将露点抑制为-25℃以下。

为了通过Mg的吸气作用而破坏氧化皮膜，使第1及第2铝构件中的一方由Mg含量为0.2％以上且2.0％以下的铝材料构成。在Mg含量小于0.2质量％时，无法得到充分的吸气作用，而不能实现良好的接合。另一方面，如果超过2.0质量％，则在表面上Mg与气氛中的氧反应，大量生成氧化物MgO，而接合受到阻碍。此外，仅对一方的铝构件将Mg含量设为0.2％以上且2.0％以下的原因是，只要能够得到利用一方的铝构件的Mg的吸气作用则足够。在另一方的铝构件中，Mg含量并不限定为0.2％以上，但是如果大量生成MgO则接合受到阻碍，因此Mg含量限制为2.0％以下。在此，所谓的Mg为2.0％以下，还包括不含Mg的情况、或者以不可避免的杂质水平含有极微量的情况。此外，在一方的铝构件中，如果满足Mg含量为0.2％以上且2.0％以下的条件，则对其他元素的种类、含量没有限制，在另一方的铝构件中，如果满足Mg含量为2.0％以下的条件，则对其他元素的种类、含量没有限制。

F.接合条件

液相率为5％以上且35％以下的时间优选为30秒以上且3600秒以下，更优选为60秒以上且1800秒以下。在小于30秒时，有时液相在接合部中没有充分填充，如果超过3600秒，则有时无法可靠地抑制被接合构件的形状变化。

此外，优选将生成液相的铝构件的固相线温度与液相线温度之差设为10℃以上。在小于10℃时，固体与液体共存的温度范围变窄，有时难以控制所产生的液相量。

进而，在生成液相的铝合金材料中，优选将在接合温度加热后的基体的晶体粒径设为50μm以上。这是因为，在小于50μm时，因自重而容易产生晶界滑移，如果接合时间变长则会发生促进变形的情况。此外，晶体粒径的测定通过按照JIS H：501的切断法来测定。

G.适于本发明的铝构件的材质

作为生成规定的液相率的铝构件，优选使用由如下的铝合金构成的铝合金材料：Mg含量被限制为0.5％以下或者0.2％以上且2.0％以下，含有Si：0.6～3.5％作为必需元素，进一步含有选自Cu：0.05～0.5％、Fe：0.05～1.0％、Zn：0.2～1.0％、Mn：0.1～1.8％以及Ti：0.01～0.3％中的1种或2种以上作为选择性添加元素，剩余部分由Al和不可避免的杂质构成。

在将由这样的Al-Si合金或者Al-Si-Mg合金构成的铝合金材料作为生成液相的铝构件的情况下，当Si含量设为X(％)时，优选将接合温度T控制成660-39.5X≤T≤660-15.7X、且T≥577。由此，能够实现更良好的接合。

作为生成规定的液相率的其他铝构件，还优选使用由如下的铝合金构成的铝合金材料：Mg含量被限制为0.5％以下或者0.2％以上且2.0％以下，含有Cu：0.7～15.0％作为必需元素，进一步含有选自Si：0.05～0.8％、Fe：0.05～1.0％、Zn：0.2～1.0％、Mn：0.1～1.8％以及Ti：0.01～0.3％中的1种或2种以上作为选择性添加元素，剩余部分由Al和不可避免的杂质构成。

在将由这样的Al-Cu合金或者Al-Cu-Mg合金构成的铝合金材料作为生成液相的铝构件的情况下，当Cu含量设为Y(％)时，优选将接合温度T控制成660-15.6Y≤T≤660-6.9Y、且T≥548。由此，能够实现更良好的接合。

H.接合时对铝构件施加的应力

在本发明的接合中，只要在接合部相接有第1及第2铝构件，则并不一定需要对接合面施加压力。然而，在实际的产品制造过程中，为了将铝构件彼此固定或者缩小空隙，用夹具等对两个铝构件施加应力的情况较多。此外，也因自重而在铝构件内产生应力。此时，在各铝构件内的各部位产生的应力根据形状和载荷求出。例如，使用结构计算程序等来计算。在本发明中，当将在接合时产生液相的铝构件的各部位所产生的应力之中最大者(最大应力)设为P(kPa)、将作为该铝构件的铝合金中的液相率设为V时，优选以满足P≤460-12V的方式进行接合。该式的右边所示的值为极限应力，如果超过该极限应力的应力施加到产生液相的铝构件，则即使液相率为35％以内，也有可能对铝构件产生大的变形。

另外，在由两个铝构件产生液相的情况下，分别对两个铝构件，使用各自的应力P、液相率V，计算出P≤460-12V，以两个铝构件都同时满足上述式的方式进行接合。

I.铝构件的接合表面的起伏

在本发明的接合中，由于铝构件的液相生成量为微量，因此需要两个铝构件在接合部以相接的方式配置。然而，由于材料的翘曲、起伏，而有时在两个铝构件之间产生微小间隙。特别是，凹凸的波长为25～2500μm的起伏，作为间隙是无法忽略的大小，此外也难以通过夹具的推压等来矫正。

在本发明中，在根据接合前的两个铝构件的接合面表面的凹凸求出的算术平均波度(arithmetic mean waviness)Wa1与Wa2之和满足Wa1+Wa2≤10(μm)的情况下，能够得到更充分的接合。此外，算术平均波度Wa1、Wa2是在JISB0633中规定的，根据以仅检测25～2500μm的波长的方式设定截止值的、用激光显微镜、共焦显微镜测定的波度曲线求出。

J.接合方法

在本发明的接合方法中，通常在炉中加热铝构件。对炉的形状没有特别限制，可以使用例如1室结构的分批炉、汽车用热交换的制造等中使用的连续炉等。此外，对炉中的气氛没有限制，但如上所述优选在非氧化性气氛中进行。

在铝材料的表层上形成有氧化皮膜，由此接合受到阻碍。因此，在接合中需要破坏氧化皮膜。在本发明涉及的接合方法中，为了破坏氧化皮膜，优选对接合部涂布焊剂。此外，为了抑制氧化皮膜的形成，优选在氮气等非氧化性气体的气氛中进行接合。特别优选对接合部涂布焊剂、且在非氧化性气体的气氛中进行接合。另外，在铝合金材料中添加有Mg的情况下，即使对接合部不涂布焊剂，也能够通过使用真空、非氧化性气氛或者大气气氛的炉，利用Mg的吸气作用，除去表面的氧化被膜。

产业可利用性

根据本发明，可提供不需要熔化材料、硬钎料的简易的铝构件的接合方法。此外，可提供在接头部分不存在应力集中并具有充分强度的铝结构体。

符号说明

c：Si浓度

c1：Si浓度

c2：Si浓度

L1：沿着第1铝构件的长度方向的中心线

L2：沿着第2铝构件的长度方向的中心线

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

Claims (11)

1.一种铝构件的接合方法，其特征在于，该铝构件的接合方法是将第1铝构件的平面部与第2铝构件的端部接合的方法，是将所述第1铝构件及第2铝构件的至少一方在该铝构件内所生成的液相的质量相对于它们全部质量的比成为5％以上且35％以下的温度接合的接合方法，

使所述第1铝构件及第2铝构件的接合部的接合宽度比所述第2铝构件的主体部分的沿着与所述第1铝构件及第2铝构件的接合面平行的面的截面的最小宽度大，

所述第1铝构件及第2铝构件由如下所述的铝材料构成，即，Mg被限制为0.5质量％以下，含有Si：0.6～3.5％作为必需元素，进一步含有选自Cu：0.05～0.5％、Fe：0.05～1.0％、Zn：0.2～1.0％、Mn：0.1～1.8％以及Ti：0.01～0.3％中的1种或2种以上作为选择性添加元素，剩余部分由Al和不可避免的杂质构成，当Si含量设为X％时，将接合温度T控制成660-39.5X≤T≤660-15.7X、且T≥577，

所述接合在非氧化性气氛中、在接合部涂布有氟化物系或氯化物系焊剂的状态下进行，并且，

在生成液相的铝构件中，接合温度加热后的基体的晶体粒径为50μm以上，

所述接合前的由所述第1铝构件及第2铝构件的接合面的表面的凹凸求出的算术平均波度Wa1与Wa2之和满足Wa1+Wa2≤10μm的关系，

当将在接合时产生液相的铝构件的各部位所产生的最大应力设为P kPa、将该铝构件的所述液相率设为V时，所述最大应力满足P≤460-12V的关系。

2.一种铝构件的接合方法，其特征在于，该铝构件的接合方法是将第1铝构件的平面部与第2铝构件的端部接合的方法，是将所述第1铝构件及第2铝构件的至少一方在该铝构件内所生成的液相的质量相对于它们全部质量的比成为5％以上且35％以下的温度接合的接合方法，

使所述第1铝构件及第2铝构件的接合部的接合宽度比所述第2铝构件的主体部分的沿着与所述第1铝构件及第2铝构件的接合面平行的面的截面的最小宽度大，

所述第1铝构件由含有0.2质量％以上且2.0质量％以下Mg的铝材料构成，

所述第2铝构件由如下的铝材料构成，即，Mg含量被限制为2.0质量％以下，含有Si：0.6～3.5％作为必需元素，进一步含有选自Cu：0.05～0.5％、Fe：0.05～1.0％、Zn：0.2～1.0％、Mn：0.1～1.8％以及Ti：0.01～0.3％中的1种或2种以上作为选择性添加元素，剩余部分由Al和不可避免的杂质构成，当Si含量设为X％时，将接合温度T控制成660-39.5X≤T≤660-15.7X、且T≥577，

所述接合在非氧化性气氛中或大气中、在接合部不涂布焊剂的状态下进行，并且，

在生成液相的铝构件中，接合温度加热后的基体的晶体粒径为50μm以上，

所述接合前的由所述第1铝构件及第2铝构件的接合面的表面的凹凸求出的算术平均波度Wa1与Wa2之和满足Wa1+Wa2≤10μm的关系，

当将在接合时产生液相的铝构件的各部位所产生的最大应力设为P kPa、将该铝构件的所述液相率设为V时，所述最大应力满足P≤460-12V的关系。

3.根据权利要求1或2所述的铝构件的接合方法，其特征在于，所述第1铝构件及第2铝构件的所述接合面各自由单一平面构成。

4.根据权利要求1或2所述的铝构件的接合方法，其特征在于，所述第1铝构件及第2铝构件的所述接合面各自由在两个构件间互补的多个平面或者互补的曲面构成。

5.根据权利要求4所述的铝构件的接合方法，所述第1铝构件及第2铝构件的所述接合面各自由在两个构件间互补的两个平面构成，与该接合面正交的接合部的截面为大致L字形。

6.根据权利要求4所述的铝构件的接合方法，所述第1铝构件及第2铝构件的所述接合面各自由在两个构件间互补的三个平面构成，与该接合面正交的接合部的截面为大致U字形。

7.根据权利要求4所述的铝构件的接合方法，所述第1铝构件及第2铝构件的所述接合面各自由在两个构件间互补的多个平面构成，与该接合面正交的接合部的截面为锯齿状、阶梯状或凹凸状。

8.根据权利要求4所述的铝构件的接合方法，所述第1铝构件及第2铝构件的所述接合面各自由在两个构件间互补的曲面构成，与该接合面正交的接合部的截面为波状。

9.一种铝结构体，其通过权利要求1～8中任一项所述的铝构件的接合方法将所述第1铝构件及第2铝构件接合而成。

10.一种铝结构体，其特征在于，是将第1铝构件的平面部与第2铝构件的端部进行接合而成的铝结构体，具有将所述第1铝构件及第2铝构件的至少一方在该铝构件内所生成的液相的质量相对于它们全部质量的比成为5％以上且35％以下的温度进行渗出接合而成的接合结构，

使所述第1铝构件及第2铝构件的接合部的接合宽度比所述第2铝构件的主体部分的沿着与所述第1铝构件及第2铝构件的接合面平行的面的截面的最小宽度大，

所述第1铝构件及第2铝构件由如下所述的铝材料构成，即，Mg被限制为0.5质量％以下，含有Cu：0.7～15.0％作为必需元素，进一步含有选自Si：0.05～0.8％、Fe：0.05～1.0％、Zn：0.2～1.0％、Mn：0.1～1.8％以及Ti：0.01～0.3％中的1种或2种以上作为选择性添加元素，剩余部分由Al和不可避免的杂质构成，当Cu含量设为Y％时，将接合温度T控制成660-15.6Y≤T≤660-6.9Y、且T≥548，

所述接合在非氧化性气氛中、在接合部涂布有氟化物系或氯化物系焊剂的状态下进行，并且，

在生成液相的铝构件中，接合温度加热后的基体的晶体粒径为50μm以上，

所述接合前的由所述第1铝构件及第2铝构件的接合面的表面的凹凸求出的算术平均波度Wa1与Wa2之和满足Wa1+Wa2≤10μm的关系，

当将在接合时产生液相的铝构件的各部位所产生的最大应力设为P kPa、将该铝构件的所述液相率设为V时，所述最大应力满足P≤460-12V的关系。

11.一种铝结构体，其特征在于，是将第1铝构件的平面部与第2铝构件的端部进行接合而成的铝结构体，具有将所述第1铝构件及第2铝构件的至少一方在该铝构件内所生成的液相的质量相对于它们全部质量的比成为5％以上且35％以下的温度进行渗出接合而成的接合结构，

使所述第1铝构件及第2铝构件的接合部的接合宽度比所述第2铝构件的主体部分的沿着与所述第1铝构件及第2铝构件的接合面平行的面的截面的最小宽度大，

所述第1铝构件由含有0.2质量％以上且2.0质量％以下Mg的铝材料构成，

所述第2铝构件由如下所述的铝材料构成，即，Mg被限制为2.0质量％以下，含有Cu：0.7～15.0％作为必需元素，进一步含有选自Si：0.05～0.8％、Fe：0.05～1.0％、Zn：0.2～1.0％、Mn：0.1～1.8％以及Ti：0.01～0.3％中的1种或2种以上作为选择性添加元素，剩余部分由Al和不可避免的杂质构成，当Cu含量设为Y％时，将接合温度T控制成660-15.6Y≤T≤660-6.9Y、且T≥548，

所述接合在非氧化性气氛中或大气中、在接合部不涂布焊剂的状态下进行，并且，

在生成液相的铝构件中，接合温度加热后的基体的晶体粒径为50μm以上，

所述接合前的由所述第1铝构件及第2铝构件的接合面的表面的凹凸求出的算术平均波度Wa1与Wa2之和满足Wa1+Wa2≤10μm的关系，

当将在接合时产生液相的铝构件的各部位所产生的最大应力设为P kPa、将该铝构件的所述液相率设为V时，所述最大应力满足P≤460-12V的关系。