CN104093515B - 铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法 - Google Patents

铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法 Download PDF

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Abstract

使用单层型钎焊片对铝合金构件与铜合金构件于无助焊剂的情况下进行面硬钎焊的方法中，以将由具有包含Si:1.0～12质量％、Mg:0.1～5.0质量％且其余部分由Al和无法避免的杂质形成的成分组成的厚15～200μm的钎料形成的单层钎焊片夹于铝合金构件与铜合金构件之间面接触的状态，在惰性气体气氛下，将硬钎焊温度保持于510～550℃并施加0.6MPa以上的面压的同时，于无助焊剂的情况下对铝合金构件与铜合金构件进行面硬钎焊。

Description

铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法
技术领域
本发明涉及将铝合金构件与铜合金构件用钎焊片在惰性气体气氛中于无助焊剂的情况下进行面硬钎焊的方法。
背景技术
近年来，通过面接触对车载用IGBT等的发热进行冷却的热交换系统的需求不断升高，需要对铝合金构件与铜合金构件进行面硬钎焊的技术。例如，对将铜板和陶瓷板粘合而得的导热性、电绝缘性良好的基板与铝合金制的水冷构件进行接合的情况下，需要对所述基板的铜板与所述水冷构件的铝合金面进行面硬钎焊的技术。
该面硬钎焊技术中，向铝合金构件与铜板之间插入钎料进行钎焊加热，因此形成在接合部容易产生空隙缺陷等、若使用助焊剂则容易封入助焊剂的结构。因此，是钎焊技术中比较困难的技术。
另一方面，作为不使用助焊剂的铝构件与铜构件的面硬钎焊接合技术，可例举采用真空硬钎焊法的面硬钎焊接合技术。例如非专利文献1中提示了向铝板(A1050)与无氧铜板(C1020)之间夹入Al-Si-Mg-Bi类箔钎料(相当于4104，熔点:832K)，附加初期荷重0.1MPa，在真空炉中保持于783～823K(510～550℃)，进行面硬钎焊的技术。该非专利文献1中所提示的技术中，硬钎焊保持时间内Al向Cu母材中的扩散活化而生成金属间化合物δ相，然后冷却时在Al侧结晶析出金属间化合物θ相，因此暗示接头强度(钎焊强度)下降。
此外，专利文献1中提示了制作将Al材与Cu材介以钎料接合而得的钎焊接结构体的情况下，预先对Al材和Cu材中的至少一方的接合位置实施Ni镀覆而形成镀层，然后使用钎料、例如由Al-Si或以Al-Si为主体的合金形成的钎料对Al材与Cu材进行钎焊接的技术。
另外，专利文献2中提示了铝或铝合金制的构件与铜或铜合金制的构件的接合方法，其特征在于，在铝(Al)或铝(Al)合金制的构件与铜或铜合金制的构件的接合时，在所述铜或铜合金制的构件的接合面形成由银(Ag)形成的金属层，使用Al-Si类的合金钎料对该金属层与所述铝(Al)或铝(Al)合金制的构件的接合面进行硬钎焊，形成残存的所述金属层、残存的所述金属层和存在生成Al-Ag的金属间化合物的区域的反应层，该反应层通过所述钎料、银(Ag)和铝(Al)的反应构成，使得其中存在向该基体相呈网眼状生成的所述Al-Ag的金属间化合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开昭56-109157
专利文献2:日本专利第3917503号
非专利文献
非专利文献1:《轻金属熔接》，40卷(2002)9号，13-20页。
发明的概要
发明所要解决的技术问题
另外，非专利文献1中，对Al-Cu硬钎焊接头的破坏方式进行了详细考察，最终断裂位置的主要部分不是θ相和δ相这2种不同的金属间化合物间的界面，而是θ相内部。同时，同一非专利文献1中的结论是在铝构件与铜构件的硬钎焊接合时，必然伴随钎料的熔融凝固，因此理论上难以将金属间化合物层的生成控制在接头强度的提高所需的程度。此外，同一专利文献1中所提示的技术中，采用真空硬钎焊，因此存在生产性效率低、成本高的缺点。
另外，专利文献1中所提示的技术中，需要预先对Al材和Cu材中的至少一方的接合位置实施Ni镀覆而形成镀层，专利文献2中所提示的技术中，必须使用高价的银(Ag)作为嵌入材料，可能会成本高，工序也繁琐。
因此，希望开发出既确保稳定的硬钎焊品质又不会导致成本上升的对铝合金构件与铜合金构件进行面硬钎焊的技术。
本发明是为了解决这样的课题而提出的方案，其目的在于提供通过单层型钎焊片将铝合金构件与铜合金构件在惰性气体气氛中于无助焊剂的情况下进行面硬钎焊时，抑制金属间化合物层的生长，保持铝合金构件与铜合金构件间的热导率高的同时，钎焊强度(剪切力)良好的进行面硬钎焊的技术。
解决技术问题所采用的技术方案
为了实现该目的，本发明的铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法是使用由具有包含Si:1.0～12质量％、Mg:0.1～5.0质量％且其余部分由Al和无法避免的杂质形成的成分组成的厚15～200μm的钎料形成的单层钎焊片对铝合金构件与铜合金构件进行面硬钎焊的方法，其特征在于，以将所述钎焊片夹于铝合金构件与铜合金构件之间面接触的状态，在惰性气体气氛下，将硬钎焊温度保持于510～550℃并施加0.6MPa以上的面压的同时，于无助焊剂的情况下对铝合金构件与铜合金构件进行硬钎焊。
作为所述钎料所含的无法避免的杂质的Cu、Mn、Zn分别较好是低于1.0质量％。
此外，所述钎料较好是厚度为15～150μm，更好是厚度为15～100μm。
另外，作为被面硬钎焊的铝合金构件，较好是至少固相线温度在520℃以上。作为铝合金构件，更好是固相线温度在550℃以上。作为铝合金构件，进一步更好是向AA1000系那样固相线温度在600℃以上。
另外，所述硬钎焊温度较好是510～550℃。
另外，面硬钎焊时的所述硬钎焊温度的保持时间较好是在2分钟以上，特别好是在5分钟以上。
另外，较好是面硬钎焊时的所述惰性气体为氮气，特别好是所述惰性气体的氧浓度在500ppm以下。
发明的效果
如果采用由本发明提供的铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法，则将铝合金构件与铜合金构件在惰性气体气氛中于无助焊剂的情况下且在铝合金构件与铜合金构件之间施加特定的面压进行面硬钎焊。因此，可抑制在铝合金构件与铜合金构件间容易发生的空隙缺陷等，因而可进行品质稳定的面硬钎焊。
如果采用上述面硬钎焊方法，则可在惰性气体气氛中进行硬钎焊，能够采用基于连续炉的生产方式，因此与基于间歇炉的真空硬钎焊的情况相比，生产效率高，且使用单层型钎焊片，因此作为整体可实现低成本化。此外，由于在铝合金构件与铜合金构件间施加0.6MPa以上的面压进行面硬钎焊，因此插入铝合金构件与铜合金构件间的钎料如果熔融，则高效地从铝合金构件与铜合金构件间被排出。因此，特别是可抑制Al侧的θ相等的金属间化合物的生成，能够减小金属间化合物层的厚度，可在保持铝合金构件与铜合金构件间的热导率高的同时，进行钎焊强度(剪切力)良好的面硬钎焊。
附图的简单说明
图1是对倒T字试验片的形状进行说明的图。
图2是对金属组织观察用试验片、热导率测定用试验片的形状进行说明的图。
图3是对剪切试验方法进行说明的概念图。
图4是对加压式硬钎焊试验夹具进行说明的概念图。
图是对金属间化合物层的厚度测定进行说明的照片。
图6是表示硬钎焊时的施加压力对化合物层厚度的影响的图。
图7是表示化合物层厚度对剪切强度的影响的图。
图8是表示化合物层厚度对热导率的影响的图。
图9是表示施加压力0.2MPa时的剖面金属组织的照片。
图10是表示施加压力0.6MPa时的剖面金属组织的照片。
图11是表示硬钎焊温度和保持时间的影响的图。
图12是表示钎料中的Mg添加量的影响的图。
图13是表示钎料中的Si添加量的影响的图。
图14是表示钎料中的杂质含量的影响的图。
图15是表示钎料的厚度的影响的图。
图16是表示硬钎焊气氛中的氧浓度的影响的图。
实施发明的方式
通常，进行面硬钎焊时，向接合的铝合金构件与铜合金构件之间插入钎料进行硬钎焊加热，因此必然伴随钎料的熔融凝固。即，硬钎焊后，只要铝合金构件与铜合金构件之间残存钎料，也难以将金属间化合物层的生成控制在接头强度的提高所需的程度。因此，硬钎焊制品的品质容易产生偏差。
此外，即使在像专利文献1中所提示的那样对Al材和Cu材中的至少一方的接合位置实施Ni镀覆的情况和像专利文献2中所提示的那样使用高价的银(Ag)作为嵌入材料进行硬钎焊，由于最终是使用Al-Si系合金钎料进行硬钎焊，因此可能会成本升高，工序也变得繁杂。
于是，本发明人在对成本比现有技术低的品质稳定的面硬钎焊法进行认真研究的过程中，想到了本发明。
以下，对其进行详细说明。
首先，本发明的面硬钎焊方法是以将由Al-Si-Mg类合金钎料形成的厚度尽可能小的单层钎焊片夹于铝合金构件与铜合金构件之间，在面接触的状态下施加特定的面压使钎焊片充分熔化，并在浸润铝合金构件与铜合金构件的界面的同时将熔融的钎料积极地从界面排出，可减小形成于铝合金构件与铜合金构件之间的金属间化合物层的厚度。由于可减小金属间化合物层的厚度，因此能够获得钎焊强度高的接合体。
铝合金构件可以是铝合金板，也可以是铝合金挤出材料和铝合金铸件。同样地，铜合金构件可以是铜合金板，也可以是铜合金挤出材料和铜合金铸件。例如能够以铝合金制部件和铜合金制部件可相互连接的方式设置卡合部，在该卡合部设置夹入钎焊片的部位。即，本发明中，被接合材料不仅限于铝合金板和铜合金板，只要是至少一部分具有可进行硬钎焊的平滑面的铝合金制和铜合金制的材料即可，可以是任意的材料。
作为适用本发明的面硬钎焊法的铝合金构件，较好是由至少固相线温度在520℃以上的铝合金形成的构件。
使用后述中详细说明的Al-Si类的钎料时，为了使该钎料充分熔化，需要510℃以上的硬钎焊温度，必须适用于固相线温度在520℃以上的作为被接合材料的铝合金构件。如果作为被接合材料的铝合金构件的固相线温度低于520℃，则在面硬钎焊的加热中，可能会使铝合金构件的至少一部分熔化。更优选的铝合金构件的固相线温度在550℃以上。进一步优选的铝合金构件的固相线温度在600℃以上。
本发明的第一个特征点在于，为了控制成本，作为钎焊片，使用由具有规定的组成和厚度的单层钎料形成的钎焊片。
所以，先对钎料进行说明。
作为钎料，使用合金具有包含Si:1.0～12质量％、Mg:0.1～5.0质量％且其余部分由Al和无法避免的杂质形成的成分组成，厚度为15～200μm的铝合金薄板。
Si:1.0～12质量％
Si是用于通过其含量降低钎焊片的液相线的温度的同时，改善面硬钎焊中的浸润性的元素。如果Si含量低于1.0质量％，则钎焊片的液相线的温度过高，即使达到规定的硬钎焊温度，钎焊片的熔化不充分，可能会无法获得足够的钎焊强度(剪切应力)。相反地，如果Si含量超过12质量％，则铸造中在铸件中央部析出(晶析)初晶Si的可能性升高，即使获得完整的热轧板，也难以获得组织在微观上均质的钎焊片。
因此，钎料中的Si含量设在1.0～12质量％的范围内。更优选的Si含量在2.0～12质量％的范围内。进一步优选的Si含量在3.0～12质量％的范围内。
Mg:0.1～5.0质量％
Mg通过自身被氧化而起到还原剂的作用，因此是用于抑制硬钎焊加热导致的铝合金构件与钎焊片的钎料的界面的铝的氧化，改善面硬钎焊中的浸润性的元素。如果Mg含量低于0.1质量％，则根据硬钎焊温度和保持时间，其效果可能会不足，可能无法获得足够的钎焊强度(剪切应力)。相反地，如果Mg含量超过5.0质量％，则对铸件进行热轧时对辊的负荷增大，且发生边裂，因此热轧变得困难。如果考虑到钎料的加工性，Mg含量越低越好。
因此，钎料中的Mg含量设在0.1～5.0质量％的范围内。更优选的Mg含量在0.1～4.0质量％的范围内。进一步优选的Mg含量在0.1～3.0质量％的范围内。
其余部分由Al和无法避免的杂质形成。
作为无法避免的杂质，可例举Fe、Cu、Mn、Zn等，对于这些元素，如果在Fe:低于1.0质量％、Cu:低于1.0质量％、Mn:低于1.0质量％、Zn:低于1.0质量％的范围内，则不会妨碍本发明的效果。因此，作为无法避免的杂质的所述成分含量分别较好是低于1.0质量％。
此外，作为其它杂质元素，还可考虑Cr、Ni、Zr、Ti、V、B、Sr、Sb、Ca、Na等，如果在Cr:低于0.5质量％、Ni:低于0.5质量％、Zr:低于0.2质量％、Ti:低于0.2质量％、V:低于0.1质量％、B:低于0.05质量％、Sr:低于0.05质量％、Sb:低于0.05质量％、Ca:低于0.05质量％、Na:低于0.01质量％的范围内，则不会对本发明的钎焊片的性能特性造成大的阻碍，因此可作为无法避免的杂质包含。对于Pb、Bi、Sn、In，分别低于0.02质量％，其它分别低于0.02质量％，即使在该范围内包含管理外元素，也不会妨碍本发明的效果。
构成钎焊片的钎料的厚度:15～200μm
构成本发明的单层型钎焊片的钎料的厚度只要是可实现完整的面硬钎焊的厚度即可。如果厚度低于15μm，则可能会无法获得足够的钎焊强度。如果厚度超过200μm，则从接合面被排出的钎料的量过多，成本高。因此，钎料的厚度的范围设为15～200μm。更优选的厚度的范围是15～150μm。进一步优选的厚度的范围是15～100μm。
由钎料形成的单层型钎焊片的制造方法
例如，如果是由厚100μm的钎料形成的单层型钎焊片，则如下制造。
将作为原料的铸锭、废料等掺合，投入熔化炉，熔化制成由规定的钎料组成形成的铝熔融液。熔化炉一般是通过燃烧器的火焰直接加热熔化原料的燃烧炉。铝熔融液达到规定的温度、例如800℃后，投入适量的除渣用助熔剂，通过搅棒进行熔融液的搅棒，熔化全部的原料。然后，为了调整成分，投入例如Mg等追加原料，进行30～60分钟左右的静置后，除去漂浮于表面的金属渣。铝熔融液被冷却至规定的温度、例如740℃后，从出液口导出至导管，根据需要通过在线旋转脱气装置、CFF滤器等开始铸造。并设熔化炉和保持炉的情况下，将通过熔化炉熔化制成的熔融液移至保持炉后，通过保持炉再进行静置等后开始铸造。
DC铸造机的夹套可以是单管道注入，也可以是重视生产效率的多管道注入。例如，向700mm×450mm的尺寸的水冷式铸模内通过汲取管、浮体注入的同时，以60mm/分钟的铸造速度将下模降下，在水冷式铸模下部对凝固壳层进行直接水冷(Direct Chill)，同时使液穴(sump)的熔融液凝固冷却，获得规定尺寸、例如700mm×450mm×4500mm尺寸的板坯。铸造结束后，切割板坯的前端、后端实施单面25mm的两面面削，将达到400mm的厚度的板坯插入均热炉，实施450～540℃×1～12小时的均质化处理(HO处理)。均质化处理后，将板坯从均热炉取出，通过热轧机实施数帕斯卡的热轧，获得例如厚6mm的热轧板卷(重轧，Reroll)。
对该厚6mm的热轧板卷实施数帕斯卡的冷轧，获得由规定厚度、例如厚100μm的钎料形成的单层型钎焊片。冷轧工序中，冷轧板的加工硬化显著的情况下，理想的是根据需要将卷插入退火炉，实施保持温度300～450℃的中途退火处理，使冷轧板软化。
本发明的第二个特征点在于，在惰性气体气氛下，于不使用助熔剂的情况下，对铝合金构件与铜合金构件间施加特定的面压。因此，钎料熔融后被从铝合金构件与铜合金构件间高效地排出，特别是可抑制Al侧的θ相等的金属间化合物的生成，可减小金属间化合物层的厚度，保持铝合金构件与铜合金构件间的热导率高的同时，能够进行钎焊强度(剪切力)良好的面硬钎焊。
惰性气体气氛下
为了如上所述将钎焊片(钎料)充分熔化，浸润铝合金构件与铜合金构件的界面进行面硬钎焊，需要至少在保持温度510℃以上的条件下保持规定时间。
因此，即使是硬钎焊加热中，为了抑制铝合金构件和铜合金构件的硬钎焊面的表面或钎焊片的钎料面的氧化，需要在惰性气体气氛下进行面硬钎焊。
作为惰性气体，可使用氮气、氩气、氦气等。此外，惰性气体中的氧浓度较好是在500ppm以下。如果惰性气体中的氧浓度超过500ppm，则面硬钎焊后的接合强度(剪切应力)低。
更优选的惰性气体中氧浓度为100ppm。进一步优选的惰性气体中氧浓度为10ppm以下。具体来说，对于工业用氮气，标准定为氧浓度10ppm以下，所以从成本的角度来看，也最好是使用工业用氮气。
当然，硬钎焊加热中、硬钎焊温度保持中和冷却中较好是将加热装置内用惰性气体气氛充满。然而，在像电磁感应加热这样进行急速加热的情况下，也可在达到规定的保持温度前，喷射惰性气体将加热装置内的大气置换为惰性气体。
施加面压:0.6MPa以上
本发明的面硬钎焊方法中，将规定组成的钎焊片(钎料)熔化，以使钎料与铝合金构件、钎料与铜合金构件面接触的状态进行硬钎焊加热，这时需要在对接合面实施0.6MPa以上的面压的同时，在规定的硬钎焊温度下保持。当然，也可以在硬钎焊加热时不施加面压，临达到钎料的熔融温度前，通过设置在炉内的压制机等对接合面施加0.6MPa以上的面压进行面硬钎焊。
面压在0.6MPa以上的情况下，插入铝合金构件与铜合金构件间的钎料在熔化后被从铝合金构件与铜合金构件的界面高效地排出。因此，特别是可抑制Al侧的θ相等的金属间化合物的生成。具体来说，例如可使金属间化合物层的厚度在30μm以下，保持铝合金构件与铜合金构件间的热导率高的同时，能够进行钎焊强度(剪切力)良好的面硬钎焊。
面压低于0.6MPa的情况下，插入铝合金构件与铜合金构件之间的钎料即使在熔化后也难以从铝合金构件与铜合金构件的界面被排出。因此，急速发生自铜合金构件表面向熔融钎料中的Cu原子扩散，无法抑制包括钎料的Al侧的θ相等的金属间化合物的生成。其结果是，无法减小金属间化合物层的厚度，不仅铝合金构件与铜合金构件的界面的热导率下降，而且无法获得足够的钎焊强度(剪切应力)。当然，为了在维持面硬钎焊后的铝合金构件与铜合金构件的界面的热导率高的同时，充分确保钎焊强度(剪切应力)，对接合面施加的面压越高越好。因此，优选的面压在0.6MPa以上。更优选的面压在1.0MPa以上。
硬钎焊的温度条件:保持于510～550℃
本发明的面硬钎焊方法中，为了将规定组成的钎焊片(钎料)熔化，浸润铝合金构件与铜合金构件的界面的同时，将熔融的钎料从铝合金构件与铜合金构件的界面排出，并可靠地进行面硬钎焊，需要至少硬钎焊温度在510℃以上。
硬钎焊温度低于510℃的情况下，钎料的熔化不充分，无法获得足够的钎焊强度(剪切强度)。当然，在允许的范围内保持温度越高，则可获得越充分的钎焊强度(剪切强度)。然而，如果保持温度超过550℃，急速发生向包括钎料的Al侧的Cu原子的扩散，即使是1000系的铝合金构件，由于界面附近的固相线温度低，依次引发局部熔解，也会施加特定的面压，铜合金构件可能会深入铝合金构件。因此，优选的保持温度在510～550℃的范围内。
硬钎焊的保持时间
硬钎焊温度下的保持时间较好是在2分钟以上。根据硬钎焊温度的不同，如果保持时间低于2分钟，则可能会由于接合面的温度不均，无法获得足够的钎焊强度(剪切强度)。更优选的保持时间在5分钟以上。
实施例
钎焊片的制作
称量、配合规定的各种铸锭，向涂布了脱模剂的#30坩埚中装入装填各9kg(计16试样)的原材料。将这些坩埚插入电炉内，在760℃熔化除渣，然后将熔融液温度保持在740℃。接着，通过小型旋转脱气装置，向熔融液中以1Nl/分钟的流量通入氮气10分钟，进行脱气处理。然后，进行30分钟的静置，将熔融液表面漂浮的渣用搅棒除去，再用勺采集盘样品至成分分析用铸模。
接着，用夹具依次将坩埚从电炉内取出，将铝熔融液注入预热至200℃的5个模具(70mm×70mm×15mm)。各试样的盘样品通过发光分光分析进行组成分析。其结果示于表1。
[表1]
表1：使用的试样的成分组成(质量％)
对于铸件，将冒头切割后，对两面各面削3mm，使厚度为9mm。将该铸件装入电加热炉，以100℃/小时的升温速度加热至480℃，进行480℃×1小时的均质化处理，再通过热轧机实施热轧至厚3mm。
然后，对热轧板实施冷轧，制成厚0.2mm的冷轧板，为了使其软化而实施400℃×2小时的中途退火。再实施冷轧，制成0.06mm(60μm)的最终冷轧板。为了调查钎料厚度对钎焊强度(剪切应力)的影响，对于E合金钎料，制成厚15μm、20μm、30μm、60μm和100μm这5个水平的最终压延板。
将该最终冷轧板切割成规定的大小(15mm×8mm)，制成多块钎焊片(钎料)。
倒T字试验片的制作
如图1所示，在AA1100合金制的块A(35mm×35mm×10mm)的35mm×35mm的面上的中央承载钎焊片(15mm×8mm)，以无氧铜制(C1020)的块B(18mm×15mm×8mm)中的15mm×8mm的面重叠于上述钎焊片的方式将块B竖立放置于块A中的35mm×35mm的面上的中央。
然后，使用如图4(a)所示的加压式硬钎焊试验夹具对块B的上表面加压的同时，将组合好的块等插入试验炉内。为了将气氛置换为惰性气体，使工业用氮气(氧浓度10ppm以下的氮)以10Nl/分钟的流量流动的同时，通过PID控制以50℃/分钟的速度加热至安装于块A的热电偶显示规定的硬钎焊温度，以规定的硬钎焊温度保持规定时间后，关闭向电阻线的输出，将组合好的块等在炉中冷却。安装于块A的热电偶显示400℃以下后，将组合好的块等从炉中取出冷却至室温。
此外，为了调查基于硬钎焊气氛的氧浓度对钎焊强度(剪切应力)的影响，对于E合金钎料(钎料厚度:60μm)，除了工业用氮气(氧浓度10ppm以下的氮气)之外，还在流通氧浓度500ppm的氮气、氧浓度2000ppm的氮气的同时，或者不流通氮气，在大气中，于硬钎焊温度540℃、保持时间10分钟的条件下，同样地进行倒T字试验片的制作。
剪切应力的测定
将如上所述制成的倒T字试验片固定于如图3所示的夹具，从块A的端面(35mm×10mm的面)通过AMSLER试验机加压(变形速度:1mm/分钟)，进行硬钎焊面中的钎焊强度(断裂剪切应力)的测定。
金属组织观察用试验片和热导率测定用试验片的制作
如图2所示，在AA1050合金制的块C(40mm×40mm×4mm)的40mm×40mm的面上的中央承载钎焊片(30mm×30mm)，以无氧铜制(C1020)的块D(30mm×30mm×2.5mm)中的30mm×30mm的面重叠于上述钎焊片的方式将块D重叠于块C中的40mm×40mm的面上的中央。
然后，使用如图4(b)所示的加压式硬钎焊试验夹具对块D的上表面加压的同时，将组合好的块等插入试验炉内。为了将气氛置换为惰性气体，使工业用氮气(氧浓度10ppm以下的氮)以10Nl/分钟的流量流动的同时，通过PID控制以50℃/分钟的速度加热至安装于块C的热电偶显示规定的硬钎焊温度，以规定的硬钎焊温度保持规定时间后，关闭向电阻线的输出，将组合好的块等在炉中冷却。安装于块C的热电偶显示400℃以下后，将组合好的块等从炉中取出冷却至室温。
热导率的测定
热导率是将密度、比热、热扩散率相乘而算出。密度通过尺寸和重量测量进行测定，比热、热扩散率通过激光闪光法进行测定。测定试验片使用将金属组织观察用试验片和热导率测定用试验片用铣刀加工成板厚2mm后，通过电火花线切割加工制成直径2mm的试验片而得的片。激光闪光法使用爱发科理工株式会社(アルバック理工(株))制热常数测定装置TC-7000。
金属间化合物层厚度的测定
将金属组织观察用试验片和热导率测定用试验片的中央部剖面埋入树脂进行镜面研磨，如图5所示在金属显微镜下测定金属间化合物层的厚度。图5中，上侧的区域为Cu基材(无氧铜(C1020))，下侧的区域为Al基材(AA1050合金)。沿着这些基材之间的接合界面，在上侧呈层状生成δ相，在下侧呈块状生成θ相。以与接合界面垂直的方式设定测定用基准线，测定δ相和Cu基材的边界(a点)与θ相和Al基材的边界(b点)的距离，将该距离作为金属间化合物层的厚度。像这样对每1试验片在任意的10处的剖面测定金属间化合物层的厚度，将它们的平均值作为化合物层厚度。
对于上述实施例的说明中未特别示出详细条件的项目，使用E合金钎料(钎料厚度:60μm)和被接合材料(AA1100合金制，无氧铜制(C1020)块)，流通工业用氮气(氧浓度10ppm以下的氮气)的同时，在硬钎焊温度540℃、保持时间10分钟、加压力3MPa的条件下进行硬钎焊，进行倒T字试验片的制作和金属组织观察用试验片、热导率测定用试验片的制作。
其结果示于表2～10及图6～16。
[表2]
表2:加压力对化合物层厚度的影响
[表3]
表3:化合物层厚度对剪切强度的影响
[表4]
表4:化合物层厚度对热导率的影响
[表5]
表5:硬钎焊温度和保持时间的影响
[表6]
表6:钎料中的Mg添加量的影响
[表7]
表7:钎料中的Si添加量的影响
[表8]
表8:钎料中的杂质的影响
[表9]
表9:钎料厚度的影响
钎料厚度(μm) 剪切应力(MPa)
15 51
20 58
30 57
60 61
100 57
[表10]
表10:硬钎焊气氛的氧浓度的影响
首先，由表2所示的结果可知，如果在施加0.6MPa以上的面压的同时进行硬钎焊，则达到30μm以下的化合物层的厚度。此外，如果关注化合物层厚度对剪切强度的影响，可知化合物层厚度在30μm以下的状态下，剪切强度增加。如果关注化合物层厚度对热导率的影响，可知化合物层厚度在30μm以下的状态下，热导率增加。另外，如果对于硬钎焊时的施加压力对化合物层厚度的影响关注剖面组织照片，可知若在施加0.2MPa的面压的同时进行硬钎焊，则形成在Al侧θ相等的金属间化合物大幅生长的组织，但若在施加0.6MPa的面压的同时进行硬钎焊，则在Al侧θ相等的金属间化合物不会大幅生长，形成薄的厚度恒定的组织，金属间化合物的生成得到抑制。
因此，对于硬钎焊时的施加压力，可知较好是施加0.6MPa以上的面压。
对于硬钎焊温度，可知较好是510℃以上。此外，可知硬钎焊温度保持时间较好是在2分钟以上，特别好是在5分钟以上。
接着，如果关注构成钎料的铝合金中的成分的影响，为了在540℃硬钎焊时获得所需的剪切应力，含有0.1质量％的Mg足矣。但是，在540℃硬钎焊时Mg含量低于0.01质量％时，无法获得所需的剪切应力。此外，Mg含量超过3.0质量％的试样即使进行540℃下的硬钎焊，剪切应力也不会下降，但如上所述，钎料本身的加工性下降。因此，可知Mg的优选的含量为0.1～3.0质量％。
如果关注Si含量，在1.0～12.0质量％的范围内，可获得足够的剪切应力，但Si含量为0.5质量％时，所得的剪切应力稍有下降。
因此，可知Si的优选的含量为1.0～12.0质量％。
对于作为无法避免的Cu、Mn、Zn，可知如果含量分别低于1.0质量％，几乎不会影响剪切应力。
对于钎料的厚度，如果是15μm以上的厚度，就可以获得足够的剪切应力，但其厚度为15μm的情况下，所得的剪切应力稍有下降。因此，钎料的厚度较好是15μm以上。如果过厚，则钎料过量，因此上限为200μm的情况如上所述。
如果关注硬钎焊时的气氛，可知至少应采用氮气等惰性气氛。可知特别好是采用氧含量在500ppm以下的惰性气体气氛。
产业上利用的可能性
如果采用本发明，则可提供既确保稳定的硬钎焊品质又不会导致成本上升的对铝合金构件与铜合金构件进行面硬钎焊的技术。

Claims (7)

1.铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法，它是使用单层钎焊片对铝合金构件与铜合金构件进行面硬钎焊的方法，所述单层钎焊片由具有包含Si:1.0～12质量％、Mg:0.1～5.0质量％且其余部分由Al和无法避免的杂质形成的成分组成且厚15～200μm的钎料形成，其特征在于，
以将所述单层钎焊片夹于铝合金构件与铜合金构件之间面接触的状态，在连续炉内一边流通氧浓度在10ppm以下的工业用氮气，一边将硬钎焊温度保持于510～550℃并施加1.0MPa以上的面压的同时，于无助焊剂的情况下对铝合金构件与铜合金构件进行面硬钎焊，由此能将熔融的钎料从铝合金构件与铜合金构件间高效排出，将钎焊后的接合界面的铝侧的金属间化合物层的厚度变薄。
2.如权利要求1所述的铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法，其特征在于，作为所述钎料所含的无法避免的杂质的Cu被限制为低于1.0质量％。
3.如权利要求1所述的铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法，其特征在于，作为所述钎料所含的无法避免的杂质的Mn被限制为低于1.0质量％。
4.如权利要求1所述的铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法，其特征在于，作为所述钎料所含的无法避免的杂质的Zn被限制为低于1.0质量％。
5.如权利要求1所述的铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法，其特征在于，构成所述钎焊片的钎料的厚度为15～150μm。
6.如权利要求1所述的铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法，其特征在于，所述硬钎焊温度的保持时间在2分钟以上。
7.如权利要求1所述的铝合金构件与铜合金构件的面硬钎焊方法，其特征在于，所述硬钎焊温度的保持时间在5分钟以上。
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