CN111315518A - 钎焊接合体、钎焊方法和钎料 - Google Patents

钎焊接合体、钎焊方法和钎料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钎焊接合体、钎焊方法和钎料。使钎料(3)存在于铝系材料与被Ni镀敷的铁系材料之间。钎料(3)具有：将Al‑Si‑Ni系合金层(10)与Al层(11)经由助熔剂层(15)而贴合的结构。使Al‑Si‑Ni系合金层(10)为铝系材料侧，使Al层(11)为铁系材料侧，形成钎焊用的结构体。通过将结构体在炉中加热、然后冷却，得到作为阻隔层的Ni镀敷残存、形成有Al‑Ni层的钎焊接合体。

Description

钎焊接合体、钎焊方法和钎料
技术领域
本发明涉及钎焊接合体、钎焊方法和钎料。
背景技术
在对以铝作为主成分的铝系材料与以铁作为主成分的铁系材料进行钎焊的情况下，一般采用使用Al-Si系合金作为钎料来进行钎焊的方法。
但是，在该方法中，在钎料熔融时铁系材料中的Fe在钎料中扩散。因此，在铝系材料与铁系材料的界面容易形成延展性低而脆的Al-Fe-Si系合金。Al-Fe-Si系合金的形成具有使钎焊强度降低的问题。
对此，在专利文献1中，提出：在铁系材料的表面被覆Ni镀敷、Ni镀敷层作为Fe的防扩散层来发挥功能，由此抑制脆的Al-Fe-Si系合金的形成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-336959号公报
发明内容
发明要解决的课题
即使在采用了专利文献1的钎焊技术的情况下，如果加热由于炉中钎焊而延长，则Ni镀敷在钎料中溶解，因此失去作为防扩散层的功能。其结果，在铝系材料与铁系材料的界面形成脆的Al-Fe-Si系合金，钎焊强度降低。
本发明鉴于上述事由而完成，目的在于提供在进行炉中钎焊后具有高接合强度的钎焊接合体。另外，目的在于提供上述钎焊接合体的钎焊方法及钎料。
用于解决课题的手段
为了达到上述的目的，就本发明的第1观点涉及的钎焊接合体而言，为铝系材料与被Ni镀敷的铁系材料的钎焊接合体，具备从铁系材料侧起依次为铁系材料、Ni镀敷层、Al-Ni系合金层、Al-Si系合金层及铝系材料的层结构，在Al-Si系合金层中形成有大致球状的Al-Ni系合金。
发明的效果
根据本发明，防止炉中钎焊中的铁系材料的阻隔层即Ni镀敷层的消失，代替脆的Al-Fe-Si系合金层而更薄地形成Al-Ni系合金层。另外，形成大致球状的Al-Ni系合金。因此，得到在进行了炉中钎焊后具有高接合强度的钎焊接合体、钎焊方法及钎料。
附图说明
图1为本发明的实施方式1涉及的钎焊接合体的立体图。
图2为实施方式1涉及的钎焊接合体的截面SEM(Scanning Electron Microscope：扫描型电子显微镜)像。
图3为实施方式1中的铝系材料与铁系材料的钎焊的构件配置图。
图4为实施方式1中的钎料的截面图。
图5为本发明的实施方式5中的线钎料的截面图。
图6为实施方式5中的铝系材料与铁系材料的钎焊的构件配置图。
图7为与本发明的实施例对比的比较例的钎焊接合体的截面SEM像的构件配置图。
图8为实施方式7中的钎料的截面图。
图9为实施方式8中的钎料的截面图。
图10为实施方式9中的钎料的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式涉及的钎焊接合体、钎焊方法及钎料进行说明。应予说明，发明并不受以下的实施方式限定。
(实施方式1)
在图1中示出实施方式1涉及的钎焊接合体100的立体图。
如图1中所示，通过铝系材料1与铁系材料5的钎焊，形成钎焊接合体100。铝系材料1与铁系材料5各自具有平角状的形状。铝系材料1与铁系材料5在一端部只重合长度L，在钎焊部6的部分被钎焊。在铁系材料5的表面形成有Ni镀敷层4。就钎焊部6而言，形成在铝系材料1与Ni镀敷层4之间。应予说明，本实施方式中的铝系材料1包含纯铝。
在图2中，对于实施方式1涉及的钎焊接合体100，示出钎焊部6附近的截面SEM像。
如图2中所示，实施方式1的钎焊接合体100的钎焊部6具备从铁系材料5侧依次由铁系材料5、Ni镀敷层4、Al-Ni系合金层16、Al-Si系合金层18和铝系材料1构成的层结构。
Al-Si系合金层18是指主要由图4中后述的钎料3的Al-Si基底14形成的Al-Si的基底的层。
在Al-Si系合金层18的区域内、接近Al-Ni系合金层16的部分，形成有大致球状的Al-Ni系合金层16a。另外，Al-Ni系合金层16与Al-Si系合金层18的界面的形状为光滑地连续的形状。更具体地，为使在上的凸形状与在下的凸形状大致以一定周期反复出现的波状。
其次，对钎焊接合体100的制造方法进行说明。图3为表示根据实施方式1的钎焊时的各构件的配置方法的截面图。
首先，准备作为所钎焊的对象物的铝系材料1及铁系材料5。在铁系材料5的一个表面，被覆有厚度1～10μm的Ni镀敷层4。
作为Ni镀敷层4的被覆方法，可列举出例如电解镀敷或非电解镀敷。不过，对Ni镀敷层4的被覆方法并无特别限定。就Ni镀敷层4的厚度而言，从作为防扩散层的功能的观点考虑，优选3μm以上。
接着，形成炉中钎焊用的结构体。在图3的例子中，结构体形成为包含铝系材料1及铁系材料5的层叠体。对于层叠体的临时固定没有图示，采用公知的方法来进行。
在铁系材料5上形成的Ni镀敷层4上，经由助熔剂层2b来配置钎料3。应予说明，在图3中，省略在进行钎焊的面以外所形成的Ni镀敷层4。在钎料3上，经由助熔剂层2a来配置铝系材料1。
就助熔剂层2a、2b而言，通过将Nocolok(ノコ口シク)系助熔剂的粉末与挥发性的有机溶剂例如乙醇混合而制成糊状后涂布于各构件而形成。不过，对助熔剂层2a、2b的设置方法并无特别限定。
将如图3所示配置有各构件的层叠体在非活性气氛例如氮气氛的炉内加热。加热温度为钎料3开始熔融的熔融开始温度以上且640℃以下的温度范围内。设为640℃以下是由于：使铝系材料1的材料为纯Al时，纯Al的熔点为约660℃，因此防止铝系材料1的母材的熔融。在上述范围内的温度下将结构体保持一定时间后冷却到室温。就加热时的最高到达温度而言，设为钎料3的熔融开始温度与640℃的中间、例如600℃附近。可在到达最高到达温度的时刻结束加热，在炉内开始冷却。
通过进行上述的钎焊，形成上述的具备钎焊部6的钎焊接合体100。
其次，对用于钎焊的钎料3详细地说明。图4为钎料3的截面图。
就钎料3而言，对应于图3的层叠方向，从图4的下方起形成为Al层11、助熔剂层15及Al-Si-Ni系合金层10的层叠体。Al-Si-Ni系合金层10位于铝系材料1侧，Al层11位于铁系材料5侧。
Al-Si-Ni系合金层10由作为钎料所使用的Al-Si-Ni系合金形成。观察Al-Si-Ni系合金层10的层的截面时，如图4中所示，在Al-Si基底14中，Al-Ni合金相12及Al-Si合金相13以浮岛状分布。
就Al-Si基底14的组成而言，Si为3原子％以下，余量为Al。应予说明，在本实施方式的说明中，所谓余量，包含不可避免的杂质。
就Al-Si合金相13的组成而言，Al为3原子％以下，余量为Si。
就Al-Ni合金相12的组成而言，Ni为0.01～50原子％，余量为Al。
就Al-Ni合金相12中的Ni的比例而言，依赖于Al-Si-Ni系合金层10整体的质量中所占的Ni的质量的比例。例如，在Al-Si-Ni系合金层10中所含的Ni的比例为8质量％的情况下，Al-Ni合金相12中的Ni的比例成为25原子％附近的值。
就Al-Si-Ni合金系层10整体的体积中所占的Al-Si合金相13及Al-Ni合金相12的体积的比例而言，依赖于Al-Si-Ni系合金层10中所含的Si的质量的比例及Ni的质量的比例而变动。例如，设为Al-Si-Ni系合金层10中所含的Si的比例为7质量％且Ni的比例为8质量％。该情况下，Al-Si-Ni系合金层10中所占的Al-Si合金相13的体积的比例取7％附近的值。另外，Al-Ni合金相12的体积的比例取20％附近的值。Al-Si合金相13及Al-Ni合金相12优选在Al-Si基底14中均一地分布。
就Al-Si-Ni系合金层10而言，在制作包含5～12质量％的Si、0.01～30质量％的Ni的合金后，通过轧制为厚度0.05～0.2mm的板状而制造。
如果Si不到5质量％，Al-Si-Ni系合金层10的熔点升高，没有使母材熔融，进行钎焊是困难的。另外，如果Si超过12质量％，则合金变硬，因此对钎料的加工变得困难。
如果Ni不到0.01质量％，抑制镀敷的溶解的效果没有显现。如果Ni超过30质量％，钎料中的Ni所占的比例变得过大，在钎焊接合体中对热应力的耐久力有可能降低。
就Al层11而言，为例如Al050的纯Al的层。此外，可以是包含至多5质量％左右的杂质的Al层。Al层11的厚度优选为0.005～0.1mm.。
就钎料3而言，通过在Al-Si-Ni系合金层10的单面经由助熔剂层15将Al层11贴合而形成。就助熔剂层15而言，为例如Nocolok系助熔剂。贴合的方法可以是用手将A1层11压靠于助熔剂层15的程度。
予以说明，上述的图2的例子中的钎焊接合体100是采用以下的方法所制造的。
作为铝系材料1，使用Al050，作为铁系材料5，使用SUS304。在铁系材料5的表面形成厚度3μm的Ni镀敷层4。作为Al-Si-Ni系合金层10，使用将包含9.7质量％的Si和8.0质量％的Ni且余量为Al的合金轧制为厚度0.1mm的箔材。应予说明，在余量中包含不可避免的杂质。
作为Al层11，使用纯度99％以上的Al箔。经由将Nocolok系助熔剂在乙醇中混合而成的糊即助熔剂层15，将Al层11贴合于Al-Si-Ni系合金层10，形成钎料3。
在助熔剂层2a、2b中，使用Nocolok系助熔剂。
使上述各构件为图3的结构体，设置在炉中。在氮气氛的炉中升温到600℃，在到达600℃的时刻停止加热，冷却到室温。
其次，对于上述的钎焊接合体100，对铝系材料与铁系材料的钎焊的强度与采用专利文献1中记载的技术进行的钎焊相比提高的理由进行说明。
在铝系材料与铁系材料的钎焊中，Al-Si钎料与铁系材料的界面处的脆弱的合金的生成所引起的接缝强度的劣化成为问题。根据现有的技术，已知通过在铁系材料进行Ni镀敷作为阻隔层，抑制脆弱的合金的生长，强度提高。但是，在铝系材料与铁系材料的炉中钎焊的情况下，铁系材料不易升温，加热时间延长。其结果，Ni镀敷在Al-Si钎料中溶解，因此有可能不能充分地发挥作为阻隔层的效果。根据各种研究，在炉中钎焊中钎料的温度成为熔点以上的时间成为20分钟的情况下，即使使阻隔层的Ni镀敷的厚度成为10μm也溶解。
为了抑制Ni镀敷的溶解，降低Ni在Al-Si钎料中的溶解速度是有效的。就在液体中固体的元素溶解的速度而言，与液体中的该固体的饱和浓度与此时的浓度之差成比例。因此，在本实施方式中，预先在Al-Si钎料中添加Ni，使Ni存在于Al-Si钎料溶解的液体中。由此，Ni镀敷在钎料的液体中溶解的速度变慢。其结果，能够抑制Ni镀敷在钎料中的溶解。另外已知：在600℃时，对于Al-Si的液体，Ni最大溶解7.3质量％。因此，如果预先使Al-Si钎料中的Ni浓度成为7.3质量％以上，则溶解速度接近0，因此不再发生Ni镀敷的溶解。如果这样能够抑制溶解引起的Ni镀敷的消失，就能够抑制脆的Al-Fe-Si系合金层的形成，因此钎焊的强度提高。
但是，对于Ni镀敷进行溶解的时机，优选成为以下这样的时机。在图4中，在Al-Si-Ni系合金层10中，Ni作为Al-Ni合金相12而存在。在钎料3内，首先Al-Si-Ni系合金层10达到熔点而开始溶解。因此，钎料3的熔融开始温度相当于Al-Si-Ni系合金层10的熔点。如果Al-Si-Ni系合金层10开始溶解，则Al-Ni合金相12在Al-Si基底14中溶解。在该溶解的过程中，为了抑制Ni镀敷层4的溶解，在Al-Si-Ni系合金层10达到熔点后直至Ni镀敷层4开始溶解，在Al-Si-Ni系合金层10中Al-Ni合金相12均一地溶解是重要的。
因此，为了使Al-Ni合金相12均一地溶解，使熔点比Al-Si-Ni系合金层10高的Al层11存在于Ni镀敷层4与Al-Si-Ni系合金层10之间，构成钎料3。
如果以上述的构成进行钎焊，在Ni镀敷层4的表面附近，形成Al-Ni系合金层16。就Al-Ni系合金层16而言，与脆的Al-Fe-Si系合金层相比，在拉伸剪切强度的方面有利，但优选厚度小。
就在Ni镀敷层4上所形成的合金层的厚度而言，与钎料的熔融时间及拉伸剪切强度相关。如果钎料的熔融时间延长，虽然也取决于合金层的组成，但由于合金层生长而成为厚的层。另外，如果合金层变厚，虽然也取决于合金层的组成，但拉伸剪切强度降低。如果使作为钎焊接合体所需的拉伸剪切强度为40MPa，则优选使在Ni镀敷层4上所形成的合金层的厚度为20μm以下。
其次，对于炉中钎焊中的钎料3的行为及接合强度的提高进一步说明。
首先，开始钎焊而升温，Al-Si-Ni系合金层10开始熔融时，Al-Ni合金相12在Al-Si基底14整体中溶解。此时，由于Al层11的熔点比Al-Si-Ni系合金层10的熔点高，因此Al层11没有立即熔融。
接着，Al层11与Al-Si-Ni系合金层10中的Si进行接触，熔点降低，慢慢地熔融，与Al-Si-Ni系合金层10进行一体化。Al层11全部熔融而与Al-Si-Ni系合金层10进行一体化时，在Al-Si-Ni系合金层10中Al-Ni合金相12全部溶解。通过Al-Ni合金相12全部溶解，Al-Si-Ni系合金层10的整体中的Ni的均一度升高。就在Al-Si-Ni系合金层10中均一地含有Ni而言，成为抑制Ni镀敷层4的溶解的一个原因。
进而，Ni镀敷层4的溶解速度变慢，Al-Si-Ni系合金层10的中的Ni的浓度分布变得均一。由此，在钎焊后的Al-Si系合金层18中生成大致球状的Al-Ni系合金层16a。该大致球状的Al-Ni系合金层16a具有抑制在钎焊部6所产生的断裂的效果，作为结果，铝系材料1与铁系材料5的接合强度提高。
如以上说明，在本实施方式中，在炉中钎焊中抑制脆的Al-Fe-Si系合金层的形成，取而代之，形成Al-Ni系合金层。由此，根据本实施方式，钎焊接缝的接合强度提高。
另外，在Al-Si系合金层中形成有以大致球状所形成的浮岛状的组织。分析的结果可知：该组织为以约3∶1的原子比例含有Al和Ni的相。由于该大致球状的Al-Ni合金相存在，因此龟裂变得难以在Al-Si基底中传播，因此钎焊强度提高。
进而，由于Al-Ni系合金层与Al-Si系合金层的界面的形状为波状，因此钎焊部变得难以断裂。由此，能够获得对于拉伸载荷和剪切载荷的高耐久性。
(实施方式2)
就实施方式2而言，在使钎料3的Al-Si-Ni系合金层10中所含的Ni的比例为7～15质量％方面，与实施方式1不同。
如果Ni的比例为7～15质量％，则能够进一步提高抑制镀敷溶解的效果和对钎料的加工性，优选。
根据实施方式2的构成，在钎焊时能够充分地发挥抑制Ni镀敷层4的消失的效果，且Al-Si-Ni系合金层10的采用轧制的制作变得简单。
(实施方式3)
就实施方式3而言，在对于钎料3的Al-Si-Ni系合金层10添加合计0.01～30质量％的Cr、Mn、Co、Cu内的一种以上方面，与实施方式1不同。
如果Cr、Mn、Co、Cu内的一种以上的合计不到0.01质量％，则不影响钎焊接合体的强度。另外，如果合计超过30质量％，则生成的合金与钎料的亲和性变差，因此可成为破坏的起点。因此，将Cr、Mn、Co、Cu内的一种以上设为合计0.01～30质量％。更优选地，合计的上限值为20质量％以下。是由于：如果大量含有这些添加元素，则在对钎料进行加工前的合金硬化、对钎料的加工的困难性增大。
根据实施方式3的构成，在钎焊时Al-Ni系合金层16及大致球状的Al-Ni系合金层16a成为包含Cr、Mn、Co、Cu内的一种以上的添加元素。由此，能够进一步提高抑制Ni镀敷层4的消失的效果，因此优选。
(实施方式4)
就实施方式4而言，在Al-Si-Ni系合金层10不是被轧制的固体而是糊状方面，与实施方式1不同。
就糊状的Al-Si-Ni系合金层10而言，由钎料成分、结合溶剂、Nocolok系助熔剂构成。就Al-Si-Ni系合金层10而言，通过在结合溶剂中使Al-Si-Ni系合金的各成分及Nocolok系助熔剂均一地分布而制造。
钎料成分为含有5～12质量％的Si、0.01～30质量％的Ni、余量成为Al的比例的粉末。钎料成分作为各元素的粉末或多个元素的合金的粉末来形成。
结合溶剂具有使钎料成分及Nocolok系助熔剂为糊而固定于进行钎焊的材料的作用。结合溶剂可以是公知的溶剂，优选在比助熔剂活化温度低的温度、例如500℃以下挥发的溶剂。
钎料成分、结合溶剂、Nocolok系助熔剂的构成比例可以是任意的，优选使钎料成分成为30％左右。
就通过使用糊状的Al-Si-Ni系合金层10所引起的对于铝系材料1与铁系材料5的钎焊部的强度提高产生的效果而言，与实施方式1相同。此外，通过使用糊状的Al-Si-Ni系合金层10，能够容易地将钎料固定于复杂的形状的铝系材料1与铁系材料5之间，因此进行钎焊的构件的形状的自由度提高。另外，通过在Al-Si钎料中混合Ni粉末，能够制作Al-Si-Ni系合金层10，因此与制作Al-Si-Ni合金的箔材相比，能够更简单地制作Al-Si-Ni系合金层10。
(实施方式5)
在上述的各实施方式中，对通过将图3的层叠体在炉中钎焊而制造图1的钎焊接合体100进行了说明。相对于此，就实施方式5而言，在如图5中所示使用线材的钎料3来对将管材接合的结构体进行钎焊方面，与上述的各实施方式不同。
如图5中所示，在线材的钎料3中，芯材为图5中形成为细长的圆柱状的Al-Si-Ni合金。在径向的最内侧的层的含义上，与图4同样地形成为Al-Si-Ni系合金层10。就Al-Si-Ni系合金层10而言，与实施方式1中记载的内容同样，在Al-Si基底14中分布有Al-Ni合金相12及Al-Si合金相13。另外，用Al层11被覆Al-Si-Ni系合金层10的周围。就图4的钎料3中的助熔剂层15而言，在形成图5的线材的情况下没有被使用。
图6为通过实施方式5将铝系材料1与铁系材料5钎焊时的构件配置图。就图6的形态而言，在将配管接合的情况下使用。
如图6中所示，将作为铝管的铝系材料1插入到作为钢管的铁系材料5。在铁系材料5的至少进行钎焊的区域，形成有Ni镀敷层4。在该状态下，将图5的作为线材的钎料3卷绕于两配管的台阶高差部。在铝系材料1与钎料3之间涂布助熔剂层2a，在钎料3与铁系材料5之间涂布助熔剂层2b。
通过如实施方式1所示对如图6所示被配置的钎焊用的结构体进行炉中钎焊，得到钎焊接合体。
根据实施方式5的构成，通过使用线材的钎料3，铝系材料1和铁系材料5分别作为配管而形成时的重叠钎焊可变得容易，因此优选。
(实施方式6)
就实施方式6而言，在替代钎料3的箔状的Al层11及助熔剂层15而在助熔剂层2b中混合Al粒子方面，与实施方式1不同。
更具体地，就相当于图4的钎料3的实施方式6的钎料而言，只是Al-Si-Ni系合金层10。另外，在钎料与Ni镀敷层4之间的助熔剂层2b中混合有Al粒子。
根据实施方式6的构成，通过预先在助熔剂层2b中将Al粒子混合，能够与助熔剂层2b的配置同时地配置相当于实施方式1的Al层11的Al成分。因此，能够使钎焊前的构件配置简单，因此优选。
(实施方式7)
就实施方式7而言，在代替钎料3而使用钎料3a方面，与实施方式1不同。
如图8中所示，就钎料3a而言，为对于图4的钎料3追加有Ni层20的层叠体。就Ni层20而言，以厚度0.5μm～10μm设置在Al-Si-Ni系合金层10与助熔剂层15之间。
作为Ni层20的形成方法，例如，可列举出采用Ni的电解镀敷或非电解镀敷将Al-Si-Ni系合金层10的单面被覆。不过，对Ni层20的形成方法并无特别限定。
在形成Ni层20后，在Ni层20的表面，与钎料3同样地经由助熔剂层15将Al层11贴合。由此，形成钎料3a。
通过使用钎料3a，在图2中所示的接合部的结构中，在Ni镀敷层4的附近所形成的大致球状的Al-Ni系合金层16a的量增加。因此，通过使用钎料3a，钎焊接合体100的接合强度进一步提高。
(实施方式8)
就实施方式8而言，在代替钎料3而使用钎料3b方面，与实施方式1不同。
如图9中所示，钎料3b为在Al-Si-Ni系合金层10的单面设置有Ni层21的层叠体。Ni层21具有0.5μm～10μm的厚度。就Ni层21而言，采用与实施方式7的Ni层20同样的方法来形成。
通过使用钎料3b，与钎料3相比，设置Al层11的工序减少。因此，如果使用钎料3b，则能够更简单地制作钎焊接合体100。
(实施方式9)
就实施方式9而言，在代替钎料3而使用钎料3c方面，与实施方式1不同。
如图10中所示，就钎料3c而言，对应于图3的层叠方向、从下方起作为Al层11、助熔剂层15、Ni层23及Al-Si系合金层22的层叠体而构成。Al-Si系合金层22位于铝系材料1侧，Al层11位于铁系材料5侧。
Al-Si系合金层22为作为钎料所使用的Al-Si系合金。观察Al-Si系合金层22的层的截面时，如图10中所示，在Al-Si基底14中，Al-Si合金相13以浮岛状分布。
就Al-Si系合金层22而言，在制作包含5～12质量％的Si的合金后，能够通过轧制成厚度0.05～0.2mm的板状而制造。
Ni层23具有t(μm)的厚度。t(μm)为Al-Si系合金层22的厚度的5％以上的厚度。
作为Ni层23的形成方法，例如，可列举出采用Ni的电解镀敷或非电解镀敷将Al-Si系合金层22的单面被覆。不过，对Ni层23的形成方法并无特别限定。
在形成Ni层23后，在Ni层23的表面，与钎料3同样地经由助熔剂层15将Al层11贴合。由此，形成钎料3c。
在使用钎料3c的钎焊的加热过程中，如果Al-Si系合金层22熔融，则图1～图3中所示的Ni镀敷层4在Al-Si系合金层22中溶解。由此，能够防止Ni镀敷层4的溶解。其结果，得到牢固的接合体。
因此，根据本实施方式，能够不使用Al-Si-Ni系合金层10地用Al-Si系合金层22来形成钎料3c。换言之，能够使用市售的Al-Si系合金例如A4045作为Al-Si系合金层22来制作牢固的钎焊接合体100。
实施例
以下，对本发明的实施例一边与比较例对比一边进行说明。这些实施例表示本发明的一个实施方式，本发明决不限定于这些实施例。
(实施例1)
就实施例1中使用的钎焊接合体而言，为图1中所示的钎焊接合体100。钎焊用的结构体的各构件的配置及钎料3根据图3及图4。
作为铝系材料1，使用长度54mm、宽度10mm、厚度3mm的Al050，作为铁系材料5，使用与铝系材料1同样的尺寸的SUS304。在铁系材料5的表面，通过电解镀敷来被覆厚度3μm的Ni镀敷，形成Ni镀敷层4。
作为Al-Si-Ni系合金层10，使用包含9.7质量％的Si、8.0质量％的Ni、余量为Al、长度4mm、宽度10mm、厚度0.1mm的板材。在Al-Si-Ni系合金层10，经由Nocolok系的助熔剂层15将薄箔状的Al层11贴合，形成图4中所示的钎料3。
在Ni镀敷层4与钎料3之间及钎料3与铝系材料1之间，将以约4∶1的比例将乙醇和Nocolok系助熔剂的粉末混合而成的糊进行涂布，形成助熔剂层2a、2b。
在准备上述的各构件后，在将钎料3如图3中所示夹持于铝系材料1与铁系材料5之间的状态下，在氮气氛的炉内加热到610℃，进行钎焊，由此得到图1中所示的钎焊接合体100。如果将此时的钎料3的温度超过钎料3的固相线温度的时间设为钎料3的熔融时间，则实施例1中的钎料3的熔融时间为约20分钟。
另外，作为比较例1，除了代替实施例1的钎料3而使用以往使用的A4045以外，与实施例1同样地进行钎焊，得到钎焊接合体。
对于上述的实施例1及比较例1中得到的钎焊结构体，在室温下进行对钎焊部施加拉伸剪切力的拉伸试验。其结果，均在钎焊部断裂。将此时的断裂载荷除以钎焊面积所得到的应力设为钎焊部的剪切强度。另外，观察上述的实施例1及比较例1中得到的钎焊结构体的钎焊部的截面。由截面SEM像，对于在铁板与Al-Si钎料之间以层状形成的合金层，对于在沿着铁板表面的方向的图1中所示的钎焊距离L的观察区域中所观察的化合物层，在将L进行了10等分的点分别计量化合物厚度，算出其平均值，求出化合物层的平均厚度。将这些结果示于表1中。
[表1]
Figure BDA0002477388020000141
对于比较例1的钎焊结构体，将钎焊部的截面SEM像示于图7中。在比较例1中，Ni镀敷层4消失，形成有脆的Al-Fe-Si层19。另外，在比较例1中，在Al-Si基底中不存在大致球状组织。
相对于此，在使用Al-Si-Ni系合金层10及Al层11作为钎料的主要部分的实施例1中，在Ni镀敷层4上所形成的合金层为Al-Ni系合金。另外，在实施例1中，合金层的厚度变得比比较例1小。
此外，在实施例1中形成有大致球状组织。
根据以上的事项，实施例1与比较例1相比，钎焊部6的剪切强度提高。即，确认：通过本实施方式涉及的钎料及钎焊方法得到具有高强度的钎焊接合体。
(实施例2)
实施例2表示通过图5的钎料3及图6的构件配置图、使用管状构件来制造钎焊接合体的例子。
作为管状的铝系材料1，使用Al050，作为管状的铁系材料5，使用SUS 304。在铁系材料5的表面被覆厚度3μm的Ni镀敷，形成Ni镀敷层4。就钎料3的相当于Al-Si-Ni系合金层10的芯材而言，Al-Si-Ni系合金层10包含9.7质量％的Si、8.0质量％的Ni，余量为Al。在芯材的外周被覆Al层11、形成直径为2mm的线状的钎料3。
在铝系材料1与钎料3之间、及钎料3与Ni镀敷层4之间，涂布Nocolok系助熔剂的助熔剂层2a、2b。在助熔剂层2a、2b的涂布后，将钎料3设置于铝系材料1与铁系材料5的台阶高差部。在该状态下，在氮气氛的炉内加热到610℃，进行钎焊。
在如上所述制造的实施例2中，也得到具有比采用现有技术得到的钎焊接合配管高的强度的钎焊接合配管。
应予说明，本发明并不限定于上述实施方式，可进行各种的变形和应用。
在上述的实施方式及实施例中，示出向板材和配管的应用例。但是，本发明并不限定于这些，能够应用于各种形状的材料的钎焊。
在上述的实施方式及实施例中，示出铝系材料与铁系材料的接合的例子。但是，本发明并不限定于这些，也能够应用于其他的异种金属接合品。
铝系材料使用纯Al的Al050，但并不限于此。在纯Al以外的铝合金中也可产生脆的合金的生长的同样的问题，因此可有效利用上述的实施方式的优点。例如，能够广泛地使用3000系铝合金这样适于钎焊的材料。
铁系材料使用SUS304，但并不限于此。能够广泛地使用其他钢铁材料。
在图1中，在钎焊部6的部分中示出Ni镀敷层4，但也可在钎焊部6以外的铁系材料5的表面形成Ni镀敷层4。例如，可在铁系材料5的整个面形成Ni镀敷层4。
对于钎料3，在实施方式1中，通过在Al-Si-Ni系合金层10的单面经由助熔剂层15将Al层11贴合而形成。此外，也可通过轧制、镀敷、蒸镀、喷涂、涂料等能够无间隙地形成Al层11的方法来贴合。
本发明在没有脱离本发明的广义的精神和范围的情况下可采用各种实施方式和变形。另外，上述的实施方式用于说明本发明，并不限定本发明的范围。即，本发明的范围并不是由实施方式、而是由专利权利要求所表示。而且，在专利权利要求内以及与其等同的发明的意义的范围内所实施的各种变形视为本发明的范围内。
本申请基于2017年11月17日申请的日本专利申请特愿2017-221838号。在本说明书中将日本专利申请特愿2017-221838号的说明书、专利权利要求及附图全部作为参照而并入。
产业上的可利用性
本发明在铝系材料与铁系材料的钎焊中可适合采用。
附图标记的说明
1铝系材料、2a助熔剂层、2b助熔剂层、3、3a、3b，3c钎料、4Ni镀敷层、5铁系材料、6钎焊部、10Al-Si-Ni系合金层、11Al层、12Al-Ni合金相、13Al-Si合金相、14Al-Si基底、15助熔剂层、16Al-Ni系合金层、16a大致球状的Al-Ni系合金层、18Al-Si系合金层、19Al-Fe-Si系合金层、20、21、23Ni层、22Al-Si系合金层、100钎焊接合体。

Claims (16)

1.一种钎焊接合体，是铝系材料与被Ni镀敷的铁系材料的钎焊接合体，其中，
具备：从所述铁系材料的一侧依次为所述铁系材料、Ni镀敷层、Al-Ni系合金层、Al-Si系合金层和所述铝系材料的层结构，
在所述Al-Si系合金层中形成有大致球状的Al-Ni系合金。
2.根据权利要求1所述的钎焊接合体，其中，所述Al-Ni系合金层与所述Al-Si系合金层的界面的形状为光滑地连续的波状。
3.根据权利要求1或2所述的钎焊接合体，其中，所述Al-Ni系合金层的平均厚度为20μm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钎焊接合体，其中，所述Al-Ni系合金层及所述大致球状的Al-Ni系合金包含Cr、Mn、Co和Cu内的一种以上。
5.一种钎焊方法，包括：
准备具备含有Al、Si及Ni的Al-Si-Ni系合金和Al层的钎料的工序；
使所述钎料存在于铝系材料与被Ni镀敷的铁系材料之间以使得所述Al-Si-Ni系合金为所述铝系材料侧、所述Al层成为所述铁系材料侧，形成结构体的工序；
在非活性气氛的炉内将所述结构体加热以使得所述钎料的温度成为所述钎料的熔融开始温度以上的工序；和
将所述加热后的结构体冷却的工序。
6.根据权利要求5所述的钎焊方法，其中，所述Al-Si-Ni系合金具有Si为5～12质量％、Ni为0.01～30质量％、余量为Al及不可避免的杂质的组成。
7.根据权利要求5或6所述的钎焊方法，其中，在所述加热中，设定所述钎料的温度成为所述钎料的所述熔融开始温度以上的时间，以使得在所述Ni镀敷与所述钎料之间所形成的Al-Ni系合金层的平均厚度成为20μm以下。
8.一种钎料，其具备：含有Al、Si及Ni的Al-Si-Ni系合金和Al层。
9.根据权利要求8所述的钎料，其中，所述Al-Si-Ni系合金具有Si为5～12质量％、Ni为0.01～30质量％、余量为Al及不可避免的杂质的组成。
10.根据权利要求8或9所述的钎料，其中，所述Al-Si-Ni系合金含有合计0.01～30质量％的Cr、Mn、Co、Cu内的一种以上。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的钎料，其还具备在所述Al-Si-Ni系合金与所述Al层之间配置的Ni层。
12.一种钎焊方法，其包括：
准备具备含有Al、Si及Ni的Al-Si-Ni系合金、和在所述Al-Si-Ni系合金上所形成的Ni层的钎料的工序；
使所述钎料存在于铝系材料与被Ni镀敷的铁系材料之间以使得所述Al-Si-Ni系合金为所述铝系材料侧、所述Ni层成为所述铁系材料侧，形成结构体的工序；
在非活性气氛的炉内将所述结构体加热以使得所述钎料的温度成为所述钎料的熔融开始温度以上的工序；和
将所述加热后的结构体冷却的工序。
13.一种钎料，其具备：含有Al、Si及Ni的Al-Si-Ni系合金、和在所述Al-Si-Ni系合金上所形成的Ni层。
14.一种钎焊方法，其具备：
准备包括含有Al及Si的Al-Si系合金、Al层、和在所述Al-Si系合金与所述Al层之间配置的Ni层的钎料的工序；
使所述钎料存在于铝系材料与被Ni镀敷的铁系材料之间以使得所述Al-Si系合金为所述铝系材料侧、所述Al层成为所述铁系材料侧，形成结构体的工序；
在非活性气氛的炉内将所述结构体加热以使得所述钎料的温度成为所述钎料的熔融开始温度以上的工序；和
将所述加热后的结构体冷却的工序。
15.一种钎料，其具备：含有Al及Si的Al-Si系合金、Al层、和在所述Al-Si系合金与所述Al层之间配置的Ni层。
16.根据权利要求15所述的钎料，其中，所述Ni层具有所述Al-Si系合金的厚度的5％以上的厚度。
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