JP2014161885A - Joining method of metal substrate and metal laminate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の金属基板の接合方法、および、複数の金属基板が接合された金属積層体に関する。 The present invention relates to a method for bonding a plurality of metal substrates and a metal laminate in which a plurality of metal substrates are bonded.
従来から、所望の加工が施された金属基板を接合することにより、3次元形状や、中空構造を形成することが行われている。
例えば、複数の微細孔を穿設した金属基板同士を、孔位置が一致するように積層させた状態で拡散接合した積層体は、微細孔のアスペクト比が高いものとなり、飲料や医薬品の製造プロセスにおいてメンテナンス性の良好なフィルターとして適用されている(特許文献1、2)。
また、表面に微細な溝部が形成された金属基板を、当該溝部が対向するように積層させた状態で拡散接合した積層体は、マイクロ流路としての中空構造を有するものであり、マイクロリアクター、マイクロ熱交換器等の構成部品として適用されている(特許文献3)。
さらに、インクジェットヘッド等のように複雑な中空構造の形成では、所望の開口部等が形成された複数の金属基板をエポキシ系の接着剤を介して接合したり、特殊な形状の加圧治具を用いて複数の金属基板を加圧した状態で高温度で加圧接合することが行われている(特許文献4、5)。
Conventionally, a three-dimensional shape or a hollow structure is formed by joining metal substrates on which desired processing has been performed.
For example, a laminate in which metal substrates with a plurality of micro holes are laminated and bonded so that the positions of the holes coincide with each other has a high aspect ratio of the micro holes. Is applied as a filter with good maintainability (
In addition, a laminate in which a metal substrate having a fine groove formed on the surface is diffusion-bonded in a state where the groove is opposed so as to face the groove has a hollow structure as a microchannel, a microreactor, It is applied as a component such as a micro heat exchanger (Patent Document 3).
Furthermore, in the formation of a complicated hollow structure such as an ink jet head, a plurality of metal substrates having desired openings and the like are joined via an epoxy adhesive, or a specially shaped pressure jig Pressure bonding is performed at a high temperature in a state in which a plurality of metal substrates are pressed using a laser (
上記のフィルター製造では、固相拡散接合によって金属基板を直接接合する方法が採用されているが、例えば、ステンレス基板同士の固相拡散接合では、高温高圧下に長時間保持した後、ステンレス鋼の強度劣化を防止するために、緩やかな冷却が必要であり、接合工程に長時間を要するという問題があった。
また、マイクロ流路として機能する中空構造を備えた積層体の作製では、要求される耐圧性能が高いことから、3次元流路を形成する際に金属基板間に不要な空隙を生じないように固相拡散接合を行う必要あり、このため接合処理が高温高圧下で長時間を要するものとなり、生産性の点で問題があった。
さらに、インクジェットヘッドの作製では、部分的に分割して接合したり、あるいは、エポキシ系接着剤で接合することにより、複雑な中空構造の形成に対応しているが、高い耐圧性能を具備するには限界があった。
本発明は上述のような実情に鑑みてなされたものであり、拡散接合により金属基板を効率的に接合する方法、および、複数の金属基板が良好な状態で接合された金属積層体を提供することを目的とする。
In the above filter manufacturing, a method of directly joining metal substrates by solid phase diffusion bonding is adopted. For example, in solid phase diffusion bonding between stainless steel substrates, after being kept at high temperature and high pressure for a long time, In order to prevent the strength deterioration, there is a problem that gentle cooling is required and a long time is required for the joining process.
In addition, since the required pressure resistance is high in the production of a laminate having a hollow structure that functions as a microchannel, an unnecessary void is not generated between metal substrates when forming a three-dimensional channel. It is necessary to perform solid phase diffusion bonding. For this reason, the bonding process takes a long time under high temperature and high pressure, which is problematic in terms of productivity.
Furthermore, in the production of an ink jet head, it is possible to form a complicated hollow structure by partially dividing or joining with an epoxy adhesive, but it has high pressure resistance. There was a limit.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for efficiently bonding metal substrates by diffusion bonding, and a metal laminate in which a plurality of metal substrates are bonded in good condition. For the purpose.
このような課題を解決するために、本発明の金属基板の接合方法は、複数の金属基板の少なくとも被接合面に、第1金属めっき層と第2金属めっき層をこの順に積層してインサート層を形成する工程と、前記被接合面の前記インサート層を当接させるように前記金属基板を重ね合わせた状態で、前記金属基板を加熱して前記インサート層同士を拡散接合する工程と、を有し、前記インサート層を構成する第1金属めっき層の融点と第2金属めっき層の融点は、いずれも前記金属基板の融点よりも低いものとするような構成とした。 In order to solve such a problem, the metal substrate bonding method of the present invention includes a first metal plating layer and a second metal plating layer which are stacked in this order on at least the bonded surfaces of a plurality of metal substrates. And a step of diffusion bonding the insert layers by heating the metal substrates in a state in which the metal substrates are overlapped so that the insert layers on the surfaces to be bonded are brought into contact with each other. The melting point of the first metal plating layer and the melting point of the second metal plating layer constituting the insert layer are both lower than the melting point of the metal substrate.
本発明の他の態様として、拡散接合した前記インサート層の構成金属を前記金属基板に拡散させるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記金属基板は、ステンレス基板およびニッケル基板のいずれかであるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記インサート層を構成する第1金属めっき層/第2金属めっき層の組み合わせが、金めっき層/銀めっき層、銀めっき層/金めっき層、および、金めっき層/無電解ニッケルめっき層のいずれかであるような構成とした。
本発明の他の態様として、塩酸系金めっき液を使用して前記第1金属めっき層である金めっき層を形成し、該金めっき層の厚みを0.015〜0.15μmの範囲とするような構成とした。
本発明の他の態様として、前記インサート層を構成する第1金属めっき層と第2金属めっき層は、2元合金状態図において全率固溶であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記インサート層同士を拡散接合する加熱温度を、前記インサート層を構成する第1金属めっき層の融点と第2金属めっき層の融点のいずれか低い方の融点に対して±100℃の範囲で設定するような構成とした。
As another aspect of the present invention, the constituent metal of the insert layer subjected to diffusion bonding is configured to diffuse into the metal substrate.
As another aspect of the present invention, the metal substrate is configured to be either a stainless steel substrate or a nickel substrate.
As another aspect of the present invention, the combination of the first metal plating layer / second metal plating layer constituting the insert layer is a gold plating layer / silver plating layer, a silver plating layer / gold plating layer, and a gold plating layer. / The electroless nickel plating layer is used.
As another aspect of the present invention, a gold plating layer that is the first metal plating layer is formed using a hydrochloric acid-based gold plating solution, and the thickness of the gold plating layer is in the range of 0.015 to 0.15 μm. The configuration is as follows.
As another aspect of the present invention, the first metal plating layer and the second metal plating layer constituting the insert layer are configured to be completely solid solution in the binary alloy phase diagram.
As another aspect of the present invention, the heating temperature for diffusion bonding the insert layers to each other is lower than the melting point of the melting point of the first metal plating layer and the melting point of the second metal plating layer constituting the insert layer. The configuration is set in the range of ± 100 ° C.
本発明の金属積層体は、上述のいずれかの金属基板の接合方法により複数の金属基板が接合されてなるような構成とした。
本発明の他の態様として、3層以上の金属基板を有し、少なくとも2層以上の金属基板は加工部位を備え、各金属基板における前記加工部位が位置する領域の少なくとも一部は積層方向において不一致であるような構成とした。
The metal laminate of the present invention is configured such that a plurality of metal substrates are bonded by any of the above-described metal substrate bonding methods.
As another aspect of the present invention, a metal substrate having three or more layers is provided, the metal substrate having at least two layers is provided with a processing portion, and at least a part of a region where the processing portion is located in each metal substrate is in a stacking direction. The configuration is inconsistent.
本発明の金属基板の接合方法では、金属基板の被接合面に位置するインサート層同士を拡散接合するので、金属基板の溶融温度よりも低いインサート層の溶融温度を目安に比較的低温で接合することができ、かつ、拡散接合する際に要する圧力は、金属基板同士を拡散接合する場合に比べて大幅に低減できる。また、インサート層を金属基板に直接めっき形成しているので、インサート層同士の拡散接合を行うことにより、所望の耐圧性能、耐腐食性能を得ることができる。これにより、接合に要する時間が大幅に短縮され、金属基板を効率的に接合することができる。また、本発明の金属積層体は、複数の金属基板が良好な状態で接合されており、優れた耐圧性能、耐腐食性能を具備している。 In the metal substrate bonding method of the present invention, the insert layers located on the surfaces to be bonded of the metal substrate are diffusion bonded to each other. Therefore, the metal substrate is bonded at a relatively low temperature with the melting temperature of the insert layer being lower than the melting temperature of the metal substrate. In addition, the pressure required for diffusion bonding can be significantly reduced as compared with the case where metal substrates are diffusion bonded. Moreover, since the insert layer is directly plated on the metal substrate, desired pressure resistance performance and corrosion resistance performance can be obtained by performing diffusion bonding between the insert layers. As a result, the time required for bonding is greatly shortened, and the metal substrates can be bonded efficiently. Moreover, the metal laminated body of this invention has the several metal substrate joined in the favorable state, and has comprised the outstanding pressure | voltage resistance and corrosion resistance.
以下、本発明の実施形態について説明する。
尚、図面は模式的または概念的なものであり、各部材の寸法、部材間の大きさの比等は、必ずしも現実のものと同一とは限らず、また、同じ部材等を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場合もある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the dimensions of each member, the ratio of sizes between the members, etc. are not necessarily the same as the actual ones, and represent the same members. However, in some cases, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing.
[金属基板の接合方法]
図1は、本発明の金属基板の接合方法の一実施態様を説明するための工程図である。
本発明では、金属基板1の被接合面1aを含む表面に第1金属めっき層4と第2金属めっき層5をこの順に積層してインサート層3を形成する。また、金属基板11の被接合面11aを含む表面に第1金属めっき層14と第2金属めっき層15をこの順に積層してインサート層13を形成する(図1(A))。次いで、被接合面1a,11aのインサート層3,13を当接させるように金属基板1,11を重ね合わせた状態で、金属基板1,11を加熱してインサート層3,13同士を拡散接合する(図1(B))。
金属基板1,11としては、ステンレス基板、ニッケル基板、ニッケル合金基板、クロム合金基板、チタン基板、チタン合金基板、モリブデン合金基板、タングステン合金基板、ニオブ基板、タンタル基板、ジルコニウム基板、コバルト合金基板等を使用することができる。これらの中で、ステンレス基板の材質は、オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系のステンレス鋼を挙げることができる。また、ニッケル基板の材質は、ニッケル、あるいは、パーマロイ、42%ニッケル合金、インバー等のニッケル合金を挙げることができる。このような金属基板1,11の材質は、通常同一であるが、拡散接合後の用途に応じて、金属基板1,11の材質が異なるものであってもよい。また、金属基板1,11は、エッチング加工、プレス加工等によって溝、孔部等の種々の微細加工が予め施されたものであってもよい。
[Metal substrate bonding method]
FIG. 1 is a process diagram for explaining one embodiment of a metal substrate bonding method of the present invention.
In the present invention, the
As the
このような金属基板1,11に対し、インサート層3,13を形成する前に、表面の脱脂、酸化被膜の除去による活性化を目的とした前処理を施してもよい。このような前処理としては、例えば、アルカリ浸漬処理、アルカリ電解処理、酸電解処理、酸浸漬処理等の処理方法から適宜選択して行うことができる。尚、金属基板1,11が酸化被膜を生じ易い材質である場合、前処理を施した後、第1金属めっき層4,14の形成までの移行時間は、金属基板1,11に酸化被膜が再形成されない程度の範囲とする。
<インサート層の形成>
次に、インサート層の形成について説明する。
インサート層3を構成する第1金属めっき層4と第2金属めっき層5の融点、および、インサート層13を構成する第1金属めっき層14と第2金属めっき層15の融点は、いずれも金属基板1,11の融点よりも低いものであり、この融点の差は90℃以上であることが好ましい。例えば、金属基板1,11として融点が1400〜1500℃程度のステンレス基板あるいはニッケル基板を使用する場合には、第1金属めっき層/第2金属めっき層の組み合わせとして、金めっき層/銀めっき層、銀めっき層/金めっき層、金めっき層/無電解ニッケルめっき層(ニッケルリン合金層)等を挙げることができる。
以下に、第1金属めっき層4,14、第2金属めっき層5,15の形成方法について説明する。
<Formation of insert layer>
Next, the formation of the insert layer will be described.
The melting points of the first
Below, the formation method of the 1st
第1金属めっき層4,14として金めっき層を形成する場合、塩酸系金めっき液を用いて金めっき層の形成を行うことがこのましい。使用する塩酸系金めっき液は、金属基板1,11の侵食防止とめっき時間の短縮化とを考慮したものを使用することが好ましい。例えば、対象となる金属基板1,11の表面への微小孔食の発生程度が単位面積(mm2)当り5個以下となるように調製された塩酸系金めっき液を使用することができる。ここで、微小孔食の測定は、塩酸系金めっき液中に金属基板を10秒間浸漬し、水洗した後に走査電子顕微鏡で観察して測定する。このような塩酸系金めっき液を使用することにより、金めっき中において、同時作用として金属基板1,11の表面に適度の腐食作用が生じ、第1金属めっき層(金めっき層)4,14と金属基板1,11との密着性は良好なものとなる。
When a gold plating layer is formed as the first
形成する第1金属めっき層4,14としての金めっき層の厚みの上限は0.15μmとすることが好ましく、0.15μmを超えると、本発明の効果の更なる向上がほとんど得られない半面、材料コストが増大し好ましくない。また、形成する金めっき層の厚みの下限は、第2金属めっき層5,15の形成で使用するめっき液に応じて、均一な膜厚制御が可能であること、および、金属基板1,11の腐食を防止できることを考慮して設定することが好ましく、例えば、0.015μmとすることができる。
また、第1金属めっき層4,14として銀めっき層を形成する場合、例えば、ホスフィン類を含む酸性の銀めっき液を用いて銀めっき層の形成を行うことができる。ホスフィン類を含む酸性の銀めっき液を用いることにより、ホスフィンの強い還元作用によって、金属基板1,11表面の酸化被膜形成が抑制され、第1金属めっき層(銀めっき層)4,14と金属基板1,11との密着性は良好なものとなる。使用する酸性の銀めっき液は、金属基板1,11の侵食防止とめっき時間の短縮化とを考慮したものを使用することが好ましい。例えば、対象となる金属基板1,11の表面への微小孔食の発生程度が単位面積(mm2)当り5個以下となるように調製された銀めっき液を使用することができる。
The upper limit of the thickness of the gold plating layer as the first
Moreover, when forming a silver plating layer as the 1st
形成する第1金属めっき層4,14としての銀めっき層の厚みの上限は0.5μmとすることが好ましく、0.5μmを超えると、本発明の効果の更なる向上がほとんど得られない半面、材料コストが増大し好ましくない。また、形成する銀めっき層の厚みの下限は、第2金属めっき層5,15の形成で使用するめっき液に応じて、均一な膜厚制御が可能であること、および、金属基板1,11の腐食を防止できることを考慮して設定することが好ましく、例えば、0.1μmとすることができる。
一方、第2金属めっき層5,15として金めっき層を形成する場合、使用するめっき液は、シアン系金めっき液および塩酸系金めっき液のいずれであってもよい。シアン系金めっき液は、特に制限はなく、公知のめっき液を使用することができる。また、塩酸系金めっき液は、第1金属めっき層4,14として金めっき層を形成する場合のような制限はなく、公知のめっき液を使用することができる。
形成する第2金属めっき層5,15としての金めっき層の厚みは、インサート層3,13が拡散接合可能なように適宜設定することができ、例えば、インサート層3,13の厚みが0.05〜0.5μm、好ましくは0.1〜0.25μm程度の薄膜となるように設定することができる。インサート層3,13の厚みが0.5μmを超えると、本発明の効果の更なる向上がほとんど得られない半面、材料コストが増大し好ましくない。
The upper limit of the thickness of the silver plating layer as the first
On the other hand, when a gold plating layer is formed as the second
The thickness of the gold plating layer as the second
また、第2金属めっき層5,15として銀めっき層を形成する場合、公知のめっき液を使用することができる。形成する第2金属めっき層5,15としての銀めっき層の厚みは、インサート層3,13が拡散接合可能なように適宜設定することができ、例えば、インサート層3,13の厚みが0.1〜0.5μm、好ましくは0.15〜0.3μm程度の薄膜となるように設定することができる。インサート層3,13の厚みが0.5μmを超えると、本発明の効果の更なる向上がほとんど得られない半面、材料コストが増大し好ましくない。
さらに、第2金属めっき層5,15として無電解ニッケルめっき層を形成する場合、還元剤としてホスフィン酸塩を含有する無電解ニッケルめっき液を使用し、形成する無電解ニッケルめっき層中のリン含有量を10重量%以上、好ましくは、10〜13重量%とする。無電解ニッケルめっき層中のリン含有量が10重量%未満であると、無電解ニッケルめっき層(ニッケルリン合金層)の融点が高く、インサート層3,13の拡散接合性が不十分となり好ましくない。また、形成する第2金属めっき層5,15としての無電解ニッケルめっき層の厚みは、インサート層3,13が拡散接合可能なように適宜設定することができ、例えば、インサート層3,13の厚みが0.05〜0.5μm、好ましくは0.1〜0.25μm程度の薄膜となるように設定することができる。
Moreover, when forming a silver plating layer as the 2nd
Furthermore, when forming an electroless nickel plating layer as the second
ここで、本発明でのインサート層3,13を構成する第1金属めっき層4,14、第2金属めっき層5,15の厚みの測定は、以下のように行うものとする。すなわち、各々の金属めっき層を形成した後、セイコーインスツル(株)製の蛍光X線膜厚測定装置を使いて測定を行う。尚、前もって、測定したい膜厚目標値を包含するような、これよりも薄い標準箔と厚い標準箔を準備し、少なくともこれら2つの標準箔を用いて、X線出力と膜厚とを検量するための比例関係を事前に把握しておく。また、FIB(集束イオンビーム)による断面加工を行った後、SEM(走査電子顕微鏡)にて断面を観察し、撮影される倍率に応じたスケールをもとに、断面に現れている金属粒子の大きさや結晶様態が異なる層毎に厚みの確認を行う。
尚、図示例では、被接合面1a,11aを含む金属基板1,11の全域にインサート層3,13を形成しているが、被接合面1a,11aのみにインサート層3,13を形成してもよい。この場合、被接合面1a,11aのみがめっき液と接触するようにしてめっき層を形成することができ、また、インサート層3,13の形成が不要な部位をマスクで遮蔽して、めっき液と接触しないようにしてめっき層を形成してもよい。
Here, the thicknesses of the first
In the illustrated example, the insert layers 3 and 13 are formed over the entire area of the
<インサート層同士の拡散接合>
次に、インサート層同士の拡散接合について説明する。
上述のように、本発明では、金属基板1の被接合面1aのインサート層3と、金属基板11の被接合面11aのインサート層13とを当接させるように、金属基板1,11を重ね合わせた状態で加熱して、インサート層3とインサート層13を拡散接合する(図1(B))。このようなインサート層3とインサート層13との拡散接合における加熱温度は、インサート層3,13を構成する第1金属めっき層4,14の融点と第2金属めっき層5,15の融点のいずれか低い方の融点に対して±100℃、好ましくは±80℃の範囲で設定することができる。加熱温度設定が上記の温度範囲の下限未満であると、インサート層3とインサート層13との固相拡散接合が不十分となり、接合界面における空隙の発生、耐圧性能の低下、耐腐食性の低下等が生じることがあり好ましくない。また、加熱温度設定が上記の温度範囲を超える場合、金属基板1側への拡散が進む可能性があり、不均一なインサート層残渣が懸念され好ましくない。
<Diffusion bonding between insert layers>
Next, diffusion bonding between the insert layers will be described.
As described above, in the present invention, the
尚、図1(B)では、インサート層3およびインサート層13が、それぞれ第1金属めっき層4と第2金属めっき層5との積層、第1金属めっき層14と第2金属めっき層15との積層構造のままであり、被接合面1aと被接合面11aに位置する第2金属めっき層5,15のみが拡散接合されているように記載されているが、これは便宜的に記載したものである。例えば、インサート層3とインサート層13との拡散接合において、第1金属めっき層4と第2金属めっき層5とが溶融一体化し、また、第1金属めっき層14と第2金属めっき層15とが溶融一体化して、インサート層3およびインサート層13が既に積層構造ではなくなっている状態も包含するものである。また、インサート層3とインサート層13との拡散接合において、インサート層3,13の構成金属の一部が金属基板1,11に拡散する場合もあり、このような状態を排除するものではない。以下の実施態様においても同様である。
In FIG. 1B, the
このような本発明の金属基板の接合方法では、金属基板1,11の被接合面1a,11aに位置するインサート層3,13同士を拡散接合するので、金属基板1,11の溶融温度よりも低いインサート層3,13の溶融温度を目安に比較的低温で接合することができ、かつ、拡散接合する際に要する圧力は、金属基板1,11同士を拡散接合する場合に比べて大幅に低減できる。また、インサート層3,13を金属基板1,11に直接めっき形成しているので、インサート層同士の拡散接合を行うことにより、所望の耐圧性能、耐腐食性能を得ることができる。したがって、従来の高温高圧下に長時間保持する工程、その後、金属基板の強度劣化を防止するための緩やかな冷却工程が不要となり、接合工程に要する時間を大幅に短縮することができる。
In such a metal substrate bonding method of the present invention, the insert layers 3 and 13 located on the bonded
<金属基板内への拡散>
本発明では、上述のように拡散接合したインサート層3,13の構成金属を金属基板1,11に拡散させてもよい(図1(C))。これにより、金属基板とインサート層材料との金属間電池腐食を回避することができ、優れた耐圧性能、耐腐食性能を具備した金属積層体を得ることができる。金属基板1,11内へのインサート層3,13の構成金属の拡散は、上記のインサート層同士の拡散接合における加熱を維持することにより行うことができ、また、加熱温度の設定を金属基板の溶融温度よりも10〜30%程度低い温度としてもよい。
<Diffusion into metal substrate>
In the present invention, the constituent metals of the insert layers 3 and 13 diffusion-bonded as described above may be diffused into the
このように、インサート層3,13の構成金属を金属基板1,11に拡散させる場合、インサート層を構成する第1金属めっき層/第2金属めっき層の組み合わせとして、2元合金状態図において全率固溶である金属めっき層の組み合わせが好ましく、例えば、金めっき層/銀めっき層、および、銀めっき層/金めっき層の組み合わせとすることが好適である。このように第1金属めっき層/第2金属めっき層の組み合わせとして、2元合金状態図において全率固溶である金属の組み合わせとすることにより、金属基板1,11に拡散する金属(インサート層を構成する金属)の組成が安定し、インサート層を構成する特定の金属のみが金属基板1,11の表面に偏在するような不均一性が防止され、拡散接合後の金属基板1,11の特性、物性が安定したものとなる。尚、インサート層を構成する第1金属めっき層/第2金属めっき層の組み合わせとして、金めっき層/無電解ニッケルめっき層のように、2元合金状態図において全率固溶ではない組み合わせを採用した場合、金属基板1,11の表面にニッケル、ニッケルリン合金が偏在する場合もある。しかし、拡散接合後の金属基板1,11からなる金属積層体の用途等において問題がないのであれば、インサート層として金めっき層/無電解ニッケルめっき層等の組み合わせを採用することができる。
In this way, when the constituent metals of the insert layers 3 and 13 are diffused in the
図2は、本発明の金属基板の接合方法の他の実施態様を説明するための工程図である。
この実施態様では、3個の金属基板21,31,41を接合するものであり、金属基板31,41は、それぞれ被接合面31a,41aに加工部位32,42を有している(図2(A))。そして、インサート層の形成工程では、金属基板21の被接合面21aを含む表面に第1金属めっき層24と第2金属めっき層25をこの順に積層してインサート層23を形成する。また、金属基板31の被接合面31a,31bを含む表面に第1金属めっき層34と第2金属めっき層35をこの順に積層してインサート層33を形成する。さらに、金属基板41の被接合面41aを含む表面に第1金属めっき層44と第2金属めっき層45をこの順に積層してインサート層43を形成する。(図2(B))。
金属基板21,31,41は、上述の実施態様における金属基板1,11と同様のものを使用することができる。
金属基板31,41がその被接合面31a,41aに有する加工部位32,42は、図示例では凹部であるが、貫通孔等であってもよい。また、加工部位32,42の凹部形状は特に限定されず、例えば、流路を構成するような溝形状等であってよい。
金属基板21,31,41へのインサート層23,33,43の形成は、上述の実施態様における金属基板1,11へのインサート層3,13の形成と同様に行うことができる。
FIG. 2 is a process diagram for explaining another embodiment of the metal substrate bonding method of the present invention.
In this embodiment, three
As the
The
The formation of the insert layers 23, 33, 43 on the
次に、本発明では、金属基板21の被接合面21aのインサート層23と、金属基板31の被接合面31aのインサート層33とを当接させ、また、金属基板31の被接合面31bのインサート層33と、金属基板41の被接合面41aのインサート層43とを当接させるように、金属基板21,31,41を重ね合わせた状態で加熱する。これによりインサート層23とインサート層33、インサート層33とインサート層43を拡散接合、する(図2(C))。このインサート層23,33,43の拡散接合は、上述の実施態様におけるインサート層3,13の拡散接合と同様に行うことができる。
Next, in the present invention, the
本発明の金属基板の接合方法では、金属基板21,31,41の被接合面21a,31a,31b,41aに位置するインサート層23,33,43同士を拡散接合するので、金属基板21,31,41の溶融温度よりも低いインサート層23,33,43の溶融温度を目安に接合することができ、かつ、拡散接合する際に要する圧力は、金属基板21,31,41同士を拡散接合する場合に比べて大幅に低減できる。したがって、図2(C)において鎖線で囲まれる領域Aおよび領域Bにおいても拡散接合を確実に行うことができる。すなわち、図2(C)に示されるように、金属基板31の加工部位32が位置する領域と、金属基板41の加工部位42が位置する領域は、金属基板21,31,41の積層方向において、不一致となっている。そして、領域Aは、金属基板の積層方向において金属基板31の加工部位32が位置する領域と一致し、また、領域Bは、金属基板の積層方向において金属基板41の加工部位42が位置する領域と一致している。このため、積層した金属基板21,31,41に圧力を加えても、加工部位32,42の存在によって領域Aおよび領域Bでは金属基板間の圧着力が低下することになる。このような状態において、従来の金属基板同士を直接拡散接合する接合方法では、領域Aおよび領域Bにおける接合不良により金属基板間に空隙が生じて所望の耐圧性能、耐腐食性能を得ることは困難であった。これに対して、本発明では、インサート層23,33,43を拡散接合する際に要する圧力が低いので、上記の領域Aおよび領域Bにおいても拡散接合を確実に行うことができる。上記の例では、加工部位32,42が位置する領域が積層方向において完全に不一致となっているが、加工部位32,42が位置する領域の一部が積層方向において不一致となっている場合においても、同様である。
In the metal substrate bonding method of the present invention, the insert layers 23, 33, 43 located on the bonded
また、本発明では、インサート層23,33,43を金属基板21,31,41に直接めっき形成しているので、インサート層同士の拡散接合を行うことにより、所望の耐圧性能、耐腐食性能を得ることができる。
この実施態様においても、上述のように拡散接合したインサート層23,33,43の構成金属を金属基板21,31,41に拡散させてもよい(図2(D))。これにより、金属基板とインサート層材料との金属間電池腐食を回避することができ、優れた耐圧性能、耐腐食性能を具備した金属積層体を得ることができる。金属基板21,31,41内へのインサート層23,33,43の構成金属の拡散は、上述の実施態様における金属基板1,11内へのインサート層3,13の構成金属の拡散と同様に行うことができる。
上述の金属基板の接合方法の実施態様は例示であり、本発明はこのような実施態様に限定されるものではない。
Further, in the present invention, the insert layers 23, 33, 43 are formed directly on the
Also in this embodiment, the constituent metals of the insert layers 23, 33, 43 diffused and bonded as described above may be diffused in the
Embodiments of the above-described metal substrate bonding method are merely examples, and the present invention is not limited to such embodiments.
[金属積層体]
図3は、本発明の金属積層体の一実施形態を説明するための部分断面図である。
本発明の金属積層体は、複数の金属基板が接合されたものであり、図3において、金属積層体101は、4個の金属基板102A,102B,102C,102Dが拡散接合されたものである。
これらの金属基板102A,102B,102C,102Dは、本発明の金属基板の接合方法において金属基板1,11として説明したものと同様のものを使用することができる。
金属基板102A,102B,102C,102Dのうち、金属基板102Aは加工物103aを有し,金属基板102Bは加工部位103bを有し,金属基板102Cは、加工部位103cを有している。これらの加工部位103a,103b,103cが位置する領域は、4個の金属基板102A,102B,102C,102Dの積層方向(図示の矢印a方向)において不一致となっている。
[Metal laminate]
FIG. 3 is a partial cross-sectional view for explaining an embodiment of the metal laminate of the present invention.
The metal laminate of the present invention is obtained by bonding a plurality of metal substrates. In FIG. 3, the
As these
Of the
このような本発明の金属積層体101は、4個の金属基板102A,102B,102C,102Dが本発明の金属基板の接合方法により拡散接合されたものである。したがって、金属基板とインサート層材料との金属間電池腐食を回避することができ、優れた耐圧性能、耐腐食性能を具備している。特に、図示の鎖線で囲まれた領域における金属基板間の接合強度が他の領域の接合強度と同等に優れているので、基板界面での空隙の発生による隙間腐食が防止される。したがって、例えば、流路として機能する中空構造を備えた本発明の金属積層体は、優れた耐圧性能、耐腐食性能を具備している。
上述の金属積層体の実施形態は例示であり、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。したがって、金属積層体を構成する金属基板の数、金属基板が備えている加工部位の有無、形状等は、金属積層体の使用目的に応じて適宜設定することができる。
また、金属積層体を構成する複数の金属基板の材質は、通常同一であるが、金属積層体の用途に応じて、構成金属基板の材質が異なるものであってもよい。
Such a
The above-described embodiments of the metal laminate are examples, and the present invention is not limited to such embodiments. Therefore, the number of metal substrates constituting the metal laminate, the presence / absence of a processing portion provided in the metal substrate, the shape, and the like can be appropriately set according to the purpose of use of the metal laminate.
Moreover, although the material of the some metal substrate which comprises a metal laminated body is the same normally, according to the use of a metal laminated body, the material of a structure metal substrate may differ.
次に、具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
[実施例1]
金属基板として、厚み0.15mmのステンレス基板(SUS316L材(150mm×150mm)、融点1370℃)を準備し、加工部位として凹部を有する金属基板と加工部位を有していない金属基板とした。凹部を有する金属基板は、ステンレス基板の一方の主平面に、エッチング加工により深さ100μm、幅200μm、長さ5000μmのライン状の凹部を、幅方向にピッチ4000μm、長さ方向にピッチ7000μmで、幅方向10本×長さ方向10本の計100本形成した。尚、上記の凹部のピッチは、各凹部の中心間距離に相当する距離であり、以下の記載においても同様である。
Next, the present invention will be described in more detail by showing specific examples.
[Example 1]
A stainless steel substrate having a thickness of 0.15 mm (SUS316L material (150 mm × 150 mm), melting point 1370 ° C.) was prepared as a metal substrate, and a metal substrate having a recess as a processing site and a metal substrate having no processing site were used. A metal substrate having a recess has a line-shaped recess having a depth of 100 μm, a width of 200 μm, and a length of 5000 μm by etching on one main plane of the stainless steel substrate. A total of 100 pieces of 10 in the width direction and 10 in the length direction were formed. The pitch of the recesses is a distance corresponding to the distance between the centers of the recesses, and the same applies to the following description.
<インサート層の形成>
まず、塩酸系金めっき液として、下記の組成の塩酸系金めっき液を調製した。
(塩酸系金めっき液の組成)
・金属金 … 2.5g/mL
・塩酸 … 35g/mL
・コバルト … 0.1g/mL
上記のステンレス基板に前処理として、アルカリ洗浄処理(常温、30秒間)を施し、次いで、塩酸浸漬処理(10%塩酸水溶液に30秒間浸漬)を施した。この前処理後に水洗し、その後、上記の塩酸系金めっき液に上記のステンレス基板を10秒間浸漬し、水洗した後、走査電子顕微鏡で観察した結果、ステンレス基板の表面への微小孔食の発生程度は単位面積(mm2)当り5個以下であることを確認した。
<Formation of insert layer>
First, a hydrochloric acid-based gold plating solution having the following composition was prepared as a hydrochloric acid-based gold plating solution.
(Composition of hydrochloric acid-based gold plating solution)
・ Metallic gold: 2.5 g / mL
・ Hydrochloric acid: 35 g / mL
・ Cobalt: 0.1 g / mL
As a pretreatment, the above stainless steel substrate was subjected to an alkali cleaning treatment (normal temperature, 30 seconds), and then a hydrochloric acid immersion treatment (immersion in a 10% hydrochloric acid aqueous solution for 30 seconds). After this pretreatment, it was washed with water, and then the stainless steel substrate was immersed in the hydrochloric acid-based gold plating solution for 10 seconds, washed with water, and then observed with a scanning electron microscope. As a result, micropitting occurred on the surface of the stainless steel substrate. The degree was confirmed to be 5 or less per unit area (mm 2 ).
また、上記のステンレス基板に前処理を施した後、水洗し、その直後に、上記の塩酸系金めっき液を用いて下記の条件で第1金属めっき層としての金めっき層(厚み0.05μm)をステンレス基板の全面に形成した。この金めっき層の融点は961℃であった。
(金めっきの条件)
・電流密度 : 3A/dm2
・処理時間 : 10秒
In addition, the above stainless steel substrate is pretreated and then washed with water. Immediately after that, a gold plating layer (thickness 0.05 μm as a first metal plating layer is formed using the hydrochloric acid-based gold plating solution under the following conditions. ) Was formed on the entire surface of the stainless steel substrate. The melting point of this gold plating layer was 961 ° C.
(Gold plating conditions)
・ Current density: 3A / dm 2
・ Processing time: 10 seconds
次に、銀めっき液として、下記の組成の銀めっき液を調製した。
(銀めっき液の組成)
・トリス(3−ヒドロキシプロピル)ホスフィン … 15g/mL
・硫酸 … 30g/mL
・硫酸銀 … 5g/mL
第1金属めっき層上に、上記の銀めっき液を使用して下記の条件で第2金属めっき層としての銀めっき層(厚み0.35μm)を形成した。この銀めっき層の融点は1064℃であった。
(第2金属めっきの条件)
・電流密度 : 3A/dm2
・処理時間 : 120秒
これにより、厚み0.4μmのインサート層をステンレス基板の全面に形成した。
Next, a silver plating solution having the following composition was prepared as a silver plating solution.
(Composition of silver plating solution)
・ Tris (3-hydroxypropyl) phosphine 15g / mL
・ Sulfuric acid: 30 g / mL
・ Silver sulfate: 5g / mL
A silver plating layer (thickness 0.35 μm) as a second metal plating layer was formed on the first metal plating layer under the following conditions using the above silver plating solution. The melting point of this silver plating layer was 1064 ° C.
(Conditions for second metal plating)
・ Current density: 3A / dm 2
・ Processing time: 120 seconds
As a result, an insert layer having a thickness of 0.4 μm was formed on the entire surface of the stainless steel substrate.
<インサート層同士の拡散接合>
加工部位として凹部を有するステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を2個、加工部位を有していないステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を1個準備し、図2(C)に示されるように、2個の金属基板における凹部が位置する領域が積層方向において不一致となるようにして、インサート層を当接させるように3個の金属基板を重ね合わせ、下記の条件で拡散接合を行った。
(拡散接合の条件)
・加熱温度 : 1100℃
・真空度 : 10-4Pa
・加熱加圧の保持時間 : 8時間
・室温までの冷却時間 : 10時間
これにより、3個のステンレス基板を接合して、金属積層体(試料1)を作製した。
<金属基板内への拡散>
上記の拡散接合における保持時間を12時間とすることにより、3個のステンレス基板間に存在するインサート層の構成金属をステンレス基板に拡散させた他は、上記と同様にして、金属積層体(試料1′)を作製した。
<Diffusion bonding between insert layers>
Prepare two metal substrates with insert layers as described above on a stainless steel substrate with recesses as processing sites, and one metal substrate with insert layers as described above on stainless steel substrates without processing sites. As shown in FIG. 2C, the three metal substrates are overlaid so that the insert layer is brought into contact so that the regions where the recesses are located in the two metal substrates are not matched in the stacking direction. The diffusion bonding was performed under the following conditions.
(Diffusion bonding conditions)
・ Heating temperature: 1100 ℃
・ Degree of vacuum: 10 -4 Pa
-Holding time of heating and pressurization: 8 hours-Cooling time to room temperature: 10 hours In this way, three stainless steel substrates were joined to produce a metal laminate (sample 1).
<Diffusion into metal substrate>
A metal laminate (sample) was formed in the same manner as described above except that the constituent metal of the insert layer existing between the three stainless steel substrates was diffused into the stainless steel substrate by setting the holding time in the diffusion bonding to 12 hours. 1 ′) was produced.
[実施例2]
金属基板として、実施例1と同様に、加工部位として凹部の有無による2種の金属基板を準備した。
<インサート層の形成>
まず、酸性銀めっき液として、下記の組成の酸性銀めっき液を調製した。
(酸性銀めっき液の組成)
・硫酸銀 … 5.0g/L
・硫酸 … 30g/L
・トリス(3−ヒドロキシプロピル)ホスフィン … 15g/L
上記のステンレス基板に前処理として、アルカリ洗浄処理(常温、30秒間)を施し、次いで、塩酸浸漬処理(10%塩酸水溶液に30秒間浸漬)を施した。この前処理後に水洗し、その後、上記の酸性銀めっき液に上記のステンレス基板を10秒間浸漬し、水洗した後、走査電子顕微鏡で観察した結果、ステンレス基板の表面への微小孔食の発生程度は単位面積(mm2)当り5個以下であることを確認した。
[Example 2]
As metal substrates, two types of metal substrates were prepared as in the case of Example 1 depending on the presence or absence of recesses.
<Formation of insert layer>
First, an acidic silver plating solution having the following composition was prepared as an acidic silver plating solution.
(Composition of acidic silver plating solution)
・ Silver sulfate: 5.0 g / L
・ Sulfuric acid: 30 g / L
・ Tris (3-hydroxypropyl) phosphine: 15 g / L
As a pretreatment, the above stainless steel substrate was subjected to an alkali cleaning treatment (normal temperature, 30 seconds), and then a hydrochloric acid immersion treatment (immersion in a 10% hydrochloric acid aqueous solution for 30 seconds). After this pretreatment, it was washed with water, and then the stainless steel substrate was immersed in the acidic silver plating solution for 10 seconds, washed with water, and then observed with a scanning electron microscope. As a result, the occurrence of micropitting corrosion on the surface of the stainless steel substrate was observed. Was confirmed to be 5 or less per unit area (mm 2 ).
また、上記のステンレス基板に前処理を施した後、水洗し、その直後に、上記の酸性銀めっき液を用いて下記の条件で第1金属めっき層としての銀めっき層(厚み0.35μm)をステンレス基板の全面に形成した。この銀めっき層の融点は1064℃であった。
(銀めっきの条件)
・電流密度 : 3A/dm2
・処理時間 : 150秒
次に、金めっき液として、下記の組成のシアン系金めっき液を調製した。
(シアン系金めっき液の組成)
・金属金 … 6.0g/mL
・コバルト … 0.5g/mL
Moreover, after pre-processing to said stainless steel substrate, it wash | cleans with water, and immediately after that, using the said acidic silver plating solution, the silver plating layer (thickness 0.35 micrometer) as a 1st metal plating layer on the following conditions Was formed on the entire surface of the stainless steel substrate. The melting point of this silver plating layer was 1064 ° C.
(Conditions for silver plating)
・ Current density: 3A / dm 2
・ Processing time: 150 seconds
Next, a cyan gold plating solution having the following composition was prepared as a gold plating solution.
(Composition of cyan gold plating solution)
・ Metallic gold: 6.0 g / mL
・ Cobalt: 0.5g / mL
第1金属めっき層上に、上記のシアン系金めっき液を使用して下記の条件で第2金属めっき層としての金めっき層(厚み0.05μm)を形成した。この金めっき層の融点は961℃であった。
(第2金属めっきの条件)
・電流密度 : 15A/dm2
・処理時間 : 10秒
これにより、厚み0.4μmのインサート層をステンレス基板の全面に形成した。
A gold plating layer (thickness 0.05 μm) as a second metal plating layer was formed on the first metal plating layer under the following conditions using the above cyan-based gold plating solution. The melting point of this gold plating layer was 961 ° C.
(Conditions for second metal plating)
・ Current density: 15 A / dm 2
・ Processing time: 10 seconds
As a result, an insert layer having a thickness of 0.4 μm was formed on the entire surface of the stainless steel substrate.
<インサート層同士の拡散接合>
加工部位として凹部を有するステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を2個、加工部位を有していないステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を1個準備し、図2(C)に示されるように、2個の金属基板における凹部が位置する領域が積層方向において不一致となるようにして、インサート層を当接させるように3個の金属基板を重ね合わせ、下記の条件で拡散接合を行った。
(拡散接合の条件)
・加熱温度 : 1100℃
・真空度 : 10-4Pa
・加熱加圧の保持時間 : 8時間
・室温までの冷却時間 : 10時間
これにより、3個の金属基板を接合して、金属積層体(試料2)を作製した。
<金属基板内への拡散>
上記の拡散接合における保持時間を12時間とすることにより、3個のステンレス基板間に存在するインサート層の構成金属をステンレス基板に拡散させた他は、上記と同様にして、金属積層体(試料2′)を作製した。
<Diffusion bonding between insert layers>
Prepare two metal substrates with insert layers as described above on a stainless steel substrate with recesses as processing sites, and one metal substrate with insert layers as described above on stainless steel substrates without processing sites. As shown in FIG. 2C, the three metal substrates are overlaid so that the insert layer is brought into contact so that the regions where the recesses are located in the two metal substrates are not matched in the stacking direction. The diffusion bonding was performed under the following conditions.
(Diffusion bonding conditions)
・ Heating temperature: 1100 ℃
・ Degree of vacuum: 10 -4 Pa
-Holding time of heating and pressurization: 8 hours-Cooling time to room temperature: 10 hours In this way, three metal substrates were joined to produce a metal laminate (sample 2).
<Diffusion into metal substrate>
A metal laminate (sample) was formed in the same manner as described above except that the constituent metal of the insert layer existing between the three stainless steel substrates was diffused into the stainless steel substrate by setting the holding time in the diffusion bonding to 12 hours. 2 ′) was produced.
[実施例3]
金属基板として、実施例1と同様に、加工部位として凹部の有無による2種の金属基板を準備した。
<インサート層の形成>
実施例1と同様にして、第1金属めっき層としての金めっき層(厚み0.05μm)をステンレス基板の全面に形成した。この金めっき層の融点は961℃であった。
次に、第1金属めっき層としての金めっき層に対して、公知の塩酸系金めっき液を用いて前処理を施し、その後、無電解ニッケルめっき液として奥野製薬(株)製 トップニコロンSA−98を用いて、第2金属めっき層としての無電解ニッケルめっき層(厚み0.35μm、リン含有量10重量%)を形成した。この無電解ニッケルめっき層の融点は、900℃であった。
これにより、厚み0.4μmのインサート層をステンレス基板の全面に形成した。
[Example 3]
As metal substrates, two types of metal substrates were prepared as in the case of Example 1 depending on the presence or absence of recesses.
<Formation of insert layer>
In the same manner as in Example 1, a gold plating layer (thickness 0.05 μm) as a first metal plating layer was formed on the entire surface of the stainless steel substrate. The melting point of this gold plating layer was 961 ° C.
Next, the gold plating layer as the first metal plating layer is pretreated using a known hydrochloric acid-based gold plating solution, and then manufactured by Okuno Pharmaceutical Co., Ltd. as an electroless nickel plating solution. An electroless nickel plating layer (thickness: 0.35 μm, phosphorus content: 10% by weight) as a second metal plating layer was formed using Top Nicolon SA-98. The melting point of the electroless nickel plating layer was 900 ° C.
As a result, an insert layer having a thickness of 0.4 μm was formed on the entire surface of the stainless steel substrate.
<インサート層同士の拡散接合>
加工部位として凹部を有するステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を2個、加工部位を有していないステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を1個準備し、図2(C)に示されるように、2個の金属基板における凹部が位置する領域が積層方向において不一致となるようにして、インサート層を当接させるように3個の金属基板を重ね合わせ、下記の条件で拡散接合を行った。
(拡散接合の条件)
・加熱温度 : 1200℃
・真空度 : 10-4Pa
・加熱加圧の保持時間 : 8時間
・室温までの冷却時間 : 10時間
これにより、3個の金属基板を接合して、金属積層体(試料3)を作製した。
<金属基板内への拡散>
上記の拡散接合における保持時間を12時間とすることにより、3個のステンレス基板間に存在するインサート層の構成金属をステンレス基板に拡散させた他は、上記と同様にして、金属積層体(試料3′)を作製した。
<Diffusion bonding between insert layers>
Prepare two metal substrates with insert layers as described above on a stainless steel substrate with recesses as processing sites, and one metal substrate with insert layers as described above on stainless steel substrates without processing sites. As shown in FIG. 2C, the three metal substrates are overlaid so that the insert layer is brought into contact so that the regions where the recesses are located in the two metal substrates are not matched in the stacking direction. The diffusion bonding was performed under the following conditions.
(Diffusion bonding conditions)
・ Heating temperature: 1200 ℃
・ Degree of vacuum: 10 -4 Pa
-Holding time of heating and pressurization: 8 hours-Cooling time to room temperature: 10 hours In this way, three metal substrates were joined to produce a metal laminate (sample 3).
<Diffusion into metal substrate>
A metal laminate (sample) was formed in the same manner as described above except that the constituent metal of the insert layer existing between the three stainless steel substrates was diffused into the stainless steel substrate by setting the holding time in the diffusion bonding to 12 hours. 3 ') was produced.
[比較例1]
金属基板として、実施例1と同様に、加工部位として凹部の有無による2種の金属基板を準備した。
インサート層を形成せず、加工部位として凹部を有する2個の金属基板と、加工部位を有していない1個の金属基板を、図2(C)に示されるように、2個の金属基板における凹部が位置する領域が積層方向において不一致となるようにして重ね合わせ、下記の条件で拡散接合を行った。
(拡散接合の条件)
・加熱温度 : 1300℃
・真空度 : 10-4Pa
・加熱加圧の保持時間 : 8時間
・室温までの冷却時間 : 10時間
これにより、3個の金属基板を接合して、金属積層体(比較試料1)を作製した。
また、室温までの冷却時間を18時間に短縮した他は、上記と同様にして、金属積層体(比較試料1′)を作製した。
[Comparative Example 1]
As metal substrates, two types of metal substrates were prepared as in the case of Example 1 depending on the presence or absence of recesses.
As shown in FIG. 2 (C), two metal substrates without forming an insert layer and having two metal substrates having recesses as processing sites and one metal substrate having no processing sites are formed. The regions in which the recesses are located are overlapped so that they do not match in the stacking direction, and diffusion bonding is performed under the following conditions.
(Diffusion bonding conditions)
・ Heating temperature: 1300 ℃
・ Degree of vacuum: 10 -4 Pa
-Holding time of heating and pressurization: 8 hours-Cooling time to room temperature: 10 hours Thereby, three metal substrates were joined to produce a metal laminate (Comparative Sample 1).
Further, a metal laminate (
[比較例2]
金属基板として、実施例1と同様に、加工部位として凹部の有無による2種の金属基板を準備した。
<インサート層の形成>
実施例2で使用した酸性銀めっき液と同様の酸性銀めっき液を調製した。
上記のステンレス基板に前処理を施した後、水洗し、その直後に、上記の酸性銀めっき液を用いて下記の条件で、インサート層としての銀めっき層(厚み0.5μm)をステンレス基板の全面に形成した。この銀めっき層の融点は1064℃であった。
(銀めっきの条件)
・電流密度 : 3A/dm2
・処理時間 : 120秒
[Comparative Example 2]
As metal substrates, two types of metal substrates were prepared as in the case of Example 1 depending on the presence or absence of recesses.
<Formation of insert layer>
An acidic silver plating solution similar to the acidic silver plating solution used in Example 2 was prepared.
The above stainless steel substrate is pretreated and then washed with water. Immediately after that, a silver plating layer (thickness 0.5 μm) as an insert layer is formed on the stainless steel substrate under the following conditions using the acidic silver plating solution. Formed on the entire surface. The melting point of this silver plating layer was 1064 ° C.
(Conditions for silver plating)
・ Current density: 3A / dm 2
・ Processing time: 120 seconds
<インサート層同士の拡散接合>
加工部位として凹部を有するステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を2個、加工部位を有していないステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を1個準備し、図2(C)に示されるように、2個の金属基板における凹部が位置する領域が積層方向において不一致となるようにして、インサート層を当接させるように3個の金属基板を重ね合わせ、下記の条件で拡散接合を行った。
(拡散接合の条件)
・加熱温度 : 1200℃
・真空度 : 10-4Pa
・加熱加圧の保持時間 : 8時間
・室温までの冷却時間 : 10時間
これにより、3個の金属基板を接合して、金属積層体(比較試料2)を作製した。
<金属基板内への拡散>
上記の拡散接合における保持時間を12時間とすることにより、3個のステンレス基板間に存在するインサート層の構成金属をステンレス基板に拡散させた他は、上記と同様にして、金属積層体(比較試料2′)を作製した。
<Diffusion bonding between insert layers>
Prepare two metal substrates with insert layers as described above on a stainless steel substrate with recesses as processing sites, and one metal substrate with insert layers as described above on stainless steel substrates without processing sites. As shown in FIG. 2C, the three metal substrates are overlaid so that the insert layer is brought into contact so that the regions where the recesses are located in the two metal substrates are not matched in the stacking direction. The diffusion bonding was performed under the following conditions.
(Diffusion bonding conditions)
・ Heating temperature: 1200 ℃
・ Degree of vacuum: 10 -4 Pa
-Holding time of heating and pressurization: 8 hours-Cooling time to room temperature: 10 hours In this way, three metal substrates were joined to produce a metal laminate (Comparative Sample 2).
<Diffusion into metal substrate>
A metal laminate (comparison) was performed in the same manner as described above except that the constituent metal of the insert layer existing between the three stainless steel substrates was diffused into the stainless steel substrate by setting the holding time in the diffusion bonding to 12 hours. Sample 2 ') was prepared.
[比較例3]
第1金属めっき層として金めっき層(0.05μm)を形成し、第2金属めっき層としての銀めっき層の形成は行わずにインサート層とした他は、実施例1と同様にして、金属積層体(比較試料3)を作製した。
<金属基板内への拡散>
インサート層同士の拡散接合における保持時間を12時間とすることにより、3個のステンレス基板間に存在するインサート層の構成金属をステンレス基板に拡散させた他は、上記と同様にして、金属積層体(比較試料3′)を作製した。
[Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 1, except that a gold plating layer (0.05 μm) was formed as the first metal plating layer and the insert layer was formed without forming the silver plating layer as the second metal plating layer. A laminate (Comparative Sample 3) was produced.
<Diffusion into metal substrate>
A metal laminate is formed in the same manner as described above except that the constituent metal of the insert layer existing between the three stainless steel substrates is diffused into the stainless steel substrate by setting the holding time in diffusion bonding between the insert layers to 12 hours. (Comparative sample 3 ') was produced.
[評 価]
上述のように作製した金属積層体について、接合界面の空隙部の有無、接合強度、金属基板面のクラックの有無を下記のように評価し、結果を表1に示した。
(接合界面の空隙部の有無の評価)
接合面に垂直に金属積層体を切断(切断ピッチ10mm)し、接合界面をFIB(収束イオンビーム)で観察して、観察距離当りの空隙部の数が1個/mm以下である場合を空隙部無と判断した。
(接合強度の評価)
金属積層体に対し、JISで規定された折り曲げテスト(曲げ半径4〜10mmの当て金を用い、バイスに当てて90°曲げて元に戻し、反対側に同様に90°曲げて再度元に戻すことを2回繰り返す)を実施し、接合面における剥離がなく、接合面からの乖離がない場合を接合強度良好とした。
(クラックの有無の評価)
金属積層体の全面を拡大顕微鏡100倍程度で観察して、クラックが1個以下である場合をクラック発生無と判断した。
[Evaluation]
About the metal laminated body produced as mentioned above, the presence or absence of the space | gap part of a joining interface, joining strength, and the presence or absence of the crack of a metal substrate surface were evaluated as follows, and the result was shown in Table 1.
(Evaluation of the presence or absence of voids at the bonding interface)
When the metal laminate is cut perpendicularly to the bonding surface (cutting pitch: 10 mm) and the bonding interface is observed with FIB (focused ion beam), the number of voids per observation distance is 1 / mm or less. It was judged that there was no part.
(Evaluation of bonding strength)
Bending test specified by JIS for a metal laminate (between 4 and 10 mm in bending radius, bend 90 ° against a vise and bend back to the original, and bend 90 ° to the opposite side and return again. This was repeated twice, and the case where there was no separation at the joint surface and no deviation from the joint surface was defined as good joint strength.
(Evaluation of cracks)
The entire surface of the metal laminate was observed with a magnifying microscope about 100 times, and a case where the number of cracks was 1 or less was judged as no crack generation.
表1に示されるように、試料1、試料1′、試料2、試料2′、試料3、試料3′は接合強度が良好で空隙が無く、クラックの発生もみられなかった。
これに対して、比較試料1は、凹部が存在する領域の積層方向における接合強度が不十分であり、また、拡散接合に要する時間が長いものであった。比較試料1′では、冷却時間を短縮した結果、クラックの発生がみられた。
比較試料2は、銀めっき層のインサート層残渣があり、接合部においても隣り合う接合面において空隙がみられ、接合強度は不十分であった。また、比較試料2′は、拡散接合に要する時間が長いものであったが、接合強度は不十分であった。
As shown in Table 1,
On the other hand, the
In Comparative Sample 2, there was an insert layer residue of the silver plating layer, and voids were seen on the adjacent joint surfaces even at the joint, and the joint strength was insufficient. The comparative sample 2 'had a long time required for diffusion bonding, but the bonding strength was insufficient.
比較試料3は、インサート層が薄く十分な接合強度が得られず、また、比較試料3′は、拡散接合に要する時間が長いことにより接合強度は良好であったが、空隙部は十分に埋まらなかった。尚、材料コストを無視して比較試料3における金めっき層からなるインサート層を0.5μmとした場合、試料1、試料1′、試料2、試料2′、試料3、試料3′と同様に、接合強度が良好で空隙が無く、クラックの発生もみられなかった。
金属基板同士の拡散接合の工程を必要とする種々の製造分野に利用することができる。 The present invention can be used in various manufacturing fields that require a diffusion bonding process between metal substrates.
1,11,21,31,41…金属基板
1a,11a,21a,31a,31b,41a…被接合面
3,13,23,33,43…インサート層
4,14,24,35,44…第1金属めっき層
5,15,25,35,45…第2金属めっき層
32,42…加工部位
101…金属積層体
102A,102B,102C,102D…金属基板
103a,103b,103c…加工部位
1, 11, 21, 31, 41 ...
Claims (9)
前記被接合面の前記インサート層を当接させるように前記金属基板を重ね合わせた状態で、前記金属基板を加熱して前記インサート層同士を拡散接合する工程と、を有し、
前記インサート層を構成する第1金属めっき層の融点と第2金属めっき層の融点は、いずれも前記金属基板の融点よりも低いものとすることを特徴とする金属基板の接合方法。 A step of laminating a first metal plating layer and a second metal plating layer in this order on at least the surfaces to be joined of the plurality of metal substrates to form an insert layer;
In a state where the metal substrates are stacked so as to contact the insert layers of the bonded surfaces, the metal substrates are heated to diffusely bond the insert layers to each other.
The melting point of the first metal plating layer and the melting point of the second metal plating layer constituting the insert layer are both lower than the melting point of the metal substrate.
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