JP2023012910A - 液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンを含有するアルミニウム合金の接合強度を一層向上することができる、液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法を提供する。【解決手段】本開示のインサート材１００は、第一外側層２１、内側層１０、及び第二外側層２２を、この順で備える。第一外側層２１及び第二外側層２２は、アルミニウムと共晶反応する金属等を含有しており、内側層１０は、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の少なくとも一方のアルミニウム合金よりも、シリコンの質量含有割合が小さい金属等を含有しており、内側層１０は、第一外側層２１及び第二外側層２２よりも高融点を有しており、内側層１０は、第一外側層２１及び第二外側層２２と共晶反応する。本開示の液相拡散接合方法は、インサート材１００を用いて、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０を液相拡散接合する。【選択図】図２

Description

本開示は、液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法に関する。本開示は、特に、シリコンを含有するアルミニウム合金の液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法に関する。

近年、地球環境保全の観点から、輸送機器等に用いられる構造部材の軽量化が求められている。このことから、構造部材のアルミニウム合金化が進められている。また、アルミニウム合金の接合方法が種々検討されている。

例えば、非特許文献１には、亜鉛シートを基本とした液相拡散接合用インサート材及びそれを用いたアルミニウム合金の液相拡散接合方法が開示されている。

篠原 勇人、小山 真司、「ギ酸塩被膜付与Ｚｎシートを用いたＡｌ合金の大気中液相拡散接合強度に及ぼす接合面粗さの影響」、日本機械学会第１３回生産加工・工作機械部門講演会概要集、２０１９、１３巻、Ｃ３４。

非特許文献１には、表面にギ酸塩被膜を付与した亜鉛シートでできている液相拡散接合用インサート材が開示されている。また、非特許文献１には、そのインサート材を用いて、シリコンを含有するアルミニウム合金を液相拡散接合する方法が開示されている。

非特許文献１には、亜鉛シートの表面にギ酸塩被膜を付与することにより、酸化皮膜がギ酸塩に置換され、接合面での酸化皮膜が除去され、そして、接合面の再酸化を防止できることが開示されている。また、非特許文献１には、そのようなインサート材を用いて、アルミニウム合金を液相拡散接合すると、接合強度が向上することが開示されている。

しかし、そのアルミニウム合金がシリコンを含有するとき、接合強度の向上は認められるものの、その向上の程度が低下する。このことから、シリコンを含有するアルミニウム合金を液相拡散接合する際に、その接合強度の一層の向上が望まれている、という課題を本発明者らは見出した。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本開示は、シリコンを含有するアルミニウム合金の接合強度を一層向上することができる、液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示の液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法を完成させた。本開示の液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法は、次の態様を含む。
〈１〉少なくとも一方が、シリコンを含有するアルミニウム合金製である、第一アルミニウム部材と第二アルミニウム部材の液相拡散接合用インサート材であって、
第一外側層、内側層、及び第二外側層を、この順で備えており、
前記第一外側層及び前記第二外側層が、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成されており、
前記内側層が、前記第一アルミニウム部材及び前記第二アルミニウム部材の少なくとも一方の前記アルミニウム合金よりも、シリコンの質量含有割合が小さい金属又は合金で構成されており、
前記内側層が、前記第一外側層及び前記第二外側層よりも高融点を有しており、かつ、
前記内側層が、前記第一外側層及び前記第二外側層と共晶反応する、
液相拡散接合用インサート材。
〈２〉前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくとも一方が、金属亜鉛又は亜鉛合金で構成されている、〈１〉項に記載の液相拡散接合用インサート材。
〈３〉前記内側層が、金属アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている、〈１〉又は〈２〉項に記載の液相拡散接合用インサート材。
〈４〉前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくともいずれかの外側に、さらに、表面層を備えており、
前記表面層が、前記第一外側層及び前記第二外側層よりも低融点であり、前記表面層自身のみで溶融する、あるいは、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成されている、
〈１〉～〈３〉項のいずれか一項に記載の液相拡散接合用インサート材。
〈５〉前記表面層が、金属錫、金属ビスマス、金属インジウム、金属ガリウム、錫合金、ビスマス合金、インジウム合金、及びガリウム合金からなる群より選ばれる一種以上で構成されている、〈４〉項に記載の液相拡散接合用インサート材。
〈６〉前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくとも一方の片面又は両面に、ギ酸塩被膜、酢酸塩被膜、クエン酸塩被膜、及び酒石酸塩被膜からなる群より選ばれる一種以上を備えている、〈１〉～〈５〉項のいずれか一項に記載の液相拡散接合用インサート材。
〈７〉少なくとも一方が、シリコンを含有するアルミニウム合金製である、第一アルミニウム部材と第二アルミニウム部材との液相拡散接合方法であって、
第一外側層、内側層、及び第二外側層をこの順で積層して、インサート材を得ること、
前記第一アルミニウム部材と前記第二アルミニウム部材の間に、前記インサート材を配置し、前記第一アルミニウム部材、前記第二アルミニウム部材、及び前記インサート材を加熱しつつ、前記第一アルミニウム部材と前記第二アルミニウム部材の少なくとも一方を介して、前記インサート材に荷重を負荷して、前記第一アルミニウム部材と前記第二アルミニウム部材を液相拡散接合すること、
を含み、
前記第一外側層及び前記第二外側層が、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成され、
前記内側層が、前記第一アルミニウム部材及び前記第二アルミニウム部材の少なくとも一方の前記アルミニウム合金よりも、シリコンの質量含有割合が小さい金属又は合金で構成され、
前記内側層が、前記第一外側層及び前記第二外側層よりも高融点を有し、かつ、
前記内側層が、前記第一外側層及び前記第二外側層と共晶反応する、
液相拡散接合方法。
〈８〉前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくとも一方が、金属亜鉛又は亜鉛合金で構成される、〈７〉項に記載の液相拡散接合方法。
〈９〉前記内側層が、金属アルミニウム又はアルミニウム合金で構成される、〈７〉又は〈８〉項に記載の液相拡散接合方法。
〈１０〉前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくともいずれかの外側に、さらに、表面層を積層して、インサート材を得ること、
を含み、
前記表面層が、前記第一外側層及び前記第二外側層よりも低融点であり、前記表面層自身のみで溶融する、あるいは、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成される、
〈７〉～〈９〉項のいずれか一項に記載の液相拡散接合方法。
〈１１〉前記表面層が、金属錫、金属ビスマス、金属インジウム、金属ガリウム、錫合金、ビスマス合金、インジウム合金、及びガリウム合金からなる群より選ばれる一種以上で構成される、〈１０〉項に記載の液相拡散接合方法。
〈１２〉前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくとも一方の片面又は両面に、さらに、ギ酸塩被膜、酢酸塩被膜、クエン酸塩被膜、及び酒石酸塩被膜からなる群より選ばれる一種以上を形成して、インサート材を得る、〈７〉～〈１１〉項のいずれか一項に記載の液相拡散接合方法。

本開示によれば、接合対象部材のアルミニウム合金よりもシリコン含有割合の小さい金属又は合金を、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で挟んだインサート材によって、接合対象部材に由来するシリコンの粗大凝集物が接合部に残存することを抑制できる。これにより、本開示によれば、シリコン粗大凝集物が接合部に残存することを抑制して、シリコンを含有するアルミニウム合金の接合強度を一層向上することができる、液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法を提供することができる。

図１は、本開示の液相拡散接合用インサート材の一態様を示す断面模式図である。 図２は、本開示の液相拡散接合方法の一態様を示す断面模式図である。 図３は、本開示の液相拡散接合用インサート材の別の態様を示す断面模式図である。 図４は、第一外側層及び第二外側層の表面に、ギ酸塩被膜を備えている、本開示の液相拡散接合用インサート材の一態様を示す断面模式図である。 図５は、第一外側層及び第二外側層の表面に、ギ酸塩被膜を備えている、本開示の液相拡散接合用インサート材の別の態様を示す断面模式図である。 図６は、液相拡散接合時の接合圧力と接合温度の時間変化を示すグラフである。 図７は、実施例１の試料の接合部のＳＥＭ像である。 図８は、比較例２の試料の接合部のＳＥＭ像である。

以下、本開示の液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法の態様を詳細に説明する。なお、以下に示す態様は、本開示の液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法を限定するものではない。

理論に拘束されないが、本開示の液相拡散接合用インサート材を用いてアルミニウム合金を液相拡散接合すると、アルミニウム合金がシリコンを含有していても、接合強度が一層向上する理由について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明で、本開示の液相拡散接合用インサート材を、単に「本開示のインサート材」ということがある。

図１は、本開示のインサート材の一態様を示す断面模式図である。図２は、本開示の液相拡散接合方法の一態様を示す断面模式図である。

図１に示すように、本開示のインサート材１００（以下、単に「インサート材１００」ということがある。）は、第一外側層２１、内側層１０、及び第二外側層２２を、この順で備えている。そして、図２に示すように、本開示のインサート材１００を、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０で挟み、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０を液相拡散接合する。すなわち、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０が、接合対象部材である。

インサート材を用いて接合対象部材を液相拡散接合するとき、インサート材の少なくとも一部が溶融して液相になる。そして、その液相が接合対象部材と接する部位及びその近傍で、その液相の少なくとも一部と接合対象部材の少なくとも一部が相互拡散して、接合対象部材が接合する。

図２に示した態様の場合、インサート材１００を用いて第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０を液相拡散接合するとき、インサート材１００の少なくとも一部が溶融して液相を形成する。そして、その液相が第一アルミニウム部材２１０と接する部位及びその近傍で、その液相と第一アルミニウム部材２１０が相互拡散する。同様に、その液相が第二アルミニウム部材２２０と接する部位及びその近傍で、その液相と第二アルミニウム部材２２０が相互拡散する。このとき、インサート材１００のうち、第一外側層２１の少なくとも一部及び第二外側層２２の少なくとも一部が溶融して液相を形成するようにする。そのため、第一外側層２１及び第二外側層２２は、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成されている。これによって、接合中は、主としてインサート材１００の少なくとも一部、より詳細には、第一外側層２１の少なくとも一部及び第二外側層２２の少なくとも一部が溶融して液相を形成する。「『主として』インサート材１００の少なくとも一部が溶融して液相を形成する」とは、インサート材１００の少なくとも一部以外も溶融して液相を形成していてもよいことを意味する。具体的には、インサート材１００の少なくとも一部が溶融して液相を形成し、その液相が、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０と相互拡散している部分の一部が液相を形成していてもよいことを意味する。これは、相互拡散により、その相互拡散部分の融点が低下するためである。

第一アルミニウム部材２１０がシリコンを含有する場合、インサート材１００の少なくとも一部が液相を形成したとき、その液相中に、第一アルミニウム部材２１０中のシリコンが溶出し排出される。同様に、第二アルミニウム部材２２０がシリコンを含有する場合、インサート材１００の少なくとも一部が液相を形成したとき、その液相中に、第二アルミニウム部材２２０中のシリコンが溶出し排出される。このとき、インサート材１００が内側層１０を備えていないと、インサート材１００中にシリコンが残存したまま、その液相部分が凝固する。その凝固の際、シリコンを多く含有する相（以下、単に「シリコン相」ということがある。）が、凝集及び粗大化して残存する。そして、このように、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０の接合部に、凝集及び粗大化したシリコン相が残存すると、接合強度が低下することを、本発明者らは知見した。理論に拘束されないが、シリコン相は硬質相であるため、凝集及び粗大化したシリコン相は、接合部が脆性破壊する原因になると考えられる。

凝集及び粗大化したシリコン相が接合部に残存しないようにするためには、インサート材１００の、第一外側層２１と第二外側層２２の間に、内側層１０を配置すればよいことを、本発明者らは知見した。そして、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の少なくとも一方のアルミニウム合金よりも、シリコンの質量含有割合が小さい金属又は合金を内側層１０が含有していればよいことを、本発明者らは知見した。さらに、内側層１０が、第一外側層２１及び第二外側層２２よりも高融点を有しており、かつ、内側層１０が、第一外側層２１及び第二外側層２２と共晶反応すればよいことを、本発明者らは見出した。

第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０を液相拡散接合する際には、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０でインサート材１００を圧縮する荷重を負荷する。

第一外側層２１及び第二外側層２２それぞれの少なくとも一部が溶融した液相に、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０から溶出したシリコンが排出され始めたとき、内側層１０は固相を維持していると考えられる。これは、内側層１０が、第一外側層２１及び第二外側層２２よりも高融点を有しているからである。この状態で、インサート材１００を圧縮する荷重を負荷すると、その液相は、内側層１０に沿って（図２の左右方向に沿って）、インサート材１００の外に排出されると考えられる。

第一外側層２１及び第二外側層２２に由来する液相が、内側層１０に沿って排出される際、液相拡散接合が進行するにつれて、内側層１０が、その外側（第一外側層２１及び第二外側層２２と接する側）から徐々に共晶反応して溶融し、液相を形成する。そして、内側層１０に由来する液相も、インサート材１００の外に排出されると考えられる。内側層１０は、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の少なくとも一方のアルミニウム合金よりも、シリコンの質量含有割合が小さい。そのため、内側層１０に由来する液相の一部が、インサート材１００の外に排出される途中で、凝固を開始しシリコン相を形成しても、そのシリコン相の形成量は少ない。このことから、内側層１０に由来する液相が、インサート材１００の外に排出されることを、シリコン相が阻害することはほとんどなく、むしろ、未凝固の液相とともに、シリコン相もインサート材１００の外に排出されると考えられる。このようにして、液相拡散接合後の第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０の接合部に、凝集及び粗大化したシリコンが残存することを回避又は抑制できると考えられる。そして、第一アルミニウム部材と第二アルミニウム部材２２０の接合強度を一層向上することができる。

これまでに説明した知見等によって完成された、本開示のインサート材及び液相拡散接合方法の構成要件を、次に説明する。

《液相拡散接合用インサート材》
図２に示したように、本開示のインサート材１００は、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０で挟んで用いる。第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０については、「《液相拡散接合方法》」で詳述する。

図１に示したように、本開示のインサート材１００は、第一外側層２１、内側層１０、及び第二外側層２２を、この順で備えている。図３は、本開示のインサート材の別の態様を示す断面模式図である。図３に示したように、本開示のインサート材１００は、任意で、第一外側層２１及び第二外側層２２の外側に、さらに、第一表面層３１及び第二表面層３２を備えていてよい。以下、本開示のインサート材１００が備えている、これらそれぞれについて、詳細に説明する。

〈内側層〉
内側層１０は、第一外側層２１と第二外側層２２に挟まれて配置されている。内側層１０は、接合対象部材のアルミニウム合金よりも、シリコンの質量含有割合が小さい金属又は合金で構成されている。これにより、上述したように、液相拡散接合後の接合部に、内側層に由来して、シリコンが凝集及び粗大化することを回避又は抑制することができる。ここで「シリコンの質量含有割合が小さい金属又は合金で『構成されている』」とは、所望の金属又は合金以外の組成物を含有し得ることを意味し、所望の金属又は合金の含有割合は、例えば、質量％で、９５％以上、９６％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上であってよい。

接合対象部材、すなわち、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の少なくとも一方は、シリコンを含有するアルミニウム合金製である。したがって、内側層１０は、第一アルミニウム部材２１０材及び第二アルミニウム部材２２０の少なくとも一方のアルミニウム合金よりも、シリコンの質量含有割合が小さい金属又は合金で構成されている。なお、本明細書等では、特に断りのない限り、「金属」とは合金化されていない金属を意味し、「合金」とは、二種類以上の元素を含有し、それらが互いに合金化している組成物を意味する。

内側層１０は、第一外側層２１及び第二外側層２２よりも高融点を有している。これにより、上述したように、第一外側層２１及び第二外側層２２それぞれの少なくとも一部が溶融した液相に、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０から溶出したシリコンが排出され始めたとき、内側層１０は固相を維持することができる。そして、第一外側層２１及び第二外側層２２に由来する液相が、内側層１０に沿って、インサート材１００の外に排出される。このようにして、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０から第一外側層２１及び第二外側層２２に排出したシリコンが、液相拡散接合後の接合部に凝集及び粗大化して残存することを、回避又は抑制することができる。

内側層１０は、第一外側層２１及び第二外側層２２と共晶反応する。これにより、上述したように、液相拡散接合の初期に固相を維持していた内側層１０は、その外側から徐々に第一外側層２１及び第二外側層２２に由来する液相と共晶反応して、内側層１０自体も、その外側から徐々に液相化する。そして、内側層１０に由来する液相の多くが、インサート材１００の外に排出される。

これまで説明したような内側層１０は、典型的には、金属アルミニウム、すなわち、アルミニウム以外の金属と合金化されていないアルミニウムで構成されている。金属アルミニウムの純度は、質量％で、９０％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上であってよく、１００％であってもよい。なお、例えば、純度が９０％以上の金属アルミニウムは、９０％以上のアルミニウムを含有しており、残部が不可避的不純物である、ということができる。純度が、９５％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上の場合も同様である。本明細書では、「不可避的不純物」とは、原材料に含まれる不純物、あるいは、製造工程で混入してしまう不純物等、その含有を回避することができない、あるいは、回避するためには著しい製造コストの上昇を招くような不純物のことをいう。製造工程で混入してしまう不純物等には、製造上の都合により、接合強度等に影響を与えない範囲で含有させる物質を含む。

内側層１０は、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の少なくとも一方のアルミニウム合金よりも、シリコンの質量含有割合が小さいアルミニウム合金で構成されている。これにより、上述したように、内側層１０に由来して、液相拡散接合後の接合部に、凝集及び粗大化したシリコン相が残存することを回避又は抑制することができる。第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の少なくとも一方を構成しているアルミニウム合金の組成については後述する。第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の少なくとも一方を構成しているアルミニウム合金のシリコン含有割合と、内側層１０が含有するアルミニウム合金のシリコン含有割合の差は、例えば、質量％で、０．１％以上、０．５％以上、１％以上、又は２％以上であってよく、３０％、２５％以下、２０％以下、１５％以下、１０％以下、又は５％以下であってよい。

内側層１０の厚さについては、液相拡散接合後の接合部に、接合強度に悪影響を及ぼさない程度に内側層１０が残存する、あるいは、液相拡散接合後の接合部に内側層１０が残存しないように、液相拡散接合条件等を考慮して、適宜決定すればよい。内側層１０の厚さは、０．２ｍｍ以上、０．３ｍｍ以上、０．４ｍｍ以上、又は０．５ｍｍ以上であってよく、１．２ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下、０．８ｍｍ以下、又は０．６ｍｍ以下であってよい。

〈第一外側層及び第二外側層〉
第一外側層２１及び第二外側層２２は、内側層１０を挟んで、内側層１０の外側に配置されている。

第一外側層２１及び第二外側層２２が、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０中のアルミニウムと共晶反応することによって、第一外側層２１及び第二外側層２２が溶融して液相を形成する。そして、この液相が第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０に拡散して、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材を液相拡散接合する。このことから、第一外側層２１及び第二外側層２２は、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成されている。ここで「構成されている」とは、所望の金属又は合金以外の組成物を含有し得ることを意味し、所望の金属又は合金の含有割合は、例えば、質量％で、９５％以上、９６％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上であってよい。

上述のような第一外側層２１及び第二外側層２２は、典型的には、金属亜鉛で構成されている。金属亜鉛の純度は、質量％で、９０％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上であってよく、１００％であってもよい。なお、例えば、純度が９０％以上の金属亜鉛は、９０％以上の亜鉛を含有しており、残部が不可避的不純物である、ということができる。純度が、９５％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上の場合も同様である。

第一外側層２１及び第二外側層２２は、亜鉛合金で構成されていてもよい。亜鉛合金とは、亜鉛の他に、亜鉛と合金化する元素を含有している組成物を意味する。このような合金化元素の含有割合は、質量％で、０．１％以上、０．５％以上、１％以上、又は３％以上であってよく、１５％以下、１０％以下、７％以下、又は５％以下であってよい。複数の合金化元素を含有する場合には、その合計の含有割合である。このような合金化元素としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、鉛、錫、カドミウム、及び鉄等が挙げられる。なお、このような亜鉛合金は、質量％で、０．１～１５％の合金化元素を含有し、残部が亜鉛及び不可避的不純物である、ということができる。

第一外側層２１及び第二外側層２２の厚さについては、液相拡散接合後の接合部に、第一外側層２１及び第二外側層２２に由来する物質が残存して、接合強度に悪影響を及ぼさないように、液相拡散接合条件等を考慮して、適宜決定すればよい。第一外側層２１及び第二外側層２２の厚さは、０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以上、又は０．６ｍｍであってよく、１．６ｍｍ以下、１．４ｍｍ以下、１．２ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下、又は０．８ｍｍ以下であってよい。

第一外側層２１と第二外側層２２は、それぞれが上述した要件を満たしていれば、第一外側層２１と第二外側層２２は同じ材料でできていてもよいし、異なる材料でできていてもよい。

〈第一表面層及び第二表面層〉
図３に示したように、本開示のインサート材１００は、任意で、第一外側層２１及び第二外側層２２の外側に、表面層３０を備えていてもよい。典型的には、図３に示したように、図１に示したインサート材１００の両外側に、第一表面層３１及び第二表面層３２を備えているが、どちらか一方でもよい。すなわち、本開示のインサート材１００は、第一外側層２１及び第二外側層２２の少なくともいずれかの外側に、さらに、表面層３０を備えていてもよい。

第一表面層３１及び第二表面層３２は、第一外側層２１及び第二外側層２２よりも低融点であり、かつアルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成されている。これにより、液相拡散接合時に、第一表面層３１及び第二表面層３２は、第一表面層３１及び第二表面層３２自身のみで溶融する、あるいは、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０中のアルミニウムと共晶反応し、第一外側層２１及び第二外側層２２よりも早期に溶融し液相を形成する。そして、その液相が、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材の接合面を包囲し、この接合面が外部雰囲気と接触することを回避又は抑制することができる。これにより、液相拡散接合時に、接合部が酸化することを回避又は抑制することができる。また、第一表面層３１及び第二表面層３２が金属錫又は錫合金で構成されている場合には、金属錫及び錫合金は軟質であるため、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の表面の微小凹凸に、金属錫又は合金錫が入り込む。その際、微小凹凸に存在する空気を追い出し、また、接合時に、再度、微小凹凸に空気が入り込むことを抑制するため、接合部の酸化抑制に寄与する。なお、「構成されている」とは、所望の金属又は合金以外の組成物を含有し得ることを意味し、所望の金属又は合金の含有割合は、例えば、質量％で、９５％以上、９６％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上であってよい。

本開示のインサート材１００が、第一表面層３１及び第二表面層３２を備えている態様では、液相拡散接合の初期に、第一表面層３１及び第二表面層３２が溶融して、液相を形成する（以下、この液相を「第一表面層３１及び第二表面層３２に由来する液相」ということがある。）。そして、液相拡散接合の進行に伴い、第一外側層２１及び第二外側層２２が溶融して、液相を形成する（以下、この液相を「第一外側層２１及び第二外側層２２に由来する液相」ということがある。）。この態様においては、液相拡散接合の進行に伴い、第一外側層２１及び第二外側層２２に由来する液相を形成する前に、第一表面層３１及び第二表面層３２に由来する液相が、第一外側層２１及び第二外側層２２に沿って、インサート材１００の外に排出される。

このような第一表面層３１及び第二表面層３２は、例えば、金属錫、金属ビスマス、金属インジウム、金属ガリウムで構成されており、典型的には金属錫で構成されている。金属錫の純度は、質量％で、９０％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上であってよく、１００％であってもよい。なお、例えば、純度が９０％以上の金属錫は、９０％以上の錫を含有しており、残部が不可避的不純物である、ということができる。純度が、９５％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上の場合も同様である。これらのことは、金属ビスマス、金属インジウム、及び金属ガリウムについても同様である。

第一表面層３１及び第二表面層３２は、錫合金で構成されていてもよい。錫合金とは、錫の他に、錫と合金化する元素を含有している組成物を意味する。このような合金化元素の含有割合は、質量％で、０．１％以上、０．５％以上、１％以上、又は３％以上であってよく、１５％以下、１０％以下、７％以下、又は５％以下であってよい。複数の合金化元素を含有する場合には、その合計の含有割合である。このような合金化元素としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、鉛、亜鉛、カドミウム、及び鉄等が挙げられる。なお、このような錫合金は、質量％で、０．１～１５％の合金化元素を含有し、残部が錫及び不可避的不純物である、ということができる。

第一表面層３１及び第二表面層３２の厚さについては、液相拡散接合後の接合部に、第一表面層３１及び第二表面層３２に由来する物質が残存して、接合強度に悪影響を及ぼさないように、液相拡散接合条件等を考慮して、適宜決定すればよい。第一表面層３１及び第二表面層３２の厚さは、０．００５ｍｍ以上、０．００６ｍｍ以上、又は０．００７ｍｍ以上であってよく、１．６ｍｍ以下、１．４ｍｍ以下、１．２ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下、０．８０ｍｍ以下、０．６０ｍｍ以下、０．４０ｍｍ以下、０．２０ｍｍ以下、０．１０ｍｍ以下、０．０８０ｍｍ以下、０．０４０ｍｍ以下、０．０２０ｍｍ以下、０．０１０ｍｍ以下、０．００９ｍｍ以下、又は０．００８ｍｍ以下であってよい。

第一表面層３１と第二表面層３２は、それぞれが上述した要件を満たしていれば、第一表面層３１と第二表面層３２は同じ材料でできていてもよいし、異なる材料でできていてもよい。

〈ギ酸塩被膜等〉
第一外側層２１及び第二外側層２２の少なくとも一方の片面又は両面に、ギ酸塩被膜４０を備えていてもよい。図４は、第一外側層及び第二外側層それぞれの両面に、ギ酸塩被膜を備えている一態様を示す断面模式図である。図５は、第一外側層及び第二外側層それぞれの両面に、ギ酸塩被膜４０を備えている別の態様を示す断面模式図である。

図４に示す態様では、第一外側層２１及び第二外側層２２それぞれの両面に、第一ギ酸塩被膜４１及び第二ギ酸塩被膜４２を備えているが、これに限られない。例えば、第一外側層２１の両面のみに第一ギ酸塩被膜４１を備えており、第二外側層２２の表面には第二ギ酸塩被膜４２を備えていなくてもよい。また、図４に示す態様では、第一外側層２１の両面に第一ギ酸塩被膜４１を備えているが、片面のみに第一ギ酸塩被膜４１を備えていてもよい。あるいは、例えば、図５に示した態様のように、第一ギ酸塩被膜４１及び第二ギ酸塩被膜４２の外側に、さらに第一表面層３１及び第二表面層３２を備えていてもよい。また、図５に示した態様では、第一表面層３１及び第二表面層３２の両方を備えているが、これに限られず、第一表面層３１及び第二表面層３２の片方のみを備えていてもよい。

第一外側層２１及び第二外側層２２の少なくとも一方が、その少なくとも片面に、ギ酸塩被膜４０を備えていると、接合面での酸化皮膜を除去することができ、また、接合面の再酸化を回避又は抑制することができる。これにより、接合強度を向上させることができる。理論に拘束されないが、これは、液相拡散接合時にギ酸塩被膜が熱分解して、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の接合面との共晶反応を生じやすくするためであると考えられる。

ギ酸塩被膜と同様の働きをするものとしては、例えば、酢酸塩被膜、クエン酸塩被膜、及び酒石酸塩被膜が挙げられる。したがって、第一外側層及び第二外側層の少なくとも一方の片面又は両面には、ギ酸塩被膜、酢酸塩被膜、クエン酸塩被膜、及び酒石酸塩被膜からなる群より選ばれる一種以上を備えていてもよい。ギ酸塩被膜等の詳細は、「《液相拡散接合方法》」で説明する。また、ギ酸塩被膜については、非特許文献１を参照することができる。

《液相拡散接合方法》
次に、本開示の液相拡散接合方法について説明する。本開示の液相拡散接合方法は、図２に示したように、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０を接合する。本明細書では、特に断りのない限り、「アルミニウム部材」は、金属アルミニウム部材及びアルミニウム合金部材の少なくともいずれかを意味する。なお、以下の第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０に関する記載は、上述した本開示のインサート材１００にも適用することができる。以下、接合対象部材、すなわち、第一アルミニウム部材及び第二アルミニウム部材について説明する。

〈第一アルミニウム部材及び第二アルミニウム部材〉
本開示の液相拡散接合方法においては、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材の少なくとも一方が、シリコンを含有するアルミニウム合金製である。「シリコンを含有するアルミニウム合金製である」とは、シリコンを含有するアルミニウム合金以外の組成物を含み得ることを意味する。例えば、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の両方がシリコンを含有するアルミニウム合金である場合、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０それぞれに対して、シリコンを含有するアルミニウム合金の含有割合は、例えば、質量％で、９５％以上、９６％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上であってよい。

本開示の液相拡散方法によれば、第一アルミニウム部材２１０又は第二アルミニウム部材２２０中の、シリコンを含有するアルミニウム合金に由来するシリコン粗大凝集物が、接合部に残存することを回避又は抑制することができる。

第一アルミニウム部材２１０又は第二アルミニウム部材２２０中のアルミニウム合金がシリコンを僅かにでも含有すれば、接合部にシリコン粗大凝集物が接合部に残存する可能性があり、本開示の液相拡散接合方法の効果を享受することができる。典型的には、シリコンを含有するアルミニウム合金は、シリコンを含有する展伸材用及び鋳造用アルミニウム合金である。展伸材用アルミニウム合金には、鍛造用アルミニウム合金を含み、また、鋳造用アルミニウム合金には、ダイカスト用アルミニウム合金を含む。したがって、シリコンを含有するアルミニウム合金においては、シリコンの含有割合は、例えば、質量％で、０．１％以上、０．５％以上、０．７％以上、１．０％以上、１．５％以上、２．０％以上、４．０％以上、６．０％以上、又は８．０％以上であってよく、２４．０％以下、２２．０％以下、２０．０％以下、１８．０％以下、１６．０％以下、１４．０％以下、１２．０％以下、又は１０．０％以下であってよい。展伸材用及び鋳造用アルミニウム合金のいずれも、時効硬化性、耐食性、耐熱性、及び／又は耐摩耗性等の向上のために、その用途によって、シリコンの他に、例えば、銅、マグネシウム、亜鉛、鉄、マンガン、ニッケル、チタン、鉛、錫、及びクロム等を含有していてもよい。そして、シリコン以外のそれら元素の合計含有割合は、例えば、質量％で、０．０５％以上、０．１％以上、０．５％以上、１．０％以上、３．０％以上、又は５．０％以上であってよく、１５．０％以下、１３．０％以下、１０．０％以下、又は７．０％以下であってよい。そして、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であってよい。

本開示の液相拡散接合は、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材の少なくとも一方が、鋳造用アルミニウム合金のように、シリコン含有割合が高い場合に、特に有用である。したがって、シリコンを含有するアルミニウム合金においては、シリコンの含有割合は、質量％で、４．０％以上、６．０％以上、又は８．０％以上であり、２４．０％以下、２２．０％以下、２０．０％以下、１８．０％以下、１６．０％以下、１４．０％以下、１２．０％以下、又は１０．０％以下であってよい。

展伸材用アルミニウム合金としては、例えば、質量％で、０．０１～５．０％の銅、０．１～１．５％のシリコン、０．０１～３．０％のマグネシウムを含有し、亜鉛、鉄、マンガン、ニッケル、チタン、鉛、錫、及びクロムを、合計で、０～２．０％含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物である合金が挙げられる。特に、展伸材用アルミニウム合金としては、例えば、日本産業規格の１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、６０００系、又は７０００系等であってよく、特に、４０００系、６０００系、又は７０００系等であってよい。

鋳造用アルミニウム合金としては、例えば、質量％で、０．１０～５．０％の銅、４．０～２４．０％のシリコン、０．１～２．０％のマグネシウムを含有し、亜鉛、鉄、マンガン、ニッケル、チタン、鉛、錫、及びクロムを、合計で、０～５．０％含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物である合金が挙げられる。特に、鋳造用アルミニウム合金は、例えば、日本産業規格のＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ２Ｃ、ＡＣ３Ａ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ、ＡＣ８Ｃ、ＡＣ９Ａ、又はＡＣ９Ｂ等であってよい。

特に、ＡＣ２Ｃは、例えば、質量％で、０．５～１．１％の銅、６．５～７．５％のシリコン、０．２～０．４％のマグネシウム、０～０．１％の亜鉛、０～０．１％のマンガン、０～０．１％ニッケル、及び０～０．１％の錫を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であってよい。なお、本明細書で、特に断りがない限り、０％とは、当該成分を含有しなくてもよいことを意味する。

鋳造用アルミニウム合金は、ダイカスト用合金であってもよく、例えば、質量％で、０．１０～５．０％の銅、５．０～２０．０％のシリコン、０～２．０％のマグネシウムを含有し、亜鉛、鉄、マンガン、ニッケル、チタン、鉛、錫、及びクロムを、合計で、０～５．０％含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物である合金が挙げられる。特に、ダイカスト用アルミニウム合金は、例えば、日本産業規格のＡＤＣ３、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１０Ｚ、ＡＤＣ１２、ＡＤＣ１２Ｚ、又はＡＤＣ１４等であってよく、特に、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２、及びＡＤＣ１４等であってよい。

特に、ＡＤＣ１２は、例えば、質量％で、１．５～３．５％の銅、９．６～１２．０％のシリコン、０～０．３％のマグネシウム、０～０．３％の亜鉛、０～０．５％のマグネシウム、０～０．５％のニッケル、及び０～０．３％の錫を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であってよい。

本開示の液相拡散接合方法は、これまでに説明した第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０を、次のように接合する。

本開示の液相拡散接合方法は、インサート材準備工程及び液相拡散接合工程を含む。また、本開示の液相拡散接合方法は、任意で、表面層付加工程及びギ酸塩被膜等付加工程を含んでもよい。以下、それぞれについて説明する。

〈インサート材準備工程〉
図１に示したように、第一外側層２１、内側層１０、及び第二外側層２２を、この順で積層して、インサート材１００を得る。

第一外側層２１、内側層１０、及び第二外側層２２の各層を隙間なく積層することができれば、積層方法に特に制限はない。

積層方法としては、例えば、第一外側層２１、内側層１０、及び第二外側層２２の各層の板材及び／又は箔材を準備し、それらを積層すること等が挙げられる。積層前に、各層の板材及び／又は箔材の表面を脱脂及び／又は研磨等により、清浄しておくことが好ましい。これにより、接合部に酸化物及び／又は介在物が残存することを回避又は抑制することができ、その結果、接合強度を向上することができる。

あるいは、積層方法としては、内側層１０の両外側表面に、第一外側層２１及び第二外側層２２を成膜することが挙げられる。成膜方法は、成膜時に、各層、特に内側層１０を変質等させることがなければ、特に制限はない。成膜方法としては、溶射法、めっき法、堆積法等が挙げられる。成膜法を用いると、各層を隙間なく積層することが比較的容易であり、接合強度の向上につながる。また、各層が離別することがなく、インサート材のハンドリングに有利である。

板材及び／又は箔材の積層と成膜とを組み合わせてもよい。例えば、内側層１０の一方の表面に第一外側層２１を成膜し、内側層１０の他方の表面に第二外側層２２の板材及び／又は箔材を積層してもよい。

第一外側層２１、内側層１０、及び第二外側層２２の各層に関し、材質（組成）及び厚さ等は、「《液相拡散接合用インサート材》」で説明したとおりである。

〈液相拡散接合工程〉
図２に示したように、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０の間に、インサート材１００を配置する。そして、第一アルミニウム部材２１０、第二アルミニウム部材２２０、及びインサート材１００を加熱しつつ、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０の少なくとも一方を介して、インサート材１００に荷重を負荷する。このようにして、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０を液相拡散接合することができる。

液相拡散接合温度は、第一外側層２１及び第二外側層２２が、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０中のアルミニウムと共晶反応し、かつ、内側層１０の融点以下であるように適宜決定すればよい。第一外側層２１及び第二外側層２２が金属亜鉛で構成されており、内側層１０が金属アルミニウムで構成されている場合には、液相拡散接合温度は、例えば、３８０℃以上、４００℃以上、又は４５０℃以上であってよく、６６０℃以下、６５０℃以下、６００℃以下、５５０℃以下、又は５００℃以下であってよい。

液相拡散接合圧力は、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材でインサート材１００を挟持してインサート材１００が位置ずれしない圧力以上、接合部が大きく変形しない圧力以下で、適宜決定すればよい。液相拡散接合圧力は、典型的には、１ＭＰａ以上、２ＭＰａ以上、３ＭＰａ以上、又は４ＭＰａ以上であってよく、２５ＭＰａ以下、２０ＭＰａ以下、１５ＭＰａ以下、１０ＭＰａ以下、又は５ＭＰａ以下であってよい。

液相拡散接合時間は、インサート材１００、特に、第一外側層２１及び第二外側層２２が濃縮して接合部に残存しない時間で適宜決定すればよい。液相拡散接合温度が、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の溶体化（固溶化）温度以上である場合には、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０の溶体化（固溶化）も考慮して、液相拡散接合時間を決定することができる。液相拡散接合時間としては、例えば、１０分以上、３０分以上、６０分以上、９０分以上、１２０分以上、又は１５０分以上であってよく、３００分以下、２７０分以下、２４０分以下、２１０分以下、又は１８０分以下であってよい。

〈表面層付加工程〉
インサート材準備工程において、図３に示したように、第一外側層２１及び第二外側層２２の外側に、さらに、第一表面層３１及び第二表面層３２を積層してもよい。図３に示した態様では、図１に示したインサート材１００の両外側に、さらに、第一表面層３１及び第二表面層３２を積層しているが、これに限られず、第一表面層３１及び第二表面層３２のいずれか一方を積層してもよい。すなわち、第一外側層２１及び第二外側層２２の少なくともいずれかの外側に、さらに、表面層３０を積層して、インサート材１００を得てもよい。

第一表面層３１及び第二表面層３２それぞれを、隙間なく積層することができれば、積層方法に特に制限はない。

積層方法としては、例えば、第一外側層２１、内側層１０、及び第二外側層２２の各層の板材及び／又は箔材を準備し、それらを積層した後、その外側に、さらに、第一表面層３１及び第二表面層３２の板材及び／又は箔材を積層すること等が挙げられる。積層前に、各層の板材及び／又は箔材の表面を脱脂及び／又は研磨等により、清浄しておくことが好ましい。これにより、接合部に酸化物及び／又は介在物が残存することを回避又は抑制することができ、その結果、接合強度を向上することができる。

あるいは、積層方法としては、内側層１０の表面に、第一外側層２１及び第二外側層２２を成膜した後に、その外側に、さらに第一表面層３１及び第二表面層３２を成膜することが挙げられる。成膜方法としては、成膜時に、各層、特に内側層１０を変質等させることがなければ、特に制限はない。成膜方法としては、溶射法、めっき法、堆積法等が挙げられる。成膜法を用いると、各層を隙間なく積層することが比較的容易であり、接合強度の向上につながる。また、各層が離別することがなく、インサート材のハンドリングに有利である。

板材及び／又は箔材の積層と成膜を組み合わせてもよい。例えば、内側層１０の両外側表面に第一外側層２１及び第二外側層２２を成膜した後、その両外側に、第一表面層３１及び第二表面層３２の板材及び／又は箔材を積層してもよい。

第一表面層３１及び第二表面層３２に関し、材質（組成）及び厚さ等は、「《液相拡散接合用インサート材》」で説明したとおりである。

第一表面層３１及び第二表面層３２をさらに積層した場合でも、上述の液相拡散接合温度、圧力、及び時間を適用することができる。特に、液相拡散接合温度は、第一外側層２１及び第二外側層２２が、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０中のアルミニウムと共晶反応し、かつ、内側層１０の融点以下であるように適宜決定する。第一表面層３１及び第二表面層３２は、第一外側層２１及び第二外側層２２よりも低融点であるため、第一表面層３１及び第二表面層３２は、第一外側層２１及び第二外側層２２よりも早期に溶融し、液相を形成する。そのため、その液相で、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０の接合面が、外部雰囲気と接触することを回避又は抑制することができる。

〈ギ酸塩被膜等付加工程〉
第一外側層２１及び第二外側層２２の少なくとも一方の片面又は両面に、さらに、ギ酸塩被膜等を形成して、インサート材１００を得てもよい。ギ酸塩被膜「等」とは、ギ酸塩被膜の他に、酢酸塩被膜、クエン酸塩被膜、及び／又は酒石酸塩被膜を形成してもよいことを意味する。すなわち、第一外側層２１及び第二外側層２２の少なくとも一方の片面又は両面に、さらに、ギ酸塩被膜、酢酸塩被膜、クエン酸塩被膜、及び酒石酸塩被膜からなる群より選ばれる一種以上を形成して、インサート材１００を得てもよい。以下の説明では、形成する被膜がギ酸塩被膜であるが、これに限られない。すなわち、以下の説明で、形成する被膜は、ギ酸塩被膜、酢酸塩被膜、クエン酸塩被膜、及び酒石酸塩被膜からなる群より選ばれる一種以上であってよい。図４に示した形態では、第一外側層２１及び第二外側層２２それぞれの両面に、第一ギ酸塩被膜４１及び第二ギ酸塩被膜４２を形成しているが、これに限られず、例えば、第一外側層２１及び第二外側層２２それぞれの外側面のみに、第一ギ酸塩被膜４１及び第二ギ酸塩被膜４２を形成してもよい。ギ酸塩被膜の形成は、周知の方法を適用することができ、また、非特許文献１を参照することができる。例えば、第一外側層２１用の箔材と、第二外側層２２用の箔材を、それぞれ、沸騰させたギ酸中に１～５分にわたり浸漬した後、水洗する方法が挙げられる。この方法によって、第一外側層２１の両面に第一ギ酸塩被膜４１を形成し、第二外側層２２の両面に第二ギ酸塩被膜４２を形成することができる。そして、第一ギ酸塩被膜４１付の第一外側層２１、内側層１０、及び第二ギ酸塩被膜４２付の第二外側層２２を、この順で積層することによって、図４に示した態様のインサート材１００を得ることができる。酢酸塩被膜、クエン酸塩被膜、及び酒石酸塩被膜を形成する場合には、ギ酸に代えて、それぞれ、酢酸、クエンさん、及び酒石酸を用いること以外、同様の方法を適用することができる。以下の説明においても同様である。

あるいは、図１に示したインサート材１００を、内側層１０用の箔材の両面に、第一外側層２１及び第二外側層２２を溶射等で成膜して得る。このようにして得たインサート材１００を、沸騰させたギ酸中に、１～５分にわたり浸漬した後、水洗すると、第一ギ酸塩被膜４１、第一外側層２１、内側層１０、第二外側層２２、及び第二ギ酸塩被膜４２を備えているインサート材１００を得ることができる。すなわち、第一外側層２１及び第二外側層２２の外側片面のみに、第一ギ酸塩被膜４１及び第二ギ酸塩被膜４２をそれぞれ形成することができる。

また、例えば、図５に示したように、第一ギ酸塩被膜４１及び第二ギ酸塩被膜４２の外側に、さらに第一表面層３１及び第二表面層３２を積層してもよい。

《変形》
これまで説明してきたこと以外でも、本開示のインサート材及び液相拡散接合方法は、特許請求の範囲に記載した内容の範囲内で種々の変形を加えることができる。例えば、本開示のインサート材は、大気雰囲気中及び不活性ガス雰囲気中のいずれの雰囲気中でも、用いることができる。不活性ガス雰囲気中で本開示のインサート材を用いて液相拡散接合すると、大気雰囲気中で本開示のインサート材を用いて液相拡散接合する場合よりも、さらに接合強度を向上させることができる。しかし、大気雰囲気中で本開示のインサート材を用いて液相拡散接合する場合でも、実用上問題ない接合強度が得られる。これは、第一外側層及び第二外側層に由来する液相によって、接合部が外部雰囲気と接触することを回避又は抑制することができ、接合部に酸化物等の介在物が残存し難いためである。特に、本開示のインサート材が、第一表面層及び第二表面層を備えている場合には、接合部と外部雰囲気との接触を一層回避又は抑制することができる。なお、不活性ガス雰囲気とは、第一アルミニウム部材及び第二アルミニウム部材並びに本開示のインサート材等の酸化に対して不活性であるガス雰囲気を意味する。このような不活性ガス雰囲気は、典型的には、長周期表の第１８族元素のガスの雰囲気の他に、窒素ガス雰囲気等も含まれ、これらのガスと、水素等の還元性元素のガスとの混合ガス雰囲気であってもよい。

以下、本開示のインサート材及び液相拡散接合方法を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明する。なお、本開示のインサート材及び液相拡散接合方法は、以下の実施例で用いた条件に限定されない。

《接合接手試料の準備》
次の要領で、接合接手試料を準備した。

〈実施例１〉
第一外側層２１、内側層１０、及び第二外側層２２それぞれに用いる箔材を準備した。第一外側層２１及び第二外側層２２に用いる箔材は、厚さが０．６ｍｍの亜鉛合金箔であった。内側層１０に用いる箔材は、厚さが０．８ｍｍの金属アルミニウム箔であった。亜鉛合金箔は、質量％で、０．３０％の銅、０．００２％のアルミニウム、０．０２％のチタン、０．０２％未満の鉛、０．０１％未満のカドミウム、及び０．０１％未満の鉄を含有し、残部が亜鉛及び不可避的不純物である組成を有していた。

第一外側層２１及び第二外側層２２それぞれを、沸騰したギ酸に２分間にわたり浸漬し、第一外側層２１及び第二外側層２２の両面に、第一ギ酸塩被膜４１及び第二ギ酸塩被膜４２を形成した。以下、第一外側層２１の両面に第一ギ酸塩被膜４１を形成した箔材を「第一ギ酸塩被膜付第一外側層用箔材」、第一外側層２１の両面に第二ギ酸塩被膜４２を形成した箔材を「第二ギ酸塩被膜付第二外側層用箔材」という。

第一ギ酸塩被膜付第一外側層用箔材、内側層用箔材、第二ギ酸塩被膜付第二外側層用箔材を、この順で積層し、図４に示した態様のインサート材１００を得た。ずなわち、図４に示したように、第一ギ酸塩被膜４１、第一外側層２１、第一ギ酸塩被膜４１、内側層１０、第二ギ酸塩被膜４２、第二外側層２２、及び第二ギ酸塩被膜４２を、この順で備えるインサート材１００を得た。

図４に示したインサート材１００を、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０で挟持し、第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０を液相拡散接合し、実施例１の接合接手試料を得た。

第一アルミニウム部材２１０は、日本産業規格ＡＣ２Ｃ－Ｔ６鋳造用アルミニウム合金でできており、この合金は、質量％で、０．５～１．１％の銅、６．５～７．５％のシリコン、０．２～０．４％のマグネシウム、０．１％未満の亜鉛、０．１％未満のマンガン、０．１％未満のニッケル、及び０．１％未満の錫を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物である組成を有していた。第二アルミニウム部材２２０は、日本産業規格ＡＤＣ１２ダイカスト用合金でできており、この合金は、質量％で、１．５～３．５％の銅、９．６～１２％のシリコン、０．３％未満のマグネシウム、３．０％未満の亜鉛、０．５％未満のマンガン、０．５％未満のニッケル、及び０．３％未満の錫を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物である組成を有していた。第一アルミニウム部材２１０と第二アルミニウム部材２２０の接合面（インサート材１００と接触する面）は、接合前に、＃１２００の研磨紙を用いて粗面化しておいた。

液相拡散接合条件は、下記のとおりであった。
接合温度：４００℃
接合圧力：２０ＭＰａ
接合時間：１５分
接合雰囲気：大気

図６に、液相拡散接合時の接合圧力と接合温度の時間変化を示す。

〈実施例２〉
実施例１で用いたインサート材の両外側に、さらに、第一表面層３１及び第二表面層３２を積層したこと以外、実施例１と同様に、実施例２の接合接手試料を準備した。

実施例２では、第一表面層３１及び第二表面層３２として、厚さが０．００７ｍｍの金属錫箔を用いて、これらを積層し、インサート材１００を得た。すなわち、実施例２では、図５に示したインサート材１００を得た。具体的には、第一表面層３１、第一ギ酸塩被膜４１、第一外側層２１、第一ギ酸塩被膜４１、内側層１０、第二ギ酸塩被膜４２、第二外側層２２、第二ギ酸塩被膜４２、及び第二表面層３２を、この順で備えるインサート材１００を得た。

〈比較例１〉
厚さが０．８ｍｍの亜鉛合金の箔材単層で構成するインサート材を用いたこと、第一アルミニウム部材及び第二アルミニウム部材の両方がＡＣ２Ｃ－Ｔ６鋳造用アルミニウム合金でできていることを除き、実施例１と同様に、比較例１の接合接手試料を準備した。

〈比較例２〉
比較例１で用いた箔材の両面にギ酸塩被膜を形成したこと以外、比較例１と同様に、比較例２の接合接手試料を準備した。なお、ギ酸塩被膜は、比較例１で用いた箔材を、沸騰したギ酸に２分間にわたり浸漬して形成した。
《評価》
各接合接手試料を引張試験し、接合強度（破断強度）を測定した。引張方向は、インサート材の積層面に対して略垂直であった。引張速度は、１０ｍｍ／分であった。また、走査型電子顕微鏡を用いて、実施例１及び比較例２の接合部（接合のまま）の組織を観察した。図７は、実施例１の試料の接合部のＳＥＭ像である。図８は、比較例２の試料の接合部のＳＥＭ像である。

接合強度の測定結果は、次のとおりであった。
比較例１ ６６．２７ＭＰａ
比較例２ １０８．０５ＭＰａ
実施例１ １２１．９５ＭＰａ
実施例２ １３８．４５ＭＰａ

比較例１（ギ酸塩被膜なし亜鉛合金単層インサート材）と比較例２（ギ酸塩被膜付亜鉛合金単層インサート材）を比べると、比較例２の試料の接合強度が向上している。これは、ギ酸塩被膜によって、接合面の酸化皮膜が除去されたためであると考えられる。また、実施例１（図４を参照）及び実施例２（図５を参照）の試料も、ともに、第一外側層２１及び第二外側層２２の両面にギ酸塩被膜を備えており、比較例２（ギ酸塩被膜付亜鉛合金単層インサート材）の試料の接合強度を、さらに上回っている。これは、図８に示すように、比較例２の試料では、接合部に、図８中で黒い粒子状のシリコン相が凝集及び粗大化して残存しており、このシリコン相によって接合強度が低下していると考えられる。これに対し、図７に示すように、実施例１の試料では、接合部に凝集及び粗大化したシリコン相が残存しておらず、接合強度が向上したと考えられる。これは、本開示のインサート材１００では、内側層１０に沿って、第一アルミニウム部材２１０及び第二アルミニウム部材２２０に由来するシリコン相が、接合部から排出されるためであると考えられる。また、実施例２で用いたインサート材１００（図５参照）では、第一表面層３１及び第二表面層３２によって、接合部の酸化が一層抑制され、接合強度が向上したと考えられる。

以上の結果から、本開示の液相拡散接合用インサート材及び液相拡散接合方法の効果を確認できた。

１０ 内側層
２１ 第一外側層
２２ 第二外側層
３０ 表面層
３１ 第一表面層
３２ 第二表面層
４０ ギ酸塩被膜
４１ 第一ギ酸塩被膜
４２ 第二ギ酸塩被膜
１００ 本開示のインサート材
２１０ 第一アルミニウム部材
２２０ 第二アルミニウム部材

Claims (12)

1. 少なくとも一方が、シリコンを含有するアルミニウム合金製である、第一アルミニウム部材と第二アルミニウム部材の液相拡散接合用インサート材であって、
   第一外側層、内側層、及び第二外側層を、この順で備えており、
   前記第一外側層及び前記第二外側層が、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成されており、
   前記内側層が、前記第一アルミニウム部材及び前記第二アルミニウム部材の少なくとも一方の前記アルミニウム合金よりも、シリコンの質量含有割合が小さい金属又は合金で構成されており、
   前記内側層が、前記第一外側層及び前記第二外側層よりも高融点を有しており、かつ、
   前記内側層が、前記第一外側層及び前記第二外側層と共晶反応する、
   液相拡散接合用インサート材。
2. 前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくとも一方が、金属亜鉛又は亜鉛合金で構成されている、請求項１に記載の液相拡散接合用インサート材。
3. 前記内側層が、金属アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている、請求項１又は２に記載の液相拡散接合用インサート材。
4. 前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくともいずれかの外側に、さらに、表面層を備えており、
   前記表面層が、前記第一外側層及び前記第二外側層よりも低融点であり、前記表面層自身のみで溶融する、あるいは、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成されている、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の液相拡散接合用インサート材。
5. 前記表面層が、金属錫、金属ビスマス、金属インジウム、金属ガリウム、錫合金、ビスマス合金、インジウム合金、及びガリウム合金からなる群より選ばれる一種以上で構成されている、請求項４に記載の液相拡散接合用インサート材。
6. 前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくとも一方の片面又は両面に、ギ酸塩被膜、酢酸塩被膜、クエン酸塩被膜、及び酒石酸塩被膜からなる群より選ばれる一種以上を備えている、請求項１～５のいずれか一項に記載の液相拡散接合用インサート材。
7. 少なくとも一方が、シリコンを含有するアルミニウム合金製である、第一アルミニウム部材と第二アルミニウム部材との液相拡散接合方法であって、
   第一外側層、内側層、及び第二外側層をこの順で積層して、インサート材を得ること、
   前記第一アルミニウム部材と前記第二アルミニウム部材の間に、前記インサート材を配置し、前記第一アルミニウム部材、前記第二アルミニウム部材、及び前記インサート材を加熱しつつ、前記第一アルミニウム部材と前記第二アルミニウム部材の少なくとも一方を介して、前記インサート材に荷重を負荷して、前記第一アルミニウム部材と前記第二アルミニウム部材を液相拡散接合すること、
   を含み、
   前記第一外側層及び前記第二外側層が、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成され、
   前記内側層が、前記第一アルミニウム部材及び前記第二アルミニウム部材の少なくとも一方の前記アルミニウム合金よりも、シリコンの質量含有割合が小さい金属又は合金で構成され、
   前記内側層が、前記第一外側層及び前記第二外側層よりも高融点を有し、かつ、
   前記内側層が、前記第一外側層及び前記第二外側層と共晶反応する、
   液相拡散接合方法。
8. 前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくとも一方が、金属亜鉛又は亜鉛合金で構成される、請求項７に記載の液相拡散接合方法。
9. 前記内側層が、金属アルミニウム又はアルミニウム合金で構成される、請求項７又は８に記載の液相拡散接合方法。
10. 前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくともいずれかの外側に、さらに、表面層を積層して、インサート材を得ること、
    を含み、
    前記表面層が、前記第一外側層及び前記第二外側層よりも低融点であり、前記表面層自身のみで溶融する、あるいは、アルミニウムと共晶反応する金属又は合金で構成される、
    請求項７～９のいずれか一項に記載の液相拡散接合方法。
11. 前記表面層が、金属錫、金属ビスマス、金属インジウム、金属ガリウム、錫合金、ビスマス合金、インジウム合金、及びガリウム合金からなる群より選ばれる一種以上で構成される、請求項１０に記載の液相拡散接合方法。
12. 前記第一外側層及び前記第二外側層の少なくとも一方の片面又は両面に、さらに、ギ酸塩被膜、酢酸塩被膜、クエン酸塩被膜、及び酒石酸塩被膜からなる群より選ばれる一種以上を形成して、インサート材を得る、請求項７～１１のいずれか一項に記載の液相拡散接合方法。

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