JP2777707B2 - 接合体 - Google Patents

接合体

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、アルミニウム
(Al)若しくはアルミニウム合金(Al合金)部材同
士を、又は他の異種材料からなる部材とを接合した接合
体に関し、主に産業用部品、構造用部品として用いられ
る接合体に関する。
【0002】
【従来の技術】Al若しくはAl合金からなる部材同士
を、又は他の異種材料からなる部材とをろう材にて接合
する場合、2成分系のろう材としてAl−Si共晶組成
(例えばJIS BA4045)のろう材、又は3成分
系のろう材としてAl−Si共晶にCuを4重量%添加
して若干の低融点化を図ったJISBA4145若しく
はAl−Ge−Si、Al−Si−Mg等の合金系のろ
う材が用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、3成分系のろ
う材を用いて接合された接合体は、これらのろう材が低
融点化を図るために合金元素を数%添加しているので、
両部材間の継手部である接合層(合金ろう材)に金属間
化合物(相)を生成する。その金属間化合物が所定量よ
り多く存在すると耐力は高くなるものの高すぎると、逆
にもろくなる。そのもろさは、Al若しくはAl合金部
材同士の接合体においても生じ問題であったが、特に、
Al若しくはAl合金部材同士を他の異種材料からなる
部材とをろう材にて接合した接合体においては顕著だっ
た。それは、例えばセラミックスや超硬などの低膨張材
と接合した接合体の場合、Alとこれらの低膨張材と
は、熱膨張係数が大きく異なるため、接合時のろう材を
溶融するための熱により継手部である接合層に大きな熱
残留応力が発生する。その結果、その応力により金属間
化合物相から破壊が生じる可能性が非常に高かった。一
方、JISBA4045等のAl−Si2元共晶系のろ
う材で接合された接合体は、前記の様な継手部である接
合層中に金属間化合物(相)は生成されにくいが、その
金属間化合物(相)が生成されにくい分、継手部である
接合層の耐力が低いため、接合層と接合される部材との
間で破断する前に継手部である接合層自体が降伏してし
まい、低強度の接合体しか得られなかった。このように
従来は、部材同士を接合する場合、例えばろう材による
接合の場合ではろう材の組成等の接合前の状態、接合方
法については、十分検討されていたが、接合後の接合層
の状態(組成等)に関しての研究、開発は不十分であっ
た。本願発明の目的は、Al若しくはAl合金からなる
部材同士を、又は他の異種材料の部材とを接合した高強
度な接合体を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、種々の研
究を重ねた結果、接合体の強度、特に接合層の強度は、
接合層中に生成された金属間化合物の量に依存すること
を見い出し、更にその金属間化合物の量は、接合層中に
含まれるアルミ母相のCuの含有量を規定することによ
り、制御することができる手段を見い出した。そして、
その第一の手段は、少なくとも一方がAl又はAl合金
からなる部材を接合層を介して接合した接合体であっ
て、その接合層中のアルミ母相にCuが0.5〜4.8
重量%含まれている接合体である。その接合層は、Al
合金からなることが望ましい。その第2の手段は、Al
部材又はAl合金部材と他の異種材料の部材とを接合層
を介して接合した接合体であって、その接合層中のアル
ミ母相にCuが0.5〜4.8重量%含まれている接合
体である。その接合層は、Al合金からなることが望ま
しい。ここで「他の異種材料」とは、Al部材又はAl
合金部材と異なる材料をいい、例えばセラミックス材
料、或いは鋼、鉄系材料、チタン、チタン合金などの金
属材料、並びにAl部材又はAl合金部材であっても異
なる組成からなるもの等をいう。その第3の手段は、A
l又はAl合金からなる部材とセラミックス部材とを接
合層を介して接合した接合体であって、その接合層中の
アルミ母相にCuが0.5〜4.8重量%含まれている
接合体である。その接合層は、Al合金からなることが
望ましい。セラミックス部材は、窒化珪素焼結体 、炭
化珪素焼結体、サイアロン焼結体、アルミナ焼結体若し
くはジルコニア焼結体、又はこれらの焼結体の複合材の
いずれかであることが望ましい。その接合層中のアルミ
母相のCuの含有量が0.5%重量未満だと耐力が不充
分なため強度向上に寄与する効果が少なく、一方4.8
重量%を超えると金属間化合物Al2Cuの析出量が多
くなって脆さを増すので好ましくない。
【0005】
【作用】アルミ母相に所定量のCuを含有せしめること
で母相の耐力を向上させつつ、更に脆い金属間化合物相
の生成を押さえつつも所定量生成させることにより、高
強度の接合体を得ることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】本願発明の接合体について説明す
る(図1)。本願発明は、少なくとも一方がAl又はA
l合金からなる部材2を接合層4を介して接合した接合
体1であって、その接合層4中のアルミ母相5にCuが
0.5〜4.8重量%含まれている。他方の部材3は、
Al又はAl合金部材、他の異種材料の部材、セラミッ
クス部材である。接合層4は主にAl合金からなるが、
接合層4中のアルミ母相5に含まれる所定量のCuは、
ろう材で接合する場合、予めろう材に含有させても良い
し、あるいはAl合金部材からの拡散により供給、また
他の異種材料もしくはAl又はAl合金部材の表面にメ
ッキ、蒸着、スパッタ等の方法でCu膜を予め形成して
おくことにより供給してもよい。いずれの方法において
も図1に示す接合後の接合層(継手部)4のアルミ母相
5に所定量のCuが存在すればよい。また、他の直接接
合、固相拡散接合、ホットプレス等の接合方法を用いた
場合でも、接合層4中のアルミ母相5に所定量のCu
が、含まれればよい。接合層4中のアルミ母相5に含ま
れるCuの含有量の測定方法は、接合層4に存在する1
0〜200ミクロンのアルミ母相に、その中心部を狙っ
て、EPMA装置やSEM装置に付属のEDX,ED
S,WDSによる点分析を行うことにより、測定するこ
とができる。
【0007】ー実験例ー 一方の部材2として、Al又はAl合金部材(大きさ:
20mm×15mm×10mm、材質:JIS AC2
A、JIS A1050、JIS A2024、JIS
A7075の4種類)を準備した。他方の部材3とし
て、Al又はAl合金部材、他の異種材料の部材、セラ
ミックス部材をそれぞれ準備した(大きさ:20mm×
15mm×厚3mm)。他の異種材料の部材は、セラミ
ックス部材としてSi34焼結体 、SiC焼結体、サ
イアロン焼結体、Al23焼結体 、ZrO2焼結体の5
種類、炭素鋼部材としてS15C(JIS規格)を準備
した。セラミックス部材の接合面に蒸着法によるメタラ
イズ膜を予め形成した。そのメタライズ膜の構成は、セ
ラミックス部材2から順にTi1000オングストロー
ム/Mo1000オングストローム/Ni1000オン
グストロームのものと、Al2000オングストローム
のみのものと2種類準備した。ろう材は、JIS BA
4045(Al−10%Si)、BA4145(Al−
10%Si−4%Cu)、Al−27%Cu−5%S
i、Al−22%Cu−4%Si−20Zn、Al−1
4%Cu−3%Si−50Znの5種類を準備した。こ
れらを表1、表2に示す組合せで、表中記載の条件でろ
う付を行なった。得られた接合体1は、せん断試験によ
り強度を測定すると共に、破断後の試料を接合面に対し
て垂直に切断し、EPMA装置を用いて接合層(継手
部)のアルミ母相5中のCuの含有量を測定した。
【0008】
【表1】
【0009】
【表2】
【0010】表に示す結果の通り、Cuの含有量が本発
明の範囲内にある実施例の接合体(No.3〜10、N
o.16〜22)は、接合部材の種類及びろう材の組成
を問わず高強度であることがわかる。これに対して、本
発明の範囲外にある比較例の接合体(No.1〜2、N
o.11〜15、No.23〜25)は強度が低いことが
わかった。このうち、No.2、No.11〜13、N
o.15、No.23〜25は、実施例と同様な接合部材
等の組み合わせであるにも拘わらず、接合強度は低いも
のであった。接合温度及び時間を管理することにより接
合部材の種類及びろう材の組成を問わず、接合層中のア
ルミ母相5中のCuの含有量を0.5〜4.8重量%と
することができ、それによって、接合強度を高めること
ができる。
【0011】
【発明の効果】本願発明の接合体は、Al若しくはAl
合金部材同士を、又は他の異種材料の部材とを接合した
接合体であって、適度な耐力を有するものであり、高強
度な接合体である。また、本願発明の接合体も簡易な方
法で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の接合体及びその接合層の断面を示す
模式図。
【符号の説明】
1 接合体 2 Al又はAl合金部材 3 Al又はAl合金部材、他の異種材料の部材、セ
ラミックス部材 4 接合層 5 アルミ母層 6 析出物(Si、Mg、Cu等から成る)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−220987(JP,A) 特開 昭61−7081(JP,A) 特開 平4−162981(JP,A) 特開 平6−23583(JP,A) 特開 平7−328792(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 35/28 B23K 1/19 B23K 20/00 C04B 37/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方がAl又はAl合金から
    なる部材を接合層を介して接合した接合体であって、そ
    の接合層中のアルミ母相にCuが0.5〜4.8重量%
    含まれていることを特徴とする接合体。
  2. 【請求項2】 Al部材又はAl合金部材と他の異種材
    料の部材とを接合層を介して接合した接合体であって、
    その接合層中のアルミ母相にCuが0.5〜4.8重量
    %含まれていることを特徴とする接合体。
  3. 【請求項3】 Al又はAl合金からなる部材とセラミ
    ックス部材とを接合層を介して接合した接合体であっ
    て、その接合層中のアルミ母相にCuが0.5〜4.8
    重量%含まれていることを特徴とする接合体。
  4. 【請求項4】 前記接合層がAl合金からなることを特
    徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の接合体。
  5. 【請求項5】 セラミックス部材が、窒化珪素焼結体
    、炭化珪素焼結体、サイアロン焼結体、アルミナ焼結
    体若しくはジルコニア焼結体、又はこれらの焼結体の複
    合材のいずれかであることを特徴とする請求項3又は4
    記載の接合体。
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