JP3398203B2 - アルミニウム合金と銅の接合用ろう材およびこのろう材によって接合された複合材 - Google Patents
アルミニウム合金と銅の接合用ろう材およびこのろう材によって接合された複合材Info
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を接合するのに好適なろう材と、このろう材によって接
合された複合材に関する。
して、以下に述べる従来例1〜4が知られている。 [従来例1] アルミニウム合金と銅をPb−Sn系の
はんだ材によってろう付けする。その場合、アルミニウ
ム合金側に、Niめっき、CuめっきなどのようにPb
−Sn系のはんだに対する濡れ性を有する金属をめっき
し、その後、めっきされたアルミニウム合金と銅をはん
だ付けする。 [従来例2] 摩擦圧接、爆圧接着等のように機械的な
圧力によってアルミニウム合金と銅を接合する。 [従来例3] フラックスを用いてアルミニウム合金表
面の酸化膜を破壊して溶融金属に対する濡れ性を改善
し、Al−Zn系のはんだ材によってはんだ付けを行
う。 [従来例4] アルミニウム合金同志のろう付けに用い
られていた従来のAl−Si系フラックスレスろう付け
用ろう材によって、アルミニウム合金と銅をろう付けす
る。
合、アルミニウム合金にめっきを施す必要があるため工
程が複雑化し、ろう付けコストが高い。また、接合には
んだ(軟ろう)を用いるため、接合部の継手強度がアル
ミニウム合金および銅のいずれに対しても著しく劣る。
とされるため、被接合部材に変形がおこる。また、単一
方向の圧力を利用するために、任意の形状の接合体が得
られない。従来例3は、フラックスの塗布および除去を
行う必要がある。また、高価なフラックスを多量に使用
する必要がある。従来例4の場合は、600℃程度以上
の高温でろう付けを行う必要があるが、このような高温
でろう付けを行うと、アルミニウム合金と銅との間に厚
さ数μm以上のアルミニウム−銅化合物層(Al−Cu
金属間化合物)が生成する。この化合物は、非常に脆性
であるため、実用に供し得る強靭な接合を得ることがで
きない。
と銅のろう付けにおいて、アルミニウム合金にめっきを
施したりフラックスを用いることなく、任意の形状のア
ルミニウム合金および銅の部材を比較的低温で接合する
ことができ、継手強度の高いろう付けが可能なろう材
と、ろう付けされた複合材を提供することにある。
に開発された本発明のろう材は、Alを主成分とするも
のであり、次の2系統の化学成分をもつ。第1のろう材
は、Al:40〜49wt%,添加成分としてCu:10
〜40wt%,Ag:10〜40wt%,Mg:0.1〜5
wt%からなる。
添加成分としてGe:10〜40wt%,Ag:10〜4
0wt%,Si:2〜10wt%,Mg:0.1〜5wt%か
らなる。
ってアルミニウム合金部材と銅部材を接合することによ
り、アルミニウム合金と銅からなる複合材が得られる。
この明細書でいう銅部材は、工業用純銅(無酸素銅)の
ように実質的な純銅をはじめとして、例えばアルミナを
含有した銅やクロム銅などのように添加成分を含む銅合
金も含まれる。
反応の作用によって、500℃程度までろう材の融点を
下げることができる。これにSiを添加することによっ
て、更に融点を下げることも可能である。この場合、5
20℃〜490℃程度の比較的低温でろう付けを行うこ
とができる。添加成分としてのCuは入手が容易であ
り、コストも安い。
共晶反応の作用によって、470℃程度までろう材の融
点を下げることができる。これにSiを添加することに
よって、更に400℃程度まで融点を下げることも可能
である。この場合、500℃〜450℃程度の比較的低
温でろう付けを行うことができる。
えるあたりからアルミニウム合金と銅によるAl−Cu
金属間化合物が生成されるようになる。特に、548℃
を越えると上記金属間化合物の生成が顕著になるため、
好ましくは520℃〜500℃の温度域でろう付けを行
うとよい。更に好ましくは、520℃を越える直前の温
度でろう付けを行うと好結果が得られる。
加することによってろう材の融点を下げる効果がある。
これらは単独で添加しても融点の降下幅は小さく、単独
の添加ではろう付け温度を550℃以上にする必要があ
り、その場合には金属間化合物の生成が著しくなるため
本発明の目的を果たすことができない。そこで、本発明
では、前述のCu−AgまたはGe−Agを組合わせて
添加することにより、融点を更に下げるようにしてい
る。
0wt%未満では融点降下の程度が小さすぎてこの発明の
目的を達成できない。Cuが40wt%を越えると融点が
かえって上昇してしまう。第2のろう材において、Ge
の添加量が10wt%未満では融点降下の程度が小さすぎ
てこの発明の目的を達成できない。Geが40wt%を越
えると融点がかえって上昇してしまう。これらのろう材
において、Agの含有量が10wt%未満では融点降下の
程度が小さすぎてこの発明の目的を達成できない。Ag
が40wt%を越えると融点がかえって上昇してしまう。
が、Cu,Ge,Agの添加量によっては、必要のない
場合がある。但し、Siを添加すると融点が降下するの
で、より、ろう付けが実施しやすくなる。本発明では被
接合部材の一方がアルミニウム合金であることから、ろ
う材の主成分はAlが望ましい。Alの量は上記各添加
成分の残量であるが、30〜80wt%の範囲とする。更
に好ましいAlの範囲は、40〜49wt%である。Al
が30wt%を下回ると、母材とろう材との主成分の違い
が大きすぎて継手強度が低下する原因になることがあ
る。
れることと、ろうが流れることが必要である。しかし、
これらの性質にも適切な範囲があり、ろうが濡れすぎた
り流れすぎる場合には、母材を汚染したり、ろう付けし
たい部分にろうが適切に在留しないなどの問題を生じ
る。従って、母材の表面状況やろう付け条件、ろう付け
対象物の形状などによってろうの濡れ性と流動性を適宜
調整する必要がある。
は、ろう付け時の真空中でのMgの揮発および揮発した
MgによるAl合金表面の酸化物の還元がおこるため、
フラックスを用いずにAl合金表面の清浄化をおこさせ
ることができ、これによって、ろう材の濡れがおこる。
ろう付け時の雰囲気がAlの表面酸化膜を生じにくい場
合にはMgの添加量が0.1%程度でも効果があるが、
ろう付け条件によってはMgは数%程度必要である。但
し、Mgを多量に添加することはろう付け炉の汚染につ
ながるため、Mgの上限は5%までとする。
性を向上させる効果がある。Mnはろうの流動性を抑制
する効果がある。Alを主成分とするろうは一般に流動
性が良すぎることがあるため、ろう付け部の隙間にろう
が十分に残留しないことがある。この点を改善するのに
Mnは効果がある。Znは蒸気圧が低いため蒸発しやす
く、ろう付け部の表面酸化膜を破壊する効果があること
から、ろうの濡れ性を改善する効果がある。このよう
に、添加可能元素であるMg,Bi,Zn,Mnをろう
付け雰囲気等に応じて適宜に組合わせるとよい。
の酸化膜を破壊する効果をもたせることができ、これま
でフラックスの使用なしには困難であったA5000系
あるいはA6000系のアルミニウム合金と銅をフラッ
クスレスろう付けすることができる。
H4000に準拠する合金番号5005〜5086の合
金であり、表1に掲げた化学成分からなる。A5000
系アルミニウム合金には一定量以上のMgが含まれてい
るため、従来のフラックスレスろう付け用Al−Si系
ろう材ではろう付けが不可能であった。
6061)の成分は、Si:0.4〜0.8wt%,F
e:0.7wt%以下,Cu:0.15〜0.4wt%,M
n:0.15wt%以下,Mg:0.8〜1.2wt%,C
r:0.04〜0.35wt%,Zn:0.25wt%以
下,Ti:0.15wt%以下,残部がAlである。
1に示す複合材10の試作品は、アルミニウム合金製の
部材11と銅製の部材12をろう付けによって接合した
ものである。ろう付けは次表2に示す化学成分のろう材
を用いて行い、各々について、ろう付け部15の継手強
度(引張り強度)を調べた。アルミニウム合金部材11
は、実用合金として多用されているA1050とA60
61の2種類を使用し、銅部材12に工業用純銅(無酸
素銅)を使用した。ろう付け接合はいずれも1×10-4
Torr台の真空中で、520℃、60分間保持で行った。
ろう材の形態は箔であり、このろう材を部材11,12
の間に挟み、ろう付け炉に収容して前記温度まで加熱し
た。
0に示されているように、Si:0.25wt%以下,F
e:0.40wt%以下,Cu:0.05wt%以下,M
n:0.05wt%以下、Mg:0.05wt%以下,Z
n:0.05wt%以下,Ti:0.03wt%以下,A
l:99.50wt%以上である。
接合された複合材のろう付け部は、4kgf/mm2
(39MPa)程度の引張り強度を有しており、この継
手強度は、母材としてのアルミニウム合金(A105
0)の降伏強度に匹敵する値である。
銅の接合は、例えば図2に示すようなコンピュータの電
源接続用ブスバー(bus bar)20において、端
子本体21と電極板22との接合に適用される。端子本
体21には、軽量化を目的として、アルミニウム合金
(A1050)を使用し、電極板22には電源接続部の
接触抵抗を減らすために工業用純銅を使用した。端子本
体21と電極板22を、表2中のNo.4のろう材によ
って接合した。ろう付け温度は520℃、ろう付け保持
時間は60分である。ろう付け部25の継手強度(引張
り強度)は、38MPaであった。なお本発明は、上記
実施例以外のアルミニウム合金部材と銅部材との接合に
も適用できる。
度でアルミニウム合金と銅をろう付けすることができる
ため、接合界面に生じるAl−Cu金属間化合物層がき
わめて少なく、実用に供し得る強靭なろう付け接合が得
られる。また本発明のろう材によれば、アルミニウム合
金表面に予めめっきを施すなどの前処理が不要であり、
フラックスを用いる必要もない。しかも本発明のろう材
によれば、摩擦圧接や爆圧接着等のように機械的な圧力
によって接合する場合に問題となる被接合部材の変形を
引き起こすおそれがなく、任意形状の部材を接合するこ
とができる。
作品の斜視図。
Claims (4)
- 【請求項1】Alを主成分とするろう材であって、添加
成分としてCu:10〜40wt%,Ag:10〜40wt
%,Mg:0.1〜5wt%、残量がAl:40〜49wt
%からなることを特徴とするアルミニウム合金と銅の接
合用ろう材。 - 【請求項2】Alを主成分とするろう材であって、添加
成分としてGe:10〜40wt%,Ag:10〜40wt
%,Si:2〜10wt%,Mg:0.1〜5wt%、残量
がAl:40〜49wt%からなることを特徴とするアル
ミニウム合金と銅の接合用ろう材。 - 【請求項3】アルミニウム合金部材と銅部材を、Al:
40〜49wt%,添加成分としてのCu:10〜40wt
%,Ag:10〜40wt%,Mg:0.1〜5wt%から
なるろう材によって接合したことを特徴とするアルミニ
ウム合金と銅からなる複合材。 - 【請求項4】アルミニウム合金部材と銅部材を、Al:
40〜49wt%,添加成分としてのGe:10〜40wt
%,Ag:10〜40wt%,Si:2〜10wt%,M
g:0.1〜5wt%からなるろう材によって接合したこ
とを特徴とするアルミニウム合金と銅からなる複合材。
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