JP6140526B2 - Aluminum alloy member - Google Patents

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Description

本発明は、はんだ付け接合により表面に他の部材を接合可能に構成されたアルミニウム合金部材に関する。   The present invention relates to an aluminum alloy member configured such that another member can be bonded to the surface by soldering.

アルミニウム合金部材は、表面に緻密な酸化皮膜が形成されやすく、はんだ付け接合により表面に他の部材を接合することが困難である。そのため、アルミニウム合金部材に直接はんだ付け接合を行うに当たって、めっきにより接合部分に金属皮膜を形成する方法が一般的に用いられている。例えば、特許文献1には、アルミニウムフィンと銅板との接合面にニッケル含有めっきを施してなるヒートシンクの例が開示されている。   Aluminum alloy members tend to form a dense oxide film on the surface, and it is difficult to join other members to the surface by soldering. Therefore, a method of forming a metal film on the joint portion by plating is generally used for direct soldering joining to the aluminum alloy member. For example, Patent Document 1 discloses an example of a heat sink in which nickel-containing plating is applied to a joint surface between an aluminum fin and a copper plate.

特開2002−324880号公報JP 2002-324880 A

しかしながら、アルミニウム合金部材にめっきを施す場合には、ジンケート法等の下地処理を行う必要があり、めっき処理工程の短縮化が困難である。また、めっきを施す場合には、処理コストが高くなるという問題がある。   However, when plating an aluminum alloy member, it is necessary to perform a ground treatment such as a zincate method, and it is difficult to shorten the plating process. Moreover, when performing plating, there exists a problem that processing cost becomes high.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、高品質かつ低コストなアルミニウム合金部材を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and intends to provide a high-quality and low-cost aluminum alloy member.

本発明の一態様は、アルミニウム合金よりなるベース部材と、該ベース部材に他の部材をはんだ付け接合するためのはんだ付け面部とを有するアルミニウム合金部材であって、
上記はんだ付け面部は、上記ベース部材の表面に接合されたろう材層と、
該ろう材層にろう付け接合されたNi箔層とから構成されており、
上記ろう材層は、Si:6〜13%(質量%、以下同じ)を含有し、さらにLi:0.004〜0.1%、Be:0.005〜0.04%、Ba:0.007〜0.05%、Ca:0.005〜0.03%、Mg:0.05〜0.4%のうち1種または2種以上を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金部材にある。
One aspect of the present invention is an aluminum alloy member having a base member made of an aluminum alloy and a soldering surface portion for soldering and joining another member to the base member,
The soldering surface portion includes a brazing material layer bonded to the surface of the base member,
A Ni foil layer brazed to the brazing material layer,
The brazing filler metal layer contains Si: 6 to 13% (mass%, the same applies hereinafter), Li: 0.004 to 0.1%, Be: 0.005 to 0.04%, Ba: 0.00. It contains one or more of 007 to 0.05%, Ca: 0.005 to 0.03%, Mg: 0.05 to 0.4%, and the balance is made of Al and inevitable impurities. An aluminum alloy member characterized by the above.

上記アルミニウム合金部材は、Ni箔層とベース部材とをろう材層により接合している。つまり、アルミニウム合金部材は、ベース部材と、これとは別に準備したNi箔層とをろう付け接合して形成することができるよう構成されている。そのため、表面にはんだ付け面部を形成するに当たってめっきを施す必要がない。その結果、アルミニウム合金部材は、より低コストで製造可能なものとなる。   In the aluminum alloy member, the Ni foil layer and the base member are joined by a brazing material layer. That is, the aluminum alloy member is configured to be formed by brazing a base member and a Ni foil layer prepared separately from the base member. Therefore, it is not necessary to perform plating when forming the soldering surface portion on the surface. As a result, the aluminum alloy member can be manufactured at a lower cost.

また、ろう材層は、上記特定の化学成分組成を有している。これにより、ベース部材とNi箔層とのろう付け接合を、不活性ガス雰囲気下においてフラックスを用いずに行うことができる。そのため、Ni箔層のろう付け接合をする際に、フラックスからのガス発生に伴う接合不良や凹凸発生等の問題が発生しにくい。その結果、アルミニウム合金部材は、Ni箔層の表面が、凹凸のほとんどない平滑な面となり、Ni箔層の表面のはんだ付け接合の品質に優れたものになりやすい。また、アルミニウム合金部材は、接合不良や凹凸発生等の問題が発生しにくいため、導電性や熱伝導性に優れたものとなりやすい。   The brazing filler metal layer has the specific chemical component composition. Thereby, brazing joining of a base member and Ni foil layer can be performed without using a flux in inert gas atmosphere. Therefore, when performing brazing joining of the Ni foil layer, problems such as bonding failure and unevenness due to gas generation from the flux are unlikely to occur. As a result, in the aluminum alloy member, the surface of the Ni foil layer becomes a smooth surface with almost no unevenness, and the surface of the Ni foil layer tends to be excellent in the quality of soldering joint. In addition, the aluminum alloy member is less likely to cause problems such as poor bonding and unevenness, and therefore tends to be excellent in conductivity and thermal conductivity.

以上のように、上記アルミニウム合金部材は、高品質かつ低コストなものとなる。   As described above, the aluminum alloy member has high quality and low cost.

実施例における、アルミニウム合金部材の断面図。Sectional drawing of the aluminum alloy member in an Example.

上記アルミニウム合金部材において、アルミニウム合金とは、狭義のアルミニウム合金だけでなく、純アルミニウムも含むアルミニウムを主成分とする金属の総称である。また、ベース部材としては、例えば圧延板、押出形材あるいは鍛造品など、用途に応じて種々のものを用いることができる。   In the above-mentioned aluminum alloy member, the aluminum alloy is a general term for metals mainly composed of aluminum including not only a narrowly defined aluminum alloy but also pure aluminum. Moreover, as a base member, various things can be used according to a use, such as a rolled sheet, an extrusion shape material, or a forged product, for example.

アルミニウム合金部材を作製するに当たって、別々に準備したベース部材とろう材層とを用いてNi箔層をろう付け接合してもよいが、ベース部材とろう材層とは、ベース部材を芯材とし、ろう材層を皮材とする二層クラッド材を構成していてもよい。   In producing an aluminum alloy member, a Ni foil layer may be brazed and joined using a separately prepared base member and a brazing material layer. However, the base member and the brazing material layer have a base member as a core material. Alternatively, a two-layer clad material having a brazing material layer as a skin material may be constituted.

すなわち、上記Ni箔層は、ベース部材を芯材とし、ろう材層を皮材とする二層クラッド材にろう付け接合されていてもよい。この場合には、ろう材層の表面がより凹凸の少ない平らな面となりやすい。そのため、Ni箔層の表面がより平滑なものとなりやすく、Ni箔層の表面のはんだ付け接合の品質をより向上させることができる。   That is, the Ni foil layer may be brazed and joined to a two-layer clad material having a base member as a core material and a brazing material layer as a skin material. In this case, the surface of the brazing material layer tends to be a flat surface with less unevenness. Therefore, the surface of the Ni foil layer tends to be smoother, and the quality of soldering joining on the surface of the Ni foil layer can be further improved.

また、ベース部材は、はんだ付け面部に接合する発熱部材の冷却を促進する放熱部材であってもよい。上述したように、アルミニウム合金部材は、熱抵抗が低く、熱伝導性に優れたものとなりやすい。そのため、アルミニウム合金部材は、発熱部材の冷却を促進する放熱部材として好適に使用することができる。放熱部材としては、例えば、ピンフィンやプレートフィン等の放熱フィン部を備えた放熱器や、内部に冷媒流路を備えた熱交換器等が挙げられる。また、発熱部材としては、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やLED(Light Emitting Diode)等の半導体素子等が挙げられるが、これら以外の発熱部材を用いることも可能である。   Further, the base member may be a heat radiating member that promotes cooling of the heat generating member joined to the soldering surface portion. As described above, the aluminum alloy member has a low thermal resistance and is likely to be excellent in thermal conductivity. Therefore, the aluminum alloy member can be suitably used as a heat radiating member that promotes cooling of the heat generating member. Examples of the heat radiating member include a heat radiator having a heat radiating fin portion such as a pin fin or a plate fin, and a heat exchanger having a refrigerant flow path therein. Further, examples of the heat generating member include semiconductor elements such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and LED (Light Emitting Diode), but other heat generating members can be used.

また、上述したように、ベース部材そのものが放熱部材等の種々の機能を有する機能部材となるようアルミニウム合金部材を構成していてもよいが、アルミニウム合金部材を別途準備する機能部材に接合させる構成であってもよい。   Further, as described above, the aluminum alloy member may be configured such that the base member itself is a functional member having various functions such as a heat radiating member, but the aluminum alloy member is joined to a functional member separately prepared. It may be.

この場合において、アルミニウム合金部材は、ベース部材が板材よりなるとともに、ろう材層を設けた面の反対側の面に、ろう材層と同じ化学成分組成を有する第2ろう材層が接合されている構成をとることができる。この場合には、アルミニウム合金部材と、これとは別に準備した機能部材とを第2ろう材層によりろう付け接合することができる。そのため、凹凸の大きい形状や曲面を有する形状等の比較的複雑な形状を呈する機能部材であっても、アルミニウム合金部材をろう付け接合することにより、はんだ付け面部を確実かつ容易に配設することができる。   In this case, in the aluminum alloy member, the base member is made of a plate material, and a second brazing material layer having the same chemical composition as the brazing material layer is bonded to the surface opposite to the surface on which the brazing material layer is provided. Can be configured. In this case, the aluminum alloy member and the functional member prepared separately can be brazed and joined by the second brazing material layer. Therefore, even if it is a functional member that exhibits a relatively complicated shape such as a shape with large irregularities or a shape with a curved surface, the soldering surface portion can be reliably and easily disposed by brazing the aluminum alloy member. Can do.

また、ろう材層と第2ろう材層とが同じ化学成分組成を有しているため、ベース部材と機能部材とのろう付け接合を、ベース部材とNi箔層とのろう付け接合と同時に行うことができる。そのため、ろう付け接合工程を短縮することができる。   Further, since the brazing filler metal layer and the second brazing filler metal layer have the same chemical composition, the brazing joining of the base member and the functional member is performed simultaneously with the brazing joining of the base member and the Ni foil layer. be able to. Therefore, the brazing joining process can be shortened.

また、ベース部材とろう材層と第2ろう材層とは、ベース部材を芯材とし、ろう材層及び第2ろう材層を皮材とする三層クラッド材を構成していてもよい。すなわち、Ni箔層は、ベース部材を芯材とし、ろう材層及び第2ろう材層を皮材とする三層クラッド材のろう材層にろう付け接合されていてもよい。この場合には、上述した二層クラッド材を用いる場合と同様に、Ni箔層表面へのはんだ付け接合の品質をより向上させやすくなる。   Further, the base member, the brazing material layer, and the second brazing material layer may constitute a three-layer clad material having the base member as a core material and the brazing material layer and the second brazing material layer as skin materials. That is, the Ni foil layer may be brazed and joined to a brazing material layer of a three-layer clad material having the base member as a core material and the brazing material layer and the second brazing material layer as skin materials. In this case, as in the case of using the above-described two-layer clad material, the quality of soldering joining to the Ni foil layer surface can be improved more easily.

また、第2ろう材層には、アルミニウム合金よりなり、上記はんだ付け面部に接合する発熱部材の冷却を促進する放熱部材が接合されていてもよい。上述したように、アルミニウム合金部材は、熱抵抗が低く、熱伝導性が高いものとなりやすい。そのため、アルミニウム合金部材を接合した放熱部材は、発熱部材の冷却を効率よく行うことができるものとなりやすい。   The second brazing material layer may be made of an aluminum alloy and joined with a heat radiating member that promotes cooling of the heat generating member joined to the soldering surface portion. As described above, the aluminum alloy member tends to have a low thermal resistance and a high thermal conductivity. Therefore, the heat radiating member joined with the aluminum alloy member is likely to be capable of efficiently cooling the heat generating member.

また、ろう材層は、Si:6〜13%、Li:0.004〜0.1%を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分組成を有することが好ましい。この場合には、ろう材層や第2ろう材層によるろう付け接合の品質をより向上させやすくなる。   Moreover, it is preferable that a brazing filler metal layer contains Si: 6-13%, Li: 0.004-0.1%, and has the chemical component composition which remainder consists of Al and an unavoidable impurity. In this case, it becomes easier to improve the quality of the brazing joint by the brazing material layer or the second brazing material layer.

すなわち、ろう材層が6〜13%のSiを含有することより、ろうの供給量を十分に多くすることができる。これにより、不活性ガス雰囲気下でフラックスを使用しないろう付け接合を行う場合にも接合の品質をより高めることができる。   That is, since the brazing filler metal layer contains 6 to 13% Si, the amount of brazing supplied can be sufficiently increased. Thereby, also when performing brazing joining which does not use a flux in inert gas atmosphere, the quality of joining can be raised more.

Siの含有量が6%未満の場合には、ろうが不足しやすくなり、また、ろうの流動性が低下するおそれがある。そのため、この場合には接合の品質が低下するおそれがある。一方、Siの含有量が13%を超える場合には、ろう材層の溶解量が過剰になるおそれがあり、また、ろう材層中に粗大な初晶Siが形成されやすくなる。そのため、この場合にはろう付け接合の際にベース部材に溶融穴が発生するおそれがある。   When the Si content is less than 6%, the wax tends to be insufficient, and the fluidity of the wax may be reduced. Therefore, in this case, the bonding quality may be deteriorated. On the other hand, when the Si content exceeds 13%, the amount of dissolution of the brazing material layer may be excessive, and coarse primary crystal Si is likely to be formed in the brazing material layer. Therefore, in this case, there is a possibility that a melting hole is generated in the base member during brazing joining.

また、Liは、アルミニウム合金の酸化皮膜を脆弱化させるとともに、ろうの流動性を高める作用を有する。これにより、不活性ガス雰囲気下でフラックスを使用しないろう付け接合を行う場合にも接合の品質をより高めることができる。   Li also has the effect of weakening the oxide film of the aluminum alloy and enhancing the fluidity of the wax. Thereby, also when performing brazing joining which does not use a flux in inert gas atmosphere, the quality of joining can be raised more.

Liの含有量が0.004%未満の場合には、ろうの流動性が不十分となるおそれがあり、また、酸化皮膜の脆弱化が不十分となるおそれがある。そのため、この場合には接合の品質が低下するおそれがある。一方、Liの含有量が0.1%を超える場合には、ろう付け接合中に形成されるLiOが過剰となるため、接合の品質が低下するおそれがある。 If the Li content is less than 0.004%, the braze fluidity may be insufficient, and the oxide film may be insufficiently brittle. Therefore, in this case, the bonding quality may be deteriorated. On the other hand, when the content of Li exceeds 0.1%, Li 2 O formed during brazing joining becomes excessive, so that the joining quality may be deteriorated.

また、ろう材層は、さらに、Be:0.005〜0.04%、Ba:0.007〜0.05%、Ca:0.005〜0.03%、Mg:0.05〜0.4%のうち1種または2種以上を含有していてもよい。これらの化学成分のうち、Be、Ba、Caは、アルミニウム合金の酸化皮膜を脆弱化させる作用を有している。また、Mgは、アルミニウム合金の酸化皮膜を脆弱化させる作用に加えて、ろうの流動性を高める作用を有している。そのため、これらの化学成分を含有するアルミニウム合金よりなるろう材層は、ろう付け接合の品質をより向上させることができる。これらの化学成分の含有量が上記特定の範囲の下限に満たない場合には、酸化皮膜の脆弱化が不十分となりやすく、ろう付け接合の品質を向上させる作用効果を得にくくなる。一方、これらの化学成分の含有量が上記特定の範囲の上限を超える場合には、ろう材層の表面が過剰に酸化するおそれがあり、場合によっては接合の品質が低下するおそれがある。   Further, the brazing filler metal layer further has Be: 0.005-0.04%, Ba: 0.007-0.05%, Ca: 0.005-0.03%, Mg: 0.05-0. You may contain 1 type, or 2 or more types out of 4%. Among these chemical components, Be, Ba, and Ca have an action of weakening the oxide film of the aluminum alloy. Moreover, Mg has the effect | action which improves the fluidity | liquidity of a wax in addition to the effect | action which weakens the oxide film of an aluminum alloy. Therefore, the brazing material layer made of an aluminum alloy containing these chemical components can further improve the quality of brazing joint. When the content of these chemical components is less than the lower limit of the specific range, the oxide film is not easily weakened, and it is difficult to obtain an effect of improving the quality of brazing joint. On the other hand, when the content of these chemical components exceeds the upper limit of the above specific range, the surface of the brazing material layer may be excessively oxidized, and in some cases, the quality of bonding may be deteriorated.

なお、Be、Ba、Ca及びMgがアルミニウム合金の酸化皮膜を脆弱化させるメカニズムは完全に解明されているわけではないが、Mgについては、以下のメカニズムが現時点において妥当と考えられている。   The mechanism by which Be, Ba, Ca, and Mg weaken the oxide film of the aluminum alloy has not been completely elucidated, but the following mechanism is considered appropriate at present for Mg.

すなわち、溶融状態のろう中に存在するMgは、不活性ガス雰囲気のため酸化されにくく、反応性の高い状態となっている。そして、上記溶融液内のMgは、接合するべき部分に存在する酸化皮膜(Al)と接触すると、酸化皮膜と反応してAlMgOのスピネル型化合物を生成する。これにより、酸化皮膜を脆弱化させることができると考えられる。 That is, Mg present in the molten wax is hardly oxidized due to the inert gas atmosphere, and is in a highly reactive state. Then, when Mg in the melt comes into contact with the oxide film (Al 2 O 3 ) present in the portion to be joined, it reacts with the oxide film to produce an AlMgO 4 spinel compound. Thereby, it is thought that an oxide film can be made weak.

また、ベース部材は、Mg:0.2〜1.3%を含有するアルミニウム合金から構成されていることが好ましい。ベース部材中のMgは、外気と接触しにくくなっているため、反応性の低いMgOの存在比率が少なくなっている。そして、ろう付け接合のための加熱が開始されると、Mgがろう材層側へゆっくりと拡散し始め、ろう材層の溶融開始とともにその溶融液(ろう)中へ急速に拡散する。そのため、この場合には、ろう中に反応性の高いMgをより多く含有させやすくなり、ろう材層や第2ろう材層によるろう付け接合の品質をより向上させやすくなる。   The base member is preferably made of an aluminum alloy containing Mg: 0.2 to 1.3%. Since Mg in the base member is difficult to come into contact with the outside air, the presence ratio of MgO having low reactivity is reduced. Then, when heating for brazing joining is started, Mg begins to slowly diffuse toward the brazing filler metal layer, and rapidly diffuses into the molten liquid (brazing) as the brazing filler metal layer starts to melt. Therefore, in this case, it becomes easier to contain more highly reactive Mg in the brazing, and it becomes easier to improve the quality of brazing joining by the brazing filler metal layer or the second brazing filler metal layer.

Mgの含有量が1.3%を超える場合には、ベース部材の融点が過度に下がるおそれがあり、ろう付け接合が困難となるおそれがある。一方、Mgの含有量が0.2%未満の場合には、接合の品質を向上させる作用効果を得にくくなる。   If the Mg content exceeds 1.3%, the melting point of the base member may be excessively lowered, and brazing joining may be difficult. On the other hand, when the Mg content is less than 0.2%, it is difficult to obtain the effect of improving the quality of bonding.

なお、ベース部材は、さらにMn:0.05〜1.8%、Si:1.0%以下、Fe:1.0%以下、Cu:0.9%以下、Zn:6.5%以下、Ti:0.2%以下、Zr:0.5%以下よりなる群より選択される1種または2種以上の化学成分を含有していてもよい。このような化学成分組成を有するアルミニウム合金としては、例えば3000系(Al−Mn系)、5000系(Al−Mg系)、6000系(Al−Mg−Si系)または7000系(Al−Zn系)に属する合金を用いることができる。これらのアルミニウム合金は、強度や耐食性、成形性等のアルミニウム合金部材に要求される特性に応じて適宜選択することができる。   In addition, the base member is further Mn: 0.05 to 1.8%, Si: 1.0% or less, Fe: 1.0% or less, Cu: 0.9% or less, Zn: 6.5% or less, One or two or more chemical components selected from the group consisting of Ti: 0.2% or less and Zr: 0.5% or less may be contained. As an aluminum alloy having such a chemical composition, for example, 3000 series (Al-Mn series), 5000 series (Al-Mg series), 6000 series (Al-Mg-Si series), or 7000 series (Al-Zn series). Alloys belonging to) can be used. These aluminum alloys can be appropriately selected according to the properties required for the aluminum alloy member such as strength, corrosion resistance, and formability.

また、Ni箔層は、厚さが0.005〜0.05mmであることが好ましい。Ni箔層とベース部材とは熱膨張係数が異なるため、ろう付け接合の後アルミニウム合金部材を冷却する過程において、Ni箔層とベース部材との収縮量に差が生じる。そのため、Ni箔層の厚さが0.05mmを超える場合には、収縮に伴って生じる応力が過度に大きくなり、得られるアルミニウム合金部材に反りが生じるおそれがある。これにより、場合によってはアルミニウム合金部材のはんだ付け接合性が悪化するおそれがある。一方、Ni箔層の厚さの下限は特に限定されないが、厚さが0.005mm未満のNi箔層を製造することは困難である。   The Ni foil layer preferably has a thickness of 0.005 to 0.05 mm. Since the Ni foil layer and the base member have different thermal expansion coefficients, a difference occurs in the amount of shrinkage between the Ni foil layer and the base member in the process of cooling the aluminum alloy member after brazing joining. Therefore, when the thickness of the Ni foil layer exceeds 0.05 mm, the stress generated with the shrinkage becomes excessively large, and the resulting aluminum alloy member may be warped. Thereby, depending on the case, there exists a possibility that the solderability of the aluminum alloy member may deteriorate. On the other hand, the lower limit of the thickness of the Ni foil layer is not particularly limited, but it is difficult to produce a Ni foil layer having a thickness of less than 0.005 mm.

上記アルミニウム合金部材の実施例について、以下に説明する。図1に示すように、アルミニウム合金部材1は、アルミニウム合金よりなるベース部材2と、ベース部材2に他の部材をはんだ付け接合するためのはんだ付け面部3とを有している。そして、はんだ付け面部3は、ベース部材2の表面に接合されたろう材層4と、ろう材層4にろう付け接合されたNi箔層5とから構成されている。   Examples of the aluminum alloy member will be described below. As shown in FIG. 1, the aluminum alloy member 1 has a base member 2 made of an aluminum alloy and a soldering surface portion 3 for soldering and joining other members to the base member 2. The soldering surface portion 3 includes a brazing material layer 4 joined to the surface of the base member 2 and a Ni foil layer 5 brazed to the brazing material layer 4.

ベース部材2は、板材よりなるとともに、ろう材層4を設けた面の反対側の面に、ろう材層4と同じ化学成分組成を有する第2ろう材層7が接合されている。そして、第2ろう材層7には、アルミニウム合金よりなる基材6がろう付け接合されている。   The base member 2 is made of a plate material, and a second brazing material layer 7 having the same chemical composition as the brazing material layer 4 is joined to the surface opposite to the surface on which the brazing material layer 4 is provided. A base material 6 made of an aluminum alloy is brazed to the second brazing material layer 7.

本例においては、基材6として純アルミニウムよりなる板材を用い、ベース部材2及びろう材層4との化学成分組成を表1に示すように種々変更した試験材(試験材1〜13)を作製し、各試験材についてろう付け接合性、平滑性及びはんだ濡れ性の評価を行った。なお、本例において用いたNi箔層5の厚さは、0.01mmである。   In this example, test materials (test materials 1 to 13) were prepared by using a plate material made of pure aluminum as the base material 6 and variously changing the chemical composition of the base member 2 and the brazing material layer 4 as shown in Table 1. The brazed jointability, smoothness and solder wettability of each test material were evaluated. Note that the thickness of the Ni foil layer 5 used in this example is 0.01 mm.

試験材の作製は、以下の手順により行った。まず、ベース部材2を芯材とし、ろう材層4及び第2ろう材層7を皮材とする三層クラッド材を作製し、70mm角の板状に切り出した。得られた三層クラッド材の表面を、炭酸ソーダ系の脱脂剤を用いて脱脂した。   The test material was produced according to the following procedure. First, a three-layer clad material having the base member 2 as a core material and the brazing material layer 4 and the second brazing material layer 7 as skin materials was produced and cut into a 70 mm square plate shape. The surface of the obtained three-layer clad material was degreased using a sodium carbonate-based degreasing agent.

次いで、基材6と第2ろう材層7とが当接し、かつ、Ni箔層5とろう材層4とが当接するようにして基材6、三層クラッド材及びNi箔層5を積層させた。この状態で、Ni箔層5がろう付け接合の際に位置ずれしないように、基材6、三層クラッド材及びNi箔層5を固定した。本例においては、基材6、三層クラッド材及びNi箔層5の固定には耐熱バネを用い、Ni箔層5の全面が0.02MPaの面圧で加圧されるように構成した。   Next, the base material 6, the three-layer clad material and the Ni foil layer 5 are laminated so that the base material 6 and the second brazing material layer 7 are in contact with each other, and the Ni foil layer 5 and the brazing material layer 4 are in contact with each other. I let you. In this state, the base material 6, the three-layer clad material, and the Ni foil layer 5 were fixed so that the Ni foil layer 5 would not be displaced during brazing joining. In this example, a heat resistant spring was used to fix the base material 6, the three-layer clad material, and the Ni foil layer 5, and the entire surface of the Ni foil layer 5 was pressed with a surface pressure of 0.02 MPa.

その後、積層した状態の基材6、三層クラッド材及びNi箔層5を窒素雰囲気下にて600℃で3分間加熱し、ろう付け接合を行った。なお、試験材1〜12については、フラックスを用いることなくろう付け接合がなされたが、試験材13については、フラックスを用いない場合にはろう付け接合がなされなかった。そのため、試験材13のみ、三層クラッド材とNi箔層5との間、及び三層クラッド材と基材6との間にフラックスを塗布してろう付け接合を行った。   Then, the base material 6, the three-layer clad material, and the Ni foil layer 5 in a laminated state were heated at 600 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere to perform brazing joining. In addition, about the test materials 1-12, although brazing joining was made | formed without using a flux, when the flux was not used about the test material 13, brazing joining was not made. Therefore, only the test material 13 was brazed and joined by applying a flux between the three-layer clad material and the Ni foil layer 5 and between the three-layer clad material and the substrate 6.

また、試験材12については、ろう付け接合の後、得られた試験材を常温の硝フッ酸(硝酸2%+フッ酸1%)に60秒程度浸漬した後水洗し、Ni箔層5の表面を酸洗浄した。   For the test material 12, after brazing and joining, the obtained test material was immersed in room temperature nitric hydrofluoric acid (nitric acid 2% + hydrofluoric acid 1%) for about 60 seconds, washed with water, and the Ni foil layer 5. The surface was acid cleaned.

以上により得られた各試験材(試験材1〜13)について、以下の方法によりろう付け接合性、平滑性及びはんだ濡れ性の評価を行った。   About each test material (test materials 1-13) obtained by the above, brazing joining property, smoothness, and solder wettability were evaluated with the following method.

<ろう付け接合性>
超音波探傷機を用いて、ろう材層4による接合部の面積を測定し、総面積に対する接合部の面積比率を算出した。その結果を表2に示す。接合部の面積比率は、値が大きいほどボイド等の接合不良が少なく、良好な結果である。なお、表2に示す記号のうち、Aは接合部の面積比率が95%以上であることを示し、Bは接合部の面積比率が90%以上95%未満であることを示し、Cは接合部の面積比率が70%以上90%未満であることを示し、Dは接合部の面積比率が70%未満であることを示す記号である。
<Brazing bondability>
Using the ultrasonic flaw detector, the area of the joint portion by the brazing material layer 4 was measured, and the area ratio of the joint portion to the total area was calculated. The results are shown in Table 2. The larger the value of the area ratio of the bonded portion, the fewer defective bonding such as voids, which is a favorable result. Of the symbols shown in Table 2, A indicates that the area ratio of the joint portion is 95% or more, B indicates that the area ratio of the joint portion is 90% or more and less than 95%, and C indicates that the bonding is performed. The area ratio of the part is 70% or more and less than 90%, and D is a symbol indicating that the area ratio of the joint is less than 70%.

<平滑性>
Ni箔層5の表面における最高部と最低部との間の高低差を測定した。その結果を表2に示す。Ni箔層5の高低差は、その値が小さいほどNi箔層5の表面の凹凸や湾曲等が小さく、Ni箔層5の表面が平滑であることを示し、良好な結果である。なお、表2に示す記号のうち、Aは高低差が0.1mm以下であることを示し、Bは高低差が0.1mm超え0.3mm以下であることを示し、Cは高低差が0.3mm超え0.5mm以下であることを示し、Dは高低差が0.5mmを超えることを示す記号である。
<Smoothness>
The height difference between the highest part and the lowest part on the surface of the Ni foil layer 5 was measured. The results are shown in Table 2. The difference in height of the Ni foil layer 5 indicates that the smaller the value, the smaller the unevenness and curvature of the surface of the Ni foil layer 5, and the smoother the surface of the Ni foil layer 5, which is a favorable result. Of the symbols shown in Table 2, A indicates that the height difference is 0.1 mm or less, B indicates that the height difference is between 0.1 mm and 0.3 mm, and C indicates that the height difference is 0. .3 mm and 0.5 mm or less, and D is a symbol indicating that the height difference exceeds 0.5 mm.

<はんだ濡れ性>
融点約210℃の鉛フリーはんだをNi箔層5上に置いた状態でホットプレートを用いて試験材を加熱し、試験材の温度が240℃の状態を1分間保持した。その後、試験材をホットプレートから外し、室温まで冷却して鉛フリーはんだを凝固させた。この状態における鉛フリーはんだの接触角を測定した。その結果を表2に示す。接触角は、その値が小さいほどはんだの濡れ性が高く、良好な結果である。なお、表2に示す記号のうち、Aは接触角が30°以下であることを示し、Bは接触角が30°超え60°以下であることを示し、Cは接触角が60°超え90°以下であることを示し、Dは接触角が90°を超えることを示す記号である。
<Solder wettability>
With the lead-free solder having a melting point of about 210 ° C. placed on the Ni foil layer 5, the test material was heated using a hot plate, and the temperature of the test material was maintained at 240 ° C. for 1 minute. Thereafter, the test material was removed from the hot plate and cooled to room temperature to solidify the lead-free solder. The contact angle of lead-free solder in this state was measured. The results are shown in Table 2. The smaller the value of the contact angle, the higher the solder wettability, which is a favorable result. Of the symbols shown in Table 2, A indicates that the contact angle is 30 ° or less, B indicates that the contact angle is greater than 30 ° and not greater than 60 °, and C indicates that the contact angle is greater than 60 ° and 90 °. The symbol D indicates that the contact angle exceeds 90 °, and D indicates that the contact angle exceeds 90 °.

表1及び表2より知られるように、試験材1〜12は、上記特定の化学成分組成を有するろう材層4を具備している。そのため、ろう付け接合性、平滑性及びはんだ濡れ性のいずれの特性についても良好な結果となった。   As is known from Tables 1 and 2, the test materials 1 to 12 include a brazing material layer 4 having the above specific chemical component composition. Therefore, good results were obtained with respect to any of the properties of brazing joint property, smoothness and solder wettability.

また、試験材10〜12は、上記特性の化学成分組成を有するろう材層4に加えて、上記特定の化学成分組成を有するベース部材2を具備している。そのため、ろう付け接合性がより良好であった。   Moreover, the test materials 10-12 are equipped with the base member 2 which has the said specific chemical component composition in addition to the brazing filler metal layer 4 which has the chemical component composition of the said characteristic. Therefore, the brazing bondability was better.

また、試験材12は、上記特定の化学成分組成を有するろう材層4及びベース部材2に加えて、Ni箔層5の酸洗浄を行っている。そのため、ろう付け接合後にNi箔層5の表面に存在する酸化物や汚れ等が除去されており、はんだ濡れ性がより良好であった。   Moreover, the test material 12 performs the acid cleaning of the Ni foil layer 5 in addition to the brazing material layer 4 and the base member 2 having the specific chemical component composition. Therefore, the oxide, dirt, etc. present on the surface of the Ni foil layer 5 have been removed after the brazing joint, and the solder wettability was better.

一方、試験材13は、上述したようにフラックスを用いずにろう付け接合を行うことができなかったため、フラックスを使用してろう付け接合を行った。そのため、フラックスから発生したガスに伴ってボイド等が発生し、未接合部が多く、かつ、平滑性が悪いものとなった。   On the other hand, since the test material 13 could not be brazed without using the flux as described above, it was brazed using the flux. For this reason, voids and the like are generated along with the gas generated from the flux, there are many unjoined portions, and the smoothness is poor.

Figure 0006140526
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Figure 0006140526
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1 アルミニウム合金部材
2 ベース部材
3 はんだ付け面部
4 ろう材層
5 Ni箔層
6 基材
7 第2ろう材層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum alloy member 2 Base member 3 Soldering surface part 4 Brazing material layer 5 Ni foil layer 6 Base material 7 2nd brazing material layer

Claims (10)

アルミニウム合金よりなるベース部材と、該ベース部材に他の部材をはんだ付け接合するためのはんだ付け面部とを有するアルミニウム合金部材であって、
上記はんだ付け面部は、上記ベース部材の表面に接合されたろう材層と、
該ろう材層にろう付け接合されたNi箔層とから構成されており、
上記ろう材層は、Si:6〜13%(質量%、以下同じ)を含有し、さらにLi:0.004〜0.1%、Be:0.005〜0.04%、Ba:0.007〜0.05%、Ca:0.005〜0.03%、Mg:0.05〜0.4%のうち1種または2種以上を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金部材。
An aluminum alloy member having a base member made of an aluminum alloy and a soldering surface portion for soldering and joining another member to the base member,
The soldering surface portion includes a brazing material layer bonded to the surface of the base member,
A Ni foil layer brazed to the brazing material layer,
The brazing filler metal layer contains Si: 6 to 13% (mass%, the same applies hereinafter), Li: 0.004 to 0.1%, Be: 0.005 to 0.04%, Ba: 0.00. It contains one or more of 007 to 0.05%, Ca: 0.005 to 0.03%, Mg: 0.05 to 0.4%, and the balance is made of Al and inevitable impurities. An aluminum alloy member characterized by the above.
上記Ni箔層は、上記ベース部材を芯材とし、上記ろう材層を皮材とする二層クラッド材にろう付け接合されていることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金部材。   2. The aluminum alloy member according to claim 1, wherein the Ni foil layer is brazed and joined to a two-layer clad material having the base member as a core material and the brazing material layer as a skin material. 上記ベース部材は、上記はんだ付け面部に接合する発熱部材の冷却を促進する放熱部材であることを特徴とする請求項1または2に記載のアルミニウム合金部材。   The aluminum alloy member according to claim 1, wherein the base member is a heat radiating member that promotes cooling of the heat generating member joined to the soldering surface portion. 上記ベース部材は、板材よりなるとともに、上記ろう材層を設けた面の反対側の面には上記ろう材層と同じ化学成分組成を有する第2ろう材層が接合されていることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金部材。   The base member is made of a plate material, and a second brazing material layer having the same chemical composition as the brazing material layer is joined to a surface opposite to the surface on which the brazing material layer is provided. The aluminum alloy member according to claim 1. 上記Ni箔層は、上記ベース部材を芯材とし、上記ろう材層及び上記第2ろう材層を皮材とする三層クラッド材の上記ろう材層にろう付け接合されていることを特徴とする請求項4に記載のアルミニウム合金部材。   The Ni foil layer is brazed and joined to the brazing material layer of a three-layer clad material having the base member as a core material and the brazing material layer and the second brazing material layer as skin materials. The aluminum alloy member according to claim 4. 上記第2ろう材層には、アルミニウム合金よりなり、上記はんだ付け面部に接合する発熱部材の冷却を促進する放熱部材がろう付け接合されていることを特徴とする請求項4または5に記載のアルミニウム合金部材。   The heat radiation member which accelerates | stimulates cooling of the heat generating member which consists of aluminum alloys and is joined to the said soldering surface part is brazed and joined to the said 2nd brazing material layer. Aluminum alloy member. 上記ろう材層は、Si:6〜13%、Li:0.004〜0.1%を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分組成を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のアルミニウム合金部材。   The brazing filler metal layer contains Si: 6 to 13%, Li: 0.004 to 0.1%, and the balance has a chemical composition composed of Al and inevitable impurities. The aluminum alloy member according to any one of 6. 上記ろう材層は、さらに、Be:0.005〜0.04%、Ba:0.007〜0.05%、Ca:0.005〜0.03%、Mg:0.05〜0.4%のうち1種または2種以上を含有していることを特徴とする請求項7に記載のアルミニウム合金部材。   The brazing filler metal layer further includes Be: 0.005 to 0.04%, Ba: 0.007 to 0.05%, Ca: 0.005 to 0.03%, Mg: 0.05 to 0.4. The aluminum alloy member according to claim 7, wherein the aluminum alloy member contains 1 type or 2 types or more of%. 上記ベース部材は、Mg:0.2〜1.3%を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のアルミニウム合金部材。   The aluminum alloy member according to any one of claims 1 to 8, wherein the base member is made of an aluminum alloy containing Mg: 0.2 to 1.3%. 上記Ni箔層は、厚さが0.005〜0.05mmであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のアルミニウム合金部材。   The aluminum alloy member according to any one of claims 1 to 9, wherein the Ni foil layer has a thickness of 0.005 to 0.05 mm.
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