JP7211558B2 - 銅合金接合体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、銅合金接合体及びその製造方法に関する。
燃料電池車等に水素を補給する水素ステーションでは、約－４５℃に冷却された高圧水素の急速な供給を可能とするためのプレクーラーが設置されている。すなわち、燃料電池車等のタンクに水素を急速に充填すると断熱圧縮によりタンク温度が上昇し危険であるため、供給時にプレクーラーで水素を冷却しておくことで、燃料電池車等への高圧水素の安全かつ急速な供給を可能としている。したがって、水素ステーション用プレクーラーの主要構成部品である熱交換器には、水素脆性を呈しないことは勿論のこと、高圧に耐えうる引張強度、及び効率的な冷却を可能とする熱伝導性を備えた材料を用いることが好ましい。現在、水素ステーション用プレクーラーの熱交換器には水素脆化を起こさないという要件から、ＳＵＳ３１６Ｌ（Ｎｉ当量材）等の高圧水素用ステンレス鋼が採用されているが、引張強度及び熱伝導性の観点で改善の余地を残している。
高い引張強度と熱伝導性を有する材料として知られているベリリウム銅は、熱交換器用素材として好適であり、高圧水素下でも水素脆化を起こさないことも確認されている。例えば、特許文献１（特開平９－８７７８０号公報）には、水素ステーション用途ではないものの、Ｂｅ含有率が１．０～２．５％、ＮｉとＣｏの合計含有率が０．２～０．６％、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる熱交換器用ベリリウム銅合金が開示されている。また、特許文献２（特開２０１７－１４５４７２号公報）には、Ｂｅ含有量が０．２０～２．７０重量％、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅの合計含有量が０．２０～２．５０重量％、Ｃｕ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅの合計含有量が９９重量％以上であるベリリウム銅合金が開示されており、耐水素脆性、引張強度及び熱伝導性に優れるとされている。ベリリウム銅合金は、水素脆性を呈しない（すなわち耐水素脆性を有する）のに加え、高圧水素用ステンレス鋼よりも高い引張強度（例えば約１．５～２．５倍）、ステンレス鋼よりも高い熱伝導性（例えば約７～１６倍）を有するため、低純銅や低強度の銅合金では実現できない高圧水素用熱交換器のサイズをステンレス鋼製のものよりも格段に小さくすることができる（例えば約４分の１）。
水素ステーション用プレクーラーの熱交換器は、水素及び冷媒を通す流路を形成するため、スリット又は溝を備えた金属板を多層接合した構造を有する。現在採用されている高圧水素用ステンレス鋼の接合方法としては、接合温度への減圧昇温過程で表層の酸化被膜を昇華除去し、融点以下の高温下で接合部に密着圧力を加えてステンレス鋼板同士を接合させる拡散接合が広く知られている。しかしながら、銅合金は、（ｉ）単純な減圧昇温では容易に除去し難い強固な酸化被膜を有する、及び／又は（ｉｉ）接合前に酸化被膜を除去しても接合工程における高真空下の昇温中において接合面（密着面）においても酸化被膜が再形成しやすい（しかも接合温度近くの温度になっても当該酸化被膜が昇華しにくい）。かかる銅合金を同様の工程で拡散接合を行った場合、一定の接合強度は確保されるが、母材同等の組織と強度を得ることは困難であった。特に、上述した高圧の熱交換器用途で求められるような極めて高い強度の銅合金部材を実現するために、時効硬化性銅合金に溶体化処理及び時効処理を施す必要がある。しかし、十分な接合強度が確保されていない時効硬化性銅合金の拡散接合体は溶体化処理及び時効処理に伴う厳しい熱衝撃や寸法変動に耐え切れず、接合部で破断してしまうという問題があった。
本発明者は、今般、ベリリウム含有量０．７重量％以下の時効硬化性銅合金を選択的に採用し、接合面を所定の平坦性に仕上げて酸化被膜を除去した後に、拡散接合（及び必要に応じて均質化処理）を行った場合に、接合界面を消失させる（あるいはそうでなくても接合界面の酸化被膜を厚さ５．０ｎｍ以下とする）ように溶体化処理及び時効処理を施すことができ、それにより極めて高い接合強度を有する銅合金接合体を提供できるとの知見を得た。
したがって、本発明の目的は、接合処理後の溶体化処理及び時効処理に耐えることで、極めて高い接合強度が実現された時効硬化性銅合金の接合体を提供することにある。
本発明の一態様によれば、互いに拡散接合された複数の時効硬化性銅合金製の部材で構成される銅合金接合体であって、前記銅合金接合体は溶体化処理及び時効処理が施されたものであり、
前記時効硬化性銅合金のベリリウム含有量が０．７重量％以下であり、かつ、
（ｉ）前記複数の部材の接合界面が消失している、及び／又は
（ｉｉ）前記複数の部材の接合界面が残留しており、該接合界面の酸化被膜の厚さが０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下である、銅合金接合体が提供される。
前記時効硬化性銅合金のベリリウム含有量が０．７重量％以下であり、かつ、
（ｉ）前記複数の部材の接合界面が消失している、及び／又は
（ｉｉ）前記複数の部材の接合界面が残留しており、該接合界面の酸化被膜の厚さが０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下である、銅合金接合体が提供される。
本発明の他の一態様によれば、銅合金接合体の製造方法であって、
接合されるべき面が０．１ｍｍ以下の平面度及び６．３μｍ以下の十点平均粗さＲｚｊｉｓを有する平坦面である、ベリリウム含有量が０．７重量％以下である時効硬化性銅合金製の複数の部材を用意する工程と、
前記複数の部材の接合されるべき表面に存在する酸化被膜を除去する工程と、
前記複数の部材を熱間プレスにより拡散接合させて中間接合体とする工程と、
前記中間接合体に、７００～１１００℃の温度で１分～３時間の加熱及びその後の水冷を伴う溶体化処理を施す工程と、
前記溶体化処理が施された中間接合体に３５０～５５０℃で３０分～４８０分間の時効処理を施す工程と、
を含む、銅合金接合体の製造方法が提供される。
接合されるべき面が０．１ｍｍ以下の平面度及び６．３μｍ以下の十点平均粗さＲｚｊｉｓを有する平坦面である、ベリリウム含有量が０．７重量％以下である時効硬化性銅合金製の複数の部材を用意する工程と、
前記複数の部材の接合されるべき表面に存在する酸化被膜を除去する工程と、
前記複数の部材を熱間プレスにより拡散接合させて中間接合体とする工程と、
前記中間接合体に、７００～１１００℃の温度で１分～３時間の加熱及びその後の水冷を伴う溶体化処理を施す工程と、
前記溶体化処理が施された中間接合体に３５０～５５０℃で３０分～４８０分間の時効処理を施す工程と、
を含む、銅合金接合体の製造方法が提供される。
本発明の別の態様によれば、コルソン銅（ＥＮ材料番号ＣＷ１０９Ｃ、ＣＷ１１１Ｃ、ＵＮＳ合金番号Ｃ１９０１０、Ｃ７０２５０、ＡＭＰＣＯ９４４、及びＡＭＰＣＯ９４０）で構成される耐水素部材が提供される。あるいは、コルソン銅の耐水素部材における使用、又はコルソン銅を使用することを含む耐水素部材の製造方法が提供される。コルソン銅は高圧水素下でも水素脆化を起こさないことを本発明者は今回確認した。
銅合金接合体
本発明の銅合金接合体は、互いに拡散接合された複数の時効硬化性銅合金製の部材で構成され、溶体化処理及び時効処理が施されたものである。時効硬化性銅合金のベリリウム含有量は０．７重量％以下である。そして、この銅合金接合体は、（ｉ）複数の部材の接合界面が消失している、及び／又は（ｉｉ）複数の部材の接合界面が残留しており、該接合界面の酸化被膜の厚さが０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であるものである。このように、ベリリウム含有量０．７重量％以下の時効硬化性銅合金を選択的に採用した場合に、接合界面を消失させる（あるいはそうでなくても接合界面の酸化被膜を厚さ５．０ｎｍ以下とする）ように、（必要に応じて均質化処理を行った後）溶体化処理及び時効処理を施すことで、極めて高い接合強度を有する銅合金接合体を提供することができる。
本発明の銅合金接合体は、互いに拡散接合された複数の時効硬化性銅合金製の部材で構成され、溶体化処理及び時効処理が施されたものである。時効硬化性銅合金のベリリウム含有量は０．７重量％以下である。そして、この銅合金接合体は、（ｉ）複数の部材の接合界面が消失している、及び／又は（ｉｉ）複数の部材の接合界面が残留しており、該接合界面の酸化被膜の厚さが０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であるものである。このように、ベリリウム含有量０．７重量％以下の時効硬化性銅合金を選択的に採用した場合に、接合界面を消失させる（あるいはそうでなくても接合界面の酸化被膜を厚さ５．０ｎｍ以下とする）ように、（必要に応じて均質化処理を行った後）溶体化処理及び時効処理を施すことで、極めて高い接合強度を有する銅合金接合体を提供することができる。
前述したとおり、（ｉ）単純な減圧昇温では容易に除去し難い強固な酸化被膜を有する、及び／又は（ｉｉ）高真空下においても酸化被膜を再形成する銅合金を同様の工程で拡散接合を行った場合、一定の接合強度は確保されるが、母材と同等の組織と強度を得ることは困難であった。特に、上述した熱交換器用途で求められるような極めて高い強度の銅合金部材を実現するためには、時効硬化性銅合金に溶体化処理及び時効処理を施すことが必要であるが、時効硬化性銅合金の拡散接合体は溶体化処理及び時効処理に伴う厳しい熱衝撃や寸法変動に耐え切れず、接合部で破断してしまうという問題があった。
この点、本発明の上記構成によれば、このような問題が好都合に解消され、極めて高い接合強度を有する銅合金接合体を提供することが可能となる。その理由は、後述する本発明者の確認試験において明らかとなったように、以下のとおりである。すなわち、ベリリウム含有量０．７重量％以下の時効硬化性銅合金を選択的に採用し、接合面の平坦性と表面粗さを拡散接合に適するように調整した上で接合面の酸化被膜を除去し、銅合金部材の接合界面同士を密着させて加圧昇温して拡散接合を行う。この場合には、ベリリウム含有量が０．７重量％を超える時効硬化性銅合金において形成される接合面の酸化被膜が形成されない、あるいは極めて軽微にしか形成されないために、溶体化処理及び時効処理に十分に耐えうる高品質の拡散接合が実現される。
ところで、ステンレス鋼、純銅等は拡散接合により高い信頼性を持つ接合を行うことができることが知られている。ステンレス鋼は大気下で形成される表層の緻密なクロム酸化被膜が保護被膜となり強い耐候性を有するが、この酸化被膜は高真空下で７００℃を越える温度で加温すると昇華する。このため、拡散接合における昇温中に自然に除去されて表層に酸化被膜の無い活性なステンレス鋼の表面が容易に得られるので、接合温度で加圧するだけで、接合界面に酸化物及びその他の異物が残らない良好な接合を行うことができる。また、純銅は表層に酸化銅（ＣｕＯ）皮膜を有するが、拡散接合温度で保持している間に当該酸化物は分解し、酸素は銅マトリックス中に拡散するので、ステンレス鋼同様、接合界面に酸化物及びその他の異物が残らない良好な接合を行うことができる。
本発明者は、本発明の完成に先立つ試験において、時効硬化性銅合金に従前より知られる拡散接合を行った際には一定の接合強度が得られるが、得られた接合体に溶体化時効処理を施した場合に接合強度が劣化して破断してしまうことが多いことを確認した。この現象は、時効硬化性銅合金中最も高い強度が得られることで知られるベリリウム銅２５合金（ＪＩＳ Ｃ１７２０）において顕著であった。本発明者は、この原因がステンレス鋼や純銅においては確認されない、接合面に残留する酸化被膜であると推定し、酸化被膜が残留するメカニズムを明らかにするため、図１Ａに示されるような以下の実験を行った。図１Ｂ及び１Ｃに示される各合金を１５ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの寸法の板状に加工後、得られた試験片１０の１５ｍｍ×１５ｍｍの上下面をラップ加工して、平面度０．１ｍｍ以下及び表面粗さＲｚｊｉｓ０．８μｍ以下に平坦化した後、試験を行う直前に３０％硝酸で洗浄して酸化被膜を除去した。各合金について３つの試験片１０を作製した。図１Ａに示されるように、試験片１０の１つは炉内真空雰囲気に触れる状態で、残りの２枚の試験片１０は積層して（拡散接合における接合面のように）密着させた状態で、それぞれ接合炉内に入れた。接合炉内にて各種減圧条件下で、接合時と同様の熱処理を行った後に取出し、前者は炉内雰囲気に触れていた面（以下、炉内解放面という）、後者は試料相互が密着していた面（以下、密着面という）をアルゴンエッチングしながら、表層の酸化被膜１２をＸ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ、製品名：Ｑｕａｎｔｅｒａ ＳＸＭ、アルバック・ファイ社製）で元素分析した。
図１Ｂ及び１Ｃに各合金の、酸洗後、炉内解放面熱処理後、及び／又は密着面熱処理後の酸化被膜の測定結果を示す。これらの結果から、いずれの合金の試験も酸洗により完全に酸化被膜が除去されていること、炉内解放面は５×１０－５Ｔｏｒｒの高真空下であっても非常に厚い酸化被膜が形成されることが分かる。接合において問題となる、密着面の酸化被膜形成度合いは、
ｉ）ベリリウム含有量が０．７重量％以下の各合金（ベリリウム銅１１合金、ベリリウム銅５０合金、ベリリウム銅１０Ｚｒ合金、クロム銅合金、コルソン銅ＡＭＰＣＯ９４０、及びコルソン銅ＡＭＰＣＯ９４４）を５×１０－５Ｔｏｒｒ（拡散ポンプで連続排気している際に達成される真空度）の高真空下で接合温度で処理した際には酸化被膜が形成されないか、あるいは非常に軽微にしか形成されないこと、
ｉｉ）ベリリウム含有量が０．７重量％以下の各合金であっても、１×１０－１Ｔｏｒｒ程度の真空度では、密着面に侵入する酸素により酸化被膜が形成されうること、及び
ｉｉｉ）ベリリウム含有量が０．７重量％を越える各合金（ベリリウム銅２５合金及びベリリウム銅１６５合金）は、５×１０－５Ｔｏｒｒの高真空下で処理しても、密着面に侵入する酸素により酸化被膜が形成されること
が確認された。以上の結果から、ベリリウムは酸素との親和性が極めて高いため、一定以上のベリリウム濃度の場合、高い真空度下で部材の密着度を上げても接合面間に侵入する酸素による酸化被膜形成を抑止することが困難であり、接合面に酸化被膜を残留させないためには素材の選定にあたりベリリウム含有量を考慮しなければならないことが分かった。
ｉ）ベリリウム含有量が０．７重量％以下の各合金（ベリリウム銅１１合金、ベリリウム銅５０合金、ベリリウム銅１０Ｚｒ合金、クロム銅合金、コルソン銅ＡＭＰＣＯ９４０、及びコルソン銅ＡＭＰＣＯ９４４）を５×１０－５Ｔｏｒｒ（拡散ポンプで連続排気している際に達成される真空度）の高真空下で接合温度で処理した際には酸化被膜が形成されないか、あるいは非常に軽微にしか形成されないこと、
ｉｉ）ベリリウム含有量が０．７重量％以下の各合金であっても、１×１０－１Ｔｏｒｒ程度の真空度では、密着面に侵入する酸素により酸化被膜が形成されうること、及び
ｉｉｉ）ベリリウム含有量が０．７重量％を越える各合金（ベリリウム銅２５合金及びベリリウム銅１６５合金）は、５×１０－５Ｔｏｒｒの高真空下で処理しても、密着面に侵入する酸素により酸化被膜が形成されること
が確認された。以上の結果から、ベリリウムは酸素との親和性が極めて高いため、一定以上のベリリウム濃度の場合、高い真空度下で部材の密着度を上げても接合面間に侵入する酸素による酸化被膜形成を抑止することが困難であり、接合面に酸化被膜を残留させないためには素材の選定にあたりベリリウム含有量を考慮しなければならないことが分かった。
本発明の銅合金接合体に用いる時効硬化性銅合金は、ベリリウム含有量が０．７重量％以下であれば特に限定されない。０．７重量％を超える高Ｂｅ含有量のベリリウム銅合金（例えばベリリウム銅２５合金（ＪＩＳ合金番号Ｃ１７２０））を用いた接合体は接合面の酸化被膜が顕著に残留して、溶体化処理及び時効処理に耐えることができず、溶体化処理又は時効処理後に接合部で破断してしまう。しかし、０．７重量％以下もの低Ｂｅ含有量の時効硬化性銅合金を選択的に用いて拡散接合させることで、溶体化処理及び時効処理に耐え、極めて高い接合強度を有する銅合金接合体を実現することができる。このような時効硬化性銅合金の例としては、ベリリウム銅１１合金（ＪＩＳ合金番号Ｃ１７５１、ＥＮ材料番号ＣＷ１１０Ｃ、及びＵＮＳ合金番号Ｃ１７５１０）、ベリリウム銅１０合金（ＥＮ材料番号ＣＷ１０４Ｃ及びＵＮＳ合金番号Ｃ１７５００）、ベリリウム銅ＣｕＣｏ１Ｎｉ１Ｂｅ（ＥＮ材料番号ＣＷ１０３Ｃ）、ベリリウム銅１４Ｚ合金、ベリリウム銅５０合金、ベリリウム銅１０Ｚｒ合金、クロム銅（ＵＮＳ合金番号Ｃ１８２００）、クロムジルコニウム銅（ＵＮＳ合金番号Ｃ１８５１０及びＥＮ材料番号ＣＷ１０６Ｃ）、ジルコニウム銅（ＵＮＳ合金番号Ｃ１５０００、ＥＮ材料番号ＣＷ１２０Ｃ）、並びにコルソン銅（ＥＮ材料番号ＣＷ１０９Ｃ、ＣＷ１１１Ｃ、ＵＮＳ合金番号Ｃ１９０１０、Ｃ７０２５０、ＡＭＰＣＯ９４４、及びＡＭＰＣＯ９４０）が挙げられ、より好ましくは、ベリリウム銅１１合金、ベリリウム銅１０合金、ベリリウム銅ＣｕＣｏ１Ｎｉ１Ｂｅ、ベリリウム銅１４Ｚ合金、ベリリウム銅５０合金、又はベリリウム銅１０Ｚｒ合金であり、最も好ましくはベリリウム銅１１合金である。これらの好ましい時効硬化性合金は、溶体化時効後の極めて高い接合強度を実現できるのみならず、耐水素脆化特性及び熱伝導性にも優れており、水素ステーション用プレクーラーの熱交換器用の材料として特に有利である。上述した各種銅合金の組成を以下の表１に示す。
前述したとおり、溶体化処理及び時効処理が施された本発明の銅合金接合体は、以下のいずれか一方又は両方の条件：
（ｉ）複数の部材の接合界面が消失している、
（ｉｉ）複数の部材の接合界面が残留しており、該接合界面の酸化被膜の厚さが０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下である、
を満たすものであり、高い接合強度の実現に寄与する。接合界面の消失ないし残留は、銅合金接合体の接合部を含む断面を光学顕微鏡により２００～１０００倍の倍率で観察することにより判定するものとする（例えば図２及び３を参照）。接合界面の消失／残留は、接合前の銅合金部材の接合面の痕跡が残っているか否かで判定されるべきであり、接合界面を超える粒成長により接合面由来の粒界が移動している場合には接合界面が残留しているとは判定しないものとする。その結果、複数の部材の接合界面が残留している場合には、接合界面の酸化被膜の厚さを測定して、その厚さが０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であるか否かを判定すればよい。接合界面の酸化被膜の厚さは、接合界面を含む断面を走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察し、電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ）／エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により当該断面の元素マッピング像を取得し、ＳＴＥＭ像とＥＥＬＳ／ＥＤＸ元素マッピング像と対比することにより酸化被膜を特定し、その厚さを決定することができる。なお、接合界面に存在する酸化被膜は、層状の被膜のみならず、粒子状の被膜（すなわち酸化物粒子）であることもあり、その場合は酸化物粒子の高さも酸化被膜の厚さに含めるものとする。いずれにしても、接合界面の有無は光学顕微鏡で確認できるため、比較的簡便かつ安価に行える一方、ＳＴＥＭ－ＥＥＬＳ／ＥＤＸは手間のかかる高価な分析手法である。したがって、上記条件（ｉ）及び／又は（ｉｉ）を満たすか否かを判定するにあたり、
１）上記条件（ｉ）を満たすか否かを光学顕微鏡で確認する（条件（ｉ）を満たしていれば酸化被膜の確認は不要とする）、
２）上記条件（ｉ）を満たさない場合には、ＳＴＥＭ－ＥＥＬＳ／ＥＤＸにより接合界面の酸化被膜の厚さを測定する、
のスキームを採用するのが好ましい。
（ｉ）複数の部材の接合界面が消失している、
（ｉｉ）複数の部材の接合界面が残留しており、該接合界面の酸化被膜の厚さが０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下である、
を満たすものであり、高い接合強度の実現に寄与する。接合界面の消失ないし残留は、銅合金接合体の接合部を含む断面を光学顕微鏡により２００～１０００倍の倍率で観察することにより判定するものとする（例えば図２及び３を参照）。接合界面の消失／残留は、接合前の銅合金部材の接合面の痕跡が残っているか否かで判定されるべきであり、接合界面を超える粒成長により接合面由来の粒界が移動している場合には接合界面が残留しているとは判定しないものとする。その結果、複数の部材の接合界面が残留している場合には、接合界面の酸化被膜の厚さを測定して、その厚さが０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であるか否かを判定すればよい。接合界面の酸化被膜の厚さは、接合界面を含む断面を走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察し、電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ）／エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により当該断面の元素マッピング像を取得し、ＳＴＥＭ像とＥＥＬＳ／ＥＤＸ元素マッピング像と対比することにより酸化被膜を特定し、その厚さを決定することができる。なお、接合界面に存在する酸化被膜は、層状の被膜のみならず、粒子状の被膜（すなわち酸化物粒子）であることもあり、その場合は酸化物粒子の高さも酸化被膜の厚さに含めるものとする。いずれにしても、接合界面の有無は光学顕微鏡で確認できるため、比較的簡便かつ安価に行える一方、ＳＴＥＭ－ＥＥＬＳ／ＥＤＸは手間のかかる高価な分析手法である。したがって、上記条件（ｉ）及び／又は（ｉｉ）を満たすか否かを判定するにあたり、
１）上記条件（ｉ）を満たすか否かを光学顕微鏡で確認する（条件（ｉ）を満たしていれば酸化被膜の確認は不要とする）、
２）上記条件（ｉ）を満たさない場合には、ＳＴＥＭ－ＥＥＬＳ／ＥＤＸにより接合界面の酸化被膜の厚さを測定する、
のスキームを採用するのが好ましい。
本発明の銅合金接合体の接合界面に存在しうる酸化被膜の厚さは０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であるが、好ましくは０ｎｍ以上４．０ｎｍ以下、より好ましくは０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下、さらに好ましくは０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下、特に好ましくは０ｎｍ以上１．５ｎｍ以下、最も好ましくは０ｎｍ以上１．０ｎｍ以下である。このように薄い酸化被膜であれば、接合界面が消失した場合と同様、溶体化時効処理に耐え、時効処理後に極めて高い接合強度の銅合金接合体が得られる。
本発明の銅合金接合体は、接合界面又は接合界面であった位置（旧接合界面）を超えて成長した時効硬化性銅合金の結晶粒を含むものでありうる。すなわち、本発明の銅合金接合体は、接合前の銅合金部材の接合面にあった結晶粒が接合後に組み変わって再結晶された構造を接合界面ないし旧接合界面に有しており、接合当初の接合界面のままではないことが観察され得る。銅合金接合体がこのような接合微構造を有することで、接合強度がより優れたものとなる。
本発明の銅合金接合体は、接合界面又は接合界面であった位置（旧接合界面）には時効硬化性銅合金以外の材料に由来する残留成分が無いことが母材強度同等の高い接合強度と母材同等の耐水素特性を確保する観点から好ましい。したがって、本発明の銅合金接合体は接合にろう材等の接合剤を含まないことが望まれる。すなわち、本発明の銅合金接合体は、時効硬化性銅合金のみからなるものが好ましい。
銅合金接合体の母材及び接合部の溶体化時効処理後強度は、好ましくは５２０ＭＰａ以上であり、より好ましくは６９０ＭＰａ以上である。銅合金接合体がこのような強度であることで、水素ステーション用プレクーラーの熱交換器としての用途を始めとする高強度用途で求められる基準を十分に満たしたものとなる。強度は高いことが望まれるため、その上限値は規定されるべきではないが、本発明に係るベリリウム含有量が０．７重量％以下の銅合金接合体の母材及び接合部の溶体化時効処理後の強度は、典型的には８９５ＭＰａ以下である。銅合金接合体の母材及び接合部の溶体化時効処理前後の強度は、接合部が試験片中央位置となるようにＡＳＴＭ Ｅ８Ｍ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ３に準拠される試験片を作製し、当該試験片に対してＡＳＴＭ Ｅ８Ｍに準じた手順で引張試験を行うことにより測定することができる。
銅合金接合体の接合部を含む母材の熱伝導率は高いことが望まれる。熱伝導は電気伝導同様、伝導電子に基づくエネルギー伝達であるので、両者間にはヴィーデマン・フランツ則と呼ばれる相関関係があり、熱伝導率は、より簡便に計測できる電気伝導率と相互に換算することができる。銅合金接合体の接合部を含む母材の熱伝導率（及びその換算電気伝導率）は、好ましくは２０９Ｗ／ｍＫ以上（換算電気伝導率５０ＩＡＣＳ％以上）であり、より好ましくは２２８Ｗ／ｍＫ以上（換算電気伝導率５５ＩＡＣＳ％以上）、さらに好ましくは２４６Ｗ／ｍＫ以上（換算電気伝導率６０ＩＡＣＳ％以上）である。このように高い熱伝導率であると、熱交換器に用いた際に熱交換効率が極めて高い点が有利となる（例えば水素特性が優れるために現在プレクーラーの熱交換器に用いられているＳＵＳ３１６ＬＮｉ当量品の熱伝導率は１６Ｗ／ｍＫと非常に低く、熱交換効率が悪い点が運用上の難点となっている）。熱伝導率が高いことが望まれるため、その上限値は規定されるべきではないが、本発明に係るベリリウム含有量が０．７重量％以下の銅合金接合体の接合部を含む母材であって、母材及び接合部強度５２０ＭＰａ以上を確保できるものの熱伝導率は、典型的には２８０Ｗ／ｍＫ以下である。
接合部を含む銅合金接合体は、ひずみ速度５×１０－５ｓ－１以下の範囲（例えば５×１０－５ｓ－１）で行う低ひずみ速度引張（ＳＳＲＴ：Ｓｌｏｗ Ｓｔｒａｉｎ Ｒａｔｅ Ｔｅｎｓｉｌｅ）試験において、水素ガス中での引張強度が５２０ＭＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは６９０ＭＰａ以上である。この銅合金接合体は、接合部を含め耐水素脆化特性に優れると共に高い引張強度を有する。この低ひずみ速度引張試験は、ＡＳＴＭ－Ｇ－１４２に準じて行うものとする。低ひずみ速度引張試験では、例えば、定形の試験片（平滑試験片）を用いて行えばよい。一般的に、平滑試験片では、水素ガス中の引張強度や絞りを水素の影響のない参照ガス中の引張強度や絞りで除した相対引張強度ＲＴＳや相対絞りＲＲＡを用いて水素感受性を評価する。平滑試験片の低ひずみ速度引張試験では、例えば、ひずみ速度５×１０－５ｓ－１で測定するものとしてもよい。７０ＭＰａ級のＦＣＶ（燃料電池自動車）や水素ステーションを想定し、この低ひずみ速度引張試験を、９５ＭＰａ以上の水素ガス圧力で行うものとする。水素ガス圧がより高ければ、材料中に侵入する水素量が多くなるため、試験片が水素曝露による影響を受けやすく、水素脆性をより適切に評価することができる。本願に関する試験では定形の試験片（平滑試験片）を用いて相対引張強度ＲＴＳや相対絞りＲＲＡを用いて水素特性を評価した。
この接合部を含む銅合金接合体では、上記低ひずみ速度引張試験において、引張強度が５２０ＭＰａ以上、望ましくは６９０ＭＰａ以上であるときに、相対絞りＲＲＡが０．８以上であることが好ましく、より好ましくは０．９以上である。また、引張強度ＲＴＳが０．８以上であることが好ましく、より好ましくは０．９以上である。接合部を含む銅合金接合体の引張強度が常温大気下又は９５ＭＰａ以上の水素ガス圧下で上記範囲内の値であり、かつ、そのＲＲＡ及びＲＴＳも上記範囲内の値を充足することは、この銅合金接合体が高強度でありかつ耐水素脆化特性にも優れることを意味し、それ故、水素ステーション用プレクーラーの熱交換器としての用途に特に適したものとなる。上記引張強度は高いことが望まれるため、その上限値は規定されるべきではないが、本発明に係るベリリウム含有量が０．７重量％以下の銅合金接合体の常温大気下又は９５ＭＰａ以上の水素ガス圧下での低ひずみ速度引張試験における引張強度は、典型的には８９５ＭＰａ以下である。
銅合金接合体は、その内部に流路空間を備える形態としてもよい。この場合、流路空間を水素や冷媒等の媒体を通すための内部空間として利用することができる。したがって、流路空間を備えた銅合金接合体は、水素及び冷媒をそれぞれ通す複数の流路空間を備えていることが望まれる水素ステーション用プレクーラーの熱交換器としての用途に好ましく用いることができる。
製造方法
本発明の銅合金接合体は、複数の時効硬化性銅合金製の部材に、必要に応じて接合表面の平滑化（任意工程）、酸化被膜の除去、熱間プレス接合（拡散接合）、必要に応じて均質化処理（任意工程）、溶体化処理、及び時効処理を順次行うことにより、製造することができる。具体的には以下のとおりである。
本発明の銅合金接合体は、複数の時効硬化性銅合金製の部材に、必要に応じて接合表面の平滑化（任意工程）、酸化被膜の除去、熱間プレス接合（拡散接合）、必要に応じて均質化処理（任意工程）、溶体化処理、及び時効処理を順次行うことにより、製造することができる。具体的には以下のとおりである。
（ａ）銅合金部材の用意
まず、接合に用いるための複数の時効硬化性銅合金製の部材を用意する。この時効硬化性銅合金は、ベリリウム含有量が０．７重量％以下であり、前述したとおりのものを用いることができる。熱交換体として製造される積層接合体の最上面材と最下面材は圧延材もしくは鍛造材、最上面と最下面以外の冷却水路を内部に有する又は有しない多数の積層材には圧延材が好ましく用いられる。
まず、接合に用いるための複数の時効硬化性銅合金製の部材を用意する。この時効硬化性銅合金は、ベリリウム含有量が０．７重量％以下であり、前述したとおりのものを用いることができる。熱交換体として製造される積層接合体の最上面材と最下面材は圧延材もしくは鍛造材、最上面と最下面以外の冷却水路を内部に有する又は有しない多数の積層材には圧延材が好ましく用いられる。
本発明の銅合金接合体には水素劣化を起こさない銅合金素材を用いることが好ましい。銅合金素材に関して、例えば、白銅（Ｃｕ－１０％～３０％）においてＮｉ濃度が２０％以上で水素特性劣化が顕著になることや、タフピッチ銅（脱酸していない純銅）でも水素特性劣化が顕著に起こることが知られている。したがって、本発明の銅合金接合体に用いる銅合金を選択するにあたり、大気中及び高圧水素下（例えば９５ＭＰａ水素中）の各雰囲気で低ひずみ速度引張試験（例えば、ＡＳＴＭ－Ｇ－１４２に準じ、平滑試験片では変位速度を０．００１ｍｍ／ｓｅｃ（ひずみ速度０．００００５／ｓｅｃ））を行い、大気中での試験結果と高圧水素下での試験結果とを比較することで、水素下での劣化を起こさない銅合金材料であることを確認することが望まれる。例えば、本発明の銅合金接合体は、ひずみ速度５×１０－５ｓ－１以下で行われる低ひずみ速度引張試験で測定される、水素ガス中でのＲＲＡ（相対絞り）が０．８以上である銅合金部材を用いて作製されたものであるのが好ましく、より好ましくは０．９以上である。
ここで、接合に用いるための複数の時効硬化性銅合金製の部材は、接合されるべき面が０．１ｍｍ以下の平面度、及び６．３μｍ以下（好ましくは２．０μｍ以下）の十点平均粗さＲｚｊｉｓを有する平坦面を有する必要がある。すなわち、前述したとおり、接合部材表面の酸化被膜を除去しても、熱間プレス接合（拡散接合）において接合面の再酸化を抑止するためには、高真空雰囲気下でも接合面に侵入してくる酸素原子が十分に少なくなるよう接合面の密着性を確保する必要があり、上記範囲内の平面度及び十点平均粗さであればこの密着性を確保することができる。接合される部材が圧延材である場合は上記範囲内の平面度及び十点平均粗さを満たしていることが多いため、特段の平滑化工程は不要である。一方、上記範囲内の平面度及び十点平均粗さを充足していない場合には、研磨、切削加工、及び／又はその他の手法により上記範囲内の平面度及び十点平均粗さを有する平坦面を形成する。なお、板材にカール等がある場合があるが、板厚精度が良好に調整されており、熱間プレス接合（拡散接合）において必要な荷重をかけた際に平面度が０．１ｍｍ以下となり目的とする密着性が確保できるのであれば問題はない。なお、十点平均粗さＲｚｊｉｓは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１に規定される表面粗さである。また、本明細書において、平面度は、ＪＩＳ Ｂ ０６２１－１９８４において「平面形体の幾何学的に正しい平面（幾何学的平面）からの狂いの大きさ」と定義されるパラメータであり、対象を１対の平面で挟んだ時、その幅の示す値を意味する。
必要に応じて、次工程の酸化被膜の除去に先立ち、複数の部材の接合されるべき表面に、接合後に流路空間をもたらす溝を形成するのが好ましい。溝の形成は、エッチング、プレス加工、機械加工等、公知の様々な方法で行えばよい。こうすることで、前述したように内部に流路空間を備えた銅合金接合体の製造に用いることができる。例えば、溝入りの銅合金板と溝なしの銅合金板とを交互に積層して接合することで、流路が多数形成された銅合金積層体を製造することができる。このような構成の多層接合体は、水素及び冷媒をそれぞれ通す複数の流路空間を備えていることが望まれる水素ステーション用プレクーラーの熱交換器としての用途に好ましく用いることができる。
（ｂ）酸化被膜の除去
前述したとおり、銅合金部材の表面には酸化被膜が存在する。このため、銅合金部材の接合されるべき表面に存在する酸化被膜を除去する。酸化被膜の除去は、銅合金部材の接合されるべき表面を無機酸溶液で洗浄することにより行われるのが酸化被膜を効果的に除去できる点で好ましい。無機酸溶液の例としては、硝酸、硫酸、化学研磨液、塩酸、キリンス浴、フッ酸等が挙げられ、特に好ましくは硝酸である。なお、化学研磨液は、硫酸に酸化剤である過酸化水素を添加した酸であり、キリンス浴は、硫酸、硝酸及び塩酸の混合酸であり、水酸化ナトリウムを少量加えることもある。キリンス浴における好ましい混合比の例としては、硫酸：硝酸：塩酸＝６１：４：４、８１：１：０．０２、又は１１：１：０．０２等が挙げられる。あるいは、酸化被膜の除去は、機械的研磨によって行われてもよく、機械的研磨と無機酸溶液での洗浄とを併用してもよい。
前述したとおり、銅合金部材の表面には酸化被膜が存在する。このため、銅合金部材の接合されるべき表面に存在する酸化被膜を除去する。酸化被膜の除去は、銅合金部材の接合されるべき表面を無機酸溶液で洗浄することにより行われるのが酸化被膜を効果的に除去できる点で好ましい。無機酸溶液の例としては、硝酸、硫酸、化学研磨液、塩酸、キリンス浴、フッ酸等が挙げられ、特に好ましくは硝酸である。なお、化学研磨液は、硫酸に酸化剤である過酸化水素を添加した酸であり、キリンス浴は、硫酸、硝酸及び塩酸の混合酸であり、水酸化ナトリウムを少量加えることもある。キリンス浴における好ましい混合比の例としては、硫酸：硝酸：塩酸＝６１：４：４、８１：１：０．０２、又は１１：１：０．０２等が挙げられる。あるいは、酸化被膜の除去は、機械的研磨によって行われてもよく、機械的研磨と無機酸溶液での洗浄とを併用してもよい。
（ｃ）熱間プレス接合（拡散接合）
複数の銅合金部材を熱間プレスにより接合させて中間接合体とする。この接合は拡散接合の手法に準じて行うことができる。例えば、熱間プレスは、１．０×１０－２Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－２Ｔｏｒｒより低い圧力）の炉内において、５００～１０５０℃の温度で３０～４８０分間、１．０ＭＰａ以上の圧力を加えることにより行われるのが好ましい。もっとも、時効硬化性銅合金がＢｅを含まない場合（例えばコルソン銅）は、熱間プレスは、１．０×１０－１Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力）の炉内において、５００～１０５０℃の温度で３０～４８０分間、１．０ＭＰａ以上の圧力を加えることにより行うことができる。いずれにしても、この熱間プレスは、銅合金部材の接合時の加圧方向長さ変形量が好ましくは０．５％以上３０％以下、より好ましくは１％以上２０％以下、さらに好ましくは２％以上８％以下となるよう行われる。熱間プレス温度と圧力には適正な組み合わせがあり、好ましくは、８４０℃を越え１０５０℃以下では１ＭＰａ以上１６ＭＰａ以下であり、７２０℃を越え８４０℃以下では２ＭＰａ以上２４ＭＰａ以下であり、６００℃以上７２０℃以下では４ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下である。熱間プレス時間は、１５～４８０分間が好ましく、より好ましくは３０～１５０分間であり、さらに好ましくは３０～６０分間である。なお、熱間プレス時の炉内真空度は、酸化の進行を抑える観点から、好ましくは１．０×１０－３Ｔｏｒｒ未満、より好ましくは１．０×１０－４Ｔｏｒｒ未満、より好ましくは５．０×１０－５Ｔｏｒｒ未満である。
複数の銅合金部材を熱間プレスにより接合させて中間接合体とする。この接合は拡散接合の手法に準じて行うことができる。例えば、熱間プレスは、１．０×１０－２Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－２Ｔｏｒｒより低い圧力）の炉内において、５００～１０５０℃の温度で３０～４８０分間、１．０ＭＰａ以上の圧力を加えることにより行われるのが好ましい。もっとも、時効硬化性銅合金がＢｅを含まない場合（例えばコルソン銅）は、熱間プレスは、１．０×１０－１Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力）の炉内において、５００～１０５０℃の温度で３０～４８０分間、１．０ＭＰａ以上の圧力を加えることにより行うことができる。いずれにしても、この熱間プレスは、銅合金部材の接合時の加圧方向長さ変形量が好ましくは０．５％以上３０％以下、より好ましくは１％以上２０％以下、さらに好ましくは２％以上８％以下となるよう行われる。熱間プレス温度と圧力には適正な組み合わせがあり、好ましくは、８４０℃を越え１０５０℃以下では１ＭＰａ以上１６ＭＰａ以下であり、７２０℃を越え８４０℃以下では２ＭＰａ以上２４ＭＰａ以下であり、６００℃以上７２０℃以下では４ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下である。熱間プレス時間は、１５～４８０分間が好ましく、より好ましくは３０～１５０分間であり、さらに好ましくは３０～６０分間である。なお、熱間プレス時の炉内真空度は、酸化の進行を抑える観点から、好ましくは１．０×１０－３Ｔｏｒｒ未満、より好ましくは１．０×１０－４Ｔｏｒｒ未満、より好ましくは５．０×１０－５Ｔｏｒｒ未満である。
特に、銅合金部材の表面に溝を形成して中間接合体に流路空間を持たせる場合、上記熱間プレスを比較的低温かつ比較的高めの圧力で行うのが、プレスによる流路潰れを軽微とするよう制御できる点で好ましい。具体的には、この態様における熱間プレスは１．０×１０－２Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－２Ｔｏｒｒより低い圧力）、より好ましくは１．０×１０－４Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－４Ｔｏｒｒより低い圧力）の真空度の炉内において、
（ｉ）８４０℃を越え９３０℃以下の温度で３０～４８０分間（好ましくは３０～６０分間）、１ＭＰａ以上４ＭＰａ以下の圧力を加えること、又は
（ｉｉ）７２０℃を越え８４０℃以下の温度で３０～４８０分間（好ましくは３０～６０分間）、２ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の圧力を加えること、又は
（ｉｉｉ）６００℃以上７２０℃以下の温度で３０～４８０分間（好ましくは３０～６０分間）、４ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力を加えることにより、
行うのが好ましい。
（ｉ）８４０℃を越え９３０℃以下の温度で３０～４８０分間（好ましくは３０～６０分間）、１ＭＰａ以上４ＭＰａ以下の圧力を加えること、又は
（ｉｉ）７２０℃を越え８４０℃以下の温度で３０～４８０分間（好ましくは３０～６０分間）、２ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の圧力を加えること、又は
（ｉｉｉ）６００℃以上７２０℃以下の温度で３０～４８０分間（好ましくは３０～６０分間）、４ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力を加えることにより、
行うのが好ましい。
（ｄ）均質化処理（任意工程）
銅合金部材の表面に溝を形成して中間接合体に流路空間を持たせる場合であって、上記比較的低温かつ比較的高めの圧力で熱間プレスを実施した場合、溶体化処理に先立ち、中間接合体に、好ましくは１．０×１０－１Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力）、又は（常圧若しくは減圧の）窒素若しくはその他の非酸化性ガス雰囲気（不活性雰囲気）の炉内において、９００～１０５０℃の温度で６０～４８０分間の均質化処理を施すのが好ましい。均質化処理は、均質化焼鈍とも称される処理であるが、本明細書においては均質化処理の用語を用いるものとする。すなわち、比較的低温かつ比較的高めの圧力で熱間プレスを実施した場合、接合界面が残留しやすいが、均質化処理を行うことで接合界面を低減又は消失させることができ、後続の溶体化処理及び時効処理を経ることで極めて高い接合強度を実現することができる。すなわち、流路の潰れ抑制と高い接合強度の両立を実現することができる。均質化処理は、酸化の進行を抑えるため、１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力の大気雰囲気中、又は常圧若しくは１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力に減圧された窒素等の不活性雰囲気中での処理が好ましい。均質化処理温度は、好ましくは９００～１０５０℃、より好ましくは９３０～１０００℃、さらに好ましくは９６０～９９０℃である。上記均質化処理温度での保持時間は６０～４８０分、より好ましくは６０～３６０分、さらに好ましくは６０～２４０分である。もっとも、銅合金部材の表面に溝を形成しない場合であっても、上記均質化処理を必要に応じて行ってよいことはいうまでもない。
銅合金部材の表面に溝を形成して中間接合体に流路空間を持たせる場合であって、上記比較的低温かつ比較的高めの圧力で熱間プレスを実施した場合、溶体化処理に先立ち、中間接合体に、好ましくは１．０×１０－１Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力）、又は（常圧若しくは減圧の）窒素若しくはその他の非酸化性ガス雰囲気（不活性雰囲気）の炉内において、９００～１０５０℃の温度で６０～４８０分間の均質化処理を施すのが好ましい。均質化処理は、均質化焼鈍とも称される処理であるが、本明細書においては均質化処理の用語を用いるものとする。すなわち、比較的低温かつ比較的高めの圧力で熱間プレスを実施した場合、接合界面が残留しやすいが、均質化処理を行うことで接合界面を低減又は消失させることができ、後続の溶体化処理及び時効処理を経ることで極めて高い接合強度を実現することができる。すなわち、流路の潰れ抑制と高い接合強度の両立を実現することができる。均質化処理は、酸化の進行を抑えるため、１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力の大気雰囲気中、又は常圧若しくは１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力に減圧された窒素等の不活性雰囲気中での処理が好ましい。均質化処理温度は、好ましくは９００～１０５０℃、より好ましくは９３０～１０００℃、さらに好ましくは９６０～９９０℃である。上記均質化処理温度での保持時間は６０～４８０分、より好ましくは６０～３６０分、さらに好ましくは６０～２４０分である。もっとも、銅合金部材の表面に溝を形成しない場合であっても、上記均質化処理を必要に応じて行ってよいことはいうまでもない。
なお、（ｃ）熱間プレス接合（拡散接合）及び（ｄ）均質化処理が、炉内温度を下げることなくプレス加重を解放して昇温することにより、連続的に行われるのが好ましい。こうすることで、流路空間が過度に潰れない温度加圧条件での熱間プレス接合（拡散接合）を行った後に、熱間プレス接合（拡散接合）及び均質化処理を、流路空間を潰す加圧を行うことなく、組織均質化に有効な温度での均質化処理を一連の連続作業として行うことができので、接合部の信頼性向上のみならず経済的観点からも有利となる。
（ｅ）溶体化処理
中間接合体には溶体化処理が施される。この溶解化処理は７００～１１００℃の温度で１～１８０分間、中間接合体を大気炉、非酸化雰囲気炉、塩浴炉等の炉で加熱した後、水冷することにより行うのが好ましい。本発明に用いる銅合金は時効硬化型合金であり、接合界面を消失させ、又は接合界面の酸化被膜の厚さを一定以下に調整した上で、溶体化処理及び後続の時効処理を経ることで、所望の調質特性（例えば高強度）、特に極めて高い接合強度を呈することができる。溶体化処理温度は、合金組成により多少適正域が異なるが、好ましくは７００～１１００℃であり、より好ましくは８００～１０５０℃、さらに好ましくは９００～１０００℃である。上記溶体化処理温度での実質保持時間は、好ましくは１～１８０分であり、より好ましくは５～９０分、さらに好ましくは１０～６０分である。
中間接合体には溶体化処理が施される。この溶解化処理は７００～１１００℃の温度で１～１８０分間、中間接合体を大気炉、非酸化雰囲気炉、塩浴炉等の炉で加熱した後、水冷することにより行うのが好ましい。本発明に用いる銅合金は時効硬化型合金であり、接合界面を消失させ、又は接合界面の酸化被膜の厚さを一定以下に調整した上で、溶体化処理及び後続の時効処理を経ることで、所望の調質特性（例えば高強度）、特に極めて高い接合強度を呈することができる。溶体化処理温度は、合金組成により多少適正域が異なるが、好ましくは７００～１１００℃であり、より好ましくは８００～１０５０℃、さらに好ましくは９００～１０００℃である。上記溶体化処理温度での実質保持時間は、好ましくは１～１８０分であり、より好ましくは５～９０分、さらに好ましくは１０～６０分である。
（ｆ）時効処理
溶体化処理が施された中間接合体には時効処理が施される。この時効処理は、合金組成により多少適正域が異なるが、３５０～５５０℃で３０～４８０分間の時効処理を施すことにより行うのが好ましい。上述のとおり、ベリリウム銅合金等の時効硬化型合金は、溶体化処理及び時効処理を経ることで所望の調質特性（例えば高強度）、特に極めて高い接合強度を呈することができる。時効処理温度は好ましくは３５０～５５０℃であり、より好ましくは４００～５００℃、さらに好ましくは４５０～４８０℃である。上記時効処理温度での保持時間は、好ましくは３０～４８０分、より好ましくは３０～３００分、さらに好ましくは６０～２４０分、特に好ましくは９０～１８０分である。時効処理は酸化抑止の観点から、１．０×１０－１Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力）、又は窒素等の非酸化雰囲気の炉内で行うことが好ましい。
溶体化処理が施された中間接合体には時効処理が施される。この時効処理は、合金組成により多少適正域が異なるが、３５０～５５０℃で３０～４８０分間の時効処理を施すことにより行うのが好ましい。上述のとおり、ベリリウム銅合金等の時効硬化型合金は、溶体化処理及び時効処理を経ることで所望の調質特性（例えば高強度）、特に極めて高い接合強度を呈することができる。時効処理温度は好ましくは３５０～５５０℃であり、より好ましくは４００～５００℃、さらに好ましくは４５０～４８０℃である。上記時効処理温度での保持時間は、好ましくは３０～４８０分、より好ましくは３０～３００分、さらに好ましくは６０～２４０分、特に好ましくは９０～１８０分である。時効処理は酸化抑止の観点から、１．０×１０－１Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力）、又は窒素等の非酸化雰囲気の炉内で行うことが好ましい。
耐水素部材
本発明の別の態様によれば、コルソン銅（ＥＮ材料番号ＣＷ１０９Ｃ、ＣＷ１１１Ｃ、ＵＮＳ合金番号Ｃ１９０１０、Ｃ７０２５０、ＡＭＰＣＯ９４４、及びＡＭＰＣＯ９４０）で構成される耐水素部材が提供される。本態様の耐水素部材は、上述したような銅合金接合体に限らず、様々な形態の銅合金製品であることができる。すなわち、後述する実施例で実証されるように、コルソン銅であっても耐水素脆化特性を有するため、耐水素部材としての利用価値がある。特に、コルソン銅は、接合を伴う製品を安定的に製造できるという利点を有するため、耐水素部材で作られた製品を安定的に供給できる点で有利となる。耐水素部材は、水素と接触する状態で用いられる部材として定義される。耐水素部材の用途の例としては、水素を収容する収容部材、水素を流通し熱交換する熱交換部材（例えば熱交換器）、水素を流通する配管部材、水素を流通する配管部材に接続される弁部材、水素を流通する配管部材に接続されるシール部材、及びそれらの組合せが挙げられる。この耐水素部材は、例えば、３０ＭＰａ以上や４５ＭＰａ以上などの中圧水素、７０ＭＰａ以上、９０ＭＰａ以上等の高圧水素と接触する状態で用いられるものでありうる。耐水素部材は、例えば、高圧水素を取り扱う水素ステーションや燃料電池自動車（ＦＣＶ）において用いられるものであってもよい。
本発明の別の態様によれば、コルソン銅（ＥＮ材料番号ＣＷ１０９Ｃ、ＣＷ１１１Ｃ、ＵＮＳ合金番号Ｃ１９０１０、Ｃ７０２５０、ＡＭＰＣＯ９４４、及びＡＭＰＣＯ９４０）で構成される耐水素部材が提供される。本態様の耐水素部材は、上述したような銅合金接合体に限らず、様々な形態の銅合金製品であることができる。すなわち、後述する実施例で実証されるように、コルソン銅であっても耐水素脆化特性を有するため、耐水素部材としての利用価値がある。特に、コルソン銅は、接合を伴う製品を安定的に製造できるという利点を有するため、耐水素部材で作られた製品を安定的に供給できる点で有利となる。耐水素部材は、水素と接触する状態で用いられる部材として定義される。耐水素部材の用途の例としては、水素を収容する収容部材、水素を流通し熱交換する熱交換部材（例えば熱交換器）、水素を流通する配管部材、水素を流通する配管部材に接続される弁部材、水素を流通する配管部材に接続されるシール部材、及びそれらの組合せが挙げられる。この耐水素部材は、例えば、３０ＭＰａ以上や４５ＭＰａ以上などの中圧水素、７０ＭＰａ以上、９０ＭＰａ以上等の高圧水素と接触する状態で用いられるものでありうる。耐水素部材は、例えば、高圧水素を取り扱う水素ステーションや燃料電池自動車（ＦＣＶ）において用いられるものであってもよい。
本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。
例１～５７
銅合金接合体を以下の手順により作製し、各種評価を行った。
銅合金接合体を以下の手順により作製し、各種評価を行った。
（１）銅合金の用意
各例について、表２Ａ、３Ａ、４Ａ及び５Ａに示される合金種及び組成の、直径３２ｍｍ×長さ５０ｍｍ又は直径８０ｍｍ×長さ５０ｍｍの銅合金丸棒を複数本用意した。
各例について、表２Ａ、３Ａ、４Ａ及び５Ａに示される合金種及び組成の、直径３２ｍｍ×長さ５０ｍｍ又は直径８０ｍｍ×長さ５０ｍｍの銅合金丸棒を複数本用意した。
例１～４０及び４３～５７においては、銅合金丸棒の接合に用いられる端面（以下、接合面という）を旋盤加工、ラップ研磨等の加工により、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１に準拠して測定される十点平均粗さＲｚｊｉｓが６．３μｍより小さく、かつ、ＪＩＳ Ｂ ０６２１－１９８４に準拠して測定される平面度が０．１ｍｍ以下の平坦面とした。
一方、例４１については、２本の銅合金丸棒の各接合面を、ＪＩＳ Ｂ ０６２１－１９８４に準拠して測定される平面度が０．１ｍｍ以下の平坦面ではあるが、十点平均粗さＲｚｊｉｓが６．３μｍより大きい値となるように、意図的に調整した。また、例４２については、２本の銅合金丸棒の各接合面を、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１に準拠して測定される十点平均粗さＲｚｊｉｓは６．３μｍより小さいが、ＪＩＳ Ｂ ０６２１－１９８４に準拠して測定される平面度が０．２ｍｍよりも大きい値となるように、意図的に調整した。
（２）酸化被膜の除去（例３６を除く）
例１～３５、３７～４８及び５０～５３においては、上記２本の銅合金丸棒の接合面を３０％硝酸で洗浄し、接合面に存在する酸化被膜を除去した。例５５においては上記２本の銅合金丸棒の接合面を化学研磨液（過酸化水素水３％を含む２０％硫酸）で洗浄し、接合面に存在する酸化被膜を除去した。例４９、５４及び５６においては、上記２本の銅合金丸棒の接合面を＃６００のエメリー（Ｅｍｅｒｙ）紙で機械研磨して、接合面に存在する酸化被膜を除去した。例５７においては、上記２本の銅合金丸棒の接合面を＃３２０のバフ（ナイロン・ポリエステル不織布）で機械研磨して、接合面に存在する酸化被膜を除去した、なお、例３６（比較例）においては、酸化被膜の除去は行わなかった。
例１～３５、３７～４８及び５０～５３においては、上記２本の銅合金丸棒の接合面を３０％硝酸で洗浄し、接合面に存在する酸化被膜を除去した。例５５においては上記２本の銅合金丸棒の接合面を化学研磨液（過酸化水素水３％を含む２０％硫酸）で洗浄し、接合面に存在する酸化被膜を除去した。例４９、５４及び５６においては、上記２本の銅合金丸棒の接合面を＃６００のエメリー（Ｅｍｅｒｙ）紙で機械研磨して、接合面に存在する酸化被膜を除去した。例５７においては、上記２本の銅合金丸棒の接合面を＃３２０のバフ（ナイロン・ポリエステル不織布）で機械研磨して、接合面に存在する酸化被膜を除去した、なお、例３６（比較例）においては、酸化被膜の除去は行わなかった。
（３）熱間プレス
硝酸で洗浄された２本の銅合金丸棒の接合面同士を（ろう材を介することなく）直接突き合わせ、真空炉で表２Ａ、３Ａ、４Ａ及び５Ａに示される接合条件で熱間プレスを行い、丸棒状の中間接合体を得た。このときの接合時変形量Ｄを、接合前の２試料の接合方向長さの積算長さをＬ０、接合後の接合方向試料長さＬ１として、次式：
Ｄ＝［（Ｌ０－Ｌ１）／Ｌ０］×１００
により求めたところ、表２Ａ、３Ａ、４Ａ及び５Ａに示されるとおりであった。各種評価を行うため、各例について、複数本の引張試験片と、その隣接位置から熱処理前後の組織観察用サンプルを作製した。
硝酸で洗浄された２本の銅合金丸棒の接合面同士を（ろう材を介することなく）直接突き合わせ、真空炉で表２Ａ、３Ａ、４Ａ及び５Ａに示される接合条件で熱間プレスを行い、丸棒状の中間接合体を得た。このときの接合時変形量Ｄを、接合前の２試料の接合方向長さの積算長さをＬ０、接合後の接合方向試料長さＬ１として、次式：
Ｄ＝［（Ｌ０－Ｌ１）／Ｌ０］×１００
により求めたところ、表２Ａ、３Ａ、４Ａ及び５Ａに示されるとおりであった。各種評価を行うため、各例について、複数本の引張試験片と、その隣接位置から熱処理前後の組織観察用サンプルを作製した。
（４）溶体化処理
上記中間接合体に溶体化処理を施した。この溶体化処理は銅合金接合体を溶融塩浴中９３０℃で５分間（例１～４２及び４７～５７）又は７８０℃で５時間（例４３～４６）保持した後、水冷することにより行った。
上記中間接合体に溶体化処理を施した。この溶体化処理は銅合金接合体を溶融塩浴中９３０℃で５分間（例１～４２及び４７～５７）又は７８０℃で５時間（例４３～４６）保持した後、水冷することにより行った。
（５）時効処理
上記溶体化処理された中間接合体に時効処理を施した。この時効処理は銅合金接合体を１×１０－１Ｔｏｒｒの真空度の真空炉中４５０℃で３時間（例１～４２及び５５～５７）、３２０℃で３時間（例４３～４６）又は５００℃で２時間（例４７～５４）保持した後、炉冷することにより行った。こうして、溶体化処理及び時効処理により調質された丸棒状の銅合金接合体を得た。
上記溶体化処理された中間接合体に時効処理を施した。この時効処理は銅合金接合体を１×１０－１Ｔｏｒｒの真空度の真空炉中４５０℃で３時間（例１～４２及び５５～５７）、３２０℃で３時間（例４３～４６）又は５００℃で２時間（例４７～５４）保持した後、炉冷することにより行った。こうして、溶体化処理及び時効処理により調質された丸棒状の銅合金接合体を得た。
（６）評価
上記熱間プレスで接合されたままの中間接合体、溶体化処理されたままの銅合金接合体、溶体化処理及び時効処理を経た銅合金接合体、及び／又は中間接合体に各種温度時間条件で均質化処理を行った後に溶体化処理及び時効処理を経た銅合金接合体（以下、これらをまとめて接合体試料という）に対して以下の評価を行った。
上記熱間プレスで接合されたままの中間接合体、溶体化処理されたままの銅合金接合体、溶体化処理及び時効処理を経た銅合金接合体、及び／又は中間接合体に各種温度時間条件で均質化処理を行った後に溶体化処理及び時効処理を経た銅合金接合体（以下、これらをまとめて接合体試料という）に対して以下の評価を行った。
＜接合強度＞
各接合体試料を加工して、接合部が試験片中央位置となるようにＡＳＴＭ Ｅ８Ｍ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ３に準拠される試験片を作製した。この試験片に対してＡＳＴＭ Ｅ８Ｍに準拠して引張試験を行い、引張強度（接合強度）を測定した後、破断位置を確認した。結果は表２Ａ～表５Ｃに示されるとおりであった。
各接合体試料を加工して、接合部が試験片中央位置となるようにＡＳＴＭ Ｅ８Ｍ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ３に準拠される試験片を作製した。この試験片に対してＡＳＴＭ Ｅ８Ｍに準拠して引張試験を行い、引張強度（接合強度）を測定した後、破断位置を確認した。結果は表２Ａ～表５Ｃに示されるとおりであった。
＜光学顕微鏡による接合部断面の観察＞
接合されたまま、又は接合後に溶体化処理及び時効処理を更に施した接合体試料の接合部を含む断面を切り出して研磨した。観察試料としては、前記のとおり引張試験片を切り出した部位と隣接する部位であって同一の接合熱処理工程を経たものを利用した。得られた断面を光学顕微鏡で２００倍、５００倍及び１０００倍の各倍率で観察して、接合界面が消失しているか否か（言い換えれば接合界面が残留しているか否か）を調べた。結果は表２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ及び５Ｂに示されるとおりであった。図２に例２、３０、３３、４３及び４６で得られた断面写真を、図３に例２６、２７及び２８で得られた断面写真を、図４に例４７及び５３で得られた断面写真をそれぞれ示す。これらの図に示されるように、実施例である例２（ＣｕＢｅ１１）及び例３０（ＣｕＢｅ１０Ｚｒ）は接合界面が消失しており、高い接合品質が示唆される一方、比較例である例４３（ＣｕＢｅ２５）及び例４６（ＣｕＢｅ１６５）の接合体試料は接合界面の残留が確認された。もっとも、実施例である例３３（ＣｕＢｅ５０）、例２６（ＣｕＣｒ）、例２７（ＣｕＣｒＺｒ）、例２８及び４７（コルソン銅ＡＭＰＣＯ９４０）並びに例５３（コルソン銅ＡＭＰＣＯ９４４）の接合体試料は高い接合強度が得られているにもかかわらず、接合界面の残留が確認されている。このことから、接合界面の消失は本発明の目的とする高い接合強度を実現する上で有効であるものの、必須ではないことが分かる。接合界面の残留が確認された例３３、２６、２７、２８、４７及び５３の接合体試料も、高い接合強度が得られている事実に基づけば、例２及び３０と同様、良好な接合状態が実現されているといえる。
接合されたまま、又は接合後に溶体化処理及び時効処理を更に施した接合体試料の接合部を含む断面を切り出して研磨した。観察試料としては、前記のとおり引張試験片を切り出した部位と隣接する部位であって同一の接合熱処理工程を経たものを利用した。得られた断面を光学顕微鏡で２００倍、５００倍及び１０００倍の各倍率で観察して、接合界面が消失しているか否か（言い換えれば接合界面が残留しているか否か）を調べた。結果は表２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ及び５Ｂに示されるとおりであった。図２に例２、３０、３３、４３及び４６で得られた断面写真を、図３に例２６、２７及び２８で得られた断面写真を、図４に例４７及び５３で得られた断面写真をそれぞれ示す。これらの図に示されるように、実施例である例２（ＣｕＢｅ１１）及び例３０（ＣｕＢｅ１０Ｚｒ）は接合界面が消失しており、高い接合品質が示唆される一方、比較例である例４３（ＣｕＢｅ２５）及び例４６（ＣｕＢｅ１６５）の接合体試料は接合界面の残留が確認された。もっとも、実施例である例３３（ＣｕＢｅ５０）、例２６（ＣｕＣｒ）、例２７（ＣｕＣｒＺｒ）、例２８及び４７（コルソン銅ＡＭＰＣＯ９４０）並びに例５３（コルソン銅ＡＭＰＣＯ９４４）の接合体試料は高い接合強度が得られているにもかかわらず、接合界面の残留が確認されている。このことから、接合界面の消失は本発明の目的とする高い接合強度を実現する上で有効であるものの、必須ではないことが分かる。接合界面の残留が確認された例３３、２６、２７、２８、４７及び５３の接合体試料も、高い接合強度が得られている事実に基づけば、例２及び３０と同様、良好な接合状態が実現されているといえる。
＜接合界面のＳＴＥＭ観察及びＥＥＬＳ／ＥＤＸ元素分析＞
例２、３、２６、３０、３３、４３、４６、４７及び５３の、拡散接合されたままの接合体試料、及び／又は溶体化処理及び時効処理（以下、溶体化時効という）を経た接合体試料の接合界面を含む断面を切り出し、集束イオンビーム（ＦＩＢ、製品名：ＮＢ５０００、日立ハイテクノロジーズ製）により薄片状に加工した。得られた接合体試料の接合界面を含む断面を球面収差補正機能付き走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ、製品名：ＨＤ－２７００、日立ハイテクノロジーズ製）によって加速電圧：２００ｋＶの測定条件で観察し、接合界面における酸化被膜の有無ないしその厚さを測定した。また、ＳＴＥＭに付設された電子エネルギー損失分光装置（ＥＥＬＳ、商品名：Ｅｎｆｉｎｉｕｍ、Ｇａｔａｎ社製）／エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ、商品名：ＸＭＡＸＮ １００ＴＬＥ、Ｏｘｆｏｒｄ社製）により接合面及びその近傍の元素分析も行った。それらの結果は、表２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ及び５Ｂ並びに図５～８に示され、かつ、以下に説明されるとおりであった。
例２、３、２６、３０、３３、４３、４６、４７及び５３の、拡散接合されたままの接合体試料、及び／又は溶体化処理及び時効処理（以下、溶体化時効という）を経た接合体試料の接合界面を含む断面を切り出し、集束イオンビーム（ＦＩＢ、製品名：ＮＢ５０００、日立ハイテクノロジーズ製）により薄片状に加工した。得られた接合体試料の接合界面を含む断面を球面収差補正機能付き走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ、製品名：ＨＤ－２７００、日立ハイテクノロジーズ製）によって加速電圧：２００ｋＶの測定条件で観察し、接合界面における酸化被膜の有無ないしその厚さを測定した。また、ＳＴＥＭに付設された電子エネルギー損失分光装置（ＥＥＬＳ、商品名：Ｅｎｆｉｎｉｕｍ、Ｇａｔａｎ社製）／エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ、商品名：ＸＭＡＸＮ １００ＴＬＥ、Ｏｘｆｏｒｄ社製）により接合面及びその近傍の元素分析も行った。それらの結果は、表２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ及び５Ｂ並びに図５～８に示され、かつ、以下に説明されるとおりであった。
例２及び３はＣｕＢｅ１１を用いて、溶体化時効に耐えた結果、高い接合強度（＞６９０Ｍａ）を有する接合体が実現された例である。この例２及び３の接合体試料は、光学顕微鏡観察では接合面が確認されなかったものであるが、ＳＴＥＭにより接合面を特定可能な箇所が存在した。しかしながら、図５に示されるＳＴＥＭ像及びＥＥＬＳ／ＥＤＸ元素マッピング像から分かるように、例２においては当該接合面に酸化被膜の残留は観察されなかった（すなわち酸化被膜の厚さは０ｎｍであった）。ＥＥＬＳマッピングからも酸化被膜の残留は確認されなかった。また、例３の接合体（接合されたままのもの）においては、一部箇所において厚さ０．７ｎｍの酸化被膜が観察された。ＥＥＬＳマッピングからも厚さ１ｎｍ以下の酸化被膜の残留が確認された。このようにＣｕＢｅ１１では厚さ０～１ｎｍの酸化被膜が存在するが、この程度の薄さの酸化被膜であれば良好な接合強度の確保が可能なことが分かる。
例３０はＣｕＢｅ１０Ｚｒを用いて、溶体化時効に耐えた結果、高い接合強度（＞６９０Ｍａ）を有する接合体が実現された例である。ＳＴＥＭ観察及びＥＥＬＳ／ＥＤＸ元素分析の結果、例２（ＣｕＢｅ１１）と同様、酸化被膜の残留は観察されなかった。母材マトリックス内にＺｒの濃縮部が確認されたが、接合界面の酸化物（ＺｒＯ）残留ではなく、それ故、接合品質に影響するものではない。
例３３はＣｕＢｅ５０を用いて、溶体化時効に耐えた結果、高い接合強度（＞６９０Ｍａ）を有する接合体が実現された例である。ＳＴＥＭ観察及びＥＥＬＳ／ＥＤＸ元素分析の結果、例２（ＣｕＢｅ１１）及び例１９（ＣｕＢｅ１０Ｚｒ）と同様、酸化被膜の残留は観察されなかった。これらの結果は溶体化時効に耐えるという機械特性挙動と合致する。
例２６はＣｕＣｒを用いて、溶体化時効に耐えた結果、高い接合強度を有する接合体が実現された例である。ＳＴＥＭ観察及びＥＥＬＳ／ＥＤＸ元素分析の結果、例２（ＣｕＢｅ１１）、例３０（ＣｕＢｅ１０Ｚｒ）及び例３３（ＣｕＢｅ５０）と同様、酸化被膜の残留は観察されなかった。母材マトリックス内及び接合界面にＣｒの濃縮部が確認されたが、接合界面の酸化物（ＣｒＯ）残留ではなく、それ故、接合品質に影響するものではない。これらの結果は溶体化時効に耐えるという機械特性挙動と合致する。
例４３（比較）はＣｕＢｅ２５を用いた結果、溶体化時効時に破断した接合体に関する比較例である。ＳＴＥＭ観察及びＥＥＬＳ／ＥＤＸ元素分析の結果、接合体（接合されたままのもの）における接合界面の全面にわたって６ｎｍ程度の均質な酸化被膜が観察された。特定の２箇所における酸化被膜の厚さは５．８ｎｍ及び６．２ｎｍ（図６Ａを参照）であった。また、図６ＢにＢｅＯが高濃度の領域が黒点（矢印で強調される）で示されるように、所々に球状に厚い酸化被膜が存在することが観察された。図６Ｂにおいて、これらの球状部の酸化被膜の厚さは図６Ｃに示されるＥＬＬＳマッピングから１５～２０ｎｍ程度と判断された。
例４６（比較）はＣｕＢｅ１６５を用いた結果、溶体化時効時に破断した接合体に関する比較例である。ＳＴＥＭ観察及びＥＥＬＳ／ＥＤＸ元素分析の結果、接合面全面にわたる均質な酸化被膜は観察されず、酸化被膜の存在しない部位も局所的に観察された。しかし、高濃度ＢｅＯに起因する球状の厚い酸化被膜が所々に観察された。これらの球状の酸化被膜の厚さは２０ｎｍ程度ないし５０ｎｍ強と判断された。均質な酸化被膜及び球状の酸化被膜の両方を包含する酸化被膜の厚さは１～８０ｎｍの範囲内であると判定した。
例４７及び５３はコルソン銅ＡＭＰＣＯ９４０及びコルソン銅ＡＭＰＣＯ９４４をそれぞれ用いて、溶体化時効に耐えた結果、高い接合強度を有する接合体が実現された例である。この例４７及び５３の接合体試料は、ＳＴＥＭにより接合面を特定可能な箇所が存在した。しかしながら、図７及び８（例４７及び５３にそれぞれ対応する）に示されるＳＴＥＭ像及びＥＥＬＳ／ＥＤＸ元素マッピング像から分かるように、例４７及び５３においては当該接合面に酸化被膜の残留は観察されなかった（すなわち酸化被膜の厚さは０ｎｍであった）。ＥＥＬＳマッピングからも酸化被膜の残留は確認されなかった。
＜電気伝導率の測定及び熱伝導率への換算＞
渦電流式導電率計（製品名：Ｈｏｃｋｉｎｇ ＡｕｔｏＳｉｇｍａ ３０００ＤＬ、ＧＥセンシング＆インスペクション・テクノロジーズ社製）を用いて接合体試料の電気伝導率（ＩＡＣＳ％）を室温で測定した。得られた電気伝導率をヴィーデマン・フランツ則に基づく相関式より換算して熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）を求めた。
渦電流式導電率計（製品名：Ｈｏｃｋｉｎｇ ＡｕｔｏＳｉｇｍａ ３０００ＤＬ、ＧＥセンシング＆インスペクション・テクノロジーズ社製）を用いて接合体試料の電気伝導率（ＩＡＣＳ％）を室温で測定した。得られた電気伝導率をヴィーデマン・フランツ則に基づく相関式より換算して熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）を求めた。
＜均質化処理温度の検討＞
例１～３、８～１１、１６～２５、３０、３２～３５、４７、４８、５３及び５５～５７の加熱プレスを経た中間接合体（溶体化処理が施される前のもの）に、９００℃、９３０℃、９６０℃又は９８０℃という異なる温度での均質化処理（高温ソーキング）を８時間施して炉冷した後、９３０℃で５分間保持して水冷した（溶体化処理）。得られた接合体を４５０℃で３時間（例１～３、８～１１、１６～２５、３０、３２～３５及び５５～５７）又は５００℃で２時間（４７、４８及び５３）保持した後、炉冷した（時効処理）。各接合体試料を加工して、接合部が試験片中央位置となるようにＡＳＴＭ Ｅ８Ｍ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ３に準拠される試験片を作製した。この試験片に対してＡＳＴＭ Ｅ８Ｍに準じた手順で引張試験を行い、引張強度（接合強度）を測定した後、破断位置を確認した。結果は表２Ｃ、３Ｃ、４Ｃ及び５Ｃに示されるとおりであった。これらの表に示される結果から明らかなように、均質化処理温度が高くなるほど、接合界面は消失して、引張試験において接合面ではなく母材破壊をするようになる（もっとも均質化処理を施さなくても母材破壊をする接合体もあり、接合界面、又は接合界面であった位置を超える結晶粒の成長において均質化処理は必須ではないが、均質化処理でより完全に接合面が消失し全ての部位で母材破壊する）。
例１～３、８～１１、１６～２５、３０、３２～３５、４７、４８、５３及び５５～５７の加熱プレスを経た中間接合体（溶体化処理が施される前のもの）に、９００℃、９３０℃、９６０℃又は９８０℃という異なる温度での均質化処理（高温ソーキング）を８時間施して炉冷した後、９３０℃で５分間保持して水冷した（溶体化処理）。得られた接合体を４５０℃で３時間（例１～３、８～１１、１６～２５、３０、３２～３５及び５５～５７）又は５００℃で２時間（４７、４８及び５３）保持した後、炉冷した（時効処理）。各接合体試料を加工して、接合部が試験片中央位置となるようにＡＳＴＭ Ｅ８Ｍ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ３に準拠される試験片を作製した。この試験片に対してＡＳＴＭ Ｅ８Ｍに準じた手順で引張試験を行い、引張強度（接合強度）を測定した後、破断位置を確認した。結果は表２Ｃ、３Ｃ、４Ｃ及び５Ｃに示されるとおりであった。これらの表に示される結果から明らかなように、均質化処理温度が高くなるほど、接合界面は消失して、引張試験において接合面ではなく母材破壊をするようになる（もっとも均質化処理を施さなくても母材破壊をする接合体もあり、接合界面、又は接合界面であった位置を超える結晶粒の成長において均質化処理は必須ではないが、均質化処理でより完全に接合面が消失し全ての部位で母材破壊する）。
＜低ひずみ速度引張試験（ＳＳＲＴ）による耐水素脆化特性の評価＞
例２、１７及び１８で接合及び溶体化時効を経て作製された銅合金接合体（ＣｕＢｅ１１）を切り出して、接合部が試験片中央位置となるようにＡＳＴＭ Ｅ８Ｍ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ４に準拠される試験片を作製した。なお、これら試験片には均質化処理は施していない。低ひずみ速度引張試験は、ＡＳＴＭ－Ｇ－１４２に準じ、平滑試験片では変位速度を０．００１ｍｍ／ｓｅｃ（ひずみ速度０．００００５／ｓｅｃ）で、大気中又は９５ＭＰａ水素中で試験を行った。なお、平滑試験片の低ひずみ速度引張試験では、ＲＲＡ（相対絞り）により水素脆化特性を評価した。表６Ａに試験結果を、図９Ａ及び９Ｂに応力－ストローク線図を、図１０Ａ及び１０Ｂに例１７の試験片の破断面を観察したＳＥＭ像をそれぞれ示す。各試験片の大気下又は水素下における引張強度及び絞りに変化はなく、水素脆化は認められなかった。図１０Ａ及び１０Ｂに示す破壊は母材部で生起しておりその破壊形態はカップ・アンド・コーン破壊であり、破断面は延性破壊に特徴的なディンプル形状をしていた。これらより、本発明の接合材は引張強度が高くかつ耐水素脆化特性に優れた良好な特性を示すことが分かった。
例２、１７及び１８で接合及び溶体化時効を経て作製された銅合金接合体（ＣｕＢｅ１１）を切り出して、接合部が試験片中央位置となるようにＡＳＴＭ Ｅ８Ｍ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ４に準拠される試験片を作製した。なお、これら試験片には均質化処理は施していない。低ひずみ速度引張試験は、ＡＳＴＭ－Ｇ－１４２に準じ、平滑試験片では変位速度を０．００１ｍｍ／ｓｅｃ（ひずみ速度０．００００５／ｓｅｃ）で、大気中又は９５ＭＰａ水素中で試験を行った。なお、平滑試験片の低ひずみ速度引張試験では、ＲＲＡ（相対絞り）により水素脆化特性を評価した。表６Ａに試験結果を、図９Ａ及び９Ｂに応力－ストローク線図を、図１０Ａ及び１０Ｂに例１７の試験片の破断面を観察したＳＥＭ像をそれぞれ示す。各試験片の大気下又は水素下における引張強度及び絞りに変化はなく、水素脆化は認められなかった。図１０Ａ及び１０Ｂに示す破壊は母材部で生起しておりその破壊形態はカップ・アンド・コーン破壊であり、破断面は延性破壊に特徴的なディンプル形状をしていた。これらより、本発明の接合材は引張強度が高くかつ耐水素脆化特性に優れた良好な特性を示すことが分かった。
また、銅合金接合体ではなく、銅合金接合体の作製に用いる銅合金素材そのものについての耐水素脆化特性の評価も行った。具体的には、接合素材として用いたＣｕＢｅ２５合金（素材１）、ＣｕＢｅ１１合金（素材２）、コルソン銅ＡＭＰＣＯ９４０（素材３）及びコルソン銅ＡＭＰＣＯ９４４（素材４）の溶体化時効処理済みの素材を切り出して、ＡＳＴＭ Ｅ８Ｍ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ４に準拠される試験片を作製した。低ひずみ速度引張試験は、ＡＳＴＭ－Ｇ－１４２に準じ、平滑試験片では変位速度を０．００１ｍｍ／ｓｅｃ（ひずみ速度０．００００５／ｓｅｃ）で、大気中又は９５ＭＰａ水素中で試験を行った。なお、平滑試験片の低ひずみ速度引張試験では、ＲＲＡ（相対絞り）により水素脆化特性を評価した。表６Ｂに試験結果を、図９Ｃ～９Ｅに応力－ストローク線図を示す。各試験片の大気下又は水素下における引張強度及び絞りに変化はなく、水素脆化は認められなかった。破壊形態はカップ・アンド・コーン破壊であり、破断面は延性破壊に特徴的なディンプル形状をしていた。これらの結果から、これらの素材は本発明の銅合金接合材の作製に用いる銅合金素材として、時効後の引張強度が高くかつ耐水素脆化特性に優れた良好な特性を示すことが分かった。
例５８～６７
内部に流路空間を備えた接合体試料を様々な条件で作製して、評価を行った。
内部に流路空間を備えた接合体試料を様々な条件で作製して、評価を行った。
＜流路潰れを低減するための接合条件の検討＞
表７に示される合金種及び組成の、厚さ１．６ｍｍ、サイズ５０ｍｍ×５０ｍｍの銅合金板（鋳造品）を複数枚用意した。そのうち半数の銅合金板の表面に、流路空間を形成するための幅２．４ｍｍ×深さ１．２ｍのアーチ形断面の溝をエッチングにより形成した。接合面の酸化被膜を３０％硝酸で除去した後、溝入りの銅合金板と溝なしの銅合金板とを交互に、あるいは両面に溝を設けた溝入合金板同士を交互に積層し、表７に示される接合条件及び接合時変形量で熱間プレスにより拡散接合させた。こうして流路空間を有する中間接合体を得た。得られた中間接合体の流路の潰れ具合と接合状態を顕微鏡観察により評価した。拡散接合は高温ほど有利であるが、表７に示される結果から分かるように、流路を形成した本例の中空体は高温高圧であると潰れが顕著となり流路が狭くなり、さらには閉塞してしまう傾向がある。このような潰れを低減するためには、温度８４０℃以下、圧力５ＭＰａ以上の接合条件が中空体では好ましいと考えられる。また、中間接合体の接合状態を顕微鏡観察したところ、高温高圧の接合条件では接合面の消失が確認されたが、低温になるに従い接合圧力によらず接合面の残留が確認された。しかしながら、前述した実施例で実証されるとおり、高温での均質化処理で接合面消失が可能である。したがって、流路潰れが抑制される程度に幾分低めの温度で高荷重の接合を行った後、高温均質化処理を行うことが、流路空間を備えた接合体の製造においては有利といえる。
表７に示される合金種及び組成の、厚さ１．６ｍｍ、サイズ５０ｍｍ×５０ｍｍの銅合金板（鋳造品）を複数枚用意した。そのうち半数の銅合金板の表面に、流路空間を形成するための幅２．４ｍｍ×深さ１．２ｍのアーチ形断面の溝をエッチングにより形成した。接合面の酸化被膜を３０％硝酸で除去した後、溝入りの銅合金板と溝なしの銅合金板とを交互に、あるいは両面に溝を設けた溝入合金板同士を交互に積層し、表７に示される接合条件及び接合時変形量で熱間プレスにより拡散接合させた。こうして流路空間を有する中間接合体を得た。得られた中間接合体の流路の潰れ具合と接合状態を顕微鏡観察により評価した。拡散接合は高温ほど有利であるが、表７に示される結果から分かるように、流路を形成した本例の中空体は高温高圧であると潰れが顕著となり流路が狭くなり、さらには閉塞してしまう傾向がある。このような潰れを低減するためには、温度８４０℃以下、圧力５ＭＰａ以上の接合条件が中空体では好ましいと考えられる。また、中間接合体の接合状態を顕微鏡観察したところ、高温高圧の接合条件では接合面の消失が確認されたが、低温になるに従い接合圧力によらず接合面の残留が確認された。しかしながら、前述した実施例で実証されるとおり、高温での均質化処理で接合面消失が可能である。したがって、流路潰れが抑制される程度に幾分低めの温度で高荷重の接合を行った後、高温均質化処理を行うことが、流路空間を備えた接合体の製造においては有利といえる。
このことを裏付けるため、例６２の中間接合体に高温均質化処理を施すことを含む以下の実験を行った。まず、例６２（８４０℃、３Ｐａ）で作製された流路空間を備えた中間接合体に、９８０℃で均質化処理（高温ソーキング）を８時間施した。この中間接合体を、９３０℃で５分間保持して水冷した（溶体化処理）。得られた接合体を４５０℃で３時間保持した後、炉冷した（時効処理）。こうして均質化処理並びに溶体化時効を施した銅合金接合体（流路を含む）を得た。図１１に、作製された例６２の銅合金接合体の流路近傍の接合部を含む断面を観察した光学顕微鏡像を示す。図１１に示されるように、均質化処理を施した接合体においては接合界面の消失が確認された。このように拡散接合後に均質化処理をすると、接合界面が消失し、母材との見分けがつかなくなり、完全同質化する（つまり接合部には旧接合界面を超えて成長した時効硬化性銅合金の結晶粒が存在することとなる）。このため、引張試験を行った場合に、接合面ではなく母材破壊をするようになる（もっとも均質化処理を施さなくても母材破壊をする接合体もあり、旧接合界面を超える結晶粒の成長のために均質化処理は必須ではない）。したがって、上述したとおり、水路潰れが小さい低温高荷重接合を行った場合には接合面の残留が確認されるものの、高温均質化処理を行うことで接合面を消失させることができる。
Claims (22)
- 互いに拡散接合された複数の時効硬化性銅合金製の部材で構成される銅合金接合体であって、前記銅合金接合体は溶体化処理及び時効処理が施されたものであり、
前記時効硬化性銅合金のベリリウム含有量が０．７重量％以下であり、かつ、
（ｉ）前記複数の部材の接合界面が消失している、及び／又は
（ｉｉ）前記複数の部材の接合界面が残留しており、該接合界面の酸化被膜の厚さが０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であり、
前記銅合金接合体の母材及び接合部の強度が５２０ＭＰａ以上である、銅合金接合体。 - 前記接合界面、又は接合界面であった位置を超えて成長した前記時効硬化性銅合金の結晶粒を含む、請求項１に記載の銅合金接合体。
- 前記酸化被膜の厚さが０ｎｍ以上１．０ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の銅合金接合体。
- 前記接合界面、又は前記接合界面であった位置には、前記時効硬化性銅合金以外の材料に由来する残留成分が無い、請求項１～３のいずれか一項に記載の銅合金接合体。
- 前記銅合金接合体の母材及び接合部の強度が６９０ＭＰａ以上である、請求項１～４のいずれか一項に記載の銅合金接合体。
- 前記銅合金接合体の接合部を含む母材の熱伝導率が２０９Ｗ／ｍＫ以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の銅合金接合体。
- 前記銅合金接合体の接合部を含む母材の電気伝導率が５０ＩＡＣＳ％以上である、請求項１～６のいずれか一項に記載の銅合金接合体。
- 前記時効硬化性銅合金が、ベリリウム銅１１合金（ＪＩＳ合金番号Ｃ１７５１、ＥＮ材料番号ＣＷ１１０Ｃ、及びＵＮＳ合金番号Ｃ１７５１０）、ベリリウム銅１０合金（ＥＮ材料番号ＣＷ１０４Ｃ及びＵＮＳ合金番号Ｃ１７５００）、ベリリウム銅ＣｕＣｏ１Ｎｉ１Ｂｅ（ＥＮ材料番号ＣＷ１０３Ｃ）、ベリリウム銅１４Ｚ合金（Ｂｅ：０．２～０．６重量％、Ｎｉ：１．４～２．４重量％、Ｚｒ：０～０．５重量％、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる）、ベリリウム銅５０合金（Ｂｅ：０．２～０．６重量％、Ｎｉ：１．４～２．１重量％、Ａｇ：０．１～０．３重量％、Ｚｒ：０～０．５重量％、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる）、ベリリウム銅１０Ｚｒ合金（Ｂｅ：０．４～０．７重量％、Ｃｏ：２．０～２．８重量％、Ｚｒ：０～０．３重量％、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる）、並びにコルソン銅（ＥＮ材料番号ＣＷ１０９Ｃ、ＣＷ１１１Ｃ、ＵＮＳ合金番号Ｃ１９０１０、Ｃ７０２５０、ＡＭＰＣＯ９４４（Ｎｉ：６．５～７．５重量％、Ｓｉ：１．５～２．５重量％、Ｃｒ：０．５～１．５重量％、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる）、及びＡＭＰＣＯ９４０（Ｎｉ：１．５～３．０重量％、Ｓｉ：０．５～１．５重量％、Ｃｒ：０．３～１．５重量％、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる））からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１～７のいずれか一項に記載の銅合金接合体。
- 前記時効硬化性銅合金が、ベリリウム銅１１合金（ＪＩＳ合金番号Ｃ１７５１、ＥＮ材料番号ＣＷ１１０Ｃ、及びＵＮＳ合金番号Ｃ１７５１０）、ベリリウム銅１０合金（ＥＮ材料番号ＣＷ１０４Ｃ及びＵＮＳ合金番号Ｃ１７５００）、ベリリウム銅ＣｕＣｏ１Ｎｉ１Ｂｅ（ＥＮ材料番号ＣＷ１０３Ｃ）、ベリリウム銅１４Ｚ合金（Ｂｅ：０．２～０．６重量％、Ｎｉ：１．４～２．４重量％、Ｚｒ：０～０．５重量％、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる）、ベリリウム銅５０合金（Ｂｅ：０．２～０．６重量％、Ｎｉ：１．４～２．１重量％、Ａｇ：０．１～０．３重量％、Ｚｒ：０～０．５重量％、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる）、並びにベリリウム銅１０Ｚｒ合金（Ｂｅ：０．４～０．７重量％、Ｃｏ：２．０～２．８重量％、Ｚｒ：０～０．３重量％、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる）からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項８に記載の銅合金接合体。
- ひずみ速度５×１０－５ｓ－１以下で行われる低ひずみ速度引張試験で測定される、水素ガス中でのＲＲＡ（相対絞り）が０．８以上である銅合金部材を用いて作製された、請求項１～９のいずれか一項に記載の銅合金接合体。
- ひずみ速度５×１０－５ｓ－１以下で行われる低ひずみ速度引張試験で測定される、水素ガス中での接合部を含む銅合金接合体の引張強度が５２０ＭＰａ以上である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の銅合金接合体。
- ひずみ速度５×１０－５ｓ－１以下で行われる低ひずみ速度引張試験で測定される、水素ガス中での接合部を含む銅合金接合体の引張強度が６９０ＭＰａ以上である、請求項１１に記載の銅合金接合体。
- 前記銅合金接合体がその内部に流路空間を備えた、請求項１～１２のいずれか一項に記載の銅合金接合体。
- 請求項１～１３のいずれか一項に記載の銅合金接合体の製造方法であって、
接合されるべき面が０．１ｍｍ以下の平面度及び６．３μｍ以下の十点平均粗さＲｚｊｉｓを有する平坦面である、ベリリウム含有量が０．７重量％以下である時効硬化性銅合金製の複数の部材を用意する工程と、
前記複数の部材の接合されるべき表面に存在する酸化被膜を除去する工程と、
前記複数の部材を熱間プレスにより拡散接合させて中間接合体とする工程と、
前記中間接合体に、７００～１１００℃の温度で１～１８０分間の加熱及びその後の水冷を伴う溶体化処理を施す工程と、
前記溶体化処理が施された中間接合体に３５０～５５０℃で３０～４８０分間の時効処理を施す工程と、
を含む、銅合金接合体の製造方法。 - 前記酸化被膜の除去が、前記複数の部材の接合されるべき表面を無機酸溶液で洗浄することにより行われる、請求項１４に記載の方法。
- 前記熱間プレスが、１．０×１０－２Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－２Ｔｏｒｒより低い圧力）の炉内において、５００～１０５０℃の温度で３０～４８０分間、１．０ＭＰａ以上の圧力を加えることにより行われる、請求項１４又は１５に記載の方法。
- 前記時効硬化性銅合金がＢｅを含まない銅合金であり、前記熱間プレスが、１．０×１０－１Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力）の炉内において、５００～１０５０℃の温度で３０～４８０分間、１．０ＭＰａ以上の圧力を加えることにより行われる、請求項１４又は１５に記載の方法。
- 前記方法が、前記溶体化処理に先立ち、前記中間接合体に、１．０×１０－１Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力）、又は窒素若しくはその他の非酸化性ガス雰囲気の炉内において、９００～１０５０℃の温度で６０～４８０分間の均質化処理を施す工程をさらに含む、請求項１４～１７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱間プレス及び前記均質化処理が、炉内温度を下げることなくプレス加重を解放して昇温することにより、連続的に行われる、請求項１８に記載の方法。
- 前記方法が、前記酸化被膜の除去に先立ち、前記複数の部材の接合されるべき表面に、接合後に流路空間をもたらす溝を形成する工程をさらに含む、請求項１４～１９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱間プレスが１．０×１０－２Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－２Ｔｏｒｒより低い圧力）の炉内において、
（ｉ）８４０℃を越え９３０℃以下の温度で３０～４８０分間、１ＭＰａ以上４ＭＰａ以下の圧力を加えること、又は
（ｉｉ）７２０℃を越え８４０℃以下の温度で３０～４８０分間、２ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の圧力を加えること、又は
（ｉｉｉ）６００℃以上７２０℃以下の温度で３０～４８０分間、４ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力を加えることにより行われ、かつ、
前記方法が、前記溶体化処理に先立ち、前記中間接合体に、１．０×１０－１Ｔｏｒｒより高い真空度（すなわち１．０×１０－１Ｔｏｒｒより低い圧力）、又は窒素若しくはその他の非酸化性ガス雰囲気の炉内において、９００～１０５０℃の温度で６０～４８０分間の均質化処理を施す工程をさらに含む、請求項２０に記載の方法。 - 前記熱間プレス及び前記均質化処理が、炉内温度を下げることなくプレス加重を解放して昇温することにより、連続的に行われる、請求項２１に記載の方法。
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