JPH0365572A - セラミック部品とＡｌ部品との加圧接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はブレージングプレート及びそれを用いたセラ
ミック部品とＡｌ部品の接合方法に関するものである。

［従来の技術］ セラミック部品とＡｌ部品の鑞着構体は、例えばＮａを
熱媒体とする熱交換器のフランジ部に利用される。この
フランジ部においては第１８図に示すようにα−Ａ２０
３よりなるアルミナリング１に対し、Ａｌ　−Ｓｉ−Ｍ
ｇ合金製の中間接合リング１５．１６を介して配管側金
具５及び熱交換器側金具９のフランジ部５ａ、９ａが加
圧接合され、前記配管側金具５と熱交換器側金具りとは
アルミナリング１を挾んで結合されている。又、前記配
管側金具５及び熱交換器側金具９は高強度のＡｌ合金、
例えばＪＩＳ規格（合金番号）のＡ３００３、あるいは
Ａ６０６１で形成されていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記従来の配管側金具５及び熱交換器側金具
９は、Ａｌの純度が９８重量％以下であったため、アル
ミナリング１と配管側金具５及び熱交換器側金具９との
接合強度が低く、又、Ｎａに対する耐腐食性が悪く、か
つ昇降温等の温度変化に弱く、熱交換器のフランジ部と
して耐久性が低いという問題があった。

これをＥＰＭＡ面分析により、アルミナリング１と熱交
換器側金具９との結合部を拡大して示す第１９図により
、推論すると次のようになる。配管側金具５（熱交換器
側金具９）にＪＩＳ規格（合金番号）Ａ３００３のＡｌ
金合金使用した場合には、Ｓｉが中間接合リング１５（
１６）とアルミナリング１（α−Ａ、Ｉ！２０））の界
面へ充分移動しないために、Ｓｉの介在によって生じる
と思われる結合力が弱く、結合強度が劣ることとなる。

このＳ１粒子の不十分な移動は解明されていないが、前
記Ａ３００３におけるマンガン（Ｍｎ＞に代表されるＡ
Ｉ中の含有元素が何らかの影響を及すものと推測される
。

又、前記Ａ３００３の場合は中間接合リング１５（１６
）中に幅広の純粋なＡｌ層が形成されるとともに、８１
粒子の拡散が不均一で組織中に大粒のＳ１粒子も存在す
る。このようにＡｌ層の幅も８１粒子の分布も非常に不
均一になっているため、結合強度が低下すると思われる
。

ここで、配管側金具５及び熱交換側金具９に材質Ａ３０
０３を使用した場合の耐Ｎａ腐蝕性を第２０図に示すと
、Ｎａ浸漬時間が長くなるに従って界面の接合強度は９
９５Ｋｇから１５０Ｋｇへと低下し、又、同時にＨｅリ
ーク試験に於ても２５０時間の場合は５個の試料中リー
クした試料は零であったが、５００時間では１個、６５
０時間では３個、１ｏｏｏ時間では４個というようにリ
ーク量が増加することがわかった。

又、昇降温耐久性に関してもし、表１に示すように３０
０サイクルを過ぎると、試料１０個細巾個、９細巾３個
というようにリークが発生している。

表１ この発明の目的は、セラミック部品とＡｌ部品の接合強
度を向上してｍ　Ｎ　ａ　＠触性及び昇降温耐久性を高
めることができるブレージンググレート及びそれを用い
たセラミック部品とＡｌ部品の接合方法を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 請求項１記載の発明のブレージングプレートは、純度９
８重量％以上のＡｌプレートの少なくとも片面に対しＡ
ＩにＳｉが、又はＡｌにＳｉとＭｇが添加された鑞材を
接着するという手段をとっている。

又、請求項２記載の発明のセラミック部品とＡｌ部品の
接合方法は、セラミック部品とＡｌ部品との間に、Ａｌ
にｓｉが、又はＡｌにｓｉとＭｇが添加された鑞材を両
面に配置した純度９８重量％以上のＡｌプレートを介装
し加圧鑞付するという方法をとっている。

請求項２記載の発明において、純度９８重量％以上のＡ
ｌプレートの少なくとも片面に対し、ＡｌにＳｉが、又
はＡｌにＳｉとＭｇが添加された鑞材を接着したブレー
ジングプレートを用いるとよい。

請求項３記載の発明において、前記鑞材をＡｌを生成と
しＳｉ：６〜１３重量％、Ｍｇ：３重量％以下、その他
不可避の不純物を含むＡｌ−３ｔ−Ｍｇ合金にするとよ
い。

請求項２記載の発明において、セラミック部品を純度７
５重量％以上のα−Ａ　ｊ　２０　Ｓにするとよい。

［作用］ この発明のブレージングプレートは、Ａｌプレ−トのＡ
Ｉ線純度９８，０重量％以上であるため、Ｓｉの拡散が
鑞材の内部において鑞材とセラミックス部品との界面か
らＡｆＪプレート開へ遠ざかるに従って次第に均一に薄
くなり、前記界面にはＳｉの粒子がほぼ均一に生成され
、結合が強固になるので、セラミックス部品と、ｌプレ
ートの結合強度が向上するとともに、Ｎａなどに対する
結合部の耐腐食性及び昇降温耐久性が向上する。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を第１図〜第９図
に基いて説明する。

第１．２図に示すように、セラミック部品としてのα−
Ａ２０ｓよりなるアルミナリング１の下端面〈被接合面
＞ｌａ及び上端面（被接合面）１ｂにはブレージングプ
レートとしての中間接合リング２．６を介して、Ａｌ部
品としての配管間金具５及び熱交換器側金具９のフラン
ジ部５ａ及び９ａが後に詳述する加圧鑞付は方法で固定
されている。

前記中間接合リング２．６は、９８．０重量％の純度の
Ａｌｌよりなる純Ａ（プレートとしての純Ａ、ｌｌリン
グ３，７の上下両面に対し、鑞材４Ａ。

４Ｂ、８Ａ、８Ｂをそれぞれ接着して形成されている。

この実施例ではアルミナリング１として、９９゜０重量
％以上のα−Ａ２０ｓを使用した。又、前記鑞材４Ａ、
４Ｂ、８Ａ、８Ｂとして、ＪＩＳ規格のＢＡ４００４（
合金番号）を使用している。

さらに、前記配管側金具５及び熱交換器側金具９として
、表２に示すようにＪＩＳ規格（合金番号）がＡ３ＱＯ
３の、１合金を使用している。このＡｌ合金は同表に示
すように、微量成分の不可避な不純物Ｓ１、Ｆｅ、Ｃｕ
、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔ１等が含まれている。

次に、第３図及び第４図に基いてアルミナリング１と配
管側金具５及び熱交換器間金具９の加圧鑞付は方法につ
いて説明する。

第３図に示すように、加熱容器（図示時）内部において
、アルミナリング１の上下両端面に中間接合リング６．
２を介して熱交換器側金具９と配管側金具５を当接し、
さらに、配管側金具５及び熱交換器間金具９を加圧治具
１０．１１により挾持する。この状態で、加熱容器内を
真空状態にするとともに、第４図に示すように６００℃
まで加熱し、次に、６００℃の状態で３０分間保持し、
その後、２℃／　ｍ　ｉ　ｎの降温速度で５８０℃〜５
２０℃へと徐々に温度を低下させ、前記温度範囲内にお
いて、０．５Ｋｇ／＋ｍ’で加圧治具１０゜１１により
加圧し、そのｆ＆４００℃まで降下したら、その温度に
３０分間保持して焼鈍を行い、最後に、自然冷却により
約１５０℃まで低下させる。

この加圧動作は液相線温度と固相線温度との間で開始し
、固相線温度以下まで加圧する。なお、前記加圧力は、
０　、０５　Ｋ　ｇ／ｒｍ２〜２．０Ｋｇ／關２であれ
ば、接合強度に差は生じない。

このようにしてアルミナリング１に対し配管（ｆＰＡ金
具５及び熱交換器側金具９が加圧鑞付けされるが、この
実施例では純度９８重量％以上の純Ａｌリング３（７）
にそれぞれ鑞材４Ａ　（８Ａ＞、４Ｂ　（８Ｂ＞を接着
したので、次のような効果がある。

すなわち、アルミナリング１と配管側金具５及び熱交換
器側金具９との接合部の状態は、ＥＰＭＡ面分析によれ
ば第５図に示すように中間接合リング２〈６〉の斜材４
Ａ　（８Ａ）のほぼ全域にわたってＳＩの微粒子が均一
に分散しており、鑞材４Ａ　（８Ａ）とアルミナリング
１との界面から遠ざかるに従って徐々に均一に薄く分布
している。

又、鑞材４Ａ　（８Ａ）とアルミナリング１との接合界
面付近にはＳｉの粒子がほぼ全体に層状となって分布す
るとともに、Ｓｉ粉粒子近傍に生じる純粋に近いＡｌ！
層が非常に薄いことから、アルミナリング１と鑞材４Ａ
　（８Ａ）との結合強度及びＮａに対する耐腐食性及び
昇降温耐久性が向上すると考えられる。

前記実施例の接合ｍ遺について、４００℃でＮａ浸漬後
の引張強度試験及びＨｅリーク試験、さらに昇降温耐久
試験後のＨｅリーク試験を実施した。この結果、第６図
に示すようにＮａ浸漬時間が２５０時間〜１０００時間
になっても引張強度の極端な低下はなく、又、Ｈｅリー
ク試験においても試料５細巾不合格となったものは皆無
であった。

一方、昇降温耐久性試験においても表３に示すとおり、
５００サイクルを経過したあとも、Ｈｅリークをするも
のは試料８細巾皆無であった。

表３ さらに、純Ａｌ！プレートとしての純Ａｌリング３．７
の純度について族２に示すように変化させ、耐Ｎａ腐蝕
性及び昇降温耐久性を評価した。

表４ 純Ａｌリング３．フのＡＩ純度が９８重量％以下のり、
Ｈの場合、第７図に示すように、Ｎａ浸漬時間が７５０
時間を越えると、界面接合強度は低下し、又、Ｄ、Ｅの
場合、表４に示すようにＨｅリークも試料１０個細巾〜
３というように増加している。

さらに、昇降温耐久性について、Ｈｅ！Ｊ−りを調べた
結果を族５に示す、純度９８重量％以下゛のものは３０
０サイクルの熱サイクルでリークが発生し始めているが
、９８ｆｆｉＪｉ％以上では５００サイクルでも皆無で
あった。

表５ 又、第８図に示すように、アルミナリング１のα−Ａｌ
□Ｏｓの純度を■〜■のように変化させて、耐Ｎａ腐蝕
性及び昇降温耐久性を評価した。

この結果、表６に示すように、熱サイクル試験において
は■〜■のように７５％以上の純度において、５００サ
イクルの繰返し後においてもリークはみられなかった。

（以下余白） 又、表７に示すように、耐Ｎａ腐蝕性試験の結果、α−
Ａ、ｇ□ｏ３の純度が■〜■のように７５重量％以上の
ものは、１０００時間で少しリークが発生し始めるも、
７５０時間まではリークは皆無であり、強度の低下も第
８図に示すように■〜■の純度７５％以上では顕著では
なかった。さらに、■、■のように純度７５％以下のα
−Ａｌ２０、を使用すると、耐Ｎａ腐蝕性は極端に悪化
し、前述したように接合強度も極めて小さくなり、リー
ク試験と同様の結果であった。よってα−ＡＩＬＯＬの
純度は全体的に見て、７５％以上のものは、耐久性能が
良好といえる。

（以下余白） （以下余白） 表７ ところで、前記鑞材４Ａ、４Ｂ、８Ａ、８ＢのＳｉ、Ｍ
ｇを限定した理由は以下の通りである。

Ｓｉの含有量が６重量％以下だと鑞付温度（液相線温度
が６２０℃）が高くなり、接合するＡｌ合金部品の寸法
精度に好ましくないため６重量％以上とした。又、１３
重量％を越えると晶出するＳｉ量が多くて、鑞材４Ａ、
４Ｂ、８Ａ、８Ｂの圧延が困難となるため、１３３重量
以下した。

一方、前記鑞材４Ａ、４Ｂ、８Ａ、８ＢのＭｇ含有量は
３重量％以上添加しても脱酸効果は増大せず、さらに、
第９図に示すように３重量％以上添加した場合、接合界
面の耐Ｎａ腐蝕性、すなわち、引領強度が悪化するため
３重量以下とした。

なお、前記配管側金具５及び熱交換器側金具９の材料と
して、純度が９８％以上のＡｌ１合金を使用する方法も
考えられるが、構造材として強度上に問題があり、強度
上問題のないＪＩＳ規格のＡ３００３、Ａ６０６１合金
等を使用したい場合に、この発明は特に有効である。

次に、この発明を具体化した別の実施例を第１０図〜第
１７図に基づいて順次説明する。

第１０図に示す別例は、純Ａｌリング７と鑞材８Ａ、８
Ｂとを別体に形成して接合工程で互いに接合するように
している。

第１１図及び第１２図に示す別例は、純Ａｌリング７と
、鑞材８Ａとを別体に形成して接合工程でアルミナリン
グ１と純Ａｌリング７とを接合した後、単体で形成した
鑞材８Ｂを純Ａｌリング７と熱交換器側金具９との間に
介在してそれらを熱圧接合するようにしている。又、こ
の鑞材８Ｂとして第１３図に示すように、断面矩形状の
ものを使用して、これを圧延しながら熱圧接合するよう
にしてもよい。

第１４図に示す別例は、純Ａｌリング７の片面のみに鑞
材８Ａを接着してなる中間接合リング６−の純Ａｌリン
グ７を第１５図に示すように前記鑞材８Ａによりアルミ
ナリング１に接合し、次いで、この純Ａｌリング７の他
面に単体の鑞材８Ｂを介して熱交換器側金具９を熱圧接
合するようにしてもよい。

さらに、第１６図に示すように、純Ａｌリング７の両面
に鑞材８Ａ、８Ｂを接着した中間接合リング６と、純Ａ
ｌリング７の片面に鑞材８Ｂを接着した中間接合リング
６−とを複数層介在させた状態で、アルミナリング１と
熱交換器側金具９とを熱圧接合するようにしてもよい、
又、第１７図に示すように、純Ａｌリング７と、鑞材８
Ａ。

８Ｂをそれぞれ単体で形成してそれらを複数層積層して
アルミナリング１と熱交換器側金具９とを熱圧接合する
ようにしてもよい。

さらに、この発明は次ひように具体化することもできる
。

（１）前記鑞材４Ａ、４Ｂ、８Ａ、８Ｂとして、Ａｌ−
３ｉ合金を使用すること。

（２）セラミック部品としてのアルミナリング１に代え
て、５ｌｓＮ４あるいはＳＩＣ等よりなるセラミック部
品を使用すること。

（３）前記実施例ではフランジ構造を有する接合構体の
加圧鑞付について具体化したが、これ以外の製品のセラ
ミック部品とＡｌ部品の鑞着構体及びその製造方法に具
体化することもできる。

（４）前記セラミック部品の材料として、例えばＳｉＮ
、、ＳｉＣなどを使用してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明はセラミックス部品とＡ
ｌ部品との結合をブレージングプレートを介して強固に
行うことができるとともに、両部品の結合部のＮａなど
に対する耐腐食性及び昇降温耐久性を向上することがで
き、さらに、セラミック部品に接合するＡ、ｌ１重合部
品を自由に選択することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を熱交換器側金具及び配管側金具の接
合構造に具体化した一実施例を示す要部の断面図、第２
図は要部の分解斜視図、第３図は加圧鑞付は方法を説明
するための要部の断面図、第４図は加圧鑞付は方法を示
すグラフ、第５図は本発明におけるアルミナリングと熱
交換器側金具との接合部の断面構造を示す説明図、第６
図はこの発明の実施例のＮａ浸漬後の引張強度試験結果
を示すグラフ、第７図はこの発明の実施例及び従来例の
Ｎａ浸漬後の引張強度試験結果を示すグラフ、第８図は
アルミナリグのα−Ａ　Ｊ　ｘ　Ｏｓの純度を変化させ
た場合の引張強度試験結果を示すグラフ、第９図はＭｇ
の含有量と引張強度試験結果を示すグラフ、第１０図〜
第１７図はそれぞれこの発明の側倒を示す要部の断面図
、第１８図は従来例のセラミックス部品とＡｌ部品の接
合部の断面構造を示す説明図、第１９図は従来例におけ
るアルミナリングと熱交換器側金具との接合部の断面！
ｆ４造を示す説明図、第２０図は従来例におけるＮａ浸
漬時間と引張強度との関係を示す・グラフである。 １・・・セラミック部品としてのアルミナリング、２．
６・・・ブレージングプレートとしての中間接合リング
、３，７・・・純ＡｌプレートとしてのＡｌリング、４
Ａ、４Ｂ、８Ａ、８Ｂ・・・斜材、５・・・Ａｌ部品と
しての配管側金具、９・・・Ａｌ部品としての熱交換器
側金具、１０．１１・・・加圧治具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、純度９８重量％以上のＡｌプレートの少くとも片面
   に対し、ＡｌにＳｉが、又はＡｌにＳｉとＭｇが添加さ
   れた鑞材を接着したことを特徴とするブレージングプレ
   ート。 ２、セラミック部品とＡｌ部品との間に、ＡｌにＳｉが
   、又はＡｌにＳｉとＭｇが添加された鑞材を両面に配置
   した純度９８重量％以上のＡｌプレートを介装し加圧鑞
   付することを特徴とするセラミック部品とＡｌ部品の接
   合方法。 ３、純度９８重量％以上のＡｌプレートの少なくとも片
   面に対し、ＡｌにＳｉが、又はＡｌにＳｉとＭｇが添加
   された鑞材を接着したブレージングプレートを用いるこ
   とを特徴とする請求項２記載のセラミック部品とＡｌ部
   品の接合方法。 ４、前記鑞材はＡｌを生成としＳｉ：６〜１３重量％、
   Ｍｇ：３重量％以下、その他不可避の不純物を含むＡｌ
   −Ｓｉ−Ｍｇ合金である請求項３記載のセラミック部品
   とＡｌ部品の接合方法。 ５、セラミック部品は純度７５重量％以上のα−Ａｌ＿
   ２Ｏ＿３である請求項２記載のセラミック部品とＡｌの
   接合方法。