JPH0366072B2 - - Google Patents
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- JPH0366072B2 JPH0366072B2 JP1948585A JP1948585A JPH0366072B2 JP H0366072 B2 JPH0366072 B2 JP H0366072B2 JP 1948585 A JP1948585 A JP 1948585A JP 1948585 A JP1948585 A JP 1948585A JP H0366072 B2 JPH0366072 B2 JP H0366072B2
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- aluminum
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/16—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating with interposition of special material to facilitate connection of the parts, e.g. material for absorbing or producing gas
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、同種または異種の材料を共晶反応を
利用して接合する方法に係り、特にアルミニウム
同志、アルミニウムとアルミナを共晶反応を利用
して接合する方法に関する。
利用して接合する方法に係り、特にアルミニウム
同志、アルミニウムとアルミナを共晶反応を利用
して接合する方法に関する。
異種の金属母材を共晶反応を利用して接合する
方法の１つに、特開昭54−133450号公報に記載さ
れた方法がある。該公報には、共晶反応を生じる
少なくとも２つの金属母材の被接合面を接触さ
せ、加熱して接触面に共晶反応による融液相を生
成させ、前記接触面に圧力を加えて前記融液相を
接触面から排除する接合法が記載されている。具
体例としては、純アルミニウムと純銅の接合法が
記載されている。接合時の雰囲気については記載
されていない。
方法の１つに、特開昭54−133450号公報に記載さ
れた方法がある。該公報には、共晶反応を生じる
少なくとも２つの金属母材の被接合面を接触さ
せ、加熱して接触面に共晶反応による融液相を生
成させ、前記接触面に圧力を加えて前記融液相を
接触面から排除する接合法が記載されている。具
体例としては、純アルミニウムと純銅の接合法が
記載されている。接合時の雰囲気については記載
されていない。
しかし、前記接合法による場合、接合部に多数
のボイドが発生することが、本発明者のその後の
調べで判つた。接合部に発生する前記ボイドは、
継手の機械的強度及び延性を低下させる原因にな
るばかりでなく、熱伝導性或いは電気伝導性を劣
化させる原因にもなる。
のボイドが発生することが、本発明者のその後の
調べで判つた。接合部に発生する前記ボイドは、
継手の機械的強度及び延性を低下させる原因にな
るばかりでなく、熱伝導性或いは電気伝導性を劣
化させる原因にもなる。
本発明の目的は、接合部にボイドが発生しない
ようにした、共晶反応を利用した接合方法を提供
するにある。
ようにした、共晶反応を利用した接合方法を提供
するにある。
本発明は、アルミニウム同志或はアルミニウム
とアルミナよりなる２つの母材の被接合面間の該
母材と共晶反応を起こす元素を含むインサート材
を介在させ大気よりも多量の酸素を含む雰囲気中
において接触させ、共晶温度以上に加熱して前記
接触面に共晶反応による融液相及び前記母材の成
分と前記接触面の空隙に入り込んだ酸素との反応
による酸化物相を生成させるものである。
とアルミナよりなる２つの母材の被接合面間の該
母材と共晶反応を起こす元素を含むインサート材
を介在させ大気よりも多量の酸素を含む雰囲気中
において接触させ、共晶温度以上に加熱して前記
接触面に共晶反応による融液相及び前記母材の成
分と前記接触面の空隙に入り込んだ酸素との反応
による酸化物相を生成させるものである。
本発明者は、共晶反応を利用した接合方法にお
けるボイドの発生原因を調査し、次の結論を得
た。すなわち、母材の接触面は肉眼では隙間がな
いように見えても実際には僅かに隙間が生じてお
り、前記隙間に雰囲気ガスが入り込んでいる。こ
のままの状態で加熱して接触面に共晶反応による
融液相を生成させると、前記隙間に入り込んでい
るガスが融液中に閉じ込められる。前記ガスが酸
素以外のものであると、閉じ込められたガスが接
合部にボイドとして残る。
けるボイドの発生原因を調査し、次の結論を得
た。すなわち、母材の接触面は肉眼では隙間がな
いように見えても実際には僅かに隙間が生じてお
り、前記隙間に雰囲気ガスが入り込んでいる。こ
のままの状態で加熱して接触面に共晶反応による
融液相を生成させると、前記隙間に入り込んでい
るガスが融液中に閉じ込められる。前記ガスが酸
素以外のものであると、閉じ込められたガスが接
合部にボイドとして残る。
以上のことから、本発明は大気よりも多量の酸
素を含む雰囲気で前記融液相を生成させるように
したものである。
素を含む雰囲気で前記融液相を生成させるように
したものである。
雰囲気は、実質的に純酸素からなることが望ま
しい。母材の接触面を酸素雰囲気中に置くと、母
材の接触面の隙間に酸素が入り込む。
しい。母材の接触面を酸素雰囲気中に置くと、母
材の接触面の隙間に酸素が入り込む。
この状態で加熱すると、前記隙間に入り込んだ
酸素と母材中の成分とが反応し、酸化物相を生成
する。前記酸化物相は共晶反応によつて生じた融
液中に分散する。このため前記母材の隙間に入り
込んだ酸素が、接合部にボイドとして残ることは
ない。
酸素と母材中の成分とが反応し、酸化物相を生成
する。前記酸化物相は共晶反応によつて生じた融
液中に分散する。このため前記母材の隙間に入り
込んだ酸素が、接合部にボイドとして残ることは
ない。
雰囲気中の酸素は最低でも大気中の酸素量より
は多くする必要がある。大気中で接合すると接合
部に多数のボイドが発生し、継手を引張試験した
ときに接合部から破断する。大気中の酸素量より
も多い雰囲気下で接合するとボイドが減り、接合
部の引張強さが増大する。酸素だけの雰囲気にす
るとボイドはなくなり且つ引張試験において母材
破断する。
は多くする必要がある。大気中で接合すると接合
部に多数のボイドが発生し、継手を引張試験した
ときに接合部から破断する。大気中の酸素量より
も多い雰囲気下で接合するとボイドが減り、接合
部の引張強さが増大する。酸素だけの雰囲気にす
るとボイドはなくなり且つ引張試験において母材
破断する。
母材の接触面に共晶反応による融液相を生成さ
せるための加熱温度は、共晶温度以上で、かつ母
材が溶融しない温度の範囲内である。
せるための加熱温度は、共晶温度以上で、かつ母
材が溶融しない温度の範囲内である。
前記範囲内の温度に加熱することによつて、母
材の接触面に共晶反応による融液相が生じ、接触
面に存在する酸化物や他の汚染物質が該融液中に
混入するようになる。この結果、母材の被接合面
の汚染物が除去され、母材から融液相、或いは融
液相から母材への原子、分子の拡散が活発になつ
て治金的接合が達成される。
材の接触面に共晶反応による融液相が生じ、接触
面に存在する酸化物や他の汚染物質が該融液中に
混入するようになる。この結果、母材の被接合面
の汚染物が除去され、母材から融液相、或いは融
液相から母材への原子、分子の拡散が活発になつ
て治金的接合が達成される。
前記融液相は、母材を加圧することによつて接
触面から排除してもよいし、排除せずにそのまま
接触面に残しておいてもよい。接触面から排除し
たときには、排除しないときにくらべて接合部の
機械的強度及び伸び、絞り等の延性を高めること
ができる。
触面から排除してもよいし、排除せずにそのまま
接触面に残しておいてもよい。接触面から排除し
たときには、排除しないときにくらべて接合部の
機械的強度及び伸び、絞り等の延性を高めること
ができる。
本発明においては、母材の接触面に共晶反応に
よる融液相を形成するためにインサート材を挟
む。前記インサート材には、母材と共晶反応を起
こす元素を含む材料を用いる。
よる融液相を形成するためにインサート材を挟
む。前記インサート材には、母材と共晶反応を起
こす元素を含む材料を用いる。
母材の接触面にインサート材を挟むことによ
り、母材とインサート材との間に共晶反応による
融液が生じ、この融液を介して共晶反応を起こさ
ない母材同志が接合される。アルミニウムとアル
ミニウムの接合の場合には、前記インサート材と
して銅、銀、シリコン、アルミニウム−銀過共晶
合金、アルミニウム−銅過共晶合金及びアルミニ
ウム−シリコン過共晶合金などを用いることがで
きる。アルミニウムとアルミナの接合の場合に
は、インサート材としてアルミニウム−シリコン
系合金を用いることができる。
り、母材とインサート材との間に共晶反応による
融液が生じ、この融液を介して共晶反応を起こさ
ない母材同志が接合される。アルミニウムとアル
ミニウムの接合の場合には、前記インサート材と
して銅、銀、シリコン、アルミニウム−銀過共晶
合金、アルミニウム−銅過共晶合金及びアルミニ
ウム−シリコン過共晶合金などを用いることがで
きる。アルミニウムとアルミナの接合の場合に
は、インサート材としてアルミニウム−シリコン
系合金を用いることができる。
次に、第１図を参照して本発明方法の原理を説
明する。
明する。
段階Ａ：
母材１０と母材１１の間に前記母材と共晶反応
を生じる元素を含む材料からなる薄板１２をイン
サート材として挿入し、被接合面を酸素雰囲気中
において接触圧力P1で接触させる。接触面を共
晶温度以上の温度に加熱する。
を生じる元素を含む材料からなる薄板１２をイン
サート材として挿入し、被接合面を酸素雰囲気中
において接触圧力P1で接触させる。接触面を共
晶温度以上の温度に加熱する。
段階Ｂ：
共晶温度において母材とインサート材との接触
点１３から共晶反応による融液１４が生成され始
め、母材が溶け出す。インサート材１２が過共晶
合金である場合には、インサート材自身の共晶温
度においてまずインサートが溶け始める。次いで
溶融したインサート材中の過剰の合金元素と母材
との間に共晶反応が生じ、母材が溶け始める。
点１３から共晶反応による融液１４が生成され始
め、母材が溶け出す。インサート材１２が過共晶
合金である場合には、インサート材自身の共晶温
度においてまずインサートが溶け始める。次いで
溶融したインサート材中の過剰の合金元素と母材
との間に共晶反応が生じ、母材が溶け始める。
段階Ｃ：
接合面全体に亘つて共晶反応が生じるようにな
り、母材表面の酸化皮膜１５は破壊して融液１４
中に混入する。母材接触面の隙間１６に充填され
た酸素は融液１４中の成分と反応し酸化物１７を
生成する。
り、母材表面の酸化皮膜１５は破壊して融液１４
中に混入する。母材接触面の隙間１６に充填され
た酸素は融液１４中の成分と反応し酸化物１７を
生成する。
段階Ｄ：
インサート材は完全に消失し、共晶反応が終了
する。
する。
以上、本発明の原理を段階的に説明したが、必
要ならば前記段階Ｄの後に母材の接触面を加圧し
て融液相を接合面から排除する段階を加えること
ができる。
要ならば前記段階Ｄの後に母材の接触面を加圧し
て融液相を接合面から排除する段階を加えること
ができる。
以上の接合方法によれば、一例として第２図に
示す接合部が得られる。第２図は、純アルミニウ
ム棒同志をアルミニウム−シリコン過共晶合金の
インサート材を挟んで接合した場合の顕微鏡写真
である。接合部にはボイドは全く見られない。
示す接合部が得られる。第２図は、純アルミニウ
ム棒同志をアルミニウム−シリコン過共晶合金の
インサート材を挟んで接合した場合の顕微鏡写真
である。接合部にはボイドは全く見られない。
実施例 １
純アルミニウム棒を２本準備した。棒の直径は
いずれも10mmφである。棒の被接合面はいずれも
15μｍの表面粗さに仕上げてある。インサート材
としてアルミニウム−20重量％シリコン過共晶合
金薄板を準備した。インサート材は、前記過共晶
合金の溶湯を周速31ｍ／ｓで回転する純銅製ロー
ルの表面に落下させ、冷却凝固させて得たもの
で、50μｍの厚さを有する。
いずれも10mmφである。棒の被接合面はいずれも
15μｍの表面粗さに仕上げてある。インサート材
としてアルミニウム−20重量％シリコン過共晶合
金薄板を準備した。インサート材は、前記過共晶
合金の溶湯を周速31ｍ／ｓで回転する純銅製ロー
ルの表面に落下させ、冷却凝固させて得たもの
で、50μｍの厚さを有する。
前記インサート材を純アルミニウム棒の接合面
の間に挟み、酸素雰囲気中で0.25Kg／mm2の接触圧
力で接触させた。その状態で接合部近傍を高周波
誘導加熱により580℃まで10秒かけて加熱し、580
℃に達した後直ちに冷却した。
の間に挟み、酸素雰囲気中で0.25Kg／mm2の接触圧
力で接触させた。その状態で接合部近傍を高周波
誘導加熱により580℃まで10秒かけて加熱し、580
℃に達した後直ちに冷却した。
接合部断面の顕微鏡写真を第２図に示す。接合
部にはボイドは全く見られなかつた。接合部に深
さ１mm、幅１mmのＶ形の切欠きを設けて引張り試
験したところ、母材強度（引張強さ14Kg／mm2）よ
りも高い14.5Kg／mm2の破断強さが得られた。破断
伸びは210％であつた。
部にはボイドは全く見られなかつた。接合部に深
さ１mm、幅１mmのＶ形の切欠きを設けて引張り試
験したところ、母材強度（引張強さ14Kg／mm2）よ
りも高い14.5Kg／mm2の破断強さが得られた。破断
伸びは210％であつた。
比較例 １
実施例１の方法において、接合雰囲気をアルゴ
ンガスにし、その他の条件は全く同一にして接合
を行なつた。接合部断面の顕微鏡写真を第３図に
示す。写真中で真黒く見える部分がボイドであ
る。接合部にはボイドの発生が認められた。
ンガスにし、その他の条件は全く同一にして接合
を行なつた。接合部断面の顕微鏡写真を第３図に
示す。写真中で真黒く見える部分がボイドであ
る。接合部にはボイドの発生が認められた。
実施例１と同様にして引張り試験したところ、
破断強さは9.5Kg／mm2、伸びは25％であつた。
破断強さは9.5Kg／mm2、伸びは25％であつた。
比較例 ２
実施例１の方法において接合雰囲気を大気中に
した以外は全く同一の条件で接合を行なつた。
した以外は全く同一の条件で接合を行なつた。
接合部断面の顕微鏡写真を第４図に示す。接合
部にはボイドが認められた。実施例１と同様にし
て引張り試験したところ、破断強さは12.5Kg／
mm2、伸びは80％であつた。
部にはボイドが認められた。実施例１と同様にし
て引張り試験したところ、破断強さは12.5Kg／
mm2、伸びは80％であつた。
実施例 ２
母材として純アルミニウム板とアルミナ板を準
備した。インサート材としてアルミニウム−９重
量％シリコン−１重量％マグネシウム合金板を準
備した。純アルミニウム板の寸法は30mm角、２mm
厚さであり、アルミナ板の寸法は30mm角、0.5mm
厚さである。インサート材の厚さは0.2mmである。
備した。インサート材としてアルミニウム−９重
量％シリコン−１重量％マグネシウム合金板を準
備した。純アルミニウム板の寸法は30mm角、２mm
厚さであり、アルミナ板の寸法は30mm角、0.5mm
厚さである。インサート材の厚さは0.2mmである。
純アルミニウム板とアルミナ板の間にインサー
ト材を挟み、酸素雰囲気中で圧力0.5Kg／mm2を加
えて接触させた。高周波誘導加熱により接触面を
610℃の温度まで加熱し、その温度で１分間保持
後、加熱を中止して冷却した。
ト材を挟み、酸素雰囲気中で圧力0.5Kg／mm2を加
えて接触させた。高周波誘導加熱により接触面を
610℃の温度まで加熱し、その温度で１分間保持
後、加熱を中止して冷却した。
接合部断面を顕微鏡で観察したところ、ボイド
は見られなかつた。
は見られなかつた。
以上述べたとおり、本発明によれば共晶反応を
利用した接合法において、ボイドのない接合部を
得ることができる。
利用した接合法において、ボイドのない接合部を
得ることができる。
第１図は本発明による接合法を段階的に示す説
明図、第２図は本発明の一実施例による接合部断
面の金属組織を示す顕微鏡写真、第３図及び第４
図は比較例による接合部断面の金属組織を示す顕
微鏡写真である。 １０，１１……母材、１２……インサート材、
１４……融液、１５……酸化皮膜、１６……空
隙、１７……酸化物。
明図、第２図は本発明の一実施例による接合部断
面の金属組織を示す顕微鏡写真、第３図及び第４
図は比較例による接合部断面の金属組織を示す顕
微鏡写真である。 １０，１１……母材、１２……インサート材、
１４……融液、１５……酸化皮膜、１６……空
隙、１７……酸化物。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一方の母材がアルミニウム、他方の母材がア
ルミニウムまたはアルミナよりなる２つの母材の
被接合面間に該母材と共晶反応を起こす元素を含
むインサート材を介在させ大気よりも酸素量の多
い雰囲気中において接触させる段階と、 前記被接合面を共晶反応が生じる温度範囲に加
熱して、接触面に共晶反応による融液相及び前記
母材の成分と前記接触面の空隙に存在する酸素と
の反応による酸化物相を生成させる段階と、 を有することを特徴とする共晶反応を利用した接
合方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記被接合
面近傍に純酸素ガスを供給することを特徴とする
共晶反応を利用した接合方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
て、前記母材がいずれもアルミニウムであり、
銅、銀、シリコン、アルミニウム−銀過共晶合
金、アルミニウム−銅過共晶合金及びアルミニウ
ム−シリコン過共晶合金から選ばれたインサート
材を該母材間に介在させることを特徴とする共晶
反応を利用した接合方法。 ４ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
て、前記母材がアルミニウムとアルミナであり、
アルミニウム−シリコン系合金よりなるインサー
ト材を該母材間に介在させることを特徴とする共
晶反応を利用した接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1948585A JPS617081A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 共晶反応を利用した接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1948585A JPS617081A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 共晶反応を利用した接合方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15729380A Division JPS6039476B2 (ja) | 1980-11-08 | 1980-11-08 | 共晶反応を利用した接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS617081A JPS617081A (ja) | 1986-01-13 |
| JPH0366072B2 true JPH0366072B2 (ja) | 1991-10-16 |
Family
ID=12000652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1948585A Granted JPS617081A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 共晶反応を利用した接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS617081A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1985
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