JPH06292984A - 銅−アルミニウム異種金属継手材 - Google Patents
銅−アルミニウム異種金属継手材Info
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- JPH06292984A JPH06292984A JP8451993A JP8451993A JPH06292984A JP H06292984 A JPH06292984 A JP H06292984A JP 8451993 A JP8451993 A JP 8451993A JP 8451993 A JP8451993 A JP 8451993A JP H06292984 A JPH06292984 A JP H06292984A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 異種金属の接合境界部において、高強度、高
温特性および気密性に優れた銅系金属およびアルミニウ
ム系金属の接合体を得る。 【構成】 銅系金属およびアルミニウム系金属からなる
異種金属接合体を圧延クラッド法、拡散接合クラッド
法、爆発圧着クラッド法および摩擦圧接クラッド法など
の各種接合方法によって製作するに際し、銅系金属（４
または５）とアルミニウム系金属（１または２）との中
間にインサート材としてチタニウム３を挿入した少なく
とも３層からなる異種金属接合体とすることを特徴とす
る銅−アルミニウム異種金属継手材。 【効果】 構造用異種金属継手材および超高真空容器用
異種金属継手材として優れている。
温特性および気密性に優れた銅系金属およびアルミニウ
ム系金属の接合体を得る。 【構成】 銅系金属およびアルミニウム系金属からなる
異種金属接合体を圧延クラッド法、拡散接合クラッド
法、爆発圧着クラッド法および摩擦圧接クラッド法など
の各種接合方法によって製作するに際し、銅系金属（４
または５）とアルミニウム系金属（１または２）との中
間にインサート材としてチタニウム３を挿入した少なく
とも３層からなる異種金属接合体とすることを特徴とす
る銅−アルミニウム異種金属継手材。 【効果】 構造用異種金属継手材および超高真空容器用
異種金属継手材として優れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は銅または銅合金とアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金の接合を必要とする構造
物などにおいて、異種金属継手材の接合強度を向上し、
構造体に異種金属継手材を取り付ける際の溶接などによ
り熱影響が与えられても熱影響前の異種金属継手材の持
つ特性をそのまま維持することで高温から低温に至る幅
広い温度範囲の使用に耐える継手材に関する。例えば、
超高真空容器の部材などとして銅もしくは銅合金からな
る容器本体と、アルミニウムもしくはアルミニウム合金
からなるフランジあるいは配管などの管状の構造体を接
合する場合、あるいは反対に、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金からなる容器本体と銅または銅合金からな
るフランジまたは配管を接合する場合、構造物の加熱脱
ガス処理などの高温熱処理を行った後も容器および配管
内部の超高真空を容易に達成または維持し、構造物とし
て十分に信頼性を有する気密性と接合強度と機械的性質
を備えた銅−アルミニウム異種金属継手材に関する。
ニウムまたはアルミニウム合金の接合を必要とする構造
物などにおいて、異種金属継手材の接合強度を向上し、
構造体に異種金属継手材を取り付ける際の溶接などによ
り熱影響が与えられても熱影響前の異種金属継手材の持
つ特性をそのまま維持することで高温から低温に至る幅
広い温度範囲の使用に耐える継手材に関する。例えば、
超高真空容器の部材などとして銅もしくは銅合金からな
る容器本体と、アルミニウムもしくはアルミニウム合金
からなるフランジあるいは配管などの管状の構造体を接
合する場合、あるいは反対に、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金からなる容器本体と銅または銅合金からな
るフランジまたは配管を接合する場合、構造物の加熱脱
ガス処理などの高温熱処理を行った後も容器および配管
内部の超高真空を容易に達成または維持し、構造物とし
て十分に信頼性を有する気密性と接合強度と機械的性質
を備えた銅−アルミニウム異種金属継手材に関する。
【０００２】
【従来の技術】銅およびアルミニウムまたはそれぞれこ
れらの合金の組み合わせを接合しようとする場合、これ
らを直接溶接すると周知のように接合境界部に金属間化
合物が生成されるため安定した接合状態が得られない。
れらの合金の組み合わせを接合しようとする場合、これ
らを直接溶接すると周知のように接合境界部に金属間化
合物が生成されるため安定した接合状態が得られない。
【０００３】そこで、従来からこれらの銅系金属とアル
ミニウム系金属の組み合わせにおける接合は、異材継手
と称されるあらかじめ何らかの方法で接合しておいた銅
およびアルミニウムからなる異種金属継手材（以下、異
材継手と称す。）を接合しようとする構造体の中間に介
して、異材継手と構造体が同系統の金属材料の間で直接
溶接ができるような手段を取っている。この異材継手の
製作方法としては、圧延クラッド法、拡散接合クラッド
法、爆発圧着クラッド法および摩擦圧接クラッド法など
があり、継手の大きさや形状に応じて、その製作方法が
適宜選択されている。
ミニウム系金属の組み合わせにおける接合は、異材継手
と称されるあらかじめ何らかの方法で接合しておいた銅
およびアルミニウムからなる異種金属継手材（以下、異
材継手と称す。）を接合しようとする構造体の中間に介
して、異材継手と構造体が同系統の金属材料の間で直接
溶接ができるような手段を取っている。この異材継手の
製作方法としては、圧延クラッド法、拡散接合クラッド
法、爆発圧着クラッド法および摩擦圧接クラッド法など
があり、継手の大きさや形状に応じて、その製作方法が
適宜選択されている。
【０００４】通常、爆発圧着クラッド法以外の方法で
は、異材継手の製造時または加工時に、接合しようとす
る材料自身または異種金属接合面が高温にさらされるた
め、接合後の接合界面部に脆弱な金属間化合物を生成
し、異種金属間の接合強度が弱かったり、また、調質処
理を施してあるアルミニウム合金や銅合金などは入熱の
影響を受けて本来の材料特性が損なわれる場合があるた
め、特に異材継手に使用する素材の特性を維持する必要
がある場合は、爆発圧着クラッド法などの冷間での接合
方法が多用されている。
は、異材継手の製造時または加工時に、接合しようとす
る材料自身または異種金属接合面が高温にさらされるた
め、接合後の接合界面部に脆弱な金属間化合物を生成
し、異種金属間の接合強度が弱かったり、また、調質処
理を施してあるアルミニウム合金や銅合金などは入熱の
影響を受けて本来の材料特性が損なわれる場合があるた
め、特に異材継手に使用する素材の特性を維持する必要
がある場合は、爆発圧着クラッド法などの冷間での接合
方法が多用されている。
【０００５】しかしながら、異材継手を製造する何れの
方法においても、銅または銅合金とアルミニウムまたは
アルミニウム合金を直接接合する場合、銅とアルミニウ
ムは元々冶金的に相性が悪いことから、安定した高強度
の接合を得ることが難しく、また、良好な接合によって
高強度の接合が得られたとしても、およそ２００℃以上
に加熱された場合、その温度域で平衡に現われる脆弱な
金属間化合物が層状に析出して、接合境界部の強度低下
と気密性の低下をもたらすなどの問題があった。また、
異材継手に使用する金属材料がそれぞれ合金成分を含ん
でいる場合は、脆弱な金属間化合物層の析出する温度が
低下し、異材継手に要求される接合境界部の性能がさら
に低温側において低下するなどの問題があった。
方法においても、銅または銅合金とアルミニウムまたは
アルミニウム合金を直接接合する場合、銅とアルミニウ
ムは元々冶金的に相性が悪いことから、安定した高強度
の接合を得ることが難しく、また、良好な接合によって
高強度の接合が得られたとしても、およそ２００℃以上
に加熱された場合、その温度域で平衡に現われる脆弱な
金属間化合物が層状に析出して、接合境界部の強度低下
と気密性の低下をもたらすなどの問題があった。また、
異材継手に使用する金属材料がそれぞれ合金成分を含ん
でいる場合は、脆弱な金属間化合物層の析出する温度が
低下し、異材継手に要求される接合境界部の性能がさら
に低温側において低下するなどの問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、銅または銅
合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金のそれぞれ
の構造体を接合する場合の異材継手に関して、上記従来
技術における問題点を解決し、銅または銅合金およびア
ルミニウムまたはアルミニウム合金からなる異材継手を
製造する圧延クラッド法、拡散接合クラッド法、爆発圧
着クラッド法または摩擦圧接クラッド法などの製法にお
いて、銅とアルミニウムの冶金的相性の悪さを克服する
ことで異材継手の接合強度ならびに接合境界部の気密性
などの機械的特性を向上せしめ、安定した性能を有する
異材継手を供給ならしめ、かつ、機器組み立て時の構造
体と異材継手の溶接ならびに機器組み立て後の構造物本
体の加熱脱ガス処理などの高温熱処理をおこなった後も
継手の性能を維持し、十分に信頼できる機械的性能と接
合強度と気密性を有する銅−アルミニウム異材継手を提
供することを目的とする。
合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金のそれぞれ
の構造体を接合する場合の異材継手に関して、上記従来
技術における問題点を解決し、銅または銅合金およびア
ルミニウムまたはアルミニウム合金からなる異材継手を
製造する圧延クラッド法、拡散接合クラッド法、爆発圧
着クラッド法または摩擦圧接クラッド法などの製法にお
いて、銅とアルミニウムの冶金的相性の悪さを克服する
ことで異材継手の接合強度ならびに接合境界部の気密性
などの機械的特性を向上せしめ、安定した性能を有する
異材継手を供給ならしめ、かつ、機器組み立て時の構造
体と異材継手の溶接ならびに機器組み立て後の構造物本
体の加熱脱ガス処理などの高温熱処理をおこなった後も
継手の性能を維持し、十分に信頼できる機械的性能と接
合強度と気密性を有する銅−アルミニウム異材継手を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は従来より行われていた銅または銅合金とア
ルミニウムまたはアルミニウム合金の接合に際して、中
間層として両金属に冶金的に相性の良い金属材料を挿入
することで解決しようと試み、接合強度の向上と高温特
性の上昇ならびに接合境界部の気密性の向上を同時に付
与し得る方策について種々研究を行った。
め、本発明は従来より行われていた銅または銅合金とア
ルミニウムまたはアルミニウム合金の接合に際して、中
間層として両金属に冶金的に相性の良い金属材料を挿入
することで解決しようと試み、接合強度の向上と高温特
性の上昇ならびに接合境界部の気密性の向上を同時に付
与し得る方策について種々研究を行った。
【０００８】その結果、銅とアルミニウムの接合の際ま
たはこれらの直接接合による異材継手を高温にさらした
際に発生しやすい脆弱な金属間化合物の生成を抑えるた
めに、チタニウムを中間材として挿入することで、均一
で良好な特性を有する異材継手が得られることを見出
し、本発明を完成した。
たはこれらの直接接合による異材継手を高温にさらした
際に発生しやすい脆弱な金属間化合物の生成を抑えるた
めに、チタニウムを中間材として挿入することで、均一
で良好な特性を有する異材継手が得られることを見出
し、本発明を完成した。
【０００９】すなわち、本発明は銅または銅合金および
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる異材継手
を製造する際に、銅または銅合金とアルミニウムまたは
アルミニウム合金との中間にチタニウムを挿入すること
を特徴とする銅−アルミニウム異材継手に関するもので
ある。以下に本発明を詳細に説明する。
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる異材継手
を製造する際に、銅または銅合金とアルミニウムまたは
アルミニウム合金との中間にチタニウムを挿入すること
を特徴とする銅−アルミニウム異材継手に関するもので
ある。以下に本発明を詳細に説明する。
【００１０】
【作用】異種金属材料である銅とアルミニウムの中間に
チタニウムをインサート材として挿入することによっ
て、銅とアルミニウムを直接接合することが回避できる
ため、約２００℃以上で平衡に出現する脆弱な層状の金
属間化合物（γ2相、ζ2相、η相およびθ相など）の析
出を防止することができる。また、これらの金属の中間
にチタニウムを挿入することで、銅およびチタニウムな
らびにアルミニウムおよびチタニウムが直接接合される
ことになり、銅とチタニウムの境界部においては約４０
０℃以上の加熱を受けた場合にＴｉＣｕやＴｉＣｕ3な
どの金属間化合物が生成し、アルミニウムとチタニウム
の境界部においては約３５０℃以上の加熱を受けた場合
にＴｉＡｌやＴｉＡｌ3などの金属間化合物が生成する
など、銅とアルミニウムを直接接合した場合に比べて境
界部に生成する金属間化合物の析出温度を高くして、比
較的高温においても高強度の安定した接合面を得ること
ができる。
チタニウムをインサート材として挿入することによっ
て、銅とアルミニウムを直接接合することが回避できる
ため、約２００℃以上で平衡に出現する脆弱な層状の金
属間化合物（γ2相、ζ2相、η相およびθ相など）の析
出を防止することができる。また、これらの金属の中間
にチタニウムを挿入することで、銅およびチタニウムな
らびにアルミニウムおよびチタニウムが直接接合される
ことになり、銅とチタニウムの境界部においては約４０
０℃以上の加熱を受けた場合にＴｉＣｕやＴｉＣｕ3な
どの金属間化合物が生成し、アルミニウムとチタニウム
の境界部においては約３５０℃以上の加熱を受けた場合
にＴｉＡｌやＴｉＡｌ3などの金属間化合物が生成する
など、銅とアルミニウムを直接接合した場合に比べて境
界部に生成する金属間化合物の析出温度を高くして、比
較的高温においても高強度の安定した接合面を得ること
ができる。
【００１１】また、銅とアルミニウムの接合境界部に析
出する脆弱な金属間化合物層は硬くて脆いことから加工
などの僅かな外力に対して微細な亀裂が生じ易く、一旦
亀裂が発生するとこの金属間化合物層の中を伝播し易い
性質を有しているため、配管用の異材継手などに使用し
て接合境界部が真空容器の内面側と外面側に同時に曝さ
れる場合は、これらの微細な亀裂がリークの原因となっ
て容器内部を超高真空状態に達成することや到達した真
空度を維持することが難しいので気密性を確保すること
ができなかったが、銅とアルミニウムの中間にチタニウ
ムを挿入することでこれら脆弱な金属間化合物の析出を
抑制することができ、ひいては十分な気密性を確保する
ことができる。
出する脆弱な金属間化合物層は硬くて脆いことから加工
などの僅かな外力に対して微細な亀裂が生じ易く、一旦
亀裂が発生するとこの金属間化合物層の中を伝播し易い
性質を有しているため、配管用の異材継手などに使用し
て接合境界部が真空容器の内面側と外面側に同時に曝さ
れる場合は、これらの微細な亀裂がリークの原因となっ
て容器内部を超高真空状態に達成することや到達した真
空度を維持することが難しいので気密性を確保すること
ができなかったが、銅とアルミニウムの中間にチタニウ
ムを挿入することでこれら脆弱な金属間化合物の析出を
抑制することができ、ひいては十分な気密性を確保する
ことができる。
【００１２】図面を参照して具体的に説明すると、図１
は本発明の基本概念を示す板状に積層した銅−アルミニ
ウム異種金属継手材の一断面模式図で、銅４または銅合
金５からなる第１層とアルミニウム１またはアルミニウ
ム合金２からなる第２層との中間にチタニウム３からな
る第３層を一体となるように全面にわたって接合した銅
または銅合金およびチタニウムおよびアルミニウムまた
はアルミニウム合金の３層構造からなる銅−アルミニウ
ム異種金属継手材を示す。
は本発明の基本概念を示す板状に積層した銅−アルミニ
ウム異種金属継手材の一断面模式図で、銅４または銅合
金５からなる第１層とアルミニウム１またはアルミニウ
ム合金２からなる第２層との中間にチタニウム３からな
る第３層を一体となるように全面にわたって接合した銅
または銅合金およびチタニウムおよびアルミニウムまた
はアルミニウム合金の３層構造からなる銅−アルミニウ
ム異種金属継手材を示す。
【００１３】図２は管状に積層した銅−アルミニウム異
種金属継手材の一断面模式図で、銅４もしくは銅合金５
またはアルミニウム１もしくはアルミニウム合金２から
なる内層あるいは芯材と、これらの異種金属からなる外
層との中間にチタニウムの層３を全面にわたって接合し
た銅または銅合金およびチタニウムおよびアルミニウム
またはアルミニウム合金の３層構造からなる銅−アルミ
ニウム異種金属継手材を示す。
種金属継手材の一断面模式図で、銅４もしくは銅合金５
またはアルミニウム１もしくはアルミニウム合金２から
なる内層あるいは芯材と、これらの異種金属からなる外
層との中間にチタニウムの層３を全面にわたって接合し
た銅または銅合金およびチタニウムおよびアルミニウム
またはアルミニウム合金の３層構造からなる銅−アルミ
ニウム異種金属継手材を示す。
【００１４】図３は板状に積層した銅−アルミニウム異
種金属継手材の一断面模式図で、銅またはアルミニウム
の層の外側にさらにそれぞれ同系統の銅合金５あるいは
アルミニウム合金２をそれぞれ一体となるように接合し
た４層または５層からなる銅−アルミニウム異種金属継
手材を示す。
種金属継手材の一断面模式図で、銅またはアルミニウム
の層の外側にさらにそれぞれ同系統の銅合金５あるいは
アルミニウム合金２をそれぞれ一体となるように接合し
た４層または５層からなる銅−アルミニウム異種金属継
手材を示す。
【００１５】
【実施例】以下に本発明を実施例によって具体的に説明
する。 実施例１ 爆発圧着クラッド法によって、板厚３０ｍｍの無酸素銅
板（Ｃ１０２０Ｐ）および板厚２ｍｍのチタン板（ＴＰ
２８Ｃ）および板厚１０ｍｍのアルミニウム板（Ａ１１
００Ｐ）の順に積層した３層からなるクラッド材を製作
した。爆発圧着は各材料の接合ごとに合わせて２回行
い、まず無酸素銅板の上にチタン板を接合して２層クラ
ッド材とした後、次にこのクラッド材のチタン面側にア
ルミニウム板を接合して３層のクラッド材とした。
する。 実施例１ 爆発圧着クラッド法によって、板厚３０ｍｍの無酸素銅
板（Ｃ１０２０Ｐ）および板厚２ｍｍのチタン板（ＴＰ
２８Ｃ）および板厚１０ｍｍのアルミニウム板（Ａ１１
００Ｐ）の順に積層した３層からなるクラッド材を製作
した。爆発圧着は各材料の接合ごとに合わせて２回行
い、まず無酸素銅板の上にチタン板を接合して２層クラ
ッド材とした後、次にこのクラッド材のチタン面側にア
ルミニウム板を接合して３層のクラッド材とした。
【００１６】このクラッド材を爆発圧着ままの状態およ
び４５０℃に１時間加熱保持した後の接合状態について
調査した。まず、クラッド材の板厚方向に中心軸を有す
るように平行部の直径が６ｍｍの丸棒引張試験片を採取
し、その試験片の平行部中央に板厚２ｍｍのチタン板が
位置するように機械加工で仕上げた。この試験片を用い
て引張試験を行った結果、爆着ままの状態では１２５〜
１４０Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示し、破断は何れもＡ１
１００素材内部で生じていた。また、熱処理を施した材
料は８０〜１００Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示し、何れも
Ａ１１００素材内部で破断した。
び４５０℃に１時間加熱保持した後の接合状態について
調査した。まず、クラッド材の板厚方向に中心軸を有す
るように平行部の直径が６ｍｍの丸棒引張試験片を採取
し、その試験片の平行部中央に板厚２ｍｍのチタン板が
位置するように機械加工で仕上げた。この試験片を用い
て引張試験を行った結果、爆着ままの状態では１２５〜
１４０Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示し、破断は何れもＡ１
１００素材内部で生じていた。また、熱処理を施した材
料は８０〜１００Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示し、何れも
Ａ１１００素材内部で破断した。
【００１７】この丸棒引張試験は板厚方向に引張荷重が
作用しているにもかかわらず、平行部に位置する異種金
属の接合界面における割れや剥離などは発生せず、接合
界面はＡ１１００の素材強度よりも強いことが実証され
た。
作用しているにもかかわらず、平行部に位置する異種金
属の接合界面における割れや剥離などは発生せず、接合
界面はＡ１１００の素材強度よりも強いことが実証され
た。
【００１８】次に、爆発圧着ままの状態および上記熱処
理を施したクラッド状から、外径６０ｍｍ、内径５０ｍ
ｍのリング状の異材継手管を加工し、接合界面部を中心
に真空外覆法によるヘリウムリーク試験を行い気密性を
調査した。その結果、何れの試験体においてもそれぞれ
のリーク量は使用したヘリウムリーク試験器の最小可能
検出リーク量（２．０×１０-11ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅ
ｃ）以下であり、熱処理を施した後も異材継手管の接合
界面部が十分な気密性を有していることが実証された。
理を施したクラッド状から、外径６０ｍｍ、内径５０ｍ
ｍのリング状の異材継手管を加工し、接合界面部を中心
に真空外覆法によるヘリウムリーク試験を行い気密性を
調査した。その結果、何れの試験体においてもそれぞれ
のリーク量は使用したヘリウムリーク試験器の最小可能
検出リーク量（２．０×１０-11ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅ
ｃ）以下であり、熱処理を施した後も異材継手管の接合
界面部が十分な気密性を有していることが実証された。
【００１９】実施例２ 摩擦圧接クラッド法および爆発圧着クラッド法を並用し
て、タフピッチ銅板（Ｃ１１００Ｐ）およびチタン板
（ＴＰ２８Ｃ）およびアルミニウム棒（Ａ１０５０Ｂ
Ｄ）の順に積層した３層からなるクラッド材を製作し
た。クラッド材の製作にあたっては、まず板厚５０ｍｍ
のタフピッチ銅板の片面に板厚２ｍｍのチタン板を爆発
圧着クラッド法によって接合し２層クラッド材とした
後、これを板厚方向に中心軸を有する直径７０ｍｍの丸
棒に加工した。次に、切り出したこの丸棒のチタン面に
対して直径７０ｍｍ、長さ２００ｍｍのアルミニウム棒
を摩擦圧接クラッド法により接合し、チタニウムを中間
材とする３層からなるクラッド材を製作した。このよう
に製作したクラッド材は、摩擦圧接法に特有の接合不良
部を取り除くために素材の中心軸と一致するように外径
６０ｍｍ、内径４０ｍｍのリング状の異材継手管に加工
した後、接合ままの状態および４５０℃に１時間加熱保
持した後の接合状態について調査した。
て、タフピッチ銅板（Ｃ１１００Ｐ）およびチタン板
（ＴＰ２８Ｃ）およびアルミニウム棒（Ａ１０５０Ｂ
Ｄ）の順に積層した３層からなるクラッド材を製作し
た。クラッド材の製作にあたっては、まず板厚５０ｍｍ
のタフピッチ銅板の片面に板厚２ｍｍのチタン板を爆発
圧着クラッド法によって接合し２層クラッド材とした
後、これを板厚方向に中心軸を有する直径７０ｍｍの丸
棒に加工した。次に、切り出したこの丸棒のチタン面に
対して直径７０ｍｍ、長さ２００ｍｍのアルミニウム棒
を摩擦圧接クラッド法により接合し、チタニウムを中間
材とする３層からなるクラッド材を製作した。このよう
に製作したクラッド材は、摩擦圧接法に特有の接合不良
部を取り除くために素材の中心軸と一致するように外径
６０ｍｍ、内径４０ｍｍのリング状の異材継手管に加工
した後、接合ままの状態および４５０℃に１時間加熱保
持した後の接合状態について調査した。
【００２０】まず、実施例１に記載したものと同一形状
の丸棒引張試験片をリング状の材料から同じ要領で製作
し、引張試験を行った。その結果、接合ままの状態では
１２０〜１３０Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示し、破断は接
合境界部から離れたＡ１０５０素材内部で生じていた。
また、熱処理を施した材料は８０〜１００Ｎ／ｍｍ2の
引張強さを示し、同様にいずれもＡ１０５０素材内部で
破断した。
の丸棒引張試験片をリング状の材料から同じ要領で製作
し、引張試験を行った。その結果、接合ままの状態では
１２０〜１３０Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示し、破断は接
合境界部から離れたＡ１０５０素材内部で生じていた。
また、熱処理を施した材料は８０〜１００Ｎ／ｍｍ2の
引張強さを示し、同様にいずれもＡ１０５０素材内部で
破断した。
【００２１】次に、接合ままの状態および４５０℃に１
時間加熱保持した材料から、外径は６０ｍｍのままで内
径を５０ｍｍとした実施例１と同寸法のリング状に加工
した異材継手管に対して、実施例１と同様な方法で異種
金属の接合界面部を中心とするヘリウムリーク試験を行
った。その結果、それぞれのリーク量は何れの試験体に
おいても使用したヘリウムリーク試験器の最小可能検出
リーク量（２．０×１０-11ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ）以
下であり、熱処理を施した後も異材継手管の接合界面部
が十分な気密性を有していることが実証された。
時間加熱保持した材料から、外径は６０ｍｍのままで内
径を５０ｍｍとした実施例１と同寸法のリング状に加工
した異材継手管に対して、実施例１と同様な方法で異種
金属の接合界面部を中心とするヘリウムリーク試験を行
った。その結果、それぞれのリーク量は何れの試験体に
おいても使用したヘリウムリーク試験器の最小可能検出
リーク量（２．０×１０-11ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ）以
下であり、熱処理を施した後も異材継手管の接合界面部
が十分な気密性を有していることが実証された。
【００２２】比較例１ 比較のため実施例１と同様な方法で爆発圧着法によって
板厚３０ｍｍの無酸素銅板と板厚１０ｍｍの２層からな
るクラッド板を製作し、チタニウム板を中間に挿入した
３層クラッド材の特性と比較するために、爆発圧着まま
の状態および４５０℃に１時間加熱保持したクラッド材
の接合状態について調査した。
板厚３０ｍｍの無酸素銅板と板厚１０ｍｍの２層からな
るクラッド板を製作し、チタニウム板を中間に挿入した
３層クラッド材の特性と比較するために、爆発圧着まま
の状態および４５０℃に１時間加熱保持したクラッド材
の接合状態について調査した。
【００２３】まず、クラッド材の板厚方向の引張強さに
ついて、実施例１と同様な形状の丸棒引張試験を行っ
た。その結果、爆発圧着ままの状態の試験片は１００〜
１３０Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示し、破断はＡ１１００
素材内部で生じていた。また、熱処理を施した材料は、
試験片を加工する際に接合界面部から破断してしまうも
のがあったが、引張試験を行ったものは４０〜６０Ｎ／
ｍｍ2の引張強さを示し、そのほとんどが接合界面部で
破断した。
ついて、実施例１と同様な形状の丸棒引張試験を行っ
た。その結果、爆発圧着ままの状態の試験片は１００〜
１３０Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示し、破断はＡ１１００
素材内部で生じていた。また、熱処理を施した材料は、
試験片を加工する際に接合界面部から破断してしまうも
のがあったが、引張試験を行ったものは４０〜６０Ｎ／
ｍｍ2の引張強さを示し、そのほとんどが接合界面部で
破断した。
【００２４】次に、爆発圧着ままの状態および４５０℃
に１時間加熱保持した後のクラッド材から実施例１に示
した寸法と同じ形状のリング状の異材継手管に加工し、
同じ手法で異種金属の接合界面部を中心とするヘリウム
リーク試験を行った結果、爆発圧着ままの状態から加工
した異材継手管のリーク量は何れの試験体においても使
用したヘリウムリーク試験器の最小可能検出リーク量
（２．０×１０-11ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ）以下であっ
たが、熱処理を施した材料から加工した異材継手管から
は約１００００倍近いリーク量（２．０×１０-7ａｔｍ
・ｃｃ／ｓｅｃ）が検出された。
に１時間加熱保持した後のクラッド材から実施例１に示
した寸法と同じ形状のリング状の異材継手管に加工し、
同じ手法で異種金属の接合界面部を中心とするヘリウム
リーク試験を行った結果、爆発圧着ままの状態から加工
した異材継手管のリーク量は何れの試験体においても使
用したヘリウムリーク試験器の最小可能検出リーク量
（２．０×１０-11ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ）以下であっ
たが、熱処理を施した材料から加工した異材継手管から
は約１００００倍近いリーク量（２．０×１０-7ａｔｍ
・ｃｃ／ｓｅｃ）が検出された。
【００２５】比較例２ 比較のため摩擦圧接クラッド法によって、直径７０ｍ
ｍ、長さ５０ｍｍのタフピッチ銅棒（Ｃ１１００Ｒ）と
同じ直径で長さ２００ｍｍのアルミニウム棒（Ａ１０５
０ＢＤ）からなる２層クラッドを製作した。このクラッ
ド材を実施例２に示したチタニウムを挿入した３層から
なるクラッド材の特性と比較するために、摩擦圧接まま
の状態および４５０℃に１時間加熱保持した材料の接合
状態について調査した。比較のための調査は、実施例２
と同様に摩擦圧接法に特有の接合不良部を取り除くため
に、使用した素材の軸を中心に外径６０ｍｍ、内径４０
ｍｍのリング状に加工した材料に対して行った。
ｍ、長さ５０ｍｍのタフピッチ銅棒（Ｃ１１００Ｒ）と
同じ直径で長さ２００ｍｍのアルミニウム棒（Ａ１０５
０ＢＤ）からなる２層クラッドを製作した。このクラッ
ド材を実施例２に示したチタニウムを挿入した３層から
なるクラッド材の特性と比較するために、摩擦圧接まま
の状態および４５０℃に１時間加熱保持した材料の接合
状態について調査した。比較のための調査は、実施例２
と同様に摩擦圧接法に特有の接合不良部を取り除くため
に、使用した素材の軸を中心に外径６０ｍｍ、内径４０
ｍｍのリング状に加工した材料に対して行った。
【００２６】まず、実施例２に記載したものと同一形状
の丸棒引張試験片を同じ要領で採取し、引張試験を行っ
た。その結果、摩擦圧接ままの状態では１２０〜１３０
Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示し、破断は接合境界部から離
れた位置のＡ１０５０素材内部で生じていた。また、熱
処理を施した材料は比較例２と同様に試験片を加工する
際に接合界面部から破断するものもあったが、引張試験
を行った試験片は４０〜５０Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示
し、破断は何れも接合界面部から生じていた。
の丸棒引張試験片を同じ要領で採取し、引張試験を行っ
た。その結果、摩擦圧接ままの状態では１２０〜１３０
Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示し、破断は接合境界部から離
れた位置のＡ１０５０素材内部で生じていた。また、熱
処理を施した材料は比較例２と同様に試験片を加工する
際に接合界面部から破断するものもあったが、引張試験
を行った試験片は４０〜５０Ｎ／ｍｍ2の引張強さを示
し、破断は何れも接合界面部から生じていた。
【００２７】次に、実施例２に示した寸法と同じ形状の
リング状の異材継手管に加工し、接合境界部を中心にヘ
リウムリーク試験を行った。その結果、摩擦圧接ままの
状態から加工した異材継手管のリーク量は何れの試験体
においても使用したヘリウムリーク試験器の最小可能検
出リーク量（２．０×１０-11ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ）
以下であったが、熱処理を施した材料から加工した異材
継手管からは約１００００倍近いリーク量（２．０×１
０-7ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ）が検出された。
リング状の異材継手管に加工し、接合境界部を中心にヘ
リウムリーク試験を行った。その結果、摩擦圧接ままの
状態から加工した異材継手管のリーク量は何れの試験体
においても使用したヘリウムリーク試験器の最小可能検
出リーク量（２．０×１０-11ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ）
以下であったが、熱処理を施した材料から加工した異材
継手管からは約１００００倍近いリーク量（２．０×１
０-7ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ）が検出された。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による銅−
アルミニウム異材継手は、異材継手自身を構成する異種
金属の接合境界部を銅およびチタニウムならびにアルミ
ニウムおよびチタニウムの直接接合とすることができる
ため、銅とアルミニウムを直接接合した場合に約２００
℃の比較的低温で生成する脆弱な金属間化合物の析出を
回避し、接合境界部に生成する金属間化合物の析出温度
を約３５０℃にまで高くならしめることができる。した
がって、異材継手製造時の温度条件を比較的高温側まで
幅広く設定することができるようになり、圧延クラッド
法、拡散クラッド法、爆発圧着クラッド法および摩擦圧
接クラッド法などの種々の製造方法における入熱制限お
よびこれに伴う材質規制などの製造条件を緩和すること
ができ、かつ、異材継手に負荷される機器組み立て時の
溶接入熱および組み立て後に真空機器などに対して行わ
れる加熱脱ガス処理などの熱影響が加えられた後も十分
に信頼できる機械的性質と接合強度と気密性を有する異
材継手を供給することができる。
アルミニウム異材継手は、異材継手自身を構成する異種
金属の接合境界部を銅およびチタニウムならびにアルミ
ニウムおよびチタニウムの直接接合とすることができる
ため、銅とアルミニウムを直接接合した場合に約２００
℃の比較的低温で生成する脆弱な金属間化合物の析出を
回避し、接合境界部に生成する金属間化合物の析出温度
を約３５０℃にまで高くならしめることができる。した
がって、異材継手製造時の温度条件を比較的高温側まで
幅広く設定することができるようになり、圧延クラッド
法、拡散クラッド法、爆発圧着クラッド法および摩擦圧
接クラッド法などの種々の製造方法における入熱制限お
よびこれに伴う材質規制などの製造条件を緩和すること
ができ、かつ、異材継手に負荷される機器組み立て時の
溶接入熱および組み立て後に真空機器などに対して行わ
れる加熱脱ガス処理などの熱影響が加えられた後も十分
に信頼できる機械的性質と接合強度と気密性を有する異
材継手を供給することができる。
【００２９】また、本発明による銅−アルミニウム異材
継手は、構造体と異材継手とを接合する際の溶接などの
入熱に対して、接合境界部が受ける熱影響を比較的高温
まで許容することができるため、溶接方法の選択や溶接
条件の設定範囲を幅広く設定することができ、かつ、構
造体同士を接合する空間が狭い場合には、異材継手の長
さを短くすることができる。さらに溶接熱影響を少なく
するために設けられる異材継手外面の放熱溝などが不要
になるなど、異材継手を用いるための形状的な制約を緩
和し、比較的自由な形状で設計し接合することができる
ようになる。
継手は、構造体と異材継手とを接合する際の溶接などの
入熱に対して、接合境界部が受ける熱影響を比較的高温
まで許容することができるため、溶接方法の選択や溶接
条件の設定範囲を幅広く設定することができ、かつ、構
造体同士を接合する空間が狭い場合には、異材継手の長
さを短くすることができる。さらに溶接熱影響を少なく
するために設けられる異材継手外面の放熱溝などが不要
になるなど、異材継手を用いるための形状的な制約を緩
和し、比較的自由な形状で設計し接合することができる
ようになる。
【００３０】また、本発明による異材継手を真空容器な
どの配管用異材継手またはフランジなどとして用いる場
合は、容器組み立て後の加熱脱ガス処理などにおいて、
異材継手の高温特性の向上に起因して加熱温度を約３５
０℃までの比較的高温に設定することができるため、処
理時間を短縮することができ、かつ、容易に超高真空に
到達することができる。
どの配管用異材継手またはフランジなどとして用いる場
合は、容器組み立て後の加熱脱ガス処理などにおいて、
異材継手の高温特性の向上に起因して加熱温度を約３５
０℃までの比較的高温に設定することができるため、処
理時間を短縮することができ、かつ、容易に超高真空に
到達することができる。
【図１】銅−チタニウム−アルミニウム異種金属継手材
の一断面模式図、
の一断面模式図、
【図２】銅−チタニウム−アルミニウムを管状に積層し
た異種金属継手材の一断面模式図、
た異種金属継手材の一断面模式図、
【図３】図１に示した継手材の銅の外側に更に銅合金層
を有し、アルミニウムの外側に更にアルミニウム合金層
を有する異種金属継手材の一断面模式図。
を有し、アルミニウムの外側に更にアルミニウム合金層
を有する異種金属継手材の一断面模式図。
１ アルミニウム ２ アルミニウム合金 ３ チタニウム ４ 銅 ５ 銅合金
Claims (2)
- 【請求項１】 銅またはその合金からなる部材とアルミ
ニウムまたはその合金からなる部材とが、チタニウム層
を介して接合されていることを特徴とする銅−アルミニ
ウム異種金属継手材。 - 【請求項２】 銅またはその合金からなる部材またはア
ルミニウムまたはその合金からなる部材が、チタニウム
層との接合面と反対面に、それぞれ同系統の耐食構造用
または高強度合金層を有することを特徴とする請求項１
記載の銅−アルミニウム異種金属継手材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8451993A JP3240211B2 (ja) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | 銅−アルミニウム異種金属継手材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8451993A JP3240211B2 (ja) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | 銅−アルミニウム異種金属継手材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06292984A true JPH06292984A (ja) | 1994-10-21 |
| JP3240211B2 JP3240211B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=13832888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8451993A Expired - Lifetime JP3240211B2 (ja) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | 銅−アルミニウム異種金属継手材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3240211B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0397201A2 (en) * | 1989-05-11 | 1990-11-14 | Tokyo Electric Co., Ltd. | Electrophotographic apparatus |
| JP2007075895A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Plansee Se | 爆発溶接で形成される中間片を備えた材料複合体 |
| WO2014046130A1 (ja) * | 2012-09-21 | 2014-03-27 | 三菱マテリアル株式会社 | アルミニウム部材と銅部材との接合構造 |
| JP2016100430A (ja) * | 2014-11-20 | 2016-05-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンクの製造方法、及び、接合体、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク |
| CN106077937A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-09 | 西安理工大学 | 一种铝‑铜双金属复合材料的制备方法 |
| US9968012B2 (en) | 2012-10-16 | 2018-05-08 | Mitsubishi Materials Corporation | Heat-sink-attached power module substrate, heat-sink-attached power module, and method for producing heat-sink-attached power module substrate |
| CN117506185A (zh) * | 2023-11-14 | 2024-02-06 | 湖南方恒新材料技术股份有限公司 | 一种低温过渡接头及其制备方法 |
-
1993
- 1993-04-12 JP JP8451993A patent/JP3240211B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0397201A2 (en) * | 1989-05-11 | 1990-11-14 | Tokyo Electric Co., Ltd. | Electrophotographic apparatus |
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| CN104661785B (zh) * | 2012-09-21 | 2017-05-03 | 三菱综合材料株式会社 | 铝部件与铜部件的接合结构 |
| JP2014076486A (ja) * | 2012-09-21 | 2014-05-01 | Mitsubishi Materials Corp | アルミニウム部材と銅部材との接合構造 |
| KR20150056534A (ko) * | 2012-09-21 | 2015-05-26 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 알루미늄 부재와 구리 부재의 접합 구조 |
| CN104661785A (zh) * | 2012-09-21 | 2015-05-27 | 三菱综合材料株式会社 | 铝部件与铜部件的接合结构 |
| EP2898979A4 (en) * | 2012-09-21 | 2016-06-08 | Mitsubishi Materials Corp | CONNECTING STRUCTURE FOR AN ALUMINUM AND COPPER ELEMENT |
| WO2014046130A1 (ja) * | 2012-09-21 | 2014-03-27 | 三菱マテリアル株式会社 | アルミニウム部材と銅部材との接合構造 |
| US10011093B2 (en) | 2012-09-21 | 2018-07-03 | Mitsubishi Materials Corporation | Bonding structure of aluminum member and copper member |
| US9968012B2 (en) | 2012-10-16 | 2018-05-08 | Mitsubishi Materials Corporation | Heat-sink-attached power module substrate, heat-sink-attached power module, and method for producing heat-sink-attached power module substrate |
| JP2016100430A (ja) * | 2014-11-20 | 2016-05-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンクの製造方法、及び、接合体、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク |
| CN106077937A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-09 | 西安理工大学 | 一种铝‑铜双金属复合材料的制备方法 |
| CN106077937B (zh) * | 2016-06-24 | 2018-08-03 | 西安理工大学 | 一种铝-铜双金属复合材料的制备方法 |
| CN117506185A (zh) * | 2023-11-14 | 2024-02-06 | 湖南方恒新材料技术股份有限公司 | 一种低温过渡接头及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3240211B2 (ja) | 2001-12-17 |
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