JPH08257743A - Method for joining aluminum or its alloy and different metal - Google Patents

Method for joining aluminum or its alloy and different metal

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JPH08257743A
JPH08257743A JP9455395A JP9455395A JPH08257743A JP H08257743 A JPH08257743 A JP H08257743A JP 9455395 A JP9455395 A JP 9455395A JP 9455395 A JP9455395 A JP 9455395A JP H08257743 A JPH08257743 A JP H08257743A
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JP
Japan
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brazing
aluminum
alloy
joining
metal
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Application number
JP9455395A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuaki Suganuma
克昭 菅沼
Tatsuya Yamakawa
達也 山川
Minoru Tanigawa
稔 谷川
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Sumitomo Precision Products Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Precision Products Co Ltd
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Publication date
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  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

PURPOSE: To reduce a joining cost by suppressing the formation of intermetallic compds., enhancing the reliability of joint parts and decreasing the man-hours in pretreatment stages before brazing in brazing of an aluminum metal and different metal. CONSTITUTION: The joint surface of the different metal 2 is coated with nitride or carbide of a rock salt type structure. The aluminum metal 1 and the different metal 2 are joined by aluminum brazing 3 via this coating layer 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム又はその
合金と鋼に代表される異種金属とをろう付けにより接合
する方法に関する。なお、本明細書ではアルミニウム又
はその合金を総称してアルミニウム系金属と記す。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for joining aluminum or its alloy and dissimilar metals represented by steel by brazing. In the present specification, aluminum or its alloy is generically referred to as an aluminum-based metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱交換器のようなアルミニウム系金属と
鋼との複合構造物では、その異なる金属の接合が容易な
らざる技術とされている。これは、接合面の溶融に伴い
接合界面に脆弱な金属間化合物が生じ、健全な接合部が
得られないため、通常の溶接を採用できないことによ
る。そこで一般的にはHIP、圧接等の固相接合法が用
いられ、液相接合法としてはインサート材を併用したろ
う付け法が研究されている。しかし、固相接合法はコス
ト的な問題や形状による適用範囲の制限を避けられず、
工業的にはインサート材を併用したろう付け法が好まし
いと言える。
2. Description of the Related Art In a composite structure of aluminum-based metal and steel such as a heat exchanger, it is considered that joining different metals is not easy. This is because normal welding cannot be adopted because a brittle intermetallic compound is generated at the joint interface due to melting of the joint surface and a sound joint cannot be obtained. Therefore, solid-state joining methods such as HIP and pressure welding are generally used, and as the liquid-phase joining method, a brazing method using an insert material has been studied. However, the solid-phase bonding method cannot avoid the cost problem and the limitation of the application range due to the shape.
It can be said that a brazing method using an insert material together is industrially preferable.

【0003】インサート材を併用したアルミニウム系金
属と鋼とのろう付け法としては、例えば次のようなもの
が知られている。鋼、特にステンレス鋼の接合面にAl
やAl−Si,Ag,Snをコーティングした後に真空
ろう付けを行う方法(特開昭60−133971号公
報)。鋼、特にステンレス鋼の接合面にTiをコーティ
ングして真空ろう付けを行う方法(特開平2−6368
1号公報)、鋼の接合面にセラミック、具体的にはAl
2 3 をコーティングし更にAlをコーティングしてろ
う付けを行う方法(特公昭61−21747号公報)。
For example, the following is known as a brazing method of aluminum-based metal and steel using an insert material together. Al on the joining surface of steel, especially stainless steel
Vacuum brazing after coating with Al-Si, Ag or Sn (Japanese Patent Laid-Open No. 60-133971). A method of coating the joint surface of steel, particularly stainless steel with Ti and performing vacuum brazing (Japanese Patent Laid-Open No. 2-6368).
No. 1), ceramic on the joining surface of steel, specifically Al
A method in which 2 O 3 is coated, Al is further coated, and brazing is performed (Japanese Patent Publication No. 61-21747).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】最初の方法および2番
目の方法は、基本的に鋼の接合面に非鉄金属をコーティ
ングするものであるが、接合界面での金属間化合物の生
成を完全に抑えることは困難である。これに対し、鋼の
接合面にセラミックをコーティングする3番目の方法
は、金属間化合物の生成を抑えるのに極めて有効であ
る。しかし、セラミック層の上に更にAlをオーバーコ
ートする必要があるため、ろう付けに至るまでの前処理
の工数が多く、その前処理が複雑になるため、ろう付け
の簡便さを減殺させるという問題がある。
The first method and the second method basically coat non-ferrous metal on the joining surface of steel, but completely suppress the formation of intermetallic compounds at the joining interface. Is difficult. On the other hand, the third method of coating the joining surface of steel with ceramics is extremely effective in suppressing the formation of intermetallic compounds. However, since it is necessary to further overcoat Al on the ceramic layer, the number of man-hours for pretreatment until brazing is large, and the pretreatment is complicated, which reduces the ease of brazing. There is.

【0005】本発明の目的は、接合界面での金属間化合
物の生成を抑えて健全な接合部を得ることができるのは
勿論、ろう付けに至るまでの前処理の工数が少ない高性
能かつ高能率なろう付けによる接合方法を提供すること
にある。
The object of the present invention is not only to obtain a sound joint by suppressing the formation of intermetallic compounds at the joint interface, but also to reduce the number of pretreatment steps required for brazing to achieve high performance and high performance. It is to provide a joining method by efficient brazing.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】アルミニウム系金属と異
種金属とのろう付けにおいて問題となる金属間化合物の
生成を抑える手段としてセラミックのコーティングは極
めて有効である。しかし、そのセラミックとして従来提
案されているAl2 3 は、セラミック層の上に更にA
lをオーバーコーティングする必要がある。その理由は
次のようなことと考えられる。
A ceramic coating is extremely effective as a means for suppressing the formation of intermetallic compounds, which is a problem in brazing aluminum-based metals and dissimilar metals. However, Al 2 O 3 which has been conventionally proposed as the ceramic has a further A
1 needs to be overcoated. The reason is considered to be as follows.

【0007】Alは表面を強固な酸化膜で覆われてお
り、その酸化膜の挙動が接合に大きく関係する。そのた
めに一般のAlのろう付け接合では、その酸化膜を除去
する目的でフラックスろうやMgを含有したろうが用い
られる。しかし、これらのフラックスやMgは、Al2
3 とAlのろう付け接合においては界面反応を阻害す
る因子となり、その接合を困難にする。そのため、セラ
ミックがAl2 3 の場合には、そのセラミック層にA
lのオーバーコーティングが必要となる。
The surface of Al is covered with a strong oxide film, and the behavior of the oxide film is greatly related to the bonding. Therefore, in general brazing of Al, flux brazing or brazing containing Mg is used for the purpose of removing the oxide film. However, these flux and Mg is, Al 2
In brazing joining of O 3 and Al, it becomes a factor that hinders the interfacial reaction and makes the joining difficult. Therefore, when the ceramic is Al 2 O 3 , A is added to the ceramic layer.
1 overcoating is required.

【0008】そこで本発明者らはAlによるオーバコー
ティングを必要としないセラミックを見付け出すべく種
々実験研究を重ねた結果、岩塩型構造の窒化物または炭
化物がその要求にかなうことを見い出し、本発明を完成
させるに至った。
The inventors of the present invention have conducted various experimental studies to find a ceramic that does not require overcoating with Al. As a result, they have found that a nitride or carbide having a rock-salt type structure meets the requirements, and the present invention It came to completion.

【0009】本発明の接合方法は、アルミニウム又はそ
の合金と異種金属とを接合する方法であって、異種金属
の接合面に岩塩型構造の窒化物または炭化物からなるコ
ーティング層を形成し、該コーティング層を介して、6
20℃以下で接合が可能なアルミニウムを主成分とする
ろう材により、アルミニウム又はその合金と異種金属と
を接合するものである。
The joining method of the present invention is a method of joining aluminum or its alloy and a dissimilar metal, wherein a coating layer made of a nitride or a carbide having a rock salt type structure is formed on the joint surface of the dissimilar metals and the coating is performed. 6 through layers
Aluminum or its alloy and dissimilar metals are joined by a brazing material containing aluminum as a main component that can be joined at 20 ° C or lower.

【0010】[0010]

【作用】岩塩型構造とは食塩型構造、塩化ナトリウム型
構造とも言われ、立方晶系に属する結晶構造の一種であ
る。この構造の代表的な炭化物、窒化物であるTiC、
TiNは食器や時計等の装飾用、耐食用として、あるい
は工具等の耐摩耗用として一般に普及したコーティング
材であり、その成膜技術は確立されているので、技術的
に容易であり、また、それ故に安価である。
[Function] The rock salt type structure is also called a salt type structure or a sodium chloride type structure, and is a kind of crystal structure belonging to the cubic system. TiC, which is a typical carbide and nitride of this structure,
TiN is a coating material that is widely used for decoration of tableware and watches, for corrosion resistance, or for wear resistance of tools and the like, and its film forming technology has been established, so it is technically easy. Therefore it is cheap.

【0011】しかも、この構造の炭化物、窒化物はAl
2 3 等の純粋なセラミックと異なり、セラミックおよ
び金属の両特性を持つ化合物であるため、セラミックと
金属のろう付け接合の可否を決める重要な因子の一つで
ある溶融金属(ろう)との濡れ性が特に優れる。そのた
め、そのコーティング層にAlをオーバーコーティング
する必要がない。また、そのろう付けでは接合界面に金
属間化合物が生成するのを効果的に抑えることができ
る。
Moreover, the carbide and nitride of this structure are Al
Unlike pure ceramics such as 2 O 3 , it is a compound that has both properties of ceramics and metals, so it is one of the important factors that determines whether or not brazing of ceramics and metals Excellent wettability. Therefore, it is not necessary to overcoat the coating layer with Al. In addition, the brazing can effectively suppress the formation of intermetallic compounds at the bonding interface.

【0012】岩塩型構造の窒化物としては具体的にはM
N(M:希土類元素,Ti,Zr,Hf,V,Nb,T
a,Cr,U等)を挙げることができる。また、その構
造の炭化物としては具体的にはMC(M:Ti,Zr,
Hf,V,Nb,Ta,Mo,W等)を挙げることがで
きる。
As the rock salt type nitride, specifically, M
N (M: rare earth element, Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
a, Cr, U, etc.). Further, as the carbide of the structure, specifically, MC (M: Ti, Zr,
Hf, V, Nb, Ta, Mo, W etc.).

【0013】コーティング層の厚みとしては2〜6μm
が望ましい。2μm未満ではコーティング方法によって
はポーラスな部分ができ、その部分から異種金属側への
ろうの拡散が起こり、金属間化合物が生成する。6μm
を超えると熱膨張係数の違いから剥離もしくは強度の低
下が起こる。また、コーティング方法としては、PVD
法(イオンプレーティング法等)、CVD法(プラズマ
CVD法、レーザCVD等)が望ましい。なぜなら、所
定の膜厚をコーティングする方法として適しており、且
つ上記窒化物、炭化物のコーティング方法として技術的
に確立されているからである。
The thickness of the coating layer is 2 to 6 μm
Is desirable. If the thickness is less than 2 μm, a porous portion is formed depending on the coating method, and diffusion of the brazing from that portion to the dissimilar metal side occurs to generate an intermetallic compound. 6 μm
If it exceeds, peeling or reduction in strength occurs due to the difference in thermal expansion coefficient. In addition, as a coating method, PVD
A method (ion plating method or the like) or a CVD method (plasma CVD method, laser CVD or the like) is desirable. This is because it is suitable as a method for coating a predetermined film thickness and has been technically established as a method for coating the above-mentioned nitride and carbide.

【0014】ろう付け工程においては、ろう材として6
20℃以下で接合が可能なアルミニウムを主成分とする
ものを用いる。ろう材においてその接合可能温度を62
0℃以下としたのはろう付け時にアルミニウム側が母材
溶融するのを防止するためであり、また主成分をアルミ
ニウムとしたのは、コーティング層とアルミニウム系金
属との界面において金属間化合物が生成するのを防止す
るためである。そのようなろう材としては、例えばAl
−Si系のろう或いはブレージングシートを挙げること
ができる。また、ろう付け荷重としては、接合に必要な
ろうを界面に確保するために0.2MPa以下が望まし
く、ろう付け温度としてはアルミニウム側の母材溶融温
度である640℃より低温であることが必要である。
In the brazing process, as a brazing material, 6
A material whose main component is aluminum that can be bonded at 20 ° C. or lower is used. The brazing temperature of the brazing material is 62
The reason why the temperature is 0 ° C. or lower is to prevent the base metal from melting on the aluminum side during brazing, and the main component being aluminum is that an intermetallic compound is formed at the interface between the coating layer and the aluminum-based metal. This is to prevent this. As such a brazing material, for example, Al
-Si based wax or brazing sheet may be mentioned. Also, the brazing load is preferably 0.2 MPa or less in order to secure the brazing material necessary for joining at the interface, and the brazing temperature must be lower than 640 ° C, which is the melting temperature of the base metal on the aluminum side. Is.

【0015】母材であるアルミニウム系金属は基本的に
ろう付けの可能なものであって、具体的には純アルミニ
ウムの他、Al−Mn系、Al−Mg系、Al−Mg−
Si系等のアルミニウム合金を挙げることができる。異
種金属としては、炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、バネ
鋼、工具鋼、鋳鉄、鋳鋼等の各種の鋼、更には各種の合
金鋼、高合金、アルミニウム系金属以外の非鉄金属を挙
げることができる。
The aluminum-based metal as the base material is basically brazable, and specifically, in addition to pure aluminum, Al-Mn-based, Al-Mg-based, Al-Mg-
An aluminum alloy such as a Si-based material can be used. Examples of the dissimilar metals include various steels such as carbon steel, stainless steel, heat resistant steel, spring steel, tool steel, cast iron, and cast steel, as well as various alloy steels, high alloys, and non-ferrous metals other than aluminum-based metals. it can.

【0016】[0016]

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。図1に示すよ
うに20mm角ブロックの3003合金からなるアルミ
ニウム系金属1と同じく20mm角ブロックのSUS3
04からなる鋼2とを接合するに際し、鋼2の接合面に
イオンプレーティング法を用いてTiNからなる厚さ約
2μmのコーティング層4を形成した。そして、厚さ約
100μmの4045合金ろう3を挟み、真空度5×1
-5Torr以下、圧力0.002MPa、温度600℃、時
間60分の条件で真空ろう付けによる接合を行った。得
られた接合体から小片を切り出し、引張試験を行った結
果、強度100MPaで母材破断が生じた。
Examples of the present invention will be described below. As shown in FIG. 1, a 20 mm square block of aluminum-based metal 1 made of 3003 alloy and a 20 mm square block of SUS3
When joining the steel 2 made of 04, a coating layer 4 made of TiN and having a thickness of about 2 μm was formed on the joining surface of the steel 2 by using an ion plating method. Then, a 4045 alloy brazing filler metal 3 having a thickness of about 100 μm is sandwiched, and the degree of vacuum is 5 × 1.
Bonding was performed by vacuum brazing under the conditions of 0 -5 Torr or less, a pressure of 0.002 MPa, a temperature of 600 ° C, and a time of 60 minutes. A small piece was cut out from the obtained joined body and a tensile test was performed. As a result, fracture of the base material occurred at a strength of 100 MPa.

【0017】また、同じ鋼2およびろう3を用い、アル
ミニウム系金属1としての3003合金を1050純ア
ルミニウムに変更して、真空度10-6〜10-7Torr、圧
力0.002MPa、温度620℃、時間60分の条件で
真空ろう付けを行い、同様に引張試験を行った結果、強
度70MPaで母材破断が生じた。
Also, using the same steel 2 and braze 3, the 3003 alloy as the aluminum-based metal 1 was changed to 1050 pure aluminum, the vacuum degree was 10 −6 to 10 −7 Torr, the pressure was 0.002 MPa, and the temperature was 620 ° C. Vacuum brazing was performed for 60 minutes, and a tensile test was conducted in the same manner. As a result, fracture of the base metal occurred at a strength of 70 MPa.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明のアルミニ
ウム又はその合金と異種金属の接合方法は、ろう付けを
用いるので、形状による適用範囲の制限が少なく、製品
形状の自由度を拡大することができ、且つ安価な接合が
可能であるので、製品価格の低減を図ることができる。
第2に、ろう付けを用いるにもかかわらず、接合界面で
の金属間化合物の生成を抑制することができるので、接
合部の信頼性を高めることができる。第3に、コーティ
ング層にAlをオーバーコートする必要がないので、ろ
う付けに至るまでの前処理の工数が少なく、この点から
も接合コストの低減を図ることができる。従って、信頼
性の高い複合構造物を従来より安価に提供することがで
きるという工業上有意な効果を本発明は奏する。
As described above, since the method of joining aluminum or its alloy and the dissimilar metal of the present invention uses brazing, there is little limitation in the range of application depending on the shape, and the degree of freedom of the product shape can be expanded. Moreover, since it is possible to perform inexpensive bonding, it is possible to reduce the product price.
Secondly, despite the use of brazing, the formation of intermetallic compounds at the joint interface can be suppressed, so that the reliability of the joint can be improved. Thirdly, since it is not necessary to overcoat the coating layer with Al, the number of man-hours required for pretreatment up to brazing is small, and from this point also the bonding cost can be reduced. Therefore, the present invention has an industrially significant effect that a highly reliable composite structure can be provided at a lower cost than before.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法による接合構造を模式的に示す図
である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a joint structure according to the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アルミニウム系金属 2 鋼(異種金属) 3 ろう 4 コーティング層 1 Aluminum-based metal 2 Steel (dissimilar metal) 3 Wax 4 Coating layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウム又はその合金と異種金属と
を接合する方法であって、異種金属の接合面に岩塩型構
造の窒化物または炭化物からなるコーティング層を形成
し、該コーティング層を介して、620℃以下で接合が
可能なアルミニウムを主成分とするろう材により、アル
ミニウム又はその合金と異種金属とを接合することを特
徴とするアルミニウム又はその合金と異種金属の接合方
法。
1. A method for joining aluminum or its alloy and a dissimilar metal, comprising forming a coating layer made of a nitride or a carbide having a rock salt type structure on the joint surface of the dissimilar metals, and interposing the coating layer therebetween. A method of joining aluminum or an alloy thereof and a dissimilar metal, which comprises joining aluminum or an alloy thereof and a dissimilar metal with a brazing material containing aluminum as a main component which can be joined at 620 ° C. or lower.
JP9455395A 1995-03-27 1995-03-27 Method for joining aluminum or its alloy and different metal Pending JPH08257743A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008183399A (en) * 2007-01-26 2008-08-14 Meian Kokusai Gigyo Kofun Yugenkoshi Jointing method of golf club head

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008183399A (en) * 2007-01-26 2008-08-14 Meian Kokusai Gigyo Kofun Yugenkoshi Jointing method of golf club head

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