JPH084925B2 - 金属部材の接合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は金属部材同志を接合する方法、特に1,100
℃以下の比較的低融点の銅系金属部材に対しても応用可
能な上記接合方法に関する。

〔従来の技術〕

金属材料は、今日、各種産業用および家庭用の機械，
装置，器具類のほか、車両，船舶，航空機，建造物，構
築物などほとんどあらゆる分野で利用されている。この
ような金属材料の使用にあたつては、同種のあるいは異
種の金属同志を接合して用いることがごく一般的な使用
形態としてとられている。

金属材料の接合には、古くから溶接のほか数多くの手
法が採られており、そのひとつに金属ろう材を用いる方
法がある。

金属ろう材を用いる従来の方法は、金属ろう材を粉末
状としてこれと樹脂とを混練した粉末ペースト状とする
かあるいは箔とし、これらを金属部材間に介在させて上
記ろう材の融点以上の温度に加熱してその融着接合性を
利用して金属部材同志を接合させるものであり、上記ろ
う材として金属部材に応じた最適のものを選択使用する
ことにより、比較的大きな接合強度が得られることが知
られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、上記の如き金属ろう材を用いる接合方法に
おいては、たとえば粉末ペーストの場合これを金属部材
間に均一厚みに塗工しにくいことから、接合層の厚みが
不均一となつたり、接合界面に空隙などが残りやすく、
また箔の場合Ni系などの可撓性の乏しいものでは、曲面
状の接合面に対してうまく追従させにくいという難点が
あつた。そして、これらのことが原因で上記いずれの場
合も、種々の金属部材に対して金属ろう材の接合性を充
分に発揮できなかつたり、また安定した接合強度を得に
くいという問題があつた。

したがつて、この発明は、上記の如き問題点の解消さ
れた、つまり金属部材同志の接合面が平坦状である場合
はもちろんのこと曲面状であるときでも、空隙の少ない
均一な接合を確実に達成でき、これにより大きな接合強
度を安定して得ることができる金属部材の接合方法を提
供することを目的とする。また、この発明の他の目的
は、1,100℃以下の比較的低融点の銅系金属部材、たと
えば黄銅，青銅，銅などに対して応用しうる上記接合方
法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明者らは、上記の目的に対して鋭意検討した結
果、前記従来のペースト状ないし箔状の金属ろう材の代
わりに、特定の接合用合金粉末と有機高分子バインダと
をシート成形してなる合金粉末シートを使用し、これを
金属部材間に介在させて特定雰囲気下で上記粉末の焼結
温度以上の温度に加熱するという方法により、上記目的
をすべて達成できるものであることを知り、この発明を
完成するに至つた。

すなわち、この発明は、Ni−ＰまたはNi−Ｐ−Cr系を
主成分とする接合用合金粉末100重量部と有機高分子バ
インダ１〜30重量部との混和物をシート成形してなる合
金粉末シートを、接合するべきふたつの金属部材間に、
介在させたのち、非酸化性ガス雰囲気下で上記合金粉末
の焼結温度以上の温度に加熱することを特徴とする金属
部材の接合方法に係るものである。

このように、この発明の方法は、金属部材間に設ける
接合層として、合金粉末シートを焼結処理してなる焼結
層を形成するようにしたものであり、この焼結層は上記
粉末シートの厚みに依存して一定の厚みに容易に設定で
きるから、従来のように接合層の厚みが不均一となつた
り、また接合界面に空隙が生じるなどの心配が回避され
る。

しかも、上記の粉末シートは従来のろう材箔とは異な
つて有機高分子バインダと一体に成形されたものである
ため、接合用合金粉末の材質として可撓性に乏しいもの
を用いた場合でも、シート全体としては充分に可撓性を
備えたものとなり、それ故に曲面状の接合面に対しても
容易に追従させることができる。

したがつて、この発明の方法によれば、金属部材同志
の接合面が平坦状であるときはもちろんのこと曲面状で
あるときでも、これら接合面に対して空隙の少ない均一
厚みの接合層を確実に形成でき、これにより従来に比し
はるかに大きな接合強度を安定して得ることができると
いう利点がもたらされる。

また、上記の粉末シートは、接合用合金粉末としてNi
−ＰまたはNi−Ｐ−Cr系を主成分としたものを用いたも
のであるため、850℃以上通常1,000℃以下の低い温度に
加熱して充分な融着接合性を発揮させることができ、こ
のため接合するべき金属部材の一方または両方が1,100
℃以下の比較的低融点の銅系金属部材であつても、前記
のとおりの良好な接合を行えるという特徴を有してい
る。

〔発明の構成・作用〕

この発明に用いる合金粉末シートは、接合用合金粉末
と有機高分子バインダとの混和物をシート成形してなる
ものであるが、その厚みとしては通常0.01〜5mm程度で
あるのがよい。

上記の接合用合金粉末とは、Ni−ＰまたはNi−Ｐ−Cr
系を主成分としたもので、Ni,PおよびCrの含有量として
は、通常Ｐが５〜15重量％、Crが０〜25重量％で残部が
Niである。また、これらの金属元素以外に、B0.5〜５重
量％、Si0.5〜７重量％、Fe0〜７重量％程度が含まれた
ものであつてもよい。このような接合用合金粉末は、そ
の焼結温度が低く、金属元素の種類によつては700℃程
度の温度から金属部材に対して良好な濡れ性を発揮し、
通常は850℃以上の温度で金属部材同志の良好な接合を
可能とする。

なお、これらの合金粉末の粉末粒度としては、これが
焼結後の気孔率に影響するため、一般に150メツシユ以
下であるのが好ましい。これより大きくなると密度の高
い接合層を形成しにくくなる。

上記合金粉末と混和する有機高分子バインダとして
は、合成樹脂系ないしゴム系材料があり、各種の合成樹
脂やアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、ブチル
ゴム、ブタジエンゴム、イソプレン−イソブチレン共重
合ゴム、クロロプレンゴム、天然ゴムなどのゴム質ポリ
マーをベースポリマーとした感圧接着性を有するものが
好ましく用いられる。

特に好ましきバインダは、（メタ）アクリル酸アルキ
ルエステルの単独重合体または上記エステルとこれと共
重合可能な他のモノマーとの共重合体からなる（メタ）
アクリル酸アルキルエステル系樹脂、あるいはこれにア
ルキルフエノール系樹脂、ロジン系樹脂、石油系樹脂、
クマロンインデン系樹脂などの接着性付与樹脂を加えて
なる感圧性接着剤組成物である。

上記の有機高分子バインダをアセトン、トルエン、メ
チルエチルケトンなどの適宜の有機溶剤で希釈し、これ
に前記の接合用合金粉末を、この合金粉末100重量部に
対して有機高分子バインダが１〜30重量部、特に好適に
は２〜10重量部となるように、加えて混和する。ここで
有機高分子バインダが１重量部より少なくなるとシート
強度や可撓性に欠け、また30重量部より多くなると接合
層の密度が低くなるため、いずれも不適当である。この
ような混和物を一般に離型紙上に直接キヤステイングす
ることによりシート状に成形するか、あるいは離型紙を
被せた型枠上に流し込み、溶剤を蒸発させたのち、圧延
ロールに通すなどしてシート状に成形することにより、
前記合金粉末シートを得ることができる。

つぎに、この合金粉末シートを用いて金属部材同志を
接合するこの発明の方法につき、図面を参考にして説明
する。

第１図において、まず、合金粉末シート１を金属部材
2,2間に介在させる。このとき、シート１と金属部材2,2
との間に接着固定用材料3,3を設けるようにしてもよ
い。この接着固定用材料3,3は接合用合金粉末が接合に
寄与する温度域に達するまでの間の金属部材2,2の位置
ずれを防ぐためのものであり、この厚みが薄すぎると上
記効果を得にくく、逆に厚くしすぎると焼結に際してガ
ス発生量が多くなるため、一般に５〜200μｍ程度とす
るのが好ましい。

このような接着固定用材料3,3の材料構成としては、
従来から知られているアクリル系やゴム系の各種感圧性
接着剤がいずれも使用でき、これらは前記合金粉末シー
ト１の作製に用いた有機高分子バインダと同様のもので
あつてよく、その他熱硬化性樹脂材料からなるものであ
つてもよい。後者の材料としては、エポキシ樹脂系、フ
エノール樹脂系、不飽和ポリエステル樹脂系、ポリイミ
ド樹脂系などの材料のほか、ポリイソシアネートとポリ
オールとを構成材料とするポリウレタン樹脂系の材料で
あつてもよく、上記ポリイソシアネートおよびポリオー
ルにはそれぞれアクリル変性などの適宜の変性処理が施
されたものも含まれる。また、これら各種の接着固定用
材料3,3には、上述の樹脂ないしゴム成分のほか、必要
に応じて硬化剤，硬化促進剤，軟化剤，充填剤，可塑剤
などの各種の添加剤が含まれていてもよい。

上記接着固定用材料3,3を前記の如く設けるには、こ
の材料を予めテープ状物としこれを貼り付け施工する方
法が好ましい。この場合、特に感圧性接着剤を材料とし
たものが最適である。しかし、場合により相当する材料
溶液を塗布乾燥して設けるようにしてもよい。

このようにして金属部材2,2間に合金粉末シート１を
介在させたのち、加熱処理に供する。この処理の初期の
段階においては、前記の接着固定用材料3,3が熱分解重
縮合反応を起こして炭素前駆体に変換され、これがシー
ト１が焼結し始める温度範囲における上記シート１の金
属部材2,2への接着固定を助ける機能を発揮する。つい
で、合金粉末の焼結温度以上の温度まで昇温して所定時
間保持すると、前記炭素前駆体は最終的に完全に炭化
し、またシート１中の同様の物質も炭化消失する一方、
シート１中の合金粉末成分が金属部材2,2に一部拡散す
ることにより、第２図に示すように、金属部材2,2と強
固に接着接合した金属焼結層（接合層）10が形成され
る。

なお、加熱処理の方法は、トーチ、高周波誘導加熱、
電気抵抗などの加熱手段を採用して行うことができる。
また、加熱処理時の雰囲気は非酸化性ガス雰囲気、たと
えば窒素ガスやアルゴンガスなどの雰囲気か真空雰囲気
とされる。

このようにして形成される金属焼結層10は、合金粉末
シート１の厚みに応じた均一な厚みを有するものであ
り、かつこの焼結層10は金属部材2,2に対する前記拡散
作用で強固に密着しているため、上記部材2,2間の界面
に空隙が生じることは全くない。したがつて、上記部材
2,2は上記焼結層10によつて非常に強固に接合されるこ
とになる。

なお、上記第１図，第２図では金属部材2,2が平坦状
の接合面を有する場合を示しているが、上記接合面が曲
面状である場合でも合金粉末シート１が可撓性を有して
いることにより上記第１図と同様の介在を容易に行うこ
とができ、したがつてこの場合でも上述と同様の良好な
接合を行えるものである。また、金属部材2,2の少なく
とも一方が黄銅，青銅，銅などの比較的低融点の銅系金
属部材であつても、850℃以上の温度で加熱焼結するこ
とによつて、上記同様に良好な接合を行える。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明においては、特定の合金粉末
シートを用いてこれを金属部材間に介在させ、上記シー
トの合金粉末が焼結する温度以上の温度に加熱するとい
う方法を採用したことにより、金属部材同志の接合面が
平坦状であるときはもちろん曲面状であるときでも、こ
の接合面に対して空隙のない均一厚みの焼結接合層を容
易にかつ確実に形成でき、これにより大きくてかつ安定
した接合強度を得ることが可能となる。また、上記シー
トの焼結温度を既述のとおり低く設定できることによ
り、1,100℃以下の比較的低融点の銅系金属部材に対し
ても良好な接合を行えるという利点がある。

〔実施例〕

以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説
明する。なお、以下において部とあるは重量部を意味す
るものとする。

実施剤１ Niろう粉末（JIS規格BNi−6;Ni−Ｐ系を主成分とする
合金粉末）100部と（メタ）アクリル酸アルキルエステ
ル系樹脂2.5部とを、溶剤としてアセトンを用いて湿式
混和したのち、ロール圧延して、厚み0.5mmの合金粉末
シートを得、これを半径5mmの円形に切り出した。

つぎに、この合金粉末シートの両面に接着固定用材料
を貼り付けた。接着固定用材料は、（メタ）アクリル酸
アルキルエステル系樹脂を、溶剤としてアセトンを用い
て離型紙上に乾燥厚みが200μｍとなるように塗布乾燥
し、剥離後半径5mmとなるように切断したものを使用し
た。

このようにして接着固定用材料を貼り付けた合金粉末
シートを接合面が半径5mmである鋼製部材と銅製部材と
の間に固定し、その後真空下で毎分15℃の速度で920℃
まで昇温加熱し、この温度で30分保持後徐冷を行い接合
を完了した。

この接合処理後、接合界面にはほとんど空隙は存在せ
ず、非常に良好な接合状態が得られた。

実施例２ Niろう粉末（JIS規格BNi−7;Ni−Ｐ−Cr系を主成分と
する合金粉末）100部と、（メタ）アクリル酸アルキル
エステル系樹脂5.2部と、可塑剤としてジブチルフタレ
ート1.3部と、溶剤としてトルエン15部とを、常温下で
ボールミルにて混合したのち、ポリエステルフイルム上
にアプリケータを用いてキヤステイングし、厚み200μ
ｍの合金粉末シートを得た。

つぎに、この合金粉末シートの両面に接着固定用材料
を貼り付けた。接着固定用材料は、（メタ）アクリル酸
アルキルエステル系樹脂を、溶剤としてアセトンを用い
て離型紙上に乾燥厚みが100μｍとなるように塗布乾燥
したものを使用した。

このようにして接着固定用材料を貼り付けた合金粉末
シートを、接合面が曲率半径50mmの凸状である鋼製部材
と上記接合面に対応した凹状の接合面を有する鋼製部材
との間の上記両接合面間に屈曲して固定し、その後真空
下で毎分10℃の速度で950℃まで昇温加熱し、この温度
で30分保持後徐冷を行い接合を完了した。

この接合処理後、接合界面にはほとんど空隙は存在せ
ず、非常に良好な接合状態が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の接合方法を示す断面図、第２図はこ
の発明の方法により金属部材同志を接合した状態を示す
断面図である。 １……合金粉末シート、2,2……金属部材、3,3……接着
固定用材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富永 孝志 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電気工業株式会社内 (72)発明者 櫻本 孝文 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電気工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ni−ＰまたはNi−Ｐ−Cr系を主成分とする
   接合溶合金粉末100重量部と有機高分子バインダ１〜30
   重量部との混和物をシート成形してなる合金粉末シート
   を、接合するべきふたつの金属部材間に、介在させたの
   ち、非酸化性ガス雰囲気下で上記合金粉末の焼結温度以
   上の温度に加熱することを特徴とする金属部材の接合方
   法。
2. 【請求項２】金属部材と合金粉末シートとの間に接着固
   定用材料を介在させて、金属部材と合金粉末シートとを
   貼着するようにした特許請求の範囲第（１）項記載の金
   属部材の接合方法。