JPS5948714B2 - 共晶反応を利用して金属母材を圧接する方法 - Google Patents
共晶反応を利用して金属母材を圧接する方法Info
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- JPS5948714B2 JPS5948714B2 JP13878079A JP13878079A JPS5948714B2 JP S5948714 B2 JPS5948714 B2 JP S5948714B2 JP 13878079 A JP13878079 A JP 13878079A JP 13878079 A JP13878079 A JP 13878079A JP S5948714 B2 JPS5948714 B2 JP S5948714B2
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- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23K20/233—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer
- B23K20/2333—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer one layer being aluminium, magnesium or beryllium
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はアルミニウム同士の金属母材を共晶反応を利用
して接合する方法に関する。
して接合する方法に関する。
金属母材を接合する方法の一つに拡散接合がある。
拡散接合は、接合しようとする金属を接触させ、その状
態で上記金属を融点以下の適当な温度に加熱して、原子
および分子の拡散を行なうものである。拡散溶接は原子
、分子の相互の拡散を基礎にしているために、接合に当
たつては接合すべき金属の接触面の状態が重要な要件に
なる。
態で上記金属を融点以下の適当な温度に加熱して、原子
および分子の拡散を行なうものである。拡散溶接は原子
、分子の相互の拡散を基礎にしているために、接合に当
たつては接合すべき金属の接触面の状態が重要な要件に
なる。
具体的には接触面に酸化物や他の汚染物質が存在してい
ないことが必要である。拡散溶接における上記の要件を
達成させることは１つの大きな課題であり、これが拡散
接合の成否を決めるといつても決して過言ではない。拡
散接合における上記課題を解決するための一手段として
、接合しようとする金属の一方の接触面に突出部を設け
、それを他方の金属の接触面に圧入する方法が見出され
ている。
ないことが必要である。拡散溶接における上記の要件を
達成させることは１つの大きな課題であり、これが拡散
接合の成否を決めるといつても決して過言ではない。拡
散接合における上記課題を解決するための一手段として
、接合しようとする金属の一方の接触面に突出部を設け
、それを他方の金属の接触面に圧入する方法が見出され
ている。
アルミニウムと銅とを接合する場合には、突出部は一般
に銅側に設けられ、又、圧入時にはアルミニウム側が該
アルミニウムの融点以下の温度に加熱される。しかし、
この方法は接合すべき金属の接触面に存在する酸化物あ
るいは他の汚染物質を本質的に取り除こうとするもので
はない。接合すべき金属を圧入の最中に塑性変形させる
ことによつて、接触面に機械的な結合力を付与させよう
とするものである。この方法はまだ十分に満足のいく特
性を与えるまでに至つていない。これは得られた継手を
引張試験した場合に、接合部から破断するという実験結
果からも知ることができる。本発明の目的は、接合すべ
きＡｌの接触面に酸化物や他の汚染物質が存在していて
も接合することができ、かつ接合部から破断することの
ない共晶反応を利用したＡｌ母材の接合法を提供するに
ある。
に銅側に設けられ、又、圧入時にはアルミニウム側が該
アルミニウムの融点以下の温度に加熱される。しかし、
この方法は接合すべき金属の接触面に存在する酸化物あ
るいは他の汚染物質を本質的に取り除こうとするもので
はない。接合すべき金属を圧入の最中に塑性変形させる
ことによつて、接触面に機械的な結合力を付与させよう
とするものである。この方法はまだ十分に満足のいく特
性を与えるまでに至つていない。これは得られた継手を
引張試験した場合に、接合部から破断するという実験結
果からも知ることができる。本発明の目的は、接合すべ
きＡｌの接触面に酸化物や他の汚染物質が存在していて
も接合することができ、かつ接合部から破断することの
ない共晶反応を利用したＡｌ母材の接合法を提供するに
ある。
本発明は、融点以下で共晶反応を生ずる金属として過共
晶Ａ１−Ｓｉ合金をＡｌ母材間に介在させ、母材の塑性
変形圧力以下の所要圧力Ｐ，で接触させ、該接触面を加
熱してインサート材の融液相及びインサートと界面間に
生じる共晶反応による融液相を形成させ、その後、上記
接触面にＰ，よりアツプセツト圧力Ｐ。
晶Ａ１−Ｓｉ合金をＡｌ母材間に介在させ、母材の塑性
変形圧力以下の所要圧力Ｐ，で接触させ、該接触面を加
熱してインサート材の融液相及びインサートと界面間に
生じる共晶反応による融液相を形成させ、その後、上記
接触面にＰ，よりアツプセツト圧力Ｐ。
を付加して上記融液相を外部へ押し出すと同時にこのア
ツプセツト圧力によつて加圧し接合を行うものである。
しかし、インサート材の融液だけでは接合面の酸化物や
他．の汚染物質を十分に除去することができない。共晶
融液中に固体のＳｉ粒子を有する過共晶Ｓｉを有するＡ
ｌ合金を使用しなければならない。Ｓｉ粒子は圧力Ｐ，
によつて母材に食込み、共晶融液を顕著に形成させるき
わめて重要なものである。また、．インサート材の共晶
融液は接合界面を被うことができるので、接合面の酸化
を防止するのにきわめて重要なものである。圧接すべき
金属の接触面に共晶反応による融液相を形成させるのは
、接触面に存在する酸化物や．他の汚染物質を融液の中
に混入させ、のちに接合面の外部へ排出させることにあ
る。
ツプセツト圧力によつて加圧し接合を行うものである。
しかし、インサート材の融液だけでは接合面の酸化物や
他．の汚染物質を十分に除去することができない。共晶
融液中に固体のＳｉ粒子を有する過共晶Ｓｉを有するＡ
ｌ合金を使用しなければならない。Ｓｉ粒子は圧力Ｐ，
によつて母材に食込み、共晶融液を顕著に形成させるき
わめて重要なものである。また、．インサート材の共晶
融液は接合界面を被うことができるので、接合面の酸化
を防止するのにきわめて重要なものである。圧接すべき
金属の接触面に共晶反応による融液相を形成させるのは
、接触面に存在する酸化物や．他の汚染物質を融液の中
に混入させ、のちに接合面の外部へ排出させることにあ
る。
上記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。共晶
温度以上でなければ共晶反応は起こり得ないし、又、融
点以上に加熱したのでは加圧による接合はできない。イ
ンサート材の溶融と、共晶反応によつてできた融液相は
、上記したように接合すべきＡｌ母材の接触面に存在す
る酸化物や他の汚染物質を含むので、材質的に脆い相に
なつている。
上で、かつ母材が溶融しない温度の範囲内である。共晶
温度以上でなければ共晶反応は起こり得ないし、又、融
点以上に加熱したのでは加圧による接合はできない。イ
ンサート材の溶融と、共晶反応によつてできた融液相は
、上記したように接合すべきＡｌ母材の接触面に存在す
る酸化物や他の汚染物質を含むので、材質的に脆い相に
なつている。
したがつて、そのまま凝固させて接合面に介在させたの
では、引張試験したときにそこから破断してしまう。そ
こで、凝固する前に接合面の外へ排出することが必要に
なる。このための手段として接合すべき金属の接合面を
アツプセツト圧力で加圧する。加圧の方向は特に限定さ
れない。要するに接合すべき金属の接合面から上記融液
相が排出されるように加圧すればよい。融液相が排出さ
れた後の接合面は、酸化物や他の汚染物質が実質的にな
い清浄な状態になつているので、加圧による接合が速や
かに確実に行われる、したがつて、満足のいく強度特性
、具体的には引張試験において接合部から破断すること
のない特性を有する継手が得られる。
では、引張試験したときにそこから破断してしまう。そ
こで、凝固する前に接合面の外へ排出することが必要に
なる。このための手段として接合すべき金属の接合面を
アツプセツト圧力で加圧する。加圧の方向は特に限定さ
れない。要するに接合すべき金属の接合面から上記融液
相が排出されるように加圧すればよい。融液相が排出さ
れた後の接合面は、酸化物や他の汚染物質が実質的にな
い清浄な状態になつているので、加圧による接合が速や
かに確実に行われる、したがつて、満足のいく強度特性
、具体的には引張試験において接合部から破断すること
のない特性を有する継手が得られる。
接合しようとする金属の接触面は、なるべくならば一方
の金属の接合させるべき面に突出部を設けて、それを他
方の金属の接合すべき面へ圧入したものにするのが望ま
しい。
の金属の接合させるべき面に突出部を設けて、それを他
方の金属の接合すべき面へ圧入したものにするのが望ま
しい。
このようにすれば、接合すべき金属を緊密に接触させる
ための手段を簡略にすることができる。緊密な接触面は
、一般には機械研削によつて平滑にされた面同士を接触
させ、そこに加圧力を付加しておくことにより維持され
るが、上記のようにすれば機械研削の仕上げ精度を低め
ることができ、又、加圧力も小さくすることができる。
融液相を接合面から排出し同時に強固な接合を行うのに
必要な望ましいアツプセツト圧力は１．５〜７ｋｇ／一
である。下限の１．５ｋｇ／ 一は融液を排出し、実質
的に酸化物や他の汚染物質の存在しない接合面を得るた
めに最低限必要な圧力であり、上限の７ｋｇ／一は接合
の本質が共晶反応を利用した接合に基づくものであるの
で、これ以上の加圧を要しないことから選定されている
。融液を排出したあとの接合面は直ちに冷却することが
望ましい。
ための手段を簡略にすることができる。緊密な接触面は
、一般には機械研削によつて平滑にされた面同士を接触
させ、そこに加圧力を付加しておくことにより維持され
るが、上記のようにすれば機械研削の仕上げ精度を低め
ることができ、又、加圧力も小さくすることができる。
融液相を接合面から排出し同時に強固な接合を行うのに
必要な望ましいアツプセツト圧力は１．５〜７ｋｇ／一
である。下限の１．５ｋｇ／ 一は融液を排出し、実質
的に酸化物や他の汚染物質の存在しない接合面を得るた
めに最低限必要な圧力であり、上限の７ｋｇ／一は接合
の本質が共晶反応を利用した接合に基づくものであるの
で、これ以上の加圧を要しないことから選定されている
。融液を排出したあとの接合面は直ちに冷却することが
望ましい。
冷却せずにそのままにしておいても、得られる継手は既
述した拡散接合法によるものよりは堅固に接合されるが
、接合面を直ちに冷却することにより、両者の差は大き
くなる。融液の排出後、接合面を特別な手段をもつて冷
却せずに自然に冷却させると、必ずしも融液相は全部排
出させることができず、残つた融液相は徐冷によつて母
材と特性的に異なつた相が形成されるので好ましくない
。このために上記したように接合面を直ちに冷却し、微
細な組織とすることが好ましい。冷却にはガスや液体の
冷媒を吹き付けることによつて十分に目的が達成される
。以下に図面を参照して本発明方法の原理を説明する。
述した拡散接合法によるものよりは堅固に接合されるが
、接合面を直ちに冷却することにより、両者の差は大き
くなる。融液の排出後、接合面を特別な手段をもつて冷
却せずに自然に冷却させると、必ずしも融液相は全部排
出させることができず、残つた融液相は徐冷によつて母
材と特性的に異なつた相が形成されるので好ましくない
。このために上記したように接合面を直ちに冷却し、微
細な組織とすることが好ましい。冷却にはガスや液体の
冷媒を吹き付けることによつて十分に目的が達成される
。以下に図面を参照して本発明方法の原理を説明する。
第１図は本発明方法を実施する際の接合サイクルを示す
図であり、第２図は本発明による接合法の原理を段階的
に示す図である。
図であり、第２図は本発明による接合法の原理を段階的
に示す図である。
第１図において、曲線Ｔは温度を示し点ＴＥは共晶温度
を示す。曲線Ｐは圧力を示し、Ｐ１は母材同士を接触さ
せるための接触圧力を示し、Ｐ２は共晶融液を実質的に
残存しないように排出すると同時に圧接を行うためのア
プセツト圧力を示す。曲線Ｌは寄りしろを示す。ここに
寄りしろとは、接合されるべき母材の接合面を中点とし
て定められた所定長さの標点間距離が前記圧力Ｐ１及び
Ｐ２によつて短くなる場合の、原標点間距離と短くなつ
た標点間距離との差を示す。１１は接触圧力Ｐ１の下で
共晶融液が生成するにつれて生ずる寄りしろを示し、１
２はアプセツト圧力Ｐ２によつて共晶融液が排出される
につれて生ずる寄りしろを示している。
を示す。曲線Ｐは圧力を示し、Ｐ１は母材同士を接触さ
せるための接触圧力を示し、Ｐ２は共晶融液を実質的に
残存しないように排出すると同時に圧接を行うためのア
プセツト圧力を示す。曲線Ｌは寄りしろを示す。ここに
寄りしろとは、接合されるべき母材の接合面を中点とし
て定められた所定長さの標点間距離が前記圧力Ｐ１及び
Ｐ２によつて短くなる場合の、原標点間距離と短くなつ
た標点間距離との差を示す。１１は接触圧力Ｐ１の下で
共晶融液が生成するにつれて生ずる寄りしろを示し、１
２はアプセツト圧力Ｐ２によつて共晶融液が排出される
につれて生ずる寄りしろを示している。
横軸におけるＴ。は母材同士を接触させて接触圧力Ｐ１
の下で温度を上昇させ始める時点を示し、ｔ１は共晶温
度に達する時点を示し、Ｔ２は圧力をＰ１からＰ２に切
換える時点を示し、Ｔ３はアプセツト圧力Ｐ２に達した
時点を示す。尚、第１図の横軸に示す符号Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄは、以下に第２図に関連して本発明の圧接法の原理を
説明する際の各段階を示している。次に、第２図を参照
して本発明の圧接法の原理を段階的に説明する。
の下で温度を上昇させ始める時点を示し、ｔ１は共晶温
度に達する時点を示し、Ｔ２は圧力をＰ１からＰ２に切
換える時点を示し、Ｔ３はアプセツト圧力Ｐ２に達した
時点を示す。尚、第１図の横軸に示す符号Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄは、以下に第２図に関連して本発明の圧接法の原理を
説明する際の各段階を示している。次に、第２図を参照
して本発明の圧接法の原理を段階的に説明する。
段階Ａ：
接合母材１，２と共晶反応を生ずる低融点の金属薄板３
をインサート材として接合面にに挿入．し、接合母材１
，１とインサート３を接触圧力Ｐ１で接触させ加圧され
たインサート材の共晶温度以上に加熱する。
をインサート材として接合面にに挿入．し、接合母材１
，１とインサート３を接触圧力Ｐ１で接触させ加圧され
たインサート材の共晶温度以上に加熱する。
インサート材は過共晶ＡｌＳｉ合金である。段階Ｂ：
インサート材３である過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金はインサー
ト材自身の共晶温度において全体が溶け始めるが、溶融
したインサート材中の固体のＳｉと母材Ａｌとの間にも
共晶反応が生じ、母材の溶出によつて酸化被膜４が母材
面より破壊・除去される。
ト材自身の共晶温度において全体が溶け始めるが、溶融
したインサート材中の固体のＳｉと母材Ａｌとの間にも
共晶反応が生じ、母材の溶出によつて酸化被膜４が母材
面より破壊・除去される。
その酸化物は融液に混入し、加圧Ｐ１によつて界面外に
押出される。段階Ｃ： 段階Ｂで溶液６が押出された後には固体のＳｉが界面に
濃縮されて残留し、残留したＳｉとＡｌ母材とが接合面
全体にわたつて共晶反応が生ずるようになり、インサー
ト材３は消耗してさらに薄くなる。
押出される。段階Ｃ： 段階Ｂで溶液６が押出された後には固体のＳｉが界面に
濃縮されて残留し、残留したＳｉとＡｌ母材とが接合面
全体にわたつて共晶反応が生ずるようになり、インサー
ト材３は消耗してさらに薄くなる。
インサート材は完全に消失し、共晶反応は終了する。母
材をインサート材との接合面全面における共晶反応によ
つて母材面から酸化物が除去され、加圧Ｐ１によつて更
に融液６とともに接合面より押出される。段階Ｄ： 接触圧力Ｐ１よりさらに大きなアプセツト圧力Ｐ２を接
合面に衝撃的に負荷し、残留する共晶融液を排出すると
同時に母材同士を圧接する。
材をインサート材との接合面全面における共晶反応によ
つて母材面から酸化物が除去され、加圧Ｐ１によつて更
に融液６とともに接合面より押出される。段階Ｄ： 接触圧力Ｐ１よりさらに大きなアプセツト圧力Ｐ２を接
合面に衝撃的に負荷し、残留する共晶融液を排出すると
同時に母材同士を圧接する。
この場合母材は共に同種金属であるので、共晶力弓１続
いて接合面７で生成されないから圧接後特に急冷する必
要はない。実施例 母材として、純アルミニウムパイプ外径８ｍｍ，内径６
ｍｍ，長さ９０ｍｍを２本準備した。
いて接合面７で生成されないから圧接後特に急冷する必
要はない。実施例 母材として、純アルミニウムパイプ外径８ｍｍ，内径６
ｍｍ，長さ９０ｍｍを２本準備した。
接合面をいずれも平坦とし、表面粗さをいずれも±５μ
ｍとした。母材の接合面にインサート材として厚さ０．
１ｍｍのＡｌ−１８％Ｓｉ合金のシートを介在させて接
触圧力ＰｌＯ．８ｋｇ／Ｍｉｔで接触させ加圧した状態
で５７９℃（共晶温度５７７℃）の温度に加熱して５．
１ｋｇ／Ｍｉのアプセツト圧力Ｐ２で加圧し接合を行な
つた。
ｍとした。母材の接合面にインサート材として厚さ０．
１ｍｍのＡｌ−１８％Ｓｉ合金のシートを介在させて接
触圧力ＰｌＯ．８ｋｇ／Ｍｉｔで接触させ加圧した状態
で５７９℃（共晶温度５７７℃）の温度に加熱して５．
１ｋｇ／Ｍｉのアプセツト圧力Ｐ２で加圧し接合を行な
つた。
接合に要した全所要時間は５秒であつた。母材は共にア
ルミニウムであるので接合後急冷をする必要はない。接
合後引張試験を行つたところ８．７ｋｇ／ＭＩＬｌの引
張強さを示し、母材で破断した。以上に述べたとおり、
本発明によれば接合されるべきアルミニウム母材の接触
面に酸化物や他の汚染物質が存在していても接合を短時
間に確実に行なうことができる。即ち、接合されるべき
金属母材の接触面に存在していた酸化物や他の汚染物質
は、共晶融液がアプセツト圧力によつて接合面から外部
に排出される時にこの融液に混入されてこれと共に排出
され、接合面には有害な介在物が実質上存在しなくなる
。従つて、接合部では完全に母材同士による強固な継手
が得られ、引張り試験を受けても接合部から破断するこ
とはない。
ルミニウムであるので接合後急冷をする必要はない。接
合後引張試験を行つたところ８．７ｋｇ／ＭＩＬｌの引
張強さを示し、母材で破断した。以上に述べたとおり、
本発明によれば接合されるべきアルミニウム母材の接触
面に酸化物や他の汚染物質が存在していても接合を短時
間に確実に行なうことができる。即ち、接合されるべき
金属母材の接触面に存在していた酸化物や他の汚染物質
は、共晶融液がアプセツト圧力によつて接合面から外部
に排出される時にこの融液に混入されてこれと共に排出
され、接合面には有害な介在物が実質上存在しなくなる
。従つて、接合部では完全に母材同士による強固な継手
が得られ、引張り試験を受けても接合部から破断するこ
とはない。
第１図は本発明方法を実施する際の接合サイクルを概略
的に示す図、第２図は本発明による接合法の原理を段階
的に示す図である。 １，２・・・・・・アルミニウム母材、３・・・・・・
インサート材、４・・・・・・酸化皮膜、５・・・・・
・シリコン粒子、６・・・・・・共晶融液相、Ｐ，・・
・・・・接触圧力、Ｐ。
的に示す図、第２図は本発明による接合法の原理を段階
的に示す図である。 １，２・・・・・・アルミニウム母材、３・・・・・・
インサート材、４・・・・・・酸化皮膜、５・・・・・
・シリコン粒子、６・・・・・・共晶融液相、Ｐ，・・
・・・・接触圧力、Ｐ。
Claims (1)
- １ 接合すべき２つのアルミニウム母材間に、アルミニ
ウムと過共晶シリコンとの共晶合金からなるインサート
材を介在させ、該母材の塑性変形応力以下の所定の接触
圧力Ｐ＿１で接触させ、該接触圧力Ｐ＿１がかけられた
状態で接触部を母材の融点以下且つ前記共晶合金の共晶
温度以上の温度に加熱して接合面に前記共晶合金の融液
及び前記母材とインサート材との共晶反応による共晶融
液を生成させる段階と、次に前記接合面に上記圧力Ｐ＿
１より高いアプセツト圧力Ｐ＿２を加えて前記融液を接
合面から排除する段階と、を包含する共晶反応を利用し
たアルミニウム母材の接合法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13878079A JPS5948714B2 (ja) | 1979-10-29 | 1979-10-29 | 共晶反応を利用して金属母材を圧接する方法 |
| EP19800106609 EP0028763B1 (en) | 1979-10-29 | 1980-10-28 | Method for pressure bonding metal members by utilizing eutectic reaction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13878079A JPS5948714B2 (ja) | 1979-10-29 | 1979-10-29 | 共晶反応を利用して金属母材を圧接する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5662685A JPS5662685A (en) | 1981-05-28 |
| JPS5948714B2 true JPS5948714B2 (ja) | 1984-11-28 |
Family
ID=15230018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13878079A Expired JPS5948714B2 (ja) | 1979-10-29 | 1979-10-29 | 共晶反応を利用して金属母材を圧接する方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0028763B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5948714B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62187263U (ja) * | 1986-05-19 | 1987-11-28 | ||
| JPH01128808U (ja) * | 1988-02-27 | 1989-09-01 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5964161A (ja) * | 1982-10-06 | 1984-04-12 | Mitsubishi Metal Corp | ＡｌまたはＡｌ合金焼結部材の接合方法 |
| JPS6189643A (ja) * | 1984-10-09 | 1986-05-07 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| US4640438A (en) * | 1986-03-17 | 1987-02-03 | Comienco Limited | Cover for semiconductor device packages |
| JPH01159612A (ja) * | 1987-12-17 | 1989-06-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液晶表示装置 |
| JP3072244B2 (ja) * | 1995-05-02 | 2000-07-31 | 住友金属工業株式会社 | 管の突き合わせ接合方法 |
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