JPS62254989A - アルミニウム又はアルミニウム合金部材の固体状態拡散による接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に簡単で経済的なアルミニウム又はアルミ
ニウム合金部材の固体状態拡散による接合方法に係る。

アルミニウムベースの合金の固体状態拡散による溶接の
主な欠点は、周囲環境との接触によって形成された酸化
物層が存在し、接合すべき部材の冶金結合を妨害し易い
ことである。

従って従来技術ではこの難点を是正するために、幾つか
の方法が提案されている。

一接触表面のところでかなりの塑性変形を生じさせて酸
化物層の連続性を破壊し、例えば同時圧延も［７くは摩
擦によるか又は強度に変形性の市販の純粋アルミニウム
層を介在させるが（フランス特許公開第２２４３０４８
号）もしくは超可塑性材料を使用する（米国特許第４４
０９７５７号）ことによって冶金結合を可能にする。

一以下のごとき種々の方法によって表面状態を変性する
。

一第３の金属層（例えばフランス特許公開第２４（ｉ０
１７６号、欧州特許公開第９１２２２号、欧州特許公開
第１２１１０９号、米国特許第３９９３２３８号）を用
いるが、又は熱分解性有機層を用いることによって本来
の溶接以前にアルミニウム合金の表面に保護層を付加す
る。例えば、フランス特許公開第１５９７１６５号、又
はフランス特許公開第２２６３８５３号、米国特許第３
９３７３８７号参照。

一表面仕上げと溶接とから成る一連処理を同じ処理室で
真空下又は中性ガス下で行なう（例えば米国特許第４４
８３４７８号）。

−ｍ度を向上させるために塩素イオンによる侵食の如き
公知の表面仕上げ処理を行なう（フランス特許公開第２
３５０９１６号）。

しかし乍ら、発明者等が知る限りでは、同時圧延又は摩
擦による溶接以外の上記方法はいずれも工業利用されて
いない、これらの方法では界面を通して連続した化学的
組成と構造とが得られる均買溶接が可能でなかったり、
また、方法が極めて複雑でコストが高かったりする。

本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金部
材の拡散溶接を行なうための、部材の初期構造を変化さ
せない、接合中の塑性変形が極めて小さい、同一処理室
で真空下又は中性ガス下で表面仕上げと溶接との一連処
理を行なうような複雑な工程が必要箋ない、等の利点を
もつ方法が提供される０本発明方法では、接合すべき２
つの部材間に金属又は非金属の第３層を配置する必要が
ない、高度な変形は不要であり（変形＜１０％）、この
ため拡散による溶接処理自体中又はその後の温度上昇中
例えば任意に加熱を伴う成形中に接合体構成金属の微細
組織が変化せず、従って接合以前に部材が有していた特
性を実質的に維持し得る。

また、接合すべき部材の幾何学的形状が実質的に維持さ
れ得る。

この方法は、本発明の特徴となる接合すべき部材の表面
仕上げから成る第１段階を含む。

より詳細には、接合すべき部材の向かい合う表面を浸漬
によって化学的に研摩する。極めて簡単なこの表面処理
によって極めて微細な粗度が与えられ、これは所望の用
途に対して従来技術に比較して（前記のフランス特許公
開第２３５０９１６号）全く予想外の表面仕上げ効果を
与える。

次に、特別な配慮なしに接合部材を、＝孝＝章＝拡散溶
接は乾燥ガス又は真空下で３５０℃〜金属の融点の温度
範囲で行なわれる。

微細な粗度（Ｒａ≦０．５７Ｊ）を与える簡単で経済的
な表面仕上げとして、浸漬による化学的研摩処理を使用
する。接合すべき部材を溶接以前に例えば乾燥中性ガス
又は真空下のような特殊室に保存する必要がなく良好な
拡散接合を得るために、研摩後の洗浄は表面状態を安定
化するように適切に選択する必要がある。

このために、燐酸硫酸浴又は燐酸硝酸硫酸浴の如き公知
のいかなる研摩浴を使用してもよく、また任意にホウ酸
、Ｃｕ、旧もしくは八ｇの如き金属の塩又はカルボキシ
メチルセルロース等の如き極めて微細な粗度を与える添
加剤を添加してもよい。

この浴の使用温度は一般に７０〜１２０℃であり、処理
時間は多くの場合１０分間未満である。酸洗いを中間に
はさんで研摩処理を繰り返すと更に微細な粗度が得られ
ることが判明した。好ましくはＲａ＜０．３−にする。

研摩以前に公知の脱脂処理又は酸洗い処理を常用の方法
で行なってもよい。

研摩後の表面に付着した塩及び水酸化物を除去するため
に研１２後に水及び酸溶液で１回又は複数回洗浄する必
要がある。所望の用途では、クロム酸、好ましくは燐ク
ロム酸の酸溶液の使用が有利であることが判明した。エ
リプソメＩ・リーで測定した残留酸化物層の厚さは約５
ｒ＋ａであり、自然環境中で室温下で経時的に極めて安
定であり、約１週間後で１０　ｎ　ｍ好ましくは７＋＋
ａ＋に達する。このため、多くの他の方法と対照的に、
接合すべき表面の仕上げに用いた処理室とは異なる処理
室で拡散溶接を行なうことが可能であり、溶接以前にあ
る程度の期間は空気中で保存できる。

本来の拡散溶接は常用の温度条件下で、機械的、空気圧
又は水圧等の従来の圧縮手段を用い好ましくは乾燥ガス
雰囲気又は真空下で行なわれる。この雰囲気の圧力は好
ましくは１．５Ｘ　１Ｏ−２Ｐａである。

第１図に基づ〈実施例より本発明がより十分に理解され
よう。

第１図は、アルミニウム協会規格７４７５の厚さ２−＃
＋１のシートの溶接に使用される装置を示す、厚さ２ｍ
ｍの７４７５シーＩ・は中央部分２が直径１０１Ｉ１１
で周縁部分３が厚さ１．６＋Ｉ１ｍの円板１の形状に加
工される。このシートは以下の分析組成をもつく重量％
）。

Ｃｕ　　　Ｍｇ　　　Ｍｎ　　　Ｃｒ　　　Ｓｉ　　　
Ｆｅ　　　Ｔｉ　　　Ｚｎ１．４８　２．Ｌ７　０．０
１　０．２０　０．０４　０．０６　０．０３　５．７
１加工円板を以下のごとく処理した。

（１）−１５０ｇ／ρの硫酸（ｄ＝１．８４）と−５０
９／ρの無水クロム酸と を含む６５℃の酸溶液中で５分間脱脂する。

（２）　　−７８２，５ｍ／ρの燐酸（ｄ＝１．７１）
と−１４５ＩｎＩｌ／ｊ！の硫酸（ｄ＝１．８４）と−
６７，５ｍ／ρ硝酸（ｄ＝　１４９）と−７，７！Ｊ／
ρのホウ酸と −８，５９７ｇの硝酸銅と −０，８９７ρのカルボキシメチルセルロースとを含む
１０５°Ｃの研摩浴に１分間ずつ３回浸漬して研摩処理
する。各浸漬の間に１の溶液に１０秒間浸漬する。

（３）　　−３５〃認／１の燐酸と −２０ｇ／Ｉの無・水クロム酸と を含む８５℃の溶液中で２分間酸洗い処理する。

（４）　脱塩水で洗浄する。

（５）　乾燥する。

拡散溶接を行なうまで円板を乾燥空気下に保存した。最
終表面仕上げの２４時間後に接合を行なった。エリプソ
メトリ−で測定した酸化物層の厚さは約５　ｎ　ｒｅで
あった。１１度Ｒａは０．２５１１ｎであった。

次に円板を績み重ね、０．５；１；３；５ＭＰａの機械
的結合圧力をかけた。温度は５１０　’Ｃの一定温度で
あり処理室の圧力は１．３３ｘ　１Ｏ−２Ｐａであった
。

最良の結合特性を得るために、接合を熱処理によって溶
体化処理し機械的特性最大値状ｆｉＴ６で焼戻しな、即
ち、 −４８０℃で３０分間溶体化処理し 冷水で急冷し 一１２０℃で２４時間焼戻しする。

接合円板を加工して引張り試験片４を得た。得られた結
果を以下に示す。

溶接時間　結合圧力　破壊荷重　厚み減少（時）　　　
　（Ｍｌ’ａ）　　　（ＭＰａ）　　　　（％）２　　
　　０．５　　　４８８　　　　２シートが薄いので（
２１）、シート面に垂直な短い厚さ方向の金属の破壊荷
重は測定できなかった。

しかし乍ら短い方向の破壊荷重は長い方向、即ち圧延に
平行な方向の破壊荷重より常に低い、後者の値は５５０
ＭＩ’ａであった。

この結果より、特許請求の範囲に記載の処理方法で極め
て優れた拡散接合が得られることが判明した。結合圧力
は変形が１０％未満に維持されるように溶接の時間及び
実施温度の関数として遷択され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アルミニウム協会規格７４７５の厚さ２　＋
ｎｓ箋のシートの溶接に使用される装置を示す。 ■・・・・・・円板、２・・・・・・中央部分、３・・
・・・・周縁部分、４・・・・・・引張り試験片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）（ａ）浸漬による化学的研摩処理と、 （ｂ）表面酸化物層の安定化処理と、 （ｃ）静止圧力下の固体状態拡散溶接処理とを含み、処
   理（ｂ）と（ｃ）との間で接合すべき部材を空気中及び
   室温下に約１週間に達し得る期間維持し得ることを特徴
   とするアルミニウム又はアルミニウム合金部材の固体状
   態拡散接合方法。 （２）化学的研摩が、０．５μｍ以下、好ましくは０．
   ３μｍ以下の表面粗度（Ｒａ）を得るように行なわれる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （３）溶接以前の酸化物層が１０ｎｍ以下、好ましくは
   ７ｎｍ未満になるように安定化処理が行なわれることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の方
   法。 （４）化学的研摩処理後に酸洗い処理を行うこと及びこ
   れら２つの処理が任意に繰り返されることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の方法。 （５）安定化のために、クロム酸溶液又はクロム酸と燐
   酸との混合物中での酸洗い処理と脱塩水による洗浄とを
   順次行なうことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
   載の方法。（６）酸洗いと水洗とを繰り返すことを特徴
   とする特許請求の範囲第５項に記載の方法。（７）乾燥
   ガス又は真空下で溶接を行なうことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。 （８）溶接室の圧力が１．５×１０＾−＾２Ｐａ未満で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の方
   法。 （９）拡散溶接は、全体の変形が１０％未満となるよう
   な結合（又は圧縮）圧力で行なわれることを特徴とする
   特許請求の範囲第７項又は第８項に記載の方法。 （１０）結合圧力が１ＭＰａ以下であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第９項に記載の方法。 （１１）研摩以前に結合すべき部材の脱脂又は酸洗い処
   理を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第１０項のいずれかに記載の方法。