JPS63108970A - アルミニウム合金材の接合方法 - 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】 イ、産業上の利用分野 この発明はアルミニウム合金材を強固に接合する方法で
あり、特に粉末冶金法によって製造されたアルミニウム
粉末合金材（以下アルミニウム粉末合金材という）の接
合に適した接合方法に関するものである。

口、従来技術 従来からアルミニウム合金材を接合するには（１）接着
材（有機）を用いて接着する（接着法）（２）蝋付（金
属）を用いて接着する（蝋付法）（３）接合面にアルミ
ニウムと共晶合金を造る金属の金属箔をインサート（金
属メッキでも同じ）して加熱して接着する（インサート
法）（４）アルミニウム合金材同志を機械的に接合する
（機械的方法） がある。

・・１発明が解決しようとする問題点 しかしながら前記従来方法では （１）接着法では接着材が有機物であるため十分な接着
強度が得られないうえ、高温で使用することができない
。

（２）蝋付法でも十分な接着強度が得られないし、高温
で使用すると接合部で著しい強度の劣化がはじまる。

（３）インサート法では金属箔を用いるので、インサー
ト層が接合部に残存して接合部の強度劣化があシ、また
拡散を十分に行ってインサート層を消滅させるには長時
間の加熱が必要となる。

（４）機械的方法では、通常ネジ止め等で接合するが母
材にネジ孔を讃孔する等するので母材の接合部での強度
劣化が免れない。

という欠点があシ、結局前記従来方法で製造された接合
材を内燃機関の部品等の苛酷な条件下で使用することが
難しい。

この発明は従来の接合方法の欠点を解消して強度の優れ
たアルミニウム合金材の接合方法を提供することを目的
とするものである。

二１問題点を解決するための手段 この発明は接合するアルミニウム合金材の接合面を不活
性ガス或いは真空中でスパッタリング等により清浄化処
理して、直ちに接合面に低温でアルミニウムと反応して
共晶を形成する金属（特に拡散が早い金属、例えばＣｕ
、　ｚｎ等及びその合金が望ましい）の超微細粉末をイ
ンサート材として散布して該合金材の固相線以下の温度
に加？（低圧で加圧するのが良い）して金属拡散により
接合する方法である。

アルミニウム合金材としては普通の鋳造品でも良いが、
特に粉末冶金法を用いて製造されたアルミニウム粉末合
金材に適用する場合に有効である。

アルミニウム合金材を機械部品として使用する場合には
アルミニウム合金材に変形を生ぜず、また外部からの摩
擦、衝撃などに耐えるため成程度以上の強度と剛性を特
徴とする特に内燃機関の部品等のように苛酷な条件で使
用するには従来からの普通の鋳造で得られるアルミニウ
ム合金材では強度が不足する。一方アルミニウムの合金
粉末においては、急冷法によって鋳造法では得られない
ような過飽和まで合金元素を添加することが可能である
。この場合にアルミニウム合金粉末を１０２°Ｃ／Ｓｅ
Ｃ以上、好ましくは１０３°Ｃ／ｓｅｃ以上の冷却速度
で冷却し結晶の微細化、固溶強化することが大切である
。その結果結晶粒径２０μｍ以下という微細な且つ偏析
のない均一な組織を有し、引張強度が４０　ｋｔｉ　／
ｙｔＡ以上でヤング率が９０００ｋｇ／ｍ４以上の強度
と剛性がある高強度のアルミニウム粉末合金材を得るこ
とができる。この高強度のアルミニウム粉末合金材を接
合する場合には、アルミニウム粉末合金材が１９　Ｘ　
１０−６／’Ｃ以下の熱膨張率であると鋳造アルミニウ
ム合金材との接合において熱サイクルを受けても接合面
が脱離することがない。これはアルミニウム鋳造合金の
熱膨張率が１９　Ｘ　１０−６／’Ｃ程度であるからで
ある。

アルミニウム合金材の接合においては表面の酸化膜の存
在が最大の障壁である。従って本発明において予め不活
性ガス、或いは真空中でスパッタリング等の方法で接合
面を清浄化した後直ちに金属の超微粉末を付着してイン
サートし加熱加圧をすることは必須条件である。

インサート材としてアルミニウムと共晶を形成する金属
（例えばＣｕ、　Ｚｎ等）或いはその合金を用いると低
い温度で比較的早い拡散が得られ、従って接合ができる
ことは公知であるが、本発明のように金属の超微細粉末
をインサート材として用いると板状のインサート材の場
合に比し反応がインサート材の固相線以下の温度で飛躍
的に促進され短時間で強固な接合を得ることができる。

超微細粉末は粒径が小さいほど表面活性エネルギーが増
大し母材との反応性、母材への拡散性が向上する。従っ
て粒径としては１μｍ以下であることが望ましく、１μ
ｍ以上の粒径の微粉末では金属箔をインサートした場合
との相違が顕著ではなくなる。

ホ、実施例 実施例１゜ 下記の第１表（ａ）に示す組成、製法９組織を有する３
種類の長さ５０羽、直径１０羽の棒状のアルミニウム合
金材、第１図に形状を示す、を造った。

これらの試料の機械的性質を測定したところ第１表（ｂ
）の通りであった。

第１表（ａ） 第１表（ｂ） これらの試料の端面を下記第２表の方法で接合した。

第２表 以上の方法で作成した丸棒（１０φｘｔｏｏｚｙ、ｖｒ
）から引張試験片を造り常温及び２００°Ｃで引張試験
を行った。その結果は第３表の通りであった。

第３表（引張強度ｋｇ　／　ｍ４　） 以上の結果から、本発明法による接合体はいずれも従来
接合法より優れた接合強度を有することが分かる。また
特にアルミニウム粉末合金材に対して特に有効であるこ
とが分かる。

実施例２゜ 実施例１の試料即ちＡ、ｌ−１２Ｓｉ−５Ｆｅの成分の
アルミニウム粉末合金材を各種の材料及び接合法を用い
て互いに接合して同様に１０φ×１００朋の丸棒として
引張試験片を造シ常温で引張試験を行った。接合の条件
としては第４表に示すようにメッキ法、各種の平均粒径
Ｃｕ　粉末による・イン・サート、及びＡｇ、　Ｚｌ、
　Ｐｂ、　Ｓｎ　　微粉末のインサートである。

その結果は第４の通９であった。

第４表 以上の結果から、インサート材としてｌ　ｌ１ｍ以下の
平均粒径の超微細粉末を使用すると非常に高強度の接合
が得られることが分かる。２μｍ以上ではメッキ法と大
きくは違わない。

実殉同３゜ 実施例１のと同じＡＩ　　２０Ｓｉ　　５Ｆｅ２Ｎｉの
成分を有する炉詰アルミニウム粉末合金材を用いて円板
２枚と円筒形の部品を造シ、第２図に示すように、図面
の斜線部に平均粒径４００ＡのＣＵ粉末を配して４５０
°Ｃで４００ｋｇ／ｃｄの圧力で１時間保持して第３図
に示すような中空部品を造った。

この部品の強度を試験したところ、従来のメッキ法によ
るよりも強度が非常に高く、熱サイクルを加えても強度
が低下しないことが分かった。

へ０発明の効果 以上に詳しく説明したように、本発明はアルミニウム合
金材を接合するのに該合金と共晶反応を生ずる金属の超
微細粉末を接合面にインサートして加圧加熱して拡散接
合するので、低温でも拡散が早〈従来の方法で得られな
かった接合強度を低温、短時間の加熱で得ることができ
る。従って複雑な形状のアルミニウム合金部品を強度を
低下させずに造ることができ′る効果がある。特にアル
ミニウム粉末合金材の場合に使用すると苛酷な条件下で
使用に耐える高強度の部品を製造することができ有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１に使用した試験片の接合を示す斜視図
、第２図は実施例３に使用する部品と接合法を示す斜視
図、第３図は実施例３の完成品の斜視図である。 （１）・・・棒状合金材、（２）・・・インサート、（
３）・・・板状合金材、　　　（４）・・・円筒状合金
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミニウム合金材を接合する方法において、アル
   ミニウム合金材の接合面を不活性ガスあるいは真空中に
   おいてスパッタリング等により清浄化した後、直ちに接
   合面間にアルミニウム合金材と共晶を生ずる金属または
   その合金の超微細粉末をインサートして、該インサート
   材の固相線以下の温度で加熱して拡散接合することを特
   徴とするアルミニウム合金材の接合方法。 ２、超微細粉末が平均粒径１μｍ以下であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のアルミニウム合金材
   の接合方法。 ３、アルミニウム合金材が粉末冶金法を用いて製造され
   たアルミニウム粉末合金材であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項もしくは第２項記載のアルミニウム合
   金材の接合方法。 ４、アルミニウム粉末合金材の結晶粒及び析出粒サイズ
   ２０μｍ以下で、常温における引張強度が４０ｋｇ／ｍ
   ｍ＾２以上でヤング率が９０００ｋｇ／ｍｍ＾２以上で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１〜２項記載の
   アルミニウム合金材の接合方法。