JPS63183772A - 金属部材の接合方法 - 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】 〔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１．１
００℃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っては、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
均一となったり、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
あった。

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
できなかったり、また安定した接合強度を得にくいとい
う問題があった。

したがって、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
成するに至った。

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ったり
、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打箔とは異なっ
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。

したがって、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
部材であっても、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．Ｏ１〜５鰭程度
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、８０．５〜５重量％、Ｓｉ０．５〜７重量
％、ＦｅＯ〜７重景％程度が含まれたものであってもよ
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っては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−ブタジェン共重合ゴム、ブチルゴム
、ブタジェンゴム、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
をペ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
クリル酸アルキルニス−チル系樹脂、あるいはこれにア
ルキルフェノール系樹脂、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ラダが１〜３０重量部、特に好適
には２〜ｌＯ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ャスティ
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）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５〜２００μ
ｍ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
あってよく、その地熱硬化性樹脂材料からなるものであ
ってもよい。

後者の材料としては、エポキシ樹脂系、フェノール樹脂
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ってもよく
、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は施工する方
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−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で所
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ｌ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１ｏ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、したがって、上記
部材２，２は上記焼結層ｌＯによっ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ｌ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、したがっ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１ｗ４などの比較的低融点の銅
系金属部材であっても、８５０℃以上の温度で加熱焼結
することによって、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Ｉ Ｎｉろう粉末（Ｊ　Ｉ　Ｓ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０．５龍の合金粉末シートを得、これを半径５鶴の
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５龍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５１ｍ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９２
０℃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Ｂ　Ｎ　ｉ７　；　Ｎ　１−
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、Ｎ　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、ポリエステルフィルム上にアプリケータを用い
てキャスティングし、厚み２００１１ｍ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５０ｍ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・・・合金粉末シード、２．２・・・金属部材、３゜
３・・・接着固定用材料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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。
2. （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。