KR101178035B1 - 알루미늄 접합 합금, 그 합금으로 형성된 접합 합금층을 갖는 클래드재 및 알루미늄 접합 복합재 - Google Patents

알루미늄 접합 합금, 그 합금으로 형성된 접합 합금층을 갖는 클래드재 및 알루미늄 접합 복합재 Download PDF

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Abstract

철강, 구리, 니켈 등의 비알루미늄 금속뿐만 아니라, 알루미늄과의 압접성 및 확산 접합성, 및 땜납성이 뛰어난 알루미늄 접합 합금, 또한 그 접합 합금으로 형성된 접합 합금층을 갖는 클래드재, 알루미늄 접합 복합재를 제공한다.　본 발명에 의한 접합 합금은 알루미늄과 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속을 접합하는 Ni-Mg 합금이다. 상기 Ni-Mg 합금은 본질적으로 Mg을 0.08～0.90mass% 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 본 발명에 의한 클래드재는 상기 비알루미늄 금속으로 형성된 비알루미늄 금속층(2)과, 상기 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층(1)을 구비하고, 상기 비알루미늄 금속층(2)과 접합 합금층(1)이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 것이다.

Description

알루미늄 접합 합금, 그 합금으로 형성된 접합 합금층을 갖는 클래드재 및 알루미늄 접합 복합재{ALUMINUM-BONDING ALLOY, CLAD MATERIAL HAVING BONDING ALLOY LAYER FORMED FROM THE ALLOY, AND COMPOSITE MATERIAL INCLUDING BONDED ALUMINUM}
본 발명은 철강, 구리, 니켈, 티탄 등의 비(非)알루미늄 금속뿐만 아니라 알루미늄에 대하여도 뛰어난 압접성 및 확산 접합성, 땜납성을 구비한 알루미늄 접합 합금, 상기 접합 합금으로 형성된 접합 합금층을 갖는 클래드재 및 알루미늄 접합 복합재에 관한 것이다.
알루미늄은 도전성, 가공성, 경량성이 뛰어나기 때문에 전극재, 단자재(端子材), 도전성 선재(線材) 등의 소재로서 다방면으로 이용되고 있다. 한편, 알루미늄만으로 형성된 알루미늄재(단층재(單層材))는 강도나 내식성이 떨어지기 때문에, 알루미늄으로 형성된 알루미늄층과 스테인레스강이나 니켈로 형성된 비알루미늄 금속층이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 클래드재가 이용되는 경우도 자주 있다. 이러한 클래드재는 전지 케이스나 전극재, 단자재 등의 도전성 재료로서 이용된다.
알루미늄과 니켈과의 확산 접합성은 비교적 양호하지만, 스테인레스강은 니켈에 비교하여 접합성이 떨어지기 때문에, 알루미늄층과 스테인레스강층 사이에, 알루미늄 및 스테인레스강의 양쪽에 대하여 확산 접합성이 양호한 니켈층이 설치되는 경우가 있다. 예를 들면, 일본특허공개 2000-312979호 공보(특허문헌 1)나 일본특허공개 2004-351460호 공보(특허문헌 2)에는, 알루미늄층과 스테인레스강층 사이에, 니켈층이 설치된 클래드재가 기재되어 있다. 또한, 일본특허공개 2004-106059호 공보(특허문헌 3)에는, 알루미늄층에 니켈층이 직접적으로 압접되어 확산 접합된 클래드재가 기재되어 있다.
한편, 근년, 전자 부품으로서 반도체 소자와 이것을 냉각하는 알루미늄제의 냉각기를 일체적으로 설치한 파워 모듈이 이용되고 있어, 고출력화에 따른 냉각 성능의 향상이 바람직하다. 파워 모듈은 예를 들면 일본특허공개 2008-166356호 공보(특허문헌 4)에 기재되어 있는 바와 같이, 알루미늄제의 냉각기와 열확산 촉진층(히트 스프레더(heat spreader))가 땜납되어, 상기 열확산 촉진층 위에 전열성 절연 기판( 「DBA 기판」이라고 불린다) 및 반도체 소자가 이 순서로 땜납된 구조를 구비하고 있다. 상기 열확산 촉진층으로서는, 통상, 열전도성이 뛰어난 구리로 형성된 구리층에, 철층 또는 니켈층을 통하여 알루미늄층이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 클래드재가 이용된다.
상기 파워 모듈은 통상, 다음과 같이 하여 조립할 수 있다. 알루미늄제의 냉각기와 상기 열확산 촉진층의 알루미늄층을 납땜한다. 그 후, 상기 열확산 촉진층의 구리층 위에 전열성 절연 기판이 땜납되고, 반도체 소자가 전열성 절연 기판 위에 더 땜납된다. 또한, 미리 반도체 소자가 땜납된 전열성 절연 기판을 상기 열확산 촉진층에 땜납되는 경우도 있다. 상기 전열성 절연 기판은 질화알루미늄 등의 세라믹스층의 양면에 알루미늄층이 적층된 구조를 갖고 있고, 통상, 전열성 절연 기판의 양 표면에는, 땜납 젖음성을 확보하기 위해 니켈 도금이 실시된다.
특허문헌 1 : 일본특허공개 2000-312979호 공보 특허문헌 2 : 일본특허공개 2004-351460호 공보 특허문헌 3 : 일본특허공개 2004-106059호 공보 특허문헌 4 : 일본특허공개 2008-166356호 공보
상기한 바와 같이, 알루미늄과 니켈은 접합성이 양호하기 때문에, 알루미늄층과 니켈층을 직접 접합하거나 알루미늄층에 니켈층을 통하여 스테인레스층을 접합하는 것이 행해지고 있다. 또한, 알루미늄과 구리는 확산 접합 시에 매우 부서지기 쉬운 금속간 화합물이 형성되기 때문에 직접적으로 접합할 수 없지만, 알루미늄층과 구리층 사이에 철층이나 니켈층을 설치함으로써 알루미늄층과 구리층을 적층화할 수 있다.
그러나, 알루미늄층과 니켈층, 또는 알루미늄층과 철층은 압접 및 확산 접합에 의해 접합할 수 있지만, 알루미늄층과 니켈층, 또는 알루미늄층과 철층 사이에, 확산 반응에 의해 Al-Ni계, Al-Fe계의 금속간 화합물층이 형성된다. 이러한 금속간 화합물층은 과도하게 성장하면 접합성이 현저하게 열화(劣化)되게 된다. 이 때문에, 통상, 금속간 화합물층이 과도하게 성장하지 않게 압접 후의 확산 접합 시의 확산소둔조건을 적절히 제어하는 것이 필요하다.
또한, 상기한 바와 같이, 파워 모듈이 구비되는 열확산 촉진층의 알루미늄층에는, 알루미늄제의 냉각기가 Al-Si계 땜납재와 같은 알루미늄 접합 땜납재를 이용하여 600℃정도에서 납땜된다. 이 납땜 시에 열확산 촉진층의 알루미늄층과 니켈층, 또는 알루미늄층과 철층 사이에 확산 접합 시에 생성한 금속간 화합물층이 성장된다. 이 때문에, 납땜 전의 열확산 촉진층에서의 알루미늄층과 니켈층, 또는 알루미늄층과 철층과의 접합력이 납땜에 의해 손상된다는 문제가 있다.
또한, 근년, 환경 대책으로부터 자동차, 트럭 등의 연비의 향상이 요구되고 있어, 자동차 등의 구조 부재를 경량화하기 위해, 구조 부재의 일부를 철강재로부터 알루미늄재로 치환하는 것이 검토되고, 또 실시되고 있다. 그러나, 철강재와 알루미늄재를 용접이나 납땜에 의해 접합하는 것은 곤란하고, 현재 상태로서는, 주로 리벳이나 볼트 너트 등의 기계적 연결 수단에 의해 접합되고 있다. 이 때문에, 철강재와 알루미늄재가 접합된 알루미늄 접합 복합재는 설계의 자유도나 생산성의 저하를 피할 수 없게 되어 있다.
본 발명은 이러한 문제을 감안하여 이루어진 것으로, 철강, 구리, 니켈, 티탄 등의 비알루미늄 금속뿐만 아니라, 알루미늄과의 압접성, 확산 접합성 및 땜납성에도 뛰어난 알루미늄 접합 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 접합 합금으로 형성된 접합 합금층을 갖는 클래드재 및 알루미늄 접합 복합재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 상기 해결 과제에 귀감 봐, 니켈은 대체로 철강, 구리, 티탄 등의 비알루미늄 금속과의 압접성, 확산 접합성, 땜납성, 용접성이 뛰어나므로, 니켈을 베이스 금속으로 하고, 니켈에 첨가해야 할 합금 성분으로서 알루미늄에 대하여 뛰어난 확산 접합성 및 땜납성을 부여할 수 있는 성분을 조사 연구하였다. 그 결과, 니켈에 거의 고용(固溶)되지 않는 마그네슘을 소정량 함유한 Ni-Mg 합금은 상기 비알루미늄 금속뿐만 아니라 알루미늄에 대하여도 뛰어난 접합성을 발현하는 것을 알아냈다. 본 발명은 이러한 발견에 근거하여 이루어진 것이다.
즉, 본 발명의 알루미늄 접합 합금은 알루미늄과 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속을 접합하기 위한 Ni-Mg 합금이며, 상기 Ni-Mg 합금은 본질적으로 Mg을 0.08mass%이상, 0.90mass%이하, 바람직하게는 0.10mass%이상, 0.70mass%이하(이하, 「mass%」는 간단히 「%」라고 표시함)를 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이다. 본 발명에 있어서, 「알루미늄」이란, 순(純)알루미늄 외, Al를 주성분으로 하는 Al합금을 의미한다. 또한, 「철강」이란, 순철 외, Fe를 주성분으로 하는 Fe합금, 예를 들면 연강, 합금강, 스테인레스강을 의미한다. 마찬가지로, 「구리」란, 순동 외, Cu를 주성분으로 하는 Cu합금을, 「니켈」이란, 순니켈 외, Ni를 주성분으로 하는 Ni합금을, 「티탄」이란, 순티탄 외, Ti를 주성분으로 하는 Ti합금을 의미한다. 상기 「주성분」이란, 재료 중에 그 성분이 50%이상을 차지하는 것을 의미한다.
상기 알루미늄 접합 합금은 기지(基地)가 고농도의 Ni이기 때문에, 철강, 구리, 니켈, 티탄 중 어느 하나의 비알루미늄 금속에 대하여도 압접성, 확산 접합성, 땜납성, 용접성이 우수하다. 또한, 알루미늄과 압접성, 확산 접합성 및 땜납성에 대하여도 우수하다. 그 이유를 이하 설명한다.
니켈층과 알루미늄층을 압접하여 확산 접합하면, 그 사이에 Ni-Al계의 금속간 화합물층이 형성된다. 이 금속간 화합물층은 확산 접합을 행하기 위한 확산소둔에 있어서, 소둔온도를 내려 확산 반응을 억제하고, 금속간 화합물층의 층 두께가 두껍게 안 되게 한 경우는 비교적 양호한 접합력을 발현한다. 그러나, 본 발명자의 관찰에 의하면, 활발한 확산 반응에 의해, 금속간 화합물층이 10㎛ 정도가 되면, 알루미늄층과 금속간 화합물층의 접합력이 열화되어, 알루미늄층이 금속간 화합물층의 계면으로부터 박리되게 된다. 이 원인을 추궁하기 위해, 알루미늄층과 금속간 화합물층과의 계면을 EPMA에 의해 자세히 관찰하였던 바, 알루미늄층의 접합 계면 부근에 산화알루미늄이 미세하게 분산되어 있음이 확인되었다. 이 산화알루미늄은 알루미늄층의 바탕으로 되는 알루미늄 소재의 표면에 자연 산화에 의해 불가피적으로 생성한 산화알루미늄이, 확산 반응에 따라 알루미늄층의 계면 및 그 부근으로 몰아넣어 버려 이행된 것으로 추측된다.
한편, 본 발명에 의한 알루미늄 접합 합금에 의해 형성된 접합 합금층과 알루미늄층을 압접 및 확산 접합에 의해 접합한 경우, 활발한 확산 반응에 의해, 금속간 화합물층이 10㎛ 정도로 두껍게 형성되어도, 접합 합금층과 알루미늄층과의 접합력은 열화되지 않는다. 이 원인은 확산 반응에 의해 금속간 화합물층이 형성될 때에, 알루미늄층의 표면에 존재하는 산화알루미늄이, 알루미늄층과 금속간 화합물층과의 접합 계면으로 몰아넣어 버려지는 과정에서, 접합 합금층을 형성하는 Ni-Mg 합금의 니켈 기지 중에 존재하는 적당량의 Mg에 의해 산화알루미늄이 환원되고, 확산 반응의 종료 후에는, 알루미늄층의 계면에 존재하는 산화알루미늄량이 감소되기 때문이라고 생각된다.
또한, 본 발명에 의한 알루미늄 접합 합금에 알루미늄을 알루미늄 접합 땜납재를 이용하여 납땜하는 경우도, 상기 접합 합금 중의 적당량의 Mg이 납땜 시에 형성되는 땜납층에 존재하는 산화알루미늄을 환원하기 때문에, 상기 접합 합금과 땜납층이 강고하게 접합된다. 이 때문에, 본 발명의 알루미늄 접합 합금은 비알루미늄 금속뿐만 아니라, 알루미늄에 대하여도 뛰어난 땜납성을 발현한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 알루미늄 접합 합금은 비알루미늄 금속뿐만 아니라, 알루미늄에 대하여도 뛰어난 압접성, 확산 접합성, 땜납성을 발휘한다. 이 때문에, 그 접합 합금으로 형성된 접합 합금층은 이하의 각종 형태의 클래드재 및 알루미늄 접합 복합재에 적합하게 이용할 수 있다.
본 발명에 의한 제1 형태의 클래드재는 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속으로 형성된 비알루미늄 금속층과, 상기 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층을 구비하고, 상기 비알루미늄 금속층과 접합 합금층이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 것이다.
　이 클래드재에 의하면, 상기 접합 합금층에 알루미늄재를 강고하게 납땜할 수 있다. 알루미늄재의 납땜은 600℃정도로 행해지지만, 이 정도의 온도에서는, 클래드재의 비알루미늄 금속층과 접합 합금층과의 접합력은 열화되지 않는다. 이 때문에, 알루미늄재가 클래드재의 접합 합금층을 통하여 비알루미늄 금속층에 강고하게 납땜된 알루미늄 접합 복합재를 용이하게 제공할 수 있다.
상기 제1 형태의 클래드재에 있어서, 상기 접합 합금층에 알루미늄 접합 땜납재로 형성한 땜납재층을 일체적으로 접합하여 둘 수 있다. 이에 의해 땜납재를 별도 준비할 필요가 없기 때문에, 납땜 작업성을 향상시킬 수 있다. 상기 땜납재층은 압접에 의해, 또는 압접 및 확산 접합 등에 의해 접합 합금층에 접합할 수 있다. 상기 땜납재층은 납땜 시에 용해되는 것이어서, 취급중에 접합 합금층으로부터 분리되지 않을 정도로 접합하여 있으면 좋기 때문에, 상기 땜납재층과 접합 합금층을 강고하게 접합할 필요는 없다.
상기한 바와 같이, 상기 제1 형태의 클래드재의 접합 합금층에 알루미늄재를 납땜함으로써 알루미늄 접합 복합재를 용이하게 얻을 수 있다. 이 알루미늄 접합 복합재에 있어서, 상기 클래드재의 비알루미늄 금속층을 구리로 형성하고, 상기 알루미늄재로서 반도체 소자를 냉각하기 위한 알루미늄제 냉각기를 이용할 수 있다. 이에 의해 내구성이 뛰어난, 파워 모듈 등의 전자 부품의 냉각용 부재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 제2 형태의 클래드재는 상기 비알루미늄 금속층, 접합 합금층, 알루미늄으로 형성된 알루미늄층을 구비하고, 상기 비알루미늄 금속층과 접합 합금층이, 또 상기 접합 합금층과 알루미늄층이 각각 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 것이다. 이 제2 형태의 클래드재도, 클래드재의 알루미늄층에 알루미늄 접합 땜납재로 형성한 땜납재층을 접합할 수 있다. 이에 의해 납땜 작업성을 향상시킬 수 있다. 상기 땜납재층은 압접에 의해, 또는 압접 및 확산 접합에 의해 알루미늄층에 접합할 수 있다.
이 제2 형태의 클래드재에 의하면, 상기 접합 합금층에 알루미늄재를 직접 납땜한 경우보다, 상기 알루미늄층에 알루미늄재를 보다 강고하게 납땜할 수 있다. 이 때문에, 알루미늄재가 보다 강고하게 납땜된 알루미늄 접합 복합재를 용이하게 제공할 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 제2 형태의 클래드재의 알루미늄층에 알루미늄재를 납땜함으로써, 알루미늄 접합 복합재를 용이하게 얻을 수 있다. 이 알루미늄 접합 복합재에 있어서, 상기 클래드재의 비알루미늄 금속층을 구리로 형성하고, 상기 알루미늄재로서 반도체 소자를 냉각하기 위한 알루미늄제 냉각기를 이용할 수 있다. 이에 의해 알루미늄제 냉각기가 보다 강고하게 접합한 파워 모듈 등의 전자 부품의 냉각용 부재를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제2 형태의 클래드재에 있어서, 비알루미늄 금속층을 스테인레스강로 형성하고, 알루미늄층을 순Al 또는 Al를 90mass%이상 포함한 도전성 알루미늄 합금으로 형성할 수 있다. 이에 의해 알루미늄층에 의한 도전성과 비알루미늄 금속층(스테인레스강층)에 의한 기계적 강도, 내식성, 도전선재와의 접합성, 경제성을 겸비시킬 수 있다. 또한, 이 비알루미늄 금속층으로서 스테인레스강층을 이용한 클래드재는 전지 케이스나 단자 부재 등의 도전성 소재로서 적합하게 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 제3 형태의 클래드재는 알루미늄으로 형성된 알루미늄층과 본 발명에 의한 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층을 구비하고, 상기 알루미늄층과 접합 합금층이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 것이다.
이 클래드재에 의하면, 상기 알루미늄층이 강고하게 접합된 접합 합금층에 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속으로 형성된 비알루미늄 금속재를 납땜, 용접 등의 접합법에 의해 용이하게 접합할 수 있다. 이 때문에, 상기 클래드재의 접합 합금층에 상기 비알루미늄 금속재가 접합된 알루미늄 접합 복합체를 용이하게 제공할 수 있다. 또한, 이 제3 형태의 클래드재의 접합 합금층은 Ni농도가 높고, 가공성, 내식성, 도전선재와의 땜납성이나 용접성도 양호하므로, 클래드재 자체를 전지 케이스나 단자 부재 등의 도전성 소재로서 적합하게 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 제4 형태의 클래드재는 본 발명에 의한 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층과 알루미늄 접합 땜납재 또는 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속을 납땜하기 위한 비알루미늄 금속 접합 땜납재로 형성된 땜납재층을 구비하고, 상기 접합 합금층과 땜납재층이 접합된 것이다.
이 클래드재에 의하면, 땜납재를 별도 준비하는 일 없이, 땜납재층을 이용하여 알루미늄재와 접합 합금층, 또는 비알루미늄 금속재와 접합 합금층을 강고하게 납땜할 수 있다. 상기 땜납재층은 압접에 의해, 또는 압접 및 확산 접합에 의해 접합 합금층에 접합할 수 있다.
본 발명에 의한 알루미늄 접합 합금은 본질적으로 Mg을 0.08～0.90mass% 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지므로, 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속과 강고한 접합을 얻을 수 있다. 또한, 알루미늄과의 접합에 대하여도, 알루미늄의 접합계면에 존재하는 산화알루미늄이 접합 시에 알루미늄 접합 합금중의 적당량의 Mg에 의해 환원되기 때문에, 확산 접합, 납땜, 용접의 어느 접합법에 의해서도 강고한 접합을 얻을 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 알루미늄 접합 합금은 알루미늄재 및 비알루미늄 금속재 중 어느 하나에 대하여도 강고한 접합을 얻을 수 있기 때문에, 양쪽를 접합하는 접합 재료로서 적합하다. 또한, 알루미늄 접합 합금은 그 자체가 양호한 내식성, 가공성, 접합성을 갖기 때문에, 상기 알루미늄 접합 합금으로 이루어지는 접합 합금층을 갖는 각종 클래드재 및 알루미늄 접합 복합재를 용이하게 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 클래드재의 요부 단면 모식도이다.
도 2는 제1 실시형태의 클래드재의 변형 형태이며, 땜납재층을 구비한 클래드재의 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 클래드재의 요부 단면 모식도이다.
도 4는 제1 실시형태에 의한 클래드재에 알루미늄재로서 알루미늄제 냉각기를 납땜하여 조립한 알루미늄 접합 복합재의 요부 단면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 의한 클래드재의 요부 단면 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 클래드재의 요부 단면 모식도이다.
도 7은 클래드재의 접합 강도의 측정 요령을 나타내는 설명도이다.
도 8은 납땜 복합재의 접합 강도의 측정 요령을 나타내는 설명도이다.
부호의 설명
1 : 접합 합금층
2 :　비알루미늄 금속층
3, 4 : 알루미늄층
11 :　알루미늄재
11A :　알루미늄제 냉각기
12 :　비알루미늄 금속재
21 :　땜납재층
먼저, 본 발명에 의한 알루미늄 접합 합금에 대하여 설명한다. 이 알루미늄 접합 합금은 본질적으로 Mg을 0.08mass%이상, 0.90mass%이하(0.08～0.90mass%) 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Ni-Mg 합금이다. 합금 베이스를 Ni로 하는 것은, Ni는 양호한 연성, 가공성을 구비하고, 강도, 내식성도 비교적 높고, 또 압접성, 확산 접합성, 땜납성, 용접성이 뛰어나기 때문이다. 한편, Mg는 본 발명 합금에 대하여 중요한 원소이며, 알루미늄과의 확산 접합이나 납땜에 있어서, 알루미늄 계면에 존재하는 산화알루미늄을 환원하여, 접합성을 향상시키는 작용을 갖는다.
상기 Ni-Mg 합금에서의 Mg의 성분 한정 이유를 설명한다. Mg량이 0.90%를 넘게 되면, 열간 가공성이나 냉간 가공성이 열화되게 되어, Ni-Mg 합금을 판재 등의 형태로 압연 가공하는 것이 곤란하게 된다. 한편, Mg량이 0.08%미만에서는, 상기 Mg에 의한 산화알루미늄의 환원 작용이 과소(過少)로 되어, 접합성의 개선이 저하된다. 이 때문에, 본 발명에서는, Mg량의 하한을 0.08%, 바람직하게는 0.10%, 보다 바람직하게는 0.20%로 하고, 또한, 그 상한을 0.90%, 바람직하게는 0.70%, 보다 바람직하게는 0.65%로 한다. 상기 Ni-Mg 합금은 전형적으로는 소정량의 Mg 이외에, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지지만, Mg 이외에, Ca, Li, REM(희토류 원소) 등의 산화알루미늄을 환원할 수 있는 원소를 가공성을 해치지 않는 범위에서 단독으로, 또는 복합하여 미량 첨가할 수 있다.
상기 알루미늄 접합 합금은 통상, 이하의 공정을 거쳐 제조된다. 먼저, 성분 조정한 원료는 용해되어 주조된다. 주조된 주괴(鑄塊)는 열간 가공되어, 필요에 따라 중간 소둔이 실시된 후, 소망의 형태, 전형적으로는 판재로 냉간 가공된다. Mg는 Ni에 거의 고용(固溶)되지 않지만, 급냉 응고 등이 각별한 냉각 방법을 선택하지 않아도, Mg는 주괴의 Ni 기지(基地) 중에 미세 분산하여 석출된다.
다음으로, 도면을 참조하여 상기 알루미늄 접합 합금에 의해 형성한 접합 합금층을 구비한 각종 클래드재, 그 클래드재를 이용하여 제조한 알루미늄 접합 복합재에 관하여 설명한다.
도 1은 제1 실시형태에 의한 클래드재를 나타내고 있고, 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속으로 형성된 비알루미늄 금속층(2)과, 상기 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층(1)을 구비하고, 상기 비알루미늄 금속층(2)과 접합 합금층(1)이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 것이다. 압접 및 확산 접합은 압접 및 그 후에 확산 접합하는 경우뿐만 아니라, 압접과 확산 접합을 동시에 실시하는 경우를 포함한다. 압접과 확산 접합을 병용함으로써, 강고한 접합을 얻을 수 있다.
상기 철강으로서는, 순철, 연강 등의 저(低)탄소강, 스테인레스강을 예시할 수 있다. 상기 구리로서는, 순구리, 황구리, 백구리, 양은을 예시할 수 있다. 상기 니켈로서는, 순니켈, 모넬 메탈 등의 Ni-Cu 합금을 예시할 수 있다. 상기 티탄으로서는, 순티탄, β형태 티탄 합금,
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＋β형태 티탄 합금을 예시할 수 있다. 상기 비알루미늄 금속은 요구 특성, 용도 등에 따라 적당한 금속이 선택된다.
이 제1 실시형태의 클래드재에 의하면, 상기 접합 합금층(1)에 알루미늄 접합 땜납재를 이용하여 알루미늄재를 용이하게 납땜할 수 있다. 그 결과, 비알루미늄 금속층(2)과 알루미늄재(11)이 접합 합금층(1)을 통하여 강고하게 접합한 알루미늄 접합 복합재를 용이하게 얻을 수 있다. 상기 알루미늄 접합 땜납재로서는, JIS 규격의 4004 등의 Al-Si-Mg계 땜납재, JIS 규격의 4343 등의 Al-Si계 땜납재를 예시할 수 있다. 상기 접합 합금층(1)과 알루미늄재(11) 사이에는, 납땜 시에 용해된 땜납재와 상기 접합 합금층(1) 등에서 이행한 성분이 혼합한 조성을 갖는 땜납층(30)이 형성된다.
도 2는 상기 제 1 실시형태의 변형 형태의 클래드재를 나타내고 있고, 이 클래드재는 상기 제 1 실시형태의 클래드재의 접합 합금층(1)의 다른 표면, 즉 알루미늄재(11)를 납땜하는 측의 표면에, 상기 알루미늄 접합 땜납재로 형성한 땜납재층(21)이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 것이며, 비알루미늄 금속층(2), 접합 합금층(1) 및 땜납재층(21)의 3층이 일체적으로 적층된 클래드재이다. 상기 땜납재층(21)을 갖는 3층 구조의 클래드재는 알루미늄재의 납땜에 있어서, 땜납재를 별도 준비할 필요가 없기 때문에, 납땜 작업성을 향상시킬 수 있다. 상기 땜납재층의 두께는 50～500㎛ 정도이면 좋다. 상기 땜납재층(21)은 납땜 시에 용해되므로, 취급중에 분리되지 않을 정도로 접합되어 있으면 좋다. 이 때문에, 땜납재층(21)은 접합 합금층(1)에 압접되는 것만으로 좋아, 확산 접합을 생략할 수 있다.
또한, 도 3은 제2 실시형태에 의한 클래드재를 나타내고 있고, 상기 비알루미늄 금속으로 형성된 비알루미늄 금속층(2)과, 상기 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층(1)과, 알루미늄으로 형성된 알루미늄층(3)을 구비하고, 상기 비알루미늄 금속층(2)과 접합 합금층(1)이, 또한 상기 접합 합금층(1)과 알루미늄층(3)이 압접 및 확산 접합에 의해 일체적으로 접합된 것이다.
이 클래드재에 의하면, 상기 접합 합금층(1)에 접합된 알루미늄층(3)에 알루미늄재를 보다 강고하게 납땜할 수 있어, 비알루미늄 금속층(2)과 알루미늄재(11)이 상기 접합 합금층(2) 및 알루미늄층(3)을 통하여보다 강고하게 접합한 알루미늄 접합 복합재를 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 상기 제 1, 제2 실시형태의 클래드재에 있어서, 비알루미늄 금속층(2)을 열전도성이 뛰어난 구리로 형성하여, 상기 접합 합금층(1) 또는 알루미늄층(3)에 알루미늄재(11)을 납땜함으로써, 열전도성이 뛰어난 도전성 알루미늄 접합 복합재를 용이하게 얻을 수 있다. 상기 열전도성이 뛰어난 구리로서는, 정련동(touch pitch copper)나 무산소동 등의 순동 이외, Cu를 85%이상, 보다 바람직하게는 90%이상 함유하는 구리합금, 예를 들면, 인청동(phosphor bronze, 燐靑銅), 크롬동, 베릴륨동, 알루미늄 청동, 포금(砲金)을 들 수 있다.
도 4는 상기 도전성 알루미늄 접합 복합재로서 파워 모듈 등의 전자 부품의 냉각용 부재를 나타낸다. 이 냉각용 부재는 제1 실시형태의 클래드재의 접합 합금층(1)에, 알루미늄재(11)로서, 핀을 구비한 알루미늄제 냉각기(11A)를 납땜한 것이다. 클래드재의 비알루미늄 금속층(구리층)(2)은 이것에 적층되는 전열(傳熱)성 절연기판(DBA기판)으로부터의 전달되는 열을 냉각기(11A)에 신속하게 전달하는 히트 스프레더의 역할을 한다.
도전성 알루미늄 접합 복합재는 제1 실시형태의 클래드재에 한정되지 않으며, 도 3에 나타낸 제2 실시형태의 클래드재를 이용하여 제작해도 좋다. 제2 실시형태의 클래드재를 이용하는 경우, 알루미늄층(3)에 알루미늄제 냉각기(11A)가 납땜된다. 상기 파워 모듈의 냉각용 부재로서 상기 도전성 알루미늄 접합 복합재를 이용하는 경우, 비알루미늄 금속층(구리층)(2)은 0.5～3mm정도, 접합 합금층(1)은 50～200㎛ 정도, 알루미늄층(3)은 10～100㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각용 부재로서 상기 도전성 알루미늄 접합 복합재를 이용하는 경우, 비알루미늄 금속층(구리층)(2)의 다른 쪽의 표면에도 본 발명에 의한 알루미늄 접합 합금으로 형성한 접합 합금층을 마련할 수 있다. 일반적으로, 전열성 절연기판(DBA기판)은 그 양면에 니켈 도금이 실시되어 있고, 구리층에 용이하게 납땜된다. 그러나, 전열성 절연 기판에는, 니켈 도금이 실시되지 않아, 알루미늄층이 노출되는 경우가 있다. 이러한 경우, 구리층의 다른 쪽의 표면에도 접합 합금층을 마련해 둠으로써, 전열성 절연 기판의 알루미늄층과 상기 접합 합금층을 강고하게 납땜할 수 있다.
또한, 제2 실시형태의 클래드재에 있어서, 알루미늄층(3)을 도전성이 뛰어난 알루미늄으로 형성하고, 비알루미늄 금속층(2)을 내식성, 가공성, 접합성이 뛰어나 알루미늄에 대하여 강도가 높은 금속, 즉 스테인레스강, 순니켈, Ni함유량이 90%이상의 니켈 합금으로 형성할 수 있다. 이러한 클래드재는 그대로 전지 케이스나 접속 단자의 소재로서 적합하게 이용할 수 있다. 이러한 용도에서는, 알루미늄층(3)은 10100㎛ 정도, 접합 합금층(1)은 50～200㎛ 정도, 비알루미늄 금속층(2)은 200～500㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.
상기 도전성이 뛰어난 알루미늄으로서는, 순알루미늄(예를 들면, JIS 규격의 1060, 1080 등의 1000계 알루미늄)외, Al함유량이 85%이상, 바람직하게는 90%이상의 알루미늄 합금이 바람직하다. 이러한 알루미늄 합금으로서는, 예를 들면 JIS 규격의 A3003, A3004 등의 3000계 알루미늄 합금(Al-Mn계 합금), JIS 규격의 A4042 등의 4000계 알루미늄 합금(Al-Si계 합금), JIS 규격의 A5005, A5052 등의 5000계 알루미늄 합금(Al-Mg계 합금)을 들 수 있다. 또한, 상기 스테인레스강으로서는, 예를 들면, JIS 규격의 SUS303, SUS304, SUS316 등의 오스테나이트계 스테인레스강, SUS405, SUS430 등의 페라이트계 스테인레스강을 들 수 있다.
도 5는 제3 실시형태에 의한 클래드재이며, 알루미늄으로 형성된 알루미늄층(4)과, 상기 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층(1)을 구비하고, 상기 알루미늄층(4)과 접합 합금층(1)이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 것이다. 사용 목적, 용도에 따라 적당한 재질의 비알루미늄 금속재(12)를 상기 접합 합금층(1)에 납땜이나 용접에 의해 접합할 수 있고, 그 결과, 알루미늄 접합 복합재를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 이 클래드재는 그 접합 합금층(1)의 Ni농도가 높고, 가공성, 내식성, 땜납성이나 용접성도 양호하므로, 클래드재 자체를 전지 케이스나 단자 부재 등의 소재로서 적합하게 이용할 수 있다. 이러한 용도에서는, 상기 알루미늄층(4)을 상기 도전성이 뛰어난 알루미늄 합금으로 형성하는 것이 바람직하고, 또한 알루미늄층(4)은 10～100㎛ 정도, 접합 합금층(1)은 50～200㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3 실시형태의 클래드재에 있어서, 접합 합금층(1)의 다른 표면(납땜하는 측의 표면)에, 도 2의 클래드재와 같이, 땜납재층을 압접에 의해, 또는 압접 및 확산 접합에 의해 접합할 수 있고, 이에 의해 알루미늄층(4), 접합 합금층(1) 및 땜납재층의 3층이 일체화된 클래드재를 얻을 수 있다. 상기 땜납재층을 설치함으로써, 땜납재를 별도 준비할 필요가 없어, 납땜 작업성이 향상한다.
제3 실시형태에 의한 클래드재의 접합 합금층(1)에 비알루미늄 금속재(12)를 납땜하는 경우, 알루미늄층(4)이 용해되지 않는 납땜 온도를 갖는 땜납재를 이용한다. 납땜 온도는 알루미늄층(4)을 형성하는 알루미늄의 융점(예를 들면, 순알루미늄에서는, 660℃) 미만, 바람직하게는 융점보다 60℃정도 낮은 온도가 바람직하다. 또한, 비알루미늄 금속재(12)를 접합 합금층(1)에 용접하는 경우는 스폿 용접, 레이저 용접 등의 국부 가열 타입의 용접이 바람직하다. 이러한 용접에서는, 국부적으로 알루미늄층(4)을 형성하는 알루미늄의 융점을 넘어도, 알루미늄층(4)의 전체가 용해되지 않기 때문에, 알루미늄층(4)과 접합 합금층(1)과의 접합성을 확보할 수 있다.
도 6은 제4 실시형태에 의한 클래드재이며, 본 발명에 의한 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층(1)과 땜납재층(21)을 구비하고, 상기 접합 합금층(1)과 땜납재층(21)이 압접, 또는 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 것이다. 이 클래드재의 경우, 땜납재층(21)을 접합 합금층(1)에 강고하게 접합할 필요가 없기 때문에, 확산 접합을 생략할 수 있다.
상기 땜납재층(21)은 알루미늄 접합 땜납재 또는 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속을 납땜하기 위한 비알루미늄 금속 접합 땜납재로 형성된다. 상기 비알루미늄 금속 접합 땜납재로서는, 주로 Ag-Cu계 합금인 은납이 이용된다. 상기 은납으로서, JIS 규격의 BAg-1, BAg-4, BAg-8 등의 BAg계 은납을 예시할 수 있다.
이 제4 실시형태의 클래드재에 의하면, 땜납재를 별도 준비하는 일 없이, 땜납재층(21)을 이용하여, 접합 합금층(1)과 알루미늄재 또는 비알루미늄 금속재를 강고하게 납땜할 수 있다. 또한, 접합 합금층(1)의 다른 면, 즉 땜납재층(21)이 접합되어 있지 않은 쪽의 표면에, 비알루미늄 금속재 또는 알루미늄재를 납땜이나 용접에 의해 용이하게 접합할 수 있다. 이에 의해, 접합 합금층(1)을 통하여 알루미늄재와 비알루미늄 금속재가 접합된 알루미늄 접합 복합재를 용이하게 얻을 수 있다.
상기 땜납재층(21)을 알루미늄 접합 땜납재로 형성한 경우, 땜납재층(21)의 땜납재에 의해 접합 합금층(1)에 알루미늄재를 납땜한 후, 접합 합금층(1)의 다른 쪽의 표면에 비알루미늄 금속재를 납땜, 또는 용접에 의해 접합할 수 있다. 비알루미늄 금속재를 납땜하는 경우, 상기 땜납재층에 의한 납땜 시에 형성된 땜납부의 알루미늄 합금의 융점보다 낮은 납땜 온도를 갖는 비알루미늄 접합 땜납재를 이용한다. 또한, 비알루미늄 금속재를 용접하는 경우는 국부 가열 타입의 용접이 바람직하다.
한편, 땜납재층(21)을 비알루미늄 금속 접합 땜납재로 형성한 경우, 땜납재층(21)의 땜납재를 이용하여 접합 합금층(1)에 비알루미늄 금속재를 납땜한 후, 접합 합금층(1)의 다른 쪽의 표면에 알루미늄 접합 땜납재를 이용하여 알루미늄재를 강고하게 납땜할 수 있다. 비알루미늄 금속 접합 땜납재(주로 은)는 통상, 알루미늄 접합 땜납재(주로 Al-Si계 땜납재)보다 융점이 비싸기 때문에, 알루미늄재의 납땜 시에, 비알루미늄 금속재의 납땜부가 용해되는 경우는 없다. 이 때문에, 비알루미늄 금속 접합 땜납재로서는, 납땜 시에 접합 합금층(1)이 용해되지 않는 것이면, 어느 땜납재이라도 이용할 수 있다.
상기 각 실시형태의 클래드재는 이하의 방법에 의해 동시 일체적으로 제조할 수 있다. 즉, 클래드재의 각층의 바탕으로 되는, 박판상, 시트상 또는 필름상의 금속재를 겹쳐고, 이 중합재를 냉간압연에 의해 압하(壓下)하여 압접한 후, 그 압접재에 확산소둔을 실시하여, 인접하는 층끼리를 확산 접합한다. 또한, 상기 중합재를 압하에 의한 압접을 행하면서 확산소둔을 행하고, 압접과 동시에 확산 접합할 수 있다. 확산소둔 온도는 클래드재의 어느 층도 용융되지 않는 온도 범위 내로 설정된다. 상기 냉간압연에 있어서, 필요에 따라 중간소둔을 실시하여도 좋다. 또한, 확산소둔 후에 판두께 조정을 위해 냉간압연을 실시하여도 좋다.
도 2에 나타낸 제1 실시형태의 변형 형태의 클래드재의 경우, 미리 제조한 제1 실시형태의 클래드재의 접합 합금층(1) 위에, 박판상, 시트상 또는 필름상의 땜납재를 겹치고, 그 중합재를 압함함으로써, 접합 합금층(1)과 땜납재층(21)을 압접할 수 있다. 땜납재층(21)은 압접에 의해 접합하는 것만으로도 좋지만, 또한, 필요에 따라, 압접재에 확산소둔을 실시하여, 접합 합금층(1)과 땜납재층(21)을 확산 접합에 의해 접합해도 좋다. 또한, 도 3에 나타낸 제2 실시형태의 클래드재에 대하여도, 제1 실시형태의 클래드재의 접합 합금층(1)에 알루미늄층(3)을 압접 및 확산소둔에 의해 접합해도 좋다.
종래, 니켈층이나 스테인레스강층에 알루미늄층을 확산 접합하는 경우, 확산소둔온도는 300～550℃정도로 되지만, 제2, 3 실시형태와 같이, 접합 합금층(1)에 알루미늄층(3, 4)를 확산 접합하는 경우, 확산 접합 온도는 알루미늄층을 형성하는 알루미늄의 융점보다 20℃정도 낮은 온도까지 올릴 수 있다. 예를 들면, 알루미늄층을 순알루미늄으로 형성하는 경우, 순알루미늄의 납땜 온도인 600℃정도, 또는 그 이상의 640℃정도로 할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정적으로 해석되는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 알루미늄 접합 합금의 제조
표 1에 나타내는 바와 같이, 순Ni(Mg = 0%) 및 여러 가지의 Mg량의 Ni-Mg 합금을 용제하였다. 그 주괴(두께 32mm)를 1000℃에서 열간압연하여 열간압연판(판두께 8mm)을 얻었다. 열간압연판에 냉간압연(5 패스)을 더 실시하여 냉간압연판(판두께 2mm, 폭 30mm)을 얻었다. 압연 시, 판의 가공 상태를 관찰하여, 그 결과를 표 1에 나타냈다. 표 중, 가공성 평가를 나타내는 기호의 「××」은 열간압연의 단계에서 압연판이 파단한 것, 「×」은 냉간압연의 단계에서 압연판이 거의 파단한 것, 「△」은 냉간압연의 단계에서 압연판의 측 테두리에 5mm정도 이하의 미세한 균열이 발생한 것, 「○」은 냉간압연의 단계에서 균열이 전혀 없는 것을 나타낸다. 또한, 냉간압연판으로부터 JIS 규격의 13B호의 인장 시험편을 채취하고, 그 시험편을 이용하여 인장시험을 행하고, 인장강도, 연신을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다. 또한, 표 중 「-」은 미측정을 나타낸다. 표 1로부터, Mg량이 1.1%이상의 합금 No. 9, 10은 가공성이 현저하게 떨어져, 클래드용 소재로서 적합하지 않음을 알 수 있다.
Figure 112012039950452-pct00002
(2) 클래드재의 제작
표 1의 합금 No. 1의 순Ni로 이루어지는 니켈판 및 No. 2～8의 Ni-Mg 합금으로 이루어지는 합금판(판두께 2mm, 판폭 30mm)을 접합 합금층의 바탕으로 되는 판재로 하고, 접합 합금층에 접합하는 상대 금속층의 바탕으로 되는 판재(판두께 3mm, 판폭 30mm)를 준비하였다. 접합 합금층과 상대 금속층의 재질의 편성은 표 2와 같다. 이러한 판재를 겹쳐서 냉간압연에 의해 압접하여, 판두께 2.0mm의 압접재를 얻었다. 이 압접재를 수소 가스 분위기하에서 표 2에 나타내는 온도 조건으로 확산소둔을 실시하여 확산 접합하였다. 또한, 얻어진 클래드재를 이용하여 수소 가스 분위기 중에서, 같은 표에 나타내는 바와 같이, 알루미늄의 납땜을 모의 한 600℃ 또는 보다 높은 620℃의 온도로 재가열을 실시하였다. 시료 No. 18에 대하여, 재가열 후의 클래드재에 대하여, 접합 합금층과 상대 금속층 사이에 생성한 금속간 화합물층의 두께를 전자현미경에 의해 측정하였는데, 10㎛ 정도이었다.
(3) 클래드재의 박리 시험
　확산 접합한 클래드재 및 재가열 처리한 클래드재로부터 폭 10mm, 길이 50mm의 시험편을 각각 2점 채취하고, 접합 합금층과 상대 금속층과의 접합 강도를 박리 시험에 의해 조사하였다. 박리 시험은 도 7에 나타내는 바와 같이, 클래드재의 단부를 조금 벗겨, 접합 합금층(41)및 상대 금속층(42)의 각 단부를 인장 시험기(시마즈 제작소제, 제품번호：AG10TB)의 클램프에 고정하여, 반대 방향으로 인장하고, 박리에 필요로 하는 하중을 클램프의 이동 스트로크마다 순차적으로 측정하는 것이다. 이 시험에 의해, 박리 하중이 안정되는 스트로크 5～15mm에서의 평균의 하중(N)을 측정하고, 그 평균치로부터 단위폭 당의 접합 강도, 즉 접합 강도(N/mm)를 구하였다. 이와 같이 구한 시험편의 접합 강도의 평균치를 표 2에 함께 나타낸다. 박리될 수 없었던 시료는 접합 합금층 또는 상대 금속층의 최초로 벗긴 부분에서 파단되었다.
(4) 시험 결과
표 2로부터, 접합 합금층과 순Al으로 이루어지는 상대 금속층을 접합한 발명 예의 시료 No. 49에서는, 재가열 후에 있어서도 클래드재의 접합 강도는 높고, 접합 합금층을 순Ni로 형성한 경우(시료 No. 1)에 비해 접합 강도가 2배 정도 이상 이고, 600℃정도의 가열에 의해서도 접합력의 저하가 억제됨이 확인되었다. 또한, 접합 합금층과 순Cu 또는 스테인레스강(SUS304)으로 이루어지는 상대 금속층을 접합한 시료 No. 11, 12에 대하여도, 재가열에 의해 접합 강도는 거의 열화되지 않음이 확인되었다.
Figure 112012039950452-pct00003
실시예 2
(1) 납땜 복합재의 제작
실시예 1에서 제조한 합금 No. 1의 순Ni판(판두께 2mm) 및 No. 46의 합금판(판두께 2mm)을 냉간압연하여 각각 판두께 1mm의 접합 합금판으로 하고, 각 접합 합금판으로부터 납땜용의 시험편(폭 10mm, 길이 50mm)을 채취하였다. 한편, 표 3에 나타내는 바와 같이, 상기 시험편에 납땜하는 상대 금속판으로서 순Al, 순Cu, SUS304(스테인레스강), SPCC(냉연강판)로 이루어지는 판두께 1mm의 금속판을 준비하고, 같은 폭의 시험편을 채취하였다. 이러한 시험편을, 도 8에 나타내는 바와 같이, 접합 합금판의 시험편(51) 및 상대 금속판의 시험편(52)을 D = 10mm가 되도록 L자형으로 절곡하고, D = 10mm의 부분의 표면에 땜납재의 박판(판두께 0.5mm)(53)을 협지하여, 표 3에 나타내는 온도에서 로(爐) 중 가열하여, 납땜 복합재를 제작하였다. 제작수는 각 시료에 대하여 2점으로 하였다. 납땜때, 시료 No. 21～24에는, 알루미늄 접합 땜납재로서 JIS 규격의 4004를, No. 25～27에는, 비알루미늄 접합 땜납재로서 JIS 규격 BAg8의 은납을 이용하였다.
(2) 납땜 복합재의 박리 시험
제작한 납땜 복합재를 이용하여, 실시예 1과 같이, 인장 시험기로 인장 개시부터 납땜한 시험편이 완전하게 박리될 때까지의 평균 하중을 측정하고, 이것을 기초로 접합 강도의 평균치를 구하였다. 그 결과를 표 3에 함께 나타낸다. 박리될 수 없었던 시료는 접합 합금판의 납땜하지 않은 부분에서 파단되었다.
(3) 시험 결과
표 3으로부터, 접합 합금판의 시험편에 순Al판의 시험편을 납땜한, 발명 예의 시료 No. 22～24는 접합 합금판을 순Ni로 형성한 경우(시료 No. 21)에 비해, 납땜에 의한 접합 강도가 3배 이상 우수함이 확인되었다. 또한, 본 발명에 의한 접합 합금판의 시험편에 순Cu 등의 비알루미늄 금속판의 시험편을 납땜한 시료 No. 25～27은 모두 접합 합금판의 납땜하지 않은 부분에서 파단되어, 땜납성에 전혀 문제가 없음이 확인되었다.
Figure 112012039950452-pct00004

Claims (13)

  1. 알루미늄과 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속을 접합하기 위한 Ni-Mg 합금으로서,
    상기 Ni-Mg 합금은 Mg을 0.08mass%이상, 0.90mass%이하 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 접합 합금.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Ni-Mg 합금은 Mg을 0.10mass%이상, 0.70mass%이하 함유하는 알루미늄 접합 합금.
  3. 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속으로 형성된 비알루미늄 금속층과, Mg을 0.08mass%이상, 0.90mass%이하 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층을 구비하고, 상기 비알루미늄 금속층과 접합 합금층이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 클래드재.
  4. 제3항에 있어서,
    알루미늄 접합 땜납재로 형성된 땜납재층을 더 구비하고, 상기 땜납재층과 상기 접합 합금층이 접합된 클래드재.
  5. 제3항에 있어서,
    알루미늄으로 형성된 알루미늄층을 더 구비하고, 상기 알루미늄층과 상기 접합 합금층이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 클래드재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비알루미늄 금속층은 스테인레스강으로 형성되고, 상기 알루미늄층은 순알루미늄 또는 Al을 90mass%이상 함유하는 도전성 알루미늄 합금으로 형성된 클래드재.
  7. 알루미늄으로 형성된 알루미늄층과, Mg을 0.08mass%이상, 0.90mass%이하 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층을 구비하고, 상기 접합 합금층과 알루미늄층이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 클래드재.
  8. Mg을 0.08mass%이상, 0.90mass%이하 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층과 알루미늄 접합 땜납재 또는 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속을 납땜하기 위한 비알루미늄 금속 접합 땜납재로 형성된 땜납재층을 구비하고,
    상기 땜납재층과 접합 합금층이 접합된 클래드재.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 접합 합금은 Mg을 0.10mass%이상, 0.70mass%이하 함유하는 클래드재.
  10. 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속으로 형성된 비알루미늄 금속층과, Mg을 0.08mass%이상, 0.90mass%이하 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층을 구비하고, 상기 비알루미늄 금속층과 접합 합금층이 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 클래드재와,
    알루미늄으로 형성된 알루미늄재를 구비하고,
    상기 알루미늄재가 상기 클래드재의 접합 합금층에 납땜된 알루미늄 접합 복합재.
  11. 철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속으로 형성된 비알루미늄 금속층과, Mg을 0.08mass%이상, 0.90mass%이하 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층과 알루미늄으로 형성된 알루미늄층을 구비하고, 상기 비알루미늄 금속층과 접합 합금층, 상기 접합 합금층과 알루미늄층이 각각 압접 및 확산 접합에 의해 접합된 클래드재와,
    알루미늄으로 형성된 알루미늄재를 구비하고,
    상기 알루미늄재가 상기 클래드재의 알루미늄층에 납땜된 알루미늄 접합 복합재.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 비알루미늄 금속층은 구리로 형성되고, 상기 알루미늄재로서 반도체 소자를 냉각하기 위한 알루미늄제 냉각기가 이용된 알루미늄 접합 복합재.
  13. 알루미늄으로 형성된 알루미늄층과, Mg을 0.08mass%이상, 0.90mass%이하 함유하고, 잔부 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 접합 합금으로 형성된 접합 합금층을 구비하고, 상기 접합 합금층과 알루미늄층이 확산 접합에 의해 접합된 클래드재와,
    철강, 구리, 니켈, 티탄으로부터 선택되는 어느 하나의 비알루미늄 금속으로 형성된 비알루미늄 금속재를 구비하고,
    상기 비알루미늄 금속재가 상기 클래드재의 접합 합금층에 접합된 알루미늄 접합 복합재.
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