KR20130018947A

KR20130018947A - 알루미늄 합금재의 접합 방법

Info

Publication number: KR20130018947A
Application number: KR1020127033784A
Authority: KR
Inventors: 다카시 무라세; 가즈코 후지타; 아키오 니이쿠라
Original assignee: 후루카와 스카이 가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2013-02-25
Also published as: EP2578345A1; KR101285511B1; CN104551382A; EP2578345A4; US9174303B2; WO2011152556A1; BR112012030857A2; US20130206822A1; MY154119A; CN104551382B; CN102917833A; JPWO2011152556A1; EP2578345B1; CN102917833B; JP5021097B2

Abstract

알루미늄 합금재를 한쪽의 피접합부재로 하고, 알루미늄 합금재 및 순알루미늄재 중 어느 하나를 다른 쪽의 피접합부재로 하여, 이들 두 피접합부재를 접합하는 방법에 있어서, 한쪽의 피접합부재와 다른 쪽의 피접합부재의 알루미늄 합금재는 모두 Mg의 함유량이 0.5 질량％ 이하로 규제되고, 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 해당 알루미늄 합금재내에 생성되는 액상의 질량의 비가 5％ 이상 35％ 이하로 되는 온도에서, 불화물계 혹은 염화물계 플럭스가 접합부재 사이에 도포된 상태로 비산화성 분위기 노중에서 접합하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 접합 방법.

Description

알루미늄 합금재의 접합 방법{METHOD OF JOINING ALUMINUM ALLOYS}

본 발명은, 알루미늄 합금재를 한쪽의 피접합부재로 하고, 알루미늄 합금재 및 순알루미늄재 중 어느 하나를 다른 쪽의 피접합부재로 하여, 두 피접합부재를 접합하는 방법에 관한 것이다.

금속제의 부재의 접합 방법에는, 종래부터 여러 가지 방법이 채용되고 있다. 비특허문헌 1에는, 금속의 접합 방법이 재질적 접합법, 화학적 접합법 및 기계적 접합법으로 크게 분류되어 있다. 알루미늄 합금재의 접합도, 이들 중 어느 하나의 방법을 이용해 왔다.

재질적 접합법은, 피접합부재끼리를 금속결합에 의해서 강고하게 접합하는 것이다. 적절히 행하는 것으로, 접합부의 신뢰성을 높게 할 수 있다. 구체적으로는, 용융시켜 접합하는 용접법；확산접합법, 마찰접합법, 압접법 등의 고상 접합법브레이징 접합 등의 액상―고상 반응 접합법 등으로 분류된다. 재질적 접합법은, 상술한 대로 금속결합에 의해서 강고한 접합을 실현하는 것이다. 그 중에서도 액상-고상 반응 접합법인 브레이징 접합은, 노중에서 피접합부재 전체를 가열하여 접합을 행하기 때문에, 동시에 다점(多点)의 접합이 가능하다. 이러한 이점을 살린 브레이징 접합은, 자동차용 열교환기나 히트 싱크(heat sink) 등 접합 개소가 많고 좁은 간격으로 접합되는 제품의 접합에 많이 적용되고 있다.

화학적 접합법은, 이른바 접착제를 이용한 접합 방법이다. 재질적 접합법과는 달리, 고온에서 접합할 필요가 없고, 피접합부재 자체의 변형이 생기지 않는다고 하는 이점이 있다. 그러나, 금속결합과 같은 강고한 접합을 얻을 수 없기 때문에, 접합부의 신뢰성이나 열전도성이 재질적 접합법과 비교해서 뒤떨어진다고 하는 결점이 있다.

기계적 접합법에는, 리벳이나 볼트 조임 등을 들 수 있다. 재질적 접합법이나 화학적 접합법에 비해서, 비교적 간단하게 접합할 수 있다. 또, 재질적 접합법과 동등 이상의 접합 강도를 얻을 수 있으며, 방법에 따라서는 접합의 재시도가 용이하다. 그러나, 접합부의 형상이 한정되는 것, 밀폐성을 필요로 하는 접합에는 부적당한 것 등의 결점이 있다.

알루미늄 합금재의 접합에는, 종래부터 용접법, 솔더링법, 브레이징 접합법 등의 재질적 접합법이 이용되어 왔다.

용접법은, 접합부를 전기 또는 불꽃에 의해 가열하여 용융, 합금화하여 접합을 이루는 것이다. 접합부의 간극이 큰 경우나 접합 강도가 필요한 경우는, 접합시에 용가재를 동시에 용융시켜 간극을 충전한다. 이와 같이, 접합부가 용융하기 때문에 확실한 접합이 이루어진다. 한편, 접합부를 용융하여 접합하기 때문에, 접합부 근방의 형상이 크게 변형되고, 금속 조직도 국소적으로 크게 변화하여 다른 조직으로 되며 국소적인 취약화가 생기는 일이 있다. 또, 접합부만을 국소적으로 가열해 갈 필요가 있기 때문에, 동시에 다점을 접합하는 것이 곤란해지는 등의 문제도 있다.

솔더링법이나 브레이징법에서는, 피접합부재보다도 융점이 낮은 솔더링재(Solder material)나 브레이징재(Brazing material)를 이용하고, 전기 또는 불꽃에 의해 가열하는 것으로, 이것들 솔더링재나 브레이징재만을 용융시켜 접합부의 간극을 충전함으로써 접합을 이루는 것이다. 점형상이나 선형상의 접속부의 접합에 유리하고, 솔더링재나 브레이징재는 접합 응고시에 필렛이라고 칭하는 형상을 이룸으로써 강도나 열전도성 등의 면에서 매우 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. 또, 모재를 용융시키는 일 없이 단시간에 강고한 접합을 얻을 수 있다. 특히 노코록(Nocolok) 브레이징법이나 진공 브레이징법 등 노중 브레이징법은, 브레이징재와 피접합부재인 알루미늄 합금재를 클래드(clad)한 브레이징 시트(brazing sheet)를 이용하는 것을 특징으로 한다. 브레이징 시트를 프레스 가공하여, 중공(中空) 구조를 갖는 적층형 열교환기를 조립하고, 노중에서 가열함으로써 접합 개소가 많이 복잡한 형상을 갖는 열교환기를 제조할 수 있다. 한편, 브레이징재나 솔더링재에서는 액상이 유동하기 때문에, 미세한 유로(流路) 등 납으로 메워져 버리기도 했다. 또, 브레이징 시트를 이용함으로써 접합부에 납을 용이하게 균일 공급할 수 있는 이점이 있는 한편, 브레이징 시트의 제조가 복잡하기 때문에, 코스트 다운이나 조달성(調達性)의 개선이 요구된다. 게다가, 접합면측에서의 절삭 등의 가공의 자유도가 손상되는 등의 문제도 있다.

확산접합법이나 마찰접합법 등의 고상 접합법은, 원칙으로서 피접합부재의 용융을 수반하지 않는 접합 방법이다.

확산접합법은, 모재끼리를 밀착시켜, 기본적으로 모재의 융점 이하에서 소성변형을 일으키지 않는 정도로 가압하고, 접합면 사이에 생기는 원자의 확산을 이용하여 접합을 이루는 것이다. 이 접합 방법에서는, 피접합부재의 변형을 수반하지 않고 동시에 다점의 접합이나 면접합이 가능하다. 따라서, 미세한 형상을 갖는 피접합부재의 접합이 가능하다. 그러나, 확산현상을 이용하기 위해서, 용접이나 브레이징 접합 등과 비교해서 접합에 장시간을 요한다. 통상, 30분 정도부터 그 이상의 시간, 소정 온도에서의 유지가 필요하게 된다. 또, 접합에 가압이 필요하기 때문에, 접합 조작의 번잡화나 코스트 증가를 피할 수 없다. 게다가, 알루미늄 합금재인 경우에는, 그 표면에 안정되고 강고한 산화 피막이 존재하고 이것에 의해 확산이 저해되기 때문에, 고상 확산 접합의 적용이 어렵다. 피접합부재에 Mg를 0.5～1.0mass％ 정도 함유하는 알루미늄 합금재를 이용하는 경우는, Mg의 환원 작용에 의해 산화 피막이 파괴되어 비교적 용이하게 접합을 하는 것이 가능하지만, 그 외의 알루미늄 합금재에서는, 접합면의 산화 피막을 제거하는 청정화 처리가 필요하게 되고, 아르곤 이온 충격, 글로우 방전, 초음파 부여 등 특수한 공정을 요하는 등의 문제가 있다.

마찰접합법 중에서 알루미늄재에 적용되는 마찰 교반 접합법은, 모든 알루미늄 합금재에 적용 가능하다. 모재의 용융을 수반하지 않기 때문에, 접합에 의한 피접합부재의 변형이 적다고 하는 이점이 있다. 한편, 접합부의 형상이 직선이나 완 곡선으로 한정되어, 복잡한 형상의 접합이 곤란하다. 또, 접합 툴(tool)을 접합부에 직접 접촉시키기 때문에, 미세한 형상의 접합이 곤란한 동시에, 동시에 다점을 접합하는 것도 곤란하다. 또, 이 접합 방법에서는, 접합 종단부에 접합 핀의 자국이 남는 것을 피할 수 없다. 게다가, 접합부에 있어서 피접합부재가 교반되기 때문에, 모재와는 다른 조직을 나타냄으로써 접합 강도가 저하되는 문제도 있다.

이상과 같이, 알루미늄재를 재질 접합법에 의해 접합하는 경우는, 피접합부재를 용융시키지 않는, 또는 접합부 부근만 국소적으로 용융시키는 접합 방법이 일반적으로 채용되고 있다. 피접합부재가 전체에서 용융되면, 형상이 유지되지 않고 원하는 형상을 얻을 수 없기 때문이다. 그러나, 실용적인 속도로 접합을 확실히 행하기 위해서는, 용융되는 부분이 필요하며, 그 부분의 변형을 회피할 수 없었다. 그 때문에, 접합후의 치수 변화나 강도 변화를 상정하여, 부재의 설계, 조립을 행하지 않으면 안 되는 문제가 있다.

한편, 금속 부재의 전체를 반용융 상태로서 행하는 접합 방법도 제안되어 있다. 특허문헌 1에는, 합금분말의 반용융을 이용한 접합 방법이 제안되어 있다. 이 접합 방법에서는, 피접합부재인 합금분말은 그 전체가 반용융 상태로 되기 때문에 그 형상 변형이 현저하고, 형상 변형을 억제하고 싶은 부재의 접합에는 적합하지 않다. 또, 특허문헌 2에는, 반용융의 합금 모재에 비금속 부재를 눌러넣어 비금속 부재와 합금 모재를 접합하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 접합 방법에서는 소정의 금형에 펀치를 압접시켜 접합하기 때문에, 제품의 형상이 한정된다.

또, 특허문헌 3에는, 도파관 타입의 안테나를 제작하는 데에 있어, 도파관을 구성하는 슬롯판(slot plate)과 기판에 Mg계의 알루미늄 합금을 이용하고, 그 알루미늄 합금의 고액 공존영역 혹은 고액 공존영역 부근의 온도에서 가열·가압하여 확산 접합을 행하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 쐐기를 이용한 치구로 접합면을 가압하고, 치구와 그 알루미늄의 열팽창 차이를 이용하여 접합부에 더 가압을 부여하여 확산 접합을 이룬다. 그때, 부재인 슬롯판과 기판을 액상률이 최대로 1.7％가 되도록 하는 접합 조건이 표시되어 있다. 그러나, 액상률이 1.7％ 정도인 경우, 생성되는 액상이 너무 적고, 충분한 강도를 갖는 접합이 이루어지지 않을 우려가 있었다. 또, 특허문헌 3에 제안되어 있는 방법에 있어서, 액상의 비율이 커지도록 온도를 더 높게 한 경우는, 압력이 너무 걸려서 큰 변형이 일어날 우려가 있었다. 게다가, 이 방법에서는, 평탄한 판형상의 것밖에 접합하지 못하고, 또 접합면의 방향이 가압 방향으로 한정되어 버린다.

특허문헌 4에는, 2개의 금속합금의 피접합부재가 모두 고상률이 30％ 이상 90％ 미만(액상률이 10％ 이상 70％ 미만)의 범위내에 있는 온도에서 이들을 단조형내에 삽입하고, 단조하여 성형과 동시에 접합을 이루는 방법이 제안되어 있다. 이 방법은 복수의 합금판을 단조로 복합재화(複合材化)하는 방법이기 때문에, 접합 전후에서의 형상을 유지한 채로 접합할 수 없었다. 또, 접합하는 재료의 사이에 중공부를 형성하거나, 평탄하지 않은 재료를 접합할 수는 없다. 나아가서는, 고온에서 대대적인 단조 장치도 필요로 한다.

일본 공개특허공보 2005-30513호 일본 공개특허공보 2003-88948호 일본 공개특허공보 평성 10-313214호 일본 특허 제4261705호

비특허문헌 1 : 용접·접합기술 데이터 북, p.57, 용접·접합기술 데이터 북 편집 위원회(2007년)

상술과 같은 종래 기술의 문제점에 감안하여, 본 발명은, 양호한 접합성과, 접합시의 재료의 유동에 의한 변형이 거의 없는, 신뢰성이 높은 신규한 접합 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 피접합부재인 알루미늄 합금을 가열할 때에 생성되는 액상을 이용하는 신규한 접합 방법을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명은 청구항 1에서, 알루미늄 합금재를 한쪽의 피접합부재로 하고, 알루미늄 합금재 및 순알루미늄재 중 어느 하나를 다른 쪽의 피접합부재로 하여, 상기 한쪽의 피접합부재와 다른 쪽의 피접합부재를 접합하는 방법에 있어서, 상기 한쪽의 피접합부재와 다른 쪽의 피접합부재의 알루미늄 합금재는, Mg：0.5 질량％ 이하를 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 해당 알루미늄 합금재내에 생성되는 액상의 질량의 비가 5％ 이상 35％ 이하로 되는 온도에서, 불화물계 혹은 염화물계 플럭스가 접합부재 사이에 도포된 상태로 비산화성 분위기 중에서 접합하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 접합 방법으로 하였다.

본 발명은 청구항 2에서, 알루미늄 합금재를 한쪽의 피접합부재로 하고, 알루미늄 합금재 및 순알루미늄재 중 어느 하나를 다른 쪽의 피접합부재로 하여, 상기 한쪽의 피접합부재와 다른 쪽의 피접합부재를 접합하는 방법에 있어서, 상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재는, Mg：0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하를 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 다른 쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재는 Mg：2.0 질량％ 이하를 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 해당 알루미늄 합금재내에 생성되는 액상의 질량의 비가 5％ 이상 35％ 이하로 되는 온도에서, 진공 중 또는 비산화성 분위기 중에서 접합하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 접합 방법으로 하였다.

본 발명은 청구항 3에서는 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재에서, 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 해당 알루미늄 합금재내에 생성되는 액상의 질량의 비가 5％ 이상인 시간을 30초 이상 3600초 이내로 하였다.

본 발명은 청구항 4에서는 청구항 3에 있어서, 상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재가, Si：0.6～3.5 질량％를 더 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, Si 원소의 함유량을 X(질량％)로 한 경우에, 접합시에 있어서의 해당 알루미늄 합금재의 온도 T(℃)가, 660―39.5X≤T≤660―15.7X, 또한, T≥577로 규정되는 것으로 하였다.

본 발명은 청구항 5에서는 청구항 4에 있어서, 상기 알루미늄 합금이, Cu：0.05～0.5 질량％, Fe：0.05～1.0 질량％, Zn：0.2～1.0 질량％, Mn：0.1～1.8 질량％, Ti：0.01～0.3 질량％로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것으로 하였다.

본 발명은 청구항 6에서는 청구항 3에 있어서, 상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재가, Cu：0.7～15.0 질량％를 더 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, Cu 원소의 함유량을 Y(질량％)로 한 경우에, 접합시에 있어서의 해당 알루미늄 합금재의 온도 T(℃)가, 660―15.6Y≤T≤660―6.9Y, 또한, T≥548로 규정되는 것으로 하였다.

본 발명은 청구항 7에서는 청구항 6에 있어서, 상기 알루미늄 합금이, Si：0.05～0.8 질량％, Fe：0.05～1.0 질량％, Zn：0.2～1.0 질량％, Mn：0.1～1.8 질량％, Ti：0.01～0.3 질량％로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것으로 하였다.

본 발명은 청구항 8에서는 청구항 1～7 중 어느 하나에 있어서, 액상을 생기게 하는 피접합부재에 발생되는 최대 응력을 P(kPa)로 하고, 해당 피접합부재인 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 해당 알루미늄 합금재내에 생성되는 액상의 질량의 비를 V(％)로 했을 때에, P≤460―12V를 충족하는 조건으로 접합되는 것으로 하였다.

본 발명은 청구항 9에서는 청구항 1～8 중 어느 하나에 있어서, 두 피접합부재의 접합전의 접합 표면에 있어서의 요철로부터 구해지는 산술 평균 기복(Arithmetic average undulation) Wa1과 Wa2의 합계를, Wa1＋Wa2≤10(㎛)로 하였다.

본 발명은 청구항 10에서는 청구항 1～9 중 어느 하나에 있어서, 상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재에서, 고상선 온도와 액상선 온도의 차이를 10℃ 이상으로 하였다.

본 발명에 관한 알루미늄 합금재의 접합 방법은, 접합하는 알루미늄 합금 내부에 생기는 근소한 액상을 이용하여 접합을 행하는 것이다. 본 발명에서는, 동일 조성의 알루미늄 합금재끼리의 접합은 물론, 알루미늄 합금재와 순알루미늄재, 알루미늄 합금재와 이것과 다른 조성의 알루미늄 합금재의 접합을, 신뢰성이 높은 금속결합에 의해서 가능하게 한다.

또, 본 발명은, 피접합부재 자체가 용융에 의해 크게 유동하는 일이 없고, 솔더링재나 브레이징재, 용화재(filler material) 등을 이용하지 않기 때문에, 접합에 의한 치수 변화가 작고, 거의 형상 변화를 일으키지 않는다. 특히, 미세한 유로를 갖는 부재의 접합에 있어서도, 액상의 유입이나 변형에 의해서 유로가 막히는 일 없이 양호한 접합을 행할 수 있다.

게다가, 접합부 근방에 있어서 국소적인 조직 변화가 생기지 않기 때문에, 강도 취화가 생기기 어렵다. 또, 솔더링법과 동등한 신뢰성을 갖는 동시 다점 접합을, 대체 브레이징재(replace-brazing material), 브레이징 페이스트(brazing paste), 브레이징재를 클래드한 브레이징 시트 등을 이용하는 일 없이 행할 수 있다. 이것에 의해, 접합성능을 해치는 일 없이 재료의 코스트 다운이 가능하게 된다.

본 발명과 동일하게 접합에 의한 변형이 적고 동시 다점 접합이 가능한 확산 접합과 비교해서, 가압이 불필요하고, 접합에 필요로 하는 시간을 짧게 할 수 있으며, Mg를 함유하고 있지 않는 알루미늄 합금재의 접합이어도, 접합면의 청정화 처리를 위한 특수한 공정을 필요로 하지 않는다.

이상과 같이, 본 발명은 종래에는 없는 신규한 접합 방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 관한 접합 방법을, '블리드 접합'(Bleed　Bonding)이라고 명명한다.

도 1은, 2원계 공정합금으로서 Al-Si 합금의 상태도를 나타내는 모식도이다.
도 2는, 본 발명에 관한 알루미늄 합금재의 접합 방법에 있어서의, 액상의 생성 메커니즘을 나타내는 설명도이다.
도 3은, 본 발명에 관한 알루미늄 합금재의 접합 방법에 있어서의, 액상의 생성 메커니즘을 나타내는 설명도이다.
도 4는, 역 T자형 접합 시험편과 그 접합부의 관찰면 위치를 나타내는 정면도이다.
도 5는, 도 4에서 관찰한 접합부를 나타내는 현미경 사진이다.
도 6은, 접합률을 평가하기 위한 역 T자형 접합 시험편을 나타내는 사시도이다.
도 7은, 변형률을 평가하기 위한 처짐 시험(sag test)을 설명하는 사시도(a) 및 측면도(b)이다.

이하에 있어서, 본 발명을 상세하게 설명한다.

A. 피접합부재의 조합

본 발명에 관한 알루미늄 합금재의 블리드 접합에서는, 알루미늄 합금재를 한쪽의 피접합부재로 하고, 알루미늄 합금재 및 순알루미늄재 중 어느 하나를 다른 쪽의 피접합부재로 하여, 한쪽의 피접합부재와 다른 쪽의 피접합부재를 접합한다. 알루미늄 합금재끼리를 접합하는 경우는, 합금 조성이 동일한 것끼리여도, 합금 조성이 다른 것끼리여도 좋다.

B. 액상의 생성

본 발명에 관한 알루미늄 합금재의 블리드 접합에서는, 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 해당 알루미늄 합금재내에 생성되는 액상의 질량의 비(이하, '액상률'이라고 적는다)가 5％ 이상 35％ 이하로 되는 온도에서 접합할 필요가 있다. 액상률이 35％를 넘으면, 생성하는 액상의 양이 너무 많아서 알루미늄 합금재가 형상을 유지할 수 없게 되어 큰 변형을 해 버린다. 한편, 액상률이 5％ 미만에서는 접합이 곤란하게 된다. 바람직한 액상률은 5～30％이며, 보다 바람직한 액상률은 10～20％이다.

가열중에 있어서의 실제의 액상률을 측정하는 것은, 극히 곤란하다. 그래서, 본 발명에서 규정하는 액상률은 평형 계산에 따라 구하는 것으로 한다. 구체적으로는, Thermo-Calc 등의 열역학 평형 계산 소프트에 의해서 합금 조성과 가열시의 최고 도달 온도로부터 계산된다.

액상의 생성 메커니즘에 대해서 설명한다. 도 1에 대표적인 2원계 공정합금인 Al-Si 합금의 상태도를 모식적으로 나타낸다. Si 농도가 c1인 알루미늄 합금재를 가열하면, 공정온도(고상선 온도) Te를 넘은 부근의 온도 T1에서 액상의 생성이 시작된다. 공정온도 Te 이하에서는, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 결정립계에서 구분되는 매트릭스 중에 정석출물(Dispersoid)이 분포되어 있다. 여기서 액상의 생성이 시작되면, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 정석출물 분포의 편석이 많은 결정립계가 용융하여 액상으로 된다. 이어서, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 합금의 매트릭스 중에 분산되는 주첨가 원소 성분인 Si의 정석출물 입자나 금속간 화합물의 주변이 구상으로 용융하여 액상으로 된다. 게다가 도 2(d)에 나타내는 바와 같이, 매트릭스 중에 생성된 이 구상의 액상은, 계면에너지에 의해 시간의 경과나 온도상승과 함께 매트릭스에 재고용하고, 고상내 확산에 의해서 결정립계나 표면으로 이동한다. 이어서, 도 1에 나타내는 바와 같이 온도가 T2로 상승되면, 상태도보다 액상량은 증가한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 알루미늄 합금재의 Si 농도가 최대 고용 한계 농도보다 작은 c2인 경우에는, 고상선 온도 Ts2를 넘은 부근에서 액상의 생성이 시작된다. 단, c1의 경우와 달리, 용융 직전의 조직은 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 매트릭스 중에 정석출물이 존재하지 않는 경우가 있다. 이 경우, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 입계에서 우선 용융하여 액상으로 된 후, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이 매트릭스 중에 있어서 국소적으로 용질 원소농도가 높은 장소로부터 액상이 발생된다. 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 매트릭스 중에 생성된 이 구상의 액상은, c1의 경우와 동일하게, 계면에너지에 의해 시간의 경과나 온도상승과 함께 매트릭스에 재고용하고, 고상내 확산에 의해서 결정립계나 표면으로 이동한다. 온도가 T3로 상승하면, 상태도보다 액상량은 증가한다. 이와 같이, 본 발명에 관한 블리드 접합은, 알루미늄 합금재 내부의 부분적인 용융에 의해 생성되는 액상을 이용하는 것이며, 접합과 형상 유지의 양립을 실현할 수 있는 것이다.

C. 접합에 있어서의 금속 조직의 거동

액상이 생긴 후부터 접합에 이르기까지의 금속 조직의 거동을 설명한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 액상을 생성하는 알루미늄 합금재 A와, 이것과 접합하는 알루미늄 합금재 B를 이용한 역 T자형 접합 시험편을 접합하고, 도면에 나타내는 관찰면을 현미경으로 관찰하였다. 상술과 같이, 접합에 있어서 알루미늄 합금재 A의 표면에 생성되는 매우 근소한 액상은, 플럭스 등의 작용에 의해 산화 피막이 파괴된 상대의 알루미늄 합금재 B와의 간극을 메운다. 다음에, 두 합금재의 접합계면 부근에 있는 액상이 알루미늄 합금재 B내로 이동해 가고, 그것에 수반하여 접합계면에 접하고 있는 알루미늄 합금재 A의 고상 α상의 결정립이 알루미늄 합금재 B내로 향해 성장해간다. 한편, 알루미늄 합금재 B의 결정립도 알루미늄 합금재 A측으로 성장해 간다.

알루미늄 합금재 B가 액상을 생성하지 않는 합금의 경우에는, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 접합계면 부근의 알루미늄 합금재 B중에 알루미늄 합금재 A의 조직이 비집고 들어간 것 같은 조직으로 되어 접합된다. 따라서, 접합계면에는 알루미늄 합금재 A와 알루미늄 합금재 B 이외의 금속 조직이 생기지 않는다. 또, 알루미늄 합금재 B도 액상을 생성하는 합금인 경우에는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 두 합금재는 완전히 일체화한 조직으로 되어 접합계면을 판별할 수 없다.

한편, 알루미늄 합금재 A로서 브레이징재를 클래드한 브레이징 시트를 이용하여, 알루미늄 합금재 B로서 액상을 생성하지 않는 합금을 이용한 경우에는, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 접합부에 필렛이 형성되어 공정조직을 볼 수 있다. 이와 같이, 도 5(c)에서는, 도 5(a), (b)에 있어서 형성되는 접합 조직과는 다른 것으로 된다. 브레이징 접합에서는 접합부를 액상 납이 메워져 필렛을 형성하기 때문에, 접합부는 주위와 다른 공정조직이 형성되는 것이다. 또, 용접법에 있어서도 접합부가 국부적으로 용융하기 때문에, 다른 부위와는 다른 금속 조직으로 된다. 그에 대해서, 본 발명에 관한 블리드 접합에서는, 접합부의 금속 조직이 두 피접합부재의 것으로만 구성되고, 혹은, 두 피접합부재가 일체화한 것으로 구성되는 점에서, 브레이징 접합이나 용접에 의한 접합 조직과 상이하다.

이러한 접합 거동 때문에, 접합 공정후에 있어서 접합부위 근방의 형상 변화가 거의 발생되지 않는다. 즉, 용접법의 비드나, 브레이징 접합에서의 필렛과 같은 접합후의 형상 변화가, 본 발명에 관한 접합 방법에서는 거의 발생하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 용접법이나 브레이징 접합과 동일하게 금속결합에 의한 접합을 가능하게 한다. 예를 들면, 브레이징 시트(브레이징재 클래드율이 한면 5％)를 이용하여 드로운 컵(drawn-cup) 타입의 적층형 열교환기를 조립한 경우, 브레이징 가열후에는 용융한 브레이징재가 접합부에 집중하기 때문에, 적층한 열교환기의 높이가 5～10％ 감소한다. 따라서, 제품설계에 있어서는 그 감소분을 고려할 필요가 있다. 본 발명의 블리드 접합에 있어서는 접합후에 있어서의 치수 변화가 극히 작기 때문에, 고정밀도의 제품설계가 가능하게 된다.

D. 산화 피막의 파괴

알루미늄 합금재의 표층에는 산화 피막이 형성되어 있으며, 이것에 의해서 접합이 저해된다. 따라서, 접합에 있어서는 산화 피막을 파괴할 필요가 있다. 본 발명에 관한 블리드 접합에서는, 산화 피막을 파괴하기 때문에, 이하의 D-1 또는 D-2에 나타내는 어느 하나의 방법이 채용된다.

D-1. 플럭스에 의한 산화 피막의 파괴

이 방법에서는, 산화 피막을 파괴하기 위해 적어도 접합부에 플럭스를 도포한다. 플럭스는 알루미늄 합금의 블레이징법에서 이용하는 KAlF₄나 CsAlF₄ 등의 불화물계 플럭스 또는 KCl이나 NaCl 등의 염화물계 플럭스가 이용된다. 이들 플럭스는, 블리드 접합에 있어서 액상이 용융하기 전에 또는 접합 온도에 이르기 전에 용융하고, 산화 피막과 반응하여 산화 피막을 파괴한다.

게다가 이 방법에서는, 산화 피막의 형성을 억제하기 위해, 질소 가스나 아르곤가스 등의 비산화성 분위기 중에서 접합한다. 특히 불화물계의 플럭스를 이용하는 경우는, 산소농도를 250ppm 이하로 억제하고, 노점을 ―25℃ 이하로 억제한 비산화성 가스 분위기 중에서 접합하는 것이 바람직하다.

또, 불화물계의 플럭스를 이용하는 경우, 한쪽 및 다른 쪽의 피접합부재의 알루미늄 합금재에 있어서 알루미늄 합금중에 Mg가 0.5 질량％를 넘어 함유되면, 플럭스와 Mg가 반응하여 플럭스의 산화 피막 파괴 작용이 손상된다. 따라서, 청구항 1에 규정하는 바와 같이, 두 피접합부재가 알루미늄 합금재인 경우는, 이들 피접합부재의 모두가 0.5 질량％ 이하의 Mg를 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것으로 한다. 한편, Mg 함유량이 0.5 질량％ 이하의 조건을 만족하면, 알루미늄 합금에 함유되는 다른 원소의 종류나 함유량에는 제한은 없다.

D-2. Mg의 게터 작용에 의한 산화 피막의 파괴

알루미늄 합금재에 Mg가 소정량 첨가되어 있는 경우는, 접합부에 플럭스를 도포하지 않아도, 산화 피막이 파괴되어 접합이 가능하게 된다. 이 경우, 진공 플럭스레스(fluxless) 브레이징 접합과 동일하게, 알루미늄 합금이 용융되어 액상이 표층에 나올 때에, 알루미늄 합금중으로부터 증발하는 Mg의 게터 작용(Gettering action)에 의해서 산화 피막이 파괴된다.

Mg의 게터 작용에 의해 산화 피막을 파괴하는 경우, 산화 피막의 형성을 억제하기 위해서, 진공중 또는 상기 비산화성 분위기 중에서 접합한다. 단, 면접합이나 폐색 공간에서의 접합의 경우는 건조한 대기여도 접합 가능한 경우가 있다. 비산화성 분위기중이나 건조 대기중에서의 접합의 경우는, 노점을 ―25℃ 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

Mg의 게터 작용에 의해 산화 피막을 파괴하기 위해서는, 청구항 2에 규정하는 바와 같이, 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재가, 0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하의 Mg를 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것으로 한다. 0.2 질량％ 미만에서는, 충분한 게터 작용을 얻을 수 없고 양호한 접합이 달성되지 않는다. 한편, 2.0 질량％를 넘으면, 표면에서 Mg가 분위기중의 산소와 반응하여 산화물 MgO가 많이 생성되어 접합이 저해된다. 한편, 한쪽의 피접합부재에 대해서만 Mg 함유량을 0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하로 한 것은, 한쪽의 피접합부재에 의한 Mg의 게터 작용이 얻어지면 충분하기 때문이다. 다른 쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재에 있어서는, 알루미늄 합금중의 Mg 함유량이 0.2 질량％ 이상으로 한정되지 않지만, MgO가 많이 생성되면 접합이 저해되기 때문에, Mg 함유량은 2.0 질량％ 이하로 하였다. 또, 한쪽의 피접합부재에 있어서, Mg 함유량이 0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하의 조건이 충족되면, 알루미늄 합금에 함유되는 다른 원소의 종류나 함유량에는 제한은 없다.

E. 액상 형성에 필요한 시간의 하한

본 발명의 접합에 있어서, 접합부에서 산화 피막이 파괴된 후, 두 피접합부재의 사이에 액상이 충전되어 접합이 이루어진다. 이 액상은, 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재중에서 생성된다. 액상이 접합부에 충분히 충전되기 위해서는, 액상률이 5％ 이상인 시간이 30초 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 액상률 5％ 이상의 시간이 60초 이상이면 더 충분한 충전이 행해지고 확실한 접합이 이루어진다. 한편, 본 접합에서는, 액상은 접합부의 극근방에서만 이동하지 않기 때문에, 이 충전에 필요한 시간은 접합부의 크기에는 의존하지 않는다. 한편, 다른 쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재 중에서도 액상이 생성되어도 좋고, 여기서의 액상률이 5％ 이상인 시간도 30초 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 60초 이상이다.

F. 형상 유지에 필요한 접합시간의 상한

본 발명에 있어서, 액상을 생기게 하는 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재에 있어서의 액상률이 5％ 이상인 시간은, 3600초 이내인 것이 바람직하다. 3600초를 넘으면, 액상률이 35％ 이하여도 피접합부재가 크게 변형될 우려가 있다. 보다 바람직하게는, 액상률이 5％ 이상인 시간이 1800초 이내로 하면 형상 변화를 확실히 억제할 수 있다. 한편, 다른 쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재 중에 있어서도 액상이 생성되는 경우도, 여기에서의 고상선 온도 이상인 시간은 3600초 이내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1800초 이내이다.

G. 알루미늄 합금재에 있어서의 첨가원소의 함유량

액상을 생성하는 알루미늄 합금재의 주첨가 원소의 함유량은, 예를 들면 2원계에 있어서 평형 상태도로부터 이하와 같이 설정할 수 있다. 접합 온도를 T℃, 알루미늄에 대한 주첨가 원소의 첨가량을 X(질량％), 공정온도를 Te(℃), 알루미늄에 대한 주첨가 원소의 고용 한도를 a(질량％), 공정점에 있어서의 주첨가 원소의 함유량을 b(질량％)로 하면, 하기 식(1)을 만족하는 범위에서 접합을 실시하는 것으로, 보다 양호한 액상률을 얻을 수 있다.

(0.05/a＋0.95/b)×(Te―660)×T＋660＜X＜(0.35/a＋0.65/b)×(Te―660)×T＋660　　(1)

X가 (0.05/a＋0.95/b)×(Te―660)×T＋660 이하이면, 발생하는 액상량이 충분하지 않은 경우가 생기고, 이 경우에는 접합이 곤란하게 된다. 한편, X가 (0.35/a＋0.65/b)×(Te―660)×T＋660 이상이면, 발생하는 액상의 양이 너무 많은 경우가 생기고, 이 경우에는 접합후의 큰 형상 변화를 일으킨다. 따라서, 첨가원소의 첨가량 X는 식(1)을 만족하는 것이 바람직하다.

H. 본 발명에 특히 적합한 합금

상술한 바와 같이 본 발명에 관한 접합에 있어서, 산화 피막의 파괴에 플럭스를 이용하는 경우는, 한쪽 및 다른 쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재에, Mg 함유량이 0.5 질량％ 이하로 규제되는 알루미늄 합금이 이용된다. 또, 산화 피막의 파괴에 플럭스를 이용하지 않고 Mg의 게터 작용을 이용하는 경우는, 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재에, Mg 함유량이 0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하로 규제되는 알루미늄 합금이 이용되고, 다른 쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재에, Mg 함유량이 2.0 질량％ 이하로 규제되는 알루미늄 합금이 이용된다.

한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재로서, Si 원소를 필수 성분으로서 함유하는 Al-Si 합금이나 Al-Si-Mg 합금을 이용해도 좋다. 이러한 알루미늄 합금에서는, Si의 함유량 X(질량％)가 0.6～3.5 질량％의 것이 적합하게 이용된다. 0.6 질량％ 미만인 경우, 액상률이 5％～35％로 되는 온도범위가 좁아지게 되고, 안정된 접합이 곤란하게 되는 경우가 있다. 한편, X가 3.5 질량％를 넘으면, 고상선 온도＝공정온도에서 발생하는 액상의 양이 35％에 가깝게 되고, 고상선 온도로부터 액상률 35％의 온도범위가 좁아져서 안정된 접합이 곤란하게 되는 경우가 있다. 보다 바람직한 Si함유량은, 1.2～3.0 질량％이다.

또, 상기 Al-Si 합금 또는 Al-Si-Mg 합금은, Cu：0.05～0.5 질량％, Fe：0.05～1.0 질량％, Zn：0.2～1.0 질량％, Mn：0.1～1.8 질량％ 및 Ti：0.01～0.3 질량％로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유해도 좋다.

즉, Mg 함유량이 0.5 질량％ 이하 또는 0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하로 규제되고, Si：0.6～3.5 질량％를 필수원소로서 함유하고, Cu：0.05～0.5 질량％, Fe：0.05～1.0 질량％, Zn：0.2～1.0 질량％, Mn：0.1～1.8 질량％ 및 Ti：0.01～0.3 질량％로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 선택적 첨가원소로서 더 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 합금재가 적합하게 이용된다.

이러한 Al-Si 합금 또는 Al-Si-Mg 합금으로 이루어지는 알루미늄 합금재를 한쪽의 피접합부재로서 다른 쪽의 접합부재와 접합하는 경우, 접합시에 있어서의 한쪽의 피접합부재의 온도 T가, 660―39.5X≤T≤660―15.7X, 또한, T≥577이 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 더 양호한 접합이 달성된다.

한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재로서, Cu 원소를 필수 성분으로서 함유하는 Al-Cu 합금이나 Al-Cu-Mg 합금을 이용해도 좋다. 이러한 알루미늄 합금에서는, Cu의 함유량 Y(질량％)가 0.7～15.0 질량％인 것이 적합하게 이용된다. 0.7 질량％ 미만인 경우, 액상률이 5％～35％로 되는 온도범위가 좁아지게 되어, 안정된 접합이 곤란하게 되는 경우가 있다. 한편, Y가 15.0 질량％를 넘으면, 고상선 온도＝공정온도에서 발생하는 액상의 양이 35％에 가깝게 되어, 고상선 온도로부터 액상률 35％의 온도범위가 좁아지게 되어 안정된 접합이 곤란하게 되는 경우가 있다. 보다 바람직한 Cu함유량은, 1.5～12.0 질량％이다.

또, 상기 Al-Cu 합금 또는 Al-Cu-Mg 합금은, Si：0.05～0.8 질량％, Fe：0.05～1.0 질량％, Zn：0.2～1.0 질량％, Mn：0.1～1.8 질량％ 및 Ti：0.01～0.3 질량％로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유해도 좋다.

즉, Mg 함유량이 0.5 질량％ 이하 또는 0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하로 규제되고, Cu：0.7～15.0 질량％를 필수원소로서 함유하고, Si：0.05～0.8 질량％, Fe：0.05～1.0 질량％, Zn：0.2～1.0 질량％, Mn：0.1～1.8 질량％ 및 Ti：0.01～0.3 질량％로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 선택적 첨가원소로서 더 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 합금재도 적합하게 이용된다.

이러한 Al-Cu 합금 또는 Al-Cu-Mg 합금으로 이루어지는 알루미늄 합금재를 한쪽의 피접합부재로서 다른 쪽의 접합부재와 접합하는 경우, 접합시에 있어서의 한쪽의 피접합부재의 온도 T가, 660―15.6Y≤T≤660―6.9Y, 또한, T≥548이 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 더 양호한 접합이 달성된다.

I. 접합시에 있어서의 두 피접합부재에 가해지는 응력

본 발명의 접합에 있어서는, 접합부에서 두 피접합부재가 접하고 있으면 접합면에 압력을 반드시 가할 필요는 없다. 그러나, 실제의 제품의 제조 과정에서는, 피접합부재끼리를 고정하거나 클리어런스(Clearance)를 줄이거나 하기 때문에, 치구 등에서 두 피접합부재에 응력이 가해지는 경우가 많다. 또, 자중에 의해서도 피접합부재내에 응력이 발생한다.

이때, 각 피접합부재내의 각부위에 발생하는 응력은, 형상과 하중으로부터 구해진다. 예를 들면, 구조 계산 프로그램 등을 이용하여 계산한다. 본 발명에서는, 접합시에 있어서 액상을 생기게 하는 피접합부재의 각 부위에 발생하는 응력 중 최대의 것(최대 응력)을 P(kPa)로 하고, 해당 피접합부재인 알루미늄 합금에서의 액상률을 V로 했을 때에, P≤460―12V를 충족하도록 접합하는 것이 바람직하다. 이 식의 우변에서 나타내는 값은 한계 응력이며, 이것을 넘는 응력이 액상을 생기게 하는 피접합부재에 가해지면, 액상률이 35％ 이내여도 피접합부재에 큰 변형이 발생될 우려가 있다.

한편, 두 피접합부재로부터 액상이 발생되는 경우는, 두 피접합부재 각각에 대해서, 각각의 응력 P, 액상률 V를 이용하여 P≤460―12V를 산출하고, 두 피접합부재도 상기 식을 동시에 충족하도록 접합을 행한다.

J. 피접합부재의 접합 표면에 있어서의 파동

본 발명의 접합에 있어서는 한쪽의 피접합부재에서의 액상 생성량이 미량이기 때문에, 접합부에서는 두 피접합부재가 접하도록 배치될 필요가 있다. 그러나, 재료의 휘어짐이나 기복에 의해, 두 피접합부재의 사이에 근소한 간극이 생기는 경우가 있다. 특히, 요철의 파장이 25～2500㎛의 기복은 간극으로서 무시할 수 있는 크기가 아니고, 또 치구의 누름 등으로 교정하는 것도 곤란하다.

본 발명에 있어서는, 접합 전의 두 피접합부재의 접합면의 표면의 요철로부터 구해지는 산술 평균 기복 Wa1과 Wa2의 합이, Wa1＋Wa2≤10(㎛)을 충족하는 경우에는, 더 충분한 접합이 얻어진다. 한편, 산술 평균 기복 Wa1, Wa2는, JIS B0633에서 규정되는 것이며, 파장이 25～2500㎛의 사이에서 요철이 되도록 컷오프(Cutoff) 값을 설정하고, 레이저 현미경이나 공초점 현미경(Confocal microscope)에서 측정된 기복 곡선으로부터 구할 수 있다.

K. 고상선 온도와 액상선 온도의 차이

본 발명에 관한 블리드 접합에서는, 액상을 생성하는 알루미늄 합금재의 고상선 온도와 액상선 온도의 차이를 10℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 고상선 온도를 넘으면 액상의 생성이 시작되지만, 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 작으면, 고체와 액체가 공존하는 온도범위가 좁아지게 되고, 발생되는 액상의 양을 제어하는 것이 곤란하게 된다. 따라서, 이 차이를 10℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이 조건을 충족하는 조성을 갖는 2원계의 합금으로서는, Al-Si계 합금, Al-Cu계 합금, Al-Mg계 합금, Al-Zn계 합금, Al-Ni계 합금 등을 들 수 있다. 이 조건을 충족하기에는, 전술과 같은 공정형 합금이 고액 공존 영역을 크게 갖기 때문에 유리하다. 그러나, 다른 전율고용형, 포정형, 편정형 등의 합금이어도, 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 10℃ 이상이면 양호한 접합이 가능하게 된다. 또, 상기 2원계 합금은 주첨가 원소 이외의 첨가원소를 함유할 수 있으며, 실질적으로는 3원계나 4원계 합금, 게다가 5원 이상의 다원계의 합금도 포함된다. 예를 들면 Al-Si-Mg계나 Al-Si-Cu계, Al-Si-Zn계, Al-Si-Cu-Mg계 등을 들 수 있다.

한편, 고상선 온도와 액상선 온도의 차이는 크게 될수록 적절한 액상량으로 제어하는 것이 용이하게 된다. 따라서, 고상선 온도와 액상선 온도의 차이에 상한은 특별히 마련하지 않는다. 또, 액상을 생성하는 알루미늄 합금은, 액상률이 5％～35％의 온도가 10℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 액상률이 5～35％의 온도가 20℃ 이상인 것이 더 바람직하다.

L. 접합후에 있어서의 결정입경

액상을 생성하는 알루미늄 합금재에 있어서는, 접합 온도에서 가열한 후의 매트릭스의 결정입경을 50㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 통상, 알루미늄 합금은, 고온, 저응력하에서는 결정립 자체의 소성변형에 우선하여 결정립계에서 어긋나는 입계 미끄럼(grain boundary sliding)에 의해서 변형한다.

특히 본 발명의 접합시와 같은 고액 공존영역에 있어서는, 입계가 우선하여 용융하고 있으며, 결정입경이 작으면 단위 체적중의 입계가 많아져 입계 미끄럼에 의한 변형이 발생하기 쉬워지게 된다. 고액 공존영역에서의 결정입경이 너무 작으면, 자중에 의해 입계 미끄럼이 발생하기 쉬워지고, 가열중의 형상 변화가 커져 버릴 우려가 있다. 접합중의 고액 공존영역에 있는 결정입경을, 직접 측정하는 것은 곤란하다. 그래서, 접합중의 고액 공존영역에 있는 결정입경과 접합 가열후의 결정입경과의 관계를 조사하였다. 접합중의 고액 공존영역에 있는 결정입경을 직접 측정하는 것은 곤란하기 때문에, 통상의 브레이징로(brazing furnace)의 냉각 공정(가열후 30℃／분으로 400℃까지 냉각)으로 냉각했을 때의 결정입경을 측정하고, 이것을 접합중의 고액 공존영역에 있는 결정입경으로 하였다. 이어서, 접합 가열 온도에서 유지후에 수냉했을 때의 결정입경을 측정하고, 접합 가열후의 결정입경으로 하였다. 양자를 비교한바, 거의 동일 결정입경이었다. 따라서, 접합 가열후의 결정입경은 접합중의 고액 공존영역에 있는 결정입경과 동등한 것이 판명되었다. 그래서, 본 발명에서는, 접합중의 고액 공존영역에 있는 결정입경을 가열후의 결정입경에 의해서 평가한다. 본 발명의 접합 방법에서는, 가열후의 결정입경이 50㎛ 미만이면, 변형이 커질 우려가 있다. 따라서, 가열후의 결정입경의 하한은, 50㎛로 하는 것이 바람직하다. 50㎛ 미만에서는, 자중에 의해 입계 미끄럼이 발생하기 쉬워지고, 접합시간이 길어지면 변형이 촉진되는 경우가 생기기 때문이다. 한편, 결정입경의 측정은 JIS H：501에 준거한 절단법에 따라 측정하였다.

M. 접합 방법

본 발명의 접합 방법에 있어서는, 통상, 피접합부재는 노중에서 가열된다. 노(爐)의 형상에 특별히 제한은 없고, 예를 들면 1실 구조의 배치로(Batch furnace), 자동차용 열교환기의 제조 등에 이용되는 연속로 등을 이용할 수 있다. 한편, 노중 분위기에 제한은 없지만, 상술한 대로 비산화성 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.

알루미늄재의 표층에는 산화 피막이 형성되어 있으며, 이것에 의해서 접합이 저해된다. 따라서, 접합에 있어서는 산화 피막을 파괴할 필요가 있다. 본 발명에 관한 접합 방법에서는, 산화 피막을 파괴하기 때문에 접합부에 플럭스를 도포하는 것이 바람직하다. 또, 산화 피막의 형성을 억제하기 위해서, 질소 등의 비산화성 가스의 분위기 중에서 접합하는 것이 바람직하다. 접합부에 플럭스를 도포하고, 또한, 비산화성 가스의 분위기 중에서 접합하는 것이 특히 바람직하다. 한편, 알루미늄 합금재에 Mg가 첨가되어 있는 경우는, 접합부에 플럭스를 도포하지 않아도, 진공 혹은 비산화성 분위기의 노를 이용함으로써 표면의 산화 피막을 Mg의 게터 작용에 의해 제거하는 것이 가능하다.

실시예

이하에, 본 발명을 실시예와 비교예에 기초하여 상세하게 설명한다.

실시예 I(실시예 1～26 및 비교예 27～33)

표 1에 접합에 이용된 Al-Si 합금(합금번호 1～5) 및 Al-Cu 합금(합금번호 6, 7)의 조성을 나타낸다. 이들 합금(합금번호 1～7)은, 청구항 1에 규정되는 Mg 함유량이 0.5 질량％ 이하로 규제되는 것이다. 표 1에는, 청구항 4, 6에서 규정되는 온도범위를 나타내는 한쪽의 부등식에 있어서의 상하한의 수치, 및, 580～635℃의 각 온도에서의 평형 액상률도 나타냈다. 한편, 평형 액상률은, Thermo-Calc에 의한 계산치이다. 표 1에 나타내는 합금 주괴를 조제한 후, 열간 압연 및 냉간 압연에 의해 두께 1㎜의 압연판을 얻었다. 이 압연판을 레벨러(Leveler)에 건 후에 380℃에서 2시간 어닐링하여, 압연판 시료로 하였다. 이와 같이 해서 작성한 압연판 시료를 이용하여, 접합률과 변형률을 평가하였다.

[표 1]

(1) 접합률 평가

상기 압연판 시료로부터 폭 20㎜×길이 50㎜의 2매의 판을 잘라내어, 각각의 단면을 밀링 머신에 의해 평활하게 하여 알루미늄 합금재의 상판과 하판으로 해서 조합하고, 도 6에 나타내는 역 T자형 접합 시험편을 제작하였다. 시험편의 상판과 하판에는, 표 1에 나타내는 조성의 알루미늄 합금판을 이용하였다. 표 2에, 각 시험편의 상판과 하판의 조합을 나타낸다. 상판과 하판의 알루미늄 합금의 조성은 동일하고, 이들 예는, 동일 조성의 알루미늄 합금재끼리의 접합이다. 이 접합 시험편의 접합면에는, 불화 칼륨계의 비부식성 플럭스를 도포하였다. 도 6에 기재에는, 상판과 하판의 치수도 나타낸다. 한편, 두 접합부재의 표면의 산술 평균 기복 Wa1, Wa2는 어느 시험편에서도 1.0㎛ 이하였다. 또, 상판의 접합면으로 되는 단면에 있어서의 산술 평균 기복 Wa는, 어느 시험편에서도 1.0㎛ 이하였다. 이러한 산술 평균 기복 Wa1, Wa2, Wa는, 후술하는 실시예 II, III, IV, VI에 있어서도 동일하다.

[표 2]

상기 시험편을, 질소 분위기 중에서 소정의 온도까지 승온하고 그 온도(표 2에 나타내는 접합 온도)로 180초간 유지한 후에, 노중에서 자연 냉각하였다. 질소 분위기는, 산소농도 100ppm 이하에서 노점 ―45℃ 이하로 관리하였다. 승온 속도는, 520℃ 이상에 있어서, 10℃／분으로 하였다.

접합 가열후의 시험편으로부터, 접합률을 이하와 같이 구하였다. 초음파 탐상장치를 이용하여, 접합부에서의 접합이 이루어지고 있는 부분의 길이를 측정하였다. 역 T자 시험편의 접합부의 전체 길이를 50㎜로 하고, ｛접합부에서의 접합이 이루어지고 있는 부분의 길이(㎜)/50(㎜)｝×100에 의해서 접합률(％)을 산출하였다. 접합률이, 95％ 이상을 ◎로 하고, 90％ 이상 95％ 미만을 ○로 하고, 25％ 이상 90％ 미만을 △로 하고, 25％ 미만을 ×로 하여 판정하였다.

(2) 변형률 평가

상기 압연판 시료로부터 폭 10㎜×길이 30㎜의 판을 잘라내어, 변형률 측정용 시험편으로 하였다. 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 이 시험편을 돌출 길이 20㎜로 처짐 시험용 치구에 설치하여 세트하였다(도면에는, 3매의 시험편이 세트되어 있다). 처짐 시험과 같은 외팔보의 형상에서의 최대 응력 P(N/㎡)는, 굽힘 모멘트 M과 단면 계수 Z로부터, 이하와 같이 구하였다.

P＝M/Z＝(W×l²/2)/(bh²/6)

＝[(g×ρ×l×b×h/l)×l²/2]/(bh²/6)

＝3×g×ρ×l²/h

M：굽힘 모멘트(N·m)

등분포(等分布) 하중의 외팔보인 경우　W×l²/2

Z：단면 계수(㎥)

단면형상이 장방형인 경우　bh²/6

W：등분포 하중(N/m)

g：중력가속도(m/s²)

ρ：알루미늄의 밀도(kg/㎥)

l：돌출 길이(m)

b：판폭(m)

h：판두께(m)

한편, 최대 응력 P는, 돌출부의 근원에 걸린다. 이 시험에서 시험편에 걸리는 최대 응력 P는, 상식(上式)에 수치를 대입하여 계산한 결과, 31kPa였다. 이러한 응력 P는, 후술하는 실시예 II, III, VI에 있어서도 동일하다. 이 시험편을, 질소 분위기 중에서 소정의 온도까지 가열하여 그 온도(표 2에 나타내는 접합 온도)로 180초 유지한 후에, 노중에서 자연 냉각하였다. 질소 분위기는, 산소농도 100 ppm 이하에서 노점 ―45℃ 이하로 관리하였다. 승온 속도는, 520℃ 이상에 있어서, 10℃／분으로 하였다.

가열후의 시험편으로부터, 변형률을 이하와 같이 구하였다. 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 가열후에 있어서의 시험편의 처짐량(Quantity of Sagging)을 측정하였다. 돌출 길이(20㎜)를 이용하여, ｛처짐량(㎜)/20(㎜)｝×100에 의해서 변형률(％)을 산출하였다. 변형률이 50％ 이하를 ◎로 하고, 50％를 초과 70％ 이하를 ○로 하고, 70％를 초과 80％ 이하를 △로 하고, 80％를 넘는 것을 ×로 해서 판정하였다.

(종합 판정)

이상의 결과로부터, 각 평가의 판정에 대해서 ◎를 5점, ○를 3점, △를 0점, ×를 ―5점으로 하여 점수를 매기고, 합계점이 10점을 ◎로 하고, 6점 이상 9점 이하를 ○로 하고, 1점 이상 5점 이하를 △로 하고, 0점 이하를 ×로 해서 종합 판정을 행하였다. 종합 판정이 ◎, ○, △를 합격으로 하고, ×를 불합격으로 하였다. 접합률, 변형률 및 종합 판정의 결과를, 접합 조건(온도, 평형 액상률의 계산치)과 함께 표 2에 나타낸다.

실시예 1～26에서는, 접합 가열시의 알루미늄 합금재 중의 액상률이 적정한 범위였기 때문에 양호한 접합이 이루어지고, 종합 판정이 합격이었다.

비교예 27에서는, 생성된 액상률이 너무 낮았기 때문에 접합률이 낮아져 종합 판정이 불합격으로 되었다.

비교예 28～31, 33에서는, 액상률이 너무 높았기 때문에 변형률이 크게 되어 종합 판정이 불합격으로 되었다.

비교예 32에서는, 액상이 생성되지 않았기 때문에 접합이 이루어지지 않고 종합 판정이 불합격으로 되었다.

실시예 II(실시예 34～61 및 비교예 62～68)

표 3에, 접합에 이용된 Al-Si-Mg 합금(합금번호 8～12) 및 Al-Cu-Mg 합금(합금번호 13, 14)의 조성을 나타낸다. 이들 합금(합금번호 8～14)은, 청구항 2에 규정되는, 한쪽의 피접합부재의 알루미늄 합금의 Mg 함유량이 0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하로 규제되는 것이다. 표 3에는, 청구항 4, 6에서 규정되는 온도범위를 나타내는 한쪽의 부등식에 있어서의 상하한의 수치, 및, 580～635℃의 각 온도에서의 평형 액상률도 나타냈다. 한편, 평형 액상률은, Thermo-Calc에 의한 계산치이다. 표 3에 나타내는 합금 주괴를 조제한 후, 열간 압연 및 냉간 압연에 의해 두께 1㎜의 압연판을 얻었다. 이 압연판을 레벨러에 건 후에 380℃에서 2시간 어닐링하여, 압연판 시료로 하였다. 이와 같이 해서 만든 압연판 시료를 이용하여, 접합률과 변형률을 평가하였다.

[표 3]

(1) 접합률 평가

상기 압연판 시료로부터 폭 20㎜× 길이 50㎜의 2매의 판을 잘라내어, 각각의 단면을 밀링 머신에 의해 평활하게 하여 알루미늄 합금재의 상판과 하판으로 해서 조합하여, 도 6에 나타내는 역 T자형 접합 시험편을 제작하였다. 시험편의 상판과 하판에는, 표 3에 나타내는 조성의 알루미늄 합금판을 이용하였다. 표 4에, 각 시험편의 상판과 하판의 조합을 나타낸다. 상판과 하판의 알루미늄 합금의 조성은 동일하고, 이들 예는, 동일 조성의 알루미늄 합금재끼리의 접합이다. 이 접합 시험편의 접합면에는, 플럭스를 도포하지 않았다.

[표 4]

상기 시험편을, 진공 분위기 중에서 소정의 온도까지 승온하여 그 온도(표 4에 나타내는 접합 온도)에 180초간 유지한 후에, 노중에서 자연 냉각하였다. 진공 분위기는, 10^―5torr로 관리하였다. 승온 속도는, 520℃ 이상에서, 10℃／분으로 하였다.

상기 실시예 I와 동일하게 하여, 접합 가열후의 시험편의 접합률을 구하였다. 판정 기준도 실시예 I과 동일하게 하였다.

(2) 변형률 평가

상기 압연판 시료로부터 폭 10㎜×길이 30㎜의 판을 잘라내어, 변형률 측정용 시험편으로 하였다. 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 이 시험편을 돌출 길이 20㎜로 처짐 시험용 치구에 설치하여 세트하였다. 이 시험편을, 진공 분위기 중에서 소정의 온도까지 가열하고 그 온도(표 4에 나타내는 접합 온도)에 180초 유지한 후에, 노중에서 자연 냉각하였다. 진공 분위기는, 10^―5torr로 관리하였다. 승온 속도는, 520℃ 이상에 있어서, 10℃／분으로 하였다.

상기 실시예 I과 동일하게 하여, 가열후의 시험편의 변형률을 구하였다. 판정 기준도 실시예 I과 동일하게 하였다. 게다가, 실시예 I과 동일하게 하여 종합 판정을 행하였다. 접합률, 변형률 및 종합 판정의 결과를, 접합 조건(온도, 평형 액상률의 계산치)과 함께 표 4에 나타낸다.

실시예 34～61에서는, 접합 가열시의 알루미늄 합금재 중의 액상률이 적정한 범위였기 때문에 양호한 접합이 이루어지고, 종합 판정이 합격이었다.

비교예 62에서는, 액상이 생성되지 않았기 때문에 접합이 이루어지지 않고 종합 판정이 불합격으로 되었다.

비교예 63～66 및 68에서는, 액상률이 너무 높았기 때문에 변형률이 크게 되어 종합 판정이 불합격으로 되었다.

비교예 67에서는, 생성된 액상률이 너무 낮았기 때문에 접합률이 낮아지게 되어 종합 판정이 불합격으로 되었다.

실시예 III(실시예 69～119 및 비교예 120～150)

표 1, 3에 나타내는 합금에 더하여, 표 5에 나타내는 조성의 합금을 이용하여 접합을 행하였다. 이러한 합금은, 청구항 1에 규정되는 Mg 함유량이 0.5 질량％ 이하로 규제되는 것, 및, 청구항 2에 규정되는 Mg 함유량이 0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하로 규제되는 것이다. 이러한 합금 주괴를 조제한 후, 열간 압연 및 냉간 압연에 의해 두께 1㎜의 압연판을 얻었다. 이 압연판을 레벨러에 건 후에 380℃에서 2시간 어닐링하여, 압연판 시료로 하였다. 이와 같이 해서 만든 압연판 시료를 이용하여, 접합률과 변형률을 평가하였다.

[표 5]

(1) 접합률 평가

상기 압연판 시료로부터 폭 20㎜×길이 50㎜의 2매의 판을 잘라내어, 각각의 단면을 밀링 머신에 의해 평활하게 하여 알루미늄 합금재의 상판과 하판으로 해서 조합하고, 도 6에 나타내는 역 T자형 접합 시험편을 제작하였다. 시험편의 상판과 하판에는, 표 3에 나타내는 조성의 알루미늄 합금판을 이용하였다. 표 6～8에, 각 시험편의 상판과 하판의 조합을 나타낸다. 상판과 하판의 알루미늄 합금의 조성은 동일하고, 이들 예는, 동일 조성의 알루미늄 합금재끼리의 접합이다. 이 접합 시험편의 접합면에는, 불화 칼륨계 또는 불화 세슘계의 비부식성 플럭스를 도포하거나, 혹은, 플럭스를 도포하지 않았다. 플럭스 도포의 유무와 종류를 표 6～8에 나타낸다. 이들 표에 있어서, 'F'는 불화 칼륨계 비부식성 플럭스(KAlF₄)를, 'Cs'는 불화 세슘계의 비부식성 플럭스(CsAlF₄)를, '―'는 플럭스를 도포하지 않은 경우를 나타낸다.

[표 6]

[표 7]

[표 8]

상기 시험편을, 질소 분위기중, 아르곤 분위기중 또는 진공 분위기 중에서 소정의 온도까지 승온하고 그 온도(표 6～8에 나타내는 접합 온도)에 소정의 시간 유지한 후에, 노중에서 자연 냉각하였다. 질소 분위기 및 아르곤 분위기는, 산소농도 100ppm 이하에서 노점 ―45℃ 이하로 관리하였다. 진공 분위기는, 10^―5torr로 관리하였다. 어느 분위기 중에 있어서도 승온 속도는, 520℃ 이상에서, 10℃／분으로 하였다.

상기 실시예 I과 동일하게 하여, 접합 가열후의 시험편의 접합률을 구하였다. 판정 기준도 실시예 I과 동일하게 하였다.

(2) 변형률 평가

상기 압연판 시료로부터 폭 10㎜×길이 30㎜의 판을 잘라내어, 변형률 측정용의 시험편으로 하였다. 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 이 시험편을 돌출 길이 20㎜로 처짐 시험용 치구에 설치하여 세트하였다. 시험편을, 표 6～8에 나타내는 분위기 중에서 소정의 온도까지 가열하고 그 온도(각 표에 나타내는 접합 온도)에 각 표에 나타내는 소정의 시간 유지한 후에, 노중에서 자연 냉각하였다. 질소 분위기 및 아르곤 분위기는, 산소농도 100ppm 이하에서 노점 ―45℃ 이하로 관리하였다. 진공 분위기는, 10^―5torr로 관리하였다. 어느 분위기 중에 있어서도 승온 속도는, 520℃ 이상에서, 10℃／분으로 하였다.

상기 실시예 I과 동일하게 하여, 가열후의 시험편의 변형률을 구하였다. 판정 기준도 실시예 I과 동일하게 하였다. 게다가, 실시예 I과 동일하게 하여 종합 판정을 행하였다. 접합률, 변형률 및 종합 판정의 결과를, 접합 조건(접합 온도, 평형 액상률의 계산치, 접합 온도에서의 유지시간, 고상선 온도, 고상선 온도 이상에 있는 시간, 액상률 5％의 온도, 액상률 5％ 이상에 있는 시간, 액상선 온도, 고상선 온도와 액상선 온도의 차이)과 함께 표 6～8에 나타낸다.

실시예 69～119에서는, 접합 가열시의 알루미늄 합금재 중의 액상률이 적정한 범위였기 때문에 양호한 접합이 이루어지고, 종합 판정이 합격이었다.

비교예 120, 121, 123～125, 130, 131, 134, 135, 137에서는, 생성된 액상률이 너무 낮았기 때문에 접합률이 낮아지고 종합 판정이 불합격으로 되었다.

비교예 122, 126～129, 132, 136, 138～141에서는, 액상률이 너무 높았기 때문에 변형률이 크게 되어 종합 판정이 불합격으로 되었다.

비교예 133, 142～144에서는, 합금에 함유되는 Mg량이 너무 많았기 때문에, MgO가 너무 성장해서 접합이 이루어지지 않고 종합 판정이 불합격으로 되었다.

비교예 145, 146, 147에서는, 알루미늄 합금 중의 Mg가 플럭스와 반응하여 무효화되고 산화 피막을 파괴할 수 없었다. 이것에 의해, 접합이 이루어지지 않고 종합 판정이 불합격으로 되었다.

비교예 148에서는, Al-Si 합금을 이용했지만 플럭스를 도포하지 않았기 때문에 산화 피막을 파괴할 수 없었다. 이것에 의해, 접합이 이루어지지 않고 종합 판정이 불합격으로 되었다.

비교예 149에서는, 액상률이 5％ 이상인 시간이 너무 짧았기 때문에 액상이 충분히 생성하지 않고, 접합이 불충분하게 되어 종합 판정이 불합격으로 되었다.

비교예 150에서는, 액상률이 5％ 이상인 시간이 너무 길었기 때문에 변형률이 크게 되어 종합 판정이 불합격으로 되었다.

실시예 IV(실시예 151～181 및 참고예 182～186)

처짐 시험을 행하고, 가열중에 피접합부재를 견딜 수 있는 응력 P를 평가하였다. 이 평가는, 실시예 I의 평가에 있어서, 종합 평가가 합격으로 되는 조건(합금, 가열 조건)을 선택하고, 변형률의 평가만을 더 상세하게 행한 것이다. 시험편에는, 표 1의 알루미늄 합금을 선택하여 이용하였다. 시험편은, 판두께 1㎜, 폭 15㎜, 길이 60㎜로 하였다. 이 시험편에 대해서 돌출 길이를 20～50㎜로 변화시키고, 도 7에 나타내는 처짐 시험용 치구에 설치하여 세트하였다. 최대 응력 P는 돌출 길이로부터 계산된다. 결과를 표 9에 나타냈다.

구체적으로는, 시험편을, 질소 분위기 중에서 소정의 온도까지 가열하고 그 온도에 180초 유지한 후에, 노중에서 자연 냉각하였다. 질소 분위기는, 산소농도 100ppm 이하에서 노점 ―45℃ 이하로 관리하였다. 승온 속도는, 520℃ 이상에서, 10℃／분으로 하였다.

가열후의 시험편으로부터, 변형률을 이하와 같이 구하였다. 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 가열후에 있어서의 시험편의 처짐량을 측정하였다. 각 돌출 길이를 이용하여, ｛처짐량(㎜)/돌출 길이(㎜)｝×100에 의해서 변형률(％)을 산출하였다. 변형률이 50％ 미만을 ◎로 하고, 50％ 이상 70％ 미만을 ○로 하고, 70％ 이상을 ×로 하여 판정하였다. ◎와 ○를 합격으로 하고, ×를 불합격으로 하였다. 변형률, 돌출 길이, 응력 및 한계 응력을, 가열 조건(가열 온도, 액상률, 가열 온도에서의 유지시간)과 함께 표 9에 나타낸다. 결과를 표 9에 나타낸다.

[표 9]

실시예 151～181에서는, 응력 P(kPa)가, V(％)를 액상률로 한 한계 응력(460―12V) 이하였다. 그 결과, 이들 실시예에서는 모두, 처짐량이 돌출 길이에 대해서 70％ 미만이며, 양호한 변형률로 되었다.

이것에 대해서, 참고예 182～186에서는 응력 P가 한계 응력(460―12V)보다도 크게 되었다. 그 결과, 모두 처짐량이 돌출 길이에 대해서 70％ 이상으로 되어, 변형률이 컸다.

이상의 결과로부터, 피접합부재에 가해지는 응력 P가 460―12V 이하이면, 부재의 접합 전후에서의 변형이 5％ 이내로 억제되고, 정밀도가 높은 구조물을 제작할 수 있다.

실시예 V(실시예 187～204 및 비교예 205～213)

클리어런스 시험을 행하여, 피접합부재의 기복을 평가하였다. 이 평가는, 실시예 I의 평가에 있어서, 종합 평가가 합격으로 되는 조건(합금, 가열 조건)을 선택하여, 접합률의 평가만을 더 상세하게 행한 것이다. 시험편에는, 표 1, 3 및 5의 알루미늄 합금을 선택하여 이용하였다. 이들 합금 주괴를 조제한 후, 열간 압연 및 냉간 압연에 의해 두께 3㎜의 압연판을 얻었다. 이 압연판을 레벨러에 건 후, 380℃에서 2시간 어닐링하였다. 이 압연판을 150×100㎜로 잘라내고, 한면을 밀링 머신에 의해 평활하게 되도록 절삭 가공하고, 다시 30×30㎜로 잘라낸 것을 시험편으로 하였다.

시험편의 밀링 머신을 건 평면에 대해서, 공초점 현미경을 이용하여 표면 거칠기를 측정하고, 기복 곡선을 그려서 산술 평균 기복(Wa1, Wa2)을 얻었다. 측정 방향은, 밀링 머신 흔적에 대해서 수직 방향으로 하고, 각 시험편에 대해서 5㎜ 간격으로 5라인의 측정을 실시하였다. 또, 측정하는 기복의 파장을 25～2500㎛으로 하여, 컷오프 기복을 설정하였다.

이와 같이 해서 제작한 시험편을 2매 준비하고, 각각의 밀링 머신면이 접합면이 되도록 겹쳐서 측정 시험편으로 하였다. 한편, 밀링 머신 흔적이 직교하도록 겹쳤다. 한편, 접합면에는, 합금과 온도에 의해서 불화 칼륨계 비부식성 플럭스인 KAlF₄ 또는 불화세슘계의 비부식성 플럭스인 CsAlF₄를 도포하고, 혹은, 플럭스를 도포하지 않고 시험편을 겹쳤다. 이 측정 시험편을, 질소 분위기 중에서 소정의 온도(560, 580, 600℃)까지 승온하고, 그 온도에서 180초 유지한 후에 노중에서 자연 냉각하였다. 질소 분위기는, 산소농도 100ppm 이하에서 노점 ―45℃ 이하로 관리하였다. 승온 속도는, 520℃ 이상에서, 10℃／분으로 하였다.

상기와 같이 하여 가열 냉각한 측정 시험편에 대해서, 초음파 탐상장치를 이용하고, 접합부에 있어서 접합이 이루어지고 있는 부분의 면적 A를 측정하였다. 그리고,｛면적 A/접합부의 전체 면적｝×100에 의해서 접합률(％)을 산출하였다. 접합률이 50％ 이상을 ◎로 하고, 25％ 이상 50％ 미만을 ○로 하고, 25％ 미만을 ×로 판정하였다. ◎와 ○를 합격으로 하고, ×를 불합격으로 하였다. 접합률 및 산술 평균 기복을, 가열 조건(가열 온도, 액상률, 분위기, 플럭스)과 함께 표 10에 나타낸다. 결과를 표 10에 나타낸다. 한편, 표 10의 플럭스에 있어서, 'F'는 KAlF₄를, 'Cs'는 CsAlF₄를, '―'는 플럭스를 도포하고 있지 않은 것을 나타낸다.

[표 10]

실시예 187～204에서는, 산술 평균 기복 Wa1과 Wa2의 합이 10㎛ 이하로 되어, 양호한 접합이 이루어졌다.

이것에 대해서, 참고예 205～213에서는, 산술 평균 기복 Wa1과 Wa2의 합이 10㎛를 넘어, 미접합 부분이 많았다.

실시예 VI(실시예 214～230)

표 1, 3에 나타내는 합금에 더하여, 표 5에 나타내는 조성의 합금을 한쪽의 피접합부재로 하고, 한쪽의 피접합부재와 다른 합금을 또 한쪽의 피접합부재로서 접합을 행하였다. 이들 합금은, 청구항 1에 규정되는 Mg 함유량이 0.5 질량％ 이하로 규제되는 것, 및, 청구항 2에 규정되는 Mg 함유량이 0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하로 규제되는 것이다. 이들 합금 주괴를 조제한 후, 열간 압연 및 냉간 압연에 의해 두께 1㎜의 압연판을 얻었다. 이 압연판을 레벨러에 건 후에 380℃에서 2시간 어닐링하여, 압연판 시료로 하였다. 이와 같이 해서 만든 압연판 시료를 이용하여, 접합률을 평가하였다.

(1) 접합률 평가

상기 압연판 시료로부터 폭 20㎜×길이 50㎜의 한 장의 판을 잘라내어, 각각의 단면을 밀링 머신에 의해 평활하게 하였다. 그리고, 표 11에 나타낸 알루미늄 합금재를 각각 상판, 하판으로 해서 조합하고, 도 6에 나타내는 역 T자형 접합 시험편을 제작하였다. 상판과 하판의 알루미늄 합금의 조성은 다르며, 실시예 214～227은, 다른 쪽의 피접합부재의 알루미늄 합금이 용융하지 않는 경우의 알루미늄 합금재의 접합이다. 또, 실시예 228～230은 다른 합금의 조합으로 어느 피접합부재도 용융하는 경우의 알루미늄 합금재의 접합이다. 이 접합 시험편의 접합면에는, 불화 칼륨계의 비부식성 플럭스 또는 불화 세슘계의 비부식성 플럭스를 도포하거나, 혹은, 플럭스를 도포하지 않았다. 플럭스 도포의 유무와 종류를 표 11에 나타낸다. 이 표에 있어서, 'F'는 불화 칼륨계 비부식성 플럭스(KAlF₄)를, 'Cs'는 불화 세슘계의 비부식성 플럭스(CsAlF₄)를, '―'는 플럭스를 도포하지 않은 경우를 나타낸다.

[표 11]

상기의 시험편을, 질소 분위기중 또는 진공 분위기 중에서 소정의 온도까지 승온하고 그 온도(표 11에 나타내는 접합 온도)에 소정의 시간 유지한 후에, 노중에서 자연 냉각하였다. 질소 분위기는, 산소농도 100ppm 이하에서 노점 ―45℃ 이하로 관리하였다. 진공 분위기는, 10^―5torr로 관리하였다. 어느 분위기 중에 있어서도 승온 속도는, 520℃ 이상에서, 10℃／분으로 하였다.

상기 실시예 I과 동일하게 하여, 접합 가열후의 시험편의 접합률을 구하여 평가하였다. 실시예 214～230에서는, 접합 가열시의 알루미늄 합금재 중의 액상률이 적정한 범위였기 때문에, 모든 실시예에 있어서 접합률은 ◎ 또는 ○로 되어 양호한 접합률을 얻을 수 있었다.

산업상의 이용 가능성

본 발명에 의해, 양호한 접합성과, 접합에 의한 변형이 거의 없는, 신뢰성이 높은 알루미늄 합금재의 접합 방법이 달성되어, 공업적인 가치가 크다.

c : Si 농도
c1 : Si 농도
c2 : Si 농도
T : 온도
T1 : Te를 넘은 온도
T2 : T1 보다 더 높은 온도
T3 : Ts2를 넘은 온도
Te : 고상선 온도
Ts2 : 고상선 온도

Claims

알루미늄 합금재를 한쪽의 피접합부재로 하고, 알루미늄 합금재 및 순알루미늄재 중 어느 하나를 다른 쪽의 피접합부재로 하여, 상기 한쪽의 피접합부재와 다른 쪽의 피접합부재를 접합하는 방법에 있어서, 상기 한쪽의 피접합부재와 다른 쪽의 피접합부재의 알루미늄 합금재는, Mg：0.5 질량％ 이하를 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 해당 알루미늄 합금재내에 생성되는 액상의 질량의 비가 5％ 이상 35％ 이하로 되는 온도에서, 불화물계 혹은 염화물계 플럭스가 접합부재 사이에 도포된 상태로 비산화성 분위기 중에서 접합하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 접합 방법.
알루미늄 합금재를 한쪽의 피접합부재로 하고, 알루미늄 합금재 및 순알루미늄재 중 어느 하나를 다른 쪽의 피접합부재로 하여, 상기 한쪽의 피접합부재와 다른 쪽의 피접합부재를 접합하는 방법에 있어서, 상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재는, Mg：0.2 질량％ 이상 2.0 질량％ 이하를 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 다른 쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재는 Mg：2.0 질량％ 이하를 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 해당 알루미늄 합금재내에 생성되는 액상의 질량의 비가 5％ 이상 35％ 이하로 되는 온도에서, 진공 중 또는 비산화성 분위기 중에서 접합하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 접합 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재에서, 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 해당 알루미늄 합금재내에 생성되는 액상의 질량의 비가 5％ 이상인 시간이 30초 이상 3600초 이내인, 알루미늄 합금재의 접합 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재가, Si：0.6～3.5 질량％를 더 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, Si 원소의 함유량을 X(질량％)로 한 경우에, 접합시에 있어서의 해당 알루미늄 합금재의 온도 T(℃)가, 660―39.5X≤T≤660―15.7X, 또한, T≥577로 규정되는, 알루미늄 합금재의 접합 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금이, Cu：0.05～0.5 질량％, Fe：0.05～1.0 질량％, Zn：0.2～1.0 질량％, Mn：0.1～1.8 질량％, Ti：0.01～0.3 질량％로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 알루미늄 합금재의 접합 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재가, Cu：0.7～15.0 질량％를 더 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, Cu 원소의 함유량을 Y(질량％)로 한 경우에, 접합시에 있어서의 해당 알루미늄 합금재의 온도 T(℃)가, 660―15.6Y≤T≤660―6.9Y, 또한, T≥548로 규정되는, 알루미늄 합금재의 접합 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금이, Si：0.05～0.8 질량％, Fe：0.05～1.0 질량％, Zn：0.2～1.0 질량％, Mn：0.1～1.8 질량％, Ti：0.01～0.3 질량％로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 알루미늄 합금재의 접합 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
액상을 생기게 하는 피접합부재에 발생되는 최대 응력을 P(kPa)로 하고, 해당 피접합부재인 알루미늄 합금재의 전체 질량에 대한 해당 알루미늄 합금재내에 생성되는 액상의 질량의 비를 V(％)로 했을 때에, P≤460―12V를 충족하는 조건으로 접합되는, 알루미늄 합금재의 접합 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
두 피접합부재의 접합전의 접합 표면에 있어서의 요철로부터 구해지는 산술 평균 기복 Wa1과 Wa2의 합이, Wa1＋Wa2≤10(㎛)인, 알루미늄 합금재의 접합 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 한쪽의 피접합부재인 알루미늄 합금재에서, 고상선 온도와 액상선 온도의 차이가 10℃ 이상인, 알루미늄 합금재의 접합 방법.