TWI341759B - Cladding material and method for producing the same - Google Patents

Description

1341759 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於被覆材料之製造方法以及被覆材料。 【先前技術】 通常之金屬的接合方法，有一種使用焊料材之焊接法 。該焊料材，例如可使用磷銅焊料、鎳焊料等等，對應於 待接合之金屬種類，可使用各種不同的焊料材。 前述磷銅焊料，一般用到的，是在銅中添加重量比例 4〜9%之磷而降低熔點之銅及銅合金專用的焊料材，其中 JIS規格Z32 64之BCuP-2之磷銅焊料，係在銅中添加6.8 〜7.5 %之磷而組成的合金，其廣泛應用於瓦斯器具、冷凍 機等等之銅製品的焊接。 前述JI S規格之B C u P - 2之磷銅焊料的情形，由於是 在室溫下沒有延展性的金屬，其加工性差，要壓延成形爲 片狀會有困難’通常是以線材、棒材或粉末的形式販售。 然而’例如像板片式熱交換器之鰭片等，必須將金屬 板衝壓成形爲波浪板後將山部和谷部互相焊接的情形，爲 了使線材或粉末狀的碟銅焊料材遍及金屬板之接合部，必 須經由設置（s e 11 i n g )步驟，相當費事而導致生產性降低 〇 因此，若能製造出在母材（金屬板）的表面形成焊料 材層而構成之被覆材料，而將該被覆材料當作前述板片式 熱交換器之待焊接的鰭片材料，由於能省略焊料材之設置 -5- 1341759 步驟’故能謀求全生產製程之連續化和自動化，而 生產性的提昇並降低成本。 第1圖係實施一般壓延法之被覆材料製造方法 之製造裝置的槪略圖。該製造裝置係具備··用來將 2(由金屬板構成之母材1所捲繞成）回捲之母材 捲機3、用來將異種材捲5(由不同種類的金屬板 異種材4所捲繞成）之異種材捲5回捲之異種材用 機6、將前述母材1及異種材4重疊並壓延之被覆 的壓延機7、將該壓延機7壓延後之被覆材料8’捲 覆材料捲9之被覆材料用的捲取機丨〇。 在第1圖所示之被覆材料之製造方法，係藉由 的回捲機3來從母材捲2回捲出母材1，並藉由異 的回捲機6來從異種材捲5回捲出異種材4，將前 1及異種材4重疊後藉由被覆成形用壓延機7予以 再將經該被覆成形用的壓延機7壓延後之被覆材料 被覆材料用的捲取機10捲取成被覆材料用捲9。 經前述被覆成形用的壓延機7壓延後之被覆材 截面，如第2圖所示，係在母材1的表面壓接異種 形成焊料材層1 1 ’。 然而，作爲前述母材1可使用各種的金屬，以 案的製造方法，例如母材1是使用銅板，異種材4 成形爲片狀之磷銅合金構成的金屬，而製造出被覆: 0前述異種材4用之磷銅合金，爲了在壓延時不發 ’其磷含量之重量比例係比磷銅焊料材BCuP - 1之 可期待 所使用 母材捲 用的回 構成之 的回捲 成形用 取成被 母材用 種材用 述母材 壓延， 8’藉由 科8,的 材4而 往所提 係採用 才料8, 生裂開 JIS規 -6- 1341759 格之4.5 %更低（3%左右，JIS規格外之磷含量）。 另外’和前述被覆材料相關之代表一般技術水準者， 例如爲專利文獻1。 專利文獻1 :日本特開2 004 - 1 1 4 1 5 8號公報 【發明內容】 然而’如前述般，關於異種材4，若使用磷重量比例 降低至3°/。左右且成形爲片狀之磷銅合金，隨著磷含量之 降低，所製成之被覆材料8’之焊料材層Π，的熔點變高， 因此焊接溫度會比J I S規格品之溫度更高，如此會造成母 材1強度降低，或可能產生熱變形。 前述焊料材層11’之厚度t’由於片狀的異種材4本身 是藉由壓延來製造，爲了形成ΙΟΟμιη以下，必須反覆進行 壓延。然而’反覆進行壓延會導致製造成本增加，並不利 於商業用途。另一方面，爲了抑制製造成本，若減少壓延 的反覆次數而使焊料材層11，的厚度成爲100 μΐΏ時，由於 焊料材層11 ’較厚’在實際進行焊接時可能發生焊料材之 垂流’另一方面，將焊料材8，予以衝壓成形後，該焊料材 層11’可能會發生裂痕。 本發明係有鑑於該事情而構成，其目的係提供一種被 覆材料之製造方法以及被覆材料，可抑制焊料材之熔點昇 高而避免金屬材之強度降低或熱變形之產生，且能讓製造 成本變低’能使焊料材之厚度變薄而防止焊接時焊料材發 生垂流’又能改善壓衝成形性。 1341759 本發明之被覆材料之製造方法，係以形成所要焊料材 組成的方式至少混合2種金屬粉末後，將該混合粉末構成 ' 之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層；構成該焊料材層 • 之焊料材組成係在銅中至少添加磷而將熔點降低成比銅熔 、· 點更低之焊料材組成。 • 前述被覆材料之製造方法中，構成前述焊料材組成之 Λ 混合粉末，可爲至少由銅粉末和磷銅合金粉末所混合成者 前述被覆材料之製造方法中，前述磷銅合金粉末中所 含之磷的重量比例可在7%〜9%的範圍。根據第6圖之狀 態圖可知磷銅合金組成以8.3 8Ρ%磷含量之熔點爲最低， 因此本次試驗係使用磷含量7%〜9%的範圍來製造。 前述被覆材料之製造方法中，前述銅粉末和磷銅合金 粉末之混合粉末中，銅粉末之重量比例可在1 2 %〜4 0 %的 範圍。 # 前述被覆材料之製造方法中，將前述混合粉末構成之 焊料材壓接於金屬材而構成焊料材層時，該焊料材層的焊 、 料材所含之磷之重量比例可在4 · 2 %〜7.9 %的範圍。由於 . 〔表1〕 ’ 〔表2〕表示磷的平均濃度爲8%P時的數値， 1 故對應於7〜9 % P之磷的重量比例爲4.2 %〜7 · 9 °/〇的範圍（ •其中，4·2% = 7%χ ( 100% - 40% ) . 7.9% = 9%χ ( 100% - 12%))。 前述被覆材料之製造方法中，將前述混合粉末構成之 焊料材壓接於金屬材而構成之焊料材層之厚度的平均値可 1341759 爲9 Ο μ m以下。 本發明之另一被覆材料之製造方法，係以形成 料材組成的方式至少混合2種金屬粉末後，將該混 構成之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層，且將 合粉末構成之焊料材壓接於金屬材而構成之焊料材 度的平均値爲90μιη以下。 本發明之另一被覆材料之製造方法，係以形成 料材組成的方式至少混合2種金屬粉末後，將該混 構成之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層，將形 焊料材層之被覆材料加熱，使前述壓接後之混合粉 成之焊料材進行液相燒結。若進行液相燒結，由於 層和金屬材之接合強度提昇，故可實施深拉衝壓等 工衝壓。 另一方面，本發明之被覆材料，係將由至少2 粉末混合成之混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬 成焊料材層，該焊料材層爲金屬之燒結體，構成該 層之金屬之燒結體，係至少由銅粉末和磷銅合金粉 合而成。對於不須實施深拉衝壓等的強加工衝壓者 沒有必要進行液相燒結，故使用能以較低爐溫度製 結體。 前述被覆材料中，前述至少由銅粉末和磷銅合 所混合成的粉末中，銅粉末之重量比例可爲1 2% ^ 範圍。 前述被覆材料中，構成前述焊料材層之焊料材 所要焊 合粉末 前述混 層之厚 所要焊 合粉末 成有該 末所構 焊料材 的強加 種金屬 材而形 焊料材 末所混 而言， 造之燒 金粉末 '40%的 之成分 -9- 1341759 中’至少含有銅和磷，該焊料材所含之磷的重量比例可爲 4 · 2 %〜7.9 %的範圍。 前述被覆材料中，前述焊料材層的厚度之平均値可爲 9Ομιη以下。 本發明之另一被覆材料，係將由至少2種金屬粉末混 合成之混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材而形成焊料 材層’且該焊料材層的厚度之平均値爲90μηι以下，。 依據本發明之被覆材料之製造方法以及被覆材料，可 抑制焊料材之熔點昇高而避免金屬材之強度降低或熱變形 之產生’且能讓製造成本變低，能使焊料材之厚度變薄而 防止焊接時焊料材發生垂流，又能改善壓衝成形性，因此 具有優異的效果。 【實施方式】 以下，參照所附圖式來說明本發明的實施例。 第3圖係本發明之一實施例，該被覆材料之製造裝置 係具備：用來將母材捲2(由金屬板等的金屬材構成之母 材1所捲繞成）回捲之母材用的回捲機3、用來在母材1 (藉由該母材用的回捲機3從母材捲2回捲出）的表面壓 接金屬粉末之粉末壓接機12、將被覆材料8 (藉由該粉末 壓接機12而壓接在母材1之金屬粉末）加熱以使金屬粉 末燒結或熔融之加熱爐1 3、將藉由該加熱爐1 3使金屬粉 末燒結或熔融後之被覆材料8予以壓延之壓延機18、將藉 由該壓延機18壓延後之被覆材料8捲取成被覆材料捲9 -10- 1341759 之被覆材料捲取機10。 前述粉末壓接機12係具備：以可旋轉自如的方式呈 水平配置之二根輥14、用來將金屬粉末供應至各輥14上 之粉末供應裝置1 5 ;以在前述二根輥1 4間從上往下導入 母材1的狀態，從前述粉末供應裝置1 5將金屬粉末供應 至各輥14上，並使該各輥14旋轉，藉此將金屬粉末壓接 於前述母材1的兩面。 在前述加熱爐1 3係進行金屬粉末之燒結；該燒結包 括：金屬粉末以不熔融的方式進行燒結之固相燒結、使金 屬粉末熔融（出現液相）而進行燒結之液相燒結。 藉由使用前述製造裝置，如第4圖所示，爲了在母材 1的表面形成厚度t爲ΙΟΟμπι以下之焊料材層1 1，係改變 壓接於母材1表面之金屬粉末的組成而製造出被覆材料8 ，並對該製造出的被覆材料8進行焊接試驗及衝壓試驗。 在此，爲了形成所要焊料材的組成，係使用由至少2 種金屬粉末混合成之混合粉末；前述焊料材的組成，例如 爲磷銅焊料材的組成；構成該磷銅焊料材的組成之混合粉 末，係使用由銅粉末和磷銅合金粉末所混合成者。根據第 6圖之狀態圖，磷銅合金的組成係以8.3 8 °/〇 Ρ之熔點爲最 低，而在本次的試驗係使用以7%〜9°/。的範圍所製造而成 者。亦即，作爲前述磷銅合金粉末’係使用在該磷銅合金 粉末中所含之磷的重量比例爲7%〜9%的範圍之Cu-8%P 粉末，添加於該Cu-8 % P粉末之銅粉末佔混合粉末全體的 重量比例，如下述〔表1〕所示分別調整成1 2 %、2 0 %、 -11 - 1341759 3 0%、40%、50%。 前述製造出之被覆材料8中之焊料材層11，係由銅成 分和磷銅合金的成分所構成，平均化後之磷的重量比例爲 4 °/。〜7 %的範圍。 關於前述焊接試驗，係進行：如第5 ( a )圖所示，在 被覆材料8表面接合直徑2mm厚度〇.5mm之管件16(線 接合試驗片）、如第5(b)圖所示，在被覆材料8表面接 合大小50mmx25mm厚度1mm之板17 (面接合試驗片） ’並觀察各情況下之塡角（fillet )狀態以及焊接後之被覆 材料8的表面狀態。 所採用之焊接條件，係在連續式環境氣氛爐內， 加熱區設定溫度：8 5 0 °C、9 0 0 °C 加熱區長度：600mm 加熱時間：約3 0分鐘 加熱環境氣氛：氮氣。 前述焊接試驗的結果記載於下述之〔表1〕、〔表2 )0 〔表I〕

_焊接溫度8 5 0 °C 銅（Cu)粉末 之混合比例 〔mass%〕 磷銅合金（Cu-8%P )粉末之混合比例 〔mass%〕 燒結後焊料材中所含 之磷(P)的平均濃度 〔mass%〕 塡角 (fillet) 狀態 焊接後被 覆材料表 面狀態 12 88 7.0 優 良 20 80 6.4 優 良 30 70 5.6 良 良 40 60 4.8 可 良 50 50 4.0 可 可 -12- 1341759 〔表2〕

焊接溫度900°C 銅（Cu)粉末 之混合比例 〔mass%〕 磷銅合金(Cu-8%P) 粉末之混合比例 (mass%) 燒結後焊料材中所含 之磷（P)的平均濃度 (mass% ] 塡角 (fillet) 狀態 焊接後被 覆材料表 面狀態 12 88 7.0 優 良 20 80 6.4 優 良 30 70 5.6 優 良 40 60 4.8 良 良 50 50 4.0 可 可

當焊接溫度爲850°C時，前述銅粉末和磷銅合金粉末 之混合粉末中銅粉末重量比例爲4 0 %者，塡角（fi 11 e t )狀 態稍差；另一方面’前述銅粉末和磷銅合金粉未之混合粉 末中銅粉末重量比例爲5 0 %者，塡角（fi 11 e t )狀態稍差， 且在焊接後之被覆材料8的表面粗糙狀態很明顯。其原因 在於，當銅粉末添加量增加時’全體中磷濃度會降低，故 焊料材層11之熔點變高（參照第6圖之Cu-P二元合金標 準狀態圖）’因此較低焊接溫度下其焊接性變差。當焊接 溫度上昇至90 0 °C時’前述銅粉末和磷銅合金粉末之混合 粉末中銅粉末重量比例只要在1 2〜4 0 %之範圍內，即可獲 得無缺陷之良好焊接性。 又’前述衝壓試驗’如第7 ( a )圖所示，係使用：具 有直徑32mm的孔23之母模具丨9、具有直徑28mm的凸 部20之公模具21，如第7(b)圖所示，在前述公模具19 和母模具21之間配置被覆材料8 (將銅粉末之添加量、母 材1的板厚 '燒結溫度予以改變而製造出）的狀態下，用 -13- 1341759 鉗具22夾緊前述公模具19和母模具21，藉此將被覆材料 8衝壓加工成第7(c)圖所示的形狀，觀察其彎曲部位的 狀態。 前述衝壓試驗的結果記載於下述〔表3〕。 〔表3〕 銅（Cu)粉末 之混合比例 [mass0/。） 磷銅合金(Cu-8%P) 粉末之混合比例 (mass% ] 燒結後焊料材中所含 之磷(P)的平均濃度 (mass%) 母材板 厚 [μπ〇 衝壓彎 曲部位 狀態 150 可 12 88 7.0 300 可 400 可 20 80 6.4 150 良 150 良 30 70 5.6 300 良 400 良 150 良 40 60 4.8 300 「良 400 良

考慮到衝壓成形性時，若增加延展性良好的金屬（銅 粉末）之添加量，彎曲部位將不會裂開，但如前述般，當 銅粉末的添加量增多時，全體中磷濃度變低而造成焊料材 層1的熔點變高，焊接性會變差，因此爲了同時滿足焊接 性和衝壓成形性，前述銅粉末和磷銅合金粉末之混合粉末 中銅粉末之重量比例，更佳爲1 2 %〜4 0 %的範圍中之2 0 % 〜3 0 %的範圍。 另外，將前述混合粉末壓接於母材1後經加熱燒結而 -14- 1341759 得之焊料材層Η的厚度，若太厚將無法進行正常的壓接 ’經製造實驗的結果確認出，只要在9 Ο μ m以下，即可進 行正常的壓接’而在實際的焊接時可防止焊料材之垂流^ 爲了調查焊料材層Η的厚度和衝壓成性的關係，實施和 前述同樣的衝壓試驗以及將被覆材料8進行90度彎曲加 工的試驗，對各個彎曲部位的狀態做觀察。 前述衝壓試驗以及將被覆材料8進行9 0度彎曲加工 試驗的結果記載於下述〔表4〕。 〔表4〕 銅（Cu )粉末之 混合比例 [mass%l 磷銅合金（Cu-8%P)粉末之 混合比例 fmass%| 燒結後焊料材中 所含之磷(P)的平 均濃度 〔mass%〕 母材 板厚 [μΐΏ] 焊料材 層的厚 度[μηι] 衝壓彎 曲部位 狀態 90度 彎曲部 位狀態 20 80 6.4 400 30 良 良 60 可 可 30 70 5.6 400 30 良 良 60 可 可 亦即，當焊料材層1 1厚度爲6 0 μ m時，其和母材1之 延伸率的差很大，因此會發生裂痕，而造成加工困難，如 此般基於衝壓成形性之觀點，焊料材層1 1的厚度宜爲 3 0μιη以下，但若焊料材層1 1無法確保ΐ〇μπι以上的厚度 時，產生焊接不良的可能性變高，因此焊料材層11的厚 度更佳爲ΙΟμηι〜30μπι的範圍。 如此般，藉由使用前述製造裝置，並調整焊料材組成 和焊料材層1 1的厚度而製造出被覆材料8，可抑制焊料材 -15- I341759 層11之熔點昇高而避免金屬材之強度降低或熱變形之產 生’且能讓製造成本變低’能使焊料材層11之厚度變薄 而防止焊接時焊料材發生垂流，又能改善壓衝成形性。 本發明之被覆材料之製造方法以及被覆材料，並不限 於上述圖示例，在不脫離本發明要旨的範圍內，當然也能 進行各種不同的改變。 【圖式簡單說明】 第1圖係實施一般壓延法之被覆材料製造方法所使用 之製造裝置的槪略圖。 第2圖係習知的被覆材料的一例之放大截面圖。 第3圖實施本發明之被覆材料製造方法所使用之製造 裝置的槪略圖。 第4圖係顯示第3圖的製造裝置所製造出之被覆材料 一例之放大截面圖。 第5(a)圖係顯示在被覆材料表面接合管件（線接合 試驗片）的狀態之放大截面圖；第5 ( b )圖係顯示在被覆 材料表面接合板（面接合試驗片）的狀態之放大截面圖。 第6圖係Cu-P二元合金標準狀態圖。 第7 ( a )圖係顯示被覆材料用衝壓試驗所使用之母模 具和公模具，第7 ( b )圖係顯示實施衝壓試驗的狀態，第 7 ( c )圖係顯示衝壓加工後的試驗片之被覆材料。 【主要元件符號說明】 -16- 1341759 1:母材（金屬材、金屬板） 2 :母材捲 3 :母材用的回捲機 8 :被覆材料 9 :被覆材料捲 10:被覆材料用的捲取機 1 1 :焊料材層 1 2 :粉末壓接機 1 3 :加熱爐 1 4 :奉昆 1 5 :粉末供應裝置 18 :壓延機 t :厚度

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Claims (1)

1341759 第096131 122號專利申請案中文申請專利範圍修正本 民國100年1月20曰修正 十、申請專利範圍 1. 一種被覆材料之製造方法，係以形成所要焊料材組 成的方式至少混合2種金屬粉末後，將該混合粉末構成之 焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層：

構成該焊料材層之焊料材組成，係在銅中至少添加磷 而將熔點降低成比銅熔點更低之焊料材組成； 構成前述焊料材組成之混合粉末，係至少由銅粉末和 磷銅合金粉末所混合成者； 前述磷銅合金粉末中所含之磷的重量比例在7 %〜9 % 的範圍； 前述銅粉末和磷銅合金粉末之混合粉末中，銅粉末之 重量比例在1 2 %〜4 0 %的範圍；

將前述混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材而構成 焊料材層時，該焊料材層之焊料材所含之磷之重量比例在 4.2 %〜7 · 9 %的範圍。 2.如申請專利範圍第1項記載之被覆材料之製造方法 ，其中，將前述混合粉末構成之焊料材壓接於金屬材而構 成之焊料材層之厚度的平均値爲90μηι以下。 3 .如申請專利範圍第1或2項記載之被覆材料之製造 方法，其中，將形成有前述焊料材層之被覆材料加熱，使 前述壓接後之混合粉末所構成之焊料材進行液相燒結。 4.一種被覆材料，係將由至少2種金屬粉末混合成之 -18- 1341759 •-----\ 丨月Η日修(氣)正替七匕 混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層， 該焊料材層爲金屬之燒結體，構成該焊料材層之金屬之燒 結體，係至少由銅粉末和磷銅合金粉末所混合而成； 前述至少由銅粉末和磷銅合金粉末所混合成的粉末中，銅 粉末之重量比例爲1 2 %〜4 0 %的範圍； 構成前述焊料材層之焊料材之成分中，至少含有銅和 磷，該焊料材所含之磷的重量比例爲4.2 %〜7.9 %的範圍

5 ·如申請專利範圍第4項記載之被覆材料，其中，前 述焊料材層的厚度之平均値爲90 μπι以下。

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