TWI504460B - Welding method of aluminum alloy element - Google Patents

Description

鋁合金元件之面焊方法 發明領域

本發明係有關於一種可使用硬焊板在鈍氣環境下、無焊劑狀態下面焊鋁合金元件兩者之方法。

發明背景

諸如鋁換熱器之鰭材與管材之硬焊所示，迄今之硬焊技術係以可獲致填角形狀之線接觸為基礎。上述之硬焊法在諸如對作為下板之硬焊板於其上垂直接合板狀之鰭片時，係使已熔融之硬焊料流動於硬焊板上而形成填角。

以上述線接觸為基礎之硬焊技術為抑制硬焊加熱時之氧化，一般係於大氣中或鈍氣環境中使用焊劑而進行硬焊。然而，近年已開發可就形成有3層或5層之披覆層並披覆有Al-Si系合金硬焊料作為薄表材與芯材之中間材之硬焊板，在鈍氣中加以進行無焊劑硬焊之方法。

諸如專利第3780380號公報中，已提案一種使用Al-Si系合金硬焊料作為薄表材與芯材之中間材，並就薄表材及芯材使用固相線溫度高於硬焊料之液相線溫度之鋁合金，硬焊板整體之板厚設為0.05~2.0mm，前述薄表材之披覆率設為0.1~10%，上述薄表材可與加熱而熔融之硬焊料相接而熔融，而可在鈍氣環境中於無焊劑狀態下進行硬焊之鋁合金硬焊板。

然而，近年，藉表面接觸而冷卻車載用IGBT等之發熱 之換熱系統之需求日益增加，而需要藉硬焊料而面焊鋁板材之表面兩者之技術。

上述面焊技術係朝鋁板材之表面兩者之間插入硬焊料而進行硬焊加熱，故易於接合部產生空隙瑕疵等，而形成若使用焊劑則容易封入焊劑之構造。因此，與以前述填角形狀為基礎之硬焊技術相較，乃難度極高之技術。

在大氣中無焊劑狀態下進行上述面焊之技術，諸如依據專利第3701847號公報，已開發了一種鋁合金之大氣中無焊劑重疊硬焊法，其特徵在於，在朝複數鋁母材之重疊界面預先插入鋁薄合板材而進行之鋁之重疊硬焊時，係就以3層構造之薄合板材構成鋁薄合板材、以熔點600℃以下之硬焊料構成其芯材、以熔點高於芯材之鋁合金構成其兩表材，且至少對表材與芯材之至少其一以上添加有Mg0.1~6%(質量%，以下亦同)或進而添加有Bi0.01~1%而重疊成之元件整體，在予以加壓密著後之狀態下，予以加熱至硬焊料之液相線溫度以上，且不超過硬焊料以外之各元件之固相線溫度內之最低值之範圍。

又，專利第4547032號公報中，則已揭露一種使用依質量%含有Mg0.1~5.0%、Si3~13%而餘部由Al與無法避免之雜質所構成之Al-Si系硬焊料受芯材所披覆而位於最表面之鋁披覆材，而在不伴隨減壓之非氧化性環境中，使前述Al-Si系硬焊料與硬焊對象元件接觸密著而予以加熱，以接合前述芯材與前述硬焊對象元件之方法。

發明概要

然而，前述之專利第3780380號公報及專利第3701847號公報所揭露之技術，雖可在大氣中無焊劑狀態下進行重疊硬焊，但所使用之硬焊板為3層或5層之披覆材，故將提高成本。

又，前述專利第4547032號公報所揭露之技術僅將硬焊料與硬焊對象元件之接觸狀態曖昧地單純規定為「接觸密著」，故難以獲致安定之硬焊狀態。

因此，成本較習知技術低且品質安定之面焊技術之開發已備受期待。

本發明係為解決上述問題而設計者，目的在提供一種可藉單層型硬焊板而就2個鋁合金元件兩者進行無焊劑面焊之技術。

又，另一目的則在提供一種可藉2層型硬焊板而就1鋁合金元件與可構成2層型硬焊板之表材進行無焊劑面焊之技術。

本發明之鋁合金元件之面焊方法為達成上述目的，其特徵在於係使用由厚度15~200μm之硬焊料所構成之單層硬焊板而面焊鋁合金元件兩者，該硬焊料具有內含Si：3~12質量%、Mg：0.1~5.0質量%而餘部由Al及無法避免之雜質所構成之成分組成，本方法係在將前述硬焊板夾入固相線溫度在570℃以上之鋁合金元件兩者之間且形成表面接觸之狀態下，在鈍氣環境下保持硬焊溫度570℃以上，並施加0.6gf/mm² 以上之表面壓力，同時在無焊劑狀態下硬焊鋁合 金元件兩者。

又，本發明亦可為使用由硬焊料與表材所構成之2層硬焊板，而面焊鋁合金元件與前述表材之方法，該硬焊料具有內含Si：3~12質量%、Mg：0.1~5.0質量%而餘部由Al及無法避免之雜質所構成之成分組成且厚度15~200μm，該表材係由固相線溫度在570℃以上之鋁合金所組成，本方法係在使前述2層硬焊板之硬焊料面與固相線溫度在570℃以上之鋁合金元件形成表面接觸之狀態下，在鈍氣環境下保持硬焊溫度570℃以上，並施加0.6gf/mm² 以上之表面壓力，同時在無焊劑狀態下硬焊前述鋁合金元件與前述表材。

前述硬焊料所含之無法避免之雜質的Cu、Mn、Zn宜分別受限在少於1.0質量%。

又，前述硬焊料厚度宜為15~150μm，進而以厚度20~100μm為佳。

進而，用於面焊之鋁合金元件宜為AA1000系，尤其硬焊面上形成之氧化皮膜之厚度宜在30nm以下。

此外，前述鋁合金元件或前述鋁合金元件與前述表材之固相線溫度宜在580℃以上，且前述硬焊溫度宜在580℃以上。

其次，面焊時之前述硬焊溫度之保持時間宜在2分鐘以上，而以5分鐘以上為更佳。

進而，面焊時之前述鈍氣宜為氮氣，而前述鈍氣之氧濃度在500ppm以下則更佳。

依據本發明所提供之鋁合金元件之面焊方法，即可藉 單層型硬焊板或2層型硬焊板，在無焊劑狀態下朝2個鋁合金元件間施加表面壓力而面焊2個鋁合金元件。

使用單層型或2層型之硬焊板，而非使用3層或5層之披覆材所構成之硬焊板，而可實現整體之低成本化。且，無須使用焊劑，僅對2個鋁合金元件間施加表面壓力而進行硬焊，故可避免兩鋁合金元件間容易產生之空隙瑕疵等，結果則可進行品質安定之面焊作業。

圖式簡單說明

第1圖係說明逆T字測試片之形狀者。

第2圖係說明小型硬焊測試爐之概念圖。

第3圖係說明剪切試驗方法之概念圖。

第4圖係顯示硬焊溫度與保持時間之影響者。

第5圖係顯示硬焊料中之Mg添加量之影響者。

第6圖係顯示硬焊料中之Si添加量之影響者。

第7圖係顯示硬焊料中之雜質含量之影響者。

第8圖係顯示硬焊料之厚度之影響者。

第9圖係顯示硬焊時之加壓力之影響者。

第10圖係顯示受硬焊Al合金材表面之氧化物膜厚之影響者。

第11圖係顯示硬焊環境中之氧濃度之影響者。

用以實施發明之形態

通常，面焊時，係於所接合之鋁合金元件之表面兩者之間插入硬焊料而進行硬焊加熱，故易於接合部產生空隙 瑕疵等，若使用焊劑則形成容易封入焊劑之構造。因此，硬焊產品之品質容易不均。又，習知之面焊法係使用3層或5層之披覆材作為硬焊板，故成本較高。

因此，本發明者等人在就成本較習知技術低且品質安定之面焊法加以鑽研檢討之過程中，完成了本發明。

以下，即詳細說明之。

首先，第1發明係在朝2個鋁合金元件兩者之間夾入硬焊料所構成之單層硬焊板而形成表面接觸之狀態下，使硬焊板充分熔融而以硬焊料沾附鋁合金元件兩者之界面以進行面焊之方法。

2個鋁合金元件中，一方之鋁合金元件可為鋁合金板，亦可雙方均為鋁合金板。舉例言之，亦可設置卡合部以連結鋁合金製之元件兩者，而於上述卡合部設置用於夾入硬焊板之部位。要言之，本申請案第1發明中，被接合材不限於鋁合金板，僅須為至少局部設有可供硬焊之平滑面之鋁合金製者即可。

又，第2發明係在使硬焊料與表材所構成之2層硬焊板之硬焊料面與鋁合金元件表面接觸後之狀態下，使前述硬焊料充分熔融而以硬焊料沾附鋁合金元件與構成2層硬焊板之表材之界面以進行面焊之方法。

鋁合金元件亦可為鋁合金板。本第2發明中，被接合材不限於鋁合金板，僅須為至少局部設有可供硬焊之平滑面之鋁合金製者即可。

可適用本發明之面焊法之鋁合金元件係由固相線溫度570℃以上之鋁合金所構成者。

使用後段將詳述之Al-Si系之硬焊料時，為充分熔融前述硬焊料，需要570℃以上之硬焊溫度，作為被接合材之鋁合金元件則須採用其固相線溫度在570℃以上者。作為被接合材之鋁合金元件之固相線溫度低於570℃時，面焊之加熱可能使鋁合金元件之至少一部分熔融。鋁合金元件之固相線溫度在575℃以上則較佳。鋁合金元件之固相線溫度在580℃以上則更佳。

又，第2發明中使用表材時，其表材亦須使用固相線溫度在570℃以上之鋁合金所構成者。

由於在使硬焊料與表材所構成之2層硬焊板之硬焊料面與鋁合金元件表面接觸之狀態下，充分熔融前述硬焊料而以硬焊料沾附鋁合金元件與前述表材之界面以進行面焊，故需要570℃以上之硬焊溫度以充分熔融前述硬焊料。為在上述硬焊溫度下抑制表材之熔融，構成2層硬焊板之表材之固相線溫度須在570℃以上。表材之固相線溫度若低於570℃，則可能因面焊加熱而使表材之一部分熔融。表材之固相線溫度在575℃以上較佳。表材之固相線溫度在580℃以上則更佳。

本發明之第1特徵點在於，為降低成本而使用具有預定之厚度與組成之硬焊料單層所構成之硬焊板，或使用硬焊料與表材所構成之2層硬焊板。

因此，將先就硬焊料加以說明。

硬焊料係使用具有內含Si：3~12質量%、Mg：0.1~5.0質量%而餘部由Al及無法避免之雜質所構成之成分組成之合金，且厚度15~200μm之鋁合金薄板。

Si：3~12質量%

Si係可隨其含量而降低硬焊板之液相線溫度，並可改善面焊時之潤濕性之元素。Si含量若少於3質量%，則硬焊板之液相線溫度將過高，即便高達預定之硬焊溫度，亦可能使硬焊板熔融不充分，而無法獲致充分之硬焊強度(剪切應力)。Si含量若超過12質量%，則鑄造時可能於鑄塊中央部析出(結晶)初晶Si，即便製得正常之熱軋板，亦難以製得微觀上組織均質之硬焊板。

因此，硬焊料中之Si含量設在3~12質量%之範圍內。Si含量設在4~12質量%之範圍內則較佳。Si含量設在5~12質量%之範圍內則更佳。

Mg：0.1~5.0質量%

咸認Mg乃其本身之氧化可發揮還原劑之作用，故可抑制硬焊加熱所致鋁合金板與硬焊板之硬焊料之界面上之鋁發生氧化，並改善面焊時之潤濕性之元素。Mg含量若少於0.1質量%，則視硬焊溫度及保持時間之不同，其效果亦可能不充分，而無法獲致充分之硬焊強度(剪切應力)。Mg含量若超過5.0質量%，則在熱軋鑄塊時軋輥承受之負載將過大，且亦將產生邊緣裂紋，故難以進行熱軋。

因此，硬焊料中之Mg含量設在0.1~5.0質量%之範圍內。Mg含量設在0.2~4.0質量%之範圍內則較佳。Mg含量設在0.3~3.0質量%之範圍內則更佳。

餘部：Al與無法避免之雜質

無法避免之雜質可舉出Fe、Cu、Mn、Zn等，但該等元素若在Fe：少於1.0質量%、Cu：少於1.0質量%、Mn：少於1.0質量%、Zn：少於1.0質量%之範圍內，則無礙於本發明之效果。因此，作為無法避免之雜質之前述成分含量宜分別少於1.0質量%。

又，其它雜質元素亦包含Cr、Ni、Zr、Ti、V、B、Sr、Sb、Ca、Na等，但若Cr：少於0.5質量%、Ni：少於0.5質量%、Zr：少於0.2質量%、Ti：少於0.2質量%、V：少於0.1質量%、B：少於0.05質量%、Sr：少於0.05質量%、Sb：少於0.05質量%、Ca：少於0.05質量%、Na：少於0.01質量%之範圍內，則不致大幅影響本發明之硬焊板之功能特性，故亦可包含其等作為無法避免之雜質。關於Pb、Bi、Sn、In，乃分別在少於0.02質量%，此外則各在少於0.02質量%，在上述範圍內含有無管理元素，亦不礙於本發明之效果。

構成硬焊板之硬焊料之厚度；15~200μm

構成第1發明之單層型硬焊板之硬焊料之厚度僅須為可實現正常之面焊之厚度即可。厚度若少於15μm，則可能無法獲致充分之硬焊強度。厚度若超過200μm，則自接合面滲出之硬焊料量將過多，而提高成本。因此，硬焊料之厚度範圍設為15~200μm。厚度範圍設為15~150μm則較佳。厚度範圍設為20~100μm則更佳。

硬焊料所構成之單層型硬焊板之製造方法

舉例言之，厚100μm之硬焊料所構成之單層型硬焊板可依以下步驟而製成。

調配作為原料之鑄錠、廢料等，並加以投入熔融爐中，而熔製由預定之硬焊料組成所構成之鋁熔漿。熔融爐一般係藉燃燒器之火焰直接加熱熔融原料之燃燒爐。鋁熔漿昇達預定溫度諸如800℃後，則投入適量之除渣用焊劑，並以攪拌棒進行熔漿之攪拌，而熔融全部原料。然後，為調整成分而投入追加之原料諸如Mg等，並進行30~60分鐘程度之淨靜處理後，再去除漂浮於表面之金屬渣。鋁熔漿冷卻至預定溫度諸如740℃後，則自流出口朝流槽流出，並視需要而流過線上旋轉脫氣裝置、CFF過濾器等以開始進行鑄造。另，併設有熔融爐與保溫爐時，則在將業經熔融爐之熔製之熔漿移注至保溫爐後，再於保溫爐中進行淨靜處理等後，乃開始進行鑄造。

DC鑄造機之套箱可為單股注入者，亦可為重視生產效率之多股注入者。舉例言之，可朝700mm×450mm之尺寸之水冷式鑄模內，經傾斜管、浮筒而進行澆注，並以鑄造速度60mm/min使下模下降，而於水冷式鑄模下部對凝殼層進行直接水冷(Direct Chill)，同時使鑄槽內之熔漿凝固冷卻，而製得預定尺寸諸如700mm×450mm×4500mm尺寸之鑄胚。鑄造結束後，則裁切鑄胚之先端、後端而施予單面25mm之兩面切削，再將厚400mm之鑄胚插入均熱爐，而施以450~540℃×1~12小時之均質化處理(HO處理)。均質化處理後，自均熱爐取出鑄胚，再藉熱軋機施以數次之熱軋，而在諸如形成40mm厚度之狀態下加以裁切，以確保1片厚40mm之熱軋板(平板)700mm×40mm×4000mm。然後，持續藉熱軋機對其餘大部分之熱軋板施予數次之熱軋，而製得諸如厚6mm之熱軋板捲(Reroll)。

對上述厚6mm之熱軋板捲施予數次之冷軋，而製得預定厚度諸如厚100μm之硬焊料所構成之單層型硬焊板。另，在冷軋步驟時，若冷軋板之加工硬化較明顯，則宜視需要而朝退火爐插入板捲，並施以保持溫度300~450℃之中間退火處理，以軟化冷軋板。

構成第2發明之2層型硬焊板之硬焊料之厚度亦相同。設為15~200μm。

另，第2發明之2層型硬焊板之表材僅須為固相線溫度在570℃以上之鋁合金即可，其厚度並無特別之限制。

然而，雖視硬焊加熱溫度而不同，但表材若過薄，亦可能自表材滲出已熔融之硬焊料，故表材之厚度宜在100μm以上。表材之厚度在150μm以上則較佳。表材之厚度在200μm以上則更佳。如上所述，第2發明中，表材之厚度宜大於焊料之厚度。舉例言之，硬焊料之材質為AA4045合金而厚60μm時，表材之材質亦可使用AA1100合金而厚500μm之2層硬焊板。

硬焊料與表材所構成之2層型硬焊板之製造方法

舉例言之，厚40μm之硬焊料與厚400μm之表材所構成之2層型硬焊板可依以下步驟而製成。

一如前述，藉DC鑄造製得由預定之表材組成所構成之700mm×450mm×4500mm尺寸之鑄胚。裁切鑄胚之先端、後 端再施予單面25mm之兩面切削後，則將由上述表材組成所構成之厚400mm之表面切削後鑄胚，以及如前述般已預先確保之由硬焊料組成所構成之厚40mm之熱軋板(平板)700mm×40mm×4000mm(1片)，在700mm×400mm表面已貼合之狀態下加以暫時接合。接著，將上述2層硬焊板插入均熱爐，而施予450~540℃×1~12小時之均質化處理(HO處理)。均質化處理後，自均熱爐取出鑄胚，再藉熱軋機施以數次之熱軋，而製得諸如厚6mm之熱軋板捲(Reroll)。

對上述熱軋板捲施以數次之冷軋，而製得預定厚度諸如厚440μm之硬焊料(厚40μm)與表材(厚400μm)所構成之2層型硬焊板。另，冷軋步驟時，若冷軋板之加工硬化較明顯，則宜視需要而朝退火爐插入板捲，並施以保持溫度300~450℃之中間退火處理，以軟化冷軋板。

本發明之第2特徵點在於，為在無焊劑狀態下進行面焊，並於接合面上獲致充分之硬焊強度(剪切應力)，而在鈍氣環境下施加特定之表面壓力以進行面焊。

鈍氣環境下

一如前述，為充分熔融硬焊板(硬焊料)而沾附鋁合金元件兩者之界面或表材與鋁合金元件之界面以進行面焊，至少需要在預定時間內維持保持溫度在570℃以上。

因此，即便硬焊加熱時，亦須在鈍氣環境下進行面焊，以抑制鋁合金元件之硬焊面之表面或硬焊板之硬焊料面之氧化，。

鈍氣則可使用氮氣、氬氣、氦氣等。又，鈍氣中之氧 濃度宜在500ppm以下。鈍氣中之氧濃度若超過500ppm，則將降低面焊後之接合強度(剪切應力)。

鈍氣中之氧濃度為100ppm則較佳。鈍氣中之氧濃度在10ppm以下則更佳。具體而言，工業用氮氣之規格已設成氧濃度在10ppm以下，故就成本方面而言，使用工業用氮氣亦最佳。

當然，在硬焊加熱時、硬焊溫度保持時及冷卻時，宜於加熱裝置內預先完全形成鈍氣環境。然而，如電磁感應加熱般急速加熱時，亦可在達到預定之保持溫度之前，噴射鈍氣而將加熱裝置內之大氣置換為鈍氣。

施加表面壓力；0.6gf/mm² 以上

本發明之面焊方法雖熔融預定組成之硬焊板(硬焊料)，而在已使硬焊料與鋁合金元件表面接觸之狀態下，進行硬焊加熱，但此時須對接合面施加0.6gf/mm² 以上之表面壓力，同時保持預定之硬焊溫度。當然，硬焊加熱時亦可不施加表面壓力，而在預定之保持溫度達到後，乃對接合面施加0.6gf/mm² 以上之表面壓力以進行面焊。

表面壓力若低於0.6gf/mm² ，則無法獲致充分之硬焊強度(剪切應力)。當然，為充分確保面焊後之硬焊強度(剪切應力)，宜對接合面施加較高之表面壓力。故而，表面壓力在1.0gf/mm² 以上較佳。表面壓力在2.0gf/mm² 以上則更佳。

硬焊之溫度條件；保持在570℃以上

本發明之面焊方法為熔融預定組成之硬焊板(硬焊料)而沾附鋁合金元件兩者之界面或表材與鋁合金元件之界 面，以確實進行面焊，並確保充分之硬焊強度(剪切強度)，硬焊溫度至少須在570℃以上。

硬焊溫度若低於570℃，則硬焊料熔融將不充分，而無法獲致充分之硬焊強度(剪切強度)。當然，保持溫度較高則可獲致更充分之硬焊強度(剪切強度)。故而，保持溫度設為575℃以上。保持溫度在580℃以上則更佳。

硬焊之保持時間

硬焊溫度之保持時間宜在2分鐘以上。雖亦視硬焊溫度而不同，但保持時間若少於2分鐘，則接合面之溫度不均將導致無法獲致充分之硬焊強度(剪切強度)。保持時間在5分鐘以上則更佳。

實施例 硬焊板之製作

稱量、調配預定之各種鑄錠，而對塗布有脫模材之#30坩堝裝入裝填各9公斤(共13個試樣)之原料。將該等坩堝插入電爐內，在760℃下進行熔融除渣，然後將熔漿溫度保持在740℃。接著，藉小型旋轉脫氣裝置朝熔漿依流量1N1/分吹入氮氣10分鐘，而進行脫氣處理。然後，進行30分鐘之淨靜處理並以攪拌棒去除上浮於熔漿表面之熔渣，進而以舀匙採取盤形樣本置於成分分析用鑄模。

接著，使用夾具而依序自電爐內取出坩堝，並朝已預熱至200℃之5個模具(70mm×70mm×15mm)澆鑄鋁熔漿。各試樣之盤形樣本則藉發射光譜分析而進行了組成分析。其結果顯示於表1。

鑄塊在停止補澆後，兩面各經3mm表面切削，而形成厚度9mm。將上述鑄塊裝入電加熱爐而依100℃/hr之昇溫速度予以加熱至480℃，並進行480℃×1小時之均質化處理，接著藉熱軋機施予熱軋至形成3mm之厚度為止。

然後，對熱軋板施以冷軋，而製成厚1.2mm之冷軋板，再施以390℃×2小時之1次中間退火以進行軟化。進而，施予冷軋而製成厚0.3mm之冷軋板，再施以390℃×2小時之2次中間退火以進行軟化。接著，再施以冷軋而製成0.06mm(60μm)之最終冷軋板。另，為調查硬焊料厚度對硬焊強度(剪切應力)之影響，而就D合金硬焊料製作了厚15μm、20μm、30μm、60μm及100μm之5級之最終軋延板。

將上述最終冷軋板裁切成預定大小(15mm×8mm)，而製成複數片硬焊板(硬焊料)。

逆T字測試片之製作

如第1圖所示，於AA1100合金製之料塊A(35mm×35mm×10mm)之35mm×35mm之表面上中央載置硬焊板(15mm×8mm)，並將AA1100合金製之料塊B(18mm×15mm×8mm)之18mm×15mm之表面重疊於上述硬焊板上，而於料塊A之35mm×35mm之表面上中央立設了料塊B。

進而，於料塊B上面載置用於加壓之預定質量之重錘，並如第2圖所示，朝石英管(Ψ125×330mm)所包覆之測試爐內插入已組裝之料塊。為置換成鈍氣環境，而依流量10N1/分流入工業用氮氣(氧濃度10ppm以下之氮)，並在料塊A上裝設之熱電偶顯示預定之硬焊溫度之前，藉PID控制而以50℃/分之速度進行加熱，並在預定時間內保持預定之硬焊溫度後，停止對電阻線之輸出，而就已組裝之料塊等進行爐內冷卻。

又，為調查硬焊環境之氧濃度對硬焊強度(剪切應力)之影響，而就D合金硬焊料(硬焊料厚：60μm)流入工業用氮(氧濃度10ppm以下之氮)，此外並流入氧濃度500ppm之氮、氧濃度2000ppm之氮，或不流入氮而於大氣中，在硬焊溫度605℃、保持時間10分鐘之條件下，同樣進行逆T字測試片之製作。

進而，為調查被接合材之硬焊面之氧化皮膜厚度對硬焊強度(剪切應力)之影響，而就料塊A預先在大氣中進行600℃×1hr之加熱處理、600℃×5hr之加熱處理，而準備氧化膜厚已增厚之被接合材(料塊A)後，再使用D合金硬焊料(硬焊料厚：60μm)並流入工業用氮(氧濃度10ppm以下之氮)，同時在預定條件下進行硬焊，而同樣進行逆T字測試片之製作。

另，硬焊前之被接合材表面之氧化膜厚之測定係藉被接合材之截面之TEM觀察而進行，而已驗明未經加熱處理之被接合材(未處理材)之氧化膜厚為4nm，業經600℃×1hr加熱處理之被接合材之氧化膜厚為30nm，業經600℃×5hr加熱處理之被接合材之氧化膜厚為90nm。

剪切應力之測定

將如上而製成之逆T字測試片固定於第3圖之夾具上，並藉安斯拉試驗機自料塊A之端面(35mm×10mm之面)予以加壓(應變率：1mm/分)，而進行硬焊面之硬焊強度(破裂剪切應力)之測定。

其結果則顯示於表2~9，以及第4~11圖。

另，上述實施例之說明中，並未特別述及詳細條件者，係使用D合金硬焊料(硬焊料厚：60μm)及被接合材(未處理材)並流入工業用氮(氧濃度10ppm以下之氮)，同時在硬焊溫度605℃、保持時間10分鐘、加壓力5.6gf/mm² 之條件下進行硬焊，而製作了逆T字測試片。

首先，由表2所示之結果可知，硬焊溫度宜在580℃以上。又，可知硬焊溫度保持時間宜在2分鐘以上，而以5分鐘以上為更佳。

其次，就構成硬焊料之鋁合金中之成分之影響加以觀察，含有0.1質量%之Mg，即可在605℃下硬焊後充分獲致所需之剪切應力。然而，若未含0.5質量%，則在580℃下硬焊後並未獲致所需之剪切應力。且，Mg含量超過3.0質量%之試樣經605℃下之硬焊後，剪切應力則降低。因此，可知Mg含量宜在0.5~3.0質量%之間。

就Si含量加以觀察，則含量在3.0~12.0質量%範圍內之試樣全部雖已獲致充分之剪切應力，但Si含量為3.0質量%時，若干試樣之剪切應力則降低。因此，可知Si之含量宜在5.0~12.0質量%之間。

關於無法避免之雜質之Cu、Mn、Zn，則可知若含量分別少於1.0質量%，則對剪切應力幾無影響。

關於硬焊料之厚度，若為15μm以上之厚度，雖已獲致充分之剪切應力，但其厚度為15μm時，若干試樣之剪切應力則較低。因此，硬焊料之厚度宜為20μm以上。若過厚則硬焊料將過多，故上限設為200μm而與前述相同。

就硬焊時之施加壓力加以觀察，則施加0.6gf/mm² 以上之表面壓力同時進行硬焊後，已獲致充分之剪切應力。然而，可知欲更為提高剪切應力時，宜施加1.0gf/mm² 以上之表面壓力。

用於硬焊之鋁合金元件表面上形成之氧化物膜若超過30nm，則所獲致之剪切應力將急劇降低。因此，用於硬焊之鋁合金元件應使用表面上形成之氧化物膜為30nm以下者。

進而，就硬焊時之環境加以觀察，可知應使用至少含氮等之鈍氣環境。並可知尤以氧含量在500ppm以下之鈍氣環境為佳。

第1圖係說明逆T字測試片之形狀者。

第2圖係說明小型硬焊測試爐之概念圖。

第3圖係說明剪切試驗方法之概念圖。

第4圖係顯示硬焊溫度與保持時間之影響者。

第5圖係顯示硬焊料中之Mg添加量之影響者。

第6圖係顯示硬焊料中之Si添加量之影響者。

第7圖係顯示硬焊料中之雜質含量之影響者。

第8圖係顯示硬焊料之厚度之影響者。

第9圖係顯示硬焊時之加壓力之影響者。

第10圖係顯示受硬焊Al合金材表面之氧化物膜厚之影響者。

第11圖係顯示硬焊環境中之氧濃度之影響者。

Claims (11)

1. 一種鋁合金元件之面焊方法，其特徵在於：使用單層硬焊板來面焊鋁合金元件兩者，該單層硬焊板由硬焊料所構成，具有內含Si：3~12質量%、Mg：0.1~5.0質量%且餘部由Al及無法避免之雜質所構成之成分組成，厚度為15~200μm；其中前述鋁合金元件係在其硬焊面上形成有厚度為30nm以下之氧化皮膜；並且，前述面焊方法係在將前述單層硬焊板夾入固相線溫度在570℃以上之鋁合金元件兩者之間且使表面接觸之狀態下，在鈍氣環境下保持硬焊溫度570℃以上，並施加1.0gf/mm² 以上之表面壓力，同時在無焊劑狀態下硬焊前述鋁合金元件兩者。
2. 一種鋁合金元件之面焊方法，其特徵在於：使用由硬焊料與表材所構成之2層硬焊板來面焊鋁合金元件兩者，該硬焊料具有內含Si：3~12質量%、Mg：0.1~5.0質量%且餘部由Al及無法避免之雜質所構成之成分組成，厚度為15~200μm者，而該表材為固相線溫度在570℃以上之鋁合金所構成；其中前述鋁合金元件係在其硬焊面上形成有厚度為30nm以下之氧化皮膜；並且，前述面焊方法係在使前述2層硬焊板夾入固相線溫度為570℃以上之鋁合金元件兩者間而形成表面接觸之狀態下，在鈍氣環境下保持硬焊溫度570℃以上 並施加1.0gf/mm² 以上之表面壓力，同時在無焊劑狀態下硬焊前述鋁合金元件兩者。
3. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金元件之面焊方法，其中前述硬焊料所含之無法避免之雜質的Cu受限在少於1.0質量%。
4. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金元件之面焊方法，其中前述硬焊料所含之無法避免之雜質的Mn受限在少於1.0質量%。
5. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金元件之面焊方法，其中前述硬焊料所含之無法避免之雜質的Zn受限在少於1.0質量%。
6. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金元件之面焊方法，其中構成前述硬焊板之硬焊料厚度為15~150μm。
7. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金元件之面焊方法，其係在施加2.0gf/mm² 以上之表面壓力的同時，在無焊劑狀態下硬焊前述鋁合金元件兩者。
8. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金元件之面焊方法，其中前述硬焊溫度之保持時間在2分鐘以上。
9. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金元件之面焊方法，其中前述硬焊溫度之保持時間在5分鐘以上。
10. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金元件之面焊方法，其中前述鈍氣係氮氣。
11. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金元件之面焊方法，其中前述鈍氣之氧濃度在500ppm以下。