TWI665315B - 擴散接合治具用不銹鋼材 - Google Patents

Abstract

本發明所要解決的問題在於提供一種擴散接合治具用不銹鋼材，其維持被接合材料的擴散接合性，同時使得被接合材料的變形受到抑制，且擴散接合處理後的脫模性(被接合材料與脫模構件的剝離性)優異。 為了解決此問題，本發明是一種變形抑制和脫模性優異的擴散接合治具用不銹鋼材，其是含有1.5質量%以上的Si之不銹鋼材，前述不銹鋼材在1000℃時的高溫強度(Fr)與藉由擴散接合而接合在一起的被接合材料1在1000℃時的高溫強度(Fp)的比(Fr/Fp)為0.9以上。前述不銹鋼材，較佳是包含0.1質量%以下的C、1.5～5.0質量%的Si、2.5質量%以下的Mn、0.06質量%以下的P、0.02質量%以下的S、8.0～15.0質量%的Ni、13.0～23.0質量%的Cr、0.2質量%以下的N。

Description

擴散接合治具用不銹鋼材

本發明關於一種擴散接合治具用不銹鋼材，其變形抑制和脫模性優異。又，本發明關於一種脫模構件，其適用於藉由擴散接合來實行的製造方法。

熱交換器存在有各種類型。其中，板式熱交換器(平板型熱交換器)，由於其熱交換性能高且設置和保養容易，所以廣泛地被使用於電熱水器、產業用機器、汽車的空調裝置等之中。板式熱交換器，具備將複數片金屬薄板(板)重疊而成的構造，並使得高溫介質的通路與低溫介質的通路交互地鄰接並形成在積層後的板之間，以經由各個板來實行高溫介質與低溫介質之間的熱交換作用的方式來構成。

作為將複數片板加以積層並組裝的方法，例如，在專利文獻1中記載一種藉由墊片與螺絲來實行的緊固、熔接、銅焊(硬焊)等的接合方法。針對小型和中型的熱交換器，考慮其耐壓性而大多是以銅焊來接合。然而，如果將附加有波浪形狀之板加以積層並利用銅焊來接合，則會產生下述銅焊料特有的接合缺陷的情況：當接合時產生的熔損、銅焊部的裂開、由於熔融的焊料而造成的流路掩埋等。

於是，檢討擴散接合法的應用來取代銅焊法。擴散接合，是在真空或惰性氣氛中的高溫壓力下，利用在接合界面產生的母材原子的相互擴散來進行接合的方法。擴散接合後的接合部，可以得到與母材同樣的強度和耐腐蝕性。

當實行擴散接合時，利用加壓手段來推壓積層後的被接合構件，並將被加壓的狀態保持規定時間。也有在被接合構件與加壓手段之間，夾住擋板或間隔物等的脫模構件並進行擴散接合。作為此脫模構件，其被要求的耐熱度是在擴散接合時的溫度中也不會破損，所以使用碳材料。例如，在專利文獻2中，記載一種擴散接合手段，其使用具有彈性的碳板(carbon sheet)。

[先前技術文獻] (專利文獻) 專利文獻1：日本特開2010-85094號公報 專利文獻2：日本特開2014-128815號公報

[發明所欲解決的問題] 然而，從提升熱交換器的耐久性的觀點來看，想要使用耐腐蝕性優異的不銹鋼板來作為金屬板。當將由不銹鋼板所構成的板材料加以積層並使其擴散接合時，如果使用碳材料作為鄰接板材料之脫模構件，則不銹鋼與碳會產生反應，所以在擴散接合處理完成之後，不容易將脫模構件從板材料拆卸下來，而造成兩構件的脫模性降低。又，會成為碳滲透到不銹鋼中之滲碳(carburizing)的起因，而造成板材料的耐腐蝕性降低，且會有板材料的表面粗度變大而使得表面特性降低的問題。

又，在擴散接合中，必須使用熱壓裝置等來對被接合材料實施加壓和加熱，所以被接合材料的板被保持在高壓和高溫下。又，在熱交換器的本體內形成流路之板材料，在流路側具有非接合面的部分，因此相較於其他板材料，該形成流路之板材料被周圍拘束的程度小(參照第3圖(A))。因此，如第3圖(B)所示，由於擴散接合處理的加熱，會造成板材料在上述的非接合面的部分中朝向流路側膨脹而引起熱變形，依據該熱膨脹的程度，即便在擴散接合處理的完成之後進行冷卻，變形部分可能也無法恢復而造成問題。

本發明是為了解決上述問題而開發出來。其目的在於提供一種擴散接合治具用不銹鋼材，其能夠維持擴散接合性，同時使得被接合材料的變形受到抑制，且擴散接合處理後的脫模性(被接合材料與脫模構件的剝離性)優異。

[解決問題的技術手段] 本發明人著眼於直接接觸被接合材料(板材料)之脫模構件的材質和特性。作為脫模構件的構成材料，是不會與被接合材料產生反應的材質，並選擇適合用於抑制擴散接合後的變形的材質，藉此能夠達成上述目的並完成本發明。具體來說，本發明提供以下技術特徵。

(1)本發明是一種變形抑制和脫模性優異的擴散接合治具用不銹鋼材，其是含有1.5質量%以上的矽(Si)之不銹鋼材，前述不銹鋼材在1000℃時的高溫強度(Fr)與藉由擴散接合而接合在一起的被接合材料在1000℃時的高溫強度(Fp)的比(Fr/Fp)為0.9以上。

(2)如上述(1)所述之變形抑制和脫模性優異的擴散接合治具用不銹鋼材，其中，前述不銹鋼材，包含0.1質量%以下的C(碳)、1.5～5.0質量%的Si(矽)、2.5質量%以下的Mn(錳)、0.06質量%以下的P(磷)、0.02質量%以下的S(硫)、8.0～15.0質量%的Ni(鎳)、13.0～23.0質量%的Cr(鉻)、0.2質量%以下的N(氮)。

(3)如上述(2)所述之變形抑制和脫模性優異的擴散接合治具用不銹鋼材，其中，前述不銹鋼材，包含從由3.0質量%以下的Mo(鉬)、4.0質量%以下的Cu(銅)、0.8質量%以下的Nb(鈮)、0.5質量%以下的Ti(鈦)、1.0質量%以下的V(釩)、及0.02質量%以下的B(硼)所組成之群組中選出的一種以上。

(4)如上述(2)或(3)所述之變形抑制和脫模性優異的擴散接合治具用不銹鋼材，其中，前述不銹鋼材，包含從由0.2質量%以下的Al(鋁)、0.2質量%以下的REM(稀土類金屬，rare earth metals)、0.2質量%以下的Y(釔)、0.1質量%以下的Ca(鈣)、及0.1質量%以下的Mg(鎂)所組成之群組中選出的一種以上。

(5)本發明是一種脫模構件，其利用上述(1)～(4)中的任一項所述之不銹鋼材所構成。

[發明的效果] 本發明能夠提供一種擴散接合治具用不銹鋼材，其使用具備上述構成的被接合材料和脫模構件的組合，藉此維持被接合材料的擴散接合性，同時使得被接合材料的變形受到抑制，且擴散接合處理後的脫模性優異。

以下，針對本發明的實施形態進行說明。本發明不受限於這些記載。

本實施形態，關於一種在熱交換器的製造方法中使用的擴散接合用治具，其將由不銹鋼所構成的複數個被接合材料加以積層並實行加熱和加壓，以使前述被接合材料擴散接合。上述製造方法，在前述被接合材料的雙面上配置脫模構件，並且以經由(隔著)前述脫模構件來夾住前述被接合材料的方式配置推壓治具之後，利用加壓裝置並經由前述推壓治具來推壓，藉此使被接合材料也就是板材料擴散接合來製造熱交換器。在本實施形態中，將擴散接合用治具的脫模構件配置在板材料與推壓治具之間。

(被接合材料) 第1圖表示關於被供應於擴散接合的處理中的被接合材料的概要。作為實行擴散接合的裝置，可使用一種能夠在規定的氣氛內實行加壓和加熱之熱壓裝置等。作為要被擴散接合的被接合材料(板材料)，準備將複數片板材料重疊並積層而成的積層體，並裝填在加壓加熱裝置內。再者，以接觸該積層體的雙面的方式來配置脫模構件。第1圖是使用一種將4片的板材料1重疊而成的板積層體2的例子。在加壓加熱裝置內，以分別地接觸被配置在板積層體2的外側之2片脫模構件3的方式來配置推壓治具4。該推壓治具4，被連結至加壓裝置的加壓軸5。如果使加壓機構(未圖示)動作，則通過加壓軸5使推壓治具4以夾住板積層體2的方式進行推壓，對於板材料1施加規定的壓力，並將此加壓狀態保持規定時間。在保持真空或惰性氣氛的加壓加熱裝置內，被接合材料的上述板積層體2在規定條件下被施予加壓和加熱，以使得被接合材料1被擴散接合。另外，板材料不受限於4片。也可以使用複數個板積層體2，並接合成在各個板積層體之間插入有脫模構件之組裝體。又，如第1圖所示的板材料1，在內側的2片設有流路(未圖示)，所以厚度比外側的2片更大。針對流路的組合也不受限於第1圖所示的構造。

加壓裝置，只要具備伺服機構(servo)、彈簧、錘子等的加壓機構即可。為了在擴散接合後能夠容易地拆開被接合材料和脫模構件，也可以在擴散接合前在脫模構件的表面上塗佈脫模劑。

複數片板材料積層而成的熱交換器，使流體通過藉由板材料而形成的細微的流路，以經由各個板材料而在高溫側流體與低溫側流體之間實行熱交換。因此，要求板材料在高溫區域中的機械性強度(高溫強度)和耐腐蝕性必須良好。從這觀點來看，本實施形態是使用耐熱性和耐久性優異的不銹鋼來作為板材料。又，為了提高熱交換性能，期望能夠作成薄板形狀。

(脫模構件) 本實施形態，較佳是使用一種由鋼材所構成的脫模構件3，該鋼材含有1.5質量%以上的Si(矽)。脫模構件，接觸在擴散接合時的被接合材料且被放置在高溫高壓下，因此被要求在高溫中的破損和腐蝕少、及不會與被接合材料產生反應等。本實施形態的脫模構件，從抑制與被接合材料產生的反應的觀點來看，較佳是使用Si含量較多的鋼材來構成。

(Si含量) 本實施形態的脫模構件包含鋼材，該鋼材含有1.5質量%以上的Si。Si是易氧化元素，會在脫模構件的表面上形成牢固的氧化膜。脫模構件的母材隔著此Si氧化膜與被接合材料接觸，所以在脫模構件與被接合材料的界面處的反應被阻礙。藉由此Si氧化膜的形成，來抑制在雙方的構件之間的黏接和界面反應，因此在擴散接合處理結束之後，利用小的拉開力就能夠容易地將脫模構件從被接合材料拆卸下來。又，藉由上述Si氧化膜來阻礙脫模構件的含有成分滲透到被接合材料的內部，因此可以維持被接合材料的不銹鋼具有的良好的耐熱性和耐腐蝕性，並且維持平滑的表面特性。從這樣的觀點來看，脫模構件較佳是包含鋼材，該鋼材含有1.5質量%以上的Si。

又，即便在脫模構件的表面上形成有Si氧化膜，如果由於外部負荷和熱的膨脹收縮等而造成的脫模構件的形狀變化太大，則會有該氧化膜的一部分被破壞的可能性。此時，被接合材料和脫模構件，會產生沒有隔著該氧化膜而密合的處所，所以可能使得兩構件的脫模性降低。從該觀點來看，為了能夠形成安定且牢固的氧化膜，也期望將含有規定量以上的Si之鋼材應用於脫模構件中。

考慮到在高溫環境中的機械強度和耐腐蝕性，本實施形態的脫模構件的構成材料，適合使用一種耐熱性、耐久性、成形性等優異的沃斯田鐵(austenite)系不銹鋼材，具體來說，能夠使用一種具有下述組成之鋼材。

(1)一種不銹鋼材，其包含0.1質量%以下的C(碳)、1.5～5.0質量%的Si(矽)、2.5質量%以下的Mn(錳)、0.06質量%以下的P(磷)、0.02質量%以下的S(硫)、8.0～15.0質量%的Ni(鎳)、13.0～23.0質量%的Cr(鉻)、0.2質量%以下的N(氮)。

(2)一種不銹鋼材，其在上述(1)的組成中，包含從由3.0質量%以下的Mo(鉬)、4.0質量%以下的Cu(銅)、0.8質量%以下的Nb(鈮)、0.5質量%以下的Ti(鈦)、1.0質量%以下的V(釩)、及0.02質量%以下的B(硼)所組成之群組中選出的一種以上。

(3)一種不銹鋼材，其在上述(1)或(2)的組成中，包含從由0.2質量%以下的Al(鋁)、0.2質量%以下的REM(稀土類金屬，rare earth metals)、0.2質量%以下的Y(釔)、0.1質量%以下的Ca(鈣)、及0.1質量%以下的Mg(鎂)所組成之群組中選出的一種以上。

針對上述不銹鋼材的含有成分進行說明。

C(碳)藉由固溶強化來提升鋼的強度和硬度。另一方面，如果C含量太多，則會使得鋼的加工性和韌性降低，所以C含量較佳是0.1質量%以下。

Si(矽)，如上述，是為了在脫模構件的表面上形成牢固的氧化膜而調配，較佳是含有1.5質量%以上。藉由所形成的Si氧化膜，在脫模構件與被接合材料的界面處的反應被阻礙，所以在擴散接合後，利用小的拉開力就能夠容易地將脫模構件從被接合材料拆卸下來。又，藉由Si氧化膜來阻礙脫模構件的含有成分滲透到被接合材料的內部，因此可以維持被接合材料具有的良好的耐熱性和耐腐蝕性，並且維持平滑的表面特性。如果Si含量未滿1.5質量%，則不能夠充分地得到氧化膜的形成所帶來的上述效果。另外，即便添加超過5.0質量%，除了上述效果幾乎飽和(不能夠進一步提升)之外，由於硬化會造成不能夠得到適當的加工性，所以只要含有5.0質量%以下即可。

Mn(錳)是提升高溫氧化特性的元素。如果含有太多，則加工硬化會造成加工性降低，所以Mn含量較佳是2.5質量%以下。

Cr(鉻)是形成鈍態膜(passive film)以賦予耐腐蝕性的元素，可以帶來耐腐蝕性的提升。未滿13.0質量%，則其效果不充分。如果超過23.0質量%，則加工性降低。因此，Cr含量較佳是13.0～23.0質量%。。

Ni(鎳)是使沃斯田鐵相穩定化而維持耐腐蝕性所必要的元素，對於加工性也有效果。如果未滿8.0質量%，則這些效果不充分，又，如果超過15.0質量%，則其效果飽和且使得成本提高，所以Ni含量較佳是8.0～15.0質量%。

P(磷)和S(硫)混入而成為不可避免的雜質。期望其含量盡可能低，在不會對加工性和材料特性帶來不良影響的範圍內，較佳是分別為P含量是0.06質量%以下，S含量是0.02質量%以下。

N(氮)是用以有效地穩定沃斯田鐵的元素，進一步，可以與Cr和Ni一起提升不銹鋼的高溫強度和耐腐蝕性。另一方面，如果添加太多，則使製造性降低，所以N含量較佳是0.2質量%以下。

Mo(鉬)和Cu(銅)是有益於提升高溫強度和耐腐蝕性的元素。Mo含量和Cu含量，較佳是任一者皆為0.02質量%以上。另一方面，如果含有太多的Mo，則會有形成肥粒鐵(ferrite)相而造成加工性降低的可能性，所以Mo含量較佳是3.0質量%以下。如果含有太多的Cu，則會成為熱加工性降低的主要原因，所以Cu含量較佳是4.0質量%以下。

Nb(鈮)、Ti(鈦)及V(釩)可以有效地提升高溫強度。Nb含量較佳是0.01質量%以上，Ti含量較佳是0.01質量%以上，V含量較佳是0.01質量%以上。另一方面，如果含有太多的各種元素，則加工性降低，所以Nb含量較佳是0.8質量%以下，Ti含量較佳是0.5質量%以下，V含量較佳是1.0質量%以下。

B(硼)是用以改善熱加工性的元素。B含量較佳是0.0002質量%以上。另一方面，如果添加太多則硼化物會析出而造成加工性降低，所以B含量較佳是0.02質量%以下。

也可以從Mo、Cu、Nb、Ti、V及B所組成之群組中選出的一種以上來添加。

Al(鋁)、REM(稀土類金屬元素)、Y(釔)、Ca(鈣)及Mg(鎂)，可以有效地提升耐高溫氧化性，也可以從這些元素選擇一種以上來添加。Al含量較佳是0.001質量%以上，REM含量較佳是0.001質量%以上，Y含量較佳是0.0002質量%以上，Ca含量較佳是0.0002質量%以上，Mg含量較佳是0.0002質量%以上。但是，如果含有太多各種元素，則加工性降低，所以Al含量較佳是0.2質量%以下，REM含量較佳是0.2質量%以下，Y含量較佳是0.2質量%以下，Ca含量較佳是0.1質量%以下，Mg含量較佳是0.1質量%以下。

脫模構件的形狀，可以對應於被接合材料的形狀而適當地選擇。一般的板式熱交換器的板材料是板狀，所以接觸該板材料而配置的脫模構件被用作脫模板。該脫模板的板厚較佳是2～10mm、更佳是3～8mm。

(高溫強度比) 進一步，本實施形態，較佳是以脫模構件在1000℃時的高溫強度(Fr)與被接合材料在1000℃時的高溫強度(Fp)的比(Fr/Fp)為0.9以上的方式，使用被接合材料和脫模構件的組合來實行擴散接合。

脫模構件，當擴散接合時被夾在被接合材料與推壓治具之間且被曝露在高壓高溫下，所以如果脫模構件的高溫強度低則會產生變形。如果脫模構件變形，則有損對於與其接觸的被接合材料之加壓的均勻性，而會有招致接合部的不良的可能性。於是，本實施形態，基於在當擴散接合時使用的標準的處理溫度的1000℃時的高溫強度，來檢討脫模構件的高溫特性。

具體來說，基於脫模構件在1000℃時的高溫強度(Fr)與被接合材料在1000℃時的高溫強度(Fp)的比(Fr/Fp)來進行評價。脫模構件，較佳是使用一種在1000℃時的高溫強度比(Fr/Fp)為0.9以上的鋼材。如果脫模構件的高溫強度與被接合材料的高溫強度的比值未滿0.9，則由於推壓治具所造成的加壓，會有引起脫模構件的過度的變形的可能性。由於脫模構件的變形，使得對於被接合材料之加壓狀態成為不均勻，而可能招致被接合材料的變形。因此，從抑制變形的觀點來看，較佳是使用該高溫強度比為0.9以上的脫模構件和被接合材料的組合，該高溫強度比更佳是1.0以上。

(熱膨脹係數比) 被接合材料和脫模構件的較佳的使用組合，其在30℃～1000℃中的脫模構件的熱膨脹係數(Tr)與被接合材料的熱膨脹係數(Tp)的比(Tr/Tp)是0.90～1.60。被接合材料和脫模構件，任一者在加熱時都會因為熱膨脹而產生彈性變形。如果兩者的構件存在有熱膨脹差，則兩者被彼此的變形互相拘束而累積應變，依據其應變量的程度會有到達塑性變形的可能性。

特別是，在熱交換器中的形成熱介質流路(中空部)之被接合材料，即便在其一表面側與脫模構件接觸，在相反表面側仍具有會成為非接合面的部分。相對於在被接合材料的接合面重疊處會被周圍拘束的狀態，上述的中空部沒有被周圍拘束，所以容易因為熱膨脹而產生彈性變形(參照第3圖(B))。如果此彈性變形的程度太大，則會到達塑性變形而有難以恢復形狀的可能性。

當使用高溫強度比較小的脫模構件時，脫模構件的抗變形性比板材料的更低，所以較佳是被接合材料和脫模構件的雙方的熱膨脹係數是相同程度。在本實施形態中，關於此熱特性，能夠基於脫模構件的熱膨脹係數(Tr)與被接合材料的熱膨脹係數(Tp)的比(Tr/Tp)來進行評價。當使用高溫強度比較小的脫模構件時，該熱膨脹係數的比(Tr/Tp)也可以是在以1.0為中心±5%的範圍內，亦即是0.95～1.05。

(平均冷卻速度) 在擴散接合中的加熱後的平均冷卻速度，較佳是未滿1.2℃/分鐘。被接合材料和脫模構件，當擴散接合時發生熱膨脹，另一方面，在擴散接合後的冷卻過程中會收縮而恢復成原來的形狀。如果被接合材料與脫模構件之間存在有熱膨脹差，則因為冷卻時的收縮變化會使得雙方構件互相拘束而累積形變。如果此收縮變化太大，則會有招致塑性變形的可能性。於是，本實施形態，著眼於擴散接合結束之後的平均冷卻速度。如果以未滿1.2℃/分鐘的平均冷卻速度來進行處理，則能夠抑制冷卻後殘存的變形量。如果是此以上的冷卻速度，則熱脹冷縮的變化太大而使得冷卻後殘存的變形量太大而不佳。上述平均冷卻速度，只要在從擴散接合時的保持溫度至400℃的程度為止的溫度範圍內進行控制即可。

(推壓治具) 推壓治具，被連結至加壓裝置的加壓機構，且是對於被接合材料傳遞推壓力之構件。因為被要求具有在擴散接合時的溫度下不會破損的耐熱性，所以推壓治具較佳是使用碳材料。

(脫模劑) 本發明較佳是在脫模構件的雙面上塗佈脫模劑。例如，能夠使用六方晶系氮化硼粉末(h-BN)等氮化硼(boron nitride)系噴塗。脫模劑的塗佈厚度，只要是脫模劑粉末的平均粒度(例如3μm程度)的3倍以上(約10μm程度)即可。

[實施例] 以下，針對本發明的實施例進行說明。本發明不受限於以下的實施例，且能夠實施適當變化。

(試驗材料的製作) 將30kg的具有如表1所示的成分組成之鋼材號碼1～鋼材號碼9，利用真空熔解進行熔製，並將所得到的鋼塊鍛造成厚度30mm的鋼板。接著，實行1200℃的熱軋而作成厚度6mm的熱軋板之後，在1100℃實行60秒的均熱退火而得到熱軋退火板。對該熱軋退火板施行冷軋至厚度成為3.0mm之後，在1100℃均熱地實施30秒的最後退火，將最後精製的板厚設為3mm，並實行表面精製處理而精製成2B不銹鋼或2D不銹鋼(No.2B finish or No.2D finish)，而得到冷軋退火板。又，針對用來作為板之鋼材號碼5和鋼材號碼6，進一步，實施冷軋、退火，將最後精製的板厚設為0.4mm和1.0mm，並實行表面精製處理而精製成2B不銹鋼或2D不銹鋼，而得到冷軋退火板。從該冷軋退火板切出210mm×160mm尺寸的板而製作試驗材料。這些試驗材料用於被接合材料或脫模構件的試驗。如表1所示的成分組成，其剩餘物部分是Fe(鐵)和不可避免的雜質。

鋼材號碼1～鋼材號碼5是沃斯田鐵系不銹鋼，鋼材號碼6～鋼材號碼9是肥粒鐵系不銹鋼。

[表1]

(高溫強度的測定) 使用所得到的試驗材料，以JIS G 0567為基準，在1000℃的溫度，以0.3%/分鐘的應變速度來實行高溫拉伸試驗，並測出0.2%安全限應力(proof stress)。在本說明書中，將此測定值設為在1000℃時的高溫強度。在表1中表示其測定結果(單位：MPa)。再者，基於測得的數值來算出脫模構件的高溫強度(Fr)與被接合材料的高溫強度(Fp)的比(Fr/Fp)。在表2中表示其結果。

(熱膨脹係數的設定) 使用所得到的試驗材料，以JIS Z 2285為基準，藉由示差膨脹分析裝置(Rigaku Corporation製造的紅外線加熱式熱膨脹測定裝置(TMA)，標準試驗材料是石英)，在30℃～1000℃中以升溫速度1℃/秒的方式加熱。測定此時的試驗片的膨脹量，以算出在30℃～1000℃中的熱膨脹係數(α30-1000℃)。在表1中表示其測定結果(單位：×10 ^-6/℃)。

(接合試驗) 組合4片的被接合材料(板材料)的試驗材料和2片的脫模構件(脫模板)的試驗材料，以製作試驗組裝體。如表2所示，在本試驗中使用4片由鋼板號碼5所構成的試驗材料來作為板材料。使用具有成為流路的開口之2片的板材料(厚度1.0mm/片)的試驗材料，並以夾住該2片的板材料的方式來配置不具有上述開口之作為作為導熱板的2片的板材料(厚度0.4mm/片)，然後重疊由鋼材號碼1～鋼材號碼5所構成的厚度3.0mm的試驗材料來作為脫模構件。使用碳材料製治具來作為推壓治具。將作為脫模劑之六方晶系氮化硼粉末(YK Inoas Co.Ltd製造的boron spray)，塗佈在脫模構件的雙面上。藉由熱壓裝置，使用下述的加壓條件和加熱條件來對上述試驗組裝體實施擴散接合處理。

•氣氛：將初期真空度設為1×10 ^-2Pa以下 •接合溫度：1080℃ •升溫時間：自常溫至接合溫度為止約2小時 •均熱(接合)時間：3小時 •平均冷卻速度：自1080℃至400℃為止，是3.2℃/分鐘(A型式)或1.1℃/分鐘(B型式) •加壓力：表面壓力2MPa

第2圖表示應用於上述擴散接合處理之加熱和冷卻的型式。第2圖的A型式和B型式，表示平均冷卻速度改變後的上述2個型式。冷卻至常溫之後，將試驗組裝體從熱壓裝置中取出，並針對變形抑制和脫模性來實行以下的評價試驗。

(關於變形抑制的評價) 關於變形抑制，基於擴散接合後的板材料的變形量來評價。說明測定該變形量的手法。第3圖是表示試驗組裝體的剖面的示意圖。第3圖(A)是擴散接合前的狀態，表示將由4片的板材料11a～11dc和2片的脫模板13組合而成的試驗組裝體14，在利用碳材料製的推壓治具15夾住的狀態下進行加壓的狀態。第3圖(B)表示擴散接合後的試驗組裝體14的狀態。在擴散接合後的試驗組裝體14中的面向空洞部16側之板材料11a、11d，其空洞部側以外的部分被脫模板13和其他板材料11b、11c所拘束，因此當加熱而膨脹時會彎曲到空洞部側而變形。如果沒有因冷卻時的收縮變化而使形狀復原，則會留下彎曲形狀。以與脫模板13接觸之板材料11a、11d的表面作為基準來測定變形後的最高處的高度17，並求得其中的最大的數值。在本說明書中，將此數值稱為板材料的變形量。基於此變形量來評價擴散接合後的變形狀態。上述高度17，是利用CMOS公司製造的高速3次元形狀系統來測定。從抑制變形的觀點來看，當變形量未滿30μm時評價為良好(◎)，當變形量是30μm～50μm時評價為適當(○)，當變形量超過50μm時評價為不適當(×)。

(關於脫模性的評價) 使用試驗組裝體，為了評價接合後的脫模性，實行板材料與脫模板的剝離試驗。其概要如第4圖所示。準備拉伸裝置(未圖示)、及2個在線材(wire)26的前端安裝有吸盤25之治具。將該治具的吸盤25安裝在擴散接合後的試驗組裝體24中的2個脫模板23的表面上。在一方的推壓的線材26上連結規定重量的錘子27之後，藉由拉伸裝置來拉起另一方的治具的線材26。試驗組裝體24的雙面被錘子27的重量拉伸，藉此以目視的方式觀察板材料21與脫模板23是否剝離，以確認有無剝離。改變錘子27的重量並以同樣的步驟反覆進行試驗。關於評價基準，期望擴散接合後的板材料和脫模板能夠以較小的力量拆卸(分開)，所以當以5kg以下的錘子重量使板材料和脫模板剝離時，則將脫模性判定為良好(○)，當以20kg以下的錘子重量使板材料和脫模板剝離時，則將脫模性判定為稍微不足(△)，當超過20kg的錘子重量也不能夠使板材料和脫模板剝離時，則將脫模性判定為不良(×)。

(試驗結果) 在本試驗中，使用由鋼材號碼5的沃斯田鐵系不銹鋼所構成的板材料、及由鋼材號碼6的肥粒鐵系不銹鋼所構成的板材料，分別與由鋼材號碼1～9的各種不銹鋼所構成的脫模板組合而成的18種試驗組裝體，以實行關於高溫強度、熱膨脹係數、變形抑制及脫模性的試驗。在表2中表示其試驗結果。針對變形抑制和脫模性，使用2種的加熱冷卻型式，分別地使用3個試驗組裝體來實行試驗。針對變形抑制，以3個變形量的平均值來進行評價。針對脫模性，以3個結果的平均來進行評價。

[表2] 底線是表示在本發明的範圍之外。

本發明例1～6，是利用分別為鋼材號碼1～鋼材號碼3的脫模板所構成的試驗組裝體來進行擴散接合的例子。擴散接合後的變形量的任一者都是良好(◎)或適當(○)且在50μm以下的範圍內，而可以得到變形受到抑制的擴散接合成品。推測如果使用與本發明相當的被接合材料和脫模板的組合，則由於擴散接合處理時的加熱和冷卻所造成的熱漲冷縮是適當地進行而能夠抑制變形。

又，關於本發明例1～6的脫模性，被接合材料和脫模板能夠以較小的拉伸力而被拉開剝離。使用與本發明相當的被接合材料和脫模板的組合，則能夠從擴散接合後的被接合材料上容易地拆卸脫模板。推測是藉由在脫模板的表面上形成的Si氧化膜而阻礙被接合材料與脫模板的界面反應，使得兩構件的黏接受到抑制而提升脫模性。

進一步，在本發明例1～6中，觀察利用擴散接合後的平均冷卻速度是3.2℃/分鐘(A型式)及1.1℃/分鐘(B型式)的方式實行的結果，相較於以A型式冷卻的試驗組裝體，以平均冷卻速度較小的B型式冷卻的試驗組裝體的變形抑制效果更加提升。推測是如果冷卻速度小，則熱漲冷縮變化的程度被緩和，使得應變的累積變少而抑制變形。

相對於此，比較例1～12，是使用由鋼材號碼4～鋼材號碼9所構成的脫模板。比較例1～12，其脫模板的鋼材的Si含量未滿1.5質量%而在本發明的範圍外。任一者的脫模性都是稍微不足(△)或不適合(×)，在擴散接合後不容易拆卸。

進一步，比較例3～6、10、12，其高溫強度比未滿0.9，所以擴散接合後的變形大，關於擴散接合後的變形抑制是不適合(×)。

依據上述試驗結果，本發明的具有特定組成之不銹鋼材，能夠提供一種擴散接合治具，其維持被接合材料的擴散接合性，同時使得被接合材料的變形受到抑制，且擴散接合處理後的脫模性優異，能夠確認特別是適用於脫模構件。

1、11a、11b、11c、11d、21‧‧‧板材料(被接合材料)

2‧‧‧板積層體

3、13、23‧‧‧脫模構件(脫模板)

4、15‧‧‧推壓治具

5‧‧‧加壓軸

14、24‧‧‧試驗組裝體

16‧‧‧空洞部

17‧‧‧高度(變形量)

25‧‧‧吸盤

26‧‧‧線材

27‧‧‧錘子

第1圖是用以說明在熱壓裝置內的被接合材料的實施形態的示意圖。 第2圖是表示在實施例中的擴散接合處理的加熱和冷卻的型式的圖。 第3圖是用以說明在實施例中的變形量的測定方法的示意圖；其中，第3圖(A)是表示已設置有擴散接合前的試驗組裝體的狀態的圖；第3圖(B)是表示擴散接合後的板材料已變形的狀態的圖。 第4圖是用以說明在實施例中的關於脫模性的測定方法的示意圖。

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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (5)

1. 一種變形抑制和脫模性優異的擴散接合治具用不銹鋼材，其是含有1.5質量%以上的矽之不銹鋼材，前述不銹鋼材在1000℃時的高溫強度Fr與藉由擴散接合而接合在一起的被接合材料在1000℃時的高溫強度Fp的比也就是Fr/Fp為0.9以上。
2. 如請求項1所述之變形抑制和脫模性優異的擴散接合治具用不銹鋼材，其中，前述不銹鋼材，包含0.1質量%以下的碳、1.5～5.0質量%的矽、2.5質量%以下的錳、0.06質量%以下的磷、0.02質量%以下的硫、8.0～15.0質量%的鎳、13.0～23.0質量%的鉻、0.2質量%以下的氮。
3. 如請求項2所述之變形抑制和脫模性優異的擴散接合治具用不銹鋼材，其中，前述不銹鋼材，包含從由3.0質量%以下的鉬、4.0質量%以下的銅、0.8質量%以下的鈮、0.5質量%以下的鈦、1.0質量%以下的釩、及0.02質量%以下的硼所組成之群組中選出的一種以上。
4. 如請求項2或3所述之變形抑制和脫模性優異的擴散接合治具用不銹鋼材，其中，前述不銹鋼材，包含從由0.2質量%以下的鋁、0.2質量%以下的稀土類金屬、0.2質量%以下的釔、0.1質量%以下的鈣、及0.1質量%以下的鎂所組成之群組中選出的一種以上。
5. 一種脫模構件，其利用請求項1至4中任一項所述之不銹鋼材所構成。