鋁合金構件的面釺焊方法

2023-05-20 02:39:16

鋁合金構件的面釺焊方法
【專利摘要】本發明涉及一種在使用單層的釺料片對2個鋁合金構件彼此進行面釺焊時，可在釺焊面的周緣形成健全的焊腳的發明。具體而言，在使用由Al-Si-Mg系合金的釺料構成的單層釺料片對固相線溫度在610℃以上的鋁合金構件彼此進行面釺焊時，不在上述單層釺料片和上述鋁合金構件的釺焊面上塗布釺劑，而在以俯視看面積大的一方的鋁合金構件的表面的遠離上述釺焊面的周緣的區域中塗布釺劑，在鋁合金構件彼此之間夾持上述單層釺料片進行面接觸的狀態下，惰性氣體氣氛下，在保持規定的釺焊溫度的同時，一邊附加面壓一邊對鋁合金構件彼此進行釺焊。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種將鋁合金構件彼此用單層釺料片在惰性氣體氣氛中面釺焊時，能 夠形成健全的焊腳的鋁合金構件的面釺焊方法。 鋁合金構件的面釺焊方法

【背景技術】
[0002] 例如如鋁熱交換器的翅片材料和管材的釺焊中可見的，迄今的釺焊技術，以能夠 得到焊腳形狀的線接觸為基礎。這樣的釺焊法中，例如在下板為釺料片，在其上將板狀的翅 片垂直接合的情況下，熔融了的釺料在釺料片上流動形成焊腳。
[0003] 在以這樣的線接觸為基礎的釺焊技術中，為了抑制釺焊加熱中的氧化，通常在大 氣中或惰性氣體氣氛中使用釺劑進行釺焊。
[0004] 例如專利文獻1中，提出了一種釺焊用鋁材，它是使用非腐蝕性釺劑和金屬粉末 釺焊的構件，其中含有0. 7?2. 5wt%的Fe、0. 5?2. Owt%的Μη的1種或2種，0. 2wt%以 下的Mg，從塗布非腐蝕性釺劑和金屬粉末的表面到20 μ m的深度裡，最大徑超過5 μ m的第 2相粒子數量在200個/mm2以下。
[0005] 由此，按照不使用包層材料的釺焊法，可形成釺料流動性良好的優良焊腳，提供強 度也優良的釺焊用鋁材。
[0006] 但是，近年，對車載用IGBT等的發熱以面接觸進行冷卻的熱交換系統的需求正在 高漲，需要對鋁構件的面彼此通過釺料進行面釺焊的技術。
[0007] 例如專利文獻2中，提出了一種鋁合金鑄件的釺焊方法，其中，將鋁合金釺料漿料 塗布在釺焊的鋁合金鑄件或其他被釺焊構件的釺焊部表面上後，在塗布了鋁合金釺料漿 料的釺焊部上組裝其他被釺焊構件，將該組裝體進行加熱；所述鋁合金釺料漿料是將含有 23?37質量％的Cu、4?10質量％的Si、剩餘部分由A1和不可避免的雜質構成的具有 10?100 μ m的平均粒徑的粉末狀鋁合金釺料，和作為固體成分含有11質量％以上的CsF 的氟化物系釺劑懸濁於分散介質中的鋁合金釺料漿料。
[0008] 根據該方法可提供一種使用浸潤性和耐腐蝕性強的釺料，即使是爐內釺焊也可得 到健全的接合部的鋁合金鑄件的低溫釺焊方法。
[0009] 該面釺焊技術中，將含有粉末狀釺料和釺劑的混合漿料塗布在被釺焊構件的釺焊 部表面後，將被釺焊構件彼此組裝，將該組裝體進行加熱。為此，容易在接合部產生空隙缺 陷等，成為易於封入釺劑的結構。因此，與上述以形成焊腳為基本的釺焊技術相比，利用釺 料對鋁合金構件的面彼此進行面釺焊的技術成為了非常困難的技術。
[0010] 另一方面，近年來，開發了將Al-Si系合金釺料包層在芯材中，將釺料片在惰性氣 體中進行無釺劑釺焊的方法。
[0011] 例如引用文獻3,提示了在以質量％計含有0. 1?5.0%的Mg、3?13%的Si的 Al-Si系釺料最外表面的位置上使用鋁包層材料，在不伴隨減壓的非氧化性氣氛中，使上述 Al-Si系釺料和釺焊對象構件接觸密合併進行加熱，使上述芯材和上述釺焊對象構件接合 的方法。
[0012] 如果根據該方法，能夠不需要釺劑或真空設備在大氣壓下進行無釺劑釺焊，即使 在向釺料以外的被釺焊構成構件中添加Mg的情況下也不會成為釺焊阻礙因素。
[0013] 但是，上述專利文獻3所記載的釺焊方法中，使用由芯材和釺料構成的2層以上的 包層材料。由於將該包層材料作為釺料片用於鋁合金構件彼此的面釺焊中，需要將上述包 層材料設為在芯材的兩面上配置釺料的3層材料，包層材料的製造繁雜且成本上升。
[0014] 於是，本發明人在反覆認真研究與現有技術相比成本低且品質穩定的面釺焊法的 過程中，提出了如專利文獻4所示的利用單層釺料片在惰性氣體氣氛下對2個鋁合金構件 彼此以無釺劑進行面釺焊的技術。
[0015] 上述專利文獻4所提出的方法，是在固相線溫度為570°C以上的鋁合金構件彼此 之間，以夾持具有下述成分組成的、由厚度15?200 μ m的釺料構成的單層釺料片使其面接 觸的狀態下，在惰性氣體氣氛下，在保持釺焊溫度570°C以上的同時，一邊附加0. 6gf/mm2以 上的面壓一邊以無釺劑對鋁合金構件彼此進行釺焊；所述的單層釺料片含有3?12質量％ 的Si、0. 1?5. 0質量％的1%，剩餘部分由A1和不可避免的雜質構成。
[0016] 現有技術文獻 [0017] 專利文獻
[0018] 專利文獻1 :日本專利特開平09-194976號公報
[0019] 專利文獻2 :日本專利特開2007-83271號公報
[0020] 專利文獻3 :日本專利第4547032號公報
[0021] 專利文獻4 :日本專利特開2012-71335號公報


【發明內容】

[0022] 發明所要解決的技術問題
[0023] 然而，如果根據該技術，需要一邊在夾持單層釺料片的2個鋁合金構件彼此上賦 予規定的壓力以上的壓力一邊進行釺焊加熱。為此，釺焊加熱時熔融的釺料從鋁合金構件 彼此之間流出，在釺焊面的周緣上，不能形成健全的焊腳，從邊緣突出。
[0024] 另一方面，如前所述對車載用IGBT等的發熱以面接觸進行冷卻的熱交換系統的 需求正在高漲，在對這樣的熱交換系統中使用的鋁構件的面彼此進行面釺焊的情況下，需 要在釺焊面的周緣形成健全的焊腳。假設沒有在釺焊面的周緣上形成健全的焊腳的情況 下，因為熱交換系統使用時的熱循環而在接合界面上反覆施加應力，由於循環疲勞，存在於 接合界面上的釺料發生龜裂的可能性高。
[0025] 本發明是為了解決這樣的技術問題而提出的，其目的是在利用單層釺料片對2個 鋁合金構件彼此進行面釺焊時，進一步提供可在釺焊面的周緣上形成健全的焊腳的面釺焊 法。
[0026] 解決技術問題所採用的技術方案
[0027] 本發明的鋁合金構件的面釺焊方法的特徵在於，為了實現其目的，在使用由 Al-Si-Mg系合金的釺料構成的單層釺料片對固相線溫度在610°C以上的鋁合金構件彼此 進行面釺焊時，不在上述單層釺料片和上述鋁合金構件的釺焊面上塗布釺劑，而在以俯視 看面積大的一方的鋁合金構件的表面的遠離上述釺焊面的周緣的區域中塗布釺劑，在鋁合 金構件彼此之間夾持上述單層釺料片進行面接觸的狀態下，惰性氣體氣氛下，在保持規定 的釺焊溫度的同時，一邊附加面壓一邊對鋁合金構件彼此進行釺焊。
[0028] 作為Al-Si-Mg系合金的釺料，優選使用具有以下成分組成的合金：該合金含有 3. 0?12質量％的Si、0. 1?0. 35質量％的Mg，剩餘部分由A1和不可避免的雜質構成。
[0029] 此外，優選在遠離上述釺焊面的周緣0. 5?35mm的範圍的區域中塗布釺劑。
[0030] 進一步，上述釺劑的塗布量優選設為2?40g/m2。
[0031] 發明效果
[0032] 如果採用由本發明提供的鋁合金構件的面釺焊方法，可以在2個鋁合金構件之間 附加面壓並通過單層釺料片對2個鋁合金構件進行面釺焊的同時，在釺焊面的周緣上形成 健全的焊腳。
[0033] 由於不使用由2層或3層以上的包層材料構成的釺料片而是使用單層的釺料片， 整體而言可實現低成本化。此外，由於不在單層釺料片和鋁合金構件的的釺焊面上塗布釺 劑，2個鋁合金構件之間附加面壓進行釺焊，可抑制兩鋁合金構件之間易於發生的空隙缺陷 等，其結果是可進行品質穩定的面釺焊。進一步，由於在以俯視看面積大的一方的鋁合金構 件的表面的遠離釺焊面的周緣的區域中塗布釺劑，因此可在釺焊面的周緣上形成健全的焊 腳。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034] 圖1是對試驗片的形狀、配置進行說明的圖。
[0035] 圖2是對試驗片的組裝進行說明的概念圖。
[0036] 圖3是對試驗片的切斷位置、觀察位置進行說明的圖。
[0037] 圖4是對焊腳的"焊縫厚度"進行說明的圖。
[0038] 圖5是焊縫厚度在150 μ m以上的焊腳的截面金屬組織。
[0039] 圖6是焊縫厚度低於150 μ m的焊腳的截面金屬組織。
[0040] 圖7是表示釺料中Mg添加量的影響的圖。
[0041] 圖8是表示釺劑塗布位置的影響的圖。
[0042] 圖9是表示釺劑塗布量的影響的圖。
[0043] 實施發明的最佳方式
[0044] 通常，進行面釺焊時，在釺料的表面和鋁合金構件的釺焊面上塗布釺劑，由於在接 合的鋁合金構件的面彼此之間插入釺料進行釺焊加熱，因而容易在接合部產生空隙缺陷 等，成為易於封入釺劑的結構。為此，釺焊製品的品質上容易產生參差不齊。
[0045] 此外，目前的無釺劑面釺焊法中，由於將2層或3層以上的包層材料作為釺料片使 用，因而成本變高。進一步，目前的無釺劑面釺焊法中，由於無釺劑的緣故，熔融了的釺料從 鋁合金構件彼此之間流出，有在釺焊面的周緣上難以形成健全的焊腳的問題。
[0046] 如前所述對車載用IGBT等的發熱以面接觸進行冷卻的熱交換系統的需求正在高 漲，在對這樣的熱交換系統中使用的鋁構件的面彼此進行面釺焊的情況下，需要在釺焊面 的周緣形成健全的焊腳。假設沒有在釺焊面的周緣上形成健全的焊腳的情況下，因為熱交 換系統使用時的熱循環而在接合界面上反覆施加應力，由於循環疲勞，存在於接合界面上 的釺料發生龜裂的可能性高。
[0047] 因此，本發明人對不在釺料的表面和鋁合金構件的釺焊面上塗布釺劑，而與目前 技術相比低成本且品質穩定，可在釺焊面的周緣上形成健全的焊腳的面釺焊法進行反覆認 真研究的過程中，完成了本發明。
[0048] 以下進行詳細說明。
[0049] 首先本發明是不在釺焊面上塗布釺劑，在2個鋁合金構件彼此之間夾持釺料構成 的單層釺料片使其面接觸的狀態下，使單層釺料片充分熔解並以釺料浸潤鋁合金構件彼此 界面，由此進行面釺焊的技術。
[0050] 在2個鋁合金構件中，可以是一方的鋁合金構件為鋁合金板，也可以是兩方都為 鋁合金板。例如設置可連接鋁合金制部品彼此的契合部，在該契合部上可設置夾持單層釺 料片的部位。總而言之本發明中，被接合材料不限定為鋁合金板，只要是至少具有一部分能 夠釺焊的平滑面的鋁合金制的部件即可。
[0051] 在使用Al-Si-Mg系的釺料進行釺焊時，為了使該釺料充分熔解，需要以580°C以 上的溫度進行釺焊。為此，作為被接合材料的鋁合金構件，優選其固相線溫度在610°C以上 的鋁合金構成的構件。具體而言，優選AA1000系的構件。
[0052] 在被接合材料的鋁合金構件的固相線溫度低於610°C的情況下，在釺焊加熱中，鋁 合金構件的一部分熔解，由於附加的壓力鋁合金構件有變形的可能性。
[0053] 更優選鋁合金構件的固相線溫度在615°C以上。進一步優選鋁合金構件的固相線 溫度在620°C以上。
[0054] 本發明的第一特徵點是，為了抑制成本，作為釺料片使用具有規定的組成和厚度 且由釺料單層構成的釺料片。
[0055] 在此首先對釺料及將其製成薄板而得的釺料片進行說明。
[0056] 作為釺料，使用具有以下成分組成的合金：該合金含有3.0?12質量％的Si、 0. 1?0. 35質量％的Mg，剩餘部分由A1和不可避免的雜質構成。
[0057] Si :3. 0 ?12 質量％
[0058] Si是根據其含量在降低單層釺料片的液相線的溫度的同時，用於改善面釺焊中的 浸潤性的元素。釺料中所含的Si量如果低於3. 0質量％，則單層釺料片的液相線的溫度變 得過高，即使達到規定的釺焊溫度單層釺料片的熔解也不充分，有可能不能得到充分的釺 焊強度。釺料中所含的Si量如果超過12質量％，則在鑄造中鑄塊中央部上初晶Si析出 (結晶析出）的可能性變高，即使能夠得到健全的熱軋板，也難以得到微觀上組織均勻的單 層釺料片。
[0059] 因此，釺料的Si含量設為3.0?12質量％的範圍。更優選的Si含量是4.0?12 質量％的範圍。進一步優選的Si含量是5. 0?12質量％的範圍。
[0060] Mg :0. 1 ?0. 35 質量％
[0061] Mg被認為由於通過自身被氧化，作為還原劑起作用，抑制了鋁合金板和單層釺料 片的釺料的界面中的因釺焊加熱的鋁的氧化，是用於改善面釺焊中的浸潤性的元素。
[0062] 如果釺料中所含的Mg量低於0. 1質量％，雖然根據釺焊溫度等也有不同，但其效 果變得不充分，有可能不能得到充分的釺焊強度。如果釺料中所含的Mg量超過0. 35質 量％，則在釺焊加熱中，擴散至釺焊面的周緣的熔融釺劑與熔融釺料接觸，通過與釺料中所 含的Mg反應，損害釺劑的功能，不能形成健全的焊腳。
[0063] 因此，釺料的Mg含量設為0.1?0.35質量％的範圍。更優選的Mg含量是0.1? 0.32質量％的範圍。進一步優選的Mg含量是0. 1?0.3質量％的範圍。
[0064] 作為不可避免的雜質可例舉Fe、Cu、Mn、Zn等，但對於這些元素，如果在Fe低於1. 0 質量％，Cu低於1. 0質量％，Μη低於1. 0質量％，Zn低於1. 0質量％的範圍內，則不妨害本 發明的效果。因此，作為不可避免的雜質的上述成分的含量分別優選設為低於1. 〇質量％。
[0065] 此外，作為其他雜質元素，認為有Cr、Ni、Zr、Ti、V、B、Sr、Sb、Ca、Na等，但如果在 Cr低於0. 5質量％，Ni低於0. 5質量％，Zr低於0. 2質量％，Ti低於0. 2質量％，V低於 0. 1質量％，B低於0. 05質量％，Sr低於0. 05質量％，Sb低於0. 05質量％，Ca低於0. 05 質量％，Na低於0. 01質量％的範圍內，由於不對本發明的單層釺料片的性能特性有大的阻 礙，可以作為不可避免的雜質而含有。Pb、Bi、Sn、In分別低於0.02質量％，其他各個元素 低於0. 02質量％，在該範圍內，即使含有控制外元素也不妨礙本發明的效果。
[0066] 釺料構成的單層釺料片
[0067] 本發明中，將上述釺料製成薄板，作為單層釺料片使用。該厚度只要是可實現健全 的面釺焊的厚度即可。如果厚度低於15 μ m，則有可能不能得到充分的釺焊強度。如果厚度 超過200 μ m，則從接合面滲出的釺料的量過多，成本變高。
[0068] 因此，釺料構成的單層釺料片的厚度的範圍設為15?200 μ m。更優選的厚度的範 圍為15?150 μ m。進一步優選的厚度的範圍為20?100 μ m。
[0069] 釺料構成的單層釺料片的制誥方法
[0070] 例如，如果是100 μ m厚度的釺料構成的單層釺料片，可如下進行製造。
[0071] 摻入作為原料的鑄錠、廢料等，投入熔解爐，熔制由規定的釺料組成構成的鋁熔 液。熔化爐通常是利用燃燒器的火焰直接對原料進行加熱熔化的燃燒爐。在鋁熔液達到 規定的溫度如達到800°c後，在鋁熔液中投入適量的除渣用釺劑，利用攪拌棒進行熔液的攪 拌，將全部原料熔化。之後，為了進行成分調整，將追加的原料如Mg等投入，進行30?60 分鐘程度的平靜後，除去表面上漂浮的金屬渣。在冷卻至規定的溫度如740°C後，將鋁熔液 從出爐口排出到流槽（日文：樋），根據需要，流經在線旋轉脫氣裝置、CFF過濾器等開始鑄 造。另外，在並設熔化爐和保持爐的情況下，將用熔化爐熔制了的熔液轉移到保持爐後，在 保持爐中進一步進行平靜等，開始鑄造。
[0072] DC鑄造機的套管可以以1根注入，在重視生產效率的情況下也可多根注入。例如， 在700mmX450mm尺寸的水冷式模具內，一邊通過汲取管（於''〗' ^ Α - ^)、浮體進行燒 注，一邊以鑄造速度60mm/分鐘將下模降下，在對水冷式模具下部中的凝固殼層進行直接 水冷（Direct Chill)的同時，將貯液槽（sump，f >7° )內的熔液凝固冷卻為規定的尺寸， 得到例如700mmX450mmX4500mm尺寸的板述。鑄造結束後，切割板述的前端、後端並實施 單面25mm的兩面表面切削，將製成的400mm厚度的板述插入均熱爐（^一 3? >夕''爐），實 施450?540°C X 1?12小時的均質化處理（H0處理）。均質化處理後，將板坯從均熱爐 中取出，通過熱軋機實施數次熱軋，得到例如6mm厚的熱軋板卷材（Reroll，再軋）。
[0073] 對該6mm厚的熱軋板卷材實施數次冷乳，得到規定的厚度、如100 μ m厚度的釺料 構成的單層釺料片。另外，在冷軋工序中，在冷軋板的加工硬化顯著的情況下，根據需要，將 卷材插入退火爐，實施保持溫度300?450°C的中間退火處理，期待使冷軋板軟化。
[0074] 本發明的第二特徵點是，不在單層釺料片和鋁合金構件的釺焊面上塗布釺劑，在 以俯視看面積大的一方的鋁合金構件的表面上遠離上述釺焊面的周緣的區域中塗布釺劑。
[0075] 接著，對釺劑的塗布方式進行說明。
[0076] 另外，本說明書中的釺焊面，指在釺焊加熱前的組裝狀態下，單層釺料片的表面中 與其他鋁合金構件接觸的面，或者一方的鋁合金構件的表面中以俯視看與其他鋁合金構件 重複的面。
[0077] 通常，在單層釺料片和鋁合金構件的釺焊面上塗布釺劑的情況下，如前所述容易 在釺焊面上產生空隙缺陷等，有封入釺劑的可能性。具體而言，對於其他的鋁合金構件和釺 料的接觸面或者一方的鋁合金構件的表面，如果在以俯視看與其他的鋁合金構件重複的面 上直接塗布釺劑，則在釺焊加熱中熔融了的釺劑滲入釺焊面中，在釺焊面上發生起因於釺 劑的缺陷的可能性增高。
[0078] 因此，本發明中，不在該釺焊面上塗布釺劑，在於以俯視看面積大的一方的鋁合金 構件的表面上遠離上述釺焊面的周緣的區域中塗布釺劑。
[0079] 在以俯視看面積大的一方的鋁合金構件的表面h遠離h沭釺焊面的周緣的區域 中塗布釺劑，
[0080] 如果在這樣的區域中塗布釺劑，在釺焊加熱時，塗布了的釺劑熔融並在以俯視看 面積大的一方的鋁合金構件的表面擴散，到達其他的鋁合金構件的周緣（釺焊面的周緣）。 這樣，到達釺焊面的周緣的熔融釺劑，以該狀態滯留在其周緣，不浸透釺焊面，對熔融釺料 和鋁合金構件的浸潤性進行改善，使釺焊面的周緣上形成健全的焊腳。
[0081] 在釺焊加熱前的組裝的狀態下，以俯視看面積大的一方的鋁合金構件的表面上， 如果是不與單層釺料片接觸的面則當然也可以不塗布釺劑。此外，以俯視看面積大的一方 的鋁合金構件的表面上，即使是與單層釺料片接觸的面，只要是以俯視看與其他的鋁合金 構件不重複的面，則由於是上述釺焊面的定義之外的部分也可以塗布釺劑。即使在這樣的 情況下，為了在釺焊面上附加規定的面壓，只要是組裝後，釺劑不浸透單層釺料片和鋁合金 構件的釺焊面，則釺焊加熱時釺劑封入釺焊面的內部的可能性低。
[0082] 例如，在釺焊加熱前，在尺寸不同的二個鋁合金構件之間夾持單層釺料片的情況 下，單層釺料片的表面有時設定為僅從以俯視看面積小的一方的鋁合金構件的邊緣超出規 定的寬度。在這樣的情況下，由於從面積小的一方的鋁合金構件的邊緣超出的單層型釺料 片的表面不是釺焊面，因此在該表面上也可以塗布釺劑。即使在這樣的情況下，為了在釺焊 面上附加規定的面壓，只要是組裝後，釺劑不浸透鋁合金構件彼此的釺焊面，則釺焊加熱時 釺劑封入釺焊面的內部的可能性低。此外熔融了的釺劑易於滯留在釺焊面的邊緣上，不使 釺焊面的品質劣化，改善與熔融釺料的鋁合金構件的浸潤性，形成健全的焊腳。
[0083] 釺焊面理想的是平面，但並不必須是平面。例如，以俯視看面積大的一方的鋁合金 構件上形成圓柱狀的凹面，以俯視看面積小的另一個鋁合金構件上形成圓柱狀的凸面，上 述凹面和上述凸面能夠進行嵌合，在該嵌合面上，可以將進行了彎曲加工的單層釺料片以 夾持的狀態進行面釺焊。
[0084] 另外，塗布釺劑的區域為以俯視看面積大的一方的鋁合金構件的表面，需要從釺 焊面的邊緣略微遠離。在釺劑塗布位置（從釺焊面的周緣到釺劑塗布區域的最短距離）超 過35mm的情況下，雖然根據釺焊條件或釺劑塗布量有所不同，但在釺焊面的周緣上不能重 復供給熔融釺劑，不能形成健全的焊腳的可能性變高。
[0085] 如果還考慮到釺劑的塗布精度等，則優選的上述釺劑塗布位置為0. 5?35mm的範 圍。更優選的釺劑塗布位置為0. 5?30mm的範圍。進一步優選的釺劑塗布位置為1. 0? 30mm的範圍。
[0086] 此外，優選的釺劑的塗布量為2?40g/m2的範圍。如果釺劑的塗布量低於2g/m2， 雖然根據釺劑塗布位置有所不同，但由於向釺焊面的周緣的釺劑供給不足，不能形成健全 的焊腳。即使釺劑的塗布量超過40g/m2,也不能期待進一步提高形成健全的焊腳的效果，反 而增加了釺劑的使用量提高了生產成本。更優選的釺劑的塗布量為2?35g/m 2的範圍。 [0087] 對於釺劑的塗布，事先僅對一方的鋁合金構件的表面上規定的區域實施密封，在 這之上可以用混合了溶劑、釺劑、粘合劑等的漿料進行輥印刷，也可進一步用以溶劑稀釋了 的混合液進行空氣噴塗（$ 7 - > y > 或者，事先不對鋁合金構件實施密封，可以 在其他的鋁合金構件的周圍用筆等適量塗布混合了溶劑、釺劑、粘合劑等的漿料。作為釺 齊IJ，例如可例舉氟化物類非腐蝕性釺劑，作為代表性的化合物形態，可例舉kaif4、k2aif 5、 K3A1F6、A1F3、KF、CsF等。與單獨使用這些釺劑相比，混合使用的方式由於接近共晶組成、融 點下降而更優選。此外，如上所述優選釺劑的塗布量為2?40g/m 2的範圍。
[0088] 惰件氣體氣氛下
[0089] 將如上所述的由Al-Si-Mg系合金的釺料構成的單層釺料片充分熔解，為了將鋁 合金構件彼此的界面浸潤進行面釺焊，至少需要在保持溫度580°C以上保持規定時間。
[0090] 為此，即使在釺焊加熱中，為了抑制鋁合金構件的釺焊面表面或者單層釺料片的 釺料面的氧化，也需要在惰性氣體氣氛下進行面釺焊。
[0091] 作為惰性氣體，可使用氮氣、氬氣、氦氣等。此外，惰性氣體中的氧濃度優選為 500ppm以下。如果惰性氣體中的氧濃度超過500ppm，則面釺焊後的接合強度（剪切應力） 下降。更優選的惰性氣體中的氧濃度為lOOppm。進一步優選的惰性氣體中的氧濃度為 lOppm以下。具體而言，對於工業用氮氣，由於其規格規定氧濃度lOppm以下，因而從成本方 面考慮最優選使用工業用氮氣。
[0092] 當然，釺焊加熱中，在釺焊溫度保持中和冷卻中，優選使惰性氣體氣氛充滿加熱裝 置內。然而，在電磁感應加熱這樣的急速加熱的情況下，在達到規定的保持溫度前，也可噴 射惰性氣體，將加熱裝置內的大氣置換為惰性氣體。
[0093] 同時附加面壓
[0094] 本發明的面釺焊方法中，對規定組成的由Al-Si-Mg系合金的釺料構成的單層釺 料片進行熔化，在使釺料和鋁合金構件進行面接觸的狀態下，進行釺焊加熱，此時需要一邊 對接合面附加1. 〇gf/mm2以上（〇. OIMPa以上）的面壓，一邊保持規定的釺焊溫度。當然， 也可以在釺焊加熱時不附加面壓，從達到規定的保持溫度開始，對接合面附加1. 〇gf/mm2以 上的面壓進行面釺焊。
[0095] 在面壓低於1. Ogf/mm2的情況下，不能得到充分的釺焊強度。當然，為了充分確保 面釺焊後的釺焊強度，優選對接合面附加高面壓。因而，更優選的面壓為5. Ogf/mm2以上 (0· 05MPa以上）。進一步優選的面壓為10gf/mm2以上（0· IMPa以上）。
[0096] 同時保持規定的釺焊淵度
[0097] 本發明的面釺焊方法中，為了將規定的組成的單層釺料片（釺料）熔化，浸潤鋁合 金構件彼此的界面，可靠地進行面釺焊，確保充分的釺焊強度，釺焊溫度至少需要在580°C 以上。
[0098] 在釺焊溫度低於580°C的情況下，釺料的熔化變得不充分，不能得到充分的釺焊強 度。當然，保持溫度高則越能得到充分的釺焊強度。因此，更優選的保持溫度為設為585°C 以上。進一步優選的保持溫度為590°C以上。
[0099] 釺焊溫度中的保持時間優選2分鐘以上。雖然根據釺焊溫度有所不同，但如果保 持時間低於2分鐘，則由於接合面上的溫度的不均勻，不能得到充分的釺焊強度。更優選的 保持時間為5分鐘以上。 實施例
[0100] 單層釺料片的製作
[0101] 將規定的各種鑄錠計量、摻合，在塗布有脫模材料的30號坩堝中分別裝入裝填 9kg(計5個供試材料）的原材料。將這些坩鍋插入電爐內，在760°C下進行熔化去除渣滓， 之後，將熔液溫度保持在740°C。接著通過小型旋轉脫氣裝置，以流量1N1/分鐘向熔液吹入 氮氣10分鐘，進行脫氣處理。然後，平靜30分鐘，用攪拌棒除去浮在熔液表面上的渣滓，再 用樣勺將圓盤樣品取至成分分析用模具中。
[0102] 接著，用夾具將坩堝從電爐內依次取出，向預熱到200°C的5個模具 (70mmX70mmX 15mm)澆鑄鋁熔液。對各釺料試料的圓盤樣品用發光光譜分析進行組成分 析。其結果示於表1。
[0103] [表 1]
[0104] 表1 :使用的試料的成分組成（質量）％ )
[0105] "^- .......................................-Si.... | Fe I Cu [ Mn | Mg [ Zn -Ai- 1:1 材 1050 0.1 0.83 0.02 <0.01 <0.01 <0.01 餘以 A 9.9 0.28 0-01 0.02 <0.01 0.03 B 10.0 0.31 <0.01 <0.01 0,11 <0.01 餘 5i 釺料 c 10-1 0.30 <0,01 <0.01 0.19 <0.01 餘 M D 10.1 0.80 <0.01 <0.01 0.29 <0.01 ^i,l; - .....§... 10J - _0.32__<0.0i <0.01 0-51 <0.01 餘 ^
[0106] 對於鑄塊，將冒口切斷後，對兩面各進行3mm的表面切削，使厚度達到9mm。將該鑄 塊裝入電加熱爐中，以100°c /小時的升溫速度加熱至480°C，進行480°C XI小時的均質化 處理，接著用熱乳機實施熱乳至3mm厚度。
[0107] 之後，對熱軋板實施冷軋，製成1.2mm厚度的冷軋板，為了使其軟化實施1次 390°C X 2小時的中間退火。進一步實施冷軋，製成0.3_厚度的冷軋板，為了使其軟化實 施2次390°C X2小時的中間退火。進一步實施冷軋，製成0.06mm(60ym)的最終冷軋板。 將該最終冷乳板切割為規定的大小（26mmX 26mm)，製成多片單層釺料片。
[0108] 試駘片的製作
[0109] 如圖1所示，在AA1050合金制的塊體A(40_X40_X4mm)上40_X40mm的面 的中央粘貼密封籤（27mmX27mm)，並測定質量。進一步噴塗氟化物釺劑和水的混合液，在 40mmX 40mm的面上塗布規定的量，在200°C下乾燥後，測定質量。將釺劑塗布前/塗布後的 質量差除以塗布面積（1.6X103mm2)，算出釺劑塗布量（g/m2)。然後剝離密封籤，將單層釺料 片（25mmX25mmX60ym)載放在沒有塗布釺劑的區域（27mmX27mm)的面的中央，並在上述 單層針料片（25mm X 25mm)的面的中央重疊AA1050合金制的塊體B(25mmX25mmX3mm)中 25mm X 25mm 的面。
[0110] 如圖2所示，使用夾具在塊體B的上面設置碟形彈簧，賦予1. 5MPa的壓力，並在試 驗爐內插入組裝了的塊體等。在通過安裝在塊體A上的熱電偶測定實體溫度的同時，通過 PID控制進行速度為50°C /分鐘、到600°C為止的加熱，在600°C的釺焊溫度下保持5分鐘 後，將對電阻線的輸出設為0FF，將組裝了的塊體等爐內冷卻。在安裝在塊體A上的熱電偶 顯示為500°C以下後，將組裝的塊體等從爐中取出空氣冷卻至室溫。加熱中的氣氛使用工業 用氮氣（氧濃度lOppm以下的氮）並進行調整。
[0111] 焊腳形成率的測定
[0112] 如圖3所示，釺焊後的塊體AB中，對〇標記的6個位置進行截面微觀組織觀察，測 定焊腳形成率。這裡的焊腳形成率指，將釺焊後的塊體AB內形成的健全的焊腳的位置數 量，除以全部觀察位置數量6所得的值。是否形成了健全的焊腳的判定，通過如圖4所示的 測定焊腳部的"焊縫厚度"進行。被觀察到焊縫厚度在150 μ m以上的焊腳的位置，判定為 形成了健全的焊腳。被觀察到焊縫厚度低於150 μ m的焊腳的位置，或者完全觀察不到焊腳 的位置，判定為沒有形成健全的焊腳。圖5、圖6分別表示了"焊縫厚度"為150 μ m以上的 焊腳的截面金屬組織、"焊縫厚度"低於150 μ m的焊腳的截面金屬組織的例子。
[0113] 對⑴釺料中的Mg添加量、（2)釺劑塗布位置（從塊體B的周緣到釺劑塗布 區域的最短距離）、（3)釺劑塗布量對如上所述的焊腳形成率的影響進行調査。但是， 在對（2)釺劑塗布位置的影響進行調査時，在改變塊體A的尺寸（48mmX48mmX4mm、 68臟X68臟X4_、98臟X98臟X4_、118臟X 118mmX4mm)的同時，也通過使用各種尺寸 (35 X 35_、55 X 55_、85 X 85_、105 X 105mm)的密封籤來調節釺劑塗布位置。
[0114] 其結果不於表2?4、和圖7?9。另外，在以下不出的實施例的圖表中，對沒有顯 示特別精確的條件的例子，使用C合金釺料（Mg添加量：0. 19質量％ )，釺劑塗布位置設定 為1mm，釺劑塗布量設定為10g/m2,在上述釺焊條件下進行釺焊，進行接合塊體AB的製作。
[0115] [表 2]
[0116] 表2 :釺料中的Mg添加量的影響
[0117] Mg添加 M: 腳形成書 {質M〔％) (n/6) <0.01 6/6 (100%) 0.11 6/6 (100%) 0.19 6/6 (100%) 0.29 6/6 (100%) 0.51 2,6《33%)
[0118] 注）釺劑塗布量：10g/m2、釺劑塗布位置：1mm
[0119] [表 3]
[0120] 表3:釺劑塗布位置的影響
[0121] W劑塗介位Η 煙_齡 (mm ) (η/6) 1 6/6 (100%) 5 6 / 6 (100%) 15 6 / 6 (100%) 30 6 / 6 (100%) 40 0/6 (0%)
[0122] 注）釺料中的Mg含量：0. 19質量％、釺劑塗布量：10g/m2
[0123] [表 4]
[0124] 表4:釺劑塗布量的影響
[0125] |翁劑塗介W:^ 麵形成率 | .................... · ....................................................................................................................................... I ( E/m'2) (n/6) {............................................................................................................................................................................................................... ο 1/6 dm) I 5/6 (83%) 3 6 / 6 (100%) 10 6/6《100%) 30 6/6《100%)
[0126] 注）釺料中的Mg含量：0· 19質量％、釺劑塗布位置：1mm
[0127] 如表2、圖7所示，如果觀察釺料中的Mg添加量對焊腳形成率的影響，則發現如果 釺料中所含的Mg量在0. 29質量％以下，焊腳形成率為6/6 (100 % )。釺料中所含的Mg量 在0. 51質量％的情況下，焊腳形成率為2/6 (33 % )。如果釺料中所含的Mg量低於0. 1質 量％，如果還考慮到有可能不能得到充分的釺焊強度，優選的釺料的Mg含量為0. 1?0. 35 質量％的範圍。
[0128] 如表3、圖8所示，如果觀察釺劑塗布位置（從塊體B的周緣到釺劑塗布區域的 最短距離）對焊腳形成率的影響，則發現如果釺劑塗布位置在30mm以下，焊腳形成率為 6/6(100% )。此外，在釺劑塗布位置為40mm的情況下，焊腳形成率為0/6(0% )。另外，如 果還考慮到釺劑的塗布精度等，則優選的釺劑塗布位置為0. 5?35_的範圍。
[0129] 如表4、圖9所示，如果觀察釺劑塗布量對焊腳形成率的影響，則發現如果釺劑 塗布量在3g/m 2以上，焊腳形成率為6/6(100 % )。此外，即使在釺劑塗布量為lg/m2的 情況下，焊腳形成率也顯示為5/6 (83 % )，遠遠高於不塗布釺劑的情況下的焊腳形成率即 1/6(17% )，表明有助於焊腳形成率的提高。即使釺劑的塗布量超過40g/m2,也不能期待進 一步提高形成健全的焊腳的效果，反之如果還考慮到增加了釺劑的使用量生產成本提高， 則優選的釺劑塗布量為2?40g/m2的範圍。
[0130] 工業上利用的可能性
[0131] 如果採用如上的本發明，可提供一種在通過單層釺料片對2個鋁合金構件彼此進 行面釺焊的同時，進一步可在釺焊面的周緣上形成健全的焊腳的面釺焊法。
【權利要求】
1. 一種鋁合金構件的面釺焊方法，其特徵在於，在使用由Al-Si-Mg系合金的釺料構成 的單層釺料片對固相線溫度在610°C以上的鋁合金構件彼此進行面釺焊時，不在所述單層 釺料片和所述鋁合金構件的釺焊面上塗布釺劑，而在以俯視看面積大的一方的鋁合金構件 的表面的遠離所述釺焊面的周緣的區域中塗布釺劑，在鋁合金構件彼此之間夾持所述單層 釺料片進行面接觸的狀態下，惰性氣體氣氛下，在保持規定的釺焊溫度的同時，一邊附加面 壓一邊對鋁合金構件彼此進行釺焊。
2. 如權利要求1所述的鋁合金構件的面釺焊方法，其特徵在於，作為所述Al-Si-Mg系 合金的釺料，使用具有以下成分組成的合金：該合金含有3. 0?12質量％的Si、0. 1?0. 35 質量％的]\%，剩餘部分由A1和不可避免的雜質構成。
3. 如權利要求1或2所述的鋁合金構件的面釺焊方法，其特徵在於，將從所述釺焊面的 周緣開始的遠離距離設為〇. 5?35mm的範圍。
4. 如權利要求1?3中任一項所述的鋁合金構件的面釺焊方法，其特徵在於，將所述釺 劑的塗布量設為2?40g/m2。
【文檔編號】B23K31/02GK104114311SQ201380008942
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年6月19日 優先權日:2012年8月22日
【發明者】小久保貴訓, 堀久司, 富樫亮介 申請人:日本輕金屬株式會社