铜合金接合体及其制造方法技术

本发明专利技术提供通过耐受接合处理后的固溶处理及时效处理而实现了极高的接合强度的时效硬化性铜合金的接合体。该铜合金接合体由相互扩散接合的多个时效硬化性铜合金制的构件构成。铜合金接合体是实施了固溶处理及时效处理的接合体，时效硬化性铜合金的铍含量为0.7重量％以下，且(i)多个构件的接合界面消失，和/或(ii)多个构件的接合界面残留且该接合界面的氧化被膜的厚度为0nm以上且5.0nm以下。的氧化被膜的厚度为0nm以上且5.0nm以下。的氧化被膜的厚度为0nm以上且5.0nm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铜合金接合体及其制造方法


[0001]本专利技术涉及铜合金接合体及其制造方法。

技术介绍

[0002]在向燃料电池车等补给氢的加氢站中，设置有用于能够急速供给冷却至约
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45℃的高压氢的预冷却器。即，若向燃料电池车等的罐中急速填充氢，则罐的温度会因绝热压缩而上升，是危险的，因此通过在供给时利用预冷却器预先对氢进行冷却，能够安全且急速地向燃料电池车等供给高压氢。因此，在作为加氢站用预冷却器的主要构成构件的热交换器中优选使用以下材料，该材料显然不呈现氢脆性，且具备能够耐受高压的拉伸强度以及能够进行有效的冷却的导热性。目前，在加氢站用预冷却器的热交换器中，从不引起氢脆化这样的要件出发，采用SUS316L(Ni当量材料)等高压氢用不锈钢，但从拉伸强度和导热性的观点考虑仍有改善的余地。
[0003]作为具有高拉伸强度和导热性的材料而已知的铍铜适合作为热交换器用原材料，还确认了即使在高压氢气下也不会发生氢脆化。例如，专利文献1(日本特开平9
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87780号公报)中公开了一种热交换器用铍铜合金，其虽然不是加氢站用途，但Be含有率为1.0～2.5％，Ni和Co的合计含有率为0.2～0.6％，余量由Cu和不可避免的杂质构成。另外，专利文献2(日本特开2017
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145472号公报)中公开了Be含量为0.20～2.70重量％、Co、Ni和Fe的合计含量为0.20～2.50重量％、Cu、Be、Co、Ni和Fe的合计含量为99重量％以上的铍铜合金，认为耐氢脆性、拉伸强度和导热性优异。铍铜合金除了不呈现氢脆性(即具有耐氢脆性)以外，还具有比高压氢用不锈钢高的拉伸强度(例如约1.5～2.5倍)、比不锈钢高的导热性(例如约7～16倍)，因此与不锈钢制产品相比，能够显著减小在低纯铜、低强度的铜合金中无法实现的高压氢用热交换器的尺寸(例如约四分之一)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开平9
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87780号公报
[0007]专利文献2：日本特开2017
‑
145472号公报

技术实现思路

[0008]加氢站用预冷却器的热交换器为了形成供氢及制冷剂通过的流路，具有将具备狭缝或槽的金属板多层接合而成的结构。作为目前采用的高压氢用不锈钢的接合方法，广泛公知有如下的扩散接合：在向接合温度的减压升温过程中升华除去表层的氧化被膜，在熔点以下的高温下对接合部施加密合压力而使不锈钢板彼此接合。然而，对于铜合金而言，(i)在单纯的减压升温下容易具有难以除去的牢固的氧化被膜，和/或(ii)即使在接合前除去氧化被膜，在接合工序中的高真空下的升温中，在接合面(密合面)也容易再形成氧化被膜(而且即使成为接近接合温度的温度，该氧化被膜也难以升华)。在以同样的工序对该铜合金进行扩散接合的情况下，虽然确保了一定的接合强度，但难以得到与母材同等的组织
和强度。特别是，为了实现在上述高压的热交换器用途中所要求的极高强度的铜合金构件，需要对时效硬化性铜合金实施固溶处理及时效处理。但是，未确保充分的接合强度的时效硬化性铜合金的扩散接合体存在无法耐受伴随固溶处理及时效处理的严酷的热冲击、尺寸变动而在接合部发生断裂的问题。
[0009]本专利技术人此次得到如下见解：在选择性地采用铍含量0.7重量％以下的时效硬化性铜合金，将接合面精加工成预定的平坦性并除去氧化被膜后，进行扩散接合(以及根据需要进行均质化处理)的情况下，能够以使接合界面消失(或者即使并非如此也使接合界面的氧化被膜为厚度5.0nm以下)的方式实施固溶处理和时效处理，由此能够提供具有极高的接合强度的铜合金接合体。
[0010]因此，本专利技术的目的在于提供通过耐受接合处理后的固溶处理和时效处理而实现了极高的接合强度的时效硬化性铜合金的接合体。
[0011]根据本专利技术的一个方式，提供一种铜合金接合体，其由相互扩散接合的多个时效硬化性铜合金制的构件构成，其中，上述铜合金接合体实施了固溶处理及时效处理，
[0012]上述时效硬化性铜合金的铍含量为0.7重量％以下，并且
[0013](i)上述多个构件的接合界面消失、和/或
[0014](ii)上述多个构件的接合界面残留且该接合界面的氧化被膜的厚度为0nm以上且5.0nm以下。
[0015]根据本专利技术的另一方式，提供一种铜合金接合体的制造方法，该铜合金接合体的制造方法包括：
[0016]准备待接合的面为具有0.1mm以下的平面度和6.3μm以下的十点平均粗糙度Rzjis的平坦面的、铍含量为0.7重量％以下的时效硬化性铜合金制的多个构件的工序；
[0017]除去存在于上述多个构件的待接合的表面的氧化被膜的工序；
[0018]通过热压使上述多个构件扩散接合而制成中间接合体的工序；
[0019]对上述中间接合体实施在700～1100℃的温度进行1分钟～3小时的加热和伴随其后的水冷的固溶处理的工序；以及，
[0020]对实施了上述固溶处理的中间接合体实施在350～550℃进行30分钟～480分钟的时效处理的工序。
[0021]根据本专利技术的另一方式，提供一种由科森铜(EN材料编号CW109C、CW111C；UNS合金编号C19010、C70250、AMPCO944和AMPCO940)构成的耐氢构件。或者，提供科森铜在耐氢构件中的应用、或包括使用科森铜的耐氢构件的制造方法。本专利技术人此次确认了科森铜即使在高压氢下也不会发生氢脆化。
附图说明
[0022]图1A是用于说明对在高真空炉中的热处理中形成于各种铜合金的表面的氧化被膜进行元素分析的实验步骤的图，概念性地表示氧化的进行，并且表示进行元素分析的炉内开放面及密合面的位置以及样品的外观。
[0023]图1B是按照图1A所示的实验步骤，对在高真空炉中进行热处理时形成于各种铜合金的表面(酸洗面、炉内开放面和/或密合面)的氧化被膜进行元素分析的结果。具体而言，示出铍铜25合金、铍铜165合金、铍铜11合金、铍铜10Zr合金、铍铜50合金和铬铜合金的XPS
结果。
[0024]图1C是按照图1A所示的实验步骤，对在高真空炉中进行热处理时形成于各种铜合金的表面(酸洗面、炉内开放面和/或密合面)的氧化被膜进行元素分析的结果。具体地，示出了科森铜AMPCO940和科森铜AMPCO944的XPS结果。
[0025]图2是观察经过固溶处理和时效处理而制作的例2、30、33、43和46的铜合金接合体的包含接合部的截面的200倍、500倍和1000倍的光学显微镜图像。
[0026]图3是观察经过固溶处理和时效处理而制作的例26、27和28的铜合金接合体的包含接合部的截面的200倍、500倍和1000倍的光学显微镜图像。
[0027]图4是观察经过固溶处理和时效处理而制作的例47和53的铜合金接合体的包含接合部的截面的200倍、500倍和1000倍的光学显微镜图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铜合金接合体，其由相互扩散接合的多个时效硬化性铜合金制的构件构成，其中，所述铜合金接合体实施了固溶处理及时效处理，所述时效硬化性铜合金的铍含量为0.7重量％以下，并且，(i)所述多个构件的接合界面消失，和/或(ii)残留有所述多个构件的接合界面，该接合界面的氧化被膜的厚度为0nm以上且5.0nm以下。2.根据权利要求1所述的铜合金接合体，其包含超过所述接合界面或曾为接合界面的位置而生长的所述时效硬化性铜合金的晶粒。3.根据权利要求1或2所述的铜合金接合体，其中，所述氧化被膜的厚度为0nm以上且1.0nm以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的铜合金接合体，其中，在所述接合界面或曾为所述接合界面的位置没有来自所述时效硬化性铜合金以外的材料的残留成分。5.根据权利要求1～4中任一项所述的铜合金接合体，其中，所述铜合金接合体的母材和接合部的强度为520MPa以上。6.根据权利要求5所述的铜合金接合体，其中，所述铜合金接合体的母材和接合部的强度为690MPa以上。7.根据权利要求1～6中任一项所述的铜合金接合体，其中，包含所述铜合金接合体的接合部的母材的导热系数为209W/mK以上。8.根据权利要求1～7中任一项所述的铜合金接合体，其中，包含所述铜合金接合体的接合部的母材的电导率为50IACS％以上。9.根据权利要求1～8中任一项所述的铜合金接合体，其中，所述时效硬化性铜合金为选自由如下铜合金组成的组中的至少1种：铍铜11合金，即JIS合金编号C1751、EN材料编号CW110C及UNS合金编号C17510；铍铜10合金，即EN材料编号CW104C及UNS合金编号C17500；铍铜CuCo1Ni1Be，即EN材料编号CW103C；铍铜14Z合金，即Be：0.2～0.6重量％、Ni：1.4～2.4重量％、Zr：0～0.5重量％、余量由Cu及不可避免的杂质构成；铍铜50合金，即Be：0.2～0.6重量％、Ni：1.4～2.1重量％、Ag：0.1～0.3重量％、Zr：0～0.5重量％、余量由Cu及不可避免的杂质构成；铍铜10Zr合金，即Be：0.4～0.7重量％、Co：2.0～2.8重量％、Zr：0～0.3重量％、余量由Cu及不可避免的杂质构成；铬铜，即UNS合金编号C18200；铬锆铜，即UNS合金编号C18510及EN材料编号CW106C；锆铜，即UNS合金编号C15000、EN材料编号CW120C；以及科森铜，即EN材料编号CW109C、CW111C、UNS合金编号C19010、C70250、AMPCO944和AMPCO940，并且，AMPCO944中，Ni：6.5～7.5重量％、Si：1.5～2.5重量％、Cr：0.5～1.5重量％、余量由Cu和不可避免的杂质构成，AMPCO940中，Ni：1.5～3.0重量％、Si：0.5～1.5重量％、Cr：0.3～1.5重量％、余量由Cu和不可避免的杂质构成。10.根据权利要求9所述的铜合金接合体，其中，所述时效硬化性铜合金为选自由如下
铜合金组成的组中的至少1种：铍铜11合金，即JIS合金编号C1751、EN材料编号CW110C和UNS合金编号C17510；铍铜10合金，即EN材料编号CW104C和UNS合金编号C17500；铍铜CuCo1Ni1Be，即EN材料编号CW103C；铍铜14Z合金，即Be：0.2～0.6重量％、Ni：1.4～2.4重量％、Zr：0～0.5重量％、余量由Cu和不可避免的杂质构成；铍铜50合金，即Be：0.2～0.6重量％、Ni：1.4～2.1重量％、Ag：0.1～0.3重量％、Zr：0～0.5重量％、余量由Cu和不可避免的杂质构成；以及铍铜10Zr合金，即Be：0.4～0.7重量％、Co：2.0～2.8重量％、Zr：0～0.3重量％、余量由Cu和不可避免的杂质构成。11.根据权利要求1～10中任一项所述的铜合金接合体，其使用在应变速度5
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‑1以下进行的低应变速度拉伸试验中测定的、氢气中的RRA即相对断面收缩率为0.8以上的铜合金构件来制作。12.根据权利要求1～11中任一项所述的铜合金接合体，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桑脩，松永久生，石川贵浩，内山洋充，榊原将人，赤岩正章，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：