金属机械部件的液相扩散接合方法以及金属机械部件技术

本发明专利技术提供一种金属部件的液相扩散接合方法，其可以实现接合时间的缩短、接合组织的均匀以及抗拉强度、疲劳强度等接头部的品质和可靠性的提高，且接头部具有优良的品质与生产效率。该方法的特征在于：使液相扩散接合用非晶合金箔介于金属材料的坡口面之间，作为一次接合，采用电阻焊使所述非晶合金箔与所述金属材料熔融压接在一起而形成接头部，其次作为二次接合，将所述接头部再加热到所述非晶合金箔的熔点或以上并加以保持，进行使所述接头部的凝固过程结束的液相扩散接合。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属机械部件的制造方法以及金属机械部件，详细地说，涉及汽车用部件等所使用的金属机械部件的液相扩散接合方法以及金属机械部件。
技术介绍
在现有技术中，作为金属材料之间的接合方法，主要使用焊接方法，但近年来，作为代替焊接方法的新型的工业接合技术，液相扩散接合的使用正在不断地普及。所谓液相扩散接合法，是指这样一种技术，也就是使熔点比被接合材料低的非晶合金箔介于被接合材料的接合面即坡口面之间，其中所述非晶合金箔具体地说是下述的多元合金箔，其结晶结构的50％或以上是非晶，且含有经过扩散成为控制步骤的等温凝固过程而具有形成接合接头能力的元素、例如含有B或P，且由Ni或Fe的基材构成，然后将接头加热到该非晶合金箔的熔点或以上的温度并保温，继而在等温凝固过程中形成接头。该液相扩散接合法所具有的特征在于与通常的焊接法相比，以较低的线能量即可接合，因此几乎不会产生与热膨胀和收缩相伴随的焊缝区的残余应力，且不会发生像焊接法那样的焊缝区的堆高，因此接合表面平滑，而且能够形成精密的接合接头。特别地，液相扩散接合是面接合，因此，不依存于接合面的面积而接合时间恒定，且在较短的时间内使接合完成，从这样的角度考虑，它是与传统的焊接法概念完全不同的接合技术。因而具有以下的优点只要能够在插入被接合材的坡口面之间的非晶合金箔的熔点或以上的温度下使接头保持预定的时间，不必选择坡口形状便可实现面与面之间的接合。本申请人已经在特开2003-181651号公报以及特开2001-321963号公报中公开了采用该液相扩散接合法制造具有内部管路的金属制机械部件的方法。但是，这些专利文献所公开的液相扩散接合虽然接合时间较短，但是，既然是在扩散控制步骤下进行等温凝固，为了以足够使接头熔点充分升高的量，使非晶合金箔中的扩散原子向被接合材料中扩散和散逸，在使用厚度为10μm的非晶合金箔的情况下，就需要在与合金箔的熔点或以上的温度相当的约900～1300℃的温度下，等温保持约60秒或以上。通过减薄液相扩散接合所使用的非晶合金箔的厚度，在某种程度上可能缩短接合时间，但由于被接合材坡口面的加工精度对接合缺陷、以及接头强度的退化的影响增大，因此合金箔厚度的减薄也是有限度的。实际上，为了降低接合用箔的熔点，通过提高扩散原子的浓度，或者依存于被接合材料的化学成分，以致接合用合金箔在接合时诱导母材熔融，其结果，实质的接合用合金箔的厚度超过50μm的情况也不少。另外，通过提高液相扩散接合的加压应力，在某种程度上也可能缩短接合时间，但由于提高加压应力，被接合材料容易发生压曲变形，因此加压应力的增加也是有限度的。因此，在使用特开2003-181651号公报以及特开2001-321963号公报所公开的液相扩散接合而制造金属制机械部件的方法中，为了提高金属制机械部件的生产效率以及降低制造成本，在保持液相扩散接合的接头品质的同时，比以往更加缩短接合时间则成为工业生产的课题。另一方面，作为以前金属制机械部件的接合所常用的接合技术，熟知的有电阻焊接法。电阻焊接法是这样的一种方法，它利用电流流过金属而产生的电阻加热，当给予大电流时瞬间使被接合材料的坡口熔融，同时加压坡口而形成接合接头。例如，将热电偶用于测量温度而焊接在被测温物体上，或者将钢板焊接在汽车的大梁上，在诸如此类的接合面积较小、接合强度要求不高的情况下，作为简易接合法多采用点焊、凸焊以及镦焊等电阻焊法；反之，在接合接合面积较大的坡口的情况下，在金属钢管的滚焊等中可以利用能够以大电流并附加较大加压力的闪光对焊和连续电阻焊。但是，在使用这些电阻焊制造金属制机械部件的情况下，由于接合条件的变动，往往会产生接合缺陷，例如因接合部有氧化物系夹杂物的残留而引起的接合缺陷；以及因焊接电流不足所引起的焊接缺陷，其中焊接电流不足将引起被称为所谓“冷焊”的熔融不充分。另外，由于接合时的加压而产生较大的变形，以致在焊缝区产生微细的裂纹，或者坡口端部以未接合的状态而残存下来，这些均将成为接头性能特别是疲劳强度下降的原因。特别是在将至少一方呈圆筒形的金属材料作为被焊接材料的情况下，接头疲劳强度下降的倾向更加明显，作为其对策，以前例如需要变更材料的设计以及用于改善焊缝区形状的后处理，这样存在的问题是接头设计的自由度受到制约以及导致成本的增加等。除此以外，有时电阻焊的接合部宽度极窄且产生坡口变形，因此，基于采用无损检测难以保证品质等理由，尤其在具有可靠性要求的接头的接合中，电阻焊接合品质的提高成了工业上的技术课题。再者，在特开平11-90619号公报、特开平11-90620号公报以及特开平11-90621号公报中，公开了对于Al系的汽缸头主体与Fe系的阀座的接合并用液相扩散接合和通电式电阻焊以接合金属构件的方法以及接合装置，但它们都只不过是仅进行一次接合的、使焊料介于接合面之间的电阻焊而已。也就是说，在上述专利文献所公开的方法中，将一次接合产生的电阻焊缝区的未等温凝固组织作为液相扩散接合组织而不进行等温凝固扩散处理，因此难以充分提高接合部的品质。另外，采用上述的技术，焊料变得极薄而被加压排出，但就此作为制造工艺而加以采用，因此接合部组织的均匀化并没有加以考虑。再者，这些公开的技术是关于Fe与诸如Al等有色金属的异材接合的接头形成技术，没有任何有关钢铁材料之间、特别是铁基材料之间进行接合的记载。当然，铁基材料之间能够适用通常的焊接，而在异材接头的接合中适用通常的焊接技术是困难的，故而接合铁基材料之间的技术在上述专利文献中没有记载。
技术实现思路
本专利技术的目的在于鉴于上述现有技术所存在的问题，提供金属机械部件的液相扩散接合法及其使用该方法组装的金属机械部件，与以前的液相扩散接合法相比，本专利技术可缩短接合时间，与以前的电阻焊法相比，本专利技术可实现接合组织的均匀化，以及使抗拉强度、疲劳强度等接头品质和可靠性得以提高，并具有优良的接头部的品质和生产效率。本专利技术是为解决上述课题而完成的，其要点如下(1)一种金属机械部件的液相扩散接合方法，其特征在于使液相扩散接合用非晶合金箔介于金属材料的坡口面之间，作为一次接合，采用电阻焊使所述非晶合金箔与所述金属材料熔融压接在一起而形成接头部，其次作为二次接合，将所述接头部再加热到所述非晶合金箔的熔点或以上并加以保持，进行使所述接头部的凝固过程结束的液相扩散接合。(2)根据(1)所述的金属机械部件的液相扩散接合方法，其特征在于所述再加热之后的保持时间为30秒或以上。(3)根据(1)或(2)所述的金属机械部件的液相扩散接合方法，其特征在于所述非晶合金箔的组成以Ni或Fe作为基材，作为扩散原子，各自含有0.1～20.0原子％的B、P以及C之中的1种、2种或更多种，还含有0.1～10.0原子％的V。(4)根据(1)～(3)的任一项所述的金属机械部件的液相扩散接合方法，其特征在于所述电阻焊是通电加热方式的点焊、凸焊、镦焊以及闪光对焊之中的任一种焊接方法，且采用所述电阻焊进行的所述非晶合金箔与所述金属材料的熔融压接的时间为10秒或以下。(5)根据(1)～(4)的任一项所述的金属机械部件的液相扩散接合方法，其特征在于所述电阻焊的电流密度为100～100000A/mm2。(6)根据(1)～(5)之中的任一项所述的金属机械部件的液相扩散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属机械部件的液相扩散接合方法，其特征在于：使液相扩散接合用非晶合金箔介于金属材料的坡口面之间，作为一次接合，采用电阻焊使所述非晶合金箔与所述金属材料熔融压接在一起而形成接头部，其次作为二次接合，将所述接头部再加热到所述非晶合金箔的熔点或以上并加以保持，进行使所述接头部的凝固过程结束的液相扩散接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川泰士，本间竜一，高木丰，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，福寿工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]