铝系金属的接合方法技术

本发明专利技术提供不使用焊剂即可将由铝系金属形成的材料之间低温度、低加压、低应变地在大气中接合，可以将对母材、周边的热影响抑制为最小限度的低成本的接合方法和应用这样的接合方法而成的各种接合部件。在由铝系金属形成的两材料(1,1)之间，夹着至少包含Zn作为与Al发生共晶反应的元素的嵌入材料(2),在对两材料(1,1)相对加压的状态下加热至发生共晶反应的温度，在两材料(1,1)的接合界面生成由与母材中的Al的共晶反应得到的熔融物，将该熔融物与Al的氧化覆膜(1a)一起从接合界面排出，从而将两材料接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及表面上存在有牢固的氧化覆膜的铝系金属材料的接合方法，更详细而言，涉及可以将上述金属材料在大气中、低温度下接合，可以将对母材、周边的热影响抑制到最小限度的低成本的接合方法和利用该方法接合的部件。需要说明的是，本专利技术中铝系金属是指至少含有Al的金属，即纯铝、铝合金。
技术介绍
由纯铝、铝合金(以下，统称为“铝系金属”)形成的材料的表面上生成有致密的牢固的氧化覆膜，由于其存在成为了障碍，这些铝系金属材料难以进行冶金上的接合。例如，专利文献I中记载有，将铝之间、或者铝和氧化铝接合时，在被接合面之间夹着包含与母材起共晶反应的元素的嵌入材料，使之在氧气氛中接触后，将上述被接合面加热至发生共晶反应的温度范围，使接触面生成由共晶反应产生的熔融相和、母材成分与接触面的空隙中存在的氧反应而生成的氧化物相(参照权利要求1)。由此，母材表面的氧化覆膜被破坏，与由熔液中的成分和氧的反应生成的氧化物一并混入至熔融相中(参照第3页左栏中央)。另外，作为铝系金属的接合技术，已知有使用由Al-Si系合金形成的钎焊料的钎焊(brazing),此时,通过使用例如氟化物系的焊剂,可以将氧化覆膜除去。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特公平3-66072号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题但是，上述专利文献I中记载的方法中，作为嵌入材料使用铜、银、硅、铝-银过共晶合金、铝-铜过共晶合金、铝-硅过共晶合金(参照权利要求3)。因此，这些嵌入材料和铝的共晶温度均超过500°C (例如，Al-Cu系中548°C、A1-Si系中577°C)，由于接合温度变高，因此特别是为6000系等热处理型合金时，由于超过了熔体化处理温度，有母材软化强度降低的问题。另外，由于在氧气氛下进行接合，因而需要特殊的腔室，因此有设备成本增加的问题。本专利技术是鉴于铝系金属材料的接合中的上述问题而完成的，其目的在于提供一种在大气中、并且不使用焊剂，即便是板厚为1_以下的薄构件，也可以低温度、低加压、低应变地接合，可以将对母材、周边的影响抑制到最小限度的低成本的由铝系金属形成的材料之间的接合方法。另外，本专利技术的进一步的目的为提供适用上述接合方法的各种接合部件。用于解决问题的方案本专利技术人等为了达成上述目的，经过了深入研究，结果发现，通过在被接合材料之间夹着包含锌作为与铝产生共晶反应的元素的嵌入材料，使其与母材铝之间发生共晶反应，可以解决上述问题，从而完成了本专利技术。S卩，本专利技术为基于上述见解的专利技术，本专利技术的接合方法的特征在于，在由铝系金属形成的两材料之间夹着至少包含Zn(锌)作为与Al (铝)产生共晶反应的元素的嵌入材料，在对两材料相对加压的状态下加热至发生共晶反应的温度，在两材料的接合界面生成由与母材中的铝的共晶反应得到的熔融物，将该熔融物与铝的氧化覆膜一起从接合界面排出，从而将两材料接合。另外，本专利技术的部件的特征在于，是利用上述方法接合得到的，其中，由铝系金属形成的两材料直接接合或者夹着包含来源于嵌入材料的成分的混合物接合。专利技术的效果本专利技术在两铝系金属材料之间夹着至少包含Zn的嵌入材料，因此可以利用加压、加热在其与母材Al之间产生包含Zn的低熔点的共晶熔融，可以在大气中不使用焊剂地低温度、低热量输入、低应变、低成本地接合。因此，可以防止被接合部件的变形、强度降低，也可以将对周边部件的热影响降低到最小限度。附图说明图1的(a) (e)是示意地表示利用本专利技术的接合方法接合的过程的工序图。图2是表示作为利用本专利技术的接合方法接合的部件的一例的分割铸造型的发动机缸盖的构造的示意图。图3是表示作为利用本专利技术的接合方法接合的部件的其他例子的燃料电池用的隔膜的构造的示意图。图4是表示作为利用本专利技术的接合方法接合的部件的其他例子的半导体芯片的安装构造的示意图。图5是表示本专利技术的实施例中的圆棒的对接接合的要领的示意图。图6是表示本专利技术的实施例中的板材的搭接接合的要领的示意图。具体实施例方式以下，对本专利技术的，与利用其得到的接合构造等一起，更加详细并且具体地进行说明。需要说明的是，本说明书中“％”如没有特殊的说明则是指质量百分率。本专利技术的中，如上所述，将由铝系金属形成的两材料接合时，在两材料之间首先夹着至少包含Zn作为与Al产生共晶反应的元素的嵌入材料。接着，在接合时，在对两材料相对加压的状态下加热至发生共晶反应的温度从而在两材料的接合界面生成由母材中的Al与嵌入材料中包含的至少Zn的共晶反应得到的熔融物。接着，将得到的熔融物与母材表面的氧化覆膜一起从接合界面排出从而将两材料接口 ο此时，包含Al和Zn的合金系的共晶温度与其和Cu (铜)、Si (娃)、Ag (银)等的共晶温度相比大幅度地降低(Al-Zn系中382°C、Al-Zn-Mg系中330°C )，在这样的低温度下，可以不会引起母材的软化、变形地将阻碍接合的氧化覆膜从接合界面去除，从而将两材料接口 O由共晶反应引起的熔融在两种以上的金属相互扩散生成的相互扩散区域的组成成为共晶组成的情况下发生。保持温度在共晶温度以上时，通过共晶反应形成液相。例如，Al-Zn系合金的情况下，Al的熔点为933K (660。。)、Zn的熔点为692.5K (419.5°C)，该共晶金属在比各自的熔点低的655K(382°C )下熔融。因此，使两金属的洁净面接触，保持加热至655K以上时发生反应(共晶熔融)，Al-95%Zn成为共晶组成，但是共晶反应自身恒定变化而与合金成分无关，夹着材料的组成只不过增减了共晶反应的量。另一方面，虽然在铝系金属材料的表面上存在牢固的氧化覆膜，但是由于接合过程中的加压，铝材上产生塑性变形，因而氧化覆膜被物理地破坏。S卩，由于加压，材料表面的微观的凸部之间相互摩擦，一部分的氧化覆膜的局部破坏，从母材Al和嵌入材料接触的部分在Al和嵌入材料成分金属之间发生共晶熔融。由于该液相的生成，附近的氧化覆膜破碎被分解，进而共晶熔融扩展至整个面，由此氧化覆膜破坏扩大、被促进，实现了了两材料的接合。共晶组成利用相互扩散自发地形成，因此无需控制组成，必须条件为在母材Al和嵌入材料金属之间发生低熔点的共晶反应。图1的(a) (e)是示意地表示利用本专利技术方法的铝系金属材料之间的接合工序的示意图。首先，如图1的(a)所示，以在由铝系金属形成的材料、例如铝合金材料1，I之间夹着至少包含Zn的材料例如由锌箔形成的嵌入材料2的状态重叠。需要说明的是，两材料1，I的表面上生成有以Al2O3作为主成分的氧化覆膜la。接着，如图1的(b)所示那样，将两材料1，I加压，使两材料1，I夹着嵌入材料2密合，进而边加压边开始加热。这样，两材料1，I发生由加压导致的变形，如图1的(C)所示那样，在板材表面的氧化覆膜Ia中产生龟裂C。在该状态下，到达共晶温度区域时，首先氧化覆膜Ia中的Al和嵌入金属2的Zn发生共晶反应，产生共晶熔融相。接着，如图1的(d)所示那样，该液相从氧化覆膜Ia的龟裂C浸入母材侧，由此共晶熔融范围扩大，被破坏的氧化覆膜Ia的碎片分散于液相中。通过持续加压，如图1的(e)所示那样，剩余的共晶熔融物由接合界面排出，分散于该液相中的氧化覆膜Ia的碎片也与共晶熔融物一起成为排出物3，同时从接合界面被挤出。由此，两材料1，I夹着如下的层相互接合，该层为由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.31 JP 2010-1935191.一种铝系金属的接合方法，其特征在于，在由铝系金属形成的两材料之间，夹着包含锌作为与铝发生共晶反应的元素的嵌入材料，在对两材料相对加压的状态下加热至发生共晶反应的温度，在两材料的接合界面生成由与母材中的铝的共晶反应得到的熔融物，将该熔融物与铝的氧化覆膜一起从接合界面排出，从而将两材料接合。2.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，所述嵌入材料为以锌作为主成分的金属。3.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，所述嵌入材料为以锌以及铝作为主成分的金属。4.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，所述嵌入材料为以锌以及镁作为主成分的金属。5.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，所述嵌入材料为以锌、镁以及铝作为主成分的金属。6.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，所述嵌入材料为以锌、铜以及铝作为主成分的金属。7.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，所述嵌入材料为以锌、锡以及铝作为主成分的金属。8.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，所述嵌入材料为以锌、银以及铝作为主成分的金属。9.根据权利要求1 8的任一项或2所述的接合方法，其特征在于，接合...

【专利技术属性】
技术研发人员：南部俊和，宫本健二，井上雅之，山本千花，上原义贵，广濑明夫，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：
国别省市：