[发明专利]铝合金材料的接合方法

说明书

技术领域

本发明涉及将铝合金材料作为一方的被接合部件、将铝合金材料和纯铝材料的某方作为另一方的被接合部件、接合两被接合部件的方法。

背景技术

对于金属制部件的接合方法,以往采用各种各样方法。在非专利文献1中,将金属的接合方法粗分为材质接合法,化学接合法,以及机械接合法。铝合金材料的接合也使用上述某种方法。

材质接合法是通过金属键牢固地接合被接合部件之间。通过合适地进行,能提高接合部的可靠性。具体地说,分类为使其熔融接合的焊接法,扩散接合法、摩擦接合法、压接法等的固相接合法,钎焊等的液相-固相反应接合法等。材质接合法如上所述通过金属键实现牢固接合。其中,作为液相-固相反应接合法的钎焊在炉中加热被接合部件整体进行接合,因此,能同时多点接合。利用这种优点的钎焊大多适用于汽车用热交换器或散热器等接合处多、在狭间隔接合的制品的接合。

化学接合法是使用所谓粘接剂的接合方法,与材质接合法不同,不需要在高温下接合,具有不产生被接合部件自身变形的优点。但是,不能得到金属键那样的牢固的接合,因此,与材质接合法相比,存在接合部的可靠性及热传导性差的缺点。

机械接合法可以列举铆接或螺栓紧固等。与材质接合法或化学接合法相比,能比较简单地接合。又,能得到与材质接合法同等以上的接合强度,根据方法不同,容易重新接合。但是,存在接合部形状被限定,以及对于需要密闭性的接合来说不合适等缺点。

在铝合金材料的接合中,以往使用焊接法、锡焊法、钎焊法等材质接合法。

焊接法是通过电或火焰加热接合部熔融,合金化而形成接合。接合部的间隙大场合,或需要接合强度场合,在接合时同时使得填充材料熔融填充间隙。这样,接合部熔融,因此,确实得到接合。另一方面,接合部熔融接合,因此,接合部附近形状发生大的变形,金属组织也局部发生大变化,成为不同组织,有时局部产生脆弱化。又,需要仅仅局部加热接合部,因此,也存在同时多点接合很困难等问题。

在锡焊法或钎焊法中,使用熔点比被接合部件低的锡焊材料或钎焊材料,通过电或火焰加热,仅仅使得上述锡焊材料或钎焊材料熔融,填充接合部间隙,形成接合。对点状或线状连接部的接合有利,锡焊材料或钎焊材料在接合凝固时形成称为角焊缝(fillet)的形状,在强度或热传导性等方面能得到非常高的可靠性。又,不使得母材熔融,能在短时间得到牢固的接合。尤其,NOKOLOK(美国焊剂名称)钎焊法或真空钎焊法等炉中钎焊法的特征在于,使用钎焊材料以及对作为被接合部件的铝合金材料包层(clad)的钎焊片材(brazing sheet,也称为“硬钎焊片材”)。对钎焊片材进行压力加工,组装具有中空结构的叠层型热交换器,通过在炉中加热,能制造接合处多、具有复杂形状的热交换器。另一方面,在钎焊或锡焊中,液相流动,因此,有时也发生细微流路等被焊料填埋。又,通过使用钎焊片材,具有能容易地向接合部均一供给焊料的优点,另一方面,钎焊片材制造复杂,因此,要求降低成本及改善供应性。再有,还存在接合面侧的切削等加工自由度受到损害等问题。

扩散接合法或摩擦接合法等固相接合法是原则上不伴随被接合部件熔融的接合方法。

扩散接合法使得母材之间密接,基本上在母材的熔点以下加压到不产生塑性变形的程度,利用接合面间产生的原子扩散,形成接合。在该接合方法中,不伴随被接合部件的变形,同时能多点接合或面接合。因此,能接合具有细微形状的被接合部件。但是,为了利用扩散现象,与焊接或钎焊等相比,接合需要长时间。通常,需要30分钟左右以上的时间,在所定温度下保持。又,接合需要加压,因此,不能避免接合操作烦杂化以及成本增加。再有,当铝合金材料场合,在其表面存在稳定牢固的氧化膜,由此阻害扩散,因此,难以适用固相扩散接合。使用在被接合部件中含有Mg 0.5～1.0质量%左右的铝合金材料场合,因Mg的还原作用,破坏氧化膜,能比较容易接合,但在其他铝合金材料中,需要除去接合面的氧化膜的净化处理,存在需要氩离子冲击、辉光放电、赋与超声波等特殊工序等问题。

在摩擦接合法中,适用于铝合金材料的摩擦搅拌接合法能适用于全部铝合金材料。不伴随母材熔融,因此,具有接合引起的被接合部件变形少的优点。另一方面,接合部形状限定为直线或平缓曲线,复杂形状接合困难。又,使得接合工具直接接触接合部,因此,细微形状接合困难,且同时接合多点也很困难。又,在该接合方法中,不能避免在接合终端部残留接合销(pin)的痕迹。再有,在接合部中,搅拌被接合部件,因此,还存在因呈现与母材不同的组织而引起接合强度降低的问题。