[发明专利]异种金属材料的接合结构

说明书

本发明涉及具有不同特性的异种金属材料的接合结构，更详细地说是涉及例如电力用断路器所使用的通电接点和电弧接点的接合结构，或者为提高导电性或耐热性而采用的金属基材和涂敷材料的涂层端部结构。

过去，棒状或管状的异种金属材料的接合采用摩擦加压焊接或扩散接合等方法。下面利用图1来说明采用摩擦加压焊接法的异种金属材料接合示例。如图1A所示，材料特性不同的金属材料1和金属材料2，例如铝或铝合金和铜或铜合金，分别用压焊装置的卡头夹住，使另一头旋转，用摩擦能量对应当接合的部分加热，用轴向压力P进行镦锻加压使其接合。接合后的轴向断面，如图1B所示，金属材料1和2相接合，根据不同的材料强度，金属材料的毛刺5的量和形状呈现不同状态。在图1A和图1B中，3是摩擦压焊装置卡头的固定轴，4是旋转轴。在过去的接头接合处，由于接合件的冲击强度小，所以出现接合部可靠性低的问题。这种趋势不仅限于上述摩擦压焊，而且冷压焊、热压焊、扩散接合、爆炸压焊、锻焊、超声波焊、钎焊、锡焊、电阻焊接、粘接剂粘合等各种方法中的异种材料间的接合结构也是一样。

因此，过去，在异种材料的摩擦压焊中，使热膨胀系数大的材料的直径大于另一种材料的直径进行接合，以便减小接合界面上产生的残余应力，提高接合强度(特开平6-47570号公报)。另外，在铝材和铜材的热压焊中，把制成坡口角15度～45度的凸状的铜材与铝材对接，用通电加热来进行接合，提高抗拉强度(特开平4-143085号公报)。再者，在陶瓷和金属的接合中，为了减小热应力，把陶瓷件的接合界面的周边部的一部分和接合体表面所形成的陶瓷构成角度设定为80度以下或100度以上(特开平1-282166号公报)。进一步在热膨胀率不同的构件之间的接合中，为了减小热应力，使热膨胀率小的构件的接合界面边缘部形成从接合界面方向来看具有规定值以上的半径的曲面形状(特开平1-282167号公报)。

上述过去的方法均是以减小残余应力、减小热应力，提高抗拉强度为目的的方法，并不是提高接合构件冲击强度，提高接合部可靠性的方法。

如上所述，在材料特性不同的异种材料接合中，通过优化接合条件，静态接头强度如图2和图3所示，没有问题。也就是说，异种金属接合构件的抗拉强度在中心部和接合面端部没有变化。但是，冲击强度如图4和图5所示，在接合面端部明显降低，使整个接头强度明显降低，出现接合构件冲击强度低的问题。

另一方面，为提高导电性和耐热性在金属基材上涂敷镀层材料采用喷镀、PVD(物理汽相淀积)、CVD(化学汽相淀积)等方法。在金属基材和镀层材料的刚性不同的情况下，例如在金属基材上涂敷刚性比基材小的镀层材料，或者在金属基材上涂敷刚性比基材大的镀层材料时，过去存在的问题是：由金属基材和镀层材料构成的涂敷件因冲击强度低而造成可靠性降低。

这种趋势不仅限于喷镀、PVD、CVD各种涂敷方法，而且，采用熔焊、钎焊、锡焊、粘合剂粘接这些方法的涂层结构也是一样。

本发明的目的在于提供一种在材料特性不同的异种金属材料接合中，提高接合件冲击强度的高可靠性接合结构。

本发明的另一目的在于提高由金属基材和特性与其不同的镀层材料所构成的涂敷(コ-テイング)部件的冲击强度，提供高可靠性涂层结构。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种异种金属材料接合结构，其特征在于：在一种金属材料和刚性比该金属材料小的金属材料的异种金属材料的接合中，在上述一种金属材料的接合面端部与一种金属材料本身的自由缘(X)构成的角度为120度以上或55度～85度。

所述的异种金属材料的接合结构，其特征为：刚性不同的异种金属材料接合方法是摩擦压焊、冷压焊、热压焊、扩散接合、爆炸压焊、锻焊、超声波接合、钎焊、锡焊、电阻熔焊、以及粘合剂粘合中的某一种。

所述的异种金属材料的接合结构，其特征为：一种金属材料是铜或铜合金，刚性比上述金属材料小的金属材料是铝或铝合金。

所述的异种金属材料的接合结构，其特征为：一种金属材料是钛或钛合金，刚性比上述金属材料小的金属材料是铝或铝合金。

所述的异种金属材料的接合结构，其特征为：一种金属材料是钢，刚性比上述金属材料小的金属材料是铝或铝合金。

所述的异种金属材料的接合结构，其特征为：一种金属材料是钢，刚性比上述金属材料小的金属材料是铜或铜合金。