铝材的钎焊方法以及钎焊结构体的制作方法
【专利摘要】为了能够良好地进行不需要钎剂和真空设备的无钎剂钎焊，将具备Al-Si-Mg系钎料的铝合金材料于钎焊炉内升温时在至少450℃到钎料熔融前为止的温度范围内，在氧浓度适当地在50ppm以下的第1惰性气体气氛中进行加热；在至少钎料开始熔融的温度以上，在氧浓度适当地在25ppm以下、氮气浓度适当地在10体积％以下的第2惰性气体气氛中进行加热，以此不使用钎剂地利用上述Al-Si-Mg系钎料接合包括铝合金材料的钎焊对象物；通过控制钎焊过程中的气氛中的氧浓度和氮浓度，与以往的无钎剂钎焊法相比，可极力抑制成本增加，飞跃性地提高接合部的可靠性。
【专利说明】铝材的钎焊方法以及钎焊结构体
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用Al-Si-Mg系钎料将含有铝合金材料的钎焊对象物不使用钎 剂地进行接合的铝材的钎焊方法，以及通过该钎焊方法接合的钎焊结构体。
【背景技术】
[0002] 以散热器或电容器为首，以中间冷却器等为代表的汽车用热交换器或其它以铝合 金制造的热交换器或散热器等中，目前，在惰性气体气氛下使用非腐蚀性的氟化物类钎剂 进行钎焊，或在钎料中添加0. 5?1. 5质量％左右的Mg并在真空气氛下进行钎焊的工艺成 为主流。
[0003] 在使用上述钎剂的情况下，通常将钎焊对象构件以冲压成形等进行加工后，制成 所希望的组装状态，将钎剂粉末溶解在溶剂中的混悬液涂布在组装体上并使其干燥，利用 高纯度氮气在非氧化性气氛中进行加热钎焊。在该情况下，存在使用钎剂本身或者其涂布 工序的设置或管理需要成本的问题。
[0004] 此外，已知钎剂的一部分在钎焊加热过程中蒸发，附着、堆积在炉内壁上，以除去 堆积物为目的的定期的炉的维护也会产生必要成本。并且现今，伴随着促进汽车的轻量化， 也要求汽车用热交换器的材料进一步薄壁、高强度化。铝材料的高强度化中，在铝合金中添 加Mg是非常有效的，但由于在使用钎剂的钎焊中Mg和钎剂进行反应，生产高熔点的MgF2， 其成为阻碍钎焊的要素，且会消耗材料中的Mg，因此存在特意添加的Mg对高强度化没有帮 助的问题。即，现状是在钎剂钎焊中对产品中的Mg的添加部位和量有限制，不能积极地作 为材料的高强度化方法使用。此外，近年在混合动力车或电动汽车所使用的逆变器冷却器 等中，由于钎剂残渣自身阻碍了半导体部件的可焊性等理由，有时钎剂的使用受到限制。
[0005] 另一方面，在真空钎焊中，添加在钎料中的Mg在钎焊升温过程中从材料中蒸发， 此时，破坏了作为阻碍钎焊的要素的铝材料表面的氧化膜，通过在气氛中与水分或氧进行 结合的消气剂的作用，将炉内气氛设为能够钎焊的状态。在本方法中，钎剂涂布工序不是必 需的，真空炉是昂贵的设备，存在产生炉的气密性的管理等相应成本的问题。此外，在汽车 用热交换器等中，以确保产品的耐腐蚀性的目的添加Zn，但由于在真空加热下Zn会蒸发， 因此存在材料中未残留足够的Zn而不能确保足够的耐腐蚀性的缺点。而且，由于炉的内壁 上会堆积蒸发了的Mg或Zn，还需要定期进行炉内清扫。
[0006] 对此，最近提出了作为解决上述问题的钎焊法的大气压下的无钎剂钎焊（参照专 利文献1?5)。
[0007] 例如专利文献1中，提出了在被钎焊构件或除此以外的部位上配置含Mg物，并通 过覆盖被钎焊物来进行非氧化性气氛大气压下的无钎剂钎焊。
[0008] 在专利文献2中，提出了在炉内利用事先在钎焊炉内进行了加热的挡风夹具来覆 盖被钎焊构件这样的结构，以此改善了升温速度的下降。
[0009] 另一方面，作为不需要覆盖的无钎剂钎焊，在专利文献3中，提出了在包覆材料的 钎料中添加Mg，对以该包覆材料成形的热交换器管的内侧在惰性气氛中、大气压下进行无 钎剂钎焊的方法。
[0010] 此外，作为同样不需要覆盖的钎焊，在专利文献4中，还提出了在钎料表面上包覆 抗氧化层，通过将该包覆材料设为层积结构，使大气气氛中的钎焊成为可能。
[0011] 进一步，在专利文献5中，提出了如果在芯材的表面上包覆由Al-Si-Mg系合金构 成的钎料，并且在钎焊前对材料表面进行酸清洗来将氧化膜的厚度设为20A以下，则能够 在非氧化性气氛中进行无钎剂钎焊。
[0012] 现有技术文献
[0013] 专利文献
[0014] 专利文献1 :日本专利特开平9 一 85433号公报
[0015] 专利文献2 :日本专利特开2006-175500号公报
[0016] 专利文献3 :日本专利特许第4037477号公报
[0017] 专利文献4 :日本专利特许第3701847号公报
[0018] 专利文献5 :日本专利特开平10 - 180489号公报
[0019] 专利文献6 :国际公开第2012-057197号公报
【发明内容】
[0020] 发明所要解决的技术问题
[0021] 但是，在专利文献1所提出的技术中必须进行覆盖，需要根据产品尺寸分别准备 覆盖，并需要准备在量产中预计的使用个数，还需要进行覆盖的维护等，在量产的应用中存 在花费工夫和成本的问题。此外，还存在覆盖导致被钎焊物的升温速度下降而使生产性下 降的问题。
[0022] 此外，在专利文献2示出的方法中，需要在炉内设置控制挡风夹具的动作的机器， 存在设备的导入和维持花费成本和工夫的问题。
[0023] 此外，不需要进行覆盖而能够在大气压下进行钎焊的专利文献3?5中还存在以 下技术问题。
[0024] 在专利文献3所提出的方法中，管子外面和翅片的接合使用钎剂，存在不能完全 解决由于使用钎剂而导致的缺点的问题。
[0025] 此外，在专利文献4所提出的技术中，对于以往的真空钎焊或纳克洛克（7 3 口 7 夕，NOCOLOK)钎焊所使用的材料，需要准备在钎料表面设置了抗氧化层的包覆材料，存在材 料成本变高的问题，而且还存在产品形状被层积结构所限制的通用性的问题。
[0026] 而且，在专利文献5示出的方法中，酸清洗的工序管理繁杂，存在酸清洗工序部分 的成本增加的问题。
[0027] 而且，在以往的无钎剂钎焊法中，由于钎焊热处理时没有充分破坏、分解钎料表面 的氧化皮膜，存在发生接合不良、接合强度显著下降的问题。此外，如果制造工序中或钎焊 热处理时的气氛中的氧浓度高则构件中的Mg和气氛中的氧发生反应，存在Mg的氧化皮膜 (MgO)生长、接合率显著下降而不能得到稳定的接合状态的问题。
[0028] 鉴于这样的问题，本发明的目的在于提供一种不产生钎剂涂布工序或真空设备等 的导入运用成本、钎焊时所使用的覆盖等辅料成本、材料酸清洗等新的工序成本，且不论热 交换器等形状在所有部位都能得到稳定的接合状态的铝材的通用的无钎剂钎焊方法。
[0029] 解决技术问题所采用的技术方案
[0030] 铝非常容易通过下述（1)式的反应发生氧化，一旦形成氧化皮膜则钎焊性下降。
【权利要求】
1. 一种侣材的纤焊方法，其特征在于，将具备M-Si-Mg系纤料的侣合金材料于纤焊炉 内升温时在至少450°C到纤料烙融前为止的温度范围内，在氧浓度为第1规定值W下的第 1惰性气体气氛中进行加热；在至少纤料开始烙融的温度W上，在氧浓度为低于第1规定值 的第2规定值W下、氮气浓度为规定浓度W下的第2惰性气体气氛中进行加热，不使用纤剂 地利用所述Al-Si-Mg系纤料来接合包括所述侣合金材料的纤焊对象物。
2. 如权利要求1所述的侣材的纤焊方法，其特征在于，所述Al-Si-Mg系纤料和所述侣 合金材料是将所述侣合金材料作为巧材进行包覆而构成纤料片。
3. 如权利要求1或2所述的侣材的纤焊方法，其特征在于，所述第1规定值为50ppm， 所述第2规定值为25ppm，所述氮气浓度的规定浓度为10体积％。
4. 如权利要求1?3的任一项所述的侣材的纤焊方法，其特征在于，所述第2惰性气体 气氛将稀有气体或包括稀有气体的混合气体设为气氛气体。
5. 如权利要求4所述的侣材的纤焊方法，其特征在于，所述稀有气体为氣。
6. 如权利要求1?5的任一项所述的侣材的纤焊方法，其特征在于，所述第1惰性气体 气氛是用氮气置换大气气氛而得，所述第2惰性气体气氛是用稀有气体或包括稀有气体的 混合气体置换所述第1惰性气体气氛而得。
7. 如权利要求1?6的任一项所述的侣材的纤焊方法，其特征在于，W质量％计，所述 纤料含有5.0?13. 0%的Si、0. 1?3.0%的Mg，余量由A1和不可避免的杂质构成。
8. 如权利要求7所述的侣材的纤焊方法，其特征在于，W质量％计，所述纤料还含有 0. 0001 ?0. 1%的 Be、0. 01 ?0. 3%的 Bi、0. 002 ?0. 3%的 Ca 中的 1 种或 2 种 W上。
9. 如权利要求1?8的任一项所述的侣材的纤焊方法，其特征在于，W质量％计，所述 侣合金材料具备W下组成：含有0. 2?2. 5%的Mn、0. 05?1. 0%的化、0. 1?1. 0%的Si 中的1种或2种W上，余量由A1和不可避免的杂质构成。
10. 如权利要求1?9的任一项所述的侣材的纤焊方法，其特征在于，W质量％计，上 述侣合金材料具备W下组成：含有0.01?1.0%的Mg，还含有0.2?2.5%的Mn、0. 05? 1.0%的化、0. 1?1.0%的Si中的1种或2种W上，余量由A1和不可避免的杂质构成。
11. 一种纤焊结构体，其特征在于，纤焊对象物通过权利要求1?10的任一项所述的纤 焊方法被接合。
【文档编号】C22C21/00GK104470667SQ201380035359
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2012年12月21日
【发明者】江户正和, 三宅秀幸, 秋山晶俊, 野村祐司, 能濑宪宏, 天野宏纪 申请人:三菱铝株式会社, 太阳日酸株式会社