專利名稱：釬焊用復(fù)合材及使用該復(fù)合材的釬焊制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在底材表面復(fù)合著構(gòu)成釬料的釬料層、發(fā)揮自釬焊性的釬焊用復(fù)合材及使用該復(fù)合材的釬焊制品，特別是關(guān)于實(shí)現(xiàn)了接合強(qiáng)度和耐蝕性提高的釬焊用復(fù)合材及使用該復(fù)合材的釬焊制品。
背景技術(shù)：
釬焊用復(fù)合材是在底材上復(fù)合了釬焊層的復(fù)合材，通過在使被釬焊材接觸釬焊層的狀態(tài)下，實(shí)施熱處理，從而釬焊被釬焊材而不使用其他釬料。
作為釬焊用復(fù)合材，已知，復(fù)合在底材的表面的釬料層，是從底材側(cè)順序地層疊Fe或Fe合金、Ti或Ti合金、Ni或Ni合金而構(gòu)成的釬焊用復(fù)合材(特開2002-363707號公報(bào))。
另外，作為在汽車用油冷器的制造中使用的釬焊用復(fù)合材，已知，在作為底材的不銹鋼板的一面或者兩面，復(fù)合了作為釬料的銅的不銹鋼基復(fù)合釬料材。
另外，作為不銹鋼基、鎳基或者鈷基合金等部件的釬焊材，接合部的耐氧化性或耐蝕性優(yōu)良的各種鎳釬料是按照J(rèn)IS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。
另外，作為熱交換器接合用鎳釬料，提出了，在粉末狀的鎳釬料中添加4重量％～22重量％的選自Ni、Cr、Ni-Cr合金中的的金屬粉末而構(gòu)成的鎳釬料(特開2002-107883號公報(bào))。
再有，作為制造自釬焊性復(fù)合材的方法，提出了，要在不銹鋼或者鎳系材料構(gòu)成的第1底層(底材)上層疊由鎳或者鈦系材料構(gòu)成的第2層(釬料層)(特開平7-299592)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述各釬焊用復(fù)合材上釬焊被釬焊材時(shí)，底材和/或被釬焊材的成分就會擴(kuò)散浸入已熔融的復(fù)合材的釬料層中，因而這些底材和/或被釬焊材的成分就混合到釬料層的成分中而凝固，從而構(gòu)成凝固部。
因而，該釬料凝固部的組成優(yōu)選為強(qiáng)度和耐蝕性提高的組成，但是，在以往的各釬焊用復(fù)合材中，關(guān)于釬焊前的釬料層的組成，釬焊后的釬料凝固部的組成雖然考慮了底材和/或被釬焊材的成分的擴(kuò)散侵入，但不能說是已在成為強(qiáng)度和耐蝕性提高的組成方面下了工夫。因此，以往的釬焊用復(fù)合材，不能說釬焊后的凝固部的接合強(qiáng)度和耐蝕性充分高，因而作為用于制造要求凝固部的接合強(qiáng)度和耐蝕性的熱交換器(例如排氣再循環(huán)裝置用冷卻器、燃料電池變換器用冷卻器)或燃料電池用各部件等而使用的釬焊用復(fù)合材，不能說是合適的。
例如，在制造所述的自釬焊性復(fù)合材的方法中，以不銹鋼作為第1底層(底材)，以70重量％鈦、30重量％鎳作為第2層來制造釬焊用復(fù)合材，使作為被釬焊材的不銹鋼等鐵合金接觸該復(fù)合材的釬料層，進(jìn)行熱處理來釬焊的情況下，釬焊后在凝固的釬料凝固部中，除了釬料層的Ni和Ti以外，還有來自底材和作為被釬焊材的不銹鋼的Fe和Cr成分的擴(kuò)散浸入，但已知這些Fe和Cr成分在釬料凝固部中的比率都小于或等于15重量％。
由這樣的組成構(gòu)成的釬料凝固部，主要是Ni-Ti合金，非常硬脆，因此僅施加小的外力，就容易產(chǎn)生裂紋。另外，在釬料凝固部和不銹鋼的界面也形成硬脆的金屬間化合物，因而接合部的強(qiáng)度極弱。因此可知，在釬料凝固部(釬焊部)強(qiáng)度的可靠性顯著劣化。
因此，本發(fā)明的目的在于提供，通過對釬焊前的釬料層下工夫，從而提高了釬焊后的凝固部的強(qiáng)度和耐蝕性的釬焊用復(fù)合材及使用該復(fù)合材的釬焊制品。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是在底材的表面具有釬料層的釬焊用復(fù)合材，在將上述釬料層所含的Ni成分的重量設(shè)為W1，上述釬料層所含的Ni成分和Ti成分的重量之和設(shè)為W2時(shí)，W1/W2是0.58～0.68。
上述釬料層，可以從上述底材側(cè)順序地層疊Ni或Ni合金、Ti或Ti合金、Fe或Fe合金。
上述釬料層也可以含有10～40重量％的Fe。
上述底材可以是不銹鋼。
另外，本發(fā)明中的釬焊制品是將上述釬焊用復(fù)合材彼此，或者上述釬焊用復(fù)合材和其他的鋼材在釬料層上釬焊而構(gòu)成的制品，釬焊后凝固的釬料凝固部為，F(xiàn)e20～50重量％、Ti15～25重量％、Ni25～45重量％、Cr1～15重量％。
上述鋼材可以是耐蝕性鋼材。
可以在真空中進(jìn)行上述釬焊來完成。
按照本發(fā)明，通過對釬焊前的釬料層中的Ni成分和Ti成分的重量比下工夫，來提高釬焊后的凝固部的強(qiáng)度和耐蝕性。特別是當(dāng)釬料凝固部的組成為權(quán)利要求6的組成時(shí)，在釬料凝固部不易產(chǎn)生裂紋，在能夠發(fā)揮高接合強(qiáng)度的同時(shí)，能夠發(fā)揮高耐蝕性。因此，作為用于制造要求強(qiáng)度和耐蝕性的熱交換器或燃料電池用各部件等的復(fù)合材是合適的。


圖1是有關(guān)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的釬焊用復(fù)合材的橫截面圖。
圖2是將上述復(fù)合材和其他的鋼材釬焊后的橫截面圖。
圖3是使用上述復(fù)合材的拉伸試驗(yàn)的試件的說明圖。
具體實(shí)施例方式
以下，基于附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式。
圖1是模擬地表示本實(shí)施方式的釬焊用復(fù)合材1的橫截面的說明圖。該釬焊用復(fù)合材1由構(gòu)成釬料的釬料層3復(fù)合(層疊)在不銹鋼構(gòu)成的底材2的表面而構(gòu)成。釬料層3由從底材2側(cè)順序地層疊由Ni或Ni合金構(gòu)成的Ni層3a、由Ti和Ti合金構(gòu)成的Ti層3b、由Fe或Fe合金構(gòu)成的Fe層3c而構(gòu)成。
本實(shí)施方式的特征之處在于，如以下那樣對上述釬料層3中含有的Ni成分、Ti成分的重量比下了工夫。即，當(dāng)上述釬料層3中的Ni和Ti成分的重量設(shè)為W1、上述釬料層3中的Ni成分的重量和Ti成分的重量之和設(shè)為W2時(shí)，將W1/W2調(diào)整成0.58～0.68而構(gòu)成釬料層3。另外，將上述釬料層3中的Fe的比率調(diào)整成10～40重量％。
在這樣的釬焊用復(fù)合材1的釬料層3的最外層即Fe層3c上，接觸不銹鋼材等耐蝕性鋼材構(gòu)成的被釬焊材4(參照圖2)，在該狀態(tài)實(shí)施熱處理來釬焊。由此，釬料層3發(fā)生熔融，經(jīng)由釬料凝固部使被釬焊材4釬焊在底材2上。釬焊熱處理?xiàng)l件，例如釬焊溫度1150℃、釬焊時(shí)間15分鐘，在真空(真空度1.0×10-b3Pa)中進(jìn)行處理。
圖2是表示實(shí)施上述釬焊熱處理后的(釬焊后的)釬焊部分的狀態(tài)的圖。如圖所示，在釬焊用復(fù)合材1的底材2(不銹鋼)和被釬焊材4(不銹鋼)之間形成釬料凝固部5。
上述Fe和Cr成分從底材2(不銹鋼)擴(kuò)散浸入通過上述熱處理而發(fā)生熔融的釬料層3的Ni、Ti和Fe中，因此釬料凝固部5成為如下組成，F(xiàn)e20～50重量％、Ti15～25重量％、Ni25～45重量％、Cr1～15重量％。如上所述，該組成是通過針對釬焊前的釬料層3中的Ni成分、Ti成分和Fe成分的比率下了工夫而得到的。
由此，在釬料凝固部5不易產(chǎn)生裂紋，在能夠發(fā)揮高接合強(qiáng)度的同時(shí)，能夠發(fā)揮耐蝕性。因而，圖1所示的釬焊用復(fù)合材1，作為用于制造要求強(qiáng)度和耐蝕性的熱交換器(例如排氣再循環(huán)裝置用冷卻器、燃料電池變換器用冷卻器)或燃料電池用各部件等的釬焊用復(fù)合材是合適的。
再者，構(gòu)成釬料層3的最外層的Fe層3c，在釬焊時(shí)，使得作為被釬焊材4的不銹鋼向凝固部5供給的Fe成分減少，起到了抑制由不銹鋼的反應(yīng)侵蝕而引起的被釬焊材4的板厚減少的功能。
如果釬料凝固部5中的Fe成分不到20重量％，釬料的熔點(diǎn)則升高，阻礙釬料的流動(dòng)性。另外，釬料凝固部5中的Fe成分如果超過50重量％，喪失得到足夠的耐蝕性。因此，釬料凝固部5中的Fe成分是20～50重量％，優(yōu)選是25～50重量％，更優(yōu)選是25～45重量％。
如果釬料凝固部5中的Ti成分不到15重量％，則不能維持足夠的耐蝕性，如果超過25重量％，釬料整體的熔點(diǎn)則升高，阻礙釬料的流動(dòng)性。因此，釬料凝固部5中的Ti成分是15～25重量％，優(yōu)選是15～23重量％，更優(yōu)選是18～23重量％。
如果釬料凝固部5中的Ni成分不到25重量％或者超過45重量％，釬料整體的熔點(diǎn)則升高，阻礙釬料的流動(dòng)性。因此，釬料凝固部5中的Ni成分是25～45重量％，優(yōu)選是27～45重量％，更優(yōu)選是27～42重量％。
如果釬料凝固部5中的Cr成分不到1重量％，則不能維持足夠的耐蝕性，如果超過15重量％，則不能均勻地?cái)U(kuò)散，在耐蝕性上產(chǎn)生偏差。因此，釬料凝固部5中的Cr成分是1～15重量％，優(yōu)選是5～12重量％，更優(yōu)選是7～12重量％。
另外，優(yōu)選釬焊熱處理時(shí)的真空度小于或等于1.0×10-2Pa(在本實(shí)施方式中是1.0×10-3Pa)。原因在于，如果超過1.0×10-2Pa，則在高溫時(shí)在釬料表面擴(kuò)散分布的Ti與氣氛中的微量的氧、氮和碳發(fā)生反應(yīng)，在釬料表面形成反應(yīng)物，因而防礙釬料的熔融。
下面，對上述釬焊用復(fù)合材1的實(shí)施例、對比例和以往例進(jìn)行說明。
實(shí)施例1實(shí)施例1的釬焊用復(fù)合材(以下稱為復(fù)合材)如下制作。首先疊合板厚0.34mm的卷狀鐵板、板厚2.0mm的卷狀純鈦板、板厚1.67mm的卷狀鎳板，作為共計(jì)三層的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行熱軋而得到板厚0.3mm的復(fù)合板。接著冷軋?jiān)搹?fù)合板，加工成板厚0.15mm的復(fù)合板。
利用壓延法將該復(fù)合板復(fù)合在不銹鋼條(SUS304，板厚1.5mm)上，進(jìn)行冷軋，制作厚0.5mm的復(fù)合材。該復(fù)合材，上述不銹鋼條的部分成為底材2、上述三層復(fù)合板的部分成為釬料層3(以下相同)。
實(shí)施例2首先疊合板厚0.76mm的卷狀鐵板、板厚2.0mm的卷狀純鈦板、板厚1.67mm的卷狀鎳板，作為合計(jì)三層的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行熱軋而得到板厚0.3mm的復(fù)合板。接著冷軋?jiān)搹?fù)合板，加工成板厚0.15mm的復(fù)合板。
利用壓延法將該復(fù)合板復(fù)合在不銹鋼條(SUS304，板厚1.5mm)上，進(jìn)行冷軋，制作厚0.5mm的復(fù)合材。
對比例1首先疊合板厚0.12mm的卷狀鐵板、板厚2.0mm的卷狀純鈦板、板厚1.02mm的卷狀鎳板，作為合計(jì)三層的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行熱軋而得到板厚0.3mm的復(fù)合板。接著冷軋?jiān)搹?fù)合板，加工成板厚0.15mm的復(fù)合板。
利用壓延法將該復(fù)合板復(fù)合在不銹鋼條(SUS304，板厚1.5mm)上，進(jìn)行冷軋，制作厚0.5mm的復(fù)合材。
對比2
首先疊合板厚0.26mm的卷狀鐵板、板厚2.0mm的卷狀純鈦板、板厚1.02mm的卷狀鎳板，作為合計(jì)三層的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行熱軋而得到板厚0.3mm的復(fù)合板。接著冷軋?jiān)搹?fù)合板，加工成板厚0.15mm的復(fù)合板。
利用壓延法將該復(fù)合板復(fù)合在不銹鋼條(SUS304，板厚1.5mm)上，進(jìn)行冷軋，制作厚0.5mm的復(fù)合材。
以往例1首先疊合板厚0.51mm的卷狀鎳板、板厚2.0mm的卷狀純鈦板、板厚0.51mm的卷狀鎳板，作為合計(jì)三層的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行熱軋而得到板厚0.3mm的復(fù)合板。接著冷軋?jiān)搹?fù)合板，加工成板厚0.15mm的復(fù)合板。
利用壓延法將該復(fù)合板復(fù)合在不銹鋼條(SUS304，板厚1.5mm)上，進(jìn)行冷軋，制作厚0.5mm的復(fù)合材。
以往例2首先疊合板厚0.45mm的卷狀鎳板、板厚2.0mm的卷狀純鈦板、板厚0.45mm的卷狀鎳板，作為合計(jì)三層的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行熱軋而得到板厚0.3mm的復(fù)合板。接著冷軋?jiān)搹?fù)合板，加工成板厚0.15mm的復(fù)合板。
利用壓延法將該復(fù)合板復(fù)合在不銹鋼條(SUS304，板厚1.5mm)上，進(jìn)行冷軋，制作厚0.5mm的復(fù)合材。
將以上面的實(shí)施例、對比例和以往例的條件所得到的釬焊用復(fù)合材1切成10mm×15mm的板片，如圖3所示，在該板片(復(fù)合材1)兩端的釬料層3上交聯(lián)配置兩枚不銹鋼板(SUS304，分別是15mm×50mm×3mm)作為被釬焊材4，進(jìn)行釬焊熱處理。
此時(shí)，復(fù)合材1和兩枚被釬焊材4(不銹鋼板)的相接觸部分分別是10mm×3mm。另外，以真空氣氛(2.0×10-3Pa)、釬焊溫度1150℃、釬焊時(shí)間15分鐘的條件，進(jìn)行釬焊熱處理。
以這樣復(fù)合的復(fù)合材作為試件，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的結(jié)果，試件全部在釬料部分(釬料凝固部5)發(fā)生破斷。
在表1中顯示實(shí)施例、對比例和以往例的復(fù)合材的釬焊前的釬料層3的構(gòu)成、釬焊后的釬料凝固部5的組成、在使用上述試件的拉伸試驗(yàn)中得到的抗拉強(qiáng)度。
表1

W1(釬焊前的)釬料層中含有的Ni成分的重量W2上述釬料層中含有的Ni成分的重量和Ti成分的重量的總和對比例、以往例，在拉伸試驗(yàn)時(shí)在釬料凝固部5容易產(chǎn)生裂紋，因此抗拉強(qiáng)度低，實(shí)施例發(fā)揮對比例和以往例的約3～6倍的強(qiáng)度。
復(fù)合材1的釬料層3，若釬料層3中的Ni重量設(shè)為W1、釬料層3中的Ni成分的重量和Ti成分的重量之和設(shè)為W2，則實(shí)施例1為W1/W2＝0.62，實(shí)施例2為W1/W2＝0.63，滿足權(quán)利要求1的W1/W2＝0.58～0.68。
另外，釬料層3中的Fe重量比率，實(shí)施例1是10重量％，實(shí)施例2是20重量％，滿足權(quán)利要求4的10～40重量％。另外，釬料凝固部5的組成，實(shí)施例1、2都滿足權(quán)利要求6。另外已知，實(shí)施例1、2滿足其他的權(quán)利要求2、3、5、7和8的條件。
接著，使用以同樣方法制成的試件，進(jìn)行釬料凝固部5的模擬凝縮水浸漬試驗(yàn)。試驗(yàn)中使用的溶液的成分，以汽車標(biāo)準(zhǔn)JASO M611-92“汽車用消聲器內(nèi)部腐蝕試驗(yàn)方法”的A法的試驗(yàn)液為基準(zhǔn)。溶液溫度為80℃，浸漬時(shí)間為1000小時(shí)。在表2中顯示試驗(yàn)液的各成分濃度。
表2

試驗(yàn)的結(jié)果是，實(shí)施例、對比例和以往例的釬料凝固部5，與純銅相比，耐蝕性都良好。
如上所述，按照實(shí)施例1、2能夠提供，在底材2的表面設(shè)置用三種而且三層的金屬層構(gòu)成的釬料層3的釬焊加工用復(fù)合材1中具有高接合強(qiáng)度和耐蝕性的復(fù)合材1(釬焊加工用熱處理材)。因此，實(shí)施例1、2作為為了制造要求強(qiáng)度和耐蝕性的熱交換器(例如排氣再循環(huán)裝置用冷卻器、燃料電池改質(zhì)器用冷卻器)或燃料電池用各部件等而使用的釬焊用復(fù)合材是合適的。
再者，本發(fā)明的實(shí)施方式，不限于上述實(shí)施方式，例如也可以不是在底材的一面而在兩面設(shè)置釬料層，以此作為釬焊用復(fù)合材。另外，作為構(gòu)成底材的不銹鋼，可以是奧氏體系、鐵素體系、或者馬氏體系的任意種。再有，也可以用相互的釬料層3將釬焊用復(fù)合材1彼此釬焊，以此作為釬焊制品。
權(quán)利要求
1.釬焊用復(fù)合材，其是在底材的表面具有釬料層的釬焊用復(fù)合材，其特征在于，當(dāng)上述釬料層所含的Ni成分的重量設(shè)為W1、上述釬料層所含的Ni成分和Ti成分的重量之和為W2時(shí)，則W1/W2是0.58～0.68。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釬焊用復(fù)合材，其中，所述釬料層由從所述底材側(cè)順序地層疊Ni或Ni合金、Ti或Ti合金、Fe或Fe合金而構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的釬焊用復(fù)合材，其中，所述釬料層是含有10～40重量％Fe的釬料層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的釬焊用復(fù)合材，其中，所述底材是不銹鋼。
5.釬焊制品，其是權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的釬焊用復(fù)合材相互或者上述釬焊用復(fù)合材和其他的鋼材在釬料層釬焊而構(gòu)成的制品，其特征在于，釬焊后凝固的釬料凝固部的組成是，F(xiàn)e20～50重量％、Ti15～25重量％、Ni25～45重量％、Cr1～15重量％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的釬焊制品，其中，所述鋼材是耐蝕性鋼材。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的釬焊制品，其中，所釬焊制品是在真空中進(jìn)行上述釬焊而形成的。
全文摘要
通過對釬焊前的釬料層的組成下工夫，提供謀求提高釬焊后的釬料凝固部的強(qiáng)度和耐蝕性的釬焊用復(fù)合材及使用該復(fù)合材的釬焊制品。是在底材2的表面具有釬料層3的釬焊用復(fù)合材1，在設(shè)上述釬料層中含有的Ni成分的重量為W1、設(shè)上述釬料層中含有的Ni成分和Ti成分的重量的總和為W2時(shí)，W1/W2是0.58～0.68。
文檔編號B23K35/02GK1699008SQ200510069970
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月20日
發(fā)明者黑木一真, 黑田洋光, 佐川英之, 白井樞覺 申請人:日立電線株式會社