專利名稱：鋁接合合金、具有由該合金形成的接合合金層的覆層材料和鋁接合復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁接合合金、具有由上述接合合金形成的接合合金層的覆層材料和鋁接合復(fù)合材料，該鋁接合合金不僅對(duì)鋼鐵、銅、鎳、鈦等非鋁金屬，而且對(duì)鋁也具備優(yōu)異的壓接性和擴(kuò)散接合性、釬焊性。
背景技術(shù)：
因?yàn)殇X的導(dǎo)電性、加工性、輕量性優(yōu)異，所以作為電極材料、端子材料、導(dǎo)電性線材等的原材料在多方面被利用。另一方面，因?yàn)閮H由鋁形成的鋁材(單層材料)強(qiáng)度和耐腐蝕性差，所以也經(jīng)常有使用覆層材料的情況，該覆層材料由鋁形成的鋁層與由不銹鋼或鎳形成的非鋁金屬層通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合進(jìn)行接合而成。這樣的覆層材料被用作電池盒或電極材料、端子材料等的導(dǎo)電性材料。雖然鋁和鎳的擴(kuò)散接合性比較良好，但相比于鎳，不銹鋼與鋁的接合性差，因此有時(shí)在鋁層和不銹鋼層之間，設(shè)置相對(duì)于鋁和不銹鋼兩者擴(kuò)散接合性都良好的鎳層。例如，在日本特開2000-312979號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)和日本特開2004-351460號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2) 中記載了在鋁層和不銹鋼層之間設(shè)置有鎳層的覆層材料。另外，在日本特開2004-106059 號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)幻中記載了在鋁層直接壓接鎳層而擴(kuò)散接合的覆層材料。另一方面，近年來(lái)，作為電子器件，使用著一體設(shè)置有半導(dǎo)體元件和將其冷卻的鋁制冷卻器的能源模塊，希望伴隨高輸出功率化的冷卻性能提高。例如，如日本特開 2008-166356號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)中所記載，能源模塊具備如下結(jié)構(gòu)鋁制冷卻器與熱擴(kuò)散促進(jìn)層(散熱器)被釬焊，在上述熱擴(kuò)散促進(jìn)層順次錫焊有傳熱性絕緣基板(稱為“DBA 基板”)和半導(dǎo)體元件。作為上述熱擴(kuò)散促進(jìn)層，一般使用鋁層經(jīng)由鐵層或鎳層，通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合于由熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的銅形成的銅層的覆層材料。上述能源模塊通常如下操作進(jìn)行組裝。釬焊鋁制冷卻器與上述熱擴(kuò)散促進(jìn)層的鋁層。然后，在上述熱擴(kuò)散促進(jìn)層的銅層上錫焊?jìng)鳠嵝越^緣基板，再將半導(dǎo)體元件錫焊于傳熱性絕緣基板。另外，有時(shí)也在上述熱擴(kuò)散促進(jìn)層上錫焊預(yù)先錫焊有半導(dǎo)體元件的傳熱性絕緣基板。上述傳熱性絕緣基板具有在氮化鋁等陶瓷層的雙面疊層有鋁層的結(jié)構(gòu)，通常，為了確保錫焊的潤(rùn)濕性，而在傳熱性絕緣基板的兩個(gè)表面施加鍍鎳。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2000-312979號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2004-351460號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2004-106059號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開2008-166356號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題如上所述，因?yàn)殇X和鎳的接合性良好，所以將鋁層與鎳層直接接合、或在鋁層經(jīng)由鎳層接合不銹鋼層。另外，因?yàn)殇X和銅在擴(kuò)散接合時(shí)形成非常脆的金屬間化合物，所以不能直接接合，但通過(guò)在鋁層和銅層之間設(shè)置鐵層或鎳層，就能夠?qū)X層和銅層疊層化。但是，鋁層和鎳層、或鋁層和鐵層雖然能夠由壓接和擴(kuò)散接合而接合，但是在鋁層和鎳層、或鋁層和鐵層之間，會(huì)由擴(kuò)散反應(yīng)形成Al-Ni類、Al-Fe類的金屬間化合物層。這些金屬間化合物層如果過(guò)度生長(zhǎng)，接合性就明顯變差。因此，必須適當(dāng)控制壓接后擴(kuò)散接合時(shí)的擴(kuò)散退火條件以使金屬間化合物層不過(guò)度生長(zhǎng)。另外，如上所述，在能源模塊具備的熱擴(kuò)散促進(jìn)層的鋁層，使用Al-Si類釬料之類的鋁接合釬料，在600°C左右釬焊鋁制冷卻器。在該釬焊時(shí)，熱擴(kuò)散促進(jìn)層的鋁層和鎳層、或鋁層和鐵層之間，在擴(kuò)散接合時(shí)生成的金屬間化合物層生長(zhǎng)。因此，釬焊前的熱擴(kuò)散促進(jìn)層的鋁層和鎳層、或鋁層和鐵層的接合力有由釬焊而受損的問(wèn)題。另外，近年從環(huán)境對(duì)策考慮，需要卡車等的燃料費(fèi)提高，為了將汽車等結(jié)構(gòu)構(gòu)件輕量化，研究并實(shí)行著將一部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件從鋼鐵材料置換為鋁材。但是，通過(guò)焊接和釬焊難以將鋼材與鋁材接合，現(xiàn)狀主要是由鉚釘或螺栓螺母等機(jī)械連結(jié)手段接合。因此，鋼鐵材料和鋁材接合得到的鋁接合復(fù)合材料，無(wú)疑造成了設(shè)計(jì)自由度和生產(chǎn)率的下降。本發(fā)明是鑒于這樣的問(wèn)題而完成的，其目的在于提供不僅與鋼鐵、銅、鎳、鈦等非鋁金屬，而且與鋁的壓接性、擴(kuò)散接合性和釬焊性也優(yōu)異的鋁接合合金。另外，其目的在于提供具有由上述接合合金形成的接合合金層的覆層材料和鋁接合復(fù)合材料。用于解決課題的方法本發(fā)明的發(fā)明者們鑒于上述解決課題，由于鎳總的來(lái)說(shuō)與鋼鐵、銅、鎳、鈦等非鋁金屬的壓接性、擴(kuò)散接合性、釬焊性、焊接性優(yōu)異，所以以鎳為母體(base)金屬，作為在鎳中應(yīng)該添加的合金成分調(diào)查研究了能夠?qū)︿X賦予優(yōu)異的擴(kuò)散接合性和釬焊性的成分。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)包含規(guī)定量的幾乎與鎳不固溶的鎂的Ni-Mg合金，不僅對(duì)上述非鋁金屬、而且對(duì)鋁也表現(xiàn)出優(yōu)異的接合性。本發(fā)明是基于這樣的發(fā)現(xiàn)而完成的。S卩，本發(fā)明的鋁接合合金是用于接合鋁與選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意一種非鋁金屬的Ni-Mg合金；上述Ni-Mg合金本質(zhì)上包含0. 08質(zhì)量％以上、0. 90質(zhì)量％以下的Mg， 優(yōu)選包含0. 10質(zhì)量％以上、0.70質(zhì)量％以下(以下，“質(zhì)量％”簡(jiǎn)單表示為“％”)的Mg，且剩余部分包含Ni和不可避免的雜質(zhì)。在本發(fā)明中，“鋁”除了純鋁以外，還指以Al為主要成分的Al合金。另外，“鋼鐵”除了純鐵以外，還指以！^為主要成分的狗合金，例如軟鋼、合金鋼、不銹鋼。同樣地，“銅”除了純銅以外，還指以Cu為主要成分的Cu合金；“鎳”除了純鎳以外，還指以Ni為主要成分的Ni合金；“鈦”除了純鈦以外，還指以Ti為主要成分制成的Ti合金。上述“主要成分”是指在材料中該成分占有50%以上。上述鋁接合合金，因?yàn)榛w是高濃度的Ni，所以對(duì)鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意一種非鋁金屬，壓接性、擴(kuò)散接合性、釬焊性、焊接性都優(yōu)異。而且與鋁的壓接性、擴(kuò)散接合性和釬焊性也優(yōu)異。以下說(shuō)明其理由。如果將鎳層與鋁層壓接進(jìn)行擴(kuò)散接合，在其間就會(huì)形成M-Al類的金屬間化合物層。該金屬間化合物層在用于進(jìn)行擴(kuò)散接合的擴(kuò)散退火中，降低退火溫度，抑制擴(kuò)散反應(yīng)， 從而使金屬間化合物層的層厚不變厚的情況下，表現(xiàn)比較良好的接合力。但是，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明者的觀察，若通過(guò)活躍的擴(kuò)散反應(yīng)，金屬間化合物層達(dá)到10 μ m左右，則鋁層和金屬間化合物層的接合力就變差，鋁層從金屬間化合物層的界面剝離。為了追查其原因，由 EPMA仔細(xì)觀察鋁層和金屬間化合物層的界面，確認(rèn)在鋁層的接合界面附近微細(xì)地分散有氧化鋁。推測(cè)該氧化鋁是在作為鋁層原料的鋁材料表面由自然氧化而不可避免地生成的氧化鋁，伴隨擴(kuò)散反應(yīng)被趕到鋁層界面及其附近移動(dòng)而來(lái)的。另一方面，在通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合將由本發(fā)明的鋁接合合金形成的接合合金層與鋁層接合時(shí)，即使由活躍的擴(kuò)散反應(yīng)，金屬間化合物層形成得較厚為10 μ m左右，接合合金層和鋁層的接合力也不變差。其原因可以認(rèn)為是因?yàn)橛蓴U(kuò)散反應(yīng)形成金屬間化合物層時(shí)， 存在于鋁層表面的氧化鋁在被趕到鋁層和金屬間化合物層的接合界面的過(guò)程中，在形成接合合金層的M-Mg合金的鎳基體中存在的適量Mg將氧化鋁還原，在擴(kuò)散反應(yīng)結(jié)束后，在鋁層界面存在的氧化鋁量減少的緣故。另外，在本發(fā)明的鋁接合合金上使用鋁接合釬料釬焊鋁時(shí)，因?yàn)樯鲜鼋雍虾辖鹬羞m量的Mg將釬焊時(shí)所形成的釬焊層中存在的氧化鋁還原，所以上述接合合金和釬焊層牢固地接合。因此，本發(fā)明的鋁接合合金，不僅對(duì)非鋁金屬、而且對(duì)鋁也表現(xiàn)優(yōu)異的釬焊性。如上所述，本發(fā)明的鋁接合合金，不僅對(duì)非鋁金屬、而且對(duì)鋁也發(fā)揮優(yōu)異的壓接性、擴(kuò)散接合性、釬焊性。因此，由該接合合金形成的接合合金層可以在以下各種形態(tài)的覆層材料和鋁接合復(fù)合材料中良好地使用。本發(fā)明的第1方式的覆層材料具備由選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意的非鋁金屬形成的非鋁金屬層和由上述鋁接合合金形成的接合合金層，上述非鋁金屬層和接合合金層通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合。通過(guò)該覆層材料，能夠在上述接合合金層牢固地釬焊鋁材。鋁材的釬焊在600°C左右進(jìn)行，在該程度的溫度，覆層材料的非鋁金屬層和接合合金層的接合力不變差。因此，能夠容易提供鋁材經(jīng)由覆層材料的接合合金層被牢固地釬焊于非鋁金屬層的鋁接合復(fù)合材料。在上述第1方式的覆層材料中，能夠預(yù)先在上述接合合金層一體地接合由鋁接合釬料形成的釬料層。因?yàn)橛纱瞬恍枰硇袦?zhǔn)備釬料，所以能夠使釬焊作業(yè)率提高。上述釬料層能夠由壓接或由壓接和擴(kuò)散接合等在接合合金層上接合。上述釬料層在釬焊時(shí)為熔融的層，在操作中只要以不從接合合金層分離程度地接合即可，因此不必牢固地接合上述釬料層和接合合金層。如上所述通過(guò)在上述第1方式的覆層材料的接合合金層釬焊鋁材，能夠容易得到鋁接合復(fù)合材料。在該鋁接合復(fù)合材料中，由銅形成上述覆層材料的非鋁金屬層，作為上述鋁材，可以使用用于冷卻半導(dǎo)體元件的鋁制冷卻器。由此，能夠提供耐久性優(yōu)異的、能源模塊等電子器件的冷卻用構(gòu)件。另外，本發(fā)明的第2方式的覆層材料，具備上述非鋁金屬層、接合合金層、由鋁形成的鋁層，上述非鋁金屬層和接合合金層，還有上述接合合金層和鋁層分別通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合。該第2方式的覆層材料也可以在覆層材料的鋁層接合由鋁接合釬料形成的釬料層。由此，能夠使釬焊作業(yè)率提高。上述釬料層能夠由壓接或由壓接和擴(kuò)散接合而接
合于招層ο根據(jù)該第2方式的覆層材料，能夠比在上述接合合金層直接釬焊鋁材的情況，更牢固地在上述鋁層釬焊鋁材。因此，能夠容易提供鋁材被更牢固地釬焊的鋁接合復(fù)合材料。如上所述，通過(guò)在上述第2方式的覆層材料的鋁層釬焊鋁材，能夠容易得到鋁接合復(fù)合材料。在該鋁接合復(fù)合材料中，以銅形成上述覆層材料的非鋁金屬層，作為上述鋁材可以使用用于冷卻半導(dǎo)體元件的鋁制冷卻器。由此，能夠提供鋁制冷卻器更牢固地接合的能源模塊等電子器件的冷卻用構(gòu)件。另外，在上述第2方式的覆層材料中，能夠以不銹鋼形成非鋁金屬層，以純Al或包含90質(zhì)量％以上Al的導(dǎo)電性鋁合金形成鋁層。由此，能夠兼?zhèn)溆射X層產(chǎn)生的導(dǎo)電性和由非鋁金屬層(不銹鋼層)產(chǎn)生的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、與導(dǎo)電線材的接合性、經(jīng)濟(jì)性。另外， 作為該非鋁金屬層使用不銹鋼層的覆層材料，可以作為電池盒或端子構(gòu)件等導(dǎo)電性材料良好地使用。另外，本發(fā)明的第3方式的覆層材料具備由鋁形成的鋁層和由本發(fā)明的鋁接合合金形成的接合合金層，上述鋁層和接合合金層由壓接和擴(kuò)散接合而接合。根據(jù)該覆層材料，能夠在牢固地接合有上述鋁層的接合合金層，由釬焊、焊接等接合方法容易接合由選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意1種非鋁金屬形成的非鋁金屬材料。因此能夠容易提供在上述覆層材料的接合合金層接合有上述非鋁金屬材料的鋁接合復(fù)合體。另外，該第3方式的覆層材料的接合合金層，因?yàn)镸濃度高，加工性、耐腐蝕性、與導(dǎo)電線材的釬焊性或焊接性也良好，所以能夠?qū)⒏矊硬牧媳旧碜鳛殡姵睾谢蚨俗訕?gòu)件等導(dǎo)電性材料良好地使用。另外，本發(fā)明的第4方式的覆層材料具備由本發(fā)明的鋁接合合金形成的接合合金層，和由鋁接合釬料或用于釬焊的選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意1種非鋁金屬的非鋁金屬接合釬料形成的釬料層，上述接合合金層和釬料層接合。根據(jù)該覆層材料，無(wú)需另外準(zhǔn)備釬料，使用釬料層就能夠牢固地釬焊鋁材與接合合金層、或非鋁金屬材料與接合合金層。上述釬料層能夠由壓接或由壓接和擴(kuò)散接合而接
Π 丁伎 Π I=I ^te ο發(fā)明的效果本發(fā)明的鋁接合合金，因?yàn)楸举|(zhì)上包含0. 08 0. 90質(zhì)量％的Mg且剩余部分包含 Ni和不可避免的雜質(zhì)，所以可以得到與選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意1種非鋁金屬的牢固接合。另外，關(guān)于與鋁的接合，因?yàn)樵阡X的接合界面存在的氧化鋁在接合時(shí)，被鋁接合合金中的適量Mg還原，所以通過(guò)擴(kuò)散接合、釬焊、焊接中的任意1種接合方法都可以得到牢固的接合。這樣，本發(fā)明的鋁接合合金，因?yàn)閷?duì)鋁材和非鋁金屬材料中的任意1種都可以得到牢固的接合，所以適合作為接合兩者的接合材料。另外，鋁接合合金因?yàn)槠浔旧砭哂辛己玫哪透g性、加工性、接合性，所以能夠容易提供具有由上述鋁接合合金構(gòu)成的接合合金層的各種覆層材料和鋁接合復(fù)合材料。


圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的覆層材料的主要部分截面示意圖。圖2是第1實(shí)施方式的覆層材料的變形形態(tài)、具備釬料層的覆層材料的截面示意圖。圖3是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的覆層材料的主要部分截面示意圖。
圖4是在第1實(shí)施方式的覆層材料上，釬焊作為鋁材的鋁制冷卻器而組裝得到的鋁接合復(fù)合材料的主要部分截面示意圖。圖5是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的覆層材料的主要部分截面示意圖。
圖6是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的覆層材料的主要部分截面示意圖。
圖7是表示覆層材料的接合強(qiáng)度的測(cè)定要領(lǐng)的說(shuō)明圖。
圖8是表示釬焊復(fù)合材料的接合強(qiáng)度的測(cè)定要領(lǐng)的說(shuō)明圖。
符號(hào)說(shuō)明
1接合合金層
2非鋁金屬層
3、4鋁層
11鋁材
IlA鋁制冷卻器
12非鋁金屬材料
21釬料層
具體實(shí)施例方式首先，說(shuō)明本發(fā)明的鋁接合合金。該鋁接合合金是本質(zhì)上包含0.08質(zhì)量％以上、 0.90質(zhì)量％以下(0.08 0.90質(zhì)量％ )的Mg且剩余部分包含Ni和不可避免的雜質(zhì)的 Ni-Mg合金。將合金母體設(shè)為Ni是因?yàn)镹i具備良好的延展性、加工性，強(qiáng)度、耐腐蝕性也比較高，而且壓接性、擴(kuò)散接合性、釬焊性、焊接性優(yōu)異的緣故。另一方面，Mg在本發(fā)明合金中是重要元素，具有在與鋁的擴(kuò)散接合或釬焊中還原在鋁界面存在的氧化鋁、使接合性提高的作用。說(shuō)明上述Ni-Mg合金中Mg成分的限定理由。當(dāng)Mg量大于0.90質(zhì)量％時(shí)，熱加工性和冷加工性就變差，難以將Ni-Mg合金軋制加工為板材等形態(tài)。另一方面，當(dāng)Mg量小于 0. 08質(zhì)量％時(shí)，由上述Mg產(chǎn)生的氧化鋁的還原作用變得過(guò)小，接合性的改善下降。因此，在本發(fā)明中，將Mg量的下限設(shè)為0. 08 %，優(yōu)選設(shè)為0.10%，更優(yōu)選設(shè)為0. 20 %，其上限設(shè)為 0. 90%,優(yōu)選設(shè)為0. 70%，更優(yōu)選設(shè)為0.65%。上述Ni-Mg合金，典型地在規(guī)定量的Mg以外，還包括剩余部分的Ni和不可避免的雜質(zhì)，但在不損害加工性的范圍內(nèi)，在Mg以外，還可以單獨(dú)或復(fù)合地添加微量Ca、Li、REM(稀土元素)等能夠還原氧化鋁的元素。上述鋁接合合金通常經(jīng)過(guò)以下工序制造。首先，將成分調(diào)整過(guò)的原料熔化進(jìn)行鑄造。所鑄造的鑄塊進(jìn)行熱加工，根據(jù)需要施加中間退火后，冷加工為所希望的形態(tài)，典型地加工為板材。Mg在M中幾乎不固溶，但即使不采用驟冷凝固等特殊的冷卻方法，Mg也在鑄塊的M基體中微細(xì)分散并析出。接著，參照附圖對(duì)具備由上述鋁接合合金形成的接合合金層的各種覆層材料，使用該覆層材料制造的鋁接合復(fù)合材料進(jìn)行說(shuō)明。圖1表示第1實(shí)施方式的覆層材料，其具備由選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意1種非鋁金屬形成的非鋁金屬層2和由上述鋁接合合金形成的接合合金層1，上述非鋁金屬層2和接合合金層1通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合。所謂壓接和擴(kuò)散接合，不僅包含壓接和在其后進(jìn)行擴(kuò)散接合的情況，也包含同時(shí)進(jìn)行壓接和擴(kuò)散接合的情況。通過(guò)并用壓接和擴(kuò)散接合，可以得到牢固的接合。作為上述鋼鐵，可以例示純鐵、軟鋼等低碳鋼、不銹鋼。作為上述銅，可以例示純銅、黃銅、白銅、鋅白銅(德銀)。作為上述鎳，可以例示純鎳、蒙乃爾合金等的Ni-Cu合金。 作為上述鈦，可以例示純鈦、β型鈦合金、α+β型鈦合金。上述非鋁金屬可以根據(jù)要求特性、用途等選擇適當(dāng)?shù)慕饘?。根?jù)該第1實(shí)施方式的覆層材料，在上述接合合金層1上使用鋁接合釬料，就能夠容易釬焊鋁材。其結(jié)果，能夠容易得到非鋁金屬層2和鋁材11經(jīng)由接合合金層1牢固地接合的鋁接合復(fù)合材料。作為上述鋁接合釬料，可以例示JIS規(guī)格的4004等Al-Si-Mg類釬料、JIS規(guī)格的4343等Al-Si類釬料。在上述接合合金層1和鋁材11之間，形成具有釬焊時(shí)熔融的釬料和從上述接合合金層1等中移動(dòng)的成分混合得到的組成的釬焊層30。圖2表示上述第1實(shí)施方式的變形形態(tài)的覆層材料，該覆層材料在上述第1實(shí)施方式的覆層材料的接合合金層1的另一個(gè)表面，即釬焊鋁材11 一側(cè)的表面上，通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合有上述由鋁接合釬料形成的釬料層21，該覆層材料是非鋁金屬層2、接合合金層1和釬料層21的3層一體地疊層得到的覆層材料。具有上述釬料層21的3層結(jié)構(gòu)的覆層材料，在鋁材的釬焊時(shí)，因?yàn)椴恍枰硇袦?zhǔn)備釬料，所以能夠使釬焊作業(yè)率提高。上述釬料層的厚度可以為50 500 μ m左右。因?yàn)樯鲜鲡F料層21在釬焊時(shí)熔融，所以在操作中只要以不分離的程度接合即可。因此，釬料層21可以只被壓接于接合合金層1，而省略擴(kuò)散接合。另外，圖3表示第2實(shí)施方式的覆層材料，其具備由上述非鋁金屬形成的非鋁金屬層2、由上述鋁接合合金形成的接合合金層1和由鋁形成的鋁層3，上述非鋁金屬層2與接合合金層1由壓接和擴(kuò)散接合而一體接合，而且上述接合合金層1與鋁層3由壓接和擴(kuò)散接合而一體接合。根據(jù)該覆層材料，能夠在接合于上述接合合金層1的鋁層3上更牢固地釬焊鋁材， 能夠容易得到非鋁金屬層2和鋁材11經(jīng)由上述接合合金層2和鋁層3更牢固地接合的鋁接合復(fù)合材料。另外，在上述第1、第2實(shí)施方式的覆層材料中，通過(guò)以熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的銅形成非鋁金屬層2，在上述接合合金層1或鋁層3上釬焊鋁材11，能夠容易得到熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的導(dǎo)電性鋁接合復(fù)合材料。作為上述熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的銅，在韌銅(tough pitch copper)和無(wú)氧銅等純銅以外，還可以列舉含有85 %以上Cu、更優(yōu)選含有90 %以上Cu的銅合金，例如，可以列舉磷青銅、鉻銅、鈹銅、鋁青銅、錫青銅(炮銅)。作為上述導(dǎo)電性鋁接合復(fù)合材料，圖4表示能源模塊等電子器件的冷卻用構(gòu)件。 該冷卻用構(gòu)件是在第1實(shí)施方式的覆層材料的接合合金層1上，作為鋁材11，釬焊有具備風(fēng)扇的鋁制冷卻器IlA的構(gòu)件。覆層材料的非鋁金屬層(銅層)2發(fā)揮著將從在其上疊層的傳熱絕緣基板(DBA基板)傳遞的熱迅速傳遞到冷卻器IlA的散熱器的作用。導(dǎo)電性鋁接合復(fù)合材料不限于第1實(shí)施方式的覆層材料，也可以使用圖3所示的第2實(shí)施方式的覆層材料制作。使用第2實(shí)施方式的覆層材料時(shí)，在鋁層3上釬焊鋁制冷卻器11A。作為上述能源模塊的冷卻用構(gòu)件使用上述導(dǎo)電性鋁接合復(fù)合材料時(shí)，非鋁金屬層 (銅層)2優(yōu)選設(shè)為0. 5 3mm左右，接合合金層1優(yōu)選設(shè)為50 200 μ m左右、鋁層3優(yōu)選設(shè)為10 100 μ m左右。
另外，作為上述冷卻用構(gòu)件使用上述導(dǎo)電性鋁接合復(fù)合材料時(shí)，也可以在非鋁金屬層(銅層)2的另一個(gè)表面設(shè)置由本發(fā)明的鋁接合合金形成的接合合金層。一般而言，傳熱性絕緣基板(DBA基板)在其兩面施加鍍鎳，容易釬焊于銅層。但是，在傳熱性絕緣基板中也有不施加鍍鎳，而鋁層露出的情況。這樣的情況下，通過(guò)在銅層的另一個(gè)表面也設(shè)置接合合金層，能夠牢固地釬焊?jìng)鳠嵝越^緣基板的鋁層與上述接合合金層。另外，在第2實(shí)施方式的覆層材料中，能夠以導(dǎo)電性優(yōu)異的鋁形成鋁層3，能夠以耐腐蝕性、加工性、接合性優(yōu)異、強(qiáng)度高于鋁的金屬，即不銹鋼、純鎳、Ni含量90%以上的鎳合金形成非鋁金屬層2。這樣的覆層材料，能夠直接作為電池盒和連接端子的原材料良好地使用。在這樣的用途中，鋁層3優(yōu)選設(shè)為10 100 μ m左右，接合合金層1優(yōu)選設(shè)為50 200 μ m左右，非鋁金屬層2優(yōu)選設(shè)為200 500 μ m左右。作為上述導(dǎo)電性優(yōu)異的鋁，在純鋁(例如，JIS規(guī)格的1060、1080等1000系鋁)以外，還優(yōu)選Al含量85%以上、優(yōu)選90%以上的鋁合金。作為這樣的鋁合金，例如，可以列舉 JIS規(guī)格的A3003、A3004等3000系鋁合金(Al-Mn類合金)、JIS規(guī)格的A4042等4000系鋁合金(ΑΙ-Si類合金)、JIS規(guī)格的A5005、A5052等5000系鋁合金(Al-Mg類合金)。另外，作為上述不銹鋼，例如，可以列舉JIS規(guī)格的SUS303、SUS304、SUS316等奧氏體類不銹鋼，SUS405、SUS430等鐵氧體類不銹鋼。圖5是第3實(shí)施方式的覆層材料，具備由鋁形成的鋁層4和由上述鋁接合合金形成的接合合金層1，上述鋁層4和接合合金層1通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合。能夠根據(jù)使用目的、用途，在上述接合合金層1上通過(guò)釬焊或焊接接合適當(dāng)材質(zhì)的非鋁金屬材料12，其結(jié)果，能夠容易得到鋁接合復(fù)合材料。另外，該覆層材料，因?yàn)樵摻雍虾辖饘?的M濃度高， 加工性、耐腐蝕性、釬焊性和焊接性也良好，所以能夠?qū)⒏矊硬牧媳旧碜鳛殡姵睾谢蚨俗訕?gòu)件等的材料良好地使用。在這樣的用途中，優(yōu)選以上述導(dǎo)電性優(yōu)異的鋁合金形成上述鋁層 4，另外，鋁層4優(yōu)選設(shè)為10 IOOym左右，接合合金層1優(yōu)選設(shè)為50 200 μ m左右。另外，在第3實(shí)施方式的覆層材料中，可以在接合合金層1的另一個(gè)表面(進(jìn)行釬焊一側(cè)的表面)，與圖2的覆層材料同樣地由壓接或壓接和擴(kuò)散接合而接合釬料層，由此， 能夠得到鋁層4、接合合金層1和釬料層的3層一體化的覆層材料。通過(guò)設(shè)置上述釬料層， 就不必另行準(zhǔn)備釬料，釬焊作業(yè)率提高。在第3實(shí)施方式的覆層材料的接合合金層1上釬焊非鋁金屬材料12時(shí)，使用具有鋁層4不熔融的釬焊溫度的釬料。釬焊溫度優(yōu)選小于形成鋁層4的鋁的熔點(diǎn)(例如，在純鋁時(shí)為660°C )、優(yōu)選比熔點(diǎn)低60°C左右的溫度。另外，在接合合金層1上焊接非鋁金屬材料 12時(shí)，優(yōu)選點(diǎn)焊、激光焊等局部加熱類型的焊接。在這樣的焊接中，即使局部高于形成鋁層 4的鋁的熔點(diǎn)，因?yàn)殇X層4整體沒有熔融，所以能夠確保鋁層4和接合合金層1的接合性。圖6是第4實(shí)施方式的覆層材料，具備由本發(fā)明的鋁接合合金形成的接合合金層1 和釬料層21，上述接合合金層1和釬料層21由壓接或擴(kuò)散接合而接合。在該覆層材料時(shí)， 因?yàn)椴槐貙⑩F料層21牢固地接合于接合合金層1，所以可以省略擴(kuò)散接合。上述釬料層21由鋁接合釬料或用于釬焊選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意1種非鋁金屬的非鋁金屬接合釬料形成。作為上述非鋁金屬接合釬料，主要使用作為Ag-Cu類合金的銀釬料。作為上述銀釬料，可以例示JIS規(guī)格的BAg-1、BAg-4、BAg-8等BAg類銀釬料。根據(jù)該第4實(shí)施方式的覆層材料，不另行準(zhǔn)備釬料，使用釬料層21，就能夠牢固地釬焊接合合金層1與鋁材或非鋁金屬材料。另外，在接合合金層1的另外一面，即不接合釬料層21—側(cè)的表面能夠由釬焊或焊接容易接合非鋁金屬材料或鋁材。由此，能夠通過(guò)接合合金層1，容易得到鋁材和非鋁金屬材料接合的鋁接合復(fù)合材料。以鋁接合釬料形成上述釬料層21時(shí)，可以在通過(guò)釬料層21的釬料將鋁材釬焊于接合合金層1后，由釬焊或焊接在接合合金層1的另一個(gè)表面接合非鋁金屬材料。釬焊非鋁金屬材料時(shí)，使用具有低于由上述釬料層的釬焊時(shí)形成的釬焊部分的鋁合金熔點(diǎn)的釬焊溫度的非鋁接合釬料。另外，焊接非鋁金屬材料時(shí)，優(yōu)選局部加熱類型的焊接。另一方面，在以非鋁金屬接合釬料形成釬料層21時(shí)，使用釬料層21的釬料在接合合金層1釬焊非鋁金屬材料后，能夠使用鋁接合釬料將鋁材牢固地釬焊于接合合金層1的另一個(gè)表面。非鋁金屬接合釬料(主要為銀釬料)，通常因?yàn)槿埸c(diǎn)高于鋁接合釬料(主要為Al-Si類釬料)的熔點(diǎn)，所以在鋁材的釬焊時(shí)，非鋁金屬材料的釬焊部分不熔融。因此， 作為非鋁金屬接合釬料，只要在釬焊時(shí)接合合金層1不熔融，就能夠使用任意的釬料。上述各實(shí)施方式的覆層材料，可以由以下方法同時(shí)一體地制造。即，重疊作為覆層材料各層來(lái)源的薄板狀、片狀或膜狀的金屬材料，由冷軋壓下該重疊材料進(jìn)行壓接后，對(duì)該壓接材料施加擴(kuò)散退火，擴(kuò)散接合相鄰連接層。另外，邊進(jìn)行由壓下上述壓接材料產(chǎn)生的壓接邊進(jìn)行擴(kuò)散退火，能夠與壓接同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散接合。擴(kuò)散退火溫度設(shè)定在覆層材料的任何層都不熔融的溫度范圍內(nèi)。在上述冷軋時(shí)，根據(jù)需要，也可以施加中間退火。在擴(kuò)散退火后， 為了調(diào)整板厚還可以施加冷軋。圖2所示的第1實(shí)施方式的變形形態(tài)的覆層材料的情況下，能夠在預(yù)先制造的第1 實(shí)施方式的覆層材料的接合合金層1上，重疊薄板狀、片狀或膜狀的釬料，通過(guò)壓下該重疊材料，壓接接合合金層ι與釬料層21。釬料層21可以僅由壓接進(jìn)行接合，但根據(jù)需要，還可以在壓接材料上施加擴(kuò)散退火，由擴(kuò)散接合將接合合金層1與釬料層21接合。另外，關(guān)于圖3所示的第2實(shí)施方式的覆層材料，也可以在第1實(shí)施方式的覆層材料的接合合金層 1上由壓接和擴(kuò)散退火接合鋁層3。以往，在鎳層和不銹鋼層擴(kuò)散接合鋁層時(shí)，擴(kuò)散退火溫度設(shè)為300 550°C左右， 但在如第2、3實(shí)施方式那樣在接合合金層1上擴(kuò)散接合鋁層3、4時(shí)，擴(kuò)散接合溫度能夠上升到比形成鋁層的鋁的熔點(diǎn)低20°C左右的溫度。例如，以純鋁形成鋁層時(shí)，能夠設(shè)為作為純鋁的釬焊溫度的600°C左右或設(shè)為其以上的640°C左右。以下，列舉實(shí)施例，更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這樣的實(shí)施例限定地解釋。實(shí)施例1(1)鋁接合合金的制造如表1所示熔融制造純Ni (Mg = 0% )和各種Mg量的Ni-Mg合金。以1000°C熱軋其鑄塊(厚度32mm)，得到熱軋板(板厚8mm)。再在熱軋板上施加冷軋(通過(guò)5次)，得到冷軋板(板厚2mm，寬30mm)。軋制時(shí)，觀察板的加工狀態(tài)，在表1中表示其結(jié)果。表中， 加工性評(píng)價(jià)的記號(hào)“ X X，，表示軋制板在熱軋階段斷裂，“ X，，表示在冷軋階段，軋制板幾乎斷裂，“Δ”表示在冷軋階段，在軋制板側(cè)緣發(fā)生5mm左右以下的微細(xì)裂紋，“〇”表示在冷軋階段，沒有任何裂紋。另外，從冷軋板取下JIS規(guī)格的1 號(hào)拉伸試片，使用該試片進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)。在表1中一并表示其結(jié)果。另外，表中“_”表示未測(cè)定。由表1可知，Mg量為1. 以上的合金No. 9、10加工性明顯差，不適合作為覆層材料。
[表 1]
權(quán)利要求
1.一種鋁接合合金，其特征在于其是用于接合鋁與選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意一種非鋁金屬的M-Mg合金，所述Ni-Mg合金本質(zhì)上包含0. 08質(zhì)量％以上、0. 90質(zhì)量％以下的Mg，且剩余部分包含 Ni和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁接合合金，其特征在于所述Ni-Mg合金包含0. 10質(zhì)量％以上、0. 70質(zhì)量％以下的Mg。
3.一種覆層材料，其特征在于具備由選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意一種非鋁金屬形成的非鋁金屬層，和由鋁接合合金形成的接合合金層；所述鋁接合合金本質(zhì)上包含0. 08質(zhì)量％以上、0. 90質(zhì)量％以下的Mg 且剩余部分包含Ni和不可避免的雜質(zhì)，所述非鋁金屬層與接合合金層通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合。
4.如權(quán)利要求3所述的覆層材料，其特征在于還具備由鋁接合釬料形成的釬料層，所述釬料層與所述接合合金層接合。
5.如權(quán)利要求3所述的覆層材料，其特征在于還具備由鋁形成的鋁層，所述鋁層與所述接合合金層通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合。
6.如權(quán)利要求5所述的覆層材料，其特征在于所述非鋁金屬層由不銹鋼形成，所述鋁層由純鋁或含有90質(zhì)量％以上Al的導(dǎo)電性鋁合金形成。
7.一種覆層材料，其特征在于具備由鋁形成的鋁層，和由鋁接合合金形成的接合合金層；所述鋁接合合金本質(zhì)上包含0. 08質(zhì)量％以上、0. 90質(zhì)量％以下的Mg且剩余部分包含Ni和不可避免的雜質(zhì)，所述接合合金層與鋁層通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合。
8.一種覆層材料，其特征在于具備由鋁接合合金形成的接合合金層，和由鋁接合釬料或用于釬焊的選自鋼鐵、銅、 鎳、鈦中的任意一種非鋁金屬的非鋁金屬接合釬料形成的釬料層；所述鋁接合合金本質(zhì)上包含0. 08質(zhì)量％以上、0. 90質(zhì)量％以下的Mg且剩余部分包含 Ni和不可避免的雜質(zhì)，所述釬料層與接合合金層接合。
9.如權(quán)利要求3 8中任一項(xiàng)所述的覆層材料，其特征在于所述鋁接合合金包含0. 10質(zhì)量％以上、0. 70質(zhì)量％以下的Mg。
10.一種鋁接合復(fù)合材料，其特征在于具備覆層材料，其具備由選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意一種非鋁金屬形成的非鋁金屬層，和由鋁接合合金形成的接合合金層，所述鋁接合合金本質(zhì)上包含0. 08質(zhì)量％以上、 0. 90質(zhì)量％以下的Mg且剩余部分包含Ni和不可避免的雜質(zhì)，所述非鋁金屬層與接合合金層通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合，和由鋁形成的鋁材；所述鋁材釬焊于所述覆層材料的接合合金層。
11.一種鋁接合復(fù)合材料，其特征在于具備覆層材料，其具備由選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意一種非鋁金屬形成的非鋁金屬層，由鋁接合合金形成的接合合金層，和由鋁形成的鋁層，所述鋁接合合金本質(zhì)上包含0. 08 質(zhì)量％以上、0. 90質(zhì)量％以下的Mg且剩余部分包含Ni和不可避免的雜質(zhì)，所述非鋁金屬層與接合合金層、所述接合合金層與鋁層分別通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合，和由鋁形成的鋁材；所述鋁材釬焊于所述覆層材料的鋁層。
12.如權(quán)利要求10或11所述的鋁接合復(fù)合材料，其特征在于所述非鋁金屬層由銅形成，作為所述鋁材，使用用于冷卻半導(dǎo)體元件的鋁制冷卻器。
13.一種鋁接合復(fù)合材料，其特征在于具備覆層材料，其具備由鋁形成的鋁層，和由鋁接合合金形成的接合合金層，所述鋁接合合金本質(zhì)上包含0. 08質(zhì)量％以上、0. 90質(zhì)量％以下的Mg且剩余部分包含Ni和不可避免的雜質(zhì)，所述接合合金層與鋁層由擴(kuò)散接合而接合，和由選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意一種非鋁金屬形成的非鋁金屬材料； 所述非鋁金屬材料接合于所述覆層材料的接合合金層。
全文摘要
本發(fā)明提供不僅與鋼鐵、銅、鎳等非鋁金屬，而且與鋁的壓接性、擴(kuò)散接合性和釬焊性都優(yōu)異的鋁接合合金，還提供具有由該鋁接合合金形成的接合合金層的覆層材料、鋁接合復(fù)合材料。本發(fā)明的接合合金是接合鋁與選自鋼鐵、銅、鎳、鈦中的任意一種非鋁金屬的Ni-Mg合金。上述Ni-Mg合金本質(zhì)上包含0.08～0.90質(zhì)量％的Mg且剩余部分包含Ni和不可避免的雜質(zhì)。另外，本發(fā)明的覆層材料具備由上述非鋁金屬形成的非鋁金屬層(2)和由上述鋁接合合金形成的接合合金層(1)，上述非鋁金屬層(2)與接合合金層(1)通過(guò)壓接和擴(kuò)散接合而接合。
文檔編號(hào)B23K103/18GK102596488SQ20108004846
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者山本晉司, 石尾雅昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社新王材料