JPH0263681A - アルミニウム又はアルミニウム合金とステンレス鋼との接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアルミニウム（Ａｌ）又はＡ１合金（以下、Ａ
ｐ材という）とステンレス鋼とをろう付により接合して
その複合材を得るＡｐ材とステンレス鋼との接合方法に
関する。

［従来の技術］ Ａｌ材とステンレス鋼との複合材は、Ａｐ材が有する軽
量性、高熱伝導率、耐蝕性及び良加工性という特長と、
ステンレス鋼が有する極めて優れた耐蝕性という特長と
の双方を兼ね備えており、電磁調理器用等の器物、車輌
用及び船舶用部品、電気部品、熱交換器用部品、接点材
料又は厨房用品としてその利用分野が拡大されつつある
。

このようなＡｊ材とステンレス鋼とを接合する技術とし
て、従来、両者を重ね合わせた状態て圧延する圧延クラ
ッド法がある。しかしながら、圧延クラツド材は製造段
階でのスクラップ材に経済的価値かないと共に、部分的
な複合化ができない等の欠点を有する。そこで、近時、
Ａｆｆｌ材とステンレス鋼とをろう付により接合する方
法が提案されている（特開昭６０−１３３９７１号、軽
金属第３７巻第６号第４１３乃至４１８頁）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、Ａｌ材とステンレス鋼とを直接ろう付し
た場合は、その界面にて脆弱な金属間化合物を生成しや
すく、このような直接的なろう付により高接合強度を得
ることは困難である。一方、ニッケル又は銀等によりス
テンレス鋼を前処理した後、真空ろう付する方法（前記
特開昭６０−１３３９７１号）においては、圧延クラツ
ド材と同等の十分な接合強度を得ることができないとい
う難点がある。また、Ｔｉ箔を使用した接合方法（前記
軽金属第３７巻第６号第４１３乃至４１８頁）はＴｉと
鋼との接合と、ＴｉとＡｌとの接合とを別々の熱処理工
程により行うから、製造方法が煩雑であるという欠点を
有する。更に、Ｔｉと鋼との接合のために、８５０℃と
いう高温に加熱する必要があるので、母材である鋼材の
耐蝕性を劣化させてしまうという欠点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
接合界面に脆弱な金属間化合物が生成してしまうことが
なく、高強度の接合部が得られるアルミニウム又はアル
ミニウム合金とステンレス鋼との接合方法を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金とステ
ンレス鋼との接合方法は、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金からなる第１の被接合材と、ステンレス鋼からな
る第２の被接合材とをろう付により接合する方法におい
て、前記第２の被接合材の被接合面にＰＶＤ法によりチ
タンの薄膜を形成する工程と、前記チタン薄膜上にろう
材を介して前記第１の被接合材を重ね合わせ真空又は不
活性ガス雰囲気中で前記ろう材を溶融させて前記第１及
び第２の被接合材を接合する工程とを有することを特徴
とする。

［作用］ 本発明においては、先ずステンレス鋼からなる第２の被
接合材の被接合面にＴｉの薄膜をＰＶＤ法により形成す
る。その後、このＴｉ薄膜との間にろう材を挾んでアル
ミニウム又はアルミニウム合金（Ａｌ材）からなる第１
の被接合材を重ね、真空又は不活性ガス雰囲気下で加熱
してろう付する。このため、Ａｌ材とステンレス鋼との
間にはＴｉの薄膜が存在するので、両者は直接接触せず
、接合界面にて脆弱な金属間化合物が生成することがな
い。従って、十分に高い接合強度を得ることができる。

一方、Ｔｉ薄膜はＰＶＤ法によりステンレス鋼の被接合
面に被着されるから、高温の熱処理が不要であり、母材
のステンレス鋼が高温に曝されて耐蝕性能が劣化したり
、強度が低下するという不都合もない。

なお、ろう材としては、Ａｌｌ−３ｔ系又はＡｌＳ　１
−Ｍｇ系があるが、接合強度上Ａ、ｆ−８ｔ系合金を使
用することが好ましい。また、このろう材はＡ、ｌｌｌ
材と予め接合されて一体となったプレージングシートと
して使用することが好ましい。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して
具体的に説明する。第１図はＡ、１２材の両面にステン
レス鋼板を配設したＡｌ材とステンレス鋼との複合材を
示す断面図である。ステンレス鋼板１ａ、ｌｂの被接合
面には、夫々Ｔｉの薄膜２ａ、２ｂがＰ　Ｖ　Ｄ　（Ｐ
ｈｙｓｉｃａｌ　ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；物
理気相蒸着）法により被着されている。このようなＰＶ
Ｄ法として、具体的には、真空蒸着、スパッタリング又
はイオンブレーティングがある。

なお、Ｔｉ薄膜２ａ、２ｂが薄過ぎると、ろう付により
溶融したＡｌを含有するろう材がステンレス鋼板１ａ、
ｌｂに接触してしまう。このため、Ｔｉ薄膜２ａ、２ｂ
はある程度以上の厚さを有することが望ましい。

而して、このＴｉ薄膜２ａ、２ｂの厚さは、１μｍ以上
であることが好ましく、更に望ましくは３μｍ以上であ
る。第２図は横軸にＴｉ薄膜の厚さをとり、縦軸に剪断
強さをとって、この剪断強さにおけるＴｉ薄膜の膜厚の
影響を示したグラフ図である。なお、この第２図のデー
タの測定条件は、ろう材としてＢＡ４３４３　（ＪＩＳ
）Ａｌ金合金使用し、その厚さが１３０μｍの場合であ
って、５ｋｇｆ／ｃｏ（の加圧力を印加しつつ６２０℃
の温度に５分間加熱したものである。

この第２図から明らかなように、Ｔｉ薄膜２ａ。

２ｂが厚い方が剪断強さは高い。そして、Ｔｉ薄膜２ａ
、２ｂの厚さが１μｍまでは剪断強さが急激に上昇し、
３μｍを超えるとその剪断強さの上昇が鈍化し、これ以
上Ｔｉ薄膜２ａ、２ｂを厚くしても剪断強さの上昇は期
待できない。以上のような特性から、ステンレス鋼板１
ａ、ｌｂに対するＴ１薄膜２ａ、２ｂの十分な被着強度
を確保するために、その厚さは１μｍ以上にすることが
好ましい。また、更に一層高い被着強度を得るために、
Ｔｉ薄膜の厚さを３μｍ以上にすることか望ましい。

しかしながら、Ｔｉ薄膜が厚くなり過ぎると、Ｔｉ薄膜
とＡｆｆｌ材との間及びＴｉ薄膜とステンレス鋼との間
の熱膨張率の差に起因して接合強度及び低下するという
弊害が生じる。このため、Ｔｉ薄膜２ａ、２ｂの厚さは
１０μｍ以下とすることが好ましい。

一方、Ａｐ材３の表面及び裏面には夫々ろう材４ａ、４
ｂが被着している。このＡｐ材３及びろう材４ａ、４ｂ
は別体のものを使用するよりも、プレージングシート５
として市販されているものを使用した方が、Ａβ材３と
ステンレス鋼板１ａ１ｂとの間の接合工程を簡略化でき
るため好ましい。

ろう材４ａ、４ｂとしては、Ａｌ−Ｓｉ系のもの又はＡ
ｌ−３１−Ｍｇ系のものを使用することができる。しか
しながら、Ａｌ−８ｉ系のろう付継手の方がＡ、＆−８
１−Ｍｇ系のろう付継手よりも剪断強度が高いため、Ａ
ｌ−８ｉ系のろう材を使用する方が好ましい。

而して、上述の如＜、Ａ、＆材３の表裏面にろう材４ａ
、４ｂが被着されたプレージングシート５を、Ｔｉ薄膜
２ａ、２ｂが被着されたステンレス鋼板１ａ、ｌｂ間で
、そのＴｉ薄膜２ａ、２ｂを夫々ろう材４ａ、４ｂに接
触させて挾み込む。そして、一対のステンレス鋼板１ａ
、ｌｂ間に一定の加圧力を印加しつつ、これらの積層体
を真空中又は不活性ガス雰囲気中にて所定のろう付温度
に所定時間加熱する。これにより、ろう材４ａ、４ｂが
溶融し、所定時間経過後冷却すると、ステンレス鋼板１
ａ、ｌｂとＡＪＩ材３とがろう付される。

このように本実施例方法においては、Ａβ材３とステン
レス鋼板１ａ、ｌｂとの間に夫々Ｔｉ薄膜２ａ、２ｂを
介在させているから、Ａ　、Ｑ材３とステンレス鋼板１
ａ、ｌｂとが直接接触することがなく、両者間の界面で
脆弱な金属間化合物が生成することがない。従って、Ａ
ｉ材３とステンレス鋼板１ａ、ｌｂとの間には、十分に
高い接合強度が得られる。

一方、Ｔｉ薄膜２ａ、２ｂはＰＶＤによりステンレス鋼
板１ａ、ｌｂの接合面に被着されるから、この被着工程
に際して母材のステンレス鋼板１ａ。

１ｂを高温に曝すこともなく、その母材性能を損なうこ
とがない。従って、ステンレス鋼のもつ高耐蝕性という
優れた特性は十分に保持される。また、ＰＶＤ法により
Ｔｉ薄膜２ａ、２ｂを形成することにより、得られたＴ
ｉ薄膜２ａ、２ｂの厚さは極めて均一になる。従って、
このＴｉ薄膜２ａ、２ｂをＡｐ材３と接合する際のろう
付性が向上する。

なお、上述のろう付工程は、Ａｒガス等の不活性ガス中
又は真空中で行うが、ろう付性を勘案すると不活性ガス
雰囲気よりも真空中で前述の積層体を加熱した方が好ま
しい。

また、Ｔｉ薄膜２ａ、２ｂは上記実施例のようにステン
レス鋼板１ａ、ｌｂの被接合面に被着するのであって、
Ａｐ材３の表面及び裏面に被着するのではない。ろう材
４ａ、４ｂとしては、母材であるステンレス鋼及びＡｐ
材よりも融点が低いものを使用する必要があり、ステン
レス鋼板とＡβ材とをろう付する場合には、ろう材とし
て、通常、前述の如（、ＡＪ！−Ｓｉ系合金又はＡｌ−
８１−Ｍｇ系合金を使用する。このため、もし、ＴＮｔ
ｌ膜２ａ、２ｂをＡｐ材３の表裏面に形成すると、ＡＪ
を含有するろう材４ａ、４ｂがステンレス鋼板１ａ、ｌ
ｂに接触してしまう。従って、ステンレス鋼板１ａ、ｌ
ｂとろう材４ａ、４ｂとの界面で金属間化合物が生成し
てしまう。

一方、ろう材４ａ、４ｂを使用しないで、ステンレス鋼
板１ａ、ｌｂとＡｐ材３とをＴｉ薄膜２ａ、２ｂを間に
挟んで接合しようとすると、ろう付ではなく高温での拡
散接合により接合せざるを得す、従来技術と同様に母材
のステンレス鋼の変質を招来してしまう。このような理
由で、ステンレス鋼板１ａ、ｌｂにＴｉ薄膜２ａ、２ｂ
をｐｖＤにより被着し、Ｔｉ薄膜２ａ、２ｂとＡｌ材３
との間をろう材４ａ、４ｂによりろう付して接合するこ
とが必要である。

次に、本発明方法により実際にステンレス鋼とＡＪ材と
を接合した結果について説明する。下記第１表はステン
レス鋼（ＳＵＳ３０４）とＡｌｌ材（Ａ３００３ＡＪ合
金）とを接合試験した場合の接合条件及びろう封部の引
張試験結果を示す。

ＡＪ材は、Ａ３００３Ａ、＆合金であって、その表面及
び裏面に、ろう材としてのＡＪ−Ｓｉ系合金層又はＡＪ
−８１−Ｍｇ系合金層をクラッドしたプレージングシー
ト（夫々ＢＡ４３４３及びＢＡ４００４）として用意し
た。

ステンレス鋼板及びＡＪ材の形状は、幅が３０ｍｍ、長
さが１００關であり、ステンレス鋼板の厚さは１朋、Ａ
（材の厚さは３ＩＩＩＩｌｌである。また、各ろう材の
厚さは３００μｍである。ろう付雰囲気は真空中、ろう
対温度は６２０℃、ろう何時間は５分である。更に、ろ
う付に際し、ろう材を５ｋｇｆ／ｃｎ（の加圧力で加圧
した。

第１表 このようにしてろう付けした場合のステンレス鋼の前処
理条件及び使用したろう材の種類を前記第１表に示す。

なお、ろう材欄のＢＡ４３４３はＡｌづ％Ｓｉ合金をろ
う材とするプレージングシートであり、ＢＡ４００４は
ＡＪ−１０％Ｓｉ１．５％Ｍｇ合金をろう材とするプレ
ージングシートである。

また、真空ろう付部に、得られた各試料から弓張せん断
試験片を２個採取し、各試験片について引張試験し、そ
の２回の試験における平均値として剪断強さを求めた。

この結果も前記第１表に示す。

この第１表から明らかなように、Ｔｉ薄膜を真空蒸着又
はイオンブレーティングにより形成した実施例１乃至６
の場合は、剪断強さが高く、接合強度が高い健全な接合
部が得られた。これに対し、ＡＪ、Ｎｉ又はＡｇの薄膜
を真空蒸着又はイオンブレーティングにより形成した場
合は、全ての試料において、引張試験によりその接合部
で剥離が生じてしまい、完全な接合状態になっていない
ことがわかる。

なお、第１表の実施例において、ろう材としてＢＡ４３
４３を使用した場合と、ＢＡ４００４を使用した場合と
を比較してみると、ＢＡ４３４３のＡＪ）−７％Ｓｉ合
金を使用した方が剪断強さが高い。このため、ろう材と
してはＡｌ−Ｓｉ系を使用することが好ましいといえる
。一方、ＰＶＤとしては、同一ろう材を使用した実施例
１と実施例３とで比較すると、真空蒸着によりＴｉ薄膜
を形成した場合（実施例１）の方が剪断強さが高い。

このため、イオンブレーティングよりも真空蒸着を利用
してＴｉ薄膜を形成した方が好ましいと言える。

次に、接合強度（剪断力）に対するＴｉ薄膜の厚さ及び
加圧力の影響を試験した結果にっして説明する。Ｔｉ薄
膜の厚さ、ろう材の厚さ及び加圧力以外は第１表の実施
例１の接合条件と同一の条件で、これらのＴｉ薄膜の厚
さ、ろう材の厚さ及び加圧力のみを種々変化させて接合
し、その接合部の剪断強さを測定した。その接合条件及
び剪断力の測定結果を下記第２表に示す。

第２表 この第２表から明らかなように、Ｔｉ薄膜及びろう材の
厚さはいずれも厚い方が剪断力が大きい。

また、加圧力による影響は小さいものの、同様に加圧力
が高い方が剪断力か高くなる傾向がある。

従って、Ｔｉ薄膜の厚さは１μｍ以上、望ましくは３μ
ｍ以上にすることが好ましく、ろう材の厚さは１５０μ
ｍ以上、加圧力は３ｋｇｆ／ｃｎｔ以上であることが好
ましい。

［発明の効果］ 本発明によれば、ステンレス鋼からなる第２の被接合材
の表面にＴｉ薄膜をＰＶＤにより形成し、Ａｌ又はＡｌ
金合金らなる第１の被接合材と前記Ｔｉ薄膜とをろう材
を介して重ね合わせ、真空又は不活性雰囲気で前記ろう
材を溶融させることにより、第１及び第２の被接合材を
ろう付するから、ステンレス鋼とＡｌ材との間の界面に
脆弱な金属間化合物を生じさせることなく、高接合強度
で両者を接合することができる。このため、ステンレス
鋼とＡｌ又はＡｌ金合金の双方の優れた特長を生かした
高品質の複合材を電磁調理器用器物等の分野に供給する
ことができ、これらの分野における技術の進展に著しい
貢献をなす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例方法を示す積層体の断面図、第
２図は剪断強さとＴｉ薄膜厚さの関係を示すグラフ図で
ある。 ｌａ、ｌｂ；ステンレス鋼板、２ａ、２ｂ；Ｔｉ薄膜、
３：ＡｊＱ材、４ａ、４ｂ；ろう材、５プレージングシ
ート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１
   の被接合材と、ステンレス鋼からなる第２の被接合材と
   をろう付により接合する方法において、前記第２の被接
   合材の被接合面にＰＶＤ法によりチタンの薄膜を形成す
   る工程と、前記チタン薄膜上にろう材を介して前記第１
   の被接合材を重ね合わせ真空又は不活性ガス雰囲気中で
   前記ろう材を溶融させて前記第１及び第２の被接合材を
   接合する工程とを有することを特徴とするアルミニウム
   又はアルミニウム合金とステンレス鋼との接合方法。
2. （２）前記ろう材はＡｌ−Ｓｉ系合金又はＡｌ−Ｓｉ−
   Ｍｇ系合金であることを特徴とする請求項１に記載のア
   ルミニウム又はアルミニウム合金とステンレス鋼との接
   合方法。