(57)【要約】【課題】アルミニウム部材と非アルミニウム材料を含む被接合部材を接合するにあたり、アルミニウム部材と被接合部材の材料選択の自由度が高く且つ接合特性の良好な接合材を、簡便な手法で得ることが可能な製造方法及び接合体を提供すること。【解決手段】本発明は、アルミニウム部材と被接合部材との接合体の製造方法であって、以下の工程；アルミニウム又はアルミニウム合金を含む前記アルミニウム部材を準備する工程、非アルミニウム材料を含み、少なくともその表面にニッケルを有する前記被接合部材を準備する工程、銅又は銅合金を含む第１ろう材を準備する工程、アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）合金を含む第２ろう材を準備する工程、前記被接合部材と前記第１ろう材と前記第２ろう材と前記アルミニウム部材が、この順に積層された積層体とする工程、及び前記積層体を加熱して接合体とする工程、を有する方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム部材と被接合部材との接合体の製造方法であって、以下の工程；
アルミニウム又はアルミニウム合金を含む前記アルミニウム部材を準備する工程、
非アルミニウム材料を含み、少なくともその表面にニッケルを有する前記被接合部材を準備する工程、
銅又は銅合金を含む第１ろう材を準備する工程、
アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）合金を含む第２ろう材を準備する工程、
前記被接合部材と前記第１ろう材と前記第２ろう材と前記アルミニウム部材が、この順に積層された積層体とする工程、及び
前記積層体を加熱して接合体とする工程、
を有する方法。
【請求項２】
前記第１ろう材の単位面積当たりの質量と前記第２ろう材の単位面積当たりの質量との比が、１：１〜１：２０である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アルミニウム部材及び／又は前記第２ろう材がＭｇを含有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記非アルミニウム材料が、鋼、ステンレス鋼、銅、クロム銅、セラミックス及びニッケルからなる群から選択される一種以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記非アルミニウム材料が、鋼、ステンレス鋼、銅、クロム銅及びセラミックスからなる群から選択される一種以上であり、前記被接合部材を準備する工程の際、前記非アルミニウム材料の表面に、メッキ、蒸着又はスパッタリングにより、ニッケル層が設けられる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記積層体を加熱する工程の際、積層体を５２５℃以上の温度に保持してろう付が行われる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
アルミニウム部材と被接合部材とが、中間層を介して接合された接合体であって、
前記アルミニウム部材は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含み、
前記被接合部材は、非アルミニウム材料を含み、
前記中間層は、前記被接合部材との接合側に、銅を０．１〜５０質量％の濃度で含むニッケル層を有し、前記アルミニウム部材との接合側に、アルミニウム−ニッケル−銅（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ）化合物を含む金属間化合物層を有し、
前記アルミニウム部材は、前記金属間化合物層との接合周辺部に、アルミニウム又はアルミニウム合金にケイ素が分散された分散層を有する、接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム部材と被接合部材との接合体の製造方法、及びアルミニウム部材と被接合部材とが、中間層を介して接合された接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アルミニウム部材と非アルミニウム部材とを、ろう付接合により異材接合することが行われている。この際、ろう付温度はアルミニウム部材の融点より十分に低い必要がある。ろう付温度がアルミニウム部材の融点（固相線温度）に近いまたは上回ると、接合の際にアルミニウム部材が溶融してしまうからである。一方で、アルミニウム材料には種々の合金組成のものが知られており、その融点（固相線温度）も様々である。例えば、アルミニウム合金の一種であるＡ１０５０は、その固相線温度が６４６℃であるのに対し、ＡＣ４Ｃは固相線温度が５５５℃である。したがって、接合対象であるアルミニウム材料の選択肢を増やすために、ろう付温度の低温化が求められている。
【０００３】
しかしながら、非アルミニウム部材の種類によっては、アルミニウム部材と非アルミニウム部材との低温接合は困難なことがある。また、接合できたとしても、アルミニウム部材と非アルミニウム部材とを直接接合させた場合に、金属間化合物が成長して、接合強度が不十分となることがある。この問題に対処すべく提案がなされてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１（特開平８−２１７５５９号公報）には、セラミックス部材表面にＮｉを主成分とする金属層を形成し、該金属層上にＣｕ１１〜１７原子％及びＳｉ６．５原子％以下を含むＡｌを主成分とするろう材を用いてアルミニウム部材を接合することを特徴とする、セラミックス部材とアルミニウム部材との接合体の製造方法が開示されている。特許文献１によれば、該方法により、融点が低く、ろう付が困難なアルミニウム部材とセラミックス部材とを接合できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２１７５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、アルミニウム部材と非アルミニウム部材とを、ろう付接合することが行われている。しかしながら、従来の手法では、簡便さや被接合部材を選択する上での自由度の点で問題がある。例えば、特許文献１の手法では、予めアルミニウム−ケイ素−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）系ろう材を作製しておく必要がある。そのため、特許文献１の実施例では、ろう材として、アルミニウム、ケイ素及び銅を含む組成を溶解し回転する水冷ロール上に流して（液体急冷法）、厚さ１００μｍの箔を準備している（特許文献１の［００１０］及び［００１４］）。しかしながら、このように作製したアルミニウム−ケイ素−銅系ろう材は、硬く耳割れなどが生じやすい。また、液体急冷法は、製造コストが高く、大量生産に向いていない。さらに、特許文献１の手法では、被接合部材がセラミックス部材に限定されている。
【０００７】
したがって、本発明は、アルミニウム部材と非アルミニウム材料を含む被接合部材を接合するにあたり、アルミニウム部材と被接合部材の材料選択の自由度が高く且つ接合特性の良好な接合材を、簡便な手法で得ることが可能な製造方法及び接合体の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、アルミニウム（Ａｌ）部材と非アルミニウム材料を含む被接合部材を接合するにあたり、少なくとも表面にニッケルを有する被接合部材を用いるとともに、所定のろう材の組み合わせとすることにより、低いろう付温度で接合特性の良好な接合材を得ることができるとの知見を得て、本発明を完成した。
【０００９】
本発明は、下記（１）〜（７）の態様を包含する。なお、本明細書において、「〜」なる表現は、その両端の数値を含む。すなわち、「Ｘ〜Ｙ」は「Ｘ以上Ｙ以下」と同義である。
【００１０】
（１）アルミニウム部材と被接合部材との接合体の製造方法であって、以下の工程；
アルミニウム又はアルミニウム合金を含む前記アルミニウム部材を準備する工程、
非アルミニウム材料を含み、少なくともその表面にニッケルを有する前記被接合部材を準備する工程、
銅又は銅合金を含む第１ろう材を準備する工程、
アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）合金を含む第２ろう材を準備する工程、
前記被接合部材と前記第１ろう材と前記第２ろう材と前記アルミニウム部材が、この順に積層された積層体とする工程、及び
前記積層体を加熱して接合体とする工程、
を有する方法。
【００１１】
（２）前記第１ろう材の単位面積当たりの質量と前記第２ろう材の単位面積当たりの質量との比が、１：１〜１：２０である、上記（１）の方法。
【００１２】
（３）前記アルミニウム部材及び／又は前記第２ろう材がＭｇを含有する、上記（１）又は（２）の方法。
【００１３】
（４）前記非アルミニウム材料が、鋼、ステンレス鋼、銅、クロム銅、セラミックス及びニッケルからなる群から選択される一種以上である、上記（１）〜（３）のいずれかの方法。
【００１４】
（５）前記非アルミニウム材料が、鋼、ステンレス鋼、銅、クロム銅及びセラミックスからなる群から選択される一種以上であり、前記被接合部材を準備する工程の際、前記非アルミニウム材料の表面に、メッキ、蒸着又はスパッタリングにより、ニッケル層が設けられる、上記（４）の方法。
【００１５】
（６）前記積層体を加熱する工程の際、積層体を５２５℃以上の温度に保持してろう付が行われる、上記（１）〜（５）のいずれかの方法。
【００１６】
（７）アルミニウム部材と被接合部材とが、中間層を介して接合された接合体であって、
前記アルミニウム部材は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含み、
前記被接合部材は、非アルミニウム材料を含み、
前記中間層は、前記被接合部材との接合側に、銅を０．１〜５０質量％の濃度で含むニッケル層を有し、前記アルミニウム部材との接合側に、アルミニウム−ニッケル−銅（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ）化合物を含む金属間化合物層を有し、
前記アルミニウム部材は、前記金属間化合物層との接合周辺部に、アルミニウム又はアルミニウム合金にケイ素が分散された分散層を有する、接合体。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アルミニウム部材と被接合部材の材料選択の自由度が高く且つ接合特性の良好な接合体を、簡便な手法で得ることが可能な製造方法及び接合体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】接合体の断面模式図を示す。
【図２】実施例サンプルの超音波検査の結果を示す。
【図３】実施例サンプルの超音波検査の結果を示す。
【図４】比較例サンプルの超音波検査の結果を示す。
【図５】比較例サンプルの超音波検査の結果を示す。
【図６】ろう付温度と接合強度の関係を示す。
【図７】実施例サンプルの接合部断面の光学顕微鏡像を示す。
【図８】実施例サンプルの接合部断面のＳＥＭ画像（反射電子組成像）を示す。
【図９】実施例サンプルの接合部断面のＳＥＭ画像（反射電子組成像）を示す。
【図１０】実施例サンプルの接合部断面のＳＥＭ／ＥＤＸ画像を示す。
【図１１】実施例サンプルの接合部断面のＳＥＭ画像（二次電子像）を示す。
【図１２】実施例サンプルの接合部断面のＳＥＭ画像（反射電子組成像）を示す。
【図１３】比較例サンプルの接合部断面の光学顕微鏡像を示す。
【図１４】比較例サンプルの接合部断面のＳＥＭ画像（反射電子組成像）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
接合体の製造方法
本発明のアルミニウム部材と被接合部材との接合体の製造方法は、アルミニウム部材の準備工程、被接合部材の準備工程、第１ろう材の準備工程、第２ろう材の準備工程、積層工程及びろう付工程を有する。各工程について、以下に説明する。
【００２０】
＜アルミニウム部材の準備工程＞
アルミニウム部材は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む。アルミニウム部材は、アルミニウム及びアルミニウム合金以外の他の成分を含むものであってもよい。しかしながら、アルミニウム又はアルミニウム合金性能を十分に発揮させるために、アルミニウム又はアルミニウム合金の含有量は、９０質量％以上が好ましく、９５質量％以上がより好ましく、９８質量％以上がさらに好ましい。
【００２１】
アルミニウムは、その融点が６６０℃である。一方、アルミニウム合金には種々の合金組成のものが知られており、その融点（固相線温度）も様々である。代表的なアルミニウム合金とその固相線温度を、下記表１に示す。なお、表１には、６００℃又は５３０℃でのろう付の可否をＡ〜Ｃに格付けして示す。Ａ〜Ｃの基準は、以下のとおりである。
【００２２】
Ａ：ろう付可能
Ｂ：条件の範囲は狭いがろう付可能
Ｃ：ろう付不可能（母材溶融）
【００２３】
【表１】
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【００２４】
＜被接合部材の準備工程＞
被接合部材は、非アルミニウム材料を含み、少なくともその表面にニッケル（Ｎｉ）を有する部材である。表面にニッケルを有する被接合部材を用いることで、被接合部材の材質によらず、アルミニウム部材と強固に接合した接合体を、簡便な手法で得ることができる。すなわち、被接合部材は、その材質に応じて特性が異なる。したがって、被接合部材の材質に応じた接合条件の最適化が必要であり、場合によっては、最適化を行っても良好な接合を行うことができない。例えば、被接合部材が鉄系材料からなる場合、ニッケル層を設けずに直接接合すると、アルミニウム部材と被接合部材（鉄系材料）の界面に金属間化合物が成長してしまい、接合強度が弱くなる。また、低温での接合は難しい。
【００２５】
これに対して、表面にニッケルを有する被接合部材を用いることで、接合部界面をアルミニウム／ニッケルと単純化でき、被接合部材の材質によらず良好な接合を行うことが可能となる。その上、接合部材の材質に応じた最適化が不要となる。例えば、被接合部材が鉄系材料からなる場合、接合部に生成する金属間化合物をアルミニウム−鉄（Ａｌ−Ｆｅ）系から強度の高いアルミニウム−ニッケル（Ａｌ−Ｎｉ）系に置き換えることができる。このようにして、低融点のアルミニウムと高強度の鉄系材料の接合が可能となる。
【００２６】
被接合部材は、非アルミニウム材料、すなわちアルミニウム及びアルミニウム合金以外の材料を含み、非アルミニウム材料から実質的になるのが好ましい。非アルミニウム材料は、アルミニウム及びアルミニウム合金以外の材料であれば特に限定されない。しかしながら、後述するろう付工程において、所定のろう付温度でアルミニウム部材との接合が可能な金属または非金属の無機材料が好ましい。中でも、鉄（Ｆｅ）、鋼、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅（Ｃｕ）、クロム銅（Ｃｒ−Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びセラミックスからなる群から選択される一種以上であるのが好ましい。非アルミニウム材料がセラミックスからなる場合には、その材質は特に限定されるものではなく、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などを挙げることができる。
【００２７】
非アルミニウム材料がニッケルからなる場合には、ニッケル単体を被接合部材とすることが可能である。これに対して、非アルミニウム材料がニッケル以外の材料からなる場合には、非アルミニウム材料表面にニッケル層を設けることで、被接合部材とすることが可能である。
【００２８】
表面にニッケル層を有する非アルミニウム部材が用いられる場合、非アルミニウム材料は、鉄、鋼、ステンレス鋼、銅、クロム銅及びセラミックスからなる群から選択される一種以上であるのが好ましい。また、ニッケル層は公知の手法で形成することができる。例えば、非アルミニウム部材表面に、ニッケルのめっき、蒸着又はスパッタリングなどの手法でニッケル層を設けることができる。めっきは、電解めっき及び無電解めっきのいずれも可能である。ろう付時の非アルミニウム部材の影響を抑制する観点から、ニッケル層の厚さは、１μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましく、５μｍ以上がさらに好ましい。また、コストの増加を抑える観点から、ニッケル層の厚さは、５０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましい。ニッケル層は、非アルミニウム部材の全面に設けられていてもよく、少なくともその一部の面に設けられていてもよい。ただし、一部の面にニッケル層を設ける場合には、後述する積層工程で、第１ろう材と接する面にニッケル層を設ける。
【００２９】
＜第１ろう材の準備工程＞
第１ろう材は、銅又は銅合金を含む。第１ろう材は銅又は銅合金以外の成分を含んでいてもよい。しかしながら、良好な接合を図る観点から、銅又は銅合金の含有量は、９５質量％以上が好ましく、９８質量％以上がより好ましい。特に好ましくは、第１ろう材は、銅又は銅合金から実質的になる。ろう材の融点を下げる観点から、第１ろう材としては、銅合金を用いることができる。良好な接合を図る観点から、銅合金の銅含有量は、５０質量％以上が好ましく、８０質量以上がより好ましく、９０質量以上がさらに好ましい。銅合金としては、例えば、Ｃ２６８０（６６％Ｃｕ−３４％Ｚｎ）、Ｃ７７０１（５６％Ｃｕ−２７％Ｚｎ−１７％Ｎｉ）が挙げられる。
【００３０】
第１ろう材は、板状及び箔状のいずれであってもよい。また、良好な接合を図る観点から、第１ろう材の厚さは、１μｍ以上が好ましく、３μｍ以上がより好ましい。一方で、コストの増加を抑える観点から、第１ろう材の厚さは、５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。
【００３１】
＜第２ろう材の準備工程＞
第２ろう材は、アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）合金を含む。第２ろう材はアルミニウム−ケイ素合金以外の成分を含んでいてもよい。しかしながら、良好な接合を図る観点から、アルミニウム−ケイ素合金の含有量は、９５質量％以上が好ましく、９８質量％以上がより好ましい。特に好ましくは、第２ろう材は、アルミニウム−ケイ素合金から実質的になる。ろう材の融点を下げる観点から、アルミニウム−ケイ素合金のケイ素含有量は、１．０質量％以上が好ましく、５．０質量以上がより好ましい。一方で、均質な組織のろう材を得る観点から、ケイ素含有量は、２０．０質量％以下が好ましく、１５．０質量％以下がより好ましい。さらに、圧延性が良好になり、ケイ素（Ｓｉ）の分布が均一な板状又は箔状の第２ろう材を得る観点から、ケイ素含有量は、１２．０質量％以下が好ましい。アルミニウム−ケイ素合金は、アルミニウム及びケイ素以外の他の成分を含んでいてもよい。しかしながら、良好な接合を図る観点から、その含有量は１０．０質量％以下が好ましい。アルミニウム−ケイ素合金として、例えば、Ａ４３４３（Ａｌ−６．８〜８．２％Ｓｉ）、Ａ４００４（Ａｌ−９．０〜１０．５％Ｓｉ−１．０〜２．０Ｍｇ）又はＡ４０４５（Ａｌ−９．０〜１１．０％Ｓｉ）が挙げられる。
【００３２】
第２ろう材は、板状及び箔状のいずれであってもよい。良好な接合を図る観点から、第２ろう材の厚さは、１０μｍ以上が好ましく、３０μｍ以上がより好ましい。一方で、コストの増加を抑える観点から、第２ろう材の厚さは、３００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。
【００３３】
＜積層工程＞
積層工程では、被接合部材と第１ろう材と第２ろう材とアルミニウム部材が、この順に積層された積層体とする。この際、被接合部材のニッケルを有する表面が第１ろう材の一面と接触し、第１ろう材の他面と第２ろう材の一面が接触し、第２ろう材の他面とアルミニウム部材の一面が接触するように積層する。すなわち、被接合部材、第１ろう材、第２ろう材及びアルミニウム部材の各部材間には他の部材が設けられない。
【００３４】
被接合部材と第１ろう材と第２ろう材とアルミニウム部材とを、この順に積層することが重要である。第１ろう材と第２ろう材の積層順序を入れ換えると、良好な接合特性を有する接合体を得ることができない。その理由は確かではないが、第１ろう材と第２ろう材の積層順序を入れ替えた場合には、第１ろう材と被接合部材とが離れて配置されるため、第１ろう材に含まれる銅と被接合部材表面のニッケルとが相互拡散しづらく、これらの接合が妨げられるためではないかと推測している。また、第１ろう材と第２ろう材の積層順序を入れ替えた場合には、第２ろう材とアルミニウム部材とが離れて配置されるため、第２ろう材に含まれるアルミニウム−ケイ素合金とアルミニウム部材との接合が妨げられるためではないかと推測している。
【００３５】
積層工程は、公知の手法で行えばよい。例えば、被接合部材と第１ろう材と第２ろう材とアルミニウム部材とを積層し、積層体に面圧がかかるように治具で固定する手法が挙げられる。
【００３６】
＜ろう付工程＞
ろう付工程は、積層体を加熱し、ろう付した接合体とする工程である。本発明では、銅又は銅合金を含む第１ろう材とアルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）合金を含む第２ろう材が用いられる。ろう付時に、第１ろう材と第２ろう材の界面で低融点のアルミニウム−ケイ素−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）共晶溶融が起こり、さらに、ニッケル層と反応して、アルミニウム−ニッケル−銅（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ）化合物を含む金属間化合物が形成されるとともに、銅がニッケル層中に拡散する。また、アルミニウム部材の接合周辺部にケイ素（Ｓｉ）が分散された分散層が形成される。これにより、接合特性の良好な接合部材を得ることができる。
【００３７】
ろう付工程は、公知の手法で行えばよい。例えば、面圧がかかる状態で治具に固定した積層体を、炉中に入れ、所定の温度で保持すればよい。面圧は、例えば０．１〜５．０Ｎ／ｍｍ２とすればよい。ろう付温度は、アルミニウム−ケイ素−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）反応の共晶温度近傍又は共晶温度以上が好ましい。アルミニウム−ケイ素−銅反応の共晶温度は、約５２４℃である。したがって、良好な接合を図る観点から、ろう付温度は、５２５℃以上が好ましく、５３０℃以上がより好ましく、５４０℃以上がさらに好ましい。一方で、アルミニウム部材と被接合部材の材料選択の自由度を高めるためには、ろう付温度が低いほど望ましい。また、ろう付温度が過度に高いと、アルミニウム部材、被接合部材及びろう材の間に過度な反応が生じ、接合特性が却って劣化する。したがって、ろう付温度は、６００℃以下が好ましく、５８０℃以下がより好ましく、５５０℃以下がさらに好ましい。良好な接合を図る観点から、保持時間は、１分以上が好ましく、２分以上がより好ましい。一方で、アルミニウム部材との過度な反応を防ぐ観点から、保持時間は、３０分以下が好ましく、１０分以下がより好ましい。ろう付温度及び保持時間が前記範囲内であると、アルミニウム−ケイ素−銅反応の共晶溶融が十分に進行するとともに、アルミニウム部材、ろう材（第１ろう材、第２ろう材）及び被接合部材の過度な反応が抑制され、得られた接合体の接合特性がより優れたものとなる。
【００３８】
ろう付工程は、非酸化雰囲気で行うのが好ましい。非酸化雰囲気は、例えば、窒素、アルゴン、真空、水素等の雰囲気を挙げることができる。非酸化雰囲気でろう付を行うことで、アルミニウム部材やろう材の酸化を防ぐことができる。
【００３９】
ろう付工程は、フラックスを用いて行ってもよいが、無フラックス（フラックスレス）で行うことができる。ろう付工程を無フラックスで行う場合には、非酸化雰囲気で行うのが好ましい。
【００４０】
第１ろう材の単位面積当たりの質量と第２ろう材の単位面積当たりの質量との比は、１：１〜１：２０が好ましく、１：２〜１：１０がより好ましい。第１ろう材と第２ろう材の質量比を前記範囲内とすることで、第１ろう材と第２ろう材との界面において、アルミニウム−ケイ素−銅反応の共晶溶融が化学量論的にバランス良く進む。これにより、第１ろう材と第２ろう材とニッケル層との反応生成物たるアルミニウム−ニッケル−銅化合物の形成量を十分なものとすることができ、接合体の接合特性をより優れたものとすることができる。各ろう材の単位面積当たりの質量の比は、各ろう材の厚さを変更することで調整することができる。なお、本明細書において、単位面積当たりの質量とは、接合体における接合面と略平行な面に対する面積当たりの質量をいう。
【００４１】
アルミニウム部材及び／又は第２ろう材が、マグネシウム（Ｍｇ）を含有することが好ましい。マグネシウムは、ろう付の際に、酸素（Ｏ２）及び／又は水分（Ｈ２Ｏ）と反応して酸化マグネシウム（ＭｇＯ）となる。したがって、マグネシウムには、アルミニウム部材等の各部材の酸化防止の効果がある。また、アルミニウム部材、第１ろう材、第２ろう材及び被接合体の表面に酸化被膜が存在する場合がある。例えば、アルミニウム部材等の各部材は、その表面に、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の酸化被膜が存在又は形成される場合がある。良好な接合特性を有する接合体を作製する上で、このような酸化被膜を除去することが望ましい。マグネシウムは酸化物を還元する作用があるため、アルミニウム部材及び第２ろう材がマグネシウムを含有していると、この酸化被膜を還元除去する作用がある。この還元作用を十分なものとする観点から、マグネシウム含有量は、０．１質量％以上が好ましく、０．３質量％以上がより好ましく、１．０質量％以上がさらに好ましい。一方で、マグネシウムによるアルミニウム部材と銅との過度な反応による強度低下や、第２ろう材の圧延が困難になることを防ぐ観点から、マグネシウム含有量は、５．０質量％以下が好ましく、２．０質量％以下がより好ましい。
【００４２】
接合体
本発明の接合体の断面模式図を図１に示す。図１に示されるように、接合体１は、アルミニウム部材２と被接合部材４とが、中間層３を介して接合されている。また、アルミニウム部材２は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含み、被接合部材４は、非アルミニウム材料を含む。ここで、アルミニウム部材２は、上述した接合体の製造方法で説明したものと同様である。被接合部材４は非アルミニウム材料を含み、非アルミニウム材料から実質的になるのが好ましい。非アルミニウム材料は、アルミニウム及びアルミニウム合金以外であれば特に限定されないが、鉄、鋼、ステンレス鋼、銅、クロム銅、ニッケル及びセラミックスからなる群から選択される一種以上であるのが好ましい。
【００４３】
中間層３は、被接合部材４との接合側に、銅を０．１〜５０．０質量％の濃度で含むニッケル層７を有する。被接合部材４が鋼、ステンレス鋼、銅、クロム銅、ニッケル及びセラミックスなどの場合には、通常は、ニッケル層中の銅濃度が０．１〜２．０質量％である。一方で、被接合部材４が銅又は銅合金の場合には、被接合部材４からニッケル層７に銅が拡散して、ニッケル層７中の銅濃度が高くなる。また、ろう付を長時間行う等、ろう付条件を調整することで、ニッケル層７中に拡散する銅濃度が高まる傾向にある。したがって、ニッケル層７中の銅濃度は０．１〜５０．０質量％である。銅濃度は、０．１〜１０．０質量％であってもよく、０．１〜２．０質量％であってもよい。
【００４４】
中間層３は、アルミニウム部材２との接合側に、アルミニウム−ニッケル−銅（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ）化合物を含む金属間化合物層６を有する。さらに、アルミニウム部材２は、金属間化合物層６との接合周辺部に、アルミニウム又はアルミニウム合金にケイ素が分散された分散層５を有する。このように、中間層３を、被接合部材４と隣接して銅を含むニッケル層７、及びアルミニウム部材２と隣接してアルミニウム−ニッケル−銅化合物を含む金属間化合物層６で構成し、さらにアルミニウム部材２が、ケイ素が分散された分散層５を有することで、接合特性の良好な接合体とすることが可能となる。
【００４５】
良好な接合を図る観点から、ニッケル層の厚さは、０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましく、１μｍ以上がさらに好ましい。ニッケル層の厚さの上限に関しては特に限定されないが、通常、５０μｍ以下である。ニッケル層の厚さは、非アルミニウム材料の線膨張係数に応じて、適宜設計することができる。
【００４６】
良好な接合を図る観点から、金属間化合物層の厚さは薄いほうが望ましく、０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましく、１μｍ以上がさらに好ましい。一方で、金属間化合物層の厚さは、５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましい。
【００４７】
良好な接合を図る観点から、分散層の厚さは薄いほうが望ましく、０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましく、１μｍ以上がさらに好ましい。一方で、分散層の厚さは、１５０μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、５０μｍ以下がさらに好ましい。
【実施例】
【００４８】
本発明を、以下の例によってさらに具体的に説明する。
【００４９】
例１
（１）接合体の作製
アルミニウム部材としてアルミニウム合金（Ａ６０６３合金押出材、４０×２×５０ｍｍ）を、第２ろう材としてアルミニウム−ケイ素合金箔（Ａ４３４３合金箔、２５×２５×０．０６ｍｍ）を、第１ろう材として銅箔（Ｃ１０２０箔、３０×３０×０．００５ｍｍ）を、被接合部材としてニッケル板（２５×２５×２ｍｍ）を、それぞれエタノールで脱脂して準備した。なお、各部材の化学組成を表２に示す。
【００５０】
次に、上記アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）及び被接合部材（ニッケル板）をこの順に積層して積層体とし、その状態で積層面に面圧２．０Ｎ／ｍｍ２がかかるように治具で固定し、窒素雰囲気中５３５℃で５分のろう付条件で加熱することで、接合体を作製した。
【００５１】
例２（比較）
積層工程の際、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）と第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）の順番を入れ換えた以外は、例１と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）、第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）及び被接合部材（ニッケル板）の順に積層して積層体とした。
【００５２】
例３（比較）
第１ろう材（Ｃ１０２０箔）を設けなかった以外は、例１と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）及び被接合部材（ニッケル板）の順に積層して積層体とした。
【００５３】
例４
第２ろう材としてアルミニウム−ケイ素合金箔（Ａ４００４合金箔、２５×２５×０．０６ｍｍ）を用いた以外は、例１と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４００４合金箔）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）及び被接合部材（ニッケル板）の順に積層して積層体とした。
【００５４】
例５（比較）
積層工程の際、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）と第２ろう材（Ａ４００４）の順番を入れ換えた以外は、例４と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）、第２ろう材（Ａ４００４合金箔）及び被接合部材（ニッケル板）の順に積層して積層体とした。
【００５５】
例６
被接合部材として、メタライズ法により表面に厚さ５μｍのニッケル層を設けたα−アルミナからなるセラミックス板を用いた以外は、例１と同様にして、接合体を作製した。
【００５６】
例７
アルミニウム部材としてアルミニウム合金（Ａ６０６３合金押出材、３２×１．９×５０ｍｍ）を、第２ろう材としてアルミニウム−ケイ素合金箔（Ａ４３４３合金箔、２５×２５×０．０６ｍｍ）を、第１ろう材として銅箔（Ｃ１０２０箔、２５×２５×０．００５ｍｍ）を、被接合部材として電気（電解）ニッケルめっきを施して表面に厚さ１５μｍのニッケル層を設けたＳＵＳ板（ＳＵＳ３０４板、２０×２０×１０ｍｍ）を、それぞれエタノールで脱脂して準備した。
【００５７】
次に、上記アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）及び被接合部材（ニッケル層付きＳＵＳ３０４板）をこの順に積層して積層体とし、その状態で積層面に面圧２．０Ｎ／ｍｍ２がかかるように治具で固定し、窒素雰囲気中５３５℃で５分のろう付条件で加熱することで、接合体を作製した。
【００５８】
例８（比較）
被接合部材を、ニッケル層を設けていないＳＵＳ板（ＳＵＳ３０４板、２０×２０×１０ｍｍ）とした以外は、例７と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）及び被接合部材（ＳＵＳ３０４板）の順に積層した。
【００５９】
例９〜例１６
ＳＵＳ板に設けたニッケル層の厚さを５μｍとし、ろう付温度を表３に示される値（５２０〜６００℃）とした以外は、例７と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）及び被接合部材（ニッケル層付きＳＵＳ３０４板）の順に積層した。
【００６０】
例１７（比較）
第１ろう材（Ｃ１０２０箔）を設けなかった以外は、例１６と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）及び被接合部材（ニッケル層付きＳＵＳ３０４板）の順に積層した。
【００６１】
例１８（比較）
被接合部材を、ニッケル層を設けていないＳＵＳ板（ＳＵＳ３０４板、２０×２０×１０ｍｍ）とした以外は、例１７と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）及び被接合部材（ＳＵＳ３０４板）の順に積層した。
【００６２】
例１９（比較）
被接合部材を、ニッケル層を設けていないＳＵＳ板（ＳＵＳ３０４板、２０×２０×１０ｍｍ）とした以外は、例１１と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）及び被接合部材（ＳＵＳ３０４板）の順に積層した。
【００６３】
例２０（比較）
第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）を設けなかった以外は、例１１と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）及び被接合部材（ニッケル層付きＳＵＳ３０４板）をこの順に積層して積層体とした。
【００６４】
例２１（比較）
積層工程の際、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）と第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）の順番を入れ換えた以外は、例１１と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）、第２ろう材（Ａ４３４３合金箔）及び被接合部材（ニッケル層付きＳＵＳ３０４板）をの順に積層して積層体とした。
【００６５】
例２２
第２ろう材としてアルミニウム−ケイ素合金箔（Ａ４００４合金箔）を用いた以外は、例１１と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４００４合金箔）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）及び被接合部材（ニッケル層付きＳＵＳ３０４板）の順に積層した。
【００６６】
例２３
第２ろう材としてアルミニウム−ケイ素合金箔（Ａ４０４５合金箔）を用いた以外は、例１１と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第２ろう材（Ａ４０４５合金箔）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）及び被接合部材（ニッケル層付きＳＵＳ３０４板）の順に積層した。
【００６７】
例２４（比較）
積層工程の際、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）と第２ろう材（Ａ４０４５合金箔）の順番を入れ換えた以外は、例２３と同様にして、接合体を作製した。すなわち、アルミニウム部材（Ａ６０６３合金押出材）、第１ろう材（Ｃ１０２０箔）、第２ろう材（Ａ４０４５合金箔）及び被接合部材（ニッケル層付きＳＵＳ３０４板）の順に積層した。
【００６８】
（２）評価
得られた接合体について、各種特性の評価を以下のとおり行った。
【００６９】
＜超音波検査（接合試験１）＞
得られた接合体の一部について、超音波検査により接合部の評価を行った。超音波検査は、超音波映像装置（ＦｉｎｅＳＡＴ  ＦＳ３００ＩＩ、日立パワーソリューションズ社製）を使用して、接合体の接合部全面を探傷することで行った。そして、接合部全体の面積に占める欠陥面積の割合（欠陥面積割合）によって、接合部を評価した。得られた結果を、以下の基準でＡ〜Ｃに格付けした。
【００７０】
Ａ：欠陥面積割合が０％以上２０％未満（接合部の全体が接合する）
Ｂ：欠陥面積割合が２０％以上９０％未満（接合部の一部が接合する）
Ｃ：欠陥面積割合が９０％以上１００％以下（接合しない）
【００７１】
＜接合強度試験（接合試験２）＞
得られた接合体の一部について、接合強度により接合部の評価を行った。接合強度は、次のようにして測定した。まず、接合体からワイヤーカットを使用して、切断面に垂直な方向から見て２×２ｍｍの接合部の面積を有するサンプルを切り出した。次に、切り出したサンプルについて、精密万能試験機（オートグラフ  ＡＧ−ＩＳ  １００ｋＮ、島津製作所製）を用いて、クロスヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張試験を行い、破断荷重と接合部の面積から接合強度を算出した。接合部の５か所からサンプルを切り出して、５点の各サンプルの接合強度を算出した。そして、５点の内で最大の値を接合強度として採用した。得られた結果を、以下の基準でＳ〜Ｃに格付けした。
【００７２】
Ｓ：接合強度の最大値が４０Ｎ／ｍｍ２以上
Ａ：接合強度の最大値が４０Ｎ／ｍｍ２未満
Ｂ：加工時に破断
Ｃ：剥離
【００７３】
＜接合部の観察＞
接合部の観察を、次のようにして行った。まず、湿式砥石切断機を使用して、接合体を接合面に垂直な方向に切断したのち研磨を行い、接合部の観察用サンプルを作製した。このサンプル切断面を、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＥＭ）及び走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分析法（ＳＥＭ／Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＥＤＸ）を使用して観察及び分析をした。
【００７４】
＜Ｃｕ濃度の測定＞
上述した接合部の観察において作製したサンプルの切断面のニッケル層に含まれるＣｕの濃度を、電子線マイクロアナライザー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｚｅｒ；ＥＰＭＡ）を使用して測定した。
【００７５】
（３）結果
＜超音波検査（接合試験１）＞
例１〜例８について、接合体の超音波検査（接合試験１）の結果を表３に示す。また、実施例たる例１及び例４並びに比較例たる例２及び例５の超音波検査により得られた画像を、それぞれ、図２〜図５に示す。
【００７６】
表３に示されるように、実施例たる例１、例４、例６及び例７は、超音波検査の評価結果が「Ａ」（欠陥面積割合が２０％未満）であった。特に、例１及び例４は、図２及び図３に示されるように、全面に亘って良好な接合が実現されていた。
【００７７】
これに対して、比較例たる例２、例３、例５及び例８は、評価結果が「Ｂ」又は「Ｃ」（欠陥面積割合が２０％以上）であった。例えば、例２及び例５は、図４及び図５に示されるように、欠陥面積割合が４０％程度と高いか或いは全面が接合しなかった。
【００７８】
＜接合強度（接合試験２）＞
例９〜例２４について、接合体の接合強度試験（接合試験２）の結果を表４に示す。また、ろう付温度を５２５〜６００℃に変化させた例１０〜例１６について、ろう付温度と接合強度の関係を、図６に示す。
【００７９】
表４に示されるように、実施例たる例９〜例１６、例２２及び例２３は、接合強度の評価結果が、「Ｓ」〜「Ｂ」のいずれかであった。特に、例１０〜１５は、評価「Ｓ」（接合強度が４０Ｎ／ｍｍ２以上）であり、接合強度に優れたものであった。なお、例９、例２２及び例２３は評価が「Ｂ」（加工時破断）となっている。これは、接合体サンプル切り出しの際に破断してしまったからであり、接合は十分に行えていた。
【００８０】
また、図６に示されるように、ろう付温度６００℃以下で、接合強度２０Ｎ／ｍｍ２以上が達成されていた。特に、ろう付温度５２５〜５８０℃で接合強度４０Ｎ／ｍｍ２以上、ろう付温度５４０〜５５０℃で接合強度５５Ｎ／ｍｍ２以上が実現された。
【００８１】
これに対して、比較例たる例１９〜例２１及び例２４は、評価が「Ｃ」（剥離）となっている。これは、ろう付加熱後に治具による固定を解放した段階で剥離してしまったからである。なお、例１７と例１８は、評価は「Ｓ」又は「Ａ」となっている。これは、ろう付温度を６００℃と高温にしたからである。このような高温でのろう付は、接合の対象となるアルミニウム材料の選択肢が少なくなり、好ましくない。
【００８２】
【表２】
2020131250.tif 000004
【００８３】
【表３】
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【００８４】
【表４】
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【００８５】
＜接合部の観察＞
実施例たる例７について、接合部断面の光学顕微鏡像及びＳＥＭ画像（反射電子組成像）を、それぞれ図７及び図８に示す。また、例７の接合部断面のＳＥＭ画像（反射電子組成像）とＳＥＭ／ＥＤＸ画像を、それぞれ図９及び図１０に示す。図１０では、接合部断面におけるＳｉの分布を示している。さらに、接合部断面のＳＥＭ画像（二次電子像及び反射電子組成像）をぞれぞれ図１１及び図１２に示すとともに、図１２上に示される６箇所の部位（点１〜６）について、電子線マイクロアナライザーを用いた組成分析結果を表５に示す。
【００８６】
図７に示されるように、光学顕微鏡を使用した接合部の観察により、例７では、Ａ６０６３合金押出材とＳＵＳ３０４板とが接合していることが確認された。また、図８に示されるように、ＳＥＭを使用した接合部の観察により、Ａ４３４３合金箔とＣ１０２０箔とニッケル層の一部とが溶融し、Ａ６０６３材とニッケル層との間にアルミニウム−ニッケル−銅（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ）化合物を含む金属間化合物の層が形成されていることが確認された。さらに、図９及び図１０に示されるように、ＳＥＭ及びＳＥＭ／ＥＤＸを使用した接合部の観察により、Ａ６０６３材において、Ａ６０６３材とアルミニウム−ニッケル−銅化合物を含む金属間化合物との接合部周辺に、ケイ素が分散していることが確認された。また、表５に示されるように、ニッケル層に銅が拡散していることが確認された。
【００８７】
比較例たる例８について、接合部断面の光学顕微鏡像及びＳＥＭ画像（反射電子組成像）を、それぞれ図１３及び図１４に示す。図１３に示されるように、光学顕微鏡を使用した接合部の観察により、例８では、Ａ６０６３合金押出材とＳＵＳ３０４板との接合部には、所々に割れが生じていることを観察した。また、図１４に示されるように、ＳＥＭを使用した接合部の観察により、Ａ４３４３合金箔とＣ１０２０箔とは溶融し、Ａ６０６３材とＳＵＳ材との間にアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）を含む金属間化合物の層が形成されていることが確認された。そのため、Ａ６０６３材とＳＵＳ材はほとんど接合していなかった。
【００８８】
これらの結果から、本発明の製造方法によれば、アルミニウム部材と非アルミニウム部材の接合を低温で行い、良好な接合特性を有する接合体が得られることが分かる。したがって、本発明の製造方法によれば、アルミニウム部材と被接合部材の材料選択の自由度が高く且つ接合特性の良好な接合体を、簡便な手法で得ることが可能な製造方法及び接合体が提供される。
【００８９】
【表５】
2020131250.tif 000007
【符号の説明】
【００９０】
１  接合体
２  アルミニウム部材
３  中間層
４  被接合部材
５  分散層
６  金属間化合物層
７  ニッケル層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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