[发明专利]金属材料的接合方法

说明书

技术领域

本发明涉及至少在一表面存在氧化皮膜的金属材料的接合方法，更详细地说，涉及可以在大气中、以低温度接合上述金属材料，可以将在母材及周边的热影响抑制到最小限度的低成本的接合方法。

背景技术

在工业产品中使用各种金属材料，同种金属材料彼此当然进行包含异种材料间接合的各种金属的接合。

例如，在各种电池及电气、电子设备的零件中使用电阻小的铜或铝系金属等，考虑到有这些金属间的接合及包含以接触电阻降低为目而实施由金或银构成的镀敷的零件的接合。

在这种零件的上述的金属的接合中，可以采用使用了焊锡的焊接，但在比焊锡(焊料)的融点(例如200℃左右)高的温度下，不能使用零件。

另外，由于应用高温焊锡，从而不能不提高零件的使用温度，在使用含有贵金属的焊锡的情况下，会导致高成本化，并且，因其成分组成，而在高温保持的情况下，生成金属间化合物或柯肯德尔空洞(カーケンダルボイドKirkendall void)，会损害强度及耐久性。因此，优选不使用焊料，而将上述的金属材料彼此之间直接接合。

另一方面，在上述金属材料中，在金以外的一般的材料的表面生成氧化皮膜，这种氧化皮膜成为直接接合的障碍，难以进行冶金接合。

例如，在专利文献1中记载有，在将铝彼此之间、或铝和氧化铝接合时，使包含和母材产生共晶反应的元素的嵌入材料介于被接合面间，在氧环境中使其接触后，将上述被接合面加热到产生共晶反应的温度范围，在接触面生成共晶反应的融液相、母材成分和存在于接触面的空隙的氧反应的氧化物相(参照权利要求1)。由此，母材表面的氧化皮膜被破坏，与融液中的成分和氧的反应的氧化物一起混入融液相中(参照第3页左栏中央)。

专利文献1：日本特公平3－66072号公报

但是，上述专利文献1中记载的方法中，作为嵌入材料使用铜、银、硅、铝－银过共晶合金、铝－铜过共晶合金、铝－硅过共晶合金(参照权利要求3)。因此，这些嵌入材料和铝的共晶温度都超过500℃(例如，Al－Cu系中为548℃，Al－Si系中为577℃)，由于接合温度提高，所以特别是在6000系等热处理型合金的情况下，超过溶体化处理温度，因此，具有母材软化，强度降低这类问题。

另外，由于在氧环境中进行接合，所以需要特殊的腔室，在设备成本增加这一点上也有问题。

发明内容

本发明是鉴于被接合材料一方为铝系金属材料的接合、及铝材料以外同样也在表面具备氧化皮膜的材料的上述的课题而创立的。于是，其目的在于，提供将在至少一表面存在氧化皮膜的金属材料在大气中以低温度、低加压、低成本可直接的接合的金属材料的接合方法。

本发明者们为了实现上述目的，反复专心研究的结果发现，在被接合部件之间介设包含分别与包含于各部件的金属产生共晶反应的金属的嵌入材料的状态下，通过加压及加热产生共晶反应，可以解决所述课题，从而完成本发明。

即，本发明基于上述见解，在本发明的金属材料的接合方法中，其特征在于，将至少接合面由以选自由Al、Cu、Ag及Au构成的组的至少一种为主要成分的金属A构成的第一部件、和至少接合面由以选自由Al、Cu、Ag及Au构成的组的至少一种为主要成分的金属B构成的第二部件结合时(但是，该结合为除以Al为主要成分的金属彼此之间的接合和以Au为主要成分的金属彼此之间的接合之外的结合)，在所述两部件的接合面间介设有嵌入材料，该嵌入材料包含Zn作为与包含于所述金属A的Au以外的至少一种金属和包含于所述金属B的Au以外的至少一种金属分别产生共晶反应的金属，在对两部件相对加压的状态下，加热到产生所述共晶反应的温度即所述嵌入材料的融点以上、至融点+100℃的温度范围，在两部件的接合界面生成因共晶反应引起的熔融物，将在所述金属A及/或金属B的表面生成的氧化皮膜与该熔融物一起从接合界面排出，从而将两部件结合。

根据本发明，通过包含于金属A的Al、Cu及Ag的至少一种金属和嵌入材料中的Zn的共晶反应，破坏金属A的氧化皮膜，通过包含于金属B的Al、 Cu及Ag的至少一种金属和嵌入材料中的Zn的共晶反应，破坏金属B的氧化皮膜。于是，所破坏的氧化皮膜与共晶反应熔融物一起从接合界面排除，因此，可以在低温度、低加压(低入热、低变形)、低成本的基础上将金属A和金属B之间直接接合。

附图说明

图1(a)～(e)是概略性表示本发明的金属材料的接合方法的接合过程的一方式的剖面图；

图2(a)～(e)是概略性表示本发明的金属材料的接合方法的接合过程的其它方式的剖面图；