DE102005022193A1

DE102005022193A1 - Lötverbundmaterial und dieses verwendendes gelötetes Produkt

Info

Publication number: DE102005022193A1
Application number: DE102005022193A
Authority: DE
Inventors: Kazuma Kuroki; Hiromitsu Kuroda; Hideyuki Sagawa; Sumio Shirai
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2005-12-15
Also published as: CN1699008A; US20050260437A1; JP2005329440A

Abstract

Ein Verbundmaterial zum Löten hat eine Lötschicht, die auf einer Oberfläche eines Basismetalls vorgesehen ist. Die Lötschicht erfüllt eine Forderung, die durch die Formel W1/W2 = 0,58 bis 0,68 dargestellt wird, wobei W1 das Gewicht eines Ni(Nickel)-Gehaltes, der in der Lötschicht enthalten ist, darstellt; und W2 das Gesamtgewicht an Ni-Bestandteil und einem Ti(Titan)-Bestandteil, die in der Lötschicht enthalten sind, darstellt.

Description

Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung 2004-150585, deren Gesamtinhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Lötverbundmaterial, welches ein Basismetall mit einer Oberfläche aufweist, die mit einer Lötschicht plattiert ist, welche ein Lötmaterial bildet und selbstlötende Eigenschaften hat, und ein dieses verwendendes gelötetes Produkt und insbesondere ein Lötverbundmaterial mit verbesserter Haftfestigkeit und verbessertem Korrosionswiderstand und ein dieses verwendendes gelötetes Produkt.

Ein Lötverbundmaterial weist ein Basismetall auf, das mit einer Lötschicht plattiert ist. Wenn Wärmebehandlung in einem solchen Zustand durchgeführt wird, daß ein Material, das gelötet werden soll, sich im Kontakt mit der Lötschicht befindet, kann das Material gelötet werden, ohne daß man irgendein davon unabhängiges Lötmaterial einsetzen müßte.

Ein Lötverbundmaterial, das in der Technik bekannt ist, weist ein Basismetall mit einer Oberfläche auf, welche mit einer Lötschicht plattiert ist, die Fe oder eine Fe-Legierung, Ti oder eine Ti-Legierung und Ni oder eine Ni-Legierung aufweist, welche in dieser Reihenfolge auf der Seite des Basismaterials übereinander gelegt sind, siehe JP-A-363 707/2002.

Weiter ist ein Lötmaterial bekannt, basierend auf rostfreiem Stahl und plattiert, welches ein Blech aus rostfreiem Stahl als ein Basismetall aufweist, wobei eine oder beide Oberflächen mit Kupfer als ein Lötmaterial plattiert sind. Dieses Lötverbundmaterial wird bei der Herstellung von Ölkühlern für Kraftfahrzeuge eingesetzt.

Verschiedene Arten Nickel-Lötmaterialien, welche eine Verbindung mit ausgezeichneten Oxidationswiderstand und Korrosionswiderstand zur Verfügung stellen, sind in den JIS (Japanese Industrial Standards) als Lötmaterialien für Komponenten festgelegt, beispielsweise Legierungen basierend auf rostfreiem Stahl, basierend auf Nickel oder basierend auf Kobalt.

Weiterhin ist ein Nickel-Lötmaterial mit einem pulverigen Nickel-Lötmaterial und 4 bis 22 Masse-% Pulver eines hinzuzufügenden Metalls, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ni (Nickel), Cr (Chrom) und einer Ni-Cr-Legierung, als ein Nickellötmaterial zum Verbinden eines Wärmetauschers in der JP-A-107 883/2000 vorgeschlagen worden.

Weiterhin wird ein Produktionsprozeß mit einem selbstlötenden Verbundmaterial vorgeschlagen, welcher das Stapeln einer zweiten Schicht (einer Lötschicht), die aus Nickel oder einem Titanbasismaterial auf einer ersten Basisschicht (einem Basismetall) gebildet ist, welche die aus rostfreiem Stahl oder einem auf Nickel basierenden Material hergestellt ist, aufweist, siehe JP-A-299 592/1995.

Beim Löten eines Materials mit dem obigen Lötverbundmaterial werden Bestandteile des Basismetalls und/oder des zu lötenden Materials diffundiert und dringen in die geschmolzene Lötschicht in dem Verbundmaterial ein. Als ein Ergebnis wird eine Mischung aus den Bestandteilen der Lötschicht mit den Bestandteilen des Basismetalls und/oder des zu lötenden Materials verfestigt, so daß ein gelötetes verfestigtes Teil gebildet wird.

Daher ist die Zusammensetzung des verfestigten Lötteils bevorzugt eine, welche die Festigkeit bzw. Haftfehigkeit und den Korrosionswiderstand verbessert. Bei herkömmlichen Lötverbundmaterialien kann jedoch nicht festgestellt werden, daß die Zusammensetzung der Lötschicht vor dem Löten so gestaltet wird, daß die Diffusion und das Eindringen der Bestandteile des Basismetalls und/oder des Materials, das gelötet werden soll, berücksichtigt werden, so daß die Zusammensetzung des gelöteten verfestigten Teiles nach dem Löten eine verbesserte Festigkeit und verbesserten Korrosionswiderstand hat. Aus diesem Grund haben die herkömmlichen Lötverbundmaterialien keine befriedigend hohe Haftfestigkeit und Korrosionswiderstand in dein gelöteten verfestigten Teil nach dem Löten und sind somit nicht für den Einsatz beispielsweise bei der Herstellung von Elementen geeignet, für die gefordert ist, daß sie eine Haftfestigkeit in dem gelöteten verfestigten Teil und Korrosionswiderstand haben, beispielsweise Wärmetauscher (zum Beispiel Kühleinrichtungen für Auspuffgas-Umwälzvorrichtungen und Kühler für Brennzellen-Reformer) und Brennzellen.

Beispielsweise wird bei dem obigen Herstellungsprozeß eines selbstlötenden Verbundmaterials, wenn ein Lötverbundmaterial mit einer ersten Basisschicht (einem Basismetall), die aus rostfreiem Stahl gebildet ist, und einer zweiten Schicht (einer Lötschicht), die aus einem Material gebildet ist, das aus 70 Masse-% Titan und 30 Masse-% Nickel besteht, hergestellt worden ist und eingesetzt wird, eine Eisenlegierung zu löten, so wie einen rostfreien Stahl, als ein Material, das gelötet werden soll, indem das Material im Kontakt mit der Lötschicht in dem Verbundmaterial gebracht und dann die Anordnung wärmebehandelt wird, wurde gefunden, daß die Ni- und Ti-Bestandteile aus der Lötschicht ebenso wie die Fe- und Cr-Bestandteile aus dem rostfreien Stahl in dem Basismetall und dem Material, das gelötet werden soll, diffundieren und in den gelöteten verfestigten Teil eindringen, der nach dem Löten verfestigt wird, und der Gehalt an Fe- und Cr-Bestandteilen in dem gelöteten verfestigten Teil beträgt jeweils nicht mehr als 15 Masse-%.

Der gelötete verfestigte Teil mit der obigen Zusammensetzung besteht hauptsächlich aus einer Ni-Ti-Legierung, die sehr hart und spröde ist. Daher ist es wahrscheinlich, daß selbst das Aufbringen einer kleineren äußeren Kraft Rißbildung hervorruft. Weiter, da eine harte und spröde intermetallische Verbindung an der Grenzfläche des gelöteten verfestigten Teiles und des rostfreien Stahls gebildet wird, ist die Festigkeit bzw. das Haftvermögen an der Verbindungsstelle sehr gering. Daher hat der gelötete verfestigte Teil (gelöteter Teil) eine sehr geringe Zuverlässigkeit bezüglich der Festigkeit.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Lötverbundmaterial zur Verfügung zu stellen, das bezüglich Festigkeit und Korrosionswiderstand in dem gelöteten verfestigten Teil nach dem Löten verbessert ist, indem die Zusammensetzung der Lötschicht vor dem Löten festgelegt wird.

(1) Gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung weist ein Verbundmaterial zum Löten eine Lötschicht auf, die auf einer Fläche eines Basismaterials bereitgestellt wird, wobei die Lötschicht die Forderung erfüllt, welche durch die Formel W1/W2 = 0,58 bis 0,68dargestellt wird, wobei W1 das Gewicht eines Ni (Nickel)-Bestandteils darstellt, welcher in der Lötschicht enthalten ist; und W2 das Gesamtgewicht des Ni-Bestandteils und eines Ti (Titan)-Bestandteils, die in der Lötschicht enthalten sind, darstellt.

Die Lötschicht kann eine Ni- oder Ni-Legierungsschicht, eine Ti- oder Ti-Legierungsschicht und eine Fe (Eisen) oder Fe-Legierungsschicht aufweisen, die in dieser Reihenfolge auf der Seite des Basismetalls übereinandergelegt sind.

Die Lötschicht kann einen Fe-Gehalt von 10 bis 40 Masse-% haben.

Das Basismetall kann ein rostfreier Stahl sein.

(2) Gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung weist ein gelötetes Produkt zwei Materialien auf, die mit der Hilfe einer Lötschicht miteinander verlötet sind, wobei die beiden Materialien jedes das obige Verbundmaterial zum Löten sind oder eines der beiden Materialien das Verbundmaterial zum Löten ist, während das andere Material ein weiteres Stahlprodukt ist, wobei ein gelöteter verfestigter Teil, der nach dem Löten gebildet ist, 20 bis 50 Masse-% Fe, 15 bis 25 Masse-% Ti, 25 bis 45 Masse-% Ni und 1 bis 15 Masse-% Cr aufweist.

Das Stahlprodukt kann ein korrosionsbeständiges Stahlprodukt sein.

Das Löten kann im Vakuum durchgeführt werden.

Bei der Erfindung, da ein bestimmtes Gewichtsverhältnis zwischen dem Ni-Bestandteil und dem Ti-Bestandteil in der Lötschicht vor dem Löten angenommen worden ist, sind die Festigkeit und der Korrosionswiderstand des gelöteten verfestigten Teiles nach dem Löten verbessert. Insbesondere wenn die Zusammensetzung des gelöteten verfestigten Teiles eine ist, wie sie in Anspruch 6 definiert ist, ist es weniger wahrscheinlich, daß das gelötete verfestigte Teil reißt, und es hat eine hohe Haftfestigkeit und kann gleichzeitig hoch korrosionsbeständig sein. Daher ist das Lötverbundmaterial geeignet beispielsweise für den Einsatz bei der Herstellung von Elementen für Wärmetauscher und Brennstoffzellen, bei denen gefordert wird, daß sie eine hohe Festigkeit und einen hohen Korrosionswiderstand haben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird in weiteren Einzelheiten in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen erläutert werden, wobei:
1 eine Querschnittsansicht eines Lötverbundmaterials bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine Querschnittsansicht eines Anordnung nach dem Löten des Verbundmaterials, wie es in 1 gezeigt ist, und eines weiteren Stahlproduktes ist; und
3 eine erläuternde Ansicht einer Probe für einen Zugtest ist, wobei das Verbundmaterial, wie es in 1 gezeigt ist, verwendet wurde.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in Einzelheiten in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erläutert.
1 ist eine typische Querschnittsansicht, welche ein Lötverbundmaterial 1 in der Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Das Lötverbundmaterial 1 umfaßt ein Basismetall 2, das aus einem rostfreien Stahl gebildet ist. Eine Fläche des Basismetalls 2 ist mit einer Lötschicht 3 plattiert, die ein Lötmaterial bildet. Eine Nickelschicht 3a, gebildet aus Ni oder einer Ni-Legierung, eine Ti-Schicht 3b, gebildet aus Ti oder einer Ti-Legierung, und eine Fe-Schicht 3c, gebildet aus Fe oder einer Fe-Legierung, sind in dieser Reihenfolge auf der Seite des Basismetalls 2 aufeinandergelegt, um die Lötschicht 3 zu bilden.
Diese bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das folgende spezifische Gewichtsverhältnis zwischen dem Ni-Bestandteil und dem Ti-Bestandteil, die in, der Lötschicht 3 enthalten sind, angenommen wird. Genauer erfüllt die Lötschicht 3 eine Forderung, die durch die Formel W1/W2 = 0,58 bis 0,68 dargestellt wird, wobei W1 das Gewicht eines Ni (Nickel)-Bestandteiles, der in der Lötschicht 3 enthalten ist, darstellt; und W2 das Gesamtgewicht des Ni-Bestandteiles und eines Ti (Titan)-Bestandteils, die in der Lötschicht 3 enthalten sind, darstellt. Weiterhin wird der Gehalt an Fe in der Lötschicht 3 auf 10 bis 40 Masse-% eingestellt.
Ein Material 4, das gelötet werden soll, gebildet aus einem korrosionsbeständigen Stahlprodukt, so wie einem Produkt aus rostfreiem Stahl (siehe 2), wird in Kontakt mit der Fe-Schicht 3c als der äußersten Schicht in der Lötschicht 3 des Lötverbundmaterials 1 gebracht, und in diesem Zustand wird die Anordnung für das Löten wärmebehandelt. Bei der Wärmebehandlung wird die Lötschicht 3 aufgeschmolzen, und das Material 4 wird mit dem Basismetall 2 durch ein gelötetes verfestigtes Teil 5 verlötet. Was die Bedingungen für die Wärmebehandlung betrifft, so ist beispielsweise die Löttemperatur 1150°C, die Lötzeit beträgt 15 min. und die Wärmebehandlung wird im Vakuum (Grad des Vakuums: 1.0 × 10^–3 Pa) durchgeführt.
2 ist ein Schaubild, das ein gelötetes Teil (nach dem Löten) nach der obigen Wärmebehandlung für das Löten zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt ist ein gelötetes verfestigtes Teil 5 zwischen dem Basismetall 2 (rostfreier Stahl) in dem Lötverbundmaterial 1 und dem Material 4 (rostfreier Stahl), das gelötet werden soll, gebildet.
Bei dem gelöteten verfestigten Teil 5 diffundieren Fe- und Cr-Bestandteile aus dem Basismetall 2 (rostfreier Stahl) in Ni, Ti und Fe und dringen in die Lötschicht 3 ein, die durch die obige Wärmebehandlung aufgeschmolzen ist, und als ein Ergebnis weist der gelötete verfestigte Teil Fe: 20 bis 50 Masse-%, Ti: 15 bis 25 Masse-%, Ni: 25 bis 45 Masse-% und Cr: 1 bis 15 Masse-% auf. Diese Zusammensetzung kann realisiert werden, indem beispielsweise das Verhältnis zwischen dem Ni-Bestandteil, dem Ti-Bestandteil und dem Fe-Bestandteil in der Lötschicht 3 festgelegt wird, bevor auf den obigen Wert gelötet wird.
Wenn der gelötete verfestigte Teil 5 die obige Zusammensetzung hat, ist es weniger wahrscheinlich, daß der gelötete verfestigte Teil 5 reißt, und somit kann eine hohe Bindefestigkeit bereitgestellt werden und gleichzeitig kann ein hoher Korrosionswiderstand verwirklicht werden. Daher ist das Lötverbundmaterial 1, das in 1 gezeigt ist, für den Einsatz beispielsweise bei der Herstellung von Elementen geeignet, von denen gefordert wird, daß sie Festigkeit und Korrosionswiderstand zeigen, zum Beispiel Wärmetauscher (beispielsweise Kühler für Auspuffgas-Umwälzvorrichtungen und Kühler für Brennzellen-Reformer) und Brennzellen.
Die Fe-Schicht 3c, die die äußerste Schicht in der Lötschicht 3 bildet, wirkt so, daß sie die Zufuhr des Fe-Bestandteiles aus dem rostfreien Stahl als dem Material 4, das gelötet werden soll, in den gelöteten verfestigten Teil 5 während des Lötens verringert und somit die Verringerung der Dicke des Materials 4, das gelötet werden soll, aufgrund der reaktiven Korrosion des rostfreien Stahls unterdrückt.
Wenn der Gehalt an Fe-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 geringer als 20 Masse-% ist, wird der Schmelzpunkt des Lötmaterials erhöht und folglich wird der Fluß des geschmolzenen Lötmaterials gehemmt. Andererseits, wenn der Gehalt an Fe-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 50 Masse-% überschreitet, kann ein zufriedenstellender Korrosionswiderstand nicht zur Verfügung gestellt werden. Aus dem obigen Grund ist der Gehalt an Fe-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 bevorzugt 20 bis 50 Masse-%, weiter bevorzugt 25 bis 50 Masse-%, noch weiter bevorzugt 25 bis 45 Masse-%.
Wenn der Gehalt an Ti-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 weniger als 15 Masse-% beträgt, kann ein befriedigender Korrosionswiderstand nicht gehalten werden. Andererseits, wenn der Gehalt an Ti-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 25 Masse-% überschreitet, wird der Schmelzpunkt des gesamten Lötmaterials erhöht und somit wird der Fluß des geschmolzenen Lötmaterials behindert. Aus dem obigen Grund beträgt der Gehalt an Ti-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 bevorzugt 15 bis 25 Masse-%, weiter bevorzugt 15 bis 23 Masse-%, noch weiter bevorzugt 18 bis 23 Masse-%.
Wenn der Gehalt an Ni-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 weniger als 25 Masse-% oder mehr als 45 Masse-% beträgt, wird der Schmelzpunkt des gesamten Lötmaterials erhöht und somit wird der Fluß des geschmolzenen Lötmaterials behindert. Aus dem obigen Grund liegt der Gehalt an Ni-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 bevorzugt zwischen 25 bis 45 Masse-%, weiter bevorzugt bei 27 bis 45 Masse-%, noch weiter bevorzugt bei 27 bis 42 Masse-%.
Wenn der Gehalt an Cr-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 weniger als 1 Masse-% ist, kann ein befriedigender Korrosionswiderstand nicht gehalten werden. Andererseits, wenn der Gehalt an Cr-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 15 Masse-% überschreitet, kann keine gleichförmige Diffusion realisiert werden, was zu einer Variation im Korrosionswiderstand führt. Aus dem obigen Grund ist der Gehalt an Cr-Bestandteil in dem gelöteten verfestigten Teil 5 bevorzugt 1 bis 15 Masse-%, weiter bevorzugt 5 bis 12 Masse-%, noch weiter bevorzugt 7 bis 12 Masse-%.
Der Grad des Vakuums bei der Wärmebehandlung zum Löten ist bevorzugt nicht mehr als 1.0 × 10² Pa (bei dieser bevorzugten Ausführungsform 1.0 × 10^–3 pA). Wenn der Grad des Vakuums 1.0 × 10^–2 Pa überschreitet, reagiert Ti, das diffundiert und auf der Oberfläche bei einer hohen Temperatur des Lötmaterials verteilt wird, mit sehr kleinen Mengen an Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff in der Atmosphäre. Als ein Ergebnis wird ein Reaktionsprodukt auf der Oberfläche des Lötmaterials gebildet, welches das Aufschmelzen des Lötmaterials verhindert.
BEISPIELE
Das Lötverbundmaterial gemäß der Erfindung wird in weiteren Einzelheiten mit Bezug auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutert.
Beispiel 1
Ein Lötverbundmaterial (hiernach als „Verbundmaterial" bezeichnet) des Beispiels 1 wird wie folgt hergestellt. Zunächst werden ein gespultes Eisenblech mit einer Dicke von 0,34 mm, ein gespultes reines Titanblech mit einer Dicke von 2,0 mm, und ein gespultes Nickelblech mit einer Dicke von 1,67 mm aufeinandergelegt, um eine dreischichtige Struktur zu bilden. Diese Struktur wird heißgewalzt, um ein 0,3 mm dickes plattiertes Blech herzustellen. Anschließend wird das plattierte Blech kaltgewalzt, um als ein Endprodukt ein 0,15 mm dickes plattiertes Blech herzustellen.
Ein Streifen aus rostfreiem Stahl (SUS 304, Blechdicke 1,5 mm) wird mit diesem plattierten Blech durch Walzen plattiert, gefolgt durch Kaltwalzen, um ein 0,5 mm dickes Verbundmaterial herzustellen. Bei diesem Verbundmaterial bildet der Teil des Streifens aus rostfreiem Stahl ein Basismetall 2, und der Teil aus plattiertem Blech, aufgebaut aus den drei Schichten, bildet eine Lötschicht 3 (dasselbe gilt hiernach).
Beispiel 2
Zunächst werden ein gespultes Eisenblech mit einer Dicke von 0,76 mm, ein gespultes Blech aus reinem Titan mit einer Dicke von 2,0 mm und ein gespultes Nickelblech mit einer Dicke von 1,67 mm aufeinandergelegt, um eine dreischichtige Struktur zu bilden. Diese Struktur wird heißgewalzt, um ein 0,3 mm dickes plattiertes Blech zu bilden. Anschließend wird das plattierte Blech kaltgewalzt, um als ein Endprodukt ein 0,15 mm dickes plattiertes Blech zu bilden.
Ein Streifen aus rostfreiem Stahl (SUS 304, Blechdicke 1,5 mm) wird mit diesem plattierten Blech durch Walzen plattiert, gefolgt von Kaltwalzen, um ein 0,5 mm dickes Verbundmaterial herzustellen.
Vergleichsbeispiel 1
Zunächst wird ein gespultes Eisenblech mit einer Dicke von 0,12 mm, ein gespultes Blech aus reinem Titan mit einer Dicke von 2,0 mm und ein gespultes Nickelblech mit einer Dicke von 1,02 mm aufeinandergelegt, um eine dreischichtige Struktur zu bilden. Diese Struktur wird heißgewalzt, um ein 0,3 mm dickes plattiertes Blech herzustellen. Anschließend wird das plattierte Blech kaltgewalzt, um als ein Endprodukt ein 0,15 mm dickes plattiertes Blech herzustellen.
Ein Streifen aus rostfreiem Stahl (SUS 304, Blechdicke 1,5 mm) wird auf dieses plattierte Blech durch Walzen plattiert, gefolgt von Kaltwalzen, um ein 0,5 mm dickes Verbundmaterial herzustellen.
Vergleichsbeispiel 2
Zunächst werden ein gespultes Eisenblech mit einer Dicke von 0,26 mm, ein gespultes Blech aus reinem Titan mit einer Dicke von 2,0 mm und ein gespultes Nickelblech mit einer Dicke von 1,02 mm aufeinandergelegt, um eine dreischichtige Struktur zu bilden. Diese Struktur wird heißgewalzt, um ein 0,3 mm dickes plattiertes Blech herzustellen. Anschließend wird das plattierte Blech kaltgewalzt, um als ein Endprodukt ein 0,15 mm dickes plattiertes Blech herzustellen.
Ein Streifen aus rostfreiem Stahl (SUS 304, Blechdicke 1,5 mm) wird auf dieses plattierte Blech durch Walzen plattiert, gefolgt von Kaltwalzen, um ein 0,5 mm dickes Verbundmaterial herzustellen.
Vergleichsbeispiel 3
Zunächst werden ein gespultes Eisenblech mit einer Dicke von 0,51 mm, ein gespultes Blech aus reinem Titan mit einer Dicke von 2,0 mm und ein gespultes Nickelblech mit einer Dicke von 0,51 mm aufeinandergelegt, um eine dreischichtige Struktur zu bilden. Diese Struktur wird heißgewalzt, um ein 0,3 mm dickes plattiertes Blech herzustellen. Anschließend wird das plattierte Blech kaltgewalzt, um als ein Endprodukt ein 0,15 mm dickes plattiertes Blech herzustellen.
Ein Streifen aus rostfreiem Stahl (SUS 304, Blechdicke 1,5 mm) wird auf dieses plattierte Blech durch Walzen plattiert, gefolgt von Kaltwalzen, um ein 0,5 mm dickes Verbundmaterial herzustellen.
Vergleichsbeispiel 4
Zunächst werden ein gespultes Eisenblech mit einer Dicke von 0,45 mm, ein gespultes Blech aus reinem Titan mit einer Dicke von 2,0 mm und ein gespultes Nickelblech mit einer Dicke von 0,45 mm aufeinandergelegt, um eine dreischichtige Struktur zu bilden. Diese Struktur wird heißgewalzt, um ein 0,3 mm dickes plattiertes Blech herzustellen. Anschließend wird das plattierte Blech kaltgewalzt, um als ein Endprodukt ein 0,15 mm dickes plattiertes Blech herzustellen.
Ein Streifen aus rostfreiem Stahl (SUS 304, Blechdicke 1,5 mm) wird auf dieses plattierte Blech durch Walzen plattiert, gefolgt von Kaltwalzen, um ein 0,5 mm dickes Verbundmaterial herzustellen.
Die Lötverbundmaterialien 1, die bei den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellt worden sind, wurden als Plattenstücke mit einer Größe 10 mm × 15 mm abgenommen. Zwei Platten aus rostfreiem Stahl (SUS 304, jeweils 15 mm × 50 mm × 3 mm) wurden als Materialien 4, die gelötet werden sollen, bereitgestellt. Wie in 3 gezeigt, wurden diese beiden Stahlplatten 4 so angeordnet, daß ein Abstand zwischen ihnen eingehalten wurde. Das Lötverbundmaterial 1 wurde so angeordnet, daß ein Ende des Lötverbundmaterial 1 in Kontakt mit einem Ende eines Materials 4, das gelötet werden soll, in Kontakt kommt, und das andere Ende des Lötverbundmaterials 1 kommt in Kontakt mit einem Ende des anderen Materials 4, das gelötet werden soll. In diesem Fall wurde das Lötverbundmaterial 1 so angeordnet, daß die Lötschicht 3 dem Material 4, das gelötet werden soll, zugewandt ist. In diesem Zustand wurde die Anordnung für das Löten wärmebehandelt.
Die Kontaktfläche zwischen dem Verbundmaterial 1 und den beiden Materialien 4 (Platten aus rostfreiem Stahl), das gelötet werden soll, war 15 mm × 3 mm. Die Wärmebehandlung für das Löten wurde in einer Vakuumatmosphäre (2,0 × 10^–3 pA) durchgeführt, bei den Bedingungen der Löttemperatur von 1150°C und einer Lötzeit von 15 min. Die so erhaltenen gelöteten Produkte wurden als Proben eingesetzt und einem Zugtest ausgesetzt. Als ein Ergebnis wurden alle Proben an einem Lötmaterialteil (einem gelöteten verfestigten Teil 5) gebrochen.
Für die Verbundmaterialien der Beispiele und Vergleichsbeispiele sind der Aufbau der Lötschicht 3 vor dem Löten, die Zusammensetzung des gelöteten verfestigten Teils 5 nach dem Löten und die Zugfestigkeit, die bei dem Zugtest unter Verwendung der obigen Proben bestimmt worden ist, in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Bei den Vergleichsbeispielen ist im Zugtest der gelötete verfestigte Teil 5 leicht gerissen, und somit ist die Zugfestigkeit gering, wohingegen bei den Proben der Beispiele der Erfindung die Zugfestigkeit ungefähr 3 bis 6 mal höher ist als bei den Proben der Vergleichsbeispiele.
Bei der Lötschicht 3 im Verbundmaterial 1, wenn das Gewicht an Ni in der Lötschicht 3 W1 ist und das Gesamtgewicht an Ni-Bestandteil und Ti-Bestandteil in der Lötschicht 3 W2 ist, ist bei Beispiel 1 W1/W2 0,62 und bei Beispiel 2 0,63. Beide Werte erfüllen eine Forderung, die in Anspruch 1 festgelegt ist, das heißt W1/W2 = 0,58 bis 0,68.
Weiter beträgt der Gehalt (Masse-%) an Fe in der Lötschicht 3 bei Beispiel 1 10 Masse-% und bei Beispiel 2 20 Masse-%. Beide Werte erfüllen eine Forderung, die in Anspruch 4 festgelegt ist, das heißt 10 bis 40 Masse-%. Weiterhin erfüllt sowohl für Beispiel 1 als auch 2 die Zusammensetzung des gelöteten verfestigten Teils 5 eine Anforderung, die in Anspruch 6 festgelegt ist. Weiterhin wird deutlich, daß Beispiele 1 und 2 Anforderungen erfüllen, die in den anderen Ansprüchen festgelegt sind, d.h. Ansprüche 2, 3, 5, 7 und 8.
Als nächstes wurde bei den Proben, die in derselben Weise hergestellt wurden wie oben erläutet, der gelötete verfestigte Teil 5 einem simulierten Kondenswasser-Eintauchtest unterworfen. Die Komponenten der Lösung, die bei dem Test verwendet wurden, waren diejenigen, die einer Prüfflüssigkeit in einem Verfahren A folgten, welches in dem Japan Automobile Standards JASO M 611-92 „Internat Corrosion Test method for Automotive Muffler (Internes Korrosionstestverfahren für Automobil-Auspufftöpfe)" festgelegt wurde. Die Temperatur der Lösung betrug 80°C, und die Eintauchzeit war 1000 Stunden. Die Konzentrationen der einzelnen Komponenten in der Testflüssigkeit sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Als ein Ergebnis des Tests wurde gefunden, daß bei allen Beispielen und Vergleichsbeispielen das gelötete verfestigte Teil 5 einen besseren Korrosionswiderstand als reines Kupfer hatte.
Wie oben beschrieben kann gemäß Beispiel 1 und 2 bei einem Lötverbundmaterial 1, das ein Basismetall 2 aufweist, welches auf seiner Oberfläche eine Lötschicht 3 mit einer dreischichtigen Struktur aus drei unterschiedlichen metallischen Schichten trägt, ein Verbundmaterial 1 (Wärmebehandlungsmaterial für das Löten) mit hoher Bindefestigkeit und Korrosionswiderstand zur Verfügung gestellt werden. Somit sind die Beispiele 1 und 2 beispielsweise für den Einsatz bei der Herstellung von Elementen geeignet, für die gefordert wird, daß sie Festigkeit und Korrosionswiderstand haben, zum Beispiel Wärmetauscher (beispielsweise Kühler für Auspuffgas-Umwälzungsvorrichtungen und Kühler für Brennstoffzellen-Reformer) und Brennstoffzellen.
Es sollte angemerkt werden, daß die Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt ist. Zum Beispiel kann ein Aufbau angenommen werden, bei dem die Lötschicht auf beiden Seiten, anstelle auf einer Seite, des Basismaterials vorgesehen ist, um ein Lötverbundmaterial zu bilden. Der rostfreie Stahl, der das Basismaterial bildet, kann entweder aus tenitischer, ferritischer oder matensitischer rostfreiem Stahl sein. Weiterhin kann eine Vielzahl von Verbundmaterialien 1 miteinander mit der Hilfe der Lötschicht 3 bei jedem der Verbundmaterialien verlötet werden, um ein gelötetes Produkt zu bilden.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf die speziellen Ausführungsformen für die vollständige und klare Offenbarung beschrieben worden ist, sollen die angefügten Ansprüche nicht derart beschränkt sein, sondern sind so aufgebaut, daß sie alle Modifikationen und alternativen Aufbauten verkörpern, die den Fachleuten deutlich werden, die richtigerweise in die grundlegenden Lehren wie hierin beschrieben fallen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

1, Verbundmaterial zum Löten, mit einer Lötschicht (3), die auf einer Oberfläche eines Basismetalls (2) vorgesehen ist, wobei die Lötschicht (3) eine Forderung erfüllt, die durch die Formel W1/W2 = 0,58 bis 0,68 dargestellt wird, wobei W 1 das Gewicht eines Ni (Nickel)-Bestandteils, der in der Lötschicht (3) enthalten ist, darstellt; und W2 das Gesamtgewicht des Ni-Bestandteils und eines Ti-(Titan)-Bestandteils, die in der Lötschicht (3) enthalten sind, darstellt.

Verbundmaterial zum Löten nach Anspruch 1, bei dem die Lötschicht (3) eine Ni- oder Ni-Legierungsschicht, eine Ti- oder Ti-Legierungsschicht und eine Fe(Eisen)- oder Fe-Legierungsschicht aufweist, die in der Reihenfolge von der Seite des Basismetalls (2) her aufeinandergelegt sind.

Verbundmaterial zum Löten nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lötschicht (3) einen Fe-Gehalt von 10 bis 40 Masse-% aufweist.

Verbundmaterial zum Löten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Basismetall (2) ein rostfreier Stahl ist.

Gelötetes Produkt, mit zwei Materialien, die mit der Hilfe einer Lötschicht (3) miteinander verlötet sind, wobei die beiden Materialien jeweils das Verbundmaterial zum Löten nach einem der Ansprüche 1 bis 4 sind, oder eines der beiden Materialien das Verbundmaterial zum Löten mit dem anderen Material ist, das ein weiteres Stahlprodukt ist, wobei ein gelöteter verfestigter Teil (5) nach dem Löten gebildet wird, der 20 bis 50 Masse-% Fe, 15 bis 25 Masse-% Ti, 25 bis 45 Masse-% Ni und 1 bis 15 Masse-% Cr aufweist.

Gelötetes Produkt nach Anspruch 5, bei dem das Stahlprodukt ein korrosionsbeständiges Stahlprodukt ist.

Gelötetes Produkt nach Anspruch 6, bei dem das Löten in Vakuum durchgeführt worden ist.