DE102005061837A1

DE102005061837A1 - Hartlötplattierungsmaterial, und Hartlötvefahren und Hartlötungsprodukt unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE102005061837A1
Application number: DE102005061837A
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Sagawa; Hiromitsu Kuroda; Kazuma Kuroki; Humio Horii; Tetsuya Tokumitu; Nobuhito Sakuyama; Shigeru Okamoto
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2006-07-20
Also published as: US7442445B2; JP2006175506A; CN100450699C; US20060166028A1; JP4492342B2; CN1792537A

Abstract

Ein Hartlötplattierungsmaterial ist ein Verbundmaterial, das ein Basismaterial und eine Hartlötmaterialschicht, die integral auf dem Basismaterial gebildet ist, umfaßt. Die Hartlötmaterialschicht weist eine Schicht aus Ni oder Ni-Legierung, eine Schicht aus Ti oder Ti-Legierung und eine Schicht aus Fe-Ni-Legierung auf, die aufeinanderfolgend in dieser Reihenfolge auf dem Basismaterial geschichtet sind. Die Hartlötmaterialschicht weist eine Fe-Konzentration von 25 bis 40 Gew.-% in der gesamten Hartlötmaterialschicht auf. Die Hartlötmaterialschicht erfüllt ein Verhältnis W1/W2 von 0,56 bis 0,66, wobei W1 ein Gewicht von Ni, enthaltend in der gesamten Hartlötmaterialschicht, ist und W2 ein Gesamtgewicht von Ni und Ti, enthaltend in der gesamten Hartlötmaterialschicht, ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung basiert auf einer japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2004-373547, deren gesamte Inhalte hierin durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Hartlötplattierungsmaterial und ein Hartlötverfahren und ein Hartlötungsprodukt unter Verwendung desselben. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Hartlötplattierungsmaterial, das verwendet wird, um ein Bauteil eines Wärmetauschers, einer Brennstoffzelle, etc. hartzulöten.

Rostfreie Basisplattierungsmaterialien werden als ein Bindungsmaterial für Automobilölkühler verwendet. Sie sind zusammengesetzt aus einem rostfreien Stahlbogen als ein Basismaterial und einem Kupfermaterial, das auf einer oder beiden Oberflächen der rostfreien Stahlplatte plattiert ist und als ein Hartlötmaterial dient.

Verschiedene Ni-Hartlötmaterialien mit ausgezeichneter Korrosionswiderstandsfähigkeit an einem Hartlötverbindungsteil sind durch JIS (Japanese Industrial Standards) als ein Hartlötmaterial für ein Bauelement spezifiziert, das aus rostfreiem Stahl, Legierung auf Ni-Basis oder Co-Basis, etc. aufgebaut ist.

Die JP-A-2000-107883 offenbart beispielsweise ein pulverisiertes Ni-Hartlötungsmaterial für Wärmetauscher, das 4 bis 22 Gew.-% Metallpulver ausgewählt aus Ni, Cr oder Ni-Cr-Legierung umfaßt.

JP-A-7-299592 offenbart ein Selbsthartlötungsverbundmaterial, das eine lamellare Hartlötungsmaterialstruktur aus Ni/Ti/rostfreiem Stahl aufweist, bei dem eine Hartlötungsmaterialschicht aus Ni und Ti auf der Oberfläche eines Basismaterials aus rostfreiem Stahl gebildet ist.

Wenn jedoch das herkömmliche Hartlötungsmaterial oder Hartlötplattierungsmaterial als ein Hartlötungsmaterial beim Hartlöten eines Wärmetauschers, wie eines Kühlers eines Brennstoffzellenreformers oder einer Abgasrezirkulation (EGR), verwendet wird, der hoher Temperatur und korrosivem Gas oder Flüssigkeit ausgesetzt ist, können die folgenden Probleme auftreten.

(1) Wenn das oben erwähnte rostfreie Basisplattierungsmaterial als ein Hartlötungsmaterial für den Automobilölkühler verwendet wird, gibt es kein Problem bezüglich der Wärmewiderstandsfähigkeit und der Korrosionswiderstandsfähigkeit. Wenn jedoch das rostfreie Basisplattierungsmaterial als ein Hartlötungsmaterial für den Kühler eines Brennstoffzellenwärmetauschers oder einer EGR verwendet wird, gibt es ein Problem bezüglich der Korrosionswiderstandsfähigkeit. Da nämlich korrosive Lösung oder Abgas hoher Temperatur in dem Kühler eines Brennstoffzellenwärmetauschers oder einer EGR zirkuliert wird, ist das Hartlötungsmaterial, d. h. das Kupfermaterial, bezüglich der Korrosionswiderstandsfähigkeit nicht ausreichend.
(2) Das Selbsthartlötungsverbundmaterial, d. h. Ni-Ti-Plattierungsmaterial, wie es in der JP-A-7-299592 beschrieben wird, kann einer "Erosion des Basismaterials" unterliegen, als daß eine Komponente des Basismaterials in das Hartlötungsmaterial beim Hartlöten geschmolzen wird (eindiffundiert). In einem solchen Falle wird das Basismaterial beträchtlich durch das Hartlötungsmaterial erodiert, so daß es bezüglich der Dicke abnimmt. Als ein Ergebnis wird ein Problem verursacht, das die Festigkeit am Hartlötungsverbindungsteil absinkt.
(3) Das pulverisierte Ni-Hartlötungsmaterial, wie es in der JP-A-2000-107883 offenbart wird, oder das Ni-Hartlötungsmaterial, wie es durch JIS spezifiziert wird, sind in Pulverform. Daher bedarf das pulverisierte Ni-Hartlötungsmaterial einer Beschichtung auf jedem Hartlötungsverbindungsteil. Somit erfordert das Hartlöten einen großen Arbeitsaufwand, und die Produktivität des Hartlötungsprodukts sinkt beträchtlich. Dies bewirkt eine Zunahme der Herstellungskosten. Da ferner amorphe Ni-Hartlö tungsmaterialien, die durch JIS spezifiziert sind, sehr brüchig sind, sind sie schwierig handzuhaben bei der Herstellung des Hartlötungsmaterials und beim Zusammensetzen des Hartlötungsprodukts. Die Herstellungskosten steigen ebenfalls.

ZUSAMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Hartlötplattierungsmaterial bereitzustellen, das im wesentlichen eine "Erosion des Basismaterials" vermeidet und eine ausgezeichnete Korrosionswiderstandsfähigkeit und Hartlötungsproduktivität aufweist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Hartlötverfahren und ein Hartlötungsprodukt unter Verwendung des Hartlötplattierungsmaterials bereitzustellen.

(1) Gemäß einer Erscheinung der Erfindung umfaßt ein Hartlötplattierungsmaterial: ein Verbundmaterial, das ein Basismaterial und eine Hartlötmaterialschicht, die integral auf dem Basismaterial gebildet ist, umfaßt, wobei die Hartlötmaterialschicht eine Schicht aus Ni oder Ni-Legierung, eine Schicht aus Ti oder Ti-Legierung und eine Schicht aus Fe-Ni-Legierung umfaßt, die aufeinanderfolgend in dieser Reihenfolge auf dem Basismaterial geschichtet sind, wobei die Hartlötmaterialschicht eine Fe-Konzentration von 25 bis 40 Gew.-% in der gesamten Hartlötmaterialschicht umfaßt, und wobei die Hartlötmaterialschicht ein Verhältnis W1/W2 von 0,56 bis 0,66 erfüllt, wobei W1 ein Gewicht von Ni enthaltend in der gesamten Hartlötmaterialschicht ist und W2 ein Gesamtgewicht von Ni und Ti enthaltend in der gesamten Hartlötmaterialschicht ist. Bei der obigen Erfindung können die folgenden Modifikationen und Veränderungen durchgeführt werden. (i) Das Verbundmaterial erfüllt ein Verhältnis T2/T1 von 0,05 bis 0,12, wobei T2 eine Dicke der Hartlötmaterialschicht und T1 eine Gesamtdicke des Hartlötplattierungsmaterials ist. (ii) Die Hartlötmaterialschicht umfaßt eine diffusionsreagierende Schicht mit einer Dicke von 2 bis 6 μm, und die diffusionsreagierende Schicht wird an einer Grenzfläche zwischen zwei Hetero-Metallen der Schicht aus Ni oder Ni-Legierung, der Schicht aus Ti oder Ti-Legierung und der Schicht aus Fe-Ni-Legierung gebildet, um die Hartlötmaterialschicht zu bilden. (iii) Die Schicht aus Fe-Ni-Legierung umfaßt Fe und 35 bis 45 Massen-% Ni. (iv) Das Basismaterial umfaßt eine Legierung, die Fe als eine Hauptkomponente umfaßt. (v) Die Legierung, die Fe als eine Hauptkomponente umfaßt, umfaßt einen rostfreien Stahl.
(2) Gemäß einer weiteren Erscheinung der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Hartlöten des Hartlötplattierungsmaterials, wie es oben in (1) definiert ist, zu einem hartgelöteten Bauteil die Schritte: Vorerwärmen des Hartlötplattierungsmaterials bei einer Temperatur von 800 bis 940°C; Hartlöten des vorerwärmten Hartlötplattierungsmaterials zum hartgelöteten Bauteil in einer Vakuumatmosphäre bei einer Temperatur von 1.100 bis 1.200°C. Bei der obigen Erfindung können die folgenden Modifikationen und Veränderungen durchgeführt werden. (vi) Die Vakuumatmosphäre umfaßt einen Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa oder weniger. (vii) Die Vakuumatmosphäre umfaßt eine Gasatmosphäre, die im wesentlichen kein N₂-Gas und einen Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa oder weniger enthält.
(3) Gemäß einer weiteren Erscheinung der Erfindung umfaßt ein Hartlötungsprodukt: das Hartlötplattierungsmaterial, wie es oben in (1) definiert ist; und ein hartgelötetes Bauteil, wobei das Hartlötplattierungsmaterial zum hartgelöteten Bauteil hartgelötet ist.
(4) Gemäß einer weiteren Erscheinung der Erfindung umfaßt ein Hartlötungsprodukt: das Hartlötplattierungsmaterial, wie es oben in (1) definiert ist; und ein hartgelötetes Bauteil, wobei das Hartlötplattierungsmaterial zum hartgelöteten Bauteil durch das oben in (2) definierte Verfahren hartgelötet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die bevorzugten Ausführungsformen gemäß der Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt, in denen:

1 eine Längsquerschnittsansicht ist, die ein Hartlötplattierungsmaterial in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt; und

2 eine Querschnittsansicht ist, die eine Modifikation des Hartlötplattierungsmaterials nach 1 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN

AUSFÜHRUNGSFORMEN

1 ist eine Längsquerschnittsansicht, die ein Hartlötplattierungsmaterial in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt.

Hartlötplattierungsmaterial

Wie gezeigt, ist das Hartlötplattierungsmaterial 10 dieser Ausführungsform, das zu einem hartgelöteten Bauteil hartgelötet werden soll, ein Verbundmaterial, bei dem eine Hartlötmaterialschicht 15 integral auf der Oberfläche (d. h. lediglich auf einer oberen Fläche desselben in 1) eines Basismaterials 11 gebildet ist. Durch geeignetes Walzen des Verbundmaterials kann das Hartlötplattierungsmaterial 10 (als ein Endprodukt) mit einer ge wünschten Dicke erhalten werden. Hierin bedeutet die Oberfläche des Basismaterials 11 alle Oberflächen, die nach außen hin exponiert sind.

Die Hartlötmaterialschicht 15 ist zusammengesetzt aus einer Schicht 12 aus Ni (oder einer Ni-Legierung), einer Schicht 13 aus Ti (oder einer Ti-Legierung) und einer Schicht 14 aus Fe-Ni-Legierung, die aufeinanderfolgend auf dem Basismaterial 11 gebildet sind, um es zu plattieren.

Das Gewichtsverhältnis (oder Konzentration) an Fe enthaltend in der gesamten Hartlötmaterialschicht 15 ist auf 25 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 35 Gew.-% eingestellt. Mit anderen Worten ist das Hartlötplattierungsmaterial 10 so hergestellt, daß die gesamte Hartlötmaterialschicht eine Zusammensetzung von Ni-Ti-(25 bis 40 Gew.-%) Fe aufweist. Diese Zubereitung kann durch Steuern jeder Dicke der Schichten 12, 13 und 14 oder durch Steuern jeder Legierungszusammensetzung der Schichten 12, 13 und 14 durchgeführt werden. Der Grund, warum der Gehalt (Konzentration) an Fe auf 25 bis 40 Gew.-% eingestellt wird, ist wie folgt. Wenn der Gehalt an Fe kleiner als 25 Gew.-% ist, kann eine Eluierung des Fe aus dem Basismaterial 11 zur Hartlötmaterialschicht 15 nicht effektiv verhindert werden. Wenn der Gehalt an Fe mehr als 40 Gew.-% ist, sinkt die Metallflußeigenschaft des Hartlötmaterials.

Das Gewicht W1 an Ni enthaltend in der gesamten Hartlötmaterialschicht 15 und die Summe W2 des Gewichts von Ni und Ti jeweils enthaltend in der gesamten Hartlötmaterialschicht 15 sind so eingestellt, daß das Verhältnis W1/W2 0,56 bis 0,66, bevorzugt 0,58 bis 0,65, noch bevorzugter 0,58 bis 0,62 ist. Diese Herstellung kann durch Steuern jeder Dicke der Schichten 12, 13 und 14 oder durch Steuern jeder Legierungszusammensetzung der Schichten 12, 13 und 14 durchgeführt werden. Der Grund, warum das Verhältnis W1/W2 auf 0,56 bis 0,66 eingestellt wird, ist wie folgt. Wenn das Verhältnis W1/W2 kleiner als 0,56 oder größer als 0,66 ist, sinkt die Metallflußeigenschaft des Hartlötmaterials beträchtlich oder das Hartlötmaterial schmilzt nicht.

Das Verhältnis T2/T1 (oder T2×100/T1) der Dicke T2 der Hartlötmaterialschicht 15 und der Gesamtdicke T1 des Hartlötplattierungsmaterials 10 wird auf 0,05 bis 0,12 (oder 5 bis 12 %), bevorzugt 0,06 bis 0,10 (oder 6 bis 10 %) eingestellt. Der Grund, warum das Verhältnis T1/T2 auf 0,05 bis 0,12 eingestellt wird, ist wie folgt. Wenn das Verhältnis T2/T1 kleiner als 0,05 ist, muß die Dicke der Hartlötmaterialschicht 15 ausreichend reduziert werden, bevor die Hartlötmaterialschicht 15 mit dem Basismaterial 11 integriert wird. Daher steigen die Herstellungskosten beträchtlich. Wenn das Verhältnis T2/T1 größer als 0,12 ist, steigen die Materialkosten der Hartlötmaterialschicht 15. Wenn ferner das Verhältnis T2/T1 größer als 0,12 ist, kann ein Verwölben abhängig von der Form nach dem Pressen auftreten, wenn das Hartlötplattierungsmaterial 10 die Hartlötmaterialschicht 15 auf einer Oberfläche des Basismaterials gebildet aufweist. Als ein Ergebnis kann die Schmelze an dem Hartlötungsverbindungsteil entweichen.

Das Hartlötplattierungsmaterial 10 weist eine diffusionsreagierende Schicht (nicht gezeigt) mit einer Dicke von 2 bis 6 μm, bevorzugt 2 bis 4 μm an jeder Grenzfläche zwischen den Hetero-Metallen in den Schichten 12, 13 und 14 auf, um die Hartlötmaterialschicht 15 zu bilden.

Die Schicht 14 aus Fe-Ni-Legierung umfaßt Fe und 35 bis 45 Massen-% Ni, bevorzugt Fe und 36,0 bis 36,5 Massen-% Ni (z. B. Invar (registrierte Marke)) oder Fe-(42 Massen-%) Ni (z. B. 42-Legierung).

Der Grund, warum das Ni, Ti und Invar (registrierte Marke, oder 42-Legierung) für die Hartlötmaterialschicht 15 des Hartlötplattierungsmaterials 10 dieser Ausführungsform ausgewählt werden, ist, daß sie leicht in ihrem Bogen- oder Folienmaterial erhältlich sind und bezüglich der Verarbeitbarkeit ausgezeichnet sind, wie beim Walzen, Pressen oder Ziehen.

Die Hartlötmaterialschicht 15 kann 0,02 bis 10,0 Gew.-% bevorzugt 0,02 bis 5,0 Gew.-% P (Phosphor) in der gesamten Hartlötmaterialschicht 15 enthalten. Dadurch kann die Metallflußeigenschaft und die Oxidationswiderstandsfähigkeit des Hartlötmaterials beträchtlich verbessert werden. Der Grund, warum der Gehalt an P auf 0,02 bis 10 Gew.-% eingestellt wird, ist wie folgt. Wenn weniger als 0,02 Gew.-% vorliegen, kann die Metallflußeigenschaft nicht beträchtlich verbessert werden. Wenn mehr als 10 Gew.-% vorliegen, kann die Festigkeit absinken abhängig von der Art des hartgelöteten Materials.

Das Basismaterial 11 kann aus dem gleichen oder nahezu äquivalenten Material wie eine Komponente (hartgelötetes Bauteil) zusammengesetzt sein, um ein Hartlötungsprodukt, wie es später beschrieben wird, zu bilden. Beispielsweise kann das Basismaterial 11 bevorzugt eine Legierung auf Fe-Basis, umfassend Fe als eine Hauptkomponente, bevorzugter einen rostfreien Stahl, am bevorzugtesten austenitischen rostfreien Stahl, hergestellt sein. Der Grund, warum der rostfreie Stahl als die Legierung auf Fe-Basis bevorzugt ist, ist wie folgt. Er weist eine ausreichende Korrosionswiderstandsfähigkeit unter den gleichem Umständen, unter denen das Hartlötmaterial mit der ausgezeichneten Korrosionswiderstandsfähigkeit verwendet wird, auf, und er ist ein vielseitiges Material, das zu verhältnismäßig geringen Kosten erhältlich ist, und er ist ausgezeichnet bezüglich der Verarbeitbarkeit, wie beim Walzen, Pressen und Ziehen.

Das Hartlötplattierungsmaterial 10 dieser Ausführungsform kann, falls notwendig, einer thermischen Behandlung vor dem Walzen des Verbundmaterials unterzogen werden. Bei der thermischen Behandlung kann die Heiztemperatur und die Zeit geeigneterweise gesteuert werden gemäß der lamellaren Struktur der Hartlötmaterialschicht 15 oder gemäß der Zusammensetzung und Dicke der Schichten 12, 13 und 14, so daß das Hartlötplattierungsmaterial 10 eine Streckung von 30 % oder mehr ausweist.

Das Hartlötplattierungsmaterial 10, das so erhalten wird, wird in ein halbfertiges Produkt mit einer gewünschten Form durch Walzen, Pressen oder Ziehen gebildet. Dann wird das halbfertige Produkt mit einem hartgelöteten Bauteil (nicht gezeigt) kombiniert, um den Kontakt mit einem hartzulötenden Teil (Hartlötungsverbindungsteil) zu ermöglichen. Dann wird das Hartlöten durchgeführt durch Erwärmen der vereinigten Bauteile, hauptsächlich des Hartlötungsverbindungsteils, um ein Hartlötprodukt zu haben. Alternativ kann das Hartlötplattierungsmaterial 10 als das hartgelötete Bauteil verwendet werden. Beispielsweise werden vielfache Hartlötplattierungsmaterialien 10 dieser Ausführungsform bereitgestellt. Die Verbundmaterialien 10 werden jeweils in halbfertige Produkte mit einer gewünschten Form durch Pressen, etc. gebildet. Die halbfertigen Produkte werden kombiniert, um einen Kontakt mit den Hartlötungsverbindungsteilen zu ermöglichen. Dann wird das Hartlöten durchgeführt durch Erwärmen der kombinierten Bauteile, um ein Hartlötungsprodukt zu haben.

Obwohl das Hartlötplattierungsmaterial 10 dieser Ausführungsform so zusammengesetzt ist, daß die Hartlötmaterialschicht 15 auf lediglich einer Oberfläche (d. h. der oberen Fläche in 1) des Basismaterials 11 gebildet ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform begrenzt. Beispielsweise kann das Hartlötplattierungsmaterial 10 so zusammengesetzt sein, daß die Hartlötmaterialschicht 15 auf beiden Oberflächen (d. h. der oberen und der unteren Fläche in 1) des Basismaterials 11 ausgebildet ist.

Modifikation des Hartlötplattierungsmaterials

Obwohl das Hartlötplattierungsmaterial 10 dieser Ausführungsform so zusammengesetzt ist, daß das Verbundmaterial mit der Hartlötmaterialschicht 15 folienförmig (oder bogen förmig) ist, ist die Erfindung nicht auf diese Form begrenzt. Alternativ, wie es in 2 gezeigt ist, die eine Modifikation veranschaulicht, können die Schicht 12 aus Ni (oder Ni-Legierung), die Schicht 13 aus Ti (oder Ti-Legierung) und die Schicht 14 aus Fe-Ne-Legierung integral aufeinanderfolgend auf einem Basismaterial 21 gebildet werden, das eine runde Stange oder einen Draht bildet, um ein Hartlötplattierungsmaterial 20 zu bilden. In diesem Falle kann das Basismaterial 21 aus dem gleichen Material wie das Basismaterial 11 hergestellt sein. Die Schichten 12, 13 und 14 können durch Plattieren, Extrudieren, Rohrbildung etc., gebildet werden.

Hartlötungsprodukt

Das Hartlötungsprodukt unter Verwendung des Hartlötplattierungsmaterials 10 dieser Ausführungsform kann ein Wärmetauscher sein, wie ein Reformerkühler einer Brennstoffzelle, in der korrosives Gas oder Flüssigkeit hoher Temperatur zirkuliert wird, ein EGR-Kühler, ein Brennstoffzellenelement, ein Ölkühler, ein Radiator, ein Sekundärbatterieelement, etc. Das Hartlötplattierungsmaterial dieser Ausführungsform, insbesondere das rundstangenförmige oder drahtförmige Hartlötplattierungsmaterial 20 (wie es in 2 gezeigt ist), ist mit einem kleinen Durchmesser und einer ausgezeichneten Handhabungseigenschaft versehen. Daher ist es ebenfalls anwendbar für einen Ölkühler, einen Radiator, ein Sekundärbatterieelement etc. außer einem Wärmetauscher, wie eines Reformerkühlers einer Brennstoffzelle, eines EGR-Kühlers, eines Brennstoffzellenelements, etc.

Hartlötungsverfahren

Ein Verfahren zum Hartlöten des Hartlötplattierungsmaterials 10 dieser Ausführungsform wird unten beschrieben.

Das Hartlötplattierungsmaterial 10 dieser Ausführungsform wird in ein halbfertiges Produkt mit einer gewünschten Form durch Walzen, Pressen oder Ziehen gebildet. Das Hartlötplattierungsmaterial 10 kann im voraus einer thermischen Behandlung unterzogen werden, so daß das Basismaterial 11 eine Streckung von 30 % oder mehr aufweist. Aufgrund der thermischen Behandlung kann das Basismaterial 11 des Hartlötplattierungsmaterials 10 ausreichend getempert und erweicht werden, um eine ausreichende Streckung aufzuweisen. Ferner kann aufgrund der thermischen Behandlung die 2 bis 6 μm dicke diffusionsreagierende Schicht an jeder Grenzfläche zwischen den Heterometallen in den Schichten 12, 13 und 14, d. h. an der Grenzfläche zwischen der Schicht 12 aus Ni und der Schicht 13 aus Ti und an der Grenzfläche zwischen der Schicht 13 aus Ti und der Schicht 14 aus Fe-Ni-Legierung, gebildet werden, um die Hartlötmaterialschicht 15 zu bilden. Als ein Ergebnis, da das Hartlötplattierungsmaterial 10 eine ausgezeichnete Preßeigenschaft (oder Verarbeitbarkeit) aufweisen kann, treten kein Riß oder ein Verwölben im halbfertigen Basismaterial nach dem Pressen auf. Somit kann das halbfertige Produkt mit einer gewünschten Form mit einer guten Ausbeute und Präzision hergestellt werden.

Die thermische Behandlung zum Erweichen des Basismaterials 11 kann so durchgeführt werden, daß die diffusionsreagierenden Schichten jeweils eine Dicke von 2 bis 6 μm aufweisen. Die thermische Behandlung kann eingestellt werden durch Steuern der Temperatur und der Zeit derselben. Der Grund, warum die diffusionsreagierenden Schichten auf eine Dicke von 2 bis 6 μm gesteuert werden, ist wie folgt. Bei weniger als 2 μm wird die thermische Behandlung unzureichend, um das Basismaterial 11 zu erweichen. Bei mehr als 6 μm wird die gesamte Hartlötmaterialschicht 15 bezüglich der Härte zu hoch, um eine ausreichende Streckung aufzuweisen. Daher kann die Hartlötmaterialschicht 15 abgezogen werden, um eine Schwierigkeit beim Verarbeiten eines halbfertigen Produkts derselben zu verursachen.

Dann wird das halbfertige Produkt (d. h. das Hartlötplattierungsmaterial 10) mit einem hartgelöteten Bauteil (nicht gezeigt) kombiniert, um den Kontakt mit einem Hartlötungsverbindungsteil zu ermöglichen. Dann wird das Hartlöten durchgeführt durch Erwärmen der kombinierten Bauteile. Vor dem Hartlöten wird das halbfertige Produkt (oder sowohl das halbfertige Produkt als auch das hartgelötete Bauteil) einer Vorerwärmungsbehandlung bei einer Temperatur von 800 bis 940°C, bevorzugt 850 bis 940°C, noch bevorzugter 880 bis 920°C, unterzogen. Aufgrund der Wärmebehandlung kann Ti, das die Metallflußeigenschaft reduziert, wenn es mit Gas (d. h. N₂, O₂ und C) in hartlötender Atmosphäre umgesetzt wird, davon abgehalten werden, auf der äußersten Oberfläche der Hartlötmaterialschicht 15 diffundiert (oder exponiert) zu werden. Ebenfalls kann eine Spannung im halbfertigen Produkt, das in eine gewünschte Form verarbeitet worden ist, entspannt werden. Aufgrund der Vorerwärmungsbehandlung kann ferner eine thermische Deformation bei der Hartlötungstemperatur (1.100 bis 1.200°C) ebenso entspannt werden wie die Einheitlichkeit der thermischen Eigenschaft des gesamten Hartlötungsmaterials verbessert wird. Somit kann die Verläßlichkeit des Hartlötungsverbindungsteils verbessert werden.

Dann wird das Hartlöten am vorerwärmten halbfertigen Produkt und am hartgelöteten Bauteil bei einer Temperatur von 1.100 bis 1.200°C in einer solchen Atmosphäre durchgeführt, daß der Vakuumgrad 1×10^–2 Pa oder weniger ist, wobei bevorzugt der Vakuumgrad 1×10^–2 Pa oder weniger ist und N₂ nicht enthalten ist. Der Grund, warum der Vakuumgrad auf 1×10^–2 Pa oder weniger eingestellt wird, ist wie folgt. Da die Hartlötungstemperatur höher als 1.000°C ist, kann die Komponente des Hartlötungsmaterials gut mit Gas, wie C, O₂ und N₂, in der Atmosphäre reagieren, um die Metallflußeigenschaft des Hartlötungsmaterials abzusenken, wenn die Menge an Gas groß ist. Insbesondere kann N₂ mit Ti in dem Hartlötungsmaterial umgesetzt werden, um eine Verbindung TiN zu bilden, um die Metallflußeigenschaft beträchtlich zu vermindern.

Daher wird das Hartlöten bevorzugt in einer solchen Atmosphäre durchgeführt, daß der Vakuumgrad 1×10^–2 Pa oder weniger ist und N₂ nicht enthalten ist.

Effekte der Ausführungsform

Durch das Hartlöten kann die Hartlötmaterialschicht 15 (d. h. das Hartlötmaterial) am Hartlötungsverbindungsteil geschmolzen werden. Beim Hartlöten weist die Hartlötmaterialschicht 15 angrenzend an das Basismaterial 11 Fe auf, das innerhalb derselben während des thermischen Verfahrens aus der Vorerwärmungsbehandlung zum Schmelzen der Hartlötmaterialschicht 15 diffundiert ist. Wenn daher sogar Fe im Basismaterial 11 in die Hartlötmaterialschicht 15 beim Hartlöten schmilzt, wird die Fe-Konzentration der Hartlötmaterialschicht 15 sofort gesättigt. Da Fe des Basismaterials 11 von einem Schmelzen in die Hartlötmaterialschicht 15 abgehalten wird, kann eine "Erosion des Basismaterials" beträchtlich vermindert werden. Da ferner die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht 15 auf 25 bis 40 Gew.-% eingestellt wird, um so die Metallflußeigenschaft des Hartlötmaterials nicht zu schädigen, kann das Hartlötmaterial bezüglich der Metallflußeigenschaft ausgezeichnet sein. Als ein Ergebnis, nach dem Hartlöten, kann die Verminderung der Festigkeit am Basismaterial 11 vermieden werden, insbesondere am Hartlötungsverbindungsteil. Ferner kann eine Erosion des Basismaterials 11 verhindert werden.

Als solches kann das Hartlötungsprodukt mit einer Verminderung der "Erosion des Basismaterials" am Hartlötungsverbindungsteil stabil kommerziell hergestellt werden durch Hartlöten des Hartlötplattierungsmaterials 10 dieser Ausführungsform an das hartgelötete Bauteil (z. B. ein rostfreier Stahlbogen). Das Basismaterial 11 des Hartlötungsprodukts kann im wesentlichen von einem Absenken der Festigkeit abgehalten werden, sogar verglichen mit derjenigen vor dem Hartlöten. Das Basismaterial 11 kann im wesentlichen von einem Erodieren abgehalten werden und kann eine hohe Verläßlichkeit aufweisen.

Da ferner das Hartlötplattierungsmaterial 10 dieser Ausführungsform (wie es in 1 gezeigt ist) so zusammengesetzt ist, daß die Hartlötmaterialschicht 15 mit dem Basismaterial 11 integriert ist, muß kein Hartlötmaterial zwischen dem Basismaterial 11 und dem Hartlötungsverbindungsteil des hartgelöteten Bauteils angeordnet werden. Daher kann das Hartlötungsprodukt dieser Ausführungsform in ausgezeichneter Hartlötungsproduktivität hergestellt werden.

Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung oben erklärt wird, ist die Erfindung niemals auf die Ausführungsform begrenzt und kann innerhalb des Konzepts derselben modifiziert werden.

Beispiele 1-1 bis 1-6, 2-1 bis 2-5 und 3-1 bis 3-2 der Erfindung werden unten ebenso wie Vergleichsbeispiele und herkömmliche Beispiele beschrieben.
Beispiel 1-1
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,52 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 0,72 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke) aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und sie werden dann durch Walzen plattiert. Dann, durch Wiederholen des Walzens, wird ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt, bei dem die Hartlötmaterialschicht in der dreischichtigen Struktur (d. h. Invar/Ti/Ni) eine Gesamtdicke von 70 μm aufweist. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 25 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird auf 900°C in einem Röhrenofen, der bei einem Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa gehalten wird, vorerwärmt und wird dann auf eine Temperatur von 1.200°C erwärmt, um die Hartlötmaterialschicht zu schmelzen. Daraufhin werden die Hartlötungseigenschaften derselben eingeschätzt.
Beispiel 1-2
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,42 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 1,01 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke) aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1-1 ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 32 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird dann thermisch wie in Beispiel 1-1 behandelt. Darauf werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Beispiel 1-3
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,38 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 0,96 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke) aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1-1 ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 32 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 1-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Beispiel 1-4
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,55 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 1,16 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke) aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1-1 ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 32 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 1-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Beispiel 1-5
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,33 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 1,11 mm dicker Streifen der 42-Legierung aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1-1 ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 32 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 1-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Beispiel 1-6
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,28 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 1,43 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke) aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1-1 ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 40 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 1-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 1-1
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,55 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 0,64 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke) aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1-1 ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 23 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird dann thermisch wie in Beispiel 1-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 1-2
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,21 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 1,62 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke) aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1-1 ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 43 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 1-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 1-3
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,32 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 0,90 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke) aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1-1 ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 32 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 1-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 1-4
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,62 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 1,23 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke) aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1-1 ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 32 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 1-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 1-5
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 1,01 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke), ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 0,42 mm dicker Ni-Streifen aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird durch Wiederholen des Walzens ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt, bei dem die Hartlötmaterialschicht in der dreischichtigen Struktur (d. h. Ni/Ti/Invar) eine Gesamtdicke von 70 μm aufweist. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 32 Gew.-% eingestellt.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 1-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
In den obigen Beispielen 1-1 bis 1-6 und Vergleichsbeispielen 1-1 bis 1-5 werden alle Hartlötplattierungsmaterialien eingestellt, um 8 % im Verhältnis (T2×100/T1) der Dicke (T2) der Hartlötungsmaterialschicht zur Gesamtdicke (T1) des Hartlötplattierungsmaterials zu sein, durch Steuern der Dicke des rostfreien Stahlstreifens.
Ferner werden in den obigen Beispielen 1-1 bis 1-6 und Vergleichsbeispielen 1-1 bis 1-5 alle Hartlötplattierungsmaterialien einer thermischen Behandlung nach dem Plattierungswalzen unterzogen. Aufgrund der thermischen Behandlung wird jeder rostfreie Stahlstreifen (= Basismaterial) erweicht, und die diffusionsreagierende Schicht wird an jeder Grenzfläche zwischen den Heterometallen in den Schichten gebildet, um die Hartlötmaterialschicht zu bilden. Die thermische Behandlung wird so durchgeführt, daß die diffusionsreagierenden Schichten jeweils eine Dicke von 3 μm aufweisen.
Herkömmliches Beispiel 1-1
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein Kupferstreifen auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet wird, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann, durch Wiederholen des Walzens, wird ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt, bei dem die Hartlötmaterialschicht in einer Einzelschichtstruktur (d. h. Cu-Schicht auf SUS304) eine Gesamtdicke von 70 μm aufweist. Dann wird das Hartlötplattierungsmaterial auf eine Temperatur von 1.120°C in dem Röhrenofen erwärmt, um die Hartlötmaterialschicht zu schmelzen. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Herkömmliches Beispiel 1-2
Ein kommerziell erhältliches Ni-Hartlötungspulvermaterial (hergestellt aus Ni-19 Gew.-% Cr-10 Gew.-% Si) wird in einem synthetischen Harzbindemittel gelöst und dann auf eine Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. SUS304-Streifen) als ein Basismaterial beschichtet. Das Basismaterial mit dem Hartlötungsmaterial beschichtet darauf wird auf eine Temperatur von 1.180°C in dem Röhrenofen erwärmt, um die Hartlötmaterialschicht zu schmelzen. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Tabelle 1 zeigt die lamellare Struktur, die Fe-Konzentration (Gew.-%) in der gesamten Hartlötmaterialschicht und den Wert von W1/W2 in Beispielen 1-1 bis 1-6, Vergleichsbeispielen 1-1 bis 1-5 und herkömmlichen Beispielen 1-1, 1-2. Tabelle 1 zeigt ebenfalls die Einschätzung der Hartlötungseigenschaften derselben. Die Hartlötungseigenschaften werden für die verbleibende Rate des Basismaterials nach dem Hartlöten, das Auftreten von Korrosion, dem Kehlbildungszustand (= Metallflußeigenschaft), der Hartlötungsproduktivität und der übergreifenden Einschätzung derselben eingeschätzt.
Die verbleibende Rate des Basismaterials wird durch eine Querschnittsbeobachtung einer Veränderung der Dicke des Basismaterials vor und nach dem Hartlöten bestimmt. Wenn somit die durchschnittliche Reduktionsrate und die maximale Reduktionsrate der Dicke klein sind, wird die Probe als "gut (O)" bezeichnet, und wenn sie groß sind, wird die Probe als "nicht gut (X)" bezeichnet.
Der Korrosionstest wird so durchgeführt, daß die Proben nach dem Hartlöten zunächst in eine korrosive Lösung enthaltend Chlorionen, Nitrationen und Sulfationen, für 1.000 Stunden eingetaucht werden. Dann werden sie aus der Lösung genommen und die Textur des Hartlötungsverbindungsteils wird beobachtet, um die Gegenwart von erodiertem Teil zu untersuchen, um die Korrosionswiderstandsfähigkeit einzuschätzen. Ferner wird die Lösung nach dem Korrosionstest analysiert, um das aufgelöste Material aus dem Hartlötmaterial zu quantifizieren, um den Korrosionsgrad einzuschätzen.
Die Metallflußeigenschaft wird so eingeschätzt, daß ein rostfreies Stahlrohr (hergestellt aus SUS304) auf die Hartlötmaterialschicht jeder Probe aufgestellt wird, und dann, wenn das Hartlöten desselben durch Erwärmen durchgeführt wird, werden die Form und der Querschnitt der Kehle am Hartlötungsverbindungsteil gemessen. Tabelle 1

O: Gut X: Nicht gut

Wie in Tabelle 1 gezeigt, werden die Proben der Beispiele 1-1 bis 1-6 so hergestellt, daß die Schicht aus Fe-Ni-Legierung als äußerste der Hartlötmaterialschicht angeordnet ist und die Fe-Konzentration der Hartlötmaterialschicht auf 25 bis 40 Gew.-% eingestellt ist und W1/W2 0,58 bis 0,65 ist. Daher sind die Proben der Beispiele 1-1 bis 1-6 wenig einer "Erosion des Basismaterials" beim Hartlöten unterworfen, um bei der verbleibenden Rate des Basismaterials nach dem Hartlöten ausgezeichnet zu sein. Ferner sind die Proben der Beispiele 1-1 bis 1-6 nicht der Korrosion unterworfen und sind bezüglich der Metallflußeigenschaft und der Hartlötungsproduktivität ausgezeichnet. Als ein Ergebnis sind die Proben der Beispiele 1-1 bis 1-6 alle gut bezüglich der übergreifenden Einschätzung der Hartlötungseigenschaften.
Obwohl die Proben der Beispiele 1-1 bis 1-4 und 16 das Invar (registrierte Marke) als die Schicht der Fe-Ni-Legierung verwenden, die als äußerste der Hartlötungsmaterialschicht angeordnet ist, verwendet die Probe von Beispiel 1-5 die 42-Legierung anstelle des Invars (registrierte Marke). Auch in diesem Falle sind die Hartlötungseigenschaften alle gut.
Im Gegensatz dazu ist die Probe von Vergleichsbeispiel 1-1 bezüglich der "Erosion des Basismaterials" hoch und kann nicht die ausreichende Festigkeit an dem Hartlötungsverbindungsteil aufweisen, da die Fe-Konzentration der Hartlötmaterialschicht 23 Gew.-% ist, die kleiner ist als der erfindungsgemäße Bereich von 25 bis 40 Gew.-%.
Die Probe in Vergleichsbeispiel 1-2 ist bezüglich der Metallflußeigenschaft nicht gut, da die Fe-Konzentration der Hartlötungsmaterialschicht 43 Gew.-% ist, was größer ist als der erfindungsgemäß definierte Bereich von 25 bis 40 Gew.-%.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 1-3 ist bezüglich der Metallflußeigenschaft nicht gut, da das W1/W2 0,55 ist, was kleiner ist als der erfindungsgemäß definierte Bereich von 0,58 bis 0,65.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 1-4 ist bezüglich der Metallflußeigenschaft wie Vergleichsbeispiel 1-3 nicht gut, da das W1/W2 0,67 ist, was größer ist als der erfindungsgemäß definierte Bereich von 0,58 bis 0,65.
Da die Proben in Vergleichsbeispielen 1-2 bis 1-4 bezüglich der Metallflußeigenschaft nicht gut sind, kann die Verläßlichkeit (d. h. ausreichende Festigkeit) an dem Hartlötungsverbindungsteil nicht gewährleistet werden.
Die Probe in Vergleichsbeispiel 1-5 weist die unterschiedliche lamellare Struktur der Hartlötungsmaterialschicht auf, obwohl sie die gleiche Fe-Konzentration und das gleiche W1/W2 in der Hartlötmaterialschicht wie Beispiel 1-2 aufweist. Daher kann die Probe in Vergleichsbeispiel 1-5 nicht ausreichend eine "Erosion des Basismaterials" verhindern, da das Invar (registrierte Marke) als die Schicht aus Fe-Ni-Legierung als innerste der Hartlötmaterialschicht angeordnet ist.
Die Probe im herkömmlichen Beispiel 1-1 ist bezüglich der "Erosion des Basismaterials" gering und bezüglich der Hartlötungseigenschaft gut, d. h. der Metallflußeigenschaft und der Hartlötungsproduktivität. Da sie jedoch nicht bezüglich der Korrosionswiderstandsfähigkeit ausreichend ist, kann sie nicht bei der Verwendung bei einer hochkorrosiven Umgebung überstehen.
Die Probe im herkömmlichen Beispiel 1-2 ist bezüglich der "Erosion von Basismaterial" gering und bezüglich der Korrosionswiderstandsfähigkeit und der Metallflußeigenschaft gut. Jedoch ist ihre Hartlötungsproduktivität sehr gering, da das Hartlötmaterial das Pulverhartlötungsmaterial ist und das organische Bindemittel benötigt.
Angesichts der obigen Resultate wird bestätigt, daß die ausgezeichneten Hartlötungseigenschaften erhalten werden können durch Verwendung des Hartlötplattierungsmaterials, bei dem das Basismaterial mit der Hartlötmaterialschicht mit der lamellaren Struktur der Ni-Schicht, der Ti-Schicht und der Schicht aus Fe-Ni-Legierung, die aufeinanderfolgend auf der Oberfläche des Basismaterials geschichtet sind, integriert ist, und durch Einstellen der Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht auf 25 bis 40 Gew.-% und des W1/W2 auf 0,58 bis 0,65.
Beispiel 2-1
Ein Verbundmaterial wird so hergestellt, daß ein 0,42 mm dicker Ni-Streifen, ein 1,0 mm dicker Ti-Streifen und ein 1,01 mm dicker Invar-Streifen (registrierte Marke) aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines rostfreien Stahlstreifens (d. h. ein SUS304-Streifen) als ein Basismaterial geschichtet werden, und dann werden sie durch Walzen plattiert. Dann wird, durch Wiederholen des Walzens, ein Hartlötplattierungsmaterial hergestellt, bei dem die Hartlötmaterialschicht in einer dreischichtigen Struktur (d. h. Invar/Ti/Ni) eine Gesamtdicke von 70 μm aufweist. Die Fe-Konzentration in der gesamten Hartlötmaterialschicht wird auf 32 Gew.-% eingestellt.
Ferner wird die Dicke des rostfreien Stahlstreifens eingestellt, so daß das Verhältnis, T2×100/T1, der Dicke (T2) der Hartlötmaterialschicht und der Gesamtdicke (T1) des Hartlötplattierungsmaterials 5 % ist. Das Hartlötplattierungsmaterial wird einer thermischen Behandlung unterzogen, um so den rostfreien Stahlstreifen nach dem Plattierungswalzen zu erweichen. Aufgrund der thermischen Behandlung wird die diffusionsreagierende Schicht an jeder Grenzfläche zwischen den Heterometallen in den Schichten gebildet, um die Hartlötmaterialschicht zu bilden. Die thermische Behandlung wird so durchgeführt, daß die diffusionsreagierenden Schichten jeweils eine Dicke von 3 μm aufweist.
Das Hartlötplattierungsmaterial wird auf 900°C im Röhrenofen vorerwärmt, der bei einem Vakuumgrad von 1×10^–3 Pa gehalten wird, und wird dann auf eine Temperatur von 1.200°C erwärmt, um die Hartlötmaterialschicht zu schmelzen. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Beispiel 2-2
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 2-1 aufweist, außer daß T2×100/T1 desselben auf 8 % eingestellt wird. Das Hartlötplattierungsmaterial wird dann thermisch wie in Beispiel 2-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Beispiel 2-3
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 2-1 aufweist, außer daß T2×100/T1 desselben auf 12 % eingestellt wird. Das Hartlötplattierungsmaterial wird dann thermisch wie in Beispiel 2-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Beispiel 2-4
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 2-1 aufweist, außer daß die diffusionsreagierende Schicht desselben eine Dicke von 2 μm aufweist. Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 2-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Beispiel 2-5
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 2-1 aufweist, außer daß die diffusionsreagierende Schicht desselben eine Dicke von 6 μm aufweist. Das Hartlötplattierungsmaterial wird dann thermisch wie in Beispiel 2-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 2-1
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 2-1 aufweist, außer daß T2×100/T1 desselben auf 4 % eingestellt wird. Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 2-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 2-2
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 2-1 aufweist, außer daß T2×100/T1 desselben auf 13 % eingestellt wird. Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 2-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 2-3
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie Beispiel 2-1 aufweist, außer daß die diffusionsreagierende Schicht desselben eine Dicke von 1 μm aufweist. Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 2-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 2-4
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie Beispiel 2-1 aufweist, außer daß die diffusionsreagierende Schicht desselben eine Dicke von 8 μm aufweist. Das Hartlötplattierungsmaterial wird thermisch wie in Beispiel 2-1 behandelt. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Tabelle 2 zeigt die lamellare Struktur, die Fe-Konzentration (Gew.-%) in der gesamten Hartlötmaterialschicht, den Wert von T2/T1 und die Dicke (μm) der diffusionsreagierenden Schicht in Beispielen 2-1 bis 2-5 und Vergleichsbeispielen 2-1 bis 2-4. Tabelle 2 zeigt ebenfalls die Einschätzung der Verbindungseigenschaft (d. h. die Verläßlichkeit des Hartlötungsverbindungsteils) und die Verarbeitbarkeit vor dem Hartlöten desselben.
Die Verarbeitbarkeit wird so eingeschätzt, daß, vor dem Hartlöten, Proben der Beispiele 2-1 bis 2-5 und der Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-4 preßgeformt werden durch Verwendung einer ungleichen Form und dann die Proben bezüglich ihrer Oberfläche und ihres Querschnitts beobachtet werden, um die Gegenwart eines Risses, die Reduktion der Dicke und die Flachheit (d. h. die Existenz einer Verwölbung) etc. des Basismaterials zu untersuchen.
Tabelle 2

O: Gut, X: Nicht gut

Wie in Tabelle 2 gezeigt, werden die Proben in Beispielen 2-1 bis 2-5 so hergestellt, daß das T2/T1 auf 5 bis 12 % und Dicke der diffusionsreagierenden Schicht auf 2 bis 6 μm eingestellt wird. Da somit die Proben in Beispielen 2-1 bis 2-5 die ausreichende Dicke in dem Hartlötplattierungsmaterial aufweisen, können sie eine ausreichende Verbindungsfestigkeit nach dem Hartlöten aufweisen und können eine ausgezeichnete Verläßlichkeit beim Hartlötungsverbindungsteil zeigen. Ferner weisen die Proben in Beispielen 2-1 bis 2-5 keinen Riß auf, eine geringe Verwölbung im Basismaterial und kein Abblättern in der Hartlötungsmaterialschicht, wenn sie verpreßt werden. Somit sind die Proben in Beispielen 2-1 bis 2-5 bezüglich der Verarbeitbarkeit ausgezeichnet.
Im Gegensatz dazu kann die Probe in Vergleichsbeispiel 2-1 keine ausreichende Verbindungsfestigkeit nach dem Hartlöten und die gute Verläßlichkeit an dem Hartlötungsverbindungsteil aufweisen, da T2/T1 4 % ist, was kleiner ist als der erfindungsgemäß definierte Bereich von 5-12 %, und somit weist die Hartlötmaterialschicht nicht die ausreichende Dicke auf. Ferner weist die Probe in Vergleichsbeispiel 2-1 keine gute Verarbeitbarkeit auf, so daß die Hartlötmaterialschicht vom Basismaterial beim Preßformen abgeblättert wird.
Die Probe in Vergleichsbeispiel 2-2 kann die ausreichende Verbindungsfestigkeit nach dem Hartlöten aufweisen. Da jedoch ihr T2/T1 13 % ist, was größer ist als der erfindungsgemäß definierte Bereich von 5 bis 12 %, und somit die Dicke der Hartlötmaterialschicht größer als notwendig ist, und muß sie einer Zunahme der Herstellungskosten unterliegen. Ferner kann die Probe im Vergleichsbeispiel 2-2 keine gute Verarbeitbarkeit aufweisen, so daß das Basismaterial einer Verwölbung beim Preßformen unterliegt.
Die Probe im Vergleichsbeispiel 2-3 weist die diffusionsreagierende Schicht mit einer Dicke von 1 μm auf, was kleiner ist als der erfindungsgemäß definierte Bereich von 2 bis 6 μm, da die thermische Behandlung nach dem Plattierungswalzen unzureichend ist. Da her weist die Probe im Vergleichsbeispiel 2-3 keine gute Verarbeitbarkeit auf, so daß das Basismaterial nicht ausreichend erweicht ist, und das Basismaterial ist einer Verwölbung beim Preßformen unterworfen, und ein Bereich des Hartlötungsverbindungsteils ist gebrochen. Ferner kann aufgrund der Verwölbung die Kontaktkraft unzureichend sein, um die Verläßlichkeit des Hartlötungsverbindungsteils abzusenken. Die Probe im Vergleichsbeispiel 2-4 weist die diffusionsreagierende Schicht mit einer Dicke von 8 μm auf, was größer ist als der erfindungsgemäß definierte Bereich von 2 bis 6 μm, da die thermische Behandlung nach dem Plattierungswalzen übermäßig ist. Daher wird beim Preßformen ein Riß, der von der diffusionsreagierenden Schicht herrührt, überführt und dringt in das Basismaterial ein. Ferner weist die Probe im Vergleichsbeispiel 2-4 keine gute Verarbeitbarkeit auf, so daß die Hartlötmaterialschicht vom Basismaterial beim Preßformen abgeblättert wird und eine Oberflächenrauhigkeit an der Oberfläche der Probe auftritt.
Angesichts der obigen Ergebnisse wird bestätigt, daß die ausgezeichneten Hartlötungseigenschaften und Preßverarbeitungsfähigkeit erhalten werden kann durch Einstellen des T2/T1 auf 5 bis 12 Gew.-% und der Dicke der diffusionsreagierenden Schicht auf 2 bis 6 μm.
Beispiel 3-1
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie Beispiel 1-2 aufweist. Das Hartlötplattierungsmaterial wird auf 900°C im Röhrenofen vorerwärmt, der auf einem Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa gehalten wird, und wird dann auf eine Temperatur von 1.200°C erwärmt, um die Hartlötungsmaterialschicht zu schmelzen. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Beispiel 3-2
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie Beispiel 1-2 aufweist. Das Hartlötplattierungsmaterial wird auf 900°C im Röhrenofen vorerwärmt, der auf einem Vakuumgrad von 1×10^–3 Pa gehalten wird, und wird dann auf eine Temperatur von 1.200°C erwärmt, um die Hartlötmaterialschicht zu schmelzen. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 3-1
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie Beispiel 1-2 aufweist. Das Hartlötplattierungsmaterial wird auf 900°C im Röhrenofen vorerwärmt, der bei einem Vakuumgrad von 1×10^–1 Pa gehalten wird, und wird dann auf eine Temperatur von 1.200°C erwärmt, um die Hartlötmaterialschicht zu schmelzen. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Vergleichsbeispiel 3-2
Ein Hartlötplattierungsmaterial wird hergestellt, welches die gleiche Zusammensetzung wie Beispiel 1-2 aufweist. Das Hartlötplattierungsmaterial wird auf 900°C voerwärmt im Röhrenofen, der bei einem Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa gehalten wird, während eine kleine Menge an N₂-Gas innerhalb desselben zugegeben wird, und wird dann auf eine Temperatur von 1.200°C erwärmt, um die Hartlötmaterialschicht zu schmelzen. Anschließend werden die Hartlötungseigenschaften desselben eingeschätzt.
Tabelle 3 zeigt die lamellare Struktur, die Fe-Konzentration (Gew.-%) in der gesamten Hartlötmaterialschicht und den Wert von W1/W2 in Beispielen 3-1 bis 3-2 und Vergleichsbeispielen 3-1 bis 3-2. Tabelle 3 zeigt ebenfalls den Vakuumgrad in der Hanlö tungsatmosphäre und die Einschätzung der Metallflußeigenschaft vor dem Hartlöten desselben.
Die Metallflußeigenschaft wird als "gut (O)" für einen ausreichenden Metallfluß, "unzureichend (Δ)" für einen unzureichenden Metallfluß und "nicht gut (X)" für einen schlechten Metallfluß eingeschätzt. Tabelle 3

O: Gut, Δ: unzureichend, X: Nicht gut

Wie in Tabelle 3 gezeigt, werden die Proben in Beispielen 3-1 und 3-2 so hergestellt, daß die Hartlötungsatmosphäre eingestellt ist, um einen Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa oder weniger während des Hartlötens zu haben. Somit können die Proben in Beispielen 3-1 und 3-2 die gute Metallflußeigenschaft aufweisen. Ferner wird bestätigt, daß, wenn der Vakuumgrad absinkt, die Metallflußeigenschaft verbessert wird.
Im Gegensatz dazu weist die Probe im Vergleichsbeispiel 3-1 nicht die ausreichende Metallflußeigenschaft auf, da die Hartlötungsatmosphäre eingestellt ist, um einen Vakuum grad von 1×10^–1 Pa aufzuweisen, was höher ist als der erfindungsgemäß definierte Bereich von 1×10^–2 Pa oder weniger, während des Hartlötens.
Die Probe im Vergleichsbeispiel 3-2 weist die schlechte Metallflußeigenschaft auf, da die Hartlötungsatmosphäre N₂-Gas enthält, obwohl die Hartlötungsatmosphäre eingestellt ist, um einen Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa zu haben, was den erfindungsgemäß definierten Bereich von 1×10^–2 Pa oder weniger während des Hartlötens erfüllt.
Angesichts der obigen Ergebnisse wird bestätigt, daß die ausgezeichnete Metallflußeigenschaft erhalten werden kann durch Einstellen der Hartlötungsatmosphäre auf einen Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa oder weniger, bevorzugt auf einen Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa oder weniger und ohne enthaltendes N₂-Gas.
Obwohl die Erfindung in bezug auf die spezifischen Ausführungsformen für eine vollständige und klare Offenbarung beschrieben worden ist, sind die beigefügten Ansprüche nicht so begrenzt, sondern sind so konstruiert, um alle Modifikationen und alternativen Konstruktionen einzuschließen, die einem Fachmann auf dem Gebiet erscheinen, die billigerweise in die Basislehre, die hierin dargelegt wird, fallen.

Claims

Hartlötplattierungsmaterial, welches umfaßt: ein Verbundmaterial, das ein Basismaterial und eine Hartlötmaterialschicht, die integral auf dem Basismaterial gebildet ist, umfaßt, wobei die Hartlötmaterialschicht eine Schicht aus Ni oder Ni-Legierung, eine Schicht aus Ti oder Ti-Legierung und eine Schicht aus Fe- Ni-Legierung umfaßt, die aufeinanderfolgend in dieser Reihenfolge auf dem Basismaterial geschichtet sind, wobei die Hartlötmaterialschicht eine Fe-Konzentration von 25 bis 40 Gew.-% in der gesamten Hartlötmaterialschicht umfaßt, und wobei die Hartlötmaterialschicht ein Verhältnis W1/W2 von 0,56, bis 0,66 erfüllt, wobei W1 ein Gewicht von Ni enthaltend in der gesamten Hartlötmaterialschicht und W2 ein Gesamtgewicht von Ni und Ti enthaltend in der gesamten Hartlötmaterialschicht ist.
Hartlötplattierungsmaterial, wobei: das Verbundmaterial ein Verhältnis T2/T1 von 0,05 bis 0,12 erfüllt, wobei T2 eine Dicke der Hartlötmaterialschicht ist und T1 eine Gesamtdicke des Hartlötplattierungsmaterials ist.
Hartlötplattierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei: die Hartlötmaterialschicht eine diffusionsreagierende Schicht mit einer Dicke von 2 bis 6 μm umfaßt, und die diffusionsreagierende Schicht an einer Grenzfläche zwischen zwei Hetero-Metallen der Schicht aus Ni oder Ni-Legierung, der Schicht aus Ti oder Ti-Legierung und der Schicht aus Fe-Ni-Legierung gebildet ist, um die Hartlötmaterialschicht zu bilden.
Hartlötplattierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei: die Schicht aus Fe-Ni-Legierung Fe und 35–45 Massen-% Ni umfaßt.
Hartlötplattierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei: das Basismaterial eine Legierung umfaßt, die Fe als eine Hauptkomponente umfaßt.
Hartlötplattierungsmaterial nach Anspruch 5, wobei: die Legierung, die Fe als eine Hauptkomponente umfaßt, einen rostfreien Stahl umfaßt.
Verfahren zum Hartlöten des Hartlötplattierungsmaterials nach Anspruch 1 zu einem hartgelöteten Bauteil, umfassend die Schritte: Vorerwärmen des Hartlötplattierungsmaterials bei einer Temperatur von 800 bis 940°C; und Hartlöten des vorerwärmten Hartlötplattierungsmaterials zum hartgelöteten Bauteil in einer Vakuumatmosphäre bei einer Temperatur von 1.100 bis 1.200°C.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei: die Vakuumatmosphäre einen Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa oder weniger umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei: die Vakuumatmosphäre eine Gasatmosphäre umfaßt, die im wesentlichen kein N₂-Gas und einen Vakuumgrad von 1×10^–2 Pa oder weniger enthält.
Hartlötungsprodukt, welches umfaßt: das Hartlötplattierungsmaterial nach Anspruch 1; und ein hartgelötetes Bauteil, wobei das Hartlötplattierungsmaterial zum hartgelöteten Bauteil hartgelötet ist.
Hartlötungsprodukt, welches umfaßt: das Hartlötplattierungsmaterial nach Anspruch 1; und ein hartgelötetes Bauteil, wobei das Hartlötplattierungsmaterial zum hartgelöteten Bauteil durch das Verfahren gemäß Anspruch 7 hartgelötet ist.