TW200815137A - Cladding material and method for producing the same - Google Patents

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200815137 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於被覆材料之製造方法以及被覆材料。 【先前技術】 通常之金屬的接合方法，有一種使用焊料材之焊接法 。該焊料材，例如可使用磷銅焊料、鎳焊料等等’對應於 待接合之金屬種類，可使用各種不同的焊料材。 前述磷銅焊料，一般用到的，是在銅中添加重量比例 4〜9%之磷而降低熔點之銅及銅合金專用的焊料材，其中 JIS規格Z3 2 64之BCuP_2之磷銅焊料，係在銅中添加6.8 〜7 · 5 %之磷而組成的合金，其廣泛應用於瓦斯器具、冷凍 機等等之銅製品的焊接。 前述JIS規格之BCuP-2之磷銅焊料的情形，由於是 在室溫下沒有延展性的金屬，其加工性差，要壓延成形爲 片狀會有困難，通常是以線材、棒材或粉末的形式販售。 然而，例如像板片式熱交換器之鰭片等，必須將金屬 板衝壓成形爲波浪板後將山部和谷部互相焊接的情形，爲 了使線材或粉末狀的磷銅焊料材遍及金屬板之接合部，必 須經由設置（setting )步驟，相當費事而導致生產性降低 〇 因此’右fb製造出在母材（金屬板）的表面形成焊料 材層而構成之被覆材料，而將該被覆材料當作前述板片式 熱父換器之彳寸接的鰭片材料，由於能省略焊料材之設置 200815137 步驟，故能謀求全生產製程之連續化和自動化，而可期待 生產性的提昇並降低成本。 第1圖係實施一般壓延法之被覆材料製造方法所使用 之製造裝置的槪略圖。該製造裝置係具備：用來將母材捲 2(由金屬板構成之母材1所捲繞成）回捲之母材用的回 捲機3、用來將異種材捲5(由不同種類的金屬板構成之 異種材4所捲繞成）之異種材捲5回捲之異種材用的回捲 機6、將前述母材1及異種材4重疊並壓延之被覆成形用 的壓延機7、將該壓延機7壓延後之被覆材料8 ’捲取成被 覆材料捲9之被覆材料用的捲取機1 〇。 在第1圖所示之被覆材料之製造方法，係藉由母材用 的回捲機3來從母材捲2回捲出母材1，並藉由異種材用 的回捲機6來從異種材捲5回捲出異種材4，將前述母材 1及異種材4重疊後藉由被覆成形用壓延機7予以壓延， 再將經該被覆成形用的壓延機7壓延後之被覆材料8，藉由 被覆材料用的捲取機1 0捲取成被覆材料用捲9。 經前述被覆成形用的壓延機7壓延後之被覆材料8 ’的 截面，如第2圖所示，係在母材1的表面壓接異種材4而 形成焊料材層1 1 ’。 然而，作爲前述母材1可使用各種的金屬，以往所提 案的製造方法，例如母材1是使用銅板，異種材4係採用 成形爲片狀之磷銅合金構成的金屬，而製造出被覆材料8, 。前述異種材4用之磷銅合金，爲了在壓延時不發生裂開 ’其磷含量之重量比例係比磷銅焊料材BCuP - 1之JIS規 200815137 格之4.5%更低（3%左右，JIS規格外之磷含量）。 另外，和則述被覆材料相關之代表一般技術水準者 例如爲專利文獻1。 專利文獻1 :日本特開2004 - 1 1 4 1 58號公報 【發明內容】 然而，如前述般，關於異種材4，若使用磷重量比例 降低至3%左右且成形爲片狀之磷銅合金，隨著磷含量之 降低，所製成之被覆材料8，之焊料材層1 1 ’的熔點變高， 因此焊接溫度會比HS規格品之溫度更高，如此會造成母 材1強度降低’或可能產生熱變形。 前述焊料材層1 1 ’之厚度t ’由於片狀的異種材4本身 是藉由壓延來製造，爲了形成100 μιη以下，必須反覆進行 壓延。然而，反覆進行壓延會導致製造成本增加，並不利 於商業用途。另一方面，爲了抑制製造成本，若減少壓延 的反覆次數而使焊料材層1 1 ’的厚度成爲1 0 0 μιη時，由於 焊料材層1 1 ’較厚，在實際進行焊接時可能發生焊料材之 垂流，另一方面，將焊料材8 ’予以衝壓成形後，該焊料材 層1 1 ’可能會發生裂痕。 本發明係有鑑於該事情而構成，其目的係提供一種被 覆材料之製造方法以及被覆材料，可抑制焊料材之熔點昇 高而避免金屬材之強度降低或熱變形之產生，且能讓製造 成本變低，能使焊料材之厚度變薄而防止焊接時焊料材發 生垂流，又能改善壓衝成形性。 200815137 本發明之被覆材料之製造方法，係以形成所要焊料材 組成的方式至少混合2種金屬粉末後，將該混合粉末構成 之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層；構成該焊料材層 之焊料材組成係在銅中至少添加磷而將熔點降低成比銅熔 點更低之焊料材組成。 前述被覆材料之製造方法中，構成前述焊料材組成之 混合粉末，可爲至少由銅粉末和磷銅合金粉末所混合成者 〇 前述被覆材料之製造方法中，前述磷銅合金粉末中所 含之磷的重量比例可在7%〜9%的範圍。根據第6圖之狀 態圖可知磷銅合金組成以8.38P%磷含量之熔點爲最低， 因此本次試驗係使用磷含量7%〜9%的範圍來製造。 前述被覆材料之製造方法中，前述銅粉末和磷銅合金 粉末之混合粉末中，銅粉末之重量比例可在12%〜40%的 範圍。 前述被覆材料之製造方法中，將前述混合粉末構成之 焊料材壓接於金屬材而構成焊料材層時，該焊料材層的焊 料材所含之磷之重量比例可在4.2%〜7· 9%的範圍。由於 〔表1〕，〔表2〕表示磷的平均濃度爲8 %P時的數値， 故對應於7〜9%P之磷的重量比例爲4.2%〜7.9%的範圍（ 其中，4 · 2 % = 7 % X ( 1 0 0 % - 4 0 % ) » 7.9 % = 9 % X ( 1 0 0 % - 12%))。 前述被覆材料之製造方法中，將前述混合粉末構成之 焊料材壓接於金屬材而構成之焊料材層之厚度的平均値可 -8 -

200815137 爲90μηι以下。 本發明之另一被覆材料之製造方法，係以形成 料材組成的方式至少混合2種金屬粉末後，將該混 構成之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層，且將 合粉末構成之焊料材壓接於金屬材而構成之焊料材 度的平均値爲90μπι以下。 本發明之另一被覆材料之製造方法，係以形成 料材組成的方式至少混合2種金屬粉末後，將該渭 構成之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層，將形 焊料材層之被覆材料加熱，使前述壓接後之混合粉 成之焊料材進行液相燒結。若進行液相燒結，由於 層和金屬材之接合強度提昇，故可實施深拉衝壓等 工衝壓。 另一方面，本發明之被覆材料，係將由至少2 粉末混合成之混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬 成焊料材層，該焊料材層爲金屬之燒結體，構成彭 層之金屬之燒結體，係至少由銅粉末和磷銅合金較 合而成。對於不須實施深拉衝壓等的強加工衝壓宅 沒有必要進行液相燒結，故使用能以較低爐溫度S 結體。 前述被覆材料中，前述至少由銅粉末和磷銅1 所混合成的粉末中，銅粉末之重量比例可爲1 2% 範圍。 前述被覆材料中，構成前述焊料材層之焊料^ 所要焊 合粉末 前述混 層之厚 所要焊 合粉末 成有該 末所構 焊料材 的強加 種金屬 材而形 焊料材 末所混 而言， 造之燒 金粉末 〆4 0%的 之成分 -9 - 200815137 中’至少含有銅和磷，該焊料材所含之磷的重量比例可爲 4 · 2 %〜7 · 9 %的範圍。 前述被覆材料中，前述焊料材層的厚度之平均値可爲 9 0μηι以下。 本發明之另一被覆材料，係將由至少2種金屬粉末混 合成之混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材而形成焊料 材層’且該焊料材層的厚度之平均値爲90μιη以下<。 依據本發明之被覆材料之製造方法以及被覆材料，可 抑制焊料材之熔點昇高而避免金屬材之強度降低或熱變形 之產生’且能讓製造成本變低，能使焊料材之厚度變薄而 防止焊接時焊料材發生垂流，又能改善壓衝成形性，因此 具有優異的效果。 【實施方式】 以下，參照所附圖式來說明本發明的實施例。 第3圖係本發明之一實施例，該被覆材料之製造裝置 係具備：用來將母材捲2(由金屬板等的金屬材構成之母 材1所捲繞成）回捲之母材用的回捲機3、用來在母材1 (藉由該母材用的回捲機3從母材捲2回捲出）的表面壓 接金屬粉末之粉末壓接機12、將被覆材料8 (藉由該粉末 壓接機12而壓接在母材1之金屬粉末）加熱以使金屬粉 末燒結或熔融之加熱爐1 3、將藉由該加熱爐1 3使金屬粉 末燒結或熔融後之被覆材料8予以壓延之壓延機18、將藉 由該壓延機1 8壓延後之被覆材料8捲取成被覆材料捲9 -10 - 200815137 之被覆材料捲取機1〇。 前述粉末壓接機1 2係具備：以可旋轉自如的方式呈 水平配置之二根輥1 4、用來將金屬粉末供應至各輥1 4上 之粉末供應裝置1 5 ;以在前述二根輥1 4間從上往下導入 母材1的狀態，從前述粉末供應裝置15將金屬粉末供應 至各輥14上，並使該各輥14旋轉，藉此將金屬粉末壓接 於前述母材1的兩面。 在前述加熱爐13係進行金屬粉末之燒結；該燒結包 括：金屬粉末以不熔融的方式進行燒結之固相燒結、使金 屬粉末熔融（出現液相）而進行燒結之液相燒結。 藉由使用前述製造裝置，如第4圖所示，爲了在母材 1的表面形成厚度t爲1 0 〇 μ m以下之焊料材層1 1，係改變 壓接於母材1表面之金屬粉末的組成而製造出被覆材料8 ，並對該製造出的被覆材料8進行焊接試驗及衝壓試驗。 在此，爲了形成所要焊料材的組成，係使用由至少2 種金屬粉末混合成之混合粉末；前述焊料材的組成，例如 爲磷銅焊料材的組成；構成該磷銅焊料材的組成之混合粉 末，係使用由銅粉末和磷銅合金粉末所混合成者。根據第 6圖之狀態圖，磷銅合金的組成係以8·3 8%P之熔點爲最 低，而在本次的試驗係使用以7%〜9%的範圍所製造而成 者。亦即，作爲前述磷銅合金粉末，係使用在該磷銅合金 粉末中所含之憐的重量比例爲7%〜9%的範圍之Cu-8%P 粉末，添加於該Cu-8%P粉末之銅粉末佔混合粉末全體的 重量比例，如下述〔表1〕所示分別調整成12%、20%、 -11 - 200815137 30%、40%、50% ° 前述製造出之被覆材料8中之焊料材層11，係由銅成 分和磷銅合金的成分所構成，平均化後之磷的重量比例爲 4%〜7%的範圍。 < 關於前述焊接試驗，係進行：如第5 ( a )圖所示，在 • 被覆材料8表面接合直徑2mm厚度0.5mm之管件16 (線 接合試驗片）、如第5 ( b )圖所示，在被覆材料8表面接 瞻 合大小50mmx25mm厚度1 mm之板17 (面接合試驗片） ’並觀察各情況下之塡角（fillet )狀態以及焊接後之被覆 材料8的表面狀態。 所採用之焊接條件，係在連續式環境氣氛爐內， 加熱區設定溫度：8 5 0 °C、9 〇 0 °C 加熱區長度：600mm 加熱時間：約3 0分鐘 加熱環境氣氛：氮氣。 • 前述焊接試驗的結果記載於下述之〔表1〕、〔表2 〔表1〕 焊接溫度85 0°c 銅（Cu)粉末 之混合比例 —[mass% ] 磷銅合金（ Cu-8%P )粉末之混合比例 [mass% ] 燒結後焊料材中所含 之磷(P)的平均濃度 [mass% ] 塡角 (fillet) 狀態 焊接後被 覆材料表 面狀態 _ 12 88 7.0 優 良 20 80 6.4 優 良 30 70 5.6 良 良 __ 40 60 4.8 可 良 一 50 50 4.0 可 可 -12- 200815137 〔表2〕

焊接溫度900〇C 銅（Cu)粉末 磷銅合金(Cu-8%P) 燒結後焊料材中所含 塡角 焊接後被 之混合比例 粉末之混合比例 之磷（P)的平均濃度 (fillet) 覆材料表 [mass%) [mass% ] (mass% ] 狀態 面狀態 12 88 7.0 優 良 20 80 6.4 優 良 30 70 5.6 優 良 40 60 4.8 良 良 50 50 4.0 可 可

當焊接溫度爲85 0 °C時，前述銅粉末和磷銅合金粉末 之混合粉末中銅粉末重量比例爲40%者，塡角（fillet)狀 態稍差；另一方面，前述銅粉末和磷銅合金粉末之混合粉 末中銅粉末重量比例爲50%者，塡角（fillet )狀態稍差， 且在焊接後之被覆材料8的表面粗糙狀態很明顯。其原因 在於，當銅粉末添加量增加時，全體中磷濃度會降低，故 焊料材層11之熔點變高（參照第6圖之Cu-P二元合金標 準狀態圖），因此較低焊接溫度下其焊接性變差。當焊接 溫度上昇至900 °C時，前述銅粉末和磷銅合金粉末之混合 粉末中銅粉末重量比例只要在1 2〜4 0 %之範圍內，即可獲 得無缺陷之良好焊接性。 又，前述衝壓試驗’如第7 ( a)圖所示，係使用··具 有直徑32mm的孔23之母模具19、具有直徑2 8mm的凸 部20之公模具21，如第7 ( b)圖所示，在前述公模具19 和母模具21之間配置被覆材料8 (將銅粉末之添加量、母 材1的板厚、燒結溫度予以改變而製造出）的狀態下，用 -13- 200815137 鉗具22夾緊前述公模具19和母模具21，藉此將被覆材料 8衝壓加工成第7 ( c )圖所示的形狀，觀察其彎曲部位的 狀態。 前述衝壓試驗的結果記載於下述〔表3〕。 〔表3〕 銅（Cu)粉末 之混合比例 [mass% ] 磷銅合金(Cu-8%P) 粉末之混合比例 〔mass%〕 燒結後焊料材中所含 之磷(P)的平均濃度 [mass% ] 母材板 厚 [μπι) 衝壓彎 曲部位 狀態 150 可 12 88 7.0 300 可 400 可 20 80 6.4 150 良 150 良 30 70 5.6 300 良 400 良 150 良 40 60 4.8 300 良 400 良

考慮到衝壓成形性時，若增加延展性良好的金屬（銅 粉末）之添加量，彎曲部位將不會裂開，但如前述般，當 ' 銅粉末的添加量增多時，全體中磷濃度變低而造成焊料材 ' 層1的熔點變高，焊接性會變差，因此爲了同時滿足焊接 性和衝壓成形性，前述銅粉末和磷銅合金粉末之混合粉末 中銅粉末之重量比例，更佳爲12%〜40%的範圍中之20% 〜30%的範圍。 另外，將前述混合粉末壓接於母材1後經加熱燒結而 -14- 200815137 得之焊料材層1 1的厚度，若太厚將無法進行正常的壓接 ，經製造實驗的結果確認出，只要在9〇μη以下，即可進 行正常的壓接，而在實際的焊接時可防止焊料材之垂流。 爲了調查焊料材層11的厚度和衝壓成性的關係，實施和 前述同樣的衝壓試驗以及將被覆材料8進行90度彎曲加 工的試驗，對各個彎曲部位的狀態做觀察。 前述衝壓試驗以及將被覆材料4 8進行90度彎曲加工 試驗的結果記載於下述〔表4〕。 〔表4〕 銅（Cu )粉末之 混合比例 [mass%] 礙銅合金（Cu_ 8%P)粉末之 混合比例 [mass%] 燒結後焊料材中 所含之磷(P)的平 均濃度 (mass%) 母材 板厚 焊料材 層的厚 度[μπι] 衝壓彎 曲部位 狀態 90度 彎曲部 位狀態 20 80 6.4 400 30 良 良 60 可 可 30 70 5.6 400 30 良 良 60 可 可

亦即’當焊料材層1 1厚度爲60μιη時，其和母材1之 延伸率的差很大，因此會發生裂痕，而造成加工困難，如 此般基於衝壓成形性之觀點，焊料材層1 1的厚度宜爲 3 0μπι以下’但若焊料材層11無法確保10μπ1以上的厚度 時，產生焊接不良的可能性變高，因此焊料材層1 1的厚 度更佳爲1〇μπι〜30μηι的範圍。 如此般，藉由使用前述製造裝置，並調整焊料材組成 和焊料材層1 1的厚度而製造出被覆材料8，可抑制焊料材 -15- 200815137 層11之熔點昇高而避免金屬材之強度降低或熱變形之產 生，且能讓製造成本變低，能使焊料材層11之厚度變薄 而防止焊接時焊料材發生垂流，又能改善壓衝成形性。 本發明之被覆材料之製造方法以及被覆材料，並不限 於上述圖示例，在不脫離本發明要旨的範圍內，當然也能 進行各種不同的改變。 【圖式簡單說明】 第1圖係實施一般壓延法之被覆材料製造方法所使用 之製造裝置的槪略圖。 第2圖係習知的被覆材料的一例之放大截面圖。 第3圖實施本發明之被覆材料製造方法所使用之製造 裝置的槪略圖。 第4圖係顯示第3圖的製造裝置所製造出之被覆材料 〜例之放大截面圖。 第5 ( a )圖係顯示在被覆材料表面接合管件（線接合 試驗片）的狀態之放大截面圖；第5 ( b )圖係顯示在被覆 材料表面接合板（面接合試驗片）的狀態之放大截面圖。 第6圖係Cu-P二元合金標準狀態圖。 第7 ( a )圖係顯示被覆材料用衝壓試驗所使用之母模 具和公模具，第7 ( b )圖係顯示實施衝壓試驗的狀態，第 7 ( c )圖係顯示衝壓加工後的試驗片之被覆材料。 【主要元件符號說明】 -16- 200815137 1 :母材（金屬材、金屬板） 2 :母材捲 3 :母材用的回捲機 8 :被覆材料 9 :被覆材料捲 10:被覆材料用的捲取機 1 1 :焊料材層 1 2 :粉末壓接機 13 :加熱爐 14 :輥 1 5 :粉末供應裝置 1 8 :壓延機 t :厚度

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Claims (1)

1. 200815137 十、申請專利範圍 1 · 一種被覆材料之製造方法，係以形成所要焊料材組 成的方式至少混合2種金屬粉末後，將該混合粉末構成之 焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層； 構成該焊料材層之焊料材組成，係在銅中至少添加磷 而將熔點降低成比銅熔點更低之焊料材組成。 2.如申請專利範圍第1項記載之被覆材料之製造方法 ’其中，構成前述焊料材組成之混合粉末，係至少由銅粉 末和憐銅合金粉末所混合成者。 3 ·如申請專利範圍第2項記載之被覆材料之製造方法 ，其中，前述磷銅合金粉末中所含之磷的重量比例在7% 〜9 %的範圍。 4·如申請專利範圍第2項記載之被覆材料之製造方法 ，其中，前述銅粉末和磷銅合金粉末之混合粉末中，銅粉 末之重量比例在1 2%〜40%的範圍。 5 .如申請專利範圍第3項記載之被覆材料之製造方法 ，其中，前述銅粉末和磷銅合金粉末之混合粉末中，銅粉 末之重量比例在12%〜40%的範圍。 6. 如申請專利範圍第1項記載之被覆材料之製造方法 ，其中，將前述混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材而 構成焊料材層時，該焊料材層之焊料材所含之磷之重量比 例在4.2%〜7.9%的範圍。 7. 如申請專利範圍第2項記載之被覆材料之製造方法 ，其中，將前述混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材而 -18- 200815137 構成焊料材層時，該焊料材層之焊料材所含之磷之重量比 例在4.2%〜7.9%的範圍。 8. 如申請專利範圍第3項記載之被覆材料之製造方法 ，其中，將前述混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材而 構成焊料材層時，該焊料材層之焊料材所含之磷之重量比 例在4.2 %〜7 · 9 %的範圍。 9. 如申請專利範圍第4項記載之被覆材料之製造方法 ’其中，將前述混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材而 構成焊料材層時，該焊料材層之焊料材所含之磷之重量比 例在4 · 2 %〜7.9 %的範圍。 10. 如申請專利範圍第5項記載之被覆材料之製造方 法，其中，將前述混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材 而構成焊料材層時，該焊料材層之焊料材所含之磷之重量 比例在4.2%〜7.9%的範圍。 1 1 ·如申請專利範圍第1至1 〇項中任一項記載之被覆 材料之製造方法，其中，將前述混合粉末構成之焊料材壓 接於金屬材而構成之焊料材層之厚度的平均値爲90μιη以 下。 1 2 . —種被覆材料之製造方法，係以形成所要焊料材 組成的方式至少混合2種金屬粉末後，將該混合粉末構成 之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層，且將前述混合粉 末構成之焊料材壓接於金屬材而構成之焊料材層之厚度的 平均値爲90μπι以下。 1 3 · —種被覆材料之製造方法，係以形成所要焊料材 -19- 200815137 組成的方式至少混合2種金屬粉末後，將該混合粉末構成 之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層，將形成有該焊料 材層之被覆材料加熱，使前述壓接後之混合粉末所構成之 焊料材進行液相燒結。 14·一種被覆材料，係將由至少2種金屬粉末混合成 之混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層 ，該焊料材層爲金屬之燒結體，構成該焊料材層之金屬之 燒結體，係至少由銅粉末和磷銅合金粉末所混合而成。 15·如申請專利範圍第14項記載之被覆材料，其中， 前述至少由銅粉末和磷銅合金粉末所混合成的粉末中，銅 粉末之重量比例爲12%〜40%的範圍。 16. 如申請專利範圍第14項記載之被覆材料，其中， 構成前述焊料材層之焊料材之成分中，至少含有銅和磷， 該焊料材所含之磷的重量比例爲4.2%〜7.9 %的範圍。 17. 如申請專利範圍第15項記載之被覆材料，其中， 構成前述焊料材層之焊料材之成分中，至少含有銅和磷， 該焊料材所含之磷的重量比例爲4.2%〜7.9%的範圍。 18. 如申請專利範圍第14至17項中任一項記載之被 覆材料，其中，前述焊料材層的厚度之平均値爲90μιη以 下。 19. 一種被覆材料，係將由至少2種金屬粉末混合成 之混合粉末所構成之焊料材壓接於金屬材而形成焊料材層 ，且該焊料材層的厚度之平均値爲90μιη以下。 -20-