JP7033826B2 - How to join dissimilar metal materials - Google Patents
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Description
本発明は、異種金属材料の接合方法、特に、鉄系材料とアルミニウム材との接合方法に関する。 The present invention relates to a method for joining dissimilar metal materials, particularly a method for joining an iron-based material and an aluminum material.
自動車等のエンジンには、燃焼室に開口した吸気ポートおよび排気ポートが設けられる。これらの吸気ポートおよび排気ポートは、開口部に設けられたバルブにより開閉される。各ポートの開口部のうち、バルブが着座する部分には、通常、強度の高い鉄系材料からなる環状のバルブシートが設けられる。 An engine such as an automobile is provided with an intake port and an exhaust port opened in a combustion chamber. These intake and exhaust ports are opened and closed by valves provided in the openings. Of the openings of each port, the portion where the valve is seated is usually provided with an annular valve seat made of a high-strength iron-based material.
バルブシートは、シリンダヘッドに対して圧入により固定されることが多い。この場合、バルブシートとシリンダヘッドとの圧入部の面積を確保するために、バルブシートの高さ(軸方向寸法)をある程度確保する必要が生じる。これにより、シリンダヘッドの設計、特に吸気ポートおよび排気ポートの設計が制限されるため、吸排気能力を向上させることが困難となるおそれがある。 The valve seat is often fixed to the cylinder head by press fitting. In this case, in order to secure the area of the press-fitting portion between the valve seat and the cylinder head, it is necessary to secure the height (axial dimension) of the valve seat to some extent. This limits the design of the cylinder head, especially the design of the intake port and the exhaust port, which may make it difficult to improve the intake / exhaust capacity.
そこで、バルブシートの高さを小さくした場合でも、シリンダヘッドに強固に接合することができる方法が提案されている。例えば、下記の特許文献1には、ポートの開口部に金属粉を供給しながらレーザを照射して肉盛層を形成し、この肉盛層でバルブシートを形成する技術が示されている。
Therefore, a method has been proposed that can be firmly joined to the cylinder head even when the height of the valve seat is reduced. For example,
また、下記の特許文献2には、バルブシートを鉄系焼結材で形成し、このバルブシートを抵抗熱接合法によってアルミニウム材からなるシリンダヘッドに接合する方法が示されている。具体的には、複数の部材を互いに押し付けながら両部材間に通電することで、両部材の界面から、両部材の表面に形成された酸化被膜等を排出し、両部材の母材同士を直接接触させることにより、両部材が強固に結合される。
Further,
上記特許文献1に示されているレーザビームを用いた肉盛方法によりバルブシートを形成すれば、バルブシートの高さを抑えることはできるが、レーザ照射設備等を要するため製造コストが高くなる。
If the valve seat is formed by the overlay method using the laser beam shown in
また、上記特許文献2に示されている抵抗熱接合法は、同種材料を強固に接合することはできるが、異種材料を強固に接合することは容易ではない。特に、鉄系材料とアルミニウム材とを接合する場合には、これらの界面に、脆いFe-Al化合物層が生成されるため、接合強度を高めることが非常に難しい。
Further, the resistance heat bonding method shown in
本発明は、鉄系材料からなる部材とアルミニウム材からなる部材を、圧入やレーザ肉盛方法によることなく、強固に接合することを目的とする。 An object of the present invention is to firmly join a member made of an iron-based material and a member made of an aluminum material without using a press-fitting method or a laser overlay method.
本発明者らの検証によると、鉄系材料からなる第1の部材とアルミニウム材からなる第2の部材とを接合するに際し、第1の部材を銅を含む鉄系焼結材で形成し、これをアルミニウム材からなる第2の部材に高加圧力で押し付けながら、両部材間に高電流値を通電することにより、両部材が強固に結合されることが明らかになった。 According to the verification by the present inventors, when joining the first member made of an iron-based material and the second member made of an aluminum material, the first member is formed of an iron-based sintered material containing copper. It was clarified that both members are firmly bonded by applying a high current value between the two members while pressing the second member made of an aluminum material with a high pressing force.
これは以下の理由によると考えられる。上記のように両部材を加圧通電することで、両部材の界面に脆いFe-Al化合物層が生成されるが、両部材間の加圧力及び通電量を高くすることで、両部材の界面からFe-Al化合物層が排出され、両部材の母材同士が直接接触する。この状態で加圧通電し続けることで、両部材の界面において、第1の部材の母材(鉄系焼結材)に含まれる銅と第2の部材の母材(アルミニウム材)との間で相互拡散が生じ、両部材の界面にCu-Al拡散層が生成される。このように、両部材の界面から脆いFe-Al化合物層を排出すると共に、界面にCu-Al拡散層を生成することで、このCu-Al拡散層を介して両部材が強固に結合される。すなわち、両部材の界面にCu-Al拡散層が生成されるように、両部材間の加圧力及び電流値を設定することで、両部材を強固に接合することができる。 This is considered to be due to the following reasons. By pressurizing and energizing both members as described above, a brittle Fe-Al compound layer is generated at the interface between the two members, but by increasing the pressing force and the amount of energization between the two members, the interface between the two members The Fe—Al compound layer is discharged from the material, and the base materials of both members come into direct contact with each other. By continuing to pressurize and energize in this state, at the interface between both members, between the copper contained in the base material (iron-based sintered material) of the first member and the base material (aluminum material) of the second member. Mutual diffusion occurs at the above, and a Cu—Al diffusion layer is formed at the interface between the two members. In this way, by discharging the brittle Fe-Al compound layer from the interface of both members and forming a Cu-Al diffusion layer at the interface, both members are firmly bonded to each other via the Cu-Al diffusion layer. .. That is, both members can be firmly joined by setting the pressing force and the current value between the two members so that the Cu—Al diffusion layer is generated at the interface between the two members.
以上の知見から、本発明は、銅を含む鉄系焼結材からなる第1の部材と、アルミニウム材からなる第2の部材とを接合するための方法であって、前記第1の部材を前記第2の部材に押し付けながら両部材間に通電することにより、両部材の界面に生成されたFe-Al化合物層を前記界面から排出すると共に、前記界面にCu-Al拡散層を生成させる異種金属材料の接合方法を提供する。 Based on the above findings, the present invention is a method for joining a first member made of an iron-based sintered material containing copper and a second member made of an aluminum material. By energizing between both members while pressing against the second member, the Fe-Al compound layer formed at the interface between the two members is discharged from the interface, and a different type of Cu-Al diffusion layer is formed at the interface. A method for joining a metal material is provided.
上記のような方法で第1の部材と第2の部材とを接合すると、両部材の界面から排出されたFe-Al化合物が、上記界面に隣接する領域に溜まる。すなわち、上記の方法により、銅を含む鉄系焼結材からなる第1の部材と、アルミニウム材からなる第2の部材とを接合してなる接合部品であって、前記第1の部材と前記第2の部材との界面にCu-Al拡散層が介在し、前記界面と隣接する領域にFe-Al化合物が存在する接合部品が得られる。 When the first member and the second member are joined by the method as described above, the Fe—Al compound discharged from the interface between the two members is accumulated in the region adjacent to the interface. That is, it is a joining part formed by joining a first member made of an iron-based sintered material containing copper and a second member made of an aluminum material by the above method, and the first member and the above. A bonded part is obtained in which a Cu—Al diffusion layer is interposed at an interface with a second member and a Fe—Al compound is present in a region adjacent to the interface.
上記のような条件で第1の部材及び第2の部材を加圧通電すると、第1の部材(鉄系焼結材)中に分散した銅が、第1の部材を流れる通電経路に沿って両部材の界面に向けて移動する。これにより、界面付近における銅の濃度が上昇し、この銅と第2の部材(アルミニウム材)とが相互拡散することで、界面にCu-Al拡散層が生成される。従って、第2の部材に接合する前の第1の部材中に銅を均一に分散させた場合、加圧通電により第1の部材中の前記界面付近の銅が前記界面に向けて移動することで、第1の部材のうち、両部材の界面付近における銅の濃度が、他の領域における銅の濃度よりも低くなる。 When the first member and the second member are pressurized and energized under the above conditions, the copper dispersed in the first member (iron-based sintered material) is carried along the energization path flowing through the first member. Move towards the interface of both members. As a result, the concentration of copper in the vicinity of the interface increases, and the copper and the second member (aluminum material) are mutually diffused to form a Cu—Al diffusion layer at the interface. Therefore, when copper is uniformly dispersed in the first member before being joined to the second member, the copper in the vicinity of the interface in the first member moves toward the interface by pressurized energization. Therefore, among the first members, the concentration of copper in the vicinity of the interface between the two members is lower than the concentration of copper in the other regions.
一方、第2の部材に接合する前の第1の部材において、両部材の界面付近における銅の濃度が相対的に高くなるように銅を偏析させてもよい。この場合、両部材を加圧通電した際に、界面に向けて移動する銅の量が増え、界面における銅の濃度がさらに高められるため、界面にCu-Al拡散層が生成されやすくなる。 On the other hand, in the first member before joining to the second member, copper may be segregated so that the concentration of copper in the vicinity of the interface between the two members is relatively high. In this case, when both members are pressurized and energized, the amount of copper that moves toward the interface increases, and the concentration of copper at the interface is further increased, so that a Cu—Al diffusion layer is likely to be formed at the interface.
以上のように、銅を含む鉄系焼結材からなる第1の部材とアルミニウム材からなる第2の部材との界面からFe-Al化合物層を排出すると共に、この界面にCu-Al拡散層を生成させることで、両部材を、圧入やレーザ肉盛方法によることなく、強固に接合することができる。 As described above, the Fe—Al compound layer is discharged from the interface between the first member made of an iron-based sintered material containing copper and the second member made of an aluminum material, and the Cu—Al diffusion layer is discharged at this interface. By generating the above, both members can be firmly joined without using a press-fitting method or a laser overlay method.
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、鉄系材料からなる第1の部材としてのバルブシートを、アルミニウム材からなる第2の部材としてのシリンダヘッドに接合する場合を示す。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment shows a case where a valve seat as a first member made of an iron-based material is joined to a cylinder head as a second member made of an aluminum material.
図1に、エンジンの燃焼室3の吸排気口付近の構造を示す。シリンダヘッド2は、アルミニウム材(アルミニウム合金)の鋳造品である。シリンダヘッド2には、燃焼室3に開口した吸気ポート4及び排気ポート5が形成されている。各ポート4,5の開口部は、それぞれバルブ6により開閉される。バルブ6のステム部6aは、シリンダヘッド2に取り付けられた円筒状のバルブガイド7の内周に挿入され、図示しないカム機構及びスプリングにより往復動される。各ポート4,5の開口部には、環状のバルブシート1が設けられる。バルブ6の傘部6bがバルブシート1に着座することで各ポート4,5が閉じ、バルブ6の傘部6bがバルブシート1から離反することで各ポート4,5が開く。
FIG. 1 shows a structure in the vicinity of the intake / exhaust port of the
バルブシート1は、銅を含む鉄系焼結材からなる。具体的に、バルブシート1は、50質量%以上の鉄と、1~40質量%の銅を含む焼結材からなる。この焼結材には、必要に応じてC、Ni、Co、Cr、Mo、V、W、Mn、Si、Sのうちの1種又は複数種が添加される。バルブシート1は、銅粉及び鉄粉を含む原料粉末を均一に混合した後、この原料粉末を金型で圧縮成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を所定の温度で焼結することにより形成される。こうして形成されたバルブシート1(シリンダヘッド2に接合する前のバルブシート1)には、銅が全体に均一に分散している。
The
バルブシート1は環状に形成される。具体的には、図2に拡大して示すように、バルブシート1の内周面のポート開口側(燃焼室3側)の端部には、バルブ6の傘部6bが着材する内周テーパ面1aが設けられる。また、バルブシート1の外周面のポート奥側(燃焼室3から離反する側)の端部には、外周テーパ面1bが設けられる。
The
以下、バルブシート1をシリンダヘッド2に接合する手順を、図3~図9を用いて説明する。本実施形態では、吸気ポート4(以下、単に「ポート4」とも言う。)の開口部にバルブシート1を接合する場合を説明するが、排気ポート5へのバルブシート1の接合も同様の手順で行う。
Hereinafter, the procedure for joining the
まず、図3に示すように、シリンダヘッド2を、ポート4が上向きに開口するように配置する。シリンダヘッド2のポート4の開口部には、バルブシート1が取り付けられるシート取付部8が設けられる。接合前の状態で、シート取付部8の内径は、バルブシート1の外径よりも小さい。具体的に、シート取付部8は、ポート4の内径よりも大径で、バルブシート1の外径よりも小径な円筒面8aと、円筒面8aとポート4の内周面との間に設けられた平坦面8bと、円筒面8aの開口側(図中上側)に設けられた面取り部8cとを有する。図示例では、円筒面8aと平坦面8bとの境界に盗み部8dが設けられる。
First, as shown in FIG. 3, the
そして、バルブシート1を、シリンダヘッド2のシート取付部8に配置する。このとき、シート取付部8の円筒面8aの内径が、接合前のバルブシート1の外径よりも小さくなっているため、バルブシート1は円筒面8aの内周に挿入されず、シート取付部8の上端に載置される。図示例では、バルブシート1の外周テーパ面1bが、シート取付部8の上端に設けられた面取り部8cの上に載置される。
Then, the
図4に、このときのバルブシート1とシリンダヘッド2との界面(バルブシート1の外周テーパ面1bとシリンダヘッドのシート取付部8の面取り部8cとの接触部)を拡大して示す。図示のように、バルブシート1及びシリンダヘッド2の表面には、それぞれ酸化被膜や不純物等からなる被膜C1,C2が形成されており、それぞれの母材(鉄系焼結材、アルミニウム材)同士は直接接触していない。
FIG. 4 shows an enlarged interface between the
そして、図5に示すように、バルブシート1を一方の電極10で下方に押し込むと共に、シリンダヘッド2に他方の電極(図示省略)を接触させ、この状態で一方の電極10と他方の電極との間に通電する。図示例では、電極10のテーパ状の外周面により、バルブシート1の内周テーパ面1aが下方に押し込まれる。これにより、バルブシート1がシリンダヘッド2に強く押し付けられ、この状態で両部材1,2間に通電されることで、両部材1,2の界面P、特に電極10による加圧力を受ける界面P、すなわち電極10による加圧方向(図5では上下方向)と交差する界面P、本実施形態ではバルブシート1の外周テーパ面1bとこれに接触するシリンダヘッド2の表面との界面Pが、抵抗発熱により加熱されて軟化し、塑性変形する。具体的には、バルブシート1の外周テーパ面1bが、シリンダヘッド2のシート取付部8の面取り部8c及び円筒面8aを押し潰し、シリンダヘッド2の肉を塑性流動させる。これにより、シリンダヘッド2のシート取付部8に、バルブシート1の外周テーパ面1bに倣ったテーパ面8eが形成されると共に、その下方に、塑性流動した肉により内径側に盛り上がった隆起部8fが形成される。これと同時に、バルブシート1の外周テーパ面1bにも塑性変形が生じ、外周テーパ面1bの角度が電極10の加圧方向(図中上下方向)に近づく。
Then, as shown in FIG. 5, the
このとき、バルブシート1の外周テーパ面1bが、シリンダヘッド2のテーパ面8eに強く押し付けられることで、これらの界面Pに介在していた被膜C1,C2が界面Pから押し出されて、両部材1,2の母材(鉄系焼結材及びアルミニウム材)同士が接触する。この状態で両部材1,2間に通電し続けることで、図6に示すように、両部材1,2の界面PにFe-Al化合物層が生成される。このFe-Al化合物層は、例えばFeAl、FeAl2、FeAl3のうちの一種又は複数種からなる。
At this time, the outer peripheral
その後、さらにバルブシート1を下方に押し込みながら通電することにより、図7に示すように、バルブシート1をシリンダヘッド2のシート取付部8の平坦面8bに着座させる。このとき、塑性変形により流動したシリンダヘッド2の肉(隆起部8f)は、予めシリンダヘッド2のシート取付部8に設けられた盗み部8dに収容される。
After that, by further energizing the
このとき、図6に示すように、両部材1,2の界面PにFe-Al化合物層が形成されていると、バルブシート1の母材(鉄系焼結材)とシリンダヘッド2の母材(アルミニウム材)とがFe-Al化合物層で遮断される。しかし、両部材1,2を高加圧力・高電流値で加圧通電することにより、両部材1,2の界面Pに介在したFe-Al化合粒層が界面Pから排出される。これにより、両部材1,2の母材同士が直接接触し、バルブシート1中の銅とシリンダヘッド2の母材(アルミニウム材)との間で相互拡散が生じ、界面PにCu-Al拡散層が生成される(図8参照)。Cu-Al拡散層は、例えば、界面Pの面積の50%以上の領域に生成される。Cu-Al拡散層は、銅とアルミニウムが相互拡散することにより生成されたCu-Al化合物であり、例えばCuAl及び/又はCuAl2からなる。
At this time, as shown in FIG. 6, if the Fe—Al compound layer is formed at the interface P of both
両部材1,2の界面Pから排出されたFe-Al化合物は、界面Pに隣接する領域に存在する。本実施形態では、図9に示すように、テーパ状の界面Pの母線方向両側に隣接する領域、具体的には、バルブシート1の円筒面状の外周面1cとこれに対向するシリンダヘッド2の内周面との間や、盗み部8dに流入した材料に、Fe-Al化合物が存在する。
The Fe—Al compound discharged from the interface P of both
上記のように両部材1,2を加圧通電して、界面PからFe-Al化合物を排出すると共に、界面PにCu-Al化合物を生成する際、バルブシート1中に分散した銅が、バルブシート1中を流れる電流の経路に沿って、バルブシート1とシリンダヘッド2との界面(電極10による加圧力が作用するバルブシート1の外周テーパ面1bとシリンダヘッド2のテーパ面8eとの界面)Pに向けて移動する(図9の点線矢印参照)。本実施形態では、シリンダヘッド2に接合する前のバルブシート1中に銅が均一に分散しているため、上記のように、バルブシート1内に分散した銅が界面Pに向けて移動することにより、バルブシート1内の銅の分布が不均一となる。具体的には、図9に示すように、シリンダヘッド2に接合された後のバルブシート1において、界面P付近の領域Qにおける銅の濃度が、他の領域における銅の濃度よりも低くなっている(図9では、銅を散点で表している)。図示例では、領域Qには銅がほとんど存在していない。
When both
以上により、バルブシート1及びシリンダヘッド2の母材同士が、両部材1,2の界面P(本実施形態ではバルブシート1の外周テーパ面1bとシリンダヘッド2のテーパ面8eとの界面P)において、脆いFe-Al化合物層を介することなく、Cu-Al拡散層を介して固相状態で接合されるため、両部材1,2を強固に接合することができる。その後、必要に応じてバルブシート1に切削加工を施して、バルブシート1とシリンダヘッド2との接合が完了する。尚、界面Pには、Fe-Al化合物層が全く存在しないことが理想的であるが、界面PにFe-Al化合物層が僅かに残っていても問題ない。
As described above, the base materials of the
本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、接合前のバルブシート1中に銅が均一に分散している場合を示したが、これに限られない。例えば、接合前のバルブシート1中の銅を偏析させ、シリンダヘッド2との界面Pを形成する外周テーパ面1b付近における銅の濃度が相対的に高くなるようにしてもよい。これにより、加圧通電時に界面Pに向けて移動する銅の量が増えて、界面Pにおける銅の濃度が高められ、界面PにCu-Al拡散層が形成されやすくなる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case where copper is uniformly dispersed in the
具体的には、例えば図10に示すように、接合前のバルブシート1の外周テーパ面1b付近のみの銅の密度を高くし(密な散点で示す)、その他の領域の銅の密度を低くしてもよい(疎な散点で示す)。あるいは、バルブシート1のうち、相対的に電流密度が高くなる領域、具体的には、図11に示すように、電極10が当接する内周テーパ面1aから、界面Pを形成する外周テーパ面1bに至る最短の通電経路に沿った領域における銅の密度を高くし(密な散点で示す)、その他の領域の銅の密度を低くしてもよい(疎な散点で示す)。
Specifically, for example, as shown in FIG. 10, the density of copper is increased only in the vicinity of the outer peripheral
また、本発明は、鉄系焼結材からなる第1の部材(バルブシート1)が環状をなし、第1の部材を第2の部材(シリンダヘッド2)の内周に取り付けた場合を示したが、これに限られない。例えば、アルミニウム材からなる第2の部材の外周に、鉄系材料からなる第1の部材を取り付ける際に、本発明を適用してもよい。また、第1の部材は環状に限らず、その他の形状であってもよい。また、本発明は、バルブシートとシリンダヘッドとの接合に限らず、鉄系焼結材とアルミニウム材とを接合する場合であれば、用途によらずに適用することができる。 Further, the present invention shows a case where the first member (valve seat 1) made of an iron-based sintered material forms an annular shape and the first member is attached to the inner circumference of the second member (cylinder head 2). However, it is not limited to this. For example, the present invention may be applied when the first member made of an iron-based material is attached to the outer periphery of the second member made of an aluminum material. Further, the first member is not limited to the annular shape, and may have other shapes. Further, the present invention is not limited to joining the valve seat and the cylinder head, but can be applied regardless of the application as long as the iron-based sintered material and the aluminum material are joined.
本発明の接合方法における適切な条件を探るために、以下の試験を行った。具体的には、鉄系焼結材からなる第1の部材と、アルミニウム材からなる第2の部材とを、加圧力及び通電量が異ならせて接合した複数の試験片を作製し、各試験片の接合強度(抜け強度)を測定した。第1の部材及び第2の部材の材質及び形状は、上記の実施形態のバルブシート1及びシリンダヘッド2(特にシート取付部8)に準ずる。加圧力としては、第1の部材を押し込む加圧力(通電中の最大加圧力)を、この加圧力が加わる第1の部材と第2の部材との接触面(界面P)の加圧方向の投影面積で割った値(単位面積当たりの加圧力)を算出した。また、通電量としては、両部材間に流す電流値の最大値を、両部材の接触面(界面P)の加圧方向の投影面積で割った値(電流密度)を算出した。
The following tests were conducted in order to find appropriate conditions for the joining method of the present invention. Specifically, a plurality of test pieces are prepared by joining a first member made of an iron-based sintered material and a second member made of an aluminum material at different pressures and energization amounts, and each test is performed. The joint strength (removal strength) of the pieces was measured. The materials and shapes of the first member and the second member conform to the
図12は、各試験片の条件(加圧力及び通電量)を示すグラフである。これらのうち、実施例1、比較例1及び2で示す試験片の試験条件および試験結果を、下記の表1に示す。 FIG. 12 is a graph showing the conditions (pressurized pressure and energized amount) of each test piece. Of these, the test conditions and test results of the test pieces shown in Example 1, Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below.
図12のグラフで示す試験片のうち、ひし形で示したもの、すなわち、電流密度が2.9A/mm2に満たないもの、あるいは、単位面積あたりの加圧力が370MPaに満たないものは、接合強度が弱く、具体的には引抜き強度が5kN以下であった。例えば比較例1は、通電量が低いため、両部材の界面にFe-Al化合物層もCu-Al拡散層もほとんど形成されていなかった。この比較例1は、引抜き試験では、低荷重(3.97kN)で界面が破断した。また、比較例2は、通電量は高めであるが、加圧力が低いため、両部材の界面のFe-Al化合物層が排出されず、Cu-Al拡散層はほとんど形成されていなかった。この比較例2は、引抜き試験では、低荷重(1.47kN)で界面、特にFe-Al化合物層が破断した。 Among the test pieces shown in the graph of FIG. 12, those shown in diamonds, that is, those having a current density of less than 2.9 A / mm 2 or those having a pressing force of less than 370 MPa per unit area are joined. The strength was weak, specifically, the pull-out strength was 5 kN or less. For example, in Comparative Example 1, since the amount of energization was low, neither the Fe—Al compound layer nor the Cu—Al diffusion layer was formed at the interface between the two members. In Comparative Example 1, the interface was broken under a low load (3.97 kN) in the pull-out test. Further, in Comparative Example 2, although the energization amount was high, the pressing force was low, so that the Fe—Al compound layer at the interface between the two members was not discharged, and the Cu—Al diffusion layer was hardly formed. In Comparative Example 2, in the drawing test, the interface, particularly the Fe—Al compound layer, was broken under a low load (1.47 kN).
これに対し、図12のグラフで示す試験片のうち、四角形で示したもの、すなわち、電流密度が2.9A/mm2以上で、且つ、単位面積あたりの加圧力が370MPa以上のものは、接合強度が強く、具体的には引抜き強度が5kN以上であった。これらの実施例1では、通電量及び加圧力が十分に高く、界面に高い熱量(入熱量)が供給されたと推定される。具体的に、実施例1の両部材の界面には、Fe-Al化合物層は形成されておらず、Cu-Al拡散層が十分に形成されていた。この実施例1は、引抜き試験では、界面は破断せず、母材(アルミニウム材)が破断し、そのときの荷重は30kN以上であった。これらの結果から、両部材の界面にCu-Al拡散層を形成することで、両部材の接合強度(引抜き強度)が大幅に高められることが確認された。また、そのための条件としては、電流密度を2.9A/mm2以上とし、単位面積あたりの加圧力を370MPa以上とすることが好ましいことが明らかになった。 On the other hand, among the test pieces shown in the graph of FIG. 12, those shown in squares, that is, those having a current density of 2.9 A / mm 2 or more and a pressing force of 370 MPa or more per unit area are used. The joint strength was strong, and specifically, the pull-out strength was 5 kN or more. In these Examples 1, it is presumed that the energization amount and the pressing force were sufficiently high, and a high heat amount (heat input amount) was supplied to the interface. Specifically, the Fe—Al compound layer was not formed at the interface between the two members of Example 1, and the Cu—Al diffusion layer was sufficiently formed. In Example 1, in the pull-out test, the interface was not broken, the base material (aluminum material) was broken, and the load at that time was 30 kN or more. From these results, it was confirmed that the bonding strength (pulling strength) of both members was significantly increased by forming the Cu—Al diffusion layer at the interface between the two members. Further, as the conditions for that, it was clarified that it is preferable that the current density is 2.9 A / mm 2 or more and the pressing force per unit area is 370 MPa or more.
一方、図12のグラフで示す試験片のうち、三角形で示したもの、すなわち、電流密度が3.6A/mm2より大きく、あるいは、単位面積あたりの加圧力が650MPaより大きいものは、両部材間の通電量あるいは加圧力が大きすぎるため、鉄系焼結材の焼けや、アルミニウム材のへたり、あるいは爆飛が生じるおそれがある。従って、通電量及び加圧力は、上記のような不具合が生じないように設定され、具体的には、通電密度を3.6A/mm2以下、単位面積あたりの加圧力を650MPa以下とすることが好ましい。 On the other hand, among the test pieces shown in the graph of FIG. 12, those shown by triangles, that is, those having a current density of more than 3.6 A / mm 2 or a pressing force of more than 650 MPa per unit area are both members. Since the amount of current applied or the pressure applied between them is too large, there is a risk that the iron-based sintered material will be burnt, the aluminum material will be sagging, or the material will explode. Therefore, the energization amount and the pressing force are set so as not to cause the above-mentioned problems. Specifically, the energizing density is 3.6 A / mm 2 or less, and the pressing force per unit area is 650 MPa or less. Is preferable.
1 バルブシート(第1の部材)
2 シリンダヘッド(第2の部材)
3 燃焼室
4 吸気ポート
5 排気ポート
6 バルブ
8 シート取付部
10 電極
C1,C2 被膜
P 第1の部材と第2の部材との界面
1 Valve seat (first member)
2 Cylinder head (second member)
3
Claims (2)
前記第1の部材を前記第2の部材に押し付けながら両部材間に通電することにより、両部材の界面に生成されたFe-Al化合物層を前記界面から排出すると共に、前記界面にCu-Al拡散層を生成させる異種金属材料の接合方法。 It is a method for joining a first member made of an iron-based sintered material containing copper and a second member made of an aluminum material.
By energizing between the two members while pressing the first member against the second member, the Fe—Al compound layer generated at the interface between the two members is discharged from the interface and Cu—Al is discharged to the interface. A method of joining dissimilar metal materials to form a diffusion layer.
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