接合体及其制造方法与流程

本发明涉及铜合金与钢铁材料的接合体及其制造方法。

背景技术：

1、以往，作为模具的种类，已知有进行注射成型等的塑料用模具(例如，模具嵌套件)、进行铝合金等的加工的压铸模具(例如，气体释放用冷却排气件(chill vent))等，除此之外还有水龙头配件用模具这样的各种模具。在以塑料用模具为例的情况下，通过模具制造车门、扰流板等汽车用内外饰部件、进气歧管、ecu壳体等汽车用功能部件等。特别是汽车用功能部件由于其形状复杂，因此在利用模具进行成型的情况下，需要迅速地冷却部件材料。关于这一点，铜作为具有高导热性的材料而为人所知，可考虑将铜合金用作模具。

2、另外，在局部地需要比铜合金高的强度的用途中，将铜合金与钢铁材料进行接合。例如，在专利文献1(日本特开2019-123118号公报)中公开了一种注射成型用模具，该注射成型用模具在向可动模与固定模之间的空腔中填充的熔融树脂的合流部具备排出气体的排气孔，排气孔通过钢铁材料与铜合金材料(基体部件与隔离部件)的扩散接合而形成。根据该构成，能够通过钢铁材料确保必要的强度的同时，通过铜合金材料提高其导热性。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：日本特开2019-123118号公报

技术实现思路

1、汽车用功能部件等的材料中，为了轻量化、提高强度，大多会包含工程塑料、玻璃纤维，在使用铜合金的模具对这样的材料进行成型的情况下，会导致铜合金因坚硬的玻璃纤维而磨损。而且，在使用涂覆有铜合金的模具的情况下，会由于成型而导致铜合金剥离。与此相对，认为通过使用在钢铁材料的内部接合有铜合金的模具，能够在迅速地冷却材料的同时，消除铜合金的磨损、剥离这样的问题。

2、对于钢铁材料与铜合金的接合，一直以来使用喷镀、焊接等方法，但由于铜合金的软化点低、铜合金与钢铁材料的热收缩程度的差异等，导致在接合界面容易产生空隙、凝固裂纹，不能说密合性充分。另外，虽然期望将强度比较高的铜合金即析出硬化型铜合金用作模具，但在使用其的情况下铜合金的软化点为300～500℃这样的低温度，因此会因与钢铁材料接合时的热输入而发生铜合金的软化。该软化虽能够通过固溶处理和随后的析出硬化处理而恢复，但在固溶处理中需要在700～1000℃这样的高温区域进行热处理，因此接合界面处的空隙等会进一步扩大，诱发钢铁材料的早期剥离。这在专利文献1所采用的扩散接合法中也是同样的。这样，析出硬化型铜合金与钢铁材料的接合在密合性降低和强度降低这两个观点上存在问题。

3、本发明人等这次得到了如下见解：通过在析出硬化型铜合金上以激光金属沉积(lmd)形成钢铁材料的层叠造型物，从而能够提供铜合金与钢铁材料的界面密合性高且即使不进行随后的伴有固溶处理的析出硬化处理(或者仅进行不伴有固溶处理的析出硬化处理)也能够维持高强度的铜合金与钢铁材料的接合体。

4、因此，本发明的目的在于提供铜合金与钢铁材料的接合体及其制造方法，该铜合金与钢铁材料的界面的密合性高，并且即使不进行随后的伴有固溶处理的析出硬化处理(或者仅进行不伴有固溶处理的析出硬化处理)，也能够维持高强度。

5、根据本发明，提供以下的方式。

6、[方式1]

7、一种接合体，具备：由析出硬化型铜合金构成的第一构件，和在至少一个接合界面接合于所述第一构件的、包含钢铁材料的层叠造型物的第二构件；其中，在利用扫描型电子显微镜(sem)观察所述接合体的与所述接合界面垂直的截面的情况下，在所述接合界面中不存在在与该接合界面平行的方向上具有50μm以上的长度的空隙。

8、[方式2]

9、根据方式1所述的接合体，其中，所述钢铁材料的层叠造型物是通过激光金属沉积(lmd)而形成的。

10、[方式3]

11、根据方式1或2所述的接合体，其中，所述第一构件的除了在厚度方向上距所述接合界面1.0mm以内的部分以外的主要部分具有hv200以上的维氏硬度。

12、[方式4]

13、根据方式1～3中任一项所述的接合体，其中，所述第一构件在包含厚度方向上距所述接合界面1.0mm以内的部分及其以外的主要部分在内的整体上具有hv200以上的维氏硬度。

14、[方式5]

15、根据方式1～4中任一项所述的接合体，其中，所述第二构件中的所述钢铁材料的除了在厚度方向上距所述接合界面1.0mm以内的部分以外的主要部分具有hv300以上的维氏硬度。

16、[方式6]

17、根据方式1～5中任一项所述的接合体，其中，所述析出硬化型铜合金为选自由铬铜合金、铬锆铜合金、钛铜合金、镍硅铜合金、镍锡铜合金及铍铜合金组成的组中的至少1种。

18、[方式7]

19、根据方式6所述的接合体，其中，所述析出硬化型铜合金为铍铜合金。

20、[方式8]

21、根据方式1～7中任一项所述的接合体，其中，所述钢铁材料由选自由模具钢(skd)、高速工具钢(skh)、不锈钢(sus)及马氏体时效钢组成的组中的至少1种构成。

22、[方式9]

23、根据方式1～8中任一项所述的接合体，其中，所述第二构件在与所述第一构件接触的面还具备由异种金属材料构成的中间层。

24、[方式10]

25、根据方式9所述的接合体，其中，构成所述中间层的异种金属材料是以ni为主要成分的合金。

26、[方式11]

27、根据方式9或10所述的接合体，其中，构成所述中间层的异种金属材料为以ni为主要成分的镍-铬-铁合金。

28、[方式12]

29、根据方式9～11中任一项所述的接合体，其中，在利用扫描型电子显微镜(sem)观察所述接合体的与所述接合界面垂直的截面的情况下，在所述接合界面中不存在在与该接合界面平行的方向上具有10μm以上的长度的空隙。

30、[方式13]

31、根据方式2～12中任一项所述的接合体，其中，所述第一构件的所述析出硬化型铜合金在析出硬化处理后具有160w/mk以上的导热系数。

32、[方式14]

33、根据方式13所述的接合体，其中，所述析出硬化型铜合金为选自由铬铜合金、铬锆铜合金、镍硅铜合金及铍铜合金组成的组中的至少1种。

34、[方式15]

35、一种物品，其选自包含方式1～14中任一项所述的接合体的模具及模具部件中。

36、[方式16]

37、根据方式1～14中任一项所述的接合体的制造方法，包括：准备由实施了固溶处理、或固溶处理及时效处理的析出硬化型铜合金构成的第一构件的工序，和在所述第一构件的表面或其上方，通过使用了钢铁材料的粉末的激光金属沉积(lmd)，形成由所述钢铁材料构成的层叠造型物作为第二构件，由此得到接合体的工序。

38、[方式17]

39、根据方式16所述的方法，其中，所述方法在形成由所述钢铁材料构成的层叠造型物之前，还包括：通过使用了以cu及fe以外的异种金属为主要成分的合金的粉末的lmd而在所述第一构件的表面形成中间层的工序，

40、通过使用了所述钢铁材料的粉末的lmd来实施的由所述钢铁材料构成的层叠造型物的形成，是对所述中间层的表面进行的。

41、[方式18]

42、根据方式16或17所述的方法，其中，所述析出硬化型铜合金在析出硬化处理后具有160w/mk以上的导热系数，在该情况下，在形成所述第二构件之前，对构成所述第一构件的所述析出硬化型铜合金实施固溶处理以使得具有小于160w/mk的导热系数，

43、在形成所述第二构件之后，对构成所述第一构件的所述析出硬化型铜合金实施析出硬化处理，将所述析出硬化型铜合金的导热系数调整为160w/mk以上。

44、[方式19]

45、根据方式16～18中任一项所述的方法，其中，在形成所述层叠造型物之后，还包括：通过将所述接合体在280～530℃的温度保持30分钟～5小时来进行析出硬化处理的工序。

46、[方式20]

47、根据方式16～19中任一项所述的方法，其中，在所述lmd的过程中及之后，所述第一构件不会在400℃以上的温度保持10分钟以上，且所述第一构件不会在500℃以上的温度保持3分钟以上。

48、[方式21]

49、根据方式16～20中任一项所述的方法，其中，所述析出硬化型铜合金为选自由铬铜合金、铬锆铜合金、钛铜合金、镍硅铜合金、镍锡铜合金及铍铜合金组成的组中的至少1种。

50、[方式22]

51、根据方式18所述的方法，其中，所述析出硬化型铜合金为选自由铬铜合金、铬锆铜合金、镍硅铜合金及铍铜合金组成的组中的至少1种。

52、[方式23]

53、根据方式16～22中任一项所述的方法，其中，所述析出硬化型铜合金为铍铜合金。

54、[方式24]

55、根据方式16～23中任一项所述的方法，其中，所述钢铁材料由选自由模具钢(skd)、高速工具钢(skh)、不锈钢(sus)及马氏体时效钢组成的组中的至少1种构成。

56、[方式25]

57、根据方式17～24中任一项所述的方法，其中，构成所述中间层的异种金属材料为以ni为主要成分的合金。

58、[方式26]

59、根据方式17～25中任一项所述的方法，其中，构成所述中间层的异种金属材料为以ni为主要成分的镍-铬-铁合金。