(57)【要約】【課題】局部的に特性を変化させたアルミニウム合金部材の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、アルミニウム合金からなる基材中に特性が周辺部と異なる改質部を有するアルミニウム合金部材の製造方法である。具体的にいうと、第１金属からなる第１電極（１）と第２金属からなる第２電極（２）とを基材（ｗ）の局部に圧接させつつ第１電極と第２電極の間で通電する。これにより、ジュール加熱された局部に改質部を形成する改質工程がなされる。本発明の製造方法では、第１電極を構成する第１金属と第２電極を構成する第２金属が、基材を構成するアルミニウム合金よりも電気伝導率が大きくなっている。これにより局部は、効率的に急速加熱され、特性（金属組織）変化に必要となる温度まで極短時間で昇温される。こうして、局部の特性だけを変化させた改質部を有するアルミニウム合金部材が効率的に得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金からなる基材中に特性が周辺部と異なる改質部を有するアルミニウム合金部材の製造方法であって、
第１金属からなる第１電極と第２金属からなる第２電極とを該基材の局部に圧接させつつ該第１電極と該第２電極の間で通電することにより、該局部をジュール加熱して該局部に該改質部を形成する改質工程を備え、
該第１金属および該第２金属は、該アルミニウム合金よりも電気伝導率が大きいアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項２】
前記改質工程は、前記局部に液相を生じさせない請求項１に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項３】
前記第１電極と前記基材との第１接触面積は、前記第２電極と該基材との第２接触面積よりも小さい請求項１または２に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項４】
前記第２接触面積（Ｓ２）に対する前記第１接触面積（Ｓ１）の割合である接触面積比（Ｓ１／Ｓ２）は０．２以上である請求項３に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項５】
前記第１金属と前記第２金属は、電気伝導率が略同じである請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項６】
前記第１金属の電気伝導率は、前記第２金属の電気伝導率よりも小さい請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項７】
前記第２金属の電気伝導率（σ２）に対する前記第１金属の電気伝導率（σ１）の割合である電気伝導比（σ１／σ２）は０．２以上である請求項６に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項８】
前記第１電極および前記第２電極は、前記基材との接触面積が略同じである請求項１、２、６または７に記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項９】
前記改質部は、前記周辺部よりも高延性である請求項１〜８のいずれかに記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項１０】
前記改質部は、前記周辺部よりも、少なくとも硬さが小さい請求項１〜９のいずれかに記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項１１】
前記改質部は、厚さ方向における硬さが最小または極小となる位置が厚さ中央よりも表面側に偏った硬さ分布を有する請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項１２】
前記改質部は、他部材が機械的に接合され得る接合部である請求項１〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項１３】
前記基材は、鋳物である請求項１〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項１４】
前記基材は、塑性加工された展伸材である請求項１〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、局部的に改質されたアルミニウム合金部材の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
部位により要求される特性（機械的性質）が異なることは多い。例えば、高強度部材でも、局部的に高延性が求められることがある。具体例を挙げると、穿孔作業が不要（つまり自己穿孔式）なセルフピアシングリベット（Self Piercing Rivet／単に「ＳＰＲ」という。）を用いて接合する部位は、割れ等を防止するため、高延性であることが望まれる。このような高延性化に関連した記載が下記の特許文献にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−９０４５９号公報
【特許文献２】特開２０１８−９４６２１号公報
【特許文献３】特開２００４−１２４１５１号公報
【特許文献４】特開平１１−２５６２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、組成を調整したＡｌ―Ｓｉ系合金からなるダイカスト部材に熱処理（溶体化処理、時効処理）を施して延性を高めることにより、ＳＰＲの打鋲時に生じる割れを抑止することを提案している。
【０００５】
しかし、特許文献１では、接合部以外は熱処理しなくても十分な特性を有する。にも拘わらず、ＳＰＲを打鋲したときの局所変形に伴う割れを防止するためだけに、鋳物全体の熱処理を行っている。また、熱処理時に生じるブリスタ（高圧ガス巣の膨張）を防止するため、特殊な高真空ダイカストを行っている。従って、特許文献１のような方法では、ダイカスト部材全体に対する実体強度の低下、熱歪みの発生、製造コストの増加等を招く。
【０００６】
特許文献２は、ＳＰＲが打鋲等される接合部のみを、選択的に高延性化したアルミニウム合金部材の製造方法を提案している。具体的にいうと、ダイカスト鋳造中の局部加圧により、接合部の初晶Ａｌの体積率（初晶率）を高め、局部の高延性化を実現している。部位により肉厚や湯温低下が異なるため、鋳造工程中の加圧制御や金型構造が複雑化し易い。
【０００７】
特許文献３は、冷延板のプレス成形性の向上を目的としており、塑性変形の大きい部分に加熱した金属ブロックを接触させることを提案している。これによりアルミニウム合金の表面付近が軟化される。しかし、金属ブロックからの放熱量やアルミニウム合金側への拡散熱量が多く、金属ブロックの温度低下も著しいため、その方法では、局部だけを内部まで十分に加熱することはできない。
【０００８】
特許文献４は、アルミニウム合金からなるシリンダーヘッドの弁間部を、通電加熱により再溶融させた後、急冷凝固させて補強することを提案している。弁間部の加熱は、高抵抗なカーボン電極の自己抵抗発熱と接触界面の抵抗発熱とによる。従って、特許文献４は、弁間部を構成するアルミニウム合金自体のジュール発熱を利用したものではない。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、従来とは異なる手法により、局部的に特性を変化させたアルミニウム合金部材の製造方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、アルミニウム合金からなる基材の局部をジュール発熱させて改質することを着想し、これを実際に具現化した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【００１１】
《アルミニウム合金部材の製造方法》
（１）本発明は、アルミニウム合金からなる基材中に特性が周辺部と異なる改質部を有するアルミニウム合金部材の製造方法であって、第１金属からなる第１電極と第２金属からなる第２電極とを該基材の局部に圧接させつつ該第１電極と該第２電極の間で通電することにより、該局部をジュール加熱して該局部に該改質部を形成する改質工程を備え、該第１金属および該第２金属は、該アルミニウム合金よりも電気伝導率が大きいアルミニウム合金部材の製造方法である。
【００１２】
（２）本発明の製造方法の場合、各電極を構成する金属は、加熱対象である基材を構成するアルミニウム合金（単に「Ａｌ合金」という。）よりも電気伝導率が大きい。このため、通電時、電極よりも基材の局部が優先的にジュール発熱する。この結果、局部は、効率的に急速加熱され、特性（金属組織）変化に必要となる温度まで極短時間で昇温する。こうして本発明の製造方法によれば、全体的な特性（強度等）の低下や熱歪みの発生等を回避しつつ、局部の特性だけが変化した改質部を有するアルミニウム合金部材（単に「Ａｌ合金部材」という。）が効率的に得られる。
【００１３】
（３）さらに、両電極間の形態（形状、大きさ等）や材質（電気伝導率、熱伝導率等）を相対的に変更すれば、改質部における特性レベルや特性分布の制御も可能となる。例えば、改質部の厚さ方向全体にわたる硬さや、その厚さ方向の硬さ分布の調整が可能である。
【００１４】
《アルミニウム合金部材》
本発明は、上述した製造方法により得られたＡｌ合金部材としても把握できる。その一例は、厚さ方向における硬さが最小または極小となる位置が厚さ中央よりも表面側に偏った硬さ分布を有する改質部を備えたＡｌ合金部材である。また、その一形態例は、高延性化した改質部（高延性部）に、他部材を機械的に接合（例えばＳＰＲ接合）した複合部材である。高延性化した改質部を接合部とすると、全体的な強度等を維持しつつ、接合部における割れ等を抑止できる。
【００１５】
《金属部材の製造方法》
本発明は、上述した内容を踏まえて、さらに金属部材の製造方法としても把握できる。すなわち、本発明は、金属基材中に特性が周辺部と異なる改質部を有する金属部材の製造方法であって、該基材の局部を電極で加圧しつつ該電極へ通電することにより、該局部をジュール加熱して該局部に該改質部を形成する改質工程を備えた金属部材の製造方法、またはその製造方法により得られた金属部材としても把握できる。金属部材は、Ａｌ合金部材（鋳物、塑性加工品、切削加工品等）に限らず、Ｍｇ合金部材、Ｔｉ合金部材、Ｆｅ系（鋳鉄、鉄鋼）部材等でもよい。
【００１６】
《その他》
（１）本明細書でいう「基材」は、圧接された電極からの通電が可能であれば、その形態を問わない。「周辺部」は、改質部の周辺域にあり、通電加熱による影響が及んでいない部分である。周辺部は、基材本来の特性を有する部分であるため、基部と換言してもよい。局部は、電極が圧接される基材の一部であれば、その形態（形状、大きさ等）を問わない。「改質部」は局部と略一致していてもよいし、局部の一部でもよい。
【００１７】
「特性」は、要求仕様により選択され得るが、主に機械的性質（延性、靱性、強度、硬さ等）である。特性は、金属組織の変化（改質）が反映されたものであるとよい。但し、改質工程の前後で金属組織の変化が明確に観察されなくても、改質工程の前後で局部の特性が変化していれば十分である。
【００１８】
本明細書でいう「第１」、「第２」等は説明の便宜上の呼称である。但し、特に改質を意図している表面側（処理側）があるときは、適宜、その表面側を第１電極側とすればよい。
【００１９】
（２）特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。また、本明細書でいう「ｘ〜ｙｍｓｅｃ」はｘｍｓｅｃ〜ｙｍｓｅｃを意味する。他の単位系（Ａ／ｍｍ２、Ｗ／ｍ・Ｋ、％ＩＡＣＳ、μｍ等）についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電極対で基材を通電加熱する様子を模式的に示す説明図である。
【図２】加圧パターンと通電パターンの一例を示す模式図である。
【図３】接触面積の異なる電極を用いて形成した改質部の表面からの深さと硬さの関係を示すグラフである。
【図４】電気伝導率の異なる電極を用いて形成した改質部の表面からの深さと硬さの関係を示すグラフである。
【図５】改質工程前後の金属組織の一例を示す写真である。
【図６】金属材料の電気伝導率と熱伝導率の関係を示す散布図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、本発明の製造方法のみならず、Ａｌ合金部材等にも適宜該当する。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【００２２】
《電極》
（１）形態
電極は、改質対象である基材（局部）に圧接される第１電極と第２電極との電極対からなる。各電極は、形態や材質（電気伝導率、熱伝導率等）が同じでも異なっていてもよい。また、基材の形態に応じて、電極も種々の形態をとり得る。例えば、各電極は、通電が可能なら、必ずしも同軸上に配設された対向する一対でなくてもよい。また、基材との接触面（先端面という）は、平面でも曲面でもよく、一方が平面で他方が曲面でもよい。
【００２３】
電極は、専用品でもよいが、スポット溶接用電極等の汎用品を用いると、電極コストを低減できる。電極の基本形状は、ＪＩＳ  Ｃ９３０４（１９９９）に多数規定されている。例えば、平面形（Ｆ形）、ラジアス形（Ｒ形）、ドーム形（Ｄ形）、ドームラジアス形（ＤＲ形）、円錐台形（ＣＦ形）、円錐台ラジアス形（ＣＲ形）等がある。基材の局部が平坦なら、先端面が平面状であるＦ形の電極を用いてもよい。スポット溶接用電極は、通常、円柱状または内部が空洞な円筒状である。先端面側に窪んだ凹部を有する電極を用いてもよい。局部との接触面は、加圧力にも依るが、例えば、略円状、略球面状または略円環状である。勿論、電極は角柱状等でもよく、このとき、接触面は略多角形状または略角錐面状錐状となる。
【００２４】
電極は、シャンクに着脱できるもの（キャップチップ型）でも、シャンクと一体化したもの（一体型）でもよい。キャップチップ型の電極（「電極チップ」ともいう。）を用いると、改質工程の低コスト化を図れる。
【００２５】
（２）接触面積
電極と基材の接触面積は、一対の電極間で同じでもよいし、異なっていてもよい。接触面積を意図的に変えることにより、通電時、局部内の電流密度分布を変化させ得る。これにより、ジュール加熱される改質部内の温度分布ひいては金属組織分布も変化し、所望の特性分布（例えば硬さ分布）を有する改質部の形成が可能となり得る。
【００２６】
例えば、第１電極と基材との第１接触面積を第２電極と基材との第２接触面積よりも小さくする。この場合、通電時の局部内の電流密度は第１電極側で大きくなり、第２電極側よりも第１電極側に高温域が形成され易くなる。これにより、例えば、硬さが最小または極小となる位置が、第１電極側寄りになった改質部の形成が可能となる。
【００２７】
第２接触面積（Ｓ２）に対する第１接触面積（Ｓ１）の割合である接触面積比（Ｓ１／Ｓ２）は０．２以上、０．２５以上さらには０．３５以上とするとよい。接触面積比が過小になると、電流集中により、局部的な過熱、溶融等が生じ得る。敢えていうと、接触面積比は０．７以下さらには０．５以下とするとよい。接触面積比が過大である（１に近い）と、第１接触面積と第２接触面積が略同じとき（接触面積比が１のとき）との大差がない。
【００２８】
ちなみに、本明細書でいう「接触面積」は、電極の先端面と基材（局部）の表面とが実際に接触していると考えられる面積である。接触する両面が平坦面であれば、電極の先端面の面積を接触面積とすればよい。電極の先端面と基材の表面との少なくとも一方が曲面の場合、電極と基材との接触部に現れる打痕の水平投影面積を、接触面積として代用する。
【００２９】
（３）電気伝導率
電極を構成する金属（「電極材」ともいう。）の電気伝導率は、一対の電極間で同じでもよいし、異なっていてもよい。電気伝導率を意図的に変えることにより、局部内の電流密度分布を変化させ得る。これにより、ジュール加熱される改質部内の温度分布ひいては金属組織分布も変化し、所望の特性分布（例えば硬さ分布）を有する改質部の形成が可能となり得る。
【００３０】
例えば、第１金属の電気伝導率を第２金属の電気伝導率よりも小さくする。この場合、通電時の局部内の電流密度は第１電極側で大きくなり、第２電極側よりも第１電極側に高温域が形成され易くなる。これにより、例えば、硬さが最小または極小となる位置が第１電極側寄りになった改質部の形成が可能となる。
【００３１】
第２金属の電気伝導率（σ２）に対する第１金属の電気伝導率（σ１）の割合である電気伝導比（σ１／σ２）は０．２以上、０．３５以上さらには０．４５以上とするとよい。電気伝導比が過小になると、第１電極自体の発熱量が増加して効率的でない。敢えていうと、電気伝導比は０．８以下さらには０．６以下とするとよい。電気伝導比が過大である（１に近い）と、電気伝導比が１のときとの大差がない。
【００３２】
ちなみに、電気伝導率（導電率）は、抵抗率（比抵抗）の逆数であり、国際単位系（ＳＩ）では「Ｓ／ｍ」が用いられる。但し、本明細書では、適宜、日本粉末冶金工業規格ＪＰＭＡ−５に準拠して、国際的に採択された焼鈍標準軟銅（ＩＡＣＳ：international annealed copper standard）の比抵抗（１．７２４１×１０-２μΩｍ）に相当する電気伝導率（１００％ＩＡＣＳ）に対する割合である「％ＩＡＣＳ」により、電気伝導率を指標する。
【００３３】
電極材の電気伝導率により、局部の発熱分布が変化する理由は次のように考えられる。図６に示すように、金属材料は、電気伝導率と熱伝導率がほぼ比例関係となる。このため、電気伝導率の小さい電極材は熱伝導率も小さく、逆に、電気伝導率の大きい電極材は熱伝導率も大きくなる。例えば、電気伝導率の小さい第１金属は熱伝導率も小さく、第１電極からの放熱量も少ない。その結果、第１電極側には、第２電極側よりも高温域が形成され易くなる。なお、図６に示した電気伝導率と熱伝導率は、日本アルミニウム協会  アルミニウム材料データベースから抜粋したデータに基づいてプロットした。
【００３４】
電極材は、大電流の通電と加圧力の印加に適した金属であるとよい。例えば、純銅（無酸素銅、タフピッチ銅、リン脱酸銅等）の他、クロム銅、ジルコニウム銅、クロム・ジルコニウム銅、アルミナ分散銅、ベリリウム銅等が電極材に用いられる。このような電極材は、例えば、ＪＩＳ  Ｚ３２３４（２種）、またはＲＷＭＡ（Resistance Welder Manufacturer’s Association／米国抵抗溶接機製造者協会）のGroupＡ（Class２）に準拠して選択される。電極材の代表例は、電気伝導率と強度に優れるクロム銅（Ｃｒ：０．５〜１．４質量％、Ｃｕ：残部）である。このような銅系の電極材の電気伝導率は、例えば、５５〜９５％ＩＡＣＳ、６０〜９０％ＩＡＣＳさらには６５〜８５％ＩＡＣＳである。
【００３５】
その他の電極材として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅タングステン（Ｃｕ−Ｗ）、銀タングステン（Ａｇ−Ｗ）、ヘビーアロイ（Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ系材）、Ｗ−ＴｉＮ系材等もある。これらの電極材は、比較的電気伝導率が小さいため、電気伝導比を１未満（σ１／σ２＜１）とするときの第１金属（電極材）となる。このような電極材の電気伝導率は、例えば、５〜５５％ＩＡＣＳ、１０〜５０％ＩＡＣＳさらには１５〜４５％ＩＡＣＳである。
【００３６】
（４）その他
第１接触面積と第２接触面積が異なるとき、第１金属と第２金属は、電気伝導率が同じでも異なっていてもよい。同様に、第１金属の電気伝導率と第２金属の電気伝導率が異なるとき、第１接触面積と第２接触面積は同じでも異なっていてもよい。各電極の接触面積と電気伝導率は、所望する局部の特性分布に応じて、自在に組み合わせるとよい。
【００３７】
ちなみに、一対の電極間の電気伝導率または接触面積が略同じとき、電極間の中央域（局部の中心部）で高温となり易い。ジュール熱自体は電極間の最短経路（通電路）に沿って生じるが、中央域は電極からの冷却や局部表面からの放熱の影響が小さいためである。なお、本明細書でいう「略同じ」とは、敢えていうと、一方が他方の９０％〜１１０％にあるときである。
【００３８】
各電極材は基材（Ａｌ合金）よりも電気伝導率が大きいため、通電時、各電極の自己発熱は基材の自己発熱よりも小さい。但し、電極も、自己発熱や基材からの熱伝達により相応に高温になり得る。そこで、電極自体の強度や電極による局部の冷却性等を確保するため、電極は強制冷却（水冷等）されてもよい。
【００３９】
《改質工程》
改質工程は、基材の局部に圧接（加圧されつつ当接）された各電極へ通電することによりなされる。ここでは、電極の基材への加圧と電極間の通電について説明する。
【００４０】
（１）加圧
電極から局部への加圧力（圧接力）は、局部の表面状況、Ａｌ合金の組成や種類等に応じて調整され得る。加圧力は、例えば、５〜７０Ｎ／ｍｍ２、１５〜５０Ｎ／ｍｍ２または２５〜４５Ｎ／ｍｍ２である。加圧力が過小であると、接触抵抗が増加する。また、基材が鋳物である場合、局部にブリスタが生じ易くなる。加圧力が過大になると、基材の変形（陥没等）や電極の変形（摩耗、座屈等）が生じ易くなる。
【００４１】
（２）通電
電極から局部への通電も、局部の形態、Ａｌ合金の組成や種類、所望特性等に応じて調整され得る。電流密度は、例えば、５０〜６００Ａ／ｍｍ２、１００〜５００Ａ／ｍｍ２または２００〜４５０Ａ／ｍｍ２である。通電時間は、例えば、１００〜４０００ｍｓｅｃ、４００〜３０００ｍｓｅｃまたは５００〜２０００ｍｓｅｃである。電流密度や通電時間が過小では、加熱が不十分となる。電流密度や通電時間が過大になると、変形の増大や液相の出現を招く。
【００４２】
改質工程は、局部に液相が生じさせない範囲でなされるとよい。つまり、局部の温度が液相線温度未満となる範囲で通電されるとよい。局部に液相が生じると、組織の粗大化等を生じて、局部における特性制御が難しくなる。通電は、局部の表面温度が、例えば、３５０〜６５０℃、４００〜６００℃さらには４５０〜５５０℃となる範囲でなされるとよい。
【００４３】
なお、液相線温度未満は、Ａｌ合金の液相が０．２質量％出現する温度未満としてもよい。「Ａｌ合金の液相が０．２質量％出現する温度」は、各Ａｌ合金（組成）毎に、統合型熱力学計算ソフトウェアー "Thermo-Calc" を用いた凝固計算を行って得られた液相率と温度との関係から求まる。
【００４４】
なお、本明細書でいう「局部の表面温度」は、電極が接触する部分（電極接触部）またはその極近傍における表面温度を、その周辺に設置した熱電対（例えば、Ｋ熱電対）で測温して求まる。その最高温度が上述した範囲内にあるとよい。
【００４５】
（３）処理パターン
改質工程の開始から終了までの間で、加圧力が変化する形態（「加圧パターン」という。）や電流密度が変化する形態（「通電パターン」という。）は、種々あり得る。例えば、開始直後または終了間際を除いて、加圧力や電流密度が一定値に保持される方形パターンまたは台形パターン（「基本パターン」という。）がある。
【００４６】
加圧力および／または電流密度が、途中で変化する変則パターンを採用してもよい。変則パターンは、一つの局部を加熱する際に（つまり１回の改質工程中に）、電流密度等が一定周期で変化し、それを複数サイクル行うサイクルパターンでもよい。変則パターンは、通常、制御の容易な電流密度だけを変化させれば足る。
【００４７】
《改質部》
改質部は、改質前の局部（基材）の特性が変化したものであればよい。その特性と程度は、適宜、調整される。特性は、例えば、延性、靱性、伸び、強度等の機械的性質であり、それらの代表的な指標として硬さがある。
【００４８】
改質部は、例えば、周辺部よりも高延性とした延性部でもよい。延性部は、周辺部よりも、例えば、表面硬さや厚さ方向の平均硬さが小さい。また改質部は、厚さ方向における硬さが最小または極小となる位置が厚さ中央よりも表面側に偏った硬さ分布を有するものでもよい。このような延性部は、ＳＰＲ、ボルト等の機械的な方法により、他部材をＡｌ合金部材に接合する部位（接合部）として好ましい。
【００４９】
本明細書でいう硬さは、対象部位を含む断面を、マイクロビッカース硬度計（例えば、株式会社明石製作所製 ＭＶＫ−Ｅ）を用いて測定される。測定は、鏡面まで研磨した観察片を用いて、荷重：１００ｇ、負荷時間：１５秒間として行う。こうして測定されたビッカース硬さを「ＨＶ０．１」で示す。なお、硬さは、表面から２００μｍ以上深い位置から測定を開始する。改質部の硬さは、電極の先端面が接していた局部の最表面の中央付近から延びる法線方向に沿って測定する。
【００５０】
硬さ分布は、特に断らない限り、２００μｍピッチ間隔で測定したビッカース硬さで示す。平均硬さは、表面から、その法線方向に延びる厚さ中央（肉厚中心）までの間で、２００μｍピッチ間隔で測定した各硬さの算術（相加）平均値とする。表面硬さは、表面から２００μｍの深さ位置において測定した硬さとする。
【００５１】
基準となる周辺部（基部：非加熱部な基材部分）の硬さは、局部加熱の影響が及んでいない領域の硬さとする。熱影響部の幅は高々１〜２ｍｍ程度であるので、電極接触部の外周縁（または内周縁）から外側（または内側）に２ｍｍ以上離間した領域（位置）を周辺部とすればよい。
【００５２】
局部を高延性化する場合、改質部の表面硬さは、周辺部の表面硬さに対して、例えば、９０％以下、８５％以下さらには８０％以下であるとよい。また、改質部における最小または極小の硬さは、改質部の表面硬さに対して、例えば、８５％以下、７５％以下さらには６５％以下であるとよい。
【００５３】
《Ａｌ合金部材》
（１）基材
基材は、Ａｌ合金からなる鋳物でも展伸材でもよい。いずれの場合でも、基材の局部がジュール加熱されると、金属組織の変化、製造時に導入された各種の歪みの緩和・解放等が生じて、特性（主に機械的性質）が改善される。
【００５４】
基材が鋳物の場合であれば、Ａｌ合金組成にも依るが、改質工程により局部の延性または靱性が向上し得る。この理由は次のように考えられる。鋳物は所定温度以上に昇温されると、金属組織（基地）中にあった析出相（Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｉ、ＣｕＡｌ２等）が、α−Ａｌ内に再固溶される。また、鋳造時に晶出した角張った結晶（共晶相等）も、丸みをおびた形状へ変化（つまり球状化）する。さらに、鋳造時に蓄積された内部歪も、緩和または解消される。これらのことが相加的または相乗的に作用して軟化（高延性化、高靱性化）する。
【００５５】
改質工程では、極短時間内に局部だけが所望温度まで急速に昇温した後、その局部は通電終了後に電極を通じて急冷される。このため、特性変化を生じる範囲は、電極（先端面）の接触部分かその極近傍域（つまり局部）に限られる。この結果、局部を軟化させつつも、Ａｌ合金鋳物全体としての実体強度の低下や熱歪みの発生等を回避できる。さらに、局部は加圧されつつ昇温するため、鋳造時に導入された内在ガスが局部内にあっても、それに起因したブリスタが発生することも抑止される。
【００５６】
鋳物は、ダイカスト鋳造されたものでも、低圧鋳造されたものでも、重力鋳造されたものでもよい。また、金型鋳造されたものに限らず、砂型鋳造されたものでもよい。鋳造用Ａｌ合金は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等である。Ａｌ−Ｓｉ系合金は、例えば、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ８Ａ（ＪＩＳ）等である。Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金は、例えば、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２（ＪＩＳ）等である。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、例えば、欧州で開発されたＭａｇｓｉｍａｌ−５９等である。
【００５７】
なお、鋳物は、非熱処合金からなる他、熱処理合金（Ａｌ−Ｃｕ系合金等）からなってもよい。熱処理合金からなる鋳物は、所望の熱処理後に改質工程がなされるとよい（この点は、後述する展伸材についても同様である）。鋳造用合金の一例として、例えば、Ｓｉ：６〜１２％と、任意に、Ｍｇ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．２〜１．２％、Ｆｅ：０．０５〜１％、Ｃｕ：１〜５％、微量元素（Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｂ等の合計）：０．００３〜０．０５％の一種以上とを含み、残部がＡｌおよび不純物であるＡｌ合金がある。
【００５８】
展伸材は、プレス成形、鍛造等の塑性加工されたものでも、切削加工されたものでもよい。展伸材は、いずれの系統のＡｌ合金でもよい。純Ａｌ（ＪＩＳ  １０００系）でもよいが、改質工程の基材として合金成分を相応に含むＡｌ合金系（ＪＩＳ  ２０００系〜７０００系）が好ましい。展伸材は、例えば、Ａｌ−Ｃｕ系合金（ＪＩＳ  ２０００系）、Ａｌ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ  ５０００系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ  ６０００系）等の展伸用Ａｌ合金であるとよい。
【００５９】
基材が展伸材の場合でも、Ａｌ合金組成、改質工程の条件（電流密度、通電時間等）を調整すれば、溶質元素の固溶（溶体化）や析出（時効）等により、延性、靱性または強度等が向上した改質部が形成され得る。塑性加工（特に冷間塑性加工）された展伸材（基材）からなる局部に改質工程を行う場合なら、加工歪みや残留応力の解放等により、延性や靱性が向上した改質部が得られる。
【００６０】
ちなみに、図６に示すように、展伸材（展伸用Ａｌ合金）は鋳造材（鋳造用Ａｌ合金）よりも、電気伝導率が高い。このため、展伸材は鋳造材よりも自己発熱し難い（ジュール加熱され難い）ともいえる。但し、上述したように、一方の電極の接触面積や電気伝導率を調整して電流密度を高めれば、展伸材（基材）からなる局部でも、所望の改質が可能となる。ちなみに、展伸材の電気伝導率が高い理由は、その金属組織が鋳造組織（図５参照）と異なり、微細で均質的なためと考えられる。
【００６１】
（２）形態・用途
Ａｌ合金部材の形態や用途は様々である。形態や用途に応じて、改質部の形状、大きさ、数等も適宜調整されるとよい。各改質部の表面形状は、円形、角形、方形等のいずれでもよく、通常、電極の先端面の形状に略依存する。その大きさは、例えば、１０〜１ｃｍ２さらには５〜２ｃｍ２程度である。改質部が複数あるとき、各改質部は、離散的に配設したものでもよいし、隣接間で部分的に重畳させて連続的に配設したものでもよい。
【００６２】
改質部は、例えば、他部材が機械的に接合される接合部（接合予定部を含む）となる。軟化または高延性化された改質部を接合部に利用すると、部材全体の強度等を維持しつつ、接合時や接合後の割れ等を抑制できる。
【００６３】
なお、本明細書でいう機械的な接合は、例えば、ネジ（ボルト・ナット等）やリベットによりなされる。リベットは、予め形成した孔へ挿入された後にかしめられるものでも、自己穿孔式のもの（ＳＰＲ：Self Piercing Rivet／セルフピアシングリベット）でもよい。局所的に大きな塑性変形を伴うＳＰＲの打鋲が軟化または高延性化された改質部でなされると、割れが防止される。
【００６４】
ＳＰＲ接合する場合、改質部の大きさは、ＳＰＲの頭部の大きさに対して、例えば、２〜３倍とすればよい。具体的にいうと、例えば、改質部の直径または一辺を１５〜２５ｍｍの円形状または方形状とするとよい。このような改質部は、電極の先端面の形状や大きさにより調整される。
【００６５】
機械的に接合される他部材（被接合部材）は、Ａｌ合金部材と同種材でもよいが、通常、金属や樹脂等の異種材である。ＳＰＲ接合する場合、被接合部材はリベットが貫通可能な（薄）板状であるとよい。
【実施例】
【００６６】
様々な試料（Ａｌ合金部材）を製作し、それらの硬さ分布や金属組織等を評価した。このような具体例を挙げつつ、本発明をさらに詳しく説明する。
【００６７】
《試料の製造》
（１）基材
基材（母材）として、Ａｌ合金からなる板状の鋳物（１００ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍ）を用意した。この鋳物はダイカスト鋳造により製作した。ダイカスト鋳造は、工具鋼（ＪＩＳ  ＳＫＤ６１）からなる金型のキャビティへ、調製した溶湯を射出して行った。鋳造条件は、湯温：６３０℃、型温：２００℃、鋳造圧力：４０ＭＰａ、射出速度：２ｍ／ｓとした。
【００６８】
溶湯の調製は、下記の組成に秤量した原料（金属、化合物）を大気中で溶解して行った。下記の組成を有するＡｌ合金の場合、液相が０．２質量％出現する温度は５７２℃である。合金組成は（溶湯）全体（１００質量％）に対する質量割合である。
合金組成：Ａｌ−９％Ｓｉ−０．２１％Ｍｇ−０．３８％Ｍｎ−０．１２％Ｆｅ
【００６９】
（２）加圧・通電（改質工程）
図１に示すように、上述した基材ｗの中央部（局部）を一対の電極１（第１電極）と電極２（第２電極）で挟持して加圧および通電を行った。各電極には、先端面が平坦な円形状であるＦ形電極チップを用いた。各電極のサイズ（外径）または材質は、後述するように種々変更した。
【００７０】
加圧および通電は、スポット溶接機（ＡＲＴ−ＨＩＫＡＲＩ株式会社製）により行った。その際、電極と基材の接触領域の外周縁近傍における表面温度を、Ｋ熱電対により適宜測定した。
【００７１】
加圧および通電のパターンを図２（実線部分）に示した。先ず、電極の先端面を基材の中央部表面に接触させ、電極から基材へ加圧力を印加する（区間I）。次に、その加圧状態のまま、電極から基材へ通電を開始し、一定の電流値を所定時間供給する（区間II）。通電終了後、電極から基材への加圧力を除去して、電極を基材から離脱させる（区間III）。なお、図２中に破線で示すように、通電途中で電流値を変更する変則パターンを採用することもできる。
【００７２】
本実施例でいう通電時間は、通電開始から通電終了までの時間（図２の区間IIの全時間）である。電流値が一定な時間は、その通電時間の約９０％である。また、本実施例でいう加圧力と電流密度は、電極から基材へ印加される荷重と電流値を、電極と基材の接触面積で除した値である。
【００７３】
（３）接触面積
先端側の外径（呼び径）が異なるクロム銅製電極チップ（ＳＭＫ株式会社製／８０％ＩＡＣＳ）を種々用意した。これらから選択した１対の電極を電極１と電極２として、上述した加圧・通電を行った。各電極の電流密度、接触面積比および通電時間を表１に併せて示した。なお、電極間の加圧力（荷重）は４ｋＮで一定とした。また、各電極の先端面１ａ、２ａの面積を接触面積として、その面積比を接触面積比とした。表１に示した電流密度は、通電時の電流値（一定制御）を、電極と基材の接触面積で除して求めた。
【００７４】
ちなみに、各試料で用いた電極１と電極２の各外径は次の通りである。
試料１１：φ１０ｍｍ（両電極は同径）、試料１２：φ１０ｍｍとφ１５ｍｍ、
試料１３：φ８ｍｍとφ１５ｍｍ、試料Ｃ１：φ６ｍｍとφ１５ｍｍ
【００７５】
（４）電気伝導率
材質が異なる電極チップを種々用意した。これらから選択した１対の電極を電極１と電極２として、上述した加圧・通電を行った。各電極の材質（第１金属、第２金属）と電気伝導率の比率（電気伝導比）および通電時間を表２に併せて示した。
【００７６】
なお、各電極の外径：φ１２ｍｍ、電極間の加圧力：３５．４Ｎ／ｍｍ２（荷重：４ｋＮとして、いずれも一定とした。表２に示した電流密度も、通電時の電流値（一定制御）を、電極と基材の接触面積で除して求めた。
【００７７】
ちなみに、各試料で用いた電極材の電気伝導率は次の通りであった。
Ｃｒ銅：８０％ＩＡＣＳ（株式会社エスエムケイ製  Ｃｒ銅電極）
Ｗ：３１％ＩＡＣＳ（日本タングステン株式会社製  Ｗ電極）
黒鉛：４％ＩＡＣＳ（東京炭素工業株式会社製  グラファイト電極）
【００７８】
《測定・観察》
（１）硬さ
既述した方法により、各試料の供試材から製作した観察片を用いて、各位置におけるビッカース硬さ（ＨＶ０．１）を測定した。
【００７９】
硬さ測定は、各観察片について、最表面（基準：０μｍ）から約２００μｍ毎の位置で行った。通電加熱した局部（改質部）は、電極が接触していた中央付近において、表面から内部に向けて硬さを測定した。また、通電加熱を行わなかった試料Ｃ０の観察片（母材）についても、同様に硬さ測定を行った。
【００８０】
一対の電極間で接触面積比を種々変更した試料１１〜１３および試料Ｃ１に関する測定結果を図３に示した。また、一対の電極間で電気伝導比を種々変更した試料２１、２２および試料Ｃ２に関する測定結果を図４に示した。
【００８１】
（２）金属組織
通電加熱した局部の金属組織（試料１１）と、非加熱の基材（基部／周辺部）の金属組織（試料Ｃ０）を図５に対比して示した。いずれの金属組織も、鏡面研磨後の観察片を光学顕微鏡（×１０００倍）で観察した。
【００８２】
《評価》
（１）硬さ
図３および図４から明らかなように、通電加熱された局部（改質部）は、その処理前（試料Ｃ０）の基材（基部／周辺部）に対して、全体的に硬さが小さくなっており、軟化（高延性化）していた。
【００８３】
また、接触面積比や電気伝導比を変更することにより、硬さが最小または極小となる位置が、厚さ中央から表面側へシフトした。さらに、接触面積比または電気伝導比を小さくするほど、硬さが最小または極小となる位置が表面側に近くなると共に、その位置における硬さも小さくなる傾向が確認された。
【００８４】
（２）金属組織
図５から明らかなように、通電加熱した局部の金属組織は、その処理前の金属組織に対して、共晶Ｓｉ等が丸みをおびていることがわかった。このような金属組織の変化が、上述した硬さの変化として現れていると考えられる。
（３）その他
試料Ｃ１のように、接触面積比を過小にすると、接触面積が小さい電極１の近傍で、基材が局部溶融を生じた。
【００８５】
試料Ｃ２のように、電気伝導比を過小にすると、電気伝導率が小さい電極１自体が過熱されて高温となり、電極１からの熱伝達により局部の表面近傍が軟化した。しかし、基材自体のジュール発熱は小さいため、局部の中央側（内部）はあまり軟化しなかった。
【００８６】
以上のことから、改質工程により、局部の特性（例えば硬さ）を変化させられることと、接触面積比や電気伝導比を調整することにより、特性の変化形態（例えば硬さ分布）を制御できるが確認された。
【００８７】
【表１】
2020153001.tif 000003
【００８８】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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