(57)【要約】  本発明は、成形加工性と、軽量性及び放熱性とを兼ね備え、十分な強度を有する金属積層材を提供することを目的とする。  ステンレス層／アルミニウム層の２層構造又は第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材であって、引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が、２００≦ＴＳ≦５５０であり、伸びＥＬが１５％以上であり、ステンレス層の表面硬度Ｈｖが３００以下である、前記金属積層材。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス層／アルミニウム層の２層構造又は第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材であって、
引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が、２００≦ＴＳ≦５５０であり、伸びＥＬが１５％以上であり、ステンレス層の表面硬度Ｈｖが３００以下である、前記金属積層材。
【請求項２】
厚みが５０μｍ〜５００μｍである、請求項１に記載の金属積層材。
【請求項３】
ステンレス層の平均結晶粒径が１．５μｍ〜１０μｍであり、且つ試料座標系ＴＤからの断面観察像において試料座標系ＮＤに沿った長さ１０μｍの直線を横切る剪断帯の数が５未満である、請求項１又は２に記載の金属積層材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のステンレス層／アルミニウム層の２層構造を有する金属積層材の製造方法であって、
表面硬度Ｈｖが３００以下であるステンレス箔をスパッタエッチングする工程と、
表面硬度Ｈｖが２０以上であるアルミニウム箔をスパッタエッチングする工程と、
前記ステンレス箔及び前記アルミニウム箔におけるスパッタエッチングした面を圧下率１０％以下で圧接し、ステンレス層／アルミニウム層の２層構造を有する金属積層材を得る工程と、
を含む、前記金属積層材の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材の製造方法であって、
表面硬度Ｈｖが３００以下である第１ステンレス箔をスパッタエッチングする工程と、
表面硬度Ｈｖが２０以上であるアルミニウム箔をスパッタエッチングする工程と、
前記第１ステンレス箔及び前記アルミニウム箔におけるスパッタエッチングした面を圧下率１０％以下で圧接し、第１ステンレス層／アルミニウム層の２層材を得る工程と、
前記２層材のアルミニウム層の面をスパッタエッチングする工程と、
表面硬度Ｈｖが３００以下である第２ステンレス箔をスパッタエッチングする工程と、
前記２層材及び前記第２ステンレス箔におけるスパッタエッチングした面を圧下率１０％以下で圧接し、第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材を得る工程と、
を含む、前記金属積層材の製造方法。
【請求項６】
得られた金属積層材を、さらに１００〜５００℃で熱処理を行う工程を含む、請求項４又は５に記載の金属積層材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属積層材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料は様々な分野で利用されており、例えば、モバイル電子機器などの電子機器用の放熱部材に用いられている。放熱部材に用いられる金属材料には、軽量性、高強度、高放熱性及び成形加工性が要求される。このような金属材料として、現在、高強度アルミニウム材や、ステンレスとカーボンシートを積層した積層材が広く用いられている。【０００３】
しかし、高強度アルミニウム材は、軽量であり、放熱性に優れるものの、成形加工性に乏しい。一方、ステンレス及びカーボンシートの積層材は、成形加工性に優れるものの、カーボンシートが極めて高価であり、また、アルミニウム材と比較して放熱性が劣る。【０００４】
放熱部材用の他の金属材料として、２つ以上の金属板又は金属箔を積層した金属積層材（クラッド材）も検討されており、例えば、ステンレスとアルミニウムの金属積層材が検討されている。ステンレスとアルミニウムの金属積層材は、アルミニウムの軽量性及び放熱性と、ステンレスの成形加工性の両方の特性を有する点で優れている。ステンレスとアルミニウムの金属積層材として、例えば、特許文献１〜３のものが知られている。【０００５】
特許文献１には、硬質層と軟質層とを積層してなる硬軟積層材において、硬軟積層材の少なくとも１つの接合面が、接合されるそれぞれの面を活性化処理して当接し、重ね合わせて積層接合してなることを特徴とする硬軟積層材が記載されており、硬質層がステンレス層からなり、軟質層がアルミニウム層からなることも記載されている。【０００６】
特許文献２には、外層材をアルミニウム材として、芯材をステンレス鋼からなることを特徴とする３層クラッド構造を有する電子機器用放熱板素材が記載されている。【０００７】
特許文献３には、ステンレス鋼板の一方の表面にＡｌを主成分とするＡｌ基金属からなる硬質アルミニウム板を接合したクラッド材であって、前記ステンレス鋼板の硬度がＨｖ４００以下であり、一方前記硬質アルミニウム板の硬度がＨｖ４０以上であり、且つステンレス鋼板と硬質アルミニウム板との接合強度が０．３ｋｇｆ／ｃｍ以上であるアルミニウム・ステンレス鋼クラッド材が記載されている。【０００８】
ステンレスとアルミニウムの金属積層材は、冷間圧延で製造すると、ステンレス及びアルミニウムが加工硬化により硬くなり、成形加工性が悪くなってしまう。得られた金属積層材において、加工硬化したアルミニウムは、熱処理をして再結晶することで軟質化することができるが、ステンレスの再結晶温度はアルミニウムの融点よりも高いため、ステンレスの再結晶が可能な温度域にて熱処理を行うとアルミニウムが溶融してしまう。このため、冷間圧延で製造したステンレスとアルミニウムの金属積層材では、製造後に、加工硬化したステンレス及びアルミニウムの両方を再結晶することはできず、十分な成形加工性を有するものを得ることは難しく、特に、金属積層材の厚みがある程度厚い場合には、金属積層材は、ステンレスの硬度が上昇してもある程度の成形加工性を有することができるが、金属積層材の厚みが、例えば５００μｍ以下と薄い場合には、成形加工性が低くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３０６４５８号公報
【特許文献２】特開２０１５−６２９２２号公報
【特許文献３】特開２０００−３１２９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記の通り、ステンレスとアルミニウムの金属積層材では、厚みが薄い場合、成形加工性に優れるステンレスの特性と、放熱性及び軽量性に優れるアルミニウムの特性とを兼ね備え、十分な強度を有する金属積層材を得ることは難しかった。【００１１】
そこで本発明は、成形加工性と、軽量性及び放熱性とを兼ね備え、十分な強度を有する金属積層材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】
【００１２】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、ステンレスとアルミニウムの金属積層体において、特定の機械特性を有する金属積層材が、成形加工性と、放熱性及び軽量性とを兼ね備え、十分な強度を有することを見出し、発明を完成した。すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）ステンレス層／アルミニウム層の２層構造又は第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材であって、引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が、２００≦ＴＳ≦５５０であり、伸びＥＬが１５％以上であり、ステンレス層の表面硬度Ｈｖが３００以下である、前記金属積層材。
（２）厚みが５０μｍ〜５００μｍである、上記（１）に記載の金属積層材。
（３）ステンレス層の平均結晶粒径が１．５μｍ〜１０μｍであり、且つ試料座標系ＴＤからの断面観察像において試料座標系ＮＤに沿った長さ１０μｍの直線を横切る剪断帯の数が５未満である、上記（１）又は（２）に記載の金属積層材。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載のステンレス層／アルミニウム層の２層構造を有する金属積層材の製造方法であって、表面硬度Ｈｖが３００以下であるステンレス箔をスパッタエッチングする工程と、表面硬度Ｈｖが２０以上であるアルミニウム箔をスパッタエッチングする工程と、前記ステンレス箔及び前記アルミニウム箔におけるスパッタエッチングした面を圧下率１０％以下で圧接し、ステンレス層／アルミニウム層の２層構造を有する金属積層材を得る工程とを含む、前記金属積層材の製造方法。
（５）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材の製造方法であって、表面硬度Ｈｖが３００以下である第１ステンレス箔をスパッタエッチングする工程と、表面硬度Ｈｖが２０以上であるアルミニウム箔をスパッタエッチングする工程と、前記第１ステンレス箔及び前記アルミニウム箔におけるスパッタエッチングした面を圧下率１０％以下で圧接し、第１ステンレス層／アルミニウム層の２層材を得る工程と、前記２層材のアルミニウム層の面をスパッタエッチングする工程と、表面硬度Ｈｖが３００以下である第２ステンレス箔をスパッタエッチングする工程と、前記２層材及び前記第２ステンレス箔におけるスパッタエッチングした面を圧下率１０％以下で圧接し、第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材を得る工程とを含む、前記金属積層材の製造方法。
（６）得られた金属積層材を、さらに１００〜５００℃で熱処理を行う工程を含む、上記（４）又は（５）に記載の金属積層材の製造方法。【００１３】
本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2015-193075号の開示内容を包含する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成形加工性と、放熱性及び軽量性とを兼ね備え、十分な強度を有する金属積層材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の金属積層材（２層材）の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の金属積層材（３層材）の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】実施例１〜３及び比較例１〜２で得られた金属積層材における表面硬度と張出高さとの関係を示すグラフである。
【図４】実施例１〜３及び比較例１で得られた金属積層材における引張強度と張出高さとの関係を示すグラフである。
【図５】実施例１〜３及び比較例１で得られた金属積層材における伸びと張出高さとの関係を示すグラフである。
【図６】実施例４〜５及び比較例３で得られた金属積層材における表面硬度と張出高さとの関係を示すグラフである。
【図７】実施例４〜５及び比較例３で得られた金属積層材における引張強度と張出高さとの関係を示すグラフである。
【図８】実施例４〜５及び比較例３で得られた金属積層材における伸びと張出高さとの関係を示すグラフである。
【図９】平均結晶粒径の算出に用いた走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の断面観察像である。図９Ａはステンレス箔１単体、図９Ｂは接合後（as clad）の金属積層材（実施例１−１）のステンレス層、図９Ｃは接合し熱処理した後の金属積層材（実施例１−２）のステンレス層を示す。
【図１０】平均結晶粒径の算出に用いた走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の断面観察像である。図１０Ａはステンレス箔２単体、図１０Ｂは接合し熱処理した後の金属積層材（実施例２−２）のステンレス層を示す。
【図１１】剪断帯の評価に用いた走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の断面観察像である。図１１Ａはステンレス箔１単体、図１１Ｂは接合し熱処理した後の金属積層材（実施例１−２）のステンレス層を示す。
【図１２】剪断帯の評価に用いた走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の断面観察像である。図１２Ａはステンレス箔３単体、図１２Ｂは接合し熱処理した後の金属積層材（比較例１−２）のステンレス層を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１７】
本発明の金属積層材は、ステンレスとアルミニウムを積層した、ステンレス層とアルミニウム層とを有する金属積層材である。本発明の金属積層材は、アルミニウムの片面のみにステンレスを積層させた、ステンレス層／アルミニウム層の２層構造を有する金属積層材（２層材）、又はアルミニウムの両面にステンレスを積層させた、第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材（３層材）である。アルミニウムの両面にステンレスを積層させた本発明の３層材は、ステンレスの両面にアルミニウムを積層させた３層材と比較して、成形加工性及び耐食性に優れる。
【００１８】
本発明の２層材は、アルミニウム表面を有するため、厚み及び厚み比率が同じ３層材と比較して放熱性に優れる。また、本発明の２層材は、３層材と比較して製造工程が少ないため、生産性及びコストの点で有利である。本発明の３層材は、積層材の両表面がステンレス層であるため、耐疵付き性及び耐食性に優れる。本発明において、金属積層材の用途や目的とする特性に応じて２層材又は３層材を選択できる。
Ｉ．材料
本発明の金属積層材に用いられるステンレスとしては、特に限定されずに、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ及びＳＵＳ４３０などのステンレス箔を挙げることができる。
【００１９】
本発明の金属積層材に用いられるステンレスの厚みは、特に限定されずに、通常５μｍ〜４００μｍであり、下限は好ましくは１０μｍ以上であり、さらにステンレスの表面硬度Ｈｖが２４９以下の場合には、ハンドリングの観点から２０μｍ以上がより好ましく、上限は好ましくは３００μｍ未満であり、より好ましくは２１０μｍ未満である。用いるステンレスの厚みが厚いほど、金属積層材の引張強度、伸び及び成形加工性を高くすることができる。
【００２０】
本発明の金属積層材に用いられるステンレスの表面硬度Ｈｖは、好ましくは３００以下であり、良好な成形加工性及びハンドリングの観点から、より好ましくは２８０以下であり、より成形性を求める場合には２４９以下が特に好ましい。なお、アルミニウムと圧接すると、ステンレスには加工ひずみが導入され、通常は表面硬度Ｈｖが上昇するが、接合前のステンレスの表面硬度Ｈｖと、アルミニウムとの接合後のステンレス層の表面硬度Ｈｖとの差は１００以内であることが好ましく、より好ましくは８０以内、さらに好ましくは５０以内である。硬度差が１００を超えるとステンレス層の加工ひずみが大き過ぎ、成形加工性が悪化するため好ましくない。本発明において、表面硬度Ｈｖは、例えばマイクロビッカース硬度計（荷重１００ｇｆ）を用い、JＩＳ  Ｚ  ２２４４（ビッカース硬さ試験−試験方法）に準じて測定することができる。
【００２１】
本発明の金属積層材に用いられるステンレスは、下記に定義した平均結晶粒径が１．５μｍ〜１０μｍであり、且つ試料座標系ＮＤに沿った長さ１０μｍの直線を横切る剪断帯の数が５未満であることが好ましい。平均結晶粒径及び剪断帯の数は、下記の金属積層材の場合と同様の方法により測定する。このようなステンレスを用い、金属積層材の製造において圧下率を下記の特定の範囲内に制御することにより、引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が、２００≦ＴＳ≦５５０であり、伸びＥＬが１５％以上であり、ステンレス層の表面硬度Ｈｖが３００以下である金属積層材を確実に得ることができる。接合前のステンレスにおいて剪断帯の数が多い場合、または金属積層材の製造における圧下率が高い場合は、積層後のステンレス層においても剪断帯の数が多くなり、成形加工性が低下するおそれがある。
【００２２】
本発明の金属積層材に用いられるアルミニウムとしては、特に限定されずに、純アルミニウム又はアルミニウム合金の箔を用いることができる。アルミニウム合金としては、ＪＩＳに規定の１０００系、３０００系及び５０００系などのアルミニウム合金を用いることができる。
【００２３】
本発明の金属積層材に用いられるアルミニウムの厚みは、特に限定されずに、通常１０μｍ〜４９０μｍであり、下限は好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上であり、上限は好ましくは４７０μｍ以下、より好ましくは４５０μｍ以下である。
【００２４】
本発明の金属積層材に用いられるアルミニウムの表面硬度Ｈｖは、特に限定されずに、例えば下限は２０以上であり、ハンドリングおよび耐疵付き性の観点から、好ましくは４０以上であり、上限は１５０以下、好ましくは１００以下である。
ＩＩ．金属積層材
図１に示すように、本発明の２層材１は、アルミニウム層１０の片面のみにステンレス層２１が接合された、ステンレス層２１／アルミニウム層１０の２層構造を有する。
【００２５】
図２に示すように、本発明の３層材２は、アルミニウム層１０の両面に第１ステンレス層２１及び第２ステンレス層２２が接合された、第１ステンレス層２１／アルミニウム層１０／第２ステンレス層２２の３層構造を有する。
【００２６】
本発明の金属積層材の厚みは、特に限定されずに、通常５０μｍ〜５００μｍであり、好ましくは５０μｍ〜４００μｍであり、より好ましくは５０μｍ以上３００μｍ未満であり、特に好ましくは５０μｍ〜２００μｍである。本発明において、金属積層材の厚みとは、２層材の場合にはステンレス層及びアルミニウム層の総厚みをいい、３層材の場合には第１ステンレス層、アルミニウム層及び第２ステンレス層の総厚みをいう。本発明の金属積層材は、厚みが薄くても良好な成形加工性を有するという驚くべき効果を奏する。
【００２７】
本発明の金属積層材において、アルミニウム層の厚みとステンレス層の厚みとの比（アルミニウム層の厚み／ステンレス層の厚み）は、例えば０．１〜１００であり、好ましくは０．３〜５０である。本発明の金属積層材において、アルミニウム層の厚みとステンレス層の厚みとの比が前記の範囲であると、軽量でありながら、十分な強度、成形加工性及びアルミニウム層とステンレス層との密着性を有することができる。
【００２８】
本発明の金属積層材は、引張強度ＴＳ（ＭＰａ）が２００≦ＴＳ≦５５０であり、金属積層材が良好な強度及び成形加工性を有するという観点から、好ましくは２００≦ＴＳ≦５００である。金属積層材の引張強度ＴＳが２００以上であると、金属積層材は十分な強度を有することができ、引張強度ＴＳが５５０以下であると、金属積層材は高い強度及び十分な成形加工性を有することができる。引張強度ＴＳは、例えばオートグラフＡＧＳ−５ｋＮＸ（(株)島津製作所製）を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（金属材料引張試験方法）に準じて測定することができる。
【００２９】
本発明の金属積層材は、伸びＥＬが１５％以上であり、良好な成形加工性の観点から、好ましくは２５％以上であり、より好ましくは３０％以上である。伸びＥＬはＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に記載される破断伸びの測定に準じて、例えば引張強度試験の試験片を用いて測定することができる。
【００３０】
本発明の金属積層材は、ステンレス層の表面硬度Ｈｖが３００以下であり、良好な成形加工性の観点から、好ましくは２８０以下である。本発明の金属積層材が３層材である場合、第１ステンレス層及び第２ステンレス層のいずれもが前記の表面硬度Ｈｖを有する。ステンレス層の表面硬度Ｈｖが２８０以下であると、金属積層材において、その表面硬度が高くなる原因となる固溶元素、析出物や加工ひずみによる影響が少ないため、より高い成形性を有することができ、成形加工性が不十分となるおそれが低い。
【００３１】
本発明の金属積層材は、前記の引張強度、伸び及びステンレス層の表面硬度という機械特性を有することにより、良好な成形加工性を有する。具体的には、本発明の金属積層材は、エリクセン試験による張出高さ（エリクセン値）が４．６ｍｍ以上であり、好ましくは５.０ｍｍ以上であり、より好ましくは６.０ｍｍ以上という高い成形加工性を有する。本発明において、エリクセン試験による張出高さは、例えば機械式エリクセン試験機ＥＳＭ−１（ＣＡＰ２ｍｍ、(株)東京衡機試験機製）を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４７（エリクセン試験方法）に準じて測定することができる。本発明の金属積層材は、金属積層材の厚みが薄い場合（例えば５０μｍ〜５００μｍ）であっても、前記の引張強度、伸び及びステンレス層の表面硬度の機械特性を有することにより、高い成形加工性を有するという驚くべき効果を奏する。
【００３２】
また、本発明の金属積層材においては、ステンレス層の平均結晶粒径が１．５μｍ〜１０μｍであり、且つ試料座標系ＴＤ（Transverse Direction）からの断面観察像において試料座標系ＮＤ（Normal Direction）に沿った長さ１０μｍの直線を横切る剪断帯の数が５未満であることが好ましい。これにより、高い成形加工性を得ることができる。平均結晶粒径は、より好ましくは１．５μｍ〜８．０μｍ、特に好ましくは２．０μｍ〜６．０μｍである。また、長さ１０μｍの直線を横切る剪断帯の数は、より好ましくは３以下、さらに好ましくは１以下、特に好ましくは０である。
【００３３】
なお、上記平均結晶粒径は、金属積層材の試料座標系ＴＤからの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面観察像において、結晶粒を３０個任意に選択し、１個の結晶粒について測定した長径及び短径の平均値をその結晶粒の粒径としたとき、３０個の結晶粒の粒径の平均値をいう。また、本発明において、横切る剪断帯の数は、金属積層材の試料座標系ＴＤからのＳＥＭによる断面観察像において、金属積層材の厚み方向（試料座標系ＮＤ）に沿って長さ１０μｍの直線を１０本引き、１本の直線を横切る剪断帯の数を１０本の直線について平均した値をいう。
【００３４】
ここで、本発明においては、ＲＤ（Rolling Direction）は圧延方向に、ＴＤ（Transverse Direction）は圧延直角方向に、ＮＤ（Normal Direction）は圧延面（板面）法線方向に一致する。
ＩＩＩ．金属積層材の製造方法
本発明の２層材は、表面硬度Ｈｖが３００以下であるステンレス箔をスパッタエッチングする工程（工程１）と、表面硬度Ｈｖが２０以上であるアルミニウム箔をスパッタエッチングする工程（工程２）と、前記ステンレス箔及び前記アルミニウム箔におけるスパッタエッチングした面を圧下率１０％以下で圧接し、ステンレス層／アルミニウム層の２層構造を有する金属積層材を得る工程（工程３）とを含む方法によって製造することができる。
【００３５】
本発明の２層材の製造方法の工程１及び２では、ステンレス箔及びアルミニウム箔の各接合面をスパッタエッチングする。
【００３６】
スパッタエッチング処理は、具体的には、ステンレス箔及びアルミニウム箔を、幅１００ｍｍ〜６００ｍｍの長尺コイルとして用意し、接合面を有するステンレス箔及びアルミニウム箔をそれぞれアース接地した一方の電極とし、絶縁支持された他の電極との間に１ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの交流を印加してグロー放電を発生させ、且つグロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極の面積を前記の他の電極の面積の１／３以下として行う。スパッタエッチング処理中は、アース接地した電極が冷却ロールの形をとっており、各搬送材料の温度上昇を防いでいる。
【００３７】
スパッタエッチング処理では、真空下でステンレス箔及びアルミニウム箔の接合する面を不活性ガスによりスパッタすることにより、表面の吸着物を完全に除去し、且つ表面の酸化膜の一部又は全部を除去する。酸化膜は必ずしも完全に除去する必要はなく、一部残存した状態であっても十分な接合力を得ることができる。酸化膜を一部残存させることにより、完全に除去する場合に比べてスパッタエッチング処理時間を大幅に減少させ、金属積層材の生産性を向上させることができる。不活性ガスとしては、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトンなどや、これらを少なくとも１種類含む混合気体を適用することができる。ステンレス箔とアルミニウム箔のいずれについても、表面の吸着物は、エッチング量約１ｎｍ程度で完全に除去することができる。
【００３８】
ステンレス箔についてのスパッタエッチング処理は、真空下で、例えば、１００Ｗ〜１０ＫＷのプラズマ出力、ライン速度１ｍ／分〜３０ｍ／分で行うことができる。この時の真空度は、表面への再吸着物を防止するため高い方が好ましいが、例えば、１×１０−５Ｐａ〜１０Ｐａであればよい。スパッタエッチング処理において、ステンレス箔の温度は、アルミニウム箔軟化防止の観点から、好ましくは常温〜１５０℃に保たれる。
【００３９】
表面に酸化膜が一部残存するステンレス箔は、ステンレス箔のエッチング量を、例えば１ｎｍ〜１０ｎｍにすることによって得られる。必要に応じて、１０ｎｍを超えるエッチング量としても良い。
【００４０】
アルミニウム箔についてのスパッタエッチング処理は、真空下で、例えば、１００Ｗ〜１０ＫＷのプラズマ出力、ライン速度１ｍ／分〜３０ｍ／分で行うことができる。この時の真空度は、表面への再吸着物を防止するため高い方が好ましいが、１×１０−５Ｐａ〜１０Ｐａであればよい。
【００４１】
本発明において、表面の酸化膜が一部残存するアルミニウムは、アルミニウムのエッチング量を、例えば１ｎｍ〜１０ｎｍにすることによって得られる。必要に応じて、１０ｎｍを超えるエッチング量としても良い。
【００４２】
本発明の２層材の製造方法の工程３では、ステンレス箔のスパッタエッチング処理した面と、アルミニウム箔のスパッタエッチング処理した面とを圧下率１０％以下で、例えばロール圧接により圧接して、ステンレス箔とアルミニウム箔を接合する。ロール圧接の圧延線荷重は、特に限定されずに、例えば０．１〜１０ｔｆ／ｃｍとすることができる。また、ロール圧接による接合時の温度は、特に限定されずに、例えば常温〜１５０℃である。
【００４３】
本発明の２層材の製造方法では、ステンレス箔とアルミニウム箔を圧接する際の圧下率は１０％以下であり、好ましくは３％以下である。圧下率が１０％以下であると、ステンレス層及びアルミニウム層に加工ひずみが多く入ることを回避することができ、得られる金属積層材の成形加工性が高くなる。また、圧下率が１０％以下であると、ステンレス層の剪断帯の数が多くなることにより成形加工性が低下することを回避することができる。なお、圧接の前後で各層の厚さは変わらなくても良いため、圧下率の下限値は０％である。
【００４４】
ロール圧接による接合は、ステンレス箔とアルミニウム箔表面への酸素の再吸着によって両者間の接合強度が低下するのを防止するため、非酸化雰囲気中、例えばＡｒなどの不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【００４５】
本発明の３層材は、前記の製造方法で得られる２層材のアルミニウム層の面をスパッタエッチングする工程（工程４）と、表面硬度Ｈｖが３００以下である第２ステンレス箔をスパッタエッチングする工程（工程５）と、前記２層材及び前記第２ステンレス箔におけるスパッタエッチングした面を圧下率１０％以下で圧接し、第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材を得る工程（工程６）とを含む方法によって製造することができる。
【００４６】
具体的には、本発明の３層材は、表面硬度Ｈｖが３００以下である第１ステンレス箔をスパッタエッチングする工程（工程１）と、表面硬度Ｈｖが２０以上であるアルミニウム箔をスパッタエッチングする工程（工程２）と、前記第１ステンレス箔及び前記アルミニウム箔におけるスパッタエッチングした面を圧下率１０％以下で圧接し、第１ステンレス層／アルミニウム層の２層材を得る工程（工程３）と、前記２層材のアルミニウム層の面をスパッタエッチングする工程（工程４）と、表面硬度Ｈｖが３００以下である第２ステンレス箔をスパッタエッチングする工程（工程５）と、前記２層材及び前記第２ステンレス箔におけるスパッタエッチングした面を圧下率１０％以下で圧接し、第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材を得る工程（工程６）とを含む方法によって製造することができる。
【００４７】
本発明の３層材の製造方法の工程４及び工程５では、２層材のアルミニウム層の面及び第２ステンレス箔の各接合面をスパッタエッチングする。スパッタエッチング処理は、工程４については前記の２層材の製造方法の工程２と同様にして行うことができ、工程５については、前記の２層材の製造方法の工程１と同様にして行うことができる。
【００４８】
本発明の３層材の製造方法の工程６では、得られた２層材のスパッタエッチング処理したアルミニウム層の面と、第２ステンレス箔のスパッタエッチング処理した面とを圧下率１０％以下で圧接して、２層材のアルミニウム層の面と、ステンレス箔とを接合する。この工程は、前記の２層材の製造方法の工程３と同様にして行うことができる。なお、元の供試材の厚みから最終の積層材へのトータルの圧下率を１０％以下とするのが好ましい。
【００４９】
前記の製造方法で得られた本発明の２層材及び３層材は、必要に応じて、さらに熱処理を行ってもよい。熱処理によって、アルミニウム層の加工ひずみが除かれ、各層の間の密着性を向上させることができる。この熱処理は、アルミニウムが溶融しない温度で行うことが好ましく、例えば５００℃以下の温度で熱処理を行うことが好ましい。
【００５０】
さらに、この熱処理は、少なくともステンレス層の金属元素がアルミニウム層に熱拡散する温度で行うことが好ましい。熱拡散する金属元素は、例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉである。この熱拡散により接合力が向上する。なお、ステンレス層に含まれる金属元素とアルミニウムとを相互に熱拡散させてもよい。
【００５１】
具体的には、１００℃〜５００℃の温度で金属積層材の熱処理を行うことができる。熱処理温度がこの範囲であると、熱拡散により、得られる金属積層材が高い接合力を有することができる。熱処理温度は、より接合力を向上させる観点から、好ましくは２００℃〜４００℃である。熱処理時間は、温度によって異なるが、例えば３００℃であれば１秒（昇温時間は含まない。）〜２４０分程度保持するとよい。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜３及び比較例１〜２）
第１ステンレス箔及び第２ステンレス箔として下記表１に示すステンレス箔１〜５のいずれかを用い、アルミニウム箔として下記表１に示すアルミニウム箔１又は２を用いて、３層構造を有する金属積層材を製造した。各供試材の特性値を表１に示す。【００５３】
【表１】
2017057665.tif 000003
【００５４】
材料又は金属積層材の引張強度ＴＳ、伸びＥＬ、表面硬度Ｈｖ及びエリクセン試験による張出高さ（エリクセン値）は以下の通りにして測定した。
［引張強度ＴＳ］
オートグラフＡＧＳ−５ｋＮＸ（(株)島津製作所製）を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（金属材料引張試験方法）に準じて測定した。
［伸びＥＬ］
引張強度試験の試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に記載される破断伸びの測定に準じて測定した。
［表面硬度Ｈｖ］
マイクロビッカース硬度計（荷重１００ｇｆ）を用い、JＩＳ  Ｚ  ２２４４（ビッカース硬さ試験−試験方法）に準じて測定した。
［エリクセン試験による張出高さ］
機械式エリクセン試験機ＥＳＭ−１（ＣＡＰ２ｍｍ、(株)東京衡機試験機製）を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４７（エリクセン試験方法）に準じて測定した。【００５５】
まず、第１ステンレス箔とアルミニウム箔に対してスパッタエッチング処理を施した。第１ステンレス箔についてのスパッタエッチングは、０．１Ｐａ下で、プラズマ出力８００Ｗ、ライン速度３．５ｍ／分にて実施し、アルミニウム箔についてのスパッタエッチングは、０．１Ｐａ下で、プラズマ出力２６００Ｗ、ライン速度３．５ｍ／分にて実施し、第１ステンレス箔及びアルミニウム箔の表面の吸着物を完全に除去した。第１ステンレス箔のエッチング量は約２ｎｍであり、アルミニウム箔のエッチング量は約６ｎｍであった。スパッタエッチング処理後の第１ステンレス箔とアルミニウム箔とを、常温で、圧延線荷重２ｔｆ／ｃｍ（圧延荷重０．４ＭＮ）で、圧下率０〜１％にてロール圧接により接合して、第１ステンレス層／アルミニウム層の２層材を得た。【００５６】
次に、２層材におけるアルミニウム層の面と、第２ステンレス箔に対してスパッタエッチング処理を施した。２層材についてのスパッタエッチングは、０．１Ｐａ下で、プラズマ出力２６００Ｗ、ライン速度３．５ｍ／分にて実施し、第２ステンレス箔についてのスパッタエッチングは、０．１Ｐａ下で、プラズマ出力８００Ｗ、ライン速度３．５ｍ／分にて実施し、２層材のアルミニウム層及び第２ステンレス箔の表面の吸着物を完全に除去した。２層材のアルミニウム層のエッチング量は約６ｎｍであり、第２ステンレス箔のエッチング量は約２ｎｍであった。続いて、２層材のアルミニウム層と第２ステンレス箔とを、常温で、圧延線荷重２ｔｆ／ｃｍ（圧延荷重０．４ＭＮ）で、圧下率０〜１％にてロール圧接により接合し、第１ステンレス層／アルミニウム層／第２ステンレス層の３層構造を有する金属積層材を得た。最終的に得られた積層材の圧下率は下記式１より算出され、約１％であった。
［式１］
（供試材の各厚みの総和−積層材の厚み）／（供試材の各厚みの総和）×１００（％）
得られた実施例１−１、２−１及び比較例１−１の金属積層材(as clad)について測定した特性値を表２に示す。【００５７】
【表２】
2017057665.tif 000004
【００５８】
表２に示すように、引張強度ＴＳが、２００≦ＴＳ≦５５０であり、伸びＥＬが１５％以上であり、ステンレス層の表面硬度Ｈｖが３００以下である金属積層材（実施例１−１及び２−１）では、エリクセン試験による張出高さは４．６ｍｍ以上であり、高い成形加工性を示した。一方、引張強度ＴＳ、伸びＥＬ及びステンレス層の表面硬度Ｈｖが前記の範囲でない金属積層材（比較例１−１）では、エリクセン試験による張出高さは４．６ｍｍ未満であり、成形加工性は十分でなかった。【００５９】
得られた金属積層材(as clad)を、さらに２５０℃で３０分間熱処理して、対応する実施例１−２、２−２及び比較例１−２の金属積層材を得た。また、同様にして実施例３−２及び比較例２−２の金属積層材を得た。熱処理後の金属積層材について測定した特性値を表３に示す。また、金属積層材におけるステンレス層の表面硬度Ｈｖ、引張強度ＴＳ及び伸びＥＬと、エリクセン試験による張出高さとの関係を、熱処理前の金属積層材(as clad)と、熱処理後の金属積層材についてまとめて図３〜図５に示す。【００６０】
【表３】
2017057665.tif 000005
【００６１】
表３及び図３〜図５に示すように、引張強度ＴＳが、２００≦ＴＳ≦５５０であり、伸びＥＬが１５％以上であり、ステンレス層の表面硬度Ｈｖが３００以下である金属積層材（実施例１−２〜３−２）では、いずれもエリクセン試験による張出高さが４．６ｍｍ以上となり、高い成形加工性を示した。一方、引張強度ＴＳ、伸びＥＬ及び表面硬度Ｈｖが前記の範囲でない金属積層材（比較例１−２）では、エリクセン試験による張出高さは４．６ｍｍ未満であり、成形加工性は十分でなかった。また、金属積層材の厚みが５９５μｍと厚い場合（比較例２−２）には、得られた金属積層材において、ステンレス層の表面硬度Ｈｖが３００超であっても、エリクセン試験による張出高さは４．６ｍｍ以上となり、高い成形加工性を示すことがわかった。【００６２】
また、表２及び表３より、熱処理を施すことによって、エリクセン試験による張出高さがやや高くなり、成形加工性が向上することがわかった。
（実施例４〜５及び比較例３）
ステンレス箔として前記表１に示すステンレス箔１〜３のいずれかを用い、アルミニウム箔として前記表１に示すアルミニウム箔３を用いて、２層構造を有する金属積層材を製造した。【００６３】
まず、ステンレス箔とアルミニウム箔に対してスパッタエッチング処理を施した。ステンレス箔についてのスパッタエッチングは、０．１Ｐａ下で、プラズマ出力８００Ｗ、ライン速度３．５ｍ／分にて実施し、アルミニウム箔についてのスパッタエッチングは、０．１Ｐａ下で、プラズマ出力２６００Ｗ、ライン速度３．５ｍ／分にて実施し、ステンレス箔及びアルミニウム箔の表面の吸着物を完全に除去した。ステンレス箔のエッチング量は約２ｎｍであり、アルミニウム箔のエッチング量は約６ｎｍであった。スパッタエッチング処理後のステンレス箔とアルミニウム箔とを、常温で、圧延線荷重２ｔｆ／ｃｍ（圧延荷重０．４ＭＮ）で、圧下率０〜１％にてロール圧接により接合して、ステンレス層／アルミニウム層の２層構造を有する金属積層材を得た。  【００６４】
得られた実施例４−１の金属積層材(as clad)について測定した特性値を表４に示す。【００６５】
【表４】
2017057665.tif 000006
【００６６】
表４に示すように、引張強度ＴＳが、２００≦ＴＳ≦５５０であり、伸びＥＬが１５％以上であり、ステンレス層の表面硬度Ｈｖが３００以下である実施例４−１の金属積層材は、エリクセン試験による張出高さが４．６ｍｍ以上であり、高い成形加工性を示した。【００６７】
得られた実施例４−１の金属積層材(as clad)を、さらに２５０℃で３０分間熱処理して、実施例４−２の金属積層材を得た。また、同様にして実施例５−２及び比較例３−２の金属積層材を得た。熱処理後の金属積層材について測定した特性値を表５に示す。また、金属積層材におけるステンレス層の表面硬度Ｈｖ、引張強度ＴＳ及び伸びＥＬと、エリクセン試験による張出高さ（表４及び表５の張出高さ(ｍｍ)(平均)）との関係を、熱処理前の金属積層材(as clad)と、熱処理後の金属積層材についてまとめて図６〜図８に示す。【００６８】
【表５】
2017057665.tif 000007
【００６９】
表５及び図６〜図８に示すように、引張強度ＴＳが、２００≦ＴＳ≦５５０であり、伸びＥＬが１５％以上であり、ステンレス層の表面硬度Ｈｖが３００以下である金属積層材（実施例４−２〜５−２）では、エリクセン試験による張出高さが４．６ｍｍ以上となり、高い成形加工性を示した。一方、伸びＥＬ及びステンレス層の表面硬度Ｈｖが前記の範囲でない金属積層材（比較例３−２）では、エリクセン試験による張出高さは４．６ｍｍ未満であり、成形加工性は十分でなかった。
（実施例６）
ステンレス箔と、アルミニウム箔又は２層材とを圧接して接合する際の好ましい圧下率を推定するために、実施例３−２で得られた金属積層材を、圧下率を変えて圧延し、圧延後の金属積層材について、エリクセン試験による張出高さを測定した。結果を表６に示す。表６において、圧下率０％のものが実施例３−２の金属積層材に相当する。【００７０】
【表６】
2017057665.tif 000008
【００７１】
表６より、圧下率が２０％以上の場合、金属積層材のエリクセン試験による張出高さが４．６ｍｍ未満となり、金属積層材の成形加工性が十分ではないが、圧下率が１０％以下の場合には、金属積層材のエリクセン試験による張出高さが４．６ｍｍ以上となり、成形加工性が十分であることが示された。このことから、ステンレス箔と、アルミニウム箔又は２層材とを圧接する際の圧下率は１０％以下であることが好ましいと推定される。
（実施例７）
＜平均結晶粒径の評価＞
上記実施例１−１、１−２及び２−２の金属積層材について、ステンレス層の平均結晶粒径を以下のようにして測定した。まず、各金属積層材のサンプルを、腐食液として約１／３に希釈した王水に１０〜１５分程度浸漬し、ステンレス層をエッチングした。その後、エッチングを施した各サンプルのステンレス層を試料座標系ＴＤからＳＥＭ（日立ハイテクノロジーズ社製、電解放出型走査電子顕微鏡ＳＵ８０２０）にて断面観察を行った。観察像から上記の定義に従って平均結晶粒径を算出した。また、参考のため、接合前のステンレス箔１及びステンレス箔２についても平均結晶粒径を測定した。測定結果を表７に示す。また、ステンレス箔１単体、ステンレス箔１を接合後（as clad、実施例１−１に相当）、及びステンレス箔１を接合し熱処理した後（実施例１−２に相当）のＳＥＭ観察像を図９Ａ〜Ｃにそれぞれ示す。さらに、ステンレス箔２単体、及びステンレス箔２を接合し熱処理した後（実施例２−２に相当）のＳＥＭ観察像を図１０Ａ〜Ｂにそれぞれ示す。図中、枠で囲まれた部分は結晶粒を表している。【００７２】
【表７】
2017057665.tif 000009
【００７３】
表７に示すように、成形加工性が良好な実施例１−１、１−２及び２−１の金属積層材のステンレス層の平均結晶粒径は１．５μｍ〜１０μｍの範囲内であった。なお、比較例１の金属積層材に用いたステンレス箔３（ＳＵＳ３１６Ｌ  Ｈ材）については、剪断帯が存在し、結晶粒径の測定は困難であった。
＜剪断帯の評価＞
次に、上記実施例１−２及び比較例１−２の金属積層材について、ステンレス層の試料座標系ＴＤからの断面観察像において試料座標系ＮＤに沿った長さ１０μｍの直線を横切る剪断帯の数を、上記の定義に従って測定した。測定に用いた装置は、上記の平均結晶粒径の評価において用いたものと同一である。また、参考のため、接合前のステンレス箔１及びステンレス箔３についても同様に剪断帯の数を測定した。測定結果を表８に示す。また、ステンレス箔１単体及びステンレス箔１を接合し熱処理した後（実施例１−２に相当）のＳＥＭ観察像を図１１のＡ〜Ｂにそれぞれ示す。さらに、ステンレス箔３単体、及びステンレス箔３を接合し熱処理した後（比較例１−２に相当）のＳＥＭ観察像を図１２のＡ〜Ｂにそれぞれ示す。図１２中、矢印は、剪断帯が直線を横切っている箇所を示している。【００７４】
【表８】
2017057665.tif 000010
【００７５】
表８及び図１１に示すように、実施例１−２の金属積層材のステンレス層については、直線を横切る剪断帯は観測されず、接合前のステンレス箔１にも剪断帯は確認されなかった。剪断帯を有しないステンレス層によって、金属積層材の高い成形加工性が得られたものと推測される。一方、成形加工性が十分でなかった比較例１−２の金属積層材のステンレス層には１６本もの剪断帯が観測され、接合前のステンレス箔３においても６本もの剪断帯が観測された。
【符号の説明】
【００７６】
１  金属積層材
２  金属積層材
１０  アルミニウム層
２１  （第１）ステンレス層
２２  第２ステンレス層
本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。
【図１】
2017057665.tif 000011
【図２】
2017057665.tif 000012
【図３】
2017057665.tif 000013
【図４】
2017057665.tif 000014
【図５】
2017057665.tif 000015
【図６】
2017057665.tif 000016
【図７】
2017057665.tif 000017
【図８】
2017057665.tif 000018
【図９】
2017057665.tif 000019
【図１０】
2017057665.tif 000020
【図１１】
2017057665.tif 000021
【図１２】
2017057665.tif 000022
【国際調査報告】
2017057665.tif 000023
2017057665.tif 000024
2017057665.tif 000025
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