(57)【要約】【課題】芯材と皮材とを安定して接合することができるクラッド板の製造方法を提供すること。【解決手段】アルミニウム板又はアルミニウム合金板である芯材の片面又は両面に、芯材よりも板厚が小さく、アルミニウム板又はアルミニウム合金板である皮材を熱間圧延により圧延圧着するクラッド板の製造方法である。熱間圧延の温度が３００℃以上、５５０℃以下である。皮材における芯材側の表面での表面粗さＲａｓが、熱間圧延を行う前に、０．２μｍ以上、２．０μｍ以下である。芯材における皮材側の表面での表面粗さＲａｃが、熱間圧延を行う前に、０．５μｍ以上、５．０μｍ以下である。圧延圧着された前記芯材と前記皮材との界面における表面粗さＲａｉと、前記表面粗さＲａｓと、前記表面粗さＲａｃとから算出されるＸが、０．２以上０．７以下である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム板又はアルミニウム合金板である芯材の片面又は両面に、前記芯材よりも板厚が小さく、アルミニウム板又はアルミニウム合金板である皮材を熱間圧延により圧延圧着するクラッド板の製造方法であって、
前記熱間圧延の温度が３００℃以上、５５０℃以下であり、
前記皮材における前記芯材側の表面での表面粗さＲａｓが、前記熱間圧延を行う前に、０．２μｍ以上、２．０μｍ以下であり、
前記芯材における前記皮材側の表面での表面粗さＲａｃが、前記熱間圧延を行う前に、０．５μｍ以上、５．０μｍ以下であり、
圧延圧着された前記芯材と前記皮材との界面における表面粗さＲａｉと、前記表面粗さＲａｓと、前記表面粗さＲａｃとから、下記式（１）により算出されるＸが、０．２以上０．７以下であるクラッド板の製造方法。
【数１】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はクラッド板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、芯材に皮材を圧延圧着するクラッド板の製造方法が知られている。特許文献１〜３には、芯材と皮材との界面における表面粗さを制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２５４３９１号公報
【特許文献２】特開平９−３０００８５号公報
【特許文献３】特許第３０９００３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のクラッド板の製造方法では、芯材と皮材とを安定して接合することは困難であった。本開示の一局面は、芯材と皮材とを安定して接合することができるクラッド板の製造方法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】
【０００５】
本開示の一局面は、アルミニウム板又はアルミニウム合金板である芯材の片面又は両面に、前記芯材よりも板厚が小さく、アルミニウム板又はアルミニウム合金板である皮材を熱間圧延により圧延圧着するクラッド板の製造方法であって、前記熱間圧延の温度が３００℃以上、５５０℃以下であり、前記皮材における前記芯材側の表面での表面粗さＲａｓが、前記熱間圧延を行う前に、０．２μｍ以上、２．０μｍ以下であり、前記芯材における前記皮材側の表面での表面粗さＲａｃが、前記熱間圧延を行う前に、０．５μｍ以上、５．０μｍ以下であり、圧延圧着された前記芯材と前記皮材との界面における表面粗さＲａｉと、前記表面粗さＲａｓと、前記表面粗さＲａｃとから、下記式（１）により算出されるＸが、０．２以上０．７以下であるクラッド板の製造方法である。
【０００６】
【数１】
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本開示の一局面であるクラッド板の製造方法によれば、芯材と皮材とを安定して接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】表面粗さＲａｉを測定する方法を表す説明図である。
【図２】３次元構築像５における界面１０７の例を表す説明図である。
【図３】圧延前クラッド板１０５の構成を表す側面図である。
【図４】接合強度を測定する方法を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の例示的な実施形態を説明する。
１．クラッド板の製造方法
本開示のクラッド板の製造方法は、芯材の片面又は両面に、皮材を熱間圧延により圧延圧着する。芯材は、アルミニウム板又はアルミニウム合金板である。皮材は、芯材よりも板厚が小さい。皮材は、アルミニウム板又はアルミニウム合金板である。皮材として、例えば、ろう材、犠牲陽極材等が挙げられる。皮材の材質として、例えば、用途に応じて各種のアルミニウム合金や純アルミニウムを用いることができる。
【０００９】
熱間圧延の温度は３００℃以上、５５０℃以下である。熱間圧延の温度とは、熱間圧延の開始温度を意味する。熱間圧延の温度が３００℃以上であることにより、芯材及び皮材の変形抵抗が低くなる。そのため、熱間圧延において、芯材及び皮材が十分に変形する。その結果、芯材と皮材との接合力が大きくなる。
【００１０】
熱間圧延の温度が５５０℃以下であることにより、芯材及び皮材の変形抵抗が過度に低くなり難い。そのため、熱間圧延における芯材と皮材との伸び差を抑制することができる。その結果、芯材と皮材との剥離を抑制できる。
【００１１】
皮材における芯材側の表面での表面粗さＲａｓは、熱間圧延を行う前に、０．２μｍ以上、２．０μｍ以下である。なお、本明細書において、表面粗さＲａｓは、特に断らない限り、熱間圧延を行う前の値である。
【００１２】
表面粗さＲａｓが０．２μｍ以上であることにより、熱間圧延における噛み込み性が良好となる。噛み込み性とは、熱間圧延に用いる一対の圧延ロールの間にクラッド板が容易に進入する性質を意味する。表面粗さＲａｓは、０．３μｍ以上であることが好ましい。表面粗さＲａｓが０．３μｍ以上である場合、噛み込み性が一層良好になる。
【００１３】
表面粗さＲａｓが２．０μｍ以下であることにより、熱間圧延のとき、芯材と皮材との接触面積が大きくなる。そのため、芯材と皮材との接合力が大きくなる。表面粗さＲａｓは、１．５μｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａｓが１．５μｍ以下である場合、芯材と皮材との接合力が一層大きくなる。
【００１４】
クラッド板が複数の皮材を備える場合、全ての皮材において、表面粗さＲａｓが０．２μｍ以上、２．０μであってもよいし、一部の皮材において、表面粗さＲａｓが０．２μｍ以上、２．０μであってもよい。
【００１５】
表面粗さＲａ及び表面粗さＲａｃは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に定義される算術平均粗さＲａである。表面粗さＲａ及び表面粗さＲａｃの具体的な測定条件は以下のとおりである。
【００１６】
測定装置：Surtronic S116、Taylor Hobson社製
触針径：５μｍ
触針の走査方向：圧延方向に直交する方向  
測定長：４．００ｍｍ
測定速度：１ｍｍ／ｓ
カットオフ値λｃ：０．８ｍｍ
芯材における皮材側の表面での表面粗さＲａｃは、熱間圧延を行う前に、０．５μｍ以上、５．０μｍ以下である。なお、本明細書において、表面粗さＲａｃは、特に断らない限り、熱間圧延を行う前の値である。
【００１７】
表面粗さＲａｃが０．５μｍ以上であることにより、芯材の加工に要する時間を抑制できる。例えば、芯材を面削して仕上げる場合、表面粗さＲａｃが０．５μｍ以上であることにより、面削機の送り速度を速くすることができる。その結果、クラッド板の生産性が向上する。表面粗さＲａｃは０．７μｍ以上であることが好ましい。表面粗さＲａｃが０．７μｍ以上である場合、クラッド板の生産性が一層向上する。
【００１８】
表面粗さＲａｃが５．０μｍ以下であることにより、熱間圧延を行うとき、芯材と皮材との接触面積が大きくなる。そのため、芯材と皮材とを安定して接合することができる。表面粗さＲａｃは、３．０μｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａｃが３．０μｍ以下である場合、芯材と皮材とを一層安定して接合することができる。
【００１９】
表面粗さＲａｃを調整する方法として、例えば、芯材を面削する方法、芯材を化学研磨する方法等が挙げられる。
クラッド板が複数の皮材を備える場合、芯材における皮材側の表面は複数存在する。複数の表面の全てにおいて、表面粗さＲａｃが０．５μｍ以上、５．０μであってもよいし、一部の表面において、表面粗さＲａｃが０．５μｍ以上、５．０μであってもよい。
【００２０】
圧延圧着された芯材と皮材との界面における表面粗さＲａｉと、表面粗さＲａｓと、表面粗さＲａｃとから、下記式（１）により算出されるＸが、０．２以上０．７以下である。
【００２１】
【数１】
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Ｘが、０．２以上０．７以下であることにより、芯材と皮材とを安定して接合することができる。その理由は以下のように推測される。Ｘが０．２以上であることにより、高圧下の圧下配分になり難い。高圧下の圧下配分とは、熱間圧延において、１パス当たりの圧下量が大きいことを意味する。そのため、芯材と皮材との界面に働くせん断応力が弱くなり、芯材と皮材とが剥離し難くなる。その結果、芯材と皮材とを安定して接合することができると推測される。
【００２２】
Ｘが０．７以下であることにより、芯材と皮材との接触が強くなり、芯材と皮材との接合面積が大きくなる。そのため、芯材と皮材とが剥離し難くなり、芯材と皮材とを安定して接合することができると推測される。
【００２３】
表面粗さＲａｉは、シリアルセクショニング法を用いて測定される。シリアルセクショニング法は以下のとおりである。
図１のＳＴＥＰ１において、クラッド板１００から試料１を切り出した。試料１は、芯材１０１と皮材１０３との界面１０７を含む部分である。試料１の端面１Ａは、クラッド板１００の端面１００Ａの一部である。端面１Ａ及び端面１００Ａは、クラッド板１００の板厚方向及び圧延方向に平行な端面である。端面１Ａは、界面１０７を含む。
【００２４】
次に、ＳＴＥＰ２において、試料１を、ポリエステル系冷間埋め込樹脂３に埋め込んだ。このとき、端面１Ａが上面となるようにした。
次に、ＳＴＥＰ３において、試料１における端面１Ａと、その反対の面とが平行になるように、自動研磨機を用い、#600 のエメリー紙で湿式研磨を行った。次に、端面１Ａに対し、#600〜#2000のエメリー紙を用いて湿式研磨を施し、さらに、粒径1 .0μm のアルミナを含むアルミナ懸濁液にて鏡面研磨を施した。
【００２５】
次に、ＳＴＥＰ４において、端面１Ａに対し、２００倍の倍率で光学顕微鏡による写真撮影を行った。
ＳＴＥＰ３とＳＴＥＰ４とを交互に３０回繰り返した。１回のＳＴＥＰ３の処理による研磨深さは３μｍである。なお、研磨深さの値である３μｍは、ＳＴＥＰ３の処理を３０回繰り返したときの合計研磨深さが９０μｍであることに基づき算出した値である。１、２、３・・・３０回目のＳＴＥＰ４で撮影した画像をＮ１、Ｎ２、Ｎ３・・・Ｎ３０とする。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３・・・Ｎ３０には、それぞれ、界面１０７が含まれる。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３・・・Ｎ３０はセクショニング像である。
【００２６】
次に、ＳＴＥＰ５において、公知の３次元構築ソフトを用いて、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３・・・Ｎ３０を積層することで、３次元構築像５を作成した。３次元構築像５は界面１０７を含む。３次元構築像５における界面１０７の例を図２に示す。
【００２７】
次に、３次元構築像５において、界面１０７に直交する断面を作成し、その断面における界面１０７の２次元表面粗さを求めた。３次元構築像５の５箇所における２次元表面粗さの平均値を、表面粗さＲａｉとした。  
表面粗さＲａｉは、例えば、以下のように調整することができる。荷造り時における皮材の表面粗さ、芯材の表面粗さ、あるいはそれらの両方を大きくするほど、表面粗さＲａｉは大きくなる。クラッド圧延における１パス当たりの圧下量を小さくするほど、表面粗さＲａｉは大きくなる。クラッド圧延開始温度を低くし、変形抵抗を高くするほど、表面粗さＲａｉは大きくなる。
【００２８】
所望の表面粗さＲａｉを生じる熱間圧延の条件は、例えば、熱間圧延の条件を様々に変えた試験を行うことにより決定することができる。
クラッド板が複数の皮材を備える場合、界面は複数存在する。複数の界面の全てにおいて、Ｘが、０．２以上０．７以下であってもよいし、一部の界面において、Ｘが、０．２以上０．７以下であってもよい。
【００２９】
熱間圧延のパス数は１０以下であることが好ましい。パス数が１０以下である場合、クラッド板の製造効率が高くなる。また、パス数が１０以下である場合、芯材と皮材とが一層剥離し難くなる。この理由は以下のように推測される。パス数が１０以下である場合、皮材が優先的に圧延されてしまうことを抑制できるため、芯材と皮材とが一層剥離し難くなると推測される。また、パス数が１０以下である場合、荷造り時の溶接部分が圧延されて芯材と皮材との拘束が弱くなってしまうことを抑制できる。その結果、芯材と皮材とが一層剥離し難くなると推測される。荷造り時とは、芯材と皮材とを重ね合わせ、端部を点溶接した状態であって、未だ熱間圧延を行っていない状態を意味する。
【００３０】
２．実施例
（２−１）芯材と皮材
芯材は、6000系のアルミニウム材料から成る板である。芯材の板厚は８０ｍｍである。芯材は、フライス面削により作製した。皮材は、4000系のアルミニウム材料から成る板である。皮材の板厚は１０ｍｍである。皮材は、圧延により作製した。
【００３１】
図３に示すように、芯材１０１の両面に、それぞれ、皮材１０３を重ね合わせて、熱間圧延を行う前のクラッド板（以下では、圧延前クラッド板１０５とする）を作製した。圧延前クラッド板１０５の板厚は１００ｍｍである。芯材１０１と、皮材１０３とは、点溶接にて接合している。点溶接の位置は、圧延前クラッド板１０５の圧延方向における両端部である。
【００３２】
図３において、１０１Ａは、芯材１０１における皮材１０３側の表面である。表面粗さＲａｃは、表面１０１Ａでの表面粗さである。１０３Ａは、皮材１０３における芯材１０１側の表面である。１０７は、芯材１０１と皮材１０３との界面である。表面粗さＲａｓは、表面１０３Ａでの表面粗さである。
【００３３】
なお、芯材１０１の材料は、6000系のアルミニウム材料以外のアルミニウム又はアルミニウム合金であってもよい。また、皮材１０３の材料は、4000系のアルミニウム材料以外のアルミニウム又はアルミニウム合金であってもよい。
【００３４】
（２−２）試圧延
圧延前クラッド板を、表１に示すパス条件Ｐ１〜Ｐ５で熱間圧延した。
【００３５】
【表１】
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パス条件Ｐ１〜Ｐ５は、熱間圧延のパス数と、各パスにおける圧下量とを規定する条件である。パス条件Ｐ１〜Ｐ３のパス数は３である。パス条件Ｐ４、Ｐ５のパス数は５である。パス条件Ｐ１〜Ｐ５の各パスにおける圧下量は表１に示すとおりである。
【００３６】
表１に、それぞれのパス条件で熱間圧延したときの表面粗さＲａｓと、表面粗さＲａｃと、σと、を示す。σは、下記式（２）で表される値である。
【００３７】
【数２】
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熱間圧延開始温度は４５０℃である。圧延速度は５ｍｍ／分である。熱間圧延の後、表面粗さＲａｉを測定した。表面粗さＲａｉの測定値を上記表１に示す。また、Ｒａｉ／σの値、すなわちＸの値を上記表１に示す。
【００３８】
熱間圧延の後、図４に示すように、クラッド板から、芯材１０１と皮材１０３との界面１０７を含む試料１０９を切り出した。界面１０７の形状は、ａｍｍ×ｂｍｍの矩形である。皮材１０３を固定し、芯材１０１をチャック１１１で挟んだ。チャック１１１を図４に示す引張方向に引張り、接合強度を測定した。引張速度は１０ｍｍ／分とした。接合強度は、Ｎ数が２である複数の測定値の平均値とした。接合強度が１０ＭＰａ以上であれば、接合評価の結果を○とし、接合強度が１０ＭＰａ未満であれば、接合評価の結果を×とした。接合評価の結果を上記表１に示す。
（２−３）クラッド板の製造
圧延前クラッド板を、表２に示す実施例１〜３、及び比較例１〜７の条件で熱間圧延した。熱間圧延により、皮材が芯材に圧延圧着される。
【００３９】
熱間圧延の後、さらに圧延（以下では仕上圧延とする）を行い、クラッド板の最終板厚を１ｍｍとした。仕上圧延は、以下のものである。まず、１パス当たりの圧下量が１０ｍｍの熱間圧延を、板厚が１５ｍｍ以下になるまで繰り返す。板厚が１５ｍｍ以下になれば、４〜６パスの圧延により、板厚を１ｍｍにする。
【００４０】
【表２】
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各実施例及び各比較例におけるパス条件、熱間圧延開始温度、表面粗さＲａｓ、表面粗さＲａｃ、及びσは上記表２に示すとおりである。
【００４１】
（２−４）クラッド板の評価
各実施例及び各比較例において、熱間圧延の後、表面粗さＲａｉを測定した。表面粗さＲａｉの測定値を上記表２に示す。また、各実施例及び各比較例において、Ｘの値を算出した。
【００４２】
各実施例及び各比較例において、芯材と皮材との接合状態を以下のように評価した。以下の（Ａ）、（Ｂ）のいずれにも該当しなければ、接合状態を○と評価し、（Ａ）、（Ｂ）のうちの１つでも該当すれば、接合状態を×と評価した。評価結果を上記表２に示す。
【００４３】
（Ａ）仕上圧延中に目視観察をすると、芯材と皮材との間に明らかな剥離が生じている。
（Ｂ）最終板厚１ｍｍで圧延した後に、芯材と皮材との界面のうち、長さ１０ｍｍの区間を観察したとき、ポロシティの割合が５％以上である。ポロシティとは、芯材と皮材との界面における空隙である。
【００４４】
なお、上記（Ｂ）における界面の観察は、鏡面研磨した試料を走査型電子顕微鏡もしくは光学顕微鏡にて観察する方法である。
上記表２に示すとおり、実施例１〜３では、接合状態の評価結果が○であった。比較例１〜７では、接合状態の評価結果が×であった。
【００４５】
比較例１において接合状態の評価結果が×である理由は、熱間圧延開始温度が低く、熱間圧延中に芯材及び皮材の温度が低下し、接合に必要となる芯材及び皮材の変形量を確保できなかったためであると推測できる。
【００４６】
比較例２において接合状態の評価結果が×である理由は、熱間圧延開始温度が高く、芯材及び皮材の変形抵抗が過度に低くなり、皮材が優先的に変形したため、芯材と皮材とが接合できなかったためであると推測できる。
【００４７】
比較例３において接合状態の評価結果が×である理由は、表面粗さＲａｓが小さく、芯材と皮材との界面にて必要となる摩擦力が確保できずに界面での芯材と皮材との接触が弱くなり、新生面の発生面積が小さくなり、芯材と皮材とが接合できなかったためであると推測できる。新生面とは、界面における芯材の新生面と、界面における皮材の新生面とを意味する。
【００４８】
比較例４において接合状態の評価結果が×である理由は、表面粗さＲａｓが大きく、芯材と皮材との界面での接触面積が小さく、新生面の発生面積が小さくなり、芯材と皮材とが接合できなかったためであると推測できる。
【００４９】
比較例５において接合状態の評価結果が×である理由は、表面粗さＲａｃが小さく、芯材と皮材との界面にて必要となる摩擦力が確保できずに界面での芯材と皮材との接触が弱くなり、新生面の発生面積が小さくなり、芯材と皮材とが接合できなかったためであると推測できる。
【００５０】
比較例６において接合状態の評価結果が×である理由は、表面粗さＲａｃが大きく、芯材と皮材との界面での接触面積が小さく、新生面の発生面積が小さくなり、芯材と皮材とが接合できなかったためであると推測できる。
【００５１】
比較例７では、熱間圧延中は、芯材と皮材とが接合していたが、それらの接合力が小さいため、熱間圧延後に芯材と皮材とが剥離した。
３．他の実施形態
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００５２】
（１）上記の実施例において、芯材の片面のみに皮材を圧延圧着してもよい。
（２）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００５３】
（３）上述したクラッド板の製造方法の他、当該クラッド板、クラッド板を構成要素とする製品、熱間圧延方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１…試料１、１Ａ…端面、３…ポリエステル系冷間埋め込樹脂、５…３次元構築像、１００…クラッド板、１００Ａ…端面、１０１…芯材、１０１Ａ…表面、１０３…皮材、１０３Ａ…表面、１０５…圧延前クラッド板、１０７…界面、１０９…試料、１１１…チャック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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