(57)【要約】      （修正有）【課題】はんだ濡れ性に優れた、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材を提供する。【解決手段】少なくとも一つの表面に、純度９９質量％以上のＮｉからなる電解ニッケルめっき皮膜が、０．５〜６．０μｍの厚さで形成されている、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材。好ましくはレーザー溶接部のビード幅が５ｍｍ以下であり、電解ニッケルめっき皮膜の伸び率が８％以上、好ましくは、１０％以上であるレーザー溶接部を有する、電解ニッケル皮膜を有するアルミニウム部材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの表面に、純度９９質量％以上のＮｉからなる電解ニッケルめっき皮膜が、０．５〜６．０μｍの厚さで形成されている、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材。
【請求項２】
電解ニッケルめっき皮膜が結晶質構造を有する、請求項１に記載のレーザー溶接部を有するアルミニウム部材。
【請求項３】
レーザー溶接部のビード幅が５ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載のレーザー溶接部を有するアルミニウム部材。
【請求項４】
電解ニッケルめっき皮膜の伸び率が８％以上である、請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザー溶接部を有するアルミニウム部材。
【請求項５】
電解ニッケルめっき皮膜の伸び率が１０％以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザー溶接部を有するアルミニウム部材。
【請求項６】
アルミニウム部材が、ＪＩＳ規格１０００系（純Ａｌ）又は６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ）合金である、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザー溶接部を有するアルミニウム部材。
【請求項７】
電解ニッケルめっき皮膜の下地層として、Ｚｎめっき層が設けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザー溶接部を有するアルミニウム部材。
【請求項８】
曲げ加工部を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザー溶接部を有するアルミニウム部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等において、バッテリーやインバータ等に用いられるバスバーの需要が高まっている。バスバーは、使用される箇所の構造に応じて、銅やアルミニウム等の導電性の高い金属の板や条を、バッテリー等の端子管を接続するため種々の形状に加工した導電部材である。バスバーとバッテリー等のデバイス、又はバスバー同士を接合させる方法として、レーザー溶接が知られている。
【０００３】
レーザー溶接は、レーザー光により接合部の金属を溶融して結合する方法である。溶融の形態より溶け込みの浅い熱伝導型と溶け込みの深いキーホール型に分けられ、用途に応じて使い分けられる。レーザー溶接は、穴あけ加工等が不要で、直線や曲線等のビード形状の自由度が高く、短時間で広範囲を接合することができる。
【０００４】
アルミニウムは、反射率の高い材料のため、レーザー溶接をしようとするとレーザーの多くが反射してしまい溶接部に十分な熱を発生させることが困難であり、接合不良を起こし易い。そのため、アルミニウムはレーザー溶接には向いていない材料であるとされていた。
【０００５】
アルミニウムのレーザー吸収を高めるため、溶接部にバナジウム、チタン、ジルコニウム等の低反射率材料の線材を供給しながらレーザー溶接を行うこと（特許文献１）、アルミニウム材をレーザー吸収率の高い鉄やチタン等で被覆した後にレーザー溶接を行うこと（特許文献２）、また、アルミニウム部材の溶接部にレーザー吸収率の高い無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施して、レーザー溶接を行うこと（特許文献３）が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１９８６８７号公報
【特許文献２】特開２００８−２７４３３３号公報
【特許文献３】特開２０１７−９４３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、溶接時に低反射率材料の線材を集光部に設置する必要があり、装置構成が煩雑で、わずかでもレーザーの焦点と線材の先端位置がずれると期待するようなレーザーの吸収が得られず、施工が困難である。特許文献２の方法では、具体的には鉄やチタンの蒸着が実施されているが、アルミニウム上の乾式膜は、アルミニウム上の自然酸化皮膜の影響で密着性が乏しくなり、また、真空装置を使用するため、装置が高額になり、部材の形状、大きさにも制限を生じる。また、特許文献３の方法では、湿式の無電解Ｎｉ−Ｐめっきが示されており、上記文献１〜２の課題は克服されているものの、無電解Ｎｉ−Ｐめっきは、はんだ濡れ性に乏しく、レーザー溶接とはんだ実装を同じ部材に行う場合にはんだ接合性が損なわれる虞がある。このため、上記問題を解決できるアルミニウム部材が望まれている。
【０００７】
本発明は、はんだ濡れ性にも優れた、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明者は、上記の課題を達成するべく種々の研究を行った結果、アルミニウム生地材に電解ニッケルめっき皮膜を形成することにより、アルミニウム部材のレーザー溶接性を向上させるのみならず、電解Ｎｉめっきはニッケルの純度が高く、表面の酸化が少ないために、はんだ濡れ性が良好であるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、少なくとも一つの表面に、純度９９質量％以上のＮｉからなる電解ニッケルめっき皮膜が、０．５〜６．０μｍの厚さで形成されている、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材である。
【００１０】
本発明の一態様によれば、電解ニッケルめっき皮膜が結晶質構造を有する、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。
【００１１】
本発明の一態様によれば、レーザー溶接部のビード幅が５ｍｍ以下である、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。
【００１２】
本発明の一態様によれば、電解ニッケルめっき皮膜の伸び率が８％以上である、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。
【００１３】
本発明の一態様によれば、電解ニッケルめっき皮膜の伸び率が１０％以上である、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。
【００１４】
本発明の一態様によれば、アルミニウム部材が、ＪＩＳ規格１０００系（純Ａｌ）又は６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ）合金である、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。
【００１５】
本発明の一態様によれば、電解ニッケルめっき皮膜の下地層として、Ｚｎめっき層が設けられている、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。
【００１６】
本発明の一態様によれば、曲げ加工部を有する、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、はんだ濡れ性にも優れた、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】アルミニウム生地材と電解Ｎｉめっきアルミニウム材のレーザー溶接の出力と溶け込み深さの関係である。
【図２】０．８ｋＷの出力及び２ｍｍ/ｍｉｎの照射速度でレーザー光を照射した電解Ｎｉめっきアルミニウム材の断面の顕微鏡写真である。
【図３】０．８ｋＷの出力及び２ｍｍ/ｍｉｎの照射速度でレーザー光を照射したアルミニウム生地材の断面の顕微鏡写真である。
【図４】０．３ｋＷの出力、１ｍ／ｍｉｎの溶接速度でレーザー光を照射した電解Ｎｉめっきアルミニウム材のビードの顕微鏡写真である。
【図５】０．３ｋＷの出力、２ｍ／ｍｉｎの溶接速度でレーザー光を照射した電解Ｎｉめっきアルミニウム材のビードの顕微鏡写真である。
【図６】０．３ｋＷの出力、１ｍ／ｍｉｎの溶接速度でレーザー光を照射した電解Ｎｉめっき皮膜を有しないアルミニウム生地材のビードの顕微鏡写真である。
【図７】０．３ｋＷの出力、２ｍ／ｍｉｎの溶接速度でレーザー光を照射した電解Ｎｉめっき皮膜を有しないアルミニウム生地材のビードの顕微鏡写真である。
【図８】はんだ濡れ性試験についての説明図である。
【図９】はんだ濡れ性試験で得られたはんだ濡れ力（ｍＮ）を縦軸として、時間（ｓ）を横軸として作成した濡れ力チャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜変更を加えて実施することができる。
【００２０】
［アルミニウム部材］
本実施形態に係るアルミニウム部材は、２以上のアルミニウム材がレーザー溶接された部材であり、レーザー溶接部を有する。レーザー溶接部とは、レーザー溶接された部分のことであり、そのうち、溶接痕の盛り上がり部分をビードという。
【００２１】
（アルミニウム生地材）
アルミニウム生地材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、ＪＩＳ規格１０００系（純Ａｌ）又は６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ）合金であることが好ましい。アルミニウム生地材の大きさ及び形状は、アルミニウム部材に求められる大きさ及び形状に応じて適宜選択することができる。
【００２２】
（電解ニッケルめっき皮膜）
レーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、アルミニウム生地材上に、純度９９質量％以上のＮｉからなる電解ニッケルめっき皮膜（以下、単に「めっき皮膜」ともいう。）が、０．５〜６．０μｍの厚さで表面に形成されている。一般に、めっきをされていないアルミニウム生地材は、反射率が高いためレーザー溶接性が悪く、また、表面に緻密な自然酸化皮膜が形成するため、はんだ濡れ性が悪い。本実施形態に係るアルミニウム部材は、電解ニッケルめっき皮膜が形成されていることにより、レーザー溶接性がよい。また、電解ニッケルめっき皮膜が、純度９９質量％以上のＮｉからなるため、表面の酸化が少なく、はんだ濡れ性がよい。
【００２３】
電解ニッケルめっき皮膜を構成するＮｉの純度は、レーザー溶接性及びはんだ濡れ性をより高める点で、９９質量％以上であることが好ましく、９９．５質量％以上であることがより好ましい。電解ニッケルめっき皮膜を構成するＮｉの純度が９９質量％以上であることは、例えば、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）法によって確認することができる。電解ニッケルめっき皮膜の厚さは、レーザー溶接性及びはんだ濡れ性をより高める点で、０．５〜６．０μｍであることが好ましく、１．０〜５．０μｍであることがより好ましい。
【００２４】
電解ニッケルめっき皮膜は、結晶質構造を有する。電解Ｎｉめっき皮膜が結晶質構造を有していることにより、伸び率が高いため、アルミニウム生地材にめっき皮膜を形成した後にアルミニウム材に曲げ加工を行っても、めっき皮膜にクラックが生じたり、めっき皮膜が剥離したりする心配が小さい。結晶質構造を有することは、例えば、Ｘ線回析法によって確認することができる。また、電解ニッケルめっき皮膜は、電解めっき処理で形成されるため、コイル状に巻かれたアルミニウム生地材を解いてめっき処理を行った後、再度コイル状に巻きあげる、すなわち、コイルからコイルへと連続的に処理することができ、めっき工程における生産性も高い。
【００２５】
本実施形態に係るレーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、電解ニッケルめっき皮膜の伸び率が、８％以上であることが好ましく、より好ましくは１０％以上である。伸び率が８％以上であることにより、アルミニウム生地材にめっき皮膜を形成した後に曲げ加工を行っても、めっき皮膜にクラックが生じたり、めっき皮膜が剥離したりする心配が小さい。電解ニッケルめっき皮膜の伸び率の測定は、ＡＳＴＭ  Ｂ  ４８９に準拠する曲げ試験により行うことができる。
【００２６】
電解ニッケルめっき皮膜の形成は、電解めっき処理により行うことができる。電解ニッケルめっき皮膜を形成する前に、必要に応じて、アルミニウム生地材に、脱脂、酸洗、水洗等の前処理を行ってもよい。アルミニウム生地材と接触させるＮｉめっき処理液は、ワット浴やスルファミン酸浴など工業的に用いられているめっき処理液を用いることができる。ｐＨが３．５〜４．８のスルファミン酸浴またはｐＨ４．０〜５．５のワット浴を用いて電解めっき処理を行うことが好ましいが、アルミニウム生地材上に下地層としてＺｎめっきが設けられている場合にＺｎめっき層が溶解するのを防ぎ、さらに内部応力が小さく、めっき後の成形性が優れる点から、ｐＨが３．５〜４．８のスルファミン酸浴が好ましい。電解めっき処理で電解ニッケルめっき皮膜を形成する際の電流密度は、２Ａ／ｄｍ２以上１０Ａ／ｄｍ２以下で行うことが好ましい。さらに好ましい電流密度は、２Ａ／ｄｍ２以上５Ａ／ｄｍ２以下である。さらに、Ｎｉめっき処理液中のＮｉイオン濃度を高めるため、例えばスルファミン酸Ｎｉめっき浴であれば、処理液中のスルファミン酸ニッケルの濃度を４００ｇ／Ｌ以上５００ｇ／Ｌ以下、又は４５０ｇ／Ｌ以上５００ｇ／Ｌ以下とすることも好ましい。
【００２７】
本実施形態に係るレーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、電解ニッケルめっき皮膜の下地層として、Ｚｎめっき層が設けられていてもよい。Ｚｎめっき層が設けられていることにより、ニッケルめっき皮膜の密着性を高めることができる。Ｚｎめっき層の厚さは、特に限定されず、０．１〜１．０μｍとすることができる。Ｚｎめっき層は、従来公知のジンケート処理により形成することができる。
【００２８】
（アルミニウム部材）
本実施形態に係るレーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、レーザー溶接性がよく、はんだ濡れ性に優れている。レーザー溶接性がよいことは、例えば、ビード幅が狭く形成されていることや、ビードがレーザー溶接部の全体に亘って一連に形成されていること等により判断することができる。よって、ビード幅は、５ｍｍ以下であることが好ましく、４ｍｍ以下であることがより好ましい。ビード幅の測定は、溶接痕の盛り上がり部分の幅を、必要に応じて顕微鏡を用いて測定することができる。はんだ濡れ性は、後述するＪＩＳ  Ｃ６００６８−２−５４に準拠するはんだ濡れ性試験により判断することができる。
【００２９】
本実施形態に係るレーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、曲げ加工部を有する。曲げ加工部を有することにより、バスバー等に要求される種々の形状を取ることができる。曲げ加工部の形成は、エッジワイズ曲げ加工、フラットワイズ曲げ加工、ヘム曲げ加工等により行うことができる。
【００３０】
［製造方法］
本実施形態に係るレーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、少なくとも一つの面上に電解ニッケルめっき皮膜が形成された２以上のアルミニウム材をレーザー溶接して得ることができる。レーザー溶接は、２以上のアルミニウム材を、互いに一つの面が接するように、かつ、電解ニッケルめっき皮膜が形成された面が同じ方向を向くように配置して、電解ニッケルめっき皮膜が形成された面側からレーザー光を照射して行う。レーザー光源としては、特に制限されず、ファイバーレーザーやＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー等の従来公知の光源を用いることができる。レーザー光源の出力は、０．１〜５ｋＷとすることができ、溶接速度は、レーザー光源の出力の出力にもよるが、０．５〜５ｍ／ｍｉｎとすることができる。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、これらの実施例により本発明の解釈が限定されるものではない。
【００３２】
［電解Ｎｉめっき処理］
アルミニウム生地材に施す電解Ｎｉめっき処理は、脱脂工程、アルカリエッチング工程、デスマット工程、１次ジンケート工程、亜鉛剥離工程、２次ジンケート工程、Ｎｉめっき工程により実施した。以下に各工程の条件（試薬、温度、処理時間等）を示す。
脱脂工程：２０質量％硝酸、室温、３０秒
アルカリエッチング工程：５質量％ＮａＯＨ、５０℃、３０秒
デスマット工程：２０質量％硝酸、室温、３０秒
１次ジンケート工程：ＡＺ−３０１（上村工業株式会社製）、２５℃、３０秒
亜鉛剥離工程：２０質量％硝酸、室温、３０秒
２次ジンケート工程：ＡＺ−３０１（上村工業株式会社製）、２５℃、３０秒
Ｎｉめっき工程：Ｎｉ（ＮＨ２ＳＯ３）２・４Ｈ２Ｏ  ４５０ｇ／Ｌ、ＮｉＣｌ２・
６Ｈ２Ｏ  １０ｇ／Ｌ、Ｈ３ＢＯ３  ３５ｇ／Ｌ、ＮＰ―Ａ（株式
会社ムラタ製、ピット防止剤）  ３．０ｍｌ／Ｌ、４０℃、５Ａ
／ｄｍ２、所定時間
なお、各工程の処理液の溶媒にはイオン交換水を使用し、各工程間には、室温のイオン交換水を用いて３０秒間アルミニウム材の水洗を行った。
【００３３】
［無電解Ｎｉめっき処理］
比較例として、アルミニウム生地材に無電解Ｎｉめっき処理を施したものを用意した。無電解Ｎｉめっき処理は、上記電解Ｎｉめっき処理とＮｉめっき工程以外の各工程を同一の条件で、Ｎｉめっき工程を以下の条件で実施した。
Ｎｉめっき工程：トップニコロンＳＤＢ―ＬＦ（奥野製薬工業株式会社製）、９０℃
、１０分
【００３４】
［めっき組成分析］
アルミニウム生地材に施しためっきの組成分析には、ＥＰＭＡ１６１０（株式会社島津製作所製）を用いて、めっき表面を加速電圧１５ｋＶで定性・半定量分析した。組成分析の結果を表１に示す。なお、電解Ｎｉめっきにおいて、Ｐは定量下限未満であった。
【００３５】
【表１】
2019044213.tif 000002
【００３６】
［レーザー溶接試験］
アルミニウム合金６１０１−Ｔ６材（厚さ３ｍｍ×２０ｍｍ×１００ｍｍ）（以下、「アルミニウム生地材」という。）と、当該アルミニウム合金材に前述の電解Ｎｉめっき処理により、約３μｍの厚さの電解Ｎｉめっきを施したもの（以下、「電解Ｎｉめっきアルミニウム材」という。）を用意し、以下に示す条件で、それぞれにレーザー溶接を実施した。
発振器：マルチモードファイバーレーザー
出力（ｋＷ）：０．３ｋＷ〜３ｋＷ
溶接速度（ＷＳ）(ｍ/ｍｉｎ)：１〜２ｍ/ｍｉｎ
ファイバー径：０．２ｍｍ
焦点径：０．２ｍｍ
シールドガス種：Ｎ２
シールドガス流量：２０〜３０Ｌ/ｍｉｎ
前進角・後進角：前進角
デフォーカス：ジャストフォーカス
パルス波形：ＣＷ（連続波）
【００３７】
図１に示すように、電解Ｎｉめっきアルミニウム材は、アルミニウム生地材に比べて低い出力側でより溶け込み深さが大きい。図２に示すように、電解Ｎｉめっきアルミニウム材は、０．８ｋＷの出力でキーホール領域に達するビードを形成している一方、図３に示すように、アルミニウム生地材には、０．８ｋＷの出力では、溶け込みはわずかに０．１５ｍｍ程度であり、熱伝導領域に留まっている。すなわち、電解Ｎｉめっきアルミニウム材は、アルミニウム生地材に比べて溶接性に優れる。
【００３８】
図４及び５に示すように、電解Ｎｉめっきアルミニウム材は、溶接速度が大きく（出力密度が小さく）なっても、ビードが安定して形成されている。一方、図６及び７に示すように、アルミニウム生地材は、溶接速度が大きくなる（出力密度が小さくなる）と、ビード形成が不安定化し断続的になっている。すなわち、電解Ｎｉめっきアルミニウム材は、アルミニウム生地材に比べて溶接性に優れる。
【００３９】
［はんだ濡れ性試験］
アルミニウム合金６１０１−Ｔ８材（厚さ０．５ｍｍ×５ｍｍ×１０ｍｍ）に、電解Ｎｉめっき、又は無電解Ｎｉめっき（いずれも膜厚：約３μｍ）を前述のめっき処理により施したもの（以下、それぞれ「電解Ｎｉめっき材」、「無電解Ｎｉめっき材」という。）と、無処理のもの（以下、「アルミニウム生地材」という。）を用意し、以下に示す条件で、各試験片に対して、図８に示すＪＩＳ  Ｃ６００６８−２−５４に準拠するはんだ濡れ性試験を実施した。
装置：ソルダーチェッカー５２００ＴＮ（株式会社レスカ製）
はんだ：鉛フリーはんだ  Ｍ７０５（千住金属工業株式会社製、組成：Ｓｎ３Ａｇ
０．５Ｃｕ）
フラックス：２−プロパノール３０ｇ＋ロジン１０ｇ＋ジエチルアンモニウムクロ
リド６１．７ｍｇ（標準フラックス＋０．２％Ｃｌフラックス）
浸漬速度：５ｍｍ／ｓ
浸漬深さ：５ｍｍ
浸漬時間：１０ｓ
引き上げ速度：５ｍｍ／ｓ
各試験片についてｎ＝３で実施し、ゼロクロスタイムＴ０（ｓ）および試験片の外観を評価した。なお、図８において、ゼロクロスタイムＴ０は、溶融はんだ液面が凹状態から、試験片とはんだ液面とが形成する角度θが９０°となるまで時間のことを意味する。ゼロクロスタイムＴ０が小さい値の方がはんだ濡れ性がよく、試験片の外観がよく濡れている場合にはんだ濡れ性がよいといえる。
【００４０】
はんだ濡れ性試験の結果を表２に、図９にはんだ濡れ性試験で得られたはんだ濡れ力チャートの一例を示す。電解Ｎｉめっき片は、Ｔ０が３秒以下と良好なはんだ濡れ性を示した。一方、無電解Ｎｉめっき片及びアルミニウム生地材片のいずれも濡れ力が浮力線に到達せず、Ｔ０を計測できなかった。また、試験片の外観を観察したところ、無電解Ｎｉめっき片は、はんだ槽に浸漬した部分のみが濡れ、アルミニウム生地材は全く濡れなかった。すなわち、電解Ｎｉめっきアルミニウム材は、無電解Ｎｉめっきアルミニウム材及び無処理のアルミニウム生地材に比べて、はんだ濡れ性に優れていることが分かる。
【００４１】
【表２】
2019044213.tif 000003
【図１】
2019044213.tif 000004
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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