(57)【要約】【課題】本発明は、接合部位に悪影響の無い接合金属部材及び金属部材の接合方法を提供する。【解決手段】金属Ａからなる部材同士を重ね接合してなる金属部材であって、前記金属Ａよりも融点が低い金属Ｂと前記金属Ａとの合金層を前記金属Ａからなる部材の間に有する接合部を形成してなることを特徴とする接合金属部材であり、また、金属Ａからなる部材同士を重ね接合する方法であって、前記部材の重ね部に前記金属Ａよりも融点が低い金属Ｂを挟み込み、前記金属Ｂの融点を超え、前記金属Ｂの沸点又は前記金属Ａの融点よりも低い温度に加熱して、前記金属Ｂと前記金属Ａとの合金を生成させた後、該合金を冷却して凝固させて接合部を形成することを特徴とする金属部材の接合方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属Ａからなる部材同士を重ね接合してなる金属部材であって、前記金属Ａよりも融点が低い金属Ｂと前記金属Ａとの合金層を前記金属Ａからなる部材の間に有する接合部を形成してなることを特徴とする接合金属部材。
【請求項２】
前記合金層が前記金属Ｂを主体とする合金層である請求項１記載の接合金属部材。
【請求項３】
前記金属Ａが鉄鋼材料であり、前記金属ＢがＳｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｂの内の１種以上である請求項１又は２に記載の接合金属部材。
【請求項４】
金属Ｃからなる部材と金属Ｄからなる部材を重ね接合してなる金属部材であって、前記金属Ｃ又は前記金属Ｄよりも融点が低い金属Ｅと前記金属Ｃ、前記金属Ｄの一方又は双方との合金層を前記金属Ｃからなる部材と前記金属Ｄからなる部材の間に有する接合部を形成してなることを特徴とする接合金属部材。
【請求項５】
前記合金層が前記金属Ｅを主体とする合金層である請求項４記載の接合金属部材。
【請求項６】
前記金属Ｃが鉄鋼材料、前記金属ＤがＡｌ又はＡｌ合金材料、前記金属ＥがＺｎ、Ｓｂの一方又は双方である請求項４又は５に記載の接合金属部材。
【請求項７】
金属Ａからなる部材同士を重ね接合する方法であって、前記部材の重ね部に前記金属Ａよりも融点が低い金属Ｂを挟み込み、前記金属Ｂの融点を超え、前記金属Ｂの沸点又は前記金属Ａの融点よりも低い温度に加熱して、前記金属Ｂと前記金属Ａとの合金を生成させた後、該合金を冷却して凝固させて接合部を形成することを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項８】
前記合金が前記金属Ｂを主体とする合金層である請求項７記載の金属部材の接合方法。
【請求項９】
前記金属Ａが鉄鋼材料であり、前記金属ＢがＳｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｂの内の１種以上である請求項７又は８に記載の金属部材の接合方法。
【請求項１０】
金属Ｃからなる部材と金属Ｄからなる部材を重ね接合する方法であって、前記部材の重ね部に前記金属Ｃ又は前記金属Ｄよりも融点が低い金属Ｅを挟み込み、前記金属Ｅの融点を超え、前記金属Ｅの沸点よりも低く、かつ前記金属Ｃ又は前記金属Ｄの融点よりも低い温度に加熱して、前記金属Ｅと前記金属Ｃ、前記金属Ｄの一方又は双方との合金を生成させた後、該合金を冷却して凝固させて接合部を形成することを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項１１】
前記合金が前記金属Ｅを主体とする合金層である請求項１０記載の金属部材の接合方法。
【請求項１２】
前記金属Ｃが鉄鋼材料、前記金属ＤがＡｌ又はＡｌ合金材料、前記金属ＥがＺｎ、Ｓｂの一方又は双方である請求項１０又は１１に記載の金属部材の接合方法。
【請求項１３】
鋼板同士を重ね接合してなる部材であって、接合部に少なくともＺｎ又はＳｎを１０ｇ／ｍ２以上含有するＦｅとの合金層を有することを特徴とする接合部材。
【請求項１４】
鋼板の接合を行う際に、少なくとも一方の鋼板表面にＺｎが１０ｇ／ｍ２以上のめっきを施した後、鋼板を重ね合わせて４２０℃以上、５００℃以下の温度で１０秒以上１時間以下加熱することを特徴とする鋼板の接合方法。
【請求項１５】
鋼板の接合を行う際に、少なくとも一方の鋼板表面にＳｎが５ｇ／ｍ２以上のめっきを施した後、鋼板を重ね合わせて２３０℃以上、５００℃以下の温度で１０秒以上１時間以下加熱することを特徴とする鋼板の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合金属部材及び金属部材の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
鋼材、鋼板の接合方法は多岐にわたり、鋼材、用途によって使い分けられている。薄鋼板を溶接・接合する場合、突き合わせ溶接を行うとすると、被溶接部に高い加工精度が要求されるため、重ね溶接・接合が適用される場合が極めて多い。薄鋼板の重ね溶接・接合方法としては、自動車分野では主に抵抗溶接（スポット溶接、シーム溶接等）が用いられ、一部はアーク溶接が、また、最近ではレーザー溶接の適用も試みられている。そのほかの分野では、上記溶接法の他に、かしめ等の機械的接合、接着法等が適用されている。厚鋼板等では、ほとんどの場合に突き合わせアーク溶接が用いられる。
【０００３】
抵抗溶接、レーザー溶接は、接合強度が高いものの、スパッタが発生する等の作業環境への影響が大きい。アーク溶接は、スパッタの発生も多く、溶接周辺部への熱影響による強度低下等の問題が、鋼種によっては発生する。機械的接合は、スパッタの発生はないものの、鋼板を変形させるため、適用可能板厚及び適用部位が限られる。接着法は、接合部の強度また経時面での信頼性が低い問題がある。
【０００４】
上記接合方法の欠点を克服する目的で、鋼材間にＦｅ、Ｎｉ、Ｂ、Ｐ等からなるアモルファス金属の箔を挟み、加熱加圧することによって接合する、拡散接合法が提案されている。例えば、特開２００１−３２１９６１号公報（特許文献１）に提案されている、Ｓｉ、ＢもしくはＰを一定の範囲で含む鉄箔を鋼材間に挟み、数百〜千℃以上に加熱、数十〜数千秒保持する方法である。この拡散接合法は、応用範囲も広く、例えば、特開２００１−３１４９７８号公報（特許文献２）に提案されているように、鋼材同士ではなく、鉄と銅のような異種金属の接合にも応用されている。
【０００５】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開２００１−３２１９６１号公報）
（２）特許文献２（特開２００１−３１４９７８号公報）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これまでに提案された拡散接合方法は、従来の溶接法のような鉄の融点（約１５００℃）以上には加熱しないものの、数百〜千℃近く、もしくはそれ以上に加熱する必要があり、組織制御された鋼材等によっては、接合部位に悪影響を及ぼす恐れがある。また、薄鋼板の重ね接合に適用しようとすると、接合部に箔を挟む工程は非常に手間がかかり、現実的ではない。特に薄鋼板はかなりの用途でめっき等の処理がされており、千℃近くに加熱することは適切ではない。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、接合部位に悪影響の無い接合金属部材及び金属部材の接合方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同種又は異種の金属を接合するにあたり、金属の融点以下の温度で安定的に接合された金属部材及びその接合方法を提供するものである。
（１）金属Ａからなる部材同士を重ね接合してなる金属部材であって、前記金属Ａよりも融点が低い金属Ｂと前記金属Ａとの合金層を前記金属Ａからなる部材の間に有する接合部を形成してなることを特徴とする接合金属部材。
（２）前記合金層が前記金属Ｂを主体とする合金層である（１）記載の接合金属部材。
（３）前記金属Ａが鉄鋼材料であり、前記金属ＢがＳｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｂの内の１種以上である（１）又は（２）に記載の接合金属部材。
【０００８】
（４）金属Ｃからなる部材と金属Ｄからなる部材を重ね接合してなる金属部材であって、前記金属Ｃ又は前記金属Ｄよりも融点が低い金属Ｅと前記金属Ｃ、前記金属Ｄの一方又は双方との合金層を前記金属Ｃからなる部材と前記金属Ｄからなる部材の間に有する接合部を形成してなることを特徴とする接合金属部材。
（５）前記合金層が前記金属Ｅを主体とする合金層である（４）記載の接合金属部材。
（６）前記金属Ｃが鉄鋼材料、前記金属ＤがＡｌ又はＡｌ合金材料、前記金属ＥがＺｎ、Ｓｂの一方又は双方である（４）又は（５）に記載の接合金属部材。
【０００９】
（７）金属Ａからなる部材同士を重ね接合する方法であって、前記部材の重ね部に前記金属Ａよりも融点が低い金属Ｂを挟み込み、前記金属Ｂの融点を超え、前記金属Ｂの沸点又は前記金属Ａの融点よりも低い温度に加熱して、前記金属Ｂと前記金属Ａとの合金を生成させた後、該合金を凝固させて接合部を形成することを特徴とする金属部材の接合方法。
（８）前記合金が前記金属Ｂを主体とする合金層である（７）記載の金属部材の接合方法。
（９）前記金属Ａが鉄鋼材料であり、前記金属ＢがＳｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｂの内の１種以上である（７）又は（８）に記載の金属部材の接合方法。
【００１０】
（１０）金属Ｃからなる部材と金属Ｄからなる部材を重ね接合する方法であって、前記部材の重ね部に前記金属Ｃ又は前記金属Ｄよりも融点が低い金属Ｅを挟み込み、前記金属Ｅの融点を超え、前記金属Ｅの沸点よりも低く、かつ前記金属Ｃ又は前記金属Ｄの融点よりも低い温度に加熱して、前記金属Ｅと前記金属Ｃ、前記金属Ｄの一方又は双方との合金を生成させた後、該合金を凝固させて接合部を形成することを特徴とする金属部材の接合方法。
（１１）前記合金が前記金属Ｅを主体とする合金層である（１０）記載の金属部材の接合方法。
（１２）前記金属Ｃが鉄鋼材料、前記金属ＤがＡｌ又はＡｌ合金材料、前記金属ＥがＺｎ、Ｓｂの一方又は双方である（１０）又は（１１）に記載の金属部材の接合方法。
【００１１】
（１３）鋼板同士を重ね接合してなる部材であって、接合部に少なくともＺｎ又はＳｎを１０ｇ／ｍ２  以上含有するＦｅとの合金層を有することを特徴とする接合部材。
（１４）鋼板の接合を行う際に、少なくとも一方の鋼板表面にＺｎが１０ｇ／ｍ２  以上のめっきを施した後、鋼板を重ね合わせて４２０℃以上、５００℃以下の温度で１０秒以上１時間以下加熱することを特徴とする鋼板の接合方法。
（１５）鋼板の接合を行う際に、少なくとも一方の鋼板表面にＳｎが５ｇ／ｍ２  以上のめっきを施した後、鋼板を重ね合わせて２３０℃以上、５００℃以下の温度で１０秒以上１時間以下加熱することを特徴とする鋼板の接合方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の詳細を説明する。
従来の拡散接合（例えば、特願２０００−１３７６３５号公報、特開２０００−１４５３２０号公報）では、中間材もしくは中間材中の特定成分が被接合材中へ拡散していくことによって接合部材を得るが、本発明は、中間材中へ被接合材が拡散することによって得られる接合部材及びその接合方法である。従来方法では必要であった、各種合金成分を含有するアモルファス合金箔が、本発明では不要であり、また、より低温での接合が可能となる。
【００１３】
具体的には、金属Ａ同士を、間に低融点の金属Ｂを挟んで、金属Ｂの融点以上に加熱することによって金属Ｂ中に金属Ａが拡散し、両者の合金を形成する。その後、冷却することによって、金属Ａ同士の間に、金属Ａと金属Ｂの合金層が存在し、接合継ぎ手が完成するものである。なお、金属Ａと金属Ｂの合金は、一般的に、強度は高いものの、靱性に劣るので、両者の特性を満足するように、合金中の金属Ｂの含有量を５０質量％以上にすることが望ましい。
【００１４】
被接合材が鉄鋼材料の場合には、中間材として、Ｓｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｂのいずれかを用い、中間材の融点以上、Ｆｅの融点以下に加熱することにより、Ｆｅ原子が中間材中に拡散し、合金化することで、接合部材が得られる。上記中間材は、Ｆｅと合金化することにより融点が上昇し、凝固する。また、強度も上昇するために、十分な接合強度を得ることができる。ただし、合金化することで強度が上昇するが、同時に脆化するために、合金化の程度を制御する必要がある。例えば、ＦｅとＺｎの場合では、Ｚｎ中のＦｅの含有量が２０質量％を超えると、極めて脆くなるため、剥離方向の強度が発揮できても、剪断、衝撃等には極めて弱い継ぎ手になる恐れがある。このため、Ｆｅの含有量を２０質量％以下に抑えることで、剪断、衝撃等への耐性を高める必要がある。
【００１５】
また、中間材としては、鉄鋼材料よりも低融点であることが必要であるが、鉄との合金を形成することで、接合及び強度を発揮するために、合金化しない元素、例えば、Ｐｂ等は、融点が低いものの、中間材としては適さない。
特に、被接合材料がＺｎめっき鋼板、あるいはＳｎめっき鋼板の場合は、めっき層をそのまま中間材として活用することにより、アモルファス合金箔を挟む必要がなく、極めて迅速に接合部材を得ることが可能となる。ただし、ＦｅとＺｎの合金化は非常に早く進むが、合金化が進みすぎると接合部が脆化するため、温度条件は５００℃以下が望ましい。
【００１６】
また、金属Ｃと金属Ｄを、両者より融点の低い金属Ｅを間に介在させることで、接合する場合も、金属Ｃ及び金属Ｄと金属Ｅが合金を形成することで、接合が行われる。鉄鋼材料とアルミニウムの接合の場合は、両者と合金を形成し、かつ両者より融点が低い、Ｚｎ、Ｓｂを介在させることで、接合される。鉄鋼材料同士では有効であったＳｎは、アルミニウムよりも融点が低いが、合金化しないため、本接合方法には有効ではない。
本発明は、亜鉛めっきされた組織制御型高強度鋼が多用される自動車強度部材、もしくは鉄鋼主体で、軽量化のために部分的にアルミニウムを適用した部材への適用ができる。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）
ＪＩＳで規定するＳＳ４００材の３０ｍｍφ、長さ１００ｍｍの丸棒同士を、表１に示す金属を介在させて、突き合わせ、突き合わせ部分を加熱し、接合した。加熱は、高周波加熱、大気環境で行った。加熱後は空冷とし、冷却後、引張試験により、接合部の特性を調査した。
【００１８】
【表１】
2004261848.tif 000002
【００１９】
（実施例２）
目付量の異なるＺｎめっき鋼板及びＳｎめっき鋼板を重ね合わせた後、電気炉で加熱、一定時間保持した後、炉から取り出し、空冷した。鋼板は、その後、断面観察、引張試験を行い、特性を調査した。結果を表２に示す。高強度材の接合の場合、加熱温度の低い本発明では、母材への熱影響がほとんどなく、特性が発揮できるのに対して、従来の拡散接合では、加熱による母材への熱影響が大きく、接合部近傍のＨＡＺ部の母材強度は低下している。
【００２０】
【表２】
2004261848.tif 000003
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来の溶接では困難であった材料、例えば、高強度鋼、アルミニウム等に対して、大気中で拡散接合することにより、優れた継ぎ手特性を持つ接合部材及び接合方法を提供することが可能になる。