CN102380703B - 异种金属材料的接合方法及异种金属材料的接合体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及异种金属材料的接合方法及异种金属材料的接合体，所述异种金属材料具有不同的熔点，所述接合方法包括如下步骤：将钢构件(高熔点金属材料)和铝构件(低熔点金属材料)定位到接合位置；使转动工具在转动的状态下与钢构件压接，并且将转动工具插入到钢构件中；将转动工具的插入位置控制到转动工具不会穿透钢构件的位置；在钢构件和转动工具之间的部位产生摩擦热；使钢构件和铝构件由于从摩擦热传导的传导热而部分地软化，由此使这两个构件产生塑性流动；由转动工具部分地搅拌钢构件和铝构件，由此，对钢构件和铝构件进行搅拌摩擦焊。根据上述结构，能够极大地提高异种金属材料的接合强度、特别是剥离强度。

Description

异种金属材料的接合方法及异种金属材料的接合体
技术领域
本发明涉及异种(不同)金属材料的接合方法以及通过该接合方法获得的异种金属材料的接合体，其中，不同金属材料通过搅拌摩擦焊而接合。
背景技术
通常，通过熔融焊接方法或者使用铆钉等的机械接合方法来进行用于接合诸如钢构件和铝构件等异种金属材料的接合操作。
然而，在熔融焊接方法的情况下，待输入到焊接部的热量大，容易在钢构件和铝构件之间的交界面处形成脆弱的金属间化合物(诸如Fe2AL5、FeAL3或类似物)，从而可能产生如下问题：被接合的两个构件的接合强度不利地降低。此外，在使用铆钉或螺栓的机械接合方法的情况下，接合操作需要诸如铆钉等额外材料，由此导致制造成本的增加。
因此，近年来，已经推进了通过FSW(搅拌摩擦焊)方法来接合钢构件和铝构件的研究，在FSW方法中，待接合的构件不被熔融而是被软化以呈现塑性流动，由此两个构件被固相接合(固相焊接)。在该搅拌摩擦焊方法中，使用由一般的工具钢制成的FSW工具，并且该FSW工具仅与铝构件接触，由此钢构件和铝构件被搅拌摩擦焊(参照专利文献1、专利文献2等)。
例如，在专利文献1所公开的搅拌摩擦焊方法中，用防氧化膜(Zn镀层)覆盖钢构件的接合面，钢构件和铝构件叠加。在该叠加状态下，FSW工具在转动的状态下抵靠铝构件，然后，FSW工具被插入到铝构件中，使得铝构件和Zn镀层由于摩擦热而软化，从而呈现塑性流动，由此去除Zn镀层并且钢构件的表面露出新生面(new texture surface)。结果，呈现塑性流动的铝构件与钢构件的新生面固相接合。
现有技术文献
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2005-34879号公报
[专利文献2]日本特开2006-239720号公报
然而，在FSW工具不与钢构件接触而是仅与铝构件接触的搅拌摩擦焊方法的情况下，由于钢构件和铝构件未被充分地搅拌，所以不能获得这两个构件的高的接合强度。即，在FSW工具与铝构件接触并且被插入到铝构件中的情况下，当铝构件的温度升高到稍微低于铝构件的熔点的温度时，该铝构件被软化而呈现并进行塑性流动，使得FSW工具和铝构件之间的摩擦减少。结果，不再能够获得额外的热产生(进一步的摩擦热)。因此，钢构件的温度不能升高到使钢构件能够进行塑性流动的温度，由此导致仅铝构件被搅拌的状态。因此，钢构件和铝构件未被充分地搅拌，从而不能获得这两个构件的高的接合强度。
作为一种对策，在使用由一般的工具钢制成的FSW工具并且FSW工具根据传统技术一边转动一边与钢构件接触的情况下，可能存在F SW工具由于摩擦热而磨损或破损的担忧。
作为另一对策，已经考虑使用由诸如PCBN(聚晶立方氮化硼)等特殊材料制成的FSW工具，其中，即使PCBN与钢构件接触，也几乎不会引起磨损和破损。然而，由PCBN自身制成的这种FSW工具非常昂贵，从而可能会产生如下问题：进行搅拌摩擦焊所需的成本不利地增加。
发明内容
为了解决上述问题而实现了本发明，因此，本发明的目的是提供异种(不同)金属材料的接合方法以及异种金属材料的接合体，其能够极大地提高异种金属材料的接合强度、特别是剥离强度。
此外，本发明的另一目的是提供异种金属材料的接合方法以及异种金属材料的接合体，其能够有效地防止用于搅拌摩擦焊的转动工具破损或损坏。
为了解决上述问题，本发明提供一种异种金属材料的接合方法，所述异种金属材料具有不同的熔点，所述接合方法包括如下步骤：将高熔点金属材料和低熔点金属材料定位到接合位置，在所述接合位置，所述异种金属材料将被接合；使转动工具在转动的状态下与所述高熔点金属材料压接，并且将所述转动工具插入到所述高熔点金属材料中；将所述转动工具的插入位置控制到所述转动工具不会穿透所述高熔点金属材料的位置；在所述高熔点金属材料和所述转动工具之间的部位产生摩擦热；使所述高熔点金属材料和所述低熔点金属材料由于从所述摩擦热传导的传导热而部分地软化，由此使所述高熔点金属材料和所述低熔点金属材料产生塑性流动；和借助于所述转动工具部分地搅拌所述高熔点金属材料和所述低熔点金属材料，由此对所述高熔点金属材料和所述低熔点金属材料进行搅拌摩擦焊。
此外，通过根据异种金属材料的上述接合方法使高熔点金属材料与低熔点金属材料接合来获得本发明的异种金属材料的接合体。
根据本发明的异种金属材料的接合方法和异种金属材料的接合体，当转动工具从高熔点金属材料侧插入到高熔点金属材料中时，高熔点金属材料产生摩擦热并且被加热到如下温度：在该温度，高熔点金属材料被软化而产生塑性流动，低熔点金属材料由于从摩擦热传导的传导热也被软化而产生塑性流动。
因此，可以借助于转动工具部分地且充分地搅拌高熔点金属材料和低熔点金属材料，使得能够以高接合强度接合(焊接)两种金属材料。
此外，转动工具的插入位置(插入深度)被控制到转动工具不会穿透(贯穿)高熔点金属材料的位置，使得能够充分地确保高熔点金属材料和低熔点金属材料的接合面。结果，能够极大地提高两种异种金属材料的接合强度、特别是剥离强度。
附图说明
图1是示意性示出根据本发明的异种金属材料的接合方法的一个实施方式所适用的搅拌摩擦焊方法的操作情况的侧视图。
图2是示出由图1所示的搅拌摩擦焊方法获得的搅拌摩擦焊接合体(软钢板和铝延展板的接合体)的接合部的外观的照片。
图3A至图3D是示出图2所示的接合部的周围的截面的图，图3A是示出接合部的周围的截面的照片，图3B是示意性示出图3A所示的截面的图，图3C是示出图3A所示的IIIC部的截面的放大照片，图3D是示出图3A所示的IIID部的截面的放大照片。
图4A至图4D是示出由图1所示的搅拌摩擦焊方法获得的搅拌摩擦焊接合体(软钢板和铝铸造板的接合体)的接合部的周围的截面的图，图4A是示出接合部的周围的截面的照片，图4B是示出图4A所示的IVB部的截面的放大照片，图4C是示出图4A所示的IVC部的截面的放大照片，图4D是示出图4A所示的IVD部的截面的放大照片。
图5A至图5D是示出由图1所示的搅拌摩擦焊方法获得的搅拌摩擦焊接合体(软钢板和铝压铸板的接合体)的接合部的周围的截面的图，图5A是示出接合部的周围的截面的照片，图5B是示出图5A所示的VB部的截面的放大照片，图5C是示出图5A所示的VC部的截面的放大照片，图5D是示出图5A所示的VD部的截面的放大照片。
图6是示出搅拌摩擦焊接合体的剥离强度与转动工具的插入深度(插入位置)之间的关系的图。
图7是示出搅拌摩擦焊接合体的剥离强度与转动工具的直径之间的关系的图。
图8是示意性示出传统的搅拌摩擦焊方法的操作情况的侧视图。
图9A和图9B是示出由图8所示的搅拌摩擦焊方法获得的搅拌摩擦焊接合体的接合部的周围的截面的图，图9A是示出接合部的周围的截面的照片，图9B是示意性示出图9A所示的截面的图。
图10是示出图2以及图3A至图3D所示的搅拌摩擦焊接合体15的剥离强度和十字抗拉强度与图9A和图9B所示的搅拌摩擦焊接合体的剥离强度和十字抗拉强度的比较图。
图11A和图11B是说明接合体的强度的试验方法的图，图11A是说明剥离强度的试验方法的图，图11B是说明十字抗拉强度的试验方法的图。
具体实施方式
接着，将参照附图说明用于实施本发明的最佳方式。注意，本发明不限于这些实施方式。
图1是示意性示出根据本发明的异种金属材料的接合方法的一个实施方式所适用的搅拌摩擦焊方法的操作情况的侧视图。在根据本实施方式的异种金属材料的接合方法中，具有不同熔点的异种(不同)材料、即高熔点材料和低熔点材料被叠加并且经受点焊。
作为高熔点材料，使用铁构件、特别是熔点为大约1500℃的钢构件11。另一方面，作为低熔点材料，使用熔点为大约580℃至650℃的铝构件(包括铝合金)12。在这点上，铝构件12不限于诸如A6061构件等延展构件，而是也可以使用诸如AC4CH构件等铸造构件和诸如ADC12构件等压铸构件。
在本实施方式的搅拌摩擦焊方法中，首先，钢构件11和铝构件12被叠加并且被定位在将进行接合(焊接)的部位。此时，钢构件11被定位于上侧，而铝构件12被定位于下侧。
接着，在转动工具13转动的状态下使转动工具13抵靠钢构件11，然后，转动工具13被插入到钢构件11中。转动工具13由诸如SKD61等工具钢制成或者由模具钢制成，并且转动工具13被形成为具有直径为3mm至10mm的圆棒形状。此外，转动工具13的转数被设定在75rpm至750rpm的范围内。
当转动工具13被插入到钢构件11中时，转动工具13的插入位置(插入深度)被控制到转动工具13不会穿透钢构件11的位置。具体地，转动工具13的插入位置被控制到如下位置：转动构件13的顶端部13A被定位在从钢构件11和铝构件12的配合面(mating surface)14朝向钢构件11侧偏离距离L(L＝0.05mm至0.6mm)的部位。
当进行上述搅拌摩擦点焊时，在钢构件11和转动工具13之间的部位产生摩擦热，使得钢构件11软化，从而产生塑性流动。铝构件12的靠近转动工具13的部分温度升高，使得铝构件12也软化，从而产生塑性流动。
然后，钢构件11的和铝构件12的靠近转动工具13并且呈现塑性流动的部分通过转动工具13的转动运动而被搅拌，从而对钢构件11和铝构件12进行搅拌摩擦点焊操作。
图2、图3A至图3D、图4A至图4D以及图5A至图5D分别示出了通过该搅拌摩擦点焊方法获得的作为异种金属材料接合体的搅拌摩擦焊接合体15、18和21。
图2以及图3A至图3D所示的搅拌摩擦焊接合体15以如下方式获得：作为钢构件11的厚度为1mm的裸软钢板(抗拉强度：270MPa)和作为铝构件12的厚度为1mm的A6061铝延展材料(抗拉强度：300MPa)被叠加，然后，在下面的接合条件下对钢构件11(裸软钢板)和铝构件12(铝延展板)进行搅拌摩擦点焊操作。
上述接合条件如下。即，使用由SKD61制成并且具有直径为6mm的圆棒形状的转动工具13。该转动工具13的转数被设定为500rpm。转动工具13的插入速度被设定为20mm/min。转动工具13被插入到钢构件11中，直至转动工具13的顶端部13A到达从钢构件11和铝构件12之间的配合面14朝向钢构件11侧偏离0.3mm的距离的位置。从转动工具13的完成插入到取出该转动工具13的保持时间被设定为1秒。
在该搅拌摩擦焊接合体15中，被转动工具13搅拌的钢构件11(裸软钢板)侧的搅拌部16A和铝构件12(铝延展板)侧的搅拌部16B被接合(点焊)，由此形成接合部17。在这些特征中，如图3C和图3D所示，可以确认，铝构件12侧的搅拌部16B的金属结构被微细化，由此增大了金属结构的强度。
此外，图4A至图4D所示的搅拌摩擦焊接合体18以如下方式获得：作为钢构件11的厚度为1mm的裸软钢板和作为铝构件12的厚度为2mm的AC4CH铝铸造构件被叠加，然后，在下面的接合条件下对钢构件11(裸软钢板)和铝构件12(铝铸造板)进行搅拌摩擦点焊操作。
此外，图5A至图5D所示的搅拌摩擦焊接合体21以如下方式获得：作为钢构件11的厚度为1mm的裸软钢板和作为铝构件12的厚度为6mm的ADC12铝压铸板被叠加，然后，在下面的接合条件下对钢构件11(裸软钢板)和铝构件12(铝压铸板)进行搅拌摩擦点焊操作。
用于获得搅拌摩擦焊接合体18和搅拌摩擦焊接合体21的搅拌摩擦点焊时的上述接合条件如下。即，使用由SKD61制成并且具有直径为6mm的圆棒形状的转动工具13。该转动工具13的转数被设定为500rpm。转动工具13的插入速度被设定为20mm/min。转动工具13被插入到钢板11中，直至转动工具13的顶端部13A到达从钢构件11和铝构件12之间的配合面14朝向钢构件11侧偏离0.4mm的距离的位置。从转动工具13的完成插入到取出该转动工具13的保持时间被设定为1秒。
此外，在图4A至图4D所示的搅拌摩擦焊接合体18的情况下，被转动工具13搅拌的钢构件11(裸软钢板)侧的搅拌部19A和铝构件12(铝铸造板)侧的搅拌部19B被接合(点焊)，由此形成接合部20。在这些特征中，如图4D所示，可以确认，与铝构件12的表面(图4B所示)的结构和铝构件12的内部(图4C所示)的结构相比，铝构件12侧的搅拌部19B的金属结构被微细化，由此增大了金属结构的强度。图4B、图4C和图4D中的黑色部分表示硅成分。
此外，在图5A至图5D所示的搅拌摩擦焊接合体21的情况下，被转动工具13搅拌的钢构件11(裸软钢板)侧的搅拌部22A和铝构件12(铝压铸板)侧的搅拌部22B被接合(点焊)，由此形成接合部23。在这些特征中，如图5D所示，可以确认，与铝构件12的内部(图5B所示)的结构和铝构件12的表面(图5C所示)的结构相比，铝构件12侧的搅拌部22B的金属结构被微细化，由此增大了金属结构的强度。
在图1所示的上述搅拌摩擦点焊方法中，转动工具13的顶端部13A的插入位置(插入深度)被控制到从钢构件11和铝构件12之间的配合面14朝向钢构件11侧偏离距离L(L＝0.05mm至0.6mm)的位置的原因如下。即，通过由转动工具13产生的摩擦热而软化的钢构件11和通过从摩擦热传导的热而软化的铝构件12被转动工具13充分地搅拌，由此能够进行高强度的接合。
即，当上述偏离距离L小于0.05mm时，在钢构件11和铝构件12的接合操作过程中，钢构件11被转动工具13穿透，使得接合部17的接合表面积减少，由此显著地降低两个构件的剥离强度。相反地，当上述偏离距离L超过0.6mm时，摩擦热不能充分地传导或传递到铝构件12，使得铝构件12的被转动工具13搅拌的搅拌量变少，由此降低了两个构件的接合强度。
例如，作为钢构件11的厚度为1mm的裸软钢板和作为铝构件12的厚度为1mm的A6061铝延展材料被叠加，然后，在下面的接合条件下并且通过改变转动工具13的顶端部13A从钢构件11和铝构件12的配合面14偏离的距离L对钢构件11和铝构件12进行搅拌摩擦点焊操作。
在搅拌摩擦点焊操作时，接合条件如下。即，使用由SKD61制成并且具有直径为6mm的圆棒形状的转动工具13。该转动工具13的转数被设定为500rpm。从转动工具13的完成插入到取出该转动工具13的保持时间被设定为1秒。
对于如此获得的各搅拌摩擦焊接合体15，进行图11A所示的剥离强度试验，在表1和图6中示出了试验结果。根据日本工业标准(JIS Z3144)制备用于剥离强度试验的试验片。
如表1和图6所示，在转动工具13以使转动工具13的顶端部被定位在从钢构件11和铝构件12的配合面14朝向钢构件11侧偏离距离L＝0mm和0.7mm的部位的方式被插入到钢构件11中的搅拌摩擦焊接合体15的情况下，剥离强度分别低到0.12kN和0.20kN。
相反地，在转动工具13以使转动工具13的顶端部被定位在从钢构件11和铝构件12的配合面14朝向钢构件11侧偏离距离L＝0.05mm至0.6mm的部位的方式被插入到钢构件11中的搅拌摩擦焊接合体15的情况下，剥离强度是0.25kN以上的高值。因此，可以确认，钢构件11和铝构件12以高的接合强度被焊接接合。
[表1]
转动工具的插入深度与剥离强度之间的关系
在图1所示的上述搅拌摩擦点焊方法中，转动工具13被形成为具有直径为3mm至10mm的圆棒形状的原因在于抑制由于转动工具13与钢构件11的接触导致的过多的热产生(摩擦热)，使得能够防止转动工具13的磨损或破损，并且能够确保足够的接合强度。
即，当转动工具13的直径超过10mm时，由转动工具13与钢构件11的接触所产生的热变得过大，使得转动工具13易于磨损或破损。另一方面，当转动工具13的直径为2mm以下时，钢构件11和铝构件12之间的接合部17的接合表面积变小，使得接合强度事实上降低。因此，转动工具13的直径被设定为3mm以上。
例如，作为钢构件11的厚度为1mm的裸软钢板和作为铝构件12的厚度为1mm的A6061铝延展材料被叠加，并且转动工具13的直径如表2所示地改变，然后，在下面的接合条件下对钢构件11和铝构件12进行搅拌摩擦点焊操作。
在搅拌摩擦点焊操作时，接合条件如下。即，使用由SKD61制成并且具有圆棒形状的转动工具13。该转动工具13的转数被设定为500rpm。该转动工具13的插入速度被设定为20mm/min。转动工具13以使转动工具13的顶端部13A被定位在从钢构件11和铝构件12之间的配合面14朝向钢构件11偏离0.3mm的距离的部位的方式被插入到钢构件11中。从转动工具13的完成插入到取出该转动工具13的保持时间被设定为1秒。
对于如此获得的各搅拌摩擦焊接合体15，进行图11A所示的剥离强度试验，在图7中示出了试验结果。此外，在表2中示出了各搅拌摩擦点焊操作完成之后各转动工具13的状态。此外，在该情况下，根据日本工业标准(JIS Z3144)制备用于剥离强度试验的试验片。
如从表2中的结果明显的是，在转动工具13的直径为11mm以上的情况下，由钢构件11和转动工具13的摩擦所产生的热(摩擦热)量变得过大，从而观察到转动工具13的磨损和损坏。
此外，如图7所示，在转动工具13的直径为2mm以下的情况下，钢构件11和铝构件12之间的接合部17的接合表面积变小，从而可以确认接合强度(剥离强度)不利地降低。因此，结果示出：从钢构件11和铝构件12的接合强度的观点考虑，期望使用直径为3mm以上的转动工具13。
[表2]转动工具的直径与转动工具的磨损之间的关系
此外，在图1所示的上述搅拌摩擦点焊方法中，接合操作时转动工具13的转数被设定为75rpm至750rpm的原因在于抑制由于转动工具13与钢构件11的接触导致的过量的热产生(摩擦热)，使得能够防止转动工具13的磨损或破损，并且能够确保钢构件11和铝构件12之间的足够的接合强度。
即，当转动工具13的转数超过750rpm时，由转动工具13与钢构件11的接触所产生的热变得过大，使得转动工具13易于磨损或破损。另一方面，当转动工具13的转数少于75rpm时，由转动工具13和钢构件11的接触所产生的热量变得过小，使得钢构件11和铝构件12之间的接合强度不利地降低。
例如，作为钢构件11的厚度为1mm的裸软钢板和作为铝构件12的厚度为1mm的A6061铝延展材料被叠加，并且接合操作时转动工具13的转数如表3所示地改变，然后，在下面的接合条件下对钢构件11和铝构件12进行搅拌摩擦点焊操作。
在搅拌摩擦点焊操作时，接合条件如下。即，使用由SKD61制成并且具有直径为6mm的圆棒形状的转动工具13。该转动工具13的插入速度被设定为20mm/min。转动工具13被插入到钢构件11中，直至转动工具13的顶端部13A被定位在从钢构件11和铝构件12之间的配合面14朝向钢构件11偏离0.3mm的距离的部位。从转动工具13的完成插入到取出该转动工具13的保持时间被设定为1秒。
对于通过改变转动工具13的转数如此获得的各搅拌摩擦焊接合体15，观察接合状态。在表3中示出了观察结果。
如从表3中的结果明显的是，在转动工具13的转数为50rpm的情况下，由钢构件11和转动工具13的摩擦所产生的热(摩擦热)量变得过小，使得钢构件11和铝构件12的接合不充分。
相反地，在转动工具13的转数被设定在75rpm至750rpm的范围内的情况下，钢构件11和铝构件12的接合是充分的。
此外，在转动工具13的转数被设定为800rpm以上的情况下，虽然钢构件11和铝构件12的接合是充分的，但是，由钢构件11和转动工具13的接触所产生的热量变得过大，从而观察到转动工具13的磨损。
[表3]
取决于转动工具的转数的接合状态的差异
接着，对于图2和图3A至3D所示的搅拌摩擦焊接合体15以及通过传统的搅拌摩擦焊方法(专利文献1)获得的图9A和图9B所示的搅拌摩擦焊接合体100，将比较剥离强度和十字抗拉强度。
在上述传统的搅拌摩擦焊方法中，如图8所示，作为钢构件101的厚度为1mm的镀Zn(锌)钢板101和作为铝构件102的厚度为4mm的A6061铝延展材料被叠加，并且搅拌摩擦焊工具(FSW工具)103从铝构件102侧被插入到铝构件102中，然后，在下面的接合条件下对钢构件101和铝构件102进行搅拌摩擦点焊操作。附图标记106表示Zn(锌)镀层。
上述接合条件如下。即，使用肩部直径S为12mm、探头(probe)直径P为5mm、探头长度M为3.5mm的搅拌摩擦焊工具103。该搅拌摩擦焊工具103从铝构件102侧插入。该搅拌摩擦焊工具103的转数被设定为1500rpm。该搅拌摩擦焊工具103的插入速度被设定为20mm/min。该搅拌摩擦焊工具103的插入量被设定为3.7mm(即，搅拌摩擦焊工具103的顶端部103A被定位在从钢构件101和铝构件102之间的配合面104朝向铝构件102偏离0.3mm的距离的部位)。从搅拌摩擦焊工具103的完成插入到取出该搅拌摩擦焊工具103的保持时间被设定为2秒。
在通过图8所示的上述传统的搅拌摩擦焊方法获得的图9A和图9B所示的搅拌摩擦焊接合体100中，附图标记105表示接合部。
对于如此获得的搅拌摩擦焊接合体100以及图2和图3A至图3D所示的搅拌摩擦焊接合体15，进行图11A所示的剥离强度试验和图11B所示的十字抗拉强度试验。此时，根据日本工业标准(JIS Z3144)制备用于剥离强度试验的试验片，而根据日本工业标准(JIS Z3137)制备用于十字抗拉强度试验的试验片。在表4和图10中示出了这些强度试验结果。
如从表4的结果明显的是，在通过根据本发明的实施方式的搅拌摩擦焊方法获得的搅拌摩擦焊接合体15中，与通过传统的搅拌摩擦焊方法获得的搅拌摩擦焊接合体100相比，剥离强度提高到了大约3倍，十字抗拉强度提高到了大约1.5倍。
[表4]
搅拌摩擦焊接合体的强度的比较
  搅拌摩擦焊接合体15   搅拌摩擦焊接合体100
  剥离强度   0.49   0.16
  十字抗拉强度   0.52   0.35
由于如上所述构造本发明的实施方式，因此，本实施方式可以呈现下面的有利效果(1)至(5)。
(1)由于转动工具13从钢构件11侧被插入到钢构件11中，因此，钢构件11由于摩擦热而被软化，从而获得使钢构件11产生塑性流动的温度，同时，铝构件12由于从摩擦热传导的热也被软化。因此，均呈现塑性流动的钢构件11和铝构件12可以在靠近该转动工具13的部位被部分地、充分地搅拌，使得能够以高接合强度接合(焊接)这些钢构件11和铝构件12。
(2)转动工具13的插入位置(插入深度)被控制到转动工具13不会穿透钢构件11的部位，即，转动工具13的顶端部13A被控制成移动到从钢构件11和铝构件12之间的配合面14朝向钢构件11侧偏离至少0.05mm的距离的部位，能够充分地确保钢构件11和铝构件12之间的接合部17的接合表面积。结果，能够极大地提高钢构件11和铝构件12的接合强度、特别是剥离强度。
(3)由于转动工具13的插入位置(插入深度)被控制成使得转动工具13的顶端部13A被控制成移动到从钢构件11和铝构件12之间的配合面14朝向钢构件11侧偏离距离L(L＝0.05mm至0.6mm)的位置，因此，钢构件11和铝构件12两者都能够通过摩擦热而被软化并且能够被转动工具13充分地搅拌。结果，能够提高钢构件11和铝构件12的接合强度。
(4)由于转动工具13被形成为具有直径为3mm至10mm的圆棒形状，因此，充分地抑制了由转动工具13与钢构件11之间的摩擦所引起的热产生，从而能够有效地防止转动工具13的磨损或破损。
(5)由于接合操作时转动工具13的转数被设定为75rpm至750rpm，因此，充分地抑制了由转动工具13与钢构件11之间的摩擦所引起的热产生，从而能够有效地防止转动工具13的磨损或破损。
虽然上面已经基于实施方式说明了本发明，但是，本发明不限于这些实施方式。例如，也可以使用图8所示的具有肩部的搅拌摩擦焊工具(FSW工具)作为转动工具13。然而，在该情况下，当肩部与钢构件11接触时，肩部会由于热产生而在短时间内磨损。因此，应该注意并且期望的是，该肩部被小心地处理，使得其不与钢构件11接。

Claims (5)

1.一种异种金属材料的接合方法，所述异种金属材料具有不同的熔点，所述接合方法包括如下步骤：
将高熔点金属材料和低熔点金属材料定位到接合位置,在所述接合位置，所述异种金属材料将被接合；
使转动工具在转动的状态下与所述高熔点金属材料压接，其中所述转动工具的转数被设定为75rpm至750rpm，并且将所述转动工具插入到所述高熔点金属材料的顶面中；
将所述转动工具的插入位置控制到所述转动工具不会穿透所述高熔点金属材料的底面的位置；
在所述高熔点金属材料和所述转动工具之间的部位产生摩擦热；
使所述高熔点金属材料和所述低熔点金属材料由于从所述摩擦热传导的传导热而部分地软化，由此使所述高熔点金属材料和所述低熔点金属材料产生塑性流动；和
借助于所述转动工具部分地搅拌所述高熔点金属材料和所述低熔点金属材料，由此对所述高熔点金属材料和所述低熔点金属材料进行搅拌摩擦点焊，使得与所述低熔点金属材料的内部的结构和所述低熔点金属材料的表面的结构相比，所述低熔点金属材料的搅拌部的金属结构被微细化。
2.根据权利要求1所述的异种金属材料的接合方法，其特征在于，所述转动工具的所述插入位置被控制到如下位置：所述转动工具的端部被定位在从所述高熔点金属材料和所述低熔点金属材料的配合面朝向所述高熔点金属材料侧偏离0.05mm至0.6mm的距离的位置。
3.根据权利要求1所述的异种金属材料的接合方法，其特征在于，所述转动工具由钢制成并且被形成为呈圆棒形状，所述转动工具的直径被设定为3mm至10mm。
4.根据权利要求1所述的异种金属材料的接合方法，其特征在于，所述高熔点金属材料是铁构件，而所述低熔点金属材料是铝构件。
5.一种异种金属材料接合体，其通过使用权利要求1至4中任一项所述的异种金属材料的接合方法接合高熔点金属材料和低熔点金属材料而获得。
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