CN107208195A - 铝合金复合板和铝合金复合结构构件 - Google Patents

Abstract

一种层叠有多个铝合金层，实施了扩散热处理的铝合金复合板，其中，以Mg或Zn的含量互不相同的方式层叠特定组成的铝合金层，作为扩散热处理后的组织，仅按规定量具有微细的晶粒直径、和所层叠的铝合金层之间的Mg和Zn彼此相互扩散而成的特定的Mg和Zn的相互扩散区域，从而使之兼备高强度化和高成形性。

Description

铝合金复合板和铝合金复合结构构件

技术领域

本发明涉及铝合金复合板和铝合金复合结构构件(以下将铝也称为铝和Al)。在此所谓复合板，就是将铝合金层之间彼此层叠，经轧制等而相互一体接合而成的层叠板。

背景技术

汽车的车体和飞机的机身等为了轻量化，作为原材而使用铝合金板的运输机械的结构构件中，为了高强度化的高合金化与成形为结构构件的成形性容易产生矛盾。

例如，结构构件用的7000系铝合金和超硬铝合金(Al－5.5％Zn－2.5％Mg合金)等，作为用于高强度化的典型的手段，是使Zn和Mg等的高强度化元素量增加，但存在延展性降低而难以成形为结构构件的问题。另外还有一个问题，就是若如此高合金化，则耐腐蚀性降低，或在保管中发生室温时效(时效硬化)而强度增加，成形为结构构件的成形性显著降低。另外，也有在轧制工序等之中，板的生产效率也低的问题。

这样的高强度化与成形性相矛盾的课题，仅仅通过所述7000系铝合金板、超硬铝合金板等的铝合金板单体(单一的板，单板)的组成和组织或制法来解决非常困难。

作为这一问题的解决的方向，一直以来，已知有将具有不同组成和特性的铝合金层(板)彼此相互层叠2～4层的铝合金复合板(层叠板)。

其代表例就是在3000系铝合金的芯材上，包覆有7000系铝合金的牺牲阳极材、4000系铝合金的钎料的3层～4层结构的热交换器用铝合金钎焊板。

另外，在专利文献1中，也提出有一种由复合材料构成的汽车燃料箱用铝合金材，分别使芯材为用于高强度化的5000系铝合金材，使皮材为用于耐腐蚀性提高的7000系铝合金材。

另外，在专利文献2中，还提出有一种复合板的制造方法，其利用1000系、3000系、4000系、5000系、6000系、7000系等的铝合金的熔点差，通过使用了双辊的连续铸造，使铝合金彼此最大层叠4层而一体化。

此外，在专利文献3中还提出，在层叠多个铝合金层时，使Cu防腐层介于这些铝合金层的层间，通过高温的热处理，使该Cu防腐层的Cu扩散至被接合的铝合金层中，从而使复合板的耐腐蚀性提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2004－285391号公报

专利文献2：日本国专利第5083862号公报

专利文献3：日本国特开2013－95980号公报

但是，在这些现有的铝合金复合板中，作为所述运输机械的结构构件用，解决所述高强度化与成形性相互矛盾这一课题的方法，尚罕有发现。因此，作为运输机械的结构构件用的铝合金复合板中，存在使之兼备高强度化和高成形性的技术性的课题。

发明内容

针对这一课题，本发明的目的在于，提供一种解决所述高强度化与成形性相互矛盾的课题，兼备高强度化和高成形性的铝合金复合板和铝合金复合结构构件。

为了达成这一目的，本发明的铝合金复合板的要旨是，

一种层叠有多个铝合金层的铝合金复合板，其中，由如下组成构成：

层叠于该铝合金复合板的最表层侧的所述铝合金层的内侧的所述铝合金层，分别含有Mg：3～10质量％、Zn：5～30质量％中的一种或两种，并且，

所述最表层侧的铝合金层在3～10质量％的范围含有Mg，且将Zn抑制在2质量％以下(含0质量％)，

这些铝合金层以如下方式层叠，即，使Mg或Zn的任意一种的含量互不相同的铝合金层彼此邻接而接合，合计层叠数为5～15层，且整体的板厚为1～5mm，

所述铝合金复合板的Mg和Zn的各平均含量，作为使所述层叠的各铝合金层的Mg、Zn的各含量平均化的值，为Mg：2～8质量％、Zn：3～20质量％的范围，

作为对于所述铝合金复合板实施了扩散热处理之后的组织，所述层叠的各铝合金层的晶粒直径经平均化的平均晶粒直径为200μm以下，并且所层叠的铝合金层之间具有Mg和Zn彼此互相扩散的Mg和Zn的相互扩散区域，

作为该Mg和Zn的相互扩散区域，Mg和Zn的浓度与实施所述扩散热处理之前的铝合金层的Mg和Zn的各含量之中的各自最大量比较，分别为30～70％这一范围的所述Mg和Zn的相互扩散区域，在所述板厚方向上的合计的厚度占所述铝合金复合板的板厚的40％以上。

另外，用于达成所述目的的本发明的铝合金复合结构构件的要旨是，

一种上述铝合金复合板经冲压成形而成的结构构件，其中，具有如下组织：

作为在所述冲压成形后实施了扩散热处理和人工时效处理之后的组织，所层叠的所述各铝合金层的晶粒直径经平均化的平均晶粒直径为200μm以下，并且层叠的所述铝合金层之间具有Mg和Zn彼此相互扩散的Mg和Zn的相互扩散区域，

作为该Mg和Zn的相互扩散区域，Mg和Zn的浓度与实施所述扩散热处理之前的铝合金层的Mg和Zn的各含量之中的各自最大量比较，分别为30～70％这一范围的所述Mg和Zn的相互扩散区域，在所述板厚方向上的合计的厚度占所述铝合金复合板的板厚的40％以上，并且，

具有400MPa以上的0.2％屈服强度。

本发明为了使铝合金复合板兼备高强度化和高成形性，以所述的层数和板厚为前提，使互相复合的铝合金层成为大量含有Mg、Zn的特定的组成。由此，首先是提高原料复合板的延展性，确保成形为结构构件的冲压成形性。在此原材阶段的高强度化，因反而阻碍冲压成形性而无需进行。

然后，冲压成形为结构构件，之后使互相复合的铝合金层之间含有的Mg、Zn，通过扩散热处理而扩散至彼此层叠的板的组织中。而后，借助这样的元素的扩散，使这些由Mg、Zn或Cu等形成的新的复合析出物(时效析出物)，在彼此的接合界面部析出，以实现高强度化。在这一点上，所述复合的铝合金层的大量含有Mg、Zn等的特定的组成，不仅是从延展性的观点出发的组成，而且是通过扩散热处理，使经由所述元素的扩散形成的复合析出物在彼此的接合界面部析出而用于高强度化的组成。

在本发明中，为了通过这样的元素扩散机理的显现而实现高强度化，前提是对于由铝合金复合板成形的铝合金复合结构构件，实施扩散热处理。

而后，作为实施了所述扩散热处理，或在所述扩散热处理后进一步实施了人工时效处理(以下，也称为T6处理)的铝合金复合结构构件，另外，作为再次实施了涂装烘烤处理等的人工时效(硬化)处理的铝合金复合结构构件，其通过所述人工时效处理，屈服强度(强度)提高，能够确保需要的强度，涂装烘烤硬化性和人工时效硬化处理性，即烘烤硬化性(以下，也称为BH性)优异。

为了保证这样的元素扩散机理的显现带来的高强度化(BH性)，作为实施所述扩散热处理，和相继的人工时效硬化处理(T6处理)之后的铝合金复合板(铝合金复合结构构件)的组织，由板厚方向的Mg和Zn的浓度分布，规定各铝合金层的Mg和Zn的相互扩散区域。

由此，本发明能够使实施了扩散热处理之后作为结构构件使用的铝合金复合板兼备高强度化和高成形性。

附图说明

图1是表示本发明复合板的一个方式的剖面图。

图2是表示本发明复合板的另一方式的剖面图。

图3是表示本发明的实施例(发明例1)的扩散热处理后的铝合金复合板的Mg和Zn在板厚方向的浓度分布的图。

图4是表示本发明的实施例(比较例14)的扩散热处理后的铝合金复合板的Mg和Zn在板厚方向的浓度分布的图。

具体实施方式

使用图1、2，就用于实施本发明的铝合金复合板(以下，仅称为复合板)和以其为原材成形的铝合金复合结构构件(以下，仅称为复合结构构件)的最佳的方式进行说明。还有，图1、2不过是表示本发明复合板的宽度方向或轧制方向(纵长方向)的一部分的断面，这样的断面构造跨越本发明复合板的整个宽度方向或轧制方向而均匀地(一样地)延伸。

另外，在以下的本发明实施方式的说明中，复合之前的板称为铝合金板，该板经轧制复合而薄壁化之后的复合板中的层称为铝合金层。

因此，复合板中的关于铝合金层的组成和层叠的方法等的规定意义，能够改写为复合之前的铝合金板和铸块的规定意义。

(复合板的层叠的方法)

本发明复合板，在规定范围内含有Mg、Zn的一种或两种的铝合金层之间，Mg或Zn的任意一个的含量互不相同的铝合金层之间，被相互层叠(复合)5～15层(张)。而且，其是这些层叠的复合板整体的板厚在1～5mm的范围的比较薄的铝合金复合板。

在本发明的复合板中，需要根据层叠时组合的铝合金层的彼此的组成，改变层叠的方法。使用图1、2，说明这样的层叠的方法。

图1是将Al－Mg系的板(后述的表1的A等的铝合金层)作为最表层侧的所述铝合金层(双最外层，两个最外层)，分别在其内侧层叠Al－Zn系的板(后述的表1的D或E等的铝合金层)，在中心配置Al－Mg系的板(后述的表1的A等的铝合金层)，将其层叠合计5层的例子。

图2还是将Al－Mg系的板(后述的表1的A等的铝合金层)作为最表层侧的所述铝合金层(双最外层，两上最外层)，分别在其内侧层叠Al－Zn－Mg系的板，在中心配置Al－Mg系的板(后述的表1的A等的铝合金层)，将其层叠合计5层的例子。

此图1、2均是使互相层叠的板为在所述规定的范围内分别含有Mg、Zn的一种或两种的这类铝合金层，是至少Mg或Zn的彼此含量不同的这类铝合金层的本发明例。

这些组合的铝合金层之中，在所述规定含量范围内含有Zn的图1的Al－Zn系、图2的Al－Zn－Mg系的铝合金层，因为耐腐蚀性差，所以为了确保复合板的耐腐蚀性，而使之处于复合板的内侧而层叠。使这些含有Zn的铝合金层，处于复合板的外侧(表面侧、表层侧)而层叠时，因为Zn的含量多，所以复合板进而是复合结构构件的耐腐蚀性降低。

因此，在此图1、2中，在复合板的最表层侧(双方的最外侧，双表面侧，双表层侧)的铝合金层，层叠Al－Mg系等在所述含量范围(3～10质量％的范围)内含有Mg的复合板。但是，在这样的Al－Mg系等的情况下，如果除Mg以外还含有Zn、Cu，则耐腐蚀性仍然降低，因此需要作为不会使耐腐蚀性大幅降低的、将Zn分别抑制在2质量％以下(含0质量％)的铝合金层。

层叠的层(后述的铸块或板的张数、层叠数)，为了发挥复合板的特性，因为越多层越有效，所以需要为5层(5张)以上的层。4层以下时，即使筹划层叠的方法，在板厚为1～5mm的范围这样比较薄的铝合金复合板中，特性上与单体的板(单板)仍无显著差别，没有层叠意义。另一方面，作为复合板的特性，如果层叠超过15层(15张)，期望特性进一步提高，但若考虑实用的制造工序中的生产率，则是非效率而不现实的，因此15层左右是上限。

(复合板的制造方法)

对于截至实施扩散热处理前的本发明复合板的制造方法进行说明。

在通常的单体的板(单板)中，如果用所述7000系等，像本发明这样高合金化而使Mg至10质量％，或使Zn至30质量％等的情况下，则延展性极端降低，会发生轧制裂纹等而不能轧制。相对于此，在本发明中，因为是薄板彼此，而且是组成互不相同的薄板彼此的层叠板(层叠铸块)，所以即使进行所述高合金化，因为延展性高，所以可以进行热轧，包括进行冷轧，直到薄板的复合。即，截至实施扩散热处理之前的本发明复合板，在通过通常的轧制工序，从而能够作为轧制复合板进行制造这方面也有优点。

因此，通过轧制而成为复合板之前，将在规定范围内含有Mg、Zn的一种或两种的铝合金铸块或板彼此，Mg或Zn的任意一种的含量互不相同的铝合金铸块或板彼此，相互层叠(复合)5～15张。而后，与通常的轧制工序同样，根据需要实施均质化热处理后，能够进行热轧而成为复合板。

为了在所述板厚范围内进一步薄壁化，除此之外，根据需要一边实施中间退火一边冷轧。对于这些轧制复合板，根据需要实施调质(退火、固溶等的热处理)，制造本发明复合板。

在此，对于各铝合金铸块分别各自进行均质化热处理后，也可以将互相重合而层叠的铸块，再加热到热轧温度后再进行热轧。或者，也可以是如下工序，对于各铝合金铸块分别各自实施均质化热处理之后，再分别各自进行热轧，根据需要分别各自进一步实施中间退火或冷轧，分别达到各自适当的板厚之后，对于相互重合层叠的板材，再实施冷轧而成为复合板。

之所以使本发明的复合板整体的板厚在1～5mm这样比较薄的范围，由于这一范围是所述运输机械的结构构件所通用的板厚范围。如果板厚低于1mm，则不满足作为结构构件需要的刚性、强度、加工性、焊接性等的必要特性。另一方面，板厚高于5mm时，冲压成形为运输机械的结构构件困难，另外由于重量增加，作为所述运输机械的结构构件需要的轻量化无法实现。

通过所述轧制复合法，用于使最终的复合板整体的板厚为1～5mm的所述铸块的厚度(板厚)，当然也会依据层叠的张数(层数)和轧制率等，但会在50～200mm左右。另外，最终的复合板整体的板厚为1～5mm时所层叠的各合金层的厚度，虽然也基于层叠的张数(层数)，但会在0.05～2.0mm(50～2000μm)左右。

另外，如果是对单体实施均质化热处理、热轧、或冷轧之后，再层叠并经由冷轧工序而成为复合板的过程，则层叠阶段的各板材的厚度，当然也会根据层叠的张数(层数)和轧制率等，但会在0.5～5.0mm左右。

(铝合金)

扩散热处理前的(成形为结构构件前的)复合板中，在所述最表层的内侧所层叠的铝合金层的组成，分别含有Mg：3～10质量％、Zn：5～30质量％中的一种或两种。即，复合(层叠)之前的铝合金板和铸块，或经复合的铝合金层的组成中，含有Mg：3～10质量％、Zn：5～30质量％的一种或两种。

另外，扩散热处理前的(成形为结构构件前的)所述铝合金复合板整体的Mg和Zn的各平均含量，作为使所述层叠的各铝合金层的Mg、Zn的各含量平均化的值，为Mg：2～8质量％、Zn：3～20质量％的范围。

而且，所述组成的铝合金层(板)之间，至少Mg或Zn的任意一个的含量互不相同的铝合金层(板)之间互相层叠，作为所述铝合金复合板整体，在各自所述含量范围含有Mg和Zn，这在成形性和强度的兼备上是必要的。

(在最表层的内侧所层叠的铝合金层的组成)

这些所谓含有Mg：3～10质量％、Zn：5～30质量％中的一种或两种的铝合金层，也可以是Al－Zn系、Al－Mg系的二元系铝合金。另外，也可以是在此二元系中再加入Zn、Mg和Cu、Zr、Ag的选择的添加元素的Al－Zn－Mg系、Al－Zn－Cu系、Al－Mg－Cu系等的三元系、Al－Zn－Cu－Zr等的四元系、Al－Zn－Mg―Cu－Zr等的五元系等。

使这些铝合金层以Mg或Zn的任意一个的含量互不相同的铝合金层之间邻接接合的方式互相组合层叠，作为复合板整体，以在所述平均含量范围内含有Mg和Zn，或含有Cu、Zr、Ag的选择性添加元素等的方式，层叠规定张数。

以下，对于复合的铝合金层和作为复合板的组成的各元素的含有或限制意义分别加以说明。还有，作为复合板的组成的情况下，将各元素的含量，从铝合金层的各元素的含量，改写为层叠的各板(全部的板)的各个元素的含量的平均值。关于含量的以下％的表示全部是质量％的意思。

Mg：3～10％

作为必须的合金元素的Mg与Zn一起，在复合板和复合结构构件的组织中形成团簇(微细析出物)而使加工硬化特性提高。另外，在复合板和复合结构构件的组织和接合界面部形成时效析出物而使强度提高。Mg含量低于3％时，强度不足，若高于10％，则铸造裂纹发生，另外复合板(铸块)的轧制性降低，复合板的制造变得困难。

Zn：5～30％

作为必须的合金元素的Zn与Mg一起，在复合板和复合结构构件的组织中形成团簇(微细析出物)，使加工硬化特性提高。另外，在复合板和复合结构构件的组织和接合界面部形成时效析出物，使强度提高。Zn含量低于5％时，强度不足，强度与成形性的平衡也降低。另一方面，若Zn高于30％，则铸造裂纹发生，另外复合板(铸块)的轧制性降低，复合板的制造变得困难。即使可以制造时，晶界析出物MgZn₂增，也容易发生晶界腐蚀，耐腐蚀性显著劣化，成形性也降低。

Cu、Zr、Ag之中的一种或两种以上

Cu、Zr、Ag在作用机理上有一些差异，但都是使复合板和复合结构构件的强度提高的同效元素，根据需要使之含有。

Cu除了强度提高效果以外，还有耐腐蚀性提高效果。Zr通过使铸块和复合板的晶粒微细化，Ag通过使复合板和复合结构构件的组织和在接合界面所形成的时效析出物微细化，即使分别少量的含有，也有强度提高效果。但是，若此Cu、Zr、Ag的含量过多，则复合板的制造变得困难，或即使可以制造，也会发生耐SCC性等的耐腐蚀性反而降低，或延展性和强度特性反而降低等各种问题。因此，选择性地使之含有时，Cu：0.5～5质量％，Zr：0.3质量％以下(但不含0％)，Ag：0.8质量％以下(但不含0％)。

其他的元素：

这些记述以外的其他的元素是不可避免的杂质。作为熔炼原料，除了纯铝锭以外，也会使用铝合金废料，由此可设想到(允许)这些杂质元素的混入等而允许含有。具体来说，如果是Fe：0.5％以下、Si：0.5％以下、Li：0.1％以下、Mn：0.5％以下、Cr：0.3％以下、Sn：0.1％以下、Ti：0.1％以下的各个含量，则不会使本发明的复合板的延展性和强度特性降低，可允许含有。

(复合板整体的组成)

在本发明中，随着所述铝合金层的组成，作为所述扩散热处理前的复合板整体的平均组成，一起规定了Mg和Zn的平均含量。

该复合板整体的Mg和Zn的平均含量，作为加权算术平均值而求得，即对于层叠的所述各铝合金层的Mg、Zn的各含量，进行了与所述复合层厚度比相对应的加权的值。而且，作为该加权算术平均值，使复合板整体的Mg和Zn的平均含量，在Mg：2～8质量％、Zn：3～20质量％的范围含有。

即，作为复合板整体的平均组成，由如下组成构成：在所述规定的平均含量范围内分别含有Mg、Zn中的一种或两种，其中还选择性地含有Cu、Zr、Ag之中的一种或两种以上，余量为铝和不可避免的杂质。

在此，复合板整体的Mg和Zn的平均含量，为对于构成复合板的各铝合金层的各个铝合金的Mg、Zn的含量，进行了与该铝合金层的复合层厚度比相对应的加权而求得的加权算术平均值。还有，所谓复合层厚度比，就是例如在5层铝合金复合板中，如果各铝合金层是均等的厚度，则各铝合金层的复合层厚度比全部为20％。使用该复合层厚度比，计算Mg、Zn的含量的加权算术平均值，作为复合板整体的Mg和Zn的平均含量。

作为该复合板整体的平均组成，Mg、Zn的含量的各自的平均含量过少，低于所述各下限值时，作为复合板实施500℃×2小时的扩散热处理之后的组织，Mg、Zn等向相互层叠的板的组织中的扩散不足。其结果是，通过该扩散，由此Mg、Zn等形成的新的复合析出物(时效析出物)向彼此的接合界面部的析出量不足。因此，Mg和Zn的浓度分别为30～70％的范围的Mg和Zn的相互扩散区域在所述板厚方向上的合计的厚度，低于所述铝合金复合板的板厚的40％，不能使所述铝合金复合板高强度化。具体来说，对于该铝合金复合板，实施扩散热处理和人工时效处理而成的铝合金复合结构构件，作为其强度，不能具有400MPa以上的0.2％屈服强度。

另一方面，作为该复合板整体的平均组成，Mg、Zn的含量的各自的平均含量过多，高于所述各上限值时，复合板的延展性显著降低。因此，冲压成形性降低到与所述结构构件用的7000系铝合金板和超硬铝合金板、2000系铝合金板和8000系铝合金板同等的水平，将丧失作为复合板的意义。

本发明其意图在于，替代结构构件用的7000系、超硬铝合金(Al－5.5％Zn－2.5％Mg合金)、2000系、8000系等的铝合金板。即着眼点在于，在作为成形原材的复合板的阶段，大幅提高这些高强度材的延展性，并且在成形为结构构件后，通过扩散热处理和人工时效处理，使之与这些现有的由单板构成的高强度材达到同样的高强度化。因此，最终的复合板的组成，作为复合板整体的组成，需要成为与所述结构构件用的7000系铝合金板和超硬铝合金板、2000系铝合金板和8000系铝合金板的组成相同或与之近似的组成。

因此，从这样的观点出发，使本发明的复合板的组成，接近现有的结构用的7000系、超硬铝合金、2000系、8000系等的铝合金板的单板也有意义。即，使这些现有的铝合金板的作为主要元素的Mg、Zn的一种或两种，在Mg：3～10质量％、Zn：5～30质量％的范围分别含有存在意义。

在这一点上，本发明复合板或铝合金层，可以是所述现有的铝合金板的组成，也可以含有选择性包含的Si和Li。

(复合板的元素的相互扩散组织)

在本发明中，以如上方式通过合金组成本身，和合金组成的组合而使成形性提高了的铝合金复合板，在将其冲压成形为相应用途的结构构件后，进行扩散热处理，使之高强度化。进行此扩散热处理而使之高强度化之后，并非不能成形为结构构件，但成形本身困难，需要极大的劳力。

通过该扩散热处理，使复合的铝合金层含有的Mg、Zn，在层叠的(接合的)铝合金层之间相互扩散。通过这样的元素的相互扩散，使由此Mg、Zn等形成的Zn－Mg系新的微细复合析出物(时效析出物)在彼此的接合界面部高密度地析出，进行界面部组织控制(纳米级尺寸的微细析出物的超高密度分散)。由此，能够实现在实施扩散热处理之后，优选在进一步实施人工时效处理之后的复合板(结构构件)的高强度化。

因此，本发明的所谓铝合金复合板的元素的相互扩散组织，与铝合金层的平均晶粒直径，都如本申请的方案规定，是实施扩散热处理之后的铝合金复合板的组织，实际上，是成形铝合金复合板之后的结构构件的组织。

在本发明中，以作为原材的铝合金复合板的组织也能够判别的方式，将其作为对该铝合金复合板实施扩散热处理时的元素的相互扩散组织(Mg和Zn的相互扩散区域)或平均晶粒直径加以规定。

即，以成形而成为结构构件之后即使不实施扩散热处理，在原材的铝合金复合板的阶段，也能够对该组织进行判别、评价的这一方式，如后述的实施例这样，对于该铝合金复合板，可以说作为尝试而实施扩散热处理，并规定这种情况下的Mg和Zn的相互扩散区域和平均晶粒直径。

为了使铝合金层所含的Mg、Zn在层叠的铝合金层之间相互扩散，作为前提，需要互相层叠的铝合金层，是在规定的范围分别含有Mg、Zn的一种或两种的这类铝合金层，即是至少Mg或Zn彼此的含量不同的这类铝合金层。

即，在彼此相同的Mg、Zn的含量下，彼此的层的其他元素的含量即使例如不同，该Mg和Zn在接合的层之间也不会发生相互扩散，因此不能使Mg和Zn的新的微细复合析出物(时效析出物)在彼此的接合界面部高密度析出，无法实现高强度化。

所述复合的铝合金层成为大量含有Mg、Zn的所述特定的组成，和使互相层叠、接合的层成为至少Mg或Zn的彼此含量不同的这类铝合金层，不仅是从延展性的观点出发的组成，而且也是通过扩散热处理，使经由所述元素的扩散形成的复合析出物在彼此的接合界面部析出而用于高强度化的组成。

(Mg和Zn的相互扩散区域)

在本发明中，为了保证这样的机理表现带来的高强度化，作为实施所述扩散热处理，和相继的人工时效硬化处理(T6处理)之后的铝合金复合板(或结构构件)的板厚方向的Mg和Zn的浓度分布，层叠的所述铝合金层的平均晶粒直径，如后述，均为200μm以下，并且具有层叠的铝合金层之间的Mg和Zn彼此互相扩散的Mg和Zn的相互扩散区域。

作为此Mg和Zn的相互扩散区域，规定如下，Mg和Zn的浓度，与实施所述扩散热处理之前(本来的)层叠的铝合金层中的Mg和Zn的各含量的最大值(达到最大的Mg和Zn的各含量＝各最大量)比较，分别为30～70％的范围的所述Mg和Zn的相互扩散区域在所述板厚方向上的合计的厚度，占所述铝合金复合板的板厚的40％以上。

这样的实施扩散热处理后的Mg和Zn的相互扩散区域的厚度(大小)的程度，目标是利用所述Mg和Zn的相互扩散带来的复合析出物在接合界面部的析出进行高强度化，其与复合板整体的强度直接而再现性良好地相互关联。即，实施扩散热处理之后的Mg和Zn的相互扩散区域的厚度(大小)越厚(大)，越能够使所述铝合金复合板(结构构件)高强度化。

根据所述扩散热处理的温度和时间的条件，Mg和Zn的浓度分别为30～70％的范围的Mg和Zn的相互扩散区域在所述板厚方向上的合计的厚度有所不同。因此重要的是，使所述规定的Mg和Zn的浓度在Mg和Zn的相互扩散区域的板厚方向上的合计的厚度，占所述铝合金复合板的板厚的40％以上，如此来选择所述扩散热处理的温度和时间。

因此，在本发明中，为了保证这样的元素的扩散机理的显现带来的高强度化，作为铝合金复合板的组织，将实施扩散热处理时的铝合金复合板的所述特定的Mg和Zn的相互扩散区域，可以说作为板厚方向的Mg和Zn的浓度分布加以规定。由此，能够使实施了扩散热处理之后作为结构构件使用的铝合金复合板，兼备高强度化和高成形性。

这一点上，Mg和Zn的浓度，与实施所述扩散热处理之前的铝合金层的Mg和Zn的各含量之中的各最大量比较，分别为30～70％的范围的Mg和Zn的相互扩散区域在所述板厚方向上的合计的厚度，低于所述铝合金复合板的板厚的40％时，所述Mg和Zn的相互扩散形成的复合析出物在接合界面部的析出量少，不能使所述铝合金复合板高强度化。

附带一句，Mg与Zn的浓度，与实施所述扩散热处理之前的铝合金层的Mg和Zn的各含量之中的各最大量比较，分别为30～70％的范围的Mg和Zn的相互扩散区域在所述板厚方向上的合计的厚度的上限，是所述铝合金复合板的板厚的100％，但若从使Mg和Zn相互扩散的制造极限(扩散热处理的极限)出发，则为90％左右。

还有，通过恰当控制上述Mg和Zn的相互扩散区域，在扩散热处理、人工时效处理时，在这些相互扩散区域，时效硬化得到促进，在这些区域中硬度增大。作为硬度的目标，以维氏硬度计上升至120Hv以上的区域，在板厚总体中所占的比例增大，作为整体的屈服强度增大。

(平均晶粒直径)

实施了所述扩散热处理和后续的人工时效硬化处理(T6处理)之后的结构构件(或复合板)中，使层叠的所述各铝合金层(板厚中心部)的晶粒直径经平均化的平均晶粒直径，为200μm以下的微细晶粒。换言之，就是即使经过扩散热处理也不使之粗大化。

即，层叠的所述各铝合金层(板厚中心部)的全部晶粒直径经过平均化的平均晶粒直径高于200μm时，意味着所层叠的铝合金层之中的大部分的晶粒直径高于200μm而粗大化。

因此，对于这些层叠了铝合金层的复合板，实施所述T6处理和进一步实施涂装烘烤处理之后，铝合金复合结构构件将不能具备400MPa以上的0.2％屈服强度。

本发明复合板的厚度和为了层叠而组合的各个铝合金层的厚度如果厚，则每一层铝合金层的平均晶粒直径对于强度和成形性的贡献变小。但是，在本发明中，铝合金层之间相互层叠(复合)5～15层(张)，并且，这些层叠的复合板是整体的板厚为1～5mm的薄板，因此第一层的铝合金层的平均晶粒直径对于强度和成形性的贡献显著变大。

(扩散热处理)

为了使结构构件(或复合板)的组织，如上述这样，层叠的所述各铝合金层的晶粒直径经平均化的平均晶粒直径为200μm以下，并且具有用于保证高强度化的所述特定的厚度以上的Mg和Zn的相互扩散区域，需要以优选的条件对于结构构件复合板进行扩散热处理。在这一点上，以热处理炉加热结构构件(或复合板)，作为目标，从在470℃～550℃的温度下保持0.1～24小时的条件范围中选择，进行扩散热处理。

但是，当然由于层叠的铝合金层的组成、层叠数和层叠的组合不同，扩散热处理带来的铝合金层之间的Mg和Zn的相互扩散，和扩散热处理后的平均晶粒直径会大不相同。

因此，根据层叠的铝合金层的所述条件不同，即使在所述条件范围内，也会有温度过低，或保持时间过短，所述铝合金层之间的Mg和Zn的相互扩散不足，Mg和Zn的相互扩散区域薄(小)，不能高强度化的情况。

另外，反之，根据层叠的铝合金层的所述条件不同，即使在所述条件范围内，也会扩散热处理的温度过高，或保持时间过长，所述各铝合金层的晶粒粗大化，不能使平均晶粒直径为200μm以下，仍然不能高强度化。

因此，根据层叠的铝合金层的组成、层叠数和层叠的组合，如后述的实施例，需要求得(选择)扩散热处理的温度和时间的最佳条件，精确地进行控制。

(人工时效处理)

为了使实施了以上这样的扩散热处理之后的结构构件(或复合板)进一步高强度化，优选实施人工时效处理(人工时效硬化处理)。

关于此高强度化，在本发明中，复合板经冲压成形而成的铝合金复合结构构件的高强度化的目标，作为人工时效处理后的强度，是具有400MPa以上的0.2％屈服强度。

因此，人工时效处理的温度和时间的条件，由预期的强度和原材的复合板的强度，或复合板的制造后至人工时效处理的室温时效的进行程度等决定。

附带一句，若例示优选的人工时效处理的条件，如果是一段的时效处理，则进行100～150℃下的时效处理12～36小时(含过时效区域)。另外，在二段的工序中，从如下范围选择(含过时效区域)：第一段热处理温度在70～100℃的范围、2小时以上，第二段的热处理温度在100～170℃的范围，5小时以上。

在此，本发明的铝合金复合板和结构构件中规定的、所述Mg和Zn的相互扩散区域、元素的相互扩散组织，还有铝合金层的所述平均晶粒直径，经过这一条件范围的人工时效处理，几乎没有变化。因此，本发明的铝合金复合板和结构构件中规定的、所述的Mg和Zn的相互扩散区域的所述厚度，和铝合金层的所述平均晶粒直径的测量，可以在所述扩散热处理后，也可以在该扩散热处理之后再实施所述人工时效处理之后。

此外，对于复合结构构件(或复合板)进行涂装烘烤处理时，可以在通常的条件范围进行，以160℃～210℃进行20～30分钟。

实施例

以下，列举实施例更具体地说明本发明。

层叠多个铝合金层，并且实施扩散热处理，制造层叠的铝合金层的Mg和Zn的相互扩散区域各不相同的铝合金复合板，比较成形性和强度。其结果显示在表2中。

铝合金复合板的具体的制造如下。

熔化、铸造表1所示的A～K的合金组成的铝合金铸块，分别通过常规方法进行均质化热处理和热轧，根据需要实施冷轧，使复合层厚度比成为对应全部层叠数的均等比例，如此分别制造将板厚调整为相同的1mm的所述各组成的板材。

将这些板材，按表2所示的各个组合重合层叠，通过在400℃×30分钟的再加热后，以此温度开始热轧的轧制复合法，使该层叠板材成为复合热轧板。

对于这些复合热轧板，各例均是一边再实施400℃×1秒的中间退火，一边冷轧，并实施以平均升温速度4℃/分钟、到达温度400℃保持2小时后，以20℃/秒的冷却速度进行冷却的热处理，成为表2所示的各复合板厚(各层的合计板厚)的复合板。

这些最终的复合板整体的板厚为1～5mm时，所层叠的各合金板的厚度为0.1～2.0mm(100～2000μm)左右的范围。这些复合板的复合层厚度比如前述，以各铝合金层的厚度(复合层厚度比)各自均等的方式制造。

在表2的多层铝合金复合板一栏中，作为该铝合金复合板整体的Mg和Zn的各平均含量，和作为表1的板的合计层叠数、板厚、层叠的板的组合，是从层叠的上侧向下侧按顺序显示表1所示的A～K的铝合金层(板)的类别。

例如，按ADADA、BEBEB、CFCFC等的顺序，层叠有5层、11层、13层的奇数层的复合板，意味着表1的A、B、C等的铝合金层，分别层叠在各复合板的双外侧(最上侧和最下侧)，表1的D、E、F、G、H、I等的各铝合金层，层叠在复合板的内侧。

表2所述的作为铝合金复合板的平均组成的Mg、Zn的各含量，因为各铝合金层(板)的厚度均等，所以各铝合金层的复合层厚度比，由对应全部层叠数的作为均等比例的加权算术平均值计算。

该制造好的复合板的延伸率(％)，通过后述的室温拉伸试验调査，其结果显示在表2中。

此外，对于所述制造的铝合金复合板，设想(模拟)作为结构构件使用，以表2所示的各条件实施扩散热处理后，共同在室温下保持1周后，以120℃分别实施2小时的人工时效处理(T6处理)，从该T6处理后的铝合金复合板上提取试料。

而后，测量该试料的扩散热处理后的铝合金复合板中，所层叠的各铝合金层板厚中心部的平均晶粒直径、层叠的铝合金层之间的Mg和Zn彼此相互扩散的Mg和Zn的相互扩散区域在板厚方向上的合计的厚度的比例。

Mg和Zn的相互扩散区域的测量中，是从复合板的宽度方向的任意的5处提取5个试料，使用电子探针显微分析仪(EPMA)，分别测量各自的各板厚方向的断面中的板厚方向的Mg和Zn的浓度。

而后，根据在板厚方向上每1μm测量的Mg和Zn的浓度，与实施所述扩散热处理之前的铝合金层的Mg和Zn的各含量之中的各最大量比较，判断是否是分别在30～70％的范围的Mg和Zn的相互扩散区域，求得这些相互扩散区域在所述板厚方向上的合计的厚度，计算其对于所述铝合金复合板的板厚的比例(％)。然后，作为所述Mg和Zn的相互扩散区域在所述板厚方向上的合计的厚度，对于所述铝合金复合板的板厚的比例(％)的比例，将测量到的5个试料的各比例平均化。

图3、4中，表示测量的扩散热处理后的铝合金复合板的Mg和Zn在板厚方向的浓度分布。

图3是表1的A和D的铝合金层的组合，是表2的发明例1(ADADA)，所述图1的模式的组合。图4是表1的B和F的铝合金层的组合，是表2的比较例14(BFBFB)，是所述图1的模式的组合。

在此图3、4中，横轴表示0～1000μm(板厚1mm)的、从复合板的表面(0μm)至背面(1000μm)的板厚方向的各位置。另外，纵轴表示Mg和Zn的浓度(含量，质量％)。

在图3、4中，显示Mg浓度最高的区域为表1的A或B的原本的(实施扩散热处理前的)铝合金层，Zn浓度最高的区域为表1的D或F的原本的(实施扩散热处理之前的)铝合金层的区域，其以外的Mg、Zn的浓度带梯度的区域是Mg和Zn的相互扩散区域。

因此，所谓与实施所述扩散热处理之前的、原本的铝合金层的Mg和Zn的各含量之中的各最大量相比较，分别为30～70％的范围的Mg和Zn的相互扩散区域，在Mg、Zn的浓度带梯度的区域中不仅包括Mg和Zn的相互扩散区域的厚度，也包括原本的铝合金层的Mg和Zn的各含量因扩散而减少的、原本的铝合金层的厚度。

附带一提，在图3、4中，实施所述扩散热处理之前的(原本的)铝合金层的Mg和Zn的各含量之中的各最大量，是表1的A或B的铝合金层的Mg含量5.0质量％，是表1的D或F的铝合金层的Zn含量20.0质量％。

另外，在所述T6处理后的试料中，测量所层叠的各铝合金层的平均晶粒直径。即，首先，对于在层叠的全部的铝合金层的各板厚中心部，测量了所述Mg和Zn的浓度分布的相同断面，以100倍的光学显微镜分别观察各5个视野，分别测量晶粒直径。然后，根据这些测量结果，分别求得各铝合金层的每个板厚中心部的平均晶粒直径。此外，使这些各铝合金层的每个板厚中心部的平均晶粒直径，基于层叠的全部铝合金层进行平均化，作为方案1中规定的“使层叠的各铝合金层的晶粒直径平均化的平均晶粒直径”(μm)。其结果显示在表2中。

此外，如表2所示，还调查所述T6处理后的铝合金复合板的0.2％屈服强度(MPa)。其结果也显示在表2中。

各例均是将所述试验片加工成JIS5号试验片，使拉伸方向相对于轧制方向平行，如此进行室温拉伸试验，测量0.2％屈服强度(MPa)。室温拉伸试验基于JIS2241(1980)，在室温20℃下进行试验，评点间距离为50mm，拉伸速度为5mm/分钟，以固定的速度进行直至试验片断裂。也按此要领测量所述制造后的(所述T6处理前的)复合板的总延伸率(％)。

另外，为了参考，调查所述T6处理后的试料中，复合板断面的板厚方向的硬度分布(Hv)。用市场销售的显微维氏硬度计，按顺序测量复合板断面的板厚方向的硬度，使压痕的间隔紧密地进行测量，计算维氏硬度为120Hv以上的区域在板厚方向上所占的比例(达到120Hv以上的压痕的合计长度在板厚中所占的比例：％)。显微维氏硬度的测量条件是使载荷为10g。

表2的发明例1～12中，作为扩散热处理前的组成，层叠的铝合金层为规定的合金组成，铝合金复合板的Mg和Zn的各平均含量也在规定的范围。另外，由如下组成构成：在规定含量范围内含有Zn的D、E、F、G、H、I的铝合金层，层叠于复合板的内侧，并且各个最表层侧的铝合金层A、B、C在3～10质量％的范围内含有Mg，并且，将Zn抑制在2质量％以下(含0质量％)。

另外，这些铝合金层以如下方式层叠，使Mg或Zn的任意一个的含量互不相同的铝合金层彼此邻接而接合，合计层叠数为5～13层这样的规定层叠数，所以使整体的板厚为规定范围。

而后，以恰当的条件进行扩散热处理后的铝合金复合板中，被层叠的所述铝合金层的平均晶粒直径均为200μm以下，并且具有Mg和Zn的相互扩散区域。

此外，该Mg和Zn的相互扩散区域的Mg和Zn的浓度，与实施所述扩散热处理之前的铝合金层的Mg和Zn的各含量之中的各最大量比较，分别为30～70％的范围的Mg和Zn的相互扩散区域，在所述板厚方向上的合计的厚度，占铝合金复合板的板厚的40％以上。

其结果是，发明例的复合板，所述制造后的(所述T6处理前的)复合板的总延伸率为17％以上，显示出高成形性。另外，设想的是将该铝合金复合板冲压成形为结构构件之后进行热处理，即进行扩散热处理、室温时效、人工时效处理之后，显示出0.2％屈服强度为400MPa以上的高强度。这一事实也证明，在复合板断面的板厚方向的硬度分布(Hv)中，维氏硬度为120Hv以上的区域在板厚方向所占的比例大。

相对于此，表2的比较例13～21不满足本发明所规定的要件，所述制造后的复合板的延伸率虽然与发明例同样，但所述扩散热处理、室温时效、人工时效处理后的0.2％屈服强度均低于350MPa而显著降低。这一事实也证明，在复合板断面的板厚方向的硬度分布(Hv)中，维氏硬度为120Hv以上的区域在板厚方向所占的比例比发明例小。

比较例13虽然层叠的铝合金层的组合与所述发明例相同，但是所述层叠数为ADA这样3层而过少。因此，虽然所述扩散热处理与所述发明例为相同的条件，但是所层叠的所述铝合金层的平均晶粒直径过大而高于200μm，所述Mg和Zn的相互扩散区域在所述板厚方向上的合计的厚度，也不过是低于铝合金复合板的板厚的40％。

比较例14～19虽然层叠的铝合金层的组合与所述发明例相同，但是所述扩散热处理，不是与铝合金层的条件(组成、层叠数、层叠的组合)相应的最佳条件(温度、保持时间)。

因此，所述Mg和Zn的相互扩散区域在所述板厚方向上的合计的厚度，不过是低于铝合金复合板的板厚的40％。

比较例20中，层叠的铝合金层的组成为表1的J、K而脱离规定，Mg、Zn的含量过少，即使作为平均组成，其含量也过少。

因此，所述Mg和Zn的相互扩散区域在所述板厚方向的合计的厚度，也不过是低于铝合金复合板的板厚的40％。

比较例21中，层叠的铝合金层的组成为表1的K而脱离规定，Zn的含量过少，即使作为平均组成，Zn的含量也过少。

因此，所述Mg和Zn的相互扩散区域在所述板厚方向的合计的厚度，也不过是低于铝合金复合板的板厚的40％。

[表1]

[表2]

由这些实施例可证明，用于成为兼备高强度化和高成形性的铝合金复合板的本发明的各要件的意义。

详细另外参照特定的实施方式说明了本发明，但不脱离本发明的精神和范围能够加以各种变更和修改，这对于从业者来说很清楚。

本申请基于2015年3月25日申请的日本专利申请(专利申请2015－063100)，其内容在此作为参照而编入。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供兼备高强度化和高成形性的铝合金复合板或成形该复合板而成的运输机械用的结构构件，其可解决现有的7000系铝合金等的单板中，在高强度级别下与成形性的矛盾。

Claims (2)

1.一种铝合金复合板，其特征在于，是层叠有多个铝合金层的铝合金复合板，

其由如下组成构成：层叠在该铝合金复合板的最表层侧的所述铝合金层的内侧的所述铝合金层，分别含有Mg：3～10质量％、Zn：5～30质量％中的一种或两种，并且，

所述最表层侧的铝合金层，在3～10质量％的范围含有Mg，且将Zn抑制在2质量％以下且含0质量％，

这些铝合金层的层叠方式为，使Mg或Zn的任意一种的含量互不相同的铝合金层彼此邻接接合，合计层叠数为5～15层，且整体的板厚为1～5mm，

所述铝合金复合板的Mg和Zn的各平均含量，作为使所述层叠的各铝合金层的Mg、Zn的各含量平均化而得的值，为Mg：2～8质量％、Zn：3～20质量％的范围，

作为对于所述铝合金复合板实施了扩散热处理之后的组织，所述层叠的各铝合金层的晶粒直径经平均化的平均晶粒直径为200μm以下，并且具有所层叠的铝合金层之间的Mg和Zn彼此相互扩散的Mg和Zn的相互扩散区域，

作为此Mg和Zn的相互扩散区域，Mg和Zn的浓度与实施所述扩散热处理之前的铝合金层的Mg和Zn的各含量之中的各最大量比较，分别为30～70％的范围的所述Mg和Zn的相互扩散区域，在所述板厚方向上的合计的厚度，占所述铝合金复合板的板厚的40％以上。

2.一种铝合金复合结构构件，其特征在于，由权利要求1的铝合金复合板经冲压成形而成的结构构件，作为在所述冲压成形后实施扩散热处理和人工时效处理之后的组织，所层叠的所述各铝合金层的晶粒直径经平均化的平均晶粒直径为200μm以下，并且具有所层叠的所述铝合金层之间的Mg和Zn相互扩散而成的Mg和Zn的相互扩散区域，

作为该Mg和Zn的相互扩散区域，具有如下组织：Mg和Zn的浓度与实施所述扩散热处理之前的铝合金层的Mg和Zn的各含量之中的各最大量比较，分别为30～70％的范围内的所述Mg和Zn的相互扩散区域，在所述板厚方向上的合计的厚度，占所述铝合金复合板的板厚的40％以上，

并且具有400MPa以上的0.2％屈服强度。