CN108136729B - 金属层叠材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种兼具成形加工性、轻量性和散热性，具有足够强度的金属层叠材料。所述金属层叠材料具有不锈钢层/铝层的双层结构，或第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构，其中，拉伸强度TS(MPa)为200≤TS≤550，伸长率EL为15％以上，不锈钢层的表面硬度Hv为300以下。

Description

金属层叠材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及金属层叠材料及其制造方法。
背景技术
金属材料应用于各种领域，例如用于移动电子设备等电子设备用的散热部件。对于用于散热部件的金属材料，要求其具有轻量性、高强度、高散热性和成形加工性。作为这种金属材料，目前广泛应用的有高强度铝材、不锈钢与碳板层叠而成的层叠材料。
但是，高强度铝材虽然轻量、散热性优异，却缺乏成形加工性。另一方面，不锈钢与碳板的层叠材料虽然成形加工性优异，但碳板价格极其高昂，此外，散热性劣于铝材。
作为散热部件用的其他金属材料，也研究了2块以上的金属板或金属箔层叠而成的金属层叠材料(包层材料)，例如，研究了不锈钢与铝的金属层叠材料。不锈钢与铝的金属层叠材料在兼具铝的轻量性和散热性、不锈钢的成形加工性这两种特性上十分优异。作为不锈钢与铝的金属层叠材料，已知有例如专利文献1～3的材料。
专利文献1记载了一种硬软层叠材料，其特征在于，在硬质层与软质层层叠而成的硬软层叠材料中，硬软层叠材料的至少一个接合面是将接合的各个面活化处理并抵接，使其重合并层叠接合而成。也记载了硬质层由不锈钢层组成，软质层由铝层组成。
专利文献2记载了一种具有三层包层结构的电子设备用散热板原材料，其特征在于，所述原材料是将铝材作为外层材料，不锈钢作为芯材而组成的。
专利文献3记载了一种铝与不锈钢包层材料，所述包层材料是在不锈钢板的一个表面上接合由以Al为主成分的Al基金属组成的硬质铝板而成的，所述不锈钢板的硬度为Hv400以下，而所述硬质铝板的硬度为Hv40以上，且不锈钢板与硬质铝板的接合强度为0.3kgf/cm以上。
当用冷轧(冷間圧延)制造不锈钢与铝的金属层叠材料时，不锈钢和铝会因加工硬化而变硬，成形加工性变差。在得到的金属层叠材料中，加工硬化的铝虽然可以通过热处理并重结晶而软化，但由于不锈钢的重结晶温度高于铝的熔点，因此在不锈钢可以重结晶的温度区域内进行热处理会导致铝熔融。因此，通过冷轧制造的不锈钢与铝的金属层叠材料，在制造后，加工硬化的不锈钢和铝都无法重结晶，难以得到具有足够成形加工性的材料，尤其是在金属层叠材料的厚度达到一定程度的情况下，即使不锈钢的硬度提升金属层叠材料也能具有一定程度的成形加工性，但在金属层叠材料的厚度较薄——例如为500μm以下——的情况下，成形加工性会降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2004-306458号公报
专利文献2：(日本)特开2015-62922号公报
专利文献3：(日本)特开2000-312979号公报
发明概要
发明所要解决的课题
如上所述，不锈钢与铝的金属层叠材料在厚度较薄的情况下，难以得到兼具成形加工性优异的不锈钢的特性和散热性与轻量性优异的铝的特性，且具有足够强度的金属层叠材料。
因此，本发明的目的在于提供一种兼具成形加工性、轻量性和散热性，具有足够强度的金属层叠材料。
解决课题的手段
本发明人等为了解决所述课题而进行了潜心研究，结果发现在不锈钢与铝的金属层叠体中，具有特定机械特性的金属层叠材料兼具成形加工性、散热性和轻量性，具有足够的强度，从而完成了本发明。即，本发明的要点如下。
(1)一种金属层叠材料，具有不锈钢层/铝层的双层结构，或第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构，其中，拉伸强度TS(MPa)为200≤TS≤550，伸长率EL为15％以上，不锈钢层的表面硬度Hv为300以下。
(2)根据上述(1)所述的金属层叠材料，其中，厚度为50μm～500μm。
(3)根据上述(1)或(2)所述的金属层叠材料，其中，不锈钢层的平均结晶粒度为1.5μm～10μm，且在从样品坐标系TD观察的截面图像中横穿沿着样品坐标系ND的长10μm的直线的剪切带的数量低于5。
(4)一种金属层叠材料的制造方法，所述金属层叠材料具有根据上述(1)～(3)中任一项所述的不锈钢层/铝层的双层结构，所述制造方法包括：对表面硬度Hv为300以下的不锈钢箔进行溅射蚀刻的工序；对表面硬度Hv为20以上的铝箔进行溅射蚀刻的工序；以及将所述不锈钢箔和所述铝箔中溅射蚀刻后的面以10％以下的压下率压接，得到具有不锈钢层/铝层的双层结构的金属层叠材料的工序。
(5)一种金属层叠材料的制造方法，所述金属层叠材料具有根据上述(1)～(3)中任一项所述的第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构，所述制造方法包括：对表面硬度Hv为300以下的第一不锈钢箔进行溅射蚀刻的工序；对表面硬度Hv为20以上的铝箔进行溅射蚀刻的工序；将所述第一不锈钢箔和所述铝箔中溅射蚀刻后的面以10％以下的压下率压接，得到第一不锈钢层/铝层的双层材料的工序；对所述双层材料的铝层的面进行溅射蚀刻的工序；对表面硬度Hv为300以下的第二不锈钢箔进行溅射蚀刻的工序；以及将所述双层材料和所述第二不锈钢箔中溅射蚀刻后的面以10％以下的压下率压接，得到具有第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构的金属层叠材料的工序。
(6)根据上述(4)或(5)所述的金属层叠材料的制造方法，包括：再对得到的金属层叠材料在100～500℃下进行热处理的工序。
本说明书包含作为本申请的优先权基础的日本专利申请第2015-193075号中的公开内容。
发明效果
通过本发明，能够提供一种兼具成形加工性、散热性和轻量性，具有足够强度的金属层叠材料。
附图简要说明
图1是示意性地表示本发明的金属层叠材料(双层材料)的一个实施方式的剖面图；
图2是示意性地表示本发明的金属层叠材料(三层材料)的一个实施方式的剖面图；
图3是表示通过实施例1～3和比较例1～2得到的金属层叠材料中的表面硬度与凸出高度(張出高さ)的关系的图表；
图4是表示通过实施例1～3和比较例1得到的金属层叠材料中的拉伸强度与凸出高度的关系的图表；
图5是表示通过实施例1～3和比较例1得到的金属层叠材料中的伸长率与凸出高度的关系的图表；
图6是表示通过实施例4～5和比较例3得到的金属层叠材料中的表面硬度与凸出高度的关系的图表；
图7是表示通过实施例4～5和比较例3得到的金属层叠材料中的拉伸强度与凸出高度的关系的图表；
图8是表示通过实施例4～5和比较例3得到的金属层叠材料中的伸长率与凸出高度的关系的图表；
图9是用于计算平均结晶粒度的扫描电子显微镜(SEM)的截面观察图像；图9A表示不锈钢箔1单体，图9B表示接合后(as clad，作为包层)的金属层叠材料(实施例1-1)的不锈钢层，图9C表示接合并热处理后的金属层叠材料(实施例1-2)的不锈钢层；
图10是用于计算平均结晶粒度的扫描电子显微镜(SEM)的截面观察图像；图10A表示不锈钢箔2单体，图10B表示接合并热处理后的金属层叠材料(实施例2-2)的不锈钢层；
图11是用于评价剪切带的扫描电子显微镜(SEM)的截面观察图像；图11A表示不锈钢箔1单体，图11B表示接合并热处理后的金属层叠材料(实施例1-2)的不锈钢层；
图12是用于评价剪切带的扫描电子显微镜(SEM)的截面观察图像；图12A表示不锈钢箔3单体，图12B表示接合并热处理后的金属层叠材料(比较例1-2)的不锈钢层。
发明实施方式
下面对本发明进行详细说明。
本发明的金属层叠材料是将不锈钢与铝层叠而成，具有不锈钢层和铝层的金属层叠材料。本发明的金属层叠材料是仅在铝的单面层叠不锈钢而成，具有不锈钢层/铝层的双层结构的金属层叠材料(双层材料)，或是在铝的两面层叠不锈钢而成，具有第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构的金属层叠材料(三层材料)。在铝的两面层叠不锈钢而成的本发明的三层材料，与在不锈钢的两面层叠铝而成的三层材料相比，成形加工性和耐腐蚀性优异。
本发明的双层材料由于具有铝表面，因此与厚度和厚度比例相同的三层材料相比，散热性优异。另外，本发明的双层材料与三层材料相比，制造工序少，因此在生产率和成本方面较为有利。本发明的三层材料，由于其层叠材料的两个表面为不锈钢层，因此耐刮擦性和耐腐蚀性优异。本发明中，根据作为金属层叠材料的用途和目的的特性，可选择双层材料或三层材料。
I.材料
作为用于本发明的金属层叠材料的不锈钢，没有特别限制，可以列举SUS304、SUS201、SUS316、SUS316L和SUS430等不锈钢箔。
用于本发明的金属层叠材料的不锈钢的厚度没有特别限制，通常为5μm～400μm，下限优选为10μm以上，另外，在不锈钢的表面硬度Hv为249以下的情况下，从处理的观点考虑，更优选为20μm以上，上限优选为低于300μm，更优选为低于210μm。使用的不锈钢的厚度越厚，越能提高金属层叠材料的拉伸强度、伸长率和成形加工性。
用于本发明的金属层叠材料的不锈钢的表面硬度Hv，优选为300以下，从良好的成形加工性和处理的观点考虑，更优选为280以下，在追求更好的成形性的情况下特别优选为249以下。需要说明的是，当与铝压接时，不锈钢上会导入有加工变形，通常表面硬度Hv会升高，但接合前的不锈钢表面硬度Hv和与铝接合后的不锈钢层表面硬度Hv的差优选在100以内，更优选为80以内，进一步优选为50以内。当硬度差超过100时，不锈钢层的加工变形会过大，导致成形加工性恶化，故不优选。本发明中，表面硬度Hv例如可以使用显微维氏硬度计(载荷100gf)，按照JIS Z 2244(维氏硬度试验-试验方法)进行测定。
优选地，用于本发明的金属层叠材料的不锈钢，下述定义的平均结晶粒度为1.5μm～10μm，且横穿沿着样品坐标系ND的长10μm的直线的剪切带数低于5。平均结晶粒度和剪切带数通过与下述金属层叠材料的情况相同的方法进行测定。使用这种不锈钢，通过在金属层叠材料的制造中将压下率控制在下述特定范围内，可以切实得到拉伸强度TS(MPa)为200≤TS≤550，伸长率EL为15％以上，不锈钢层的表面硬度Hv为300以下的金属层叠材料。当在接合前的不锈钢中剪切带数多时，或者当金属层叠材料的制造中的压下率高时，即使在层叠后的不锈钢层中，剪切带数也有可能变多，导致成形加工性下降。
作为用于本发明的金属层叠材料的铝，没有特别限制，可以使用纯铝或铝合金箔。作为铝合金，可以使用JIS规定的1000系、3000系和5000系等铝合金。
用于本发明的金属层叠材料的铝的厚度没有特别限制，通常为10μm～490μm，下限优选为15μm以上，更优选为20μm以上，上限优选为470μm以下，更优选为450μm以下。
用于本发明的金属层叠材料的铝的表面硬度Hv没有特别限制，例如下限为20以上，从处理和耐刮擦性的观点考虑，优选为40以上，上限为150以下，优选为100以下。
II.金属层叠材料
如图1所示，本发明的双层材料1具有仅在铝层10的单面接合有不锈钢层21而成的不锈钢层21/铝层10的双层结构。
如图2所示，本发明的三层材料2具有在铝层10的两面接合有第一不锈钢层21和第二不锈钢层22而成的第一不锈钢层21/铝层10/第二不锈钢层22的三层结构。
本发明的金属层叠材料的厚度没有特别限制，通常为50μm～500μm，优选为50μm～400μm，更优选为50μm以上低于300μm，特别优选为50μm～200μm。本发明中，关于金属层叠材料的厚度，在双层材料的情况下是指不锈钢层与铝层的总厚度，在三层材料的情况下是指第一不锈钢层、铝层和第二不锈钢层的总厚度。本发明的金属层叠材料可以起到即使厚度较薄也具有良好的成形加工性这一意想不到的技术效果。
本发明的金属层叠材料中，铝层厚度与不锈钢层厚度的比(铝层厚度/不锈钢层厚度)例如为0.1～100，优选为0.3～50。本发明的金属层叠材料中，当铝层厚度与不锈钢层厚度的比为上述范围时，可以在实现轻量的同时具有足够的强度、成形加工性和铝层与不锈钢层的紧贴性。
本发明的金属层叠材料，其拉伸强度TS(MPa)为200≤TS≤550，从金属层叠材料具有良好的强度和成形加工性的观点考虑，优选为200≤TS≤500。当金属层叠材料的拉伸强度TS为200以上时，金属层叠材料能够具有足够的强度；当拉伸强度TS为550以下时，金属层叠材料能够具有高强度和足够的成形加工性。拉伸强度TS例如可以使用Autograph AGS-5kNX((株)岛津制作所生产)，按照JIS Z 2241(金属材料拉伸试验方法)进行测定。
本发明的金属层叠材料的伸长率EL为15％以上，从良好的成形加工性的观点考虑，优选为25％以上，更优选为30％以上。伸长率EL可以按照JIS Z 2241记载的断裂伸长率的测定，例如使用拉伸强度试验的试验片进行测定。
本发明的金属层叠材料的不锈钢层的表面硬度Hv为300以下，从良好的成形加工性的观点考虑，优选为280以下。在本发明的金属层叠材料为三层材料的情况下，第一不锈钢层和第二不锈钢层中的任一层具有上述表面硬度Hv。当不锈钢层的表面硬度Hv为280以下时，在金属层叠材料中，导致其表面硬度升高的固溶元素、析出物和加工变形所造成的影响较少，因此能够具有更高的成形性，成形加工性不够的可能性较低。
本发明的金属层叠材料具有上述拉伸强度、伸长率和不锈钢层的表面硬度这些机械特性，由此具有良好的成形加工性。具体而言，本发明的金属层叠材料具有通过埃里克森试验(エリクセン試験)产生的凸出高度(埃里克森值)为4.6mm以上，优选为5.0mm以上，更优选为6.0mm以上这一较高的成形加工性。本发明中，通过埃里克森试验产生的凸出高度例如可使用机械式埃里克森试验机ESM-1(CAP2mm，(株)东京衡机试验机生产)，按照JIS Z 2247(埃里克森试验方法)进行测定。本发明的金属层叠材料即使在金属层叠材料的厚度较薄的情况(例如50μm～500μm)下，也能通过具有上述拉伸强度、伸长率和不锈钢层的表面硬度的机械特性，来起到具有较高成形加工性这一意想不到的技术效果。
另外，优选地，在本发明的金属层叠材料中，不锈钢层的平均结晶粒度为1.5μm～10μm，且在从样品坐标系TD(Transverse Direction，横向)观察的截面图像中横穿沿着样品坐标系ND(Normal Direction，法向)的长10μm的直线的剪切带数低于5。由此，能够获得较高的成形加工性。平均结晶粒度更优选为1.5μm～8.0μm，特别优选为2.0μm～6.0μm。另外，横穿长10μm的直线的剪切带数更优选为3以下，进一步优选为1以下，特别优选为0。
此外，当在从金属层叠材料的样品坐标系TD观察的通过扫描型电子显微镜(SEM)得到的截面图像中，任选30个结晶粒，将就1个结晶粒测定的长径和短径的平均值作为该结晶粒的粒径时，上述平均结晶粒度是指30个结晶粒的粒径的平均值。另外，在本发明中，横穿的剪切带数是指在从金属层叠材料的样品坐标系TD观察的通过SEM得到的截面图像中，沿着金属层叠材料的厚度方向(样品坐标系ND)划10条长10μm的直线，平均对于10条直线所获得的横穿1条直线的剪切带数所得到的值。
在此，在本发明中，RD(Rolling Direction，辊压方向)与轧制方向一致，TD(Transverse Direction，横向)与轧制直角方向一致，ND(Normal Direction，法向)与轧制面(板面)法线方向一致。
III.金属层叠材料的制造方法
本发明的双层材料可通过包括以下工序的方法制造：对表面硬度Hv为300以下的不锈钢箔进行溅射蚀刻的工序(工序1)；对表面硬度Hv为20以上的铝箔进行溅射蚀刻的工序(工序2)；以及将所述不锈钢箔和所述铝箔中溅射蚀刻后的面以10％以下的压下率压接，得到具有不锈钢层/铝层的双层结构的金属层叠材料的工序(工序3)。
在本发明的双层材料的制造方法的工序1、2中，对不锈钢箔与铝箔的各接合面进行溅射蚀刻。
具体而言，溅射蚀刻处理如下进行：准备不锈钢箔和铝箔制备为宽100mm～600mm的长线圈，分别将具有接合面的不锈钢箔和铝箔作为接地的一个电极，在与被绝缘支撑的其他电极之间施加1MHz～50MHz的交流电并发生辉光放电，并且将通过辉光放电而产生的等离子体中露出的电极的面积设为上述其他电极的面积的1/3以下。在溅射蚀刻处理中，接地的电极采用冷却辊的形式，防止各运送材料温度上升。
在溅射蚀刻处理中，通过在真空下利用惰性气体对不锈钢箔与铝箔的接合面进行溅射，将表面的吸附物完全除去，且除去表面的氧化膜的一部分或全部。氧化膜不一定必须完全除去，在残留一部分的状态下也能获得足够的接合力。通过残留一部分氧化膜，与完全除去的情况相比，能够大幅减少溅射蚀刻处理时间，提高金属层叠材料的生产率。作为惰性气体，可以使用氩气、氖气、氙气、氪气等、和至少包括其中一种的混合气体。对于不锈钢箔和铝箔中的任一种，都能够以蚀刻量约1nm左右将表面的吸附物完全除去。
不锈钢箔的溅射蚀刻处理能够在真空下，以例如100W～10KW的等离子功率、线速度1m/分～30m/分进行。此时的真空度优选为高真空度，以防止吸附物再次吸附到表面，例如1×10-5Pa～10Pa即可。在溅射蚀刻处理中，从防止铝箔软化的观点考虑，不锈钢箔的温度优选为保持在常温～150℃。
表面残留有部分氧化膜的不锈钢箔通过将不锈钢箔的蚀刻量设为例如1nm～10nm而获得。根据需要，也可以设为超过10nm的蚀刻量。
铝箔的溅射蚀刻处理能够在真空下，以例如100W～10KW的等离子功率、线速度1m/分～30m/分进行。此时的真空度优选为高真空度，以防止吸附物再次吸附到表面，例如1×10-5Pa～10Pa即可。
本发明中，表面残留有部分氧化膜的铝通过将铝的蚀刻量例如设为1nm～10nm而获得。根据需要，也可以设为超过10nm的蚀刻量。
在本发明的双层材料的制造方法的工序(3)中，以10％以下的压下率，例如通过辊压接(ロール圧接)将不锈钢箔的溅射蚀刻处理后的面与铝箔的溅射蚀刻处理后的面压接，而将不锈钢箔与铝箔接合。辊压接的轧制线载荷没有特别限制，例如可以设为0.1tf/cm～10tf/cm。另外，通过辊压接进行接合时的温度没有特别限制，例如为常温～150℃。
本发明的双层材料的制造方法中，压接不锈钢箔和铝箔时的压下率为10％以下，优选为3％以下。当压下率为10％以下时，可以避免不锈钢层和铝层出现较多的加工变形，得到的金属层叠材料的成形加工性得以提高。另外，当压下率为10％以下时，可以避免因不锈钢层的剪切带数增多而导致成形加工性降低。此外，在压接前后，各层的厚度也可以不变，因此压下率的下限值为0％。
通过辊压接进行的接合，优选为在非氧化气氛中——例如Ar等惰性气体气氛中进行，以防止不锈钢箔和铝箔表面再次吸附氧而导致二者间的接合强度下降。
本发明的三层材料可通过包括以下工序的方法制造：对通过上述制造方法得到的双层材料的铝层的面进行溅射蚀刻的工序(工序4)；对表面硬度Hv为300以下的第二不锈钢箔进行溅射蚀刻的工序(工序5)；以及将上述双层材料和上述第二不锈钢箔中溅射蚀刻后的面以10％以下的压下率压接，得到具有第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构的金属层叠材料的工序(工序6)。
具体而言，本发明的三层材料可通过包括以下工序的方法制造：对表面硬度Hv为300以下的第一不锈钢箔进行溅射蚀刻的工序(工序1)；对表面硬度Hv为20以上的铝箔进行溅射蚀刻的工序(工序2)；将上述第一不锈钢箔和上述铝箔中溅射蚀刻后的面以10％以下的压下率压接，得到第一不锈钢层/铝层的双层材料的工序(工序3)；对上述双层材料的铝层的面进行溅射蚀刻的工序(工序4)；对表面硬度Hv为300以下的第二不锈钢箔进行溅射蚀刻的工序(工序5)；以及将上述双层材料和上述第二不锈钢箔中溅射蚀刻后的面以10％以下的压下率压接，得到具有第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构的金属层叠材料的工序(工序6)。
在本发明的三层材料的制造方法的工序4和工序5中，对双层材料的铝层的面和第二不锈钢箔的各接合面进行溅射蚀刻。溅射蚀刻处理在工序4中可以与上述双层材料制造方法的工序2同样地进行，在工序5中可以与上述双层材料制造方法的工序1同样地进行。
在本发明的三层材料的制造方法的工序6中，以10％以下的压下率将得到的双层材料的溅射蚀刻处理后的铝层的面与第二不锈钢箔的溅射蚀刻处理后的面压接，而将双层材料的铝层的面与不锈钢箔接合。该工序可以与上述双层材料制造方法的工序3同样地进行。此外，从原样品的厚度到最终层叠材料的总计压下率优选设为10％以下。
通过上述制造方法得到的本发明的双层材料和三层材料也可根据需要再进行热处理。通过热处理，可以除去铝层的加工变形，提高各层之间的紧贴性。该热处理优选在铝不会熔融的温度下进行，例如优选在500℃以下的温度进行热处理。
进一步地，该热处理优选在至少使不锈钢层的金属元素向铝层热扩散的温度下进行。热扩散的金属元素例如为Fe、Cr、Ni。该热扩散使接合力得以提高。此外，不锈钢层所含有的金属元素和铝也可以相互热扩散。
具体而言，可以在100℃～500℃的温度下进行金属层叠材料的热处理。当热处理温度为该范围时，通过热扩散，可以使得到的金属层叠材料具有较高的接合力。从进一步提高接合力的观点考虑，热处理温度优选为200℃～400℃。热处理时间因温度而异，例如300℃时可以保持1秒(不含升温时间)～240分钟左右。
实施例
下面基于实施例及比较例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于这些实施例。
(实施例1～3和比较例1～2)
使用下述表1所示的不锈钢箔1～5中任一不锈钢箔作为第一不锈钢箔和第二不锈钢箔，使用下述表1所示的铝箔1或2作为铝箔，制造成具有三层结构的金属层叠材料。将各样品的特性值示于表1。
[表1]
Figure BDA0001610928590000121
材料或金属层叠材料的拉伸强度TS、伸长率EL、表面硬度Hv和通过埃里克森试验产生的凸出高度(埃里克森值)按照如下方式测定。
[拉伸强度TS]
使用Autograph AGS-5kNX((株)岛津制作所生产)，按照JIS Z 2241(金属材料拉伸试验方法)进行测定。
[伸长率EL]
使用拉伸强度试验的试验片，按照JIS Z 2241记载的断裂伸长率的测定进行测定。
[表面硬度Hv]
使用显微维氏硬度计(载荷100gf)，按照JIS Z 2244(维氏硬度试验-试验方法)进行测定。
[通过埃里克森试验产生的凸出高度]
使用机械式埃里克森试验机ESM-1(CAP2mm，(株)东京衡机试验机生产)，按照JISZ 2247(埃里克森试验方法)进行测定。
首先，对第一不锈钢箔和铝箔实施溅射蚀刻处理。对第一不锈钢箔的溅射蚀刻是在0.1Pa下，以等离子功率800W、线速度3.5m/分实施；对铝箔的溅射蚀刻是在0.1Pa下，以等离子功率2600W、线速度3.5m/分实施，将第一不锈钢箔和铝箔的表面吸附物完全除去。第一不锈钢箔的蚀刻量约为2nm，铝箔的蚀刻量约为6nm。在常温下，以2tf/cm的轧制线载荷(轧制载荷0.4MN)、0～1％的压下率，通过辊压接将溅射蚀刻处理后的第一不锈钢箔和铝箔接合，得到第一不锈钢层/铝层的双层材料。
接着，对双层材料中的铝层的面和第二不锈钢箔实施溅射蚀刻处理。对双层材料的溅射蚀刻是在0.1Pa下，以等离子功率2600W、线速度3.5m/分实施；对第二不锈钢箔的溅射蚀刻是在0.1Pa下，以等离子功率800W、线速度3.5m/分实施，将双层材料的铝层和第二不锈钢箔的表面吸附物完全除去。双层材料的铝层的蚀刻量约为6nm，第二不锈钢箔的蚀刻量约为2nm。接着，在常温下，以2tf/cm的轧制线载荷(轧制载荷0.4MN)、0～1％的压下率，通过辊压接将双层材料的铝层和第二不锈钢箔接合，得到具有第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构的金属层叠材料。最终得到的层叠材料的压下率通过下述算式1计算，约为1％。
[算式1]
(样品的各个厚度的总和-层叠材料的厚度)/(样品的各个厚度的总和)×100(％)
将针对得到的实施例1-1、2-1和比较例1-1的金属层叠材料(作为包层)测定的特性值示于表2。
[表2]
Figure BDA0001610928590000141
如表2所示，拉伸强度TS为200≤TS≤550，伸长率EL为15％以上，不锈钢层的表面硬度Hv为300以下的金属层叠材料(实施例1-1、2-1)中，通过埃里克森试验产生的凸出高度为4.6mm以上，显示出较高的成形加工性。另一方面，拉伸强度TS、伸长率EL和不锈钢层的表面硬度Hv不在上述范围内的金属层叠材料(比较例1-1)中，通过埃里克森试验产生的凸出高度低于4.6mm，成形加工性不足。
对得到的金属层叠材料(作为包层)，再在250℃下进行30分钟的热处理，得到相应的实施例1-2、2-2和比较例1-2的金属层叠材料。另外，通过同样的方式，得到实施例3-2和比较例2-2的金属层叠材料。将针对热处理后的金属层叠材料所测定的特性值示于表3。另外，就热处理前的金属层叠材料(作为包层)和热处理后的金属层叠材料，将金属层叠材料中的不锈钢层的表面硬度Hv、拉伸强度TS和伸长率EL与通过埃里克森试验产生的凸出高度的关系一并示于图3～图5。
[表3]
Figure BDA0001610928590000151
如表3和图3～图5所示，拉伸强度TS为200≤TS≤550，伸长率EL为15％以上，不锈钢层的表面硬度Hv为300以下的金属层叠材料(实施例1-2～3-2)中，通过埃里克森试验产生的凸出高度皆为4.6mm以上，显示出较高的成形加工性。另一方面，拉伸强度TS、伸长率EL和表面硬度Hv不在上述范围内的金属层叠材料(比较例1-2)中，通过埃里克森试验产生的凸出高度低于4.6mm，成形加工性不足。另外，在金属层叠材料的厚度较厚，为595μm的情况(比较例2-2)下，可以看出在得到的金属层叠材料中，即使不锈钢层的表面硬度Hv超过300，通过埃里克森试验产生的凸出高度也为4.6mm以上，显示出较高的成形加工性。
此外，从表2和表3可以看出，通过实施热处理，通过埃里克森试验产生的凸出高度稍稍升高，成形加工性提高。
(实施例4～5和比较例3)
使用上述表1所示的不锈钢箔1～3中任一不锈钢箔作为不锈钢箔，使用上述表1所示的铝箔3作为铝箔，制造具有双层结构的金属层叠材料。
首先，对不锈钢箔和铝箔实施溅射蚀刻处理。对不锈钢箔的溅射蚀刻是在0.1Pa下，以等离子功率800W、线速度3.5m/分实施；对铝箔的溅射蚀刻是在0.1Pa下，以等离子功率2600W、线速度3.5m/分实施，将不锈钢箔和铝箔的表面吸附物完全除去。不锈钢箔的蚀刻量约为2nm，铝箔的蚀刻量约为6nm。在常温下，以2tf/cm的轧制线载荷(轧制载荷0.4MN)、0～1％的压下率，通过辊压接将溅射蚀刻处理后的不锈钢箔和铝箔接合，得到具有不锈钢层/铝层的双层结构的金属层叠材料。
将针对得到的实施例4-1的金属层叠材料(as clad，作为包层)测定的特性值示于表4。
[表4]
Figure BDA0001610928590000161
1：上段值为不锈钢层的表面硬度Hv，下段值为铝层的表面硬度Hv。
2：上段值为对不锈钢层侧进行冲压而测定的值，下段值为对铝层侧进行冲压而测定的值。
如表4所示，拉伸强度TS为200≤TS≤550，伸长率EL为15％以上，不锈钢层的表面硬度Hv为300以下的实施例4-1的金属层叠材料，其通过埃里克森试验产生的凸出高度为4.6mm以上，显示出较高的成形加工性。
对得到的实施例4-1的金属层叠材料(as clad，作为包层)，再在250℃下进行30分钟的热处理，得到实施例4-2的金属层叠材料。另外，通过同样的方式，得到实施例5-2和比较例3-2的金属层叠材料。将针对热处理后的金属层叠材料所测定的特性值示于表5。另外，就热处理前的金属层叠材料(as clad，作为包层)和热处理后的金属层叠材料，将金属层叠材料中的不锈钢层的表面硬度Hv、拉伸强度TS和伸长率EL与通过埃里克森试验产生的凸出高度(表4和表5的凸出高度(mm)(平均))的关系一并示于图6～图8。
[表5]
Figure BDA0001610928590000171
1：上段值为不锈钢层的表面硬度Hv，下段值为铝层的表面硬度Hv。
2：上段值为对不锈钢层侧进行冲压而测定的值，下段值为对铝层侧进行冲压而测定的值。
如表5和图6～图8所示，拉伸强度TS为200≤TS≤550，伸长率EL为15％以上，不锈钢层的表面硬度Hv为300以下的金属层叠材料(实施例4-2～5-2)中，通过埃里克森试验产生的凸出高度为4.6mm以上，显示出较高的成形加工性。另一方面，伸长率EL和不锈钢层的表面硬度Hv不在上述范围内的金属层叠材料(比较例3-2)中，通过埃里克森试验产生的凸出高度低于4.6mm，成形加工性不足。
(实施例6)
为了推测压接而接合不锈钢箔与铝箔或双层材料时的优选压下率，改变压下率而将通过实施例3-2得到的金属层叠材料轧制，对轧制后的金属层叠材料测定通过埃里克森试验产生的凸出高度。将结果示于表6。在表6中，压下率0％的金属层叠材料相当于实施例3-2的金属层叠材料。
[表6]
Figure BDA0001610928590000172
表6显示，在压下率为20％以上的情况下，金属层叠材料的通过埃里克森试验产生的凸出高度低于4.6mm，金属层叠材料的成形加工性不足；而在压下率为10％以下的情况下，金属层叠材料的通过埃里克森试验产生的凸出高度为4.6mm以上，具有足够的成形加工性。由此可以推定，压接不锈钢箔与铝箔或双层材料时的压下率优选为10％以下。
(实施例7)
<平均结晶粒度的评价>
针对上述实施例1-1、1-2和2-2的金属层叠材料，按照以下方式测定不锈钢层的平均结晶粒度。首先，将各金属层叠材料的样品在稀释到约1/3作为腐蚀液的王水中浸泡10～15分钟左右，对不锈钢层进行蚀刻。之后，使用SEM(日立高新技术公司生产，场发射型扫描电子显微镜SU8020)，从样品坐标系TD对实施了蚀刻的各样品的不锈钢层进行截面观察。根据观察图像，按照上述定义计算出平均结晶粒度。另外，作为参考，也针对接合前的不锈钢箔1和不锈钢箔2测定了平均结晶粒度。将测定结果示于表7。另外，将不锈钢箔1单体、接合不锈钢箔1后(作为包层，相当于实施例1-1)以及接合并热处理不锈钢箔1后(相当于实施例1-2)的SEM观察图像分别示于图9A～C。另外，将不锈钢箔2单体以及接合并热处理不锈钢箔2后(相当于实施例2-2)的SEM图像分别示于图10A～B。图中，被方框围起的部分表示结晶粒。
[表7]
Figure BDA0001610928590000181
单位：μm
如表7所示，成形加工性良好的实施例1-1、1-2和2-1的金属层叠材料的不锈钢层的平均结晶粒度在1.5μm～10μm的范围内。此外，关于使用了比较例1的金属层叠材料的不锈钢箔3(SUS316L H材料)，存在剪切带，难以进行结晶粒度的测定。
<剪切带的评价>
接着，针对上述实施例1-2和比较例1-2的金属层叠材料，按照上述定义测定在从不锈钢层的样品坐标系TD观察的截面图像中横穿沿着样品坐标系ND的长10μm的直线的剪切带数。测定所使用的设备与上述评价平均结晶粒度所用的设备相同。另外，作为参考，也针对接合前的不锈钢箔1和不锈钢箔3同样地测定了剪切带数。将测定结果示于表8。另外，将不锈钢箔1单体以及接合并热处理不锈钢箔1后(相当于实施例1-2)的SEM图像分别示于图11A～B。此外，将不锈钢箔3单体以及接合并热处理不锈钢箔3后(相当于比较例1-2)的SEM图像分别示于图12A～B。图12中，箭头表示剪切带横穿直线的部位。
[表8]
Figure BDA0001610928590000191
表中数值为横穿直线的剪切带数
如表8和图11所示，关于实施例1-2的金属层叠材料的不锈钢层，未观测到横穿直线的剪切带，在接合前的不锈钢箔1中也未确认到剪切带。由此推测，没有剪切带的不锈钢层，使得金属层叠材料得到了较高的成形加工性。另一方面，在成形加工性不足的比较例1-2的金属层叠材料的不锈钢层中观测到多达16条的剪切带，在接合前的不锈钢箔3中也观测到了多达6条的剪切带。
符号说明
1 金属层叠材料
2 金属层叠材料
10 铝层
21 (第一)不锈钢层
22 第二不锈钢层
本说明书中引用的全部刊物、专利和专利申请通过直接引入并入本说明书中。

Claims (6)

1.一种金属层叠材料，具有不锈钢层/铝层的双层结构或者第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构，其中所述金属层叠材料是以覆盖状进行的层叠，
其中，拉伸强度TS(MPa)为200≤TS≤550，伸长率EL为15％以上，不锈钢层的表面硬度Hv为300以下。
2.根据权利要求1所述的金属层叠材料，其中，厚度为50μm～500μm。
3.根据权利要求1或2所述的金属层叠材料，其中，不锈钢层的平均结晶粒度为1.5μm～10μm，且在从样品坐标系TD观察的截面图像中横穿沿着样品坐标系ND的长10μm的直线的剪切带的数量低于5。
4.一种金属层叠材料的制造方法，所述金属层叠材料具有权利要求1～3中任一项所述的不锈钢层/铝层的双层结构，所述制造方法包括：
对表面硬度Hv为300以下的不锈钢箔进行溅射蚀刻的工序；
对表面硬度Hv为20以上的铝箔进行溅射蚀刻的工序；以及
将所述不锈钢箔和所述铝箔中溅射蚀刻后的面以10％以下的压下率进行压接，得到具有不锈钢层/铝层的双层结构的金属层叠材料的工序。
5.一种金属层叠材料的制造方法，所述金属层叠材料具有权利要求1～3中任一项所述的第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构，所述制造方法包括：
对表面硬度Hv为300以下的第一不锈钢箔进行溅射蚀刻的工序；
对表面硬度Hv为20以上的铝箔进行溅射蚀刻的工序；
将所述第一不锈钢箔和所述铝箔中溅射蚀刻后的面以10％以下的压下率进行压接，得到第一不锈钢层/铝层的双层材料的工序；
对所述双层材料的铝层的面进行溅射蚀刻的工序；
对表面硬度Hv为300以下的第二不锈钢箔进行溅射蚀刻的工序；以及
将所述双层材料和所述第二不锈钢箔中溅射蚀刻后的面以10％以下的压下率进行压接，得到具有第一不锈钢层/铝层/第二不锈钢层的三层结构的金属层叠材料的工序。
6.根据权利要求4或5所述的金属层叠材料的制造方法，包括：再对得到的金属层叠材料在100～500℃下进行热处理的工序。
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