CN110125525B - 异种金属板的接合方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种异种金属板的接合方法,能够提高体积电阻率不同的两个异种金属板彼此的接合强度。该接合方法使第1金属构成的第1金属板(11)、和体积电阻率高于第1金属且熔点高于第1金属的第2金属构成的第2金属板(12)重叠,使一对电极(66、67)接触第2金属板(12)之中与第1金属板(11)重叠的部分(12a)的表面。通过在该状态下在一对电极(66、67)之间流通电流,使通电区域的第2金属电阻发热至低于第2金属的熔点且高于第1金属的熔点的温度,用该热来熔融第1金属板(11)的一部分,在第1金属板(11)与第2金属板(12)之间生成金属间化合物(13),经由金属间化合物(13)来接合第1金属板(11)和第2金属板(12)。
Description
技术领域
本发明涉及体积电阻率不同的两个异种(不同种类的)金属板彼此的接合方法。
背景技术
以往,在将铝合金板和钢板接合时,有时通过点焊等进行接合。作为这种点焊,例如在专利文献1中曾提出了如下的异种金属板的接合方法:使铝合金板和钢板重叠,在该重叠的部分夹入一对电极,对它们加压,通过一边保持该加压状态,一边在电极间流通电流来进行电阻点焊。根据该接合方法,在电极间流通电流时,铝合金板和钢板之中流通电流的部分通过它们的电阻发热而熔融,从而将它们进行接合。
在先技术文献
专利文献1:日本特开2012-152786号公报
发明内容
但是,在使用专利文献1所示的接合方法对铝合金板和钢板之类的异种金属板彼此进行接合的情况下,体积电阻率比一方的金属板低的另一方的金属板,相比于一方的金属板,难以通过通电来发热。因而,必须以高于使一方的金属板熔融所需要的电流值的电流进行通电。
由此,在将这些异种金属板彼此接合时,如果不以大于使体积电阻率高的一方的金属板熔融所需要的电流值的电流进行通电,则无法将另一方的金属板熔融,因此导致对一方的金属板流通过量的电流。这样的结果是,估计在流通过量电流的一方的金属板中,有可能在由于该电流而熔融了的部分生成空隙(void)等,从而不能充分地得到异种金属板彼此的接合强度。
本发明是鉴于上述问题而完成的,提供一种异种金属板的接合方法,能够提高体积电阻率不同的两个异种金属板彼此的接合强度。
鉴于上述课题,本发明涉及的异种金属板的接合方法是两个异种金属板彼此的接合方法,其特征在于,包括:
使作为所述异种金属板的第1金属板和第2金属板重叠,并使一对电极接触所述第2金属板之中的与所述第1金属板重叠的部分的表面的工序,所述第1金属板由第1金属构成,所述第2金属板由第2金属构成,所述第2金属的体积电阻率高于所述第1金属、且熔点高于所述第1金属;和
通过在所述一对电极间流通电流,使所述电流流通的通电区域的所述第2金属进行电阻发热至低于所述第2金属的熔点且高于所述第1金属的熔点的温度,用来自被电阻发热了的所述第2金属的热将所述第1金属板的一部分熔融,在所述第1金属板与所述第2金属板之间生成所述第1金属和所述第2金属的金属间化合物,经由生成的所述金属间化合物来接合所述第1金属板和所述第2金属板的工序。
再者,本发明中所说的“第1金属板由第1金属构成”是指,包含仅由第1金属构成的第1金属板、在仅由第1金属构成的板状母材上形成有金属镀敷被膜的金属板,实质上是指将第1金属作为主材料而构成的金属板。同样地,本发明中所说的“第2金属板由第2金属构成”是指,包含仅由第2金属构成的第2金属板或者在仅由第2金属构成的板状母材上形成有金属镀敷被膜的金属板,实质上是指将第2金属作为主材料而构成的金属板。进而,本发明中所说的“第1金属和第2金属”可以仅是由该金属元素构成的金属,也可以是添加了其它金属的合金。
根据本发明,使一对电极接触第2金属板之中的与第1金属板重叠的部分的表面,并在这些电极之间流通电流。此时,使通电区域的第2金属进行电阻发热至低于第2金属的熔点且高于第1金属的熔点的温度。由此,第2金属没有熔融,包含通电区域的部分在固相状态下升温,该升温了的部分的第2金属的热被传递到与其相邻的第1金属板。结果,第1金属板通过来自因电阻发热而升温了的第2金属的热而熔融。此时,与第1金属板的已熔融部分接触的第2金属板的第2金属向第1金属侧扩散,在第1金属板与第2金属板之间生成由第1金属和第2金属构成的金属间化合物。这样的结果是,该金属间化合物成为接合材料,能够接合第1金属板和第2金属板。
进而,能够使第2金属板表面所含的杂质向第1金属板的熔融部分扩散而不会使第2金属板熔融。因而,在第2金属板表面形成由第2金属构成的新形成面,该新形成面与第1金属板的熔融部分接触,能够在该新形成面上生成金属间化合物。这样的结果是,能够提高第1金属板和第2金属板的接合强度。
根据本发明,不需要像迄今为止的接合方法那样对体积电阻率高于第1金属板的第2金属板流通将第2金属熔融的过量电流,能够在使第2金属为固相的状态下仅熔融第1金属,由此接合第1金属板和第2金属板。因此,在第2金属板及其接合部分也很难生成起因于过度加热的空隙。进而,当将通过过度加热而成为高温的接合部分自然冷却时,接合部分的组织容易粗大化,但在本发明中能够抑制这样的过度加热,因此能够避免接合部分的组织粗大化,从而确保接合部分的强度。
进而,如果利用电极间的通电来确保第1金属板和第2金属板的接合,则可以不对第1金属和第2金属彼此按压,作为更优选的方式,在使所述一对电极接触的工序中,在所述一对电极之间配置由非导电性材料构成的加压用构件,在接合所述第1金属板和所述第2金属板的工序中,一边用配置在所述一对电极之间的所述加压用构件将所述第2金属板向所述第1金属板加压,一边向所述一对电极之间通电。
根据该方式,一边用配置在一对电极间的加压用构件将第2金属板朝着第1金属板加压,一边向一对电极间进行通电,因此能够将在第1金属板与第2金属板之间生成的多余的金属间化合物向其周围挤出。由此,能够减少接合部分的多余的金属间化合物,将金属间化合物的厚度保持为较薄,因此能够提高接合部分的强度。
进而,如果第2金属的体积电阻率高于第1金属,且第2金属的熔点高于第1金属,则第1金属和第2金属的种类并不特别限定,作为更优选的方式,所述第1金属板是铝板或铝合金板,所述第2金属板是钢板。
在此,构成第1金属板的铝或铝合金的熔点为600℃左右,构成第2金属板的钢为1500℃左右。因此,根据该方式,能够通过电极间的通电来使构成第2金属板的第2金属进行电阻发热而不使第2金属板熔融,并能够用该电阻发热的热将作为第1金属的铝或铝合金熔融。此时,作为第2金属板的钢板(固相)的铁等向第1金属板之中的铝或铝合金熔融了的部分(液相部分)扩散。其结果是,在第1金属板与第2金属板之间生成至少包含铝和铁的金属间化合物。该金属间化合物成为第1金属板和第2金属板的接合材料。
另外,镀锌钢板等的实施了镀敷被膜的钢板很难以充分的接合强度与铝板或铝合金板接合。但是,在该方式中,由于形成于钢板表面的镀敷被膜的金属向熔融的铝或铝合金扩散,所以生成钢板的新形成面,因此能够提高这些部件的接合强度。
根据本发明,能够提高由不同的金属材料构成的两个异种金属板彼此的接合强度。
附图说明
图1是本发明实施方式涉及的电阻熔接装置的主视图。
图2是图1所示的电阻熔接装置的左侧视图。
图3A是用于说明基于使用了图1所示电阻熔接装置的接合方法的第2金属板的加热状态的示意截面图。
图3B是用于说明从图3A所示的状态起,熔融所述第1金属板,并通过加压将在第1金属板与第2金属板之间生成的金属间化合物向其周围挤出的状态的示意截面图。
图4是示出了各实施例和各比较例的通电时间与电流的关系的图。
图5是实施例1-1涉及的试样的截面照片。
图6A是用扫描型电子显微镜(SEM)观察了实施例1-1的试样的接合部分的截面照片。
图6B是用电子探针显微分析仪(EPMA)分析了图6A的接合部分的图像。
附图标记说明
1:电阻熔接装置,11:第1金属板,12:第2金属板,12a:重叠部分,12b:通电区域,13:金属间化合物,66、67:电极,69:加压用构件。
具体实施方式
以下,说明本发明实施方式涉及的异种金属板的接合方法。
1.关于电阻熔接装置1
首先,一边参照图1和图2,一边说明适于进行本发明实施方式涉及的异种金属板的接合方法的电阻熔接装置1。图1是本发明实施方式涉及的电阻熔接装置1的主视图。图2是图1所示的电阻熔接装置1的左侧视图。
如图1和图2所示,电阻熔接装置1是用于通过电阻熔接对由体积电阻率以及熔点不同的金属构成的异种金属板进行接合的装置。具体地说,电阻熔接装置1对后述的由第1金属构成的第1金属板11、和由体积电阻率高于第1金属且熔点高于第1金属的第2金属构成的第2金属板12进行熔接。
电阻熔接装置1具备装置主体4、支承第1金属板11和第2金属板12的支承部5、熔接第1金属板11和第2金属板12的熔接部6、使熔接部6升降的升降部7、向熔接部6供给电流的电流供给部8、以及控制升降部7和电流供给部8的控制部9。
如图2所示,装置主体4具备壳体41、从壳体41的上部沿水平方向延伸的上臂42、以及以与上臂42相对的方式从壳体41的下部沿水平方向延伸的下臂43。在上臂42经由升降部7安装有熔接部6,在下臂43安装有支承部5。
支承部5具备支承块51、第1支承臂52及第2支承臂53、以及载置台54。支承块51由一对上块51a、下块51b构成,下块51a固定在下臂43。上块51b以夹持第1支承臂52的方式安装于下块51a。
第1支承臂52具备臂主体52a和固定构件52b,臂主体52a从支承块51沿水平方向延伸并安装于支承块51,固定构件52b在臂主体52a的顶端处以抓持第2支承臂53的方式安装于臂主体52a。第2支承臂53从支承块51向上方延伸,在其顶端安装有载置台54。在该载置台54载置作为被熔接材料的第1金属板11和第2金属板12。
熔接部6经由升降部7安装于上臂42。升降部7具备气缸71、在气缸71的内部滑动的活塞72、向气缸71内供给预定的工作空气的气压回路(空气回路)73。气压回路73与供给被压缩了的空气的压缩机74连接,基于来自控制部9的控制信号进行控制,以在气缸71内向活塞72的上升侧或下降侧的任一端口供给预定压力的工作空气。再者,升降部7也可以是具有通过电动机的旋转而直接联动的机构的电动加压装置。即使在使用了电动加压装置的情况下,也能够进行后述的第1金属板11和第2金属板12的接合。
这样,活塞72沿上下方向升降,其结果是,能够向载置台54(即第一金板11)侧移动后述的熔接部6的一对电极66、67以及加压用构件68。
熔接部6具备安装在气缸71的顶端的保持块61、从保持块61沿水平方向延伸的一对第3支承臂62、63、和从各第3支承臂62、63向下方延伸的一对第4支承臂64、65。进而,熔接部6在第4支承臂64、65的顶端具备一对电极66、67和配置在它们之间的加压用构件68。
保持块61具备固定用块61a和一对抓持用块61b、61b。固定用块61a由树脂或陶瓷等非导电性材料构成。各抓持用块61b与电流供给部8的正极侧或负极侧连接。各抓持用块61b由具有导电性的材料、例如钢合金等的金属材料构成,优选由体积电阻率比构成熔接的第2金属板12的第2金属低的材料构成。由此,能够抑制熔接时的抓持用块61b的发热。
在固定用块61a形成有容纳各第3支承臂62、63的一部分的一对凹部,各抓持用块61b以抓持各第3支承臂62、63的方式安装于固定用块61a。进而,各抓持用块61b相分离,相互不接触。由此,第3支承臂62、63彼此直接成为非导通状态。
各第3支承臂62(63)由用抓持用块61b例示的金属材料等导电性材料构成,具备臂主体62a(63a)、和在臂主体62a(63a)的顶端以夹持第4支承臂64(65)的方式安装于臂主体62a(63a)的固定构件62b(63b)。
第4支承臂64(65)由用抓持用块61b例示的金属材料等导电性材料构成,从第3支承臂62(63)向下方延伸,在其顶端安装有电极66(67)。在本实施方式中,在各电极66、67的内部形成有冷却水流动的冷却流路(未图示),通过在冷却流路中流过冷却水,能够在熔接时冷却各电极66、67。
一对电极66、67由铬铜(Cu-Cr)、铬锆铜(Cu-Cr-Zr)、铍铜(Cu-Be)、钨铜(Cu-W)等铜合金构成,它们以分离的状态相对地配置。在这样的配置状态下,在一对电极66、67之间形成容纳加压用构件68的空间,在该空间容纳有加压用构件68。在本实施方式中,加压用构件68被一对电极66、67夹持。加压用构件68由陶瓷或热固性树脂等非导电性材料构成。由此,在加压用构件68中没有流过一对电极66、67间的电流。
通过这样构成,在本实施方式中,加压用构件68通过升降部7的升降而随着一对电极66、67沿上下方向移动。再者,在本实施方式中,由于一对电极66、67和加压用构件68通过一个升降部7一体地移动,所以通过一对电极66、67和加压用构件68同时加压,但例如也可以对加压用构件68进一步设置与上述升降部7不同的升降部。由此,能够在与一对电极66、67不同的定时(时机:timing)升降加压用构件68,且以不依赖于一对电极66、67与第1金属板11接触的接触压力的加压压力(例如比一对电极66、67高的加压压力),将加压用构件68向第1金属板11加压。
电流供给部8向一对电极66、67间供给电流,具备与电源84连接的电路83、与电路83连接的一次线圈81、以及使对一次线圈81通电的电流增大的二次线圈82。二次线圈82与一对抓持用块61b、61b电连接。在进行熔接时,通过来自控制部9的控制信号被输入到电路83,来自电源84的电流流过一次线圈81,从而一次线圈81被励磁,由此生成的磁通量流经磁芯内,在二次线圈82中流过电流。由此,能够在一对电极66、67与第1金属板11接触的状态下,在一对电极66、67间流通电流。
2.关于异种金属板的接合方法
以下,除了图1和图2以外还参照图3A和图3B,对使用了电阻熔接装置1的两个异种金属板彼此的接合方法进行说明。图3A是用于说明基于使用了图1所示电阻熔接装置的接合方法的第2金属板的加热状态的示意截面图。图3B是用于说明从图3A所示的状态起,熔融所述第1金属板,并通过加压将在第1金属板与第2金属板之间生成的金属间化合物向其周围挤出的状态的示意截面图。
2-1.关于准备异种金属板的工序
首先,在本实施方式中,作为熔接的两个异种金属板,准备由体积电阻率以及熔点不同的金属构成的第1金属板11和第2金属板12。第1金属板11由第1金属构成,第2金属板12由不同于第1金属的第2金属构成,第2金属的体积电阻率高于第1金属,且第2金属的熔点高于第1金属。再者,也可以在第1金属板11和第2金属板12之间形成镀敷被膜等的金属被膜。另外,第1金属板11的板厚优选为0.5~5.0mm,第2金属板12的板厚优选为0.5~5.0mm。
在本实施方式中,作为其一例,第1金属板11是铝板或铝合金板,第1金属是铝或铝合金。第2金属板12是钢板,第2金属是钢。例如,在20℃下,铝或铝合金的体积电阻率为2×10-8Ω·m~6×10-8Ω·m,钢的体积电阻率为10×10-8Ω·m~20×10-8Ω·m,即使在铝或铝合金进行熔融的温度带,钢的体积电阻率相对于铝或铝合金的体积电阻率也高。另外,铝或铝合金的熔点为600℃左右,钢的熔点为1500℃,钢的熔点相对于铝或铝合金的熔点高。
再者,为了适合进行如后述那样的接合,在第1金属板11的第1金属的熔点下,优选构成第2金属板的第2金属的体积电阻率相对于构成第1金属板的第1金属的体积电阻率大5×10-8Ω·m以上,进而,优选第2金属的熔点相对于第1金属的熔点大400℃以上。由此,第2金属板12S所流通的电流降低在第1金属板11流通的电流,能够适宜地进行由第2金属的电阻发热来熔融第1金属板11。作为这样的组合,除了第1金属板为铝板或铝合金板,第2金属板为钢板的情况之外,例如可举出第1金属板为镁板,第2金属板为钢板的情况。
2-2.关于接触工序
接着,如图1和图3A等所示,将第1金属板11和第2金属板12重叠,使一对电极66、67接触第2金属板12之中与第1金属板重叠的重叠部分12a的表面。
具体地说,如图1所示,在载置台54依次载置第1金属板11、第2金属板12。由此,在与一对电极66、67相对的位置配置第2金属板12。在该状态下,基于来自控制部9的控制信号控制气压回路73,向气缸71供给工作空气,使活塞72下降。伴随于此,熔接部6下降,用一对电极66、67以预定压力对第2金属板12的重叠部分12a进行加压。进而,与此同时,用配置在一对电极66、67间的加压用构件68,以预定压力按压第2金属板12的重叠部分12a。
再者,在本实施方式中,用一对电极66、67和加压用构件68对第2金属板12的重叠部分12a进行了加压,但例如也可以仅用加压用构件68以预定压力对第2金属板12的重叠部分12a进行加压,并以更低的加压压力使一对电极66、67接触。这样的接触状态能够通过在加压用构件68的上表面和与该上表面接触的各电极66、67的下表面之间配置例如弹簧材料等弹性构件来实现。即,在使电极66、67下降到与第2金属板12的重叠部分12a接触的位置时,加压用构件68通过弹性构件的压缩变形而向第2金属板12的重叠部分12a施力。通过该施加的力,能够将加压用构件68按压到第2金属板12的重叠部分12a。
2-3.关于接合工序
在接合工序中,通过在一对电极66、67间流通电流,使流通电流的通电区域12b的第2金属进行电阻发热至低于第2金属的熔点且高于第1金属的熔点的温度。在此,通电区域12b进行电阻发热,但由于电阻发热的温度低于第2金属的熔点,因此第2金属没有熔融。但是,由于通电区域12b被加热到第1金属的熔点以上,所以用来自该电阻发热了的第2金属的热将第1金属板11的一部分熔融。由此,在第1金属板11与第2金属板12之间生成第1金属和第2金属的金属间化合物13,经由金属间化合物13来接合第1金属板11和第2金属板12。
更具体地说,基于来自控制部9的控制信号来控制电路83,通过在一次线圈81流通电流,从而在二次线圈82生成电流,并向一对电极66、67流通电流。在本实施方式中,一边用配置在一对电极66、67间的加压用构件68将第1金属板11向第2金属板12加压,一边进行向一对电极66、67间的通电。
此时,通过控制部9控制电路83,从而以成为预先设定的电流大小以及通电时间的方式,控制向一对电极66、67间流通的电流大小以及通电时间。该预先设定的电流大小以及通电时间的条件,是能够使通电区域12b的第2金属进行电阻发热至低于第2金属的熔点且高于第1金属的熔点的温度的条件,能够事先通过实验等求出。
由此,第2金属板12没有熔融,包含通电区域的部分在固相状态下升温(参照图3A),该升温部分的第2金属的热被传递到与其相邻的第1金属板11。其结果为,第1金属板11的一部分(具体地说是通电区域12b附近的与第2金属板12接触的第1金属板11的部分)通过来自因电阻发热而升温的第2金属的热发生熔融。再者,由于第2金属板12由体积电阻率高于第1金属板11的第1金属且熔点高于第1金属的第2金属构成,所以熔接时的电流难以流过第1金属板11,不会由于该电流导致第1金属板11通过电阻发热而熔融。
进而,此时,与第1金属板11的已熔融部分11a接触的第2金属板12的第2金属向第1金属板11侧(具体来说是已熔融部分11a)扩散,在第1金属板11与第2金属板12之间生成由第1金属和第2金属构成的金属间化合物13。这样的结果是,该金属间化合物13成为接合材料,能够接合第1金属板11和第2金属板12。
进而,能够使第2金属板12的表面所含的杂质向第1金属板11的已熔融部分11a扩散而不会使第2金属板12熔融。因而,在第2金属板12的表面形成由第2金属构成的新形成面,该新形成面与第1金属板11的已熔融部分接触,能够在该新形成面上生成金属间化合物13。这样的结果是,能够提高第1金属板11和第2金属板12的接合强度。
这样,能够使第2金属为固相状态而仅将第1金属熔融地接合第1金属板11和第2金属板12。因此,在第2金属板12及其接合部分也很难生成起因于过度加热的空隙,能够避免接合部分的组织粗大化,确保接合部分的强度。
再者,在熔接时,各电极66、67通过在内部流动的冷却水进行冷却,第1金属板11的表层通过电极66、67而被冷却。因而,与电极66、67接触的第2金属板12的表面与在熔接时流过电流的其它通电区域12b相比难以升温。由此,能够减少电极66、67接触的第2金属板12的表面局部加热的情况。
在此,例如,金属间化合物13比第1金属和第2金属脆,因此当生长数微米以上时,有时第1金属板11和第2金属板12的接合部分的强度下降。但是,在本实施方式中,如上述那样,如图3B所示,一边用加压用构件68将第2金属板12向第1金属板11加压,一边在一对电极66、67间进行通电,因此能够利用加压用构件68将在第1金属板11与第2金属板12之间生成的多余的金属间化合物13向其周围(加压范围外)挤出。由此,能够减少接合部分的多余的金属间化合物13,将金属间化合物13的厚度保持为较薄,因此能够提高接合部分的强度。
实施例
以下,对本发明的实施例进行说明。
[实施例1-1]
使用图1所示的电阻熔接装置接合了第1金属板和第2金属板。首先,对于第1金属板,准备了板厚1.0mm的6000系铝合金,对于第2金属板,准备了0.7mm的合金化镀锌的超高强度钢板。接着,将它们重叠,如表1所示,将利用一对电极以及加压用构件施加的加压压力设为3.5kN,将通电时间设为0.42msec(毫秒),将熔接电流设为8.4kA,使一对电极与第2金属板接触,制作了将第1金属板和第2金属板接合了的试样。
[实施例1-2~1-8]
与实施例1-1同样地制作实施例1-2~1-8涉及的试样。如表1和图4所示,与实施例1-1的不同点是在熔接时通电的电流值的条件。再者,在实施例1-8的情况下,由于在熔接时第2金属板过度发热,所以第1金属板被过度加热,熔融的第1金属从第1金属板与第2金属板之间飞散。再者,在实施例1-1~1-7的情况下,熔接时熔融的第1金属没有飞散。在表1中示出这些结果。再者,表1所示的熔接时的第2金属板有无熔融是通过电极的熔合以及后述的组织观察而确认的结果。
[比较例1-1、1-2]
与实施例1-1同样地制作比较例1-1、1-2涉及的试样。如表1和图4所示,与实施例1-1的不同点是在熔接时通电的电流值的条件。再者,在比较例1-1、1-2中,熔接时的电流值比实施例1-1~1-8的任一个电流值都小。再者,在比较例1-1、1-2的情况下,在熔接时熔融的第1金属没有飞散。在表1中示出这些结果。
[实施例2-1~2-6]
与实施例1-1同样地制作实施例2-1~2-6涉及的试样。如表1和图4所示,与实施例1-1的不同点是在熔接时通电的电流值以及通电时间的条件。再者,实施例2-1~2-6的通电时间全部为0.50msec。另外,在实施例2-6的情况下,与实施例1-8同样地,在熔接时第1金属板的第1金属被过度加热,熔融的第1金属从第1金属板与第2金属板之间飞散。另一方面,在实施例2-1~2-5的情况下,在熔接时熔融的第1金属没有飞散。在表1中示出这些结果。
[比较例2-1~2-5]
与实施例2-1同样地制作比较例2-1、2-5涉及的试样。如表1和图4所示,与实施例2-1的不同点是在熔接时通电的电流值的条件。在比较例2-1~2-5中,熔接时的电流值比实施例2-1~2-6的任一个电流值都小。再者,在比较例2-1~2-5的情况下,在熔接时熔融的第1金属没有飞散。在表1中示出这些结果。
[实施例3-1~3-5]
与实施例1-1同样地制作实施例3-1~3-5涉及的试样。如表1和图4所示,与实施例1-1的不同点是在熔接时通电的电流值以及通电时间的条件。再者,实施例3-1~3-5的通电时间全部为0.58msec。另外,在实施例3-4、3-5的情况下,与实施例1-8同样地,在熔接时第1金属板的第1金属被过度加热,熔融的第1金属从第1金属板与第2金属板之间飞散。再者,在实施例3-1~3-3的情况下,在熔接时熔融的第1金属没有飞散。在表1中示出这些结果。
[比较例3-1~3-5]
与实施例3-1同样地制作比较例3-1、3-5涉及的试样。如表1和图4所示,与实施例3-1的不同点是在熔接时通电的电流值的条件。在比较例3-1~3-5中,熔接时的电流值比实施例3-1~3-3的任一个电流值都小。再者,在比较例3-1~3-5的情况下,在熔接时熔融的第1金属没有飞散。在表1中示出这些结果。
[实施例4-1~4-5]
与实施例1-1同样地制作实施例4-1~4-5涉及的试样。如表1和图4所示,与实施例1-1的不同点是在熔接时通电的电流值以及通电时间的条件。实施例4-1~4-5的通电时间全部为0.33msec。再者,在实施例4-1~4-5的情况下,在熔接时熔融的第1金属没有飞散。在表1中示出这些结果。
[比较例4-1~4-5]
与实施例4-1同样地制作比较例4-1、4-5涉及的试样。如表1和图4所示,与实施例4-1的不同点是在熔接时通电的电流值的条件。在比较例4-1~4-4中,熔接时的电流值比实施例4-1~4-5的任一个电流值都小,在比较例4-5中,熔接时的电流值比实施例4-1~3-5的任一个的电流值都大。再者,在比较例4-5的情况下,除了第1金属被过度加热,熔融的第1金属飞散以外,在熔接时第2金属板熔融,第2金属板熔敷于电极。在比较例4-1~4-4的情况下,在熔接时熔融的第1金属没有飞散。在表1中示出这些结果。
[实施例5-1]
与实施例1-1同样地制作实施例5-1涉及的试样。如表1和图4所示,与实施例1-1的不同点是在熔接时通电的电流值以及通电时间的条件。再者,实施例5-1的通电时间为0.25msec。
[比较例5-1~5-8]
与实施例5-1同样地制作比较例5-1、5-8涉及的试样。如表1和图4所示,与实施例5-1的不同点是在熔接时通电的电流值的条件。在比较例5-1~5-6中,熔接时的电流值比实施例5-1的电流值小,在比较例5-7、5-8中,熔接时的电流值比实施例5-1的电流值大。再者,在比较例5-7、5-8的情况下,除了第1金属被过度加热,熔融的第1金属飞散以外,在熔接时第2金属板熔融,第2金属板熔敷于电极。
(剪切强度试验)
针对上述全部的试样,在一侧抓持第1金属板,在另一侧抓持第2金属板,使载荷作用于沿着使它们分离的方向。将此时的试样被剪切破坏的强度作为剪切强度。在表1中示出其结果。
表1
(显微镜观察等)
沿厚度方向切断上述的全部试样,使用显微镜观察其截面,并且使用电子探针显微分析仪(EPMA)进行了分析。图5是实施例1-1涉及的试样的截面照片。图6A是用扫描型电子显微镜(SEM)观察了实施例1-1的试样的接合部分的截面照片。图6B是用电子探针显微分析仪(EPMA)分析了图6A的接合部分的图像。再者,在表1中针对全部试样记载了第1金属板与第2金属板之间有无金属间化合物。
(结果和考察)
如表1所示,在实施例1-1~1-8、实施例2-1~2-6、实施例3-1~3-5、实施例4-1~4-5、实施例5-1涉及的试样中,剪切强度超过1.4kN。但是,在比较例1-1、1-2、比较例2-1~2-5、比较例3-1~3-5、比较例4-1~4-4、比较例5-1~5-6涉及的试样中,剪切强度低于1.0kN。
进而,如图5所示,在实施例1-1涉及的试样中,第1金属板的铝合金通过熔接而熔融,但作为第2金属的钢没有熔融。进而,如图6A和图6B所示,在第1金属板与第2金属板之间生成了由Fe-Al形成的金属间化合物。再者,其它实施例涉及的试样也同样地,作为第1金属的铝合金通过熔接而熔融,作为第2金属板的钢没有熔融,在第1金属板与第2金属板之间生成了金属间化合物。另一方面,在剪切强度低于1.0kN的比较例1-1、1-2、比较例2-1~2-5、比较例3-1~3-5、比较例4-1~4-4、比较例5-1~5-6涉及的试样中,在第1金属板与第2金属板之间没有生成金属间化合物。
从这些结果来看,可以认为在上述实施例中,在熔接时第2金属板通过通电而被加热(电阻发热),通过该热,使第1金属板的一部分熔融。通过该第1金属板的第1金属的熔融,第2金属板的第2金属向第1金属熔融的部分扩散,在第1金属板与第2金属板之间生成了金属间化合物。结果,认为第1金属板与第2金属板的接合强度提高。再者,从第2金属板按压第1金属板的部分的金属间化合物厚度比其周围的金属间化合物厚度更薄。
另一方面,在比较例1-1、1-2、比较例2-1~2-5、比较例3-1~3-5、比较例4-1~4-4、比较例5-1~5-6的情况下,认为由于熔接时通电的电流值或通电时间不充分,因此在第1金属板与第2金属板之间没有生成金属间化合物。
再者,在实施例1-8、实施例2-6、实施例3-4、3-5的情况下,认为虽然熔融的第1金属飞散,但第2金属板没有熔融,所以第1金属板和第2金属板的加热不会成为过度加热,确保了剪切强度。另外,在比较例4-5、比较例5-7、5-8的情况下,由于在第1金属板与第2金属板之间形成有金属间化合物,所以剪切强度超过1.4kN。但是,在这些情况下,不仅熔融的第1金属飞散,而且第2金属板熔融,因此在第1金属板和第2金属板生成空隙等的可能性高,剪切强度也不稳定,有可能剪切强度以外的强度比上述全部实施例低。
以上,对本发明的实施方式进行了详述,但本发明不限于上述实施方式,在不超出权利要求书所记载的本发明思想的范围内能够进行各种设计变更。
Claims (3)
1.一种异种金属板的接合方法,是将两个异种金属板彼此接合的方法,其特征在于,包括:
使作为所述异种金属板的第1金属板和第2金属板在将所述第2金属板载置于载置台的状态下重叠,并使一对电极接触所述第2金属板之中的与所述第1金属板重叠的部分的表面的工序,所述第1金属板由第1金属构成,所述第2金属板由第2金属构成,所述第2金属的体积电阻率高于所述第1金属、且熔点高于所述第1金属;和
通过在所述一对电极间经由所述第2金属板流通电流,使所述电流流通的通电区域的所述第2金属在固相状态下进行电阻发热至低于所述第2金属的熔点且高于所述第1金属的熔点的温度,用来自被电阻发热了的所述第2金属的热从所述第1金属板的表面中的所述第2金属板侧的表面向所述载置台侧将所述第1金属板的一部分熔融,在所述第1金属板与所述第2金属板之间生成所述第1金属和所述第2金属的金属间化合物,经由生成的所述金属间化合物来接合所述第1金属板和所述第2金属板的工序。
2.根据权利要求1所述的异种金属板的接合方法,其特征在于,
在使所述一对电极接触的工序中,在所述一对电极之间配置由非导电性材料构成的加压用构件,
在接合所述第1金属板和所述第2金属板的工序中,一边用配置在所述一对电极之间的所述加压用构件将所述第2金属板向所述第1金属板加压,一边向所述一对电极之间通电,由此,一边挤出所述金属间化合物的一部分一边接合所述第1金属板以及所述第2金属板。
3.根据权利要求1或2所述的异种金属板的接合方法,其特征在于,
所述第1金属板是铝板或铝合金板,所述第2金属板是钢板。
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