CN112469529B - 异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体 - Google Patents

异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体 Download PDF

Info

Publication number
CN112469529B
CN112469529B CN201980046442.0A CN201980046442A CN112469529B CN 112469529 B CN112469529 B CN 112469529B CN 201980046442 A CN201980046442 A CN 201980046442A CN 112469529 B CN112469529 B CN 112469529B
Authority
CN
China
Prior art keywords
low
aluminum
spray coating
steel
coating film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980046442.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112469529A (zh
Inventor
前田恭兵
铃木励一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018136128A external-priority patent/JP7028735B2/ja
Priority claimed from JP2018136513A external-priority patent/JP7123674B2/ja
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Publication of CN112469529A publication Critical patent/CN112469529A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112469529B publication Critical patent/CN112469529B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/323—Bonding taking account of the properties of the material involved involving parts made of dissimilar metallic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/244—Overlap seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/322—Bonding taking account of the properties of the material involved involving coated metal parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/012—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of aluminium or an aluminium alloy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/082—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
    • C23C24/085—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/082—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
    • C23C24/085—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C23C24/087—Coating with metal alloys or metal elements only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/08—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of welds or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/20—Ferrous alloys and aluminium or alloys thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明提供一种在铝或铝合金材与钢材的异种材料接合中，可以通过从钢材侧单侧施工进行焊接，并且，能够得到良好的接合接头的异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体。本发明涉及异种材料接合结构体的制造方法，其中，具有如下工序：在铝或铝合金材的表面的至少一部分，通过低温喷涂从铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、和铁素体系与奥氏体系的双相不锈钢中选择的至少一种的金属粉末，从而形成低温喷涂皮膜的工序；以使低温喷涂皮膜与钢材对置的方式，将铝或铝合金材与钢材重叠的工序；通过从钢材侧激光焊接，将低温喷涂皮膜与钢材进行接合的工序。

Description

异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体
技术领域
本发明涉及异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体。
背景技术
近年来，为了实现以削减CO2排放量为目的的车体轻量化和碰撞安全性强化，汽车的车身骨架等适用高张力钢板(High Tensile Strength Steel：HTSS)。
另外，以车体更轻量化为目的，对于将轻量的铝或铝合金材与钢材接合而成的异种金属接合材来说需要也变高。作为接合异种金属的方法，一般来说，有用钉子或螺丝等接合的方法，但存在以下这样的问题：钉子或螺丝比较高价，因此接合材的制造成本变高，并且会导致所得到的接合材变重，即增加钉子或螺丝的重量。
另一方面，若用一般的方法对于铝或铝合金材和钢材直接进行焊接，则在接合界面形成脆弱的金属间化合物，不能得到良好的强度。因此，在铝或铝合金材与钢材的接合中，要求能够得到高强度的焊接技术。
作为由焊接接合异种金属的方法，在专利文献1中公开有一种接合方法，在由钢构成的第一基材的表面，通过冷喷涂法形成铝或铝合金皮膜，使该皮膜与铝或铝合金所构成的第二基材对置而进行焊接的接合方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2013－188780号公报
可是，在铝或铝合金材是闭合截面的挤压材时，需要从高张力钢材侧通过单侧施工进行焊接，但上述专利文献1所述的接合方法，使用的是TIG(Tungsten Inert Gas)焊接、MIG(Metal Inert Gas)焊接和等离子焊接这样热影响大的电弧焊。因此，在铝或铝合金材的表面，通过冷喷涂形成可与钢焊接的金属皮膜，并将此皮膜与高张力钢进行焊接时，由于电弧焊时发生的大量的热，导致铝或铝合金材甚至都会熔融，接合强度有可能降低。
发明内容
本发明鉴于前述的课题而形成，其目的在于，提供一种在铝或铝合金材与钢材的异种材料接合中，可以从钢材侧通过单侧施工进行焊接，并且，能够得到良好的接合接头的异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体。
本发明的异种材料接合结构体的制造方法，由下述(1)或(2)的构成组成。
(1)一种异种材料接合结构体的制造方法，其特征在于，具有如下工序：在铝或铝合金材的表面的至少一部分，通过低温喷涂从铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢和铁素体系与奥氏体系的双相不锈钢中选择的至少一种的金属粉末，由此形成低温喷涂皮膜的工序；
以使所述低温喷涂皮膜与钢材对置的方式，将所述铝或铝合金材和所述钢材重叠的工序；
通过从该钢材侧的激光焊接将所述低温喷涂皮膜和所述钢材进行接合的工序。
(2)一种异种材料接合结构体的制造方法，其特征在于，具有如下工序：在在铝或铝合金材的表面的至少一部分，通过低温喷涂从纯铁、碳钢、镍、镍合金、钴和钴合金中选择的至少一种的金属粉末，由此形成低温喷涂皮膜的工序；
以使所述低温喷涂皮膜与钢材对置的方式，将所述铝或铝合金材和所述钢材重叠的工序；
通过从该钢材侧的激光焊接将所述低温喷涂皮膜和所述钢材进行接合的工序。
另外，本发明的上述(1)或(2)所述的异种材料接合结构体的制造方法的优选的实施方式，由下述(3)～(6)的构成组成。
(3)根据上述(1)或(2)所述的异种材料接合结构体的制造方法，其中，所述激光焊接，只使所述低温喷涂皮膜和所述钢材熔融。
(4)根据上述(1)或(2)所述的异种材料接合结构体的制造方法，其中，所述低温喷涂皮膜的膜厚为0.3mm以上。
(5)根据上述(1)或(2)所述的异种材料接合结构体的制造方法，其中，所述钢材的抗拉强度为590MPa以上。
(6)根据上述(1)或(2)所述的异种材料接合结构体的制造方法，其中，所述铝或铝合金材是闭合截面的挤压材。
另外，本发明的异种材料接合结构体，由下述(7)或(8)的构成组成。
(7)一种异种材料接合结构体，其特征在于，具有：
铝或铝合金材；
形成于所述铝或铝合金材的表面的至少一部分的低温喷涂皮膜；
重叠于所述低温喷涂皮膜之上的钢材；
通过所述低温喷涂皮膜和所述钢材的焊接而形成的焊接金属，
所述低温喷涂皮膜，含有从铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、和铁素体系与奥氏体系的双相不锈钢中选择的至少一种的金属。
(8)一种异种材料接合结构体，其特征在于，具有：
铝或铝合金材；
形成于所述铝或铝合金材的表面的至少一部分的低温喷涂皮膜；
重叠于所述低温喷涂皮膜之上的钢材；
通过所述低温喷涂皮膜与所述钢材的焊接而形成的焊接金属，
所述低温喷涂皮膜，含有从纯铁、碳钢、镍、镍合金、钴和钴合金中选择的至少一种的金属。
另外，本发明的上述(7)或(8)所述的异种材料接合结构体的优选的实施方式，由下述(9)～(12)的构成组成。
(9)根据上述(7)或(8)所述的异种材料接合结构体，其中，所述焊接金属，通过只熔融所述低温喷涂皮膜和所述钢材而形成。
(10)根据上述(7)或(8)所述的异种材料接合结构体，其中，所述低温喷涂皮膜的膜厚为0.3mm以上。
(11)根据上述(7)或(8)所述的异种材料接合结构体，其中，所述钢材的抗拉强度为590MPa以上。
(12)根据上述(7)或(8)所述的异种材料接合结构体，其中，所述铝或铝合金材是闭合截面的挤压材。
根据本发明，能够提供在铝或铝合金材和钢材的异种材料接合中，可以从钢材侧通过单侧施工进行焊接，并且，能够得到良好的接合接头的异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式的异种材料接合结构体的剖视图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式详细地说明。还有，本发明不受以下说明的实施方式限定，在不脱离本发明的要旨的范围，能够任意地变更实施。
本发明者们，为了在铝或铝合金材与钢材的异种材料接合中，得到即使是从钢材侧通过单侧施工进行焊接，也能够取得良好的接合接头的接合方法而反复锐意研究。其结果发现，在铝或铝合金材的表面的至少一部分，低温喷涂可与钢材进行焊接的金属粉末而形成低温喷涂皮膜，并且通过从钢材侧的激光焊接，将低温喷涂附着膜与钢材进行接合，由此能够得到良好的接合接头。
具体来说，在铝或铝合金板的表面，若通过低温喷涂法(冷喷涂法)，以高速使规定的金属粉末喷射而形成金属皮膜(低温喷涂皮膜)，则铝或铝合金板和金属皮膜能够取得高强度的机械结合，因此可知，在其后的与钢材通过激光焊接而得到的异种材料接合结构体中，也能够得到良好的接合接头。
因此，恰当地选择用于低温喷涂的金属粉末的成分和钢材的种类，在得到良好的接合接头上被认为很重要。
[第一实施方式]
首先，对于本发明的第一实施方式的异种材料接合结构体的制造方法，和本发明的第一实施方式的异种材料接合结构体进行说明。
本发明的第一实施方式的异种材料接合结构体的制造方法，具有如下工序：在铝或铝合金材的表面的至少一部分，通过低温喷涂从铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、和铁素体系与奥氏体系的双相不锈钢中选择的至少一种的金属粉末，由此形成低温喷涂皮膜的工序；以使低温喷涂皮膜与钢材对置的方式，将铝或铝合金材与钢材重叠的工序；通过从钢材侧的激光焊接，将低温喷涂皮膜与钢材进行接合的工序。
图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的异种材料接合结构体的剖视图。如图1所示，第一实施方式的异种材料接合结构体10，在铝或铝合金材2的表面的至少一部分，形成有低温喷涂皮膜1。另外，以使低温喷涂皮膜1与钢材3对置的方式，将铝或铝合金材2与钢材3重叠。再通过从钢材3侧照射的激光束L，对于低温喷涂皮膜1和钢材3进行激光焊接，经由低温喷涂皮膜1和钢材3的熔融而形成焊接金属(熔敷焊道)4。
低温喷涂皮膜1中，含有从铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、和铁素体系与奥氏体系的双相不锈钢中选择的至少一种的金属。还有，虽未图示，但通过低温喷涂而被高速吹送有金属粉末的铝或铝合金材2的表面，由于大量的金属粉末而形成有微细的凹凸，因此低温喷涂皮膜1和钢材3，借助锚定效应被机械性地坚固地接合。
接着，基于图1，具体地说明第一实施方式的异种材料接合结构体的制造方法。
首先，在铝或铝合金材2的表面的至少一部分，通过冷喷涂法而形成低温喷涂皮膜1。所谓冷喷涂法，就是以音速以上的高速，向对象物吹送气体和金属粉末，从而形成低温喷涂皮膜1的方法。该方法能够适宜选择使用的气体种类、压力、温度、金属粉末的粒径等来实施。
还有，作为形成喷涂皮膜的方法，除了上述冷喷涂法以外，还可考虑等离子热喷涂和电弧热喷涂等其他的喷涂方法，但因其气体温度高，有可能使熔点比较低的铝或铝合金材2熔化，所以不为优选。
其后，在所得到的低温喷涂皮膜1之上配置钢材3，从钢材3的面向铝或铝合金材2的一侧的相反侧，通过激光焊接，使低温喷涂皮膜1和钢材3熔融而形成焊接金属4，从而能够制造异种材料接合结构体10。
在此，激光焊接与电弧焊等其他的焊接法相比，是线能量低，热影响小的焊接法。在使用电弧焊时的情况下，因为焊接时发生的热容易到达铝或铝合金材2，所以连铝或铝合金材2都会熔融，接合强度有可能降低。但是，使用激光焊接时，最小限度地抑制了对铝或铝合金材2的热影响，能够抑制铝或铝合金材2的熔融，因此能够防止接合强度的降低，得到良好的接合接头。
还有，为了将对于铝或铝合金材2的热影响进一步抑制在最小限度，优选以只使低温喷涂皮膜1和钢材3熔融的方式，选择恰当的焊接条件。作为激光焊接条件，能够适宜选择热源、输出功率、焊接速度、焊接部的直径、和低温喷涂皮膜1与钢材3的间隔等。
接着，以下对于第一实施方式的制造方法中，低温喷涂皮膜1、作为其材料的金属粉末、铝或铝合金材2和钢材3详细地说明。
＜金属粉末的金属种类：从铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、和铁素体系与奥氏体系的双相不锈钢中选择的至少一种＞
为了通过激光焊接将低温喷涂皮膜1和钢材3进行接合，作为低温喷涂皮膜1的材料，重要的是选择能够与钢材3以希望的接合强度进行焊接，并且焊接金属4的特性良好的金属材料。在第一实施方式中，选择不锈钢(SUS)，其能够在与钢材3之间容易地焊接出良好的接合接头。
特别是在各种不锈钢之中，铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、和铁素体系与奥氏体系的双相不锈钢，与马氏体系不锈钢相比，因为耐腐蚀性优异，所以适合作为曝露在腐蚀环境中的汽车的材料。因此，作为用于冷喷涂的金属粉末，使用从铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、和铁素体系与奥氏体系的双相不锈钢中选择的至少一种的金属所构成的粉末。
＜金属粉末的粒径和形状＞
对于作为低温喷涂皮膜1的材料的金属粉末的粒径，没有特别限定，但使冷喷涂的气压为1MPa以下的低压条件时，例如优选为20μm以下，更优选为10μm以下。
另一方面，使气压为1MPa～5MPa的高压条件时，例如优选为50μm以下，更优选为30μm以下。
关于金属粉末的粒子形状，也没有特别限定，但从流动性的观点出发，优选为球状。
＜工作气体的种类＞
对于在冷喷涂中使用的气体没有特别限定，但一般来说，使用空气、氮、氦或其混合气体进行。另一方面，若低温喷涂皮膜发生氧化，则有可能对激光焊接性造成不良影响，因此作为气体种类，优选使用氮和氦。
＜工作气体的温度＞
如上述，在冷喷涂中使用的气体的温度高时，有可能使作为低温喷涂皮膜1的基材的铝或铝合金材2熔化。因此，工作气体的温度，优选为比用于冷喷涂的金属粉末的熔点低的温度。
＜低温喷涂皮膜的膜厚＞
若经由冷喷涂形成的低温喷涂皮膜1的膜厚低于0.3mm，则即使适宜选择只会使低温喷涂皮膜1和钢材3熔融这样的焊接条件，由于激光束L的偏差的影响，仍会存在难以只使低温喷涂皮膜1和钢材3熔融的情况，因此稳健性变低。
因此，通过使低温喷涂皮膜1的膜厚为0.3mm以上，从而能够柔和地应对激光束L的偏差，因此不需要严格的条件设定。因此，低温喷涂皮膜的膜厚优选为0.3mm以上，更优选为0.6mm以上。
另一方面，若低温喷涂皮膜的膜厚高于3mm，则成膜时间变长，制造成本有可能上升。因此，低温喷涂皮膜的膜厚优选为3mm以下，更优选为2mm以下。
＜铝或铝合金材＞
关于铝或铝合金材2也没有特别限定，但在用于汽车等的构件中适用时，从强度的观点出发，优选使用2000系、5000系、6000系和7000系等的铝合金材。还有，在第一实施方式中，由于采用可从钢材3侧通过单侧施工进行焊接的激光焊接，所以即使是在汽车等的领域广泛使用的闭合截面的挤压材也能够没有问题地使用。
＜钢材＞
作为钢材3，只要是由一般被称为钢铁的金属构成的构件，则没有特别限定。但是，近年来，作为用于汽车的车身骨架等的钢板，以车体轻量化和碰撞安全性强化为目的而多用高张力钢材(高强度材)等。作为钢－铝的异种材料接合法所普及的机械的接合法，难以适用于抗拉强度为590MPa以上的钢板。因此，在抗拉强度为590MPa以上的高张力钢板中，本发明特别有效。
[第二实施方式]
接着，对于本发明的第二实施方式的异种材料接合结构体的制造方法，和本发明的第二实施方式的异种材料接合结构体进行说明。
本发明的第二实施方式的异种材料接合结构体的制造方法，具有如下工序：在铝或铝合金材的表面的至少一部分，通过低温喷涂从纯铁、碳钢、镍、镍合金、钴和钴合金中选择的至少一种的金属粉末，从而形成低温喷涂皮膜的工序；以使低温喷涂皮膜与钢材对置的方式，将铝或铝合金材与钢材重叠的工序；通过从钢材侧的激光焊接，将低温喷涂皮膜与钢材进行接合的工序。
还有，本发明的第二实施方式的异种材料接合结构体，与上述第一实施方式的异种材料接合结构体的不同点，只是构成低温喷涂皮膜的材料，因此省略有关第二实施方式的异种材料接合结构体的构成和制造方法的详细的说明，以下一边参照上述图1，一边对于低温喷涂皮膜1进行说明。
第二实施方式的异种材料接合结构体的低温喷涂皮膜1，含有从纯铁、碳钢、镍、镍合金、钴和钴合金中选择的至少一种的金属。还有，虽未图示，但通过低温喷涂而被高速吹送有金属粉末的铝或铝合金材2的表面，由于大量的金属粉末而形成微细的凹凸，因此低温喷涂皮膜1和钢材3，借助锚定效应被被机械性地坚固地接合。
接着，在本发明的第二实施方式中，对于作为低温喷涂皮膜1的材料的金属粉末，进行以下的详细说明。还有，关于金属粉末的粒径和形状、工作气体的种类和温度、低温喷涂皮膜的膜厚、铝或铝合金材、以及钢材，与第一实施方式同样，因此省略说明。
＜金属粉末的金属种类：从纯铁、碳钢、镍、镍合金、钴和钴合金中选择的至少一种＞
为了通过激光焊接将低温喷涂皮膜1和钢材3接合，作为低温喷涂皮膜1的材料，重要的是选择能够与钢材3以希望的接合强度焊接，并且焊接金属4的特性良好的金属材料。作为金属粉末，例如，若使用大量添加有Cr和Ni等淬火元素的不锈钢(SUS)，则钢材3是高张力钢板或热冲压材时，受到了母材稀释的焊接金属4的全部或一部分发生马氏体相变，硬度变得过高，有可能接合强度(接头强度)降低，或发生裂纹。因此，作为用于冷喷涂的金属粉末，使用含有从纯铁、碳钢、镍、镍合金、钴和钴合金中选择的至少一种的金属的粉末。
还有，在本说明书中，所谓纯铁，表示作为工业用可容易获取，纯度为99.9质量％以上的铁。另外，所谓碳钢，表示以铁和碳为主成分，微量含有硅、锰和杂质磷、硫、铜的铁钢材料。还有，作为镍合金，能够使用被称为通称因科内尔镍铬铁合金(Inconel alloy)、因科洛伊合金(incoloy alloy)、哈司特镍合金(hastelloy alloy))的以Ni为主成分，并以适当量添加有Mo、Fe、Co、Cr、Mn等的合金。
【实施例】
以下，列举实施例和比较例，对于本发明详细说明，但本发明不受其限定。
[第一实施方式的例]
以下对于本发明的第一实施方式的例子进行说明。
首先，在板厚为3mm的铝合金板的表面，使用冷喷涂形成金属皮膜(低温喷涂皮膜)。
其后，以隔着所得到的金属皮膜，与铝合金板重叠的方式，配置板厚为1.4mm的钢板，从钢板的与金属皮膜接触的面相反侧的面进行激光照射，由此对于金属皮膜与钢板进行激光焊接，制造异种材料接合结构体。还有，激光的照射由扫描振镜控制，如图1所示，焊接成圆形。
以下显示供试材、冷喷涂的条件、和焊接条件。
[供试材]
铝合金板：7N01
钢板：热冲压材(22MnB钢，抗拉强度1500MPa级)
[冷喷涂的条件]
气体种类：氮
气压：4MPa
气体的温度：750～1100℃
金属粉末的粒径：10～50μm
[激光焊接条件]
热源：光纤激光器
输出功率：2.5～3.0kW
速度：4m/min
光束聚焦直径：φ0.6mm
激光扫描轨迹：圆形
焊接部直径(圆的直径)：计划φ6mm
保护气体：无
间隙(板隙)：0mm
＜比较例＞
在板厚为3mm的铝合金板的表面，不形成使用了冷喷涂的金属皮膜(低温喷涂皮膜)，而使铝合金板与板厚1.4mm的钢板重叠。接着，从钢板的与铝合金板接触的面的相反侧的面进行激光照射，由此对于铝合金板和钢板进行激光焊接，制造异种材料接合结构体。还有，与实施例同样，激光的照射由扫描振镜控制，以圆形焊接。另外，关于激光焊接条件也与实施例同样。
其后，在所得到的异种材料接合结构体中，对于接头进行截面宏观观察，调查熔深和焊接缺陷的状况。
熔深和焊接缺陷的评价标准为，只在钢材与金属皮膜之间形成焊接金属，铝合金板未熔融的评价为○(评价：良好)。另外，焊接金属到达铝合金板，铝合金板熔融的之中，钢材与铝被接合的评价为△(评价：尚可)，未接合的评价为×(评价：不合格)。
冷喷涂中使用的金属粉末的材料、形成的金属皮膜的膜厚、激光焊接条件(输出功率、间隙)和评价结果(熔深和焊接缺陷的状況)显示在下述表1中。
【表1】
表1
Figure BDA0002891691020000111
(*)SUS316L是奥氏体系不锈钢。
如上述表1所示，作为实施例的试验No.1-1和No.1-2，通过在铝或铝合金板的表面形成金属皮膜，并对于金属皮膜和钢材进行激光焊接，从而制造成异种材料接合结构体，作为金属皮膜的金属粉末的材料在本发明的范围内，因此能够得到良好的接合接头。
另一方面，作为比较例的试验No.1-3，未确认到钢材和铝的接合，不适合使用。
[第二实施方式的例子]
接下来，对于本发明的第二实施方式的例子进行说明。
在第二实施方式的例子中，因为关于异种材料接合结构体的制造工序、供试材、和冷喷涂的条件，与第一实施方式的例子相同，所以，以下仅展示激光焊接条件。还有，作为比较例的异种材料接合结构体的制造工序与第一实施方式的例子相同，以下仅是激光焊接的条件。
[激光焊接条件]
热源：光纤激光器
输出功率：2.5～3.5kW
速度：4m/min
光束聚焦直径：φ0.6mm
激光扫描轨迹：圆形
焊接部直径(圆的直径)：目标φ6mm
保护气体：无
间隙(板隙)：0～0.3mm
其后，在所得到的异种材料接合结构体中，对于接头进行截面宏观观察，调查熔深和焊接缺陷的状况。
熔深和焊接缺陷的评价标准与第一实施方式的例子相同。
下述表2中显示冷喷涂中所用的金属粉末的材料、形成的金属皮膜的膜厚、激光焊接条件(输出功率、间隙)和评价结果(熔深和焊接缺陷的状況)。
【表2】
表2
Figure BDA0002891691020000121
如上述表2所示，作为实施例的试验No.2-1～2-5，通过在铝或铝合金板的表面形成金属皮膜，并对于金属皮膜和钢材进行激光焊接，从而制造出异种材料接合结构体，因为作为金属皮膜的金属粉末的材料在本发明的范围内，所以能够得到良好的接合接头。
特别是试验No.2-1～2-4，因为金属皮膜的膜厚在本发明优选的范围内，所以熔融部分未到达铝或铝合金板，能够只对金属皮膜和钢板进行激光焊接，能够得到性质更优异的焊接部。
另外，熔深和焊接缺陷的评价为○的试验No.2-3，进行强度试验的结果能够确认，拉伸剪切强度为8.7kN，十字抗拉强度为5kN，能够得到良好的接头强度。还有，强度试验遵循JIS Z3136和JIS Z3137，测量拉伸剪切强度和十字抗拉强度。拉伸试验的试验速度均为10mm/min。
另一方面，作为比较例的试验No.2－6焊接后未确认到钢材与铝的接合，不适合使用。
如以上详述，根据本发明，能够提供可从钢材侧通过单侧施工进行焊接，并且，能够得到良好的接合接头的异种材料接合结构体。
以上，一边参照附图，一边对于各种实施方式进行了说明，但本发明当然不受这样的示例限定。如果是从业者，则可知在专利要求的范围所述的范畴内，能够想到各种变更例或修改例，关于这些当然也理解为属于本发明的技术的范围。另外，在不脱离发明的宗旨的范围，也可以任何组合上述实施方式中的各构成要素。
还有，本申请基于2018年7月19日申请的日本专利申请(特愿2018－136128)，和2018年7月20日申请的日本专利申请(特愿2018－136513)，其内容在本申请之中作为参照援引。
符号说明
1 低温喷涂皮膜
2 铝或铝合金材
3 钢材
4 焊接金属(熔敷焊道)
10 异种材料接合结构体
L 激光束。

Claims (12)

1.一种异种材料接合结构体的制造方法，其特征在于，具有如下工序：
在铝或铝合金材的表面的至少一部分，通过低温喷涂从铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、及铁素体系与奥氏体系的双相不锈钢中选择的至少一种的金属粉末，从而形成低温喷涂皮膜的工序；
以使所述低温喷涂皮膜与钢材对置的方式，将所述铝或铝合金材和所述钢材重叠的工序；
通过从该钢材侧的激光焊接而将所述低温喷涂皮膜和所述钢材进行接合，抑制所述铝或铝合金材的熔融，使所述低温喷涂皮膜和所述钢材熔融而形成焊接金属的工序。
2.一种异种材料接合结构体的制造方法，其特征在于，具有如下工序：
在铝或铝合金材的表面的至少一部分，通过低温喷涂从纯铁、碳钢、镍、镍合金、钴和钴合金中选择的至少一种的金属粉末，从而形成低温喷涂皮膜的工序；
以使所述低温喷涂皮膜与钢材对置的方式，将所述铝或铝合金材和所述钢材重叠的工序；
通过从该钢材侧的激光焊接，将所述低温喷涂皮膜和所述钢材进行接合，抑制所述铝或铝合金材的熔融，使所述低温喷涂皮膜和所述钢材熔融而形成焊接金属的工序。
3.根据权利要求1或2所述的异种材料接合结构体的制造方法，其中，所述激光焊接只使所述低温喷涂皮膜和所述钢材熔融。
4.根据权利要求1或2所述的异种材料接合结构体的制造方法，其中，所述低温喷涂皮膜的膜厚为0.3mm以上。
5.根据权利要求1或2所述的异种材料接合结构体的制造方法，其中，所述钢材的抗拉强度为590MPa以上。
6.根据权利要求1或2所述的异种材料接合结构体的制造方法，其中，所述铝或铝合金材是闭合截面的挤压材。
7.一种异种材料接合结构体，其特征在于，是由权利要求1所述的异种材料接合结构体的制造方法制造得到的异种材料接合结构体，具有：
铝或铝合金材；
形成于所述铝或铝合金材的表面的至少一部分上，与所述铝或铝合金材机械结合的低温喷涂皮膜；
重叠于所述低温喷涂皮膜之上的钢材；
由所述低温喷涂皮膜和所述钢材的焊接而形成的焊接金属，
所述低温喷涂皮膜含有从铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、和铁素体系与奥氏体系的双相不锈钢中选择的至少一种的金属。
8.一种异种材料接合结构体，其特征在于，是由权利要求2所述的异种材料接合结构体的制造方法制造得到的异种材料接合结构体，具有：
铝或铝合金材；
形成于所述铝或铝合金材的表面的至少一部分上，与所述铝或铝合金材机械结合的低温喷涂皮膜；
重叠于所述低温喷涂皮膜之上的钢材；
由所述低温喷涂皮膜和所述钢材的焊接而形成的焊接金属，
所述低温喷涂皮膜含有从纯铁、碳钢、镍、镍合金、钴和钴合金中选择的至少一种的金属。
9.根据权利要求7或8所述的异种材料接合结构体，其中，所述焊接金属，通过只使所述低温喷涂皮膜和所述钢材熔融而形成。
10.根据权利要求7或8所述的异种材料接合结构体，其中，所述低温喷涂皮膜的膜厚为0.3mm以上。
11.根据权利要求7或8所述的异种材料接合结构体，其中，所述钢材的抗拉强度为590MPa以上。
12.根据权利要求7或8所述的异种材料接合结构体，其中，所述铝或铝合金材是闭合截面的挤压材。
CN201980046442.0A 2018-07-19 2019-07-11 异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体 Active CN112469529B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018136128A JP7028735B2 (ja) 2018-07-19 2018-07-19 異材接合構造体の製造方法及び異材接合構造体
JP2018-136128 2018-07-19
JP2018-136513 2018-07-20
JP2018136513A JP7123674B2 (ja) 2018-07-20 2018-07-20 異材接合構造体の製造方法及び異材接合構造体
PCT/JP2019/027457 WO2020017420A1 (ja) 2018-07-19 2019-07-11 異材接合構造体の製造方法及び異材接合構造体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112469529A CN112469529A (zh) 2021-03-09
CN112469529B true CN112469529B (zh) 2023-04-18

Family

ID=69163548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980046442.0A Active CN112469529B (zh) 2018-07-19 2019-07-11 异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210291298A1 (zh)
EP (1) EP3808494A4 (zh)
CN (1) CN112469529B (zh)
WO (1) WO2020017420A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020131271A (ja) * 2019-02-25 2020-08-31 株式会社神戸製鋼所 異種金属接合体の製造方法及び異種金属接合体
CN114017428B (zh) * 2021-11-01 2023-05-09 浙江吉利控股集团有限公司 一种异种材接合构造体、制备方法及车辆
CN114012254B (zh) * 2021-11-01 2024-03-08 浙江吉利控股集团有限公司 一种树脂材与金属材的异种材接合件、制备方法及车辆

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58188585A (ja) * 1982-04-30 1983-11-04 Hitachi Ltd Ａｌ材と異種金属材の接合方法
AU2206900A (en) * 1998-12-28 2000-07-31 Abb Alstom Power Inc. Method of fabricating fins on heat exchanger tubes
JP2006088174A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Kobe Steel Ltd 異材接合方法
JP2009061500A (ja) * 2007-08-10 2009-03-26 Nissan Motor Co Ltd 異種金属接合部材及び異種金属接合方法
CN101643899A (zh) * 2009-09-05 2010-02-10 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种异种金属焊接中间层的制备方法
JP5291067B2 (ja) * 2010-09-29 2013-09-18 株式会社神戸製鋼所 異材溶接用フラックス入りワイヤ並びに異材レーザ溶接方法及び異材ｍｉｇ溶接方法
JP2013188780A (ja) 2012-03-14 2013-09-26 Taiyo Nippon Sanso Corp 異種金属接合方法
KR20140080754A (ko) * 2012-12-17 2014-07-01 현대자동차주식회사 레이저 용접방법
WO2015071621A1 (en) * 2013-11-14 2015-05-21 The Welding Institute Method of welding first and second metallic workpiece with cold or thermal spraying a layer of weld modifying material to one of the surfaces
JP5847209B2 (ja) * 2014-01-21 2016-01-20 株式会社神戸製鋼所 異種金属接合体及び異種金属接合体の製造方法
DE112014007290T5 (de) * 2014-12-25 2017-09-07 Honda Motor Co., Ltd. Unterschiedliches-Material-Verbindungsstruktur und Unterschiedliches-Material-Verbindungsverfahren
US10857619B2 (en) * 2016-04-14 2020-12-08 GM Global Technology Operations LLC Control of intermetallic compound growth in aluminum to steel resistance welding
US10640854B2 (en) * 2016-08-04 2020-05-05 Honda Motor Co., Ltd. Multi-material component and methods of making thereof
JP2018136128A (ja) 2017-02-20 2018-08-30 村角工業株式会社 パラフィンブロック及びパラフィンブロックの作製方法
JP6996089B2 (ja) 2017-02-24 2022-02-04 株式会社ニコン 回折光学素子、光学系および光学機器

Also Published As

Publication number Publication date
EP3808494A4 (en) 2021-09-08
CN112469529A (zh) 2021-03-09
WO2020017420A1 (ja) 2020-01-23
US20210291298A1 (en) 2021-09-23
EP3808494A1 (en) 2021-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102088470B1 (ko) 경화가능한 강의 하나 이상의 피용접재를 필러 와이어를 사용하는 맞대기 이음으로 레이저 용접하기 위한 방법
EP3067147B1 (en) Method of welding metal-based non weldable directly to each other materials, using a spacer
CN112469529B (zh) 异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体
JP5505369B2 (ja) 継手強度に優れたレーザ溶接継手及びその製造方法
CN113474112A (zh) 异种金属接合体的制造方法和异种金属接合体
KR20160117609A (ko) 경화가능한 강으로 만들어진 하나 이상의 피용접재를 맞대기 이음으로 레이저 용접하기 위한 방법
CN108778608B (zh) 搭接激光焊接接头、该焊接接头的制造方法以及汽车用骨架部件
CN112743228B (zh) 激光焊接接头及汽车用骨架零件
US20220176492A1 (en) Method for manufacturing dissimilar material joint structure, and dissimilar material joint structure
JP7123674B2 (ja) 異材接合構造体の製造方法及び異材接合構造体
JP7231586B2 (ja) 異材接合構造体の製造方法
EP3862123B1 (en) Joined structure and method for manufacturing joined structure
JP7115223B2 (ja) 抵抗スポット溶接継手の製造方法
JP5031383B2 (ja) 鋼板の重ね部のレーザー溶接方法
JP7028735B2 (ja) 異材接合構造体の製造方法及び異材接合構造体
CN114007795B (zh) 异种金属接合体的制造方法和异种金属接合体
JP7103923B2 (ja) 接合構造体及び接合構造体の製造方法
CN113573838A (zh) 搭接激光焊接接头及其制造方法以及汽车车身用结构部件
JP7435935B1 (ja) 溶接部材およびその製造方法
WO2024063010A1 (ja) 溶接部材およびその製造方法
JP7485242B1 (ja) 溶接部材およびその製造方法
CN115768586A (zh) 异种材料接合结构体的制造方法
JP6176428B1 (ja) 重ねレーザ溶接継手、該溶接継手の製造方法および自動車用骨格部品
JPS61226192A (ja) クラツド金属板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant