CN112739538A - 金属材料的接合方法及金属接合体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接合方法，其是将同种及异种的各种组合的金属材料牢固地接合的简便的方法，在接合异种金属的情况下，能够抑制接合部的电解腐蚀。此外，本发明提供一种金属接合体，其具有接合部，该接合部具有高接合强度，其使得在拉伸试验中接头利用金属部伸长，该金属接合体使得接合部的电解腐蚀被非常有效地抑制。本发明的金属材料的接合方法的特征在于，具有：第一工序，经由树脂层使一方的金属材料与另一方的金属材料抵接，形成被接合界面；以及第二工序，向所述一方的金属材料和/或所述另一方的金属材料的表面照射激光，在所述被接合界面将所述树脂层和所述一方的金属材料接合，并且将所述树脂层和所述另一方的金属材料接合，形成接合部。

Description

金属材料的接合方法及金属接合体

技术领域

本发明涉及将金属材料彼此接合的方法及金属接合体。

背景技术

以往，在金属材料彼此的接合中，采用的是铆钉紧固等机械接合、电弧焊以及激光焊接等熔融焊接方法。然而，在使用铆钉紧固的情况下，由于部件因紧固部的大小、重量而大型化、重量化，而且设计的自由度也降低，因此，能够应用的部件受到限制。

此外，在熔融焊接中，除了接合部成为熔融凝固组织以外，还形成热影响部，作为接合结构体不能充分地用金属母材(被接合材料)的机械性质。进一步，在接合异种金属材料的情况下，在接合界面形成脆弱的金属间化合物层，难以保证接头的强度及可靠性。

与此相对，近年来，将金属材料以固相进行接合的方法受到了关注，研究了采用摩擦压接或摩擦搅拌接合的金属材料的接合方法。例如，在专利文献1(日本特开2009-299138号公报)中，提出了一种金属材料的接合方法，由该方法得到的是钢材与铝合金材料的异种材料接合体，其中，将接合的钢材设为特定组成，另一方面，使接合的铝合金材料成为特定组成的Al-Mg-Si系铝合金，在异种材料接合体的铝合金材料侧的接合界面中含有特定量的Li、Mn，并且在限制了Fe的含量的基础上，得到在异种材料接合体的接合界面形成有Fe和Al的反应层的异种材料接合体。

在上述专利文献1记载的金属材料的接合方法中，通过钢材的材料表面的含有Mn、Si的外部氧化物层，和钢材的材料表面正下方的含有Mn、Si的内部氧化物层这两者，抑制点焊时的Fe及Al的扩散，抑制接合界面的Al-Fe系的脆反应层的过度生成，而且，在铝合金材料的与钢材的接合面侧，作为对存在于钢材表面上的外部氧化物层具有还原的功能的元素，使Li、Mn中的1种或2种预先存在，通过由Li、Mn产生的还原作用而破坏钢材的难以被破坏的外部氧化物层，从而能够有效地控制点焊时的Fe、Al的扩散，使其达到必要且不过度抑制的程度。其结果，能够抑制接合界面中的Al-Fe系的脆反应层(金属间化合物层)的过量生成，另一方面，能够确保为了得到高接合强度所必要的最小限度的Al-Fe系的反应层(金属间化合物层)，得到高接合强度。

此外，在专利文献2(日本特开2015-139789号公报)中，提出了一种异质部件的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在采用摩擦搅拌接合将金属部件和具有比金属部件的熔点低的熔点的接合部件接合的方法中，(i)在具备接合面的孔径比相反侧的孔径小的形状的孔的金属部件上重叠接合部件，(ii)一边使接合工具旋转一边将接合工具按压于上述孔的上部的接合部件，将接合部件压入上述孔中而形成接合接头。

在上述专利文献2所记载的异质部件的摩擦搅拌接合方法中，在一方的金属部件上形成接合面的孔径比相反侧的孔径小的形状的孔，在该孔的内部压入并填充要接合的另一方的部件，由此能够用摩擦搅拌接合将特性(熔点)不同的两个部件(例如，一方是镀层钢板等铁系部件或钛(合金)部件，另一方是由铝、镁或它们的合金、或者树脂等构成的部件)牢固地接合。

[现有技术文献]

专利文献：

专利文献1：日本特开2009-299138号公报

专利文献2：日本特开2015-139789号公报

发明内容

[发明所要解决的技术问题]

在此，在摩擦搅拌接合中，需要将高速旋转的工具压入被接合区域，因此，被接合材料的种类、尺寸及接头形状等受到限制。此外，在通常的摩擦搅拌接合中，在接合结束端形成有拔出工具的孔，此外，在接合部的表面会形成工具标记、毛刺等。而且，根据被接合材料的种类不同，有时对工具的负荷变大，因此，例如在接合钢材的情况下，工具寿命成为严重的问题。

此外，与熔融焊接后的情况相比，虽然接合界面处的金属间化合物的厚度变薄，但难以完全抑制该金属间化合物的形成。此外，由摩擦搅拌接合而形成的异种金属接合部是不同的金属材料密合而形成的，极其难以抑制其电解腐蚀。

对于上述专利文献1的接合方法而言，能够得到高接合强度，但能够应用的被接合材料的组成和组合被严格地限定，通用性极差。此外，对于上述专利文献2的接合方法而言，也能形成牢固的异种材料接合部，但是从熔点、塑性变形阻力的观点出发，能够应用的被接合材料的组合受到限定，并且需要在被接合材料上设置孔等，接合工序变得繁杂。

鉴于以上所述的现有技术中的问题点，本发明的目的在于提供一种接合方法，其为将同种及异种的各种组合的金属材料牢固地接合的简便的方法，在接合异种金属的情况下，能够抑制接合部的电解腐蚀。此外，本发明的目的还在于提供一种金属接合体，该金属接合体具有接合部，该接合部具有高接合强度，使得在拉伸试验中接头利用金属部进行伸长，该金属接合体使得接合部的电解腐蚀被极其有效地抑制。

[用于解决技术问题的手段]

本发明人为了实现上述目的，对金属材料的接合方法反复进行了深入研究，结果发现，通过借助树脂层使金属材料彼此牢固地接合的方法等是有效的，从而完成了本发明。

即，本发明提供一种金属材料的接合方法，其特征在于，具有：

第一工序，经由树脂层使一方的金属材料与另一方的金属材料抵接，形成被接合界面；以及

第二工序，向上述一方的金属材料和/或上述另一方的金属材料的表面照射激光，在上述被接合界面将上述树脂层和上述一方的金属材料接合，并且将上述树脂层和上述另一方的金属材料接合，形成接合部。

本发明的金属材料的接合方法不是在使一方的金属材料与另一方的金属材料直接接触的状态下进行接合的方法，而是通过形成经由树脂层的接合界面而间接地实现接合的方法。更具体而言，将树脂层与一方的金属材料牢固地接合，并且将树脂层与另一方的金属材料也牢固地接合，从而将一方的金属材料与另一方的金属材料接合。由于一方的金属材料与另一方的金属材料不直接接触，因此能够极其有效地抑制电腐蚀。

此外，在本发明的金属材料的接合方法中，由于通过向金属材料表面的激光照射而引起的树脂层/金属材料界面的温度上升，而使树脂层与金属材料接合，因此接合工序容易且能够在短时间内完成。树脂层可以预先形成在一方的金属材料和/或另一方的金属材料的表面，也可以在接合时夹入于一方的金属材料和另一方的金属材料之间。

本发明的金属材料的接合方法具有：第一工序，经由树脂层使一方的金属材料和另一方的金属材料抵接，形成被接合界面；以及第二工序，通过激光照射使一方的金属材料和/或另一方的金属材料的表面升温，在被接合界面将树脂层和一方的金属材料接合，并且将树脂层和另一方的金属材料接合，形成接合部。

在本发明的金属材料的接合方法中的第一工序中，通过使一方的金属材料与树脂层的一个面抵接，并使另一方的金属材料与树脂层的另一个面抵接，从而能够构成被接合界面，该被接合界面呈由一方的金属材料/树脂层/另一方的金属材料构成的三层状态。另外，作为树脂层，可以使用例如片状或膜状的树脂材料或液体树脂等。

接着，在本发明的金属材料的接合方法中的第二工序中，从一方的金属材料和/或另一方的金属材料的表面照射激光而使被接合界面升温，由此，在一方的金属材料和/或另一方的金属材料的一部分上形成加热区域，并且与该加热区域重叠的树脂层升温，由此能够将树脂层和一方的金属材料和树脂层和另一方的金属材料牢固地接合，将一方的金属材料和另一方的金属材料接合。在此，被接合界面中的树脂层表面的温度优选为熔点以上，但通过对金属材料实施适当的表面处理，能够使该温度降低。在对金属材料实施适当的表面处理的情况下，优选被接合界面处的树脂层表面的温度为玻璃化转变温度以上。

此外，在本发明的金属材料的接合方法中，优选上述树脂层为树脂膜。存在于被接合界面的树脂层的厚度优选均匀，通过使用具有均匀厚度的树脂膜而能够容易地实现该特征。此外，树脂膜的保存及处理容易，进一步能够根据被接合区域的形状及尺寸而容易地进行加工。

此外，在本发明的金属材料的接合方法中，上述树脂层的厚度优选为15～500μm。通过将树脂层的厚度设为15μm以上，能够在被接合界面形成均质的接合层，通过设为500μm以下，能够抑制以树脂层为起点的接合部的断裂。在此，树脂层的厚度更优选为15～100μm，通过使膜厚在该范围内，能够使对于接合界面的树脂层的载荷输入从三维成为二维。其结果，能够得到具有优异的机械性质的金属接合体。

此外，在本发明的金属材料的接合方法中，上述树脂层优选为聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯硫醚树脂、氟树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、马来酸改性聚丙烯树脂以及聚醚醚酮树脂中的任一种。通过使用这些树脂，能够形成牢固的金属/树脂接合区域。

此外，在本发明的金属材料的接合方法中，优选上述一方的金属材料与上述另一方的金属材料的组成不同。本发明中的金属材料的接合方法是经由树脂层而实现一方的金属材料与另一方的金属材料的接合，因此，即使双方的组成不同，在接合界面也不会产生脆弱的金属间化合物，能够得到健全的接合部。另外，作为一方的金属材料以及另一方的金属材料，在不损害本发明的效果的范围内，能够使用现有公知的各种金属材料。

此外，在本发明的金属材料的接合方法中，优选：在上述第二工序中对上述接合部进行加压，以及/或者，在上述第二工序之后立即对上述接合部进行加压。通过本发明的金属材料的接合方法得到的接合部具有足够高的强度，但通过追加加压工序，能够减小品质上的偏差。通过该加压，例如，能够使在利用激光照射进行升温时导入到接合部的树脂层内的气泡向外部移动，能够得到可靠性更高的接合部。进一步，由于通过该加压而软化的树脂层超过一方的金属材料及另一方的金属材料的热影响部的范围而扩展，因此能够扩大一方的金属材料及另一方的金属材料与树脂材料的接合界面。

此外，在本发明的金属材料的接合方法中，优选为：

作为上述第一工序的预处理，实施表面处理工序，

该表面处理工序是，使用具有还原性的羧酸来进行电解处理，从而在上述一方的金属材料和/或上述另一方的金属材料上形成新生面，并且由上述羧酸覆盖上述新生面，得到羧酸覆盖金属材料。

在本发明的金属材料的接合方法中，通过使一方的金属材料和/或另一方的金属材料的新生面与通过热分解而生成的来自树脂材料的羧基进行化学键合，能够形成更牢固的接合部。另外，在本申请说明书中，“新生面”是指除去金属材料的最外表面而活化的状态，例如，包含：除去氧化皮膜而使金属材料露出的状态、除去并清洁氧化皮膜的最外表面的状态。

由于使一方的金属材料和/或另一方的金属材料的新生面与来自树脂材料的羧基进行化学键合，例如，与将具有反应性的官能团彼此结合的情况相比，能够使结合位点的数量显著地增加，实现极其牢固的金属树脂直接接合。即，将树脂层与一方的金属材料、及树脂层与另一方的金属材料更牢固地接合，能够将一方的金属材料与另一方的金属材料接合。

此外，在本发明的金属材料的接合方法中，优选为：

作为上述第一工序的预处理，向成为上述被接合界面的上述一方的金属材料和/或上述另一方的金属材料的表面照射激光，用粒径为1～100nm的氧化物颗粒覆盖上述表面。

在一方的金属材料和/或另一方的金属材料为不锈钢或钛材料的情况下，即使用羧酸实施电解处理，羧酸盐也不会配置于金属表面，无法期待该处理的效果。与此相对，通过用激光照射而在金属表面生成粒径为1～100nm的氧化物颗粒，能够通过基于物理结构的锚固效应(anchor effect)等来确保接合强度。

进一步，本发明提供一种金属接合体，其特征在于，

该金属接合体是一方的金属材料与另一方的金属材料的重叠接合部件，

在上述一方的金属材料与上述另一方的金属材料的接合界面存在树脂层，

上述树脂层与上述一方的金属材料直接接合，

上述树脂层与上述另一方的金属材料直接接合，

在接合部的拉伸试验中，上述一方的金属材料和/或上述另一方的金属材料伸长。

本发明的金属接合体能够通过本发明的金属材料的接合方法来制造，一方的金属材料与另一方的金属材料经由树脂层而间接接合，并非通过粘接剂、铆钉紧固而接合。

在使用以往公知的接合方法将树脂材料与金属材料直接接合的情况下，接合界面的强度不充分，在接合部的拉伸试验中金属材料不会伸长。与此相对，通过本发明的金属材料的接合方法得到的接合界面的强度高，具有高接合强度，其程度使得在拉伸试验中一方的金属材料和/或另一方的金属材料进行伸长。

在本发明的金属接合体中，优选在上述拉伸试验中上述一方的金属材料或上述另一方的金属材料发生断裂。本发明的金属接合体的接合界面的强度极高，因此，通过一方的金属材料及另一方的金属材料与树脂层的组合，具有极高的接合强度，其程度是一方的金属材料或上述另一方的金属材料在伸长后达到断裂的程度。

在本发明的金属接合体中，优选上述一方的金属材料和/或上述另一方的金属材料为钢材或钛材料。通过使一方的金属材料和/或另一方的金属材料为钢，能够实现廉价且牢固的金属接合体。此外，通过使一方的金属材料和/或另一方的金属材料为钛材料，能够实现轻量且牢固的金属接合体。在此，钢材包含各种碳钢或不锈钢等，钛材料包含纯钛及各种钛合金。另外，对于本发明的金属接合体而言，即使上述一方的金属材料和/或上述另一方的金属材料为钢材或钛材料，也具有牢固的接合界面，其牢固程度使得在拉伸试验中这些金属发生伸长，且接合部的可靠性较高，其程度使得根据情况这些金属达到断裂。

[发明效果]

根据本发明中的金属材料的接合方法及金属接合体，其是将同种及异种的各种组合的金属材料牢固地接合的简便的方法，在接合异种金属的情况下，能够提供一种能够抑制接合部的电解腐蚀的接合方法。此外，能够提供一种金属接合体，其具有接合部，该接合部具有高接合强度，其程度使得在拉伸试验中接头利用金属部进行伸长，该金属接合体使得接合部的电解腐蚀被极其有效地抑制。

附图说明

图1是本实施方式的金属材料的接合方法的工序图。

图2是表示第一工序和第二工序的情况的示意图。

图3是本实施方式的金属接合体8的概略剖视图。

图4是表示经由树脂材料使第一金属材料和第二金属材料重合的状态的示意图。

图5是表示拉伸试验的方式的示意图。

图6是实施例1中得到的金属接合体的拉伸试验后的概略照片。

图7是实施例2中实施了表面处理的SUS304板表面的SEM照片(低倍率)。

图8是实施例2中实施了表面处理的SUS304板表面的SEM照片(高倍率)。

图9是实施例2中得到的金属接合体的拉伸试验后的概略照片。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的金属材料的接合方法及金属接合体的代表性的实施方式进行详细说明，但本发明并不仅限定于此。另外，在以下的说明中，对相同或者相当的部分标注相同的符号，有时省略重复的说明。此外，附图是用于概念性地说明本发明的图，因此所表示的各构成要素的尺寸和它们的比例有时与实际的不同。

(1)金属材料的接合方法

图1是本实施方式的金属材料的接合方法的工序图，图2是表示本实施方式的金属材料的接合方法中使用的第一工序和第二工序的情况的示意图。本实施方式的金属材料的接合方法通过在第一金属材料2(一方的金属材料)与第二金属材料4(另一方的金属材料)之间形成经由树脂材料6(树脂层)的接合界面来实现接合，其具有：第一工序(S01)，经由树脂材料6使第一金属材料2和第二金属材料4抵接，形成被接合界面；以及第二工序(S02)，通过激光照射使第一金属材料2和/或第二金属材料4的表面升温，在被接合界面将树脂材料6和第一金属材料2接合，并且将树脂材料6和第二金属材料4接合，形成接合部。以下，以对金属材料实施预处理并从一方的金属材料进行激光照射的情况为代表例，对各个工序进行详述。

(1-1)表面处理工序

(1-1-1)使用羧酸进行的电解处理

另外，作为第一工序(S01)的预处理，优选实施表面处理工序。表面处理工序是，使用具有还原性的羧酸进行电解处理，从而在第一金属材料2和第二金属材料4上形成新生面，并且由该羧酸覆盖新生面，得到羧酸覆盖金属材料的工序。在此，如果能够对金属材料的表面进行还原和覆盖，则也可以使用其他酸，例如，也可以使用氨基酸等。

通过使用羧酸进行电解处理，从而在第一金属材料2和第二金属材料4上形成新生面，并且由羧酸覆盖并保护直接有助于接合的新生面，由此能够得到在第二工序(S02)中能够活用新生面的羧酸覆盖金属材料。

作为表面处理工序中使用的具有还原性的羧酸，优选为草酸或甲酸。通过使用草酸或甲酸对金属材料进行电解处理，能够顺利地进行新生面的形成、向新生面的覆盖和脱离，能够顺利地形成极其牢固的接合部。另外，关于羧酸，可以分别单独使用，也可以混合使用。在此，在混合草酸与甲酸的情况下，优选将草酸与甲酸设为1:2。在对钢材使用草酸和甲酸的混合电解液的情况下，草酸铁的溶解度小(在热水中为0.026质量％)，草酸铁在钢材的表面析出，起到抑制钢材的溶解的保护覆膜的作用。与此相对，钢材的表面以甲酸铁的形式发生溶解，因此能够抑制表面的过剩的溶解并形成良好的新生面。此外，也可以使用含有羧酸的混合溶液。除了草酸和甲酸以外，例如，也可以使用磷酸、柠檬酸氢二铵等。

另外，作为一般的氧化铝膜处理(阳极氧化处理)，已知的是使用草酸等对铝实施电解处理的方法。该氧化铝膜处理(阳极氧化处理)的目的在于在铝材表面形成氧化皮膜，与此相对，表面处理工序的目的在于新生面的形成和对该新生面的保护，两者在电解处理条件上大不相同。例如，在氧化铝膜处理中使用草酸的情况下，以2～3％的草酸浓度实施20分钟～30分钟的电解处理，与此相对，在表面处理工序中使用草酸的情况下，优选以10％的草酸浓度实施更短时间的处理。

优选第一金属材料2与第二金属材料4的组成不同。作为第一金属材料2和第二金属材料4，在不损害本发明的效果的范围内可以使用现有公知的各种金属材料，例如，可以使用各种钢材、镀锌钢材、铝合金、镁合金等。此外，本实施方式的金属材料的接合方法是经由树脂材料6使第一金属材料2与第二金属材料4间接接合，因此，即使是双方的组成不同的情况下，在接合界面处也不会产生脆弱的金属间化合物，能够得到健全的接合部。

(1-1-2)用激光照射进行的氧化处理

在第一金属材料2和/或第二金属材料4为不锈钢钢材或钛材料的情况下，即使用羧酸实施电解处理，羧酸盐也不会配置在金属表面，无法期待该处理的效果。在该情况下，作为用羧酸进行的电解处理的替代，优选通过激光照射在金属表面生成微细的氧化物颗粒。

通过用粒径为1～100nm的氧化物颗粒覆盖金属表面，形成微小且复杂的三维结构，通过该结构与树脂材料6的物理性的锚固效应等，能够提高接合强度。

只要金属表面被粒径1～100nm的氧化物颗粒覆盖，则对于激光的种类、照射条件就没有特别限定，可以使用以往公知的各种激光。此外，根据所使用的激光或金属材料的种类等，适当地调节激光输出、聚焦直径、扫描速度、扫描图案等即可。此外，关于氧化物颗粒的生成所需的氧，可以用大气中的氧，也可以在保护气体中以任意的比例混合氧。

(1-2)第一工序(S01：被接合界面形成工序)

第一工序(S01)是用于经由树脂材料6使第一金属材料2与第二金属材料4抵接而形成被接合界面的工序。

将树脂材料6与第一金属材料2、以及树脂材料6与第二金属材料4，通过使彼此的平面抵接而成为一般的重叠的状态。更具体而言，通过使第一金属材料2与树脂材料6的一个面抵接，并使第二金属材料4与树脂材料6的另一个面抵接，从而构成呈第一金属材料2/树脂材料6/第二金属材料4的三层状态的被接合界面。因此，第一金属材料2与第二金属材料4不直接接触。

另外，作为树脂材料6，在不损害本发明的效果的范围内可以使用现有公知的各种树脂材料，但优选使用聚酰胺树脂(PA)、聚酰亚胺树脂(PI)、聚碳酸酯树脂(PC)、聚苯硫醚树脂(PPS)、氟树脂(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、马来酸改性聚丙烯树脂(PP)和聚醚醚酮树脂(PEEK)中的任一种。此外，树脂材料6优选为树脂膜，厚度优选为15～500μm。

若将树脂材料6设为树脂膜，则不仅能够使被接合界面中的树脂层的厚度均匀，而且还能够容易地进行保存及处理，进一步，能够简便地进行与被接合区域的形状及尺寸相匹配的加工。

(1-3)第二工序(S02：接合工序)

第二工序(S02)是如下工序：将在第一工序(S01)中形成的被接合界面，通过激光照射而升温至树脂材料6的玻璃化转变温度以上，由此，将树脂材料6分解而生成羧基，并且除去第一金属材料2及第二金属材料4的羧酸而在羧酸覆盖金属材料的表面露出新生面，进一步，将被接合界面冷却至低于玻璃化转变温度，由此使树脂材料6的羧基与第一金属材料2及第二金属材料4的新生面结合而形成接合部。另外，在作为预处理而采用基于激光照射的氧化处理的情况下，通过激光照射而软化的树脂材料6侵入到具有微细复杂结构的金属材料的表面，实现牢固的接合。另外，以下，主要对现象更复杂的接合羧酸覆盖金属材料的情况进行说明。

关于升温中采用的激光，只要不损害本发明的效果，则对其就没有特别限定，可以使用以往公知的各种激光。更具体而言，只要能够将被接合界面的温度升温至树脂材料6的玻璃化转变温度以上即可，可以使用半导体激光器、CO₂激光器、光纤激光器及YAG激光器等。另外，激光优选从第一金属材料2或第二金属材料4中的任一方或双方的表面照射。从这两个表面照射的话，特别是在接合厚板的金属材料的情况下是有利的。另外，在本实施方式中，以对第一金属2进行激光照射的例子为代表进行记载。

此外，通过将被接合界面升温至树脂材料6的玻璃化转变温度以上，也能够从该接合界面除去水。例如，如使用粘接剂而得到的接合界面那样，在接合界面存在水的情况下，若使用环境为冰点以下，则接头特性会大幅降低。与此相对，在本发明的金属材料的连接方法中，能够从接合界面除去水，因此能够有效地抑制该接头特性的降低。

此外，树脂材料6因被接合界面的升温而分解，生成来自该树脂材料6的羧基。另一方面，在第一金属材料2及第二金属材料4中，覆盖着(保护)新生面的羧酸被除去，活性的新生面露出。

另外，在被接合界面的温度上升较小的情况下，上述的新生面的露出、羧基的生成变得不充分，无法充分提高接合界面的强度；在被接合界面的温度上升过剩的情况下，树脂材料6从第一金属材料2及第二金属材料4剥离，产生接合界面的形成不良。因此，优选通过控制激光照射中所使用的激光输出、扫描速度以及焦距等工艺参数来选择适当的加热条件。

接着，将被接合界面冷却至低于玻璃化转变温度，通过将羧基与新生面进行化学键合而形成接合部。更具体而言，通过将被接合界面冷却至低于玻璃化转变温度，形成于第一金属部件2及第二金属部件4的最表面的新生面与来自树脂材料6的羧基进行化学键合。其结果是，能够在树脂材料6/第一金属材料2界面、及树脂材料6/第二金属材料4界面的双方实现极其牢固的金属树脂直接接合，形成将第一金属材料2与第二金属材料4间接地接合的接合部。

与使具有反应性的官能团彼此键合的以往的金属树脂接合方法相比，在本实施方式的金属材料的接合方法中，金属树脂间的键合位点数大幅增加，因此能够显著性地提高接合部的强度。

另外，优选：在第二工序(S02)的接合部形成中对接合部进行加压，以及/或者，在刚形成接合部之后立即对接合部进行加压。在接合部形成中进行加压的情况下，例如，使用能够透过激光的大致透明的按压部件等，从第一金属材料2及第二金属材料4的两侧施加压力即可；在刚形成接合部之后立即进行加压的情况下，只要简单地从第一金属材料2及第二金属材料4的两侧施加压力即可。另外，即使是在作为预处理而使用了基于激光照射的氧化处理的情况下，基于该加压的效果也相同。

通过本实施方式的金属材料的接合方法得到的接合部具有足够高的强度，通过追加加压工序，能够减小品质上的偏差。通过该加压，例如，能够使在利用激光照射将被接合界面升温时导入到树脂材料6的内部的气泡向外部移动，能够得到可靠性更高的接合部。进一步，由于因该加压而软化的树脂材料6超过第一金属材料2及第二金属材料4的热影响部的范围而扩展，因此能够扩大树脂材料6与第一金属材料2及第二金属材料4的接合界面。

另外，在被接合界面中，在稍微存在熔融的树脂材料6的情况下，该熔融树脂材料6因加压而向被接合界面润湿扩展，对于比熔融温度低的部位也能够实现接合。加压优选设为1.40～1.85MPa，更优选设为1.70～1.85MPa。通过将加压设为0.25MPa以上，具有减少(移动)气泡的效果，通过将加压设为1.85MPa以下，能够抑制接合部中的树脂材料6变得过薄。

(2)金属接合体

图3是表示本实施方式的金属接合体8的概略剖视图。金属接合体8是第一金属材料12(一方的金属材料)与第二金属材料14(另一方的金属材料)的重叠接合部件，其特征在于：在第一金属材料12与第二金属材料14的接合界面存在树脂材料16(树脂层)，树脂材料16与第一金属材料12直接接合，树脂材料16与第二金属材料14直接接合，在接合部的拉伸试验中第一金属材料12和/或第二金属材料14发生伸长。金属接合体8是通过使树脂材料16与第一金属材料12直接连接，并且使树脂材料16与第二金属材料14直接连接，从而将第一金属材料12与第二金属材料14间接连接的接合体，其在接合部没有使用粘接剂、铆钉等。通过上述的本实施方式的金属材料的接合方法而能够适宜地制造金属接合体8。

在使用以往公知的接合方法将树脂材料与金属材料直接接合的情况下，接合界面的强度不充分，在接合部的拉伸试验中金属材料不会伸长。与此相对，在本实施方式中，接合部处的接合界面的强度高，具有在拉伸试验中第一金属材料12和/或第二金属材料14发生伸长的程度的高接合强度。

作为第一金属材料12和第二金属材料14，在不损害本发明的效果的范围内可以使用现有公知的各种金属材料，例如，可以使用：包括不锈钢、碳钢的各种钢材；纯钛、钛合金、镍-钛合金等形状记忆合金；镀锌钢材、铝合金、镁合金等。

此外，作为树脂材料16，可以在不损害本发明的效果的范围内使用现有公知的各种树脂材料，优选使用聚酰胺树脂(PA)、聚酰亚胺树脂(PI)、聚碳酸酯树脂(PC)、聚苯硫醚树脂(PPS)、氟树脂(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、马来酸改性聚丙烯树脂(PP)和聚醚醚酮树脂(PEEK)中的任一种。

此外，在金属接合体8中，优选在接合部的拉伸试验中第一金属材料12和/或第二金属材料14发生断裂。由于金属接合体8的接合界面的强度极高，因此具有第一金属材料12和/或第二金属材料14在伸长后达到断裂的程度的极高的接合强度。

此外，在金属接合体8中，优选第一金属材料12和/或第二金属材料14为钢材或钛材料。通过使第一金属材料12和/或第二金属材料14为钢材，能够实现廉价且牢固的金属接合体8；通过使第一金属材料12和/或第二金属材料14为钛材料，能够实现轻量且牢固的金属接合体8。另外，在金属接合体8中，即使是第一金属材料12和/或第二金属材料14为钢材或钛材料的情况下，也具有牢固的接合界面，其牢固程度使得在拉伸试验中这些金属发生伸长，且接合部的可靠性较高，其程度使得根据情况这些金属达到断裂。

此外，在接合工序中包括加压的情况下，树脂材料16/第一金属材料12的接合界面和树脂材料16/第二金属材料14的接合界面这些接合界面扩展到热影响部的外侧。在以往的金属材料与树脂材料的直接接合体中，接合的区域为热影响部的内侧，然而，本发明中由于通过加压而以更宽的面积实现了接合，因此能够实现高的接合强度及可靠性。

在金属接合体8的接合部中，优选存在于接合区域的气泡的最大直径小于0.1mm。由于气泡的最大直径小于0.1mm，因此该气泡几乎不会对接头特性造成影响，金属接合体8具有极其良好的机械特性。此外，通过目视无法明确地确认接合部的气泡，因此能够抑制因接合部存在缺陷而导致的外观形象的降低。

以上，对本发明的代表性的实施方式进行了说明，但本发明并不仅限定于此，能够对其进行各种设计变更，这些设计变更全部包括在本发明的技术范围内。

实施例

[实施例1]

作为第一金属材料使用SPCC钢板(25mm×100mm×0.6mm)、作为第二金属材料使用A5052铝合金板(25mm×100mm×1.0mm)、作为树脂材料使用聚酰胺树脂(东丽膜加工公司制Rayfan)膜(25mm×15mm×100μm)，进行基于激光照射的SPCC钢板/聚酰胺树脂膜/A5052铝合金板的重叠接合。另外，激光照射中使用LaserLine公司制的半导体激光器，以光束尺寸：40mm×6mm、扫描速度：2mm/秒的条件，照射SPCC板及铝合金板各自的表面。在向SPCC板侧照射时，将输出设为410W；在向A5052铝合金板侧照射时，将输出设为1150W。

作为接合的预处理，使用草酸浓度10％的电解液，将电解时间设为5分钟，对SPCC钢板和A5052合金板实施草酸电解处理(表面处理工序)。接着，经由聚酰胺树脂膜使草酸电解处理后的SPCC钢板和A5052合金板以如图4所示的状态重叠，从而形成被接合界面(第一工序)，从SPCC钢板侧进行激光照射，将被接合界面的温度升温至聚酰胺树脂的玻璃化转变温度以上，之后，通过空气冷却而冷却至小于该玻璃化转变温度(第二工序)，由此，制造出实施金属接合体。

此外，对上述工序中制造的实施金属接合体，以图5所示的方式进行拉伸试验。拉伸试验后的代表性的试验片的概略照片如图6所示。能够确认到SPCC钢板发生伸长而达到断裂(断裂强度为5665N)。另外，接合部保持健全的状态。根据对实施例1的拉伸试验的结果可知，得到了具有高接合强度的金属接合体，其接合强度达到使得SPCC钢板发生断裂和/或伸长的程度。

[实施例2]

作为第一金属材料使用SUS304板(25mm×100mm×0.5mm)、作为第二金属材料使用纯钛JIS2种板(25mm×100mm×0.5mm)、作为树脂材料使用聚苯硫醚树脂(东丽公司制Torelina)膜(25mm×15mm×100μm)，进行基于激光照射的SUS304板/聚苯硫醚树脂膜/纯钛JIS 2种板的重叠接合。另外，激光照射中使用LaserLine公司制的半导体激光器，以光束尺寸：40mm×6mm、SUS304板表面(非界面)的温度为380℃恒定的方式进行激光输出控制，扫描速度为0.5mm/秒。此时，SUS304与聚苯硫醚树脂膜的界面温度为350～380℃，纯钛JIS 2种与聚苯硫醚树脂膜的界面温度为230～260℃。另外，在本实施例中，仅对SUS304板表面照射激光。

在此，作为接合的前处理，对SUS304板和纯钛JIS2种板的表面照射短脉冲激光，生成微细的氧化物颗粒。作为该处理的表面状态的一个例子，将SUS304板表面的SEM照片示于图7及图8。可知SUS304板表面被粒径为1～100nm的氧化物颗粒覆盖，具有微细且复杂的三维结构。

按照与实施例1同样的方法进行拉伸试验，结果是纯钛JIS 2种板进行伸长后，在4985N发生了断裂。由该结果可知，SUS304板/聚苯硫醚树脂膜/纯钛JIS2种板被极其牢固地接合了。

[实施例3]

作为第一金属材料使用SUS304板(25mm×100mm×0.5mm)、作为第二金属材料使用纯钛JIS2种板(25mm×100mm×0.5mm)、作为树脂材料使用聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(东丽公司制Lumirror)膜(25mm×15mm×11μm)，进行基于激光照射的SUS304板/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂膜/纯钛JIS2种板的重叠接合。另外，激光照射中使用LaserLine公司制的半导体激光器，光束尺寸设为40mm×6mm，仅对SUS304板表面照射激光。

以SUS304板表面(非界面)的温度为430℃恒定的方式进行了激光输出控制，其结果，所得到的金属接合体的拉伸剪切强度为725N，发生了从接合部的剥离。此外，以SUS304板表面(非界面)的温度为325℃恒定的方式进行了激光输出控制，其结果，所得到的金属接合体的拉伸剪切强度为4795N，确认到了钛JIS2种板的伸长。此外，以SUS304板表面(非界面)的温度为315℃恒定的方式进行了激光输出控制，其结果，所得到的金属接合体的拉伸剪切强度为1900N，发生了从接合部的剥离。在此，对得到最高强度的条件(SUS304板表面(非界面)的温度为325℃恒定)再次进行了验证，其结果，所得到的金属接合体的拉伸剪切强度为565N，发生了从接合部的剥离，强度不均。发明人认为，其原因在于树脂膜的膜厚为11μm，膜厚过薄。

[符号说明]

2第一金属材料，4第二金属材料，6树脂材料，8金属接合体，

12第一金属材料，14第二金属材料，16树脂材料。

Claims (11)

1.一种金属材料的接合方法，其特征在于，

具有：

第一工序，经由树脂层使一方的金属材料与另一方的金属材料抵接，形成被接合界面；以及

第二工序，向所述一方的金属材料和/或所述另一方的金属材料的表面照射激光，在所述被接合界面将所述树脂层和所述一方的金属材料接合，并且将所述树脂层和所述另一方的金属材料接合，形成接合部。

2.根据权利要求1所述的金属材料的接合方法，其特征在于，

所述树脂层为树脂膜。

3.根据权利要求1或2所述的金属材料的接合方法，其特征在于，

所述树脂层的厚度为15～500μm。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的金属材料的接合方法，其特征在于，

所述树脂层为聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯硫醚树脂、氟树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、马来酸改性聚丙烯树脂以及聚醚醚酮树脂中的任一种。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的金属材料的接合方法，其特征在于，

所述一方的金属材料与所述另一方的金属材料的组成不同。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的金属材料的接合方法，其特征在于，

在所述第二工序中对所述接合部进行加压，以及/或者，在所述第二工序之后立即对所述接合部进行加压。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的金属材料的接合方法，其特征在于，

作为所述第一工序的预处理，实施表面处理工序，

该表面处理工序是，使用具有还原性的羧酸来进行电解处理，从而在所述一方的金属材料和/或所述另一方的金属材料上形成新生面，并且由所述羧酸覆盖所述新生面，得到羧酸覆盖金属材料。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的金属材料的接合方法，其特征在于，

作为所述第一工序的预处理，向成为所述被接合界面的所述一方的金属材料和/或所述另一方的金属材料的表面照射激光，用平均粒径为1～100nm的氧化物颗粒覆盖所述表面。

9.一种金属接合体，其特征在于，

该金属接合体是一方的金属材料与另一方的金属材料的重叠接合部件，

在所述一方的金属材料与所述另一方的金属材料的接合界面存在树脂层，

所述树脂层与所述一方的金属材料直接接合，

所述树脂层与所述另一方的金属材料直接接合，

在接合部的拉伸试验中，所述一方的金属材料和/或所述另一方的金属材料伸长。

10.根据权利要求9所述的金属接合体，其特征在于，

在所述拉伸试验中，所述一方的金属材料或所述另一方的金属材料断裂。

11.根据权利要求9或10所述的金属接合体，其特征在于，

所述一方的金属材料和/或所述另一方的金属材料是钢材或钛材料。

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