DE102015214914A1

DE102015214914A1 - Verbundkörper aus unterschiedlichen Materialien und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102015214914A1
Application number: DE102015214914.5A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Akita
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2035-08-06
Also published as: DE102015214914B4; JP2016036955A; JP6280834B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundkörper (10) aus unterschiedlichen Materialien und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Der Verbundkörper (10) wird erhalten, indem ein erstes Element (12), welches ein Metall enthält, und ein zweites Element (14), welches ein faserverstärktes thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält, mit einem dazwischen eingefügten Isolationselement (16) verbunden werden. Das Isolationselement (16) enthält ein thermoplastisches Harz/Kunstharz und ist an eine Oberfläche (12a) von dem ersten Element (12) geschweißt. Das erste Element (12), die Isolationslage (16) und das zweite Element (14) sind zusammengefügt, um einen Überlappungsabschnitt (20) auszubilden, und der Verbundkörper (10) enthält ferner ein wasserdichtes Material (18), um wenigstens ein Ende von dem Überlappungsabschnitt (20) abzudecken.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundkörper aus unterschiedlichen Materialien, welcher erhalten wird, indem ein Metallelement mit einem faserverstärkten thermoplastischen Harz-/Kunstharzelement verbunden wird, welches eine Verstärkungsfaser und ein thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält, mit einer dazwischen angeordneten Isolationslage/-schicht. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Verbundkörpers.
Beschreibung der verwandten Technik:
In unterschiedlichen Gebieten, wie zum Beispiel den Kraftfahrzeug- und Flugzeug-Bereichen wurde ein faserverstärktes Harz-/Kunstharzelement in einer Struktur verwendet zum Zweck einer Gewichtsreduzierung, Festigkeitserhöhung und dergleichen. Studien wurden an einem Verbundkörper aus unterschiedlichen Materialien (einem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper) vorgenommen, der durch Verbinden des faserverstärkten Harz-/Kunstharzelements mit einem Metallelement erzeugt wird, um eine Struktur auszubilden, welche für eine beabsichtigte Anwendung geeignet ist. Beispielsweise kann in dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper, wenn das faserverstärkte Harz-/Kunstharzelement eine leitfähige Verstärkungsfaser, wie zum Beispiel eine Kohlenstofffaser bzw. Kohlefaser enthält, eine spontane Potenzialdifferenz zwischen dem Metallelement und dem faserverstärkten Harz-/Kunstharzelement erzeugt werden und das Metallelement kann (elektrochemisch) korrodiert werden. In diesem Fall, aufgrund der elektrochemischen Korrosion, werden das Metallelement und das faserverstärkte Harz-/Kunstharzelement leicht voneinander getrennt. Daher ist es schwierig, eine ausreichende Verbindungsfestigkeit über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten.
Beispielsweise wird in der internationalen Publikation Nr. WO 1999/010168 der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper hergestellt, indem das Metallelement und das faserverstärkte Harz-/Kunstharzelement verbunden werden, während die Elemente voneinander isoliert werden, um die elektrochemische Korrosion zu verhindern. Insbesondere wird in diesem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper eine Klebstoffschicht, welche ein duroplastisches bzw. wärmehärtendes Harz/Kunstharz, wie zum Beispiel ein Epoxid-Harz/Kunstharz enthält, zwischen dem Metallelement und dem faserverstärkten Harz-/Kunstharzelement angeordnet und die Dicke von der Klebstoffschicht wird in einem Bereich von 10 bis 500 μm gesteuert/geregelt. Folglich wird die Isolation zwischen dem Metallelement und dem faserverstärkten Harz-/Kunstharzelement verbessert, die spontane Potenzialdifferenz wird reduziert und somit wird die elektrochemische Korrosion verhindert.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
In einem Fall, in welchem das faserverstärkte Harz-/Kunstharzelement aus einem faserverstärkten thermoplastischen Harz/Kunstharz (FRTP) hergestellt wird, welches ein thermoplastisches Harz/Kunstharz als ein Basismaterial enthält, kann das FRTP-Element durch Wärme geschmolzen und einfach und effizient an ein anderes Element geschweißt werden. Da das FRTP-Element an das andere Element geschweißt werden kann, benötigt das FRTP-Element das Adhäsiv, welches das wärmehärtende Harz/Kunstharz bzw. Duroplast enthält, in dem Verbindungsprozess nicht. Daher kann das FRTP-Element verwendet werden, um den Unterschiedliches-Material-Verbundkörper leicht mit einem reduzierten Gewicht in einer kurzen Zeit herzustellen. Somit kann das FRTP-Element vorzugsweise als das faserverstärkte Harz-/Kunstharzelement in dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper zum Zweck einer Verbesserung der Produktionseffizienz, Reduzierung der Produktionskosten, Reduzierung des Gewichts usw. verwendet werden.
Im allgemeinen hat das thermoplastische Harz/Kunstharz im Vergleich zu dem wärmehärtenden Harz/Kunstharz eine höhere Wasserabsorptionsrate. Insbesondere können Nylons und dergleichen leicht Wasser oder Salzwasser absorbieren. Die Wasserabsorptionsrate ist umgekehrt proportional zu dem elektrischen Widerstandswert. Daher, wenn der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper das FRTP-Element enthält, welches imstande ist, leicht Feuchtigkeit, Regenwasser oder dergleichen in der Luft zu absorbieren, wird die Isolation zwischen dem FRTP-Element und dem Metallelement leicht verschlechtert, wodurch oft die elektrochemische Korrosion verursacht wird.
Die oben beschriebene Klebstoffschicht, welche das wärmehärtende Harz/Kunstharz enthält, kann zwischen dem Metallelement und dem FRTP-Element angeordnet sein, um die elektrochemische Korrosion zu verhindern. Jedoch kann in diesem Fall das FRTP-Element nicht an das Metallelement geschweißt werden und das Gewicht von dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper wird aufgrund des Klebstoffs erhöht. Daher ist es nicht praktisch, die elektrochemische Korrosion in dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper, welcher das FRTP-Element enthält, durch das Verfahren der internationalen Publikation Nr. WO 1999/010168 zu verhindern.
Somit ist es schwierig, den Unterschiedliches-Material-Verbundkörper herzustellen, in welchem das FRTP-Element leicht und effizient an das Metallelement geschweißt werden kann, eine ausgezeichnete Isolation zwischen den Elementen gezeigt wird und eine ausreichende Verbindungsfestigkeit über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Unterschiedliches-Material-Verbundkörper und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen, welcher/welches in der Lage ist, leicht und effizient ein FRTP-Element an ein Metallelement zu schweißen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Unterschiedliches-Material-Verbundkörper und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen, welcher/welches in der Lage ist, die Isolation zwischen einem Metallelement und einem FRTP-Element zu verbessern, um dadurch über einen langen Zeitraum eine ausreichende Verbindungsfestigkeit aufrechtzuerhalten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundkörper aus unterschiedlichen Materialien (ein Unterschiedliches-Material-Verbundkörper) vorgesehen, welcher ein erstes Element und ein zweites Element umfasst, welche durch eine Isolationslage oder Isolationsschicht verbunden sind, wobei das erste Element ein Metall enthält, das zweite Element ein faserverstärktes thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält, die Isolationslage ein thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält und an eine Oberfläche von dem ersten Element geschweißt ist, das erste Element, die Isolationslage und das zweite Element zusammengefügt sind, um einen Überlappungsabschnitt auszubilden, und wenigstens ein Ende von dem Überlappungsabschnitt mit einem wasserfesten bzw. wasserdichten Material bedeckt ist.
In der vorliegenden Erfindung, da die Isolationslage, welche das thermoplastische Harz/Kunstharz enthält, zwischen dem ersten und dem zweiten Element ausgebildet ist, wie oben beschrieben, können das erste und das zweite Element leicht aneinander geschweißt werden durch die Isolationslage, und die Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten Element kann verbessert werden.
Ferner sind das erste und das zweite Element an die Isolationslage geschweißt, um den Überlappungsabschnitt auszubilden, und wenigstens das Ende von dem Überlappungsabschnitt ist mit dem wasserdichten Material bedeckt. Somit kann eine Wasserabsorption in der Isolationslage, welche das thermoplastische Harz/Kunstharz enthält, effektiv verhindert werden. Daher, selbst wenn der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper über einen langen Zeitraum verwendet wird, kann eine Reduzierung eines elektrischen Widerstands zwischen dem ersten und dem zweiten Element aufgrund der Wasserabsorption verhindert werden. D. h., die spontane Potenzialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Element kann reduziert werden und das erste und das zweite Element können effektiv daran gehindert werden, aufgrund einer elektrochemischen Korrosion von dem ersten Element voneinander getrennt zu werden.
Folglich kann in dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper das zweite Element leicht und effizient an das erste Element geschweißt werden unter Verwendung einer einfachen Vorrichtung oder Anlagen/Einrichtungen, indem die Isolationslage zwischen das erste und das zweite Element eingefügt wird. Ferner kann die Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten Element verbessert werden, um effektiv die elektrochemische Korrosion zu verhindern, indem sowohl die Isolationslage als auch das wasserdichte Material verwendet wird. Somit kann eine ausreichende Verbindungsfestigkeit über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Zusätzlich ist ein Klebstoff, welcher ein wärmehärtendes Harz/Kunstharz oder dergleichen enthält, in dem Verfahren des Verbindens des ersten und des zweiten Elements nicht erforderlich. Somit kann die Zeit, welche zum Aushärten des wärmehärtenden Harzes/Kunstharzes erforderlich ist, verkürzt werden und der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper kann mit einem reduzierten Gewicht bei geringen Kosten hergestellt werden.
In dem Überlappungsabschnitt von dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper kann eine Hauptfläche von der Isolationslage an die Oberfläche von dem ersten Element geschweißt sein und eine andere Hauptfläche von der Isolationslage kann an das zweite Element geschweißt sein. Somit ist die Isolationslage zwischen dem ersten und dem zweiten Element als eine unabhängige Komponente von dem zweiten Element angeordnet und ist an jedes von dem ersten und dem zweiten Element geschweißt. Folglich können das erste und das zweite Element leicht und effizient miteinander mit der dazwischen angeordneten Isolationslage verschweißt werden.
In dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper kann das zweite Element ein thermoplastisches Harz/Kunstharz als ein Basismaterial enthalten, die Isolationslage kann integral mit dem zweiten Element ausgebildet werde, indem man das thermoplastische Harz/Kunstharz vorstehen lässt, und eine Endfläche von der Isolationslage kann an die Oberfläche von dem ersten Element geschweißt werden, um den Überlappungsabschnitt auszubilden. Somit kann die Isolationslage integral mit dem zweiten Element ausgebildet werden, indem man nur das Basismaterial in dem zweiten Element zu dem ersten Element hin vorstehen lässt. Das erste und das zweite Element können leicht und effizient miteinander verbunden werden, indem die Endfläche von der Isolationslage mit der Oberfläche von dem ersten Element verschweißt wird.
In dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper wird die Oberfläche von dem ersten Element vorzugsweise einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um eine Adhäsion/Haftung an der Isolationslage zu verbessern. In diesem Fall kann die Haftung (Bindungsfähigkeit oder Schweißbarkeit) zwischen der Oberfläche von dem ersten Element und der Isolationslage verbessert werden, wodurch die Verbindungsfestigkeit von dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper weiter verbessert werden kann und über einen langen Zeitraum beibehalten werden kann. In einem Beispiel für die Oberflächenbehandlung wird eine konkav-konvexe Form mit einem Verankerungseffekt an der Isolationslage auf der Oberfläche von dem ersten Element ausgebildet. In einem anderen Beispiel ist die Oberflächenbehandlung eine sogenannte CB-Behandlung (siehe offengelegte japanische Patentpublikation Nr. 2011-052292 ). Bei der CB-Behandlung wird eine Verbindung, welche mit der Isolationslage verbunden werden kann, mit der Oberfläche von dem ersten Element verbunden. In einem weiteren Beispiel von der Oberflächenbehandlung wird ein Polymerfilm, welcher sowohl mit dem Metall als auch dem Harz/Kunstharz verbunden werden kann, auf der Oberfläche von dem ersten Element durch ein chemisches Dampfabscheidungs-(DVD)verfahren unter Verwendung von Wärme oder Plasma ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Unterschiedliches-Material-Verbundkörpers vorgesehen, welcher ein erstes Element und ein zweites Element hat, welche durch eine Isolationslage verbunden sind, wobei das erste Element ein Metall enthält, das zweite Element ein faserverstärktes thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält, und die Isolationslage ein thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält und an eine Oberfläche von dem ersten Element geschweißt ist. Das Verfahren umfasst einen Überlappungsschritt, das erste Element, die Isolationslage und das zweite Element zusammenzufügen, um einen Überlappungsabschnitt auszubilden, und einen Abdichtungsschritt, wenigstens ein Ende von dem Überlappungsabschnitt mit einem wasserdichten Material zu bedecken.
In der vorliegenden Erfindung kann der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper effizient unter Verwendung einer einfachen Vorrichtung oder Anlagen/Einrichtungen hergestellt werden, indem das zweite Element einfach an das erste Element mit der dazwischen angeordneten Isolationslage geschweißt wird. Ferner kann in dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper die Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten Element effektiv verbessert werden, indem sowohl die Isolationslage als auch das wasserdichte Material verwendet werden. Somit kann eine ausreichende Verbindungsfestigkeit über einen langen Zeitraum beibehalten werden. Zusätzlich ist ein Klebstoff, welcher ein wärmehärtendes Harz/Kunstharz oder dergleichen enthält, in dem Prozess des Verbindens des ersten und des zweiten Elements nicht erforderlich. Somit kann die Zeit, die zum Aushärten des wärmehärtenden Harzes/Kunstharzes erforderlich ist, verkürzt werden und der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper kann effizient mit einem reduzierten Gewicht bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
In dem Überlappungsschritt in dem Verfahren kann eine Hauptfläche von der Isolationslage an die Oberfläche von dem ersten Element geschweißt werden und eine andere Hauptfläche von der Isolationslage kann an das zweite Element geschweißt werden, um den Überlappungsabschnitt auszubilden. Somit ist die Isolationslage zwischen dem ersten und dem zweiten Element als eine unabhängige Komponente von dem zweiten Element angeordnet und ist an jedes von dem ersten und dem zweiten Element geschweißt. Folglich können das erste und das zweite Element mit der dazwischen angeordneten Isolationslage leicht und effizient miteinander verschweißt werden.
In dem Verfahren kann das zweite Element ein thermoplastisches Harz/Kunstharz als ein Basismaterial enthalten, die Isolationslage kann integral mit dem zweiten Element ausgebildet werden, indem man das thermoplastische Harz/Kunstharz hervorstehen lässt, und eine Endfläche von der Isolationslage kann an die Oberfläche von dem ersten Element geschweißt werden, um den Überlappungsabschnitt in dem Überlappungsschritt auszubilden. Somit kann die Isolationslage integral mit dem zweiten Element ausgebildet werden, indem man nur das Basismaterial in dem zweiten Element zu dem ersten Element hin vorstehen lässt. Das erste und das zweite Element können leicht und effizient miteinander verbunden werden, indem die Endfläche von der Isolationslage an die Oberfläche von dem ersten Element geschweißt wird.
Es ist bevorzugt, dass das Verfahren ferner einen Oberflächenbehandlungsschritt umfasst, die Oberfläche von dem ersten Element einer Oberflächenbehandlung zu unterziehen, um die Haftung an der Isolationslage zu verbessern, bevor die Isolationslage an die Oberfläche geschweißt wird. In diesem Fall kann die Haftung zwischen der Oberfläche von dem ersten Element und der Isolationslage verbessert werden, wodurch die Verbindungsfestigkeit von dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper weiter verbessert werden kann und über einen langen Zeitraum beibehalten werden kann.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung offensichtlicher, wenn diese gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen verwendet wird, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch ein erläuterndes Beispiel gezeigt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht von einem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Strukturansicht von einer Schweißfläche, welche an einem Abschnitt in einer Oberfläche von einem ersten Element (einem Abschnitt, welcher an eine Hauptfläche von einer Isolationslage zu schweißen ist) durch eine Oberflächenbehandlung bei der Herstellung von dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von 1 ausgebildet ist;
3 ist eine schematische Strukturansicht von der Schweißfläche von 2, welche an die eine Hauptfläche von der Isolationslage geschweißt ist;
4 ist eine schematische Strukturansicht von der anderen Hauptfläche von der Isolationslage von 3, welche an ein zweites Element geschweißt ist, um einen Überlappungsabschnitt auszubilden;
5 ist eine schematische Strukturansicht von wasserdichten Materialien, welche an Enden von dem Überlappungsabschnitt von 4 ausgebildet sind;
6A ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Beispiel 1, 6B ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Beispiel 2 und 6C ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Beispiel 3;
7 ist eine grafische Darstellung, welche die Ergebnisse von einem Überlappungscherzugversuch in den Beispielen 1 bis 3 zeigt;
8A ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Vergleichsbeispiel 1, 8B ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Vergleichsbeispiel 2 und 8C ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Vergleichsbeispiel 3;
9A ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Vergleichsbeispiel 4, 9B ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Vergleichsbeispiel 5 und 9C ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Vergleichsbeispiel 6; und
10A ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Vergleichsbeispiel 7, 10B ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Vergleichsbeispiel 8 und 10C ist eine Mikroskop-Aufnahme von einer gelösten Oberfläche von einem Vergleichsbeispiel 9.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine bevorzugte Ausführungsform von einem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper und ein zugehöriges Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper der vorliegenden Erfindung hat ein erstes Element, welches ein Metall enthält, und ein zweites Element, welches ein faserverstärktes thermoplastisches Harz/Kunstharz (FRTP) enthält, und das erste und das zweite Element sind miteinander durch eine Isolationslage bzw. Isolationsschicht verbunden. Die Isolationslage kann zwischen dem ersten und dem zweiten Element als eine von dem zweiten Element unabhängige Komponente angeordnet sein.
Alternativ kann die Isolationslage integral mit dem zweiten Element ausgebildet sein, indem ein Basismaterial (Matrix-Harz/Kunstharz) in dem zweiten Element zu dem ersten Element hin vorstehen gelassen wird. In dieser Ausführungsform wird ein Fall erläutert, in welchem die Isolationslage ein von dem zweiten Element unabhängiges Element ist.
Wie in 1 gezeigt, hat ein Unterschiedliches-Material-Verbundkörper 10 gemäß dieser Ausführungsform ein erstes Element 12, ein zweites Element 14, ein Isolationselement (Isolationslage oder Isolationsschicht) 16, und wasserfeste oder wasserdichte Materialien 18.
Beispielsweise enthält das erste Element 12 ein Metall, wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Magnesium, Eisen, einen rostfreien Stahl, oder eine Legierung davon. Eine Oberfläche 12a von dem ersten Element 12 wird einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Die Haftung (Bindungsfähigkeit oder Schweißbarkeit) zwischen der Oberfläche 12a von dem ersten Element 12 und dem Isolationselement 16 wird durch die Oberflächenbehandlung verbessert, wie nachstehend beschrieben. In einem Beispiel von der Oberflächenbehandlung wird eine konkave-konvexe-Form, welche einen Verankerungseffekt an dem Isolationselement 16 hat, an der Oberfläche 12a von dem ersten Element 12 ausgebildet. In einem anderen Beispiel der Oberflächenbehandlung wird auf eine so genannte CB-Behandlung (siehe die offengelegte japanische Patentpublikation Nr. 2011-052292 ) verwiesen. Bei der CB-Behandlung wird eine Verbindung, welche mit dem Isolationselement 16 verbunden werden kann, mit der Oberfläche 12a von dem ersten Element 12 verbunden. In einem weiteren Beispiel der Oberflächenbehandlung wird ein Polymerfilm auf der Oberfläche 12a von dem ersten Element 12 durch ein chemisches Dampfabscheidungs(CVD)-verfahren unter Verwendung von Wärme oder Plasma ausgebildet. Der Polymerfilm kann vorzugsweise sowohl mit der Oberfläche 12a von dem Metall als auch dem Isolationselement 16 aus dem Harz/Kunstharz verbunden sein.
Das zweite Element 14 enthält ein faserverstärktes thermoplastisches Harz/Kunstharz (FRTP), welches bereitgestellt wird, indem eine Verstärkungsfaser mit einem thermoplastischen Harz/Kunstharz, welches als ein Matrix-Harz/Kunstharz (Basismaterial) verwendet wird, imprägniert wird. Das thermoplastische Harz/Kunstharz ist nicht besonders beschränkt, solange es eine thermische Plastizität aufweist. Beispielsweise kann das thermoplastische Harz/Kunstharz in geeigneter Weise entsprechend einem Anwendungszweck aus unterschiedlichen Harzen/Kunstharzen wie zum Beispiel Polyamidharz, Polyvinylchloridharz, Polypropylenharz, Styrolharz, ABS-Harz, Fluorharz, Polycarbonat und Acetalharz ausgewählt sein. Typische Beispiele für die thermoplastischen Harze/Kunstharze umfassen Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyethylenterephthalat (PET).
Als die Verstärkungsfaser kann im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit, Festigkeit, Steifigkeit und dergleichen bevorzugt eine Kohlenstofffaser verwendet werden. Die Verstärkungsfaser ist nicht speziell eingeschränkt, solange sie bewirken kann, dass das FRTP verstärkt wird. Beispiele für solche Verstärkungsfasern umfassen Glasfasern, Metallfasern, Keramikfasern, Naturfasern und Aramidfasern, zusätzlich zu den Kohlenstofffasern.
Die vorliegende Erfindung kann in dem folgenden Fall geeignet verwendet werden. D. h., das zweite Element 14 enthält wenigstens eines von einem leitfähigen thermoplastischen Harz/Kunstharz und einer leitfähigen Verstärkungsfaser, und eine spontane Potenzialdifferenz wird erzeugt, wenn das zweite Element 14 in direkten Kontakt mit dem ersten Element 12 gebracht wird.
Das Isolationselement 16 enthält ein thermoplastisches Harz/Kunstharz, eine Hauptfläche 16a von dem Isolationselement 16 ist an die Oberfläche 12a von dem ersten Element 12 geschweißt und eine andere Hauptfläche 16b von dem Isolationselement 16 ist an das zweite Element 14 geschweißt. Als ein Ergebnis sind das erste Element 12 und das zweite Element 14 mit dem dazwischen angeordneten Isolationselement 16 geschichtet, um einen Überlappungsabschnitt 20 auszubilden. Das thermoplastische Harz/Kunstharz in dem Isolationselement 16 ist nicht besonders beschränkt. Das thermoplastische Harz/Kunstharz in dem Isolationselement 16 ist vorzugsweise eine Substanz, welche in der Lage ist, eine ausgezeichnete Haftung (ausgezeichnete Eigenschaft beim Schweißen) an dem thermoplastischen Harz/Kunstharz in dem zweiten Element 14 zu zeigen. Das Isolationselement 16 kann dotiert oder mit einem Additiv gemischt sein, wie zum Beispiel einer Faser, einem Teilchen, oder einem Abstandshalter, solange das Additiv keine elektrochemische Korrosion von dem Metall in dem ersten Element 12 verursacht.
Die wasserdichten Materialien 18 decken die Enden von dem Überlappungsabschnitt 20 ab und wirken als Versiegelungen, um eine Wasserleckage von den Enden von dem Überlappungsabschnitt 20 zu verhindern. Die wasserdichten Materialien 18 können wirken, um eine Erhöhung einer Wasseraufnahme in dem Isolationselement 16 effektiv zu verhindern. Die wasserdichten Materialien 18 können derart angeordnet sein, dass sie zur Außenseite des Überlappungsabschnitts 20 hin vorstehen, um die Abdichtungseigenschaften zu verbessern. Die wasserdichten Materialien 18 haben die Abdichtungseigenschaften und könne mit den Enden von dem Überlappungsabschnitt 20 in engem Kontakt sein. Die wasserdichten Materialien 18 können ein Silikon oder dergleichen enthalten.
Ein Verfahren zur Herstellung des Unterschiedliches-Material-Verbundkörpers 10, welcher die obige Grundstruktur hat, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben. In dem Verfahren von dieser Ausführungsform wird das Schweißen zwischen der einen Hauptfläche 16a von dem Isolationselement 16 und dem ersten Element 12 und das Schweißen zwischen der anderen Hauptfläche 16b und dem zweiten Element 14 nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt. In dem folgenden Beispiel wird das Schweißen zwischen der anderen Hauptfläche 16b von dem Isolationselement 16 und dem zweiten Element 14 nach dem Schweißen zwischen der einen Hauptfläche 16a und dem ersten Element 12 durchgeführt.
Als erstes, wie in 2 gezeigt, wird die Oberfläche 12a von dem ersten Element 12 der oben beschriebenen Oberflächenbehandlung unterzogen und das erste Element 12 wird derart erwärmt, dass die Oberfläche 12a eine Temperatur hat, welche gleich oder höher als die Schmelztemperatur von dem Isolationselement 16 ist.
Dann wird, wie in 3 gezeigt, das Isolationselement 16 in Kontakt mit der erwärmten Oberfläche 12a von dem ersten Element 12 gebracht und wird unter Druck geschmolzen. Das erste Element 12 wird abgekühlt, während die Druckanwendung fortgesetzt wird, um das Isolationselement 16 zu verfestigen. Als ein Ergebnis ist die eine Hauptfläche 16a von dem Isolationselement 16 an die Oberfläche 12a geschweißt.
Obwohl das erste Element 12 in dieser Ausführungsform erhitzt bzw. erwärmt wird, um die Oberfläche 12a an das Isolationselement 16 zu schweißen, ist das Verbindungsverfahren nicht speziell darauf beschränkt. Die eine Hauptfläche 16a von dem Isolationselement 16 kann vor dem Verbindungsprozess erwärmt werden. Alternativ, während das Isolationselement 16 unter Druck mit der Oberfläche 12a in Kontakt gebracht wird, können das erste Element 12 und das Isolationselement 16 durch Erhitzen beider Elemente verschweißt werden.
Wie in 4 gezeigt, nachdem die eine Hauptfläche 16a von dem Isolationselement 16 an die Oberfläche 12a von dem ersten Element 12 geschweißt ist, wird die andere Hauptfläche 16b an das zweite Element 14 geschweißt. Insbesondere wird als erstes die andere Hauptfläche 16b von dem Isolationselement 16 auf eine Temperatur gleich oder höher als die Schmelztemperatur erhitzt. Ebenso kann das Matrix-Harz/Kunstharz an einer Oberfläche von dem zweiten Element 14 erhitzt werden. Ein Heizmittel, wie zum Beispiel eine Infrarotlampe, ein Heißplattenheizgerät, Heißluft, Induktionsheizen, kann in dem Erwärmungsprozess verwendet werden. Dann wird die Oberfläche von dem zweiten Element 14 auf der anderen Hauptfläche 16B von dem Isolationselement 16 angeordnet und unter Druck fixiert, und die Oberfläche von dem zweiten Element 14 und die andere Hauptfläche 16b von dem Isolationselement 16 werden abgekühlt und verfestigt. Als ein Ergebnis ist die andere Hauptfläche 16b von dem Isolationselement 16 an das zweite Element 14 geschweißt.
Die Prozeduren und Prozesse für das Schweißen sind nicht besonders beschränkt, solange das zweite Element 14 und das Isolationselement 16 verschweißt werden können. Beispielsweise kann das Isolationselement 16 auf einer vorbestimmten Oberfläche von dem zweiten Element 14 durch ein Spritzgießverfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Alternativ kann das Isolationselement 16 in einer vorbestimmten Position integral mit dem zweiten Element 14 in dem Prozess des Formens des zweiten Elements 14 ausgebildet werden und dann kann die eine Hauptfläche 16a von dem Isolationselement 16 in der obigen Weise an die Oberfläche 12a von dem ersten Element 12 geschweißt werden.
Als ein Ergebnis ist das Isolationselement 16 zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 angeordnet und mit diesen verschweißt, um den Überlappungsabschnitt 20 auszubilden. Der Überlappungsschritt wird auf diese Art und Weise durchgeführt.
Wie in 5 gezeigt, werden die Enden von dem Überlappungsabschnitt 20 in dem Versiegelungs- bzw. Abdichtungsschritt mit den wasserdichten Materialien 18 abgedeckt. Somit werden die wasserdichten Materialien 18 ausgebildet, welche die Enden von dem Überlappungsabschnitt 20 abdecken, d. h. eine Endfläche 16c von dem Isolationselement 16, eine Endfläche von dem ersten Element 12, eine Endfläche 16d von dem Isolationselement 16 und eine Endfläche von dem zweiten Element 14 in dem Beispiel von 5. Insbesondere wird beispielsweise ein Dichtmittel, welches in die wasserdichten Materialien 18 umzuwandeln ist, an den Enden von dem Überlappungsabschnitt 20 unter Verwendung einer Pistole (nicht gezeigt) aufgebracht, und das aufgebrachte Dichtmittel wird verfestigt, um die wasserdichten Materialien 18 auszubilden. In diesem Prozess können die wasserdichten Materialien 18 derart appliziert werden, dass sie zur Außenseite der Oberfläche von dem Überlappungsabschnitt 20 vorstehen, um die Wasserabdichtungseffekte zu verbessern. Das an den Enden von dem Überlappungsabschnitt 20 applizierte Dichtmittel kann gleichmäßig unter Verwendung eines Spachtels 19 oder dergleichen vor der Verfestigung abgeflacht werden, damit die Enden effektiv mit den wasserdichten Materialien 18 bedeckt werden können.
Als ein Ergebnis wird der in 1 gezeigte Unterschiedliches-Material-Verbundkörper 10 erhalten. Insbesondere ist bei diesem Verfahren der Herstellung des Unterschiedliches-Material-Verbundkörpers 10 das Isolationselement 16, welches das thermoplastische Harz/Kunstharz enthält, zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 angeordnet, wie oben beschrieben. Somit können das erste Element 12 und das zweite Element 14 leicht durch das Isolationselement 16 verschweißt werden und die Isolation zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 kann verbessert werden.
Ferner sind das erste Element 12, das zweite Element 14 und das Isolationselement 16 verschweißt, um den Überlappungsabschnitt 20 auszubilden, und die Enden von dem Überlappungsabschnitt 20 sind mit den wasserdichten Materialien 18 bedeckt. Daher, selbst wenn der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper 10 über einen langen Zeitraum verwendet wird, kann eine Reduzierung des elektrischen Widerstands aufgrund der Wasserabsorption zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 verhindert werden. Somit kann die spontane Potenzialdifferenz zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 reduziert werden, die elektrochemische Korrosion von dem ersten Element 12 kann effektiv verhindert werden, und das erste Element 12 und das zweite Element 14 können effektiv daran gehindert werden, voneinander getrennt zu werden.
Folglich kann in dem durch dieses Verfahren hergestellten Unterschiedliches-Material-Verbundkörper 10 das zweite Element 14 leicht und effizient an das erste Element 12 geschweißt werden unter Verwendung einer einfachen Vorrichtung oder Einrichtungen, indem das Isolationselement 16 zwischen den Elementen angeordnet wird. Ferner kann die Isolation zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 unter Verwendung sowohl des Isolationselements 16 als auch der wasserdichten Materialien 18 verbessert werden, um die elektrochemische Korrosion effektiv zu verhindern. Somit kann eine ausreichende Verbindungsfestigkeit über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Zusätzlich ist ein Klebstoff, welcher ein wärmehärtendes Harz/Kunstharz oder dergleichen enthält, in dem Prozess einer Verbindung des ersten Elements 12 und des zweiten Elements 14 nicht erforderlich. Somit kann die Zeit, welche zum Aushärten des wärmehärtenden Harzes/Kunstharzes benötigt wird, verkürzt werden und der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper 10 kann mit einem reduzierten Gewicht bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Änderungen und Modifikationen können an der Ausführungsform vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Anstelle des oben erwähnten Isolationselements 16 kann in einem Fall, in welchem das Isolationselement 16 integral mit dem zweiten Element 14 ausgebildet ist, indem man nur das Basismaterial in dem zweiten Element 14 zu dem ersten Element 12 hin vorstehen lässt, die Endfläche (welche der einen Hauptfläche 16a entspricht) von dem Isolationselement 16 an das erste Element 12 geschweißt werden. Ebenso können in diesem Fall die vorteilhaften Effekte von dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper 10 und des Herstellungsverfahrens erreicht werden.
Ein Unterschiedliches-Material-Verbundkörper wurde in einem CCT-Test einer harten Bedingung ausgesetzt, ein erstes Element wurde von dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper getrennt und die abgezogene bzw. geschälte bzw. (ab)gelöste Oberfläche von dem ersten Element wurde beobachtet, um das Vorhandensein und das Ausmaß der elektrochemischen Korrosion zu beurteilen.
[Beispiele]
Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von Beispielen 1 bis 3 wurden als Meßproben hergestellt. Insbesondere wurde eine 20 mm dicke Platte aus einer Aluminiumlegierung (JIS A 5052P) durch eine Abschermaschine in eine Größe von 110 × 25 mm geschnitten, um ein erstes Element für jeden Unterschiedliches-Material-Verbundkörper vorzubereiten. Die resultierende Platte wurde bei Bedarf entgratet.
TEPEX dynalite 201-C200(7)/50% (Handelsname), erhältlich von Bond Laminates GmbH, wurde in eine Größe von 110 × 25 mm geschnitten, um ein zweites Element vorzubereiten. In diesem zweiten Element wurde ein Kohlenstofffaser(CF)-Stoffmaterial mit einem Nylon 66 (N66) Harz/Kunstharz imprägniert, und der Gehalt von dem CF-Stoffmaterial betrug 50 Vol.-%.
Ein Pellet aus AMILAN CM1007 N6 (Handelsname), erhältlich von Toray Industries, Inc., wurde mit einem Laserstrahltransmissionsabsorptionsmittel in einem Mischungsverhältnis von 160:1 vermischt, das sich daraus ergebende Produkt wurde zu einem Band mit einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 1 mm geformt und das Band wurde in eine Länge von 25 mm geschnitten, um ein Isolationselement vorzubereiten. Ferner wurde SG1 (Handelsname), erhältlich von Cemedine Co., Ltd., als ein wasserdichtes Material verwendet.
Eine Oberfläche von dem ersten Element wurde wie folgt unter Verwendung einer Atmosphärendruck-Plasmabehandlungsvorrichtung FG5001 (Handelsname) behandelt, welche von Plasmatreat GmbH erhältlich ist. Als erstes wurde die Oberfläche von dem ersten Element durch eine Plasmagasemission gereinigt. Insbesondere wurde trockene Luft als ein Zündgas mit einer Rate von 300 l/h unter Bedingungen einer Plasmaspannung von 301 V und einem Plasmastrom von 20 A zugeführt. Die Oberfläche wurde in einem Abstand von 10 mm von einer Düse zur Abgabe eines Plasmagases angeordnet und die Oberfläche wurde mit einer Rate von 5 m/min gescannt.
Dann wurde ein Polymerfilm auf der Oberfläche von dem ersten Element ausgebildet. Insbesondere wurde ein trockenes Stickstoffgas als ein Zündgas anstelle der trockenen Luft mit einer Rate von 1740 l/h zugeführt, und eine Plasmaentladung wurde unter Bedingungen von einer Plasmaspannung von 283 V und einem Plasmastrom von 13 A durchgeführt. Ein trockenes Stickstoffgas wurde als ein Trägergas mit einer Rate von 120 l/h zugeführt und Hexamethyldisiloxan wurde mit einer Rate von 37 g/h eingeleitet. Das Hexamethyldisiloxan wurde auf der Oberfläche polymerisiert, um den Polymerfilm auszubilden. Die Oberfläche wurde in einem Abstand von 4 mm von der Düse angeordnet und mit einer Rate von 5 m/min gescannt.
Der Polymerfilm wurde in einer Nachbehandlung für 30 Minuten in der Luft bei 120°C erhitzt. Dann wurde trockene Luft als ein Zündgas mit einer Rate von 3000 l/h zugeführt und ein Plasmagas wurde dem Polymerfilm unter Bedingungen von einer Plasmaspannung von 300 V, einem Plasmastrom von 20 A und einem Düse-Oberfläche-Abstand von 7 mm zugeführt, wodurch der Polymerfilm einer Aktivierungsbehandlung unterzogen wurde. Bei der Aktivierungsbehandlung wurde die Oberfläche mit einer Rate von 20 m/min gescannt.
Die Oberfläche von dem ersten Element wurde einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um in dieser Weise eine Haftung an dem Isolationselement zu verbessern.
Ebenso wurde eine Oberfläche von dem zweiten Element gereinigt. Insbesondere wurde trockene Luft als ein Zündgas mit einer Rate von 3000 l/h unter Bedingungen von einer Plasmaspannung von 301 V und einem Plasmastrom von 20 A zugeführt, die Oberfläche von dem zweiten Element wurde in einem Abstand von 10 mm von einer Düse angeordnet und die Oberfläche von dem zweiten Element wurde mit einer Rate von 5 m/min gescannt.
Eine Hauptfläche von dem Isolationselement wurde an die behandelte Oberfläche (den Polymerfilm) von dem ersten Element geschweißt. Insbesondere wurde das erste Element auf einem Patronenheizkörper mit einer Temperatur von 350°C angeordnet und wurde derart erhitzt, dass eine Oberflächentemperatur von dem ersten Element etwa 250°C betrug.
Das Isolationselement wurde auf dem ersten Element in einer derartigen Weise angeordnet, dass die eine Hauptfläche von dem Isolationselement in Kontakt mit der Oberfläche von dem ersten Element gebracht wurde. Das resultierende Produkt wurde zwischen zwei Druckplatten aus Aluminium angeordnet, unter Druck durch eine Klammer fixiert und auf natürliche Weise gekühlt. Somit wurde das Isolationselement abgekühlt und verfestigt und wurde dadurch an das erste Element geschweißt.
Die andere Hauptfläche von dem Isolationselement wurde an die gereinigte Oberfläche von dem zweiten Element geschweißt. Insbesondere wurden die andere Hauptfläche von dem Isolationselement und die Oberfläche von dem zweiten Element auf einem Patronenheizkörper mit einer Temperatur von 350°C angeordnet und wurden derart erhitzt, dass eine Oberflächentemperatur von (der anderen Hauptfläche von) dem Isolationselement und dem zweiten Element etwa 250°C betrug. Der Stapel, welcher das erste und das zweite Element mit dem dazwischen angeordneten Isolationselement enthält, wurde unter Druck durch eine Klammer fixiert und wurde auf natürliche Weise gekühlt. Das zweite Element und das Isolationselement wurden auf diese Weise aneinander geschweißt.
Das Isolationselement wurde durch die obigen Prozesse an jedes von dem ersten und dem zweiten Element geschweißt, um einen Überlappungsabschnitt zu erhalten. Die Fläche von dem geschweißten Abschnitt betrug 250 mm².
Die wasserdichten Materialien wurden ausgebildet, um die Enden von dem Überlappungsabschnitt abzudecken. Insbesondere wurde eine Substanz (Versiegelungsmittel) zum Ausbilden der wasserdichten Materialien unter Verwendung einer Pistole an den Enden von dem Überlappungsabschnitt aufgebracht und das aufgebrachte Versiegelungsmittel wurde gleichmäßig unter Verwendung eines PE-Spachtels geglättet. Der Neigungswinkel von der Versiegelungsmitteloberfläche zu den Oberflächen von dem ersten und den zweiten Element betrug etwa 45°. Die Versiegelung wurde an der Luft bei Raumtemperatur gehärtet. Als ein Ergebnis waren die Enden von dem Überlappungsabschnitt, d. h., die Endflächen von dem ersten Element und/oder dem Isolationselement und die Endflächen von dem zweiten Element und dem Isolationselement mit den wasserdichten Materialien abgedeckt/bedeckt.
Die Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von den Beispielen 1 bis 3 wurden als die Meßproben durch die obigen Prozesse hergestellt. In einem kombinierten Zyklustest (CCT-Test) von jedem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper war es notwendig, den Effekt einer elektrochemischen Korrosion in anderen Abschnitten als den Verbundabschnitten (dem Überlappungsabschnitt mit den wasserdichten Materialien) bei der Beurteilung zu beseitigen. Daher wurden die Abschnitte, welche andere sind als der Verbundabschnitt, auf den Oberflächen von dem ersten und dem zweiten Element mit einem luftdichten wasserdichten Band abgedeckt, welches einen Acrylklebstoff aus PE enthält.
In diesem CCT-Test enthielt ein Zyklus (insgesamt 24 Stunden) die folgenden Prozesse:
einen Benetzungsprozess bei 40°C und einer relativen Feuchtigkeit (RH) von 95%;
einen Salzwasserprozess unter Verwendung von 5 Gew.-% Salzwasserspray bei 35°C und einer RH von 90%; und
einen Trocknungsprozess bei 60°C und einer RH von 30%.
Insbesondere wurde in dem CCT-Test jeder von den Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von den Beispielen 1 bis 3 auf einer PP-Platte angeordnet und durch ein doppelseitiges Klebeband fixiert. Der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper vom Beispiel 1 wurde den Prozessen von dem einen Zyklus wiederholt 50 mal unterzogen. Dann wurde eine Aluminiumplattenlasche mit jeder von dem ersten und dem zweiten Element unter Verwendung von HARDLOC NS700M (Handelsname), erhältlich von Denka, verbunden. Der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper wurde einem Überlappungscherzugversuch unterzogen mit einer Rate von 1 mm/min unter Verwendung eines Universaltesters AG-500 (Handelsname), erhältlich von Shimadzu Corporation. Das erste Element wurde in diesem Test von dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper getrennt. Eine Mikroskop-Aufnahme von der Oberfläche (gelöste Oberfläche) von dem getrennten ersten Element ist in 6A gezeigt.
Der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von Beispiel 2 wurde dem CCT-Test in der selben Weise wie das Beispiel 1 unterzogen mit Ausnahme davon, dass der Zyklus 80 mal wiederholt wurde, und eine Mikroskop-Aufnahme von der gelösten Oberfläche wurde aufgenommen. Der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von Beispiel 3 wurde dem CCT-Test in derselben Weise wie das Beispiel 1 unterzogen, mit der Ausnahme davon, dass der Zyklus 120 mal wiederholt wurde, und eine Mikroskop-Aufnahme von der gelösten Oberfläche wurde aufgenommen. Die Mikroskop-Aufnahmen von den gelösten Oberflächen von den Beispielen 2 und 3 sind in den 6B und 6C gezeigt.
Die Ergebnisse von dem Überlappungscherzugversuch in den Beispielen 1 bis 3 sind in 7 gezeigt. Die Unterschiedliches-Material-Verbundkörper der Beispiele 1 bis 3 zeigten stabile Niveaus von Überlappungsscherbruchlasten und die Verbindungsfestigkeiten (bzw. Haftfestigkeiten) wurden aufgrund elektrochemischer Korrosion mit der Zeit nicht verschlechtert.
[Vergleichsbeispiele]
Das erste und das zweite Element wurden in derselben Weise wie die Beispiele 1 bis 3 oberflächenbehandelt, und die behandelten Oberflächen wurden direkt miteinander verbunden, um jeden von Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von Vergleichsbeispielen 1 bis 3 herzustellen. Insbesondere wurde das erste Element auf einem Patronenheizkörper mit einer Temperatur von 400°C angeordnet und wurde derart erhitzt, dass eine Oberflächentemperatur von dem ersten Element etwa 250°C betrug.
Das zweite Element wurde auf dem ersten Element angeordnet. Der Stapel wurde zwischen zwei Druckplatten aus Aluminium angeordnet, durch eine Klammer unter Druck fixiert und auf natürliche Weise gekühlt. Das zweite Element wurde abgekühlt und verfestigt und dadurch an das erste Element geschweißt. Das resultierende Produkt wurde in derselben Weise wie die Beispiele 1 bis 3 verarbeitet, um jeden von den Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 herzustellen.
Der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von dem Vergleichsbeispiel 1 wurde dem CCT-Test in derselben Weise wie das Beispiel 1 unterzogen. Die Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von den Vergleichsbeispielen 2 und 3 wurden dem CCT-Test jeweils in derselben Weise wie die Beispiele 2 und 3 unterzogen. In jedem von den Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 zeigten die ersten und zweiten Elemente eine geringe Verbindungsfestigkeit. Daher wurde das erste Element leicht von dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper getrennt, wodurch die gelöste Oberfläche freigelegt wurde. Mikroskop-Aufnahmen von den gelösten Oberflächen von den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 sind jeweils in den 8A bis 8C gezeigt.
Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von Vergleichsbeispielen 4 bis 6 wurden in derselben Weise wie die Beispiele 1 bis 3 erzeugt, mit Ausnahme davon, dass die wasserdichten Materialien jeweils nicht ausgebildet wurden. Der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von dem Vergleichsbeispiel 4 wurde dem CCT-Test in derselben Weise wie das Beispiel 1 unterzogen. Die Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von den Vergleichsbeispielen 5 und 6 wurden jeweils dem CCT-Test in derselben Weise wie die Beispiele 2 und 3 unterzogen. In jedem von den Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von den Vergleichsbeispielen 4 bis 6 zeigten die ersten und zweiten Elemente eine geringe Verbindungsfestigkeit. Daher wurde das erste Element leicht von dem unterschiedliches-Material-Verbundkörper getrennt, wodurch die gelöste Oberfläche freigelegt wurde. Mikroskop-Aufnahmen von den gelösten Oberflächen von den Vergleichsbeispielen 4 bis 6 sind jeweils in den 9A bis 9C gezeigt.
Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von Vergleichsbeispielen 7 bis 9 wurden in derselben Weise wie die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 hergestellt, mit Ausnahme davon, dass die wasserdichten Materialien jeweils wie in den Beispielen 1 bis 3 ausgebildet wurden. Der Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von dem Vergleichsbeispiel 7 wurde dem CCT-Test in derselben Weise wie das Beispiel 1 unterzogen. Die Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von den Vergleichsbeispielen 8 und 9 wurden dem CCT-Test jeweils in derselben Weise wie die Beispiele 2 und 3 unterzogen. In jedem von den Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von den Vergleichsbeispielen 7 bis 9 zeigten die ersten und zweiten Elemente eine geringe Verbindungsfestigkeit. Daher wurde das erste Element leicht von dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper getrennt, wodurch die gelöste Oberfläche freigelegt wurde. Mikroskop-Aufnahmen von den gelösten Oberflächen von den Vergleichsbeispielen 7 bis 9 sind jeweils in den 10A bis 10C gezeigt.
In allen von den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 war die Oberfläche von dem ersten Element in dem Verbundabschnitt in dem 50ten Zyklus von dem CCT-Test korrodiert und getrennt. Somit war die Überlappungscherbruchlast annähernd Null.
Übrigens verwendete der obige CCT-Tests die überaus härtere Bedingung im Vergleich zu gewöhnlichen CCT-Tests (ein Zyklus, welcher 8 Stunden dauert) gemäß JASO-M609-91, JIS K 5621 usw. Nichtsdestotrotz konnte in den Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von den Beispielen 1 bis 3, welche jeweils sowohl das Isolationselement als auch das wasserdichte Material hatten, das erste und das zweite Element in vorteilhafter Weise ausreichende Verbindungsfestigkeiten beibehalten. Im Gegensatz dazu konnten in den Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von den Vergleichsbeispielen 1 bis 3, welche das Isolationselement und das wasserdichte Material nicht hatten, in den Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von den Vergleichsbeispielen 4 bis 6, welche das wasserdichte Material nicht hatten, und in den Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von den Vergleichsbeispielen 7 bis 9, welche das Isolationselement nicht hatten, das erste und das zweite Element ausreichende Verbindungsfestigkeiten nicht beibehalten.
Wie es aus den 6A bis 6C und 8A bis 10C deutlich ist, wurde die elektrochemische Korrosion von der gelösten Oberfläche in den Unterschiedliches-Material-Verbundkörpern von den Beispielen 1 bis 3 effektiver verhindert als in jenen von den Vergleichsbeispielen 1 bis 9. Somit kann in dem Unterschiedliches-Material-Verbundkörper von dieser Ausführungsform das zweite Element leicht und effizient an das erste Element unter Verwendung einer einfachen Vorrichtung oder Einrichtungen geschweißt werden, indem das Isolationselement zwischen das erste und das zweite Element eingefügt wird. Ferner kann die Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten Element verbessert werden, um die elektrochemische Korrosion effektiv zu verhindern, indem sowohl die Isolationslage als auch das wasserdichte Material verwendet wird. Folglich kann eine ausreichende Verbindungsfestigkeit über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundkörper (10) aus unterschiedlichen Materialien und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Der Verbundkörper (10) wird erhalten, indem ein erstes Element (12), welches ein Metall enthält, und ein zweites Element (14), welches ein faserverstärktes thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält, mit einem dazwischen eingefügten Isolationselement (16) verbunden werden. Das Isolationselement (16) enthält ein thermoplastisches Harz/Kunstharz und ist an eine Oberfläche (12a) von dem ersten Element (12) geschweißt. Das erste Element (12), die Isolationslage (16) und das zweite Element (14) sind zusammengefügt, um einen Überlappungsabschnitt (20) auszubilden, und der Verbundkörper (10) enthält ferner ein wasserdichtes Material (18), um wenigstens ein Ende von dem Überlappungsabschnitt (20) abzudecken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 1999/010168 [0003, 0006]
JP 2011-052292 [0016, 0037]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS A 5052P [0057]
JIS K 5621 [0081]

Claims

Ein Verbundkörper (10) aus unterschiedlichen Materialien, umfassend ein erstes Element (12) und ein zweites Element (14), welche durch eine Isolationslage (16) verbunden sind, wobei das erste Element (12) ein Metall enthält, das zweite Element (14) ein faserverstärktes thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält, und die Isolationslage (16) ein thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält und an eine Oberfläche (12a) von dem ersten Element (12) geschweißt ist, und das erste Element (12), die Isolationslage (16) und das zweite Element (14) zusammengefügt sind, um einen Überlappungsabschnitt (20) auszubilden, und wenigstens ein Ende von dem Überlappungsabschnitt (20) mit einem wasserdichten Material (18) bedeckt ist.
Der Verbundkörper (10) nach Anspruch 1, wobei in dem Überlappungsabschnitt (20) eine Hauptfläche (16a) von der Isolationslage (16) an die Oberfläche (12a) von dem ersten Element (12) geschweißt ist, und eine andere Hauptfläche (16b) von der Isolationslage (16) an das zweite Element (14) geschweißt ist.
Der Verbundkörper (10) nach Anspruch 1, wobei das zweite Element (14) ein thermoplastisches Harz/Kunstharz als ein Basismaterial enthält, die Isolationslage (16) integral mit dem zweiten Element (14) ausgebildet ist, indem das thermoplastische Harz/Kunstharz hervorsteht, und eine Endfläche von der Isolationslage (16) an die Oberfläche (12a) von dem ersten Element (12) geschweißt ist, um den Überlappungsabschnitt (20) auszubilden.
Der Verbundkörper (10) nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche (12a) von dem ersten Element (12) einer Oberflächenbehandlung unterzogen ist, um eine Haftung an der Isolationslage (16) zu verbessern.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers (10) aus unterschiedlichen Materialien, wobei der Verbundkörper (10) ein erstes Element (12) und ein zweites Element (14) umfasst, welche durch eine Isolationslage (16) verbunden sind, wobei das erste Element (12) ein Metall enthält, das zweite Element (14) ein faserverstärktes thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält, und die Isolationslage (16) ein thermoplastisches Harz/Kunstharz enthält und an eine Oberfläche (12a) von dem ersten Element (12) geschweißt wird, und das Verfahren umfasst: einen Überlappungsschritt, das erste Element (12), die Isolationslage (16) und das zweite Element (14) zusammenzufügen, um einen Überlappungsabschnitt (20) auszubilden; und einen Abdichtungsschritt, wenigstens ein Ende von dem Überlappungsabschnitt (20) mit einem wasserdichten Material (18) zu bedecken.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei in dem Überlappungsschritt eine Hauptfläche (16a) von der Isolationslage (16) an die Oberfläche (12a) von dem ersten Element (12) geschweißt wird und eine andere Hauptfläche (16b) von der Isolationslage (16) an das zweite Element (14) geschweißt wird, um den Überlappungsabschnitt (20) auszubilden.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei das zweite Element (14) ein thermoplastisches Harz/Kunstharz als ein Basismaterial enthält, die Isolationslage (16) integral mit dem zweiten Element (14) durch Vorstehenlassen des thermoplastischen Harzes/Kunstharzes ausgebildet wird, und in dem Überlappungsschritt eine Endfläche von der Isolationslage (16) an die Oberfläche (12a) von dem ersten Element (12) geschweißt wird, um den Überlappungsabschnitt (20) auszubilden.
Das Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Oberflächenbehandlungsschritt, die Oberfläche (12a) von dem ersten Element (12) einer Oberflächenbehandlung zu unterziehen, um eine Haftung an der Isolationslage (16) zu verbessern, vor dem Schweißen der Isolationslage (16) an die Oberfläche (12a).