DE112018003810T5

DE112018003810T5 - Verfahren zur Herstellung einer Schweißstruktur eines Metallteils und Schweißstruktur eines Metallteils

Info

Publication number: DE112018003810T5
Application number: DE112018003810.6T
Authority: DE
Inventors: Koki Sugimura; Kazuhiro Goto; Tetsuya Kuwabara; Hiroki Hirai; Junichi Ono; Tetsuji Tanaka; Osamu Nakayama; Kazuaki Hamada; Kenji Miyamoto
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2020-04-30
Also published as: JP7174361B2; JPWO2019021623A1; US20200141434A1; WO2019021623A1; CN110958928B; CN110958928A

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur enthält: einen Herstellschritt zum Herstellen eines Al-Legierungsteil, gebildet aus einer Al-basierten Legierung, und eines Cu-Teils, das Cu als Hauptkomponente enthält, und einen Schweißschritt zum Auftragen von Laser von der Seite des Al-Legierungsteils auf das Al-Legierungsteil und das Cu-Teil, die angeordnet sind, so dass sie einander gegenüberliegen, und Schweißen des Al-Legierungsteils und des Cu-Teils miteinander. Die Al-basierte Legierung enthält als zusätzliches Element eines von: 1 Masse-% oder mehr und 17 Masse-% oder weniger Si, 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Fe und 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Mn. Eine Laserauftragebedingung erfüllt einen Ausstoß von 550 W oder mehr und eine Abtastrate von 10 mm/s oder mehr.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißstruktur eines Metallteils und eine Schweißstruktur eines Metallteils.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität auf der Basis der japanischen Patentanmeldung 2017-144031 , angemeldet am 25. Juli 2017, und beinhaltet die vollständige Beschreibung dieser japanischen Patentanmeldung.
HINTERGRUND
Als Schweißstruktur eines Metallteils, gebildet durch Schweißen eines Al-Teils und eines Cu-Teils, ist beispielsweise eine Struktur in PTL 1 bekannt, die durch Verbinden von unterschiedlichen Metalltypen gebildet ist. Diese Struktur, die durch Verbinden von unterschiedlichen Metalltypen gebildet ist, wird hergestellt durch Stapeln eines ersten Metallbereiches aus Kupfer und eines zweiten Metallbereiches aus Aluminium übereinander, die dann durch Unterdrucksetzen und Erwärmen miteinander verbunden werden. Diese Struktur, die durch Verbinden von unterschiedlichen Typen von Metallen gebildet ist, beinhaltet einen Zwischenbereich an einer Position, bei der der erste Metallbereich und der zweite Metallbereich miteinander verbunden sind. Der Zwischenbereich enthält einen ersten Legierungsbereich, eine See-Insel-Struktur und eine lamellare Struktur, die in der Richtung weg von der Grenzfläche mit dem ersten Metallbereich gestapelt sind.
LISTE DER DRUCKSCHRIFTEN
PATENTLITERATUR
PTL 1: japanisches offengelegtes Patent 2014-97526
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißstruktur aus einem Metallteil gemäß dieser Offenbarung enthält:

einen Herstellschritt zum Herstellen eines Al-Legierungsteils aus einer Al-basierten Legierung und eine Cu-Teils mit Cu als Hauptkomponente und
einen Schweißschritt zum Auftragen von Laser von einer Seite des Al-Legierungsteils auf das Al-Legierungsteil und das Cu-Teil, die so angeordnet sind, dass sie einander gegenüber liegen, und Schweißen des Al-Legierungsteils und des Cu-Teils miteinander.

Die Al-basierte Legierung enthält als zusätzliches Element eines von: 1 Masse-% oder mehr und 17 Masse-% oder weniger Si, 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Fe und 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Mn.
Eine Laserauftragebedingung erfüllt einen Ausstoß von 550 W oder mehr und eine Abtastrate von 10 mm/s oder mehr.
Eine erste Metallteil-Schweißstruktur gemäß dieser Offenbarung enthält:

ein Al-Legierungsteil mit 1 Masse-% oder mehr und 17 Masse-% oder weniger Si,
ein Cu-Teil mit Cu als Hauptkomponente und
einen Schweißbereich, gebildet durch Schmelzen und Verfestigen von jedem der Materialien des Al-Legierungsteils und des Cu-Teils.

Der Schweißbereich enthält eine Stapelstruktur, die durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase, die Cu₉Al₄ und nicht Si enthält, einer δ-Phase, die Cu₃Al₂ und nicht Si enthält, und einer θ-Phase, die Al₂Cu und Si enthält, in einer Richtung, die von einer Grenzfläche mit dem Cu-Teil entfernt ist.
Eine zweite Metallteil-Schweißstruktur gemäß dieser Offenbarung enthält:

ein Al-Legierungsteil mit 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Fe;
ein Cu-Teil mit Cu als Hauptkomponente und
einen Schweißbereich, gebildet durch Schmelzen und Verfestigen von einem jeden der Materialien des Al-Legierungsteils und des Cu-Teils.

Der Schweißbereich enthält eine Stapelstruktur, gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase, die Cu₉Al₄ und nicht Fe enthält, einer δ-Phase, die Cu₃Al₂ und Fe enthält, einer inneren θ-Phase, die Al₂Cu und Fe enthält, und einer äußeren θ-Phase, die Al₂Cu, aber nicht Fe enthält, in einer Richtung weg von einer Grenzfläche mit dem Cu-Teil.
Eine dritte Metallteil-Schweißstruktur gemäß dieser Offenbarung enthält:

ein Al-Legierungsteil, enthaltend 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Mn,
ein Cu-Teil, enthaltend Cu als Hauptkomponente, und
einen Schweißbereich, gebildet durch Schmelzen und Verfestigen eines jeden Materials aus dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil.

Der Schweißbereich enthält eine Stapelstruktur, gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase, die Cu₉Al₄ und nicht Mn enthält, einer β-Phase, die Cu₃Al₂ und Mn enthält, und einer θ-Phase, die Al₂Cu und nicht Mn enthält, in einer Richtung weg von einer Grenzfläche mit dem Cu-Teil.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Metallteil-Schweißstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich bei und um die Grenzfläche eines Schweißbereiches mit einem Cu-Teil in einer ersten Metallteil-Schweißstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
3 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich einer See-Insel-Struktur auf der Seite des Cu-Teils in der ersten Metallteil-Schweißstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
4 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der in 3 durch ein Rechteck mit durchgezogener Linie umgeben ist.
5 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich bei und um eine lamellare Struktur in der ersten Metallteil-Schweißstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
6 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich bei und um die Grenzfläche eines Schweißbereiches mit einem Cu-Teil in einer zweiten Metallteil-Schweißstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
7 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich einer See-Insel-Struktur auf der Seite des Cu-Teils in einer zweiten Metallteil-Schweißstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
8 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der durch ein Rechteck mit durchgezogener Linie in 7 umgeben ist.
9 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der in 7 durch ein Rechteck mit gestrichelter Linie umgeben ist.
10 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich bei und um die Grenzfläche eines Schweißbereiches mit einem Cu-Teil in einer dritten Metallteil-Schweißstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
11 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich einer See-Insel-Struktur auf der Cu-Teil-Seite in der dritten Metallteil-Schweißstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
12 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der in 11 durch ein Rechteck mit durchgezogener Linie umgeben ist.
13 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis zeigt, erhalten durch Durchführen einer Linienanalyse auf einem Bereich bei und um die Grenzfläche eines Schweißbereiches mit einem Cu-Teil in einer Metallteil-Schweißstruktur von Probe Nr. 1-1.
14 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis zeigt, erhalten durch Durchführen einer Linienanalyse auf einem Bereich bei und um die Grenzfläche eines Schweißbereiches mit einem Cu-Teil in einer Metallteil-Schweißstruktur von Probe Nr. 1-2.
15 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis zeigt, erhalten durch Durchführen einer Linienanalyse auf einem Bereich bei und um die Grenzfläche eines Schweißbereiches mit einem Cu-Teil in einer Metallteil-Schweißstruktur von Probe Nr. 1-3.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
[Durch diese Offenbarung zu lösendes Problem]
Es ist gewünscht, dass eine Metallteil-Schweißstruktur mit ausgezeichneter Verbindungsfestigkeit stabil hergestellt werden kann. Die oben beschriebene Metallteil-Schweißstruktur ist ausgezeichnet bezüglich der Verbindungsfestigkeit, aber eine solche Metallteil-Schweißstruktur mit ausgezeichneter Verbindungsfestigkeit wie oben beschrieben kann in Abhängigkeit von der Bedingung nicht immer hergestellt werden.
Somit ist ein Ziel, ein Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur anzugeben, durch das eine Metallteil-Schweißstruktur mit ausgezeichneter Verbindungsfestigkeit hergestellt werden kann.
Ein anderes Ziel ist ebenfalls, eine Metallteil-Schweißstruktur mit ausgezeichneter Verbindungsfestigkeit anzugeben.
[Vorteilhafte Wirkung dieser Offenbarung]
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur dieser Offenbarung kann eine Metallteil-Schweißstruktur mit ausgezeichneter Verbindungsfestigkeit hergestellt werden.
Die erste bis dritte Metallteil-Schweißstruktur gemäß dieser Offenbarung ist bezüglich der Verbindungsfestigkeit ausgezeichnet.
«Beschreibung eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung»
Die Ausführungsbeispiele dieser Erfindung werden zur Erläuterung zunächst unten aufgelistet.

(1) Ein Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung enthält:
- einen Herstellschritt zum Herstellen eines Al-Legierungsteils aus einer Al-basierten Legierung und eines Cu-Teils mit Cu als Hauptkomponente und
- einen Schweißschritt zum Auftragen von Laser von einer Seite des Al-Legierungsteils auf das Al-Legierungsteil und das Cu-Teil, die angeordnet sind, so dass die einander gegenüber liegen, und Schweißen des Al-Legierungsteils und des Cu-Teils aneinander.
Die Al-basierte Legierung enthält als zusätzliches Element eines von: 1 Masse-% oder mehr und 17 Masse-% Si, 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Fe und 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Mn. Eine Laserauftragebedingung erfüllt einen Ausstoß von 550 W oder mehr und eine Abtastrate von 10 mm/s oder mehr. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann eine Metallteil-Schweißstruktur mit ausgezeichneter Verbindungsfestigkeit stabil erzeugt werden. Denn die Gehalte der zusätzlichen Elemente erfüllen die jeweiligen Bereiche, und der Laserausstoß und die Laserabtastrate erfüllen die jeweiligen Bereiche, wodurch die Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur mit einem Schweißbereich mit einer Stapelstruktur hergestellt werden kann, was die Linderung der Spannung erleichtert, die auf den Schweißbereich wirkt (der Bereich bei und um die Grenzfläche mit dem Cu-Teil), was später spezifisch beschrieben wird. Wenn die Gehalte dieser zusätzlichen Elemente gleich oder größer als die jeweiligen unteren Grenzwerte sind, kann eine Stapelstruktur (wird später beschrieben) gebildet werden. Wenn die Gehalte dieser zusätzlichen Elemente gleich oder weniger als die jeweiligen oberen Grenzwerte sind, kann eine übermäßige Reduktion der Leitfähigkeit unterdrückt werden. Wenn der Laserausstoß 550 W oder mehr ist, kann die Oberfläche des Cu-Teils geschmolzen werden, wodurch ermöglicht wird, dass das Al-Legierungsteil und das Cu-Teil miteinander verschweißt werden. Wenn die Laserabtastrate 10 mm/s oder mehr ist, ist die Abtastrate nicht übermäßig langsam, und die Zeit, die zum Schweißen des Al-Legierungsteils und des Cu-Teils erforderlich ist, wird nicht übermäßig verlängert mit dem Ergebnis, dass die Produktivität verbessert werden kann.
(2) Als ein Ausführungsbeispiel des Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur erfüllt die Laserauftragebedingung einen Ausstoß von 850 W oder weniger und eine Abtastrate von 90 mm/s oder weniger. Wenn der Laserausstoß 850 W oder weniger ist, wird der Ausstoß nicht übermäßig erhöht. Wenn die Laserabtastrate 90 mm/s oder weniger ist, ist die Abtastrate nicht übermäßig schnell mit dem Ergebnis, dass die Oberfläche des Cu-Teils geschmolzen werden kann.
(3) Als ein Ausführungsbeispiel des Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur ist der Laser ein Faserlaser. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration werden das Al-Legierungsteil und das Cu-Teil leicht miteinander verschweißt.
(4) Als ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen einer Metallteil-Schweißstruktur wird der Laser aufgetragen, um eine Penetration durch das Cu-Teil zu ermöglichen. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration wird eine Schweißmarkierung auf einer Seite des Cu-Teils auf der Seite, die dem Al-Legierungsteil gegenüber liegt, gebildet. Demzufolge kann leicht unterschieden werden, dass das Al-Legierungsteil und das Cu-Teil miteinander verschweißt sind. Es wird überlegt, dass dann, wenn Cu genügend geschmolzen wird, um eine Penetration durch das Cu-Teil zu ermöglichen, fragiles Al₂Cu gebildet wird, um hierdurch die Verbindungsfestigkeit zu reduzieren. Wenn das oben erwähnte Al-Legierungsteil hergestellt wird, bei dem Laser mit der oben erwähnten Laserauftragebedingung aufgetragen wird, kann die Größe des fragilen Al₂Cu reduziert werden. Hierdurch kann eine Verminderung der Verbindungsfestigkeit unterdrückt werden, was die Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur ermöglicht, die die Verbindungsfestigkeit aufweist, die vergleichbar ist zu der, bei dem ein Teil des Cu-Teils geschmolzen ist.
(5) Eine erste Metallteil-Schweißstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung enthält:
- ein Al-Legierungsteil mit 1 Masse-% oder mehr und 17 Masse-% oder weniger Si,
- ein Cu-Teil mit Cu als Hauptkomponente und
- einen Schweißbereich, gebildet durch Schmelzen und Verfestigen von jedem der Materialien des Al-Legierungsteils und des Cu-Teils.
Der Schweißbereich enthält eine Stapelstruktur, die durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase mit Cu₉Al₄ und ohne Si, einer δ-Phase mit Cu₃Al₂ und ohne Si und einer θ-Phase mit Al₂Cu und Si in einer Richtung weg von einer Grenzfläche mit dem Cu-Teil gebildet ist. Die oben beschriebene Konfiguration ermöglicht eine ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil. Denn der Schweißbereich zwischen dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil enthält eine Stapelstruktur bei einer Grenzfläche mit dem Cu-Teil, so dass eine Reduktion der Verbindungsfestigkeit an der Grenzfläche zwischen dem Cu-Teil und dem Schweißbereich unterdrückt werden kann.
(6) Eine zweite Metallteil-Schweißstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung enthält:
- ein Al-Legierungsteil mit 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Fe,
- ein Cu-Teil mit Cu als Hauptkomponente und
- einen Schweißbereich, gebildet durch Schmelzen und Verfestigen eines jeden Materials des Al-Legierungsteils und des Cu-Teils.
Der Schweißbereich enthält eine Stapelstruktur, gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase mit Cu₉Al₄ und ohne Fe, einer δ-Phase, die Cu₃Al₂ und Fe enthält, einer inneren θ-Phase mit Al₂Cu und Fe enthält, und einer äußeren θ-Phase mit Al₂Cu und ohne Fe, in einer Richtung weg von einer Grenzfläche mit dem Cu-Teil. Die oben beschriebene Konfiguration ermöglicht eine ausgezeichnete Verbindungsstärke zwischen dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil wie bei der ersten Metallteil-Schweißstruktur.
(7) Eine dritte Metallteil-Schweißstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung enthält:
- ein Al-Legierungsteil, enthaltend 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Mn,
- ein Cu-Teil mit Cu als Hauptkomponente und
- einen Schweißbereich, gebildet durch Schmelzen und Verfestigen eines jeden Materials aus dem Al-Legierungsteils und des Cu-Teils.
Der Schweißbereich enthält eine Stapelstruktur, gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase mit Cu₉Al₄ und ohne Mn, einer β-Phase mit Cu₃Al und Mn und einer θ-Phase mit Al₂Cu und ohne Mn, in einer Richtung weg von einer Grenzfläche mit dem Cu-Teil. Die oben beschriebene Konfiguration ermöglicht eine ausgezeichnete Bindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil wie bei der ersten Metallteil-Schweißstruktur.
(8) Als ein Ausführungsbeispiel der ersten Metallteil-Schweißstruktur enthält der Schweißbereich eine See-Insel-Struktur, enthaltend:
- eine Vielzahl von Inselbereichen mit Al₂Cu und Si und verteilt auf einer Seite, entgegengesetzt zu der Grenzfläche in Bezug auf die Stapelstruktur, und
- einen Seebereich mit reinem Al und Si und der zwischen der Vielzahl von Inselbereichen angeordnet ist.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration wird die Oberfläche eines jeden Inselbereiches in dem Schweißbereich durch die See-Insel-Struktur erhöht, so dass die Spannung, die auf den Schweißbereich wirkt (bei und um die Grenzfläche mit dem Cu-Teil herum), leicht verteilt wird, wodurch weiterhin eine ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil ermöglicht wird.
(9) Als ein Ausführungsbeispiel der ersten Metallteil-Schweißstruktur, bei dem der Schweißbereich die See-Insel-Struktur enthält, ist ein Abstand zwischen den Inselbereichen 10 µm oder weniger. Wenn der oben erwähnte Abstand 10 um oder weniger ist, ist der Abstand zwischen den Inselbereichen nicht übermäßig breit, so dass Risse weniger wahrscheinlich linear fortschreiten, wodurch eine weitere ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil ermöglicht wird.
(10) Als ein Ausführungsbeispiel der zweiten Metallteil-Schweißstruktur enthält der Schweißbereich eine See-Insel-Struktur, die enthält:
- eine Vielzahl von groben Inselbereichen mit Al₂Cu und Fe und verteilt auf einer Seite, entgegengesetzt zu der Grenzfläche in Bezug auf die Stapelstruktur,
- eine Vielzahl von winzigen Inselbereichen, die reines Al enthalten und unter der Vielzahl von groben Inselbereichen verteilt sind, und
- einen dreidimensionalen netzartigen Seebereich mit Al₂Cu und Fe der zwischen dem groben Inselbereich und dem winzigen Inselbereich angeordnet ist.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration wird die Oberfläche eines jeden groben Inselbereiches in dem Schweißbereich durch die See-Insel-Struktur erhöht, so dass die Spannung, die auf den Schweißbereich agiert, leicht verteilt wird, wodurch eine weitere ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil ermöglicht wird.
(11) Als ein Ausführungsbeispiel der dritten Metallteil-Schweißstruktur enthält der Schweißbereich eine See-Insel-Struktur, die enthält:
- eine Vielzahl von groben Inselbereichen mit Al₂Cu und Mn und verteilt auf einer Seite, entgegengesetzt zu der Grenzfläche in Bezug auf die Stapelstruktur,
- eine Vielzahl von winzigen Inselbereichen, die reines Al enthalten und unter der Vielzahl von groben Inselbereichen verteilt sind, und
- einen dreidimensionalen netzartigen Seebereich, enthaltend Al₂Cu und Mn und der zwischen dem groben Inselbereich und dem winzigen Inselbereich angeordnet ist.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration wird die Oberfläche eines jeden groben Inselbereiches in dem Schweißbereich durch die See-Insel-Struktur erhöht, so dass die Spannung, die auf den Schweißbereich wirkt, leicht verteilt wird, wodurch weiterhin eine ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil ermöglicht wird.
(12) Als ein Ausführungsbeispiel der oben erwähnten zweiten und dritten Metallteil-Schweißstruktur, bei dem der Schweißbereich die See-Insel-Struktur hat, ist ein Abstand zwischen den groben Inselbereichen 10 µm oder weniger. Wenn der oben erwähnte Abstand 10 µm oder weniger ist, ist der Abstand zwischen den groben Inselbereichen nicht übermäßig breit, so das Risse weniger wahrscheinlich linear propagieren, wodurch eine weiter ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil ermöglicht wird.
(13) Als ein Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen ersten bis dritten Metallteil-Schweißstrukturen, bei denen der Schweißbereich die See-Insel-Struktur aufweist, hat der Schweißbereich eine lamellare Struktur mit Al₂Cu und reinem Al auf einer Seite, entgegengesetzt zu der Stapelstruktur in Bezug auf die See-Insel-Struktur. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration wird die Oberfläche von Al₂Cu in dem Schweißbereich durch die lamellare Struktur erhöht, so dass die Spannung, die auf den Schweißbereich agiert, leicht verteilt wird, wodurch eine weiter ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil ermöglicht wird.
(14) Als ein Ausführungsbeispiel der oben erwähnten ersten bis dritten Metallteil-Schweißstruktur penetriert der Schweißbereich durch das Cu-Teil.

Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration wird eine Schweißmarkierung auf der Oberfläche des Cu-Teils auf der Seite entgegengesetzt zu dem Al-Legierungsteil gebildet. Demzufolge kann leicht unterschieden werden, dass das Al-Legierungsteil und das Cu-Teil miteinander verschweißt sind. Ebenso ist die Verbindungsfestigkeit in dem Ausmaß ausgezeichnet, das zu der vergleichbar ist, bei dem ein Teil des Cu-Teils geschmolzen ist.
«Details der Ausführungsbeispiele dieser Erfindung»
Die Details der Ausführungsbeispiele dieser Erfindung werden unten beschrieben. Die Ausführungsbeispiele werden aufeinanderfolgend in der folgenden Reihenfolge beschrieben: ein Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur und eine Metallteil-Schweißstruktur. Die Metallteil-Schweißstruktur wird aufeinanderfolgend in der Reihenfolge der ersten Metallteil-Schweißstruktur, der zweiten Metallteil-Schweißstruktur und der dritten Metallteil-Schweißstruktur entsprechend den Typen der zusätzlichen Elemente in dem Al-Legierungsteil beschrieben.
[Verfahren zur Herstellung der Metallteil-Schweißstruktur]
Hierin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel angemessen unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel enthält: einen Herstellschritt zum Herstellen eines Al-Legierungsteils 2 und eines Cu-Teils 3; und einen Schweißschritt zum Auferlegen von Laser auf das Al-Legierungsteil 2 und Cu-Teil 3, die miteinander verschweißt werden sollen. Das Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur hat ein charakteristisches Merkmal, dass das Al-Legierungsteil 2 mit einer spezifischen Zusammensetzung im Herstellschritt hergestellt wird und dass Laser bei einer spezifischen Auftragebedingung in dem Schweißschritt aufgetragen wird. Die Details eines jeden Schritts werden nachfolgend beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird die Seite, auf die Laser aufgetragen wird, als Vorderoberfläche definiert (obere Seite in 1), die Seite, die der Vorderoberfläche entgegengesetzt ist, wird als Rückoberfläche definiert (untere Seite in 1) und die Vorder-Rückrichtung wird als Dickenrichtung definiert.
[Herstellschritt]
Im Herstellschritt werden das Al-Legierungsteil 2 und das Cu-Teil 3 hergestellt.
(Al-Legierungsteil)
Ein Al-Legierungsteil 2 ist aus einer Al-basierten Legierung erzeugt. Die Al-basierte Legierung enthält Al (Aluminium) als Hauptkomponente und ein Element von Si (Silicium), Fe (Eisen) und Mn (Mangan) als zusätzliches Element. Diese Al-basierte Legierung kann unvermeidbare Verunreinigungen enthalten.
Der Gehalt von Si ist 1 Masse-% oder mehr und 17 Masse-% oder weniger, bevorzugt 2,5 Masse-% oder mehr und 15 Masse-% oder weniger und weiter bevorzugt 4 Masse-% oder mehr und 13 Masse-% oder weniger. Der Gehalt von Fe ist 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger, bevorzugt 0,25 Masse-% oder mehr und 2 Masse-% oder weniger und weiter bevorzugt 0,5 Masse-% oder mehr und 1,5 Masse-% oder weniger. Der Mn-Gehalt ist 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger, bevorzugt 0,25 Masse-% oder mehr und 2 Masse-% oder weniger, weiter bevorzugt 0,5 Masse-% oder mehr und 1,5 Masse-% oder weniger. Wenn die Gehalte dieser zusätzlichen Elemente gleich oder größer als die jeweiligen unteren Grenzwerte sind, kann ein Schweißbereich 4 mit einer Stapelstruktur 5a (5b, 5c), die später unter Bezugnahme auf 2 (6 und 10) beschrieben werden, gebildet werden. Wenn die Gehalte dieser zusätzlichen Elemente gleich oder weniger als die jeweiligen oberen Grenzwerte sind, kann eine übermäßige Reduktion der Leitfähigkeit unterdrückt werden.
Die Form des Al-Legierungsteils 2 kann angemessen ausgewählt werden und hat repräsentativ eine Plattenform. Die Dicke des Al-Legierungsteils 2 kann angemessen ausgewählt werden und ist beispielsweise 0,2 mm oder mehr und 1,2 mm oder weniger, weiter 0,25 mm oder mehr und 0,9 mm oder weniger und besonders 0,3 mm oder mehr und 0,6 mm oder weniger.
(Cu-Teil)
Das Cu-Teil 3 enthält Cu (Kupfer) als Hauptkomponente, was reines Kupfer und eine Cu-basierte Legierung bedeutet. Das Cu-Teil 3 kann unvermeidbare Verunreinigungen enthalten. Die zusätzlichen Elemente der Cu-basierten Legierung sind ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus beispielsweise Si, Fe, Mn, Ti, Mg, Sn, Ag, In, Sr, Zn, Ni, Al und P. Die Gehalte dieser zusätzlichen Elemente können angemessen ausgewählt werden, so dass sie innerhalb der Bereiche fallen, worin keine übermäßige Reduktion der Leitfähigkeit auftritt. Der Gesamtgehalt der zusätzlichen Elemente ist bevorzugt z.B. 0,001 Masse-% oder mehr und 0,1 Masse-% oder weniger, weiter bevorzugt 0,005 Masse-% oder mehr und 0,07 Masse-% oder weniger und besonders bevorzugt 0,01 Masse-% oder mehr und 0,05 Masse-% oder weniger.
Die Form des Cu-Teils 3 kann angemessen ausgewählt werden und hat repräsentativ eine Plattenform wie das Al-Legierungsteil 2. Die Dicke des Cu-Teils 3 kann angemessen ausgewählt werden und ist beispielsweise 0,15 mm oder mehr und 0,6 mm oder weniger, weiterhin 0,25 mm oder mehr und 0,5 mm oder weniger und besonders 0,35 mm oder mehr und 0,4 mm oder weniger.
[Schweißschritt]
Im Schweißschritt werden das Al-Legierungsteil 2 und das Cu-Teil 3 miteinander verschweißt. Dieses Schweißen wird so durchgeführt, dass das Al-Legierungsteil 2 und das Cu-Teil 3 angeordnet sind, so dass sie einander gegenüber liegen, worauf Laser von der Seite des Al-Legierungsteils 2 aufgetragen wird. Dies führt zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur 1 (1A bis 1C), worin das Al-Legierungsteil 2 und Cu-Teil 3 miteinander durch den Schweißbereich 4 verbunden sind, der durch Schmelzen und Verfestigen der Materialien des Al-Legierungsteils 2 und Cu-Teils 3 gebildet ist.
Laser wird aufgetragen, um hierdurch von der Vorderoberfläche zur Rückoberfläche des Al-Legierungsteils 2, auf das Laser aufgetragen wird, zu schmelzen und ebenfalls zumindest einen Teil einer Fläche des Cu-Teils 3 zu schmelzen, das dem geschmolzenen Bereich des Al-Legierungsteils 2 gegenüberliegt. In Abhängigkeit von der Laserauftragsbedingung werden die Vorderoberfläche und Rückoberfläche des Cu-Teils 3 auf gleiche Weise wie das Al-Legierungsteil 2 geschmolzen. In diesem Fall penetriert der Schweißbereich 4, der geschmolzen und verfestigt ist, durch das Cu-Teil 3. Wenn der Schweißbereich 4 durch das Cu-Teil 3 penetriert, wird eine Schweißmarkierung (in der Figur nicht gezeigt) auf der Rückoberfläche des Cu-Teils 3 gebildet. Somit kann leicht unterschieden werden, dass das Al-Legierungsteil 2 und das Cu-Teil 3 miteinander verschweißt sind. Es wurde überlegt, dass das ausreichende Schmelzen von Cu für die Ermöglichung einer Penetrierung durch das Cu-Teil 3 zur Bildung von fragilem Al₂Cu (später beschrieben) führt, wodurch die Verbindungsfestigkeit verschlechtert wird. Wenn jedoch das Al-Legierungsteil 2 hergestellt und mit Laser bei einer spezifischen Auftragsbedingung auferlegt wird, kann die Größe von fragilem Al₂Cu reduziert werden. Dies ermöglicht konsequenterweise die Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur 1 mit der Verbindungsfestigkeit, die vergleichbar zu der in dem Fall ist, wenn ein Teil des Cu-Teils 3 geschmolzen ist.
Laser muss nur ein Typ sein, der das Schmelzen des Al-Legierungsteils 2 und des Cu-Teils 3 und das Verschweißen dieser miteinander ermöglicht. Der Typ des Lasers kann einen Feststofflaser enthalten, bei dem ein Medium ein Feststoff ist, und ist bevorzugt ein Typ, ausgewählt aus z.B. Faserlaser, YAG-Laser und YVO4-Laser. Diese Laser ermöglichen leicht, dass das Al-Legierungsteil 2 und das Cu-Teil 3 miteinander verschweißt werden. Diese Laser beinhalten ebenfalls bekannte Laser, für die Medien mit verschiedenen Materialien dotiert sind. Mit anderen Worten wird bei dem oben erwähnten Faserlaser ein Faserkern als Medium z.B. mit einem Seltenerdelement und dergleichen oder mit Yb und dergleichen dotiert. Bei dem YAG-Laser kann das Medium mit Nd, Er und dergleichen dotiert werden. Bei dem YVO4-Laser kann dessen Medium mit Nd und dergleichen dotiert werden.
Die Laserauftragsbedingung kann angemessen entsprechend der Dicke des Al-Legierungsteils 2 oder Cu-Teils 3, der Dicke des Schweißbereiches 4, dem Typ des Lasers und dergleichen ausgewählt werden. Es ist bevorzugt, dass die Laserauftragebedingung genügend eingestellt wird, um eine Penetration durch das Cu-Teil 3 zu ermöglichen.
Der Laserausstoß ist 550 W oder mehr. Wenn der Laserausstoß 550 W oder mehr ist, kann die Oberfläche des Cu-Teils 3 geschmolzen werden, um die Verschweißung des Al-Legierungsteils 2 und des Cu-Teils 3 miteinander zu ermöglichen. Es ist bevorzugt, dass der Laserausstoß 850 W oder weniger ist. Wenn der Laserausstoß 850 W oder weniger ist, kann ein übermäßig hoher Ausstoß verhindert werden. Der Laserausstoß ist bevorzugt 570 W oder mehr und 830 W oder weniger und weiter bevorzugt 600 W oder mehr und 800 W oder weniger.
Die Laserabtastrate ist 10 mm/s oder mehr. Wenn die Laserabtastrate 10 mm/s oder mehr ist, ist die Abtastrate nicht übermäßig gering und die Zeit, die zum Schweißen des Al-Legierungsteils 2 und Cu-Teils 3 erforderlich ist, wird nicht übermäßig verlängert mit dem Ergebnis, dass die Produktivität verbessert werden kann. Die Laserabtastrate ist bevorzugt 90 mm/s oder weniger. Wenn die Laserabtastrate 90 mm/s oder weniger ist, ist die Abtastrate nicht übermäßig schnell mit dem Ergebnis, dass die Oberfläche des Cu-Teils 3 geschmolzen werden kann. Die Laserabtastrate ist bevorzugt 15 mm/s oder mehr und 60 mm/s oder weniger und weiter bevorzugt 20 mm/s oder mehr und 30 mm/s oder weniger. Die Laserabtastrichtung kann angemessen ausgewählt werden und wird als Richtung senkrecht zu der Ebene der Lage von Papier, das in 1 gezeigt ist, definiert.
Es ist bevorzugt, dass das Unterstützungsgas, das während der Laserauftragung verwendet wird, Stickstoffgas ist. Es ist bevorzugt, dass die Richtung, in der das Unterstützungsgas aufgetragen wird, orthogonal zu der Richtung ist, in der der Laser aufgetragen wird.
[Funktionen und Wirkungen]
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur kann eine Metallteil-Schweißstruktur mit ausgezeichneter Verbindungsfestigkeit stabil erzeugt werden.
[Erste Metallteil-Schweißstruktur]
Unter Bezugnahme auf 1 bis 5 wird nachfolgend eine erste Metallteil-Schweißstruktur 1A beschrieben. Eine erste Metallteil-Schweißstruktur 1A enthält ein Al-Legierungsteil 2, ein Cu-Teil 3 und einen Schweißbereich 4, der das Al-Legierungsteil 2 und Cu-Teil 3 verbindet (1). Die erste Metallteil-Schweißstruktur 1A kann durch das Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur wie oben beschrieben hergestellt werden. Die erste Metallteil-Schweißstruktur 1A hat ein charakteristisches Merkmal, dass der Schweißbereich 4 eine Stapelstruktur 5a (2) mit einer spezifischen Zusammensetzung und einer spezifischen Struktur enthält. 2 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der in 1 durch einen Kreis mit gestrichelter Linie umgeben ist, und das ebenfalls auf vergrößerte Weise einen Bereich bei und um die Grenzfläche des Schweißbereiches 4 mit dem Cu-Teil 3 zeigt. 3 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich einer See-Insel-Struktur 6a in 2 auf der Seite des Cu-Teils 3 zeigt. 4 ist ein Transmissions-Elektronenmikroskop-Foto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der in 3 durch ein Rechteck mit durchgezogener Linie umgeben ist. 5 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich bei und um eine lamellare Struktur 7 in 2 zeigt.
[Al-Legierungsteil]
Ein Al-Legierungsteil 2 enthält Al als Hauptkomponente und ist aus einer Al-basierten Legierung mit Si als zusätzlichem Element gebildet (1). Dieses Al-Legierungsteil 2 kann unvermeidbare Verunreinigungen enthalten. Der Si-Gehalt ist wie oben beschrieben und ist 1 Masse-% oder mehr und 17 Masse-% oder weniger. Der geeignete Gehalt von Si und die geeignete Dicke des Al-Legierungsteils 2 sind wie oben beschrieben. Die Dicke des Al-Legierungsteils 2 wird als Dicke eines Bereiches eines Al-Legierungsteils 2 ohne den Schweißbereich 4 angesehen.
[Cu-Teil]
Das Cu-Teil 3 enthält Cu als Hauptkomponente, was reines Kupfer und eine Cu-basierte Legierung bedeutet. Die Zusammensetzung des Cu-Teils 3 ist wie in dem obigen Herstellverfahren beschrieben. In diesem Fall ist das Cu-Teil 3 reines Kupfer. In diesem Fall hat das Cu-Teil 3 eine Plattenform und eine geeignete Dicke davon ist wie oben beschrieben. Wie bei dem Al-Legierungsteil 2 wird die Dicke des Cu-Teils 3 als Dicke eines Bereiches des Cu-Teils 3 ohne den Schweißbereich 4 angesehen.
[Schweißbereich]
Der Schweißbereich 4 dient zum Verbinden des Al-Legierungsteils 2 und des Cu-Teils 3 und wird durch Schmelzen und Verfestigen der Materialien des Al-Legierungsteils 2 und des Cu-Teils 3 gebildet. Mit anderen Worten sind die Hauptbestandteilelemente des Schweißbereiches 4 Al, Si und Cu in diesem Beispiel. Der Bereich, bei dem der Schweißbereich 4 in der Dickenrichtung der Metallteil-Schweißstruktur 1A gebildet ist, wird als Bereich definiert, der sich von der Oberfläche des Al-Legierungsteils 2 zu zumindest einem Teil von Cu erstreckt. Mit anderen Worten penetriert der Schweißbereich 4 durch das Al-Legierungsteil 2 zwischen der Vorderoberfläche und der Rückoberfläche. Es ist bevorzugt, dass dieser Bereich, bei dem der Schweißbereich 4 gebildet ist, sich zu der Rückoberfläche des Cu-Teils 3 erstreckt. Mit andern Worten ist bevorzugt, dass der Schweißbereich 4 durch das Cu-Teil 3 zwischen der Vorderoberfläche und der Rückoberfläche penetriert. Dies führt zur Bildung einer Schweißmarkierung auf der Rückoberfläche des Cu-Teils 3. Somit kann leicht unterschieden werden, dass das Al-Legierungsteil 2 und das Cu-Teil 3 miteinander verschweißt sind. Dieser Schweißbereich 4 enthält eine Stapelstruktur 5a, eine See-insel-Struktur 6a und eine lamellare Struktur 7 (2 bis 5).
[Stapelstruktur]
Die Stapelstruktur 5a wird an der Grenzfläche mit dem Cu-Teil 3 gebildet und wird durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase 51a, einer δ-Phase 52a und einer θ-Phase 53a in dieser Reihenfolge in der Richtung weg von der Grenzfläche (Richtung entgegengesetzt zum Cu-Teil 3) gebildet (4). Durch Vorhandensein der Stapelstruktur 5a mit dünnen Phasen kann eine Reduktion der Verbindungsfestigkeit der Grenzfläche zwischen dem Cu-Teil 3 und dem Schweißbereich 4 unterdrückt werden. Hierdurch ist die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil 2 und dem Cu-Teil 3 besser als in dem Fall, bei dem die Stapelstruktur 5a dicke Phasen hat. Insbesondere wird eine ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit erzielt durch Vorhandensein von zwei Phasen (γ₂-Phase 51a und δ-Phase 52a in diesem Beispiel) zwischen dem Cu-Teil 3 und der θ-Phase 53a.
<γ₂-Phase>
Zunächst wird die γ₂-Phase 51a in einer Schicht unmittelbar oberhalb des Cu-Teils 3 gebildet. Diese γ₂-Phase 51a enthält Cu₉Al₄ und enthält nicht Si. Die Dicke der γ₂-Phase 51a ist 0,05 µm oder mehr und 0,5 µm oder weniger und weiterhin 0,1 µm oder mehr und 0,3 µm oder weniger.
<δ-Phase>
Dann wird die δ-Phase 52a in einer Schicht unmittelbar oberhalb der γ₂-Phase 51a gebildet. Diese δ-Phase 52a enthält Cu₃Al₂ und enthält nicht Si. Die Dicke der δ-Phase 52a ist 0,1 µm oder mehr und 0,5 µm oder weniger und weiterhin 0,15 µm oder mehr und 0,3 µm oder weniger.
<θ-Phase>
Dann wird die θ-Phase 53a unmittelbar oberhalb der δ-Phase 52a gebildet. Diese θ-Phase 53a enthält: einen Schichtbereich, gebildet auf der Seite der δ-Phase 52a; und einen halbinselartigen Bereich, der sich von einem Bereich unmittelbar oberhalb des geschichteten Bereiches zu der Seite, entgegengesetzt zu der δ-Phase 52a, erstreckt. Diese θ-Phase 53a enthält Al₂Cu und Si. Diese θ-Phase 53a enthält Al₂Cu als Hauptkomponente. Der Si-Gehalt ist 0,5 Masse-% oder mehr und 1,8 Masse-% oder weniger und weiterhin 0,8 Masse-% oder mehr und 1,5 Masse-% oder weniger.
Die Zusammensetzung einer jeden Phase kann durch EDX (energiedispersives Röntgenstrahlenanalysegerät) analysiert werden. Die Dicke einer jeden der γ₂-Phase 51a und δ-Phase 52a wird berechnet durch Beobachten des Querschnittes des geschweißten Bereiches 4 durch ein TEM (Transmissions-Elektronenmikroskop) und durch Durchführen einer Linienanalyse durch EDX in der Richtung weg von der Grenzfläche des geschweißten Bereiches 4 mit dem Cu-Teil 3. In diesem Fall ist die Dicke einer jeden von der γ₂-Phase 51a und der δ-Phase 52a ein Durchschnitt der Dicken, berechnet in den Analysen, die unter den Bedingungen durchgeführt sind, dass die Zahl der Sichtfelder eins oder mehr ist und die Zahl der Linienanalysen in jedem der Sichtfelder drei oder mehr ist. Der Querschnitt wird als Querschnitt (transversaler Bereich) entlang der Richtung (horizontale Richtung auf der Ebene der Lage des Papiers, das 1 zeigt) orthogonal zu einer jeden Dickenrichtung der Metallteil-Schweißstruktur 1A und der longitudinalen Richtung (Richtung senkrecht zu der Ebene der Lage von dem Papier, das 1 zeigt) des geschweißten Bereiches 4 definiert. Die Vergrößerung eines jeden Sichtfeldes wird auf das 200.000-fache eingestellt und die Größe eines jeden Sichtfeldes wird auf 0,65 µm × 0,65 µm eingestellt.
(See-Insel-Struktur)
Die See-Insel-Struktur 6a wird auf der Seite gegengesetzt zu der oben erwähnten Grenzfläche (auf der Seite des Cu-Teils 3) in Bezug auf die Stapelstruktur 5a gebildet (3). Diese See-Insel-Struktur 6a enthält eine Vielzahl von Inselbereichen 61a und einen Seebereich 63a. Die Oberfläche eines jeden Inselbereiches 61a in dem geschweißten Bereich 4 wird durch diese See-Insel-Struktur 6a erhöht, so dass die Spannung, die auf den geschweißten Bereich 4 wirkt, leicht verteilt wird, wodurch eine weiter ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil 2 und dem Cu-Teil 3 ermöglicht wird.
<Inselbereich>
Inselbereiche 61a sind auf der Seite entgegengesetzt zu dem Cu-Teil 3 in Bezug auf die Stapelstruktur 5a verteilt. Jeder Inselbereich 61a enthält Al₂Cu und Si. Der Inselbereich 61a enthält Al₂Cu als Hauptkomponente. Der Si-Gehalt ist 0,3 Masse-% oder mehr und 1,8 Masse-% oder weniger und weiterhin 0,5 Masse-% oder mehr und 1,5 Masse-% oder weniger. Es ist bevorzugt, dass Si in Al₂Cu aufgelöst ist. Der Si-Gehalt kann durch EDX wie bei der Zusammensetzungsanalyse der Stapelstruktur 5a analysiert werden. Der Si-Gehalt wird als Durchschnitt der Gehalte von Si in allen Inselbereichen 61a definiert, die in zwei oder mehreren Sichtfeldern existieren. Der Querschnitt wird wie oben beschrieben definiert. Die Vergrößerung eines jeden Sichtfeldes wird auf das 10.000-fache eingestellt, und die Größe eine jeden Sichtfeldes wird auf 10 µm × 10 µm eingestellt.
Die Größe des Inselbereiches 61a ist 5 µm² oder mehr und 30 µm² oder weniger und weiter 10 µm² oder mehr und 20 µm² oder weniger. Der Inselbereich 61a hat eine Größe, die gleich zu einem Durchschnitt der Flächen von allen Inselbereichen 61a ist, die in zwei oder mehr Sichtfeldern entlang des Querschnittes des Schweißbereiches 4 existieren. Die Fläche des Inselbereiches 61a wird durch eine kommerziell erhältliche Bildanalysesoftware berechnet. Der Querschnitt wird wie oben beschrieben definiert. Die Vergrößerung eines jeden Sichtfeldes wird auf das 10.000-fache eingestellt, und die Größe eines jeden Sichtfeldes wird auf 10 µm × 10 µm eingestellt.
Es ist bevorzugt, dass der Abstand zwischen Inselbereichen 61a 10 µm oder weniger ist. Dies verhindert einen übermäßig langen Abstand zwischen Inselbereichen 61a, so dass eine lineare Propagation von Rissen unterdrückt werden kann. Der Abstand zwischen Inselbereichen 61a ist weiter bevorzugt 7 µm oder weniger und besonders bevorzugt 5 µm oder weniger. Die untere Grenze des Abstandes zwischen Inselbereichen 61a ist z.B. 0,5 µm oder mehr. Dies verhindert einen übermäßig engen Abstand zwischen Inselbereichen 61a, so dass die Spannung, die auf den Schweißbereich 4 agiert (Bereich bei und um die Grenzfläche mit dem Cu-Teil 3), leicht verteilt wird. Der Abstand zwischen Inselbereichen 61a bedeutet die Länge zwischen Mittelpunkten von Inselbereichen 61a entlang der Richtung orthogonal zu der Grenzfläche des Schweißbereiches 4 mit dem Cu-Teil 3. In diesem Fall werden in zwei oder mehr Sichtfeldern fünf oder mehr imaginäre Linien orthogonal zu der oben erwähnten Grenzfläche für jedes Sichtfeld eingestellt. Dann wird die Länge des Abstandes zwischen Inselbereichen 61a auf jeder imaginären Linie gemessen, unter Erhalt eines Durchschnitts der Längen auf allen imaginären Linien. Der Querschnitt und das Sichtfeld sind wie oben beschrieben definiert.
<Seebereich>
Der Seebereich 63a wird zwischen den Inselbereichen 61a angeordnet. Dieser Seebereich 63a wird in einer dreidimensionalen netzartigen Form gebildet. Dieser Seebereich 63a wird ebenfalls zwischen dem Inselbereich 61a und der θ-Phase 53a der Stapelstruktur 5a angeordnet. Der Seebereich 63a enthält reines Al und Si. Dieser Seebereich 63a enthält reines Al als eine Hauptkomponente. Der Si-Gehalt ist 0,5 Masse-% oder mehr und 15 Masse-% oder weniger und weiter 0,7 Masse-% oder mehr und 13 Masse-% oder weniger. Es ist bevorzugt, dass Si in reinem Al aufgelöst ist.
(Lamellare Struktur)
Die lamellare Struktur 7 wird auf der Seite entgegengesetzt zu der Stapelstruktur 5a in Bezug auf die See-Insel-Struktur 6a gebildet (2 und 5). Diese lamellare Struktur 7 wird auf einer Al₂Cu-Schicht aus Al₂Cu und einer reinen Al-Schicht aus reinem Al gebildet. Die Oberflächenschicht der Al₂Cu-Schicht in dem Schweißbereich 4 wird durch die lamellare Struktur 7 erhöht, so dass die Spannung, die auf den Schweißbereich 4 wirkt, leicht verteilt wird. In dieser lamellaren Struktur 7 ist es mehr bevorzugt, dass die Al₂Cu-Schicht und die reine Al-Schicht statistisch angeordnet sind, so dass die Al₂Cu-Schicht und die reine Al-Schicht in verschiedenen Richtungen angeordnet sind und die Al₂Cu-Schicht und die reine Al-Schicht nicht in einer Richtung angeordnet sind. Hierdurch wird die Spannung, die auf den Schweißbereich 4 wirkt, weiter leichter verteilt.
[Zweite Metallteil-Schweißstruktur]
Unter Bezugnahme auf die 1 und 6 bis 9 wird eine zweite Metallteil-Schweißstruktur 1B nachfolgend beschrieben. Die zweite Metallteil-Schweißstruktur 1B ist die gleiche wie die erste Metallteil-Schweißstruktur 1A, weil sie ein Al-Legierungsteil 2, ein Cu-Teil 3 und einen Schweißbereich 4 enthält, aber sie ist verschieden von der ersten Metallteil-Schweißstruktur 1A bezüglich der Zusammensetzung des Al-Legierungsteils 2 und bezüglich der Zusammensetzung und Struktur des Schweißbereiches 4. Die folgende Beschreibung fokussiert sich auf den Unterschied von der ersten Metallteil-Schweißstruktur 1A, und die Beschreibung der gleichen Konfiguration und der gleichen Wirkungen wird nicht wiederholt. Gleiches gilt ebenfalls für eine dritte Metallteil-Schweißstruktur 1C, die später beschrieben wird. Die zweite Metallteil-Schweißstruktur 1B kann durch das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur auf gleiche Weise wie bei der ersten Metallteil-Schweißstruktur 1A hergestellt werden. Wie bei 2 ist 6 ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der in 1 durch einen Kreis mit gestrichelter Linie umgeben ist, und das ebenfalls auf vergrößerte Weise einen Bereich bei und um die Grenzfläche des Schweißbereiches 4 mit dem Cu-Teil 3 zeigt. 7 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich einer See-Insel-Struktur 6b in 6 auf der Seite des Cu-Teils 3 zeigt. 8 ist ein Transmissions-Elektronenmikroskop-Foto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der in 7 durch ein Rechteck mit durchgezogener Linie umgeben ist. 9 ist ein Transmissions-Elektronenmikroskop-Foto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der in 7 durch ein Rechteck mit gestrichelter Linie umgeben ist.
[Al-Legierungsteil]
Ein Al-Legierungsteil 2 enthält Al als Hauptkomponente und wird aus einer Al-basierten Legierung gebildet, die Fe als zusätzliches Element enthält (1). Dieses Al-Legierungsteil 2 kann unvermeidbare Verunreinigungen enthalten. Der Fe-Gehalt ist wie oben beschrieben und ist 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger, bevorzugt 0,25 Masse-% oder mehr und 2 Masse-% oder weniger und weiter bevorzugt 0,5 Masse-% oder mehr und 1,5 Masse-% oder weniger.
[Schweißbereich]
Der Schweißbereich 4 enthält eine Stapelstruktur 5b, eine See-Insel-Struktur 6b und eine lamellare Struktur 7, wie die erste Metallteil-Schweißstruktur 1A (6). Dieser Schweißbereich 4 ist von der ersten Metallteil-Schweißstruktur 1A verschieden, weil die Hauptbestandteilelemente des Schweißbereiches 4 Al, Fe und Cu sind und ist ebenfalls bezüglich der Zusammensetzung und Struktur einer jeden Stapelstruktur 5b und See-Insel-Struktur 6b verschieden.
(Stapelstruktur)
Die Stapelstruktur 5b wird gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase 51b, einer δ-Phase 52b, einer inneren θ-Phase 531b und einer äußeren θ-Phase 532b in der Richtung weg von der Grenzfläche mit dem Cu-Teil 3 (8).
<γ₂-Phase>
Zunächst wird die γ₂-Phase 51b in einer geschichteten Form unmittelbar oberhalb des Cu-Teils 3 gebildet. Diese γ₂-Phase 51b enthält Cu₉Al₄ und enthält nicht Fe. Die Dicke der γ₂-Phase 51b ist 0,05 µm oder mehr und 0,5 µm oder weniger und weiterhin 0,1 µm oder mehr und 0,3 µm oder weniger.
<δ-Phase>
Dann wird die δ-Phase 52b in einer Schichtform unmittelbar oberhalb der γ₂-Phase 51b gebildet. Diese δ-Phase 52b enthält Cu₃Al₂ und Fe. Diese δ-Phase 52b enthält Cu₃Al₂ als eine Hauptkomponente. Der Fe-Gehalt ist 0,8 Masse-% oder mehr und 2,2 Masse-% oder weniger und weiterhin 1,2 Masse-% oder mehr und 1,8 Masse-% oder weniger. Die Dicke der δ-Phase 52b ist 0,05 µm oder mehr und 0,5 µm oder weniger und weiterhin 0,1 µm oder mehr und 0,3 µm oder weniger.
<Innere θ-Phase)
Die innere θ-Phase 531b wird unmittelbar oberhalb der δ-Phase 52b gebildet. Diese innere θ-Phase 531b enthält: einen geschichtete Bereich, gebildet auf der Seite der δ-Phase 52b; und einen halbinselartigen Bereich, der sich von einem Teil unmittelbar oberhalb des geschichteten Bereiches zu der Seite entgegengesetzt zu der δ-Phase 52b erstreckt. Die innere θ-Phase 531b enthält Al₂Cu und Fe. Diese innere θ-Phase 531b enthält Al₂Cu als Hauptkomponente. Der Fe-Gehalt ist 0,8 Masse-% oder mehr und 2,2 Masse-% oder weniger und weiterhin 1,2 Masse-% oder mehr und 1,8 Masse-% oder weniger.
<Äußere θ-Phase>
Die äußere θ-Phase 532b wird unmittelbar oberhalb der inneren θ-Phase 531b gebildet. Diese äußere θ-Phase 532b enthält einen geschichteten Bereich, gebildet unmittelbar oberhalb des geschichteten Bereiches und des halbinselartigen Bereiches der inneren θ-Phase 531b. Die äußere θ-Phase 532b enthält Al₂Cu und enthält nicht Fe.
(See-Insel-Struktur)
Die See-Insel-Struktur 6b enthält eine Vielzahl von groben Inselbereichen 61b, eine Vielzahl von winzigen Inselbereichen 62b und einen Seebereich 63b (7 und 9). Die Oberflächen der groben Inselbereiche 61b im Schweißbereich 4 werden durch die See-Insel-Struktur 6b erhöht, so dass die Spannung, die auf den Schweißbereich 4 wirkt, leicht verteilt wird.
<Grober Inselbereich>
Grobe Inselbereiche 61b werden auf der Seite gegenüberliegend zu der Seite des Cu-Teils 3 in Bezug auf die Stapelstruktur 5b verteilt. Dieser große Inselbereich 61b enthält Al₂Cu und Fe. Der grobe Inselbereich 61b enthält Al₂Cu als Hauptkomponente. Der Gehalt von Fe ist 0,05 Masse-% oder mehr und 1 Masse-% oder weniger und weiterhin 0,2 Masse-% oder mehr und 0,6 Masse-% oder weniger. Es ist bevorzugt, dass Fe in Al₂Cu aufgelöst ist. Die Größe des groben Inselbereiches 61b ist 5 µm² oder mehr und 30 µm² und weiter 10 µm² oder mehr und 30 µm² oder weniger. Das Verfahren zum Messen der Größe des groben Inselbereiches 61b ist gleich wie das Verfahren zum Messen des Inselbereiches 61a bei der ersten Metallteil-Schweißstruktur 1A. Der geeignete Bereich des Abstandes zwischen groben Inselbereichen 61b ist gleich wie der oben erwähnte geeignete Abstand zwischen Inselbereichen 61a. Dies verhindert einen übermäßig langen Abstand zwischen groben Inselbereichen 61b, so dass eine lineare Propagation von Rissen unterdrückt werden kann. Dieses Verfahren zum Messen des Abstandes ist gleich wie das oben beschriebene Verfahren zum Messen des Abstandes zwischen Inselbereichen 61a.
<Winziger Inselbereich>
Winzige Inselbereiche 62b sind unter den groben Inselberiechen 61b verteilt. Unter groben Inselbereichen 61b wird jeder winzige Inselbereich 62b zwischen dem groben Inselbereich 61b und dem Seebereich 63b gebildet oder in dem Seebereich 63b dazwischen angeordnet, d.h., durch den Seebereich 63b umgeben. Dieser winzige Inselbereich 62b enthält reines Al. Der winzige Inselbereich 62b kann Fe enthalten. Der Fe-Gehalt im winzigen Inselbereich 62b ist 0,05 Masse-% oder mehr und 1 Masse-% oder weniger und weiter 0,2 Masse-% oder mehr und 0,6 Masse-% oder weniger. Es ist bevorzugt, dass Fe in reinem Al aufgelöst ist. Die Größe des winzigen Inselbereiches 62b ist 0,2 µm² oder mehr und 1 µm² oder weniger und weiter 0,4 µm² oder mehr und 0,7 µm² oder weniger. Das Verfahren zum Messen der Größe des winzigen Inselbereiches 62b ist wie oben beschrieben, mit Ausnahme der Vergrößerung des Sichtfeldes und der Größe des Sichtfeldes. Die Vergrößerung eines jeden Sichtfeldes wird auf das 50.000-fache eingestellt und die Größe eines jeden Sichtfeldes wird auf 2,7 µm × 2,7 µm eingestellt.
<Seebereich>
Der Seebereich 63b wird zwischen dem groben Inselbereich 61b und dem winzigen Inselbereich 62b angeordnet. Dieser Seebereich 63b wird in einer dreidimensionalen netzartigen Form gebildet. Dieser Seebereich 63b wird ebenfalls zwischen dem groben Inselbereich 61b und der äußeren θ-Phase 532b der Stapelstruktur 5b angeordnet. Der Seebereich 63b enthält Al₂Cu und Fe. Dieser Seebereich 63b enthält Al₂Cu als Hauptkomponente. Der Gehalt von Fe ist 0,5 Masse-% oder mehr und 10 Masse-% oder weniger und weiter 1 Masse-% oder mehr und 8 Masse-% oder weniger.
[Dritte Metallteil-Schweißstruktur]
Unter Bezugnahme auf die 1 und 10 bis 12 wird eine dritte Metallteil-Schweißstruktur 1C nachfolgend beschrieben. Die dritte Metallteil-Schweißstruktur 1C ist ähnlich zu der ersten und der zweiten Metallteil-Schweißstruktur 1A und 1B, weil sie ein Al-Legierungsteil 2, ein Cu-Teil 3 und einen Schweißbereich 4 enthält, ist aber verschieden von der ersten und der zweiten Metallteil-Schweißstruktur 1A und 1B in Bezug auf die Zusammensetzung und Struktur des Schweißbereiches 4. Die dritte Metallteil-Schweißstruktur 1C kann durch das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen einer Metallteil-Schweißstruktur auf gleiche Weise wie bei der ersten und zweiten Metallteil-Schweißstruktur 1A und 1B hergestellt werden. Wie die 2 und 6 ist 10 ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der in 1 durch einen Kreis mit gestrichelter Linie umgeben ist, und zeigt ebenfalls auf vergrößerte Weise einen Bereich bei und um die Grenzfläche des Schweißbereiches 4 mit dem Cu-Teil 3. 11 ist ein Mikrofoto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich einer See-Insel-Struktur 6c in 10 auf der Seite des Cu-Teils 3 zeigt. 12 ist ein Transmissions-Elektronenmikroskop-Foto, das auf vergrößerte Weise einen Bereich zeigt, der in 11 durch ein Rechteck mit einer durchgezogenen Linie umgeben ist.
[Al-Legierungsteil]
Ein Al-Legierungsteil 2 enthält Al als Hauptkomponente und ist aus einer Al-basierten Legierung mit Mn als zusätzlichem Element gebildet (1). Dieses Al-Legierungsteil 2 kann unvermeidbare Verunreinigungen enthalten. Der Gehalt von Mn ist wie oben beschrieben und ist 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger, bevorzugt 0,25 Masse-% oder mehr und 2 Masse-% oder weniger und weiter bevorzugt 0,5 Masse-% oder mehr und 1,5 Masse-% oder weniger.
[Schweißbereich]
Der Schweißbereich 4 enthält eine Stapelstruktur 5c, See-Insel-Struktur 6c und lamellare Struktur 7 (10) auf gleiche Weise wie bei der ersten und der zweiten Metallteil-Schweißstruktur 1A und 1B. Dieser Schweißbereich 4 ist von der ersten und zweiten Metallteil-Schweißstruktur 1A und 1B dahingehend verschieden, dass die Hauptbestandteilelemente des Schweißbereiches 4 Al, Mn und Cu sind und ist bezüglich der Zusammensetzung und Struktur einer jeden Stapelstruktur 5c und der See-Insel-Struktur 6c verschieden.
(Stapelstruktur)
Die Stapelstruktur 5c wird gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase 51c, einer β-Phase 52c und einer θ-Phase 53c in dieser Reihenfolge in der Richtung weg von der Grenzfläche mit dem Cu-Teil 3 (12).
<γ₂-Phase>
Zunächst wird die γ₂-Phase 51c in Schichtform unmittelbar oberhalb des Cu-Teils 3 gebildet. Diese γ₂-Phase 51c enthält Cu₉Al₄ und enthält nicht Mn. Die Dicke der γ₂-Phase 51c ist 0,05 µm oder mehr und 0,5 µm oder weniger und weiter 0,1 µm oder mehr und 0,3 µm oder weniger.
<β-Phase>
Dann wird die β-Phase 52c in Schichtform unmittelbar oberhalb der γ₂-Phase 51c gebildet. Diese β-Phase 52c enthält Cu₃Al und Mn. Die β-Phase 52c enthält Cu₃Al als Hauptkomponente. Der Gehalt von Mn ist 0,3 Masse-% oder mehr und 2,3 Masse-% oder weniger und weiterhin 0,8 Masse-% oder mehr und 1,8 Masse-% oder weniger. Die Dicke der β-Phase 52c ist 0,05 µm oder mehr und 0,5 µm oder weniger und weiter 0,1 µm oder mehr und 0,3 µm oder weniger.
<θ-Phase>
Dann wird die θ-Phase 53c unmittelbar oberhalb der β-Phase 52c gebildet. Diese θ-Phase 53c enthält einen geschichteten Bereich, der auf der Seite der β-Phase 52c gebildet ist, und einen halbinselartigen Bereich, der sich von einem Teil unmittelbar oberhalb dieses geschichteten Bereiches zu der Seite entgegengesetzt zu der β-Phase 52c erstreckt. Diese θ-Phase 53c enthält Al₂Cu und enthält nicht Mn.
(See-Insel-Struktur)
Die See-Insel-Struktur 6c ist gleich wie bei der zweiten Metallteil-Schweißstruktur 1B, weil sie eine Vielzahl von groben Inselbereichen 61c, eine Vielzahl von winzigen Inselbereichen 62c und einen Seebereich 63c enthält, aber ist verschieden von der zweiten Metallteil-Schweißstruktur 1B, weil der Typ des Elementes, das in jedem von dem groben Inselbereich 61c und dem Seebereich 63c enthalten ist, nicht Fe, sondern Mn ist (11). Mit anderen Worten enthält der grobe Inselbereich 61c Al₂Cu und Mn. Der Gehalt von Mn ist 0,05 Masse-% oder mehr und 1 Masse-% oder weniger und weiter 0,2 Masse-% oder mehr und 0,6 Masse-% oder weniger. Es ist bevorzugt, dass Mn in Al₂Cu aufgelöst ist. Der grobe Inselbereich 61c hat die gleiche Größe wie der oben beschriebene grobe Inselbereich 61b. Der winzige Inselbereich 62c enthält reines Al. Der winzige Inselbereich 62c kann Mn enthalten. Der Gehalt von Mn im winzigen Inselbereich 62c ist 0,05 Masse-% oder mehr und 1 Masse-% oder weniger und weiterhin 0,2 Masse-% oder mehr und 0,6 Masse-% oder weniger. Es ist bevorzugt, dass Mn in reinem Al aufgelöst ist. Ein winziger Inselbereich 62c hat die gleiche Größe wie der oben beschriebene winzige Inselbereich 62b. Auf gleiche Weise wie bei der See-Insel-Struktur 6b in der zweiten Metallteil-Schweißstruktur 1B ist die Oberfläche des groben Inselbereiches 61c im Schweißbereich 4 durch diese See-Insel-Struktur 6c erhöht, so dass die Spannung, die auf den Schweißbereich 4 agiert, leicht verteilt wird.
[Verwendungen]
Die erste bis dritte Metallteil-Schweißstruktur 1A bis 1C kann jeweils geeignet für verschiedene Typen von Sammelschienen und Batteriemodule, die in Fahrzeugen vorhanden sind, verwendet werden.
[Funktionen und Wirkungen]
Die erste bis dritte Metallteil-Schweißstruktur 1A bis 1C ermöglicht eine ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit zwischen dem Al-Legierungsteil 2 und dem Cu-Teil 3.
«Testbeispiel 1»
Eine Metallteil-Schweißstruktur wurde hergestellt und die Verbindungsfestigkeit wurde ausgewertet.
[Proben 1-1 bis 1-3]
Die Metallteil-Schweißstrukturen der Proben 1-1 bis 1-3 wurden durch den Herstellschritt und den Schweißschritt auf gleiche Weise wie bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur hergestellt.
[Herstellschritt]
Ein Al-Legierungsteil und ein Cu-Teil wurden hergestellt. Als Al-Legierungsteile der jeweiligen Proben wurden Al-Legierungsteile (mit einer Dicke von 0,6 mm) mit den folgenden Zusammensetzungen hergestellt. Als Cu-Teile der jeweiligen Proben wurden Plattenteile (mit einer Dicke von 0,3 mm) aus reinem Kupfer hergestellt.

Al-Legierungsteil der Probe 1-1: Al-Si-Legierung mit 5 Masse-% Si
Al-Legierungsteil der Probe 1-2: Al-Fe-Legierung mit 1 Masse-% Fe
Al-Legierungsteil der Probe 1-3: Al-Mn-Legierung mit 1 Masse-% Mn

[Schweißschritt]
Das Al-Legierungsteil und das Cu-Teil wurden angeordnet, so dass sie einander gegenüber lagen, darauf wurde von der Seite des Al-Legierungsteils ein Laser aufgetragen, wodurch das Al-Legierungsteil und das Cu-Teil miteinander verschweißt wurden. Die Laserauftragebedingung war wie folgt.
[Auftragebedingung]

Ausstoß: 800 W
Abtastrate: 30 mm/s

[Proben 1-101 bis 1-103]
Die Metallteil-Schweißstrukturen der Proben 1-101 bis 1-103 wurden auf gleiche Weise wie die Proben 1-1 bis 1-3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Proben 1-1 bis 1-3 durch Wiederstandsschweißen geschweißt wurden.
[Probe 1-104]
Die Metallteil-Schweißstruktur von Probe 1-104 wurde auf gleiche Weise wie die Proben 1-1 bis 1-3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein Al-Teil aus reinem Al anstelle des Al-Legierungsteils hergestellt wurde.
[Analyse der Zusammensetzung und Struktur]
Die Zusammensetzung und die Struktur des Schweißbereiches in der Metallteil-Schweißstruktur einer jeden Probe wurden analysiert. Die Ergebnisse der Proben 1-1 bis 1-3 sind in den Diagrammen der 13 bis 15 gezeigt. In diesem Fall wurde eine Linienanalyse für den Bereich bei und um die Grenzfläche mit dem Cu-Teil in dem Schweißbereich einer jeden Probe durch EDX durchgeführt (SEM: S-3400N, hergestellt von Hitachi High-Technologies Corporation). Der Linienanalysebereich ist angezeigt durch Rechteckrahmen und einen Pfeil, der in den Mikrofotos in den 4, 8 und 12 gezeigt ist. In jedem Diagramm der 13 bis 15 zeigt die horizontale Achse den Abstand (µm) von dem linken Ende der Linie (ein Rechteckrahmen und ein Pfeil); die vertikale Achse auf der linken Seite zeigt Atom-(At)-% in den ermittelten Al- und Cu-Elementen; und die vertikale Achse auf der rechten Seite zeigt Atom-(At)-% in den ermittelten Si-, Fe- und Mn-Elementen. Das linke Ende der horizontalen Achse entspricht dem linken Ende der Linienanalyse (Rechteckrahmen und Pfeil), während das rechte Ende der horizontalen Achse dem rechten Ende der Linienanalyse entspricht. In dem Diagramm von 13 zeigt eine dicke durchgezogene Linie Al, eine dicke gestrichelte Linie zeigt Cu und eine dünne gepunktete Linie zeigt Si. Im Diagramm in 14 zeigt eine dicke feste Linie Al, eine dicke gestrichelte Linie zeigt Cu und eine dünne gepunktete Linie zeigt Si und eine dünne gestrichelte Linie zeigt Fe. Im Diagramm von 15 zeigt eine dicke durchgezogene Linie Al, eine dicke gestrichelte Linie zeigt Cu und eine dünne durchgezogene Linie zeigt Mn.
Bezüglich der Metallteil-Schweißstruktur von Probe 1-1 ergibt sich, dass der Schweißbereich 4 eine Stapelstruktur 5a, See-Insel-Struktur 6a und lamellare Struktur 7 wie oben beschrieben unter Bezugnahme auf die Mikrofotos in den 2 bis 5 enthält. Bezüglich der Probe 1-2 zeigt sich, dass der Schweißbereich 4 eine Stapelstruktur 5b, See-Insel-Struktur 6b und lamellare Struktur 7 wie oben beschrieben unter Bezugnahme auf die Mikrofotos in den 6 bis 9 zeigt. Bezüglich der Probe 1-3 ergibt sich, dass der Schweißbereich 4 eine Stapelstruktur 5c, See-Insel-Struktur 6c und lamellare Struktur 7 wie oben unter Bezugnahme auf die Mikrofotos in den 10 bis 12 enthält. Auf der anderen Seite wurde bei den Metallteil-Schweißstrukturen der Proben 1-101 bis 1-104 ein Schweißbereich mit einer Stapelstruktur und dergleichen wie bei den Proben 1-1 bis 1-3 nicht gebildet.
[Auswertung der Verbindungsfestigkeit]
Die Verbindungsfestigkeit einer jeden Probe wurde ausgewertet durch Messen der maximalen Zugkraft (N), erhalten durch Ziehen des Al-Legierungsteils 2 und des Cu-Teils 3 in der Richtung senkrecht zu den Oberflächen des Al-Legierungsteils 2 und Cu-Teils 3, die einander gegenüberliegen, und in der Richtung, in der das Al-Legierungsteil 2 und Cu-Teil 3 voneinander entfernt sind. In diesem Fall wurden beide Teile zum Abziehen des Schweißbereiches in der Laserabtastrichtung gezogen (in der longitudinalen Richtung des Schweißbereiches). Die Rate, bei der der Schweißbereich abgeschält wurde, wurde bei 50 mm/min eingestellt. Das Ergebnis der maximalen Zugkraft einer jeden Probe wurde als geringste Zugkraft unter den maximalen Zugkräften bei der Auswertungszahl n=3 definiert.
Die maximale Zugkraft der Probe 1-1 war 24 N, und die maximale Zugkraft eine jeden Probe 1-2 und 1-3 war 22 N. Auf der anderen Seite war die maximale Zugkraft einer jeden Probe 1-101 bis 1-103 etwa 18 N und die maximale Zugkraft der Probe 1-112 war 12 N.
Dieses Ergebnis zeigte, dass die Verbindungsfestigkeit ausgezeichneter bei der Metallteil-Schweißstruktur, die durch Schweißen durch Anwendung von Laser bei der spezifischen Anwendungsbedingung eines Al-Legierungsteils war, das so hergestellt war, dass ein spezifisches Element enthalten war, als bei der Metallteil-Schweißstruktur war, hergestellt durch Schweißen eines Teils, das reines Al enthält.
«Testbeispiel 2»
Zehn Metallteil-Schweißstrukturen einer jeden Probe 2-1 bis 2-2 und 2-101 bis 2-104, die gleich sind wie die Metallteil-Schweißstrukturen der Proben 1-1 bis 1-3 und 1-101 bis 1-104 wurden auf gleiche Weise wie beim Testbeispiel 1 hergestellt. Dann wurde jede Verbindungsfestigkeit durch das gleiche Auswertungsverfahren wie beim Testbeispiel 1 gemessen.
Alle maximalen Zugkräfte der Metallteil-Schweißstrukturen der Proben 2-1 bis 2-3 zeigten die Ergebnisse, die ähnlich waren wie jene der Proben 1-1 bis 1-3. Ebenso zeigten die maximalen Zugkräfte von einigen (drei) der Metallteil-Schweißstrukturen der Proben 2-101 bis 2-103 die Ergebnisse, die vergleichbar zu jenen der Proben 1-1 bis 1-3 waren, während die maximalen Zugkräfte der meisten (sieben) von diesen die Ergebnisse zeigten, die ähnlich waren zu jenen der Proben 1-101 bis 1-103. Ebenso zeigten alle Metallteil-Schweißstrukturen der Probe 2-104 die Ergebnisse, die ähnlich zu jenen der Probe 1-104 waren.
Die oben beschriebenen Ergebnisse zeigen, dass durch Schweißen durch Auferlegung von Laser mit der spezifischen Auftragebedingung auf ein Al-Legierungsteil, das hergestellt ist, so dass es ein spezifisches Element enthält, eine Metallteil-Schweißstruktur mit ausgezeichneter Bindungsfestigkeit stabil im Vergleich zu dem Fall hergestellt werden kann, bei dem reines Al hergestellt wird.
«Testbeispiel 3»

Bei jeder Probe 1-1 bis 1-3 wurde eine Metallteil-Schweißstruktur bei zwölf Bedingungen hergestellt, wobei Tabelle 1 die Laseranwendungsbedingungen zeigt. Jede Verbindungsfestigkeit wurde durch das gleiche Auswertungsverfahren wie bei Testbeispiel 1 gemessen. Mit anderen Worten wurden die Proben 3-1-1 bis 3-1-12 auf gleiche Weise wie bei der Probe 1-1 mit Ausnahme der Laseranwendungsbedingung hergestellt. Die Proben 3-2-1 bis 3-2-12 wurden auf gleiche Weise wie die Probe 1-2 mit Ausnahme der Laseranwendungsbedingung hergestellt. Die Proben 3-3-1 bis 3-3-12 wurden auf gleiche Weise wie bei der Probe 3-1-3 hergestellt, mit Ausnahme der Laseranwendungsbedingung. [Tabelle 1]

Probennummer.			Ausstoß (W)	Abtastrate (mm/s)
3-1-1	3-2-1	3-3-1	550	15
3-1-2	3-2-2	3-3-2	550	22,5
3-1-3	3-2-3	3-3-3	600	15
3-1-4	3-2-4	3-3-4	600	30
3-1-5	3-2-5	3-3-5	600	60
3-1-6	3-2-6	3-3-6	600	90
3-1-7	3-2-7	3-3-7	700	30
3-1-8	3-2-8	3-3-8	700	60
3-1-9	3-2-9	3-3-9	700	90
3-1-10	3-2-10	3-3-10	800	30
3-1-11	3-2-11	3-3-11	800	60
3-1-12	3-2-12	3-3-12	800	90

Die Verbindungsfestigkeit der Metallteil-Schweißstruktur einer jeden Probe 3-1-1 bis 3-1-12 war vergleichbar zu der von Probe 1-1. Die Verbindungsfestigkeit der Metallteil-Schweißstruktur einer jeden Probe 3-2-1 bis 3-2-12 ist vergleichbar zu der von Probe nur 1-2. Die Verbindungsfestigkeit der Metallteil-Schweißstruktur einer jeden Probe 3-3-1 bis 3-3-12 war vergleichbar zu der von Probe 1-3.
Auf der Basis dieser Ergebnisse wird überlegt, dass die Metallteil-Schweißstruktur einer jeden Probe 3-3-1 bis 3-3-12 einen Schweißbereich 4 enthält, der eine Stapelstruktur 5a, See-Insel-Struktur 6a und lamellare Struktur 7 wie die Probe 1-1 wie oben beschrieben unter Bezugnahme auf die Mikrofotos in den 2 bis 5 aufweist. Es wird ebenfalls überlegt, dass die Metallteil-Schweißstruktur einer jeden Probe 3-3-1 bis 3-3-12 einen Schweißbereich 4 enthält, der eine Stapelstruktur 5b, See-Insel-Struktur 6b und lamellare Struktur 7 enthält, wie die Probe 1-2, wie oben unter Bezugnahme auf die Mikrofotos in den 6 bis 9 beschrieben ist. Es wird ebenfalls überlegt, dass die Metallteil-Schweißstruktur einer jeden Probe 3-3-1 bis 3-3-12 einen Schweißbereich 4 enthält, der die Stapelstruktur 5c, See-Insel-Struktur 6c und lamellare Struktur 7 wie die Probe 1-3 wie oben beschrieben unter Bezugnahme auf die Mikrofotos in den 10 bis 12 enthält.
Diese Erfindung wird durch die Ansprüche definiert, ist nicht auf die obige Beschreibung beschränkt und soll irgendwelche Modifizierungen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs enthalten, die zu den Ausdrücken der Ansprüche äquivalent sind.
Bezugszeichenliste
1 Metallteil-Schweißstruktur, 1A erste Metallteil-Schweißstruktur, 1B zweite Metallteil-Schweißstruktur, 1C dritte Metallteil-Schweißstruktur, 2 Al-Legierungsteil, 3 Cu-Teil, 4 Schweißbereich, 5a, 5b, 5c Stapelstruktur, 51a, 51b, 51c γ₂-Phase, 52a, 52b δ-Phase, 52c β-Phase, 53a, 53c θ-Phase, 531b innere θ-Phase, 532b äußere θ-Phase, 6a, 6b, 6c See-Insel-Struktur, 61a Inselbereich, 61b, 61c grober Inselbereich, 62b, 62c winziger Inselbereich, 63a, 63b, 63c Seebereich, 7 lamellare Struktur.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017144031 [0001]
JP 201497526 [0003]

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur, wobei das Verfahren enthält: einen Herstellschritt zum Herstellen eines Al-Legierungsteils aus einer Al-basierten Legierung und eines Cu-Teils, das Cu als Hauptkomponente und einen Schweißschritt zum Auftragen von Laser von einer Seite des Al-Legierungsteils auf das Al-Legierungsteil und das Cu-Teil, die angeordnet sind, so dass sie einander gegenüber liegen, und Schweißen des Al-Legierungsteils und des Cu-Teils miteinander, worin die Al-basierte Legierung als zusätzliches Element eines von: 1 Masse-% oder mehr und 17 Masse-% oder weniger Si, 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Fe und 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Mn enthält, und wobei eine Laserauftragebedingung erfüllt: einen Ausstoß von 550 W oder mehr und eine Abtastrate von 10 mm/s oder mehr.
Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur gemäß Anspruch 1, worin die Laserauftragebedingung einen Ausstoß von 850 W oder weniger und eine Abtastrate von 90 mm/sec oder weniger erfüllt.
Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Laser ein Faserlaser ist.
Verfahren zur Herstellung einer Metallteil-Schweißstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Laser aufgetragen wird, um eine Penetration durch das Cu-Teil zu ermöglichen.
Metallteil-Schweißstruktur, enthaltend: ein Al-Legierungsteil, enthaltend 1 Masse-% oder mehr und 17 Masse-% oder weniger Si, ein Cu-Teil, das Cu als Hauptkomponente enthält und einen Schweißbereich, gebildet durch Schmelzen und Verfestigen eines jeden der Materialien des Al-Legierungsteils und des Cu-Teils, worin der geschweißte Bereich eine Stapelstruktur enthält, gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase, die Cu₉Al₄ enthält und nicht Si enthält, einer δ-Phase, die Cu₃Al₂ enthält und nicht Si enthält und einer θ-Phase, die Al₂Cu und Si enthält, in einer Richtung weg von einer Grenzfläche mit dem Cu-Teil.
Metallteil-Schweißstruktur, enthaltend: ein Al-Legierungsteil mit 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Fe; ein Cu-Teil, enthaltend Cu als Hauptkomponente und einen geschweißten Bereich, gebildet durch Schmelzen und Verfestigen eines jeden Materials aus dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil, worin der geschweißte Bereich eine Stapelstruktur enthält, gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase, die Cu₉Al₄ und nicht Fe enthält, einer δ-Phase, die Cu₃Al₂ und Fe enthält, einer inneren θ-Phase, die Al₂Cu und Fe enthält und einer äußeren θ-Phase, die Al₂Cu enthält und nicht Fe enthält, in einer Richtung weg von einer Grenzfläche mit dem Cu-Teil.
Metallteil-Schweißstruktur, enthaltend: ein Al-Legierungsteil mit 0,05 Masse-% oder mehr und 2,5 Masse-% oder weniger Mn, ein Cu-Teil mit Cu als Hauptkomponente und einen geschweißten Bereich, gebildet durch Schmelzen und Verfestigen eines jeden Materials aus dem Al-Legierungsteil und dem Cu-Teil, worin der geschweißte Bereich eine Stapelstruktur enthält, gebildet durch aufeinanderfolgendes Stapeln einer γ₂-Phase, die Cu₉Al₄ und nicht Mn enthält, einer β-Phase, die Cu₃Al und Mn enthält und einer θ-Phase, die Al₂Cu und nicht Mn enthält, in einer Richtung weg von einer Grenzfläche mit dem Cu-Teil.
Metallteil-Schweißstruktur gemäß Anspruch 5, worin der geschweißte Bereich eine See-Insel-Struktur enthält, die enthält: eine Vielzahl von Inselbereichen, die Al₂Cu und Si und enthalten und auf einer Seite entgegengesetzt zu der Grenzfläche in Bezug auf die Stapelstruktur verteilt sind, und einen Seebereich mit reinem Al und Si, der unter der Vielzahl von Inselbereichen angeordnet ist.
Metallteil-Schweißstruktur gemäß Anspruch 8, worin ein Abstand zwischen den Inselbereichen 10 µm oder weniger ist.
Metallteil-Schweißstruktur gemäß Anspruch 6, worin der geschweißte Bereich eine See-Insel-Struktur enthält, die enthält: eine Vielzahl von groben Inselbereichen mit Al₂Cu und Fe und die auf einer Seite entgegengesetzt zu der Grenzfläche in Bezug auf die Stapelstruktur angeordnet sind, eine Vielzahl von winzigen Inselbereichen, die reines Al enthalten und unter der Vielzahl von groben Inselbereichen verteilt sind, und einen dreidimensionalen netzartigen Seebereich, der Al₂Cu und Fe enthält und zwischen dem groben Inselbereich und dem winzigen Inselbereich angeordnet ist.
Metallteil-Schweißstruktur gemäß Anspruch 7, worin der geschweißte Bereich eine See-Insel-Struktur enthält, die enthält: eine Vielzahl von groben Inselbereichen mit Al₂Cu und Mn und die auf einer Seite entgegengesetzt zu der Grenzfläche in Bezug auf die Stapelstruktur verteilt sind, eine Vielzahl von winzigen Inselbereichen, die reines Al enthalten und unter der Vielzahl von groben Inselbereichen verteilt sind, und einen dreidimensionalen netzartigen Seebereich, der Al₂Cu und Mn enthält und zwischen dem groben Inselbereich und dem winzigen Inselbereich angeordnet ist.
Metallteil-Schweißstruktur gemäß Anspruch 10 oder 11, worin ein Abstand zwischen den groben Inselbereichen 10 µm oder weniger.
Metallteil-Schweißstruktur gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, worin der geschweißte Bereich eine lamellare Struktur mit Al₂Cu und reinem Al auf einer Seite entgegengesetzt zu der Stapelstruktur in Bezug auf die See-Insel-Struktur hat.
Metallteil-Schweißstruktur gemäß einem der Ansprüche 5 bis 13, worin der geschweißte Bereich durch das Cu-Teil penetriert.