JP2000312979A - アルミニウム・ステンレス鋼クラッド材およびその製造方法 - Google Patents
アルミニウム・ステンレス鋼クラッド材およびその製造方法Info
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Abstract
行うことなく製造することができ、高硬度のアルミニウ
ム板を備え、しかも良好なプレス成形性を有するアルミ
ニウム・ステンレス鋼クラッド材及びその製造方法を提
供する。 【解決手段】 ステンレス鋼板1の一方の表面にAlを
主成分とするAl基金属からなる硬質アルミニウム板2
を接合したクラッド材である。前記ステンレス鋼板1の
硬度がHv400以下であり、一方前記硬質アルミニウ
ム板2の硬度がHv40以上であり、かつステンレス鋼
板1と硬質アルミニウム板2との接合強度が0.3kgf/
cm以上とされている。接合強度とはクラッド材を構成す
るステンレス鋼板1と硬質アルミニウム板2とを反対方
向に5mm/min で引き剥がす際に要する荷重P(kgf )
を板幅W(cm)で除した値をいう。
Description
シターの負極材等の電子部品材料として利用される、ス
テンレス鋼板に高硬度のアルミニウム板をクラッドした
アルミニウム・ステンレス鋼クラッド材に関する。
を圧接したクラッド材は、各種の電子部品材料として使
用されているが、特に電気二重層キャパシター(二次電
池)の負極材として多用されている。
ッド材は、特開昭63−56372号公報や特公平4−
64796号公報に記載されているように、冷間あるい
は温間にてステンレス鋼板にアルミニウム板を重ね合わ
せて圧接し、接合強度を向上させるとともにアルミニウ
ム板を軟化させるために400℃以上の温度にて加熱保
持する熱処理が施される。かかる熱処理を施すことによ
り、アルミニウム・ステンレス鋼クラッド材は、ケ−ス
等の所定の形状にプレス成形を行うことができるように
なる。なお、従来、前記クラッド材の硬質アルミニウム
板は、主に純Alが使用されている。
パシターの寿命向上に対する研究が進展するにつれて、
充放電特性を改善するには、充放電に伴う負極の反りを
抑制することが有効であり、そのためには負極材を構成
するクラッド材のアルミニウムの硬度が高いことが必要
であることがわかってきた。
ラッド材を構成するアルミニウム板を硬度の高い硬質ア
ルミニウム板で形成すると、圧接後の熱処理によって硬
質アルミニウム板の硬度が低下してしまい、所期の硬度
を確保できないという問題がある。
特開平8−306392号公報に記載されているよう
に、ステンレス鋼板と硬質アルミニウム板との間に軟質
アルミニウム箔を介して10mHg以下の減圧下で同時
圧接する方法が試みられている。
圧接装置が必要であり、またステンレス鋼板と硬質アル
ミニウム板との間に本来不要な軟質アルミニウム箔を装
入して同時圧接を行うなど圧接作業性が悪く、生産性が
低下するとう問題がある。
質アルミニウム箔の同時圧接を行うことなく製造するこ
とができ、高硬度のアルミニウム板を備え、しかも良好
なプレス成形性を有するアルミニウム・ステンレス鋼ク
ラッド材およびその製造方法を提供するものである。
0以上の硬質アルミニウム板とを冷間圧接や温間圧接す
るだけでは、圧接後に400℃以上の高温の軟化熱処理
を施さない限り良好な接合性、プレス成形性が得られな
いが、本発明者は、素材のステンレス鋼板として軟化さ
せたものを用い、圧接後の熱処理として硬質アルミニウ
ム板の硬度を過度に低下させない温度の下で、ステンレ
ス鋼板と硬質アルミニウム板との接合性を向上させる熱
処理条件を鋭意研究した結果、本発明を完成させるに至
ったものである。
レス鋼クラッド材は、ステンレス鋼板の一方の表面にA
lを主成分とするAl基金属からなる硬質アルミニウム
板を接合したクラッド材であって、前記ステンレス鋼板
の硬度がHv400以下であり、一方前記硬質アルミニ
ウム板の硬度がHv40以上であり、かつステンレス鋼
板と硬質アルミニウム板との接合強度が0.3kgf/cm以
上とされたものである。ここに、接合強度とは、図4に
示すように、クラッド材を構成するステンレス鋼板と硬
質アルミニウム板とを反対方向に5mm/min で引き剥が
す際に要する荷重P(kgf )を板幅W(cm)で除した、板幅
1cm当たりの引き剥がし荷重をいう。
すように、クラッド材を構成するステンレス鋼板1と硬
質アルミニウム板2とは0.3kgf/cm以上の良好な接合
強度で接合されており、かかる接合強度とステンレス鋼
板1の硬度がHv400以下であることと相まって、プ
レス成形の際に剥離やずれの生じにくい、良好なプレス
成形性が得られる。また、硬質アルミニウム板2はHv
40以上であるので、ステンレス鋼板1と硬質アルミニ
ウム板2との間に軟質のアルミニウム層を有しないこと
と相まって、電気二重層キャパシターの負極材として優
れた充放電特性、充放電サイクル寿命を備える。なお、
本発明者らの研究により、クラッド材をケース状にプレ
ス成形するには、少なくとも0.3kgf/cmの接合強度が
必要であることが見い出された。
な冷間プレス成形性を得るためには、軟質であるほどよ
く、好ましくはHv350以下、より好ましくはHv3
00以下とするのがよい。一方、前記硬質アルミニウム
板2の硬度は、充放電に伴う負極の反りを防止し、充放
電特性を向上させるとともに充放電サイクルの寿命を伸
ばすには、できるだけ硬度が高いほうがよく、好ましく
はHv60以上、より好ましくはHv70以上、さらに
好ましくはHv80以上にするのがよい。また、接合強
度は、電気二重層キャパシターの負極ケースとしてプレ
ス成形する際に硬質アルミニウム板とステンレス鋼板と
の界面剥離、成形に伴うずれ等を防止するためには、高
いほうがよく、好ましくは0.5kgf/cm以上、より好ま
しくは0.7kgf/cm以上にするのがよい。
鋼板1としては、SUS304等のオーステナイト系ス
テンレス鋼やSUS430等のフェライト系ステンレス
鋼が耐食性、冷間加工性に優れるため好適である。ま
た、硬質アルミニウム板2を形成するAl基金属として
は、導電性、加工性の良好なものであればよく、JIS
A1060,1080等の純Al(合金系統1000
系)のほか、Alを85wt%以上、好ましくは90wt%
以上含有する各種のAl合金を使用することができる。
かかるAl合金としては、例えばJISA3003,3
004等のAl−Mn合金(合金系統3000系)、J
ISA4042等のAl−Si合金(合金系統4000
系)、JISA5005,5052等のAl−Mg合金
(合金系統5000系)をあげることがきる。なお、本
発明のクラッド材を電気二重層キャパシターの負極ケー
スとして用いる場合、ステンレス鋼板1の板厚は30〜
500μm 、硬質アルミニウム板の板厚は50〜600
μm 程度とされる。
ステンレス鋼クラッド材は、請求項1に記載した発明に
おいて、ステンレス鋼板の一方の表面にNiを主成分と
するNi基金属からなるニッケル層を介して硬質アルミ
ニウム板が接合されたものである。
ニッケルとは原子の拡散性が良好であるため、図2に示
すように、ステンレス鋼板1にニッケル層3を介して硬
質アルミニウム板2を接合することで、接合強度を容易
に向上させることができ、プレス成形性がより一層向上
する。
ものであればよく、純Niのほか、好ましくはNiを9
0wt%含有する各種Ni合金を使用することができる。
ニッケル層3の層厚は、好ましくは1μm 以上、より好
ましくは5μm 以上あればよい。なお、ニッケル層3を
ステンレス鋼板1と硬質アルミニウム板2との間に形成
する方法としては、予めニッケル層を形成したステンレ
ス鋼板(素材)に硬質アルミニウム板(素材)を圧接す
ればよい。ステンレス鋼板にニッケル層を形成するに
は、ニッケル箔をクラッドしてもよく、あるいはニッケ
ルめっきを施してもよい。
ステンレス鋼クラッド材は、請求項1または2に記載し
た発明において、ステンレス鋼板の他方の表面にNiを
主成分とするNi基金属からなるニッケル層が積層形成
されたものである。
は図3(B) に示すように、ステンレス鋼板1の他方の表
面にNiを主成分とするNi基金属からなるニッケル層
4が積層形成されているので、この面における耐食性が
優れたものとなり、本発明のクラッド材を電気二重層キ
ャパシターの負極ケース材等としてに用いる場合に、優
れた耐食性が得られ、腐食による導電性の低下を防止す
ることができる。
ものであればよく、請求項2の場合と同様、純Niのほ
か、好ましくはNiを90wt%含有する各種Ni合金を
使用することができる。ニッケル層4の層厚も好ましく
は1μm 以上、より好ましくは5μm以上あればよい。
なお、図3(B) に示すように、ステンレス鋼板1の両面
にニッケル層3、4を形成しておくことで、硬質アルミ
ニウム板2を接合する側のニッケル層3は請求項2に記
載した硬質アルミニウム板の接合促進層として機能させ
ることができる。
レス鋼クラッド材の好適な製造方法が記載されており、
この製造方法は、硬度がHv350以下のステンレス鋼
板の一方の表面にAlを主成分とするAl基金属で形成
され、硬度がHv40以上の硬質アルミニウム板を重ね
合わせ、圧下率2〜50%にて圧接した後、150〜3
00℃で1min 〜48hr保持する接合熱処理を行い、
その後徐冷するものである。
がHv350以下に規制されるのは、軟質のステンレス
鋼板を用いることにより、圧接後に高温焼鈍を行うこと
なく、圧接後のステンレス鋼板の硬度をHv400以下
にして、冷間プレス成形性を確保するためである。圧接
前のステンレス鋼板素材はできるだけ完全に再結晶焼鈍
されたものを用いるのがよく、好ましくはHv300以
下、より好ましくはHv250以下、さらに好ましくは
Hv200以下のものを使用するのがよい。一方、硬質
アルミニウム板は、クラッド材を電気二重層キャパシタ
ーの負極材として用いる場合、硬度が高い方がよく、圧
接前の硬質アルミニウム板素材は硬度がHv40以上、
好ましくはHv70以上、より好ましくはHv90以上
のものを用いるのがよい。なお、ステンレス鋼板、硬質
アルミニウム板の材質は請求項1で説明したものと同様
であり、硬質アルミニウム板を純Alで形成した場合で
も、適宜の加工硬化を付与することで高硬度化すること
ができる。
圧接の際の圧下率は、両板が搬送過程で剥がれない程度
に接合されておればよく、過度の圧下はステンレス鋼板
に過度の加工硬化を生じさせてクラッド材の形状および
冷間プレス成形性を劣化させる。このため、圧下率の下
限を2%、好ましくは5%、より好ましくは10%と
し、その上限を50%、好ましくは40%、より好まし
くは30%とする。
いずれも適用することができる。温間圧接は冷間圧接に
比して、同じ接合強度を得るには圧下率を低くすること
ができる。なお、好ましい温間圧接条件としては、ステ
ンレス鋼板を100〜500℃、硬質アルミニウム板を
150℃以上、再結晶温度未満に加熱すればよい。加熱
時間はライン速度(素材搬送速度)によって決まるが、
通常、10秒を超えることはなく、この程度の加熱時間
では硬質アルミニウム板の硬度はほとんど低下しない。
件であり、硬質アルミニウム板の硬度を可及的に低下さ
せることなく、硬質アルミニウム板をステンレス鋼板に
強固に接合するために必須のものである。後述の実施例
から明らかなとおり、加熱温度が150℃未満では48
hrを超えて保持しても0.3kgf/cm以上の接合強度を
得ることが困難になる。一方、300℃超では、1min
以上の保持によっても硬質アルミニウム板が急速に軟化
するようになり、硬度の維持が困難になる。このため、
接合温度の下限を150℃以上、好ましくは180℃以
上、より好ましくは220℃以上とし、一方その上限を
300℃、好ましくは280℃、より好ましくは260
℃とする。また、保持時間は、0.3kgf/cm以上の接合
強度を確保するには150℃の温度で最低1min は必要
であり、一方48hr超の保持はエネルギー消費が大き
く、また生産性の低下を招来する。このため、保持時間
の下限を1min 、好ましくは10min 、より好ましくは
0.5hrとし、その上限を48hr、好ましくは24
hr、より好ましくは12hrとする。
ルミニウム板との熱膨張率差を配慮して、過度の熱歪を
蓄えないように徐冷する。冷却速度は10℃/hr以下
と遅くてもよいが、生産性を考慮すると、30℃/hr
以下、好ましくは20℃/hr以下とするのがよい。
ンレス鋼クラッド材の製造方法は、請求項4の記載した
製造方法において、硬度がHv350以下で、かつ片面
あるいは両面にNiを主成分とするNi基金属からなる
ニッケル層が積層形成されたステンレス鋼板を用い、こ
のステンレス鋼板の一方のニッケル層の表面に前記硬質
アルミニウム板を重ね合わせて圧接するものである。
原子の拡散が生じやすいニッケル層を介して圧接され、
接合熱処理が施されるので、高い接合強度が容易に得ら
れる。また、ステンレス鋼板の両面にニッケル層を形成
した場合、硬質アルミニウム板を接合していない側の表
面に形成されたニッケル層によって、この面における耐
食性が向上する。
るいは両面にニッケル箔をクラッドすることにより形成
してもよく、またニッケルめっきにより形成してもよ
い。ニッケル層をクラッドする場合、ニッケル箔を圧接
後に接合強度の向上と、軟化のために通常1000℃以
上で焼鈍される。めっきの場合は、軟化焼鈍を施したス
テンレス鋼板を母材として、これにニッケルめっきを施
せばよい。ニッケル層を形成するNi基金属としては、
請求項2と同様、純Niのほか、Ni90wt%以上の各
種Ni合金を使用することができる。ニッケル層の層厚
は、好ましくは1μm 以上、より好ましくは5μm 以上
にすればよい。
板との接合性をさらに向上させるには、ステンレス鋼板
の接合面を圧接前に研磨等により清浄化するのがよい。
また、接合熱処理の際に、表面酸化を防止するには窒素
等の不活性ガス雰囲気下にて加熱保持すればよい。
にて完全に再結晶焼鈍を行ったSUS304製のステン
レス鋼板素材(硬度Hv180、板幅20mm、板厚67
0μm )にAl合金製の硬質アルミニウム板素材(硬度
Hv85、板幅20mm、板厚670μm)を重ね合わ
せ、常温にて一対のロール間に通して圧下率25%で圧
接し、最終板厚1mm(ステンレス鋼板500μm 、硬質
アルミニウム板500μm )の複合材を得た。この複合
材におけるステンレス鋼板の硬度はHv320であり、
一方硬質アルミニウム板の硬度はHv90であった。
50〜320℃、1min 〜48hr保持する接合熱処理
を行い、冷却速度10℃/hr以下で室温まで炉冷し
た。この熱処理によって得られた、図1に示す形態のク
ラッド材を用いて、ステンレス鋼板1と硬質アルミニウ
ム板2との接合強度および硬質アルミニウム板2の硬度
変化を調べた。その結果を図5および図6に示す。前記
接合強度は、図4に示すように、クラッド材を構成する
ステンレス鋼板と硬質アルミニウム板とを引張試験機を
用いて反対方向に5mm/min で引き剥がし、このとき要
した荷重P(kgf)を板幅W(cm)で除した値(幅1cm
当たりの引き剥がし荷重)である。なお、クラッド材の
ステンレス鋼板の硬度も調べたが、前記熱処理の前後で
ほとんど硬度変化は無かった。
ど、接合強度が向上し、少なくとも150℃×1min の
加熱により、0.3kgf/cmの接合強度が得られることが
わかる。一方、図6より、高温で長時間の熱処理を行う
ほど、軟化する傾向が見られるが、320℃では1min
以上の加熱により急激に硬度が低下する。これに対し
て、300℃未満の温度では急激な硬度低下は生じてお
らず、48hrの加熱でもHv70程度の高硬度が維持
されていることがわかる。
ルミニウム・ステンレス鋼複合材を製作した後、窒素ガ
ス雰囲気下で220℃×1min の接合熱処理を施し、室
温まで炉冷した。このようにして製作された図1に示す
形態のクラッド材の接合強度を調べたところ0.5kgf/
cmであった。
ッケル層がクラッドされたステンレス鋼板素材を用い
て、ニッケル層側に硬質アルミニウム板を重ね合わせて
圧下率25%で圧接し、上記と同様、窒素ガス雰囲気下
で220℃×1min の接合熱処理を施した後、室温まで
炉冷して、図2に示すように、ステンレス鋼板1にニッ
ケル層3を介して硬質アルミニウム板2を接合したクラ
ッド材を製作した。使用したステンレス鋼板、硬質アル
ミニウム板の材質は実施例Aと同様である。このクラッ
ド材におけるステンレス鋼板の板厚は450μm 、ニッ
ケル層の厚さは100μm 、硬質アルミニウム板の板厚
は450μm であった。このクラッド材の接合強度を調
べたところ、1.8kgf/cmであり、ニッケル層を介在さ
せることで、接合強度が3倍以上に向上することが確認
された。
ラッド材によれば、Hv400以下の軟質のステンレス
鋼板を備え、しかも接合強度が0.3kgf/cm以上あるの
で、ケース状に冷間プレス成形することができ、冷間加
工性に優れる。しかも軟質アルミニウム層を備えず、硬
質アルミニウム板の硬度がHv40以上であるので、電
気二重層キャパシターの負極材として用いることによっ
て優れた充放電特性が得られ、また充放電サイクルの寿
命を伸ばすことができる。また、本発明の製造方法によ
れば、素材の硬質アルミニウム板の硬度落ちを可及的に
抑制しつつ、プレス成形に必要な接合強度を確保するこ
とができ、前記クラッド材を容易に製造することがで
き、また減圧圧接や軟質アルミニウム層を設ける必要も
なく、生産性にも優れる。
材の要部断面図である。
ンレス鋼板に接合されたアルミニウム・ステンレス鋼ク
ラッド材の要部断面図である。
形成されたアルミニウム・ステンレス鋼クラッド材の要
部断面図である。
である。
理温度と接合強度との関係を示すグラフである。
持時間と硬質アルミニウム板の硬度との関係を示すグラ
フである。
Claims (5)
- 【請求項1】 ステンレス鋼板の一方の表面にAlを主
成分とするAl基金属からなる硬質アルミニウム板を接
合したクラッド材であって、 前記ステンレス鋼板の硬度がHv400以下であり、一
方前記硬質アルミニウム板の硬度がHv40以上であ
り、かつステンレス鋼板と硬質アルミニウム板との接合
強度が0.3kgf/cm以上であるアルミニウム・ステンレ
ス鋼クラッド材。 - 【請求項2】 ステンレス鋼板の一方の表面にNiを主
成分とするNi基金属からなるニッケル層を介して硬質
アルミニウム板が接合された請求項1に記載したアルミ
ニウム・ステンレス鋼クラッド材。 - 【請求項3】 ステンレス鋼板の他方の表面にNiを主
成分とするNi基金属からなるニッケル層が積層形成さ
れた請求項1または2に記載したアルミニウム・ステン
レス鋼クラッド材。 - 【請求項4】 硬度がHv350以下のステンレス鋼板
の一方の表面にAlを主成分とするAl基金属で形成さ
れ、硬度がHv40以上の硬質アルミニウム板を重ね合
わせ、圧下率2〜50%にて圧接した後、150〜30
0℃で1min〜48hr保持する接合熱処理を行い、そ
の後徐冷するアルミニウム・ステンレス鋼クラッド材の
製造方法。 - 【請求項5】 硬度がHv350以下で、かつ片面ある
いは両面にNiを主成分とするNi基金属からなるニッ
ケル層が積層形成されたステンレス鋼板を用い、このス
テンレス鋼板の一方のニッケル層の表面に前記硬質アル
ミニウム板を重ね合わせて圧接する請求項4に記載した
アルミニウム・ステンレス鋼クラッド材の製造方法。
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JP12372699A JP4256018B2 (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | アルミニウム・ステンレス鋼クラッド材およびその製造方法 |
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