JP2007260777A - Different material joint body of steel material and aluminum material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joint body of a steel material and an aluminum material and its spot welding method capable of performing a spot welding high in welding strength. <P>SOLUTION: In the different material joint body 3, a galvanized steel material 1 and an aluminum material 2 of the specific plate thickness are welded by the spot welding. An Al<SB>5</SB>Fe<SB>2</SB>-based compound layer is provided on the steel material side, and an Al<SB>3</SB>Fe-based compound layer is provided on the aluminum material side, on a welding interface of this joint body of different materials. An area S<SB>1</SB>occupying in the surface direction of the specific thickness part of these two layers occupies a portion of ≥50% of a nugget area S. Furthermore, an area S<SB>3</SB>occupying in the cross sectional direction of a Zn-Fe based compound layer contained in each of these two layers is set to be ≤10% of the sum of S2+S3, where S2 is an area occupying in the cross sectional direction of the specific thickness part of these two layers. The high welding strength is thus obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車、鉄道車両などの輸送分野、機械部品、建築構造物等における鉄系材料とアルミニウム系材料との異種金属部材同士の接合体である異材接合体に関するものである。   The present invention relates to a dissimilar material joined body that is a joined body of dissimilar metal members of an iron-based material and an aluminum-based material in the transportation field of automobiles, railway vehicles, and the like, machine parts, and building structures.

スポット溶接は、一般には同種の金属部材同士を接合するが、例えば鉄系材料(以下、単に鋼材と言う)とアルミニウム系材料(純アルミニウムおよびアルミニウム合金を総称したもので、以下、単にアルミニウム材と言う)という異種の金属部材同士の接合体( 異材接合体) に適用することができれば、自動車車体などの軽量化等に著しく寄与することができる。即ち、インナとアウタとのパネル同士が接合された自動車車体などのパネルでは、鋼材同士の接合が主流であり、インナかアウタの、いずれか一方をアルミニウム材化できれば、パネルの軽量化を図ることができる。   In general, spot welding joins metal members of the same type together. For example, an iron-based material (hereinafter simply referred to as a steel material) and an aluminum-based material (generally referred to as pure aluminum and an aluminum alloy). If it can be applied to a joined body of different kinds of metal members (dissimilar material joined body), it can significantly contribute to weight reduction of an automobile body or the like. In other words, for automobile bodies and other panels where the inner and outer panels are joined together, the joining of steel materials is the mainstream, and if either the inner or the outer can be made of aluminum, the weight of the panel can be reduced. Can do.

しかし、鋼材とアルミニウム材とを接合する場合、接合部に脆い金属間化合物が生成しやすいために信頼性のある高強度を有する接合部( 接合強度) を得ることは非常に困難であった。したがって、従来では、これら異材接合体(異種金属部材接合体)の接合にはボルトやリベット等による接合がなされているが、接合継手の信頼性、気密性、コスト等の問題がある。   However, when a steel material and an aluminum material are joined, it is very difficult to obtain a reliable joint having high strength (joint strength) because a brittle intermetallic compound is easily generated in the joint. Therefore, conventionally, these dissimilar material joined bodies (dissimilar metal member joined bodies) are joined by bolts, rivets or the like, but there are problems such as reliability, air tightness, and cost of the joint joint.

そこで、従来より、これら異材接合体のスポット溶接法について多くの検討がなされてきている。例えば、アルミニウム材と鋼材の間に、アルミニウム−鋼クラッド材をインサートする方法が提案されている(特許文献1、2参照)。また、鋼材側に融点の低い金属をめっきしたり、インサートしたりする方法が提案されている(特許文献3、4、5参照)。更に、アルミニウム材と鋼材の間に絶縁体粒子を挟む方法(特許文献6参照)や、部材に予め凹凸を付ける方法(特許文献7参照)なども提案されている。   Therefore, many studies have been made on spot welding methods for these dissimilar material joints. For example, a method of inserting an aluminum-steel clad material between an aluminum material and a steel material has been proposed (see Patent Documents 1 and 2). In addition, methods for plating or inserting a metal having a low melting point on the steel material side have been proposed (see Patent Documents 3, 4, and 5). Furthermore, a method of sandwiching insulator particles between an aluminum material and a steel material (see Patent Document 6), a method of providing unevenness on a member in advance (see Patent Document 7), and the like have been proposed.

特開平6−63763号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-63763 特開平7−178563号公報JP 7-178563 A 特開平4−251676号公報JP-A-4-251676 特開平7−24581号公報JP 7-24581 A 特開平4−143083号公報JP-A-4-143833 特開平5−228643号公報JP-A-5-228643 特開平9−174249号公報JP-A-9-174249

しかしながら、これらいずれの方法も、単なるスポット溶接ではなく、多層でのスポット溶接やめっきや加工など別の工程が必要であり、現状の溶接ラインに新たな設備を組み入れなければならない問題があり、溶接コストも高くなる。また、溶接条件が著しく限定されるなど作業上の問題も多い。   However, both of these methods are not just spot welding, but require separate processes such as spot welding in multiple layers, plating and processing, and there is a problem that new equipment must be incorporated into the current welding line. Costs also increase. There are also many operational problems such as markedly limited welding conditions.

また、より重大な問題は、前記自動車車体パネルなどの鋼材側に汎用されている亜鉛めっき鋼板では、鋼材とアルミニウム材との異材接合体においては、裸の鋼板よりも、スポット溶接性が悪くなる点である。   In addition, a more serious problem is that, in a galvanized steel sheet that is widely used on the steel material side such as the automobile body panel, spot weldability is worse in a dissimilar joint of steel material and aluminum material than in a bare steel plate. Is a point.

これは、異材接合の接合部に生成する、前記脆い金属間化合物の他に、亜鉛めっき鋼板(亜鉛めっき鋼材)とアルミニウム材との異材接合では、亜鉛めっきに由来する、脆いZn-Fe 系化合物層が必然的に生成するようになるからである。このZn-Fe 系化合物層は脆いゆえに、破壊の起点となり接合強度を著しく低下させる。   This is because, in addition to the brittle intermetallic compound produced in the joint of dissimilar materials, in the dissimilar material joining of galvanized steel sheet (galvanized steel material) and aluminum material, brittle Zn-Fe compound derived from galvanization This is because the layer will inevitably generate. Since this Zn-Fe-based compound layer is brittle, it becomes a starting point of fracture and remarkably decreases the bonding strength.

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、亜鉛めっき鋼板(鋼材)であっても、接合強度の高いスポット溶接をなしうる、鋼材とアルミニウム材との接合体を提供するものである。   The present invention has been made to solve such a problem, and provides a joined body of a steel material and an aluminum material that can perform spot welding with a high joint strength even with a galvanized steel sheet (steel material). is there.

上記目的を達成するための、本発明における鋼材とアルミニウム材との異材接合体の要旨は、板厚t1が0.3 〜2.5mm で、亜鉛めっき層の平均厚みが3 〜19μm である亜鉛めっき鋼材と、板厚t2が0.5 〜2.5mm であるアルミニウム材とをスポット溶接にて接合した異材接合体であって、この異材接合体の接合界面において、鋼材側にAl5Fe2系化合物層、アルミニウム材側にAl3Fe 系化合物層を各々有し、これら2 層のナゲット深さ方向の合計の平均厚さが0.5 〜10μm である部分の、アルミニウム材側の接合界面において平面方向に占める合計面積が、ナゲットのアルミニウム材側の接合界面において平面方向に占める面積の50% 以上の割合を占め、かつ、SEM による、前記Al5Fe2系化合物層とAl3Fe 系化合物層のナゲット深さ方向のこれら2 層の合計の平均厚さが0.5 〜10μm である接合界面部分の断面観察において、これら2 層中に各々含まれるZn-Fe 系化合物層の断面方向に占める合計面積が、これら2 層の合計の平均厚さが0.5 〜10μm である部分の断面方向に占める面積の10% 以下の割合であることとする。 In order to achieve the above object, the gist of the dissimilar material joined body of steel material and aluminum material in the present invention is a galvanized steel material having a plate thickness t 1 of 0.3 to 2.5 mm and an average thickness of a galvanized layer of 3 to 19 μm. And a dissimilar material joined body obtained by spot welding an aluminum material having a thickness t 2 of 0.5 to 2.5 mm, and at the joining interface of the dissimilar material joined body, an Al 5 Fe 2 based compound layer on the steel material side, Total of the Al 3 Fe-based compound layers on the aluminum material side, and the total thickness of these two layers in the nugget depth direction that occupies the plane direction at the joining interface on the aluminum material side in the range of 0.5 to 10 μm The area occupies a ratio of 50% or more of the area in the plane direction at the joining interface on the aluminum material side of the nugget, and the nugget depth of the Al 5 Fe 2 compound layer and the Al 3 Fe compound layer by SEM Average thickness of the sum of these two layers in the direction In the cross-sectional observation of the bonding interface portion of 0.5 to 10 μm, the total area in the cross-sectional direction of the Zn-Fe compound layer contained in each of these two layers is 0.5 to 10 μm. It is assumed that the ratio is 10% or less of the area in the cross-sectional direction of a certain part.

ここで、より接合強度を高くするために、上記要旨に加えて、前記ナゲットのアルミニウム材側の接合界面における平均径が7mm 以上であり、このナゲットと接する接合界面におけるZn層の平面方向に占める合計面積が、ナゲットのアルミニウム材側の接合界面において平面方向に占める面積の30% 以下であることが好ましい。   Here, in order to further increase the bonding strength, in addition to the above summary, the average diameter at the bonding interface on the aluminum material side of the nugget is 7 mm or more, and occupies the planar direction of the Zn layer at the bonding interface in contact with the nugget The total area is preferably 30% or less of the area occupied in the plane direction at the joining interface on the aluminum material side of the nugget.

また、同様に、異材接合部における前記アルミニウム材側の最小残存板厚が元のアルミニウム材板厚の50% 以上であることが好ましい。   Similarly, the minimum remaining plate thickness on the aluminum material side in the dissimilar material joint is preferably 50% or more of the original aluminum material plate thickness.

更に、同様に、前記鋼材とアルミニウム材との板厚比t1/t2が1 以上であることが好ましい。 Further, similarly, it is preferable that the plate thickness ratio t 1 / t 2 between the steel material and the aluminum material is 1 or more.

鋼材同士やアルミニウム材同士など、同種の材料同士を、高い接合強度にてスポット溶接するには、一般的に、ナゲットの形成を促進すればよく、ナゲット面積が大きいほど剪断強度および十字引張強度ともに高くなることが知られている。   In order to spot-weld the same kind of materials such as steel materials and aluminum materials with high joint strength, it is generally only necessary to promote the formation of nuggets. The larger the nugget area, the greater the shear strength and the cross tensile strength. It is known to be higher.

また、ナゲット面積はスポット溶接の際の入熱量と関係があり、電流量が高いほど、時間が長いほど大きくなるため、一般には、スポット溶接の際の入熱量にてナゲット径を制御することによって、接合強度の高い接合体を得る。もちろんナゲット面積が大きくなりすぎると、被溶接材料の表面まで溶融が達してチリができるため、適正なナゲット面積を得ることが重要となる。   In addition, the nugget area is related to the heat input amount during spot welding, and the larger the current amount, the larger the time, so in general, by controlling the nugget diameter with the heat input amount during spot welding. A bonded body with high bonding strength is obtained. Of course, if the nugget area becomes too large, melting reaches the surface of the material to be welded and dust is formed, so it is important to obtain an appropriate nugget area.

しかしながら、鋼材とアルミニウム材との異材を接合する場合、鋼材はアルミニウム材と比較して、融点、電気抵抗が高く、熱伝導率が小さいため、鋼側の発熱が大きくなり、まず低融点のアルミニウムが溶融する。次に鋼材の表面が溶融し、結果として、接合界面(溶接界面)にて、Al-Fe 系の脆い金属間化合物層が形成する。   However, when joining different materials of steel and aluminum, the steel has a higher melting point, higher electrical resistance and lower thermal conductivity than the aluminum, so the heat generation on the steel side increases, and the low melting point aluminum first Melts. Next, the surface of the steel material is melted, and as a result, an Al—Fe based brittle intermetallic compound layer is formed at the joining interface (welding interface).

鋼材とアルミニウム材とのスポット接合で形成する金属間化合物は大きく二層に分かれ、鋼材側にAl5Fe2系化合物(後述する表2等で定義する金属間化合物Al5Fe2の意味)、アルミニウム材側にAl3Fe 系化合物(後述する表2等で定義する金属間化合物Al3Fe の意味)が形成することが知られている。それらの金属間化合物は大変脆いため、従来より、高い接合強度は得られないとされている。 The intermetallic compound formed by spot joining of steel and aluminum is roughly divided into two layers, and the Al 5 Fe 2 compound (meaning intermetallic compound Al 5 Fe 2 defined in Table 2 below) on the steel side, It is known that an Al 3 Fe-based compound (meaning intermetallic compound Al 3 Fe defined in Table 2 and the like described later) is formed on the aluminum material side. Since these intermetallic compounds are very brittle, it has been conventionally impossible to obtain high bonding strength.

これに加えて、亜鉛めっき鋼板(亜鉛めっき鋼材)とアルミニウム材とのスポット接合では、前記した通り、亜鉛めっきに由来するZn-Fe 系化合物(後述する表2等で定義する金属間化合物Fe3Zn7の意味)層が生成し、上記化合物層中に必然的に含まれるようになる。このZn-Fe 系化合物層は脆いために、破壊の起点となり接合強度を著しく低下させる。 In addition to this, in the spot joining of a galvanized steel sheet (galvanized steel material) and an aluminum material, as described above, a Zn-Fe compound derived from galvanization (intermetallic compound Fe 3 defined in Table 2 and the like described later). (Meaning Zn 7 ) layer is formed and is inevitably contained in the compound layer. Since this Zn-Fe-based compound layer is brittle, it becomes a starting point of fracture and significantly reduces the bonding strength.

したがって、特に、亜鉛めっき鋼材とアルミニウム材との異材をスポット溶接にて接合する場合、高い接合強度を得るためには、ある程度のナゲット径を形成する高い入熱量を加えることは必要であるが、それにも増して、接合界面(溶接界面)での界面反応層の厚さ・構造を制御することが非常に重要となる。   Therefore, particularly when joining dissimilar materials of galvanized steel and aluminum by spot welding, it is necessary to add a high heat input to form a certain nugget diameter in order to obtain high joint strength, Furthermore, it is very important to control the thickness and structure of the interface reaction layer at the joint interface (welding interface).

特に、亜鉛めっき鋼材とアルミニウム材とのスポット溶接による異材接合強度に及ぼす界面反応層の厚さを詳細に調査した結果、界面反応層の挙動は、従来の薄い程良いとする知見とは、大きく異なることを知見した。即ち、界面反応層を構成する、鋼材側のAl5Fe2系化合物層とアルミニウム材側のAl3Fe 系化合物層との、厚みや面積の関係を最適範囲に制御すれば、例え界面反応層がこれら二層の金属間化合物から構成されていたとしても、接合強度が実用的なレベルまで高まることを知見した。 In particular, as a result of investigating the thickness of the interfacial reaction layer on the dissimilar material joint strength by spot welding between galvanized steel and aluminum, the findings that the thinner the better the interfacial reaction layer behavior is, I found it different. That is, if the relationship between the thickness and area of the Al 5 Fe 2 -based compound layer on the steel material side and the Al 3 Fe -based compound layer on the aluminum material side constituting the interface reaction layer is controlled within the optimum range, for example, the interface reaction layer However, it was found that the bonding strength is increased to a practical level even if it is composed of these two layers of intermetallic compounds.

また、亜鉛めっき鋼材とアルミニウム材とのスポット溶接による異材接合では、一方では、亜鉛めっきに由来して生成する、特有の脆いZn-Fe 系化合物層は、これを抑制し、接合強度を高める。   Moreover, in the dissimilar material joining by spot welding of a galvanized steel material and an aluminum material, on the other hand, the characteristic brittle Zn-Fe-based compound layer generated by galvanizing suppresses this and increases the joining strength.

これらによって、亜鉛めっき鋼板(亜鉛めっき鋼材)であっても、アルミニウム材との異材接合性乃至スポット溶接性が向上する。このため、多数連続打点のスポット溶接の際にも、異材接合体の、十分な継手強度あるいは接合強度が得られる。また、打点毎の電極の鋼材とアルミニウム材との接触状態が安定し、電極寿命が著しく向上し、多数連続打点の効率の良いスポット溶接が保証される。   By these, even if it is a galvanized steel plate (galvanized steel material), the dissimilar-material joining property or spot weldability with an aluminum material improves. For this reason, sufficient joint strength or joint strength of the dissimilar material joined body can be obtained even in spot welding of a large number of continuous spots. In addition, the contact state between the steel material and the aluminum material of the electrode at each spot is stabilized, the electrode life is remarkably improved, and efficient spot welding with a large number of consecutive spots is guaranteed.

また、前記従来技術のような、他の材料を新たに用いることなく、また、新たな工程を必要とすることなく、亜鉛めっき鋼板(亜鉛めっき鋼材)とアルミニウム材との、接合強度の高い、スポット溶接による異材接合をなしうる効果も有する。   Moreover, without using another material newly like the said prior art, and without requiring a new process, the joining strength of a galvanized steel plate (galvanized steel material) and an aluminum material is high, It also has the effect that different materials can be joined by spot welding.

(異材接合体)
図1に本発明で規定する異材接合体 (接合部) を断面図で示す。図1において、3が亜鉛めっき鋼材( 亜鉛めっき鋼板) 1とアルミニウム材( アルミニウム合金板) 2とをスポット溶接にて接合した異材接合体である。4は鋼材1表面の亜鉛めっき皮膜乃至酸化皮膜である。
(Dissimilar material joint)
FIG. 1 is a sectional view of a dissimilar material joined body (joined part) defined by the present invention. In FIG. 1, 3 is a dissimilar material joined body in which a galvanized steel material (galvanized steel plate) 1 and an aluminum material (aluminum alloy plate) 2 are joined by spot welding. Reference numeral 4 denotes a galvanized film or oxide film on the surface of the steel material 1.

接合部中央の5は、スポット溶接における接合界面 (界面反応層) 6を有するナゲットで、図中に水平方向に矢印で示すナゲット径を有する。また、このナゲット5は、S で表されるアルミニウム材側の接合界面において平面方向 (図の左右方向) に占める面積 (以下、単にナゲット面積S と言う) を有する。   5 at the center of the joint is a nugget having a joint interface (interface reaction layer) 6 in spot welding, and has a nugget diameter indicated by an arrow in the horizontal direction in the figure. Further, the nugget 5 has an area (hereinafter simply referred to as a nugget area S) in the plane direction (left-right direction in the drawing) at the joining interface on the aluminum material side represented by S.

t1は亜鉛めっき鋼材の板厚、t2はアルミニウム材2の板厚、Δt はスポット溶接による接合後のアルミニウム材の最小残存板厚を示す。9 はナゲット周囲のコロナボンド部である。 t 1 is the thickness of the galvanized steel material, t 2 is the thickness of the aluminum material 2, and Δt is the minimum remaining thickness of the aluminum material after joining by spot welding. 9 is a corona bond portion around the nugget.

なお、この図1は、ナゲット径を確保しつつ、チリの発生を抑制してアルミニウム材の最小残存板厚を保持し、さらに鋼材の溶融を最小限に抑えた接合状態を示しており、本発明の接合体もこの図のような接合状態となる。   FIG. 1 shows a joining state in which the nugget diameter is secured, the generation of dust is suppressed, the minimum remaining thickness of the aluminum material is maintained, and the melting of the steel material is minimized. The joined body of the invention is also in a joined state as shown in this figure.

以下に、本発明の各要件の限定理由と、その作用について説明する。   Below, the reason for limitation of each requirement of this invention and its effect | action are demonstrated.

(亜鉛めっき鋼材の板厚)
本発明では、接合する亜鉛めっき鋼材の板厚t1は、0.3 〜2.5mm の範囲から、アルミニウム材側の板厚に応じて、比較的厚い板厚を選択することが必要である。単一の鋼材の板厚を厚くするか、あるいは鋼材同士を直接重ね合わるなどして、鋼材1 側の板厚を厚くすることによって、スポット溶接条件における電流値或いは通電時間を増さずとも、鋼材の抵抗発熱による入熱が増大する。更に、ナゲットの半径方向の入熱分布も変わり、これらの複合効果によって、アルミニウム材2 の残存板厚Δt の減少を防ぎながら、ナゲット端部の側の温度増大も起こりやすくなる。このため、ナゲット5 と接する接合界面部 (コロナボンド部)9の、亜鉛めっき由来のZn層10の溶融排出が効果的に行なわれる。この結果、亜鉛めっきに由来して生成する特有の脆いZn-Fe 系化合物層が抑制され、また、残存Zn層10の割合も低下する。このため、鋼材1 とアルミニウム材2 との直接接合領域が増大し、接合強度が高まる。
(Thickness of galvanized steel)
In the present invention, the plate thickness t 1 of the galvanized steel material to be joined needs to be selected from a range of 0.3 to 2.5 mm depending on the plate thickness on the aluminum material side. Without increasing the current value or energizing time in spot welding conditions by increasing the thickness of a single steel material, or by increasing the thickness of the steel material 1 side by overlapping the steel materials directly, etc. Heat input due to resistance heat generation of steel material increases. Further, the heat input distribution in the radial direction of the nugget also changes, and these combined effects tend to cause an increase in temperature on the nugget end side while preventing a decrease in the remaining plate thickness Δt of the aluminum material 2. For this reason, the zinc layer-derived Zn layer 10 is effectively melted and discharged at the bonding interface (corona bond portion) 9 in contact with the nugget 5. As a result, the unique brittle Zn—Fe 2 -based compound layer generated from galvanization is suppressed, and the ratio of the remaining Zn layer 10 is also reduced. For this reason, the direct joining area | region of the steel material 1 and the aluminum material 2 increases, and joining strength increases.

また、鋼材の板厚t1が0.3mm 未満の場合、前記した構造部材や構造材料として必要な強度や剛性を確保できず不適正である。また、それに加えて、スポット溶接による加圧によって、鋼材の変形が大きく、酸化皮膜が容易に破壊されるため、アルミニウムとの反応が促進される。その結果、金属間化合物が形成しやすくなる。一方、2.5mm を越える場合は、前記した構造部材や構造材料としては、他の接合手段が採用されるため、スポット溶接を行って接合する必要性が少ない。このため、鋼材の板厚t1を2.5mm を超えて厚くする必要性はない。 On the other hand, when the thickness t 1 of the steel material is less than 0.3 mm, the strength and rigidity necessary for the structural member and the structural material described above cannot be secured, which is inappropriate. In addition, since the steel material is largely deformed by pressurization by spot welding and the oxide film is easily destroyed, the reaction with aluminum is promoted. As a result, an intermetallic compound is easily formed. On the other hand, when the thickness exceeds 2.5 mm, other joining means are employed as the above-described structural member or structural material, so that there is little need to join by spot welding. For this reason, it is not necessary to increase the thickness t 1 of the steel material beyond 2.5 mm.

(鋼材とアルミニウム材との板厚比)
ここで、より接合強度を高くするために、図1 における、鋼材1 とアルミニウム材2 との板厚比t1/t2が1 以上であることが好ましい。鋼材1 側の板厚を厚くすることによって、スポット溶接条件における入熱量を増さずとも、鋼材の抵抗発熱による入熱が増大する。更に、ナゲットの半径方向の入熱分布も変わり、前記した通り、これらの複合効果によって、鋼材1 とアルミニウム材2 との直接接合領域が増大し、これによって、本発明の好ましい条件である、ナゲット5 と接する接合界面部における、Zn層10の合計面積S4が、ナゲット5 の面積S の30% 以下であることが保証される。この結果、接合強度を高めることができる。
(Steel thickness ratio between steel and aluminum)
Here, in order to further increase the bonding strength, the thickness ratio t 1 / t 2 between the steel material 1 and the aluminum material 2 in FIG. 1 is preferably 1 or more. By increasing the thickness of the steel material 1 side, the heat input due to the resistance heat generation of the steel material increases without increasing the heat input amount under the spot welding conditions. Further, the heat input distribution in the radial direction of the nugget is also changed, and as described above, the direct joint region between the steel material 1 and the aluminum material 2 is increased by the combined effect, and thereby, the nugget which is a preferable condition of the present invention. It is guaranteed that the total area S 4 of the Zn layer 10 at the bonding interface portion in contact with 5 is 30% or less of the area S 2 of the nugget 5. As a result, the bonding strength can be increased.

これに対して、図1 における、鋼材1 とアルミニウム材2 との板厚比t1/t2が1 未満の場合、残存Zn層10の割合を低下させ、鋼材1 とアルミニウム材2 との直接接合領域を増大させるためには、スポット溶接条件における入熱量を増す必要がある。これによって、残存Zn層10の割合を低下させることができても、アルミニウム材残存板厚Δt の減少を防ぐことはできない。この結果、アルミニウム材残存板厚Δt が顕著に減少して、それに伴って、接合強度が低下する。 In contrast, in FIG. 1, when the thickness ratio t 1 / t 2 of the steel product 1 and the aluminum material 2 is less than 1, to reduce the proportion of the residual Zn layer 10, directly between the steel 1 and the aluminum material 2 In order to increase the joining region, it is necessary to increase the amount of heat input under spot welding conditions. As a result, even if the ratio of the remaining Zn layer 10 can be reduced, it is not possible to prevent the decrease in the remaining thickness Δt of the aluminum material. As a result, the remaining aluminum material thickness Δt is significantly reduced, and the bonding strength is lowered accordingly.

この点、異材接合部におけるアルミニウム材側の最小残存板厚Δt が、元のアルミニウム材板厚t2の50% 以上であることが好ましい。 In this respect, the minimum residual sheet thickness Δt of the aluminum material side in the dissimilar joint, it is preferable that the original 50% or more of aluminum material thickness t 2.

(亜鉛めっき鋼材)
本発明では、亜鉛めっき層の平均厚みが3 〜19μm である、両面、あるいは片面の亜鉛めっき鋼材を接合体の対象とする。なお、片面の亜鉛めっき鋼材の場合に、スポット溶接による接合側に亜鉛めっきされていない面が部分的にきてもよい。本発明では、亜鉛めっき層厚みがこれより薄い、あるいは亜鉛めっき層が無い鋼材は対象とはしない。
(Galvanized steel)
In the present invention, a galvanized steel material having a double-sided or single-sided galvanized steel having an average thickness of the galvanized layer of 3 to 19 μm is an object of the joined body. In the case of a single-sided galvanized steel material, a surface that is not galvanized may partially appear on the joining side by spot welding. In the present invention, a steel material having a galvanized layer thickness thinner than this or no galvanized layer is not considered.

(亜鉛めっき層)
鋼材の亜鉛めっき層自体は、溶融めっき、電気めっきを問わず、また、亜鉛めっきでも、鉄との合金めっきでも良い。ただ、亜鉛めっき層の平均厚みは3 〜19μm とする。亜鉛めっき層の平均厚みが3 μm 未満では、亜鉛めっき層自体の防食などの効果が発揮できず、裸の鋼材と大差なくなり、意味が無い。また、亜鉛めっき層の平均厚みが19μm を越えた場合には、亜鉛めっきに由来して生成する脆いZn-Fe 系化合物層やZn層の生成を抑制できず、これら面積を本発明規定範囲内におさえることが難しくなる。この結果、接合強度が弱くなる。
(Zinc plating layer)
The galvanized layer itself of the steel material may be either galvanized or electroplated, or may be galvanized or alloy plated with iron. However, the average thickness of the galvanized layer is 3 to 19 μm. If the average thickness of the galvanized layer is less than 3 μm, the effect of the galvanized layer itself, such as anticorrosion, cannot be exhibited, and there is no significant difference from the bare steel material, which is meaningless. In addition, when the average thickness of the galvanized layer exceeds 19 μm, the formation of brittle Zn-Fe compound layers and Zn layers derived from galvanizing cannot be suppressed, and these areas are within the scope of the present invention. It becomes difficult to hold on. As a result, the bonding strength is weakened.

(鋼材の引張強度)
本発明においては、使用する鋼材の形状や材料を特に限定するものではなく、構造部材に汎用される、あるいは構造部材用途から選択される、鋼板、鋼形材、鋼管などの適宜の形状、材料が使用可能である。ただ、構造部材用に、高強度な鋼材が要求される場合には、鋼材の引張強度が400MPa以上である高張力鋼材を用いることが好ましい。
(Tensile strength of steel)
In the present invention, the shape and material of the steel material to be used are not particularly limited, and an appropriate shape and material, such as a steel plate, a steel shape member, a steel pipe, which are generally used for structural members or selected from structural member applications Can be used. However, when a high-strength steel material is required for the structural member, it is preferable to use a high-strength steel material having a tensile strength of 400 MPa or more.

低強度鋼では一般に低合金鋼が多く、酸化皮膜がほぼ鉄酸化物であるため、FeとAlの拡散が容易となり、脆い金属間化合物が形成しやすい。このためにも引張強度が400MPa以上、望ましくは500MPa以上であることが好ましい。   In general, low-strength steels are often low-alloy steels, and the oxide film is almost iron oxide. Therefore, Fe and Al are easily diffused, and brittle intermetallic compounds are easily formed. For this reason, it is preferable that the tensile strength is 400 MPa or more, desirably 500 MPa or more.

本発明では、鋼材の成分を限定するものではないが、上記鋼材の強度を得るためには高張力鋼(ハイテン)であることが好ましい。また、鋼の成分的には、焼き入れ性を高め、析出硬化させるために、C の他に、Cr、Mo、Nb、V 、Tiなどを選択的に含有する鋼も適用できる。Cr、Mo、Nbは焼き入れ性を高めて強度を向上させ、V、Tiは析出硬化によって強度を向上させる。しかしながら、これら元素の多量の添加は、溶接部周辺の靭性を低下させ、ナゲット割れが生じやすくなる。   In this invention, although the component of steel materials is not limited, in order to acquire the intensity | strength of the said steel materials, it is preferable that it is high-tensile steel (high ten). In addition, in order to improve the hardenability and precipitation hardening in terms of steel components, steels selectively containing Cr, Mo, Nb, V, Ti, etc. in addition to C can also be applied. Cr, Mo, and Nb improve hardenability and improve strength, and V and Ti improve strength by precipitation hardening. However, the addition of a large amount of these elements reduces the toughness around the weld and tends to cause nugget cracks.

このため、鋼の成分として、基本的には、質量% で、C :0.05〜0.5%、Mn:0.1〜2.5%、Si:0.001〜1.5%を含み、更に、Cr:0 〜1%、Mo:0 〜0.4%、Nb:0 〜0.1%、V :0 〜0.1%、Ti:0 〜0.1%の一種または二種以上を、必要により選択的に含有させることが好ましい。そして、これら鋼材の残部組成は、Feおよび不可避的不純物からなることが好ましい。   For this reason, as a component of steel, basically, in mass%, C: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.1 to 2.5%, Si: 0.001 to 1.5%, Cr: 0 to 1%, Mo : 0 to 0.4%, Nb: 0 to 0.1%, V: 0 to 0.1%, Ti: 0 to 0.1%, or preferably one or two or more of them may be selectively contained as necessary. And it is preferable that the remainder composition of these steel materials consists of Fe and an unavoidable impurity.

(アルミニウム材)
本発明で用いるアルミニウム材は、その合金の種類や形状を特に限定するものではなく、各構造用部材としての要求特性に応じて、汎用されている板材、形材、鍛造材、鋳造材などが適宜選択される。ただ、アルミニウム材の強度についても、上記鋼材の場合と同様に、スポット溶接時の加圧による変形を抑えるために高い方が望ましい。この点、アルミニウム合金の中でも強度が高く、この種構造用部材として汎用されている、A5000 系、A6000 系などの使用が最適である。
(Aluminum material)
The aluminum material used in the present invention is not particularly limited in the type and shape of the alloy, and depending on the required characteristics as each structural member, commonly used plate materials, profiles, forging materials, casting materials, etc. It is selected appropriately. However, the strength of the aluminum material is desirably higher in order to suppress deformation due to pressurization during spot welding, as in the case of the steel material. In this respect, the use of A5000 series, A6000 series, etc., which are high in strength among aluminum alloys and are widely used as this kind of structural member, is optimal.

ただ、本発明で使用するこれらアルミニウム材の板厚t2は0.5 〜2.5mm の範囲とする。アルミニウム材の板厚t2が0.5mm 未満の場合、構造材料としての強度が不足して不適切であるのに加え、ナゲット径が得られず、アルミニウム材料表面まで溶融が達しやすくチリができやすいため、高い接合強度が得られない。一方、アルミニウム材の板厚t2が2.5mm を越える場合は、前記した鋼材の板厚の場合と 同様に、構造部材や構造材料としては他の接合手段が採用されるため、スポット溶接を行って接合する必要性が少ない。このため、アルミニウム材の板厚t2を2.5mm を超えて厚くする必要性はない。 However, the thickness t 2 of the aluminum material used in the present invention is in the range of 0.5 2.5 mm. If the thickness t 2 of the aluminum material is less than 0.5 mm, in addition to the strength as a structural material is inappropriate missing, not nugget diameter can be obtained easily can dust easily melting reaches an aluminum material surface Therefore, high bonding strength cannot be obtained. On the other hand, when the thickness t 2 of the aluminum material exceeds 2.5 mm, spot welding is performed because other joining means are adopted as the structural member and structural material, as in the case of the steel thickness described above. Less need to be joined. For this reason, it is not necessary to increase the thickness t 2 of the aluminum material beyond 2.5 mm.

(界面反応層における化合物)
以上の鋼材とアルミニウム材との異材接合体を前提とした上で、本発明では、スポット溶接後の異材接合体における (図1の接合界面6における) 金属間化合物を規定する。
(Compound in the interface reaction layer)
Based on the premise of the above-described dissimilar material joined body of steel and aluminum, the present invention defines an intermetallic compound (at the joining interface 6 in FIG. 1) in the dissimilar material joined body after spot welding.

本発明で規定する金属間化合物を、異材接合体接合部のナゲット中心における接合界面6 の断面を、各々図2 、3 、4 に示す。図2 は、図3 の接合界面6 の5000倍のSEM 写真を模式化した図である。なお、図4 は同じ接合界面6 の5000倍のTEM 写真である。図3 、4 は後述する実施例における表4の発明例8 である。   The cross section of the bonding interface 6 at the center of the nugget of the bonded joint of dissimilar materials is shown in FIGS. 2, 3, and 4 for the intermetallic compound defined in the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a 5000 times SEM photograph of the bonding interface 6 in FIG. FIG. 4 is a 5000 times TEM photograph of the same bonding interface 6. 3 and 4 show Invention Example 8 of Table 4 in Examples described later.

これらの図に各々示すように、接合界面6では、鋼材側に層状のAl5Fe2系化合物層、アルミニウム材側にはくさび状(あるいは棒状または針状)のAl3Fe 系化合物層を各々有する。 As shown in each of these figures, at the joint interface 6, a layered Al 5 Fe 2 compound layer is formed on the steel material side, and a wedge-shaped (or rod-shaped or needle-shaped) Al 3 Fe compound layer is formed on the aluminum material side. Have.

(本発明の化合物層規定)
図1 、2 に基づいて説明すると、本発明における化合物層規定の要旨は、前記した亜鉛めっき層や板厚などの前提条件を有する異材接合体3 の接合界面6 に、先ず、鋼材1 側にAl5Fe2系化合物層、アルミニウム材2 側にAl3Fe 系化合物層を各々有する (生成させる) 。
(Compound layer definition of the present invention)
Referring to FIGS. 1 and 2, the gist of the compound layer definition in the present invention is as follows. First, on the steel material 1 side, the joint interface 6 of the dissimilar material joined body 3 having the preconditions such as the galvanized layer and the plate thickness described above. Each has an Al 5 Fe 2 compound layer and an Al 3 Fe compound layer on the aluminum material 2 side (generated).

(化合物層の厚さ)
図2 において、これら接合界面における2 層の化合物の層のナゲット深さ方向 (接合界面断面方向、図の上下方向) の合計の平均厚さl は、鋼材1 側のAl5Fe2系化合物層の各測定ポイントにおけるナゲット深さ方向の平均厚さl2と、アルミニウム材2 側のAl3Fe 系化合物層の各測定ポイントにおけるナゲット深さ方向の平均厚さl1との合計である。
(Thickness of compound layer)
In FIG. 2, the total average thickness l in the nugget depth direction (bonding interface cross-sectional direction, vertical direction in the figure) of these two compound layers at the bonding interface is the Al 5 Fe 2 compound layer on the steel material 1 side. Is the sum of the average thickness l 2 in the nugget depth direction at each measurement point and the average thickness l 1 in the nugget depth direction at each measurement point of the Al 3 Fe-based compound layer on the aluminum material 2 side.

(化合物層部分の面積規定- 平面方向)
ここで、先ず、図1 を用いて、本発明における平面方向のナゲット面積と、接合界面において一定厚みを有する化合物層部分の面積規定の説明を行なう。図1 に示すように、鋼材1 側のAl5Fe2系化合物層とアルミニウム材2 側のAl3Fe 系化合物層との平均厚さl(l1+l2) が0.5 〜10μm である化合物層部分の、アルミニウム材2 側の接合界面において平面方向に占める合計面積をS1(mm2) と規定する。後述する図6 、7 に示すように、ナゲット5 のアルミニウム2 材側の接合界面において平面方向に占めるナゲット面積をS(mm2)とすると、この一定厚みを有する接合界面化合物層部分の、アルミニウム材2 側の接合界面において平面方向に占める合計面積S1の、ナゲット面積S に対する、面積割合が求められる。本発明では、この合計面積S1が、ナゲット面積S の50% 以上の割合を占めるものと規定する。
(Area regulation of compound layer part-plane direction)
Here, first, the nugget area in the planar direction in the present invention and the area definition of the compound layer portion having a constant thickness at the bonding interface will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, compound layer average of the Al 3 Fe-based compound layer of Al 5 Fe 2 compound layer of the steel material 1 side and the aluminum material 2 side thickness l (l 1 + l 2) is 0.5 10 .mu.m S 1 (mm 2 ) is defined as the total area of the portion in the plane direction at the joining interface on the aluminum material 2 side. As shown in FIGS. 6 and 7, which will be described later, assuming that the nugget area occupied in the plane direction at the bonding interface on the aluminum 2 material side of the nugget 5 is S (mm 2 ), the aluminum of the bonding interface compound layer portion having this constant thickness The area ratio of the total area S 1 in the planar direction at the joining interface on the material 2 side to the nugget area S 1 is obtained. In the present invention, the total area S 1 is defined as occupying a ratio of 50% or more of the nugget area S 2.

(化合物層部分の面積規定- 断面方向)
更に、図2 、4 を用いて、本発明における、特にZn-Fe 系化合物層の断面方向の面積規定の説明を行なう。図2 、4 は、5000倍のSEM による、前記Al5Fe2系化合物層とAl3Fe 系化合物層の合計の平均厚さl が0.5 〜10μm である接合界面部分の断面観察結果を部分的に示している。
(Area regulation of compound layer part-cross-sectional direction)
Further, the area definition in the cross-sectional direction of the Zn—Fe 2 -based compound layer in the present invention will be described with reference to FIGS. Figures 2 and 4 are partial cross-sectional observation results of the joint interface part where the total average thickness l of the Al 5 Fe 2 compound layer and Al 3 Fe compound layer is 0.5 to 10 μm, using a 5000x SEM. It shows.

ここにおいて、これら前記Al5Fe2系化合物層とAl3Fe 系化合物層の2 層中に各々含まれる (生成した) 、Zn-Fe 系化合物層の断面方向( 図の上下方向) に占める合計面積をS3 (μm2) とする。また、これら2 層の合計の平均厚さが0.5 〜10μm である化合物層部分の断面方向に占める面積をS2 (μm2) とする。本発明では、このZn-Fe 系化合物層の合計面積S3の、これら3 層の化合物層の特定厚さ部分の断面方向に占める面積S2+S3の10% 以下の割合であることと規定する。 Here, the total of the Zn—Fe-based compound layers in the cross-sectional direction (vertical direction in the figure) contained (generated) in the two layers of the Al 5 Fe 2 -based compound layer and the Al 3 Fe-based compound layer, respectively. Let the area be S 3 (μm 2 ). Further, the area occupied in the cross-sectional direction of the compound layer portion in which the total average thickness of these two layers is 0.5 to 10 μm is defined as S 2 (μm 2 ). In the present invention, the total area S 3 of the Zn—Fe-based compound layer is defined as a ratio of 10% or less of the area S 2 + S 3 in the cross-sectional direction of the specific thickness portion of the three compound layers. To do.

(Zn 層)
次ぎに、Zn層につき説明すると、Zn層は、鋼材表面における亜鉛めっき層の残存分である。このため、Zn層が残存する場合には、図1 に示すように、ナゲット端部 (周縁部) の接合界面6 に存在する。このZn層はその周縁部に存在する比較的厚い亜鉛めっき層と同等の厚みか、それよりも薄い厚みとなっている。このZn層が接合界面6 に残存すると (残存していると) 、その部分は、鋼材1 とアルミニウム材2 とが直接接合していないことを意味する。このため、本発明では、ナゲットと接する接合界面6 におけるZn層10の平面方向に占める合計面積S4 (mm2)が、前記したナゲットの平面方向に占める面積S(mm2)の30% 以下であることと規定する。このZn層10の平面方向に占める合計面積S4は、後述するナゲット面積S などと同様に、アルミニウム材2 側の接合界面において平面方向に占める面積である。
(Zn layer)
Next, the Zn layer will be described. The Zn layer is the remaining amount of the galvanized layer on the steel material surface. For this reason, when the Zn layer remains, as shown in FIG. 1, it exists at the junction interface 6 at the nugget end portion (peripheral portion). This Zn layer has a thickness equivalent to or thinner than a relatively thick galvanized layer present at the peripheral edge thereof. If this Zn layer remains at the bonding interface 6 (if it remains), that portion means that the steel material 1 and the aluminum material 2 are not directly bonded. Therefore, in the present invention, the total area S 4 (mm 2 ) in the planar direction of the Zn layer 10 in the bonding interface 6 in contact with the nugget is 30% or less of the area S (mm 2 ) in the planar direction of the nugget described above. It is prescribed that it is. The total area S 4 occupied in the planar direction of the Zn layer 10 is an area occupied in the planar direction at the joining interface on the aluminum material 2 side, similarly to the nugget area S described later.

(Al3Fe 系化合物層)
本発明では、接合強度を高めるためには、図2 における、アルミニウム材2 側のAl3Fe 系化合物層のナゲット中心部における、ナゲット深さ方向の平均厚さl1を0.5 〜10μm の範囲とすることが好ましい。
(Al 3 Fe compound layer)
In the present invention, in order to increase the bonding strength, the average thickness l 1 in the nugget depth direction in the nugget center portion of the Al 3 Fe-based compound layer on the aluminum material 2 side in FIG. 2 is set to a range of 0.5 to 10 μm. It is preferable to do.

Al3Fe 系化合物は、アルミニウム材2 側に形成される金属間化合物Al3Fe で、図2 、3 、4 の通り、くさび状の形状に形成される。中央部 (ナゲット中心部) では、個々の化合物粒のサイズ (またはくさび状、針状化合物粒の長さ) が大きく、ナゲットの端部 (図2 、3 、4 の左右方向) に向かうにつれ、徐々に厚み (粒、針のサイズと分布) が減少する。 The Al 3 Fe-based compound is an intermetallic compound Al 3 Fe formed on the aluminum material 2 side, and is formed in a wedge shape as shown in FIGS. In the central part (nugget central part), the size of individual compound grains (or the length of wedge-shaped or acicular compound grains) is large, and as they go toward the end of the nugget (left-right direction in Figs. 2, 3, and 4), Gradually the thickness (grain, needle size and distribution) decreases.

このようなAl3Fe 系化合物は、上記形状による効果も含めて、くさび (アンカー) 効果があり、アルミニウム材2 とAl5Fe2系化合物層との密着性を向上させ、接合強度を高める。この効果は、Al3Fe 系化合物層が薄過ぎては発揮されない。特にl1が0.20μm 未満では、上記くさび効果が不十分で、Al5Fe2系化合物層との密着性が悪く、層間の破断が生じやすいし、平滑な界面で破断する可能性がある。このため、アルミニウム材2 側のAl3Fe 系化合物層のナゲット中心部における、ナゲット深さ方向の平均厚さl1を0.20μm 以上とすることが好ましい。 Such an Al 3 Fe-based compound has a wedge (anchor) effect including the effect of the above-described shape, improves the adhesion between the aluminum material 2 and the Al 5 Fe 2 -based compound layer, and increases the bonding strength. This effect is not exhibited when the Al 3 Fe-based compound layer is too thin. In particular, when l 1 is less than 0.20 μm, the wedge effect is insufficient, the adhesiveness with the Al 5 Fe 2 -based compound layer is poor, the interlaminar fracture tends to occur, and there is a possibility of fracture at a smooth interface. For this reason, it is preferable that the average thickness l 1 in the nugget depth direction at the nugget central portion of the Al 3 Fe-based compound layer on the aluminum material 2 side is 0.20 μm or more.

一方、Al3Fe 系化合物層が成長しすぎて、層を厚く形成し過ぎると、却って、個々の化合物粒が破壊の起点となる。特に、l1が10μm を超えた場合には、この傾向が顕著となる。このため、Al3Fe 系化合物層のナゲット中心部における、ナゲット深さ方向の平均厚さl1の上限は10μm 以下とすることが好ましい。 On the other hand, if the Al 3 Fe-based compound layer grows too much and forms a layer that is too thick, the individual compound grains become the starting point for destruction. This tendency is particularly noticeable when l 1 exceeds 10 μm. For this reason, it is preferable that the upper limit of the average thickness l 1 in the nugget depth direction in the nugget center portion of the Al 3 Fe-based compound layer is 10 μm or less.

(Al5Fe2系化合物層)
本発明では、接合強度を更に高めるために、鋼材1 側の金属間化合物Al5Fe2である、Al5Fe2系化合物層の、ナゲット深さ方向の平均厚さl2も0.20〜5 μm の範囲であることが好ましい。このAl5Fe2系化合物層も、ナゲットの端部 (図2 、3 、4 の左右方向) に向かうにつれ、徐々に厚み (粒、針のサイズと分布) が減少する。このAl5Fe2系化合物層の平均厚さl2が、この範囲より薄過ぎても、また厚過ぎても接合強度を低下させる可能性があり、その理由は、上記したアルミニウム材2 側のAl3Fe 系化合物層の場合と同様である。
(Al 5 Fe 2 compound layer)
In the present invention, in order to further increase the bonding strength, the average thickness l 2 in the nugget depth direction of the Al 5 Fe 2 based compound layer which is the intermetallic compound Al 5 Fe 2 on the steel material 1 side is also 0.20 to 5 μm. It is preferable that it is the range of these. This Al 5 Fe 2 -based compound layer also gradually decreases in thickness (grain size, needle size and distribution) toward the end of the nugget (left and right directions in FIGS. 2, 3, and 4). If the average thickness l 2 of this Al 5 Fe 2 based compound layer is too thin or too thick, the bonding strength may be reduced. The same as in the case of the Al 3 Fe based compound layer.

(両化合物層の面積)
図2 において、以上説明した、Al3Fe 系化合物層のナゲット深さ方向の平均厚さl1と、Al5Fe2系化合物層のナゲット深さ方向の平均厚さl2との合計平均厚さl がナゲット深さ方向のこれら2 層の合計の平均厚さである。
(Area of both compound layers)
2, above described, the average thickness l 1 of the nugget depth direction of the Al 3 Fe-based compound layer, the total average thickness and the average thickness of l 2 of the nugget depth direction of the Al 5 Fe 2 compound layer L is the average thickness of these two layers in the nugget depth direction.

本発明では、接合強度を高めるために、この合計平均厚さl が0.5 〜10μm である部分の前記面積S1(アルミニウム材2 側の接合界面において平面方向に占める面積S1)を、図6 に示す通り、大きくする。即ち、ナゲット面積S(アルミニウム材2 側の接合界面において平面方向に占める面積S 、図1 に記載) の50% 以上であると規定する。 In the present invention, in order to increase the bonding strength, the area S 1 (area S 1 occupying in the plane direction at the bonding interface on the aluminum material 2 side) of the portion where the total average thickness l is 0.5 to 10 μm is shown in FIG. Increase as shown in. That is, it is defined as 50% or more of the nugget area S (area S occupied in the plane direction at the bonding interface on the aluminum material 2 side, as shown in FIG. 1).

即ち、Al3Fe 系化合物層とAl5Fe2系化合物層との特定厚み部分の接合部界面における平面方向の面積S1は、大きい方が接合強度が高くなる。この面積S1が図7 に示す通り小さく、ナゲット面積S の50% 未満では、同一強度である場合、ナゲット面積S が大きいほど、接合部の破断荷重 (接合強度) は低下する可能性が高い。一方、ナゲット面積S が小さい場合には、接合部は同じくより低い荷重にて破断しやすくなる。 That is, the larger the area S 1 in the plane direction at the joint interface of the specific thickness portion between the Al 3 Fe-based compound layer and the Al 5 Fe 2 -based compound layer, the higher the bonding strength. When the area S 1 is small as shown in FIG. 7 and less than 50% of the nugget area S and the same strength, the larger the nugget area S, the more likely the fracture load (joint strength) of the joint will decrease. . On the other hand, when the nugget area S is small, the joint is easily broken at a lower load.

上記Al3Fe 系化合物層とAl5Fe2系化合物層との面積S1が図6 に示す通り大きい場合、接合力の高い接合部 (接合界面) 面積が十分に大きいため、より大きな破断荷重となる。その結果、接合界面がアルミ基材よりも十分に破断荷重が高いため、界面破断せずアルミニウム材側が破断するようになる。 When the area S 1 between the Al 3 Fe-based compound layer and the Al 5 Fe 2- based compound layer is large as shown in Fig. 6, the area of the joint (bonding interface) with high bonding strength is sufficiently large, so a larger breaking load It becomes. As a result, since the joining interface has a sufficiently higher breaking load than the aluminum base material, the aluminum material side breaks without breaking the interface.

上記した最適厚さの界面反応層の面積規定は、接合強度の観点からではあるが、アルミニウム材側の化合物層と鋼材側の化合物層とを最適範囲に制御するものである。このため、本発明が指向する方向としては、薄い程良いという従来の常識とは異なり、むしろ積極的に存在させる方向である。そして、接合強度向上のために、最適厚さ範囲の界面反応層を大面積形成する、言い換えると広範囲に存在させるという技術思想に基づく。   The above-mentioned area regulation of the interface reaction layer having the optimum thickness is intended to control the compound layer on the aluminum material side and the compound layer on the steel material side within the optimum range, from the viewpoint of bonding strength. For this reason, the direction in which the present invention is directed is different from the conventional common sense that the thinner the better, the more actively present it is. In order to improve the bonding strength, the interface reaction layer having the optimum thickness range is formed in a large area, in other words, based on the technical idea of existing in a wide range.

(Zn-Fe系化合物)
また、本発明では、一方で、化合物乃至化合物層としては不純物であり、接合強度を阻害するために、金属間化合物であるZn-Fe 系化合物を規制する。具体的には、これらAl3Fe 系化合物層とAl5Fe2系化合物層との2 層中に各々含まれる (生成する)Zn-Fe系化合物を規制する。
(Zn-Fe compounds)
In the present invention, on the other hand, the compound or compound layer is an impurity, and the Zn—Fe 2 compound, which is an intermetallic compound, is restricted in order to inhibit the bonding strength. Specifically, the Zn—Fe compound contained (generated) in each of the two layers of the Al 3 Fe compound layer and the Al 5 Fe 2 compound layer is regulated.

図2 に示したように、Al5Fe2系化合物層とAl3Fe 系化合物層の2 層中に各々含まれる (生成した) 、Zn-Fe 系化合物層の断面方向( 図の上下方向) に占める合計面積S3とする。また、これら2 層の合計の平均厚さが0.5 〜10μm である化合物層部分の断面方向に占める面積をS2とする。本発明では、このZn-Fe 系化合物層の合計面積S3の、前記2 層の化合物層の特定厚さ部分の断面方向に占める面積S2の10% 以下の割合であることと規定する。 As shown in Fig. 2, the cross-sectional direction of the Zn-Fe compound layer contained in (generated) each of the two layers of Al 5 Fe 2 compound layer and Al 3 Fe compound layer (vertical direction in the figure) Is the total area S 3 . Further, the area occupied in the cross-sectional direction of the compound layer portion in which the total average thickness of these two layers is 0.5 to 10 μm is defined as S 2 . In the present invention, the total area S 3 of the Zn—Fe based compound layer is defined as a ratio of 10% or less of the area S 2 in the cross-sectional direction of the specific thickness portion of the two compound layers.

脆いZn-Fe 系化合物層の合計の面積S3が、前記した面積S2とこのS3との合計、S2+S3の10% を越えた場合には、接合部の接合強度が著しく低下する。なお、Zn-Fe 系化合物はFe-Zn 系化合物とも言う。 The area S 3 of the sum of the brittle Zn-Fe-based compound layer, the sum of S 3 of the above-described area S 2 Toko, when more than 10% of S 2 + S 3 is significantly reduced bonding strength of the joint To do. The Zn-Fe compound is also called an Fe-Zn compound.

(Zn 層の面積)
更に、本発明では、好ましい条件として、前記した通り、ナゲットと接する接合界面6 におけるZn層10の平面方向に占める合計面積S4が、前記したナゲットの平面方向に占める面積S の30% 以下であることと規定する。
(Zn layer area)
Furthermore, in the present invention, as a preferable condition, as described above, the total area S 4 in the planar direction of the Zn layer 10 in the bonding interface 6 in contact with the nugget is 30% or less of the area S 2 in the planar direction of the nugget. It prescribes that it exists.

Zn層は、前記した通り、鋼材表面における亜鉛めっき層の残存分であり、Zn層が図1 に示すように、ナゲット端部 (周縁部) の接合界面6 に残存する場合には、その部分では、鋼材1 とアルミニウム材2 とが直接接合していないことを意味する。この脆いZn層の合計面積S4が、上記観察される平面方向のナゲット面積S の30% を越えた場合には、接合部の接合強度が著しく低下する可能性が高い。 As described above, the Zn layer is the remaining portion of the galvanized layer on the surface of the steel material.If the Zn layer remains at the junction interface 6 at the end of the nugget (periphery) as shown in FIG. In this case, it means that the steel material 1 and the aluminum material 2 are not directly joined. When the total area S 4 of the fragile Zn layer exceeds 30% of the observed nugget area S in the planar direction, there is a high possibility that the bonding strength of the bonded portion is significantly reduced.

ナゲットと接する接合界面6 におけるZn層10の平面方向に占める合計面積S4の測定は、Zn層10の存在する各部位における断面方向の200 倍の光学顕微鏡での観察結果から、図1 と図6 とに示すように、Zn層10が、ナゲットと接する接合界面6 にナゲットの円周方向に対称的に存在すると仮定して測定できる。 Measurement of the total area S 4 in the planar direction of the Zn layer 10 at the bonding interface 6 in contact with the nugget is based on the observation results with an optical microscope 200 times the cross-sectional direction at each site where the Zn layer 10 exists. As shown in FIG. 6, the measurement can be performed on the assumption that the Zn layer 10 exists symmetrically in the circumferential direction of the nugget at the bonding interface 6 in contact with the nugget.

(接合強度と破断形態)
本発明の場合に、接合強度が高い場合、接合界面は破断せず、接合部がプラグ状に破断(Al3Fe 系化合物層が存在する範囲より外側にて、アルミニウム材が内部にて板厚方向に破断)する。言い換えると、このような接合部の破断形態は、本発明の接合強度の高さを表している。
(Joint strength and fracture mode)
In the case of the present invention, when the bonding strength is high, the bonding interface does not break, and the bonded portion breaks into a plug shape (the aluminum material is thicker inside than the range where the Al 3 Fe-based compound layer exists). Break in the direction). In other words, such a fracture form of the joint portion represents the high joint strength of the present invention.

一方、従来のように接合強度が低い場合、接合界面で破断し、Al5Fe2系化合物層とAl3Fe 系化合物層との間あるいはどちらかの化合物層内部にて破断する。言い換えると、このような接合部の破断形態は、接合強度の低さを表している。 On the other hand, when the bonding strength is low as in the prior art, it breaks at the bonding interface and breaks between the Al 5 Fe 2 compound layer and the Al 3 Fe compound layer or inside one of the compound layers. In other words, such a fracture form of the joint portion represents a low joint strength.

(金属間化合物の特定方法)
本発明における、Al3Fe 系化合物層やAl5Fe2系化合物層の特定は、接合部の断面をHAADF-STEM像(5000倍〜1 万倍)にてEDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy)点分析による半定量分析を実施して同定される。言い換えると、以下に説明するHAADF-STEM法を用いて、接合部界面を測定しない限り、本発明で規定する金属間化合物の識別や、金属間化合物層の厚さや面積の正確な測定は難しいとも言える。
(Identification method of intermetallic compounds)
In the present invention, Al 3 Fe-based compound layer and Al 5 Fe 2- based compound layer are identified by using EDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy) with the HAADF-STEM image (5000 times to 10,000 times) of the cross section of the joint. Identified by performing semi-quantitative analysis by point analysis. In other words, unless the joint interface is measured using the HAADF-STEM method described below, it is difficult to identify the intermetallic compound specified in the present invention and to accurately measure the thickness and area of the intermetallic compound layer. I can say that.

これら金属間化合物同士の区別 (識別) は、上記半定量分析において、接合部界面の複数の (できるだけ多くの) 測定点の組成を測定し、Fe、Al、Zn(at% )を百分率とした際の組成により行なう。即ち、表2に示す通り、「Al5Fe2系化合物」の組成は、Fe量が24.0〜29.0at% 、Al量が70.0〜74.0at% の範囲とする。「Al3Fe 系化合物」の組成は、Fe量が18.0〜24.0at% 、Al量が74.5〜81.0at% の範囲とする。更に、Zn-Fe 系化合物の組成は、代表的なFe3Zn7の組成とし、Fe量が31.0〜40.0at% で、Zn量が60.0〜69.0at% の範囲とする。 To distinguish (identify) these intermetallic compounds, the composition of multiple (as many as possible) measurement points at the joint interface was measured in the above semi-quantitative analysis, and Fe, Al, Zn (at%) was used as a percentage. Depending on the particular composition. That is, as shown in Table 2, the composition of the “Al 5 Fe 2 -based compound” is such that the Fe amount ranges from 24.0 to 29.0 at% and the Al amount ranges from 70.0 to 74.0 at%. The composition of the “Al 3 Fe-based compound” is such that the Fe amount is 18.0 to 24.0 at% and the Al amount is 74.5 to 81.0 at%. Further, the composition of the Zn-Fe-based compound is a typical Fe 3 Zn 7 composition, the Fe amount is 31.0 to 40.0 at%, and the Zn amount is 60.0 to 69.0 at%.

ここで、上記各界面反応層の組成の判断(識別)基準は以下の通りである。即ち、「Al5Fe2系化合物」や「Al3Fe 系化合物」は、EDX 点分析によって、FeとAlとがともに10質量% 以上検出される層とした。言い換えると、FeとAlとがともに10質量% 未満である層は、本発明で特定する界面反応層とはしなかった。 Here, criteria for determining (identifying) the composition of each interface reaction layer are as follows. That is, “Al 5 Fe 2 -based compound” and “Al 3 Fe-based compound” are layers in which Fe and Al are both detected by 10 mass% or more by EDX point analysis. In other words, the layer in which both Fe and Al are less than 10% by mass was not an interface reaction layer specified in the present invention.

また、Zn-Fe 系化合物は、同じくEDX 点分析によって、Feが27.7質量% 以上検出され、かつZnが72.3質量% 以下検出される層とした。Znが検出されても、Feが27.7質量% 以上検出されない層は、元々存在するZnめっき層、あるいはZn層10と判別し、界面反応層とはしなかった。   In addition, the Zn-Fe compound was a layer in which Fe was detected by 27.7% by mass or more and Zn was detected by 72.3% by mass or less by EDX point analysis. Even if Zn was detected, the layer in which Fe was not detected in 27.7 mass% or more was distinguished from the originally existing Zn plating layer or Zn layer 10 and was not an interface reaction layer.

Zn-Fe 系化合物の組成は、代表的なFe3Zn7[ Fe27.7〜36.3質量%(Fe31.0〜40.0at% )]のみの組成とし、Znめっき層に含まれる、その他の相とは区別した。その他の相とは、ζ相[FeZn13: Fe5.8〜6.2 質量%(Fe6.7 〜7.2at% )] 、δ1 相[FeZn7: Fe7.3 〜11.3質量%(Fe8.5 〜13.0at% )]、Γ1 相[Fe5Zn21:Fe16.2 〜20.8質量%(Fe18.5〜23.5at% )]、Γ相[Fe3Zn10: Fe21.2〜27.7質量%(Fe24.0〜31.0at% )]である。31.0at%)) である(Zn メッキ層の組成に関する出展:社団法人日本鉄鋼協会編集、第138 、139 回西山記念講座「表面処理技術の進歩と今後の動向」p.15.(平成3 年5 月1 日発行) 参照) 。 The composition of the Zn-Fe compound is a typical composition of Fe 3 Zn 7 [Fe 27.7 to 36.3 mass% (Fe 31.0 to 40.0 at%)], and the other phases contained in the Zn plating layer Distinguished. The other phase, zeta-phase [FeZn 13: Fe5.8~6.2 wt% (Fe6.7 ~7.2at%)], δ1 phase [FeZn 7: Fe7.3 ~11.3 wt% (Fe8.5 ~13.0at %)), Γ1 phase [Fe 5 Zn 21 : Fe 16.2 to 20.8 mass% (Fe 18.5 to 23.5 at%)], Γ phase [Fe 3 Zn 10 : Fe 21.2 to 27.7 mass% (Fe 24.0 to 31.0at%)). 31.0at%)) (Exhibiting composition of Zn plating layer: edited by the Japan Iron and Steel Institute, 138th and 139th Nishiyama Memorial Lecture “Surface Treatment Technology Advances and Future Trends” p.15. (Issued May 1)).

また、界面反応層の相として、Al5Fe2、Al3Fe 、Fe3Zn7が認められているが、組成は必ずしも化学両論組成で構成されておらず、ある程度の組成幅を持っている。それに関しては、TEM による電子線回折による結晶構造から相を同定し、それぞれの相に関してEDX にてFe、Al、Si、Mn、Zn元素の測定を行った。その結果、実際には、Al5Fe2、Al3Fe 相に関しては化学両論組成よりもFeの割合が少ない側、Fe3Zn7相に関しては化学両論組成よりもFeの割合が多い側に相の組成がずれていることが判明した。これらの結果を基に、Fe、Al、Znの割合が表2に示す範囲を満たすものをそれぞれの反応層の相と判定した。 In addition, Al 5 Fe 2 , Al 3 Fe, and Fe 3 Zn 7 are recognized as the phase of the interfacial reaction layer, but the composition is not necessarily composed of stoichiometric composition and has a certain composition width. . In this regard, the phases were identified from the crystal structure obtained by electron diffraction using TEM, and Fe, Al, Si, Mn, and Zn elements were measured by EDX for each phase. As a result, in practice, the Al 5 Fe 2 and Al 3 Fe phases have a lower Fe content than the stoichiometric composition, and the Fe 3 Zn 7 phase has a higher Fe content than the stoichiometric composition. It was found that the composition of was shifted. Based on these results, those in which the ratios of Fe, Al, and Zn satisfy the ranges shown in Table 2 were determined as the phases of the respective reaction layers.

なお、上記HAADF-STEM法(High Angle Annular Dark Field-Scanning Transmission Electron Microscope)は、高角側に散乱された弾性散乱電子を円環状検出器で集めて像信号を得る手法である。HAADF−STEM像は回折コントラストの影響をほとんど受けず、コントラストは原子番号(Z)のほぼ2乗に比例するという特徴があり、得られた像がそのまま組成情報をもつ2次元マップとなる。微量元素も感度良く検出できるため、接合界面の微細構造解析に有効である。   The HAADF-STEM method (High Angle Annular Dark Field-Scanning Transmission Electron Microscope) is a method for obtaining an image signal by collecting elastically scattered electrons scattered on the high angle side with an annular detector. The HAADF-STEM image is hardly affected by the diffraction contrast, and the contrast is characterized by being approximately proportional to the square of the atomic number (Z), and the obtained image becomes a two-dimensional map having the composition information as it is. Since trace elements can be detected with high sensitivity, it is effective for fine structure analysis of the bonding interface.

より具体的には、接合体のナゲット中央部にて切断し、断面が観察できるよう樹脂に埋め込んで鏡面研磨を行ったものを、SEM にて界面反応層の各化合物層の平均厚さを概略測定する。その後、ナゲット中心部及びAl5Fe2系化合物と目される層の存在境界より内側の部分、Al3Fe 系化合物と目される層の存在境界の内外の部分、各化合物と目される層の深さ方向長さが上限を上回ると目される箇所の内外の部分を日立製作所製集束イオンビ−ム加工装置(FB-2000A)を用いてTEM観察可能な厚さまでFIB加工を施すことにより試料を薄くし、観察・分析用試料として供する。 More specifically, the average thickness of each compound layer in the interfacial reaction layer was roughly measured by SEM after cutting at the center of the nugget of the bonded body, embedding in a resin so that the cross section could be observed, and mirror polishing. taking measurement. Then, the nugget center and the portion inside the boundary of the layer that is regarded as the Al 5 Fe 2 compound, the portion inside and outside the boundary of the layer that is regarded as the Al 3 Fe compound, the layer that is regarded as each compound By subjecting the inner and outer parts of the part that is expected to exceed the upper limit in the depth direction to FIB to a thickness that allows TEM observation using a focused ion beam processing device (FB-2000A) manufactured by Hitachi, Ltd. Is used as a sample for observation and analysis.

そして、HAADF 検出器を備えたJEOL製電界放射型透過電子顕微鏡(JEM-2010F )を用い、加速電圧200kV にて、視野100 μm の範囲(5000倍〜 1万倍)で観察し、各粒、異相について全てEDX 点分析を行い、Al3Fe 系化合物層や、Al5Fe2系化合物層の同定を行う。 Then, using a JEOL field emission transmission electron microscope (JEM-2010F) equipped with a HAADF detector and observing at an accelerating voltage of 200 kV and a field of view of 100 μm (5000 times to 10,000 times), EDX point analysis is performed for all the different phases, and the Al 3 Fe compound layer and the Al 5 Fe 2 compound layer are identified.

図2 におけるAl3Fe 系化合物の深さ方向の厚さ(長さ)l1は、得られた視野100μmのHAADF-STEM像より、全てのAl3Fe 系化合物と同定された粒・針の深さ方向の長さを測定し、平均化した。 The thickness (length) l 1 of the Al 3 Fe compound in Fig. 2 is based on the HAADF-STEM image with a field of view of 100 µm, and all the grains and needles identified as Al 3 Fe compounds were identified. The length in the depth direction was measured and averaged.

図2 におけるAl5Fe2系化合物層の深さ方向の厚さ(長さ)l2は、同像より、厚さを5点測定し、平均した。以上の測定を、観察・分析用試料全てについて実施した。 The thickness (length) l 2 in the depth direction of the Al 5 Fe 2 -based compound layer in FIG. 2 was measured and averaged at five points from the same image. The above measurement was performed on all the samples for observation and analysis.

(金属間化合物平面方向面積の測定方法)
これらの測定により、Al3Fe 系化合物層やAl5Fe2系化合物層の2 層のナゲット深さ方向の合計の平均厚さl が0.5 〜10μm である部分の、アルミニウム材側の接合界面において平面方向に占める合計面積S1を求めた。また、アルミニウム材側の接合界面において平面方向に占めるナゲット面積S も同様に求めた。即ち、図6 、7 に示すように、これらの層がナゲット円周方向に対称であると仮定して、断面での半径方向の存在位置から、同心円と仮定して平面方向の面積を計算した。更に、Zn層10の平面方向の合計面積S4も同様な計算方法とした。即ち、前記図1 に示すように、Zn層10が存在する場合には、ナゲットの円周 (周縁) に沿って存在する。このため、Zn層10の存在を確認した場合には、Zn層10がナゲット円周方向に対称であると仮定して、断面での半径方向の存在位置から、同心円と仮定して平面方向の面積を計算した。
(Measurement method of intermetallic compound planar area)
Based on these measurements, at the joint interface on the aluminum material side of the portion where the total average thickness l in the nugget depth direction of the two layers, Al 3 Fe compound layer and Al 5 Fe 2 compound layer, is 0.5 to 10 μm. The total area S 1 occupying in the plane direction was determined. Further, the nugget area S occupying in the plane direction at the joining interface on the aluminum material side was also obtained in the same manner. That is, as shown in FIGS. 6 and 7, assuming that these layers are symmetrical in the circumferential direction of the nugget, the area in the plane direction was calculated from the radial position in the cross section, assuming a concentric circle. . Further, the total area S 4 in the planar direction of the Zn layer 10 was also calculated in the same manner. That is, as shown in FIG. 1, when the Zn layer 10 exists, it exists along the circumference (periphery) of the nugget. For this reason, when the existence of the Zn layer 10 is confirmed, it is assumed that the Zn layer 10 is symmetric in the circumferential direction of the nugget, and from the radial position in the cross section, it is assumed that it is a concentric circle. The area was calculated.

(金属間化合物断面方向面積の測定方法)
このようにしてEDX 点分析で同定、測定された、Al3Fe 系化合物層やAl5Fe2系化合物層の2 層のナゲット深さ方向の合計の平均厚さl が0.5 〜10μm である部分の断面方向の合計面積S2、上記2 層中に各々含まれるZn-Fe 系化合物層の断面方向の合計面積S3、などの測定は、同定された接合界面の部位を前記SEM 観察、2000倍〜10000 倍 (平均厚さl が1 μm 以上の場合は2000倍、平均厚さl が1 μm 未満の場合は2000倍) の倍率でのSEM 観察を行い求めた。具体的には、ナゲット半径中心部より、半径方向に500 μmの各位置において、視野の幅100 μmで各反応層の断面方向の面積を測定し、その計測を反応層が存在する位置までナゲット半径方向に行い、それらを合計して求めた。
(Method for measuring cross-sectional area of intermetallic compound)
The portion where the total thickness l in the nugget depth direction of the two layers of the Al 3 Fe compound layer and the Al 5 Fe 2 compound layer identified and measured by EDX point analysis in this way is 0.5 to 10 μm The total area S 2 in the cross-sectional direction and the total area S 3 in the cross-sectional direction of each of the Zn-Fe-based compound layers contained in the two layers are measured by the SEM observation of the identified bonding interface site, 2000 SEM observation was performed at a magnification of 2 to 10000 times (2000 times when the average thickness l is 1 μm or more, 2000 times when the average thickness 1 is less than 1 μm). Specifically, the area in the cross-sectional direction of each reaction layer is measured with a field width of 100 μm at each radial position of 500 μm from the center of the nugget radius, and the measurement is performed up to the position where the reaction layer exists. The measurement was performed in the radial direction, and the total was obtained.

なお、これらの結果を、同じく、2000倍〜10000 倍の倍率でのTEM 観察を行い検証しても良い。例えば、図3 に示す接合界面の5000倍のSEM 写真、図4 に示す同じ接合界面の5000倍のTEM 写真で、点線で示す部分が接合界面であるが、この接合界面はTEM 写真の方が目視的には判別しやすい。   These results may also be verified by TEM observation at a magnification of 2000 to 10000 times. For example, in the SEM photograph of 5000 times the joint interface shown in Fig. 3 and the 5000 times TEM photograph of the same joint interface shown in Fig. 4, the part indicated by the dotted line is the joint interface. Easy to distinguish visually.

(ナゲットの大きさ)
図1 におけるスポット溶接部のナゲット5 のアルミニウム材側の接合界面における平均径t は、接合強度を確保するために、7mm 以上であることが好ましい。言い換えると、ナゲット5 の平均径が7mm 以上となるようにスポット溶接条件を選定することが好ましい。
(Nugget size)
The average diameter t at the joining interface on the aluminum material side of the nugget 5 of the spot welded portion in FIG. 1 is preferably 7 mm or more in order to ensure the joining strength. In other words, it is preferable to select the spot welding conditions so that the average diameter of the nugget 5 is 7 mm or more.

ナゲット5 の平均径が7mm 未満では、ナゲット面積が小さ過ぎ、接合強度が不十分となる可能性が高い。一方、ナゲット5 の平均径は好ましくは12mm以下とする。ナゲット5 の平均径が12mmを越えると、接合強度を得るのには十分であるが、チリが発生しやすく、アルミニウム材の減肉量が多いため、逆に接合強度が低下する。   If the average diameter of the nugget 5 is less than 7 mm, the nugget area is too small and the bonding strength is likely to be insufficient. On the other hand, the average diameter of the nugget 5 is preferably 12 mm or less. If the average diameter of the nugget 5 exceeds 12 mm, it is sufficient to obtain the joining strength, but dust is easily generated and the amount of thinning of the aluminum material is large, so that the joining strength is reduced.

従来から、同種の金属材料をスポット溶接する際には、金属材料の厚みt に対して、スポット溶接部におけるナゲット5 の面積を20×t0.5mm2 程度とすることが強度的にも作業性からみても、経済性からみても最適であるとされている。 Conventionally, when spot-welding the same kind of metal material, the area of the nugget 5 in the spot-welded part should be approximately 20 x 0.5 mm 2 with respect to the thickness t of the metal material. It is said that it is optimal both from the viewpoint of economy and economy.

しかし、本発明では、異種金属材料同士の接合について、これよりも、上記同種の金属材料よりも大きなナゲット面積とする。スポット溶接部におけるナゲット5 の平均径が7mm 以上となるようにスポット接合することで、十分な接合強度が得られ、さらに作業性、経済性ともに優れる。   However, according to the present invention, the nugget area is larger than that of the same kind of metal material for joining different kinds of metal materials. By performing spot bonding so that the average diameter of the nugget 5 in the spot welded portion is 7 mm or more, sufficient bonding strength is obtained, and further, both workability and economy are excellent.

(ナゲット面積の測定)
本発明におけるナゲット5 のアルミニウム材2 側の接合界面において平面方向に占める面積S や、ナゲット5 の断面方向に占める面積S5、ナゲット平均径 (アルミニウム材2 側の接合界面において平面方向に占める径) の測定は、例えば200 倍の光学顕微鏡での観察により測定可能である。即ち、接合界面にて剥離もしくは切断により分断したアルミニウム材側のナゲットを複数のサンプル画像解析して測定し、その平均を求める。この際、観察面は、ナゲット中心を中心とする断面にて行なう。ナゲット形状が略円形状の場合は、接合部を切断して断面より光学顕微鏡にて観察し、形成しているナゲットのアルミニウム材側接合界面における径を、複数のサンプルにて測定し、その平均を求めても良い。その場合、少なくとも直交した2方向のナゲット径を測定する。
(Measurement of nugget area)
In the present invention, the area S occupying the plane direction in the joining interface of the nugget 5 on the aluminum material 2 side, the area S 5 occupying the cross section direction of the nugget 5 , the nugget average diameter ) Can be measured, for example, by observation with a 200 × optical microscope. That is, the nugget on the aluminum material side divided by peeling or cutting at the bonding interface is measured by analyzing a plurality of sample images, and the average is obtained. At this time, the observation surface is a cross section centered on the nugget center. If the nugget shape is approximately circular, cut the joint and observe with an optical microscope from the cross section, measure the diameter of the nugget formed on the aluminum material side joint interface with multiple samples, and average the You may ask for. In that case, the nugget diameter in at least two orthogonal directions is measured.

(アルミニウム材の減肉量)
接合強度を確保する意味で、スポット溶接による接合後のアルミニウム材の減肉量できるだけ小さくすることが望ましい。この目安として、最小残存板厚Δt が元厚t2の50% 以上であることが望ましい。より望ましくは最小残存板厚Δt が元厚t2の90% 以上であることが良い。このアルミニウム材の最小残存板厚Δt は、接合断面より200 倍の光学顕微鏡にて観察し、板厚減肉長さを測定して、元の板厚との差を取って求めることができる。
(Aluminum material thickness reduction)
In order to ensure the joining strength, it is desirable to make the thickness reduction of the aluminum material after joining by spot welding as small as possible. As a guideline, it is desirable minimum residual thickness Δt is 50% or more of the original thickness t 2. More preferably, it is a good minimum residual thickness Δt is more than 90% of the original thickness t 2. The minimum remaining plate thickness Δt of this aluminum material can be obtained by observing it with an optical microscope 200 times larger than the bonded cross section, measuring the plate thickness reduction length, and taking the difference from the original plate thickness.

(スポット溶接)
図8 に異材接合体を得るためのスポット溶接の一態様を例示する。図8 において、1は鋼板、2はアルミニウム合金板、3は異材接合体、5はナゲット、7と8は電極である。
(Spot welding)
FIG. 8 illustrates an embodiment of spot welding for obtaining a dissimilar material joined body. In FIG. 8, 1 is a steel plate, 2 is an aluminum alloy plate, 3 is a dissimilar material joined body, 5 is a nugget, and 7 and 8 are electrodes.

以下に、本発明異材接合体を得るためのスポット溶接の各条件を説明する。
(加圧力)
スポット溶接時の加圧力については、上記比較的大きなナゲット必要面積と、上記最適界面反応層の必要面積を得るために、また、前記本発明で規定する最適範囲内とするためには、比較的高い加圧力を印加することが必要である。
Below, each condition of the spot welding for obtaining this invention dissimilar material joined body is demonstrated.
(Pressure)
Regarding the applied pressure at the time of spot welding, in order to obtain the relatively large required nugget area and the required area of the optimum interface reaction layer, and to be within the optimum range defined in the present invention, It is necessary to apply a high pressure.

具体的には、接合部全体の板厚t(図1 のt1+t2) との関係で、1 ×t0.5 kN 〜2.5 ×t0.5kNの比較的高い加圧力の範囲から選択する。但し、この比較的高い加圧力の範囲内でも、素材や他の溶接条件によって上記化合物の出来方は異なり、必ず前記本発明で規定する最適範囲内となるは限らない。このため、素材や他の溶接条件に応じて、前記比較的高い加圧力の範囲から、前記本発明で規定する最適範囲内となる最適加圧力を選択することが必要である。 Specifically, it is selected from a relatively high pressure range of 1 × t 0.5 kN to 2.5 × t 0.5 kN in relation to the thickness t (t 1 + t 2 in FIG. 1) of the entire joint. However, even within this relatively high pressure range, the way of producing the compound differs depending on the material and other welding conditions, and it is not always within the optimum range defined in the present invention. For this reason, it is necessary to select an optimum pressure within the optimum range defined in the present invention from the range of the relatively high pressure according to the material and other welding conditions.

一方、上記範囲の比較的大きな加圧力を印加することで、電極チップなどの形状によらず、異種材料間、電極と材料間の電気的接触を安定化し、ナゲット内の溶融金属をナゲット周辺の未溶融部で支え、上記比較的大きなナゲット必要面積と、上記最適界面反応層の必要面積を得ることができる。また、チリの発生を抑制することができる。   On the other hand, by applying a relatively large pressing force in the above range, regardless of the shape of the electrode tip, etc., the electrical contact between different materials and between the electrodes is stabilized, and the molten metal in the nugget is moved around the nugget. It can be supported by the unmelted portion, and the relatively large nugget required area and the required area of the optimum interface reaction layer can be obtained. Moreover, generation | occurrence | production of dust can be suppressed.

加圧力が1 ×t0.5 kN 未満では、加圧力が低過ぎ、このような効果を得られない。特に、R が先端にあるチップでは、接触面積が低下し、ナゲット面積の低下、電流密度の増加(=界面反応層の増大)につながるため、接合強度が低下する。また、Al3Fe 系化合物層の平均厚さl1、Al5Fe2系化合物層の平均厚さl2、そして、これら2 層の合計の平均厚さl などが得られない可能性が高い。 When the applied pressure is less than 1 × t 0.5 kN, the applied pressure is too low to obtain such an effect. In particular, in the tip having R 2 at the tip, the contact area decreases, leading to a decrease in nugget area and an increase in current density (= increase in the interface reaction layer), so that the bonding strength decreases. Also, Al 3 Fe-based compound average thickness of the layer l 1, Al 5 average thickness of Fe 2 compound layer l 2 The likely not be obtained such as the average thickness l of the sum of these two layers .

一方、加圧力を増加するとナゲット面積が小さくなる傾向にあり、加圧力が2.5 ×t0.5kNを超えた場合、所望のナゲット面積を得ようとすると、下記最適電流を超える電流が必要となり、チリの発生や界面反応層の成長をもたらすため、接合強度が低くなる。また、アルミニウム材の変形が大きく、接合跡が大きな凹部となるため、外観上望ましくない。 On the other hand, the nugget area tends to decrease when the applied pressure is increased. When the applied pressure exceeds 2.5 × t 0.5 kN, a current exceeding the following optimum current is required to obtain the desired nugget area. And the growth of the interface reaction layer, the bonding strength is lowered. Moreover, since the deformation of the aluminum material is large and the joint mark becomes a concave portion, it is not desirable in appearance.

(電流)
上記比較的大きなナゲット必要面積と、上記最適界面反応層の必要面積を得るためには、スポット溶接時の電流の制御を行ない、比較的高い電流を短時間流すことが必要である。
(Current)
In order to obtain the relatively large required nugget area and the required area of the optimum interface reaction layer, it is necessary to control the current during spot welding and to allow a relatively high current to flow for a short time.

具体的には、前記接合部の鋼材全体の板厚t1 (図1 のt1、但し2 枚以上鋼材が積層されている場合にはその鋼材全体の板厚) との関係で、12×t1 0.5 〜35×t1 0.5kA の比較的高い電流を、320 ×t1 0.5msec 以下の短時間流すことが必要である。但し、この比較的高い電流や時間の範囲内でも、素材や他の溶接条件によって上記化合物の出来方は異なり、必ず前記本発明で規定する最適範囲内となるは限らない。このため、素材や他の溶接条件に応じて、前記比較的高い電流や時間の範囲から、前記本発明で規定する最適範囲内となる最適電流や時間を選択することが必要である。 Specifically, in relation to the thickness t 1 of the entire steel material of the joint (t 1 in FIG. 1 , but when two or more steel materials are laminated, the thickness of the entire steel material) is 12 × It is necessary to flow a relatively high current of t 1 0.5 to 35 × t 1 0.5 kA for a short time of 320 × t 1 0.5 msec or less. However, even within this relatively high current and time range, the method of producing the above compound differs depending on the material and other welding conditions, and it is not necessarily within the optimum range defined in the present invention. For this reason, it is necessary to select the optimum current and time within the optimum range defined in the present invention from the relatively high current and time ranges according to the material and other welding conditions.

また、このような比較的高い電流を短時間流すことで、異種材料間、電極と材料間の電気的接触を安定化し、ナゲット内の溶融金属をナゲット周辺の未溶融部で支え、上記比較的大きなナゲット必要面積と、上記最適界面反応層の必要面積を得ることができる。また、チリの発生を抑制することができる。   In addition, by flowing such a relatively high current for a short time, the electrical contact between different materials and between the electrode and the material is stabilized, and the molten metal in the nugget is supported by the unmelted portion around the nugget. A large nugget required area and a required area of the optimum interface reaction layer can be obtained. Moreover, generation | occurrence | production of dust can be suppressed.

12×t1 0.5kA 未満、厳しくは15×t1 0.5kA 未満の低電流の場合、ナゲットが形成、成長するのに十分な入熱量が得られない。このため、上記比較的大きなナゲット必要面積と、上記最適界面反応層の必要面積を得ることができない。また、Al3Fe 系化合物とAl19Fe4Si2Mn系化合物との層の平均厚さl1、Al5Fe2系化合物層のナゲット中心±0.1mmの範囲内におけるナゲット深さ方向の平均厚さl2、などが得られない可能性が高い。 In the case of a low current of less than 12 × t 1 0.5 kA, strictly less than 15 × t 1 0.5 kA, a heat input sufficient to form and grow nuggets cannot be obtained. For this reason, the comparatively large nugget required area and the required area of the optimum interface reaction layer cannot be obtained. In addition, the average thickness l 1 of the layer of Al 3 Fe compound and Al 19 Fe 4 Si 2 Mn compound, the average of nugget depth direction within the range of nugget center ± 0.1 mm of Al 5 Fe 2 compound layer There is a high possibility that the thickness l 2 , etc. cannot be obtained.

一方、35×t1 0.5kA を超える高い電流の場合には、余分な設備がかかり、作業・コスト面で不利となる。このため、これらの点からは電流を35×t1 0.5kA 以下とする。したがって、使用電流は12×t1 0.5 〜35×t1 0.5kA 、好ましくは15×t1 0.5 〜35×t1 0.5kA の範囲とする。 On the other hand, in the case of a high current exceeding 35 × t 1 0.5 kA, extra equipment is required, which is disadvantageous in terms of work and cost. Therefore, from these points, the current is 35 × t 1 0.5 kA or less. Therefore, the working current is in the range of 12 × t 1 0.5 to 35 × t 1 0.5 kA, preferably 15 × t 1 0.5 to 35 × t 1 0.5 kA.

(通電時間)
通電時間は、前記鋼材全体の板厚t1との関係で、320 ×t1 0.5msec 以下の比較的短時間とする。通電時間が320 ×t1 0.5msec を超える長時間の場合、ナゲット径は確保できるが、チリの発生や界面反応層の成長をもたらすため、接合強度が低くなる。上記のように、界面反応層を制御するには、通電時間が320 ×t1 0.5msec 以下、好ましくは100 ×t1 0.5msec 〜280 ×t1 0.5msec とする。但し、前記した通り、素材や他の溶接条件に応じて、前記電流との関係で、前記本発明で規定する化合物制御が最適範囲内となる最適時間を選択することが必要である。
(Energization time)
The energization time is a relatively short time of 320 × t 1 0.5 msec or less in relation to the thickness t 1 of the entire steel material. When the energization time is longer than 320 × t 1 0.5 msec, the nugget diameter can be secured, but since the generation of dust and the growth of the interface reaction layer are brought about, the bonding strength is lowered. As described above, in order to control the interface reaction layer, the energization time is 320 × t 1 0.5 msec or less, preferably 100 × t 1 0.5 msec to 280 × t 1 0.5 msec. However, as described above, it is necessary to select an optimum time during which the compound control defined in the present invention is within the optimum range in relation to the current, depending on the material and other welding conditions.

(2段通電)
接合界面の反応層を、本発明で規定する化合物層のようにするためには、通常の1 段の通電では無く、2 段通電あるいは2 段階スポット溶接で行なうことが好ましい。このように、スポット溶接の通電を2 段階とし、特に 2段目の通電値を1 段目の通電値よりも低くすることによって、鋼材表面の亜鉛めっき層を飛ばして (除去して) 、鋼材とアルミニウム材とを直接接合しやすくなる。
(2-stage energization)
In order to make the reaction layer at the bonding interface like the compound layer defined in the present invention, it is preferable to carry out by two-stage energization or two-stage spot welding instead of the usual one-stage energization. In this way, spot welding is performed in two stages, and the galvanized layer on the steel surface is skipped (removed) by making the second stage energization value lower than the first stage energization value. It becomes easy to join the aluminum material directly.

また、本発明化合物層規定の化合物層がより得やすくなる。即ち、異材接合体の接合界面に、鋼材側にAl5Fe2系化合物層、アルミニウム材側にAl3Fe 系化合物層が各々生成しやすい。また、これら2 層の特定厚さ部分の面積S1が、ナゲット面積S の50% 以上となりやすい。更に、これら2 層中に各々含まれるZn-Fe 系化合物層の面積S3が、断面方向の化合物面積S2+S3の10% 以下に抑制されやすい。また、ナゲットと接する接合界面部におけるZn層の合計面積S4も、ナゲット面積の30% 以下に抑制されやすい。 Moreover, it becomes easier to obtain the compound layer defined by the present compound layer. That is, an Al 5 Fe 2 compound layer is easily formed on the steel material side and an Al 3 Fe compound layer is easily formed on the aluminum material side at the bonding interface of the dissimilar material joined body. Further, the area S 1 of the specific thickness portion of these two layers tends to be 50% or more of the nugget area S. Furthermore, the area S 3 of the Zn—Fe 2 -based compound layer contained in each of these two layers is easily suppressed to 10% or less of the compound area S 2 + S 3 in the cross-sectional direction. In addition, the total area S 4 of the Zn layer at the bonding interface in contact with the nugget is also easily suppressed to 30% or less of the nugget area.

スポット溶接の通電を、この2 段階とする場合にも、前記した、2 段目の通電値を1 段目の通電値よりも低くする以外は、1 段目と2 段目とも加圧力は同じとし、かつ加圧力、電流値、合計通電時間は、前記した好ましい範囲内とすることが好ましい。これによって、スポット溶接の効率を阻害しないで異材接合することができる。   Even when spot welding is conducted in two stages, the applied pressure is the same in both the first and second stages, except that the energization value in the second stage is lower than the energization value in the first stage. In addition, it is preferable that the applied pressure, the current value, and the total energization time are within the above-described preferable ranges. Thereby, dissimilar materials can be joined without impairing the efficiency of spot welding.

(電極形状)
スポット溶接の電極チップの形状は、上記ナゲット面積と界面反応層を得られるのであれば、何れの形状でも良いし、鋼材側、アルミニウム材側の電極チップが異なる形状でも異なるサイズでも構わない。但し、鋼材側、アルミニウム材側の両側共に、図2 に示すような、先端がR となった「ドーム型」の電極チップが望ましい。このようなドーム型の場合、電極チップの先端径、先端R は、上記電流密度低下とナゲット面積増加を両立するためには、7mm φ以上で、100mmR以上である必要がある。また、極性についても規定するものではないが、直流スポット溶接を用いる場合は、アルミニウム材側を陽極とし、鋼材側を陰極とする方が望ましい。
(Electrode shape)
The shape of the electrode tip for spot welding may be any shape as long as the nugget area and the interface reaction layer can be obtained, and the electrode tips on the steel material side and the aluminum material side may have different shapes or different sizes. However, it is desirable to use a “dome-shaped” electrode tip with R at the tip as shown in Fig. 2 on both the steel and aluminum sides. In the case of such a dome shape, the tip diameter and tip R 1 of the electrode tip need to be 7 mmφ or more and 100 mmR or more in order to achieve both the above-mentioned current density reduction and nugget area increase. Although the polarity is not specified, when using DC spot welding, it is desirable to use the aluminum material side as an anode and the steel material side as a cathode.

なお、特に先端径が7mm φ以上で、かつ先端R が120mmR以上の電極チップを双方に用いることで、上記電流密度低下とナゲット面積増加を最適に両立させることができる。このチップを用いた場合、前記鋼材板厚t1との関係で、1.5 ×t1 0.5 kN〜2.5 ×t1 0.5 kNの加圧力を印加し、かつ15×t1 0.5 〜35×t1 0.5kA の電流を320 ×t1 0.5msec 以下流すことが好ましい。 In particular, by using both electrode tips having a tip diameter of 7 mmφ or more and a tip R 1 of 120 mmR or more, the current density reduction and the nugget area increase can both be achieved optimally. When using this chip, the in relation to the steel plate thickness t 1, 1.5 × t 1 0.5 kN~2.5 × t 1 0.5 kN pressing force is applied to, and 15 × t 1 0.5 ~35 × t 1 0.5 It is preferable to apply a current of kA of 320 × t 1 0.5 msec or less.

最適接合条件は、以上説明したこれら各条件のバランスにあり、例えばチップ径やチップR、加圧力の増加して、電流密度を低下した場合は、それに伴って電流量を増加して、界面反応層を最適厚さに制御する必要がある。   The optimum joining condition is the balance of each of the above-described conditions. For example, when the chip diameter, the chip R, or the pressurizing force is increased and the current density is decreased, the current amount is increased accordingly, and the interface reaction is increased. It is necessary to control the layer to an optimum thickness.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより、下記実施例によって制限を受けるものではなく、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and the present invention is not limited to the following examples. Of course, it is also possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

異材接合体を表3、5、7に示す各条件にて製作した。これら製作した各接合体につき、各化合物の面積割合を前記した測定方法にて測定し、接合強度、アルミニウム材の減肉量(最小残存板厚)を評価した。これらのまとめとして、表3の条件でのスポット溶接による接合結果を表4に、表5の条件でのスポット溶接による接合結果を表6に、表7の条件でのスポット溶接による接合結果を表8に、各々示す。   The dissimilar material joined body was manufactured under the conditions shown in Tables 3, 5, and 7. About each of these manufactured joined bodies, the area ratio of each compound was measured by the measurement method described above, and the bonding strength and the thickness reduction (minimum remaining plate thickness) of the aluminum material were evaluated. As a summary, Table 4 shows the results of spot welding under the conditions of Table 3, Table 6 shows the results of spot welding under the conditions of Table 5, and Table 7 shows the results of spot welding under the conditions of Table 7. Each of them is shown in FIG.

(鋼材条件)
表1に示す化学成分(質量%)を含有する4 種類の供試鋼を溶製し、0.8 〜1.2mm の板厚となるまで圧延を行い、薄鋼板を得た。この薄鋼板を、連続焼鈍によって500 〜1000℃の焼鈍後、油洗または水洗を行い、その後焼き戻しにより表1に示す4 種類の各強度(MPa) の鋼板を得た。
(Steel conditions)
Four types of test steels containing the chemical components (mass%) shown in Table 1 were melted and rolled to a plate thickness of 0.8 to 1.2 mm to obtain thin steel plates. This thin steel plate was annealed at 500 to 1000 ° C. by continuous annealing, then washed with oil or water, and then tempered to obtain steel plates having four types of strength (MPa) shown in Table 1.

(アルミニウム材条件)
また、アルミニウム材については、全て共通して、板厚1.0mm の市販のA6022 アルミニウム合金板(Al-0.6 質量%-1.0 質量%Si-0.08質量%Mn-0.17質量%Fe)を用いた。
(Aluminum material conditions)
As for the aluminum material, a commercially available A6022 aluminum alloy plate (Al-0.6 mass% -1.0 mass% Si-0.08 mass% Mn-0.17 mass% Fe) having a thickness of 1.0 mm was used in common.

(スポット溶接条件)
これら鋼板 (鋼材) とアルミニウム合金板 (アルミニウム材) とをJIS A 3137記載の十字引張試験片形状に加工した上で、表2に示す条件でスポット溶接を行い、異材接合体を作成した。
(Spot welding conditions)
These steel plates (steel materials) and aluminum alloy plates (aluminum materials) were processed into the shape of a cross tensile test piece described in JIS A 3137 and spot-welded under the conditions shown in Table 2 to prepare a dissimilar material joined body.

スポット溶接には、直流抵抗溶接試験機を用い、予め加圧力、溶接電流、時間など条件と、前記本発明で規定する化合物の平均厚みや面積の制御との相関関係を調査した。その上で、アルミニウム材の板厚t2に合わせて、加圧力、溶接電流、時間を各々設定し、各表で示す条件にて、一点の溶接を行った。 In spot welding, a direct current resistance welding tester was used, and the correlation between conditions such as pressure, welding current, and time and the control of the average thickness and area of the compound defined in the present invention was investigated in advance. On top of that, in accordance with the thickness t 2 of an aluminum material, pressure, welding current, set each time, under the conditions shown in each Table we were welded one point.

加圧力、溶接電流、通電時間は、用いた下記電極チップとの関係で、前記段落0105に記載した各好ましい範囲内で、変化させた。   The applied pressure, welding current, and energization time were changed within the preferable ranges described in paragraph 0105 in relation to the following electrode tips used.

そして、スポット溶接の通電を2 段階とする場合には、2 段目の通電値を1 段目の通電値よりも低くする以外は、1 段目と2 段目とも加圧力は同じとし、かつ加圧力、電流値、合計通電時間は、前記した好ましい範囲内とした。   And, when the energization of spot welding is made in two stages, the applied pressure is the same in both the first and second stages, except that the energization value in the second stage is lower than the energization value in the first stage. The applied pressure, the current value, and the total energization time were within the preferable ranges described above.

電極チップは全てCu-Cr 合金からなる12mmφのドーム型で、電極先端の曲率を150mmRとし、陽極をアルミニウム材、陰極を鋼材とした。   The electrode tip is a 12mmφ dome shape made of Cu-Cr alloy, the electrode tip has a curvature of 150mmR, the anode is made of aluminum, and the cathode is made of steel.

ナゲット径、アルミニウム最小残存板厚、Znめっき層残存割合の測定は、スポット溶接後のサンプルを溶接部の中央にて切断し、樹脂に埋め込み、研磨、化学エッチングを施し、200 倍の光学顕微鏡での観察を行った。   The nugget diameter, minimum aluminum sheet thickness, and Zn plating layer remaining ratio were measured by cutting the spot welded sample at the center of the weld, embedding it in resin, polishing and chemical etching, and using a 200x optical microscope. Was observed.

界面反応層の厚さ測定は、上記と同様の断面サンプルを用いて、前記した測定方法にて各々行った。   The thickness of the interface reaction layer was measured by the measurement method described above using the same cross-sectional sample as described above.

(接合強度の評価)
各接合体の接合強度の評価としては、異材接合体の十字引張試験を実施した。十字引張試験は、A6022 材同士の接合強度=1.0kN を基準にして、接合強度が1.5kN 以上または破断形態がアルミ母材破断であれば◎、接合強度が1.0 〜1.5kN であれば○、接合強度が0.5 〜1.0kN であれば△、接合強度が0.5kN 未満であれば×とした。
(Evaluation of bonding strength)
As evaluation of the joint strength of each joined body, the cross tension test of the dissimilar material joined body was implemented. The cross tension test is based on the joint strength of A6022 materials = 1.0 kN, ◎ if the joint strength is 1.5 kN or more or the fracture mode is aluminum base material fracture, ○ if the joint strength is 1.0 to 1.5 kN, When the bonding strength was 0.5 to 1.0 kN, Δ was marked, and when the bonding strength was less than 0.5 kN, x was marked.

なお、本実施例にて強度の評価に、十字引張試験を用いたのは、この十字引張試験の方が、剪断引張試験よりも、試験条件間での差異が大きかったためである。但し、剪断引張試験も発明例から幾つか選択して行なってみた結果では、この十字引張試験結果と合致しており、十字引張試験にて○、◎の評価を得たものは、いずれも2.5kN 以上の高い剪断強度であった。   The reason why the cross tension test was used for the strength evaluation in this example is that the cross tension test had a greater difference between the test conditions than the shear tension test. However, the results of several shear shear tests selected from the inventive examples are consistent with the results of the cross tension test, and the results of evaluation of ○ and ◎ in the cross tension test are both 2.5. High shear strength of kN or higher.

表4 、6 、8 のスポット溶接による接合結果において、各発明例は、一定厚みを有する接合界面化合物層部分の平面方向に占める合計面積S1のナゲット面積S に対する面積割合が50% 以上である。また、一定厚みを有する接合界面化合物層部分の断面方向に占める面積S2に対する、Zn-Fe 系化合物層と他の2 層の合計面積S2+S3の割合が10% 以下である。更に、好ましい条件として、ナゲットと接する接合界面におけるZn層の平面方向に占める合計面積S4が、ナゲット面積S の30% 以下であり、ナゲット平均径が7.0mm 以上である。 In the results of joining by spot welding in Tables 4, 6, and 8, in each invention example, the area ratio of the total area S 1 in the planar direction of the joining interface compound layer portion having a constant thickness to the nugget area S is 50% or more. . Further, with respect to the area S 2 occupied in the cross direction of the joint interface compound layer portion having a constant thickness, the ratio of the total area S 2 + S 3 of the Zn-Fe-based compound layer and other two layers is 10% or less. Furthermore, as a preferable condition, the total area S 4 in the planar direction of the Zn layer at the bonding interface in contact with the nugget is 30% or less of the nugget area S 1 and the nugget average diameter is 7.0 mm or more.

この結果、各発明例は、表4 、6 、8 に示す通り、異材接合体の高い接合強度が得られている。そして、発明例の中でも、一定厚みを有する接合界面化合物層部分がより多いか、Zn-Fe 系化合物層部分がより少ない例ほど、異材接合体の接合強度が高い。また、好ましい条件である、ナゲット平均径が大きいほど、Zn層の平面方向に占める合計面積S4が少ないほど、異材接合体の接合強度が高い。 As a result, in each of the inventive examples, as shown in Tables 4, 6, and 8, a high joint strength of the dissimilar material joined body was obtained. Among the inventive examples, the bonding strength of the dissimilar material bonded body is higher as the bonding interface compound layer portion having a certain thickness is larger or the Zn-Fe-based compound layer portion is smaller. Also preferred is a condition, as the nugget average diameter is large, the smaller the total area S 4 occupied in the plane direction of the Zn layer, a high bonding strength of the dissimilar materials bonded body.

一方、表4 、6 、8 のスポット溶接による接合結果において、各比較例は、平面方向に占める合計面積S1のナゲット面積S に対する面積割合が50% 未満か、一定厚みを有する接合界面化合物層部分の断面方向に占める面積S2に対する、Zn-Fe 系化合物層と他の2 層の合計面積S2+S3の割合が10% を越えている。即ち、一定厚みを有する接合界面化合物層部分が少な過ぎるか、Zn-Fe 系化合物層部分が多過ぎる。このため、各対応する発明例に比して、異材接合体の接合強度が著しく低い。 On the other hand, in the results of joining by spot welding in Tables 4, 6 and 8, each comparative example is a joining interface compound layer in which the area ratio of the total area S 1 in the planar direction to the nugget area S is less than 50% or has a constant thickness. The ratio of the total area S 2 + S 3 of the Zn—Fe-based compound layer and the other two layers to the area S 2 in the cross-sectional direction of the portion exceeds 10%. That is, there are too few bonding interface compound layer portions having a constant thickness or too many Zn-Fe-based compound layer portions. For this reason, compared with each corresponding invention example, the joining strength of a dissimilar material joined body is remarkably low.

ここで、表4 における発明例8 と比較例7 との接合界面組織の具体的な比較を行う。図3 、4 が発明例8 の接合界面組織であり、図3 は接合界面の5000倍のSEM 写真。図4 は同じ接合界面の5000倍のTEM 写真である。図3 、4 から分かる通り、発明例8 の接合界面組織には、鋼材側にAl5Fe2系化合物層、アルミニウム材側にAl3Fe 系化合物層を各々有していることが分かる。 Here, a specific comparison of the bonding interface structures of Invention Example 8 and Comparative Example 7 in Table 4 is performed. 3 and 4 show the bonding interface structure of Invention Example 8, and FIG. 3 is an SEM photograph of 5000 times the bonding interface. Figure 4 is a 5000 times TEM photograph of the same joint interface. As can be seen from FIGS. 3 and 4, the bonded interface structure of Invention Example 8 has an Al 5 Fe 2 compound layer on the steel material side and an Al 3 Fe compound layer on the aluminum material side.

一方、図9 に、比較例7 の接合界面組織であり、接合界面の5000倍のTEM 写真を示す。図9 から分かる通り、比較例7 の接合界面組織は、アルミニウム材側にAl3Fe 系化合物層を各々有しているものの、鋼材側には、Al5Fe2系化合物層が存在しないことが分かる。 On the other hand, FIG. 9 shows a bonded interface structure of Comparative Example 7, and shows a 5000 times TEM photograph of the bonded interface. As can be seen from FIG. 9, the bonded interface structure of Comparative Example 7 has an Al 3 Fe compound layer on the aluminum material side, but there is no Al 5 Fe 2 compound layer on the steel material side. I understand.

図5 に、これら発明例8 と比較例7 との、Al3Fe 系化合物層とAl5Fe2系化合物層との2 層の合計の平均厚さの、ナゲット中心部からの距離による分布を示す。図5 において、これら2 層の合計の平均厚さl が0.5 〜10μm である部分は二つの点線の範囲内で示される。 5, and Comparative Example 7 to these inventive examples 8, a total average thickness of the two layers of the Al 3 Fe-based compound layer and Al 5 Fe 2 based compound layer, the distribution by distances from nugget center Show. In FIG. 5, the portion where the total average thickness l of these two layers is 0.5 to 10 μm is shown within the range of two dotted lines.

黒三角で示す発明例8 は、平均厚さが厚過ぎるナゲット中心部を除いて、ナゲット中心部からの距離が4000μm の部分まで、その平均厚さl が0.5 〜10μm である部分が延在している。これを、アルミニウム材側の接合界面において平面的に示すと、図6 のようになる。即ち、発明例8 は、ナゲットのアルミニウム材側の接合界面において平面方向に占める面積S に対する面積割合が80% であり、ナゲット中心部とナゲット周縁部だけを除いて、殆どナゲット (面積S)に近似 (重複) している。   In Invention Example 8 indicated by the black triangle, except for the nugget center portion where the average thickness is too thick, the portion where the average thickness l is 0.5 to 10 μm extends to the portion where the distance from the nugget center portion is 4000 μm. ing. This is shown in a plan view at the joining interface on the aluminum material side as shown in FIG. That is, in Invention Example 8, the area ratio to the area S in the plane direction at the joining interface of the nugget on the aluminum material side is 80%, and almost only the nugget (area S) is obtained except for the nugget center and the nugget periphery. Approximate (overlap).

これに対して、発明例8 の下方の黒丸で示す比較例7 は、その平均厚さl が0.5 〜10μm である部分は、ナゲット中心部からの距離が2000μm の部分までである。これを、アルミニウム材側の接合界面において平面的に示すと、図7 のようになる。即ち、比較例7 は、ナゲットのアルミニウム材側の接合界面において平面方向に占める面積S に対する面積割合が36% であり、ナゲット中心部とその周辺部だけがナゲット (面積S)と重複しているのみである。   On the other hand, in Comparative Example 7 indicated by a black circle below Invention Example 8, the portion where the average thickness l is 0.5 to 10 μm is up to the portion where the distance from the center portion of the nugget is 2000 μm. This is shown in a plan view at the joining interface on the aluminum material side as shown in FIG. That is, in Comparative Example 7, the area ratio to the area S in the planar direction at the joining interface on the aluminum material side of the nugget is 36%, and only the nugget central portion and its peripheral portion overlap with the nugget (area S). Only.

したがって、以上の実施例から、異材接合体の高い接合強度を得るための、本発明における接合界面での界面反応層の厚さ、構造規定の臨界的な意義が裏付けられる。   Therefore, the above examples support the critical significance of the thickness and structure of the interface reaction layer at the bonding interface in the present invention in order to obtain a high bonding strength of the dissimilar material bonded body.

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本発明によれば、クラッド材などの他材料を入れることなく、また別工程を入れることなく、更に、鋼材側やアルミニウム材側、あるいはスポット溶接側条件を大きく変えることなく、接合強度の高いスポット溶接をなしうる、鋼材とアルミニウム材との異材接合体を提供できる。このような接合体は、自動車、鉄道車両などの輸送分野、機械部品、建築構造物等における各種構造部材として大変有用に適用できる。したがって、本発明は鋼材とアルミニウムとの異材接合体の用途を大きく拡大するものである。 According to the present invention, a spot having a high bonding strength without any other material such as a clad material, without a separate process, and without significantly changing the conditions on the steel material side, the aluminum material side, or the spot welding side. It is possible to provide a dissimilar joint of steel and aluminum that can be welded. Such a joined body can be very usefully applied as various structural members in transportation fields such as automobiles and railway vehicles, machine parts, building structures, and the like. Therefore, the present invention greatly expands the use of the dissimilar material joined body of steel and aluminum.

本発明異材接合体の接合部界面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the junction part interface of this invention dissimilar material joined body. 本発明異材接合体の接合部界面の断面組織(図3)を拡大模式化した説明図である。It is explanatory drawing which expanded and modeled the cross-sectional structure | tissue (FIG. 3) of the junction part interface of this invention dissimilar material assembly. 本発明異材接合体の接合部界面の断面組織を示す図面代用SEM 写真である。It is a drawing substitute SEM photograph which shows the cross-sectional structure | tissue of the junction part interface of this invention dissimilar material joined body. 本発明異材接合体の接合部界面の断面組織を示す図面代用TEM 写真である。It is a drawing substitute TEM photograph which shows the cross-sectional structure | tissue of the junction part interface of this invention dissimilar material joined body. 本発明異材接合体の接合部界面反応層の厚み分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the thickness distribution of the junction interface reaction layer of this invention dissimilar material joined body. 本発明異材接合体の接合部界面反応層の平面方向の一定厚みの分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows distribution of the fixed thickness of the planar direction of the junction part interface reaction layer of this invention dissimilar material assembly. 比較例異材接合体の接合部界面反応層の平面方向の一定厚みの分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows distribution of the fixed thickness of the planar direction of the junction part interface reaction layer of a comparative example dissimilar material joined body. 異材接合体を得るためのスポット溶接の態様を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the aspect of the spot welding for obtaining a dissimilar-material joined body. 比較例異材接合体の接合部界面の断面組織を示す図面代用TEM 写真である。It is a drawing substitute TEM photograph which shows the cross-sectional structure | tissue of the junction part interface of a comparative example dissimilar material joined body.

符号の説明Explanation of symbols

1:鋼板、2:アルミニウム合金板、3:異材接合体、4:酸化皮膜、
5:ナゲット、6:界面反応層、7、8:電極
1: Steel plate, 2: Aluminum alloy plate, 3: Dissimilar material joined body, 4: Oxide film,
5: Nugget, 6: Interfacial reaction layer, 7, 8: Electrode

Claims (4)

板厚t1が0.3 〜2.5mm で、亜鉛めっき層の平均厚みが3 〜19μm である亜鉛めっき鋼材と、板厚t2が0.5 〜2.5mm であるアルミニウム材とをスポット溶接にて接合した異材接合体であって、この異材接合体の接合界面において、鋼材側にAl5Fe2系化合物層、アルミニウム材側にAl3Fe 系化合物層を各々有し、これら2 層のナゲット深さ方向の合計の平均厚さが0.5 〜10μm である部分の、アルミニウム材側の接合界面において平面方向に占める合計面積が、ナゲットのアルミニウム材側の接合界面において平面方向に占める面積の50% 以上の割合を占め、かつ、SEM による、前記Al5Fe2系化合物層とAl3Fe 系化合物層のナゲット深さ方向のこれら2 層の合計の平均厚さが0.5 〜10μm である接合界面部分の断面観察において、これら2 層中に各々含まれるZn-Fe 系化合物層の断面方向に占める合計面積が、これら2 層の合計の平均厚さが0.5 〜10μm である部分の断面方向に占める面積とZn-Fe 系化合物層の断面方向に占める合計面積との合計の10% 以下の割合であることを特徴とする鋼材とアルミニウム材との異材接合体。 In the plate thickness t 1 is 0.3 2.5 mm, dissimilar conjugated with galvanized steel average thickness of the galvanization layer is 3 ~19μm, plate thickness t 2 is the aluminum material is 0.5 2.5 mm by spot welding A joined body of this dissimilar material joined body having an Al 5 Fe 2 compound layer on the steel material side and an Al 3 Fe compound layer on the aluminum material side, and these two layers in the nugget depth direction The total area occupied in the plane direction at the joint interface on the aluminum material side of the portion having a total average thickness of 0.5 to 10 μm is 50% or more of the area occupied in the plane direction at the joint interface on the aluminum material side of the nugget. In the cross-sectional observation of the joint interface portion where the total average thickness of these two layers in the nugget depth direction of the Al 5 Fe 2 compound layer and the Al 3 Fe compound layer is 0.5 to 10 μm by SEM Zn-Fe compound contained in each of these two layers The total area occupied in the cross-sectional direction of the layer is the sum of the area occupied in the cross-sectional direction of the portion where the total average thickness of these two layers is 0.5 to 10 μm and the total area occupied in the cross-sectional direction of the Zn-Fe compound layer. A dissimilar joint of steel and aluminum, characterized by a ratio of 10% or less. 前記ナゲットのアルミニウム材側の接合界面における平均径が7mm 以上であり、このナゲットと接する接合界面におけるZn層の平面方向に占める合計面積が、ナゲットのアルミニウム材側の接合界面において平面方向に占める面積の30% 以下である請求項1に記載の鋼材とアルミニウム材との異材接合体。   The average diameter at the joining interface on the aluminum material side of the nugget is 7 mm or more, and the total area occupied in the planar direction of the Zn layer at the joining interface in contact with the nugget is the area occupied in the planar direction at the joining interface on the aluminum material side of the nugget The dissimilar material joined body of the steel material and the aluminum material according to claim 1, which is 30% or less. 異材接合部における前記アルミニウム材側の最小残存板厚が元のアルミニウム材板厚の50% 以上である前記請求項1または2に記載の鋼材とアルミニウム材との異材接合体。   3. The dissimilar material joined body of steel material and aluminum material according to claim 1, wherein a minimum remaining plate thickness on the aluminum material side in the dissimilar material joint portion is 50% or more of the original aluminum material plate thickness. 前記鋼材とアルミニウム材との板厚比t1/t2が1 以上である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の鋼材とアルミニウム材との異材接合体。 4. The dissimilar material joined body of steel material and aluminum material according to claim 1, wherein a thickness ratio t 1 / t 2 of the steel material and aluminum material is 1 or more. 5.
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