JP2008212947A - 複合材の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低い加工度で、接合性の良好な複合材を得ることができる複合材の製造方法および製造装置を提供するものである。
【解決手段】本発明に係る複合材の製造方法は、異種金属板１Ａ〜１Ｃの接合面を重ね合わせ、その重ね合わせた異種金属板１Ａ〜１Ｃを冷間圧延接合して複合材１０を製造する方法であり、異種金属板１Ａ〜１Ｃを、酸素濃度を１００ｐｐｍ以下にした不活性ガス２５の雰囲気に通すと共に、その不活性ガス２５の雰囲気で各接合面の活性化処理を行った後、これら異種金属板１Ａ〜１Ｃを重ね合わせると共に冷間圧延接合を行うものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合材の製造方法および製造装置に関するものである。

冷間圧延により、金属材同士をクラッドし、複合材（クラッド材）を製造する方法として、(1)圧延一回当たりに５０％以上の加工度を加える方法、(2)イオンミリング法（特許文献１）、(3)極低圧不活性ガス中クラッド（特許文献２）、(4)真空中クラッド（特許文献３）等が挙げられる。

ここで、(3)の極低圧不活性ガス中クラッドは、１０〜１．０×１０^-2Ｐａの極低圧不活性ガス中で、接合材の接合面をスパッタエッチングすることで、活性化する方法である。また、(4)の真空中クラッドは、真空度１．３３×１０^-4〜１．３３×１０^-1Ｐａ（１×１０^-6〜１０^-3Ｔｏｒｒ）の真空槽内で、イオンエッチング法により活性化処理を行い、接合させる方法である。

特開昭６１−２８６０７８号公報 特開平１−２２４１８４号公報 特許第２５１９５７８号公報

前述した(1)については、ワイヤーブラシを使用した研磨により、接合面の清浄化を実施しても、表面が酸化し易い材料では、研磨直後に再び酸化が起こり、一回当たり６０％程度の高い加工度が必要となり、高い圧延荷重が必要となる。このため、幅の広いクラッド材を製造する場合、高い圧延荷重を有する高価な圧延機が必要となる。また、金属材を大きく変形させることにより、クラッド材の接合界面形状が不均一となるおそれがあり、クラッド後の加工に悪影響を及ぼすおそれがある。

また、(2)についても、圧延に要する圧延率が５０％と高く、(1)と同様の理由で高価な圧延機が必要となる。また、イオンビームガンも高価であるため、装置設備として非常に高価なものとなる。さらに、イオンビーム径が最大でも２０ｃｍと小さく、広幅材の製造には適していない。

さらに、(3)，(4)とも、チャンバー内での処理のため量産には適しておらず、特に(4)は高真空を必要とするため、装置が高価なものとなる。

そこで本発明の目的は、低い加工度で、接合性の良好な複合材を得ることができる複合材の製造方法および製造装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、異種金属板の接合面を重ね合わせ、その重ね合わせた異種金属板を冷間圧延接合して複合材を製造する方法において、上記異種金属板を、酸素濃度を１００ｐｐｍ以下にした不活性ガス雰囲気に通すと共に、その不活性ガス雰囲気で各接合面の活性化処理を行った後、これら異種金属板を重ね合わせると共に冷間圧延接合を行うことを特徴とする複合材の製造方法である。

請求項２の発明は、活性化処理する上記異種金属板を重ね合わせて本体ガス室内に送り込むと共に、各異種金属板を本体ガス室内で相互に分離し、それらの各接合面を金属製のブラシで研磨して活性化処理した後、これらの異種金属板を重ね合わせて本体ガス室から送り出すと共に、これらを冷間圧延接合する請求項１記載の複合材の製造方法である。

請求項３の発明は、上記本体ガス室内の不活性ガス雰囲気を陽圧とし、上記異種金属板を本体ガス室内に送り込む送り込み口および異種金属板を本体ガス室から送り出す送り出し口から不活性ガスを吹き出す請求項１又は２記載の複合材の製造方法である。

請求項４の発明は、上記冷間圧延接合時の加工度が５０％以下である請求項１から３いずれかに記載の複合材の製造方法である。

請求項５の発明は、異種金属板を送り出す送り出し装置と、送り出された各異種金属板の接合面に活性化処理を行う活性化処理装置と、活性化処理後の各異種金属板の接合面を重ね合わせて冷間圧延接合を行う圧延機と、圧延され、複合化された複合材を巻き取る巻き取り装置とを有する複合材の製造装置において、上記活性化処理装置が、内部が密閉空間となる本体ガス室と、その本体ガス室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、本体ガス室の上記各異種金属板が送り込まれる送り込み口に設けられ、各異種金属板を重ね合わせる第１重合ローラ及び各異種金属板を相互に分離させる分離ローラと、本体ガス室の各異種金属板が送り出される送り出し口に設けられ、各異種金属板を重ね合わせる第２重合ローラとを備えたことを特徴とする複合材の製造装置である。

本発明は、異種金属板を５０％以下という低い加工度で冷間圧延接合しても、安価に、良好な接合強度の複合材を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。

本発明の好適一実施の形態に係る複合材の製造方法を、図１に示す製造装置を用いて説明する。

図１に示すように、送り出しリール２Ａ〜２Ｃに巻かれた被クラッド材（異種金属板）１Ａ〜１Ｃを送り出した後、脱脂を目的とした洗浄槽３Ａ〜３Ｃに通して洗浄する。

洗浄後の被クラッド材１Ａ〜１Ｃを、活性化処理装置に送り込む。より具体的には、被クラッド材１Ａ〜１Ｃを、材料入口（送り込み口）４を通して本体ガス室５内に送り込む。被クラッド材１Ａ〜１Ｃを本体ガス室５内に送り込む際に、本体ガス室５の材料入口４に設けられた第１重合ローラ１２により重ね合わせる。本体ガス室５には、不活性ガス供給手段１１からポンプを介して酸素濃度を１００ｐｐｍ以下にした不活性ガス２５が供給され、本体ガス室５内は不活性ガス２５で満たされ陽圧に保たれており、材料入口４からは本体ガス室５内の不活性ガス２５が外側へ向かって吹き出しており、大気の流入を防いでいる。不活性ガス２５の酸素濃度は好ましくは５０ｐｐｍ以下である。

重ね合わせた被クラッド材１Ａ〜１Ｃが材料入口４を完全に通過する際に、材料入口４に設けられた分離ローラ１３により被クラッド材１Ａ〜１Ｃを相互に分離する。相互に分離された被クラッド材１Ａ〜１Ｃの各接合面をステンレス鋼製のワイヤーブラシ６Ａ〜６Ｈで研磨し、活性化処理を行う。

活性化処理された被クラッド材１Ａ〜１Ｃを、本体ガス室５の材料出口（送り出し口）７を通して本体ガス室５から送り出す。この本体ガス室５から送り出す際に、材料出口７に設けられた第２重合ローラ１４により被クラッド材１Ａ〜１Ｃを再び重ね合わせ、この状態のままクラッド圧延機ロール８へ送り込む。この時、図２に示すように、材料出口７からは本体ガス室５内の不活性ガス２５が、重ね合わせた被クラッド材１Ａ〜１Ｃに沿って外側へ向かって吹き出しており、被クラッド材１Ａ〜１Ｃを不活性ガスでシールドしている。

重ね合わせ、不活性ガスでシールドされた被クラッド材１Ａ〜１Ｃをクラッド圧延機ロール８で冷間圧延接合してクラッド材１０とし、このクラッド材１０を巻取機９に巻き取る。

材料入口４、材料出口７から吹き出された不活性ガスは、適宜回収し、再度本体ガス室５内に供給するようにしてもよい。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る複合材の製造装置では、被クラッド材１Ａ〜１Ｃの接合面を、活性化処理装置からクラッド圧延機ロール８の入口近傍までの間、材料入口４及び材料出口７を除いて本体ガス室５で覆っている。そして、この本体ガス室５内は不活性ガス２５で満たされ陽圧に保持されていることから、材料入口４及び材料出口７から、不活性ガス２５が本体ガス室５の外に向かって常時吹き出している。

この時、被クラッド材１Ａ〜１Ｃを重ね合わせた状態で、本体ガス室５内に送り込むと共に本体ガス室５から送り出しているので、材料入口４及び材料出口７における各開口箇所は１箇所だけである。このため、本体ガス室５の内圧をそれ程大きくしなくても、大気が本体ガス室５内に流入するのを容易に防ぐことができると共に、不活性ガス２５の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下に保持することができる。特に、材料出口７においては、重ね合わせた被クラッド材１Ａ〜１Ｃに沿って不活性ガス２５を吹き出しているため、被クラッド材１Ａ〜１Ｃが、材料出口７から出てクラッド圧延機ロール８に入るまでの間、不活性ガス２５でガスシールドされ、大気と接触しなくなることから、接合面の酸化を防止することができる。

このように、被クラッド材１Ａ〜１Ｃを、活性化処理後すぐに各接合面の酸化を防止した状態でクラッド圧延機ロール８に送り込んでいるため、５０％以下、好ましくは３０％以下という低い加工度で冷間圧延接合を行っても、良好な接合強度を得ることができる。よって、低い圧延荷重で冷間圧延接合を行うことができ、幅広のクラッド材１０を製造する場合においても高価な圧延機を必要としない。また、被クラッド材１Ａ〜１Ｃを大きく変形させる必要がないため、クラッド材１０の接合界面形状が不均一となるおそれはなく、クラッド後のクラッド材１０の加工に悪影響を及ぼすおそれもない。

また、本体ガス室５内における不活性ガス２５は陽圧に保持されており、前述した特許文献２，３記載の方法のように、本体ガス室５内を極低圧や真空に保持する必要が無いので、チャンバーは不要であり、量産に適していると共に装置も安価となる。

（実施例１）
厚さ０．１ｍｍのＣｕ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼板（第２被クラッド材）を準備し、図１に示した製造装置を用いて、各被クラッド材の接合面を、酸素濃度が３ｐｐｍのアルゴンガス（不活性ガス）雰囲気下で活性化処理した。その後、第１，第２被クラッド材の接合面を重ね合わせ、アルゴンガスでガスシールドしながら加工度（圧下率）３０％でクラッド圧延し、クラッド材を作製した。
（実施例２）
不活性ガスを窒素とし、実施例１と同様にして、クラッド材を作製した。
（実施例３）
酸素濃度を３０ｐｐｍとし、実施例２と同様にして、クラッド材を作製した。
（実施例４）
酸素濃度を１００ｐｐｍとし、実施例２と同様にして、クラッド材を作製した。
（比較例１）
厚さ０．１７５ｍｍのＣｕ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１７５ｍｍのステンレス鋼板（第２被クラッド材）の各接合面を、酸素濃度が１０００ｐｐｍ超の大気下で活性化処理した。その後、第１，第２被クラッド材の接合面を重ね合わせ、加工度６０％でクラッド圧延し、クラッド材を作製した。
（比較例２）
Ｃｕ板の厚さを０．１ｍｍ、ステンレス鋼板の厚さを０．１ｍｍ、加工度を３０％とし、比較例１と同様にして、クラッド材を作製した。
（比較例３）
酸素濃度を２００ｐｐｍとし、実施例１と同様にして、クラッド材を作製した。

実施例１〜４及び比較例１〜３の各クラッド材について剥離試験を行い、剥離強度を測定した。その結果を表１に示す。

剥離強度の評価方法は、図３に示すように、クラッド材を幅１０ｍｍに切り出し、クラッド材を構成する第１及び第２被クラッド材２１，２２を上下方向に一定の速度で引張り、剥離に要する荷重を剥離強度（Ｎ／１０ｍｍ）とした。表１の剥離強度の欄における不等号「＜」は、表示した剥離強度以上でどちらかの被クラッド材が破断したことを示している。

表１に示すように、実施例１〜４の各クラッド材では、加工度を３０％に低減して製作しても、比較例１に示す従来のクラッド条件（大気中での接合面研磨後に、加工度６０％でクラッド圧延）で製作したクラッド材と同等の剥離強度を得ることができた。

また、実施例１〜４の各クラッド材は、比較例２に示す大気中、加工度３０％の条件で製作したクラッド材、比較例３に示す酸素濃度２００ｐｐｍの条件で製作したクラッド材と比較して、高い剥離強度、すなわち接合強度を得ることができた。

本発明の好適一実施の形態に係る複合材の製造装置の正面概略図である。 図１の本体ガス室における材料出口部分の拡大図である。 実施例における剥離強度評価方法を説明するための斜視図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｃ 被クラッド材（異種金属板）
１０ クラッド材（複合材）
２５ 不活性ガス

Claims (5)

1. 異種金属板の接合面を重ね合わせ、その重ね合わせた異種金属板を冷間圧延接合して複合材を製造する方法において、上記異種金属板を、酸素濃度を１００ｐｐｍ以下にした不活性ガス雰囲気に通すと共に、その不活性ガス雰囲気で各接合面の活性化処理を行った後、これら異種金属板を重ね合わせると共に冷間圧延接合を行うことを特徴とする複合材の製造方法。
2. 活性化処理する上記異種金属板を重ね合わせて本体ガス室内に送り込むと共に、各異種金属板を本体ガス室内で相互に分離し、それらの各接合面を金属製のブラシで研磨して活性化処理した後、これらの異種金属板を重ね合わせて本体ガス室から送り出すと共に、これらを冷間圧延接合する請求項１記載の複合材の製造方法。
3. 上記本体ガス室内の不活性ガス雰囲気を陽圧とし、上記異種金属板を本体ガス室内に送り込む送り込み口および異種金属板を本体ガス室から送り出す送り出し口から不活性ガスを吹き出す請求項１又は２記載の複合材の製造方法。
4. 上記冷間圧延接合時の加工度が５０％以下である請求項１から３いずれかに記載の複合材の製造方法。
5. 異種金属板を送り出す送り出し装置と、送り出された各異種金属板の接合面に活性化処理を行う活性化処理装置と、活性化処理後の各異種金属板の接合面を重ね合わせて冷間圧延接合を行う圧延機と、圧延され、複合化された複合材を巻き取る巻き取り装置とを有する複合材の製造装置において、上記活性化処理装置が、内部が密閉空間となる本体ガス室と、その本体ガス室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、本体ガス室の上記各異種金属板が送り込まれる送り込み口に設けられ、各異種金属板を重ね合わせる第１重合ローラ及び各異種金属板を相互に分離させる分離ローラと、本体ガス室の各異種金属板が送り出される送り出し口に設けられ、各異種金属板を重ね合わせる第２重合ローラとを備えたことを特徴とする複合材の製造装置。

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