JP2013188780A

JP2013188780A - 異種金属接合方法

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Publication number: JP2013188780A
Application number: JP2012057721A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nomura; 祐司野村; Norihiro Nose; 憲宏能瀬; Makoto Takahashi; 誠高橋; Katsunori Wada; 勝則和田; Yuki Ono; 裕貴大野
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】接合が困難な異種金属同士を簡便に、且つ高い接合強度で接合することを可能とする異種金属接合方法を提供する。
【解決手段】材料粉末と当該材料粉末の融点又は軟化点よりも低い温度の作動ガスとを超音速流で噴出させ、基材に衝突させて前記基材上に皮膜を形成するコールドスプレー法を用いた異種金属接合方法であって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる材料粉末を用いたコールドスプレー法により、鋼からなる第１基材２の表面に前記アルミニウム又はアルミニウム合金からなる皮膜３を形成する工程と、前記皮膜と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第２基材１２とを対向させて、前記第１基材２と前記第２基材１２とを接合する工程と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、異種金属接合方法に関するものであって、特に鋼材とアルミニウム又はアルミニウム合金とを接合する方法に関する。

近年、地球環境への負荷低減が強く求められており、特に自動車から排出される二酸化炭素の削減が課題となっている。二酸化炭素の削減に直結する自動車の軽量化は極めて重要であり、アルミニウム又はアルミニウム合金の軽量材料を使用することが検討されている。ここで、材料の一部にアルミニウム合金等を使用する場合、元々車体の材料として使用されている鋼材と接合させなければならない。このため、鋼材とアルミニウム合金等といった異種金属材料同士を接合する方法がさまざまな方法で研究されている。

異種金属材料同士を接合する方法としては、従来から、ボルト、リベット、接着剤、抵抗スポット溶接等による接合方法が検討されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。しかしながら、いずれの異種金属接合方法でも、上記のような問題から異種金属材料同士の接合強度が弱く、当該接合方法は接合強度を必要としない部品にのみ適用されてきた。

特に、鋼材とアルミニウム合金等との溶接による接合は、鋼材とアルミニウム合金等との熱伝導率の違いにより一般的に難しい。また、鋼材とアルミニウム合金等とを接合できた場合であっても、互いの接合界面において高硬度で脆い鉄とアルミニウムとの金属間化合物が生成される問題があった。

ところで、新しい表面処理方法の１つとして、コールドスプレー法が知られている。コールドスプレー法は、皮膜材料の融点又は軟化温度よりも低い温度に加熱した作動ガスを超音速まで加速し、その加速した作動ガスにより粉末材料を固相状態のまま高速で基材に衝突させ、皮膜を成膜する技術である。
コールドスプレー法は、粉末を溶融させないため酸化の影響を受けないのが特徴である。また、基材に異種材料の粉末材料を高い密着力で成膜できることも特徴である。（例えば非特許文献１参照）。そのため、異種金属接合方法へのコールドスプレー法の適用が着目されている。

特開２０１１−２２４５７８号公報特開２０１１−８８１９２号公報

榊、「新しい溶射法コールドスプレーの現状と課題」、表面技術、社団法人表面技術協会、平成２０年８月、第５９巻、第８号、ｐ．４９０−４９４

上述したように、鋼材とアルミニウム合金等とを溶接によって接合しようとすると、鋼材とアルミニウム合金等との接合界面に高硬度で脆い鉄とアルミニウムの金属間化合物が生成するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、接合が困難な異種金属同士、特に鋼材とアルミニウム又はアルミニウム合金とを、高い接合強度で接合することが可能な異種金属接合方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、材料粉末と当該材料粉末の融点又は軟化点よりも低い温度の作動ガスとを超音速流で噴出させ、基材に衝突させて前記基材上に皮膜を形成するコールドスプレー法を用いた異種金属接合方法であって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる材料粉末を用いたコールドスプレー法により、鋼からなる第１基材の表面に前記アルミニウム又はアルミニウム合金からなる皮膜を形成する工程と、前記皮膜と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第２基材とを対向させて、前記第１基材と前記第２基材とを接合する工程と、を備えたことを特徴とする異種金属接合方法が提供される。

また、請求項２に係る発明によれば、前記皮膜の厚みを０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の異種金属接合方法が提供される。

また、請求項３に係る発明によれば、前記材料粉末の粒径を５μｍ以上５０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の異種金属接合方法が提供される。

また、請求項４に係る発明によれば、前記第１基材の、少なくとも前記皮膜を形成する表面に、凹凸を設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の異種金属接合方法が提供される。

また、請求項５に係る発明によれば、前記第１基材と、前記第２基材とを、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、プラズマ溶接から選ばれるいずれか１の方法によって接合することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の異種金属接合方法が提供される。

本発明の異種金属接合方法によれば、コールドスプレー法により鋼からなる第１基材の表面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる皮膜を形成し、この皮膜とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第２基材とを対向させて第１基材と第２基材とを接合する構成となっている。このように、第１基材の表面に第２基材と同じ材質からなる皮膜を予め形成し、同じ材質の部分をつき合わせて接合するという簡便な方法により、第１基材と第２基材とを極めて高い接合強度で接合することができる。

また、本発明の異種金属接合方法によれば、第１基材の表面の皮膜形成にコールドスプレー法を用いる構成となっている。これにより、第１基材表面の所望の場所に所望の膜厚の皮膜を容易に形成することができるため、第１基材と第２基材との接合個所及び接合強度を自在に設定することができる。したがって、異種金属を用いた製品設計の自由度を飛躍的に高めることができる。

本発明を適用した一実施形態である鋼材とアルミニウム合金等との接合方法に用いるコールドスプレー装置の概略構成図である。実施例１における第１基材と第２機材との接合強度の評価方法を説明するための図である。

以下、本発明の異種金属接合方法を適用した一実施形態である鋼材とアルミニウム合金等との接合方法（以下、単に「接合方法」という）について、皮膜形成に用いるコールドスプレー装置の構成とともに、図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

本実施形態においてコールドスプレー法とは、材料粉末と、この材料粉末の融点又は軟化点よりも低い温度に加熱した作動ガスとを、音速から超音速でスプレーガンのノズル（以降、単に「ノズル」と記載する）から噴出させ、基材に衝突させて皮膜を形成する方法である。

（コールドスプレー装置）
図１は、本実施形態の接合方法に用いるコールドスプレー装置１の概略構成図である。図１に示すように、コールドスプレー装置１は、材料粉末を作動ガスによりガスの音速から超音速で第１基材２の表面２ａに固体状態で衝突させて皮膜３を成膜する装置である。

第１基材２は、鋼材を用いる。当該鋼材は、重量比で０．０１％以上２％以下の炭素を含有する鉄の合金からなることが好ましい。具体的には、鋼材としては、冷間圧延材料（ＳＰＣＣ）、高張力鋼（ハイテン）、溶接構造用圧延鋼材等が挙げられる。また、鋼材の厚みは、特に限定されないが、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。鋼材の厚みが０．５ｍｍより薄くなると溶接が難しく、溶接不良となってしまう。

第１基材２は、皮膜３を形成する表面２ａがノズル１０の噴出面１０ｄに対向するように設置される。ノズル１０の噴出面１０ｄと第１基材２の表面２ａとの距離は、ノズル１０内での作動ガス及び材料粉末の速度及び皮膜３の膜厚等を勘案して設定される。

第１基材２の表面２ａの表面粗さＲａは、０．１μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。ここで、表面２ａの表面粗さＲａが０．１μｍより小さくなると、表面２ａが滑らかであるため、皮膜３を成膜した際の第１基材２と皮膜３との界面の密着強度が低くなり、後に説明する皮膜形成後の皮膜３と第２基材との溶接時に当該界面で剥離する虞がある。一方、表面２ａの表面粗さＲａが４μｍより大きくなると、皮膜３の成膜表面に凹凸が発生し、皮膜３と第２基材との溶接が難しくなるために好ましくない。これに対して、表面粗さＲａが上記範囲内であると、第１基材２と皮膜３との密着度が向上するため、好ましい。

第１基材２は、表面２ａの表面粗さＲａが上記範囲を満たすように、表面２ａに凹凸を設けることが好ましい。表面２ａの凹凸は、例えばブラスト処理により形成できる。

本実施形態では、材料粉末として、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いる。アルミニウム合金の種類は限定されないが、例えば、１０００系純アルミ、５０００系のＡｌ−Ｍｇアルミニウム合金、６０００系Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉアルミニウム合金等が挙げられる。
なお、材料粉末は第１基材２と異なる材質であれば、アルミニウム又はアルミニウム合金に限定されるものではなく、後に説明する第２基材の材質と同じ金属であればよい。このような材料粉末としては、例えば、銅、マグネシウム、チタン等を挙げることができる。

材料粉末の粒径は、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。ここで、粒径が５μｍより小さいと、材料粉末の質量が小さすぎるため、皮膜形成時に材料粉末が作動ガスと共に第１基材２の外に逃げてしまい、第１基材２の表面２ａに成膜されない。また、粒径が５０μｍより大きいと、材料粉末の質量が大きすぎるため、充分な噴出速度が得られず、第１基材２に皮膜３を形成できない。

皮膜３は、上記材料粉末からなり、第１基材２の表面２ａに形成される。皮膜３の厚みは、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることがより好ましい。皮膜３の厚みが０．１ｍｍ以下になると、皮膜形成後、皮膜３に第２基材を溶接する際に、第２基材が第１基材２にまで届き、溶接不良が起こってしまう。また、皮膜３の厚みが５．０ｍｍ以上になると、溶接上問題はないが、材料粉末の使用量が増大してコストアップになってしまう。

作動ガスは、キャリアガスと還元性ガスとの混合ガスとしてもよく、キャリアガス単体としてもよい。

キャリアガスは、特に限定されるものではないが、例えば、ヘリウム、窒素、空気のうち１種または２種以上のガスを挙げることができる。材料粉末の表面及び皮膜３の表面の酸化を抑制するという観点では、不活性ガスであるヘリウムや窒素を用いることが特に好ましい。また、コスト面では窒素を用いることが好ましく、ノズル１０から噴出される作動ガスの速度（以降、単に「ガス速度」と記載する）高速化の点ではヘリウムを用いることが好ましい。

還元性ガスは、コールドスプレー法による皮膜形成中の、材料粉末と皮膜３の表面の酸化とを防止する、若しくは表面に形成された酸化膜を取り除く。還元性ガスは、このような還元作用のあるガスであれば特に限定されるものではないが、例えば、水素、一酸化炭素が挙げられる。

図１に示すように、作動ガスは、図示略の作動ガス供給源からコールドスプレー装置１に供給される。

コールドスプレー装置１に供給された作動ガスは、２経路に分岐される。ここで、一方の経路では、圧力調整器６により作動ガスが例えば０．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に減圧され、ヒーター７により、室温以上であって材料粉末の融点又は軟化点よりも低い温度に加熱される。その後、作動ガスはノズル１０に供給される。

ノズル１０に供給される作動ガスの温度は、１００℃以上６００℃以下であることが好ましく、２００℃以上４００℃以下であることがより好ましい。作動ガスの温度が１００℃より低くなると、アルミニウム又はアルミニウム合金の材料粉末を鋼材からなる第１基材２に成膜できないため、好ましくない。また、温度が６００℃より高くなると、コールドスプレー装置１のスプレーガン内でアルミニウム又はアルミニウム合金が溶融するとともにスプレーガンが閉塞し、成膜ができなくなるため、好ましくない。

また、他方の経路では、作動ガスが圧力調整器８により例えば０．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に減圧され、粉末供給装置９に供給される。そして、所定量の材料粉末と共にノズル１０に供給される。

ノズル１０に供給される作動ガスの圧力は、０．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下であることが好ましく、０．５ＭＰａ以上３ＭＰａ以下であることがより好ましい。作動ガスの圧力が０．５ＭＰａより低くなると、材料粉末が充分な粒子速度に達しないため、第１基材２との密着強度が低くなってしまう。また、圧力が５ＭＰａより高くなっても成膜は可能であるが、使用する作動ガスの量が増加し、コストアップとなる。

ノズル１０は、例えば公知のような先細末広型であって、入口先細部が延長されており、コールドスプレー装置１の上記一方の経路を経由した材料粉末をノズル入口後方の粉末投入孔より投入させる構造を備えた装置（例えば、特開２０１１−６８９４２参照）を用いることができる。しかしながら、ノズル１０は、前記構造に限定されない。

図１に示すように、ノズル１０に供給された作動ガスと材料粉末とは、ノズル１０内で音速から超音速に加速される。ノズル１０内での作動ガス及び材料粉末の速度は、例えば、３００〜２７００ｍ／ｓとなる。
加熱及び加速された作動ガスと材料粉末は、ノズル１０の噴出面１０ｄから噴出され、第１基材２の表面２ａに固体状態で衝突し、皮膜３を形成する。皮膜３の成膜速度は、例えば１００〜５００ｍｍ／ｓとなる。ここで、皮膜３の厚みは、前述のように０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とする。

上記のように、コールドスプレー装置１によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる材料粉末が作動ガスによって音速から超音速に加速され、ノズル１０の噴出面１０ｄより、鋼からなる第１基材２に向けて噴出される。これにより、第１基材２の表面２ａに、第１基材２とは異なる金属からなる皮膜３が簡便に、短時間且つ高い密着度で形成される。

また、コールドスプレー装置１を用いたコールドスプレー法では、材料粉末の粒子が第１基材２の表面２ａに対してビーム状に高速衝突するため、ノズル１０の噴出面１０ｄの形状や移動方向の設定を変更することにより、表面２ａの所望の場所に所望の膜厚の皮膜３が形成される。

次いで、本実施形態に係る鋼材とアルミニウム合金等との接合方法について説明する。

（皮膜形成工程）
始めに、図１に示すコールドスプレー装置１のノズル１０の噴出面１０ｄに対向するように、鋼からなる長さＬ_１、幅Ｗ、厚みＴ_１の第１基材２を設置する（図２（ａ），（ｂ）参照）。第１基材２の表面２ａとノズル１０の噴出面１０ｄとの間隔は、ガス速度及び、形成する皮膜３の厚みＴ_２（図２（ｂ）参照）等を勘案して設定する。

次に、コールドスプレー装置１の２経路に作動ガスを分岐して供給する。作動ガスには、例えばヘリウムと窒素とを用いる。

続いて、一方の経路に供給した作動ガスを、圧力調整器６により例えば０．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に減圧し、ヒーター７により例えば１００℃以上６００℃以下に加熱し、ノズル１０に供給する。

また、他方の経路に供給した作動ガスを、圧力調整器８により例えば０．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に減圧し、粉末供給装置９に供給する。同時に、所定量の材料粉末を粉末供給装置９に供給する。これにより、材料粉末を加速して、ノズル１０に供給する。
材料粉末には、アルミニウム合金等を用いる。

次に、ノズル１０に供給した作動ガスと材料粉末とを、ノズル１０内に音速から超音速に加速し、ノズル１０の噴出面１０ｄから噴出する。また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、噴出された作動ガス及び材料粉末を第１基材２の表面２ａに固体状態で衝突させて皮膜３を形成する。皮膜３の厚みＴ_２は、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とする。
本工程により、第１基材２の表面２ａの所望の場所に、所望の膜厚の皮膜３を形成することができる。

上記工程において、材料粉末を第１基材２の表面２ａに３００〜２７００ｍ／ｓ程度の超音速で衝突させることにより、第１基材２の表面２ａに皮膜３を高い密着度で形成することができる。これにより、コールドスプレー法を用いて、第１基材２の表面２ａに、第１基材２とは異なる金属材質からなる皮膜３を、簡便に、短時間且つ高い密着度で形成する。

（第１基材及び第２基材接合工程）
次いで、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、第１基材２に接合する、長さＬ_３、幅Ｗ、厚みＴ_２の第２基材１２を準備する。
ここで、第２基材１２は、皮膜３を形成する材料粉末と同一の材質からなる。即ち、第１基材２とは異なる材質からなる。また、第２基材１２の形状は、例えば板状やブロック状が挙げられるが、特に限定されない。但し、第２基材１２の厚みＴ_２は０．２ｍｍ以上であることが好ましい。厚みが０．２ｍｍより薄くなると、次に説明する皮膜３との溶接が難しくなる。

次に、図２（ｃ）に示すように、第１基材２の表面２ａに形成した皮膜３と、第２基材１２とを対向させて、皮膜３と第２基材１２とを溶接する。皮膜３と第２基材１２との溶接方法としては、例えばＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、プラズマ溶接が挙げられる。当該溶接においては、例えばすみ肉溶接、突合せ溶接を用いることができる。また、すべての継手形状（すみ肉、突合せ）で接合可能である。

本実施形態では、前述のように皮膜３と第２基材１２に同一の材質を用いるため、皮膜３と第２基材１２が強固に溶接される。その結果、第１基材２と第２基材１２とを強い接合強度で接合できる（図２（ｄ）参照）。

以上、本実施形態の異種金属接合方法では、コールドスプレー法により第１基材２の表面２ａに第２基材１２と同じ材質からなる皮膜３を予め形成し、同じ材質からなる皮膜３と第２基材１２とをつき合わせて接合するという簡便な方法により、第１基材２と第２基材１２とを極めて強い接合強度で接合することができる。

また、本実施形態の異種金属接合方法によれば、第１基材２の表面２ａの皮膜形成にコールドスプレー法を用いることにより、第１基材２の所望の場所に所望の膜厚の皮膜３を容易に形成できる。そのため、第１基材２と第２基材１２との接合個所及び接合強度を自在に設定することができる。したがって、従来困難とされていた鋼と、アルミニウム合金等のような異種金属を用いた製品設計の自由度を飛躍的に高めることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

以下、具体例を示す。

（実施例１）
上記実施形態の接合方法を用いて、第１基材の表面に皮膜を形成し、続いて皮膜と第２基材とを対向させて第１基材と第２基材とを接合した。
材料粉末には、粒径が４５μｍ以下の球状アルミニウム粉末を準備した。
第１基材には、鋼材であるＳＰＣＣを準備した。図２（ａ）〜（ｅ）に示すＳＰＣＣの長さＬ_１は１００ｍｍ、幅Ｗは３０ｍｍ、厚みＴ_１は２．０ｍｍとした。また、皮膜形成前にブラスト処理にて、ＳＰＣＣの皮膜を形成する表面に凹凸を作成した。ＳＰＣＣの表面粗さＲａは、およそ２μｍであった。
また、第２基材には、６０６１系のアルミニウム合金の板材（以降、単に「アルミニウム合金板」と記載する）を準備した。図２（ａ）〜（ｅ）に示すルミニウム合金板の長さＬ_３は１００ｍｍ、幅Ｗは３０ｍｍ、厚みＴ_３は２．０ｍｍとした。

コールドスプレー装置の作動ガスには、窒素を使用した。また、コールドスプレー装置の圧力調整器により、ノズル入口における作動ガスの圧力を３．０ＭＰａとした。また、ヒーターによりノズル入口における作動ガスの温度を３８０℃とした。
上記の条件で、材料粉末と作動ガスとをノズルに供給した後、超音速まで加速し、ＳＰＣＣの表面に向けて噴出させた。このとき、図２（ａ），（ｂ）に示す成膜後の皮膜の長さＬ_２が２０ｍｍ、幅Ｗが３０ｍｍ、厚みＴ_２が２．４ｍｍになるように、成膜回数やスプレーガンの移動速度を調整した。

続いて、アルミニウムからなる皮膜（以降、単に「アルミニウム皮膜」と記載する）とアルミニウム合金板とを対向させ、図２（ｃ）に示すように、アルミニウム皮膜とアルミニウム合金板とをＴＩＧ溶接にて溶接した。ＴＩＧ溶接には、アルミニウム合金用ＴＩＧ溶接棒Ａ５１８３ＢＹ（日本ウェルディングロッド株式会社製）及びアルゴンガスを使用した。これにより、図２（ｄ）に示すように、溶接部１３で接合されたＳＰＣＣとアルミニウム合金板（以降、単に「引張試験サンプルＳ」という）を作製した。

上記条件の接合方法によって接合された引張試験サンプルＳの接合強度を評価するために、市販の引張試験機を用いて、図２（ｅ）に示すように、引張試験サンプルＳのＳＰＣＣ側とアルミニウム合金側を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で互いに反対方向へ引張り、破断までの接合強度を測定した。

（実施例２）
ＳＰＣＣの表面に材料粉末を噴出して、アルミニウム皮膜を形成する際に、皮膜の厚みＴ_２を０．８ｍｍとすること以外は、実施例１と同じ条件で引張試験サンプルを作製し、引張試験による接合強度の評価を行った。

（実施例３）
アルミニウム皮膜の厚みＴ_２を０．３ｍｍとすること以外は、実施例１と同じ条件で引張試験サンプルを作製し、引張試験による接合強度の評価を行った。

（実施例４）
アルミニウム皮膜の厚みＴ_２を０．０８ｍｍとすること以外は、実施例１と同じ条件で引張試験サンプルを作製し、引張試験による接合強度の評価を行った。

（比較例１）
実施例１と同じ条件のＳＰＣＣとアルミニウム合金板とを用意し、ＳＰＣＣの表面にアルミニウム皮膜を形成せずに、ＳＰＣＣとアルミニウム合金板とを直接、ＴＩＧ溶接により接合した。

（比較例２）
第１基材として実施例１の第２基材と同じ６０６１系のアルミニウム合金板を用意し、アルミニウム合金の表面にアルミニウム皮膜を形成せずに、アルミニウム合金板同士を直接、ＴＩＧ溶接により接合した。本比較例における引張試験サンプルＳは、第１基材と第２基材との同種金属接合により形成されたものとなる。この引張試験サンプルＳに対して、引張試験による接合強度の測定を行った。

表１に、実施例１〜実施例４、比較例１及び比較例２における接合条件、第１基材の材質と表面粗さ、第２基材の材質、皮膜の厚み、溶接時の継手形状、皮膜と第２基材との溶接方法、上記引張試験による評価及び接合強度を示す。
表１における各実施例及び比較例の接合強度は、第１基材と第２基材が同一の材質で構成された比較例２の引張試験サンプルの接合強度を１とした場合の相対値を示している。

表１に示すように、ＳＰＣＣにアルミニウム皮膜を形成した後にＳＰＣＣとアルミニウム合金板とを接合してなる実施例１〜実施例３の引張試験サンプルＳの接合強度は、０．７以上であった。これは、第１基材であるＳＰＣＣの表面粗さＲａを０．１μｍ以上４μｍ以下、皮膜の厚みＴ_２を０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲としたことによる。実施例１〜実施例３と同様に、ＳＰＣＣにアルミニウム皮膜を形成した後にＳＰＣＣとアルミニウム合金板とを接合してなる実施例４の引張試験サンプルでは、アルミニウム皮膜とアルミニウム合金との溶接時の溶け込みがＳＰＣＣに届き、ＳＰＣＣの溶融が発生したため、接合強度が測定できなかった。これは、皮膜の厚みＴ_２が０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲を超えていたからである。
また、アルミニウム皮膜を形成していないＳＰＣＣとアルミニウム合金板との異種金属接合は溶接不可であった。

即ち、本発明の異種金属接合方法を用いた、アルミニウム皮膜を形成したＳＰＣＣとアルミニウム合金板との接合においては、従来では接合することが困難であったＳＰＣＣとアルミニウム合金板との接合が可能になり、アルミニウム合金板同士の同種金属接合における接合強度に対して、７割以上の接合強度が達成されることを確認した。このように同種金属接合における接合強度と比較して、０．７以上の接合強度が達成されれば、実用上の問題はない。また、例えば鋼材からなる自動車の車体に容易に、且つ高い接合強度でアルミニウム合金からなる部材を接合することができる。

１…コールドスプレー装置、２…基材１、２ａ…表面、３…皮膜、６，８…圧力調整器、７…ヒーター、９…粉末供給装置、１０…スプレーガンのノズル（ノズル）、１０ｄ…噴出面、１２…第２基材、１３…溶接部

Claims

材料粉末と当該材料粉末の融点又は軟化点よりも低い温度の作動ガスとを超音速流で噴出させ、基材に衝突させて前記基材上に皮膜を形成するコールドスプレー法を用いた異種金属接合方法であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる材料粉末を用いたコールドスプレー法により、鋼からなる第１基材の表面に前記アルミニウム又はアルミニウム合金からなる皮膜を形成する工程と、
前記皮膜と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第２基材とを対向させて、前記第１基材と前記第２基材とを接合する工程と、
を備えたことを特徴とする異種金属接合方法。
前記皮膜の厚みを０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の異種金属接合方法。
前記材料粉末の粒径を５μｍ以上５０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の異種金属接合方法。
前記第１基材の、少なくとも前記皮膜を形成する表面に、凹凸を設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の異種金属接合方法。
前記第１基材と、前記第２基材とを、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、プラズマ溶接から選ばれるいずれか１の方法によって接合することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の異種金属接合方法。