JP2018094619A

JP2018094619A - 異種金属接合方法と異種金属接合部材

Info

Publication number: JP2018094619A
Application number: JP2016244657A
Authority: JP
Inventors: 竹内　博次; Hirotsugu Takeuchi; 博次竹内; 聡神尾; Satoshi Kamio; 純一溝井; Junichi Mizoi; 遼門倉; Ryo Kadokura
Original assignee: NDK KAKO CENTER KK
Current assignee: NDK KAKO CENTER KK
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: JP6545143B2

Abstract

【課題】クラッド材などの異材、フィラワイヤーなどの溶加材、めっき、亜鉛層の形成などの前処理が不要であり、２ｍｍ厚以上のアルミニウム材料と鉄鋼材料とを直接接合することができ、かつ高い引張強度が得られる異種金属接合方法と異種金属接合部材を提供する。【解決手段】Ａｌ材１とＦｅ材２の接合面４，５を直接密着させ、真空中で、接合面４，５からアルミニウム材料側にオフセットしかつ接合面４，５に平行に電子ビーム１０を照射してＡｌ材１のみを溶解し、溶着した接合界面Ｆに層厚が０．５〜２．０μｍの金属間化合物１２を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、異材、溶加材や前処理なしにアルミニウム材料と鉄鋼材料とを直接接合する異種金属接合方法と異種金属接合部材に関する。

近年、地球環境問題を配慮した構造部材への要望から、異種金属の接合によるマルチマテリアル化のニーズが増大している。
例えば、自動車業界、航空産業、精密機器産業などを中心として軽量化、熱電特性の改善、耐腐食性の向上、材料強度の選択性、などを目的として、異種金属の接合技術が積極的に研究されている。

将来的に必要な接合金属の組み合わせのうち、使用量の多い鉄鋼材料と軽量のアルミニウム材料との異材接合は、需要が高く最も注目されている。しかし、例えば拡散接合による場合、アルミニウム材料と鉄鋼材料の接合界面に脆くて硬い金属間化合物（ＩＭＣ）が生成され、継手強度が大幅に低下することが知られている。

鉄鋼材料とアルミニウム材料との接合方法は、例えば、非特許文献１や特許文献１〜３に開示されている。

非特許文献１は、「鉄鋼材料とアルミニウム合金のレーザー溶接」として、種々の方法を開示している。

特許文献１の「鋼系材料とアルミニウム材料との接合方法」は、銅系フィラワイヤーを挿入しながら、電子ビームあるいはレーザービームなどの高エネルギー密度を有するビームを用い、ビームを走査して一体化するものである。

特許文献２の「鉄−アルミニウム材料の溶接方法及び鉄−アルミニウム接合部材」は、鉄鋼材料及びアルミニウム材料の接合面にめっきを施し、めっきにアルミニウム材料より低融点でかつ鉄鋼材料との金属間化合物を生成し得る金属を用いるものである。

特許文献３の「鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法」は、鋼板は接合側に亜鉛を含む亜鉛めっき層が形成されており、亜鉛めっき層を挟むように鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせて、スポット溶接するものである。

レーザー研究Ｖｏｌ．３８（２０１０）Ｎｏ．８「異種材料のレーザー接合技術」ｐ．５９４−６０２

特開２００２−２８３０８０号公報特開２００９−７２８１２号公報国際公開２００６／０４６６０８号公報

非特許文献１は、レーザービームを主に鋼材に照射し、その一部を同時にＡｌ合金に照射して鋼材を溶融させずに加熱し、その熱と一部の照射レーザーでＡｌ合金のみを溶融させる方法を開示している。
しかし、この方法の適用板厚は約１．５ｍｍ以下に限定され、かつ得られた接合継手の強度がＡｌ材同士の接合継手と比較し、接合強度が３０％程度低下する。すなわち、この方法による突合せ溶接では、十分な引張強度が得られず、衝撃強度も低いとして、重ね溶接と突合せ溶接を同時に１パスでレーザー溶接する方法を開示している。

特許文献１の接合方法は、溶加材（フィラワイヤー）を挿入する必要がある。
特許文献２の接合方法は、接合面にめっきを施す必要がある。
特許文献３の接合方法は、接合側に亜鉛を含む亜鉛層を形成する必要がある。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、クラッド材などの異材、フィラワイヤーなどの溶加材、めっき、亜鉛層の形成などの前処理が不要であり、２ｍｍ厚以上のアルミニウム材料と鉄鋼材料とを直接接合することができ、かつ高い引張強度が得られる異種金属接合方法と異種金属接合部材を提供することにある。

本発明によれば、アルミニウム材料と鉄鋼材料の接合面を直接密着させ、
真空中で、前記接合面からアルミニウム材料側にオフセットしかつ前記接合面に平行に電子ビームを照射して前記アルミニウム材料のみを溶解し、溶着した接合界面に層厚が０．５〜２．０μｍの金属間化合物を生成する、異種金属接合方法が提供される。

また本発明によれば、アルミニウム材料と鉄鋼材料が直接密着した接合面と、
前記接合面からアルミニウム材料側にオフセットし、かつ前記接合面に沿って電子ビーム溶接により前記アルミニウム材料のみが溶解し溶着したアルミニウム溶解部と、
前記アルミニウム溶解部の接合面側に生成され層厚が０．５〜２．０μｍの金属間化合物と、を有する、異種金属接合部材が提供される。

上記本発明によれば、真空中で、前記接合面からアルミニウム材料側にオフセットしかつ前記接合面に平行に電子ビームを照射して前記アルミニウム材料のみを溶解する。これにより、アルミニウム材料と鉄鋼材料を溶着し、かつ溶着した接合界面に金属間化合物を生成することができる。

また、電子ビーム溶接は、真空チャンバー内での加工であり、エネルギー密度が非常に高く、局部照射が可能なので、クラッド材などの異材、フィラワイヤーなどの溶加材、めっき、亜鉛層の形成などの前処理が不要であり、厚さが２ｍｍ以上のアルミニウム材料と鉄鋼材料とを直接接合することができる。

さらに、電子ビーム溶接は、電磁気的な制御のため高いビーム制御性を有するので、溶着した接合界面に層厚が０．５〜２．０μｍの金属間化合物を生成することで、高い引張強度が得られることが実施例により確認された。

本発明による異種金属接合方法の第１実施形態を示す模式図である。本発明による異種金属接合方法の第２実施形態を示す模式図である。本発明による異種金属接合部材の模式的断面図である。Ａｌ−Ｆｅ系平衡状態図である。金属間化合物（ＩＭＣ）の層厚と引張強度との関係図である。実施例２における試験フロー図である。実施例２におけるヒートサイクル試験の温度プロフィールである。テストピースの溶接方法を示す模式図である。実施例３における試験フロー図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明による異種金属接合方法の第１実施形態を示す模式図である。

この例に示すように、本発明の方法は、アルミニウム材料１と鉄鋼材料２とを直接接合する異種金属接合方法であり、最初にアルミニウム材料１と鉄鋼材料２の接合面４，５を直接密着させる。

アルミニウム材料１は、純アルミニウム材、又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金材である。以下、アルミニウム材料１を必要な場合を除き、単に「Ａｌ材１」と呼ぶ。
鉄鋼材料２は、０．３％〜２％の炭素を含む鋼材、又はステンレス材である。以下、鉄鋼材料２を必要な場合を除き、単に「Ｆｅ材２」と呼ぶ。

この例において、Ａｌ材１とＦｅ材２は平板であり、その接合面４，５は、表面に対し垂直な端面である。
「直接密着」とは、接合面４，５を隙間なく密着させることを意味し、クラッド材などの異材、フィラワイヤーなどの溶加材を用いず、かつめっき、亜鉛層の形成などの前処理を実施しないことを意味する。直接密着の状態を保持するために、Ａｌ材１とＦｅ材２をそれぞれ固定することが好ましい。またこの状態を保持するために、Ａｌ材１とＦｅ材２の一方を他方に向けて付勢してもよい。

本発明の方法は、次いで、真空中で、接合面４，５からアルミニウム材料側にオフセットしかつ接合面４，５に平行に電子ビーム１０を照射してＡｌ材１のみを溶解し、溶着した接合界面Ｆに層厚が０．５〜２．０μｍの金属間化合物１２（ＩＭＣ）を生成する。

本発明で適用する電子ビーム溶接は、真空チャンバー内での加工であり、エネルギー密度が非常に高く、局部照射が可能であり、電磁気的な制御のため高いビーム制御性を有する。
そのため、アーク溶接、プラズマ溶接、レーザー溶接と比較して、溶加材が不要であり、スポット径が非常に小さく、狭いビーム幅で溶け込みが深い、などの特徴を有する。

後述する実施例から、接合面４，５からのオフセット量ｅは、０．５０〜１．２５ｍｍである、ことが好ましい。

また金属間化合物１２のアルミニウムの原子組成百分率が７０〜８７％であり、金属間化合物１２のアルミニウムと鉄の原子組成百分率の比Ａｌ／Ｆｅが３．１〜８．２である、ことが好ましい。

さらに、金属間化合物１２は、Ｆｅ_２Ａｌ_９又はＦｅＡｌ_６を含む準安定金属間化合物である、ことが好ましい。

電子ビーム１０の強度又は照射時間は、上述した金属間化合物１２を生成するように制御する。

図２は、本発明による異種金属接合方法の第２実施形態を示す模式図である。

この例において、Ａｌ材１とＦｅ材２は円管であり、その接合面４，５は、表面に対し垂直な端面である。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

図３は、本発明による異種金属接合部材１４の模式的断面図である。

この図において、本発明による異種金属接合部材１４は、Ａｌ材１とＦｅ材２が直接接合した異種金属接合部材であり、接合面４，５、アルミニウム溶解部１６、及び金属間化合物１２を有する。

接合面４，５は、Ａｌ材１とＦｅ材２が直接密着している。
アルミニウム溶解部１６は、接合面４，５からアルミニウム材料側にオフセットし、かつ接合面４，５に沿って電子ビーム溶接によりＡｌ材１のみが溶解し溶着した部分である。
金属間化合物１２は、アルミニウム溶解部１６の接合面側に生成され、上述したように、０．５〜２．０μｍの層厚を有する。

アルミニウム溶解部１６の接合面４，５からの溶け込み幅Ｂは、好ましくは、オフセット量ｅの２〜３倍である。
またアルミニウム溶解部１６の溶け込み深さＨは、例えば、オフセット量ｅの５倍以上、２０倍以下である。

以下、本発明の実施例を説明する。

図１に示したように、同一厚さの平板であるＡｌ材１とＦｅ材２を準備し、その接合面４，５を第１実施形態の方法で接合した。

表１は、使用した各材料の品種及び厚さを示している。

図１に示したように、Ａｌ材１とＦｅ材２の接合面４，５を突合せて設置する。この際、接合面４，５が接合時に開口しないように固定する。Ａｌ材１及びＦｅ材２の突合せした接合界面Ｆ（接合面４，５）を基準線とし、照射位置３をアルミニウム側に所定の幅だけオフセットをとり、接合界面Ｆに平行に電子ビーム１０を照射しＡｌ材１のみを溶解させる。この際、Ｆｅ材２を溶解させず走査する。

この場合の溶接条件は、必要な溶け込み深さＨが得られ、かつ所定の照射位置３においてＡｌ材１のみを溶解させＦｅ材２を溶融させることなく接合を行うことのできる条件を選定する。
溶接時の溶け込み深さＨは、板厚を貫通させ、突合せ貫通溶接とする条件、板厚以下の溶け込み深さＨで、突合せ溶接を行う条件のどちらを選択してもよい。

表２は、この実施例で用いた溶接条件である。なお、この溶接条件は一例であり、溶着した接合界面Ｆに、所望の金属間化合物１２を生成できる限りで、相違してもよい。

表３は、オフセット量ｅと溶接後外観及び断面観察との関係を示している。
オフセット量ｅは、接合界面Ｆからのオフセット量であり、Ａｌ材１への電子ビーム１０の照射位置３に相当する。
溶接後外観は、溶接ビード表面の割れやピンホール等の欠陥の有無である。断面観察は、溶接ビードに対し直角方向に切断し光学顕微鏡にて観察した際の断面の欠陥の有無である。断面観察は、マイクロ切断機で切断し、光学顕微鏡で観察した。
なお表中の記号○は、割れ及び欠陥が無いもの、記号△は、僅かに欠陥が有るもの、記号×は、割れ、欠陥、又は融合不良があるものを示している。

表３から、オフセット量ｅが０ｍｍと０．２５ｍｍの場合、溶接直後に亀裂又は破断が確認され、接合不可であることが明らかとなった。
またオフセット量ｅが１．２５ｍｍ以上の場合、接合界面Ｆの近傍に大型のポロシティー等が確認され、接合性が低下することが確認された。
以上より、この溶接条件を用いた場合、適正なオフセット量ｅは、好ましくは０．５０ｍｍから１．２５ｍｍであり、さらに好ましくは、０．６０ｍｍから０．９０ｍｍであることが確認された。

表４は、オフセット量ｅが０．５０ｍｍから１．００ｍｍのサンプルの元素分析、金属間化合物１２、引張強度、及び母材強度比を示している。
元素分析は、金属間化合物１２のＥＤＳ分析（エネルギー分散型Ｘ線分析）による。金属間化合物１２の層厚は、ＳＥＭ像に基づく。また、金属間化合物１２の化合物種は、元素分析により同定したＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物である。母材強度比は、純度９９．５％以上の純アルミニウム（Ａ１０５０材）の母材強度（９５Ｎ／ｍｍ^２）に対する比率である。

表４において、オフセット量ｅが０．６０，０．７５，１．００ｍｍの場合、金属間化合物１２の化合物種として、Ｆｅ_２Ａｌ_９の準安定相（ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ）が同定された。また、オフセット量ｅが０．９０ｍｍの場合、金属間化合物１２の化合物種として、ＦｅＡｌ_６の準安定相が同定された。
従って、オフセット量ｅが０．６０〜０．９０ｍｍの場合に、金属間化合物１２は、Ｆｅ_２Ａｌ_９又はＦｅＡｌ_６を含む準安定金属間化合物であるといえる。また、オフセット量ｅが０．６０〜１．００ｍｍの場合に、母材強度比で７７％を超える高い引張強度が得られることが確認された。

図４は、Ａｌ−Ｆｅ系平衡状態図であり、表５は、Ａｌ−Ｆｅ系２元素の既知の金属間化合物１２の化合物種を示している。

図４と表５において、Ｆｅ_２Ａｌ_９及びＦｅＡｌ_６の２種の準安定金属間化合物は、Ｊ．ＪＲｉｃｈｍｏｎｄ氏らにより見出された相であり、アルミリッチなＡｌ溶液から適度な急冷時に析出する相である。
本発明における電子ビーム溶接は、前述のように、真空中で行われ、スポット径が非常に小さく、エネルギー密度が非常に高く、ビーム幅に対し溶け込みが深い、などの特徴を有する。そのため、本発明における電子ビーム溶接は、高エネルギー密度の熱源が局所的に照射される吸熱過程であり、かつ照射後速やかに冷却されるため、上記の適度な急冷時に相当し、Ｆｅ_２Ａｌ_９又はＦｅＡｌ_６からなる準安定相が形成されたものと考えられる。

なお、表４におけるオフセット量ｅが０．５０ｍｍの場合、金属間化合物１２の化合物種として、Ｆｅ_２Ａｌ_５の安定相（Ｓｔａｂｌｅ）が同定されており、母材強度比は６６％であった。
母材強度比が、オフセット量ｅが０．６０〜０．９０ｍｍの場合より低いのは、脆く硬い平衡型金属間化合物相（Ｆｅ_２Ａｌ_５）が生成しているためと考えられる。

また、オフセット量ｅが１．００ｍｍの場合、金属間化合物１２の化合物種として、Ｆｅ_２Ａｌ_５の安定相が同定されているが、母材強度比は７７％であった。
母材強度比が、オフセット量ｅが０．６０〜０．９０ｍｍの場合より低いのは、接合界面Ｆの近傍における欠陥（ポロシティーなど）の増加が考えられる。
また、オフセット量ｅが１．２５ｍｍの場合、表３と表４から、オフセット量ｅが１．００ｍｍの場合に近い母材強度比が得られることが推定される。

以上より、適正なオフセット量ｅは、０．５０〜１．２５ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは０．６０ｍｍから１．００ｍｍである、といえる。
オフセット量ｅが０．６０ｍｍから１．００ｍｍの場合、溶着した接合界面Ｆに層厚が１．２〜１．５μｍの金属間化合物１２が形成され、母材強度比で７７％を超える高い引張強度が得られることが確認された。
また、さらに好ましくは、適正なオフセット量ｅは、０．６０ｍｍから０．９０ｍｍであり、この場合、金属間化合物１２は、Ｆｅ_２Ａｌ_９又はＦｅＡｌ_６を含む準安定金属間化合物であり、母材強度比で９５％を超える高い引張強度が得られることが確認された。
オフセット量ｅが０．５０ｍｍから１．００ｍｍの場合、表４から、金属間化合物１２のアルミニウムの原子組成百分率が７０〜８７％であり、金属間化合物１２のアルミニウムと鉄の原子組成百分率の比Ａｌ／Ｆｅが３．１〜８．２であった。
また、オフセット量ｅが０．６０ｍｍから１．００ｍｍの場合、表４から、金属間化合物１２のアルミニウムの原子組成百分率が８０〜８７％であり、金属間化合物１２のアルミニウムと鉄の原子組成百分率の比Ａｌ／Ｆｅが５．３〜８．２であった。

図５は、金属間化合物１２（ＩＭＣ）の層厚と引張強度との関係図である。この図において、図中の数値は、オフセット量ｅを示している。
この図から、オフセット量ｅが０．６０ｍｍから１．００ｍｍであり、金属間化合物１２（ＩＭＣ）の層厚が１．１〜１．６μｍの範囲において、引張強度は、０．６０ｍｍのオフセット量ｅを頂点とした２次曲線とみなすことができることが確認された。

また、Ａ１０５０材と引張強度が相違するアルミニウム合金であるＡ５０５２（引張強度２１５Ｎ／ｍｍ^２）とＡ６０６１（引張強度２１５Ｎ／ｍｍ^２）についても、同様の試験を実施した。
その結果、３種のＡｌ材１において、金属間化合物１２の層厚が０．５〜２．０μｍであり、高い引張強度が得られることが確認された。

図２に示したように、同一外径の円管であるＡｌ材１とＦｅ材２を準備し、その接合面４，５を第２実施形態の方法で接合した。

表６は、使用した各材料の品種及び形状を示している。

図６は、実施例２における試験フロー図であり、図７は実施例２におけるヒートサイクル試験の温度プロフィールである。

実施例２では継手形状を突合せパイプ接合形状とし、Ｈｅリーク試験（Ｓ３，Ｓ５）、ヒートサイクル試験（Ｓ６）、及び引張試験（Ｓ７）を行った。

図２に示したように、洗浄（Ｓ１）において接合部を洗浄した後、Ａｌ材１とＦｅ材２の接合面４，５を突合せて設置する。なお、各材の接合面４，５がずれないよう、Ａｌ材１の内径側端面に凸１ｍｍ、Ｆｅ材２の内径側端面に凹１ｍｍのインロー加工を施した。

次いで、Ａｌ材１とＦｅ材２のインローを嵌合させて、同軸に連結し、中心穴を通るボルトとナットでＡｌ材１とＦｅ材２の一方を他方に向けて付勢して固定した。

次いで、溶接（Ｓ２）において、Ａｌ材側をチャッキングし、Ａｌ材１とＦｅ材２を軸心を中心に回転させ、真空中で、電子ビーム溶接を実施した。この電子ビーム溶接では、オフセット量ｅを０．７５ｍｍに設定し、Ａｌ材１及びＦｅ材２の突合せした接合界面Ｆを基準線とし、接合面４，５からアルミニウム材料側にオフセットしかつ接合面４，５に平行に電子ビーム１０を照射した。この照射によりＡｌ材１のみを溶解し、溶着した接合界面Ｆに層厚が０．５〜２．０μｍの金属間化合物１２を生成した。

溶接後、Ｈｅリーク試験（Ｓ３）を実施した。Ｈｅリーク試験では、リークレート１．０×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下を合格とした。
次いで、２次加工（Ｓ４）において、外径１ｍｍ、内径２ｍｍを切削し、表面欠陥の確認を行った。
次いで、ヒートサイクル試験（Ｓ５）において、図７の温度プロフィールにより、電気炉内にて物温１５０℃−１時間保持後、２６±２℃の水道水に投入して急冷するヒートサイクル試験を６回繰り返し、ヒートサイクル試験を実施した。

ヒートサイクル試験後のＨｅリーク試験は、各ヒートサイクル終了時に実施した。
引張試験（Ｓ７）は、接合のみ行ったもの（実験Ｎｏ．１０）と、すべてのヒートサイクル試験を終了したもの（実験Ｎｏ．１１）の２種について行い、ヒートサイクル試験前後の強度比較を行った。
引張試験の試験片は接合面４，５に直角方向に短冊状に切り出した。

表７は実験Ｎｏ．１０〜１２の各部材の接合可否と各過程でのヒートサイクル試験結果である。

表７から、いずれの場合でもヒートサイクル試験による気密性は保たれており、外観上及び切削面における接合欠陥等は見られなかった。

表８は実験Ｎｏ．１０及び実験Ｎｏ．１１の引張強度と母材強度比である。なお純アルミニウム管（Ａ１０５０Ｐ）の母材強度は８４Ｎ／ｍｍ^２とした。

表８から、引張試験結果は、ヒートサイクル試験（６サイクル）前後で変化は見られず、母材強度比で８６％の高い引張強度が得られることが確認された。

四角形のテストピースにて、全周（４面）溶接の後、ヒートサイクル試験を実施した。
図８は、テストピースの溶接方法を示す模式図である。この図において、（Ａ）は、テストピースの正面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
Ａｌ材１とＦｅ材２の品種は、実施例１と同じである。また、Ａｌ材１とＦｅ材２の大きさは、両材共に１００×５０×ｔ８の平板であり、Ａｌ材１の中心にＨｅリーク試験用の排気穴（φ６程度）を設けた。

図９は、実施例３における試験フロー図である。
図９の洗浄（Ｔ１）において、テストピースの突合せ面をアセトンにて洗浄し、溶接（Ｔ２）において、４面を４回に分け溶接した。溶接条件は実施例２と同一とした。
ヒートサイクル試験（Ｔ４，Ｔ７）は、図７の温度プロフィールにより、電気炉内でサンプルを１５０℃、１時間恒温保持した後、水道水（２０±０．５℃）に投入し、急冷しました。
ヒートサイクル試験（Ｔ４）を３サイクル繰り返した後、ビード除去（Ｔ５）において、４面フライス（４Ｆ）にて各面を０．５〜１ｍｍ削り、ビードを除去した。その後再び３サイクルのヒートサイクル試験（Ｔ７）を行った後、加圧試験（Ｔ８）において、０．５ＭＰａ、１８時間エアー加圧を行い、剥がれが無ことを確認した。
Ｈｅリーク試験（Ｔ３，Ｔ６，Ｔ９）の条件は、実施例２と同一とした。
Ｈｅリーク試験は、溶接後（Ｔ３）、ヒートサイクル試験の各サイクルの急冷後（Ｔ４）、ビード除去後（Ｔ６）、加圧後（Ｔ９）の計９回実施した。

表９は実施例３によるＨｅリーク試験の試験結果である。

この表から、実施例３の９回のＨｅリーク試験において、実施例２と同条件において、いずれの工程でもリークが無いことを確認した。
また、その後の断面マクロ観察から、各面共に、溶け込み深さＨが１０ｍｍ程度（有効溶け込み深さ８〜９ｍｍ）の継ぎ手が確認された。

上述した本発明の実施例によれば、真空中で、接合面４，５からアルミニウム材料側にオフセットしかつ接合面４，５に平行に電子ビーム１０を照射してＡｌ材１のみを溶解する。これにより、Ａｌ材１とＦｅ材２を溶着し、かつ溶着した接合界面Ｆに金属間化合物１２を生成することができる。

また、電子ビーム溶接は、真空チャンバー内での加工であり、エネルギー密度が非常に高く、局部照射が可能なので、クラッド材などの異材、フィラワイヤーなどの溶加材、めっき、亜鉛層の形成などの前処理が不要であり、厚さが２ｍｍ以上のアルミニウム材料１と鉄鋼材料２とを直接接合することができる。

さらに、電子ビーム溶接は、電磁気的な制御のため高いビーム制御性を有するので、溶着した接合界面Ｆに層厚が０．５〜２．０μｍの金属間化合物１２を生成することで、高い引張強度が得られることが実施例により確認された。

上述したように、本発明によれば、電子ビーム溶接の高エネルギー密度と高い制御性により、部材に対する選択的な照射、溶融、急冷が可能であり、金属間化合物１２の層厚と化合物種をコントロールした継手の作成が可能である。
また、レーザー溶接等の従来方法よりも厚板に適応可能である。

すなわち、本発明によれば、十分に高い強度を有しかつ継手形状の自由度が高いＡｌ材１とＦｅ材２の異種材料継手の接合が可能である。また、ヒートサイクル等の熱履歴に対し継手強度が変わらず、真空機器等のベーキングを必要とする部材への適用も可能である。

なお、本発明における接合方法は、突合せ溶接に限定されず、その他の継手形状であってもよい。

また本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

Ｂ溶け込み幅、ｅオフセット量、Ｆ接合界面、Ｈ溶け込み深さ、
１アルミニウム材料（Ａｌ材）、２鉄鋼材料（Ｆｅ材）、３照射位置、
４，５接合面、６照射位置、１０電子ビーム、１２金属間化合物（ＩＭＣ）、
１４異種金属接合部材、１６アルミニウム溶解部

Claims

アルミニウム材料と鉄鋼材料の接合面を直接密着させ、
真空中で、前記接合面からアルミニウム材料側にオフセットしかつ前記接合面に平行に電子ビームを照射して前記アルミニウム材料のみを溶解し、溶着した接合界面に層厚が０．５〜２．０μｍの金属間化合物を生成する、異種金属接合方法。
前記接合面からのオフセット量は、０．５０〜１．２５ｍｍである、請求項１に記載の異種金属接合方法。
前記金属間化合物のアルミニウムの原子組成百分率が７０〜８７％であり、
前記金属間化合物のアルミニウムと鉄の原子組成百分率の比Ａｌ／Ｆｅが３．１〜８．２である、請求項１に記載の異種金属接合方法。
前記金属間化合物は、Ｆｅ_２Ａｌ_９又はＦｅＡｌ_６を含む準安定金属間化合物である、請求項１に記載の異種金属接合方法。
前記アルミニウム材料は、純アルミニウム材、又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金材であり、
前記鉄鋼材料は、０．３％〜２％の炭素を含む鋼材、又はステンレス材である、請求項１に記載の異種金属接合方法。
前記電子ビームの強度又は照射時間を、前記金属間化合物を生成するように制御する、請求項１に記載の異種金属接合方法。
アルミニウム材料と鉄鋼材料が直接密着した接合面と、
前記接合面からアルミニウム材料側にオフセットし、かつ前記接合面に沿って電子ビーム溶接により前記アルミニウム材料のみが溶解し溶着したアルミニウム溶解部と、
前記アルミニウム溶解部の接合面側に生成され層厚が０．５〜２．０μｍの金属間化合物と、を有する、異種金属接合部材。
前記接合面からのオフセット量は、０．５０〜１．２５ｍｍであり、
前記アルミニウム溶解部の前記接合面からの溶け込み幅は、前記オフセット量の２〜３倍であり、
前記アルミニウム溶解部の溶け込み深さは、前記オフセット量の５倍以上、２０倍以下である、請求項７に記載の異種金属接合部材。