JP2020131271A - 異種金属接合体の製造方法及び異種金属接合体 - Google Patents

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Abstract

【課題】アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との異種金属を、工業的に簡易な方法で、外観的に優れ、かつ高い接合強度で接合可能な異種金属接合体の製造方法及び異種金属接合体を提供する。【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金材２０の表面２０ｃの少なくとも一部に、鋼材３０と接合可能な金属粉末を低温かつ高速噴射することにより皮膜４１を形成する工程と、皮膜４１と鋼材３０が対向するように、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０と鋼材３０とを配置する工程と、皮膜４１及び鋼材３０間で、ろう材４２を用いたブレージング又は溶接材料４０を用いた溶接を行う工程と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、異種金属接合体の製造方法及び異種金属接合体に関し、より詳細には、主として自動車のルーフ、ドア、フェンダー等の構造部材に用いられる異種金属接合体の製造方法及び異種金属接合体に関する。
自動車の車体におけるルーフパネルとルーフサイドレールとのルーフ部材の接合には、構造的にギャップ（隙間）が広く、従来の機械的接合法が適用可能なモヒカン構造と、ギャップが狭く外観性に優れるモヒカンレス構造の２種類がある。モヒカン構造は、スポット接合による手法が一般的であり、断面凹状の接合部を有する。この接合部は、美観の観点から、通常、スポット溶接痕をルーフモール部材で覆うという措置がとられている。
一方、モヒカンレス構造は、ギャップが狭く、ルーフ部材とその周辺の部材とを連続的に接合するため、ルーフモール部材が省略可能であり、入熱量が比較的小さいレーザブレージングやＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）ブレージングによる接合が検討されている。しかし、ブレージングによる接合は、工業的には技術的な問題から、同一素材同士の接合に限定されている。
また、近年、ＣＯ２排出量の削減を目的とした車体軽量化や衝突安全性強化を実現するため、自動車のボディ骨格等に高張力鋼板（Ｈｉｇｈ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｅｅｌ：ＨＴＳＳ）が適用され、ルーフパネルに軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金材の適用が検討されている。鋼材のルーフサイドレールと、アルミニウム又はアルミニウム合金材のルーフパネルとを、一般的なアーク溶接で直接溶接すると、接合界面に脆弱な金属間化合物が形成され、良好な強度を得ることができない。そこで、アルミニウム又はアルミニウム合金材と、鋼材との異種金属の接合において、高い接合強度を得ることができる接合技術が求められている。
ここで特許文献１には、アルミニウム製のルーフパネルのフランジ部とスチール製のボデーサイドパネルのフランジ部との接合方法として、フランジ部の端縁近傍に円形閉ループ状の軌跡をもって接着剤を連続的に塗布した接着剤層をあらかじめ形成し、セルフピアスリベット（ＳＰＲ）で接合する異種金属パネルの接合構造が開示されている。
特開２００７−３２１８８０号公報
特許文献１に記載の接合構造は、セルフピアスリベットを用いたモヒカン構造での接合技術であり、ギャップを覆うルーフモール部材を要することから工業的に簡易な方法とは言えず、また、外観上の観点から改善の余地があった。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との異種金属を、工業的に簡易な方法で、外観的に優れ、かつ高い接合強度で接合可能な異種金属接合体の製造方法及び異種金属接合体を提供することを目的とする。
したがって、本発明の上記目的は、異種金属接合体の製造方法に係る下記（１）の構成により達成される。
（１） アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、鋼材と接合可能な金属粉末を低温かつ高速噴射することにより皮膜を形成する工程と、
前記皮膜と前記鋼材が対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを配置する工程と、
前記皮膜及び前記鋼材間で、ろう材を用いたブレージング又は溶接材料を用いた溶接を行う工程と、を有する異種金属接合体の製造方法。
また、異種金属接合体の製造方法に係る本発明の好ましい実施形態は、下記（２）〜（８）の構成に関する。
（２） 前記ろう材を用いたブレージングとしてレーザブレージングを用いる、（１）に記載の異種金属接合体の製造方法。
（３） 前記ろう材は、銅又は銅合金のいずれかである、（１）又は（２）に記載の異種金属接合体の製造方法。
（４） 前記溶接材料を用いた溶接法としてレーザ溶接又はアーク溶接を用いる、（１）に記載の異種金属接合体の製造方法。
（５） 前記溶接材料は、鋼合金又はニッケル合金のいずれかである（１）又は（２）に記載の異種金属接合体の製造方法。
（６） 前記金属粉末は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びフェライト系とオーステナイト系との２相ステンレス鋼、純鉄、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種を含む、（１）〜（５）のいずれかに記載の異種金属接合体の製造方法。
（７） 前記アルミニウム又はアルミニウム合金材、及び前記鋼材が、それぞれ車体におけるルーフパネル及びルーフサイドレールとして用いられる、（１）〜（６）のいずれかに記載の異種金属接合体の製造方法。
（８） 前記皮膜の膜厚が０．３ｍｍ以上である、（１）〜（７）のいずれかに記載の異種金属接合体の製造方法。
また、本発明の上記目的は、異種金属接合体に係る下記（９）の構成により達成される。
（９） アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に形成された、鋼材と接合可能な金属粉末からなる皮膜と、
前記皮膜と前記鋼材が対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とが配置され、
前記皮膜及び前記鋼材間に、ろう材を用いたブレージング又は溶接材料を用いた溶接により形成された接合部を有する異種金属接合体。
本発明の異種金属接合体の製造方法によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との異種金属を、工業的に簡易な方法で、外観的に優れ、かつ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体によれば、高い接合強度を得ることができる。
図１は、本発明の実施形態に係る異種金属接合体が車体に供される一例を説明するための当該車体におけるルーフパネル側の概略構造を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る異種金属接合体の製造方法の一例を説明するための図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る、ろう材を用いたブレージングにより接合された異種金属接合体の断面模式図である。 図４は、第２の実施形態に係る、溶接ワイヤを用いた溶接により接合された異種金属接合体の断面模式図である。
以下、本発明に係る異種金属接合体及びその製造方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、自動車におけるアルミニウム又はアルミニウム合金材のルーフパネルと、鋼材のルーフサイドレールとの接合を例に説明するが、本発明は、ルーフパネルとルーフサイドレールの接合以外の用途にも広く適用可能であり、以下の実施形態に限定されるものではない。
本発明者らは、アルミニウム又はアルミニウム合金材と、鋼材との異種金属を接合するにあたり、工業的に簡易な方法で、外観的に優れ、かつ高い接合強度を得ることが可能な異種金属接合体を製造することができる方法について鋭意検討を重ねた。その結果、アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、鋼材とブレージング又は溶接可能な金属粉末を低温かつ高速で噴射して皮膜を形成するとともに、皮膜と鋼材とを、ブレージング又は溶接材料を用いた溶接により接合することにより、良好な異種金属接合体が得られることを見出した。
具体的には、アルミニウム又はアルミニウム合金板の表面に、所定の金属の粉末を低温かつ高速噴射して金属皮膜を形成すると、アルミニウム又はアルミニウム合金板と、金属の皮膜とは、高強度の機械的な結合が得られるため、その後の鋼材とのブレージング又は溶接により、接合強度の高い異種金属接合体が得られることが分かった。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、異種金属接合体が車体に適用された概略構造を示す図である。図１に示すように、自動車の車体１０は、車体１０の屋根を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金材のルーフパネル２０と、車体幅方向の両サイドに設けられた鋼材のルーフサイドレール３０を有している。一対のルーフサイドレール３０は、車体１０の左右両サイドに、車体１０の前後方向に沿って設けられている。
続いて図２を参照する。ルーフパネル２０は、車体１０の屋根部分となる本体部２０ａと、本体部２０ａの端部から車体内側に屈曲した、屈曲部２０ｂとを備える。この屈曲部２０ｂは、ルーフサイドレール３０における本体部３０ａの端部から車体内側に屈曲した、内側フランジ部３０ｂに沿って重なるように形成されている。これにより、ルーフパネル２０とルーフサイドレール３０によりモヒカンレス構造の継手が形成され、その継手の継ぎ目に、ブレージングによる接合部４４が形成されて異種金属接合体５０が製造される。
次に、異種金属接合体の製造方法について、詳細に説明する。本実施形態に係る異種金属接合体５０の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金材（ルーフパネル）２０の表面２０ｃの少なくとも一部に、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系とオーステナイト系との２相ステンレス鋼、純鉄、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金から選択された少なくとも１種の金属粉末を、低温かつ高速噴射することにより皮膜４１を形成する工程と、皮膜４１と鋼材３０とが対向するように、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０の屈曲部２０ｂと、鋼材３０の内側フランジ部３０ｂとを重ね合わせる工程と、皮膜４１と鋼材３０とを、溶接材料４０であるろう材４２を用いてブレージングを行う工程と、を有する。
図３は、本発明の実施形態に係るろう材を用いたブレージングにより接合された異種金属接合体を模式的に示す断面図である。図３に示すように、本実施形態に係る異種金属接合体５０は、まず、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０の表面２０ｃの少なくとも一部に、金属粉末を低温かつ高速で噴射して皮膜４１が形成される（Ｓｔｅｐ１）。次いで、皮膜４１と鋼材３０とが対向するように、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０と鋼材３０とが重ね合わされる。さらに、ろう材４２にレーザビームＬを照射するレーザブレージング（例えば、レーザ＋ＭＩＧブレージング）により、皮膜４１と鋼材３０とがブレージング（ろう付け）される（Ｓｔｅｐ２）。
皮膜４１は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系とオーステナイト系との２相ステンレス鋼、純鉄、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種の金属を含む。なお、低温かつ高速噴射により金属粉末が吹きつけられた、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０の表面２０ｃは、多量の金属粉末により微細な凹凸が形成されているため（図３を参照）、皮膜４１とアルミニウム又はアルミニウム合金材２０とは、アンカー効果によって機械的に強固に接合されている。
金属粉末を低温かつ高速噴射して皮膜４１を形成する方法としては、コールドスプレー法が好適である。コールドスプレー法とは、ガスと金属粉末とを音速以上の高速で対象物に吹きつけることにより皮膜４１を形成する方法である。この方法は、作動ガスが比較的低温であるため（例えば、鉄粒子融点以下である９００℃以下）、鉄等の相対的に高融点な金属粉末とアルミニウム又はアルミニウム合金材が溶融し合うことがなく、鉄等の相対的に高融点な金属粉末は、その速度エネルギーによってアルミニウム又はアルミニウム合金材に食い込み、ミクロ的な機械的締結状態となる。
したがって、金属間化合物が生成せず、また、脆い相ができないことから、結果として、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０の一部に強固な皮膜（本実施形態では鉄系皮膜）４１が形成される。なお、後述するように、コールドスプレー法で使用するガス種、圧力、温度、金属粉末の粒子径等を適宜選択して実施することができる。
皮膜４１を形成する方法としては、上記コールドスプレー法以外に、プラズマ溶射やアーク溶射などその他の溶射方法が考えられるが、これらは作動ガス温度が高く（例えば、鉄粒子の融点以上である２０００℃以上）、粒子、アルミ母材ともに融点を超えて液状となり、化学反応によって金属間化合物が生成し、脆い被膜しか形成できない。
このように、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０の表面２０ｃに、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系とオーステナイト系との２相ステンレス鋼、純鉄、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金から選択された少なくとも１種の金属粉末を、低温かつ高速噴射して皮膜４１を形成し、その後、得られた皮膜４１の上に鋼材３０を配置してレーザブレージングすることにより、皮膜４１と鋼材３０をブレージングして、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０−皮膜（鉄系）４１−鋼材３０という接合構造を有する異種金属接合体５０を製造することができる。
すなわち、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０−皮膜４１間は、機械的に締結され、また、皮膜４１−鋼材３０間はブレージングにより接合されて、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０−鋼材３０は、間接的に強固に接合された状態となる。接合部４４だけに着目すれば、異種金属接合同士の接合ではなく、鋼材３０と鉄系の皮膜４１との同種金属同士の接合となる。
ろう材４２としては、銅又は銅合金のいずれかであることが接合強度の点から好ましい。銅合金ワイヤ（エバジュール系と呼ばれ、ＪＩＳ Ｚ３３４１ ＹＣｕＳｉＢ、 ＡＷＳＡ５．７ ＥＲＣｕＳｉ-Ａで規格化されている）をフィラーとしたレーザブレージング法は、鉄板接合用としては極めて一般的な手段であり、それをそのまま適用できる。
ここで、レーザブレージングは、母材間に、母材より低い温度で溶けるワイヤ状のろう材を供給しながら、レーザでろう材を溶かして接合する方法である。このレーザブレージングは、母材をほとんど溶かすことがないため、接合界面に脆弱な金属間化合物が形成されることがなく、また入熱が低く、熱変形が最小限に抑えられ、外観性能に優れたモヒカンレス構造での接合が可能となる。なお、ブレージングの際のシールドガスとしては、Ａｒ１００％のガスが一般的に使用される。
続いて、本実施形態に係る製造方法において、皮膜４１、その材料となる金属粉末、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０及び鋼材３０について、以下に詳細に説明する。
＜金属粉末の金属種：フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系とオーステナイト系との２相ステンレス鋼、純鉄、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種＞
皮膜４１と鋼材３０とをレーザ溶接により接合するためには、皮膜４１の材料として、鋼材３０と所望の接合強度で溶接することができるとともに、溶接金属４３の特性が良好となる金属材料を選択することが重要である。
本実施形態では、鋼材３０との間で良好な接合継手を容易に溶接することができるステンレス鋼（ＳＵＳ）を選択することができる。
特に、種々のステンレス鋼のうち、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びフェライト系とオーステナイト系との２相ステンレス鋼は、マルテンサイト系ステンレス鋼に比べ耐食性に優れるため、腐食環境に晒される自動車の材料として適している。よって、コールドスプレーに用いる金属粉末としては、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びフェライト系とオーステナイト系との２相ステンレス鋼から選択された少なくとも１種の金属からなる粉末を使用する。
一方、金属粉末として、例えば、ＣｒやＮｉなど焼入れ元素が多量に添加されたステンレス鋼（ＳＵＳ）を使用すると、鋼材３０が高張力鋼板やホットスタンプ材である場合に、母材希釈を受けた溶接金属４３の全て、もしくは一部がマルテンサイト変態し、硬度が高くなりすぎて、接合強度（継手強度）が低下したり、割れが発生したりするおそれがある。このような場合には、コールドスプレーに用いる金属粉末としては、純鉄、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種の金属を含む粉末を使用する。
なお、本明細書において、純鉄とは、工業用として容易に入手が可能であり、純度が９９．９質量％以上のものを表す。また、炭素鋼とは、鉄と炭素を主成分とし，ケイ素，マンガン及び不純物リン，硫黄，銅を微量に含む鉄鋼材料を表す。なお、ニッケル合金としては、通称インコネル合金、インコロイ合金、ハステロイ合金と呼ばれるＮｉを主成分として、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎなどを適当量添加した合金を用いることができる。
＜金属粉末の粒子径及び形状＞
皮膜４１の材料となる金属粉末の粒子径については特に限定されないが、コールドスプレーのガス圧を１ＭＰａ以下の低圧条件とした場合には、例えば２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。
一方、ガス圧を１ＭＰａ〜５ＭＰａの高圧条件とした場合には、例えば５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましい。
金属粉末の粒子形状についても特に限定されないが、流動性の観点から球状であることが好ましい。
＜作動ガスの種類＞
コールドスプレーにおいて使用するガスについては特に限定されないが、一般的には、空気、窒素、ヘリウム又はそれらの混合ガスを用いて行われる。一方、皮膜４１が酸化すると、溶接性に悪影響を及ぼすおそれがあるため、ガス種として窒素やヘリウムを用いるのが好ましい。
＜作動ガスの温度＞
上述の通り、コールドスプレーにおいて使用するガスの温度が高い場合には、金属粉末が溶融し、皮膜４１の基材となるアルミニウム又はアルミニウム合金材２０と化学反応を起こして金属間化合物を生成するおそれがある。よって、作動ガスの温度は、コールドスプレーに用いられる金属粉末の融点よりも低い温度とすることが好ましい。なお、本実施形態に係る異種金属接合体を得るにあたっては、例えば、室温（２０℃）〜５００℃とすることが好ましい。
＜皮膜の膜厚＞
コールドスプレーにより形成する皮膜４１の膜厚が０．３ｍｍ未満であると、皮膜４１及び鋼材３０のみを溶融させるような溶接条件を適宜選択したとしても、レーザビームＬのバラつきの影響により、皮膜４１及び鋼材３０のみを溶融させることが困難となる場合があるため、ロバスト性が低くなる。
そこで、皮膜４１の膜厚を０．３ｍｍ以上とすることにより、レーザビームＬのバラつきに柔軟に対応することができるため、厳しい条件設定が不要となる。よって、皮膜４１の膜厚は０．３ｍｍ以上であることが好ましく、０．６ｍｍ以上であることがより好ましい。
一方、皮膜４１の膜厚が３ｍｍを超えると、成膜時間が長くなり、製造コストアップとなるおそれがある。従って、皮膜４１の膜厚は３ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましい。
＜アルミニウム又はアルミニウム合金材＞
アルミニウム又はアルミニウム合金材２０についても特に限定されないが、自動車等に用いる部材に適用する場合には、強度の観点から、２０００系、５０００系、６０００系及び７０００系等のアルミニウム合金材を用いることが好ましい。なお、本実施形態においては、板材だけでなく、自動車等の分野で多用される押出材や鋳造材、鍛造材であっても問題なく使用することができる。
＜鋼材＞
鋼材３０としては、一般的に鉄鋼と呼ばれる金属からなる部材であれば特に限定されない。ただし、近年、自動車のボディ骨格等に用いられる鋼板としては、車体軽量化や衝突安全性強化を目的として高張力鋼材（ハイテン材）等が多用されている。鋼−アルミの異種金属接合法として普及している機械的接合法では、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板に適用することが困難である。よって、引張強度が９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板において本発明は特に有効である。
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。鋼材３０と皮膜４１との接合方法としては、第１の実施形態で説明したレーザブレージング以外に、レーザ溶接を用いることができる。図４は、溶接材料（溶接ワイヤ）を用いたレーザ溶接により接合された異種金属接合体５０の断面模式図である。
図４に示すように、本実施形態においても、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０の表面２０ｃの少なくとも一部に、コールドスプレーにより金属粉末を低温かつ高速で噴射して皮膜４１が形成される（Ｓｔｅｐ１）。次いで、皮膜４１と鋼材３０とが対向するように、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０と鋼材３０とが重ね合わされ、レーザ溶接することにより、皮膜４１と鋼材３０とを溶融させてアルミニウム又はアルミニウム合金材２０と鋼材３０とを接合して異種金属接合体５０を製作する（Ｓｔｅｐ２）。
レーザ溶接で接合する場合、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０と鋼材３０との重ねた合わせ面に沿って、レーザを照射しながら、不図示の鉄合金製の溶接材料（溶接ワイヤ）と、鋼材３０の表層と、皮膜４１の表層を溶かしながら、全てが混ざった溶接金属４３を形成する。ただし、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０が溶融するほど溶け込まないように溶接条件には注意が必要となる。これにより、同種金属である鋼材３０と皮膜４１が溶けて混ぜ合わさっても金属間化合物は生成されないので、接合強度の問題は生じない。シールドガスとしては、Ａｒ５０〜９９％、残部がＣＯ２の混合ガスが用いられる。
ここで、レーザ溶接は、アーク溶接などの他の溶接法に比べ、入熱が低く、熱影響が小さい溶接法である。通常のアーク溶接の場合を用いた場合には、溶接時に発生する熱がアルミニウム又はアルミニウム合金材２０まで到達しやすいため、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０までもが溶融して、接合強度が低下するおそれがある。しかし、レーザ溶接を用いた場合には、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０への熱影響を最小限に抑え、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０の溶融を抑制することができるため、接合強度の低下を防止して良好な異種金属接合体５０を得ることができる。
なお、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０への熱影響を、より最小限に抑えるためには、皮膜４１及び鋼材３０のみを溶融させるよう、適切な溶接条件を選択することが好ましい。レーザ溶接条件としては、熱源、出力、溶接速度、溶接部の直径、及び皮膜４１と鋼材３０との間隔等を適宜選択することができる。
レーザ溶接に用いられる溶接材料としては、鋼合金又はニッケル合金が適用される。鋼合金の溶接材料としては、例えば、ＪＩＳ Ｚ３３１２， ＡＷＳ Ｅ７．１８がある。鋼合金の溶接材料は、銅合金の溶接材料よりも安価であり、シールドガスもＡｒ＋ＣＯ２混合ガスが使えるので、安価というメリットがある。ただし、銅合金の溶接材料を用いたブレージングに比べると、熱歪みが生じやすく、外観に劣る場合がある。また、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０を溶かしてしまうと金属間化合物が生成して強度が低下するおそれがあるので注意が必要である。
なお、鋼材３０と皮膜４１との接合方法は、アーク溶接であってもよい。この場合も、アルミニウム又はアルミニウム合金材２０が溶融しないように溶接条件には注意が必要となる。
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、鋼材と接合可能な金属粉末を低温かつ高速噴射することにより皮膜を形成する工程と、
前記皮膜と前記鋼材が対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを配置する工程と、
前記皮膜及び前記鋼材間で、ろう材を用いたブレージング又は溶接材料を用いた溶接を行う工程と、を有する異種金属接合体の製造方法。
この構成によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との異種金属を、工業的に簡易な方法で、外観的に優れ、かつ高い接合強度で接合することができる。
（２） 前記ろう材を用いたブレージングとしてレーザブレージングを用いる、（１）に記載の異種金属接合体の製造方法。
この構成によれば、入熱量が低く、母材をほとんど溶かすことがないため、接合界面に脆弱な金属間化合物が形成されることがない。また、熱変形が最小限に抑えられる。
（３） 前記ろう材は、銅又は銅合金のいずれかである、（１）又は（２）に記載の異種金属接合体の製造方法。
この構成によれば、異種金属接合体の接合強度が向上する。
（４） 前記溶接材料を用いた溶接法としてレーザ溶接又はアーク溶接を用いる、（１）に記載の異種金属接合体の製造方法。
この構成によれば、入熱を低く抑えて熱影響を少なくすることで、異種金属の接合が可能となる。
（５） 前記溶接材料は、鋼合金又はニッケル合金のいずれかである（１）又は（２）に記載の異種金属接合体の製造方法。
この構成によれば、異種金属接合体の接合強度が向上する。
（６） 前記金属粉末は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びフェライト系とオーステナイト系との２相ステンレス鋼、純鉄、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種を含む、（１）〜（５）のいずれかに記載の異種金属接合体の製造方法。
この構成によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面に、鉄系金属粉末からなる被膜を形成することかでき、脆い金属間化合物を生成することなく、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを接合することができる。
（７） 前記アルミニウム又はアルミニウム合金材、及び前記鋼材が、それぞれ車体におけるルーフパネル及びルーフサイドレールとして用いられる、（１）〜（６）のいずれかに記載の異種金属接合体の製造方法。
この構成によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金材のルーフパネルと、鋼材のルーフサイドレールとを強固に接合することができる。
（８） 前記皮膜の膜厚が０．３ｍｍ以上である、（１）〜（７）のいずれかに記載の異種金属接合体の製造方法。
この構成によれば、レーザビームのバラつきに柔軟に対応して、皮膜及び鋼材のみを溶融することができ、金属間化合物のない、高い接合強度を有する異種金属接合体を形成することができる。
（９） アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に形成された、鋼材と接合可能な金属粉末からなる皮膜と、
前記皮膜と前記鋼材が対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とが配置され、
前記皮膜及び前記鋼材間に、ろう材を用いたブレージング又は溶接材料を用いた溶接により形成された接合部を有する異種金属接合体。
この構成によれば、異種金属接合体が高い接合強度を有する。
１０ 車体
２０ アルミニウム又はアルミニウ合金材（ルーフパネル）
２０ａ 本体部
２０ｂ 屈曲部
２０ｃ 表面
３０ 鋼材（ルーフサイドレール）
３０ａ 本体部
３０ｂ 内側フランジ部
４０ 溶接材料
４１ 皮膜
４２ ろう材（溶接材料）
４３ 溶接金属
４４ 接合部
５０ 異種金属接合体
Ｌ レーザビーム

Claims (9)

  1. アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、鋼材と接合可能な金属粉末を低温かつ高速噴射することにより皮膜を形成する工程と、
    前記皮膜と前記鋼材が対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを配置する工程と、
    前記皮膜及び前記鋼材間で、ろう材を用いたブレージング又は溶接材料を用いた溶接を行う工程と、を有する異種金属接合体の製造方法。
  2. 前記ろう材を用いたブレージングとしてレーザブレージングを用いる、請求項１に記載の異種金属接合体の製造方法。
  3. 前記ろう材は、銅又は銅合金のいずれかである、請求項１又は２に記載の異種金属接合体の製造方法。
  4. 前記溶接材料を用いた溶接法としてレーザ溶接又はアーク溶接を用いる、請求項１に記載の異種金属接合体の製造方法。
  5. 前記溶接材料は、鋼合金又はニッケル合金のいずれかである請求項１又は２に記載の異種金属接合体の製造方法。
  6. 前記金属粉末は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びフェライト系とオーステナイト系との２相ステンレス鋼、純鉄、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも１種を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の異種金属接合体の製造方法。
  7. 前記アルミニウム又はアルミニウム合金材、及び前記鋼材が、それぞれ車体におけるルーフパネル及びルーフサイドレールとして用いられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の異種金属接合体の製造方法。
  8. 前記皮膜の膜厚が０．３ｍｍ以上である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の異種金属接合体の製造方法。
  9. アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に形成された、鋼材と接合可能な金属粉末からなる皮膜と、
    前記皮膜と前記鋼材が対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とが配置され、
    前記皮膜及び前記鋼材間に、ろう材を用いたブレージング又は溶接材料を用いた溶接により形成された接合部を有する異種金属接合体。
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