JP2021004377A - アルミニウム部材の製造方法及びアルミニウム部材 - Google Patents

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Abstract

【課題】環境に対する接着面の耐久性を向上可能なアルミニウム部材の製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、不可避的不純物を有する基材層と、アルミニウムの酸化物を含む酸化物層と、アルミニウムの金属粒子の集合により多孔質に構成された多孔質層と、をこの順で備えるアルミニウム部材を製造する方法であって、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、不可避的不純物を有するアルミニウム原料部材の表面に対し、強度１１０ＭＷ／ｃｍ２以上３２０ＭＷ／ｃｍ２以下でトップハット型レーザ光の照射を行うアルミニウム部材の製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム部材の製造方法及びアルミニウム部材に関する。
特許文献１には、アルミニウム又はアルミニウム合金製の形材と、補強繊維と樹脂とからなる繊維強化樹脂を接着剤により接着接合させたことを特徴とするアルミニウム／繊維強化樹脂製の衝撃吸収部材が記載されている。また、特許文献１には、アルミニウムの接着面をサンドブラストで研磨することが記載されている。
特開平１１−１７３３５６号公報（特に請求項１、段落００８５参照）
特許文献１に記載の技術では、アルミニウム等の形材と繊維強化樹脂との接着面について、環境に対する耐久性の検討は為されていない。従って、特許文献１に記載の技術では、環境に対する接着面の耐久性に向上の余地がある。なお、ここでいう接着面の耐久性とは、例えば、接着面での錆の発生抑制等である。
本発明は、環境に対する接着面の耐久性を向上可能なアルミニウム部材の製造方法及びアルミニウム部材を提供することを目的とする。
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、不可避的不純物を有する基材層と、アルミニウムの酸化物を含む酸化物層と、アルミニウムの金属粒子の集合により多孔質に構成された多孔質層と、をこの順で備えるアルミニウム部材を製造する方法であって、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、不可避的不純物を有する原料部材の表面に対し、強度１１０ＭＷ／ｃｍ２以上３２０ＭＷ／ｃｍ２以下でトップハット型レーザ光の照射を行うアルミニウム部材の製造方法に関する。その他の解決手段は発明を実施するための形態において後記する。
本発明によれば、環境に対する接着面の耐久性を向上可能なアルミニウム部材の製造方法及びアルミニウム部材を提供できる。
本実施形態のアルミニウム部材の製造方法を示す工程図であり、アルミニウム原料部材を配置した図である。 本実施形態のアルミニウム部材の製造方法を示す工程図であり、アルミニウム原料部材にトップハット型レーザ光を照射する図である。 本実施形態のアルミニウム部材の製造方法を示す工程図であり、トップハット型レーザ光の照射により得られた本実施形態のアルミニウム部材を示す図である。 本実施形態のアルミニウム部材の製造方法を示す工程図であり、多孔質層の表面に接着剤を塗布した様子を示す図である。 本実施形態のアルミニウム部材の製造方法を示す工程図であり、接着層を介して多孔質層に接着された被接着部材を備えるアルミニウム部材を示す図である。 本実施形態のアルミニウム部材の製造方法により製造されるアルミニウム部材の断面図である。 実施例１で作製したアルミニウム部材の断面電子顕微鏡写真である。 実施例１で作製したアルミニウム部材の断面電子顕微鏡写真であり、酸化物層及び多孔質層の近傍を拡大して撮影したものである。 実施例１で作製したアルミニウム部材の電子顕微鏡写真であり、多孔質層の表面を撮影したものである。 実施例２でのレーザ光強度に対する金属粒子の粒子径を示すグラフである。 実施例３での耐食性試験結果を示すグラフである。 実施例４での耐環境試験に使用した試験片の斜視図である。 耐環境試験前及び耐環境試験後の破断面の写真である。
以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されず、本発明の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形して実施できる。本発明は、異なる実施形態同士を組み合わせて実施してもよい。異なる実施形態において、同じ部材については同じ符号を付すものとし、説明の簡略化のために重複する説明は省略する。
図１Ａは、本実施形態のアルミニウム部材１０の製造方法（以下単に「本実施形態の製造方法」という）を示す工程図であり、アルミニウム原料部材１００を配置した図である。アルミニウム原料部材１００へのトップハット型レーザ光の照射（図１Ｂに示すレーザ光１０２の照射。後記する）により、アルミニウム部材１０が製造される。アルミニウム原料部材１００は、例えば、厚さが１ｍｍ以上１ｃｍ以下の平板を含む。
アルミニウム原料部材１００は、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、不可避的不純物を有する。中でも、アルミニウム原料部材１００はアルミニウム合金を含むことが好ましい。アルミニウム原料部材１００がアルミニウム合金を含むことで、不純物元素に起因する新たな機能をアルミニウム部材１０に付与できる。
アルミニウム原料部材１００は、不純物元素としてのケイ素及び銅を含むアルミニウム合金を含むことが好ましい。ケイ素を含むことで、アルミニウムの融点を低下できるとともに、溶融時の粘度を低下できる。これにより、基材層１の表面への酸化物層２（後記する）を形成し易くできる。また、銅を含むことで、アルミニウム部材１０の強度を向上できる。
図１Ｂは、本実施形態のアルミニウム部材１０の製造方法を示す工程図であり、アルミニウム原料部材１００にトップハット型のレーザ光１０２を照射する図である。以下、単に「レーザ光１０２」というときは、「トップハット型のレーザ光１０２」を表すものとする。レーザ光１０２の照射は、レーザ光照射装置１０３によって行われる。アルミニウム部材１０は、上記のように、アルミニウム原料部材１００へのレーザ光１０２の照射により製造される。ここで、アルミニウム部材１０の構造について図２を参照しながら説明する。
図２は、本実施形態のアルミニウム部材１０の製造方法により製造されるアルミニウム部材１０の断面図である。アルミニウム部材１０は、基材層１と、酸化物層２と、多孔質層３とを、この順で備える。
基材層１は、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、不可避的不純物を有する。基材層１は、上記アルミニウム原料部材１００と通常同じ組成を有する基材本体層１ａと、多孔質層３側に配置され、基材本体層１ａでの濃度よりも高濃度の不純物元素を含む異種元素層１ｂとを備える。
基材本体層１ａは、通常は、アルミニウム部材１０の製造に使用されるアルミニウム原料部材１００と同じ組成である。また、異種元素層１ｂは例えば３μｍ以上１０μｍ以下である。異種元素層１ｂを備えることで、基材本体層１ａよりも高濃度の不純物元素を含有できる。これにより、不純物元素により奏される新たな機能による効果を大きくできる。
酸化物層２は、基材層１と多孔質層３との間に配置され、アルミニウムの酸化物（酸化アルミニウム）を含む。アルミニウムの酸化物を含むことで、例えば多孔質層３側に配置される接着層４（後記する）が吸湿した場合に、水分に起因する酸化物層２の腐食を抑制できる。これにより、酸化物層２を起点とする基材層１の腐食も抑制でき、アルミニウム部材１０の耐食性を向上できる。
酸化物層２の厚さは、例えば２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。酸化物層２の厚さがこの範囲であることで、酸化物層２の厚さを不動態の通常厚さ（数ｎｍ）よりも厚くできる。そして、酸化物層２は多孔質層３の下方に配置されることから、酸化物層２には酸素が届きにくい。このため、酸化物層２に例えば例えば傷が生じた場合であっても、例えば２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さを有することで、酸化物層２の下方に配置された基材層１の露出を抑制できる。これにより、基材層１の露出部分を起点とした錆を抑制できる。
多孔質層３は、アルミニウムの金属粒子３ａの集合により多孔質に構成されたものである。多孔質層３の厚さは、例えば３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。多孔質層３の厚さがこの範囲であることで、塗布された接着剤と多孔質層３との接触面積を広くできる。
多孔質層３は、大きさが６ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは６ｎｍ以上１０ｎｍ以下の金属粒子３ａを含む。金属粒子３ａの大きさがこの範囲にあることで、接着剤塗布（後記する）により形成される接着層４（後記する）と金属粒子３ａとの密着度合を向上できる。これにより、接着層４と金属粒子３ａとの接着面での空隙形成が抑制され、空隙を起点とする多孔質層３表面の腐食を抑制できる。この結果、環境に対する耐久性を向上できる。
なお、金属粒子３ａは、通常は不動態によって覆われている。従って、不動態を含む金属粒子３ａの全体の大きさが上記数値範囲を満たすことが好ましい。金属粒子３ａの大きさは、例えば、電子顕微鏡を用いた断面の観察により測定でき、金属粒子３ａの径のうちの最も長い部分が上記範囲を満たすことが好ましい。
多孔質層３において、金属粒子３ａは高さ方向に堆積している。金属粒子３ａの堆積は、例えば、電子顕微鏡を用いた断面の観察により確認できる。金属粒子３ａの高さ方向への堆積により、多孔質層３の表面積を増大できる。表面積増大により、多孔質層３への接着剤の接触面積を増大でき、接着層４と多孔質層３との面間結合の数を増やすことができる。これにより、接着強度を向上できる。
多孔質層３は、高さ方向への金属粒子３ａの堆積物３ｂのうち隣接する堆積物３ｂ，３ｂの間に縦穴３ｃを形成する縦穴様構造を有する。縦穴様構造は、例えば、電子顕微鏡を用いた断面の観察により確認できる。隣接する堆積物３ｂ，３ｂの間に縦穴３ｃが形成されることで、多孔質層３への接着剤塗布により、接着剤を縦穴３ｃに含浸し易くできる。これにより、接着剤は堆積物３ｂの表面の凹凸に沿って固化し、アンカー効果により接着層４の接着強度を向上できる。
隣接する堆積物３ｂ，３ｂの間隔Ｗは例えば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。間隔Ｗは、例えば、電子顕微鏡を用いた断面の観察により測定できる。間隔Ｗは、観察された断面において、隣接する堆積物３ｂ，３ｂのうち、最も外側（接着層４の側）に配置された金属粒子３ａ同士の中心間距離として定義できる。間隔Ｗをこの範囲にすることで、縦穴３ｃへの接着剤の含浸量を確保でき、接着層４の接着強度を向上できる。
図１Ｂに戻って、アルミニウム原料部材１００へのレーザ光１０２の照射により、アルミニウム原料部材１００に熱が与えられる。アルミニウム原料部材１００への熱付与により、アルミニウム原料部材１００の表面でアルミニウムのガス化（揮発）が生じる。ガス化したアルミニウムは表面付近で凝集してナノ粒子になった後、アルミニウム原料部材１００の表面に堆積する。これにより、アルミニウムの金属粒子３ａを含む多孔質層３が形成される。
また、アルミニウム原料部材１００のうち、ガス化するほどの熱は与えられなかったものの、瞬間的な溶融及び酸化により、酸化物層２が形成される。酸化物層２には、不純物元素の酸化物（例えば酸化銅）も含まれる。不純物元素の酸化により、アルミニウム部材１０の使用中に生じ得る不純物元素を起点とした腐食を抑制でき、耐食性を向上できる。また、不純物元素のうち溶融しなかった元素（例えばケイ素）については、瞬間的な熱拡散により、アルミニウム原料部材１００での濃度よりも高濃度となって、異種元素層１ｂが形成される。
アルミニウム原料部材１００において、レーザ光１０２の照射面では、全域に亘ってエネルギ密度が均一になる。これにより、一度のレーザ光１０２の照射により、レーザ光照射面の全域においてムラなく、アルミニウムのガス化、凝集及び堆積を生じさせることができる。この結果、ガス化、凝集及び堆積の繰り返しを抑制し、図２に示す層構成を得ることができる。
レーザ光１０２の照射は、アルミニウム原料部材１００の表面１０１に対し、強度１１０ＭＷ／ｃｍ２以上３２０ＭＷ／ｃｍ２以下で行われる。レーザ光１０２の強度をこの範囲にすることで、アルミニウム原料部材１００の組成によって融点は異なるものの、アルミニウム原料部材１００中のアルミニウムについてはガス化を生じさせることができる。また、照射するレーザ光１０２の強度が低いほど、ガス化後に凝集し易くなり、金属粒子３ａは大きくなる。一方で、照射するレーザ光１０２の強度が高いほど、ガス化後に凝集し難くなり、金属粒子３ａは小さくなる。そこで、１１０ＭＷ／ｃｍ２以上にすることで、金属粒子３ａの大きさを２０ｎｍ以下にできる。また、熱伝導により、多孔質層３の下方に酸化物層２を形成できる。さらに、３２０ＭＷ／ｃｍ２以下とすることで、過剰な熱付与による金属粒子３ａの微細化を抑制でき、金属粒子３ａの大きさを６ｎｍ以上にできる。
レーザ光１０２の強度は２２０ＭＷ／ｃｍ２以上であることが好ましい。２２０ＭＷ／ｃｍ２以上にすることで、アルミニウム原料部材１００に含まれる不純物元素（不可避的不純物を含む）の酸化により、不純物元素を十分に無害化できる。特に、アルミニウム原料部材１００がアルミニウム合金を含む場合には、アルミニウム合金に含まれる不純物元素を十分に無害化でき、不純物元素に起因する腐食を十分に抑制できる。
照射するレーザ光１０２の波長は、強度１１０ＭＷ／ｃｍ２以上３２０ＭＷ／ｃｍ２以下での照射であれば、特に限定されない。レーザ光１０２の波長は例えば１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ等にすることができる。
レーザ光１０２の照射は酸化性雰囲気で行われることが好ましい。酸化性雰囲気でレーザ光１０２を照射することで、酸化物層２を形成し易くできる。酸化性雰囲気での照射は、例えば空気中での照射を含む。ただし、還元性雰囲気、不活性雰囲気でのレーザ光１０２の照射であっても、照射後に酸化性雰囲気にすることで、酸化物層２を形成できる。
レーザ光１０２の照射は、４５％ＲＨ以上９０ＲＨ％以下の雰囲気で行われることが好ましい。４５％ＲＨ以上の雰囲気でのレーザ光１０２の照射により、金属粒子３ａに水分子を付着できる。これにより、金属粒子３ａの集合体である多孔質層３への接着剤の浸透を促進できる。一方で、９０％ＲＨ以下の雰囲気でのレーザ光１０２の照射により、金属粒子３ａへの過度の水分子の付着を抑制でき、多孔質層３に浸透した接着剤の物性を維持できる。
図１Ｃは、本実施形態のアルミニウム部材１０の製造方法を示す工程図であり、レーザ光１０２の照射により得られた本実施形態のアルミニウム部材１０を示す図である。上記の条件でレーザ光１０２の照射をアルミニウム原料部材１００に対して行うことで、図１Ｃに示すアルミニウム部材１０が得られる。なお、図１Ｃでは、図示の簡略化のために、多孔質層３の構造を簡略化して図示している。
図１Ｄは、本実施形態のアルミニウム部材１０の製造方法を示す工程図であり、多孔質層３の表面に接着剤４ａを塗布した様子を示す図である。接着剤４ａの固化により、後記する接着層４が形成される。接着剤４ａは、例えば、エポキシ接着剤を含む。多孔質層３に塗布した接着剤４ａは、多孔質層３の縦穴３ｃ（図２参照）に含浸する。含浸した接着剤４ａは、堆積物３ｂの表面凹凸に沿って固化することで、堆積物３ｂの表面凹凸に沿った接着層４（図１Ｅ参照）が形成される。
図１Ｅは、本実施形態のアルミニウム部材１０の製造方法を示す工程図であり、接着層４を介して多孔質層３に接着された被接着部材５を備えるアルミニウム部材１０を示す図である。多孔質層３への被接着部材５の接着により、多孔質層３と被接着部材５との接着面における環境に対する耐久性を向上できる。図１Ｄに示した接着剤４ａの塗布後固化前に接着剤４ａに被接着部材５を載置し、接着剤４ａを固化させることで、接着層４を介した多孔質層３への被接着部材５の接着を行うことができる。
被接着部材５は、例えば、炭素繊維強化複合部材又は第２アルミニウム部材を含む。炭素繊維強化複合部材を含むことで、環境に対する耐久性に優れた金属樹脂複合部材を得ることができる。炭素繊維強化複合部材は、例えば、炭素繊維強化複合樹脂材料（ＣＦＲＰ）を含む。また、第２アルミニウム部材を含むことで、環境に対する耐久性に優れたアルミニウム複合部材を得ることができる。第２アルミニウム部材は、アルミニウム部材１０と同様の構成を有するアルミニウム部材（純アルミニウム又はアルミニウム合金）であってもよく、アルミニウム部材１０とは異なる構成を有するアルミニウム部材であってもよい。
被接着部材５のうち、接着剤４ａとの接着面には、任意の表面処理を行うことができる。表面処理は、例えば、接着剤４ａとの接着強度を高めるための処理、密着し易くするための処理等を含む。
本実施形態の製造方法及びアルミニウム部材１０によれば、接着層４と多孔質層３との接着面において、環境に対する耐久性を向上可能なアルミニウム部材１０の製造方法及びアルミニウム部材１０を提供できる。
以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。
＜実施例１＞
アルミニウム原料部材１００として、不純物元素（不可避的不純物を含む）を以下の割合で含むアルミニウム合金製の板材を準備した。
マグネシウム ０．２質量％以上０．３質量％以下、
ケイ素 ７．５質量％以上８．５質量％以下、
銅 ０質量％より大きく０．２質量％以下、
亜鉛 ０質量％より大きく０．０５質量％以下、
鉄 ０質量％より大きく０．２質量％以下、
マンガン ０．６質量％、
及び、不可避的不純物
アルミニウム原料部材１００へのレーザ光１０２の照射を行う照射装置は、ＱスイッチＮｄ−ＹＡＧレーザシステムを用いた。この照射装置は、トップハット型のレーザ光１０２を照射可能なものである。照射するレーザ光１０２の波長は１０６４ｎｍとした。この照射装置を用い、３２０ＭＷ／ｃｍ２のレーザ出力でアルミニウム原料部材１００の表面へのレーザ光１０２の照射を行った。レーザ光１０２の光照射は、５０％ＲＨの空気中（酸化性雰囲気）で行った。
レーザ光１０２の照射により得られたアルミニウム部材１０の断面の撮影を行った。断面の撮影は、走査型電子顕微鏡を用いて行った。
図３Ａは、実施例１で作製したアルミニウム部材１０の断面電子顕微鏡写真である。図３Ａに示すように、基材層１は、多孔質層３側とその反対側とで組織の形態が異なっていた。これは、レーザ光照射によってアルミニウム原料部材１００中の不純物元素が瞬間的にガス化したことに起因すると考えられる。これにより、不純物元素が上側（多孔質層３側である表面側）に移動し、多孔質層３側に厚さ５μｍ程度の異種元素層１ｂが形成されたと考えられる。また、異種元素層１ｂの下側には、基材本体層１ａが存在している。
図３Ｂは、実施例１で作製したアルミニウム部材１０の断面電子顕微鏡写真であり、酸化物層２及び多孔質層３の近傍を拡大して撮影したものである。多孔質層３の上側に観察されるものは、断面撮影時に使用した観察用保護膜であり、アルミニウム部材１０の構成層ではない。図３Ｂに示すように、基材層１の上側には、厚さが１００ｎｍの酸化物層２が形成されていた。また、酸化物層２の外側には、厚さが３００ｎｍの多孔質層３が形成されていた。多孔質層３では、金属粒子３ａの高さ方向への堆積による堆積物３ｂが観察された。なお、また、隣接する堆積物３ｂ，３ｂの間には縦穴３ｃが観察された。従って、多孔質層３は縦穴様構造を有することが確認できた。
図３Ｃは、実施例１で作製したアルミニウム部材１０の電子顕微鏡写真であり、多孔質層３の表面を撮影したものである。図３Ｃにおいても、多孔質層３では、金属粒子３ａの堆積により堆積物３ｂが形成されていることが確認できた。金属粒子３ａの大きさは、およそ６ｎｍであった。また、金属粒子３ａの堆積物３ｂであって隣接する堆積物３ｂ，３ｂの間隔Ｗはおよそ１０ｎｍ〜２０ｎｍであった。
＜実施例２＞
レーザ光１０２の強度を変化させることで金属粒子３ａの大きさがどのように変化するのかを検討した。具体的には、レーザ光１０２の強度（以下レーザ光強度という）を１１０ＭＷ／ｃｍ２、２２０ＭＷ／ｃｍ２、２６０ＭＷ／ｃｍ２、３２０ＭＷ／ｃｍ２のいずれかとしたこと以外は上記実施例１と同様にして、アルミニウム部材１０を作製した。作製したアルミニウム部材１０の多孔質層３の断面を電子顕微鏡により撮影し、金属粒子３ａの大きさを測定した。
図４は、実施例２でのレーザ光強度に対する金属粒子３０ａの粒子径を示すグラフである。レーザ光強度を大きくすると、粒子径は指数関数的に小さくなっていた。具体的には、レーザ光強度が１１０ＭＷ／ｃｍ２のとき、粒子径は２０ｎｍであった。また、レーザ光強度が２２０ＭＷ／ｃｍ２のとき粒子径は１０ｎｍ、レーザ光強度が２６０ＭＷ／ｃｍ２のとき粒子径は８ｎｍ、レーザ光強度が３２０ＭＷ／ｃｍ２のとき粒子径は６ｎｍとなった。なお、図示はしないが、いずれの場合にも、基材層１と、酸化物層２と、多孔質層３とがこの順で形成されていた。
いずれのレーザ光強度でレーザ光１０２を照射した場合であっても、測定誤差を考慮すれば、粒子径は指数関数のグラフとほぼ一致していた。従って、レーザ光強度と粒子径との間には相関があることがわかった。このため、例えば実験により当該相関を決定すれば、所望とする粒子径に応じて、レーザ光強度を決定できることがわかった
＜実施例３＞
アルミニウム部材１０に流れる電流の電流密度を測定することで、アルミニウム部材１０の耐食性を評価する耐食性試験を行った。
レーザ光強度を、１１０ＭＷ／ｃｍ２、２２０ＭＷ／ｃｍ２、２６０ＭＷ／ｃｍ２のいずれかにすること以外は上記実施例１と同様にしてアルミニウム部材１０を作製した。作製した５種類のアルミニウム部材１０について、多孔質層３と基材本体層１ａとの間に電位差を生じさせ、流れた電流の電流密度を測定した。電位差は、基材本体層１ａを０Ｖとし、多孔質層３を−１．２Ｖ〜−０．７Ｖに変化させることで生じさせた。電流密度の測定結果を図６に示す。
図５は、実施例３での耐食性試験結果を示すグラフである。図５において、「未処理」とはレーザ光照射を行っていないアルミニウム原料部材１００を示す。また、１１０ＭＷ／ｃｍ２、２２０ＭＷ／ｃｍ２、２６０ＭＷ／ｃｍ２の各強度でレーザ光を照射したときのグラフである。
図５に示すように、未処理の場合と、レーザ光１０２を照射した場合とで、電流密度変化に違いが見出された。具体的には、１１０ＭＷ／ｃｍ２以上のレーザ光１０２の照射により、未処理の場合と比べて、電流密度を小さくできた。電流密度が小さいほど、電流が流れにくいことを示す。電流が流れにくくなることで、微弱電流が流れることで生じる腐食を抑制できる。これにより、アルミニウム部材１０での錆の発生を抑制でき、多孔質層３（接着面）での環境に対する耐久性を向上できる。
レーザ光１０２を照射した中でも、２２０ＭＷ／ｃｍ２以上のレーザ光１０２を照射することで、電流密度を更に小さくでき、電流を更に流しにくくできた。この結果は、２２０ＭＷ／ｃｍ２以上でのアルミニウム原料部材１００中の不純物元素が十分に無害化（酸化）され、これにより、絶縁性が高い酸化物層２の形成によるものと考えられる。従って、２２０ＭＷ／ｃｍ２以上でのレーザ光１０２の照射により、アルミニウム部材１０での錆の発生を十分に抑制でき、多孔質層３（接着面）での環境に対する耐久性を更に向上できる。
＜実施例４＞
環境が与える接着面への影響を評価する耐環境試験を行った。
図６は、実施例４での耐環境試験に使用した試験片３００の斜視図である。試験片３００は以下のようにして作製した。長さ（ｘ軸方向長さ）１００ｍｍ、幅（ｙ軸方向長さ）２５ｍｍ、厚さ（ｚ軸方向長さ）４ｍｍの板状部材３０１を２枚用意した。板状部材３０１は、実施例１で使用したアルミニウム原料部材１００と同じ材料である。各板状部材３０１の端部１９ｍｍの領域に対し、レーザ光強度を２２０ＭＷ／ｃｍ２としたこと以外は実施例１と同条件でレーザ光照射を行った。これにより、板状部材３０１の端部上面には、１０ｎｍの粒子径を有する金属粒子３ａを有する多孔質層３が形成された。
次いで、一方の板状部材３０１の多孔質層３の形成部分に、端から２ｍｍ離して１５ｍｍ長さで幅方向全域に接着剤を塗布した。接着剤は、特許第５０８６７７４号公報に記載の実施例１のエポキシ系接着剤を用いた。そして、他方の板状部材３０１の多孔質層３の形成部分を、端から２ｍｍ離して接着剤上に重ねて載置し、１７０℃で２０分間保持することで、接着剤を固化させた。これにより、２枚の板状部材３０１が厚さ０．３ｍｍの接着層３０３を介して固着された試験片３００（実施例）が作製された。
レーザ光照射に代えてサンドブラスト処理を行ったこと以外は試験片３００と同様にして、試験片（比較例）を作製した。サンドブラスト処理は、上記特許文献１の段落００８５に記載の方法により行った。
作製した試験片３００及び試験片（比較例）のそれぞれ１つずつについて、耐環境試験を行った。耐環境試験は、ＪＩＳ Ｚ ２３７１：２０１５に規定する塩水噴霧試験方法（ＣＣＴ）に準じて行った。具体的には、中性塩水噴霧及び乾燥を１サイクルとし、試験片３００及び試験片（比較例）の双方について１２０サイクル行った。
１２０サイクル後、せん断引っ張り試験を行った。せん断引っ張り試験は、作製した試験片３００の長軸（ｘ軸）を試験片３００の中心線にそろえ、荷重がその線上を通るように両端４０ｍｍの部分を支持体と共に材料試験機のつかみでしっかり固定することで行った。引っ張り速さは５０ｍｍ／分とした。また、耐環境試験を行わない（耐環境試験前）の試験片３００及び試験片（比較例）についても同様にせん断引っ張り試験し、破断面を観察した。
図７は、耐環境試験前及び耐環境試験後の破断面の写真である。各写真で示す「接着部分」は接着層３０３が形成されていた部分である。実施例では、耐環境試験前及び耐環境試験後のいずれにおいても、接着部分は同じ外観を示していた。従って、実施例では、耐環境試験後であっても、接着層３０３と多孔質層３との接着面において耐環境試験に起因する腐食が生じていなかったことが確認された。これは、接着層３０３と多孔質層３とが密着しており、これらの界面に中性塩水が浸入しなかったためと考えられる。この結果、実施例によれば、接着面で密着性を向上でき、耐環境性、即ち環境に対する耐久性を向上できることがわかった。
一方で、比較例では、耐環境試験後、接着層３０３が形成されていた部分である接着部分の金属（接着面）に、アルミニウムの錆である白錆が生じていた。これは、接着層３０３とアルミニウム原料部材１００のサンドブラスト面との間ですき間が存在し、このすき間に中性塩水が浸入したためと考えられる。従って、比較例では、接着面の耐環境性に向上の余地があることがわかった。
また、レーザ光強度を１１０ＭＷ／ｃｍ２としたこと以外は同様にして試験片を作製し、耐環境試験を行った。この結果、試験片（比較例）ほどではないが、接着面にわずかな白錆が確認できた。これは、レーザ光強度が低いため、アルミニウム原料部材１００中の不純物元素を十分に無害化できず、不純物元素に起因する腐食が生じたためと考えられる。従って、アルミニウム原料部材１００がアルミニウム単体（純アルミニウム）の場合には、レーザ光強度を１１０ＭＷ／ｃｍ２以上であれば十分であるが、アルミニウム原料部材１００がアルミニウム合金の場合には、不純物元素の十分な無害化のため、レーザ光強度を２２０ＭＷ／ｃｍ２以上にすることが好ましいことがわかった。
１ 基材層
１０ アルミニウム部材
１００ アルミニウム原料部材
１０１ 表面
１０２ レーザ光
１０３ レーザ光照射装置
１ａ 基材本体層
１ｂ 異種元素層
２ 酸化物層
２００ 試験片
２０１ 板状部材
２０３ 接着層
３ 多孔質層
３００ 試験片
３０１ 板状部材
３０３ 接着層
３ａ 金属粒子
３ｂ 堆積物
３ｃ 縦穴
４ 接着層
４ａ 接着剤
５ 被接着部材
Ｗ 間隔

Claims (13)

  1. アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、不可避的不純物を有する基材層と、アルミニウムの酸化物を含む酸化物層と、アルミニウムの金属粒子の集合により多孔質に構成された多孔質層と、をこの順で備えるアルミニウム部材を製造する方法であって、
    アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、不可避的不純物を有するアルミニウム原料部材の表面に対し、強度１１０ＭＷ／ｃｍ２以上３２０ＭＷ／ｃｍ２以下でトップハット型レーザ光の照射を行う
    アルミニウム部材の製造方法。
  2. 前記トップハット型レーザ光の強度が２２０ＭＷ／ｃｍ２以上である
    請求項１に記載のアルミニウム部材の製造方法。
  3. 前記トップハット型レーザ光の照射は、４５％ＲＨ以上９０％ＲＨ以下の雰囲気で行われる
    請求項１又は２に記載のアルミニウム部材の製造方法。
  4. 前記トップハット型レーザ光の照射は酸化性雰囲気で行われる
    請求項１〜３の何れか１項に記載のアルミニウム部材の製造方法。
  5. 前記アルミニウム原料部材は、アルミニウム合金を含む
    請求項１〜４の何れか１項に記載のアルミニウム部材の製造方法。
  6. アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、不可避的不純物を有する基材層と、アルミニウムの酸化物を含む酸化物層と、アルミニウムの金属粒子の集合により多孔質に構成された多孔質層と、をこの順で備えるアルミニウム部材であって、
    前記多孔質層は、大きさが６ｎｍ以上２０ｎｍ以下の前記金属粒子を含む
    アルミニウム部材。
  7. 前記多孔質層において、前記金属粒子は高さ方向に堆積している
    請求項６に記載のアルミニウム部材。
  8. 前記多孔質層は、高さ方向への前記金属粒子の堆積物のうち隣接する前記堆積物の間に縦穴を形成する縦穴様構造を有する
    請求項７に記載のアルミニウム部材。
  9. 隣接する前記堆積物の間隔は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である
    請求項８に記載のアルミニウム部材。
  10. 前記酸化物層の厚さは２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である
    請求項６〜９の何れか１項に記載のアルミニウム部材。
  11. 前記基材層は、不純物元素を更に含む基材本体層と、前記多孔質層側に配置され、前記基材本体層での濃度よりも高濃度の前記不純物元素を更に含む異種元素層とを備える
    請求項６〜１０の何れか１項に記載のアルミニウム部材。
  12. 前記アルミニウム部材は、接着層を介して前記多孔質層に接着された被接着部材を備える
    請求項６〜１１の何れか１項に記載のアルミニウム部材。
  13. 前記被接着部材は、炭素繊維強化複合部材又は第２アルミニウム部材を含む
    請求項１２に記載のアルミニウム部材。
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