JP5372469B2 - 金属合金積層材 - Google Patents
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第1条件は、金属合金表面が、化学エッチング手法によって1〜10μm周期の凹凸で、その凹凸高低差がその周期の半分程度まで、即ち0.5〜5μmまでの粗い粗面になっていることである。ただし、実際には、前記粗面で正確に全表面を覆うことはバラツキがあり、一定しない化学反応では難しく、具体的には、粗度計で見た場合に0.2〜20μm範囲の不定期な周期の凹凸で、且つその最大高低差が0.2〜5μmの範囲である粗度曲線が描けること、又は、最新型のダイナミックモード型の走査型プローブ顕微鏡で走査して、JIS規格(JISB0601:2001)でいう平均周期、即ち山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmである粗度面であれば、前記で示した粗度条件を実質的に満たしたものと考えている。本発明者等は、理想とする粗面の凹凸周期が前記したように、ほぼ1〜10μmであるので、分かり易い言葉として「ミクロンオーダーの粗度を有する表面」と称した。
次に、樹脂側の条件を説明する。樹脂としては、硬質の高結晶性の熱可塑性樹脂であって、これに適切な別ポリマーをコンパウンドする等して、急冷時での結晶化速度を遅くした物が使用できる。実際には、結晶性の硬質樹脂であるPBTやPPSに適切な別ポリマー及びガラス繊維等をコンパウンドした樹脂組成物が使用できる。
上記金属合金及び樹脂を使用して、一般の射出成形機、射出成形金型によって射出接合できるが、この過程を前述の「新NMT」理論仮説に従って説明する。射出した溶融樹脂は、融点よりも150℃程度温度が低い金型内に導かれるが、この流路で冷やされ、融点以下の温度になっているとみられる。即ち、溶融した結晶性樹脂が急冷された場合、融点以下になったとしてもゼロ時間で結晶が生じ固体に変化することはない。要するに、融点以下ながら溶融している状態、即ち過冷却状態がごく短時間存在する。前述したように、PBTやPPSに特殊なコンパウンドを行うことによって、この過冷却時間を少し長くすることが可能である。これを利用して大量の微結晶が生じることによる粘度の急上昇が起こる前に、ミクロンオーダーの粗度を有する金属表面の凹部にその微結晶が侵入できるようにした。侵入後も冷え続けるので、これに伴い微結晶の数が急激に増えて粘度は急上昇する。しかし、凹部の奥底まで樹脂が到達できるか否かは凹部の大きさや形状にも依存する。
本発明者らは、接着剤接合に関しても「新NMT」理論仮説が応用できると考え、類似理論による高強度の接着が可能であるかを確認した。そして、市販の汎用の1液性エポキシ系接着剤を使用し、金属合金の表面構造を工夫することで、より接着力の高い接合体を得ようと試みた。
〔金属合金部品〕
本発明でいう金属合金部品、即ち前述の「NAT」理論に基づく表面構造を具備する金属合金としては、理論上特にその種類に制限はない。全金属種としてもよいが、実際に意味を有しているのは硬質で実用的な金属種、合金種である。即ち、水銀は当然ながら液状だから本発明に関係しないが、鉛など軟質金属種も本発明者の考える金属種からは除外されている。当然であるが、化学的には存在するが大気中で活発に反応するアルカリ金属種、アルカリ土類金属種(マグネシウムを除いて)も基本的には除外の対象である。
本発明で使用可能なアルミニウム合金は、アルミニウム合金であればいかなる種類を問わない。具体的には、日本工業規格(JIS)に規定されている展伸用アルミニウム合金のA1000番台〜7000番台(耐食アルミニウム合金、高力アルミニウム合金、耐熱アルミニウム合金等)等の全ての合金、及びADC1〜12種(ダイカスト用アルミニウム合金)等の鋳造用アルミニウム合金が使用できる。形状物としては、鋳造用合金等であれば、ダイキャスト法で形状化された部品、またそれを更に機械加工して形状を整えた部品が使用できる。又、展伸用合金では、中間材である板材その他、又それらを熱プレス加工などの機械加工を加えて形状化した部品も使用できる。
本発明に使用するマグネシウム合金は、国際標準機構(ISO)、日本工業規格(JIS)、米国材料試験協会(ASTM)等に規定される展伸用アルミニウム合金のAZ31B合金等、及びAZ91D等の鋳物用マグネシウム合金が使用できる。鋳物用マグネシウム合金であれば、砂型、金型、ダイカストのいずれかの方法で形状化された部品、またそれを更に、切削、研削等の機械加工して形状を整えた部品、構造体が使用できる。又、展伸用マグネシウム合金では、中間材である板材その他、又それらを温間プレス加工等の塑性加工を加えて形状化した部品、構造体が使用できる。
本発明に使用する銅、及び銅合金とは、銅、黄銅、りん青銅、洋泊、アルミニウム青銅等を指す。日本工業規格(JIS H 3000系)に規定されるC1020、C1100等の純銅系合金、C2600系の黄銅合金、C5600系の銅白系合金、その他のコネクター用の鉄系含む各種用途に開発された銅合金等、全ての銅合金等が対象である。これらの中間材である板材、条、管、棒、線等の塑性加工製品を、切削加工、プレス加工等の機械加工を加えて形状化した部品、及び鍛造加工した部品等が対象である。
本発明に使用するチタン合金は、国際標準化機構(ISO)、日本工業規格(JIS)等で規定される純チタン系合金、α型チタン合金、β型チタン合金、α−β型チタン合金等、全てのチタン合金が対象である。このチタン合金の中間材である板材、棒材、管材等、又それらを切削・研削加工、プレス加工等の機械加工を加えて形状化したものが、各種機械、装置の部品、構造体に使用できる。
本発明でいうステンレス鋼とは、鉄にクロム(Cr)を加えたCr系ステンレス鋼、又ニッケル(Ni)をクロム(Cr)と組合せて添加した鋼であるCr−Ni系ステンレス鋼、その他のステンレス鋼と呼称される公知の耐食性鉄合金が対象である。国際標準機構(ISO)、日本工業規格(JIS)、米国材料試験協会(ASTM)等で、規格化されているSUS405、SUS429、SUS403等のCr系ステンレス鋼、SUS301、SUS304、SUS305、SUS316等のCr−Ni系ステンレス鋼である。
本発明で用いる鉄鋼材料は、一般構造用圧延鋼材等の炭素鋼(所謂一般鋼材)、高張力鋼(ハイテンション鋼)、低温用鋼、及び原子炉用鋼板等の鉄鋼材料をいう。具体的には、冷間圧延鋼材(以下、「SPCC」という。)、熱間圧延鋼材(以下、「SPHC」という。)、自動車構造用熱間圧延鋼板材(以下、「SAPH」という。)、自動車加工用熱間圧延高張力鋼板材(以下、「SPFH」という。)、主に機械加工に使用される鋼材(以下「SS材」という。)等、各種機械の本体、部品等に使用されている構造用鉄鋼材料が含まれる。これらの多くの鋼材は、プレス加工、切削加工が可能であるので、部品、本体として採用するとき、構造、形状も自由に選択できる。又、本発明でいう鉄鋼材料は、上記鋼材に限らず、日本工業規格(JIS)、国際標準化機構(ISO)等で、規格化されたあらゆる鉄鋼材料が含まれる。
本発明における化学エッチングは、金属合金表面にミクロンオーダーの粗度を生じさせることを目的とする。腐食には全面腐食、孔食、疲労腐食など種類があるが、その金属合金に対して全面腐食を生じる薬品種を選んで試行錯誤し、適当なエッチング剤を選ぶことができる。文献記録(例えば「化学工学便覧(化学工学協会編集)」)によれば、アルミニウム合金は塩基性水溶液、マグネシウム合金は酸性水溶液、ステンレス鋼や一般鋼材全般は、塩酸等ハロゲン化水素酸、亜硫酸、硫酸、これらの塩、等の水溶液で全面腐食するとの記録がある。又、耐食性の強い銅合金は、強酸性とした過酸化水素などの酸化剤によって全面腐食させられるし、チタン合金は蓚酸や弗化水素酸系の特殊な酸で全面腐食させられることが専門書や特許文献から散見される。実際に市場で販売されている金属合金類は、純銅系銅合金や純チタン系チタン合金のように純度が99.9%以上で合金とは言い難い物もあるが、これらも本発明には含まれる。実際に世間で使用されている物の大部分は特徴的な物性を求めて多種多用な他元素が混合されて純金属系の物は少なく、実質的には合金である。
本発明における微細エッチングは、金属合金表面に超微細凹凸を形成することを目的とする。また本発明における表面硬化処理は、金属合金の表層を金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層とすることを目的とする。金属合金種によっては前記化学エッチングを行っただけで同時にナノオーダーの微細エッチングもなされ、超微細凹凸が形成される場合がある。さらに、金属合金種によっては表面の自然酸化層が元よりも厚くなって表面硬化処理も完了している場合もある。例えば、純チタン系のチタン合金は化学エッチングだけを行うことで、表面がミクロンオーダーの粗度を有し、且つ超微細凹凸も形成される。即ち、化学エッチングと併せて微細エッチングもなされる。しかし、多くは化学エッチングによりミクロンオーダーの大きな凹凸面を作った後で微細エッチングや表面硬化処理を行う必要がある。
アルミニウム合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工等で付着した油剤や油脂を除去するのが好ましい。具体的には、本発明に特有な脱脂処理は必要ではなく、市販のアルミニウム合金用脱脂材を、その薬剤メーカーの指定通りの濃度で湯に投入した温水溶液を用意し、これに浸漬し水洗するのが好ましい。要するに、アルミニウム合金で行われている常法の脱脂処理で良い。脱脂材の製品によって異なるが、一般的な市販品では、濃度5〜10%として液温を50〜80℃とし5〜10分間浸漬する。
マグネシウム合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工で付着した油剤や指脂を除くのが好ましい。具体的には、市販のマグネシウム合金用脱脂材を、薬剤メーカーの指定通りの濃度で湯に投入して水溶液を用意し、これに浸漬した後、これを水洗するのが好ましい。通常の市販品では、一般的には濃度5〜10%、液温を50〜80℃とし、これに5〜10分浸漬する。次に、酸性水溶液に短時間浸漬した後、これを水洗しマグネシウム合金の化学エッチングを行う。この脱脂工程で除き切れなかった汚れを含めマグネシウム合金表層が剥がされ、同時にミクロンオーダーの粗度、即ち、走査型プローブ顕微鏡観察測定によるJIS規格(JISB0601:2001(ISO 4287))で言えば、粗さ曲線の平均長さ(RSm)が0.8〜10μm、粗さ曲線の最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmの凹凸がある面にする。
銅合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工で付着した油剤や指脂をその表面から除去するのが好ましい。具体的には、市販の銅合金用脱脂材を薬剤メーカーの指定通りの濃度で水に投入して水溶液を用意し、これに浸漬し水洗するのが好ましいが、市販の鉄用、ステンレス用、アルミ用等の脱脂剤、更には工業用、一般家庭用の中性洗剤を溶解した水溶液も使用できる。具体的には、市販脱脂剤や中性洗剤を数%〜5%濃度で水に溶解し、50〜70℃とし5〜10分浸漬し水洗するのが好ましい。
チタン合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工で付着した油剤や指脂を取り除くのが好ましい。特殊なものは必要でなく、具体的には、市販の鉄用脱脂剤、ステンレス用脱脂剤、アルミニウム合金用脱脂材、マグネシウム合金用脱脂剤等の一般的な脱脂剤を、その薬剤メーカーの指定通りの濃度で湯に投入して水溶液を用意し、これに浸漬し水洗するのが好ましい。更には、市販されている工業用中性洗剤で、数%濃度の水溶液を作成し、この温度を60℃前後にして浸漬した後、これを水洗するのも好ましい。次に、塩基性水溶液に浸漬して水洗し、予備塩基洗浄することが好ましい。
各種ステンレス鋼は、耐食性を向上すべく開発されたものであるから耐薬品性は明確に記録されている。腐食には全面腐食、孔食、疲労腐食等の種類があるが全面腐食を生じる薬品種を選んで試行錯誤し、適当なエッチング剤を選ぶことができる。文献の記録(例えば「化学工学便覧」、第6版、化学工学会編、丸善 (1999))によれば、ステンレス鋼全般は、塩酸等ハロゲン化水素酸、亜硫酸、硫酸、ハロゲン化金属塩等の水溶液で、全面腐食するとの記録がある。多くの薬剤に耐食性があるステンレス鋼の残された弱点は、ハロゲン化物に腐食されることであるが、炭素含有量を減らしたステンレス鋼、モリブデンを添加したステンレス鋼等ではその弱点が小さくなっている。
鉄鋼材料の腐食には、全面腐食、孔食、疲労腐食等の種類が知られているが、全面腐食を生じる薬品種を選んで試行錯誤し、適当なエッチング剤を選ぶことができる。各種文献の記録(例えば、「化学工学便覧(化学工学協会編集)」)によれば、鉄鋼材全般は、塩酸等ハロゲン化水素酸、亜硫酸、硫酸、これらの塩、等の水溶液で全面腐食するとの記載がある。炭素、クロム、バナジウム、モリブデン、その他の少量添加物の添加量次第で、その腐食速度や腐食形態は変化するが、基本的には前述した水溶液で全面腐食を起こす。従って、基本的には鉄鋼材料の種類によって、その浸漬条件を変化させればよい。
前述した化学エッチングの後に水洗して乾燥し、電子顕微鏡写真で観察すると、高さ及び奥行きが50〜500nmで、幅が数百〜数千nmの階段が無限段に続いた形状の超微細凹凸形状でほぼ全面が覆われていることが多い。具体的には、前記の化学エッチング工程で硫酸水溶液を適当な条件で使用したとき、大きなうねりに相当する凹凸面が得られると同時に、微細で不思議な階段状の超微細凹凸形状を有する表面も同時に形成されることが多い。このようにミクロンオーダーの粗度と、超微細凹凸形状の作成が一挙に為される場合、前記エッチング後の水洗は特に十分行ってから水を切り、温度90〜100℃以上の高温で急速乾燥させたものは、そのまま使用できる。表面に変色した錆は出ず、綺麗な自然酸化層となる。
前述の化学エッチングの後で水洗し、引き続いてアンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン系化合物の水溶液に浸漬し、水洗し、乾燥する。アンモニア等の広義のアミン系物質は、前記エッチング工程後の鋼材に残存することが分かっている。正確に言えば、乾燥後の鋼材をXPSで分析すると窒素原子が確認される。それ故に、アンモニアやヒドラジンを含む広義のアミン類が、鋼材表面に化学吸着しているものだと理解したが、10万倍電子顕微鏡観察の結果で言えば、表面に薄い膜状の異物質が付着しているように見えるので、鉄のアミン系錯体が生じているのかもしれない。
前述した化学エッチングの後で水洗し、引き続いて6価クロム化合物、過マンガン酸塩、又はリン酸亜鉛系化合物等を含む酸や塩の水溶液に浸漬して水洗することで、鋼材表面がクロム酸化物、マンガン酸化物、亜鉛リン酸化物等の金属酸化物や金属リン酸化物で覆われて耐食性が向上することが知られている。これは、鉄合金、鋼材の耐食性向上の方法としてよく知られている方法であり、この方法も利用できる。ただ、真の目的は、実用上で完全と言えるような耐食性の確保ではなく、接着工程までに少なくとも支障を生じることがなく、接着後も一体化物に対してそれなりの耐食処理、例えば塗装等をしておけば、接着部分に経時的な支障を生じ難いレベルにすることである。要するに、化成皮膜を厚くした場合には、耐食性の観点からは好ましいだろうが、接合力で言えば好ましくないのである。化成皮膜は必要であるが、厚過ぎると接合力は逆に弱くなる、というのが本発明者等の見解である。
耐食性、耐候性を鋼材に与えるために為す処理法として、多数の発明がなされ提案されており、その中にシランカップリング剤を吸着させる方法が知られている。シランカップリング剤は、親水性基と撥水性基を分子内に持たせた化合物であり、その希薄な水溶液に鋼材を浸漬し、水洗して乾燥させると、親水性のある鋼材表面にシランカップリング剤の親水性基側が吸着し、その結果として鋼材全体をシランカップリング剤の撥水基側が覆う形となる。シランカップリング剤が吸着したままエポキシ系接着剤を作用させた場合、硬化した接着剤と鋼材表面が作る数十nmレベルのごく薄い間隙内に、水分子が浸入して来た場合でも、鋼材を覆うシランカップリング剤の撥水基群により、水分子が鋼材に近づくことが抑制される可能性がある。
NAT理論に基づく接合では1液性熱硬化型接着剤を使用する。主液と硬化剤を混ぜて接着剤を作成して、数分〜1時間以内に塗布して常温硬化させるタイプの2液性接着剤であっても金属合金板の接着自体は可能であるが、本発明に適していない。これは、NAT理論が、液状接着剤が金属合金表面上のミクロンオーダーの粗度をなす凹部に深く侵入し、且つこの凹部内壁面にある超微細凹凸にも侵入することを根拠とするためである。2液性接着剤、例えば、2液性エポキシ樹脂接着剤では、主液と硬化剤を混ぜたその瞬間から高分子化、ゲル化が始まり、前記の超微細凹凸に侵入するには分子径が大きくなり過ぎる。且つ、現実には、2液を混合してから塗布し、金属合金表面に染込ませる作業(後述)までの時間を固定できない。これにより接着力の安定性が確保できないという問題がある。
1液性熱硬化型エポキシ樹脂系接着剤はエポキシ樹脂と硬化剤の混合物である。双方とも容易に入手可能であり、エポキシ樹脂については、ビスフェノール型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、多官能ポリフェノール型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂等が市販されている。又、エポキシ基が多官能の化合物、例えば複数の水酸基やアミノ基を有する多官能化合物やオリゴマー等と結合した多官能エポキシ樹脂も多種が市販されている。一方、エポキシ樹脂の硬化剤として使用できる物には、ジシアンジアミド、イミダゾール類、芳香族ジアミン類、脂肪族ポリアミン類等のアミン系化合物、フェノール樹脂等の複数の水酸基を有する類、及び酸無水物類等がある。この内、エポキシ樹脂と混ぜると常温で反応が始まり、そのままゲル化固化に進めるのは脂肪族アミン類であり、これは本発明に適合しない。それ故、本発明で使用すべき硬化剤は、ジシアンジアミド、イミダゾール類、芳香族ジアミン類、酸無水物類、及びフェノール樹脂から選ぶことになる。
通常の熱硬化型不飽和ポリエステル樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂を含む主液と有機過酸化物からなる硬化剤の2液性物であるが、硬化剤を選べば室温下では容易にゲル化せず80〜90℃でゲル化硬化する系にもなる。それ故、この様な系の物を硬化剤混合後数時間以内に使用すれば、超微細凹凸に侵入しうるので、実質的には1液性熱硬化型接着剤として本発明に使用できる。熱硬化型不飽和ポリエステル樹脂の組成は、通常、(1)不飽和ポリエステル樹脂、(2)液状ビニルモノマー、(3)硬化剤(有機過酸化物)、(4)コバルト化合物等の硬化促進剤が含まれる。通常は、2液性として使用し、主液には(1)(2)が混合されていて、これに(3)硬化剤を加え、混合使用する。なお、熱硬化性ではあるが、硬化剤を選べば室温付近でも重合反応が開始されるので、その様な場合には硬化促進剤(4)も使用して室温下での硬化を確実にする操作を行う。但し、このような室温硬化型の組成は本発明に適していない。
接着剤に加える充填材について説明する。特に無機充填材は、接着剤硬化物の破壊理論に関係するとされている。具体的には、硬化した接着剤相のミクロンレベルの微細ヒビの連鎖成長を抑制するのに無機充填材の存在が重要である。即ち、接着剤硬化物相に強い力がかかって、応力集中箇所の局部でミクロンレベルの小さなヒビが入ったとする。その後に力が弱まり生じたヒビは小さなまま残されたとしても、その後の環境温度の変化や繰り返し加えられた弱い力によってヒビは成長する。長時間の経過でヒビはミリオーダーにまで成長し、やがて弱い力で破断する。接着剤中に分散された無機充填材が存在することで、この微細ヒビの成長を防ぐことが出来るとされている。特に、接着剤相の破壊がミリオーダーに近づいた場合にこれを封じ込める役目を有するとみられるのがエラストマー系の充填材である。金属合金板同士の接合で最も重要なことは、局所的に起こる接合破壊を止めることではなく、その周辺への連鎖を抑えることである。即ち、接着剤組成について、エラストマー系充填材を導入して最適化することが重要である。この場合、エラストマーの粒径が十数μm〜数十μmと大きくてもよい。
前述した製造方法により得た接着剤を金属合金板の必要箇所に塗布する。筆塗りでもヘラ塗りでもよい。接着剤が常温で粘度10Pa秒程度以下の液状であれば、接着剤を塗布した金属合金板をデシケータのような減圧が可能な容器に一旦入れる。又、常温でペースト状の接着剤の場合は、接着剤を塗り付けた金属合金板を予め50〜70℃に加熱しておいたデシケータのような減圧容器に入れる。そして50mmHg程度まで減圧して数秒置き、その後空気を入れて常圧に戻すのが好ましい。更に、減圧と昇圧のサイクルを繰り返すのが好ましい。減圧下で接着剤と金属合金間の空気が抜け、常圧戻しで接着剤が金属面上の超微細凹凸に侵入し易くなる。勿論、より専門的な圧力容器を使用して減圧と加圧のサイクルを繰り返してもよい。ただし、実際の量産に当たっては、圧力容器を使用して高圧空気を使用するのは設備上も経費上もコストアップに繋がるので、気密性のある袋や減圧容器を使用して減圧/常圧戻しを数回行うのが経済的である。容器や袋から取り出し、常温以下の温度とした保管場所に置き、短時間内に次工程に入るのが好ましい。
NAT理論に基づく金属合金板同士の接着接合においては、各金属合金板は、同種の金属合金又は異種の金属合金のいずれでも良い。金属合金板に接着剤を塗布し、可能であれば前記減圧/常圧戻しの工程を行い、これらを重ねてから厚い鉄板を錘として乗せ又はサイズの小さい金属合金板同士なら抱き合わせてクリップ等で留め、熱風乾燥機にて加熱硬化させる。加熱する際は、エポキシ系接着剤の場合、硬化剤によって温度域が異なる。どの様な硬化剤を用いたとしても、硬化方法として、80〜90℃、130〜140℃、160〜180℃の各温度に30分づつ置く3段法を採ることで、確実に硬化を完了することができると考えられた。勿論、市販の接着剤ではメーカー指示の温度履歴でも行ったが、前記の3段方を用いた場合との比較で、せん断破断力は変わらなかった。一方、不飽和ポリエステル樹脂系接着剤では、70〜80℃、110〜120℃の各温度域に45分づつ置く2段法で加熱硬化した。これらは本発明者らが行った方法に過ぎず、特に加熱条件は限られるべきものではない。
金属合金板同士を、接着剤を介在させることなく強固に接合させることが可能であれば、クラッド材又はサンドイッチ材の製造工程を簡素化し、低コスト化に大きく寄与することとなる。本発明者らはアルミニウム合金A5052に前述したNAT理論に基づく表面処理を施し、銅合金C1100との圧着接合を試みた。ここでC1100は脱脂処理のみを施し、エッチングを施していない。そしてA5052の前記表面処理を施した面と、C1100の前記脱脂処理のみを施した面を面接触させるように両者を重ね合わせた。そして重ね合わせた接合体を、200℃とした熱ロールにゆっくり通して圧着させ、クラッド材を作成した。必要であれば、その際、更に熱プレスで150℃×20MPa(100cm2当たり20t)程度かけると両者は爆着で接合したようなクラッド材に出来る。即ち、芯材となる側のA5052は硬度が高く、その表面にはミクロンオーダーの粗度が形成されている。一方で、皮材となる金属合金が純銅に近い軟質物であれば、強い圧力を加えることで、その表面が変形し、前記ミクロンオーダーの粗度をなしている凹部に多少でも押し込めるとの考え方である。
(a)X線表面観察(XPS観察)
数μm径の表面を深さ1〜2nmまでの範囲で構成元素を観察する形式のESCA「AXIS−Nova(クレイトス(米国)/株式会社 島津製作所(日本国京都府)製)」を使用した。
(b)電子顕微鏡観察
SEM型の電子顕微鏡「S−4800(株式会社 日立製作所製)」及び「JSM−6700F(日本電子株式会社(日本国東京都)製)」を使用し1〜2KVにて観察した。
(c)走査型プローブ顕微鏡観察
「SPM−9600(株式会社 島津製作所製)」を使用した。
(d)X線回折分析(XRD分析)
「XRD−6100(株式会社 島津製作所製)」を使用した。
(e)複合体の接合強度の測定
引っ張り試験機「MODEL−1323(アイコーエンジニアリング株式会社(日本国大阪府)製)」を使用し、引っ張り速度10mm/分でせん断破断力を測定した。
次に積層材を構成する金属合金板の表面処理について説明する。
市販の厚さ3mmのアルミニウム合金板材「A7075」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のA7075片を多数作成した。槽の水に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社(日本国東京都)製)」を投入して、60℃、濃度7.5%の水溶液とした。これに前記A7075片を7分浸漬し、よく水洗した。続いて別の槽に40℃とした1%濃度の塩酸水溶液を用意し、これに前記A7075片を1分浸漬し、よく水洗した。次いで別の槽に40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記A7075片を4分浸漬し、よく水洗した。続いて別の槽に40℃とした3%濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記A7075片を1分浸漬し、水洗した。次いで別の槽に60℃とした一水和ヒドラジンを3.5%含む水溶液を用意し、これに前記A7075片を2分浸漬し、水洗した。次いで5%濃度の過酸化水素水溶液を40℃とし、これに前記A7075片を5分浸漬し、水洗した。次いで67℃にした温風乾燥機に前記A7075片を15分入れて乾燥した。
市販の厚さ1.6mmのアルミニウム合金板材「A5052」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のA5052片を多数作成した。槽の水に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を投入して、60℃、濃度7.5%の水溶液とした。これに前記A5052片を7分浸漬し、よく水洗した。続いて別の槽に40℃とした1%濃度の塩酸水溶液を用意し、これに前記A5052片を1分浸漬し、よく水洗した。次いで別の槽に40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記A5052片を2分浸漬し、よく水洗した。続いて別の槽に40℃とした3%濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記A5052片を1分浸漬し、よく水洗した。次いで別の槽に60℃とした一水和ヒドラジンを3.5%含む水溶液を用意し、これに前記A5052片を2分浸漬し、水洗した。次いで67℃にした温風乾燥機に前記A5052片を15分入れて乾燥した。
市販の厚さ1mmのマグネシウム合金板材「AZ31B」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のAZ31B片を多数作成した。槽の水に市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー160(メルテックス株式会社製)」を投入して、65℃、濃度7.5%の水溶液とした。これに前記AZ31B片を5分浸漬し、よく水洗した。続いて別の槽に40℃とした1%濃度の水和クエン酸水溶液を用意し、これに前記AZ31B片を6分浸漬し、よく水洗した。次いで別の槽に65℃とした1%濃度の炭酸ナトリウムと1%濃度の炭酸水素ナトリウムを含む水溶液を用意し、これに前記AZ31B片を5分浸漬し、よく水洗した。続いて別の槽に65℃とした15%濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記AZ31B片を5分浸漬し、水洗した。次いで別の槽に40℃とした0.25%濃度の水和クエン酸水溶液を用意し、これに前記AZ31B片を1分浸漬し、水洗した。次いで過マンガン酸カリを2%、酢酸を1%、及び水和酢酸ナトリウムを0.5%含む水溶液(45℃)を用意し、これに前記AZ31B片を1分浸漬し、15秒水洗した後、90℃にした温風乾燥機に15分入れて乾燥した。
市販の厚さ1mmの純銅系銅合金であるタフピッチ銅板材「C1100」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のC1100片を多数作成した。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液(60℃)を用意し、これに前記C1100片を5分浸漬して水洗した。次いで40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液に前記C1100片を1分浸漬して水洗することにより予備塩基洗浄した。次いで25℃とした銅合金用エッチング材「CB−5002(メック株式会社(日本国兵庫県)製)」を20%、30%過酸化水素を18%含む水溶液を用意し、これに前記C1100片を10分浸漬し、水洗した。
市販の厚さ0.8mmのリン青銅板材「C5191」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のC5191片を多数作成した。槽に市販のアルミ合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液(60℃)を脱脂用水溶液として用意し、これに前記C5191片を5分浸漬して脱脂し、よく水洗した。続いて別の槽に銅合金用エッチング材「CB5002(メック株式会社製)」を20%、30%過酸化水素を18%含む水溶液(25℃)を用意し、これに前記C5191片を15分浸漬し水洗した。次いで別の槽に苛性ソーダを10%、亜塩素酸ナトリウムを5%含む水溶液を酸化用水溶液(65℃)として用意し、これに前記C5191片を1分浸漬し、よく水洗した。
市販の厚さ0.7mmの鉄含有銅合金板材「KFC(株式会社 神戸製鋼所製)」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のKFC片を多数作成した。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液(60℃)を用意し、これに前記KFC片を5分浸漬して水洗し、次いで40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液に1分浸漬して水洗することにより予備塩基洗浄した。次いで、銅合金用エッチング材「CB5002(メック株式会社製)」を20%、30%過酸化水素を18%含む水溶液(25℃)を用意し、これに前記KFC片を8分浸漬し、水洗した。
市販の厚さ0.7mmの特殊銅合金板材「KLF5(株式会社 神戸製鋼所製)」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のKLF5片を多数作成した。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液(60℃)を用意し、これに前記KLF5片を5分浸漬して水洗し、次いで40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液に1分浸漬して水洗することにより予備塩基洗浄した。次いで銅合金用エッチング材「CB5002(メック株式会社製)」を20%、30%過酸化水素を18%含む水溶液(25℃)を用意し、これに前記KLF5片を8分浸漬し、水洗した。
市販の厚さ1mmの純チタン型チタン合金板材「KS40(株式会社 神戸製鋼所製)」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のKS40片を多数作成した。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液(60℃)を用意し、これを脱脂用水溶液とした。この脱脂用水溶液に前記KS40片を5分浸漬して脱脂し、よく水洗した。続いて別の槽に1水素2弗化アンモニウムを40%含む万能エッチング材「KA−3(株式会社 金属化工技術研究所(日本国東京都)製)」を2%含む水溶液(60℃)を用意し、これに前記KS40片を3分浸漬し、イオン交換水でよく水洗した。次いで、前記KS40片を3%濃度の硝酸水溶液に1分浸漬し、水洗した後、90℃とした温風乾燥機に15分入れて乾燥した。
市販の厚さ1mmのα−β型チタン合金板材「KSTi−9(株式会社 神戸製鋼所製)」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のKSTi−9片を多数作成した。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液(60℃)を用意し、これを脱脂用水溶液とした。この脱脂用水溶液に前記KSTi−9片を5分浸漬して脱脂し、よく水洗した。次いで別の槽に苛性ソーダ1.5%濃度の水溶液(40℃)を用意し、これに前記KSTi−9片を1分浸漬し、水洗した。次いで別の槽に、市販汎用エッチング試薬「KA−3(株式会社 金属化工技術研究所製)」を2重量%溶解した水溶液(60℃)を用意し、これに前記KSTi−9片を3分浸漬し、イオン交換水でよく水洗した。ここで前記KSTi−9片には黒色のスマットが付着していたので、40℃とした3%濃度の硝酸水溶液に3分浸漬し、次いで超音波を効かしたイオン交換水に5分浸漬してスマットを落とし、再び3%硝酸水溶液に0.5分浸漬し、水洗した。次いで前記KSTi−9片を、90℃とした温風乾燥機に15分入れて乾燥した。得られたKSTi−9片に金属光沢はなく暗褐色であった。
市販の厚さ1mmのステンレス鋼板材「SUS304」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のSUS304片を多数作成した。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液(60℃)を用意し、これを脱脂用水溶液とした。この脱脂用水溶液に前記SUS304片を5分浸漬して脱脂し、よく水洗した。次いで別の槽に1水素2弗化アンモニウムを1%と98%硫酸を5%含む水溶液(65℃)を用意し、これに前記SUS304片を4分浸漬し、イオン交換水でよく水洗した。次いで、前記SUS304片を、40℃とした3%濃度の硝酸水溶液に3分浸漬し、水洗した後、90℃とした温風乾燥機に15分入れて乾燥した。
市販の厚さ1.6mmの冷間圧延鋼板材「SPCC」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のSPCC片を多数作成した。各SPCC片の端部に穴を開け、その穴に塩化ビニルでコートした銅線を通し、SPCC片同士が互いに重ならないように銅線を曲げて加工し、全てを同時にぶら下げられるようにした。槽にアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」7.5%を含む水溶液(60℃)を用意し、これに前記SPCC片を5分浸漬し、水道水(群馬県太田市)で水洗した。次いで別の槽に40℃とした1.5%苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記SPCC片を1分浸漬し、水洗した。次いで別の槽に98%硫酸を10%含む水溶液(50℃)を用意し、これに前記SPCC片を6分浸漬し、イオン交換水で十分に水洗した。次いで前記SPCC片を、25℃とした1%濃度のアンモニア水に1分浸漬して水洗した後、2%濃度の過マンガン酸カリ、1%濃度の酢酸、0.5%濃度の水和酢酸ナトリウムを含む水溶液(45℃)に1分浸漬して十分に水洗した。次いで、前記SPCC片を90℃とした温風乾燥機内に15分入れて乾燥した。
市販の厚さ1.6mmの熱間圧延鋼板材「SPHC」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のSPHC片を多数作成した。各SPHC片の端部に穴を開け、その穴に塩化ビニルでコートした銅線を通し、SPHC片同士が互いに重ならないように銅線を曲げて加工し、全てを同時にぶら下げられるようにした。槽にアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」7.5%を含む水溶液(60℃)を用意し、これに前記SPHC片を5分浸漬し、水道水(群馬県太田市)で水洗した。次いで別の槽に40℃とした1.5%苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記SPHC片を1分浸漬し、水洗した。次いで別の槽に98%硫酸を10%と1水素2弗化アンモニウム1%を含む水溶液(65℃)を用意し、これに前記SPHC片を2分浸漬し、イオン交換水で十分に水洗した。次いで、前記SPHC片を、25℃とした1%濃度のアンモニア水に1分浸漬して水洗した。次いで、前記SPHC片を、80%正リン酸を1.5%、亜鉛華を0.21%、珪弗化ナトリウムを0.16%、塩基性炭酸ニッケルを0.23%含む水溶液(55℃)に1分浸漬して十分に水洗した。次いで、前記SPHC片を90℃とした温風乾燥機内に15分入れて乾燥した。
また、市販の厚さ1.6mmの自動車構造用熱間圧延鋼板材「SAPH440」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のSAPH440片を多数作成した。このSAPH440片に対しても、上記SPHC片と全く同様の表面処理を施した。表面処理後のSAPH440片の表面形状は、SPHC片と同様であった。
市販の厚さ1mmの超高張力鋼板材「DP590N(新日本製鐵株式会社(日本国東京都)製)」を入手し、切断して長方形(45mm×18mm)のDP590N片を多数作成した。各DP590N片の端部に穴を開け、その穴に塩化ビニルでコートした銅線を通し、DP590N片同士が互いに重ならないように銅線を曲げて加工し、全てを同時にぶら下げられるようにした。槽にアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」7.5%を含む水溶液(60℃)を用意し、これに前記DP590N片を5分浸漬し、水道水(群馬県太田市)で水洗した。次いで別の槽に40℃とした1.5%苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記DP590N片を1分浸漬し、水洗した。次いで別の槽に98%硫酸を10%と1水素2弗化アンモニウム1%を含む水溶液(65℃)を用意し、これに前記DP590N片を2分浸漬し、イオン交換水で十分に水洗した。次いで、前記DP590N片を、25℃とした1%濃度のアンモニア水に1分浸漬して水洗した。次いで、前記DP590N片を、80%正リン酸を1.5%、亜鉛華を0.21%、珪弗化ナトリウムを0.16%、塩基性炭酸ニッケルを0.23%含む水溶液(55℃)に2分浸漬して十分に水洗した。次いで、前記DP590N片を、90℃とした温風乾燥機内に15分入れて乾燥した。
市販の1液性エポキシ接着剤「EP106NL(セメダイン株式会社製)」、及び「EP160(セメダイン株式会社製)」、多層型カーボンナノチューブ「MCNT(ナノカーボンテクノロジーズ株式会社(日本国東京都)製)」、熱可塑性樹脂であるポリエーテルスルホンの微粉砕物「スミカエクセル4100MP(住友化学株式会社(日本国)製)」を入手した。エポキシ接着剤「EP106NL」100部に対して前記「MCNT」を0.3部取り、よく混ぜ、40℃以上にならぬよう冷風をかけて冷やしながら、ジルコニアビーズ0.5mmを80容積%充填したサンドグラインドミル「ツエア(アシザワ・ファインテック株式会社製)」にかけて粉砕分散させた。この際の周速は、11.4m/秒であり、0.5時間かけて破砕分散させた。この方法でCNT0.3%入りの「EP106NL」を得た。これを5℃とした冷蔵庫に保管した。約1週間後に、前記の接着剤100部に再び「EP106NL」を加え更に「スミカエクセル4100MP」を加えて自動乳鉢でよく混合した。更にこの混合物を前記サンドグラインドミル「ツエア」にかけた。この際の周速は、11.4m/秒であり、1時間かけて破壊分散させた。その結果として得られた接着剤を以下「EP106−A」と称する。この「EP106−A」は、「MCNT」を0.1質量%、「スミカエクセル4100MP」を2質量%含む物である。
市販の接着剤「EP106NL(セメダイン株式会社製)」を使用して、実験例1で得たA7075片同士を接着接合した。これを、せん断破断力測定用の試験試料とする。即ち、実験例1に示した方法で45mm×18mm×3mm厚のA7075片を6個作成し、このA7075片の端部に「EP106NL」を薄く塗り付けた。これを大型デシケータに入れて蓋をし、真空ポンプを使用して内部を30mmHg以下に減圧にした。減圧下に30秒以上置き、常圧に戻した。この減圧/常圧戻しの操作を3回繰り返し、その後にデシケータを開いてA7075片を取り出した。そして接着剤塗布面同士を突き合わせ接着面積が0.6〜0.7cm2になるようにしてからクリップ2個で固定した。この方法によってA7075片の対を3組作成した。これを90℃にセットしておいた熱風乾燥機内に入れた。90℃に40分保持した後に135℃に昇温し、この温度に40分保持した。その後に更に165℃に昇温して40分保持し、熱風乾燥機の電源を切って翌日まで放冷した。これにより、図1に示すように、A7075片同士の接着接合体である試験試料1が完成した。この図に示すように、2枚のA7075アルミニウム合金片10が相互に面端部で接着接合されている。図1の斜線部分で示される範囲が接着面積に相当する。このようにして得た得た3組の試験試料について、常温で引っ張り破断試験した。せん断破断時の力をその後の測定で出た接着面積で除してせん断破断力を算出した。このせん断破断力について3組の平均値を算出したところ69.1MPaであった。
実験例14で得た接着剤「EP106−A」を使用して実験例1で得たA7075片同士を接着接合した。これを、せん断破断力測定用の試験試料とする。即ち、使用した接着剤が「EP106−A」である他は、実験例15と全く同様に実験を行い、3組の試験試料のせん断破断力を測定した。その結果、せん断破断力の平均値は77.1MPaであった。
市販の接着剤「EP160(セメダイン株式会社製)」を使用して、実験例1〜13の表面処理を施した金属合金片同士を接着接合した。これをせん断破断力測定用の試験試料とする。A7075片同士の接着接合方法を以下に示す。実験例1に示した表面処理を施した45mm×18mm×3mm厚のA7075片を18個作成し、このA7075片の端部に「EP160」を薄く塗り付けた。これを予め70℃の温風乾燥機内に1時間入れて暖めておいた大型デシケータに入れて蓋をし、真空ポンプを使用して内部を30mmHg以下に減圧にした。減圧下に30秒以上置き、常圧に戻した。この減圧/常圧戻しの操作を3回繰り返し、その後にデシケータを開いてA7075片を取り出した。そして接着剤塗布面同士を突き合わせ接着面積が0.6〜0.7cm2になるようにしてからクリップ2個で固定した。この方法によってA7075片の対を9組作成した。これを90℃にセットしておいた熱風乾燥機内に入れた。90℃に40分保持した後に135℃に昇温し、この温度に40分保持した。その後に更に165℃に昇温して40分保持し、熱風乾燥機の電源を切って翌日まで放冷した。
実験例6で示した表面処理を施した厚さ0.7mmのKFC片を24枚用意した。各KFC片の片面全面に接着剤「EP160」を塗り、予め70℃の温風乾燥機内に1時間入れて暖めておいたデシケータに入れて蓋をし、真空ポンプを使用して実験例17と同様に減圧/常圧戻しの操作を3回繰り返し、その後にデシケータを開いてKFC片を取り出した。取り出したKFC片の接着剤塗布面同士を面接合させて、KFC片2枚を積層した。これにより積層材を12組得た。次いで、各積層材(KFC片2枚からなる積層材)の片面全面に再び「EP160」を塗り、同様にデシケータを使用して減圧/常圧戻しの操作を3回繰り返し、接着剤塗布面同士を面接合させて、2組の積層材を積層した。これによりKFC片4枚からなる積層材を作成した。即ち、厚さ2.8mm(0.7mm×4)のKFC積層材を6組得たことになる。
実験例2で示した表面処理を施した厚さ1.6mmのA5052片を12枚用意した。実験例18と全く同じ方法で、各A5052片の片面全面に接着剤「EP160」を塗り、デシケータによる減圧/常圧戻しの操作を3回繰り返した。そのA5052片の接着剤塗布面同士を面接合させて、A5052片2枚を積層し、A5052積層材を作成した。即ち、厚さ3.2mm(1.6mm×2)のA5052積層材を6組得たことになる。さらにA5052積層材同士を、実験例18と同様に、接着面積が0.6〜0.7cm2になるように接着接合し、3組の接合体を得た。これらについて、せん断破断力を測定した結果、3組の平均のせん断破断力は54MPaであった。
実験例10で示した表面処理を施した厚さ1mmのSUS304片を12枚用意した。実験例18と全く同じ方法で、各SUS304片の片面全面に接着剤「EP160」を塗り、デシケータによる減圧/常圧戻しの操作を3回繰り返した。そのSUS304片の接着剤塗布面同士を面接合させて、SUS304片2枚を積層し、SUS304積層材を作成した。即ち、厚さ2.0mm(1.0mm×2)のSUS304積層材を6組得たことになる。さらにSUS304積層材同士を、実験例18と同様に、接着面積が0.6〜0.7cm2になるように接着接合し、3組の接合体を得た。これらについて、せん断破断力を測定した結果、3組の平均のせん断破断力は58MPaであった。
実験例3で示した表面処理を施した厚さ1mmのAZ31B片と、実験例11で示した表面処理を施した厚さ1.6mmのSPCC片を各々6枚ずつ用意した。各AZ31B片の片面全面、各SPCC片の片面全面に接着剤「EP160」を塗り、予め70℃の温風乾燥機内に1時間入れて暖めておいたデシケータに入れて蓋をし、真空ポンプを使用して実験例17と同様に減圧/常圧戻しの操作を3回繰り返し、その後にデシケータを開いてAZ31B片及びSPCC片を取り出した。取り出したAZ31B片及びSPCC片の接着剤塗布面同士を面接合させて積層材を作成した。これにより、厚さ2.6mm(1.0mm+1.6mm)のAZ31B/SPCC積層材を6組得たことになる。そして、この積層材では、AZ31Bの曲げ強度をSPCCによって強化していることになる。
実験例8で示した表面処理を施した厚さ1mmのKS40片と、実験例12で示した表面処理を施した厚さ1.6mmのSPHC片を各々6枚ずつ用意した。各KS40片の片面全面、各SPHC片の片面全面に接着剤「EP160」を塗り、予め70℃の温風乾燥機内に1時間入れて暖めておいたデシケータに入れて蓋をし、真空ポンプを使用して実験例17と同様に減圧/常圧戻しの操作を3回繰り返し、その後にデシケータを開いてKS40片及びSPHC片を取り出した。取り出したKS40片及びSPHC片の接着剤塗布面同士を面接合させて積層材を作成した。これにより、厚さ2.6mm(1.0mm+1.6mm)のKS40/SPHC積層材を6組得たことになる。そして、この積層材では、KS40の曲げ強度をSPHCによって強化していることになる。
実験例9で示した表面処理を施した厚さ1mmのKSTi−9片と、実験例12で示した表面処理を施した厚さ1.6mmのSPHC片を各々6枚ずつ用意した。各KSTi−9片の片面全面、各SPHC片の片面全面に接着剤「EP160」を塗り、予め70℃の温風乾燥機内に1時間入れて暖めておいたデシケータに入れて蓋をし、真空ポンプを使用して実験例17と同様に減圧/常圧戻しの操作を3回繰り返し、その後にデシケータを開いてKSTi−9片及びSPHC片を取り出した。取り出したKSTi−9片及びSPHC片の接着剤塗布面同士を面接合させて積層材を作成した。これにより、厚さ2.6mm(1.0mm+1.6mm)のKSTi−9/SPHC積層材を6組得たことになる。そして、この積層材では、KSTi−9の曲げ強度をSPHCによって強化していることになる。
実験例18〜23の試験結果、即ち常温におけるKFC積層材、A5052積層材、SUS304積層材、AZ31B/SPCC積層材、KS40/SPHC積層材、及びKSTi−9/SPHC積層材同士の接合体のせん断破断力を図17に示す。また、図16から常温(25℃)におけるA7075片、SAPH440片同士の接合体のせん断破断力も転載している。また括弧内の数値は積層化する前のせん断破断力を示す。
実験例1と全く同じ方法で300mm×25mm×3mm厚のA7075片に表面処理を施した。また、厚さ1mmの超高張力鋼板材「DP160(新日本製鐵株式会社(日本国東京都)製)」を長方形(280mm×18mm)に切断したDP160ハイテンション鋼材片に、実験例13と全く同じ方法で表面処理を施した。このA7075片の片面全面、DP160片の片面全面に実験例14で得た「EP160−A」を薄く塗り付けた。これらを予め70℃の温風乾燥機内に1時間入れて暖めておいた大型デシケータに入れて蓋をし、真空ポンプを使用して内部を30mmHg以下に減圧にした。減圧下に30秒以上置き、常圧に戻した。この減圧/常圧戻しの操作を3回繰り返し、その後にデシケータを開いてA7075片、DP160片を取り出した。そしてA7075片、DP160片の接着剤塗布面同士を面接合させた。この接合体を90℃にセットしておいた熱風乾燥機内に入れた。90℃に40分保持した後に135℃に昇温し、この温度に40分保持した。その後に更に165℃に昇温して40分保持し、熱風乾燥機の電源を切って翌日まで放冷した。その結果図18に示すA7075/DP160積層材である試験試料3を得た。
実験例3と全く同じ方法で100mm×25mm×1mm厚のAZ31B片に表面処理を施した。又、実験例10と全く同じ方法で100mm×25mm×0.1mm厚のSUS304片に表面処理を施した。AZ31B片の両面全面に実験例14で得た接着剤「EP106−A」を塗布した。また、AZ31B片1枚に対して、SUS304片の片面全面に「EP106−A」を塗布したものを2枚用意した。これらについて実験例24と同様に減圧/常圧戻しの操作を行った。そして、AZ31B片の両面各々にSUS304片の接着剤塗布面側を面接合させるようにして、このAZ31B片をSUS304片で挟み込み、これを実験例24と同様に加熱して接着剤を硬化させた。これにより、SUS304/AZ31B/SUS304サンドイッチ材を得た。即ち、皮材がSUS304(0.1mm)、芯材がAZ31B(1.0mm)で構成された厚さ1.2mmのサンドイッチ材となっている。これは耐食性があり、且つ比重が2.4程度であり、且つ曲げ強度も十分にある材料である。パソコンケース等の軽量で強度の必要な材料に使用できる。
実験例11と全く同じ方法で100mm×25mm×1.6mm厚のSPCC片に表面処理を施した。又、実験例10と全く同様な方法で100mm×25mm×0.1mm厚のSUS304片に表面処理を施した。SPCC片の両面全面に実験例14で得た接着剤「EP106−A」を塗布した。また、SPCC片1枚に対して、SUS304片の片面全面に「EP106−A」を塗布したものを2枚用意した。これらについて実験例24と同様に減圧/常圧戻しの操作を行った。そして、SPCC片の両面各々にSUS304片の接着剤塗布面側を面接合させるようにして、このSPCC片をSUS304片で挟み込み、これを実験例24と同様に加熱して接着剤を硬化させた。これにより、SUS304/SPCC/SUS304サンドイッチ材を得た。即ち、皮材がSUS304(0.1mm)、芯材がSPCC(1.6mm)で構成された厚さ1.8mmのサンドイッチ材となっている。これは耐食性があり、高強度の構造材の材料となる。屋外で腐食しないので、屋根材等に使用できる。
実験例2と全く同じ方法で100mm×100mm×5mm厚のA5052片に表面処理を施した。又、実験例4と全く同様な方法で100mm×100mm×0.5mm厚のC1100片に表面処理を施した。A5052片の片面全面、C1100片の片面全面に実験例14で得た接着剤「EP106−A」を塗布した。これらについて実験例24と同様に減圧/常圧戻しの操作を行った。そして、A5052片とC1100片の接着剤塗布面同士を面接合させ、これを実験例24と同様に加熱して接着剤を硬化させた。これにより、A5052/C1100積層材を得た。即ち、一方の面がA5052であり、他方の面がC1100で構成された厚さ5.5mmの積層材となっている。
実験例2と全く同じ方法で100mm×100mm×5mm厚のA5052片に表面処理を施した。又、0.5mm厚のC1100板材を入手し、これを切断して100mm×100mm×0.5mm厚のC1100片とした。このC1100片を、アルミ用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液(60℃)に5分浸漬して水道水で水洗し、70℃とした温風乾燥機で乾燥した。A5052片とC1100片の四隅を揃えて密着させ、平板プレス機で1tかけて仮接合した。次に加熱可能な平板金型を100トン型プレス機に乗せて、金型温度を200℃に制御した。仮接合したA5052片とC1100片の対を金型間に乗せ、締め切った時の金型隙間(即ち成型品の厚さ)が5.3mmになるようセットして圧縮した。圧縮した状態で30秒置いて金型を開き、接合したA5052/C1100クラッド材を取り出した。取り出したクラッド材の周辺をフライス盤で削り、100mm×100mmの綺麗な正方形状に戻した。さらに、A5052面側に、NCフライス盤によって幅2mm深さ3mmの溝を20本の設け、放熱板とした。
この機械加工したクラッド材を温度衝撃試験機に入れて、−30℃/+100℃の温度衝撃を3000サイクル加えたが、全く2種材料間に剥がれが生じなかった。A5052/C1100クラッド材からなる放熱機構は、放熱性に優れ、且つ、一定の強度もあって軽量であるから、モバイル用通信機器のヒートシンク等に用いることができる。
市販の不飽和ポリエステル樹脂「リポキシR802(昭和高分子株式会社製)」100部に熱可塑性樹脂のポリエーテルスルホン「スミカエクセル4100MP(住友化学株式会社製)」2部を加え、窒素下で100℃まで上げて攪拌混合した。冷やした後で、これをジルコニアビーズ0.5mmを80容積%充填したサンドグラインドミル「ツエア(アシザワ・ファインテック株式会社製)」にかけた。その際の周速を11.4m/秒として、微粉タルク「ハイミクロンHE5(竹原化学工業株式会社(日本国兵庫県)製)」2部を加えて運転を30分続けて分散させた。これにより得られた液状物を主液とし、この主液100部に対しt−ブチルパーオキシベンゾエート「パーブチルZ(日油株式会社製)」を1部加え、よく混合して接着剤とした。この接着剤は60分以内に使用した。
実験例11と全く同じ方法で100mm×100mm×1.6mm厚のSPCC片に表面処理を施した。又、実験例10と全く同様な方法で100mm×100mm×0.1mm厚のSUS304片に表面処理を施した。SPCC片、SUS304片の片面全面に実験例29で得た不飽和ポリエステル樹脂系接着剤を塗り付けた。SPCC片、SUS304片を大型デシケータに入れ、真空ポンプにて50mmHg程度まで減圧にし、減圧下に数十秒置いて常圧に戻した。この減圧/常圧戻しの作業を3回繰り返し、デシケータから両金属合金片を取り出した。取り出した金属合金片を50℃とした温風乾燥機に30分入れ、ゲル化を若干進めた。温風乾燥機からSPCC片、SUS304片を取り出し、双方の接着剤塗布面同士を面接合した。
2:試験試料
3:試験試料
10:A7075アルミニウム合金片
20:KFC銅合金片
21:KFC積層材
31:A7075アルミニウム合金片
32:DP160ハイテンション鋼材片
Claims (12)
- マグネシウム合金板及び鋼板材から構成される金属合金積層材であって、
前記マグネシウム合金板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層がマンガン酸化物の薄層であり、
前記鋼板材の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層であり、
前記マグネシウム合金板の表面と前記鋼板材の表面の間に1液性熱硬化型接着剤を介在させて積層した状態で、圧力を加えつつ加熱することによって、その1液性熱硬化型接着剤を硬化させたことを特徴とする金属合金積層材。 - チタン合金板及び鋼板材から構成される金属合金積層材であって、
前記チタン合金板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層がチタン酸化物の薄層であり、
前記鋼板材の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層であり、
前記チタン合金板の表面と前記鋼板材の表面の間に1液性熱硬化型接着剤を介在させて積層した状態で、圧力を加えつつ加熱することによって、その1液性熱硬化型接着剤を硬化させたことを特徴とする金属合金積層材。 - α−β型チタン合金板及び鋼板材から構成される金属合金積層材であって、
前記α−β型チタン合金板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、10μm角の面積内に円滑なドーム状形状と枯葉形状の双方が混在する微細凹凸が形成され、且つ、表層がチタンとアルミニウムを含む金属酸化物の薄層であり、
前記鋼板材の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層であり、
前記α−β型チタン合金板の表面と前記鋼板材の表面の間に1液性熱硬化型接着剤を介在させて積層した状態で、圧力を加えつつ加熱することによって、その1液性熱硬化型接着剤を硬化させたことを特徴とする金属合金積層材。 - アルミニウム合金板及び超高張力鋼板材から構成される金属合金積層材であって、
前記アルミニウム合金板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層がナトリウムイオンを含まない厚さ2nm以上の酸化アルミニウムの薄層であり、
前記超高張力鋼板材の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層であり、
前記アルミニウム合金板の表面と前記超高張力鋼板材の表面の間に1液性熱硬化型接着剤を介在させて積層した状態で、圧力を加えつつ加熱することによって、その1液性熱硬化型接着剤を硬化させたことを特徴とする金属合金積層材。 - マグネシウム合金板を芯材とし、ステンレス鋼板を皮材として構成されるサンドイッチ型の金属合金積層材であって、
前記マグネシウム合金板の両側表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層がマンガン酸化物の薄層であり、
前記ステンレス鋼板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層が金属酸化物の薄層であり、
前記マグネシウム合金板の両側表面各々と前記ステンレス鋼板の表面の間に1液性熱硬化型接着剤を介在させて、[ステンレス鋼板/マグネシウム合金板/ステンレス鋼板]のサンドイッチ型となるように積層した状態で、圧力を加えつつ加熱することによって、その1液性熱硬化型接着剤を硬化させたことを特徴とする金属合金積層材。 - 鋼板材を芯材とし、ステンレス鋼板を皮材として構成されるサンドイッチ型の金属合金積層材であって、
前記鋼板材の両側表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層であり、
前記ステンレス鋼板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層が金属酸化物の薄層であり、
前記鋼板材の両側表面各々と前記ステンレス鋼板の表面の間に1液性熱硬化型接着剤を介在させて、[ステンレス鋼板/鋼板材/ステンレス鋼板]のサンドイッチ型となるように積層した状態で、圧力を加えつつ加熱することによって、その1液性熱硬化型接着剤を硬化させたことを特徴とする金属合金積層材。 - アルミニウム合金板及び銅合金板から構成される金属合金積層材であって、
前記アルミニウム合金板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層がナトリウムイオンを含まない厚さ2nm以上の酸化アルミニウムの薄層であり、
前記銅合金板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層が酸化第2銅の薄層であり、
前記アルミニウム合金板の表面と前記銅合金板の表面の間に1液性熱硬化型接着剤を介在させて積層した状態で、圧力を加えつつ加熱することによって、その1液性熱硬化型接着剤を硬化させたことを特徴とする金属合金積層材。 - 鋼板材及びステンレス鋼板から構成される金属合金積層材であって、
前記鋼板材の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層であり、
前記ステンレス鋼板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、その粗度を有する面内には、5〜500nm周期の超微細凹凸が形成され、且つ、表層が金属酸化物の薄層であり、
前記鋼板材の表面と前記ステンレス鋼板の表面の間に1液性熱硬化型接着剤を介在させて積層した状態で、圧力を加えつつ加熱することによって、その1液性熱硬化型接着剤を硬化させたことを特徴とする金属合金積層材。 - 請求項1ないし8から選択される1項に記載した金属合金積層材であって、
前記1液性熱硬化型接着剤がエポキシ樹脂系接着剤であることを特徴とする金属合金積層材。 - 請求項1ないし8から選択される1項に記載した金属合金積層材であって、
前記1液性熱硬化型接着剤が不飽和ポリエステル樹脂系接着剤であることを特徴とする金属合金積層材。 - 第1の金属合金板及び第2の金属合金板から構成される金属合金積層材であって、
前記第1の金属合金板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、表層が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層であり、
その第1の金属合金板の表面と前記第2の金属合金板を面接触させて積層した状態で、両者を熱プレス又は熱ロールによって圧着させたことを特徴とする金属合金積層材。 - アルミニウム合金板及び銅合金板から構成されるクラッド型の金属合金積層材であって、
前記アルミニウム合金板の表面は、エッチングが施されることにより、山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有し、且つ、表層がナトリウムイオンを含まない厚さ2nm以上の酸化アルミニウムの薄層であり、
そのアルミニウム合金の表面と前記銅合金板を面接触させて積層した状態で、両者を熱プレス又は熱ロールによって圧着させたことを特徴とする金属合金積層材。
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