JP5897476B2 - 金属集成体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属集成体の製造方法および関連する金属集成体に関する。詳細には、本発明は、アルミニウム／金属集成体、即ち、少なくとも１つのアルミニウム層と１つの金属層を備える集成体の製造方法に関する。

アルミニウムは、優れた耐酸化性、低密度、高い伝導性を有し、可撓性のある常磁性の金属である。アルミニウムが大気中で酸化されると、アルミニウムの表面上が酸化され、アルミニウムを保護するアルミナの薄い層が急速に形成される。この天然のアルミナ層は、約１〜３マイクロメートルの厚さを有する。

しかしながら、アルミナは、アルミニウムとは異なり、高い絶縁性を有し、特に、他の金属（特に、鉄）上においてアルミニウムの濡れ性を妨げるバリアを形成する。また、用途により、アルミニウムの特性、特にその伝導性、低密度特性だけではなく、特に鋼鉄やニッケルが示す磁性、破断強度、溶接性等の付加的な特性が必要とされる場合がある。

また、例えば、大気中への二酸化炭素の排出を減少させるための汚染防止基準を順守するために、自動車の製造者は、いくつかの鋼鉄製の部品を、アルミニウムを含む部品で置き換えることによって、特に鋼鉄シートをアルミニウムシートと組み合わせることによって、自動車の重量を減少させることを考える。しかしながら、アルミニウムと鉄の組合せは難しいので、これらの材料からなる集成体の製造は、多くの問題がある。典型的には、平衡状態図は、アルミニウムと強磁性材料の合金が可能であることを示すが、それらの合金は、機械的に脆く、常磁性を有する所定の化合物を形成することができるのみである。

より一般的には、アルミニウムをベースにした複合物のマトリックスは、通常、均質性の理由により２０％以上の粒子を含まない。別の分野では、ローター（回転機械）や固体発動機（線形機械）を備えたエンジンや発電機の性能を増大させるため、重量比に対する高い機械的強度を有しながら、良好な電気伝導率および強磁性を有する材料が求められている。

このため、アルミニウムと鉄の合金の製造方法が提案されている。例えば、文献ＦＲ２８３６１５４には、アルミニウム／鉄合金の薄い片の製造方法が開示されている。具体的には、アルミニウム片のシリンダーの間に連続的な鋳込みを行い、この片を、極端に高くない温度、即ち、４２０℃〜５５０℃の温度で約１０時間均質化する。そして、この片を低温で複数回の通過工程において圧延するｓ。また、粒子の拡大化を防止するために極端に高くない温度で、約１〜４時間の比較的短い中間のアニーリングを実施し、さらに２００℃〜４３０℃の間の温度で、少なくとも３０時間の最終的なアニーリングを実施することも可能である。

しかしながら、この文献において、粗いＡｌＦｅ主要相の出現を生じさせる、アルミニウム／鉄共晶含有量に極端に接近することを避けるために、鉄の含有量を１．９％未満に制限する必要である。従って、得られた合金は、磁性等の鉄に求められる特定の特性を有さない。

アルミニウムのシート（又は板）と、別の金属、特にニッケル、銅、コバルト、又はアルミニウムから製造されるシート（板）とを備える金属集成体の製造は、製造者にとって興味のあるものである。例えば、事前の処理なしでアルミニウムシートを金属シートに点溶接することは非常に困難であり、その使用時に問題を引き起こす可能性がある。アルミニウムをベースにした数多くの金属集成体が開発されているが、いずれも実施に時間がかかり、かつ困難な欠点があり、通常、専用の設備を必要とし、エネルギーコストが高いという欠点を有する。

そこで、本発明の１つの目的は、より簡単で、より短時間で実施でき、エネルギーコストが適切である、少なくとも１のアルミニウム層と１の金属層を備える金属集成体の製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、少なくとも１つのアルミニウム層と１つの金属層を備える金属集成体であって、点溶接することが可能な金属集成体の製造方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、金属層と互いに浸透されるアルミニウム層を備え、重量比に対する高い機械的強度、良好な熱伝導率および良好な電気伝導率、高い透磁率係数、高い耐腐食性および耐剥離性、および／又は広範囲の使用温度等の優れた特性を有する金属集成体を提供することである。

上記目的のために、本発明は、アルミニウム／金属集成体の製造方法であって、
同素変態によってアルミニウムシートの表面上に、αアルミナ層を生成して安定させるために、前記アルミニウムシートを十分な時間、それを構成する材料の融点の８０％〜１００％の温度まで加熱することによって前記アルミニウムシートを熱処理し、その後、それを再び冷ますステップと、
前記アルミニウムシートの延性以下の延性を有し、前記αアルミナ層の厚さ以上の深さの表面上の凹凸を有する金属層を用意するステップと、
前記金属集成体を得るために前記アルミニウムシートと前記金属層とを接合圧延するステップと、を含む製造方法を提供する。

本発明の製造方法は、以下の非制限的な好ましい態様がある。
・前記接合圧延は、低温で実施する態様がある。
・前記接合圧延は、１回の通過工程で実施する態様がある。
・前記アルミニウムシートの前記熱処理の時間が、約２０分〜約２時間である態様がある。
・前記金属層が、金属粉末、および／又はグリル(grille)、ラティス(lattice)、金属発泡体、ハニカム構造、ケーブル、および粗い金属シートの群の１つから選択される金属シートからなる態様がある。
・前記金属層が、粉末から構成され、さらに、前記接合圧延ステップの前に前記粉末を脱水するステップを含む態様がある。
・前記金属シートが、補助的なアルミニウムシートであり、さらに、前記シートの接合圧延ステップの前に、前記補助的なアルミニウムシートを、前記補助的なアルミニウムシートの表面にαアルミナ層を同素変態によって生成して安定させるために、十分な時間、それを構成する材料の融点の８０％〜１００％の温度まで加熱するステップと、前記補助的なアルミニウムシートを冷ますステップと、を含む態様がある。
・前記金属層が、金属シートからなり、さらに、前記接合圧延ステップの前に、前記金属シートの厚さに応じた任意の時間、前記金属シートを、それを構成する金属の融点の７０％〜９８％の温度まで加熱するステップと、前記金属シートを周囲温度まで冷ますステップと、をさらに含む態様がある。
・前記冷却ステップと前記接合圧延ステップの間に、前記金属シートをストリッピングするステップをさらに含む態様がある。
・前記金属シートが表面処理を受けるステップをさらに含む態様がある。
・前記金属層が少なくとも１つの金属シートを備え、さらに、前記シートの接合圧延ステップの前にアルミニウム（１０、１０'）および金属シートを集成するステップを含む態様がある。
・さらに、同素変態によって、前記付加的なアルミニウムシートの表面にαアルミナ層を生成して安定させるために、十分な時間、前記補助的なアルミニウムシートを、前記材料の融点の８０％〜１００％の温度まで加熱するステップと、前記付加的なアルミニウムシートを冷ますステップと、前記付加的なアルミニウムシートと前記金属集成体とを接合圧延させるステップとを含む態様がある。
・前記付加的なアルミニウムシートと前記金属集成体との前記接合圧延が、前記集成体を形成する前記アルミニウムシートと前記金属層との前記接合圧延と同時に、又は該接合圧延の後に実施する態様がある。
・少なくとも２つの金属集成体が製造され、
前記付加的なアルミニウムシートの表面にαアルミナ層を同素変態によって生成して安定させるために、十分な時間、前記材料の融点の８０％〜１００％の温度まで各金属集成体を加熱するステップと、各金属集成体を周囲温度まで冷却するステップと、金属集成体を接合圧延するステップと、をさらに含む態様がある。

第２の態様において、本発明は、本発明のアルミニウム／金属集成体の製造方法によって得られる金属集成体であって、前記熱処理が施されるアルミニウムシートと、前記アルミニウムシートの一方の面に適用される金属層とを備え、前記接合圧延ステップの後に前記金属層（２０）の表面上の凹凸と前記アルミニウムシートが互いに浸透する、金属集成体を提供するものである。

本発明の第２の態様の製造方法は、以下の非制限的な好ましい態様がある。
・前記金属層が、金属粉末（２２）および／又はグリル、ラティス、金属発泡体、ハニカム構造、ケーブル、および粗い金属シートの群の１つから選択される金属シートから構成される態様がある。
・前記金属粉末および／又は金属シートが、鋼鉄、鉄、ニッケル、コバルト、面心立方金属、およびそれらの合金の群から選択される１つの材料から製造され、前記アルミニウムシートが純アルミニウム又はアルミニウム合金から製造される態様がある。
・前記金属層が、鋼鉄ラティス、アルミニウムシート、金属発泡体、および／又は金属粉末から構成される態様がある。
・前記金属層の上に付加的なアルミニウムシートを備える態様がある。

最後の態様において、本発明は、本発明の金属集成体を少なくとも２つ備える金属シートのサンドイッチであって、前記金属集成体の第１の集成体の前記アルミニウムシートが、前記第１集成体の前記金属層と、前記金属集成体の第２の集成体の前記金属シートの両方の表面上の凹凸に互いに浸透する、金属シートのサンドイッチを提供するものである。

本発明の他の特徴、目的、優位性は、添付の図面を参照しつつ詳細な説明により一層明確になるであろう。

本発明の金属集成体の第１の実施形態の断面図。 本発明の金属集成体の第１の実施形態の断面図。 本発明の金属集成体の第１の実施形態の断面図。 本発明のサンドイッチの第１の実施形態の断面図。 本発明のサンドイッチの第１の実施形態の断面図。 本発明のサンドイッチの第１の実施形態の断面図。 本発明のサンドイッチの第１の実施形態の断面図。

まず、密着した積層体を形成するために互いに浸透された少なくとも一のアルミニウム層１０と、一の金属層２０を備える金属集成体の概略的な製造方法を説明する。

第１ステップにおいて、アルミニウム層１０の表面上に存在する酸化物層の同素変態を実施する。この目的のために、アルミニウム層１０は、層を安定化させるために十分に長い時間、その構成材料の融点の８０％〜１００％の温度まで加熱する。好ましくは、アルミニウム層１０は、融点の９３％〜９８％の温度、より好ましくは、約９５％（＋／−１％）の温度に加熱される。好ましくは、アルミニウム層１０はアルミニウムシートである。ここで、「シート」は薄い板（厚さ数ミリ）、箔（厚さ数ミクロン）等、又は圧延できる実質的に平坦な任意の形状のものを意味する。また、アルミニウムシート１０は、純アルミニウムであってもよいし、アルミニウム合金であってもよい。

しかしながら、本発明は、良好な熱伝導性を有し、体積全体にわたって均一な温度に加熱することができるアルミニウムシートに特に適している。典型的には、国際分類システムにおける１０００系（Ａ５〜Ａ９等）から製造されるアルミニウムシートがある。例えば、アルミニウムシートは、５００℃〜６６０℃に加熱された、厚さ５〜２０ミクロンの食品に使用可能なアルミニウム紙であってもよい。アルミニウムシート１０のこれら２つの例に対し、熱処理の時間は約２０分〜約２時間であり、好ましくは約３０分である。厚いアルミニウムシート１０の場合、典型的には１２ｍｍの場合、熱処理の時間は４５分であることが好ましい。

さらに、好ましい実施形態では、アルミニウムシート１０は、事前の予備圧延ステップを実施せずに、直接的に熱処理する態様がある。なぜなら、そのような事前圧延は、アルミニウムの一次的又は二次的な再結晶化を生じさせる可能性があり、次に行われる接合圧延をより困難なものにする可能性があるからである。

第２のステップにおいて、アルミニウムシート１０を冷却する。実際には、アルミニウムシート１０を冷却するために必要な時間と、考慮する必要があるアルミニウム層の安定化温度での残留時間とを区別することが必要である。実際、アルミニウムシート１０の「低温圧延」が可能な温度まで十分に低下していれば（後述記載参照）、冷却時間および冷却後の最終的な温度自体は、決定的な特徴ではない。実際、結果として得られるシート１０に影響を与えることなしに、シート１０を大気中でゆっくりと冷ますこともできるし、又は（例えば、急冷によって）急速に冷却することもできる。最終的な冷却温度は、例えば、本方法が実施される室温、典型的には、約２０℃としてもよい。しかしながら、アルミニウムシート１０をさらに冷却することもできるし（例えば、摂氏０℃）、又は室温まで冷却しなくてもよい（例えば、摂氏６０℃）。

熱処理前のアルミニウムシートの破断強度より低い破断強度（熱処理前の約６０ＭＰａより低い１５〜２０ＭＰａ）を有するアルミニウムシート１０が得られる。実際、熱処理は、アルミニウムの粒子サイズを増大させ、その後に行う加工を容易にする。また、試験をしたところ、本発明の方法の第１ステップで実施される熱処理の後に、得られたアルミニウムシートが（シート単体に対する使用温度範囲である−２００℃〜＋１５０度より広い、約−２００℃〜＋２００℃の）広範囲の使用温度を有し、そのアルミニウムシートが溶接可能（点溶接又は他の溶接が可能）になることを示した。

最後のステップにおいて、アルミニウムシート１０は選定された金属シート２０と接合圧延される。接合圧延は、アルミニウムシート１０の熱処理後すぐに行なわなくてもよい。例えば、熱処理とシートの接合圧延との間が数時間、あるいは数週間あいていてもよい。

金属シート２０は、製造方法で使用が可能になるために、特定の物理的特性を有する必要がある。特に、金属層２０は、アルミニウムシート１０の熱処理中に生成されたαアルミナ層の厚さ以上のサイズ、典型的には約５ミクロンのサイズを有する表面上の凹凸２１を有さなければならない。熱処理がアルミニウムシート１０を安定化させるために十分な時間を超えて継続された場合であっても、アルミナ層の厚さがアルミニウムシート１０の厚さに関係なく、約５ミクロンの状態を維持することに注意することが重要である。しかしながら、数時間（概ね４時間）を超えると、熱処理は「均質化」処理になる。即ち、αアルミナ層は劣化し、それを構成している粒子はもはや同一平面上には存在しなくなるので、αアルミナ層の最終的な厚さが変更され、黒および緑を呈する。

金属層２０は、例えば、アルミニウムシート１０上に広げられる金属粉末２２から構成されてもよい。そのような層２０は、そのグラニュロメトリーがアルミニウムシート１０のアルミナ層の厚さ以上である場合、表面上の凹凸２１に関して課される要件を満足する。

金属シート２０は、金属シート２３から構成されていてもよい。金属シート２３は、例えば、ラティス（又は、より一般的な用語ではグリル）、又はハニカム構造であってもよく、その場合、表面上の凹凸２１はシート２０に存在する貫通孔又は塞がれた孔によって形成される。ここで「ラティス」は、圧延された金属をクロッピング(cropping)およびドローイング（drawing）することによって単一の部材で製造された格子を意味し、「グリル」は、例えば、ワイヤを編んで製造されたシートを意味する。

また、金属層は、細孔２１が好ましくは開口して５ミクロン以上の直径を有する金属発泡体、又は５ミクロン以上のサイズの表面粗度を有する金属シートであってもよい。当然のことながら、表面上の凹凸が十分に大きいサイズを有すれば、他の種類の金属シートも使用可能である。例えば、滑らかな表面を有する金属シート２０を十分な凹凸を与えるために、スチールウールによるブラッシング、研磨、化学処理等によって処理し、本発明で使用できるようにしてもよい。

本明細書の残りの部分において、用語「金属シート」は、薄い金属板、金属ラティス、金属グリル、金属発泡体、金属ハニカム構造等を意味する。金属層は、そのような金属シートを備える場合、その金属シートは特に、シート２０の電気伝導性、透磁率、摩擦係数の変更等の、いくつかの物理的な特性と同様に、金属シートの耐腐食性を増加させるために、湿式又は乾式の方法による表面処理を行うことができる。例えば、鋼鉄シート２０の耐腐食性を増大させるために、それにニッケルの堆積を実施できる。

金属粉末２２および／又は１枚又は複数枚の金属シート２３から構成されているかにかかわらず、接合圧延ステップ中に金属層２０の表面上の凹凸２１におけるアルミニウムと互いに浸透するために、金属層２０は、熱処理後にアルミニウムシート１０より小さい延性を有さなければならない。例えば、それは、鋼鉄、鉄、ニッケル、コバルト、面心立方結晶構造を有する金属（金、銅、銀等）、又はそれらの合金を含む複数の材料の少なくとも１つから製造できる。

それゆえ、アルミニウムシート１０の金属層２０との接合圧延は、高温でも低温でも実行することができ、１回又は複数回の通過工程で実行することができる。しかしながら、これに関し、発明者は、単一通過工程における、層１０、２０を新たに加熱することのない低温（即ち、周囲温度）、例えば約０℃から６０℃の間、の接合圧延が大幅に良好な結果を得られることを書き留めておく。これは、複数回の通過工程によって、アルミニウムシート１０と金属シート２０によって形成される集成体１が、剥離の危険性を生ずるのに対し、１回の通過工程の場合には、密着した金属集成体１を形成するために金属層２０の粒子および表面上の凹凸２１と、アルミニウムシート１０が互いに浸透するからである。

接合圧延は、特に、０．１ｋｍ／ｈ〜３ｋｍ／ｈの速度で実行することができる。金属層２０が金属シート２３を備える場合、接合圧延中に金属集成体１が変形したり横滑りしたりすることを防止するために、例えば、シート１０とシート２０のリベット留め、点溶接、集成体１のヘッドの予備圧延、自己貫通ネジ、電子ビーム溶接、又は任意の従来の接着剤又はフランジングシステムによって、アルミニウムシート１０と金属シート２０を集成してもよい。冶金学の分野の先入観に反し、シートの点溶接は、実際には、アルミニウムシート１０に施される熱処理のために、特に同素変態および酸化物層の安定化の理由により可能となる。

また、αアルミナ層は、金属集成体１の接合圧延中に潤滑油の役割を果たすとともに、アルミニウムの耐腐食性を実質的に増大させる。そして、増大された腐食および引っ張り力に対する耐性、重量比に対する高い機械的強度、純アルミニウムより広範囲の使用温度範囲（アルミニウム／鉄集成体の場合、約−２００℃〜＋２００℃）、又は熱処理前のアルミニウムと同程度の伝導性等の優れた特性を有する金属集成体１が得られる。また、金属集成体１には、他の従来の金属シートと同様に、表面処理が施されてもよいし、打ち抜き、成形等が行われてもよい。

従って、本発明の製造方法によって得られる金属集成体１は、金属構造物（又は、それが自動車、航空、又は宇宙の分野であるかどうかにかかわらず、任意の機械、特に自動車）の質量を減少させることができる。また、絶え間なく使用される容器や他の圧力タンクの質量を減少させたり、あるいは一定の容器質量に対して使用できる圧力を増大させたりできる。また、非同期型の機械の分野において、出力密度を理論的に２倍又は３倍に増大させる、および／又は磁束戻り磁気回路（flux return magnetic circuit）を減少させることによって機械の質量を減少させることができる。さらに、低温の接合圧延ステップおよび熱処理の時間の短縮の理由により、本方法のエネルギーコストは低い。

以下に、使用可能な金属層の例を参照しながら、本発明の製造方法をより詳細に説明する。しかしながら、以下の例は本発明を制限するものではなく、説明のために示すものである。さらに、具体的に示す加熱、冷却、および接合圧延のステップは、例示であり、上述の概略的な製造方法と照らし合わすべきものである。

アルミニウムシート１０および金属粉末２２を備える金属集成体１の場合、本発明の方法は、接合圧延ステップの前に金属粉末２２を熱処理する付加的なステップを含むことができる。その理由は、試験によって粉末２２の脱水が、得られる金属集成体１の密着力を改善すること、および粉末２２を構成する単体の比表面積が、アルミニウムおよび金属シートの比表面積より大きいことが証明されたからである。従って、特に、集成体１を、蒸気によって局所的な内部過圧が生じて剥離点を生成する１００℃より高い温度で使用する場合、最終的に得られる結果に対して水和レベルが重要となる。一般に、金属粉末は、重量比で約１５％の水分を含み、特に、エイジング処理中に、飽和水蒸気がシートの剥離を生ずるという問題を引き起こす可能性がある。

従って、より良好な結果のためには、金属粉末２２の水和度を十分に低下させ（典型的には、１％未満の表面水分および結合水分）、アルミニウムシート１０との接合圧延中に界面上の飽和水蒸気を減少させるために、金属粉末２２の熱処理を実施することが好ましい。真空で行うことが好ましく、この場合の加熱の時間も、粉末２２の金属層２０の密度、熱容量、熱伝導率、および厚さに依存する。例えば、鉄粉末の層２０の場合、熱処理は、粉末２２を完全に乾燥させるために３００℃で約３０分〜２時間行われる。しかしながら、親水性の強くない特定の種類の粉末２２に対しては、真空中における１２０℃で約６０分の部分的な乾燥で十分だろう。例えば、脱水アルミナの粉末は一般に、４％の表面水分と１０％の結合水分しか含まない。このような単純な予備加熱処理により、アルミニウムシート１０との接合圧延中に良好な結果を得るために十分な程度まで水和度を低下させ、剥離の危険性を減少させることができる。

このようにして得られた金属粉末２２の層２０は、好ましくは低温かつ１回の通過工程で、熱処理されたアルミニウムシート１０と接合圧延される。このアルミニウムシート１０の金属粉末２２の層との接合圧延ステップは、粉末２２に水分が再度取りこまれることを防ぐために、粉末２２の脱水と連続して、例えば、脱水後数分以内に実施することが好ましい。該当する場合には、粉末２２を再度、脱水するためにさらなる熱処理を実施することも可能である。

さらに、粉末２２の量は所望の応用例に応じて変更されてもよい。実際、非常に薄い粉末２２の層２０、不連続な粉末２２の層２０、完全な層２０、または複数の厚さの粉末層を適用することが可能である。このようにして得られた結果は、適用された粉末２２のグラニュロメトリーと粉末２２の量の間の比に依存する。例えば、約５ミクロンの最小の厚さを有する非常に薄い層２０は、接合圧延を困難にするボール効果を有する霧状の粉末２２を含むだろう。一方、例えば、最大で２ミリメートルであってもよい厚い層２０は、接合圧延が容易な角張った粉末２２を含むだろう。

このようにして得られた金属集成体１は、特に、アルミニウムシート単体と比較して良好な機械的特性、および長期にわたる安定性等の予想外の特性を有する。第１に、金属集成体１は、それらが別々に使用されたときに呈する、アルミニウムと粉末２２を構成する金属とに特有な特性のいくつかを兼ね備える。例えば、鉄粉末の場合、金属集成体１が良好な電気伝導性および低密度を有するとともに、強磁性であり、磁石を引き付け、それらをその外面に接触させたままにできることがわかった。

有利なこととして、粉末２２の使用は、その使用にも関わらず、最終的な金属集成体１の全体的な密度に実質的な影響を与えずに、最終的な金属集成体１において粉末２２を構成する材料の良好な分布を可能にする。これにより、アルミニウムシート１０および金属層２０に対して選択された厚さに応じた、軽量で、機械的に強く、柔軟な電磁気遮蔽物を製造するために、本発明の方法に従って得られたアルミニウム／鉄金属集成体１を使用することが可能になる。

アルミニウムシート１０および鋼鉄シート２０を備える金属集成体１の場合、本発明の方法は、鋼鉄シート２０の厚さに依存する時間、通常、１ミリメートル厚のシート２０の場合、３０分間、鋼鉄シート２０の融点の７０％〜９８％の温度、例えば、１１００℃までシート２０を加熱する補助的なステップを備えてもよい。加熱時間は、鋼鉄シート２０の密度、熱容量、熱伝導率、および厚さに依存する。本実施例では、アルミニウムシート１０は１０００系の合金から製造され、鋼鉄シート２０は軽量合金ＸＣ１０鋼鉄シートから製造される。そして、鋼鉄は、アルミニウムシートの冷却温度まで冷却する。先に述べたように、アルミニウムシート１０と同様に、鋼鉄の冷却時間および冷却された鋼鉄の最終的な温度は決定的なパラメータではない。

鋼鉄シート２０は、密着した金属集成体１の形成を妨害する可能性がある表面上の酸化物層を除去するように、機械的又は化学的にストリッピングする。一実施形態では、このストリッピングはサンドブラストによって実施する。金属シート２０の表面が平らであってはいけないということを考慮すると、サンドブラストのグラニュロメトリーは重要ではない。その一方で、金属への研磨用の粒子の侵入を防ぐために、サンドブラストの圧力は制御されなければならない。

変形例において、ストリッピングは、スチールウールによるブラッシングによる（例えば、塩酸による）酸による浸食、又は他の周知の技術によって実施される。このようにして得られた鋼鉄シート２３は、好ましくは低温かつ１回の通過工程で、熱処理されたアルミニウムシート１０とともに接合圧延される。その結果、得られた金属集成体１は、予想外の特性を有する。なぜなら、金属集成体１は、アルミニウムおよび鋼鉄シート２０が別々に使用されたときに呈する特有な特性のいくつかを兼ね備えるからである。即ち、金属集成体１は、良好な電気伝導性および低密度を有するとともに、強磁性であり、磁石を引き付け、それらをその外面に接触させたままにできることがわかった。

例えば、等級Ａ５の食品に使用可能なアルミニウム紙および約１ｍｍ圧のニッケルラティス２３を備える金属集成体１の場合、集成体は約４．７の密度を有するとともに、その比透磁率は約３００であり、伝導率はアルミニウムの伝導率（約４．６×１０^＋８ｏｈｍｓ^−１．ｍ^−１）に近く、機械的引っ張り強さは約１０ＭＰａである（これは約１００ミクロン程度の薄い厚さのシート１０にとって意義がある）。これにより、アルミニウム１０および金属２３のシートに対して選択された厚さに応じた、軽量で、機械的に強く、柔軟な電磁気遮蔽物を生産するために、本発明の方法により製造されたアルミニウム／ニッケル金属集成体１を利用することが可能になる。

加えて、集成体１には連続的に接合圧延を施すことができ、単一の初期の集成体から層の数を機械的に増やすことができる。そして、この複数の層は特に、厚さによる良好な分布によって機械的な強度（引っ張り(traction)／引き裂き(tearing)）および磁気抵抗の面で、初期の集成体よりもさらに優れた特性を有する。

さらに、金属シート２０が鋼鉄から作製される例としての実施形態においては、圧延中、集成体１が十分に整列した状態のままとなるので、４つのシリンダーを備えた圧延機ではなく２つのシリンダーを有する圧延機を使用することが可能となる。さらに、そのような金属集成体１に対して実施された試験は、金属集成体１が１２時間、２１０℃の飽和水蒸気下で、腐食および剥離に対して耐性を有することを示した。同様に、得られた集成体は剥離することなく、７７Ｋ（約−１９６℃）の温度に耐性を示した。

また、試験は、本発明の方法の第１ステップにて実施される熱処理の後に得られたアルミニウムシートが（シート単体に対する使用温度範囲である−２００℃〜＋１５０度より広い、約−２００℃〜＋２００℃の）広範囲の使用温度を有することを示した。しかしながら、金属シート２３の熱処理は、全ての材料に対して必ずしも必要ではない。その目的は、構成する材料を機械的に柔らかくすることである。例えば、アルミニウムシート１０をニッケル、銅、金、又は他の面心立方材料のシート２３と互いに浸透させて形成する金属集成体１を製造する場合、金属シート２３を加熱するステップおよびその表面をストリッピングするステップは選択的なものである。

変形例において、本発明の方法は、互いに浸透しあう２枚のアルミニウムシート１０、１０'から形成された集成体を製造することができる。この場合、金属シート２０は、補助的なアルミニウムシートとなる。従って、この実施形態の利点により、特に、アルミナ層のバリアのために、従来の溶接技術では予見できなかった、２枚のアルミニウムシート１０、１０'の溶接が可能になる。

この目的のために、２枚のアルミニウムシートの金属集成体１の製造方法は、本発明の一般的な方法に対して、単に、補助的なアルミニウムシート１０'の加熱および冷却の補助的なステップを含む。ここで、金属シートは、補助的なアルミニウムシートである。２枚のアルミニウムシートは、上記で詳細に説明した一般的な方法の最初の２つのステップ（加熱およびその後の冷却）に従って、より正確には、同時に又は順番に熱処理し、その後、冷却する。

アルミニウムシート１０'は、第１アルミニウムシートと同一又は類似であり、実際に、アルミニウムシート１０と接合圧延するための要件を満たす。なぜなら、熱処理は、第１に、約５ミクロンの厚さの粗さを有するαアルミナ層（およびそれによる十分な凹凸を有する表面）を表面上に生成および安定させ、第２に、シートの延性を実質的に第１アルミニウムシートと同程度にするからである。従って、互いに浸透しあう２枚のアルミニウムシートを備える金属集成体１を得るために、好ましくは低温かつ１回の通過工程で、２枚のアルミニウムシート１０、１０'を互いに積層することができる。

アルミニウム集成体１は、特に、増強された機械的な特性、およびそれぞれの熱処理後に別々の状態で得られるアルミニウムシートの特性と同等の特性を有する。特に、アルミニウム集成体１は、増強された耐腐食性（特に、６８％の硝酸における）を有し、点溶接することが可能であり、広範囲の温度範囲等で使用することができる。

第２の実施形態によれば、金属層２０は、金属シート２３と金属粉末２２の両方を備える。そして、本発明の方法は、上述された一般的な方法のステップに加え、粉末２２の使用に関するステップ（粉末の初期の水和度に応じた、粉末の部分的又は完全な脱水）と、該当する場合には、シート２３の使用に関するステップ（使用される金属の種類に応じた熱処理および／又はストリッピング）の両方を含む。粉末２２の層は、有利なものとして、アルミニウムシート１０と金属シート２３との間に配置される。第１の実施形態によると、金属集成体１はアルミニウムシート１０と粉末２２の層および金属シート２３との同時的な接合圧延によって得られる。この接合圧延もやはり、低温かつ１回の通過工程で実施されることが好ましい。

第２の実施形態にしたがうと、接合圧延は２つの段階によって実施される。第１に、アルミニウムシート１０が粉末２２の層と接合圧延し、アルミニウム／粉末ベースの集成体が得られる。次に、アルミニウム／粉末集成体は、本発明の最初の２つのステップに従って熱処理され、その後、最終的な金属集成体１を得るために金属シート２０と接合圧延される。アルミニウム／粉末ベースの集成体の熱処理は、やはり、アルミニウム粒子のサイズを増大させ、その後の集成体の加工を容易にし、金属シート２０との接合圧延中に界面における飽和水蒸気を減少させるために、クラスト状の粉末を脱水して、剥離の危険性を減少させる。

変形例において、まず、アルミニウム／シートベースの集成体が製造され、その後、ベースの集成体および粉末２２の熱処理の後、粉末の層と接合圧延される。そして、最終的な金属集成体１は、アルミニウムの特性と、粉末２２およびシート２３に対して使用される材料の特性の両方を有する。例えば、等級Ａ５のアルミニウムから製造される０．８ｍｍのシート、約０．８ｍｍ厚の鋼鉄ラティス２３、および厚さ２ｍｍの粉末２２の層を備える金属集成体の場合、最終的な集成体１の比透磁率は約１００であり、その伝導率はアルミニウムの伝導率に近い値である（約４．６×１０^−８ｏｈｍｓ^−１．ｍｍ^−１）。詳細には、この金属集成体１は、ラティス２３の孔のいくつかを埋めることによって２つの金属層２０に互いに浸透するアルミニウムのシートを備え、そして、金属粉末２２は、多量の粉末２２を小さい表面上に集めるので集成体を非常に磁性の高いものにする。

さらに、本発明に方法に従って得られる金属集成体は、付加的な金属層と接合圧延させることにより、新規の集成体の製造の基礎として利用することができる。以降、これらの新規の集成体は、それらを上述のアルミニウム／金属集成体と区別するためにサンドイッチ２と呼ぶ。

第１の実施形態にしたがうと、金属サンドイッチ２を得るために、上述の方法に従って得られた金属集成体１に付加的なアルミニウムシート１０'を溶接することができる。

この目的のために、付加的なアルミニウムシート１０'および事前に得られた集成体１は、本発明の方法の最初の２つのステップに従って加熱および冷却し、その後、付加的なアルミニウムシート１０'は、好ましくは低温かつ１回の通過工程で、金属集成体１と接合圧延する。

変形例において、サンドイッチ２は、シート１０、１０'の熱処理の後、集成体１の製造の中間のステップを実施せずに、初めから、２枚のアルミニウムシート１０、１０'と金属層２０（粉末２２および／又は１枚又は複数枚の金属シート）とを同時的に接合圧延することによって、製造する。

この目的のために、アルミニウムシート１０、１０'は、本発明の方法の最初の２つのステップに従って熱処理する。金属粉末２２および／又は、該当する場合には、（例えば、鋼鉄ラティスの場合）金属シート２３もまた、脱水するために熱処理される。そして、シート２３および粉末２２は、好ましくは低温かつ１回の通過工程で、２枚のアルミニウムシート１０、１０'の間で接合圧延する。

変形例として、アルミニウムシート１０、１０'の熱処理の後、まず、アルミニウム／粉末集成体１とアルミニウム／シート集成体１とを得るために、それぞれ、第1アルミニウムシート１０は、シート２３と、第２シート１０'は粉末２２と接合圧延する。そして、２つの金属集成体を上述した一般的な方法の最初の２つのステップに従って、数分間、例えば、約３０分間、アルミニウムシート１０、１０'の融点の８０％〜１００％の温度で熱的に再処理し、それらを再冷却する。その後、シート２３および粉末２２を封入する２枚のアルミニウムシート１０、１０'を備えるサンドイッチ２を得るためにそれらを接合圧延すれば十分である。例えば、０．８ｍｍ厚のＸＣ１０鋼鉄ラティス２３およびニッケル粉末２２を封入する２枚の０．８ｍｍ厚の等級Ａ５のアルミニウムシートの（１０）および（１０'）を備える金属サンドイッチ２の場合、得られるサンドイッチは約０．８ｍｍの厚さを有し、比透磁率は約１００であり、密度は約３．２であり、電気伝導率は約４．４×１０^＋８ｏｈｍｓ^−１．ｍ^−１である。

これらの加熱、冷却、および接合圧延ステップを繰り返すことによって（又は、サンドイッチの層１０、１０'、２０、２０'の加熱処理の後、それら全てを直接的に接合圧延することによって）、少なくとも２つアルミニウムシート１０および１つの金属層２０を備えるサンドイッチ２が得られる。層１０、１０'、２０、２０'の数および（各々金属粉末２２および／又は１枚（又は複数枚の）金属シート（２３、２３'）を備える）金属層２０、２０'の選択は、本質的にサンドイッチ２に対して要求される特性に依存し、サンドイッチの引っ張り強さを、典型的な例では、５０から１５０ＭＰａに改善する（例えば、アルミニウム／鉄集成体の破断強度は、単体のアルミニウムと比較して約３倍以上である）。

有利なこととして、鋼鉄シート２０を封入する２枚のアルミニウムシート１０、１０'を備えるサンドイッチ２は、驚くほど高い耐腐食性と高い剥離耐性を有する。即ち、そのようなサンドイッチ２の７７Ｋ（約−１９６度）の液体窒素浴への浸漬は、アルミニウムと鋼鉄との膨張係数の差にもかかわらずサンドイッチ２が密着したままであることを示した。

さらに、本発明のサンドイッチ２は、数日間にわたる６８％濃度の硝酸による浸食に耐えることができる。サンドイッチ２の縁が保護されてない場合、即ち、アルミニウムシート１０、１０'によって封入されている金属層２０が酸と接触している場合、金属シート２０だけが浸食される。

一方、サンドイッチ２の中央の金属部分２０の不浸透性は、金属シート２０が粉末２２で構成されている場合、容易に達成することができる。実際、接合圧延中にアルミニウムシート１０、１０'の縁に粉末２２を配置しないというだけで十分であり、中央の金属部分２０の酸化による剥離が防止される。

また、サンドイッチは、目的とする特定の特性を組み合わせるために複数の異なる種類の金属シートおよび／又は金属粉末とともに製造されてもよい。例えば、粉末２２および／又は鋼鉄ラティスを備える金属集成体１とラティス２３および／又はニッケル粉末２２を備える金属集成体１との本発明の方法による溶接は、例えば、所望の応用例に対して伝導率、透磁率、および密度を適合させるためにアルミニウム、鋼鉄、およびニッケルを同時に備えるサンドイッチが得られる。

有利なこととして、本発明の方法は、融解によって容易に回収できる金属シートの金属集成体１および金属層２９のサンドイッチ２を得ることを可能にする。なぜなら、最も低い融点を有する金属集成体１の成分を重力によって分離および回収することができるからである。金属シートに対して２つ以上の異なる種類の材料からなる混合のサンドイッチの場合、残留物が１種類の材料になるまで、この操作を繰り返すだけで十分である。

Claims (17)

1. 同素変態によってアルミニウムシート（１０）の表面上に、αアルミナ層を生成して安定させるために、アルミニウムシート（１０）を、それを構成する材料の融点の８０％〜１００％の温度まで加熱することによって熱処理し、その後、それを再び冷ます冷却ステップと、
   アルミニウムシート（１０）の延性以下の延性を有し、前記αアルミナ層の厚さ以上の深さの表面上の凹凸（２１）を有する金属層（２０）を用意するステップと、
   金属集成体（１）を得るためにアルミニウムシート（１０）と金属層（２０）とを接合圧延する接合圧延ステップと、
   を含む方法。
2. 前記接合圧延が１回の通過工程で実施される、請求項１に記載の方法。
3. アルミニウムシート（１０）の前記熱処理の時間が、２０分〜２時間である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 金属層（２０）が、金属粉末（２２）および／又は、グリル(grill)、ラティス(lattice)、金属発泡体、ハニカム構造、ケーブル、および５ミクロン以上の表面粗度を有する金属シートの群の１つから選択される金属シート（２３）を備える、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 金属層（２０）が、金属粉末（２２）から構成され、さらに、前記接合圧延ステップの前に金属粉末（２２）を脱水するステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 金属シート（２０）が補助的なアルミニウムシート（２０）であり、さらに、金属シート（２０）およびアルミニウムシート（１０）の接合圧延ステップの前に、
   補助的なアルミニウムシート（２０）を、補助的なアルミニウムシート（２０）の表面にαアルミナ層を同素変態によって生成して安定させるために、それを構成する材料の融点の８０％〜１００％の温度まで加熱するステップと、
   補助的なアルミニウムシート（２０）を冷ますステップと、
   を含む、請求項４に記載の方法。
7. 金属層（２０）が、金属シート（２３）からなり、さらに、前記接合圧延ステップの前に、
   金属シート（２３）の厚さに応じた任意の時間、当該金属シート（２３）を、それを構成する金属の融点の７０％〜９８％の温度まで加熱するステップと、
   金属シート（２３）を周囲温度まで冷ますステップと、
   をさらに含む、請求項４に記載の方法。
8. 前記冷却ステップと前記接合圧延ステップの間に、金属シート（２３）をストリッピングするステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 金属シート（２３）が表面処理を受けるステップをさらに含む、請求項５〜８のいずれか１つに記載の方法。
10. 金属シート（２３）が少なくとも１つの金属シートを備え、さらに、前記接合圧延ステップの前にアルミニウムシート（１０、１０'）および金属シート（２３、２３'）を集成するステップを含み、
    前記集成するステップは、アルミニウムシート（１０、１０'）と金属シート（２３、２３'）をリベット留め、点溶接、集成体のヘッドの予備圧延、自己貫通ネジおよび電子溶接のいずれかを行う請求項５〜９のいずれか１つに記載の方法。
11. 同素変態によって、付加的なアルミニウムシート（１０'）の表面にαアルミナ層を生成して安定させるために、付加的なアルミニウムシート（１０'）を、前記材料の融点の８０％〜１００％の温度までを加熱するステップと、
    付加的なアルミニウムシート（１０'）を冷ますステップと、
    付加的なアルミニウムシート（１０'）と金属集成体（１）とを接合圧延させるステップと、
    を含む、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
12. 付加的なアルミニウムシート（１０'）と金属集成体（１）との前記接合圧延が、金属集成体（１）を形成するアルミニウムシート（１０）と金属層（２０）との前記接合圧延と同時に、又は該接合圧延の後に連続的に実施される、請求項１１に記載の方法。
13. 少なくとも２つの金属集成体（１）が製造され、
    付加的なアルミニウムシート（１０、１０'）の表面にαアルミナ層を同素変態によって生成して安定させるために、アルミニウムシート（１０）を構成する材料の融点の８０％〜１００％の温度までそれぞれの金属集成体（１）を加熱するステップと、
    それぞれの金属集成体（１）を周囲温度まで冷却するステップと、
    金属集成体（１）を互いに接合圧延するステップと、を含む、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
14. 金属集成体（１）の製造方法であって、
    同素変態によってアルミニウムシート（１０）の表面上に、αアルミナ層を生成して安定させるために、アルミニウムシート（１０）を、それを構成する材料の融点の８０％〜１００％の温度まで加熱することによって熱処理し、その後、それを再び冷ます冷却ステップと、
    アルミニウムシート（１０）の延性以下の延性を有し、前記αアルミナ層の厚さ以上の深さの表面上の凹凸（２１）を有する金属層（２０）を用意するステップと、
    金属集成体（１）を得るためにアルミニウムシート（１０）と金属層（２０）とを接合圧延する接合圧延ステップとを備え、
    接合圧延ステップに続いて金属層（２０）の表面上の凹凸とアルミニウムシート（１０）が互いに浸透するステップを備え、
    金属層（２０）が、金属粉末（２２）および／又はグリル、ラティス、金属発泡体、ハニカム構造、ケーブル、および５ミクロン以上の表面粗度を有する金属シートの群の１つから選択される金属シート（２３）である、金属集成体（１）の製造方法。
15. 金属粉末（２２）および／又は金属シート（２３）が、鋼鉄、鉄、ニッケル、コバルト、面心立方金属、およびそれらの合金の群から選択される１つの材料から製造され、アルミニウムシート（１０）が純アルミニウム又はアルミニウム合金から製造される、請求項１４に記載の金属集成体（１）の製造方法。
16. 金属層（２０）が、鋼鉄ラティス、アルミニウムシート、金属発泡体、および／又は金属粉末から構成される、請求項１４又は１５に記載の金属集成体（１）の製造方法。
17. 金属層（２０）の上に付加的なアルミニウムシート（１０'）を備える、請求項１４から１６のいずれか１つに記載の金属集成体（１）の製造方法。

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