JP6364910B2 - Clad material and method for producing the clad material - Google Patents
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Description
この発明は、クラッド材およびクラッド材の製造方法に関し、特に、Mg基合金から構成される層とAl基合金から構成される層とが中間層を介して接合されたクラッド材およびそのクラッド材の製造方法に関する。 The present invention relates to a clad material and a method for producing the clad material, and in particular, a clad material in which a layer composed of an Mg-based alloy and a layer composed of an Al-based alloy are joined via an intermediate layer, and the clad material It relates to a manufacturing method.
Mg基合金から構成されるMg層とAl基合金から構成されるAl層とを接合してクラッド材を作製する場合、密着性が低いために、Mg層とAl層とを中間層を介して接合することが知られている(たとえば、特許文献1参照)。 When a clad material is produced by joining an Mg layer composed of an Mg-based alloy and an Al layer composed of an Al-based alloy, the Mg layer and the Al layer are interposed via an intermediate layer because of low adhesion. It is known to join (for example, refer to Patent Document 1).
上記特許文献1には、Mg基合金からなるMg層と、Al基合金からなるAl層と、Mg層とAl層との間に配置され、Ag基合金またはCu基合金からなる中間層からなるクラッド材が開示されている。また、上記特許文献1には、別の例として、上記中間層として、Ag基合金またはCu基合金からなる層のMg層側にAu、PtまたはPdからなる層を形成した2層の中間層を用いたクラッド材が開示されている。また、上記特許文献1には、さらに別の例として、上記中間層として、Ag基合金またはCu基合金からなる層の少なくとも片側表面に低融点のCd、Zn、SnまたはPbからなる層を形成した2層または3層からなる中間層を用いたクラッド材が開示されている。
In
しかしながら、上記特許文献1に記載のクラッド材のうち、中間層としてAg基合金を用いたクラッド材は、Ag基合金は高価であるためクラッド材の原材料コストが高くなり、実用的でないと考えられる。
However, among the clad materials described in
また、中間層としてCu基合金からなる層のみを用いたクラッド材では、Cu基合金からなる中間層とMg層との接合強度が小さく、その結果、Cu基合金からなる中間層を介して接合されたMg層とAl層との間で剥離が生じやすいという問題点があることを、本願発明者は発見した。 In addition, in a clad material using only a Cu-based alloy layer as an intermediate layer, the bonding strength between the Cu-based alloy intermediate layer and the Mg layer is small, and as a result, the intermediate layer made of the Cu-based alloy is bonded via the intermediate layer. The inventor of the present application has found that there is a problem that peeling is likely to occur between the Mg layer and the Al layer.
さらに、中間層としてCu基合金からなる層とAu、PtまたはPdとからなる層との2層の中間層を用いたクラッド材は、Au、PtおよびPdのいずれも、工業的に実用化が可能な水準を超えて高価であるため、実用的でないと考えられる。 Furthermore, a clad material using a two-layer intermediate layer composed of a Cu-based alloy layer and a layer composed of Au, Pt or Pd as an intermediate layer can be industrially put into practical use for any of Au, Pt and Pd. It is considered impractical because it is more expensive than possible.
また、中間層としてCu基合金からなる層とCdまたはPbからなる層との2層または3層からなる中間層を用いたクラッド材は、CdおよびPbが環境面で使用が規制されているため、実用的でないと考えられる。 In addition, Cd and Pb are restricted in terms of environmental use in a clad material using an intermediate layer composed of two or three layers of a Cu-based alloy layer and a Cd or Pb layer as the intermediate layer. It is considered impractical.
また、中間層としてCu基合金からなる層とZnまたはSnからなる層との2層または3層からなる中間層を用いたクラッド材では、ZnおよびSnの融点がそれぞれ420℃と232℃であって融点が低いため、たとえば、熱間圧延によってクラッド材を作成する場合には、熱間圧延時に溶けやすいという問題点があるとともに、熱間圧延時に、ZnまたはSnの蒸気が発生して加熱炉が汚染されるという問題点もある。このため、ZnおよびSnを用いたクラッド材も実用的でないと考えられる。 In addition, in a clad material using an intermediate layer composed of two or three layers of a Cu-based alloy layer and a Zn or Sn layer as the intermediate layer, the melting points of Zn and Sn were 420 ° C. and 232 ° C., respectively. Since the melting point is low, for example, when a clad material is produced by hot rolling, there is a problem that it is easily melted during hot rolling, and during the hot rolling, steam of Zn or Sn is generated and the heating furnace There is also a problem of contamination. For this reason, it is considered that a clad material using Zn and Sn is not practical.
そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、Mg層(Mg基合金から構成される層)とAl層(Al基合金から構成される層)との接合強度を大きくして剥離を抑制すること、工業的に実用化が可能な水準の低価格であること、環境面での使用規制がないこと、製造が容易であること、の全ての要件を満たすクラッド材およびそのクラッド材の製造方法を提供することである。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an Mg layer (a layer composed of an Mg-based alloy) and an Al layer (constructed from an Al-based alloy). To suppress peeling by increasing the bonding strength with the layer), to be industrially practical and low cost, to be environmentally friendly, and to be easy to manufacture, It is providing the clad material which satisfy | fills all these requirements, and the manufacturing method of the clad material.
本願発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題を解決可能であることを見出した。つまり、本発明の第1の局面によるクラッド材は、Mg基合金から構成される第1層と、Al基合金から構成される第2層と、第1層と第2層との間に配置され、第1層と第2層とを接合するNi基合金またはFe基合金から構成される第3層とを少なくとも備え、第3層は、8μm以下の厚みを有するNi基合金から構成されているか、または、Fe基合金から構成されている。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that the above problems can be solved by the following configuration. That is, the clad material according to the first aspect of the present invention is disposed between the first layer made of an Mg-based alloy, the second layer made of an Al-based alloy, and the first layer and the second layer. And at least a third layer composed of a Ni-based alloy or a Fe-based alloy for joining the first layer and the second layer, and the third layer is composed of a Ni-based alloy having a thickness of 8 μm or less. dolphins, or that is composed of Fe-based alloy.
なお、本発明の「Mg基合金」には、純Mgを含み、たとえばMg−Al合金や、Mg−Al−Zn合金、Mg−Li合金などのMg合金も含まれる。また、本発明の「Al基合金」には、A1000番台の純Alを含み、たとえば、A4000番台のAl−Si合金や、A5000番台のAl−Mg合金などのAl合金も含まれる。また、本発明の「Ni基合金」には、NW2200やNW2201などの純Niを含み、たとえば、Ni−Cu合金や、Ni−Cr合金などのNi合金も含まれる。また、本発明の「Fe基合金」には、低炭素鋼などの純Feを含み、たとえば、Fe−Ni合金や、ステンレスなどのFe合金も含まれる。 The “Mg-based alloy” of the present invention includes pure Mg, and includes Mg alloys such as Mg—Al alloy, Mg—Al—Zn alloy, and Mg—Li alloy. Further, the “Al-based alloy” of the present invention includes A1000 series pure Al, for example, Al alloys such as A4000 series Al—Si alloys and A5000 series Al—Mg alloys. The “Ni-based alloy” of the present invention includes pure Ni such as NW2200 and NW2201, and includes Ni alloys such as Ni—Cu alloy and Ni—Cr alloy, for example. The “Fe-based alloy” of the present invention includes pure Fe such as low carbon steel, and includes, for example, Fe—Ni alloy and Fe alloy such as stainless steel.
本発明の第1の局面によるクラッド材では、上記のように、Mg基合金から構成される第1層とAl基合金から構成される第2層との間に、第1層と第2層とを接合するNi基合金またはFe基合金から構成される第3層を設けることによって、Ni基合金またはFe基合金はMg基合金およびAl基合金の両方に対して高い接合強度を発揮できるため、従来のCu基合金を中間層(第3層)として用いたクラッド材よりも高い接合強度を有するMg−Alクラッド材を得ることができる。この結果、Mg−Alクラッド材において剥離が生じるのを抑制することができる。なお、この効果は、後述する実験により確認済みである。また、Ni基合金またはFe基合金は、ZnおよびSnと比べて融点が高いので、加熱炉での溶融や加熱炉の汚染がなく、その結果、クラッド材を容易に作製することができる。また、Ni基合金またはFe基合金は、Au、PtおよびPdと異なり工業的に実用化が可能な水準の低価格である。さらに、Ni基合金またはFe基合金は、CdおよびPbと異なり環境面での使用規制がない。これらの結果、第1層と第2層とを接合する第3層をNi基合金またはFe基合金から構成することによって、Mg層(Mg基合金から構成される第1層)とAl層(Al基合金から構成される第2層)との接合強度を大きくして剥離を抑制すること、工業的に実用化が可能な水準の低価格であること、環境面での使用規制がないこと、製造が容易であること、の全ての要件を満たすクラッド材を提供することができる。 In the cladding material according to the first aspect of the present invention, as described above, the first layer and the second layer are provided between the first layer composed of the Mg-based alloy and the second layer composed of the Al-based alloy. By providing a third layer composed of a Ni-base alloy or a Fe-base alloy that joins to each other, the Ni-base alloy or the Fe-base alloy can exhibit high joint strength with respect to both the Mg-base alloy and Al-base alloy In addition, an Mg—Al clad material having a higher bonding strength than a clad material using a conventional Cu-based alloy as an intermediate layer (third layer) can be obtained. As a result, it is possible to suppress the occurrence of peeling in the Mg—Al clad material. This effect has been confirmed by experiments to be described later. Further, since the Ni-based alloy or the Fe-based alloy has a higher melting point than Zn and Sn, there is no melting in the heating furnace or contamination of the heating furnace, and as a result, a clad material can be easily produced. Further, unlike Au, Pt, and Pd, Ni-based alloys or Fe-based alloys are inexpensive at a level that can be put into practical use industrially. Furthermore, unlike Cd and Pb, Ni-based alloys or Fe-based alloys have no environmental restrictions. As a result, the third layer joining the first layer and the second layer is made of a Ni-based alloy or a Fe-based alloy, so that an Mg layer (a first layer made of an Mg-based alloy) and an Al layer ( Increase the bonding strength with the second layer made of an Al-based alloy to suppress delamination, be inexpensive enough to be industrially practical, and have no environmental restrictions It is possible to provide a clad material that satisfies all the requirements of being easy to manufacture.
上記第1の局面によるクラッド材において、好ましくは、第3層は、Ni基合金から構成されている。ここで、第3層が延性が低い材料から構成されている場合には、クラッド材を作製する際の圧延において、延性が高いAl基合金から構成される第2層と同時に延ばされることに起因して、第3層にうねり(厚みの厚い部分と薄い部分)が発生しやすくなり、破断しやすくなる。そこで、上記のように構成すれば、Ni基合金はFe基合金と比べて一般的に塑性変形しやすく延性が高いので、クラッド材を作製する際の圧延において、第3層にうねりが発生するのを抑制することができる。これにより、第3層の厚みが小さい場合においても、第3層の破断を抑制することができる。 In the cladding material according to the first aspect, the third layer is preferably made of a Ni-based alloy. Here, when the third layer is made of a material with low ductility, it is caused by the rolling at the time of producing the clad material and simultaneously with the second layer made of an Al-based alloy having high ductility. And it becomes easy to generate | occur | produce a wave | undulation (a thick part and a thin part) in a 3rd layer, and it becomes easy to fracture | rupture. Therefore, if configured as described above, the Ni-based alloy is generally more likely to be plastically deformed and has higher ductility than the Fe-based alloy, and therefore, undulation is generated in the third layer during rolling when producing the clad material. Can be suppressed. Thereby, even when the thickness of the third layer is small, breakage of the third layer can be suppressed.
上記第1の局面によるクラッド材において、好ましくは、第1層の厚みは、第2層の厚みよりも大きく、かつ、第3層の厚みよりも大きい。このように構成すれば、軽量なMg基合金から構成される第1層の占める割合を大きくすることができるので、クラッド材をより軽量化することができる。 In the clad material according to the first aspect, preferably, the thickness of the first layer is larger than the thickness of the second layer and larger than the thickness of the third layer. If comprised in this way, since the ratio for which the 1st layer comprised from a lightweight Mg-based alloy accounts can be enlarged, a cladding material can be reduced more in weight.
この場合、好ましくは、第1層の厚みは、クラッド材の厚みの50%以上である。このように構成すれば、軽量なMg基合金から構成される第1層の占める割合を確実に大きくすることができるので、クラッド材をより一層軽量化することができる。 In this case, the thickness of the first layer is preferably 50% or more of the thickness of the clad material. If comprised in this way, since the ratio for which the 1st layer comprised from a lightweight Mg-based alloy accounts can be enlarged reliably, a cladding material can be further reduced in weight.
上記第1層の厚みが第2層の厚みよりも大きく、かつ、第3層の厚みよりも大きい構成において、好ましくは、第3層の厚みは、第2層の厚み以下である。このように構成すれば、Mg基合金およびAl基合金よりも比重の大きなNi基合金またはFe基合金から構成される第3層の占める割合を小さくすることができるので、クラッド材をより軽量化することができる。 In a configuration in which the thickness of the first layer is greater than the thickness of the second layer and greater than the thickness of the third layer, the thickness of the third layer is preferably equal to or less than the thickness of the second layer. If configured in this way, the proportion of the third layer composed of the Ni-based alloy or Fe-based alloy having a specific gravity greater than that of the Mg-based alloy and Al-based alloy can be reduced, so the weight of the clad material can be reduced. can do.
上記第1の局面によるクラッド材において、好ましくは、第3層の厚みは、クラッド材の厚みの4%以下である。このように構成すれば、第3層の占める割合を確実に小さくすることができるので、クラッド材をより一層軽量化することができる。 In the cladding material according to the first aspect, preferably, the thickness of the third layer is 4% or less of the thickness of the cladding material. If comprised in this way, since the ratio for which a 3rd layer accounts can be made small reliably, a clad material can be further reduced in weight.
上記第1の局面によるクラッド材において、好ましくは、Al基合金から構成される第4層と、第1層と第4層との間に配置され、第1層と第4層とを接合する第5層とをさらに備え、第5層は、8μm以下の厚みを有するNi基合金から構成されているか、または、Fe基合金から構成されている。このように構成すれば、5層以上の層構造を有するMg−Alクラッド材において剥離が生じるのを抑制することができる。また、共にAl基合金から構成される第2層と第4層とで第1層を挟み込むことができるので、Mg基合金とAl基合金との延性の違いに起因してクラッド材に反りが生じるのを抑制することができる。 In the cladding material according to the first aspect, preferably, the fourth layer made of an Al-based alloy is disposed between the first layer and the fourth layer, and joins the first layer and the fourth layer. fifth layer and further comprising a that, the fifth layer, or and a Ni-base alloy having a thickness of less than 8 [mu] m, or, that is composed of Fe-based alloy. If comprised in this way, it can suppress that peeling arises in the Mg-Al clad material which has a layer structure of five layers or more. Further, since the first layer can be sandwiched between the second layer and the fourth layer, both of which are made of an Al-based alloy, the clad material is warped due to the difference in ductility between the Mg-based alloy and the Al-based alloy. It can be suppressed from occurring.
上記第4層と第5層とを備えるクラッド材において、好ましくは、第3層および第5層は、Ni基合金から構成されている。このように構成すれば、第3層の厚みおよび第5層の厚みのばらつきを小さくすることができるので、第3層および第5層の厚みが小さい場合においても、第3層および第5層の破断を抑制することができる。 In the clad material including the fourth layer and the fifth layer, preferably, the third layer and the fifth layer are made of a Ni-based alloy. With this configuration, since the variation in the thickness of the third layer and the thickness of the fifth layer can be reduced, the third layer and the fifth layer can be obtained even when the thickness of the third layer and the fifth layer is small. Can be prevented from breaking.
上記第1の局面によるクラッド材において、好ましくは、クラッド材の比重は、2.43以下であり、より好ましくは、クラッド材の比重は、2.16以下である。このように構成すれば、比重が2.7程度であるAl基合金を単体で用いるよりも、クラッド材の比重を十分に小さくして軽量化することができる。 In the cladding material according to the first aspect, preferably, the specific gravity of the cladding material is 2.43 or less, and more preferably, the specific gravity of the cladding material is 2.16 or less. If comprised in this way, the specific gravity of a clad material can be made small enough and reduced in weight rather than using the Al base alloy whose specific gravity is about 2.7 alone.
本発明の第2の局面によるクラッド材の製造方法は、Al基合金から構成される第1Al板材と、Ni基合金またはFe基合金から構成される第1接合用板材と、Mg基合金から構成されるMg板材とをこの順に積層させる工程と、第1Al板材と第1接合用板材とMg板材とを45%以上の圧下率で圧延することによって、Mg基合金から構成される第1層と、Al基合金から構成される第2層と、第1層と第2層との間に配置され、第1層と第2層とを接合する第3層とを備えるクラッド材を作製する工程とを含み、第3層は、8μm以下の厚みを有するNi基合金から構成されているか、または、Fe基合金から構成されている。 Method for producing a clad material according to the second aspect of the present invention includes a first 1Al plate composed of Al-based alloy, a Ni-based alloy or Fe-based alloy gold that consists first bonding sheet, Mg based alloys And a first Al plate made of an Mg-based alloy by rolling the first Al plate, the first bonding plate, and the Mg plate at a rolling reduction of 45% or more. a layer, a second layer composed of Al-based alloy, is disposed between the first and second layers, a clad material and a third layer you join the first and second layers look including a step of preparing, the third layer, or and a Ni-base alloy having a thickness of less than 8 [mu] m, or, and a Fe-based alloy.
本発明の第2の局面によるクラッド材の製造方法では、上記のように、Mg基合金から構成される第1層とAl基合金から構成される第2層との間に配置され、第1層と第2層とを接合するNi基合金またはFe基合金から構成される第3層とを備えるクラッド材を作製することによって、Ni基合金またはFe基合金はMg基合金およびAl基合金の両方に対して高い接合強度を発揮できるため、従来のCu基合金を中間層(第3層)として用いたクラッド材よりも高い接合強度を有するMg−Alクラッド材を得ることができる。この結果、Mg−Alクラッド材において剥離が生じるのを抑制することができる。また、Ni基合金またはFe基合金は、ZnおよびSnと比べて共に融点が高いので、加熱炉での溶融や加熱炉の汚染がなく、その結果、クラッド材を容易に作製することができる。また、Ni基合金またはFe基合金は、Au、PtおよびPdと異なり工業的に実用化が可能な水準の低価格である。さらに、Ni基合金またはFe基合金は、CdおよびPbと異なり環境面での使用規制がない。これらの結果、第1層と第2層とを接合する第3層をNi基合金またはFe基合金から構成することによって、Mg層(Mg基合金から構成される第1層)とAl層(Al基合金から構成される第2層)との接合強度を大きくして剥離を抑制すること、工業的に実用化が可能な水準の低価格であること、環境面での使用規制がないこと、製造が容易であること、の全ての要件を満たすクラッド材を提供することができる。さらに、45%以上の圧下率で圧延することによって、第1層と第3層との密着性と、第2層と第3層との密着性とを確実に高めることができるので、これによっても、剥離が生じるのを抑制することができる。なお、この効果は、後述する実験により確認済みである。 In the method for producing a clad material according to the second aspect of the present invention, as described above, the clad material is disposed between the first layer composed of the Mg-based alloy and the second layer composed of the Al-based alloy. by making clad material and a layer of Ni-based alloy or Fe-based alloy gold that consists third layer for bonding the second layer, Ni-based alloy or Fe-based alloy gold Mg based alloys and Al Since a high bonding strength can be exhibited with respect to both of the base alloys, an Mg—Al cladding material having a higher bonding strength than a cladding material using a conventional Cu-based alloy as an intermediate layer (third layer) can be obtained. . As a result, it is possible to suppress the occurrence of peeling in the Mg—Al clad material. Further, Ni-based alloy or Fe-based alloy gold, because both a higher melting point as compared with Zn and Sn, there is no contamination of the melting and heating furnace in the heating furnace, as a result, it is possible to easily produce a clad material . Further, Ni-based alloy or Fe-based alloy gold, Au, is a low cost levels that can be industrially practical unlike Pt and Pd. Further, Ni-based alloy or Fe-based alloy gold, there is no use restrictions in environmental Unlike Cd and Pb. These results, by a third layer for joining the first and second layers constituting the Ni-based alloy or Fe-based alloy gold or al, Mg layer (first layer comprised of Mg based alloy) and Al Increased bonding strength with the layer (second layer made of Al-based alloy) to suppress delamination, low price at a level that can be commercialized industrially, and environmental restrictions It is possible to provide a clad material that satisfies all the requirements of absence, easy manufacture. Furthermore, by rolling at a rolling reduction of 45% or more, the adhesion between the first layer and the third layer and the adhesion between the second layer and the third layer can be reliably increased. Moreover, it can suppress that peeling arises. This effect has been confirmed by experiments to be described later.
上記第2の局面によるクラッド材の製造方法において、好ましくは、板材を積層させる工程は、Al基合金から構成される第1Al板材と、Ni基合金またはFe基合金から構成される第1接合用板材と、Mg基合金から構成されるMg板材と、Ni基合金またはFe基合金から構成される第2接合用板材と、Al基合金から構成される第2Al板材とをこの順に積層させる工程を含み、圧延することによってクラッド材を作製する工程は、第1Al板材と第1接合用板材とMg板材と第2接合用板材と第2Al板材とを45%以上の圧下率で圧延することによって、Mg基合金から構成される第1層と、Al基合金から構成される第2層と、第1層と第2層との間に配置され、第1層と第2層とを接合する第3層と、Al基合金から構成される第4層と、第1層と第4層との間に配置され、第1層と第4層とを接合する第5層とを備えるクラッド材を作製する工程を含み、第5層は、8μm以下の厚みを有するNi基合金から構成されているか、または、Fe基合金から構成されている。このように構成すれば、5層以上の層構造を有するクラッド材において剥離が生じるのを抑制することができる。また、共にAl基合金から構成される第2層と第4層とで第1層を挟み込むことができるので、Mg基合金とAl基合金との延性の違いに起因してクラッド材に反りが生じるのを抑制することができる。
In the method for manufacturing a clad material according to the second aspect, preferably, the step of laminating a plate member, a first 1Al plate composed of Al-based alloy, Ni-based alloy or Fe-based alloy gold that consists first and bonding the plate material, and Mg plate composed of Mg-based alloy, a Ni-based alloy or Fe-based alloy gold that consists second bonding sheet and a second 2Al plate composed of Al-based alloy in this order The step of producing a clad material by rolling, including a step of laminating, is performed by rolling the first Al plate, the first bonding plate, the Mg plate, the second bonding plate, and the second Al plate at a rolling reduction of 45% or more. By doing so, the first layer composed of the Mg-based alloy, the second layer composed of the Al-based alloy, the first layer and the second layer are disposed between the first layer and the second layer, a third layer you joining, is composed of Al-based alloy That a fourth layer is disposed between the first layer and the fourth layer, it viewed including the steps of producing a clad material and a fifth layer you join the first layer and the fourth layer, the fifth The layer is made of a Ni-based alloy having a thickness of 8 μm or less, or made of a Fe-based alloy . If comprised in this way, it can suppress that peeling arises in the clad material which has a layer structure of five layers or more. Further, since the first layer can be sandwiched between the second layer and the fourth layer, both of which are made of an Al-based alloy, the clad material is warped due to the difference in ductility between the Mg-based alloy and the Al-based alloy. It can be suppressed from occurring.
上記第2の局面によるクラッド材の製造方法において、好ましくは、圧延することによってクラッド材を作製する工程は、Al板材と接合用板材とMg板材とを、250℃以上450℃以下の温度条件下で、かつ、45%以上の圧下率で熱間圧延する工程を含む。このように構成すれば、250℃未満の温度条件ではMg基合金の延性は低いため、45%以上の圧下率で圧延を行う際に、第1層に割れなどが生じるのを抑制することができる。また、450℃より高い温度条件であることに起因してMg基合金が化学的に不安定になるのを抑制することができる。 In the method for producing a clad material according to the second aspect, preferably, the step of producing the clad material by rolling is performed by subjecting the Al plate material, the joining plate material, and the Mg plate material to a temperature condition of 250 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. And a step of hot rolling at a rolling reduction of 45% or more. If constituted in this way, the ductility of the Mg-based alloy is low under a temperature condition of less than 250 ° C., so that when the rolling is performed at a rolling reduction of 45% or more, it is possible to prevent the first layer from being cracked. it can. In addition, the Mg-based alloy can be prevented from being chemically unstable due to the temperature condition higher than 450 ° C.
本発明によれば、上記のように、Mg層(Mg基合金から構成される第1層)とAl層(Al基合金から構成される第2層)との接合強度を大きくして剥離を抑制すること、工業的に実用化が可能な水準の低価格であること、環境面での使用規制がないこと、製造が容易であること、の全ての要件を満たすクラッド材およびそのクラッド材の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, as described above, the bonding strength between the Mg layer (first layer composed of Mg-based alloy) and the Al layer (second layer composed of the Al-based alloy) is increased to cause peeling. Clad material that satisfies all the requirements of suppression, low price that can be industrially put into practical use, no environmental restrictions, and easy manufacture A manufacturing method can be provided.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態によるクラッド材1の構成について説明する。
First, with reference to FIG. 1, the structure of the
本発明の一実施形態によるクラッド材1は、自動車などの輸送機器や携帯電話などのモバイル機器の構造用部材として用いられる金属材料である。このクラッド材1は、図1に示すように、Mg芯材層10と、厚み方向(Z方向)の一方側(Z1側)の表層および他方側(Z2側)の表層にそれぞれ配置されるAl層11および12と、Mg芯材層10とZ1側のAl層11との間に配置される中間層13と、Mg芯材層10とZ2側のAl層12との間に配置される中間層14とを備えている。なお、Mg芯材層10、Al層11、中間層13、Al層12および中間層14は、それぞれ、本発明の「第1層」、「第2層」、「第3層」、「第4層」および「第5層」の一例である。
The
クラッド材1は、Z1側からZ2側に向かって、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14およびAl層12がこの順に積層された状態で接合された、5層構造を有している。また、クラッド材1では、接触する層同士が原子拡散や化合物形成などにより強固に接合されている。つまり、Al層11と中間層13とが接合界面1aにおいて強固に接合され、中間層13とMg芯材層10とが接合界面1bにおいて強固に接合されることによって、中間層13を介してAl層11とMg芯材層10とが強固に接合されている。同様に、Al層12と中間層14とが接合界面1cにおいて強固に接合され、中間層14とMg芯材層10と接合界面1dにおいてが強固に接合されることによって、中間層14を介してAl層12とMg芯材層10とが強固に接合されている。
The
また、クラッド材1は、熱間圧延によって平板状に形成されている。
The
また、クラッド材1の比重は、一般的に広く使用されているAlであるA1050の板材の比重(約2.7)よりも小さい。なお、クラッド材1の比重は、約2.61以下であるのが好ましく、約2.43(A1050の比重の約90%)以下であるのがより好ましい。また、クラッド材1の比重は、約2.3以下であるのさらに好ましく、約2.16(A1050の比重の約80%)以下であるのがより一層好ましい。
Moreover, the specific gravity of the
Mg芯材層10は、Mg基合金から構成されている。なお、Mg基合金としては、純MgまたはMg合金を用いることが可能である。なお、Mg合金としては、AZ31(3質量%のAlと1%のZnと残部Mgおよび不可避的不純物元素とからなるMg−Al−Zn合金)やAZ61(6質量%のAlと1%のZnと残部Mgおよび不可避的不純物元素とからなるMg−Al−Zn合金)などのMg−Al−Zn合金、AZ80(8質量%のAlと1%未満のZnと残部Mgおよび不可避的不純物元素とからなるMg−Al合金)などのMg−Al合金、Mg−Li合金などを用いることが可能である。また、Mg芯材層10を構成するMg基合金としては、比重が小さい方が好ましい。ここで、Mg基合金の一例としてのAZ31の比重は、約1.8である。
The Mg
クラッド材1の表層に位置するAl層11および12は、共に、Mg基合金よりも耐食性に優れ、かつ、アルマイト処理などにより表面加工が容易なAl基合金から構成されている。なお、Al基合金としては、99.5質量%以上のAlとその他の元素とからなるA1050などの純Al、または、Al−2Si(2質量%のSiと残部Alおよび不可避的不純物元素とからなるAl−Si合金)などのA4000番台のAl−Si合金や、A5000番台のAl−Mg合金などのAl合金を用いることが可能である。また、Al層11および12を構成するAl基合金としては、延性の高い純Alを用いるのが好ましい。また、Al層11および12を構成するAl基合金の比重は、Mg芯材層10を構成するMg基合金の比重よりも大きい。ここで、Al基合金の一例としてのA1050の比重は、約2.7である。
Both the Al layers 11 and 12 located on the surface layer of the
また、Al層11および12は、略同一の組成を有するAl基合金から構成されているのが好ましい。これにより、クラッド材1の表裏を厳密に区別する必要がなくなる。
In addition, the Al layers 11 and 12 are preferably made of an Al-based alloy having substantially the same composition. This eliminates the need to strictly distinguish the front and back of the
中間層13および14は、Ag基合金やAu基合金などと比べて安価なNi基合金、Fe基合金またはTi基合金の接合用金属から構成されている。なお、中間層13および14は、Ti基合金よりも安価なNi基合金またはFe基合金から構成される方が好ましく、塑性変形しやすいNi基合金から構成される方がさらに好ましい。
The
なお、Ni基合金としては、NW2200やNW2201などの純Ni、または、Ni−Cu合金、Ni−Cr合金などのNi合金を用いることが可能である。また、Fe基合金としては、低炭素鋼などの純Fe、または、Fe−Ni合金や、ステンレスなどのFe合金を用いることが可能である。また、Ti基合金としては、TP270などの純Ti、または、Ti−Al合金などのTi合金を用いることが可能である。 As the Ni-based alloy, pure Ni such as NW2200 and NW2201, or Ni alloy such as Ni—Cu alloy and Ni—Cr alloy can be used. As the Fe-based alloy, pure Fe such as low carbon steel, Fe-Ni alloy, or Fe alloy such as stainless steel can be used. In addition, as the Ti-based alloy, pure Ti such as TP270 or Ti alloy such as Ti—Al alloy can be used.
また、中間層13および14を構成する接合用金属(Ni基合金、Fe基合金またはTi基合金)の比重は、Mg芯材層10を構成するMg基合金の比重およびAl層11および12を構成するAl基合金の比重よりも大きい。なお、Ni基合金の一例としてのNW2201の比重は、約8.9であり、Fe基合金の一例としての低炭素鋼の比重は、約7.9であり、Ti基合金の一例としてのTP270の比重は、約4.5である。
The specific gravity of the joining metal (Ni-based alloy, Fe-based alloy or Ti-based alloy) constituting the
また、中間層13および14を構成する接合用金属(Ni基合金、Fe基合金またはTi基合金)の融点は、後述する熱間圧延時の温度条件Tの上限である約450℃よりも高い。具体的には、Ni基合金の一例としてのNW2201の融点は、1450℃程度であり、Fe基合金の一例としての低炭素鋼の融点は、1540℃程度であり、Ti基合金の一例としてのTP270の融点は、1670℃程度である。
Further, the melting point of the joining metal (Ni-base alloy, Fe-base alloy or Ti-base alloy) constituting the
また、中間層13および14は、Ni基合金、Fe基合金またはTi基合金のうち、共に同種の金属(たとえば、Ni基合金)から構成されているのが好ましい。さらに、中間層13および14は、略同一の組成を有する金属(たとえば、NW2201)から構成されているのがより好ましい。
The
また、本実施形態では、クラッド材1の厚み方向(Z方向)において、比重の小さいMg芯材層10の厚みt2は、Al層11の厚みt3、Al層12の厚みt4、中間層13の厚みt5および中間層14の厚みt6のいずれの厚みよりも大きくなるように形成されている。なお、厚みt2は、5層構造のクラッド材1の厚みt1(=t2+t3+t4+t5+t6)の約50%以上である。また、厚みt2は、厚みt1の約75%以上であるのが好ましく、約90%以上であるのがさらに好ましい。
In the present embodiment, the thickness t2 of the Mg
また、比重が大きな中間層13の厚みt5および中間層14の厚みt6は、共に、Mg芯材層10の厚みt2未満、Al層11の厚みt3以下、かつ、Al層12の厚みt4以下になるように形成されている。なお、クラッド材1全体の比重を小さくするために、厚みt5およびt6は、共に、t2未満、t3未満、かつ、t4未満であるのが好ましい。また、厚みt5およびt6は、共に、クラッド材1の厚みt1の約4%以下であるのが好ましい。なお、厚みt5およびt6は、共に、厚みt1の約3%以下であるのがより好ましく、約1.5%以下であるのがさらに好ましい。
Further, the thickness t5 of the
また、Al層11の厚みt3およびAl層12の厚みt4は、共に、クラッド材1の厚みt1の約25%以下である。
The thickness t3 of the
なお、Al層11の厚みt3およびAl層12の厚みt4が略同一であるのが好ましく、中間層13の厚みt5および中間層14の厚みt6が略同一であるのが好ましい。
The thickness t3 of the
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。 In the present embodiment, the following effects can be obtained.
本実施形態では、上記のように、Mg芯材層10とZ1側のAl層11との間にNi基合金、Fe基合金またはTi基合金から構成される中間層13を設けることによって、Ni基合金、Fe基合金またはTi基合金はMg基合金およびAl基合金の両方に対して高い接合強度を発揮できるため、従来のCu基合金を中間層として用いたクラッド材よりも高い接合強度を有するMg−Alクラッド材1を得ることができる。この結果、Mg−Alクラッド材1において剥離が生じるのを抑制することができる。なお、この剥離を抑制することができるという効果は、構造用部材として用いられるクラッド材1において非常に重要である。また、Ni基合金、Fe基合金またはTi基合金は、ZnおよびSnと比べて共に融点が高いので、加熱炉での溶融や加熱炉の汚染がなく、その結果、クラッド材1を容易に作製することができる。また、Ni基合金、Fe基合金またはTi基合金は、Au、PtおよびPdと異なり工業的に実用化が可能な水準の低価格である。さらに、Ni基合金、Fe基合金またはTi基合金は、CdおよびPbと異なり環境面での使用規制がない。これらの結果、Mg芯材層10とAl層11とを接合する中間層13をNi基合金、Fe基合金またはTi基合金から構成することによって、Mg層(Mg芯材層10)とAl層(Al層11)との接合強度を大きくして剥離を抑制すること、工業的に実用化が可能な水準の低価格であること、環境面での使用規制がないこと、製造が容易であること、の全ての要件を満たすクラッド材1を提供することができる。
In the present embodiment, as described above, by providing the
また、本実施形態では、クラッド材1がAl層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14およびAl層12がこの順に積層された5層構造を有するように構成すれば、5層構造を有するMg−Alクラッド材1において剥離が生じるのを抑制することができる。また、Al層11とAl層12とでMg芯材層10を挟み込むことができるので、Mg基合金とAl基合金との延性の違いに起因してクラッド材1に反りが生じるのを抑制することができる。また、クラッド材1の両表層に化学的に安定なAl基合金から構成されるAl層11および12がそれぞれ位置するので、Al基合金よりも化学的に不安定で、加熱されると発火する虞などがあるMg基合金から構成されるMg芯材層10が、クラッド材1の表層に位置するのを防止することができる。これにより、クラッド材1の化学的な安定性を高めて耐食性を向上させることができる。
In the present embodiment, if the
また、本実施形態では、中間層13および14をNi基合金から構成すれば、Ni基合金はFe基合金と比べて一般的に塑性変形しやすく延性が高いので、クラッド材1を作製する際の圧延において、中間層13および14にうねり(厚みの厚い部分と薄い部分)が発生するのを抑制することができる。これにより、中間層13の厚みt5および中間層14の厚みt6が小さい場合においても、中間層13および14の破断を抑制することができる。
In this embodiment, if the
また、本実施形態では、Mg芯材層10の厚みt2を、Al層11の厚みt3、Al層12の厚みt4、中間層13の厚みt5および中間層14の厚みt6のいずれの厚みよりも大きくすれば、軽量なMg基合金から構成されるMg芯材層10の占める割合を大きくすることができるので、クラッド材1をより軽量化することができる。さらに、Mg芯材層10の厚みt2をクラッド材1の厚みの約50%以上にした場合には、軽量なMg基合金から構成されるMg芯材層10の占める割合を確実に大きくすることができるので、クラッド材1をより一層軽量化することができる。
In the present embodiment, the thickness t2 of the Mg
また、本実施形態では、中間層13の厚みt5および中間層14の厚みt6を、共に、Mg芯材層10の厚みt2未満、Al層11の厚みt3以下、かつ、Al層12の厚みt4以下にすれば、Mg基合金およびAl基合金よりも比重の大きなNi基合金、Fe基合金またはTi基合金から構成される中間層13および14の占める割合を小さくすることができるので、クラッド材1をより軽量化することができる。さらに、中間層13の厚みt5および中間層14の厚みt6を、共に、クラッド材1の厚みの約4%以下にすれば、中間層13および14の占める割合を確実に小さくすることができるので、クラッド材1をより一層軽量化することができる。
In this embodiment, the thickness t5 of the
また、本実施形態では、クラッド材1の比重を約2.43以下にした場合には、比重が2.7程度であるAl基合金を単体で用いるよりも、クラッド材1の比重を十分に小さくして軽量化することができる。さらに、クラッド材1の比重を約2.16以下にした場合には、クラッド材1の比重をさらに小さくして軽量化することができる。
Further, in this embodiment, when the specific gravity of the
次に、図1および図2を参照して、本発明の一実施形態によるクラッド材1の製造方法について説明する。
Next, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the manufacturing method of the
まず、図2に示すように、Mg基合金から構成されるMg板材110と、Al基合金から構成される一対のAl板材111および112と、Ni基合金、Fe基合金またはTi基合金から構成される一対の接合用板材113および114とを準備する。なお、Mg板材110、Al板材111、112、接合用板材113および114は、所定の温度条件下で所定の時間焼鈍されることによって形成された焼鈍材である。
First, as shown in FIG. 2, a
この際、Mg板材110の厚みを、Mg板材110の厚みと、一対のAl板材111および112の厚みと、一対の接合用板材113および114の厚みとの合計の厚みの約50%以上の厚みにしてもよい。また、一対の接合用板材113および114の厚みを、共に、Mg板材110の厚み未満にするとともに、一対のAl板材111および112の厚み以下にする。
At this time, the thickness of the
そして、本実施形態の製造方法では、Z1側からZ2側に向かって、Al板材111、接合用板材113、Mg板材110、接合用板材114およびAl板材112をこの順で連続的に積層させる。そして、積層された5枚の金属板を、圧延ロール101を用いて連続的に圧延する。この圧延においては、圧延ロール101の圧下率R((1−圧延後の板厚/圧延前の板厚)×100)を45%以上に設定する。なお、この圧延は、温度条件Tを約250℃以上約450℃以下に設定した熱間圧延であるのが好ましい。なお、熱間圧延の温度条件Tは、約350℃以上約450℃以下の値であるのがより好ましい。また、圧延ロール101の圧下率Rは、約50%以上であるのが好ましい。なお、熱間圧延の温度条件Tの環境下では、接合用板材113および114を構成する、融点の高い接合用金属(Ni基合金、Fe基合金またはTi基合金)は溶融しないとともに、蒸気として放出されることもほとんどない。
In the manufacturing method of the present embodiment, the
これにより、図1に示すように、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14およびAl層12がこの順に積層された状態で接合された、5層構造を有するクラッド材1が作製される。この際、熱間圧延が行われることによって、Mg芯材層10が塑性変形するようになるため、新生面(界面に新たに露出する面)が出現して中間層13および14の新生面と接触することが可能となる。この結果、中間層13とMg芯材層10との接合界面1bおよびMg芯材層10と中間層14との接合界面1dにおいて密着性が得られる。
Thus, as shown in FIG. 1, a clad material having a five-layer structure in which an
そして、熱間圧延後のクラッド材1を約250℃以上約350℃以下の温度条件下で60分程熱処理を行うことによって、クラッド材1に対して拡散焼鈍を行う。これにより、クラッド材1の接合界面1a〜1dにおいてさらに原子拡散が生じることによって、接合界面1a〜1dでの接合強度が向上するとともに、各層の金属層(Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14およびAl層12)が焼鈍されることによって、各層の金属層の脆性が改善する。これにより、構造用部材に用いられるクラッド材1が作製される。
Then, the
本実施形態の製造方法では、以下のような効果を得ることができる。 In the manufacturing method of the present embodiment, the following effects can be obtained.
本実施形態の製造方法では、上記のように、Al板材111、接合用板材113、Mg板材110、接合用板材114およびAl板材112を45%以上の圧下率Rで圧延することによって、Mg芯材層10と中間層13との密着性と、中間層13とAl層11との密着性とを確実に高めることができる。同様に、Mg芯材層10と中間層14との密着性と、中間層14とAl層12との密着性とを確実に高めることができる。これらにより、Mg−Alクラッド材1において剥離が生じるのを抑制することができる。
In the manufacturing method of this embodiment, as described above, by rolling the
また、本実施形態の製造方法では、Al板材111、接合用板材113、Mg板材110、接合用板材114およびAl板材112をこの順で連続的に積層させた状態で、約250℃以上約450℃以下の温度条件(T)下で、かつ、45%以上の圧下率Rで熱間圧延した場合には、約250℃未満の温度条件ではMg基合金の延性は低いため、45%以上の圧下率で圧延を行う際に、Mg基合金から構成されるMg芯材層10に割れなどが生じるのを抑制することができる。また、約450℃より高い温度条件であることに起因してMg基合金が化学的に不安定になるのを抑制することができる。
Further, in the manufacturing method of the present embodiment, the
(実験1)
次に、図1〜図10を参照して、本発明の効果を確認するために行った実験1を説明する。
(Experiment 1)
Next, with reference to FIGS. 1-10,
実験1では、中間層として適した金属材料を確認するために、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14およびAl層12の5層構造のクラッド材1(図1参照)のうち、中間層13および14の接合用金属の種類を異ならせたクラッド材1を作製して接合強度を測定した。
In
具体的には、図2に示すように、Mg基合金としてのMg合金(AZ31)から構成されるMg板材110と、Al基合金としての純Al(A1050)から構成される一対のAl板材111および112と、Ni基合金としての純Ni(NW2201)から構成される一対の接合用板材113および114とを準備した。なお、Mg板材110、Al板材111、112、接合用板材113および114は、所定の温度条件下で所定の時間焼鈍した。ここで、Mg板材110の厚みを640μm、一対のAl板材111および112の厚みを160μm、一対の接合用板材113および114の厚みを40μmにした。なお、Al板材111、112、接合用板材113および114は、それぞれ、本発明の「第1Al板材」、「第2Al板材」、「第1接合用板材」および「第2接合用板材」の一例である。
Specifically, as shown in FIG. 2, a pair of
そして、Al板材111、接合用板材113、Mg板材110、接合用板材114およびAl板材112をこの順で連続的に積層させて熱間圧延した。その際、温度条件Tを400℃に設定するとともに、圧下率Rを50%に設定した。これにより、A1050から構成されるAl層11、NW2201から構成される中間層13、AZ31から構成されるMg芯材層10、NW2201から構成される中間層14、および、A1050から構成されるAl層12がこの順に積層された状態で接合された、5層構造を有するクラッド材1を作製した。なお、実施例1のクラッド材1において、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14、および、Al層12の各々の厚みは、それぞれ、80μm、20μm、320μm、20μm、および、80μmになった。なお、各層の厚みは、後述するクラッド材の断面における層状態を示した断面写真から複数地点の厚みをそれぞれ測定し、複数の測定した厚みを平均することによって求めた。この際、Mg芯材層10の厚み比率は、61.5%であり、中間層13および14の厚み比率は、共に、3.8%になった。
Then, the
そして、熱間圧延後のクラッド材1を300℃の温度条件下で60分間熱処理を行うことによって、クラッド材1に対して拡散焼鈍を行った。これにより、実施例1のクラッド材1を作製した。
The
また、接合用板材113および114をSPCCから構成することによって、中間層13および14を純Fe(低炭素鋼)から構成する点以外は実施例1のクラッド材1と同様にして、実施例2のクラッド材1を作製した。また、中間層13および14(接合用板材113および114)を純Ti(TP270)から構成する点以外は実施例1のクラッド材1と同様にして、実施例3のクラッド材1を作製した。
Further, in the same manner as the
一方、比較例1のクラッド材として、中間層13および14を設けない点以外は、実施例1のクラッド材1と同様にして、A1050から構成されるAl層、AZ31から構成されるMg芯材層、および、A1050から構成されるAl層がこの順に積層された3層構造のクラッド材を作製した。この際、Mg芯材層10の厚み比率を、66.7%にした。また、比較例2のクラッド材として、中間層13および14(接合用板材113および114)を純Cu(C1020)から構成する点以外は実施例1のクラッド材1と同様にして、比較例2のクラッド材を作製した。
On the other hand, except that the
そして、各々のクラッド材について断面写真を撮影するとともに、剥離試験を行った。この剥離試験では、図3に示すように、ペンチなどの図示しない冶具を用いてクラッド材の端部の接合界面を強制的に剥離させた。なお、接合強度が高く強制的な剥離が困難なクラッド材については、熱間圧延時に、端部を予め剥離しやすいようにクラッド材を接合させた。そして、クラッド材に対して図4に示す剥離試験を行った。具体的には、剥離した界面(たとえば図4に示す接合界面1d)の一方側(Z2側)の層(たとえば図4に示すMg芯材層10とAl層12と中間層14)を固定部材102に固定するとともに、剥離した界面の他方側(Z1側)の層(たとえば図4に示すAl層11と中間層13)をZ1方向に引っ張ることによって、界面をさらに剥離させた。そしてその際に要した荷重をクラッド材の幅(紙面垂直方向におけるクラッド材の幅)で除することによって、単位幅あたりの荷重としての接合強度を求めた。また、クラッド材の比重を、断面写真から求めた各々の層の厚み比率と各々の層を構成する金属材料の比重とから算出した。なお、水浸法を用いてクラッド材の比重の実測値も測定したが、クラッド材の比重の実測値も、厚み比率と金属材料の比重とから算出したクラッド材の比重の算出値と略同様になった。さらに、各々のクラッド材の断面写真を用いて、クラッド材の断面における層状態について観察した。
And while taking a cross-sectional photograph about each clad material, the peeling test was done. In this peeling test, as shown in FIG. 3, the joining interface at the end of the clad material was forcibly peeled using a jig (not shown) such as pliers. In addition, about the clad material whose joining strength is high and forcible peeling is difficult, the clad material was joined so that the end part may be easily peeled in advance during hot rolling. Then, a peeling test shown in FIG. 4 was performed on the clad material. Specifically, the layer (for example,
図5に示す実験1の結果としては、中間層として、純Ni、純Feおよび純Tiをそれぞれ用いた実施例1〜3のクラッド材では、接合強度が50N/mm以上になった。つまり、クラッド材の層間(Al層11と中間層13との接合界面1a、中間層13とMg芯材層10との接合界面1b、Mg芯材層10と中間層14との接合界面1d、および、Al層12と中間層14との接合界面1c)の密着性が高く剥離しにくいことが確認できた。一方、中間層を設けない比較例1、および、中間層として純Cuを用いた比較例2のクラッド材では、接合強度がそれぞれ16N/mmおよび15N/mmになり、クラッド材の層間の密着性が低く剥離しやすいことが確認できた。
As a result of
この結果から、Al基合金から構成されるAl層とMg基合金から構成されるMg芯材層との間にNi基合金、Fe基合金またはTi基合金から構成される中間層を配置することによって、Al層とMg芯材層とを直接接合する場合よりも、クラッド材において剥離を生じにくくすることができることが確認できた。一方、Al層とMg芯材層との間にCu基合金から構成される中間層を配置した場合には、クラッド材において剥離が生じやすいことが確認できた。 From this result, an intermediate layer made of Ni-base alloy, Fe-base alloy or Ti-base alloy is arranged between the Al layer made of Al-base alloy and the Mg core material layer made of Mg-base alloy. As a result, it was confirmed that the clad material can be less likely to be peeled off than when the Al layer and the Mg core material layer are directly joined. On the other hand, when an intermediate layer made of a Cu-based alloy was disposed between the Al layer and the Mg core material layer, it was confirmed that peeling was likely to occur in the clad material.
また、図6〜図10に示す断面写真から、中間層が純Niから構成された実施例1と中間層が純Cuから構成された比較例2とにおいては、中間層にうねりはあまり発生しておらず中間層の厚みのばらつきは小さかったものの、中間層が純Feから構成された実施例2と中間層が純Tiから構成された実施例3とにおいては、中間層にうねりが発生しており中間層の厚みのばらつきは多少大きくなった。これは、純Niおよび純Cuが、純Feおよび純Tiよりも圧延により塑性変形しやすく延性が高いからであると考えられる。この結果、圧延や圧延後のプレス加工などの加工性の観点から、クラッド材の中間層は、純Niから構成するのが好ましいことが判明した。 Further, from the cross-sectional photographs shown in FIGS. 6 to 10, in Example 1 in which the intermediate layer is made of pure Ni and Comparative Example 2 in which the intermediate layer is made of pure Cu, undulation is generated in the intermediate layer. However, in Example 2 in which the intermediate layer was made of pure Fe and Example 3 in which the intermediate layer was made of pure Ti, waviness was generated in the intermediate layer. The variation in the thickness of the intermediate layer was somewhat larger. This is presumably because pure Ni and pure Cu are more easily plastically deformed by rolling than ductile Fe and pure Ti and have higher ductility. As a result, it has been found that the intermediate layer of the clad material is preferably made of pure Ni from the viewpoint of workability such as rolling or press working after rolling.
ここで、実施例1〜3を比較すると、接合強度と断面写真の観察結果(加工性)とから、中間層をNi基合金(純Ni)から構成することが、接合強度および中間層の厚みのばらつきの少なさから最も適していると考えられる。一方、純Niは純Feや純Tiと比べて比重が大きいため、クラッド材の比重を小さくする観点からはあまり適していないと考えられる。そこで、次に示す実験2を行った。 Here, when Examples 1 to 3 are compared, it is determined that the intermediate layer is made of a Ni-based alloy (pure Ni) based on the bonding strength and the observation result (workability) of the cross-sectional photograph. It is thought that this is the most suitable because of the small variation of. On the other hand, since pure Ni has a larger specific gravity than pure Fe and pure Ti, it is considered that it is not very suitable from the viewpoint of reducing the specific gravity of the clad material. Therefore, Experiment 2 shown below was performed.
(実験2)
次に、図1および図11〜図14を参照して、本発明の効果を確認するために行った実験2を説明する。
(Experiment 2)
Next, with reference to FIG. 1 and FIGS. 11-14, the experiment 2 conducted in order to confirm the effect of this invention is demonstrated.
実験2では、Ni基合金から構成される中間層の厚みを小さくすることによって比重を小さくした場合においても、中間層の破断が生じにくく、かつ、接合強度が高くすることが可能であるか否かを確認するために、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14およびAl層12の5層構造のクラッド材1(図1参照)において、中間層13および14を純Niから構成するとともに、各層の厚みの比率を異ならせたクラッド材1を作製して接合強度を測定した。
In Experiment 2, even when the specific gravity is reduced by reducing the thickness of the intermediate layer composed of the Ni-based alloy, the intermediate layer is hardly broken and the bonding strength can be increased. In order to confirm this, in the clad material 1 (see FIG. 1) having a five-layer structure of the
具体的には、実施例11のクラッド材では、Mg板材110の厚みを760μm、一対のAl板材111および112の厚みを400μm、純Ni(NW2201)から構成される一対の接合用板材113および114の厚みを20μmにした。そして、上記実験1の実施例1と同様の条件(圧下率R:50%)で熱間圧延することによって、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14、および、Al層12の各々の厚みを、それぞれ、200μm、10μm、380μm、10μm、および、200μmにした。それ以外は、上記実施例1のクラッド材1と同様にして、実施例11のクラッド材を作製した。この際、Mg芯材層10の厚み比率は、47.5%であり、中間層13および14の厚み比率は、共に、1.3%であった。
Specifically, in the clad material of Example 11, the
また、実施例12のクラッド材では、Mg板材110の厚みを760μm、一対のAl板材111および112の厚みを20μm、一対の接合用板材113および114の厚みを20μmにした。そして、上記実施例1と同様の条件で熱間圧延することによって、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14、および、Al層12の各々の厚みを、それぞれ、10μm、10μm、380μm、10μm、および、10μmにした。それ以外は、上記実施例1のクラッド材1と同様にして、実施例12のクラッド材を作製した。この際、Mg芯材層10の厚み比率は、90.5%であり、中間層13および14の厚み比率は、共に、2.4%であった。
In the clad material of Example 12, the thickness of the
また、実施例13のクラッド材では、Mg板材110の厚みを760μm、一対のAl板材111および112の厚みを20μm、一対の接合用板材113および114の厚みを10μmにした。そして、上記実施例1と同様の条件で熱間圧延することによって、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14、および、Al層12の各々の厚みを、それぞれ、10μm、5μm、380μm、5μm、および、10μmにした。それ以外は、上記実施例1のクラッド材1と同様にして、実施例13のクラッド材を作製した。この際、Mg芯材層10の厚み比率は、92.7%であり、中間層13および14の厚み比率は、共に、1.2%であった。
In the clad material of Example 13, the thickness of the
そして、各々のクラッド材について実験1と同様の剥離試験を行うとともに、各々のクラッド材の断面写真を用いて、クラッド材の断面における層状態について観察した。
Each of the clad materials was subjected to the same peel test as in
図11に示す実験2の結果としては、実施例11〜13の結果から、純Niから構成される中間層の厚みの比率を小さくして、クラッド材の比重をAl(A1050)の比重(2.7)の90%(2.43(=2.7×0.9))以下にしたとしても、50N/mm以上の十分な接合強度が得られることが判明した。さらに、実施例12および13の結果から、クラッド材の比重をAlの比重の80%(2.16(=2.7×0.8))以下にした場合であっても、50N/mm以上の十分な接合強度が得られることが判明した。さらに、実施例13の結果から、中間層を有さない比較例1の比重(2.09、図5参照)よりも小さな比重を有するクラッド材であっても、50N/mm以上の十分な接合強度が得られることが判明した。 As a result of Experiment 2 shown in FIG. 11, from the results of Examples 11 to 13, the ratio of the thickness of the intermediate layer made of pure Ni is reduced, and the specific gravity of the clad material is set to the specific gravity of Al (A1050) (2 7) 90% (2.43 (= 2.7 × 0.9)) or less, it was found that a sufficient bonding strength of 50 N / mm or more can be obtained. Further, from the results of Examples 12 and 13, even when the specific gravity of the clad material is 80% (2.16 (= 2.7 × 0.8)) or less of the specific gravity of Al, it is 50 N / mm or more. It has been found that sufficient bonding strength can be obtained. Furthermore, from the results of Example 13, even a clad material having a specific gravity smaller than the specific gravity of Comparative Example 1 without an intermediate layer (2.09, see FIG. 5), sufficient bonding of 50 N / mm or more. It was found that strength was obtained.
この結果から、比重の比較的大きな純Niを用いた場合であっても、中間層のクラッド材全体における厚み比率を小さくする(4%以下にする)ことによって、クラッド材の比重を十分に小さくしたとしても、中間層の破断が生じにくく、かつ、接合強度を高くすることができることが判明した。 From this result, even when pure Ni having a relatively large specific gravity is used, the specific gravity of the clad material can be made sufficiently small by reducing the thickness ratio in the entire clad material of the intermediate layer (less than 4%). Even if it did, it turned out that a fracture | rupture of an intermediate | middle layer does not arise easily and joining strength can be made high.
また、図12〜図14に示す断面写真から、純Niからなる中間層(断面写真における黒いすじ状の部分よりもAl層側の白いすじ状の部分)は、いずれにおいても明確に層状に存在しており、最も中間層の厚みの小さい実施例13(中間層の厚み:5μm)であっても、中間層に破断箇所は少なく、MgとAlとの金属間化合物の形成が抑制されていた。このことから、中間層の厚みを5μmに小さくしたとしても、十分な接合強度がクラッド材の全体において得られることが判明した。さらに、図13に示す実施例12の断面写真および図14に示す実施例13の断面写真から、Al層の厚みを10μmに小さくしたとしても、クラッド材全体においてAl層がクラッド材の表層に位置するとともに、Al層の破断は確認できなかった。これにより、Al層の厚みを10μmに小さくしたとしても、クラッド材の耐食性を確保することが可能であることが判明した。 Also, from the cross-sectional photographs shown in FIGS. 12 to 14, the intermediate layer made of pure Ni (the white stripe-like part on the Al layer side of the black stripe-like part in the cross-sectional photograph) clearly exists in any layer form. Even in Example 13 where the thickness of the intermediate layer was the smallest (intermediate layer thickness: 5 μm), there were few breaks in the intermediate layer, and the formation of intermetallic compounds of Mg and Al was suppressed. . From this, it has been found that even if the thickness of the intermediate layer is reduced to 5 μm, sufficient bonding strength can be obtained in the entire cladding material. Further, from the cross-sectional photograph of Example 12 shown in FIG. 13 and the cross-sectional photograph of Example 13 shown in FIG. 14, even if the thickness of the Al layer is reduced to 10 μm, the Al layer is located in the surface layer of the clad material in the entire clad material. In addition, no breakage of the Al layer could be confirmed. Accordingly, it has been found that even if the thickness of the Al layer is reduced to 10 μm, it is possible to ensure the corrosion resistance of the cladding material.
(実験3)
次に、図1および図15を参照して、本発明の効果を確認するために行った実験3を説明する。
(Experiment 3)
Next, with reference to FIG. 1 and FIG. 15, the experiment 3 performed in order to confirm the effect of this invention is demonstrated.
実験3では、圧下率Rによる接合強度の違いを確認するために、熱間圧延時の圧下率Rを変化させて、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14およびAl層12の5層構造のクラッド材1(図1参照)を作製して接合強度を測定した。
In Experiment 3, in order to confirm the difference in bonding strength due to the rolling reduction R, the rolling reduction R during hot rolling was changed to change the
具体的には、実施例21では、上記実験1の実施例1と同様に、AZ31(Mg合金)から構成されるMg板材110と、純Al(A1050)から構成される一対のAl板材111および112と、純Ni(NW2201)から構成される一対の接合用板材113および114とを準備した。また、Mg板材110の厚みを800μm、一対のAl板材111および112の厚みを40μm、一対の接合用板材113および114の厚みを20μmにした。
Specifically, in Example 21, as in Example 1 of
ここで、実施例21では、圧下率Rを45%に設定する以外は、上記実験1の実施例1と同様に熱間圧延を行うことによって、A1050から構成されるAl層11、NW2201から構成される中間層13、AZ31から構成されるMg芯材層10、NW2201から構成される中間層14、および、A1050から構成されるAl層12がこの順に積層された状態で接合された、5層構造を有するクラッド材1を作製した。なお、実施例21のクラッド材1において、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14、および、Al層12の各々の厚みは、それぞれ、22μm、11μm、440μm、11μm、および、22μmであった。この際、Mg芯材層10の厚み比率は、87.0%であり、中間層13および14の厚み比率は、共に、2.2%であった。
Here, in Example 21, except that the rolling reduction R is set to 45%, the hot rolling is performed in the same manner as in Example 1 of
また、実施例22のクラッド材では、圧下率Rを50%に設定する以外は、実施例21と同様にして、クラッド材1を作製した。なお、実施例22のクラッド材1において、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14、および、Al層12の各々の厚みは、それぞれ、20μm、10μm、400μm、10μm、および、20μmであった。
Further, in the clad material of Example 22, the
また、実施例23のクラッド材では、圧下率Rを60%に設定する以外は、実施例21と同様にして、クラッド材1を作製した。なお、実施例23のクラッド材1において、Al層11、中間層13、Mg芯材層10、中間層14、および、Al層12の各々の厚みは、それぞれ、16μm、8μm、320μm、8μm、および、16μmであった。
Further, in the clad material of Example 23, the
一方、比較例21のクラッド材では、圧下率Rを30%に設定する以外は、実施例21と同様にして、クラッド材を作製した。なお、比較例21のクラッド材において、Al層、中間層、Mg芯材層、中間層、および、Al層の各々の厚みは、それぞれ、28μm、14μm、560μm、14μm、および、28μmであった。 On the other hand, for the clad material of Comparative Example 21, a clad material was produced in the same manner as in Example 21 except that the rolling reduction R was set to 30%. In the clad material of Comparative Example 21, the thicknesses of the Al layer, the intermediate layer, the Mg core material layer, the intermediate layer, and the Al layer were 28 μm, 14 μm, 560 μm, 14 μm, and 28 μm, respectively. .
また、比較例22のクラッド材では、圧下率Rを40%に設定する以外は、実施例21と同様にして、クラッド材を作製した。なお、比較例22のクラッド材において、Al層、中間層、Mg芯材層、中間層、および、Al層の各々の厚みは、それぞれ、24μm、12μm、480μm、12μm、および、24μmであった。 Moreover, in the clad material of Comparative Example 22, a clad material was produced in the same manner as in Example 21 except that the rolling reduction R was set to 40%. In the clad material of Comparative Example 22, the thicknesses of the Al layer, the intermediate layer, the Mg core material layer, the intermediate layer, and the Al layer were 24 μm, 12 μm, 480 μm, 12 μm, and 24 μm, respectively. .
なお、実施例21〜23、比較例21および22のクラッド材では、各々の層の厚み比率および比重(2.08)はいずれも同一である。 In the clad materials of Examples 21 to 23 and Comparative Examples 21 and 22, the thickness ratio and specific gravity (2.08) of each layer are the same.
そして、各々のクラッド材について上記実験1と同様の剥離試験を行った。
Then, the same peel test as in
図15に示す実験3の結果としては、実施例21〜23の結果から、圧下率を45%以上にすることによって、プレス加工が可能であると想定される40N/mm以上の十分な接合強度が得られることが確認できた。さらに、圧下率を50%以上にすることによって、50N/mm以上のより十分な接合強度が得られることが確認できた。一方、比較例21および22の結果から、圧下率を45%未満(40%以下)にすることによって、40N/mm未満(34N/mm以下)の不十分な接合強度しか得られず、クラッド材の層間の密着性が低く剥離しやすいことが確認できた。さらに、比較例21の結果から、圧下率を30%にすることによって、接合自体ができないことが確認できた。 As a result of the experiment 3 shown in FIG. 15, from the results of Examples 21 to 23, a sufficient bonding strength of 40 N / mm or more that is assumed to be capable of being pressed by setting the rolling reduction to 45% or more. It was confirmed that Furthermore, it was confirmed that a sufficient bonding strength of 50 N / mm or more can be obtained by setting the rolling reduction to 50% or more. On the other hand, from the results of Comparative Examples 21 and 22, by making the rolling reduction less than 45% (40% or less), only insufficient joint strength of less than 40 N / mm (34 N / mm or less) can be obtained, and the clad material It was confirmed that the adhesion between the two layers was low and easy to peel. Furthermore, from the result of Comparative Example 21, it was confirmed that the joining itself was not possible by setting the rolling reduction to 30%.
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments and examples but by the scope of claims for patent, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記実施形態および実施例では、クラッド材1が、Al層11(第2層)、中間層13(第3層)、Mg芯材層10(第1層)、中間層14(第5層)およびAl層12(第4層)がこの順に積層された状態で接合された、5層構造を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、クラッド材は、少なくとも、Al層(第2層)、中間層(第3層)、Mg芯材層(第1層)がこの順に積層された状態で接合された構造を有していればよい。たとえば、図16に示す上記実施形態の変形例のように、クラッド材201が、Al基合金から構成されるAl層211、Ni基合金、Fe基合金またはTi基合金から構成される中間層213、および、Mg基合金から構成されるMg芯材層210がこの順に積層された状態で接合された3層構造を有していてもよい。なお、Mg芯材層210、Al層211、中間層213は、それぞれ、本発明の「第1層」、「第2層」および「第3層」の一例である。また、クラッド材は、Al層(第2層)、任意の金属層、中間層(第3層)およびMg芯材層(第1層)がこの順に積層された状態で接合された4層構造を有していてもよい。さらに、クラッド材は、Al層(第2層)、中間層(第3層)およびMg芯材層(第1層)がこの順に積層された構造を有していれば、6層以上の層構造を有していてもよい。
For example, in the above-described embodiment and examples, the
また、上記実施形態および実施例では、比重の小さいMg芯材層10の厚みt2を、Al層11の厚みt3、Al層12の厚みt4、中間層13の厚みt5および中間層14の厚みt6のいずれの厚みよりも大きくなるように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Mg芯材層(第1層)の厚みは、Al層(第2層または第4層)の厚み、および、中間層(第3層または第5層)の厚みの少なくともいずれか1つの厚み以下であってもよい。この場合、クラッド材の比重を小さくする観点から、Mg芯材層(第1層)の厚みは、比重の大きな中間層(第3層または第5層)の厚みよりも大きい方が好ましい。
Moreover, in the said embodiment and Example, thickness t2 of Mg
また、上記実施形態では、比重の小さいMg芯材層10の厚みt2を、5層構造のクラッド材1の厚みt1の約50%以上にした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Mg芯材層(第1層)の厚みを、クラッド材の厚みの約50%未満にしてもよい。
In the above embodiment, the example in which the thickness t2 of the Mg
また、上記実施形態および実施例では、比重が大きな中間層13の厚みt5および中間層14の厚みt6を、共に、Mg芯材層10の厚みt2未満、Al層11の厚みt3以下、Al層12の厚みt4以下になるように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、中間層(第3層または第5層)の厚みは、Mg芯材層(第1層)の厚み以上であってもよいし、Al層(第2層または第4層)の厚みよりも大きくてもよい。
Moreover, in the said embodiment and Example, thickness t5 of the intermediate |
また、上記実施形態および実施例では、比重が大きな中間層13の厚みt5および中間層14の厚みt6を、共に、クラッド材1の厚みt1の約4%以下にした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、中間層(第3層または第5層)の厚みは、クラッド材の厚みの約4%よりも大きくてもよい。
Further, in the above-described embodiments and examples, the example in which the thickness t5 of the
また、上記実施形態および実施例では、Al層11の厚みt3およびAl層12の厚みt4を、共に、クラッド材1の厚みt1の約25%以下にした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Al層(第2層または第4層)の厚みを、クラッド材の厚みの約25%よりも大きくしてもよい。
In the above-described embodiment and examples, the thickness t3 of the
1、201 クラッド材
10、210 Mg芯材層(第1層)
11、211 Al層(第2層)
12 Al層(第4層)
13、213 中間層(第3層)
14 中間層(第5層)
110 Mg板材
111 Al板材(第1Al板材)
112 Al板材(第2Al板材)
113 接合用板材(第1接合用板材)
114 接合用板材(第2接合用板材)
1,201 Cladding material 10,210 Mg core material layer (first layer)
11, 211 Al layer (second layer)
12 Al layer (fourth layer)
13, 213 Intermediate layer (third layer)
14 Middle layer (5th layer)
110
112 Al plate (2nd Al plate)
113 Bonding plate (first bonding plate)
114 Bonding plate (second bonding plate)
Claims (13)
前記第3層は、8μm以下の厚みを有するNi基合金から構成されているか、または、Fe基合金から構成されている、クラッド材。 A first layer composed of an Mg-based alloy; a second layer composed of an Al-based alloy; and the first layer and the second layer disposed between the first layer and the second layer, comprising at least a third layer you joining,
The third layer, or and a Ni-base alloy having a thickness of less than 8 [mu] m, or, that is composed of Fe-based alloy, a clad material.
前記第5層は、8μm以下の厚みを有するNi基合金から構成されているか、または、Fe基合金から構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載のクラッド材。 A fourth layer composed of an Al-based alloy; and a fifth layer disposed between the first layer and the fourth layer and joining the first layer and the fourth layer ;
Wherein the fifth layer, or and a Ni-base alloy having a thickness of less than 8 [mu] m, or, that is composed of Fe-based alloy, a clad material according to any one of claims 1-6.
前記第1Al板材と前記第1接合用板材と前記Mg板材とを45%以上の圧下率で圧延することによって、Mg基合金から構成される第1層と、Al基合金から構成される第2層と、前記第1層と前記第2層との間に配置され、前記第1層と前記第2層とを接合する第3層とを備えるクラッド材を作製する工程とを含み、
前記第3層は、8μm以下の厚みを有するNi基合金から構成されているか、または、Fe基合金から構成されている、クラッド材の製造方法。 A first 1Al plate composed of Al-based alloy, a Ni-based alloy or Fe-based alloy gold that consists first bonding sheet, a step of laminating the Mg plate composed of Mg-based alloy in this order,
By rolling the first Al plate, the first bonding plate, and the Mg plate at a rolling reduction of 45% or more, a first layer made of an Mg-based alloy and a second layer made of an Al-based alloy a layer, disposed between the first layer and the second layer, viewed including the step of producing a clad material and a third layer you bonding the said first layer a second layer,
The method for producing a clad material, wherein the third layer is made of a Ni-based alloy having a thickness of 8 μm or less or made of a Fe-based alloy .
圧延することによって前記クラッド材を作製する工程は、前記第1Al板材と前記第1接合用板材と前記Mg板材と前記第2接合用板材と前記第2Al板材とを45%以上の圧下率で圧延することによって、Mg基合金から構成される第1層と、Al基合金から構成される第2層と、前記第1層と前記第2層との間に配置され、前記第1層と前記第2層とを接合する第3層と、Al基合金から構成される第4層と、前記第1層と前記第4層との間に配置され、前記第1層と前記第4層とを接合する第5層とを備えるクラッド材を作製する工程を含み、
前記第5層は、8μm以下の厚みを有するNi基合金から構成されているか、または、Fe基合金から構成されている、請求項11に記載のクラッド材の製造方法。 Step includes a first 1Al plate composed of Al-based alloy, a Ni-based alloy or Fe-based alloy gold that consists first bonding sheet, and Mg plate composed of Mg-based alloy to stack plate, wherein the Ni-based alloy or Fe-based alloy gold that consists second bonding sheet, a step of laminating the first 2Al plate composed of Al-based alloy in this order,
The step of producing the clad material by rolling includes rolling the first Al plate material, the first bonding plate material, the Mg plate material, the second bonding plate material, and the second Al plate material at a rolling reduction of 45% or more. The first layer made of Mg-based alloy, the second layer made of Al-based alloy, and the first layer and the second layer are disposed between the first layer and the second layer. a third layer you join the second layer, a fourth layer composed of Al-based alloy, disposed between said first layer and said fourth layer, said fourth layer and said first layer look including the step of producing a clad material and a fifth layer you joined bets,
12. The method for manufacturing a clad material according to claim 11, wherein the fifth layer is made of a Ni-based alloy having a thickness of 8 [mu] m or less, or made of an Fe-based alloy .
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