WO2006046608A1 - 鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法 - Google Patents

鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法 Download PDF

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Noboru Hayashi
Fumiaki Niisato
Kazuyoshi Doira
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Honda Motor Co., Ltd.
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    • B23K2103/18—Dissimilar materials
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Definitions

  • the present invention relates to a method for joining an iron-based member and an aluminum-based member.
  • an object of the present invention is to provide a method for joining an iron-based member and an aluminum-based member that can satisfactorily join the iron-based member and the aluminum-based member.
  • the present invention provides an iron-based member and an aluminum-based member for joining an iron-based member containing iron as a main component and an aluminum-based member containing aluminum as a main component.
  • a method of joining members wherein at least one of the iron-based member and the aluminum-based member has a zinc layer containing zinc formed on a joining side, and the iron-based member is sandwiched between the zinc layers.
  • At least one of the iron-based member and the aluminum-based member has a zinc layer formed on the joining side.
  • a part of zinc having a low melting point and a part of aluminum are easily melted, and a part of the melted zinc diffuses into the aluminum-based member.
  • a part of zinc diffused in the aluminum-based member is hardened, and the iron-based member and the aluminum-based member can be bonded well.
  • the aluminum-based member contains magnesium.
  • the joining strength between the iron-based member and the aluminum-based member can be increased because the aluminum-based member contains magnesium.
  • the welding is at least one of resistance welding, laser welding, electron beam welding, and arc welding. It is characterized by.
  • an iron-based member and an aluminum-based member are obtained by at least one of resistance welding, laser welding, electron beam welding, and arc welding.
  • the member can be suitably joined.
  • resistance welding examples include spot welding, seam welding, and projection welding.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating stepwise a method of joining an iron-based member and an aluminum-based member according to the present embodiment, (a) before the superposition of the steel plate and the aluminum plate, (b) (C) shows the state after welding in the overlapped state.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a fracture state after a bow I tension test of an iron-based member-aluminum-based member assembly formed by bonding an iron-based member and an aluminum-based member.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the magnesium content of the aluminum plate and the bonding strength for Examples 1 to 15.
  • Zinc plating layer (zinc layer)
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating stepwise the method of joining a steel plate and an aluminum plate according to the present embodiment.
  • (B) shows the superimposed state
  • (c) shows after welding.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a fracture state after a tensile test of a steel plate-aluminum plate assembly formed by joining a steel plate and an aluminum plate.
  • the joining method of the iron-based member and the aluminum-based member according to the present embodiment is a zinc plating containing zinc on both surface sides (bonding side and non-bonding side) of the steel plate 1 (iron-based member).
  • zinc-plated layers 2 and 2 containing zinc are formed on both surfaces of a steel plate 1 containing iron as a main component by, for example, a hot-dip zinc bonding method.
  • a soft steel plate or a high-tensile steel plate for example, a 590 MPa class high-tensile steel plate or a 780 MPa class high-tensile steel plate
  • a 780 MPa class high-tensile steel plate can be used.
  • the zinc content in each zinc plating layer 2 is preferably 45.0-100% by mass. That is, as long as the zinc content is within the above range, any element (for example, Al, Mg, Fe) other than zinc may be included in each zinc plating layer 2.
  • the zinc plating layer 2 may be composed mainly of zinc with a high zinc content, or may have a low content of zinc! /, (However, Zinc content is 45% by mass or more).
  • each zinc plating layer 2 on one side of the steel plate 1 is not particularly limited in the present invention, but is preferably 5 to 250 gZm 2 ! / ,.
  • the zinc plating layer 2 does not adhere to the aluminum plate 3 side even during recycling, so that aluminum can be easily recycled. it can.
  • the one in which the zinc plating layer 2 is formed by the fusion bonding method is referred to as "molten zinc plating steel sheet”.
  • the zinc-plated layer 2 is formed by the soldering method, and further alloyed by heat treatment is the “alloyed zinc-plated steel sheet”, and the zinc-plated layer 2 is formed by the electric soldering method.
  • electrical zinc plated steel plate sometimes called “electrical zinc plated steel plate”.
  • the zinc plating layer 2 containing zinc and aluminum as the main components is the “A1-Zn plating steel plate” and the zinc plating layer 2.
  • Those whose main components are zinc, aluminum, and magnesium are sometimes referred to as "Zn-Al-Mg plated steel sheets", respectively.
  • the steel plate 1 with the zinc plating layer 2 formed on the joining side and the aluminum plate 3 are overlapped with the zinc plating layer 2 sandwiched therebetween, and this Resistance weld the overlapped part.
  • the overlapped portion is resistance-welded by spot welding using a pair of electrodes 4 and 4.
  • the aluminum plate 3 is an aluminum alloy plate whose main component is aluminum.
  • the aluminum two-plate 3 preferably contains magnesium. This is done by resistance welding
  • the magnesium of the minium plate 3 forms an intermetallic compound with aluminum and zinc (A1-Zn—Mg), and forms the nugget 5 (joining part) in the aluminum plate 3, increasing the welding (joining) strength. (See Fig. 1 (c)).
  • the content of magnesium in the aluminum plate 3, 0. 2-10. is preferably 0 mass 0/0 within range. This is because when the magnesium content is less than 0.2% by mass, the amount of magnesium forming the intermetallic compound is too small, and the bonding strength decreases. On the other hand, if the magnesium content is more than 10% by mass, stress corrosion cracking or the like occurs on the aluminum plate 3 (aluminum base material) side, making it unsuitable as a structural member.
  • the steel plate 1 and the aluminum plate 3 on which the zinc plating layers 2 and 2 are formed are overlapped so as to sandwich the zinc plating layer 2 on the joining side, and the overlapping state is, for example, with a jig or the like. maintain.
  • the overlapped portion is sandwiched between electrodes 4 and 4 at a predetermined pressure, and a predetermined current is applied in a predetermined energization cycle.
  • the low melting point zinc in the zinc plating layer 2 is preferentially melted, and the molten zinc diffuses into the aluminum plate 3.
  • the diffused zinc forms an intermetallic compound with aluminum and magnesium partially melted in the aluminum plate 3 (Al—Zn—Mg conversion), and a nugget 5 (joint portion) is formed in the aluminum plate 3.
  • energization is stopped. If it does so, the temperature of the steel plate 1 and the aluminum plate 3 will fall. Here, age hardening is achieved by zinc diffusing into the aluminum plate 3. As a result, the strength of the nugget 5 is reduced by the power supply being stopped. That is, the welding (joining) strength between the steel plate 1 and the aluminum plate 3 is increased.
  • the steel plate 1 is joined (welded) to the steel plate 1 (iron-based member) and the aluminum plate 3 (aluminum-based member). Body).
  • the steel plate-aluminum plate assembly 6 is composed of a steel plate 1 and an aluminum plate 3 joined together. Therefore, for example, it is very light compared to a joined body in which the steel plates 1 are joined together.
  • the steel plate 1 and the aluminum plate 3 are firmly joined by the nugget 5 converted to Al—Zn—Mg.
  • the nugget 5 is not separated as shown in FIG.
  • the steel plate / aluminum plate assembly 6 see FIG. 1 is broken. This is because the nugget 5 and the steel plate 1 are extremely strong and the nugget 5 and the aluminum plate 3 are also very strong. It is done.
  • the steel plate 1 and the aluminum plate 3 are bonded with high strength, and a lightweight iron-based member-aluminum-based member assembly can be applied in a wide range of fields.
  • a lightweight iron-based member-aluminum-based member assembly can be applied in a wide range of fields.
  • it can be suitably used as a panel joined to the main frame of the vehicle body.
  • the steel plate 1 is directly heated by irradiating the steel plate 1 (iron-based member) side with the laser beam at the overlap portion of the steel plate 1 and the aluminum plate 3, and the aluminum plate 3. It is desirable to partially melt by residual heat. This is a force that, when irradiated with laser on the aluminum plate 3 side, the laser is irregularly reflected and a great energy loss is generated.
  • the zinc plating layer 2 (zinc layer) is formed by the molten zinc plating method.
  • the method of forming the zinc layer is not limited to this, and other methods such as electrical A method (electrodeposition), a coating method, or a spraying method may be used.
  • Example 1 a hot-dip galvanized steel sheet with a zinc-plated layer 2 having a thickness of 10. O / zm was joined to an aluminum sheet 3 having a different magnesium content, and the joint strength was measured. .
  • a mild steel plate with a thickness of 1. Omm is used as steel plate 1, and a zinc plating layer 2, 2 with a thickness of 10. O / zm is applied to both sides (joining side and non-joining side) by the hot-dip zinc plating method.
  • a hot dip galvanized steel sheet was formed.
  • the composition component of the zinc plating layer 2 was 99.5% by mass of zinc and 0.5% by mass of aluminum.
  • this hot-dip galvanized steel sheet and a 6000 series aluminum plate 3 containing 0.5% by mass of magnesium with a thickness of 1. Omm and 1.0% by mass of silicon were overlapped and spot welded. Resistance welding was performed.
  • an electrode 4 with a contact part diameter of 6 mm is used, and a superposition of steel plate 1 and aluminum plate 3 is sandwiched between 1.47 kN (150 kgf) and 14 kA The current was applied in 18 cycles.
  • Example 1 is the same as Example 1 except that a 5000 series aluminum plate 3 containing 2.5% by mass of magnesium and 0.17% by mass of silicon is used.
  • Example 4 an alloyed hot dip galvanized steel sheet having a thickness of 5. O / zm and a zinc galvanized layer 2 and an aluminum sheet 3 having a different magnesium content were used in the same manner as in Example 1. The joint strength was measured.
  • a mild steel plate is used as the steel plate 1, and a zinc plating layer is formed on both sides of the steel plate by the hot dip galvanizing method, followed by heat treatment and alloying, and a zinc plating layer of 2. O / zm thickness 2.
  • An alloyed hot-dip galvanized steel sheet with 2 formed was prepared.
  • the composition component of the zinc plating layer 2 was 90% by mass of zinc, 0.2% by mass of aluminum, and 9.8% by mass of iron.
  • this galvannealed steel plate was joined to a 6000 series aluminum plate 3 containing 0.5% by mass of magnesium and 1.0% by mass of silicon, and the joint strength was measured.
  • the measurement results are shown in Table 1 and Fig. 3 together with the physical properties and welding conditions of the galvannealed steel plate and aluminum plate 3.
  • Example 4 Magnesium 4.5 mass 0/0, 5000 series aluminum of which contains 0.12 wt% of silicon
  • Example 4 is the same as Example 4 except that the plate 3 is used.
  • Example 4 is the same as Example 4 except that a 590 MPa class high strength steel sheet was used as the steel sheet 1.
  • Example 5 is the same as Example 5 except that a 590 MPa class high strength steel plate was used as the steel plate 1.
  • Example 4 is the same as Example 4 except that a high strength steel sheet of 780 MPa is used as the steel sheet 1.
  • Example 5 is the same as Example 5 except that a 780 MPa class high strength steel plate was used as the steel plate 1.
  • Example 10 an electrogalvanized steel sheet on which a zinc plating layer 2 having a thickness of 3. O / zm was formed and an aluminum sheet 3 having a different magnesium content were joined in the same manner as in Example 1. The bonding strength was measured.
  • Example 1 is the same as Example 1 except that the zinc plating layer 2 having a thickness of 3. O / z m was formed by the electric plating method.
  • the composition component of the zinc plating layer 2 was 100% by mass of zinc.
  • Table 1 and Fig. 3 show the measurement results of joint strength, along with various physical properties and welding conditions of electrogalvanized steel sheets and aluminum sheets 3.
  • Example 3 is the same as Example 3 except that the zinc plating layer 2 having a thickness of 3. O / z m is formed by the electric plating method.
  • the composition component of the zinc plating layer 2 was 100% by mass of zinc.
  • Example 12 the A1—Zn-plated steel sheet in which the zinc plating layer 2 having a low zinc content and a high aluminum content of 10 / zm was formed, and an aluminum sheet having a different magnesium content 3 Were bonded in the same manner as in Example 1, and the bonding strength was measured.
  • Example 1 is the same as Example 1 except that the zinc plating layer 2 having a zinc content of 45% by mass and an aluminum content of 55% by mass was formed by the hot dip galvanizing method. And the bonding strength The measurement results are shown in Table 1 and Fig. 3 together with the physical properties and welding conditions of the A1-Zn plated steel plate and aluminum plate 3.
  • Example 3 is the same as Example 3 except that the zinc plating layer 2 having a zinc content of 45 mass% and an aluminum content of 55 mass% was formed by the hot dip galvanizing method.
  • Example 14 in addition to zinc as the main component, a Zn—Al—Mg based steel plate in which a zinc plating layer 2 having a thickness of 10 ⁇ m containing aluminum and iron was formed, and magnesium contained Aluminum plates 3 having different amounts were joined in the same manner as in Example 1, and the joining strength was measured.
  • a zinc plating layer 2 having a zinc content of 85.8% by mass, an aluminum content of 11.0% by mass, and a magnesium content of 3.0% by mass by the hot-dip zinc plating method. Same as 3.
  • Example 1 is the same as Example 1 except that the steel plate 1 and the aluminum plate 3 were joined without forming the zinc plating layers 2 and 2.
  • the steel plate-aluminum plate joints according to Examples 1 to 15 The joint strength of the body 6 is dramatically increased (about 10 times or more) compared to the comparative example 1 which does not exhibit the joint strength as a joint structure, and the iron-based member and the aluminum-based member according to the present invention According to the joining method, it was confirmed that the steel plate 1 and the aluminum plate 3 can be satisfactorily joined. Even when the zinc content in the zinc plating layer 2 is as low as 45% by mass (Examples 12 and 13), It was confirmed that good joint strength was obtained.

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Abstract

　鉄系部材とアルミニウム系部材とを良好に接合することができる鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法を提供する。鉄を主成分とする鋼板（１）とアルミニウムを主成分とするアルミニウム板（３）とを接合する鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法であって、鋼板（１）は接合側に亜鉛を含む亜鉛めっき層（２）が形成されており、亜鉛めっき層（２）を挟むように鋼板（１）とアルミニウム板（３）とを重ね合わせて、スポット溶接する。

Description

明 細 書
鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法
技術分野
[0001] 本発明は、鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法に関する。
背景技術
[0002] 従来から、自動車などの車体には、一般的に鋼板等が使用されている。一方、燃料 消費率の向上などのため、車体の軽量ィ匕が望まれている。したがって、車体の部位 に応じて、鋼板等と軽量なアルミニウム合金板等とを接合した異材接合技術の開発 が望まれている。
[0003] このような鋼板とアルミニウム合金板との接合に関して、例えば、「異種接合体及び 抵抗スポット溶接方法」（特開 2003— 145278号公報の段落番号 0015〜0031、図 1を参照)や、「アルミニウム系材と鋼系材との異材接合方法」（特開平 9— 155561号 公報の段落番号 0019〜0030、図 1を参照）が提案されている。
発明の開示
[0004] そして、前記した特許文献に記載の技術の他に、鉄系部材とアルミニウム系部材と を、さらに良好に接合できる接合方法の開発が望まれている。
[0005] そこで、本発明は、鉄系部材とアルミニウム系部材とを良好に接合することができる 鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法を提供することを課題とする。
[0006] 前記課題を解決するための手段として、本発明は、鉄を主成分とする鉄系部材とァ ルミ-ゥムを主成分とするアルミニウム系部材とを接合する鉄系部材とアルミニウム系 部材の接合方法であって、前記鉄系部材および前記アルミニウム系部材の少なくと も一方は、接合側に亜鉛を含む亜鉛層が形成されており、当該亜鉛層を挟むよう〖こ 前記鉄系部材と前記アルミニウム系部材とを重ね合わせて溶接することを特徴とする 鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法である。
[0007] このような鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法によれば、鉄系部材およびァ ルミ-ゥム系部材の少なくとも一方は、その接合側に亜鉛層が形成されており、この 亜鉛層を挟むように鉄系部材とアルミニウム系部材とを重ね合せて溶接するとき、溶 接の熱により、低融点である亜鉛の一部およびアルミニウムの一部が容易に溶融し、 溶融した亜鉛の一部がアルミニウム系部材内に拡散する。そして、アルミニウム系部 材内に拡散した亜鉛の一部が硬化し、鉄系部材とアルミニウム系部材とを良好に接 合することができる。
[0008] また、本発明に係る鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法にぉ 、て、前記アル ミニゥム系部材は、マグネシウムを含むことを特徴とする。
[0009] このような鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法によれば、アルミニウム系部材 がマグネシウムを含有することにより、鉄系部材とアルミニウム系部材との間の接合強 度を高めることができる。
[0010] また、本発明に係る鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法にぉ 、て、前記溶 接は、抵抗溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接、および、アーク溶接の少なくとも 1つ であることを特徴とする。
[0011] このような鉄系部材とアルミニウム系部材の製造方法によれば、抵抗溶接、レーザ 溶接、電子ビーム溶接、および、アーク溶接の少なくとも 1つによって、鉄系部材とァ ルミ-ゥム系部材とを好適に接合することができる。
また、抵抗溶接としては、例えば、スポット溶接、シーム溶接、プロジェクシヨン溶接 を挙げることができる。
[0012] このように、本発明によれば、鉄系部材とアルミニウム系部材とを良好に接合するこ とができる鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法を提供することができる。
[0013] 前記した本発明の諸側面および効果、並びに、他の効果およびさらなる特徴は、添 付の図面を参照して後述する本発明の例示的かつ非制限的な実施の形態の詳細な 説明により、一層明ら力となるであろう。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本実施形態に係る鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法を段階的に説明 する断面図であり、（a)は鋼板とアルミニウム板の重ね合わせ前、（b)は重ね合わせ た状態での溶接時、（c)は溶接後をそれぞれ示す。
[図 2]鉄系部材とアルミニウム系部材とが接合してなる鉄系部材ーアルミニウム系部 材接合体の弓 Iつ張り試験後の破断状態を模式的に示す断面図である。 [図 3]実施例 1〜15について、アルミニウム板のマグネシウム含有量と、接合強度との 関係を示すグラフである。
符号の説明
[0015] 1 鋼板 (鉄系部材）
2 亜鉛めつき層（亜鉛層）
3 アルミニウム板 (アルミニウム系部材）
4 電極
5 ナゲット
6 鋼板 アルミニウム板接合体
発明を実施するための最良の形態
[0016] 次に、本発明の一実施形態について、図 1および図 2を参照して説明する。
参照する図面において、図 1は、本実施形態に係る鋼板とアルミニウム板の接合方 法を段階的に説明する断面図であり、 (a)は鋼板 (鉄系部材)とアルミニウム板 (アルミ 二ゥム系部材)の重ね合わせ前、（b)は重ね合わせた状態、（c)は溶接後をそれぞれ 示す。図 2は、鋼板とアルミニウム板とが接合してなる鋼板—アルミニウム板接合体の 引っ張り試験後の破断状態を模式的に示す断面図である。
[0017] 《鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法〉〉
図 1に示すように、本実施形態に係る鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法は 、鋼板 1 (鉄系部材)の両面側 (接合側と非接合側）に、亜鉛を含む亜鉛めつき層 2、 2 (亜鉛層）を形成する第 1工程と、亜鉛めつき層 2を形成した鋼板 1とアルミニウム板 3 ( アルミニウム系部材)とを重ね合わせ、抵抗溶接する第 2工程とを含んでいる。
[0018] く第 1工程:亜鉛めつき層の形成 >
図 1 (a)に示すように、鉄を主成分とする鋼板 1の両面側に、例えば溶融亜鉛めつき 方法により、亜鉛を含む亜鉛めつき層 2、 2をそれぞれ形成する。鋼板 1としては、軟 鋼板、高張力鋼板 (例えば、 590MPa級高張力鋼板や 780MPa級高張力鋼板)な どを使用することができる。
鋼板 1に亜鉛めつき層 2を形成する方法としては、例えば、溶融めつき方法や、電気 めっき方法を採用することができる。 [0019] 各亜鉛めつき層 2における亜鉛の含有量は、 45. 0-100. 0質量％であることが好 ましい。すなわち、亜鉛の含有量が前記範囲内であれば、各亜鉛めつき層 2に亜鉛 の他にどのような元素（例えば、 Al、 Mg、 Fe)が含まれてもよい。つまり、亜鉛めつき 層 2は、亜鉛の含有量が高ぐ亜鉛を主成分とするものであってもよいし、亜鉛の含 有量が低!、ものであってもよ!/、（ただし、亜鉛含有量は 45質量％以上)。
また、鋼板 1の片面において、各亜鉛めつき層 2の付着量は、本発明では特に限定 はな 、が、 5〜250gZm2であることが好まし!/、。
さらに、鋼板 1側に亜鉛めつき層 2を形成することで、リサイクル時においてもアルミ -ゥム板 3側に亜鉛めつき層 2が付着していないため、アルミニウムを容易にリサイク ノレすることができる。
[0020] このようにして亜鉛めつき層 2が形成された鋼板 1について、例えば、溶融めつき方 法により亜鉛めつき層 2が形成されたものは「溶融亜鉛めつき鋼板」と、溶融めつき方 法により亜鉛めつき層 2が形成され、さらに熱処理して合金化されたたものは「合金化 亜鉛めつき鋼板」と、電気めつき方法に亜鉛めつき層 2が形成されたものは「電気亜 鉛めつき鋼板」と、それぞれ称されることもある。
また、亜鉛めつき層 2中の組成成分によって、例えば、亜鉛めつき層 2に亜鉛とアル ミニゥムとが主成分であるものは「A1—Zn系めつき鋼板」と、亜鉛めつき層 2に亜鉛と アルミニウムとマグネシウムとが主成分であるものは「Zn—Al— Mg系めつき鋼板」と、 それぞれ称されることもある。
[0021] <第 2工程:重ね合わせ '抵抗溶接 >
そして、図 1 (b)に示すように、接合側に亜鉛めつき層 2が形成された鋼板 1とアルミ -ゥム板 3とを、亜鉛めつき層 2を挟むように重ね合わせて、この重ね合わせ部分を抵 抗溶接する。ここでは、一対の電極 4、 4を使用するスポット溶接により、重ね合わせ 部分を抵抗溶接する場合につ!ヽて説明する。
[0022] [アルミニウム板]
ここで、アルミニウム板 3について説明する。
アルミニウム板 3は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金板である。アルミ 二ゥム板 3は、マグネシウムを含有することが好ましい。これは、抵抗溶接により、アル ミニゥム板 3のマグネシウムが、アルミニウムおよび亜鉛と金属間化合物を形成 (A1- Zn— Mg化)して、アルミニウム板 3中にナゲット 5 (接合部分)を形成し、溶接 (接合） 強度が高くなるからである（図 1 (c)参照)。
[0023] また、アルミニウム板 3におけるマグネシウムの含有量は、 0. 2-10. 0質量0 /0の範 囲内であることが好ましい。マグネシウムの含有量が 0. 2質量％未満であると、前記 金属間化合物を形成するマグネシウムが少なすぎ、接合強度が低下するからである 。一方、マグネシウムの含有量が 10質量％より多いと、アルミニウム板 3 (アルミニウム 母材)側に応力腐食割れなどが発生してしまい、構造部材として不向となるからであ る。
[0024] そして、亜鉛めつき層 2、 2が形成された鋼板 1とアルミニウム板 3とを、接合側の亜 鉛めつき層 2を挟むようにして重ね合わせ、その重ね合せ状態を例えば治具等で維 持する。次いで、その両外側から、重ね合わせ部分を電極 4、 4により、所定圧力で挟 み、所定電流を、所定通電サイクルにて通電させる。
[0025] この通電により、亜鉛めつき層 2中の低融点の亜鉛が優先的に溶融し、溶融した亜 鉛はアルミニウム板 3内に拡散する。拡散した亜鉛は、アルミニウム板 3中の部分的に 溶融したアルミニウムおよびマグネシウムと金属間化合物を形成 (Al—Zn—Mg化） し、アルミニウム板 3中にナゲット 5 (接合部）が形成される。
[0026] また、この通電にお 、て、亜鉛の融点（約 420°C)、亜鉛とアルミニウムの合金の融 点（例えば、∑11 :八1=89〜97 : 11〜3の組成比の211—八1合金は380° は、それぞ れ低いため、高電圧を印加して大電流を通電させなくても、鋼板 1とアルミニウム板 3 とを良好に接合することができる。
すなわち、大電流を通電させず、低温で溶接可能であるため、溶けたアルミニウム などが電極 4側に溶出することを防止できる。これにより、アルミニウムと電極との合金 化を防止することができ、電極の耐久性を高めると共に、連続打点性を向上すること ができる。
[0027] 所定通電サイクル後、通電を停止する。そうすると、鋼板 1およびアルミニウム板 3の 温度は低下する。ここで、アルミニウム板 3内に拡散する亜鉛により、時効硬化が図ら れる。これにより、ナゲット 5の温度も通電停止により低下する力 ナゲット 5の強度、 つまり、鋼板 1とアルミニウム板 3との溶接 (接合)強度が高められる。
[0028] このようにして、鋼板 1 (鉄系部材）とアルミニウム板 3 (アルミニウム系部材）とが良好 に接合 (溶接)されてなる鋼板 アルミニウム板接合体 6 (鉄系部材ーアルミニウム系 部材接合体)を得ることができる。
[0029] «鉄系部材ーアルミニウム系部材接合体》
次に、このようにして得られた鋼板—アルミニウム板接合体 6について説明する。鋼 板—アルミニウム板接合体 6は、鋼板 1とアルミニウム板 3とが接合されて構成されて いる。したがって、例えば鋼板 1同士が接合されてなる接合体と比較して、非常に軽 量である。
[0030] また、鋼板—アルミニウム板接合体 6は、前記したように、 Al—Zn—Mg化したナゲ ット 5により、鋼板 1とアルミニウム板 3とは、強固に接合している。仮に、接合後の鋼板 アルミニウム板接合体 6に対して、引っ張り試験を行い、その接合強度を測定する と、鋼板 1とアルミニウム板 3とが離間するのではなぐ図 2に示すように、ナゲット 5の 外側に位置するアルミニウム板 3が部分的に破断することによって、鋼板 アルミ-ゥ ム板接合体 6 (図 1参照）が破壊される。これは、ナゲット 5と鋼板 1との接合が極めて 強ぐまた、ナゲット 5とアルミニウム板 3との接合も極めて強いため、前記引っ張りによ り、機械的強度の低いアルミニウム板 3が破断したためと考えられる。
[0031] このように、鋼板 1とアルミニウム板 3とが高強度で接合してなり、軽量な鉄系部材ー アルミニウム系部材接合体は、幅広い分野で適用可能である。例えば、自動車の分 野においては、車体のメインフレームに接合するパネルなどとして好適に使用するこ とがでさる。
[0032] 以上、本発明の好適な実施形態について一例を説明したが、本発明は前記実施 形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような変更を することができる。
[0033] 前記した実施形態では、一抵抗溶接であるスポット溶接により、鋼板 1とアルミ-ゥ ム板 3とを接合する場合について説明したが、抵抗溶接として、シーム溶接、プロジェ クシヨン溶接を利用してもよ ヽ。
また、抵抗溶接に限らず、その他に例えば、レーザ溶接、電子ビーム溶接、アーク 溶接を利用してもよい。
ここで、レーザ溶接においては、鋼板 1とアルミニウム板 3との重ね合わせ部分にお いて、レーザを鋼板 1 (鉄系部材)側の照射して鋼板 1を直接的に加熱し、アルミニゥ ム板 3は余熱により部分的に溶融させることが望ましい。これは、アルミニウム板 3側に レーザを照射すると、レーザが乱反射してしまい、多大なエネルギー損失が発生する 力 である。
[0034] 前記した実施形態では、溶融亜鉛めつき方法により、亜鉛めつき層 2 (亜鉛層）を形 成したが、亜鉛層を形成する方法はこれに限定されず、その他に例えば、電気的方 法 (電析)、塗布方法、吹き付け方法などであってもよい。
[0035] 前記した実施形態では、鋼板 1 (鉄系部材)の両面側 (接合側と非接合側）に、亜鉛 めっき層 2 (亜鉛層）が形成されたとした力 亜鉛めつき層 2は、鋼板 1とアルミニウム 板 3 (アルミニウム系部材)の少なくとも一方の接合側に形成されて 、ればよ!/、。
[0036] 以下、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明する。
[0037] (1)実施例 1〜3
実施例 1〜3では、厚さ 10. O /z mの亜鉛めつき層 2が形成された溶融亜鉛めつき 鋼板と、マグネシウム含有量の異なるアルミニウム板 3とを接合し、接合強度を測定し た。
[0038] (1 1)実施例 1
(1 - 1 - 1)亜鉛めつき層の形成、溶接
鋼板 1として厚さ 1. Ommの軟鋼板を使用し、その両面側 (接合側と非接合側）に、 溶融亜鉛めつき法により厚さ 10. O /z mの亜鉛めつき層 2、 2を形成し、溶融亜鉛めつ き鋼板を作製した。なお、亜鉛めつき層 2の組成成分は、亜鉛が 99. 5質量％、アル ミニゥムが 0. 5質量％であった。
[0039] そして、この溶融亜鉛めつき鋼板と、厚さ 1. Ommのマグネシウムを 0. 5質量％、珪 素を 1. 0質量％含有する 6000系のアルミニウム板 3とを重ね合わせ、スポット溶接に り抵抗溶接した。
さらに、スポット溶接においては、接触部分の直径が 6mmの電極 4を使用し、鋼板 1とアルミニウム板 3とを重ね合わせたものを、 1. 47kN (150kgf)で挟み、 14kAの 電流を、 18サイクルにて通電させた。
[0040] (1 - 1 - 2)接合強度の測定
JIS Z3136「抵抗スポット及びプロジェクシヨン溶接継手のせん断試験に対する試 験片寸法及び試験方法」に準拠して、実施例 1に係る鋼板 アルミニウム板接合体 6 の引っ張り試験を行い、接合強度 (破断強度)を測定した。そして、この測定結果を、 溶融亜鉛めつき鋼板およびアルミニウム板 3の諸物性と溶接条件と共に、表 1、図 3に 示す。なお、図 3において、「（1)」は実施例1を示す。その他についても同様である。
[0041] (1 2)実施例 2
マグネシウムを 2. 5質量％、珪素を 0. 17質量％含有する 5000系のアルミニウム 板 3を使用した以外は、実施例 1と同じである。
[0042] (1 3)実施例 3
マグネシウムを 4. 5質量0 /0、珪素を 0. 12質量％含有する 5000系のアルミニウム 板 3を使用した以外は、実施例 1と同じである。
[0043] (2)実施例 4〜9
実施例 4〜9では、厚さ 5. O /z mの亜鉛めつき層 2が形成された合金化溶融亜鉛め つき鋼板と、マグネシウム含有量の異なるアルミニウム板 3とを、実施例 1と同様に接 合し、接合強度を測定した。
[0044] (2— 1)実施例 4
鋼板 1として軟鋼板を使用し、その両面側に、溶融亜鉛めつき法により亜鉛めつき 層を形成した後、熱処理して合金化させ、厚さ 5. O /z mの亜鉛めつき層 2、 2が形成 された合金化溶融亜鉛めつき鋼板を作製した。なお、亜鉛めつき層 2の組成成分は、 亜鉛が 90質量％、アルミニウムが 0. 2質量％、鉄が 9. 8質量％であった。
そして、この合金化溶融亜鉛めつき鋼板と、マグネシウムを 0. 5質量％、珪素を 1. 0質量％含有する 6000系のアルミニウム板 3とを接合し、接合強度を測定した。そし て、測定結果を、合金化溶融亜鉛めつき鋼板およびアルミニウム板 3の諸物性と溶接 条件と共に、表 1、図 3に示す。
[0045] (2— 2)実施例 5
マグネシウムを 4. 5質量0 /0、珪素を 0. 12質量％含有する 5000系のアルミニウム 板 3を使用した以外は、実施例 4と同じである。
[0046] (2— 3)実施例 6
鋼板 1として 590MPa級高張力鋼板を使用した以外は、実施例 4と同じである。
[0047] (2— 4)実施例 7
鋼板 1として 590MPa級高張力鋼板を使用した以外は、実施例 5と同じである。
[0048] (2— 5)実施例 8
鋼板 1として 780MPa級高張力鋼板を使用した以外は、実施例 4と同じである。
[0049] (2— 6)実施例 9
鋼板 1として 780MPa級高張力鋼板を使用した以外は、実施例 5と同じである。
[0050] (3)実施例 10、 11
実施例 10、 11では、厚さ 3. O /z mの亜鉛めつき層 2が形成された電気亜鉛めつき 鋼板と、マグネシウム含有量の異なるアルミニウム板 3とを、実施例 1と同様に接合し、 接合強度を測定した。
[0051] (3— 1)実施例 10
電気めつき方法により、厚さ 3. O /z mの亜鉛めつき層 2を形成した以外は、実施例 1 と同じである。なお、亜鉛めつき層 2の組成成分は、亜鉛が 100質量％であった。そし て、接合強度の測定結果を、電気亜鉛めつき鋼板およびアルミニウム板 3の諸物性と 溶接条件と共に、表 1、図 3に示す。
[0052] (3— 2)実施例 11
電気めつき方法により、厚さ 3. O /z mの亜鉛めつき層 2を形成した以外は、実施例 3 と同じである。なお、亜鉛めつき層 2の組成成分は、亜鉛が 100質量％であった。
[0053] (4)実施例 12、 13
実施例 12、 13では、亜鉛含有量が低ぐアルミニウム含有量が高い厚さ 10 /z mの 亜鉛めつき層 2が形成された A1— Zn系めつき鋼板と、マグネシウム含有量の異なる アルミニウム板 3とを、実施例 1と同様に接合し、接合強度を測定した。
[0054] (4 1)実施例 12
溶融亜鉛めつき方法により、亜鉛含有量が 45質量％、アルミニウム含有量が 55質 量％の亜鉛めつき層 2を形成した以外は、実施例 1と同じである。そして、接合強度の 測定結果を、 A1— Zn系めつき鋼板およびアルミニウム板 3の諸物性と溶接条件と共 に、表 1、図 3に示す。
[0055] (4 2)実施例 13
溶融亜鉛めつき方法により、亜鉛含有量が 45質量％、アルミニウム含有量が 55質 量％の亜鉛めつき層 2を形成した以外は、実施例 3と同じである。
[0056] (5)実施例 14、 15
実施例 14、 15では、主成分である亜鉛の他に、アルミニウム、鉄を含有する厚さ 10 μ mの亜鉛めつき層 2が形成された Zn—Al—Mg系めつき鋼板と、マグネシウム含有 量の異なるアルミニウム板 3とを、実施例 1と同様に接合し、接合強度を測定した。
[0057] (5— 1)実施例 14
溶融亜鉛めつき方法により、亜鉛含有量が 85. 8質量％、アルミニウム含有量が 11 . 0質量％、マグネシウム含有量が 3. 0質量％の亜鉛めつき層 2を形成した以外は、 実施例 1と同じである。そして、接合強度の測定結果を、 Zn—Al—Mg系めつき鋼板 およびアルミニウム板 3の諸物性と溶接条件と共に、表 1、図 3に示す。
[0058] (5— 2)実施例 15
溶融亜鉛めつき方法により、亜鉛含有量が 85. 8質量％、アルミニウム含有量が 11 . 0質量％、マグネシウム含有量が 3. 0質量％の亜鉛めつき層 2を形成した以外は、 実施例 3と同じである。
[0059] (6)比較例 1
亜鉛めつき層 2、 2を形成せずに、鋼板 1とアルミニウム板 3とを接合した以外は、実 施例 1と同じである。
[0060] [表 1]
Figure imgf000013_0001
)実施例 1〜15の評価
表 1および図 3から明らかなように、実施例 1〜 15に係る鋼板—アルミニウム板接合 体 6の接合強度は、接合構造体としての接合強度を発揮しな力つた比較例 1に対し て、飛躍的に高まり（約 10倍以上）、本発明に係る鉄系部材とアルミニウム系部材の 接合方法によれば、鋼板 1とアルミニウム板 3とを良好に接合できることが確認された また、亜鉛めつき層 2中の亜鉛含有量が 45質量％と低くても（実施例 12、 13)、良 好な接合強度を得ることが確認された。

Claims

請求の範囲
[1] 鉄を主成分とする鉄系部材とアルミニウムを主成分とするアルミニウム系部材とを接 合する鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法であって、
前記鉄系部材および前記アルミニウム系部材の少なくとも一方は、接合側に亜鉛を 含む亜鉛層が形成されており、当該亜鉛層を挟むように前記鉄系部材と前記アルミ -ゥム系部材とを重ね合わせて溶接することを特徴とする鉄系部材とアルミニウム系 部材の接合方法。
[2] 前記アルミニウム系部材は、マグネシウムを含むことを特徴とする請求の範囲第 1項 に記載の鉄系部材とアルミニウム系部材の接合方法。
[3] 前記溶接は、抵抗溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接、および、アーク溶接の少な くとも 1つであることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の鉄系部材と アルミニウム系部材の接合方法。
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