WO2018147297A1 - 圧延接合体及びその製造方法 - Google Patents

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WO2018147297A1
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rolled joined
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功太 貞木
哲平 黒川
橋本 裕介
貴文 畠田
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東洋鋼鈑株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rolled joined body and a manufacturing method thereof. Furthermore, it is related with the molded article produced from the rolling joining body.
  • Metal materials are used in various fields, and are used as internal protection members such as shield covers for integrated circuits in electronic devices such as mobile electronic devices. These metal materials are required to have high strength and moldability. Stainless steel is widely used as such a metal material.
  • a rolled joined body metal laminate material, clad material
  • the rolled joint is a high-functional metal material having composite characteristics that cannot be obtained by a single material. For example, a rolled joint in which stainless steel and copper are laminated for the purpose of improving thermal conductivity has been studied. .
  • Patent Document 1 a first layer formed of austenitic stainless steel, a second layer formed of Cu or Cu alloy and laminated on the first layer, and formed of austenitic stainless steel, the second layer A chassis made of a clad material obtained by rolling and joining a third layer laminated on the opposite side of the first layer, the thickness of the second layer being 15% or more of the thickness of the clad material, and its manufacture A method is disclosed.
  • Patent Document 2 after the mating plate pressed against by performing Cu plate and brushed treated by overlapping joining faces rolling reduction 2-10% cold rolling stainless steel, 10-4 A method for producing a Cu-stainless steel clad plate, characterized by heating to 500 to 1050 ° C. in a vacuum of Torr or lower, is disclosed.
  • Patent Document 2 rolling is performed at a low pressure rate, but since the adhesion is ensured by performing unevenness on the interface by performing a brushing process, the flatness of the copper-stainless interface is inferior. As with the rolled joined body, there was a drawback that the dimensional accuracy after press working was poor.
  • an object of the present invention is to provide a rolled joined body excellent in dimensional accuracy after press working while maintaining functionality such as heat dissipation, and a manufacturing method thereof.
  • the dimensional accuracy after the press working of the rolled joined body depends on the thickness accuracy of each metal layer constituting the rolled joined body, and the thickness thereof. It has been found that high dimensional accuracy after press working can be obtained by controlling the accuracy within a specific range, and the invention has been completed. That is, the gist of the present invention is as follows. (1) A rolled joined body composed of two or more metal layers, The ratio ⁇ / T between the standard deviation ⁇ of the thickness of the outermost layer and the thickness T of the rolled joined body is 0 to 4.0%, the thickness T is within 2 mm, and the deviation of the thickness T is 4 The rolled joined body is within 0.0%.
  • the rolled joined body according to (1) wherein the standard deviation ⁇ of the thickness of the outermost layer is less than 4.0 ⁇ m.
  • the two or more metal layers are each independently a metal selected from the group consisting of Al, Cu, Mg, Fe and Ti or an alloy thereof, as described in (1) or (2) above Rolled joint.
  • the manufacturing method Including steps, The ratio [Delta] T / T 0 of the reduction amount [Delta] T relative to the total thickness T 0 of the two or more layers of metal layers before bonding is less than 1.0, the manufacturing method.
  • a molded product comprising the rolled joined body according to any one of (1) to (3) above.
  • a rolled joined body having excellent dimensional accuracy after press working while maintaining functionality such as heat dissipation.
  • This rolled joined body can be suitably used as a functional member such as a cover for a mobile electronic device, a reinforcing member, a heat radiation / electromagnetic wave shield, etc., using high dimensional accuracy.
  • the rolled joined body of the present embodiment is composed of two or more metal layers. Two to four layers are preferable, and three layers are particularly preferable.
  • the material of each metal layer can be appropriately selected according to the application of the rolled joined body, and is not particularly limited.
  • each metal layer can be independently composed of a metal selected from the group consisting of Al, Cu, Mg, Fe, and Ti or an alloy thereof. Examples of the alloy include SUS304, SUS316, Ti alloy, Cu alloy, aluminum alloys such as A5052, and magnesium alloys such as AZ31, AZ61, AZ91, and LZ91.
  • a rolled joined body having both the strength of stainless steel and the thermal conductivity and heat dissipation of copper, aluminum, or an aluminum alloy 3 such as SUS / Cu / SUS, SUS / Al / SUS, and Al / SUS / Al.
  • a rolled joined body composed of layers a rolled joined body composed of two layers such as SUS / Cu, SUS / Al, SUS / Al alloy, Cu / Al alloy, and the like are preferably used.
  • a rolled joined body composed of two layers such as Ti / Al alloy and Ti alloy / Al alloy is also preferably used.
  • a metal plate or foil can be used as the metal layer to be joined.
  • a single metal plate or foil for example, in the case of aluminum or copper, depending on the use of the rolled joined body, it is preferable that the purity is high when the thermal conductivity and the like are further increased, specifically 99.5 mass. %, But not limited to this.
  • the thickness of the metal layer such as the plate material or foil to be joined is usually 0.01 mm or more, and is applicable from the viewpoint of mechanical strength and workability of the obtained rolled joined body. It is preferably 8 mm. In consideration of handling properties, it is preferably 0.015 mm or more. Further, from the viewpoint of reducing the weight and thickness of the rolled joined body, the thickness of the metal layer before joining is more preferably 1.2 mm or less, further preferably 0.8 mm or less, and particularly preferably 0.5 mm or less. However, since the thickness of the rolled joined body can be reduced by re-rolling after joining, the thickness of the metal layer before joining is not limited to the above range.
  • the thickness of the metal layer before joining is measurable with a micrometer etc., and means the average value of the thickness measured in 10 points
  • the deviation from the average value of 10 measured values is less than 10% in all measured values.
  • a thin foil having a thickness of less than 1 mm is used as the metal layer to be joined, there is a concern that if the deviation is large, performance such as heat dissipation may vary.
  • the rolled joined body of this embodiment is characterized in that the ratio ⁇ / T between the standard deviation ⁇ of the thickness of the outermost layer and the thickness T of the rolled joined body is 0 to 4.0%. More preferably, it is 0 to 1.2%, still more preferably 0 to 0.9%, and particularly preferably 0 to 0.7%.
  • the deviation of the thickness T is required to be within 4.0%. More preferably, it is within 3.0%, further preferably within 2.5%, and particularly preferably within 2.0%.
  • the standard deviation ⁇ is preferably less than 4.0 ⁇ m, and the standard deviation ⁇ is more preferably less than 1.8 ⁇ m. If the thickness T of the rolled joined body is too thin, the handleability deteriorates.
  • the thickness T is 2 mm or less, more preferably 1 mm or less, still more preferably 0.5 mm or less, and particularly preferably 0.2 mm or less.
  • the standard deviation ⁇ of the thickness of the outermost layer is obtained as an optical micrograph of a cross section of the rolled joined body 1 and becomes the outermost layer for a cross section having a width of 300 ⁇ m in the optical micrograph.
  • This is a standard deviation obtained by measuring the thickness t 1 of the metal layer at 10 points at equal intervals and obtaining the measured values at 10 points.
  • the thickness T of the rolled bonded body 1 is an average value of measured values obtained by measuring the thickness at any 30 points on the rolled bonded body 1 with a micrometer.
  • the deviation of the thickness T is a value of
  • / T ⁇ 100 (%), where T i (i 1, 2,... Say.
  • the thickness of each metal layer in the state of the rolled bonded body after bonding can be measured based on, for example, an optical micrograph of the cross section of the rolled bonded body 1 as described above. it can. That is, for a cross section having a width of 300 ⁇ m in an optical micrograph, the thickness of each metal layer is measured at 10 points at equal intervals, and the average value of the obtained 10 points is taken as the thickness of the metal layer.
  • the thickness of each metal layer in the state of the rolled joined body is usually 0.01 mm or more, and from the viewpoint of mechanical strength and workability of the rolled joined body, it should be 0.01 mm to 1.8 mm. Is preferred. From the viewpoint of reducing the weight and thickness of the rolled joined body, the thickness of each metal layer is more preferably 1.2 mm or less, still more preferably 0.8 mm or less, and particularly preferably 0.5 mm or less.
  • the ratio ⁇ / T between the standard deviation ⁇ and the thickness T of the rolled joined body is set within the range of 0 to 4.0%, and the thickness T is controlled to be within 2 mm and the deviation of the thickness T is controlled to be within 4.0%.
  • high dimensional accuracy can be maintained after the rolled bonded body is pressed.
  • the dimensional accuracy after pressing depends on the thickness accuracy of the metal layer constituting the rolled bonded body.
  • the thickness of the metal layer relative to the dimensional accuracy after pressing in the thin rolled bonded body as described above. It is not known that the influence of accuracy is large, and was found for the first time in the present invention.
  • JIS B 0408-1991 is “normal tolerance of bending and drawing” for the normal dimension tolerance of metal stamped products.
  • ⁇ 0.5 mm for class B In Class C it is defined as ⁇ 1 mm.
  • a test piece having a length of 60 mm is bent at 60 degrees at the center by the V-block method described later, and the average value of the bending angle is 60 degrees when the length of one side of the test piece is 30 mm.
  • the open distance of the test piece is deviated by ⁇ 0.46 mm, and when it is deviated by ⁇ 1.1 degree, a deviation of ⁇ 0.5 mm is produced.
  • a shift of ⁇ 0.64 mm occurs.
  • the present invention by setting the ⁇ / T of the rolled joined body to 0 to 4.0%, it is possible to make the specification satisfy the C class in the JIS standard. Further, by setting ⁇ / T to 0 to 1.2%, the standard deviation of the finished angle can be remarkably reduced, and the specification satisfying the class B in the JIS standard can be achieved. I found it.
  • the reference dimension is merely an example, and the present invention is not limited to this.
  • the surface of the metal layer opposite to the interface in the rolled bonded body 1 is for the purpose of corrosion resistance, oxidation prevention, discoloration prevention, etc. as long as it does not interfere with functions such as thermal conductivity and heat dissipation, as necessary.
  • a protective layer can be provided.
  • examples of the protective layer for the metal layer made of copper include a chemical conversion treatment layer and a Ni plating layer.
  • the chemical conversion treatment layers such as a phosphoric acid type
  • the rolled joined body of the present embodiment can be produced by preparing metal layers such as plate materials or foils, and joining them together by various methods such as cold rolling joining, hot rolling joining, and surface activated joining. it can.
  • the hardest metal layer is joined so that the amount of change in Vickers hardness before and after joining is 80 or less, and the two or more metals before joining the ratio [Delta] T / T 0 of the reduction amount [Delta] T relative to the total thickness T 0 of the layer and controlling so as to be less than 1.0.
  • the ratio [Delta] T / T 0 of the reduction amount [Delta] T relative to the total thickness T 0 are joined to be less than 0.7.
  • a rolled joined body having a ratio ⁇ / T of the standard deviation ⁇ of the thickness of the outermost layer to the thickness T of 0 to 4.0% and a deviation of the thickness T within 4.0% can be obtained.
  • the dimensional accuracy after processing can be improved.
  • “hardest” means that the Vickers hardness (JIS Z 2244, load 50 gf) of the metal layer to be joined is the largest.
  • the Vickers hardness of each metal layer after joining is measured in the state of the rolled joined body after joining, and the metal layer existing in the middle of three or more rolled joined bodies is a process for producing the rolled joined body. In this case, the measurement is performed when the intermediate metal layer is located on the surface.
  • Hot rolling joining is a method of rolling joining while applying heat above the recrystallization temperature of the joined body, and can be joined with a lower force than cold rolling joining, but it generates an intermetallic compound at the joining interface. It's easy to do. Therefore, attention should be paid to the selection of the heating temperature and heating time conditions so as not to generate intermetallic compounds.
  • a preferred embodiment as a method for producing the rolled joined body 1 is as follows. First, the surface of the metal layer to be joined is sputter-etched, and then the sputter-etched surfaces are pressure-contacted with each other, whereby a two-layered rolled joined body can be manufactured (surface activated joining). A rolled joined body having three or more layers can be manufactured by repeating the above-described process and pressing a new metal layer. This method is advantageous in that the rolling reduction can be reduced (several percent or less), the flatness of the bonding interface is good, and the thickness accuracy of each metal layer can be increased (thickness variation is small). Further, it is preferable because a metal layer having a low strength such as a magnesium alloy can be joined without cracking even at room temperature.
  • a metal layer to be bonded is prepared as a long coil having a width of 100 mm to 600 mm, the bonding surface of the metal layer is used as one electrode grounded, and between the other electrodes that are insulated and supported.
  • Glow discharge is generated by applying an alternating current of 1 MHz to 50 MHz, and the area of the electrode exposed in the plasma generated by the glow discharge can be set to 1/3 or less of the area of the other electrode.
  • the grounded electrode is in the form of a cooling roll to prevent the temperature of the conveying material from rising.
  • the surface to which the metal layer is bonded is sputtered with an inert gas under vacuum, thereby completely removing the adsorbed material on the surface and removing part or all of the oxide layer on the surface.
  • the metal layer is a magnesium alloy
  • the sputter etching processing time can be greatly reduced as compared with the case where the oxide layer is completely removed, and the productivity of the rolled joined body can be improved.
  • the inert gas argon, neon, xenon, krypton, or a mixed gas containing at least one of these can be used.
  • the adsorbate on the surface of the metal layer can be completely removed with an etching amount of about 1 nm, and the oxide layer can usually be removed with about 5 nm to 12 nm (SiO 2 equivalent). is there.
  • the processing conditions for the sputter etching can be appropriately set according to the type of the metal layer and the like. For example, it can be performed under vacuum at a plasma output of 100 W to 10 kW and a line speed of 0.5 m / min to 30 m / min.
  • the degree of vacuum at this time is preferably higher in order to prevent re-adsorption on the surface, but it may be, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa to 10 Pa.
  • the pressure contact between the surfaces of the metal layers subjected to the sputter etching can be performed by roll pressure contact.
  • the rolling line load for roll pressure welding is not particularly limited, and can be set, for example, within a range of 0.1 tf / cm to 10 tf / cm.
  • the rolling line load of the roll pressure welding is more preferably 0.1 tf / cm to 3 tf / cm, and further preferably 0.3 tf / cm to 1.8 tf / cm. It is.
  • the rolling line load it may be necessary to increase the rolling line load to secure the pressure during joining, and this numerical range It is not limited to.
  • the rolling line load is too high, not only the surface layer of the metal layer but also the bonding interface is likely to be deformed, so that the thickness accuracy of each metal layer in the rolled bonded body may be lowered.
  • the processing distortion added at the time of joining will become large when a rolling line load is high, there exists a tendency for the Vickers hardness after joining to become high. From the viewpoint of maintaining thickness accuracy, it is preferable that the amount of change in Vickers hardness before and after joining the hardest metal layer is 80 or less.
  • the thickness accuracy of each metal layer can be maintained as long as the amount of change is within 80. Preferably 60 or less.
  • the amount of change is within 50 because the thickness accuracy of the metal layer and the amount of change in Vickers hardness can be handled more sensitively. It is preferable that there is, and more preferably within 40. Note that the measurement of Vickers hardness is applied when the thickness is small, since the influence of the ground becomes larger when measured with a large load, in the present invention, the measurement value at 50 gf is applied.
  • the rolling reduction at the time of pressing is not particularly limited as long as the rolling amount ⁇ T measured in the state of the finally produced rolled joined body is within a predetermined range, but is preferably 8% or less. More preferably, it is 6% or less. In addition, since the thickness does not need to change before and after the pressing, the lower limit value of the rolling reduction is 0%.
  • Bonding by roll pressure welding should be performed in a non-oxidizing atmosphere, for example, in an inert gas atmosphere such as Ar or the like, in order to prevent the bonding strength between the two from decreasing due to re-adsorption of oxygen to the metal layer surface. Is preferred.
  • the rolled joined body of two or more layers obtained by pressure welding can be further heat-treated as necessary.
  • the heat treatment By the heat treatment, the processing strain of the metal layer is removed, and the adhesion between the layers can be improved.
  • this heat treatment is carried out at a high temperature for a long time, an intermetallic compound is formed at the interface, and the adhesion (peel strength) tends to be lowered. Therefore, it is necessary to carry out under appropriate conditions.
  • the rolling joined body manufactured by said surface activation joining can be further rolled (reroll) as needed. Accordingly, there is an advantage that a rolled joined body having an expensive thin structure can be manufactured from an original sheet having an inexpensive thickness structure, and the material can be tempered by temper rolling.
  • the amount of reduction ⁇ T is measured in a state after rerolling. That is, the difference between the total thickness T 0 of the two or more metal layers before joining and the thickness T of the rolled joined body after rerolling is the reduction amount ⁇ T.
  • a rolled joined body having two or more layers can be obtained by the above steps.
  • the obtained rolled joined body is a mobile electronic device, various electronic devices such as a PC, an electronic member for a transportation device such as an automobile, an electronic member for a household appliance, a casing, a case, a reinforcing member, a heat radiation / electromagnetic wave shield, etc. It can be used as a molded product such as a functional member.
  • Example 14 rolled bonded bodies composed of two or three metal layers were produced.
  • Example 14 a stainless steel plate having a thickness of 102 ⁇ m was used as a reference example.
  • the metal layers used in Examples 1 to 13 are as follows.
  • Example 1 SUS plate having a thickness of 25 ⁇ m / Cu plate having a thickness of 52 ⁇ m / SUS plate having a thickness of 25 ⁇ m
  • Example 2 SUS plate having a thickness of 50 ⁇ m / Cu plate having a thickness of 102 ⁇ m / SUS plate having a thickness of 50 ⁇ m
  • Example 3 SUS plate having a thickness of 102 ⁇ m 204 ⁇ m Cu plate / 102 ⁇ m thick SUS plate
  • Example 4 102 ⁇ m thick SUS plate / 204 ⁇ m thick Cu plate / 102 ⁇ m thick SUS plate
  • Example 5 102 ⁇ m thick SUS plate / 204 ⁇ m thick Cu plate / 102 ⁇ m thick SUS plate
  • Example 6 SUS plate having a thickness of 50 ⁇ m / Cu plate having a thickness of 52 ⁇ m
  • Example 7 SUS plate having a thickness of 201 ⁇ m / Cu plate having a thickness of 195 ⁇ m
  • Example 8 SUS
  • the SUS plate, Cu plate, Al plate, Al alloy plate, pure Ti plate and Ti alloy plate were subjected to sputter etching.
  • Sputter etching for SUS plate, under 1 ⁇ 10 -4 Pa conducted under conditions of plasma power 700 W, 10 minutes to 20 minutes, sputter etching for Cu plate, under 1 ⁇ 10 -4 Pa, The plasma output is 700 W for 10 minutes, and the sputter etching for the Al plate is performed under 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, the plasma output is 700 W for 20 minutes, and the Al alloy plate is sputter etched.
  • Example 2 to 4 and 7 after surface activated bonding, rolling (rerolling) with a rolling reduction of 50 to 75% was performed.
  • Example 1 Example 5, Example 6 and Examples 8 to 13, no reroll was performed.
  • a heat treatment was finally performed at 1000 ° C. to 1050 ° C. for 8 hours, thereby producing a rolled bonded body having a two-layer or three-layer structure according to Examples 1 to 13.
  • Table 1 shows the total thickness T 0 , final thickness T, reduction amount ⁇ T, ⁇ T / T 0 , and thickness of the outermost surface layer of the rolled joined bodies of Examples 1 to 13 and the stainless steel plate of Example 14 before joining.
  • FIG. 2 shows the relationship between ⁇ T / T 0 and ⁇ / T for each rolled joint.
  • the metal layer before joining is joined so that the change amount of the Vickers hardness before and after joining of the hardest metal layer of the two metal layers is within 80.
  • the ratio [Delta] T / T 0 of the reduction amount [Delta] T relative to the total thickness T 0 of the is controlled to be less than 1.0, and the standard deviation sigma of the outermost layer of the thickness, the ratio between the thickness T sigma / T is 4.0 % Of rolled joined bodies can be obtained (Examples 1 to 13).
  • FIG. 3 shows an optical micrograph of the rolled joined body subjected to the bending process. The number of measurements was 30 samples each. The measurement results are shown in Table 2. 4 and 5 show the distribution of deviations from the average value of the finished angles for the rolled joints of Examples 1, 2, and 4.
  • FIG. 6 shows the relationship between ⁇ / T and the standard deviation of the finished angle for Examples 1 to 14. Furthermore, the relationship between ⁇ and the standard deviation of the finished angle for Examples 1 to 14 is shown in FIG.
  • the rolled joined bodies of Examples 1 to 13 having the value of ⁇ / T within 4.0% can suppress the standard deviation of the finished angle to within 1.4 degrees. And high dimensional accuracy.
  • the rolled joints of Examples 1 to 3, 5 to 6, and 8 to 13 having a ⁇ / T value of 0.9% or less can suppress the standard deviation of the finished angle to within 1 degree, which is higher. Has dimensional accuracy. Further, it was shown that the standard deviation of the finished angle can be suppressed within 1 degree when the value of ⁇ is less than 4.0 ⁇ m (FIG. 7).

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Abstract

放熱性等の機能性を維持しつつ、プレス加工後の寸法精度に優れる金属積層材を提供することを目的とする。 2層以上の金属層からなる圧延接合体1であって、最表層の厚みt1の標準偏差σと、前記圧延接合体の厚みTとの比σ/Tが0~4.0%であり、且つ前記厚みTが2mm以内であり、前記厚みTの偏差が4.0%以内であることを特徴とする。

Description

圧延接合体及びその製造方法
 本発明は、圧延接合体及びその製造方法に関する。さらに、その圧延接合体から作製される成型品に関する。
 金属材料は様々な分野で利用されており、例えば、モバイル電子機器等の電子機器における集積回路用シールドカバー等の内部保護部材として用いられている。これらの金属材料には、高強度と成形加工性が要求される。このような金属材料として、ステンレスが広く用いられている。また、他の金属材料として、2種類以上の金属板又は金属箔を積層した圧延接合体(金属積層材、クラッド材)も知られている。圧延接合体は、単独の材料では得られない複合特性を有する高機能性金属材料であり、例えば、熱伝導性の向上を目的としてステンレスと銅とを積層させた圧延接合体が検討されている。
 従来の圧延接合体として、例えば、特許文献1及び2に開示されるものが知られている。特許文献1には、オーステナイト系ステンレスにより形成される第1層と、Cu又はCu合金により形成され、前記第1層に積層される第2層と、オーステナイト系ステンレスにより形成され、前記第2層の前記第1層とは反対側に積層される第3層とが圧延接合されたクラッド材からなり、前記第2層の厚みは、前記クラッド材の厚みの15%以上であるシャーシとその製造方法が開示されている。
 また、特許文献2には、Cu板とステンレス鋼板のブラッシング処理された接合面同士を重ね合わせて圧下率2~10%の冷間圧延を行なって圧接して合わせ板とした後、10-4Torr以下の真空中で500~1050℃に加熱することを特徴とするCu―ステンレス鋼クラッド板の製造方法が開示されている。
特許第5410646号公報 特許第3168930号公報
 特許文献1のように銅とステンレスの圧延接合体を製造する場合、圧延及び熱処理を繰り返すことにより薄肉化が可能である。しかし、この圧延工程で銅-ステンレス界面の平坦性が悪化し、また、圧延接合体からプレス加工により各種成型品を作製する際の寸法精度が悪いという問題があった。
 特許文献2では低圧下率で圧延を行っているが、ブラッシング処理を行い界面に凹凸を付けることで密着性を確保しているため、銅-ステンレス界面の平坦性に劣り、また、特許文献1の圧延接合体と同様にプレス加工後の寸法精度が悪いという欠点があった。
 近年の集積回路の高速化により、圧延接合体の熱伝導性、放熱性の強化が求められている。また、モバイル電子機器等の稼働時間増による二次電池の大容量化と、多機能・高機能化に伴う部品点数増によって省スペース化が求められている。それに伴い、圧延接合体の厚みの薄型化と適用部材の形状複雑化が進み、そのためにプレス加工後の寸法精度のさらなる向上が望まれている。
 そこで本発明は、上記従来の状況に鑑み、放熱性等の機能性を維持しつつ、プレス加工後の寸法精度に優れる圧延接合体、及びその製造方法を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討を行った結果、圧延接合体のプレス加工後の寸法精度は、圧延接合体を構成するそれぞれの金属層の厚み精度に依存し、その厚み精度を特定の範囲内に制御することによってプレス加工後の高い寸法精度が得られることを見い出し、発明を完成した。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
(1)2層以上の金属層からなる圧延接合体であって、
 最表層の厚みの標準偏差σと、前記圧延接合体の厚みTとの比σ/Tが0~4.0%であり、且つ前記厚みTが2mm以内であり、前記厚みTの偏差が4.0%以内である、前記圧延接合体。
(2)最表層の厚みの標準偏差σが、4.0μm未満である、上記(1)に記載の圧延接合体。
(3)2層以上の金属層が、それぞれ独立して、Al、Cu、Mg、Fe及びTiからなる群から選択される金属又はその合金である、上記(1)又は(2)に記載の圧延接合体。
(4)上記(1)に記載の圧延接合体の製造方法であって、
 2層以上の金属層のうち、最も硬質である金属層の接合前後におけるビッカース硬さ(JIS Z 2244、荷重50gf)の変化量が80以内になるように前記2層以上の金属層を接合する工程を含み、
 接合前の前記2層以上の金属層の総厚みTに対する圧下量ΔTの比ΔT/Tが1.0未満である、前記製造方法。
(5)2層以上の金属層を接合する工程が、接合する金属層の表面をスパッタエッチングし、前記スパッタエッチングした表面同士を圧接することにより行われる、上記(4)に記載の圧延接合体の製造方法。
(6)上記(1)~(3)のいずれかに記載の圧延接合体からなる成型品。
 本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2017-020551号の開示内容を包含する。
 本発明によれば、放熱性等の機能性を維持しつつ、プレス加工後の優れた寸法精度を有する圧延接合体を得ることができる。この圧延接合体は、高い寸法精度を利用して、モバイル電子機器等のカバー、補強部材、放熱・電磁波シールド等の機能性部材として好適に用いることができる。
本実施形態に係る圧延接合体(SUS/Cu/SUSの3層構造)の断面の光学顕微鏡写真(1000倍)である。 ΔT/Tとσ/Tとの関係を示すグラフである。 Vブロック法により曲げ加工を施した圧延接合体の光学顕微鏡写真(50倍)である。 例1、2及び4の圧延接合体について、平均仕上がり角度からの偏差の分布を示すグラフである。 例1、2及び4の圧延接合体について、平均仕上がり角度からの偏差と確率密度との関係を示すグラフである。 σ/Tと仕上がり角度の標準偏差との関係を示すグラフである。 σと仕上がり角度の標準偏差との関係を示すグラフである。
 以下、実施の形態に基づき本発明を詳細に説明する。
 本実施形態の圧延接合体は、2層以上の金属層からなる。好ましくは2~4層であり、特に好ましくは3層である。各金属層の材料は、圧延接合体の用途等に応じて適宜選択することができ、特に限定されるものではない。例えば、各金属層を、それぞれ独立して、Al、Cu、Mg、Fe及びTiからなる群から選択される金属又はその合金により構成することができる。合金としては、SUS304、SUS316、Ti合金、Cu合金、あるいは、A5052等のアルミニウム合金や、AZ31、AZ61、AZ91、LZ91等のマグネシウム合金等が挙げられる。その中でも、ステンレス鋼の強度と、銅、アルミニウム又はアルミニウム合金の熱伝導性、放熱性とを併せ持つ圧延接合体として、SUS/Cu/SUS、SUS/Al/SUS、Al/SUS/Al等の3層からなる圧延接合体や、SUS/Cu、SUS/Al、SUS/Al合金、Cu/Al合金等の2層からなる圧延接合体等が好適に用いられる。その他、Ti/Al合金、Ti合金/Al合金等の2層からなる圧延接合体も好適に用いられる。
 接合する金属層としては、金属の板材又は箔を用いることができる。単体金属の板材又は箔は、例えばアルミニウムや銅の場合、圧延接合体の用途にもよるが、熱伝導性等をより高める場合には純度が高いものが好ましく、具体的には99.5質量%以上であるが、これに限定されるものではない。
 接合させる板材又は箔等の金属層の厚みは、それぞれ、通常0.01mm以上であれば適用可能であり、得られる圧延接合体の機械的強度及び加工性の観点から、0.01mm~1.8mmであることが好ましい。ハンドリング性を考慮すると、0.015mm以上であることが好ましい。また、圧延接合体の軽量化や薄型化の観点から、接合前の金属層の厚みは、より好ましくは1.2mm以下、さらに好ましくは0.8mm以下、特に好ましくは0.5mm以下である。しかし、圧延接合体の厚みは接合後の再圧延によって薄くすることも可能であるため、接合前の金属層の厚みは上記範囲に限定されるものではない。なお、接合前の金属層の厚みは、マイクロメータ等によって測定可能であり、対象とする金属層の表面上からランダムに選択した10点において測定した厚みの平均値をいう。また、用いる板材又は箔については、10点の測定値の平均値からの偏差が全ての測定値で10%以内であることが好ましい。特に、接合する金属層として厚みが1mm未満の薄い箔を用いる場合には、偏差が大きいと放熱性等の性能にばらつきが出ることが懸念されるため、偏差は小さい方が好ましい。
 そして、本実施形態の圧延接合体は、最表層の厚みの標準偏差σと、圧延接合体の厚みTとの比σ/Tが0~4.0%であることを特徴とする。より好ましくは0~1.2%であり、さらに好ましくは0~0.9%であり、特に好ましくは0~0.7%である。それに加えて、その厚みTの偏差が4.0%以内であることを要する。より好ましくは3.0%以内であり、さらに好ましくは2.5%以内であり、特に好ましくは2.0%以内である。特に、標準偏差σが4.0μm未満であることが好ましく、標準偏差σが1.8μm未満であることがより好ましい。圧延接合体の厚みTは、薄過ぎるとハンドリング性が悪くなり、逆に厚過ぎると、圧延接合体の重量が増加し、またリールtoリールでの連続生産が難しくなる場合があるため、これらのバランスを考慮して適宜設定される。具体的には、厚みTは2mm以内であり、より好ましくは1mm以内であり、さらに好ましくは0.5mm以内であり、特に好ましくは0.2mm以内である。
 ここで、最表層の厚みの標準偏差σとは、図1に示すように、圧延接合体1の断面の光学顕微鏡写真を取得し、その光学顕微鏡写真における幅300μmの断面について、最表層となる金属層の厚みtを等間隔で10点計測し、得られた10点の測定値から求めた標準偏差をいう。また、圧延接合体1の厚みTは、圧延接合体1上の任意の30点における厚みをマイクロメーターで測定し、得られた測定値の平均値をいう。厚みTの偏差とは、上記30点の厚みの測定値をそれぞれT(i=1,2・・・30)とするとき、|T-T|/T×100(%)の値をいう。
 最表層となる金属層の厚みの他、接合後の圧延接合体の状態における各金属層の厚みは、例えば上記のように、圧延接合体1の断面の光学顕微鏡写真に基づいて測定することができる。すなわち、光学顕微鏡写真における幅300μmの断面について、各金属層の厚みを等間隔で10点計測し、得られた10点の平均値をその金属層の厚みとする。圧延接合体の状態での各金属層の厚みは、それぞれ、通常0.01mm以上であれば良く、圧延接合体の機械的強度及び加工性の観点から、0.01mm~1.8mmであることが好ましい。圧延接合体の軽量化や薄型化の観点からは、各金属層の厚みは、より好ましくは1.2mm以下、さらに好ましくは0.8mm以下、特に好ましくは0.5mm以下である。
 標準偏差σと、圧延接合体の厚みTとの比σ/Tを0~4.0%の範囲内とし、厚みTが2mm以内、厚みTの偏差が4.0%以内になるよう制御することによって、圧延接合体にプレス加工を施した後に高い寸法精度を維持することができる。具体的には、例えば、圧延接合体を所定の角度に塑性変形させたとき、弾性によりその所定角度から拡がる現象(「スプリングバック」という)の大きさのばらつきを大幅に小さくすることができる。従来、プレス加工後の寸法精度が、圧延接合体を構成する金属層の厚み精度に依存すること、特に、上記のような厚みの薄い圧延接合体においてプレス加工後の寸法精度に対する金属層の厚み精度の影響が大きいことは知られておらず、本発明において初めて見出された。
 寸法精度に関し、例えば、金属プレス加工品の普通寸法公差についてJIS B 0408-1991では「曲げ及び絞りの普通寸法許容差」として、基準寸法が6mm以上30mm未満の場合、B級では±0.5mm、C級では±1mmと規定されている。ここで、長さ60mmの試験片を、後に述べるVブロック法により中心で60度に折り曲げ、試験片の片側長さを30mmとしたときに、折り曲げ角の平均値が60度であると仮定して計算すると、試験片の角度が±1度ずれると試験片の開きの距離は±0.46mmのずれが生じ、±1.1度ずれると±0.5mmのずれが生じ、±1.4度ずれると±0.64mmのずれが生じる。後述の実施例に示すように、本発明においては、圧延接合体のσ/Tを0~4.0%とすることにより上記JIS基準におけるC級を満たすような仕様とすることが可能であり、さらにσ/Tを0~1.2%とすることにより仕上がり角度の標準偏差を顕著に小さくすることができ、上記JIS基準におけるB級を満たすような仕様とすることが可能となることを見出した。なお、基準寸法はあくまで一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
 さらに、圧延接合体1における界面とは反対側の金属層の表面には、必要に応じて、熱導電性、放熱性等の機能を妨げない程度に、耐食性、酸化防止、変色防止等を目的として保護層を設けることができる。例えば、銅からなる金属層に対する保護層の例としては、化成処理層、Niめっき層等を挙げることができる。また、マグネシウム合金からなる金属層に対する保護層の例としては、リン酸系、クロメート系、陽極酸化処理といった化成処理層を挙げることができる。
 次に、圧延接合体の製造方法について説明する。本実施形態の圧延接合体は、板材又は箔等の金属層を準備し、これらを冷間圧延接合、熱間圧延接合、表面活性化接合等の各種の方法により互いに接合して製造することができる。その際、接合する2層以上の金属層のうち、最も硬質である金属層の接合前後におけるビッカース硬さの変化量が80以内になるように接合し、且つ、接合前の2層以上の金属層の総厚みTに対する圧下量ΔTの比ΔT/Tが1.0未満になるよう制御することを特徴とする。特に、総厚みTに対する圧下量ΔTの比ΔT/Tが0.7未満になるように接合することが好ましい。これにより、最表層の厚みの標準偏差σと厚みTとの比σ/Tが0~4.0%、厚みTの偏差が4.0%以内である圧延接合体を得ることができ、プレス加工後の寸法精度を向上させることができる。ここで「最も硬質である」とは、接合する金属層のビッカース硬さ(JIS Z 2244、荷重50gf)の値が最も大きいことをいう。なお、接合後の各金属層のビッカース硬さは、接合した後の圧延接合体の状態で測定し、3層以上の圧延接合体の中間に存在する金属層については、圧延接合体の製造過程において、その中間の金属層が表面に位置している時点で測定するものとする。
 冷間圧延接合の場合、接合した後には安定化熱処理を施すことが好ましい。熱間圧延接合は、接合体の再結晶温度以上の熱を加えながら圧延接合する方法であり、冷間圧延接合に比べて低い力で接合することができるが、接合界面に金属間化合物を生成しやすい。したがって、金属間化合物を生成しないよう、加熱温度、加熱時間の条件の選択に留意するものとする。
 圧延接合体1を製造する方法として好ましい態様は次のとおりである。まず、接合する金属層の表面をスパッタエッチングし、続いて、スパッタエッチングした表面同士を圧接することによって2層構造の圧延接合体を製造することができる(表面活性化接合)。3層以上の圧延接合体については、上記工程を繰り返して新たな金属層を圧接することにより製造することができる。この方法は、圧下率を低くすることができ(数%以下)、接合界面の平坦性が良好であり、各金属層の厚み精度を高くできる(厚みのばらつきが小さい)という利点がある。また、常温でもマグネシウム合金等の強度の小さい金属層が割れることなく接合可能であるため好ましい。
 スパッタエッチング処理は、例えば、接合する金属層を、幅100mm~600mmの長尺コイルとして用意し、金属層の接合面をアース接地した一方の電極とし、絶縁支持された他の電極との間に1MHz~50MHzの交流を印加してグロー放電を発生させ、且つグロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極の面積を前記の他の電極の面積の1/3以下として行うことができる。スパッタエッチング処理中は、アース接地した電極が冷却ロールの形をとっており、搬送材の温度上昇を防いでいる。
 スパッタエッチング処理では、真空下で金属層の接合する面を不活性ガスによりスパッタすることにより、表面の吸着物を完全に除去し、且つ表面の酸化物層の一部又は全部を除去する。金属層がマグネシウム合金である場合は特に、酸化物層は必ずしも完全に除去する必要はなく、一部残存した状態であっても十分な接合力を得ることができる。酸化物層を残存させつつスパッタエッチングを行うことにより、酸化物層を完全に除去する場合に比べてスパッタエッチング処理時間を大幅に減少させ、圧延接合体の生産性を向上させることができる。一方、銅の酸化物層は完全に除去することが好ましい。不活性ガスとしては、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン等や、これらを少なくとも1種類含む混合気体を適用することができる。金属の種類にもよるが、金属層の表面の吸着物は、エッチング量約1nm程度で完全に除去することができ、酸化物層は通常5nm~12nm(SiO換算)程度で除去が可能である。
 スパッタエッチングの処理条件は、金属層の種類等に応じて適宜設定することができる。例えば、真空下で、100W~10kWのプラズマ出力、ライン速度0.5m/分~30m/分で行うことができる。この時の真空度は、表面への再吸着物を防止するため高い方が好ましいが、例えば、1×10-5Pa~10Paであれば良い。
 スパッタエッチングを経た金属層の表面同士の圧接は、ロール圧接により行うことができる。ロール圧接の圧延線荷重は、特に限定されずに、例えば、0.1tf/cm~10tf/cmの範囲に設定して行うことができる。例えば圧接ロールのロール直径が100mm~250mmのとき、ロール圧接の圧延線荷重は、より好ましくは0.1tf/cm~3tf/cmであり、さらに好ましくは0.3tf/cm~1.8tf/cmである。ただし、ロール直径が大きくなった場合や金属層の接合前の厚みが大きい場合等には、接合時の圧力確保のために圧延線荷重を高くすることが必要になる場合があり、この数値範囲に限定されるものではない。一方で、圧延線荷重が高過ぎると、金属層の表層だけでなく、接合界面も変形しやすくなるため、圧延接合体におけるそれぞれの金属層の厚み精度が低下する恐れがある。また、圧延線荷重が高いと接合時に加わる加工ひずみが大きくなるため、接合後のビッカース硬さが高くなる傾向がある。厚み精度を維持する観点から、最も硬質である金属層の接合前後におけるビッカース硬さの変化量が80以内であることが好ましい。接合前の金属層の厚みが大きい場合、例えば、0.1mm以上の場合には、ビッカース硬さがある程度高くなったとしても80以内の変化量であれば各金属層の厚み精度を保つことができ、好ましくは60以内である。接合前の金属層の厚みが小さい場合、例えば、0.1mm未満の場合は、金属層の厚み精度とビッカース硬さの変化量とがより敏感に対応しやすいことから、変化量は50以内であることが好ましく、より好ましくは40以内である。なお、ビッカース硬さの測定は、厚みが薄い場合、大きな荷重で測定すると下地の影響がより大きくなるため、本発明においては50gfでの測定値を適用する。
 圧接する際の圧下率は、最終的に製造される圧延接合体の状態で測定される圧下量ΔTが所定の範囲内であれば良く、特に限定されるものではないが、好ましくは8%以下、さらに好ましくは6%以下である。なお、圧接の前後で厚さは変わらなくても良いため、圧下率の下限値は0%である。
 ロール圧接による接合は、金属層表面への酸素の再吸着によって両者間の接合強度が低下するのを防止するため、非酸化雰囲気中、例えば真空中やAr等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
 圧接により得られた2層以上の圧延接合体は、必要に応じて、さらに熱処理を行うことができる。熱処理によって、金属層の加工ひずみが除かれ、層間の密着性を向上させることができる。この熱処理は、高温で長時間行うと、界面に金属間化合物を生成し、密着性(ピール強度)が低下する傾向があるため、適切な条件下で行う必要がある。例えば、SUSと銅の圧延接合体では100℃~1050℃で10分~8時間、SUSとAlの圧延接合体では200℃~400℃で5分~8時間の熱処理を行うことが好ましい。
 また、上記の表面活性化接合により製造した圧延接合体は、必要に応じて、さらに圧延(リロール)を施すことができる。これにより、安価な厚み構成の原板から高価な薄い構成の圧延接合体を製造することができ、また、調質圧延により材料の調質を行うことができるという利点がある。リロールを行った場合、圧下量ΔTは、リロール後の状態で測定する。すなわち、接合前の2層以上の金属層の総厚みTと、リロール後の圧延接合体の厚みTとの差が圧下量ΔTとなる。
 以上の工程により2層以上の圧延接合体を得ることができる。得られた圧延接合体は、モバイル電子機器、PC等の各種電子機器、自動車等の輸送機器用電子部材、家電用電子部材等のカバー、筐体、ケース、補強部材、放熱・電磁波シールド等の機能部材等の成型品として利用することができる。
 以下、実施例及び参考例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
 例1~13として、2層又は3層の金属層からなる圧延接合体を作製した。例14では、参考例として厚さ102μmのステンレス鋼鈑を用いた。例1~13で用いた金属層は、次のとおりである。
 例1:厚み25μmのSUS板/厚み52μmのCu板/厚み25μmのSUS板
 例2:厚み50μmのSUS板/厚み102μmのCu板/厚み50μmのSUS板
 例3:厚み102μmのSUS板/厚み204μmのCu板/厚み102μmのSUS板
 例4:厚み102μmのSUS板/厚み204μmのCu板/厚み102μmのSUS板
 例5:厚み102μmのSUS板/厚み204μmのCu板/厚み102μmのSUS板
 例6:厚み50μmのSUS板/厚み52μmのCu板
 例7:厚み201μmのSUS板/厚み195μmのCu板
 例8:厚み15μmのSUS板/厚み74μmのAl板/厚み15μmのSUS板
 例9:厚み51μmのAl板/厚み198μmのSUS板/厚み51μmのAl板
 例10:厚み0.25mmのSUS板(SUS304)/厚み0.8mmのAl合金板(A5052)
 例11:厚み200μmのCu板(C1020)/厚み200μmのAl合金板(A5052)
 例12:厚み200μmの純Ti板(TP270)/厚み600μmのAl合金板(A5052)
 例13:厚み200μmのTi合金板(Ti15-3-3-3)/厚み600μmのAl合金板(A5052)
 これらの金属層を接合するにあたり、SUS板、Cu板、Al板、Al合金板、純Ti板及びTi合金板に対してスパッタエッチング処理を施した。SUS板についてのスパッタエッチングは、1×10-4Pa下で、プラズマ出力700W、10分間~20分間の条件にて実施し、Cu板についてのスパッタエッチングは、1×10-4Pa下で、プラズマ出力700W、10分間の条件にて実施し、Al板についてのスパッタエッチングは、1×10-4Pa下で、プラズマ出力700W、20分間の条件にて実施し、Al合金板についてのスパッタエッチングは、1×10-4Pa下で、プラズマ出力700W、20分間の条件にて実施し、純Ti板についてのスパッタエッチングは、1×10-4Pa下で、プラズマ出力700W、20分間の条件にて実施し、Ti合金板についてのスパッタエッチングは、1×10-4Pa下で、プラズマ出力700W、20分間の条件にて実施した。スパッタエッチング処理後の金属層を、常温で、圧延ロール径130mm~180mm、圧延線荷重0.5tf/cm~1.5tf/cmにてロール圧接により接合した。表面活性化接合による圧下率はいずれも0%である。なお、表1中、「S」、「C」、「A」、「AA」、「T」及び「TA」はそれぞれステンレス鋼、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン及びチタン合金の意味である。
 例2~4、例7については、表面活性化接合を行った後、圧下率50~75%の圧延(リロール)を施した。例1、例5、例6及び例8~13ではリロールを行っていない。また、例2~4、例7については、最終的に1000℃~1050℃で8時間の熱処理を行い、これによって例1~13に係る2層又は3層構造の圧延接合体を製造した。表1に、例1~13の圧延接合体及び例14のステンレス鋼板についての接合前の金属層の総厚みT、最終的な厚みT、圧下量ΔT、ΔT/T、最表層の厚みの標準偏差σ、並びに平均値である厚みTからの各測定値の偏差(最小値側、及び最大値側)をまとめて示す。また、圧延接合体を構成する金属層のうち最も硬質である層の接合前後におけるビッカース硬さ(JIS Z 2244、荷重50gf)の値も併せて示す。接合前のビッカース硬さ測定の際には、金属層が薄いことを考慮し、測定対象と圧延接合する予定の金属層の上に測定対象を載せて測定した。なお、ステンレス鋼鈑、銅板、アルミニウム板、アルミニウム合金板、純チタン板、チタン合金板では(ステンレス鋼鈑、チタン合金板)>純チタン板>銅板>アルミニウム板の順に硬質である。図2には、各圧延接合体についての、ΔT/Tと、σ/Tの関係を示す。表1及び図2から明らかなように、2層の金属層のうち、最も硬質である金属層の接合前後におけるビッカース硬さの変化量が80以内になるように接合し、接合前の金属層の総厚みTに対する圧下量ΔTの比ΔT/Tが1.0未満になるよう制御することにより、最表層の厚みの標準偏差σと、厚みTとの比σ/Tが4.0%以内の圧延接合体を得ることができる(例1~13)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 次に、例1~14の圧延接合体又はステンレス鋼鈑に対し、Vブロック法(金具角度60度、押し金具加工R0.5、荷重1kN、試験材幅10mm、JIS Z 2248)により曲げ加工を施し、加工後の仕上がり角度を測定した。曲げ加工を施した圧延接合体の光学顕微鏡写真を図3に示す。なお、測定数は各々30サンプルとした。測定結果を表2に示す。図4及び図5には、例1、2及び4の圧延接合体について、仕上がり角度の平均値からの偏差の分布を示す。また、例1~14についてのσ/Tと仕上がり角度の標準偏差との関係を図6に示す。さらに、例1~14についてのσと仕上がり角度の標準偏差との関係を図7に示す。図4~7の結果から明らかなように、σ/Tの値が4.0%以内である例1~13の圧延接合体は、仕上がり角度の標準偏差を1.4度以内に抑えることができ、高い寸法精度を有していた。特に、σ/Tの値が0.9%以内である例1~3、5~6及び8~13の圧延接合体は、仕上がり角度の標準偏差を1度以内に抑えることができ、より高い寸法精度を有していた。また、σの値が4.0μm未満であると、仕上がり角度の標準偏差が1度以内に抑えられることが示された(図7)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
1 圧延接合体
t1 最表層の厚み
T 圧延接合体の厚み
 本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。

Claims (6)

  1.  2層以上の金属層からなる圧延接合体であって、
     最表層の厚みの標準偏差σと、前記圧延接合体の厚みTとの比σ/Tが0~4.0%であり、且つ前記厚みTが2mm以内であり、前記厚みTの偏差が4.0%以内である、前記圧延接合体。
  2.  最表層の厚みの標準偏差σが、4.0μm未満である、請求項1に記載の圧延接合体。
  3.  2層以上の金属層が、それぞれ独立して、Al、Cu、Mg、Fe及びTiからなる群から選択される金属又はその合金である、請求項1又は2に記載の圧延接合体。
  4.  請求項1に記載の圧延接合体の製造方法であって、
     2層以上の金属層のうち、最も硬質である金属層の接合前後におけるビッカース硬さ(JIS Z 2244、荷重50gf)の変化量が80以内になるように前記2層以上の金属層を接合する工程を含み、
     接合前の前記2層以上の金属層の総厚みTに対する圧下量ΔTの比ΔT/Tが1.0未満である、前記製造方法。
  5.  2層以上の金属層を接合する工程が、接合する金属層の表面をスパッタエッチングし、前記スパッタエッチングした表面同士を圧接することにより行われる、請求項4に記載の圧延接合体の製造方法。
  6.  請求項1~3のいずれか1項に記載の圧延接合体からなる成型品。
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