WO2020049885A1 - 金属部材の溶接構造、及び金属部材の溶接構造の製造方法 - Google Patents

金属部材の溶接構造、及び金属部材の溶接構造の製造方法 Download PDF

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welded
island
sea
metal member
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幸暉 杉村
鉄也 桑原
和宏 後藤
平井　宏樹
田中　徹児
小野　純一
拓次 大塚
宮本　賢次
治 中山
浜田　和明
和紘 鷲尾
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住友電気工業株式会社
株式会社オートネットワーク技術研究所
住友電装株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a welding structure for a metal member and a method for manufacturing the welding structure for a metal member.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-164851 filed on Sep. 3, 2018, and incorporates all the contents described in the Japanese application.
  • connection structure between dissimilar metals disclosed in Patent Document 1 is known.
  • This connection structure between dissimilar metals is manufactured by stacking a first metal portion made of copper and a second metal portion made of aluminum, and joining them by applying pressure while heating.
  • the welding structure of the metal member according to the present disclosure A Cu member; An Al member; It comprises a welded part in which the constituent materials of the Cu member and the Al member are melt-solidified,
  • the Cu member has a Cu base material containing Cu as a main component
  • the Al member has an Al base containing Al as a main component, and a plating layer that covers a surface side of the Cu member in the Al base,
  • the welded portion has a sea-island structure near the surface of the Cu member,
  • the sea-island structure is A plurality of islands containing pure Al; Having a sea part interposed between the island parts,
  • the sea part has a eutectic structure of a phase of an intermetallic compound of Cu and Al and a phase of pure Al.
  • the manufacturing method of the welding structure of the metal member according to the present disclosure A step of preparing a Cu member and an Al member; Welding the Cu member and the Al member,
  • the Cu member has a Cu base material containing Cu as a main component
  • the Al member has an Al base containing Al as a main component and a plating layer covering the Al base
  • the Cu member and the plating layer of the Al member are arranged to face each other, and a laser is irradiated from the Al member side, The irradiation conditions of the laser, Output is 550W or more, The scanning speed satisfies 10 mm / sec or more.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a welding structure of a metal member according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of the vicinity of the interface between the Cu member and the Al member in the metal member welding structure according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating another example near the interface between the Cu member and the Al member in the welded structure of the metal member according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating another example near the interface between the Cu member and the Al member in the welded structure of the metal member according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged micrograph showing the vicinity of the surface of the Cu member at the welded portion in the welded structure of the metal member according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an enlarged micrograph showing the vicinity of the surface of a Cu member at a weld in a welded structure of a metal member of No. 1-101.
  • an object of the present disclosure is to provide a welded structure of a metal member having excellent joining strength between a Cu member and an Al member.
  • Another object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a welded structure of a metal member capable of manufacturing a welded structure of a metal member having excellent joining strength between a Cu member and an Al member.
  • the welding structure of a metal member according to the present disclosure has excellent bonding strength between a Cu member and an Al member.
  • the method for manufacturing a welded structure of a metal member according to the present disclosure can manufacture a welded structure of a metal member having excellent joining strength between a Cu member and an Al member.
  • the welding structure of the metal member is as follows: A Cu member; An Al member; It comprises a welded part in which the constituent materials of the Cu member and the Al member are melt-solidified,
  • the Cu member has a Cu base material containing Cu as a main component
  • the Al member has an Al base containing Al as a main component, and a plating layer that covers a surface side of the Cu member in the Al base
  • the welded portion has a sea-island structure near the surface of the Cu member,
  • the sea-island structure is A plurality of islands containing pure Al; Having a sea part interposed between the island parts, The sea part has a eutectic structure of a phase of an intermetallic compound of Cu and Al and a phase of pure Al.
  • the above-described welded structure of metal members has excellent bonding strength between Cu members and Al members.
  • the island has relatively high ductility by containing pure Al. This is because ductility near the surface of the Cu member is likely to be high.
  • the plurality of islands are dispersed in the vicinity of the surface of the Cu member in the welded portion, the stress acting on the vicinity of the surface is easily dispersed. Further, the presence of the plurality of islands near the surface of the Cu member in the welded portion makes it difficult for the crack to propagate linearly.
  • the sea-island structure has a dense / dense structure, The sparse and dense structure, A dense area where the size of the islands is small and large, The island has a large and small number of sparse areas, The dense region is provided on the surface side of the Cu member, The sparse region may be provided on a side opposite to a surface side of the Cu member.
  • the above welding structure of the metal members is more excellent in the bonding strength between the Cu member and the Al member. This is because the presence of a dense region of fine islands on the surface side of the Cu member in the sea-island structure tends to increase ductility in the vicinity of the surface of the Cu member in the welded portion. In addition, the stress acting on the vicinity of the surface of the Cu member in the welded portion is easily dispersed. Also, having a dense region of the island portion makes it difficult for the crack to propagate linearly. In the above-described welded structure of metal members, the sea-island structure has a sparse region of the island portion, so that an excessive decrease in conductivity is easily suppressed.
  • the thickness of the sea portion is 5 ⁇ m or less.
  • the above welding structure of the metal members is more excellent in the bonding strength between the Cu member and the Al member.
  • the size of the brittle intermetallic compound phase is small because the sea portion has a small thickness. Therefore, the above configuration can suppress a decrease in bonding strength at the interface between the surface of the Cu member and the welded portion.
  • the distance between the islands is 10 ⁇ m or less.
  • the above welding structure of the metal members is more excellent in the bonding strength between the Cu member and the Al member. This is because the distance between the islands is not excessively wide, and the cracks are difficult to propagate linearly.
  • the size of the island portion is 1 ⁇ m 2 or more and 20 ⁇ m 2 or less.
  • the size of the island portion is 1 ⁇ m 2 or more, ductility near the surface of the Cu member in the welded portion is likely to increase. If the size of the island is not more than 20 ⁇ m 2, it is not excessively large, and the distance between the islands is not easily widened.
  • the thickness of the sea-island structure is 3 ⁇ m or more.
  • the thickness of the sea-island structure is 3 ⁇ m or more, the joining strength between the Cu member and the Al member is further improved. This is because stress acting on the vicinity of the surface of the Cu member in the welded portion is easily dispersed.
  • the Al base material contains, as additive elements, 1% to 17% by mass of Si, 0.05% to 2.5% by mass of Fe, and 0.05% to 2.5% by mass of Mn. And at least one selected from the group consisting of 0.1% by mass and 1.0% by mass of Mg.
  • the content of the additional element is equal to or more than the respective lower limit values, the joining strength between the Cu member and the Al member tends to be higher than that of pure Al.
  • the content of the additional element is equal to or less than the respective upper limit value, it is possible to suppress the electrical conductivity from excessively decreasing.
  • the plating layer may have a single-layer structure of a Ni plating layer.
  • the above welded structure of metal members can easily increase the bonding strength between Cu members and Al members. This is because the above-mentioned sea-island structure is easily formed when the plating layer is a Ni plating layer having a high melting point. Therefore, the formation of a thick layered intermetallic compound or a large island-shaped intermetallic compound in the vicinity of the surface of the Cu member at the welded portion can be suppressed. In addition, with a single-layer structure, formation of a plating layer is easier than in a laminated structure described later.
  • the plating layer may have a laminated structure in which a Ni plating layer and a Sn plating layer are sequentially laminated from the Al base side.
  • the above welded structure of metal members can easily increase the bonding strength between Cu members and Al members. This is because the above-mentioned sea-island structure is easily formed when the plating layer has the Ni plating layer having a high melting point. In addition, since the plating layer has the Sn plating layer having a low melting point on the surface of the Ni plating layer, the Sn plating layer easily functions as a bonding material.
  • the Cu member may include a plating layer covering a surface of the Cu base.
  • the above-described welded structure of the metal member has excellent bonding strength between the Cu member and the Al member even if the Cu member has a plating layer.
  • the weld may penetrate the Cu member.
  • the above welding structure of the metal members it can be easily determined that the Cu member and the Al member are welded. This is because welding marks are formed on the side of the Cu member opposite to the Al member.
  • the above-described welded structure of the metal member is as excellent in bonding strength as when a part of the Cu member is melted.
  • a method for manufacturing a welded structure of a metal member A step of preparing a Cu member and an Al member; Welding the Cu member and the Al member, In the preparing step, The Cu member has a Cu base material containing Cu as a main component, The Al member has an Al base containing Al as a main component and a plating layer covering the Al base, In the welding step, the Cu member and the plating layer of the Al member are arranged to face each other, and a laser is irradiated from the Al member side, The irradiation conditions of the laser, Output is 550W or more, The scanning speed satisfies 10 mm / sec or more.
  • the above-described method for manufacturing a welded structure of a metal member can manufacture a welded structure of a metal member having excellent joining strength between a Cu member and an Al member.
  • the Al member has a plating layer and the laser output and the scanning speed satisfy the respective ranges, the above-mentioned sea-island structure is formed near the surface of the Cu member at the welded portion, where ductility is easily increased and stress is easily relaxed. Because you can. This is because the formation of the sea-island structure can prevent the formation of a thick layered intermetallic compound or a large island-shaped intermetallic compound in the vicinity of the surface of the Cu member at the welded portion. This intermetallic compound is brittle Al 2 Cu.
  • the size of the intermetallic compound is large, the bonding strength between the Cu member and the Al member decreases. However, since the formation of a large-sized intermetallic compound can be suppressed, a decrease in the joining strength between the Cu member and the Al member can be suppressed.
  • the laser output to 550 W or more, the surface of the Cu member can be melted and the Cu member and the Al member can be welded.
  • productivity can be improved by setting the laser scanning speed to 10 mm / sec or more. This is because the scanning speed is not excessively low and the welding time between the Cu member and the Al member does not become too long.
  • the laser may be a fiber laser.
  • the laser may be irradiated so as to penetrate the Cu member.
  • the method for manufacturing a welded structure of a metal member described above it is possible to manufacture a welded structure of a metal member that can easily determine that a Cu member and an Al member are welded. This is because welding marks are formed on the side of the Cu member opposite to the Al member. It has been considered that when Cu is melted so as to penetrate the Cu member, a brittle intermetallic compound is formed, so that the bonding strength is reduced. However, if an Al member having a plating layer is prepared and irradiated with a laser under specific irradiation conditions, the size of the brittle intermetallic compound tends to be reduced. Therefore, it is possible to suppress a decrease in bonding strength. Therefore, the above-described method for manufacturing a welded structure of a metal member can manufacture a welded structure of a metal member having the same bonding strength as when a part of a Cu member is melted.
  • the Cu member has a plating layer covering the surface of the Cu base material, In the welding step, the plating layer of the Cu member and the plating layer of the Al member may be welded with the plating layer facing each other.
  • a welded structure of a metal member having excellent bonding strength between a Cu member and an Al member can be manufactured even if the Cu member has a plating layer.
  • the welding structure 1A of the metal member according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the metal member welding structure 1A includes a Cu member 2, an Al member 3, and a weld 4 for joining the Cu member 2 and the Al member 3 (FIG. 1).
  • One of the features of the metal member welding structure 1A is that the welded portion 4 has a sea-island structure 5 having a specific structure (FIG. 5).
  • FIG. 5 the Al member 3 side of the Cu member 2
  • the opposite side will be referred to as the back side (lower side in FIG. 1).
  • FIG. 2 to FIG. 4 are enlarged views of the squares indicated by thick dotted lines in FIG. That is, FIGS. 2 to 4 show the vicinity of the interface between the Cu member 2 and the Al member 3 in an enlarged manner.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion surrounded by a bold broken line in FIG. That is, FIG. 5 is a micrograph in which the vicinity of the surface of the Cu member 2 in the welded portion 4 is enlarged.
  • the same reference numerals in the figures indicate the same names.
  • the Cu member 2 has a Cu base 21 (FIGS. 1 to 5).
  • the Cu member 2 is composed of only the Cu base material 21 (FIGS. 1 to 3 and FIG. 5).
  • the Cu member 2 may be constituted by a covering member having a Cu base 21 and a plating layer 22 (FIG. 4) described later.
  • the Cu base 21 contains Cu as a main component.
  • the term "mainly composed of Cu” refers to pure Cu or a Cu-based alloy.
  • the Cu base 21 allows inclusion of unavoidable impurities.
  • Additional elements of the Cu-based alloy include, for example, Si (silicon), Fe (iron), Mn (manganese), Ti (titanium), Mg (magnesium), Sn (tin), Ag (silver), In (indium), One or more elements selected from Sr (strontium), Zn (zinc), Ni (nickel), Al (aluminum), and P (phosphorus) are included.
  • the content of these additional elements can be appropriately selected within a range that does not cause an excessive decrease in conductivity.
  • the total content of the additional elements is, for example, preferably from 0.001% by mass to 0.1% by mass, more preferably from 0.005% by mass to 0.07% by mass, and particularly preferably from 0.01% by mass to 0.05% by mass. % By mass or less is preferred.
  • the Cu base 21 is pure Cu.
  • the shape of the Cu base material 21 can be appropriately selected.
  • the shape of the Cu base 21 is typically a plate shape.
  • the thickness of the Cu base 21 can be appropriately selected.
  • the thickness of the Cu base material 21 is, for example, 0.15 mm or more and 0.6 mm or less, further 0.25 mm or more and 0.5 mm or less, and particularly 0.35 mm or more and 0.4 mm or less.
  • the thickness of the Cu base 21 is the thickness of the portion other than the welded portion 4 in the Cu base 21. The same applies to the thickness of a plating layer 22 (FIG. 4) described later and the thicknesses of the Al base 31 and the plating layer 32 of the Al member 3.
  • the plating layer 22 covers the surface of the Cu base 21 (FIG. 4). That is, the plating layer 22 covers the surface of the Cu base 21 on the Al member 3 side.
  • the plating layer 22 is typically a Ni plating layer.
  • the thickness of the plating layer 22 can be appropriately selected. The thickness of the plating layer 22 is, for example, 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, further 1.5 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less, and particularly 2 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less.
  • the Al member 3 is a covering member having an Al base 31 and a plating layer 32.
  • the plating layer 32 covers the back surface of the Al base 31. That is, the plating layer 32 covers the surface of the Al base 31 on the side of the Cu member 2.
  • the Al base 31 contains Al as a main component.
  • the term "mainly composed of Al” refers to pure Al or an Al-based alloy.
  • the Al base 31 allows inclusion of unavoidable impurities.
  • the additive element of the Al-based alloy includes at least one element selected from Si, Fe, Mn, and Mg.
  • the content of Si is, for example, from 1% by mass to 17% by mass, further from 2.5% by mass to 15% by mass, and particularly from 4% by mass to 13% by mass.
  • the content of Fe is, for example, 0.05% by mass or more and 2.5% by mass or less, further 0.25% by mass or more and 2% by mass or less, and particularly 0.5% by mass or more and 1.5% by mass. % Or less.
  • the content of Mn is, for example, 0.05% by mass or more and 2.5% by mass or less, further 0.22% by mass or more and 2% by mass or less, particularly 0.5% by mass or more and 1.5% by mass. % Or less.
  • the content of Mg is, for example, 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less, further 0.2% by mass or more and 0.9% by mass or less, and particularly 0.3% by mass or more and 0.1% by mass or less. 8% by mass or less.
  • the content of these additional elements is equal to or more than the respective lower limit values, the joining strength between the Cu member 2 and the Al member 3 is likely to be higher than that of pure Al.
  • the contents of these additional elements are equal to or less than the respective upper limit values, it is possible to suppress the electrical conductivity from excessively decreasing.
  • the Al base 31 is made of pure Al. An embodiment in which the Al base 31 is made of an Al-based alloy will be described in a second embodiment described later.
  • the shape of the Al base 31 can be appropriately selected.
  • the shape of the Al base material 31 is typically a plate shape, like the Cu member 2.
  • the thickness of the Al base 31 can be appropriately selected.
  • the thickness of the Al base 31 is, for example, 0.2 mm or more and 1.2 mm or less, further 0.25 mm or more and 0.9 mm or less, and particularly 0.3 mm or more and 0.6 mm or less.
  • the plating layer 32 may have, for example, a single-layer structure or a laminated structure.
  • a structure having a Ni plating layer 321 can be given (FIG. 2).
  • the laminated structure include a structure in which a Ni plating layer 321 and a Sn plating layer 322 are laminated in order from the Al base 31 side (FIGS. 3 to 5).
  • the thickness of the plating layer 32 can be appropriately selected.
  • the thickness of the Ni plating layer 321 is 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, more preferably 1.5 ⁇ m to 8 ⁇ m, and particularly 2 ⁇ m to 6 ⁇ m.
  • the thickness of each of the Ni plating layer 321 and the Sn plating layer 322 is 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and further 1.5 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less, and particularly 2 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less.
  • the Ni plating layer 321 may include an additional element depending on a formation method of the Ni plating layer 321 described later. Examples of the additional element include phosphorus (P). The content of the additional element is small.
  • the welded portion 4 is a portion that joins the Cu member 2 and the Al member 3, and is formed by melting and solidifying each constituent material. That is, the main constituent elements of the weld 4 are Al and Cu.
  • the formation region of the welded portion 4 along the thickness direction of the metal member welding structure 1A may be a region extending from the surface of the Al member 3 to at least a part of the Cu member 2. That is, the welded portion 4 penetrates the Al member 3 from the front to the back. It is preferable that the formation region of the welded portion 4 be a region extending over the back surface of the Cu member 2. That is, it is preferable that the welded portion 4 penetrates the Cu member 2 from the front to the back. If the weld 4 penetrates the Cu member 2, it can be easily determined that the Cu member 2 and the Al member 3 are welded. This is because welding marks are formed on the back surface of the Cu member 2.
  • the intermetallic compound 600 is brittle Al 2 Cu. If the size is large, the bonding strength between the Cu member 2 and the Al member 3 decreases. That is, since the large-sized intermetallic compound 600 does not substantially exist near the surface of the Cu member 2 in the welded portion 4, the joining strength between the Cu member 2 and the Al member 3 can be increased.
  • the weld 4 includes a sea-island structure 5 near the surface of the Cu member 2.
  • the sea-island structure 5 includes a plurality of small island portions 51 dispersed and a sea portion 52 interposed between the island portions 51.
  • the sea-island structure 5 easily disperses stress acting on the vicinity of the surface of the Cu member 2 in the welded portion 4. This is because, in the vicinity of the surface of the Cu member 2 in the welded portion 4, the surface area of the island portion 51 tends to be larger than that of the intermetallic compound 600 (FIG. 6). Therefore, the welding structure 1 ⁇ / b> A of the metal member has excellent joining strength between the Cu member 2 and the Al member 3.
  • the thickness of the sea-island structure 5 is preferably, for example, 3 ⁇ m or more. If the thickness of the sea-island structure 5 is 3 ⁇ m or more, stress acting on the vicinity of the surface of the Cu member 2 in the welded portion 4 is likely to be dispersed. Therefore, the joining strength between the Cu member 2 and the Al member 3 tends to be high.
  • the thickness of the sea-island structure 5 is more preferably 5 ⁇ m or more, and particularly preferably 7 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the thickness of the sea-island structure 5 is preferably, for example, 30 ⁇ m or less. When the thickness of the sea-island structure 5 is 30 ⁇ m or less, it is possible to suppress cracks from propagating linearly. This is because the sea-island structure 5 is not excessively thick and the interval between the island portions 51 is not too wide.
  • the thickness of the sea-island structure 5 is determined as follows. First, a cross section of the weld 4 is taken. This cross section is a cross section (cross section) along a direction (horizontal direction on the paper surface of FIG. 1) orthogonal to both the thickness direction of the welding structure 1A of the metal member and the longitudinal direction of the welded portion 4 (vertical direction on the paper surface of FIG. Plane). One or more observation fields are taken near the surface of the Cu member 2 in this cross section. The magnification of each visual field and the size of each visual field include the surface of the Cu member 2 and the island portion 51 farthest from the surface of the Cu member 2 along the direction orthogonal to the surface of the Cu member 2 in the same visual field. Size.
  • the sea-island structure 5 includes a dense / dense structure 510 having a dense region 511 and a sparse region 512.
  • the dense region 511 is a region where the density of the island portions 51 is high.
  • the dense region 511 is provided on the surface side of the Cu member 2.
  • the sparse region 512 is a region of the island portion 51 where the density is low.
  • the sparse region 512 is provided on the side opposite to the surface side of the Cu member 2.
  • the size of the island portions 51 in the dense region 511 is relatively small, and the number of the island portions 51 is relatively large. Further, the size of the island portions 51 in the sparse region 512 is relatively large, and the number of the island portions 51 is relatively small.
  • the dense / dense structure 510 easily disperses the stress acting on the vicinity of the surface of the Cu member 2 in the welded portion 4. Therefore, the joining strength between the Cu member 2 and the Al member 3 tends to be high. From the dense area 511 to the sparse area 512, the size of the island portions 51 tends to increase gradually, and the number of the island portions 51 tends to decrease.
  • the island part 51 contains pure Al. Since the island portion 51 contains pure Al, the ductility of the island portion 51 is relatively high. This island portion 51 exists a lot on the surface side of the Cu member 2. Therefore, the joining strength between the Cu member 2 and the Al member 3 tends to be high.
  • the island portion 51 may include an additive element of the Al-based alloy in addition to pure Al. This additive element is preferably dissolved in pure Al.
  • the composition of the island portion 51 can be analyzed by EDX (energy dispersive X-ray analyzer).
  • the size of the island portion 51 is preferably, for example, 1 ⁇ m 2 or more and 20 ⁇ m 2 or less. If the size of the island portion 51 is 1 ⁇ m 2 or more, the joining strength between the Cu member 2 and the Al member 3 tends to increase. This is because the ductility of the welded portion 4 is easily increased. If the size of the islands 51 is 20 ⁇ m 2 or less, the islands 51 are not excessively large, and the distance between the islands 51 is hardly widened.
  • the size of the island portion 51 is more preferably 2 ⁇ m 2 or more and 15 ⁇ m 2 or less, and particularly preferably 3 ⁇ m 2 or more and 10 ⁇ m 2 or less.
  • the size of the island portion 51 is an average of the areas of all the island portions 51 existing in two or more visual fields in the cross section of the welded portion 4.
  • the area of the island portion 51 is obtained by commercially available image analysis software.
  • the method of taking the cross section is as described above.
  • the magnification of each visual field is 10,000 times, and the visual field size is 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m in a range from the surface of the Cu member 2 to 15 ⁇ m in a direction perpendicular to the surface.
  • the distance between the island portions 51 is preferably, for example, 10 ⁇ m or less. This is because the interval between the island portions 51 is not excessively wide and the propagation of the crack in a straight line can be suppressed.
  • the distance between the island portions 51 is more preferably 7 ⁇ m or less, and particularly preferably 5 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the interval between the island portions 51 is, for example, 0.5 ⁇ m or more. When the interval between the island portions 51 is 0.5 ⁇ m or more, the interval between the island portions 51 is not excessively small, and the stress acting on the welded portion 4 is easily dispersed. In particular, stress acting on the vicinity of the surface of the Cu member 2 in the welded portion 4 is likely to be dispersed.
  • the distance between the island portions 51 is obtained as follows. In the cross section of the welded portion 4, two or more observation fields are taken. Five or more virtual lines perpendicular to the surface of the Cu member 2 are drawn for each visual field. The length between the centers of the adjacent island portions 51 on each virtual line is measured. The average of all the center-to-center lengths is defined as the distance between the island portions 51.
  • the method of taking the cross section and the field of view are the same as in the case of the size of the island portion 51.
  • Sea part Sea part 52 is formed in a three-dimensional mesh between island parts 51.
  • the sea part 52 has a eutectic structure of an intermetallic compound phase and a pure Al phase.
  • the intermetallic compound contains Cu and Al.
  • a typical example of the intermetallic compound is Al 2 Cu.
  • the Al base 31 is an Al-based alloy
  • at least one of the intermetallic compound phase and the pure Al phase may contain an additive element of the Al-based alloy. This additional element is preferably dissolved in the contained phase.
  • This eutectic structure has a lamellar shape in which an intermetallic compound phase and a pure Al phase are alternately laminated.
  • the intermetallic compound phase and the pure Al phase are randomly arranged such that the lamination directions are oriented in various directions. Is preferred. This is because the stress acting on the weld 4 is more easily dispersed.
  • the thickness of the sea part 52 is preferably, for example, 5 ⁇ m or less. If the thickness of the sea part 52 is 5 ⁇ m or less, the thickness of the sea part 52 is small and the size of the brittle intermetallic compound phase is small. Therefore, it is easy to suppress a decrease in the bonding strength between the Cu member 2 and the Al member 3.
  • the thickness of the sea part 52 is more preferably 3 ⁇ m or less, and particularly preferably 2 ⁇ m or less.
  • the thickness of the sea part 52 is obtained in the same manner as the distance between the island parts 51.
  • two or more observation fields are taken.
  • Five or more virtual lines perpendicular to the surface of the Cu member 2 are drawn for each visual field.
  • the length between the adjacent island portions 51 on each virtual line is measured.
  • the average of all the lengths is defined as the thickness of the sea part 52.
  • the method of taking the cross section and the field of view are the same as in the case of the size of the island portion 51.
  • the metal member welding structure 1A according to the first embodiment can be suitably used for various bus bars and vehicle-mounted battery modules.
  • the metal member welding structure 1 ⁇ / b> A according to the first embodiment has excellent joining strength between the Cu member 2 and the Al member 3.
  • the method for manufacturing the welded structure of the metal member according to the first embodiment includes a step of preparing the Cu member 2 and the Al member 3 (hereinafter, sometimes referred to as a preparation step), and a step of irradiating a laser to the Al member 3 and the Cu member (Hereinafter, also referred to as a welding step).
  • a preparation step a step of preparing the Cu member 2 and the Al member 3
  • a welding step One of the features of the method for manufacturing a welded structure of a metal member is that an Al member 3 having a plating layer 32 is prepared in a preparation step, and that a laser beam under specific irradiation conditions is irradiated in the welding step.
  • This method of manufacturing a welded structure of a metal member can manufacture the welded structure 1A of a metal member described above. Hereinafter, details of each step will be described.
  • the Cu member 2 is composed of a Cu base 21 containing Cu as a main component.
  • the Cu member 2 may be configured by a covering member having the Cu base 21 and the plating layer 22 as described above.
  • the composition, shape, and thickness of the Cu base 21 are as described above.
  • the composition of the Cu base 21 is pure Cu.
  • the shape of the Cu base 21 is a plate shape.
  • the type and thickness of the plating layer 22 are as described above.
  • the plating layer 22 can be formed by electroplating, electroless plating, or the like.
  • the Al member 3 has an Al base 31 mainly composed of Al and a plating layer 32.
  • the composition, shape, and thickness of the Al base 31 are as described above.
  • the composition of the Al base 31 is pure Al.
  • the shape of the Al base 31 is plate-like.
  • the plating layer 32 has a laminated structure in which a Ni plating layer 321 and a Sn plating layer 322 are laminated in this order from the Al base 31 side (FIG. 3).
  • the plating layer 32 may have a single-layer structure of the Ni plating layer 321 (FIG. 2).
  • the sea-island structure 5 in which stress is easily relieved can be formed in the vicinity of the surface of the Cu member 2 in the welded portion 4 by laser welding in a welding process described later. Due to the formation of the sea-island structure 5, a thick layered intermetallic compound 600 or a large island-shaped intermetallic compound as shown in FIG. 600 can be suppressed from being formed. Therefore, the welding structure 1A of the metal member which is excellent in the joining strength between the Cu member 2 and the Al member 3 can be manufactured.
  • the plating layer 32 can be formed by electroplating, electroless plating, or the like, similarly to the plating layer 22 of the Cu member 2.
  • the Cu member 2 and the Al member 3 are welded.
  • This welding is performed by arranging the Cu member 2 and the plating layer 32 of the Al member 3 to face each other and irradiating a laser from the Al member 3 side.
  • the laser irradiation forms a weld 4 in which the constituent materials of the Al member 3 and the Cu member 2 are melt-solidified.
  • the welded portion 4 produces a welded structure 1A of a metal member in which the Al member 3 and the Cu member 2 are joined.
  • the plating layer 22 of the Cu member 2 and the plating layer 32 of the Al member 3 are welded while being arranged to face each other.
  • the Al member 3 is melted over the front and back of the laser irradiation location. Further, at least a part of the portion of the Cu member 2 facing the melting portion of the Al member 3 is melted. Depending on the laser irradiation conditions, the Cu member 2 is melted over its front and back surfaces, similarly to the Al member 3. In this case, the melt-solidified weld 4 penetrates the Cu member 2. If the weld 4 penetrates the Cu member 2, it can be easily determined that the Al member 3 and the Cu member 2 are welded. This is because welding marks (not shown) are formed on the back surface of the Cu member 2.
  • the type of laser may be any laser that can melt and weld the Al member 3 and the Cu member 2.
  • Examples of the type of laser include a solid-state laser in which the medium of the laser is solid.
  • Type of laser for example a fiber laser, YAG laser, is preferably one of a laser chosen from YVO 4 laser. These lasers easily weld the Al member 3 and the Cu member 2.
  • Each of these lasers also includes known lasers in which the medium of each laser is doped with various materials. That is, in the fiber laser, a core of a fiber as a medium is doped with a rare earth element or the like. Examples of the rare earth element include Yb.
  • the YAG laser may have its medium doped with Nd, Er, or the like.
  • the YVO 4 laser may have its medium doped with Nd or the like.
  • Laser irradiation conditions can be appropriately selected according to the thickness of the Al member 3 or the Cu member 2, the thickness of the welded portion 4, the type of laser, and the like.
  • the laser irradiation conditions are preferably such that the laser beam penetrates through the Cu member 2.
  • the output of the laser is 550 W or more. By setting the laser output to 550 W or more, the surface of the Cu member 2 can be melted. Therefore, the Al member 3 and the Cu member 2 can be welded.
  • the output of the laser is preferably 570 W or more, more preferably 600 W or more.
  • the output of the laser is preferably 850 W or less. By setting the output of the laser to 850 W or less, the output does not become excessively high.
  • the output of the laser is preferably 830 W or less, more preferably 800 W or less.
  • the scanning speed of the laser is 10 mm / sec or more. By setting the laser scanning speed to 10 mm / sec or more, productivity can be improved. This is because the scanning speed is not too slow and the welding time between the Al member 3 and the Cu member 2 is not too long.
  • the scanning speed of the laser is preferably 15 mm / sec or more, more preferably 20 mm / sec or more.
  • the scanning speed of the laser is preferably 90 mm / sec or less. By setting the scanning speed of the laser to 90 mm / sec or less, the scanning speed is not excessively high, and the surface of the Cu member 2 can be melted.
  • the scanning speed of the laser is more preferably 60 mm / sec or less, particularly preferably 30 mm / sec or less.
  • the scanning direction of the laser can be appropriately selected. Here, the scanning direction of the laser is perpendicular to the plane of FIG.
  • the injection direction of the assist gas is preferably a direction orthogonal to the laser irradiation direction.
  • the method for manufacturing a welded structure of a metal member according to the first embodiment can manufacture a welded structure 1A of a metal member having excellent joining strength.
  • the welding structure of the metal member according to the second embodiment is the same as the welding structure 1A of the metal member according to the first embodiment in that a Cu member 2, an Al member 3, and a weld 4 are provided.
  • the welding structure of the metal member according to the second embodiment is different from the welding structure 1A of the metal member according to the first embodiment in that the Al base 31 of the Al member 3 is made of an Al-based alloy.
  • the Al-based alloy is an Al-Mn alloy containing Mn as an additional element. The content of Mn is as described above.
  • the welded portion in the metal member welding structure has a sea-island structure near the surface of the Cu member 2.
  • This sea-island structure is the same as the sea-island structure 5 of the welded portion 4 in the metal member welding structure 1A according to the first embodiment described with reference to FIG. That is, the sea-island structure includes a plurality of small islands dispersed and a sea part interposed between the islands.
  • This island portion contains an additive element of an Al-based alloy in addition to pure Al.
  • the sea part has a eutectic structure of an intermetallic compound phase and a pure Al phase.
  • the intermetallic compound contains Cu and Al. At least one of the intermetallic compound phase and the pure Al phase contains an additive element of the Al-based alloy.
  • Test Example 1 a welded structure of a metal member was prepared, and its joining strength was evaluated.
  • Example No. 1-1 Sample No. As the Cu member 1-1, a Cu base made of a pure Cu plate material was prepared. The thickness of the Cu base material was 0.3 mm.
  • As the Al member a covering member including an Al base made of a plate material of pure Al and a plating layer covering the surface of the Al base was prepared. The thickness of the Al base was 0.6 mm.
  • the plating layer had a single-layer structure of a Ni plating layer. The thickness of the plating layer was 2 ⁇ m.
  • Sample No. Sample No. 1-2 was prepared in the same manner as in Sample No. 1 except that the material of the Al base was changed. Same as 1-1.
  • the Al base was made of an Al—Mn alloy plate material containing 1% by mass of Mn.
  • Sample No. Sample Nos. 1-3 were sample Nos. 1 and 2 except that the plating layer provided on the Al member was formed in a laminated structure. Same as 1-1.
  • the plating layer is obtained by laminating a Ni plating layer and a Sn plating layer in order from the Al substrate side.
  • the thickness of the Ni plating layer and the thickness of the Sn plating layer were both 2 ⁇ m.
  • Sample No. Sample No. 1-4 is Sample No. 1 except for the following two points. Same as 1-1.
  • the Cu member is a coating member having a Cu base and a plating layer covering the surface of the Cu base.
  • the plating layer of the Al member is configured in a laminated structure. No. Same as 1-1.
  • the plating layer of the Cu member had a single-layer structure of a Ni plating layer.
  • the thickness of the Ni plating layer was 2 ⁇ m.
  • the plating layer of the Al member is obtained by laminating a Ni plating layer and a Sn plating layer in order from the Al substrate side. The thickness of the Ni plating layer and the thickness of the Sn plating layer were both 2 ⁇ m.
  • Sample No. 1-5 are sample No. 1 except for the following two points. Same as 1-1. (1) The point that the material of the Al base material was changed. (2) The point that the plating layer provided on the Al member was formed in a laminated structure.
  • the Al base was made of a plate material of an Al—Mn alloy containing 1% by mass of Mn.
  • the plating layer of the Al member is obtained by laminating a Ni plating layer and a Sn plating layer in order from the Al substrate side. The thickness of the Ni plating layer and the thickness of the Sn plating layer were both 2 ⁇ m.
  • Sample No. Sample Nos. 1-6 are Sample No. 1 except for the following two points. Same as 1-1.
  • the Cu member is a coating member including a Cu base and a plating layer covering the surface of the Cu base.
  • the plating layer of the Cu member had a single-layer structure of a Ni plating layer. The thickness of the plating layer was 2 ⁇ m.
  • the Al base was made of an Al—Mn alloy plate material containing 1% by mass of Mn.
  • Sample No. Sample No. 1-101 is Sample No. 1 except that the Al member was constituted only by the Al base material. Same as 1-1. That is, the sample No. The Al member 1-1 has no plating layer.
  • the Cu member and the plating layer of the Al member were arranged to face each other, and laser was irradiated from the Al member side. By this laser irradiation, the Cu member and the Al member were welded. When the Cu member had a plating layer, the plating layers were placed facing each other and welded.
  • the laser irradiation conditions were the output (W) and the scanning speed (mm / sec) shown in Table 1.
  • FIG. No. 1-3 of the weld 4 and the sample No. 1 shows a micrograph of a welded portion 400 of 1-101.
  • Sample No. 1 is used. It had the same sea-island structure as the welded part 1-3.
  • the thickness of the sea-island structure ( ⁇ m), the size of the island portion ( ⁇ m 2 ), the distance between the island portions ( ⁇ m), and the thickness of the sea portion ( ⁇ m) at the welded portion of each sample were measured by the above-described measurement methods. Table 2 shows the results.
  • Sample No. 1-1 to No. It was found that the thickness of each of the sea-island structures 1-6 was 3 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, and particularly 7 ⁇ m or more.
  • each of the island portions 1-6 is 1 ⁇ m 2 or more and 20 ⁇ m 2 or less, further 15 ⁇ m 2 or less, and particularly 10 ⁇ m 2 or less.
  • Sample No. 1-1 to No. It was found that the spacing between the island portions 1-6 was 10 ⁇ m or less, more preferably 7 ⁇ m or less, and particularly 5 ⁇ m or less.
  • Sample No. 1-1 to No. It was found that the thickness of each of the sea portions 1-6 was 5 ⁇ m or less, and further 3 ⁇ m or less.
  • sample No. Sample No. 1-101 of the welded portion 400 A sea-island structure such as 1-3 was not formed (FIG. 6).
  • This sample No. The welded portion 400 of 1-101 is provided at the interface with the surface of the Cu member 200 at the interface between the intermetallic compound 600 made of a very thick layered Al 2 Cu and the very large island-shaped Al 2 Cu. Was formed.
  • the sample No. 1-1 to No. The maximum tensile force of each of Sample Nos. It turns out that it is 1.24 times or more higher than 1-101. In particular, the sample No. The maximum tensile force of Sample No. 1-5 is 2 times higher than 1-101.
  • the welding structure of the metal member prepared by preparing the Al member having the Al base and the plating layer and irradiating the laser under a specific irradiation condition with the laser is only the pure Al base without the plating layer. It can be seen that the bonding strength is excellent as compared with the welded structure of the metal member irradiated with the laser prepared as above.
  • Sample Nos. 1-6 each have an Al substrate composed of pure Al. 1-1, sample No. 1-3, sample no. Excellent in bonding strength compared to 1-4.
  • Sample No. 1-1 In comparison with Sample No. 1-3, when the Al base was made of pure Al, Sample No. having a single-layer structure of the Ni plating layer as the plating layer was used. Sample No. 1-1 has a laminated structure of a Ni plating layer and a Sn plating layer. It can be seen that the bonding strength is superior to that of 1-3.

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Abstract

Ｃｕ部材と、Ａｌ部材と、前記Ｃｕ部材と前記Ａｌ部材の各構成材料が溶融凝固された溶接部とを備え、前記Ｃｕ部材は、Ｃｕを主成分とするＣｕ基材を有し、前記Ａｌ部材は、Ａｌを主成分とするＡｌ基材と、前記Ａｌ基材における前記Ｃｕ部材の表面側を覆うめっき層とを有し、前記溶接部は、前記Ｃｕ部材の表面の近傍に海島構造を備え、前記海島構造は、純Ａｌを含む複数の島部と、前記島部同士の間に介在される海部とを有し、前記海部は、ＣｕとＡｌとの金属間化合物の相と純Ａｌの相との共晶組織を有する、金属部材の溶接構造。

Description

金属部材の溶接構造、及び金属部材の溶接構造の製造方法
　本開示は、金属部材の溶接構造、及び金属部材の溶接構造の製造方法に関する。
　本出願は、２０１８年９月３日付の日本国出願の特願２０１８－１６４８５１に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　Ｃｕ部材とＡｌ部材とを溶接してなる金属部材の溶接構造として、例えば、特許文献１の異種金属同士の接続構造が知られている。この異種金属同士の接続構造は、銅からなる第１金属部とアルミニウムからなる第２金属部とを重ね、加熱しながら加圧して接合することで製造している。
特開２０１４－９７５２６号公報
　本開示に係る金属部材の溶接構造は、
　Ｃｕ部材と、
　Ａｌ部材と、
　前記Ｃｕ部材と前記Ａｌ部材の各構成材料が溶融凝固された溶接部とを備え、
　前記Ｃｕ部材は、Ｃｕを主成分とするＣｕ基材を有し、
　前記Ａｌ部材は、Ａｌを主成分とするＡｌ基材と、前記Ａｌ基材における前記Ｃｕ部材の表面側を覆うめっき層とを有し、
　前記溶接部は、前記Ｃｕ部材の表面の近傍に海島構造を備え、
　前記海島構造は、
　　純Ａｌを含む複数の島部と、
　　前記島部同士の間に介在される海部とを有し、
　前記海部は、ＣｕとＡｌとの金属間化合物の相と純Ａｌの相との共晶組織を有する。
　本開示に係る金属部材の溶接構造の製造方法は、
　Ｃｕ部材と、Ａｌ部材とを準備する工程と、
　前記Ｃｕ部材と前記Ａｌ部材とを溶接する工程とを備え、
　前記準備する工程において、
　　前記Ｃｕ部材は、Ｃｕを主成分とするＣｕ基材を有し、
　　前記Ａｌ部材は、Ａｌを主成分とするＡｌ基材と前記Ａｌ基材を覆うめっき層とを有し、
　前記溶接する工程では、前記Ｃｕ部材と前記Ａｌ部材の前記めっき層とを対向配置させ、前記Ａｌ部材側からレーザーを照射し、
　前記レーザーの照射条件は、
　　出力が５５０Ｗ以上、
　　走査速度が１０ｍｍ／ｓｅｃ以上を満たす。
図１は、実施形態１に係る金属部材の溶接構造の概略を示す断面図である。 図２は、実施形態１に係る金属部材の溶接構造におけるＣｕ部材とＡｌ部材との界面近傍の一例を示す断面図である。 図３は、実施形態１に係る金属部材の溶接構造におけるＣｕ部材とＡｌ部材との界面近傍の他の例を示す断面図である。 図４は、実施形態１に係る金属部材の溶接構造におけるＣｕ部材とＡｌ部材との界面近傍の別の例を示す断面図である。 図５は、実施形態１に係る金属部材の溶接構造における溶接部のＣｕ部材の表面近傍を拡大して示す顕微鏡写真である。 図６は、試料Ｎｏ．１－１０１の金属部材の溶接構造における溶接部のＣｕ部材の表面近傍を拡大して示す顕微鏡写真である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　金属部材の溶接構造におけるＣｕ部材とＡｌ部材との接合強度の更なる向上が望まれている。
　そこで、本開示は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度に優れる金属部材の溶接構造を提供することを目的の一つとする。
　また、本開示は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度に優れる金属部材の溶接構造を製造できる金属部材の溶接構造の製造方法を提供することを目的の一つとする。
　［本開示の効果］
　本開示に係る金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度に優れる。
　本開示に係る金属部材の溶接構造の製造方法は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度に優れる金属部材の溶接構造を製造できる。
　《本開示の実施形態の説明》
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示の一態様に係る金属部材の溶接構造は、
　Ｃｕ部材と、
　Ａｌ部材と、
　前記Ｃｕ部材と前記Ａｌ部材の各構成材料が溶融凝固された溶接部とを備え、
　前記Ｃｕ部材は、Ｃｕを主成分とするＣｕ基材を有し、
　前記Ａｌ部材は、Ａｌを主成分とするＡｌ基材と、前記Ａｌ基材における前記Ｃｕ部材の表面側を覆うめっき層とを有し、
　前記溶接部は、前記Ｃｕ部材の表面の近傍に海島構造を備え、
　前記海島構造は、
　　純Ａｌを含む複数の島部と、
　　前記島部同士の間に介在される海部とを有し、
　前記海部は、ＣｕとＡｌとの金属間化合物の相と純Ａｌの相との共晶組織を有する。
　上記の金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度に優れる。溶接部におけるＣｕ部材の表面の近傍に複数の島部が存在する。その島部は純Ａｌを含むことで延性が相対的に高い。そのため、Ｃｕ部材の表面近傍の延性が高くなり易いからである。また、複数の島部が溶接部におけるＣｕ部材の表面の近傍に分散されることで、当該表面の近傍に作用する応力が分散し易いからである。更に、複数の島部が溶接部におけるＣｕ部材の表面の近傍に存在することで、亀裂が直線的に伝播し難くなるからである。
　（２）上記金属部材の溶接構造の一形態として、
　前記海島構造は、疎密構造を備え、
　前記疎密構造は、
　　前記島部の大きさが小さくて数が多い密な領域と、
　　前記島部の大きさが大きくて数が少ない疎な領域とを有し、
　前記密な領域は、前記Ｃｕ部材の表面側に設けられ、
　前記疎な領域は、前記Ｃｕ部材の表面側とは反対側に設けられることが挙げられる。
　上記の金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度により一層優れる。海島構造におけるＣｕ部材の表面側に微細な島部の密な領域を有することで、溶接部におけるＣｕ部材の表面近傍の延性が高くなり易いからである。その上、溶接部におけるＣｕ部材の表面の近傍に作用する応力が分散し易いからである。また、島部の密な領域を有することで、亀裂が直線的に伝播し難くなるからである。上記の金属部材の溶接構造は、海島構造が島部の疎な領域を有することで、導電率の過度な低下を抑制し易い。
　（３）上記金属部材の溶接構造の一形態として、
　前記海部の厚さが５μｍ以下であることが挙げられる。
　上記の金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度により一層優れる。上記の構成は、海部の厚さが小さくて脆性な金属間化合物の相のサイズが小さい。そのため、上記の構成は、Ｃｕ部材の表面と溶接部との界面の接合強度の低下を抑制できる。
　（４）上記金属部材の溶接構造の一形態として、
　前記島部同士の間隔が１０μｍ以下であることが挙げられる。
　上記の金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度により一層優れる。島部同士の間隔が過度に広すぎず、亀裂が直線的に伝播し難くなるからである。
　（５）上記金属部材の溶接構造の一形態として、
　前記島部の大きさが１μｍ２以上２０μｍ２以下であることが挙げられる。
　島部の大きさが１μｍ２以上であれば、溶接部におけるＣｕ部材の表面近傍の延性が高くなり易い。島部の大きさが２０μｍ２以下であれば過度に大きすぎず、島部同士の間隔が広くなり難い。
　（６）上記金属部材の溶接構造の一形態として、
　前記海島構造の厚さが３μｍ以上であることが挙げられる。
　海島構造の厚さが３μｍ以上であれば、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度がより一層優れる。溶接部におけるＣｕ部材の表面の近傍に作用する応力が分散し易いからである。
　（７）上記金属部材の溶接構造の一形態として、
　前記Ａｌ基材は、添加元素として、Ｓｉを１質量％以上１７質量％以下、Ｆｅを０．０５質量％以上２．５質量％以下、Ｍｎを０．０５質量％以上２．５質量％以下、及びＭｇを０．１質量％以上１．０質量％以下の中から選択される１つ以上を含むことが挙げられる。
　上記添加元素の含有量がそれぞれの下限値以上であれば、純Ａｌに比較してＣｕ部材とＡｌ部材との接合強度が高くなり易い。上記添加元素の含有量がそれぞれの上限値以下であれば、導電率が過度に低下することを抑制できる。
　（８）上記金属部材の溶接構造の一形態として、
　前記めっき層は、Ｎｉめっき層の単層構造であることが挙げられる。
　上記の金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度を高め易い。めっき層が融点の高いＮｉめっき層であることで、上述の海島構造が形成され易いからである。そのため、溶接部におけるＣｕ部材の表面の近傍に、厚さの厚い層状の金属間化合物や大きさの大きな島状の金属間化合物が形成されることを抑制できる。また、単層構造であれば、後述の積層構造に比較してめっき層の形成が容易である。
　（９）上記金属部材の溶接構造の一形態として、
　前記めっき層は、前記Ａｌ基材側から順にＮｉめっき層、Ｓｎめっき層が積層された積層構造であることが挙げられる。
　上記の金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度を高め易い。めっき層が融点の高いＮｉめっき層を有することで、上述の海島構造が形成され易いからである。その上、めっき層がＮｉめっき層の表面に融点の低いＳｎめっき層を有することで、Ｓｎめっき層が接合材として機能し易いからである。
　（１０）上記金属部材の溶接構造の一形態として、
　前記Ｃｕ部材は、前記Ｃｕ基材の表面を覆うめっき層を有することが挙げられる。
　上記の金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材がめっき層を有していても、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度に優れる。
　（１１）上記金属部材の溶接構造の一形態として、
　前記溶接部は、前記Ｃｕ部材を貫通していることが挙げられる。
　上記の金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材とＡｌ部材とが溶接されていることが容易に判別できる。Ｃｕ部材のＡｌ部材とは反対側に溶接痕が形成されるからである。また、上記の金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材の一部を溶融する場合と同程度に接合強度に優れる。
　（１２）本開示の一態様に係る金属部材の溶接構造の製造方法は、
　Ｃｕ部材と、Ａｌ部材とを準備する工程と、
　前記Ｃｕ部材と前記Ａｌ部材とを溶接する工程とを備え、
　前記準備する工程において、
　　前記Ｃｕ部材は、Ｃｕを主成分とするＣｕ基材を有し、
　　前記Ａｌ部材は、Ａｌを主成分とするＡｌ基材と前記Ａｌ基材を覆うめっき層とを有し、
　前記溶接する工程では、前記Ｃｕ部材と前記Ａｌ部材の前記めっき層とを対向配置させ、前記Ａｌ部材側からレーザーを照射し、
　前記レーザーの照射条件は、
　　出力が５５０Ｗ以上、
　　走査速度が１０ｍｍ／ｓｅｃ以上を満たす。
　上記の金属部材の溶接構造の製造方法は、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度に優れる金属部材の溶接構造を製造できる。Ａｌ部材がめっき層を有し、レーザーの出力及び走査速度がそれぞれの範囲を満たすことで、溶接部におけるＣｕ部材の表面の近傍に、延性を高め易く応力を緩和し易い上述の海島構造を形成できるからである。この海島構造の形成により、溶接部におけるＣｕ部材の表面の近傍に、厚さの厚い層状の金属間化合物や大きさの大きな島状の金属間化合物が形成されることを抑制できるからである。この金属間化合物は脆性なＡｌ２Ｃｕである。その金属間化合物のサイズが大きいと、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度が低下する。しかし、サイズの大きな金属間化合物の形成を抑制できることで、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度が低下することを抑制できる。
　上記の金属部材の溶接構造の製造方法は、レーザーの出力を５５０Ｗ以上とすることで、Ｃｕ部材の表面を溶融させられてＣｕ部材とＡｌ部材とを溶接できる。
　上記の金属部材の溶接構造の製造方法は、レーザーの走査速度を１０ｍｍ／ｓｅｃ以上とすることで、生産性を向上できる。走査速度が過度に遅すぎず、Ｃｕ部材とＡｌ部材との溶接時間が長くなりすぎないからである。
　（１３）上記金属部材の溶接構造の製造方法の一形態として、
　前記レーザーは、ファイバーレーザーであることが挙げられる。
　上記の金属部材の溶接構造の製造方法は、Ｃｕ部材とＡｌ部材とを溶接し易い。
　（１４）上記金属部材の溶接構造の製造方法の一形態として、
　前記レーザーは、前記Ｃｕ部材を貫通するように照射することが挙げられる。
　上記の金属部材の溶接構造の製造方法は、Ｃｕ部材とＡｌ部材とが溶接されていることが容易に判別できる金属部材の溶接構造を製造できる。Ｃｕ部材のＡｌ部材とは反対側に溶接痕が形成されるからである。Ｃｕ部材を貫通するほどＣｕを溶融させると、脆性な金属間化合物が形成されるため接合強度が低下すると考えられていた。しかし、めっき層を有するＡｌ部材を準備して特定の照射条件のレーザーを照射すれば、脆性な金属間化合物のサイズが小さくなり易い。そのため、接合強度が低下することを抑制できる。よって、上記の金属部材の溶接構造の製造方法は、Ｃｕ部材の一部を溶融する場合と同程度の接合強度を有する金属部材の溶接構造を製造できる。
　（１５）上記金属部材の溶接構造の製造方法の一形態として、
　前記Ｃｕ部材は、前記Ｃｕ基材の表面を覆うめっき層を有し、
　前記溶接する工程では、前記Ｃｕ部材の前記めっき層と前記Ａｌ部材の前記めっき層とを対向配置させて溶接することが挙げられる。
　上記の金属部材の溶接構造の製造方法は、Ｃｕ部材がめっき層を有していても、Ｃｕ部材とＡｌ部材との接合強度に優れる金属部材の溶接構造を製造できる。
　《本開示の実施形態の詳細》
　本開示の実施形態の詳細を、以下に説明する。実施形態での説明は、金属部材の溶接構造、金属部材の溶接構造の製造方法、の順に行う。
　〔実施形態１〕
　［金属部材の溶接構造］
　図１～図５を参照して実施形態１に係る金属部材の溶接構造１Ａを説明する。金属部材の溶接構造１Ａは、Ｃｕ部材２と、Ａｌ部材３と、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３とを接合する溶接部４とを備える（図１）。金属部材の溶接構造１Ａの特徴の一つは、溶接部４が特定の組織の海島構造５を備える点にある（図５）。以下、各構成を詳細に説明する。以下の説明は、Ｃｕ部材２のＡｌ部材３側を表（図１の紙面上側）、その反対側を裏（図１の紙面下側）として行う。また、以下の説明は、Ａｌ部材３のＣｕ部材２側を裏（図１の紙面下側）とし、その反対側を表（図１の紙面上側）として行う。そして、以下の説明は、この表裏方向を厚さ方向として行う。図２～図４は、図１の太点線の四角内を拡大して示している。即ち、図２～図４は、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３との界面の近傍を拡大して示す。図５は、図１の太破線の四角内を拡大して示している。即ち、図５は、溶接部４におけるＣｕ部材２の表面の近傍を拡大した顕微鏡写真である。図中の同一符号は同一名称物を示す。
　　（Ｃｕ部材）
　Ｃｕ部材２は、Ｃｕ基材２１を有する（図１～図５）。Ｃｕ部材２は、ここではＣｕ基材２１のみで構成している（図１～図３，図５）。なお、Ｃｕ部材２は、Ｃｕ基材２１と後述のめっき層２２（図４）とを有する被覆部材で構成していてもよい。
　　　〈Ｃｕ基材〉
　Ｃｕ基材２１は、Ｃｕを主成分とする。Ｃｕを主成分とするとは、純ＣｕやＣｕ基合金をいう。Ｃｕ基材２１は、不可避的不純物を含むことを許容する。Ｃｕ基合金の添加元素は、例えば、Ｓｉ（ケイ素），Ｆｅ（鉄），Ｍｎ（マンガン），Ｔｉ（チタン），Ｍｇ（マグネシウム），Ｓｎ（スズ），Ａｇ（銀），Ｉｎ（インジウム），Ｓｒ（ストロンチウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｎｉ（ニッケル），Ａｌ（アルミニウム），及びＰ（リン）から選択される１種以上の元素が挙げられる。これらの添加元素の含有量は、導電率の過度な低下が生じない範囲で適宜選択できる。添加元素の合計含有量は、例えば０．００１質量％以上０．１質量％以下が好ましく、更に０．００５質量％以上０．０７質量％以下が好ましく、特に０．０１質量％以上０．０５質量％以下が好ましい。ここでは、Ｃｕ基材２１は、純Ｃｕとしている。
　Ｃｕ基材２１の形状は、適宜選択できる。Ｃｕ基材２１の形状は、代表的には板状が挙げられる。Ｃｕ基材２１の厚さは、適宜選択できる。Ｃｕ基材２１の厚さは、例えば０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下が挙げられ、更に０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が挙げられ、特に０．３５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が挙げられる。Ｃｕ基材２１の厚さは、Ｃｕ基材２１における溶接部４以外の箇所の厚さとする。この点は、後述のめっき層２２（図４）の厚さや、Ａｌ部材３のＡｌ基材３１及びめっき層３２の厚さでも同様である。
　　　〈めっき層〉
　めっき層２２は、Ｃｕ基材２１の表面を覆う（図４）。即ち、めっき層２２は、Ｃｕ基材２１におけるＡｌ部材３側の面を覆う。めっき層２２は、代表的には、Ｎｉめっき層が挙げられる。めっき層２２の厚さは、適宜選択できる。めっき層２２の厚さは、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下が挙げられ、更に１．５μｍ以上８μｍ以下が挙げられ、特に２μｍ以上６μｍ以下が挙げられる。
　　（Ａｌ部材）
　Ａｌ部材３は、Ａｌ基材３１とめっき層３２とを有する被覆部材である。めっき層３２は、Ａｌ基材３１の裏面を覆う。即ち、めっき層３２は、Ａｌ基材３１におけるＣｕ部材２の側の面を覆う。
　　　〈Ａｌ基材〉
　Ａｌ基材３１は、Ａｌを主成分とする。Ａｌを主成分とするとは、純ＡｌやＡｌ基合金をいう。Ａｌ基材３１は、不可避的不純物を含むことを許容する。Ａｌ基合金の添加元素は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、及びＭｇの中から選択される１種以上の元素が挙げられる。
　Ｓｉの含有量は、例えば、１質量％以上１７質量％以下が挙げられ、更に２．５質量％以上１５質量％以下が挙げられ、特に４質量％以上１３質量％以下が挙げられる。Ｆｅの含有量は、例えば、０．０５質量％以上２．５質量％以下が挙げられ、更に０．２５質量％以上２質量％以下が挙げられ、特に０．５質量％以上１．５質量％以下が挙げられる。Ｍｎの含有量は、例えば、０．０５質量％以上２．５質量％以下が挙げられ、更に０．２５質量％以上２質量％以下が挙げられ、特に０．５質量％以上１．５質量％以下が挙げられる。Ｍｇの含有量は、例えば、０．１質量％以上１．０質量％以下が挙げられ、更に０．２質量％以上０．９質量％以下が挙げられ、特に０．３質量％以上０．８質量％以下が挙げられる。これらの添加元素の含有量がそれぞれの下限値以上であることで、純Ａｌに比較してＣｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度が高くなり易い。これらの添加元素の含有量がそれぞれの上限値以下であることで、導電率が過度に低下することを抑制できる。ここでは、Ａｌ基材３１は、純Ａｌで構成している。Ａｌ基材３１をＡｌ基合金で構成する形態は、後述する実施形態２で説明する。
　Ａｌ基材３１の形状は、適宜選択できる。Ａｌ基材３１の形状は、Ｃｕ部材２と同様、代表的には板状が挙げられる。Ａｌ基材３１の厚さは、適宜選択できる。Ａｌ基材３１の厚さは、例えば０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下が挙げられ、更に０．２５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下が挙げられ、特に０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下が挙げられる。
　　　〈めっき層〉
　めっき層３２は、例えば、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。単層構造としては、Ｎｉめっき層３２１で構成することが挙げられる（図２）。積層構造としては、Ａｌ基材３１側から順にＮｉめっき層３２１とＳｎめっき層３２２とが積層された構造が挙げられる（図３～図５）。めっき層３２の厚さは、適宜選択できる。例えば、めっき層３２が単層構造の場合、Ｎｉめっき層３２１の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下が挙げられ、更に１．５μｍ以上８μｍ以下が挙げられ、特に２μｍ以上６μｍ以下が挙げられる。めっき層３２が積層構造の場合、Ｎｉめっき層３２１及びＳｎめっき層３２２の厚さはそれぞれ、１μｍ以上１０μｍ以下が挙げられ、更に１．５μｍ以上８μｍ以下が挙げられ、特に２μｍ以上６μｍ以下が挙げられる。Ｎｉめっき層３２１は、後述するＮｉめっき層３２１の形成方法によっては添加元素を含むことがある。その添加元素は、例えば、リン（Ｐ）などが挙げられる。その添加元素の含有量は、少量である。
　　（溶接部）
　溶接部４は、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３とを接合する部分であり、各構成材料が溶融凝固されて構成されている。即ち、溶接部４の主たる構成元素は、Ａｌ，及びＣｕである。金属部材の溶接構造１Ａの厚さ方向に沿った溶接部４の形成領域は、Ａｌ部材３の表面からＣｕ部材２の少なくとも一部にわたった領域とすることが挙げられる。即ち、溶接部４は、Ａｌ部材３をその表裏に貫通している。この溶接部４の形成領域は、Ｃｕ部材２の裏面にわたる領域とすることが好ましい。即ち、溶接部４は、Ｃｕ部材２をその表裏に貫通していることが好ましい。溶接部４がＣｕ部材２を貫通していれば、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３とが溶接されていることを容易に判別できる。Ｃｕ部材２の裏面に溶接痕が形成されるからである。
　溶接部４は、Ｃｕ部材２の表面の近傍に、後述する図６に示すような厚さの厚い層状の金属間化合物６００や大きさの大きな島状の金属間化合物６００が実質的に存在していない（図５）。この金属間化合物６００は、脆性なＡｌ２Ｃｕであり、サイズが大きいとＣｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度が低下する。即ち、サイズの大きな金属間化合物６００が溶接部４におけるＣｕ部材２の表面の近傍に実質的に存在していないことで、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度を高められる。この溶接部４は、Ｃｕ部材２の表面の近傍に海島構造５を備える。
　　　〈海島構造〉
　海島構造５は、図５に示すように、分散する複数の小さな島部５１と、島部５１同士の間に介在される海部５２とを備える。この海島構造５は、溶接部４におけるＣｕ部材２の表面の近傍に作用する応力を分散させ易い。溶接部４におけるＣｕ部材２の表面の近傍において、上記金属間化合物６００（図６）に比較して島部５１の表面積が大きくなり易いからである。そのため、金属部材の溶接構造１Ａは、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度に優れる。
　海島構造５の厚さは、例えば、３μｍ以上が好ましい。海島構造５の厚さが３μｍ以上であれば、溶接部４におけるＣｕ部材２の表面の近傍に作用する応力が分散し易い。そのため、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度が高くなり易い。海島構造５の厚さは、更に５μｍ以上が好ましく、特に７μｍ以上が好ましい。この海島構造５の厚さの上限は、例えば３０μｍ以下が好ましい。海島構造５の厚さが３０μｍ以下であれば、亀裂が直線的に伝播することを抑制できる。海島構造５が過度に厚すぎず、島部５１同士の間隔が広くなり過ぎないからである。
　海島構造５の厚さは、次のようにして求める。まず、溶接部４の断面をとる。この断面は、金属部材の溶接構造１Ａの厚さ方向と溶接部４の長手方向（図１の紙面垂直方向）との両方に直交する方向（図１の紙面左右方向）に沿った断面（横断面）とする。この断面におけるＣｕ部材２の表面の近傍に１つ以上の観察視野をとる。各視野の倍率及び各視野サイズは、Ｃｕ部材２の表面と、Ｃｕ部材２の表面に対して直交する方向に沿ってＣｕ部材２の表面から最も遠い島部５１とが同一視野内に含まれるサイズとする。各視野につきＣｕ部材２の表面に対して直交する仮想線を３本以上引く。各仮想線上において、Ｃｕ部材２の表面と、Ｃｕ部材２の表面から最も遠い島部５１のＣｕ部材２とは反対側の交点との間の長さを測定する。全ての長さの平均を海島構造５の厚さとする。
　海島構造５は、密な領域５１１と疎な領域５１２とを有する疎密構造５１０を備える。密な領域５１１は、島部５１の密度の高い領域である。密な領域５１１は、Ｃｕ部材２の表面側に設けられる。疎な領域５１２は、島部５１の密度の低い領域である。疎な領域５１２は、Ｃｕ部材２の表面側とは反対側に設けられる。相対的に、密な領域５１１の島部５１の大きさは小さく、島部５１の数は多い。また、相対的に、疎な領域５１２の島部５１の大きさは大きく、島部５１の数は少ない。この疎密構造５１０は、溶接部４におけるＣｕ部材２の表面の近傍に作用する応力を分散させ易い。そのため、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度が高くなり易い。密な領域５１１から疎な領域５１２に向かって段々、島部５１の大きさが大きく、島部５１の数が少なくなる傾向にある。
　　　　・島部
　島部５１は、純Ａｌを含む。島部５１が純Ａｌを含むため、島部５１の延性は相対的に高い。この島部５１はＣｕ部材２の表面側に多く存在する。そのため、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度が高くなり易い。Ａｌ基材３１がＡｌ基合金の場合、島部５１は、純Ａｌに加えてＡｌ基合金の添加元素を含むことがある。この添加元素は、純Ａｌ中に固溶していることが好ましい。島部５１の組成は、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）により分析できる。
　島部５１の大きさは、例えば、１μｍ２以上２０μｍ２以下が好ましい。島部５１の大きさが１μｍ２以上であれば、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度が高くなり易い。それは、溶接部４の延性を高め易いからである。島部５１の大きさが２０μｍ２以下であれば、島部５１が過度に大きすぎず、島部５１同士の間隔が広くなり難い。島部５１の大きさは、更に２μｍ２以上１５μｍ２以下が好ましく、特に３μｍ２以上１０μｍ２以下が好ましい。
　島部５１の大きさは、溶接部４の断面における２つ以上の視野内に存在する全ての島部５１の面積の平均とする。島部５１の面積は、市販の画像解析ソフトにより求められる。断面の採り方は、上述の通りである。各視野の倍率は、１００００倍とし、視野サイズは、Ｃｕ部材２の表面からその表面に対して直交する方向に１５μｍまでの範囲内で１０μｍ×１０μｍとする。
　島部５１同士の間隔は、例えば、１０μｍ以下が好ましい。島部５１同士の間隔が過度に広すぎず、亀裂が直線的に伝播することを抑制できるからである。島部５１同士の間隔は、更に７μｍ以下が好ましく、特に５μｍ以下が好ましい。島部５１同士の間隔の下限は、例えば、０．５μｍ以上が挙げられる。島部５１同士の間隔が０．５μｍ以上であれば、島部５１同士の間隔が過度に狭すぎず、溶接部４に作用する応力が分散し易い。特に、溶接部４におけるＣｕ部材２の表面の近傍に作用する応力が分散し易い。
　島部５１同士の間隔は、次のようにして求める。溶接部４の断面において、２つ以上の観察視野をとる。各視野につきＣｕ部材２の表面に直交する仮想線を５本以上引く。各仮想線上における隣り合う島部５１同士の中心間の長さを測定する。全ての中心間長さの平均を島部５１同士の間隔とする。断面の採り方及び視野については、島部５１の大きさの場合と同様である。
　　　　・海部
　海部５２は、島部５１同士の間に三次元網目状に形成されている。海部５２は、金属間化合物の相と純Ａｌの相との共晶組織を有する。金属間化合物は、ＣｕとＡｌとを含む。金属間化合物は、代表的にはＡｌ２Ｃｕが挙げられる。Ａｌ基材３１がＡｌ基合金の場合、金属間化合物の相と純Ａｌの相の少なくとも一方の相は、Ａｌ基合金の添加元素を含むことがある。この添加元素は、含まれる相に固溶していることが好ましい。この共晶組織は、金属間化合物の相と純Ａｌの相とが交互に積層されるラメラ状である。金属間化合物の相と純Ａｌの相の積層方向が一方向に揃っているよりも、積層方向が種々の方向を向くように金属間化合物の相と純Ａｌの相とがランダムに配置されていることが好ましい。溶接部４に作用する応力がより一層分散し易いからである。
　海部５２の厚さは、例えば、５μｍ以下が好ましい。海部５２の厚さが５μｍ以下であれば、海部５２の厚さが薄くて脆性な金属間化合物の相のサイズが小さい。そのため、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度が低下することを抑制し易い。海部５２の厚さは、更に３μｍ以下が好ましく、特に２μｍ以下が好ましい。
　海部５２の厚さは、島部５１同士の間隔と同様の求め方で求める。溶接部４の断面において、２つ以上の観察視野をとる。各視野につきＣｕ部材２の表面に直交する仮想線を５本以上引く。各仮想線上における隣り合う島部５１同士の間の長さを測定する。全ての長さの平均を海部５２の厚さとする。断面の採り方及び視野については、島部５１の大きさの場合と同様である。
　　［用途］
　実施形態１に係る金属部材の溶接構造１Ａは、各種のバスバーや、車載電池モジュールに好適に利用できる。
　〔作用効果〕
　実施形態１に係る金属部材の溶接構造１Ａは、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度に優れる。
　［金属部材の溶接構造の製造方法］
　適宜図１を参照して、実施形態１に係る金属部材の溶接構造の製造方法を説明する。実施形態１に係る金属部材の溶接構造の製造方法は、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３とを準備する工程（以下、準備工程ということがある）と、レーザーを照射してＡｌ部材３とＣｕ部材２とを溶接する工程（以下、溶接工程ということがある）とを備える。この金属部材の溶接構造の製造方法の特徴の一つは、準備工程でめっき層３２を有するＡｌ部材３を準備する点と、溶接工程で特定の照射条件のレーザーを照射する点とにある。この金属部材の溶接構造の製造方法は、上述した金属部材の溶接構造１Ａを製造できる。以下、各工程の詳細を説明する。
　　［準備工程］
　準備工程では、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３とを準備する。
　　　（Ｃｕ部材）
　Ｃｕ部材２は、Ｃｕを主成分とするＣｕ基材２１で構成している。なお、Ｃｕ部材２は、上述のようにＣｕ基材２１とめっき層２２とを有する被覆部材で構成してもよい。Ｃｕ基材２１の組成、形状、及び厚さは、上述した通りである。ここでは、Ｃｕ基材２１の組成は、純Ｃｕとしている。Ｃｕ基材２１の形状は、板状としている。めっき層２２の種類や厚さは上述した通りである。めっき層２２の形成は、電気めっきや無電解めっきなどで行える。
　　　（Ａｌ部材）
　Ａｌ部材３は、Ａｌを主成分とするＡｌ基材３１とめっき層３２とを有する。Ａｌ基材３１の組成、形状、及び厚さは、上述した通りである。ここでは、Ａｌ基材３１の組成は純Ａｌとしている。Ａｌ基材３１の形状は、板状としている。めっき層３２は、Ａｌ基材３１側から順にＮｉめっき層３２１、Ｓｎめっき層３２２が積層された積層構造としている（図３）。勿論、めっき層３２は、Ｎｉめっき層３２１の単層構造としてもよい（図２）。Ａｌ部材３がめっき層３２を備えることで、後述の溶接工程でレーザー溶接すると、溶接部４におけるＣｕ部材２の表面の近傍に、応力を緩和し易い海島構造５を形成できる。この海島構造５の形成により、溶接部４におけるＣｕ部材２の表面の近傍に、後述する図６に示すような厚さの厚い層状の金属間化合物６００や大きさの大きな島状の金属間化合物６００が形成されることを抑制できる。そのため、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３との接合強度に優れる金属部材の溶接構造１Ａを製造できる。めっき層３２の形成は、Ｃｕ部材２のめっき層２２と同様、電気めっきや無電解めっきなどで行える。
　　［溶接工程］
　溶接工程では、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３とを溶接する。この溶接は、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３のめっき層３２とを対向配置させ、Ａｌ部材３側からレーザーを照射することで行う。レーザーの照射により、Ａｌ部材３とＣｕ部材２の各構成材料が溶融凝固された溶接部４が形成される。この溶接部４によって、Ａｌ部材３とＣｕ部材２とが接合された金属部材の溶接構造１Ａが製造される。なお、Ｃｕ部材２がめっき層２２を有する場合には、Ｃｕ部材２のめっき層２２とＡｌ部材３のめっき層３２とを互いに対向配置させて溶接する。
　レーザーの照射により、Ａｌ部材３は、そのレーザーの照射箇所の表裏にわたって溶融される。また、Ｃｕ部材２は、Ａｌ部材３の溶融箇所に対向する箇所の少なくとも一部が溶融される。レーザーの照射条件によっては、Ｃｕ部材２は、Ａｌ部材３と同様、その表裏にわたって溶融される。その場合、溶融凝固した溶接部４は、Ｃｕ部材２を貫通する。溶接部４がＣｕ部材２を貫通すれば、Ａｌ部材３とＣｕ部材２とが溶接されていることが容易に判別できる。Ｃｕ部材２の裏面に溶接痕（図示略）が形成されるからである。Ｃｕ部材２を貫通するほどＣｕを溶融させると、脆性な金属間化合物（Ａｌ２Ｃｕ）が形成されるため接合強度が低下すると考えられていた。しかし、めっき層３２を有するＡｌ部材３を準備して特定の照射除件のレーザーを照射すれば、脆性な金属間化合物のサイズが小さくなり易い。そのため、接合強度が低下することを抑制できる。よって、Ｃｕ部材２を貫通するほどＣｕを溶融させる場合であっても、Ｃｕ部材２の一部を溶融する場合と同程度の接合強度を有する金属部材の溶接構造１Ａを製造できる。
　レーザーの種類は、Ａｌ部材３とＣｕ部材２とを溶融して溶接可能なレーザーであればよい。レーザーの種類は、レーザーの媒体が固体である固体レーザーが挙げられる。レーザーの種類は、例えばファイバーレーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザーの中から選択される１種のレーザーであることが好ましい。これらのレーザーは、Ａｌ部材３とＣｕ部材２とを溶接し易い。これらレーザーの各々には、各レーザーの媒体に種々の材料がドープされた公知のレーザーも含む。即ち、上記ファイバーレーザーは、その媒体であるファイバーのコアに希土類元素などがドープされていることが挙げられる。希土類元素としては、例えば、Ｙｂなどが挙げられる。上記ＹＡＧレーザーは、その媒体にＮｄ、Ｅｒなどがドープされていてもよい。上記ＹＶＯ４レーザーは、その媒体にＮｄなどがドープされていてもよい。
　レーザーの照射条件は、Ａｌ部材３やＣｕ部材２の厚さや、溶接部４の厚さ、レーザーの種類などに応じて適宜選択できる。レーザーの照射条件は、Ｃｕ部材２を貫通する程度の条件であることが好ましい。
　レーザーの出力は、５５０Ｗ以上が挙げられる。レーザーの出力を５５０Ｗ以上とすることで、Ｃｕ部材２の表面を溶融させられる。そのため、Ａｌ部材３とＣｕ部材２とを溶接できる。レーザーの出力は、５７０Ｗ以上が好ましく、更に６００Ｗ以上が好ましい。レーザーの出力は、８５０Ｗ以下が好ましい。レーザーの出力を８５０Ｗ以下とすることで、過度に出力が高くなり過ぎない。レーザーの出力は、更に８３０Ｗ以下が好ましく、特に８００Ｗ以下が好ましい。
　レーザーの走査速度は、１０ｍｍ／ｓｅｃ以上が挙げられる。レーザーの走査速度を１０ｍｍ／ｓｅｃ以上とすることで、生産性を向上できる。走査速度が過度に遅すぎず、Ａｌ部材３とＣｕ部材２との溶接時間が長くなりすぎないからである。レーザーの走査速度は、１５ｍｍ／ｓｅｃ以上が好ましく、更に２０ｍｍ／ｓｅｃ以上が好ましい。レーザーの走査速度は、９０ｍｍ／ｓｅｃ以下が好ましい。レーザーの走査速度を９０ｍｍ／ｓｅｃ以下とすることで、走査速度が過度に早すぎず、Ｃｕ部材２の表面を溶融させられる。レーザーの走査速度は、更に６０ｍｍ／ｓｅｃ以下が好ましく、特に３０ｍｍ／ｓｅｃ以下が好ましい。レーザーの走査方向は、適宜選択できる。レーザーの走査方向は、ここでは図１の紙面垂直方向としている。
　レーザー照射時のアシストガスは、窒素ガスが好ましい。アシストガスの噴射方向はレーザーの照射方向に対して直交する方向とすることが好ましい。
　〔作用効果〕
　実施形態１に係る金属部材の溶接構造の製造方法は、接合強度に優れる金属部材の溶接構造１Ａを製造できる。
　〔実施形態２〕
　実施形態２に係る金属部材の溶接構造は、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３と溶接部４とを備える点は実施形態１に係る金属部材の溶接構造１Ａと同様である。実施形態２に係る金属部材の溶接構造は、Ａｌ部材３におけるＡｌ基材３１がＡｌ基合金で構成されている点が実施形態１に係る金属部材の溶接構造１Ａと相違する。具体的には、Ａｌ基合金は、添加元素としてＭｎを含むＡｌ－Ｍｎ合金である。Ｍｎの含有量は、上述した通りである。この金属部材の溶接構造における溶接部は、Ｃｕ部材２の表面の近傍に海島構造を有する。この海島構造は、図５を参照して説明した実施形態１に係る金属部材の溶接構造１Ａにおける溶接部４の海島構造５と同様である。即ち、海島構造は、分散する複数の小さな島部と、島部同士の間に介在される海部とを備える。この島部は、純Ａｌに加えてＡｌ基合金の添加元素を含む。海部は、金属間化合物の相と純Ａｌの相との共晶組織を有する。金属間化合物は、ＣｕとＡｌとを含む。金属間化合物の相と純Ａｌの相の少なくとも一方の相は、Ａｌ基合金の添加元素を含む。
　《試験例１》
　試験例１では、金属部材の溶接構造を作製して、その接合強度を評価した。
　〔試料Ｎｏ．１－１～Ｎｏ．１－６、Ｎｏ．１－１０１〕
　各試料の金属部材の溶接構造は、上述の金属部材の溶接構造の製造方法と同様にして、準備工程と溶接工程とを経て作製した。
　　［準備工程］
　準備工程では、Ｃｕ部材とＡｌ部材とを準備した。各試料におけるＣｕ部材とＡｌ部材の組み合わせは表１の通りである。
　　　（試料Ｎｏ．１－１）
　試料Ｎｏ．１－１のＣｕ部材には、純Ｃｕの板材からなるＣｕ基材を用意した。Ｃｕ基材の厚さは、０．３ｍｍとした。Ａｌ部材には、純Ａｌの板材からなるＡｌ基材と、Ａｌ基材の表面を覆うめっき層とを備える被覆部材を用意した。Ａｌ基材の厚さは、０．６ｍｍとした。めっき層は、Ｎｉめっき層の単層構造とした。めっき層の厚さは、２μｍとした。
　　　（試料Ｎｏ．１－２）
　試料Ｎｏ．１－２は、Ａｌ基材の材質を異ならせた点を除き、試料Ｎｏ．１－１と同じとした。Ａｌ基材は、Ｍｎを１質量％含むＡｌ－Ｍｎ合金の板材で構成した。
　　　（試料Ｎｏ．１－３）
　試料Ｎｏ．１－３は、Ａｌ部材に備わるめっき層を積層構造で構成した点を除き、試料Ｎｏ．１－１と同じとした。めっき層は、Ａｌ基材側から順に、Ｎｉめっき層とＳｎめっき層とを積層したものである。Ｎｉめっき層の厚さとＳｎめっき層の厚さは、いずれも２μｍとした。
　　　（試料Ｎｏ．１－４）
　試料Ｎｏ．１－４は、以下の２つの点を除き、試料Ｎｏ．１－１と同じとした。
　（１）Ｃｕ部材を、Ｃｕ基材とＣｕ基材の表面を覆うめっき層とを備える被覆部材とした点
　（２）Ａｌ部材に備わるめっき層を積層構造で構成した点
　Ｃｕ基材は、試料Ｎｏ．１－１と同じとした。Ｃｕ部材のめっき層は、Ｎｉめっき層の単層構造とした。このＮｉめっき層の厚さは、２μｍとした。Ａｌ部材のめっき層は、Ａｌ基材側から順に、Ｎｉめっき層とＳｎめっき層とを積層したものである。このＮｉめっき層の厚さとＳｎめっき層の厚さは、いずれも２μｍとした。
　　　（試料Ｎｏ．１－５）
　試料Ｎｏ．１－５は、以下の２つの点を除き、試料Ｎｏ．１－１と同じとした。
　（１）Ａｌ基材の材質を異ならせた点
　（２）Ａｌ部材に備わるめっき層を積層構造で構成した点
　Ａｌ基材は、Ｍｎを１質量％含むＡｌ－Ｍｎ合金の板材で構成した。Ａｌ部材のめっき層は、Ａｌ基材側から順に、Ｎｉめっき層とＳｎめっき層とを積層したものである。このＮｉめっき層の厚さとＳｎめっき層の厚さは、いずれも２μｍとした。
　　　（試料Ｎｏ．１－６）
　試料Ｎｏ．１－６は、以下の２つの点を除き、試料Ｎｏ．１－１と同じとした。
　（１）Ｃｕ部材を、Ｃｕ基材と、Ｃｕ基材の表面を覆うめっき層とを備える被覆部材とした点
　（２）Ａｌ基材の材質を異ならせた点
　Ｃｕ基材は、試料Ｎｏ．１－１と同じとした。Ｃｕ部材のめっき層は、Ｎｉめっき層の単層構造とした。めっき層の厚さは、２μｍとした。Ａｌ基材は、Ｍｎを１質量％含むＡｌ－Ｍｎ合金の板材で構成した。
　　　（試料Ｎｏ．１－１０１）
　試料Ｎｏ．１－１０１は、Ａｌ部材をＡｌ基材のみで構成した点を除き、試料Ｎｏ．１－１と同じとした。即ち、試料Ｎｏ．１－１のＡｌ部材は、めっき層を有していない。
　　［溶接工程］
　溶接工程では、Ｃｕ部材とＡｌ部材のめっき層とを対向配置させ、Ａｌ部材側からレーザーを照射した。このレーザーの照射により、Ｃｕ部材とＡｌ部材とを溶接した。Ｃｕ部材がめっき層を有する場合には、めっき層同士を対向配置させて溶接した。レーザーの照射条件は、表１に示す出力（Ｗ）及び走査速度（ｍｍ／ｓｅｃ）とした。
　〔組織分析〕
　各試料の金属部材の溶接構造における溶接部の組織を分析した。図５，図６に、代表的に試料Ｎｏ．１－３の溶接部４と試料Ｎｏ．１－１０１の溶接部４００の顕微鏡写真を示す。
　試料Ｎｏ．１－３の溶接部４は、上述したように、Ｃｕ部材２の表面の近傍に海島構造５を備えることが分かった。試料Ｎｏ．１－３の溶接部４における海島構造５は、上述したように、密な領域５１１と疎な領域５１２とを有する疎密構造５１０を備えることが分かった。密な領域５１１は、島部５１の密度の高い領域である。密な領域５１１は、Ｃｕ部材２の表面側に設けられている。疎な領域５１２は、島部５１の密度の低い領域である。疎な領域５１２は、Ｃｕ部材２の表面側とは反対側に設けられている。試料Ｎｏ．１－１、Ｎｏ．１－２、Ｎｏ．１－４～Ｎｏ．１－６の溶接部は、図示は省略しているが、試料Ｎｏ．１－３の溶接部と同様の海島構造を有していた。各試料の溶接部における海島構造の厚さ（μｍ）、島部の大きさ（μｍ２）、島部同士の間隔（μｍ）、海部の厚さ（μｍ）を上述した測定方法により測定した。その結果を、表２に示す。試料Ｎｏ．１－１～Ｎｏ．１－６の海島構造の厚さはいずれも、３μｍ以上であり、更に５μｍ以上であり、特に７μｍ以上であることが分かった。また、試料Ｎｏ．１－１～Ｎｏ．１－６の島部の大きさはいずれも、１μｍ２以上２０μｍ２以下であり、更に１５μｍ２以下であり、特に１０μｍ２以下であることが分かった。試料Ｎｏ．１－１～Ｎｏ．１－６の島部同士の間隔はいずれも、１０μｍ以下であり、更に７μｍ以下であり、特に５μｍ以下であることが分かった。試料Ｎｏ．１－１～Ｎｏ．１－６の海部の厚さはいずれも、５μｍ以下であり、更に３μｍ以下であることが分かった。
　一方、試料Ｎｏ．１－１０１の溶接部４００は、試料Ｎｏ．１－３のような海島構造が形成されていなかった（図６）。この試料Ｎｏ．１－１０１の溶接部４００は、Ｃｕ部材２００の表面との界面に、厚さの非常に厚い層状のＡｌ２Ｃｕからなる金属間化合物６００や、大きさの非常に大きな島状のＡｌ２Ｃｕからなる金属間化合物６００が形成されていた。
　〔接合強度の評価〕
　各試料の接合強度は、Ｃｕ部材２とＡｌ部材３とを互いの対向面に対して垂直方向にかつ互いに離れる方向に引張ったときの最大引張力（Ｎ）を測定することで評価した。ここでは、レーザーの走査方向（溶接部の長手方向）に沿って溶接部が剥がれるように、両部材を引っ張った。溶接部の剥がれる速度は５０ｍｍ／ｍｉｎとなるようにした。各試料の最大引張力の結果は、試料Ｎｏ．１－１，Ｎｏ．１－２，Ｎｏ．１－１０１では評価数ｎ＝３の最大引張力の平均とし、試料Ｎｏ．１－２～Ｎｏ．１－６では評価数ｎ＝５の最大引張力の平均とした。その結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、試料Ｎｏ．１－１～Ｎｏ．１－６の最大引張力はいずれも、試料Ｎｏ．１－１０１に比較して、１．２４倍以上高いことが分かる。特に、試料Ｎｏ．１－５の最大引張力は、試料Ｎｏ．１－１０１の２倍以上高い。
　このように、Ａｌ基材とめっき層とを有するＡｌ部材を用意し、特定の照射条件でレーザーを照射して溶接した金属部材の溶接構造は、めっき層を有さず純Ａｌの基材のみを用意してレーザーを照射した金属部材の溶接構造に比較して、接合強度に優れることが分かる。
　試料Ｎｏ．１－１と試料Ｎｏ．１－２との比較と、試料Ｎｏ．１－３と試料Ｎｏ．１－５との比較と、試料Ｎｏ．１－４と試料Ｎｏ．１－６との比較とから、次のことが分かる。Ａｌ基材をＡｌ基合金で構成した試料Ｎｏ．１－２、試料Ｎｏ．１－５、試料Ｎｏ．１－６はそれぞれ、Ａｌ基材を純Ａｌで構成した試料Ｎｏ．１－１、試料Ｎｏ．１－３、試料Ｎｏ．１－４に比較して、接合強度に優れる。
　試料Ｎｏ．１－３と試料Ｎｏ．１－４との比較と、試料Ｎｏ．１－５と試料Ｎｏ．１－６との比較とから、次のことが分かる。Ｃｕ部材をＣｕ基材のみで構成した試料Ｎｏ．１－３、試料Ｎｏ．１－５はそれぞれ、Ｃｕ部材をＣｕ基材とめっき層とを有する被覆部材で構成した試料Ｎｏ．１－４、１－６に比較して、接合強度に優れる。
　試料Ｎｏ．１－１と試料Ｎｏ．１－３との比較から、Ａｌ基材を純Ａｌとした場合、めっき層をＮｉめっき層の単層構造とした試料Ｎｏ．１－１は、Ｎｉめっき層とＳｎめっき層との積層構造とした試料Ｎｏ．１－３に比較して、接合強度に優れることが分かる。これに対して、試料Ｎｏ．１－２と試料Ｎｏ．１－５との比較から、Ａｌ基材をＡｌ基合金とした場合、めっき層をＮｉめっき層とＳｎめっき層との積層構造とした試料Ｎｏ．１－５は、Ｎｉめっき層の単層構造とした試料Ｎｏ．１－２に比較して、接合強度に優れることが分かる。
　本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
　１Ａ　金属部材の溶接構造
　２　Ｃｕ部材
　　２１　Ｃｕ基材
　　２２　めっき層
　３　Ａｌ部材
　　３１　Ａｌ基材
　　３２　めっき層
　　　３２１　Ｎｉめっき層
　　　３２２　Ｓｎめっき層
　４　溶接部
　５　海島構造
　　５１　島部
　　　５１０　疎密構造
　　　　５１１　密な領域
　　　　５１２　疎な領域
　　５２　海部
　２００　Ｃｕ部材
　４００　溶接部
　６００　金属間化合物

Claims (15)

  1. 　Ｃｕ部材と、
    　Ａｌ部材と、
    　前記Ｃｕ部材と前記Ａｌ部材の各構成材料が溶融凝固された溶接部とを備え、
    　前記Ｃｕ部材は、Ｃｕを主成分とするＣｕ基材を有し、
    　前記Ａｌ部材は、Ａｌを主成分とするＡｌ基材と、前記Ａｌ基材における前記Ｃｕ部材の表面側を覆うめっき層とを有し、
    　前記溶接部は、前記Ｃｕ部材の表面の近傍に海島構造を備え、
    　前記海島構造は、
    　　純Ａｌを含む複数の島部と、
    　　前記島部同士の間に介在される海部とを有し、
    　前記海部は、ＣｕとＡｌとの金属間化合物の相と純Ａｌの相との共晶組織を有する、
    金属部材の溶接構造。
  2. 　前記海島構造は、疎密構造を備え、
    　前記疎密構造は、
    　　前記島部の大きさが小さくて数が多い密な領域と、
    　　前記島部の大きさが大きくて数が少ない疎な領域とを有し、
    　前記密な領域は、前記Ｃｕ部材の表面側に設けられ、
    　前記疎な領域は、前記Ｃｕ部材の表面側とは反対側に設けられる請求項１に記載の金属部材の溶接構造。
  3. 　前記海部の厚さが５μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の金属部材の溶接構造。
  4. 　前記島部同士の間隔が１０μｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属部材の溶接構造。
  5. 　前記島部の大きさが１μｍ２以上２０μｍ２以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属部材の溶接構造。
  6. 　前記海島構造の厚さが３μｍ以上である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の金属部材の溶接構造。
  7. 　前記Ａｌ基材は、添加元素として、Ｓｉを１質量％以上１７質量％以下、Ｆｅを０．０５質量％以上２．５質量％以下、Ｍｎを０．０５質量％以上２．５質量％以下、及びＭｇを０．１質量％以上１．０質量％以下の中から選択される１つ以上を含む請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の金属部材の溶接構造。
  8. 　前記めっき層は、Ｎｉめっき層の単層構造である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の金属部材の溶接構造。
  9. 　前記めっき層は、前記Ａｌ基材側から順にＮｉめっき層、Ｓｎめっき層が積層された積層構造である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の金属部材の溶接構造。
  10. 　前記Ｃｕ部材は、前記Ｃｕ基材の表面を覆うめっき層を有する請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の金属部材の溶接構造。
  11. 　前記溶接部は、前記Ｃｕ部材を貫通している請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の金属部材の溶接構造。
  12. 　Ｃｕ部材と、Ａｌ部材とを準備する工程と、
    　前記Ｃｕ部材と前記Ａｌ部材とを溶接する工程とを備え、
    　前記準備する工程において、
    　　前記Ｃｕ部材は、Ｃｕを主成分とするＣｕ基材を有し、
    　　前記Ａｌ部材は、Ａｌを主成分とするＡｌ基材と前記Ａｌ基材を覆うめっき層とを有し、
    　前記溶接する工程では、前記Ｃｕ部材と前記Ａｌ部材の前記めっき層とを対向配置させ、前記Ａｌ部材側からレーザーを照射し、
    　前記レーザーの照射条件は、
    　　出力が５５０Ｗ以上、
    　　走査速度が１０ｍｍ／ｓｅｃ以上を満たす、
    金属部材の溶接構造の製造方法。
  13. 　前記レーザーは、ファイバーレーザーである請求項１２に記載の金属部材の溶接構造の製造方法。
  14. 　前記レーザーは、前記Ｃｕ部材を貫通するように照射する請求項１２又は請求項１３に記載の金属部材の溶接構造の製造方法。
  15. 　前記Ｃｕ部材は、前記Ｃｕ基材の表面を覆うめっき層を有し、
    　前記溶接する工程では、前記Ｃｕ部材の前記めっき層と前記Ａｌ部材の前記めっき層とを対向配置させて溶接する請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の金属部材の溶接構造の製造方法。
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