WO2022186166A1 - 接合構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

金属で構成された被接合体同士がめっき金属で強固に接合された接合構造体及び接合構造体の製造方法を提供する。接合構造体１０は、第１の金属で構成された第１被接合体１２と、第２の金属で構成された第２被接合体１６と、第１被接合体１２と第２被接合体１６の間にめっき金属で構成され、第１被接合体１２と第２被接合体１６を接合するめっき部１４と、を備える。めっき部１４は、第１被接合体１２と第２被接合体１６の各被接合面１２ａ，１６ａから略等距離の部分にめっき金属が会合された会合界面が形成されており、会合界面の近傍にめっき金属が再結晶した再結晶領域を有する、又は、会合界面の近傍にめっき金属が拡散した第１の拡散領域を有する。

Description

接合構造体及びその製造方法

　本明細書で開示される技術は、接合構造体及びその製造方法に関する。

　被接合体として金属材料同士を接合する接合構造体に関する技術として、溶接等の技術が広く用いられている。しかし、接合構造体のような金属材料接合構造でめっきを使う例は知られていない。一方で、例えば特許文献１には、半導体デバイスにおいて、被接合体としての銅製のチップ電極同士や銅製のチップ電極と銅製のリード線とを、主にニッケルで構成されるめっきで接合する技術が開示されている。特許文献１に開示される技術では、例えばチップ電極とリード線を一部接触させた状態で、当該接触部分の周辺にめっき液を流通させてめっきをすることにより、チップ電極とリード線との間にそれらを接合する接合部を形成している。

国際公開第２０１５／０５３３５６号

　上記特許文献１のようなめっき技術を、電極やリード線等以外の金属で形成された被接合体同士の接合に利用することも考えられる。しかしながら、めっきによる接合を電極等の接合以外の用途に利用する場合には、接合構造体について接合強度が不足することが考えられる。

　本発明は、上記の点に鑑みて創作されたもので、金属で構成された被接合体同士がめっき金属で強固に接合された接合構造体及び接合構造体の製造方法を提供することを目的とする。

　本発明に係る接合構造体は、第１の金属で構成された第１被接合体と、第２の金属で構成された第２被接合体と、前記第１被接合体と前記第２被接合体の間にめっき金属で構成され、前記第１被接合体と前記第２被接合体を接合するめっき部と、を備え、前記めっき部は、前記第１被接合体と前記第２被接合体の各被接合面から略等距離の部分に前記めっき金属が会合された会合界面が形成されており、前記会合界面の近傍に前記めっき金属が再結晶した再結晶領域を有する、又は、前記会合界面の近傍に前記めっき金属が拡散した第１の拡散領域を有する。

　本発明に係る他の接合構造体は、第１の金属で構成された第１被接合体と、第２の金属で構成された第２被接合体と、前記第１被接合体と前記第２被接合体の間にめっき金属で構成され、前記第１被接合体と前記第２被接合体を接合するめっき部と、を備え、前記第１被接合体と前記第２被接合体のうち少なくとも一方の被接合体と前記めっき部との境界部分に、前記少なくとも一方の被接合体を構成する金属と前記めっき金属とが拡散して混在する第２の拡散領域を有する。

　本発明に係る接合構造体の製造方法は、第１の金属で構成された第１被接合体と第２の金属で構成された第２被接合体の間にめっき液を浸入させ、前記第１被接合体と前記第２被接合体の間に、該第１被接合体と該第２被接合体の各被接合面から成長しためっき金属が会合した会合界面を形成させることで、前記第１被接合体と前記第２被接合体を前記めっき金属で接合する接合工程と、前記接合工程の後に、前記めっき金属に対して熱処理を行う熱処理工程と、を備え、前記熱処理工程は、前記会合界面に前記めっき金属が再結晶した再結晶領域を形成する。

　本発明に係る他の接合構造体の製造方法は、第１の金属で構成された第１被接合体と第２の金属で構成された第２被接合体の間にめっき液を浸入させ、前記第１被接合体と前記第２被接合体の間に、該第１被接合体と該第２被接合体の各被接合面から成長しためっき金属が会合した会合界面を形成させることで、前記第１被接合体と前記第２被接合体を前記めっき金属で接合する接合工程と、前記接合工程の後に、前記めっき金属に対して熱処理を行う熱処理工程と、を備え、前記熱処理工程は、前記めっき金属の融点をＴ１（Ｋ）とし、熱処理温度をＴ２（Ｋ）としたときに、Ｔ２≧Ｔ１×１／３の関係が成立する温度で熱処理を行う。

　本発明の接合構造体は、一対の被接合体の各被接合面から略等距離の部分にめっき金属が会合された会合界面が形成され、会合界面の近傍にめっき金属が再結晶した再結晶領域を有する、又は、会合界面の近傍にめっき金属が拡散した第１の拡散領域を有する。このため、会合界面を起点とする破断を防止ないし抑制することができ、金属で構成された被接合体同士がめっき金属で強固に接合された接合構造体を実現することができる。

第１実施形態に係る接合構造体の構成を示す概略断面図である。 接合構造体の要部を拡大した断面図である。 接合構造体の製造方法を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る接合構造体の構成を示す概略図である。 接合構造体の要部を拡大した側面図である。 第３実施形態に係る接合構造体の上面図である。 図６におけるVII－VII断面図であって、要部を拡大した断面図である。 シェアテストの試験結果を示したグラフである。 熱処理前の被接合体とめっき部のＳＥＭ画像である。 ４００℃で熱処理した後の被接合体とめっき部のＳＥＭ画像である。 ７００℃で熱処理した後の被接合体とめっき部のＳＥＭ画像である。 ４００℃～８００℃で累積的に熱処理した後の被接合体とめっき部のＳＥＭ画像である。 ４００℃で熱処理した後の被接合体とめっき部を示すＳＥＭ画像と元素ライン分析の結果を示すグラフである。 ５００℃で熱処理した後の被接合体とめっき部を示すＳＥＭ画像と元素ライン分析の結果を示すグラフである。 ７００℃で熱処理した後の被接合体とめっき部を示すＳＥＭ画像と元素ライン分析の結果を示すグラフである。 ４００℃～８００℃で累積的に熱処理した後の被接合体とめっき部を示すＳＥＭ画像と元素ライン分析の結果を示すグラフである。 平滑化処理を行わなかった試料のめっき部の断面を拡大したＳＥＭ画像である。 平滑化処理を行った試料のめっき部の断面を拡大したＳＥＭ画像である。 平滑化処理を行わなかった試料のめっき部における結晶成長を示す模式図である。 第４実施例に係る接合構造体の模式図である。 熱処理を行わなかった接合構造体の被接合体とめっき部を示すＢＳＥ画像と対応する被接合体とめっき部のＥＢＳＤ画像である。 ４００℃～８００℃で累積的に熱処理した後の被接合体とめっき部を示すＢＳＥ画像と対応する被接合体とめっき部のＥＢＳＤ画像である。 引張試験の試験結果を示したグラフである。

（第１実施形態）
　図１に示すように、接合構造体１０は、ワイヤ状の第１被接合体１２と板状の第２被接合体１６とをめっき部１４によって接合したものであり、第１被接合体１２と第２被接合体１６とめっき部１４とを備える。第１被接合体１２及び第２被接合体１６は、それぞれ鉄系合金の一つであるステンレス鋼で形成されている。めっき部１４は、第１被接合体１２と第２被接合体１６の間にめっき金属としてのニッケル（Ｎｉ）で構成される。このめっき部１４は、めっき液を用いためっきにより形成されている。なお、本実施形態では、第１被接合体１２を形成する第１の金属と第２被接合体１６を形成する第２の金属が同じ金属であるが、異なる金属であってもよい。

　本実施形態では、説明の便宜上、断面が円形状で細長く延びたワイヤ状の第１被接合体１２と表面が平坦な平板形状の第２被接合体１６とを接合した接合構造体１０について説明するが、第１被接合体１２及び第２被接合体１６の形状等やこれらにより構成される接合構造体１０は、これに限定されるものではない。接合構造体１０としては、例えば、熱交換機のパイプ同士、パイプと筐体を接合したもの、パイプと冷却フィン、冷却フィンと筐体を接合したもの、真空容器、ガスや液体配管の継ぎ手、ワイヤ同士を接合したワイヤメッシュ、ステンレス製触媒担体等のハニカム構造、メガネ等の部材の微小部分を接合したもの等のように、各種の部材同士を接合したもの等を挙げることができる。即ち、従来溶接やロウ付け等により接合されている構造体について、そのロウ付け等に代えてめっきによる低温での接合が可能となる。なお、本実施形態では、独立した部材である第１被接合体１２と第２被接合体１６とを一対の被接合体として説明しているが、例えば、一部が途切れた略円管状（側面視Ｃの字状）の当該途切れた部分を挟んで対向する各部位を一対の被接合体とみなすことができ、当該各部位の間にめっき部を形成して接合構造体としてもよい。

　第１被接合体１２は、第２被接合体１６の板面に沿って延伸する形で第２被接合体１６の板面上に固定されている。即ち、第１被接合体１２は、その延伸方向が第２被接合体１６の板面の法線方向と直交する形で、当該延伸方向に沿って第２被接合体１６と線状に接触している。第１被接合体１２は、その表面の一部（第２被接合体１６と対向する部分）が第２被接合体１６との接合に供される被接合面１２ａとなっており、第２被接合体１６は、その表面の一部（第１被接合体１２と対向する部分）が第１被接合体１２との接合に供される被接合面１６ａとなっている。

　第１被接合体１２の被接合面１２ａと第２被接合体１６の被接合面１６ａの間隔は、第１被接合体１２と第２被接合体１６との接触部Ｃ１から外側に向かって次第に広くなっている。換言すれば、両被接合面１２ａ，１６ａは、これらの被接合面１２ａ，１６ａの一部領域が互いに接触した接触部Ｃ１の位置から離れるにつれて、それらの間隔が連続的に漸増している。このように、接触部Ｃ１から外側に向かって間隔が漸増する被接合面１２ａと被接合面１６ａとの間にめっき部１４が形成され、このめっき部１４が第１被接合体１２と第２被接合体１６とに結合することによって、第１被接合体１２と第２被接合体１６とが接合している。

　本実施形態では、第１被接合体１２と第２被接合体１６とが線状に接触する態様を例示しているが、例えば略球状体の第１被接合体と板状の第２被接合体とを接合させた場合のように、第１被接合体１２と第２被接合体１６とが点状に接触してもよい。また、第１被接合体１２と第２被接合体１６とが点状又は線状に近接してもよい。即ち、両被接合面は、これらの被接合面の一部領域が互いに近接した位置から離れるにつれて、それらの間隔が連続的に漸増するものであってもよい。なお、被接合体同士が点状又は線状に近接するとは、各被接合体の被接合面の接近した部分が点状又は線状とみなせる状態で、その被接合面の接近した部分の間隔が小さいことを意味する。この被接合面の接近した部分の間隔は、被接合面の接近した部分から外側に向かう最大長さ、即ち、被接合面の接近した部分から被接合面の最も離れた部分までの長さに対して、１／５以下が好ましく、１／１０以下がさらに好ましい。

　上記のように被接合面１２ａ，１６ａの接触部Ｃ１から、あるいは近接した部分から外側に向かって被接合面同士の間隔を広くした構成は、詳細を後述するように、各被接合面からそれぞれ成長しためっき部１４となる柱状晶が会合する部分でボイドの発生を防止ないし抑制する。これにより、第１被接合体１２と第２被接合体１６の接合強度を高めることができる。

　なお、例えば角柱状の第１被接合体の一つの面を板状の第２被接合体の表面に接触ないし、対向して近接させた場合のように、被接合体同士の一部が面状に接触、又は被接合体同士の一部が面状に近接する構成であってもよい。この場合、被接合面の接触部から、あるいは近接した部分から外側に向かって被接合面同士の間隔を広くした部分を有することが好ましい。この場合には、面状に接触又は近接した部分と間隔が漸増する部分との境界が、線状に接触又は近接することになる。したがって、このような構成であっても、当該接触部あるいは当該近接する部分から外側に向かって間隔が漸増する各被接合面からそれぞれ成長しためっき部となる柱状晶が会合する部分でボイドの発生が防止ないし抑制される。

　図２に示すように、めっき部１４は、第１被接合体１２の被接合面１２ａと第２被接合体１６の被接合面１６ａとの間に、ボイドが無い状態で隙間なく形成されている。また、めっき部１４は、その一部に会合界面ＡＩを跨ぐ形で形成された再結晶領域ＲＣを有している。再結晶領域ＲＣは、後述する接合構造体１０の製造過程において、各被接合面１２ａ，１６ａから成長しためっき金属（本実施形態ではニッケル）の柱状晶が再結晶し、粒状晶となった粒状晶領域である。なお、後述するように、第１被接合体１２及び第２被接合体１６を構成する金属がめっき部１４に、あるいはめっき部１４のめっき金属が第１被接合体１２及び第２被接合体１６に拡散することによって、第１被接合体１２及び第２被接合体１６とめっき部１４との境界、すなわち各被接合面１２ａ，１６ａが明確でない場合があるが、図２では、便宜的に被接合面１２ａ，１６ａを描いてある。

　接合構造体１０の製造過程では、各被接合面１２ａ，１６ａから成長した各柱状晶が、各被接合面１２ａ，１６ａから略等距離の部分で会合（衝突）し、当該部分に被接合面１２ａ，１６ａからそれぞれ延びた柱状晶同士の会合界面ＡＩが形成される。接合構造体１０では、製造過程において熱処理を行うことにより、会合界面で回復（原子の再配列）が生じ、第１の拡散領域ＭＲ１及び第２の拡散領域ＭＲ２が形成される。

　製造過程においてさらに高温長時間で熱処理を行うことにより接合構造体１０では、めっき部１４において、各被接合面１２ａ，１６ａからそれぞれ略等距離の部分にめっき金属が再結晶した再結晶領域ＲＣを形成してある。即ち、めっき部１４において、会合界面ＡＩを跨ぐようにめっき金属が再結晶した粒状晶を形成している。このため、結合強度が弱くめっき部１４の破断の起点となる会合界面ＡＩがめっき部１４にはなく、会合界面ＡＩを起点とする破断を防止ないし抑制することができる。その結果、接合構造体１０は、第１被接合体１２と第２被接合体１６との接合強度が大きく、強固な接合となっている。

　本実施形態の接合構造体１０では、再結晶領域ＲＣがめっき部１４の一部に形成されているが、再結晶領域ＲＣがめっき部１４に形成されていなくてもよい。再結晶領域ＲＣが形成されていなくとも、回復温度以上では会合界面での拡散が生じ、界面強度が上昇する。製造過程において熱処理を行うことにより接合構造体１０では、めっき部１４において、結晶の回復（原子の再配列）が生じる。これにより、第１被接合体１２と第２被接合体１６の接合をより強固とすることができる。結晶の回復が生じたことは、例えば、めっき部１４のビッカース硬度の低下により、又は、めっき部１４に亜粒界（ないし亜結晶粒状組織）が形成されたことあるいは転位密度の減少を電子顕微鏡等で観察することにより確認することができる。

　めっき部１４における結晶の回復は、例えば図２に第１の拡散領域ＭＲ１として示されるように会合界面ＡＩの近傍にだけ形成されていてもよい。第１の拡散領域ＭＲ１は、会合界面ＡＩを跨ぐ形でめっき部１４を構成するめっき金属の原子（ニッケル原子）が拡散した領域である。即ち、第１の拡散領域ＭＲ１は、第１被接合体１２の被接合面１２ａから成長した結晶を構成するめっき金属の原子と、第２被接合体１６の被接合面１６ａから成長した結晶を構成するめっき金属の原子とが混在している。

　接合構造体１０は、再結晶領域ＲＣが形成されなくても、上記のように会合界面ＡＩの近傍に第１の拡散領域ＭＲ１が形成された状態になれば、めっき部１４に形成された会合界面ＡＩにおける接合が強固となる。これにより、第１被接合体１２と第２被接合体１６の接合を強固なものにすることができる。なお、めっき部１４における結晶の回復がめっき部１４の全体に生じていれば第１被接合体１２と第２被接合体１６の接合をさらに強固とすることができる。

　上述したように、少なくともめっき部１４の一部において接合構造体１０の製造過程で生じる会合界面ＡＩを跨ぐような再結晶領域ＲＣが形成されていれば、第１被接合体１２と第２被接合体１６との接合強度を大きくすることができる。例えば、めっき部１４のうち、会合界面ＡＩの近傍にのみ再結晶領域ＲＣが形成されて会合界面ＡＩが消失し、再結晶領域ＲＣの外側（被接合面１２ａ，１６ａ側）に再結晶していない領域（柱状晶で構成される領域）が形成されていてもよい。

　なお、接合構造体１０の製造過程において熱処理を行わず、あるいは熱処理を行った結果として、めっき部１４の会合界面ＡＩが消失していなくとも、各被接合面１２ａ，１６ａから成長する柱状晶の成長方向が一様であることにより、会合界面ＡＩにおけるボイドの発生が防止ないし抑制されていれば、第１被接合体１２と第２被接合体１６との接合を劣化し難くまた強度が高い良好なものとすることができる。具体的には、めっき部１４の断面において、一つの柱状晶の幅に対する長さが３倍以上の柱状晶のめっき部１４の面積に対する面積率が５０％以上であれば、第１被接合体１２と第２被接合体１６の間で良好な接合を得ることができる。さらに好ましくは６６％以上であれば、ボイドの発生を効果的に抑制することができる。

　成長の結晶方位については、ニッケルの場合、＜００１＞と＜１０１＞が優先成長方向であり、それらが混在する場合でも、柱状晶を呈しており、それらによる上記の割合が５０％以上であることが好ましく、６６％以上であることが好ましい。なお、結晶方位の表現については、結晶が立方晶の場合、＜１０１＞、＜１１０＞、＜０１１＞はそれぞれ等価であり、また、＜１００＞、＜０１０＞、＜００１＞も等価であり、同じ結晶方位群として扱われる。

　また、製造過程において上記の回復の温度以上で熱処理を行うことにより接合構造体１０では、第１被接合体１２とめっき部１４との境界部分（被接合面１２ａの近傍）、及び第２被接合体１６とめっき部１４との境界部分（被接合面１６ａの近傍）に、それぞれ第２の拡散領域ＭＲ２が形成されている。第１被接合体１２とめっき部１４との境界部分に形成されている第２の拡散領域ＭＲ２は、第１被接合体１２を構成するステンレス鋼の鉄等の原子と、めっき部１４を構成するめっき金属の原子（ニッケル原子）とが混在する。この第２の拡散領域ＭＲ２では、第１被接合体１２からめっき部１４に向かって第１被接合体１２を構成するステンレス鋼の鉄等の原子の割合が連続的に漸減し、めっき部１４から第１被接合体１２に向かってめっき金属のニッケル原子の割合が連続的に漸減している。

　同様に、第２被接合体１６とめっき部１４との境界部分に形成されている第２の拡散領域ＭＲ２は、第２被接合体１６を構成するステンレス鋼の鉄等の原子と、めっき部１４を構成するめっき金属の原子（ニッケル原子）とが混在する。この第２の拡散領域ＭＲ２では、第２被接合体１６からめっき部１４に向かって第２被接合体１６を構成するステンレス鋼の鉄等の原子の割合が連続的に漸減し、めっき部１４から第２被接合体１６に向かってめっき金属のニッケル原子の割合が連続的に漸減している。

　上記のように接合構造体１０は、第１被接合体１２とめっき部１４との境界部分、及び第２被接合体１６とめっき部１４との境界部分に、それぞれ第２の拡散領域ＭＲ２が形成されていることにより、第１被接合体１２とめっき部１４との境界部分及び第２被接合体１６とめっき部１４との境界部分における接合が強固となっている。このため、接合構造体１０は、第１被接合体１２と第２被接合体１６の接合がより強固となっている。例えば各被接合体がステンレス鋼で構成され、めっき金属がニッケルである場合、上記の拡散領域はその厚みが５ｎｍ以上（１０原子程度）であることが好ましい。このような厚みを拡散領域が持つことにより、十分な接合強度の上昇を得ることができる。なお、拡散領域の厚みは、各原子の拡散式に基づいて熱処理温度と熱処理時間から算出することができる。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による断面解析等により、拡散領域の厚みを確認することができる。

　また、接合構造体１０は、第１被接合体１２及び第２被接合体１６が鉄系合金の一つであるステンレス鋼で構成され、めっき部１４がめっき金属としてのニッケルで構成されている。そして、ステンレス鋼が合金元素としてニッケルを含有し、固溶限を超えなければニッケルがステンレス側に拡散しても結晶構造の変化や析出物による劣化は少ないと考えられる。また、銅とニッケルも全率固溶体である。このように両被接合体が全率固溶体であると、異種金属間の金属間化合物などの異なる相がないため、第１被接合体１２とめっき部１４との間、及び第２被接合体１６とめっき部１４との間で、それぞれ強度に優れた接合を実現することができる。また、ステンレス鋼及びニッケルは、いずれも耐腐食性に優れている。したがって、接合構造体１０は、強度に優れた接合が長期間維持される。

　接合構造体１０では、第１被接合体１２及び第２被接合体１６がそれぞれステンレス鋼で構成されているが、第１被接合体１２及び第２被接合体１６を構成する金属はステンレス鋼に限定されない。被接合体を構成する金属は、各種のステンレス鋼を含む鉄系合金や銅あるいは銅合金等も好ましい。鉄系合金とは、普通鋼、工具鋼、ステンレスや耐熱鋼など高合金系鋼であるものをいう。また、めっき部１４を構成するめっき金属をニッケルとしているが、ニッケルに限定されない。めっき部１４を構成するめっき金属は、ニッケルの他ニッケル合金や、銅等も好ましい。ニッケル合金とは、亜鉛ニッケル、銅ニッケル合金等であるものをいう。被接合体を構成する金属とめっき部１４を構成するめっき金属は上述のように全率固溶体であるか、固溶限の比較的大きい金属同士もしくは同一の金属であることが好ましい。被接合体を構成する金属とめっき金属が同一であれば、拡散により異なる相を形成しないからである。全率固溶体として、銅とニッケル、金と銀の組み合わせ等を挙げることができる。

　以下、図３を参照して、本実施形態に係る接合構造体１０の製造方法について説明する。まず、平滑化工程Ｓ２において、第１被接合体１２及び第２被接合体１６を用意し、第１被接合体１２及び第２被接合体１６について各被接合面１２ａ，１６ａを含む外面をそれぞれ機械加工あるいは、研磨することによりその表面粗さを改善し、平滑化する。平滑化後における第１被接合体１２及び第２被接合体１６の各被接合面１２ａ，１６ａの表面粗さは、算術表面粗さＲａの値が５μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以下であることがより好ましい。

　なお、圧延版、あるいは引き抜き加工されたままの状態のもの等、表面粗さがそれほど大きくないものを被接合体として用いる場合、上記の平滑化処理は必ずしも行う必要はない。

　上記のように被接合面１２ａ，１６ａを平滑化することにより、被接合面１２ａ，１６ａごとにそれぞれから成長するめっき金属の柱状晶の成長方向を一様にする。即ち、各被接合面１２ａ，１６ａからの柱状晶の成長方向が大きく異なったものとならないようにする。これにより、局所的に見て、一方の被接合面１２ａから成長する柱状晶のうちで外側の部分から成長する柱状晶が内側の部分から成長する柱状晶よりも先に他方の被接合面１６ａから成長する柱状晶に会合することがないので、内側の部分からの柱状晶が会合する前にその成長が停止することを防止ないし抑制し、めっき部１４におけるボイドの発生を防止ないし抑制する。

　次に、前処理工程Ｓ４において、第１被接合体１２の表面及び第２被接合体１６の表面に対してアルカリ脱脂、及び酸洗浄を行い、表面の塵や油等を除去する。前処理工程Ｓ４の各処理は、接合する態様で第２被接合体１６に第１被接合体１２を固定した状態で行ってもよいし、それらが離れた状態で別々に行ってもよい。この前処理工程Ｓ４は、被接合体の材料に応じた処理を行えばよく、省略することもできる。

　前処理工程Ｓ４後の接合工程Ｓ６において、めっき処理を行って第１被接合体１２の被接合面１２ａと第２被接合体１６の被接合面１６ａとの間にめっき部１４を形成し、第１被接合体１２と第２被接合体１６とを接合する。めっき処理は、第１被接合体１２をその延伸方向に沿って第２被接合体１６に対して線状に接触させた状態に両者を固定して行う。すなわち、第１被接合体１２と第２被接合体１６とを接合すべき状態に固定してめっき処理を行う。ステンレス鋼で形成されている第１被接合体１２及び第２被接合体１６に対して行うめっき処理では、下地めっき処理を行った後に本めっき処理を行う。

　下地めっき処理では、第１被接合体１２及び第２被接合体１６の表面に形成されている不動態膜を除去しながら、それらの表面にニッケル薄膜を形成する。この下地めっき処理としては、例えばウッド浴（Ｎｉストライクめっき）を用いる。下地めっき処理で形成された薄膜は、めっき部１４の一部となる。被接合体が不動態膜を除去する必要がない場合、即ち被接合面が良好な被めっき性を有する場合には、このような下地めっき処理は不要である。

　本めっき処理では、例えばスルファミン酸浴を用いることができる。これにより、第１被接合体１２の被接合面１２ａと第２被接合体１６の被接合面１６ａとの間にめっき部１４が形成される。このめっき処理では、めっき液の温度は約５５℃であることが好ましい。なお、ウッド浴、スルファミン酸浴のように、電解めっきで処理を行う際には、第１被接合体１２と第２被接合体１６とが電気的に接続された状態とし、それぞれを等電位にしておくことが好ましく、又は、第１被接合体１２と第２被接合体１６とが電気的に導通するように接触もしくは別箇所で短絡させておくことが好ましい。

　本めっき処理に用いるめっき液は、被接合面１２ａと被接合面１６ａとの間隔が小さい領域から順次外側に向かって柱状晶の会合が生じるように調製されたものが好ましく用いられる。また、めっき処理に用いるめっき液は、めっき部の組織が柱状晶となり易い点から、光沢剤等の細粒化を促進する添加剤を含まないものが好ましく、同様な理由から本めっき処理時の電流密度を小さくすることが好ましい。例えば、光沢剤を添加して細粒化しためっき金属がニッケルのめっき液を用いた試料を作製し、上記のシェアテスト及び接合断面の観察を行ったところシェア強度は５０Ｍｐａに至らず、柱状晶の含有率は２０％であった。これに対して、光沢剤が非含有である場合にはシェア強度は例えば１００ＭＰａ以上、柱状晶の含有率は例えば８０％以上を達成している。そのため、目的とするシェア強度や柱状晶の含有率、光沢などに応じて、光沢剤の添加（含有）量（ゼロを含む）を決定すればよい。

　両被接合体を構成する金属がいずれもアルミニウムである場合、直接電解めっきを行うことが困難であることから、両被接合体の被接合面に無電解ニッケルメッキを０．１～１０μｍ程度を被着させた後に、被接合面の間隙を適正に設け、間隙に電解ニッケルめっきを成長させて、両被接合体の接合を行うことができる。このアルミニウム同士の接合の場合では、めっき後の熱処理条件は２００℃以上６００℃以下が好ましい。

　また、例えば、第１被接合体と第２被接合体のうち一方を構成する金属がアルミニウムであり他方を構成する金属がステンレス鋼である場合では、アルミニウムで構成された被接合体については無電解めっきでニッケルを被着しておき、ステンレス鋼で構成された被接合体については前処理をしておく。この後、両被接合体を接触させて固定した状態で、ウッド浴で下地めっき処理を行い、スルファミン酸浴で本めっき処理を行うことにより、アルミニウムとステンレス鋼をめっき金属で接合することができる。なお、この場合、ステンレス鋼で構成された被接合体については下地めっき処理までを行っておき、その後に両被接合体を接触させて本めっき処理を行うことで両被接合体を接合してもよい。

　なお、本実施形態では、第１被接合体１２と第２被接合体１６の表面全域に対してめっき処理を行っているが、接合に寄与しない部分にめっき処理を行わなくてもよい。この場合、めっき処理に先立って、第１被接合体１２と第２被接合体１６の表面のうちめっき処理が不要な部分（被接合面１２ａ，１６ａを除いた部分）に予めレジスト膜等の有機膜を塗布することで、選択的にめっき処理を行うことができる。また、第１被接合体１２及び第２被接合体１６の表面のめっき処理が不要な部分の不動態膜を除去せずに、めっき処理を行うことでも選択的なめっき処理を行うことができる。

　第１被接合体１２及び第２被接合体１６に対して、上記のようにめっき処理を行うことで、被接合面１２ａ，１６ａから細長いニッケルの柱状晶がそれぞれ成長する。第１被接合体１２の被接合面１２ａから成長した柱状晶と第２被接合体１６の被接合面１６ａから成長した柱状晶は、それらの先端同士が衝突して会合し、各被接合面１２ａ，１６ａから略等距離の部分で会合界面ＡＩを形成する。この会合界面ＡＩは、各被接合面１２ａ，１６ａの間隔が狭い箇所から広い箇所へと順に形成される。その結果、めっき部１４におけるボイドの発生が防止ないし抑制される。

　次に、熱処理工程Ｓ８において、上記のように接合工程Ｓ６を経て各被接合体１２，１６がめっき部１４で接合された構造体（以下、処理前接合構造体という）を加熱する熱処理を行う。例えば７００℃、９０ｍｉｎの条件で、大気中で熱処理を行う。再結晶温度は、融点の概ね１／３とされているので、この熱処理は、めっき部１４を構成するめっき金属の融点をＴ１（Ｋ）とし、処理前接合構造体に対する熱処理温度をＴ２（Ｋ）としたときに、Ｔ２≧Ｔ１×１／３の関係が成立することが好ましい。例えば、めっき金属がニッケルの場合には、ニッケルの融点である１７２８Ｋの１／３である５７６Ｋ以上の温度で熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度は、より好ましくはＴ１／３＋９８Ｋ以上である。もちろん、熱処理温度は、被接合体１２、１６、めっき部１４の性能が劣化しない範囲内とすることが好ましい。本実施形態のように、被接合体１２、１６がステンレス鋼であり、めっき金属がニッケルの場合には、熱処理温度を３００℃以上１１５０℃以下とすることが好ましい。

　上記の熱処理により、めっき部１４において回復（原子の再配列）を生じさせ、会合界面ＡＩの近傍に第１の拡散領域ＭＲ１を形成し、めっき部１４と各被接合体１２，１６との界面に第２の拡散領域ＭＲ２を形成することができる。さらに高温域では柱状晶を粒状晶に再結晶させて再結晶領域ＲＣを形成することができる。例えばめっき金属がニッケルの場合、上記の熱処理において、熱処理温度を２５０℃以上として処理前接合構造体を加熱することにより、第１被接合体１２とめっき部１４との境界部分（被接合面１２ａの近傍）において、第１被接合体１２を構成するステンレス鋼の鉄等の原子がめっき部１４側に拡散させ、めっき部１４を構成するめっき金属の原子（ニッケル原子）が第１被接合体１２側に拡散させる。また、第２被接合体１６とめっき部１４との境界部分（被接合面１６ａの近傍）では、第２被接合体１６を構成するステンレス鋼の鉄等の原子がめっき部１４側に拡散させ、めっき部１４を構成するめっき金属の原子（ニッケル原子）が第２被接合体１６側に拡散させる。これにより、第１被接合体１２とめっき部１４との境界部分、及び第２被接合体１６とめっき部１４との境界部分にそれぞれ第２の拡散領域ＭＲ２を形成することができる。

　なお、めっき部１４の会合界面における回復（原子の再配列）が生じることにより、めっき部１４におけるビッカース硬度が低下する。例えばめっき金属がニッケルの場合、硬さ記号をＨＶ０．０２５としたとき、加熱前のビッカース硬度は約２８０ＨＶであるのに対し、熱処理を行った後のビッカース硬度は約２２０～１２０ＨＶとなる。なお、めっき部１４のビッカース硬度は、日本工業規格ＪＩＳ　Ｚ　２２４４に従った公知の測定方法により、マイクロビッカースで測定することができる。

　また、例えばめっき金属がニッケルの場合、処理前接合構造体を２５０℃以上の熱処理温度で加熱することにより、柱状晶を粒状晶に再結晶させて再結晶領域ＲＣを形成することができる。この粒状晶への変化（再結晶）は、めっき部１４のうち応力が強く加わっている会合界面ＡＩから始まり、加熱時間を長くすること、再結晶した領域を広げることができる。再結晶した領域の広さは、熱処理温度、加熱時間などを調整することができる。

　以上の工程により接合構造体１０が製造される。製造された接合構造体１０は、第１被接合体１２と第２被接合体１６の接合が強固となっている。

（第２実施形態）
　図４に示すように、第２実施形態に係る接合構造体３０は、交互に配された、Ｍ字状に繰り返し屈曲した第１被接合体３２と第２被接合体３６とをめっき部３４によって接合したものである。なお、以下に詳細を説明する他は、第１実施形態と同様である。

　接合構造体３０は、例えば、自動車や自動二輪車の排気系管内に対して取り付けられるハニカム状の排ガス浄化用のメタル担体として用いられるものであり、例えば第１被接合体３２と第２被接合体３６とが径方向に交互に配されて同心円状に巻かれた形態になっている。第１被接合体３２及び第２被接合体３６は、それぞれ鉄系合金の一つであるフェライト系のステンレス鋼を帯状にしたものを所定の形状に屈曲ないし湾曲させている。めっき部３４は、第１被接合体３２と第２被接合体３６の間にめっき液を用いためっきにより、めっき金属としてのニッケル（Ｎｉ）で形成されている。なお、本実施形態では、第１被接合体３２を形成する第１の金属と第２被接合体３６を形成する第２の金属が同じ金属であるが、異なる金属であってもよい。

　第１被接合体３２は、Ｍ字状に屈曲する屈曲部分がそれぞれ第２被接合体３６に近接するとともに、第２被接合体３６に固定されている。第１被接合体３２及び第２被接合体３６は、図面奥行き方向に幅を有しているので、第１被接合体３２は、その屈曲部分が第２被接合体３６と線状に接触している。図５に示すように、第１被接合体３２は、その屈曲部分の先端部３２ｂが第２被接合体３６との接合に供される被接合面３２ａとなっており、第２被接合体３６は、第１被接合体３２と接触する部分の表面が第１被接合体３２との接合に供される被接合面３６ａとなっている。

　図５に示すように、第１被接合体３２の被接合面３２ａと第２被接合体３６の被接合面３６ａの間隔は、第１被接合体３２の屈曲部分の先端部３２ｂから外側に向かって次第に広くなっている。換言すれば、両被接合面３２ａ，３６ａの間隔は、先端部３２ｂの位置から離れるにつれて連続的に漸増している。このように、先端部３２ｂから外側に向かって間隔が漸増する被接合面３２ａと被接合面３６ａとの間にめっき部３４が形成され、このめっき部３４が第１被接合体３２と第２被接合体３６とに結合することによって、第１被接合体３２と第２被接合体３６とが接合している。

　接合構造体３０は、第１実施形態の接合構造体と同様な手順で製造されることで第１被接合体３２と第２被接合体３６との接合強度が大きく、強固な接合となっている。接合工程においては、第１被接合体３２と第２被接合体３６との間にめっき液を流通させることでめっき部３４が形成されるので、容易に第１被接合体３２と第２被接合体３６とを接合することができる。

　なお、上述した排ガス浄化用のメタル担体としては、ステンレス鋼で形成された被接合体同士を真空中でロウ付けにより接合した接合構造体や、セラミックスで形成された被接合体同士を接合した接合構造体が知られているが、真空中でロウ付けしたものは製造コストが嵩み、また、セラミックスを使用したものは圧力損失が増大するという問題があった。これに対し、接合構造体３０は、従来のロウ付けにより接合されたメタル担体と同等の接合強度を維持しながら、製造コストが低減され、かつ圧力損失が増大することが防止ないし抑制される。

（第３実施形態）
　第３実施形態では、金属製の配線材と被接合面が金属製とされた太陽電池セルをめっき部で接合した接合構造体について説明する。図６及び図７に示すように、接合構造体５０は、帯状に延在する一方の被接合体としての配線材５２と他方の被接合体としての太陽電池セル５６の表面に設けられた電極５８とをめっき部５４によって接合したものである。図６では、１つの太陽電池セル５６を描いてあるが、実際には、複数の太陽電池セル５６に配線材５２がめっき部５４によって接合されて太陽電池モジュールが構成される。本実施形態では、太陽電池セル５６と配線材５２とのうちの一方が第１被接合体であり他方が第２被接合体である。なお、以下に詳細を説明する他は、第１実施形態と同様である。

　配線材５２は、銅で形成され、複数の太陽電池セル５６を電気的に接続する。太陽電池セル５６は、主としてシリコンで形成され、平板状である。めっき部５４は、配線材５２と太陽電池セル５６の間に、めっき液を用いためっきによりめっき金属としてのニッケル（Ｎｉ）で形成されている。

　太陽電池セル５６は、一方の面に複数の電極５８が形成されている。複数の電極５８は、それぞれ配線材５２の延伸方向と直交する方向に線状に延びており、配線材５２の延伸方向に互いに所定の間隔で配されている。配線材５２は、太陽電池セル５６と対向する面の全てが太陽電池セル５６と接合されているのではなく、太陽電池セル５６の電極５８と交差している部分のみが電極５８に接合されている。即ち、配線材５２は、太陽電池セル５６に対して局所的に接合されている。

　このように配線材５２が局所的に接合されていることにより、太陽電池セル５６と対向する面の全域が接合された構成に比して、めっき部５４に加わる応力が効果的に緩和される。このため、めっき部５４の耐久性が高められ、従来の太陽電池モジュールに比して太陽電池モジュールとしての接合構造体５０の高寿命化が図られている。

　図７に示すように、配線材５２は、その断面が太陽電池セル５６の電極５８と接触する側に突出する山型であり、その頂部が電極５８に接触した状態で接合される。配線材５２の頂部は、延伸方向に線状に延びているので、配線材５２と電極５８とは線状に接触している。なお、配線材５２の延伸方向において、配線材５２の頂部の一部または全部が電極５８から離れていても、上述のように近接しているとみなせる範囲内であれば問題ない。配線材５２は、頂部の周辺の表面が太陽電池セル５６の電極５８との接合に供される被接合面５２ａとなっており、太陽電池セル５６の電極５８は、その表面に銀ペースト６０が焼結されており、その表面の一部が配線材５２との接合に供される被接合面５８ａとなっている。

　配線材５２の被接合面５２ａと太陽電池セル５６の電極５８の被接合面５８ａの間隔は、配線材５２の頂部が太陽電池セル５６の電極５８に接触した接触部Ｃ２から外側に向かって次第に広くなっている。換言すれば、両被接合面３２ａ，３６ａの間隔は、接触部Ｃ２の位置から離れるにつれて連続的に漸増している。

　接合構造体５０は、熱処理工程を除いて、第１実施形態の接合構造体と同様な手順で製造されることで配線材５２と太陽電池セル５６の各電極５８とを接合する。なお、ウッド浴は、不要である。めっき部５４は、配線材５２の被接合面５２ａと太陽電池セル５６の電極５８の被接合面５８ａとの間に、ボイドの発生が防止ないし抑制された状態で形成される。その結果、配線材５２と太陽電池セル５６との接合が良好なものとなっている。

　このように、配線材５２と太陽電池セル５６の接合を、従来の太陽電池モジュールにおいて配線材と太陽電池セルとの接合に一般的に適用されるはんだによる接合から、ニッケルで形成されためっき金属のめっき部５４による接合に置き換えることにより、配線材５２と太陽電池セル５６の良好な接合を実現している。また、めっき部５４に用いているニッケルは、配線材５２の材料である銅との熱膨張係数の差が、はんだと銅との差よりも小さく繰り返しの温度変化に対して、めっき部５４の劣化に起因する配線材５２の剥離等が発生しづらい。

　配線材５２と太陽電池セル５６とを接合した接合構造体５０の製造過程において、熱処理を行わないか、めっき部５４のひずみを緩和（除去ないし低減）する目的で熱処理を行うことが好ましい。熱処理でめっき部５４のひずみを緩和することにより、めっき部５４すなわち配線材５２と電極５８との接合に柔軟性を持たせることができ、使用時の配線材５２と太陽電池セル５６との温度変化による伸縮に起因しためっき部５４の破壊が抑制され、太陽電池モジュールの寿命を向上させることができる。

　上記の熱処理は、例えば、めっき金属がニッケルである場合、２５０～８００℃の範囲内の温度で行うことが好ましい。めっき部５４のひずみが除去ないし緩和されたことは、ビッカース硬度の低下として確認できる。めっき金属がニッケルである場合、硬さ記号をＨＶ０．０２５としたとき、加熱前のビッカース硬度は約２８０ＨＶであるのに対し、熱処理を行った後のビッカース硬度は約２２０～１２０ＨＶとなる。なお、めっき部５４のビッカース硬度は、日本工業規格ＪＩＳ　Ｚ　２２４４に従った公知の測定方法により、マイクロビッカースで測定することができる。

（第１実施例）
（１）試料の作製
　第１実施例では、ステンレス鋼で形成された一対の被接合体をめっき部で接合した接合構造体の複数の試料を作製し、接合強度の評価、及び接合断面の観察・解析を行った。ステンレス鋼としてＳＵＳ３０４の組成の第１被接合体と第２被接合体を用意した。第１被接合体は、直径が０．５ｍｍ、長さ２ｍｍのワイヤ状のものとし、第２被接合体は、厚み０．５ｍｍの平坦な平板形状のものとした。めっき部を構成するめっき金属はニッケルとした。試料の作製方法は、上記の第１実施形態における製造方法と同様とした。

　試料の作製では、まず、第１被接合体及び第２被接合体について平滑化処理を行い、第１被接合体及び第２被接合体の表面粗さを改善した。次に、前処理として、第１被接合体及び第２被接合体の表面のステンレス鋼をアルカリ脱脂、酸洗浄し、表面の塵や油等を除去した。次に、接合処理として、第１被接合体を第２被接合体に対して線状に接触させて固定し、ウッド浴で下地めっき処理を行い、その後スルファミン酸浴で本めっき処理を行い、第１被接合体と第２被接合体をめっき部で接合した。めっき処理の条件は、めっき液の温度を５５℃、めっきの電流密度を１．５Ａ／ｄｍ^２とし、めっき幅を０．３ｍｍとした。

　めっき処理の後、試料について大気中で熱処理を行った。熱処理温度の違いによる接合強度の違いを検証するため、熱処理温度を４００℃（６７３Ｋ）、５００℃（７７３Ｋ）、６００℃（８７３Ｋ）、７００℃（９７３Ｋ）、８００℃(１０７３Ｋ)として９０分間熱処理を行った各試料（以下、単温度試料という）を用意した。また、熱処理を行わない試料、及び４００℃から８００℃まで１００℃刻みの各熱処理温度で順次熱処理を行った試料（以下、累積熱処理試料という）も用意した。

（２）シェアテスト
　各試料について、接合強度を評価するため、第１被接合体を第２被接合体から引き剥がすシェアテストを行い、シェア強度（ＭＰａ）を測定した。接合強度の測定には、ノードソン社製シェアテスター４０００Ｐｌｕｓを用いた。シェアテストは各試料についてそれぞれ１０回行い、その平均値を求めた。各試料のシェア強度の測定結果を図８に示す。

　上記シェア強度の測定結果より、熱処理温度が３００℃から８００℃までの各単温度試料については、熱処理を行わなかった試料と比較していずれも接合強度の上昇が確認できた。この結果から、ニッケルの融点である１７２８Ｋの１／３である５７６Ｋ（３０３℃）以上の温度で熱処理を行うことで、めっき部に再結晶領域が効果的に形成され、第１被接合体と第２被接合体の接合が強固となることが確認できた。また、累積熱処理試料については、熱処理を行わなかった試料の接合強度の３倍程度まで接合強度が上昇しており、熱処理の効果が顕著に表れていることが確認できた。

（３）接合断面における結晶の観察
　まず、熱処理を行わなかった試料について、めっき部とその近傍の断面（接合断面）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察には、日立社製ＳＵ５０００を使用し、後方散乱電子回析（ＥＢＳＤ）による結晶方位を測定した。図９に示すように、第１被接合体及び第２被接合体の各被接合面からそれぞれ柱状晶が一様に成長していることが確認できた。また、第２被接合部からの結晶成長は成長方向にほぼ＜００１＞の結晶方位で占められており、その面積率は８０％以上であることが確認できた。なお、このような柱状晶の面積率が５０％以上、好ましくは６６％以上であれば、ボイドの発生が効果的に抑制され、良好な接合を得ることができることを確認している。

　次に熱処理を行った各試料について、めっき部とその近傍の断面（接合断面）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。図１０に示すように、４００℃で熱処理した単温度試料では、柱状晶を確認できず、また会合界面ＡＩの大部分が消失していることを確認できた。このことから、熱処理によってめっき部を構成するニッケルが会合界面ＡＩを跨ぐように再結晶して粒状晶を形成し、接合が強固となっていることがわかる。

　また、図１１に示すように、７００℃で熱処理した単温度試料では、４００℃で熱処理した試料よりも会合界面ＡＩの消失が進んでほぼ完全に消失しており、４００℃で熱処理した単温度試料よりも再結晶が進行していることが確認できた。また、７００℃で熱処理した単温度試料では、４００℃で熱処理した単温度試料よりも、第１被接合体とめっき部との境界線、及び第２被接合体とめっき部との境界線が不明瞭となっていた。このことから、より高い温度で熱処理を行うことによって、第１被接合体及び第２被接合体を構成する鉄等の原子のめっき部への拡散、及びめっき部を構成するニッケル原子の第１被接合体、第２被接合体への拡散がより進行したことがわかる。

　また、図１２に示すように、累積熱処理試料では、７００℃で熱処理した単温度試料よりも会合界面ＡＩが消失して判別出来ないほどになっており、７００℃で熱処理した単温度試料よりも再結晶がより進行していることが確認できた。また、累積熱処理試料では、７００℃で熱処理した単温度試料よりも第１被接合体とめっき部との境界線、及び第２被接合体とめっき部との境界線が不明瞭となり判別出来ないほどになっていた。このことから、第１被接合体及び第２被接合体を構成する鉄等の原子のめっき部への拡散、及びめっき部を構成するニッケル原子の第１被接合体、第２被接合体への拡散がより一層進行していることがわかる。

（４）接合断面の分析
　熱処理を行った各試料について、めっき部とその近傍の断面（接合断面）における元素の拡散状況をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）で測定し、元素ライン分析を行った。エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）及び元素ライン分析には、オックスフォード社製ＡＺｔｅｃＸｍａｘ５０を使用した。この結果を、図１３ないし図１６に示す。図１３は、４００℃で熱処理した単温度試料、図１４は、５００℃で熱処理した単温度試料、図１５は、７００℃で熱処理した単温度試料、図１６は、累積熱処理試料についての測定結果をそれぞれ示している。

　４００℃で熱処理した単温度試料では、第１被接合体とめっき部との境界部分、及び第２被接合体とめっき部との境界部分、即ち拡散領域ＭＲにおける鉄等の原子とニッケル原子の蛍光Ｘ線強度の傾きがほぼ垂直（傾きが大きい）となっている。このことから、４００℃で熱処理した試料では、第１被接合体及び第２被接合体を構成する鉄等の原子のめっき部への拡散、及びめっき部を構成するニッケル原子の第１被接合体、第２被接合体への拡散があるもののあまり進行していないことがわかる。

　５００℃で熱処理した単温度試料では、４００℃で熱処理した単温度試料よりも、拡散領域ＭＲにおける鉄等の原子とニッケル原子の蛍光Ｘ線強度の傾きが小さいことが確認でき、第１被接合体及び第２被接合体を構成する鉄等の原子のめっき部への拡散、及びめっき部を構成するニッケル原子の第１被接合体、第２被接合体への拡散が進行していることがわかる。また、７００℃で熱処理した単温度試料では、５００℃で熱処理した単温度試料よりも、拡散領域ＭＲにおける鉄等の原子とニッケル原子の蛍光Ｘ線強度の傾きが小さいことが確認でき、５００℃の熱処理温度で熱処理した場合よりもさらに拡散が進行していることがわかる。

　さらに、累積熱処理試料では、７００℃で熱処理した単温度試料よりも、拡散領域ＭＲにおける鉄等の原子とニッケル原子の蛍光Ｘ線強度の傾きが小さいことが確認できた。このことから、累積熱処理試料では、７００℃で熱処理した試料と比較して、第１被接合体及び第２被接合体を構成する鉄等の原子のめっき部への拡散、及びめっき部を構成するニッケル原子の第１被接合体、第２被接合体への拡散がより進行していることがわかる。

（第２実施例）
　第２実施例では、ステンレス鋼で形成され、両端が開放されたパイプ状の第１被接合体と、この第１被接合体の一端を閉止する蓋状の第２被接合体とをめっき部で接合した接合構造体の試料を作製し、開放されたパイプの他端から真空引きを行い、リークテストを行うことで、パイプに対する蓋の接合の良好性について評価した。パイプ状の第１被接合体は、外径が１５ｍｍ、内径が８．３ｍｍのものを用い、めっき部を構成するめっき金属はニッケルとした。

　蓋状の第２被接合体で閉止される一端側の角部を外側から内側に向かって０．５ｍｍの長さ、かつ２０°のテーパ角でテーパ加工した。次に、第１被接合体及び第２被接合体に対して前処理を行い、表面の塵や油等を除去した。前処理の条件は第１実施例と同条件とした。次に、第１被接合体の一端を第２被接合体で閉止した状態で、試料をめっき金属としてのニッケル（Ｎｉ）でめっきするためのめっき液中に浸漬させ、テーパ加工により形成された間隙部にめっき部を形成するめっき処理を行った。本めっき処理として、スルファミン酸浴を連続的に９０分行った第１試料と、スルファミン酸浴を６０分間行った後一旦めっき液から取り出して再度スルファミン酸浴を３０分間行った第２試料とをそれぞれ作製した。その他のめっき処理の条件は、第１実施例と同条件とした。

　作製した各試料について上述のリークテストを行った。リークテストの結果、第１試料については、十分な接合強度が得られており、接合が良好であることを確認できた。また、第２試料については、リーク量がさらに軽減されていることが確認できた。このリークテストの結果から、上記のようにめっき処理で接合した接合構造体は、接合強度が要求されるものだけでなく、金属製の真空容器や液体容器、冷却パイプ等にも応用できるものであることがわかる。なお、第１試料、第２試料について、熱処理の前後でリークテストを行ったが、熱処理前後においてリーク量の明らかな変化は見られなかった。

　なお、第２実施例で用いた試料に限らないが、第１被接合体の被接合面と第２被接合体の被接合面がなす角度であるテーパ角は、２°以上２５°以下の範囲内であることが好ましい。テーパ角が過度に大きいと会合界面での方位差が大きくなり、ボイドを生じ易くなり、まためっき厚が厚くなりめっき時間が長くなる恐れがある。そこで、テーパ角は、２５°以下とすることにより、製造過程において被接合面同士により形成される間隙部にめっき部を形成する時間を短くすることができるため好ましく、より好ましくは１５°以下である。また、テーパ角が過度に小さいとめっき液の流入がし難くなる。そこで、テーパ角は、２°以上とすることにより、間隙部へのめっき液の供給がより確実に行われ、ボイドの発生等、欠陥が生じる可能性をより低くできるので好ましく、より好ましくは５°以上である。

（第３実施例）
　第３実施例では、第２実施例と同様の第１被接合体と第２被接合体について、前処理を行う前に、各被接合面について、表面粗さを改善する平滑化処理を行った試料と行わなかった試料をそれぞれ用意した。これらの試料に対してめっき処理を行った後、それぞれについてめっき部の近傍の断面を観察することで、結晶成長の違いを確認した。なお、平滑化処理では、Ｂｕｅｈｌｅ社製自動研磨装置ＡｕｔｏＭｅｔ２５０を用いて平面研磨することで、第１被接合体及び第２被接合体の各被接合面について表面粗さを改善し、算術表面粗さＲａの値を３μｍ以下とした。

　観察の結果、旋盤加工のままで、平滑化処理を行わなかった試料については、図１７に示すように、会合界面ＡＩに複数のボイドが確認された。一方、平滑化処理を行った試料については、図１８に示すように、会合界面ＡＩにボイドを確認できなかった。これらより、図１９に示すように、被接合面の表面粗さが改善されていない場合（表面粗さが大きい場合）には、各被接合面から成長する結晶が柱状晶であっても、各結晶の成長方向が一様に平行にならないものと推測できる。このため、局所的に見て、一方の被接合面から成長する柱状晶のうちで外側の部分から成長する柱状晶が内側の部分から成長する柱状晶よりも先に他方の被接合面から成長する柱状晶に会合して、内側の部分からの柱状晶の成長が会合する前に停止し、会合界面ＡＩにボイドが発生するものと推測できる。

（第４実施例）
　第４実施例では、図２０に示すように、ステンレス鋼で形成された平坦な板状の第１被接合体と第２被接合体とをめっき部で接合した接合構造体の試料を作製し、接合断面の観察・解析を行った。ステンレス鋼としてＳＵＳ３０４の組成の第１被接合体と第２被接合体を用意した。第１被接合体及び第２被接合体は、いずれも厚みが０．２ｍｍ、めっき部を構成するめっき金属はニッケルとした。試料の作製方法は、上記の第１実施形態における製造方法と同様とした。

　試料の作製では、まず、第１被接合体の一側面と第２被接合体の一側面をそれぞれ断面視で傾斜状となるようにテーパ加工した。テーパ加工は、テーパ加工を行った第１被接合体の一側面の先端部と第２被接合体の一側面の先端部とを線状に接触させた場合に、第１被接合体と第２被接合体とのなすテーパ角が５度となるようにした。次に、前処理として、第１被接合体及び第２被接合体の表面のステンレス鋼をアルカリ脱脂、酸洗浄し、表面の塵や油等を除去した。

　次に、接合処理として、第１被接合体の一側面の先端部と第２被接合体の一側面の先端部とを線状に接触させた状態で両被接合体をガラス板状に載せて固定し、ウッド浴で下地めっき処理を行い、その後スルファミン酸浴で本めっき処理を行い、第１被接合体と第２被接合体をめっき部で接合した。めっき処理の条件は、めっき液の温度を５５℃、めっきの電流密度を１．５Ａ／ｄｍ^２とし、めっき幅を０．２ｍｍ、即ち、板厚方向全面をめっきとした。

　めっき処理の後、試料について大気中で熱処理を行った。熱処理温度の有無による接合強度の違いを検証するため、熱処理を行わない試料、及び４００℃から８００℃まで１００℃刻みの各熱処理温度で９０分間順次熱処理を行った試料を用意した。

　まず、熱処理を行わなかった試料について、めっき部とその近傍の断面（接合断面）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察には、日立社製ＳＵ５０００を使用し、後方散乱電子回析（ＥＢＳＤ）による結晶方位を測定した。図２１に示すように、第１被接合体及び第２被接合体の各被接合面からそれぞれ柱状晶が一様に成長していることが確認できた。

　次に熱処理を行った試料について、めっき部とその近傍の断面（接合断面）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。図２２に示すように、熱処理を行った試料では、柱状晶を確認できず、粒状晶が確認され、また、会合界面の大部分が消失していることを確認できた。このことから、熱処理によってめっき部を構成するニッケルが会合界面を跨ぐように再結晶して粒状晶を形成していることがわかる。なお、本実施例のように板状の被接合体同士を隣接させて接合する場合、例えば、両被接合体の一方又は両方の端部を相手側に向かって板厚方向の中央が山型の頂部となるように突出させて接触又は近接させ、両被接合体を接合してもよい。

（第５実施例）
　第５実施例では、アルミニウムで形成された一対の被接合体をめっき部で接合した接合構造体の複数の試料を作製し、接合強度の評価、及び接合断面の観察・解析を行った。アルミニウムとして９９％Ａｌの組成の第１被接合体と９９．５％アルミニウム（Ａ１０５０Ｐ）の第２被接合体を用意した。第１被接合体は、直径が０．５ｍｍ、長さ２ｍｍのワイヤ状のものとし、第２被接合体は、厚み１ｍｍの平坦な平板形状のものとした。めっき部を構成するめっき金属はニッケルとした。試料の作製方法は、上記の第１実施形態における製造方法と同様とした。

　めっき処理では、いずれの被接合体もアルミニウムであり、直接電解ニッケルめっきを行うことが困難なことから、表面に無電解Ｎｉ－１０％Ｐめっきを１～６μｍ被着させたものを用意した。被接合体同士をめっきで接合した後、試料について大気中で熱処理を行った。熱処理温度の違いによる接合強度の違いを検証するため、熱処理温度を１５０℃、２５０℃、３５０℃、４５０℃として３０分間熱処理を行った各試料を用意した。また、熱処理を行わない試料も用意した。

　接合強度の評価は第１実施例と同様の方法・条件、機器により行った。シェア強度の測定の結果、熱処理を行わなかった試料、熱処理温度が１５０℃の試料ではいずれも、被接合体とめっき部との界面、又はめっき部の会合界面で破断した。熱処理温度が２５０℃の試料では、被接合体中で破断したものも見られた。熱処理温度が３５０℃の試料、４５０℃の試料ではいずれも、全て被接合体中で破断した。このことから、熱処理温度が２５０℃以上の各試料では、熱処理を行わなかった試料及び熱処理温度が１５０℃の試料と比較して接合強度の上昇が確認できた。

（第６実施例）
　第６実施例では、ステンレス鋼で形成された一対の被接合体をめっき部で接合した接合構造体の複数の試料を作製し、引張試験を行った。ステンレス鋼としてＳＵＳ３０４の組成の第１被接合体と第２被接合体を用意した。第４実施例のものと同じ試料を作製し、第１被接合体及び第２被接合体は、いずれも厚みが０．２ｍｍ、めっき部を構成するめっき金属はニッケルとした。引張試験には、島津製作所社製精密万能試験機オートグラフＡＧ－Ｘを用いた。

　めっき処理の後、試料について大気中で熱処理を行った。接合の有無、及び熱処理温度の有無による引張強度の違いを検証するため、接合を行っていないステンレス鋼の試験片試料、熱処理を行わない試料、２００℃、２５０℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃の熱処理温度でそれぞれ９０分間熱処理を行った各試料、及び４００℃から８００℃まで１００℃刻みの各熱処理温度で順次熱処理を行った試料をそれぞれ用意した。各試料について同じものをそれぞれ３つ用意し、各試料について３回の引張試験の平均値を算出した。図２３にその結果を示す。

　本実施例では、ステンレス鋼の試験片試料の最大荷重を１．０とし、これに対する比で引張強度を評価した。熱処理を行っていない試料については、引張強度が最も低く、０．８１であった。２００℃で熱処理を行った試料は０．８２（グラフでは不図示）、２５０℃で熱処理を行った試料では０．９０（グラフでは不図示）、３００℃では０．９５（グラフでは不図示）、４００℃では０．９７（グラフでは不図示）であった。５００℃以上で熱処理を行った試料、及び４００℃から８００℃まで順次熱処理を行った試料については全て被接合体上での破断が生じたので１．０と評価した。また、５００℃以上で熱処理を行った試料は、ステンレス鋼の試験片試料と同等の接合強度を示すことが確認された。以上のことから、熱処理温度が２５０℃以上の試料では、明確な強度の上昇が確認された。

　１０，３０，５０　　接合構造体
　１２，３２　　第１被接合体
　１２ａ，１６ａ，３２ａ，３６ａ，５２ａ，５８ａ　　被接合面
　１４，３４，５４　　めっき部
　１６，３６　　第２被接合体
　５２　　配線材（被接合体）
　５６　　太陽電池セル（被接合体）
　ＡＩ　　会合界面
　ＭＲ１　　第１の拡散領域
　ＭＲ２　　第２の拡散領域
　ＲＣ　　再結晶領域

 

Claims (11)

1. 　第１の金属で構成された第１被接合体と、
   　第２の金属で構成された第２被接合体と、
   　前記第１被接合体と前記第２被接合体の間にめっき金属で構成され、前記第１被接合体と前記第２被接合体を接合するめっき部と、
   　を備え、
   　前記めっき部は、前記第１被接合体と前記第２被接合体の各被接合面から略等距離の部分に前記めっき金属が会合された会合界面が形成されており、前記会合界面の近傍に前記めっき金属が再結晶した再結晶領域を有する、又は、前記会合界面の近傍に前記めっき金属が拡散した第１の拡散領域を有する、
   　接合構造体。
2. 　第１の金属で構成された第１被接合体と、
   　第２の金属で構成された第２被接合体と、
   　前記第１被接合体と前記第２被接合体の間にめっき金属で構成され、前記第１被接合体と前記第２被接合体を接合するめっき部と、
   　を備え、
   　前記第１被接合体と前記第２被接合体のうち少なくとも一方の被接合体と前記めっき部との境界部分に、前記少なくとも一方の被接合体を構成する金属と前記めっき金属とが拡散して混在する第２の拡散領域を有する、
   　接合構造体。
3. 　前記めっき部は、前記第１被接合体と前記第２被接合体の各被接合面から略等距離の部分に前記めっき金属が再結晶した再結晶領域を有する、
   　請求項２に記載の接合構造体。
4. 　前記第１被接合体と前記第２被接合体が、点状又は線状に接触する、又は、点状又は線状に近接する領域を有する、
   　請求項１～３のいずれか１項に記載の接合構造体。
5. 　前記第１被接合体と前記第２被接合体を構成する前記第１の金属及び前記第２の金属と、前記めっき金属とが同一又は全率固溶体である、
   　請求項１～４のいずれか１項に記載の接合構造体。
6. 　前記第１被接合体と前記第２被接合体の少なくとも一つは鉄系合金で構成され、
   　前記めっき金属はニッケルまたはニッケル合金で構成される、
   　請求項１～４のいずれか１項に記載の接合構造体。
7. 　第１の金属で構成された第１被接合体と第２の金属で構成された第２被接合体の間にめっき液を浸入させ、前記第１被接合体と前記第２被接合体の間に、該第１被接合体と該第２被接合体の各被接合面から成長しためっき金属が会合した会合界面を形成させることで、前記第１被接合体と前記第２被接合体を前記めっき金属で接合する接合工程と、
   　前記接合工程の後に、前記めっき金属に対して熱処理を行う熱処理工程と、
   　を備え、
   　前記熱処理工程は、前記会合界面に前記めっき金属が再結晶した再結晶領域を形成する、
   　接合構造体の製造方法。
8. 　第１の金属で構成された第１被接合体と第２の金属で構成された第２被接合体の間にめっき液を浸入させ、前記第１被接合体と前記第２被接合体の間に、該第１被接合体と該第２被接合体の各被接合面から成長しためっき金属が会合した会合界面を形成させることで、前記第１被接合体と前記第２被接合体を前記めっき金属で接合する接合工程と、
   　前記接合工程の後に、前記めっき金属に対して熱処理を行う熱処理工程と、
   　を備え、
   　前記熱処理工程は、前記めっき金属の融点をＴ１（Ｋ）とし、熱処理温度をＴ２（Ｋ）としたときに、Ｔ２≧Ｔ１×１／３の関係が成立する温度で熱処理を行う、
   　接合構造体の製造方法。
9. 　前記熱処理工程は、前記会合界面を消失させる、
   　請求項７又は８に記載の接合構造体の製造方法。
10. 　前記接合工程は、前記第１被接合体と前記第２被接合体の各被接合面の一部が、点状又は線状に接触した状態で、又は点状又は線状に近接した状態で、前記第１被接合体と前記第２被接合体の各被接合面の間隔が狭い箇所から広い箇所へと順に前記会合界面が形成される、
    　請求項７～９のいずれか１項に記載の接合構造体の製造方法。
11. 　前記接合工程の前に、前記第１被接合体と前記第２被接合体の各被接合面を平滑化する平滑化工程を備える、
    　請求項７～１０のいずれか１項に記載の接合構造体の製造方法。
    
     
     

Images