鐵基部件和鋁基部件的接合方法
2023-05-16 12:52:51 2
專利名稱：鐵基部件和鋁基部件的接合方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵基部件和鋁基部件的接合方法。
背景技術：
以往，汽車等車體通常使用鋼板等。一方面，為了提高燃料利用率等，希望車體是輕型的。從而，希望開發出一種根據車體部位而將鋼板等和輕型鋁合金板等接合的不同材料接合技術。
關於接合這種鋼板和鋁合金板，例如已在「不同種類接合體和電阻點焊方法」(參照日本特開2003-145278號公報的段落編號0015～0031、圖1)和「鋁基材料和鋼基材料的不同材料接合方法」(參照日本特開平9-155561號公報的段落編號0019～0030、圖1)。
並且，除了上述的專利文獻中所記載的技術以外，希望開發出能夠將鐵基部件和鋁基部件更加良好地接合的接合方法。
發明內容
於是，本發明的課題是提供一種能夠把鐵基部件和鋁基部件良好地接合的鐵基部件和鋁基部件的接合方法。
作為解決上述課題的方法，本發明是對以鐵為主要成分的鐵基部件和以鋁為主要成分的鋁基部件進行接合的鐵基部件和鋁基部件的接合方法，其特徵在於，上述鐵基部件和上述鋁基部件中的至少一方在接合側形成有含有鋅的鋅層，使上述鐵基部件和上述鋁基部件以夾著上述鋅層的方式重合併進行焊接。
根據這種鐵基部件和鋁基部件的接合方法，鐵基部件和鋁基部件中的至少一方，在其接合側形成有鋅層，當使鐵基部件和鋁基部件以夾著上述鋅層的方式重合併進行焊接時，通過焊接的熱量，容易地將低熔點的鋅的一部分和鋁的一部分熔化，熔化後的鋅的一部分向鋁基部件內擴散。並且向鋁基部件內擴散的鋅的一部分硬化，從而能夠把鐵基部件和鋁基部件良好地接合。
並且，在本發明的接合鐵基部件和鋁基部件的接合方法中，其特徵在於，上述鋁基部件含有鎂。
根據這種鐵基部件和鋁基部件的接合方法，由於鋁基部件含有鎂，因此能夠提高鐵基部件和鋁基部件之間的接合強度。
並且，在本發明的鐵基部件和鋁基部件的接合方法中，其特徵在於，上述焊接是電阻焊接、雷射焊接、電子束焊接和弧焊中的至少一種。
根據這種鐵基部件和鋁基部件的製造方法，通過電阻焊接、雷射焊接、電子束焊接和弧焊中的至少一種，能夠恰當地把鐵基部件和鋁基部件接合。
並且所謂電阻焊接，能夠舉出例如點焊、滾焊、凸焊。
這樣，通過本發明，能夠提供把鐵基部件和鋁基部件良好地接合的鐵基部件和鋁基部件的接合方法。
通過參照附圖，對後述本發明例示的且非限定性的實施方式進行的詳細說明，從而能夠更清楚地了解上面敘述的本發明的各個側面和效果、以及其他效果和其他特徵。
圖1是分階段地說明本實施方式的鐵基部件和鋁基部件的接合方法的剖面圖，圖1(a)表示鋼板和鋁板的重合之前，圖1(b)表示鋼板和鋁板在重合狀態下進行焊接時，圖1(c)表示焊接後。
圖2是示意地表示由接合鐵基部件和鋁基部件而成的鐵基部件-鋁基部件接合體的拉伸試驗後的破裂狀態的剖面圖。
圖3是表示實施例1～15的鋁板的含鎂量和接合強度的關係的圖表。
標號說明1鋼板(鐵基部件)2鍍鋅層(鋅層)
3鋁板(鋁基部件)4電極5熔核6鋼板-鋁板接合體具體實施方式
下面，參照圖1和圖2，說明本發明的一個實施方式。
在參照的附圖中，圖1是分階段地說明本實施方式的鋼板和鋁板的接合方法的剖面圖，圖1(a)表示鋼板(鐵基部件)和鋁板(鋁基部件)的重合之前，圖1(b)表示重合後的狀態，圖1(c)表示焊接後。圖2是示意地表示接合鋼板和鋁板而成的鋼板-鋁板接合體的拉伸試驗後的破裂狀態的剖面圖。
《鐵基部件和鋁基部件的接合方法》如圖1所示，本實施方式的鐵基部件和鋁基部件的接合方法包括第一工序，其是在鋼板1(鐵基部件)的兩面側(接合側和非接合側)，形成含有鋅的鍍鋅層2、2(鋅層)；和第二工序，其是使形成有鍍鋅層2的鋼板1與鋁板3(鋁基部件)重合，進行電阻焊接。
(第一工序鍍鋅層的形成)如圖1(a)所示，例如通過熱浸鍍鋅法，在以鐵為主要成分的鋼板1的兩面側，分別形成含有鋅的鍍鋅層2、2。關於鋼板1，可以使用軟鋼板、高強度鋼板(例如，590MPa級高強度鋼板或780MPa級高強度鋼板)等。
關於在鋼板1上形成鍍鋅層2的方法，可以採用例如熱浸鍍敷法或電氣鍍敷法。
各鍍鋅層2中的含鋅量優選為45.0～100.0質量％。即，如果含鋅量在上述範圍內，則在各鍍鋅層2中除了鋅以外還可以含有其他某些元素(例如Al、Mg、Fe)。即，鍍鋅層2可以是含鋅量高的、以鋅為主要成分的層，也可以是含鋅量低的層(但是，含鋅量為45質量％以上)。
並且，關於在鋼板1的每個面的各鍍鋅層2的附著量，本發明並沒有特別的限定，但是優選為5～250g/m2。
另外，由於在鋼板1側形成鍍鋅層2，即使是回收再利用時，在鋁板3側沒有附有鍍鋅層2，因此對鋁能夠容易地回收再利用。
這樣形成的帶有鍍鋅層2的鋼板1，分別被稱作例如以下幾種通過熱浸鍍敷法而形成鍍鋅層2的鋼板稱作「熱浸鍍鋅鋼板」；通過熱浸鍍敷法而形成鍍鋅層2，再通過熱處理而使其合金化的鋼板稱作「合金化鍍鋅鋼板」；通過電氣鍍敷方法而形成鍍鋅層2的鋼板稱作「電鍍鋅鋼板」。
並且，根據鍍鋅層2中的組成成分，鋼板1分別被稱作例如以下兩種鍍鋅層2的主要成分為鋅和鋁的鋼板稱作「Al-Zn類鍍敷鋼板」；鍍鋅層2的主要成分為鋅、鋁和鎂的鋼板稱作「Zn-Al-Mg類鍍敷鋼板」。
(第二工序重合、電阻焊接)接著，如圖1(b)所示，鋁板3和在接合側形成有鍍鋅層2的鋼板1，以夾著鍍鋅層2的方式重合，並對該重合部分進行電阻焊接。這裡，對通過使用一對電極4、4的點焊來電阻焊接重合部件的情況進行說明。
(鋁板)這裡，對鋁板3進行說明。
鋁板3是以鋁為主要成分的鋁合金板。鋁板3優選含有鎂。這是因為，通過電阻焊接，鋁板3的鎂與鋁、鋅形成金屬間化合物(Al-Zn-Mg化)，在鋁板3中形成熔核(nugget)5(接合部分)，焊接(接合)強度增大(參照圖1(c))。
並且，鋁板3中的含鎂量，優選在0.2～10.0質量％的範圍內。如果含鎂量不到0.2質量％，則形成上述金屬間化合物的鎂過少，接合強度降低。另一方面，如果含鎂量多於10質量％，鋁板3(鋁母材)側發生應力侵蝕破裂等，不適合用作結構部件。
並且，使鋁板3和形成有鍍鋅層2、2的鋼板1以夾著接合側的鍍鋅層2的方式重合，利用例如夾具等來保持上述重合狀態。然後從它們的兩外側，利用電極4、4，以預定壓力來夾持重合部分，並且使預定電流以預定通電周期進行通電。
通過上述通電，鍍鋅層2中的低熔點的鋅首先熔化，熔化了的鋅向鋁板3內擴散。擴散後的鋅與在鋁板3中部分熔化的鋁以及鎂，形成金屬間化合物(Al-Zn-Mg化)，在鋁板3中形成熔核5(接合部)。
並且，在該通電中，鋅的熔點(約420℃)、鋅和鋁的合金的熔點(例如組合比為Zn∶Al＝89～97∶11～3的Zn-Al合金的熔點為380℃)分別較低，因此即使不施加高電壓來以大電流進行通電，也能夠把銅板1和鋁板3良好地接合。
即，由於不以大電流進行通電，以低溫就能夠焊接，因此能夠防止熔化了的鋁等向電極4側熔析。從而，能夠防止鋁和電極的合金化，既提高電極的耐久性，又能夠提高連續打點性。
在預定通電周期之後，停止通電。於是，鋼板1和鋁板3的溫度降低。這裡，通過向鋁板3內擴散的鋅，能夠實現時效硬化。從而，雖然熔核5的溫度由於停止通電也降低了，但是能夠提高熔核5的強度，即鋼板1和鋁板3的焊接(接合)強度。
於是，能夠獲得由鋼板1(鐵基部件)和鋁板3(鋁基部件)良好地接合(焊接)而成的鋼板-鋁板接合體6(鐵基部件-鋁基部件接合體)。
《鐵基部件-鋁基部件接合體》下面，說明由此得到的鋼板-鋁板接合體6。鋼板-鋁板接合體6通過對鋼板1和鋁板3進行接合而構成。從而，例如與通過鋼板1彼此接合而成的接合體相比，上述鋼板-鋁板接合體6非常輕。
並且，如上所述，鋼板-鋁板接合體6通過Al-Zn-Mg化的熔核5，將鋼板1和鋁板3牢固地接合。假設，對接合後的鋼板-鋁板接合體6進行拉伸試驗，並測定其接合強度，則如圖2所示，鋼板1和鋁板3不分離，而是位於熔核5外側的鋁板3局部破裂，從而使鋼板-鋁板接合體6(參照圖1)破裂。上述試驗結果可以理解成，這是因為熔核5和鋼板1接合得極牢固，並且熔核5和鋁板3接合得也極牢固，所以通過上述拉伸，機械強度低的鋁板3破裂。
於是，由鋼板1和鋁板3以高強度接合而成的且輕型的鐵基部件-鋁基部件接合體，可以適用於廣泛的領域。例如在機動車領域中，可以適合地用作接合於車體的主架上的面板等。
以上，針對本發明的優選實施方式說明了一個例子，但是本發明並不限定於上述實施方式，在不脫離本發明宗旨的範圍內，例如能夠進行如下的變更。
在上述的實施方式中，已經說明了通過一種作為電阻焊接的點焊而將鋼板1和鋁板3進行接合的情況，但是作為電阻焊接，也可以使用滾焊、凸焊。
並且，並不限定於電阻焊接，除此之外，還可以利用例如雷射焊接、電子束焊接和弧焊。
這裡，關於雷射焊接，優選的是，在鋼板1和鋁板3重合的部分，用雷射照射鋼板1(鐵基部件)側，直接加熱鋼板1，使鋁板3通過餘熱而部分熔化。這是因為如果將雷射照射鋁板3側，則雷射漫反射，從而產生很大的能量損失。
在上述的實施方式中，通過熱浸鍍鋅法，形成了鍍鋅層2(鋅層)，但是形成鋅層的方法並不限定於此，除此之外，也可以是例如電氣的方法(電析)、塗布法和噴塗法等。
在上述的實施方式中，在鋼板1(鐵基部件)的兩面側(接合側和非接合側)，形成了鍍鋅側2(鋅層)，但只要鍍鋅層2形成於鋼板1和鋁板3(鋁基部件)中的至少一方的接合側即可。
下面，根據實施例，更具體地說明本發明。
實施例1～3實施例1～3中，對形成有厚度為10.0μm的鍍鋅層2的熱浸鍍鋅鋼板和含鎂量不同的鋁板3進行接合，並測定接合強度。
(1-1)實施例1(1-1-1)鍍鋅層的形成、焊接使用厚度為1.0mm的軟鋼板作為鋼板1，在其兩面側(接合側和非接合側)，通過熱浸鍍鋅方法形成厚度為10.0μm的鍍鋅層2、2，製作出熱浸鍍鋅鋼板。另外，鍍鋅層2的組成成分中，鋅為99.5質量％，鋁為0.5質量％。
然後使該熱浸鍍鋅鋼板和厚度為1.0mm的6000系列的鋁板3重合，並通過點焊而進行電阻焊接，其中，上述6000系列的鋁板3含有0.5質量％的鎂和1.0質量％的矽。
另外，在進行點焊時，使用接觸部分的直徑為6mm的電極4，以1.47kN(150kgf)的力夾住鋼板1和鋁板3的重合體，並以18通電周期將14kA的電流進行通電。
(1-1-2)接合強度的測定以JIS Z3136「有關電阻點焊以及凸焊接頭的剪切試驗的試驗片尺寸和試驗方法」為標準，進行實施例1的鋼板-鋁板接合體6的拉伸試驗，測定接合強度(破裂強度)。然後，將該測定結果和熱浸鍍鋅鋼板和鋁板3的各種物性和焊接條件一起在表1、圖3中示出。另外，在圖3中，「(1)」表示實施例1。對於其他圖表也相同。
(1-2)實施例2除了使用了含有2.5質量％的鎂和0.17質量％的矽的5000系列的鋁板3以外，與實施例1相同。
(1-3)實施例3除了使用了含有4.5質量％的鎂和0.12質量％的矽的5000系列的鋁板3以外，與實施例1相同。
實施例4～9在實施例4～9中，與實施例1同樣地對形成有厚度為5.0μm的鍍鋅層2的合金化熱浸鍍鋅鋼板和含鎂量不同的鋁板3進行接合，並測定接合強度。
(2-1)實施例4使用軟鋼板作為鋼板1，通過熱浸鍍鋅法在軟鋼板的兩面側形成鍍鋅層之後，進行熱處理來使其合金化，製作出形成有厚度為5.0μm的鍍鋅層2、2的合金化熱浸鍍鋅鋼板。另外，鍍鋅層2的組成成分中，鋅為90質量％、鋁為0.2質量％、鐵為9.8質量％。
然後，將該合金化熱浸鍍鋅鋼板和含有0.5質量％的鎂以及1.0質量％的矽的6000系列的鋁板3進行接合，並測定接合強度。將測定結果與合金化熱浸鍍鋅鋼板和鋁板3的各種物性和焊接條件一起在表1、圖3中示出。
(2-2)實施例5除了使用了含有4.5質量％的鎂和0.12質量％的矽的5000系列的鋁板3以外，與實施例4相同。
(2-3)實施例6除了把590MPa級高強度鋼板用作鋼板1以外，與實施例4相同。
(2-4)實施例7除了把590MPa級高強度鋼板用作鋼板1以外，與實施例5相同。
(2-5)實施例8除了把780MPa級高強度鋼板用作鋼板1以外，與實施例4相同。
(2-6)實施例9除了把780MPa級高強度鋼板用作鋼板1以外，與實施例5相同。
實施例10、11在實施例10、11中，與實施例1同樣地對形成有厚度為3.0μm的鍍鋅層2的電鍍鋅鋼板和含鎂量不同的鋁板3進行接合，並測定接合強度。
(3-1)實施例10除了通過電鍍法來形成厚度為3.0μm的鍍鋅層2以外，與實施例1相同。另外，在鍍鋅層2的組成成分中，鋅為100質量％。然後把接合強度的測定結果與電鍍鋅鋼板和鋁板3的各種物性以及焊接條件一起在表1、圖3中示出。
(3-2)實施例11除了通過電鍍法來形成厚度為3.0μm的鍍鋅層2以外，與實施例3相同。另外，在鍍鋅層2的組成成分中，鋅為100質量％。
實施例12、13在實施例12～13中，與實施例1同樣地對形成有厚度為10μm的鍍鋅層2的Al-Zn類鍍敷鋼板和含鎂量不同的鋁板3進行接合，並測定接合強度，其中，上述鍍鋅層的含鋅量低而含鋁量高。
(4-1)實施例12除了通過熱浸鍍鋅法來形成含鋅量為45質量％、含鋁量為55質量％的鍍鋅層2以外，與實施例1相同。並且，將接合強度的測定結果與Al-Zn類鍍敷鋼板和鋁板3的各種物性和焊接條件一起在表1、圖3中示出。
(4-2)實施例13除了通過熱浸鍍鋅法來形成含鋅量為45質量％、含鋁量為55質量％的鍍鋅層2以外，與實施例3相同。
實施例14、15在實施例14～15中，與實施例1同樣地對形成有厚度為10μm的鍍鋅層2的Zn-Al-Mg類鍍敷鋼板和含鎂量不同的鋁板3進行接合，並測定接合強度，上述鍍鋅層除了含有作為主要成分的鋅之外還含有鋁和鐵。
(5-1)實施例14除了通過熱浸鍍鋅法來形成含鋅量為85.8質量％、含鋁量為11.0質量％、含鎂量為3.0質量％的鍍鋅層2以外，與實施例1相同。將接合強度的測定結果與Zn-Al-Mg類鍍敷鋼板和鋁板3的各種物性和焊接條件一起在表1、圖3中示出。
(5-2)實施例15除了通過熱浸鍍鋅法來形成含鋅量為85.8質量％、含鋁量為11.0質量％、含鎂量為3.0質量％的鍍鋅層2以外，與實施例3相同。
(6)比較例1除了不形成鍍鋅層2、2而對鋼板1和鋁板3進行接合之外，與實施例1相同。
表1
(7)實施例1～15的評價從表1和圖3中清楚地了解到，與沒有發揮作為接合構造體的接合強度的比較例1相比，實施例1～15的鋼板-鋁板接合體6的接合強度明顯增大(約10倍以上)，已經確認了通過本發明的鐵基部件和鋁基部件的接合方法，能夠良好地接合鋼板1和鋁板3。
另外，確認了即使鍍鋅層2中的含鋅量低至45質量％(實施例12、13)，也能夠獲得良好的接合強度。
權利要求
1.一種鐵基部件和鋁基部件的接合方法，該接合方法對以鐵為主要成分的鐵基部件和以鋁為主要成分的鋁基部件進行接合，其特徵在於，上述鐵基部件和上述鋁基部件中的至少一方在接合側形成有含有鋅的鋅層，使上述鐵基部件和上述鋁基部件以夾著上述鋅層的方式重合併進行焊接。
2.根據權利要求1所述的鐵基部件和鋁基部件的接合方法，其特徵在於，上述鋁基部件含有鎂。
3.根據權利要求1或2所述的鐵基部件和鋁基部件的接合方法，其特徵在於，上述焊接是電阻焊接、雷射焊接、電子束焊接以及弧焊中的至少一種。
全文摘要
本發明提供鐵基部件和鋁基部件的接合方法，該接合方法能夠把鐵基部件和鋁基部件良好地接合。在對以鐵為主要成分的鋼板(1)和以鋁為主要成分的鋁板(3)進行接合的鐵基部件和鋁基部件的接合方法中，鋼板(1)在接合側形成有含有鋅的鍍鋅層(2)，使鋼板(1)和鋁板(3)以夾著上述鍍鋅層(2)的方式重合併進行點焊接。
文檔編號B23K103/20GK101043968SQ20058003568
公開日2007年9月26日 申請日期2005年10月26日 優先權日2004年10月26日
發明者林登, 新裡文明, 土井良一剛 申請人:本田技研工業株式會社