特許 7438020 異種材料積層体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-15

(45)【発行日】2024-02-26

(54)【発明の名称】異種材料積層体

(51)【国際特許分類】

   B32B 15/01 20060101AFI20240216BHJP

   B21D 39/03 20060101ALI20240216BHJP

   B21D 47/04 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

B32B15/01 Z

B21D39/03 B

B21D47/04

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020086255

(22)【出願日】2020-05-15

(65)【公開番号】P2021000819

(43)【公開日】2021-01-07

【審査請求日】2023-03-20

(31)【優先権主張番号】P 2019113734

(32)【優先日】2019-06-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】596092470

【氏名又は名称】権田金属工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003742

【氏名又は名称】弁理士法人海田国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100128749

【弁理士】

【氏名又は名称】海田 浩明

(72)【発明者】

【氏名】権田 善夫

(72)【発明者】

【氏名】野田 雅史

(72)【発明者】

【氏名】権田 源太郎

【審査官】大村 博一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０７８７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０３４２３７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－２７９９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３２１８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３０４４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１２１３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５４１６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ３２Ｂ １／００－４３／００

Ｂ２１Ｄ ３９／００－４１／０４

Ｂ２１Ｄ ４７／００－５５／００

Ｃ２２Ｆ １／００－ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平板状のチタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、平板状のマグネシウム又はマグネシウム合金を接合して構成される異種材料積層体であって、
前記チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金は、平板状をした板面に１又は複数の接合穴を有し、
前記マグネシウム又はマグネシウム合金は、前記接合穴を塞ぐように配置された後、前記接合穴との対向面の反対側から前記接合穴に向けてマグネシウム又はマグネシウム合金が変形する押圧力を及ぼされることで、前記マグネシウム又はマグネシウム合金の一部が形状変形して前記接合穴に侵入する接合凸部を有し、
前記接合穴と前記接合凸部が係合状態となることで、前記チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、前記マグネシウム又はマグネシウム合金が、平板状をした互いの板面同士を面合わせした状態で接合されることを特徴とする異種材料積層体。

【請求項2】

請求項１に記載の異種材料積層体において、
前記接合穴は、平板状をした前記チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金の板面に形成された穴入口の穴径に対して、内部空間の穴径が大きくなるように形成されることを特徴とする異種材料積層体。

【請求項3】

請求項２に記載の異種材料積層体において、
前記接合穴は、前記チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金を縦断面で見たときに、略蟻溝形状として形成されることを特徴とする異種材料積層体。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の異種材料積層体において、
前記接合穴と前記接合凸部が係合状態にあるとき、前記接合穴と前記接合凸部との間に隙間空間が存在することを特徴とする異種材料積層体。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の異種材料積層体において、
前記マグネシウム又はマグネシウム合金における前記接合凸部が形成された箇所の反対側に、前記押圧力を及ぼす工具によって形成された押圧痕を有することを特徴とする異種材料積層体。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の異種材料積層体において、
前記チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、前記マグネシウム又はマグネシウム合金との接合箇所の境界表面の入口を樹脂又は塗料で覆うシール部を設けたことを特徴とする異種材料積層体。

【請求項7】

請求項６に記載の異種材料積層体において、
前記シール部が、前記マグネシウム又はマグネシウム合金の全外周面を覆って構成されることを特徴とする異種材料積層体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、マグネシウム又はマグネシウム合金を接合して構成される異種材料積層体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金は、機械特性（比強度、比弾性率等）、耐食性等に優れることから、航空機、車両（自動車、鉄道車両等）、スポーツ用具部材等の用途に用いられている。

【0003】

一方、マグネシウム又はマグネシウム合金は、実用構造金属材料中、最も低密度（＝１．７ｇ／ｃｍ^３）であり、金属材料特有の易リサイクル性を有し、資源も豊富に存在することから、次世代の構造用軽量材料として注目されている。そして、マグネシウム又はマグネシウム合金については、例えば、自動車産業においては、下記特許文献１に例示されるようなステアリングホイールや、シリンダーヘッドカバー、オイルパン等の部材が、マグネシウム合金鋳造材により作製されている。また、例えば、家電製品では、パソコン・携帯電話等の家電製品筐体が、マグネシウム合金鋳造材により作製されている。

【0004】

上述した有意な特性を備えるチタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、マグネシウム又はマグネシウム合金とを組み合わせた異種材料積層体が実現できれば、それぞれが単独では発現し得ない高い特性や異なる特性を発現することが期待できる。特に、異種材料積層体がこのような特性を発揮するためには、チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、マグネシウム又はマグネシウム合金との接合手段が重要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００８－２４１１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、発明者らが従来技術を確認した限りにおいて、チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、マグネシウム又はマグネシウム合金を接合して異種材料積層体を構成する技術は存在しなかった。特に、チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、マグネシウム又はマグネシウム合金とのそれぞれの金属特性を変更せずに、好適に積層接合する技術は従来存在していなかった。

【0007】

また、従来から、同種材料の接合では発生しない腐食や電食といった問題が、異種材料の接合では発生してしまうことが知られており、異種材料を接合する際に、腐食や電食といった不具合が発生することの無い異種材料接合技術の実現が求められていた。

【0008】

さらに、異種材料を接合した場合には、この接合体を同時に加工処理することが難しいという課題も存在していた。例えば、アルミニウムと鉄鋼材料を接合した場合、これら異種材料の接合体に対して同時に表面加工処理を施すことは、従来技術では困難であった。

【0009】

本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、マグネシウム又はマグネシウム合金を接合して異種材料積層体を構成する技術を提供することにある。また、本発明の更なる目的は、腐食や電食といった不具合が発生することが無く、同時に加工処理を実施することが可能な異種材料積層体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る異種材料積層体は、平板状のチタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、平板状のマグネシウム又はマグネシウム合金を接合して構成される異種材料積層体であって、前記チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金は、平板状をした板面に１又は複数の接合穴を有し、前記マグネシウム又はマグネシウム合金は、前記接合穴を塞ぐように配置された後、前記接合穴との対向面の反対側から前記接合穴に向けてマグネシウム又はマグネシウム合金が変形する押圧力を及ぼされることで、前記マグネシウム又はマグネシウム合金の一部が形状変形して前記接合穴に侵入する接合凸部を有し、前記接合穴と前記接合凸部が係合状態となることで、前記チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、前記マグネシウム又はマグネシウム合金が、平板状をした互いの板面同士を面合わせした状態で接合されることを特徴とするものである。

【0011】

また、本発明に係る異種材料積層体において、前記接合穴は、平板状をした前記チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金の板面に形成された穴入口の穴径に対して、内部空間の穴径が大きくなるように形成することができる。

【0012】

さらに、本発明に係る異種材料積層体において、前記接合穴は、前記チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金を縦断面で見たときに、略蟻溝形状として形成されていることが好適である。

【0013】

またさらに、本発明に係る異種材料積層体では、前記接合穴と前記接合凸部が係合状態にあるとき、前記接合穴と前記接合凸部との間に隙間空間が存在することとすることができる。

【0014】

さらにまた、本発明に係る異種材料積層体では、前記マグネシウム又はマグネシウム合金における前記接合凸部が形成された箇所の反対側に、前記押圧力を及ぼす工具によって形成された押圧痕を有することとすることができる。

【0015】

また、本発明に係る異種材料積層体では、前記チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、前記マグネシウム又はマグネシウム合金との接合箇所の境界表面の入口を樹脂又は塗料で覆うシール部を設けることが好適である。

【0016】

さらに、本発明に係る異種材料積層体において、前記シール部が、前記マグネシウム又はマグネシウム合金の全外周面を覆って構成されることとすることができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金と、マグネシウム又はマグネシウム合金を接合して異種材料積層体を構成する技術を提供することができる。また、本発明によれば、腐食や電食といった不具合が発生することが無く、同時に加工処理を実施することが可能な異種材料積層体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施形態に係る異種材料積層体の構成を説明するための縦断面図である。

【図2】本実施形態に係る異種材料積層体の製造方法を説明するためのフローチャートである。

【図3】本実施形態に係る異種材料積層体の製造方法を説明するための図２に対応させた模式図である。

【図4】本発明に係る接合穴の変形例を示した図である。

【図5】複数組の接合穴と接合凸部が配置された、本発明に係る異種材料積層体の形態例を示す図である。

【図6】樹脂コーティングによるシール部を設置した異種材料積層体と、シール部を有していない接合まま材としての異種材料積層体を示す図であり、符号（ａ１），（ａ２），（ａ３）で示した異種材料積層体と、符号（ｂ１），（ｂ２），（ｂ３）で示した異種材料積層体との塩水浸漬試験前の状態が示されている。

【図7】図６で示した異種材料積層体の塩水浸漬試験後の状態が示された図である。

【図8】５％ＮａＣｌ溶液中で２４時間塩水浸漬した後の接合断面を示す図である。

【図9】マグネシウム合金の上面のみに樹脂コーティング（押圧痕の箇所も含む）を施した試験品を示した外観図である。

【図10】追加実験後にマグネシウム合金の上面から樹脂コーティングを剥がした状態の外観を示す図である。

【図11】図１０で示した追加実験後の試験品の切断面組織を示す断面図である。

【図12】異種材料積層体のせん断剥離試験前の外観像を示す図であり、図中の分図（ａ）が平面視を示し、分図（ｂ）が側面視を示している。

【図13】せん断剥離試験を行った異種材料積層体の接合条件を示した図である。

【図14】異種材料積層体のせん断剥離試験後の接合部断面観察結果を示す図であり、図中の分図（ａ）が平面視を示し、分図（ｂ）が縦断面視を示している。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0024】

まず、図１を用いて、本実施形態に係る異種材料積層体１０の構成について説明を行う。ここで、図１は、本実施形態に係る異種材料積層体の構成を説明するための縦断面図である。

【0025】

本実施形態に係る異種材料積層体１０は、基材となる平板状のアルミニウム合金１１と、このアルミニウム合金１１の上側の板面に配置された平板状のマグネシウム合金２１とから構成されている。

【0026】

アルミニウム合金１１には、上側の板面に接合穴１２が形成されている。この接合穴１２は、アルミニウム合金１１を縦断面で見たときに、略蟻溝形状として形成されている。

【0027】

一方、アルミニウム合金１１の上側の板面に配置された平板状のマグネシウム合金２１には、接合穴１２に侵入する接合凸部２２が形成されている。つまり、接合穴１２と接合凸部２２が係合状態となることで、アルミニウム合金１１とマグネシウム合金２１が、平板状をした互いの板面同士を面合わせした状態で接合されている。

【0028】

なお、マグネシウム合金２１における接合凸部２２の形成箇所の反対側の面には、接合凸部２２を形成する際に用いられた工具によって形成された押圧痕２３が形成されている。これら接合凸部２２と押圧痕２３の形成過程について簡単に説明すると、平板状のマグネシウム合金２１を、平板状のアルミニウム合金１１の接合穴１２を塞ぐように配置した後、接合穴１２との対向面の反対側から接合穴１２に向けて工具を垂直方向に押し付け、マグネシウム合金２１が変形する押圧力を及ぼすことでマグネシウム合金２１の一部が形状変形し、接合穴１２に侵入する接合凸部２２が形成されることとなる。このように、押圧痕２３は、接合凸部２２を形成する際に必然的に形成される形状であり、また、工具からの押圧力によってマグネシウム合金２１に形成された接合凸部２２は、接合穴１２の内部に侵入して接合穴１２と係合状態となることで、アルミニウム合金１１とマグネシウム合金２１が接合した異種材料積層体１０が形成されることとなる。

【0029】

また、接合穴１２の内部に侵入する接合凸部２２の侵入量については、充填率が１００％である必要はない。つまり、接合穴１２の内部空間のすべてを接合凸部２２が占める必要はなく、接合穴１２と接合凸部２２の係合状態が実現できれば良いので、接合穴１２と接合凸部２２が係合状態にあるときに、接合穴１２と接合凸部２２との間に隙間空間が存在するように構成することもできる。

【0030】

また、上述した実施形態では、接合穴１２を形成した基材をアルミニウム合金１１とし、工具からの押圧力によって接合凸部２２が形成される材料をマグネシウム合金２１とした場合を例示して説明したが、基材であるアルミニウム合金１１については、チタン、チタン合金又はアルミニウムを用いてもよいし、マグネシウム合金２１については、マグネシウムを用いてもよい。

【0031】

さらに、本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金については、例えば、ＪＩＳ Ｈ ４０００：２０１４（対応国際規格ＩＳＯ ２０９：２００７、ＩＳＯ ６３６１－１：２０１１、ＩＳＯ ６３６１－２：２０１１、ＩＳＯ ６３６１－３：２０１１、ＩＳＯ ６３６１－４：２０１１、ＩＳＯ ６３６１－５：２０１１）に記載のアルミニウムおよびアルミニウム合金等を用いることができる。

【0032】

また、本発明に係るチタン又はチタン合金については、例えば、いわゆるα合金、β合金、α＋β合金等を用いることができ、さらに具体的には、α合金としては、Ｔｉ－５Ａｌ－２．５Ｓｎ、Ｔｉ－８Ａｌ－Ｖ－Ｍｏ、Ｔｉ－６Ａｌ－２Ｓｎ－４Ｚｒ－２Ｍｏ－０．１Ｓｉ、Ｔｉ－６Ａｌ－５Ｚｒ－０．５Ｍｏ－０．２５Ｓｉ等を用いることができ、β合金としては、Ｔｉ－１３Ｖ－１１Ｃｒ－３Ａｌ、Ｔｉ－１１．５Ｍｏ－４．５Ｓｎ－６Ｚｒ、Ｔｉ－４Ｍｏ－８Ｖ－６Ｃｒ－３Ａｌ－４Ｚｒ、Ｔｉ－１５Ｍｏ－５Ｚｒ、Ｔｉ－１５Ｍｏ－５Ｚｒ－３Ａｌ、Ｔｉ－８Ｍｏ－８Ｖ－２Ｆｅ－３Ａｌ、Ｔｉ－１５Ｖ－３Ｃｒ－３Ａｌ－３Ｓｎ等を用いることができ、α＋β合金としては、Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ、Ｔｉ－６Ａｌ－２Ｓｎ－４Ｚｒ－６Ｍｏ、Ｔｉ－６Ａｌ－６Ｖ－２Ｓｎ、Ｔｉ－１１Ｓｎ－５Ｚｒ－２．５Ａｌ－Ｍｏ－１．２５Ｓｉ等を用いることができる。

【0033】

また、本発明に係るマグネシウム又はマグネシウム合金については、例えば、ＡＺ６１、ＡＺＸ６１１、ＡＺＸ６１２、ＡＺＸ８１１、ＡＺＸ８１３、ＡＭＸ１００１等を用いることができる。

【0034】

以上、図１を用いて、本実施形態に係る異種材料積層体１０の構成について説明を行った。次に、図２および図３を参照図面に加えて、本実施形態に係る異種材料積層体１０の製造方法を詳しく説明する。ここで、図２は、本実施形態に係る異種材料積層体の製造方法を説明するためのフローチャートであり、図３は、本実施形態に係る異種材料積層体の製造方法を説明するための図２に対応させた模式図である。

【0035】

本実施形態に係る異種材料積層体１０の製造方法は、まず、平板状のアルミニウム合金１１を準備し、上側の板面に対して接合穴１２を形成する（図２のステップＳ１０、図３の（ａ）参照）。本実施形態において、接合穴１２は、アルミニウム合金１１を縦断面で見たときに、略蟻溝形状として形成されている。

【0036】

次に、平板状のアルミニウム合金１１の上面に対して、平板状のマグネシウム合金２１を配置する（図２のステップＳ１１、図３の（ｂ）参照）。このとき、平板状のマグネシウム合金２１が、平板状のアルミニウム合金１１の接合穴１２を塞ぐように配置する。

【0037】

続いて、平板状のマグネシウム合金２１を配置した後、マグネシウム合金２１における、接合穴１２との対向面の反対側から接合穴１２に向けて工具３１を垂直方向に押し付け、マグネシウム合金２１が変形する押圧力を及ぼす（図２のステップＳ１２、図３の（ｃ）参照）。工具３１から、マグネシウム合金２１が変形する押圧力を及ぼされることで、マグネシウム合金２１の一部が形状変形し、接合穴１２に侵入する接合凸部２２が徐々に形成されることとなる。このとき、工具３１は、回転しながらマグネシウム合金２１に対して押圧力を及ぼしていくことになるので、マグネシウム合金２１における接合凸部２２が形成された箇所の反対側には、押圧力を及ぼす工具３１によって形成された押圧痕２３が形成されていくことになる。

【0038】

さらに、工具３１からのマグネシウム合金２１に対する押圧力の付与は、マグネシウム合金２１の一部が形状変形し、接合穴１２に侵入するとともに接合穴１２に係合する接合凸部２２が形成されるまで継続される。最終的に、工具３１からの押圧力によってマグネシウム合金２１に形成された接合凸部２２は、接合穴１２の内部に侵入して接合穴１２と係合状態となることで、アルミニウム合金１１とマグネシウム合金２１が接合した異種材料積層体１０が形成されることとなる（図２のステップＳ１３、図３の（ｄ）参照）。

【0039】

以上、図２および図３を参照することで、本実施形態に係る異種材料積層体１０の製造方法を詳しく説明した。上述した製造方法によって構成された異種材料積層体１０は、アルミニウム合金１１とマグネシウム合金２１が金属的に結合しておらず、互いの間に隙間を有して接した状態で接合したものである。したがって、本実施形態に係る異種材料積層体１０は、腐食や電食といった不具合が発生し難い構成となっている。さらに、本実施形態に係る異種材料積層体１０は、異種材料間に僅かな隙間が形成されているので、同時に加工処理を実施することが可能となっている。つまり、本実施形態に係る異種材料積層体１０は、従来技術には無い有意な特徴を備えたものとなっている。

【0040】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

【0041】

例えば、上述した実施形態では、平板状のチタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金１１と、平板状のマグネシウム又はマグネシウム合金２１を接合して構成される異種材料積層体１０を想定していたが、本発明は、異種材料の機械的特性や硬さが大きく異なっていたとしても、異種材料を接合できる技術である。したがって、チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金１１に代えて鉄鋼材料を採用し、鉄鋼材料に対してマグネシウム又はマグネシウム合金２１を接合する構成を採用することも、本発明の範囲に含まれるものである。

【0042】

また例えば、上述した実施形態では、接合穴１２が縦断面視で略蟻溝形状として形成された場合を例示して説明したが、本発明の接合穴については、内部空間に侵入して形成される接合凸部２２と係合可能な形状であれば、どのような穴形状を採用してもよい。例えば、図４は、本発明に係る接合穴の変形例を示した図であるが、図４で示すように、アルミニウム合金１１を縦断面で見たときに、アルミニウム合金１１の板面に形成された穴入口の穴径に対して、内部空間の穴径が大きくなるように形成されていればよく、その内部空間の形状についても、図４中の分図（ａ）で示すように、縦断面視略矩形形状であるものや、図４中の分図（ｂ）で示すように、縦断面視略逆台形形状であるものや、図４中の分図（ｃ）で示すように、縦断面視略長円形状であるものなどを採用することができる。

【0043】

また例えば、上述した実施形態では、１組の接合穴１２と接合凸部２２を示して説明を行ったが、本発明に係る異種材料積層体には、複数組の接合穴１２と接合凸部２２を配置することができる。そのような実施例を示す図として、図５を示す。ここで、図５は、複数組の接合穴と接合凸部が配置された、本発明に係る異種材料積層体の形態例を示す図である。図５で示す異種材料積層体１０のように、アルミニウム合金１１に複数の接合穴１２を形成し、各接合穴１２に対してマグネシウム合金２１の接合凸部２２を侵入させて複数の係合状態を実現することで、異種材料１１，２１が強固に接合された異種材料積層体１０を実現することが可能となる。

【0044】

さらに、上述した実施形態に係る異種材料積層体１０は、アルミニウム合金１１とマグネシウム合金２１が金属的に結合しておらず、互いの間に隙間を有して接した状態で接合したものである。つまり、異種材料間に僅かな隙間が形成されているので、この隙間に塩水等が侵入した場合には、異種材料積層体１０に腐食などの不具合が生じる可能性が考えられる。そこで、発明者らは、本発明に係る異種材料積層体において、チタン、チタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金１１と、マグネシウム又はマグネシウム合金２１との接合箇所の境界表面の入口を樹脂又は塗料で覆うシール部を設ける構成を創案した。樹脂や塗料などで構成されるシール部を異種材料積層体に対して設置することで、腐食等の不具合が生じ難い異種材料積層体を実現することができる。

【0045】

なお、発明者らは、上述したシール部の効果を確認するための塩水浸漬試験を実施したので、その内容について、図６～図１１を用いて説明を行う。

【0046】

まず、図６は、樹脂コーティングによるシール部６１を設置した異種材料積層体１００と、シール部６１を有していない接合まま材としての異種材料積層体２００を示す図であり、符号（ａ１），（ａ２），（ａ３）で示した異種材料積層体１００と、符号（ｂ１），（ｂ２），（ｂ３）で示した異種材料積層体２００との塩水浸漬試験前の状態が示されている。また、図７は、図６で示した異種材料積層体１００，２００の塩水浸漬試験後の状態が示された図である。

【0047】

この塩水浸漬試験は、アルミニウム合金１１とマグネシウム合金２１の接合体を５％ＮａＣｌ溶液中に２４時間浸漬させることで行った。樹脂コーティングによるシール部６１を設置した異種材料積層体１００では、シール部６１がアルミニウム合金１１とマグネシウム合金２１との接合箇所の境界表面の入口を覆うとともに、マグネシウム合金２１の全外周面を覆うように構成されている。この塩水浸漬試験の主旨は、アルミニウム合金１１とマグネシウム合金２１との接合箇所の境界表面の入口からの塩水侵入と、異種材料積層体１００の間に存在する隙間を簡易的に塞いだ時の効果を見ることであるため、この２点についての確認を行った。よって、腐食生成物の解析やクロム酸での煮沸処理は行わずに、塩水浸漬後に純水洗浄を複数回行い、乾燥した後に断面観察を行うこととした。ただし、試験前の異種材料積層体１００はアセトンで脱脂処理を行い、脱脂処理後に樹脂でコーティング処理を行った。

【0048】

この塩水浸漬試験の結果が図７に示されており、図７には、試験開始から３時間後の外観が示されている。接合まま材としての異種材料積層体２００の場合、マグネシウム合金２１の部分が早期に糸状腐食から孔食に至っており、３時間後の塩水も灰色に変化していた。一方、樹脂コーティングによるシール部６１を設置した異種材料積層体１００では、マグネシウム合金２１の部分と塩水が反応する箇所がなく、塩水は白濁化しただけであった。なお、アルミニウム合金１１側にも腐食の痕跡はあったが、マグネシウム合金２１と比較すると軽微であった。

【0049】

ここで、５％ＮａＣｌ溶液中で２４時間塩水浸漬した後の接合断面を示す図として、図８を示す。接合まま材としての異種材料積層体２００については、マグネシウム合金２１とアルミニウム合金１１の間にある隙間から塩水が侵入するとともに、押圧痕２３の箇所からも孔食していることが確認された。一方、樹脂コーティングによるシール部６１を設置した異種材料積層体１００では、接合面に塩水が侵入した形跡は組織的にも認められなかった。つまり、樹脂コーティングによるシール部６１を設置した異種材料積層体１００について、２４時間の塩水連続浸漬試験の範囲ではあるが、隙間を埋める（塞ぐ）ことで電食（今回の場合はガルバニック腐食）を防げる可能性があることが確認できた。この確認結果は、例えば、意匠性向上のために異種材料積層体１０に対して表面塗膜処理を行うならば、塗膜が破れない限りは接合面での腐食減少は起き難いと推察できることを示している。

【0050】

以上、発明者らが行った塩水浸漬試験について図６～図８を示して説明を行ったが、発明者らは、上記塩水浸漬試験で得られた知見の再現性の確認のために、さらなる追加実験を行った。この追加実験の内容について、図９～図１１を示して説明を行う。ここで、図９は、マグネシウム合金２１の上面のみに樹脂コーティング（押圧痕２３の箇所も含む）を施した試験品を示した外観図であり、図１０は、追加実験後にマグネシウム合金２１の上面から樹脂コーティングを剥がした状態の外観を示す図であり、図１１は、図１０で示した追加実験後の試験品の切断面組織を示す断面図である。なお、図９～図１１で示される追加実験は、図６～図８を示して説明した塩水浸漬試験と同じ塩水浸漬条件で試験を行った。

【0051】

その結果、押圧痕２３の箇所からの孔食は認められなくなるものの、アルミニウム合金１１とマグネシウム合金２１との接合箇所の境界表面の入口から接合部に存在する隙間に対して塩水が侵入し、当該接合部が腐食していることが確認できた。この結果から、アルミニウム合金１１とマグネシウム合金２１との接合箇所の境界表面の入口を覆うとともに、マグネシウム合金２１の全外周面を覆うようにシール部６１を設置することで異種材料積層体１００を構成することが有効であることが確認できた。

【0052】

なお、上述した塩水浸漬試験では、シール部６１を樹脂コーティングによって構成した場合を例示して説明したが、本発明のシール部については、樹脂のほか、塗料など、シール性を有するあらゆる物質を採用することが可能である。

【0053】

さらに、発明者らは、本発明に係る異種材料積層体に対して、せん断剥離試験を行った。このせん断剥離試験の内容について、図１２～図１４を示して説明を行う。ここで、図１２は、異種材料積層体のせん断剥離試験前の外観像を示す図であり、図中の分図（ａ）が平面視を示し、分図（ｂ）が側面視を示している。また、図１３は、せん断剥離試験を行った異種材料積層体の接合条件を示した図であり、図１４は、異種材料積層体のせん断剥離試験後の接合部断面観察結果を示す図であり、図中の分図（ａ）が平面視を示し、分図（ｂ）が縦断面視を示している。

【0054】

同種又は異種接合を行った場合、せん断変形を付与しその時の荷重を測定するが、単軸引張力（応力）に比べると非常に小さな値となり易い。突き合わせＦＳＷ接合など以外では、同種又は異材の積層体になるため耐え得るせん断荷重を把握する必要がある。そこで、発明者らは、アルミニウム合金板材とマグネシウム合金板材に接合を１点又は２点行い、せん断剥離荷重と接合点数の増加に伴う強度の増加を調査した。試験体の外観像が図１２に示されており、接合条件が図１３に示されている。なお、せん断剥離試験片は、インストロン型引張試験機で行った。

【0055】

接合点を１点とした場合の荷重は、２．６～２．７ｋＮであり、Ｔ溝部への充填率１１０％と１２０％のもので実施したが、値に大差はなかった。本手法はアルミニウム合金とマグネシウム合金の境界部に隙間があり、Ｔ溝部への充填率が高い場合は他箇所が薄くなっていると考えられることより、発明者らは、引張荷重に比べて他接合手法と同様にせん断変形付与時の荷重は低下を予想した。しかしながら、引張荷重が３．２～３．３ｋＮのため、せん断変形付与時の荷重値は１８．２％～１８．８％の低減であり（つまり、せん断変形付与時の荷重値は２０％未満となる）、せん断変形に対しても良好な接合手法であったと考えられる。

【0056】

一方、図１２（ａ）に示すように、２点接合を行った場合の荷重値は４．８～５．１ｋＮと２倍には至らなかったが、１．８５～１．８９倍に達した（つまり、２点接合では１点接合に比べて荷重値が２倍未満となる）。なお、発明者らの試験研究によって、接合点を増加させることで耐荷重値は上昇するものの、ツール径を小さくし過ぎると現状のＴ溝形状では、単軸引張試験において、受圧部に該当する部分へのマグネシウム合金の流動不足が考えられることが明らかとなっている。

【0057】

せん断剥離試験後に破断した試験片の接合部を切り出し、顕微鏡観察した結果を図１４に示す。引張方向に対しては、マグネシウム合金がアルミニウム合金からの圧縮力を受けており、反対側では引張変形となるため、剥離が一部認められた。一方で、その他の箇所においては、クラックの発生や欠損などなく、本工法の１つの特徴である接合部間の隙間が変形の緩和に役立っていると考えられることが、発明者らの試験研究によって明らかとなった。なお、ＦＳＷや溶融接合の場合、接合部全体に応力が作用するが、本工法の場合は、Ｔ溝部の何処に応力や応力集中が作用するか類推することも容易である。かかる特徴も、本発明の有意な効果ということができる。

【0058】

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0059】

１０，１００，２００ 異種材料積層体、１１ アルミニウム合金、１２ 接合穴、２１ マグネシウム合金、２２ 接合凸部、２３ 押圧痕、３１ 工具、６１ シール部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】