マグネシウム合金と鋼との異種金属接合方法及び接合構造
【課題】Ｆｅ−Ｍｇ系合金状態図が二相分離型を示し、冶金的な接合が直接的には困難なマグネシウム合金材と鋼材との組合せにも拘わらず、強固な接合が可能なマグネシウム合金と鋼との異種金属接合方法と、このような方法による異種金属接合構造を提供する。
【解決手段】マグネシウム合金材１と鋼材２を接合するに際して、接合界面にＡｌを介在させた状態、例えばマグネシウム合金にＡｌを添加したり、鋼材にＡｌ含有亜鉛めっきを施したりした状態で両材料１，２を重ね合わせ、高エネルギービームＢを鋼材２の表面に照射しつつ両材料を加圧して、鋼材側からの伝熱によりマグネシウム合金材１を加熱し、接合界面にＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３とが混在する複合組織を有する化合物層Ｌを介して両材料１，２を接合する。
【解決手段】マグネシウム合金材１と鋼材２を接合するに際して、接合界面にＡｌを介在させた状態、例えばマグネシウム合金にＡｌを添加したり、鋼材にＡｌ含有亜鉛めっきを施したりした状態で両材料１，２を重ね合わせ、高エネルギービームＢを鋼材２の表面に照射しつつ両材料を加圧して、鋼材側からの伝熱によりマグネシウム合金材１を加熱し、接合界面にＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３とが混在する複合組織を有する化合物層Ｌを介して両材料１，２を接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、性質の異なる異種金属として、特にマグネシウム合金と鋼との接合方法と、このような方法によって接合されたマグネシウム合金と鋼との接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
互いに物性が相違する異種の金属であるマグネシウム合金材と鋼材とを接合する場合、マグネシウム合金材の表面に酸化皮膜が存在すると共に、接合時の加熱過程で鋼表面の酸化皮膜が成長するために、大気中での接合が困難となる。
また、Ｆｅ−Ｍｇ二元状態図からわかるように、マグネシウムと鉄は二相分離型の挙動を示し、互いの固溶限も極めて小さいことから、このような特性の材料同士を直接接合することは、冶金的に極めて困難である。
【０００３】
したがって、従来、このようなマグネシウム系材料と鋼との異種金属材料を組み合わせて使用する場合には、ボルトやリベット等による機械的締結によっていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２７２５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法においては、接合に用いる部品点数が増加することから、接合部材のは重量やコストが増加する点に問題があった。
【０００５】
本発明は、このような異種金属材料同士の接合における上記課題に鑑みてなされたものであり、冶金的な接合が直接的には困難なマグネシウム合金と鋼との組合せであっても、強固に接合することができる異種金属の接合方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、両材料の間にＡｌを介在させてＭｇ及びＦｅとＡｌとの金属間化合物をそれぞれ生成させ、これらの金属間化合物を含む複合層を接合界面に介在させることによって、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００７】
すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の異種金属接合方法においては、マグネシウム合金材と鋼材とを重ね合わせた状態で、高エネルギービームを鋼材の表面に照射しつつ両材料を相対加圧し、鋼材側からの伝熱により上記マグネシウム合金材と鋼材を接合するようにしている。そして、この接合に際して、両材料の接合界面にＡｌを介在させておき、両材料に含まれるＭｇ及びＦｅとＡｌとの金属間化合物を接合界面にそれぞれ形成させ、少なくともＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３とが混在した複合組織から成る化合物層を介して両材料を接合することを特徴としている。
また、本発明の異種金属接合構造は、マグネシウム合金材と鋼材の新生面同士が少なくともＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３とが混在した複合組織から成る化合物層を介して接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高エネルギービームを鋼材表面に照射し、加熱された鋼材側からの伝熱によりマグネシウム合金材と鋼材を接合するに際して、接合界面にＡｌを介在させておき、両材料の主成分金属であるＭｇ及びＦｅのそれぞれとＡｌとの金属間化合物が混在する複合組織を備えた化合物層を介して両材料を接合するようにしている。したがって、冶金的に直接接合が困難な材料の組合せにおいても相互拡散が可能となり、強固な接合が達成できることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明のマグネシウム合金と鋼との異種金属接合方法と、これによって得られる異種金属の接合構造について、さらに詳細、かつ具体的に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り、質量百分率を表すものとする。
【００１０】
本発明の異種金属接合方法においては、上記したように、マグネシウム合金材と鋼材とを接合するに際して、予め両材料の接合界面に、両材料の主成分金属であるＭｇとＦｅのそれぞれと金属間化合物を形成する金属であるＡｌを介在させた状態で両材料を重ね合わせる。そして、重ね合わせた両材料の鋼材の側に高エネルギービーム、例えばレーザビームや電子ビームを照射し、照射によって加熱された鋼材とマグネシウム合金材を相対的に加圧する。
【００１１】
これによって、マグネシウム合金材が鋼材側からの伝熱により急熱され、合金材表面の酸化皮膜が熱衝撃によって破壊され、さらなる加圧により、局部的に溶融された合金材の表層部と共に接合部の周囲に排出され、両材料の新生面同士が高温下で直接接触する。
このとき、接合界面においては、接合界面に介在するＡｌが合金材中のＭｇ及び鋼材中のＦｅとそれぞれ反応してＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ を生成し、これらが混在した複合組織を含む化合物層を介して両材料が接合されるため、相互拡散が生じて接合強度が向上することになる。
【００１２】
ここで、両材料の接合界面にＡｌを介在させるための具体的手段としては、Ａｌを含有する材料、例えばＺｎ−Ａｌ合金やＭｇ−Ａｌ合金などの薄板や箔を両材料間に挟持させたり、少なくとも一方の材料にめっきや溶射、蒸着、コーティングなどの被覆手段によって付着させたりすることができる。
また、マグネシウム合金材として、Ａｌを含有するマグネシウム合金、例えばＡＳＴＭ（アメリカ材料試験協会）に規定されるＡＺ３１（３％Ａｌ）、ＡＺ６１（６％Ａｌ）、ＡＺ８０（８％Ａｌ）、ＡＺ９１（９％Ａｌ）を用いることも可能である。
【００１３】
さらに、鋼材のめっき層中にＡｌを添加することもできる。この場合、ＪＩＳ Ｇ ３３１７に規定される溶融亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板を用いることが望ましい。
このような一般的な市販鋼材を使用することによって、新たにめっきを施したり、特別な準備を要したりすることもなく、極めて簡便かつ安価に、マグネシウム合金との強固な接合を行なうことができる。また、Ａｌを含有しないマグネシウム合金材（例えば、ＺＫ５１Ａ、ＺＫ６０Ａ、ＺＥ３３Ａなど）や純マグネシウム材との接合が可能となり、接合相手として、種々のマグネシウム系材料を自由に選択できるようになる。
【００１４】
なお、純マグネシウム材は、工業的にはほとんど用いられないことから、本発明においては、被接合材の一方を「マグネシウム合金材」としている。しかし、上記したように、本発明によれば純マグネシウム材と鋼材の接合も可能であるからして、本発明に言う「マグネシウム合金材」には、「合金」が除外されることにはならず、実質的に純マグネシウムも含まれることになる。
【００１５】
上記Ａｌの添加量としては、接合界面に介在するＡｌ量の総和（例えば、裸鋼板とＡＺ３１合金材の接合の場合には３％、亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板とＡＺ３１合金材の接合の場合には８％、裸鋼板とＡｌ無添加マグネシウム材の間にザマック合金（Ｚｎ−４％Ａｌ−０．０５％Ｍｇ）の薄板を挟持して接合する場合には４％）で、３％以上１０％未満とすることが望ましい。
すなわち、接合界面に介在するＡｌ量が３％に満たない場合は、Ａｌとの金属間化合物が生成され難くなって、Ａｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ が混在した複合型の化合物層が形成されなくなることがある。一方、Ａｌ量が１０％以上になると、接合界面に厚いＦｅ−Ａｌ反応層と薄いＭｇ−Ａｌ反応層の二重構造の反応層が生成し、接合強度が低下するという不都合が生じ易くなる傾向がある。
【００１６】
本発明の異種金属接合方法を実施工に適用するに際しては、高エネルギービームの照射ヘッドと、加圧ローラを備えた加圧装置とを一体的に備えた加工ヘッドを重ね合わせた鋼板とマグネシウム合金材に対して相対移動させながら、高エネルギービームを鋼材表面に連続的又は断続的に照射すると共に、照射直後位置を加圧ローラによって両材料を連続的に加圧することが望ましい。
【００１７】
図１は、上記した異種金属接合に用いる装置の一例を示すものである。
図に示す接合装置は、接合の熱源となる高エネルギービームとしてＹＡＧレーザを照射する照射ヘッド１１と、この照射ヘッド１１の進行方向後方側に配置され、エアシリンダによって加圧ローラ１２を上下方向に駆動する加圧装置１３を備えている。ここで、当該ローラ１２が被接合材料、すなわちマグネシウム合金材１と、その上に重ねられた鋼板２に加える加圧力は、上記エアシリンダに送給するエア圧力を調整することによってコントロールすることができる。
【００１８】
加圧ローラ１２は、上記のように照射ヘッド１１と一体的に取り付けられ、レーザビームＢに追随して移動し、上側に位置する鋼板２がレーザビームＢによって加熱された直後に、当該鋼板２をマグネシウム合金材１に押し付け、接合部を加圧することができる。
したがって、ワークが平面の場合はもとより、車体のような３次元形状の場合にもレーザ照射位置に追従することができ、当該接合装置が図中の矢印方向に相対移動することによって、両材料１，２を連続的あるいは断続的な線状に接合することができるようになっている。
【００１９】
なお、当該接合装置においては、図示以外にも各種の制御手段や調整装置を備えており、レーサビームＢの照射角度や照射位置、フォーカス位置、照射位置と加圧位置の距離調整などができるようにしてある。
【００２０】
図２（Ａ）〜図３（Ｅ）は、本発明による異種金属の接合プロセスとして、マグネシウム合金材と鋼板との接合過程を示す概略工程図である。
【００２１】
まず、図２（Ａ）に示すように、被接合材料として、マグネシウム合金材１と鋼板２が準備され、マグネシウム合金材１の上に鋼板２が重ねられる。
このとき、マグネシウム合金材１には、例えば６％程度のＡｌが添加されていると共に、その表面には酸化皮膜１ｆが生成されている。
【００２２】
次に、図２（Ｂ）に示すように、レーザビームＢを高融点材料である鋼板２の表面に照射して加熱し、ローラ１２により加圧し、鋼板２をマグネシウム合金材１に接触させる。 このように、鋼板２は高温、マグネシウム合金材１は冷たい状態で互いに接触すると、鋼板２と接触したマグネシウム合金材１の最表面のみが瞬間的に溶融し、さらに急加熱による熱衝撃、膨張差、加圧ローラ１２からの加圧力により、図３（Ｃ）に示すように、マグネシウム合金材表面の酸化皮膜１ｆが部分的に破壊される。さらに加圧することにより、溶融した表層のマグネシウム合金１ｍと、酸化皮膜１ｆが周囲に排出物Ｗとなって排出される。
【００２３】
これにより、図３（Ｄ）に示すように、鋼材２とマグネシウム合金材１の新生面が直接接触し、当該接触部は高温下で加圧されているので、材料の拡散が生じ、両材料１，２が接合される。
このとき、接合界面では、マグネシウム合金材１に添加されたＡｌ原子が鋼材２の主成分であるＦｅ、及びマグネシウム合金材１の主成分であるＭｇと反応し、Ａｌ−Ｍｇ系金属間化合物と、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物を形成し、図３（Ｅ）に示すように、これらが混在した複合型の化合物層Ｌを形成する。
【００２４】
このように、複合型の上記化合物層Ｌを介してマグネシウム合金材１と鋼材２の強固な接合が完成する。
本発明方法によれば、接合後の接合界面には酸化皮膜１ｆ層は残存せず、鋼材２として亜鉛めっき鋼板を使用した場合にも、亜鉛めっき層は、マグネシウム合金材の表層溶融部１ｍと共に排出されるために接合界面に残存せず、これが強固な接合が可能になる要因のひとつでもある。
【００２５】
本発明の異種金属接合方法においては、マグネシウム合金材１を直接加熱することなく、レーザビームＢのような高エネルギービームを鋼板側にのみ照射し、マグネシウム合金材１を鋼板側からの伝熱のみによって加熱するようにしている。したがって、マグネシウム合金材１は、ごく表層部のみの局部的な溶融となるため、低融点のマグネシウム材を溶損させることなく、高融点の鋼材との重ね接合が可能となる。
【００２６】
図４は、上記方法によって得られたマグネシウム合金材１と鋼材２との接合部の断面構造を示すものであって、表面に酸化皮膜１ｆが生成さたマグネシウム合金材１の上に、鋼材２が重ねられている。そして、接合界面には、前述のようにＡｌ−Ｍｇ系及びＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物が生成しており、少なくともＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ が混在した複合型の化合物層Ｌが形成され、この化合物層Ｌを介して両材料１，２が接合されている。
さらに、この接合部の周囲を囲むように、局部溶融したマグネシウム合金と共に酸化皮膜１ｆや接合界面の不純物など（亜鉛めっき鋼板を用いた場合には、亜鉛めっき層も）を含む排出物Ｗが排出されている。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００２８】
マグネシウム合金材と鋼材との異種金属接合を行うに際して、マグネシウム合金材としては、Ａｌを含有しない純マグネシウム材と、Ａｌ含有量が異なる４種のマグネシウム合金、ＡＺ３１（３％Ａｌ）、ＡＺ６１（６％Ａｌ）、ＡＺ８１（７．５％Ａｌ）及びＡＺ−９１（９％Ａｌ）を用いた。
一方、鋼材としては、裸鋼板（ＣＲ）と、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）と、亜鉛めっき中にアルミニウムが添加された５５％アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板（ガルバリウム鋼板）と亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板を用いた。これら鋼材とマグネシウム材とを後述のように組み合わせ、種々の条件で接合し、せん断引張り試験を行うと共に、接合界面における化合物層の組成や厚さをオージェ分析、走査型電子顕微鏡により測定し、得られた界面構造と強度の関係を調査した。
【００２９】
すなわち、図１に示した接合装置を用い、マグネシウム合金材１、鋼材２共に、８５ｍｍ×２５０ｍｍに切断し、マグネシウム合金材１の長辺（２５０ｍｍ）の上に、鋼材の長辺を５ｍｍだけラップさせた状態に重ね、ラップ部中央にレーザビームＢを照射した。
加工ヘッドを移動させながら、レーザビームＢを鋼材２の表面に照射して、鋼材２を加熱した後、レーザ照射位置の後方２０ｍｍの位置を加圧装置１３先端の加圧ローラ１２により加圧し、鋼材２をマグネシウム合金材１に押し付けることにより接合を行った。
【００３０】
このとき、レーザビームＢは、鋼材表面において４ｍｍ×５．５ｍｍの楕円となるようにデフォーカスさせ、レーザ出力を１．５〜２．７ｋＷ、接合速度を０．８及び０．９ｍ／ｍｉｎ、加圧装置１３による加圧力を１２０ＭＰａとした。
接合後、継手強度を測定するため、接合長さが２０mmとなるように溶接した材料を２０ｍｍ幅で切断し、せん断引張り試験を実施した。
これらの結果を材料や接合条件の組合せと併せて、表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
表１において、実施Ｎｏ．１〜５は、鋼材としてめっきが施されていない裸鋼板を用いており、実施Ｎｏ．６〜１０は、亜鉛めっき鋼板を用いた実施例である。これらのうち、発明例２〜５及び７〜１０の結果から明らかなように、亜鉛めっき層の有無に拘わらず、Ａｌを含有するマグネシウム合金材を適用することによって、接合界面にＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ が混在した複合型の化合物層が形成され、強固な接合が可能であることが確認された。
また、マグネシウム合金材のＡｌ含有量が９％までの範囲では、Ａｌ含有量の増加と共に接合強度が増す傾向と共に、亜鉛めっき鋼板を用いた方が強度が僅かに高くなる傾向が認められた。
【００３３】
これに対し、比較例１及び６は、裸鋼板及び亜鉛めっき鋼板にそれぞれ純マグネシウム材を接合した例であるが、接合界面にＡｌが存在していないために、化合物層が形成されず、引張りせん断強度は１〜１．２ｋＮと低い結果となった。
【００３４】
発明例２及び７は、裸鋼板及び亜鉛めっき鋼板と、３％Ａｌを含有するマグネシウム合金材（ＡＺ３１）の接合例である。
裸鋼板、亜鉛めっき鋼板、いずれの場合も、接合強度は、２．７ｋＮ前後であって、それぞれ純マグネシウム材を用いた比較例１及び６と比較して飛躍的に向上していることが確認された。そして、接合界面には、Ａｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ の金属間化合物が混在する複合組織を含む化合物層の形成が確認されている。
【００３５】
発明例３及び８は、マグネシウム合金材として６％Ａｌを含有するＡＺ６１合金材を用いた接合例であって、接合強度は、裸鋼板、亜鉛めっき鋼板いずれを用いた場合も、３％のＡｌを含有するＡＺ３１合金材を用いた場合と比べて、さらに０．５ｋＮ程度向上している。また、接合界面には、同様の複合組織を備えた化合物層が形成されている。
強度が向上した要因としては、マグネシウム合金材中に添加されたＡｌ量が増加したため、Ｆｅ−Ａｌ系及びＡｌ−Ｍｇ系金属間化合物を含む複合型化合物層がより強固に形成されたことによるものと考えられる。
【００３６】
さらに、発明例４，５及び９，１０は、鋼材として裸鋼板及び亜鉛めっき鋼板を用い、マグネシウム合金材として７．５％及び９％のＡｌを含有するＡＺ８１合金材及びＡＺ９１合金材を使用した場合のそれぞれ接合例である。
いずれの場合も、６％のＡｌを含有するＡＺ６１材を用いた場合と比べて、上記と同様の理由により、接合強度がさらに向上していることが確認された。接合界面には、同様の複合組織を備えた化合物層が形成されていることが確認された。
【００３７】
一方、実施Ｎｏ．１１〜１４は、鋼材として、Ａｌを含有する亜鉛合金をめっきした鋼板を用いたものである。
このうち、発明例１４は、鋼材として亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板を用い、マグネシウム材として、Ａｌを含有しない純Ｍｇを用いた接合例であって、接合界面近傍に含有されるＡｌ量の総和が５％となる。この場合には、通常の亜鉛めっき鋼板と６％Ａｌを含有するＡＺ６１合金材の接合例である上記発明例８の場合と同様の化合物層が形成され、上記発明例と同等の接合強度が得られることが確認された。
【００３８】
発明例１１は、鋼材として亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板を用い、マグネシウム合金材として３％のＡｌを含有するＡＺ３１合金材を用いた接合例であって、接合界面近傍に含有されるＡｌ量の総和が８％となる。この場合には、通常の亜鉛めっき鋼板と９％Ａｌを含有するＡＺ９１合金材の接合例である上記発明例１０の場合と同様の化合物層が接合界面に形成され、上記発明例と同等の接合強度が得られることが確認された。
【００３９】
これに対して、比較例１２は、亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板と６％のＡｌを含有するＡＺ６１合金材の接合例であり、この場合には、接合界面近傍に含有されるＡｌ量の総和が１１％となる。
この組合せの場合、引張りせん断強度は２．４ｋＮであって、上記した発明例２〜５、６〜１１と比較して、接合強度が低下する結果となった。また、接合界面には、金属間化合物の混合組織は形成されず、厚いＦｅ−Ａｌ系金属間化合物層と薄いＡｌ−Ｍｇ系金属間化合物層から成る二層分離構造の化合物層が生成しており、これら化合物層の界面、又はＡｌ−Ｍｇ系金属間化合物層とマグネシウム母材の界面から破断していた。
【００４０】
また、接合界面近傍に含有されるＡｌ量の総和が５８％となる５５％アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板と３％のＡｌを含有するＡＺ３１合金材の接合例である比較例１３の場合、接合強度は１．８ｋＮとなり、上記各発明例と較べてかなり低い結果となった。
そして、接合界面には、上記比較例１２と同様に、厚いＦｅ−Ａｌ系金属間化合物層と薄いＡｌ−Ｍｇ系金属間化合物層から成る二層分離構造の化合物層が形成されていることが確認された。
【００４１】
上記の結果、Ａｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ の金属間化合物が混在する複合組織を含む化合物層が接合界面に形成されていることによって、２．５ｋＮ以上の高い引張りせん断強度が得られ、それには接合界面近傍に含有されるＡｌ量の総和を３％以上１０％未満とすることが望ましいことになる。
また、このときの接合界面における上記化合物層の厚さは、０．５μｍ以上３μｍ未満であることが判った。
【００４２】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、上記実施例により得られた接合部の断面組織を走査型電子顕微鏡によって観察した結果を示す代表例である。
すなわち、図５（Ａ）は、裸鋼板とＡＺ３１合金（３％Ａｌ）の接合例である発明例３の接合構造を示すものであって、接合界面には、Ｆｅ−Ａｌ系及びＡｌ−Ｍｇ系の金属間化合物を含む複合型の化合物層が形成され、その平均厚さは０．７μｍであった。
【００４３】
また、図５（Ｂ）は、亜鉛めっき鋼板とＡＺ９１合金（９％Ａｌ）の接合例である発明例９の接合構造を示すものであって、接合界面には、同様の複合型化合物層が均一に形成され、その平均厚さは１．５μｍであり、最も高強度が得られた実施例である。
【００４４】
これらに対し、図５（Ｃ）は、亜鉛−５５％アルミニウム合金めっき鋼板とＡＺ３１合金（３％Ａｌ）の接合例に係わる比較例１３（Ａｌ総和量：５８％）の接合構造を示すものである。
この場合には、接合界面にＦｅ−Ａｌ系とＡｌ−Ｍｇ系の金属間化合物から成る２層構造の反応層が形成されているが、これら金属間化合物が互いに混合することなく、Ｆｅ−Ａｌ系金属間化合物層が３〜４μｍの厚さに形成されているため、強度低下が生じている例である。
【００４５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は上記した実施例のみに限定されることはなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で、種々の変形、さらなる改良が可能である。
例えば、鋼材として亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板を使用すれば、上記実施例で使用したＡｌ含有マグネシウム合金以外の一般的なマグネシウム合金に適用することができる。また、上記実施例では、接合のための加熱手段として、レーザを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、鋼材側を加熱することができる限り、電子ビーム等の他の手段を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の異種金属接合に用いる接合装置の一例を示す概略図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｂ）は本発明の異種金属接合方法における接合プロセスを示す工程図である。
【図３】（Ｃ）〜（Ｅ）は図２（Ａ）及び（Ｂ）に続く接合プロセスを示す工程図である。
【図４】本発明の異種金属接合による重ね継手の接合構造を示す概略断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例によって得られた接合構造の代表例を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４７】
１ マグネシウム合金材
２ 鋼板
１２ 加圧ローラ
Ｂ レーザビーム（高エネルギービーム）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、性質の異なる異種金属として、特にマグネシウム合金と鋼との接合方法と、このような方法によって接合されたマグネシウム合金と鋼との接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
互いに物性が相違する異種の金属であるマグネシウム合金材と鋼材とを接合する場合、マグネシウム合金材の表面に酸化皮膜が存在すると共に、接合時の加熱過程で鋼表面の酸化皮膜が成長するために、大気中での接合が困難となる。
また、Ｆｅ−Ｍｇ二元状態図からわかるように、マグネシウムと鉄は二相分離型の挙動を示し、互いの固溶限も極めて小さいことから、このような特性の材料同士を直接接合することは、冶金的に極めて困難である。
【０００３】
したがって、従来、このようなマグネシウム系材料と鋼との異種金属材料を組み合わせて使用する場合には、ボルトやリベット等による機械的締結によっていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２７２５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法においては、接合に用いる部品点数が増加することから、接合部材のは重量やコストが増加する点に問題があった。
【０００５】
本発明は、このような異種金属材料同士の接合における上記課題に鑑みてなされたものであり、冶金的な接合が直接的には困難なマグネシウム合金と鋼との組合せであっても、強固に接合することができる異種金属の接合方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、両材料の間にＡｌを介在させてＭｇ及びＦｅとＡｌとの金属間化合物をそれぞれ生成させ、これらの金属間化合物を含む複合層を接合界面に介在させることによって、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００７】
すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の異種金属接合方法においては、マグネシウム合金材と鋼材とを重ね合わせた状態で、高エネルギービームを鋼材の表面に照射しつつ両材料を相対加圧し、鋼材側からの伝熱により上記マグネシウム合金材と鋼材を接合するようにしている。そして、この接合に際して、両材料の接合界面にＡｌを介在させておき、両材料に含まれるＭｇ及びＦｅとＡｌとの金属間化合物を接合界面にそれぞれ形成させ、少なくともＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３とが混在した複合組織から成る化合物層を介して両材料を接合することを特徴としている。
また、本発明の異種金属接合構造は、マグネシウム合金材と鋼材の新生面同士が少なくともＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３とが混在した複合組織から成る化合物層を介して接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高エネルギービームを鋼材表面に照射し、加熱された鋼材側からの伝熱によりマグネシウム合金材と鋼材を接合するに際して、接合界面にＡｌを介在させておき、両材料の主成分金属であるＭｇ及びＦｅのそれぞれとＡｌとの金属間化合物が混在する複合組織を備えた化合物層を介して両材料を接合するようにしている。したがって、冶金的に直接接合が困難な材料の組合せにおいても相互拡散が可能となり、強固な接合が達成できることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明のマグネシウム合金と鋼との異種金属接合方法と、これによって得られる異種金属の接合構造について、さらに詳細、かつ具体的に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り、質量百分率を表すものとする。
【００１０】
本発明の異種金属接合方法においては、上記したように、マグネシウム合金材と鋼材とを接合するに際して、予め両材料の接合界面に、両材料の主成分金属であるＭｇとＦｅのそれぞれと金属間化合物を形成する金属であるＡｌを介在させた状態で両材料を重ね合わせる。そして、重ね合わせた両材料の鋼材の側に高エネルギービーム、例えばレーザビームや電子ビームを照射し、照射によって加熱された鋼材とマグネシウム合金材を相対的に加圧する。
【００１１】
これによって、マグネシウム合金材が鋼材側からの伝熱により急熱され、合金材表面の酸化皮膜が熱衝撃によって破壊され、さらなる加圧により、局部的に溶融された合金材の表層部と共に接合部の周囲に排出され、両材料の新生面同士が高温下で直接接触する。
このとき、接合界面においては、接合界面に介在するＡｌが合金材中のＭｇ及び鋼材中のＦｅとそれぞれ反応してＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ を生成し、これらが混在した複合組織を含む化合物層を介して両材料が接合されるため、相互拡散が生じて接合強度が向上することになる。
【００１２】
ここで、両材料の接合界面にＡｌを介在させるための具体的手段としては、Ａｌを含有する材料、例えばＺｎ−Ａｌ合金やＭｇ−Ａｌ合金などの薄板や箔を両材料間に挟持させたり、少なくとも一方の材料にめっきや溶射、蒸着、コーティングなどの被覆手段によって付着させたりすることができる。
また、マグネシウム合金材として、Ａｌを含有するマグネシウム合金、例えばＡＳＴＭ（アメリカ材料試験協会）に規定されるＡＺ３１（３％Ａｌ）、ＡＺ６１（６％Ａｌ）、ＡＺ８０（８％Ａｌ）、ＡＺ９１（９％Ａｌ）を用いることも可能である。
【００１３】
さらに、鋼材のめっき層中にＡｌを添加することもできる。この場合、ＪＩＳ Ｇ ３３１７に規定される溶融亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板を用いることが望ましい。
このような一般的な市販鋼材を使用することによって、新たにめっきを施したり、特別な準備を要したりすることもなく、極めて簡便かつ安価に、マグネシウム合金との強固な接合を行なうことができる。また、Ａｌを含有しないマグネシウム合金材（例えば、ＺＫ５１Ａ、ＺＫ６０Ａ、ＺＥ３３Ａなど）や純マグネシウム材との接合が可能となり、接合相手として、種々のマグネシウム系材料を自由に選択できるようになる。
【００１４】
なお、純マグネシウム材は、工業的にはほとんど用いられないことから、本発明においては、被接合材の一方を「マグネシウム合金材」としている。しかし、上記したように、本発明によれば純マグネシウム材と鋼材の接合も可能であるからして、本発明に言う「マグネシウム合金材」には、「合金」が除外されることにはならず、実質的に純マグネシウムも含まれることになる。
【００１５】
上記Ａｌの添加量としては、接合界面に介在するＡｌ量の総和（例えば、裸鋼板とＡＺ３１合金材の接合の場合には３％、亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板とＡＺ３１合金材の接合の場合には８％、裸鋼板とＡｌ無添加マグネシウム材の間にザマック合金（Ｚｎ−４％Ａｌ−０．０５％Ｍｇ）の薄板を挟持して接合する場合には４％）で、３％以上１０％未満とすることが望ましい。
すなわち、接合界面に介在するＡｌ量が３％に満たない場合は、Ａｌとの金属間化合物が生成され難くなって、Ａｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ が混在した複合型の化合物層が形成されなくなることがある。一方、Ａｌ量が１０％以上になると、接合界面に厚いＦｅ−Ａｌ反応層と薄いＭｇ−Ａｌ反応層の二重構造の反応層が生成し、接合強度が低下するという不都合が生じ易くなる傾向がある。
【００１６】
本発明の異種金属接合方法を実施工に適用するに際しては、高エネルギービームの照射ヘッドと、加圧ローラを備えた加圧装置とを一体的に備えた加工ヘッドを重ね合わせた鋼板とマグネシウム合金材に対して相対移動させながら、高エネルギービームを鋼材表面に連続的又は断続的に照射すると共に、照射直後位置を加圧ローラによって両材料を連続的に加圧することが望ましい。
【００１７】
図１は、上記した異種金属接合に用いる装置の一例を示すものである。
図に示す接合装置は、接合の熱源となる高エネルギービームとしてＹＡＧレーザを照射する照射ヘッド１１と、この照射ヘッド１１の進行方向後方側に配置され、エアシリンダによって加圧ローラ１２を上下方向に駆動する加圧装置１３を備えている。ここで、当該ローラ１２が被接合材料、すなわちマグネシウム合金材１と、その上に重ねられた鋼板２に加える加圧力は、上記エアシリンダに送給するエア圧力を調整することによってコントロールすることができる。
【００１８】
加圧ローラ１２は、上記のように照射ヘッド１１と一体的に取り付けられ、レーザビームＢに追随して移動し、上側に位置する鋼板２がレーザビームＢによって加熱された直後に、当該鋼板２をマグネシウム合金材１に押し付け、接合部を加圧することができる。
したがって、ワークが平面の場合はもとより、車体のような３次元形状の場合にもレーザ照射位置に追従することができ、当該接合装置が図中の矢印方向に相対移動することによって、両材料１，２を連続的あるいは断続的な線状に接合することができるようになっている。
【００１９】
なお、当該接合装置においては、図示以外にも各種の制御手段や調整装置を備えており、レーサビームＢの照射角度や照射位置、フォーカス位置、照射位置と加圧位置の距離調整などができるようにしてある。
【００２０】
図２（Ａ）〜図３（Ｅ）は、本発明による異種金属の接合プロセスとして、マグネシウム合金材と鋼板との接合過程を示す概略工程図である。
【００２１】
まず、図２（Ａ）に示すように、被接合材料として、マグネシウム合金材１と鋼板２が準備され、マグネシウム合金材１の上に鋼板２が重ねられる。
このとき、マグネシウム合金材１には、例えば６％程度のＡｌが添加されていると共に、その表面には酸化皮膜１ｆが生成されている。
【００２２】
次に、図２（Ｂ）に示すように、レーザビームＢを高融点材料である鋼板２の表面に照射して加熱し、ローラ１２により加圧し、鋼板２をマグネシウム合金材１に接触させる。 このように、鋼板２は高温、マグネシウム合金材１は冷たい状態で互いに接触すると、鋼板２と接触したマグネシウム合金材１の最表面のみが瞬間的に溶融し、さらに急加熱による熱衝撃、膨張差、加圧ローラ１２からの加圧力により、図３（Ｃ）に示すように、マグネシウム合金材表面の酸化皮膜１ｆが部分的に破壊される。さらに加圧することにより、溶融した表層のマグネシウム合金１ｍと、酸化皮膜１ｆが周囲に排出物Ｗとなって排出される。
【００２３】
これにより、図３（Ｄ）に示すように、鋼材２とマグネシウム合金材１の新生面が直接接触し、当該接触部は高温下で加圧されているので、材料の拡散が生じ、両材料１，２が接合される。
このとき、接合界面では、マグネシウム合金材１に添加されたＡｌ原子が鋼材２の主成分であるＦｅ、及びマグネシウム合金材１の主成分であるＭｇと反応し、Ａｌ−Ｍｇ系金属間化合物と、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物を形成し、図３（Ｅ）に示すように、これらが混在した複合型の化合物層Ｌを形成する。
【００２４】
このように、複合型の上記化合物層Ｌを介してマグネシウム合金材１と鋼材２の強固な接合が完成する。
本発明方法によれば、接合後の接合界面には酸化皮膜１ｆ層は残存せず、鋼材２として亜鉛めっき鋼板を使用した場合にも、亜鉛めっき層は、マグネシウム合金材の表層溶融部１ｍと共に排出されるために接合界面に残存せず、これが強固な接合が可能になる要因のひとつでもある。
【００２５】
本発明の異種金属接合方法においては、マグネシウム合金材１を直接加熱することなく、レーザビームＢのような高エネルギービームを鋼板側にのみ照射し、マグネシウム合金材１を鋼板側からの伝熱のみによって加熱するようにしている。したがって、マグネシウム合金材１は、ごく表層部のみの局部的な溶融となるため、低融点のマグネシウム材を溶損させることなく、高融点の鋼材との重ね接合が可能となる。
【００２６】
図４は、上記方法によって得られたマグネシウム合金材１と鋼材２との接合部の断面構造を示すものであって、表面に酸化皮膜１ｆが生成さたマグネシウム合金材１の上に、鋼材２が重ねられている。そして、接合界面には、前述のようにＡｌ−Ｍｇ系及びＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物が生成しており、少なくともＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ が混在した複合型の化合物層Ｌが形成され、この化合物層Ｌを介して両材料１，２が接合されている。
さらに、この接合部の周囲を囲むように、局部溶融したマグネシウム合金と共に酸化皮膜１ｆや接合界面の不純物など（亜鉛めっき鋼板を用いた場合には、亜鉛めっき層も）を含む排出物Ｗが排出されている。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００２８】
マグネシウム合金材と鋼材との異種金属接合を行うに際して、マグネシウム合金材としては、Ａｌを含有しない純マグネシウム材と、Ａｌ含有量が異なる４種のマグネシウム合金、ＡＺ３１（３％Ａｌ）、ＡＺ６１（６％Ａｌ）、ＡＺ８１（７．５％Ａｌ）及びＡＺ−９１（９％Ａｌ）を用いた。
一方、鋼材としては、裸鋼板（ＣＲ）と、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）と、亜鉛めっき中にアルミニウムが添加された５５％アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板（ガルバリウム鋼板）と亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板を用いた。これら鋼材とマグネシウム材とを後述のように組み合わせ、種々の条件で接合し、せん断引張り試験を行うと共に、接合界面における化合物層の組成や厚さをオージェ分析、走査型電子顕微鏡により測定し、得られた界面構造と強度の関係を調査した。
【００２９】
すなわち、図１に示した接合装置を用い、マグネシウム合金材１、鋼材２共に、８５ｍｍ×２５０ｍｍに切断し、マグネシウム合金材１の長辺（２５０ｍｍ）の上に、鋼材の長辺を５ｍｍだけラップさせた状態に重ね、ラップ部中央にレーザビームＢを照射した。
加工ヘッドを移動させながら、レーザビームＢを鋼材２の表面に照射して、鋼材２を加熱した後、レーザ照射位置の後方２０ｍｍの位置を加圧装置１３先端の加圧ローラ１２により加圧し、鋼材２をマグネシウム合金材１に押し付けることにより接合を行った。
【００３０】
このとき、レーザビームＢは、鋼材表面において４ｍｍ×５．５ｍｍの楕円となるようにデフォーカスさせ、レーザ出力を１．５〜２．７ｋＷ、接合速度を０．８及び０．９ｍ／ｍｉｎ、加圧装置１３による加圧力を１２０ＭＰａとした。
接合後、継手強度を測定するため、接合長さが２０mmとなるように溶接した材料を２０ｍｍ幅で切断し、せん断引張り試験を実施した。
これらの結果を材料や接合条件の組合せと併せて、表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
表１において、実施Ｎｏ．１〜５は、鋼材としてめっきが施されていない裸鋼板を用いており、実施Ｎｏ．６〜１０は、亜鉛めっき鋼板を用いた実施例である。これらのうち、発明例２〜５及び７〜１０の結果から明らかなように、亜鉛めっき層の有無に拘わらず、Ａｌを含有するマグネシウム合金材を適用することによって、接合界面にＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ が混在した複合型の化合物層が形成され、強固な接合が可能であることが確認された。
また、マグネシウム合金材のＡｌ含有量が９％までの範囲では、Ａｌ含有量の増加と共に接合強度が増す傾向と共に、亜鉛めっき鋼板を用いた方が強度が僅かに高くなる傾向が認められた。
【００３３】
これに対し、比較例１及び６は、裸鋼板及び亜鉛めっき鋼板にそれぞれ純マグネシウム材を接合した例であるが、接合界面にＡｌが存在していないために、化合物層が形成されず、引張りせん断強度は１〜１．２ｋＮと低い結果となった。
【００３４】
発明例２及び７は、裸鋼板及び亜鉛めっき鋼板と、３％Ａｌを含有するマグネシウム合金材（ＡＺ３１）の接合例である。
裸鋼板、亜鉛めっき鋼板、いずれの場合も、接合強度は、２．７ｋＮ前後であって、それぞれ純マグネシウム材を用いた比較例１及び６と比較して飛躍的に向上していることが確認された。そして、接合界面には、Ａｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ の金属間化合物が混在する複合組織を含む化合物層の形成が確認されている。
【００３５】
発明例３及び８は、マグネシウム合金材として６％Ａｌを含有するＡＺ６１合金材を用いた接合例であって、接合強度は、裸鋼板、亜鉛めっき鋼板いずれを用いた場合も、３％のＡｌを含有するＡＺ３１合金材を用いた場合と比べて、さらに０．５ｋＮ程度向上している。また、接合界面には、同様の複合組織を備えた化合物層が形成されている。
強度が向上した要因としては、マグネシウム合金材中に添加されたＡｌ量が増加したため、Ｆｅ−Ａｌ系及びＡｌ−Ｍｇ系金属間化合物を含む複合型化合物層がより強固に形成されたことによるものと考えられる。
【００３６】
さらに、発明例４，５及び９，１０は、鋼材として裸鋼板及び亜鉛めっき鋼板を用い、マグネシウム合金材として７．５％及び９％のＡｌを含有するＡＺ８１合金材及びＡＺ９１合金材を使用した場合のそれぞれ接合例である。
いずれの場合も、６％のＡｌを含有するＡＺ６１材を用いた場合と比べて、上記と同様の理由により、接合強度がさらに向上していることが確認された。接合界面には、同様の複合組織を備えた化合物層が形成されていることが確認された。
【００３７】
一方、実施Ｎｏ．１１〜１４は、鋼材として、Ａｌを含有する亜鉛合金をめっきした鋼板を用いたものである。
このうち、発明例１４は、鋼材として亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板を用い、マグネシウム材として、Ａｌを含有しない純Ｍｇを用いた接合例であって、接合界面近傍に含有されるＡｌ量の総和が５％となる。この場合には、通常の亜鉛めっき鋼板と６％Ａｌを含有するＡＺ６１合金材の接合例である上記発明例８の場合と同様の化合物層が形成され、上記発明例と同等の接合強度が得られることが確認された。
【００３８】
発明例１１は、鋼材として亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板を用い、マグネシウム合金材として３％のＡｌを含有するＡＺ３１合金材を用いた接合例であって、接合界面近傍に含有されるＡｌ量の総和が８％となる。この場合には、通常の亜鉛めっき鋼板と９％Ａｌを含有するＡＺ９１合金材の接合例である上記発明例１０の場合と同様の化合物層が接合界面に形成され、上記発明例と同等の接合強度が得られることが確認された。
【００３９】
これに対して、比較例１２は、亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板と６％のＡｌを含有するＡＺ６１合金材の接合例であり、この場合には、接合界面近傍に含有されるＡｌ量の総和が１１％となる。
この組合せの場合、引張りせん断強度は２．４ｋＮであって、上記した発明例２〜５、６〜１１と比較して、接合強度が低下する結果となった。また、接合界面には、金属間化合物の混合組織は形成されず、厚いＦｅ−Ａｌ系金属間化合物層と薄いＡｌ−Ｍｇ系金属間化合物層から成る二層分離構造の化合物層が生成しており、これら化合物層の界面、又はＡｌ−Ｍｇ系金属間化合物層とマグネシウム母材の界面から破断していた。
【００４０】
また、接合界面近傍に含有されるＡｌ量の総和が５８％となる５５％アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板と３％のＡｌを含有するＡＺ３１合金材の接合例である比較例１３の場合、接合強度は１．８ｋＮとなり、上記各発明例と較べてかなり低い結果となった。
そして、接合界面には、上記比較例１２と同様に、厚いＦｅ−Ａｌ系金属間化合物層と薄いＡｌ−Ｍｇ系金属間化合物層から成る二層分離構造の化合物層が形成されていることが確認された。
【００４１】
上記の結果、Ａｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３ の金属間化合物が混在する複合組織を含む化合物層が接合界面に形成されていることによって、２．５ｋＮ以上の高い引張りせん断強度が得られ、それには接合界面近傍に含有されるＡｌ量の総和を３％以上１０％未満とすることが望ましいことになる。
また、このときの接合界面における上記化合物層の厚さは、０．５μｍ以上３μｍ未満であることが判った。
【００４２】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、上記実施例により得られた接合部の断面組織を走査型電子顕微鏡によって観察した結果を示す代表例である。
すなわち、図５（Ａ）は、裸鋼板とＡＺ３１合金（３％Ａｌ）の接合例である発明例３の接合構造を示すものであって、接合界面には、Ｆｅ−Ａｌ系及びＡｌ−Ｍｇ系の金属間化合物を含む複合型の化合物層が形成され、その平均厚さは０．７μｍであった。
【００４３】
また、図５（Ｂ）は、亜鉛めっき鋼板とＡＺ９１合金（９％Ａｌ）の接合例である発明例９の接合構造を示すものであって、接合界面には、同様の複合型化合物層が均一に形成され、その平均厚さは１．５μｍであり、最も高強度が得られた実施例である。
【００４４】
これらに対し、図５（Ｃ）は、亜鉛−５５％アルミニウム合金めっき鋼板とＡＺ３１合金（３％Ａｌ）の接合例に係わる比較例１３（Ａｌ総和量：５８％）の接合構造を示すものである。
この場合には、接合界面にＦｅ−Ａｌ系とＡｌ−Ｍｇ系の金属間化合物から成る２層構造の反応層が形成されているが、これら金属間化合物が互いに混合することなく、Ｆｅ−Ａｌ系金属間化合物層が３〜４μｍの厚さに形成されているため、強度低下が生じている例である。
【００４５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は上記した実施例のみに限定されることはなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で、種々の変形、さらなる改良が可能である。
例えば、鋼材として亜鉛−５％アルミニウム合金めっき鋼板を使用すれば、上記実施例で使用したＡｌ含有マグネシウム合金以外の一般的なマグネシウム合金に適用することができる。また、上記実施例では、接合のための加熱手段として、レーザを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、鋼材側を加熱することができる限り、電子ビーム等の他の手段を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の異種金属接合に用いる接合装置の一例を示す概略図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｂ）は本発明の異種金属接合方法における接合プロセスを示す工程図である。
【図３】（Ｃ）〜（Ｅ）は図２（Ａ）及び（Ｂ）に続く接合プロセスを示す工程図である。
【図４】本発明の異種金属接合による重ね継手の接合構造を示す概略断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例によって得られた接合構造の代表例を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４７】
１ マグネシウム合金材
２ 鋼板
１２ 加圧ローラ
Ｂ レーザビーム（高エネルギービーム）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金材と鋼材とを重ね合わせた状態で、高エネルギービームを鋼材の表面に照射しつつ両材料を相対加圧し、鋼材側からの伝熱により上記マグネシウム合金材と鋼材を接合するに際して、
上記両材料の接合界面にＡｌを介在させ、当該Ａｌと上記両材料に含まれるＭｇ及びＦｅとの金属間化合物を接合界面に形成させ、少なくともＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３とが混在した複合組織から成る化合物層を介して両材料を接合することを特徴とするマグネシウム合金と鋼との異種金属接合方法。
【請求項２】
上記Ａｌがマグネシウム合金材に含まれていることを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合方法。
【請求項３】
上記Ａｌが鋼材表面に形成されためっき層に含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の異種金属接合方法。
【請求項４】
接合界面に介在するＡｌ量の総和が質量比で３％以上１０％未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の異種金属接合方法。
【請求項５】
高エネルギービームを両材料に対して相対移動させながら連続的又は断続的に照射すると共に、上記高エネルギービームの照射位置の進行方向後方に配置した加圧ローラによって両材料を連続的に加圧することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の異種金属接合方法。
【請求項６】
マグネシウム合金材と鋼材の新生面同士が少なくともＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３とが混在した複合組織から成る化合物層を介して接合されていることを特徴とするマグネシウム合金と鋼との異種金属接合構造。
【請求項１】
マグネシウム合金材と鋼材とを重ね合わせた状態で、高エネルギービームを鋼材の表面に照射しつつ両材料を相対加圧し、鋼材側からの伝熱により上記マグネシウム合金材と鋼材を接合するに際して、
上記両材料の接合界面にＡｌを介在させ、当該Ａｌと上記両材料に含まれるＭｇ及びＦｅとの金属間化合物を接合界面に形成させ、少なくともＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３とが混在した複合組織から成る化合物層を介して両材料を接合することを特徴とするマグネシウム合金と鋼との異種金属接合方法。
【請求項２】
上記Ａｌがマグネシウム合金材に含まれていることを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合方法。
【請求項３】
上記Ａｌが鋼材表面に形成されためっき層に含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の異種金属接合方法。
【請求項４】
接合界面に介在するＡｌ量の総和が質量比で３％以上１０％未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の異種金属接合方法。
【請求項５】
高エネルギービームを両材料に対して相対移動させながら連続的又は断続的に照射すると共に、上記高エネルギービームの照射位置の進行方向後方に配置した加圧ローラによって両材料を連続的に加圧することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の異種金属接合方法。
【請求項６】
マグネシウム合金材と鋼材の新生面同士が少なくともＡｌ３Ｍｇ２とＦｅＡｌ３とが混在した複合組織から成る化合物層を介して接合されていることを特徴とするマグネシウム合金と鋼との異種金属接合構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２７９６０５（Ｐ２００９−２７９６０５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３２７９６（Ｐ２００８−１３２７９６）
【出願日】平成２０年５月２１日（２００８．５．２１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２１日（２００８．５．２１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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