JP2017047449A - 金属接合品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム含有材からなる第１金属ワークと、鉄系合金からなる第２金属ワークから、大きな接合強度を示す金属接合品を得る。【解決手段】アルミニウム合金板１２（第１金属ワーク）と鋼板１４（第２金属ワーク）とを接合するナゲット１６の、アルミニウム合金板１２と鋼板１４との界面における外縁から内方に向かって１ｍｍ以内の範囲の部位を周縁部３０とする。この周縁部３０には、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物からなる針状析出物３２が存在する。該針状析出物３２は、長尺方向が５０μｍ以下であり、且つ短尺方向が２μｍ以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、アルミニウム含有材からなる第１金属ワークと、鉄系合金からなる第２金属ワークとが接合されることで構成される金属接合品及びその製造方法に関する。

近時、自動車車体を構成する部材の軽量化が試みられている。この観点から、鋼材とアルミニウム含有材を接合した金属接合品によって部材を構成することが種々検討されている。しかしながら、鉄系合金である鋼材とアルミニウム含有材を、例えば、スポット溶接で接合したとしても、十分な接合強度を得ることは困難である。そこで、特許文献１において、冷延鋼板と６０００系アルミニウム合金板との積層ワークを２個の溶接電極で挟持し、所定の条件下で２回の通電を行うことでスポット溶接を行うことが提案されている。

該特許文献１記載のスポット溶接方法では、１回目の通電（前通電）を行った後、２回目の通電でスポット溶接を行う。前通電時の電流値は６〜１２ｋＡの範囲内に設定され、スポット溶接時の電流値は１４〜２６ｋＡの範囲内に設定される。なお、２個の溶接電極で付与する加圧力や通電時間は、前通電時とスポット溶接時で略同等にしている。

該特許文献１によれば、以上のような２段階通電を行うことにより、チリが発生することが抑制されて冷延鋼板と６０００系アルミニウム合金板との接合強度が大きくなる、とのことである。

特許第５５７２０４６号公報

接合強度を一層向上させるべく、鋼材とアルミニウム含有材の界面に生成するナゲットを大きく成長させることが想起される。このためには、スポット溶接時の通電時間を長くすればよいと考えられる。しかしながら、そのようにしても十分な接合強度が得られないことが多々ある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、アルミニウム含有材と鉄系合金との間の接合強度が大きな金属接合品及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、アルミニウム含有材からなる第１金属ワークと、鉄系合金からなる第２金属ワークとがナゲットを介して接合された金属接合品であって、
前記ナゲットの、前記第１金属ワークと前記第２金属ワークとの界面における外縁から内方に向かって１ｍｍ以内の範囲の部位に、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物からなる針状析出物を含み、
前記針状析出物は、長尺方向が５０μｍ以下であり、且つ短尺方向が２μｍ以下であることを特徴とする。

なお、「アルミニウム含有材」は、主成分がアルミニウム合金であるもの、又は純アルミニウムからなるものを意味する。また、「アルミニウム合金」及び「鉄系合金」は、それぞれ、「アルミニウムを５０重量％以上含む合金」、「鉄を５０重量％以上含む合金」として定義される。

ナゲットにおける上記の部位を周縁部と定義すると、該周縁部に存在する針状析出物は、従来技術に係る金属接合品のナゲットの周縁部に存在する針状析出物に比して小寸法である。このため、ナゲットと第１金属ワーク（アルミニウム含有材）との界面を起点とする破壊が起こり難くなる。また、ナゲットと第２金属ワークは、例えば、金属間化合物層を介して強固に接合している。

以上のような理由から、金属接合品に優れた接合強度が発現する。すなわち、金属接合品は、優れた剪断強度や引っ張り強度を示す。

ここで、ナゲットの外方の第１金属ワークと第２金属ワークの界面にはＦｅ−Ａｌ金属間化合物層が生成していることが好ましい。この場合、第１金属ワークと第２金属ワークは、ナゲットを介してのみならず、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物層を介して接合する。従って、接合強度が一層向上する。

さらに、第１金属ワークの結晶粒界にＡｇ粒子が析出していることが好ましい。これにより、第１金属ワーク自体の強度等が向上するからである。

また、本発明は、アルミニウム含有材からなる第１金属ワークと、鉄系合金からなる第２金属ワークとを、ナゲットを介して接合した金属接合品を得る金属接合品の製造方法であって、
前記第１金属ワークと前記第２金属ワークを当接させた後、当接箇所に対して第１の電流値で通電することでスポット溶接を行い、前記当接箇所にナゲットを生成する工程と、
前記第１の電流値の０．５５〜０．８倍に設定した第２の電流値で前記当接箇所に通電を行う工程と、
を有し、
前記２回の通電により、前記ナゲットの、前記第１金属ワークと前記第２金属ワークとの界面における外縁から内方に向かって１ｍｍ以内の範囲の部位に、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物からなり、長尺方向が５０μｍ以下で且つ短尺方向が２μｍ以下の針状析出物を析出させることを特徴とする。

１回目の通電によって形成されたナゲットは、２回目の通電によって熱処理が施される状況となる。このような過程を経ることにより、ナゲットの周縁部における針状析出物が小寸法となる。従って、接合強度に優れる金属接合品が得られる。

第１の電流値は、例えば、９．５ｋＡに設定すればよい。一方、第２の電流値は、設定が容易であることから、５．５〜７．５ｋＡの範囲内とすればよい。

上記の２段階通電を行うことに代替し、銀（Ａｇ）粒子を塗布した後にスポット溶接を行うことによっても、ナゲットの周縁部に析出する針状析出物を小寸法とすることが可能である。すなわち、本発明は、アルミニウム含有材からなる第１金属ワークと、鉄系合金からなる第２金属ワークとを、ナゲットを介して接合した金属接合品を得る金属接合品の製造方法であって、
前記第１金属ワーク又は前記第２金属ワークの少なくともいずれかに銀粒子を塗布する工程と、
銀粒子が塗布された部位を残余の金属ワークに当接させた後、当接箇所に対して第１の電流値で通電することでスポット溶接を行い、前記当接箇所にナゲットを生成する工程と、
を有し、
前記ナゲットの、前記第１金属ワークと前記第２金属ワークとの界面における外縁から内方に向かって１ｍｍ以内の範囲の部位に、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物からなり、長尺方向が５０μｍ以下で且つ短尺方向が２μｍ以下の針状析出物を析出させることを特徴とする。

この場合においても、接合強度に優れる金属接合品を得ることができる。

なお、銀粒子としては、平均粒径が５μｍ以下のものが好ましい。また、銀粒子を塗布するには、該銀粒子を分散媒に分散させた銀ペーストを塗布すればよい。この場合、銀ペーストの単位面積当たりの塗布量は、０．０５〜０．１７ｍｇ／ｍｍ²（０．００２〜０．００６ｇ／３６ｍｍ²）とすることが好ましい。その後、通電を行えばよい。

本発明によれば、ナゲットの周縁部に析出する針状析出物を小寸法のものとすることができる。このため、アルミニウム含有材からなる第１金属ワークとナゲットとの界面を起点とする破壊が生じ難くなる。従って、前記第１金属ワークと、鉄系合金からなる第２金属ワークとの接合強度が大きくなる。

本発明の第１実施形態に係る金属接合品の要部概略縦断面図である。 図１の金属接合品におけるナゲットの周縁部の拡大断面図である。 周縁部の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 第１金属ワークと第２金属ワークの積層体を第１溶接電極と第２溶接電極で挟持した状態を示す要部概略縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る金属接合品の要部概略縦断面図である。 図５の金属接合品を構成する第１金属ワークのナゲット近傍のＳＥＭ写真である。 第１金属ワークに対し、２枚の第２金属ワークを順次積層して得られた金属接合品の要部概略縦断面図である。

以下、本発明に係る金属接合品及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１実施形態に係る金属接合品１０の要部概略縦断面図である。この金属接合品１０は、第１金属ワークであるアルミニウム合金板１２と、第２金属ワークである鋼板１４とがスポット溶接によって接合されたものであり、アルミニウム合金板１２と鋼板１４との通電箇所にはナゲット１６が形成されている。すなわち、鋼板１４とアルミニウム合金板１２は、前記ナゲット１６を介して互いに接合している。

第１実施形態において、アルミニウム合金板１２は、日本工業規格（ＪＩＳ）に規定される６０００系に相当するＡ６Ｋ２１Ｔ４２からなる。一方、鋼板１４は、日本鉄鋼連盟規格（ＪＦＳ）に規定される「自動車用冷間圧延鋼板及び鋼帯」の１種であるＪＳＣ５９０Ｒからなる。

なお、鋼板１４が鉄系合金であることは勿論である。また、この組み合わせでは、アルミニウム合金板１２の方が低融点であり、且つ抵抗発熱が小さい。

また、ナゲット１６は、主にアルミニウム合金板１２が溶融し、通電停止後の自然冷却によって固化したものである。上記したようにアルミニウム合金板１２の方が低融点であり且つ抵抗発熱が小さいため、鋼板１４よりも優先的に溶融するからである。

このため、ナゲット１６は、アルミニウム合金板１２側に偏在するように生成している。すなわち、ナゲット１６は、長手方向略中央が最深部となるような円弧形状をなす。ナゲット１６の長手方向寸法Ｌは、後述する第１溶接電極２０及び第２溶接電極２２（図４参照）の直径に略対応する。長手方向寸法Ｌは、例えば、１．５〜２ｃｍ程度である。

アルミニウム合金板１２が溶融すると、鋼板１４が高温の溶融池に接触することになる。このため、鋼板１４の構成元素が溶融池に取り込まれる。溶融池が冷却固化してナゲット１６となるとき、アルミニウム合金板１２の構成元素と、溶融池に取り込まれた鋼板１４の構成元素とを含む針状析出物が析出する。針状析出物は、典型的にはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物からなる。

針状析出物は、ナゲット１６の全体にわたって分散している。ここで、ナゲット１６近傍の断面を拡大して図２に示す。また、以下では、ナゲット１６の、前記第１金属ワークと前記第２金属ワークとの界面における外縁から内方に向かって１ｍｍの範囲の部位を「周縁部」と指称し、その参照符号を３０とする。

図２、及び周縁部３０の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である図３に示すように、針状析出物３２は、周縁部３０にも存在する。周縁部３０に含まれる針状析出物３２の寸法は、長尺方向が５０μｍ以下であり、且つ短尺方向が２μｍ以下である。この寸法は、アルミニウム合金板１２と鋼板１４に対して一般的なスポット溶接を行ったときに析出する針状析出物に比して小さい。すなわち、この金属接合品１０におけるナゲット１６の周縁部３０では、小寸法の針状析出物３２が生成している。

周縁部３０以外の部位に存在する針状析出物３２の寸法は、周縁部３０に含まれる針状析出物３２の寸法と同等であってもよいし、相違していてもよい。なお、図２においては、周縁部３０以外の部位の針状析出物を省略している。

ナゲット１６と鋼板１４との界面には、特にナゲット１６の最深部に対応する箇所にＦｅ−Ａｌ金属間化合物層３４が生成している。このＦｅ−Ａｌ金属間化合物層３４が生成した部位は、それ以外の部位に比して接合強度が大きい。すなわち、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物層３４が介在することにより、アルミニウム合金板１２と鋼板１４が一層強固に接合される。

次に、第１実施形態に係る金属接合品１０の製造方法につき説明する。

はじめに、アルミニウム合金板１２に対して鋼板１４を積層する。換言すれば、アルミニウム合金板１２と鋼板１４を互いに当接させる。このようにして形成された積層部位を、図４に示すように、第１溶接電極２０及び第２溶接電極２２で挟持する。

ここで、第１溶接電極２０及び第２溶接電極２２は、ロボットのアームに設けられた溶接ガン（いずれも図示せず）を構成する。すなわち、ロボットは、アームを適宜動作させ、第１溶接電極２０及び第２溶接電極２２を、両溶接電極の間に積層部位が介装される位置とする。その後、溶接ガンが閉じることにより、第１溶接電極２０がアルミニウム合金板１２に当接するとともに、第２溶接電極２２が鋼板１４に当接する。

この状態で、第２溶接電極２２から第１溶接電極２０（又はその逆方向）に向かう電流を流す。すなわち、積層部位に対し、所定の第１の電流値で１回目の通電がなされる。アルミニウム合金板１２と鋼板１４とでは、鋼板１４の方が高融点であり且つ抵抗発熱が大きい。このため、鋼板１４において優先的にジュール熱が発生する。また、アルミニウム合金板１２がこのジュール熱を受けることにより、鋼板１４に先んじて溶融する。

アルミニウム合金板１２が溶融することに伴い、溶融池が形成される。すなわち、鋼板１４の一部が高温の溶融池に接触する。このため、鋼板１４の構成元素、特にＦｅが溶融池に取り込まれる。

所定の時間が経過した後、通電を停止する。これに伴って鋼板１４の発熱が終了するため、該鋼板１４の温度が低下する。従って、溶融池も固化し、固相のナゲット１６となる。ナゲット１６の長手方向寸法Ｌは、第１溶接電極２０及び第２溶接電極２２の直径に略対応する。

このように、１回目の通電は、アルミニウム合金板１２が一旦溶融してナゲット１６が形成される条件で行う。このためには、例えば、第１溶接電極２０及び第２溶接電極２２から積層部位に付与する荷重を３５０ｋｇｆ、溶接電流（第１の電流値）を９．５ｋＡ、通電時間を９９サイクルとすればよい。

１回目の通電を停止し、好ましくは１秒程度待機した後に２回目の通電を行う。この際の第２の電流値を、第１の電流値の０．５５〜０．８倍に設定する。すなわち、第１の電流値を９．５ｋＡとしたときには、第２の電流値を５．２２５〜７．６ｋＡに設定すればよい。なお、第２の電流値は、５．５〜７．５ｋＡに設定することが容易である。付与荷重や通電時間等、溶接電流以外の条件は、１回目の通電と同様であってもよい。

この場合も上記と同様に、鋼板１４にジュール熱が発生する。このジュール熱によって、ナゲット１６が加熱される。すなわち、ナゲット１６の温度が上昇する。

ここで、第２の電流値は第１の電流値よりも小さい。従って、２回目の通電時におけるナゲット１６の温度は、１回目の通電時における溶融池の温度よりも低温となる。通電条件を上記の通りとした場合、１回目の通電時における溶融池の温度は約６５０℃であり、２回目の通電時におけるナゲット１６の温度は約５１０℃である。

従来技術に係るスポット溶接では、鋼板１４のＦｅ成分が溶融池に取り込まれた後、Ｆｅが溶融池内で溶融する。そして、溶融池の冷却固化時に該溶融池内のＡｌと結合し、粗大な針状析出物３２として析出する。これに対し、第１実施形態では、１回目の通電時に比して小さい電流で２回目の通電を行うようにしているので、上記したように針状析出物３２を微細なものとすることができる。

周縁部３０に存在する針状析出物３２が微細なものであると、ナゲット１６とアルミニウム合金板１２との界面が破壊の起点となり難くなる。従って、金属接合品１０は、引っ張り剪断強度（ＴＳＳ）や、十字剥離強度（ＣＴＳ）等に優れる。なお、ＴＳＳは、ＪＩＳ Ｚ ３１３６に準拠し、アルミニウム合金板１２を左方（又は右方）に引っ張るとともに、鋼板１４を、アルミニウム合金板１２とは相反する方向、すなわち、右方（又は左方）に引っ張ることで求められる。また、ＣＴＳは、ＪＩＳ Ｚ ３１３７に準拠し、アルミニウム合金板１２を下方に引っ張るとともに、鋼板１４を、アルミニウム合金板１２とは相反する上方に引っ張ることで求められる。

このように、第１実施形態によれば、２回の通電を行うことでナゲット１６の周縁部３０に微細な針状析出物３２を析出させるようにしている。その結果、ナゲット１６とアルミニウム合金板１２との界面を起点とする破壊が発生し難くなり、接合強度に優れた金属接合品１０が得られる。

また、ナゲット１６の界面に生成したＦｅ−Ａｌ金属間化合物層３４を介してナゲット１６と鋼板１４が強固に接合する。すなわち、ナゲット１６と鋼板１４の界面も破壊の起点となり難い。

実際、ＴＳＳ試験やＣＴＳ試験を行うと、ナゲット１６がアルミニウム合金板１２との界面から剥離したり、アルミニウム合金板１２が鋼板１４との界面から剥離したりする前に、アルミニウム合金板１２内に亀裂が生じて破壊に至る。このことから、アルミニウム合金板１２と鋼板１４との間に十分な接合強度が得られていると評価することができる。

次に、第２実施形態につき説明する。なお、図１〜図４に示される構成要素と同一の構成要素には、基本的には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図５に、第２実施形態に係る金属接合品４０の要部概略縦断面図を示す。この金属接合品４０は、第１金属ワークであるアルミニウム合金板４２と、第２金属ワークである鋼板１４とがスポット溶接によって接合されたものであり、アルミニウム合金板４２と鋼板１４との通電箇所にはナゲット１６が形成されている。なお、この場合も、アルミニウム合金板４２はＡ６Ｋ２１Ｔ４２からなり、鋼板１４はＪＳＣ５９０Ｒからなる。

ナゲット１６は、第１実施形態と同様に、アルミニウム合金板４２側に偏在するように生成し、長手方向略中央が最深部となる円弧形状をなす。ナゲット１６の長手方向寸法Ｌは、例えば、１．５〜２ｃｍ程度である。このナゲット１６内には、典型的にはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物からなる針状析出物３２が析出・分散している。特に、ナゲット１６の周縁部３０に含まれる針状析出物３２は、長尺方向が５０μｍ以下であり、且つ短尺方向が２μｍ以下である。周縁部３０以外の部位に存在する針状析出物３２の寸法は、周縁部３０に含まれる針状析出物３２の寸法と同等であってもよいし、相違していてもよい。

第２実施形態に係る金属接合品４０では、ナゲット１６と鋼板１４との界面のみならず、ナゲット１６の外方の、アルミニウム合金板４２と鋼板１４との界面にもＦｅ−Ａｌ金属間化合物層３４が生成している。

図６は、アルミニウム合金板４２のナゲット１６近傍のＳＥＭ写真である。下方の黒色がアルミニウム合金板４２であり、上方の白色がナゲット１６である。そして、図６中には、結晶粒界を示すための破線を便宜的に付している。この図６に示すように、アルミニウム合金板４２内にはＡｇ（銀）微粒子４４が略均等に拡散し、結晶粒界に点在する。

以上のように、第２実施形態に係る金属接合品４０では、第１実施形態に係る金属接合品１０に比してＦｅ−Ａｌ金属間化合物層３４の生成領域が広い。このため、アルミニウム合金板４２と鋼板１４がさらに一層強固に接合される。加えて、アルミニウム合金板４２中にＡｇ微粒子４４が拡散しているので、該アルミニウム合金板４２の強度や硬度等が向上する。

すなわち、第２実施形態によれば、接合強度に一層優れるとともに、破壊強度が向上した金属接合品４０が得られる。

次に、第２実施形態に係る金属接合品４０の製造方法につき説明する。

第２実施形態では、はじめに、アルミニウム合金板４２又は鋼板１４に対してＡｇ微粒子を塗布する。このためには、Ａｇ微粒子が分散媒に分散されることで調製されたＡｇペーストを塗布すればよい。

ここで、Ａｇペーストに含まれるＡｇ微粒子は、平均粒径が５μｍ以下のものであることが好ましい。平均粒径が過度に大きいものであると、アルミニウム合金板４２内に拡散することが容易ではないからである。この観点から、Ａｇ微粒子としては、平均粒径が１〜５μｍであるマイクロ粒子や、平均粒径が１〜１００ｎｍであるナノ粒子が好適である。

Ａｇペーストは、上記したようなＡｇ微粒子が分散媒に分散されることで調製されている。分散媒の好適な例としては、ベンジルアルコール等の芳香族アルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、ポリエチレングリコールモノメタクリレート（ＰＥＧＭＡ）、テルピネオール等の極性溶媒が挙げられる。さらには、これらの極性溶媒に、分散剤としての不飽和脂肪酸エステルが添加されたものであってもよい。

このＡｇペーストを、スクリーン印刷、パッド印刷、ブレード塗工、ハケ塗り等の公知の塗布手法によって、アルミニウム合金板４２の接合面、又は鋼板１４の接合面（当接箇所）の少なくとも一方に塗布する。

なお、Ａｇペーストの塗布量が過度に少ない場合には、Ａｇ微粒子を塗布することによる効果が発現し難い。また、金属接合品４０の接合強度は、Ａｇペーストの塗布量が一定値を超えると大きく向上しなくなる。従って、接合面の単位面積当たりのＡｇペーストの塗布量を、０．０５〜０．１７ｍｇ／ｍｍ²とすることが好ましい。

次に、アルミニウム合金板４２と鋼板１４の接合面同士を積層する。その結果、接合面同士の間にＡｇペーストが介在する。このようにして形成された積層部位を、図４と同様に、第１溶接電極２０及び第２溶接電極２２で挟持する。

この状態で、第２溶接電極２２から第１溶接電極２０（又はその逆方向）に向かう電流を流す。すなわち、積層部位に対して通電がなされる。通電条件は、例えば、第１実施形態の１回目の通電条件と同様に、第１溶接電極２０及び第２溶接電極２２から積層部位に付与する荷重を３５０ｋｇｆ、溶接電流（第１の電流値）を９．５ｋＡ、通電時間を９９サイクルに設定すればよい。

アルミニウム合金板４２と鋼板１４とでは、鋼板１４の方が高融点であり且つ抵抗発熱が大きい。このため、鋼板１４において優先的にジュール熱が発生する。このジュール熱を受け、Ａｇペースト中の分散媒が揮発するとともにＡｇ微粒子４４がアルミニウム合金板４２中に拡散する。また、アルミニウム合金板４２が鋼板１４に先んじて溶融する。

アルミニウム合金板４２が溶融することに伴い、Ａｇが取り込まれた溶融池が形成される。すなわち、鋼板１４の一部が高温の溶融池に接触する。このため、鋼板１４の構成元素、特にＦｅが溶融池にさらに取り込まれる。

Ａｇが存在する溶融池は、Ａｇが存在しない溶融池に比して低温となる。通電条件を上記の通りとした場合、Ａｇが存在しない溶融池の温度は約６５０℃であり、Ａｇが存在する溶融池の温度は約５１０℃である。

所定の時間が経過した後、通電を停止する。これに伴って鋼板１４の発熱が終了するため、該鋼板１４の温度が低下する。従って、溶融池も固化し、固相のナゲット１６となる。ナゲット１６の長手方向寸法Ｌは、第１溶接電極２０及び第２溶接電極２２の直径に略対応する。

上記したように、第２実施形態では、通電時に形成された溶融池の温度が低い。しかも、Ａｇが存在する溶融池の冷却速度は、Ａｇが存在しない溶融池に比して大きい。以上のことが相俟って、針状析出物３２が微細なもの、すなわち、長尺方向が５０μｍ以下で且つ短尺方向が２μｍ以下のものとして析出する。

周縁部３０に存在する針状析出物３２が微細なものであると、ナゲット１６とアルミニウム合金板４２との界面が破壊の起点となり難くなる。従って、金属接合品４０は、引っ張り剪断強度（ＴＳＳ）や、十字剥離強度（ＣＴＳ）等に優れる。

さらに、第２実施形態では、低融点であるアルミニウム合金板４２側にＡｇが優先的に拡散する（図６参照）。このため、アルミニウム合金板４２の強度や硬度等が向上する。なお、エネルギ分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＸ）によって求めたＡｇの深さ方向プロファイルによれば、ナゲット１６と鋼板１４の界面や、アルミニウム合金板４２と鋼板１４の界面では、Ａｇは検出限界以下である。このことから、Ａｇペースト中のＡｇ微粒子が接合に直接関与することはないと評価し得る。

また、ナゲット１６と鋼板１４の界面から、アルミニウム合金板４２と鋼板１４の界面にわたって存在するＦｅ−Ａｌ金属間化合物層３４についてＥＰＭＡ等の機器分析を行うと、酸素が検出限界以下である。従って、Ａｇは、酸素を同伴しながらアルミニウム合金板４２内を拡散すると推察される。

すなわち、ナゲット１６と鋼板１４の界面や、アルミニウム合金板４２と鋼板１４の界面には、靭性に優れる金属層が存在するとともに、該金属層に酸素が含まれていない。このため、前記界面では脆性破壊が生じ難い。

以上のような理由から、第２実施形態では、アルミニウム合金板４２と鋼板１４の間に一層優れた接合強度が発現する。

本発明は、上記した第１及び第２実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、第１金属ワークの素材はＡ６Ｋ２１Ｔ４２に限定されるものではなく、ＡＣ４ＣＨやＡＤＣ１２等であってもよいし、純アルミニウムであってもよい。同様に、第２金属ワークの素材はＪＳＣ５９０Ｒに限定されるものではなく、クロムモリブデン鋼（例えば、ＳＣＭ４２０等）をはじめとするその他の鋼材や鋳鉄であってもよい。いずれにしても、一般的な構造材として用いられる鋼材とアルミニウム合金との組み合わせでは、アルミニウム合金の方が低融点であり、且つ抵抗発熱が小さい。

また、第１金属ワーク及び第２金属ワークの形状も、上記の平板形状のものに限定されるものではない。

さらに、図７に示すように、アルミニウム合金板４２（又はアルミニウム合金板１２）に対し、２枚の鋼板１４、１４を順次積層した積層体から金属接合品５０を得るようにしてもよい。この場合、積層体に対してスポット溶接を行うと、ナゲット１６及びＦｅ−Ａｌ金属間化合物層３４の他、２枚の鋼板１４、１４同士に跨るようにナゲット５２が形成される。

勿論、この場合においても、アルミニウム合金板４２又は鋼板１４の少なくともいずれかの接合面にＡｇペーストを塗布した後に互いを当接させるようにしてもよい。

１０、４０、５０…金属接合品 １２、４２…アルミニウム合金板
１４…鋼板 １６、５２…ナゲット
２０…第１溶接電極 ２２…第２溶接電極
３０…周縁部 ３２…針状析出物
３４…Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物層 ４４…銀微粒子

Claims (7)

1. アルミニウム含有材からなる第１金属ワークと、鉄系合金からなる第２金属ワークとがナゲットを介して接合された金属接合品であって、
   前記ナゲットの、前記第１金属ワークと前記第２金属ワークとの界面における外縁から内方に向かって１ｍｍ以内の範囲の部位に、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物からなる針状析出物を含み、
   前記針状析出物は、長尺方向が５０μｍ以下であり、且つ短尺方向が２μｍ以下であることを特徴とする金属接合品。
2. 請求項１記載の金属接合品において、前記ナゲットの外方の前記第１金属ワークと前記第２金属ワークの界面にＦｅ−Ａｌ金属間化合物層が生成していることを特徴とする金属接合品。
3. 請求項２記載の金属接合品において、前記第１金属ワークの結晶粒界に銀粒子が析出していることを特徴とする金属接合品。
4. アルミニウム含有材からなる第１金属ワークと、鉄系合金からなる第２金属ワークとを、ナゲットを介して接合した金属接合品を得る金属接合品の製造方法であって、
   前記第１金属ワークと前記第２金属ワークを当接させた後、当接箇所に対して第１の電流値で通電することでスポット溶接を行い、前記当接箇所にナゲットを生成する工程と、
   前記第１の電流値の０．５５〜０．８倍に設定した第２の電流値で前記当接箇所に通電を行う工程と、
   を有し、
   前記２回の通電により、前記ナゲットの、前記第１金属ワークと前記第２金属ワークとの界面における外縁から内方に向かって１ｍｍ以内の範囲の部位に、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物からなり、長尺方向が５０μｍ以下で且つ短尺方向が２μｍ以下の針状析出物を析出させることを特徴とする金属接合品の製造方法。
5. 請求項４記載の製造方法において、前記第１の電流値を９．５ｋＡに設定するとともに、前記第２の電流値を５．５〜７．５ｋＡに設定することを特徴とする金属接合品の製造方法。
6. アルミニウム含有材からなる第１金属ワークと、鉄系合金からなる第２金属ワークとを、ナゲットを介して接合した金属接合品を得る金属接合品の製造方法であって、
   前記第１金属ワーク又は前記第２金属ワークの少なくともいずれかに銀粒子を塗布する工程と、
   銀粒子が塗布された部位を残余の金属ワークに当接させた後、当接箇所に対して第１の電流値で通電することでスポット溶接を行い、前記当接箇所にナゲットを生成する工程と、
   を有し、
   前記ナゲットの、前記第１金属ワークと前記第２金属ワークとの界面における外縁から内方に向かって１ｍｍ以内の範囲の部位に、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物からなり、長尺方向が５０μｍ以下で且つ短尺方向が２μｍ以下の針状析出物を析出させることを特徴とする金属接合品の製造方法。
7. 請求項６記載の製造方法において、平均粒径が５μｍ以下の銀粒子を含んだ銀ペーストを前記当接箇所に０．０５〜０．１７ｍｇ／ｍｍ²塗布した後に通電を行うことを特徴とする金属接合品の製造方法。

Images