JP6140442B2 - Manufacturing method of Al-joined products - Google Patents

Description

本発明は、Ａｌ（アルミニウム）接合製品の製造方法に係り、特に６０００系Ａｌ合金よりなる材料同士を摩擦撹拌接合した後、その接合材に対して陽極酸化処理を施して、目的とする用途に用いられるＡｌ接合製品を製造する場合における改良された方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing an Al (aluminum) bonded product, and in particular, after a friction stir welding of materials made of a 6000 series Al alloy, the bonding material is subjected to an anodizing treatment for an intended use. It relates to an improved method for producing the Al-joined product used.

近年、二つの部材の接合されるべき部位に回転工具を回転させながら差し込むことにより、それら被接合部材を溶融させることなく固相接合する摩擦撹拌接合方法が、特表平７−５０５０９０号公報等において提案されて以来、接合部における熱の発生が通常の溶融溶接手法より少ないために、熱歪みが発生し難く、且つ溶融してから凝固するという溶融溶接手法特有の相変化を伴わず、固体状態で接合出来ることによる接合部の健全性の点から、注目を受け、特にＡｌ合金材の接合において、かかる摩擦攪拌接合方法が採用される分野は、年々拡大してきている。例えば、軽量化の目的から、Ａｌ合金材を用いて、自動車や鉄道車両等の輸送車両構体、ＩＴ機器筐体等を製造する際の接合に、上記の摩擦撹拌接合方法が、好適に採用されているのである。   In recent years, a friction stir welding method in which solid members are joined without melting a member to be joined by rotating a rotary tool into a portion to be joined between two members is disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-505090, etc. Since the heat generation at the joint is less than that of the normal fusion welding method, it is difficult to generate thermal distortion and is not accompanied by the phase change peculiar to the fusion welding method of solidifying after melting. In view of the soundness of the joint due to being able to be joined in a state, the field in which such a friction stir welding method is employed particularly in joining of an Al alloy material has been expanding year by year. For example, for the purpose of weight reduction, the friction stir welding method described above is preferably employed for joining when manufacturing transport vehicle structures such as automobiles and railway vehicles, IT equipment housings, etc., using an Al alloy material. -ing

ところで、上記した構体や筐体の設計によっては、Ａｌ接合材の接合部位が表面に位置するようになって、その使用時に利用者の目視にさらされることとなることは、よくあることである。このため、そのような表面の意匠性を高めるべく、それら構体や筐体を構成するＡｌ接合材に対して、その接合部位も含んだ状態において、面削やショットブラスト等の表面仕上げ加工が施され、更にその後、意匠性のみならず、耐食性や耐傷付性を確保するために、陽極酸化処理が施され、それによって堅牢な陽極酸化皮膜を、Ａｌ接合材の表層に厚く生成せしめることが行なわれている。   By the way, depending on the design of the structure and the case described above, it is often the case that the bonding portion of the Al bonding material is located on the surface and is exposed to the user's eyes during use. . For this reason, in order to improve the design of such a surface, surface finishing processing such as chamfering and shot blasting is performed on the Al bonding material constituting the structure and the housing in a state including the bonding portion. After that, in order to ensure not only design but also corrosion resistance and scratch resistance, anodizing treatment was performed, thereby forming a strong anodized film on the surface of the Al bonding material thickly. It is.

そして、そのような陽極酸化処理により形成される陽極酸化皮膜は、それの形成素地である母材の金属組織の影響を受けて、その色調を変化し易いことが、知られている。特に、金属組織のうち、結晶粒組織や金属間化合物の分布が不均一な部位が存在すると、そこに形成される陽極酸化皮膜は不均一な色調を呈するようになるのであり、それが、筋状やまだら状の模様となって目視されてしまい、意匠性を損なう結果をもたらすこととなるのである。また、かかる摩擦撹拌接合方法にて得られる接合部位は、固相接合にて形成されるものではあるものの、接合部位周辺の母材との間において、金属組織差を生じる部分であって、その接合後に、面削やショットブラストにより、接合部とその周辺の母材との区別がつかないように仕上げたとしても、後から陽極酸化処理を行なうと、そのような接合部とその周辺の母材との間の金属組織差に起因して、かかる接合部に筋状の模様を呈する色調差が現れ、接合材の意匠性が損なわれるようになるのである。   And it is known that the anodic oxide film formed by such an anodic oxidation treatment easily changes its color tone due to the influence of the metal structure of the base material which is the formation base. In particular, if there is a portion of the metal structure where the distribution of crystal grain structure or intermetallic compound is non-uniform, the anodic oxide film formed there will appear to have a non-uniform color tone, As a result, it will be visually observed as a pattern or mottled pattern, resulting in a loss of design. Moreover, although the joining site obtained by the friction stir welding method is formed by solid phase joining, it is a part that causes a metallographic difference with the base material around the joining site, Even after finishing the joint so that it cannot be distinguished from the surrounding base material by chamfering or shot blasting, if anodization is performed later, the joint and the surrounding base Due to the difference in metal structure with the material, a color difference that exhibits a streak pattern appears at the joint, and the design of the joint material is impaired.

そこで、そのような問題を解消するために、本発明者等は、先に、特開２０１１−２６６５７号公報や特開２０１２−１４９３１９号公報等において、ＪＩＳ規格の５０００系Ａｌ合金に相当する合金組成を有するＡｌ材を対象として、そのＡｌ合金中に分散する第二相粒子（金属間化合物）の分布状態を制御することにより、陽極酸化皮膜における色調差を解消し得ることを明らかにしたのであり、また特開２０１１−２５２７５号公報や特開２０１２−１４８３３５号公報等において、第二相粒子（金属間化合物）の分布状態が規制されたＡｌ合金材を用いて、所定の摩擦撹拌接合操作を実施することにより、接合部とその周辺の母材との間で第二相粒子の分布の相違がないようにして、表面の陽極酸化皮膜における色調差の発生を防止し得ることを明らかにした。   Therefore, in order to solve such a problem, the present inventors previously described an alloy corresponding to a JIS standard 5000 series Al alloy in JP2011-26657A, JP2012-149319A, and the like. Since it was clarified that the color tone difference in the anodic oxide film can be eliminated by controlling the distribution state of the second phase particles (intermetallic compound) dispersed in the Al alloy for the Al material having the composition. In addition, in JP2011-25275A, JP2012-148335A, and the like, a predetermined friction stir welding operation is performed using an Al alloy material in which the distribution state of the second phase particles (intermetallic compound) is regulated. To prevent the difference in the distribution of second phase particles between the joint and the surrounding base material, and to prevent the occurrence of color difference in the anodized film on the surface. It revealed that get.

しかしながら、それらの公報において種々提案された、Ａｌ接合材における色調差の発生防止対策は、何れも、Ａｌ−Ｍｇ系合金である、ＪＩＳ規格の５０００系Ａｌ合金からなるＡｌ材料を対象とするものであって、そのような対策が、他のＡｌ材料の摩擦攪拌接合材において必ずしも有効であるとは言えないことが、本発明者の更なる研究によって明らかとなったのである。即ち、本発明者が、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である、ＪＩＳ規格の６０００系Ａｌ合金からなる材料を用いて、摩擦攪拌接合して得られたＡｌ接合材について種々検討した結果、５０００系Ａｌ合金の場合と同様な、金属間化合物の分布状態の制御や金属間化合物の分布状態と、摩擦攪拌接合操作の組み合わせだけでは、そのような６０００系Ａｌ合金材料から得られた接合材における、接合部の筋状模様の解消には不充分であることが、明らかとなったのである。   However, the various measures for preventing the occurrence of color tone differences in Al bonding materials proposed in those publications are all for Al materials made of JIS standard 5000 series Al alloys, which are Al-Mg series alloys. However, it has been clarified by further research by the present inventors that such a countermeasure is not necessarily effective in the friction stir welding material of other Al materials. That is, as a result of various studies on the Al bonding material obtained by friction stir welding using the material of the JIS standard 6000 series Al alloy, which is an Al-Mg-Si series alloy, the 5000 series In the joining material obtained from such a 6000 series Al alloy material, the combination of the control of the distribution state of the intermetallic compound and the distribution state of the intermetallic compound, and the friction stir welding operation, similar to the case of the Al alloy, It became clear that this was insufficient to eliminate the streak pattern at the joint.

特表平７−５０５０９０号公報JP 7-505090 Gazette 特開２０１１−２６６５７号公報JP 2011-26657 A 特開２０１２−１４９３１９号公報JP 2012-149319 A 特開２０１１−２５２７５号公報JP 2011-25275 A 特開２０１２−１４８３３５号公報JP 2012-148335 A

かかる状況下、本発明者による更なる研究の結果、構体や筐体の素材として多用される６０００系Ａｌ合金からなるＡｌ合金材を摩擦撹拌接合してＡｌ接合材とした後、それを陽極酸化処理してＡｌ接合製品を得るに際して、かかる６０００系Ａｌ合金中のＦｅの含有量を制御すると共に、所定の調質を施して、自然時効状態としたＡｌ合金材を用いて、高入熱の摩擦攪拌接合操作を採用することによって、得られるＡｌ接合材における接合部位とその周辺母材との間の、陽極酸化処理後の色調差が効果的に解消され得ることを見い出し、本発明を完成するに至ったのである。   Under such circumstances, as a result of further research by the present inventor, an Al alloy material made of 6000 series Al alloy, which is frequently used as a material for a structure and a casing, is friction stir welded to obtain an Al joint material, and then anodized. When processing to obtain an Al-joined product, the content of Fe in the 6000-series Al alloy is controlled, and a predetermined tempering is performed to use a naturally aged Al alloy material. By adopting the friction stir welding operation, it was found that the difference in color tone after anodizing treatment between the bonding site and the surrounding base material in the Al bonding material obtained could be effectively eliminated, and the present invention was completed. It came to do.

従って、本発明の解決課題とするところは、６０００系Ａｌ合金よりなるＡｌ合金材同士を摩擦撹拌接合した後に、陽極酸化処理してＡｌ接合製品を製造する方法において、その摩擦攪拌接合部とその周辺の母材との間の色調差を解消することにある。   Therefore, the place to be solved by the present invention is that in the method of manufacturing an Al-joined product by performing anodization after friction stir welding of Al alloy materials made of 6000 series Al alloys, the friction stir welding portion and its The purpose is to eliminate the color difference between the surrounding base materials.

そして、本発明にあっては、そのような課題の解決のために、複数のＡｌ材を摩擦攪拌接合して、一体のＡｌ接合材を得た後、かかるＡｌ接合材を陽極酸化処理して、その表面に陽極酸化皮膜を形成することにより、Ａｌ接合製品を製造するに際して、前記Ａｌ材として、Ｆｅの含有量を０．１質量％以下とした６０００系Ａｌ合金よりなり、且つＴ１乃至Ｔ４のうちの何れかの調質を施して、自然時効状態としたＡｌ合金材を用いると共に、かかるＡｌ合金材に対して、摩擦攪拌部の温度が５００℃〜５８０℃の範囲内となるようにして、前記摩擦攪拌接合操作を実施することを特徴とするＡｌ接合製品の製造方法を、その要旨とするものである。   In the present invention, in order to solve such a problem, after a plurality of Al materials are friction stir welded to obtain an integrated Al joint material, the Al joint material is subjected to anodization treatment. When an Al-bonded product is manufactured by forming an anodic oxide film on the surface, the Al material is made of a 6000 series Al alloy having a Fe content of 0.1% by mass or less, and T1 to T4. In addition to using an Al alloy material that has been subjected to any tempering and natural aging, the friction stirrer temperature is within a range of 500 ° C. to 580 ° C. with respect to the Al alloy material. The gist of the method for manufacturing an Al-joined product, characterized in that the friction stir welding operation is performed.

なお、かかる本発明に従うＡｌ接合製品の製造方法の望ましい態様の一つによれば、前記６０００系Ａｌ合金は、Ｍｇ：０．３〜１．５質量％、Ｓｉ：０．２〜１．２質量％、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｆｅ：０．１質量％以下、Ａｌ及び不可避的不純物：残部からなる組成を有しているものである。   In addition, according to one of the desirable embodiments of the method for producing an Al-joined product according to the present invention, the 6000 series Al alloy contains Mg: 0.3 to 1.5% by mass, Si: 0.2 to 1.2. It has a composition consisting of mass%, Cu: 0.5 mass% or less, Fe: 0.1 mass% or less, Al and inevitable impurities: the balance.

また、本発明の望ましい態様の他の一つによれば、前記Ａｌ合金材は、その摩擦攪拌接合に先立って、Ｔ１又はＴ４調質されてなるものである。   According to another preferred embodiment of the present invention, the Al alloy material is tempered by T1 or T4 prior to the friction stir welding.

このように、本発明に従うＡｌ接合製品の製造方法にあっては、摩擦攪拌接合されるべきＡｌ合金材を与える６０００系Ａｌ合金のＦｅ含有量を０．１質量％以下に制御し、更にＴ１乃至Ｔ４の調質を施して、自然時効状態としたＡｌ合金材を用いると共に、摩擦攪拌部の温度が５００℃〜５８０℃の範囲内となるようにして、高入熱の摩擦攪拌接合操作を実施することにより、Ａｌ−Ｆｅ系やＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物の粗大化を阻止し、またＭｇ−Ｓｉ系金属間化合物の析出を効果的に抑制乃至は阻止して、それら金属間化合物が金属組織内に固溶せしめられるようにして、摩擦攪拌接合部とその周辺の母材部との間における金属間化合物の分布が均一となるようにしたのであり、これにより、接合材の表面に陽極酸化皮膜が形成されても、摩擦攪拌接合部位とその周囲の母材部位との間に色調差が生じるようなことが、効果的に阻止され得ることとなったのであり、以て、意匠性に優れたＡｌ接合製品を有利に得ることが出来るのである。   As described above, in the method for manufacturing an Al-joined product according to the present invention, the Fe content of a 6000 series Al alloy that gives an Al alloy material to be friction stir welded is controlled to 0.1 mass% or less, and further, T1 To a T4 tempered, naturally aged Al alloy material, and the friction stirrer temperature is in the range of 500 ° C. to 580 ° C. By carrying out, the coarsening of Al—Fe and Al—Fe—Si intermetallic compounds can be prevented, and the precipitation of Mg—Si intermetallic compounds can be effectively suppressed or prevented. The intermetallic compound is dissolved in the metal structure so that the distribution of the intermetallic compound is uniform between the friction stir welded portion and the surrounding base material portion. Anodized film is formed on the surface of However, it is possible to effectively prevent a color difference between the friction stir welding part and the surrounding base material part, and hence Al having excellent design properties. A bonded product can be advantageously obtained.

ところで、かかる本発明に従うＡｌ接合製品の製造方法において、摩擦攪拌接合せしめられるＡｌ合金材は、基本的には、ＪＩＳ規格の６０００系Ａｌ（アルミニウム）合金であって、Ｆｅ含有量が０．１質量％以下であるものにて、構成されている。この合金成分であるＦｅ（鉄）は、Ａｌ−Ｆｅ系やＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系からなる金属間化合物を形成するものであり、このＦｅ含有量が０．１質量％を超えるようになると、平均粒径が５μｍを超える粗大なＡｌ−Ｆｅ系及びＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物が形成され易くなるのである。因みに、摩擦攪拌接合操作において、回転工具のプローブが差し込まれて形成される摩擦攪拌部における攪拌中心部では、プローブの回転による攪拌によって、粗大なＦｅ含有金属間化合物は優先的に粉砕されるようになるが、撹拌周縁部においては、プローブの回転による撹拌によって粉砕されなかった粗大な金属間化合物も含んだ状態で分散するようになるところから、これが、陽極酸化皮膜の色調差の原因となるのである。このため、本発明にあっては、そのようなＡｌ合金中のＦｅの含有量が０．１質量％以下となるように制御されるのである。なお、その他の合金成分、例えば、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ等は、通常の６０００系Ａｌ合金と同様な割合において含有せしめることが可能である。   By the way, in the manufacturing method of the Al bonded product according to the present invention, the Al alloy material to be friction stir bonded is basically a JIS standard 6000 series Al (aluminum) alloy having an Fe content of 0.1. It is comprised by what is below mass%. This alloy component Fe (iron) forms an intermetallic compound consisting of Al-Fe and Al-Fe-Si, and when this Fe content exceeds 0.1 mass%, Coarse Al—Fe and Al—Fe—Si intermetallic compounds having an average particle size exceeding 5 μm are easily formed. Incidentally, in the friction stir welding operation, the coarse Fe-containing intermetallic compound is preferentially pulverized by the stirring by the rotation of the probe at the stirring center portion in the friction stirring portion formed by inserting the probe of the rotary tool. However, at the periphery of the agitation, it is dispersed in a state including a coarse intermetallic compound that has not been pulverized by the agitation caused by the rotation of the probe. This causes the color difference of the anodized film. It is. For this reason, in this invention, it is controlled so that content of Fe in such Al alloy may be 0.1 mass% or less. In addition, other alloy components, for example, Mg, Si, Cu, Mn, Cr, Zn, Ti, and the like can be contained in the same proportion as a normal 6000 series Al alloy.

しかしながら、本発明にあっては、そのようなＦｅ含有量を０．１質量％以下とした６０００系Ａｌ合金として、特に、Ｍｇ：０．３〜１．５質量％、Ｓｉ：０．２〜１．２質量％、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｆｅ：０．１質量％以下、Ａｌ及び不可避的不純物：残部からなる組成を有するＡｌ合金が、有利に用いられることとなる。このような合金組成のＡｌ合金を用いることにより、本発明の目的がより一層達成され易くなるのである。   However, in the present invention, as the 6000 series Al alloy having such Fe content of 0.1% by mass or less, Mg: 0.3 to 1.5% by mass, Si: 0.2 to An Al alloy having a composition consisting of 1.2% by mass, Cu: 0.5% by mass or less, Fe: 0.1% by mass or less, Al and inevitable impurities: the balance will be advantageously used. By using an Al alloy having such an alloy composition, the object of the present invention can be achieved more easily.

そのようなＡｌ合金において、Ｍｇ（マグネシウム）は、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物による析出効果により、構体や筐体の強度の調整に寄与する成分となるものであり、その含有量が０．３質量％未満では、充分な強度を付与することが困難となる問題があり、一方１．５質量％を超えるようになると、強度が高過ぎて、成形が難しくなる問題がある。より好ましくは、強度の確保と成形の容易性との兼ね合いを考慮して、Ｍｇは、０．４〜１．２質量％、更に好ましくは０．５〜１．２質量％の範囲において用いられることとなる。また、Ｓｉ（ケイ素）は、上記したＭｇと同様に、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物の析出硬化により、Ａｌ合金材の強度の調整に寄与する成分となるものであり、その含有量が、０．２質量％未満では、充分な強度を付与することが困難となるのであり、一方１．２質量％を超えるようになると、強度が高過ぎて、成形が難しくなる問題がある。なお、かかるＳｉの含有量に関して、好ましくは、強度の確保と成形の容易性との兼ね合いを考慮して、０．３〜１．０質量％、より好ましくは０．４〜０．９質量％の範囲内とされる。更に、Ｃｕ（銅）は、陽極酸化処理後の皮膜全体の色調を均質にするために寄与する成分であって、その含有量が０．５質量％を超えるようになると、陽極酸化処理後の皮膜が、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系の微細析出物の影響により、混濁し易くなる問題を惹起するようになる。なお、そのようなＣｕ含有量の好ましい範囲は、０．４質量％以下である。   In such an Al alloy, Mg (magnesium) is a component that contributes to the adjustment of the strength of the structure and the case due to the precipitation effect of the Mg-Si compound, and its content is 0.3 mass%. If it is less than 1.5%, there is a problem that it is difficult to impart sufficient strength. On the other hand, if it exceeds 1.5% by mass, there is a problem that the strength is too high and molding becomes difficult. More preferably, considering the balance between securing the strength and ease of molding, Mg is used in the range of 0.4 to 1.2% by mass, more preferably 0.5 to 1.2% by mass. It will be. In addition, Si (silicon) is a component that contributes to the adjustment of the strength of the Al alloy material by precipitation hardening of the Mg—Si compound, similarly to the above Mg, and its content is 0.2. If it is less than mass%, it is difficult to impart sufficient strength. On the other hand, if it exceeds 1.2 mass%, the strength is too high and molding becomes difficult. The Si content is preferably 0.3 to 1.0% by mass, more preferably 0.4 to 0.9% by mass in consideration of the balance between securing the strength and ease of molding. Within the range of Furthermore, Cu (copper) is a component that contributes to making the color tone of the entire film after anodizing uniform, and when its content exceeds 0.5% by mass, The film is likely to become cloudy due to the influence of Al-Mg-Si-Cu-based fine precipitates. In addition, the preferable range of such Cu content is 0.4 mass% or less.

そして、そのような合金組成を有する６０００系Ａｌ合金からなるＡｌ合金材は、所定の調質によって自然時効の状態とされた後、摩擦攪拌接合操作に供されることとなるのである。なお、このＡｌ合金材を自然時効状態とする調質には、公知のＴ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４の各処理のうちの何れかが選択されることとなる。そこにおいて、Ｔ１処理（調質）は、熱間圧延や熱間押出の如き熱間加工を施し、そして冷却した後、自然時効させたものであり、例えば押出し材のように高温の製造工程から冷却後、積極的に冷間加工を行なわずに、充分に安定な状態まで自然時効させるようにした処理である。また、Ｔ２処理は、熱間加工から冷却後、冷間加工を行ない、更に自然時効させたものであり、例えば押出し材のように高温の製造工程から冷却後、強度の増加のために冷間加工を行ない、更に充分に安定な状態まで自然時効をさせる処理である。更に、Ｔ３処理は、溶体化処理の後、冷間加工を行ない、更に自然時効させたものであって、例えば熱間加工から冷却後、溶体化処理し、次いで強度を増加させるための冷間加工を行ない、その後、更に充分に安定な状態まで自然時効させる処理である。加えて、Ｔ４処理は、溶体化処理後、自然時効させるものであって、例えば熱間加工から冷却後、溶体化処理し、その後冷間加工を行なうことなく、充分に安定な状態まで自然時効させる処理である。これらの調質の中でも、本発明にあっては、Ｔ１処理やＴ４処理が有利に採用されることとなる。   An Al alloy material made of a 6000 series Al alloy having such an alloy composition is subjected to a friction stir welding operation after being naturally aged by a predetermined tempering. Note that any of the known treatments of T1, T2, T3, and T4 is selected as the tempering to make the Al alloy material a natural aging state. In this case, the T1 treatment (tempering) is a product that is subjected to hot working such as hot rolling or hot extrusion, and then naturally aged after being cooled. For example, from a high-temperature manufacturing process such as an extruded material. After cooling, it is a process in which natural aging is performed to a sufficiently stable state without actively performing cold working. Further, the T2 treatment is a product obtained by performing cold working after cooling from hot working and further natural aging. For example, after cooling from a high temperature manufacturing process like an extruded material, It is a process that performs natural aging to a sufficiently stable state after processing. Further, the T3 treatment is a solution that is cold worked after the solution treatment, and further naturally aged. For example, after the cooling from the hot work, the solution treatment is performed, and then the cold treatment is performed to increase the strength. This is a process in which processing is performed and then natural aging is performed to a sufficiently stable state. In addition, the T4 treatment is a natural aging after the solution treatment. For example, after the cooling from the hot working, the solution treatment is performed, and then the natural aging is performed to a sufficiently stable state without performing the cold working. It is a process to make. Among these tempers, the T1 process and the T4 process are advantageously employed in the present invention.

このように、人工時効を行なうことなく、自然時効状態としたＡｌ合金材の金属組織は、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物が全体的に固溶した状態となっているのであり、このため、そのような金属組織を有するＡｌ合金材を用いて、後述の如き、高入熱の摩擦攪拌接合を実施することにより、その接合部と接合部周辺の母材との間におけるＭｇ−Ｓｉ系化合物の分布状態の均一化がより有効に図られ得て、本発明の目的とする陽極酸化皮膜の色調差の解消が有利に実現され得ることとなるのである。   Thus, the metal structure of the Al alloy material that has been naturally aged without performing artificial aging is in a state in which the Mg—Si-based compound is in solid solution as a whole. Using an Al alloy material having a metal structure, by performing friction stir welding with high heat input as will be described later, the distribution state of the Mg-Si compound between the joint and the base material around the joint This makes it possible to more effectively achieve the uniformization of the color tone, and to effectively eliminate the color tone difference of the anodic oxide film that is the object of the present invention.

これに対して、人工時効処理を行なうＴ５乃至Ｔ１０の何れかの調質を採用した場合にあっては、Ａｌ合金材の金属組織は、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物が全体に析出した状態となり、その析出物によって硬化した状態となっているのである。このため、そのような状態にあるＡｌ合金材同士を摩擦撹拌接合すると、その接合部におけるＭｇ−Ｓｉ系化合物は、摩擦熱により再固溶した状態となって、かかる接合部とその周辺の母材との間におけるＭｇ−Ｓｉ系化合物の分布状態は大きく異なるものとなるのである。そして、そのような分布状態の差は、その後の自然時効によっても、また、再度人工時効させても、解消されることはないのである。その結果、そのようなＭｇ−Ｓｉ系化合物の分布状態に差のあるＡｌ接合材を陽極酸化処理すると、接合部とその周辺の母材部分に形成された陽極酸化皮膜において色調差が生じるようになるのである。   On the other hand, in the case of adopting any tempering of T5 to T10 for performing artificial aging treatment, the metal structure of the Al alloy material is in a state in which the Mg—Si based compound is precipitated, It is in a state of being hardened by the precipitate. For this reason, when the Al alloy materials in such a state are subjected to friction stir welding, the Mg—Si compound in the joint is re-solidified by frictional heat, and the joint and its surrounding mother are formed. The distribution state of the Mg—Si compound between the materials is greatly different. Such a difference in distribution state is not eliminated by subsequent natural aging or by artificial aging again. As a result, when an Al bonding material having such a difference in the distribution state of the Mg-Si compound is anodized, a difference in color tone is generated in the anodized film formed on the bonded portion and the surrounding base material portion. It becomes.

そして、本発明にあっては、上述の如きＴ１乃至Ｔ４の何れかの調質が施されて、自然時効状態にあるＡｌ合金材を用いて、その複数を、突き合わせ或いは重ね合わせ、その突き合わせ部位又は重ね合わせ部位に対して、従来と同様な回転工具を用いて、摩擦撹拌接合操作が実施されて、目的とする一体のＡｌ接合材が形成されることとなるが、その際、摩擦攪拌部の温度が５００℃〜５８０℃の範囲内となるような高入熱下において、摩擦攪拌接合操作が進行せしめられることとなるのである。このように、摩擦攪拌部の温度が５００℃以上となるような、高入熱の摩擦攪拌接合を採用することにより、摩擦攪拌部（接合部）全域において、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物の析出が効果的に抑制されることとなり、接合部周辺の母材との間において、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物の分布差がなくなり、そのために、陽極酸化処理後の色調差も惹起されることがないのである。なお、そのような摩擦攪拌部の温度は、更に、５４０℃以上とされることがより望ましいのである。また、かかる摩擦攪拌部の温度が５８０℃を超えるようになると、Ａｌ合金材（母材）が溶融する恐れが生じるため、摩擦攪拌部の温度の上限は、５８０℃以下とされることとなる。   In the present invention, the tempering of any one of T1 to T4 as described above is performed, and an Al alloy material in a natural aging state is used to butt or overlap each other, and the butt portion Alternatively, the friction stir welding operation is performed on the overlapped portion using the same rotary tool as the conventional one, and the target integrated Al bonding material is formed. Thus, the friction stir welding operation is allowed to proceed under a high heat input such that the temperature is in the range of 500 ° C. to 580 ° C. In this way, by adopting friction stir welding with high heat input so that the temperature of the friction stirrer is 500 ° C. or higher, precipitation of the Mg—Si compound is effective in the entire friction stirrer (joint). Therefore, the distribution difference of the Mg—Si compound is eliminated from the base material around the joint, and therefore the color tone difference after the anodic oxidation treatment is not caused. It is more desirable that the temperature of such a friction stirrer is further set to 540 ° C. or higher. In addition, when the temperature of the friction stirrer exceeds 580 ° C., the Al alloy material (base material) may be melted, so the upper limit of the temperature of the friction stirrer is 580 ° C. or less. .

一方、このような摩擦撹拌部の温度が５００℃未満となる、低入熱の摩擦攪拌接合操作を実施すると、摩擦攪拌部でも、特に摩擦熱の小さな領域となる周縁部において、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物の析出が惹起されるようになり、そのために、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物の分布差が生じて、陽極酸化処理後の色調差が惹起されるようになるのである。   On the other hand, when a friction stir welding operation with a low heat input, in which the temperature of the friction stirrer is less than 500 ° C., is performed, even in the friction stirrer, particularly in the peripheral portion where the frictional heat is small, the Mg—Si system Precipitation of the compound is induced, and therefore, a distribution difference of the Mg—Si compound occurs, and a color tone difference after the anodizing treatment is induced.

ところで、かかる摩擦攪拌部の温度は、主として、それを形成する回転工具のピン（プローブ）の回転数と、Ａｌ合金材の接合方向への回転工具の移動速度、換言すれば接合速度に依存し、かかる回転数が高くなったり、或いは接合速度が遅くなったりすると、摩擦攪拌部の温度が高くなり、高入熱を得ることが出来るところから、本発明にあっては、それら回転数や接合速度を調節して、摩擦攪拌部の温度が５００℃以上となるようにして、摩擦攪拌接合操作が行なわれることとなる。具体的には、そのような摩擦攪拌部の温度を実現すべく、実用的な回転数として２０００ｒｐｍ程度以上が有利に採用され、また接合速度としては１０００ｍｍ／分程度以下が有利に採用されることとなる。   By the way, the temperature of the friction stirrer mainly depends on the number of rotations of the pin (probe) of the rotary tool forming the same and the moving speed of the rotary tool in the joining direction of the Al alloy material, in other words, the joining speed. When the rotational speed is increased or the joining speed is lowered, the temperature of the friction stirrer is increased and high heat input can be obtained. The friction stir welding operation is performed by adjusting the speed so that the temperature of the friction stirrer becomes 500 ° C. or higher. Specifically, in order to realize such a temperature of the friction stirrer, a practical rotational speed of about 2000 rpm or more is advantageously employed, and a joining speed of about 1000 mm / minute or less is advantageously employed. It becomes.

また、本発明における摩擦攪拌接合操作には、公知の摩擦攪拌接合手法が何れも採用され得るところであり、そして、用いられる回転工具にあっても、公知の各種の構造のもの、例えば特表平７−５０５０９０号公報等に開示の如き固定ピン方式、特開２００１−２５９８６３号公報や特開２０１１−２１８３６３号公報等に開示の如き可動ピン方式、特開２００３−１５４４７１号公報等に開示の如きボビンツール方式、特開２００９−１８３１２号公報に開示の如きセルフリアクティングピン方式等の、各種のタイプの回転工具を利用することが可能である。本発明では、このような回転工具を用いて、複数のＡｌ合金材が線接合せしめられる他、点接合されて、Ａｌ接合材を得ることも可能である。   Further, any of the known friction stir welding methods can be employed for the friction stir welding operation in the present invention, and even in the rotary tool to be used, those having various known structures such as a special table flat 7-5005090 etc., a fixed pin system as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-259863, 2011-218363, etc., a movable pin system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-154471, etc. Various types of rotary tools such as a bobbin tool method and a self-reacting pin method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-18312 can be used. In the present invention, by using such a rotary tool, a plurality of Al alloy materials can be wire-bonded or spot-bonded to obtain an Al bonding material.

さらに、摩擦攪拌接合せしめられるＡｌ合金材の数にあっても、その２つを突き合わせたり、或いは重ね合わせたりして、その突き合わせ部位や重ね合わせ部位を接合せしめる方式の他、３つ以上のＡｌ合金材を順次組み合わせて（突き合わせ又は重ね合わせ）、その組み合わせ部位を順次接合する方式を採用したり、或いは、３つ以上のＡｌ合金材を重ね合わせたり、或いは突き合わせたりして、その重ね合わせ部位や突き合わせ部位を接合せしめる方式等を採用して、目的とする構造の、一体のＡｌ接合材を形成することが出来るのである。   Further, even if the number of Al alloy materials to be friction stir welded is two or more, Al or more than three Al in addition to a method in which the two are abutted or overlapped to join the abutting part or overlapping part. Combine the alloy materials sequentially (butting or stacking) and adopt the method of sequentially joining the combined parts, or stacking or butting three or more Al alloy materials, the overlapping part By adopting a method of joining the butt portions or the like, an integrated Al bonding material having a target structure can be formed.

そして、かくの如く摩擦攪拌接合して得られたＡｌ接合材には、その接合部位も含んだ状態で、面削やショットブラスト等による表面仕上げ加工が、従来と同様にして施された後、更に公知の陽極酸化処理が施されて、Ａｌ接合材の表面に、堅牢な陽極酸化皮膜が、従来と同様にして形成されることとなるのであるが、上述の如く、本発明に従って得られたＡｌ接合材には、その接合部とその周辺の母材との間において、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物の分布差がない状態とされているところから、かかる形成された陽極酸化皮膜に色調差が生じることはなく、意匠性に優れたＡｌ接合製品を得ることが出来るのである。   And, the Al joint material obtained by friction stir welding as described above is subjected to surface finishing processing such as chamfering and shot blasting in the same manner as in the past, including the joining portion, Furthermore, a known anodizing treatment is performed, and a robust anodized film is formed on the surface of the Al bonding material in the same manner as in the prior art. As described above, it was obtained according to the present invention. Since the Al bonding material is in a state where there is no distribution difference of the Mg—Si compound between the bonding portion and the surrounding base material, a color difference occurs in the formed anodic oxide film. There is no such thing, and it is possible to obtain an Al bonded product excellent in design.

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。   Hereinafter, representative examples of the present invention will be shown to clarify the present invention more specifically, but the present invention is not limited by the description of such examples. It goes without saying. In addition to the following examples, the present invention includes various changes and modifications based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention, in addition to the specific description described above. It should be understood that improvements can be made.

先ず、下記表１に示される組成を有するＡｌ合金Ａ及びＢを用いて、それぞれ、半連続鋳造法により、２００ｍｍφのビレットを造塊した。なお、かかる鋳造時の冷却速度は、ビレット中央部と表層部との間でバラツキがあるが、概ね１〜３℃／秒であって、それらビレット中央部と表層部との間の鋳造組織差の殆どないビレットを得た。次いで、その得られた２００ｍｍφのビレットに対して、５５０℃の温度で１２時間の保持時間による均質化処理を施し、その後、そのままの温度で熱間押出を実施し、厚さ：４ｍｍ、幅：６０ｍｍのフラットバー状の成形品とした後、冷却し、そして自然時効させることにより、Ｔ１調質品を得た。また、かかる熱間押出品を冷却した後、５２０℃で１時間の溶体化処理を施し、次いで水焼入れを行なった後、自然時効することにより、Ｔ４調質品を製造した。更に、そのような焼入れを行なった成形品を、１７５℃で、８時間の人工時効処理を施すことにより、Ｔ５調質品も製造した。   First, using Al alloys A and B having the compositions shown in Table 1 below, 200 mmφ billets were each ingoted by a semi-continuous casting method. The cooling rate at the time of casting varies between the billet center portion and the surface layer portion, but is generally 1 to 3 ° C./second, and the difference in casting structure between the billet center portion and the surface layer portion. I got a billet with almost no. Subsequently, the obtained 200 mmφ billet was subjected to a homogenization treatment at a temperature of 550 ° C. for a holding time of 12 hours, and then subjected to hot extrusion at the same temperature, thickness: 4 mm, width: After forming a molded product having a flat bar shape of 60 mm, cooling and natural aging were performed to obtain a T1 tempered product. Further, after cooling the hot-extruded product, a solution treatment was performed at 520 ° C. for 1 hour, followed by water quenching, and then natural aging to produce a T4 tempered product. Furthermore, the T5 tempered product was also manufactured by performing the artificial aging treatment of the molded product which performed such quenching at 175 degreeC for 8 hours.

その後、かかる３種の調質材を用いて、それぞれ、切削により、厚さ：３．５ｍｍ、幅：５０ｍｍ、長さ：１５０ｍｍの板材を複数枚作製し、同じ調質の板材（フラットバー）同士を突き合せて、その突き合せ部を、固定ピン方式の回転工具を用いて、高入熱又は低入熱条件下において摩擦撹拌接合した。なお、固定ピン方式の回転工具は、回転せしめられるロッド状の本体の先端のショルダー面の中心に、所定高さの円錐台形状のプローブ（ピン）を設けて、かかるプローブを、接合部位である突き合わせ部に差し込んで、回転させるようにしたものであって、ここでは、ショルダ直径：１０ｍｍφ、プローブ直径：３．５ｍｍφ（根元）、３ｍｍφ（先端）、プローブ高さ：１．３ｍｍのものが用いられた。また、摩擦攪拌接合に際しての回転工具の前進角は、何れも、５°とした。更に、高入熱の摩擦攪拌接合条件としては、回転工具の回転数：２７００ｒｐｍ、接合速度：１００ｍｍ／分が採用され、また低入熱の摩擦攪拌接合条件としては、回転工具の回転数：１０００ｒｐｍ、接合速度：５００ｍｍ／分の条件が採用された。そして、かかる高入熱の摩擦攪拌接合操作によって、摩擦攪拌部の温度は５４０〜５５０℃となり、また低入熱の摩擦攪拌接合操作では、摩擦撹拌部の温度は４５０℃以下であった。   Then, using these three types of tempered materials, a plurality of plate materials having a thickness of 3.5 mm, a width of 50 mm, and a length of 150 mm are produced by cutting, and the same tempered plate material (flat bar) They were butted together, and the butted portion was friction stir welded under high heat input or low heat input conditions using a fixed pin type rotary tool. Note that the fixed pin type rotary tool is provided with a truncated cone-shaped probe (pin) having a predetermined height at the center of the shoulder surface at the tip of the rod-shaped main body to be rotated, and this probe is a joining part. It is inserted into the abutting part and rotated. Here, a shoulder diameter: 10 mmφ, a probe diameter: 3.5 mmφ (root), 3 mmφ (tip), and a probe height: 1.3 mm are used. It was. Further, the advance angle of the rotary tool at the time of friction stir welding was 5 °. Further, as the high heat input friction stir welding conditions, the rotational speed of the rotary tool: 2700 rpm and the welding speed: 100 mm / min are adopted, and as the low heat input friction stir welding conditions, the rotational speed of the rotary tool: 1000 rpm. Bonding speed: 500 mm / min was adopted. The friction stir welding operation with a high heat input resulted in a temperature of the friction stir zone of 540 to 550 ° C., and in the low heat input friction stir welding operation, the temperature of the friction stir zone was 450 ° C. or less.

そして、かかる摩擦攪拌接合操作にて得られた各々の接合材について、その接合部も含めた接合面を、フライス盤を用いて面削して、その表層を０．５ｍｍ削除した後、ショットブラストにより粗面化仕上げを行なって、それぞれの接合材に対応した各種の試験材を得た。その後、それらの試験材について、その接合表面に対して、硫酸による陽極酸化処理を施し、厚さが１０μｍの陽極酸化皮膜を形成した。そして、その得られた各試験材における陽極酸化皮膜の色調差を目視にて観察し、その結果を、下記表２に示した。   Then, for each bonding material obtained by the friction stir welding operation, the bonding surface including the bonding portion is chamfered using a milling machine, the surface layer is deleted by 0.5 mm, and then shot blasting is performed. Roughening was performed to obtain various test materials corresponding to the respective bonding materials. Then, about those test materials, the anodizing process by a sulfuric acid was performed with respect to the joining surface, and the 10-micrometer-thick anodic oxide film was formed. And the color difference of the anodic oxide film in each obtained test material was observed visually, and the result was shown in following Table 2.

かかる表２の結果から明らかなように、本発明に従う合金ＡからなるＡｌ合金材のＴ１調質又はＴ４調質したものを、高入熱の摩擦攪拌接合操作にて接合して得られたＡｌ接合材（試験材１、３）にあっては、その接合部とそれ以外の部分との間で、陽極酸化皮膜の色調差は認められず、意匠性に優れたものであった。これに対して、合金ＡからなるＡｌ合金材であっても、Ｔ５調質のものを用いたり、或いは低入熱の摩擦攪拌接合操作にて接合したり、或いは、Ｆｅ含有量の多い合金ＢからなるＡｌ合金材を用いたりした場合にあっては、陽極酸化処理された試験材２、４〜１２における接合部とそれ以外の部分との間で、陽極酸化皮膜の色調差が存在することが認められた。
As is apparent from the results in Table 2, Al obtained by joining a T1 tempered or T4 tempered Al alloy material made of Alloy A according to the present invention by a high heat input friction stir welding operation. In the bonding material (test materials 1 and 3), the color difference of the anodized film was not recognized between the bonded portion and the other portions, and the design was excellent. On the other hand, even if it is Al alloy material which consists of an alloy A, a T5 tempered thing is used, or it joins by the low-heat-input friction stir welding operation, or alloy B with much Fe content In the case of using an Al alloy material made of anodic oxide, there must be a difference in the color tone of the anodized film between the bonded portion of the anodized test materials 2 and 4 to 12 and other portions. Was recognized.

Claims (2)

複数のＡｌ材を摩擦攪拌接合して、一体のＡｌ接合材を得た後、かかるＡｌ接合材を陽極酸化処理して、該Ａｌ接合材の表面に陽極酸化皮膜を形成することにより、Ａｌ接合製品を製造するに際して、
前記Ａｌ材として、Ｍｇ：０．３〜１．５質量％、Ｓｉ：０．２〜１．２質量％、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｆｅ：０．１質量％以下、Ａｌ及び不可避的不純物：残部からなる組成を有するＡｌ合金よりなり、且つＴ１乃至Ｔ４のうちの何れかの調質を施して、自然時効状態としたＡｌ合金材を用いると共に、かかるＡｌ合金材に対して、摩擦攪拌部の温度が５００℃〜５８０℃の範囲内となるようにして、前記摩擦攪拌接合操作を実施することにより、Ａｌ−Ｆｅ系及びＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物の粗大化を阻止し、且つＭｇ−Ｓｉ系金属間化合物の析出を抑制乃至は阻止しつつ、前記Ａｌ接合材を形成し、そしてそのＡｌ接合材に対して、前記陽極酸化処理を実施するようにしたことを特徴とするＡｌ接合製品の製造方法。 By friction stir welding a plurality of Al materials to obtain an integral Al bonding material, the Al bonding material is anodized to form an anodic oxide film on the surface of the Al bonding material , thereby Al bonding. When manufacturing products,
As said Al material, Mg: 0.3-1.5 mass%, Si: 0.2-1.2 mass%, Cu: 0.5 mass% or less, Fe: 0.1 mass% or less, Al and unavoidable Impurity impurities: made of an Al alloy having a composition composed of the balance , and using an Al alloy material that has been subjected to any tempering of T1 to T4 to be in a natural aging state, Preventing coarsening of Al-Fe and Al-Fe-Si intermetallic compounds by carrying out the friction stir welding operation so that the temperature of the friction stirrer is in the range of 500 ° C to 580 ° C. In addition, the Al bonding material is formed while suppressing or preventing the precipitation of the Mg—Si intermetallic compound, and the anodizing treatment is performed on the Al bonding material. A method for producing an Al bonded product. 前記Ａｌ合金材が、Ｔ１又はＴ４調質されたものである請求項１に記載のＡｌ接合製品の製造方法。
The method for producing an Al-joined product according to claim 1, wherein the Al alloy material is T1 or T4 tempered.