JPS5815311B2 - Aluminum-based metal/dissimilar metal composite material and its manufacturing method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は接合強度が犬で、しかも接合境界における面４
食性の良好なアルミニウム系金属・異種金属複合材料、
特にアルミニウム系金属・鉄系金属複合材料及びアルミ
ニウム系金属・銅系金属複合材料、並びにそれらの製造
方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention has a bonding strength of approximately
Aluminum-based metals and dissimilar metal composite materials with good edibility,
In particular, the present invention relates to aluminum-based metal/iron-based metal composite materials, aluminum-based metal/copper-based metal composite materials, and manufacturing methods thereof.

従来、アルミニウム系金属と異種金属とを接合する方法
としては、異種金属をアルミニウム溶湯に浸漬してアル
ミナイジング処理をした後、該アルミナイジング処理面
にアルミニウム系金属を鋳造接合する方法が用いられた
。Conventionally, the method used to join aluminum-based metals and dissimilar metals was to immerse the dissimilar metals in molten aluminum, perform aluminizing treatment, and then cast and join the aluminum-based metal onto the aluminized surface. .

しかし、この方法で得られた複合材料は接合境界部に異
種金属とアルミニウムとの脆弱な合金（金属間化合物）
、たとえばＡｌ−Ｆｅ化合物、Ａｌ−Ｃｕ化合物等が形
成され、これらの金属間化合物が接合強度を低下させ、
接合部の耐食性を害する要因となっていた。However, the composite material obtained by this method has a brittle alloy (intermetallic compound) between dissimilar metals and aluminum at the joint boundary.
, for example, Al-Fe compounds, Al-Cu compounds, etc. are formed, and these intermetallic compounds reduce the bonding strength,
This was a factor that impaired the corrosion resistance of the joint.

また、上記のような接合において、アルミナイジング処
理時の異種金属のアルミニウム溶湯によるぬれを改善す
る目的又は異種金属とアルミニウム間における金属間化
合物の生成を抑制する目的で、異種金属表面に薄いＳｎ
メッキ等を施すことも知られていたが、これらの方法に
おいては、Ｓｎ等が低融点であるなどのため溶融アルミ
ニウムによって流され、アルミニウム中に拡散してしま
って、Ｓｎ層等としては残留しないために、金属間化合
物の生成を有効に防止することができなかった。In addition, in the above-mentioned bonding, a thin layer of Sn is added to the surface of the dissimilar metals in order to improve wetting of the dissimilar metals by molten aluminum during aluminizing treatment or to suppress the formation of intermetallic compounds between the dissimilar metals and aluminum.
It was also known to apply plating, etc., but in these methods, because Sn etc. has a low melting point, it is washed away by molten aluminum and diffused into the aluminum, and does not remain as a Sn layer etc. Therefore, the formation of intermetallic compounds could not be effectively prevented.

本発明は、接合境界部に脆弱でかつ耐食性に劣る金属間
化合物の生成が全くない、したがって接合強度及び接合
部の耐食性の著しく改善されたアルミニウム系金属・異
種金属複合材料、及びその製造方法を提供するものであ
る。The present invention provides an aluminum-based metal/dissimilar metal composite material in which there is no formation of intermetallic compounds that are brittle and have poor corrosion resistance at the joint boundary, and therefore the joint strength and corrosion resistance of the joint are significantly improved, and a method for producing the same. This is what we provide.

本発明のアルミニウム系金属・異種金属複合材料は、ア
ルミニウム系金属さ異種金属とが接合境界面において異
種金属側から順次にニッケル層及びアルミニウム・ニッ
ケル合金層を形成して接合されてなり、かつ該ニッケル
層がアルミニウム系金属と異種金属とを遮断してなるこ
とを特徴とする複合材である。The aluminum-based metal/dissimilar metal composite material of the present invention is formed by bonding an aluminum-based metal and a dissimilar metal by sequentially forming a nickel layer and an aluminum-nickel alloy layer from the dissimilar metal side at the bonding interface, and This is a composite material characterized by a nickel layer that blocks aluminum-based metals and dissimilar metals.

本発明の複合材料は、異種金属の接合面に厚さ１２μ以
上、好ましくは１５〜３０μのニッケル層を被覆し、次
いでそのニッケル被覆層をアルミナイジング処理した後
、そのアルミナイジング処理面にアルミニウム系金属を
鋳造接合することにより有利に製造することができる。In the composite material of the present invention, a nickel layer with a thickness of 12 μ or more, preferably 15 to 30 μ, is coated on the joint surfaces of dissimilar metals, and then the nickel coating layer is aluminized, and then the aluminized surface is coated with an aluminum layer. It can advantageously be manufactured by casting metals together.

本発明の複合材料におけるアルミニウム系金属としては
、純アルミニウム、鋳造用アルミニウム合金、ダイカス
ト用アルミニウム合金などがあげられる。Examples of the aluminum metal in the composite material of the present invention include pure aluminum, aluminum alloy for casting, aluminum alloy for die casting, and the like.

また、本発明の複合材料における異種金属としては、ア
ルミニウム系金属以外の種々の金属、たとえば鉄系金属
及び銅系金属などがあげられる。Further, examples of the dissimilar metal in the composite material of the present invention include various metals other than aluminum-based metals, such as iron-based metals and copper-based metals.

本発明の複合材は用途の多様性等の面からして、異種金
属が鉄系金属又は銅系金属である複合材料が特に望まし
い。The composite material of the present invention is particularly preferably a composite material in which the dissimilar metal is an iron-based metal or a copper-based metal from the viewpoint of versatility of use.

そして、鉄系金属としては、たとえば純鉄、炭素鋼、不
銹鋼、鋳鍛造鉄等があげられ、銅系金属としては、たと
えば純銅、黄銅、青銅、洋銀及びべＩＪ ＩＪウム銅な
どがあげられる。Examples of iron-based metals include pure iron, carbon steel, stainless steel, cast and forged iron, and examples of copper-based metals include pure copper, brass, bronze, German silver, and copper.

本発明の複合材料の接合境界面には、異種金属側から順
次にニッケル層とアルミニウム・ニッケル合金層とが形
成されているが、そのニッケル層はアルミニウム系金属
と異種金属とを充分に遮断した状態、すなわちアルミニ
ウムと異種金属間の合金化を防止するに足る厚さの完全
な層状で存在しているものであり、そのニッケル層の厚
さは、通常、１０μ以上、好ましくは１５〜３０μであ
る。A nickel layer and an aluminum-nickel alloy layer are formed sequentially from the dissimilar metal side at the bonding interface of the composite material of the present invention, but the nickel layer sufficiently blocks the aluminum metal and the dissimilar metal. In other words, the nickel layer exists in a complete layer with a thickness sufficient to prevent alloying between aluminum and dissimilar metals, and the thickness of the nickel layer is usually 10μ or more, preferably 15 to 30μ. be.

ニッケル層の厚さが薄すぎるとアルミニウムと異種金属
間の拡散による合金化を完全に防止できず、接合強度が
低下するし、接合部の耐食性も低下してくる。If the thickness of the nickel layer is too thin, it will not be possible to completely prevent alloying between aluminum and dissimilar metals due to diffusion, resulting in a decrease in joint strength and corrosion resistance of the joint.

しかし、ニッケル層の厚さを必要以上に厚くしても強度
及び耐食性に変化がないのみか、むしろコスト高により
不利となる。However, even if the thickness of the nickel layer is increased more than necessary, the strength and corrosion resistance will not change, or rather, it will be disadvantageous due to increased cost.

次に本発明の複合材料を製造するのに特に有利な上記の
方法について詳述する。Next, the above-mentioned method, which is particularly advantageous for producing the composite material of the present invention, will be explained in detail.

まず、異種金属の接合すべき面にニッケル層を被覆する
。First, a nickel layer is coated on the surfaces of dissimilar metals to be joined.

ニッケル層の被覆は化学メッキ法、電気メツキ法等の任
意の方法で行えるが、特に電気メツキ法が好ましい。The nickel layer can be coated by any method such as chemical plating or electroplating, but electroplating is particularly preferred.

異種金属の接合面に施すニッケル層の厚さは、１２μ以
上、好ましくは１５〜３０μである。The thickness of the nickel layer applied to the joint surfaces of dissimilar metals is 12 microns or more, preferably 15 to 30 microns.

施すニッケル層の厚さが薄すぎると、得られる複合材中
にアルミニウム系金属と異種金属とを充分に遮断するに
足る充分な厚さのニッケル層が形成されない。If the thickness of the applied nickel layer is too thin, the nickel layer will not be thick enough to sufficiently isolate the aluminum-based metal and different metals in the resulting composite material.

また、施すニッケル層をあまり厚くしてもそれに比例し
た効果が得られず、むしろコスト高のため経済的に不利
となる。Further, even if the nickel layer is too thick, a proportionate effect cannot be obtained, and the cost is rather high, which is economically disadvantageous.

次いで、ニッケル層を被覆した異種金属のニッケル層を
アルミニウム又はアルミニウム合金を用いてアルミナイ
ジング処理をする。Next, the nickel layer of a dissimilar metal covering the nickel layer is subjected to aluminizing treatment using aluminum or an aluminum alloy.

アルミナイジング処理用のアルミニウム合金としては、
たとえばＡｌ−５％Ｓｉ合金、及びＡｌ−１０％Ｃｕ合
金などがあげられる。Aluminum alloys for aluminizing treatment include:
Examples include Al-5%Si alloy and Al-10%Cu alloy.

アルミナイジング処理は、通常、上記したニッケルメッ
キ層をアルミニウムν又はアルミニウム合金の溶湯に５
〜３００秒間浸漬する方法により行なわせるのが簡便で
ある。Aluminizing treatment is usually performed by applying the above-mentioned nickel plating layer to molten aluminum or aluminum alloy.
It is convenient to carry out the method by dipping for ~300 seconds.

次いで、上記のニッケル被覆及びアルミナイジング処理
を施した異種金属を鋳型に移し、アルミニウム系金属溶
湯を注入し、異種金属と鋳造アル・ミニラム系金属とを
上記アルミナイジング処理面において鋳造接合するので
ある。Next, the nickel-coated and aluminized dissimilar metal is transferred to a mold, molten aluminum is poured into the mold, and the dissimilar metal and cast aluminum/minilam metal are joined by casting on the aluminized surface. .

このようにして得られたアルミニウム系金属・異種金属
複合材料は、アルミニウム系金属と異種金属とが接合境
界面において異種金属側から順次□にニッケル層及びア
ルミニウム・ニッケル合金層を形成して接合されており
、かつ該アルミニウム金属と異種金属とがニッケル層に
よって充分に遮断されているために、接合部に脆弱な金
属間化合物の形成が全くないので、接合強度が高いばか
りでなく、接合部の耐食性も著しく優れている。In the thus obtained aluminum-based metal/dissimilar metal composite material, the aluminum-based metal and the dissimilar metal are bonded by forming a nickel layer and an aluminum/nickel alloy layer sequentially from the dissimilar metal side at the bonding interface. In addition, since the aluminum metal and dissimilar metals are sufficiently isolated by the nickel layer, there is no formation of fragile intermetallic compounds at the joint, resulting in not only high joint strength but also strong bond strength. It also has excellent corrosion resistance.

次に本発明の実施例及び比較例をあげてさらに詳しく説
明する。Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

実施例 １ 直径２０ｍｒｎのＪｌ、Ｓ ５Ｓ４１鋼材よりなる丸
棒の端面に厚さ２０μのニッケル電気メッキを施した後
、このニッケルメッキ端面を７５０℃の純アルミニウム
溶湯に３０秒浸漬してアルミナイジング処理をした。Example 1 After applying nickel electroplating to a thickness of 20μ on the end face of a round bar made of JL, S5S41 steel with a diameter of 20mrn, the nickel-plated end face was immersed in pure aluminum molten metal at 750°C for 30 seconds to undergo aluminizing treatment. Did.

次いで、この丸棒を金型にセットし、７２０℃の純アル
ミニウム溶湯を注入して、該アルミナイジング処理面に
おいて丸棒と鋳造アルミニウムとを鋳造接合した。Next, this round bar was set in a mold, and pure aluminum molten metal at 720°C was injected to join the round bar and cast aluminum on the aluminized surface.

得られた接合棒をＪＩＳ Ｚ２２０１の４号試験片に
加工し、引張り接合強度を測定したところ、アルミニウ
ム部で破断した。When the obtained joint rod was processed into a JIS Z2201 No. 4 test piece and the tensile joint strength was measured, it broke at the aluminum part.

また添付の第１図は、この接合棒の接合部の顕微鏡写真
を示す。Further, attached FIG. 1 shows a microscopic photograph of the joint portion of this joint rod.

この写真には、左側より順次に５Ｓ４１鋼材、ニッケル
メッキ層、ニッケル・アルミニウム合金層（厚さの極め
て薄い拡散層）、及び純アルミニウム材が認められ、ニ
ッケルメツキ層の厚さは約１２，５μであった。In this photo, from the left, 5S41 steel, nickel plating layer, nickel-aluminum alloy layer (extremely thin diffusion layer), and pure aluminum material can be seen, and the thickness of the nickel plating layer is approximately 12.5 μm. Met.

写真かられかるように、５Ｓ４１鋼材とアルミニウム鋳
造体とがニッケルメッキ層によって充分に遮断されてい
て、脆弱なＦｅ−Ａｌ化合物の生成が完全に防止されて
いる。As can be seen from the photo, the 5S41 steel material and the aluminum cast body are sufficiently isolated by the nickel plating layer, completely preventing the formation of brittle Fe-Al compounds.

そのために、上記したような高い接合強度を示すのであ
る。For this reason, it exhibits the high bonding strength mentioned above.

比較例 １ 実施例１において用いたと同一の５Ｓ４１鋼材よりなる
丸棒に、ニッケルメッキを全く施さグに。Comparative Example 1 A round bar made of the same 5S41 steel used in Example 1 was completely nickel-plated.

そのほかは実施例１と同様にして接合棒を製造し７ｏや
。Other than that, a connecting rod was manufactured in the same manner as in Example 1.

わ？ＣＱ（ｚ、”’Ｉｃアイ９１１ ？Ｃ：１ヶ、６．
ユ。引張り試験をしたところ、その接合強度は１．３ｋ
ｇＡＩｔ４であった。circle? CQ(z,"'Ic Eye911 ?C: 1 piece, 6.
Yu. A tensile test showed that the joint strength was 1.3k.
It was gAIt4.

また添付の第２図は、この接合棒の接合部の顕微鏡写真
を示す。Further, attached FIG. 2 shows a microscopic photograph of the joint portion of this joint rod.

この写真の左側が５Ｓ４１鋼材右側が純アルミニウム材
であり、両者の中間に介在する層がＦｅ−Ａ１合金層で
ある。The left side of this photo is 5S41 steel, the right side is pure aluminum material, and the layer interposed between the two is an Fe-A1 alloy layer.

このＦｅ−Ａ１合金層が脆弱な化合物であるので、この
接合棒は上記したように引張強度が著しく低いのである
。Since this Fe-A1 alloy layer is a brittle compound, this joining rod has extremely low tensile strength as described above.

実施例 ２ 直径２０７ｎｒＩＬの純銅製の丸棒の端面に厚さ２０μ
のニッケル電気メッキを施した後、この端面を７５０°
Ｃの純アルミニウム溶湯に１０秒間浸漬し、ニッケルメ
ッキ面をアルミナイジング処理をした。Example 2 Thickness 20μ on the end face of pure copper round bar with diameter 207nrIL
After applying nickel electroplating of
It was immersed in pure aluminum molten metal No. C for 10 seconds, and the nickel-plated surface was subjected to aluminizing treatment.

次いで、この丸棒を直ちに金型にセットし、７５０°Ｃ
のアルミニウム合金（ＪＩＳ Ａ１Ｃ４Ｃ鋳物用アル
ミニウム合金）を注入し、上記アルミナイジング処理面
において丸棒と鋳造アルミニウム合金とを鋳造接合した
。Next, this round bar was immediately set in a mold and heated to 750°C.
An aluminum alloy (JIS A1C4C aluminum alloy for casting) was injected, and the round bar and the cast aluminum alloy were joined by casting on the aluminized surface.

この接合棒の実施例１におけると同様の接合強度（塩水
噴霧試験前の強度）、及び塩水噴霧試験後の同強度は第
１表に示すとおりであり、この接合棒は接合強度が犬で
あるとともに、耐食性に優れていた。The bonding strength (strength before the salt spray test) and the same strength after the salt spray test of this bonding rod as in Example 1 are as shown in Table 1, and the bonding strength of this bonding rod is the same as in Example 1. It also had excellent corrosion resistance.

比較例 ２ 実施例２において用いたと同一の銅棒に、ニッケルメッ
キを全く施さずに、そのほかは実施例２と同様にして接
合棒を製造した。Comparative Example 2 A joining rod was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the same copper rod used in Example 2 was not plated with nickel at all.

この接合棒の実施例１におけると同様の接合強度（塩水
噴霧試験前の強度）、及び塩水噴霧試験後の同強度は第
１表に示すとおりであり、この接合棒は接合強度が低く
、耐食性に著しく劣るものであった。The same bonding strength as in Example 1 (strength before salt spray test) and the same strength after salt spray test are shown in Table 1, and this bonding rod has low bonding strength and corrosion resistance. It was significantly inferior to

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は実施例１の接合棒の接合部の顕微鏡写真（拡大
倍率１０００倍）を示す。 この写真には左側より順次に５８４１鋼材、ニッケルメ
ッキ層、Ｎ ｉ −Ａ Ｉ合金層（薄い層）及び純アル
ミニウム材がそれぞれ示されている。 また第２図は比較例゛１の接合棒の接合部の顕微鏡写真
（拡大倍率２５倍）を示す。 この写真には左側に５Ｓ４１鋼材が、右側に純アルミニ
ウム材が、そして中間にＦｅ−Ａ１合金層がそれぞれ示
されている。FIG. 1 shows a micrograph (magnification: 1000 times) of the joint portion of the joint rod of Example 1. This photo shows 5841 steel material, nickel plating layer, Ni-A I alloy layer (thin layer), and pure aluminum material in order from the left. Further, FIG. 2 shows a micrograph (magnification: 25 times) of the joint portion of the joining rod of Comparative Example 1. This photo shows the 5S41 steel material on the left, the pure aluminum material on the right, and the Fe-A1 alloy layer in the middle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ アルミニウム系金属と異種金属とが接合境界面にお
いて異種金属側から順次にニッケル層及びアルミニウム
・ニッケル合金層を形成して接合されてなり、かつ該ニ
ッケル層がアルミニウム系金属と異種金属とを遮断して
なることを特徴とするアルミニウム系金属・異種金属複
合材料。 ２ ニッケル層の厚さが１０μ以上である特許請求の範
囲第１項記載の複合材料。 ３ 異種金属の接合面に厚さ１２μ以上のニッケル層を
被覆し、次いでそのニッケル被覆層をアルミナイジング
処理した後、そのアルミナイジング処理面にアルミニウ
ム系金属を鋳造接合することを特徴とするアルミニウム
系金属・異種金属複合材料の製造方法。 ４ 厚さ１５〜３０μのニッケル層を被覆する特許請求
の範囲第３項記載の方法。[Scope of Claims] 1. An aluminum-based metal and a dissimilar metal are joined by sequentially forming a nickel layer and an aluminum-nickel alloy layer from the dissimilar metal side at the bonding interface, and the nickel layer is an aluminum-based metal. An aluminum-based metal/dissimilar metal composite material that is made by blocking and dissimilar metals. 2. The composite material according to claim 1, wherein the nickel layer has a thickness of 10 μm or more. 3. An aluminum-based method characterized by coating the joining surfaces of dissimilar metals with a nickel layer with a thickness of 12μ or more, then aluminizing the nickel coating layer, and then casting and joining an aluminum-based metal onto the aluminized surface. Manufacturing method for metal/dissimilar metal composite materials. 4. The method according to claim 3, wherein the nickel layer is coated with a thickness of 15 to 30 microns.