本發(fā)明涉及一種金屬接合體及其制造方法，特別涉及一種提高接合強(qiáng)度的技術(shù)，所述金屬接合體是對多個(gè)金屬部件實(shí)施鉚接，使這些金屬部件彼此接合而成。

背景技術(shù)：

作為對多個(gè)金屬部件進(jìn)行接合的技術(shù)，例如已知有如下技術(shù)：如專利文獻(xiàn)1的背景技術(shù)所公開，利用鋼絲刷(wirebrush)等，將存在于接合的各金屬部件的接合面上的金屬氧化被膜除去，使未氧化的金屬(新生面)露出后，通過加壓使所述金屬部件變形，將存在于金屬部件之間的微小的空隙壓扁，使露出的新生面彼此接近至原子力起作用的距離為止而進(jìn)行結(jié)合。同樣的技術(shù)也已公開在專利文獻(xiàn)2中。

另外，在專利文獻(xiàn)3中公開了如下技術(shù)：在通過模具對彼此重疊的金屬板材實(shí)施鉚接時(shí)，將模具的表面加工為鏡面，由此，減少模具與金屬板材之間的摩擦阻力，順利地進(jìn)行金屬板材的流動等變形。

[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本專利特開2006-150416號公報(bào)

[專利文獻(xiàn)2]日本專利特開平2-25287號公報(bào)

[專利文獻(xiàn)3]日本專利特開2006-15387號公報(bào)

[專利文獻(xiàn)4]日本專利特開平1-294850號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[發(fā)明要解決的問題]

但是，如專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2所公開，在利用鋼絲刷除去了氧化被膜的情況下，會產(chǎn)生呈不規(guī)則的槽狀的除去部，對于此種局部性的槽來說，在鉚接時(shí)的金屬部件變形時(shí)，越到達(dá)槽的深處，則越難以引起充分的塑性流動(plasticflow)，材料彼此的黏附變得不充分，因此，接合強(qiáng)度不足。

另外，專利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)的課題在于避免金屬接合體的形狀或大小產(chǎn)生偏差，而并無助于提高接合強(qiáng)度。

一般在金屬板彼此的鉚接接合過程中，在多數(shù)情況下無法充分地確保接合部的面積或接合深度，由于布局的限制，難以實(shí)現(xiàn)更高的接合強(qiáng)度。因此，需要一種不擴(kuò)大接合部的面積或接合深度而提高接合強(qiáng)度的技術(shù)。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種促進(jìn)金屬接合面彼此黏附來提高鉚接接合強(qiáng)度的金屬接合體及其制造方法。

[解決問題的技術(shù)手段]

本發(fā)明人等反復(fù)地對用以促進(jìn)接合的金屬部件的金屬接合面彼此黏附的表面改性進(jìn)行了仔細(xì)研究，結(jié)果想到使金屬接合面熔融及凝固來使晶體粗大化，形成脆的表面改性層。而且發(fā)現(xiàn)若表面改性層足夠薄，則表面改性層會因鉚接所引起的變形而產(chǎn)生細(xì)微的裂紋，各個(gè)分割片會以裂紋為起點(diǎn)而剝離。由此獲得了如下見解：極平滑且未氧化的金屬(新生面)露出，因?yàn)樾律姹舜损じ?，所以接合?qiáng)度提高。

本發(fā)明的金屬接合體的制造方法是基于所述見解而成，將高能束照射至金屬板的表面的至少實(shí)施鉚接的表面部，使所述表面部熔融及凝固而形成表面改性薄膜，并以使所述表面改性薄膜彼此相向的方式，使多塊所述金屬板重疊而形成層疊金屬板，通過工具對所述層疊金屬板進(jìn)行加壓成形而實(shí)施鉚接。

根據(jù)本發(fā)明，將高能束照射至金屬板的表面的實(shí)施鉚接的表面部，使所述表面部熔融及凝固，由此，表面部的組織粗大化而形成脆的表面改性薄膜。接著，若通過工具對以使表面改性薄膜彼此相向的方式使多塊金屬板重疊而成的層疊金屬板實(shí)施鉚接，則表面改性薄膜會隨著材料的變形而細(xì)微地裂開，各個(gè)分割片以此裂紋為起點(diǎn)而剝離，極平滑的新生面在大范圍內(nèi)露出。因?yàn)榇诵律姹舜损じ?，所以能夠獲得強(qiáng)接合強(qiáng)度。另外，因?yàn)閷饘侔宓臉O淺深度的層進(jìn)行改性，所以不會對基材的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。

為了切實(shí)地獲得如上所述的作用及效果，金屬板的厚度理想為3mm以下，表面改性薄膜的厚度理想為板厚的1/10以下。更具體來說，表面改性薄膜的厚度理想為5μm～100μm。通過將表面改性薄膜的厚度設(shè)為5μm以上，在材料為鋁等的情況下，能夠切實(shí)地改性(脆化)為金屬氧化被膜，在材料為不銹鋼的情況下，能夠切實(shí)地改性(脆化)為鈍化被膜。

另一方面，若表面改性薄膜的厚度超過100μm，則表面改性薄膜難以通過鉚接而裂開，另外，即使裂開，也會粗大地被分割，因此難以剝離，從而無法使新生面充分地露出。換句話說，通過將表面改性薄膜的厚度設(shè)為100μm以下，在鉚接時(shí)，表面改性薄膜會細(xì)微地裂開，各個(gè)分割片以此裂紋為起點(diǎn)而剝離，由此，能夠獲得大片新生面。由此，因?yàn)橐源竺娣e進(jìn)行黏附，所以能夠提高接合強(qiáng)度。

再者，在專利文獻(xiàn)4中，公開了將高能密度束照射至高溫的鋁連續(xù)鑄造塊的表面來進(jìn)行表面改性的技術(shù)。此技術(shù)是利用鋁連續(xù)鑄造塊表面的快速凝固(rapidsolidification)來產(chǎn)生化合物二次相或?qū)崿F(xiàn)晶粒的細(xì)微化，對蝕刻性、耐腐蝕性、耐沖擊性、耐疲勞性等表面特性進(jìn)行改良的技術(shù)，因此，是與形成脆化后的表面改性薄膜的本發(fā)明不同的技術(shù)。在后述的實(shí)施例中，詳細(xì)地對本發(fā)明與專利文獻(xiàn)4的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。

再者，理想為使用脈沖激光作為高能束。通過使用脈沖激光，能夠?qū)斎胫两饘俦砻娴臒崃窟M(jìn)行控制，僅使極薄的表面熔融及凝固，成形為非常薄且脆的表面改性薄膜。由此，即使由鉚接產(chǎn)生的塑性變形量小，表面改性薄膜也會切實(shí)地裂開，分割片以此裂紋為起點(diǎn)而剝離，從而能夠使新生面在大范圍內(nèi)露出。而且，因?yàn)樾律姹舜损じ?，所以能夠提高接合?qiáng)度。

另外，能夠使用例如鋁、鐵、銅、鈦、鎂等所有金屬材料與這些金屬材料的合金作為金屬板的材料。

其次，本發(fā)明的金屬接合體包括使多塊金屬板彼此層疊而成的層疊金屬板，在所述層疊金屬板的一個(gè)面形成有凹部，在另一個(gè)面形成有使所述凹部的凹陷部突出而成的凸部，在所述金屬板彼此相向的面形成有比其他部分更脆的表面改性薄膜，在所述凹部中，因所述表面改性薄膜的一部分剝離而露出的新生面彼此相互黏附。

根據(jù)本發(fā)明的金屬接合體，因?yàn)楸砻娓男员∧さ囊徊糠謩冸x而成的新生面彼此相互黏附，所以能夠獲得強(qiáng)接合強(qiáng)度。

[發(fā)明的效果]

根據(jù)本發(fā)明，通過在金屬板彼此的接合面形成脆的表面改性薄膜，利用加工來將表面改性薄膜剝離而促進(jìn)新生面彼此黏附，由此，能夠獲得能夠不擴(kuò)大接合部的面積或接合深度而提高接合強(qiáng)度等效果。

附圖說明

圖1是表示通過脈沖激光來對金屬板的表面進(jìn)行表面改性的狀態(tài)的剖視圖。

圖2是表示對將表面改性后的金屬板層疊而成的層疊金屬板實(shí)施鉚接的狀態(tài)的剖視圖。

圖3(a)是以100倍的倍率來對軋制材的表面進(jìn)行拍攝所得的照片，圖3(b)是以500倍的倍率來對軋制材的表面進(jìn)行拍攝所得的照片。

圖4(a)是以100倍的倍率來對表面改性后的金屬板的表面進(jìn)行拍攝所得的照片，圖4(b)是以500倍的倍率來對金屬板的表面進(jìn)行拍攝所得的照片。

圖5(a)是表示v字彎曲試驗(yàn)前的軋制材的表面的照片，圖5(b)是表示v字彎曲試驗(yàn)后的軋制材的彎曲部的表面的照片。

圖6(a)是表示v字彎曲試驗(yàn)前的表面改性后的金屬板的表面的照片，圖6(b)是表示v字彎曲試驗(yàn)后的金屬板的彎曲部的表面的照片。

圖7是表示在實(shí)施例中進(jìn)行加工后的層疊金屬板的剖視圖。

[符號的說明]

1：金屬板

2：金屬氧化被膜

3：脈沖激光

4：表面改性薄膜

5：層疊金屬板

6：模具

6a：凹部

7：沖頭

t：板厚

具體實(shí)施方式

1.表面改性處理

以下，參照附圖來對本發(fā)明的一實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1表示對鋁等的金屬板1實(shí)施表面改性處理的狀態(tài)。在金屬板1的表背面形成有金屬氧化被膜2。一邊將脈沖激光3照射至金屬板1的一個(gè)面，一邊掃描所述脈沖激光3，由此，使金屬氧化被膜2熔融并凝固，對金屬氧化被膜2進(jìn)行表面改性而形成表面改性薄膜4。此時(shí)，對之后實(shí)施鉚接的部分的整個(gè)面無間隙地進(jìn)行表面改性。表面改性薄膜4是包含粗大晶體的脆組織。

2.鉚接接合

其次，如圖2所示，以使表面改性薄膜4相向的方式，使兩塊金屬板1重疊而形成層疊金屬板5，通過剖面為圓形且具有凹部6a的模具6與剖面為圓形的沖頭7(punch)，對層疊金屬板5進(jìn)行加壓成形。沖頭7能夠通過未圖示的驅(qū)動機(jī)構(gòu)而接近或遠(yuǎn)離模具6，沖頭7的前端部的直徑為比模具6的凹部6a的直徑更小的直徑。

若使沖頭7向模具6側(cè)移動，則層疊金屬板5會以向下方凸出的方式進(jìn)行塑性變形。此時(shí)，表面改性薄膜4因?yàn)榇?，所以會因?qū)盈B金屬板5的變形而細(xì)微地裂開，各個(gè)分割片以此裂紋為起點(diǎn)而剝離，金屬板1的新生面在大范圍內(nèi)露出。接著，由于施加至新生面的壓力，新生面彼此黏附。因此，與利用鋼絲刷等將表面的金屬氧化被膜除去的專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2所公開的現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠在更大的范圍內(nèi)引起黏附，從而獲得更強(qiáng)的接合強(qiáng)度。

特別是在所述實(shí)施方式中，使用脈沖激光3作為高熱能束，因此，能夠?qū)斎胫两饘侔?的表面的熱量進(jìn)行控制，僅使極薄的表面熔融及凝固，成形為非常薄且脆的表面改性薄膜。由此，即使由鉚接產(chǎn)生的塑性變形量小，表面改性薄膜4也會切實(shí)地裂開，分割片以此裂紋為起點(diǎn)而剝離，從而能夠使新生面在大范圍內(nèi)露出。而且，因?yàn)樾律姹舜损じ剑阅軌蛱岣呓雍蠌?qiáng)度。

再者，在所述實(shí)施方式中，對包含兩塊金屬板1的層疊金屬板5進(jìn)行鉚接接合，但也能夠?qū)Π?塊以上的金屬板1的層疊金屬板5進(jìn)行鉚接接合。在此情況下，通過脈沖激光3來對金屬板1彼此相向的全部的表面進(jìn)行表面改性。

[實(shí)施例]

1.實(shí)施例1(表面改性處理)

以下，參照實(shí)施例來更詳細(xì)地對本發(fā)明進(jìn)行說明。

圖3(a)與圖3(b)是表示厚度為1mm的鋁(神戶制鋼所股份有限公司制造的鋁合金：6k21)軋制材的表面的照片，圖3(a)是將倍率設(shè)為100倍進(jìn)行拍攝所得的照片，圖3(b)是將倍率設(shè)為500倍進(jìn)行拍攝所得的照片。如這些圖所示，在軋制材的表面殘留有細(xì)微的軋制輥的痕跡。

其次，使用脈沖激光裝置(激光清洗系統(tǒng)(cleanlasersystem)公司制造，功率：120w，焦點(diǎn)距離：150mm，脈沖頻率：10khz，掃描頻率：50hz)對所述軋制材進(jìn)行表面改性。無間隙地對軋制材的局部部分的整個(gè)面進(jìn)行脈沖激光掃描。

圖4(a)與圖4(b)是表示在所述條件下進(jìn)行表面改性后的金屬板的表面的照片，圖4(a)是將倍率設(shè)為100倍進(jìn)行拍攝所得的照片，圖4(b)是將倍率設(shè)為500倍進(jìn)行拍攝所得的照片。根據(jù)圖4(a)，可知利用脈沖激光無間隙地進(jìn)行了掃描。另外，根據(jù)圖4(b)，可知軋制材的表面熔融及凝固，軋制輥的痕跡消失，表面變得光滑。即，已確認(rèn)到形成了表面改性薄膜。所述表面改性薄膜的厚度平均為7μm。

2.實(shí)施例2(v字彎曲試驗(yàn))

依照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(japaneseindustrialstandards，jis)z2248對所述軋制材及表面改性后的金屬板進(jìn)行v字彎曲試驗(yàn)。v字彎曲試驗(yàn)為如下試驗(yàn)，即，使具有以規(guī)定角度彎曲成v字狀的按壓面的陽模及陰模夾隔試樣而使試樣彎曲。在金屬板的v字彎曲試驗(yàn)中，表面改性后的部分處于v字的角側(cè)。

圖5(a)是表示v字彎曲試驗(yàn)前的軋制材的表面的照片，圖5(b)是表示v字彎曲試驗(yàn)后的軋制材的彎曲部的表面的照片。如圖5(b)所示，在軋制材的彎曲部的表面，看到了金屬氧化被膜的較大的裂紋。

另一方面，圖6(a)是表示v字彎曲試驗(yàn)前的表面改性后的金屬板的表面的照片，圖6(b)是表示v字彎曲試驗(yàn)后的金屬板的彎曲部的表面的照片。如圖6(b)所示，在金屬板的彎曲部的表面，看到了表面改性薄膜的大量的細(xì)微的裂紋。因此，推測若對如上所述的金屬板實(shí)施鉚接，則表面改性薄膜會細(xì)微地裂開，各個(gè)分割片以此裂紋為起點(diǎn)而剝離，新生面在大范圍內(nèi)露出。相對于此，對于未經(jīng)過表面改性的軋制板，推測因?yàn)榻饘傺趸荒さ牧鸭y大，所以難以剝離。此情況也適用于專利文獻(xiàn)4所公開的技術(shù)。

而且，在專利文獻(xiàn)4中，使用鎢極惰性氣體(tungsteninertgas，tig)電弧來對鋁錠進(jìn)行表面改性。此技術(shù)是在鑄造出厚度為300mm以上的鑄錠后，冷卻至200℃，并通過tig電弧來使整個(gè)表面熔融。接著，使微量的合金元素溶入至熔融后的表面，由此，使熔融后的組織細(xì)微化?；蛘?，使熔融時(shí)的保護(hù)氣體(shieldgas)含有氧氣或氮?dú)?，由此，產(chǎn)生氧化物或氮化物來提高耐磨性。此技術(shù)中的表面改性層的厚度設(shè)為鑄錠厚度的1/10～1/100左右。因此，對于專利文獻(xiàn)4的技術(shù)，不僅表面改性層的組織細(xì)微且堅(jiān)固，而且厚度厚，所以在v字彎曲試驗(yàn)中，表面改性層不易裂開，因此推測在實(shí)施了鉚接時(shí)，表面改性層難以剝離。

再者，對于本發(fā)明來說，若在表面改性過程中，多次重復(fù)地掃描脈沖激光，則表面改性薄膜的厚度會變厚，從而也會產(chǎn)生與專利文獻(xiàn)4同樣的問題。因此，理想的是以無間隙且不會變厚的方式掃描脈沖激光，由此，將表面改性薄膜的厚度設(shè)為100μm以下。

3.實(shí)施例3(鉚接接合)

使用鋼絲刷將實(shí)施例1中所使用的軋制材的單面的金屬氧化被膜除去，并以使此面相向的方式，使兩塊軋制材重疊而形成層疊金屬板。另外，以使在實(shí)施例1中進(jìn)行了表面改性的面相向的方式，使兩塊金屬板重疊而形成層疊金屬板。在此情況下，將軋制材與金屬板設(shè)為短條狀，并使所述軋制材與金屬板在長邊方向上彼此錯(cuò)開而形成層疊金屬板。使用圖7所示的鉚接裝置(tox公司制造)，使這些層疊金屬板成形為如圖7所示的形狀，并進(jìn)行鉚接接合。鉚接裝置是如下構(gòu)造的裝置，即，包括具有凹部6a的模具6與沖頭7，并使沖頭7接近或遠(yuǎn)離模具6。在凹部6a底部的周緣形成有更低的低洼部位，以使成形后的層疊金屬板的材料進(jìn)入至低洼部位并在材料的邊界部彼此咬合的方式進(jìn)行鉚接成形。

用于鉚接接合的沖頭7的直徑設(shè)為5.6mm，模具6的直徑設(shè)為8mm，模具6的凹部6a的深度設(shè)為1.0mm。而且，對沖頭7的下死點(diǎn)的位置進(jìn)行調(diào)整，使沖頭7壓入至層疊金屬板后的板厚t達(dá)到0.9mm～1.4mm。將各個(gè)壓入后的板厚t的各層疊金屬板的剪切強(qiáng)度表示在表1中。再者，在鉚接成形后的層疊金屬板的兩端部的分離方向上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測定出剪切強(qiáng)度。

[表1]

若沖頭7的壓入量增大，則加壓量增加，壓入后的板厚減小。相反地，若壓入后的板厚增大，則由沖頭進(jìn)行的加壓不充分，鉚接成形部無法完全成形。本發(fā)明例與現(xiàn)有例相比，壓入深度及剪切強(qiáng)度均更高。當(dāng)壓入后的板厚為1.4mm時(shí)，對于現(xiàn)有例來說，鉚接成形不充分，且層疊金屬板彼此未黏附，因此，未表現(xiàn)出剪切強(qiáng)度，而對于本發(fā)明例來說，在由沖頭7與模具6包夾的底面區(qū)域中，新生面黏附，因此，表現(xiàn)出了剪切強(qiáng)度。

這樣，在利用鋼絲刷將氧化被膜除去的現(xiàn)有例中，在受到加工時(shí)，越到達(dá)由鋼絲刷形成的槽的深處，則越難以引起充分的塑性流動，因此，材料彼此的黏附變得不充分，接合強(qiáng)度不足。相對于此，在本發(fā)明例中，如實(shí)施例2所示，表面改性薄膜細(xì)微地裂開，各個(gè)分割片以此裂紋為起點(diǎn)而剝離，使平坦的新生面在大范圍內(nèi)露出。因此，在變形時(shí)容易黏附，結(jié)果是能夠確保大黏附面積而提高接合強(qiáng)度。

再者，對于專利文獻(xiàn)4所公開的技術(shù)，因?yàn)楸砻娓男詫拥暮穸群?，所以不認(rèn)為會通過鉚接接合而像本發(fā)明例這樣使表面改性層細(xì)微地裂開，因此，推測所獲得的剪切強(qiáng)度與現(xiàn)有例同等或?yàn)楝F(xiàn)有例以下。

[產(chǎn)業(yè)上的可利用性]

本發(fā)明能夠利用于對多塊金屬板進(jìn)行鉚接而使這些金屬板接合的技術(shù)，特別適合利用于接合部的面積或深度受到限制的用途。