本發(fā)明涉及一種將不銹鋼與鋁層疊而成的金屬層疊材料的制造方法。另外，還涉及通過該制造方法獲得的金屬層疊材料。

背景技術(shù)：

將2塊以上的金屬板層疊而成的金屬層疊材料(包層材料)由于具有通過單一材料無法獲得的復(fù)合特性，而被用于各種領(lǐng)域。作為金屬層疊材料，例如已知有使用銅/鎳、銅/鋁、不銹鋼/鋁的金屬層疊材料。

其中，不銹鋼與鋁的金屬層疊材料具有鋁的輕量性和不銹鋼的強(qiáng)度這兩方面的特性，與單一的不銹鋼材料相比，具有高成型性和導(dǎo)熱性，因此被廣泛使用。

另外，作為金屬層疊材料的制造方法，例如，專利文獻(xiàn)1記載了一種包層金屬板的制造方法，即，在真空槽內(nèi)，在特定條件下預(yù)先對(duì)異種金屬板的接合面進(jìn)行活性化處理之后，將該異種金屬板聚合并進(jìn)行冷軋接合。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：(日本)特開平1-224184號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

但是，現(xiàn)有的金屬層疊材料，在其制造時(shí)，如果不將層疊的金屬板表面的表面吸附物及氧化膜完全除去，則無法獲得具有足夠接合力的金屬層疊材料。然而，完全除去金屬板表面的氧化膜需要時(shí)間，現(xiàn)有的金屬層疊材料的制造方法無法提高其生產(chǎn)率。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于高效地制造具有高接合力的金屬層疊體的制造方法。

解決課題的技術(shù)方案

為了解決上述課題，本發(fā)明人等進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在將不銹鋼與鋁層疊而成的金屬層疊體的制造中，在使不銹鋼與鋁的各接合面的表面殘留有氧化膜的狀態(tài)下進(jìn)行臨時(shí)接合，然后在特定溫度下進(jìn)行熱處理，由此能夠高效地制造具有高接合力且防止不銹鋼軟化的金屬層疊體，最終完成了發(fā)明。即，本發(fā)明的要點(diǎn)如下。

(1)一種金屬層疊材料的制造方法，包括：對(duì)不銹鋼與鋁的各接合面進(jìn)行濺射蝕刻，使得氧化膜殘留的工序；通過滾焊(ロール圧接)將所述不銹鋼和所述鋁的接合面臨時(shí)接合的工序；以及對(duì)臨時(shí)接合的層疊材料在低于不銹鋼的重結(jié)晶溫度的溫度下進(jìn)行熱處理，至少使不銹鋼所含有的金屬元素向鋁熱擴(kuò)散的工序。

(2)根據(jù)(1)所述的金屬層疊材料的制造方法，其中，在所述熱擴(kuò)散的工序中，至少使不銹鋼所含有的Fe元素從接合表面向鋁方向在5nm的地點(diǎn)擴(kuò)散8原子％以上。

(3)根據(jù)(1)或(2)所述的金屬層疊材料的制造方法，其中，所述熱擴(kuò)散的工序是對(duì)臨時(shí)接合的層疊材料在低于不銹鋼的重結(jié)晶溫度的溫度下進(jìn)行熱處理，使不銹鋼所含有的金屬元素與鋁相互熱擴(kuò)散。

(4)根據(jù)(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的金屬層疊材料的制造方法，其中，熱處理溫度為100℃～500℃。

(5)根據(jù)(1)～(4)中任一項(xiàng)所述的金屬層疊材料的制造方法，其中，熱處理溫度為200℃～400℃。

(6)根據(jù)(1)～(5)中任一項(xiàng)所述的金屬層疊材料的制造方法，其中，不銹鋼的接合面的表面的蝕刻量為1nm～10nm。

(7)根據(jù)(1)～(6)中任一項(xiàng)所述的金屬層疊材料的制造方法，其中，鋁的接合面的表面的蝕刻量為1nm～10nm。

(8)一種通過(1)～(7)中任一項(xiàng)所述的制造方法獲得的金屬層疊材料。

本說明書包含作為本申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)的日本專利申請(qǐng)2014-075602號(hào)的說明書和/或附圖中記載的內(nèi)容。

發(fā)明效果

通過本發(fā)明，能夠高效且不會(huì)產(chǎn)生不銹鋼軟化地制造將不銹鋼與鋁層疊而成的、具有高接合力的金屬層疊體。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的金屬層疊材料的制造工序的圖。

圖2是表示實(shí)施例1及比較例3的臨時(shí)接合的層疊材料的AES分析結(jié)果的圖。

圖3是表示實(shí)施例1和比較例4的金屬層疊材料的熱處理前后的剝離強(qiáng)度的圖。

圖4是表示不銹鋼的濺射蝕刻量與表面吸附物層的關(guān)系的圖。

圖5是表示鋁的濺射蝕刻量與表面吸附物層的關(guān)系的圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明的金屬層疊材料是將不銹鋼與鋁層疊而成的金屬層疊材料。本發(fā)明的金屬層疊材料可以是只在鋁的單面上層疊不銹鋼而成的金屬層疊材料，也可以是在鋁的雙面上層疊不銹鋼而成的金屬層疊材料，或是在不銹鋼的雙面上層疊鋁而成的金屬層疊材料。

作為能夠用于本發(fā)明的金屬層疊材料的不銹鋼，沒有特別限制，可以列舉SUS304、SUS201、SUS316、SUS316L、SUS430等板材。這些不銹鋼的厚度通常為0.01mm以上即可使用，從獲得的金屬層疊材料的機(jī)械強(qiáng)度及加工性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選為0.01mm～1mm，但不限于該范圍。

作為能夠用于本發(fā)明的金屬層疊材料的鋁，沒有特別限制，可以使用純鋁或鋁合金。作為鋁合金，可以使用JIS規(guī)定的1000系、3000系、5000系等鋁合金等。鋁的厚度通常為0.01mm以上即可使用，從獲得的金屬層疊材料的機(jī)械強(qiáng)度及加工性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選為0.01mm～1mm，但不限于該范圍。

下面通過圖1對(duì)本發(fā)明的金屬層疊材料的制造方法進(jìn)行說明。本發(fā)明的金屬層疊材料5可以通過包括以下工序的方法制造：(1)對(duì)不銹鋼1與鋁2的各接合面進(jìn)行濺射蝕刻，使得氧化膜3殘留的工序；(2)通過滾焊將所述不銹鋼1和所述鋁2的接合面臨時(shí)接合的工序；(3)對(duì)臨時(shí)接合的層疊材料4在低于不銹鋼的重結(jié)晶溫度的溫度下進(jìn)行熱處理，至少使不銹鋼所含有的金屬元素向鋁熱擴(kuò)散的工序。

在本發(fā)明的金屬層疊材料的制造方法的工序(1)中，對(duì)不銹鋼與鋁的各接合面進(jìn)行濺射蝕刻，使得氧化膜殘留。本發(fā)明的金屬層疊材料的制造方法，其特征在于，通過濺射蝕刻處理，將不銹鋼與鋁的各接合面表面的吸附物完全除去而殘留氧化膜。由此，與通過濺射蝕刻處理完全除去表面的吸附物及表面的氧化膜的現(xiàn)有金屬層疊材料的制造方法相比，能夠大幅減少濺射蝕刻處理時(shí)間，提高金屬層疊材料的生產(chǎn)率。

具體而言，濺射蝕刻處理如下進(jìn)行：濺射蝕刻處理是準(zhǔn)備不銹鋼和鋁作為寬100mm～600mm的長(zhǎng)條線圈，分別將具有接合面的不銹鋼和鋁作為接地的一個(gè)電極，在與絕緣支撐的另一個(gè)電極之間施加1MHz～50MHz的交流電使其產(chǎn)生輝光放電，并且將通過輝光放電而產(chǎn)生的等離子中露出的電極的面積設(shè)為所述另一個(gè)電極的面積的1/3以下。在濺射蝕刻處理中，接地的電極采用冷卻輥的形狀，防止各運(yùn)送材料溫度上升。

在濺射蝕刻處理中，通過在真空下利用惰性氣體對(duì)不銹鋼與鋁的接合面進(jìn)行濺射，將表面的吸附物完全除去且使表面的氧化膜殘留。作為惰性氣體，可以使用氬氣、氖氣、氙氣、氪氣等、和至少包括其中一種的混合氣體。對(duì)于不銹鋼和鋁中的任一種，都能夠以蝕刻量約1nm左右將表面的吸附物完全除去。

不銹鋼的濺射蝕刻處理能夠在真空下，以例如100W～10KW的等離子功率、線速度1m/分～30m/分進(jìn)行。此時(shí)的真空度優(yōu)選為高真空度，以防止吸附物再次吸附到表面，例如1×10^-5Pa～10Pa即可。在濺射蝕刻處理中，從防止軟化的觀點(diǎn)考慮，不銹鋼的溫度優(yōu)選為保持在常溫～150℃。

本發(fā)明中，表面殘留有氧化膜的不銹鋼通過將不銹鋼的蝕刻量設(shè)為例如1nm～10nm而獲得。

鋁的濺射蝕刻處理能夠在真空下，以例如100W～10KW的等離子功率、線速度1m/分～30m/分進(jìn)行。此時(shí)的真空度優(yōu)選為高真空度，以防止吸附物再次吸附到表面，1×10^-5Pa～10Pa即可。

本發(fā)明中，表面殘留有氧化膜的鋁通過將鋁的蝕刻量設(shè)為1nm～10nm而獲得。

在本發(fā)明的金屬層疊材料的制造方法的工序(2)中，通過滾焊將經(jīng)過了濺射蝕刻處理的不銹鋼和鋁的接合面臨時(shí)接合。

用于臨時(shí)接合不銹鋼和鋁的接合面的滾焊的滾壓線(圧延線)荷載沒有特別限制，例如為0.1～10tf/cm。另外，通過滾焊進(jìn)行臨時(shí)接合時(shí)的溫度沒有特別限制，例如為常溫～150℃。

通過滾焊進(jìn)行的臨時(shí)接合，優(yōu)選為在非氧化氣氛中、例如Ar等惰性氣體氣氛中進(jìn)行，以防止不銹鋼和鋁表面再次吸附氧而導(dǎo)致二者間的接合強(qiáng)度下降。

在本發(fā)明的金屬層疊材料的制造方法的工序(3)中，對(duì)經(jīng)過了臨時(shí)接合的不銹鋼和鋁的層疊材料進(jìn)行熱處理。該熱處理需要在低于不銹鋼的重結(jié)晶溫度的溫度下進(jìn)行。例如，不銹鋼(SUS316)的重結(jié)晶溫度為533.85℃。這是為了防止不銹鋼因重結(jié)晶而軟化。

進(jìn)一步地，該熱處理需要在至少使不銹鋼的金屬元素向鋁熱擴(kuò)散的溫度下進(jìn)行。該金屬元素例如為Fe、Cr、Ni。該熱擴(kuò)散使接合力得以提高。優(yōu)選地，通過熱處理，至少使不銹鋼所含有的Fe元素從不銹鋼與鋁的層疊材料的接合表面向鋁方向在5nm的地點(diǎn)擴(kuò)散8原子％以上。由此，獲得的金屬層疊材料的接合力得以進(jìn)一步提高。需要說明的是，不銹鋼所含有的金屬元素和鋁也可以相互熱擴(kuò)散。

具體而言，可以在100℃～500℃的溫度下進(jìn)行熱處理。當(dāng)熱處理溫度為該范圍時(shí)，通過熱擴(kuò)散所獲得的金屬層疊材料具有高接合力并具有高加固材料硬度，能夠防止加熱和重結(jié)晶導(dǎo)致的不銹鋼軟化。從進(jìn)一步提高接合力、同時(shí)防止不銹鋼軟化的觀點(diǎn)考慮，熱處理溫度優(yōu)選為200℃～400℃。熱處理時(shí)間因溫度而異，例如300℃時(shí)可以保持1秒(不含升溫時(shí)間)～240分鐘左右。

本發(fā)明還涉及通過所述制造方法而獲得的金屬層疊材料。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的金屬層疊材料是通過包括以下工序的制造方法獲得的：對(duì)不銹鋼與鋁的各接合面進(jìn)行濺射蝕刻，使得氧化膜殘留的工序；通過滾焊將所述不銹鋼和所述鋁的接合面臨時(shí)接合的工序；在100℃～500℃、優(yōu)選200℃～400℃的溫度下對(duì)臨時(shí)接合的層疊材料進(jìn)行熱處理的工序。

實(shí)施例

下面基于實(shí)施例及比較例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

(實(shí)施例1)

不銹鋼使用SUS304-BA(厚度0.05mm)，鋁使用A1050-H18(厚度0.18mm)。使用掃描型俄歇電子能譜分析裝置(AES)對(duì)SUS304-BA及A1050-H18的表面進(jìn)行測(cè)定，測(cè)得SUS304-BA的氧化膜厚度為10～15nm，A1050-H18的氧化膜厚度為80～150nm。對(duì)SUS304-BA和A1050-H18實(shí)施濺射蝕刻處理。SUS304-BA的濺射蝕刻是在0.1Pa下，以等離子功率800W、線速度3.5m/分實(shí)施；A1050-H18的濺射蝕刻是在0.1Pa下，以等離子功率2600W、線速度3.5m/分實(shí)施，將SUS304-BA及A1050-H18的表面吸附物完全除去。SUS304-BA的蝕刻量約為2nm，A1050-H18的蝕刻量約為6nm。在常溫下，以滾壓線荷載2tf/cm(滾壓荷載0.4MN)通過滾焊將濺射蝕刻處理后的SUS304-BA和A1050-H18臨時(shí)接合，形成層疊材料。

對(duì)獲得的臨時(shí)接合的層疊材料進(jìn)行AES分析。將實(shí)施例1的臨時(shí)接合的層疊材料和后述的比較例3的臨時(shí)接合的層疊材料的AES分析結(jié)果示于圖2。由圖2觀察到臨時(shí)接合的層疊材料的表面的前后具有源自氧(O)的峰值，確認(rèn)SUS304-BA和A1050-H18各自的表面殘留有氧化膜。

在240℃下對(duì)臨時(shí)接合的層疊材料進(jìn)行30分鐘熱處理。測(cè)定獲得的金屬層疊材料的剝離強(qiáng)度(90°)。

(比較例1)

除了不對(duì)臨時(shí)接合的層疊材料進(jìn)行熱處理外，與實(shí)施例1相同。

(比較例2)

除了不進(jìn)行濺射蝕刻處理外，與實(shí)施例1相同。在臨時(shí)接合后的層疊材料的表面，SUS304-BA和A1050-H18各自的表面一直存在氧化膜和吸附物。

(比較例3)

不銹鋼使用SUS304-BA(厚度0.05mm)，鋁使用A1050-H18(厚度0.17mm)。對(duì)SUS304-BA和A1050-H18實(shí)施濺射蝕刻處理。SUS304-BA的濺射蝕刻是在0.1Pa下，以等離子功率700W、對(duì)接合面進(jìn)行180分鐘的濺射照射而實(shí)施；A1050-H18的濺射蝕刻是在0.1Pa下，以等離子功率700W、對(duì)接合面進(jìn)行180分鐘的濺射照射(板靜止不動(dòng)的狀態(tài)下實(shí)施濺射蝕刻。若像實(shí)施例1那樣通過線，則線速度可換算為5.6×10^-3m/分)而實(shí)施，將SUS304-BA及A1050-H18的表面的吸附物和氧化膜完全除去。SUS304-BA的蝕刻量約為600nm，A1050-H18的蝕刻量約為460nm。在常溫下，以滾壓線荷載2tf/cm(滾壓荷載0.4MN)通過滾焊將濺射蝕刻處理后的SUS304-BA和A1050-H18臨時(shí)接合，形成層疊材料。測(cè)定獲得的臨時(shí)接合的層疊材料的剝離強(qiáng)度(90°)。

(比較例4)

與比較例3相同，在240℃下對(duì)獲得的臨時(shí)接合的層疊材料進(jìn)行30分鐘熱處理。測(cè)定獲得的金屬層疊材料的剝離強(qiáng)度。

將實(shí)施例1及比較例1-4的金屬層疊材料的剝離強(qiáng)度示于表1。另外，圖3表示實(shí)施例1和比較例4的金屬層疊材料的熱處理前后的剝離強(qiáng)度。在此，實(shí)施例1和比較例4的金屬層疊材料的熱處理前的層疊材料分別對(duì)應(yīng)比較例1和3的層疊材料。

【表1】

由表1可知，通過進(jìn)行熱處理，實(shí)施例1的金屬層疊材料的剝離強(qiáng)度得到提高(實(shí)施例1和比較例1)。另外，使SUS304-BA及A1050-H18的表面殘留氧化膜而獲得的實(shí)施例1的金屬層疊材料，得到了與從SUS304-BA及A1050-H18的表面完全除去氧化膜而獲得的比較例4的金屬層疊材料同等的剝離強(qiáng)度。此外，在實(shí)施例1中，與比較例4相比，濺射蝕刻時(shí)間能夠縮短約63倍(相對(duì)于實(shí)施例1的線速度3.5m/分，比較例4的線速度換算值為5.6×10^-3m/分，據(jù)此計(jì)算而得)。另外，由圖3可知，相比較的，實(shí)施例1的金屬層疊材料、比較例4的金屬層疊材料在熱處理前后的剝離強(qiáng)度有較大提高。

(實(shí)施例2-6及比較例5、6)

在實(shí)施例2-6及比較例5、6中，調(diào)查了對(duì)臨時(shí)接合的層疊材料進(jìn)行熱處理的溫度對(duì)于獲得的金屬層疊材料的剝離強(qiáng)度及硬度的影響。

在實(shí)施例2-6及比較例5、6中，使用厚度0.1mm的SUS304-1/2H代替厚度0.05mm的SUS304-BA，使用厚度0.4mm的AL1050(H24)代替厚度0.18mm的A1050-H18，將濺射蝕刻由線速度3.5m/分變更為線速度3.0m/分而實(shí)施，將通過滾焊進(jìn)行的臨時(shí)接合由滾壓線荷載2tf/cm變更為滾壓線荷載2.8tf/cm而實(shí)施，除此以外，與實(shí)施例1相同，獲得臨時(shí)接合的層疊材料。SUS304-1/2H的蝕刻量為3nm，AL1050(H24)的蝕刻量為5nm。在規(guī)定溫度下對(duì)獲得的臨時(shí)接合的層疊材料進(jìn)行240分鐘熱處理。實(shí)施例2-6及比較例5、6中的熱處理溫度如表2所示。關(guān)于獲得的金屬層疊材料，測(cè)定了從金屬層疊材料的接合表面向鋁層中5nm地點(diǎn)的鐵(Fe)的量、剝離強(qiáng)度(90°)以及SUS側(cè)的硬度。將結(jié)果示于表2。

【表2】

由表2可知，熱處理溫度為100℃～500℃的實(shí)施例2-6的金屬層疊材料與熱處理溫度為該溫度范圍外的溫度的比較例5、6的金屬層疊體相比，剝離強(qiáng)度高，另外硬度也高。關(guān)于從金屬層疊材料的接合表面向鋁層中5nm地點(diǎn)的鐵(Fe)的量，在測(cè)定的范圍內(nèi)，熱處理溫度越高，不銹鋼成分鐵向鋁層中擴(kuò)散得越多，由此可以推測(cè)，金屬層疊材料的剝離強(qiáng)度變高。熱處理溫度在100℃～500℃的范圍內(nèi)時(shí)，熱處理溫度越高，剝離強(qiáng)度越高。

需要說明的是，關(guān)于從金屬層疊材料的接合表面向鋁層中5nm地點(diǎn)的鐵(Fe)的量，更優(yōu)選為擴(kuò)散8原子％以上，認(rèn)為具有提高接合力的效果。

(表面吸附物的去除)

對(duì)于不銹鋼(SUS316)及鋁(A1050)，分別調(diào)查了濺射蝕刻量與表面的吸附物層的關(guān)系。圖4表示不銹鋼中的結(jié)果，圖5表示鋁中的結(jié)果。由圖4和圖5可知，不銹鋼及鋁中的任何一方，通過約1nm左右的蝕刻，表面的吸附物層被完全除去。

符號(hào)說明

1 不銹鋼

2 鋁

3 氧化膜

4 層疊材料

5 金屬層疊材料

本說明書所引用的全部刊物、專利以及專利申請(qǐng)直接作為參考而編入本說明書。