[發明專利]異種金屬材料的接合方法及異種金屬材料的接合體

有效

• 申請號: 201110261956.3
• 申請日: 2011-08-30
• 公開（公告）號: CN102380703A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 畑山智信;四谷剛毅
• 申請（專利權）人: 鈴木株式會社
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

技術領域

本發明涉及異種(不同)金屬材料的接合方法以及通過該接合方法獲得的異種金屬材料的接合體，其中，不同金屬材料通過攪拌摩擦焊而接合。

背景技術

通常，通過熔融焊接方法或者使用鉚釘等的機械接合方法來進行用于接合諸如鋼構件和鋁構件等異種金屬材料的接合操作。

然而，在熔融焊接方法的情況下，待輸入到焊接部的熱量大，容易在鋼構件和鋁構件之間的交界面處形成脆弱的金屬間化合物(諸如Fe₂AL₅、FeAL₃或類似物)，從而可能產生如下問題：被接合的兩個構件的接合強度不利地降低。此外，在使用鉚釘或螺栓的機械接合方法的情況下，接合操作需要諸如鉚釘等額外材料，由此導致制造成本的增加。

因此，近年來，已經推進了通過FSW(攪拌摩擦焊)方法來接合鋼構件和鋁構件的研究，在FSW方法中，待接合的構件不被熔融而是被軟化以呈現塑性流動，由此兩個構件被固相接合(固相焊接)。在該攪拌摩擦焊方法中，使用由一般的工具鋼制成的FSW工具，并且該FSW工具僅與鋁構件接觸，由此鋼構件和鋁構件被攪拌摩擦焊(參照專利文獻1、專利文獻2等)。

例如，在專利文獻1所公開的攪拌摩擦焊方法中，用防氧化膜(Zn鍍層)覆蓋鋼構件的接合面，鋼構件和鋁構件疊加。在該疊加狀態下，FSW工具在轉動的狀態下抵靠鋁構件，然后，FSW工具被插入到鋁構件中，使得鋁構件和Zn鍍層由于摩擦熱而軟化，從而呈現塑性流動，由此去除Zn鍍層并且鋼構件的表面露出新生面(new?texture?surface)。結果，呈現塑性流動的鋁構件與鋼構件的新生面固相接合。

現有技術文獻

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2005-34879號公報

[專利文獻2]日本特開2006-239720號公報

然而，在FSW工具不與鋼構件接觸而是僅與鋁構件接觸的攪拌摩擦焊方法的情況下，由于鋼構件和鋁構件未被充分地攪拌，所以不能獲得這兩個構件的高的接合強度。即，在FSW工具與鋁構件接觸并且被插入到鋁構件中的情況下，當鋁構件的溫度升高到稍微低于鋁構件的熔點的溫度時，該鋁構件被軟化而呈現并進行塑性流動，使得FSW工具和鋁構件之間的摩擦減少。結果，不再能夠獲得額外的熱產生(進一步的摩擦熱)。因此，鋼構件的溫度不能升高到使鋼構件能夠進行塑性流動的溫度，由此導致僅鋁構件被攪拌的狀態。因此，鋼構件和鋁構件未被充分地攪拌，從而不能獲得這兩個構件的高的接合強度。

作為一種對策，在使用由一般的工具鋼制成的FSW工具并且FSW工具根據傳統技術一邊轉動一邊與鋼構件接觸的情況下，可能存在F?SW工具由于摩擦熱而磨損或破損的擔憂。

作為另一對策，已經考慮使用由諸如PCBN(聚晶立方氮化硼)等特殊材料制成的FSW工具，其中，即使PCBN與鋼構件接觸，也幾乎不會引起磨損和破損。然而，由PCBN自身制成的這種FSW工具非常昂貴，從而可能會產生如下問題：進行攪拌摩擦焊所需的成本不利地增加。

發明內容

為了解決上述問題而實現了本發明，因此，本發明的目的是提供異種(不同)金屬材料的接合方法以及異種金屬材料的接合體，其能夠極大地提高異種金屬材料的接合強度、特別是剝離強度。

此外，本發明的另一目的是提供異種金屬材料的接合方法以及異種金屬材料的接合體，其能夠有效地防止用于攪拌摩擦焊的轉動工具破損或損壞。

為了解決上述問題，本發明提供一種異種金屬材料的接合方法，所述異種金屬材料具有不同的熔點，所述接合方法包括如下步驟：將高熔點金屬材料和低熔點金屬材料定位到接合位置，在所述接合位置，所述異種金屬材料將被接合；使轉動工具在轉動的狀態下與所述高熔點金屬材料壓接，并且將所述轉動工具插入到所述高熔點金屬材料中；將所述轉動工具的插入位置控制到所述轉動工具不會穿透所述高熔點金屬材料的位置；在所述高熔點金屬材料和所述轉動工具之間的部位產生摩擦熱；使所述高熔點金屬材料和所述低熔點金屬材料由于從所述摩擦熱傳導的傳導熱而部分地軟化，由此使所述高熔點金屬材料和所述低熔點金屬材料產生塑性流動；和借助于所述轉動工具部分地攪拌所述高熔點金屬材料和所述低熔點金屬材料，由此對所述高熔點金屬材料和所述低熔點金屬材料進行攪拌摩擦焊。

此外，通過根據異種金屬材料的上述接合方法使高熔點金屬材料與低熔點金屬材料接合來獲得本發明的異種金屬材料的接合體。