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KR101998376B1 - 압연 접합체 및 그 제조 방법 - Google Patents

압연 접합체 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR101998376B1
KR101998376B1 KR1020187033256A KR20187033256A KR101998376B1 KR 101998376 B1 KR101998376 B1 KR 101998376B1 KR 1020187033256 A KR1020187033256 A KR 1020187033256A KR 20187033256 A KR20187033256 A KR 20187033256A KR 101998376 B1 KR101998376 B1 KR 101998376B1
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다카시 고시로
다카후미 하타케다
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도요 고한 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 프레스 가공성이 우수한 압연 접합체 및/또는 성능 및 제조상의 핸들링이 향상된 압연 접합체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 압연 접합체의 박리 강도가 60N/20mm 이상인 스테인리스층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체, 압연 접합체의 박리 강도가 160N/20mm 이상인 스테인리스층과 순알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체, 및 압연 접합체의 박리 강도가 40N/20mm 이상인 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체에 관한 것이다.

Description

압연 접합체 및 그 제조 방법
본 발명은, 압연 접합체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
금속 재료는 다양한 분야에서 이용되고 있고, 예를 들어 모바일 전자 기기(모바일 단말) 등의 전자 기기용 프레스 성형 부품으로서 이용되고 있다. 이들 금속 재료에는 높은 프레스 가공성이 요구된다. 이러한 금속 재료로서, 단일 금속으로 이루어지는 금속 재료에 더하여, 2종류 이상의 금속판 또는 금속박을 적층한 압연 접합체(금속 적층재, 클래드재)도 알려져 있다. 압연 접합체는, 단독 재료로는 얻을 수 없는 복합 특성을 갖는 고기능성 금속 재료로서, 예를 들어 스테인리스와 알루미늄을 적층시킨 압연 접합체가 검토되고 있다.
여기서, 압연 접합체를 이용한 전자 기기용 프레스 성형 부품에 있어서, 방열판 등은 일반적으로 굽힘 가공에 의해 성형되지만, 전자 기기용 하우징, 특히 가장 외측의 하우징은 일반적으로 드로잉 가공에 의해 성형된다. 드로잉 가공에서는, 평판한 압연 접합체를 다이스에 고정하고, 다이스에 마련된 구멍에 펀치를 밀어넣어 용기 형상으로 성형하기 때문에, 굽힘 가공보다 가공이 어렵다.
또한, 스테인리스와 알루미늄의 압연 접합체의 제조 방법으로서, 예를 들어 냉간 압연이나 온간 압연을 이용하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 냉간 압연의 경우, 스테인리스에 큰 가공 변형이 생겨서 경도가 너무 높아지고, 또한 강도가 증가하지만 연신율이 충분하지 않기 때문에, 냉간 압연으로 제조한 압연 접합체는, 평판에서의 사용이나 경도(輕度)의 가공에서는 이용할 수 있지만 굽힘 가공에 의한 성형은 용이하지 않고, 또한, 드로잉 가공에 의한 성형은 곤란하다. 또한, 온간 압연의 경우, 알루미늄의 핸들링성이 나쁘고, 또한 알루미늄이 압접시에 매우 변형되기 쉽기 때문에, 일정한 두께로의 제조가 곤란하고, 압연 접합시에 부분적으로 얇아짐으로써 가공성이 극단적으로 저하될 우려가 있다.
이들 기술에 대해, 특허문헌 1에는, 스테인리스와 알루미늄의 압연 접합체의 제조에 있어서, 접합면을 스퍼터 에칭 처리로 활성화시킴으로써, 스테인리스의 경도 상승을 억제하는 제조 기술이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 1의 제조 방법에 의해 제조된 압연 접합체에 있어서, 벌징(bulging) 가공이나 굽힘 가공으로는 성형할 수 있는 것이라도, 드로잉 가공에 의해 성형하면 파단이나 주름 발생이 생기는 경우가 있어, 그 드로잉 가공성이 충분하지 않은 경우가 있었다.
또한, 상기 스테인리스와 알루미늄의 압연 접합체 이외에도, 티타늄과 알루미늄의 압연 접합체에 대해서도 검토되고 있다. 예를 들어 특허문헌 2에는, 티타늄층의 층두께 비율을 소정의 범위로 한 건축 재료용 티타늄/알루미늄 클래드판이 기재되어 있다. 그러나, 종래의 티타늄과 알루미늄의 압연 접합체에서는, 티타늄층과 알루미늄층의 밀착성이 충분하지 않은 경우가 있고, 성능 및 제조상의 핸들링의 향상이 요구되었다.
특허문헌 1: 국제공개 제2015/152041호 특허문헌 2: 일본공개특허 평8-336929호 공보
상기와 같이, 종래의 압연 접합체에서는, 충분한 굽힘 가공성을 가지고 있는 경우에도, 드로잉 가공성이 충분하지 않은 경우가 있고, 프레스 가공성의 향상이 요구되었다. 그래서, 본 발명은, 프레스 가공성이 우수한 압연 접합체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 성능 및 제조상의 핸들링이 향상된 압연 접합체를 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 면밀히 검토를 행한 결과, 스테인리스와 알루미늄의 압연 접합체에 있어서, 스테인리스와 알루미늄의 밀착력을 높임으로써, 압연 접합체의 드로잉 가공성이 현저하게 향상되는 것을 알아내고, 또한 티타늄과 알루미늄의 압연 접합체에 있어서, 티타늄과 알루미늄의 밀착력을 높임으로써, 성능 및 제조상의 핸들링이 향상되는 것을 알아내어 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 스테인리스층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체로서, 알루미늄 합금이 Mg, Mn, Si 및 Cu에서 선택되는 적어도 1종의 첨가 금속 원소를 함유하고, 첨가 금속 원소의 합계 함유량이 1질량% 초과이며, 압연 접합체의 박리 강도가 60N/20mm 이상인, 상기 압연 접합체.
(2) 알루미늄 합금층의 두께가 0.01mm~2.5mm인, 상기 (1)에 기재된 압연 접합체.
(3) 인장 시험에 의한 연신율이 35% 이상인, 상기 (2)에 기재된 압연 접합체.
(4) JIS Z 2201에서의 특별 시험편 6호를 이용한 인장 시험에 의한 인장 강도가 3000N 이상인, 상기 (3)에 기재된 압연 접합체.
(5) 한계 드로잉비가 1.20 이상인, 상기 (2)~(4) 중 어느 하나에 기재된 압연 접합체.
(6) 스테인리스층의 두께의 표준편차가 2.0μm 이하인, 상기 (1)~(5) 중 어느 하나에 기재된 압연 접합체.
(7) 알루미늄 합금층의 두께가 스테인리스층의 두께보다 두꺼운, 상기 (1)~(6) 중 어느 하나에 기재된 압연 접합체.
(8) 알루미늄 합금이 Mg를 0.3질량% 이상 함유하는, 상기 (1)~(7) 중 어느 하나에 기재된 압연 접합체.
(9) 상기 (1)~(8) 중 어느 하나에 기재된 압연 접합체의 제조 방법으로서,
스테인리스판 및 알루미늄 합금판의 접합면을 스퍼터 에칭하는 공정과,
스퍼터 에칭한 표면끼리를, 알루미늄 합금층의 압하율 5% 이상, 압연 접합체의 압하율 15% 이하가 되도록 압접하여 접합하는 공정과,
200℃~370℃에서의 배치 소둔 또는 300~800℃에서의 연속 소둔을 행하는 공정을 포함하는, 상기 방법.
(10) 스테인리스층과 순알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체로서, 순알루미늄에 포함되는 첨가 금속 원소의 합계 함유량이 1질량% 이하이고, 압연 접합체의 박리 강도가 160N/20mm 이상인, 상기 압연 접합체.
(11) 상기 (10)에 기재된 압연 접합체의 제조 방법으로서,
스테인리스판 및 순알루미늄판의 접합면을 스퍼터 에칭하는 공정과,
스퍼터 에칭한 표면끼리를, 순알루미늄층의 압하율 10% 이상, 압연 접합체의 압하율 20% 이하가 되도록 압접하여 접합하는 공정과,
200℃~500℃에서의 배치 소둔 또는 300℃~800℃에서의 연속 소둔을 행하는 공정을 포함하는, 상기 방법.
(12) 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체로서, 알루미늄 합금이 Mg, Mn, Si 및 Cu에서 선택되는 적어도 1종의 첨가 금속 원소를 함유하고, 첨가 금속 원소의 합계 함유량이 1질량% 초과이며, 압연 접합체의 박리 강도가 40N/20mm 이상인, 상기 압연 접합체.
(13) 상기 (12)에 기재된 압연 접합체의 제조 방법으로서,
순티타늄 또는 티타늄 합금판 및 알루미늄 합금판의 접합면을 스퍼터 에칭하는 공정과,
스퍼터 에칭한 표면끼리를, 알루미늄 합금층의 압하율 7% 이상, 압연 접합체의 압하율 20% 이하가 되도록 압접하여 접합하는 공정과,
200℃~500℃에서의 배치 소둔 또는 300℃~800℃에서의 연속 소둔을 행하는 공정을 포함하는, 상기 방법.
본 명세서는 본원의 우선권 기초가 되는 일본특허출원번호 2017-066268호, 2017-246926호의 개시 내용을 포함한다.
본 발명에 의하면, 프레스 가공성이 우수한 압연 접합체를 제공할 수 있다. 이 압연 접합체는, 높은 프레스 가공성을 이용하여, 모바일 전자 기기(모바일 단말)용 하우징 등의 전자 기기 프레스 성형 부품으로서 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 성능 및 제조상의 핸들링이 향상된 압연 접합체를 제공할 수 있다.
도 1은, 실시예 1, 2 및 비교예 1의 압연 접합체의 소둔 전후의 박리 강도를 나타내는 도면이다.
도 2는, 실시예 6, 7 및 비교예 3의 압연 접합체의 소둔 전후의 박리 강도를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명에 관한 전자 기기용 하우징의 제1 실시형태를 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명에 관한 전자 기기용 하우징의 제1 실시형태의 X-X' 방향에서의 단면 사시도이다.
도 5는, 실시예 8 및 비교예 4의 압연 접합체의 소둔 전후의 박리 강도를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은, 스테인리스층과 알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체, 및 티타늄층과 알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체에 관한 것이다.
스테인리스층과 알루미늄층으로 이루어지는 본 발명의 압연 접합체는, 스테인리스(SUS)층과 알루미늄 합금(Al 합금) 또는 순알루미늄(순Al)층으로 이루어진다. 따라서, 본 발명의 압연 접합체는 2층 이상으로 이루어지고, 바람직하게는 2~4층으로 이루어지며, 보다 바람직하게는 2층 또는 3층으로 이루어진다.
바람직한 실시형태에 있어서, 압연 접합체는, SUS/Al 합금, SUS/순Al의 2층으로 이루어지는 압연 접합체, 또는 SUS/Al 합금/SUS, SUS/순Al/SUS, Al 합금/SUS/Al 합금, 순Al/SUS/순Al의 3층으로 이루어지는 압연 접합체이다. 본 발명에 있어서, 압연 접합체의 구성은, 압연 접합체의 용도나 목적으로 하는 특성에 따라 선택할 수 있다.
I. 스테인리스층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체
본 발명의 제1 실시형태에 있어서, 압연 접합체는, 스테인리스층과 알루미늄 합금층으로 이루어진다.
알루미늄 합금층에 이용되는 알루미늄 합금으로서는, 알루미늄 이외의 금속 원소로서, Mg, Mn, Si 및 Cu에서 선택되는 적어도 1종의 첨가 금속 원소를, 첨가 금속 원소의 합계 함유량 1질량% 초과로 함유하는 알루미늄 합금의 판재를 이용할 수 있다.
알루미늄 합금으로서는, 예를 들어 JIS에 규정된 Al-Cu계 합금(2000계), Al-Mn계 합금(3000계), Al-Si계 합금(4000계), Al-Mg계 합금(5000계), Al-Mg-Si계 합금(6000계) 및 Al-Zn-Mg계 합금(7000계)을 이용할 수 있고, 프레스 성형성, 강도, 내식성의 관점에서 3000계, 5000계, 6000계 및 7000계의 알루미늄 합금이 바람직하며, 특히 이들의 균형과 비용의 관점에서 5000계의 알루미늄 합금이 보다 바람직하다. 알루미늄 합금은, 바람직하게는 Mg를 0.3질량% 이상 함유한다.
스테인리스층에 이용되는 스테인리스로서는, 특별히 한정되지 않고, SUS304, SUS201, SUS316, SUS316L 및 SUS430 등의 판재를 이용할 수 있다.
압연 접합체의 두께는, 특별히 한정되지 않고, 통상 0.045mm~3.0mm이며, 상한은 바람직하게는 2.0mm 이하, 보다 바람직하게는 1.7mm 이하이다. 하한은 바람직하게는 0.1mm 이상, 보다 바람직하게는 0.7mm 이상이다. 압연 접합체의 두께란, 스테인리스층과 알루미늄 합금층의 총두께를 말한다. 압연 접합체의 두께는, 압연 접합체 상의 임의의 30점에서의 두께를 마이크로미터 등으로 측정하여, 얻어진 측정값의 평균값을 말한다.
알루미늄 합금층의 두께는, 통상 0.01mm 이상이면 적용 가능하고, 압연 접합체의 기계적 강도 및 가공성의 관점에서 하한은 바람직하게는 0.1mm 이상, 특히 바람직하게는 0.5mm 이상이다. 알루미늄 합금층은 두꺼울수록 드로잉 성형성이 높아지기 쉽지만, 너무 두꺼우면 용도에 따라서는 드로잉 가공이나 굽힘 가공이 행해지는 용도에서 곡률이 커지기 때문에, 스테인리스층이 늘어나 파단의 기점이 될 우려가 있고, 또한 경량화나 비용의 관점에서 바람직하게는 3.0mm 이하, 보다 바람직하게는 2.5mm 이하, 더욱 바람직하게는 2.00mm 이하, 보다 더 바람직하게는 1.7mm 이하, 특히 바람직하게는 0.82mm 이하이다. 알루미늄 합금층의 두께는, 바람직하게는 0.01mm~2.5mm이다. 알루미늄 합금층의 두께는, 바람직하게는 스테인리스층보다 두껍다. 여기서, 압연 접합체에서의 알루미늄 합금층의 두께가 0.6mm 이상이 되는 것과 같은, 재료의 알루미늄 합금판의 두께가 두꺼운 경우에는, 일반적으로 알루미늄 합금판은 다른 금속판과 접합하기 어렵지만, 본 발명에서는, 이와 같이 알루미늄 합금층의 두께가 두꺼운 경우에도, 알루미늄 합금판과 스테인리스판을 용이하게 접합할 수 있고, 게다가 높은 박리 강도를 가지며, 드로잉 가공성이 우수한 압연 접합체를 얻을 수 있다. 압연 접합체의 알루미늄 합금층의 두께란, 압연 접합체가 2층 이상의 알루미늄 합금층을 갖는 경우, 각 알루미늄 합금층의 두께를 말한다. 압연 접합체의 알루미늄 합금층의 두께는, 압연 접합체의 단면의 광학 현미경 사진을 취득하고, 그 광학 현미경 사진에서 임의의 10점에서의 알루미늄 합금층의 두께를 계측하여, 얻어진 값의 평균값을 말한다. 또, 압연 접합체의 제조에 있어서, 재료의 알루미늄 합금판은 소정의 압하율로 접합되기 때문에, 압연 접합체의 알루미늄 합금층의 두께는 접합 전 재료의 알루미늄 합금판보다 얇아진다.
알루미늄 합금층의 두께의 표준편차는, 바람직하게는 6.0μm 이하이고, 보다 바람직하게는 3.0μm 이하, 특히 바람직하게는 2.0μm 이하이다. 알루미늄 합금층의 두께의 표준편차란, 압연 접합체의 단면의 광학 현미경 사진을 취득하고, 그 광학 현미경 사진에서의 폭 300μm의 단면에 대해, 알루미늄 합금층의 두께를 등간격으로 10점 계측하여, 얻어진 10점의 측정값으로부터 구한 표준편차를 말한다.
스테인리스층의 두께는, 통상 0.01mm 이상이면 적용 가능하고, 하한은 드로잉 성형성과 강도의 관점에서 바람직하게는 0.045mm 이상, 보다 바람직하게는 0.1mm 이상이다. 상한은 특별히 제한은 없지만, 알루미늄층에 대해 너무 두꺼우면 연신율 및 드로잉 성형성이 저하될 우려가 있기 때문에, 바람직하게는 0.5mm 이하, 보다 바람직하게는 0.4mm 이하, 또한, 경량화의 관점을 더하면 0.3mm 이하가 특히 바람직하다. 압연 접합체의 스테인리스층의 두께란, 압연 접합체가 2층 이상의 스테인리스층을 갖는 경우, 각 스테인리스층의 두께를 말한다. 압연 접합체의 스테인리스층의 두께는, 상기 알루미늄 합금층과 마찬가지로 하여 결정할 수 있다. 또, 압연 접합체의 제조에 있어서, 재료의 스테인리스판은 소정의 압하율로 압하되기 때문에, 압연 접합체의 스테인리스층의 두께는 접합 전 재료보다 얇아진다.
스테인리스층의 두께의 표준편차는, 바람직하게는 2.0μm 이하이고, 보다 바람직하게는 1.5μm 이하이다. 스테인리스층의 두께의 표준편차란, 압연 접합체의 단면의 광학 현미경 사진을 취득하고, 그 광학 현미경 사진에서의 폭 300μm의 단면에 대해, 스테인리스층의 두께를 등간격으로 10점 계측하여, 얻어진 10점의 측정값으로부터 구한 표준편차를 말한다.
본 발명에서는 밀착 강도의 지표로서 박리 강도(180° 박리 강도, 180° 필 강도(peel strength)라고도 함)를 이용한다. 제1 실시형태의 압연 접합체는, 박리 강도가 60N/20mm 이상이고, 압연 접합체가 우수한 드로잉 가공성을 가진다는 관점에서 바람직하게는 80N/20mm 이상이며, 보다 바람직하게는 100N/20mm 이상이다. 또, 3층 이상으로 이루어지는 압연 접합체에서는, 각 접합 계면에서 박리 강도가 60N/20mm 이상이다. 또, 박리 강도가 현저하게 높아진 경우, 박리되지 않고 재료 파단이 되기 때문에, 박리 강도의 상한값은 없다.
본 발명에 있어서, 압연 접합체의 박리 강도는, 압연 접합체로부터 폭 20mm의 시험편을 제작하여 스테인리스층과 알루미늄층을 일부 박리 후, 후막층 측 또는 경질층 측을 고정하고, 다른 쪽의 층을 고정측과 180° 반대측으로 끌어당겼을 때에 떼어내는 데에 필요로 하는 힘을 측정하며, 단위로서 N/20mm를 이용하였다. 마찬가지의 시험에 있어서, 시험편의 폭이 10~30mm의 사이이면 박리 강도는 변화하지 않는다.
여기서, 스테인리스층과 알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체에서는, 표면 활성화 접합으로 스테인리스층과 알루미늄층을 접합한 경우, 박리 강도가 작고, 또한 박리 강도를 높이기 위해 소둔(annealing) 온도를 높이면, 박리 강도에 악영향을 주는 금속간 화합물이 접합 계면에 형성되기 때문에, 이러한 압연 접합체의 박리 강도를 향상시키는 것은 지금까지 어려웠다. 특히, 알루미늄층이 알루미늄 합금으로 이루어지는 경우, 순알루미늄의 경우에 비해 경도가 높아 변형되기 어렵기 때문에, 접합시에 박리 강도가 올라가기 어렵고, 또한 소둔에 의해 금속간 화합물을 계면에 생성하기 쉽기 때문에, 극단적으로 박리 강도가 내려간다.
한편, 본 발명에서는, 압연 접합체의 박리 강도를 60N/20mm 이상으로 높일 수 있고, 이에 따라 압연 접합체가 높은 프레스 가공성을 가지며, 특히 높은 드로잉 가공성을 가진다. 박리 강도가 높아지는 이유는 확실하지 않지만, 하기와 같이 생각된다. 우선, 압연 접합시, 접합은 각 층이 접촉하는 제1 단계와, 접촉 후에 최표층이 어긋나 신생면이 나타나고 신생면이 접촉하는 제2 단계의 2단계로 크게 성립된다고 생각된다. 후기와 같이, 본 발명의 압연 접합체에서는, 접합시의 압하율이 비교적 높기 때문에, 우선 제1 단계에서 보다 접촉하는 면적이 커지는 것을 생각할 수 있다. 또한, 후기와 같이, 특허문헌 1과 마찬가지로 산화물층을 남긴 채로 접합할 때, 제1 단계에서의 접촉면은 산화물층이 되지만, 본 발명에서는 압하율이 높기 때문에, 알루미늄층이 스테인리스층에 맞추어 변형될 때에 제2 단계에서 최표층의 산화물층이 어긋나 산화물층이 얇아지거나 금속층이 접촉면으로서 나오는 비율이 증가한다고 생각된다. 여기서, 종래에도 그 후의 열처리에 있어서, 스테인리스층으로부터 알루미늄층으로 확산됨으로써 밀착력이 높아졌다. 이에 반해, 본 발명에서는 상기와 같이 산화물층이 얇아지거나 금속층이 접촉면으로서 나옴으로써, 산화물층에 의한 확산의 저해가 적어지고, 보다 확산이 광범위 또는 깊게 진행되기 쉬워짐으로써 밀착력인 박리 강도가 매우 향상되는 것으로 생각된다.
그리고, 이와 같이 박리 강도가 높은 압연 접합체에서는, 드로잉 가공시에 한쪽 층이 다른 쪽 층에 추종할 수 있어, 어떤 층도 파단하지 않고 가공 가능하며, 또한 가공시의 접합 계면의 어긋남을 억제할 수 있으므로, 접합 계면의 어긋남에 기인하는 주름 발생도 막을 수 있다.
압연 접합체는, 높은 드로잉 가공성을 가지며, 바람직하게는 한계 드로잉비가 1.20 이상이고, 보다 바람직하게는 1.63 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.83 이상이다. 본 발명에 있어서, 압연 접합체의 한계 드로잉비란, 원통 드로잉 가공에서의 원통의 직경(d)에 대한 블랭크 직경(D)의 비인 드로잉비(D/d)에서 1회의 드로잉으로 파단을 일으키지 않고 원통을 드로잉할 수 있는 최대 블랭크 직경을 Dmax로 하였을 때, Dmax/d를 한계 드로잉비로 한다.
압연 접합체는, 바람직하게는 시험편의 폭이 15mm인 인장 시험에 의한 연신율이 35% 이상이며, 양호한 프레스 가공성의 관점에서 보다 바람직하게는 40% 이상이다. 인장 시험에 의한 연신율은 JIS Z 2241 또는 JIS Z 2201에 기재되는 파단 연신율의 측정에 준하여, 예를 들어 후기의 인장 강도 시험의 시험편을 이용하여 측정할 수 있다.
압연 접합체는, 바람직하게는 시험편의 폭이 15mm인 인장 시험에 의한 인장 강도가 3000N 이상이며, 충분한 강도 및 프레스 가공성을 가진다는 관점에서 보다 바람직하게는 3500N 이상이다. 여기서, 인장 강도란 인장 시험에서의 최대 하중을 가리킨다. 인장 강도는, 예를 들어 텐실론 만능 재료 시험기 RTC-1350A(주식회사 오리엔테크 제품)를 이용하여 JIS Z 2241 또는 JIS Z 2201(금속 재료 인장 시험 방법)에 준하여 측정할 수 있다. 또, 상기 시험편의 폭 15mm는 JIS Z 2201에서의 특별 시험편 6호의 사양을 가리킨다. JIS Z 2241에서는 예를 들어 시험편 5호의 사양을 이용하는 것이 가능하다. 이 때 상기 6호 시험편에서의 인장 강도는, 5호 시험편에서의 인장 강도로 환산할 때는, 시험편의 폭의 배율을 곱하면 되므로 25mm/15mm, 즉 약 1.66배가 된다.
압연 접합체는, 바람직하게는, 인장 시험에 의한 연신율이 35% 이상 및 인장 시험에 의한 인장 강도가 3000N 이상이다.
II. 스테인리스층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체의 제조 방법
스테인리스층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체는, 스테인리스판과 알루미늄 합금판을 준비하고, 스테인리스판 및 알루미늄 합금판의 접합면을 스퍼터 에칭하는 공정과, 스퍼터 에칭한 표면끼리를, 알루미늄 합금층의 압하율 5% 이상, 압연 접합체의 압하율 15% 이하가 되도록 압접하여 접합하는 공정과, 200℃~370℃에서의 배치 소둔 또는 300~800℃에서의 연속 소둔을 행하는 공정을 포함한 방법에 의해 제조할 수 있다. 이 제조 방법에서는, 스퍼터 에칭 처리 공정 및 접합 공정을 행하는 횟수에 따라, 얻어지는 압연 접합체가 갖는 층의 수를 바꿀 수 있고, 예를 들어 2층으로 이루어지는 압연 접합체는, 스퍼터 에칭 처리 공정 및 접합 공정의 조합을 1회 행한 후 소둔을 행함으로써 제조할 수 있고, 3층으로 이루어지는 압연 접합체는, 스퍼터 에칭 처리 공정 및 접합 공정의 조합을 2회 반복한 후 소둔을 행함으로써 제조할 수 있다.
이용할 수 있는 스테인리스판은, 압연 접합체에 대해 상기 스테인리스의 판재이다. 드로잉 가공성의 관점에서 소둔재(O재) 또는 1/2H재가 바람직하다.
접합 전의 스테인리스판의 두께는, 통상 0.011mm 이상이면 적용 가능하고, 하한은 압연 접합체로 하였을 때의 드로잉 성형성과 강도 및 핸들링성의 관점에서 바람직하게는 0.05mm 이상, 보다 바람직하게는 0.1mm 이상이다. 특히 압연 접합체에 있어서 스테인리스층이 알루미늄층보다 얇아지는 경우, 스테인리스층이 너무 얇으면 드로잉 성형시에 가공에 추종하지 못하여 파단되기 쉬워진다. 상한은 특별히 제한은 없지만, 알루미늄층에 대해 너무 두꺼우면 압연 접합체로 하였을 때의 연신율 및 드로잉 성형성이 저하될 우려가 있기 때문에, 바람직하게는 0.55mm 이하, 보다 바람직하게는 0.44mm 이하, 또한, 경량화의 관점을 더하면 0.33mm 이하가 특히 바람직하다. 접합 전의 스테인리스판의 두께는, 마이크로미터 등에 의해 측정 가능하며, 스테인리스판의 표면상으로부터 랜덤으로 선택한 10점에서 측정한 두께의 평균값을 말한다.
이용할 수 있는 알루미늄 합금판은, 압연 접합체에 대해 상기 알루미늄 합금의 판재이다.
접합 전의 알루미늄 합금판의 두께는, 통상 0.011mm 이상이면 적용 가능하고, 하한은 바람직하게는 0.11mm 이상, 더욱 바람직하게는 0.55mm 이상, 특히 바람직하게는 0.66mm 이상이다. 알루미늄 합금층은 두꺼울수록 드로잉 성형성이 높아지기 쉽지만, 너무 두꺼우면 용도에 따라서는 드로잉 가공이나 굽힘 가공이 행해지는 용도에서 곡률이 커지기 때문에, 스테인리스층이 늘어나 파단의 기점이 될 우려가 있고, 또한 경량화나 비용의 관점에서 통상 3.3mm 이하가 이용되며, 바람직하게는 2.7mm 이하, 보다 바람직하게는 1.8mm 이하, 더욱 바람직하게는 1.2mm 이하, 특히 바람직하게는 0.82mm 이하이다. 알루미늄 합금은 순알루미늄에 비해 강도가 높기 때문에 얇게 하기 쉬운 장점이 있다. 접합 전의 알루미늄 합금판의 두께는, 상기 스테인리스판과 마찬가지로 하여 결정할 수 있다.
스퍼터 에칭 처리에서는, 스테인리스판의 접합면과 알루미늄 합금판의 접합면을 각각 스퍼터 에칭한다.
스퍼터 에칭 처리는, 구체적으로는, 스테인리스판과 알루미늄 합금판을 폭 100mm~600mm의 길이가 긴 코일로서 준비하고, 접합면을 갖는 스테인리스판과 알루미늄 합금판을 각각 어스 접지한 한쪽 전극으로 하며, 절연 지지된 다른 전극과의 사이에 1MHz~50MHz의 교류를 인가하여 글로우 방전을 발생시키고, 글로우 방전에 의해 발생한 플라즈마 중에 노출되는 전극의 면적을 상기 다른 전극의 면적의 1/3 이하로 하여 행한다. 스퍼터 에칭 처리 중에는, 어스 접지한 전극이 냉각 롤의 형태를 취하고 있어 각 반송 재료의 온도 상승을 막고 있다.
스퍼터 에칭 처리에서는, 진공 중에서 스테인리스판과 알루미늄 합금판이 접합하는 면을 비활성 가스에 의해 스퍼터함으로써, 표면의 흡착물을 완전히 제거하고, 또한 표면의 산화막의 일부 또는 전부를 제거한다. 산화막은 반드시 완전히 제거할 필요는 없고, 일부 잔존한 상태이어도 충분한 접합력을 얻을 수 있다. 산화막을 일부 잔존시킴으로써, 완전히 제거하는 경우에 비해 스퍼터 에칭 처리 시간을 대폭으로 감소시켜, 금속 적층재의 생산성을 향상시킬 수 있다. 비활성 가스로서는, 아르곤, 네온, 크세논, 크립톤 등이나, 이들을 적어도 1종류 포함한 혼합 기체를 적용할 수 있다. 스테인리스판과 알루미늄 합금판 어느 것에 대해서도, 표면의 흡착물은 에칭량 약 1nm 정도로 완전히 제거할 수 있다.
스테인리스판에 대한 스퍼터 에칭 처리는, 예를 들어 단일 판의 경우, 진공 하에서, 예를 들어 100W~1KW의 플라즈마 출력으로 1~50분간 행할 수 있고, 예를 들어 라인재와 같은 길이가 긴 재료의 경우, 진공 하에서, 예를 들어 100W~10KW의 플라즈마 출력, 라인 속도 1m/분~30m/분으로 행할 수 있다. 이 때의 진공도는, 표면에의 재흡착물을 방지하기 위해 높은 것이 바람직하지만, 예를 들어 1×10-5Pa~10Pa이면 된다. 스퍼터 에칭 처리에 있어서, 스테인리스판의 온도는, 알루미늄 합금판 연화 방지의 관점에서 바람직하게는 상온~150℃로 유지된다.
표면에 산화막이 일부 잔존하는 스테인리스판은, 스테인리스판의 에칭량을, 예를 들어 1nm~10nm로 함으로써 얻을 수 있다. 필요에 따라, 10nm를 초과하는 에칭량으로 해도 된다.
알루미늄 합금판에 대한 스퍼터 에칭 처리는, 예를 들어 단일 판의 경우, 진공 하에서, 예를 들어 100W~1KW의 플라즈마 출력으로 1~50분간 행할 수 있고, 예를 들어 라인재와 같은 길이가 긴 재료의 경우, 100W~10KW의 플라즈마 출력, 라인 속도 1m/분~30m/분으로 행할 수 있다. 이 때의 진공도는, 표면에의 재흡착물을 방지하기 위해 높은 것이 바람직하지만, 1×10-5Pa~10Pa이면 된다.
표면의 산화막이 일부 잔존하는 알루미늄 합금판은, 알루미늄 합금판의 에칭량을, 예를 들어 1nm~10nm로 함으로써 얻을 수 있다. 필요에 따라, 10nm를 초과하는 에칭량으로 해도 된다.
이상과 같이 하여 스퍼터 에칭한 스테인리스판 및 알루미늄 합금판의 접합면을, 알루미늄 합금층의 압하율 5% 이상, 압연 접합체의 압하율 15% 이하가 되도록, 예를 들어 롤 압접에 의해 압접하여 스테인리스판과 알루미늄 합금판을 접합한다.
알루미늄 합금층의 압하율은, 접합 전의 알루미늄 합금판의 두께와 최종적인 압연 접합체의 알루미늄 합금층의 두께로부터 구한다. 즉, 알루미늄 합금층의 압하율은, 이하의 식: (접합 전 재료의 알루미늄 합금판의 두께-최종적인 압연 접합체의 알루미늄 합금층의 두께)/접합 전 재료의 알루미늄 합금판의 두께에 의해 구해진다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 알루미늄 합금층의 압하율은 5% 이상이고, 바람직하게는 6% 이상이며, 보다 바람직하게는 8% 이상이다. 알루미늄 합금층의 압하율이 5% 이상이면, 알루미늄 합금층의 압하율이 5% 미만으로 낮은 경우에 비해, 얻어지는 압연 접합체의 박리 강도를 60N/20mm 이상으로 높일 수 있고, 그 결과 드로잉 가공성이 향상되며, 특히 소둔 전후의 박리 강도 향상 폭이 의미 있게 커진다. 박리 강도가 높아지는 이유는 확실하지 않지만, 하기와 같이 생각된다. 우선, 압연 접합시, 접합은 각 층이 접촉하는 제1 단계와, 접촉 후에 최표층이 어긋나 신생면이 나타나고 신생면이 접촉하는 제2 단계의 2단계로 크게 성립된다고 생각된다. 후기와 같이, 본 발명의 압연 접합체에서는, 접합시의 압하율이 비교적 높기 때문에, 우선 제1 단계에서 보다 접촉하는 면적이 커지는 것을 생각할 수 있다. 또한, 후기와 같이, 특허문헌 1과 마찬가지로 산화물층을 남긴 채로 접합할 때, 제1 단계에서의 접촉면은 산화물층이 되지만, 본 발명에서는 압하율이 높기 때문에, 알루미늄층이 스테인리스층에 맞추어 변형될 때에 제2 단계에서 최표층의 산화물층이 어긋나 산화물층이 얇아지거나 금속층이 접촉면으로서 나오는 비율이 증가한다고 생각된다. 여기서, 종래에도 그 후의 열처리에 있어서, 스테인리스층으로부터 알루미늄층으로 확산됨으로써 밀착력이 높아졌다. 이에 반해, 본 발명에서는 상기와 같이 산화물층이 얇아지거나 금속층이 접촉면으로서 나옴으로써, 산화물층에 의한 확산의 저해가 적어지고, 보다 확산이 광범위 또는 깊게 진행되기 쉬워짐으로써 밀착력인 박리 강도가 매우 향상되는 것으로 생각된다. 또한, 그 결과 얻어지는 압연 접합체의 드로잉 가공성이 향상되는 것으로 추측된다.
알루미늄 합금층의 압하율의 상한은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 18% 이하이며, 보다 바람직하게는 15% 이하이다. 알루미늄 합금층의 압하율의 상한이 이 범위이면, 열처리 후의 박리 강도 향상 효과가 얻어지면서, 또한, 알루미늄 합금층의 두께 평탄성을 유지할 수 있어, 드로잉 가공성의 향상을 안정적인 것으로 할 수 있다.
스테인리스층의 압하율은, 바람직하게는 0.5% 이상이고, 보다 바람직하게는 2% 이상이며, 더욱 바람직하게는 3% 이상이다. 스테인리스층의 압하율이 0.5% 이상이면, 얻어지는 압연 접합체의 박리 강도가 60N/20mm 이상으로 높아지기 쉽고, 그 결과 드로잉 가공성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 스테인리스층과 알루미늄 합금층의 접합에서는, 알루미늄 합금층이 변형되기 쉬운 경우가 많고, 스테인리스층의 압하율은 알루미늄 합금층의 압하율보다 낮아진다. 또한, 스테인리스층은 압하율이 높아지면 가공 경화가 발생하기 쉬워지기 때문에, 바람직하게는 10% 이하, 보다 바람직하게는 8% 이하이다. 스테인리스층의 압하율의 상한이 이 범위이면, 가공 변형이 발생됨에 따른 가공 경화를 억제할 수 있기 때문에, 연신율의 저하 및 프레스 가공성의 저하를 억제할 수 있다. 또, 후술하는 바와 같이 스테인리스층은 압연 접합 후의 열처리에 의한 연화의 효과는 적기 때문에, 압연 접합시의 압하율에 따라 가공 경화의 영향의 제어가 필요하다.
따라서, 스테인리스층의 압하율은, 박리 강도의 향상 효과 및 이에 따른 드로잉 가공성의 향상 효과와, 가공 경화에 따른 프레스 가공성의 저하 억제의 양립의 관점에서 바람직하게는 0.5~10%이다.
압연 접합체의 압하율은 15% 이하이고, 바람직하게는 14% 이하, 보다 바람직하게는 13% 이하이다. 압연 접합체의 압하율이 15% 이하이면, 스테인리스층의 경도가 너무 높아지지 않고 충분한 강도 및 연신율을 가지기 때문에, 압연 접합체가 높은 프레스 가공성을 가진다. 또한, 각 층의 두께를 어느 정도 균일하게 유지할 수 있기 때문에, 높은 프레스 가공성을 가진다. 즉, 압연 접합시에 두께가 얇은 곳이 발생하면, 프레스 가공시에 국소적으로 하중이 걸리기 쉬워져 파단되기 쉬워질 우려가 있다. 또, 하한은 특별히 제한은 없지만, 박리 강도 향상 효과를 얻기 위한 알루미늄 합금층의 압하율을 감안하여, 바람직하게는 4% 이상, 보다 바람직하게는 5% 이상, 더욱 바람직하게는 6% 이상, 특히 바람직하게는 7.5% 이상이다. 압연 접합체의 압하율은, 접합 전 재료의 스테인리스판 및 알루미늄 합금판의 총두께와, 최종적인 압연 접합체의 두께로부터 구한다. 즉, 압연 접합체의 압하율은, 이하의 식: (접합 전 재료의 스테인리스판 및 알루미늄 합금판의 총두께-최종적인 압연 접합체의 두께)/접합 전 재료의 스테인리스판 및 알루미늄 합금판의 총두께에 의해 구해진다.
롤 압접의 압연 선하중은, 특별히 한정되지 않고, 알루미늄 합금층 및 압연 접합체의 소정의 압하율을 달성하도록 설정하며, 예를 들어 1.6tf/cm~10.0tf/cm의 범위로 설정할 수 있다. 예를 들어 압접 롤의 롤 직경이 100mm~250mm일 때, 롤 압접의 압연 선하중은, 바람직하게는 1.9tf/cm~4.0tf/cm이며, 보다 바람직하게는 2.3tf/cm~3.0tf/cm이다. 단, 롤 직경이 커진 경우나 접합 전의 스테인리스판이나 알루미늄 합금판의 두께가 두꺼운 경우 등에는, 소정의 압하율을 달성하기 위해 압력 확보를 위해 압연 선하중을 높이는 것이 필요한 경우가 있어, 이 수치 범위로 한정되는 것은 아니다.
접합시의 온도는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 상온~150℃이다.
접합은, 스테인리스판과 알루미늄 합금판 표면에의 산소의 재흡착에 의해 양자 간의 접합 강도가 저하되는 것을 방지하기 위해, 비산화 분위기 중, 예를 들어 Ar 등의 비활성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 하여 스테인리스판과 알루미늄 합금판을 접합하여 얻은 압연 접합체에 대해, 열처리를 행한다. 열처리에 의해, 각 층간의 밀착성을 향상시키는 것이 가능해지고, 특히 전술한 알루미늄 합금층의 압하율 제어와의 조합에 의해, 밀착력 향상 효과를 매우 높일 수 있다. 또한, 이 열처리에 의해 압연 접합체의, 특히 알루미늄 합금층의 소둔을 겸할 수 있기 때문에, 이후 이 열처리를 소둔이라고도 적는다.
소둔 온도는, 예를 들어 배치 소둔의 경우, 200℃~370℃이고, 바람직하게는 250℃~345℃이며, 예를 들어 연속 소둔의 경우, 300~800℃이고, 바람직하게는 350℃~550℃이다. 소둔 온도를 이 범위로 함으로써, 압연 접합체의 박리 강도가 60N/20mm 이상으로 높아지고, 그 결과 드로잉 가공성이 향상된다. 이 소둔 온도는, 스테인리스는 미재결정 온도 영역이며 거의 연화하지 않고, 알루미늄 합금에서는 가공 변형이 제거되고 연화하는 온도 영역이다. 본 발명에서는, 접합시의 알루미늄 합금층 및 압연 접합체의 압하율과 소둔 온도를 소정의 범위로 함으로써, 압연 접합체의 박리 강도가 의미 있게 향상되고, 그 결과 드로잉 가공성이 향상된다. 소둔 온도란, 소둔을 행하는 압연 접합체의 온도를 말한다.
또한, 이 열처리에서는, 적어도 스테인리스에 포함되는 금속 원소(예를 들어 Fe, Cr, Ni)가 알루미늄 합금층으로 열확산된다. 또한, 스테인리스에 포함되는 금속 원소와 알루미늄을 서로 열확산시켜도 된다. 스테인리스와 알루미늄의 압연 접합체에 있어서 이 열확산에 의해 박리 강도가 향상되는 것은 공지이지만, 전술한 바와 같이 압연 접합시의 압하율 제어와의 조합에 의해 향상 효과의 폭이 다른 것을 본 발명자들은 알아내었다. 박리 강도가 향상되는 이유로서는, 전술한 바와 같이, 본원에서는 스테인리스 합금층과 알루미늄 합금층의 계면의 산화물의 박육화 또는 접합 계면에 금속층이 노출됨으로써, 확산이 산화물층의 저해를 받기 어려워지고, 접합 계면의 광범위 또는 계면으로부터 깊은 곳까지 확산이 진행됨으로써 박리 강도 향상의 폭이 매우 커지기 때문이라고 생각된다. 이에 의해, 본 발명은 60N/20mm 이상의 박리 강도를 갖는 프레스 가공성이 우수한 압연 접합체를 얻을 수 있다.
소둔 시간은, 소둔 방법(배치 소둔 또는 연속 소둔), 소둔 온도나 소둔을 행하는 압연 접합체의 크기에 따라 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어 배치 소둔의 경우, 압연 접합체의 온도가 소정의 온도가 되고 나서 압연 접합체를 0.5~10시간 균열(均熱) 유지하고, 바람직하게는 2~8시간 균열 유지한다. 또, 금속간 화합물이 형성되지 않으면 10시간 이상의 배치 소둔을 행해도 문제없다. 또한, 연속 소둔의 경우, 압연 접합체의 온도가 소정의 온도가 되고 나서 압연 접합체를 20초~5분간 균열 유지한다. 또, 소둔 시간이란, 소둔을 행하는 압연 접합체가 소정의 온도가 되고 나서의 시간을 말하며, 압연 접합체의 승온 시간은 포함하지 않는다. 소둔 시간은, 예를 들어 A4판(용지 크기) 정도의 작은 재료에 대해서는, 배치 소둔에서는 1~2시간 정도로 충분하지만, 길이가 긴 것, 예를 들어 폭 100mm 이상, 길이 10m 이상의 코일재 등의 큰 재료에 대해서는, 배치 소둔에서는 2~8시간 정도 필요하다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 목표로 하는 두께에 대해, 알루미늄 합금층이 두꺼운 압연 접합체를 일단 제작한 후, 압연 접합체의 알루미늄 합금층을 연삭하여 두께를 얇게 하여 목표로 하는 두께로 완성해도 된다. 알루미늄 합금층을 연삭함으로써, 알루미늄 합금층의 최표면을 경화시킬 수 있다. 또한, 접합하고 열처리를 행하여 얻어진 압연 접합체에 대해, 1~2% 정도의 연신율이 되도록 텐션 레벨러에 의한 형상 수정을 실시해도 된다. 이 형상 수정에 의해, 두께가 1~2% 정도 감소하고, 알루미늄 합금층을 경화시켜 경도를 향상시킬 수 있다. 이들 수단은 적절히 조합해도 되고, 예를 들어 텐션 레벨러에 의한 형상 수정을 실시한 후에, 알루미늄 합금층의 연삭을 행할 수 있다.
또한, 압연 접합체의 스테인리스층의 경도를 높이기 위해, 예를 들어 경도가 높은 원재료(경도가 높은 순으로 조질 기호 H>3/4H>1/2H>BA)를 준비하고, 이를 접합하여 압연 접합체를 제작해도 된다. 단, 스테인리스층의 경도가 너무 높으면 가공이 곤란해지기 때문에 유의하는 것으로 한다. 혹은, 접합시의 하중을 높임으로써, 접합 후의 압연 접합체의 스테인리스층의 경도를 높여도 된다. 예를 들어, 스테인리스층의 압하율이 0.5~10%가 되도록 접합함으로써, 스테인리스층의 경도는 200(Hv)에서 270(Hv) 정도까지 증가한다.
이상과 같이 하여 제조한 압연 접합체는, 프레스에 의한 딥 드로잉 가공으로 외곽을 형성하고, 배면을 포함한 외측은 연마, 화성 처리, 도장 등의 표면 처리를 행할 수 있다. 또한, 내면 측은 주로 내부 부품의 조립용으로 필요에 따라 절삭, 연삭을 행하고, 요철을 형성해도 된다. 또한, 필요에 따라 수지에 의한 인서트 성형을 행하여, 내외면에 금속과 수지의 복합부를 형성하는 것도 가능하다. 상기 방법에 의해 하우징으로 가공할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
III. 스테인리스층과 순알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체
본 발명의 제2 실시형태에 있어서, 압연 접합체는, 스테인리스층과 순알루미늄층으로 이루어진다.
순알루미늄층에 이용되는 순알루미늄으로서는, 알루미늄 이외의 첨가 금속 원소의 합계 함유량이 1질량% 이하인 순알루미늄의 판재를 이용할 수 있다. 순알루미늄으로서는, 예를 들어 JIS에 규정된 1000계의 순알루미늄을 이용할 수 있다. 순알루미늄 중, 알루미늄 이외의 첨가 금속 원소의 합계 함유량은, 바람직하게는 0.5질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.3질량% 이하이며, 특히 바람직하게는 0.15질량% 이하이다.
스테인리스층에 이용되는 스테인리스는, 상기 제1 실시형태의 압연 접합체의 경우와 마찬가지이다.
압연 접합체의 두께는, 특별히 한정되지 않고, 통상 0.045mm~3.0mm이며, 상한은 바람직하게는 2.0mm 이하, 보다 바람직하게는 1.7mm 이하이다. 하한은 바람직하게는 0.1mm 이상, 보다 바람직하게는 0.7mm 이상이다.
순알루미늄층의 두께는, 통상 0.01mm 이상이면 적용 가능하고, 압연 접합체의 가공성 및 핸들링의 관점에서 하한은 바람직하게는 0.1mm 이상, 또한, 강도를 필요로 하는 경우에는 0.5mm 이상이 보다 바람직하며, 특히 0.7mm 이상이 바람직하다. 경량화나 비용의 관점에서 바람직하게는 3.0mm 이하, 보다 바람직하게는 2.00mm 이하, 더욱 바람직하게는 1.7mm 이하이다. 순알루미늄층의 두께는, 바람직하게는 스테인리스층보다 두껍다.
스테인리스층의 두께는, 통상 0.01mm 이상이면 적용 가능하고, 하한은 드로잉 성형성과 강도의 관점에서 바람직하게는 0.045mm 이상, 보다 바람직하게는 0.1mm 이상이다. 상한은 특별히 제한은 없지만, 알루미늄층에 대해 너무 두꺼우면 연신율 및 드로잉 성형성이 저하될 우려가 있기 때문에, 바람직하게는 0.5mm 이하, 보다 바람직하게는 0.4mm 이하, 또한, 경량화의 관점을 더하면 0.3mm 이하가 특히 바람직하다.
스테인리스층의 두께의 표준편차는, 바람직하게는 2.0μm 이하이고, 보다 바람직하게는 1.5μm 이하이다.
제2 실시형태의 압연 접합체는, 박리 강도(180° 박리 강도)가 160N/20mm 이상이고, 압연 접합체가 우수한 드로잉 가공성을 가진다는 관점에서 바람직하게는 180N/20mm 이상이며, 보다 바람직하게는 200N/20mm 이상이다. 또, 3층 이상으로 이루어지는 압연 접합체에서는, 각 접합 계면에서 박리 강도가 160N/20mm 이상이다. 압연 접합체의 박리 강도가 160N/20mm 이상이면, 압연 접합체가 매우 높은 드로잉 가공성을 가진다.
압연 접합체는, 한계 드로잉비가 바람직하게는 1.63 이상이고, 보다 바람직하게는 1.83 이상이다.
압연 접합체는, 바람직하게는 인장 시험에 의한 연신율이 40% 이상이고, 양호한 성형 가공성의 관점에서 보다 바람직하게는 50% 이상이다.
압연 접합체는, 바람직하게는 인장 시험에 의한 인장 강도가 2500N 이상이고, 충분한 강도 및 가공성을 가진다는 관점에서 보다 바람직하게는 3000N 이상이다.
또, 제2 실시형태에 있어서, 각 층의 두께 측정 방법, 압연 접합체의 박리 강도의 측정 방법, 한계 드로잉비를 구하는 방법, 인장 시험에 의한 연신율 및 인장 강도의 측정 방법은 제1 실시형태와 마찬가지이다.
IV. 스테인리스층과 순알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체의 제조 방법
스테인리스층과 순알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체는, 접합 공정에서의 순알루미늄층의 압하율 및 압연 접합체의 압하율과, 소둔 공정에서의 소둔 온도를 소정의 범위로 변경하는 것 이외에는, 상기 제1 실시형태의 압연 접합체와 마찬가지로 하여 제조할 수 있다.
구체적으로, 스테인리스층과 순알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체는, 스테인리스판과 순알루미늄판을 준비하고, 스테인리스판 및 순알루미늄판의 접합면을 스퍼터 에칭하는 공정과, 스퍼터 에칭한 표면끼리를, 순알루미늄층의 압하율 10% 이상, 압연 접합체의 압하율 20% 이하가 되도록, 예를 들어 롤 압접에 의해 압접하여 접합하는 공정과, 200~500℃에서의 배치 소둔 또는 300~800℃에서의 연속 소둔을 행하는 공정에 의해 제조할 수 있다.
롤 압접에 의한 접합에 있어서, 순알루미늄층의 압하율은 10% 이상이고, 바람직하게는 12% 이상이다. 순알루미늄층의 압하율을 10% 이상으로 함으로써, 순알루미늄층의 압하율이 10% 미만으로 낮은 경우(예를 들어, 특허문헌 1의 실시예에서의 압하율 1%~5% 정도인 경우)와 비교하여, 얻어지는 압연 접합체의 박리 강도를 160N/20mm 이상으로 높일 수 있고, 그 결과 드로잉 가공성이 향상되며, 특히 소둔 전후의 박리 강도 향상 폭이 의미 있게 커진다.
순알루미늄층의 압하율의 상한은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 20% 이하이며, 보다 바람직하게는 18% 이하, 순알루미늄층의 변형을 억제하여 두께 정밀도를 보다 유지시킨다는 관점에서는 특히 15% 미만이 바람직하다. 순알루미늄층의 압하율의 상한이 이 범위이면, 열처리 후의 박리 강도 향상의 효과가 얻어지면서, 또한, 순알루미늄층의 두께 평탄성을 유지할 수 있어, 드로잉 가공성의 향상을 안정적인 것으로 할 수 있다.
스테인리스층의 압하율은, 바람직하게는 0.5% 이상이고, 보다 바람직하게는 2% 이상이며, 더욱 바람직하게는 3% 이상이다. 스테인리스층의 압하율이 0.5% 이상이면, 얻어지는 압연 접합체의 박리 강도가 160N/20mm 이상으로 높아지기 쉽고, 그 결과 드로잉 가공성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 스테인리스층과 순알루미늄층의 접합에서는, 순알루미늄층이 변형되기 쉬운 경우가 많고, 스테인리스층의 압하율은 순알루미늄층의 압하율보다 낮아진다. 또한, 스테인리스층은 압하율이 높아지면 가공 경화가 발생하기 쉬워지기 때문에, 바람직하게는 10% 이하, 보다 바람직하게는 8% 이하이다. 스테인리스층의 압하율의 상한이 이 범위이면, 가공 변형이 발생됨에 따른 가공 경화를 억제할 수 있기 때문에, 연신율의 저하 및 프레스 가공성의 저하를 억제할 수 있다. 또, 후술하는 바와 같이 스테인리스층은 압연 접합 후의 열처리에 의한 연화의 효과는 적기 때문에, 압연 접합시의 압하율에 따라 가공 경화의 영향의 제어가 필요하다.
따라서, 스테인리스층의 압하율은, 박리 강도의 향상 효과 및 이에 따른 드로잉 가공성의 향상 효과와, 가공 경화에 따른 프레스 가공성의 저하 억제의 양립의 관점에서 바람직하게는 0.5~10%이다.
압연 접합체의 압하율은 20% 이하이고, 바람직하게는 18% 이하이다. 압연 접합체의 압하율이 20% 이하이면, 스테인리스층의 경도가 너무 높아지지 않고 충분한 강도 및 연신율을 가지기 때문에, 압연 접합체가 높은 프레스 가공성을 가진다. 또한, 각 층의 두께를 어느 정도 균일하게 유지할 수 있기 때문에, 높은 프레스 가공성을 가진다. 즉, 압연 접합시에 두께가 얇은 곳이 발생하면, 프레스 가공시에 국소적으로 하중이 걸리기 쉬워져 파단되기 쉬워질 우려가 있다. 또, 하한은 특별히 제한은 없지만, 박리 강도 향상 효과를 얻기 위한 알루미늄 합금층의 압하율을 감안하여, 바람직하게는 9% 이상, 보다 바람직하게는 11% 이상이다.
롤 압접의 압연 선하중은, 특별히 한정되지 않고, 순알루미늄층 및 압연 접합체의 소정의 압하율을 달성하도록 설정하며, 예를 들어 1.6tf/cm~10tf/cm의 범위로 설정할 수 있다. 예를 들어 압접 롤의 롤 직경이 100mm~250mm일 때, 롤 압접의 압연 선하중은, 바람직하게는 1.6tf/cm~3.0tf/cm이며, 보다 바람직하게는 1.8tf/cm~2.5tf/cm이다. 단, 롤 직경이 커진 경우나 금속층의 접합 전의 두께가 두꺼운 경우 등에는, 접합시의 압력 확보를 위해 압연 선하중을 높이는 것이 필요한 경우가 있어, 이 수치 범위로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 선하중이 동일한 2.0tf이어도, 롤 직경이 100mm~250mm로 그 약 2~3배의 롤 직경에서는, 접촉 면적이 약 2~5배가 되기 때문에, 면적당 걸리는 압하력은 작아지기 때문에 압하율이 저하된다. 또한, 재료 폭이나 라인에서의 제조시에는 항장력 등의 영향에 따라서도 접촉 면적 및 압하력이 달라지지만, 본 발명에서는 압하율을 소정의 범위로 함으로써 효과가 얻어지는 것을 알아낸 것이다.
소둔 공정에서의 소둔 온도는, 배치 소둔에서는 200℃~500℃이고, 연속 소둔에서는 300℃~800℃이다. 소둔 온도가 이 범위이면, 높은 박리 강도 및 높은 인장 강도를 양립할 수 있다. 또, 이 실시형태에서는, 압연 접합체의 박리 강도를 높이는 경우에는, 소둔 온도는 300℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 350℃ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하지만, 인장 강도와의 양립을 요구하는 경우에는, 소둔 온도는 200℃~300℃로 하는 것이 바람직하다.
또, 제2 실시형태의 압연 접합체의 제조 방법에 있어서, 제1 실시형태의 압연 접합체의 제조 방법과 마찬가지로 하여 순알루미늄층의 연삭, 텐션 레벨러에 의한 형상 수정, 스테인리스층의 경도 조정이나 하우징으로의 가공을 행할 수 있다.
V. 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체
본 발명의 제3 실시형태에 있어서, 압연 접합체는, 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층으로 이루어진다. 이 압연 접합체는 2층 이상으로 이루어지고, 바람직하게는 2~4층으로 이루어지며, 보다 바람직하게는 2층 또는 3층으로 이루어진다. 본 발명에 있어서, 압연 접합체의 구성은, 압연 접합체의 용도나 목적으로 하는 특성에 따라 선택할 수 있는데, 순티타늄층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체가 바람직하다.
알루미늄 합금층에 이용할 수 있는 알루미늄 합금으로서는, 알루미늄 이외의 금속 원소로서, Mg, Mn, Si 및 Cu에서 선택되는 적어도 1종의 첨가 금속 원소를, 첨가 금속 원소의 합계 함유량 1질량% 초과로 함유하는 알루미늄 합금의 판재를 이용할 수 있다.
알루미늄 합금으로서는, 예를 들어 JIS에 규정된 Al-Cu계 합금(2000계), Al-Mn계 합금(3000계), Al-Si계 합금(4000계), Al-Mg계 합금(5000계), Al-Mg-Si계 합금(6000계) 및 Al-Zn-Mg계 합금(7000계)을 이용할 수 있고, 프레스 성형성, 강도, 내식성의 관점에서 3000계, 5000계, 6000계 및 7000계의 알루미늄 합금이 바람직하며, 특히 이들의 균형과 비용의 관점에서 5000계의 알루미늄 합금이 보다 바람직하다. 알루미늄 합금은, 바람직하게는 Mg를 0.3질량% 이상 함유한다.
순티타늄층에 이용되는 순티타늄으로서는, 티타늄 이외의 첨가 금속 원소의 합계 함유량이 1질량% 이하인 순티타늄의 판재를 이용할 수 있다. 순티타늄 중, 티타늄 이외의 첨가 금속 원소의 합계 함유량은, 바람직하게는 0.5질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.3질량% 이하이며, 특히 바람직하게는 0.15질량% 이하이다. 순티타늄으로서는, 예를 들어 JIS H 4600에 규정된 1~4종의 순티타늄을 이용할 수 있고, 1종의 순티타늄(TP270)이 바람직하다.
티타늄 합금층에 이용되는 티타늄 합금으로서는, 티타늄 이외의 금속 원소로서, V, Cr, Sn, Al, Mo, Zr, Pd에서 선택되는 적어도 1종의 첨가 금속 원소를, 첨가 금속 원소의 합계 함유량 1질량% 초과로 함유하는 티타늄 합금의 판재를 이용할 수 있다. 티타늄 합금으로서는, 예를 들어 α형이나 β형, α+β형 등을 이용할 수 있고, 가공성의 관점에서 β형이나 α+β형이 바람직하다.
압연 접합체의 두께는, 특별히 한정되지 않고, 통상 0.045mm~3.0mm이며, 상한은 바람직하게는 2.0mm 이하, 보다 바람직하게는 1.7mm 이하이다. 하한은 바람직하게는 0.1mm 이상, 보다 바람직하게는 0.5mm 이상이다.
알루미늄 합금층의 두께는, 통상 0.01mm 이상이면 적용 가능하고, 압연 접합체의 가공성 및 핸들링의 관점에서 하한은 바람직하게는 0.1mm 이상, 또한, 강도를 필요로 하는 경우에는 0.3mm 이상이 보다 바람직하며, 특히 0.5mm 이상이 바람직하다. 경량화나 비용의 관점에서 바람직하게는 3.0mm 이하, 보다 바람직하게는 2.0mm 이하, 더욱 바람직하게는 1.7mm 이하이다. 알루미늄 합금층의 두께는, 바람직하게는 순티타늄층 또는 티타늄 합금층보다 두껍다.
순티타늄층 또는 티타늄 합금층의 두께는, 통상 0.01mm 이상이면 적용 가능하고, 하한은 강도의 관점에서 바람직하게는 0.045mm 이상, 보다 바람직하게는 0.1mm 이상이다. 상한은 특별히 제한은 없지만, 알루미늄층에 대해 너무 두꺼우면 연신율이 저하될 우려가 있기 때문에, 바람직하게는 0.5mm 이하, 보다 바람직하게는 0.4mm 이하, 또한, 경량화의 관점을 더하면 0.3mm 이하가 특히 바람직하다.
제3 실시형태의 압연 접합체는, 박리 강도(180° 박리 강도)가 40N/20mm 이상이고, 바람직하게는 50N/20mm 이상이며, 보다 바람직하게는 60N/20mm 이상이다. 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체에 있어서, 압연 접합체의 박리 강도가 40N/20mm 이상이면, 순티타늄층 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층의 밀착력이 매우 높기 때문에, 성능 및 제조상의 핸들링이 향상되고, 특히 길이가 긴 것의 제조상의 핸들링이 향상된다. 또, 3층 이상으로 이루어지는 압연 접합체에서는, 각 접합 계면에서 박리 강도가 40N/20mm 이상이다.
여기서, 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체에서는, 표면 활성화 접합으로 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄층을 접합한 경우, 박리 강도가 작고, 또한 박리 강도를 높이기 위해 소둔 온도를 높이면, 박리 강도에 악영향을 주는 금속간 화합물이 접합 계면에 형성되기 때문에, 이러한 압연 접합체의 박리 강도를 향상시키는 것은 지금까지 어려웠다. 특히, 알루미늄층이 알루미늄 합금으로 이루어지는 경우, 순알루미늄의 경우에 비해 경도가 높아 변형되기 어렵기 때문에, 접합시에 박리 강도가 올라가기 어렵고, 또한 소둔에 의해 금속간 화합물을 계면에 생성하기 쉽기 때문에, 극단적으로 박리 강도가 내려간다.
한편, 본 발명에서는, 압연 접합체의 박리 강도를 40N/20mm 이상으로 높일 수 있다. 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체에 있어서 박리 강도가 높아지는 이유에 대해서는, 상기 스테인리스층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 제1 압연 접합체의 경우와 마찬가지의 메커니즘이 추정되고, 접합시의 압하율이 비교적 높음으로써, 열처리에 의한 박리 강도가 매우 향상되는 것으로 생각된다.
압연 접합체는, 바람직하게는 인장 시험에 의한 연신율이 20% 이상이고, 가공성의 관점에서 보다 바람직하게는 25% 이상이다.
압연 접합체는, 바람직하게는 인장 시험에 의한 인장 강도가 2500N 이상이고, 강도의 관점에서 보다 바람직하게는 2600N 이상이다.
또, 제3 실시형태에 있어서, 각 층의 두께 측정 방법, 압연 접합체의 박리 강도의 측정 방법, 인장 시험에 의한 연신율 및 인장 강도의 측정 방법은 제1 및 제2 실시형태와 마찬가지이다.
VI. 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체의 제조 방법
순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체는, 순티타늄 또는 티타늄 합금판과 알루미늄 합금판을 준비하고, 순티타늄 또는 티타늄 합금판 및 알루미늄 합금판의 접합면을 스퍼터 에칭하는 공정과, 스퍼터 에칭한 표면끼리를, 알루미늄 합금층의 압하율 7% 이상, 압연 접합체의 압하율 20% 이하가 되도록, 예를 들어 롤 압접에 의해 압접하여 접합하는 공정과, 200℃~500℃에서의 배치 소둔 또는 300~800℃에서의 연속 소둔을 행하는 공정에 의해 제조할 수 있다.
이용할 수 있는 순티타늄 또는 티타늄 합금판은, 압연 접합체에 대해 상기 순티타늄 또는 티타늄 합금의 판재이다.
접합 전의 순티타늄 또는 티타늄 합금판의 두께는, 통상 0.01mm 이상이면 적용 가능하고, 하한은 드로잉 성형성과 강도의 관점에서 바람직하게는 0.05mm 이상, 보다 바람직하게는 0.1mm 이상이다. 상한은 특별히 제한은 없지만, 알루미늄층에 대해 너무 두꺼우면 연신율이 저하될 우려가 있기 때문에, 바람직하게는 0.55mm 이하, 보다 바람직하게는 0.44mm 이하, 또한, 경량화의 관점을 더하면 0.33mm 이하가 특히 바람직하다.
이용할 수 있는 알루미늄 합금판은, 압연 접합체에 대해 상기 알루미늄 합금의 판재이다.
접합 전의 알루미늄 합금판의 두께는, 통상 0.01mm 이상이면 적용 가능하고, 압연 접합체의 가공성 및 핸들링의 관점에서 하한은 바람직하게는 0.1mm 이상, 또한, 강도를 필요로 하는 경우에는 0.3mm 이상이 보다 바람직하며, 특히 0.5mm 이상이 바람직하다. 경량화나 비용의 관점에서 바람직하게는 3.0mm 이하, 보다 바람직하게는 2.0mm 이하, 더욱 바람직하게는 1.7mm 이하이다.
스퍼터 에칭 처리에서는, 순티타늄 또는 티타늄 합금판의 접합면과 알루미늄 합금판의 접합면을 각각 스퍼터 에칭한다.
스퍼터 에칭 처리는, 구체적으로는, 순티타늄 또는 티타늄 합금판과 알루미늄 합금판을 폭 100mm~600mm의 길이가 긴 코일로서 준비하고, 접합면을 갖는 순티타늄 또는 티타늄 합금판과 알루미늄 합금판을 각각 어스 접지한 한쪽 전극으로 하며, 절연 지지된 다른 전극과의 사이에 1MHz~50MHz의 교류를 인가하여 글로우 방전을 발생시키고, 글로우 방전에 의해 발생한 플라즈마 중에 노출되는 전극의 면적을 상기 다른 전극의 면적의 1/3 이하로 하여 행한다. 스퍼터 에칭 처리 중에는, 어스 접지한 전극이 냉각 롤의 형태를 취하고 있어 각 반송 재료의 온도 상승을 막고 있다.
스퍼터 에칭 처리에서는, 진공 중에서 순티타늄 또는 티타늄 합금판과 알루미늄 합금판이 접합하는 면을 비활성 가스에 의해 스퍼터함으로써, 표면의 흡착물을 완전히 제거하고, 또한 표면의 산화막의 일부 또는 전부를 제거한다. 산화막은 반드시 완전히 제거할 필요는 없고, 일부 잔존한 상태이어도 충분한 접합력을 얻을 수 있다. 산화막을 일부 잔존시킴으로써, 완전히 제거하는 경우에 비해 스퍼터 에칭 처리 시간을 대폭으로 감소시켜, 금속 적층재의 생산성을 향상시킬 수 있다. 비활성 가스로서는, 아르곤, 네온, 크세논, 크립톤 등이나, 이들을 적어도 1종류 포함한 혼합 기체를 적용할 수 있다. 순티타늄 또는 티타늄 합금판과 알루미늄 합금판 어느 것에 대해서도, 표면의 흡착물은 에칭량 약 1nm 정도로 완전히 제거할 수 있다.
순티타늄 또는 티타늄 합금판에 대한 스퍼터 에칭 처리는, 예를 들어 단일 판의 경우, 진공 하에서, 예를 들어 100W~1KW의 플라즈마 출력으로 1~50분간 행할 수 있고, 예를 들어 라인재와 같은 길이가 긴 재료의 경우, 진공 하에서, 예를 들어 100W~10KW의 플라즈마 출력, 라인 속도 1m/분~30m/분으로 행할 수 있다. 이 때의 진공도는, 표면에의 재흡착물을 방지하기 위해 높은 것이 바람직하지만, 예를 들어 1×10-5Pa~10Pa이면 된다. 스퍼터 에칭 처리에 있어서, 순티타늄 또는 티타늄 합금판의 온도는, 알루미늄 합금판 연화 방지의 관점에서 바람직하게는 상온~150℃로 유지된다.
표면에 산화막이 일부 잔존하는 순티타늄 또는 티타늄 합금판은, 순티타늄 또는 티타늄 합금판의 에칭량을, 예를 들어 1nm~10nm로 함으로써 얻을 수 있다. 필요에 따라, 10nm를 초과하는 에칭량으로 해도 된다.
알루미늄 합금판에 대한 스퍼터 에칭 처리는, 예를 들어 단일 판의 경우, 진공 하에서, 예를 들어 100W~1KW의 플라즈마 출력으로 1~50분간 행할 수 있고, 예를 들어 라인재와 같은 길이가 긴 재료의 경우, 100W~10KW의 플라즈마 출력, 라인 속도 1m/분~30m/분으로 행할 수 있다. 이 때의 진공도는, 표면에의 재흡착물을 방지하기 위해 높은 것이 바람직하지만, 1×10-5Pa~10Pa이면 된다.
표면의 산화막이 일부 잔존하는 알루미늄 합금판은, 알루미늄 합금판의 에칭량을, 예를 들어 1nm~10nm로 함으로써 얻을 수 있다. 필요에 따라, 10nm를 초과하는 에칭량으로 해도 된다.
이상과 같이 하여 스퍼터 에칭한 순티타늄 또는 티타늄 합금판 및 알루미늄 합금판의 접합면을, 알루미늄 합금층의 압하율 7% 이상, 압연 접합체의 압하율 20% 이하가 되도록, 예를 들어 롤 압접에 의해 압접하여 순티타늄 또는 티타늄 합금판과 알루미늄 합금판을 접합한다.
알루미늄 합금층의 압하율은 7% 이상이고, 바람직하게는 8% 이상이며, 보다 바람직하게는 9% 이상이다. 알루미늄 합금층의 압하율이 7% 이상이면, 알루미늄 합금층의 압하율이 7% 미만으로 낮은 경우와 비교하여, 얻어지는 압연 접합체의 박리 강도를 40N/20mm 이상으로 높일 수 있고, 특히 소둔 전후의 박리 강도 향상 폭이 의미 있게 커진다. 알루미늄 합금층의 압하율은, 상기 제1 실시형태의 압연 접합체의 경우와 마찬가지로 하여 구해진다.
알루미늄 합금층의 압하율의 상한은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 30% 이하이며, 보다 바람직하게는 20% 이하, 알루미늄 합금층의 변형을 억제하여 두께 정밀도를 보다 유지시킨다는 관점에서는 특히 15% 미만이 바람직하다. 알루미늄 합금층의 압하율의 상한이 이 범위이면, 열처리 후의 박리 강도 향상 효과가 얻어지면서, 또한, 알루미늄 합금층의 두께 평탄성을 유지할 수 있다.
순티타늄 또는 티타늄 합금층의 압하율은, 바람직하게는 8% 이상이고, 보다 바람직하게는 9% 이상이며, 더욱 바람직하게는 10% 이상이다. 순티타늄 또는 티타늄 합금층의 압하율이 8% 이상이면, 얻어지는 압연 접합체의 박리 강도가 40N/20mm 이상으로 높아지기 쉽다. 순티타늄 또는 티타늄 합금층의 압하율은, 순티타늄 또는 티타늄 합금층의 변형을 억제하여 두께 정밀도를 보다 유지시킨다는 관점에서 바람직하게는 20% 이하, 보다 바람직하게는 15% 이하이다.
압연 접합체의 압하율은 20% 이하이고, 바람직하게는 15% 이하이다. 압연 접합체의 압하율이 20% 이하이면, 각 층의 변형을 억제하여 두께 정밀도를 보다 유지할 수 있다. 또, 하한은 특별히 제한은 없지만, 박리 강도 향상 효과를 얻기 위한 알루미늄 합금층의 압하율을 감안하여, 바람직하게는 8% 이상, 보다 바람직하게는 9% 이상이다.
롤 압접의 압연 선하중은, 특별히 한정되지 않고, 알루미늄 합금층 및 압연 접합체의 소정의 압하율을 달성하도록 설정하며, 예를 들어 1.6tf/cm~10.0tf/cm의 범위로 설정할 수 있다. 예를 들어 압접 롤의 롤 직경이 100mm~250mm일 때, 롤 압접의 압연 선하중은, 바람직하게는 1.9tf/cm~4.0tf/cm이며, 보다 바람직하게는 2.3tf/cm~3.0tf/cm이다. 단, 롤 직경이 커진 경우나 금속층의 접합 전의 두께가 두꺼운 경우 등에는, 접합시의 압력 확보를 위해 압연 선하중을 높이는 것이 필요한 경우가 있어, 이 수치 범위로 한정되는 것은 아니다.
접합시의 온도는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 상온~150℃이다.
접합은, 순티타늄 또는 티타늄 합금판과 알루미늄 합금판 표면에의 산소의 재흡착에 의해 양자 간의 접합 강도가 저하되는 것을 방지하기 위해, 비산화 분위기 중, 예를 들어 Ar 등의 비활성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
소둔 공정에서는, 이상과 같이 하여 순티타늄 또는 티타늄 합금판과 알루미늄 합금판을 접합하여 얻은 압연 접합체에 대해 열처리를 행한다. 열처리에 의해, 각 층간의 밀착성을 향상시키는 것이 가능해지고, 특히 전술한 알루미늄 합금층의 압하율 제어와의 조합에 의해, 밀착력 향상 효과를 매우 높일 수 있다. 또한, 이 열처리에 의해 압연 접합체의, 특히 알루미늄 합금층의 소둔을 겸할 수 있다.
소둔 온도는, 예를 들어 배치 소둔의 경우, 200℃~500℃이고, 바람직하게는 250℃~450℃이며, 예를 들어 연속 소둔의 경우, 300~800℃이고, 바람직하게는 350℃~550℃이다. 소둔 온도를 이 범위로 함으로써, 압연 접합체의 박리 강도가 40N/20mm 이상으로 높아진다. 이 소둔 온도는, 순티타늄 또는 티타늄 합금은 미재결정 온도 영역이며 거의 연화하지 않고, 알루미늄 합금에서는 가공 변형이 제거되고 연화하는 온도 영역이다. 본 발명에서는, 접합시의 알루미늄 합금층 및 압연 접합체의 압하율과 소둔 온도를 소정의 범위로 함으로써, 압연 접합체의 박리 강도가 의미 있게 향상된다.
또한, 이 열처리에서는, 티타늄과 알루미늄이 서로 열확산된다. 티타늄과 알루미늄의 압연 접합체에 있어서 이 열확산에 의해 박리 강도가 향상되는 것은 공지이지만, 전술한 바와 같이 압연 접합시의 압하율 제어와의 조합에 의해 향상 효과의 폭이 다른 것을 본 발명자들은 알아내었다. 박리 강도가 향상되는 이유로서는, 본원에서는 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층의 계면의 산화물의 박육화 또는 접합 계면에 금속층이 노출됨으로써, 확산이 산화물층의 저해를 받기 어려워지고, 접합 계면의 광범위 또는 계면으로부터 깊은 곳까지 확산이 진행됨으로써 박리 강도 향상의 폭이 매우 커지기 때문이라고 생각된다. 이에 의해, 본 발명은 40N/20mm 이상의 박리 강도를 갖는 압연 접합체를 얻을 수 있다.
소둔 시간은, 소둔 방법(배치 소둔 또는 연속 소둔), 소둔 온도나 소둔을 행하는 압연 접합체의 크기에 따라 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어 배치 소둔의 경우, 압연 접합체의 온도가 소정의 온도가 되고 나서 압연 접합체를 0.5~10시간 균열 유지하고, 바람직하게는 2~8시간 균열 유지한다. 또, 금속간 화합물이 형성되지 않으면 10시간 이상의 배치 소둔을 행해도 문제없다. 또한, 연속 소둔의 경우, 압연 접합체의 온도가 소정의 온도가 되고 나서 압연 접합체를 20초~5분간 균열 유지한다. 또, 소둔 시간이란, 소둔을 행하는 압연 접합체가 소정의 온도가 되고 나서의 시간을 말하며, 압연 접합체의 승온 시간은 포함하지 않는다. 소둔 시간은, 예를 들어 A4판(용지 크기) 정도의 작은 재료에 대해서는, 배치 소둔에서는 1~2시간 정도로 충분하지만, 길이가 긴 것, 예를 들어 폭 100mm 이상, 길이 10m 이상의 코일재 등의 큰 재료에 대해서는, 배치 소둔에서는 2~8시간 정도 필요하다.
VII. 압연 접합체의 용도
본 발명의 스테인리스층과 알루미늄 합금 또는 순알루미늄층으로 이루어지는 압연 접합체는, 전자 기기 프레스 성형 부품으로서 이용할 수 있고, 높은 드로잉 가공성을 갖는 점에서 전자 기기용 하우징으로서, 특히 모바일 전자 기기(모바일 단말)용 하우징으로서 이용할 수 있다. 하우징에서는 외면 측이 가공이 어렵고, 특히 알루미늄 합금 또는 순알루미늄으로 이루어지는 알루미늄층을 내면 측, 스테인리스층을 외면 측으로서 성형한 하우징이나 스테인리스층이 얇은 하우징으로의 가공은, 스테인리스층의 파단이 일어나기 쉽지만, 본 발명의 압연 접합체를 이용함으로써, 스테인리스층이 알루미늄층에 추종함으로써 양호한 가공성을 가지기 때문에, 스테인리스층이 파단하지 않고 하우징을 얻을 수 있다. 또, 하우징으로 하였을 때에는, 변색 억제나 가식(加飾)을 목적으로 한 처리가 실시되어 있어도 되고, 본 발명의 압연 접합체의 용도는 상기 형태의 하우징에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 순티타늄 또는 티타늄 합금층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체도, 전자 기기용 하우징을 포함한 다양한 용도로 이용할 수 있다.
전자 기기용 하우징은, 바람직하게는 배면 및/또는 측면에 본 발명의 압연 접합체를 포함한다.
본 발명의 압연 접합체를 이용한 전자 기기용 하우징의 제1 실시형태를 도 3 및 도 4에 나타낸다. 도 3은, 본 발명의 압연 접합체를 이용한 전자 기기용 하우징의 제1 실시형태를 나타내는 사시도이며, 도 4는, 본 발명의 압연 접합체를 이용한 전자 기기용 하우징의 제1 실시형태의 X-X' 방향에서의 단면 사시도이다. 전자 기기용 하우징(3)은, 배면(30)과 측면(31)으로 이루어지고, 배면(30)과 측면(31) 또는 그 일부가 본 발명의 압연 접합체를 포함할 수 있다. 여기서 배면이란, 스마트폰 등의 전자 기기를 구성하는 하우징에서의, 표시부(디스플레이, 도시생략)가 설치되는 측과는 반대측 면을 가리킨다. 또한, 전자 기기용 하우징(3)의 내측에는 압연 접합체와는 별도의 금속 재료나 플라스틱 재료 등을 적층시켜도 된다. 또, 전자 기기용 하우징(3)은, 압연 접합체를 배면(30)에 포함한 경우, 배면(30)의 전체 또는 일부(예를 들어, 도 3의 평면 부분 A에서 나타내는 바와 같은, 2cm×2cm 이상, 예를 들어 25mm×25mm의 평면 부분)가, 압연 접합체에 대해 기재한 상기 특성을 만족시키면 된다. 또, 전자 기기용 하우징(3)은 그 배면(30)에 압연 접합체를 포함한 구조이지만, 전자 기기의 구조에 따라서는 본 구조에 한정되는 것은 아니고, 배면(30)과 측면(31)이 압연 접합체로 이루어지는 구조이어도 되고, 측면(31)에 압연 접합체를 포함한 구조이어도 된다.
다음에, 본 발명의 압연 접합체를 이용한 전자 기기용 하우징의 제2 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는, 센터 프레임인 전자 기기용 하우징이, 유리나 수지 등의 표시부 및 배면에 의해 끼움지지된 전자 기기 구조를 나타내고 있고, 전자 기기용 하우징은, 측면과, 그 측면에 접속된 내부 보강 프레임(전자 기기용 하우징에서의 배면을 구성함)으로 구성된다. 전자 기기용 하우징은, 측면과 내부 보강 프레임 또는 그 일부가 본 발명의 압연 접합체를 포함할 수 있다. 여기서 내부 보강 프레임이란, 스마트폰 등의 전자 기기의 내부에 위치하고, 전자 기기 전체의 강성 향상이나 전지나 프린트 기판 등의 부품을 실장하는 지지체로서의 역할을 하는 지지판을 의미한다. 내부 보강 프레임은, 통상적으로, 접속이나 어셈블리를 위한 구멍을 가진다. 구멍은, 예를 들어 프레스 등에 의해 형성하는 것이 가능하다. 본 실시형태에서는, 측면과 내부 보강 프레임을 일체로 구성할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 측면과 내부 보강 프레임을 일체화하지 않아도 된다. 또한, 측면에만 압연 접합체를 적용해도 된다. 또, 본 실시형태의 전자 기기용 하우징에 대해서도, 상기 전자 기기용 하우징(3)과 마찬가지로, 전자 기기의 구조에 따라 적절히 변형할 수 있고, 상기에서 설명한 바와 같은 구조에 한정되는 것은 아니다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
스테인리스재로서 SUS304(두께 0.2mm)를 이용하고, 알루미늄재로서 알루미늄 합금 A5052(두께 0.8mm)를 이용하였다. SUS304와 A5052에 대해 스퍼터 에칭 처리를 실시하였다. SUS304에 대한 스퍼터 에칭은, 0.1Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 13분간의 조건으로 실시하고, A5052에 대한 스퍼터 에칭은, 0.1Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 13분간의 조건으로 실시하였다. 스퍼터 에칭 처리 후의 SUS304와 A5052를 상온에서 압연 롤 직경 130~180mm, 압연 선하중 1.9tf/cm~4.0tf/cm의 가압력으로 롤 압접에 의해 접합하여, SUS304와 A5052의 압연 접합체를 얻었다. 이 압연 접합체에 대해 300℃, 2시간의 조건으로 배치 소둔을 행하였다. 소둔 후의 압연 접합체에 대해, 스테인리스층, 알루미늄 합금층 및 압연 접합체(전체)의 압하율을, 각각 접합 전의 원판의 두께와 최종적인 압연 접합체에서의 두께로부터 산출하였다. 또한, 압연 접합체의 스테인리스층의 두께의 표준편차는 0.95μm이었다. 스테인리스층의 두께의 표준편차는, 압연 접합체의 단면의 광학 현미경 사진을 취득하고, 그 광학 현미경 사진에서의 폭 300μm의 단면에 대해, 스테인리스층의 두께를 등간격으로 10점 계측하여, 얻어진 10점의 측정값으로부터 구하였다.
실시예 2-4 및 비교예 1-2
원판의 알루미늄재의 두께, 접합시의 가압력을 변경함에 따른 접합시의 압하율, 및/또는 소둔 온도를 소정의 값으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실시예 2-4 및 비교예 1-2의 압연 접합체를 얻었다. 스테인리스층의 두께의 표준편차는, 실시예 1~5에서는 0.3~1.0μm의 범위 내이며, 비교예 1에서는 0.2μm이었다.
실시예 5
스테인리스재로서 SUS304(두께 0.25mm)를 이용하고, 알루미늄재로서 A5052(두께 0.8mm)를 이용하였다. SUS304와 A5052에 대해 스퍼터 에칭 처리를 실시하였다. SUS304에 대한 스퍼터 에칭은, 0.1Pa 하에서 플라즈마 출력 4800W, 라인 속도 4m/분의 조건으로 실시하고, A5052에 대한 스퍼터 에칭은, 0.1Pa 하에서 플라즈마 출력 6400W, 라인 속도 4m/분의 조건으로 실시하였다. 스퍼터 에칭 처리 후의 SUS304와 A5052를 상온에서 압연 선하중 3.0tf/cm~6.0tf/cm으로 롤 압접에 의해 접합하여, SUS304와 A5052의 압연 접합체를 얻었다. 이 압연 접합체에 300℃에서 8시간의 배치 소둔을 행하였다.
실시예 1-5 및 비교예 1-2의 압연 접합체에 대해, 180° 박리 강도를, 접합 후 소둔 전의 압연 접합체와, 소둔 후의 최종적인 압연 접합체에 대해 측정하였다. 또한, 실시예 1-5 및 비교예 1-2의 압연 접합체에 대해, 인장 강도 및 연신율을 측정하고, 굽힘 가공성 및 드로잉 가공성을 평가하였다. 180° 박리 강도, 인장 강도 및 연신율의 측정과, 굽힘 가공성 및 드로잉 가공성의 평가는 이하와 같이 하여 행하였다.
[180° 박리 강도]
압연 접합체로부터 폭 20mm의 시험편을 제작하고, 스테인리스층과 알루미늄층을 일부 박리 후, 알루미늄층 측을 고정하고, 스테인리스층을 알루미늄층 측과 180° 반대측으로 인장 속도 50mm/분으로 잡아당겼을 때에 벗기는 데에 필요로 하는 힘(단위: N/20mm)을 텐실론 만능 재료 시험기 RTC-1350A(주식회사 오리엔테크 제품)를 이용하여 측정하였다.
[인장 강도]
텐실론 만능 재료 시험기 RTC-1350A(주식회사 오리엔테크 제품)를 이용하여, 시험편으로서 JIS Z 2201에 기재된 특별 시험편 6호의 사양을 이용하여, JIS Z 2241(금속 재료 인장 시험 방법)에 준하여 측정하였다.
[연신율]
인장 강도 시험의 시험편을 이용하여, JIS Z 2241에 기재되는 파단 연신율의 측정에 준하여 측정하였다.
[굽힘 가공성]
V블록법(금구 각도 60도, 누름 금구 가공 R0.5, 하중 1kN, 시험재 폭 10mm, JIS Z 2248)에 의해 굽힘 가공을 실시하였다.
[드로잉 가공성]
기계식 에릭센 시험기(ERICHSEN사 제품 만능형 박판 성형 시험기 모델 145-60)를 이용하여 원통 드로잉 가공을 행하여 평가하였다. 드로잉 가공 조건은 이하와 같이 하였다.
블랭크 지름 φ: 49mm(드로잉비 1.63) 또는 55mm(드로잉비 1.83)
펀치 크기 φ: 30mm
펀치 어깨 R: 3.0
다이 어깨 R: 3.0
주름 누름 압력: 3N
윤활유: 프레스 가공유(No.640(니혼 코사쿠유 제품))
성형 온도: 실온(25℃)
성형 속도: 50mm/초
드로잉 가공성은 이하의 표 1에 나타내는 5단계로 평가하였다. 수치가 높을수록 드로잉 가공성이 우수하다. 또, 블랭크 지름 55mm(드로잉비 1.83)의 조건은, 블랭크 지름 49mm(드로잉비 1.63)의 조건보다 가공이 어렵다.
Figure 112018114161344-pct00001
실시예 1-5 및 비교예 1-2의 압연 접합체의 구성, 제조 조건 및 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 실시예 1, 2 및 비교예 1의 압연 접합체의 소둔 전후의 박리 강도를 도 1에 나타낸다. 또, 도 1에서, 소둔 전(접합 후)의 박리 강도는 편의상 모두 10N/20mm로서 도시하였다.
Figure 112018114161344-pct00002
표 2 및 도 1로부터, 접합시의 가압력을 높여 알루미늄 합금층의 압하율을 높인 실시예 1 및 2는, 알루미늄 합금층의 압하율이 5% 미만인 비교예 1에 비해, 접합 후 소둔 전의 박리 강도는 동등하지만, 소둔 후의 박리 강도가 현저하게 향상되어 있고, 드로잉 가공성이 높아지는 것이 나타났다. 또한, 실시예 2, 3 및 비교예 2로부터, 소둔 후의 압연 접합체의 박리 강도를 높이기 위해 적절한 소둔 온도 범위가 존재하고, 이는 배치 소둔에서는 200℃~370℃라고 생각된다. 또한, 알루미늄재의 두께가 얇은 경우에 대해서도, 압연 접합체의 박리 강도를 높일 수 있고, 이 경우, 특히 소둔 전후에서의 박리 강도 향상 폭이 컸다(실시예 4).
또한, 이하의 순알루미늄을 이용한 실시예 6, 7 및 비교예 3의 결과와의 비교에 의해, 알루미늄재가 알루미늄 합금인 경우, 순알루미늄의 경우에 비해 박리 강도가 높아지기 어려운 것을 알 수 있었다. 이는, 알루미늄 합금은 순알루미늄보다 경도가 높아 변형되기 어렵기 때문에, 원래 접합시에 박리 강도가 올라가기 어렵고, 또한 소둔에 의해 금속간 화합물이 접합 계면에 생성되기 쉽기 때문에, 이 금속간 화합물 생성에 의해 박리 강도가 내려가기 때문이라고 추정된다.
실시예 6
스테인리스재로서 SUS304(두께 0.2mm)를 이용하고, 알루미늄재로서 순알루미늄 A1050(두께 0.85mm)을 이용하였다. SUS304와 A1050에 대해 스퍼터 에칭 처리를 실시하였다. SUS304에 대한 스퍼터 에칭은, 0.1Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 13분간의 조건으로 실시하고, A1050에 대한 스퍼터 에칭은, 0.1Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 13분간의 조건으로 실시하였다. 스퍼터 에칭 처리 후의 SUS304와 A1050을 상온에서 압연 롤 직경 130mm~180mm, 압연 선하중 1.9tf/cm~4.0tf/cm으로 롤 압접에 의해 접합하여, SUS304와 A1050의 압연 접합체를 얻었다. 이 압연 접합체에 대해 300℃, 2시간의 조건으로 배치 소둔을 행하였다.
실시예 7 및 비교예 3
접합시의 가압력을 변경함에 따른 접합시의 압하율 및/또는 소둔 온도를 소정의 값으로 변경한 것 이외에는 실시예 6과 마찬가지로 하여 실시예 7 및 비교예 3의 압연 접합체를 얻었다.
실시예 6-7 및 비교예 3의 압연 접합체를 상기와 마찬가지로 평가하였다. 실시예 6-7 및 비교예 3의 압연 접합체의 구성, 제조 조건 및 평가 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 실시예 6, 7 및 비교예 3의 압연 접합체의 소둔 전후의 박리 강도를 도 2에 나타낸다. 또, 도 2에서, 소둔 전(접합 후)의 박리 강도는 편의상 모두 20N/20mm로서 도시하였다.
Figure 112018114161344-pct00003
표 3 및 도 2로부터, 알루미늄재가 순알루미늄인 경우에 대해서도, 알루미늄 합금의 경우와 마찬가지로, 접합시의 압하율을 올림으로써, 접합 후의 박리 강도는 동등하지만 소둔 후의 박리 강도를 현저하게 높일 수 있고, 소둔 전후에서의 박리 강도 향상 폭을 크게 할 수 있는 것이 나타났다.
실시예 8
티타늄재로서 순티타늄 TP270(두께 0.2mm)을 이용하고, 알루미늄재로서 알루미늄 합금 A5052(두께 0.6mm)를 이용하였다. TP270과 A5052에 대해 스퍼터 에칭 처리를 실시하였다. TP270에 대한 스퍼터 에칭은, 0.1Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 13분간의 조건으로 실시하고, A5052에 대한 스퍼터 에칭은, 0.1Pa 하에서 플라즈마 출력 700W, 13분간의 조건으로 실시하였다. 스퍼터 에칭 처리 후의 TP270과 A5052를 상온에서 압연 롤 직경 130~180mm, 압연 선하중 1.9tf/cm~4.0tf/cm의 가압력으로 롤 압접에 의해 접합하여, TP270과 A5052의 압연 접합체를 얻었다. 이 압연 접합체에 대해 300℃, 2시간의 조건으로 배치 소둔을 행하였다. 소둔 후의 압연 접합체에 대해, 순티타늄층, 알루미늄 합금층 및 압연 접합체(전체)의 압하율을, 각각 접합 전의 원판 두께와 최종적인 압연 접합체에서의 두께로부터 산출하였다.
비교예 4
접합시의 가압력을 변경하여, 접합시의 각 압하율을 소정의 값으로 변경한 것 이외에는 실시예 8과 마찬가지로 하여 비교예 4의 압연 접합체를 얻었다.
실시예 8 및 비교예 4의 압연 접합체를 상기 스테인리스층과 알루미늄 합금층 또는 순알루미늄으로 이루어지는 압연 접합체와 마찬가지로 평가하였다. 실시예 8 및 비교예 4의 압연 접합체의 구성, 제조 조건 및 평가 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 실시예 8 및 비교예 4의 압연 접합체의 소둔 전후의 박리 강도를 도 5에 나타낸다. 또, 도 5에서, 소둔 전(접합 후)의 박리 강도는 편의상 모두 10N/20mm로서 도시하였다.
Figure 112018114161344-pct00004
표 4 및 도 5로부터, 순티타늄과 알루미늄 합금의 압연 접합체에서도, 접합시의 압하율을 올림으로써, 접합 후의 박리 강도는 동등하지만 소둔 후의 박리 강도를 현저하게 높일 수 있고, 소둔 전후에서의 박리 강도 향상 폭을 크게 할 수 있는 것이 나타났다.
본 명세서에서 인용한 모든 간행물, 특허 및 특허출원은 그대로 인용에 의해 본 명세서에 도입되는 것으로 한다.
3 전자 기기용 하우징
30 배면
31 측면
A 평면 부분

Claims (13)

  1. 스테인리스층과 알루미늄 합금층으로 이루어지는 압연 접합체로서, 알루미늄 합금이, JIS에 규정된 5000계의 알루미늄 합금이며, 알루미늄 합금층의 두께가 0.01mm~2.5mm이고, 압연 접합체의 박리 강도가 60N/20mm 이상이며, 압연 접합체의 인장 시험에 의한 연신율이 35% 이상인, 압연 접합체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    JIS Z 2201에서의 특별 시험편 6호를 이용한 인장 시험에 의한 인장 강도가 3000N 이상인 압연 접합체.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    한계 드로잉비가 1.20 이상인 압연 접합체.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    스테인리스층의 두께의 표준편차가 2.0μm 이하인 압연 접합체.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    알루미늄 합금층의 두께가 스테인리스층의 두께보다 두꺼운 압연 접합체.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 압연 접합체의 제조 방법으로서,
    스테인리스판 및 알루미늄 합금판의 접합면을, 스테인리스판의 온도가 상온~150℃이고, 1×10-5Pa~10Pa의 진공하에서 스퍼터 에칭하는 공정과,
    스퍼터 에칭한 표면끼리를, 알루미늄 합금층의 압하율 5% 이상, 압연 접합체의 압하율 15% 이하가 되도록, 상온~150℃에서 압접하여 접합하는 공정과,
    200℃~370℃에서의 배치 소둔 또는 300~800℃에서의 연속 소둔을 행하는 공정을 포함하는, 압연 접합체의 제조 방법.
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