专利名称：由金属构成的异种材料的接合方法及其接合结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用比如钢材料、铝合金材料等的异种金属材料的电阻焊的 接合技术和所得的结构。具体而言，本发明涉及接合结构，其中所述材料通 过层叠三层以上片而形成且具有异种材料界面和同种材料界面。
背景技术：
当接合异种金属时，如果所用的接合工艺与接合相同材料所使用的接合 工艺相同，则由于形成了脆弱的金属间化合物，不能获得足够的接缝强度。 例如，当接合铝合金和钢材料时，形成了具有高硬度的脆弱金属间化合物，比如Fe2八ls或FeAl3。需要控制这样的金属间化合物以确保接缝强度。然而，在铝合金的表面上形成有细致和刚硬的氧化物涂层。为了去除这 样的涂层，需要在接合操作时提供大量的热。为此，生长了厚的金属间化合 物层，因为接合部分的强度变弱而导致问题。由此，当使用这样的异种金属材料的组合时，异种材料通常通过借助螺 钉、铆钉等的机械紧固操作来接合。然而，这导致重量或成本的增加。对于 这样的异种金属的接合操作，在某些元件中利用了摩擦压力。然而这样的摩 擦压力接合操作有限地用于具有期望的对称性的旋转体之间的接合操作等 中。因此，其应用是相当有限的。比如爆炸接合或热轧的接合操作是熟知的。 然而，这样的操作具有设备和效率问题，使得难于广泛地将这样的操作应用 于常规的异种金属。日本特开平4-127973披露了 一种采用等于或小于10 ms的电流导通时间 进行电阻焊操作的方法。当由与异种金属相同的两种类型的材料形成的包覆 材料夹置于要被接合的异种金属材料之间时，进行这样的方法。这使得同种 材料夂皮此接合。然而，在该方法中，在本来需要两层板的情形，则需要三层板。当考虑 实际的制造时，除了插入包覆材料之外，还需要紧固包覆材料。另外，在建 立的焊接线中应当组装新的设备，由此导致了成本增加。另外，当接合铝和钢时，因为铝覆钢自身通过将异种材料彼此接合而制造，制造条件变得重要。 由此，难于获得具有稳定性能的便宜包覆材料。日本特开平6-39558披露了一种接合材料的方法，所述方法包括在钢 的表面上镀覆铝合金或纯铝，其中铝合金具有等于或大于20wt。/。的Al含量， 用铝材料接触钢，使得铝合金或纯铝具有等于或大于2pm的厚度；通过在 铝材料上层叠这样的镀覆表面来传导电流，优选地熔融镀层且几乎不熔融钢 材料侧。该铝镀覆操作需要大量的热，从而在接合铝镀层表面和钢材料时破坏钢 的表面上的刚硬的氧化物涂层。由此，在铝板和钢之间的界面上形成了脆弱 的金属间化合物，增加了接合失效的可能性。当电阻焊三片或多片异种材料时，异种材料界面和同种材料界面同时存 在。当异种材料界面的电阻加热小于同种材料界面的电阻加热时，熔核 (nugget)由于电阻加热的差异而形成于同种材料界面上，而几乎不形成于 异种材料界面。在这样的情形，为了在每个界面中获得足够的接合强度，需 要对于熔核提供足够的热，以使其在异种材料界面侧具有期望的直径。然而， 当提供所需的热以在异种材料界面上产生足够大的熔核时，在相同材料界面 中的电阻加热变得过度。由此，在低熔点材料侧即在上述的铝和钢的接合实 例中的铝材料侧，由于这样的电阻加热而厚度减小。发明内容这里披露了接合由金属制成的异种材料的方法。 一种这样的方法包括层 叠多个板材料，其中至少两个板材料为第一金属材料，且至少一个板材料为 第二金属材料，第二金属材料的熔点低于第一金属材料，从而形成异种材料 界面和同种材料界面；通过电阻焊操作形成分层的接缝，其中异种材料界面 的接触电阻小于同种材料界面的接触电阻；横跨多个层叠的板材料中的至少 三层传导第一电流，从而在同种材料界面中形成熔核，且橫跨多个层叠的板 材料中的至少三层传导第二电流，从而在异种材料界面中形成熔核，其中第 二电流大于第一电流。还披露了由金属制成的异种材料的接合结构。这样的结构例如包括第 一金属材料的至少两个板层；第二金属材料的至少一个板层，第二金属材料 的熔点低于第一金属材料；在第一金属材料的板层和第二金属材料的板层之间的异种材料界面；相邻的第一金属材料的板层之间的同种材料界面，其中 所述异种材料界面中的接触电阻低于所述同种材料界面中的接触电阻；形成 于异种材料界面中具有第 一直径的熔核；以及形成于同种材料界面中具有第 二直径的熔核，其中第一直径等于或大于第二直径。
这里说明书将参考附图，其中在这几个附图中相似的附图标记指示相似 的部件，且其中图1A和1B分别为AC电源型的电阻焊设备和包括接触电阻的监测装置 的电阻焊设备的总图；图2为显示Al-Zn系统的二元相图的曲线图；图3A到3F示意性显示了当密封材料插入异种材料界面中时利用共晶熔 接的接合工艺；图4A和4B为三片包(bundle)的接合工艺的第一、第二和第四实施例的 橫截面说明图；图5A和5B为三片包的接合工艺的第三实施例的剖面说明图，其中密 封材料插入异种材料界面中；图6A和6B为利用第五实施例的棵钢板的三片包的接合工艺的剖面说 明图；以及图7A和7B为四片包的接合工艺的第六实施例的剖面说明图。
具体实施方式
在此披露的接合方法能够在每个界面中充分地保证接合强度，其中期望 的熔核直径可以形成于每个界面中，同时阻止低熔点侧的材料厚度的减小。 当由金属制成的三片或多片异种材料被层叠且通过电阻焊操作接合时，可以 利用该方法。对于具有同种材料界面和异种材料界面两者且其中由于两种界 面直径的接触电阻的差异，异种材料界面中的电阻加热小于同种材料界面的 电阻加热的材料的组合，可以也利用该方法。还披露了由这样的接合方法获 得的接合结构。接合结构例如为车辆的组件，比如门、车盖等。基于以下的实施例，解释了本发明，尽管本发明不一定限于这些实施例。 这里根据本发明的异种金属的接合方法涉及通过电阻焊操作来层叠接合三片或多片金属板材料，其中金属板材料具有异种材料界面和同种材料界 面。异种材料界面中的接触电阻低于同种材料界面中的接触电阻。这样的异 种金属材料的具体组合例如可以包括钢_钢_铝合金材料和钢-钢-镁合 金材料的组合。如这里所用的，术语"同种材料"意味着具有相同组分系统或相同金属 结构的材料。然而，这样的术语不限于属于同一标准的材料。例如，在钢材 料的情形，虽然材料可以属于各自的标准，比如碳钢和合金钢或软钢，拉伸 强度钢等，它们被认为是相同的材料，只要所述材料具有铁素体结构。如这里所用的，术语"同种材料界面"意味着同种材料的接合界面，而 术语"异种材料界面"意味着异种材料的接合界面。在异种金属的接合方法的 一个实施例中，使用了 AC电源型的点焊装置， 如图1A所示。在图1A中，通过由焊接电极E1和E2加压三片板材料A、 B和C (B和C为同种材料)且将电流传导到这三片板材料A、 B和C (B 和C为同种材料)，进行了层叠焊接操作。在该异种金属的接合方法中，通过在层叠的材料之间传导比较低的第一 电流且随后传导大于第 一电流的第二电流，在同种材料界面中形成熔核。因为在接合操作的初始工艺导通比较低的电流，熔核形成于具有较大接 触电阻和电阻加热的同种材料界面。而且，因为同种材料界面被接合，确保 了电传导，使得减小了同种材料界面中的电阻。为此，因为在熔核形成于同 种材料界面之后，同种材料界面中的电阻加热变得足够，可以在异种材料界 面中形成期望的熔核直径。在该情形，如图1B所示，可以进行接合操作，而且监测层叠的板材料 中的同种材料界面中的接触电阻。这通过使用用于监测接触电阻且根据同种 材料界面中的电阻值的变化将第 一电流转换为更大的第二电流的电流表或 电压表的接触电阻监测装置来实现。虽然未示出，可以通过监测图1B中的板材料A和板材料C之间的接触 电阻，而将第一电流转换为第二电流。因为板材料B和板材料C之间的接 触电阻大于板材料A和板材料B之间的接触电阻，通过监测板材料A和板 材料C之间的接触电阻减小，可以减小同种材料界面中的接触电阻。当同种材料界面中的接触电阻变得等于异种材料界面中的接触电阻时，第一电流可以被转换为更大的第二电流。在该接合方法实施例中，在导通电流时减小了电阻加热差异，使得异种 材料界面和同种材料界面中的接触电阻之间的平衡变得有利。为了实现它， 形成异种材料界面的至少 一个板材料侧中的表面粗糙度可以大于形成同种 材料界面的任一板材料表面的粗糙度。可替代地，在形成同种材料界面的至 少 一板材料侧中的表面粗糙度细于形成异种材料界面的任一板材料表面。例如，板材料表面的粗糙方法可以包括具有粗糙织构的粗锉的摩擦操 作、蚀刻操作和喷丸操作。另外，为了改善表面粗糙度，即使得表面更精细 且更光滑，可以考虑研磨抛光操作或软皮抛光操作以作为精加工工艺。而且，对于同一物体，可以在异种材料界面中夹置用于增加异种材料界 面的电阻的材料。更具体而言，可以将氧化铝浆料施加到该界面，或可以夹 置碳材料、陶瓷或导电树脂。在这里教导的接合方法中，密封材料可以被夹置在异种材料界面中。通 过防止由于异种金属的直接接触引起的电蚀，可以改善异种材料的抗蚀性。 另外，提高了异种材料界面中的电阻加热，使得在界面处发生熔核直径的扩 展。另外，可以将第三金属材料夹置在异种材料界面中，其中第三金属材料 与形成该界面的至少一侧的异种金属材料共晶熔融，或导致共晶熔接。通过 这样作，虽然刚硬氧化物涂层形成于接合表面上，这样的涂层也可以容易地 从接合界面去除。图2显示了作为其中发生共晶反应的合金的实例的铝-锌(Al-Zn)系 统的二元相图。如图2所示，A1-Zn系统中的共晶点Te为665K且在比A1 的熔点933K还要低的温度发生共晶反应。因而，如果在图2所示的共晶点发生Al和Zn的共晶熔接，则可以进行 低温接合操作，且随着氧化物涂层的去除或相互扩散等，该共晶熔接被用于 铝材料的接合操作。由此可以有效地抑制金属对于比如Fe2Als或FeAl3的金 属间化合物的接合界面的生长。如这里所用，共晶熔接意味着利用共晶反应的熔接。当由两种金属(或 合金)的相互扩散引起的相互扩散区的组分为共晶组分时，如果维持温度等 于或高于共晶温度，则由共晶反应形成了液相。例如，对于铝和锌，铝的熔 点为933K且锌的熔点为692.5K。另外，共晶金属在低于铝和锌的熔点的655K的温度熔融。由此，当通过在等于或大于655K的温度加热，两种金属的清洁表面接 触并保持，发生共晶熔接反应。共晶组分变为A1-95%Zn。虽然刚硬的氧化物涂层存在于铝材料的表面上，通过在电阻焊操作时的 电流导通和加压操作，物理上破坏了涂层。即，因为材料表面上的微观突起 部分在加压操作期间彼此接触，所以从通过局部破坏一部分氧化物涂层而接 触的那部分铝和锌发生共晶熔接。因为形成了液相，其周围的氧化物涂层断 裂且分解。而且，共晶熔接反应被扩展到整个表面，使得提高了氧化物涂层 破坏。完成了经由液相的接合操作。因为通过相互扩散自动实现了共晶组分，不必控制组分。共晶反应发生 于两种类型的金属或合金之间的低熔点处。在铝和锌的共晶熔接的情形，当 使用Zn - Al合金来取代锌时，则该组成包含等于或大于95 %的锌是有利的。图3A到3F示意地示出了当密封材料夹置于异种材料界面时利用共晶熔 接的接合工艺。首先，如图3A所示，制备了镀锌的钢板2和铝合金板1。锌镀层2p提 供在镀锌钢板2上且用作导致与Al共晶反应的第三金属材料。镀锌钢板2 和铝合金板1被层叠，使得锌镀层2p相邻于铝合金板2。膏型密封材料S 施加到其界面，且氧化物涂层1C形成于铝合金板1的表面上。接着，被接合的材料通过如图3B所示的一对上和下焊接电极加压，使 得密封材料S从接合部分的中心部分排出到外周部分。在中心部分，铝合金 板1的表面上的锌镀层2p和氧化物涂层lc直接彼此接触。当如图3C所示由于加压和电流导通操作而发生机械或热冲击时，氧化 物涂层被局部破坏。结果，在锌和铝彼此接触之处，由此保持了等于或高于 锌和铝的共晶点温度的温度，如图3D所示，然后发生锌和铝的共晶熔接。如图3E所示，通过进一步加压电极，氧化物涂层lc或在与共晶熔接金 属的接合界面中的杂质(未显示)被排出到具有密封材料的接合部分的周围， 且保证了预定的接合面积。其后，因为铝和钢的新表面彼此直接接合，如图 3F所示，在镀锌钢板2和铝合金板1之间可以获得刚硬的金属接合。夹置在两种材料之间的第三金属材料不被具体限定，只要其与铝合金形 成了低熔点共晶组分。例如，除了上述的锌(Zn)之外，第三金属材料还可 以包括铜(Cu)、锡(Sn)、银(Ag)或镍(Ni)。这样的金属与Al导致共晶反应且在等于或低于基材(即铝合金材料) 的熔点的温度熔融。由此，即使对于容易形成脆弱金属间化合物的钢和铝合 金材料的接合操作，可以在低温去除氧化物涂层。另外，可以抑制接合工艺 过程中在接合界面上金属间化合物的形成，使得形成了刚硬的接合。虽然这里使用来解释操作的材料主要为钢和铝合金的组合，也可以考虑 钢和镁合金材料的组合。当接合钢和镁合金材料时，通过引起镀锌钢侧和镁 之间的共晶反应，可以进行接合操作。第三金属材料一定不限于上述的纯金属。然而，因为共晶金属也包括二 元合金和三元合金，第三金属材料可以包括合金，该合金包括它们之中的金 属的任何一种类型。第三金属材料可以通过任何适当的方法夹置。 一个非限制实例包括在要 被接合的材料的接合表面的至少之一上镀覆第三金属材料。在期望或要求的 情形，也考虑可以采用材料插入。然而，可以理解通过减小制造工艺的数量， 镀覆工艺改善了操作效率。因为不需任何特别的准备，且可以在现场使用可 常规获得的为控制腐蚀而镀锌的钢材料，可以容易且便宜地进行异种金属的 刚硬接合操作。从在此披露的异种金属的接合方法导致的接合结构具有三片或多片异 种金属材料。当由第 一金属材料形成的两片或多片板材料与由具有低于第一 金属材料的熔点的第二金属材料形成的 一 片或多片板材料层叠时，形成了异 种材料界面和同种材料界面，且异种材料界面中的接触电阻变得低于同种材 料界面中的接触电阻。另外，可以获得整个接缝结构中所需的强度，这是因为在异种材料界面中形成了具有直径Dd的熔核，该直径Dd在4.4# 〈DcK12V^T的范围内，或更优选地5.5^T〈D(K12V^的范围内。这里，tl为具有形成异种材料界面的每种材料的每个单位面积中的强度两倍的板的厚 度，且该板的厚度较小。Dd为异种材料界面上的熔核的直径。而且，在同 种材料界面中形成了具有直径Ds的熔核，Ds在4V^〈Ds〈V^的范围，其 中t2为具有形成同种材料界面的每种材料的每个单位面积中的强度两倍的 板的厚度，且该板的厚度较小。Ds为同种材料界面上的熔核的直径。当异种材料界面中的熔核直径Dd和同种材料界面中的熔核直径Ds分 别等于或小于4.4*和4V^时，各界面中的接合强度可能是弱的。当熔核 直径Dd和Ds分别等于或大于12V^I和7V^时，强度大于所需要的且形成了大于需要的较大的接合边缘。这可以增加了重量和成本。 其后，详细解释了本发明的具体实施例。接下来描述了如图4A和4B所述的第一实施例。如图4A所述，进行了 三片包(bundle)的接合操作，其中依次层叠了具有1.0 mm的厚度的6000系 统铝合金板1、具有0.8 mm的厚度的镀锌钢板2、和具有1.2 mm的棵钢板 3。使用了具有如图1B所示的接触电阻监测装置的AC电源型的点焊装置， 以及具有40 mm的前端曲面曲率半径的R型电极作为电极E1和E2。为了在同种材料界面(即镀锌钢板2和棵钢板3之间的界面)中形成熔 核Ns,施加300kgf的压力且导通4000 A的AC电流，同时采用监测装置M 连续监测同种材料界面的接触电阻。当同种材料界面的接触电阻被减小到以 前测得并存储的初级接触电阻值的20%的值时，AC电流被增加到22000A 的值。然后，AC电流被导通0.16秒的总时间段。如图4B所示，熔核Nd 形成于异种材料界面中，即铝合金板1和镀锌钢板2之间的界面中。通过进行具有这样的电流导通模式的电阻焊操作，当初始接触电阻差异 大时，抑制了异种材料界面中的加热。因为在初始低电流中缺乏热，熔核没 有形成于异种材料界面中，而熔核Ns形成于同种材料界面中。当电流切换 为大于初始低电流的电流时因为部分的同种材料界面被接合，界面的电阻减 小。由此，在抑制同种材料界面的加热的同时，可以在异种材料界面中形成 熔核Nd。如此，可以阻止由于同种材料界面的加热引起的铝合金板l的厚度减小， 以及可以通过允许在两种界面中的熔核直径具有合适的尺寸而获得有利的 接合接缝。结果，在同种材料界面中形成了具有直径Ds二5mm的熔核Ns，而在异 种材料界面中形成了具有直径Dd二7mm的熔核Nd。另外，在接合界面周围 挤出包括熔融共晶金属的杂质、氧化物涂层或密封材料之内的排出物D。在本实施例中，使用了镀锌钢板2。由此，有效地进行了作为第三金属 材料的锌和铝的共晶熔接。如此，可以在低温去除铝合金板1的表面上的氧 化物涂层。这实现了在低温下异种材料界面的锌表面的接触，且获得了具有 高强度的接合连接，这是因为形成了薄且均匀的Fe-Al扩散反应层(化合 物层)。在第二实施例中，如同第一实施例，进行了三片包的接合操作，其中依次层叠了具有1.0 mm的厚度的6000系统铝合金板1、具有0.8 mm的厚度 的镀锌钢板2、和具有1.2mm的棵钢板3。在该情形，形成异种材料界面的 铝合金板1的表面由emery No.80接地，使得其比形成同种材料界面的镀锌 钢板2和棵钢板3的表面更粗糙。这导致异种材料界面的初始接触电阻等于 同种材料界面的接触电阻。除了通过使用图1B所示的点焊装置使得初始电流为6000A之外，重复 了上述的相同操作。在同种材料界面形成了具有直径Ds = 5 mm的熔核Ns， 且在异种材料界面形成了具有直径Dd = 7 mm的熔核Nd。通过进一步粗糙化异种材料界面的表面，增加了异种材料界面的接触电 阻，且增加了异种材料界面中的电阻加热。这提高了形成于异种材料界面中 的熔核。另外，通过阻止由同种材料界面中的电阻加热的热传导引起的铝合 金板l的厚度的减小，形成了具有适当形状和尺寸的熔核。而且，除了共晶 熔接的效果之外，还可以获得有利的接合接缝。在图5A中显示了第三实施例。进行了三片包的接合操作，其中依次层 叠了具有1.0 mm的厚度的6000系统铝合金板1、具有0.8 mm的厚度的镀 锌钢板2、和具有1.2mm的棵钢板3。另外，由环氧系统中的热固性树脂形 成的密封材料S设置于铝合金板1和镀锌钢板2的界面中。除了通过使用图1B所示的点焊装置施加450kgf的压力之外，重复了与 第一实施例相同的操作。在同种材料界面形成了具有直径Ds = 5 mm的熔核 Ns，且在异种材料界面形成了具有直径Dd = 8 mm的熔核Nd。密封材料S被插入且保持在异种材料之前，防止由于异种材料直接接触 引起的电腐蚀。异种材料界面中的电阻加热由于密封材料的电阻而增加，由 此增强了异种材料界面中形成的熔核。另外，通过阻止铝合金板1的厚度的 减小，同时平稳地从接合界面排出铝的氧化物涂层，可以获得有利的接合接 缝。在同种材料界面和异种材料界面中形成具有适当形状和尺寸的熔核。在第四实施例中，如第一实施例中，进行了三片包的接合操作，其中依 次层叠了具有1.0 mm的厚度的6000系统铝合金板1、具有0.8 mm的厚度 的镀锌钢板2、和具有1.2mm的棵钢板3。此时，为了增加异种材料界面的 接触电阻，氧化铝浆料被薄地施加到铝合金板1的接合表面上。除了通过使用图1B所示的点焊装置使得初始电流为6000A之外，重复 了与第 一实施例相同的操作。在同种材料界面形成了具有直径Ds = 5 mm的熔核Ns,且在异种材料界面形成了具有直径Dd = 7 mm的熔核Nd。因为在该实施例中氧化铝被夹置在异种材料界面中，铝合金板1和镀锌 钢板2之间的电阻与电阻加热一起增加。如此，这增强了该界面中形成的熔 核。而且，如每个实施例中，氧化物涂层可以基于镀锌层2p的夹置而被平 稳地通过共晶熔接的操作排出，且可以获得有利的接合接缝。为了例举异种材料的改善接合，描述了第一比较例。如第一实施例中， 进行了三片包的接合操作，其中依次层叠了具有l.Omm厚度的6000系统铝 合金板l、具有0.8mm厚度的镀锌钢板2、和具有1.2 mm厚度的棵钢板3。通过使用图1A所示的AC电源型点焊装置和如以上的相同电极El和 E2，进行了接合操作，使得同种材料界面中的熔核成为适当的尺寸。具有 12000 A的AC电流导通了 0.16秒，同时施加240 kfg的压力。结果，在同种材料界面形成了具有直径Ds-6mm的熔核Ns,且在异种 材料界面形成了具有直径Dd = 3 mm的熔核Nd。为了进一步比较，描述了第二比较例。当如第一比较例进行了三片包的 接合操作时，除了以下之外，重复了如第一比较例的相同操作。为了在异种 材料界面中的熔核具有适当的尺寸，具有22000 A的AC电流导通了 0.16秒， 而且施加240 kfg的压力。这使得获得了本例的异种金属接合接缝。结果，在同种材料界面形成了具有直径Ds-8mm的熔核Ns。然而，在 异种材料界面中，熔核形成于一端。于是，因为在铝合金板1中发生厚度减 小，所以铝合金板1被沉积在电极E1上。另外，在铝合金板l中形成了开 孔，使得在异种材料界面中没有形成适当的熔核。对于第 一到第四实施例以及第 一和第二比较例，在每个界面中的形成熔 核状态或被接合的材料的厚度减小状态的比较结果显示于下表1中。如结果所示，在第一到第四实施例中，在同种材料界面和异种材料界面 中的熔核的尺寸适当，且没有厚度减小发生。另一方面，在第一比较例中， 虽然在同种材料界面中形成了适当的熔核，但是由于缺乏加热，在异种材料 界面中没有形成具有适当尺寸的熔核。另外，在第二比较例中，证实了如果的厚度减小，使得不能获得有利的接合接缝。表1分类材料组合电流 变化熔核产生状态厚度 减小 状态异种 材料界面同种 材料界面第一比较例6000系统Al合金 +镀锌钢板 +棵钢板没有少适当适当第二比较例6000系统Al合金 +镀锌钢板 +棵钢板没有 (高电流)—过度显著第一实施例6000系统Al合金 +镀锌钢板 +棵钢板有适当适当适当第二实施例6000系统Al合金 +镀锌钢板 +棵钢板 (粗糙化Al合金)有适当适当适当第三实施例6000系统Al合金 +镀锌钢板 +棵钢板 (设置密封材料)有适当适当适当第四实施例6000系统Al合金 +镀锌钢板 +棵钢板 (施加氧化铝浆料)有适当适当适当在图6A中显示了第五实施例。进行了三片包的接合操作，其中依次层 叠了具有1.0 mm的厚度的6000系统铝合金板1、具有1.0 mm的厚度的棵 钢板4、和具有1.2 mm的净果4冈一反3。因为重复了与第一实施例中相同的操作，在同种材料界面形成了具有直径Ds-5 mm的熔核Ns，且在异种材料界面形成了具有直径Dd = 7 mm的 熔核Nd，如图6B所示。对于与铝合金板1接合的钢材料，在该实施例中使用了棵钢板4来取代了镀锌钢板2。因此，共晶熔接不发生，且铝合金板的表面上的氧化物涂层变得难于去除。由此，氧化铝保留在熔核中，少量地恶化了接合强度。在图7A中显示了第六实施例。进行了四片包的接合操作，其中依次层 叠了具有1.0 mm的厚度的6000系统铝合金板1、具有0.8 mm的厚度的熔 接的镀锌钢板2、具有0.8 mm的厚度的棵钢板5、和具有1.2 mm厚度的棵 钢板3。首先传导4000 A的AC电流，且通过使用图IB所示的点焊装置来施加 450kfg的压力，且通过监测装置M来监测同种材料界面的接触电阻。这里， 监测的接触电阻为熔接的镀锌钢板2和棵钢板3之间的接触电阻。如在每个 实施例中，当监测的电阻值被减小到初级接触电阻值的20%的值时，AC电 流被增加到22000A的值，且然后进行了总共0.16秒的总时间段。通过这样作，如图7B所示，在镀锌钢板2的同种材料界面中形成了具 有直径Dsl = 5mm的熔核Nsl。另外，在棵钢板5和棵钢板3的同种材料界 面中形成了具有直径Ds2-5mm的熔核Ns2。而且，在由铝合金板1和镀锌 钢板2形成的异种材料界面中形成了具有直径Nd = 7 mm的熔核Nd。如此，即使在四片包的接合操作的情形下，通过使用镀锌钢板将铝的氧 化物膜从接合表面稳定地排出，可以获得有利的接合接缝，同时抑制铝合金 板1的厚度减小且在同种材料界面和异种材料界面两者中均形成具有适当尺 寸和形状的熔核。已经描述了上述实施例以允许容易理解本发明且上述实施例不限制本 发明。相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的范围内的各种修改和等 同设置，权利要求的范围根据最广的解释从而包括在法律允许下的所有这样 的修改和等同结构。本申请要求于2007年3月30日提交的日本专利申请No. 2007-092461 和于2007年11月28日提交的日本专利申请No. 2007-307345的优先权，其 全部内容通过引用的方式引入于此。
权利要求
1、一种由金属制成的异种材料的接合方法，所述方法包括层叠多个板材料，其中至少两个板材料为第一金属材料，且至少一个板材料为第二金属材料，所述第二金属材料的熔点低于所述第一金属材料的熔点，从而形成异种材料界面和同种材料界面；通过电阻焊操作形成分层的接缝，其中所述异种材料界面的接触电阻小于所述同种材料界面的接触电阻；横跨所述多个层叠的板材料中的至少三层传导第一电流，从而在所述同种材料界面中形成熔核，且横跨所述多个层叠的板材料中的至少三层传导第二电流，从而在所述异种材料界面中形成熔核，其中所述第二电流大于所述第一电流。
2、 根据权利要求1所述的方法，还包括 监测所述同种材料界面的接触电阻，同时导通第一电流；而且根据所述同种材料界面的接触电阻的减小来将所述第 一 电流切换为所 述第二电流。
3、 根据权利要求1所述的方法，还包括在传导所述第一电流和第二电流之前，粗糙化形成所述异种材料界面的 至少一个板材料的表面，其中所述表面的粗糙度大于形成所述同种材料界面 的至少 一个板材料的表面粗糙度。
4、 根据权利要求1所述的方法，还包括在传导所述第一电流和第二电流之前，平滑形成所述同种材料界面的至 少一个板材料的表面，其中所述表面的粗糙度细于形成所述异种材料界面的 至少 一个板材料的表面粗糙度。
5、 根据权利要求1所述的方法，还包括在传导所述第一电流和第二电流之前，在所述异种材料界面中夹置增加 所述异种材料界面的电阻的材料。
6、 根据权利要求1所述的方法，还包括在传导所述第一电流和第二电流之前，在所述异种材料界面中夹置密封 材料。
7、 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属材料为钢，而所述第二金属材料为铝合金。
8、 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属材料为钢，而所述 第二金属材料为镁合金。
9、 根据权利要求1所述的方法，还包括在传导所述第 一电流和第二电流之前，在所述异种材料界面中夹置与形 成所述异种材料界面的至少 一个板材料共晶熔融的材料。
10、 根据权利要求9所述的方法，还包括在传导所述第一电流和第二电流之前，在所述夹置的材料和形成所述异 种材料界面的另 一个板材料之间引入密封材料。
11、 根据权利要求9所述的方法，其中所述夹置的材料为镀覆在形成所 述异种材料界面的所述第一金属材料的表面上的材料。
12、 根据权利要求11所述的方法，其中所述镀覆的材料为铜、锡、银、 镍和锌中的至少一种。
13、 一种由权利要求11的方法获得的由金属制成的异种材料的接合结构。
14、 一种由金属制成的异种材料的接合结构，包括 第 一金属材料的至少两个板层；第二金属材料的至少一个板层，所述第二金属材料的熔点低于所述第一 金属材料的熔点；所述第 一金属材料的板层和所述第二金属材料的板层之间的异种材料 界面；所述第一金属材料的相邻板层之间的同种材料界面，其中所述异种材料界面中的接触电阻低于所述同种材料界面中的接触电阻；形成于所述异种材料界面中的具有第一直径的熔核；以及 形成于所述同种材料界面中的具有第二直径的熔核，其中所述第一直径等于或大于所述第二直径。
15、 根据权利要求14所述的接合结构，其中所述第一金属材料的至少 两个板层的厚度为tl，所述第二金属材料的至少一板层的厚度为t2，所述第 一直径Dd在4.4 V^T <Dd<12 V^T的范围内，且所述第二直径Ds在 4 V^" <Dd<7 的范围内。
16、 一种包括权利要求15所述的接合结构的车辆组件。
全文摘要
本发明披露了一种由金属制成的异种材料的接合方法及其所得的结构。通过层叠三层或三层以上的片来形成所要接合的材料，从而形成了异种材料界面和同种材料界面。第一电流在三片层叠材料之间导通，在该层叠材料中例如依次层叠了铝合金板、镀锌钢板和裸钢板。熔核形成于为同种材料的镀锌钢板和裸钢板之间的界面中。然后，导通大于第一电流的第二电流，且熔核形成于铝合金板和镀锌钢板之间的界面中。根据本发明，在同种材料界面和异种材料界面两者中均形成具有适当尺寸和形状的熔核。
文档编号B23K11/10GK101274387SQ200810087229
公开日2008年10月1日 申请日期2008年3月24日 优先权日2007年3月30日
发明者中川成幸, 宫本健二 申请人:日产自动车株式会社