轧制接合体及其制造方法与流程

本发明涉及轧制接合体及其制造方法。进一步地，还涉及由该轧制接合体制作的成型品。

背景技术：

金属材料被应用于各种领域，例如作为移动电子设备等电子设备中的集成电路用屏蔽罩等内部保护部件而被使用。这些金属材料要求有高强度和成形加工性。不锈钢作为这样的金属材料被广泛使用。另外，层叠2种以上的金属板或金属薄片而成的轧制接合体(金属层叠材料、包层材料)也已知是可以利用的其它金属材料。轧制接合体是具有从单独材料所不能得到的复合特性的高功能性金属材料，例如，以提高热传导性为目的，由不锈钢和铜层叠而成的轧制接合体正在被研究。

作为现有的轧制接合体，例如已知有专利文献1及2所公开的轧制接合体。在专利文献1中，公开了一种底座板及其制作方法，底座板由包层材料构成，包层材料由第1层、第2层和第3层轧制接合而成，第1层由奥氏体不锈钢形成，第2层由铜或铜合金形成并层叠于所述第1层，第3层由奥氏体不锈钢形成并层叠于所述第2层的与所述第1层的相反一侧，所述第2层的厚度占所述包层材料厚度的15％以上。

另外在专利文献2中，公开了一种铜-不锈钢包层板的制造方法，其特征在于，将铜板和不锈钢板的经过了刷洗处理的接合面彼此重合，进行压下率2～10％的冷轧，压接而制成拼板后，在10^-4torr以下的真空中加热至500～1050℃。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特许第5410646号公报

专利文献2：(日本)特许第3168930号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在如专利文献1那样制造铜和不锈钢的轧制接合体的情况下，通过反复进行轧制及热处理，能够实现薄板化。但是，在该轧制工序中有以下问题存在：铜-不锈钢界面的平坦性恶化，另外，从轧制接合体通过冲压加工制作各种成型品时的尺寸精度差。

在专利文献2中是以低压下率进行轧制，但由于是进行刷洗处理并在界面上附加凹凸来确保密合性，因此存在铜-不锈钢界面的平坦性差的缺点，另外，也与专利文献1的轧制接合体一样存在冲压加工后的尺寸精度差的缺点。

近年来集成电路的高速化对轧制接合体加强热传导性、散热性提出了要求。另外，移动电子设备等的运转时间的增加导致的二次电池大容量化，以及多功能和高功能化导致的部件数量增加，都对节省空间提出了要求。伴随于此，轧制接合体的厚度的薄型化和应用部件的形状复杂化不断发展，因此希望进一步提高冲压加工后的尺寸精度。

因此，本发明鉴于上述的以往状况，其目的在于提供一种维持散热性等功能性，且冲压加工后的尺寸精度优异的轧制接合体及其制造方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明人等进行了深入研究，结果发现，轧制接合体的冲压加工后的尺寸精度依赖于构成轧制接合体的各个金属层的厚度精度，通过将其厚度精度控制在特定的范围内，就可以使冲压加工后的高尺寸精度得以实现，从而完成了本发明。即，本发明的概要如下：

(1)一种轧制接合体，是由2层以上金属层构成的轧制接合体，其中，最表层厚度的标准偏差σ与所述轧制接合体的厚度t之比σ/t为0～4.0％，且所述厚度t在2mm以内，所述厚度t的偏差为4.0％以内。

(2)根据上述(1)所述的轧制接合体，其中，最表层厚度的标准偏差σ为小于4.0μm。

(3)根据上述(1)或(2)所述的轧制接合体，其中，2层以上的金属层分别独立地为选自由al、cu、mg、fe及ti组成的群中的金属或其合金。

(4)一种上述(1)所述的轧制接合体的制造方法，其中包括以使2层以上的金属层中最硬质的金属层接合前后的维氏硬度(jisz2244、负荷50gf)的变化量在80以内的方式接合所述2层以上的金属层的工序，

压下量δt与接合前所述2层以上的金属层的总厚度t0之比δt/t0为小于1.0。

(5)根据上述(4)所述的轧制接合体的制造方法，其中，接合2层以上的金属层的工序通过对进行接合的金属层的表面进行溅射蚀刻，将所述溅射蚀刻后的表面彼此压接来进行。

(6)一种由上述(1)～(3)中任一项所述的轧制接合体构成的成型品。

本说明书包合作为本申请优先权基础的日本专利申请号2017-020551号的公开内容。

发明效果

根据本发明，能够得到维持散热性等功能性，且冲压加工后具有优异尺寸精度的轧制接合体。该轧制接合体利用其高尺寸精度，可适合作为移动电子设备等的外罩、加强部件、散热/电磁波屏蔽等功能性部件使用。

附图说明

图1是本实施方式的轧制接合体(sus/cu/sus的3层构造)的截面的光学显微镜照片(1000倍)。

图2是示出δt/to与σ/t之间的关系的图表。

图3是通过v形块法实施了弯曲加工的轧制接合体的光学显微镜照片(50倍)。

图4是示出例1、2及4的轧制接合体的与平均完工角度(平均仕上がう角度)的偏差的分布的图表。

图5是示出例1、2及4的轧制接合体的与平均完工角度的偏差和概率密度的关系的图表。

图6是示出σ/t与完工角度的标准偏差之间的关系的图。

图7是示出σ与完工角度的标准偏差之间的关系的图表。

具体实施方式

以下将基于实施的方式详细说明本发明。

本实施方式的轧制接合体由2层以上的金属层构成。优选为2～4层，特别优选为3层。各金属层的材料可以根据轧制接合体的用途等适当选择，没有特别限定。例如，各金属层可以分别独立地由选自由al、cu、mg、fe及ti组成的群中的金属或其合金构成。作为合金，可列举出sus304、sus316、ti合金、cu合金、或a5052等铝合金、或az31、az61、az91、lz91等镁合金等。其中，作为同时具有不锈钢的强度和铜、铝或铝合金的热传导性、散热性的轧制接合体，优选使用由sus/cu/sus、sus/al/sus、al/sus/al等3层构成的轧制接合体、或是由sus/cu、sus/al、sus/al合金、cu/al合金等2层构成的轧制接合体。此外，还优选使用由ti/al合金、ti合金/al合金等2层构成的轧制接合体。

作为进行接合的金属层，可以使用金属板材或薄片。单金属板材或薄片，例如是铝或铜时，根据轧制接合体的用途，为了进一步提高热传导性等，优选使用纯度高的板材或薄片，具体而言为99.5质量％以上，但不限于此。

进行接合的板材或薄片等金属层的厚度通常分别为0.01mm以上则可以适用，而从所得到的轧制接合体的机械强度及加工性的观点出发，优选为0.01mm～1.8mm。如果考虑操作性，则优选为0.015mm以上。另外，从轧制接合体轻量化和薄型化的观点出发，接合前的金属层的厚度更优选为1.2mm以下，进一步优选为0.8mm以下，特别优选为0.5mm以下。但是，由于轧制接合体的厚度也可以通过接合后的再轧制而变薄，因此接合前的金属层的厚度并不限定于上述范围。另外，接合前的金属层的厚度可以通过千分尺等进行测量，是指在从作为对象的金属层的表面上随机选择的10点处测量的厚度的平均值。另外，对于所使用的板材或薄片，优选全部10点的测量值与平均值的偏差在10％以内。特别是，在使用厚度小于1mm的薄片作为进行接合的金属层的情况下，如果偏差大，则散热性等性能有可能出现变化，因此优选为偏差较小。

并且，本实施方式的轧制接合体，其特征为：最表层的厚度的标准偏差σ与轧制接合体的厚度t之比σ/t为0～4.0％。更优选为0～1.2％，进一步优选为0～0.9％，特别优选为0～0.7％。此外，厚度t的偏差需要在4.0％以内。更优选为3.0％以内，进一步优选为2.5％以内，特别优选为2.0％以内。特别地，标准偏差σ优选为小于4.0μm，标准偏差σ更优选为小于1.8μm。轧制接合体的厚度t如果过薄，则操作性变差，相反如果过厚，则轧制接合体的重量增加，另外，有时会出现难以进行卷对卷连续生产的情况，因此要考虑这些平衡来适当设定。具体而言，厚度t为2mm以内，更优选为1mm以内，进一步优选为0.5mm以内，特别优选为0.2mm以内。

在此，最表层的厚度的标准偏差σ是指，如图1所示，取得轧制接合体1的截面的光学显微镜照片，对于该光学显微镜照片中的宽度300μm的截面，以等间隔测量最表层的金属层的10点处的厚度t1，由得到的10点处的测量值求出的标准偏差。另外，轧制接合体1的厚度t是指用千分尺测量轧制接合体1上的任意30点处的厚度，得到的测量值的平均值。厚度t的偏差是指，在将上述30点处的厚度的测量值分别设为ti(i＝1，2...30)时，|ti-t|/t×100(％)的值。

除了最表层的金属层的厚度之外，接合后的轧制接合体状态下的各金属层的厚度，例如如上所述，可以基于轧制接合体1的截面的光学显微镜照片进行测量。即，对于光学显微镜照片中的宽度为300μm的截面，以等间隔对各金属层的10点处的厚度进行测量，将得到的10点处的平均值作为该金属层的厚度。在轧制接合体状态下的各金属层厚度通常只要分别为0.01mm以上即可，从轧制接合体机械强度及加工性的观点出发，优选为0.01mm～1.8mm。从轧制接合体轻量化和薄型化的观点出发，各金属层的厚度更优选为1.2mm以下，进一步优选为0.8mm以下，特别优选为0.5mm以下。

通过将标准偏差σ与轧制接合体厚度t之比σ/t控制在0～4.0％范围内，将厚度t控制在2mm以内，将厚度t的偏差控制在4.0％以内，可以在对轧制接合体实施冲压加工后维持高尺寸精度。具体而言，例如，在使轧制接合体塑性变形为规定的角度时，能够大幅减小因弹性而从该规定角度扩展的现象(称为“回弹”)的大小程度的不均匀。冲压加工后的尺寸精度依赖于构成轧制接合体的金属层的厚度精度，特别是在如上所述的厚度薄的轧制接合体中，金属层的厚度精度对冲压加工后的尺寸精度的影响较大，但这些在以往并不为人所知，是在本发明中首次发现的。

关于尺寸精度，例如，关于金属冲压加工品的普通尺寸公差，在jisb0408-1991中作为“弯曲及拉深的普通尺寸容许公差”，在基准尺寸为6mm以上且小于30mm的情况下，尺寸精度b级规定为±0.5mm，尺寸精度c级规定为±1mm。在此，将长度60mm的试验片通过后述的v形块法在中心弯折成60度，将试验片的单侧长度设为30mm时，如果假设弯折角的平均值为60度进行计算，则当试验片的角度偏离±1度，试验片开口的距离会产生±0.46mm的偏差，偏离±1.1度，会产生±0.5mm的偏差，偏离±1.4度，会产生±0.64mm的偏差。如后述实施例所示，在本发明中发现通过使轧制接合体的σ/t为0～4.0％，可以形成满足上述jis基准中c级的规格，进而通过使σ/t为0～1.2％，可以显著地减小完工角度的标准偏差，形成满足上述jis基准中的b级的规格。另外，基准尺寸只不过是一个例子，本发明并不限定于此。

另外，在轧制接合体1中的与界面相反侧的金属层的表面，根据需要，以不妨碍热传导性、散热性等功能的程度，以提高耐腐蚀性、防止氧化、防止变色等为目的，可以设置保护层。例如，作为对于由铜构成的金属层的保护层的例子，可以举出化学转化处理层、镀ni层等。另外，作为对于由镁合金构成的金属层的保护层的例子，可以举出磷酸系、铬酸盐系、阳极氧化处理这样的化学转化处理层。

接下来，对轧制接合体的制造方法进行说明。本实施方式的轧制接合体可以准备板材或薄片等金属层，将它们通过冷轧接合、热轧接合、表面活性化接合等各种方法相互接合来制造。此时，本实施方式的特征为：以进行接合的2层以上的金属层中最硬质的金属层的接合前后的维氏硬度的变化量在80以内的方式进行接合，并且压下量δt与接合前的2层以上的金属层的总厚度t0的比δt/t0控制为小于1.0。特别优选以压下量δt与总厚度t0之比δt/t0为小于0.7的方式进行接合。由此，可以得到最表层厚度的标准偏差σ与厚度t之比σ/t为0～4.0％、厚度t的偏差为4.0％以内的轧制接合体，从而使冲压加工后的尺寸精度提高。这里的“最硬质”是指进行接合的金属层的维氏硬度(jisz2244、负荷50gf)的值最大。另外，接合后的各金属层的维氏硬度以接合后的轧制接合体的状态进行测量，对于存在于3层以上的轧制接合体的中间的金属层，在轧制接合体的制造过程中，在其中间的金属层位于表面的时刻进行测量。

在冷轧接合情况下，优选在接合后实施稳定化热处理。热轧接合是一边进行接合体的再结晶温度以上的加热一边进行轧制接合的方法，与冷轧接合相比，能够以较低的力接合，但在接合界面容易生成金属间化合物。因此，为了不生成金属间化合物，要注意选择加热温度、加热时间这些条件。

作为制造轧制接合体1的方法，优选的方式如下所述。首先，对进行接合的金属层的表面进行溅射蚀刻，接着，通过将溅射蚀刻后的表面彼此压接，可以制造2层构造的轧制接合体(表面活性化接合)。对于3层以上的轧制接合体，可以通过重复上述工序压接新的金属层来制造。该方法具有以下优点：能够降低压下率(数个百分点以下)，接合界面的平坦性良好，能够提高各金属层的厚度精度(厚度不均匀程度小)。另外，即使在常温下，也可以不破裂地接合镁合金等强度小的金属层，因此优选。

溅射蚀刻处理例如可以如下进行：按宽度100mm～600mm的长卷材形式准备进行接合的金属层，将金属层的接合面作为接地的一个电极，在与被绝缘支撑的另一个电极之间施加1mhz～50mhz的交流电使发生辉光放电，并且将在因辉光放电而产生的等离子中露出的电极面积控制在所述另一个电极的面积的1/3以下。在溅射蚀刻处理中，接地的电极采取冷却辊的形式，以防止输送材料的温度上升。

在溅射蚀刻处理中，通过在真空下用惰性气体溅射金属层接合面，完全除去表面的吸附物，且除去表面的氧化物层的一部分或全部。特别是当金属层是镁合金的情况下，氧化物层不一定需要完全除去，即使是一部分残存的状态也能够得到充分的结合力。通过在残留氧化物层的同时进行溅射蚀刻，与完全除去氧化物层的情况相比，能够大幅减少溅射蚀刻处理时间，提高轧制接合体的生产率。然而，如果是铜的氧化物层，则优选完全除去。作为惰性气体可以使用氩、氖、氙、氪等，或是含有至少一种这些气体的混合气体。根据金属的种类，有的金属层表面的吸附物可以在蚀刻量约1nm左右完全除去，而通常情况，氧化物层可以在5nm～12nm(换算成sio2)左右除去。

溅射蚀刻的处理条件可以根据金属层的种类等适当设定。例如，可以按在真空下、100w～10kw等离子输出、线速度0.5m/分钟～30m/分钟的条件进行。此时的真空度，为了防止对表面的再吸附物而优选较高，例如可为1×10^-5pa～10pa。

经过溅射蚀刻的金属层表面彼此的压接可以通过辊压接来进行。辊压接的轧制线载荷没有特别限定，例如可以设定在0.1tf/cm～10tf/cm的范围内进行。例如压接辊的辊直径为100mm～250mm时，辊压接的轧制线载荷更优选为0.1tf/cm～3tf/cm，进一步优选为0.3tf/cm～1.8tf/cm。但是，在辊直径变大或金属层接合前的厚度大等情况下，为了确保接合时的压力，有时需要提高轧制线载荷，所以并不是限定于该数值范围。另一方面，如果轧制线载荷过高，则不仅金属层的表层，而且接合界面也容易变形，因此轧制接合体中的各个金属层的厚度精度有可能降低。另外，如果轧制线载荷高，则接合时施加的加工形变增加，因此接合后的维氏硬度有增高的倾向。从维持厚度精度的观点出发，最硬质的金属层的接合前后的维氏硬度的变化量优选为80以内。接合前金属层的厚度大的情况下，例如在0.1mm以上的情况下，即使维氏硬度在一定程度上变高，只要是80以内的变化量，就能够保持各金属层的厚度精度，优选为60以内的变化量。接合前金属层的厚度小的情况下，例如不足0.1mm时，金属层的厚度精度和维氏硬度的变化量更容易敏感地相关联，因此变化量优选在50以内，更优选在40以内。另外，关于维氏硬度的测量，在厚度薄的情况下，如果以较大的负荷测量，则材质的影响变得更大，因此在本发明中适用负荷在50gf时的测量值。

关于压接时的压下率，只要使最终制造的轧制接合体的状态下测量的压下量δt在规定的范围内即可，没有特别限定，但优选为8％以下，进一步优选为6％以下。另外，在压接前后厚度不变也是可以的，因此压下率的下限值为0％。

关于辊压接进行的接合，为了防止氧在金属层表面的再次吸附导致两者间的接合强度降低，优选在非氧化气氛中，例如真空中或ar等惰性气体气氛中进行。

通过压接得到的2层以上的轧制接合体，根据需要，可以进一步进行热处理。通过热处理，可以消除金属层的加工形变，提高层间的密合性。该热处理在高温下长时间进行时，有在界面上生成金属间化合物，从而导致密合性(剥离强度)降低的倾向，因此需要在适当的条件下进行。例如，sus和铜的轧制接合体优选在100℃～1050℃下进行10分钟～8小时的热处理，sus和al的轧制接合体优选在200℃～400℃下进行5分钟～8小时的热处理。

另外，通过上述表面活性化接合制造的轧制接合体可以根据需要进一步实施轧制(再轧制)。由此，能够从廉价的厚构造的原板制造出高价的薄构造的轧制接合体，另外，具有能够通过调质轧制进行材料的调质的优点。进行再轧制时，压下量δt是在再轧制后的状态下测量。即，接合前2层以上的金属层的总厚度t0与再轧制后的轧制接合体的厚度t之差为压下量δt。

通过以上工序可以得到2层以上的轧制接合体。得到的轧制接合体可以作为移动电子设备、pc等各种电子设备、汽车等输送设备用电子部件、家电用电子部件等的盖、框体、外壳、加强部件、散热/电磁波屏蔽等的功能部件等的成型品利用。

[实施例]

以下根据实施例及参考例更详细地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。

作为例1～13，制作了由2层或3层金属层构成的轧制接合体。例14中，作为参考例使用了厚度102μm的不锈钢板。例1～13中使用的金属层如下所示。

例1：厚度25μm的sus板/厚度52μm的cu板/厚度25μm的sus板

例2：厚度50μm的sus板/厚度102μm的cu板/厚度50μm的sus板

例3：厚度102μm的sus板/厚度204μm的cu板/厚度102μm的sus板

例4：厚度102μm的sus板/厚度204μm的cu板/厚度102μm的sus板

例5：厚度102μm的sus板/厚度204μm的cu板/厚度102μm的sus板

例6：厚度50μm的sus板/厚度52μm的cu板

例7：厚度201μm的sus板/厚度195μm的cu板

例8：厚度15μm的sus板/厚度74μm的al板/厚度15μm的sus板

例9：厚度51μm的al板/厚度198μm的sus板/厚度51μm的al板

例10：厚度0.25mm的sus板(sus304)/厚度0.8mm的al合金板(a5052)

例11：厚度200μm的cu板(c1020)/厚度200μm的al合金板(a5052)

例12：厚度200μm的纯ti板(tp270)/厚度600μm的al合金板(a5052)

例13：厚度200μm的ti合金板(ti15-3-3-3)/厚度600μm的al合金板(a5052)

在接合这些金属层时，对sus板、cu板、al板、al合金板、纯ti板及ti合金板实施了溅射蚀刻处理。对sus板的溅射蚀刻在1×10^-4pa下、等离子输出700w、10分钟～20分钟的条件下实施，对cu板的溅射蚀刻在1×10^-4pa下、等离子输出700w、10分钟的条件下实施，对al板的溅射蚀刻在1×10^-4pa下、等离子输出700w、20分钟的条件下实施，对al合金板的溅射蚀刻在1×10^-4pa下、等离子输出700w、20分钟的条件下实施，对纯ti板的溅射蚀刻在1×10^-4pa下、等离子输出700w、20分钟的条件下实施，对ti合金板的溅射蚀刻在1×10^-4pa下、等离子输出700w、20分钟的条件下实施。将溅射蚀刻处理后的金属层在常温、轧制辊直径130mm～180mm、轧制线载荷0.5tf/cm～1.5tf/cm的条件下通过辊压接接合。表面活性化接合时的压下率均为0％。另外，在表1中，“s”、“c”、“a”、“aa”、“t”及“ta”分别是不锈钢、铜、铝、铝合金、钛及钛合金的意思。

对于例2～4、例7，进行表面活性化接合后，实施了压下率50～75％的轧制(再轧制)。而在例1、例5、例6及例8～13中，没有进行再轧制。另外，对于例2～4、例7，最终在1000℃～1050℃下进行8小时热处理，由此制造了例1～13的2层或3层结构的轧制接合体。表1中汇总表示例1～13的轧制接合体及例14的不锈钢板的接合前的金属层的总厚度t0、最终的厚度t、压下量δt、δt/t0、最表层的厚度的标准偏差σ、及各测量值与平均值即厚度t的偏差(最小值侧及最大值侧)。另外，还一并表示了构成轧制接合体的金属层中最硬质的层的接合前后的维氏硬度(jisz2244、负荷50gf)的值。在测量接合前的维氏硬度时，考虑到金属层薄，将测量对象放置在预定与测量对象轧制接合的金属层上进行了测量。另外，在不锈钢板、铜板、铝板、铝合金板、纯钛板、钛合金板中，硬质程度从大到小依次为：(不锈钢板、钛合金板)＞纯钛板＞同板＞铝板。图2表示各轧制接合体的δt/to与σ/t的关系。由表1及图2可知，通过以两层金属层中最硬质的金属层的接合前后的维氏硬度的变化量在80以内的方式进行接合，压下量δt与接合前的金属层的总厚度t0的比δt/t0控制为小于1.0，就可以得到最表层厚度的标准偏差σ与厚度t之比σ/t为4.0％以内的轧制接合体(例1～13)。

接下来，对例1～14的轧制接合体或不锈钢钢板，按照v形块法(金属配件角度60度、挤压金属配件加工r0.5、负荷1kn、试验材料宽度10mm、jisz2248)实施弯曲加工，并测量了加工后的完工角度。实施了弯曲加工的轧制接合体的光学显微镜照片如图3所示。另外，测量数量为分别30个样本。测量结果如表2所示。在图4及图5中，对于例1、2及4的轧制接合体，示出了与完工角度平均值的偏差的分布。另外，例1～14中的σ/t与完工角度的标准偏差的关系如图6所示。另外，例1～14中的σ与完工角度的标准偏差的关系如图7所示。由图4～7的结果可知，σ/t的值为4.0％以内的例1～13的轧制接合体，其完工角度的标准偏差能够抑制在1.4度以内，具有较高的尺寸精度。特别是σ/t的值为0.9％以内的例1～3、5～6及8～13的轧制接合体，其完工角度的标准偏差能够抑制在1度以内，具有更高的尺寸精度。另外，还显示出当σ的值小于4.0μm时，完工角度的标准偏差被抑制在1度以内(图7)。

[表2]

符号说明

1轧制接合体

t1最表层厚度

t轧制接合体厚度

本说明书中引用的所有出版物、专利及专利申请均通过直接引用而并入本说明书。