WO2018181721A1 - 圧延接合体 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a rolled joined body.
- Metal materials are used in various fields, and are used, for example, as press-molded parts for electronic devices such as housings for mobile electronic devices. These metal materials are required to have high press workability.
- a metal material in addition to a metal material made of a single metal, a rolled joined body (metal laminate material, clad material) in which two or more kinds of metal plates or metal foils are laminated is known.
- a rolled joined body is a highly functional metal material having composite characteristics that cannot be obtained by a single material. For example, a rolled joined body in which stainless steel and aluminum are laminated is being studied.
- metal parts for electronic equipment using a rolled joined body are generally formed by press working.
- Press processing is broadly classified into shear processing, bending processing, and drawing processing.
- the casing is formed by drawing processing.
- the drawing process is difficult to perform even during the press process because the rolled joined body is fixed to a die and a punch is pressed into a hole provided in the die to form a container shape.
- the stretch formability of the rolled joined body is one of important parameters, and high stretch formability is required.
- Patent Document 1 As a conventional rolled joined body (metal laminate material, clad material) excellent in forming processability, Patent Document 1 has a two-layer structure of a stainless steel layer / aluminum layer and has a tensile strength TS (MPa) of 200 ⁇ A metal laminate material in which TS ⁇ 550, the elongation EL is 15% or more, and the surface hardness Hv of the stainless steel layer is 300 or less is disclosed.
- the rolled joined body described in Patent Literature 1 has a specific range of tensile strength, elongation, and surface hardness of the stainless steel layer, so that the overhang height (Erichsen value) by the Erichsen test is 6.0 mm or higher. It is to get sex.
- the rolled joined body according to Patent Document 1 is a rolled joined body having a thin thickness used for a heat radiating member or the like of an electronic device. For example, 0.4 mm or more for a three-layer material, and 0.2 for a two-layer material. There has been insufficient study on a rolled joined body having a thickness suitable for a housing that is 3 mm or more.
- the greater the thickness the higher the reduction force required during the rolling joining. Therefore, the increase in the hardness of the stainless steel layer or the like is large, and the hardness is difficult to control as the thickness is increased. And, as the hardness is higher, the elongation generally decreases, so it is difficult to obtain a rolled joined body having the moldability required for the housing.
- the present invention provides a rolled joined body that exhibits a high Erichsen value even when the thickness is relatively large and is excellent in forming processability, and a method for manufacturing the same.
- the texture (particle size, orientation, strain) of the stainless steel layer in the rolled joined body affects the elongation characteristics of the rolled joined body. Furthermore, the inventors have found that when the texture and the thickness ratio of the stainless steel layer satisfy a specific relationship, the moldability required for the housing can be obtained, and the invention has been completed. That is, the gist of the present invention is as follows.
- the rolled joined body satisfies the following formula. FWHM 200 ⁇ 0.0057P SUS +0.4
- the rolled joined body according to (1), wherein the metal layer different from the stainless steel is a metal layer selected from the group consisting of aluminum, an aluminum alloy, and copper.
- a rolled joined body having a relatively large thickness and a high formability such that an overhang height by an Erichsen test is 7 mm or more.
- This rolled joined body can be suitably used as a member for a casing of various electronic devices such as mobile electronic devices by utilizing excellent molding processability.
- FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of an electronic device casing according to the present invention.
- FIG. 3 is a cross-sectional perspective view in the X-X ′ direction of the first embodiment of the electronic device casing according to the invention.
- the rolling joined body 1 of this embodiment is comprised from the stainless steel (SUS) layer 10 and the metal layer 20 different from stainless steel.
- SUS stainless steel
- the stainless steel used for the stainless steel layer 10 is not particularly limited, and plate materials such as SUS304, SUS201, SUS316, SUS316L, and SUS430 can be used.
- the metal composing the metal layer 20 different from stainless steel can be appropriately selected according to the application and intended characteristics of the rolled joined body. Specifically, aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy, magnesium, a magnesium alloy, etc. are mentioned. In particular, a metal selected from the group consisting of aluminum, an aluminum alloy, and copper is preferably used. By rolling and joining these metals to the stainless steel layer, the heat dissipation and light weight of the rolled joined body can be improved. For example, a rolled joined body suitable for a casing of a mobile electronic device can be obtained.
- an aluminum alloy plate material containing at least one additive metal element selected from Mg, Mn, Si and Cu as a metal element other than aluminum with a total content of additive metal elements exceeding 1 mass%. can be used.
- an Al—Cu based alloy 2000 series
- an Al—Mn based alloy 3000 series
- an Al—Si based alloy 4000 series
- an Al—Mg based alloy 5000 series
- JIS Al—Mg—Si based alloys
- 7000 series Al—Zn—Mg based alloys
- 3000 series, 5000 series, 6000 series and 7000 series are available.
- a 5000 series aluminum alloy is more preferable from the viewpoint of balance and cost.
- the aluminum alloy preferably contains 0.3% by mass or more of Mg.
- a plate material of pure aluminum having a total content of additive metal elements other than aluminum of 1% by mass or less can be used.
- pure aluminum for example, 1000 series pure aluminum prescribed in JIS can be used.
- the total content of additive metal elements other than aluminum in pure aluminum is preferably 0.5% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or less, and particularly preferably 0.15% by mass or less. is there.
- a copper plate material having a total content of additive metal elements other than copper of 1% by mass or less can be used.
- a plate material such as C1100 can be used.
- An example of a copper alloy is Corson copper.
- the thickness T of the rolled joined body 1 is not particularly limited, but is usually 0.2 mm or more and 3 mm or less, preferably 0.3 mm or more and 2.2 mm or less, particularly preferably 0.4 mm or more and 1.5 mm or less.
- the thickness T of the rolled joined body 1 refers to the total thickness of the stainless steel layer 10 and the metal layer 20 different from stainless steel.
- the thickness T of the rolled bonded body is an average value of measured values obtained by measuring the thickness at any 30 points on the rolled bonded body 1 with a micrometer or the like.
- the thickness T SUS stainless layer 10 is applicable as long as usually 0.01mm or more, the lower limit in view of drawing formability and strength, preferably at least 0.045 mm, more preferably 0.05mm or more.
- the upper limit is not particularly limited, but if it is too thick for the metal layer 20 different from stainless steel, the light weight and heat dissipation may be reduced. Therefore , TSUS is preferably 0.6 mm or less, more preferably 0.00. It is particularly preferably 5 mm or less, and more preferably 0.4 mm or less from the viewpoint of weight reduction. Further, from the viewpoint of ensuring heat dissipation of the rolled joined body 1, the stainless steel layer 10 is preferably thinner than the metal layer 20 different from stainless steel.
- the ratio P SUS thickness T SUS stainless layer 10 to the thickness T of preferably 5% or more and 70% or less, more preferably 60% or less than 7%. More preferably, it is 15% or more and 50% or less.
- the thickness TSUS of the stainless steel layer 10 in the rolled joined body 1 was obtained by obtaining an optical micrograph of a cross section of the rolled joined body 1 and measuring the thickness of the stainless steel layer 10 at any 10 points in the optical micrograph. The average value. In the production of the rolled joined body, since the stainless steel plate of the material is joined at a predetermined reduction rate, the thickness of the stainless steel layer of the rolled joined body becomes thinner than the stainless steel plate of the material before joining.
- the rolling assembly 1 of this embodiment the ratio P SUS thickness T SUS stainless layer 10 to the thickness T, the plane orientation of the crystal obtained stainless layer 10 side as measured X-ray diffraction (200)
- the relationship with the half-value width FWHM 200 of the peak shown satisfies the following formula.
- the full width at half maximum FWHM 200 refers to the peak width (°) at a position half the height H of the peak (H / 2).
- the state of the crystal grains in the stainless steel layer 10 is optimized in relation to the thickness ratio PSUS of the stainless steel layer 10, and the thickness of the rolled joined body 1 is relatively large (0.2 mm or more and 3 mm or less). ), It is possible to obtain a rolled joined body 1 having excellent formability.
- the present inventors have found a problem that the hardness increases due to the introduction of processing strain and a decrease in elongation occurs, and as a result, it is difficult to obtain a rolled joined body having a formability required for a casing. Focusing on the half-value width as a parameter of the stainless steel layer after joining, which also reflects the effect at the time of joining, among others, the moldability is optimized by controlling the half-value width of the (200) plane and the thickness ratio of the stainless steel layer.
- the overhang height (Ericsen value) of the rolled joined body 1 by an Ericksen test is 7.0 mm or more, preferably 8.0 mm or more.
- the overhang height by the Eriksen test can be measured according to JIS Z 2247 (Eriksen test method) using, for example, a mechanical Erichsen tester ESM-1 (CAP 2 mm, manufactured by Tokyo Henki Tester Co., Ltd.). it can.
- the present inventors further satisfy the following relational expression with respect to the half width FWHM 200 of the peak of the (200) plane and the thickness TSUS (mm) of the stainless steel layer, when the rolled joined body satisfying the above relational expression is satisfied. Found that is preferred. Thereby, the moldability of a rolling joined body improves more.
- the surface hardness Hv of the stainless steel layer 10 is appropriately set in consideration of the balance between the forming processability and the scratch resistance of the rolled bonded body.
- the surface hardness Hv can be measured according to JIS Z 2244 (Vickers hardness test-test method) using, for example, a micro Vickers hardness meter (load 200 gf).
- the rolled joined body 1 preferably has a peel strength (also referred to as 180 ° peel strength or 180 ° peel strength) as an index of adhesion strength of 60 N / 20 mm or more, and excellent drawing processing.
- a peel strength also referred to as 180 ° peel strength or 180 ° peel strength
- it is more preferably 80 N / 20 mm or more, and particularly preferably 100 N / 20 mm or more.
- peel strength becomes remarkably high, since it does not peel and it will be material fracture
- the peel strength of the rolled bonded body 1 is such that a test piece having a width of 20 mm is produced from the rolled bonded body 1 and the stainless steel layer 10 and the metal layer 20 different from stainless steel are partially peeled off, and then the thick film layer side or the hard layer side is fixed.
- the force required to peel off the other layer when it is pulled 180 ° opposite to the fixed side (unit: N / 20 mm).
- the peel strength does not change if the width of the test piece is between 10 and 30 mm.
- one layer can follow the other layer during drawing, and any layer can be processed without breaking.
- the rolled joined body 1 preferably has high drawing workability and a limit drawing ratio of 1.20 or more. More preferably, it is 1.63 or more, More preferably, it is 1.83 or more.
- the limit drawing ratio of the rolled joined body is the maximum blank that can be squeezed without rupture in one drawing at the drawing ratio D / d of the ratio of the blank diameter D to the cylinder diameter d in the cylinder drawing process. It refers to the value of Dmax / d when the diameter is Dmax.
- the elongation by a tensile test is preferably 35% or more, and more preferably 40% or more, for a test piece having a width of 15 mm. Thereby, favorable press workability is obtained.
- Elongation by a tensile test can be measured using, for example, a test piece of a tensile strength test described later, according to the measurement of elongation at break described in JIS Z 2241 or JIS Z 2201.
- the rolled joined body 1 preferably has a tensile strength of 3000 N or more according to a tensile test with a test piece width of 15 mm. From the viewpoint of having sufficient strength and press workability, it is more preferably 3500 N or more.
- the tensile strength refers to the maximum load in the tensile test.
- the tensile strength can be measured according to JIS Z 2241 or JIS Z 2201 (metal material tensile test method) using, for example, a Tensilon universal material testing machine RTC-1350A (manufactured by Orientec Co., Ltd.).
- the width of 15 mm of the test piece indicates the specification of the special test piece No. 6 in JIS Z 2201.
- test piece 5 the specification of test piece 5 can be used.
- the width of the test piece may be multiplied by 25 mm / 15 mm, that is, about 1.66 times. It ’s fine.
- a stainless steel plate and a metal plate different from stainless steel are prepared, and these are cold rolled bonded, warm rolled bonded, surface activated bonded, etc. It can be performed by bonding to each other by various methods. Moreover, it is preferable to perform stabilization heat processing after joining.
- Warm rolling joining is a method of rolling joining while applying heat above the recrystallization temperature of the joining material, and it can be joined with lower force than cold rolling joining, but it generates an intermetallic compound at the joining interface. Easy to do. Therefore, attention should be paid to the selection of the heating temperature and heating time conditions so as not to generate intermetallic compounds.
- the thickness of the original plate is 0.0125 mm to 6 mm, preferably 0.056 mm to 5 mm, more preferably 0.063 mm to 4 mm for stainless steel plate. Is different from 0.063 mm to 25 mm, preferably 0.13 mm to 17 mm, more preferably 0.25 mm to 11 mm.
- the thickness of the original plate is 0.012 mm to 1 mm, preferably 0.053 mm to 0.83 mm, more preferably 0.059 mm to 0.003 mm for the stainless steel plate material.
- the thickness is 0.059 mm to 4.2 mm, preferably 0.19 mm to 2.8 mm, more preferably 0.24 mm to 1.8 mm.
- a step of preparing a stainless plate and a metal plate different from stainless steel hereinafter referred to as “the other metal plate”
- the other metal plate a metal plate different from stainless steel
- sputter-etching the joining surface of the stainless plate and the other metal plate and the sputter-etched surfaces
- the stainless steel plate that can be used is preferably an annealed material (BA material), a 1 / 2H material or the like from the viewpoint of moldability, but is not limited thereto.
- the thickness of the stainless steel plate before joining is usually applicable as long as it is 0.01 mm or more, and the lower limit is preferably 0.045 mm or more from the viewpoint of drawability and strength and handling properties when a rolled joined body is used. More preferably, it is 0.05 mm or more.
- the upper limit is not particularly limited, but if it is too thick with respect to the other metal layer, elongation and drawability when formed into a rolled joined body may be lowered. It is particularly preferably 0.53 mm or less from the viewpoint of 67 mm or less and further weight reduction.
- the thickness of the stainless steel plate before joining can be measured with a micrometer or the like, and means an average value of thicknesses measured at 10 points randomly selected from the surface of the stainless steel plate.
- the other metal plate to be joined to the stainless steel plate can be appropriately selected from various metal plates depending on the type of metal.
- the thickness before joining the other metal plate is usually 0.05 mm or more, and the lower limit is preferably 0.1 mm or more, and more preferably 0.2 mm or more.
- the upper limit is usually 3.3 mm or less, preferably 2.3 mm or less, more preferably 1.5 mm or less from the viewpoint of weight reduction and cost.
- the thickness of the other metal plate before joining can be determined in the same manner as the stainless steel plate.
- a stainless steel plate and the other metal plate are prepared as long coils having a width of 100 mm to 600 mm, and the stainless steel plate having the joining surface and the other metal plate are grounded to one of them.
- a glow discharge is generated by applying an alternating current of 1 MHz to 50 MHz to another electrode that is insulated and supported, and the area of the electrode exposed to the plasma generated by the glow discharge is defined as the other electrode. The area is 1/3 or less.
- the grounded electrode takes the form of a cooling roll, which can prevent the temperature of each conveying material from rising.
- the adsorbed material on the surface is completely removed by sputtering the surface where the stainless steel plate and the other metal plate are joined with an inert gas in a vacuum, and part or all of the oxide film on the surface is removed. Remove.
- the oxide film does not necessarily need to be completely removed, and a sufficient bonding force can be obtained even if it remains partially. By leaving a part of the oxide film, it is possible to significantly reduce the sputter etching processing time as compared with the case where the oxide film is completely removed, and to improve the productivity of the rolled joined body.
- the inert gas argon, neon, xenon, krypton, or a mixed gas containing at least one of these can be used.
- the adsorbate on the surface of both the stainless steel plate and the other metal plate can be completely removed with an etching amount of about 1 nm (in terms of SiO 2 ).
- the sputter etching process for a stainless steel plate can be performed under a vacuum, for example, with a plasma output of 100 W to 1 kW for 1 to 50 minutes, and for a long material such as a line material, for example.
- a vacuum for example, plasma power of 100 W to 10 kW and a line speed of 1 m / min to 30 m / min can be used.
- the degree of vacuum at this time is preferably higher in order to prevent re-adsorbed substances on the surface, but may be, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa to 10 Pa.
- the temperature of the stainless steel plate is preferably kept at room temperature to 150 ° C. from the viewpoint of preventing the other metal plate from being softened.
- the stainless steel plate with a part of the oxide film remaining on the surface can be obtained by setting the etching amount of the stainless steel plate to 1 nm to 10 nm, for example. If necessary, the etching amount may exceed 10 nm.
- the conditions of the sputter etching process for the other metal plate are appropriately set depending on the type of metal.
- the sputter etching process for an aluminum alloy plate can be performed under vacuum, for example, with a plasma output of 100 W to 1 kW for 1 to 50 minutes, for example, in the case of a single plate, and a long material such as a line material. In this case, it can be performed at a plasma output of 100 W to 10 kW and a line speed of 1 m / min to 30 m / min.
- the degree of vacuum at this time is preferably higher in order to prevent re-adsorbed substances on the surface, but may be 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa to 10 Pa.
- the aluminum alloy plate in which a part of the oxide film on the surface remains can be obtained by setting the etching amount of the aluminum alloy plate to 1 nm to 10 nm, for example. If necessary, the etching amount may exceed 10 nm.
- the joining surface of the stainless steel plate sputter-etched as described above and the other metal plate is pressed by, for example, roll pressing so that the rolling reduction of the stainless steel layer is 0% or more and 25% or less. And the other metal plate are joined.
- the rolling reduction of the stainless steel layer is preferably 0% or more and 10% or less, more preferably 0% or more and 8% or less.
- the upper limit of the rolling reduction of the stainless steel layer is within the above range, work hardening of the stainless steel layer due to the introduction of processing strain can be suppressed, so that it is possible to suppress a decrease in elongation and a press workability. Since the stainless steel layer has a small effect of softening due to the heat treatment after the rolling joining, it is necessary to control the influence of work hardening by the rolling reduction during the rolling joining.
- the total rolling reduction of the rolled joined body is preferably 0% or more and 25% or less, and more preferably 0% or more and 15% or less. More preferably, it is 10% or less.
- the stainless steel layer does not have processing strain excessively and has sufficient strength and elongation, so that it is easy to obtain a rolled bonded body with high press workability.
- the thickness of each layer can be kept uniform to some extent, high press workability is expressed. That is, if a thin portion occurs during rolling joining, a load is likely to be applied locally during press working, and there is a risk of breakage.
- the rolling reduction of the rolled joined body is determined from the total thickness of the stainless steel plate and the other metal plate, which are the materials before joining, and the final thickness of the rolled joined body. That is, the rolling reduction ratio of the rolled joined body is expressed by the following formula: (total thickness of the stainless steel plate before joining and the other metal plate ⁇ final thickness of the rolled joined body) / of the stainless steel plate before joining and the other metal plate. It is determined by the total thickness.
- the rolling line load of roll pressure welding is not particularly limited, and can be set as appropriate so as to achieve a predetermined reduction rate for the stainless steel layer. For example, it can be set in the range of 1.0 tf / cm to 10.0 tf / cm.
- the rolling line load of the roll pressure welding is preferably 1.5 tf / cm to 5.0 tf / cm, more preferably 1.6 tf / cm to 4.0 tf / cm. cm.
- the roll diameter becomes large or the stainless steel plate before joining or the thickness of the other metal plate is thick it may be necessary to increase the rolling line load to secure the pressure. It is not limited to a numerical range.
- the temperature at the time of joining is not particularly limited, and is, for example, room temperature to 150 ° C.
- Joining should be performed in a non-oxidizing atmosphere, for example, an inert gas atmosphere such as Ar, in order to prevent a reduction in bonding strength between the stainless steel plate and the other metal plate due to re-adsorption of oxygen. Is preferred.
- a non-oxidizing atmosphere for example, an inert gas atmosphere such as Ar, in order to prevent a reduction in bonding strength between the stainless steel plate and the other metal plate due to re-adsorption of oxygen. Is preferred.
- the rolled bonded body obtained by bonding the stainless steel plate and the other metal plate as described above is subjected to heat treatment.
- the heat treatment can improve the adhesion between the layers.
- heat processing can serve as annealing of an aluminum alloy layer.
- the heat treatment temperature is, for example, 200 ° C. or more and 500 ° C. or less, preferably 200 ° C. or more and 400 ° C. or less in the case of batch heat treatment.
- it is 300 ° C. or higher and 890 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
- the peel strength of the rolled joined body is significantly improved by controlling the rolling reduction ratio of the stainless steel layer during the joining and the heat treatment temperature within a predetermined range, and as a result, the moldability is improved.
- the heat treatment temperature refers to the temperature of the rolled joined body that undergoes the heat treatment.
- At least a metal element (for example, Fe, Cr, Ni) contained in the stainless steel is thermally diffused into a metal layer different from the other stainless steel. Further, a metal element contained in stainless steel and a metal element contained in a metal layer different from stainless steel may be thermally diffused with each other.
- the heat treatment time can be appropriately set according to the heat treatment method (batch heat treatment or continuous heat treatment), the heat treatment temperature and the size of the rolled joined body to be heat treated.
- the rolling joined body is kept soaked for 0.5 to 10 hours, preferably 2 to 8 hours after the temperature of the rolled joined body reaches a predetermined temperature. If no intermetallic compound is formed, there is no problem even if batch heat treatment is performed for 10 hours or more.
- the rolled joined body is kept soaked for 20 seconds to 5 minutes after the temperature of the rolled joined body reaches a predetermined temperature.
- the heat treatment time refers to the time after the rolled joined body to be heat treated reaches a predetermined temperature, and does not include the temperature rise time of the rolled joined body.
- heat treatment time for example, for materials as small as A4 size (paper size), batch heat treatment is sufficient for about 1 to 2 hours, but long materials such as coil materials having a width of 100 mm or more and a length of 10 m or more, etc.
- batch heat treatment requires about 2-8 hours.
- the rolled bonded body according to the present embodiment can be used as various press-formed parts.
- the thickness is large, the strength is high and the molding processability is high, so that it can be suitably used as a casing for electronic devices, especially as a casing for mobile electronic devices (mobile terminals). it can.
- the processing on the outer surface side is stricter.
- processing to a case formed with a metal layer made of aluminum alloy or pure aluminum as the inner surface side and a stainless steel layer as the outer surface side or a case with a thin stainless steel layer is made of stainless steel.
- the stainless steel layer has good workability by following the other metal layer by using the rolled joined body according to this embodiment, the stainless steel layer does not break. Can be obtained.
- the process for the purpose of discoloration suppression and a decoration may be performed, and the use of a rolling joined body is not limited to the said housing
- the casing for electronic equipment preferably includes the rolled joined body of the present invention on the back surface and / or side surface.
- FIG. 5 is a perspective view showing a first embodiment of an electronic device casing using the rolled bonded body of the present invention
- FIG. 6 is an electronic device casing using the rolled bonded body of the present invention
- FIG. 3 is a cross-sectional perspective view in the XX ′ direction of the first embodiment.
- the casing 5 for electronic equipment can include the rolled joined body of the present invention, which includes a back surface 50 and a side surface 51, and the back surface 50 and the side surface 51 or a part thereof includes a stainless steel layer and a metal layer different from stainless steel. .
- the back surface refers to a surface on the opposite side to a side on which a display unit (this display, not shown) is provided in a housing constituting an electronic device (mobile terminal) such as a smartphone.
- a display unit this display, not shown
- the case 5 for electronic devices includes a rolling joined body in the back surface 50
- the whole or a part of the back surface 50 for example, 2 cm x 2 cm or more, for example, 25 mm x 25 mm as shown by the plane part A of FIG. As long as the flat surface portion of the material satisfies the above-mentioned characteristics described for the rolled joined body.
- casing 5 for electronic devices is a structure containing the rolling joining body in the back surface 50, it is not limited to this structure depending on the structure of an electronic device, and the back surface 50 and the side surface 51 are from a rolling joining body.
- the structure which comprises may be sufficient, and the structure which contains a rolling joined body in the side surface 51 may be sufficient.
- an electronic device casing which is a center frame, shows an electronic device structure sandwiched between a display unit such as glass or resin and a back surface.
- the electronic device casing is provided on a side surface and the side surface. It is comprised from the connected internal reinforcement flame
- the casing for electronic equipment can include the rolled joined body of the present invention in which the side surface and the internal reinforcing frame or a part thereof are made of a stainless steel layer and a metal layer different from stainless steel.
- the internal reinforcement frame means a support plate that is located inside an electronic device such as a smartphone and serves as a support for improving rigidity of the entire electronic device and mounting components such as a battery and a printed board. .
- the internal reinforcement frame usually has holes for connection and assembly. The hole can be opened by, for example, a press.
- the side surface and the internal reinforcing frame can be integrally formed, but the present invention is not limited to this, and the side surface and the internal reinforcing frame may not be integrated. Moreover, you may apply a rolling joined body only to a side surface.
- the electronic device casing of the present embodiment can be modified as appropriate according to the structure of the electronic device, similarly to the electronic device casing 5, and is limited to the structure described above. It is not something.
- Example 1 A rolled joined body was produced by a surface activated joining method.
- SUS304 BA having a thickness of 0.05 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum alloy A5052 having a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Sputter etching was performed on SUS304 and A5052. Sputter etching for SUS304 is performed under conditions of 0.3 Pa, plasma output 700 W, 12 minutes, and sputter etching for A5052 is performed under conditions of 0.3 Pa, plasma output 700 W, 12 minutes. did.
- SUS304 and A5052 after the sputter etching treatment are rolled at a rolling roll diameter of 100 mm to 250 mm and a rolling line load of 0.5 tf / cm to 5.0 tf / cm at a normal temperature to reduce the rolling reduction of the stainless steel layer from 0% to 5%. Then, they were joined by roll pressure welding to obtain a rolled joined body of SUS304 and A5052. This rolled joined body was subjected to batch heat treatment at 300 ° C. for 1 hour.
- Example 2 (Examples 2 to 6, Comparative Examples 1 to 3)
- the steel type, tempering and thickness of the original plate, and / or the type and thickness of the original aluminum plate were changed, and the pressure applied at the time of joining was changed to a predetermined value in the same manner as in Example 1,
- the rolled joined bodies of Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were obtained.
- 316L 1 / 2H having a thickness of 0.05 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum alloy A5052 having a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Example 3 304 1 / 2H having a thickness of 0.1 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum alloy A5052 having a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Example 4 304 1 / 2H having a thickness of 0.1 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum alloy A5052 having a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Example 5 304 1 / 2H having a thickness of 0.1 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum A1050 having a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Example 6 304 1 / 2H having a thickness of 0.2 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum alloy A5052 having a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Comparative Example 1 304 3 / 4H having a thickness of 0.1 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum alloy A5052 having a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Comparative Example 2 304 3 / 4H having a thickness of 0.2 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum A1050 having a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Comparative Example 3 304 3 / 4H having a thickness of 0.3 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum A1050 having a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Example 8 SUS304 BA with a thickness of 0.25 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum alloy A5052 with a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Sputter etching was performed on SUS304 and A5052.
- Sputter etching for SUS304 was performed under conditions of 0.1 Pa, plasma output 4800 W, and line speed 4 m / min
- sputter etching for A5052 was performed under 0.1 Pa, plasma output 6400 W, line speed 4 m / min. It carried out on the conditions of a minute.
- SUS304 and A5052 after the sputter etching treatment were joined by roll pressure welding at room temperature at a rolling line load of 3.0 tf / cm to 6.0 tf / cm to obtain a rolled joined body of SUS304 and A5052.
- This rolled joined body was subjected to batch heat treatment at 300 ° C. for 8 hours.
- Example 9 In the same manner as in Example 8 except that the stainless steel plate type, tempering, thickness and / or the aluminum plate type of the original plate, the thickness was changed, and the pressing force at the time of joining was changed to a predetermined value.
- the rolled joined bodies of Examples 9 to 12 were obtained.
- 304 1 / 2H having a thickness of 0.25 mm was used as the stainless steel plate, and aluminum alloy A5052 having a thickness of 0.8 mm was used as the aluminum plate.
- Example 10 316L BA having a thickness of 0.2 mm was used as a stainless steel plate, and aluminum alloy A5052 having a thickness of 0.8 mm was used as an aluminum plate.
- Example 11 304 BA having a thickness of 0.25 mm was used as a stainless steel plate, and aluminum A1050 having a thickness of 0.8 mm was used as an aluminum material.
- Example 12 316L BA having a thickness of 0.25 mm was used as a stainless steel plate, and aluminum A1050 having a thickness of 0.8 mm was used as an aluminum plate.
- Example 7 Comparative Examples 4 to 6
- a rolled joined body (thickness: 0.403 to 1.025 mm) of a stainless steel plate and an aluminum alloy plate was prepared by a cold joining method. After the stainless steel plate and the aluminum alloy plate were subjected to brush polishing or the like, they were superposed, joined while cold rolling, and further heat treated.
- the surface hardness Hv of the stainless steel layer was measured according to JIS Z 2244 (Vickers hardness test-test method) using a micro Vickers hardness meter (load 200 gf). Table 1 shows the measurement results of the overhang height and Vickers hardness.
- FIG. 2 shows the relationship between the thickness ratio PSUS of the stainless steel layer and the half-value width FWHM 200 of the peak indicating the plane orientation (200) for the rolled joined bodies of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 6. .
- Figure 3 shows the relationship between the thickness T SUS and half width FWHM 200 of the stainless steel layer.
- FIG. 4 shows the relationship between the stainless steel layer thickness ratio PSUS and the surface hardness of the stainless steel layer.
- the polishing method is not particularly limited, but buffing or electrolytic polishing is preferable for the surface treatment during polishing. Care must be taken with polishing methods that are severely ground, as they can affect the FWHM 200 .
- Reference Example 1 SUS304 (thickness 0.2 mm) was used as the stainless steel plate, and aluminum alloy A5052 (thickness 0.8 mm) was used as the aluminum plate. Sputter etching was performed on SUS304 and A5052. Sputter etching for SUS304 was performed under conditions of 0.1 Pa, plasma output 700 W, 13 minutes, and sputter etching for A5052 was performed under conditions of 0.1 Pa, plasma output 700 W, 13 minutes. did.
- SUS304 and A5052 after sputter etching treatment were joined by roll pressure welding at normal temperature at a rolling roll diameter of 130 to 180 mm and a rolling line load of 1.9 tf / cm to 4.0 tf / cm.
- a rolled joint was obtained.
- This rolled joined body was subjected to batch annealing at 300 ° C. for 2 hours.
- the rolling reduction of the stainless steel layer, the aluminum alloy layer, and the rolled joined body (whole) was calculated from the thickness of the original plate before joining and the final thickness of the rolled joined body, respectively.
- Reference Examples 2 to 4 were performed in the same manner as Reference Example 1 except that the thickness of the original aluminum plate, the reduction ratio during bonding by changing the pressing force during bonding, and / or the annealing temperature were changed to predetermined values. And rolled joints of 6 to 7 were obtained.
- Reference Example 2 the rolled joined body produced in Example 6 was cut out and used for evaluation.
- the values in Example 6 and Reference Example 2 are different, but are slightly different and substantially the same.
- Example 5 The rolled joined body produced in Example 9 was cut out and used for evaluation. Regarding the thickness of the rolled joined body, the value is different between Example 9 and Reference Example 5, but it is a slight difference and is substantially the same.
- 180 ° peel strength was measured for the rolled joined body after joining and before annealing, and the final rolled joined body after annealing.
- the tensile strength and elongation were measured, and the bending workability and the drawing workability were evaluated. Measurement of 180 ° peel strength, tensile strength and elongation, and evaluation of bending workability and drawing workability were performed as follows.
- a test piece having a width of 20 mm was prepared from the rolled joined body, the stainless steel layer and the aluminum layer were partially peeled off, the aluminum layer side was fixed, the stainless steel layer was 180 ° opposite to the aluminum layer side, and the tensile speed was 50 mm / min.
- the force (unit: N / 20 mm) required for tearing off was measured using a Tensilon universal material testing machine RTC-1350A (manufactured by Orientec Co., Ltd.).
- Bending was performed by the V-block method (metal fitting angle 60 °, metal fitting R0.5, load 1 kN, test material width 10 mm, JIS Z 2248).
- Table 3 shows the configurations, production conditions, and evaluation results of the rolled joined bodies of Reference Examples 1 to 7.
- SUS304 (thickness 0.2 mm) was used as the stainless steel plate, and pure aluminum A1050 (thickness 0.85 mm) was used as the aluminum plate.
- Sputter etching was performed on SUS304 and A1050.
- Sputter etching for SUS304 was performed under conditions of 0.1 Pa and plasma output of 700 W for 13 minutes
- sputter etching for A1050 was performed under conditions of 0.1 Pa and plasma output of 700 W for 13 minutes. did.
- SUS304 and A1050 after sputter etching were joined by roll pressure welding at room temperature at a rolling roll diameter of 130 mm to 180 mm and a rolling line load of 1.9 tf / cm to 4.0 tf / cm. Got. This rolled joined body was subjected to batch annealing at 300 ° C. for 2 hours.
- Reference Examples 9 and 10 The rolled joined bodies of Reference Examples 9 and 10 were obtained in the same manner as Reference Example 8 except that the rolling reduction and / or the annealing temperature at the time of joining by changing the pressure applied at the time of joining were changed to predetermined values.
- Table 4 shows the configurations, production conditions, and evaluation results of the rolled joined bodies of Reference Examples 8 to 10.
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Abstract
厚みが比較的大きくても、高いエリクセン値を示し、成形加工性に優れる圧延接合体を提供することを目的とする。 ステンレス層とステンレスとは異なる金属層とからなる圧延接合体であって、厚みTが0.2mm以上3mm以下であり、前記厚みTに対する前記ステンレス層の厚みTSUSの比率PSUSと、前記ステンレス層側をX線回折測定した際に得られる結晶の面方位(200)を示すピークの半価幅FWHM200との関係が、下記式を満たすことを特徴とする。 FWHM200≦0.0057PSUS+0.4
Description
本発明は、圧延接合体に関する。
金属材料は様々な分野で利用されており、例えば、モバイル電子機器の筐体等の電子機器用のプレス成形部品として用いられている。これらの金属材料には高いプレス加工性が要求される。このような金属材料として、単一の金属からなる金属材料に加えて、2種類以上の金属板又は金属箔を積層した圧延接合体(金属積層材、クラッド材)が知られている。圧延接合体は、単独の材料では得られない複合特性を有する高機能性金属材料であり、例えば、ステンレスとアルミニウムとを積層させた圧延接合体が検討されている。
ここで、圧延接合体を用いた電子機器用途の金属部品は、一般にプレス加工によって成形される。プレス加工はせん断加工、曲げ加工、絞り加工に大きく分類され、その中でも筐体は絞り加工によって成形される。絞り加工は圧延接合体をダイスに固定し、ダイスに設けられた穴にパンチを押し込んで容器形状に成形するため、プレス加工の中でも加工が難しい。絞り加工を行う上で圧延接合体の張り出し成形性は重要なパラメータの一つであり、張り出し成形性の高いことが要求される。
従来の、成形加工性に優れる圧延接合体(金属積層材、クラッド材)として、特許文献1には、ステンレス層/アルミニウム層の2層構造を有し、引張強度TS(MPa)が、200≦TS≦550であり、伸びELが15%以上であり、ステンレス層の表面硬度Hvが300以下であるような金属積層材が開示されている。
上記特許文献1に記載の圧延接合体は、特定範囲の引張強度、伸び及びステンレス層の表面硬度を有することにより、エリクセン試験による張出高さ(エリクセン値)が6.0mm以上という高い成形加工性を得るものである。しかし、特許文献1に係る圧延接合体は、電子機器の放熱部材等に用いられるような厚みが薄い圧延接合体であり、例えば3層材においては0.4mm以上、2層材においては0.3mm以上となるような、筐体用に適した厚みの圧延接合体に関しては検討が不十分であった。
圧延接合体においては、厚みが大きくなるほど、圧延接合時に必要な圧下力が高くなるため、ステンレス層等の硬度の上がり幅が大きく、厚くなるほど硬度の制御は困難であった。そして、硬度が高いほど、一般に伸びは低下するため、筐体用として必要な成形加工性を有する圧延接合体を得ることは困難であった。
そこで本発明は、上記従来の状況に鑑み、厚みが比較的大きくても、高いエリクセン値を示し、成形加工性に優れる圧延接合体、及びその製造方法を提供するものである。
上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討を行った結果、圧延接合体におけるステンレス層の集合組織(粒径・方位・歪)が圧延接合体の伸び特性に影響することが明らかとなり、さらに、集合組織とステンレス層の厚み比率とが特定の関係を満たすことで筐体用として必要な成形加工性が得られることを見い出し、発明を完成した。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
(1)ステンレス層とステンレスとは異なる金属層とからなる圧延接合体であって、
厚みTが0.2mm以上3mm以下であり、
前記厚みTに対する前記ステンレス層の厚みTSUSの比率PSUSと、前記ステンレス層側をX線回折測定した際に得られる結晶の面方位(200)を示すピークの半価幅FWHM200との関係が、下記式を満たす前記圧延接合体。
FWHM200≦0.0057PSUS+0.4
(2)前記ステンレスとは異なる金属層が、アルミニウム、アルミニウム合金及び銅からなる群から選択される金属の層である上記(1)に記載の圧延接合体。
(3)電子機器用筐体のための上記(1)又は(2)に記載の圧延接合体。
(4)上記(1)又は(2)に記載の圧延接合体を用いた電子機器用筐体。
本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2017-066268号、2017-120895号、2017-246456号の開示内容を包含する。
厚みTが0.2mm以上3mm以下であり、
前記厚みTに対する前記ステンレス層の厚みTSUSの比率PSUSと、前記ステンレス層側をX線回折測定した際に得られる結晶の面方位(200)を示すピークの半価幅FWHM200との関係が、下記式を満たす前記圧延接合体。
FWHM200≦0.0057PSUS+0.4
(2)前記ステンレスとは異なる金属層が、アルミニウム、アルミニウム合金及び銅からなる群から選択される金属の層である上記(1)に記載の圧延接合体。
(3)電子機器用筐体のための上記(1)又は(2)に記載の圧延接合体。
(4)上記(1)又は(2)に記載の圧延接合体を用いた電子機器用筐体。
本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2017-066268号、2017-120895号、2017-246456号の開示内容を包含する。
本発明によれば、厚みが比較的大きく、且つエリクセン試験による張出高さが7mm以上という高い成形加工性を有する圧延接合体を得ることができる。この圧延接合体は、優れた成形加工性を利用して、モバイル電子機器等の各種電子機器の筐体用の部材等として好適に用いることができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
I.圧延接合体
本発明に係る圧延接合体の一実施形態を図1に基づき説明する。図1に示すように、本実施形態の圧延接合体1は、ステンレス(SUS)層10と、ステンレスとは異なる金属層20とから構成される。
本発明に係る圧延接合体の一実施形態を図1に基づき説明する。図1に示すように、本実施形態の圧延接合体1は、ステンレス(SUS)層10と、ステンレスとは異なる金属層20とから構成される。
ステンレス層10に用いられるステンレスとしては、特に限定されずに、SUS304、SUS201、SUS316、SUS316L及びSUS430等の板材を用いることができる。
ステンレスとは異なる金属層20を構成する金属は、圧延接合体の用途や目的とする特性に応じて適宜選択することができる。具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金等が挙げられる。特に、アルミニウム、アルミニウム合金及び銅からなる群から選択される金属は好ましく用いられる。これらの金属をステンレス層と圧延接合することで、圧延接合体の放熱性及び軽量性を向上させることができ、例えばモバイル電子機器の筐体用として好適な圧延接合体を得ることができる。
アルミニウム合金としては、アルミニウム以外の金属元素として、Mg、Mn、Si及びCuから選ばれる少なくとも1種の添加金属元素を、添加金属元素の合計含有量1質量%超で含有するアルミニウム合金の板材を用いることができる。
例えば、アルミニウム合金として、JISに規定のAl-Cu系合金(2000系)、Al-Mn系合金(3000系)、Al-Si系合金(4000系)、Al-Mg系合金(5000系)、Al-Mg-Si系合金(6000系)及びAl-Zn-Mg系合金(7000系)を用いることができ、プレス成形性、強度、耐食性の観点から3000系、5000系、6000系及び7000系のアルミニウム合金が好ましく、特にこれらのバランスとコストの観点から5000系のアルミニウム合金がより好ましい。アルミニウム合金は、好ましくは、Mgを0.3質量%以上含有する。
また、アルミニウムとしては、アルミニウム以外の添加金属元素の合計含有量が1質量%以下である純アルミニウムの板材を用いることができる。純アルミニウムとしては、例えば、JISに規定の1000系の純アルミニウムを用いることができる。純アルミニウム中の、アルミニウム以外の添加金属元素の合計含有量は、好ましくは0.5質量%以下であり、より好ましくは0.3質量%以下であり、特に好ましくは0.15質量%以下である。
銅としては、銅以外の添加金属元素の合計含有量が1質量%以下である銅の板材を用いることができる。具体的には、C1100等の板材を挙げることができる。また、銅合金の例としては、コルソン銅を挙げることができる。
圧延接合体1の厚みTは、特に限定されずに、通常0.2mm以上3mm以下であり、好ましくは0.3mm以上2.2mm以下、特に好ましくは0.4mm以上1.5mm以下である。ここで、圧延接合体1の厚みTとは、ステンレス層10とステンレスとは異なる金属層20の総厚みをいう。圧延接合体の厚みTは、圧延接合体1上の任意の30点における厚みをマイクロメータ等で測定し、得られた測定値の平均値をいう。
ステンレス層10の厚みTSUSは、通常0.01mm以上であれば適用可能であり、下限は絞り成形性と強度の観点から、好ましくは0.045mm以上、より好ましくは0.05mm以上である。上限は特に制限はないが、ステンレスとは異なる金属層20に対して厚過ぎると、軽量性・放熱性が低下する恐れがあるため、TSUSは好ましくは0.6mm以下、より好ましくは0.5mm以下、さらに軽量化の観点から0.4mm以下であることが特に好ましい。また、圧延接合体1の放熱性を確保する観点から、ステンレス層10はステンレスとは異なる金属層20よりも薄いことが好ましい。具体的には、厚みTに対するステンレス層10の厚みTSUSの比率PSUSが、5%以上70%以下であることが好ましく、7%以上60%以下であることがより好ましい。さらに好ましくは15%以上50%以下である。圧延接合体1におけるステンレス層10の厚みTSUSは、圧延接合体1の断面の光学顕微鏡写真を取得し、その光学顕微鏡写真において任意の10点におけるステンレス層10の厚みを計測し、得られた値の平均値をいう。なお、圧延接合体の製造において、材料のステンレス鋼板は所定の圧下率にて接合されるため、圧延接合体のステンレス層の厚みは接合前の材料のステンレス鋼板よりも薄くなる。
そして、本実施形態の圧延接合体1は、厚みTに対するステンレス層10の厚みTSUSの比率PSUSと、ステンレス層10側をX線回折測定した際に得られる結晶の面方位(200)を示すピークの半価幅FWHM200との関係が、下記式を満たすことを特徴とする。面方位(200)を示すピークは、管電圧:45kV、管電流:200mAで、線源:CuKαを用いて、ステンレス層10を2θ/θ測定した際に2θ=48~52°に現れるピークであり、半価幅FWHM200は上記ピークの高さHの半分(H/2)の位置におけるピークの幅(°)をいう。
FWHM200≦0.0057PSUS+0.4
FWHM200≦0.0057PSUS+0.4
上記式を満たすことにより、ステンレス層10における結晶粒の状態がステンレス層10の厚み比率PSUSとの関係で最適化され、圧延接合体1の厚みが比較的大きい場合(0.2mm以上3mm以下)であっても、優れた成形加工性を有する圧延接合体1を得ることができる。
一方、(111)回折ピークのすぐ近く、2θ=43~45°において、ステンレスの加工度に依存すると考えられるピークが発現しやすく、このピークの影響で(111)回折ピークがブロード化してしまう結果、回折ピークの切り分けが困難となり、(111)由来の半価幅の同定は困難であることが分かった。また、(220)や(311)は、(111)のように加工度に依存するピークによる影響はないが、結晶元来の強度が(111)や(200)に対して低く、回折ピークがバックグランドの強度に影響されるためか、半価幅と厚み比率との相関性が得られなかった。これらに対し、(200)のピークについては、半価幅と厚み比率とが上記式の関係性を満たすことにより、高い成形加工性が得られることが分かった。
すなわち、厚みが比較的大きい場合、厚みが大きくなることによる成形性向上の効果が得られる一方で、圧延接合体においては接合時に必要な圧下力が高くなるため、ステンレス層の結晶粒の微細化や加工ひずみの導入により硬度が高くなり、伸びの低下が生じてしまい、結果、筐体用として必要な成形加工性を有する圧延接合体が得られにくいという課題を本発明者らは見出した。そして、接合時の影響も反映された接合後のステンレス層のパラメータとして半価幅に着目し、中でも(200)面の半価幅とステンレス層の厚み比率を制御することにより成型加工性を最適化できること、及び、上記式を満たすことによって優れた成形加工性を有する圧延接合体が得られることを見出した。具体的には、圧延接合体1のエリクセン試験による張出高さ(エリクセン値)が7.0mm以上、好ましくは8.0mm以上という高い成形加工性が得られる。ここで、エリクセン試験による張出高さは、例えば機械式エリクセン試験機ESM-1(CAP2mm、(株)東京衡機試験機製)を用い、JIS Z 2247(エリクセン試験方法)に準じて測定することができる。
また、本発明者らは、上記関係式を満たす圧延接合体が、(200)面のピークの半価幅FWHM200及びステンレス層の厚みTSUS(mm)に関して、下記の関係式をさらに満たすことが好ましいことを見い出した。これにより、圧延接合体の成形加工性がより向上する。
FWHM200≦0.571TSUS+0.4
FWHM200≦0.571TSUS+0.4
また、本実施形態に係る圧延接合体1において、ステンレス層10の表面硬度Hvは、圧延接合体の成形加工性と耐傷性とのバランスを考慮して適宜設定される。本発明において、表面硬度Hvは、例えばマイクロビッカース硬度計(荷重200gf)を用い、JIS Z 2244(ビッカース硬さ試験-試験方法)に準じて測定することができる。
さらに、本実施形態に係る圧延接合体1は、密着強度の指標としてのピール強度(180°ピール強度、180°剥離強度ともいう)が、60N/20mm以上であることが好ましく、優れた絞り加工性を得るために、より好ましくは80N/20mm以上であり、特に好ましくは100N/20mm以上である。なお、ピール強度が顕著に高くなった場合、剥離せずに材料破断となるため、ピール強度の上限値はない。
圧延接合体1のピール強度は、圧延接合体1から幅20mmの試験片を作製しステンレス層10とステンレスとは異なる金属層20とを一部剥離後、厚膜層側又は硬質層側を固定し、他方の層を固定側と180°反対側へ引っ張った際における引きはがすのに要する力をいう(単位:N/20mm)。なお、同様の試験において、試験片の幅が10~30mmの間であれば、ピール強度は変化しない。
ピール強度が高い圧延接合体では、絞り加工の際に、一方の層が他方の層に追随することができ、いずれの層も破断することなく加工可能である。
圧延接合体1は、高い絞り加工性を有し、限界絞り比が1.20以上であることが好ましい。より好ましくは1.63以上であり、さらに好ましくは1.83以上である。圧延接合体の限界絞り比とは、円筒絞り加工における円筒の直径dに対するブランク直径Dの比の絞り比D/dにおいて1回の絞りで破断を起こさないで円筒を絞ることのできる最大のブランク直径をDmaxとしたときの、Dmax/dの値を指す。
また、本実施形態の圧延接合体1は、幅が15mmの試験片について、引張試験による伸びが好ましくは35%以上であり、より好ましくは40%以上である。これにより、良好なプレス加工性が得られる。引張試験による伸びはJIS Z 2241又はJIS Z 2201に記載される破断伸びの測定に準じて、例えば後述する引張強さ試験の試験片を用いて測定することができる。
圧延接合体1は、好ましくは、試験片の幅が15mmの引張試験による引張強さが3000N以上である。十分な強度及びプレス加工性を有するという観点から、より好ましくは3500N以上である。ここで引張強さとは引張試験における最大荷重を指す。引張強さは、例えばテンシロン万能材料試験機RTC-1350A(株式会社オリエンテック製)を用い、JIS Z 2241又はJIS Z 2201(金属材料引張試験方法)に準じて測定することができる。なお、上記試験片の幅15mmはJIS Z 2201における特別試験片6号の仕様を指す。JIS Z 2241においては例えば試験片5号の仕様を用いることが可能である。ここで、上記6号試験片における引張強さを5号試験片での引張強さに換算するときは、試験片の幅の倍率をかければよいので25mm/15mm、つまり約1.66倍すれば良い。
II.圧延接合体の製造方法
圧延接合体1を製造するに際しては、ステンレスの板材と、ステンレスとは異なる金属の板材を準備し、これらを冷間圧延接合、温間圧延接合、表面活性化接合等の各種の方法により互いに接合して行うことができる。また、接合した後には安定化熱処理を施すことが好ましい。温間圧延接合は、接合材の再結晶温度以上の熱を加えながら圧延接合する方法であり、冷間圧延接合に比べて低い力で接合することができるが、接合界面に金属間化合物を生成し易い。したがって、金属間化合物を生成しないよう、加熱温度、加熱時間の条件の選択に留意するものとする。
圧延接合体1を製造するに際しては、ステンレスの板材と、ステンレスとは異なる金属の板材を準備し、これらを冷間圧延接合、温間圧延接合、表面活性化接合等の各種の方法により互いに接合して行うことができる。また、接合した後には安定化熱処理を施すことが好ましい。温間圧延接合は、接合材の再結晶温度以上の熱を加えながら圧延接合する方法であり、冷間圧延接合に比べて低い力で接合することができるが、接合界面に金属間化合物を生成し易い。したがって、金属間化合物を生成しないよう、加熱温度、加熱時間の条件の選択に留意するものとする。
また、冷間圧延接合では、ステンレスの板材とステンレスとは異なる金属の板材の接合面にブラシ研磨等を施した後、両者を重ね合わせて冷間圧延しながら接合し、さらに焼鈍処理を施すことで圧延接合体を製造することができる。冷間圧延の工程は多段階で行っても良く、また焼鈍処理後に調質圧延を加えても良い。この方法では、最終的な圧下率として20~90%の範囲で圧延接合される。冷間接合法で製造する場合、上記圧下率を考慮すると、原板の厚みは、ステンレスの板材については0.0125mm~6mm、好ましくは0.056mm~5mm、より好ましくは0.063mm~4mm、ステンレスとは異なる金属の板材については0.063mm~25mm、好ましくは0.13mm~17mm、より好ましくは0.25mm~11mmである。
さらに、温間圧延接合では、冷間圧延接合と同様に接合面にブラシ研磨等を施した後、両者あるいは片方を200~500℃に加熱し、重ね合わせて温間圧延し接合することで製造することができる。この方法では、最終的な圧下率は15~40%程度となる。温間接合法で製造する場合、上記圧下率を考慮すると、原板の厚みは、ステンレスの板材については0.012mm~1mm、好ましくは0.053mm~0.83mm、より好ましくは0.059mm~0.067mm、ステンレスとは異なる金属の板材については0.059mm~4.2mm、好ましくは0.19mm~2.8mm、より好ましくは0.24mm~1.8mmである。
圧延接合体1を製造する方法としては、接合の際にステンレス層へ入る加工ひずみを抑制し易いという観点から、表面活性化接合により接合することが好ましい。好ましい態様は次のとおりである。すなわち、ステンレス板と、ステンレスとは異なる金属板(以下、「他方の金属板」という)とを用意し、ステンレス板及び他方の金属板の接合面をスパッタエッチングする工程と、スパッタエッチングした表面同士を、ステンレス層の圧下率が0%以上25%以下の軽圧延となるように圧接して接合する工程と、200℃以上500℃以下のバッチ熱処理又は300℃以上890℃以下での連続熱処理を行う工程とを含む方法によって製造することができる。
用いることができるステンレス板は、成形加工性の観点から焼鈍材(BA材)、1/2H材等が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではない。
接合前のステンレス板の厚みは、通常0.01mm以上であれば適用可能であり、下限は圧延接合体としたときの絞り成形性と強度及びハンドリング性の観点から、好ましくは0.045mm以上、より好ましくは0.05mm以上である。上限は特に制限はないが、他方の金属層に対して厚過ぎると圧延接合体としたときの伸び及び絞り成形性が低下する恐れがあるため、好ましくは0.8mm以下、より好ましくは0.67mm以下、さらに軽量化の観点を加えると0.53mm以下であることが特に好ましい。接合前のステンレス板の厚みは、マイクロメータ等によって測定可能であり、ステンレス板の表面上からランダムに選択した10点において測定した厚みの平均値をいう。
ステンレス板と接合させる、他方の金属板としては、金属の種類に応じて種々の金属板から適宜選択して用いることができる。他方の金属板の接合前における厚みは、通常0.05mm以上であれば適用可能であり、下限は好ましくは、0.1mm以上であり、より好ましくは0.2mm以上となる。上限は、軽量化やコストの観点から通常3.3mm以下であり、好ましくは2.3mm以下であり、より好ましくは1.5mm以下である。接合前の他方の金属板の厚みは、前記のステンレス板と同様にして決定することができる。
スパッタエッチング処理は、具体的には、ステンレス板と、他方の金属板を、幅100mm~600mmの長尺コイルとして用意し、接合面を有するステンレス板及び他方の金属板をそれぞれアース接地した一方の電極とし、絶縁支持された他の電極との間に1MHz~50MHzの交流を印加してグロー放電を発生させ、且つグロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極の面積を前記の他の電極の面積の1/3以下として行う。スパッタエッチング処理中は、アース接地した電極が冷却ロールの形をとっており、各搬送材料の温度上昇を防ぐことができる。
スパッタエッチング処理では、真空中でステンレス板と他方の金属板の接合する面を不活性ガスによりスパッタすることにより、表面の吸着物を完全に除去し、且つ表面の酸化膜の一部又は全部を除去する。酸化膜は必ずしも完全に除去する必要はなく、一部残存した状態であっても十分な接合力を得ることができる。酸化膜を一部残存させることにより、完全に除去する場合に比べてスパッタエッチング処理時間を大幅に減少させ、圧延接合体の生産性を向上させることができる。不活性ガスとしては、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン等や、これらを少なくとも1種類含む混合気体を適用することができる。ステンレス板と他方の金属板のいずれについても、表面の吸着物は、エッチング量約1nm程度(SiO2換算)で完全に除去することができる。
ステンレス板についてのスパッタエッチング処理は、例えば単板の場合、真空下で、例えば100W~1kWのプラズマ出力で1~50分間行うことができ、また、例えばライン材のような長尺の材料の場合、真空下で、例えば100W~10kWのプラズマ出力、ライン速度1m/分~30m/分で行うことができる。この時の真空度は、表面への再吸着物を防止するため高い方が好ましいが、例えば1×10-5Pa~10Paであれば良い。スパッタエッチング処理において、ステンレス板の温度は、他方の金属板の軟化を防止する観点から、好ましくは常温~150℃に保たれる。
表面に酸化膜が一部残存するステンレス板は、ステンレス板のエッチング量を、例えば1nm~10nmにすることによって得られる。必要に応じて、10nmを超えるエッチング量としても良い。
他方の金属板についてのスパッタエッチング処理の条件は、金属の種類によって適宜設定される。例えば、アルミニウム合金板に対するスパッタエッチング処理は、例えば単板の場合、真空下で、例えば100W~1kWのプラズマ出力で1~50分間行うことができ、また、例えばライン材のような長尺の材料の場合、100W~10kWのプラズマ出力、ライン速度1m/分~30m/分で行うことができる。この時の真空度は、表面への再吸着物を防止するため高い方が好ましいが、1×10-5Pa~10Paであれば良い。
表面の酸化膜が一部残存するアルミニウム合金板は、アルミニウム合金板のエッチング量を、例えば1nm~10nmにすることによって得られる。必要に応じて、10nmを超えるエッチング量としても良い。
以上のようにしてスパッタエッチングしたステンレス板及び他方の金属板の接合面を、ステンレス層の圧下率が0%以上25%以下の軽圧延となるように、例えばロール圧接により圧接して、ステンレス板と他方の金属板とを接合する。
ステンレス層の圧下率は、好ましくは0%以上10%以下であり、より好ましくは0%以上8%以下である。ステンレス層の圧下率の上限が上記範囲であると、加工ひずみが導入されることによるステンレス層の加工硬化を抑制できるため、伸びの低下及びプレス加工性の低下を抑制することが可能となる。なお、ステンレス層は圧延接合後の熱処理による軟化の効果が小さいため、圧延接合時の圧下率により加工硬化の影響の制御が必要となる。
圧延接合体の全体の圧下率は、好ましくは0%以上25%以下であり、より好ましくは0%以上15%以下である。さらに好ましくは10%以下である。圧延接合体の圧下率が25%以下であると、ステンレス層に加工ひずみが入り過ぎず、十分な強度及び伸びを有するため、プレス加工性が高い圧延接合体が得られ易い。また、各層の厚みをある程度均一に保つことができるため、高いプレス加工性を発現する。すなわち、圧延接合時に厚みの薄いところが生じてしまうと、プレス加工の際に局所的に荷重がかかり易くなり、破断する恐れがある。圧延接合体の圧下率は、接合前の材料であるステンレス板及び他方の金属板の総厚みと、最終的な圧延接合体の厚みから求める。すなわち、圧延接合体の圧下率は、以下の式:(接合前のステンレス板及び他方の金属板の総厚み-最終的な圧延接合体の厚み)/接合前のステンレス板及び他方の金属板の総厚み、により求められる。
ロール圧接の圧延線荷重は、特に限定されず、ステンレス層について所定の圧下率を達成するように適宜設定することができる。例えば、1.0tf/cm~10.0tf/cmの範囲に設定することができる。例えば圧接ロールのロール直径が100mm~250mmのとき、ロール圧接の圧延線荷重は、好ましくは1.5tf/cm~5.0tf/cmであり、より好ましくは1.6tf/cm~4.0tf/cmである。ただし、ロール直径が大きくなった場合や接合前のステンレス板や他方の金属板の厚みが厚い場合等には、圧力確保のために圧延線荷重を高くすることが必要になる場合があり、この数値範囲に限定されるものではない。
接合時の温度は、特に限定されずに、例えば常温~150℃である。
接合は、ステンレス板と他方の金属板の表面への酸素の再吸着によって両者間の接合強度が低下するのを防止するため、非酸化雰囲気中、例えばAr等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
以上のようにしてステンレス板と他方の金属板を接合して得た圧延接合体について、熱処理を行う。熱処理によって、各層の間の密着性を向上することが可能となる。なお、他方の金属板がアルミニウム合金等である場合、熱処理がアルミニウム合金層の焼鈍を兼ねることができる。
熱処理温度は、例えばバッチ熱処理の場合、200℃以上500℃以下であり、好ましくは200℃以上400℃以下である。また、例えば連続熱処理の場合、300℃以上890℃以下であり、好ましくは300℃以上800℃以下である。熱処理温度をこの範囲とすることによって、圧延接合体のピール強度が60N/20mm以上と高くなり、その結果、成形加工性が向上する。この熱処理温度は、ステンレスについては未再結晶温度域であるためほぼ軟化しない。本実施形態では、接合時のステンレス層の圧下率と、熱処理温度を所定の範囲に制御することによって、圧延接合体のピール強度が有意に向上し、その結果、成形加工性が向上する。なお、熱処理温度とは、熱処理を行う圧延接合体の温度をいう。
また、この熱処理では、少なくともステンレスに含まれる金属元素(例えば、Fe、Cr、Ni)が他方のステンレスとは異なる金属層に熱拡散する。また、ステンレスに含まれる金属元素と、ステンレスとは異なる金属層に含まれる金属元素とを相互に熱拡散させても良い。
熱処理時間は、熱処理方法(バッチ熱処理又は連続熱処理)、熱処理温度や熱処理を行う圧延接合体のサイズに応じて適宜設定することができる。例えば、バッチ熱処理の場合、圧延接合体の温度が所定の温度になってから圧延接合体を0.5~10時間均熱保持し、好ましくは2~8時間均熱保持する。なお、金属間化合物が形成されなければ10時間以上のバッチ熱処理を行っても問題ない。また、連続熱処理の場合、圧延接合体の温度が所定の温度になってから圧延接合体を20秒~5分間均熱保持する。なお、熱処理時間とは、熱処理を行う圧延接合体が所定の温度になってからの時間をいい、圧延接合体の昇温時間は含まない。熱処理時間は、例えば、A4版(用紙サイズ)程度の小さい材料については、バッチ熱処理では1~2時間程度で十分あるが、長尺もの、例えば幅100mm以上、長さ10m以上のコイル材等の大きい材料については、バッチ熱処理では2~8時間程度必要である。
III.圧延接合体の用途
本実施形態に係る圧延接合体は、各種のプレス成形部品として利用することができる。特に、厚みが厚い場合には、強度が大きく、また高い成形加工性を有することから、電子機器用の筐体として、その中でもモバイル電子機器(モバイル端末)の筐体として好適に利用することができる。筐体においては外面側の方が加工が厳しく、特にアルミニウム合金又は純アルミニウムからなる金属層を内面側、ステンレス層を外面側として成形した筐体やステンレス層が薄い筐体への加工は、ステンレス層の破断が起き易いが、本実施形態に係る圧延接合体を用いることにより、ステンレス層が他方の金属層に追随することによって良好な加工性を有するため、ステンレス層が破断することなく筐体を得ることができる。なお、筐体とした際には、変色抑制や加飾を目的とした処理が施されていても良く、また、圧延接合体の用途は上記筐体に限定されるものではない。
本実施形態に係る圧延接合体は、各種のプレス成形部品として利用することができる。特に、厚みが厚い場合には、強度が大きく、また高い成形加工性を有することから、電子機器用の筐体として、その中でもモバイル電子機器(モバイル端末)の筐体として好適に利用することができる。筐体においては外面側の方が加工が厳しく、特にアルミニウム合金又は純アルミニウムからなる金属層を内面側、ステンレス層を外面側として成形した筐体やステンレス層が薄い筐体への加工は、ステンレス層の破断が起き易いが、本実施形態に係る圧延接合体を用いることにより、ステンレス層が他方の金属層に追随することによって良好な加工性を有するため、ステンレス層が破断することなく筐体を得ることができる。なお、筐体とした際には、変色抑制や加飾を目的とした処理が施されていても良く、また、圧延接合体の用途は上記筐体に限定されるものではない。
電子機器用筐体は、好ましくは背面及び/又は側面に本発明の圧延接合体を含む。
本発明の圧延接合体を用いた電子機器用筐体の第1の実施形態を図5及び図6に示す。図5は、本発明の圧延接合体を用いた電子機器用筐体の第1の実施形態を示す斜視図であり、図6は、本発明の圧延接合体を用いた電子機器用筐体の第1の実施形態のX-X’方向における断面斜視図である。電子機器用筐体5は、背面50と側面51からなり、背面50と側面51又はその一部が、ステンレス層とステンレスとは異なる金属層とからなる本発明の圧延接合体を含むことができる。ここで背面とは、スマートフォン等の電子機器(モバイル端末)を構成する筐体における、表示部(ティスプレイ、図示せず)が設けられる側とは反対側の面を指す。また、電子機器用筐体5の内側には圧延接合体とは別の金属材料やプラスチック材料等を積層させても良い。なお、電子機器用筐体5は、圧延接合体を背面50に含む場合、背面50の全体又は一部(例えば、図5の平面部分Aで示すような、2cm×2cm以上、例えば25mm×25mmの平面部分)が、圧延接合体について記載した前記の特性を満たしていれば良い。なお、電子機器用筐体5は、その背面50に圧延接合体を含む構造であるが、電子機器の構造によっては本構造に限定されるものではなく、背面50と側面51が圧延接合体からなる構造であっても良く、また、側面51に圧延接合体を含む構造であっても良い。
次に、本発明の圧延接合体を用いた電子機器用筐体の第2の実施形態について説明する。本実施形態では、センターフレームである電子機器用筐体が、ガラスや樹脂等の表示部及び背面によって挟まれた電子機器構造を示しており、電子機器用筐体は、側面と、その側面に接続された内部補強フレーム(電子機器用筐体における背面を構成する)から構成される。電子機器用筐体は、側面と内部補強フレーム又はその一部が、ステンレス層とステンレスとは異なる金属層とからなる本発明の圧延接合体を含むことができる。ここで内部補強フレームとは、スマートフォン等の電子機器の内部に位置し、電子機器全体の剛性向上や電池やプリント基板等の部品を実装する支持体としての役割を果たす支持板のことを意味する。内部補強フレームは、通常、接続やアセンブリのための穴を有する。穴は、例えばプレス等によって開けることが可能である。本実施形態においては、側面と内部補強フレームとを一体に構成することができるが、それに限定されるものではなく、側面と内部補強フレームとを一体化しなくても良い。また、側面だけに圧延接合体を適用しても良い。なお、本実施形態の電子機器用筐体についても、前記の電子機器用筐体5と同様に、電子機器の構造に応じて適宜変形することができ、上記で説明したような構造に限定されるものではない。
以下、実施例及び参考例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
表面活性化接合法により、圧延接合体を製造した。ステンレス板として厚み:0.05mmのSUS304 BAを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。SUS304とA5052に対してスパッタエッチング処理を施した。SUS304についてのスパッタエッチングは、0.3Pa下で、プラズマ出力700W、12分間の条件にて実施し、A5052についてのスパッタエッチングは、0.3Pa下で、プラズマ出力700W、12分間の条件にて実施した。スパッタエッチング処理後のSUS304とA5052を、常温で、圧延ロール径100mm~250mm、圧延線荷重0.5tf/cm~5.0tf/cmの加圧力で、ステンレス層の圧下率0%~5%にてロール圧接により接合し、SUS304とA5052の圧延接合体を得た。この圧延接合体に対し、300℃、1時間の条件でバッチ熱処理を行った。
表面活性化接合法により、圧延接合体を製造した。ステンレス板として厚み:0.05mmのSUS304 BAを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。SUS304とA5052に対してスパッタエッチング処理を施した。SUS304についてのスパッタエッチングは、0.3Pa下で、プラズマ出力700W、12分間の条件にて実施し、A5052についてのスパッタエッチングは、0.3Pa下で、プラズマ出力700W、12分間の条件にて実施した。スパッタエッチング処理後のSUS304とA5052を、常温で、圧延ロール径100mm~250mm、圧延線荷重0.5tf/cm~5.0tf/cmの加圧力で、ステンレス層の圧下率0%~5%にてロール圧接により接合し、SUS304とA5052の圧延接合体を得た。この圧延接合体に対し、300℃、1時間の条件でバッチ熱処理を行った。
(実施例2~6、比較例1~3)
原板のステンレス板の鋼種、調質、厚み及び/又は原板のアルミニウム板の品種、厚みを変更し、また、接合時の加圧力を所定の値に変更した以外は実施例1と同様にして、実施例2~6及び比較例1~3の圧延接合体を得た。
実施例2はステンレス板として厚み:0.05mmの316L 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
実施例3はステンレス板として厚み:0.1mmの304 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
実施例4はステンレス板として厚み:0.1mmの304 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
実施例5はステンレス板として厚み:0.1mmの304 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウムA1050を用いた。
実施例6はステンレス板として厚み:0.2mmの304 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
比較例1はステンレス板として厚み:0.1mmの304 3/4Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
比較例2はステンレス板として厚み:0.2mmの304 3/4Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウムA1050を用いた。
比較例3はステンレス板として厚み:0.3mmの304 3/4Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウムA1050を用いた。
原板のステンレス板の鋼種、調質、厚み及び/又は原板のアルミニウム板の品種、厚みを変更し、また、接合時の加圧力を所定の値に変更した以外は実施例1と同様にして、実施例2~6及び比較例1~3の圧延接合体を得た。
実施例2はステンレス板として厚み:0.05mmの316L 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
実施例3はステンレス板として厚み:0.1mmの304 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
実施例4はステンレス板として厚み:0.1mmの304 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
実施例5はステンレス板として厚み:0.1mmの304 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウムA1050を用いた。
実施例6はステンレス板として厚み:0.2mmの304 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
比較例1はステンレス板として厚み:0.1mmの304 3/4Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
比較例2はステンレス板として厚み:0.2mmの304 3/4Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウムA1050を用いた。
比較例3はステンレス板として厚み:0.3mmの304 3/4Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウムA1050を用いた。
(実施例8)
ステンレス板として厚み:0.25mmのSUS304 BAを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。SUS304とA5052に対してスパッタエッチング処理を施した。SUS304についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力4800W、ライン速度4m/分の条件にて実施し、A5052についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力6400W、ライン速度4m/分の条件にて実施した。スパッタエッチング処理後のSUS304とA5052を、常温で、圧延線荷重3.0tf/cm~6.0tf/cmにてロール圧接により接合して、SUS304とA5052の圧延接合体を得た。この圧延接合体に対し、300℃で8時間のバッチ熱処理を行った。
ステンレス板として厚み:0.25mmのSUS304 BAを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。SUS304とA5052に対してスパッタエッチング処理を施した。SUS304についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力4800W、ライン速度4m/分の条件にて実施し、A5052についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力6400W、ライン速度4m/分の条件にて実施した。スパッタエッチング処理後のSUS304とA5052を、常温で、圧延線荷重3.0tf/cm~6.0tf/cmにてロール圧接により接合して、SUS304とA5052の圧延接合体を得た。この圧延接合体に対し、300℃で8時間のバッチ熱処理を行った。
(実施例9~12)
原板のステンレス板の鋼種、調質、厚み及び/又は原板のアルミニウム板の品種、厚みを変更し、また、接合時の加圧力を所定の値に変更した以外は実施例8と同様にして、実施例9~12の圧延接合体を得た。
実施例9はステンレス板として厚み:0.25mmの304 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
実施例10はステンレス板として厚み:0.2mmの316L BAを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
実施例11はステンレス板として厚み:0.25mmの304 BAを用い、アルミニウム材として厚み:0.8mmのアルミニウムA1050を用いた。
実施例12はステンレス板として厚み:0.25mmの316L BAを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウムA1050を用いた。
原板のステンレス板の鋼種、調質、厚み及び/又は原板のアルミニウム板の品種、厚みを変更し、また、接合時の加圧力を所定の値に変更した以外は実施例8と同様にして、実施例9~12の圧延接合体を得た。
実施例9はステンレス板として厚み:0.25mmの304 1/2Hを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
実施例10はステンレス板として厚み:0.2mmの316L BAを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウム合金A5052を用いた。
実施例11はステンレス板として厚み:0.25mmの304 BAを用い、アルミニウム材として厚み:0.8mmのアルミニウムA1050を用いた。
実施例12はステンレス板として厚み:0.25mmの316L BAを用い、アルミニウム板として厚み:0.8mmのアルミニウムA1050を用いた。
(実施例7、比較例4~6)
冷間接合法により、ステンレス板とアルミニウム合金板との圧延接合体(厚み:0.403~1.025mm)を準備した。ステンレス板とアルミニウム合金板の接合面にブラシ研磨等を施した後、両者を重ねあわせて冷間圧延しながら接合し、さらに熱処理を施すことで製造した。
冷間接合法により、ステンレス板とアルミニウム合金板との圧延接合体(厚み:0.403~1.025mm)を準備した。ステンレス板とアルミニウム合金板の接合面にブラシ研磨等を施した後、両者を重ねあわせて冷間圧延しながら接合し、さらに熱処理を施すことで製造した。
作製した圧延接合体における各層の種類及び厚みと、ステンレス層の厚み比率PSUSを表1にまとめて示す。また、X線回折装置(リガク社製Smartlab)を用い、ステンレス層についてX線回折測定を行い、2θ=48~52°に現れる結晶の面方位(200)を示すピークの半価幅FWHM200を測定した。測定結果を表1に示す。作製した圧延接合体について、エリクセン試験による張出高さを測定した。測定は、機械式エリクセン試験機ESM-1(CAP2mm、(株)東京衡機試験機製)を用い、JIS Z 2247(エリクセン試験方法)に準じて行った。また、ステンレス層の表面硬度Hvを、マイクロビッカース硬度計(荷重200gf)を用い、JIS Z 2244(ビッカース硬さ試験-試験方法)に準じて測定した。張出高さ及びビッカース硬度の測定結果を表1に示す。また、実施例1~12及び比較例1~6の圧延接合体について、ステンレス層の厚みの比率PSUSと面方位(200)を示すピークの半価幅FWHM200との関係を図2に示す。また、ステンレス層の厚みTSUSと半価幅FWHM200との関係を図3に示す。さらに、ステンレス層の厚みの比率PSUSとステンレス層の表面硬度との関係を図4に示す。なお、半価幅測定の際には試料を研磨して行った。研磨の方法は特に限定されないが、研磨の際の表面加工はバフ研磨や電解研磨が好ましい。著しく研削されるような研磨の方法は、FWHM200に影響を与える恐れがあるため、注意が必要である。
表1及び図2に示すように、下記式
FWHM200≦0.0057PSUS+0.4
を満たす実施例の圧延接合体は、いずれもエリクセン試験による張出高さが7mm超という高い値を示し、成形加工性に優れることが明らかとなった。一方、上記式の条件を満たさない比較例1~6の圧延接合体は、張出高さは7mm未満に留まり、筐体用の圧延接合体としては不十分であった。また、表1及び図3に示すように、下記式
FWHM200≦0.571TSUS+0.4
を満たすことによっても成形加工性が向上することが明らかとなった。
FWHM200≦0.0057PSUS+0.4
を満たす実施例の圧延接合体は、いずれもエリクセン試験による張出高さが7mm超という高い値を示し、成形加工性に優れることが明らかとなった。一方、上記式の条件を満たさない比較例1~6の圧延接合体は、張出高さは7mm未満に留まり、筐体用の圧延接合体としては不十分であった。また、表1及び図3に示すように、下記式
FWHM200≦0.571TSUS+0.4
を満たすことによっても成形加工性が向上することが明らかとなった。
次に、参考例1~10の圧延接合体を製造し、下記特性を評価した。
(参考例1)
ステンレス板としてSUS304(厚み0.2mm)を用い、アルミニウム板としてアルミニウム合金A5052(厚み0.8mm)を用いた。SUS304とA5052に対してスパッタエッチング処理を施した。SUS304についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力700W、13分間の条件にて実施し、A5052についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力700W、13分間の条件にて実施した。スパッタエッチング処理後のSUS304とA5052を、常温で、圧延ロール径130~180mm、圧延線荷重1.9tf/cm~4.0tf/cmの加圧力にてロール圧接により接合して、SUS304とA5052の圧延接合体を得た。この圧延接合体に対し、300℃、2時間の条件でバッチ焼鈍を行った。焼鈍後の圧延接合体について、ステンレス層、アルミニウム合金層及び圧延接合体(全体)の圧下率を、それぞれ、接合前の原板の厚みと最終的な圧延接合体における厚みから算出した。
(参考例1)
ステンレス板としてSUS304(厚み0.2mm)を用い、アルミニウム板としてアルミニウム合金A5052(厚み0.8mm)を用いた。SUS304とA5052に対してスパッタエッチング処理を施した。SUS304についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力700W、13分間の条件にて実施し、A5052についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力700W、13分間の条件にて実施した。スパッタエッチング処理後のSUS304とA5052を、常温で、圧延ロール径130~180mm、圧延線荷重1.9tf/cm~4.0tf/cmの加圧力にてロール圧接により接合して、SUS304とA5052の圧延接合体を得た。この圧延接合体に対し、300℃、2時間の条件でバッチ焼鈍を行った。焼鈍後の圧延接合体について、ステンレス層、アルミニウム合金層及び圧延接合体(全体)の圧下率を、それぞれ、接合前の原板の厚みと最終的な圧延接合体における厚みから算出した。
(参考例2~4及び6~7)
原板のアルミニウム板の厚み、接合時の加圧力を変更することによる接合時の圧下率、及び/又は焼鈍温度を所定の値に変更した以外は参考例1と同様にして、参考例2~4及び6~7の圧延接合体を得た。参考例2では、実施例6で製造した圧延接合体を切り出して評価に用いた。圧延接合体の厚みに関して、実施例6と参考例2とでは値が異なるが、微差であり、実質的には同一である。
原板のアルミニウム板の厚み、接合時の加圧力を変更することによる接合時の圧下率、及び/又は焼鈍温度を所定の値に変更した以外は参考例1と同様にして、参考例2~4及び6~7の圧延接合体を得た。参考例2では、実施例6で製造した圧延接合体を切り出して評価に用いた。圧延接合体の厚みに関して、実施例6と参考例2とでは値が異なるが、微差であり、実質的には同一である。
(参考例5)
実施例9で製造した圧延接合体を切り出して評価に用いた。圧延接合体の厚みに関して、実施例9と参考例5とでは値が異なるが、微差であり、実質的には同一である。
実施例9で製造した圧延接合体を切り出して評価に用いた。圧延接合体の厚みに関して、実施例9と参考例5とでは値が異なるが、微差であり、実質的には同一である。
参考例1~7の圧延接合体について、180°ピール強度を、接合後で焼鈍前の圧延接合体と、焼鈍後の最終的な圧延接合体について測定した。また、参考例1~7の圧延接合体について、引張強さ及び伸びを測定し、曲げ加工性及び絞り加工性を評価した。180°ピール強度、引張強さ及び伸びの測定、並びに曲げ加工性及び絞り加工性の評価は以下のようにして行った。
[180°ピール強度]
圧延接合体から幅20mmの試験片を作製し、ステンレス層とアルミニウム層を一部剥離後、アルミニウム層側を固定し、ステンレス層をアルミニウム層側と180°反対側へ、引張速度50mm/分にて引っ張った際に引きはがすのに要する力(単位:N/20mm)を、テンシロン万能材料試験機 RTC-1350A(株式会社オリエンテック製)を用いて測定した。
圧延接合体から幅20mmの試験片を作製し、ステンレス層とアルミニウム層を一部剥離後、アルミニウム層側を固定し、ステンレス層をアルミニウム層側と180°反対側へ、引張速度50mm/分にて引っ張った際に引きはがすのに要する力(単位:N/20mm)を、テンシロン万能材料試験機 RTC-1350A(株式会社オリエンテック製)を用いて測定した。
[引張強さ]
テンシロン万能材料試験機 RTC-1350A(株式会社オリエンテック製)を用い、試験片としてJIS Z 2201に記載の特別試験片6号の仕様を用いて、JIS Z 2241(金属材料引張試験方法)に準じて測定した。
テンシロン万能材料試験機 RTC-1350A(株式会社オリエンテック製)を用い、試験片としてJIS Z 2201に記載の特別試験片6号の仕様を用いて、JIS Z 2241(金属材料引張試験方法)に準じて測定した。
[伸び]
引張強さ試験の試験片を用い、JIS Z 2241に記載される破断伸びの測定に準じて測定した。
引張強さ試験の試験片を用い、JIS Z 2241に記載される破断伸びの測定に準じて測定した。
[曲げ加工性]
Vブロック法(金具角度60度、押し金具加工R0.5、荷重1kN、試験材幅10mm、JIS Z 2248)により曲げ加工を施した。
Vブロック法(金具角度60度、押し金具加工R0.5、荷重1kN、試験材幅10mm、JIS Z 2248)により曲げ加工を施した。
[絞り加工性]
機械式エリクセン試験機(ERICHSEN社製 万能型薄板成形試験機 モデル145-60)を用いて円筒絞り加工を行い評価した。絞り加工条件は以下のとおりとした。
ブランク径φ:49mm(絞り比1.63)又は55mm(絞り比1.83)
パンチサイズφ:30mm
パンチ肩R:3.0
ダイ肩R:3.0
シワ押さえ圧力:3N
潤滑油:プレス加工油(No.640(日本工作油製))
成形温度:室温(25℃)
成形速度:50mm/秒
絞り加工性は以下の表2に示す5段階で評価した。数値が高い程絞り加工性に優れる。なお、ブランク径55mm(絞り比1.83)の条件は、ブランク径49mm(絞り比1.63)の条件よりも加工が厳しい。
機械式エリクセン試験機(ERICHSEN社製 万能型薄板成形試験機 モデル145-60)を用いて円筒絞り加工を行い評価した。絞り加工条件は以下のとおりとした。
ブランク径φ:49mm(絞り比1.63)又は55mm(絞り比1.83)
パンチサイズφ:30mm
パンチ肩R:3.0
ダイ肩R:3.0
シワ押さえ圧力:3N
潤滑油:プレス加工油(No.640(日本工作油製))
成形温度:室温(25℃)
成形速度:50mm/秒
絞り加工性は以下の表2に示す5段階で評価した。数値が高い程絞り加工性に優れる。なお、ブランク径55mm(絞り比1.83)の条件は、ブランク径49mm(絞り比1.63)の条件よりも加工が厳しい。
参考例1~7の圧延接合体の構成、製造条件及び評価結果を表3に示す。
表3より、接合時の加圧力を高くして、アルミニウム合金層の圧下率を高くした参考例1及び2は、アルミニウム合金層の圧下率が5%未満である参考例6と比較して、接合後で焼鈍前のピール強度は同等であるが、焼鈍後のピール強度が顕著に向上しており、絞り加工性が高くなることが示された。また、参考例2、3及び7より、焼鈍後の圧延接合体のピール強度を高くするために適切な焼鈍温度範囲が存在し、これはバッチ焼鈍では200℃~370℃であると考えられる。また、アルミニウム板の厚みが薄い場合についても、圧延接合体のピール強度を高くすることができ、この場合、特に、焼鈍前後でのピール強度向上幅が大きかった(参考例4)。
また、以下の純アルミニウムを用いた参考例8~10の結果との比較により、アルミニウム板がアルミニウム合金の場合、純アルミニウムの場合と比較して、ピール強度が高くなりにくいことがわかった。これは、アルミニウム合金は純アルミニウムよりも硬度が高く、変形しにくいため、そもそも接合時にピール強度があがりにくく、また、焼鈍により金属間化合物を接合界面に生成しやすいため、この金属間化合物生成によりピール強度が下がってしまうためであると推定される。
(参考例8)
ステンレス板としてSUS304(厚み0.2mm)を用い、アルミニウム板として純アルミニウムA1050(厚み0.85mm)を用いた。SUS304とA1050に対してスパッタエッチング処理を施した。SUS304についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力700W、13分間の条件にて実施し、A1050についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力700W、13分間の条件にて実施した。スパッタエッチング処理後のSUS304とA1050を、常温で、圧延ロール径130mm~180mm、圧延線荷重1.9tf/cm~4.0tf/cmにてロール圧接により接合して、SUS304とA1050の圧延接合体を得た。この圧延接合体に対し、300℃、2時間の条件でバッチ焼鈍を行った。
ステンレス板としてSUS304(厚み0.2mm)を用い、アルミニウム板として純アルミニウムA1050(厚み0.85mm)を用いた。SUS304とA1050に対してスパッタエッチング処理を施した。SUS304についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力700W、13分間の条件にて実施し、A1050についてのスパッタエッチングは、0.1Pa下で、プラズマ出力700W、13分間の条件にて実施した。スパッタエッチング処理後のSUS304とA1050を、常温で、圧延ロール径130mm~180mm、圧延線荷重1.9tf/cm~4.0tf/cmにてロール圧接により接合して、SUS304とA1050の圧延接合体を得た。この圧延接合体に対し、300℃、2時間の条件でバッチ焼鈍を行った。
(参考例9及び10)
接合時の加圧力を変更することによる接合時の圧下率及び/又は焼鈍温度を所定の値に変更した以外は参考例8と同様にして、参考例9及び10の圧延接合体を得た。
接合時の加圧力を変更することによる接合時の圧下率及び/又は焼鈍温度を所定の値に変更した以外は参考例8と同様にして、参考例9及び10の圧延接合体を得た。
参考例8~10の圧延接合体を前記と同様に評価した。参考例8~10の圧延接合体の構成、製造条件及び評価結果を表4に示す。
表4より、アルミニウム板が純アルミニウムである場合についても、アルミニウム合金の場合と同様に、接合時の圧下率を上げることにより、接合後のピール強度は同等であるものの、焼鈍後のピール強度を顕著に大きくすることができ、焼鈍前後でのピール強度向上幅を大きくすることができることが示された。
1 圧延接合体
10 ステンレス層
20 ステンレスとは異なる金属層
5 電子機器用筐体
50 背面
51 側面
A 平面部分
10 ステンレス層
20 ステンレスとは異なる金属層
5 電子機器用筐体
50 背面
51 側面
A 平面部分
本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。
Claims (4)
- ステンレス層とステンレスとは異なる金属層とからなる圧延接合体であって、
厚みTが0.2mm以上3mm以下であり、
前記厚みTに対する前記ステンレス層の厚みTSUSの比率PSUSと、前記ステンレス層側をX線回折測定した際に得られる結晶の面方位(200)を示すピークの半価幅FWHM200との関係が、下記式を満たす前記圧延接合体。
FWHM200≦0.0057PSUS+0.4 - 前記ステンレスとは異なる金属層が、アルミニウム、アルミニウム合金及び銅からなる群から選択される金属の層である請求項1に記載の圧延接合体。
- 電子機器用筐体のための請求項1又は2に記載の圧延接合体。
- 請求項1又は2に記載の圧延接合体を用いた電子機器用筐体。
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