JP6984240B2 - Aluminum member with laser weld - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材に関する。 The present invention relates to an aluminum member having a laser welded portion.
電気自動車等において、バッテリーやインバータ等に用いられるバスバーの需要が高まっている。バスバーは、使用される箇所の構造に応じて、銅やアルミニウム等の導電性の高い金属の板や条を、バッテリー等の端子管を接続するため種々の形状に加工した導電部材である。バスバーとバッテリー等のデバイス、又はバスバー同士を接合させる方法として、レーザー溶接が知られている。 In electric vehicles and the like, the demand for bus bars used for batteries, inverters and the like is increasing. The bus bar is a conductive member obtained by processing a plate or strip of highly conductive metal such as copper or aluminum into various shapes for connecting a terminal tube such as a battery, depending on the structure of the place where the bus bar is used. Laser welding is known as a method of joining a device such as a bus bar and a battery, or the bus bars to each other.
レーザー溶接は、レーザー光により接合部の金属を溶融して結合する方法である。溶融の形態より溶け込みの浅い熱伝導型と溶け込みの深いキーホール型に分けられ、用途に応じて使い分けられる。レーザー溶接は、穴あけ加工等が不要で、直線や曲線等のビード形状の自由度が高く、短時間で広範囲を接合することができる。 Laser welding is a method of melting and bonding metals in a joint by laser light. Depending on the form of melting, it is divided into a heat conduction type with shallow melting and a keyhole type with deep melting, and it can be used properly according to the application. Laser welding does not require drilling or the like, has a high degree of freedom in bead shapes such as straight lines and curves, and can join a wide range in a short time.
アルミニウムは、反射率の高い材料のため、レーザー溶接をしようとするとレーザーの多くが反射してしまい溶接部に十分な熱を発生させることが困難であり、接合不良を起こし易い。そのため、アルミニウムはレーザー溶接には向いていない材料であるとされていた。 Since aluminum is a material with high reflectance, most of the lasers are reflected when laser welding is attempted, making it difficult to generate sufficient heat in the welded portion, and it is easy to cause poor bonding. Therefore, aluminum was considered to be a material that is not suitable for laser welding.
アルミニウムのレーザー吸収を高めるため、溶接部にバナジウム、チタン、ジルコニウム等の低反射率材料の線材を供給しながらレーザー溶接を行うこと(特許文献1)、アルミニウム材をレーザー吸収率の高い鉄やチタン等で被覆した後にレーザー溶接を行うこと(特許文献2)、また、アルミニウム部材の溶接部にレーザー吸収率の高い無電解Ni−Pめっきを施して、レーザー溶接を行うこと(特許文献3)が提案されている。
しかしながら、特許文献1の方法では、溶接時に低反射率材料の線材を集光部に設置する必要があり、装置構成が煩雑で、わずかでもレーザーの焦点と線材の先端位置がずれると期待するようなレーザーの吸収が得られず、施工が困難である。特許文献2の方法では、具体的には鉄やチタンの蒸着が実施されているが、アルミニウム上の乾式膜は、アルミニウム上の自然酸化皮膜の影響で密着性が乏しくなり、また、真空装置を使用するため、装置が高額になり、部材の形状、大きさにも制限を生じる。また、特許文献3の方法では、湿式の無電解Ni−Pめっきが示されており、上記文献1〜2の課題は克服されているものの、無電解Ni−Pめっきは、はんだ濡れ性に乏しく、レーザー溶接とはんだ実装を同じ部材に行う場合にはんだ接合性が損なわれる虞がある。このため、上記問題を解決できるアルミニウム部材が望まれている。
However, in the method of
本発明は、はんだ濡れ性にも優れた、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an aluminum member having a laser welded portion, which is also excellent in solder wettability.
本発明者は、上記の課題を達成するべく種々の研究を行った結果、アルミニウム生地材に電解ニッケルめっき皮膜を形成することにより、アルミニウム部材のレーザー溶接性を向上させるのみならず、電解Niめっきはニッケルの純度が高く、表面の酸化が少ないために、はんだ濡れ性が良好であるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。 As a result of conducting various studies to achieve the above problems, the present inventor not only improves the laser weldability of aluminum members by forming an electrolytic nickel plating film on an aluminum fabric material, but also electrolytic Ni plating. Has been found to have good solder wettability due to the high purity of nickel and less surface oxidation, and has completed the present invention.
すなわち、本発明は、少なくとも一つの表面に、純度99質量%以上のNiからなる電解ニッケルめっき皮膜が、0.5〜6.0μmの厚さで形成されている、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材である。 That is, the present invention is an aluminum member having a laser welded portion, in which an electrolytic nickel plating film made of Ni having a purity of 99% by mass or more is formed on at least one surface in a thickness of 0.5 to 6.0 μm. Is.
本発明の一態様によれば、電解ニッケルめっき皮膜が結晶質構造を有する、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an aluminum member having a laser welded portion in which the electrolytic nickel plating film has a crystalline structure.
本発明の一態様によれば、レーザー溶接部のビード幅が5mm以下である、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an aluminum member having a laser welded portion having a bead width of 5 mm or less of the laser welded portion.
本発明の一態様によれば、電解ニッケルめっき皮膜の伸び率が8%以上である、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an aluminum member having a laser welded portion having an elongation rate of 8% or more of the electrolytic nickel plating film.
本発明の一態様によれば、電解ニッケルめっき皮膜の伸び率が10%以上である、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an aluminum member having a laser welded portion having an elongation rate of 10% or more of the electrolytic nickel plating film.
本発明の一態様によれば、アルミニウム部材が、JIS規格1000系(純Al)又は6000系(Al−Mg−Si)合金である、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an aluminum member having a laser welded portion, wherein the aluminum member is a JIS standard 1000 series (pure Al) or 6000 series (Al-Mg-Si) alloy.
本発明の一態様によれば、電解ニッケルめっき皮膜の下地層として、Znめっき層が設けられている、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an aluminum member having a laser welded portion provided with a Zn plating layer as a base layer of an electrolytic nickel plating film.
本発明の一態様によれば、曲げ加工部を有する、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an aluminum member having a laser welded portion having a bent portion.
本発明によれば、はんだ濡れ性にも優れた、レーザー溶接部を有するアルミニウム部材を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an aluminum member having a laser welded portion, which is also excellent in solder wettability.
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜変更を加えて実施することができる。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be carried out with appropriate modifications as long as the effects of the present invention are not impaired.
[アルミニウム部材]
本実施形態に係るアルミニウム部材は、2以上のアルミニウム材がレーザー溶接された部材であり、レーザー溶接部を有する。レーザー溶接部とは、レーザー溶接された部分のことであり、そのうち、溶接痕の盛り上がり部分をビードという。
[Aluminum member]
The aluminum member according to the present embodiment is a member in which two or more aluminum materials are laser-welded, and has a laser-welded portion. The laser welded part is a part that has been laser welded, and the raised part of the weld mark is called a bead.
(アルミニウム生地材)
アルミニウム生地材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、JIS規格1000系(純Al)又は6000系(Al−Mg−Si)合金であることが好ましい。アルミニウム生地材の大きさ及び形状は、アルミニウム部材に求められる大きさ及び形状に応じて適宜選択することができる。
(Aluminum fabric material)
The aluminum fabric material is made of aluminum or an aluminum alloy, and is preferably a JIS standard 1000 series (pure Al) or 6000 series (Al-Mg-Si) alloy. The size and shape of the aluminum fabric material can be appropriately selected according to the size and shape required for the aluminum member.
(電解ニッケルめっき皮膜)
レーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、アルミニウム生地材上に、純度99質量%以上のNiからなる電解ニッケルめっき皮膜(以下、単に「めっき皮膜」ともいう。)が、0.5〜6.0μmの厚さで表面に形成されている。一般に、めっきをされていないアルミニウム生地材は、反射率が高いためレーザー溶接性が悪く、また、表面に緻密な自然酸化皮膜が形成するため、はんだ濡れ性が悪い。本実施形態に係るアルミニウム部材は、電解ニッケルめっき皮膜が形成されていることにより、レーザー溶接性がよい。また、電解ニッケルめっき皮膜が、純度99質量%以上のNiからなるため、表面の酸化が少なく、はんだ濡れ性がよい。
(Electrolytic nickel plating film)
The aluminum member having a laser welded portion has an electrolytic nickel plating film (hereinafter, also simply referred to as “plating film”) having a purity of 99% by mass or more and having an electrolytic nickel plating film of 0.5 to 6.0 μm on the aluminum fabric material. It is formed on the surface by thickness. In general, an unplated aluminum fabric material has poor laser weldability due to its high reflectance, and also has poor solder wettability due to the formation of a dense natural oxide film on the surface. The aluminum member according to the present embodiment has good laser weldability because an electrolytic nickel plating film is formed. Further, since the electrolytic nickel plating film is made of Ni having a purity of 99% by mass or more, the surface is less oxidized and the solder wettability is good.
電解ニッケルめっき皮膜を構成するNiの純度は、レーザー溶接性及びはんだ濡れ性をより高める点で、99質量%以上であることが好ましく、99.5質量%以上であることがより好ましい。電解ニッケルめっき皮膜を構成するNiの純度が99質量%以上であることは、例えば、電子線マイクロアナライザ(EPMA)法によって確認することができる。電解ニッケルめっき皮膜の厚さは、レーザー溶接性及びはんだ濡れ性をより高める点で、0.5〜6.0μmであることが好ましく、1.0〜5.0μmであることがより好ましい。 The purity of Ni constituting the electrolytic nickel plating film is preferably 99% by mass or more, and more preferably 99.5% by mass or more, in terms of further enhancing the laser weldability and the solder wettability. It can be confirmed, for example, by the electron probe microanalyzer (EPMA) method that the purity of Ni constituting the electrolytic nickel plating film is 99% by mass or more. The thickness of the electrolytic nickel plating film is preferably 0.5 to 6.0 μm, and more preferably 1.0 to 5.0 μm in terms of further enhancing the laser weldability and the solder wettability.
電解ニッケルめっき皮膜は、結晶質構造を有する。電解Niめっき皮膜が結晶質構造を有していることにより、伸び率が高いため、アルミニウム生地材にめっき皮膜を形成した後にアルミニウム材に曲げ加工を行っても、めっき皮膜にクラックが生じたり、めっき皮膜が剥離したりする心配が小さい。結晶質構造を有することは、例えば、X線回析法によって確認することができる。また、電解ニッケルめっき皮膜は、電解めっき処理で形成されるため、コイル状に巻かれたアルミニウム生地材を解いてめっき処理を行った後、再度コイル状に巻きあげる、すなわち、コイルからコイルへと連続的に処理することができ、めっき工程における生産性も高い。 The electrolytic nickel plating film has a crystalline structure. Since the electrolytic Ni plating film has a crystalline structure, the elongation rate is high, so even if the aluminum material is bent after the plating film is formed on the aluminum fabric material, cracks may occur in the plating film. There is little concern that the plating film will peel off. Having a crystalline structure can be confirmed, for example, by an X-ray diffraction method. Further, since the electrolytic nickel plating film is formed by the electrolytic plating process, the aluminum fabric material wound in a coil shape is unwound, plated, and then wound again in a coil shape, that is, from the coil to the coil. It can be processed continuously and has high productivity in the plating process.
本実施形態に係るレーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、電解ニッケルめっき皮膜の伸び率が、8%以上であることが好ましく、より好ましくは10%以上である。伸び率が8%以上であることにより、アルミニウム生地材にめっき皮膜を形成した後に曲げ加工を行っても、めっき皮膜にクラックが生じたり、めっき皮膜が剥離したりする心配が小さい。電解ニッケルめっき皮膜の伸び率の測定は、ASTM B 489に準拠する曲げ試験により行うことができる。 In the aluminum member having the laser welded portion according to the present embodiment, the elongation rate of the electrolytic nickel plating film is preferably 8% or more, more preferably 10% or more. Since the elongation rate is 8% or more, even if the plating film is formed on the aluminum fabric material and then bent, there is little concern that the plating film will be cracked or the plating film will be peeled off. The elongation of the electrolytic nickel plating film can be measured by a bending test according to ASTM B 489.
電解ニッケルめっき皮膜の形成は、電解めっき処理により行うことができる。電解ニッケルめっき皮膜を形成する前に、必要に応じて、アルミニウム生地材に、脱脂、酸洗、水洗等の前処理を行ってもよい。アルミニウム生地材と接触させるNiめっき処理液は、ワット浴やスルファミン酸浴など工業的に用いられているめっき処理液を用いることができる。pHが3.5〜4.8のスルファミン酸浴またはpH4.0〜5.5のワット浴を用いて電解めっき処理を行うことが好ましいが、アルミニウム生地材上に下地層としてZnめっきが設けられている場合にZnめっき層が溶解するのを防ぎ、さらに内部応力が小さく、めっき後の成形性が優れる点から、pHが3.5〜4.8のスルファミン酸浴が好ましい。電解めっき処理で電解ニッケルめっき皮膜を形成する際の電流密度は、2A/dm2以上10A/dm2以下で行うことが好ましい。さらに好ましい電流密度は、2A/dm2以上5A/dm2以下である。さらに、Niめっき処理液中のNiイオン濃度を高めるため、例えばスルファミン酸Niめっき浴であれば、処理液中のスルファミン酸ニッケルの濃度を400g/L以上500g/L以下、又は450g/L以上500g/L以下とすることも好ましい。 The electrolytic nickel plating film can be formed by an electrolytic plating process. Before forming the electrolytic nickel plating film, the aluminum fabric material may be subjected to pretreatment such as degreasing, pickling, and washing, if necessary. As the Ni plating treatment liquid to be brought into contact with the aluminum fabric material, an industrially used plating treatment liquid such as a Watt bath or a sulfamic acid bath can be used. It is preferable to perform the electrolytic plating treatment using a sulfamic acid bath having a pH of 3.5 to 4.8 or a watt bath having a pH of 4.0 to 5.5, but Zn plating is provided as a base layer on the aluminum fabric material. A sulfamic acid bath having a pH of 3.5 to 4.8 is preferable because it prevents the Zn plating layer from melting, the internal stress is small, and the moldability after plating is excellent. The current density at the time of forming the electroless nickel plating film by electrolytic plating process is preferably carried out at 2A / dm 2 or more 10A / dm 2 or less. A more preferable current density is 2 A / dm 2 or more and 5 A / dm 2 or less. Further, in order to increase the Ni ion concentration in the Ni plating treatment liquid, for example, in the case of a sulfamate Ni plating bath, the concentration of nickel sulfamate in the treatment liquid is 400 g / L or more and 500 g / L or less, or 450 g / L or more and 500 g. It is also preferable to set it to / L or less.
本実施形態に係るレーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、電解ニッケルめっき皮膜の下地層として、Znめっき層が設けられていてもよい。Znめっき層が設けられていることにより、ニッケルめっき皮膜の密着性を高めることができる。Znめっき層の厚さは、特に限定されず、0.1〜1.0μmとすることができる。Znめっき層は、従来公知のジンケート処理により形成することができる。 The aluminum member having the laser welded portion according to the present embodiment may be provided with a Zn plating layer as a base layer of the electrolytic nickel plating film. By providing the Zn plating layer, the adhesion of the nickel plating film can be improved. The thickness of the Zn plating layer is not particularly limited and may be 0.1 to 1.0 μm. The Zn-plated layer can be formed by a conventionally known zincate treatment.
(アルミニウム部材)
本実施形態に係るレーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、レーザー溶接性がよく、はんだ濡れ性に優れている。レーザー溶接性がよいことは、例えば、ビード幅が狭く形成されていることや、ビードがレーザー溶接部の全体に亘って一連に形成されていること等により判断することができる。よって、ビード幅は、5mm以下であることが好ましく、4mm以下であることがより好ましい。ビード幅の測定は、溶接痕の盛り上がり部分の幅を、必要に応じて顕微鏡を用いて測定することができる。はんだ濡れ性は、後述するJIS C60068−2−54に準拠するはんだ濡れ性試験により判断することができる。
(Aluminum member)
The aluminum member having the laser welded portion according to the present embodiment has good laser weldability and excellent solder wettability. Good laser weldability can be determined, for example, by the fact that the bead width is narrowly formed, the beads are formed in a series over the entire laser welded portion, and the like. Therefore, the bead width is preferably 5 mm or less, and more preferably 4 mm or less. The bead width can be measured by measuring the width of the raised portion of the weld mark using a microscope, if necessary. The solder wettability can be determined by a solder wettability test according to JIS C6000068-2-54, which will be described later.
本実施形態に係るレーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、曲げ加工部を有する。曲げ加工部を有することにより、バスバー等に要求される種々の形状を取ることができる。曲げ加工部の形成は、エッジワイズ曲げ加工、フラットワイズ曲げ加工、ヘム曲げ加工等により行うことができる。 The aluminum member having the laser welded portion according to the present embodiment has a bent portion. By having the bent portion, it is possible to take various shapes required for a bus bar or the like. The bent portion can be formed by edgewise bending, flatwise bending, hem bending, or the like.
[製造方法]
本実施形態に係るレーザー溶接部を有するアルミニウム部材は、少なくとも一つの面上に電解ニッケルめっき皮膜が形成された2以上のアルミニウム材をレーザー溶接して得ることができる。レーザー溶接は、2以上のアルミニウム材を、互いに一つの面が接するように、かつ、電解ニッケルめっき皮膜が形成された面が同じ方向を向くように配置して、電解ニッケルめっき皮膜が形成された面側からレーザー光を照射して行う。レーザー光源としては、特に制限されず、ファイバーレーザーやYAGレーザー、CO2レーザー等の従来公知の光源を用いることができる。レーザー光源の出力は、0.1〜5kWとすることができ、溶接速度は、レーザー光源の出力の出力にもよるが、0.5〜5m/minとすることができる。
[Production method]
The aluminum member having the laser welded portion according to the present embodiment can be obtained by laser welding two or more aluminum materials having an electrolytic nickel plating film formed on at least one surface. In laser welding, an electrolytic nickel plating film was formed by arranging two or more aluminum materials so that one surface was in contact with each other and the surfaces on which the electrolytic nickel plating film was formed faced in the same direction. It is performed by irradiating laser light from the surface side. The laser light source is not particularly limited, and a conventionally known light source such as a fiber laser, a YAG laser, or a CO 2 laser can be used. The output of the laser light source can be 0.1 to 5 kW, and the welding speed can be 0.5 to 5 m / min, depending on the output of the laser light source.
以下に実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、これらの実施例により本発明の解釈が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples do not limit the interpretation of the present invention.
[電解Niめっき処理]
アルミニウム生地材に施す電解Niめっき処理は、脱脂工程、アルカリエッチング工程、デスマット工程、1次ジンケート工程、亜鉛剥離工程、2次ジンケート工程、Niめっき工程により実施した。以下に各工程の条件(試薬、温度、処理時間等)を示す。
脱脂工程:20質量%硝酸、室温、30秒
アルカリエッチング工程:5質量%NaOH、50℃、30秒
デスマット工程:20質量%硝酸、室温、30秒
1次ジンケート工程:AZ−301(上村工業株式会社製)、25℃、30秒
亜鉛剥離工程:20質量%硝酸、室温、30秒
2次ジンケート工程:AZ−301(上村工業株式会社製)、25℃、30秒
Niめっき工程:Ni(NH2SO3)2・4H2O 450g/L、NiCl2・
6H2O 10g/L、H3BO3 35g/L、NP―A(株式
会社ムラタ製、ピット防止剤) 3.0ml/L、40℃、5A
/dm2、所定時間
なお、各工程の処理液の溶媒にはイオン交換水を使用し、各工程間には、室温のイオン交換水を用いて30秒間アルミニウム材の水洗を行った。
[Electrolytic Ni plating process]
The electrolytic Ni plating treatment applied to the aluminum fabric material was carried out by a degreasing step, an alkali etching step, a desmat step, a primary zincating step, a zinc stripping step, a secondary zincating step, and a Ni plating step. The conditions (reagent, temperature, processing time, etc.) of each step are shown below.
Degreasing process: 20% by mass nickel, room temperature, 30 seconds Alkaline etching process: 5% by mass NaOH, 50 ° C, 30 seconds Desmat process: 20% by mass nickel, room temperature, 30 seconds Primary zincating process: AZ-301 (Uemura Kogyo Co., Ltd.) (Manufactured by the company), 25 ° C, 30 seconds Zinc peeling process: 20% by mass nitric acid, room temperature, 30 seconds Secondary zincating process: AZ-301 (manufactured by Uemura Kogyo Co., Ltd.), 25 ° C, 30 seconds Ni Plating process: Ni (NH) 2 SO 3) 2 · 4H 2 O 450g / L,
6H 2 O 10g / L, H 3 BO 3 35g / L, NP-A (stocks)
Company Murata, pit inhibitor) 3.0ml / L, 40 ℃, 5A
/ Dm 2 , predetermined time Ion-exchanged water was used as the solvent for the treatment liquid in each step, and the aluminum material was washed with water for 30 seconds using ion-exchanged water at room temperature between each step.
[無電解Niめっき処理]
比較例として、アルミニウム生地材に無電解Niめっき処理を施したものを用意した。無電解Niめっき処理は、上記電解Niめっき処理とNiめっき工程以外の各工程を同一の条件で、Niめっき工程を以下の条件で実施した。
Niめっき工程:トップニコロンSDB―LF(奥野製薬工業株式会社製)、90℃
、10分
[Electroless Ni plating process]
As a comparative example, an aluminum fabric material subjected to electroless Ni plating was prepared. In the electroless Ni plating treatment, each step other than the above electrolytic Ni plating treatment and the Ni plating step was carried out under the same conditions, and the Ni plating step was carried out under the following conditions.
Ni plating process: Top Nicolon SDB-LF (manufactured by Okuno Pharmaceutical Industry Co., Ltd.), 90 ° C.
10 minutes
[めっき組成分析]
アルミニウム生地材に施しためっきの組成分析には、EPMA1610(株式会社島津製作所製)を用いて、めっき表面を加速電圧15kVで定性・半定量分析した。組成分析の結果を表1に示す。なお、電解Niめっきにおいて、Pは定量下限未満であった。
[Plating composition analysis]
For the composition analysis of the plating applied to the aluminum fabric material, EPMA1610 (manufactured by Shimadzu Corporation) was used, and the plating surface was qualitatively and semi-quantitatively analyzed at an acceleration voltage of 15 kV. The results of the composition analysis are shown in Table 1. In the electrolytic Ni plating, P was less than the lower limit of quantification.
[レーザー溶接試験]
アルミニウム合金6101−T6材(厚さ3mm×20mm×100mm)(以下、「アルミニウム生地材」という。)と、当該アルミニウム合金材に前述の電解Niめっき処理により、約3μmの厚さの電解Niめっきを施したもの(以下、「電解Niめっきアルミニウム材」という。)を用意し、以下に示す条件で、それぞれにレーザー溶接を実施した。
発振器:マルチモードファイバーレーザー
出力(kW):0.3kW〜3kW
溶接速度(WS)(m/min):1〜2m/min
ファイバー径:0.2mm
焦点径:0.2mm
シールドガス種:N2
シールドガス流量:20〜30L/min
前進角・後進角:前進角
デフォーカス:ジャストフォーカス
パルス波形:CW(連続波)
[Laser welding test]
Aluminum alloy 6101-T6 material (
Oscillator: Multimode fiber laser output (kW): 0.3kW to 3kW
Welding speed (WS) (m / min): 1-2 m / min
Fiber diameter: 0.2 mm
Focal diameter: 0.2 mm
Shield gas type: N 2
Shield gas flow rate: 20 to 30 L / min
Forward / backward angle: forward angle Defocus: just focus Pulse waveform: CW (continuous wave)
図1に示すように、電解Niめっきアルミニウム材は、アルミニウム生地材に比べて低い出力側でより溶け込み深さが大きい。図2に示すように、電解Niめっきアルミニウム材は、0.8kWの出力でキーホール領域に達するビードを形成している一方、図3に示すように、アルミニウム生地材には、0.8kWの出力では、溶け込みはわずかに0.15mm程度であり、熱伝導領域に留まっている。すなわち、電解Niめっきアルミニウム材は、アルミニウム生地材に比べて溶接性に優れる。 As shown in FIG. 1, the electrolytic Ni-plated aluminum material has a larger penetration depth on the lower output side than the aluminum fabric material. As shown in FIG. 2, the electrolytic Ni-plated aluminum material forms a bead that reaches the keyhole region at an output of 0.8 kW, while as shown in FIG. 3, the aluminum fabric material has 0.8 kW. At the output, the penetration is only about 0.15 mm and remains in the heat transfer region. That is, the electrolytic Ni-plated aluminum material is superior in weldability as compared with the aluminum fabric material.
図4及び5に示すように、電解Niめっきアルミニウム材は、溶接速度が大きく(出力密度が小さく)なっても、ビードが安定して形成されている。一方、図6及び7に示すように、アルミニウム生地材は、溶接速度が大きくなる(出力密度が小さくなる)と、ビード形成が不安定化し断続的になっている。すなわち、電解Niめっきアルミニウム材は、アルミニウム生地材に比べて溶接性に優れる。 As shown in FIGS. 4 and 5, in the electrolytic Ni-plated aluminum material, beads are stably formed even when the welding speed is high (the output density is low). On the other hand, as shown in FIGS. 6 and 7, the bead formation of the aluminum fabric material becomes unstable and intermittent as the welding speed increases (the output density decreases). That is, the electrolytic Ni-plated aluminum material is superior in weldability as compared with the aluminum fabric material.
[はんだ濡れ性試験]
アルミニウム合金6101−T8材(厚さ0.5mm×5mm×10mm)に、電解Niめっき、又は無電解Niめっき(いずれも膜厚:約3μm)を前述のめっき処理により施したもの(以下、それぞれ「電解Niめっき材」、「無電解Niめっき材」という。)と、無処理のもの(以下、「アルミニウム生地材」という。)を用意し、以下に示す条件で、各試験片に対して、図8に示すJIS C60068−2−54に準拠するはんだ濡れ性試験を実施した。
装置:ソルダーチェッカー5200TN(株式会社レスカ製)
はんだ:鉛フリーはんだ M705(千住金属工業株式会社製、組成:Sn3Ag
0.5Cu)
フラックス:2−プロパノール30g+ロジン10g+ジエチルアンモニウムクロ
リド61.7mg(標準フラックス+0.2%Clフラックス)
浸漬速度:5mm/s
浸漬深さ:5mm
浸漬時間:10s
引き上げ速度:5mm/s
各試験片についてn=3で実施し、ゼロクロスタイムT0(s)および試験片の外観を評価した。なお、図8において、ゼロクロスタイムT0は、溶融はんだ液面が凹状態から、試験片とはんだ液面とが形成する角度θが90°となるまで時間のことを意味する。ゼロクロスタイムT0が小さい値の方がはんだ濡れ性がよく、試験片の外観がよく濡れている場合にはんだ濡れ性がよいといえる。
[Solder wettability test]
Aluminum alloy 6101-T8 material (thickness 0.5 mm x 5 mm x 10 mm) subjected to electrolytic Ni plating or electroless Ni plating (both film thickness: about 3 μm) by the above-mentioned plating treatment (hereinafter, each). Prepare "electrolytic Ni plating material", "electroless Ni plating material") and untreated material (hereinafter referred to as "aluminum fabric material") for each test piece under the conditions shown below. , A solder wettability test according to JIS C6000068-2-54 shown in FIG. 8 was carried out.
Equipment: Solder Checker 5200TN (manufactured by Reska Co., Ltd.)
Solder: Lead-free solder M705 (manufactured by Senju Metal Industry Co., Ltd., composition: Sn3Ag
0.5Cu)
Flux: 2-propanol 30 g + rosin 10 g + diethylammonium chloride
Lido 61.7 mg (standard flux + 0.2% Cl flux)
Immersion speed: 5 mm / s
Immersion depth: 5 mm
Immersion time: 10s
Pulling speed: 5 mm / s
Each test piece was carried out at n = 3 and the zero cross time T 0 (s) and the appearance of the test piece were evaluated. In FIG. 8, the zero cross time T 0 means the time from the concave state of the molten solder liquid surface to the time when the angle θ formed by the test piece and the solder liquid surface becomes 90 °. It can be said that the smaller the zero cross time T 0 is, the better the solder wettability is, and when the appearance of the test piece is well wet, the solder wettability is good.
はんだ濡れ性試験の結果を表2に、図9にはんだ濡れ性試験で得られたはんだ濡れ力チャートの一例を示す。電解Niめっき片は、T0が3秒以下と良好なはんだ濡れ性を示した。一方、無電解Niめっき片及びアルミニウム生地材片のいずれも濡れ力が浮力線に到達せず、T0を計測できなかった。また、試験片の外観を観察したところ、無電解Niめっき片は、はんだ槽に浸漬した部分のみが濡れ、アルミニウム生地材は全く濡れなかった。すなわち、電解Niめっきアルミニウム材は、無電解Niめっきアルミニウム材及び無処理のアルミニウム生地材に比べて、はんだ濡れ性に優れていることが分かる。 Table 2 shows the results of the solder wettability test, and FIG. 9 shows an example of the solder wettability chart obtained in the solder wettability test. The electrolytic Ni-plated piece showed good solder wettability with T 0 of 3 seconds or less. On the other hand, neither the electroless Ni-plated piece nor the aluminum cloth material piece reached the buoyancy line, and T 0 could not be measured. Moreover, when the appearance of the test piece was observed, only the portion of the electroless Ni-plated piece immersed in the solder bath was wet, and the aluminum fabric material was not wet at all. That is, it can be seen that the electrolytic Ni-plated aluminum material is superior in solder wettability to the electroless Ni-plated aluminum material and the untreated aluminum fabric material.
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