激光焊接用铝合金部件的制作方法

1.本发明涉及激光焊接用铝合金部件及使用了该激光焊接用铝合金部件的金属部件的焊接结构。在本说明书及请求的范围中，某种金属m的合金中也包含纯金属m。例如，铝合金中也包含以jis标准规定的纯铝(纯度99.00％以上的铝)。铜合金中也包含以jis标准规定的纯铜(纯度99.90％以上的铜)。


背景技术：

2.作为用于将电池的正极片(铝合金)及负极片(铜)连接的母线，使用了将铝(也记为al)合金和铜(也记为cu)压接而成的包层材料。包层材料因为是与各个电极片同种类的金属，所以容易进行激光焊接，但为了低成本化，提案有利用由铝合金构成的母线与正极片、负极片进行焊接的方法(例如，参照专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特表2019－514694号公报
6.发明所要解决的问题
7.但是，在专利文献1所记载的焊接方法的情况下，可知负极片(铜)和铝合金的母线是异种材料，激光焊接很困难。具体而言，铝合金和铜不熔融混合，不具有强度。另外，可知在母线等大的部件的情况下，因材料公差而在焊接的部位的铝合金部件和铜部件(负极片)的相互相对的表面彼此之间形成间隙，所以更难以熔融混合。


技术实现要素：

8.于是，本发明的目的在于，提供一种激光焊接用铝合金部件，其用于通过激光焊接使铝合金和铜的异种材料牢固接合。
9.本发明的激光焊接用铝合金部件在如下方面具有特征，即，在铝合金上形成有镀镍层，这时，将镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa设为100nm以上。
10.发明效果
11.根据本发明，镍(也记为ni)的激光吸收率比照射激光的母材中的铝更高，且通过使表面粗糙化，比平滑面更能够提高吸收率。因此，能够有效地进行铝合金和铝合金以外的异种金属的熔融混合，能够得到牢固的接合结构。
附图说明
12.图1是表示在现有的激光焊接用铝合金部件中因激光照射而材料温度上升且过大的能量投入到合金部件内部的情形的示意图。
13.图2是表示在本发明的激光焊接用铝合金部件中通过使镀镍层的表面粗糙化并通过激光照射而入射光及反射光的大部分被吸收在镀层内部的情形的示意图。
14.图3是表示使用光干涉显微镜测定本发明的激光焊接用铝合金部件的镀镍层的表
面的算术平均粗糙度sa的情形的示意图。图3a及图3b是用黑白图像表示以色相(色、颜色)的不同来表现(凹侧：紫色
→
蓝色
→
绿色
→
黄色
→
凸侧：红色)镀层表面的粗糙度的彩色图像(二维图像及三维图像)的图。图3c及图3d是针对掩蔽上述彩色图像(二维图像及三维图像)而切取任意20μm
×
40μm的区域的一个部位用黑白图像表示彩色图像(二维图像及三维图像)的图。
15.图4是表示使用场发射型扫描电子显微镜(fe－sem)测量本发明激光焊接用铝合金部件的镀镍层膜厚的情形的图。
16.图5是表示使用场发射型扫描电子显微镜(fe－sem)测量本发明激光焊接用铝合金部件的镀镍层的镍颗粒的粒径的情形的图。图5a及图5b是jisg0551：2020“钢－晶粒度的显微镜试验方法”所示的显微镜照片，图5a是对线段横切的晶粒进行计数且表示其数的图，图5b是对线段横切的晶界进行计数且表示其数的图。
17.图6是表示使用黑度计测量本发明激光焊接用铝合金部件的镀镍层的光泽度的情形的图。
18.图7是示意性表示使激光焊接用铝合金部件和与上述铝合金不同的金属部件熔融混合凝固而形成焊接部的情形的图。
19.图8是示意性表示测定金属部件的焊接结构强度(拉伸应力)的情形的图。
具体实施方式
20.下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。另外，为了便于说明，附图的尺寸比率被夸大，有时与实际的比率不同。
21.＜激光焊接用铝合金部件；第一实施方式＞
22.本发明的激光焊接用铝合金部件的一实施方式(第一实施方式)的特征在于，在铝合金上具有镀镍层，上述镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa为100nm以上。通过具有这种结构，能够有效地体现上述效果。
23.为什么通过本实施方式的激光焊接用铝合金部件获得上述效果，其详情尚不明确，但考虑如下的作用机理(作用机制)。另外，下述的作用机理是通过推测而得到的，本实施方式不受下述作用机理任何限定。
24.例如，在焊接al－cu之类的异种金属的情况下，需要使材料上升至熔点的热能。但是，因为异种金属反应而生成的金属间化合物是脆性的，所以存在如下问题，即，当过剩地投入能量时，焊接强度下降，电阻上升，作为电连接变成低品位的电连接。另外，作为异种金属，例如，在焊接al和cu的情况下，alcu、al2cu、al4cu9是主要生成的al和cu的金属间化合物。
25.另外，如图1所示，在使用了如现有的激光焊接用铝合金部件那样吸收率小的材料即铝合金11的情况下，在焊接起始点处，因激光照射12而产生表面反射13，能够投入目标能量14。但是，铝合金11存在如下问题，即，当在焊接的期间材料温度上升时，激光吸收率上升，会投入目标值以上的过大的能量15。
26.对于上述问题，在本实施方式中，镀镍层的镍是吸收表面能量的材质，镍与照射激光的母材的铝相比，能够提高激光吸收率，且通过使镀镍层的表面粗糙化，与平滑面相比更
能够提高吸收率。即，如图2所示，通过使镀镍层的表面21粗糙化，当向粗糙化后的表面21照射激光22时，入射光22a在其表面被折射吸收在镀镍层内，反射光22b也再次被镀镍层吸收，入射光22a及反射光22b的大部分被吸收。另一方面，在平滑面(未图示)，即使向表面照射激光，入射光也会在其表面被镀镍层吸收，但反射光在镀镍层表面向与入射(照射)方向相反方向(光源侧)反射，几乎不会再被镀镍层吸收。因此，通过使镀镍层的表面粗糙化，相较于平滑面更能够提高吸收率。因此，认为能够有效地进行铝合金和铜等铝合金以外的异种金属(负极片等)的熔融混合，能够得到牢固的接合结构。
27.以下，关于本实施方式的激光焊接用铝合金部件(以下也简称为铝合金部件)，按构成要件进行说明。
28.〔母材〕
29.(母材的材质)
30.本实施方式的铝合金部件的母材只要由铝合金构成即可。即，其理由是，因为有由镀敷带来的能量吸收率的提高效果，所以在熔点上因添加物而存在少许差异，但在所有的合金系中都能够享受到该效果。因此，也包含焊接性低的合金。作为铝合金，通常使用国际铝合金名，在jis(日本工业标准)中，由4位数字构成的国际铝合金名也被纳入到铝合金的名字的一部分中。分别按no.1000混合的物质是不同的，能够通过其编号判断是与哪种物质的合金。作为上述铝合金，可举出a1050－h24、a1100－o、a1100－h24、a2011－t3、a2011－t8、a2017－t4、a2024－t3、a2024－t4、a2024－t6、a2024－t81、a5052－o、a5052－h34、a5052－h112、a5056－h34、a5056－h112、a5083－o、a6061－t6、a6061－t651、a6063－t5、a6082－t6、a6101－t6、a7075－t651等，但它们都不受任何限制。打头的a都表示铝，接在a后的4位数字表示材质标号，横杠后的标号表示质别标号。另外，母材的铝合金自身的熔点几乎不会因其种类(材质)而变化。因此，通过镍(镀层)吸收的能量使母材及与母材接合的异种金属部件熔化的量对母材的铝合金种类(6101、1100等)没有影响。因而，母材的铝合金种类(材质)只要根据熔融特性(熔点)以外的各用途的要求性能例如耐振动冲击性能等适当选择即可。
31.(母材的材质、形状及大小)
32.关于上述母材的材质、形状及大小，能够直接应用与现有的激光焊接用铝合金部件相同的材质、形状、大小。即，能够将以现有铝合金部件为母材，在该母材上具有被表面粗糙化(算术平均粗糙度sa＝100nm以上)而成的镀镍层的结构部件作为本实施方式的激光焊接用铝合金部件。但是，在本实施方式的母材中，虽然也可以设为与现有的激光焊接用铝合金部件相同的材质、形状、大小，但从轻量化等的观点出发，也可以变更材质、形状及大小中的任一个以上。
33.(母材的铝合金的形状)
34.上述母材的铝合金的形状能够直接应用与现有的激光焊接用铝合金部件相同的形状，该情况下，通常为平板形状。
35.(母材的铝合金的厚度)
36.另外，上述母材的铝合金的大小能够直接应用与现有的激光焊接用铝合金部件相同的大小。在母材的铝合金如平板形状等那样具有厚度的情况下，铝合金的厚度优选为0.2mm以上1mm以下的范围。如果铝合金的厚度为0.2mm以上，则在可充分吸收焊接时的与配
合部件的公差这方面优选。另一方面，如果铝合金的厚度为1mm以下，则容易利用所吸收的能量使其熔化，而且，在能够轻量、能够廉价这方面也是优选的。
37.〔镀镍层〕
38.(镀镍层的配置部位)
39.具有上述铝合金部件的镀镍层被设置于上述母材的铝合金上的特征。详细而言，上述镀镍层被设置于上述母材的铝合金的一表面上。通过这种部件结构，通过在焊接时将上述镀镍层配置成为与上述母材和不同于上述母材的金属部件熔融凝固的焊接部相对的母材表面侧，能够有效地体现以下的效果。即，镀镍层的构成成分即镍是吸收表面能量的材质，与照射激光的母材的构成成分即铝相比，镍更能够提高激光吸收率。另外，上述镀镍层只要至少设置于与上述焊接部相对的表面部分即可。例如，也可以设置于与上述焊接部相对的一侧的母材表面中、与上述焊接部相对的表面部分和其附近(例如，从与焊接部相对的表面部分的外缘起进一步到5～10mm左右外侧的范围)。还可以设置到更宽的范围，作为最宽的范围，是与上述焊接部相对的一侧的母材表面的整个面。从容易形成上述镀镍层，进而在焊接时可以不严密地进行部件彼此的对位(可允许有某种程度的错位)等观点出发，上述镀镍层优选设置于与上述焊接部相对的一侧的母材表面的整个面。另外，为了制成在与上述焊接部相对的母材表面的局部具有镀镍层的部件结构，例如，在镀敷处理前，在未设置镀镍层的表面部分贴附可剥离的绝缘性膜进行被覆。可举出在对由绝缘性膜部分被覆的母材进行了镀敷处理以后，将绝缘性膜从母材剥离的方法，但不限于这种方法。另外，优选在上述母材的铝合金的一表面上设置上述镀镍层，而在上述母材的铝合金的另一表面上不做任何设置。因此，能够使用如下方法等，即，在镀敷处理前，在铝合金的另一表面整个面上贴附可剥离的绝缘性膜进行被覆，对由绝缘性膜被覆的母材进行镀敷处理，之后将绝缘性膜从母材剥离。
40.(镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa)
41.具有上述镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa为100nm以上的特征。通过具有这种结构，表面的能量吸收率(激光吸收效率)提高，避免不必要的大能量投入，由此，能够抑制由过剩的能量投入引起的异种金属的反应生成的脆性的金属间化合物的产生。由此，能够防止焊接部的脆弱化(强度降低)，焊接强度提高(稳定)。另外，因为上述表面的算术平均粗糙度sa越大，表面的能量吸收率越高，所以上述表面的算术平均粗糙度sa优选为185nm以上。在这种结构中，因为是吸收效率进一步提高的sa区域，所以即使投入更少的能量，也能够进行焊接。即，因为表面的能量吸收率(激光吸收效率)进一步提高，能够以更少的能量投入来布局，所以能够进一步抑制金属间化合物的生成，焊接强度进一步提高(稳定)。另外，作为上述表面的算术平均粗糙度sa的上限，优选为500nm以下，更优选为300nm以下，进一步优选为250nm以下。这是因为，虽然合金部件的铝合金母材通过能量的吸收而熔化并穿透异种金属(铜等)部件，但要使算术平均粗糙度sa粗糙(加大)，镀镍层的膜厚也为加厚的方向。然而，如果算术平均粗糙度sa为上述的上限值(500nm)以下，则能够有效防止只有镍(镀层)积存能量(吸收能量的镍(镀层)的体积变大)。因此，能够避免不必要的大的能量投入，能够抑制金属间化合物的生成，能够使焊接强度提高(稳定)。
42.(镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa的测定方法)
43.镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa能够通过以下的方法测定并计算。
44.用bruker公司制的光干涉显微镜115倍透镜观察(测量)镀层表面的粗糙度，得到表面粗糙度的图像。具体而言，利用上述光干涉显微镜测量镀层表面的粗糙度(凹凸状态)，得到以色相(色、颜色)的不同来表现(凹侧：紫色
→
蓝色
→
绿色
→
黄色
→
凸侧：红色)镀层表面的粗糙度(凹凸状态)的彩色图像(二维图像及三维图像)。图3a及图3b是用黑白图像表示这些彩色图像的图。关于这些彩色图像，测量为了排除波纹的影响而进行掩蔽且切取任意20μm
×
40μm的区域所得的三个部位的sa(面的算术平均粗糙度)，计算平均值。以这种平均值为镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa。图3c及图3d是针对进行掩蔽且切取任意20μm
×
40μm的区域所得的一个部位用黑白图像表示彩色图像(二维图像及三维图像)的图。另外，上述示出了光干涉显微镜使用bruker公司制的光干涉显微镜的例子，但本实施方式不限于bruker公司制的光干涉显微镜。即，能够适当利用具备图像分析装置等的光干涉显微镜，所述图像分析装置搭载有可进行上述的表面粗糙度的测量及进行掩蔽而切取任意20μm
×
40μm的区域所得的图像的算术平均粗糙度sa的分析的软件。
45.(镀镍层的膜厚)
46.上述镀镍层的膜厚优选为3μm以上，更优选为5μm以上。这是因为，镀镍层的膜厚越厚，表层的表面粗糙度＝镀敷粒径(镍颗粒的粒径)越粗大化，容易得到表面粗糙化带来的激光吸收提高效果。通过这种激光吸收提高效果，焊接强度提高(稳定)。从这种观点出发，镀镍层的膜厚进一步优选为8μm以上。另外，镀镍层的膜厚优选为16μm以下，更优选为14μm以下。通过铝合金部件的母材因能量的吸收而熔化并穿透作为焊接配合部件的异种金属(铜)部件，能够进行铝合金和异种金属(铜)的熔融混合，焊接强度提高(稳定)，能够得到牢固的焊接结构。如果镀镍层的膜厚为上限值(16μm)以下，则能够有效防止只有镍(镀层)积存能量且吸收能量的镍(镀层)的体积变大。因此，能够避免不必要的大的能量投入，能够抑制脆弱的金属间化合物的生成，能够使焊接强度提高(稳定)。
47.(镀镍层的膜厚的测定方法)
48.镀镍层的膜厚能够通过以下方法来测定。
49.用场发射型扫描电子显微镜(fe－sem)观察利用截面抛光机进行了截面加工的铝合金部件试样(样品)的截面，得到截面图像。从该截面图像测量镀镍层的膜厚。详细而言，如图4所示，能够从倍率3000倍的截面图像中，使用该fe－sem所具备的图像分析装置测量镀镍层的膜厚。另外，镀镍层的表面计数为测定中的最低值＝膜厚(表面凹凸的凹的地方)。
50.(镀镍层的镍颗粒的粒径)
51.上述镀镍层的镍颗粒的粒径优选为0.5μm以上，更优选为0.8μm以上。这是因为，当镍颗粒的粒径粗大化为上述范围时，表面粗糙度增大，结果是激光吸收率提高，焊接强度提高(稳定)。另外，镀镍层的镍颗粒的粒径上限没有特别限制，但从与镀镍层的膜厚的关系等来看，优选为1.0μm以下。
52.(镀镍层的镍颗粒的粒径的测定方法)
53.镀镍层的镍颗粒的粒径能够通过以下方法来测定。
54.用场发射型扫描电子显微镜(fe－sem)观察利用截面抛光机进行了截面加工的铝合金部件试样(样品)的截面，得到截面图像。详细而言，得到倍率1万倍的反射电子像。从所得到的反射电子像测量镀镍层的镍的晶界数p，求出晶粒数n。具体而言，就镍的晶粒数n而言，如图5a、图5b所示，利用jisg0551：2020“钢－晶粒度的显微镜试验方法”，通过线段的一
端位于其内部的晶粒计数为1/2个，视为晶粒数n≒晶界数p。在此，图5a和图5b在同一显微镜照片中，5a是对线段横切的晶粒进行计数且显示其数的图，图5b是对线段横切的晶界进行计数且显示其数的图。如上所述，线段横切的晶粒数被视为从反射电子像中测量出的晶界数p。接着，利用高山、轻金属、44、p.48“晶粒度的评价方法”(1994)中记载的切片法(切断法)，计算平均晶粒度。详细而言，利用上述切片法(切断法)，在成为对象的试样(样品)截面(反射电子像)上引出总长l的线段，作为该线段横切的晶粒数n
l
(n)≒晶界数p，通过下述式(1)，求出平均晶粒度l
ave
。以该平均晶粒度l
ave
为镀镍层的镍颗粒的粒径。
55.[数学式1]
[0056]
l
ave
＝l/n
l (1)
[0057]
在此，l
ave
：平均晶粒度
[0058]
l：线段的总长
[0059]nl
：线段横切的晶粒数
[0060]
(镀镍层的光泽度)
[0061]
上述镀镍层的光泽度优选为0.40以下，更优选为0.38以下。这认为是因为光泽度越小，光越散射，所以被表面内的吸收上升(激光吸收率提高)。由此，焊接强度提高(稳定)。另外，因为镀镍层的光泽度越小越好，所以光泽度的下限没有特别限制，但在现实中优选为0.2以上。
[0062]
(镀镍层的光泽度的测定方法)
[0063]
镀镍层的光泽度可通过以下方法来测定。
[0064]
能够使用日本电色工业株式会社制的黑度计nd－11进行测量。详细而言，如图6所示，光源入射角设为0
°
，光源61是具有cie标准光源的光谱特性的白色光源，受光器62的开口角设为45
°
。关于光泽度的测定，测量3次检体(铝合金部件的镀镍层表面)63中央部的工件表面(测定部位)的φ3mm的部位，计算平均值。以该平均值为镀镍层的光泽度。光泽度被作为log(i
in
/i
out
)(i
in
为来自光源的照射光(入射光)的强度，i
out
为由检体反射的光中的由受光器检测出的反射光的强度)来计算。
[0065]
(镀镍层的形成方法)
[0066]
作为在铝合金上形成的算术平均粗糙度sa为100nm以上的镀镍层的形成方法，例如可举出以下方法。但是，作为本实施方式的镀镍层的形成方法，不限于以下方法，能够适当利用现有公知的使表面粗糙化的无光泽镀镍技术来形成。
[0067]
本实施方式的镀镍层能够通过在以下条件下进行电解镀镍来形成。
[0068]
＜电解镀镍的条件＞
[0069]
·
浴液：氨基磺酸浴、ph3.5～4.8、445～645ml/l(60％氨基磺酸镍)
[0070]
·
杂质：硫含量为0.1wt％以下
[0071]
·
电流密度为2～10a/dm2。
[0072]
具有如下特征：上述氨基磺酸浴以氨基磺酸镍、硼酸、氯化镍(或溴化镍)为基本成分，柔软性比瓦特浴更优异，能够使用高的电流密度，内部应力也少。
[0073]
上述氨基磺酸浴由445～645ml/l(60％氨基磺酸镍)、硼酸20～40g/l、氯化镍(或溴化镍)5～20g/l构成。在氨基磺酸浴中，大多仅用这些基本的3种成分进行镀敷，因为无光泽地使表面粗糙化是本实施方式的目的，所以可以不使用光泽剂等。但是，在不影响本实施
方式的作用效果的范围内，也可以加入添加剂。另外，制膜时间只要根据目标膜厚(例如，3～15μm)适当确定即可(例如，3～20分钟左右)。另外，浴液温度也只要根据制膜速度等关系适当确定即可(例如，35～45℃左右)。但是，关于这些条件，只要通过无光泽镀镍法可以形成上述规定的表面粗糙度的镀镍层，则也可以为上述范围以外的条件。通过对浓度变化、ph变化、杂质的敏感度来调节这些条件，能够得到所期望的表面粗糙度(粗糙)。
[0074]
(铝合金部件的焊接配合部件)
[0075]
上述铝合金部件优选与铜合金制的部件进行焊接。通过进行与不同种类的材料的焊接，实现低成本化。另外，目前，通过稳定地进行与焊接强度不充分的不同种类的材料的焊接，焊接强度提高(稳定)。另外，作为铝合金部件的焊接配合部件的材质(材料的种类)，原理上对包含铝的所有金属都有效果，只要根据使用用途适当选择即可。
[0076]
上述铝合金部件优选除了焊接部以外与上述焊接配合部件分离。铝合金部件如果在与上述焊接配合部件之间存在间隙，则能够确保在焊接时气化了的材料的避让场所，能够防止气孔的产生，能够防止强度降低，焊接强度提高(稳定)。上述焊接部以外的分离距离能够使用仅在相当于焊接部的部分具有开口部的铁制等的薄板(厚度0.2mm左右)等。该薄板部件优选以焊接部(开口部)为中心左右(前后)切分成两个以上的部件，使得能够在焊接后简单地取出。另外，优选在分割后的薄板上分别具有从铝合金部件溢出的部分(成为把手的部分)，使得容易取出分割后的薄板。
[0077]
(焊接配合部件的厚度)
[0078]
焊接配合部件(铜板等)的厚度只要根据使用用途(电极片或电极片以外的用途)适当确定即可。
[0079]
(焊接配合部件的表面)
[0080]
只要是无损本发明作用效果的范围，则焊接配合部件(铜板等)也可以在与铝合金部件的焊接部侧具有光泽镀镍层。目的是为了防止焊接配合部件(铜板等)的表面的氧化，因为镍比铜板等坯料更难以氧化，所以能够避免各种各样的环境性的负面影响。
[0081]
＜金属部件的焊接结构；第二实施方式＞
[0082]
本发明的金属部件的焊接结构的一实施方式(第二实施方式)提供一种金属部件的焊接结构，具备激光焊接用铝合金部件和与上述铝合金不同的金属部件熔融凝固而成的焊接部，其特征在于，
[0083]
上述铝合金部件在与上述焊接部相对的一侧具有镀镍层，上述镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa为100nm以上。通过具有这种结构，镍的激光吸收率比照射激光的铝合金部件的母材中的铝高。因此，合金部件表面的镀镍层的能量吸收率上升，避免不必要的大能量投入，能够抑制脆弱的金属间化合物的生成。进而，通过使表面粗糙化，能够使吸收率比平滑面高。因此，能够有效地进行铝合金和铝合金以外的异种金属的熔融混合，焊接强度提高(稳定)，能够得到牢固的焊接结构。
[0084]
(铝合金部件)
[0085]
本实施方式的激光焊接用铝合金部件能够应用上述的第一实施方式的激光焊接用铝合金部件。因此，本实施方式的激光焊接用铝合金部件的说明如上述第一实施方式中说明所述，为了避免重复说明，省略这里的再次说明。
[0086]
在本实施方式中，上述铝合金部件优选为与电极片接合的母线。通过使用本实施
方式的铝合金部件作为母线，能够连结电极片而确保导电性，同时能够根据需要确保强度。
[0087]
(铝合金部件的焊接配合部件；与铝合金不同的金属部件)
[0088]
与上述铝合金不同的金属部件优选为铜合金制的金属部件。该铜合金制的金属部件作为铝合金部件(母线)的焊接配合部件，适用于既有汽车用途又有导电用途的电动汽车(ev)等的车载用蓄电池的负极片等。
[0089]
(焊接配合部件的材质等)
[0090]
作为与铝合金不同的金属部件的材质，如上所述优选为铜合金。
[0091]
(焊接部的形态)
[0092]
多个上述焊接配合部件优选分别具有上述焊接部并被焊接在上述铝合金部件上。通过具有这种结构，可以不用准备与多个焊接配合部件对应的多个铝合金部件，因此，零件数量减少，除了低成本以外，零件管理也变得容易。另外，因为可以不使用多个铝合金部件来焊接多个焊接配合部件，所以焊接作业不会复杂化，能够简单地进行，变得低成本化。
[0093]
(焊接部的形成方法；焊接方法)
[0094]
作为使激光焊接用铝合金部件和与上述铝合金不同的金属部件熔融混合凝固而形成焊接部的方法，可举出以下方法，但不限于这些方法。
[0095]
如图7所示，从作为上板的铝合金部件71的镀镍层71b侧在以下所示的条件下照射激光74进行焊接。
[0096]
＜激光焊接的条件＞
[0097]
·
激光在以下条件下从上板的铝合金部件的镀镍层侧照射
[0098]
·
激光种类：yag激光
[0099]
·
焊接速度：100
±
20mm/秒
[0100]
·
激光为摇摆(wobbling)(边画圆边前进)
[0101]
·
焊道长度由要焊接的部分的长度决定(在实施例中，为21mm
×
2)。
[0102]
对于作为课题的铝合金(母线)和铜(负极片)的异种材料焊接、和由制造上的偏差(容许误差范围)产生的材料间的间隙而言，由激光焊接技术的进步带来的贡献也有助于应对。即，以前通过直线地焊接，热量输入过大，且焊接强度小，全都不成立，但通过进行摇摆(wobbling)之类的画圆焊接，避免过大的热量输入且使材料熔化的技术正在发展。因此，在激光焊接中，优选使用摇摆(wobbling)之类的画圆焊接。这是因为，对于异种材焊接和材料间的间隙的课题，通过使用本实施方式的激光焊接用铝合金部件，且进行摇摆(wobbling)(画圆焊接)，能够在堵塞材料间的间隙的同时，以更低的能量使异种材料熔融混合。其结果，能够得到更牢固的接合结构。另外，在激光焊接中，在激光种类上优选使用yag激光。通过使用yag激光，光能相对于金属的吸收性优于co2激光。因此，能够以更少的能量进行加工。其结果，能够得到更牢固的接合结构。
[0103]
实施例
[0104]
下面，通过实施例对本实施方式进行具体说明，但本发明不限定于以下的实施例。另外，各实施例及比较例只要没有特别说明，就是在大气压气氛下、室温(25℃
±
3℃的范围)、相对湿度50％
±
5％rh的范围内进行。
[0105]
(实施例1～5及比较例1～3)
[0106]
(激光焊接用铝合金部件的制作)
[0107]
使用铝合金的a1100－h24或a6101－t6作为激光焊接用铝合金部件的母材。这种母材合金的厚度设为0.6mm，关于形状，使用矩形形状的板材用于镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa、光泽度及膜厚以及镀层表面的镍颗粒的粒径测定，将截面为l字型的板材(参照图8)用于测定强度(拉伸应力)。
[0108]
比较例2中，未形成镀敷皮膜，直接使用母材的铝合金的a1100－h24作为激光焊接用铝合金部件。合金部件的厚度设为0.6mm，关于形状，使用截面为l字型的板材(参照图8)用于强度(拉伸应力)测定。
[0109]
比较例3中，未形成镀敷皮膜，直接使用板状母材的铝合金的a6101－t6作为激光焊接用铝合金部件。合金部件的厚度设为0.6mm，关于形状，使用截面为l字型的板材(参照图8)用于强度(拉伸应力)测定。
[0110]
在实施例1～5及比较例1的母材的铝合金的一表面上形成有镀镍层，得到激光焊接用铝合金部件。用于形成这种镀镍层的镀ni的条件如下所述。另外，母材的铝合金的另一表面在以不形成镀敷皮膜的方式由具有脱模性的绝缘性膜被覆之后，进行镀敷。镀敷结束后，剥离该绝缘性膜。
[0111]
＜镀ni的条件＞
[0112]
·
浴液：氨基磺酸浴
[0113]
·
浴液(水溶液)中的成分浓度：氨基磺酸镍(60％氨基磺酸镍)545ml/l、氯化镍10g/l、硼酸30g/l
[0114]
·
浴液的ph：4.0
[0115]
·
浴液的温度：40℃
[0116]
·
浴液中的杂质：含硫量为0.1wt％以下
[0117]
·
电流密度：3a/dm2。
[0118]
另外，在比较例1的光泽电解镀镍中，在上述氨基磺酸浴中，除了上述三种成分，还添加0.1质量％的硫作为光泽剂。另外，实施例1～5及比较例1的浴液的ph及制膜时间设为下述表1所示的条件。
[0119]
[表1]
[0120][0121]
＜镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa的测定＞
[0122]
关于上述所得到的实施例1～5及比较例1的板状激光焊接用铝合金部件，通过上述方法，测定并计算镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa。将所得到的镀镍层的表面算术平均粗糙度sa示于下述表2中。
[0123]
＜镀镍层的膜厚的测定＞
[0124]
关于上述所得到的实施例1～5及比较例1的板状激光焊接用铝合金部件，通过上述方法，测定镀镍层的膜厚。将所得到的镀镍层的膜厚示于下述表2中。
[0125]
＜镀镍层的镍颗粒的粒径的测定＞
[0126]
关于上述所得到的实施例1～5及比较例1的板状激光焊接用铝合金部件，通过上述方法，测定镀镍层的镍颗粒的粒径。将所得到的镀镍层的镍颗粒的粒径示于下述表2中。
[0127]
＜镀镍层的光泽度的测定＞
[0128]
关于上述所得到的实施例1～5及比较例1的板状激光焊接用铝合金部件，通过上述方法，测定镀镍层的光泽度。将所得到的镀镍层的光泽度示于下述表2中。
[0129]
(金属部件的焊接结构的制作)
[0130]
使用上述所得到的实施例1～5及比较例1～3的板状激光焊接用铝合金部件，将上述铝合金部件和与上述铝合金不同的金属部件按图7所示配置，在以下所示的条件下进行激光焊接。由此，得到具备上述铝合金部件和与上述铝合金不同的金属部件熔融凝固而成的焊接部的板状金属部件的焊接结构。
[0131]
详细而言，作为与上述铝合金不同的金属部件，使用纯铜(无氧铜)的c1020－o。厚度设为0.2mm，关于形状，使用矩形形状的板材和截面为l字型的板材(参照图8)用于强度(拉伸应力)测定。另外，铝合金部件和与上述铝合金不同的金属部件使用相同大小、形状的板材。与实施例1相同，使用在该金属部件的表面形成有光泽镀镍层的板材。
[0132]
接着，按图7所示进行配置，并在以下所示的条件下进行激光焊接。详细而言，采用在上板的铝合金部件71和下板的与上述铝合金不同的金属部件即铜板72的板间用厚度
0.2mm的sus制的隔板(φ10mm)(未图示)隔开0.2mm的间隙(73)的结构。上板的铝合金部件71以与焊接的一侧(与铜板72相对的一侧)相对的一侧(母材71a的上侧＝激光入射侧)成为镀镍层71b的方式配置。下板的铜板72以焊接的一侧成为光泽镀镍层(未图示)的方式配置。
[0133]
由这种隔板隔开的间隙是有意设置的。即，在各部件中，因制造上的偏差(容许误差的范围)而形成有间隙。在车载用蓄电池的母线和负极片之间，因为偏差的中值为0.1mm，且max为0.2mm，所以这种间隙是为了确认即使空出也能够通过焊接而充分堵塞而有意设置的。因此，虽然在本次的试验中使用这种隔板，但在实际的激光焊接中不使用这样的隔板。在本次的试验中，隔板在焊接前组装，在焊接后卸下。
[0134]
接着，如图7所示，从上板的铝合金部件71的母材71a上的镀镍层71b侧，在以下所示的条件下照射激光74进行焊接。实际上，使用截面为l字型的板材来代替矩形状的板材，如图8所示，铝合金部件81以弯曲了90
°
的部分81a朝向上侧(镀镍层侧)的方式配置。另一方面，铜板82以弯曲了90
°
的部分82a朝向下侧(未焊接的背侧)的方式配置。对铝合金部件81和铜板82隔开0.2mm的间隔而相向的部位进行焊接。用符号83表示所得的焊接部。由此，如图8所示，在测定强度(拉伸应力)时，采用如下焊接结构80，即，通过抓住向铝合金部件81的上方弯曲了90
°
的部分81a和向铜板82的下方弯曲了90
°
的部分82a进行固定，然后分别向上下方向(图8中的箭头方向)拉伸，从而能够测定强度。
[0135]
＜激光焊接的条件＞
[0136]
·
激光在以下条件下从上板的镀镍层侧进行照射
[0137]
·
激光种类：yag激光
[0138]
·
焊接速度：100mm/秒
[0139]
·
激光为摇摆(wobbling)(边画圆边前进)
[0140]
·
焊道长度：21mm
×
2。
[0141]
通过上述激光焊接，得到具备焊接部(未图示)的截面l字型的板状金属部件的焊接结构(参照图8)，上述焊接部是上述铝合金部件71和与上述铝合金不同的金属部件即铜板72熔融凝固而成的。
[0142]
[评价]
[0143]
＜焊接结构的强度(拉伸应力)的测定＞
[0144]
关于实施例1～5及比较例1～3的金属部件的焊接结构，使用万能试验机自动绘图仪拉伸试验机，进行焊接结构的强度(拉伸应力)测定。详细而言，如图8所示，将焊接结构中的向铝合金部件81的上方弯曲了90
°
的部分81a和向铜板82的下方弯曲了90
°
的部分82a固定在夹具上，在剥离方向(图中的箭头方向)上施加拉伸应力。由自动绘图仪记录断裂时的最大荷载，以n50(50个试样)的数据的平均－3σ值为强度(n)。将所得到的焊接结构80的强度示于下述表2中。
[0145]
[表2]
[0146][0147]
符号说明
[0148]
11 铝合金
[0149]
12 激光照射
[0150]
13 表面反射
[0151]
14 目标能量
[0152]
15 过大的能量
[0153]
21 镀镍层的表面
[0154]
22 激光
[0155]
22a被折射吸收到镀层内的入射光
[0156]
22b再次被镀层吸收的反射光
[0157]
61 光源
[0158]
62 受光器
[0159]
63 检体
[0160]
71、81铝合金部件(母线)
[0161]
71a 母材
[0162]
71b 镀镍层
[0163]
72、82 铜板
[0164]
73 间隙
[0165]
74 激光
[0166]
80 焊接结构
[0167]
81a、82a弯曲了90
°
的部分
[0168]
83焊接部

技术特征：
1.一种激光焊接用铝合金部件，其在铝合金上具有镀镍层，所述镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa为100nm以上。2.如权利要求1所述的激光焊接用铝合金部件，其中，所述表面的算术平均粗糙度sa为185nm以上。3.如权利要求1或2所述的激光焊接用铝合金部件，其中，所述镀镍层的膜厚为5μm以上。4.如权利要求3所述的激光焊接用铝合金部件，其中，所述镀镍层的膜厚为8μm以上。5.如权利要求1～4中任一项所述的激光焊接用铝合金部件，其中，所述镀镍层的膜厚为14μm以下。6.如权利要求1～5中任一项所述的激光焊接用铝合金部件，其中，所述镀镍层的镍颗粒的粒径为0.8μm以上。7.如权利要求1～6中任一项所述的激光焊接用铝合金部件，其中，所述镀镍层的光泽度为0.38以下。8.如权利要求1～7中任一项所述的激光焊接用铝合金部件，其特征在于，所述铝合金部件与铜合金制部件进行焊接。9.如权利要求1～8中任一项所述的激光焊接用铝合金部件，其特征在于，所述铝合金部件除了焊接部以外与焊接配合部件分离。10.一种金属部件的焊接结构，具备激光焊接用铝合金部件和焊接配合部件即与所述铝合金不同的金属部件熔融凝固而成的焊接部，其中，所述铝合金部件在与所述焊接部相对的一侧具有镀镍层，所述镀镍层的表面的算术平均粗糙度sa为100nm以上。11.如权利要求10所述的金属部件的焊接结构，其特征在于，所述铝合金部件除了所述焊接部以外与所述焊接配合部件分离。12.如权利要求10或11所述的金属部件的焊接结构，其特征在于，多个所述焊接配合部件分别具有所述焊接部，并焊接在所述铝合金部件上。13.如权利要求10～12中任一项所述的金属部件的焊接结构，其中，与所述铝合金不同的金属部件是铜合金制的金属部件。14.如权利要求10～13中任一项所述的金属部件的焊接结构，其中，所述铝合金部件是与电极片接合的母线。15.如权利要求10～14中任一项所述的金属部件的焊接结构，其中，用于所述焊接部的形成的激光种类为yag激光。

技术总结
本发明提供一种激光焊接用铝合金部件，其用于通过激光焊接将铝合金和铜的异种材料牢固接合。本发明的目的通过激光焊接用铝合金部件来实现，所述激光焊接用铝合金部件在铝合金上具有镀镍层，所述镀镍层的表面的算术平均粗糙度Sa为100nm以上。糙度Sa为100nm以上。糙度Sa为100nm以上。


技术研发人员：樱田贤人
受保护的技术使用者：日产自动车株式会社
技术研发日：2020.12.24
技术公布日：2023/8/16