JP2000239712A - 異金属材料の接合方法 - Google Patents
異金属材料の接合方法Info
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- JP2000239712A JP2000239712A JP4829099A JP4829099A JP2000239712A JP 2000239712 A JP2000239712 A JP 2000239712A JP 4829099 A JP4829099 A JP 4829099A JP 4829099 A JP4829099 A JP 4829099A JP 2000239712 A JP2000239712 A JP 2000239712A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 異金属材料の相互を接合部が過大に溶融する
ことなく接合でき、かつ接合後の材料特性の劣化を少な
くできるようにする。 【解決手段】 異金属材料間に粉末金属を介在させ、異
金属材料を対向方向に荷重を作用すると共に高電流を作
用し、異金属材料の相互で粉末金属を加圧して焼結する
ことにより異金属材料の相互を接合する。
ことなく接合でき、かつ接合後の材料特性の劣化を少な
くできるようにする。 【解決手段】 異金属材料間に粉末金属を介在させ、異
金属材料を対向方向に荷重を作用すると共に高電流を作
用し、異金属材料の相互で粉末金属を加圧して焼結する
ことにより異金属材料の相互を接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウムと鋼
のように種類が異なる金属や、鋳鉄と鋼のように同種類
でも組織が異なる金属である、異金属材料の相互を接合
する金属材料の接合方法に関するものである。
のように種類が異なる金属や、鋳鉄と鋼のように同種類
でも組織が異なる金属である、異金属材料の相互を接合
する金属材料の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属材料の接合のうち、種類や、組織が
異なる異金属材料の接合は、生産性を向上させ、コスト
ダウンを推進させる上で、必要不可欠の技術であるが、
同種、同組織の金属材料の接合と異なり、工業的に成功
した例は少ない。特にアルミニウムと鉄（鋼）の接合は
これまで多くの研究事例があるが、実用化に至っていな
いのが現状である。さらに、鋳鉄と鋼または、粉末焼結
合金と鋼のように組織の異なる異金属材料の接合は困難
とされていた。
異なる異金属材料の接合は、生産性を向上させ、コスト
ダウンを推進させる上で、必要不可欠の技術であるが、
同種、同組織の金属材料の接合と異なり、工業的に成功
した例は少ない。特にアルミニウムと鉄（鋼）の接合は
これまで多くの研究事例があるが、実用化に至っていな
いのが現状である。さらに、鋳鉄と鋼または、粉末焼結
合金と鋼のように組織の異なる異金属材料の接合は困難
とされていた。
【０００３】その中で、２つの異金属材料を接近させて
その対向する境界を溶かしていく溶接法が知られてい
る。
その対向する境界を溶かしていく溶接法が知られてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の溶接法では、溶
融部が過度に発生してしまうことが避けられず、このた
め、溶接後に急冷凝固された部分の材料特性が変化して
しまうことがある。例えば、鋳鉄の場合に、再凝固部分
がチル化して脆性を示すようになる。その他、バルク状
（突状、棒状）の金属を直接圧接して溶着するフラッシ
ュバット溶接法や、摩擦圧接溶接法、さらに電子ビーム
溶接法が実用化されているが、材質に制限がある。
融部が過度に発生してしまうことが避けられず、このた
め、溶接後に急冷凝固された部分の材料特性が変化して
しまうことがある。例えば、鋳鉄の場合に、再凝固部分
がチル化して脆性を示すようになる。その他、バルク状
（突状、棒状）の金属を直接圧接して溶着するフラッシ
ュバット溶接法や、摩擦圧接溶接法、さらに電子ビーム
溶接法が実用化されているが、材質に制限がある。
【０００５】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、異金属材料の相互を接合部が過大に溶融すること
なく接合でき、かつ接合後の材料特性の劣化が少なく、
特にアルミニウムと鋼及び鋳鉄と鋼の相互を良好に接合
することができるようにした異金属材料の接合方法を提
供することを目的とするものである。
ので、異金属材料の相互を接合部が過大に溶融すること
なく接合でき、かつ接合後の材料特性の劣化が少なく、
特にアルミニウムと鋼及び鋳鉄と鋼の相互を良好に接合
することができるようにした異金属材料の接合方法を提
供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、異金属材料を、これの相互間に粉末金属
を介在させて対向し、対向方向に高圧力と高電流をか
け、粉末金属を加圧しながら焼結することにより異金属
材料を接合する。
に、本発明は、異金属材料を、これの相互間に粉末金属
を介在させて対向し、対向方向に高圧力と高電流をか
け、粉末金属を加圧しながら焼結することにより異金属
材料を接合する。
【０００７】このときに用いる粉末金属は、接合しよう
とする相互の異金属材料の各融点のうち低い方の融点と
同等、もしくはそれ以下の融点を持つ金属である。
とする相互の異金属材料の各融点のうち低い方の融点と
同等、もしくはそれ以下の融点を持つ金属である。
【０００８】対向する異金属材料にかける高電流はパル
ス電流を用いる。
ス電流を用いる。
【０００９】
【作 用】対向する異金属の粉末金属は圧力と電流に
より焼結され、この焼結化が進むと同時に、両側の金属
の端面に焼結接合される。この焼結接合は異金属材料の
それぞれの界面で起こり、両異金属材料は一体化され
る。
より焼結され、この焼結化が進むと同時に、両側の金属
の端面に焼結接合される。この焼結接合は異金属材料の
それぞれの界面で起こり、両異金属材料は一体化され
る。
【００１０】上記両金属材料間に位置する粉末金属は加
圧して電流が作用することにより、粉体粒子間でミクロ
放電が発生し、この放電の衝撃により粒子表面のミクロ
部分が溶解融合される。そしてこれと同時に熱拡散と電
子の電界拡散が生じ、短時間で焼結が完了する。このと
き、両異金属材料に印加する電流はパルス電流であれば
より効果的である。
圧して電流が作用することにより、粉体粒子間でミクロ
放電が発生し、この放電の衝撃により粒子表面のミクロ
部分が溶解融合される。そしてこれと同時に熱拡散と電
子の電界拡散が生じ、短時間で焼結が完了する。このと
き、両異金属材料に印加する電流はパルス電流であれば
より効果的である。
【００１１】そしてこのときに用いる電源は、粉末粒子
間で放電を起こす交流／直流の短形パルスを発生させる
特殊電源である。パルスは、パルス幅、周期、設定時間
等、接合しようとする材料に適する条件を設定する。本
発明方法で用いた放電焼結接合機の仕様を表１に示す。
間で放電を起こす交流／直流の短形パルスを発生させる
特殊電源である。パルスは、パルス幅、周期、設定時間
等、接合しようとする材料に適する条件を設定する。本
発明方法で用いた放電焼結接合機の仕様を表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【発明の実施の形態】（実験例１）アルミニウムと鋼の
接合を行った。このときのアルミニウムはＪＩＳ６０６
１を、また鋼はＪＩＳＳ４５Ｃを選び、それぞれの寸法
は直径が２０ｍｍ、長さが４５ｍｍであり、図１に示す
ように放電焼結接合機の一対のホルダ１ａ，１ｂにセッ
トした。
接合を行った。このときのアルミニウムはＪＩＳ６０６
１を、また鋼はＪＩＳＳ４５Ｃを選び、それぞれの寸法
は直径が２０ｍｍ、長さが４５ｍｍであり、図１に示す
ように放電焼結接合機の一対のホルダ１ａ，１ｂにセッ
トした。
【００１４】すなわち、アルミニウムのワーク２と鋼の
ワーク３のそれぞれの基端部をホルダ治具４ａ、４ｂを
介してホルダ１ａ，１ｂに保持すると共に、それぞれの
先端部を長さ５０ｍｍのスリーブ５に、対向間に１．７
ｇのアルミニウム粉６を充填した状態で挿入する。両ホ
ルダ治具４ａ、４ｂ及びスリーブ５は黒鉛製である。
ワーク３のそれぞれの基端部をホルダ治具４ａ、４ｂを
介してホルダ１ａ，１ｂに保持すると共に、それぞれの
先端部を長さ５０ｍｍのスリーブ５に、対向間に１．７
ｇのアルミニウム粉６を充填した状態で挿入する。両ホ
ルダ治具４ａ、４ｂ及びスリーブ５は黒鉛製である。
【００１５】この状態で放電焼結接合機の両ホルダ治具
１ａ、１ｂにこれが対向方向に移動するように作動する
と共に、両ホルダ治具１ａ、１ｂ間に通電する。
１ａ、１ｂにこれが対向方向に移動するように作動する
と共に、両ホルダ治具１ａ、１ｂ間に通電する。
【００１６】このときの接合条件は電流３０００Ａ、１
００秒間加熱のパルス放電で、荷重１０５０ｋｇｆであ
った。そしてこのときのデータを図２、図３に示す。な
おアルミニウムと鋼の場合の単位面積当りの圧縮力は約
３００ｋｇ／ｃｍ２が適当である。この場合の圧接作動
力は９４２ｋｇである。
００秒間加熱のパルス放電で、荷重１０５０ｋｇｆであ
った。そしてこのときのデータを図２、図３に示す。な
おアルミニウムと鋼の場合の単位面積当りの圧縮力は約
３００ｋｇ／ｃｍ２が適当である。この場合の圧接作動
力は９４２ｋｇである。
【００１７】上記接合条件下での電流と荷重の様子は図
２に示すようになり、またアルミニウム粉６の温度と変
位量の変化は図３に示すようになった。なお図２の線図
において、Ａはパルス電流、Ｆは荷重を、また図３の線
図においてＴは温度、Ｄは変位量をそれぞれ示す。
２に示すようになり、またアルミニウム粉６の温度と変
位量の変化は図３に示すようになった。なお図２の線図
において、Ａはパルス電流、Ｆは荷重を、また図３の線
図においてＴは温度、Ｄは変位量をそれぞれ示す。
【００１８】この実施例における接合結果を顕微鏡写真
で拡大して示すと図４、図５に示すようになる。なお、
図４は６３倍、図５は５００倍である。この図４、図５
において左側は鋼、中間がアルミニウム粉の焼結体、右
側がアルミニウムである。図４、図５に示すように、鋼
及びアルミニウムの各対向面は焼結体と一体に溶融結合
により接合されている。
で拡大して示すと図４、図５に示すようになる。なお、
図４は６３倍、図５は５００倍である。この図４、図５
において左側は鋼、中間がアルミニウム粉の焼結体、右
側がアルミニウムである。図４、図５に示すように、鋼
及びアルミニウムの各対向面は焼結体と一体に溶融結合
により接合されている。
【００１９】（実験例２）図６及びこの図６の要部を拡
大して示す図７に示すように、鋳鉄製の内径８４ｍｍの
外管７と外径５７ｍｍの内管８の間のリング状空間内
で、両管７，８の内、外面に設けた段部７ａ，８ａに当
接させて板厚５ｍｍの鋼製のプレート９を嵌合固着し
た。このとき、図７に示すように、両段部７ａ，８ａと
プレート９の間に鉄粉１０を介装し、両管７，８とプレ
ート９に圧縮力として３００ｋｇ／ｃｍ ２作用しながら
５分間にわたって２０００Ａの電流を印加した。
大して示す図７に示すように、鋳鉄製の内径８４ｍｍの
外管７と外径５７ｍｍの内管８の間のリング状空間内
で、両管７，８の内、外面に設けた段部７ａ，８ａに当
接させて板厚５ｍｍの鋼製のプレート９を嵌合固着し
た。このとき、図７に示すように、両段部７ａ，８ａと
プレート９の間に鉄粉１０を介装し、両管７，８とプレ
ート９に圧縮力として３００ｋｇ／ｃｍ ２作用しながら
５分間にわたって２０００Ａの電流を印加した。
【００２０】その結果、両管７，８とプレート９とは良
好に接合することができた。
好に接合することができた。
【００２１】本発明の実施用途としては上記した両実験
例以外に、図８に示すように、鋼板製の歯車１１の軸心
部に、粉末焼結合金製のボス部材１２を固着したり、図
９に示すように、鋼板製の歯車１１の軸心部に鋼（Ｓ３
５Ｃ）製のボス部材１３と鋳鉄（ＦＣＤ４５０）製の軸
１４を順次固着する際に用いることができる。これらの
場合の各部材間に介装する粉末金属は鉄粉を用いる。
例以外に、図８に示すように、鋼板製の歯車１１の軸心
部に、粉末焼結合金製のボス部材１２を固着したり、図
９に示すように、鋼板製の歯車１１の軸心部に鋼（Ｓ３
５Ｃ）製のボス部材１３と鋳鉄（ＦＣＤ４５０）製の軸
１４を順次固着する際に用いることができる。これらの
場合の各部材間に介装する粉末金属は鉄粉を用いる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、アルミニウムと鋼のよ
うな種類が異なる金属、鋳鉄と鋼のような組織が異なる
金属である異金属材料の接合に、粉末金属を介在させ、
焼結接合を容易に行うことができる。しかも異金属相互
の溶融部分はミクロな範囲にとどまり、従って接合しよ
うとする異金属相互は過大に溶融することなく接合し、
接合後の材料特性の劣化を少なくできる。
うな種類が異なる金属、鋳鉄と鋼のような組織が異なる
金属である異金属材料の接合に、粉末金属を介在させ、
焼結接合を容易に行うことができる。しかも異金属相互
の溶融部分はミクロな範囲にとどまり、従って接合しよ
うとする異金属相互は過大に溶融することなく接合し、
接合後の材料特性の劣化を少なくできる。
【００２３】このことから、今まで特に困難であるとさ
れていたアルミニウムと鋼の接合を容易に行うことがで
きるようになった。また、上記したように接合部に過大
な溶融が発生しないことにより、溶融部が凝固したとき
のチル発生というマクロな弊害がなくなることにより鋳
鉄と鋼との接合及び粉末焼結合金と鋼板相互の接合を良
好に行うことができると共に、電子ビーム溶接法に比べ
て接合面の凹凸や荒れが少なく接合できる。
れていたアルミニウムと鋼の接合を容易に行うことがで
きるようになった。また、上記したように接合部に過大
な溶融が発生しないことにより、溶融部が凝固したとき
のチル発生というマクロな弊害がなくなることにより鋳
鉄と鋼との接合及び粉末焼結合金と鋼板相互の接合を良
好に行うことができると共に、電子ビーム溶接法に比べ
て接合面の凹凸や荒れが少なく接合できる。
【００２４】なお当然のことながら、本発明によれば、
鋼と鋼のように同種類の材料相互の接合をも良好に行う
ことができる。
鋼と鋼のように同種類の材料相互の接合をも良好に行う
ことができる。
【図１】本発明方法の実験例における異金属材料の接合
作動を示す概略な説明図である。
作動を示す概略な説明図である。
【図２】図１に示す接合作動における電流と荷重を示す
線図である。
線図である。
【図３】図１に示す接合作動における温度と変位量を示
す線図である。
す線図である。
【図４】図１に示す接合作動において接合した接合部を
示す倍率が６３倍の顕微鏡写真である。
示す倍率が６３倍の顕微鏡写真である。
【図５】図１に示す接合作動において接合した接合部を
示す倍率が５００倍の顕微鏡写真である。
示す倍率が５００倍の顕微鏡写真である。
【図６】本発明方法の第２の実験例における異金属材料
の接合作動を示す断面図である。
の接合作動を示す断面図である。
【図７】図６に示した構成の要部を示す拡大断面図であ
る。
る。
【図８】本発明の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す分解斜視図であ
る。
る。
１ａ，１ｂ…ホルダ、２，３…ワーク、４ａ，４ｂ…ホ
ルダ治具、５…スリーブ、６…アルミニウム粉、７…外
管、８…内管、７ａ，８ａ…段部、９…プレート、１０
…鉄粉、１１…歯車、１２，１３…ボス部材、１４…
軸。
ルダ治具、５…スリーブ、６…アルミニウム粉、７…外
管、８…内管、７ａ，８ａ…段部、９…プレート、１０
…鉄粉、１１…歯車、１２，１３…ボス部材、１４…
軸。
Claims (3)
- 【請求項１】 異金属材料間に粉末金属を介在させ、異
金属材料に、これの対向方向に荷重を作用すると共に高
電流を作用し、異金属材料の相互で粉末金属を加圧して
焼結することにより異金属材料の相互を接合することを
特徴とする異金属材料の接合方法。 - 【請求項２】 粉末金属の融点は、接合しようとする異
金属材料の各融点のうちの低い方の融点と同等以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の異金属材料の接合方
法。 - 【請求項３】 高電流にパルス電流を用いることを特徴
とする請求項１記載の異金属材料の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4829099A JP2000239712A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 異金属材料の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4829099A JP2000239712A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 異金属材料の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000239712A true JP2000239712A (ja) | 2000-09-05 |
Family
ID=12799320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4829099A Pending JP2000239712A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 異金属材料の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000239712A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007006694A1 (de) | 2005-07-08 | 2007-01-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum stoffschlüssigen fügen von bauteilen unter verwendung von nanopartikeln |
| CN113798746A (zh) * | 2021-10-15 | 2021-12-17 | 成都亿开伟业科技开发有限公司 | 一种高低熔点金属熔接的装置、方法及应用 |
-
1999
- 1999-02-25 JP JP4829099A patent/JP2000239712A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007006694A1 (de) | 2005-07-08 | 2007-01-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum stoffschlüssigen fügen von bauteilen unter verwendung von nanopartikeln |
| DE102005032739B3 (de) * | 2005-07-08 | 2007-03-22 | Siemens Ag | Fügeverfahren |
| CN113798746A (zh) * | 2021-10-15 | 2021-12-17 | 成都亿开伟业科技开发有限公司 | 一种高低熔点金属熔接的装置、方法及应用 |
| CN113798746B (zh) * | 2021-10-15 | 2024-05-14 | 成都亿开伟业科技开发有限公司 | 一种高低熔点金属熔接的装置、方法及应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20051129 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20070921 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20071107 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080305 |