JP2004358556A - 高強度材料を摩擦撹拌接合するための装置及び方法、並びにこれから製造される物品 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、接合技術に関する。より詳細には、本発明は、金属構成部品の摩擦撹拌接合に関する。本発明はまた、摩擦撹拌接合を使用して作られる物品に関する。
【解決手段】 摩擦撹拌接合用装置（１００）、摩擦撹拌接合用溶接工具（１０２）、及び摩擦撹拌接合用溶接工具（１０２）を作製するための方法が提示される。溶接工具（１０２）は、タングステン基耐熱材料を含む。また、摩擦撹拌接合用装置（１００）を提供する段階を含む物品を製造するための方法、及び、この方法によって製造される物品が提示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、接合技術に関する。より詳細には、本発明は、金属構成部品の摩擦撹拌接合に関する。本発明はまた、摩擦撹拌接合を使用して作られる物品に関する。

更に強力で更に効率的な、例えば、ガス及び蒸気タービンのようなターボ機械を設計及び構築するための継続的な取り組みにおいては、高温性能が強化された材料を使用することが必要である。しかしながら、多くの最先端のタービン材料で得られる強度及び耐クリープ性のような例示的な特性における性能強化は、多くの場合、他の特性を犠牲が強いられ、トレードオフが見られる。例えば、多くの高温ニッケル基合金は、従来の溶接技術によって接合されると、亀裂が発生する可能性が著しく大きくなる。従来の溶接に関連する溶融及び凝固は、このような材料の多くの特性における局所的劣化を引き起こす。その結果、これらの合金は、従来方法で溶接された構造を大幅に使用することが必要な機械設計では使用できない。鋳造又は鍛造金属合金によって作られたサブ構成部品を溶接することによって複雑な機械構成部品を費用効率良く組み立てることは、当業界で望ましいものと認識されているので、こうした溶接組立体においてある種の高性能材料を使用することができないことは著しい制約である。

固相接合工程は、この問題に対処する方法として開発されてきた。これらの工程は、金属構成部品を溶融させることなく接合し、これにより従来の溶接技術に関連する影響を回避する。イナーシャ溶接及び並進摩擦接合といった典型的な固相技術は、従来型の溶接に対する代替案としてタービン業界で使用されてきたが、これらの技術は、比較的限定された大きさの単純な幾何形状の接合形成に制約される。しかしながら、「摩擦撹拌接合」（本明細書では「ＦＳＷ」とも呼ばれる）として知られる１つの固相接合技術は、他のこのような工程が利用できない様々な幾何学的構成において大きな接合部を形成することが可能である。この工程においては、非消耗品の、回転する円筒形工具をクランプ固定された工作物に押し込み、次いで、接合されることになる接合部に沿って並進する。工具は、接合部に沿って送られるときに工作物材料に対して摩擦熱と熱加工仕事との組み合わせを提供するように特に設計される。この工具の跡に続いて強固な固相結合が形成される。

摩擦撹拌接合は、最初は、従来の工程によって溶接することが困難であったアルミニウム合金を結合するために、英国Great Abington所在のThe Welding Instituteによって開発された。これらの比較的柔らかい材料の結合においては成功するが、例えば、ＦＳＷの適用をニッケル及びチタン合金のようなより硬くより強固な材料に拡げることは、工具が接合工程の間に劣化する傾向を示すことにより困難であることが判明した。劣化の大部分は、これらの高強度材料のＦＳＷ中にした高熱及び応力に起因する可能性がある。

従って、ＦＳＷによって高強度材料で作られた構成部品を確実に接合することが可能な溶接工具、装置、及び方法を提供する必要性がある。更に、これらの装置及び方法を使用して作られた物品に対する必要性がある。

本発明の実施形態は、これら及び他の必要性に対処する。１つの実施形態は、溶接工具を含む摩擦撹拌接合用の装置である。この溶接工具は、タングステン基耐熱材料を含む。本発明の別の実施形態は、摩擦撹拌接合用の溶接工具である。この溶接工具は、タングステン基耐熱材料を含む。

別の実施形態は、摩擦撹拌接合用の溶接工具を作る方法である。この方法は、タングステン基耐熱材料を準備する段階と、金属を処理して実質的に自己支持型の供給原料を形成する段階と、供給原料の断面積を少なくとも５０％まで低減するよう供給原料を加工する段階と、供給原料を摩擦撹拌接合装置で運転するのに適した溶接工具にする段階とを含む。

別の実施形態は、物品を製造するための方法である。この方法は、溶接工具を含み、該溶接工具がタングステン基耐熱材料を含む摩擦撹拌接合装置を提供する段階と、少なくとも１つの工作物を準備する段階と、摩擦撹拌接合によって少なくとも１つの工作物を接合するよう装置を運転して、少なくとも１つの接合要素を形成する段階と、を含み、少なくとも１つの接合要素は摩擦撹拌接合された領域を含む。

別の実施形態は、上記の方法によって製造された物品である。

本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、同じ番号が図面全体を通じて同じ部品を示す添付図面を参照して以下の詳細説明を読むと、更によく理解されるであろう。

図１を参照すると、本発明の実施形態による装置１００は、溶接工具１０２を含む。溶接工具１０２は、タングステン基耐熱材料を含む。本明細書で使用される用語「タングステン基」とは、材料組成の重量比が最も大きいものがタングステンである材料を意味する。限定ではないが、ニッケル及びチタン合金を含む高強度材料は、これらのタングステン基材料をＦＳＷ装置１００の溶接工具１０２として使用したＦＳＷによってうまく接合することができた。この部類からの特定の工具材料は、高強度材料のＦＳＷ中の劣化に耐えることが判っており、有利には、従来のＦＳＷ工具材料を使用する場合に通常見られた工具屑が実質的に無い接合部をもたらす。接合部に留まった工具屑は、結合状態の強度及び他の特性を低下させ、従って本発明の工具材料を使用すると、ＦＳＷによって形成された接合部の全体の品質が改善される。

ある種のタングステン基耐熱材料は、高強度材料の接合に使用されるＦＳＷ装置の工具１０２としての用途において特に効果的であることが判明した。これらの材料の幾つかは、以下の説明において示されるが、これらの特定の実施形態は、本発明の範囲を限定するものではない。

幾つかの実施形態において、タングステン基耐熱材料は、本質的にタングステンからなる合金を含み、特定の実施形態においては、この合金は、本質的に焼結タングステンからなる。焼結タングステンは、タングステン粉末で作られ、当該技術分野において公知の手順に従って、タングステンの融点よりは低い高温で圧縮及び圧密されることにより、固相状態で粉末を成形する。この材料は、Ｔｉ ６−４（Ｔｉと６％のアルミニウムと４％のバナジウム、全て重量パーセント）のような溶接チタン合金、及びＡｌｌｏｙ７１８のようなニッケル基超合金において効果的であった。

他の実施形態においては、タングステン基耐熱材料は、不純物添加されたタングステンを含み、この場合、不純物添加されたタングステンは、添加不純物材料とタングステンとを含む。本明細書で使用される用語「不純物添加された」とは、１つ又はそれ以上の「添加不純物材料」と呼ばれる二次成分が、タングステンに添加されたことを意味する。ある実施形態においては、不純物添加されたタングステンは、最大１００ｐｐｍの濃度の添加不純物材料を含み、特定の実施形態においては、添加不純物材料の濃度は、約１０ｐｐｍから約８０ｐｐｍの範囲である。好適な添加不純物材料には、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化セリウム、及び酸化トリウムが含まれるが、これに限定されない。例示的な一実施形態においては、添加不純物材料は、濃度が約２０ｐｐｍのカリウムを含む。幾つかの実施形態において、不純物添加されたタングステンは、当該技術分野で一般的に使用される方法に従って、焼結押出しされた、不純物添加されたタングステンである。不純物添加されたタングステンを焼結及び押出し加工により処理すると、高強度材料の接合に適用されるＦＳＷ装置１００の工具１０２としての使用に有利な水準の強度を有する材料が得られるように思われる。Ｔｉ ６−４、及びＴｉと５％Ａｌと２％スズと４％モリブデンと２％ジルコニウムと４％クロム（「Ｔｉ１７」合金としても知られる、全て重量パーセント）のプレートは、この工具材料を使用してうまく溶接された。

別の実施形態においては、タングステン基耐熱材料は、固溶強化材料とタングステンとを含む合金を含む。本明細書で使用される用語「固溶強化材料」とは、タングステンに添加され、タングステンの結晶構造中へ二次相を形成することなく溶解して、タングステンの結晶格子を変形させることによってタングステンを強化する１つ又はそれ以上の元素を意味する。固溶強化材料の実施例には、レニウム、モリブデン、タンタル、ニオブ、及びそれらの混合体を含むが、これに限定されない。幾つかの実施形態においては、この合金は、最大約４０重量パーセントの固溶強化材料を含み、特定の実施形態においては、この合金は、約２０重量パーセントから約３０重量パーセントまでの固溶強化材料を含む。例示的な実施形態においては、この合金は、約２５重量パーセントのレニウムを含み、残余はタングステンを含む。幾つかの実施形態においては、この合金は、ａ）焼結材、及びｂ）焼結熱間等静圧圧縮成形材料のうちの少なくとも１つを含む。当該技術分野で公知の手順及びパラメータを用いて、例示的なこれらの方法の１つによって処理された材料は、有利な特性を有するＦＳＷ工具１０２を製造できる好適に密度の高い、強固な材料を与えるように思われる。チタン合金及びニッケル合金は、この工具材料を使用するＦＳＷによってうまく溶接された。

本発明の装置１００の更に別の実施形態においては、工具１０２のタングステン基耐熱材料は、タングステンと、固溶強化材料及び耐熱カーバイド材からなるグループから選択された少なくとも１つの材料とを含む。この工具材料は、チタン合金を接合するのに有効であることが示されている。固溶強化材料の好適な実施例は、既に上述された。この実施形態に対する好適な耐熱カーバイド材には、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル及びニオブといった耐熱性遷移金属のカーバイドを含むが、これに限定されない。ある実施形態においては、固溶強化材料は、最大約８重量パーセントの濃度でタングステン基耐熱材料内に存在しており、耐熱カーバイド材は、約０．２５重量パーセントから約２重量パーセントまでの範囲の濃度でタングステン基耐熱材料内に存在している。特定の実施形態においては、固溶強化材料の濃度範囲は、約２重量パーセントから約６重量パーセントまでであり、カーバイドの濃度範囲は、約０．２５重量パーセントから約１重量パーセントまでである。例示的な実施形態においては、タングステン基耐熱材料は、約４パーセントのレニウムと約０．５パーセントのハフニウム・カーバイド（重量パーセント濃度）を含み、残余はタングステンを含む。

上述の実施形態の工具材料は、ある実施形態においては、ａ）鋳造押出材料、ｂ）鋳造鍛造材料、及びｃ）圧密押出材料のうちの１つを含む。これらの代替処理手順の各々は、当該技術分野で公知であり、実施者は、幾つかの一般的に実施される金属成形技術の中から好適な変形形態を見つけ出すことができるであろう。圧密押出材料の実施例は、最初に比較的低い温度で等静圧圧縮成形され（冷間等静圧圧縮成形、或いはＣＩＰ）、次いで焼結されて熱間等静圧圧縮成形され、最後に押出された材料である。結果として得られる材料は、密度が高く、本発明の実施形態における工具１０２として機能するのに十分な強さを有する。

工具１０２は、１つの材料から完全に作ることができ、或いは、幾つかの場合においては、組み合わせ材料を使用して作ることができる。例えば、ある実施形態においては、溶接工具１０２は、ショルダー部１０４を有し、例えば、化学組成、微細構造、又は処理といった少なくとも１つの特性においてピン部分１０６を含む材料とは実質的に異なる材料を含む。これらの場合においては、ピン部分１０６は、タングステン基耐熱材料を含む。従って、このピン部分１０６は、工具１０２全体を取り外す必要がなくピン１０６を好都合に交換することができるモジュール式工具システムが考慮される、工具１０２のショルダー部１０４に固定されるインサートとして存在できる。

上述のＦＳＷ装置１００に加えて、本発明の実施形態はまた、溶接工具１０２と、上記に説明された全ての代替物とを含む。

溶接工具１０２を作製するための方法が、更なる実施形態として含まれる。この方法において、タングステン基耐熱材料が提供される。この材料は、上述の工具１０２に対して説明された材料と同一である。次いで、この材料を実質的に自己支持型の供給原料を形成するよう処理する。用語「実質的に自己支持型の」とは、処理段階の間に生成される供給原料が有意な歪み量がなく自重を支持するほど十分に強いことを意味する。この用語によって説明される状態は、崩壊又は有意な歪み無しには自重を支持することができない粉末又はスラリーと対照させることができる。本発明の実施形態における処理段階は、当該技術分野で知られている様々な鋳造方法の何れかのような、液体から金属を凝固する幾つかの好適な方法の中の何れかを用いる段階を含むことができる。更に、処理段階はまた、焼結静圧圧縮成形のような、固体粉末を圧縮成形する方法を適用する段階を含むことができる。最後に、例えば、アーク蒸着、プラズマ溶射蒸着、及びレーザ蒸着を含む、固体原材料を溶融蒸着する様々な処理の何れもが、本実施形態の処理段階に含まれるものとして好適である。

基耐熱材料を処理して供給原料を形成した後、次に、この供給原料を断面積が少なくとも５０％まで低減するよう加工する。供給原料をこの程度まで加工すると、高強度材料に対するＦＳＷ中に工具１０２が受ける過酷な応力及び温度条件にわたり有利に劣化に耐える点まで供給原料材料が歪み硬化される。特定の実施形態においては、供給原料は更に引き続いて加工して断面積を少なくとも７５％まで低減し、供給原料を更に歪み硬化させることが可能になる。供給原料は、例えば、押出し加工、スエージ加工、及び鍛造を含む、どのような好適な金属加工工程によっても加工することができる。一連の異なる金属加工工程の組み合わせもまた、供給原料の断面積の所望の低減を達成するのに好適である。

供給原料を所望の状態に加工した後、次に、この供給原料を溶接工具１０２に作る。供給原料を工具１０２に形成する段階は、上述のような金属加工作業の使用、並びに、切断、タッピング、研削、ホーニング、ポリッシング、及び同様のものを含む様々な機械加工作業を含むことができる。最終的に結果として得られるものは、摩擦撹拌接合装置１００の運転に適合された工具１０２である。工具１０２がＦＳＷ装置１００への適切な取り付け及びＦＳＷ装置の運転に適した寸法形状を有する場合には、工具１０２は装置１００の運転に適合されている。

本発明の別の実施形態は、物品を製造するための方法、並びにこのような方法によって形成された物品である。この方法において、摩擦撹拌接合装置１００が提供される。装置１００は、溶接工具１０２を含み、溶接工具１０２は、タングステン基耐熱材料を含む。工具１０２及び該工具１０２を作るのに使用される材料は、上述の施形態で説明されたものと同一である。この方法は更に、少なくとも１つの工作物１０８を準備する段階と、撹拌接合によって少なくとも１つの工作物１０８を摩擦接合するよう装置１００を運転して、少なくとも１つの接合要素（図示せず）を形成する段階とを含み、少なくとも１つの接合要素は、摩擦撹拌接合領域を含む。

上述のように、少なくとも１つの工作物１０８が提供される。上述の材料から作られ、上述の工具１０２製造方法により製造された工具１０２を使用すると、高強度材料のＦＳＷが可能になる。従って、本発明の方法における使用に好適な材料は、これに限定されないが、鋼、ステンレス鋼、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、ニッケル鉄基超合金、酸化物分散強化ニッケル合金、及びチタン基合金を含む。工作物１０８を形成するために使用される処理は、一般に、本発明のＦＳＷ法の適用には影響を与えず、従って、工作物１０８は、例えば、鍛造、鋳造、押出し、圧延、又は粉末冶金工程によって作られた品目とすることができる。

ある実施形態においては、複数の工作物１０８が提供される。このような場合において、装置１００を運転して、ＦＳＷを使用して複数の工作物１０８を接合し、１つ又はそれ以上の接合要素を形成する。この工程によって形成された各接合要素は、例えば、これまで別々であった２つ又はそれ以上の工作物を接合要素に結合する接合領域のような摩擦撹拌接合領域を含む。ある実施形態においては、１つ又はそれ以上の接合要素は、この工程によって製造された完成物品である。しかしながら、別の実施形態においては、１つ又はそれ以上の接合要素は、更に組み立てられて物品を形成し、特定の実施形態においては、これは、少なくとも一部が少なくとも２つの接合要素を互いに摩擦撹拌接合することによって組み立てられて要素を接合する。

本発明のＦＳＷ法は、提供された様々な工作物の組成に関しては柔軟性がある。例えば、幾つかの実施形態においては、第１の工作物は第１の材料を含み、第２の工作物は第２の材料を含み、これらの２つの材料は、化学組成、微細構造、及び工程などの少なくとも１つの特性に関して互いに異なっている。第１及び第２の材料の一方又は両方は、例えば、鋼、ステンレス鋼、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、ニッケル鉄基超合金、酸化物分散強化ニッケル合金、及びチタン基合金といった従来方法によってＦＳＷを行うのが困難な材料であってもよい。別の実施例としては、本発明によるＦＳＷによって、多結晶工作物を単結晶工作物に接合することができる。様々な組成、構造、及び工程の工作物を接合する本工程の柔軟性により、特定用途の局所的要求に合わせた特性を有する物品を製造することが可能になる。例えば、高価な高温合金を、ある点を上回る温度に到達する物品上の領域中にのみ設定することができる。物品のバルクは、より安い構造材料で作られ、この材料は、ＦＳＷによって高温合金に接合して調整された構成部品を形成することができる。

上述の方法によって作られる物品は、ターボ機械で使用される構成部品のような、機械構成部品を含む。ある実施形態においては、接合要素は、タービン・エンジン、例えばガスタービン・エンジン又は蒸気タービン・エンジンの構成部品を形成するために組み立てられる。本発明の利点により、ダクト、フレーム、及びケースといったタービン・エンジンの極めて大きな構造構成部品の組立が可能になる。最新のタービン・エンジンにおいては、これらの構成部品は、大きすぎて一度の鍛造又は鋳造で作ることはできず、従って、これらの構成部品を組み立てるためにＦＳＷが使用できることは、費用効果の高いタービンの製造に有利である。

上述の利点を十分有効に利用するために、本発明の別の実施形態は、本発明の方法によって製造されたタービン・エンジン構成部品である。この特定の実施形態においては、この方法は、溶接工具１０２を含むＦＳＷ装置１００を準備する段階を含む。この溶接工具１０２は、以下のグループから選択された少なくとも１つのタングステン基耐熱材料を含む。

ａ．本質的にタングステンからなる焼結合金、
ｂ．焼結押出しされたタングステンを含み、更に約２０ｐｐｍのカリウムを含む金属、
ｃ．ａ）焼結金属、及び、ｂ）焼結熱間等静圧圧縮成形された金属、ここで、前記金属は更に約２５重量パーセントのレニウムを含み、残余はタングステンを含む、のうちの少なくとも１つを含む金属、
ｄ．鋳造押出しされたタングステン基耐熱材料、前記材料は約４重量パーセントのレニウムと、約０．５重量パーセントのハフニウム・カーバイドとを含み、残余はタングステンを含む、
及び、
ｅ．鋳造押出しされたタングステン基耐熱材料、前記材料は約０．５重量パーセントから約２重量パーセントまでのハフニウム・カーバイドを含み、残余はタングステンである。

複数の工作物１０８が提供される。第１の工作物は第１の材料を含み、第２の工作物は第２の材料を含み、前記第１の材料は、化学組成、微細構造、及び処理のうちの少なくとも１つにおいて前記第２の材料と実質的に異なる。前記第１の材料と前記第２の材料のうちの少なくとも１つは、鋼、ステンレス鋼、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、ニッケル鉄基超合金、酸化物分散強化からなるグループから選択された材料を含む。

装置１００は、複数の工作物をＦＳＷによって接合するよう運転して、複数の接合要素を形成し、この場合、接合要素の各々は、摩擦撹拌接合された領域を含み、次いで、要素が組み立てられてタービン・エンジン構成部品を形成する。

以下の実施例は、本発明のある実施形態を更に例証するために示され、本発明をどのようにも限定するものと解釈されるべきではない。

実施例１：Ｈ−１３工具鋼で作られた摩擦撹拌溶接工具が、ニッケル基超合金Ａｌｌｏｙ７１８で作られた工作物をＦＳＷを介して接合する試みにおいて使用された。工具鋼は、アルミニウム工作物のＦＳＷ用工具を製作するために一般に使用される材料である。しかしながら、この実施例のＡｌｌｏｙ７１８工作物に適用する場合、工具鋼で作られた工具は、工作物に工具を突入させるのに必要な応力に耐えることができず、工具は処理の初期段階で破損した。

例２：約２５重量パーセントのレニウムを含む焼結タングステン合金で作られた摩擦撹拌溶接工具が、ＦＳＷを介してＡｌｌｏｙ７１８で作られた工作物を接合する試みにおいて使用された。実施例１における工具鋼で作られた従来の工具とは異なり、このタングステン−レニウム工具は、接合工程全体を通して損傷を受けないままであり、工作物を成功裏に接合した。断面における接合部の金属組織学的試験では、ＦＳＷ工程の間に工具の損耗から接合部に取り込まれた小さな屑微粒子の幾らかを検出した。強固な結合が形成されたものの、取り込まれた微粒子の数及び大きさは、高応力及び高温を伴う特定の臨界用途においては容認できない接合部を提供することになる。

例３：鋳造押出しされた、約４重量パーセントのレニウムと約０．５重量パーセントのハフニウム・カーバイドとを含むタングステン合金で作られた摩擦撹拌溶接工具が、チタン合金Ｔｉ１７で作られた１つの工作物を、Ｔｉ６−４で作られた別の工作物に接合する試みにおいて使用された。この工具は、接合工程全体を通して損傷を受けないままであり、実施例２における工具同様、工作物を成功裏に接合した。断面における接合部の金属組織学的試験では、例２において観察された屑微粒子のどのようなものも検出されなかった。

様々な実施形態を本明細書で説明したが、当業者であれば要素、変形形態、等価形態、又は改良形態の様々な組み合わせを行うことができる。また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

本発明の実施形態による装置の概略図。

符号の説明

１００ 装置
１０２ 溶接工具
１０４ ショルダー部
１０６ ピン部分
１０８ 工作物

Claims (17)

1. タングステン基耐熱材料を含む溶接工具（１０２）を備えた摩擦撹拌接合用装置（１００）。
2. 前記タングステン基耐熱材料は、本質的にタングステンからなる合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置（１００）。
3. 前記タングステン基耐熱材料は、不純物添加されたタングステンを含み、前記不純物添加されたタングステンは添加不純物材料とタングステンとを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置（１００）。
4. 前記タングステン基耐熱材料は、固溶強化材料とタングステンとを含む合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置（１００）。
5. 前記合金は、最大約４０重量パーセントの前記固溶強化材料を含むことを特徴とする請求項４に記載の装置（１００）。
6. 前記固溶強化材料は、レニウム、モリブデン、タンタル、及びニオブのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５に記載の装置（１００）。
7. 前記合金は、約２５重量パーセントのレニウムを含み、残余はタングステンを含むことを特徴とする請求項６に記載の装置（１００）。
8. 前記タングステン基耐熱材料は、ａ）焼結材、及び、ｂ）焼結熱間等静圧圧縮成形材料のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載の装置（１００）。
9. 前記タングステン基耐熱材料は、タングステンと、固溶強化材料及び耐熱カーバイド材料からなるグループから選択された少なくとも１つの材料とを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置（１００）。
10. 前記固溶強化材料は、前記タングステン基耐熱材料内に最大約８重量パーセントまでの濃度で存在し、前記耐熱カーバイド材は、前記タングステン基耐熱材料内に、約０．２５重量パーセントから約２重量パーセントまでの範囲の濃度で存在することを特徴とする請求項９に記載の装置（１００）。
11. 前記固溶強化材料は、前記タングステン基耐熱材料内に、約２重量パーセントから約６重量パーセントまでの範囲の濃度で存在し、前記耐熱カーバイド材は、前記タングステン基耐熱材料内に、約０．２５重量パーセントから約１重量パーセントまでの範囲の濃度で存在することを特徴とする請求項１０に記載の装置（１００）。
12. 前記固溶強化材料は、レニウム、モリブデン、タンタル、及びニオブのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の装置（１００）。
13. 前記タングステン基耐熱材料は、約４重量パーセントのレニウムを含み、更に、約０．５重量パーセントのハフニウム・カーバイドを含み、残余はタングステンを含むことを特徴とする請求項９に記載の装置（１００）。
14. 焼結タングステン基耐熱材料を含む溶接工具（１０２）を備え、前記金属は本質的にタングステンを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合用装置（１００）。
15. タングステン基耐熱材料を含む溶接工具（１０２）を備え、前記金属は焼結押出しされたタングステンを含み、更に約２０ｐｐｍのカリウムを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合のための装置（１００）。
16. タングステン基耐熱材料を含む溶接工具（１０２）を備え、前記金属は、ａ）焼結金属、及び、ｂ）焼結熱間等静圧圧縮成形金属のうちの少なくとも１つを含み、前記金属は更に、約２５重量パーセントのレニウムを含み、残余はタングステンを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合のための装置（１００）。
17. 鋳造押出しされたタングステン基耐熱材料を含む溶接工具（１０２）を備え、前記材料は約４重量パーセントのレニウムと約０．５重量パーセントのハフニウム・カーバイドとを含み、残余はタングステンを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合用装置（１００）。

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