JP2020142293A - 摩擦攪拌接合用ツール及び摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ショルダ部と、
前記ショルダ部の底面に設けられたプローブ部と、を有し、
前記プローブ部の長さが5.5mm以上であり、
窒化珪素又はサイアロンを主相とするセラミックスを基材とすること、
を特徴とする摩擦攪拌接合用ツール、を提供する。
図1に、本発明の摩擦攪拌接合用ツールの一例を示す概略側面図を示す。本発明の摩擦攪拌接合用ツール1は、ショルダ部2を有する本体部4と、本体部4の底面に設けられたプローブ部6とを有し、プローブ部6の長さは5.5mm以上となっている。また、摩擦攪拌接合用ツール1は、窒化珪素又はサイアロンを主相とするセラミックスを基材としている。ここで、ショルダ部2とプローブ部6は同一の組成及び組織を有するセラミックスであってもよく、組成及び/又は組織が異なっていてもよい。また、ショルダ部2及び/又はプローブ部6の表面は、PVDやCVD等によって形成された硬質膜によって被覆されていてもよい。
本発明の摩擦攪拌接合方法は、摩擦攪拌接合用ツール1を用いて板材を摩擦攪拌接合し、プローブ部6を板材に5.5mm以上挿入しつつ、ショルダ部2を板材に接触させることを特徴としている。図2に一般的な摩擦攪拌接合の状況を示す。裏板の上に被接合材を配置し、回転させた摩擦攪拌接合用ツール1を被接合材の表面側から圧入して塑性流動を発生させる。摩擦攪拌接合用ツール1はプローブ長が5.5mm以上であっても安価であり、摩擦攪拌接合を用いた厚板接合のコストを大幅に抑制することができる。加えて、接合温度の上昇が速く、ツール表面近傍で被接合材の塑性流動が生じやすいため、摩擦攪拌接合中の破損や摩耗を抑制しつつ、短い接合時間で良好な継手を得ることができる。
プローブ長が5.75mmの窒化珪素製ツールを用いて、6mm厚の低炭素鋼板及び中炭素鋼板に対してスターインプレートにて摩擦攪拌接合を行った。低炭素鋼板及び中炭素鋼板の組成を表1に、窒化珪素製ツールの外観写真を図3に、それぞれ示す。なお、組成の値は質量%である。ショルダ径は16mm、根元(ショルダ底面)におけるプローブ径は7mm、先端のプローブ径は6mmである。ショルダ底面及びプローブ表面には溝加工等は施されておらず、平滑な表面となっている。また、被接合材の裏面には工具鋼製の裏板を設置した。
プローブ長が9.75mmの窒化珪素製ツールを用いて、10mm厚の低炭素鋼板及び中炭素鋼板に対してスターインプレートにて摩擦攪拌接合を行った。窒化珪素製ツールの外観写真を図6に示す。窒化珪素製ツールの組成及び組織は実施例1の場合と同様であり、ショルダ径は25mm、根元(ショルダ底面)におけるプローブ径は8.2mm、先端のプローブ径は7.25mmである。ショルダ底面及びプローブ表面には溝加工等は施されておらず、平滑な表面となっている。また、被接合材の裏面には窒化珪素製の裏板を設置した。なお、中炭素鋼板の組成は実施例1と同様であり、低炭素鋼板の組成(質量%)は表2に示すとおりである。
プローブ長が9.6mmの窒化珪素製ツールを用いて、10mm厚の低炭素鋼板及び中炭素鋼板に対してスターインプレートにて摩擦攪拌接合を行った。窒化珪素製ツールの外観写真を図14に示す。窒化珪素製ツールの組成及び組織は実施例1の場合と同様であり、ショルダ径は20mm、根元(ショルダ底面)におけるプローブ径は7.5mm、先端のプローブ径は6.25mmである。図14に示すとおり、一般的な摩擦攪拌接合用ツールと比較するとプローブ長さに対するショルダ径が大幅に小さくなっている。ショルダ底面及びプローブ表面には溝加工等は施されておらず、平滑な表面となっている。また、被接合材の裏面には窒化珪素製の裏板を設置した。
2・・・ショルダ部、
4・・・本体部、
6・・・プローブ部。
Claims (10)
- ショルダ部と、
前記ショルダ部の底面に設けられたプローブ部と、を有し、
前記プローブ部の長さが5.5mm以上であり、
窒化珪素又はサイアロンを主相とするセラミックスを基材とすること、
を特徴とする摩擦攪拌接合用ツール。 - 前記プローブ部の直径が前記底面から先端部の方向にかけて連続的に減少し、
前記プローブ部に溝加工及び/又は面取り加工が施されていないこと、
を特徴とする請求項1に記載の摩擦攪拌接合用ツール。 - 前記ショルダ部の直径が20mm以下であること、
を特徴とする請求項1又は2に記載の摩擦攪拌接合用ツール。 - 前記プローブ部の長さが9.5mm以上であること、
を特徴とする請求項1〜3のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合用ツール。 - 前記セラミックスが、希土類及びアルミニウムを含むこと、
を特徴とする請求項1〜4のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合用ツール。 - 請求項1〜5のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合用ツールを用いて板材を摩擦攪拌接合し、
前記摩擦攪拌接合用ツールのプローブ部を前記板材に5.5mm以上挿入しつつ、ショルダ部を前記板材に接触させること、
を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 前記板材が鋼板であること、
を特徴とする請求項6に記載の摩擦攪拌接合方法。 - 前記鋼板の炭素量が0.2質量%以上であること、
を特徴とする請求項7に記載の摩擦攪拌接合方法。 - 前記プローブ部を前記板材に挿入した後に前記摩擦攪拌接合用ツールの位置を一定時間保持し、前記摩擦攪拌接合用ツールに印加される前記板材からの反力が減少した後に、前記摩擦攪拌接合用ツールを横移動させること、
を特徴とする請求項6〜8のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。 - 前記板材の裏面に、前記板材よりも熱伝導率が低い裏板を配置すること、
を特徴とする請求項6〜9のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
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