JP5803069B2 - 異種金属材料の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、異種金属材料を摩擦撹拌接合により接合する異種金属材料の接合方法に関する。

異種金属材料、特に鋼材とアルミニウム材の接合は、一般に溶融溶接や、リベットなどの機械的接合などによって行われている。

ところが、溶融溶接では入熱量が大きいため、鋼材とアルミニウム材の界面に脆弱な金属間化合物（Ｆｅ_２Ａｌ_５、ＦｅＡｌ_３など）が生成されてしまい、接合強度が低下するという課題がある。また、リベットやボルト等を用いた機械的接合では、接合のためにリベットなどの資材が必要になり、コストが上昇してしまう。

そこで、近年では、被接合材を溶融させずに軟化させ、塑性流動化して固相接合する摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いて、鋼材とアルミニウム材を接合させる研究が進められている。この摩擦撹拌接合では、一般的な工具鋼で作製されたＦＳＷツールを用い、このＦＳＷツールをアルミニウム材のみに接触させて、鋼材とアルミニウム材とを摩擦撹拌接合している（例えば特許文献１、特許文献２など）。

例えば、特許文献１に記載の摩擦撹拌接合では、接合面に酸化防止膜（Ｚｎメッキ）が被覆された鋼材と、アルミニウム材とを重ね合わせ、ＦＳＷツールをアルミニウム材に回転させながら押し当てて挿入し、摩擦熱によりアルミニウム材及びＺｎメッキを軟化して塑性流動化し、Ｚｎメッキを取り除いて鋼材の表面に新生面を露出させ、塑性流動化したアルミニウム材と鋼材の新生面とを固相接合している。

特開２００５−３４８７９号公報 特開２００６−２３９７２０号公報

ところが、ＦＳＷツールを鋼材に接触させず、アルミニウム材のみに接触させる摩擦撹拌接合では、鋼材とアルミニウム材とが十分に撹拌されないので、高い接合強度を得ることができない。つまり、ＦＳＷツールをアルミニウム材に接触させて挿入させた場合、アルミニウム材の融点直下まで温度上昇すると、このアルミニウム材が軟化して塑性流動化し、ＦＳＷツールとの摩擦が低下する。このため、これ以上の発熱（摩擦熱）が得られず、鋼材を塑性流動化させ得る温度まで温度上昇させることができないので、アルミニウム材のみが撹拌されることになる。このため、鋼材とアルミニウム材とが十分に撹拌されず、高い接合強度（せん断引張強度を含む）を得ることができないのである。

また、一般的な工具鋼で作製されたＦＳＷツールを、従来の手法で回転させながら鋼材に接触させた場合には、ＦＳＷツールが摩耗したり、摩擦熱により破損する恐れがある。

鋼材と接触させても摩耗や破損が生じにくいＰＣＢＮ（多結晶立方晶窒化ホウ素）などの特殊な材質によるツールを用いることも考えられるが、ツール自体が高価であり、摩擦撹拌接合のコストが上昇してしまう。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、異種金属材料の接合強度、特にせん断引張強度を向上できる異種金属材料の接合方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、摩擦撹拌接合用の回転ツールの損傷を防止できる異種金属材料の接合方法を提供することにある。

本発明に係る異種金属材料の接合方法は、融点が異なる異種金属材料における高融点材料と低融点材料とを、高融点材料を上側に低融点材料を下側にそれぞれ重ね合せて接合予定位置に位置づけ、前記上側の高融点材料の上面から鋼製で丸棒形状に形成された回転ツールを回転させながら軸方向に押し当てて前記高融点材料内に挿入するとともに、前記回転ツールの先端の挿入位置を、前記高融点材料と前記低融点材料との合せ面を基準に、前記低融点材料側をプラス（＋）、前記高融点材料側をマイナス（−）、低融点材料の板厚Ｔとしたとき、回転ツールの先端と前記合せ面との距離Ｌを、−０．０５ｍｍ≦Ｌ＜Ｔに設定した位置に調整し、前記高融点材料を前記回転ツールとの摩擦熱により、前記低融点材料を前記摩擦熱の伝熱により、それぞれ前記回転ツール近傍で部分的に軟化させて塑性流動化し、これらの塑性流動化された高融点材料と低融点材料を前記回転ツールにより部分的に撹拌して摩擦撹拌接合させ、且つ、前記摩擦撹拌接合の過程で前記回転ツールにより突き破られて形成された前記高融点材料の突出部分を前記低融点材料に食い込ませることで前記高融点材料と前記低融点材料とを接合させることを特徴とする接合方法である。

本発明に係る異種金属材料の接合方法によれば、回転ツールを高融点材料側から挿入することにより、この高融点材料を軟化して塑性流動する温度まで発熱させ、この熱が伝熱することで、低融点材料が軟化して塑性流動する。このため、高融点材料及び低融点材料を回転ツールにより部分的に十分に撹拌でき接合できる。更に、回転ツールの挿入位置を高融点材料が突き破られる位置に調整するので、突き破られた高融点材料が低融点材料に食い込むことでアンカー効果を発揮できる。これらの結果、高融点材料と低融点材料の接合強度、特にせん断引張強度を向上させることができる。

本発明に係る異種金属材料の接合方法における一実施形態が適用された摩擦撹拌接合方法の実施状況を示す概略側面図。 図１の摩擦撹拌接合方法により得られた摩擦撹拌接合体を示し、（Ａ）がその接合部を含む外観を示す写真、（Ｂ）がその接合部を上方から示す写真。 図２の接合部周囲の断面を示し、（Ａ）が断面写真、（Ｂ）が図３（Ａ）を模式的に示す断面図。 摩擦撹拌接合体のせん断引張強度と回転ツールの挿入深さとの関係を示すグラフ。 摩擦撹拌接合体の剥離強度と回転ツールの挿入深さとの関係を示すグラフ。 摩擦撹拌接合体のせん断引張強度と回転ツールの直径との関係を示すグラフ。 従来の摩擦撹拌接合方法の実施状況を示す概略側面図。 図７の摩擦撹拌接合方法により得られた摩擦撹拌接合体の接合部周囲の断面を示し、（Ａ）が断面写真、（Ｂ）が図８（Ａ）を模式的に示す断面図。 図２及び図３に示す摩擦撹拌接合体１５と、図８に示す摩擦撹拌接合体１００に関し、せん断引張強度を比較して示すグラフ。 強度試験を説明する図であり、（Ａ）がせん断引張強度試験の説明図、（Ｂ）が剥離強度試験の説明図。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る異種金属材料の接合方法における一実施形態が適用された摩擦撹拌接合方法の実施状況を示す概略側面図である。本実施の形態の摩擦撹拌接合方法は、融点が異なる異種金属材料（高融点材料と低融点材料）を、回転ツール１３を用いて重ね点接合させるものであり、高融点材料としては鉄材、特に融点が約１５００℃の鋼材１１が、低融点材料としては、融点が約５８０〜６５０℃のアルミニウム材（アルミニウム合金を含む）１２が用いられる。ここで、アルミニウム材１２は、Ａ６０６１などの展伸材に限らず、ＡＣ４ＣＨなどの鋳造材や、ＡＤＣ１２などのダイカスト材などであってもよい。

本実施の形態の摩擦撹拌接合方法では、まず鋼材１１とアルミニウム材１２とを重ね合せて接合予定位置に位置づける。このとき、鋼材１１が上側に、アルミニウム材１２が下側にそれぞれ位置づけられる。

次に、回転ツール１３を回転させながら鋼材１１に押し当てて挿入させる。ここで、回転ツール１３は、ＳＫＤ６１などの工具鋼や金型鋼製であり、直径が３ｍｍ〜１０ｍｍの丸棒形状に形成されたものである。また、回転ツール１３の回転数は、７５ｒｐｍ〜７５０ｒｐｍに設定されている。

回転ツール１３を鋼材１１に挿入させるときの挿入位置は、鋼材１１が突き破られる位置に調整される。つまり、回転ツール１３の挿入位置は、回転ツール１３の先端１３Ａが鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４から鋼材１１側に０．０５ｍｍの位置よりもアルミニウム材１２側にある位置に調整される。具体的には、鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４を基準にアルミニウム材１２側をプラス（＋）、鋼材１１側をマイナス（−）としたとき、回転ツール１３の先端１３Ａと前記合せ面１４との距離Ｌは、
−０．０５ｍｍ≦Ｌ＜Ｔ
に設定される。ここで、Ｔはアルミニウム材１２の板厚である。

上述のように摩擦撹拌点接合を行なうことで、鋼材１１を回転ツール１３との摩擦熱により、またアルミニウム材１２を前記摩擦熱の伝熱により、それぞれ回転ツール１３近傍で部分的に温度上昇させて軟化させ、塑性流動させる。そして、これらの塑性流動化された鋼材１１及びアルミニウム材１２の回転ツール１３近傍部分を、回転ツール１３の回転により撹拌し、鋼材１１とアルミニウム材１２とを摩擦撹拌点接合させる。更に、この摩擦撹拌点接合の過程では、鋼材１１は回転ツール１３により突き破られるが、この突き破られて形成された突出部分１８（図３）がアルミニウム材１２に食い込むことでも、鋼材１１とアルミニウム材１２とが接合される。

上述のような摩擦撹拌点接合（鋼材１１の突出部分１８による接合を含む）により得られる異種金属材料接合体としての摩擦撹拌接合体１５を、図２及び図３に示す。

図２及び図３に示す摩擦撹拌接合体１５は、鋼材１１としての板厚１ｍｍの裸軟鋼板（引張強度２７０ＭＰａ、融点約１５００℃）と、アルミニウム材１２としての板厚１ｍｍのＡ６０６１−Ｔ６アルミニウム展伸材（引張強度３００ＭＰａ、融点約６５０℃）とを重ね合せて、下記の接合条件下で、鋼材１１とアルミニウム材１２とを摩擦撹拌点接合して得られたものである。上記接合条件は、ＳＫＤ６１製で直径６ｍｍの丸棒形状の回転ツール１３を用い、この回転ツール１３の回転数を５００ｒｐｍとし、回転ツール１３の挿入速度を２０ｍｍ／分とし、回転ツール１３の先端１３Ａが鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４からアルミニウム材１２側に０．３ｍｍ（Ｌ＝０．３ｍｍ）となる位置まで、回転ツール１３を鋼材１１及びアルミニウム材１２に挿入し、回転ツール１３の挿入完了からこの回転ツール１３を引き抜くまでの保持時間を１秒としている。

この摩擦撹拌接合体１５では、回転ツール１３による鋼材１１側の撹拌部分１６Ａと、アルミニウム材１２側の撹拌部分１６Ｂとが接合され、更に、回転ツール１３により突き破られて形成された鋼材１１の突出部分１８がアルミニウム材１２に食い込むことで、摩擦撹拌接合体１５の接合部１７が形成される。

図１に示す前述の摩擦撹拌点接合（鋼材１１の突出部分１８による接合を含む）において、回転ツール１３の挿入位置を、回転ツール１３の先端１３Ａが鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４から鋼材１１側に０．０５ｍｍの位置（Ｌ＝−０．０５ｍｍ）よりもアルミニウム材１２側にあるよう調整される理由は、次の通りである。つまり、回転ツール１３の摩擦熱により軟化した鋼材１１と、この摩擦熱が伝熱されることで軟化したアルミニウム材１２とが、回転ツール１３により十分に撹拌されて接合されることと、回転ツール１３により突き破られて形成された鋼材１１の突出部分１８がアルミニウム材１２に食い込み、そのアンカー効果によりせん断引張強度の高い接合が可能になるからである。

回転ツール１３の先端１３Ａが鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４から鋼材１１側に０．０５ｍｍの位置よりもさらに鋼材１１側にある場合（Ｌ＜−０．０５ｍｍ）には、回転ツール１３が鋼材１１を突き破ることができず、従って、アンカー効果によるせん断引張強度の増大を期待できない。

例えば、鋼材１１としての板厚１ｍｍの裸軟鋼板と、アルミニウム材１２としての板厚１ｍｍのＡ６０６１−Ｔ６アルミニウム展伸板とを重ね合せ、回転ツール１３の先端１３Ａと、鋼材１１とアルミニウム材１２の合せ面１４との距離Ｌを変化させて、鋼材１１とアルミニウム材１２とを摩擦撹拌点接合した。このときの接合条件は、ＳＫＤ６１製で直径６ｍｍの丸棒形状の回転ツール１３を用い、この回転ツール１３の回転数を５００ｒｐｍとし、回転ツール１３の挿入速度を２０ｍｍ／分とし、回転ツール１３の挿入完了からこの回転ツール１３を引き抜くまでの保持時間を１秒としている。得られた各摩擦撹拌接合体１５について、図１０（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ示すせん断引張強度試験、剥離強度試験を実施し、その結果を表１、図４及び図５に示す。ここで、せん断引張強度試験片はＪＩＳ Ｚ３１３６に、剥離強度試験片はＪＩＳ Ｚ３１４４にそれぞれ準じたものとした。

表１及び図４に示すように、回転ツール１３の先端１３Ａを鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４よりも鋼材１１側に０．１ｍｍ（Ｌ＝−０．１ｍｍ）、０．２ｍｍ（Ｌ＝−０．２ｍｍ）、０．３ｍｍ（Ｌ＝−０．３ｍｍ）の各位置になるように回転ツール１３を挿入したときの摩擦撹拌接合体１５では、せん断引張強度は１．３ｋＮ以下の低い値であった。これに対し、回転ツール１３の先端１３Ａが、鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４から鋼材１１側に０．０５ｍｍ（Ｌ＝−０．０５ｍｍ）よりもアルミニウム材１２側の各位置（Ｌ＝０ｍｍ、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ）にあるように回転ツール１３を挿入したときの摩擦撹拌接合体１５では、せん断引張強度が２．５ｋＮ前後の高い値を示し、鋼材１１とアルミニウム材１２とが高いせん断引張強度で接合されていることが分かる。

但し、回転ツール１３の先端１３Ａが、鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４から鋼材１１側に０．０５ｍｍ（Ｌ＝−０．０５ｍｍ）よりもアルミニウム材１２側の各位置（Ｌ＝０ｍｍ、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ）にあるように回転ツール１３を挿入したときの摩擦撹拌接合体１５では、表１及び図５に示すように、剥離強度に関しては、０．２５ｋＮ以下の値になって低下していることが分かる。従って、回転ツール１３の先端１３Ａと合せ面１４との距離ＬがＬ＝０ｍｍ、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの各位置にあるように回転ツール１３を挿入したときの摩擦撹拌接合体１５は、剥離強度が要求されず、せん断引張強度が要求される場合に有効である。

また、図１に示す摩擦撹拌点接合において、回転ツール１３を直径３ｍｍ〜１０ｍｍの丸棒形状とした理由は、回転ツール１３と鋼材１１との接触による過剰な発熱（摩擦熱）を抑制して回転ツール１３の摩耗や破損を防止し、且つ鋼材１１とアルミニウム材１２との接合強度を確保するためである。つまり、回転ツール１３の直径が１０ｍｍを超えた場合には、鋼材１１と回転ツール１３との接触による発熱が過大になって回転ツール１３が摩耗または破損する。また、回転ツール１３の直径が２ｍｍ以下では、鋼材１１とアルミニウム材１２との接合部１７の接合面積が小さくなり、強度が実用上低くなるため、回転ツール１３の直径を３ｍｍ以上としているのである。

例えば、鋼材１１としての板厚１ｍｍの裸軟鋼板と、アルミニウム材１２としての板厚１ｍｍのＡ６０６１−Ｔ６アルミニウム展伸板とを重ね合せ、回転ツール１３の直径を変化させて、鋼材１１とアルミニウム材１２とを摩擦撹拌点接合した。このときの接合条件は、ＳＫＤ６１製で丸棒形状の回転ツール１３を用い、この回転ツール１３の回転数を５００ｒｐｍとし、回転ツール１３の挿入速度を２０ｍｍ／分とし、回転ツール１３の先端１３Ａが鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４からアルミニウム材１２側に０．３ｍｍ（Ｌ＝０．３ｍｍ）となる位置まで、回転ツール１３を鋼材１１及びアルミニウム材１２に挿入し、回転ツール１３の挿入完了からこの回転ツール１３を引き抜くまでの保持時間を１秒としている。得られた各摩擦撹拌接合体１５について、図１０（Ａ）に示すせん断引張強度試験を行った結果を表２及び図６に示し、各摩擦撹拌点接合終了後における回転ツール１３の状態を表３に示す。この場合にも、せん断引張強度試験片はＪＩＳ Ｚ３１３６に準じたものである。

表３に示すように、回転ツール１３の直径が１１ｍｍ以上の場合には、回転ツール１３と鋼材１１との発熱（摩擦熱）が過大になり、回転ツール１３に摩耗損傷が見られる。また、表２及び図６に示すように、回転ツール１３の直径が２ｍｍ以下の場合には、鋼材１１とアルミニウム材１２との接合部１７の接合面積が小さくなってしまい、接合強度（せん断引張強度）が低下していることが分かる。直径が３ｍｍ以上の回転ツール１３を用いることが、接合強度の観点から望ましいことが分かる。

更に、図１に示す摩擦撹拌点接合において、接合時における回転ツール１３の回転数を７５ｒｐｍ〜７５０ｒｐｍとした理由は、回転ツール１３と鋼材１１との接触による過大な発熱（摩擦熱）を抑制して、回転ツール１３の摩耗及び破損を抑制し、且つ鋼材１１とアルミニウム材１２との接合強度を確保するためである。つまり、回転ツール１３の回転数が７５０ｒｐｍを超えてしまう場合には、鋼材１１との接触による回転数１３の発熱が過大になり、回転ツール１３に摩耗または破損が生じる。また、回転ツール１３の回転数が７５ｒｐｍ未満の場合には、回転ツール１３と鋼材１１との接触による発熱が過小になって、鋼材１１とアルミニウム材１２との接合強度が低下してしまうからである。

例えば、鋼材１１としての板厚１ｍｍの裸軟鋼板と、アルミニウム材１２としての板厚１ｍｍのＡ６０６１−Ｔ６アルミニウム展伸板とを重ね合せ、接合時の回転ツール１３の回転数を変化させて、鋼材１１とアルミニウム材１２とを摩擦撹拌点接合した。このときの接合条件は、ＳＫＤ６１製で直径６ｍｍの丸棒形状の回転ツール１３を用い、この回転ツール１３の挿入速度を２０ｍｍ／分とし、回転ツール１３の先端１３Ａが鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４からアルミニウム材１２側に０．３ｍｍ（Ｌ＝０．３ｍｍ）となる位置まで、回転ツール１３を鋼材１１及びアルミニウム材１２に挿入し、回転ツール１３の挿入完了からこの回転ツール１３を引き抜くまでの保持時間を１秒としている。回転ツール１３の回転数の変化により得られた各摩擦撹拌接合体１５について、接合状態を観察した結果を表４に示す。

表４に示すように、回転ツール１３の回転数が５０ｒｐｍでは、鋼材１１と回転ツール１３との接触による発熱（摩擦熱）が過小であって、鋼材１１とアルミニウム材１２との接合が不十分であった。これに対し、回転ツール１３の回転数が７５ｒｐｍ〜７５０ｒｐｍの場合には、鋼材１１とアルミニウム材１２との接合が良好であった。また、回転ツール１３の回転数が８００ｒｐｍ以上では、鋼材１１とアルミニウム材１２との接合が良好であったが、鋼材１１と回転ツール１３との接触による発熱が過大になって、回転ツール１３に摩耗が見られた。

次に、図２及び図３に示す摩擦撹拌接合体１５と、従来の摩擦撹拌接合方法（特許文献１）により得られる摩擦撹拌接合体１００（図８）とにおいて、せん断引張強度を比較する。

上述の従来の摩擦撹拌接合方法は、図７示すように、鋼材１０１としての板厚１ｍｍのＺｎメッキ鋼板１０１と、アルミニウム材１０２としての板厚４ｍｍのＡ６０６１−Ｔ６アルミニウム展伸板とを重ね合せ、下記の接合条件下で、摩擦撹拌接合ツール（ＦＳＷツール）１０３をアルミニウム材１０２側から挿入し、摩擦撹拌点接合により接合したものである。尚、符号１０６は、Ｚｎ（亜鉛）メッキ層を示す。

上記接合条件は、ショルダ径Ｓが１２ｍｍで、プローブ径Ｐが５ｍｍ、プローブ長さＭが３．５ｍｍの摩擦撹拌接合ツール１０３を用い、この摩擦撹拌接合ツール１０３をアルミニウム材１０２側から挿入し、摩擦撹拌接合ツール１０３の回転数を１５００ｒｐｍとし、摩擦撹拌接合ツール１０３の挿入速度を２０ｍｍ／分とし、摩擦撹拌接合ツール１０３の挿入量を３．７ｍｍ（即ち摩擦撹拌接合ツール１０３の先端１０３Ａが鋼材１０１とアルミニウム材１０２との合せ面１０４からアルミニウム材１０２側に０．３ｍｍとなる位置）とし、摩擦撹拌接合ツール１０３の挿入完了からこの摩擦撹拌接合ツール１０３を引き抜くまでの保持時間を２秒としている。

上述の従来の摩擦撹拌点接合（図７）により得られた摩擦撹拌接合体１００（図８）では、符号１０５が接合部を示す。この摩擦撹拌接合体１００と、図２及び図３に示す摩擦撹拌接合体１５とのそれぞれについて、図１０（Ａ）に示すせん断引張強度試験を行った。このとき、せん断引張強度試験片はＪＩＳ Ｚ３１３６に準じたものを用いた。これらの強度試験結果を表５と図９にそれぞれ示す。

本実施の形態の摩擦撹拌点接合により得られた摩擦撹拌接合体１５は、従来の摩擦撹拌点接合により得られた摩擦撹拌接合体１００に比べて、せん断引張強度が約１．３倍に向上している。

以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。

（１）回転ツール１３を鋼材１１側から挿入することにより、この鋼材１１を軟化して塑性流動する温度まで発熱させ、この熱が伝熱することで、アルミニウム材１２が軟化して塑性流動する。このため、鋼材１１及びアルミニウム材１２を回転ツール１３により、この回転ツール１３近傍において部分的に十分撹拌でき接合できる。更に、回転ツール１３の挿入位置を鋼材１１が突き破られる位置に調整するので、この突き破られて形成された鋼材１１の突出部分１８は、アルミニウム材１２に食い込むことでアンカー効果を発揮できる。これらの結果、鋼材１１とアルミニウム材１２の接合強度、特にせん断引張強度を向上させることができる。

（２）回転ツール１３の挿入位置は、この回転ツール１３の先端１３Ａが鋼材１１とアルミニウム材１２との合せ面１４から鋼材１１側に０．０５ｍｍの位置よりもアルミニウム材１２側にあるように調整されるので、回転ツール１３により鋼材１１を確実に突き破ることができる。このため、この突き破られて形成された鋼材１１の突出部分１８をアルミニウム材１２に食い込ませることを確実に実現できるので、鋼材１１とアルミニウム材１２とが接合されて得られる摩擦撹拌接合体１５の接合強度、特にせん断引張強度を確実に向上させることができる。

（３）回転ツール１３が直径３ｍｍ〜１０ｍｍの丸棒形状に形成されたので、特に回転ツール１３と鋼材１１の摩擦による発熱を抑制して、回転ツール１３の摩耗及び破損を防止できる。

（４）接合時における回転ツール１３の回転数が７５ｒｐｍ〜７５０ｒｐｍに設定されたので、特に回転ツール１３と鋼材１１との摩擦による発熱を抑制して、回転ツール１３の摩耗及び破損を防止できる。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、回転ツール１３として、図７に示すようなショルダ部を有する摩擦撹拌接合ツール（ＦＳＷツール）を用いてもよい。ただし、この場合には、ショルダ部が鋼材１１に接触すると発熱により早期に摩耗してしまうため、このショルダ部を鋼材１１に接触させないことが望ましい。

１１ 鋼材（高融点材料）
１２ アルミニウム材（低融点材料）
１３ 回転ツール
１３Ａ 先端
１４ 合せ面
１５ 摩擦撹拌接合体（異種金属材料接合体）
１６Ａ、１６Ｂ 撹拌部
１７ 接合部
１８ 突出部分

Claims (4)

1. 融点が異なる異種金属材料における高融点材料と低融点材料とを、高融点材料を上側に低融点材料を下側にそれぞれ重ね合せて接合予定位置に位置づけ、
   前記上側の高融点材料の上面から鋼製で丸棒形状に形成された回転ツールを回転させながら軸方向に押し当てて前記高融点材料内に挿入するとともに、
   前記回転ツールの先端の挿入位置を、前記高融点材料と前記低融点材料との合せ面を基準に、前記低融点材料側をプラス（＋）、前記高融点材料側をマイナス（−）、低融点材料の板厚Ｔとしたとき、回転ツールの先端と前記合せ面との距離Ｌを、−０．０５ｍｍ≦Ｌ＜Ｔに設定した位置に調整し、
   前記高融点材料を前記回転ツールとの摩擦熱により、前記低融点材料を前記摩擦熱の伝熱により、それぞれ前記回転ツール近傍で部分的に軟化させて塑性流動化し、これらの塑性流動化された高融点材料と低融点材料を前記回転ツールにより部分的に撹拌して摩擦撹拌接合させ、
   且つ、前記摩擦撹拌接合の過程で前記回転ツールにより突き破られて形成された前記高融点材料の突出部分を前記低融点材料に食い込ませることで前記高融点材料と前記低融点材料とを接合させることを特徴とする異種金属材料の接合方法。
2. 前記回転ツールは、鋼製で丸棒形状に形成されており、直径が３ｍｍ〜１０ｍｍに設定されたことを特徴とする請求項１に記載の異種金属材料の接合方法。
3. 前記回転ツールの回転数は、７５ｒｐｍ〜７５０ｒｐｍに設定されたことを特徴とする請求項１に記載の異種金属材料の接合方法。
4. 前記高融点材料が鉄材または鋼材であり、低融点材料がアルミニウム材であることを特徴とする請求項１に記載の異種金属材料の接合方法。