JP6776045B2 - Friction stir welding tool - Google Patents

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Description

本発明は、摩擦攪拌接合用工具に関する。 The present invention relates to a friction stir welding tool.

従来、突起部を備えた工具を回転させつつ突起部側から被接合物に押し込み、摩擦熱によって被接合物の一部を軟化させ、軟化した部分を突起部によって攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合が知られている。このような摩擦攪拌接合に用いる摩擦攪拌接合用工具においては、より優れた耐熱性、耐摩耗性、耐酸化性、および靱性を有することが望まれる。そのため、従来、摩擦攪拌接合用工具を構成する材料として、窒化ケイ素を用いることが提案されていた。また、このように窒化ケイ素を用いた摩擦攪拌接合用工具において、例えば耐摩耗性をさらに向上させるために、窒化ケイ素からなる第1相と共に、B、Al、Ti、Siから選択される元素の窒化物等によって構成される第2相を設ける構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a tool having a protrusion is rotated and pushed into the object to be joined from the protrusion side, a part of the object to be welded is softened by frictional heat, and the softened part is agitated by the protrusion to join the object to be joined. Friction stir welding is known. It is desired that the friction stir welding tool used for such friction stir welding has more excellent heat resistance, wear resistance, oxidation resistance, and toughness. Therefore, conventionally, it has been proposed to use silicon nitride as a material for forming a friction stir welding tool. Further, in the friction stir welding tool using silicon nitride in this way, for example, in order to further improve the wear resistance, the element selected from B, Al, Ti, and Si together with the first phase made of silicon nitride. A configuration has been proposed in which a second phase composed of a nitride or the like is provided (see, for example, Patent Document 1).

特開2011−98842号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-98842 国際公開第2016/047376号International Publication No. 2016/0473776

しかしながら、上記のように第2相を設ける場合には、第2相を設けることによる耐摩耗性向上の効果は得られるものの、第2相を設けて相対的に第1相の割合が低下することに起因して、摩擦攪拌接合用工具全体の強度低下が低下する場合があった。このような場合には、結果的に、摩擦攪拌接合用工具の耐久性を十分に向上させることが困難であった。また、第2相を設ける場合には、摩擦攪拌接合用工具を製造する際に、第2相を設けるための追加の材料を加える必要があった。さらに、第2相を設ける場合には、望ましい第2相を設けるために製造工程が複雑化する可能性があった。そのため、摩擦攪拌接合用工具の組成及び製造工程を複雑化することなく、摩擦攪拌接合用工具における耐熱性、耐摩耗性、耐酸化性、強度、および靱性を向上させる技術が望まれていた。 However, when the second phase is provided as described above, the effect of improving the wear resistance by providing the second phase can be obtained, but the ratio of the first phase is relatively lowered by providing the second phase. As a result, the decrease in strength of the entire friction stir welding tool may decrease. In such a case, as a result, it is difficult to sufficiently improve the durability of the friction stir welding tool. Further, when the second phase is provided, it is necessary to add an additional material for providing the second phase when manufacturing the friction stir welding tool. Further, when the second phase is provided, the manufacturing process may be complicated in order to provide the desired second phase. Therefore, there has been a demand for a technique for improving heat resistance, wear resistance, oxidation resistance, strength, and toughness of a friction stir welding tool without complicating the composition and manufacturing process of the friction stir welding tool.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、摩擦攪拌接合用工具が提供される。この摩擦攪拌接合用工具は、αサイアロンおよびSi6−ZAl8−Zで表わされるβサイアロンを含むサイアロン相と、粒界相と、を含み;前記βサイアロンのZ値が、0.2≦Z≦0.7であり;前記粒界相の少なくとも一部が、希土類元素とケイ素との酸窒化物により形成されており;前記酸窒化物は、前記βサイアロンの含有量に対して最高X線強度比で0.15以上0.75以下の割合で含有されており;前記サイアロン相中の前記αサイアロンの割合を示すα率が、10%以上40%以下であり、該摩擦攪拌接合用工具の軸線方向に延びる軸部と、該軸部における被接合物と接触する側の端部の面から前記軸線方向に突出して設けられた突起部と、を有し、前記端部の面、および、前記突起部の表面のうちの少なくとも一方が、焼肌面である
この形態の摩擦攪拌接合用工具によれば、摩擦攪拌接合用工具の組成及び製造工程を複雑化することなく、摩擦攪拌接合用工具の耐熱性、耐摩耗性、耐酸化性、強度、および靱性を向上させ、摩擦攪拌接合用工具の耐久性を高めることができる。
(1) According to one embodiment of the present invention, a friction stir welding tool is provided. The friction stir welding tool includes a sialon phase comprising β-sialon represented by α-sialon and Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z, wherein the grain boundary phase, a; Z value of the β sialon, 0.2 ≦ Z ≦ 0.7; at least a part of the grain boundary phase is formed by an oxynitride of a rare earth element and silicon; the oxynitride has a content of β-sialon. up to X-ray intensity ratio are contained in a proportion of 0.15 to 0.75 for; the α indicating the ratio of sialon α ratio of the sialon phase is state, and are 10% to 40%, The friction stir welding tool has a shaft portion extending in the axial direction and a protruding portion provided so as to project in the axial direction from the surface of the end portion of the shaft portion on the side in contact with the object to be joined. At least one of the surface of the end portion and the surface of the protrusion is a burnt surface .
According to this form of a friction stir welding tool, the heat resistance, abrasion resistance, oxidation resistance, strength, and toughness of the friction stir welding tool without complicating the composition and manufacturing process of the friction stir welding tool. It is possible to improve the durability of the friction stir welding tool.

(2)上記形態の摩擦攪拌接合用工具において、ビッカース硬度が16GPa以上であることとしてもよい。この形態の摩擦攪拌接合用工具によれば、摩擦攪拌接合用工具の耐摩耗性および強度をさらに高めることができる。 (2) In the friction stir welding tool of the above-described embodiment, the Vickers hardness may be 16 GPa or more. According to this form of the friction stir welding tool, the wear resistance and strength of the friction stir welding tool can be further improved.

(3)上記形態の摩擦攪拌接合用工具において、該摩擦攪拌接合用工具の軸線方向に延びる軸部と、該軸部における被接合物と接触する側の端部の面から前記軸線方向に突出して設けられた突起部と、を有し、前記端部の面、および、前記突起部の表面のうちの少なくとも一方が、焼肌面であることとしてもよい。この形態の摩擦攪拌接合用工具によれば、摩擦攪拌接合用工具の加工の工程を簡素化することができ、摩擦攪拌接合用工具の耐摩耗性をさらに向上させることができる。 (3) In the friction stir welding tool of the above-described embodiment, the shaft portion extending in the axial direction of the friction stir welding tool and the end surface of the shaft portion on the side in contact with the object to be joined protrude in the axial direction. It is also possible that at least one of the surface of the end portion and the surface of the protrusion portion is a burnt surface. According to this form of the friction stir welding tool, the processing process of the friction stir welding tool can be simplified, and the wear resistance of the friction stir welding tool can be further improved.

(4)上記形態の摩擦攪拌接合用工具において、前記端部の面、および、前記突起部の表面のうちの一方のみが、焼肌面であることとしてもよい。このような構成とすれば、摩擦攪拌接合用工具の耐摩耗性を、より向上させることができる。 (4) In the friction stir welding tool of the above-described embodiment, only one of the surface of the end portion and the surface of the protrusion may be a burnt surface. With such a configuration, the wear resistance of the friction stir welding tool can be further improved.

本発明は、摩擦攪拌接合用工具以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、摩擦攪拌接合用工具を備える摩擦攪拌接合装置、摩擦攪拌接合用工具の製造方法、摩擦攪拌接合方法等の形態で実現することができる。 The present invention can also be realized in various forms other than the friction stir welding tool. For example, it can be realized in the form of a friction stir welding device provided with a friction stir welding tool, a method for manufacturing a friction stir welding tool, a friction stir welding method, and the like.

実施形態の摩擦攪拌接合用工具の全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the friction stir welding tool of embodiment. 工具の使用状態を例示した説明図である。It is explanatory drawing which illustrated the use state of a tool. 工具の使用状態を例示した説明図である。It is explanatory drawing which illustrated the use state of a tool. 工具の使用状態を例示した説明図である。It is explanatory drawing which illustrated the use state of a tool. 工具の製造方法の一例を示したフローチャートである。It is a flowchart which showed an example of the manufacturing method of a tool. 各サンプルに係る測定結果および試験結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement result and the test result which concerns on each sample. 各サンプルに係る測定結果および試験結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement result and the test result which concerns on each sample. サンプル19の研磨面と焼肌面とをX線回折装置で分析した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having analyzed the polished surface and the burnt surface of a sample 19 by an X-ray diffractometer. セラミック焼結体の加工前の断面をSEMで観察した様子を示す図である。It is a figure which shows the state which observed the cross section of a ceramic sintered body before processing by SEM. セラミック焼結体の加工前の断面をSEMで観察した様子を示す図である。It is a figure which shows the state which observed the cross section of a ceramic sintered body before processing by SEM.

A.実施形態:
A−1.工具の構成:
図1は、本発明の実施形態としての摩擦攪拌接合用工具10(以下、単に「工具10」とも呼ぶ)の全体構成を示す斜視図である。工具10は、セラミックスの焼結体により構成されている。工具10は、軸部11と突起部12とを備える。軸部11は、軸線X方向に延びる略円柱状に形成されている。突起部12は、略円柱状に形成されており、軸部11の一方の端部における軸線Xに垂直な面から、軸線X方向に突出して設けられている。突起部12は、軸部11の上記一方の端部における軸線Xに垂直な面の中心部に形成されており、突起部12の軸線は、軸部11の軸線Xと一致する。摩擦攪拌接合時には、工具10は、突起部12を被接合物に接触させつつ、被接合物に押圧して用いる。すなわち、軸部11における上記一方の端部は、被接合物に接触する側の端部である。工具10の表面のうち、軸部11の上記一方の端部における軸線Xに垂直な面を、ショルダー部13とも呼ぶ。
A. Embodiment:
A-1. Tool configuration:
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a friction stir welding tool 10 (hereinafter, also simply referred to as “tool 10”) as an embodiment of the present invention. The tool 10 is made of a ceramic sintered body. The tool 10 includes a shaft portion 11 and a protrusion portion 12. The shaft portion 11 is formed in a substantially columnar shape extending in the X direction of the axis. The protruding portion 12 is formed in a substantially columnar shape, and is provided so as to project in the axis X direction from a surface perpendicular to the axis X at one end of the shaft portion 11. The protrusion 12 is formed at the center of a surface perpendicular to the axis X at one end of the shaft 11, and the axis of the protrusion 12 coincides with the axis X of the shaft 11. At the time of friction stir welding, the tool 10 is used by pressing the protrusion 12 against the object to be welded while making the protrusion 12 in contact with the object to be welded. That is, the one end of the shaft portion 11 is the end on the side that comes into contact with the object to be joined. Of the surface of the tool 10, the surface of the shaft portion 11 at one end thereof that is perpendicular to the axis X is also referred to as a shoulder portion 13.

図2A〜図2Cは、工具10の使用状態を例示した説明図である。工具10は、図示しない接合装置に取り付けられて使用される。工具10を使用する際には、まず、突起部12を、積み重ねられた被接合物(被接合部材21,22)の上方に配置する(図2A参照)。そして、軸線Xを中心に突起部12を回転させた状態において、工具10の突起部12を、接合装置によって加圧しつつ、被接合部材21,22に対して上方から押し込む(図2B参照)。このようにして、突起部12が被接合部材21,22に押し込まれた状態のまま、軸線Xを中心に突起部12を回転させ続けることにより、突起部12付近の被接合部材21,22の領域は、摩擦熱によって塑性流動する。被接合部材21,22の塑性流動した部分(図2Bおよび図2Cにおいてハッチングを付して示す部分)を突起部12が攪拌することにより、接合領域が形成される(図2C参照)。この接合領域によって、被接合部材21,22が互いに結合される。なお、このような接合の工程においては、突起部12だけでなく、少なくともショルダー部13も、上記組成流動した部分に接する。その後、突起部12を被接合部材21,22から引き抜くことにより、摩擦攪拌接合が完了する。本実施形態において、被接合部材21,22は、鋼の板材であるが、鋼に代えてアルミニウムなどの他の任意の金属であってもよい。 2A to 2C are explanatory views illustrating a usage state of the tool 10. The tool 10 is used by being attached to a joining device (not shown). When using the tool 10, first, the protrusion 12 is arranged above the stacked objects to be joined (members 21 and 22 to be joined) (see FIG. 2A). Then, in a state where the protrusion 12 is rotated around the axis X, the protrusion 12 of the tool 10 is pushed into the members to be joined 21 and 22 from above while being pressed by the joining device (see FIG. 2B). In this way, by continuing to rotate the protrusion 12 around the axis X while the protrusion 12 is pushed into the members 21 and 22 to be joined, the members 21 and 22 to be joined in the vicinity of the protrusion 12 The region is plastically flowed by frictional heat. A joint region is formed by the protrusion 12 stirring the plastically flowed portions (the portions shown with hatches in FIGS. 2B and 2C) of the members 21 and 22 to be joined (see FIG. 2C). Through this joining region, the members 21 and 22 to be joined are joined to each other. In such a joining step, not only the protrusion 12 but also at least the shoulder portion 13 is in contact with the portion where the composition has flowed. After that, the friction stir welding is completed by pulling out the protrusions 12 from the members 21 and 22 to be joined. In the present embodiment, the members 21 and 22 to be joined are steel plates, but may be any other metal such as aluminum instead of steel.

工具10は、「サイアロン相」と「粒界相」とを含む。「サイアロン相」は、αサイアロン、および、Si6−ZAl8−Zで表わされるβサイアロンを含む。すなわち、工具10においては、αサイアロンの結晶粒とβサイアロンの結晶粒とが、焼結体中で混在している。βサイアロンは、窒化ケイ素(Si)と同様に、針状の結晶粒が絡み合った組織を形成するため高靱性であるという性質を有する。αサイアロンは、βサイアロンに比べて低靱性であるが、βサイアロンよりも硬度が高いという性質を有する。 The tool 10 includes a "sialon phase" and a "grain boundary phase". The "sialon phase" includes α-sialone and β-sialon represented by Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z . That is, in the tool 10, the crystal grains of α-sialon and the crystal grains of β-sialon are mixed in the sintered body. β-sialon, like silicon nitride (Si 3 N 4), has the property of being high tenacity for forming a needle-like crystal grains entangled tissue. α-sialone has a lower toughness than β-sialon, but has a higher hardness than β-sialon.

なお、サイアロン相は、αサイアロンおよびβサイアロン以外のサイアロンを、さらに含んでいてもよい。αサイアロンおよびβサイアロン以外のサイアロンとしては、例えば、15R−サイアロン、21R−サイアロン、および12H−サイアロンを例示することができる。 The sialone phase may further contain sialone other than α-sialone and β-sialone. Examples of sialons other than α-sialone and β-sialon include 15R-sialon, 21R-sialon, and 12H-sialon.

本実施形態では、サイアロン相中におけるαサイアロンの割合を示すα率を、10%以上、40%以下としている。α率は、以下のようにして求められる。すなわち、α率は、Cu−Kα線を用いたX線回折装置によって、各サイアロンのピークのうちで強度が高い上位2つのピーク(以下、2つの最強ピークとも呼ぶ)のピーク強度を測定することにより求めている。具体的には、サイアロン相が、実質的にαサイアロンとβサイアロンのみを含有する場合には、α率は、βサイアロンの(101)面ピーク強度をβ1、βサイアロンの(210)面ピーク強度をβ2、αサイアロンの(102)面ピーク強度をα1、αサイアロンの(210)面ピーク強度をα2としたときに、以下の(1)式により求められる。なお、サイアロン相が、αサイアロンおよびβサイアロン以外のサイアロンを含む場合には、他種のサイアロンの各々についても、2つの最強ピークのピーク強度を測定して、(1)式の分母に加算することによって、α率を求めればよい。 In the present embodiment, the α rate indicating the ratio of α-sialon in the sialon phase is 10% or more and 40% or less. The α rate is obtained as follows. That is, the α ratio is measured by measuring the peak intensities of the top two peaks (hereinafter, also referred to as the two strongest peaks) having the highest intensities among the peaks of each sialon by an X-ray diffractometer using Cu-Kα rays. Seeking by. Specifically, when the sialone phase contains substantially only α-sialone and β-sialone, the α-rate indicates that the (101) plane peak intensity of β-sialone is β1 and the (210) plane peak intensity of β-sialone is β1. Is β2, the (102) plane peak intensity of α-sialon is α1, and the (210) plane peak intensity of α-sialon is α2, and it is calculated by the following equation (1). When the sialone phase contains sialone other than α-sialone and β-sialone, the peak intensities of the two strongest peaks are measured for each of the other types of sialons and added to the denominator of Eq. (1). By doing so, the α rate may be obtained.

α率(%)=(α1+α2)/(β1+β2+α1+α2)×100 …(1) α rate (%) = (α1 + α2) / (β1 + β2 + α1 + α2) × 100… (1)

α率を10%未満にすると、硬度が高いαサイアロンの割合が低いことにより、工具10の耐摩耗性が不十分となる可能性がある。また、α率が40%を超えると、靱性が高いβサイアロンの割合が低いことにより、工具10が脆くなり、使用中に欠損が生じるなど、耐久性が低下する可能性がある。α率は、例えば、工具10を製造する際の後述する焼成処理における加熱温度を高くするほど、また、焼成処理における加熱時間を長くするほど、小さくなる傾向がある。 If the α ratio is less than 10%, the wear resistance of the tool 10 may be insufficient due to the low proportion of α-sialon having high hardness. Further, when the α ratio exceeds 40%, the ratio of β-sialon having high toughness is low, so that the tool 10 becomes brittle and may be damaged during use, resulting in a decrease in durability. For example, the α ratio tends to decrease as the heating temperature in the firing process described later in manufacturing the tool 10 is increased and the heating time in the firing process is increased.

なお、サイアロン相におけるαサイアロンとβサイアロンの合計の割合は、80〜100%であることが望ましい。ここで、サイアロン相における各サイアロンの割合は、サイアロン相におけるαサイアロンの割合である既述したα率と同様にして、各々のサイアロンの2つの最強ピークのピーク強度を測定して算出することができる。サイアロン相におけるαサイアロン、βサイアロン、およびその他のサイアロンの割合は、例えば、工具10の製造時に配合する原料粉末の割合によって調節することができる。 The total ratio of α-sialone and β-sialon in the sialone phase is preferably 80 to 100%. Here, the ratio of each sialon in the sialon phase can be calculated by measuring the peak intensities of the two strongest peaks of each sialon in the same manner as the α ratio described above, which is the ratio of α sialon in the sialon phase. it can. The proportion of α-sialon, β-sialon, and other sialon in the sialon phase can be adjusted, for example, by the ratio of the raw material powder to be blended during the manufacture of the tool 10.

また、本実施形態では、サイアロン相に含まれるβサイアロンにおいて、窒化ケイ素(Si)にアルミニウム(Al)および酸素(O)が固溶する程度を表わすZ値は、0.2≦Z≦0.7としている。ここで、サイアロンは、窒化ケイ素(Si)にアルミニウムおよび酸素が固溶することにより、窒化ケイ素(Si)に比べて、耐熱性、高温環境下での機械的強度、耐熱衝撃性、および耐酸化性等に優れるという性質を示す。また、工具10を構成するセラミック焼結体としてサイアロンを用いる場合には、窒化ケイ素(Si)を用いる場合に比べて、被加工部材との化学反応が発生しにくくなる。このように、窒化ケイ素(Si)に比べて、被加工部材との反応が起こりにくく強度が高いことにより、サイアロンは、優れた耐摩耗性を示す。Z値が0.2未満であると、サイアロンとしての上記性能を十分に得られず、耐摩耗性が低下する可能性がある。また、Z値が0.7を超える場合には、アルミニウムおよび酸素の固溶量が過剰になることに起因して、工具10において強度低下や熱伝導率低下の影響が大きくなる。例えば、βサイアロンの熱伝導率が低下すると、工具10が過熱状態となって耐久性が低下したり、工具10内で熱膨張率の差が大きい部位が生じることによって工具10の耐久性が低下する可能性がある。また、上記固溶量が過剰になることによって、βサイアロンの結晶粒が脆くなり、焼結体全体の強度が低下する可能性がある。 Further, in the present embodiment, in β-sialon contained in the sialon phase, the Z value indicating the degree to which aluminum (Al) and oxygen (O) are dissolved in silicon nitride (Si 3 N 4 ) is 0.2 ≦ Z. ≤0.7. Here, sialon, by aluminum and oxygen dissolved in the silicon nitride (Si 3 N 4), as compared to silicon nitride (Si 3 N 4), heat resistance, mechanical strength in a high-temperature environment, heat It exhibits properties such as excellent impact resistance and oxidation resistance. Further, when Sialon is used as the ceramic sintered body constituting the tool 10, a chemical reaction with the member to be processed is less likely to occur as compared with the case where silicon nitride (Si 3 N 4 ) is used. As described above, as compared with silicon nitride (Si 3 N 4 ), the reaction with the member to be processed is less likely to occur and the strength is high, so that Sialon exhibits excellent wear resistance. If the Z value is less than 0.2, the above-mentioned performance as Sialon cannot be sufficiently obtained, and the wear resistance may be lowered. Further, when the Z value exceeds 0.7, the effect of the decrease in strength and the decrease in thermal conductivity in the tool 10 becomes large due to the excessive amount of solid solution of aluminum and oxygen. For example, when the thermal conductivity of β-sialon decreases, the tool 10 becomes overheated and its durability decreases, or the durability of the tool 10 decreases due to a large difference in the coefficient of thermal expansion in the tool 10. there's a possibility that. Further, when the amount of the solid solution becomes excessive, the crystal grains of β-sialon become brittle, and the strength of the entire sintered body may decrease.

ここで、βサイアロンのZ値は、X線回折により、セラミック焼結体の焼肌面から約1mm以上内部におけるβサイアロンのa軸格子定数を求め、β−窒化ケイ素のa軸格子定数(7.60442Å)との差によって算出する値である。算出方法は、下記の(2)式による。式中のaは、測定されたβサイアロンのa軸格子定数を表わす。なお、焼肌面とは、工具10の製造工程における後述する焼成工程によってセラミック焼結体を得た後、研削や研磨などの加工を施した加工面とは異なり、このような加工を施していない未加工の面をいう。 Here, for the Z value of β-sialon, the a-axis lattice constant of β-sialon inside about 1 mm or more from the burnt surface of the ceramic sintered body is obtained by X-ray diffraction, and the a-axis lattice constant of β-silicon nitride (7). It is a value calculated by the difference from .60442Å). The calculation method is based on the following formula (2). In the equation, a represents the a-axis lattice constant of the measured β-sialon. It should be noted that the burnt surface is different from the machined surface which is subjected to processing such as grinding or polishing after obtaining a ceramic sintered body by the firing process described later in the manufacturing process of the tool 10, and is subjected to such processing. Not a raw surface.

Z=(a−7.60442Å)/0.03 …(2) Z = (a-7.60442Å) /0.03 ... (2)

βサイアロンのZ値は、例えば、工具10を製造するために用いる後述する焼結助剤の種類や量によって調節することができる。例えば、焼結助剤の割合を多くするほど、Z値が大きくなる傾向がある。 The Z value of β-sialon can be adjusted, for example, by the type and amount of the sintering aid described later used for manufacturing the tool 10. For example, the higher the proportion of the sintering aid, the larger the Z value tends to be.

なお、サイアロン相を構成するβサイアロンの各結晶粒子は、長軸の長さが10μm以下、短軸の長さが1.2μm以下であることが望ましい。ここで、βサイアロンの長軸の長さとは、βサイアロン粒子において幅が最も大きい部分の長さを指す。またβサイアロンの短軸の長さとは、βサイアロン粒子において、上記長軸と直交する方向の幅のうち、最も小さい部分の長さを指す。βサイアロン粒子の大きさを上記のようにすることで、粒子が過大となることに起因する工具10の強度低下を抑えることができる。なお、βサイアロンが、針状の結晶粒が絡み合った組織を形成することにより高靱性であるという特徴を確保するためには、βサイアロンの各粒子の長軸は、0.1μm以上であることが望ましい。 It is desirable that each crystal particle of β-sialon constituting the sialon phase has a major axis length of 10 μm or less and a minor axis length of 1.2 μm or less. Here, the length of the long axis of β-sialon refers to the length of the portion having the largest width in the β-sialon particles. The length of the minor axis of β-sialon refers to the length of the smallest portion of the width in the direction orthogonal to the major axis of the β-sialon particles. By setting the size of the β-sialon particles as described above, it is possible to suppress a decrease in the strength of the tool 10 due to the excessive particles. In order to ensure the characteristic that β-sialone has high toughness by forming a structure in which needle-shaped crystal grains are entangled, the major axis of each particle of β-sialon must be 0.1 μm or more. Is desirable.

「粒界相」とは、結晶粒と結晶粒の境界が現れている部分をいう。粒界相は、光学顕微鏡による組織観察で網の目状に見える部分である。本実施形態では、この粒界相の少なくとも一部が、希土類元素とケイ素との酸窒化物により形成されている。希土類元素とケイ素との酸窒化物は、ReSiON、あるいはReSi(ただし、Reは希土類元素)と示すことができる。粒界相に存在する酸窒化物がどのようなタイプであるのかは、工具10を製造する際に用いる後述する焼結助剤の組成による。粒界相に存在する酸窒化物としては、ReSiが、より望ましい。ここで、希土類元素は、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、およびランタノイドを総称するものである。ランタノイドとしては、例えば、ユウロピウム(Eu)、ジスプロシウム(Dy)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、およびプラセオジム(Pr)などを挙げることができる。希土類元素とケイ素との酸窒化物としては、例えば、YSiON、YSi、YbSiON、YbSi、DySiON、DySi、ErSiON、ErSi、LuSiON、LuSiなどを挙げることができる。希土類元素としては、例えば、イットリウム(Y)が望ましく、希土類元素とケイ素との酸窒化物としては、例えば、YSiONおよびYSiが望ましく、YSiが特に望ましい。 The "grain boundary phase" refers to a portion where a boundary between crystal grains appears. The grain boundary phase is a part that looks like a mesh when the structure is observed with an optical microscope. In this embodiment, at least a part of this grain boundary phase is formed by an oxynitride of a rare earth element and silicon. The oxynitride of a rare earth element and silicon can be indicated as ReSiO 2 N or Re 2 Si 3 O 3 N 4 (where Re is a rare earth element). The type of oxynitride present in the grain boundary phase depends on the composition of the sintering aid, which will be described later, used when manufacturing the tool 10. As the oxynitride present in the grain boundary phase, Re 2 Si 3 O 3 N 4 is more preferable. Here, the rare earth element is a general term for scandium (Sc), yttrium (Y), and lanthanoid. Examples of the lanthanoid include europium (Eu), dysprosium (Dy), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), lanthanum (La), cerium (Ce), and praseodymium (Pr). Examples of the oxynitride of the rare earth element and silicon include YSiO 2 N, Y 2 Si 3 O 3 N 4 , YbSiO 2 N, Yb 2 Si 3 O 3 N 4 , DySiO 2 N, Dy 2 Si 3 O 3 Examples thereof include N 4 , ErSiO 2 N, Er 2 Si 3 O 3 N 4 , LuSiO 2 N, Lu 2 Si 3 O 3 N 4 . As the rare earth element, for example, yttrium (Y) is desirable, and as the oxynitride of the rare earth element and silicon, for example, YSiO 2 N and Y 2 Si 3 O 3 N 4 are desirable, and Y 2 Si 3 O 3 N 4 is particularly desirable.

本実施形態の工具10は、粒界相の少なくとも一部が、希土類元素とケイ素との酸窒化物により形成されていることにより、工具10を構成するセラミック焼結体の耐酸化性を向上させることができる。その結果、工具10の耐摩耗性を向上させることができる。 In the tool 10 of the present embodiment, at least a part of the grain boundary phase is formed of an oxynitride of a rare earth element and silicon, thereby improving the oxidation resistance of the ceramic sintered body constituting the tool 10. be able to. As a result, the wear resistance of the tool 10 can be improved.

本実施形態の工具10では、希土類元素とケイ素との酸窒化物は、βサイアロンの含有量に対して最高X線強度比で0.15以上0.75以下の割合で含有されている。上記した酸窒化物のβサイアロンに対する含有量を表わす最高X線強度比Rは、以下の(3)式により算出される。 In the tool 10 of the present embodiment, the oxynitride of the rare earth element and silicon is contained at a ratio of 0.15 or more and 0.75 or less in the maximum X-ray intensity ratio with respect to the content of β-sialon. The maximum X-ray intensity ratio R representing the content of the above-mentioned oxynitride with respect to β-sialon is calculated by the following equation (3).

最高X線強度比R = P1/P2 …(3)
(式中、P1は、Cu−Kα線を用いたX線回折装置によって測定したピークであって、希土類元素とケイ素との酸窒化物を示すピークの中で、最も高い強度を示すピークの強度を表わす。P2は、X線回折装置によって測定したピークであって、βサイアロンを示すピークの中で最も高い強度を示すピークの強度を表わす。)
Maximum X-ray intensity ratio R = P1 / P2 ... (3)
(In the formula, P1 is a peak measured by an X-ray diffractometer using Cu-Kα rays, and is the intensity of the peak showing the highest intensity among the peaks showing oxynitrides of rare earth elements and silicon. P2 is a peak measured by an X-ray diffractometer, and represents the intensity of the peak showing the highest intensity among the peaks showing β-sialon.)

上記最高X線強度比Rが0.15未満であると、セラミック焼結体の粒界において、高温特性(例えば、耐熱性および耐酸化性)および機械的特性(例えば強度)が低いガラス相の割合が高まる可能性がある。そのため、最高X線強度比Rを0.15以上とすることで、工具10の化学的安定性および強度を向上させて、耐摩耗性を向上させることができる。一方、βサイアロンに対する上記酸窒化物の最高X線強度比Rが0.75を超える場合には、工具10を構成するセラミック焼結体における異相の割合が高まり、異相に起因する工具10の強度低下が引き起こされる可能性がある。したがって、上記最高X線強度比Rを0.15以上0.75以下とすることにより、工具10において、耐摩耗性の向上と強度の向上とを、両立させることができる。 When the maximum X-ray intensity ratio R is less than 0.15, the glass phase having low high temperature characteristics (for example, heat resistance and oxidation resistance) and mechanical characteristics (for example, strength) at the grain boundaries of the ceramic sintered body The proportion may increase. Therefore, by setting the maximum X-ray intensity ratio R to 0.15 or more, the chemical stability and strength of the tool 10 can be improved, and the wear resistance can be improved. On the other hand, when the maximum X-ray intensity ratio R of the oxynitride to β-sialon exceeds 0.75, the proportion of different phases in the ceramic sintered body constituting the tool 10 increases, and the strength of the tool 10 due to the different phases increases. A drop can be caused. Therefore, by setting the maximum X-ray intensity ratio R to 0.15 or more and 0.75 or less, it is possible to achieve both improvement in wear resistance and improvement in strength in the tool 10.

なお、希土類元素とケイ素との酸窒化物として、複数種類の酸窒化物が存在する場合には、各々の酸窒化物における最も高い強度を示すピークの強度を合計して、上記した最高X線強度比Rを求めればよい。具体的には、例えば、希土類元素としてイットリウム(Y)を用い、酸窒化物としてYSiとYSiONとの双方が存在する場合には、YSiの最高強度とYSiONの最高強度との和を、既述した(3)式におけるP1として、最高X線強度比Rを求めればよい。 When a plurality of types of oxynitrides are present as oxynitrides of a rare earth element and silicon, the sums of the intensities of the peaks showing the highest intensities in each oxynitride are summed up and the above-mentioned maximum X-ray The strength ratio R may be obtained. Specifically, for example, when yttrium (Y) is used as a rare earth element and both Y 2 Si 3 O 3 N 4 and YSiO 2 N are present as oxynitrides, Y 2 Si 3 O 3 N 4 of the sum of the maximum intensity of the highest intensity and YSiO 2 N, as P1 in previously described (3), may be obtained up to the X-ray intensity ratio R.

βサイアロンの含有量に対する上記酸窒化物の含有量を表わす最高X線強度比Rは、例えば、工具10の製造時の後述する焼成処理において、熱処理温度を高くすることや、熱処理時間を長くすることにより、大きくなる傾向がある。一方、熱処理温度を低くすることや、熱処理時間を短くすることにより、上記最高X線強度比Rは小さくなる傾向がある。この最高X線強度比Rは、工具10の耐久性をより向上させる観点から、0.3以上とすることがより好ましい。 The maximum X-ray intensity ratio R, which represents the content of the oxynitride with respect to the content of β-sialon, is, for example, to raise the heat treatment temperature or lengthen the heat treatment time in the firing treatment described later during the manufacture of the tool 10. As a result, it tends to increase. On the other hand, the maximum X-ray intensity ratio R tends to be reduced by lowering the heat treatment temperature or shortening the heat treatment time. The maximum X-ray intensity ratio R is more preferably 0.3 or more from the viewpoint of further improving the durability of the tool 10.

希土類元素とケイ素との酸窒化物は、粒界相において、できるだけ細かく分散して存在することが望ましい。具体的には、例えば、上記酸窒化物の最大粒径が5μm以下の状態で、上記酸窒化物が粒界相に分散していることが望ましい。このように、上記酸窒化物が、粒径が細かい状態で粒界相に分散することにより、粒界相に上記酸窒化物が存在することによる上記効果が得られ易くなる。これに対して、上記酸窒化物の粒径が過大である場合には、粒界に異物が存在することによる影響が大きくなり、セラミック焼結体全体、すなわち、工具10の強度が低下する可能性がある。なお、粒界相における上記酸窒化物の粒径とは、ラインインターセプト法により求めた平均粒径を指す。ラインインターセプト法とは、観察画像上に複数の直線を平行に引き、粒子(上記酸窒化物の凝集体として観察される部分)を上記直線が横切った部分の直線の長さの平均値を、平均粒径として得るという公知の手法である。観察画面は、例えば、工具10の任意の断面を、5000倍の倍率にて観察した視野とすることができる。また、平均粒径を求める際に引く直線の数は、例えば10本とすることができる。 It is desirable that the oxynitride of the rare earth element and silicon exists in the grain boundary phase as finely dispersed as possible. Specifically, for example, it is desirable that the oxynitride is dispersed in the grain boundary phase in a state where the maximum particle size of the oxynitride is 5 μm or less. As described above, when the oxynitride is dispersed in the grain boundary phase in a state where the particle size is fine, the above effect due to the presence of the oxynitride in the grain boundary phase can be easily obtained. On the other hand, when the particle size of the oxynitride is excessive, the influence of the presence of foreign matter at the grain boundaries becomes large, and the strength of the entire ceramic sintered body, that is, the tool 10 may decrease. There is sex. The particle size of the oxynitride in the grain boundary phase refers to the average particle size obtained by the line intercept method. In the line intercept method, a plurality of straight lines are drawn in parallel on the observation image, and the average value of the lengths of the straight lines crossing the particles (the portion observed as the aggregate of the oxynitride) is calculated. It is a known method of obtaining the average particle size. The observation screen can be, for example, a field of view in which an arbitrary cross section of the tool 10 is observed at a magnification of 5000 times. Further, the number of straight lines drawn when determining the average particle size can be, for example, 10.

また、本実施形態の工具10は、ビッカース硬度が16GPa以上であることが望ましい。これにより、工具10の耐摩耗性および強度をさらに向上させることができる。本明細書において、ビッカース硬度は、JIS R1610に規定された測定方法に従って、室温(25℃)にて測定された値を指す。ビッカース硬度の測定時の試験荷重は10kgfである。工具10のビッカース硬度は、工具10における既述したα率が高いほど、高くなる傾向がある。また、工具10のビッカース硬度は、工具10における既述した最高X線強度比Rが小さいほど、高くなる傾向がある。ただし、工具10のビッカース硬度は、16GPa未満とすることもできる。 Further, it is desirable that the tool 10 of the present embodiment has a Vickers hardness of 16 GPa or more. As a result, the wear resistance and strength of the tool 10 can be further improved. In the present specification, Vickers hardness refers to a value measured at room temperature (25 ° C.) according to the measuring method specified in JIS R1610. The test load at the time of measuring the Vickers hardness is 10 kgf. The Vickers hardness of the tool 10 tends to increase as the α ratio of the tool 10 increases. Further, the Vickers hardness of the tool 10 tends to increase as the maximum X-ray intensity ratio R of the tool 10 described above becomes smaller. However, the Vickers hardness of the tool 10 can be less than 16 GPa.

工具10は、既述したセラミック焼結体の表面に、さらにコーティング層を有していてもよい。コーティング層を設けることにより、工具10の耐摩耗性をさらに向上させることができる。コーティング層は、摩擦攪拌接合用工具を構成するために十分な耐熱性を有し、セラミック焼結体との間で望ましくない反応が進行しない物質を用いて構成すればよい。コーティング層の形成方法は,例えばCVDやPVDを採用することができる。 The tool 10 may further have a coating layer on the surface of the ceramic sintered body described above. By providing the coating layer, the wear resistance of the tool 10 can be further improved. The coating layer may be constructed using a substance that has sufficient heat resistance to form a friction stir welding tool and does not cause an undesired reaction with the ceramic sintered body. As a method for forming the coating layer, for example, CVD or PVD can be adopted.

A−2.工具の製造方法:
図3は、工具10の製造方法の一例を示したフローチャートである。以下の説明で用いられる各種の材料や数値(例えば、粉末の平均粒径、混合時間、加熱時間、加熱温度など)は、その一例を示したものであり、これら以外の値を任意に採用することができる。
A-2. Tool manufacturing method:
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing the tool 10. Various materials and numerical values (for example, average particle size of powder, mixing time, heating time, heating temperature, etc.) used in the following description are examples thereof, and values other than these are arbitrarily adopted. be able to.

工具10を製造する際には、まず、セラミック焼結体を得るための原料粉末を秤量する(工程S110)。具体的には、原料粉末は、主原料である窒化ケイ素(Si)粉末と、焼結助剤と、を含み、得られるセラミック焼結体において、αサイアロンおよびβサイアロン、並びに、希土類元素とケイ素の酸窒化物が形成される化合物によって構成される。焼結助剤は、少なくとも、アルミニウム化合物と、希土類元素を含む化合物と、を含む。 When manufacturing the tool 10, first, the raw material powder for obtaining the ceramic sintered body is weighed (step S110). Specifically, the raw material powder comprises mainly a silicon nitride (Si 3 N 4) powder as a raw material, a sintering aid, and in the ceramic sintered body obtained, alpha sialon and β-sialon, and rare earth It is composed of a compound that forms an oxynitride of element and silicon. The sintering aid contains at least an aluminum compound and a compound containing a rare earth element.

アルミニウム化合物としては、酸化アルミニウム(Al)および窒化アルミニウム(AlN)のうちの少なくとも一方が含まれることが好ましい。このようなアルミニウム化合物を用いることにより、窒化ケイ素にアルミニウムと酸素とを固溶させて、窒化ケイ素をサイアロン化することができる。希土類元素を含む化合物としては、例えば、既述した希土類元素の酸化物を用いることができる。このような希土類元素の酸化物と共に、窒化アルミニウム(AlN)を用いる場合には、得られるセラミック焼結体において、上記希土類元素の酸窒化物を容易に形成させることが可能になる。 The aluminum compound preferably contains at least one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and aluminum nitride (Al N). By using such an aluminum compound, silicon nitride can be made into sialon by dissolving aluminum and oxygen in silicon nitride. As the compound containing a rare earth element, for example, the above-mentioned oxide of a rare earth element can be used. When aluminum nitride (AlN) is used together with such an oxide of a rare earth element, the acid nitride of the rare earth element can be easily formed in the obtained ceramic sintered body.

工程S110の後、秤量した原料粉末の混合および粉砕を行ないスラリーを作製する(工程S120)。混合および粉砕は、例えば、ボールミルを用いて、原料粉末を溶媒(例えば、エタノール)と共に混合することにより、行なうことができる。粉砕時間については、特に限定はないが、例えば20時間〜30時間を例示することができる。これにより、原料粉末を含んだスラリーが得られる。その後、得られたスラリーを湯煎乾燥してエタノールを除去することにより、混合粉末を得ることができる(工程S130)。 After step S110, the weighed raw material powder is mixed and pulverized to prepare a slurry (step S120). Mixing and grinding can be performed, for example, by mixing the raw material powder with a solvent (eg, ethanol) using a ball mill. The crushing time is not particularly limited, but for example, 20 hours to 30 hours can be exemplified. As a result, a slurry containing the raw material powder can be obtained. Then, the obtained slurry is boiled and dried to remove ethanol, whereby a mixed powder can be obtained (step S130).

工程130の後、得られた混合粉末に対してプレス成形および焼成処理を行ない、セラミック焼結体を得る(工程S140)。プレス成形により得られる成形体の形状については特に限定はないが、例えば、略円柱状とすることができる。工程S140では、混合粉末のプレス成形後、さらに冷間等方圧加圧処理(CIP処理)を行なって成形体を得てもよい。焼成処理は、一次焼成と、熱間等方圧加圧処理(HIP処理)と、粒界相形成のための熱処理と、を含むことができる。一次焼成時の焼成温度は1550〜1950℃、焼成時間は1〜3時間とすることが好ましい。HIP処理の焼成温度は1500〜1800℃、焼成時間は1〜3時間、ガス圧は10〜200MPa、N雰囲気下で行なうことが好ましい。熱処理の加熱温度は1300〜1750℃、加熱時間は1〜3時間、N雰囲気下で行なうことが好ましい。工程S140の後、得られたセラミック焼結体を工具形状に加工(例えば、切削加工、研削加工、研磨など)することにより(工程S150)、工具10が完成する。 After the step 130, the obtained mixed powder is press-molded and fired to obtain a ceramic sintered body (step S140). The shape of the molded product obtained by press molding is not particularly limited, but may be, for example, substantially cylindrical. In step S140, after press molding of the mixed powder, a cold isotropic pressure treatment (CIP treatment) may be further performed to obtain a molded product. The firing treatment can include primary firing, hot isotropic pressure pressing treatment (HIP treatment), and heat treatment for forming grain boundary phases. The firing temperature at the time of primary firing is preferably 1550 to 1950 ° C., and the firing time is preferably 1 to 3 hours. The firing temperature of the HIP treatment is preferably 1500 to 1800 ° C., the firing time is 1 to 3 hours, the gas pressure is 10 to 200 MPa, and the firing time is preferably N 2 atmosphere. The heating temperature of the heat treatment is 1,300-1,750 ° C., 1 to 3 hours heating time is preferably carried out under N 2 atmosphere. After the step S140, the tool 10 is completed by processing the obtained ceramic sintered body into a tool shape (for example, cutting, grinding, polishing, etc.) (step S150).

以上のように構成された本実施形態の工具10によれば、工具10中に特別な相を設けることによって工具の組成及び製造工程を複雑化することなく、耐熱性および靱性に優れるというサイアロンの特徴を保持しつつ、さらに、耐酸化性および強度(硬度)がより優れた工具とすることができる。すなわち、耐酸化性を高めて被接合物との化学反応を抑えることにより、工具10の耐摩耗性を向上させることができる。また、工具10の強度(硬度)を高めることにより、摩擦攪拌接合時に工具10が損傷することを抑えることができる。その結果、工具10の耐久性を向上する(長寿命化する)ことができる。このような工具10は、アルミニウム等に比べて軟化温度が高い鋼製の被接合物を用いる場合に、特に好適に用いることができる。 According to the tool 10 of the present embodiment configured as described above, Sialon is excellent in heat resistance and toughness without complicating the composition and manufacturing process of the tool by providing a special phase in the tool 10. It is possible to make a tool having better oxidation resistance and strength (hardness) while retaining its characteristics. That is, the wear resistance of the tool 10 can be improved by increasing the oxidation resistance and suppressing the chemical reaction with the object to be joined. Further, by increasing the strength (hardness) of the tool 10, it is possible to prevent the tool 10 from being damaged during friction stir welding. As a result, the durability of the tool 10 can be improved (the life of the tool 10 can be extended). Such a tool 10 can be particularly preferably used when a steel object to be joined, which has a higher softening temperature than aluminum or the like, is used.

B.変形例:
上記実施形態では、工具10の製造時における工程S140で略円柱状に成形すると共に、工程S150において、加工によって突起部12を有する工具形状に加工しているが、異なる構成としてもよい。例えば、工程S140において、工具形状に成形し、工程S150においては、成形体の表面の少なくとも一部を加工することなく、工具10を作製してもよい。
B. Modification example:
In the above embodiment, the tool 10 is formed into a substantially columnar shape in step S140 at the time of manufacturing, and is processed into a tool shape having a protrusion 12 by processing in step S150, but a different configuration may be used. For example, in step S140, the tool 10 may be formed into a tool shape, and in step S150, the tool 10 may be manufactured without processing at least a part of the surface of the molded body.

具体的には、工具10の表面において、突起部12の表面およびショルダー部13の面のうちの少なくとも一方が、焼肌面であることとしてもよい。このようにすることで、工程S150における加工の工程を簡素化することができる。また、工具10の耐摩耗性をさらに向上させることが可能になる。特に、突起部12の表面およびショルダー部13の面のうちの一方のみを焼肌面とする場合には、工具10の耐摩耗性を、より向上させることが可能になる。工具10の耐摩耗性を向上させる上記効果は、突起部12の表面およびショルダー部13の面のうちの少なくとも一方が焼肌面であることにより、摩擦攪拌接合時に軟化した被接合物の流動性が影響を受けることにより得られると推察される。なお、突起部12の表面およびショルダー部13の面のうちの少なくとも一方が、焼肌面であるとは、突起部12の表面およびショルダー部13の面のうちの少なくとも一方における少なくとも一部が、焼肌面である場合を含む。 Specifically, on the surface of the tool 10, at least one of the surface of the protrusion 12 and the surface of the shoulder portion 13 may be a burnt surface. By doing so, the processing step in step S150 can be simplified. Further, the wear resistance of the tool 10 can be further improved. In particular, when only one of the surface of the protrusion 12 and the surface of the shoulder portion 13 is the burnt surface, the wear resistance of the tool 10 can be further improved. The above-mentioned effect of improving the wear resistance of the tool 10 is that at least one of the surface of the protrusion 12 and the surface of the shoulder portion 13 is a burnt surface, so that the fluidity of the object to be softened during friction stir welding Is presumed to be obtained by being affected. It should be noted that at least one of the surface of the protrusion 12 and the surface of the shoulder portion 13 is a burnt surface, that is, at least a part of at least one of the surface of the protrusion 12 and the surface of the shoulder portion 13 is a burnt surface. Including the case where the skin is burnt.

α率、Z値、最高X線強度比R、およびビッカース硬度等が異なる種々の工具としてサンプル1〜26の工具を作製した。そして、各サンプルについて接合試験を行なって、工具としての性能を評価した。図4および図5は、各サンプルに係る測定結果および試験結果を示す説明図である。 Tools of Samples 1 to 26 were prepared as various tools having different α ratio, Z value, maximum X-ray intensity ratio R, Vickers hardness, and the like. Then, a joining test was performed on each sample to evaluate the performance as a tool. 4 and 5 are explanatory views showing measurement results and test results for each sample.

[焼結体および工具の作製]
図3に基づき説明した方法により、サンプル1〜26の工具を作製した。より具体的には、いずれのサンプルにおいても、工程S110では、主原料である平均粒径0.1μmの窒化珪素(Si)粉末と、平均粒径1.0μm以下の焼結助剤粉末とを用いた。サンプル1〜13、18〜26では、焼結助剤粉末として、酸化イットリウム(Y)粉末、酸化アルミニウム(Al)粉末、および窒化アルミニウム(AlN)粉末を用いた。これらのサンプル1〜13、18〜26では、それぞれ、窒化珪素(Si)粉末と各焼結助剤粉末の配合比や、焼成処理における加熱温度および加熱時間を異ならせた。また、焼結助剤粉末中の上記酸化イットリウム(Y)に代えて、サンプル14では酸化ユウロピウム(Eu)を用い、サンプル15では酸化ジスプロシウム(Dy)を用い、サンプル16では酸化イッテルビウム(Yb)を用い、サンプル17では酸化ルテチウム(Lu)を用いた。
[Manufacturing of sintered body and tools]
The tools of Samples 1 to 26 were prepared by the method described with reference to FIG. More specifically, in any of the samples, in step S110, the main raw material average particle diameter 0.1μm of silicon nitride (Si 3 N 4) powder and the average particle diameter 1.0μm or less sintering aids Powder was used. Sample 1~13,18~26, as sintering aid powder, using yttrium oxide (Y 2 O 3) powder, aluminum oxide (Al 2 O 3) powder, and aluminum nitride (AlN) powder. In these samples 1 to 13 and 18 to 26, the blending ratio of the silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder and each sintering aid powder, and the heating temperature and heating time in the firing treatment were different, respectively. Further, instead of the yttrium oxide (Y 2 O 3 ) in the sintering aid powder, europium oxide (Eu 2 O 3 ) was used in sample 14, and dysprosium oxide (Dy 2 O 3 ) was used in sample 15. In sample 16, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) was used, and in sample 17, lutetium oxide (Lu 2 O 3 ) was used.

原料粉末を配合した後、配合した原料粉末とエタノールとを樹脂ポットに入れて24時間混合粉砕してスラリーを得た(工程S120)。その後、スラリーを湯煎乾燥することによりエタノールを除去し、混合粉末を作製した(工程S130)。得られた粉末をプレス成形後、冷間等方圧加圧処理(CIP処理)を行うことで成形体を作製した。 After blending the raw material powder, the blended raw material powder and ethanol were placed in a resin pot and mixed and pulverized for 24 hours to obtain a slurry (step S120). Then, the slurry was boiled and dried to remove ethanol to prepare a mixed powder (step S130). After press molding the obtained powder, a cold isotropic pressure treatment (CIP treatment) was performed to prepare a molded product.

そして、0.1MPa〜0.9MPaの窒素雰囲気下において一次焼成(1700℃〜1800℃、2時間)を行った後、100MPaの窒素雰囲気下において熱間等方圧加圧処理(HIP処理)(1650℃〜1750℃、2時間)を行うことで焼結体を作製した。その後、窒素雰囲気下において熱処理(1500℃〜1700℃、2時間)を行った(工程S140)。この熱処理により、粒界相として、YSi相が生成した。 Then, after performing primary firing (1700 ° C. to 1800 ° C., 2 hours) in a nitrogen atmosphere of 0.1 MPa to 0.9 MPa, hot isotropic pressure pressurization treatment (HIP treatment) (HIP treatment) in a nitrogen atmosphere of 100 MPa. 1650 ° C. to 1750 ° C. for 2 hours) to prepare a sintered body. Then, heat treatment (1500 ° C. to 1700 ° C., 2 hours) was performed in a nitrogen atmosphere (step S140). By this heat treatment, a grain boundary phase, Y 2 Si 3 O 3 N 4 phase is generated.

サンプル1〜17、21〜26では、工程S140において略円柱状に成形し、工程S150において、作製した焼結体に対して加工を行い、ショルダー部13および突起部12を有する工具を作製した(工程S150)。 In Samples 1 to 17 and 21 to 26, the sintered body was formed into a substantially cylindrical shape in step S140, and the prepared sintered body was processed in step S150 to prepare a tool having a shoulder portion 13 and a protrusion portion 12 (). Step S150).

サンプル18〜20では、工程140において、ショルダー部13および突起部12を有する形状に成形しており、工程150において、ショルダー部13および突起部12の少なくとも一方の表面に対して加工を施していない。具体的には、サンプル18は、ショルダー部13および突起部12の双方の表面全体を、焼肌面とした。サンプル19は、ショルダー部13の表面全体のみを焼肌面とした。サンプル20は、突起部12の表面全体のみを焼肌面とした。なお、サンプル18〜20は、表面に対する加工の有無に係る条件以外は、同じ条件にて作製した。 In Samples 18 to 20, in step 140, the shape is formed to have the shoulder portion 13 and the protrusion 12, and in step 150, at least one surface of the shoulder portion 13 and the protrusion 12 is not processed. .. Specifically, in the sample 18, the entire surface of both the shoulder portion 13 and the protrusion portion 12 was used as a burnt surface. In sample 19, only the entire surface of the shoulder portion 13 was used as the burnt surface. In the sample 20, only the entire surface of the protrusion 12 was used as the burnt surface. Samples 18 to 20 were prepared under the same conditions except for the conditions relating to the presence or absence of processing on the surface.

サンプル21は、ビッカース硬度を低くするために、熱処理温度を他の試料よりも高い1800℃とした。 In order to reduce the Vickers hardness of the sample 21, the heat treatment temperature was set to 1800 ° C., which is higher than that of the other samples.

サンプル22〜26は、工程S150における加工を施したセラミック焼結体の表面に、さらにコーティング層を設けた。具体的には、サンプル22は、サンプル1のセラミック焼結体を基材として用い、サンプル23、25、26は、サンプル3のセラミック焼結体を基材として用い、サンプル24は、サンプル5のセラミック焼結体を基材として用いた。これらの基材に対して、サンプル22〜25はCVD(chemical vapor deposition)法によりコーティング層を形成し、サンプル26はPVD(physical vapor deposition)法によりコーティング層を形成した。CVD法を用いたサンプル22〜25では、成膜材料として、酸窒化アルミニウム(α−AlON)、炭化チタン(TiC)、炭窒化チタン(TiCN)、および窒化チタン(TiN)を用いた。ここで、サンプル22〜24では、膜厚は1.5μmとしており、サンプル25では、膜厚は3.0μmとした。PVD法を用いたサンプル26では、成膜材料として窒化チタンアルミニウム(TiAlN)を用い、膜厚は1.5μmとした。 In Samples 22 to 26, a coating layer was further provided on the surface of the ceramic sintered body processed in step S150. Specifically, sample 22 uses the ceramic sintered body of sample 1 as a base material, samples 23, 25, and 26 use the ceramic sintered body of sample 3 as a base material, and sample 24 uses the ceramic sintered body of sample 3 as a base material. A ceramic sintered body was used as a base material. Samples 22 to 25 formed a coating layer on these substrates by a CVD (chemical vapor deposition) method, and sample 26 formed a coating layer by a PVD (physical vapor deposition) method. In the samples 22 to 25 using the CVD method, aluminum nitride (α-AlON), titanium carbide (TiC), titanium carbide (TiCN), and titanium nitride (TiN) were used as film forming materials. Here, in the samples 22 to 24, the film thickness was 1.5 μm, and in the sample 25, the film thickness was 3.0 μm. In the sample 26 using the PVD method, titanium nitride aluminum (TiAlN) was used as the film forming material, and the film thickness was 1.5 μm.

なお、試験に供した各サンプルの数は、1とした。また、各サンプルの形状は、軸部11の直径は12mm、突起部12の直径は4mm、軸線Xに沿った軸部11の長さは18.5mm、突起部12の長さは1.5mmとした。 The number of each sample used in the test was set to 1. Further, in the shape of each sample, the diameter of the shaft portion 11 is 12 mm, the diameter of the protrusion 12 is 4 mm, the length of the shaft portion 11 along the axis X is 18.5 mm, and the length of the protrusion 12 is 1.5 mm. And said.

[各サンプルの物性測定]
作製した各サンプルについて、α率、Z値、および最高X線強度比Rを導出すると共に、ビッカース硬度を測定した。これらの導出方法及び測定方法は、既述した実施形態と同様の方法とした。
[Measurement of physical properties of each sample]
For each of the prepared samples, the α ratio, the Z value, and the maximum X-ray intensity ratio R were derived, and the Vickers hardness was measured. These derivation methods and measurement methods were the same as those in the above-described embodiment.

[接合試験]
作製した各サンプルについて、接合試験を行なった。図2に示すように、被接合部材である鋼板を積み重ね、これらの鋼板に工具を押し付けることにより点接合を行った。接合試験は、以下に示す条件で行なった。
[Joining test]
A joining test was performed on each of the prepared samples. As shown in FIG. 2, steel plates as members to be joined were stacked, and point joining was performed by pressing a tool against these steel plates. The joining test was carried out under the conditions shown below.

<試験条件>
・被接合部材:SUS304(厚さ2mm)
・シールドガス:アルゴン(Ar)
・降下速度:0.5mm/s
・工具押し込み荷重:1.2×10kgf
・回転速度:600rpm
・保持時間:1sec
・打点:60
<Test conditions>
-Member to be joined: SUS304 (thickness 2 mm)
・ Shield gas: Argon (Ar)
・ Descent speed: 0.5 mm / s
・ Tool pushing load: 1.2 × 10 3 kgf
・ Rotation speed: 600 rpm
・ Retention time: 1 sec
・ RBI: 60

ここで、「シールドガス」とは、試験中に被接合部材と空気との接触を断つために試験空間に配されたガスを示す。「降下速度」とは、工具10を被接合部材に近接させる際の速度を示す。「工具押し込み荷重」とは、被接合部材に対する工具10の押し込み荷重を示す。「回転速度」とは、工具10の回転速度を示す。「保持時間」とは、被接合部材に対して工具10からの押し込み荷重がかかった状態で保持された時間を示す。「打点」とは、本試験の反復回数を示す。 Here, the "shield gas" refers to a gas arranged in the test space in order to break the contact between the member to be joined and the air during the test. The "descent speed" indicates the speed at which the tool 10 is brought close to the member to be joined. The “tool pushing load” indicates the pushing load of the tool 10 against the member to be joined. “Rotation speed” indicates the rotation speed of the tool 10. The “holding time” indicates the time during which the member to be joined is held in a state where the pushing load from the tool 10 is applied. “RBI” indicates the number of repetitions of this test.

<評価方法>
試験後の工具状態を評価した。工具状態は、突起部12とショルダー部13における試験前後の軸線Xに沿った長さを測定することにより評価した。判断基準を、以下に示す。判定としては、◎が最も評価が高く、○、△、×の順に評価が下がる。
・×:(i)ショルダー部13の摩耗量が0.5mm以上および突起部12の摩耗量が0.4mm以上のうちの少なくとも一方を満たす、または、(ii)サンプルが損傷(欠け等の破損)。
・△:「×」を満たさないサンプルのうちで、ショルダー部13の摩耗量が0.3mm以上0.5mm未満、および、突起部12の摩耗量が0.2mm以上0.4mm未満、のうちの少なくとも一方を満たす。
・○:「△」を満たさないサンプルのうちで、ショルダー部13の摩耗量が0.2mmより大きく0.3mm未満、および、突起部12の摩耗量が0.05mmより大きく0.2mm未満、のうちの少なくとも一方を満たす。
・◎:ショルダー部13の摩耗量が0.2mm以下、かつ、突起部12の摩耗量が0.05mm以下。
<Evaluation method>
The tool condition after the test was evaluated. The tool state was evaluated by measuring the lengths of the protrusions 12 and the shoulders 13 along the axis X before and after the test. The judgment criteria are shown below. As for the judgment, ◎ has the highest evaluation, and the evaluation decreases in the order of ○, △, and ×.
X: (i) The amount of wear of the shoulder portion 13 is 0.5 mm or more and the amount of wear of the protrusion 12 is 0.4 mm or more, whichever is satisfied, or (ii) the sample is damaged (damage such as chipping). ).
-Δ: Among the samples that do not satisfy "x", the wear amount of the shoulder portion 13 is 0.3 mm or more and less than 0.5 mm, and the wear amount of the protrusion 12 is 0.2 mm or more and less than 0.4 mm. Satisfy at least one of the above.
-○: Among the samples not satisfying "Δ", the wear amount of the shoulder portion 13 is larger than 0.2 mm and less than 0.3 mm, and the wear amount of the protrusion 12 is larger than 0.05 mm and less than 0.2 mm. Satisfy at least one of them.
-⊚: The amount of wear of the shoulder portion 13 is 0.2 mm or less, and the amount of wear of the protrusion 12 is 0.05 mm or less.

[評価結果]
図4および図5では、以下の要件を満たすものを実施例とし、以下の要件を満たさないものを比較例として示した。
(I)α率が10%以上40%以下であること。
(II)Z値が0.2≦Z≦0.7を満たすこと。
(III)希土類元素と珪素との酸窒化物は、βサイアロンの含有量に対して最高X線強度比Rで0.15以上0.75以下の割合で含有されること。
[Evaluation results]
In FIGS. 4 and 5, those satisfying the following requirements are shown as examples, and those not satisfying the following requirements are shown as comparative examples.
(I) The α rate is 10% or more and 40% or less.
(II) The Z value satisfies 0.2 ≦ Z ≦ 0.7.
(III) The oxynitride of the rare earth element and silicon shall be contained at a ratio of 0.15 or more and 0.75 or less in the maximum X-ray intensity ratio R with respect to the content of β-sialon.

図4および図5に示すように、サンプル2〜4、7、8、11、12、14〜21、23、25、26は、上記要件(I)〜(III)を満たすため、実施例としている。サンプル1、5、6、9、10、13、22、24は、上記要件(I)〜(III)のいずれかを満たさないため比較例としている。具体的には、サンプル1、5、22、24は要件(III)を満たさず、サンプル6、9は要件(II)を満たさず、サンプル10、13は要件(I)を満たさない。 As shown in FIGS. 4 and 5, Samples 2 to 4, 7, 8, 11, 12, 14 to 21, 23, 25, and 26 satisfy the above requirements (I) to (III) as examples. There is. Samples 1, 5, 6, 9, 10, 13, 22, and 24 are used as comparative examples because they do not satisfy any of the above requirements (I) to (III). Specifically, samples 1, 5, 22 and 24 do not meet requirement (III), samples 6 and 9 do not meet requirement (II), and samples 10 and 13 do not meet requirement (I).

上記した実施例の各サンプルは、接合試験において「◎」〜「△」の評価が得られた。これに対して、比較例の各サンプルは、接合試験において「×」の評価となった。すなわち、要件(I)〜(III)を満たすことにより、工具の強度および耐摩耗性が向上することが確認された。 Each sample of the above-mentioned example was evaluated as "⊚" to "Δ" in the joining test. On the other hand, each sample of the comparative example was evaluated as "x" in the joining test. That is, it was confirmed that the strength and wear resistance of the tool are improved by satisfying the requirements (I) to (III).

最高X線強度比を変更させたサンプル1〜5のうち、最高X線強度比Rが要件(III)の下限値を下回るサンプル1では、摩耗量が大きいことにより、「×」の評価となった(「×」の評価基準の(i))。これに対して、最高X線強度比Rが要件(III)の上限値を上回るサンプル5では、工具が欠損することにより、「×」の評価となった(「×」の評価基準の(ii))。 Of the samples 1 to 5 in which the maximum X-ray intensity ratio was changed, the sample 1 in which the maximum X-ray intensity ratio R was lower than the lower limit of the requirement (III) was evaluated as "x" due to the large amount of wear. ((I) of the evaluation criteria of "x"). On the other hand, in sample 5 in which the maximum X-ray intensity ratio R exceeds the upper limit of the requirement (III), the evaluation was "x" due to the lack of the tool ((ii) of the evaluation standard of "x". )).

また、Z値を変更させたサンプル6〜9のうち、Z値が要件(II)の下限値を下回るサンプル6では、摩耗量が大きいことにより、「×」の評価となった(「×」の評価基準の(i))。これに対して、Z値が要件(II)の上限値を上回るサンプル9では、工具が欠損することにより、「×」の評価となった(「×」の評価基準の(ii))。 Further, among the samples 6 to 9 in which the Z value was changed, the sample 6 in which the Z value was lower than the lower limit of the requirement (II) was evaluated as “x” due to the large amount of wear (“x”). (I) of the evaluation criteria. On the other hand, in the sample 9 in which the Z value exceeds the upper limit value of the requirement (II), the evaluation was "x" due to the lack of the tool ((ii) of the evaluation standard of "x").

また、α率を変更させたサンプル10〜13のうち、α率が要件(I)の下限値を下回るサンプル10では、摩耗量が大きいことにより、「×」の評価となった(「×」の評価基準の(i))。これに対して、α率が要件(I)の上限値を上回るサンプル13では、工具が欠損することにより、「×」の評価となった(「×」の評価基準の(ii))。 Further, among the samples 10 to 13 in which the α rate was changed, the sample 10 in which the α rate was lower than the lower limit of the requirement (I) was evaluated as “x” due to the large amount of wear (“x”). (I) of the evaluation criteria. On the other hand, in the sample 13 in which the α ratio exceeds the upper limit of the requirement (I), the evaluation was “x” due to the lack of the tool ((ii) of the evaluation standard of “x”).

サンプル14〜17の結果より、要件(I)〜(III)を満たせば、粒界相に存在する酸窒化物を構成する希土類元素がイットリウム以外の元素であっても、同様の効果が得られることが確認できた。 From the results of Samples 14 to 17, if the requirements (I) to (III) are satisfied, the same effect can be obtained even if the rare earth element constituting the oxynitride existing in the grain boundary phase is an element other than yttrium. I was able to confirm that.

サンプル18〜20の結果より、ショルダー部13の表面、および、突起部12の表面のうちの少なくとも一方を焼肌面とすることが有効であることが確認された。特に、サンプル19、20の結果より、ショルダー部13の表面、および、突起部12の表面のうちの一方のみを焼肌面とすることにより、工具の耐摩耗性および強度をさらに向上させられることが確認できた。 From the results of Samples 18 to 20, it was confirmed that it is effective to use at least one of the surface of the shoulder portion 13 and the surface of the protrusion 12 as the burnt surface. In particular, from the results of Samples 19 and 20, the wear resistance and strength of the tool can be further improved by using only one of the surface of the shoulder portion 13 and the surface of the protrusion 12 as the burnt surface. Was confirmed.

図6は、サンプル19における加工面(研磨面)である突起部12の表面と、非加工面(焼肌面)であるショルダー部13の表面について、X線回折装置により分析を行なった結果を示す図である。研磨面と焼肌面とを比較すると、希土類元素とケイ素の酸窒化物であるYSiのピークのみが、加工によって大幅に小さくなることがわかる。 FIG. 6 shows the results of analysis of the surface of the protrusion 12 which is the processed surface (polished surface) and the surface of the shoulder portion 13 which is the non-processed surface (burnt surface) of the sample 19 by an X-ray diffractometer. It is a figure which shows. Comparing the polished surface and the burnt surface, it can be seen that only the peaks of Y 2 Si 3 O 3 N 4 , which are nitrides of rare earth elements and silicon, are significantly reduced by processing.

また、図7Aおよび図7Bは、サンプル3と同様にして作製したセラミック焼結体の、加工前の断面における表面を含む領域について、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した様子を示す説明図である。図7Aは2000倍で観察した結果を示し、図7Bは5000倍で観察した結果を示す。図7Aおよび図7Bでは、YSiの部分がより白く示されている。図7Aおよび図7Bから分かるように、焼肌面である表面近傍(例えば、表面から10〜20μm)の領域において、YSiの含有量が極めて多くなっている。このような領域は、研削や研磨等の加工を行なう際には、通常は除去される領域である。また、焼肌面の表面近傍では、加工面の表面近傍に比べて、希土類元素とケイ素の酸窒化物であるYSiの含有量が多いことは、サンプル18〜20において、焼肌面の方が研磨面よりも最高X線強度比Rが大きいことからも理解できる。 Further, FIGS. 7A and 7B show a state in which a region including the surface in the cross section before processing of the ceramic sintered body produced in the same manner as in Sample 3 was observed using a scanning electron microscope (SEM). It is a figure. FIG. 7A shows the result of observation at 2000 times, and FIG. 7B shows the result of observation at 5000 times. In FIGS. 7A and 7B, the portion of Y 2 Si 3 O 3 N 4 is shown in whiter. As can be seen from FIGS. 7A and 7B, the content of Y 2 Si 3 O 3 N 4 is extremely high in the region near the surface (for example, 10 to 20 μm from the surface), which is the burnt surface. Such a region is a region that is usually removed when performing processing such as grinding or polishing. In addition, in the vicinity of the surface of the burnt surface, the content of Y 2 Si 3 O 3 N 4 , which is an acid nitride of rare earth elements and silicon, is higher than that in the vicinity of the surface of the processed surface, in the samples 18 to 20. It can be understood from the fact that the burnt surface has a larger maximum X-ray intensity ratio R than the polished surface.

上記のように、サイアロン相と粒界相とを備えるセラミック焼結体において、粒界相の少なくとも一部が、希土類元素とケイ素との酸窒化物により形成される場合には、焼成処理後のセラミック焼結体では、表面近傍において、YSiがより多く存在することが分かる。そして、摩擦攪拌接合用工具においては、ショルダー部13の表面と突起部12の表面のうちの少なくとも一方を焼肌面とし、望ましくはショルダー部13の表面と突起部12の表面のうちの一方のみを焼肌面とすることにより、工具の強度および耐摩耗性を向上できることが分かる。 As described above, in the ceramic sintered body having the sialon phase and the grain boundary phase, when at least a part of the grain boundary phase is formed by the oxynitride of the rare earth element and silicon, after the firing treatment. It can be seen that in the ceramic sintered body, more Y 2 Si 3 O 3 N 4 is present in the vicinity of the surface. Then, in the friction stir welding tool, at least one of the surface of the shoulder portion 13 and the surface of the protrusion 12 is a burnt surface, and preferably only one of the surface of the shoulder portion 13 and the surface of the protrusion 12 is used. It can be seen that the strength and abrasion resistance of the tool can be improved by using a burnt surface.

サンプル21の結果より、工具のビッカース硬度が16GPa未満であると、工具の耐摩耗性および強度が比較的抑えられることが確認された。従って、要件(I)〜(III)を満たすことに加えて、さらに、工具のビッカース硬度を16GPa以上とすることが望ましいといえる。 From the results of Sample 21, it was confirmed that when the Vickers hardness of the tool was less than 16 GPa, the wear resistance and strength of the tool were relatively suppressed. Therefore, in addition to satisfying the requirements (I) to (III), it is desirable that the Vickers hardness of the tool is 16 GPa or more.

サンプル22〜26の結果から、工具10の表面にコート層を設ける場合には、接合試験の結果として示される工具の耐摩耗性および強度において、コート層を設けない場合と同様の優劣関係(要件(I)〜(III)を満たすことにより、工具の耐久性がより向上すること)が維持されつつ、耐摩耗性および強度が向上する方向に全体的にシフトすることが確認された。 From the results of Samples 22 to 26, when a coat layer is provided on the surface of the tool 10, the wear resistance and strength of the tool shown as a result of the joining test are superior or inferior to those without the coat layer (requirements). It was confirmed that the durability of the tool is further improved by satisfying (I) to (III)), and the overall shift is in the direction of improving the wear resistance and strength.

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the outline of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems. , It is possible to replace or combine as appropriate in order to achieve a part or all of the above-mentioned effects. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.

10…摩擦攪拌接合用工具
11…軸部
12…突起部
13…ショルダー部
21,22…被接合部材
10 ... Friction stir welding tool 11 ... Shaft part 12 ... Protrusion part 13 ... Shoulder part 21 and 22 ... Member to be joined

Claims (3)

摩擦攪拌接合用工具であって、
αサイアロンおよびSi6−ZAl8−Zで表わされるβサイアロンを含むサイアロン相と、粒界相と、を含み、
前記βサイアロンのZ値が、0.2≦Z≦0.7であり、
前記粒界相の少なくとも一部が、希土類元素とケイ素との酸窒化物により形成されており、
前記酸窒化物は、前記βサイアロンの含有量に対して最高X線強度比で0.15以上0.75以下の割合で含有されており、
前記サイアロン相中の前記αサイアロンの割合を示すα率が、10%以上40%以下であり、
該摩擦攪拌接合用工具の軸線方向に延びる軸部と、該軸部における被接合物と接触する側の端部の面から前記軸線方向に突出して設けられた突起部と、を有し、
前記端部の面、および、前記突起部の表面のうちの少なくとも一方が、焼肌面であることを特徴とする
摩擦攪拌接合用工具。
Friction stir welding tool
includes a sialon phase, and a grain boundary phase, the containing β-sialon represented by α-sialon and Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z,
The Z value of β-sialon is 0.2 ≦ Z ≦ 0.7.
At least a part of the grain boundary phase is formed by an oxynitride of a rare earth element and silicon.
The oxynitride is contained in a ratio of 0.15 or more and 0.75 or less in the maximum X-ray intensity ratio with respect to the content of β-sialon.
Wherein α indicates the proportion of a sialon α ratio of the sialon phase is state, and are 10% to 40%,
It has a shaft portion extending in the axial direction of the friction stir welding tool, and a protruding portion provided so as to project in the axial direction from the surface of the end portion of the shaft portion on the side in contact with the object to be joined.
A friction stir welding tool characterized in that at least one of the surface of the end portion and the surface of the protrusion is a burnt surface .
請求項1に記載の摩擦攪拌接合用工具であって、
ビッカース硬度が16GPa以上であることを特徴とする
摩擦攪拌接合用工具。
The friction stir welding tool according to claim 1.
A friction stir welding tool characterized by a Vickers hardness of 16 GPa or more.
請求項1又は2に記載の摩擦攪拌接合用工具であって、
前記端部の面、および、前記突起部の表面のうちの一方のみが、焼肌面であることを特徴とする
摩擦攪拌接合用工具。
The friction stir welding tool according to claim 1 or 2 .
A friction stir welding tool characterized in that only one of the end surface and the surface of the protrusion is a burnt surface.
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