JP7262144B2 - 異材固相接合方法及び異材固相接合構造物 - Google Patents
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Description
一方の部材を他方の部材に当接させて被接合界面を形成し、接合荷重の印加によって前記被接合界面に前記一方の部材と前記他方の部材の新生面を形成させる固相接合方法であって、
前記一方の部材と前記他方の部材とは組成が異なり、
前記一方の部材及び前記他方の部材が略同一の強度となる温度を接合温度とし、
前記被接合界面に対して略垂直に前記強度が印加される前記接合荷重を設定すること、
を特徴とする異材固相接合方法、を提供する。
一方の部材と他方の部材が固相接合界面を介して一体となった固相接合部を有し、
前記一方の部材と前記他方の部材が異なる組成を有し、
前記固相接合界面の全域において、金属間化合物層の厚さが500nm未満であること、
を特徴とする異材接合構造物、も提供する。
図1に線形摩擦接合中の状況を示す模式図を示す。線形摩擦接合は被接合材同士を線形運動で擦りあわせた際に生じる摩擦熱を主な熱源とする固相接合である。従来の線形摩擦接合においては、昇温によって軟化した材料を被接合界面からバリとして排出することで、被接合界面に形成していた酸化被膜を除去し、新生面同士を当接させることで接合部が得られるとされている。
第一工程は、一方の部材2を他方の部材4に当接させて被接合界面6を形成する工程である。接合部の形成を所望する箇所に一方の部材2及び/又は他方の部材4を移動させ、被接合面同士を当接させ、被接合界面6を形成する。
第二工程は、被接合界面6に対して略垂直に圧力Pを印加した状態で、一方の部材2と他方の部材4とを同一軌跡上で繰り返し摺動させ、摺動の方向と略平行及び略垂直に被接合界面6からバリ8を排出させる工程である。
第三工程は、第二工程における摺動を停止して接合面を形成する工程である。線形摩擦接合方法においては、被接合界面6の全面からバリ8が排出された後に摺動を停止させることで、良好な接合体を得ることができる。なお、第二工程において被接合材に印加した圧力Pはそのまま維持してもよく、バリ8を排出すると共に新生面をより強く当接させる目的で、より高い値としてもよい。
図5は、本発明の異材接合構造物の一例を示す概略断面図である。異材接合構造物10は、組成が異なる一方の部材2と他方の部材4とが固相接合されたものである。
供試材としてチタン合金Ti-6Al-4V(ASTM F 136-13)とオーステナイト系ステンレス鋼SUS316L(JIS G4303)を用いた。供試材の寸法は65mmL×25mmW×5mmTであり、25mmW×5mmT面を被接合面として異材線形摩擦接合を施した。
接合中の印加圧力を200、300及び500MPaとしたこと以外は実施例と同様にして、異材固相接合を施した。
4・・・他方の部材、
6・・・被接合界面、
8・・・バリ、
10・・・異材接合構造物、
12・・・固相接合界面、
14・・・金属間化合物層。
Claims (13)
- 一方の部材を他方の部材に当接させて被接合界面を形成し、接合荷重の印加によって前記被接合界面に前記一方の部材と前記他方の部材の新生面を形成させる固相接合方法であって、
前記一方の部材と前記他方の部材とは組成が異なり、
前記一方の部材及び前記他方の部材が略同一の強度となる温度を接合温度とし、
前記被接合界面に対して略垂直に前記強度が印加される前記接合荷重を設定すること、
を特徴とする異材固相接合方法。 - 前記一方の部材と前記他方の部材の摺動による摩擦熱で前記被接合界面を昇温すること、
を特徴とする請求項1に記載の異材固相接合方法。 - 通電加熱を用いて前記被接合界面を昇温すること、
を特徴とする請求項1に記載の異材固相接合方法。 - 前記一方の部材及び/又は前記他方の部材において、前記被接合界面の略全域に新生面が形成されるように、前記一方の部材及び前記他方の部材の寄り代を設定すること、
を特徴とする請求項1~3のうちのいずれかに記載の異材固相接合方法。 - 前記一方の部材及び前記他方の部材に前記接合温度が存在しない場合において、
前記一方の部材及び/又は前記他方の部材に外部冷却及び/又は外部加熱を施すことで前記接合温度を創出すること、
を特徴とする請求項1~3のうちのいずれかに記載の異材固相接合方法。 - 前記一方の部材及び/又は前記他方の部材を鉄系金属部材とすること、
を特徴とする請求項1~3のうちのいずれかに記載の異材固相接合方法。 - 接合中の前記被接合界面近傍の温度及び前記接合荷重を計測し、
得られた実測温度と前記接合温度を比較し、
前記実測温度が前記接合温度よりも高い場合は前記接合荷重を増加させ、
前記実測温度が前記接合温度よりも低い場合は前記接合荷重を低下させること、
を特徴とする請求項1~3のうちのいずれかに記載の異材固相接合方法。 - 一方の部材と他方の部材が固相接合界面を介して一体となった固相接合部を有し、
前記一方の部材と前記他方の部材が異なる組成を有し、
前記固相接合部の外周に、前記一方の部材と前記他方の部材のバリが形成され、
前記固相接合界面の全域において、金属間化合物層の厚さが500nm未満であること、
を特徴とする異材接合構造物。 - 前記一方の部材、前記他方の部材及び前記固相接合部を平行部に含む引張試験片を用いた引張試験において、前記一方の部材又は前記他方の部材と略同一の引張強度を示すこと、
を特徴とする請求項8に記載の異材接合構造物。 - 前記固相接合界面に再結晶粒が含まれること、
を特徴とする請求項8又は9に記載の異材接合構造物。 - 前記一方の部材が鉄系金属であり、
前記他方の部材がアルミニウム合金、チタン合金又はニッケル合金であること、
を特徴とする請求項8又は9に記載の異材接合構造物。 - 前記一方の部材及び前記他方の部材の引張強度又は降伏強度が略同一となる温度が存在しないこと、
を特徴とする請求項8又は9に記載の異材接合構造物。 - 前記一方の部材及び/又は前記他方の部材の幅が10mm以上であること、
を特徴とする請求項8又は9に記載の異材接合構造物。
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