JPS6330189A - Ａｌ基複合材料とＡｌ基複合材料及びＡｌ材料との接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分！７］ 本発明は、Ａｌ基複合材料とＡ！；Ｌ基複合材料及びＡ
４材料との接合方法に関する。

［従来技術〕 Ａｌ基複合材料とＡｆＬ基複合材料及びＡ又材料との接
合技術は現在のところないに等しい。

Ａｌ基複合材料の製造方法から類推すると拡散接合が可
能であると考えられる。

また、機械的に接合する方法が考えられる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、拡散接合による場合には形状、寸法に大きな制
限があり、また設備が巨大となるため現実的でない。

また、機械的に接合する方法では、リークの問題、熱伝
導、電気伝導が悪い等の問題が多い。

［問題点を解決するための手段］ 木出願に係る第１発明は、Ａｌ基複合材料とＡｌ基複合
材料との摩擦溶接方法において、２つのＡｌ基複合材料
の少なくとも一方の端面に、先端の面積が１０ｍｍ２以
下の突起を設け、２つのＡｕ基複合材料を相対的に回転
させながら溶接することを特徴とする摩擦溶接によるＡ
ｌ基複合材料とＡｌ法複合材料との接合方法である。

本出願に係る第２発明は、Ａｌ法複合材料とＡｌ材料と
の摩擦溶接方法において、Ａｌ法複合材料とＡｌ材料と
の少なくとも一方の端面に、先端の面積が１０ｍｍ″以
下の突起を設け、Ａｌ法複合材料とＡｌ材料を相対的に
回転させながら溶接することを特徴とする摩擦溶接によ
るＡｆＬ基筏合材料とＡＭ材料との接合方法である。

（第１発１１） 本出願に係る第１発明は、Ａｌ法複合材料とＡｌ法複合
材料との摩擦溶接方法である。

本発明においては、２つのＡ、Ｑ基複合材料の少なくと
も一方の端面に面積が１０ｍｍ’以下の突起を設ける。

このように、２つのＡｌ基複合材料の少なくとも一方の
端面に突起を設ける理由をまず説明する。

Ａｌ法複合材料は常温で延性がないため、突起を設けず
に接合しようとすると、たとえば第１０図に示すように
材料の中心軸と回転軸が少しでもずれた場合、相対速度
の速い外周部が最初に接触するが、接合初期は母料温度
があがらず、もろいため外周接合部に微小な割れが発生
したり端面が砕けたりする。

しかるに突起を設けた場合には、回転中心部から接触し
ていき、中心部の相対速度は零に近いため、接触時の衝
撃力は最小のものとなり割れの発生を防止できるととも
に端面の砕けも防止できる。

また、面積が１０ｍｍ２以下の突起としたのは、１０ｍ
ｍ２を超えると割れを生ずるためである。

なお、突起は２つのへ旦基複合材料のうちのいずれかに
設けてもよく、また、両方に設けてもよい。

また、Ａｌ基複合材料としては、Ａｌ金屈又はＡ１合金
のマトリクスを各種のｍ維もしくは粒子で強化したもの
ならば特に限定されず本発明の対象となる。なお、強化
材としてはＳｉＣウィスカのみでなく、５ｉｌＮ４等の
ウィスカ、Ｃ１Ａｌ２０３．ＡｌＩ３０３　５ｉ０２．
ＳｉＣ等の短縁維、および長繊維さらには５ｉＣ１ＡＪ
ｌｊ２０３　、　Ｓ　ｉ３　Ｎ４、ＺｒＯ２，ＴｉＣ１
Ｔｉ０２等のセラミック粒子であっても良い。

（第２発明） 本出願に係る第２発明においては、Ａｌ法複合材料とＡ
ｌ材料の少なくとも一方の端面に面積が１０ｍｍ２以下
の突起を設ける。

Ａｌ法複合材料とＡｌ材料との間には硬度差があるため
、突起を設けずに接合しようとすると、たとえば第１Ｏ
図に示すように材料の中心軸と回転軸が少しでもずれた
場合、相対速度の速い外周部が最初に接触し、その部分
が優先的に変形するため、回転中心部に酸化物が残り、
融合不良が発生する。

しかるに突起を設けた場合には、回転中心部から接触し
ていくため、中心部の酸化物は外周部へ押出され、健全
な接合が可能となる。

なお、突起は、ＡＭ基複合材料あるいはＡｌ材料のいず
れに設けてもよいが、加工上の観点からするとＡｌ材料
の方に設けた方が好ましい、また、Ａｌ法複合材料とＡ
ｌ材料の両方に設けてもよい。

本発明におけるＡｌ法複合材料は第１発明において述べ
たと同様である。また、Ａｆｆｉ材料としてはＡ見、人
文合金ならば特に限定されずに本発明を適用できる。

［発明の実施例］ 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説１月する。

（第１発明の実施例） 第１図に第１発明の実施例を示す、第１図中１．２はＡ
ｌ法複合材料で、共に丸棒状である。

Ａｌ基複合材料２の端面ば円錐状で、これが突起をなし
ている０円錐の頂点２ｂは回転軸Ｘと一致している。

２つのＡｌ法複合材料のそれぞれの接合端面ｌａ、２ａ
を突合せた後、回転軸Ｘを中心に相対的に回転させなか
ら圧接を行ない、摩擦溶接が完了する。詳細には、最初
に円錐の頂点２ｂが接合端面１ａに接触し、その後全面
にわたって接合端面同志が接触し、圧接される。

本例では、被接合材であるＡ見見複合材料２の端面に円
錐状の突起をつけたが、必ずしも円錐状に限定するので
はなく、要は回転中心部より徐々に接触する形状（例え
ば半球状）であればよい。

また接触部分は点状である必要はなく、最初に接触する
回転中心部の面積（第９図の斜線部の面ｖｉ）がｌｏｍ
ｍ２以下であればよい、またＡｌ基複合材料１．２の端
面の両側に突起を設け１回転中心部より接触が開始する
形状にしてもよい。

以下により詳細な実施例を比較例とともに説明する。

突起形状、突起の突出長（第１図に示す文）、摩擦圧力
（ＰＩ）、摩擦時間（ＴＩ　）　、回転数等を変えて摩
擦溶接を行なった。

溶接後に、断面顕微鏡観察、継手引張試験及びＥＰＭＡ
分析を行なった。

断面顕微鏡写真及びＥＰＭＡ分析は、第２図に示す断面
について１割れの有無及び成分分析を調査した。

継手引張試験は溶接継手を棒状試験片に加工して行なっ
た。

以上の条件及び結果を第１表に示す。

第１表においてＡ１〜Ｅ１及びＨｌは実施例であり、Ｆ
ｌ、Ｇｌ、Ｉｌは比較例である。Ｆｌ。

Ｇ１は突起のない比較例であり、１１は突起面積が本発
明の範囲外である比較例である。

なお、母材となるＡ見見複合材料は棒径１５ｍｍのＡ！
；Ｌ基複合材料（開維：ＳｉＣウィスカー、マトリクス
；６０６１合金）である。

第１表に示すように、実施例ＡＩ−Ｅｌは健全な接合が
なされているが、比較例Ｆｌ、Ｇｌは突起がない（立＝
０）ため接合部に微細な割れが発生し、継手引張強度は
低い。

なお、実施例Ａｔ　、Ｂｌ、Ｃ１を比較すると文＝４．
０の時、継手強度は最大となった。また、実施例ＩＤは
溶接条件が異なり、実施例Ｅ１は突起形状が半球状の例
であるが、いずれも健全な接合がなされている。

また、実施例Ｈ１は最初に接触する回転中心部分の面積
（円錐台の面積）がｌｏｍｒｒｆ以下なので健全な接合
が可ｆＦであるが、比較例工１は先端の面積が１０ｍｍ
２を越えているため、回転中心部に融合不良が発生して
いる。

また、第３図に第１表の実施例Ａ１の断面顕微鏡写真、
第４図にＥＰＭＡ分析結果を示す、第３図において、１
はＡ見見複合材料母材、２はＡ見見複合材料母材、３は
溶接部を示す。

共に金ヱ間化合物や酸化物は認められない、これらの結
果から本発明方法によれば、接合部にぜい弱な全居間化
合物や酸化物を形成させずに充分強度なる接合部を得る
ことが可（Ｆｓなことがわかる。

（ｆｆＳ２発１ｊの実施例） 第５図及び第６図にｆｆ′Ｓ２ｆｆＳ２発１ｊを示す。

図中２１．２４はＡｌ材料、２２．２３はＡｌ基複合材
料母材であり、共に丸棒状である。すなわち、第５図は
Ａｌ基複合材料側に、また、第６図はＡｌ材料側に突起
を設けた例である。

２２．２４の端面ば円錐状で１円錐の頂点２２ｂ　、２
４ｂは回転軸Ｘと一致している。・そして、接合端面２
１ａ、２２ａ、又は２３ａ　、２４ａを突合せた後、回
転軸Ｘを中心に相対的に回転させなから圧接を行なう、
詳細には最初に円錐の頂点２２ｂ、２４ｂが接合端面２
１ａ。

２３ａに接触し、その後、全面にわたって、接合面同志
が接触し、圧接される。本発明のように硬度差のある材
料を接合する際には相対的に片方がやわらかく変形しや
すいため、突起がないと、相対速度の速い外周部より接
触し、その部分の変形が優先的に始まり、相対速度がゼ
ロに近い回転中心部には接合界面に酸化物が残り融合不
良が発生し、健全な接合はできない。

ここで、本例では被接合材端面の片側に円錐状の突起を
つけたが、必ずしも同形状に限定するのではなく、要は
回転中心部より徐々に接触する形状（例えば半球状）で
あればよいことは第１発用の実施例の場合と同様である
。また接触部分は−点状である必要はなく、最初に接触
する回転中心部の面積が１０ｍｍ２以下であればよいこ
とも第１発明の実施例と同様である。また突起はＡ見見
複合材料、Ａｌ材料のどちら側に設けても健全な接合が
可能であるが、Ａｌ材料側につけた方が加工費が安価で
コスト軽減に有利である。

また、被接合材端面の両側に突起を設け、回転中心部よ
り徐々に接触する形状でもよい。

第１発明の実施例と同様に、突起形状、突起の突出長（
第５図及び第６図に示す交）、摩擦圧力（ＰＩ　）　、
摩擦時１ｊｆＪ　（Ｔｌ　）　、回転数等を変えて摩擦
溶接を行なった。

溶接後に外観、断面顕微鏡観察、継手引張試験及びＥＰ
ＭＡ分析を行なった。

断面ＷＪ微鏡観察及びＥＰＭＡ分析、継手引張試験は第
１発明の実施例にで述べたと同様の方法にて行なった。

以上の条件及び結果を第２表に示す。

第２表においてＡｌ−Ｇ２及びＪ２は実施例であり、Ｈ
２，Ｉ２．に２は比較例である。Ｈ２゜工２は突起のな
い比較例であり、Ｋ２は突起の先端の面積が本発明の範
囲外である比較例である。

なお、母材は棒径１５　ｍ　ｍのＡ立基複合材料（ｒａ
ｍ　：　Ｓ　ｉ　Ｃウィスカー、マトリクス＝６０６１
合金）と、棒径１５ｍｍのＡｌ材料（６ｏｓ１合金）で
ある、ここで、実施例Ａｌ〜Ｇ２は健全な接合がなされ
ているが、比較例Ｈ２，Ｉ２は突起がない（Ｊｌ　＝　
０）ため、回転中心部に融合不良が発生し、継手引張強
度は低い。

なお、実施例ＡｌとＣ２また、Ｂ２とＢ２とＥ２を比較
するとＱ−４，０ｍｍの時継手強度は最大となった。ま
た、実施例２Ｆは溶接条件が異なり、実施例Ｇ２は突起
形状が半球状の例であるが、いずれも健全な接合がなさ
れている。

また、実施例Ｊ２は最初に接触する回転中心部分の面ａ
（円錐台の面積）が１０ｍｍ２以下なので健全な接合が
可１莞であるが、比較例に２は面積が１０ｍｍ’を超え
ているため、回転中心部に融合不良が発生している。

第７図にはｆｆ４２表の実施例Ａｌの断面顕微鏡写真を
、また第８図にはＥＰＭＡ分析結果を示す。

７３７図において、１はＡｌ材料、２はＡｆＬ基複合材
料、３は溶接部を示す。

共に金属間化合物や酸化物は認められない、これらの結
果から本発明方法によれば、接合部にぜい弱な金属間化
合物や酸化物を形成させずに充分強度なる接合部をｔ（
Ｉることが可能なことがわかる。

［発明の効果］ このように本出願に係るｔ５１発明及び第２発明は、そ
れぞれＡ見見複合材料とＡ見見複合材料、Ａ見見複合材
料とＡｌ材料を摩擦溶接することにより健全な溶接部の
形成を可能にしたものであり、これによりさらに次のよ
うな効果が得られる。

■継手強度の高い継手が得られる。

■リークタイトな継手が得られる。

■熱、電気伝導度が高い継手が得られる。

■簡便な摩擦溶接機にて施工でき、特殊な装首が不要で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の詳細な説明するための正面図である
。第２図は第１発明の実施例における溶接後の状態を示
す正面図である。第３図は第１発明の実施例における溶
接部近傍の顕微鏡組織写真であり、第４図はそのＥＰＭ
Ａ分析写真である。第５図及び第６図は第２発明の実施
例を説１１１するための正面図である。第７図は第２発
用の実施例における溶接部近傍の顕微鏡組織写真であり
、第８図はそのＥ　ＰＭＡ分析写真である。第９図は突
起先端の面積を示すだめの斜視図である。 第１０図は従来例を示すための正面図である。 １・・Ａ１基複合材料、１ａ・・端面、２・・ＡＭ基複
合材料、２ａ−・端面、２ｂ−会頂点、３．１０・・溶
接部、１２・・継手引張試験片、２ｌ−−Ａｌ材料、２
１ａ・・端面、２２−−Ａ見見複合材料、２２ａ・・端
面、２２ｂ・・頂点、２３・・Ａ見見複合材料、２３ａ
・・端面、２４φ・Ａ党材料、２４ａ・番端面、２４ｂ
拳・頂点、又・・突出長、３０・・回転軸、３２・・材
料の中心軸。 第１図 第５図 ４ｂ Ｘ４００ 第９図 第１０図 手届ごネ山ＩＥ１Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ａｌ基複合材料とＡｌ基複合材料との摩擦溶接方法
   において、２つのＡｌ基複合材料の少なくとも一方の端
   面に、先端の面積が１０ｍｍ＾２以下の突起を設け、２
   つのＡｌ基複合材料を相対的に回転させながら溶接する
   ことを特徴とする摩擦溶接によるＡｌ基複合材料とＡｌ
   基複合材料との接合方法。 ２　Ａｌ基複合材料とＡｌ材料との摩擦溶接方法におい
   て、Ａｌ基複合材料とＡｌ材料との少なくとも一方の端
   面に、先端の面積が１０ｍｍ＾２以下の突起を設け、Ａ
   ｌ基複合材料とＡｌ材料を相対的に回転させながら溶接
   することを特徴とする摩擦溶接によるＡｌ基複合材料と
   Ａｌ材料との接合方法。