JP2000301363A - 活性金属材の摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
活性金属材の摩擦攪拌接合方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化しやすい活性金属材を良好に接合する摩
擦攪拌接合方法を提供する。 【解決手段】 接合部材Ａ、Ｂの少なくとも一方がＭ
ｇ、Ｔｉのような活性金属またはその合金からなる活性
金属材であって、非酸化性雰囲気中で、前記接合部材
Ａ、Ｂの接合部に回転するプローブ22を挿入し、プロー
ブ22との接触部を軟化させるとともに攪拌することによ
り、これらの接合部材Ａ、Ｂを接合する。また、前記非
酸化性雰囲気は不活性ガス雰囲気であることが好まし
い。
擦攪拌接合方法を提供する。 【解決手段】 接合部材Ａ、Ｂの少なくとも一方がＭ
ｇ、Ｔｉのような活性金属またはその合金からなる活性
金属材であって、非酸化性雰囲気中で、前記接合部材
Ａ、Ｂの接合部に回転するプローブ22を挿入し、プロー
ブ22との接触部を軟化させるとともに攪拌することによ
り、これらの接合部材Ａ、Ｂを接合する。また、前記非
酸化性雰囲気は不活性ガス雰囲気であることが好まし
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、酸素との反応性
に富み、酸化物を生成しやすい活性金属材の摩擦攪拌接
合方法に関する。
に富み、酸化物を生成しやすい活性金属材の摩擦攪拌接
合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固相接合の一つである摩擦攪拌接合は、
高速で回転するプローブを接合予定部あるいはその近傍
に挿入するとともに、挿入状態でプローブを相対的に移
動させ、発生する摩擦熱でプローブの接触部分を軟化さ
せつつ攪拌して接合するものである。このような摩擦攪
拌接合は、溶融溶接やろう付よりも低温で接合できるた
め、接合時の熱変形や接合部の酸化による接合不良が少
ないというような利点がある。
高速で回転するプローブを接合予定部あるいはその近傍
に挿入するとともに、挿入状態でプローブを相対的に移
動させ、発生する摩擦熱でプローブの接触部分を軟化さ
せつつ攪拌して接合するものである。このような摩擦攪
拌接合は、溶融溶接やろう付よりも低温で接合できるた
め、接合時の熱変形や接合部の酸化による接合不良が少
ないというような利点がある。
【０００３】一方、電子機器や輸送機器分野では、接合
部材の軽量化や強度向上等を目的として、Ｍｇ、Ｔｉあ
るいはこれらの金属を含むアルミニウム合金が用いられ
ており、これらの材料を接合する必要が生じている。
部材の軽量化や強度向上等を目的として、Ｍｇ、Ｔｉあ
るいはこれらの金属を含むアルミニウム合金が用いられ
ており、これらの材料を接合する必要が生じている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｍｇや
Ｔｉは酸素との反応性に富むため、摩擦攪拌接合が他の
接合方法よりも低温で接合できると雖も、発生する摩擦
熱よって接合部に酸化物が生成して接合不良を生じると
いう問題点があった。
Ｔｉは酸素との反応性に富むため、摩擦攪拌接合が他の
接合方法よりも低温で接合できると雖も、発生する摩擦
熱よって接合部に酸化物が生成して接合不良を生じると
いう問題点があった。
【０００５】この発明は、このような技術背景に鑑み、
酸化しやすい金属材を良好に接合する活性金属材の摩擦
攪拌接合方法の提供を目的とする。
酸化しやすい金属材を良好に接合する活性金属材の摩擦
攪拌接合方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の活性金属材の
摩擦攪拌接合方法は、前記目的を達成するために、接合
部材（Ａ）（Ｂ）の少なくとも一方が活性金属またはそ
の合金からなる活性金属材であって、非酸化性雰囲気中
で、前記接合部材（Ａ）（Ｂ）の接合部に回転するプロ
ーブ（22）を挿入し、プローブ（22）との接触部を軟化
させるとともに攪拌することにより、これらの接合部材
（Ａ）（Ｂ）を接合することを基本要旨とする。
摩擦攪拌接合方法は、前記目的を達成するために、接合
部材（Ａ）（Ｂ）の少なくとも一方が活性金属またはそ
の合金からなる活性金属材であって、非酸化性雰囲気中
で、前記接合部材（Ａ）（Ｂ）の接合部に回転するプロ
ーブ（22）を挿入し、プローブ（22）との接触部を軟化
させるとともに攪拌することにより、これらの接合部材
（Ａ）（Ｂ）を接合することを基本要旨とする。
【０００７】この発明において、活性金属とは酸素との
反応性に富む金属であり、活性金属材とは、単一の活性
金属材、複数の活性金属の合金材、あるいは１種以上の
活性金属と他の金属との合金材をいう。前記活性金属の
具体例として、比較的低温でも酸化物を形成しやすいＭ
ｇまたはＴｉを挙げることができる。また、接合部材の
少なくとも一方が前記活性金属材である場合をこの発明
の対象とし、一方のみが前記活性金属材で他方が活性金
属を含まない場合、両者が同一の活性金属材である場
合、両者が異種の活性金属材である場合のいずれの場合
も適用される。また、活性金属含有合金の組成や、活性
金属を含まない相手材の組成は、回転するプローブの接
触により発生する摩擦熱により軟化するものである限り
限定されない。比較的低温で軟化してこの発明の接合方
法に適している活性金属含有合金としてＡｌと活性金属
との合金材を推奨でき、活性金属を含まない相手材とし
てＡｌまたはその合金材を推奨できる。
反応性に富む金属であり、活性金属材とは、単一の活性
金属材、複数の活性金属の合金材、あるいは１種以上の
活性金属と他の金属との合金材をいう。前記活性金属の
具体例として、比較的低温でも酸化物を形成しやすいＭ
ｇまたはＴｉを挙げることができる。また、接合部材の
少なくとも一方が前記活性金属材である場合をこの発明
の対象とし、一方のみが前記活性金属材で他方が活性金
属を含まない場合、両者が同一の活性金属材である場
合、両者が異種の活性金属材である場合のいずれの場合
も適用される。また、活性金属含有合金の組成や、活性
金属を含まない相手材の組成は、回転するプローブの接
触により発生する摩擦熱により軟化するものである限り
限定されない。比較的低温で軟化してこの発明の接合方
法に適している活性金属含有合金としてＡｌと活性金属
との合金材を推奨でき、活性金属を含まない相手材とし
てＡｌまたはその合金材を推奨できる。
【０００８】また、非酸化性雰囲気とは、例えばＮ2 、
Ｈｅ、Ａｒといった不活性ガス雰囲気または真空等であ
り、いずれの場合も活性金属材の酸化を抑制して良好な
接合を達成することができる。非酸化性雰囲気は接合部
材全体を覆うように形成しても良いが、接合部およびそ
の近傍に形成されていれば足りる。不活性ガス雰囲気の
場合は、接合部に不活性ガスを噴射して接合部近傍をシ
ールドすること等により比較的簡易な設備によって形成
できるととも、接合部近傍のみの部分的な雰囲気形成が
容易で大型接合部材への対応も容易である。一方、真空
下での接合は設備が大型化しがちである。そのため、設
備が簡易であるという点では不活性ガス雰囲気が有利で
ある。また、ＴｉとＮ2 ガスの組合せでは、超硬のＴｉ
Ｎが生成されて接合部の攪拌流動性が低下して接合不良
を招くおそれがあるため、Ｔｉからなる接合材やＴｉを
含む接合部材の場合には、ＨｅガスまたはＡｒガス雰囲
気あるいは真空での接合が好ましい。
Ｈｅ、Ａｒといった不活性ガス雰囲気または真空等であ
り、いずれの場合も活性金属材の酸化を抑制して良好な
接合を達成することができる。非酸化性雰囲気は接合部
材全体を覆うように形成しても良いが、接合部およびそ
の近傍に形成されていれば足りる。不活性ガス雰囲気の
場合は、接合部に不活性ガスを噴射して接合部近傍をシ
ールドすること等により比較的簡易な設備によって形成
できるととも、接合部近傍のみの部分的な雰囲気形成が
容易で大型接合部材への対応も容易である。一方、真空
下での接合は設備が大型化しがちである。そのため、設
備が簡易であるという点では不活性ガス雰囲気が有利で
ある。また、ＴｉとＮ2 ガスの組合せでは、超硬のＴｉ
Ｎが生成されて接合部の攪拌流動性が低下して接合不良
を招くおそれがあるため、Ｔｉからなる接合材やＴｉを
含む接合部材の場合には、ＨｅガスまたはＡｒガス雰囲
気あるいは真空での接合が好ましい。
【０００９】また、この発明において、上記接合雰囲気
を除く他の摩擦攪拌接合条件は限定されず、接合部材の
材質、形状等に基づき適宜選定する。
を除く他の摩擦攪拌接合条件は限定されず、接合部材の
材質、形状等に基づき適宜選定する。
【００１０】
【実施例】次に、この発明の活性金属部材の摩擦攪拌接
合方法の具体的実施例について、図面を参照しつつ説明
する。
合方法の具体的実施例について、図面を参照しつつ説明
する。
【００１１】本実施例では、図１に示す摩擦攪拌装置
（20）により厚さ４mmの平板状の接合部材（Ａ）（Ｂ）
の突き合わせ継ぎ手を製作するものとし、表１に示すよ
うに、接合部材（Ａ）（Ｂ）の材質および接合雰囲気を
種々変えて接合を行った。
（20）により厚さ４mmの平板状の接合部材（Ａ）（Ｂ）
の突き合わせ継ぎ手を製作するものとし、表１に示すよ
うに、接合部材（Ａ）（Ｂ）の材質および接合雰囲気を
種々変えて接合を行った。
【００１２】図１において、この摩擦攪拌装置（20）
は、径大の円柱状回転子（21）と、該回転子（21）の端
部軸線（Ｑ）上に突出して設けられた径小のピン状プロ
ーブ（22）とを有する接合工具（23）を備えるものであ
る。そして、図外の駆動装置により前記回転子（21）を
高速で回転させつつ、突き合わせた２枚の接合部材
（Ａ）（Ｂ）の突き合わせ部（１）に前記プローブ（2
2）を挿入し、プローブ（22）挿入状態のまま突き合わ
せ部（１）に沿ってプローブ（22）を移動させると、プ
ローブ（22）の回転により発生する摩擦熱、あるいはさ
らに回転子（21）の肩部（21a ）と両接合部材（Ａ）
（Ｂ）の上面との摺動に伴い発生する摩擦熱により、プ
ローブ（22）接触部分近傍において接合部材（Ａ）
（Ｂ）は軟化しかつプローブ（22）の回転により攪拌さ
れる。そして、プローブ（22）の移動に伴って、軟化攪
拌部分がプローブ（22）の進行圧力を受けてプローブ
（22）通過溝を埋めるようにプローブ（22）の進行方向
後方へと回り込む態様で塑性流動したのち摩擦熱を急速
に失って冷却固化する。この現象がプローブ（22）の移
動に伴って順次繰り返されていき、最終的に両接合部材
（Ａ）（Ｂ）が突き合わせ部（１）において接合一体化
される。接合条件は、いずれも接合部材（Ａ）（Ｂ）に
対するプローブ（22）の挿入深さを３．８mm、プローブ
（22）の移動速度を８０cm/minとした。図中、（２）は
前記摩擦攪拌接合装置（20）により接合された接合部で
ある。
は、径大の円柱状回転子（21）と、該回転子（21）の端
部軸線（Ｑ）上に突出して設けられた径小のピン状プロ
ーブ（22）とを有する接合工具（23）を備えるものであ
る。そして、図外の駆動装置により前記回転子（21）を
高速で回転させつつ、突き合わせた２枚の接合部材
（Ａ）（Ｂ）の突き合わせ部（１）に前記プローブ（2
2）を挿入し、プローブ（22）挿入状態のまま突き合わ
せ部（１）に沿ってプローブ（22）を移動させると、プ
ローブ（22）の回転により発生する摩擦熱、あるいはさ
らに回転子（21）の肩部（21a ）と両接合部材（Ａ）
（Ｂ）の上面との摺動に伴い発生する摩擦熱により、プ
ローブ（22）接触部分近傍において接合部材（Ａ）
（Ｂ）は軟化しかつプローブ（22）の回転により攪拌さ
れる。そして、プローブ（22）の移動に伴って、軟化攪
拌部分がプローブ（22）の進行圧力を受けてプローブ
（22）通過溝を埋めるようにプローブ（22）の進行方向
後方へと回り込む態様で塑性流動したのち摩擦熱を急速
に失って冷却固化する。この現象がプローブ（22）の移
動に伴って順次繰り返されていき、最終的に両接合部材
（Ａ）（Ｂ）が突き合わせ部（１）において接合一体化
される。接合条件は、いずれも接合部材（Ａ）（Ｂ）に
対するプローブ（22）の挿入深さを３．８mm、プローブ
（22）の移動速度を８０cm/minとした。図中、（２）は
前記摩擦攪拌接合装置（20）により接合された接合部で
ある。
【００１３】さらに、上記接合を不活性ガス雰囲気で行
う場合は、接合部近傍に流量２０ｌ／分で吹き付けるも
のとした。また、真空で行う場合は、１０-5Torr以下の
真空チャンバー内での接合とした。
う場合は、接合部近傍に流量２０ｌ／分で吹き付けるも
のとした。また、真空で行う場合は、１０-5Torr以下の
真空チャンバー内での接合とした。
【００１４】さらに、各継ぎ手について接合性を外観、
Ｘ線透過試験により相対的に評価した。
Ｘ線透過試験により相対的に評価した。
【００１５】接合性の評価結果を表１に併せて示す
【表１】
【００１６】表１より明らかなように、非酸化性雰囲気
で接合を行った各実施例は、酸化物の生成を抑制して良
好に摩擦攪拌接合できることを確認できた。
で接合を行った各実施例は、酸化物の生成を抑制して良
好に摩擦攪拌接合できることを確認できた。
【００１７】
【発明の効果】以上の次第で、この発明の活性金属材の
摩擦攪拌接合方法は、接合部材の少なくとも一方が活性
金属またはその合金からなる活性金属材であって、非酸
化性雰囲気中で、前記接合部材の接合部に回転するプロ
ーブを挿入し、プローブとの接触部を軟化させるととも
に攪拌することにより、これらの接合部材を接合するも
のであるから、接合部における酸化物の生成を抑制して
良好な接合を達成できる。
摩擦攪拌接合方法は、接合部材の少なくとも一方が活性
金属またはその合金からなる活性金属材であって、非酸
化性雰囲気中で、前記接合部材の接合部に回転するプロ
ーブを挿入し、プローブとの接触部を軟化させるととも
に攪拌することにより、これらの接合部材を接合するも
のであるから、接合部における酸化物の生成を抑制して
良好な接合を達成できる。
【００１８】特に、前記活性金属がＭｇ、Ｔｉの場合
は、顕著に酸化物の生成を抑制できて良好な接合を達成
できる。
は、顕著に酸化物の生成を抑制できて良好な接合を達成
できる。
【００１９】また、前記非酸化性雰囲気が不活性ガス雰
囲気である場合は、比較的簡易な設備で非酸化性雰囲気
を形成できるととも、接合部近傍のみの部分的な雰囲気
形成が容易で大型接合部材への対応も容易である。
囲気である場合は、比較的簡易な設備で非酸化性雰囲気
を形成できるととも、接合部近傍のみの部分的な雰囲気
形成が容易で大型接合部材への対応も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の活性金属材の摩擦攪拌接合方法の一
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
Ａ，Ｂ…接合部材 22…プローブ
Claims (3)
- 【請求項１】 接合部材（Ａ）（Ｂ）の少なくとも一方
が活性金属またはその合金からなる活性金属材であっ
て、非酸化性雰囲気中で、前記接合部材（Ａ）（Ｂ）の
接合部に回転するプローブ（22）を挿入し、プローブ
（22）との接触部を軟化させるとともに攪拌することに
より、これらの接合部材（Ａ）（Ｂ）を接合することを
特徴とする活性金属材の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項２】 前記活性金属はＭｇまたはＴｉのうちの
１種以上である請求項１に記載の活性金属材の摩擦攪拌
接合方法。 - 【請求項３】 前記非酸化性雰囲気は不活性ガス雰囲気
である請求項１または２に記載の活性金属材の摩擦攪拌
接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11438099A JP2000301363A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 活性金属材の摩擦攪拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11438099A JP2000301363A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 活性金属材の摩擦攪拌接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000301363A true JP2000301363A (ja) | 2000-10-31 |
| JP2000301363A5 JP2000301363A5 (ja) | 2006-05-25 |
Family
ID=14636244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11438099A Pending JP2000301363A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 活性金属材の摩擦攪拌接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000301363A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1314509A3 (en) * | 2001-11-27 | 2004-01-07 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Friction stir welding |
| JP2005205449A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | クラッド材の製造方法 |
| JP2006255711A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Toshiba Corp | 複合材料、その製造方法および複合材料製造装置 |
| WO2007102540A1 (ja) | 2006-03-09 | 2007-09-13 | Taiyo Nippon Sanso Corporation | 接合方法 |
| US7556187B2 (en) | 2002-12-06 | 2009-07-07 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of manufacturing cylindrical body, friction stir welding method, and friction stir welding device |
| US7815094B2 (en) | 2002-12-06 | 2010-10-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of manufacturing cylindrical body, and friction stir welding method |
| US7828191B2 (en) | 2006-07-28 | 2010-11-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Friction stir welding machine and friction stir welding tool |
| EP2535138A2 (en) | 2011-06-14 | 2012-12-19 | Hitachi, Ltd. | High corrosion resistant equipment for a plant |
| JP2014530318A (ja) * | 2011-09-30 | 2014-11-17 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 構成部品を補修するための方法及び装置 |
| CN105127579A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-09 | 昆山斯格威电子科技有限公司 | 搅拌摩擦焊的焊接工艺 |
-
1999
- 1999-04-22 JP JP11438099A patent/JP2000301363A/ja active Pending
Cited By (13)
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| EP1314509A3 (en) * | 2001-11-27 | 2004-01-07 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Friction stir welding |
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| US7828191B2 (en) | 2006-07-28 | 2010-11-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Friction stir welding machine and friction stir welding tool |
| US8025200B2 (en) | 2006-07-28 | 2011-09-27 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Friction stir welding machine and friction stir welding tool |
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| US8479970B2 (en) | 2011-06-14 | 2013-07-09 | Hitachi, Ltd. | High corrosion resistant equipment for a plant |
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