JP2002035965A - 金属−セラミックス複合材料同士または金属−セラミックス複合材料と金属材料との接合方法 - Google Patents
金属−セラミックス複合材料同士または金属−セラミックス複合材料と金属材料との接合方法Info
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Abstract
は金属−セラミックス複合材料と金属材料とを加熱処理
しなくても簡単に接合できる接合方法を提供すること。 【解決手段】 セラミックス粉末または繊維を強化材
し、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリック
スとする金属−セラミックス複合材料同士の接合方法で
あって、該複合材料が、セラミックス粉末または繊維の
含有率を30体積%以下とし、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金の組成をSiを12重量%以下、Mgを5
重量%以下とする複合材料であり、その複合材料同士を
FSW法により接合することとした金属−セラミックス
複合材料同士の接合方法。
Description
合する接合方法に関し、特にアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金をマトリックスとする金属−セラミックス複
合材料同士の、あるいはアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金をマトリックスとする金属−セラミックス複合材
料と金属材料との接合方法に関する。
マトリックスとする金属−セラミックス複合材料は、軽
量、高剛性を特徴として産業機械などに利用が進んでい
る。その複合材料の接合については、アルミニウム合金
などからなるロウ材によりロウ付けする方法、あるいは
Cuなどからなるインサ−ト材により拡散接合する方法
などが知られている。
ウ材によりロウ付けする方法では、加熱処理する炉内の
雰囲気を厳密にコントロールする必要があり、また、接
合温度を少なくともロウ材の固相線である500℃以上
に加熱処理しなければならないという問題があった。
法では、加圧処理をする必要があるため加圧装置が必要
となる上に、接合できる形状に制約を受けるという問題
の他に、固相接合ではあるものの、やはり500℃以上
に加熱処理しなければならないという問題があった。
合材料の接合方法が有する課題に鑑みなされたものであ
って、その目的は、金属−セラミックス複合材料同士
を、あるいは金属−セラミックス複合材料と金属材料と
を加熱処理しなくても簡単に接合できる接合方法を提供
することにある。
を達成するため鋭意研究した結果、接合すべき複合材料
同士を、あるいは接合すべき複合材料と金属材料とをF
riction Stir Welding法(以下F
SW法と称す)により接合すれば、加熱処理しなくても
簡単に接合することができるとの知見を得て本発明を完
成するに至った。
たは繊維を強化材し、アルミニウムまたはアルミニウム
合金をマトリックスとする金属−セラミックス複合材料
同士の接合方法であって、該複合材料が、セラミックス
粉末または繊維の含有率を30体積%以下とし、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金の組成をSiを12重量
%以下、Mgを5重量%以下とする複合材料であり、そ
の複合材料同士をFSW法により接合することを特徴と
する金属−セラミックス複合材料同士の接合方法(請求
項1)とし、(2)セラミックス粉末または繊維を強化
材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリ
ックスとする金属−セラミックス複合材料と金属材料と
の接合方法であって、該複合材料が、セラミックス粉末
または繊維の含有率を30体積%以下とし、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金の組成をSiを12重量%以
下、Mgを5重量%以下とする複合材料であり、該金属
材料が、その材質をアルミニウムまたはアルミニウム合
金とする金属材料であり、その複合材料と金属材料とを
FSW法により接合することを特徴とする金属−セラミ
ックス複合材料と金属材料との接合方法(請求項2)と
することを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
ックス複合材料同士の接合方法としては、接合すべき複
合材料をセラミックス粉末または繊維の含有率を30体
積%以下とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金の
組成をSiを12重量%以下、Mgを5重量%以下とす
る複合材料とし、その複合材料同士をFSW法により接
合する接合方法とした(請求項1)。
と、軽合金 第50巻 第4号 (2000)、pp.
166−172に紹介されている通りであるが、その接
合の一例を図1で示すと、先ず接合すべき材料の接合面
同士を突き合わせて拘束し固定する。通常はぴったりと
突き合わせられず、多少のギャップが生じるが、多少の
ギャップがあっても構わない。その突き合わせ部の上面
に回転ツールのピンを押し当てると、ピンの回転により
発生した摩擦熱によりその部分が軟化され、それに合わ
せてピンを接合材内部に接合材底面まで押し込むと、ピ
ンの周りがさらに軟化され、ピンを移動させることがで
きるようになり、接合面に沿ってピンを移動させる。そ
の際生じた塑性流動によりピンの後ろ側の接合部が接合
されることとなる。このように、この方法は、加熱しな
くても接合することができる方法であり、また、接合す
る雰囲気に関係なく接合することができる方法でもあ
る。
しては、強化材であるセラミックス粉末または繊維の含
有率を30体積%以下とする複合材料とした。セラミッ
クス粉末または繊維の含有率を30体積%以下としたの
は、30体積%より高いと複合材料中のアルミニウムま
たはアルミニウム合金の割合が少なく、そのため、塑性
流動を起こし難く、接合が不完全となることによる。
アルミニウム合金としては、Siが12重量%以下、M
gが5重量%以下のアルミニウムまたはアルミニウム合
金とした。Siを12重量%以下、またはMgを5重量
%以下としたのは、Siが12重量%より多いと、また
はMgが5重量%より多いと、アルミニウム合金が硬く
脆くなり、接合強度が低くなって好ましくないことによ
る。
材料との接合方法としては、接合すべき複合材料をセラ
ミックス粉末または繊維の含有率を30体積%以下と
し、アルミニウムまたはアルミニウム合金の組成をSi
を12重量%以下、Mgを5重量%以下とする複合材料
とし、接合すべき金属材料をその材質をアルミニウムま
たはアルミニウム合金とする金属材料とし、その複合材
料と金属材料とをFSW法により接合する接合方法とし
た(請求項2)。
一方の金属材料の方は、その材質をアルミニウムまたは
アルミニウム合金とした。金属材料の材質をアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金としたのは、アルミニウム系
の金属でないと塑性流動を起こさない、あるいは塑性流
動を起こしても接合がうまくいかないことによる。
述べると、先ず複合材料としては、強化材であるセラミ
ックス粉末または繊維の含有率が30体積%以下で、マ
トリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金
の組成がSiを12重量%以下、Mgを5重量%以下と
する複合材料を用意する。一方、金属材料としては、そ
の材質をアルミニウムまたはアルミニウム合金とする金
属材料を用意する。
要があれば、その接合面を機械加工などにより接合し易
くしておく。次いで、用意した複合材料同士を、あるい
は複合材料と金属材料とをその接合面を突き合わせて枠
などで拘束して固定する。その拘束した複合材料同士
を、あるいは複合材料と金属材料とをFSW法で接合す
る。
クス複合材料同士を、あるいは金属−セラミックス複合
材料と金属材料とを加熱処理しなくても簡単に接合でき
る接合方法とすることができる。
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
−10Si−3Mg組成を有するアルミニウム合金を用
意する。このアルミニウム合金を750℃で溶解し、こ
れにSiC粉末(信濃電気精錬社製、平均粒径10μ
m)を複合材料中の含有率が20体積%となるよう、攪
拌しながら添加し冷却して複合材料を作製した。
300×5mmの板を2枚作製し、接合すべき5mmの
接合面を突き合わせて固定した。それを図1に示すよう
に回転ツールでFSW法により接合し複合材料同士の接
合体を作製した。
mの試験片を切り出し、この試験片で下部スパン30m
m、上部スパン10mmの4点曲げ試験を行って接合強
度の代替となる曲げ強度を求めた。その結果を表1に示
す。
合金を用意する。このアルミニウム合金から200×3
00×5mmの板を作製し、これと実施例1で作製した
200×300×5mmの板とを接合すべき5mmの接
合面を突き合わせて固定した。これを実施例1と同様に
して複合材料と金属材料との接合体を作製した。
mの試験片を切り出し、この試験片で実施例1と同様に
曲げ強度を求めた。その結果も表1に示す。
は、SiC粉末の含有率を40体積%とした他は、比較
例2、3では、アルミニウム合金の組成を表1にした他
は、実施例1と同様に接合体を作製し、評価した。それ
らの結果も表1に示す。
も全て150MPa以上の高い曲げ強度を有する接合体
が得られている。このことは、金属−セラミックス複合
材料であっても、複合材料中の強化材の含有率とマトリ
ックスの組成を特定すれば、あるいは金属材料の材質を
特定すれば、FSW法で接合しても強固に接合される接
合体となり、その結果、加熱処理しないでも簡単に接合
できる接合方法となることを示している。
SiC粉末の含有率が高すぎたので、接合できず、比較
例2では、アルミニウム合金中のSiの含有量が多すぎ
たので、曲げ強度が大幅に低下し、比較例3では、比較
例2と同様アルミニウム合金中のMgの含有量が多すぎ
たので、曲げ強度が大幅に低下した。
ば、加熱処理しなくても簡単に強固に接合できる接合方
法とすることができるようになった。このことにより、
金属−セラミックス複合材料同士を、あるいは金属−セ
ラミックス複合材料と金属材料とを加熱処理しなくて
も、また、接合雰囲気に影響されなく室温大気中または
水中でも簡単に接合することができるようになった。
Claims (2)
- 【請求項1】 セラミックス粉末または繊維を強化材と
し、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリック
スとする金属−セラミックス複合材料同士の接合方法で
あって、該複合材料が、セラミックス粉末または繊維の
含有率を30体積%以下とし、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金の組成をSiを12重量%以下、Mgを5
重量%以下とする複合材料であり、その複合材料同士を
Friction Stir Welding法により
接合することを特徴とする金属−セラミックス複合材料
同士の接合方法。 - 【請求項2】 セラミックス粉末または繊維を強化材と
し、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリック
スとする金属−セラミックス複合材料と金属材料との接
合方法であって、該複合材料が、セラミックス粉末また
は繊維の含有率を30体積%以下とし、アルミニウムま
たはアルミニウム合金の組成をSiを12重量%以下、
Mgを5重量%以下とする複合材料であり、該金属材料
が、その材質をアルミニウムまたはアルミニウム合金と
する金属材料であり、その複合材料と金属材料とをFr
iction Stir Welding法により接合
することを特徴とする金属−セラミックス複合材料と金
属材料との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000220196A JP2002035965A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | 金属−セラミックス複合材料同士または金属−セラミックス複合材料と金属材料との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000220196A JP2002035965A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | 金属−セラミックス複合材料同士または金属−セラミックス複合材料と金属材料との接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002035965A true JP2002035965A (ja) | 2002-02-05 |
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| JP2000220196A Pending JP2002035965A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | 金属−セラミックス複合材料同士または金属−セラミックス複合材料と金属材料との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002035965A (ja) |
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2000
- 2000-07-21 JP JP2000220196A patent/JP2002035965A/ja active Pending
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