(57)【要約】【課題】温度５００℃以上でその硬度がビッカース硬度Ｈｖ６００（ロックウェル硬度ＨＲＣ５５）程度確保でき、かつ、プローブの先端部のみを再生産することを簡便に可能とするＮｉ基合金、それを用いた摩擦撹拌接合用ツール及びその製造方法を提供する。【解決手段】摩擦撹拌接合用ツール１に、２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の成分範囲のＡｌ、１４ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下の成分範囲のＴａ、１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下の成分範囲のＶ、０．００３ｗｔ％以上０．０１ｗｔ％以下の成分範囲のＢ、及び残部のＮｉから成って、ＮｉとＡｌとの金属間化合物から成る相及びＮｉとＶとの金属間化合物から成る相を有する２重複相組織を呈するＮｉ基合金を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の成分範囲のＡｌ、１４ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下の成分範囲のＴａ、１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下の成分範囲のＶ、０．００３ｗｔ％以上０．０１ｗｔ％以下の成分範囲のＢ、及び残部のＮｉから成って、前記Ｎｉと前記Ａｌとの金属間化合物から成る相及び前記Ｎｉと前記Ｖとの金属間化合物から成る相を有する２重複相組織を呈するＮｉ基合金。
【請求項２】
摩擦撹拌接合時に加工対象部品に対して侵入自在なプローブを備え、
前記プローブは、請求項１に記載のＮｉ基合金を含む摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項３】
前記プローブは、プローブ本体と、前記プローブ本体上に積層された先端層と、を有して、前記先端層は、前記Ｎｉ基合金から成る請求項２に記載の摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項４】
前記先端層は、前記摩擦撹拌接合時に前記加工対象部品に対して侵入する部分である請求項２又は３に記載の摩擦撹拌接合用ツール。
【請求項５】
２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の成分範囲のＡｌ、１４ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下の成分範囲のＴａ、１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下の成分範囲のＶ、０．００３ｗｔ％以上０．０１ｗｔ％以下の成分範囲のＢ、及び残部のＮｉから成る原料金属粉末を用意する工程と、
前記原料金属粉末を搬送ガスに混入して本体部材の端部に噴出自在であると共に、前記本体部材の前記端部にレーザ光を照射自在なレーザデポジション装置のノズル部材を、前記本体部材の前記端部に対向して配置する工程と、
前記ノズル部材から、前記原料金属粉末を噴出すると共に前記レーザ光を照射しながら、前記ノズル部材を前記本体部材の前記端部に沿って移動する工程と、
前記ノズル部材を前記本体部材の前記端部に沿って移動する前記工程が完了した後に、形成された前記本体部材の肉盛り層に対して溶体化処理を行う工程と、
を備えた請求項２から４のいずれかに記載の摩擦撹拌接合用ツールを製造する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｉ基合金、それを用いた摩擦撹拌接合用ツール及びその製造方法に関し、特に、高温下での耐摩耗性に優れたＮｉ基合金、それを用いた摩擦撹拌接合用ツール及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄板やＡｌ板等の複数の金属板から成る加工対象部品における所定の接合部位を高速で回転するプローブで摩擦撹拌して、その金属板同士を接合する摩擦撹拌接合装置が提案されてきており、自動車等の移動体の強度部品においても、摩擦撹拌接合装置で接合された接合部を有する構成が実現されるようになってきている。
【０００３】
かかる摩擦撹拌接合装置では、加工対象部品に挿入したプローブを高速回転しながら加工対象部品に対して相対移動して、所定の部位を接合していくものであるから、プローブは、耐熱性や強度が高い材料から構成されることが重要である。
【０００４】
かかる状況下で、特許文献１は、摩擦撹拌接合装置に関するものではないが、Ｎｉ基超合金に対して異種金属である鉄鋼材料を溶接により接合するに際して、両者を溶け合わせた金属とＮｉ基超合金との境界に割れの無い健全な溶接継手を得ることが可能であるＮｉ基超合金に対する鉄鋼材料の溶接方法及び溶接継手を提供することを目的とし、Ｎｉ基超合金であるタービン翼車４と、鉄鋼材料であるロータ軸２とを各々の境界部で溶接により互いに溶け合わせて接合するに際して、電子ビームＥＢの照射位置を制御して、タービン翼車４のＮｉ基超合金とロータ軸２の鉄鋼材料との境界部で互いに溶け合わせて成る溶接金属６の混合比を０．５〜０．８とした構成を開示する。
【０００５】
また、特許文献２も、摩擦撹拌接合装置に関するものではないが、Ｎｉ基超合金に対して異種金属である鉄鋼材料を溶接により接合するに際して、両者を溶け合わせた金属とＮｉ基超合金との境界に割れの無い健全な溶接継手を得ることが可能であるＮｉ基超合金に対する鉄鋼材料の溶接方法及び溶接継手を提供することを目的として、Ｎｉ基超合金であるタービン翼車４と、鉄鋼材料であるロータ軸２とを各々の境界部で溶接により互いに溶け合わせて接合するに際して、タービン翼車４のＮｉ基超合金及びロータ軸２の鉄鋼材料を溶け合わせた溶接金属６と、タービン翼車４との境界部分に対して、電子ビームＥＢを周期的に偏向させつつ照射する構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−６１４９８号公報
【特許文献２】特開２０１２−６１４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、本発明者の検討によれば、Ａｌ合金同士を摩擦撹拌接合する際には、Ａｌ合金は変形抵抗が低いため、摩擦撹拌接合用ツールには熱間工具鋼等が用いられている。ところが、近年の車体設計の多様化等の観点から、Ａｌ合金に高張力鋼板を組み合わせるといった異材接合が求められる要請が強くなっている。かかるＡｌ合金及び高張力鋼板に対して、摩擦撹拌接合用ツールのプローブを挿入させて高速回転しながら撹拌する場合には、その撹拌部の温度が５００℃以上になる。かかる温度になると、熱間工具鋼の焼き戻し温度を超えるため、その硬さは急激に減少して摩耗が激しくなる傾向にある。
【０００８】
一方で、特許文献１及び特許文献２に開示されるように、ジェットエンジンなどのタービン翼車では、Ｎｉ基超合金を用いることが提案されており、かかるＮｉ基超合金としては、具体的にはＭａｒ−Ｍ材であるＭａｒ−Ｍ２４６等が用いられことが開示されている。
【０００９】
Ｍａｒ−Ｍ２４６の化学成分は、Ｃが０．１５ｗｔ％、Ｃｒが９ｗｔ％、Ｃｏが１０ｗｔ％、Ｍｏが２．５ｗｔ％、Ｗが１０ｗｔ％、Ｔａが１．５ｗｔ％、Ｔｉが１．５ｗｔ％、Ａｌが５．５ｗｔ％、及び残部のＮｉから成るものであり、かかるＭａｒ−Ｍ２４６は、タービン翼車に使用できるものであるため、確かに耐熱性には優れている。
【００１０】
しかしながら、Ｍａｒ−Ｍ２４６は、その硬さがビッカース硬度Ｈｖ４００（ロックウェル硬度ＨＲＣ４１）程度と低いものであるために、Ａｌ合金及び高張力鋼板に対して摩擦撹拌接合するプローブにＭａｒ−Ｍ２４６を用いた場合には、その摩耗が大きくなってしまう。
【００１１】
つまり、現状では、Ｎｉ基超合金の耐熱性は維持したままでその硬度をより向上したＮｉ基合金、具体的には温度５００℃以上でその硬度がビッカース硬度Ｈｖ６００（ロックウェル硬度ＨＲＣ５５）程度の新規な構造のＮｉ基合金が望まれている状況にある。
【００１２】
また、摩擦撹拌接合時に摩耗するプローブの部分は、Ａｌ合金及び高張力鋼板等から成る加工対象部材に挿入されるその先端部だけであるから、摩耗したプローブの先端部のみを再生産することが簡便に可能であれば、プローブ全体を再生産する必要が無くなり、その製造コストを下げることにより、摩擦撹拌接合のコストを低減することが可能となる。
【００１３】
よって、現状では、温度５００℃以上でその硬さがビッカース硬度Ｈｖ６００（ロックウェル硬度ＨＲＣ５５）程度確保でき、かつ、プローブの先端部のみを再生産することが簡便に可能である新規な構造のＮｉ基合金が望まれている状況にある。
【００１４】
本発明は、以上の検討を経てなされたもので、温度５００℃以上でその硬度がビッカース硬度Ｈｖ６００（ロックウェル硬度ＨＲＣ５５）程度確保でき、かつ、プローブの先端部のみを再生産することを簡便に可能とするＮｉ基合金、それを用いた摩擦撹拌接合用ツール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上の目的を達成すべく、本発明の第１の局面におけるＮｉ基合金は、２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の成分範囲のＡｌ、１４ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下の成分範囲のＴａ、１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下の成分範囲のＶ、０．００３ｗｔ％以上０．０１ｗｔ％以下の成分範囲のＢ、及び残部のＮｉから成って、前記Ｎｉと前記Ａｌとの金属間化合物から成る相及び前記Ｎｉと前記Ｖとの金属間化合物から成る相を有する２重複相組織を呈する。
【００１６】
また、本発明の第２の局面における摩擦撹拌接合用ツールは、摩擦撹拌接合時に加工対象部品に対して侵入自在なプローブを備え、前記プローブは、かかる第１の局面におけるＮｉ基合金を含む。
【００１７】
また、本発明は、かかる第２の局面に加え、前記プローブは、プローブ本体と、前記プローブ本体上に積層された先端層と、を有して、前記先端層は、前記Ｎｉ基合金から成ることを第３の局面とする。
【００１８】
また、本発明は、かかる第２又は第３の局面に加え、前記先端層は、前記摩擦撹拌接合
時に前記加工対象部品に対して侵入する部分であることを第４の局面とする。
【００１９】
また、本発明の第５の局面における摩擦撹拌接合用ツールの製造方法は、２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の成分範囲のＡｌ、１４ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下の成分範囲のＴａ、１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下の成分範囲のＶ、０．００３ｗｔ％以上０．０１ｗｔ％以下の成分範囲のＢ、及び残部のＮｉから成る原料金属粉末を用意する工程と、前記原料金属粉末を搬送ガスに混入して本体部材の端部に噴出自在であると共に、前記本体部材の前記端部にレーザ光を照射自在なレーザデポジション装置のノズル部材を、前記本体部材の前記端部に対向して配置する工程と、前記ノズル部材から、前記原料金属粉末を噴出すると共に前記レーザ光を照射しながら、前記ノズル部材を前記本体部材の前記端部に沿って移動する工程と、前記ノズル部材を前記本体部材の前記端部に沿って移動する前記工程が完了した後に、形成された前記本体部材の肉盛り層に対して溶体化処理を行う工程と、を備え、かかる第２から第４のいずれかの局面における摩擦撹拌接合用ツールを製造する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の局面における構成によれば、２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の成分範囲のＡｌ、１４ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下の成分範囲のＴａ、１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下の成分範囲のＶ、０．００３ｗｔ％以上０．０１ｗｔ％以下の成分範囲のＢ、及び残部のＮｉから成って、ＮｉとＡｌとの金属間化合物から成る相及びＮｉとＶとの金属間化合物から成る相を有する２重複相組織を呈することにより、温度５００℃以上でその硬度がビッカース硬度Ｈｖ６００（ロックウェル硬度ＨＲＣ５５）程度確保でき、かつ、摩擦撹拌接合用ツールのプローブの先端部のみを再生産することを簡便に可能とするＮｉ基合金を実現することができる。
【００２１】
また、本発明の第２の局面における構成によれば、摩擦撹拌接合時に加工対象部品に対して侵入自在なプローブが、かかる第１の局面におけるＮｉ基合金を含むことにより、温度５００℃以上でその硬度がビッカース硬度Ｈｖ６００（ロックウェル硬度ＨＲＣ５５）程度確保できるプローブを有する摩擦撹拌接合用ツールを実現することができる。
【００２２】
また、本発明の第３の局面における構成によれば、プローブが、プローブ本体と、プローブ本体上に積層された先端層と、を有して、先端層が、かかるＮｉ基合金から成ることにより、プローブの先端部のみを簡便に再生産することができる。
【００２３】
また、本発明の第４の局面における構成によれば、先端層が、摩擦撹拌接合時に加工対象部品に対して侵入する部分であることにより、摩擦撹拌接合時に消耗の生じる部分のみを簡便に再生産することができる。
【００２４】
また、本発明の第５の局面における構成によれば、温度５００℃以上でその硬度がビッカース硬度Ｈｖ６００（ロックウェル硬度ＨＲＣ５５）程度確保できるプローブを有する摩擦撹拌接合用ツールを確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態における摩擦撹拌接合用ツールの部分側面図である。
【図２】本実施形態の摩擦撹拌接合用ツールのプローブの先端層がレーザデポジションにより形成された状態の合金組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図３】本実施形態における摩擦撹拌接合用ツールのプローブの先端層がレーザデポジションにより形成された後に溶体化処理した状態の合金組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図４】本実施形態における摩擦撹拌接合用ツールのプローブのビッカース硬度を、比較例におけるものと対比して示すグラフであり、横軸は温度、及び縦軸はビッカース硬度である。
【図５】本実施形態における摩擦撹拌接合用ツールのプローブのクリープ耐用温度を、比較例におけるものと対比して示すグラフである。
【図６】本実施形態における摩擦撹拌接合用ツールのプローブにレーザデポジション法で先端層を形成する工程を示す模式図である。
【図７】本実施形態における摩擦撹拌接合用ツールのプローブに先端層が形成された状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態におけるＮｉ基合金、それを用いた摩擦撹拌接合用ツール及びその製造方法につき詳細に説明する。
【００２７】
まず、本実施形態におけるＮｉ基合金、及びそれを用いた摩擦撹拌接合用ツールの構成について、図１から図５を参照して、詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態における摩擦撹拌接合用ツールの部分側面図である。図２は、本実施形態の摩擦撹拌接合用ツールのプローブの先端層がレーザデポジションにより形成された状態の合金組織を示す光学顕微鏡写真である。図３は、本実施形態における摩擦撹拌接合用ツールのプローブの先端層がレーザデポジションにより形成された後に溶体化処理した状態の合金組織を示す光学顕微鏡写真である。図４は、本実施形態における摩擦撹拌接合用ツールのプローブのビッカース硬度を、比較例におけるものと対比して示すグラフであり、横軸は温度、及び縦軸はビッカース硬度である。また、図５は、本実施形態における摩擦撹拌接合用ツールのプローブのクリープ耐用温度を、比較例におけるものと対比して示すグラフである。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態における摩擦撹拌接合用ツール１は、摩擦撹拌接合時に典型的にはＡｌ合金及び高張力鋼板等から成り図示を省略する加工対象部材に挿入されて高速回転されるプローブ１０を備える。
【００３０】
プローブ１０は、典型的には熱間工具鋼製のプローブ本体１２と、プローブ本体１２上に形成されてＮｉ基合金製の先端層１４と、を備える。なお、プローブ１０の再生産を考慮しない場合には、先端層１４を省略して、プローブ本体１２自体をＮｉ基合金製としてもよく、かかる場合には、プローブ１０は精密鋳造法を用いて製造され得る。
【００３１】
プローブ本体１２は、図示を省略する摩擦撹拌接合装置側に固定されるホルダ１８に装脱自在及び回動自在に保持されると共に、摩擦撹拌接合装置の駆動部に接続されて加工対象部材に対して進退自在及び回転自在である。
【００３２】
先端層１４は、プローブ本体１２に対して一体成形されており、典型的にはレーザデポジション層を溶体化処理して形成された層であり、摩擦撹拌接合時に加工対象部材に挿入される部分である。微視的に見れば、プローブ本体１２と先端層１４との間には希釈層１６が存在するが、その厚さは微小であるため、プローブ１０の諸特性には影響を与えない。
【００３３】
詳しくは、先端層１４を構成するＮｉ基合金の化学成分は、２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の成分範囲のＡｌと、１４ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下の成分範囲のＴａと、１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下の成分範囲のＶと、０．００３ｗｔ％以上０．０１ｗｔ％以下の成分範囲のＢと、これらの化学成分と合わせて１００ｗｔ％となるように調整された残部のＮｉと、から成る。もちろん、かかる化学成分には、不可避の混合物が含まれることが許容される。
【００３４】
ここで、Ａｌの成分範囲を２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下、Ｔａの成分範囲を１４ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下、及びＶの成分範囲を１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下と各々規定したのは、詳しくは後述するＮｉ３Ａｌ相及びＮｉ３Ｖ相から成る２重複相組織が形成されるための成分範囲であるという理由によるもので、かかる条件から外れると、このような２重複相組織は実質的に発生しない。また、Ｂの成分範囲を０．００３ｗｔ％以上０．０１ｗｔ％以下と規定したのは、０．００３ｗｔ％未満ではいわゆる粒界強化の効果が得られないためであり、０．０１ｗｔ％を越えると却って不要な硼化物を形成してしまうという理由による。
【００３５】
更に、先端層１４のＮｉ基合金においては、Ｎｉ３Ａｌから成る析出相であるγ’相に加えて、Ｎｉ３Ｖから成る析出相であるγ”相が存在し（以下、かかるＮｉ基合金をＮｉ基超々合金という）、先端層１４は、これらの共析２相が強化相として機能する２重複相組織を有する。かかるγ’相及びγ”相は、典型的にはレーザデポジション層を溶体化処理して得られる。具体的には、単なるレーザデポジション層であると、図２に示すような固溶体の等軸粒組織である単相を呈するに過ぎないが、かかるレーザデポジション層を更にその溶融温度をわずかに下回る温度で溶体化処理すると、図３に示すようなγ’相及びγ”相が各々析出相として形成された２重複相組織を呈させ得るものである。なお、プローブ１０の再生産を考慮しない場合には、先端層１４を省略して、プローブ本体１２自体をＮｉ基合金製としてもよく、かかる場合には、プローブ１０は精密鋳造法により製造されるが、精密鋳造法のみでは２重複相組織が充分に得られないような事情に応じて、同様の溶体化処理をして２重複相組織を得てもよい。
【００３６】
つまり、一般的なＭａｒ−Ｍ２４６等のＮｉ基超合金は、Ｎｉ３Ａｌから成るγ’相による単相組織強化合金であるが、より先端層１４の合金の硬さを上げるためには、第２相の析出物を考えることが必要であるという観点から、合金の化学成分としてＶを１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下の成分範囲で添加している。かかるＶの添加により、Ｎｉ３Ｖから成るγ”相を析出させて、γ’相に加えてγ”相をも呈した２重複相組織を有するＮｉ基超々合金を実現したものである。
【００３７】
具体的には、図４に示すように、室温ＲＴにおいては、一般的なＮｉ基超合金であるＭａｒ−Ｍ２４６（図中×印でプロットする）に比較して、本実施形態のＮｉ基超々合金（図中黒丸印でプロットする）は、約１．５倍の硬さを実現している。Ａｌ合金及び高張力鋼板から成る加工対象部材を摩擦撹拌接合する際における５００℃以上の高温でも、本実施形態のＮｉ基超々合金の硬さの減少は緩やかな傾向を示し、Ｍａｒ−Ｍ２４６に比較して、本実施形態のＮｉ基超々合金は、約１．５倍以上（ビッカース硬度Ｈｖ２００以上）の硬さを維持している。また、図５に示すように、本実施形態のＮｉ基超々合金のクリープ耐用温度も、一般的なＮｉ基超合金であるＭａｒ−Ｍ２４６に比較して、約７０℃向上している。これにより、本実施形態のＮｉ基超々合金を適用したプローブ１０は、Ｍａｒ−Ｍ２４６を適用したプローブに比較して、その接合長を約７倍まで伸ばすことができた。
【００３８】
以下、本実施形態における摩擦撹拌接合用ツール１の製造方法について、更に、図６及び図７をも参照して、詳細に説明する。ここで、摩擦撹拌接合用ツール１の寿命限界は、加工対象部材に挿入されるプローブ１０の先端部分の摩耗で決まるため、プローブ１０の先端部分のみを再生産すれば、それは再度使用することができることに着目し、以下の製造方法は、プローブ本体１２上に先端層１４を形成するための構成例で説明する。
【００３９】
図６は、本実施形態における摩擦撹拌接合用ツールのプローブにレーザデポジション法で先端層を形成する工程を示す模式図である。また、図７は、本実施形態における摩擦撹
拌接合用ツールのプローブに先端層が形成された状態を示す側面図である。
【００４０】
図６に示すように、まず、熱間工具鋼製の本体部材１１２の上面に対向して、レーザデポジション装置２０のノズル部材２２を配置する。ノズル部材２２は、その中央部を上下に貫通する中央孔２４と、中央孔２４の周囲を取り囲んでノズル部材２２を上下に貫通する周辺孔２６と、を有する。
【００４１】
次に、ノズル部材２２の中央孔２４から、本体部材１１２の上面に向かってレーザ光Ｂを照射すると共に、ノズル部材２２の周辺孔２６から、本体部材１１２のレーザ光Ｂの照射部位に向かってＡｒガス等の不活性搬送ガスに混入された原料金属粉末２８を噴射しながら、本体部材１１２の全上面が走査されるように、ノズル部材２２を移動していく。この際、レーザ光Ｂが照射されると共に原料金属粉末２８が噴射される本体部材１１２の上面の部位には、原料金属粉末２８が溶融した溶融池１１３が形成され、ノズル部材２２を移動していくことに伴って、溶融池１１３は固化されて本体部材１１２の上面にエピタキシャル成長して肉盛りされた肉盛り層１１４となる。なお、肉盛り層１１４の下方には、希釈層１１６が形成されているが、その厚さは微小である。
【００４２】
ここで、原料金属粉末２８の化学成分は、２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の成分範囲のＡｌと、１４ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下の成分範囲のＴａと、１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下の成分範囲のＶと、０．００３ｗｔ％以上０．０１ｗｔ％以下の成分範囲のＢと、これらの化学成分と合わせて１００ｗｔ％となるように調整された残部のＮｉと、から成り、前述したＮｉ基超々合金の化学成分と同じである。
【００４３】
また、ノズル部材２２の走査速度は、３００ｍｍ／分以上８００ｍｍ／分以下の範囲が好ましい。というのは、走査速度が３００ｍｍ／分未満であると、本体部材１１２の上面に対する入熱が大きすぎ、逆に走査速度が８００ｍｍ／分を超えると、本体部材１１２の上面に対する入熱が少なすぎるため、かかる範囲が好ましいからである。レーザ光Ｂのパワーは、３００Ｗ以上２０００Ｗ以下の範囲が好ましい。というのは、レーザ光Ｂのパワーが３００Ｗ未満であると、本体部材１１２の上面の十分な溶融ができず、逆にレーザ光Ｂのパワーが２０００Ｗを超えると、本体部材１１２の上面が過剰に溶融するため、かかる範囲が好ましいからである。また、レーザ光Ｂのスポット径は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲が好ましい。というのは、レーザ光Ｂのスポット径が１ｍｍ未満であると、本体部材１１２の上面に対する照射面積が小さすぎて入熱が大きくなり過ぎ、逆にレーザ光Ｂのスポット径が３ｍｍを超えると、本体部材１１２の上面に対する照射面積が大きすぎて入熱が足りなくなるため、かかる範囲が好ましいからである。また、搬送不活性ガスのガス量は、５リットル／分以上２５リットル／分以下の範囲が好ましい。というのは、ガス量が５リットル／分未満であると、不活性ガス量が少なすぎ本体部材１１２の上面が酸化してしまい、逆にガス量が２５リットル／分を超えると、不活性ガスが無駄になりコストアップになるため、かかる範囲が好ましいからである。
【００４４】
次に、ノズル部材２２が本体部材１１２の全上面を走査し終わって、レーザ光Ｂの照射及び原料金属粉末２８の噴射を停止すると、図７に示すような、本体部材１１２上に微小厚さの希釈層１１６を介して肉盛り層１１４が形成されたプローブ予備体２００が得られる。かかる肉盛り層１１４の金属組織は、図２に示すような固溶体の等軸粒組織である単相を呈していた。
【００４５】
最後に、プローブ予備体２００に対して、１２８０℃の温度に３時間維持する溶体化処理を施す。この１２８０℃の温度は、プローブ予備体２００の温度を上昇させていった際に、それが溶融する温度の直前の温度として設定されたものである。かかる溶体化処理により、図１に示すような、本体部材１１２に対応するプローブ本体１２と、プローブ本体
１２上に形成され肉盛り層１１４に対応する先端層１４と、を備えたプローブ１０が得られる。かかる先端層１４の金属組織は、図３に示すようなＮｉ３Ａｌから成る析出相であるγ’相に加えてＮｉ３Ｖから成る析出相であるγ”相が存在する２重複相組織を成していた。
【００４６】
以上の本実施形態の構成によれば、２ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の成分範囲のＡｌ、１４ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下の成分範囲のＴａ、１０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下の成分範囲のＶ、０．００３ｗｔ％以上０．０１ｗｔ％以下の成分範囲のＢ、及び残部のＮｉから成って、ＮｉとＡｌとの金属間化合物から成る相及びＮｉとＶとの金属間化合物から成る相を有する２重複相組織を呈することにより、温度５００℃以上でその硬度がビッカース硬度Ｈｖ６００（ロックウェル硬度ＨＲＣ５５）程度確保でき、かつ、摩擦撹拌接合用ツール１のプローブ１０の先端部１４のみを再生産することを簡便に可能とするＮｉ基超々合金を実現することができる。
【００４７】
また、本実施形態の構成によれば、摩擦撹拌接合時に加工対象部品に対して侵入自在なプローブ１０が、かかるＮｉ基超々合金を含むことにより、温度５００℃以上でその硬度がビッカース硬度Ｈｖ６００（ロックウェル硬度ＨＲＣ５５）程度確保できるプローブ１０を有する摩擦撹拌接合用ツール１を実現することができる。
【００４８】
また、本実施形態の構成によれば、プローブ１０が、プローブ本体１２と、プローブ本体１２上に積層された先端層１４と、を有して、先端層１４が、かかるＮｉ基超々合金から成ることにより、プローブ１０の先端部１４のみを簡便に再生産することができる。
【００４９】
また、本実施形態の構成によれば、先端層１４が、摩擦撹拌接合時に加工対象部品に対して侵入する部分であることにより、摩擦撹拌接合時に消耗の生じる部分のみを簡便に再生産することができる。
【００５０】
なお、本発明は、構成要素の形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明においては、温度５００℃以上でその硬度がビッカース硬度Ｈｖ６００（ロックウェル硬度ＨＲＣ５５）程度確保でき、かつ、プローブの先端部のみを再生産することを簡便に可能とするＮｉ基合金、それを用いた摩擦撹拌接合用ツール及びその製造方法を提供することができるものであるため、その汎用普遍的な性格から広範に自動車等の移動体の強度部品等の摩擦撹拌接合の分野に適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【００５２】
１…摩擦撹拌接合用ツール
１０…プローブ
１２…プローブ本体
１４…先端層
１６…希釈層
１８…ホルダ
２０…レーザデポジション装置
２２…ノズル部材
２４…中央孔
２６…周辺孔
２８…原料金属粉末
１１２…本体部材
１１３…溶融池
１１４…肉盛り層
１１６…希釈層
２００…プローブ予備体
Ｂ…レーザ光
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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