(57)【要約】  【課題】  製造環境を限定されることなく、前記金属母材と前記異材金属の境界面に不純物や酸素が介在せず、異種金属の接合面に合金等の金属間化合物が生成されたり金属母材が変形したりすることなく、前記金属母材の必要な部分に限定的に異材金属を接合することができるクラッド材の製造方法を提供することができる。  【解決手段】  金属母材２の表面に金属母材２とは異なる金属（異材金属）板３を配置し、異材金属板３の厚みより短い突起１２のある工具１を回転させながら異材金属板３側より挿入し、工具１を回転させつつ移動させ、摩擦撹拌することで前記金属母材と前記異材金属を境界で互いに拡散させて接合するものであり、工具１は先端１２１が金属母材２と異材金属板３の境界近傍になるように挿入されることを特徴とするクラッド材の製造方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属母材の表面に金属母材とは異なる金属（異材金属）板を配置し、
前記異材金属を前記金属母材に固定した状態で該異材金属板の厚みより短い突起のある工具を回転させながら該異材金属板側より挿入し、前記工具を回転させつつ移動させ、摩擦撹拌することで前記金属母材と前記異材金属を境界で互いに拡散させて接合するものであり、
前記工具は先端が前記金属母材と前記異材金属板の境界近傍になるように挿入されることを特徴とするクラッド材の製造方法。
【請求項２】
前記工具の先端は前記金属母材に到達していないことを特徴とする請求項１に記載のクラッド材の製造方法。
【請求項３】
前記金属母材の表面に該金属母材を構成する金属又は前記異材金属の少なくとも一方を含む粉末を配置し、該粉末の上に前記異材金属を配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のクラッド材の製造法。
【請求項４】
前記金属母材の表面に凹凸を形成していることを特徴とする請求項３に記載のクラッド材の製造方法
【請求項５】
前記異材金属板を複数枚有し、該複数の異材金属板は積層されており各異材金属板の間には所定の性質を有する粉末を配置したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のクラッド材の製造方法。
【請求項６】
前記異材金属板は異材金属の粉末を板状に成型したものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のクラッド材の製造方法。
【請求項７】
前記金属粉末として、金属粉末を配置される場所の形状に合わせて成型したものであることを特徴とする請求項３から請求項６のいずれかに記載のクラッド材の製造方法
【請求項８】
金属母材の表面に金属母材とは異なる金属（異材金属）をスラリー状にしたものを配置し、
前記異材金属スラリーを前記金属母材に固定した状態で該異材金属スラリーの厚みより短い突起のある工具を回転させながら該異材金属スラリー側より挿入し、前記工具を回転させつつ移動させ、摩擦撹拌することで前記金属母材と前記異材金属スラリーを境界で拡散させて接合するものであり、
前記工具は先端が前記金属母材と前記異材金属スラリーの境界近傍にくるように挿入されることを特徴とするクラッド材の製造方法。
【請求項９】
前記工具の先端は前記金属母材に到達していないことを特徴とする請求項８に記載のクラッド材の製造方法。
【請求項１０】
脱酸素雰囲気中で製造することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のクラッド材の製造方法。
【請求項１１】
前記脱酸素雰囲気は真空であることを特徴とする請求項９に記載のクラッド材の製造方法。
【請求項１２】
前記脱酸素雰囲気は溶存酸素を含まない液体内であることを特徴とする請求項９に記載のクラッド材の製造方法。
【請求項１３】
前記脱酸素雰囲気は還元性溶液中であることを特徴とする請求項９に記載のクラッド材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる性質の金属を接合させることで異なる性質を併せ持つクラッド材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２つ以上の異なる性質を要求される部材が多く利用されている。２つ以上の異なる性質を要求される部材として例えば、圧力容器や配管をあげることができる。前記圧力容器や配管は高温水又は酸性度の高い液体接触する部分には高い耐食性が、外部は荷重に耐えることのできる強度が要求される。
【０００３】
このような複数の性質を有する金属材料として、クラッド材が広く採用されている。前記クラッド材は異なる２種以上の材料を接合させた材料であり、該クラッド材を製造する方法として、真空中で圧延する方法、爆着法等の種々の方法が知られている。
【０００４】
前記真空中での圧延法は金属母材上に金属母材とは異なる金属を重ね合わせて、両者を真空中で冷間圧延又は熱間圧延のいずれかで圧延するものである。前記爆着法は金属母材上に金属母材とは異なる金属を重ね合わせて火薬を爆発させ火薬の強大な爆発力で接着面を拡散させて接合するものである。
【０００５】
またアーク溶解による肉盛、溶射、めっき等を行い金属母材上に母材とは異なる金属の膜を形成する方法で異なる性質を有する材料を作成することができる。
【特許文献１】特開２００１−４７２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記真空中での圧延法でクラッド材を製造する場合、異種金属同士の合わせ面を研磨等によって清浄に保つ必要がある。また、異種金属の界面に酸素や窒素等の不純物が介在するのを防ぐために真空中で作業するが、大きな空間を真空にするのは非常に難しくそれだけ製造が困難である。また、熱間圧延を行う場合、金属材料が熱によって溶融し、金属間化合物が生成されることもある。
【０００７】
また、前記爆着法でクラッド材を製造する場合、火薬を爆発させることで金属を圧着するので、爆風に耐えることができる設備が必要であり、また、安全性に十分な配慮が必要である。
【０００８】
そして、前記圧延法及び前記爆着法によってクラッド材を製造する場合、異種金属の境界面への不純物や酸素が介在しやすく、不純物が介在した状態でクラッド材を製造した場合、該クラッド材の接合面の強度を十分に得ることができない。また、酸素が介在した状態でクラッド材を製造した場合、金属母材又は異材金属いずれかの金属酸化物が生成され、その金属酸化物が前記不純物となり接合面の強度を十分に得ることができない。また、上記の各方法では任意の部材の他部材と摺動する部分や、他部材が衝突する部分のみにクラッド材を形成することは難しい。
【０００９】
さらに、前記アーク溶解にて肉盛、溶射、及びめっき等で母材表面に金属母材とは異なる金属の膜を形成する場合、該金属の膜の膜厚は非常に薄い。前記アーク溶解にて肉盛、溶射するものの場合、膜厚を上げることが可能である。膜厚を上げる場合、アーク溶解によって溶解される金属（被溶解金属）は母材に付着するとき高温になっており、前記母材が加熱されて合金等の金属間化合物が生成されたり、著しく変形したりする。また、非溶融金属としてはアーク溶解しやすい金属、母材は被溶解金属が付着しても溶融しにくい金属等のように母材、非溶融金属の組み合わせが限定されてくる。
【００１０】
以上の問題を鑑みて本発明は、金属母材に該金属母材とは異なる性質を有する金属を接合してクラッド材とするためのクラッド材の製造方法であって、製造環境を限定されることなく、それだけ簡単、容易に異なる金属を強固に接合することができるクラッド材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また本発明は、金属母材に該金属母材とは異なる性質を有する金属を接合してクラッド材とするためのクラッド材の製造方法であって、前記金属母材と前記異材金属の境界面に不純物や酸素が介在せず、それだけ異種金属を強固に接合することができるクラッド材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
さらに本発明は、金属母材に該金属母材とは異なる性質を有する金属を接合してクラッド材とするためのクラッド材の製造方法であって、前記金属母材の必要な部分に限定的に異材金属を接合することができるクラッド材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また本発明は、金属母材に該金属母材とは異なる性質を有する金属を接合してクラッド材とするためのクラッド材の製造方法であって、異種金属の接合面に合金等の金属間化合物が生成されたり金属母材が変形したりすることなく異種金属を接合することができるクラッド材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】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、金属母材の表面に金属母材とは異なる金属（異材金属）板を配置し、前記異材金属を前記金属母材に固定した状態で該異材金属板の厚みより短い突起のある工具を回転させながら該異材金属板側より挿入し、前記工具を回転させつつ移動させ、摩擦撹拌することで前記金属母材と前記異材金属を境界で互いに拡散させて接合するものであり、前記工具は先端が前記金属母材と前記異材金属板の境界近傍になるように挿入されることを特徴とするクラッド材の製造方法を提供する。
【００１５】
この構成によると、製造環境を限定されることなく金属母材の表面に異材金属を接合することができる。製造環境を限定されないので、既存の金属構造物の表面に対して異材金属を接合させてクラッド材とすることも可能である。
【００１６】
さらにこの構成によると、回転工具を回転させつつ移動させることで金属母材に異材金属板を接合させるものであるので、回転工具の断面積及び移動長さを調整することで部分的に金属母材に異材金属板を接合するクラッド材を製造することができる。
【００１７】
さらに構成によると、金属母材及び異材金属いずれも融点以上の温度に熱しないで接合するので、金属母材と異材金属の接合部に金属間化合物が生成されたり、各金属に含まれる合金成分が析出したりするのを防ぎ、前記金属母材と前記異材金属が強固に接合されたクラッド材を製造することができる。
【００１８】
上記構成において、前記工具の先端は前記金属母材に到達していないものとしてもよい。
【００１９】
この構成によると前記回転工具の先端が金属母材を撹拌しないので、金属母材が反応しやすい金属で構成されている場合、該金属母材が過剰に反応して異材金属と金属間化合物を生成するのを防ぐことができる。
【００２０】
上記構成において、前記金属母材の表面に該金属母材又は前記異材金属の少なくとも一方を含む粉末を配置し、該粉末の上に前記異材金属を配置してもよい。
【００２１】
この構成によると、摩擦撹拌による前記異材金属の塑性流動が起こりやすくなり、それだけ、該異材金属が前記金属母材に拡散しやすく、前記金属母材と前記異材金属が強固に接合される。
【００２２】
上記構成において、前記金属母材の表面が凹凸に形成されていてもよい。
【００２３】
この構成によると、前記金属母材の表面が凹凸に形成されていることで該金属母材の表面が塑性流動を起こしやすく、また、凹凸に金属粉末が配置されるので撹拌性も高くなり、それだけ、簡単且つ容易に金属母材と異材金属を強固に接合することができる。
【００２４】
上記構成において、前記異材金属板を複数枚有し、該複数の異材金属板は積層されており各異材金属板の間には所定の性質を有する粉末を配置するものとしてもよい。
【００２５】
この構成によると、前記金属母材の性質と前記異材金属の性質以外の性質を有するクラッド材を製造することができる。このとき、各金属を溶融点以上の温度まで加熱しないので、合金等の金属間化合物が生成されたり、合金成分が析出したりすることを防ぐことができ、各金属の性質を有するクラッド材を製造することができる。
【００２６】
上記構成において、前記異材金属板は異材金属の粉末を板状に成型したものとしてもよい。
【００２７】
この構成によると、前記異材金属板は金属粉末を成型したものであり、粉末をそのまま用いるよりも運搬しやすい。また、金属粉末同士は弱い結合でつながっているので小さなエネルギで塑性流動を起こすので小さなエネルギでクラッド材を製造することができる。
【００２８】
上記構成において、金属粉末を配置場所の形状に合わせた形状に成型したものとしてもよい。
【００２９】
上記の粉末を板状及び所定の形状に成型する方法として、例えばＣＩＰ(Cold Isostatic Pressing（冷間等方圧加工法))を挙げることができる。また、ＣＩＰ以外にも金属の性質を変えることなく、固めることができる方法を広く採用することができる。
【００３０】
上記目的を達成するために本発明は、金属母材の表面に金属母材とは異なる金属（異材金属）をスラリー状にしたものを配置し、前記異材金属スラリーを前記金属母材に固定した状態で該異材金属スラリーの厚みより短い突起のある工具を回転させながら該異材金属スラリー側より挿入し、前記工具を回転させつつ移動させ、摩擦撹拌することで前記金属母材と前記異材金属スラリーを境界で拡散させて接合するものであり、前記工具は先端が前記金属母材と前記異材金属スラリーの境界近傍にくるように挿入されることを特徴とするクラッド材の製造方法を提供する。
【００３１】
この構成によると、前記金属母材上にスラリー状の異材金属を配置してクラッド材を製造するので、該金属母材の表面形状が複雑な形状であっても容易に該異材金属を配置することができ、それだけ多くの金属部材を前記金属母材としてクラッド材を製造することが可能である。
【００３２】
上記構成において、前記工具の先端は前記金属母材に到達していないものであってもよい。
【００３３】
上記各構成において、クラッド材を脱酸素雰囲気中で製造してもよい。
【００３４】
このようにすることで、前記金属母材と前記異材金属の間に酸素が介在するのをより厳しく制限することができる。それによって、前記金属母材と前記異材金属を強固に接合したクラッド材を製造することが可能である。
【００３５】
上記構成において、脱酸素雰囲気は真空、溶存酸素を含まない液体内、還元性溶液中等を例示することができる
【発明の効果】
【００３６】
本発明によると、金属母材に該金属母材とは異なる特性の金属を接合してクラッド材とするためのクラッド材の製造方法であって、製造環境を限定されることなく、それだけ簡単、容易に異なる金属を強固に接合することができるクラッド材の製造方法を提供することができる。
【００３７】
また本発明によると、金属母材に該金属母材とは異なる特性の金属を接合してクラッド材とするためのクラッド材の製造方法であって、前記金属母材と前記異材金属の境界面に不純物や酸素が介在せず、それだけ異種金属を強固に接合することができるクラッド材の製造方法を提供することができる。
【００３８】
さらに本発明によると、金属母材に該金属母材とは異なる特性の金属を接合してクラッド材とするためのクラッド材の製造方法であって、前記金属母材の必要な部分に限定的に異材金属を接合することができるクラッド材の製造方法を提供することができる。
【００３９】
また本発明によると、金属母材に該金属母材とは異なる特性の金属を接合してクラッド材とするためのクラッド材の製造方法であって、異種金属の接合面に合金等の金属間化合物が生成されたり金属母材が変形したりすることなく異種金属を接合することができるクラッド材の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。図１（Ａ）〜（Ｄ）に本発明にかかるクラッド材の製造方法の概略図を示す。
【００４１】
図１各図に示すように本発明にかかるクラッド材Ｃ１の製造法は、円柱状の本体部１１の先端に本体部１１より小径で軸方向長さが後述の異材金属板３の厚さよりも短く形成されている接合用ピン１２とを有する回転工具１を用いて金属母材２と異材金属とを接合するものである。
【００４２】
図１（Ａ）に示すように金属母材２の表面に金属母材２とは異なる性質を有する金属（異材金属）板３を配置する。そして、図１（Ｂ）に示すように異材金属板３を金属母材２上に拘束した状態で回転工具１を回転させ、接合用ピン１２を異材金属板３に接触させる。異材金属板３の接合用ピン１２の接触部が接合用ピン１２の回転による摩擦熱で軟化すると接合用ピン１２を異材金属３に押し込む。このとき、回転工具１の本体部１１の肩部１３は異材金属板３に入り込むように押し込まれる。
【００４３】
その後、図１（Ｃ）に示すように回転工具１を回転させつつ、所定の方向（ここでは図中Ｘ軸方向）に回転工具１を平行移動させる。このとき、接合用ピン１２が常に異材金属板３の表面から等しい深さを保つように回転工具１を移動させる。回転工具１を回転させながら移動させることで、異材金属板３を構成する金属は摩擦熱及び塑性流動を利用して撹拌（摩擦撹拌）することができ、金属母材２中に異材金属板３を構成する金属を拡散することで接合する。
【００４４】
そして、回転工具１は所定長さだけ移動した後に、移動してきた方向（Ｘ方向）と直交する方向（図中Ｙ軸方向）に回転工具１の略直径分だけ移動し、その後、Ｘ軸方向に反対側に移動する。コレを繰り返すことで、金属母材２に異材金属板３を接合するクラッド材Ｃ１を製造することができる。
【００４５】
このようにして製造したクラッド材Ｃ１は金属母材２の性質を有するとともに、異材金属板を構成する金属が接合された面は異材金属の性質を備えており、異なる２つの性質を有する金属材料とすることができる。たとえば、金属母材２が高い強度を有する金属であり、異材金属板３を構成する金属が高い耐食性を有する金属である場合、これら２つの金属材が接合されたクラッド材は高い強度を有するとともに、異材金属板３が接合された面は高い耐食性を有する金属材料とすることができる。
【００４６】
また、回転工具１を回転しつつ移動させることで金属母材２と異材金属板３を接合するものであり、金属母材２及び異材金属板３の接合部には酸素等の金属を腐食させる物質が介在しない状態で接合するのでより強固な接合が可能である。
【００４７】
さらに、金属母材２及び異材金属板３の表面に酸化膜が形成されていても、摩擦撹拌により金属母材２及び異材金属板３の新生面同士が接触する状態になり、互いの金属への拡散が良好に行われる。境界面には金属母材及び異材金属板以外の物質が介在しないので、強固に接合することができる。
【００４８】
金属母材２及び異材金属板３を回転工具１を回転しつつ移動させて異材金属板３及び金属母材２を摩擦撹拌して接合するので、施工環境の雰囲気を真空等の特殊な状態に保つ必要がなく、既に設置されている金属部材を金属母材として表面に異材金属板を接合する場合に金属部材を取り外すことなく設置場所で施工することが可能である。
【００４９】
図２に回転工具を挿入した状態の断面図を示す。クラッド材Ｃ１を製造するときに回転工具１を金属母材２の表面に配置した異材金属板３の表面から挿入する。このとき、接合用ピン１２の先端部１２１が図２（Ａ）に示すように金属母材２と異材金属板３の境界Ｂの手前まで到達しているもの、図２（Ｂ）に示すように金属母材２内部に到達しているものを例示できる。
【００５０】
異材金属２として反応しやすい金属を用いてクラッド材Ｃ１を製造する場合、図２（Ａ）に示すような接合用ピン１２の先端部１２１が金属母材２に到達しないように挿入する。回転工具１が回転することで接合用ピン１２の周囲では塑性流動が起こっているが、接合用ピン１２の先端１２１の近傍でも塑性流動が起こっており、反応しやすい金属の場合塑性流動が金属母材２の表層にも到達し、金属母材２の表層も活性化されることにより異材金属板３を構成する金属が容易に接合しやすくなる。これによって、金属母材２は撹拌されず金属母材２と異材金属板３の過剰な反応による金属間化合物の発生を抑えることができ、界面の強度を高くすることができる。
【００５１】
また、異材金属２として反応しにくい金属を用いてクラッド材を製造する場合、図２（Ｂ）に示すような接合用ピン１２の先端１２１を金属母材２に到達するように挿入する。このような反応しにくい金属を用いる場合、異材金属板３を構成する金属の塑性流動が接合用ピン１２の極めて近い部分でのみ起こっており、接合用ピン１２が金属母材２に達していないと金属母材２内部に異材金属板３を構成する金属の接合が不十分な場合がある。よって、異材金属が金属母材２と十分に接合するようにわずかに接合ピン１２の先端１２１が金属母材２内に食い込んだ状態で撹拌する。
【００５２】
図３に本発明にかかるクラッド材の製造方法を用いるときのクラッド材の概略断面図を示す。図３に示すクラッド材Ｃ２の製造方法では、金属母材２の上に異材金属板３を配置するものであるが、金属母材２と異材金属板３の間に異材金属板３を構成する金属の粉末からなる粉末層４を配置するものである。
【００５３】
図３に示すように金属母材２と異材金属板３の間に異材金属板３を構成する金属の粉末からなる粉末層４を配置することで、回転工具１を異材金属板３の内部で回転させると、異材金属板３を構成する金属が塑性流動するときに粉末層４も同様に流動し、粉末層４の粉末が異材金属板３と混合されることで、金属母材２と異材金属板３が接合される。
【００５４】
また、金属母材２及び異材金属板３の間に異材金属の粉末層４を配置することで、異材金属板３の厚さが変化したり、工具の押し込み量が変化したり等しても回転工具１の接合用ピン１２が金属母材２を撹拌することがなく、それだけ合金等の金属間化合物の生成を防止することが可能である。また、粉末層４は異材金属板３よりも撹拌性が高くそれだけ容易にクラッド材を製造することができる。
【００５５】
上記実施例では粉末層として異材金属板３を構成する金属の粉末を配置したものを例示しているがそれに限定されるものではなく、金属母材２を構成する金属の粉末でもよく、金属母材２を構成する金属の粉末及び異材金属板３を構成する金属の粉末を混ぜ合わせたものであってもよい。
【００５６】
図４に本発明にかかるクラッド材の製造方法を用いるときのクラッド材の概略断面図を示す。図４に示すクラッド材Ｃ３の製造方法では、金属母材２の表面２０が凹凸面に形成されており、凹凸２１の上に異材金属板３を構成する金属の粉末層４が配置され、粉末層４の上に異材金属板３が配置されている。
【００５７】
回転工具１の接合用ピン１２は異材金属板３側から押し込み金属母材２と異材金属板３との境界Ｂに到達する手前で止めた状態で、図１に示すように回転工具１を回転させつつ移動させる。異材金属板３では金属が塑性流動するときに粉末層４の金属も塑性流動する。粉末層４は金属母材２の表面上を塑性流動する。このとき、金属母材２の表面は凹凸２１が形成されているので塑性流動しやすく、それだけ異材金属板２を構成する金属及び粉末層４を構成する金属が接合しやすく強固に接合したクラッド材Ｃ３を製造することができる。
【００５８】
上記実施例では粉末層として異材金属板３を構成する金属の粉末を配置したものを例示しているがそれに限定されるものではなく、金属母材２を構成する金属の粉末でもよく、金属母材２を構成する金属の粉末及び異材金属板３を構成する金属の粉末を混ぜ合わせたものであってもよい。
【００５９】
図５に本発明にかかるクラッド材の製造方法を用いるときのクラッド材の概略断面図を示す。図５に示すクラッド材Ｃ４の製造方法では、異材金属板３Ａを２枚用いるものである。異材金属板３Ａは第１の異材金属板３１Ａと第２の異材金属板３２Ａを有しており、第１の異材金属板３１Ａと第２の異材金属板３２Ａの間には第１の金属粉末を配置した第１の粉末層４１Ａが形成されている。また、第２の異材金属板３１Ａと金属母材２との間には第２の金属粉末を配置した第２の粉末層４２Ａを配置している。
【００６０】
第１の異材金属板３１Ａ及び第２の異材金属板３２Ａはそれには限定されないがここでは同一の金属である。また、第１の金属粉末は異材金属板３Ａを構成する金属及び金属母材２を構成する金属とは異なる性質を有する金属にて構成されている。第２の金属粉末は異材金属板３Ａを構成する金属にて構成されている。
【００６１】
図５に示すように金属母材２の表面に第２の粉末層４２Ａが配置され、その上面に第１の異材金属板３１Ａと第２の異材金属板３２Ａの間に第１の粉末層４１Ａを挟んだ積層部材を第２の異材金属板３２Ａが第２の粉末層４２Ａと接触するように配置する。この状態で、回転工具１を回転させた状態で押し込んでいき、接合用ピン１２が第２の異材金属板３２Ａの第２の粉末層４２Ａとの境界近傍に到達するまで押し込む。このとき、回転工具１の本体部１１の肩部１３は第１の異材金属板３１Ａにめり込んでいる。
【００６２】
回転工具１が第１の異材金属板３１Ａ、第１の粉末層４１Ａ及び第２の異材金属板３２Ａに挿入した状態で回転しつつ移動することで、第１及び第２の異材金属板３１Ａ、３２Ａは塑性流動で撹拌されて第１及び第２の異材金属板３１Ａ、３２Ａが互いに接合する。またこのときに第１の粉末層４１Ａの金属粉末も撹拌されつつ第１及び第２の異材金属板３１Ａ、３２Ａに拡散して異材金属板３Ａに第１の金属粉末層４１Ａの金属粉末が分散し接合した状態になる。また、第２の異材金属板３２Ａが塑性流動することで第２の粉末層４２Ａの金属粉末と金属母材２とが塑性流動し第２の異材金属板３２Ａ及び第２の粉末層４２Ａを構成する金属が金属母材２内部に分散し、第２の異材金属板３２Ａと金属母材２とが接合される。このように製造することで、金属母材２と異材金属板３Ａ内部に第１の粉末層４１Ａを構成する金属が分散したものを接合することができる。
【００６３】
このように、第１及び第２の異材金属板３１Ａ、３２Ａを有し、異材金属板３１Ａ、３２Ａの間に異材金属板３１Ａ、３２Ａを構成する金属とは性質の異なる金属粉末の粉末層４Ａを形成しておき、摩擦撹拌することで製造されるクラッド材Ｃ４は、金属母材２の性質を有するとともに、異材金属板３Ａを構成する金属及び第１の粉末層４１Ａを構成する金属の性質をあわせもつことができる。たとえば、十分な強度を有する金属母材と耐食性を有する異材金属板と耐摩耗性を向上させることができる金属粉末を接合した場合、クラッド材は母材により十分な強度を確保することができるとともに、異材金属板が接合している面では高い耐食性及び耐磨耗性を確保することができる。
【００６４】
本実施例では第１の粉末層４１Ａは異材金属板３Ａを構成する金属とは異なる金属の粉末を用いているが、同じ金属の粉末を用いてもよい。また、異材金属板として第１の異材金属板３１Ａと第２の異材金属板３２Ａの２枚の間に第１及び第２の異材金属板３１Ａ、３２Ａを構成する金属とは異なる性質を有する金属粉末の粉末層４１Ａを有しているものを例に説明しているが、それに限定されるものではなく、さらに多くの異材金属板を用いてもよい。このとき、異材金属板の間に配置される粉末層を構成する金属は、それぞれ異なる性質を有する金属であってもよく、同じ性質を有する金属であってもよい。
【００６５】
図６に本発明にかかるクラッド材の製造方法を用いるときのクラッド材の概略断面図を示す。図６に示すクラッド材Ｃ５の製造方法では金属母材２Ｂが曲面状に形成されており、金属母材２Ｂの上面に異材金属板３Ｂが配置されている。
【００６６】
図６に示す異材金属板３Ｂは異材金属の粉末を冷間圧延法にて圧縮成型したものである。異材金属板３Ｂは圧縮成型によるものなので金属母材２Ｂの表面のように曲面部に配置しやすい。また、異材金属板３Ｂが圧縮成型で成型されているので回転工具１にて撹拌しやすく、それだけ、容易にクラッド材Ｃ５を製造することができる。また、異材金属板３Ｂを構成する金属の粉末を圧縮成型して異材金属板３Ｂを成型するので、異材金属板３Ｂを任意の形状に成型することができる。
【００６７】
本実施例では異材金属の粉末を冷間圧延法にて圧縮成型したものを例示しているが、それに限定されるものではなく、合金化したり、残留応力が発生したりしないで金属粉末を金属板に成型できる成型方法を広く採用することができる。
【００６８】
また、異材金属板にかえて、スラリー状に形成された異材金属スラリーを用いることもできる。金属母材の表面に異材金属スラリーは流動することができるので、金属母材の表面が平面以外の形状に形成されていても、容易に異材金属スラリーを略均一に配置することができる。
【００６９】
上述に示した各実施の形態は金属母材２（２Ｂ）に金属母材２（２Ｂ）とは異なる金属の異材金属板３（３Ａ）を配置して、回転工具１を回転させつつ移動させるだけで接合が行われるものであり、既に工場やプラントに設置された金属構造物を金属母材としてクラッド材を作る場合でも、金属構造物の設置場所にて施工することができる。また、部分的に撹拌し、接合することが可能である。
【００７０】
以上のような摩擦撹拌を用いたクラッド材の製造方法を真空中で行ってもよい。真空中で摩擦撹拌を行うことで金属母材と異材金属板の接合面に不要な気体、特に酸素が介在しない状態で摩擦撹拌することができるので撹拌される部分で金属の酸化物が精製するのを防ぐことができる。
【００７１】
同様に、金属母材及び異材金属板を、溶存酸素を有していない又は還元性のある液体中に浸けた状態で回転工具１を回転させつつ移動させることで、金属母材及び異材金属板を摩擦撹拌してもよい。液体中につけた状態で施工するので、施工環境を真空にしなくても撹拌部の酸化を防止することができるので簡単にクラッド材を製造することができる。
【００７２】
クラッド材としては、たとえば、金属母材は強度を確保するために鉄系の金属材料で形成されており、鉄系の金属母材の上に耐食性を上げるために異材金属としてアルミニウムを接合したものを挙げることができる。このクラッド材によると、腐食性の液体及び（又は）気体が接触する部分にはアルミニウムが接合された面をさらしておき、その他の部分は鉄系金属材料で形成して十分な強度を確保することができる。
【００７３】
金属母材及び異材金属を融点以上の温度まで加熱するものではないので、金属母材と異材金属の接合面で金属間化合物が形成されないので、接合面では脆化が起こりにくく強固に接合するクラッド材を製造することができる。また、溶融させないので母材金属及び異材金属それぞれの融点による条件を考慮する必要がないのであらゆる金属の組み合わせを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図（Ａ）〜図（Ｄ）は本発明にかかるクラッド材の製造方法の手順の斜視図である。
【図２】図（Ａ）、（Ｂ）は本発明にかかるクラッド材の製造方法に用いる回転工具の使用状態の断面図である。
【図３】本発明にかかるクラッド材の製造方法の一例を用いてクラッド材を製造している状態を示す断面図である。
【図４】本発明にかかるクラッド材の製造方法の一例を用いてクラッド材を製造している状態を示す断面図である。
【図５】本発明にかかるクラッド材の製造方法の一例を用いてクラッド材を製造している状態を示す断面図である。
【図６】本発明にかかるクラッド材の製造方法の一例を用いてクラッド材を製造している状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  回転工具
１１  本体部
１２  接合用ピン
１３  肩部
２  金属母材
２１  凹凸
３  異材金属板
４  粉末層
Ｃ１〜Ｃ５  クラッド材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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