(57)【要約】      （修正有）【課題】摩擦攪拌接合により形成される接合部の強度低下を抑制することができる摩擦攪拌接合方法、及び接合材を提供すること。【解決手段】摩擦攪拌接合方法では、被接合材同士の突合せ部２に強化材料４を配置し、接合工具３を被接合材同士の突合せ部に挿入して回転させつつ突合せ部に沿って移動させる。強化材料は、ボロン系、炭化ケイ素系、炭素系、アルミナ系の繊維又はウィスカである。強化材料のウィスカは直径が０．０２〜１．５μｍ、長さが３〜２００μｍである。強化材料の繊維は直径が１〜２５０μｍである。このような摩擦攪拌接合方法によって得られる接合材である。強化材料が、被接合材同士の接合部において、１０〜３０ｖｏｌ％の割合で均一に分布している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合材同士の突合せ部に強化材料を配置し、接合工具を上記被接合材同士の突合せ部に挿入して回転させつつ該突合せ部に沿って移動させ、上記被接合材同士が接合して成る接合材を得る、ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
上記被接合材が、形材、板材又は中空パネルであることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
上記強化材料が、ボロン系、炭化ケイ素系、炭素系、アルミナ系の繊維又はウィスカであることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
上記強化材料が、連続繊維、短繊維又は粒子状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
上記強化材料のウィスカは、直径が０．０２〜１．５μｍ、長さが３〜２００μｍであることを特徴とする請求項３に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】
上記強化材料の繊維は、直径が１〜２５０μｍであることを特徴とする請求項３に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の摩擦攪拌接合方法によって得られる接合材であって、
上記強化材料が、上記被接合材同士の接合部において、１０〜３０ｖｏｌ％の割合で均一に分布していることを特徴とする接合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合方法及び接合材に係り、更に詳細には、接合部の強度低下を抑制できる摩擦攪拌接合方法、及びこれを用いた接合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アーク溶接等に比べて簡単に金属材料から成る被接合材同士を接合できる摩擦攪拌接合が注目されている。
この摩擦攪拌接合は、図１に示されるように、互いに端面を突合せ且つ定盤上に拘束した一対のアルミニウム合金やマグネシウム合金等の被接合材１の突合せ部２に、接合工具３を挿入して回転させつつ突合せ部２に沿って移動させることにより、被接合材１の突合せ部２を摩擦熱により発熱、軟化させて塑性流動させ、固相接合する方法である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−５２７７１号公報
【０００３】
しかし、このような摩擦攪拌接合においては、一般に６０００系アルミニウム合金のような時効硬化型合金を摩擦攪拌接合した場合、攪拌部は母材に比べて４０％程度軟化するため、接合強度が低下するという不具合を生ずるおそれがあった。
【０００４】
また、被接合部の隙間に粉末を充填する方法として、被接合部の突合せ部に生じるギャップに粉末状接合材料を充填し、摩擦攪拌接合することによりギャップを埋め、高い継手強度を得る方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、この方法で用いる粉末は純アルミ又はアルミ合金であり、ギャップに伴う接合強度低下は抑止できるが、熱軟化に伴う接合強度低下は抑止できない。
【特許文献２】特開２００３−１２６９７０号公報
【０００５】
更に、被接合部の隙間に粉末を充填する方法として、長尺の被接合部の突合せ部に生じるギャップにアルミ粒子体を充填し、隙間を埋めることで、平滑性の低下、接合部の接合強度低下を防止する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
しかし、この方法では、粒子としてアルミ合金を用いているため、ギャップに伴う接合強度低下は抑止できるが、熱軟化に伴う接合強度低下は抑止できない。
【特許文献３】特開２００１−２０５４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、従来の摩擦攪拌接合方法においては、接合部（攪拌部）の強度低下の抑制が必ずしも十分ではないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、摩擦攪拌接合により形成される接合部の強度低下を抑制することができる摩擦攪拌接合方法、及び接合材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、強化材料の種類及び量などと継手強度の関係を詳細に検討したところ、所定の強化材料を配置して摩擦攪拌接合を行うことにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明の摩擦攪拌接合方法は、被接合材同士の突合せ部に強化材料を配置し、接合工具を上記被接合材同士の突合せ部に挿入して回転させつつ該突合せ部に沿って移動させ、上記被接合材同士が接合して成る接合材を得る、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の摩擦攪拌接合方法の好適形態は、上記強化材料が、ボロン系、炭化ケイ素系、炭素系、アルミナ系の繊維又はウィスカであることを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明の接合材は、上述の如き摩擦攪拌接合方法によって得られる接合材であって、
上記強化材料が、上記被接合材同士の接合部において、１０〜３０ｖｏｌ％の割合で均一に分布していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所定の強化材料を配置して摩擦攪拌接合を行うことすることとしたため、摩擦攪拌接合により形成される接合部の強度低下を抑制することができる摩擦攪拌接合方法、及び接合材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】
【００１３】
以下、本発明の摩擦攪拌接合方法につき詳細に説明する。なお、本明細書及び請求の範囲において、濃度、充填量及び含有量などについての「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１４】
上述の如く、本発明の摩擦攪拌接合方法では、被接合材同士の突合せ部に強化材料を配置し、接合工具を上記被接合材同士の突合せ部に挿入して回転させつつ、この突合せ部に沿って移動させ、被接合材同士を接合する。
【００１５】
ここで、被接合材としては、その形状及び材質は特に限定されるものではないが、接合対象となる双方の被接合材が同じ材質であることが好ましく、形状的には、形材、板材及び中空パネルを挙げることができる。
なお、このような被接合材の材質としては、摩擦攪拌接合で接合できるような材質であればよいが、具体的には、熱処理型アルミニウム合金、６Ｎ０１合金、６０６１合金、６０６３合金及び７０７５合金などを挙げることができる。
【００１６】
また、接合工具としては、上記の被接合材同士の突合せ部に挿入可能で回転可能なものであればよいが、具体的には、回転中心を有する突起部（円柱形状）を具備した工具が好ましく利用できる。
なお、突合せ部に沿った移動は、接合工具自体が移動してもよいが、被接合材同士を載置した定盤などが移動してもよいし、また両者が移動してもよいのは勿論である。
【００１７】
次に、強化材料の種類や添加量などにつき説明する。
かかる強化材料としては、ボロン系材料、炭化ケイ素系材料、炭素系材料、アルミナ系材料の繊維又はウィスカを用いることができる。
強化材料は攪拌部（接合部）を強化する目的で添加するため、被接合材母材の合金よりも強度が高い必要がある。よって、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス、ウィスカとした。
【００１８】
また、強化材料の形状としては、ウィスカ以外にも、連続繊維、短繊維及び粒子状を挙げることができ、本発明ではいずれの形状であっても使用することができ、更には、これらを組み合わせて使用することも可能である。
【００１９】
なお、強化材料がウィスカの場合、その直径を０．０２〜１．５μｍ、長さを３〜２００μｍとることが好ましい。
ウィスカの直径や長さが上記範囲を逸脱すると、摩擦攪拌接合時において攪拌部に混合し難くなることがある。直径０．１〜１．０μｍ、長さ１０〜１００μｍとすることが更に好ましい。
【００２０】
一方、強化材料が繊維の場合、その直径を１〜２５０μｍとすることが好ましい。
直径が上記の範囲を逸脱すると、摩擦攪拌接合時において攪拌部に混合し難くなることがある。直径を１０〜２０μｍとすることが更に望ましい。
【００２１】
本発明の摩擦攪拌接合方法においては、接合部（攪拌部）対し、上述の強化材料を１０〜３０ｖｏｌ％の割合で用いることが好ましい。
強化材料は攪拌部を強化すべく配置されるが、その使用割合（混合割合）が１０％未満では、接合強度が被接合材（母材）よりも弱く、また３０ｖｏｌ％を超えると、母材強度を超えるため、これ以上混合しても接合強度の増加は望めない。
また、強化材料の混合割合は、攪拌部の体積に対し１５〜２５ｖｏｌ％とすることが更に好ましい。
【００２２】
なお、本発明においては、被接合材同士の突合せ部に強化材料を配置して摩擦攪拌接合を行うが、これにより、配置された強化材料は攪拌部に混合され、攪拌部が金属基複合材料となり軟化が抑制されるため、接合強度低下などの不具合の発生が抑制されるものと思われる。
【００２３】
次に、本発明の接合材について説明する。
本発明の接合材は、上述のような摩擦攪拌接合方法によって得られる接合材である。また、被接合材同士の接合部において、上記強化材が１０〜３０ｖｏｌ％の割合で均一に分散しているものである。
なお、この接合材の具体例としては、各種パネル、形材、板材、その他の部材を挙げることができる。
【００２４】
以上のように、本発明所定の強化材料を摩擦攪拌接合に適用すれば、高強度な接合継手が形成可能であり、その構造全体の特性を向上させることができる。
よって、本発明は、軽量化が要求される分野、例えば自動車業界において、アルミニウム合金材の適用範囲を広げ得るものであり、有用性が高い。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２６】
（実施例及び比較例）
アルミニウム合金（Ａ６Ｎ０１−Ｔ５）製の板材（縦１５０×横２００×厚さ２．０ｍｍ）を２枚突合せ、その突合せ部に、強化材料としての炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウィスカ（直径１．０μｍ、長さ１５０μｍ）を配置し、ＳＫＤ６１製の段付き接合工具を用いて摩擦攪拌接合を行い、アルミニウム合金製継手を作製した。
なお、攪拌部への強化材料の使用割合は、体積率で０％（比較例）〜４０％とした。
【００２７】
［性能評価］
上記各例の突合せ接合継手を幅４０ｍｍに加工した後、引張試験を行い、継手強度を評価した。得られた結果を図２に示す。なお、図２では、横軸に強化材料体積率、縦軸に継手強度をとっている。
【００２８】
図２より、強化材料体積率の増加に伴い、継手強度は向上し、体積率１０％以上では母材強度と同等となり、それ以上の体積率では継手強度が一定となることが明らかとなった。以上のことからも、強化材料体積率は１０〜３０％が望ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】摩擦攪拌接合の様子を示す斜視図である。
【図２】母材強度と強化材体積率との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１    被接合材
２    突合せ部
３    接合工具
４    強化材料
【図１】
2007245200.tif 000003
【図２】
2007245200.tif 000004