(57)【要約】【課題】摩擦撹拌作用により作製した異種金属材料接合体を，接合界面で容易に分離し，接合前の異種金属材料ごとに分離する。【解決手段】摩擦撹拌作用により，接合面に脆弱な異種金属間化合物相を形成することなく接合した異種金属材料接合体に対し，大気中で加熱処理を行うことにより，当該接合界面近傍に，意図的に脆弱な異種金属間化合物相を形成し，当該化合物相の脆弱性を利用し，異種金属材料接合体に対する外部負荷により，異種金属間化合物相を優先的に破壊することにより，異種金属材料接合体を接合界面近傍で容易に破断させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦撹拌作用により作製した異種金属材料接合体に，大気中で加熱を行うことにより，接合界面近傍に異種金属材料反応相を形成する方法。
【請求項２】
請求項１記載の異種金属材料反応相の優先的な破壊により，異種金属材料接合体を接合面近傍で容易に破断させ，当該異種金属材料ごとの部材へと分離させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，溶融により接合界面に脆弱な異種金属間化合物を形成する異種金属材料の組合せに対して，摩擦撹拌法により，接合界面に脆弱な異種金属間化合物相を形成することなく接合した異種金属材料接合体に対して，同構造体廃棄時の分解・リサイクル法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，アルミニウム材への適用を中心に摩擦撹拌接合（Friction Stir
Welding）法による接合が知られている。
【０００３】
この摩擦撹拌接合法は，二つの部材を突合わせ，あるいは重ねて固定し，この突合せ部，または重ね部の上板表面に，回転ピンを押し込み，当該のピンを回転しながら移動することによって，固相状態にある塑性流動現象を生じさせて接合する方法である。（特許文献１）
【０００４】
最近，摩擦撹拌接合法について異種金属材料間への適用を目的として，以下の技術が開示されている。
【０００５】
鋼材とアルミニウム材を突合わせて，摩擦撹拌接合により接合する技術。（特許文献２）
【０００６】
これらの技術を用いると，異種金属の界面近傍に，脆弱な金属間化合物相を形成することなく，強固な接合を行うことが可能であり，広範囲の産業機器構造体創製への適用が可能である。
【０００７】
異種金属材料間摩擦撹拌接合体を有する産業機器構造体を破棄する際には，廃棄処理あるいはリサイクル使用等のため接合面を破断し，接合前の異種金属材料ごとに分離する必要がある。
【０００８】
しかし，強固な接合面を持つ異種金属材料間摩擦撹拌接合体を，接合前の異種金属材料ごとに分離するためには，機械的な切断あるいは溶断等の工程が必要となり，処理に要する工数及び処理費用が問題となる。
【０００９】
【特許文献１】特許２７１２８３８号公報  「摩擦溶接方法」
【特許文献２】特開２００４−２５５４２０号公報  「異種金属材の摩擦撹拌接合方法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は，摩擦撹拌作用により作製した異種金属材料接合体を，接合界面で容易に分離し，接合前の異種金属材料ごとに分離する方法を提供することを，目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１は，摩擦撹拌作用により，接合面に脆弱な異種金属間化合物相を形成することなく接合した異種金属材料接合体に対し，大気中で２００℃程度の加熱を行うことにより，当該接合界面近傍に，意図的に脆弱な異種金属間化合物相を形成するものである。
【００１２】
本発明の第２は，本発明の第１記載の異種金属間化合物相の脆弱性を利用し，異種金属材料接合体に対する外部負荷により，異種金属間化合物相を優先的に破壊することにより，異種金属材料接合体を接合界面近傍で容易に破断させるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は，摩擦撹拌接合法を用いて接合された異種金属材料を，界面近傍で容易に破断して，接合前の異種金属材料ごとに分離するために，簡便な最適の方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明による脆弱な異種金属間化合物相の効果的な形成は，１５０℃程度以上での加熱で得られ，より実際的には２００℃程度で行うことが好ましい。
【００１５】
形成された脆弱な異種金属間化合物相では，接合前の異種金属材料ごとに分離するための外部負荷は，例えば金属製ハンマーでの軽い打撃の程度でよい。
【実施例】
【００１６】
摩擦撹拌接合法を用いて接合された炭素鋼S45C／A6063合金接合試験体に対し，１７５℃または５００℃の大気雰囲気中で，２時間保持の加熱処理を施し，加熱に伴う接合体の変化を調査した。
【００１７】
図１に，摩擦撹拌接合法を用いて接合された炭素鋼S45C／A6063合金接合試験体に対する加熱処理前後の界面反応相厚さの計測結果を示す。図１により，１７５℃加熱では約２μｍの界面反応相が形成され，５００℃では１５μｍの界面反応相が形成されることがわかる。
【００１８】
一般に異種金属接合面の機械的強度の低下に影響があるのは，界面反応相が数μｍ程度の厚さ以上であるとされていることから，１７５℃以上の加熱処理により，当該接合面の機械的強度に影響が出始めると考えてよい。５００℃加熱では，異種金属接合面の機械的強度の低下に対して，すでに過剰な厚さの形成が認められる。
【００１９】
図２に，摩擦撹拌接合法を用いて接合された炭素鋼S45C／A6063合金接合試験体に対する加熱処理前後の，当該接合体の単純引張り試験の結果を示す。加熱処理前の異種金属接合体が１６０MＰaの引張り強度であるのに対し，１７５℃加熱材では１４０MＰaに引張り強度が低下した。
【００２０】
また，５００℃加熱材では，引張り試験機への取り付け時点で，当該接合体が分離破断し，もはや強度の評価が不能であった。すなわち，５００℃加熱材では，ごく軽微な外部負荷荷重により，異種金属接合体は容易に破断した。
【００２１】
図３に，摩擦撹拌接合法を用いて接合された炭素鋼S45C／A6063合金接合試験体に対する加熱処理前後の，当該接合体の引張り試験における破断伸びを示す。
【００２２】
加熱処理前の異種金属接合体では，破断伸びは２５％であったが，１７５℃加熱材では１２％に減少し，また５００℃加熱材では計測不能であった。
【００２３】
図４に，摩擦撹拌接合法を用いて接合された炭素鋼S45C／A6063合金接合試験体に対する加熱処理に伴う，当該接合体の変化を，まとめて示す。
【００２４】
図４には，破断後の試験片外観を示すが，最も高強度を示した異種金属接合体の試験片は，破断箇所が接合界面ではなく，アルミ材料内での母材破断であることが分かる。すなわち，継手効率は１００％以上である。
【００２５】
これに対し，１７５℃加熱材では異種金属接合部での破断を呈しており，加熱により異種金属材料間の接合界面で破断し，元の異種金属同士への分離が可能であることを示している。
【００２６】
以上の結果より，１５０℃程度の加熱で，界面近傍に脆弱な金属間化合物相の形成が起こり始め，元の異種金属材料同士への分離が可能であることが実験的に明らかである。
【００２７】
より効果的には，２００℃以上，２時間程度の加熱が望ましいものと思われる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば，摩擦撹拌接合法を用いて，強固に接合された異種金属材料を，異種金属接合界面近傍で容易に破断させて，接合前の金属材料ごとへの分離が可能となる。
【００２９】
これにより，当該異種金属材料のリサイクル性が格段に向上することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】加熱処理に伴うＡｌ/Ｆｅ界面反応相厚さの変化；図１は，摩擦撹拌接合法を用いて接合された炭素鋼S45C／A6063合金接合試験体に対する，加熱処理前後の界面反応相厚さの計測結果を示す図である。
【図２】加熱処理に伴うＡｌ/Ｆｅ接合継手の引張り強度の変化；図２は，摩擦撹拌接合法を用いて接合された炭素鋼S45C／A6063合金接合試験体に対する，加熱処理前後の単純引張り試験の結果を示す図である。
【図３】加熱処理に伴うＡｌ/Ｆｅ接合継手の引張り伸びの変化；図３は，摩擦撹拌接合法を用いて接合された炭素鋼S45C／A6063合金接合試験体に対する加熱処理前後の，当該接合体の引張り試験における破断伸びを示す図である。
【図４】加熱処理に伴うＡｌ/Ｆｅ接合継手の引張り強度，伸び，破断状況の変化；図４は，摩擦撹拌接合法を用いて接合された炭素鋼S45C／A6063合金接合試験体に対する加熱処理に伴う，当該接合体の変化を示す図である。加熱処理に伴う当該接合体の引張り強度，伸びの値を示し，破断後の試験片外観を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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