[发明专利]摩擦搅拌接合用工具以及摩擦搅拌接合装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于摩擦搅拌接合的工具以及摩擦搅拌接合装置。

背景技术

作为不熔化被接合材料而接合的一个接合方法，有摩擦搅拌接合方法。摩擦搅拌接合方法是这样一种方法：一边使材质实质上比被接合材料硬的圆柱状构件构成的搅拌工具旋转，一边插入到被接合材料的接合部，通过一边使该搅拌工具旋转一边移动，利用搅拌工具与被接合材料之间产生的摩擦热进行接合。摩擦搅拌接合通过搅拌工具与被接合材料之间的摩擦热使被接合材料软化，利用的是伴随着搅拌工具旋转的塑性流动现象，与熔化被接合材料进行焊接的电弧焊接方法等基于不同原理。

关于用于摩擦搅拌接合的工具材料，公知有利用作为陶瓷的PCBN制作的工具(例如，参照专利文献1)，以含有Re之类的固溶强化材料的W基材料制作的工具(例如，参照专利文献2)，以含有Co的WC系的超硬合金制作的工具(例如，参照专利文献3)等。

专利文献1：日本特表2003-532543号公报

专利文献2：日本特开2004-358556号公报

专利文献3：日本特开2005-199281号公报

摩擦搅拌接合，在像铝合金之类的熔点比较低的金属材料的接合中已经达到了实用化，在像钢铁材料之类的熔点高的金属材料的接合中也有较多的报告。但是，钢铁材料的摩擦搅拌接合的研究报告例要远远少于铝合金等的研究报告。一个很大的原因是没有合适的搅拌工具。

高熔点金属材料的摩擦搅拌接合中，要求搅拌工具材料具有高温强度、耐磨损性、非反应性等，但以往的搅拌工具材料，在用于高熔点金属材料的接合时，容易产生磨损以及变形，不能进行良好的接合。

发明内容

本发明的目的是，提供一种摩擦搅拌接合用工具以及具备该工具的摩擦搅拌接合装置，其从铝等低熔点金属材料到钢铁材料等高熔点金属材料，能够广泛地进行摩擦搅拌接合。

本发明提供一种摩擦搅拌接合用工具，其在圆柱状构件的端面突出设有销部，其特征在于，至少所述销部由具有Mo和金属间化合物Mo₅SiB₂的二相混合组织的Mo合金形成。

另外，本发明提供一种摩擦搅拌接合装置，其具备在圆柱状构件的端面突出设有销部的工具和工具旋转机构，在使所述工具上的所述销部旋转的状态下，将其插入被接合材料的接合部，从而进行接合，其特征在于，所述工具的至少所述销部由具有Mo和金属间化合物Mo₅SiB₂的二相混合组织的Mo合金形成。

所述Mo合金中，优选Si量为6.0～10.0mol％，B量为10.0～20.0mol％，Mo相的体积含量为20～60％的组成。

发明效果

本发明的摩擦搅拌接合用工具，高温强度以及耐磨损性优良，从铝等低熔点金属材料到钢铁材料等高熔点金属材料，能够广泛地适用。

附图说明

图1是表示本发明一个实施例的摩擦搅拌接合用工具的概略图；

图2是表示本发明其他实施例的摩擦搅拌接合用工具的概略图；

图3是表示本发明的摩擦搅拌接合用工具的另外实施例的概略图；

图4是表示通过电弧熔化制作工具前端部分的方法的说明图；

图5是表示通过粉末烧结制作工具前端部分的方法的概略图；

图6是表示Mo合金的结晶组织的模式图；

图7是表示摩擦搅拌接合装置的一个例子的装置构成图。

图中，

52-加工台；53-工作头；54-主轴电动机；56-工具；101-摩擦搅拌接合用工具；102-柄部；103-肩部；104-销部；201-工具前端部分；202-柄部；203-固定件；204-销部；301-工具前端部分；302-柄部；305-摩擦搅拌接合用工具；306-销部；401-熔化炉；402-Mo坯料；403-Si坯料；404-B坯料；405-电弧；406-熔化坯料；407-模具；501-模具；502-原料粉末坯料；503-压力。

具体实施方式

通过用Mo和Mo₅SiB₂的二相混合组织构成的Mo合金形成摩擦搅拌接合用工具，0.2％耐力以及破坏应力变高，即使是在铁系材料的摩擦搅拌接合中的接合温度约1200℃下，也表现出优秀的高温强度以及耐磨损性。其结果是，在对钢铁材料之类的熔点高的材料进行摩擦搅拌接合时，可以减少搅拌工具的磨损。