[发明专利]摩擦搅拌接合用工具及摩擦搅拌接合方法

说明书

本发明提供一种不取决于摩擦搅拌接合的方式及被接合材料的种类而使用寿命长且廉价的摩擦搅拌接合用工具且还提供一种使用了该摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合方法。摩擦搅拌接合用工具的特征在于，包括：具有轴肩部的主体部和设置于该主体部的底面的探头部，探头部为球冠状。优选轴肩部为平坦状或凸状，优选轴肩部的硬度比探头部的硬度高。

技术领域

本发明涉及摩擦搅拌接合用工具及摩擦搅拌接合方法。

背景技术

作为金属材料的代表性的固相接合方法，已知摩擦搅拌接合(FSS：Friction stirwelding(摩擦搅拌焊接))。在摩擦搅拌接合中，使要接合的金属材料与接合部对置，将设置于旋转工具的前端的探针插入被接合部，使旋转工具沿着被接合界面一边旋转一边移动，通过摩擦热及旋转工具的搅拌力使金属材料材料流动，由此，将将两种金属材料接合起来。摩擦搅拌接合的特征是接合中的最高到达温度达不到被接合材料的熔点，接合部的强度降低与以往的熔融焊接相比较小，近年来正在急速实用化。

但是，摩擦搅拌接合具有各种优异的特性，另一方面，除需要压入比被接合材料更高强度的工具之外，还要对工具施加较大的应力，因此，根据被接合材料，工具的成本及寿命成为很大的问题。具体而言，在接合铝或镁等较柔软的金属薄板时，对工具的负荷也小，工具寿命及接合条件没有特别问题，但是在接合钢或钛等高熔点金属时，工具寿命会变得极短。

与之相对，专利文献1(特开2018－001261号公报)中提出一种摩擦搅拌接合工具，其具备基材及包覆基材的至少一部分的被膜，该被膜包含化合物，该化合物含有第一元素及第二元素，该第一元素为选自元素周期表第四族元素、元素周期表第五族元素、元素周期表第六族元素、铝及硅构成的组中的至少一种，该第二元素为选自碳、氮、氧及硼构成的组中的至少一种，该被膜包含粗糙面区域，该粗糙面区域包含多个凹部，该凹部与距粗糙面区域的平均面的深度为0.5μm以上，在粗糙面区域，被膜具有2μm以上12μm以下的厚度。

在上述专利文献1所记载的摩擦搅拌接合工具中，在被膜包含特定的化合物且包含特定的粗糙面区域的情况下，在该粗糙面区域，即使反复加工，也会长期维持适度的粗糙度，从而有效地产生摩擦热。另外，其结果是，连接时间缩短，每一点的被膜的磨损量也减少，摩擦搅拌接合工具变得寿命长。

另外，在专利文献2(日本特开2018－039027号公报)中提出一种摩擦搅拌接合方法，将一对金属部件进行摩擦搅拌接合，其中，具有：将一对金属部件以基于上述摩擦搅拌接合的接合区域所包含的端侧面相向的方式固定的固定工序；使摩擦搅拌接合用的加工工具从工具主体突出而具有的探针在与该工具主体一起旋转的状态下从端侧面的上方侧向一对金属部件按压，然后使正在旋转的探针沿着接合区域的接合线相对于一对金属部件相对移动的摩擦搅拌接合工序，在固定工序中，将一对金属部件的相向的端侧面的至少工具主体侧在接合线的至少一部分区域分开比探针的半径短的距离，固定一对金属部件。

在此，在上述专利文献2中，摩擦搅拌接合中的金属材料因伴随探针的旋转产生的摩擦热而软化并存在于探针的根部，存在于探测的根部侧的金属材料除影响探针的根部处的蓄热量的大小以外，还成为探针沿着接合线的移动的妨碍。与之相对，在上述专利文献2所记载的摩擦搅拌接合方法中，因摩擦热而软化并存在于探测的根部侧的金属材料由于端侧面分开比探针的半径短的距离而变成少量。因此，根据该方式的摩擦搅拌接合方法，能够减小探针的根部的蓄热量，抑制探针的构成材料的熔损，并且能够实现探针沿着接合线的移动的妨碍的减轻。这些结果是，根据该方式的摩擦搅拌接合方法，可带来探测的长寿命化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018－001261号公报

专利文献2：日本特开2018－039027号公报

发明内容

发明所要解决的问题