Friction stir welding of metal and ceramics for fabrication of integrated structural member

用于制造集成结构件的金属和陶瓷的搅拌摩擦焊

• 批准号: 22K04726
• 负责人: 安井 利明
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04726/
• 关键词: 摩擦攪拌接合; 異材接合; 金属/セラミックス接合; 接合メカニズム; FSW; 摩擦攪拌成形

大型構造部材として金属とセラミックスを広面積で直接接合することが求められている。摩擦攪拌接合（FSW）はこれを解決できる有望な手段と考えられるが、その接合機構は明らかでなく、また点接合では接合に成功しているが、線接合では接合できていない。そこで本研究では、摩擦攪拌接合による金属/セラミックス一体型構造部材の製作に必要な直接接合技術の開発を目標としている。そのために本年度は摩擦攪拌点接合による金属/セラミックスの接合メカニズムを明らかにする共に、その知見を基に接合強度向上プロセスを開発するため、以下の項目について研究を実施した。１）接合機構の解明接合機構の解明するため、アルミ（A5052）とアルミナの接合界面構造を調査した結果、アルミナ表面の粗さが増大し、アルミナ表面に凹部が生成されてその内部にアルミが流入してアンカーを形成すると共に、摩耗によりアルミナ表面から脱落した粉体が接合界面のアルミナ上に部分的に積層し、アルミへのアンカー構造を形成していることを明らかにした。２）接合強度向上プロセスの開発接合機構の解明で得られた知見を基に接合強度向上プロセスの開発するため、接合界面上にアルミナ粉末を添加し、直接接合を行った。粉末の添加により、接合界面の表面粗さが増大した。また、添加した粉末が接合界面の一部で凝集層の形成が確認された。アルミナ粉末添加の前処理条件により、接合強度の向上することを確認した。

作为大型结构成员，有必要直接将金属和陶瓷在广泛区域上加入。摩擦搅拌焊接（FSW）被认为是解决此问题的有前途的方法，但是粘结机制尚不清楚，尽管粘结在点键合中是成功的，但是通过线结合，键合可能是不可能的。因此，该研究旨在开发通过摩擦搅拌焊接生产综合金属/陶瓷结构成员所需的直接键合技术。为此，今年，我们对以下项目进行了研究，以阐明使用摩擦搅拌点键合的金属/陶瓷的键合机制，并开发基于此知识提高粘结强度的过程。 1）了解结合机制以澄清连接机制，我们研究了铝（A5052）和氧化铝之间的粘结界面结构，并发现氧化铝表面的粗糙度增加了，并在氧化铝表面形成了凹陷，导致铝向内部和粉料呈现出较小的粉状，并导致铝的粉料呈现，并呈现出较小的粉料，并散发出剂量的粉料，并散发出粉料的效果。连接界面，形成铝的锚固结构。 2）开发连接强度改进过程，以根据阐明键合机制获得的知识来开发粘结强度改进过程，将氧化铝粉添加到键合界面并直接键合。粉末的添加增加了粘结界面的表面粗糙度。此外，在粉末添加的部分粘结界面的一部分确认了聚集层的形成。已经证实，添加氧化铝粉的预处理条件可以提高粘结强度。