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。

作为大型结构构件，需要在大范围内直接粘合金属和陶瓷。搅拌摩擦焊（FSW）被认为是解决这一问题的一种有前途的方法，但其焊接机理尚不清楚，虽然点焊已成功连接，但线焊却未能成功。因此，本研究的目标是开发一种使用搅拌摩擦焊制造集成金属/陶瓷结构构件所需的直接连接技术。为此，今年，我们进行了以下项目的研究，以阐明金属/陶瓷的搅拌摩擦点焊接合机理，并开发基于该知识的提高接合强度的工艺。 1) 阐明结合机制 为了阐明结合机制，我们研究了铝（A5052）与氧化铝之间的结合界面结构，发现氧化铝表面粗糙度增加，在氧化铝表面形成凹陷，铝结果表明，流入并形成锚固的粉末，由于磨损也从氧化铝表面脱落，部分堆积在结合界面处的氧化铝上，形成了与铝的锚固结构。 。 2) 提高接合强度的工艺的开发为了基于阐明接合机制获得的知识开发提高接合强度的工艺，将氧化铝粉末添加到接合界面并进行直接接合。粉末的添加增加了粘合界面的表面粗糙度。另外，确认添加的粉末在接合界面的一部分形成凝集层。证实添加氧化铝粉末的预处理条件提高了结合强度。