その場観察による摩擦圧接異材継手境界における層成長過程の解明

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650700
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 冨士 明良 北見工業大学, 機械システム工学科, 教授 (00199275)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飴山 惠 立命館大学, 理工学部, 教授 (10184243)
• Keywords: 摩擦圧接 / 異材継手 / 金属間化合物相 / 中間層 / チタニウム(チタン,Ti) / アルミニウム(アルミ,Al) / 直接観察

Research Abstract

1. 直径30mmの純チタニウム(Ti)と純アルミニウム(Al)を,ブレーキ式摩擦圧接装置を用い,回転数1500rpm,摩擦圧力50MPa,摩擦時間2smアプセット圧力100MPa,アプセット時間6sの条件で接合し,研究用継手を作製した.継手は接合したまま及び熱処理を行なって2以下の検討を行なった.
2. 境界部の半径方向位置の違いによる中間層の生成現象を明らかにするため,1の継手の外周部,半径の1/2の位置(1/2R部)及び継手軸心部の3か所から試料を採取し,接合したまま並びに580℃の温度で保持時間を変化させて熱処理を施し,位置の違いによる中間層(金属間化合物相)の成長状態の差異を明らかにした.熱処理及び観察には本申請で設置した高温顕微鏡を用い,保持時間0.5H(1800s)ごとに直接観察を行なった,得られた結果は以下の通りである.
a) 中間層(金属間化合物相)は,Al側からTi側に成長するが,これはAl/Tiの拡散接合において従来報告されている成長方向と一致する.
b) 中間層が直接観察される臨界の時間は外周で短く,一方軸心部で長い.とくに保持時間が短い条件では,幅の広いAl3Tiからなる層の成長は,軸心部より外周部において速い.
c) 軸心部における熱処理初期のAl3Ti層の成長は遅いが,保持時間が増加すると急激に成長し,長時間では1/2R部及び外周部とほぼ同じ幅まで成長する.
3. TEMによる中間層の同定の基礎として,接合したままの状態における中間層を同定した。その結果,接合したままの状態において約100nm(0.1μm)程度のAl3Tiが生成することが明らかとなった.なお,H11年度はさらに半径方向位置の違いと生成幅について詳細な検討を行なう.