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

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04726
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 安井 利明 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10263229)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 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

Outline of Annual Research Achievements

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。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

接合機構の解明のための接合界面観察や粉末添加による強度向上プロセスの開発を予定通りに実施した。

Strategy for Future Research Activity

セラミックス粉末添加による強度向上の機構を調査する。また、インサート材や摩擦攪拌形成によるアンカー構造形成などの効果についても検証し、その知見を基に一体構造部材創製のための線接合・面接合プロセスの開発を進める。