Ａｌ／Ｆｅ界面でのＡｌ液相中反応制御を用いた高品位Ａｌ／Ｆｅ接合の可能性

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24656427
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 裕 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00292243)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 粉川 博之 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10133050) ; 藤井 啓道 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70560225)
• Keywords: 材料加工・処理 / 異材接合 / アルミニウム合金 / 亜鉛めっき鋼板 / 金属間化合物

Research Abstract

Al とFe の接合では、界面にAl-Fe 系金属間化合物が生成するため、高い信頼性を有する継手を得ることは難しい。Al とFe の接合を信頼性の高い汎用技術として普及させるための１つの方策として、Al/Fe 界面でのAl-Fe 系金属間化合物以外の安定反応層の形成が挙げられる。Al-Fe系金属間化合物以外の安定反応層は亜鉛めっき中にAl-Fe 系金属間化合物よりも熱的な安定な化合物を作る合金元素を亜鉛めっき中に添加することにより得られる可能性が示唆されていることから、本研究では、Al/Fe 界面での反応層形成に及ぼす亜鉛めっき中合金元素の影響を調べ、「Zn によるAl 溶融」と「Al 液相中での反応制御」によりAl/Fe 界面にAl-Fe２元系金属間化合物以外の安定反応層を得るための基礎学理を究明することを目的としている。平成24年度は亜鉛めっきの溶融により形成するAl液相中においてアルミニウムと親和力の高い合金元素としてNiと Cuを選定して、これらを含む亜鉛めっき鋼板を作製後、アルミニウム合金と亜鉛めっき鋼板の異材摩擦攪拌点接合を行い、界面組織に及ぼすNiとCuの影響を調べた。平成25年度はTiの影響について系統的に調べ、下記の成果を得た。
Tiを含む亜鉛を鋼板上に亜鉛めっきすることが技術的に難しいため、溶融Al／Fe界面での反応層形成に及ぼす亜鉛めっき中Tiの影響を、アルミニウム合金と亜鉛めっき鋼板の接合界面現象を疑似的に再現する実験により系統的に調べた。すなわち、亜鉛と合金元素を含む溶融Al中にFeを浸漬し、反応層形成に及ぼすTiの影響について調べた。Tiを添加することによりAl/Fe界面に形成される金属間化合物の厚さは減少し、Ti量が1%のときに最も薄くなることが示されたが、金属間化合物はFe2Al5およびFeAl3であり、Tiの添加に伴う反応層の組成・構造変化は見られなかった。Ti添加に伴う金属間化合物層厚さの減少は一度形成された金属間化合物層の再溶融に起因することが示唆された。