Challenge of innovative dissimilar metal joining using high-entropy effect and sluggish diffusion

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K18893
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Sato Yutaka 東北大学, 工学研究科, 教授 (00292243)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鴇田 駿 東北大学, 工学研究科, 助教 (60807668)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: 異種材接合 / ハイエントロピー合金 / ハイエントロピ―効果 / 低拡散効果 / 界面反応

Outline of Final Research Achievements

Use of high entropy alloy to dissimilar welding expectedly causes both sluggish diffusion and high-entropy effect of reaction layer at the dissimilar weld interface, resulting in high strength of dissimilar weld. In this study, formation and growth behavior, and microstructure and mechanical properties of the reaction layer at dissimilar weld interface between Al alloy and two kinds of high entropy alloys was examined. Dissimilar weld interface between Al alloy and Cantor alloy showed the slow growth of the reaction layer during heat treatment, and the reaction layer had the lower hardness than that formed at the dissimilar Al/Fe weld interface. The dissimilar Al/Fe weld interface failed at the Al base metal and exhibited the high strength, when Cantor alloy was used as an insert metal between Al and Fe.

Free Research Field

溶接・接合

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

異材接合における反応層は、力学負荷により界面破断をもたらし、継手強度を低下させるため、反応層の生成・成長挙動とミクロ組織は異材接合での重要な学術データと言える。本研究では、2種類のハイエントロピー合金とAl合金の接合界面における反応層の成長挙動とミクロ組織に関する知見を提供している。また、ハイエントロピー合金の中には、Al合金との接合界面で反応層の成長抑制と硬さ低下をもたらすものがあり、インサート材として利用することで、異材継手の力学特性を向上させる可能性が示唆された。この結果は、異材接合のメリットを有効に活用できていない現状を打破できる可能性を示しており、社会的意義も高い。