異種金属接合界面端部の応力特異性に注目したスカーフ継手設計

摘要

異種金属の接合は単一材料の高機能化，高性能化を図るために有効な技術であり，既に多くの金属材料の組み合わせに関して研究が行われ，実用化も進められてきた．しかしながら，接合界面に脆弱な金属間化合物層を形成する異種金属の組み合わせに関しては，高い信頼性の継手を得ることが困難で，必ずしも実用化が十分に図られているとは言えないのが現状である．摩擦圧技法は基本的には塑性流動と固相接合に基づくプロセスであり，低い温度での接合が可能で，金属間化合物層の制御が比較的容易である．そのため異種金属の接合には有効なプロセスであることが知られている．既に，チタンとアルミニウムの組み合わせ，アルミニウムとステンレス鋼の組み合わせ，銅とアルミニウムの組み合わせなどについて，摩擦圧接条件の最適化，接合界面の組織，継手強度などに関して多くの研究が行われている.これらの結果，異種金属の摩擦圧接継手強度向上には，接合界面に形成される金属間化合物層厚さの抑制が重要であることが明かにされている．著者らも，銅とアルミニウムの摩擦圧接継手に注目し，金属間化合物層の成長挙動を明かにし，金属間化合物層が継手の衝撃強度に大きな影響を及ぼすことを示した.また，銅とアルミニウムの接合界面形状を制御し応力集中を低減することで，摩擦圧接継手の衝撃強度が大幅に改善できることを示した．さらに，アルミニウムと鋼，ニッケル，タングステンなどの金属間化合物層を形成する異種金属の組み合わせについて応力特異性解析を実施し，突合せ継手の最適界面形状を明らかにして，摩擦圧按継手設計指針を示した。 一方，ろう付けや拡散接合による異種金属の継手形状としては，従来から図1に示すスカーフ継手や，重ね継手などが多く使われている。 重ね継手の接合部形状の最適化に関しては報告が行われ．ているが，スカーフ継手接合界面形状の最適化は行われていない.