專利名稱：異種金屬材料的接合方法及異種金屬材料的接合體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異種(不同)金屬材料的接合方法以及通過該接合方法獲得的異種金屬材料的接合體，其中，不同金屬材料通過攪拌摩擦焊而接合。
背景技術(shù)：
通常，通過熔融焊接方法或者使用鉚釘?shù)鹊臋C(jī)械接合方法來進(jìn)行用于接合諸如鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件等異種金屬材料的接合操作。然而，在熔融焊接方法的情況下，待輸入到焊接部的熱量大，容易在鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件之間的交界面處形成脆弱的金屬間化合物(諸如狗^“1^“或類似物)，從而可能產(chǎn)生如下問題被接合的兩個(gè)構(gòu)件的接合強(qiáng)度不利地降低。此外，在使用鉚釘或螺栓的機(jī)械接合方法的情況下，接合操作需要諸如鉚釘?shù)阮~外材料，由此導(dǎo)致制造成本的增加。因此，近年來，已經(jīng)推進(jìn)了通過FSW(攪拌摩擦焊)方法來接合鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件的研究，在FSW方法中，待接合的構(gòu)件不被熔融而是被軟化以呈現(xiàn)塑性流動(dòng)，由此兩個(gè)構(gòu)件被固相接合(固相焊接)。在該攪拌摩擦焊方法中，使用由一般的工具鋼制成的FSW工具，并且該FSW工具僅與鋁構(gòu)件接觸，由此鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件被攪拌摩擦焊(參照專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2等)。例如，在專利文獻(xiàn)1所公開的攪拌摩擦焊方法中，用防氧化膜( 鍍層)覆蓋鋼構(gòu)件的接合面，鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件疊加。在該疊加狀態(tài)下，F(xiàn)SW工具在轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下抵靠鋁構(gòu)件， 然后，F(xiàn)Sff工具被插入到鋁構(gòu)件中，使得鋁構(gòu)件和Si鍍層由于摩擦熱而軟化，從而呈現(xiàn)塑性流動(dòng)，由此去除Si鍍層并且鋼構(gòu)件的表面露出新生面(new texture surface)。結(jié)果，呈現(xiàn)塑性流動(dòng)的鋁構(gòu)件與鋼構(gòu)件的新生面固相接合?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)[專利文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)1]日本特開2005-34879號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本特開2006-239720號(hào)公報(bào)然而，在FSW工具不與鋼構(gòu)件接觸而是僅與鋁構(gòu)件接觸的攪拌摩擦焊方法的情況下，由于鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件未被充分地?cái)嚢?，所以不能獲得這兩個(gè)構(gòu)件的高的接合強(qiáng)度。艮口， 在FSW工具與鋁構(gòu)件接觸并且被插入到鋁構(gòu)件中的情況下，當(dāng)鋁構(gòu)件的溫度升高到稍微低于鋁構(gòu)件的熔點(diǎn)的溫度時(shí)，該鋁構(gòu)件被軟化而呈現(xiàn)并進(jìn)行塑性流動(dòng)，使得FSW工具和鋁構(gòu)件之間的摩擦減少。結(jié)果，不再能夠獲得額外的熱產(chǎn)生(進(jìn)一步的摩擦熱)。因此，鋼構(gòu)件的溫度不能升高到使鋼構(gòu)件能夠進(jìn)行塑性流動(dòng)的溫度，由此導(dǎo)致僅鋁構(gòu)件被攪拌的狀態(tài)。 因此，鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件未被充分地?cái)嚢?，從而不能獲得這兩個(gè)構(gòu)件的高的接合強(qiáng)度。作為一種對(duì)策，在使用由一般的工具鋼制成的FSW工具并且FSW工具根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊與鋼構(gòu)件接觸的情況下，可能存在F SW工具由于摩擦熱而磨損或破損的擔(dān)憂。作為另一對(duì)策，已經(jīng)考慮使用由諸如PCBN(聚晶立方氮化硼)等特殊材料制成的FSW工具，其中，即使PCBN與鋼構(gòu)件接觸，也幾乎不會(huì)引起磨損和破損。然而，由PCBN自身制成的這種FSW工具非常昂貴，從而可能會(huì)產(chǎn)生如下問題進(jìn)行攪拌摩擦焊所需的成本不利地增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的目的是提供異種(不同)金屬材料的接合方法以及異種金屬材料的接合體，其能夠極大地提高異種金屬材料的接合強(qiáng)度、特別是剝離強(qiáng)度。此外，本發(fā)明的另一目的是提供異種金屬材料的接合方法以及異種金屬材料的接合體，其能夠有效地防止用于攪拌摩擦焊的轉(zhuǎn)動(dòng)工具破損或損壞。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種異種金屬材料的接合方法，所述異種金屬材料具有不同的熔點(diǎn)，所述接合方法包括如下步驟將高熔點(diǎn)金屬材料和低熔點(diǎn)金屬材料定位到接合位置，在所述接合位置，所述異種金屬材料將被接合；使轉(zhuǎn)動(dòng)工具在轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下與所述高熔點(diǎn)金屬材料壓接，并且將所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具插入到所述高熔點(diǎn)金屬材料中；將所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具的插入位置控制到所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具不會(huì)穿透所述高熔點(diǎn)金屬材料的位置；在所述高熔點(diǎn)金屬材料和所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具之間的部位產(chǎn)生摩擦熱；使所述高熔點(diǎn)金屬材料和所述低熔點(diǎn)金屬材料由于從所述摩擦熱傳導(dǎo)的傳導(dǎo)熱而部分地軟化，由此使所述高熔點(diǎn)金屬材料和所述低熔點(diǎn)金屬材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)；和借助于所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具部分地?cái)嚢杷龈呷埸c(diǎn)金屬材料和所述低熔點(diǎn)金屬材料，由此對(duì)所述高熔點(diǎn)金屬材料和所述低熔點(diǎn)金屬材料進(jìn)行攪拌摩擦焊。此外，通過根據(jù)異種金屬材料的上述接合方法使高熔點(diǎn)金屬材料與低熔點(diǎn)金屬材料接合來獲得本發(fā)明的異種金屬材料的接合體。根據(jù)本發(fā)明的異種金屬材料的接合方法和異種金屬材料的接合體，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)工具從高熔點(diǎn)金屬材料側(cè)插入到高熔點(diǎn)金屬材料中時(shí)，高熔點(diǎn)金屬材料產(chǎn)生摩擦熱并且被加熱到如下溫度在該溫度，高熔點(diǎn)金屬材料被軟化而產(chǎn)生塑性流動(dòng)，低熔點(diǎn)金屬材料由于從摩擦熱傳導(dǎo)的傳導(dǎo)熱也被軟化而產(chǎn)生塑性流動(dòng)。因此，可以借助于轉(zhuǎn)動(dòng)工具部分地且充分地?cái)嚢韪呷埸c(diǎn)金屬材料和低熔點(diǎn)金屬材料，使得能夠以高接合強(qiáng)度接合(焊接)兩種金屬材料。此外，轉(zhuǎn)動(dòng)工具的插入位置(插入深度)被控制到轉(zhuǎn)動(dòng)工具不會(huì)穿透(貫穿)高熔點(diǎn)金屬材料的位置，使得能夠充分地確保高熔點(diǎn)金屬材料和低熔點(diǎn)金屬材料的接合面。結(jié)果，能夠極大地提高兩種異種金屬材料的接合強(qiáng)度、特別是剝離強(qiáng)度。


圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的異種金屬材料的接合方法的一個(gè)實(shí)施方式所適用的攪拌摩擦焊方法的操作情況的側(cè)視圖。圖2是示出由圖1所示的攪拌摩擦焊方法獲得的攪拌摩擦焊接合體(軟鋼板和鋁延展板的接合體)的接合部的外觀的照片。圖3A至圖3D是示出圖2所示的接合部的周圍的截面的圖，圖3A是示出接合部的周圍的截面的照片，圖:3B是示意性示出圖3A所示的截面的圖，圖3C是示出圖3A所示的IIIC部的截面的放大照片，圖3D是示出圖3A所示的IIID部的截面的放大照片。圖4A至圖4D是示出由圖1所示的攪拌摩擦焊方法獲得的攪拌摩擦焊接合體(軟鋼板和鋁鑄造板的接合體)的接合部的周圍的截面的圖，圖4A是示出接合部的周圍的截面的照片，圖4B是示出圖4A所示的IVB部的截面的放大照片，圖4C是示出圖4A所示的IVC 部的截面的放大照片，圖4D是示出圖4A所示的IVD部的截面的放大照片。圖5A至圖5D是示出由圖1所示的攪拌摩擦焊方法獲得的攪拌摩擦焊接合體(軟鋼板和鋁壓鑄板的接合體)的接合部的周圍的截面的圖，圖5A是示出接合部的周圍的截面的照片，圖5B是示出圖5A所示的VB部的截面的放大照片，圖5C是示出圖5A所示的VC部的截面的放大照片，圖5D是示出圖5A所示的VD部的截面的放大照片。圖6是示出攪拌摩擦焊接合體的剝離強(qiáng)度與轉(zhuǎn)動(dòng)工具的插入深度(插入位置)之間的關(guān)系的圖。圖7是示出攪拌摩擦焊接合體的剝離強(qiáng)度與轉(zhuǎn)動(dòng)工具的直徑之間的關(guān)系的圖。圖8是示意性示出傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊方法的操作情況的側(cè)視圖。圖9A和圖9B是示出由圖8所示的攪拌摩擦焊方法獲得的攪拌摩擦焊接合體的接合部的周圍的截面的圖，圖9A是示出接合部的周圍的截面的照片，圖9B是示意性示出圖9A 所示的截面的圖。圖10是示出圖2以及圖3A至圖3D所示的攪拌摩擦焊接合體15的剝離強(qiáng)度和十字抗拉強(qiáng)度與圖9A和圖9B所示的攪拌摩擦焊接合體的剝離強(qiáng)度和十字抗拉強(qiáng)度的比較圖。圖IlA和圖IlB是說明接合體的強(qiáng)度的試驗(yàn)方法的圖，圖IlA是說明剝離強(qiáng)度的試驗(yàn)方法的圖，圖1IB是說明十字抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法的圖。
具體實(shí)施例方式接著，將參照

用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。注意，本發(fā)明不限于這些實(shí)施方式。圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的異種金屬材料的接合方法的一個(gè)實(shí)施方式所適用的攪拌摩擦焊方法的操作情況的側(cè)視圖。在根據(jù)本實(shí)施方式的異種金屬材料的接合方法中，具有不同熔點(diǎn)的異種(不同)材料、即高熔點(diǎn)材料和低熔點(diǎn)材料被疊加并且經(jīng)受點(diǎn)焊。作為高熔點(diǎn)材料，使用鐵構(gòu)件、特別是熔點(diǎn)為大約1500°C的鋼構(gòu)件11。另一方面， 作為低熔點(diǎn)材料，使用熔點(diǎn)為大約580°C至650°C的鋁構(gòu)件(包括鋁合金)12。在這點(diǎn)上，鋁構(gòu)件12不限于諸如A6061構(gòu)件等延展構(gòu)件，而是也可以使用諸如AC4CH構(gòu)件等鑄造構(gòu)件和諸如ADC12構(gòu)件等壓鑄構(gòu)件。在本實(shí)施方式的攪拌摩擦焊方法中，首先，鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12被疊加并且被定位在將進(jìn)行接合(焊接)的部位。此時(shí)，鋼構(gòu)件11被定位于上側(cè)，而鋁構(gòu)件12被定位于下側(cè)。接著，在轉(zhuǎn)動(dòng)工具13轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下使轉(zhuǎn)動(dòng)工具13抵靠鋼構(gòu)件11，然后，轉(zhuǎn)動(dòng)工具 13被插入到鋼構(gòu)件11中。轉(zhuǎn)動(dòng)工具13由諸如SKD61等工具鋼制成或者由模具鋼制成，并且轉(zhuǎn)動(dòng)工具13被形成為具有直徑為3mm至IOmm的圓棒形狀。此外，轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的轉(zhuǎn)數(shù)被設(shè)定在75rpm至750rpm的范圍內(nèi)。
當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)工具13被插入到鋼構(gòu)件11中時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的插入位置(插入深度)被控制到轉(zhuǎn)動(dòng)工具13不會(huì)穿透鋼構(gòu)件11的位置。具體地，轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的插入位置被控制到如下位置轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件13的頂端部13A被定位在從鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12的配合面(mating surface) 14朝向鋼構(gòu)件11側(cè)偏離距離L(L = 0. 05mm至0. 6mm)的部位。當(dāng)進(jìn)行上述攪拌摩擦點(diǎn)焊時(shí)，在鋼構(gòu)件11和轉(zhuǎn)動(dòng)工具13之間的部位產(chǎn)生摩擦熱， 使得鋼構(gòu)件11軟化，從而產(chǎn)生塑性流動(dòng)。鋁構(gòu)件12的靠近轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的部分溫度升高， 使得鋁構(gòu)件12也軟化，從而產(chǎn)生塑性流動(dòng)。然后，鋼構(gòu)件11的和鋁構(gòu)件12的靠近轉(zhuǎn)動(dòng)工具13并且呈現(xiàn)塑性流動(dòng)的部分通過轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而被攪拌，從而對(duì)鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊操作。圖2、圖3A至圖3D、圖4A至圖4D以及圖5A至圖5D分別示出了通過該攪拌摩擦點(diǎn)焊方法獲得的作為異種金屬材料接合體的攪拌摩擦焊接合體15、18和21。圖2以及圖3A至圖3D所示的攪拌摩擦焊接合體15以如下方式獲得作為鋼構(gòu)件 11的厚度為Irnm的裸軟鋼板(抗拉強(qiáng)度270MPa)和作為鋁構(gòu)件12的厚度為Imm的A6061 鋁延展材料(抗拉強(qiáng)度300MPa)被疊加，然后，在下面的接合條件下對(duì)鋼構(gòu)件11(裸軟鋼板)和鋁構(gòu)件12 (鋁延展板)進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊操作。上述接合條件如下。即，使用由SKD61制成并且具有直徑為6mm的圓棒形狀的轉(zhuǎn)動(dòng)工具13。該轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的轉(zhuǎn)數(shù)被設(shè)定為500rpm。轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的插入速度被設(shè)定為20mm/ min。轉(zhuǎn)動(dòng)工具13被插入到鋼構(gòu)件11中，直至轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的頂端部13A到達(dá)從鋼構(gòu)件11 和鋁構(gòu)件12之間的配合面14朝向鋼構(gòu)件11側(cè)偏離0. 3mm的距離的位置。從轉(zhuǎn)動(dòng)工具13 的完成插入到取出該轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的保持時(shí)間被設(shè)定為1秒。在該攪拌摩擦焊接合體15中，被轉(zhuǎn)動(dòng)工具13攪拌的鋼構(gòu)件11 (裸軟鋼板)側(cè)的攪拌部16A和鋁構(gòu)件12 (鋁延展板)側(cè)的攪拌部16B被接合(點(diǎn)焊)，由此形成接合部17。 在這些特征中，如圖3C和圖3D所示，可以確認(rèn)，鋁構(gòu)件12側(cè)的攪拌部16B的金屬結(jié)構(gòu)被微細(xì)化，由此增大了金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。此外，圖4A至圖4D所示的攪拌摩擦焊接合體18以如下方式獲得作為鋼構(gòu)件11 的厚度為Imm的裸軟鋼板和作為鋁構(gòu)件12的厚度為2mm的AC4CH鋁鑄造構(gòu)件被疊加，然后， 在下面的接合條件下對(duì)鋼構(gòu)件11 (裸軟鋼板)和鋁構(gòu)件12 (鋁鑄造板)進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊操作。此外，圖5A至圖5D所示的攪拌摩擦焊接合體21以如下方式獲得作為鋼構(gòu)件11 的厚度為Imm的裸軟鋼板和作為鋁構(gòu)件12的厚度為6mm的ADC12鋁壓鑄板被疊加，然后， 在下面的接合條件下對(duì)鋼構(gòu)件11 (裸軟鋼板)和鋁構(gòu)件12 (鋁壓鑄板)進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊操作。用于獲得攪拌摩擦焊接合體18和攪拌摩擦焊接合體21的攪拌摩擦點(diǎn)焊時(shí)的上述接合條件如下。即，使用由SKD61制成并且具有直徑為6mm的圓棒形狀的轉(zhuǎn)動(dòng)工具13。該轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的轉(zhuǎn)數(shù)被設(shè)定為500rpm。轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的插入速度被設(shè)定為20mm/min。轉(zhuǎn)動(dòng)工具13被插入到鋼板11中，直至轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的頂端部13A到達(dá)從鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12 之間的配合面14朝向鋼構(gòu)件11側(cè)偏離0. 4mm的距離的位置。從轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的完成插入到取出該轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的保持時(shí)間被設(shè)定為1秒。此外，在圖4A至圖4D所示的攪拌摩擦焊接合體18的情況下，被轉(zhuǎn)動(dòng)工具13攪拌的鋼構(gòu)件11 (裸軟鋼板)側(cè)的攪拌部19A和鋁構(gòu)件12 (鋁鑄造板)側(cè)的攪拌部19B被接合 (點(diǎn)焊)，由此形成接合部20。在這些特征中，如圖4D所示，可以確認(rèn)，與鋁構(gòu)件12的表面 (圖4B所示)的結(jié)構(gòu)和鋁構(gòu)件12的內(nèi)部(圖4C所示)的結(jié)構(gòu)相比，鋁構(gòu)件12側(cè)的攪拌部 19B的金屬結(jié)構(gòu)被微細(xì)化，由此增大了金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。圖4B、圖4C和圖4D中的黑色部分表示娃成分。此外，在圖5A至圖5D所示的攪拌摩擦焊接合體21的情況下，被轉(zhuǎn)動(dòng)工具13攪拌的鋼構(gòu)件11 (裸軟鋼板)側(cè)的攪拌部22A和鋁構(gòu)件12 (鋁壓鑄板)側(cè)的攪拌部22B被接合 (點(diǎn)焊)，由此形成接合部23。在這些特征中，如圖5D所示，可以確認(rèn)，與鋁構(gòu)件12的內(nèi)部 (圖5B所示)的結(jié)構(gòu)和鋁構(gòu)件12的表面(圖5C所示)的結(jié)構(gòu)相比，鋁構(gòu)件12側(cè)的攪拌部 22B的金屬結(jié)構(gòu)被微細(xì)化，由此增大了金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。在圖1所示的上述攪拌摩擦點(diǎn)焊方法中，轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的頂端部13A的插入位置 (插入深度)被控制到從鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12之間的配合面14朝向鋼構(gòu)件11側(cè)偏離距離L (L = 0.05mm至0.6mm)的位置的原因如下。即，通過由轉(zhuǎn)動(dòng)工具13產(chǎn)生的摩擦熱而軟化的鋼構(gòu)件11和通過從摩擦熱傳導(dǎo)的熱而軟化的鋁構(gòu)件12被轉(zhuǎn)動(dòng)工具13充分地?cái)嚢瑁纱四軌蜻M(jìn)行高強(qiáng)度的接合。S卩，當(dāng)上述偏離距離L小于0. 05mm時(shí)，在鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12的接合操作過程中，鋼構(gòu)件11被轉(zhuǎn)動(dòng)工具13穿透，使得接合部17的接合表面積減少，由此顯著地降低兩個(gè)構(gòu)件的剝離強(qiáng)度。相反地，當(dāng)上述偏離距離L超過0. 6mm時(shí)，摩擦熱不能充分地傳導(dǎo)或傳遞到鋁構(gòu)件12，使得鋁構(gòu)件12的被轉(zhuǎn)動(dòng)工具13攪拌的攪拌量變少，由此降低了兩個(gè)構(gòu)件的接
合強(qiáng)度。例如，作為鋼構(gòu)件11的厚度為Imm的裸軟鋼板和作為鋁構(gòu)件12的厚度為Imm的 A6061鋁延展材料被疊加，然后，在下面的接合條件下并且通過改變轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的頂端部 13A從鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12的配合面14偏離的距離L對(duì)鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12進(jìn)行攪拌
摩擦點(diǎn)焊操作。在攪拌摩擦點(diǎn)焊操作時(shí)，接合條件如下。即，使用由SKD61制成并且具有直徑為 6mm的圓棒形狀的轉(zhuǎn)動(dòng)工具13。該轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的轉(zhuǎn)數(shù)被設(shè)定為500rpm。從轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的完成插入到取出該轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的保持時(shí)間被設(shè)定為1秒。對(duì)于如此獲得的各攪拌摩擦焊接合體15，進(jìn)行圖IlA所示的剝離強(qiáng)度試驗(yàn)，在表1 和圖6中示出了試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS Z3144)制備用于剝離強(qiáng)度試驗(yàn)的試驗(yàn)片。如表1和圖6所示，在轉(zhuǎn)動(dòng)工具13以使轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的頂端部被定位在從鋼構(gòu)件11 和鋁構(gòu)件12的配合面14朝向鋼構(gòu)件11側(cè)偏離距離L = Omm和0. 7mm的部位的方式被插入到鋼構(gòu)件11中的攪拌摩擦焊接合體15的情況下，剝離強(qiáng)度分別低到0. 12kN和0. 20kN。相反地，在轉(zhuǎn)動(dòng)工具13以使轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的頂端部被定位在從鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件 12的配合面14朝向鋼構(gòu)件11側(cè)偏離距離L = O. 05mm至0. 6mm的部位的方式被插入到鋼構(gòu)件11中的攪拌摩擦焊接合體15的情況下，剝離強(qiáng)度是0. 25kN以上的高值。因此，可以確認(rèn)，鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12以高的接合強(qiáng)度被焊接接合。[表 1]轉(zhuǎn)動(dòng)工具的插入深度與剝離強(qiáng)度之間的關(guān)系
配合面與轉(zhuǎn)動(dòng)工具的端部之間的距離L ( mm )00.050.10.20.30.40.50.60.7剝離強(qiáng)度(kN )0.120.260.350.530.570.560.490.410.20在圖1所示的上述攪拌摩擦點(diǎn)焊方法中，轉(zhuǎn)動(dòng)工具13被形成為具有直徑為3mm至 IOmm的圓棒形狀的原因在于抑制由于轉(zhuǎn)動(dòng)工具13與鋼構(gòu)件11的接觸導(dǎo)致的過多的熱產(chǎn)生 (摩擦熱)，使得能夠防止轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的磨損或破損，并且能夠確保足夠的接合強(qiáng)度。S卩，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的直徑超過IOmm時(shí)，由轉(zhuǎn)動(dòng)工具13與鋼構(gòu)件11的接觸所產(chǎn)生的熱變得過大，使得轉(zhuǎn)動(dòng)工具13易于磨損或破損。另一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的直徑為2mm 以下時(shí)，鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12之間的接合部17的接合表面積變小，使得接合強(qiáng)度事實(shí)上降低。因此，轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的直徑被設(shè)定為3mm以上。例如，作為鋼構(gòu)件11的厚度為Imm的裸軟鋼板和作為鋁構(gòu)件12的厚度為Imm的 A6061鋁延展材料被疊加，并且轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的直徑如表2所示地改變，然后，在下面的接合條件下對(duì)鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊操作。在攪拌摩擦點(diǎn)焊操作時(shí)，接合條件如下。即，使用由SKD61制成并且具有圓棒形狀的轉(zhuǎn)動(dòng)工具13。該轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的轉(zhuǎn)數(shù)被設(shè)定為500rpm。該轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的插入速度被設(shè)定為20mm/min。轉(zhuǎn)動(dòng)工具13以使轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的頂端部13A被定位在從鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12之間的配合面14朝向鋼構(gòu)件11偏離0. 3mm的距離的部位的方式被插入到鋼構(gòu)件11 中。從轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的完成插入到取出該轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的保持時(shí)間被設(shè)定為1秒。對(duì)于如此獲得的各攪拌摩擦焊接合體15，進(jìn)行圖IlA所示的剝離強(qiáng)度試驗(yàn)，在圖 7中示出了試驗(yàn)結(jié)果。此外，在表2中示出了各攪拌摩擦點(diǎn)焊操作完成之后各轉(zhuǎn)動(dòng)工具13 的狀態(tài)。此外，在該情況下，根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS Z3144)制備用于剝離強(qiáng)度試驗(yàn)的試驗(yàn)片。如從表2中的結(jié)果明顯的是，在轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的直徑為Ilmm以上的情況下，由鋼構(gòu)件11和轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的摩擦所產(chǎn)生的熱(摩擦熱)量變得過大，從而觀察到轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的磨損和損壞。此外，如圖7所示，在轉(zhuǎn)動(dòng)工具13的直徑為2mm以下的情況下，鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12之間的接合部17的接合表面積變小，從而可以確認(rèn)接合強(qiáng)度(剝離強(qiáng)度)不利地降低。因此，結(jié)果示出從鋼構(gòu)件11和鋁構(gòu)件12的接合強(qiáng)度的觀點(diǎn)考慮，期望使用直徑為3mm 以上的轉(zhuǎn)動(dòng)工具13。[表2]轉(zhuǎn)動(dòng)工具的直徑與轉(zhuǎn)動(dòng)工具的磨損之間的關(guān)系
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權(quán)利要求
1.一種異種金屬材料的接合方法，所述異種金屬材料具有不同的熔點(diǎn)，所述接合方法包括如下步驟將高熔點(diǎn)金屬材料和低熔點(diǎn)金屬材料定位到接合位置，在所述接合位置，所述異種金屬材料將被接合；使轉(zhuǎn)動(dòng)工具在轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下與所述高熔點(diǎn)金屬材料壓接，并且將所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具插入到所述高熔點(diǎn)金屬材料中；將所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具的插入位置控制到所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具不會(huì)穿透所述高熔點(diǎn)金屬材料的位置；在所述高熔點(diǎn)金屬材料和所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具之間的部位產(chǎn)生摩擦熱；使所述高熔點(diǎn)金屬材料和所述低熔點(diǎn)金屬材料由于從所述摩擦熱傳導(dǎo)的傳導(dǎo)熱而部分地軟化，由此使所述高熔點(diǎn)金屬材料和所述低熔點(diǎn)金屬材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)；和借助于所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具部分地?cái)嚢杷龈呷埸c(diǎn)金屬材料和所述低熔點(diǎn)金屬材料，由此對(duì)所述高熔點(diǎn)金屬材料和所述低熔點(diǎn)金屬材料進(jìn)行攪拌摩擦焊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異種金屬材料的接合方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具的所述插入位置被控制到如下位置所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具的端部被定位在從所述高熔點(diǎn)金屬材料和所述低熔點(diǎn)金屬材料的配合面朝向所述高熔點(diǎn)金屬材料側(cè)偏離0. 05mm至0. 6mm的距離的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異種金屬材料的接合方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具由鋼制成并且被形成為呈圓棒形狀，所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具的直徑被設(shè)定為3mm至10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異種金屬材料的接合方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)工具的轉(zhuǎn)數(shù)被設(shè)定為75rpm至750rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異種金屬材料的接合方法，其特征在于，所述高熔點(diǎn)金屬材料是鐵構(gòu)件，而所述低熔點(diǎn)金屬材料是鋁構(gòu)件。
6.一種異種金屬材料接合體，其通過使用權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的異種金屬材料的接合方法接合高熔點(diǎn)金屬材料和低熔點(diǎn)金屬材料而獲得。
全文摘要
本發(fā)明涉及異種金屬材料的接合方法及異種金屬材料的接合體，所述異種金屬材料具有不同的熔點(diǎn)，所述接合方法包括如下步驟將鋼構(gòu)件(高熔點(diǎn)金屬材料)和鋁構(gòu)件(低熔點(diǎn)金屬材料)定位到接合位置；使轉(zhuǎn)動(dòng)工具在轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下與鋼構(gòu)件壓接，并且將轉(zhuǎn)動(dòng)工具插入到鋼構(gòu)件中；將轉(zhuǎn)動(dòng)工具的插入位置控制到轉(zhuǎn)動(dòng)工具不會(huì)穿透鋼構(gòu)件的位置；在鋼構(gòu)件和轉(zhuǎn)動(dòng)工具之間的部位產(chǎn)生摩擦熱；使鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件由于從摩擦熱傳導(dǎo)的傳導(dǎo)熱而部分地軟化，由此使這兩個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生塑性流動(dòng)；由轉(zhuǎn)動(dòng)工具部分地?cái)嚢桎摌?gòu)件和鋁構(gòu)件，由此，對(duì)鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件進(jìn)行攪拌摩擦焊。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠極大地提高異種金屬材料的接合強(qiáng)度、特別是剝離強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B23K20/12GK102380703SQ20111026195
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者四谷剛毅, 畑山智信 申請(qǐng)人:鈴木株式會(huì)社