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东北大学大学院工学研究科材料システム工学専攻の佐藤裕准教授、粉川博之教授らは、株式会社アライドマテリアル、日本アイ?ティ?エフ株式会社との共同研究により、オーステナイト系ステンレス鋼の摩擦攪拌接合（Friction Stir Welding、以下FSW）を可能にする高寿命なタングステン系接合ツールの開発に成功しました。開発したツールは、オーステナイト系ステンレス鋼の他、炭素鋼、高張力鋼、低合金鋼、そして銅合金などのFSWにも有効で、特に電力プラントや化学プラントなどの産業分野への展開が期待されます。

背景

贵厂奥は回転するツールを接合する材料の间に押し込み、接合线に沿ってツールを回転させることで接合する方法です。接合する材料と回転するツールの间で発生する摩擦热で接合材料を软化させ、ツールの回転により材料を混ぜ合わせることで接合します。この接合方法は、従来のアーク溶接などとは异なり、材料を溶かすことなく接合できるため、接合后の変形も小さく、接合欠陥の発生も少ないため、製品の高品质化と低コスト化を実现でき、さらには従来の接合方法と比较して省エネルギーで接合できるという特长を有しています。现在、融点の低いアルミニウム合金などを接合技术として広く普及し、鉄道车両や自动车などの製造において実用化されています。

しかし、一般に金属材料は高温になると软化する性质があります。融点がより高い鉄钢の贵厂奥では、ツールの先端が摩擦热でさらに高温になり、従来の接合ツールでは激しく损伤してしまうため难しいとされてきました。特に高温でも変形抵抗の高いオーステナイト系ステンレス钢の贵厂奥に対しては、耐久性に乏しいことや価格が高いという课题があり、耐久性が高く安価なツールの出现が望まれていました。

成果の内容

このような背景から、东北大学は株式会社アライドマテリアルおよび日本アイ?ティ?エフ株式会社と共同研究を行い、高価な元素を使用しない低コストのタングステン合金に耐摩耗性に优れるセラミック被膜をコーティングした新しいタングステン系合金ツールを开発しました。タングステンにセラミック粒子を分散させ、その种类や添加量を最适化して优れた高温强度、高い靭性および高い耐热衝撃性を実现するとともに、セラミック被膜の膜质と密着力を制御して高い耐摩耗性を実现しました。鉄钢の中でも最も贵厂奥が困难であったオーステナイト系ステンレス钢において、接合深さ4尘尘で10尘以上の线接合ができることを确认しています。価格では现在最有力とされるツールの1/10を目指しながら、従来の低価格ツール材料に比べて高い耐久性と高寿命化を达成しています。工业展开が难しいとされてきたステンレス钢の贵厂奥を可能にする安価で高寿命な接合ツールとして、电力プラントや化学プラントをはじめ、鉄道车両、真空容器を使用する半导体製造装置などの产业分野の需要が期待できます。なお、本成果は4月23日（木）、学术総合センター（东京千代田区）にて开催される溶接学会春季全国大会で発表予定です。

开発した接合ツールを用いたオーステナイト系ステンレス钢の接合の例

问い合わせ先

东北大学大学院工学研究科材料システム工学専攻
担当：佐藤　裕
〒980-8579 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉6-6-02
電話 022-795-7352（直通）