摩擦圧接（摩擦接合）について１から学んだ記録

摩擦圧接法では、接合中に摩擦熱による材料の軟化および加圧による塑性変形を生じますが、このような摩擦圧接法の接合現象を応用して、摩擦を利用したプロセスが開発されています。たとえば、最近注目されているのが、摩擦攪拌接合（FSW）です。

摩擦攪拌接合（Friction stir welding , FSW）は、1991年に英国溶接・接合研究所で考案された固相接合プロセスであり、非消耗の回転工具で材料を攪拌、一体化するという極めて斬新な原理を用いた方法である。溶融・凝固に伴う割れや気孔の発生がない、溶接ひずみが小さい車など様々な利点を有するがゆえに、開発後十数年の間に鉄道車両、船舶、自動車などの輸送機器を中心に様々な産業分野ですでに実用段階に入っています。

実用段階に至るまでの間、摩擦攪拌接合に関する種々のプロセス開発、接合部の諸特性や組織に関する多くの研究が行われてきました。未だに解明すべき問題が残されているものの、接合原理・現象に関する理解は深まりつつあります。開発当初の基礎研究の多くはアルミニウム合金に関するものでしたが、近年ではマグネシウム合金、銅合金、鋼に対する研究が積極的に行われています。

摩擦肉盛法は、板材表面に摩擦熱で軟化した材料を直接肉盛する方法です。回転する肉盛材が所定の回転速度に達すると、軸方向に圧力をかけて基材に接触させ、十分に棒材が過熱した時点で基材を移動させます。その後、回転している棒材と基材との界面に発生する定常的な摩擦熱によって棒材を塑性的に圧着させ、基材上に安定した肉盛層を形成します。肉盛材としては、耐摩耗性の向上を目的として硬質材が用いられることが多いです。

膜厚１mm程度の工業的に重要な意味を持つ改質層を得る方法は、摩擦肉盛法以外にほとんどありません。
摩擦肉盛法のメリットは
①固相プロセスであること
摩擦技術を利用する最大の利点で、同種材・異種材を問わず固相状態での改質が可能です。特に金属間化合物を形成してしまう材料の組み合わせでは有効です。
②比較的厚い層の創成・改質が可能であること
③基材の希釈がないこと