旋轉工具制造技術

本發明專利技術提供了一種摩擦攪拌焊接工具（1），該工具即使在對難接合材料進行接合加工時，也具有優異的耐磨性和高接合強度。本發明專利技術的摩擦攪拌焊接工具（1）用于摩擦攪拌焊接加工，并包括基材（4）。基材（4）包含硬質相和粘結相。硬質相包含TiCN。粘結相由鐵族金屬制成。在距基材（4）表面的厚度為20μm的區域內粘結相與基材（4）的質量比Bs小于距基材（4）表面的厚度超過20μm的區域內的粘結相與基材（4）的質量比Bi。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種摩擦攪拌焊接工具。
技術介紹
1991年，在英國建立了接合諸如鋁合金等金屬材料的摩擦攪拌焊接技術。該項技術用于接合金屬材料，并且通過以下方式進行：使在頂端具有小直徑突起的圓柱狀摩擦攪拌焊接工具壓緊被接合的金屬材料的接合面，并且使該摩擦攪拌焊接工具旋轉，產生摩擦熱，并且利用該摩擦熱使金屬材料的接合部分軟化并且發生塑性流動。在本文中，“接合部分”是指，需要通過將金屬材料對接或將一塊金屬材料置于另一塊金屬材料之上來接合金屬材料的接合界面部分。在該接合界面附近，金屬材料被軟化并發生塑性流動，并且該金屬材料得到攪拌。結果，接合界面消失并且進行接合。此外，金屬材料同時發生動態再結晶。由于此動態再結晶，接合界面附近的金屬材料變為細顆粒，由此該金屬材料能夠以高強度進行接合。當使用鋁合金作為上述金屬材料時，塑性流動在大約500℃的較低溫度下發生。因此，即使在使用由廉價工具鋼制成的摩擦攪拌焊接工具時，也很少發生磨損，并且不需要頻繁更換工具。因此，在摩擦攪拌焊接技術中，接合鋁合金所需的成本低。因此，代替熔融并接合鋁合金的電阻焊接法，摩擦攪拌焊接技術已經在多種應用中作為接合鐵路車輛、汽車或飛機部件的技術得到實際使用。目前，摩擦攪拌焊接技術主要應用于在較低的溫度下發生塑性流動的非鐵金屬，例如鋁合金或鎂合金。在接合所需的成本和時間、接合部分的強度等方面，這種摩擦攪拌焊接技術優于電阻焊接法。因此，不僅需要將摩擦攪拌焊接技術應用于在低溫下發生塑性流動的材料的接合中，還需要將其應用于在1000℃或更高的高溫下發生塑性流動的銅合金或鋼材的接合中。然而，當將摩擦攪拌焊接技術應用于鋼材時，在接合期間，摩擦攪拌焊接工具本身暴露在高溫下。結果，摩擦攪拌焊接工具發生塑性變形，并且該摩擦攪拌焊接工具與被接合材料接觸的部分容易氧化并且磨損，這導致工具壽命明顯縮短。作為解決上述問題的嘗試，（例如）日本專利特開No.2003-326372（PTL1）公開了一種使摩擦攪拌焊接工具實現長壽命的技術，該技術通過在該摩擦攪拌焊接工具的表面與被接合材料發生接觸的部分覆蓋金剛石膜，由此提高了表面硬度，并抑制了被接合材料的低熔點輕質合金成分（例如Al合金或Mg合金）熔融附著到摩擦攪拌焊接工具。在PTL1中所披露的摩擦攪拌焊接工具中，在接合低熔點輕質合金（例如Al合金或Mg合金）時，該摩擦攪拌焊接工具表面的耐磨性確實得到了提高，由此使摩擦攪拌焊接工具實現了長壽命。盡管這種金剛石膜在低溫接合中表現出優異的耐磨性，然而在摩擦攪拌焊接鋼材等熔點超過1000℃的材料的過程中，金剛石膜容易被氧化。因此，不利的是，不能表現出足夠的耐磨性。為了解決這個問題，作為能夠在高溫下進行接合的摩擦攪拌焊接工具，日本國家專利公開No.2003-532542（PTL2）提出將諸如立方氮化硼（下面也稱為“cBN”）燒結體之類的超高壓燒結體應用至摩擦攪拌焊接工具，以取代工具用鋼。然而首先，cBN燒結體是昂貴的材料。因此，從成本的角度考慮，據認為采用了這種cBN燒結體的摩擦攪拌焊接工具難以實現實用化。作為另一個抑制摩擦攪拌焊接工具表面劣化的嘗試，日本專利特開No.2005-152909（PTL3）公開了一種摩擦攪拌焊接工具，其包括設置在基材上的底層，以及設置在該底層上的由TiN、TiAlN等制成的抗粘著覆膜。根據此摩擦攪拌焊接工具，即便長期使用，也可以防止被接合材料中的金屬成分（鋁）的粘著，因此可以持續進行穩定的加工。引用列表專利文獻PTL1：日本專利特開No.2003-326372PTL2：日本國家專利公開No.2003-532542PTL3：日本專利特開No.2005-152909
技術實現思路
技術問題然而，當使用PTL3中所公開的摩擦攪拌焊接工具對諸如鋼等熔點為1000℃以上的難接合材料進行接合時，摩擦攪拌焊接工具的表面暴露在1000℃以上的高溫下，結果導致其磨損速度明顯快于將Al合金或Mg合金等被接合材料彼此摩擦攪拌焊接的情況。這導致工具壽命變短。鑒于上述情況完成了本專利技術，本專利技術的目的是提供一種摩擦攪拌焊接工具，該工具即使在將難接合材料彼此接合加工時，也具有優異的耐磨性和高接合強度。解決問題的手段本專利技術的摩擦攪拌焊接工具用于摩擦攪拌焊接加工，并且包括基材，所述基材包含硬質相和粘結相，所述硬質相包含TiCN，并且還包含化合物或者該化合物的固溶體，所述化合物由選自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W所構成的組中的一種或多種金屬和選自氮、碳、硼和氧所構成的組中的一種或多種元素構成，所述粘結相由鐵族金屬制成，在距基材表面的厚度為20μm的區域內粘結相與基材的質量比Bs小于距基材表面的厚度超過20μm的區域內的粘結相與基材的質量比Bi。Bs與Bi的質量比Bs/Bi優選為0至0.9。優選的是，在距基材表面的厚度為20μm的區域內Ti化合物與基材的質量比大于距基材表面的厚度超過20μm的區域內的Ti化合物與基材的質量比。優選的是，基材中與被接合材料接觸的部分的表面粗糙度Ra為0.3μm以下。優選的是，摩擦攪拌焊接工具包括基材和形成于基材上的被覆層。優選的是，被覆層具有1000℃以上的抗氧化性。優選的是，利用摩擦攪拌焊接工具的摩擦攪拌焊接加工為摩擦攪拌點焊。本專利技術提供了一種使用上述摩擦攪拌焊接工具進行材料接合的方法，被接合材料的熔點為1000℃以上。本專利技術的有益效果由于本專利技術的摩擦攪拌焊接工具具有上述構造，因此該摩擦攪拌焊接工具表現出這樣的效果：其在將難接合材料彼此接合的加工中，提供了優異的耐磨性和高接合強度。附圖簡要說明圖1為示出本專利技術的一個示例性摩擦攪拌焊接工具的截面示意圖。圖2為示出本專利技術的另一個示例性摩擦攪拌焊接工具的截面示意圖。具體實施方式下面將更詳細地描述本專利技術。<摩擦攪拌焊接工具>圖1為示出本專利技術的摩擦攪拌焊接工具的截面示意圖。如圖1所示，本專利技術的摩擦攪拌焊接工具1的形狀為包括小直徑（例如，直徑不小于2mm且不大于8mm）的探頭部分2和大直徑（例如，直徑不小于4mm且不大于20mm）的圓柱部分3。摩擦攪拌焊接工具1可以十分有利地用于（例如）摩擦攪拌焊接（FSW）應用和摩擦攪拌點焊（spot?FSW）應用。本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.12.28 JP 2010-2923641.一種用于摩擦攪拌焊接加工的摩擦攪拌焊接工具（1），包括
基材（4），
所述基材（4）包含硬質相和粘結相，
所述硬質相包含TiCN，并且還包含化合物或者該化合物的固溶
體，所述化合物由選自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W所構
成的組中的一種或多種金屬和選自氮、碳、硼和氧所構成的組中的一
種或多種元素構成，
所述粘結相由鐵族金屬制成，
在距所述基材（4）表面的厚度為20μm的區域內所述粘結相與所
述基材（4）的質量比Bs小于距所述基材（4）表面的厚度超過20μm
的區域內的所述粘結相與所述基材（4）的質量比Bi。
2.根據權利要求1所述的摩擦攪拌焊接工具（1），其中所述
Bs與所述Bi的質量比Bs/Bi為0至0.9。
3.根據權利要求1所述的摩擦攪拌焊接工具（1），其中在距...

【專利技術屬性】
技術研發人員：森口秀樹，內海慶春，宮崎博香，
申請(專利權)人：住友電氣工業株式會社，
類型：
國別省市：