1. 緒 言 一般に,導電率の高い金属材料として,アルミニウムや 銅が知られている.導電率は抵抗率の逆数であり,温度依 存性のある格子振動に起因する抵抗率と,温度依存性のな い不純物や粒界等の格子欠陥に起因する抵抗率 (残留抵抗) の和で決まっている.格子振動の影響が小さい極低温領域 では,温度依存性のない残留抵抗が導電率の決定因子とな る.すなわち,高純度化は残留抵抗の 1 つの原因を低減す ることになり,極低温での導電率を増加させる.例えば, 99.999 wt.% 以上の超高純度アルミニウムでは,極低温での 導電率が室温と比較して 10,000 倍以上に増加すると報告さ れている 1) .また,金属材料の熱伝導は電子熱伝導と格子熱 伝導の和であり,導電率が高いと電子熱伝導も高くなる. したがって,極低温において高導電率を示す超高純度アル ミニウムは超電導電磁石周辺での熱伝導部材として重要で あり,その高性能化に貢献している 1-4) .超電導電磁石は, 例えば MRI 装置や,シンクロトロン,脳磁計のような先端 医療装置のほか,NMR 装置や磁界を利用したシリコン単結

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... 置といった各種研究設備等,幅広い分野で利用 されている 1) .一方で,これら製品の薄肉軽量化・省スペー ス化のためには,超高純度アルミニウム薄板の極低温での 高導電率を損なうことなく,装置に組み込むための接合技 術開発が必要であり,その継手強度は母材強度と同等以上 であればなお望ましい. これまでにアルミニウム板の溶接・接合に関しては,種々 の方法が提案・実用化されている.しかしながら,上述の ように母材の極低温での高導電性を損なわずに高強度の突 合せ継手を作製するには,施工後のアルミニウム純度や材 料組織について考慮する必要がある.例えば, 溶融溶接時に, 溶接金属の純度低下を避けるため,高純度アルミニウムで はない溶加棒を使用することができない.そのため,母材 のみを溶かす TIG (Tungsten inert gas) 溶接のような溶接手法 が適切と考えられる.一方,固相接合法の場合,インサー Ultrahigh-purity aluminum sheets with excellent electrical and thermal conductivity at ultra-low temperature have uses of a heat dissipation component, e.g. for a superconducting equipment. Recently, development of welding methods for these sheets without degradation of the excellent conductivity has been required. This study focused on friction stir welding (FSW), which was conducted for 99.999 wt.% (5N) Al thin sheets with thickness of 0.8 mm. The FSW tool rotation speed was set to 3000 rpm, and both the welding speed and tool insertion depth were changed. Decreasing welding speed suppressed the occurrence of a kissing bond on an FSW back side and increased the stir zone area having ultrafine grains, although residual strains in all the joints were more than tungsten inert gas (TIG)-welded joints which consisted of coarse grains similar to the base metal. Base metal fracture occurred in tensile tests of the FSW joints except that at the maximum welding speed, in contrast to rapture near the fusion line of the TIG-welded joint due to blowholes. On the other hand, residual resistivity ratio (RRR) of FSW and TIGwelded joints decreased to almost half of that of the base metal. The heat treatment at 500 ℃ for 3 h increased RRR of the FSW joints to almost the same value as that of the base metal. This is attributed to significant reduction of residual strain as well as grain growth. Decreasing RRR of the TIG-welded joint seemed to be attributed to decrease in purity. In order to obtain high conductivity at ultra-low temperature in the 5N-Al thin sheet joints keeping higher joining strength, the FSW in conjunction with post weld heat treatment would be a better choice.