Effects of titanium interlayer on dissimilar joining between aluminum alloy and magnesium alloy using laser brazing

Tomo OGURA, Shunsuke NETSU, Kazuyuki IKE, Kazuyoshi SAIDA
2018 QUARTERLY JOURNAL OF THE JAPAN WELDING SOCIETY  
1. 緒 言 近年,輸送機器産業においては CO 2 排出量の削減,燃費 の向上の観点から軽金属材料を用いたマルチマテリアル化 の需要が高く,軽金属材料を用いた異材接合技術の研究開 発が促進されている.中でも,アルミニウム合金と鉄鋼材 料においては一部,実用化も達成されている 1) .著者らもこ れまでにアルミニウム合金/鉄鋼材料を主体に異材接合の 接合界面の組織制御に着目し,接合時の界面反応層をナノ メートルサイズまで抑制することに成功し,アルミニウム 合金の母材破断を有する界面構造制御法を確立している 2-6) . 更なる軽量化を図った次世代のマルチマテリアル構造とし て,軽金属材料同士の異材接合,すなわちアルミニウム合 金とマグネシウム合金の異材接合が挙げられる.しかしな がら,アルミニウム合金やマグネシウム合金はともに鉄鋼 材料に比べて融点が非常に低く,従来の溶接・接合法では 入熱により母材の材質劣化や変形をより引き起こしやすい. そのため,アルミニウム合金とマグネシウム合金は共に難 接合材と称されている.アルミニウム合金とマグネシウム
more » ... 接合である摩 擦攪拌接合( Friction stir welding:FSW )を用いた研究報告 があり,ある程度の継手強さを有することが報告されてい る 7) .しかしながら,破断が接合部で生じるもの報告が多い のが現状であり,これら難接合材同士の異材接合技術はま だ確立されていない. 低入熱・局所加熱な溶接・接合プロセスとしてレーザブ レイジングがある.レーザブレイジングは接合部を局部加 熱,急熱,急冷による母材の材質劣化や変形制御が行える 特徴を有しているため 8)-11) ,ろう付け品質の安定化・高信頼 性化が図れ,難接合材同士の接合が期待できる.著者らはこ れまでにおいて A5052 合金と AZ31 合金のレーザブレイジン グの適用性を評価し,レーザ出力の増加に伴い,濡れ性は向 上するものの,一方で入熱による界面反応により形成される Al-Mg 系金属間化合物( Intermetallic compound:IMC )が継 手強さを減少させることを定量的に明らかにしている 12-13) . そのため,アルミニウム合金のマグネシウム合金の異材接 合における継手特性の向上には,母材同士の界面反応を抑 制することが非常に重要となる. 界面反応を制御する手法として,インサート材を母材間 に挟み,接合を行うことで,母材同士の相互拡散を抑制す る手法がある 14)-17) .本レーザブレイジングにおいてもイン サート材を母材間に挟み込むことで,アルミニウム合金と マグネシウム合金の相互拡散を抑えることで,Al-Mg 系 IMC の形成を抑制することが期待される.そこで本研究で は,界面反応をより抑制させるために軽金属材料である Ti 箔をインサート材として適用し,その効果を明らかにする ことを目的とした. 2. 実 験 方 法 供試材料にはアルミニウム合金には A5052(厚さ 1 mm ) , マグネシウム合金には AZ31(厚さ 1 mm )を,ろう材には The effect of titanium interlayer on dissimilar joining between an aluminum alloy and a magnesium alloy was evaluated. Mutual diffusion between aluminum and magnesium at the interface was suppressed by the interlayer. Ti 3 Al with the thickness of 200 nm was formed at the AZ92/Ti by the reaction of titanium and small amount of aluminum, whereas Al 3 Ti with the thickness of 5 μm was formed at Ti/A5052 interface by the reaction between titanium and local-melted aluminum, respectively. Tensile shear testing showed that a sound joint that fractured at the base metal was obtained and the maximum value of 191 N/mm achieved 880 W is about 81 % that of the A5052 base metal, which was significantly increased compared with the direct laser brazing between A5052 and AZ31 joint.
doi:10.2207/qjjws.36.247 fatcat:dxbbogymi5axdbsgawa7kdoc74