本发明专利技术提供了一种摩擦搅拌焊接用工具（1），其能够促进被接合材料在接合过程中的温度的升高，从而实现短时间内的摩擦搅拌焊接，并且其被覆层（3）具有优异的绝热性能、耐氧化性和耐磨性。具体而言，本发明专利技术公开了一种摩擦搅拌焊接用工具（1），其包括基材（2）和形成于所述基材（2）上的被覆层（3），其中所述被覆层（3）由一层或多层形成，并且所述被覆层（3）中的至少一层的透热率小于或等于5000J/s0.5·m2·K。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种摩擦搅拌焊接用工具。
技术介绍
1991年，在英国建立了接合诸如铝合金等金属材料的摩擦搅拌焊接技术。该项技术用于接合金属材料，并且通过以下方式进行使在顶端具有小直径突起的圆柱状摩擦搅拌焊接用工具压紧被接合的金属材料的接合面，并且使该摩擦搅拌焊接用工具旋转，产生 摩擦热，并且利用该摩擦热使金属材料的接合部分软化并且发生塑性流动(日本国家专利公开 No. 07-505090 (PTLD)0在本文中，“接合部分”是指，需要通过将金属材料对接或将一块金属材料置于另一块金属材料之上来接合金属材料的接合界面部分。在该接合界面附近，金属材料被软化并发生塑性流动，并且该金属材料得到搅拌。结果，接合界面消失并且进行接合。此外，金属材料同时发生动态再结晶。由于此动态再结晶，接合界面附近的金属材料变为细颗粒，由此该金属材料能够以高强度进行接合。当使用铝合金作为上述金属材料时，塑性流动在大约500°C的较低温度下发生。因此，即使在使用由廉价工具钢制成的摩擦搅拌焊接用工具时，工具也很少磨损，并且不需要频繁更换摩擦搅拌焊接用工具。因此，在摩擦搅拌焊接技术中，接合铝合金所需的成本低。因此，摩擦搅拌焊接技术已经替代熔融并接合铝合金的电阻焊接法，在多种实际应用中被用作接合铁路车辆、车辆或飞机部件的技术。目前，摩擦搅拌焊接技术主要应用于在较低的温度下发生塑性流动的非铁金属，例如铝合金或镁合金。在接合所需的成本和时间、接合部分的强度等方面，这种摩擦搅拌焊接技术优于电阻焊接法。因此，不仅需要将摩擦搅拌焊接技术应用于在低温下发生塑性流动的材料的接合中，还需要将其应用于在1000°c或更高的高温下发生塑性流动的铜合金或钢材的接合中。然而，当将摩擦搅拌焊接技术应用于钢材时，在接合期间，摩擦搅拌焊接用工具本身暴露在高温下。结果，摩擦搅拌焊接用工具发生塑性变形，并且该摩擦搅拌焊接用工具与被接合材料接触的部分容易氧化并且磨损，这导致工具寿命明显缩短。为了试图解决上述问题，(例如)日本专利特开No. 2003-326372 (PTL2)公开了一种摩擦搅拌焊接用工具，其中该摩擦搅拌焊接用工具与被接合材料发生接触的部分的表面被覆有金刚石膜，由此增加了表面硬度，抑制了作为被接合从材料的低熔点轻质合金成分(例如Al合金或Mg合金)与摩擦搅拌焊接用工具的焊接，并且延长了工具寿命。根据PTL2中所公开的摩擦搅拌焊接用工具，可以提高其表面的耐磨性，并且可以延长工具寿命。然而，金刚石膜的导热率极高。因此，由摩擦搅拌焊接用工具旋转而产生的摩擦热一部分逸散到摩擦搅拌焊接用工具侧，并且摩擦热难以充分传导至被接合材料侧。结果，从使摩擦搅拌焊接用工具的小直径突起压紧被接合材料直到发生塑性流动，需要大量的时间。在对高温下发生塑性流动的材料进行接合的情况中，摩擦搅拌焊接用工具必须高速旋转，从而使被接合材料的温度上升加快。因此，如果在被接合材料发生塑性流动之前耗费时间，则不能享受摩擦搅拌焊接技术能够降低接合所需的成本和时间的优点。为了尝试解决上述问题，日本国家专利公开No. 2003-532542 (PTL3)公开了一种提供热流屏障从而使热量不会传导至摩擦搅拌焊接用工具的轴部分的技术。如上文所述的热流屏障的设置使得摩擦热集中在被接合材料上。为了试图抑制摩擦搅拌焊接用工具的表面的劣化，日本专利特开No. 2005-152909(PTL4)公开了一种摩擦搅拌焊接用工具，其包括设置在基材上的底层，以及设置在该底层上的由TiN、TiAlN等制成的抗粘着覆膜。根据此摩擦搅拌焊接用工具，即便长期使用，也可以防止被接合材料中的金属成分(铝)的粘着，因此可以持续进行稳定的加工。引用列表专利文献PTLl :日本国家专利公开No. 07-505090PTL2 日本专利特开 No. 2003-326372PTL3 :日本国家专利公开 No. 2003-532542PTL4 日本专利特开 No. 2005-152909
技术实现思路
技术问题然而，当使用PTL4中所描述的具有抗粘着覆膜的摩擦搅拌焊接用工具对诸如钢等熔点大于或等于1000°c的难接合材料进行加工时，摩擦搅拌焊接用工具的表面暴露在1000°C或更高的高温下，所产生的摩擦热热传导至基材，因此基材容易发生塑性变形。因此，不能够获得足够长的工具寿命。特别地，PTL4中的抗粘着覆膜具有高的透热率。因此，由相对于被接合材料旋转而产生的摩擦热被热传导至基材，并且摩擦热不能够充分地传送至被接合材料。因此，在被接合材料的温度升高和发生塑性流动之前耗费了时间。鉴于上述情况完成了本专利技术，本专利技术的目的是提供一种摩擦搅拌焊接用工具，该工具能够加速被接合材料在接合过程中的温度升高，并且能够在短时间内使得被接合材料发生塑性流动，从而实现有效的摩擦搅拌焊接，使得在低旋转速度下进行优异的接合，并且具有优异的耐氧化性和耐磨性。解决问题的手段本专利技术的摩擦搅拌焊接用工具包括基材和形成于所述基材上的被覆层，其中所述被覆层由一层或多层形成，并且所述被覆层中的至少一层的透热率小于或等于5000J/S0.5 · m2 · K。优选地，所述被覆层中厚度最大的层的透热率小于或等于5000J/s°_5 · m2 · K。 优选地，所述被覆层包括一层或多层第一绝热层，所述第一绝热层的透热率小于或等于5000J/s°_5 ·πι2 ·Κ，并且由以下化合物或该化合物的固溶体形成，所述化合物为Al和选自由Ti、Si、Zr、Hf和Cr组成的组中的至少一种或多种元素的氮化物或氧化物，并且所述Al与包含在所述第一绝热层中的金属元素的原子比大于或等于60 %。优选地，所述被覆层包括一层或多层第二绝热层，所述第二绝热层的透热率小于或等于5000J/s°_5 -m2 ·Κ，并且由以下化合物或该化合物的固溶体形成，所述化合物为Si和选自由Al、Ti、Zr、Hf和Cr组成的组中的至少一种或多种元素的氮化物或氧化物，并且所述Si与包含在所述第二绝热层中的金属元素的原子比大于或等于50%。优选地，所述被覆层包含六方晶体结构和/或非晶结构优选地，所述摩擦搅拌焊接用工具具有插入支架中的夹柄部分，并且所述被覆层形成于除所述夹柄部分之外的全部或部分所述基材上。优选地，所述被覆层至少形成于所述基材中的在接合加工过程时与被接合材料接触的部分上。优选地，所述被覆层中不存在从所述被覆层的表面延伸至所述基材的裂纹。优选地，所述被覆层中的至少一层是通过物理气相沉积法形成的。本专利技术涉及一种利用所述的摩擦搅拌焊接用工具对被接合材料进行接合的方法，其中所述接合是对熔点大于或等于1000°C的被接合材料而进行的。本专利技术的上述摩擦搅拌焊接用工具可以合适地用于接合由高熔点材料制成的被接合材料。本专利技术的有益效果由于本专利技术的摩擦搅拌焊接用工具具有上述构造，因此本专利技术的摩擦搅拌焊接用工具产生这样的效果促进了被接合材料在接合过程中的温度的升高，从而实现了在短时间内的摩擦搅拌焊接；被覆层具有优异的绝热性能；并且获得了优异的耐氧化性和耐磨性。与PTL2中的包括由不同种材料制成的热流屏障的结构相比，具有上述构造的摩擦搅拌焊接用工具简单且廉价。此外，在该摩擦搅拌焊接用工具中，基材的温度难以升高，因此能够在短时间内进行接合，并且能够获得优异的耐磨性本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.17 JP 2009-2866311.一种摩擦搅拌焊接用工具(1)，其包括基材(2)和形成于所述基材(2)上的被覆层(3)，其中 所述被覆层(3)由一层或多层形成，并且所述被覆层(3)中的至少一层的透热率小于或等于 5000J/S0-5 · m2 · K。2.根据权利要求I所述的摩擦搅拌焊接用工具(I)，其中 所述被覆层(3)中厚度最大的层的透热率小于或等于5000J/s°_5 · m2 · K。3.根据权利要求I所述的摩擦搅拌焊接用工具(I)，其中 所述被覆层(3)包括一层或多层第一绝热层， 所述第一绝热层的透热率小于或等于5000J/s°_5 · m2 · K，并且由以下化合物或该化合物的固溶体形成，所述化合物为Al和选自由Ti、Si、Zr、Hf和Cr组成的组中的至少一种或多种元素的氮化物或氧化物，并且 所述Al与包含在所述第一绝热层中的金属元素的原子比大于或等于60 %。4.根据权利要求I所述的摩擦搅拌焊接用工具(I)，其中 所述被覆层(3)包括一层或多层第二绝热层， 所述第二绝热层的透热率小于或等于5000J/s°_5 · m2 · K，并且由以下...
【专利技术属性】
技术研发人员：森口秀树，内海庆春，宫崎博香，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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