Bonding mechanism and interfacial microstructure evolution in explosively welded hard-to-weld light materials

爆炸焊接难焊轻质材料的结合机理和界面微观结构演化

• 批准号: 21K14425
• 负责人: 成田 麻未
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14425/
• 关键词: 爆発圧着; アルミニウム合金; マグネシウム合金; 接合界面; 中間層; 接合強度; 異種金属接合; 爆発圧着法; 異材接合; 接合界面組織

本テーマは，車体重量を抜本的に軽量化するための新規材料として期待されるマグネシウム合金を，軽量材料として広く用いられるアルミニウム合金と組合せ，輸送機器の適材適所に取り入れようとする研究である。これには信頼性の高い接合技術が必要であるが，両合金は難溶接材である。これを克服するために本研究では「爆発圧着（爆着）法」を適用した。爆着法は固相接合の一種であり，合材の上に配置した爆薬の一端を起爆することで，合材を母材に衝突させ接合する手法である。接合速度が高速であることから，両合金の接合時に問題となる「脆性的な金属間化合物」が界面に形成しづらくなる。さらには，爆着材の接合界面は波形状であり，アンカー効果による強度上昇が期待される。本研究において，汎用マグネシウム合金（AZ31, AZ61およびAZ80）とアルミニウム合金（A6005C）を爆着法にて接合したところ，界面には極薄く中間層の形成が認められ，その厚みはマグネシウム合金の種類（アルミニウム濃度の違い）によって異なっていた。その他の接合手法では，接合界面に形成する中間層を1μm以下の厚みに制御することが困難であり，爆着法の有用性は明らかである。また，実用上における，残留応力を取り除くための熱処理を考慮し，爆着材に対して熱処理を施すと，接合界面の中間層の厚みが大きくなり接合強度が低下した。一方，合金組成を変化させることによっても中間層の厚みは大きくなるが，接合強度の低下は小さい。これは，中間層を構成する金属間化合物相の差であり，熱処理材では脆いβ-Al3Mg2相が接合界面に形成することで接合強度を低下することを明らかにした。

This paper discusses the research on the new material and expectation of the new material and alloy, and the new material and alloy combination of the new material. High reliability bonding technology is necessary, and alloys are difficult to weld. This study is based on the application of "explosion method". Explosion method is a kind of solid phase bonding method. The upper part of the composite material is arranged in the explosion direction. One end of the explosion direction is detonated. The composite material is connected to the base material by collision. Bonding speed is high, alloy bonding problems are caused by brittle intermetallic compounds and interface formation. In addition, the bonding interface of the explosive material has a wave shape, and the strength increases due to the failure. In this study, a wide range of alloy (AZ31, AZ61 and AZ80) and alloy (A6005C) were used for explosive bonding. The interface was very thin and the intermediate layer was formed. Other bonding methods are difficult to control by forming an intermediate layer with a thickness of less than 1μm, and the usefulness of the bonding method is obvious. In addition to heat treatment, the thickness of the intermediate layer of the bonding interface is large and the bonding strength is low due to heat treatment of the explosive material. On the one hand, the alloy composition is changed, the thickness of the intermediate layer is increased, and the bonding strength is decreased. The intermetallic compound phase difference in the composition of the intermediate layer is due to the formation of a brittle β-Al3Mg2 phase and the decrease in bonding strength.

项目成果

Characterization of metallographic structure of interface on explosively welded magnesium alloy/aluminum alloy clad materials

镁合金/铝合金复合材料爆炸焊接界面金相组织表征

• DOI: 10.11283/jlwa.60.38.r-6
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Light Metal Welding
• 作者: 成田 麻未;田中 宏樹;森 久史;佐藤 尚;渡辺 義見;斎藤 尚文;千野 靖正;花野 嘉紀;山田 吉徳;箕田 正
• 通讯作者: 箕田 正

Dissimilar joining of Mg/Al light metals by explosive welding

镁/铝轻金属爆炸焊接异种材料连接

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Mihara-Narita;K. Asai;H. Mori;Y. Chino;H. Sato and Y. Watanabe
• 通讯作者: H. Sato and Y. Watanabe

マグネシウム合金 /アルミニウム合金爆着クラッド材における界面の金属組織の特徴

镁合金/铝合金爆炸复合材料界面金相组织特征

• 发表时间: 2022
• 期刊: 軽金属溶接
• 作者: Mihara-Narita Mami;Asai Konosuke;Sato Hisashi;Watanabe Yoshimi;Mori Hisashi;Saito Naobumi;Chino Yasumasa;Mihara-Narita Mami;成田 麻未，森久史，佐藤尚，渡辺義見，斎藤尚文，千野靖正，花野嘉紀，山田吉徳，箕田正，田中宏樹
• 通讯作者: 成田 麻未，森久史，佐藤尚，渡辺義見，斎藤尚文，千野靖正，花野嘉紀，山田吉徳，箕田正，田中宏樹

爆発圧着法によるAZ80マグネシウム合金/A6005Cアルミニウム合金の異種金属接合

AZ80镁合金/A6005C铝合金的爆炸压接异种金属连接

• 发表时间: 2021
• 作者: Mami Mihara-Narita;Konosuke Asai;Hisashi Mori;Yasumasa Chino;Hisashi Sato;Yoshimi Watanabe;成田麻未，淺井康之介，佐藤尚，渡辺義見，森久史，斎藤尚文，中津川勲，千野靖正;成田麻未，淺井康之介，佐藤尚，渡辺義見，森久史，斎藤尚文，千野靖正
• 通讯作者: 成田麻未，淺井康之介，佐藤尚，渡辺義見，森久史，斎藤尚文，千野靖正

マグネシウム合金/アルミニウム合金爆発圧着材の接合界面組織に及ぼす焼鈍条件の影響

退火条件对镁合金/铝合金爆炸连接材料接头界面结构的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 淺井康之介，成田 麻未;森 久史;斎藤 尚文;千野 靖正;佐藤尚;渡辺義見
• 通讯作者: 渡辺義見