Development of bonding technology for thin metal sheets using friction stir welding

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一般に流体に適用されてきた粒子法を拡張して高粘性流体という概念を溶融する前の金属状態にある摩擦撹拌接（Friction Stir Welding以下FSWと略す）時の接合部に適用することを着想した。この概念を接合部付近の空隙や欠陥等の材料不連続部を含めた接合界面に適用することで、従来の実験的手法や有限要素法等では測定・算出が難しかった接合界面における温度と圧力を予測することが可能となると考えた。さらに、このシミュレーションの手法では、接合条件、接合部組織および接合強度の相互の関係を支配する熱や熱に支配される物性値を特定できる可能性があることにも着目した。本研究では、電池電極として高信頼・高強度の接合が望まれるCu-Al異種金属材料をFSWによって接合した組織について定量的な観察結果と粒子法による接合部組織の再現シミュレーション結果の比較・評価を行うことで、接合部の温度分布や塑性流動を支配する接合パラメータを明らかにする。2022年度において、接合部の定量的な組織観察については、2021年度に実施した高精度の画像データの収集及び画像処理ソフトを用いて、接合界面長さ、接合界面の状態、結晶粒径およびその分布、欠陥の形態及び分布について更に測定点を増やして詳細な定量評価を行った。また、2022年度当初に予定していた　④接合部の詳細な組織観察を行った部分の硬さ試験によって評価を行い、組織との関係を調べた。粒子法についての検討項目では、計算機によるシミュレーション環境の高速度・高性能化のため、計算機高速化デバイス（GPU）や解析ソフトウェアの拡充を行った。金属の軟化温度付近における粘度をビッカース硬さ試験の再現したシミュレーションから決定し、粒子法によるAl-Cu接合のシミュレーションを行った結果、AlとCuの撹拌する様子（粒子分布）と、接合時の温度（温度分布）を可視化した。