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WO2010074165A1 - 金属材の加工方法、金属材の加工方法によって加工された構造物及び回転ツール - Google Patents

金属材の加工方法、金属材の加工方法によって加工された構造物及び回転ツール Download PDF

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Publication number
WO2010074165A1
WO2010074165A1 PCT/JP2009/071476 JP2009071476W WO2010074165A1 WO 2010074165 A1 WO2010074165 A1 WO 2010074165A1 JP 2009071476 W JP2009071476 W JP 2009071476W WO 2010074165 A1 WO2010074165 A1 WO 2010074165A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal material
probe
shoulder
rotary tool
processing method
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/071476
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
英俊 藤井
智明 宮澤
智弘 丸子
武 石川
一夫 玄地
Original Assignee
国立大学法人大阪大学
株式会社フルヤ金属
東急車輛製造株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人大阪大学, 株式会社フルヤ金属, 東急車輛製造株式会社 filed Critical 国立大学法人大阪大学
Priority to KR1020117017344A priority Critical patent/KR101456742B1/ko
Priority to JP2010544129A priority patent/JP5540288B2/ja
Priority to GB1110807.3A priority patent/GB2478480B/en
Priority to CN200980152281.XA priority patent/CN102264501B/zh
Priority to US13/142,037 priority patent/US20110274943A1/en
Publication of WO2010074165A1 publication Critical patent/WO2010074165A1/ja
Priority to US13/428,245 priority patent/US20120237788A1/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • B23K20/1255—Tools therefor, e.g. characterised by the shape of the probe
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a metal material processing method, a structure processed by the metal material processing method, and a rotary tool, and in particular, a processing method for processing a metal material by friction stir welding, a rotary tool, and a structure processed by the processing method. Related to things.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a tip that can be replaced at the tip of a rotary tool is provided with a probe that can be replaced at the center, and the periphery thereof is friction stir welded by a rotary tool having a concave surface.
  • Patent Document 2 discloses a friction stir welding tool that press-fits a probe pin extended from a tip surface of a rotating rotor into a joint portion of a member to be joined and friction stir welds the member to be joined at the joint portion.
  • the rotor and the probe pin are integrally formed of cemented carbide and the locking portion is notched on the rear side of the rotor, while the locking portion is formed on the shank portion made of tool steel or die steel.
  • a housing portion is provided for inserting the rear side of the rotor provided with the rotor, and the rear side of the rotor is inserted into the housing portion, and a screw is pressed against the locking portion of the rotor inserted into the housing portion for rotation.
  • the friction stir welding tool of Patent Document 2 can reduce the cost by reducing the portion of the cemented carbide. Further, the friction stir welding tool disclosed in Patent Document 2 can easily replace only the one in which the rotor and the probe pin are integrally formed even when the rotor and the probe pin are worn. Furthermore, the friction stir welding tool of Patent Document 2 is prepared by preparing a plurality of probe pin diameters, lengths, etc., which can be used by appropriately changing them.
  • the above-described technology has attempted to perform the friction stir welding better by improving the structure, size, shape, material, and the like of the rotary tool.
  • the material and the like of an ideal rotary tool vary greatly depending on the metal composition to be joined by friction stir welding. Therefore, simply improving the structure, size, shape, material, etc. of the rotary tool can sufficiently improve the life of the rotary tool when performing friction stir welding on various metal materials. There is a problem that it is difficult to obtain a simple joint.
  • the present invention is a metal material that can sufficiently improve the life of a rotary tool and obtain a better processed part even when performing friction stir welding on various metal materials. It is intended to provide a processing method.
  • the present invention is a processing method of a metal material in which two metal materials are opposed to each other in a processing portion, and the tip of the rotary tool is inserted into the processing portion while rotating a rod-shaped rotating tool, and the two metal materials are processed.
  • the tip of the rotary tool has a probe protruding at the center and a shoulder at the periphery, and the probe and the shoulder are made of different materials at least in the surface portion in contact with the metal material. It is.
  • the probe and shoulder of the rotary tool are made of different materials at least on the surface portion in contact with the metal material, it is possible to cope with friction stir welding for various metal materials. This increases the possibility that the life of the rotary tool and the quality of the processed part can be improved.
  • the end portions of the plate-like metal material are brought into contact with each other to form a joint portion, and the rotary tool is moved while rotating along the longitudinal direction of the joint portion.
  • Friction stir welding that joins metal materials
  • Spot friction stir welding where metal materials are overlapped at the joint, a rotating tool is inserted into the joint, and the rotating tool is rotated without moving at that location to join the metal materials together.
  • Friction stir welding in which metal materials are overlapped at a joint, a rotary tool is inserted into the joint, and the rotary tool is moved while rotating along the longitudinal direction of the joint to join the metal materials together (1) includes four aspects and combinations of these - (4).
  • the two metal materials are not simply joined at the processing portion, but the tip of a rod-shaped rotary tool is inserted into the processing portion to rotate the rotary tool. Processing for modifying the part is also included.
  • the wear resistance of the probe is higher than the wear resistance of the shoulder.
  • the adhesion of the probe to the metal material is higher than the adhesion of the shoulder to the metal material.
  • the adhesion of the probe to the metal material is higher than the adhesion of the shoulder to the metal material, so that the stirring of the metal material is promoted and the volume of the stirring unit can be increased.
  • the probe is Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, Nb, Ta, Zr and Hf, or Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, Nb, Ta, It is preferable to be made of an alloy containing at least one of Zr and Hf by 50% by mass or more.
  • the probe is made of at least one of Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, Nb, Ta, Zr, and Hf, or Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, By comprising an alloy containing at least one of Nb, Ta, Zr, and Hf in an amount of 50% by mass or more, the wear resistance of the probe and the adhesion to a metal material can be sufficiently improved.
  • the probe preferably includes at least one of Cr, Si, Mo, V, Al, Nb, Ti, and W.
  • the probe includes at least one of Cr, Si, Mo, V, Al, Nb, Ti, and W which are ferrite stabilizing elements, thereby causing a ⁇ phase that causes a decrease in corrosion resistance in the processed portion. Generation can be suppressed.
  • the shoulder is preferably made of any one of Si 3 N 4 and polycrystalline cubic boron nitride.
  • the shoulder is made of either Si 3 N 4 or polycrystalline cubic boron nitride, so that the adhesion of the probe to the metal material is higher than the adhesion of the shoulder to the metal material. And stirring of a metal material is accelerated
  • the probe and the shoulder can be rotated at different rotation speeds, and the probe rotation speed is higher than the shoulder rotation speed.
  • the probe and the shoulder can be rotated at different rotation speeds, and the probe rotation speed is higher than the rotation speed of the shoulder, so that the probe can be moved at the center of the processing portion where high temperature is desired. It becomes possible to keep the temperature low by rotating the shoulder at a low speed for the entire processed part, which is desired to be heated to a high temperature and to keep the temperature low as a whole.
  • the length protruding from the tip of the probe rotation tool can be changed.
  • the rotating tool can be used continuously.
  • the shoulder surface portion can be covered with a substance having lower adhesion to the metal material than the probe.
  • the surface of the shoulder is covered with a material having a lower adhesiveness to the metal material than the probe, so that the material of the entire shoulder becomes the material of the probe. The effect equivalent to what was changed can be produced.
  • the surface portion of the shoulder is Si 3 N 4 , BN, Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, B 4 C, NiO, SiAlON, AlN, TiAlN, TiN, CrN, TiCN, TiSiN, DLC, TiCrN, It can be covered with either TiAlSiN or AlCrSiN.
  • the surface portion of the shoulder is Si 3 N 4 , BN, Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, B 4.
  • the material of the entire shoulder is made of Si 3 N 4 or polycrystalline cubic nitriding An effect equivalent to that of boron can be achieved.
  • the surface portion of the probe can be covered with a substance having higher adhesion to the metal material than the shoulder.
  • the surface of the probe is covered with a substance having a higher adhesion to the metal material than the shoulder, so that the material of the entire probe is changed to the material of the shoulder.
  • the effect equivalent to what was changed can be produced.
  • the surface portion of the probe can be covered with a material having higher wear resistance against the metal material than the shoulder.
  • the surface of the probe is covered with a material having higher wear resistance against the metal material than the shoulder, so that the material of the entire probe is made of the shoulder material. It is possible to produce the same effect as that changed.
  • the metal material is stainless steel, carbon steel, alloy steel, Ni-base alloy, Ti, Co, Rh, Pd, Cu, Pt and Au, or stainless steel, carbon steel, alloy steel, Ni-base It is preferable to be made of an alloy, at least one of Ti, Co, Rh, Pd, Cu, Pt, and Au.
  • the metal material is stainless steel, carbon steel, alloy steel, Ni-based alloy, Ti, Co, Rh, Pd, Cu, Pt and Au, or stainless steel.
  • the rotating tool is likely to wear and the processing part is likely to be rough Even if it is included, wear of the rotary tool can be suppressed and roughening of the processed portion can be prevented.
  • the structure processed by the metal material processing method of the present invention has a good processed portion and is excellent in mechanical properties.
  • the present invention is used in a metal material processing method in which two metal materials are opposed to each other at a processing portion, and the tip of the rotary tool is inserted into the processing portion while rotating a rod-shaped rotary tool, thereby processing the two metal materials.
  • a rotary tool, the tip of the rotary tool has a probe protruding at the center and a shoulder at the periphery, and the probe and the shoulder are rotary tools made of different materials at least on the surface portion in contact with the metal material. .
  • the wear resistance of the probe is higher than the wear resistance of the shoulder because the life of the rotary tool can be improved.
  • the adhesion of the probe to the metal material is higher than the adhesion of the shoulder to the metal material.
  • the adhesion of the probe to the metal material is higher than the adhesion of the shoulder to the metal material, so that the stirring of the metal material is promoted and the volume of the stirring unit can be increased. Further, by making the adhesion of the shoulder to the metal material lower than the adhesion of the probe to the metal material, it is possible to prevent the processed portion from being roughened by the shoulder passing through a wide range of the processed portion.
  • the probe may be at least one of Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, Nb, Ta, Zr and Hf, or Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, Nb, Ta, It is preferable to be made of an alloy containing at least one of Zr and Hf by 50% by mass or more in order to ensure high wear resistance and adhesion of a metal material.
  • the probe should contain at least one of Cr, Si, Mo, V, Al, Nb, Ti, and W, which can suppress the generation of ⁇ phase that causes a decrease in corrosion resistance in the processed portion. It is.
  • the shoulder is made of either Si 3 N 4 or polycrystalline cubic boron nitride, and the adhesion of the probe to the metal material is higher than the adhesion of the shoulder to the metal material. This is preferable because the agitation is promoted and the volume of the agitation part can be increased. Further, the adhesion of the shoulder to the metal material is lower than the adhesion of the probe to the metal material, and the surface of the processed portion can be prevented from being roughened by the shoulder passing through a wide range of the processed portion.
  • the probe and the shoulder can be rotated at different rotational speeds in order to obtain a good processed part.
  • the length of the probe protruding from the tip of the rotating tool can be changed because the rotating tool can be used continuously.
  • the surface portion of the shoulder is covered with a material having lower adhesion to the metal material than the probe, the same effect as that obtained by changing the material of the entire shoulder from the material of the probe can be obtained. Is preferred.
  • the surface portion of the shoulder Si 3 N 4, BN, Al 2 O 3, ZrO 2, SiC, B 4 C, NiO, SiAlON, AlN, TiAlN, TiN, CrN, TiCN, TiSiN, DLC, TiCrN, TiAlSiN And AlCrSiN are preferable because the same effect as that obtained by using Si 3 N 4 or polycrystalline cubic boron nitride as the material of the entire shoulder can be obtained.
  • the surface portion of the probe is covered with a material having higher adhesion to the metal material than the shoulder, so that the same effect as that obtained by changing the material of the entire probe to that of the shoulder can be obtained. Is preferred.
  • the surface of the probe is covered with a material that is more resistant to metal than the shoulder, which can produce the same effect as changing the overall probe material to the shoulder material. This is preferable because it is possible.
  • the life of the rotary tool is sufficiently improved and a better processed part is obtained. Is possible.
  • the structure processed by the metal material processing method of the present invention has a good processed part and is excellent in mechanical characteristics.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a metal material joining method according to the first embodiment.
  • the end portions of the plate-shaped metal materials 1 and 2 are butted together at the joint portion 3, and the rotating tool 10 a gripped by the chuck 20 is rotated, while the tip of the rotating tool 10 a is rotated.
  • the shoulder 11 at the periphery is brought into contact with the joint 3 and the probe 12 at the center of the tip of the rotary tool 10a is inserted into the joint 3 to join the metal materials 1 and 2 together.
  • a shield gas made of an inert gas such as Ar is supplied to the joint 3.
  • FIG. 2 is a perspective view showing another aspect of the metal material joining method according to the first embodiment.
  • the metal materials 1 and 2 are overlapped at the joint portion 3, and the rotating tool 10 a is inserted into the joint portion 3 through one metal material 1 while being rotated. Join each other.
  • a shield gas made of an inert gas such as Ar is supplied to the joint portion 3.
  • a light alloy material containing Al or the like can be applied, but in this embodiment, the wear of the rotary tool 10a and the roughness of the joint portion 3 are reduced.
  • austenitic stainless steel such as SUS304, SUS301L, SUS316L
  • ferritic stainless steel such as SUS430
  • two-phase Stainless steel
  • different materials can be applied as the metal materials 1 and 2 instead of the same material.
  • joining of carbon steels such as joining of SS400 and S45C
  • joining of carbon steel and stainless steel such as joining of SS400 and SUS304
  • joining of light alloys such as joining of A5083 and AZ41
  • the joining method of the present embodiment can perform joining, joining of aluminum alloys, which are non-heat treated materials such as A5083 having a large plate thickness, and joining of non-heat treated materials and heat treated materials such as joining of A5083 and A6N01. .
  • the metal materials 1 and 2 to be joined include Ni-based alloy, Ti, Co, Rh, Pd, Cu, Pt, and Au, or stainless steel, carbon steel, alloy steel, Ni-based alloy, Ti , Co, Rh, Pd, Cu, Pt, and Au.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the rotary tool according to the first embodiment.
  • the rotary tool 10a has a substantially cylindrical shape, and has a probe 12 protruding at the center at the tip and a shoulder 11 at the periphery.
  • the shoulder 11 and the probe 12 have a separated structure, and are made of different materials.
  • the shoulder 11 has a cylindrical shape having a through hole at the center.
  • the probe 12 has a columnar shape with a smaller diameter than the shoulder 11, passes through a through hole in the center of the shoulder 11, and protrudes from the tip of the rotary tool 10 a.
  • the side surface of the shoulder 11 is fixed to the chuck 20 by a hexagon socket set screw 21.
  • the side surface of the probe 12 is fixed to the chuck 20 by a hexagon socket set screw 22.
  • the shoulder 11 and the probe 12 are fixed to the chuck 20 by means of hexagon socket set screws 21 and 22, respectively, so that at the time of joining, the chuck 11 rotates at the same rotational speed in the same rotational direction as the chuck 20 rotates.
  • the shoulder 11 and the probe 12 are fixed at only one place on the side surface.
  • the shoulder 11 and the probe 12 are placed at three places 120 degrees apart from each other with respect to the rotation axis of the rotary tool 10 a. By fixing the, the shoulder 11 and the probe 12 can be more securely fixed to the chuck 20.
  • the probe 12 may be slidable along the through hole of the shoulder 11, and the protruding length of the probe 12 from the tip of the rotary tool 10a may be changed and fixed. Thereby, even if the probe 12 is worn due to processing, the rotary tool 10a can be continuously used by changing the length of the probe 12 protruding from the tip of the rotary tool 10a.
  • the probe 12 is made of an Ir alloy having excellent wear resistance and adhesion of the metal materials 1 and 2.
  • the material of the probe 12 is at least one of Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, Nb, Ta, Zr, and Hf, or Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, Nb, It can be made of an alloy containing at least one of Ta, Zr and Hf by 50 mass% or more.
  • the probe 12 can include at least one of Cr, Si, Mo, V, Al, Nb, Ti, and W.
  • the probe 12 suppresses the generation of a ⁇ phase that causes a decrease in corrosion resistance at the joint 3. be able to. It should be noted that the material used for the probe 12 is more effective for extending the tool life when forged.
  • the shoulder 11 is made of Si 3 N 4 that can suppress wear resistance and adhesion of the metal materials 1 and 2 to be lower than those of the probe 12.
  • the shoulder 11 can be made of any one of Si 3 N 4 and polycrystalline cubic boron nitride (PCBN), and other ceramics can also be applied.
  • the probe 12 and the shoulder 11 are made of different materials, and the rotary tool 10a has a structure in which both are combined. However, stress concentration is reduced by making the cross section of the probe 12 an oval type. The durability can be further increased.
  • the surface of the probe 12 is Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, Nb, Ta, Zr, or Hf, or Ir, Mo, W, V, Rh, Ru. , Re, Nb, Ta, Zr and Hf can be coated with an alloy containing 50% by mass or more, and the same effect as that obtained when the whole substance is the above substance can be obtained.
  • the shoulder 11 has only a surface portion of Si 3 N 4 , BN, Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, B 4 C, NiO, SiAlON, AlN, TiAlN, TiN, CrN, TiCN, TiSiN, and DLC. , TiCrN, TiAlSiN, and AlCrSiN, and the same effect can be obtained as when the entire material is the above material.
  • the entire probe 12 can be made of an Ir alloy, and the shoulder 11 can be covered with Si 3 N 4 .
  • the entire rotary tool 10a is made of an Ir alloy, and Si 3 N 4 , BN, Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, B 4 C, NiO, SiAlON, Any one of AlN, TiAlN, TiN, CrN, TiCN, TiSiN, DLC, TiCrN, TiAlSiN, and AlCrSiN may be coated.
  • the probe 12 since the probe 12 is generally more worn than the shoulder 11, the coating on the surface of the probe 12 is removed early due to wear accompanying processing, and the Ir alloy of the probe 12 is exposed. The same effect as that obtained when the whole 12 is made of a different substance can be obtained.
  • the protruding length of the probe 12 can be set shorter than the normal probe length because of good adhesion. For example, it is preferably 1.5 mm or less, more preferably 1.35 mm or less, which is shorter than usual. Furthermore, the probe length is usually set to about 1.4 mm with respect to a plate thickness of 1.5 mm of the metal materials 1 and 2, but bonding is possible even with a probe length of 1.3 mm. This is because the adhesion between the Ir alloy of the probe 12 and the metal materials 1 and 2 is high, and stirring is promoted. In addition, by shortening the protruding length of the probe 12 as described above, even when the plate thickness of the metal materials 1 and 2 is changed, it is possible to join without damaging the rotary tool 10a. In addition, this can extend the life of the tool.
  • the shoulder 11 and the probe 12 of the rotary tool 10a are made of different materials.
  • the probe 12 is made of a material that has high wear resistance and high adhesion to the metal materials 1 and 2 that are materials to be joined.
  • the shoulder 11 is made of a material having low wear resistance and low adhesion to the metal materials 1 and 2.
  • the thermal conductivity of the probe 12 and the shoulder 11 is lower than that of the metal materials 1 and 2, the efficiency of heat input used for bonding is improved.
  • the probe 12 has at least one of Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, Nb, Ta, Zr, and Hf, or Ir, Mo, W, V, Rh, Ru, Re, Nb, An alloy containing at least one of Ta, Zr, and Hf is 50 mass% or more, and the shoulder 11 is made of ceramics such as Si 3 N 4 and polycrystalline cubic boron nitride.
  • the shoulder 11 since the shoulder 11 has low wear resistance and adhesion of the metal materials 1 and 2 and the like, the surface of the joint portion 3 after the shoulder 11 passes is prevented from being roughened, and stainless steel is joined. Also, the corrosion resistance of the joint 3 can be improved. Therefore, according to the present embodiment, the structure formed by joining the metal materials 1 and 2 can have a good processed portion and excellent mechanical characteristics.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the structure of the rotary tool according to the second embodiment.
  • the probe 12 of the rotary tool 10 b of the present embodiment has a column shape having a hexagonal column surface 13 on a part of the side surface.
  • the chuck 20 is provided with a holding hole having an inner wall surface corresponding to the hexagonal column surface 13.
  • the probe 12 is fixed to the chuck 20 by fitting the hexagonal column surface 13 and the inner wall surface of the holding hole of the chuck 20.
  • the shoulder 11 is fixed to the chuck 20 with a hexagon socket set screw 21 after passing the probe 12 through the through-hole in the center of the shoulder 11 as in the first embodiment.
  • the thermal expansion coefficient of the chuck 20 is smaller than the thermal expansion coefficient of the probe 12.
  • the probe 12 expands larger than the chuck 20 due to heat generated during the joining, so that the probe 12 is firmly fixed to the chuck 20.
  • the probe 12 contracts more than the chuck 20 due to cooling by heat dissipation after the end of joining, the probe 12 can be easily detached from the chuck 20.
  • the hexagon socket set screw 21 is used only for the shoulder 11 in fixing the rotary tool 10b to the chuck 20, the rotary tool 10b can be easily attached to and detached from the chuck 20. There is.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the rotary tool according to the third embodiment.
  • the rotary tool 10c of this embodiment is the same as that of the first embodiment in that the probe 12 is made of Ir or the like and the shoulder 11 is made of Si 3 N 4 or the like.
  • the shoulder 11 are different from the first embodiment in that they can be rotated at different rotational speeds v 1 and v 2 , and the rotational speed v 1 of the probe is higher than the rotational speed v 2 of the shoulder.
  • the shoulder 11 and the probe 12 are rotated in the same direction.
  • the rotation in the probe 12 and has been a rotatable respectively in the same direction different rotational speeds v 1, v 2 and the shoulder 11, the rotational speed v 1, v 2 respectively different in the opposite direction It may be possible.
  • the probe 12 and the shoulder 11 can be rotated at different rotational speeds, and the rotational speed v 1 of the probe 12 is set to be higher than the rotational speed v 2 of the shoulder 11, thereby increasing the temperature. It is possible to increase the temperature of the center of the desired joint 3 by rotating the probe 12 at a high speed, and to keep the temperature low by rotating the shoulder 11 at a low speed. Become.
  • the metal material processing method of the present invention, the structure processed by the metal material processing method, and the rotary tool are not limited to the above-described embodiments, and are within the scope not departing from the gist of the present invention. Of course, various changes can be made.
  • Example 1 A plate made of SUS304 having a thickness of 1.5 mm, a length of 165 mm, and a width of 35 mm was subjected to friction stir welding by the method shown in FIG. 1 to prepare a test piece.
  • a rotary tool 10a as shown in FIG. 3 is used, the probe 12 is made of Ir alloy, and the shoulder 11 is made of Si 3 N 4 .
  • the diameter of the shoulder 11 was 15.0 mm, the R dimension at the end of the shoulder 11 was 1.0 mm, the diameter of the probe 12 was 6.0 mm, and the protruding length of the probe 12 was 1.35 mm, which was shorter than usual. This is because the adhesion between the Ir alloy of the probe 12 and SUS304 is high, and stirring is promoted.
  • the rotational speed of the rotary tool 10a was 600 rpm
  • the inclination angle was 3 °
  • the joining load to SUS304 was 1360 kg
  • the joining speed was 300 mm / min or 600 mm / min
  • Ar gas was supplied as a shielding gas at a flow rate of 30 L / min.
  • a test piece was also prepared by friction stir welding using a conventional rotary tool made of only Si 3 N 4 and a rotary tool made only of an Ir alloy.
  • each prepared specimen was observed with an electron microscope. Further, a salt spray test was performed by spraying 10% by mass of salt water on the joint portion of each test piece and leaving it for several hundred hours in an environment of a temperature of 35 ° C. and a humidity of 95%.
  • FIG. 6 is a graph showing a change in wear mass with respect to the number of times the rotary tool is joined in the experimental example. As shown in FIG. 6, it can be seen that the rotary tool 10a of the present invention shows no wear even after 10 times of joining, whereas the conventional rotary tool made of only Si 3 N 4 is greatly worn. .
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a joint portion by the rotary tool of the present invention. As shown in FIG. 7, it can be seen that in the joint portion by the rotary tool 10 a of the present invention, a band-like layer that is easily corroded is not seen, and the joint portion 3 is not rough. In this case, the joining speed is 300 mm / min.
  • FIG. 8 is a view after the salt spray test of the joint with the rotary tool of the present invention. As shown in FIG. 8, it can be seen that no corrosion occurs in the joint even after 360 hours have elapsed after spraying salt water onto the joint.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a joint portion formed by a conventional rotary tool made of only Si 3 N 4 .
  • a band-shaped layer D that is a layer that is easily corroded can be seen in the joint portion by the conventional rotary tool made of Si 3 N 4 .
  • the joining speed is 600 mm / min.
  • FIG. 10 is a view before a salt spray test of a joint portion using a rotary tool made of only a conventional Ir alloy. As shown in FIG. 10, even before salt water is sprayed on the joint 3, it can be seen that the joint is rough and rough.
  • FIG. 11 is a view after the salt spray test of the joint with a rotary tool made of only a conventional Ir alloy. As shown in FIG. 11, it can be seen that after 100 hours have elapsed after spraying salt water on the joint, much corrosion has occurred in the joint.
  • a metal material having a plate thickness of 1.5 mm was projected using a rotating tool 10 a having an Ir alloy protruding length of 1.35 mm on the probe 12 and a shoulder diameter of 15 mm of silicon nitride on the shoulder 11.
  • the appropriate bonding condition range is as shown in Table 1 below.
  • the appropriate joining condition range in this case refers to the case where the result of the joint tensile test shows the same strength as the base metal.
  • the life of the rotary tool is sufficiently improved and a better processed part is obtained. Is possible.
  • the structure processed by the metal material processing method of the present invention has a good processed part and is excellent in mechanical characteristics.

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Abstract

　回転ツール１０ａのプローブ１２はＩｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ及びこれらを５０質量％以上含む合金とし、ショルダー１１はＳｉ３Ｎ４及び多結晶立方晶窒化硼素等のセラミックスからなるものとした。これにより、プローブ１２については耐摩耗性及び金属材１，２等の付着性が高いため、硬い金属材１，２を接合する場合でも回転ツール１０ａの寿命を向上させ、接合攪拌部の耐食性を向上させ、接合部３の攪拌を促進することができる。また、ショルダー１１については耐摩耗性及び金属材１，２等の付着性が高いため、ショルダー１１が通過した後の接合部３の表面が荒れることを防ぎ、ステンレス鋼を接合する場合であっても接合部３の耐食性を向上させることができる。

Description

金属材の加工方法、金属材の加工方法によって加工された構造物及び回転ツール
　本発明は金属材の加工方法、金属材の加工方法によって加工された構造物及び回転ツールに関し、特に摩擦攪拌接合によって金属材を加工する加工方法、回転ツール、及び当該加工方法によって加工された構造物に関する。
　従来の金属材の接合方法においては、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction　Stir　Welding）により金属材を接合する技術が知られている。摩擦攪拌接合では、接合しようとする金属材を接合部において対向させ、棒状の回転ツールを回転させつつ先端に設けられたプローブを接合部に挿入し、接合部の長手方向に沿って回転ツールを回転させつつ移動させて、摩擦熱により金属材を塑性流動させることによって２つの金属材を接合する。例えば、特許文献１には、回転ツールの先端において、中央部に取替可能なプローブを備え、その周辺部は凹面を有する回転ツールにより摩擦攪拌接合を行う技術が開示されている。
　また、特許文献２には、回転する回転子の先端面から延出されたプローブピンを、被接合部材の接合部に圧入させ、接合部において被接合部材を摩擦攪拌接合させる摩擦攪拌接合用ツールにおいて、回転子とプローブピンとを超硬合金で一体に形成すると共に、回転子の後部側に係止部を切り欠き形成する一方、工具鋼やダイス鋼で構成されたシャンク部に、係止部が設けられた回転子の後部側を挿入させる収容部を設け、この収容部内に回転子の後部側を挿入させると共に、収容部内に挿入された回転子の係止部にねじを押し付けて、回転子とプローブピンとが一体に形成されたものをシャンク部に固定させる摩擦攪拌接合用ツールが開示されている。この特許文献２の摩擦攪拌接合用ツールは、超硬合金の部分を少なくしてコストを低減させることができる。また特許文献２の摩擦攪拌接合用ツールは、回転子やプローブピンが摩耗した場合等においても、回転子とプローブピンとが一体に形成されたものだけを簡単に交換することができる。さらに特許文献２の摩擦攪拌接合用ツールは、プローブピンの径や長さ等を変更させたものを複数準備しておき、これを適宜変更させて使用することもできるというものである。
特表平９－５０８０７３号公報 特開２００５－１９９２８１号公報
　ところで、上記のような技術では、回転ツールの構造、大きさ、形状及び材質等を改良することによって、より良好に摩擦攪拌接合を行うことを試みたものである。しかしながら、理想的な回転ツールの材質等は、摩擦攪拌接合により接合される金属の組成によっても大きく異なる。したがって、単に回転ツールの構造、大きさ、形状及び材質等を改良しただけでは、種々の金属材に対して摩擦攪拌接合を行う場合において、回転ツールの寿命を十分に向上させることや、より良好な接合部を得ることが難しいという問題がある。
　本発明は、このような実情に鑑み、種々の金属材に対して摩擦攪拌接合を行う場合においても、回転ツールの寿命を十分に向上させ、より良好な加工部を得ることが可能な金属材の加工方法を提供しようとするものである。
　本発明は、２つの金属材を加工部において対向させ、棒状の回転ツールを回転させつつ回転ツールの先端を加工部に挿入し、２つの金属材を加工する金属材の加工方法であって、回転ツールの先端は、中央部において突出したプローブと周辺部のショルダーとを有し、プローブとショルダーとは少なくとも前記金属材と接触する表面部において異なる材質からなるものとする、金属材の加工方法である。
　この構成によれば、回転ツールのプローブとショルダーとが少なくとも金属材と接触する表面部において異なる材質からなるため、種々の金属材に対して摩擦攪拌接合を行う場合においても対応することができる可能性が高まり、回転ツールの寿命及び加工部の質の向上を得ることができる可能性が増大する。
　なお、本発明の金属材の加工方法においては、（１）板状の金属材の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその接合部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属材同士を接合する摩擦攪拌接合、（２）板状の金属材の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその接合部で移動させずに回転させて接合するスポット摩擦攪拌接合（スポットＦＳＷ）、（３）金属材同士を接合部において重ね合わせ、接合部に回転ツールを挿入し、回転ツールをその箇所で移動させずに回転させて金属材同士を接合するスポット摩擦攪拌接合、（４）金属材同士を接合部において重ね合わせ、接合部に回転ツールを挿入し、回転ツールをその接合部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属材同士を接合する摩擦攪拌接合の（１）～（４）の４つの態様およびこれらの組み合わせを含む。
　さらに、本発明の金属材の加工方法においては、２つの金属材を単に加工部において接合するだけではなく、加工部に棒状の回転ツールの先端を挿入して回転ツールを回転させることにより、加工部を改質するための加工も含まれるものとする。
　この場合、プローブの耐摩耗性はショルダーの耐摩耗性よりも高いものとすることが好適である。
　この構成によれば、プローブの耐摩耗性はショルダーの耐摩耗性よりも高いものとすることにより、ショルダーより摩耗し易い傾向にあるプローブの摩耗を防ぎ、回転ツールの摩耗を防止することができる。
　また、プローブの金属材に対する付着性はショルダーの金属材に対する付着性よりも高いものとすることが好適である。
　この構成によれば、プローブの金属材に対する付着性はショルダーの金属材に対する付着性よりも高いものとすることにより、金属材の攪拌が促進され、攪拌部の体積を大きくすることができる。ショルダーの金属材に対する付着性をプローブの金属材に対する付着性よりも低いものとすることにより、加工部の広範囲を通過するショルダーによって加工部が荒れることを防止することができる。
　また、プローブは、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれか、又はＩｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを５０質量％以上含む合金からなるものとすることが好適である。
　この構成によれば、プローブを、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれか、又はＩｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを５０質量％以上含む合金からなるものとすることにより、プローブの耐摩耗性や金属材に対する付着性を十分に高めることが可能となる。
　あるいは、プローブは、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＷの少なくともいずれかを含むものとすることが好適である。
　この構成によれば、プローブを、フェライト安定化元素であるＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＷの少なくともいずれかを含むものとすることにより、加工部において耐食性の低下をもたらすσ相の生成を抑制することができる。
　一方、ショルダーは、Ｓｉ３Ｎ４及び多結晶立方晶窒化硼素のいずれかからなるものとすることが好適である。
　この構成によれば、ショルダーを、Ｓｉ３Ｎ４及び多結晶立方晶窒化硼素のいずれかからなるものとすることにより、プローブの金属材に対する付着性をショルダーの金属材に対する付着性よりも高いものとし、金属材の攪拌が促進され、攪拌部の体積を大きくすることができる。また、ショルダーの金属材に対する付着性をプローブの金属材に対する付着性よりも低いものとし、加工部の広範囲を通過するショルダーによって加工部の表面が荒れることを防止することができる。
　さらに、プローブとショルダーとは異なる回転速度で回転可能とし、プローブの回転速度をショルダーの回転速度よりも高速とすることが好適である。
　この構成によれば、プローブとショルダーとは異なる回転速度で回転可能とし、プローブの回転速度をショルダーの回転速度よりも高速とすることにより、高温とすることが望ましい加工部中心を、プローブを高速回転させることによって高温化させ、全体として温度を低く抑えることが望ましい加工部全体を、ショルダーを低速回転させることによって温度を低く抑えることが可能となる。
　また、プローブの回転ツールの先端から突出する長さを変更可能とされていることが好適である。
　この構成によれば、プローブの回転ツールの先端から突出する長さを変更可能とされているため、加工に伴いプローブが摩耗しても、プローブの回転ツールの先端から突出する長さを変更することにより、回転ツールを継続して使用することができる。
　また、ショルダーの表面部は、プローブよりも金属材に対する付着性が低い物質により被覆されているものとできる。
　この構成によれば、ショルダー全体の材質をプローブの材質と変えなくとも、ショルダーの表面部をプローブよりも金属材に対する付着性が低い物質により被覆することにより、ショルダー全体の材質をプローブの材質と変えたものと同等の効果を奏させることができる。
　この場合、ショルダーの表面部は、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＤＬＣ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、及びＡｌＣｒＳｉＮのいずれかにより被覆されているものとできる。
　この構成によれば、ショルダー全体の材質をＳｉ３Ｎ４又は多結晶立方晶窒化硼素としなくとも、ショルダーの表面部をＳｉ３Ｎ４、ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＤＬＣ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、及びＡｌＣｒＳｉＮのいずれかにより被覆することにより、ショルダー全体の材質をＳｉ３Ｎ４又は多結晶立方晶窒化硼素としたものと同等の効果を奏させることができる。
　また、プローブの表面部は、ショルダーよりも金属材に対する付着性が高い物質により被覆されているものとできる。
　この構成によれば、プローブ全体の材質をショルダーの材質と変えなくとも、プローブの表面部をショルダーよりも金属材に対する付着性が高い物質により被覆することにより、プローブ全体の材質をショルダーの材質と変えたものと同等の効果を奏させることができる。
　また、プローブの表面部は、ショルダーよりも金属材に対する耐摩耗性が高い物質により被覆されているものとできる。
　この構成によれば、プローブ全体の材質をショルダーの材質と変えなくとも、プローブの表面部をショルダーよりも金属材に対する耐摩耗性が高い物質により被覆することにより、プローブ全体の材質をショルダーの材質と変えたものと同等の効果を奏させることができる。
　加えて、金属材は、ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、Ｎｉ基合金、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＡｕの少なくともいずれか、又はステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、Ｎｉ基合金、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＡｕの少なくともいずれかの合金からなるものとすることが好適である。
　本発明の金属材の加工方法によれば、金属材が、ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、Ｎｉ基合金、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＡｕの少なくともいずれか、又はステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、Ｎｉ基合金、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＡｕの少なくともいずれかの合金からなるもののように、回転ツールが摩耗しやすく、加工部が荒れ易いものが含まれる場合でも、回転ツールの摩耗を抑え、加工部の荒れを防止することができる。
　さらに、本発明の金属材の加工法によって加工された構造物は、良好な加工部を有し、機械的特性にすぐれたものとできる。
　一方、本発明は、２つの金属材を加工部において対向させ、棒状の回転ツールを回転させつつ回転ツールの先端を加工部に挿入し、２つの金属材を加工する金属材の加工方法に用いる回転ツールであって、回転ツールの先端は、中央部において突出したプローブと周辺部のショルダーとを有し、プローブとショルダーとは少なくとも金属材と接触する表面部において異なる材質からなる回転ツールである。
　この場合、プローブの耐摩耗性はショルダーの耐摩耗性よりも高いものとすることが、回転ツールの寿命を向上させることができるため、好ましい。
　また、プローブの金属材に対する付着性はショルダーの金属材に対する付着性よりも高いものとする。
　この構成によれば、プローブの金属材に対する付着性はショルダーの金属材に対する付着性よりも高いものとすることにより、金属材の攪拌が促進され、攪拌部の体積を大きくすることができる。また、ショルダーの金属材に対する付着性をプローブの金属材に対する付着性よりも低いものとすることにより、加工部の広範囲を通過するショルダーによって加工部が荒れることを防止することができる。
　さらに、プローブは、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれか、又はＩｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを５０質量％以上含む合金からなるものとすることが、高い耐摩耗性及び金属材の付着性を担保するために好ましい。
　あるいは、プローブは、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＷの少なくともいずれかを含むものとすることが、加工部において耐食性の低下をもたらすσ相の生成を抑制することができ、好適である。
　一方、ショルダーは、Ｓｉ３Ｎ４及び多結晶立方晶窒化硼素のいずれかからなるものとすることが、プローブの金属材に対する付着性をショルダーの金属材に対する付着性よりも高いものとし、金属材の攪拌が促進され、攪拌部の体積を大きくすることができるため、好ましい。また、ショルダーの金属材に対する付着性をプローブの金属材に対する付着性よりも低いものとし、加工部の広範囲を通過するショルダーによって加工部の表面が荒れることを防止することができる。
　加えて、プローブとショルダーとは異なる回転速度で回転可能とされていることが、良好な加工部を得るために好ましい。
　また、プローブの回転ツールの先端から突出する長さを変更可能とされていることが、回転ツールを継続して使用することができるため好適である。
　また、ショルダーの表面部は、プローブよりも金属材に対する付着性が低い物質により被覆されていることが、ショルダー全体の材質をプローブの材質と変えたものと同等の効果を奏させることができるため好適である。
　また、ショルダーの表面部は、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＤＬＣ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、及びＡｌＣｒＳｉＮのいずれかにより被覆されていることが、ショルダー全体の材質をＳｉ３Ｎ４又は多結晶立方晶窒化硼素としたものと同等の効果を奏させることができるため好適である。
　さらに、プローブの表面部は、ショルダーよりも金属材に対する付着性が高い物質により被覆されていることが、プローブ全体の材質をショルダーの材質と変えたものと同等の効果を奏させることができるため好適である。
　加えて、プローブの表面部は、ショルダーよりも金属材に対する耐摩耗性が高い物質により被覆されていることが、プローブ全体の材質をショルダーの材質と変えたものと同等の効果を奏させることができるため好適である。
　本発明の金属材の加工方法、及び回転ツールによれば、種々の金属材に対して摩擦攪拌接合を行う場合においても、回転ツールの寿命を十分に向上させ、より良好な加工部を得ることが可能となる。また、本発明の金属材の加工方法によって加工された構造物は、良好な加工部を有し、機械的特性にすぐれたものとできる。
第１実施形態に係る金属材の接合方法の概要を示す斜視図である。 第１実施形態に係る金属材の接合方法の別の態様を示す斜視図である。 第１実施形態に係る回転ツールの構造を示す断面図である。 第２実施形態に係る回転ツールの構造を示す斜視図である。 第３実施形態に係る回転ツールの構造を示す断面図である。 実験例における回転ツールの接合回数に対する摩耗質量の変化を示すグラフ図である。 本発明の回転ツールによる接合部の断面図である。 本発明の回転ツールによる接合部の塩水噴霧試験後の図である。 従来のＳｉ３Ｎ４のみからなる回転ツールによる接合部の断面図である。 従来のＩｒ合金のみからなる回転ツールによる接合部の塩水噴霧試験前の図である。 従来のＩｒ合金のみからなる回転ツールによる接合部の塩水噴霧試験後の図である。
　以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
　図１は、第１実施形態に係る金属材の接合方法の概要を示す斜視図である。本実施形態では、図１に示すように、板状の金属材１，２の端部同士を接合部３において突き合わせ、チャック２０に把持された回転ツール１０ａを回転させつつ、回転ツール１０ａ先端の周辺部のショルダー１１を接合部３に当接させ、回転ツール１０ａ先端の中央部のプローブ１２を接合部３内に挿入して金属材１，２同士を接合する。接合部３には、Ａｒ等の不活性ガスからなるシールドガスが供給される。
　図２は、第１実施形態に係る金属材の接合方法の別の態様を示す斜視図である。図２に示すように、この態様では、金属材１，２同士を接合部３において重ね合わせ、一方の金属材１を通して接合部３に回転ツール１０ａを回転させつつ挿入し、金属材１，２同士を接合する。図１と同様に、接合部３には、Ａｒ等の不活性ガスからなるシールドガスが供給される。
　本実施形態において、接合を行う金属材１，２としては、Ａｌ等を含む軽合金系材料を適用することができるが、本実施形態では、回転ツール１０ａの摩耗と接合部３の荒れとを低減することが可能であるため、金属材１，２に、例えば、炭素鋼、合金鋼（ＩＳＯ準拠）、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０１Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼あるいは２相ステンレス鋼を適用することができる。あるいは、金属材１，２として、同種の材料ではなく、異種材料を適用することもできる。具体的には、例えば、ＳＳ４００とＳ４５Ｃとの接合等の炭素鋼同士の接合、ＳＳ４００とＳＵＳ３０４との接合等の炭素鋼とステンレス鋼との接合、Ａ５０８３とＡＺ４１との接合等の軽合金同士の接合、板厚が厚いＡ５０８３等の非熱処理材料であるアルミニウム合金同士の接合、及びＡ５０８３とＡ６Ｎ０１との接合等の非熱処理材料と熱処理材料との接合を本実施形態の接合方法では行うことができる。あるいは、接合を行う金属材１，２としては、Ｎｉ基合金、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＡｕの少なくともいずれか、又はステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、Ｎｉ基合金、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＡｕの少なくともいずれかの合金からなるものとすることができる。
　図３は、第１実施形態に係る回転ツールの構造を示す断面図である。図３及び上述の図１，２に示すように、回転ツール１０ａは略円筒状をなし、先端に中央部において突出したプローブ１２と周辺部のショルダー１１とを有している。図１に示すように、本実施形態において、ショルダー１１とプローブ１２とは分離された構造であり、各々異なる材質からなる。
　ショルダー１１は、中央部に貫通孔を有する円筒状をなす。プローブ１２はショルダー１１より小径の円柱状をなし、ショルダー１１の中央部の貫通孔を通り、回転ツール１０ａの先端から突出している。ショルダー１１は、六角穴付き止めネジ２１によってその側面をチャック２０に固定される。プローブ１２は、六角穴付き止めネジ２２によってその側面をチャック２０に固定される。ショルダー１１とプローブ１２とは、それぞれ六角穴付き止めネジ２１，２２によってチャック２０に固定されることにより、接合時にはチャック２０の回転に伴い、同じ回転方向に同じ回転速度で回転する。
　なお、図３の例では、ショルダー１１とプローブ１２とは側面の一箇所のみで固定されているが、例えば、回転ツール１０ａの回転軸について１２０°ずつ離れた３箇所でショルダー１１とプローブ１２とを固定することにより、より確実にショルダー１１とプローブ１２とをチャック２０に固定することができる。
　また、プローブ１２をショルダー１１の貫通孔に沿って摺動自在とし、プローブ１２の回転ツール１０ａの先端からの突き出し長さを変更して固定することを可能としても良い。これにより、加工に伴いプローブ１２が摩耗しても、プローブ１２の回転ツール１０ａの先端から突出する長さを変更することにより、回転ツール１０ａを継続して使用することができる。
　プローブ１２は、耐摩耗性及び金属材１，２の付着性に優れたＩｒ合金からなる。プローブ１２の材質としては、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれか、又はＩｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを５０質量％以上含む合金からなるものとできる。あるいは、プローブ１２は、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＷの少なくともいずれか含むものとすることができる。プローブ１２を、フェライト安定化元素であるＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＷの少なくともいずれか含むものとすることにより、接合部３において耐食性の低下をもたらすσ相の生成を抑制することができる。なお、プローブ１２に使用する材質は鍛造加工を施すとツール寿命を伸ばすのにより効果的である。
　一方、ショルダー１１は、耐摩耗性及び金属材１，２の付着性をプローブ１２よりも低く抑えることができるＳｉ３Ｎ４とする。ショルダー１１の材質としては、Ｓｉ３Ｎ４及び多結晶立方晶窒化硼素（ＰＣＢＮ）のいずれかからなるものとすることができ、その他のセラミックスも適用することができる。なお、本実施形態では、プローブ１２とショルダー１１とが別材質であり、回転ツール１０ａは両者を組合わせる構造となるが、プローブ１２の断面をオーバル型にすることにより、応力集中が緩和されてより耐久性を高めることができる。
　さらに、プローブ１２は、その表面部のみが、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれか、又はＩｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを５０質量％以上含む合金によって被覆されたものとでき、全体の物質が上記物質であるものと同等の効果を奏させることができる。また、ショルダー１１は、その表面部のみが、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＤＬＣ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、及びＡｌＣｒＳｉＮのいずれかにより被覆されたものとでき、全体の物質が上記物質であるものと同等の効果を奏させることができる。
　例えば、プローブ１２全体をＩｒ合金からなるものとし、ショルダー１１をＳｉ３Ｎ４により被覆されたものとできる。
　あるいは、回転ツール１０ａ全体をＩｒ合金からなるものとし、ショルダー１１及びプローブ１２のいずれの表面にもＳｉ３Ｎ４、ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＤＬＣ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、及びＡｌＣｒＳｉＮのいずれかを被覆したものとできる。この場合、プローブ１２の方がショルダー１１よりも一般に摩耗が大きいため、プローブ１２表面の被覆は加工に伴う摩耗により早期に除去されてプローブ１２のＩｒ合金が露出することとなり、ショルダー１１全体とプローブ１２全体とを異なる物質からなるものとした場合と同様の効果が得られる。
　なお、プローブ１２の突き出し長さは、付着性が良いため、通常のプローブ長よりも短く設定することが可能である。例えば、通常よりも短い１．５ｍｍ以下、より好ましくは１．３５ｍｍ以下とすることが好ましい。さらに、金属材１，２の板厚１．５ｍｍに対して通常はプローブ長１．４ｍｍ程度に設定するが、プローブ長１．３ｍｍでも接合が可能である。これは、プローブ１２のＩｒ合金と金属材１，２との付着性が高く、攪拌が促進されるためである。また、このようにプローブ１２の突き出し長さを短くすることで、金属材１，２の板厚が変化する場合にも、回転ツール１０ａを破損することなく接合が可能となる。さらに、このことにより、ツールの寿命を伸ばすことができる。
　以下、本実施形態の接合方法及び回転ツールの作用について説明する。本発明者らが、種々の金属材に対して従来型の回転ツールの材質を変えて摩擦攪拌接合の試験を行なったところ、以下の知見を得た。まず、Ｓｉ３Ｎ４からなる回転ツールを用いて接合を行ったところ、接合する金属材がステンレス鋼や炭素鋼と硬い場合、回転ツールの摩耗が顕著となる。また、接合速度を大きくした場合、回転ツールの寿命が短くなる傾向もある。さらに、オーステナイト系ステンレス鋼のような高融点材料を、Ｓｉ３Ｎ４や多結晶立方晶窒化硼素からなる従来型の回転ツールで接合する場合は、接合攪拌部の耐食性が低下する傾向がある。
　一方、Ｉｒ合金製の従来型の回転ツールでオーステナイト系ステンレス鋼を接合する場合は、Ｉｒ合金とステンレス鋼との付着性（親和性）が高く、接合部表面を回転ツールのショルダーが通過した後は接合部表面が荒れてしまい、耐食性が低下する傾向がある。
　そこで、本実施形態では、回転ツール１０ａのショルダー１１とプローブ１２とを異なる材料からなるものとする。プローブ１２は、被接合材である金属材１，２と耐摩耗性が高く、付着性が高い物質とする。一方、ショルダー１１は、金属材１，２と耐摩耗性が低く、付着性が低い物質とする。なお、プローブ１２及びショルダー１１は、熱伝導率が金属材１，２よりも低いと接合に使われる入熱の効率が良くなる。
　以上より、プローブ１２は、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれか、又はＩｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを５０質量％以上含む合金とし、ショルダー１１は、Ｓｉ３Ｎ４及び多結晶立方晶窒化硼素等のセラミックスからなるものとした。これにより、プローブ１２については耐摩耗性及び金属材１，２等の付着性が高いため、硬い金属材１，２を接合する場合でも回転ツール１０ａの寿命を向上させ、接合攪拌部の耐食性を向上させ、接合部３の攪拌を促進することができる。また、ショルダー１１については耐摩耗性及び金属材１，２等の付着性が低いため、ショルダー１１が通過した後の接合部３の表面が荒れることを防ぎ、ステンレス鋼を接合する場合であっても接合部３の耐食性を向上させることができる。したがって、本実施形態により、金属材１，２を接合されてなる構造物は、良好な加工部を有し、機械的特性にすぐれたものとできる。
　図４は、第２実施形態に係る回転ツールの構造を示す斜視図である。図４に示すように、本実施形態の回転ツール１０ｂのプローブ１２は、その側面の一部に六角柱面１３を有する柱状をなす。チャック２０には、当該六角柱面１３に対応するような内壁面を有する保持穴が設けられている。プローブ１２は、六角柱面１３とチャック２０の保持穴の内壁面とが嵌合することにより、チャック２０に固定される。一方、ショルダー１１は、上記第１実施形態と同様に、ショルダー１１の中央部の貫通孔にプローブ１２を通した後、六角穴付き止めネジ２１によってチャック２０に固定される。
　チャック２０の熱膨張率は、プローブ１２の熱膨張率よりも小さくされている。これにより、接合時に生じる熱によってプローブ１２がチャック２０よりも大きく膨張することによって、プローブ１２はチャック２０により強固に固定されることになる。一方、接合終了後は、放熱による冷却によって、プローブ１２はチャック２０よりも大きく収縮するため、プローブ１２をチャック２０から取り外すことが容易となる。
　本実施形態によれば、回転ツール１０ｂのチャック２０への固定において、ショルダー１１にのみ六角穴付き止めネジ２１が用いられているため、回転ツール１０ｂのチャック２０への着脱が容易であるという利点がある。
　図５は、第３実施形態に係る回転ツールの構造を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態の回転ツール１０ｃは、プローブ１２がＩｒ等からなり、ショルダー１１がＳｉ３Ｎ４等からなる点においては上記第１実施形態と同様であるが、プローブ１２とショルダー１１とは異なる回転速度ｖ１，ｖ２でそれぞれ回転可能とし、プローブの回転速度ｖ１をショルダーの回転速度ｖ２よりも高速とする点が上記第１実施形態と異なっている。この場合、ショルダー１１とプローブ１２とは同方向に回転させるものとする。なお、図５の例では、プローブ１２とショルダー１１とは同方向にそれぞれ異なる回転速度ｖ１，ｖ２で回転可能とされているが、逆方向にそれぞれ異なる回転速度ｖ１，ｖ２で回転可能とされていても良い。
　本実施形態によれば、プローブ１２とショルダー１１とは異なる回転速度で回転可能とし、プローブ１２の回転速度ｖ１をショルダー１１の回転速度ｖ２よりも高速とすることにより、高温とすることが望ましい接合部３中心を、プローブ１２を高速回転させることによって高温化させ、全体として温度を低く抑えることが望ましい加工部３全体を、ショルダー１１を低速回転させることによって温度を低く抑えることが可能となる。
　尚、本発明の金属材の加工方法、金属材の加工方法によって加工された構造物及び回転ツールは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
　次に、本発明者が本発明の金属材の加工方法により、実際に金属材を接合した実験結果を説明する。
（実験例１）
　厚さ１．５ｍｍ、長さ１６５ｍｍ、幅３５ｍｍのＳＵＳ３０４からなる板材を、図１に示す方法で摩擦攪拌接合をして試験片を作製した。図３に示すような回転ツール１０ａを用い、プローブ１２の材質はＩｒ合金とし、ショルダー１１の材質はＳｉ３Ｎ４とした。ショルダー１１径は１５．０ｍｍ、ショルダー１１の端部のＲ寸法は１．０ｍｍ、プローブ１２の径は６．０ｍｍ、及びプローブ１２の突き出し長さは通常よりも短い１．３５ｍｍとした。これは、プローブ１２のＩｒ合金とＳＵＳ３０４との付着性が高く、攪拌が促進されるためである。また、このようにプローブ１２の突き出し長さを短くすることで、被加工物である板材の板厚が変化する場合にも、回転ツール１０ａを破損することなく接合が可能となる。接合条件として、回転ツール１０ａの回転速度６００ｒｐｍ、傾斜角度３°、ＳＵＳ３０４への接合荷重１３６０ｋｇ、接合速度３００ｍｍ／ｍｉｎあるいは６００ｍｍ／ｍｉｎとし、Ａｒガスをシールドガスとして３０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。また、比較のため、従来型のＳｉ３Ｎ４のみからなる回転ツール及びＩｒ合金のみからなる回転ツールによっても同様に摩擦攪拌接合をして試験片を作製した。
　作製されたそれぞれの試験片の断面を電子顕微鏡により観察した。また、それぞれの試験片の接合部に対して、１０質量％の塩水を噴霧し、温度３５℃、湿度９５％の環境において数百時間放置する塩水噴霧試験を行なった。
　図６は、実験例における回転ツールの接合回数に対する摩耗質量の変化を示すグラフ図である。図６に示すように、本発明の回転ツール１０ａは１０回の接合後も摩耗が見られないのに対し、従来型のＳｉ３Ｎ４のみからなる回転ツールは大きく摩耗していることが判る。
　図７は、本発明の回転ツールによる接合部の断面図である。図７に示すように、本発明の回転ツール１０ａによる接合部は、腐食され易い層となる帯状の層が見られず、接合部３に荒れが見られないことが判る。なお、この場合における接合速度は３００ｍｍ／ｍｉｎである。
　図８は、本発明の回転ツールによる接合部の塩水噴霧試験後の図である。図８に示すように、塩水を接合部に噴霧した後、３６０時間経過した後も接合部に腐食は生じていないことが判る。
　図９は、従来のＳｉ３Ｎ４のみからなる回転ツールによる接合部の断面図である。図９に示すように、Ｓｉ３Ｎ４からなる従来型の回転ツールによる接合部は、腐食され易い層となる帯状の層Ｄが見られる。なお、この場合における接合速度は６００ｍｍ／ｍｉｎである。
　図１０は、従来のＩｒ合金のみからなる回転ツールによる接合部の塩水噴霧試験前の図である。図１０に示すように、塩水を接合部３に噴霧する前であっても、接合部には凹凸が多く荒れが生じていることが判る。
　図１１は、従来のＩｒ合金のみからなる回転ツールによる接合部の塩水噴霧試験後の図である。図１１に示すように、塩水を接合部に噴霧した後、１００時間経過した後には、接合部に多くの腐食が生じていることが判る。
　なお、本実験例における接合方法により，プローブ１２にＩｒ合金の突出し長さ１．３５ｍｍ、ショルダー１１に窒化珪素のショルダー径１５ｍｍの回転ツール１０ａを使用して板厚１．５ｍｍの金属材を突合わせ接合した場合、適正な接合条件範囲は次の表１の通りとなった。なお、この場合の適正な接合条件範囲とは、継手の引張試験の結果が母材と同等の強度を示した場合をいう。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本発明の金属材の加工方法、及び回転ツールによれば、種々の金属材に対して摩擦攪拌接合を行う場合においても、回転ツールの寿命を十分に向上させ、より良好な加工部を得ることが可能となる。また、本発明の金属材の加工方法によって加工された構造物は、良好な加工部を有し、機械的特性にすぐれたものとできる。
１，２　母材
３　接合部
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ　回転ツール
１１　ショルダー
１２　プローブ
１３　六角柱面
２０　チャック
２１　六角穴付き止めネジ
２２　六角穴付き止めネジ

Claims (26)

  1. 　２つの金属材を加工部において対向させ、棒状の回転ツールを回転させつつ前記回転ツールの先端を前記加工部に挿入し、前記２つの金属材を加工する金属材の加工方法であって、
    　前記回転ツールの先端は、中央部において突出したプローブと周辺部のショルダーとを有し、前記プローブと前記ショルダーとは少なくとも前記金属材と接触する表面部において異なる材質からなるものとする、金属材の加工方法。
  2. 　前記プローブの耐摩耗性は前記ショルダーの耐摩耗性よりも高いものとする、請求項１に記載の金属材の加工方法。
  3. 　前記プローブの前記金属材に対する付着性は前記ショルダーの前記金属材に対する付着性よりも高いものとする、請求項１又は２に記載の金属材の加工方法。
  4. 　前記プローブは、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれか、又はＩｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを５０質量％以上含む合金からなるものとする、請求項１～３のいずれか１項に記載の金属材の加工方法。
  5. 　前記プローブは、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＷの少なくともいずれかを含むものとする、請求項１～４のいずれか１項に記載の金属材の加工方法。
  6. 　前記ショルダーは、Ｓｉ３Ｎ４及び多結晶立方晶窒化硼素のいずれかからなるものとする、請求項１～５のいずれか１項に記載の金属材の加工方法。
  7. 　前記プローブと前記ショルダーとは異なる回転速度で回転可能とし、前記プローブの回転速度を前記ショルダーの回転速度よりも高速とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の金属材の加工方法。
  8. 　前記プローブの前記回転ツールの先端から突出する長さを変更可能とされている、請求項１～７のいずれか１項に記載の金属材の加工方法。
  9. 　前記ショルダーの表面部は、前記プローブよりも前記金属材に対する付着性が低い物質により被覆されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の金属材の加工方法。
  10. 　前記ショルダーの表面部は、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＤＬＣ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、及びＡｌＣｒＳｉＮのいずれかにより被覆されている、請求項９に記載の金属材の加工方法。
  11. 　前記プローブの表面部は、前記ショルダーよりも前記金属材に対する付着性が高い物質により被覆されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の金属材の加工方法。
  12. 　前記プローブの表面部は、前記ショルダーよりも前記金属材に対する耐摩耗性が高い物質により被覆されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載の金属材の加工方法。
  13. 　前記金属材は、ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、Ｎｉ基合金、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＡｕの少なくともいずれか、又はステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、Ｎｉ基合金、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＡｕの少なくともいずれかの合金からなるものとする、請求項１～１２のいずれか１項に記載の金属材の加工方法。
  14. 　請求項１～１３のいずれか１項に記載の金属材の加工法によって加工された構造物。
  15. 　２つの金属材を加工部において対向させ、棒状の回転ツールを回転させつつ前記回転ツールの先端を前記加工部に挿入し、前記２つの金属材を加工する金属材の加工方法に用いる回転ツールであって、
    　前記回転ツールの先端は、中央部において突出したプローブと周辺部のショルダーとを有し、前記プローブと前記ショルダーとは少なくとも前記金属材と接触する表面部において異なる材質からなる、回転ツール。
  16. 　前記プローブの耐摩耗性は前記ショルダーの耐摩耗性よりも高い、請求項１５に記載の回転ツール。
  17. 　前記プローブの前記金属材に対する付着性は前記ショルダーの前記金属材に対する付着性よりも高い、請求項１５又は１６に記載の回転ツール。
  18. 　前記プローブは、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれか、又はＩｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの少なくともいずれかを５０質量％以上含む合金からなる、請求項１５～１７のいずれか１項に記載の回転ツール。
  19. 　前記プローブは、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＷの少なくともいずれかを含むものとする、請求項１５～１８のいずれか１項に記載の回転ツール。
  20. 　前記ショルダーは、Ｓｉ３Ｎ４及び多結晶立方晶窒化硼素のいずれかからなる、請求項１５～１９のいずれか１項に記載の回転ツール。
  21. 　前記プローブと前記ショルダーとは異なる回転速度で回転可能とされている、請求項１５～２０のいずれか１項に記載の回転ツール。
  22. 　前記プローブの前記回転ツールの先端から突出する長さを変更可能とされている、請求項１５～２１のいずれか１項に記載の回転ツール。
  23. 　前記ショルダーの表面部は、前記プローブよりも前記金属材に対する付着性が低い物質により被覆されている、請求項１５～２２のいずれか１項に記載の回転ツール。
  24. 　前記ショルダーの表面部は、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＮｉＯ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＤＬＣ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、及びＡｌＣｒＳｉＮのいずれかにより被覆されている、請求項２３に記載の回転ツール。
  25. 　前記プローブの表面部は、前記ショルダーよりも前記金属材に対する付着性が高い物質により被覆されている、請求項１５～２４のいずれか１項に記載の回転ツール。
  26. 　前記プローブの表面部は、前記ショルダーよりも前記金属材に対する耐摩耗性が高い物質により被覆されている、請求項１５～２５のいずれか１項に記載の回転ツール。
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