金属を溶かさずにくっつける接合技術

溶かすだけじゃない金属の接合法

身の回りにある多くの製品は、部品と部品が「接合」されて出来上がっています。接合方法は溶接、ボルト締め、接着剤などさまざまありますが、材料をどう結びつけるか考える分野を「接合工学」と言います。
これまで金属の接合では、接合部分を溶かして固める「溶融溶接」が広く使われてきました。しかし近年は、軽くて強いけれど溶融溶接が難しいアルミニウム合金を安定して接合する技術が重要になっています。そこで注目されているのが、材料を溶かさず固体のまま接合する「固相接合」です。中でも、板材の接合に適した「摩擦攪拌（かくはん）接合」は、鉄道車両や自動車部品などの接合に利用されています。

「摩擦攪拌接合」とは？

摩擦攪拌接合は、金属板を突き合わせた接合部に、高速で回転する細い棒（ツール）を挿入し、摩擦熱で柔らかくしながら攪拌します。すると、金属表面の酸化膜が破壊・分断されます。そして熱と強い圧力、攪拌により金属表面同士が原子レベルで近づき、固体のまま一体化します。
溶接は、高温による金属の強度低下や、冷却時の収縮によるひずみなどのデメリットがありますが、摩擦攪拌接合はそこまでの高温ではないため、そのデメリットを小さくできます。

摩擦攪拌接合の利点と今後の課題

現在、環境・エネルギー問題などの観点から、異なる材料同士を接合する「マルチマテリアル化」が求められており、摩擦攪拌接合はこれに適しています。異なる材質の金属を高温で溶かして接合すると、境目に脆い化合物ができやすいのですが、摩擦攪拌接合は比較的低い温度で溶かさずに接合するため、こうした問題を抑えやすいのです。
一方で、摩擦攪拌接合は固体の材料に対してツールを挿入するため、ツールや接合装置に加わる、材料からの大きな反力が課題です。この課題を解決するために、ツールの材質や形状の最適化、新たな接合プロセスの開発をめざした研究が行われています。

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先生情報 / 大学情報

近畿大学（広島キャンパス）工学部機械工学科助教濵名晃平先生

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接合工学

先生が目指すSDGs

メッセージ

世の中にある機械や構造物は、必ず何かしらの方法で接合されています。接合は実は非常に身近な存在なのです。接合技術は産業界からの需要が高く、応用範囲も非常に広い研究分野です。私は大学生のときに、このような接合の魅力、そして金属をくっつけるのに溶かさない方法があるということを知って接合に興味を持ち、現在の仕事をめざすことになりました。大学では、こうした自分の将来を決める、ふとした出会いがあります。あなたもそんな機会に巡り合えたら臆せずに飛び込んでみてください。

近畿大学（広島キャンパス）に関心を持ったあなたは

近畿大学工学部は、広島県（東広島市）にキャンパスを構えており、化学生命工学科、機械工学科、ロボティクス学科、電子情報工学科、情報学科、建築学科の6学科で構成されています。西日本屈指の総合大学の1学部であるというスケールメリットを生かした、研究環境や就職支援体制も魅力です。実験・演習を重視した実践的な教育を展開し、地域や企業と連携しながら、社会に役立つ研究に力を入れています。