接合しても強度が劣化しないという特徴を持つ金属の接合技術

大阪大学　接合科学研究所JWRIは、世界でもあまり例のない、接合技術を専門とする研究機関である。このたび、このJWRIの現所長である藤井英俊教授が開発した、画期的かつ実用的な接合技術を提案する。

藤井らは、金属の新しい接合技術を開発した。この技術を使うことでできる接合部材は、接合部の強度が、驚くべきことに、母材と同等かそれ以上である。従来の溶融溶接技術では、接合面の金属が溶融するため、接合部の強度が劣化することが常識だった。特に炭素量が多い鋼（中炭素鋼やハイテン鋼など）は溶融溶接が非常に難しいことが知られている。しかし、藤井らの技術は、接合面の温度を必要以上に加熱せず素材を固相状態のままで接合する固相接合の技術である。加えて、より低い温度で接合する条件を適用することで、結晶状態の変態の抑制や、熱影響部と呼ばる素材の劣化現象を抑制、そして素材に施された素材の強度加工（加工硬化や析出強化、結晶粒制御など）を破壊しにくくできる。結果として、藤井らの技術で接合した部材は、接合部の強度が母材と同等になる。

藤井らの技術の科学的なコアは、圧力による接合時温度の制御、である。下図は、接合時に印加されている圧力（横軸）とその圧力において塑性変形を起こす温度（縦軸）の関係性を示している。この関係は通常、負の相関を持っており、材料に印加された圧力が高いほど塑性変形する温度は低くなる。つまり、接合する際に十分高い圧力を被接合材に印加すれば、接合部界面の金属が低い温度で変形することで、金属同士が混ざり合って接合することができる。そしてこの温度は、鉄であればA1変態点温度を下回るため、パーライト（フェライト、セメンタイト）がオーステナイトに変態せずに接合することができる。その結果、熱影響部のような脆化する部分が発生せずに、母材の強度を保ったままの接合材を作ることが可能になった。この圧力による接合時温度の制御を適用した接合技術を「圧力制御型の固相接合技術」と呼ぶ。