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Mar 02, 2024

異種金属を接合する拡散接合

航空宇宙分野では、2 つの類似した金属が優れた構造的完全性を必要とする場合、金属拡散接合は高純度の界面を実現するために不可欠な接合方法です。 プロセスには申請が含まれます

航空宇宙分野では、2 つの類似した金属が優れた構造的完全性を必要とする場合、金属拡散接合は高純度の界面を実現するために不可欠な接合方法です。 このプロセスでは、ホット プレスで結合された金属に高温と圧力を加え、固体金属表面上の原子を分散させて結合させます。

ホットプレス拡散接合は、さまざまな航空宇宙用途の材料接合において一貫して均一な結果をもたらします。 ホットプレス装置によって加えられる圧力は、マイクロメートル精度で正確に制御するためのソフトウェアおよびループバック センサーと組み合わせることで、コンポーネントの組み立てのために数平方フィートにわたって一定の圧力を生成できます。 このため、このテクノロジーは航空宇宙、半導体、エネルギー業界の設計エンジニアにとって興味深いものとなっています。

高度なプロセス制御を備えた拡散接合は、チタンと鉄ニッケル合金、チタン合金とステンレス鋼、さらには一部のアルミニウムと他の金属用途の接合に商業的に使用されることが増えています。 このプロセスでは、軟鋼、工具鋼、金属マトリックス複合材など、同じ材料グループ内の異なる合金間の結合も可能になります。

拡散接合をうまく使用するには、界面の複雑さと、それが接合の化学的および熱機械的特性に及ぼす影響を理解する必要があります。 しかし、工業炉とパルスプラズマ窒化システムの世界的メーカーである PVA TePla AG の工業炉部門シニア製品および販売マネージャーであるトーマス・パラミデス氏によると、この業界は伝統的に溶接とろう付けに重点を置いているため、拡散接合に関する正式な教育は最小限しか行われていませんでした。

「異なる金属の有益な特性を組み合わせることが、拡散接合を探求する主な理由です。 しかし、航空宇宙メーカーが[この件について私たちに]連絡してきた場合、多くの場合、設計者は接着の均一性を最適化するための最適なコンポーネント設計方法に精通していないか、材料の最適な表面仕上げに慣れていません」とパラミデス氏は言います。

異種金属接合部の設計の重要性は、多くの場合、単一の合金では十分な性能を発揮できない特定の環境条件に正しい金属表面をさらしたいという要望にあります。 もう 1 つの理由は、軽量の材料システムを導入すること、または異種金属をパッケージングすることによってのみ達成されるレベルの耐食性を提供することです。

拡散接合は現在、防衛兵器用の熱管理装置、液体燃料ロケットエンジン、陸上および宇宙監視用のミリ波ハイブリッドアンテナホーンなど、航空宇宙構造ハードウェアや流体およびガスフローデバイスを製造するための実行可能なプロセスとなっています。

偏波された電子電波を検出するためのアンテナの形状はこの技術の中心であり、拡散接合により、より複雑な設計が可能になり、性能が向上します。

さらに、チタン、鋼、銅合金の拡散接合により、複雑な構成の航空宇宙部品の製造が可能になります。 この方法はブロー成形と併用して、宇宙船の姿勢制御用の高圧タンク、銅製の冷却チャネルを備えた燃焼室、軽量構造パネルなどのニアネットシェイプの航空宇宙部品を製造するのに成功します。

拡散接合には、コンフォーマル冷却や、機械加工されたチャネル/マイクロチャネル構造を含むシートメタルの層を接合するための、非常に大きな潜在的な用途もあります。 チャネルを組み合わせると、冷却または熱放散が可能になります。 これらの層は、MOV [コールドウォール炉を備えた] 拡散接合プレスでスタック高さ 600 mm まで接合でき、母材と同じ強度を維持します。

コンフォーマル冷却に関連するもう 1 つの用途は、STAVAX などの低合金工具鋼とステンレス鋼の 2 層設計で作られたプラスチック射出成形金型です。

このテーマに関しては十分な研究が存在しますが、設計エンジニアはその情報を実際の特定部品の製造に変換することが依然として難しいと感じることがあります。 このような場合、以前のアプリケーションで成功した処理パラメータの広範なデータベースを備え、産業規模の装置にアクセスできる専門家と提携することが役立ちます。