被覆旋轉工具及其制造方法
【專利摘要】本發明提供了用于摩擦攪拌焊接的摩擦攪拌焊接工具（1），其特征在于包括：基材（2）；和覆層（3），該覆層（3）至少形成于基材（2）的在摩擦攪拌焊接過程中將與待接合材料接觸的區域的表面上。所述摩擦攪拌焊接工具（1）的特征還在于：所述基材（2）由硬質合金形成；并且所述覆層（3）含有立方WC1-x，并通過電火花加工形成。
【專利說明】被覆旋轉工具及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及摩擦攪拌焊接工具及其制造方法。
【背景技術】
[0002]1991年，在英國建立了將諸如鋁合金等金屬材料接合在一起的摩擦攪拌焊接技術。該項技術通過以下方式將金屬材料彼此接合。使在頂端形成有小直徑突起的圓柱狀摩擦攪拌焊接工具壓緊待接合的金屬材料的接合面。同時，使該摩擦攪拌焊接工具旋轉，從而產生摩擦熱。該摩擦熱使金屬材料的接合部分軟化并且發生塑性流動，由此將金屬材料接合在一起。
[0003]在本文中，“接合部分”是指，需要通過將金屬材料對接或將一塊金屬材料置于另一塊金屬材料之上來接合金屬材料的接合界面部分。在該接合界面附近，金屬材料被軟化并發生塑性流動，并且該金屬材料得到攪拌。結果，接合界面消失并且金屬材料進行接合。與接合同時進行的是，金屬材料發生動態再結晶。由于此動態再結晶，接合界面附近的金屬材料變為細顆粒，由此該金屬材料能夠以高強度進行接合(日本專利特開N0.2003-326372(PTDl))。
[0004]當使用鋁合金作為上述金屬材料時，塑性流動在大約500°C的相對低溫下發生。因此，即使在使用由廉價工具鋼制成的摩擦攪拌焊接工具時，也很少發生磨損，并且不需要頻繁更換摩擦攪拌焊接工具。因此，對于摩擦攪拌焊接技術，接合鋁合金所需的成本低。因此，摩擦攪拌焊接技術已經替代熔融并接合鋁合金的電阻焊接法，在多種實際應用中被用作接合鐵路車輛、機動車輛或飛機部件的技術。
[0005]為了延長摩擦攪拌焊接工具的壽命，需要提高摩擦攪拌焊接工具的耐磨性和抗粘著性。摩擦攪拌焊接利用在摩擦攪拌焊接工具和待接合工件之間的摩擦產生的摩擦熱，使所述工件軟化并發生塑性流動，由此將工件接合在一起。因此，為了提高接合強度以將工件接合在一起，需要有效地產生摩擦熱。
[0006]PTDU日本專利特開N0.2005-199281 (PTD2)和日本專利特開N0.2005-152909 (PTD3)都公開了試圖通過提高摩擦攪拌焊接工具的耐磨性和抗粘著性來延長工具壽命。
[0007]例如，PTDl的摩擦攪拌焊接工具在由硬質合金或氮化硅形成的基材表面上具有金剛石覆膜。由于金剛石膜的硬度和耐磨性優異，并且摩擦系數低，因此工件不容易粘著到摩擦攪拌焊接工具上。因此，能夠成功地將工件接合在一起。
[0008]相比之下，根據PTD2，構成摩擦攪拌焊接工具的部分表面并與工件接觸的探針和轉子由含有5質量％至18質量％的Co的硬質合金形成。由于具有這種含量的Co，因此摩擦攪拌焊接工具對工件的親和力低，并且工件不容易粘著到工具上。此外，由于將熱導率為60ff/m.K以上的硬質合金用作基材，因此熱量容易釋放并擴散到外部，而且轉子和探頭的彎曲以及工件接合部分的熱變形幾乎不會發生。
[0009]根據PTD3，摩擦攪拌焊接工具具有由類金剛石碳、TiN, CrN, TiC, SiC, TiAlN和AlCrSiN中任一種制成的抗粘著層，并且該抗粘著層覆蓋在工具中將與工件接觸的部分表面上。根據PTD3，所述工具還具有由TiN、CrN、TiC、SiC、TiAlN和AlCrSiN中任一種制成的底層，并且該底層設置在基材和抗粘著層之間以覆蓋所述基材。由此，底層的設置可提高基材和抗粘著層之間的粘著力，使得抗粘著層不容易斷裂，并提高耐磨性。此外，用作抗粘著層的類金剛石碳對諸如鋁等軟金屬的親和力低，因此具有優異的抗粘著性。
[0010]參考列表
[0011]專利文獻
[0012]PTDl:日本專利特開 N0.2003-326372
[0013]PTD2:日本專利特開 N0.2005-199281
[0014]PTD3:日本專利特開 N0.2005-152909
【發明內容】
[0015]技術問題
[0016]PTDl的金剛石膜本身具有較大的表面粗糙度。如果增加金剛石膜的厚度以提高耐磨性，則會使得表面粗糙度隨著金剛石膜厚度的增加而升高。由此帶來的缺點是，除非在覆蓋金剛石膜后對金剛石膜的表面進行拋光，否則其耐磨性相當低。
[0017]另外，由于金剛石膜的熱導率非常高，因此由工具和工件之間的摩擦產生的摩擦熱容易擴散到外部，這就使得在接合開始后的初始階段難以提高工具的溫度。因此，在接合的初始階段，工件的塑性流動受到阻礙，并且不能達到穩定的接合強度。此外，金剛石膜還存在這樣的問題，由于金剛石膜的生長速率慢，因此制造成本高。
[0018]盡管PTD2的摩擦攪拌焊接工具具有如下優點，即，高含量的Co使得工具不容易斷裂，但是當將該工具用于接合諸如鋁等軟金屬時，其在抗粘著性方面不足。此外，由于PTD2使用了高熱導率的硬質合金，因此在接合開始后的初始階段，摩擦熱會擴散，因此不能達到穩定的接合強度。
[0019]至于PTD3，用作抗粘著層的類金剛石碳具有非常小的摩擦系數，因此工具和工件之間的摩擦很難產生摩擦熱。由此帶來的問題是，探頭不能插入到工件中，或者，即使探頭能夠插入到工件中，但是接合的完成也需要很長的時間。此外，在對諸如鋁等軟金屬的抗粘著性方面，用作PTD3的抗粘著層的氮化物系抗粘著層也是不足的。
[0020]從上述內容可以看到，PTDl至PTD3的摩擦攪拌焊接工具都不能成功地實現接合初始階段的接合穩定性以及抗粘著性，并且還需要具有更高的耐磨性和耐碎裂性。
[0021 ] 鑒于上述情況完成了本發明，并且本發明的目的在于提供這樣的摩擦攪拌焊接工具，即使在將其用于接合軟金屬時也表現出優異的抗粘著性以及優異的耐磨性，并且從開始接合后的初始階段始終保持穩定的接合強度和穩定的接合質量。
[0022]解決問題的方案
[0023]本發明的發明人為了提高摩擦攪拌焊接工具的抗粘著性而進行了深入的研究，結果發現可以在基材的表面上形成含有立方WCh的覆層，從而提高抗粘著性而不減少摩擦熱。本發明人還發現可以對制成基材的硬質合金的熱導率、WC粒徑和Co含量進行優化，由此即使在接合軟金屬時也能提供優異的抗粘著性，并能夠提供優異的耐磨性和耐碎裂性，因此從開始接合后的初始階段開始能夠提供始終穩定的接合質量。[0024]更具體而言，本發明的摩擦攪拌焊接工具用于摩擦攪拌焊接，并包括:基材；和覆層，其至少形成于所述基材的在摩擦攪拌焊接過程中將與工件接觸的部分的表面上，所述基材由硬質合金形成，并且所述覆層含有立方WCh。
[0025]所述覆層通過電火花加工形成。所述基材優選地由熱導率小于60W/m.K的硬質合金形成。所述基材優選地含有平均粒徑大于等于0.1 μ m且小于等于I μ m的WC，并且優選地含有大于等于3質量％且小于等于15質量％的Co。
[0026]經過X射線衍射，所述覆層的I(WCh)A(W2C)不低于2，其中I(WCVx)為(111)衍射光束和(200)衍射光束各自的衍射光束強度中的較高者，并且I(W2C)為(1000)衍射光束、(0002)衍射光束和(1001)衍射光束各自的衍射光束強度中的最高者。
[0027]所述覆層的表面粗糙度Ra優選地大于等于0.05 μ m且小于等于0.6 μ m。
[0028]利用所述摩擦攪拌焊接工具進行的摩擦攪拌焊接優選為點接合。
[0029]本發明還提供一種制造摩擦攪拌焊接工具的方法，包括以下步驟:在由硬質合金形成的基材上進行電火花加工，從而在加工所述基材的同時至少在所述基材的將與工件接觸的部分的表面上形成覆層，所述覆層含有立方WCh。
[0030]本發明的有益效果
[0031]本發明的摩擦攪拌焊接工具具有上述構造，因此表現出優異的效果，S卩，所述工具在即使用于接合軟金屬時也具有優異的抗粘著性，并且具有優異的耐磨性和耐碎裂性，并且從開始接合后的初始階段開始提供始終穩定的接合質量。
[0032]附圖簡要說明
[0033]圖1為示出根據本發明的摩擦攪拌焊接工具的一個例子的示意性截面圖。
【具體實施方式】
[0034]以下將對本發明進行更詳細的描述。
[0035]<摩擦攪拌焊接工具>
[0036]圖1為根據本發明的摩擦攪拌焊接工具的示意性截面圖。如圖1所示，本發明的摩擦攪拌焊接工具I包括基材2和形成在所述基材2上的覆層3。具有上述構造的本發明的摩擦攪拌焊接工具I可以十分有利地用于(例如)線接合(摩擦攪拌焊接FSW)和點接合(點FSff)等應用。本發明的摩擦攪拌焊接工具I的形狀為包括直徑相對較小(直徑不小于2mm且不大于8mm)的探頭部分4和直徑相對較大(直徑不小于4mm且不大于20mm)的圓柱部分
5。當將該工具用于接合時，探頭部分4以插入或壓緊工件的接合部分的狀態旋轉，由此使工件接合在一起。在這種情況下，對于線接合的應用，探頭部分4壓緊或插入以線接觸方式堆疊或對接的兩個工件，并且旋轉的探頭部分4相對于堆疊或對接的部分線性移動，由此使工件接合在一起。相比之下，對于點接合的應用，旋轉的探頭部分4壓緊垂直堆疊或對接的兩個工件的所需的接合點，并且探頭部分4在此位置連續旋轉，由此使工件接合在一起。
[0037]如圖1所示，本發明的摩擦攪拌焊接用工具I優選具有夾柄部分7，從而使圓柱部分5保持在支架中。該夾柄部分7可以通過(例如)切除圓柱部分5的一部分側面而形成。對于在接合過程中將與工件接觸的部分，將該部分稱為肩部6。
[0038]優選地，本發明的摩擦攪拌焊接工具具有如圖1所示的形成在探頭部分4的側面的螺旋式螺紋部分8。當工件為鋁等軟金屬時，所設置的螺紋部分8有助于使工件發生塑性流動，并能夠從接合開始后的初始階段開始始終進行穩定接合。應當注意的是，本發明的摩擦攪拌焊接工具不僅適用于在相對低溫下發生塑性流動的非鐵金屬(如鋁合金和鎂合金)的接合加工，還適用于在1000°c或更高的相對高溫下發生塑性流動的銅合金或鐵質材料的接合加工。當用于接合諸如鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、銅和銅合金等的軟金屬時，本發明的摩擦攪拌焊接工具在抗粘著性方面也是優異的。
[0039]< 基材 >
[0040]本發明的摩擦攪拌焊接工具中的基材2的特征在于含有硬質合金(例如，WC基硬質合金、除WC之外還含有Co的材料、或者其中還添加了 T1、Ta、Nb等的碳氮化物等的材料)。所述硬質合金可在其結構中含有游離碳或者稱作H相的異常相。相對于通常用于摩擦攪拌焊接工具的基材的SKD和SKH等工具鋼，上述硬質合金具有更高的硬度，因此有利的是其具有優異的耐磨性。應當注意的是，在構成基材的硬質合金中的WC具有六方晶體結構。
[0041]優選地，所述基材為熱導率低于60W/m.Κ的硬質合金，更優選地為50W/m.Κ以下，并且仍更優選地為40W/m.K以下。所述熱導率的下限優選為20W/m.K以上，并且更優選為25W/m.Κ以上。可將具有這種熱導率的硬質合金用于基材，以使得即使當摩擦攪拌焊接工具的旋轉速率低并且接合負載量小時，通過摩擦產生的摩擦熱也不容易擴散，因此有助于提高工件的溫度。因此，可在短時間內將探頭部分插入到工件中，因此也縮短了點接合所需要的時間。特別是在點接合的情況下，摩擦攪拌焊接工具的溫度從接合開始后的初始階段開始急劇地增加。還是在這種情況下，從接合開始后的初始階段開始，始終能達到穩定的接合強度。硬質合金的熱導率在60W/m*K以上是不優選的，這是由于通過摩擦攪拌焊接工具和工件之間的摩擦產生的摩擦熱會擴散，從而阻礙了工具和工件的溫度升高。另外，由于硬質合金的組成，難以制造熱導率低于20W/m.K的基材。作為本文中的“熱導率”，使用了基于基材的熱擴散系數以及比熱和密度而計算得到的值，其中所述熱擴散系數是根據激光閃光法測定的。
[0042]所述基材中含有的WC的平均粒徑優選地大于等于0.1 μ m并且小于等于I μ m。如果WC的平均粒徑小于0.1 μ m，則工業上很難制造該硬質合金。反之，如果其平均粒徑大于1口111，則按照這種情況熱導率可達601/111*1(以上，因此不是優選的。即，為了使硬質合金的熱導率低于60W/m.K，需要使WC的平均粒徑為I μ m以下。在探頭部分形成有螺紋的情況中，平均粒徑在I μ m以下的WC使得螺紋的最高點不容易碎裂，由此延長了摩擦攪拌焊接工具的壽命。WC的平均粒徑更優選為0.2 μ m以上0.7 μ m以下。WC的平均粒徑為0.7 μ m以下使得基材的熱導率更小，因此使得摩擦熱更不容易擴散。因此，能夠延長摩擦攪拌焊接工具的壽命，也能夠縮短接合需要的時間，并且從開始接合后的初始階段開始，接合強度始終穩定。反之，WC的平均粒徑為0.2μπι以上的優勢在于，有利于工業制造過程中硬質合金的制備。
[0043]作為上述的WC顆粒的平均粒徑，使用了通過以下方式進行測定的值。首先，使用掃描電子顯微鏡(SEM)和附屬的波長色散X射線分析(ΕΡΜΑ:電子探頭顯微分析)來檢測基材截面(垂直于探頭部分的前端方向的平面)中的WC顆粒和其他組分。接下來，對截面中任意20 μ m直線上存在的WC顆粒進行計數，然后測量被該直線上各WC顆粒占據的區域的總長度。隨后，用由此測量的總長度除以WC顆粒的數目，然后將所確定的商值作為WC顆粒的粒徑。對于三條任意的直線，以類似的方式進行測定以確定單個WC顆粒的相應粒徑，然后確定它們的平均值以用作WC顆粒的平均粒徑。
[0044]形成基材的硬質合金優選地含有大于等于3質量％小于等于15質量％的Co，更優選地含有大于等于6質量％小于等于12質量％的Co，并且還更優選地含有大于等于8質量％小于等于10質量％的Co。Co的含量高于15質量％是不優選的,這是因為會導致耐磨性變差。Co的含量低于3質量％是不優選的，這是因為會導致耐斷裂性變差，從而導致探頭部分的螺紋碎裂，并且在線接合的情況下，可能會導致探頭部分的斷裂。
[0045]本文中硬質合金中的Co含量為按照下列方式測定的值。將摩擦攪拌焊接工具進行鏡面拋光，通過SEM在10000X的放大倍數下對形成基材任意區域的晶體結構進行拍照，使用附屬的EPMA來檢測基材截面(垂直于探頭部分的前端方向的平面)中的Co組分，并將照片中Co的總面積轉換為質量比，將該質量比用作Co的含量。
[0046]< 覆層 >
[0047]如圖1所示，在本發明的摩擦攪拌焊接工具中，所述覆層3的特征在于，這樣在基材2上形成覆層3，使得該覆層至少形成于基材的在摩擦攪拌焊接過程中將與工件接觸的部分的上。因此，覆層3形成于將與工件接觸的部分上，因此阻止了摩擦產生的熱傳遞至基材2。通過這種方式，能夠防止基材2的塑性變形，并能夠延長工具壽命。另外，在該位置處形成覆層，由此能防止軟金屬工件粘著到工具上，因此提高了耐磨性，并且還有助于摩擦熱的產生。
[0048]所述覆層的特征在于其含有立方WCh。立方WCh在抗粘著性方面優于TiN和CrN等氮化物以及TiC和SiC，因此鋁等軟金屬不容易粘著到覆層上。另外，立方WCh的摩擦系數并不像類金剛石碳(DLC)的摩擦系數這樣低。因此，對于包括由立方WCh制成的覆層的摩擦攪拌焊接工具，有利于通過與工件摩擦而產生摩擦熱。此外，立方WCh的優勢在于，其具有高硬度，因此耐磨性優異。工具基材的硬質合金中的WC具有六方晶體結構。相比之下，立方WCh具有立方NaCl 型晶體結構。此處，WCh的1-X是指，在WC的化學計量組成中，C小于I。根據W-C 二元平衡相圖，立方WC^出現在限定的區域中，并且在2380±30°C至 2747± 12°C下，WCVx 的 x 為 0.3 至 0.4。
[0049]根據本發明，雖然所述覆層可含有W2C作為除立方WCh之外的其他碳化鎢，但是由于W2C的硬度低，因此優選地盡可能不包含W2C。此處，所述覆層中含有的碳化鎢的晶體結構可通過X射線衍射來確定。立方WCh的衍射光束對應于JCPDS卡20-1316中的那些衍射光束。
[0050]經過X射線衍射，所述覆層的I (WCh)/I (W2C)優選地不小于2，其中I (WC1J為
(111)衍射光束和(200)衍射光束各自的衍射光束強度中的較高者，并且I(W2C)為(1000)衍射光束、(0002)衍射光束和(1001)衍射光束各自的衍射光束強度中的最高者。該比例更優選地為5以上，并且仍更優選地為10以上。所述覆層可含有該比例的立方WCh，由此具有更高的硬度，從而能夠提高摩擦攪拌焊接工具的耐磨性和耐碎裂性。
[0051]本發明覆層的厚度優選地大于等于I μ m且小于等于20 μ m。該厚度為I μ m以上能提高耐磨性，并且能顯著延長工具壽命。本發明的覆層的厚度更優選地大于等于2 μ m且小于等于15 μ m,并且仍更優選地大于等于3 μ m且小于等于10 μ m。因此，能夠進一步延長工具壽命，并且能使耐碎裂性更高。
[0052]應當注意的是，在本文中，本發明的覆層厚度是摩擦攪拌焊接工具的任意表面部分的覆層厚度，例如，探頭前端的覆層厚度，在摩擦攪拌焊接工具的基材上形成的整個覆層的厚度。
[0053]本發明覆層的表面粗糙度優選地大于等于0.05 μ m且小于等于0.6 μ m，其中所述表面粗糙度為由Jis B0601所定義的算術平均粗糙度Ra(以下也簡稱做“表面粗糙度Ra”)。表面粗糙度Ra低于0.05 μ m可能不是優選的，這是由于在接合過程中，這樣的表面粗糙度阻礙了工具表面和工件之間的摩擦生熱，因此不利于探針插入，從而導致點接合需要花費更長的時間。表面粗糙粗Ra高于0.6 μ m使得工件更容易粘著到工具表面上，因此可能不是優選的。表面粗糙度Ra更優選的范圍是大于等于0.1 μ m且小于等于0.5 μ m。
[0054]可通過電火花加工的條件來改變覆層的表面粗糙度。可對電火花加工的條件進行適當地調節，由此來調節覆層的表面粗糙度，所述加工條件主要為放電時間、間歇時間和電流峰值。較慢的加工速率使得表面粗糙度較小，而較高的加工速率使得表面粗糙度較大。
[0055]可這樣形成本發明的覆層，使其覆蓋基材的整個表面，或者一部分基材未被覆層覆蓋，或者覆層的結構可根據其在基材上的位置而有所不同，然而，這些并不超出本發明的范圍。
[0056]〈覆層的形成方法〉
[0057]根據本發明，所述覆層可通過在基材表面上進行電火花加工而形成。電火花加工不僅能夠對基材的形狀進行加工，還能夠在基材的表面上形成含有立方WQx的覆層，因此其具有這樣的優勢:能夠方便地制造摩擦攪拌焊接工具，并且能夠降低制造成本。
[0058]雖然可以使用任何已知的技術來進行上述電火花加工，但是電火花加工更優選為使用銅、銅鶴合金、銀鶴合金、石墨等電極的刻模機電火花加工(die-sinker electricaldischarge machining)。與使用黃銅絲的線切割電火花加工相比,刻模機電火花加工能夠形成立方WCh含量更高的覆層，從而提高了耐磨性，因此刻模機電火花加工更為優選。具體而言，對于刻模機電火花加工，可以選擇加工速率為0.005g/分鐘至0.05g/分鐘的放電條件，以提高立方WCh的含量。
[0059]從以上說明可以看出，根據本發明的制造摩擦攪拌焊接工具的方法包括以下步驟:在由硬質合金形成的基材上進行電火花加工，從而在加工所述基材的同時，至少在所述基材的將與工件接觸的部分的表面上形成覆層，并且所述覆層含有立方WCh。
[0060]實施例
[0061]在下文中，將會參照實施例對本發明進行更詳細的描述。但是本發明不局限于此。應當注意的是，通過利用掃描電子顯微鏡(SEM)直接觀察覆層的截面，從而測定了實施例中覆層的厚度。
[0062]< 實施例 1-14〉
[0063]對于各實施例1至14，制造了如圖1所示的摩擦攪拌焊接工具。首先，對于基材，制備了具有如下表I所示的“WC平均粒徑”、“Co含量”和“熱導率”特征的硬質合金。對所述硬質合金進行磨削和電火花加工(以這樣的方式調節電火花加工條件，即:對放電時間、間歇時間和電流峰值進行調整，使得加工速率為0.0lg/分鐘)，從而形成如圖1所示的形狀的基材2。該基材2包括直徑IOmm的基本上為圓柱形的圓柱部分5，以及與圓柱部分5同軸且從圓柱部分5的肩部6的中心伸出的探頭部分4。從肩部6到探頭部分4的前端的長度為1.5mm。在探頭部分4的側面，形成了螺紋部分8，具體而言，該螺紋部分8為螺紋方向與工具旋轉方向相反且間距為0.7mm的螺旋狀螺紋(M4)。
[0064]實施例和比較例的摩擦攪拌焊接工具均具有如圖1所示的探頭部分4和肩部6，并且還具有夾柄部分7，從而使圓柱部分5保持在支架中。所述夾柄部分7以如下方式形成。在距離圓柱部分5的上表面IOmm的部分，沿著兩個彼此相對的方向部分切除圓柱部分5的側面，并且所得的截面基本上為圓形。從支架側觀察，夾柄部分7具有圓柱部分被部分切除后形成的弦，并且弦的長度均為7mm。
[0065]使用銅鎢電極對圖1中圓柱部分5的前端、肩部6和探頭部分4進行刻模機電火花加工，使得在其表面上形成厚度為2 μ m且含有立方WCh的覆層3。以這種方式制造了實施例I至14的摩擦攪拌焊接工具。雖然實施例1至14的覆層厚度為2 μ m，但是已證實，只要覆層的厚度落入I μ m至20 μ m的范圍內，就能獲得與各實施例相當的效果。
[0066]<比較例I至2>
[0067]對于各比較例I至2，以與實施例1類似的方式制造了摩擦攪拌焊接工具，不同之處在于，將具有如下表1所示特征的硬質合金用作基材，并且對所述基材整體上進行磨削而未在基材上形成覆層。
[0068]<比較例3>
[0069]對于比較例3，將具有如下表1所示特征的硬質合金用作基材，并且對該摩擦攪拌焊接工具的全部表面進行了與比較例I相同的磨削，并通過真空電弧氣相沉積法在其表面上形成了 TiN覆層。所述覆層是按照下列工序通過真空電弧氣相沉積法形成的。
[0070]首先，將基材設置在位于真空電弧氣相沉積裝置的腔室內的基材支架上，并將Ti設為金屬蒸發源的靶。然后，產生真空并進行清潔。接著導入氮氣，將室內壓力設定為3.0?&，并將用于基材的0(:偏置電源的電壓設定為-5(^。隨后，用200A的電弧電流對上述Ti靶進行電離，從而使Ti和N2氣體互相反應。由此，在基材上形成了 TiN覆層。
[0071]〈比較例4>
[0072]對于比較例4，以與比較例3類似的方式在基材上形成了 CrN覆層，不同之處在于，用Cr代替比較例3的Ti。
[0073]<比較例5>
[0074]對于比較例5，以與比較例3類似的方式制造了摩擦攪拌焊接工具，不同之處在于:通過等離子CVD方法形成了由類金剛石碳(DLC)制成的覆層。所述覆層是按照下列工序通過等離子CVD方法形成的。
[0075]首先，將基材設置在位于等離子CVD裝置的腔室內的基材支架上。然后，利用真空泵降低腔室內的壓力，利用安裝在裝置內的加熱器將基材加熱至200°C，并對腔室內抽真空直至腔室內的壓力達到1.0X10_3Pa。
[0076]接著，導入氬氣，將腔室內的壓力保持在3.0Pa，然后對基材支架施加500W的高頻功率，從而對基材表面進行60分鐘的清潔。之后，對腔室內抽真空，然后引入CH4,使得腔室內的壓力為lOPa。接著，對基材支架施加400W的高頻功率從而形成DLC制成的覆層。
[0077]表1[0078]
【權利要求】
1.一種用于摩擦攪拌焊接的摩擦攪拌焊接工具，包括: 基材；和 覆層，其至少形成于所述基材的在摩擦攪拌焊接過程中將與工件接觸的部分的表面上， 所述基材由硬質合金形成，并且 所述覆層含有立方WCh，并且所述覆層通過電火花加工形成。
2.根據權利要求1所述的摩擦攪拌焊接工具，其中，所述基材由熱導率小于60W/m.K的硬質合金形成。
3.根據權利要求1或2所述的摩擦攪拌焊接工具，其中，所述基材含有平均粒徑大于等于0.1 μ m且小于等于I μ m的WC。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的摩擦攪拌焊接工具，其中，所述基材含有大于等于3質量％且小于等于15質量％的Co。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的摩擦攪拌焊接工具，其中，經過X射線衍射，所述覆層的I D/I (W2C)不低于2，其中I (WCh)為(111)衍射光束和(200)衍射光束各自的衍射光束強度中的較高者，并且I (W2C)為(1000)衍射光束、(0002)衍射光束和(1001)衍射光束各自的衍射光束強度中的最高者。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的摩擦攪拌焊接工具，其中，利用所述摩擦攪拌焊接工具的摩擦攪拌焊接為點接合。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的摩擦攪拌焊接工具，其中，所述覆層的表面粗糙度Ra大于等于0.05 μ m且小于等于0.6 μ m。
8.—種制造摩擦攪拌焊接工具的方法，包括以下步驟:在由硬質合金形成的基材上進行電火花加工，從而在加工所述基材的同時至少在所述基材的將與工件接觸的部分的表面上形成覆層， 所述覆層含有立方WCh。
【文檔編號】B23K20/12GK103619526SQ201380001685
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年2月25日 優先權日:2012年2月29日
【發明者】內海慶春, 森口秀樹 申請人:住友電氣工業株式會社