接合構造体およびその形成方法
【課題】原子炉および太陽光発電所における超高温の用途で２つ以上の金属部品を摩擦撹拌接合する。
【解決手段】摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）システム１１２で形成された接合構造体１１０は、境界部１１８で互いに接触する金属部品１１４，１１６を備える。摩擦撹拌接合システム１１２は、制御部１２２、工具１２４およびピン１２６を備える。ピン１２６は、工具１２４の底面から延びており、摩擦撹拌接合中に金属部品１１４，１１６に押しつけられる。工具１２４およびピン１２６が境界部１１８に沿って移動するときに、工具１２４およびピン１２６の回転によって境界部１１８における金属部品１１４，１１６の粒子酸化物分散強化合金および他の合金が摩擦によって加熱される。加熱された合金は、可塑状態になり、工具１２４およびピン１２６の回転運動によって撹拌され、これにより、境界部１１８において接合継ぎ目１２０を形成する。
【解決手段】摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）システム１１２で形成された接合構造体１１０は、境界部１１８で互いに接触する金属部品１１４，１１６を備える。摩擦撹拌接合システム１１２は、制御部１２２、工具１２４およびピン１２６を備える。ピン１２６は、工具１２４の底面から延びており、摩擦撹拌接合中に金属部品１１４，１１６に押しつけられる。工具１２４およびピン１２６が境界部１１８に沿って移動するときに、工具１２４およびピン１２６の回転によって境界部１１８における金属部品１１４，１１６の粒子酸化物分散強化合金および他の合金が摩擦によって加熱される。加熱された合金は、可塑状態になり、工具１２４およびピン１２６の回転運動によって撹拌され、これにより、境界部１１８において接合継ぎ目１２０を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、次世代の原子炉および太陽光発電所の超高温領域に関し、特に、超高温領域の重要な金属構造体および構成要素に関する。
【０００２】
なお、本発明の関連出願として、米国で本願の基礎出願と同日に出願された「Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ＡＬ−ＲＥ−ＴＭ Ａｌｌｏｙｓ」という題名の米国特許出願（代理人整理番号Ｕ７３．１２−０１０８／ＰＡ−０００２５２６−ＵＳ）、「Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ＡＬ−ＲＥ−ＴＭ ａｌｌｏｙ」という題名の米国特許出願（代理人整理番号Ｕ７３．１２−０１０９／ＰＡ−０００２５２５−ＵＳ）および「Ｈｏｌｌｏｗ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｆｏｒｍｅｄ ｗｉｔｈ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ」という題名の米国特許出願（代理人整理番号Ｕ７３．１２−０１１０／ＰＡ−０００２５２８−ＵＳ）がある。
【背景技術】
【０００３】
核エネルギおよび太陽エネルギを生成する際に、最近は、作動温度が高くなる傾向がある。これは、どのようなタービンでも、その効率が、タービンを駆動する作動流体の入口側の温度と出口側の温度との間の温度差によって決定されるからである。発電所における高温側の作動温度限界は、発電所の高温領域を建設するのに使用される材料の高温特性によって決定されることが一般的である。次世代の原子炉および太陽光発電所の例として、超高温反応炉（ＶＨＴＲ）や溶融塩エネルギタワーの発電所が挙げられる。これらの原子炉および発電所は、後述される。発電所の高温領域は、８００℃（１，４７２°Ｆ）を超える温度で連続して稼働する。この温度は、たいていの構造用合金の上限である。鉄基超合金は、高い中性子流束の増加に耐えられるので原子炉の用途に必要とされている。ニッケルおよびコバルト基超合金は、高温による腐食に耐えられるので、溶融塩エネルギタワーの用途に必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原子炉の管および容器用の理想的な合金の候補は、粒子酸化物分散強化（ＯＤＳ）合金である。以下に説明するように、従来の融接によって粒子酸化物分散強化合金同士を接合することはできない。粒子酸化物分散強化合金同士を摩擦撹拌接合（ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ：ＦＳＷ）によって接合することはできる。特に、原子炉および太陽光発電所における超高温の用途で粒子酸化物分散強化合金を摩擦撹拌接合することは、本発明の基本となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、接合構造体およびその形成方法に関する。接合構造体は、摩擦撹拌接合によって接合継ぎ目において互いに固定された金属部品を備える。この金属部品は、粒子酸化物分散強化合金および他の合金から成る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、次世代（第４世代）の原子炉用に設計された超高温反応炉（ＶＨＴＲ）を概略的に示している。反応炉１０は、外側容器１２、ウラン／グラファイト燃料を備えたグラファイト反応炉の炉心１４、コントロールロッド１６および反応炉シェル１９を備える。ヘリウムガス冷媒１８は、管２０を介して反応炉１０から熱交換器２２へ送風機２４によって循環される。熱交換器２２内の作動流体２６は、熱交換器２２から、水素製造工場３２における水素生成、電力生成（図示せず）および他の有用な工程（図示せず）のために有用な熱が抽出される場所へ、管３０を介してポンプ２８によって供給される。水素製造工場３２は、熱化学工程によって水素３６および酸素３８を生成するために水３４を取り入れる。余分な熱４０は、ヒートシンクを介して分離され、処理される。点線Ｌは、この点線Ｌの左側で構成要素が８００℃（１４７２°Ｆ）を超える作動温度に曝される領域と、点線Ｌの右側で構成要素が８００℃（１４７２°Ｆ）を下回る作動温度に曝される領域と、の間の境界を概略的に示している。８００℃（１４７２°Ｆ）を超える作動温度で、高い機械的強度およびクリープ破壊耐性が必要不可欠な構成要素は、反応炉シェル１９、熱交換器シェル４２、ヘリウム管２０および熱交換器管３０である。粒子酸化物分散強化（Ｏｘｉｄｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ；ＯＤＳ）合金は、後述されるように、これらの用途に適した候補である。
【０００７】
次世代の発電所における粒子酸化物分散強化合金の他の用途が図２に示されており、溶融塩太陽エネルギタワーの発電所が概略的に示されている。基本的に、このシステムは、溶融塩が循環する多数の管を含む熱交換器に集束する太陽光を利用する。タービンを駆動させる蒸気を生成して電力を生み出すために、熱が溶融塩から抽出される。図２に示されるように、太陽光５０は集束されて、ヘリオスタット５２の広範な領域から高いタワー５６上の受光機５４へ案内される。受光機５４は、溶融塩がポンプ５８によって循環される管の列（図示せず）を備える。受光機５４からの溶融塩は、管６０を介して高温塩貯蔵タンク６２に供給される前に、８１６℃（１，５００°Ｆ）またはそれ以上に加熱されている。溶融塩は、必要なときに管６４を介してタンク６２から熱交換器６６に供給される。凝縮器６８から管７０を介して流れる水が、蒸気に変化し、タービン７２を駆動して電気を生成する。熱交換器から出た溶融塩は、２８８℃（５５０°Ｆ）の温度に温度低下し、管７４を介して低温塩貯蔵タンク７６に供給され、閉ループ工程を繰り返す。受光機５４、管６０，６４の高温部分、高温塩貯蔵タンク６２、熱交換器６６、タービン７２の部分および対応する蒸気管７８の全ては、８１６℃（１，５００°Ｆ）またはそれ以上の温度に曝される。さらに、全ての構成要素は、この溶融塩に対する耐腐食性を要する。図１で説明し、かつ参照した核エネルギ用途のように、粒子酸化物分散強化合金は、この用途の候補である。
【０００８】
鉄基の粒子酸化物分散強化合金は、高い中性子流束の環境下での増加に耐えられるので、超高温反応炉の用途を備える。ニッケルおよびコバルト基粒子酸化物分散強化合金は、高温下において溶融塩に対する優れた耐腐食性を備えるので、溶融塩太陽エネルギタワーの発電所における用途を備える。次世代の発電所における管および容器に使用される材料の高温特性は、発電所を稼働する要因を制限している。高温に対する強度およびクリープ破壊耐性は、寿命の延長および安全な稼働を保証するのに重要である。粒子酸化物分散強化合金は、固体状態の機械的合金化処理によって生成され、これらの用途に必要な高温における強度およびクリープ破壊耐性をもたらすサブミクロンの酸化イットリウム粒子の細かな分散を有している。
【０００９】
発電所の用途において粒子酸化物分散強化合金を使用する際の主な欠点は、粒子酸化物分散強化合金を接合することが困難であることである。融接のようなワーク片が溶融される接合技術では、高温における強度およびクリープ破壊耐性を担う酸化物の分散を破壊してしまう。粒子酸化物分散強化合金が溶融されて再凝固されるときに、酸化物は粒子の境界に集まり、有益な分散および結果的に生じる機械特性が失われる。
【００１０】
しかし、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）は、融点を超えない温度での固体処理であるので分散を妨害しない。この結果、機械特性は、接合作業によって変化しない。さらに、摩擦撹拌接合によって異なる材料同士を接合できる。次世代の核エネルギおよび太陽エネルギの生成システムでは、粒子酸化物分散強化合金は高価なので、このことは重要な検討事項である。コストを最小限に抑えるために、粒子酸化物分散強化合金の使用は、発電所の高温部分のみに制限されている。粒子酸化物分散強化合金が摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）によって接合されるときに、酸化物の分散微細構造と、結果的に生じる高温における強度およびクリープ破壊耐性と、が維持される。
【００１１】
図３は、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）システム１１２で形成された接合構造体１１０の斜視図である。図示されるように、接合構造体１１０は、境界部１１８で互いに接触する金属部品１１４，１１６を備える。金属部品１１４，１１６は、接合構造体１１０を形成するように互いに接合されるサブコンポーネントであり、様々な異なるサブコンポーネント（例えば、原子炉および太陽光発電所内の管および容器構造体）であってもよい。金属部品１１４，１１６は、接合構造体１１０に対して高い強度および延性をもたらす粒子酸化物分散強化合金または他の合金からそれぞれ形成されている。以下に説明されるように、接合継ぎ目１２０を形成するように、金属部品１１４，１１６は、摩擦撹拌接合システム１１２によって境界部１１８で互いに接合され、この接合継ぎ目１２０は、金属部品１１４，１１６の接合前の強度（ｐｒｅ−ｗｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ）を実質的に維持している。
【００１２】
摩擦撹拌接合システムは、制御部１２２、工具１２４およびピン１２６（ピン１２６は点線で示される）を備える。ピン１２６は、工具１２４の底面から延びており、摩擦撹拌接合中に金属部品１１４，１１６に押しつけられる。制御部１２２によって、工具１２４およびピン１２６が、矢印１２８の方向（または、矢印１２８と反対の回転方向）に回転するとともに、矢印１３０の方向に金属部品１１４，１１６へ押しつけられる。これにより、工具１２４が金属部品１１４，１１６に到達するまで、ピン１２６が境界部１１８において金属部品１１４，１１６を掘って行く。ピン１２６の深さによって境界部１１８における接合部の深さが決定される。
【００１３】
工具１２４およびピン１２６が回転しているときに、制御部１２２は、工具１２４およびピン１２６が矢印１３２の方向へ境界部１１８に沿って移動するように案内する。工具１２４およびピン１２６の回転に境界部１１８に沿って移動するときに、工具１２４およびピン１２６の回転によって境界部１１８における金属部品１１４，１１６の粒子酸化物分散強化合金や他の合金が摩擦によって加熱される。加熱された合金は、可塑状態になり、工具１２４およびピン１２６の回転運動によって撹拌され、これにより、境界部１１８において接合継ぎ目１２０を形成する。摩擦撹拌接合の作業は、加熱された合金が溶融しない固体接合処理である。したがって、粒子酸化物分散強化合金および他の合金の優れた微細構造が、接合継ぎ目１２０を形成している間も実質的に維持される。これは、例えば、接合金属が溶融して接合継ぎ目を形成する融接のような他の接合技術とは対照的である。粒子酸化物分散強化合金を溶融することによって、合金の優れた微細構造が破壊され、これにより、結果的に生じる強度およびクリープ破壊耐性が減少する。
【００１４】
必要に応じて、ピン１２６は、高強度合金の摩擦撹拌接合作業によって生じる極度の力に耐えることができる材料から形成される必要があり、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）であることが望ましい。タングステンレニウム合金および炭化チタン金属マトリックス複合材は、他の候補である。
【００１５】
図４は、方法１３４を示すフローチャートであり、この方法は、摩擦撹拌接合システム１１２によって接合構造体１１０を形成するのに適した方法である。図示されているように、方法１３４は、ステップ１３６〜１４２を含み、最初に金属部品１１４，１１６を形成するステップ（ステップ１３６）を含む。ここでは、一対の金属部品（つまり、金属部品１１４，１１６）について説明されているが、方法１３４は、単一の接合構造体を形成する３つ以上の金属部品の接合にも適している。
【００１６】
金属部品１１４，１１６の形成後に、金属部品１１４，１１６は、所望の接合位置に境界部１１８を形成するように互いに隣接して位置決めされる（ステップ１３８）。金属部品１１４，１１６は、摩擦撹拌接合の作業中に離間しないように互いに支えられることが望ましい。その後、摩擦撹拌接合システム１１２は、摩擦撹拌接合作業によって境界部１１８で金属部品１１４，１１６を互いに接合するように使用される（ステップ１４０）。これによって、境界部１１８に沿って接合継ぎ目１２０が形成される。３つ以上の金属部品が互いに接合される場合には、ステップ１３８およびステップ１４０が、金属部品の間の各境界部で繰り返される。摩擦撹拌接合が完了すると、滑らかで美しい面を得るために金属部品１１４，１１６の上面が、接合継ぎ目１２０において、必要であれば（例えば、研削や研磨を施されて）仕上げられる（ステップ１４２）。
【００１７】
摩擦撹拌接合システム１１２の動作パラメータは、工具１２４およびピン１２６の形状および材料と、金属部品１１４，１１６の形状によって変化する。工具１２４およびピン１２６の（矢印１２８の方向の）最適な回転数は、約２００〜２,０００回転／分（ｒｐｍ）の範囲にあり、特に最適な回転数は、約１，０００〜１，２００ｒｐｍの範囲にある。工具１２４およびピン１２６へ作用する（矢印１３０の方向の）最適な垂直荷重は、約４５３Ｋｇ（つまり、約１，０００ポンド）〜約６，７９５Ｋｇ（つまり、約１５,０００ポンド）の範囲にある。境界部１１８に沿った（矢印１３２の方向の）最適な前方移動速度は、約２．５ｃｍ／分（つまり、約１インチ／分）〜約２０ｃｍ／分（つまり、約８インチ／分）の範囲にある。工具１２４およびピン１２６の上記の最適な条件とともに使用する場合に、これらの動作パラメータは、接合継ぎ目１２０において、高い接合効率と、高温における一定の強度およびクリープ破壊耐性と、を提供する。
【００１８】
鉄基粒子酸化物分散強化超合金であるＰＭ２０００の接合領域の構造および特性について摩擦撹拌接合の効果を特徴づけるために、複数の実験が行われた。これらの実験では、ＰＭ２０００の３ｍｍ（０．１１８インチ）のシートが、受注製作の摩擦撹拌接合装置の摩擦撹拌接合によって接合された。この時の回転数は、１，０００ｒｐｍであった。横断速度は、２．５４ｃｍ／分（つまり、約１．０インチ／分）であり、下向きの力は、１，３５９Ｋｇ（約３，０００ポンド）であった。工具は、立方晶窒化ホウ素から形成されていた。その後、接合の完全性を確認するために、接合されたシートは切断されて研磨された。接合部の内部で熱が作用した領域および元の金属の硬さ試験が実施された。切断位置を示すために、摩擦撹拌接合された粒子酸化物分散強化構造体２１０が図５に示されている。図５は、工具が境界部２１８の全長を横断した後の完全な接合部を示し、接合継ぎ目２２０は、ＰＭ２０００の合金からなる接合構造体２１０の全長を覆っている。なお、図中の符号の下２桁は図３のものと同一である。接合継ぎ目２２０は、点線で示され、かつ熱作用領域（ＨＡＺ）２４０によって囲まれた可塑（接合）領域２３０を備える。接合後に、接合構造体２１０は、面２５０に沿って長手方向に、さらに面２６０に沿って横断方向に切断された。その後、断面は目視検査および硬さ試験のために研削されて研磨された。
【００１９】
長手方向の断面２５０の写真が図６に示される。図の上方における暗い領域は、接合領域つまり可塑領域である。熱作用領域は、点線で示されている。接合されていない金属は、熱作用領域の外側にある。写真内の数字は、各点におけるロックウェルのＣスケールによる微小硬さ試験の値を示している。可塑領域の硬さは、元の金属と少なくとも等しいか、またはそれ以上である。接合部の横断方向における断面２６０の写真が図７に示される。熱作用領域が点線で示される。この例で得られた２つの硬さ測定は、接合領域が元の金属よりも固いことを示している。摩擦撹拌接合によって鉄基粒子酸化物分散強化超合金の接合を試みた他の作業者は、ここに報告された結果と比べて、第１に、可塑領域は連続していなかったこと、第２に、粒子酸化物分散強化粒子間の間隔が元の金属よりも大きく、従って可塑領域の硬さは元の金属のものより小さかったこと、を報告している。我々が行った接合作業によれば、接合部における粒子酸化物分散強化粒子間の間隔がサブミクロンに維持され、この結果、接合部における硬度ひいては強度が元の金属と少なくとも等しいことが確実となる。
【００２０】
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の真意および範囲を逸脱することなく、形態および詳細の変更がなされてもよいことを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】超高温反応炉および水素製造工場を概略的に示す図である。
【図２】溶融塩エネルギタワーの太陽エネルギ生成システムを概略的に示す図である。
【図３】摩擦撹拌接合システムによって形成される接合構造体の斜視図である。
【図４】摩擦撹拌接合システムによって接合構造体を形成する方法のフローチャートである。
【図５】摩擦撹拌接合された粒子酸化物分散強化超合金の斜視図である。
【図６】接合部の長手方向の断面を示した写真である。
【図７】接合部の横断方向の断面を示した写真である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、次世代の原子炉および太陽光発電所の超高温領域に関し、特に、超高温領域の重要な金属構造体および構成要素に関する。
【０００２】
なお、本発明の関連出願として、米国で本願の基礎出願と同日に出願された「Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ＡＬ−ＲＥ−ＴＭ Ａｌｌｏｙｓ」という題名の米国特許出願（代理人整理番号Ｕ７３．１２−０１０８／ＰＡ−０００２５２６−ＵＳ）、「Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ＡＬ−ＲＥ−ＴＭ ａｌｌｏｙ」という題名の米国特許出願（代理人整理番号Ｕ７３．１２−０１０９／ＰＡ−０００２５２５−ＵＳ）および「Ｈｏｌｌｏｗ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｆｏｒｍｅｄ ｗｉｔｈ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ」という題名の米国特許出願（代理人整理番号Ｕ７３．１２−０１１０／ＰＡ−０００２５２８−ＵＳ）がある。
【背景技術】
【０００３】
核エネルギおよび太陽エネルギを生成する際に、最近は、作動温度が高くなる傾向がある。これは、どのようなタービンでも、その効率が、タービンを駆動する作動流体の入口側の温度と出口側の温度との間の温度差によって決定されるからである。発電所における高温側の作動温度限界は、発電所の高温領域を建設するのに使用される材料の高温特性によって決定されることが一般的である。次世代の原子炉および太陽光発電所の例として、超高温反応炉（ＶＨＴＲ）や溶融塩エネルギタワーの発電所が挙げられる。これらの原子炉および発電所は、後述される。発電所の高温領域は、８００℃（１，４７２°Ｆ）を超える温度で連続して稼働する。この温度は、たいていの構造用合金の上限である。鉄基超合金は、高い中性子流束の増加に耐えられるので原子炉の用途に必要とされている。ニッケルおよびコバルト基超合金は、高温による腐食に耐えられるので、溶融塩エネルギタワーの用途に必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原子炉の管および容器用の理想的な合金の候補は、粒子酸化物分散強化（ＯＤＳ）合金である。以下に説明するように、従来の融接によって粒子酸化物分散強化合金同士を接合することはできない。粒子酸化物分散強化合金同士を摩擦撹拌接合（ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ：ＦＳＷ）によって接合することはできる。特に、原子炉および太陽光発電所における超高温の用途で粒子酸化物分散強化合金を摩擦撹拌接合することは、本発明の基本となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、接合構造体およびその形成方法に関する。接合構造体は、摩擦撹拌接合によって接合継ぎ目において互いに固定された金属部品を備える。この金属部品は、粒子酸化物分散強化合金および他の合金から成る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、次世代（第４世代）の原子炉用に設計された超高温反応炉（ＶＨＴＲ）を概略的に示している。反応炉１０は、外側容器１２、ウラン／グラファイト燃料を備えたグラファイト反応炉の炉心１４、コントロールロッド１６および反応炉シェル１９を備える。ヘリウムガス冷媒１８は、管２０を介して反応炉１０から熱交換器２２へ送風機２４によって循環される。熱交換器２２内の作動流体２６は、熱交換器２２から、水素製造工場３２における水素生成、電力生成（図示せず）および他の有用な工程（図示せず）のために有用な熱が抽出される場所へ、管３０を介してポンプ２８によって供給される。水素製造工場３２は、熱化学工程によって水素３６および酸素３８を生成するために水３４を取り入れる。余分な熱４０は、ヒートシンクを介して分離され、処理される。点線Ｌは、この点線Ｌの左側で構成要素が８００℃（１４７２°Ｆ）を超える作動温度に曝される領域と、点線Ｌの右側で構成要素が８００℃（１４７２°Ｆ）を下回る作動温度に曝される領域と、の間の境界を概略的に示している。８００℃（１４７２°Ｆ）を超える作動温度で、高い機械的強度およびクリープ破壊耐性が必要不可欠な構成要素は、反応炉シェル１９、熱交換器シェル４２、ヘリウム管２０および熱交換器管３０である。粒子酸化物分散強化（Ｏｘｉｄｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ；ＯＤＳ）合金は、後述されるように、これらの用途に適した候補である。
【０００７】
次世代の発電所における粒子酸化物分散強化合金の他の用途が図２に示されており、溶融塩太陽エネルギタワーの発電所が概略的に示されている。基本的に、このシステムは、溶融塩が循環する多数の管を含む熱交換器に集束する太陽光を利用する。タービンを駆動させる蒸気を生成して電力を生み出すために、熱が溶融塩から抽出される。図２に示されるように、太陽光５０は集束されて、ヘリオスタット５２の広範な領域から高いタワー５６上の受光機５４へ案内される。受光機５４は、溶融塩がポンプ５８によって循環される管の列（図示せず）を備える。受光機５４からの溶融塩は、管６０を介して高温塩貯蔵タンク６２に供給される前に、８１６℃（１，５００°Ｆ）またはそれ以上に加熱されている。溶融塩は、必要なときに管６４を介してタンク６２から熱交換器６６に供給される。凝縮器６８から管７０を介して流れる水が、蒸気に変化し、タービン７２を駆動して電気を生成する。熱交換器から出た溶融塩は、２８８℃（５５０°Ｆ）の温度に温度低下し、管７４を介して低温塩貯蔵タンク７６に供給され、閉ループ工程を繰り返す。受光機５４、管６０，６４の高温部分、高温塩貯蔵タンク６２、熱交換器６６、タービン７２の部分および対応する蒸気管７８の全ては、８１６℃（１，５００°Ｆ）またはそれ以上の温度に曝される。さらに、全ての構成要素は、この溶融塩に対する耐腐食性を要する。図１で説明し、かつ参照した核エネルギ用途のように、粒子酸化物分散強化合金は、この用途の候補である。
【０００８】
鉄基の粒子酸化物分散強化合金は、高い中性子流束の環境下での増加に耐えられるので、超高温反応炉の用途を備える。ニッケルおよびコバルト基粒子酸化物分散強化合金は、高温下において溶融塩に対する優れた耐腐食性を備えるので、溶融塩太陽エネルギタワーの発電所における用途を備える。次世代の発電所における管および容器に使用される材料の高温特性は、発電所を稼働する要因を制限している。高温に対する強度およびクリープ破壊耐性は、寿命の延長および安全な稼働を保証するのに重要である。粒子酸化物分散強化合金は、固体状態の機械的合金化処理によって生成され、これらの用途に必要な高温における強度およびクリープ破壊耐性をもたらすサブミクロンの酸化イットリウム粒子の細かな分散を有している。
【０００９】
発電所の用途において粒子酸化物分散強化合金を使用する際の主な欠点は、粒子酸化物分散強化合金を接合することが困難であることである。融接のようなワーク片が溶融される接合技術では、高温における強度およびクリープ破壊耐性を担う酸化物の分散を破壊してしまう。粒子酸化物分散強化合金が溶融されて再凝固されるときに、酸化物は粒子の境界に集まり、有益な分散および結果的に生じる機械特性が失われる。
【００１０】
しかし、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）は、融点を超えない温度での固体処理であるので分散を妨害しない。この結果、機械特性は、接合作業によって変化しない。さらに、摩擦撹拌接合によって異なる材料同士を接合できる。次世代の核エネルギおよび太陽エネルギの生成システムでは、粒子酸化物分散強化合金は高価なので、このことは重要な検討事項である。コストを最小限に抑えるために、粒子酸化物分散強化合金の使用は、発電所の高温部分のみに制限されている。粒子酸化物分散強化合金が摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）によって接合されるときに、酸化物の分散微細構造と、結果的に生じる高温における強度およびクリープ破壊耐性と、が維持される。
【００１１】
図３は、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）システム１１２で形成された接合構造体１１０の斜視図である。図示されるように、接合構造体１１０は、境界部１１８で互いに接触する金属部品１１４，１１６を備える。金属部品１１４，１１６は、接合構造体１１０を形成するように互いに接合されるサブコンポーネントであり、様々な異なるサブコンポーネント（例えば、原子炉および太陽光発電所内の管および容器構造体）であってもよい。金属部品１１４，１１６は、接合構造体１１０に対して高い強度および延性をもたらす粒子酸化物分散強化合金または他の合金からそれぞれ形成されている。以下に説明されるように、接合継ぎ目１２０を形成するように、金属部品１１４，１１６は、摩擦撹拌接合システム１１２によって境界部１１８で互いに接合され、この接合継ぎ目１２０は、金属部品１１４，１１６の接合前の強度（ｐｒｅ−ｗｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ）を実質的に維持している。
【００１２】
摩擦撹拌接合システムは、制御部１２２、工具１２４およびピン１２６（ピン１２６は点線で示される）を備える。ピン１２６は、工具１２４の底面から延びており、摩擦撹拌接合中に金属部品１１４，１１６に押しつけられる。制御部１２２によって、工具１２４およびピン１２６が、矢印１２８の方向（または、矢印１２８と反対の回転方向）に回転するとともに、矢印１３０の方向に金属部品１１４，１１６へ押しつけられる。これにより、工具１２４が金属部品１１４，１１６に到達するまで、ピン１２６が境界部１１８において金属部品１１４，１１６を掘って行く。ピン１２６の深さによって境界部１１８における接合部の深さが決定される。
【００１３】
工具１２４およびピン１２６が回転しているときに、制御部１２２は、工具１２４およびピン１２６が矢印１３２の方向へ境界部１１８に沿って移動するように案内する。工具１２４およびピン１２６の回転に境界部１１８に沿って移動するときに、工具１２４およびピン１２６の回転によって境界部１１８における金属部品１１４，１１６の粒子酸化物分散強化合金や他の合金が摩擦によって加熱される。加熱された合金は、可塑状態になり、工具１２４およびピン１２６の回転運動によって撹拌され、これにより、境界部１１８において接合継ぎ目１２０を形成する。摩擦撹拌接合の作業は、加熱された合金が溶融しない固体接合処理である。したがって、粒子酸化物分散強化合金および他の合金の優れた微細構造が、接合継ぎ目１２０を形成している間も実質的に維持される。これは、例えば、接合金属が溶融して接合継ぎ目を形成する融接のような他の接合技術とは対照的である。粒子酸化物分散強化合金を溶融することによって、合金の優れた微細構造が破壊され、これにより、結果的に生じる強度およびクリープ破壊耐性が減少する。
【００１４】
必要に応じて、ピン１２６は、高強度合金の摩擦撹拌接合作業によって生じる極度の力に耐えることができる材料から形成される必要があり、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）であることが望ましい。タングステンレニウム合金および炭化チタン金属マトリックス複合材は、他の候補である。
【００１５】
図４は、方法１３４を示すフローチャートであり、この方法は、摩擦撹拌接合システム１１２によって接合構造体１１０を形成するのに適した方法である。図示されているように、方法１３４は、ステップ１３６〜１４２を含み、最初に金属部品１１４，１１６を形成するステップ（ステップ１３６）を含む。ここでは、一対の金属部品（つまり、金属部品１１４，１１６）について説明されているが、方法１３４は、単一の接合構造体を形成する３つ以上の金属部品の接合にも適している。
【００１６】
金属部品１１４，１１６の形成後に、金属部品１１４，１１６は、所望の接合位置に境界部１１８を形成するように互いに隣接して位置決めされる（ステップ１３８）。金属部品１１４，１１６は、摩擦撹拌接合の作業中に離間しないように互いに支えられることが望ましい。その後、摩擦撹拌接合システム１１２は、摩擦撹拌接合作業によって境界部１１８で金属部品１１４，１１６を互いに接合するように使用される（ステップ１４０）。これによって、境界部１１８に沿って接合継ぎ目１２０が形成される。３つ以上の金属部品が互いに接合される場合には、ステップ１３８およびステップ１４０が、金属部品の間の各境界部で繰り返される。摩擦撹拌接合が完了すると、滑らかで美しい面を得るために金属部品１１４，１１６の上面が、接合継ぎ目１２０において、必要であれば（例えば、研削や研磨を施されて）仕上げられる（ステップ１４２）。
【００１７】
摩擦撹拌接合システム１１２の動作パラメータは、工具１２４およびピン１２６の形状および材料と、金属部品１１４，１１６の形状によって変化する。工具１２４およびピン１２６の（矢印１２８の方向の）最適な回転数は、約２００〜２,０００回転／分（ｒｐｍ）の範囲にあり、特に最適な回転数は、約１，０００〜１，２００ｒｐｍの範囲にある。工具１２４およびピン１２６へ作用する（矢印１３０の方向の）最適な垂直荷重は、約４５３Ｋｇ（つまり、約１，０００ポンド）〜約６，７９５Ｋｇ（つまり、約１５,０００ポンド）の範囲にある。境界部１１８に沿った（矢印１３２の方向の）最適な前方移動速度は、約２．５ｃｍ／分（つまり、約１インチ／分）〜約２０ｃｍ／分（つまり、約８インチ／分）の範囲にある。工具１２４およびピン１２６の上記の最適な条件とともに使用する場合に、これらの動作パラメータは、接合継ぎ目１２０において、高い接合効率と、高温における一定の強度およびクリープ破壊耐性と、を提供する。
【００１８】
鉄基粒子酸化物分散強化超合金であるＰＭ２０００の接合領域の構造および特性について摩擦撹拌接合の効果を特徴づけるために、複数の実験が行われた。これらの実験では、ＰＭ２０００の３ｍｍ（０．１１８インチ）のシートが、受注製作の摩擦撹拌接合装置の摩擦撹拌接合によって接合された。この時の回転数は、１，０００ｒｐｍであった。横断速度は、２．５４ｃｍ／分（つまり、約１．０インチ／分）であり、下向きの力は、１，３５９Ｋｇ（約３，０００ポンド）であった。工具は、立方晶窒化ホウ素から形成されていた。その後、接合の完全性を確認するために、接合されたシートは切断されて研磨された。接合部の内部で熱が作用した領域および元の金属の硬さ試験が実施された。切断位置を示すために、摩擦撹拌接合された粒子酸化物分散強化構造体２１０が図５に示されている。図５は、工具が境界部２１８の全長を横断した後の完全な接合部を示し、接合継ぎ目２２０は、ＰＭ２０００の合金からなる接合構造体２１０の全長を覆っている。なお、図中の符号の下２桁は図３のものと同一である。接合継ぎ目２２０は、点線で示され、かつ熱作用領域（ＨＡＺ）２４０によって囲まれた可塑（接合）領域２３０を備える。接合後に、接合構造体２１０は、面２５０に沿って長手方向に、さらに面２６０に沿って横断方向に切断された。その後、断面は目視検査および硬さ試験のために研削されて研磨された。
【００１９】
長手方向の断面２５０の写真が図６に示される。図の上方における暗い領域は、接合領域つまり可塑領域である。熱作用領域は、点線で示されている。接合されていない金属は、熱作用領域の外側にある。写真内の数字は、各点におけるロックウェルのＣスケールによる微小硬さ試験の値を示している。可塑領域の硬さは、元の金属と少なくとも等しいか、またはそれ以上である。接合部の横断方向における断面２６０の写真が図７に示される。熱作用領域が点線で示される。この例で得られた２つの硬さ測定は、接合領域が元の金属よりも固いことを示している。摩擦撹拌接合によって鉄基粒子酸化物分散強化超合金の接合を試みた他の作業者は、ここに報告された結果と比べて、第１に、可塑領域は連続していなかったこと、第２に、粒子酸化物分散強化粒子間の間隔が元の金属よりも大きく、従って可塑領域の硬さは元の金属のものより小さかったこと、を報告している。我々が行った接合作業によれば、接合部における粒子酸化物分散強化粒子間の間隔がサブミクロンに維持され、この結果、接合部における硬度ひいては強度が元の金属と少なくとも等しいことが確実となる。
【００２０】
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の真意および範囲を逸脱することなく、形態および詳細の変更がなされてもよいことを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】超高温反応炉および水素製造工場を概略的に示す図である。
【図２】溶融塩エネルギタワーの太陽エネルギ生成システムを概略的に示す図である。
【図３】摩擦撹拌接合システムによって形成される接合構造体の斜視図である。
【図４】摩擦撹拌接合システムによって接合構造体を形成する方法のフローチャートである。
【図５】摩擦撹拌接合された粒子酸化物分散強化超合金の斜視図である。
【図６】接合部の長手方向の断面を示した写真である。
【図７】接合部の横断方向の断面を示した写真である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の粒子酸化物分散強化合金から形成される第１の金属部品と、
第２の合金から形成される第２の金属部品と、
前記第１の金属部品と前記第２の金属部品との間の摩擦撹拌接合継ぎ目と、
を備え、
前記摩擦撹拌接合継ぎ目が、可塑領域および熱作用領域を備えることを特徴とする接合構造体。
【請求項２】
前記第１の粒子酸化物分散強化合金が、約１０．０〜２５．０重量％のクロムと、約４．０〜６．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜１．５重量％のチタンと、約０〜２．０重量％のモリブデンと、約０．２５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部の鉄と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
前記第１の粒子酸化物分散強化合金が、約０〜２．０重量％の鉄と、約１０．０〜３０．０重量％のクロムと、約０．２５〜１０．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜３．０重量％のチタンと、約０〜３．０重量％のモリブデンと、約０〜４．０重量％のタングステンと、約０〜１．０重量％のジルコニウムと、約０〜０．０５重量％のホウ素と、約０．５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部のニッケルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項４】
前記第２の合金が、粒子酸化物分散強化合金であることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項５】
前記第２の合金が、前記第１の粒子酸化物分散強化合金と実質的に同じ粒子酸化物分散強化合金であることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項６】
前記可塑領域の硬度が、前記第１の粒子酸化物分散強化合金の硬度と等しいか、またはそれ以上であることを特徴とする請求項５に記載の接合構造体。
【請求項７】
第１の金属部品と第２の金属部品との間の境界部を摩擦撹拌接合するステップを含む接合構造体の形成方法であって、前記第１の金属部品が粒子酸化物分散強化合金から成る接合構造体の形成方法。
【請求項８】
前記第１の金属部品の粒子酸化物分散強化合金が、約１０．０〜２５．０重量％のクロムと、約４．０〜６．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜１．５重量％のチタンと、約０〜２．０重量％のモリブデンと、約０．２５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部の鉄と、を備えることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項９】
前記第１の金属部品の粒子酸化物分散強化合金が、約０〜２．０重量％の鉄と、約１０．０〜３０．０重量％のクロムと、約０．２５〜１０．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜３．０重量％のチタンと、約０〜３．０重量％のモリブデンと、約０〜４．０重量％のタングステンと、約０〜１．０重量％のジルコニウムと、約０〜０．０５重量％のホウ素と、約０．５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部のニッケルと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１０】
前記第２の金属部品が、粒子酸化物分散強化合金から成ることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１１】
前記第２の金属部品の粒子酸化物分散強化合金が、前記第１の金属部品の粒子酸化物分散強化合金と実質的に同じであることを特徴とする請求項１０に記載の形成方法。
【請求項１２】
摩擦撹拌接合継ぎ目は、可塑領域および熱作用領域を備え、該可塑領域の硬度が前記粒子酸化物分散強化合金の硬度と等しいか、またはそれ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の形成方法。
【請求項１３】
前記摩擦撹拌接合するステップが、約２００〜２，０００ｒｐｍの範囲の回転速度で摩擦撹拌接合システムの工具を回転させることを含み、該工具が、約１０ｍｍ（約０．３９インチ）〜約１２ｍｍ（約０．４７インチ）の範囲の直径を備えることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１４】
前記回転速度が、約１，０００〜１，２００ｒｐｍの範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１５】
前記工具が、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）から形成されることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１６】
前記工具が、タングステンレニウム合金または炭化チタン金属マトリックス複合材から形成されることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１７】
第１の粒子酸化物分散強化合金から第１の金属部品を形成するステップと、
第２の合金から第２の金属部品を形成するステップと、
前記第１の金属部品と前記第２の金属部品との間に境界部を形成するように、該第２の金属部品に隣接して前記第１の金属部品を位置決めするステップと、
前記境界部において前記第１の金属部品および前記第２の金属部品を摩擦撹拌接合するステップと、
を備える接合構造体の形成方法。
【請求項１８】
前記第１の粒子酸化物分散強化合金が、約１０．０〜２５．０重量％のクロムと、約４．０〜６．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜１．５重量％のチタンと、約０〜２．０重量％のモリブデンと、約０．２５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部の鉄と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の形成方法。
【請求項１９】
前記第１の粒子酸化物分散強化合金が、約０〜２．０重量％の鉄と、約１０．０〜３０．０重量％のクロムと、約０．２５〜１０．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜３．０重量％のチタンと、約０〜３．０重量％のモリブデンと、約０〜４．０重量％のタングステンと、約０〜１．０重量％のジルコニウムと、約０〜０．０５重量％のホウ素と、約０．５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部のニッケルと、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の形成方法。
【請求項２０】
前記第２の金属部品が、第２の粒子酸化物分散強化合金から成ることを特徴とする請求項１７に記載の形成方法。
【請求項２１】
前記第２の金属部品の粒子酸化物分散強化合金が、前記第１の金属部品の粒子酸化物分散強化合金と実質的に同じであることを特徴とする請求項２０に記載の形成方法。
【請求項２２】
摩擦撹拌接合継ぎ目が、可塑領域および熱作用領域を備え、該可塑領域の硬度が前記粒子酸化物分散強化合金の硬度と等しいか、またはそれ以上であることを特徴とする請求項２１に記載の形成方法。
【請求項２３】
工具が、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）から形成されることを特徴とする請求項１７に記載の形成方法。
【請求項２４】
前記工具が、タングステンレニウム合金または炭化チタン金属マトリックス複合材から形成されることを特徴とする請求項１７に記載の形成方法。
【請求項１】
第１の粒子酸化物分散強化合金から形成される第１の金属部品と、
第２の合金から形成される第２の金属部品と、
前記第１の金属部品と前記第２の金属部品との間の摩擦撹拌接合継ぎ目と、
を備え、
前記摩擦撹拌接合継ぎ目が、可塑領域および熱作用領域を備えることを特徴とする接合構造体。
【請求項２】
前記第１の粒子酸化物分散強化合金が、約１０．０〜２５．０重量％のクロムと、約４．０〜６．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜１．５重量％のチタンと、約０〜２．０重量％のモリブデンと、約０．２５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部の鉄と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
前記第１の粒子酸化物分散強化合金が、約０〜２．０重量％の鉄と、約１０．０〜３０．０重量％のクロムと、約０．２５〜１０．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜３．０重量％のチタンと、約０〜３．０重量％のモリブデンと、約０〜４．０重量％のタングステンと、約０〜１．０重量％のジルコニウムと、約０〜０．０５重量％のホウ素と、約０．５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部のニッケルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項４】
前記第２の合金が、粒子酸化物分散強化合金であることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項５】
前記第２の合金が、前記第１の粒子酸化物分散強化合金と実質的に同じ粒子酸化物分散強化合金であることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項６】
前記可塑領域の硬度が、前記第１の粒子酸化物分散強化合金の硬度と等しいか、またはそれ以上であることを特徴とする請求項５に記載の接合構造体。
【請求項７】
第１の金属部品と第２の金属部品との間の境界部を摩擦撹拌接合するステップを含む接合構造体の形成方法であって、前記第１の金属部品が粒子酸化物分散強化合金から成る接合構造体の形成方法。
【請求項８】
前記第１の金属部品の粒子酸化物分散強化合金が、約１０．０〜２５．０重量％のクロムと、約４．０〜６．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜１．５重量％のチタンと、約０〜２．０重量％のモリブデンと、約０．２５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部の鉄と、を備えることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項９】
前記第１の金属部品の粒子酸化物分散強化合金が、約０〜２．０重量％の鉄と、約１０．０〜３０．０重量％のクロムと、約０．２５〜１０．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜３．０重量％のチタンと、約０〜３．０重量％のモリブデンと、約０〜４．０重量％のタングステンと、約０〜１．０重量％のジルコニウムと、約０〜０．０５重量％のホウ素と、約０．５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部のニッケルと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１０】
前記第２の金属部品が、粒子酸化物分散強化合金から成ることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１１】
前記第２の金属部品の粒子酸化物分散強化合金が、前記第１の金属部品の粒子酸化物分散強化合金と実質的に同じであることを特徴とする請求項１０に記載の形成方法。
【請求項１２】
摩擦撹拌接合継ぎ目は、可塑領域および熱作用領域を備え、該可塑領域の硬度が前記粒子酸化物分散強化合金の硬度と等しいか、またはそれ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の形成方法。
【請求項１３】
前記摩擦撹拌接合するステップが、約２００〜２，０００ｒｐｍの範囲の回転速度で摩擦撹拌接合システムの工具を回転させることを含み、該工具が、約１０ｍｍ（約０．３９インチ）〜約１２ｍｍ（約０．４７インチ）の範囲の直径を備えることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１４】
前記回転速度が、約１，０００〜１，２００ｒｐｍの範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１５】
前記工具が、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）から形成されることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１６】
前記工具が、タングステンレニウム合金または炭化チタン金属マトリックス複合材から形成されることを特徴とする請求項７に記載の形成方法。
【請求項１７】
第１の粒子酸化物分散強化合金から第１の金属部品を形成するステップと、
第２の合金から第２の金属部品を形成するステップと、
前記第１の金属部品と前記第２の金属部品との間に境界部を形成するように、該第２の金属部品に隣接して前記第１の金属部品を位置決めするステップと、
前記境界部において前記第１の金属部品および前記第２の金属部品を摩擦撹拌接合するステップと、
を備える接合構造体の形成方法。
【請求項１８】
前記第１の粒子酸化物分散強化合金が、約１０．０〜２５．０重量％のクロムと、約４．０〜６．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜１．５重量％のチタンと、約０〜２．０重量％のモリブデンと、約０．２５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部の鉄と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の形成方法。
【請求項１９】
前記第１の粒子酸化物分散強化合金が、約０〜２．０重量％の鉄と、約１０．０〜３０．０重量％のクロムと、約０．２５〜１０．０重量％のアルミニウムと、約０．２５〜３．０重量％のチタンと、約０〜３．０重量％のモリブデンと、約０〜４．０重量％のタングステンと、約０〜１．０重量％のジルコニウムと、約０〜０．０５重量％のホウ素と、約０．５〜１．５重量％の酸化イットリウムと、残部のニッケルと、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の形成方法。
【請求項２０】
前記第２の金属部品が、第２の粒子酸化物分散強化合金から成ることを特徴とする請求項１７に記載の形成方法。
【請求項２１】
前記第２の金属部品の粒子酸化物分散強化合金が、前記第１の金属部品の粒子酸化物分散強化合金と実質的に同じであることを特徴とする請求項２０に記載の形成方法。
【請求項２２】
摩擦撹拌接合継ぎ目が、可塑領域および熱作用領域を備え、該可塑領域の硬度が前記粒子酸化物分散強化合金の硬度と等しいか、またはそれ以上であることを特徴とする請求項２１に記載の形成方法。
【請求項２３】
工具が、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）から形成されることを特徴とする請求項１７に記載の形成方法。
【請求項２４】
前記工具が、タングステンレニウム合金または炭化チタン金属マトリックス複合材から形成されることを特徴とする請求項１７に記載の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２７４１３３（Ｐ２００９−２７４１３３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４２０２７（Ｐ２００８−１４２０２７）
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（５０７１８０３６４）プラット アンド ホイットニー ロケットダイン，インコーポレイテッド (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（５０７１８０３６４）プラット アンド ホイットニー ロケットダイン，インコーポレイテッド (20)
【Ｆターム（参考）】
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