JP2000254788A - 酸化物分散強化銅とステンレス鋼の接合方法 - Google Patents

酸化物分散強化銅とステンレス鋼の接合方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化物分散強化銅とステンレス鋼との接合部
の酸化物分散強化銅に、金属間化合物や再結晶層が生成
せず、衝撃強度、引張り強度は勿論のこと低サイクル疲
労強度を酸化物分散強化銅と同等にでき、接合界面近傍
から破断することのないようにする。 【解決手段】 酸化物分散強化銅とステンレス鋼の間
に、金の薄層材を挿入し、酸化物分散強化銅を溶融させ
ずにステンレス鋼と固相拡散接合する酸化物分散強化銅
とステンレス鋼の接合方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、核融合炉実験炉の
プラズマ対向機器であるブランケット第一壁部分やバッ
フル、リミタ機器、ダイバータ機器などを製作する際に
適用する、異種材料の酸化物分散強化銅とステンレス鋼
の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、材料の機能を向上させる目的か
ら、異種材料の接合方法の開発が進められている。核融
合炉においてもプラズマに接する第一壁は、厳しい熱負
荷を受けるため、異種材料を接合した材料の使用が計画
され、ブランケット部には伝熱特性に優れ、比較的高温
強度を有する酸化物分散強化銅、例えばアルミナ分散強
化銅とステンレス鋼の拡散接合材が現行有力な方法とし
て挙げられている。そのため酸化物分散強化銅とステン
レス鋼の接合について、接合欠陥が無く、接合強度の高
い接合技術の開発が要望されている。
【０００３】従来、酸化物分散強化銅の接合は、ろう付
け接合で行われている。しかし、ろう付接合部の酸化物
分散強化銅が溶融するため、分散している酸化物、例え
ばアルミナが結晶粒界に凝集し、接合部の強度が低くな
る。また、酸化物分散強化銅を溶融させないように直接
拡散接合すると、引張り強度は酸化物分散強化銅母材の
強度が得られるが、接合部の酸化物分散強化銅に金属間
化合物や再結晶層が生成し、疲労強度は酸化物分散強化
銅より低く、接合界面近傍から破断する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、接合
部の酸化物分散強化銅に金属間化合物や再結晶層が生成
せず、衝撃強度、引張り強度は勿論のこと低サイクル疲
労強度を酸化物分散強化銅と同等にでき、接合界面近傍
から破断することのないようにした酸化物分散強化銅と
ステンレス鋼の接合方法を提供しようとするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明による酸化物分散強化銅とステンレス鋼の接合
方法は、酸化物分散強化銅とステンレス鋼の間に、金の
薄層材を挿入し、酸化物分散強化銅を溶融させずにステ
ンレス鋼と固相拡散接合することを特徴とするものであ
る。ここで、酸化物分散強化銅とステンレス鋼の形状
は、板材、管材、棒材などいずれの形状でもよい。
【０００６】かかる本発明の酸化物分散強化銅とステン
レス鋼の接合方法によると、酸化物分散強化銅とステン
レス鋼の間に挿入した金の薄層材の元素が酸化物分散強
化銅の表面にほどよく拡散し、再結晶や金属間化合物が
生成されず、酸化物分散強化銅は軟化せず、接合部の衝
撃強度、引張り強度及び低サイクル疲労強度は酸化物分
散強化銅と同等となる。従って、接合欠陥が無く、接合
強度の高い異材接合材料が得られる。
【０００７】上記の本発明の酸化物分散強化銅とステン
レス鋼の接合方法において、酸化物分散強化銅とステレ
ンス鋼との間に挿入する薄層材は、厚さ１０〜３０μｍ
が固相拡散接合する上で好ましい。その理由は、１０μ
ｍ未満では固相拡散接合の加圧時に破れる恐れがあるか
らであり、３０μｍを超えると接合部の酸化物分散強化
銅の表面に薄層材の金が拡散し過ぎて再結晶や金属間化
合物が生成される恐れがあるからである。
【０００８】上記の本発明の酸化物分散強化銅とステン
レス鋼の接合方法において、固相拡散接合は、一軸荷重
負荷の拡散接合及び静水圧加圧成形の拡散接合のいずれ
でもよい。一軸荷重負荷の拡散接合の条件は、一軸加圧
約９．８ＭＰａ、温度約８５０℃、拡散保持時間約１〜
２ｈｒであることが好ましい。静水圧加圧成形の拡散接
合の条件は、加圧約１５０〜２００ＭＰａ、温度約８５
０℃、拡散保持時間約１〜２ｈｒであることが好まし
い。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明による酸化物分散強化銅と
ステンレス鋼の接合方法の実施形態を図１によって説明
すると、酸化物分散強化銅（本例はアルミナ分散強化
銅）より成る厚さ２０mm、縦８０mm、横１６０mmの板材
１と３１６ステンレス鋼より成る厚さ２０mm、縦８０m
m、横１６０mmの板材２との間に、下記の表１の左欄に
示すＳＡＣ１〜４の金の薄層材（本例は金箔）３を挿入
し、酸化物分散強化銅の板材１を溶融させずに、下記の
表１の右欄に示す接合条件で固相拡散接合して異材接合
材料４を得た。この固相拡散接合は、一軸荷重負荷の拡
散接合である。
【００１０】
【表１】
【００１１】上記のように固相拡散接合して得た異材接
合材料４の接合部の引張り強度の測定結果を図２のグラ
フに、シャルピー衝撃値の測定結果を図３のグラフに示
す。また、薄層材３が、ＳＡＣ１，２，４の場合の接合
部の組織を図４のＳＥＭ写真に示す。これらの結果で判
るように酸化物分散強化銅より成る板材１と薄層材３の
間でほどよい拡散が行われ、Ａｕ元素は約１００μｍが
酸化物分散強化銅側に拡散され、接合界面近傍の酸化物
分散強化銅側に脆化を伴う金属間化合物や再結晶層の生
成が抑制され、接合部の破断は接合界面より約１０mm離
れた酸化物分散強化銅側で起り、引張り強度は酸化物分
散強化銅と同等になり、その上シャルピー衝撃値は直接
拡散接合した異材接合材料の接合部では酸化物分散強化
銅母材の２０％であるが、金の薄層材３を介在して固相
拡散接合した異材接合材料４の接合部では酸化物分散強
化銅母材の５０％まで上昇した。さらに、金の薄層材３
を用いた上記接合方法により得られた異材接合材料４の
接合部と酸化物分散強化銅、ステンレス鋼さらには直接
拡散接合した異材接合材料の接合部の低サイクル疲労試
験結果を、図５のグラフに示す。この図５のグラフで判
るように異材接合材料４の接合部の疲労寿命は、直接拡
散接合した異材接合材料の接合部に比べて大きく上昇
し、酸化物分散強化銅母材と同程度に達した。また、破
断箇所は負荷ひずみにより異なり、全ひずみ範囲Δεx
＝１．５％では酸化物分散強化銅、１、２％では接合界
面近傍、１．０％以下ではステンレス鋼であった。然し
て、上記接合方法の実施形態において金の薄層材３を挟
んで３１６ステンレス鋼の板材２と接合するものが酸化
物分散強化銅の板材１であるので、接合温度が約８５０
℃と直接拡散接合温度よりも低く設定でき、接合中の酸
化物分散強化銅の回復による強度劣化を防止することが
できる。
【００１２】上記の実施形態では、酸化物分散強化銅と
ステンレス鋼とを、金の薄層材を挟んで一軸荷重負荷の
拡散接合により接合しているが、静水圧加圧成形法の拡
散接合により接合してもよいものである。この場合、２
〜３mmの厚さのステンレス薄板で全体を包み込み、この
ステンレス薄板のシール溶接後に包み込んだ内部を真空
引きして、接合部界面の雰囲気に空気や活性気体が存在
しないようにした後、加圧約１５０〜２００ＭＰａ、温
度約８５０℃、拡散保持時間（加圧時間）約１〜２ｈｒ
程度で静水圧加圧成形法により拡散接合する。
【００１３】また、上記実施形態では、金の薄層材３を
挟む酸化物分散強化銅とステンレス鋼が共に板材１、板
材２であるが、これに限るものではなく、管材、棒材な
どいずれの形状でもよい。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明の酸化物
分散強化銅とステンレス鋼の接合方法は、酸化物分散強
化銅とステンレス鋼の間に、金の薄層材を挿入し、酸化
物分散強化銅を溶融させずにステンレス鋼と固相拡散接
合するので、Ａｕ元素が酸化物分散強化銅の表面にほど
よく拡散し、脆化を伴う金属間化合物や再結晶が生成さ
れず、酸化物分散強化銅は軟化せず、接合部の衝撃強
度、引張り強度及び低サイクル疲労強度は酸化物分散強
化銅と同等なる。従って、接合欠陥が無く、接合強度の
高い異材接合材料が得られ、核融合炉実験炉のヒートシ
ンク材料として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸化物分散強化銅とステンレス鋼の接
合方法の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の接合方法により得た異材接合材料の接
合部の引張り強度の測定結果を示すグラフである。
【図３】本発明の接合方法により得た異材接合材料の接
合部のシャルピー衝撃値の測定結果を示すグラフであ
る。
【図４】本発明の接合方法により得た異材接合材料にお
いて接合に携わった薄層材が表１のＳＡＣ−１，２，４
の場合の接合部の組織を示すＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の接合方法により得られた異材接合材料
の接合部と酸化物分散強化鋼、ステンレス鋼及び直接拡
散接合した異材接合材料の接合部の低サイクル疲労試験
結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 酸化物分散強化銅（板材） ２ ステンレス鋼（板材） ３ 金の薄層材 ４ 異材接合材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 20/00 ３６０ Ｂ２３Ｋ 20/00 ３６０Ｃ ３６０Ｈ 20/02 20/02 // Ｂ２３Ｋ 103:22 (72)発明者 大崎 敏雄 東京都江東区南砂２丁目６番５号 川崎重 工業株式会社東京設計事務所内 Ｆターム(参考） 4E067 AA03 AA07 AA26 AD03 BA03 BA06 DC03 DC06 DC07 EA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸化物分散強化銅とステンレス鋼との間
    に、金の薄層材を挿入し、酸化物分散強化銅を溶融させ
    ずにステンレス鋼と固相拡散接合することを特徴とする
    酸化物分散強化銅とステンレス鋼の接合方法。
  2. 【請求項２】 請求項１又記載の酸化物分散強化銅とス
    テンレス鋼の接合方法において、薄層材が、厚さ１０〜
    ３０μｍであることを特徴とする酸化物分散強化銅とス
    テンレス鋼の接合方法。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の酸化物分散強化銅
    とステンレス鋼の接合方法において、固相拡散接合が、
    一軸荷重負荷の拡散接合又は静水圧加圧成形の拡散接合
    であることを特徴とする酸化物分散強化銅とステンレス
    鋼の接合方法。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の酸化物分散強化銅とステ
    ンレス鋼の接合方法において、一軸荷重負荷の拡散接合
    の条件が、一軸加圧約９．８ＭＰａ、温度約８５０℃、
    拡散保持時間約１〜２ｈｒであることを特徴とする酸化
    物分散強化銅とステンレス鋼の接合方法。
  5. 【請求項５】 請求項３記載の酸化物分散強化銅とステ
    ンレス鋼の接合方法において、静水圧加圧成形の拡散接
    合の条件が、加圧約１５０〜２００ＭＰａ、温度約８５
    ０℃、拡散保持時間約１〜２ｈｒであることを特徴とす
    る酸化物分散強化銅とステンレス鋼の接合方法。
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