JP2001259861A - アルミナイド系金属間化合物製第1部材と金属製第2部材との接合方法 - Google Patents

アルミナイド系金属間化合物製第1部材と金属製第2部材との接合方法

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JP2001259861A
JP2001259861A JP2000079310A JP2000079310A JP2001259861A JP 2001259861 A JP2001259861 A JP 2001259861A JP 2000079310 A JP2000079310 A JP 2000079310A JP 2000079310 A JP2000079310 A JP 2000079310A JP 2001259861 A JP2001259861 A JP 2001259861A
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Kiyotaka Matsuura
清隆 松浦
Masayuki Kudo
昌行 工藤
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MATSURA KIYOTAKA
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
MATSURA KIYOTAKA
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低融点で安価なAl箔を用いて,接合温度の
降下および接合時間の短縮を実現し得る接合方法を提供
する。 【解決手段】 アルミナイド系金属間化合物NiAlよ
りなる第1部材5の被接合面7および金属材料Niより
なる第2部材6の被接合面8間にAl箔9を挟み,次い
で両部材5,6およびAl箔9を加熱して接合温度まで
の昇温過程でAl箔9を溶融し,その後両部材5,6お
よび融液を接合温度に保持して等温凝固させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミナイド系金属
間化合物製第1部材と金属製第2部材との接合方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】アルミナイド系金属間化合物,例えばN
iAl(ニッケルモノアルミナイド),CoAl(コバ
ルトモノアルミナイド)は耐熱耐食材料として注目され
ているが,靱性が乏しいため,それ単独では構造部材用
材料として用いることはできない。そこで,アルミナイ
ド系金属間化合物よりなる部材を,他の高靱性金属材料
よりなる部材と接合して,その金属間化合物の特性を生
かす,といったことが行われている。
【0003】従来,このような接合方法としては,例え
ばNiAlよりなる第1部材の被接合面および例えばN
iよりなる第2部材の被接合面間に,Ni−Si−B三
元共晶合金よりなる合金箔を挟み,次いで両部材および
合金箔を加熱して接合温度までの昇温過程で合金箔を溶
融し,その後両部材および融液を前記接合温度に保持し
て等温凝固させる,といった方法,つまり液相拡散接合
法(TLP)が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来法に
よると,前記Ni−Si−B三元共晶合金の融点が13
23Kといったように高いため,それに応じて接合温度
を1400K程度に高めなければならず,またその高接
合温度下でも数時間といったように長い接合時間を要す
る,といった不具合がある。その上,Ni−Si−B三
元共晶合金は難加工性であるから,その合金箔の製造に
当ってはメルト・スピニング法といった特殊な方法を用
いなければならず,その結果,合金箔の価格が非常に高
い,といった不具合もある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は,低融点で安価
な金属箔を用いて,接合温度の降下および接合時間の短
縮を実現し得る前記接合方法を提供することを目的とす
る。
【0006】前記目的を達成するため本発明によれば,
アルミナイド系金属間化合物よりなる第1部材の被接合
面および金属材料よりなる第2部材の被接合面間にAl
箔を挟み,次いで両部材およびAl箔を加熱して接合温
度までの昇温過程でAl箔を溶融し,その後両部材およ
び融液を前記接合温度に保持して等温凝固させる,アル
ミナイド系金属間化合物製第1部材と金属製第2部材と
の接合方法が提供される。
【0007】この方法においては,Al箔が933Kと
いったように低融点であることから,それに応じて接合
温度を降下させることができ,また相互拡散性も良好で
あることから接合時間を短縮することができる。一方,
Alは加工が極めて容易であるからAl箔の価格は非常
に安い。またAlはアルミナイド系金属間化合物の構成
元素であるから,その金属間化合物よりなる第1部材へ
拡散したAlは,接合強度を低下させる異物質とはなら
ない。第2部材の選択も,その構成材料へのAl拡散後
の接合強度を考慮して行われる。
【0008】このような接合方法によれば接合コストを
低減し,また接合体の接合強度を向上させることができ
る。なお,この接合方法はアルミナイド系金属間化合物
よりなる部材どうしの接合にも適用される。
【0009】
【発明の実施の形態】図1において,接合体1は,第1
領域2と,第2領域3と,それらの間に存する等温凝固
領域4とよりなる。第1領域2は第1部材5の主体部で
あり,第2領域3は第2部材6の主体部である。
【0010】第1部材5としてはアルミナイド系金属間
化合物より構成されたものが用いられ,そのアルミナイ
ド系金属間化合物には,NiAl,Ni3 Al,CoA
l,TiAl,NbAl3 ,Nb3 Al,Nb2 Al,
FeAl等が該当する。第2部材6としてはNi基合
金,Fe基合金等の高靱性構造用材料より構成されたも
のが用いられる。
【0011】第1,第2部材5,6の接合に当っては,
第1部材5の被接合面7および第2部材6の被接合面8
間にAl箔9を挟み,次いで両部材5,6およびAl箔
9を不活性雰囲気中で加熱して接合温度までの昇温過程
でAl箔9を溶融し,その後両部材5,6および融液を
前記接合温度に保持して等温凝固させる,といった手段
が採用される。
【0012】この方法においては,Al箔9が933K
といったように低融点であることから,それに応じて接
合温度を降下させることができ,また相互拡散性も良好
であることから接合時間を短縮することができる。一
方,Alは加工が極めて容易であるからAl箔9の価格
は非常に安い。またAlはアルミナイド系金属間化合物
の構成元素であるから,その金属間化合物よりなる第1
部材5へ拡散したAlは接合強度を低下する異物質とは
ならない。第2部材6の選択も,その構成材料へのAl
拡散後の接合強度を考慮して行われる。
【0013】次に具体例について説明する。
【0014】(1) 第1部材5として,NiAlより
なり,縦15mm,横15mm,厚さ5mmの小ブロックを製
作し,また第2部材6として,Niよりなり,前記と同
一寸法の小ブロックを製作した。両部材5,6の正方形
被接合面7,8をエメリー紙にて1200番まで研磨
し,次いで両部材5,6をアルコール中で超音波洗浄し
た。
【0015】(2) 図2に示すように,第2部材6を
下側にしてその上向きの被接合面8上に縦15mm,横1
5mm,厚さ50μm,純度99.99wt%の市販Al
箔9を重ね合せ,そのAl箔9の上に第1部材5の下向
きの被接合面7を重ね合せて,両被接合面7,8間にA
l箔9を挟んだ。
【0016】(3) 図3に示すように,保持具10に
おける基台11上面のアルミナブロック12上に,両部
材5,6およびAl箔9よりなる重ね合せ物の第2部材
6を載せ,次いで第1部材5の上面に,押え部材13
を,その下面のアルミナブロック14に保持された鋼球
15を介して載せた。その押え部材13は,基台11に
立設された2本のガイドロッド16に摺動自在に設けら
れていて,その上面からアルミナブロック14内に至る
測温孔17を有し,その孔17に熱電対18が挿入され
ている。
【0017】(4) 図4に示すように,保持具10に
保持された重ね合せ物を,Ar雰囲気中にて,25K/
min の昇温速度で,接合温度である1173Kまで加熱
し,次いでその温度下に10分間等温保持し,その後,
25K/min の降温速度で,室温まで冷却した。
【0018】この接合方法においては次のような現象が
発生する。
【0019】図5(a)に示すように,接合温度117
3Kまでの昇温過程で,Al箔9が溶融し,両部材5,
6との界面である被接合面7,8を通してAlとNiが
相互に拡散して,Al融液に基づきAl−Ni系融液が
生成される。この拡散は等温保持中も引き続き起こり,
融液中のNi濃度の増加によりその融液は等温保持中に
凝固する。即ち,拡散により融液のNi濃度が増加して
Al−NiAl3 系の共晶濃度に至るまでは融液の凝固
点はNi濃度の増加に伴い低くなるが,Ni濃度が共晶
濃度を超えてさらに高くなると,融液の凝固点はNi濃
度の増加に伴い逆に高くなる。その結果,高くなった凝
固点が接合温度と等しくなると融液の凝固が始まる,つ
まり等温凝固が現出し,融液中へのNiの拡散に律速さ
れて固相率が増加する。凝固終了に要する時間は接合温
度が低いほど長くなるが,接合温度973Kの場合でも
僅か数分間で凝固が終了し,両部材5,6が接合されて
接合体1が得られる。
【0020】図5(b)に示すように,等温凝固領域4
には,経時的に第1領域2側から第2領域3側に向っ
て,比較的厚いNi2 Al3 相,薄いNiAl相および
薄いNi3 Al相が現出するが,そのNi2 Al3 相は
NiAl相に等温変態して第1領域2およびNiAl相
と同化する。Ni3 Al相は成長を続けるが,その速度
は極めて小さい。
【0021】したがって,図5(c)に示すように等温
凝固領域4は,第1領域2側の厚いNiAl相よりなる
部分と,第2領域3側の薄いNi3 Al相よりなる部分
とより構成される。
【0022】この接合体1について引張り試験を行い,
その接合強度を調べたところ,120MPaであること
が判明した。
【0023】次に接合温度を973K,1073Kおよ
び1173Kに設定し,また接合時間を0〜317分間
(19ks)に設定して前記同様の接合方法を行って等
温凝固領域4におけるNi2 Al3 相(等温変態前
の),NiAl相およびNi3 Al相について考察し
た。
【0024】図6は,前記接合方法において,接合温度
973Kに到達した直後に急冷したときの接合部の金属
組織を示す。中央部に融液が在り,その両側にNi2
3相が在るが,その融液は冷却中に凝固してAlとN
2 Al3 相との共晶組織となった。これらのことから
NiおよびAlの相互拡散が生じていることが判る。
【0025】図7は,各接合温度に対応する等温凝固領
域4の厚さ変化を示し,その厚さは各接合温度にて当初
増加するが,その後減少する。
【0026】図8は,Ni2 Al3 相の厚さ変化を示
し,このNi2 Al3 相は,各接合温度において,等温
凝固領域4と略同様の厚さ変化を生じるが,最終的には
NiAl相に等温変態する。
【0027】図9は,NiAl相の厚さ変化を示し,こ
のNiAl相の厚さは徐々にではあるが経時的に増加す
る傾向にある。
【0028】図10は,Ni3 Al相の厚さ変化を示
し,このNi3 Al相の厚さも,NiAl相同様に徐々
にではあるが経時的に増加する傾向にある。
【0029】他の接合例として,CoAlよりなる第1
部材5と,Niよりなる第2部材6とを,前記同様のA
l箔9を用いて,接合温度を1073Kに,また接合時
間を10分間にそれぞれ設定した,ということ以外は前
記と同一条件で前記同様の接合を行ったところ,前記同
様の接合強度を有する接合体1を得ることができた。さ
らにFeAlよりなる第1部材5と,Niよりなる第2
部材6とを,前記同様のAl箔9を用いて,接合温度を
1073Kに,また接合時間を10分間にそれぞれ設定
した,ということ以外は前記と同一条件で前記同様の接
合を行ったところ,前記同様の接合強度を有する接合体
1を得ることができた。
【0030】本発明は,アルミナイド系金属間化合物が
持つ耐熱性,耐食性,耐摩耗性,耐酸化性等を有効に利
用すべく,内燃機関用の耐熱部品,耐摩耗部品等の製
造,タービンブレードの製造,高温運転用ゴミ焼却炉の
耐熱,耐食部品の製造等に利用される。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば,前記のような手段を採
用することによって,接合温度の降下および接合時間の
短縮を実現して,接合コストを低減し,また接合体の接
合強度を向上させ得る,アルミナイド系金属間化合物製
第1部材と金属製第2部材との接合方法を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】接合体の説明図である。
【図2】両部材とAl箔とよりなる重ね合せ物の斜視図
である。
【図3】重ね合せ物を保持具に保持させた状態を示す斜
視図である。
【図4】接合過程における時間と温度との関係を示すグ
ラフである。
【図5】接合過程における相変化を示す説明図である。
【図6】接合温度に到達した直後に急冷したときの接合
部の金属組織を示す説明図である。
【図7】接合時間と,等温凝固領域の厚さ変化との関係
を示すグラフである。
【図8】接合時間と,Ni2 Al3 相の厚さ変化との関
係を示すグラフである。
【図9】接合時間と,NiAl相の厚さ変化との関係を
示すグラフである。
【図10】接合時間と,Ni3 Al相の厚さ変化との関
係を示すグラフである。
【符号の説明】
5…………第1部材 6…………第2部材 9…………Al箔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 清隆 北海道恵庭市恵み野東2丁目2番4号 (72)発明者 工藤 昌行 北海道札幌市北区新琴似11条14丁目10番5 号 Fターム(参考) 4E067 AA05 AA26 AB03 AD03 BA05 DB03 DC06

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナイド系金属間化合物よりなる第
    1部材(5)の被接合面(7)および金属材料よりなる
    第2部材(6)の被接合面(8)間にAl箔(9)を挟
    み,次いで両部材(5,6)およびAl箔(9)を加熱
    して接合温度までの昇温過程でAl箔(9)を溶融し,
    その後両部材(5,6)および融液を前記接合温度に保
    持して等温凝固させることを特徴とするアルミナイド系
    金属間化合物製第1部材と金属製第2部材との接合方
    法。
  2. 【請求項2】 前記アルミナイド系金属間化合物はNi
    Al,Ni3 Al,CoAl,TiAl,NbAl3
    Nb3 Al,Nb2 AlおよびFeAlから選択される
    一種である,請求項1記載のアルミナイド系金属間化合
    物製第1部材と金属製第2部材との接合方法。
JP2000079310A 2000-03-16 2000-03-16 アルミナイド系金属間化合物製第1部材と金属製第2部材との接合方法 Pending JP2001259861A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102151981A (zh) * 2011-04-28 2011-08-17 哈尔滨工业大学 一种采用Al箔作中间层实现TiAl基合金连接的方法
EP3000980A3 (en) * 2014-09-29 2016-04-13 United Technologies Corporation Hybrid gamma tial alloy component

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CN102151981A (zh) * 2011-04-28 2011-08-17 哈尔滨工业大学 一种采用Al箔作中间层实现TiAl基合金连接的方法
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