JP6657961B2 - 液相拡散接合用のNi系合金 - Google Patents

液相拡散接合用のNi系合金 Download PDF

Info

Publication number
JP6657961B2
JP6657961B2 JP2016000185A JP2016000185A JP6657961B2 JP 6657961 B2 JP6657961 B2 JP 6657961B2 JP 2016000185 A JP2016000185 A JP 2016000185A JP 2016000185 A JP2016000185 A JP 2016000185A JP 6657961 B2 JP6657961 B2 JP 6657961B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
atomic
alloy
liquid phase
bonding
phase diffusion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016000185A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017121634A (ja
Inventor
佐藤 有一
有一 佐藤
長谷川 泰士
泰士 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2016000185A priority Critical patent/JP6657961B2/ja
Publication of JP2017121634A publication Critical patent/JP2017121634A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6657961B2 publication Critical patent/JP6657961B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

本発明は、各種部品、構造物等の材料を接合するための液相拡散接合用合金に関するものである。
各種部品、構造物等の材料の接合方法として、液相拡散接合が知られている。液相拡散接合とは、被接合材間に、融点が被接合材の融点より低い接合材料を介在させ、接合材料の融点以上、被接合材料の融点以下の温度で加熱保持し、接合材料中の拡散元素を被接合材料側に拡散させて接合材料が等温凝固することで接合する方法である。
本発明者らは、酸化雰囲気中で液相拡散接合を可能とする接合用合金を発明し、特許出願した(特許文献1、2)。特許文献1で開示した液相拡散接合用合金箔は、B:0.5〜10原子%、Si:15〜30原子%、V:0.1〜20原子%を含有し、さらに、Cr、Fe、Mo、W、Coを必要に応じて含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなり、一方、特許文献2で開示した液相拡散接合用合金箔は、B:0.5〜10原子%、Si:15〜30原子%、P:0.5〜10原子%、C:0.5〜10原子%、V:0.1〜20原子%、さらに、Cr、Fe、Mo、W、Coを必要に応じて含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなるものである。
また、本発明者らは、酸化雰囲気中で液相拡散接合を可能とする接合用合金について特許出願した(特許文献3)。特許文献3で開示した液相拡散接合用合金箔は、B:0.1〜20原子%、Si:6〜15原子%、C:0.006〜1原子%、V:0.1〜20原子%、及び/又は必要に応じて、Cr、Mn、Mo、W、Nbを必要に応じて含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなる。
さらに、本発明者らは、酸化雰囲気中で液相拡散接合を可能とする接合用合金について特許出願した(特許文献4)。特許文献4で開示した液相拡散接合用合金箔は、Co:1〜20原子%、B:10〜22原子%、W及び/又はMo:0.01〜10原子%、及び/又は必要に応じて、V、Cr、さらに、Feを10原子%未満含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなる。
一方、このような合金箔を製造するための方法として、単ロール法や双ロール法などが知られている。これらの方法は、高速回転する金属製ドラムの外周面に、溶融金属、合金をオリフィスなどから噴出させることにより急速に凝固させて、箔を得るものである。これらの方法では、合金組成を適正に選ぶことによって、液体金属に類似した非晶質合金箔を製造することができる。
特開平2−151377号公報 特開平2−185940号公報 特開平7−268521号公報 特開2013−18009号公報
以上のような液相拡散接合用合金の開発により、大気中での液相拡散接合が可能となり、液相拡散接合の適用範囲を拡大できた。さらに、接合後の接合強度の改善も図られた。しかしながら、液相拡散接合での接合後の品質に対する要求はさらに一層高まっている。つまり、接合部のさらなる品質向上として、一層の接合強度の増加と安定性が求められている。
接合材料の形状は箔状であることがその使用上好ましいが、箔を形成するための非晶質形成能を向上させるには、特許文献1で開示された液相拡散接合用合金では、B、Siが必須の添加元素で、特許文献2で開示された液相拡散接合用合金では、B、Si、P、さらには、Cが必須の添加元素である。一方、特許文献3でも、B、Si、Cが必須の添加元素となっている。ここで例えば、Niをベ−スとした合金では、B、Pは合金の融点を低下させるのに有効な元素である。しかし、合金中にPを含有させることにより、接合後の被接合材に対して悪影響を与えることがあり、接合用合金に積極的にPを含有させることが好ましくない場合もある。
また、Si、Cも合金中に含有させることにより、合金の融点を下げることができる。しかし、接合箔中に過度のSiが含まれると、接合後にSiOが生成し、これが割れの起点となることにより、接合強度劣化の原因となる場合がある。
一方、CはWやMoの炭化物を形成し易い。これらの炭化物は接合後の割れの起点となるので、接合箔中にCが含まれると、接合強度を劣化させる原因となる場合がある。
本発明は、拡散接合における接合強度を一層改善できる液相拡散接合用合金を提供することを目的とする。
本発明者らは、液相拡散接合用合金の成分組成の最適化による、前記課題の実現を図り、鋭意検討した。その結果、液相拡散接合用合金において、Si含有量を低減し、P、Cを用いることなく箔形成に重要である非晶質形成能の向上を実現できる、新たな成分系を見出した。
具体的には、液相拡散合金中にW及びMoの少なくとも1種を含有させることによって合金の融点を下げることが可能であり、また、P、Cを含有させないことにより、リン化物や炭化物による接合強度の低下を抑制し、さらに、その他の成分組成を最適化することにより、十分な非晶質形成能を有する液相拡散合金を製造できることを見出した。
さらに、本発明者らは、Co、W、Moを用いることで、接合箔の低融点化と接合強度の向上を同時に実現できるという知見を見出した。
本発明は、上記の知見に基づきなされたものであり、その要旨は、以下のとおりである。
(1)原子%で、Coを1%以上20%以下、Bを6%以上18%以下、Siを1%以上6%以下、W、Moの少なくとも一方を1%以上10%以下含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなることを特徴とする液相拡散接合用のNi系合金。
(2)さらに、原子%で、Crを0.1%以上20%以下含有することを特徴とする前記(1)の液相拡散接合用のNi系合金。
(3)さらに、原子%で、Vを0.1%以上10%以下含有することを特徴とする前記(1)又は(2)の液相拡散接合用のNi系合金。
本発明によれば、接合強度を一層改善できる液相拡散接合用合金の提供が可能となる。
実施例における接合実験の説明図である。 実施例における引張試験片の説明図である。
本発明の液相拡散接合用合金は、箔形成に重要である非晶質形成能の向上を、PやCを用いることなく実現できる成分系を見出したことに起因している。箔形成にあたり、非晶質相は箔全体に形成されなくてもよいが、非晶質相の形成される割合が小さ過ぎると箔の形成が困難になるので、非晶質相の形成される割合は、箔全体の50%以上であることが好ましく、さらに好ましくは70%以上である。
また、液相拡散接合用合金は、低融点であることも重要である。本発明では、特に限定しないが、母材への熱影響を考慮すると融点は低いほど良く、接合用合金の融点は、1200℃以下、さらには、1100℃以下が好ましい。
以下に、本発明の液相拡散接合用合金の成分組成の限定理由を述べる。
Coは非晶質形成能さらには、接合強度の向上に効果的である。Coの含有量が1原子%未満ではその効果が発現せず、20原子%を超えるとその効果は薄れ、コスト上も問題となる。よって、Coの含有量は1原子%以上20原子%以下とし、好ましくは、3原子%以上18原子%以下である。
Bは、非晶質形成能の向上に極めて重要な元素である。Bの含有量が6原子%未満では非晶質形成が困難となり、箔の形成能が劣化する。一方、Bの含有量が18原子%超となると、接合部に硼化物を生成し易くなり接合強度が低下する。よって、Bの含有量は6原子%以上18原子%以下とし、好ましくは、8原子%以上16原子%以下である。
Siも、非晶質形成能の向上に極めて重要な元素である。Siの含有量が1原子%未満では、非晶質形成が困難となり、箔の形成能が劣化する。一方、Siの含有量が6原子%超となると、接合部にSiOが生成し易くなり接合強度が低下する。よって、Siの含有量は1原子%以上6原子%で、好ましくは2原子%以上5原子%以下である。
本発明の液相拡散接合用合金は、さらに、W及びMoの1種又は2種を、合計で1原子%以上10原子%以下含む。これらの元素は融点を低下させるだけでなく、接合強度の向上に有効な元素である。W及びMoの合計の含有量が1原子%未満では、それらの効果はほとんど発現しない。W及びMoの合計の含有量が10原子%を超えると、それらの効果は薄れ、さらに、非晶質形成にも悪影響を及ぼす。よって、W及びMoの1種又は2種の合計の含有量は、1原子%以上10原子%以下とし、好ましくは、2原子%以上8原子%以下である。
Crは、主として耐食性、耐酸化性を高めるために、必要に応じて添加する。Crの含有量が0.1原子%未満では、その効果を十分に得られない。Crの含有量が20原子%を超えると、接合用合金の融点が高くなり好ましくない。よって、Crを添加する場合、その含有量は、0.1原子%以上20原子%以下とし、好ましくは1原子%以上18原子%以下である。
Vは、被接合材表面の酸化被膜形成物質と複合酸化物を形成し、融点を下げる効果があり、必要に応じて添加する。例えば、Feと、融点が約800℃の低融点複合酸化物V−Feを形成し、通常の接合温度で酸化被膜が溶融するようになる。このような酸化物は、溶けると表面張力の差によって球状化するので隙間が生成し、その結果、B等の拡散元素が自由に拡散できるようになるので、酸化雰囲気中でも液相拡散接合を達成できる。
Vの含有量が0.1原子%未満では、この効果が十分得られない。Vの含有量が10原子%超では、逆に融点が高くなる。よって、Vを添加する場合、その含有量は、0.1原子%以上10原子%以下とし、好ましくは0.5原子%以上8原子%以下である。
Vを添加することにより酸化雰囲気中での接合が可能となるが、本発明のV添加合金は、酸化雰囲気用に限定されるのもではない。
上記元素以外の残部は、Ni及び不可避的不純物からなる。
本発明の接合用合金は、液相拡散接合だけではなく、いわゆるロウ付け、あるいはロウ接とよばれる接合法にも使用できる。この接合法は、一般的に、接合材が溶融した後、接合材中の拡散元素が被接合材中に拡散する前に固化させて接合する方法である。
本発明の接合用合金は、急冷凝固法として知られている単ロール法や双ロール法等により箔に鋳造し、箔状の接合材として使用することができる。また、形状として、箔のほか、用途に応じて粉末等も使用することができる。さらに、非晶質に限らず、結晶質のものでも用途によっては使用可能である。
本発明を実施例に基づいて、以下に詳細に説明する。表1に示す条件で、表2に示す各合金について、単ロール法により箔を鋳造した。
Figure 0006657961
Figure 0006657961
実施例A、比較例A’は合金成分としてCr及びVを含まない合金の例である。実施例B、比較例B’は合金成分としてCr又はVを含む合金の例である。
実施例Aはいずれも原子%で、Coを1%以上20%以下、Bを6%以上18%以下、Siを1%以上6%以下、W、Moの少なくとも一方を1%以上10%以下含有するものであり、比較例A’はそれらから外れるものである。実施例Bは、原子%で、Crを0.1%以上20%以下含有する、又は、Vを0.1%以上10%以下含有するものであり、比較例B’はそれから外れるものである。
表2において、“−”は、含有量が検出限界未満であることを意味する。表3に融点及び接合実験の結果を示す。各合金は、いずれも、C、Mn、S等の不純物を0.2原子%程度含んでいる。鋳造時の溶融合金温度は、表3に示す融点よりおよそ150℃高い温度とした。各合金の融点はDTA装置により求め表3に示した。
Figure 0006657961
鋳造の結果、比較例A’のNo.17、No.18、No.22、No.23及びNo.24では良好な箔が得られず、以後の接合実験を行うことができなかった。表3の融点、接合雰囲気、接合強度、接合強度安定性の“−”は、試験未実施であることを意味する。それ以外は、実施例A、B、比較例A’、B’とも板厚が25μm程度の良好な箔が得られた。箔のX線回折から、非晶質相は70%以上であった。
次に、得られた箔を用いて接合実験を行った。なお、接合実験は各箔で10サンプルについて実施した。
接合実験は、直径20mmの円盤状にした箔を2枚重ねて接合材とし、直径20mmのインコネル600を被接合材とし、図1に示すように、2本の被接合材1の間に接合材2を挟み込んで接合して行った。
接合温度は、各接合材2の融点直上から融点+50℃の範囲として、雰囲気制御可能な加熱炉を用いて、表3に示すそれぞれの雰囲気で加熱した。加熱中は、被接合材1と接合材2の密着性を高めるため2MPaで加圧した。接合時間はすべて10分とした。
接合実験後、接合継手部の引張強度を評価するために引張試験を行った。なお、引張試験に際しては図2に示すように、被接合材1を接合した丸棒3から接合線4を中心としてJIS2号引張試験片5を切り出し、JISA2号引張試験機を用いて引張試験を行った。
また、接合実験前の被接合材の母材からも同試験片を切り出して同様に引張試験を行い、得られた結果としての接合強度(10サンプルの平均値)を対母材強度比(接合部強度/母材強度)として表3の接合強度の欄に示した。
また、上記接合強度の安定性を評価するため、各箔の10個のデータについて、最大値と最小値の差を求めた。得られた結果を表3の接合強度安定性の欄に示した。
表3に示したように、実施例Aはいずれも、対母材強度比で1.1を超える接合強度となり、接合強度安定性も良好な値を示した。これに対して、比較例A’では、表3に示したように、良好な箔が得られない場合があり、箔が得られた場合でも高い接合強度が安定して得られることはなかった。
実施例Bも、対母材強度比でいずれも1.1を超える接合強度となり、接合強度安定性も良好な値を示した。しかし、比較例B’は対母材強度比で1.0を超える接合強度は得られず、接合強度安定性も良好な値を示さなかった。
Cr又はVを合金成分に含む場合は、原子%で、Coを1%以上20%以下、Bを6%以上18%以下、Siを1%以上6%以下、W、Moの少なくとも一方を1%以上10%以下含有するものであっても、Crを0.1%以上20%以下含有する、あるいは、Vを0.1%以上10%以下含有するものでなければ良好な結果は得られなかった。
複雑な接合形状を有する各種部品や構造物等の材料の接合において、接合温度の低下や一度に広い接合を可能とする液相拡散接合は産業上有益な接合方法である。本発明の液相拡散接合用合金によれば、接合部の品質向上を実現したことから、液相拡散接合の適用範囲が拡大されるので、産業上の利用可能性は大きい。
1 被接合材
2 接合材
3 接合後の丸棒
4 接合線
5 引張試験片

Claims (4)

  1. 原子%で、 原子%で、Co:1〜20%、B:6〜18%、Si:1〜6%、W及びMoの1種又は2種を、合計で1〜10%含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなり、かつ、Cr及びVの含有量が検出限界未満であることを特徴とする液相拡散接合用のNi系合金。
  2. 子%で、Co:1〜20%、B:6〜18%、Si:1〜6%、W及びMoの1種又は2種を、合計で1〜10%、Cr:0.1〜20%含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなり、かつ、Vの含有量が検出限界未満であることを特徴とする液相拡散接合用のNi系合金。
  3. 子%で、Co:1〜20%、B:6〜18%、Si:1〜6%、W及びMoの1種又は2種を、合計で1〜10%、V:0.1〜10%含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなり、かつ、Crの含有量が検出限界未満であることを特徴とする液相拡散接合用のNi系合金。
  4. 原子%で、Co:1〜20%、B:6〜18%、Si:1〜6%、W及びMoの1種又は2種を、合計で1〜10%、Cr:0.1〜20%、V:0.1〜10%を含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなることを特徴とする液相拡散接合用のNi系合金。
JP2016000185A 2016-01-04 2016-01-04 液相拡散接合用のNi系合金 Active JP6657961B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016000185A JP6657961B2 (ja) 2016-01-04 2016-01-04 液相拡散接合用のNi系合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016000185A JP6657961B2 (ja) 2016-01-04 2016-01-04 液相拡散接合用のNi系合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017121634A JP2017121634A (ja) 2017-07-13
JP6657961B2 true JP6657961B2 (ja) 2020-03-04

Family

ID=59305263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016000185A Active JP6657961B2 (ja) 2016-01-04 2016-01-04 液相拡散接合用のNi系合金

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6657961B2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017121634A (ja) 2017-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5008969B2 (ja) 液相拡散接合用合金
JP5201708B2 (ja) Ni基耐熱合金溶接用ワイヤー
JP6197885B2 (ja) Ni基耐熱合金用溶接材料ならびにそれを用いてなる溶接金属および溶接継手
WO2015019876A1 (ja) Cuを添加したNi-Cr-Fe基合金ろう材
JP6439795B2 (ja) ろう付け用Ni基アモルファス合金薄帯、それを用いたステンレス鋼製接合物
JP4941267B2 (ja) オーステナイト系高合金溶接継手およびオーステナイト系高合金溶接材料
JPH1029075A (ja) 酸化雰囲気中で接合可能な液相拡散接合用合金箔
JP5212401B2 (ja) 接合用合金
JP6657960B2 (ja) 液相拡散接合用Ni系合金
JP6657961B2 (ja) 液相拡散接合用のNi系合金
JP5691898B2 (ja) 液相拡散接合用のFe系合金
JP3822851B2 (ja) 鉄系低融点接合用の合金
JP5640820B2 (ja) 液相拡散接合用の合金
JP5640823B2 (ja) 液相拡散接合用合金
JP4388332B2 (ja) 鉄系接合用合金
JP5691896B2 (ja) 液相拡散接合用Ni系合金
JP5691897B2 (ja) 液相拡散接合用のNi系合金
JP5691895B2 (ja) 液相拡散接合用Fe系合金
JP5695490B2 (ja) アルミニウム合金製ブレージングシート
JP5562749B2 (ja) Cu−Mn系ろう材細線およびその製造方法
JP5278348B2 (ja) 接合用の合金
JP3822850B2 (ja) 鉄系低融点接合用合金
JP5915135B2 (ja) 高強度の鉄系液相拡散接合構造材
JP4267494B2 (ja) 接合用の鉄基非晶質合金箔
CN102601538A (zh) 焊接填充材料

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180905

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190514

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190521

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190719

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200120

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6657961

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151