JP6677942B2 - Titanium joining method - Google Patents

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Description

本発明は、複数のチタン材を接合する、チタン材の接合方法に係わる。   The present invention relates to a method for joining titanium materials, which joins a plurality of titanium materials.

チタン材同士を接合する方法としては、従来、ろう付け、レーザ溶接、固相拡散接合が提案されている。   Conventionally, brazing, laser welding, and solid phase diffusion bonding have been proposed as methods for bonding titanium materials.

ろう付けによる接合では、ろう材を溶融させて接合するため(600〜1000℃)、位置決め精度に問題があり、適用範囲にも制限がある。また、ろう付けには、フッ化物を含有するフラックスが用いられており、フラックス残渣による腐食の問題や、フラックスが人体に有害である問題があるため、撤廃が望まれている。   In the joining by brazing, since the joining is performed by melting the brazing material (600 to 1000 ° C.), there is a problem in positioning accuracy, and the application range is also limited. In addition, a flux containing a fluoride is used for brazing, and there is a problem of corrosion due to the flux residue and a problem that the flux is harmful to the human body.

レーザ溶接による接合では、溶接熱により溶接部の近傍が軟化し、ミクロ割れが発生する。また、接合部のクリアランスにより、ミクロ割れや腐食が問題となっている。
さらに、チタンは活性金属であるため、容易に酸素、窒素、水素等と反応し、溶接部が脆化するといった問題点がある。
In the joining by laser welding, the vicinity of the welded portion is softened by welding heat, and micro cracks occur. Also, micro-cracking and corrosion are problems due to the clearance at the joint.
Furthermore, since titanium is an active metal, there is a problem that it easily reacts with oxygen, nitrogen, hydrogen, and the like, and the welded portion is embrittled.

チタンを大気中に曝すと、接合阻害因子である強固な自然酸化皮膜が形成される。
そのため、固相拡散接合において強度の高い接合部を得るには、接合圧力及び接合温度を上昇させることで酸化皮膜を機械的に破壊しなくてはならず、おのずと接合時の変形量が増加してしまう問題点がある。
When titanium is exposed to the atmosphere, a strong natural oxide film, which is a bonding inhibitor, is formed.
Therefore, in order to obtain a high-strength joint in solid-state diffusion bonding, the oxide film must be mechanically destroyed by increasing the joining pressure and joining temperature, and the amount of deformation during joining naturally increases. There is a problem.

また、金属材料の接合面を有機酸から成る酸化膜除去液で処理してから、固相拡散接合を行うことが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Further, it has been proposed to perform a solid-phase diffusion bonding after treating a bonding surface of a metal material with an oxide film removing solution made of an organic acid (for example, see Patent Document 1).

特開2006−334652号公報JP 2006-334652 A

しかしながら、チタン等においては、特許文献1のように表面を有機酸で処理しただけで固相拡散接合を行うと、十分な接合強度が得られない。   However, in the case of titanium or the like, if solid phase diffusion bonding is performed only by treating the surface with an organic acid as in Patent Document 1, sufficient bonding strength cannot be obtained.

上述した問題の解決のために、本発明においては、比較的低温で接合が可能であり、接合時の変形を抑制することができるチタン材の接合方法を提供するものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for joining titanium materials that can be joined at a relatively low temperature and can suppress deformation during joining.

本発明のチタン材の接合方法は、アルミニウムシートを、アルカリ溶液中に浸漬する、或いは、アルカリを含む蒸気に曝露することによりアルカリ処理する工程と、アルカリ処理を行ったアルミニウムシートを、有機酸溶液中で煮沸する、或いは、有機酸を含む蒸気に曝露することにより、アルミニウムシートの表面にアルミニウムの有機酸塩被膜を形成して、アルミニウムシートの表面にアルミニウムの有機酸塩被膜が形成されたシートを作製する工程と、このシートを接合面に介在させて、複数のチタン材を加熱及び加圧して、複数のチタン材を接合する工程を有し、複数のチタン材をそれぞれチタンのみで構成する。 The method for bonding a titanium material according to the present invention includes a step of immersing an aluminum sheet in an alkali solution, or a step of subjecting the aluminum sheet subjected to the alkali treatment to exposure to a vapor containing an alkali, using an organic acid solution. A sheet in which an aluminum organic acid salt film is formed on the surface of an aluminum sheet by boiling in an air or being exposed to a vapor containing an organic acid, and the aluminum organic acid salt film is formed on the aluminum sheet surface And a step of heating and pressing a plurality of titanium materials with the sheet interposed between the bonding surfaces to bond the plurality of titanium materials, and each of the plurality of titanium materials is composed of only titanium. .

上述の本発明によれば、従来よりも低い接合温度で、高い接合強度を得ることができる。
これにより、接合温度を低くして、加熱に必要なエネルギーを低減し、接合時の変形量を低減することが可能になる。
According to the present invention described above, a higher bonding strength can be obtained at a lower bonding temperature than in the related art.
This makes it possible to lower the joining temperature, reduce the energy required for heating, and reduce the amount of deformation during joining.

本発明の一実施の形態のチタン材の接合方法の手順のフローチャートである。It is a flowchart of the procedure of the joining method of the titanium material of one Embodiment of this invention. 実験1における接合状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the joining state in experiment 1. アルミニウムシートの厚さを0.5mmとした場合の、ギ酸処理、酢酸処理、有機酸処理なし、の各場合における接合温度と引張強さの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between joining temperature and tensile strength in each case of formic acid treatment, acetic acid treatment, and no organic acid treatment when the thickness of an aluminum sheet is 0.5 mm. アルミニウムシートの厚さを1.0mmとした場合の、ギ酸処理、酢酸処理、有機酸処理なし、の各場合における接合温度と引張強さの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between joining temperature and tensile strength in each case of formic acid treatment, acetic acid treatment, and no organic acid treatment when the thickness of an aluminum sheet is 1.0 mm.

以下、発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.本発明の概要
2.実施の形態
3.実施例
Hereinafter, embodiments for carrying out the invention (hereinafter, referred to as “embodiments”) will be described.
The description will be made in the following order.
1. 1. Outline of the present invention Embodiment 3 FIG. Example

<1.本発明の概要>
まず、本発明の概要について説明する。
本発明のチタン材の接合方法は、複数のチタン材を接合する方法である。
そして、本発明では、アルミニウムシートの表面にアルミニウムの有機酸塩被膜が形成されたシートを、接合面に介在させて、複数のチタン材を接合する工程を有する。
<1. Overview of the present invention>
First, the outline of the present invention will be described.
The method for joining titanium materials according to the present invention is a method for joining a plurality of titanium materials.
The present invention includes a step of joining a plurality of titanium materials by interposing a sheet having an aluminum salt coating formed on the surface of an aluminum sheet on a joining surface.

本発明において、さらに、アルミニウムシートを、アルカリ溶液中に浸漬する、或いは、アルカリを含む蒸気に曝露することによりアルカリ処理する工程と、アルカリ処理を行ったアルミニウムシートを、有機酸溶液中で煮沸する、或いは、有機酸を含む蒸気に曝露することにより、アルミニウムシートの表面にアルミニウムの有機酸塩被膜を形成して、シートを作製する工程を有する構成、とすることができる。
これにより、アルカリ処理工程によってアルミニウムシートの表面の酸化物皮膜を除去及び水酸化アルミニウムを形成して、有機酸によってアルミニウムシートの表面に、アルミニウムの有機酸塩被膜を形成することができる。
In the present invention, further, a step of immersing the aluminum sheet in an alkali solution, or performing an alkali treatment by exposing the aluminum sheet to a vapor containing an alkali, and boiling the alkali-treated aluminum sheet in an organic acid solution. Alternatively, it is possible to adopt a configuration including a step of forming an organic acid salt film of aluminum on the surface of an aluminum sheet by exposing to a vapor containing an organic acid to produce a sheet.
Thereby, the oxide film on the surface of the aluminum sheet is removed and the aluminum hydroxide is formed by the alkali treatment step, and an organic acid acid film can be formed on the surface of the aluminum sheet by the organic acid.

なお、本発明では、アルミニウムシートの表面にアルミニウムの有機酸塩被膜が形成されたシートを使用することから、別途作製しておいたシートを使用することや、他人が製造したシートを譲り受けて使用することも可能である。それらの場合には、上述した、アルミニウムシートをアルカリ処理する工程と、アルミニウムシートの表面にアルミニウムの有機酸塩被膜を形成してシートを作製する工程は省略される。   In the present invention, since a sheet in which an organic acid salt film of aluminum is formed on the surface of an aluminum sheet is used, a separately prepared sheet may be used, or a sheet manufactured by another person may be used. It is also possible. In those cases, the above-described steps of alkali-treating the aluminum sheet and forming the sheet by forming an organic acid salt film of aluminum on the surface of the aluminum sheet are omitted.

接合する複数のチタン材は、チタン又はチタン合金の範囲内であれば、同一材料であっても、異なる材料であってもよい。このうち、異なる材料の組合せとしては、例えば、純金属と合金、チタン以外の構成元素が異なる合金同士、合金組成が異なる合金同士、等が挙げられる。   The plurality of titanium materials to be joined may be the same material or different materials within the range of titanium or a titanium alloy. Among these, examples of combinations of different materials include pure metals and alloys, alloys having different constituent elements other than titanium, alloys having different alloy compositions, and the like.

本発明において、アルカリ処理工程のアルカリ溶液やアルカリを含む蒸気には、各種のアルカリを使用することが可能である。
例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムを使用することができる。そして、これらのアルカリの水溶液や、アルカリを含む水蒸気を使用することができる。
アルミニウムシートを、アルカリ水溶液に浸漬する場合には、より好ましくは、アルカリ水溶液を煮沸する。アルカリ水溶液を煮沸することにより、金属部材の表面の酸化皮膜の除去及び水酸化アルミニウムの形成を効率良く行うことができる。
In the present invention, various alkalis can be used for the alkali solution or the vapor containing the alkali in the alkali treatment step.
For example, sodium hydroxide and sodium carbonate can be used. An aqueous solution of these alkalis or steam containing alkalis can be used.
When the aluminum sheet is immersed in an alkaline aqueous solution, the alkaline aqueous solution is more preferably boiled. By boiling the alkaline aqueous solution, it is possible to efficiently remove the oxide film on the surface of the metal member and form aluminum hydroxide.

本発明において、有機酸としては、各種の有機酸を使用することができる。
例えば、ギ酸、酢酸、クエン酸から選ばれる1種以上を使用することができる。
In the present invention, various organic acids can be used as the organic acid.
For example, one or more selected from formic acid, acetic acid, and citric acid can be used.

本発明では、複数のチタン材(チタン又はチタン合金)の接合面に、アルミニウムシートの表面にアルミニウムの有機酸塩被膜が形成されたシートを介在させることにより、接合強度を増大させることができる。
このようにして高い接合強度を得ることができるため、従来よりも低い温度で高い接合強度を得ることが可能になる。
In the present invention, the bonding strength can be increased by interposing a sheet in which an aluminum salt coating is formed on the surface of an aluminum sheet on the bonding surface of a plurality of titanium materials (titanium or titanium alloy).
Since a high bonding strength can be obtained in this manner, it is possible to obtain a high bonding strength at a lower temperature than before.

シートの表面に形成されている、アルミニウムの有機酸塩被膜(ギ酸アルミニウム等の被膜)は、加熱及び加圧してチタン材を接合する工程において、熱分解反応を生じて、シートのアルミニウム及びチタン材のチタンの原子面が露出するので密着性が向上し、チタン材とシートの金属的接触領域を増加させて、高い接合強度を得ることができる。   The aluminum organic acid salt coating (coating such as aluminum formate) formed on the surface of the sheet undergoes a thermal decomposition reaction in the step of joining the titanium material by heating and pressing, and the aluminum and titanium material of the sheet are generated. Since the atomic surface of titanium is exposed, the adhesion is improved, and the metallic contact area between the titanium material and the sheet is increased, so that high bonding strength can be obtained.

上述したように、本発明によれば、従来よりも低い温度で、十分に高い接合強度が得られるので、低温での接合が可能になる。
そして、温度と同様の観点から、接合の際の圧力を低くしても、十分に高い接合強度を得ることが可能になる。
これにより、低圧力での接合が可能になり、接合の際の変形量を低減することができるので、接合の位置精度を向上することができる。接合の位置精度が向上することにより、高い位置精度を保つことができ、溶接では困難であった複雑な形状のチタン材の接合も可能になる。
また、低温かつ低圧力で接合が可能になるため、接合装置の構成を簡略化することや、加熱に必要なエネルギーを低減して、エネルギー効率を向上することができる。例えば、消費電力や加熱用の燃料、接合に要する時間等を低減することが可能になる。
As described above, according to the present invention, a sufficiently high bonding strength can be obtained at a lower temperature than in the past, so that bonding can be performed at a low temperature.
Then, from the same viewpoint as the temperature, a sufficiently high bonding strength can be obtained even if the pressure at the time of bonding is reduced.
Thereby, joining at a low pressure becomes possible, and the amount of deformation at the time of joining can be reduced, so that the positional accuracy of joining can be improved. By improving the positional accuracy of the joining, high positional accuracy can be maintained, and joining of a titanium material having a complicated shape, which has been difficult by welding, becomes possible.
In addition, since bonding can be performed at low temperature and low pressure, the configuration of the bonding apparatus can be simplified, energy required for heating can be reduced, and energy efficiency can be improved. For example, power consumption, heating fuel, time required for joining, and the like can be reduced.

さらに、本発明によれば、アルミニウムの有機酸塩被膜が形成されたシートを接合面に介在させるので、接合する複数のチタン材に有機酸塩被膜を形成するよりも、シートに有機酸塩被膜を容易に形成することができる。
これにより、複雑な形状を有するチタン材や大型のチタン材であっても、高い位置精度での接合が可能となる。
Further, according to the present invention, since the sheet on which the organic acid salt coating of aluminum is formed is interposed on the bonding surface, the organic acid salt coating is formed on the sheet rather than forming the organic acid salt coating on a plurality of titanium materials to be joined. Can be easily formed.
Thereby, even with a titanium material having a complicated shape or a large-sized titanium material, it is possible to join with high positional accuracy.

そして、本発明によれば、従来の固相接合では困難とされていたチタン同士の接合が可能になるため、高いリサイクル性を確保できる。
さらに、チタンは高強度・高耐食性であるにもかかわらず、強固な酸化皮膜の形成によって接合が困難であったために、チタンの使用が敬遠されていたが、本発明の接合方法により、各種構造用部材との接合が可能となる。
Further, according to the present invention, it is possible to join titanium, which has been difficult in the conventional solid-state joining, so that high recyclability can be secured.
Furthermore, despite the fact that titanium has high strength and high corrosion resistance, it was difficult to join due to the formation of a strong oxide film, and thus the use of titanium was avoided. Bonding with the member for use.

<2.実施の形態>
本発明の一実施の形態のチタン材の接合方法の手順のフローチャートを、図1に示す。
図1に示すように、まず、ステップS11において、アルミニウムシートを、アルカリ溶液中に浸漬、或いは、アルカリを含む蒸気に曝露する。
これにより、アルミニウムシートの表面の酸化物皮膜が除去され水酸化アルミニウムが形成される。
なお、アルミニウムシートを、アルカリ水溶液に浸漬する場合には、より好ましくは、アルカリ水溶液を煮沸する。アルカリ水溶液を煮沸することにより、金属部材の表面の酸化皮膜の除去及び水酸化アルミニウムの形成を効率良く行うことができる。
<2. Embodiment>
FIG. 1 shows a flowchart of a procedure of a method of joining titanium materials according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, first, in step S11, the aluminum sheet is immersed in an alkaline solution or exposed to a vapor containing an alkali.
As a result, the oxide film on the surface of the aluminum sheet is removed, and aluminum hydroxide is formed.
When the aluminum sheet is immersed in an alkaline aqueous solution, the alkaline aqueous solution is more preferably boiled. By boiling the alkaline aqueous solution, it is possible to efficiently remove the oxide film on the surface of the metal member and form aluminum hydroxide.

次に、ステップS12において、アルミニウムシートを、有機酸溶液中で煮沸、或いは、有機酸を含む蒸気に曝露する。
これにより、アルミニウムシートの表面に、有機酸塩被膜が形成される。
Next, in step S12, the aluminum sheet is boiled in an organic acid solution or exposed to steam containing an organic acid.
Thereby, an organic acid salt film is formed on the surface of the aluminum sheet.

有機酸としては、低温で熱分解するアルミニウム金属塩を生成する物から選択することができ、ギ酸、酢酸、クエン酸や、その他の有機酸を使用することができる。溶媒としては、水や各種の極性溶媒を使用することが可能である。   The organic acid can be selected from those that produce an aluminum metal salt that thermally decomposes at low temperatures, and formic acid, acetic acid, citric acid, and other organic acids can be used. As the solvent, water and various polar solvents can be used.

次に、ステップS13において、アルミニウムシートの表面に有機酸塩被膜が形成されたシートを、接合面に介在させて、2つのチタン材を、加熱及び加圧して接合する。
これにより、表面汚染層が除去、或いは、有機酸塩に置換された状態で、加熱及び加圧するので、有機酸塩は熱分解反応を生じて分解されることから、チタン材の金属原子の原子面が露出し、接合強度を増大させることができる。高い接合強度が得られるので、従来よりも低い温度及び低い変形量で高い接合強度を得ることが可能になる。
即ち、アルミニウムシートを使用せずにチタン材同士を直接接合した従来の接合方法、もしくは、表面に有機酸塩被膜が形成されていないアルミニウムシートを用いた接合方法と比較して、接合の際の加熱の温度及び加圧力を低くすることが可能になる。
Next, in step S13, the two titanium materials are joined by heating and pressing with the sheet having the organic acid salt film formed on the surface of the aluminum sheet interposed between the joining surfaces.
With this, heating and pressurization are performed in a state where the surface contaminant layer is removed or replaced with the organic acid salt, and the organic acid salt undergoes a thermal decomposition reaction and is decomposed. The surface is exposed, and the bonding strength can be increased. Since a high bonding strength can be obtained, it is possible to obtain a high bonding strength at a lower temperature and a lower deformation amount than before.
That is, compared to a conventional joining method in which titanium materials are directly joined to each other without using an aluminum sheet, or a joining method using an aluminum sheet in which an organic acid salt film is not formed on the surface, It becomes possible to lower the heating temperature and pressure.

チタン材としては、チタン、チタン合金を使用することができる。
そして、2つの金属部材には、同じ材料も、チタン又はチタン合金のうちの互いに異なる材料も、使用することが可能である。
As the titanium material, titanium or a titanium alloy can be used.
The same material or different materials of titanium or titanium alloy can be used for the two metal members.

本実施の形態において、ステップS11の工程では、アルカリとして、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムを使用することができる。そして、これらのアルカリの水溶液や、アルカリを含む水蒸気を使用することができる。
これらのアルカリを使用することにより、アルミニウムシートの表面の酸化物皮膜を除去して水酸化アルミニウムを形成することができる。
また、ステップS11の工程の後、次のステップS12の工程の前に、必要に応じて、アルミニウムシートを洗浄する工程や、アルミニウムシートを乾燥する工程を行ってもよい。
In the present embodiment, in the process of step S11, for example, sodium hydroxide or sodium carbonate can be used as the alkali. An aqueous solution of these alkalis or steam containing alkalis can be used.
By using these alkalis, the oxide film on the surface of the aluminum sheet can be removed to form aluminum hydroxide.
Further, after the step S11 and before the next step S12, a step of cleaning the aluminum sheet or a step of drying the aluminum sheet may be performed as necessary.

本実施の形態において、ステップS12の工程では、有機酸として、例えば、ギ酸、酢酸、クエン酸を使用することができる。
これらの有機酸を使用することにより、アルミニウムシートの表面にアルミニウムの有機酸塩被膜を形成することができる。
また、その後、必要に応じて、アルミニウムシートを純水やアルコール等で洗浄する工程や、アルミニウムシートを乾燥する工程を行ってもよい。
In the present embodiment, in the step S12, for example, formic acid, acetic acid, and citric acid can be used as the organic acid.
By using these organic acids, an organic acid salt film of aluminum can be formed on the surface of the aluminum sheet.
After that, if necessary, a step of washing the aluminum sheet with pure water or alcohol, or a step of drying the aluminum sheet may be performed.

上述の本実施の形態によれば、アルミニウムシートを、アルカリ溶液中に浸漬、或いは、アルカリを含む蒸気に曝露することにより、アルミニウムシートの表面の酸化物皮膜が除去され水酸化アルミニウムが形成される。
続いて、アルミニウムシートを、有機酸溶液中で煮沸、或いは、有機酸を含む蒸気に曝露することにより、アルミニウムシートの表面に有機酸塩被膜を形成することができる。
さらに、アルミニウムシートの表面に有機酸塩被膜が形成されたシートを、接合面に介在させて、2つのチタン材を、加熱及び加圧して接合することにより、有機酸塩は熱分解反応を生じて分解されることから、チタン材の金属原子の原子面が露出し、接合強度を増大させることができる。
これにより、高い接合強度が得られるので、低い温度で高い接合強度を得ることができ、シートを使用しない従来の場合や、有機酸によるアルミニウムシートの処理工程を行わない場合と比較して、接合の際の加熱の温度を低くすることが可能になる。即ち、低温で固相状態での接合が可能になる。
そして、接合の際の圧力を低くしても十分に高い接合強度を得ることができ、低圧力で固相状態での接合が可能になることから、接合の際の変形量を低減することができるので、接合の位置精度を向上することができる。接合の位置精度が向上することにより、高い位置精度を保つことができ、溶接では困難であった複雑な形状のチタン材の接合も可能になる。
また、低温かつ低圧力で接合が可能になるため、エネルギー効率を向上することができる。例えば、消費電力や加熱用の燃料、接合に要する時間等を低減することが可能になる。
According to the above-described embodiment, by immersing the aluminum sheet in an alkali solution or exposing the aluminum sheet to a vapor containing an alkali, the oxide film on the surface of the aluminum sheet is removed and aluminum hydroxide is formed. .
Subsequently, an organic acid salt film can be formed on the surface of the aluminum sheet by boiling the aluminum sheet in an organic acid solution or exposing the aluminum sheet to a vapor containing an organic acid.
Further, the sheet having the organic acid salt film formed on the surface of the aluminum sheet is interposed between the joining surfaces, and the two titanium materials are joined by heating and pressing, whereby the organic acid salt causes a thermal decomposition reaction. As a result, the atomic plane of the metal atom of the titanium material is exposed, and the bonding strength can be increased.
As a result, a high bonding strength can be obtained, so that a high bonding strength can be obtained at a low temperature. Compared with a conventional case where no sheet is used or a case where the aluminum sheet is not treated with an organic acid, the bonding is performed. In this case, the heating temperature can be reduced. That is, bonding in a solid state at a low temperature becomes possible.
Even if the pressure at the time of joining is reduced, sufficiently high joining strength can be obtained, and joining in a solid state at a low pressure becomes possible, so that the amount of deformation at the time of joining can be reduced. As a result, the positional accuracy of the joining can be improved. By improving the positional accuracy of the joining, high positional accuracy can be maintained, and joining of a titanium material having a complicated shape, which has been difficult by welding, becomes possible.
In addition, since bonding can be performed at low temperature and low pressure, energy efficiency can be improved. For example, power consumption, heating fuel, time required for joining, and the like can be reduced.

なお、別途作製しておいたシートを使用する場合や、他人が製造したシートを譲り受けて使用する場合には、図1のフローチャートのステップS11及びステップS12は省略される。   In the case where a separately prepared sheet is used or the sheet manufactured by another person is used, steps S11 and S12 in the flowchart of FIG. 1 are omitted.

<3.実施例>
次に、実際に、本発明によってチタン材の接合を行い、特性を調べた。
<3. Example>
Next, a titanium material was actually joined according to the present invention, and characteristics were examined.

(実験1)有機酸処理の有無、及び、接合温度と引張強さの関係
接合する2つのチタン材として、それぞれ純チタンからなる、横15mm×縦12mm×高さ5mmの板状のチタン材と、直径が10mmで高さが15mmの円柱状のチタン材を、用意した。
そして、各チタン材の接合面を、#4000番のエメリー紙を用いて仕上げを行った。
(Experiment 1) Presence or absence of organic acid treatment, and relationship between joining temperature and tensile strength As two titanium materials to be joined, a plate-like titanium material made of pure titanium and having a width of 15 mm, a length of 12 mm, and a height of 5 mm was used. A titanium material having a diameter of 10 mm and a height of 15 mm was prepared.
Then, the joining surface of each titanium material was finished using # 4000 emery paper.

アルミニウムシートとして、それぞれ純アルミニウムからなる、縦12mm×横12mm×厚さ0.5mmのシートと、縦12mm×横12mm×厚さ1.0mmのシートを、それぞれ用意した。   As the aluminum sheet, a 12 mm × 12 mm × 0.5 mm thick sheet and a 12 mm × 12 mm × 1.0 mm thick sheet made of pure aluminum were prepared.

以下の作製方法により、ギ酸処理、酢酸処理、有機酸処理なし、の試料をそれぞれ作製した。   Samples without formic acid treatment, acetic acid treatment, and no organic acid treatment were produced by the following production methods.

(ギ酸処理)
アルミニウムシートのギ酸処理を行った試料を作製した。
まず、アルミニウムシートを、沸騰させた10%水酸化ナトリウム水溶液中で60秒間煮沸した後、メタノール中で10秒間洗浄した。
次に、アルミニウムシートを、沸騰させたギ酸中で30秒間煮沸した。
その後、純水中で10秒間洗浄して、アルミニウムシートをギ酸処理したシートを得た。
(Formic acid treatment)
A sample was prepared by subjecting an aluminum sheet to a formic acid treatment.
First, the aluminum sheet was boiled in a boiling 10% aqueous sodium hydroxide solution for 60 seconds, and then washed in methanol for 10 seconds.
Next, the aluminum sheet was boiled in boiling formic acid for 30 seconds.
Thereafter, the sheet was washed in pure water for 10 seconds to obtain a sheet obtained by treating an aluminum sheet with formic acid.

次に、図2に斜視図を示すように、シート21を接合面の間に介在させて、板状のチタン材1と円柱状のチタン材2を、加熱及び加圧することにより、接合した。
そして、窒素雰囲気中で、接合圧力は12MPa、接合時間を15分で一定として、接合温度は440〜500℃の範囲内の所定の温度で保持して接合を行い、継手を作製した。
Next, as shown in a perspective view in FIG. 2, the sheet-like titanium material 1 and the columnar titanium material 2 were joined by heating and pressing with the sheet 21 interposed between the joining surfaces.
Then, in a nitrogen atmosphere, the bonding pressure was 12 MPa, the bonding time was constant at 15 minutes, and the bonding was performed while maintaining the bonding temperature at a predetermined temperature in the range of 440 to 500 ° C. to produce a joint.

(酢酸処理)
アルミニウムシートの酢酸処理を行った試料を作製した。
まず、アルミニウムシートを、沸騰させた10%水酸化ナトリウム水溶液中で60秒間煮沸した後、メタノール中で10秒間洗浄した。
次に、アルミニウムシートを、沸騰させた酢酸中で90秒間煮沸した。
その後、純水中で10秒間洗浄して、アルミニウムシートを酢酸処理したシートを得た。
(Acetic acid treatment)
A sample was prepared by subjecting an aluminum sheet to acetic acid treatment.
First, the aluminum sheet was boiled in a boiling 10% aqueous sodium hydroxide solution for 60 seconds, and then washed in methanol for 10 seconds.
Next, the aluminum sheet was boiled in boiling acetic acid for 90 seconds.
Thereafter, the sheet was washed in pure water for 10 seconds to obtain a sheet obtained by treating an aluminum sheet with acetic acid.

次に、図2に斜視図を示すように、シート21を接合面の間に介在させて、板状のチタン材1と円柱状のチタン材2を、加熱及び加圧することにより、接合した。
そして、窒素雰囲気中で、接合圧力は12MPa、接合時間を15分で一定として、接合温度は440〜500℃の範囲内の所定の温度で保持して接合を行い、継手を作製した。
Next, as shown in a perspective view in FIG. 2, the sheet-like titanium material 1 and the columnar titanium material 2 were joined by heating and pressing with the sheet 21 interposed between the joining surfaces.
Then, in a nitrogen atmosphere, the bonding pressure was 12 MPa, the bonding time was constant at 15 minutes, and the bonding was performed while maintaining the bonding temperature at a predetermined temperature in the range of 440 to 500 ° C. to produce a joint.

(有機酸処理なし)
比較対照として、アルミニウムシートの有機酸処理を行わない試料を作製した。
シート21として有機酸処理を行っていないアルミニウムシートを使用して、図2に斜視図を示すように、シート21を接合面の間に介在させて、板状のチタン材1と円柱状のチタン材2を、加熱及び加圧することにより、接合した。
そして、窒素雰囲気中で、接合圧力は12MPa、接合時間を15分で一定として、接合温度は440〜500℃の範囲内の所定の温度で保持して接合を行い、継手を作製した。
(No organic acid treatment)
As a comparative control, a sample in which the aluminum sheet was not subjected to the organic acid treatment was prepared.
As shown in a perspective view of FIG. 2, a sheet-like titanium material 1 and a cylindrical titanium material 1 are interposed between bonding surfaces, as shown in a perspective view in FIG. The material 2 was joined by heating and pressing.
Then, in a nitrogen atmosphere, the bonding pressure was 12 MPa, the bonding time was constant at 15 minutes, and the bonding was performed while maintaining the bonding temperature at a predetermined temperature in the range of 440 to 500 ° C. to produce a joint.

(引張試験)
さらに、2個の金属部材の接合により得られた継手の一方の金属部材に把持治具を取り付けて、引張試験を行った。
引張試験機は、INSTRON社製5567を使用した。
(Tensile test)
Further, a gripping jig was attached to one of the metal members of the joint obtained by joining the two metal members, and a tensile test was performed.
The tensile tester used was 5567 manufactured by INSTRON.

ギ酸処理、酢酸処理、有機酸処理なしの、それぞれの場合における、接合温度と引張強さとの関係を比較して、図3及び図4に示す。図3は、アルミニウムシートの厚さを0.5mmとしたときの結果を示し、図4は、アルミニウムシートの厚さを1.0mmとしたときの結果を示す。   FIGS. 3 and 4 show the relationship between the joining temperature and the tensile strength in each case without the formic acid treatment, the acetic acid treatment, and the organic acid treatment. FIG. 3 shows the result when the thickness of the aluminum sheet is 0.5 mm, and FIG. 4 shows the result when the thickness of the aluminum sheet is 1.0 mm.

図3より、シートの厚さを0.5mmとしたときには、有機酸処理を施すことで、有機酸処理を施さなかった場合と比較して、約10倍の引張強さを有する継手が得られることがわかる。図4より、シートの厚さを1.0mmとしたときには、有機酸処理を施すことで、有機酸処理を施さなかった場合と比較して、約12倍の引張強さを有する継手が得られることがわかる。
従って、有機酸処理を施すことにより、有機酸処理を施さなかった場合と比較して、引張強さを向上することができ、より低い温度でチタン材を接合できる。
From FIG. 3, when the thickness of the sheet is set to 0.5 mm, the joint having the tensile strength of about 10 times is obtained by performing the organic acid treatment as compared with the case where the organic acid treatment is not performed. You can see that. From FIG. 4, when the thickness of the sheet is 1.0 mm, the joint having the tensile strength of about 12 times is obtained by performing the organic acid treatment as compared with the case where the organic acid treatment is not performed. You can see that.
Therefore, by performing the organic acid treatment, the tensile strength can be improved and the titanium material can be joined at a lower temperature as compared with the case where the organic acid treatment is not performed.

(シートなし)
さらに、比較対照として、シートを使用せず、チタン材同士を固相接合して継手を作製した。接合の条件は、シートを使用した場合と同様とした。即ち、窒素雰囲気中で、接合圧力は12MPa、接合時間を15分で一定として、接合温度は所定の温度で保持して接合を行い、継手を作製した。
しかし、作製した継手の引張試験を試みたところ、どの接合温度域で接合した試料も、引張試験機に取り付ける前に破断した。
従って、チタン同士を直接固相接合することは、困難であるとわかった。
(Without sheet)
Further, as a comparative control, a joint was produced by solid-phase bonding of titanium materials without using a sheet. The joining conditions were the same as in the case where the sheet was used. That is, in a nitrogen atmosphere, the bonding pressure was 12 MPa, the bonding time was constant at 15 minutes, and the bonding was performed while maintaining the bonding temperature at a predetermined temperature to produce a joint.
However, when a tensile test was performed on the manufactured joint, the samples bonded in any of the bonding temperature ranges broke before being attached to the tensile tester.
Therefore, it was found that it was difficult to directly solid-phase join titanium.

1 板状のチタン材、2 円柱状のチタン材、21 シート 1 plate-shaped titanium material, 2 cylindrical titanium materials, 21 sheets

Claims (2)

アルミニウムシートを、アルカリ溶液中に浸漬する、或いは、アルカリを含む蒸気に曝露することによりアルカリ処理する工程と、
アルカリ処理を行った前記アルミニウムシートを、有機酸溶液中で煮沸する、或いは、有機酸を含む蒸気に曝露することにより、前記アルミニウムシートの表面にアルミニウムの有機酸塩被膜を形成して、前記アルミニウムシートの表面にアルミニウムの有機酸塩被膜が形成されたシートを作製する工程と、
前記シートを接合面に介在させて、複数のチタン材を加熱及び加圧して、前記複数のチタン材を接合する工程と、を有し、
前記複数のチタン材は、それぞれチタンのみで構成されている
チタン材の接合方法。
A step of immersing the aluminum sheet in an alkaline solution, or subjecting the aluminum sheet to an alkali treatment by exposing it to a vapor containing an alkali,
The alkali-treated aluminum sheet is boiled in an organic acid solution or exposed to a vapor containing an organic acid to form an organic acid salt film of aluminum on the surface of the aluminum sheet. A step of producing a sheet having an organic acid salt coating of aluminum formed on the surface of the sheet,
Said sheet by interposing the bonding surface, heating and pressurizing a plurality of titanium material, and a step of bonding the plurality of titanium material,
The method of joining titanium materials, wherein the plurality of titanium materials are each composed of only titanium.
前記アルミニウムシートの厚さを0.5〜1.0mmとする請求項1に記載のチタン材の接合方法。 The method for joining titanium materials according to claim 1, wherein the thickness of the aluminum sheet is 0.5 to 1.0 mm.
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JP4102349B2 (en) * 2004-10-01 2008-06-18 有限会社ソラ Manufacturing method of multilayer metal joining block and decorative member manufactured by the manufacturing method
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