JPH0113960B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は金属部品のろう付けに関するものであ
り、特に鉄、コバルト及びニツケルを基とする合
金のろう付けに有用なる均質で延性に富むニツケ
ル−パラジウム基ろう付け材料（ろう材）に関す
る。 ろう付けとは金属部品（非類似組成であること
が頻繁）を互いに接合する方法である。代表的な
方法では、互いに接合すべき金属部品の融点より
低融点の充填材金属（溶加材）を金属部品間に狭
んでアセンブリーを制作し、引続き該アセンブリ
ーを溶加材の融解に十分な温度に加熱する。冷却
すると強力且つ耐食性で漏れのない接合部が形成
される。 ニツケル及びコバルトを基とする合金は通常、
水素、不活性ガス又は真空ろう付け技術を用いて
接合される。斯る方法は接合部域の異物混入を低
水準に維持するために使用される。 鉄、ニツケル及びコバルトを基材とする材料の
ろう付け用充填金属には、腐食及び酸化に対する
抵抗が要求される際には、貴金属を基とする充填
材金属（溶加材）が使用される。充填材金属に比
較して熱処理温度が高い基材金属の接合用として
は前記の充填材金属は適当でない。 鉄、ニツケル及びコバルトを基とする各種金属
は、Ni−Pd−Cr−Ｂ系の充填材金属を用いる接
合が可能である。斯る合金はその固有の脆性のた
め従来の方法では箔状とすることができない。従
つて無孔の接合部が必要とされる際には、箔状と
なりうる貴金属基の充填材金属が使用される。斯
る貴金属基充填材金属は金を含有するものであ
り、従つて比較的高価である。 Ni−Cr−Pd−Ｂ系充填材金属のある種のもの
は、ホウ素が基材金属中に拡散する形の拡散接合
（diffusion bonding）用に使用可能である。接合
部域のホウ素は接合過程中にだんだんとなくな
り、更に高温で再融解する。斯くて熱処理温度が
比較的高い基材金属の熱処理が可能となる。 延性に富むガラス質合金に関しては米国特許第
3856513号（エツチ、エス、チエン（H.S.Chen）
他、19774年12月24日発行）に開示されている。
斯る合金には式MgYbZcの組成物が包含され、
式中Ｍは鉄、ニツケル、コバルト、パナジウム及
びクロムからなる群から選択される金属であり、
Ｙはリン、ホウ素及び炭素からなる群から選択さ
れる元素であり、Ｚはアルミニウム、ケイ素、
錫、ゲルマニウム、インジウム、アンチモン及び
ベリリウムからなる群から選択される元素であ
り、「ａ」の範囲は約60乃至90原子パーセント、
「ｂ」の範囲は約10乃至30原子パーセント、「ｃ」
の範囲は約0.1乃至15原子パーセントである。式
TiXjのガラス質の線材（wire）も開示されてお
り、式中Ｔは少くとも１種の遷移金属であり、Ｘ
はリン、ホウ素、炭素、アルミニウム、ケイ素、
錫、ゲルマニウム、インジウム、ベリリウム及び
アンチモンからなる群から選択される元素であ
り、「ｉ」の範囲は約70乃至87原子パーセント、
「ｊ」の範囲は約13乃至30原子パーセントである。
斯る材料の調製には、周知の処理技術を用いる溶
融物の高速急冷が便宜的である。しかしながら該
特許にはろう付け材組成物に関しては何等開示さ
れていない。 延性に富む箔形状となる均質のニツケル−パラ
ジウム基のろう付け材料に対する必要性は残され
たままである。 本発明は、金属物品のろう付け用充填金属（ろ
う材）として有用な均質・延性なるろう付け用箔
を提供するものである。このろう付け用箔はガラ
ス質構造が少くとも50容量パーセントの準安定な
材料から構成され、厚みは約20μｍ（0.0008イン
チ）乃至90μｍ（0.0035インチ）である。 更に詳細には、このろう付け用合金の組成はパ
ラジウム１乃至約41原子パーセント、クロム０乃
至約20原子パーセント、ホウ素11乃至約20原子パ
ーセントであり、残りがニツケル及び付随不純物
である。前記組成範囲内で前記の元素を含有する
ことに加え、ニツケル、パラジウム及びクロムの
合計量の範囲が80乃至89原子パーセント、ホウ素
の合計量が残りの11乃至20原子パーセントなる組
成でなければならない。斯る組成物はニツケル基
合金との相容性を有し、かつそれより貴であり、
ニツケル並びにコバルト基合金のろう付け用に適
切である。 上記の組成範囲は各成分元素の量を注意深く加
減することによつて実験をくり返し決定したもの
である。すなわち、各成分元素がそれぞれ上に明
記した範囲にあるという条件を同時に満たすとき
には、明細書中に記載した所望のろう付け用箔と
しての優れた特性をもつものであるということが
できる。それらの条件が満たされないときは所望
の好ましいろう付け材であることが保証されな
い。 本願発明において、各合金元素の組成範囲を上
記のように定めた技術的根拠は次のとうりであ
る。 パラジウムは１乃至41原子パーセントの範囲内
において、生成する合金に耐食性を与えるととも
に、その耐熱性も改善する。１パーセント以下で
は有効ではなく、41パーセント以上では更に格別
の改善は見られない。 クロムは20原子パーセント以下の範囲におい
て、生成する合金に耐食性と対酸化性を与えるも
のである。 ボロンは11乃至20原子パーセントの範囲におい
て生成する合金に非晶質組識の発現をもたらす
が、そのほかに合金の熔融温度を低下させ、かつ
延性を増加させる。 ニツケルはこの合金のベースとなる元素であつ
て他の元素の存在のもとに非晶質組識を形成す
る。そして、その本来的な性質に基づいて生成す
る合金に耐食性を与えるものである。 これらの元素は、共同して、生成する合金に所
望の範囲内の固相線と液相線を維持させるもので
あるが、このためにも上記の範囲に限定されるも
のである。 そして、上記の組成範囲の上限および下限は、
各成分元素の含有量を注意深く加減して実験を繰
り返すことによつて決定したものである。すなわ
ち、各成分元素がそれぞれ上記の範囲内にあると
いう条件を同時にみたすときには、明細書中に記
載した所望のろう付け用箔としての優れた特性を
もつものであるということができる。それらの条
件が満たされないときには、所望の好ましいろう
付け材であることが保証されない。 本発明の均質なるろう付け用箔は、組成物を溶
融し該溶融物を回転急冷ホイール上で少くとも約
10⁵℃／秒の速度にて急冷する方法により製造さ
れる。 斯る充填用金属箔を均質で延性に富むリボンに
加工することは容易であり、斯るリボンは鋳造し
たものがそのまゝでろう付け用として有用であ
る。また金属箔は複雑な形状に打抜き可能であ
り、ろう付けの予備形状物とするのが有利であ
る。 ろう付け工程に於て、ろう付け材料の融点は互
いにろう付けする金属部品の使用上の要求を満す
に十分なる強度を与えるに足るほど高いものでな
ければならない。しかしながら、ろう付操作を困
難にするほどの高融点であつてはならない。更に
は充填用材料は化学的にも冶金学的にもろう付け
される材料と適合するものでなくてはならない。
腐食を回避するため、ろう付け材料はろう付けさ
れる金属よりも貴でなければならない。理想的に
はろう付け材料は延性に富む箔状をなしそれから
複雑な形状に打抜くことができるものでなければ
ならない。結局、ろう付け用箔は均質なることが
必要であり、すなわちろう付け中に空隙又は汚染
残渣を形成するような結合剤その他の材料を含有
してはならない。 本発明の好適実施態様に依れば、均質なるニツ
ケル−パラジウム基の箔状ろう付け材料が提供さ
れる。ろう付け箔は、１乃至41原子パーセントの
パラジウム、０乃至20原子パーセントのクロム、
11乃至20原子パーセントのホウ素及び実質的にニ
ツケル及び付随不純物である残部からなる組成物
である。該組成物は、ニツケル、パラジウム及び
クロムの合計が80乃至89原子パーセントの範囲に
あり、ホウ素の全量が残りの即ち11乃至20原子パ
ーセントとなるようなものである。斯る組成物は
ニツケル基合金に適合し、かつ、ニツケルよりも
貴であり、鉄、ニツケル及びコバルトを基とする
合金のろう付け用に適切である。 本明細書中で用いる「均質の」あるいは単に
「均質」（homogeneous）という語は、鋳造され
た箔が、すべての方向に沿つて実質上同一の組成
および組識を有していることを意味する。また、
本明細書中で用いる「延性に富む」あるいは単に
「延性」（“ductile”）の語は、箔がその厚さの10
倍の半径の円の一部を形成するように折り曲げて
も破損しないことを意味している。この試験は簡
単に行なうことができる。上記の折り曲げによつ
て破損しないものを合格とする。合格としたもの
は、実用上十分な延性をもつ材料と考えてよいの
で、上記の試験に合格した箔を「延性の箔」と呼
んでいる。 本発明の範囲に含まれるろう付け用合金組成物
の例を以下の第表に説明する。

【表】 本発明のろう付け用合金のろう付け温度は約
1100℃乃至1300℃である。 本発明のろう付け用箔は、ガラス質合金技術に
て周知の合金急冷技術（例えば前記の米国特許第
3856513号を参照のこと）を用い、所望組成の溶
融物を少くとも約10⁵℃／秒の速さで冷却するこ
とにより調製される。組成物の純度は全て通常の
工業的水準のものである。連続的なリボン、線
材、シート等への加工には各種技術が用いられ
る。代表的な方法では、特定の組成を選んで、必
要元素を所望割合含む粉末又は粒を溶融均質化
し、溶融合金を例えば急速回転金属シリンダー等
の冷却表面上で高速急冷するのである。 斯る急冷条件下では、準安定で均質な延性に富
む材料が得られる。準安定材料は長範囲の秩序性
が存在せぬようなガラス質である。ガラス質合金
のＸ−線回折図形は、無機酸化物ガラスに関して
観察されるものと同様に、散漫なハロー（halo）
のみである。斯るガラス質合金は、以降の処理例
えば合金リボンから複雑な形状物の打抜きを可能
とするほど十分延性であるためには、少くとも50
容量％ガラス質でなければならない。卓越した延
性とするためには少くとも80容量％ガラス質であ
ることが好適であり、完全にガラス質であること
が最適である。 準安定相も成分元素の固溶体である。本発明の
合金の場合斯る準安定な固溶体相は、結晶性合金
製造で用いられている従来の処理技術では普通に
製造されることはない。固溶体合金のＸ線回折図
形は結晶性合金の鋭い回折ピーク特性を示し、所
望粒径微結晶に基く若干広いピークがそれに伴つ
ている。斯る準安定材料も、前記の条件下で製造
される場合には延性に富むものとなる。 本発明のろう付け材料は箔状（又はリボン状）
に製造することが有利であり、該材料がガラス質
であろうと或いは固溶体であろうと、鋳造された
まゝで直ちにろう付け用途に供される。別法とし
て、ガラス質合金箔を加熱処理して結晶相、好ま
しくは細粒結晶相を得てもよく、それにより複雑
な形状に打抜く場合のダイ寿命を延長することが
できる。 前記の方法により製造される箔の代表的な厚さ
は約20乃至90μｍ（0.0008乃至0.0035インチ）で
あり、斯る厚みはろう付けされる物体間を隔てる
距離としても望ましい。斯る隔離距離はろう付け
接合部の強さを最大にする。薄い箔を積重ねて
90μｍの以上の厚みにしたものも使用可能であ
る。更にはろう付け中に如何なる融剤も必要とせ
ず、且つ箔中には何等の結合剤も存在していな
い。斯くして空隙及び汚染残渣の形成が回避され
る。従つて本発明の延性に富むろう付け用リボン
は、スペーサーを必要としないためろう付け操作
が容易となること及びろう付け後の処理が最小と
なることの両特徴を付与するものである。 本発明のろう付け用箔は、同一組成の各種粉末
ろう付け剤よりも良好なろう付け接合部を提供す
る。これはろう付け用充填物（ろう材）をろう付
けすべき両表面の端部から移動させる毛管現象に
依るものではなく、ろう付けが必要な場所にろう
付け用箔を当てることができるためであろうと思
われる。 実施例 １ 特定組成の溶融物を過圧アルゴンにより高速回
転銅製冷却ホイール（表面速度約1000乃至2000
ｍ／分）上に噴出させて、幅6.5mm（0.25インチ）
及び厚み約25乃至60μｍ（約0.0010乃至0.0025イ
ンチ）のリボンにした。第表に重量パーセント
及び原子パーセントを表記した組成の、実質的に
ガラス質の合金の準安定、均質なリボンを調製し
た。

【表】 実施例 ２ ストリツプ形状のハステロイ合金Ｘ
（“Hastelly”）は米国インデイアナ州ココモのキ
ヤボツトコーポレーシヨン（Cabot
Corporation）社の登録商標である）から引張試
験用試験片を切出した。ハステロイ合金Ｘの組成
を第表に記す。 第表 組成、重量％ ハステロ イ合金Ｘ Ni 残り Cr 22 Mo ９ Ｗ 0.6 Fe 19 Ｃ 0.1 厚みは0.3175cm（0.125インチ）であつた。本
発明の一ろう付け合金である試料番号１の組成の
ガラス質で延性のリボン（寸法は厚み38.1μｍ
（0.0015インチ）、幅6.3mm（0.25インチ））を試験
片のろう付けに用いた。 引張り試験片はAWS C3.2−63の重ね剪断
（lep shear）試験片の寸法及び製作方法にて調製
した。該試験片は長さ方向に垂直に切つた。ろう
付け接合部は重ね（lap）タイプであり、重ね寸
法は注意深く1.27cm（0.5インチ）に調節した。
ろう付け試験片は暖めたベンゼンで脱脂した。本
発明のろう付けリボンを含んだ重ね接合部を横に
並べ重ね接合部長のリボンで一緒に合せた。斯る
ろう付け合金の場合、リボンはスペーサーとして
機能する。合せたものを一体に保持するため工業
的に通常行なわれている点溶接を施した。 ろう付けは1.33×10^-2Pa（10^-4トル）の圧力ま
で排気した真空炉内で行なつた。炉を1250℃に15
分間保持した。 ろう付けした剪断試験片３個の引張剪断試験を
行ない以下の結果が得られた。

【表】 属
1−C 0.138 20000 0.551 80000 基材金
属
ろう付け物の破壊は基材金属にて起り、ろう付
け部ではなかつた。従つて報告値は実際より低目
となつている。 実施例 ３ ストリツプ形状のAISI316ステンレス鋼から引
張り試験片を切出した。AISI316ステンレス鋼を
第表に記す。

【表】 厚みは0.3175cm（0.125インチ）であつた。本
発明の一ろう付合金である試料番号２の組成のガ
ラス質で延性のリボン（寸法は厚み46μｍ
（0.0018インチ）、幅6.3mm（0.25インチ））を試験
片のろう付け用に用いた。 ろう付けは1.33×10^-2Pa（10^-4トル）の圧力ま
で排気した真空炉内で行なつた。炉は1250℃に15
分間保持された。 斯くろう付けした剪断試験片の引張り剪断試験
を行なうと以下の結果が得られた。

【表】 属
2−C 0.143 20800 0.574 83300 基材金
属
ろう付け物の破壊は基材金属にて起り、ろう付
け部ではなかつた。従つて報告値は実際より低目
となつている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １乃至41原子パーセントのパラジウム、11乃
   至20原子パーセントのホウ素及び残部がニツケル
   及び付随不純物からなる組成を有し、且つニツケ
   ル及びパラジウムの合計量が80乃至89原子パーセ
   ントの範囲となるような組成の合金からなる均質
   で延性に富むろう付け用箔。 ２ 少なくとも50容量パーセントがガラス質であ
   る特許請求の範囲第１項に記載のろう付け用箔。 ３ 少なくとも80容量パーセントがガラス質であ
   る特許請求の範囲第２項に記載のろう付け用箔。 ４ 厚みが20μｍ乃至90μｍの範囲にある特許請
   求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載のろ
   う付け用箔。 ５ １乃至41原子パーセントのパラジウム、20原
   子パーセント以下のクロム、11乃至20原子パーセ
   ントのホウ素及び残部がニツケル及び付随不純物
   からなる組成を有し、且つニツケル、パラジウム
   及びクロムの合計量が80乃至89原子パーセントの
   範囲となるような組成の合金からなる均質で延性
   に富むろう付け用箔。 ６ 少なくとも50容量パーセントがガラス質であ
   る特許請求の範囲第５項に記載のろう付け用箔。 ７ 少なくとも80容量パーセントがガラス質であ
   る特許請求の範囲第６項に記載のろう付け用箔。 ８ 厚みが20μｍ乃至90μｍの範囲にある特許請
   求の範囲第５項乃至第７項のいずれかに記載のろ
   う付け用箔。