JPH0199775A - 溶融接合における下地処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼（合金鋼を含む）からなる基材表面に合金
鋼、非鉄金属やガラス、セラミックス等の無機材料を溶
融接合する際の下地処理方法に関する。

〔従来の技術〕

鋼は加工性、強度、経済性に優れ、各種産業分野で広く
利用されている。鋼のこれら性能は、非鉄金属やガラス
、セラミックス等の無機材料では到底得られないもので
あるが、その反面、非鉄金属や無機材料には鋼では得ら
れない様々な性質がある０例えば、セラミックスは鋼よ
り優れた耐熱性、防錆性、耐摩耗性等を有する。このよ
うなことから、鋼に鋼とは異なる性質の異種材料を接合
し、双方の性質を兼備させたいわゆる複合材料が近年注
目を集めており、接合手段の１つとして溶融接合が知ら
れている。溶融接合の幾つかを鋼にセラミックスを接合
する場合を例にとって次に説明する。

○　ろう付 鋼とセラミックスとのろう付ではメタライズろう付性が
一般に用いられる。これはブラスト処理や化成処理等の
下地処理で表面を活性化した鋼に、表面をメタライズ処
理したセラミックスを銀ろう等で接合する方法である。

これに類似するものとして、表面を活性化した鋼と、表
面をメタライズ処理したセラミックスとの間にＡ１合金
の中間層を介在させ、これを溶融させることにより両者
を接合する方法も知られている。

○　拡散接合 下地処理された鋼表面とメタライズ処理されたセラミッ
クスとの間に１０〜１００μｍ厚程変のインサート金属
を挟み、加熱加圧により両者を拡散接合するものである
。インサート金属は箔体、粉体を用いる他、電気メッキ
、蒸着、イオンブレーティング等により鋼基材表面に直
接形成されることもある。

なお、拡散接合には接合過程で液相を伴うものと、液相
を伴わないものがあるが、液相を伴わないものは本発明
が対象とする溶融接合には属しない。

○溶射 高温、高速のジェット中にセラミックスを供給し、鋼表
面に吹きつける方法である０通常、鋼表面は予めブラス
ト処理等の下地処理を受ける。ジェットとしては水プラ
ズマ、ガスプラズマ、燃焼ガス、アーク等が用いられる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ろう付、拡散接合、溶射、更には蒸着といった溶融接合
で鋼に異種材料を接合する場合、−ヒでも少し述べたが
、接合に際して鋼基材表面に各種下地処理が施される。

下地処理として一般的なのは酸洗、ブラスト処理、化成
処理であるが、これ以外にもろう材、インサート金属に
応じた組成の金属が鋼基材表面に電気メッキ、蒸着、イ
オンブレーティング等により適宜付着される。

ところが従来のこのような下地処理は、鋼基材に対する
接合強度を十分に高め得ていないことが判明した。

本発明は鋼にセラミックス等の異種材料を溶融接合する
に際し、鋼基材との間に高い接合強度を付与し得る下地
処理方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の下地処理方法は、鋼に異種材料を溶融接合する
にあたり、鋼基材表面に下地処理として少なくとも外表
面が亜鉛、アルミニウム又はそれ等の合金からなる粒体
を投射するか、もしくはこれ等金属のメッキ層を形成し
て後、このメッキ層にブラスト処理を行うものである。

ここで少なくとも外表面が亜鉛、アルミニウム又はそれ
等の合金からなる粒体とは、Ｚｎ、ＡＩ又はそれ等の合
金、もしくは鉄又は鉄合金を核としその表面がＺｎ、Ａ
Ｉ又はそれ等の合金で被覆されている粉体を意味する。

また、ここで言う合金としては具体的にはＺｎ−Ｆｅ、
Ｚｎ−Ａｊ！、Ｚｎ−Ｍｎ等である。

〔作　　用〕

ｆ７Ａｓ材表面に例えばＦｓ−Ｚｎ系合金被覆を有する
鉄合金粒を投射すると、投射した鉄合金粒と同じ組成の
鉄合金被膜が鋼基材表面に形成される。

この処理として代表的なものがＺ−８処理と呼ばれる乾
式メッキ処理におけるＺブラスト処理であり、このＺブ
ラスト処理にて形成される被膜は２〜ｌＯμｍ程度と薄
い上、多孔質であり、更に表面粗さがＲｍａｘ５〜２０
μｍの凹凸状態を安定的に示す、また、同様の被膜は、
亜鉛等のメッキ層に通常のブラスト処理を施すことによ
っても得られる。

下地としてこのような被膜を形成したｗ４基材表面に異
種材料を溶融接合すると、ろう付にあっては溶融状態の
ろう材が下地によくなじみ、また凝固したろう材が下地
に対してアンカー効果やファスナー効果により高強度で
接合する。同様に拡散接合にあってはインサート金属が
、また溶射にあってはセラミックス等の接合対象材その
ものがそれぞれ下地に対してよくなじみ、かつアンカー
効果やファスナー効果を示して強固に接合する。

更に、このような下地処理被膜は被膜自体がインサート
金属になり、この面からも接合強度向上に寄与する。

ちなみに、従来の下地処理は、ブラスト処理にあっては
単に鋼基材表面に凹凸が形成されるだけで多孔質にはな
らず、本発明方法に比べれば溶融物とのなじみは大１１
に劣る。電気メッキ等による被膜形成にあっても被膜表
面が平坦で、しかも緻密であり、溶融物との間に本発明
方法の如き物理的接合形態は期待できない。したがって
、いずれの下地処理も本発明方法に比べれば鋼基材に対
する接合強度は大１１に劣るものとなる。

〔実施例〕

以下、本発明方法を鉄合金粒の投射、メッキ層へのプラ
スト処理、具体例、実施結果の順で詳述する。

○　鉄合金粒の投射 鉄合金粒とは例えばＺ−８処即に用いる投射粒のことで
あり、代表的なものはＦｅ−Ｚｎ合金粒またはＦｅ−Ｚ
ｎ合金被覆粒、Ｆｓ−Ｚｎ−Ａ１合金粒またはＦｅ−Ｚ
ｎ−Ａｌ合金被覆粒である。

Ｚ−３処理臼体は乾式メッキ手段としては周知のもので
あるので、合金の具体的組成、粒径、投射速度等の諸条
件は周知のＺ−Ｓ処理条件の範囲内から適宜選択すれば
よい、ただし、合金組成を選択する際には、投射形成被
膜がインサート金属を兼ねることもあるので、溶融物に
対する組成上のなじみ等を考慮する必要がある。

本発明方法はこの周知の乾式メッキ手段のブラスト処理
に、溶融接合に際しての下地処理として優れた適正を見
出したものである０通常丸棒等に使用される投射条件を
第１表に整理して示しておく。

第　　１　　表 なお、接合部材の周囲が腐食環境で、接合界面より鋼基
材の腐食が進行する慣れのある時は、鉄合金粒の投射に
より形成された鉄合金被膜にクロメート処理やリン酸塩
処理等の化成処理を施すのが良い。鉄合金粒の投射によ
る形成被膜は前述したように多孔質で、化成処理液の含
浸性が高く、鋼基材との接合界面に対して高い耐食性を
付与する。

○　メッキ層へのブラスト処理 メッキ層は溶融物に対するなじみ等を考え、亜鉛、アル
ミニウムまたは亜鉛−アルミニウム合金を選択する。メ
ッキは均一な薄膜を得る関係から、電気メッキ、溶融メ
ッキ等とし、メッキ厚は１０〜１５０μｍが好ましい。

ブラスト処理は鋼球による処理でも、鋼球以外の球を混
合使用するものでも、鋼球以外の球のみを使用するもの
でもよい、鋼球を使用するブラスト処理においてはメッ
キ層を局部的にしろ剥離させないことが必要である。プ
ラスト処理後の表面粗度は接合強度の面からＲｍａ　ｘ
　ｌ　Ｑ〜３０μｍに管理するのが好ましい、また、ブ
ラスト処理によるメッキ層の多孔質化を促進させるには
、鋼球を用いる場合は大径の球でブラスト処理した後、
小径の球でブラスト処理を行うのがよい、Ｆｅ−Ｚｎ合
金粒でブラスト処理した場合はメッキ層表面に多孔質の
Ｆｅ−Ｚｎ合金層が形成される。好ましいプラスト法を
挙げると次のとおりである。

＋１１　　直径１〜４龍の鋼球にてショツトブラストし
た後、直径０．１〜１．０　ｍの鋼球にて再度ショツト
ブラストする。

（２）直径１〜４鶴の鋼球にてショツトブラストした後
、直径０．１〜１．０　ａｓの鋼球と亜鉛味（直径０゜
０５〜２ｎ）を混合してショツトブラストする。

（３）　　直径１〜４蘭の鋼球にてショツトブラストし
た後、直径０．１〜１．０　ｍの鋼球にてショツトブラ
ストし、さらに、直径０．１〜２龍の曲鉛球にて仕上げ
プラストする。

＋４１Ｆｅ−Ｚｎ合金粒（直径０．２〜１．５　）にて
ショツトブラスト番行う。

なお、（１１（２１（３１の後、再度直径４１−程度の
亜鉛球にてショツトブラストしてもよい。

ブラスト処理後の化成処理も鋼基材との接合界面からの
腐食を抑えるとで有効である。ブラスト処理および化成
処理の好ましい組合せを第２表（１）〜（ＩＶ）に例示
する。

○　具体例 各種接合手段における下地処理および接合手順の例を以
下に述べる。

■　鋼／Ａｊ寞０３の拡散接合 普通鋼の接合対象面に対し、Ｆｅ−Ｚｎ、Ｐａ−Ａｌ又
はＦｉｌｌ−Ｚｎ−Ａ７合金粒を投射して、Ｆｅ−Ｚｎ
又はＦｅ−Ｚｎ−Ａ１合金層を４．ｃ＋ｍ厚程度形成し
、１００μｍ程度のＺｎ又はＡＩの箔をインサート金属
として該表面のトに重ねる。

次いでＡｌにて表面をメタライジング処理したセラミッ
クス（ＡｊｘＯｓ）を重ね、６７０℃に加熱する。これ
によりインサート金属が溶解し、鋼基材表面に形成され
た合金層に含浸し、Ｆｅ−Ｚｎ又はＦｅ−Ｚｎ−Ａｊｌ
とＡＩとよりなる中間層を有するＩＩ／セラミックス（
Ａｔ’＊Ｏ１）複合材料が製造される。

■　Ｎｉ基合金「ハステロイＡＩ／Ｓｉ、Ｎ４のろう付 ハステロイＡ（Ｆｅ−５８％Ｎｉ−２０％Ｍ。

−２％Ｍｎ）の接合対象面にＦｅ−Ｚｎ−Ａ１合金粒ま
たはＦｅ−Ｎｉ−Ａ１合金を投射して、Ｆｅ−Ｚｎ−Ａ
ｊ！合金層またはＦａ−Ｎｌ−Ａ１合金層を６ｔｔｍ厚
程度形成し、Ｃｕ−Ａ１．−ＴＩ系の活性金属ろうを用
いて８８０〜９１０℃の接合温度にて真空中で加熱接合
するとハステロイＡ／５ｉｓＮａ複合材料が製造される
。

■　炭素ＩＩｌ／　Ｓ　ｉ　ｓ　Ｎ　ａのろう付臭素鋼
の接合対象面に対し、Ｆｅ−Ｚｎ系合金粒を投射して、
ｆＸ　ｅ−７，ｎ系合金層を３μｍ〜１０ｐｍ厚形成す
る。一方、Ｓｉ、Ｎ、のセラミックス表面にＡ１等を含
む混合金属粉末を有機溶媒にて溶いてペースト状にした
ものを塗り、真空中で８７０℃程度にて加熱することに
よりメタライズ層を形成する。そして炭素鋼とセラミッ
クス（ＳｌｓＮ４）を銀ろうにて加熱接合する。

■　普通鋼／　Ｔ　ｉ　ＯＺの溶射 ９通鋼の接合対象面に対し、Ｆｅ−Ｚｎ系合金粒を投射
して、Ｆｅ−Ｚｎ系合金層を２〜６μｍ１１形成し、必
要に応じＣｒｔＯｉを主とするクロメート液にてクロメ
ート処理を施した後、プラズマ溶射にてＴｉｅ、を前記
Ｆｅ−Ｚｎ系合金層上に被覆する。ｔ８射中素材温度は
２００℃以下に管理する。

この場合、接合された複合製品の使用環境が高温で、Ｆ
ｅ−Ｚｎ系合金属の融点以上となるときは、接合の後、
２００〜９００℃の間で一定時ＩＬｆｆ加熱を行い、接
合界面で原子の拡散を促進して・合金化を図るのが良い
。

■　鋼／Ａ１．０１のＣＩＰによる接合ステンレス棒鋼
の周面にＦｅ−Ｚｎ−Ａｊ＋系合系合金段射して、Ｆｅ
−Ｚｎ−Ａｉｊ系合金層を３〜６μｍ厚程度形成する。

そして、ポリビニールアルコールやパラフィン婦等の結
合剤を配合したＡ１．Ｏ，粉末を前記ステンレス棒鋼の
膓１囲に充填し、ＣＩＰにて加圧形成する。この後、Ａ
ｌ。

０ツ一ステンレス棒鋼形成体を焼成する。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明方法により形成
される下地処理被膜は、ろう付、拡散接合、溶射等の溶
融接合をｉテう際の、溶融物との間のぬれ性が良好で、
溶融物が凝固した後は下地に凝固物がアンカー効果、フ
ァスナー効果で強固に接合し、ｍ基材に対して溶融接合
対象材を高強度に接合せしめるものである。

また、本発明方法により形成される下地処理被膜は溶融
接合を行う際のインサート金属となり、インサート金属
を用いない場合は勿論、インサート金属を用いる場合も
そのインサート金属と協同して、接合強度向上に寄与す
る。

したがって、本発明方法によれば、鋼に異種材料を溶融
接合した場合の鋼基材との接合界面に優れた接合強度が
付与される。

出　願　人　　住金鋼材工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼に異種材料を溶融接合する際に、鋼基材表面に
   下地処理として少なくとも外表面が亜鉛、アルミニウム
   又はそれ等の合金からなる粒体を投射することを特徴と
   する溶融接合における下地処理方法。
2. （２）鋼に異種材料を溶融接合する際に、鋼基材表面に
   下地処理として亜鉛、アルミニウムまたはそれ等の各合
   金を主成分とするメッキ層を形成し、かつこのメッキ層
   にブラスト処理を行うことを特徴とする溶融接合におけ
   る下地処理方法。