JPH02267174A - 低圧プラズマ溶射を用いた接合方法 - 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］ 本発明は金属又はセラミック材料の接合方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

同種又は異種材料を熱間静水圧加工（ＩＩＩＰ）処理に
より健全に拡散接合させるためには、メタルカプセルに
封入する、ガラスカプセルに封入する、又は周囲をろう
付、主に真空ろう付するかのいずれかの前処理が行われ
ている。メタルカプセル法及びガラスカプセル法は主に
出発原料が粉末、圧粉体、焼結体、及び圧延、鋳造、鍛
造などによる溶製品の場合に利用され、ろう司法は焼結
体及び溶製品の場合に利用されている。

一方、プラズマ溶射後ＨＩ　Ｐ処理した例としては、ス
ラスタ母材の表面にＮｂ、　Ｍｏ、　Ｚｒ０４、Ｙ２Ｏ
３等を常圧プラズマ溶射後カプセルなしでＩ−Ｉ　Ｉ　
Ｐ処理する方法（特開昭６０−１１０８６２号公報）、
金属又はセラミック基材に減圧下でプラズマ溶射後方ラ
スカプセル法、プラズマフレーム法で溶射層表面をシー
ルしその後ＨＩＰ処理する方法（特開昭６１−１５９５
６６号公報）、金属又はセラミック基材に低圧下でプラ
ズマ溶射後真空焼結し、その後Ｉ−Ｉ　Ｉ　Ｐ処理する
方法（特開昭６１−２８８０６０号公報）などが知られ
ている。そのほか、鋼管圧延機用芯金である３４５Ｃ上
にモリブデンを常圧下で溶射してからメタルカプセルし
てＨＩＰ処理する方法も開示されている（特開昭６１−
２８６０７７号公報）。

〔発明が解決しようとする課題］ メタルカプセル法は主に金属系材料のＨＩ　Ｐ前処理方
法として最も一般的な方法であるが、形状が複雑になっ
てくると、カプセル製作費が高価となっていた。さらに
出発原料が粉末の場合には、ＨＩＰ中の収縮率が大きい
ためカプセルの角、辺部と面部との剛性の差によって寸
法精度が悪く、適用できる複雑形状そのものも制限され
るという問題点があった。

また、ガラスカプセル法は主にセラミック系材料の前処
理法であるが、ガラスの粘性が低すぎると、ガラスが粉
末あるいは圧粉体内に侵入し、方、高すぎると角、辺部
との面部との差によって寸法精度に問題があった。ガラ
スの熱膨張率が原料のそれより小さい場合には、カプセ
ルがｙ湯中軟化するまでに割れてしまうという問題点も
あった。そのため使用できる材料範囲が限定され、メタ
ルカプセル同様に複雑形状品には不向きであった。

ろう打法の場合には真空中で接合部周囲のろう材を熔融
させてからＨＩＰ処理する。そこで接合部が側面あるい
は下面の場合にはろうが垂れるためろう付が容易でない
という問題点があった。また、溶融したろうが毛細管現
象によって接合面の間に進入して接合界面の特性を損な
うこともあった。さらに、ＨＩＰ処理をろう材の溶融温
度と接合に必要な最低温度の間の温度で行う必要がある
ため、本性で接合可能な組合せがかなり限定されてしま
うという問題もあった。

前記公開公報記載のプラズマ溶射後ＨＩ　Ｐ処理する方
法はいずれも接着強度の大きい被覆層の形成を意図して
おり、本発明のようにＨＩ　Ｐにおりるメタルカプセル
等の省略を示唆してはいない。

しかも、特開昭６０−１１０８６２号公報及び特開昭６
１２８６０７７号公報に記載された方法のプラズマ溶射
はいずれも低圧法ではなく、被溶射体も溶融成形品であ
って焼結体等ではない。また、特開昭６１−１５９５６
６号公報に開示された方法もＨＩＰ処理はカプセル化後
に行っている。本発明は表層の被膜層（低圧プラズマ溶
射層）の下部層にＩ−Ｉ　Ｉ　Ｐ処理効果を与えること
を目的とするため、特開昭６１−２８８０６０号公開に
開示された方法のように、ＨＩ　Ｐ処理前に真空焼結す
る必要はない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれらの課題を解決して容易かつ金属又はセラ
ミック材料を拡散接合法により健全に接合しうる方法を
提供するものであり、金属又はセラミック材料の接合部
の周囲に金属又はセラミ・ツクを低圧プラズマ溶射して
被膜を形成してから、熱間静水圧加工処理し、その後該
被膜を除去することを特徴としている。

金属材料は、純鉄、ＳＵＳ、高速度工具鋼、ニッケル（
合金）、コバルト（合金）、低合金鋼、工具鋼、アルミ
（冶金）、チタン（合金）、モリブデン（合金）等であ
り、セラミック材料はＡｌ２Ｏ３、ジルコニア、ＳｉＣ
，５ｉＪ４、サイアロン等である。これらの材料は圧粉
体、焼結体、あるいは圧延、鋳造、鍛造などによる溶製
品のいずれの成形体であってもよい。また、接合する両
材料は同種のもののほか、拡散接合法で接合できれば異
種材料であってもよい。従って、金属−セラミ・ツク間
の接合も対象となる。接合部は拡散接合法によって接合
できるよう両材料間にほとんど隙間がないように予め仕
上げておくことはいうまでもない。

低圧プラズマ溶射はＨＩＰ処理の際に接合部をシールし
うるよう接合部の周囲全体に行う。被膜の幅は接合部を
シールしうる程度であればよく、これは接合材料、溶射
材料の種類等にもよるが、通常３〜１０ｍｍ程度あれば
よい。接合材料の一方又は両方が圧粉体、焼結体あるい
は溶射被膜等の有気孔体の場合には必要によりその表面
も低圧プラズマ溶射してシールしておくことにより、メ
タルカプセル、ガラスカプセル等を使用せずにこれらを
緻密化することができる。溶射する材質は閉気孔化可能
な材質であればよく。例えば純鉄、低合金鋼、ＳＵＳ、
二［具鋼、高速度工具鋼、アルミ（合金）、銅（合金）
、コバルト（合金）、二・ンケル（合金）、アルミ（合
金）等の金属、あるいは八１゜０３、フェライ１〜、ジ
ルコニア等のセラミ・ツクのなかから選択できる。しか
しながら、被接合材料、異種の場合にはその一方、と同
材料であることが好ましく、それによって、被膜が異質
であることによる悪影響、例えば被接合材料との反応に
よる影害かない。プラズマ溶射は低圧、通常１００Ｔｏ
ｒｒ以下、で行う。好ましい圧力は３ＱＴｏｒｒ以下で
ある。圧力の下鬼は特に制限されないが技術的見地から
通常４０Ｔｏｒｒ程度である。被膜厚は５０〜５００μ
ｍ程度、好ましくは１００〜３００μｍ程度である。

熱間静水圧加工ＨＩ　Ｐ処理は処理する材質に応じて異
なるが、その材質に応じて公知の処理条件にて行えばよ
い。一般のＨＩＰ処理においては被処理物をメタルカプ
セル、ガラスカプセル等に封入して処理されるが本発明
の方法においてはカプセル化は不要である。

ＨＩ　Ｐ処理後は被膜を除去する。除去方法は研削など
の物理的方法によって行ってもよく、被膜の材質によっ
ては例えば純鉄の場合、塩酸、硫酸等の酸処理等の化学
的方法によって行ってもよい。

゛化学的手段によって行う場合には被接合材料の被膜の
形成されていない部位に耐薬品性プラスチックを塗布す
るなどして予め保護被膜を形成しておくこともできる。

この被膜の除去は接合品の用途等に応じて異種材質の除
去、寸法精度間上等の目的で行われる。従って、被膜は
全てを除去する必要はない場合もある。

本発明の方法が適用される接合材料の種類は特に制限さ
れないが、例えば複合し１−ル、複合タービンホイール
、複合電極、複合ジヨイント、複合チューブ等が好適で
ある。

［作用〕 本発明の方法は接合部位に低圧プラズマ溶射法で被膜を
形成してシールしており、低圧溶射雰囲気におくことに
よって接合部の間隙等を脱気するとともに溶射される溶
融粒子の速度を高め被膜を緻密化している。プラズマを
利用しているため溶射される粒子の温度は高く十分に溶
融していることもこの緻密化に寄与している。

本発明の方法を図解して更に説明する。

第１図は本発明の方法を円柱体の接合に適用した例を示
すものである。図面に示すように、円柱体１の接合部の
全周囲にまず溶射Ｉ・−チ３で低圧プラズマ溶射し、接
合部２をシールする被膜４を形成させる。次に、これを
ＨＩ　Ｐ処理装置５に入れてＴ−Ｔ　Ｉ　Ｐ処理を行う
と、被膜４は、低圧プラズマ溶射により閉気孔化されて
いるため、ＨＩ　Ｐ処理媒体ガス６の接合部への進入を
阻止する。したがって、この緻密化された被膜４はメタ
ルカプセル、ガラスカプセル等と同様の作用をする。そ
こで、ＨＩ　Ｐ処理によって欠陥のない接合体７を得る
ことができる。

〔実施例］ 鍛造品ＳＣＭと焼結晶ステライト＃６の曲がりのない板
を上下に合わせて置き、その周囲をステライトガ６ガス
アトマイズ粉末（粒径１００μｍ以下）により８０Ｔｏ
ｒｒで低圧プラズマ溶射して５００μｍの被膜を形成さ
せることにより２つの板間を完全に封止した。これを１
１５０°Ｃ１１５００気圧、３時間保持の条件でＨＩ　
Ｐ処理した。得られた接合面には欠陥は観察されず、引
張試験片を切り出し、接合強度を測定したところ９４．
４ｋｇ／ｍｍ”で、破断はステライト＃６部で生じ、健
全な接合面が得られた。

〔発明の効果〕

本発明の方法において接合部に形成される被膜は、接合
部が溶射できる形状のものであれば、メタルカプセル、
ガラスカプセルの代わりとすることができるため、複雑
形状に対する適用可能範囲が、メタルカプセル、ガラス
カプセルよりはるかに広い。低圧プラズマ溶射で閉気孔
化が可能な材質のＨＩＰ処理の場合は、処理品と同組成
の被膜が可能なため、メタルカプセル、ガラスカプセル
で必要な脱カプセル工程が必要なく、低価格化が可能で
ある。ろう付性と異なり、ろう相溶接法による接合面へ
の影口の心配がない。ろう付、溶接法と異なり適用可能
な接合材料の組み合わせははるかに広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は円柱体の接合に本発明の方法を適用した例を模
式的に示した図である。 特許出願人　　日本銅管株式会社 代　理　人　　弁理士　田中　政情

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属又はセラミック材料を拡散接合法により接合する方
   法において、該接合部の周囲に金属又はセラミックを低
   圧プラズマ溶射して被膜を形成してから、熱間静水圧加
   工処理し、その後該被膜を除去することを特徴とする金
   属又はセラミック材料の接合方法