JPH0813431B2 - 金属部材の接合方法 - Google Patents

金属部材の接合方法

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JPH0813431B2
JPH0813431B2 JP60244991A JP24499185A JPH0813431B2 JP H0813431 B2 JPH0813431 B2 JP H0813431B2 JP 60244991 A JP60244991 A JP 60244991A JP 24499185 A JP24499185 A JP 24499185A JP H0813431 B2 JPH0813431 B2 JP H0813431B2
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清弘 亀井
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は金属部材同志を接合する方法に関する。
〔従来の技術〕
金属材料は、今日、各種産業用および家庭用の機械,
装置,器具類のほか、車両,船舶,航空機,建造物,構
築物などほとんどあらゆる分野で利用されている。この
ような金属材料の使用にあたつては、同種のあるいは異
種の金属同志を接合して用いることがごく一般的な使用
形態としてとられている。
金属材料の接合には、古くから溶接のほか数多くの手
法が採られており、そのひとつに金属ろう材を用いる方
法がある。
金属ろう材を用いる従来の方法は、金属ろう材を粉末
状としてこれと樹脂とを混練した粉末ペースト状とする
かあるいは箔とし、これらを金属部材間に介在させて上
記ろう材の融点以上の温度に加熱してその融着接合性を
利用して金属部材同志を接合させるものであり、上記ろ
う材として金属部材に応じた最適のものを選択使用する
ことにより、比較的大きな接合強度が得られることが知
られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに、上記の如き金属ろう材を用いる接合方法に
おいては、たとえば粉末ペーストの場合これを金属部材
間に均一厚みに塗工しにくいことから、接合層の厚みが
不均一となつたり、接合界面に空隙などが残りやすく、
また箔の場合Ni系などの可撓性の乏しいものでは、曲面
状の接合面に対してうまく追従させにくいという難点が
あつた。そして、これらのことが原因で上記いずれの場
合も、種々の金属部材に対して金属ろう材の接合性を充
分に発揮できなかつたり、また安定した接合強度を得に
くいという問題があつた。
したがつて、この発明は、上記の如き問題点の解消さ
れた、つまり金属部材同志の接合面が平坦状である場合
はもちろんのこと曲面状であるときでも、空隙の少ない
均一な接合を確実に達成でき、これにより大きな接合強
度を安定して得ることができる金属部材の接合方法を提
供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検
討した結果、前記従来のペースト状ないし箔状の金属ろ
う材の変わりに、特定の接合用合金粉末と有機高分子バ
インダとを圧延成形してなる合金粉末シートを使用し、
これを金属部材間に介在させて特定の温度で加熱するこ
とにより、前記問題点を悉く解消できるものであること
を知り、この発明を完成するに至つた。
すなわち、この発明は、接合するべきふたつの金属部
材間に、Ni基またはCo基自溶性合金粉末からなる接合用
合金粉末と有機高分子バインダとの混和物を圧延成形し
てなる合金粉末シートを介在させたのち、このシートを
非酸化性ガス雰囲気または真空雰囲気下900〜1200℃の
温度に加熱して、上記の有機高分子バインダを炭化させ
つつ金属焼結層を形成することを特徴とする金属部材の
接合方法に係るものである。
このように、この発明の方法は、金属部材間に設ける
接合層として、合金粉末シートを焼結処理してなる焼結
層を形成するようにしたものであり、この焼結層は上記
粉末シートの厚みに依存して一定の厚みに容易に設定で
きるから、従来のように接合層の厚みが不均一となつた
り、また接合界面に空隙が生じるなどの心配が回避され
る。しかも、上記の粉末シートは従来のろう材箔とは異
なつて有機高分子バインダーと一体に成形されたもので
あるため、接合用合金粉末の材質として可撓性に乏しい
ものを用いた場合でも、シート全体としては充分に可撓
性を備えたものとなり、それ故に曲面状の接合面に対し
ても容易に追従させることができる。
したがつて、この発明の方法によれば、金属部材同志
の接合面が平坦状であるときはもちろんのこと曲面状で
あるときでも、これら接合面に対して空隙の少ない均一
厚みの接合層を確実に形成でき、これにより従来に比し
はるかに大きな接合強度を安定して得ることができると
いう利点がもたらされる。
〔発明の構成・作用〕
この発明に用いる合金粉末シートは、接合用合金粉末
と有機高分子バインダとの混和物をシート状に圧延成形
してなるものであり、その厚みが通常0.1〜5mm程度のも
のが好ましく用いられる。
上記合金粉末としては、その焼結温度が比較的低く、
900〜1,200℃程度の温度で金属部材に対して良好な濡れ
性を示すNi基またはCo基自溶性合金粉末が用いられる。
上記のNi基自溶性合金粉末とは、金属元素としてNi,C
r,B,Si,Feを含むもので、各元素の含有量としては一般
にCrで0〜25重量%、Bで0.5〜5重量%、Siで0.5〜7
重量%、Feで0〜7重量%程度で、残部がNiである。ま
た、Co基自溶性合金粉末とは、金属元素としてCo,Ni,C
r,B,Si,Feを含むもので、各元素の含有量としては一般
にNiで0〜40重量%、Crで10〜30重量%、Bで0.5〜5
重量%、Siで0.5〜5重量%、Feで0〜7重量%程度
で、残部がCoである。
なお、これらの合金粉末の粉末粒度としては、これが
焼結後の気孔率に影響するため、一般に150メツシユ以
下であるのが好ましい。これより大きくなると密度の高
い接合層を形成しにくくなる。
上記合金粉末と混和する有機高分子バインダとして
は、合成樹脂系ないしゴム系材料があり、各種の合成樹
脂やアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、ブチル
ゴム、ブタジエンゴム、イソプレン−イソブチレン共重
合ゴム、クロロプレンゴム、天然ゴムなどのゴム質ポリ
マーをベースポリマーとした感圧接着性を有するものが
好ましく用いられる。
特に好ましきバインダは、(メタ)アクリル酸アルキ
ルエステルまたはこれと共重合可能なモノマーとからな
るアクリル系重合体またはこれにアルキルフエノール系
樹脂、ロジン系樹脂、石油系樹脂、クマロンインデン系
樹脂などの接着性付与樹脂を加えてなるアクリル系感圧
性接着剤組成物である。
上記の有機高分子バインダをアセトン、トルエン、メ
チルエチルケトンなどの適宜の有機溶剤で希釈し、これ
に前記の接合用合成粉末を、この合金粉末100重量部に
対して有機高分子バインダが1〜10重量部となるよう
に、加えて混練する。ここで有機高分子バインダが合金
粉末に対して少量すぎるとシート強度や可撓性に欠け、
また多くなりすぎると接合層の密度が低くなり、いずれ
も好ましくない。このような混練物を一般に離型紙を被
せた型枠上に流し込み、溶剤を蒸発させたのち、圧延ロ
ールに通すなどしてシート状に成形することにより、前
記合金粉末シートを得ることができる。
つぎに、この合金粉末シートを用いて金属部材同志を
接合するこの発明の方法につき、図面を参考にして説明
する。
第1図において、まず、合成粉末シート1を金属部材
2,2間に介在させる。このとき、シート1と金属部材2,2
との間に接着固定用材料3,3を設けるようにしてもよ
い。この接着固定用材料3,3は接合用合金粉末が接合に
寄与する温度域に達するまでの間の金属部材2,2の位置
ずれを防ぐためのものでり、この厚みが薄すぎると上記
効果を得にくく、逆に厚くしすぎると焼結に際してガス
発生量が多くなるため、一般に5〜50μm程度とするの
が好ましい。
このような接着固定用材料3,3の材料構成としては、
合金粉末シート1の作製に用いた有機高分子バインダと
同様のものが使用され、その他熱硬化性樹脂材料からな
るものであつてもよい。後者の材料としては、エポキシ
樹脂系、フエノール樹脂系、不飽和ポリエステル樹脂
系、ポリイミド樹脂系などの材料のほか、ポリイソシア
ネートとポリオールとを構成材料とするポリウレタン樹
脂系の材料であつてもよく、上記ポリイソシアネートお
よびポリオールにはそれぞれアクリル変性などの適宜の
変性処理が施されたものも含まれる。また、これら各種
の接着固定用材料3,3には、上述の樹脂ないしゴム成分
のほか、必要に応じて硬化剤,硬化促進剤,軟化剤,充
填剤,可塑剤などの各種の添加剤が含まれていてもよ
い。
上記接着固定用材料3,3を前記の如く設けるには、こ
の材料を予めテープ状物としこれを貼り付け施工する方
法が好ましいが、場合により相当する材料溶液を塗布乾
燥して設けるようにしてもよい。
このようにして金属部材2,2間に合金粉末シート1を
介在させたのち、加熱処理に供する。この処理の初期の
段階においては、前記の接着固定用材料3,3が熱分解重
縮合反応を起こして炭素前駆体に変換され、これがシー
ト1が焼結し始める温度範囲における上記シート1の金
属部材2,2への接着固定を助ける機能を発揮する。つい
で、合金粉末の焼結温度以上の温度まで昇温して所定時
間保持すると、前記炭素前駆体は最終的に完全に炭化
し、またシート1中の同様の物質も炭化消失する一方、
シート1中の合金粉末成分が金属部材2,2に一部拡散す
ることにより、第2図に示すように、金属部材2,2と強
固に接着接合した金属焼結層(接合層)10が形成され
る。
なお、加熱処理の方法は、トーチ、高周波誘導加熱、
電気抵抗などの加熱手段を採用して行うことができる。
また、加熱処理時の雰囲気は金属部材,合金粉末シート
の材質などによつても異なるが、一般には非酸化性ガス
雰囲気かあるいは真空雰囲気とするのがよい。
このようにして形成される金属焼結層10は、合金粉末
シート1の厚みに応じた均一な厚みを有するものであ
り、かつこの焼結層10は金属部材2,2に対する前記拡散
作用で強固に密着しているため、上記部材2,2間の界面
に空隙が生じることは全くない。したがつて、上記部材
2,2は上記焼結層10によつて非常に強固に接合されるこ
とになる。
なお、上記第1図,第2図では金属部材2,2が平坦状
の接合面を有する場合を示しているが、上記接合面が曲
面状である場合でも合金粉末シート1が可撓性を有して
いることにより上記第1図と同様の介在を容易に行うこ
とができ、したがつてこの場合でも上述と同様の良好な
接合を行えるものである。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明においては、特定の合金粉末
シートを用いてこれを金属部材間に介在させ、このシー
トを特定の雰囲気下でかつ特定の温度で加熱して、この
シート中の有機高分子バインダを炭化させつつ金属焼結
層を形成するという方法を採用したことにより、金属部
材同志の接合面が平坦状であるときはもちろん曲面状で
あるときでも、この接合面に対して空隙のない均一厚み
の焼結接合層を容易にかつ確実に形成でき、これにより
大きくてかつ安定した接合強度を得ることが可能とな
る。
〔実施例〕
以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説
明する。なお、以下において部とあるいは重量部を意味
するものとする。
実施剤1 Ni自溶性合金粉末(MSFNi5)100部と(メタ)アクリ
ル酸アルキルエステル系樹脂3部とを、溶剤としてアセ
トンを用いて湿式混練したのち、ロール圧延して、厚み
0.5mmの合金粉末シートを得、これを半径5mmの円形に切
り出した。
つぎに、この合金粉末シートの両面に接着固定用材料
を貼り付けた。接着固定用材料は、(メタ)アクリル酸
アルキルエステル系樹脂を、溶剤としてアセトンを用い
て離型紙上に乾燥厚みが20μmとなるように塗布乾燥
し、剥離後半径5mmとなるように切断したものを使用し
た。
このようにして接着固定用材料を貼り付けた合金粉末
シートを接合面が半径5mmである鋼製部材間に固定し、
その後真空下で毎分15℃の速度で1,060℃まで昇温加熱
し、この温度で20分保持後徐冷を行い接合を完了した。
この接合処理後、接合界面にはほとんど空隙は存在せ
ず、接合強度は、35kg/mm2であつた。
実施例2 Co自溶性合金粉末(MSFCo1)100部と(メタ)アクリ
ル酸アルキルエステル系樹脂5部とを、溶剤としてアセ
トンを用いて湿式混練したのち、ロール圧延して、厚み
1mmの合金粉末シート得た。
つぎに、この合金粉末シートの両面に接着固定用材料
を貼り付けた。接着固定用材料は、(メタ)アクリル酸
アルキルエステル系樹脂を、溶剤としてアセトンを用い
て離型紙上に乾燥厚みが10μmとなるように塗布乾燥し
たものを使用した。
このようにして接着固定用材料を貼り付けた合金粉末
シートを、接合面が曲率半径50mmの凸状である鋼製部材
と上記接合面に対応した凹状の接合面を有する鋼製部材
との間の上記両接合面間に屈曲して固定し、その後真空
下で毎分10℃の速度で1,080℃まで昇温加熱し、この温
度で30分保持後徐冷を行い接合を完了した。
この接合処理後、接合界面にはほとんど空隙は存在せ
ず、接合強度は、45kg/mm2であつた。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の接合方法を示す断面図、第2図はこ
の発明の方法により金属部材同志を接合した状態を示す
断面図である。 1……合金粉末シート、2,2……金属部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀井 清弘 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日東 電気工業株式会社内 (72)発明者 小林 由樹 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日東 電気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−4396(JP,A) 特公 昭44−32663(JP,B1) 特公 昭56−6837(JP,B2)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】接合するべきふたつの金属部材間に、Ni基
    またはCo基自溶性合金粉末からなる接合用合金粉末と有
    機高分子バインダとの混和物を圧延成形してなる合金粉
    末シートを介在させたのち、このシートを非酸化性ガス
    雰囲気または真空雰囲気下900〜1,200℃の温度に加熱し
    て、上記の有機高分子バインダを炭化させつつ金属焼結
    層を形成することを特徴とする金属部材の接合方法。
  2. 【請求項2】合金粉末シートを構成する有機高分子バイ
    ンダが合成樹脂ないしゴム系材料である特許請求の範囲
    第(1)項に記載の金属部材の接合方法。
  3. 【請求項3】合金粉末シートを構成する有機高分子バイ
    ンダの量が接合用合金粉末100重量部に対して1〜10重
    量部である特許請求の範囲第(1)項または第(2)項
    に記載の金属部材の接合方法。
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