JPH09314357A - Insert member for titanium alloy joining and joining method of titanium alloy - Google Patents
Insert member for titanium alloy joining and joining method of titanium alloyInfo
- Publication number
- JPH09314357A JPH09314357A JP12870096A JP12870096A JPH09314357A JP H09314357 A JPH09314357 A JP H09314357A JP 12870096 A JP12870096 A JP 12870096A JP 12870096 A JP12870096 A JP 12870096A JP H09314357 A JPH09314357 A JP H09314357A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- joining
- titanium alloy
- titanium
- pair
- joined
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、チタン合金から成
る部材を相互に接合する接合方法、およびチタン合金を
接合するに際して接合界面に介挿させられる介挿部材に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a joining method for joining members made of titanium alloy to each other, and an interposing member which is inserted at a joining interface when joining titanium alloys.
【0002】[0002]
【従来の技術】チタン合金は、高い耐蝕性と高い機械的
強度とを備えているため、腐食雰囲気且つ高い応力が発
生し得る環境下で用いられる部品や装置等を構成する材
料として鋼材等に代えて用いられている。2. Description of the Related Art Titanium alloys have high corrosion resistance and high mechanical strength. Therefore, titanium alloys are used as materials for components and devices used in a corrosive atmosphere and in an environment where high stress can occur. It is used instead.
【0003】ところで、一体形成が困難な複雑な形状の
部品を作製する場合や、工業的に一体成形が困難な長い
円筒状或いは円柱状部品等を作製する場合等には、一般
に、各別に作製した部材を相互に接合して所定形状の部
品や所定長さの円筒状或いは円柱状部品を構成すること
が行われている。このような接合作業は、例えば鋼材に
おいては一般的なアーク溶接等によって為されることが
多いが、チタン合金は大気中で高温に加熱されると
O2 ,N2 ,H2 等と反応するという問題がある。その
ため、チタン合金を接合するに際しては、加熱によって
高温になる部分を大気から遮断した状態で溶接するTI
G溶接(Tungsten Inert Gas welding)やMIG溶接
(Metal Inert Gas welding )等が一般的に行われてい
た。しかしながら、これらの溶接方法では、作業時間が
長くなると共に、溶接部の高い機械的強度を安定して得
ることが困難であった。By the way, in the case of producing a component having a complicated shape that is difficult to integrally form, or in the case of producing a long cylindrical or cylindrical component which is industrially difficult to integrally form, etc., it is generally produced separately. It has been practiced to join the formed members to each other to form a component having a predetermined shape or a cylindrical or cylindrical component having a predetermined length. Such joining work is often performed by, for example, general arc welding for steel materials, but the titanium alloy reacts with O 2 , N 2 , H 2, etc. when heated to a high temperature in the atmosphere. There is a problem. Therefore, when joining titanium alloys, the TI is welded in a state in which the portion that is heated to a high temperature is shielded from the atmosphere.
G welding (Tungsten Inert Gas welding), MIG welding (Metal Inert Gas welding), etc. were generally performed. However, with these welding methods, it has been difficult to stably obtain a high mechanical strength of the welded portion as the working time becomes long.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者等は
先に、チタン合金から成る一対の被接合材の接合界面に
チタン(以下、本願において単に『チタン』というとき
は例えば純度99[mass%]以上の純チタンをいうものとす
る)から成るシート状の介挿部材を介在させ、或いはそ
の接合界面の少なくとも一方にチタンから成る接合層を
形成し、チタン合金と反応し得る前記各元素が存在しな
い非酸化性雰囲気下で接合界面が相互に押圧されるよう
に所定圧力で加圧すると共に、被接合部材のα→β相変
態温度よりも低い所定温度(例えば数十乃至百 (℃) 程
度低い所定温度)に加熱することにより、固相拡散反応
によって接合する接合方法を提案した。例えば、特願平
7−222333号(未公開)等に記載されているチタ
ン合金の接合方法がそれである。Therefore, the present inventors have previously proposed that titanium (hereinafter, simply referred to as “titanium” in the present application, for example, has a purity of 99 [mass] at the bonding interface of a pair of materials to be bonded made of a titanium alloy. %] Or more of pure titanium), or each of the above elements capable of reacting with a titanium alloy by interposing a sheet-like interposing member or forming a joining layer made of titanium on at least one of the joining interfaces. In a non-oxidizing atmosphere in which there is no pressure, pressure is applied at a specified pressure so that the bonding interfaces are pressed against each other, and at a specified temperature lower than the α → β phase transformation temperature of the members to be bonded (for example, tens to hundreds of degrees Celsius). We proposed a joining method of joining by solid-phase diffusion reaction by heating to a predetermined temperature (somewhat low). For example, the titanium alloy joining method described in Japanese Patent Application No. 7-222333 (unpublished) is used.
【0005】また、本発明者等は、チタン合金から成る
一対の被接合材の接合界面の少なくとも一方に、その被
接合部材よりも融点が低いチタン合金から成る接合層を
形成し、上記のように非酸化性雰囲気下で加圧しつつ、
被接合部材のα→β相変態温度よりも低く且つ接合層の
融点よりも高い温度に加熱することにより、液相拡散反
応によって接合する接合方法を提案した。例えば、特願
平7−44828号(未公開)に記載されているチタン
材またはチタン合金の接合方法がそれである。Further, the present inventors have formed a joining layer made of a titanium alloy having a melting point lower than that of the members to be joined on at least one of the joining interfaces of a pair of members to be joined made of a titanium alloy. While applying pressure in a non-oxidizing atmosphere,
We proposed a joining method of joining by a liquid phase diffusion reaction by heating to a temperature lower than the α → β phase transformation temperature of the members to be joined and higher than the melting point of the joining layer. For example, a joining method of a titanium material or a titanium alloy described in Japanese Patent Application No. 7-44828 (unpublished) is that.
【0006】これらの技術によれば、TIG溶接等によ
る場合よりも短時間で接合作業を行うことが可能になる
と共に、介挿部材,接合層や被接合材を構成するチタン
合金やチタンが相互拡散させられることにより一対の被
接合材間に連続的に形成される拡散層によって、それら
一対の被接合材が相互に接合されることから、接合部の
組織が均一になって被接合材本来の値と同様な高い機械
的強度が安定して得られるのである。According to these techniques, it becomes possible to perform the joining work in a shorter time than in the case of TIG welding or the like, and at the same time, the titanium alloy or titanium constituting the interposing member, the joining layer or the material to be joined is mutually bonded. Since the pair of materials to be bonded are bonded to each other by the diffusion layer that is continuously formed between the pair of materials to be bonded by being diffused, the structure of the bonding part becomes uniform and A high mechanical strength similar to the value of is stably obtained.
【0007】しかしながら、本発明者らが更に研究を進
めたところ、上記のような拡散反応を利用した接合方法
においても、以下のような不具合があることが明らかと
なった。すなわち、先ず、固相拡散反応による接合方法
においては、十分に高い機械的強度を必ずしも安定して
得ることができないという問題があった。一般に、チタ
ン合金から成る被接合材の接合界面やチタンから成る介
挿部材或いは接合層の表面には、素材作製時に生じた細
かな凹凸が存在する。この場合において、介挿部材や接
合層を構成するチタンはチタン合金よりも展性が高いこ
とから、加圧および加熱されることによって被接合材の
接合界面に対応して表面形状が変形させられるが、細か
な凹凸がある場合にも完全にその接合界面に倣わされる
程の展性は有していない。したがって、その変形後にお
いても接合界面に僅かな空隙(内部欠陥)が残存するこ
ととなって、機械的強度の低下を招くのである。However, as a result of further research conducted by the present inventors, it became clear that the joining method utilizing the diffusion reaction as described above has the following problems. That is, first, in the joining method by the solid phase diffusion reaction, there is a problem that sufficiently high mechanical strength cannot always be obtained stably. Generally, on the bonding interface of a material to be bonded made of a titanium alloy and on the surface of an interposing member or a bonding layer made of titanium, there are fine irregularities generated at the time of manufacturing the material. In this case, since titanium forming the interposing member and the joining layer has a higher malleability than the titanium alloy, the surface shape is deformed in response to the joining interface of the joined materials by being pressed and heated. However, even if there are fine irregularities, it does not have the malleability enough to imitate the joint interface. Therefore, even after the deformation, a small amount of voids (internal defects) remain at the bonding interface, leading to a decrease in mechanical strength.
【0008】また、液相拡散反応による接合方法におい
ては、被接合材の接合界面に低融点のチタン合金から成
る接合層を形成する必要があることから、その適用範囲
が限定されるという問題がある。一般に接合部の機械的
強度を十分に高くするためには、そのチタン合金から成
る接合層が可及的に薄くされることが望まれる。そのた
め、固相拡散反応による場合のように接合層に代えて同
様な組成のシート状の介挿部材を作製して用いることが
困難であり、被接合材の接合界面に形成することが必須
となる。十分に薄く且つ均一な組成の接合層を形成する
ためには、蒸着法やイオンプレーティング法等によるこ
とが望ましいが、そのため、それらの膜形成装置が使用
可能な被接合材に適用範囲が限定されるのである。Further, in the joining method by the liquid phase diffusion reaction, since it is necessary to form a joining layer made of a titanium alloy having a low melting point at the joining interface of the materials to be joined, there is a problem that the applicable range is limited. is there. Generally, in order to sufficiently increase the mechanical strength of the joint, it is desired that the joint layer made of the titanium alloy be made as thin as possible. Therefore, it is difficult to produce and use a sheet-like interposing member having a similar composition in place of the bonding layer as in the case of solid phase diffusion reaction, and it is essential to form it at the bonding interface of the materials to be bonded. Become. In order to form a sufficiently thin and uniform bonding layer, it is desirable to use a vapor deposition method, an ion plating method, or the like. Therefore, the applicable range is limited to the materials to be bonded that can be used with those film forming apparatuses. Is done.
【0009】すなわち、何れの方法においても、接合部
の高い機械的強度が安定して得られ且つ汎用性の高い接
合方法ではないという問題があった。本発明は、以上の
事情を背景として為されたものであって、その目的とす
るところは、汎用性が高く且つ高い信頼性でチタン合金
を接合するための介挿部材およびチタン合金の接合方法
を提供することにある。That is, in any of the methods, there is a problem that the high mechanical strength of the joint portion is stably obtained and the joint method is not versatile. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to insert an interposing member for joining titanium alloys with high versatility and high reliability and a joining method for titanium alloys. To provide.
【0010】[0010]
【課題を解決するための第1の手段】斯かる目的を達成
するための第1発明のチタン合金接合用介挿部材の要旨
とするところは、チタン合金から成る一対の被接合材を
互いに押圧すると共に加熱することにより固相拡散反応
に基づいて相互に接合するに際して、それら一対の被接
合材の接合界面に介在させられるチタン合金接合用介挿
部材であって、(a) 厚さが200(μm)以下のチタンから成
り、前記接合界面に対向させられる一対の対向面を有す
る基材と、(b) チタンよりも高い展性と同等以上の耐蝕
性を有して厚さが0.1(μm)以上の金属薄膜から成り、そ
の基材のそれら一対の対向面にそれぞれ設けられた被覆
層とから成ることにある。[Means for Solving the Problem] The gist of a titanium alloy joining insertion member of the first invention for achieving the above object is to press a pair of joined materials made of titanium alloy against each other. In addition, the titanium alloy joining member that is interposed at the joining interface of the pair of materials to be joined when they are joined to each other based on the solid phase diffusion reaction by heating and (a) having a thickness of 200 (b) a substrate having a pair of facing surfaces facing each other at the bonding interface, and (b) having a malleability higher than that of titanium and a corrosion resistance equal to or higher than that of 0.1 (μm) and having a thickness of 0.1 ( μm) or more of the metal thin film, and a coating layer provided on each of the pair of opposing surfaces of the base material.
【0011】[0011]
【第1発明の効果】このようにすれば、厚さが200(μm)
以下で被接合材の接合界面に対向させられる一対の対向
面を有するチタンから成る基材と、その基材のそれら一
対の対向面にそれぞれ設けられ、チタンよりも高い展性
と同等以上の耐蝕性を有して厚さが0.1(μm)以上の金属
薄膜から成る被覆層とからチタン合金接合用介挿部材が
構成される。そのため、この介挿部材を用いて被接合材
を接合するに際して、一対の被接合材を相互に押圧する
と、被接合材と基材との間に介在させられた被覆層が、
その高い展性によって被接合材の接合界面の表面形状に
倣って変形させられる。したがって、固相拡散反応に基
づいて接合される場合に、接合界面の凹凸に起因して内
部欠陥が発生することが抑制されて、高い機械的強度を
得ることができる。しかも、被接合材側には、介挿部材
に相当する金属層等を何等設けることを要しない。した
がって、高い汎用性と高い信頼性でチタン合金を接合で
きる介挿部材が得られるのである。[Effect of the first invention] With this configuration, the thickness is 200 (μm).
Below, a base material made of titanium having a pair of facing surfaces that are opposed to the bonding interface of the materials to be bonded, and a pair of facing surfaces of the base material, each of which has a malleability higher than that of titanium and corrosion resistance equal to or higher than titanium. And a coating layer made of a metal thin film having a thickness of 0.1 (μm) or more, and a titanium alloy joining member is formed. Therefore, when joining the materials to be joined using this interposing member, when a pair of materials to be joined are pressed against each other, the coating layer interposed between the material to be joined and the base material is
Due to its high malleability, it is deformed following the surface shape of the bonding interface of the materials to be bonded. Therefore, in the case of joining based on the solid phase diffusion reaction, generation of internal defects due to the unevenness of the joining interface is suppressed, and high mechanical strength can be obtained. Moreover, it is not necessary to provide any metal layer or the like corresponding to the interposing member on the material to be joined side. Therefore, it is possible to obtain an interposing member that can join titanium alloys with high versatility and high reliability.
【0012】なお、チタンから成る基材の厚さが200(μ
m)を越えると、拡散接合の後にもチタンから成る層が残
存して接合後の機械的強度が低くなるため、基材の厚さ
は200(μm)以下であることが必要である。また、接合界
面の凹凸に起因する内部欠陥の発生を確実に抑制するた
めには、被覆層の厚さが0.1(μm)以上であることが必要
であるが、その被覆層が拡散接合の後に残存して機械的
強度の低下を招くことを抑制するためには、50 (μm)以
下とされることが好ましく、特に、1 〜10 (μm)程度、
更には1 〜5(μm)程度の厚さとされることが一層好まし
い。なお、基材をチタンから構成するのは、接合後の耐
蝕性や機械的強度を可及的に高めるためであり、また、
被覆層にチタンと同等以上の耐蝕性が必要とされるのも
同様な理由による。The thickness of the base material made of titanium is 200 (μ
When it exceeds m), the layer made of titanium remains after the diffusion bonding and the mechanical strength after the bonding becomes low. Therefore, the thickness of the base material needs to be 200 (μm) or less. Further, in order to reliably suppress the occurrence of internal defects due to the unevenness of the bonding interface, the thickness of the coating layer is required to be 0.1 (μm) or more, the coating layer after diffusion bonding In order to suppress the residual and causing a decrease in mechanical strength, it is preferably 50 (μm) or less, particularly about 1 to 10 (μm),
Furthermore, it is more preferable that the thickness is about 1 to 5 (μm). The base material is made of titanium in order to increase the corrosion resistance and mechanical strength after joining as much as possible.
For the same reason, the coating layer is required to have corrosion resistance equal to or higher than that of titanium.
【0013】[0013]
【第1発明の他の態様】ここで、好適には、前記金属薄
膜は、前記チタン合金のα→β相変態温度よりも高い融
点を有するものである。このようにすれば、拡散反応に
基づいてチタン合金を接合する場合には、そのチタン合
金のα→β相変態温度よりも低い温度で加熱されること
から、その接合時に金属薄膜から成る被覆層が融解しな
い。したがって、接合面に加えられる圧力が不均一にな
る等によって溶融した被覆層の厚さが局部的に不均一に
なって、接合強度を低下させることがない。[Other Embodiments of the First Aspect of the Invention] Preferably, the metal thin film has a melting point higher than the α → β phase transformation temperature of the titanium alloy. By doing so, when joining the titanium alloy based on the diffusion reaction, since it is heated at a temperature lower than the α → β phase transformation temperature of the titanium alloy, the coating layer composed of the metal thin film at the time of the joining. Does not melt. Therefore, the thickness of the melted coating layer is locally non-uniform due to non-uniform pressure applied to the bonding surface, and the bonding strength is not reduced.
【0014】また、好適には、前記金属薄膜は、金(A
u)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)のうちの少なくと
も1つから構成されるものである。このようにすれば、
これらの金属はチタンと同等以上の耐蝕性や融点を有す
ると共に、極めて高い展性を有して鍛接が容易な金属で
あることから、接合界面においてチタン合金に強固に接
合させられて、接合後に一層高い機械的強度が得られ
る。Preferably, the metal thin film is gold (A
u), platinum (Pt), and palladium (Pd). If you do this,
Since these metals have corrosion resistance and melting point equal to or higher than titanium, and have extremely high malleability and easy forging, they are firmly bonded to the titanium alloy at the bonding interface, and after bonding, Higher mechanical strength can be obtained.
【0015】また、好適には、前記一対の被接合材の接
合界面および前記対向面の表面粗さは、最大高さRmax
で10 (μm)以下である。このようにすれば、接合界面お
よびそれに対向させられる対向面が何れも十分に平滑に
されていることから、接合界面に内部欠陥が発生するこ
とが一層抑制されて、接合後に一層高い機械的強度が得
られる。Further, preferably, the surface roughness of the bonding interface of the pair of materials to be bonded and the facing surface is the maximum height R max.
And is less than 10 (μm). In this way, since both the bonding interface and the facing surface that faces the bonding interface are sufficiently smooth, the occurrence of internal defects at the bonding interface is further suppressed, and higher mechanical strength after bonding is achieved. Is obtained.
【0016】[0016]
【課題を解決するための第2の手段】また、前記目的を
達成するための第2発明のチタン合金の接合方法の要旨
とするところは、前記第1発明のいずれかのチタン合金
接合用介挿部材を用いてチタン合金から成る一対の被接
合材を相互に接合する接合方法であって、(c) 前記一対
の被接合材の接合界面に前記チタン合金接合用介挿部材
を介在させて、それら一対の接合界面を所定圧力で相互
に押圧すると共に所定温度に加熱することにより、それ
ら一対の被接合材を固相拡散反応によって接合すること
にある。A second aspect of the present invention for attaining the above-mentioned object is to provide a method for joining titanium alloys according to the first aspect of the present invention. A joining method for joining a pair of materials to be joined made of a titanium alloy to each other by using an insertion member, wherein (c) the titanium alloy joining interposing member is interposed at a joining interface of the pair of materials to be joined. By pressing the pair of bonding interfaces against each other with a predetermined pressure and heating them to a predetermined temperature, the pair of materials to be bonded is bonded by a solid phase diffusion reaction.
【0017】[0017]
【第2発明の効果】このようにすれば、一対の被接合材
の接合界面にチタン合金接合用介挿部材を介在させて、
接合界面を相互に押圧すると共に加熱することにより、
それら一対の被接合材が固相拡散反応によって接合され
る。そのため、一対の被接合材を接合するに際してそれ
らの接合界面に従来のような接合層を形成する処理を必
要としない。また、接合するために押圧および加熱した
際に、介挿部材に設けられた被覆層が接合界面の表面形
状に倣って変形させられることによってその接合界面の
凹凸が埋められた状態で、固相拡散反応が進んで一対の
被接合材が接合させられることから、接合界面の凹凸に
起因する内部欠陥が生じない。したがって、汎用性が高
く且つ高い信頼性でチタン合金を接合することが可能と
なる。[Effects of the Second Invention] With this configuration, the titanium alloy joining interposing member is interposed at the joining interface between the pair of materials to be joined,
By pressing the joint interfaces against each other and heating them,
The pair of materials to be joined are joined by a solid phase diffusion reaction. Therefore, when joining a pair of materials to be joined, there is no need to perform a conventional treatment for forming a joining layer at the joining interface. Further, when the coating layer provided on the interposing member is deformed according to the surface shape of the bonding interface when pressed and heated for bonding, the solid phase is solidified in a state where the unevenness of the bonding interface is filled. Since the diffusion reaction proceeds and the pair of materials to be joined are joined, internal defects due to the unevenness of the joining interface do not occur. Therefore, it becomes possible to join titanium alloys with high versatility and high reliability.
【0018】[0018]
【第2発明の他の態様】ここで、好適には、前記所定温
度は、前記チタン合金のα→β相変態温度よりも所定値
低い温度である。このようにすれば、チタン合金から成
る被接合材を変質させることなく、且つ被覆層を融解さ
せることなく、固相拡散反応にによって一対の被接合材
を接合することができる。なお、上記所定値は、例え
ば、数十乃至百 (℃) 程度とすることが拡散反応を促進
する上で好ましい。[Other embodiment of the second invention] Preferably, the predetermined temperature is a temperature lower by a predetermined value than the α → β phase transformation temperature of the titanium alloy. With this configuration, the pair of materials to be bonded can be bonded by the solid phase diffusion reaction without deteriorating the materials to be bonded made of the titanium alloy and without melting the coating layer. The predetermined value is preferably, for example, about several tens to hundreds (° C.) in order to promote the diffusion reaction.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例におい
て、各部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following examples, the dimensional ratios and the like of each part are not necessarily drawn accurately.
【0020】図1(a) は、本発明の一実施例のチタン合
金の接合方法が適用される接合装置を模式的に示す図で
ある。図において、例えばチタン合金から成る一対の円
柱状部材10a,10b(以下、特に区別しない場合
は、単に円柱状部材10という)は、介挿部材12が端
面14a,14b(以下、特に区別しない場合は、単に
端面14という)間に介在させられた状態で、互いに突
き合わされている。これらの円柱状部材10a,10b
は、固定チャック16aおよび可動チャック16bにそ
れぞれ保持されていると共に、可動チャック16bが固
定チャック16aに向かって図の矢印Aの方向に加圧さ
れることにより、それらの端面14a,14bが介挿部
材12を介して互いに押圧されている。この加圧力は制
御装置18によって制御される。本実施例においては、
上記の円柱状部材10が被接合部材に相当し、端面14
が接合界面に相当する。FIG. 1 (a) is a diagram schematically showing a joining apparatus to which the titanium alloy joining method of one embodiment of the present invention is applied. In the figure, for example, a pair of columnar members 10a and 10b made of titanium alloy (hereinafter, simply referred to as the columnar member 10 unless otherwise specified) has an insertion member 12 having end faces 14a and 14b (hereinafter not particularly distinguished). Are abutted against each other with being interposed between the end faces 14). These cylindrical members 10a, 10b
Are held by the fixed chuck 16a and the movable chuck 16b, respectively, and the movable chuck 16b is pressed toward the fixed chuck 16a in the direction of arrow A in the figure, so that the end surfaces 14a and 14b thereof are inserted. The members 12 are pressed against each other. This pressing force is controlled by the controller 18. In this embodiment,
The cylindrical member 10 corresponds to a member to be joined, and the end surface 14
Corresponds to the bonding interface.
【0021】また、円柱状部材10a,10bの端面1
4近傍には、その外周面を覆うように高周波誘導コイル
20が備えられていると共に、その高周波誘導コイル2
0の側方にはその端面14すなわち接合部の温度を高周
波誘導コイル20に設けられた貫通穴を介して測定する
ための放射温度計22が備えられており、何れも上記の
制御装置18に接続されている。上記の高周波誘導コイ
ル20に供給される高周波電力は、その放射温度計22
によって測定された接合部の温度に基づいて制御装置1
8によって制御されており、これにより、接合部の温度
が所望の値に保持される。Further, the end faces 1 of the columnar members 10a and 10b.
A high frequency induction coil 20 is provided in the vicinity of 4 so as to cover the outer peripheral surface thereof, and the high frequency induction coil 2 is provided.
A radiation thermometer 22 for measuring the temperature of the end face 14, that is, the joint portion, is provided on the side of 0 through a through hole provided in the high-frequency induction coil 20, both of which are provided in the control device 18. It is connected. The high frequency power supplied to the high frequency induction coil 20 is the radiation thermometer 22.
Controller 1 based on the temperature of the joint measured by
The temperature of the joint is maintained at a desired value.
【0022】上記の介挿部材12は、図1(b) に示され
るように、例えば純度99.5(mass%)程度のチタンから成
り厚さが50〜200(μm)程度の基材24と、その基材24
の両面すなわち端面14a,14bにそれぞれ対向させ
られる対向面30,30に設けられた、厚さが0.1 〜10
(μm)程度で例えば金(Au) ,白金(Pt),パラジウム
(Pd)等のチタンよりも高い展性と同等以上の耐蝕性と
を有する金属薄膜から成る被覆層26,26とから構成
されている。この被覆層26は、例えば、スパッタリン
グや蒸着法等によって基材24上に形成されたものであ
り、その融点すなわち上記各金属の融点は、それぞれ10
63 (℃) 、1755 (℃) 、1555 (℃) 程度と、チタン合金
のα→β相変態温度(一般に930 〜980[℃] 程度)より
も高くされている。なお、介挿部材12は、一対の円柱
状部材10a,10bの端面14a,14bの形状に対
応して、図における上面および下面がそれら一対の端面
14a,14bに突き合わされるように同様な形状に形
成されている。As shown in FIG. 1 (b), the interposing member 12 is made of titanium having a purity of about 99.5 (mass%) and a base material 24 having a thickness of about 50 to 200 (μm). The base material 24
On both surfaces, that is, the facing surfaces 30 and 30 facing the end surfaces 14a and 14b, respectively, and having a thickness of 0.1 to 10
(μm), for example, gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd) and the like, the coating layer 26, 26 made of a metal thin film having a malleability and corrosion resistance equal to or higher than titanium. ing. The coating layer 26 is formed on the base material 24 by, for example, sputtering or vapor deposition, and its melting point, that is, the melting point of each metal is 10
It is about 63 (℃), 1755 (℃), and 1555 (℃), which is higher than the α → β phase transformation temperature of titanium alloys (generally about 930 to 980 [℃]). The insertion member 12 has a similar shape so that the upper surface and the lower surface in the drawing are abutted against the pair of end surfaces 14a, 14b corresponding to the shape of the end surfaces 14a, 14b of the pair of columnar members 10a, 10b. Is formed in.
【0023】以上のように構成された接合装置を用いて
円柱状部材10a,10bを接合するに際しては、先
ず、円柱状部材10の表面粗さを例えば最大高さRmax
で10 (μm)以下程度に研磨加工する。そして、図1(a)
に示されるように、固定チャック16aおよび可動チャ
ック16bによって、円柱状部材10a,10bをそれ
ぞれ保持し、端面14a,14bに介挿部材12が介在
させられた状態で可動チャック16bを図の矢印Aの方
向に所定の加圧力で加圧する。このとき、端面14にお
ける加圧力は5 〜15(MPa) 程度である。更に、高周波誘
導コイル20をその端面14近傍に配置し、且つ放射温
度計22を所定の位置に設けた状態で、図示しないガス
供給装置を用いて高周波誘導コイル20内部に非酸化性
ガスを導入することによって端面14近傍を例えばアル
ゴン(Ar)、ヘリウム(He)等の非酸化性雰囲気とす
る。または、高周波誘導コイル20と被接合材である円
柱状部材10との間をシーリングし、例えば10-4(Torr)
程度の真空雰囲気とする。When joining the columnar members 10a and 10b using the joining apparatus configured as described above, first, the surface roughness of the columnar member 10 is set to, for example, the maximum height R max.
And polish to about 10 (μm) or less. Then, FIG. 1 (a)
As shown in FIG. 5, the fixed chuck 16a and the movable chuck 16b hold the cylindrical members 10a and 10b, respectively, and the movable chuck 16b is moved to the end face 14a and 14b with the interposing member 12 interposed therebetween. Is applied with a predetermined pressure in the direction of. At this time, the pressing force on the end face 14 is about 5 to 15 (MPa). Further, with the high frequency induction coil 20 arranged near the end face 14 and the radiation thermometer 22 provided at a predetermined position, a non-oxidizing gas is introduced into the high frequency induction coil 20 using a gas supply device (not shown). By doing so, the vicinity of the end face 14 is made into a non-oxidizing atmosphere such as argon (Ar) or helium (He). Alternatively, the space between the high-frequency induction coil 20 and the cylindrical member 10 that is the material to be joined is sealed, for example, 10 −4 (Torr)
Create a vacuum atmosphere.
【0024】そして、例えば制御装置18に設けられた
図示しない起動スイッチを操作することにより、その制
御装置18内に設けられた図示しない高周波電源から高
周波誘導コイル20に例えば周波数が200(kHz)以下の所
定の高周波電力が印加されて、端面14近傍が加熱され
る。このとき、その端面14近傍の温度は、放射温度計
22で測定されており、その測定温度に基づいて制御装
置18が高周波電源を制御することにより、その端面1
4近傍の温度が例えば900 〜950(℃) 程度の所定の接合
温度に保持される。これにより、円柱状部材10と介挿
部材12との間で相互に固相拡散反応が生じて、例えば
1000〜2000秒程度の所定時間、上記温度に保持すること
によって、その突き合わせ部近傍にチタン合金の組成が
僅かに変化させられた拡散領域28が形成されて一体に
接合された円柱状部材10が得られるのである。なお、
上記所定の接合温度は、円柱状部材10を構成するチタ
ン合金のα→β相変態温度よりも数十乃至百 (℃) 程度
低くなるように設定される。Then, for example, by operating a start switch (not shown) provided in the control device 18, the high frequency power supply (not shown) provided in the control device 18 causes the high frequency induction coil 20 to have a frequency of, for example, 200 (kHz) or less. Is applied to heat the vicinity of the end face 14. At this time, the temperature in the vicinity of the end face 14 is measured by the radiation thermometer 22, and the control device 18 controls the high frequency power source based on the measured temperature, whereby the end face 1
The temperature in the vicinity of 4 is maintained at a predetermined joining temperature of, for example, about 900 to 950 (° C). As a result, a solid phase diffusion reaction occurs between the columnar member 10 and the insertion member 12, and, for example,
By holding the temperature at the above temperature for a predetermined time of about 1000 to 2000 seconds, a diffusion region 28 in which the composition of the titanium alloy is slightly changed is formed in the vicinity of the butted portion, and the cylindrical member 10 integrally joined is formed. You can get it. In addition,
The predetermined joining temperature is set to be several tens to hundreds (° C.) lower than the α → β phase transformation temperature of the titanium alloy forming the columnar member 10.
【0025】ここで、以下の表1乃至表3は、上記の接
合方法によって種々の材料から成る円柱状部材10(す
なわち被接合材)を接合した結果を接合条件と合わせて
示すものである。なお、下記の表において、総合評価欄
が「○」のものは本実施例であり、「×」のものは比較
例である。また、被接合材欄で「Grade 5 」、「Grade
6 」および「Grade 9 」はASTM B265 に規定されている
チタン合金であり、No.10 の「6-2-4-2 」はAMS-4975に
規定されているチタン合金である。これらのチタン合金
のα→β相変態温度は、それぞれ993(℃) 、1038 (℃)
、935(℃) 、993(℃) である。また、円柱状部材10
および基材24の表面粗さは、何れも最大高さRmax
(μm)で表した値である。また、引張強度比および衝撃
強度比は、それぞれの測定値を接合処理を経ていない円
柱状部材10すなわちチタン合金母材における測定値を
1とした場合の比で表したものである。また、破断位置
の欄において「母材」は、接合界面以外の部分で破断し
たことを示す。Here, Tables 1 to 3 below show the results of joining the cylindrical members 10 (that is, the materials to be joined) made of various materials by the above joining method together with the joining conditions. In the table below, the ones in the comprehensive evaluation column of “◯” are the present examples, and the ones of “x” are the comparative examples. Also, in the columns for the materials to be joined, select "Grade 5" and "Grade
"6" and "Grade 9" are titanium alloys specified in ASTM B265, and No. 10 "6-2-4-2" is a titanium alloy specified in AMS-4975. The α → β phase transformation temperatures of these titanium alloys are 993 (℃) and 1038 (℃), respectively.
, 935 (℃), 993 (℃). In addition, the cylindrical member 10
And the surface roughness of the substrate 24 is the maximum height R max.
It is a value expressed in (μm). Further, the tensile strength ratio and the impact strength ratio are the ratios of the respective measured values when the measured value of the columnar member 10 that has not undergone the bonding treatment, that is, the titanium alloy base material is 1. Further, in the column of the fracture position, "base material" indicates that the fracture occurred at a portion other than the joint interface.
【0026】[0026]
【表1】 No. 1 2 3 4 5 被接合材 Grade 5 Grade 5 Grade 5 Grade 5 Grade 5 表面粗さ 2 2 2 2 2 基 材 − Ni Ti Ti Ti 厚さ (μm) − 200 200 200 100 表面粗さ − 2 2 2 3 被覆層 − Au Pt Au Au+Pt 厚さ (μm) − 1 0.05 0.1 0.5 形成方法 − スハ゜ッタリンク゛ スハ゜ッタリンク゛ スハ゜ッタリンク゛ スハ゜ッタリンク゛ 加熱方法 真空炉 真空炉 真空炉 真空炉 真空炉 接合温度 (℃) 950 950 950 950 950 保持時間 (s) 1000 1000 1000 1000 1000 加圧力 (MPa) 5 5 5 5 7 雰囲気 真空 真空 真空 真空 真空 特性 引張強度比 0.7 0.8 0.9 1.0 1.0 破断位置 接合界面 接合界面 接合界面 母材 母材 衝撃強度比 0.3 0.4 0.8 1.0 1.0 総合評価 × × × ○ ○ [Table 1] No. 1 2 3 4 5 Materials to be bonded Grade 5 Grade 5 Grade 5 Grade 5 Grade 5 Surface roughness 2 2 2 2 2 Base material − Ni Ti Ti Ti Thickness (μm) − 200 200 200 100 Surface Roughness − 2 2 2 3 Coating layer − Au Pt Au Au + Pt Thickness (μm) − 1 0.05 0.1 0.5 Forming method − Spatterlink Spatterlink Spatterlink Spatterlink Heating method Vacuum furnace Vacuum furnace Vacuum furnace Vacuum furnace Vacuum furnace Bonding temperature (° C) 950 950 950 950 950 Holding time (s) 1000 1000 1000 1000 1000 Pressurizing force (MPa) 5 5 5 5 7 Atmosphere Vacuum Vacuum Vacuum Vacuum Vacuum Vacuum property Tensile strength ratio 0.7 0.8 0.9 1.0 1.0 Breaking position Bonding interface Bonding interface Bonding interface Base metal Base metal impact strength ratio 0.3 0.4 0.8 1.0 1.0 Overall evaluation × × × ○ ○
【0027】上記の表1において、No.1は介挿部材12
を用いず、端面14a,14bを直接突き合わせて接合
したものである。そのため、固相拡散反応が十分に進ま
ず、また、接合部に端面14の凹凸に起因する内部欠陥
が生じることから、その接合部が低強度である。また、
No.2は、基材24としてニッケル(Ni)を用いたもので
あるが、ニッケルはチタンに比較して低強度であること
から、この場合にも接合部が低強度となる。また、No.3
は、基材24がチタンから成る介挿部材12を用いて接
合したものであるが、被覆層26の厚さが0.05 (μm)程
度と薄いことから、チタン合金から成る円柱状部材10
の端面14の凹凸が十分に埋められず、接合部に内部欠
陥が生じて同様に低強度となったものである。In Table 1 above, No. 1 is the insertion member 12
The end surfaces 14a and 14b are directly abutted and joined together without using. Therefore, the solid phase diffusion reaction does not proceed sufficiently, and an internal defect due to the unevenness of the end face 14 is generated in the joint, so that the joint has low strength. Also,
No. 2 uses nickel (Ni) as the base material 24. Since nickel has a lower strength than titanium, the joint portion also has a low strength in this case. Also, No.3
In the case where the base material 24 is joined by using the interposing member 12 made of titanium, the cylindrical member 10 made of titanium alloy is used because the thickness of the coating layer 26 is as thin as about 0.05 (μm).
The unevenness of the end face 14 was not sufficiently filled, and internal defects were generated in the joint portion, and similarly the strength became low.
【0028】これに対して、本実施例のNo.4,5は、基材
24がチタンから成ると共に被覆層26の厚さが0.1(μ
m)或いは0.5(μm)と十分に厚い介挿部材12が用いられ
ていることから、基材24の強度が十分に高く、且つ円
柱状部材10の端面14に形成されている凹凸が十分に
埋められた状態で接合されて内部欠陥が生じ難いため、
引張強度および衝撃強度が何れも接合していないチタン
合金母材と同様な高い値を示した。したがって、基材2
4としてはチタンを用いることが必要であると共に、被
覆層の厚さは0.1(μm)以上であることが必要である。な
お、加熱方法は、図1(a) に示されるように誘導加熱に
よる他、上記表1に示されるように真空炉中で加熱する
方法によることもできる。On the other hand, in Nos. 4 and 5 of this embodiment, the base material 24 is made of titanium and the thickness of the coating layer 26 is 0.1 (μ).
m) or 0.5 (μm), which is sufficiently thick as the insertion member 12, the strength of the base material 24 is sufficiently high, and the unevenness formed on the end surface 14 of the cylindrical member 10 is sufficient. Since it is difficult to cause internal defects by joining in a buried state,
Both the tensile strength and the impact strength were as high as those of the titanium alloy base material not bonded. Therefore, the base material 2
For 4, it is necessary to use titanium, and the thickness of the coating layer is required to be 0.1 (μm) or more. The heating method may be induction heating as shown in FIG. 1 (a) or heating in a vacuum furnace as shown in Table 1 above.
【0029】[0029]
【表2】 No. 6 7 8 9 被接合材 Grade 5 Grade 9 Grade 6 6-2-4-2 表面粗さ 5 5 7 10 基 材 Ti Ti Ti Ti 厚さ (μm) 50 100 200 100 表面粗さ 5 5 3 5 被覆層 Au+Pt+Pd Pd Au+Pd Pt 厚さ (μm) 2 5 7 10 形成方法 蒸着 蒸着 蒸着 蒸着 加熱方法 真空炉 誘導加熱 通電加熱 誘導加熱 接合温度 (℃) 900 900 950 950 保持時間 (s) 2000 1000 1000 1000 加圧力 (MPa) 6 8 10 15 雰囲気 真空 Ar He 真空 特性 引張強度比 1.0 1.0 1.0 1.0 破断位置 母材 母材 母材 母材 衝撃強度比 1.0 1.0 1.0 1.0 総合評価 ○ ○ ○ ○ [Table 2] No. 6 7 8 9 Materials to be bonded Grade 5 Grade 9 Grade 6 6-2-4-2 Surface roughness 5 5 7 10 Base material Ti Ti Ti Ti Thickness (μm) 50 100 200 100 Surface roughness 5 5 3 5 Coating layer Au + Pt + Pd Pd Au + Pd Pt Thickness (μm) 2 5 7 10 Forming method Vapor deposition Vapor deposition Vapor deposition Vaporization heating method Vacuum furnace Induction heating Current heating Induction heating Bonding temperature (℃) 900 900 950 950 Holding time (s) 2000 1000 1000 1000 Pressure (MPa) 6 8 10 15 Atmosphere Vacuum Ar He Vacuum characteristics Tensile strength ratio 1.0 1.0 1.0 1.0 Break position Base metal Base metal Base metal Impact strength ratio 1.0 1.0 1.0 1.0 Overall Evaluation ○ ○ ○ ○
【0030】また、表2は、円柱状部材10の材質およ
び表面粗さ、基材24の厚さ、被覆層26の材質および
厚さ等を種々変更したものであるが、何れにおいても接
合していないチタン合金母材と同様な強度が得られてい
る。すなわち、本実施例は、各種の組成のチタン合金に
適用することが可能であり、円柱状部材10の表面荒さ
はRmax =5 〜10 (μm)程度とされてもよい。また、基
材24の厚さは50〜200(μm)程度とすることができる。
また、被覆層26を構成する材料としては、金、白金、
パラジウム等が用いられ得るが、これらは単独で用いら
れる他、2又は3種が混合されて用いられてもよく、そ
の厚さは、2 〜10 (μm)程度と厚くされてもよい。ま
た、形成方法はスパッタリングに代えて蒸着法が用いら
れてもよい。なお、被覆層26が厚くなり過ぎると、接
合後に拡散領域28内に被覆層26が残存して強度低下
をもたらすため、被覆層26の厚さは50 (μm)以下とす
ることが望ましい。Further, Table 2 shows various changes in the material and surface roughness of the cylindrical member 10, the thickness of the base material 24, the material and thickness of the coating layer 26, etc. The same strength as that of the titanium alloy base metal which is not obtained is obtained. That is, the present embodiment can be applied to titanium alloys of various compositions, and the surface roughness of the cylindrical member 10 may be about R max = 5 to 10 (μm). Further, the thickness of the base material 24 can be about 50 to 200 (μm).
Further, as the material forming the coating layer 26, gold, platinum,
Palladium or the like may be used, but these may be used alone, or two or three kinds may be mixed and used, and the thickness thereof may be increased to about 2 to 10 (μm). Further, as a forming method, an evaporation method may be used instead of sputtering. If the coating layer 26 becomes too thick, the coating layer 26 remains in the diffusion region 28 after bonding and causes a decrease in strength. Therefore, the thickness of the coating layer 26 is preferably 50 (μm) or less.
【0031】また、接合温度は、円柱状部材10を構成
するチタン合金のα→β相変態温度よりも低い範囲で適
宜変更可能であり、No.6に示されるように、900(℃) 程
度とされてもよい。但し、温度が低くされる場合には、
保持時間を長く(No.6の条件では2000秒程度)する必要
がある。The joining temperature can be appropriately changed within a range lower than the α → β phase transformation temperature of the titanium alloy forming the columnar member 10, and as shown in No. 6, it is about 900 (° C.). May be However, when the temperature is lowered,
It is necessary to lengthen the holding time (about 2000 seconds under the condition of No.6).
【0032】また、加熱時の雰囲気は、No.7,8に示され
るようにAr或いはHe雰囲気とすることができる。また、
加熱方法としては、No.8に示されるように円柱状部材1
0aと10bとの間に電流を流すことによって接合部を
加熱する通電加熱によってもよい。The atmosphere during heating may be an Ar or He atmosphere as shown in Nos. 7 and 8. Also,
As a heating method, as shown in No. 8, a cylindrical member 1
It is also possible to use electric heating to heat the junction by passing an electric current between 0a and 10b.
【0033】また、加圧力は、表に示されるように6 〜
15(MPa) 程度とされてもよいが、必要以上に高くするこ
とは、円柱状部材10の変形をもたらすため好ましくな
い。上記表2の実施例のNo.8,9においては、接合部が径
方向に拡大変形させられており、加圧力が過大であった
ことを示している。したがって、基材24の厚さや被覆
層26の厚さ等にもよるが、加圧力は10(MPa) よりも低
くされることが好ましい。なお、加圧力を高くしたのは
被覆層26が厚くされていることから、端面14の密着
性を高めて接合後にその被覆層26が残存しないように
するためであり、したがって、被覆層26の厚さは5(μ
m)以下とされることが好ましい。The pressing force is 6 to 6 as shown in the table.
Although it may be about 15 (MPa), it is not preferable to make it higher than necessary because it causes the deformation of the cylindrical member 10. In Nos. 8 and 9 of the examples in Table 2 above, the joint portion is expanded and deformed in the radial direction, which indicates that the pressing force was excessive. Therefore, although depending on the thickness of the base material 24, the thickness of the coating layer 26, and the like, it is preferable that the pressing force be lower than 10 (MPa). The reason why the pressure is increased is that the coating layer 26 is made thicker so that the adhesion of the end face 14 is improved so that the coating layer 26 does not remain after joining. The thickness is 5 (μ
m) or less is preferable.
【0034】[0034]
【表3】 No. 10 11 12 13 被接合材 Grade 5 Grade 5 Grade 5 Grade 5 表面粗さ 2 2 15 2 基 材 Ti Ti Ti Ti 厚さ (μm) 200 300 100 100 表面粗さ 2 2 2 15 被覆層 Pt+Pd Au+Pd Au Au 厚さ (μm) 1 5 10 10 形成方法 蒸着 蒸着 蒸着 蒸着 加熱方法 真空炉 真空炉 真空炉 真空炉 接合温度 (℃) 1100 950 950 950 保持時間 (s) 1500 1000 1000 1000 加圧力 (MPa) 6 15 15 15 雰囲気 真空 真空 真空 真空 特性 引張強度比 1.0 0.9 0.8 0.9 破断位置 母材 接合界面 接合界面 接合界面 衝撃強度比 0.8 0.8 0.7 0.8 総合評価 × × × × [Table 3] No. 10 11 12 13 Materials to be joined Grade 5 Grade 5 Grade 5 Grade 5 Surface roughness 2 2 15 2 Base material Ti Ti Ti Ti Thickness (μm) 200 300 100 100 Surface roughness 2 2 2 15 Coating layer Pt + Pd Au + Pd Au Au Thickness (μm) 1 5 10 10 Forming method Deposition Deposition Deposition Deposition Deposition Heating method Vacuum furnace Vacuum furnace Vacuum furnace Vacuum furnace Bonding temperature (℃) 1100 950 950 950 Holding time (s) 1500 1000 1000 1000 Applied pressure (MPa) 6 15 15 15 Atmosphere Vacuum Vacuum Vacuum Vacuum characteristics Tensile strength ratio 1.0 0.9 0.8 0.9 Fracture position Base metal Bonding interface Bonding interface Bonding interface Impact strength ratio 0.8 0.8 0.7 0.8 Overall evaluation × × × ×
【0035】また、上記表3は、何れも本発明の範囲外
の比較例を示したものである。No.10 においては、接合
温度が円柱状部材10のα→β相変態温度よりも高くさ
れているため、円柱状部材10を構成するチタン合金が
相変態させられて低強度となったものである。また、N
o.11 は、介挿部材12の基材24が300(μm)程度と厚
くされたものである。このため、加圧力を比較的高くし
て接合処理を行ったが、基材24が厚過ぎることから、
接合後に拡散領域28中にチタン層が残存することとな
って、低強度となっている。Further, Table 3 above shows comparative examples outside the scope of the present invention. In No. 10, since the joining temperature was set higher than the α → β phase transformation temperature of the columnar member 10, the titanium alloy forming the columnar member 10 was phase-transformed to have low strength. is there. Also, N
In No. 11, the base material 24 of the insertion member 12 is thickened to about 300 (μm). Therefore, the joining process was performed with a relatively high pressing force, but since the base material 24 is too thick,
The titanium layer remains in the diffusion region 28 after joining, resulting in low strength.
【0036】すなわち、図3に示されるように、接合後
の円柱状部材10の引張強度は、基材24の厚さdが所
定の臨界厚さdc 以下の範囲では母材強度(すなわち接
合前の強度)に維持されるが、その臨界厚さdc を越え
ると次第に低下する傾向にある。前述のように、固相拡
散接合においては、基材24の近傍の所定範囲にチタン
合金の組成が変化させられた拡散領域28が形成され
る。この場合において、基材24の厚みが比較的薄い場
合には、その基材24全体に拡散領域28が形成される
ことから、接合部の引張強度は母材強度と殆ど同様とな
るが、厚過ぎると拡散領域28中に基材24を構成する
チタン層が残存することとなる。そのため、引張強度や
衝撃強度等の機械的強度が低下させられるのである。上
記臨界厚さdc は、円柱状部材10を構成するチタン合
金の組成(すなわち組成によって決定される機械的強
度)に応じて異なるものであるが、本実施例に示される
チタン合金においては200(μm)程度であることから、上
記のように厚さが300(μm)程度となると強度が低下させ
られるのである。That is, as shown in FIG. 3, the tensile strength of the columnar member 10 after joining is such that when the thickness d of the base material 24 is within a predetermined critical thickness dc, the strength of the base metal (that is, before joining). Strength), but tends to gradually decrease when the critical thickness dc is exceeded. As described above, in the solid phase diffusion bonding, the diffusion region 28 in which the composition of the titanium alloy is changed is formed in a predetermined range near the base material 24. In this case, when the thickness of the base material 24 is relatively thin, the diffusion region 28 is formed over the entire base material 24, so that the tensile strength of the joint is almost the same as the base material strength. After that, the titanium layer constituting the base material 24 remains in the diffusion region 28. Therefore, mechanical strength such as tensile strength and impact strength is reduced. The critical thickness dc varies depending on the composition of the titanium alloy constituting the columnar member 10 (that is, the mechanical strength determined by the composition), but in the titanium alloy shown in this embodiment, it is 200 ( Therefore, the strength is reduced when the thickness is about 300 (μm) as described above.
【0037】また、No.12,13は円柱状部材10の端面1
4或いは基材24の対向面30の表面粗さがRmax =15
(μm)程度とされたものであるが、何れも接合部に内部
欠陥が生じて低強度となった。これらも接合処理時の加
圧力を15(MPa) 程度と高くして処理しているが、それに
も拘わらず、十分な強度は得られなかった。すなわち、
内部欠陥を発生させないためには、これらの表面粗さ
は、何れもRmax ≦10 (μm)とされることが望ましい。Nos. 12 and 13 are end faces 1 of the cylindrical member 10.
4 or the surface roughness of the facing surface 30 of the base material 24 is R max = 15.
Although it was about (μm), in both cases, internal defects occurred in the joints, resulting in low strength. These were also treated by increasing the pressing force at the time of joining to about 15 (MPa), but nevertheless, sufficient strength was not obtained. That is,
In order not to generate internal defects, it is desirable that the surface roughness of each of these is R max ≦ 10 (μm).
【0038】要するに、本実施例においては、厚さが20
0(μm)以下で円柱状部材10等の被接合材の端面14に
対向させられる一対の対向面30,30を有するチタン
から成る基材24と、その基材24のそれら一対の対向
面30にそれぞれ設けられ、チタンよりも高い展性と同
等以上の耐蝕性を有して厚さが0.1 〜10 (μm)程度の金
属薄膜から成る被覆層26とから介挿部材12が構成さ
れる。そのため、この介挿部材12を用いて円柱状部材
10を接合するに際して、一対の円柱状部材10を相互
に押圧すると、円柱状部材10と基材24との間に介在
させられた被覆層26が、その高い展性によって円柱状
部材10の端面14の表面形状に倣って変形させられ
る。したがって、固相拡散反応に基づいて接合される場
合に、端面14の凹凸に起因して内部欠陥が発生するこ
とが抑制されて、高い機械的強度を得ることができる。
しかも、円柱状部材10の端面14に被覆層26やチタ
ン層を設ける必要がない。したがって、高い汎用性と高
い信頼性でチタン合金を接合できる介挿部材12が得ら
れる。In short, in this embodiment, the thickness is 20
A base material 24 made of titanium having a pair of facing surfaces 30 and 30 facing the end surface 14 of a material to be bonded such as a cylindrical member 10 having a size of 0 (μm) or less, and the pair of facing surfaces 30 of the base material 24. The interposing member 12 is formed of a metal thin film having a malleability higher than that of titanium and a corrosion resistance equal to or higher than that of titanium and a thickness of about 0.1 to 10 (μm). Therefore, when the pair of columnar members 10 are pressed against each other when the columnar members 10 are joined by using the interposing member 12, the coating layer 26 interposed between the columnar member 10 and the base material 24. However, due to its high malleability, it is deformed following the surface shape of the end surface 14 of the cylindrical member 10. Therefore, in the case of joining based on the solid phase diffusion reaction, the occurrence of internal defects due to the unevenness of the end face 14 is suppressed, and high mechanical strength can be obtained.
Moreover, it is not necessary to provide the coating layer 26 or the titanium layer on the end surface 14 of the columnar member 10. Therefore, it is possible to obtain the interposing member 12 capable of joining the titanium alloy with high versatility and high reliability.
【0039】しかも、本実施例においては、被覆層26
を構成する金属薄膜は、前述のように、チタン合金のα
→β相変態温度(本実施例においては、935 〜1038
[℃] 程度)よりも高い融点を有するものである。その
ため、そのチタン合金のα→β相変態温度よりも低い温
度で加熱される接合時に、金属薄膜から成る被覆層26
が融解しない。したがって、接合面である端面14に加
えられる圧力が不均一になる等によって溶融した被覆層
26の厚さが局部的に不均一になって、接合強度を低下
させることがない。Moreover, in this embodiment, the coating layer 26
As described above, the metal thin film forming the
→ β phase transformation temperature (in this example, 935-1038
It has a melting point higher than [° C]. Therefore, at the time of joining at a temperature lower than the α → β phase transformation temperature of the titanium alloy, the coating layer 26 made of a metal thin film is formed.
Does not melt. Therefore, the thickness of the melted coating layer 26 is locally nonuniform due to nonuniform pressure applied to the end surface 14 which is the bonding surface, and the bonding strength is not reduced.
【0040】また、本実施例においては、被覆層26を
構成する前記金属薄膜は、金(Au)、白金(Pt)、パラ
ジウム(Pd)のうちの少なくとも1つから構成されるも
のである。これらの金属はチタンと同等以上の耐蝕性や
融点を有すると共に、極めて高い展性を有して鍛接が容
易な金属であることから、円柱状部材10の端面14に
強固に接合させられて、接合後に一層高い機械的強度が
得られる。Further, in this embodiment, the metal thin film forming the coating layer 26 is made of at least one of gold (Au), platinum (Pt) and palladium (Pd). Since these metals have corrosion resistance and melting point equal to or higher than titanium, and have extremely high malleability and easy forging, they are firmly bonded to the end face 14 of the columnar member 10. Higher mechanical strength is obtained after joining.
【0041】また、本実施例においては、円柱状部材1
0の端面14およびその端面14に対向させられる介挿
部材12の対向面30の表面粗さは、最大高さRmax で
10 (μm)以下である。そのため、端面14およびそれに
対向させられる対向面30が何れも十分に平滑にされて
いることから、接合界面に内部欠陥が発生することが一
層抑制されて、接合後に一層高い機械的強度が得られ
る。In this embodiment, the cylindrical member 1
The surface roughness of the end surface 14 of 0 and the facing surface 30 of the interposing member 12 that is opposed to the end surface 14 is the maximum height R max .
It is 10 (μm) or less. Therefore, since both the end surface 14 and the facing surface 30 that faces the end surface 14 are sufficiently smooth, the occurrence of internal defects at the bonding interface is further suppressed, and higher mechanical strength is obtained after bonding. .
【0042】また、本実施例においては、一対の円柱状
部材10a,10bの端面14a,14bに介挿部材1
2を介在させて、端面14a,14bを相互に押圧する
と共に加熱することにより、それら一対の円柱状部材1
0a,10bが固相拡散反応によって接合される。その
ため、一対の円柱状部材10a,10bを接合するに際
してそれらの端面14に接合層すなわち介挿部材12に
相当する層を形成する処理を必要としない。また、接合
するために押圧および加熱した際に、介挿部材12に設
けられた被覆層26が端面14の表面形状に倣って変形
させられることによってその端面14の凹凸が埋められ
た状態で、固相拡散反応が進んで一対の円柱状部材10
a,10bが接合させられることから、端面14の凹凸
に起因する内部欠陥が生じない。したがって、汎用性が
高く且つ高い信頼性でチタン合金から成る円柱状部材1
0を接合できる。Further, in this embodiment, the interposing member 1 is attached to the end surfaces 14a and 14b of the pair of cylindrical members 10a and 10b.
2, the end surfaces 14a and 14b are pressed against each other and heated, so that the pair of cylindrical members 1
0a and 10b are joined by a solid phase diffusion reaction. Therefore, when joining the pair of cylindrical members 10a and 10b, there is no need to perform a process of forming a joining layer, that is, a layer corresponding to the interposing member 12, on the end faces 14 of the pair of cylindrical members 10a and 10b. In addition, when pressed and heated for joining, the covering layer 26 provided on the insertion member 12 is deformed according to the surface shape of the end face 14 to fill the irregularities of the end face 14, The solid-phase diffusion reaction proceeds and the pair of cylindrical members 10
Since the a and 10b are joined together, no internal defect due to the unevenness of the end face 14 occurs. Therefore, the columnar member 1 made of titanium alloy has high versatility and high reliability.
0 can be joined.
【0043】また、本実施例においては、前記所定温度
すなわち接合温度は、円柱状部材10を構成する前記チ
タン合金のα→β相変態温度よりも数十乃至百 (℃) 程
度の所定温度だけ低く設定されている。そのため、円柱
状部材10を構成するチタン合金を変質(相変態)させ
ることなく、且つ被覆層26を融解させることなく、固
相拡散反応にによって一対の円柱状部材10a,10b
を接合することができる。Further, in this embodiment, the predetermined temperature, that is, the joining temperature is only a predetermined temperature of several tens to hundreds (° C.) higher than the α → β phase transformation temperature of the titanium alloy forming the columnar member 10. It is set low. Therefore, the pair of columnar members 10a and 10b can be formed by the solid phase diffusion reaction without deteriorating (phase transformation) the titanium alloy forming the columnar member 10 and without melting the coating layer 26.
Can be joined.
【0044】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は、更に別の態様でも実施さ
れる。Although one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the present invention can be carried out in still another mode.
【0045】例えば、実施例においては、介挿部材12
の基材24の厚さが50〜200(μm)程度とされていたが、
更に薄くされても差し支えない。但し、薄くなる程取扱
いが困難となるため、50 (μm)程度以上とされることが
好ましい。For example, in the embodiment, the insertion member 12
Although the thickness of the base material 24 was about 50 to 200 (μm),
It can be made thinner. However, the thinner the film, the more difficult it is to handle. Therefore, the thickness is preferably about 50 (μm) or more.
【0046】また、実施例においては、基材24の表面
粗さがRmax =2 〜5(μm)程度とされていたが、更に平
滑にされていてもよく、また、10 (μm)程度の表面粗さ
と去れていてもよい。Further, in the embodiment, the surface roughness of the base material 24 is set to R max = 2 to 5 (μm), but it may be further smoothed, and it may be about 10 (μm). The surface roughness of and may be removed.
【0047】また、実施例においては、被覆層26がス
パッタリング或いは蒸着法によって形成されていたが、
イオンプレーティング法等の他の膜形成技術によって設
けられてもよい。In the embodiment, the coating layer 26 is formed by the sputtering or vapor deposition method.
It may be provided by another film forming technique such as an ion plating method.
【0048】また、実施例においては、円柱状部材10
の接合に本発明が適用された場合について説明したが、
本発明は、他の種々の形状のチタン合金の接合にも同様
に適用される。例えば、円筒状部材の接合や板状部材の
接合等にも同様に適用される。なお、それらの場合に
は、端面14の形状に応じて、介挿部材12の端面形状
すなわち対向面30の形状が適宜変更される。Further, in the embodiment, the cylindrical member 10
The case where the present invention is applied to the joining of
The present invention applies to joining titanium alloys of various other shapes as well. For example, the same applies to the joining of cylindrical members and the joining of plate members. In these cases, the shape of the end surface of the insertion member 12, that is, the shape of the facing surface 30 is appropriately changed according to the shape of the end surface 14.
【0049】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。Although not illustrated one by one, the present invention can be variously modified without departing from the spirit thereof.
【図1】(a) は本発明の一実施例の接合方法が適用され
る接合装置の構成を示す模式図であり、(b) はその接合
方法に適用される介挿部材を拡大して示す図である。FIG. 1 (a) is a schematic view showing a configuration of a joining apparatus to which a joining method according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 1 (b) is an enlarged view of an insertion member applied to the joining method. FIG.
【図2】図1の接合装置によって接合された後の円柱状
部材を示す図である。FIG. 2 is a view showing a columnar member after being joined by the joining device of FIG.
【図3】介挿部材の基材の厚さと接合後の円柱状部材の
引張強度との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness of the base material of the interposing member and the tensile strength of the columnar member after joining.
10:円柱状部材 12:介挿部材 14:端面(接合界面) 24:基材 26:被覆層 30:対向面 10: Cylindrical member 12: Interposition member 14: End face (joining interface) 24: Base material 26: Coating layer 30: Opposing surface
Claims (6)
いに押圧すると共に加熱することにより固相拡散反応に
基づいて相互に接合するに際して、該一対の被接合材の
接合界面に介在させられるチタン合金接合用介挿部材で
あって、 厚さが200(μm)以下のチタンから成り、前記接合界面に
対向させられる一対の対向面を有する基材と、 チタンよりも高い展性と同等以上の耐蝕性を有して厚さ
が0.1(μm)以上の金属薄膜から成り、前記基材の前記一
対の対向面にそれぞれ設けられた被覆層とから成ること
を特徴とするチタン合金接合用介挿部材。1. When a pair of materials to be joined made of a titanium alloy are pressed against each other and heated to be bonded to each other based on a solid phase diffusion reaction, titanium is present at the bonding interface between the pair of materials to be bonded. An interposition member for alloy joining, which is made of titanium having a thickness of 200 (μm) or less, and a base material having a pair of opposing surfaces facing each other at the joint interface, and a material having a malleability equal to or higher than that of titanium. An interposer for joining titanium alloy, comprising a metal thin film having corrosion resistance and a thickness of 0.1 (μm) or more, and a coating layer provided on each of the pair of opposing surfaces of the base material. Element.
β相変態温度よりも高い融点を有するものである請求項
1ののチタン合金接合用介挿部材。2. The metal thin film is formed of the titanium alloy α →
The titanium alloy joining member according to claim 1, which has a melting point higher than the β phase transformation temperature.
t)、パラジウム(Pd)のうちの少なくとも1つから構
成されるものである請求項1のチタン合金接合用介挿部
材。3. The metal thin film is gold (Au), platinum (P)
The titanium alloy joining member according to claim 1, which is composed of at least one of t) and palladium (Pd).
記対向面の表面粗さは、最大高さRmax で10 (μm)以下
である請求項1乃至3のいずれかのチタン合金接合用介
挿部材。4. The titanium alloy for joining titanium alloy according to claim 1, wherein the surface roughness of the joining interface of the pair of materials to be joined and the facing surface is 10 (μm) or less in maximum height R max . Insertion member.
接合用介挿部材を用いてチタン合金から成る一対の被接
合材を相互に接合する接合方法であって、 前記一対の被接合材の接合界面に前記チタン合金接合用
介挿部材を介在させて、該一対の接合界面を所定圧力で
相互に押圧すると共に所定温度に加熱することにより、
該一対の被接合材を固相拡散反応によって接合すること
を特徴とするチタン合金の接合方法。5. A joining method for joining a pair of members to be joined made of a titanium alloy to each other by using the titanium alloy joining member according to claim 1, wherein the pair of members to be joined are joined together. By interposing the titanium alloy joining interposing member at the joining interface of, by pressing the pair of joining interfaces against each other with a predetermined pressure and heating to a predetermined temperature,
A method for joining titanium alloys, wherein the pair of materials to be joined are joined by a solid phase diffusion reaction.
β相変態温度よりも所定値低い温度である請求項5のチ
タン合金の接合方法。6. The predetermined temperature is α →
The method for joining titanium alloys according to claim 5, wherein the temperature is lower than the β phase transformation temperature by a predetermined value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12870096A JPH09314357A (en) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | Insert member for titanium alloy joining and joining method of titanium alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12870096A JPH09314357A (en) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | Insert member for titanium alloy joining and joining method of titanium alloy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09314357A true JPH09314357A (en) | 1997-12-09 |
Family
ID=14991270
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12870096A Pending JPH09314357A (en) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | Insert member for titanium alloy joining and joining method of titanium alloy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09314357A (en) |
-
1996
- 1996-05-23 JP JP12870096A patent/JPH09314357A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3511749B2 (en) | Method of joining Ti alloy members | |
JP2008214704A (en) | Amorphous metal or metal glass joined body | |
CN114206535B (en) | Method for solid phase bonding of dissimilar materials and solid phase bonded structure of dissimilar materials | |
JP2004519330A (en) | Method for producing clad material having steel base material and corrosion resistant metal coating | |
MXPA03011424A (en) | Anvil for friction stir welding high temperature materials. | |
KR101261078B1 (en) | Method for forming a tight-fitting silver surface on an aluminium piece | |
US20080041922A1 (en) | Hybrid Resistance/Ultrasonic Welding System and Method | |
JPH09314358A (en) | Insert member for titanium alloy joining and joining method of titanium alloy | |
JPH09314357A (en) | Insert member for titanium alloy joining and joining method of titanium alloy | |
JPS6235868B2 (en) | ||
US11872651B2 (en) | Dissimilar material solid phase bonding method, dissimilar material solid phase bonded structure, and dissimilar material solid phase bonding device | |
JP2010105043A (en) | Low temperature joining method for metal | |
CA2212250A1 (en) | Friction assisted diffusion bonding | |
JPS62124083A (en) | Diffused junction method | |
US20090250442A1 (en) | Joining of difficult-to-weld materials | |
JP2693973B2 (en) | Diffusion bonding method for tubular laminated materials | |
JPH07124760A (en) | Method for joining ti-al intermetallic compound | |
JP3509087B2 (en) | Titanium or titanium alloy joining method | |
JP3185328B2 (en) | How to join metal members | |
EP0761374B1 (en) | Methods for bonding titanium and titanium alloy members | |
JPH11226752A (en) | Method for joining metallic material | |
JPS5994569A (en) | Diffusion joining method | |
JPS63265874A (en) | Method for joining ceramics | |
JP2001262331A (en) | Method for producing solid phase diffusion-joined sputtering target assembly | |
JPH01179768A (en) | Method for bonding ceramic material and metallic material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20041013 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041026 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050301 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |