JPH10263807A

JPH10263807A - 銅合金のライニング方法

Info

Publication number: JPH10263807A
Application number: JP8776197A
Authority: JP
Inventors: Aki Kotai; 亜紀小鯛; Takashi Mori; 崇森; Kiyoshi Hasegawa; 潔長谷川; Hiyoue Asano; 兵衛苧野; Masaki Onishi; 正貴大西; Masanori Doi; 正則土井
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1998-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】銅合金板を、炭素鋼、低合金鋼、鋳鉄等の鉄
基材に、作業効率よく、確実に、かつ、強固にライニン
グする。【解決手段】予めライニング層形状に加工された銅合
金板１０を鉄基材１２に接合するに際し、ろう材１４又
はろう材同等成分の合金と、鉄と固溶体をつくる元素又
はその元素を含む合金からなるインサート金属１６とで
形成された構造体を銅合金板、鉄基材又は両方の接合面
に付けておき、鉄基材１２と銅合金板１０を接合面で重
ね、不活性ガス雰囲気でろう材又はろう材同等成分の合
金の融点以上の温度で、かつ、銅合金板の液相線温度以
下の温度に加熱して、銅合金板１０を鉄基材１２に接合
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素鋼、低合金
鋼、鋳鉄等の鉄基材に銅合金板を容易に、かつ強固に接
合する銅合金のライニング方法、詳しくは、作業手順が
簡素化され、作業の効率と確実性を向上させることがで
きる銅合金のライニング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高面圧、低速度などの過酷な摺動条件で
使用される摺動部品では、高い耐焼付き性、耐摩耗性を
要求されるため、炭素鋼、低合金鋼、鋳鉄などの鉄基材
製構造部材の摺動部に耐焼付き性、耐摩耗性に優れる銅
合金をライニングすることが必要になる。

【０００３】従来、鋳鉄面等の鉄基材面に銅合金をライ
ニングする方法として、ろう付法、拡散接合法等が知ら
れている。また、特開昭６０−１６６１９４号公報に
は、Ｃｕ−Ｎｉ３〜５０重量％合金のろう材に、Ａｇ、
Ｃｕを主成分とし、かつ、融点が７５０〜１０００℃の
合金のろう材をクラッドした、Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｚｒ、
Ｚｒ合金とＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｆｅ合金
等とをろう付けするのに好適なクラッドろう材が記載さ
れている。なお、この公報には、Ｃｕ合金をＦｅ合金に
ろう付けする技術的思想は何も記載されていない。

【０００４】上記の従来のろう付法では、使用する銅合
金の融点が低いので、鉄基材への接合性のよい高融点ろ
う材を適用することができない。低融点ろう材である銀
ろうのみでの接合では特にろう材とのぬれ性の悪い鋳鉄
に施工する場合、鋳鉄になんらかの表面処理を施す必要
がある。フラックスを用いてぬれ性を改善する場合、接
合面が広いため、残存フラックスが生じ不接合部が生じ
やすく、接合強度も低い。鋳鉄表面にメッキを施してぬ
れ性を改善する場合は、メッキ処理のため施工行程が複
雑になる。また、メッキと鋳鉄の接合強度が弱いため、
強い接合が得られにくい。鋳鉄表面の黒鉛除去処理によ
るぬれ性改善は専用の設備を必要とし施工行程が複雑に
なり、また、ソルトバスを使うなど作業環境が悪い。銀
ろうを用いて低合金鋼や炭素鋼に施工する場合でも、適
宜フラックスやメッキ処理等の使用を必要とする。ま
た、従来の拡散接合法では、接合面に細かい面粗度を必
要とし、非常に手間のかかる加工を要する。さらに、接
合には厳密な雰囲気制御と高い面圧が必要で、設備や治
具が大がかりとなる。また、被処理品にも大きな負荷が
かかり、場合によっては変形が生じる。

【０００５】これらの問題を解決するために、本発明者
らは、予めライニング層形状に加工した銅合金板と鉄基
材との間に、ろう材とインサート金属とからなる構造体
を置き、不活性ガス雰囲気でろう材の融点以上の温度
で、かつ、銅合金板の液相線温度以下の温度に加熱し
て、銅合金板を鉄基材に接合する銅合金のライニング方
法を開発し、特許出願している（特開平７−２５６４４
５号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の特開平
７−２５６４４５号公報記載の方法では、ろう材とイン
サート金属とからなる構造体を銅合金板と鉄基材との間
に置くのに作業手順が煩雑であり、作業効率の向上と作
業の確実性の向上の妨げとなる。例えば、ろう材とイン
サート金属の２種類の箔を置き間違える可能性があり、
作業に注意を要する。また、ろう材とインサート金属の
置く順序を間違える可能性があり、この点でも、作業に
注意を要する。さらに、ろう材とインサート金属を置く
際、又はろう材とインサート金属との構造体を置く際に
表面を汚すおそれがあり、作業に注意を要し、作業効率
及び確実性の面で充分とは言えない。

【０００７】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、ろう材とインサート金属とからな
る構造体を予め銅合金板、鉄基材又は両方の接合面と一
体化しておき、その上で接合面同士を合わせて重ね、不
活性ガス雰囲気中で加熱し構造体を溶融させて銅合金板
と鉄基材とを接合することにより、作業手順を簡素化す
ることができ、作業の効率と確実性を向上させることが
でき、製品のコストダウンと品質の安定性を図ることが
できる銅合金のライニング方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の銅合金のライニング方法は、予めライニ
ング層形状に加工された銅合金板を鉄基材に接合するに
際し、ろう材又はろう材同等成分の合金と、鉄と固溶体
をつくる元素又はその元素を含む合金からなるインサー
ト金属とで形成された構造体を銅合金板、鉄基材又は両
方の接合面に付けておき、鉄基材と銅合金板を接合面で
重ね、不活性ガス雰囲気でろう材又はろう材同等成分の
合金の融点以上の温度で、かつ、銅合金板の液相線温度
以下の温度に加熱して、銅合金板を鉄基材に接合するよ
うに構成されている（図１、図２参照）。ろう材、イン
サート金属は、箔状、粒状、塊状、線状、粉末状等のも
のが用いられ、２層以上の多層又は混合された状態とし
て銅合金板、鉄基材のいずれかの接合面又は両方の接合
面に予め一体化しておく。このため、位置決めが容易で
あり、かつ、ろう材、インサート金属の表面を汚すこと
を避けることができる。

【０００９】また、本発明の方法は、予めライニング層
形状に加工された銅合金板を鉄基材に接合するに際し、
ろう材又はろう材同等成分の合金間に、鉄と固溶体をつ
くる元素又はその元素を含む合金からなるインサート金
属を層状に接合して形成された構造体を銅合金板、鉄基
材又は両方の接合面に付けておき、鉄基材と銅合金板を
接合面で重ね、不活性ガス雰囲気でろう材又はろう材同
等成分の合金の融点以上の温度で、かつ、銅合金板の液
相線温度以下の温度に加熱して、銅合金板を鉄基材に接
合することを特徴としている（図１参照）。

【００１０】また、本発明の方法は、予めライニング層
形状に加工された銅合金板を鉄基材に接合するに際し、
粒状、塊状、線状もしくは粉末状のろう材又はろう材同
等成分の粒状、塊状、線状もしくは粉末状の合金と、鉄
と固溶体をつくる元素又はその元素を含む合金からなる
粒状、塊状、線状もしくは粉末状のインサート金属とで
形成された構造体を銅合金板、鉄基材又は両方の接合面
に付けておき、鉄基材と銅合金板を接合面で重ね、不活
性ガス雰囲気でろう材又はろう材同等成分の合金の融点
以上の温度で、かつ、銅合金板の液相線温度以下の温度
に加熱して、銅合金板を鉄基材に接合することを特徴と
している（図２参照）。

【００１１】また、本発明の方法は、予めライニング層
形状に加工された銅合金板を鉄基材に接合するに際し、
ろう材又はろう材同等成分の合金を銅合金板の接合面に
付けておき、鉄と固溶体をつくる元素又はその元素を含
む合金からなるインサート金属を鉄基材の接合面に付け
ておき、鉄基材と銅合金板を接合面で重ね、不活性ガス
雰囲気でろう材又はろう材同等成分の合金の融点以上の
温度で、かつ、銅合金板の液相線温度以下の温度に加熱
して、銅合金板を鉄基材に接合することを特徴としてい
る。

【００１２】さらに、本発明の方法は、予めライニング
層形状に加工された銅合金板を鉄基材に接合するに際
し、ろう材又はろう材同等成分の合金を鉄基材の接合面
に付けておき、鉄と固溶体をつくる元素又はその元素を
含む合金からなるインサート金属を銅合金板の接合面に
付けておき、鉄基材と銅合金板を接合面で重ね、不活性
ガス雰囲気でろう材又はろう材同等成分の合金の融点以
上の温度で、かつ、銅合金板の液相線温度以下の温度に
加熱して、銅合金板を鉄基材に接合することを特徴とし
ている。

【００１３】これらの方法において、ろう材もしくはろ
う材同等成分の合金、及び／又はインサート金属はメッ
キ、溶着、溶射、機械的接合、溶接及びクラッドのいず
れかの方法により、銅合金板、鉄基板又は両方の接合面
に付けられる。ろう材としては、銀ろう（液相線温度６
００〜８００℃）を用いることが好ましい。また、ろう
材同等成分の合金としては、銀ろう同等成分の合金を用
いることが好ましい。また、銅合金としては、高力黄
銅、青銅、リン青銅、アルミ青銅等が用いられる。イン
サート金属としては、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｌ、Ａｌ合
金、Ｍｎ及びＭｎ合金のうち少なくともいずれかからな
るものが用いられる。

【００１４】これらの方法において、接合は、０．１Pa
〜３００kPa 、好ましくは４０kPa〜１００kPa の範囲
のガス圧力で行われる。この範囲未満であると、銅合金
やろう材中の低融点元素が揮発し、成分変化が生じる傾
向があり、一方、この範囲を超えると、表面汚染等によ
り接合が阻害される傾向がある。不活性ガスとしては、
Ｎ₂、Ａｒ、Ｈｅ等が用いられる。接合面には、１０Pa
〜１００kPa 、好ましくは５〜５０kPa の面圧を加え
る。この範囲未満であると、接合面の接触状態が十分で
なくなる傾向があり、一方、この範囲を超えると、設備
や治具が大がかりなものとなり、また、ろう材や被ライ
ニング品への負荷が大きくなる傾向がある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるも
のではなく、適宜変更して実施することができるもので
ある。図１は本発明の実施の第１形態による銅合金のラ
イニング方法における接合前の状態を示している。１０
は銅合金板であり、炭素鋼、低合金鋼、鋳鉄等の鉄基材
１２の形状に合わせて予め加工されている。したがっ
て、銅合金板は平面、曲面、その他任意の形状をしてい
る。２枚のろう材層１４間にインサート金属層１６を挾
んだ構造体を、予め銅合金板１０に一体に付けておき、
構造体と一体になった銅合金板１０を鉄基材１２の接合
面上に置いた後、銅合金板１０の上面を押え治具（図示
略）で押圧する。この状態のまま、不活性ガス雰囲気で
ろう材の融点以上の温度で、かつ、銅合金板の液相線温
度以下の温度に加熱して、銅合金板１０を鉄基材１２に
接合する。

【００１６】銅合金板１０と鉄基材１２の接合部は、溶
融したろう材で満たされ、インサート金属が、例えばＮ
ｉ又はＮｉ合金の場合は、液相を介してインサート金属
中のＮｉ原子と炭素鋼、低合金鋼、鋳鉄等の鉄基材１２
中のＦｅ原子が拡散し、炭素鋼、低合金鋼、鋳鉄等の鉄
基材１２表面にＦｅ−Ｎｉ合金層が形成され、銅合金板
１０と鉄基材１２とが強固に接合される。ろう材層１４
及びインサート金属層１６を銅合金板１０に取り付ける
場合は、ろう材層１４とインサート金属層１６とを予め
一体化したものを取り付けてもよく、又は、ろう材層１
４、インサート金属層１６、ろう材層１４を順次取り付
けてもよい。取付は、スポット溶接等で仮付け（仮止
め）してもよく、又は溶着、クラッド等で全面を接合し
てもよい。また、機械的接合、溶接等で接合することも
できる。また、メッキ、溶射等で形成してもよい。ま
た、ろう材層１４及びインサート金属層１６を鉄基材１
２に付けること、及び銅合金板１０及び鉄基材１２の両
方に付けることも可能である。鉄基材１２に比べて銅合
金板１０の方が薄く軽量であるので、通常は銅合金板１
０に取り付けられる。本実施形態では、ろう材層が２層
である場合を示しているが、ろう材層を１層とすること
も可能である。また、ろう材層及びインサート金属を箔
状として示しているが、線状、塊状、その他任意の形状
とすることもできる。

【００１７】図２は本発明の実施の第２形態による銅合
金のライニング方法における接合前の状態を示してい
る。本実施形態は、ろう材粒１８とインサート金属粒２
０とで形成された構造体を銅合金板１０、鉄基材１２又
は両方（銅合金板及び鉄基材１２）の接合面に一体に取
り付けるか、形成しておいた後、接合するものである。
なお、ろう材粒１８とインサート金属粒２０とは混合状
態であればよく、球状の粒子に限ることなく、他の形状
の粒子、粉末、塊状物、線状物等でもよい。他の構成及
び作用は、実施の第１形態の場合と同様である。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるもの
ではなく、適宜変更して実施することができるものであ
る。実施例１黄銅からなる銅合金板の接合面に、予め、２枚の銀ろう
箔（１枚の厚さ０．１mm）とＮｉからなるインサート金
属箔（厚さ０．０５mm）を、図１に示すように、層状に
クラッドした。これを球状黒鉛鋳鉄の接合面に置き、Ｎ
₂ガス雰囲気で、圧力５０kPa で銀ろうの融点以上であ
る７５０℃まで加熱した。このとき、１０kPa の面圧を
かけた。表１にせん断強度試験の結果を示し、図３に接
合境界部の断面ミクロ組織を示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】実施例２実施例１において、黄銅からなる銅合金板の代りに、青
銅からなる銅合金板を用い、他は実施例１と同様の操作
を行った。表１にせん断強度試験の結果を示す。

【００２１】実施例３実施例１において、銅合金板として青銅製の板を用い、
インサート金属としてＡｌからなる箔を用い、他は実施
例１と同様の操作を行った。表１にせん断強度試験の結
果を示し、図４に接合境界部の断面ミクロ組織を示す。

【００２２】実施例４青銅からなる銅合金板の接合面に、予め、粒状の銀ろう
（粒径：平均１０μm）とＮｉからなる粒状のインサー
ト金属（粒径：平均１０μm ）とを、図２に示すよう
に、粒状混合状態で溶射した。これを球状黒鉛鋳鉄の接
合面に置き、Ｎ₂ガス雰囲気で、圧力５０kPa で銀ろう
の融点以上である７５０℃まで加熱した。このとき、１
０kPa の面圧をかけた。表２にせん断強度試験の結果を
示し、図５に接合境界部の断面ミクロ組織を示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。（１）ろう材とインサート金属とが、予め、被処理材
（銅合金板又は／及び鉄基材）と一体化しているので、
ライニングの施工時には鉄基材と銅合金板を重ねるだけ
でよく、一体化していない場合と比べ作業手順が大きく
簡素化され、作業の効率と確実性を向上させることがで
き、製品のコストダウンを図ることができる。（２）予め被処理材と一体構造となっているので、箔
等の種類、置き方を間違えることはなく、表面を汚すこ
ともないので、製品の品質の安定性を高めることができ
る。（３）Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｍｎ又は／
及びＭｎ合金からなるインサート金属を用いるので、炭
素鋼、低合金鋼、鋳鉄等の鉄基材表面に、Ｆｅ−Ｎｉ合
金層、Ｆｅ−Ａｌ合金層、Ｆｅ−Ｍｎ合金層が生じる。
このことにより、ろう材の鋳鉄へのぬれ性が向上し接合
が可能となり、また、炭素鋼等に対しても接合強度が向
上する。（４）接合時には、接合部は溶融したろう材で満たさ
れるため、接合面の面粗度が細かくなくても接合するこ
とができる。（５）原子の拡散は液相であるろう材を介して行われ
るため、直接固相間で拡散を生じさせる場合に比較し、
非常に小さい接合面圧で接合することができる。このた
め、接合治具が簡単でよく、母材への負担もきわめて少
なくなる。（６）不活性ガス雰囲気で接合することにより、接合
面の酸化を防ぎ接合性を高めるとともに、ろう材や銅合
金中の低融点元素の揮発を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態による銅合金のライニ
ング方法における接合前の状態を示す断面説明図であ
る。

【図２】本発明の実施の第２形態による銅合金のライニ
ング方法における接合前の状態を示す断面説明図であ
る。

【図３】実施例１におけるライニング後の接合境界部の
断面ミクロ組織を示す顕微鏡写真である（倍率１００
倍）。

【図４】実施例３におけるライニング後の接合境界部の
断面ミクロ組織を示す顕微鏡写真である（倍率５０
倍）。

【図５】実施例４におけるライニング後の接合境界部の
断面ミクロ組織を示す顕微鏡写真である（倍率５０
倍）。

【符号の説明】１０銅合金板１２鉄基材１４ろう材層１６インサート金属層１８ろう材粒２０インサート金属粒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長谷川潔兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者苧野兵衛兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者大西正貴神戸市西区櫨谷町松本234番地川崎重工業株式会社西神戸工場内 (72)発明者土井正則神戸市西区櫨谷町松本234番地川崎重工業株式会社西神戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予めライニング層形状に加工された銅合
金板を鉄基材に接合するに際し、ろう材又はろう材同等
成分の合金と、鉄と固溶体をつくる元素又はその元素を
含む合金からなるインサート金属とで形成された構造体
を銅合金板、鉄基材又は両方の接合面に付けておき、鉄
基材と銅合金板を接合面で重ね、不活性ガス雰囲気でろ
う材又はろう材同等成分の合金の融点以上の温度で、か
つ、銅合金板の液相線温度以下の温度に加熱して、銅合
金板を鉄基材に接合することを特徴とする銅合金のライ
ニング方法。
【請求項２】予めライニング層形状に加工された銅合
金板を鉄基材に接合するに際し、ろう材又はろう材同等
成分の合金間に、鉄と固溶体をつくる元素又はその元素
を含む合金からなるインサート金属を層状に接合して形
成された構造体を銅合金板、鉄基材又は両方の接合面に
付けておき、鉄基材と銅合金板を接合面で重ね、不活性
ガス雰囲気でろう材又はろう材同等成分の合金の融点以
上の温度で、かつ、銅合金板の液相線温度以下の温度に
加熱して、銅合金板を鉄基材に接合することを特徴とす
る銅合金のライニング方法。
【請求項３】予めライニング層形状に加工された銅合
金板を鉄基材に接合するに際し、粒状、塊状、線状もし
くは粉末状のろう材又はろう材同等成分の粒状、塊状、
線状もしくは粉末状の合金と、鉄と固溶体をつくる元素
又はその元素を含む合金からなる粒状、塊状、線状もし
くは粉末状のインサート金属とで形成された構造体を銅
合金板、鉄基材又は両方の接合面に付けておき、鉄基材
と銅合金板を接合面で重ね、不活性ガス雰囲気でろう材
又はろう材同等成分の合金の融点以上の温度で、かつ、
銅合金板の液相線温度以下の温度に加熱して、銅合金板
を鉄基材に接合することを特徴とする銅合金のライニン
グ方法。
【請求項４】予めライニング層形状に加工された銅合
金板を鉄基材に接合するに際し、ろう材又はろう材同等
成分の合金を銅合金板の接合面に付けておき、鉄と固溶
体をつくる元素又はその元素を含む合金からなるインサ
ート金属を鉄基材の接合面に付けておき、鉄基材と銅合
金板を接合面で重ね、不活性ガス雰囲気でろう材又はろ
う材同等成分の合金の融点以上の温度で、かつ、銅合金
板の液相線温度以下の温度に加熱して、銅合金板を鉄基
材に接合することを特徴とする銅合金のライニング方
法。
【請求項５】予めライニング層形状に加工された銅合
金板を鉄基材に接合するに際し、ろう材又はろう材同等
成分の合金を鉄基材の接合面に付けておき、鉄と固溶体
をつくる元素又はその元素を含む合金からなるインサー
ト金属を銅合金板の接合面に付けておき、鉄基材と銅合
金板を接合面で重ね、不活性ガス雰囲気でろう材又はろ
う材同等成分の合金の融点以上の温度で、かつ、銅合金
板の液相線温度以下の温度に加熱して、銅合金板を鉄基
材に接合することを特徴とする銅合金のライニング方
法。
【請求項６】ろう材もしくはろう材同等成分の合金、
及び／又はインサート金属はメッキ、溶着、溶射、機械
的接合、溶接及びクラッドのいずれかの方法により、銅
合金板、鉄基板又は両方の接合面に付けられている請求
項１〜５のいずれかに記載の銅合金のライニング方法。
【請求項７】ろう材が銀ろうである請求項１〜６のい
ずれかに記載の銅合金のライニング方法。
【請求項８】ろう材同等成分の合金が銀ろう同等成分
の合金である請求項１〜６のいずれかに記載の銅合金の
ライニング方法。
【請求項９】インサート金属がＮｉ、Ｎｉ合金、Ａ
ｌ、Ａｌ合金、Ｍｎ及びＭｎ合金のうち少なくともいず
れかからなるものである請求項１〜８のいずれかに記載
の銅合金のライニング方法。
【請求項１０】０．１Pa〜３００kPa の範囲のガス圧
力で接合する請求項１〜９のいずれかに記載の銅合金の
ライニング方法。
【請求項１１】接合面に１０Pa〜１００kPa の面圧を
加える請求項１〜１０のいずれかに記載の銅合金のライ
ニング方法。