JPS58151977A - 拡散接合方法 - Google Patents

拡散接合方法

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JPS58151977A
JPS58151977A JP57032349A JP3234982A JPS58151977A JP S58151977 A JPS58151977 A JP S58151977A JP 57032349 A JP57032349 A JP 57032349A JP 3234982 A JP3234982 A JP 3234982A JP S58151977 A JPS58151977 A JP S58151977A
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JP
Japan
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energy
insert material
bonding
joining
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JP57032349A
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Teruo Hirane
平根 輝夫
Shogo Morimoto
森本 庄吾
Minoru Morikawa
穣 森川
Toshimi Sasaki
佐々木 敏美
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

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】 本宛@F1接合s社閾に金属又は合金のインサート材を
用いて拡散接合する方法に係り、特に拡散接合を安定に
し、かつ接合強度を高めるのに好適な拡散接合方法に関
する。
金属の拡散接合法は、一般に固相線以下の温匿で材料に
変形を生じさせない程度の圧力をかけ真不 9下へ活性雰囲気下にて行う接合方法でるる。
この拡散接合方法は、匠来よp多用されている融接法や
ろう付に対し蛾大の特徴は接合部及びその近傍が熱的・
相的な変化が少なく、母材並みの性質が得られることで
るる。2つの金属が接合することは両者の間に金属結合
を生じさせることにあるので、接合面は清浄で、かつ平
坦でなければならない、tた、優れた洗浄を用いても、
有機物、ガス、酸化物等t−吸着し、拡散に妨害となる
ばかシか、接合界面にそられが残留して接合強度の低下
原因となシ易い。従って、これらの弊害に対して種々の
対策が講じられている。その1つとして接合部材間にイ
ンサート材を介装し、インサート材を溶融することによ
って接合面を密着させ、その後拡歓処塩によって母材と
インサート材相互の成分の平均化を図る、いわゆる液相
拡散接合法が知られている(特開昭47−33850号
公報、特公昭49−6470号公報)。これらの方法は
耐熱超合金、特に強化機構の根源となるrI相を析出し
てなるNi基、Co基、Fe基等の超合金等に適用され
、それ相当の成果を挙げている。しかしながら、この種
の耐熱超合金は71相形成の主役をなすAI。
Tiを多量に含有しているため接合面が酸化し易く、接
合面に酸化物1m貿する場合が生じている。
酸化物が残留すると脆弱な酸化物が起点となって接合面
が破断し易くなる危険がある。また拡散速度が小さい元
素が多量に含まれているので液体−固体間での液相拡散
の割には接合時間を短縮することができない。さらに接
合部及びの近傍のfl相及び結晶粒の大きさ、分布状り
を改善し、接合強度を高める余地が残されている。
本発明の目的は、接合部に生成される酸化物を分解、分
散されること、インサート材を早期溶融させること、及
びその後の拡散を速めて接合部及びその近傍の組織【均
一微細化することによってI1合強11を高めることが
できる拡散接合方法を提供することにある。
本発明は、接合部材間に金属又は合金のインサート材を
介装し、真空下又は保賎雰囲気にて接合する方法におい
て、熱エネルギーと、熱エネルギー以外であって、金属
原子の運動エネルギーを高めるためのエネルギーを付与
して前記インサート材を溶融させた後、凝固させて接合
部材を接合するものでるる。すなわち、本発明はインサ
ート材の融解を熱エネルギーとともに熱エネルギー以外
でるって、金属原子の運動エネルギーを高めるためのエ
ネルギーを与えて行うものである。
以下本発明をさらに詳細に説明する。
本発明において、接合部材は耐熱合金、及び一般の炭素
鋼、合金鋼等を使用できる。耐熱合金としてはr#相析
出強化型の超耐熱合金(Co基、N監基、Fe基)のよ
うに接合強度が着しく要求されるものに特に有効でるる
。インサート材は金属又は合金を用いることができ、そ
の形態は粉末状、箔状、リボン状のいずれでもよい。イ
ンサート材として非晶質リボンを用いる場合、金属原子
の運動エネルギーを付与することによシ得られる効果の
他に非晶質リボン自体の有する特性によって次のような
利点かめる。すなわち第1は非晶質リボンは耐腐食性を
有するので接合強直が高く、第2に極めて薄くかつ均一
の厚みとすることができるので接合時間が短く、か2接
合強度が高くなシ、第3Fi強度が高いので接合部材間
に介装する形状に容易に製作でき、かつ介装のための操
作が簡便である。
接合部材間にインサート材を介装し、拡散接合処理する
際、真空下又は保−雰囲気にて任意の面圧力が与えられ
る。保護雰囲気としてAr、Ne。
Jje、Ht I CO等の雰囲気とするのがよい。
本発明において、このような雰囲気において、熱エネル
ギーと熱エネルギー以外でもめって、金JIIJ)l子
の運動エネルギーを高めるためのエネルギー(以下単に
エネルギー人)とを付与するものでめる。エネルギーA
によって金属原子の活性化エネルギーを小さくシ、運動
を容易にする。このようなエネルギー人としては振動エ
ネルギー、電磁誘導エネルギー、高周波誘導エネルギー
等が挙けられる。
次にこのようなエネルギー人による効果を、特に振動エ
ネルギーを例に説明する。振動エネルギーにより金属原
子の運動が高められるので、静止状態に比べてインサー
ト材の融解が極めて速くなる。
インサート材の融解速鼓は、接合面の密着化に関連して
おり、インサート材の融解が遅いと液相となる部分が量
的に少ないので融液が他所まで侵入しないうちに等温凝
固を開始する危険性かわる。
従って、密層化のためにはインサート材は瞬時にして融
解することが大切でるり、この点、振動は極めて好結果
をも九らす。振動は又、一時的に液相となった場合、そ
の中に混在している酸化物(%にACTi、 Cr系>
1接合界面に集積させず、分散させ、かつ、酸化物の形
状を分断させる働It−も見い出された。このことは、
応力が付加した際脆弱な酸化物が起点となって破断する
ような危険度が大幅に低下するものでるる。本発明者ら
の実験によれば、純金属、炭素鎖、低合金鋼等の接合に
おいてインサート材の成分中に酸化物Y!/成元素が含
有されていない場合には上記間IKははとんどないが、
インサート材の成分中に酸化性の大きい元素が存在する
場合には振動の効果が明確でめり、接合界面の組織上酸
化物がほとんど認められなくなる。従ってインサート材
成分中にhl、 Tt、crが多量に含まれ“るときに
振動の効果が蝋も発揮できる。振動エネルギーを接合材
に付与することは、インサート材の融解を速めるので融
液が極所に入り込んでから凝固する。従って等温凝固を
速めることになるので、インサート材を溶融させた温度
よりも下けて接合処理を行うこともできる。このことは
、接合部及びこの近傍の組織及び結晶粒を粗大化させな
い狙いがめシ、接合強度が厳しく要求される部材に対し
て有効となる。
このように熱エネルギーとともに振動エネルギー1付与
する狙いは、インサート材の早期融解と等温凝固の促進
におる。従って熱エネルギーの付与によってインサート
材が融解し始める前、及び等温凝固が完了した後は振動
エネルギーを与える必要はない。
第1図は時間経過に伴う温度、圧力、振動時期を示す模
式図でるる。絽1図に示すように接合部[Tがインサー
ト材溶融温度Tiに達する直前で振動エネルギーの付4
t−開始(tl)L、融解したインサート材が母材の成
分を倚て凝固完了したと判定し得る時期(t、)に振動
エネルギーの付与を停止するのが望ましい。
インサート材が、凝固後、振&ifl′t−付与してい
ると、接合境界において成分的にも、組織的にも未完成
填域を破壊する危具を庄じるためである。なお、未完成
領域の破壊は振動数と振幅及び励振位置に依存するので
、接合部強FiLを安定化するためには接合母材とイン
サート材との構成成分及びインサート融解温度に応じて
、振動エネルギーの停止タイミングを選択すぺ龜でるる
本発明による接合加圧力は振動による密着化が促進され
るため小さい荷重でよい。例えば耐熱超合金では少なく
ても2Ktif/dて十分でおる。ただし、わん曲して
いる接合面の加工は平面に対し困離でかつ面精薇も得が
たい。このような曲面同志の接合においては、接合部の
強度の信頼性を確保するために、インナート材が融解し
た後、あまり時間を経過しない時期に加圧力を厳初より
も高めると好都合でるる。この理由は融解したインサー
ト材が9神s′に満たして面同志t−接着せしめ、接合
強直が向上するためでるる。また、面接着に必要以外の
余分な溶体を接合面からパリとして排出効果もめる。な
お、母材とインサート材とが成分的に及びm点が大きく
異なる場合、もしくは接合界面に母材とインサート材と
の成分反応によって生じ次&ish化合物等残存するよ
うな場合に積極的にパリとしての余分な溶体の排出を行
わしめるため、加圧力をやや高める必要がある。加圧力
を2次的に高める時期は、上記効果を確実に成釘る良め
重要でるる。第2wJはW#間経過に伴う接合温度(イ
ンナート溶融温度)、振動時期と加圧時期との関係を示
す模式図でめる。この図から明らかな如く、2次加圧(
PI)開始時期はインサート材が融解後及び振動を停止
する前であシ、このタイミング以外では2次加圧の効果
は明確でなくなる。
次に、振動エネルギーを接合母材に励起させる手段とし
ては、特に規制するものではないが、実質的には超音波
が好ましい。振動方向も特に規制するものでなく、応力
軸に対し平行方向(縦振動)でも垂直方向(横振動)で
も好結果をも九ら丁。
振動数はasoovpM以上で、できるだけ高くする仁
とが好ましい。
実施例 精密鉤造製N1基耐熱超合金(Cr716重量%、C0
18重量%eW;15重量%、MO72重菫%Ja;1
.5重量%9人!及びTi714重量%、残Nり接合母
材とし、インサート材は接合材と同等の成分に、B C
&21量%) とs i (zsl量%)全含有させて
1lllllAを降下させた非晶質リボンを用いた。#
!3因において、lFiチャバ−92は加圧シヤフトで
めって、この加圧シャフト2に固定された加圧治具4に
上記成分の接合母材3を装着し、これらの接合母材3の
わん曲面間に上記非晶質リボン5を介装した。
加圧力ij O,5114I/f7am”、とし、5X
1G−”forr C+真空下で発熱体6によって加熱
を開始した。接合部[は1170t:’であるが、温[
900Cに到達してから接合部に超音波振動子7により
15000VPMの振−を与えつづけた。その後温度が
1170Cに達してから加圧力を1.5 Kgf/d 
に高め、さらに予備実験よシ定めた30分t−経過後振
動を停止し、合計で5時間の接合処理を行った。接合後
、炉体より接合材を取り出し、1.120rX2に溶体
化、840CX24h時効の熱i、mを行つ死後、接合
部のミクロ組織及び引張り性質を調べた。その結果、ミ
クロ組織上は接合界面及びその近傍のγI析出の大きさ
、分布とも母材とほとんど同等であるとともに、結晶粒
が粗大化せず母材よシもむしろ微細でめることが確認で
きた。
又接合部の引張り性質tIl1表に示す。第1表中、比
較例は接合処理時に振動エネルギーを与えない以外は実
施料と同じである。第1表によれば、本実施例では比較
例に比べて引張性質に優れ、特に伸びの向上が顕著であ
る。この結果から、本発明は4Ji雑な内孔を有するガ
スタービン動翼の接合に本十分適用し得ることが確認で
きた。
第1表 以上のように本実施例によれば、熱エネルギーとともに
熱エネルギー以外であって金属原子の運動エネルギーを
高めるためのエネルギーとを付与することによって、イ
ンサート材の早期融解と等温凝固の促進を促し、安定か
つ強固な接合部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
纂1図及び纂2図は接合時開と温度、圧力、振動との関
係を示す模式図、亀3図は本発明の実施例を示す装置の
概略構成図である。 3・・・接合母材、5・・・インサート材、6・・・発
熱体、箔1図 第20 −一◆t

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、接合部材間に金属又は合金のインサート材を介装し
    、真空又は**零−気下にて接合する方法において、熱
    エネルギーと熱エネルギー以外で心って、金属連子の運
    動エネルギーを高めるためのエネルギーとを付与して前
    記インナート材を溶融させた後、凝固させて前記接合部
    材を接合させることを特徴とする拡歓會方法。 2、%許請求O@l1JI 1項において、熱エネルギ
    ー以外でるって、金l4jl子の運動エネルギーを高め
    るためのエネルギーが、振動エネルギーでるることt−
    特徴とする拡散接合方法。 3、%許艙求の範lIl籐2項において、インサート材
    を溶融させた後、凝#A畜せる前に振動エネルギーの付
    与を停止することを4IiIkとする拡散接合方法。
JP57032349A 1982-03-03 1982-03-03 拡散接合方法 Granted JPS58151977A (ja)

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JP57032349A JPS58151977A (ja) 1982-03-03 1982-03-03 拡散接合方法

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JPH0329516B2 JPH0329516B2 (ja) 1991-04-24

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999023697A1 (de) * 1997-10-30 1999-05-14 Daimlerchrysler Ag Bauelement und verfahren zum herstellen des bauelements
JP2012045620A (ja) * 2010-07-28 2012-03-08 Nissan Motor Co Ltd 接合装置および接合方法

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