JPS5844962A - 耐熱超合金部材の拡散接合方法 - Google Patents

耐熱超合金部材の拡散接合方法

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JPS5844962A
JPS5844962A JP57147505A JP14750582A JPS5844962A JP S5844962 A JPS5844962 A JP S5844962A JP 57147505 A JP57147505 A JP 57147505A JP 14750582 A JP14750582 A JP 14750582A JP S5844962 A JPS5844962 A JP S5844962A
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NASHIONARU DECHIYUUDO E DO CON
NASHIONARU DECHIYUUDO E DO KONSUTORIYUKUSHION DE MOTOORU DABIASHION SOC
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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】 本発明は、ニッケル又はコノ々ルトをベースとする超合
金、即ち、ニッケル又ｌｄ、ＷＡルトを５０重量−以上
含有する耐熱合金から成る部材に対して行なうための新
規な拡散ろう付は方法に係る。
た組成を有する）１１合すべき金属部材の結合面間に、
前記金属部材に近似の全体組成を書するが更に前記金属
部材の１種以上の合金よ秒溶融し易く該合金中に拡散し
得る（しばしば１フラツクス”と指−される＞ＶＳ加元
素を少くと４１種含有している金属連結層を設け、前記
金属部材と前記連結層との集会体を適蟲に熱処理して′
前記連結層の少ぐとも一部を溶融し、次に溶加元素の拡
散によって再凝固させる方法である。
拡散ろう付けを用いた超幸金１１＃の接合、４１に鋳造
部材の一合は公知である０例えば７ランス特許公開第２
１３２０り０号娘、ニッケルベースＯ超合金部材の接合
に於けるこの種の方法を提案している。連結層に含まれ
た溶加元素は、超合金中に拡散する間に脆性相を生じな
いように選択されなければならない、９ｅつて、前記連
結層に於いてアルｉｘつ＾、チタン、炭素の加電元素の
使用は原則としで避けるべきである。連結層の組成の１
例を重量−で示すと。
１５Ｃｒ；１５Ｃｏ；５Ｍｏ”、３Ｂ”、残部Ｎｉを含
む。
前記の如き方法の実施に社細心の配置が必要である。先
ず、連結層の厚みをできるだけ薄くしなければならない
、何故なら、連結層の厚みの増加に伴なって、 一結倉ゾーンと金属製とｏｙｓｖｍにシールを配備して
完全峰−ルドを形成しない限り、多孔性と金属損失との
危険性が増大する、 一拡散時間が延長される。
一接合すぺ素部材の組成及び特性が結合面の近傍で資質
し易い。
しかし乍ら、連結層の厚みの減少に伴なって結合欠陥（
溶込み不実、し−り龜等）０生じる危険性が増大する。
このため１部材の締金表面を高精度で切削し、方法を実
施するとＩＫ正圧力かけて−部材を互いＫｌｌ近させる
ことが必要である。
前記の欠点社いずれも：連結層が完全Ｋｌｌ融する員に
！ａ因する・よ勤詳細には、・ｉｌｋ相線Ｏ温度が部材
の超合金の同相−の一度より低いととに起因する。（例
えば素部材の接合によ゛って複雑な形状の部材を形成す
るためＫ）良質の結合を達成したい場合には、要求され
る条件が厳しく、連結層として、有効に使用され得る組
−を有する合金を（＠末又は！）リップ等の形状で）市
場で入手することがしばしば不可能である。
ニッケルＸ線コバルトをペースとする超合金から成り互
−に近似の組成を有する少くとも２個の部材を接合する
ための本発明の拡散ろう付は方法もまえ、全体組成が前
記超合金の組成に近似しているか又は全体組成はや中具
なるが等しい特性を有してｊ？６更に前記超合金よ抄溶
融し易くなるような溶加元素を少くとも一種含んでいる
連結層を前記部材の結合面間に介在させ、全体を熱処理
して拡散ろう付けを行なうタイプの方法である。しかし
乍も１本発明方法の特徴線、前記連結層が、実質的に異
なる割合の少くとも２種の粉末合金の均質混合物から成
ることである。多い方の粉末合金は溶加元素を実質的に
含まない粉末超合金所間°ペース粉末”であり、少ない
方の船末合金は少くともニッケル又はスパルトを含んで
お艶、更に前記溶加元素を所定濃度で含む粉末合金屑ｌ
Ｉ＠溶加材粉末”である。前記溶加元素の濃度線、溶加
材粉末の合金の液相線の温度が部材及びベース粉末の超
合金の同相線の温度より低くなるように選択されている
。これらＯｔａ加材粉材粉末ましくは。
三相系又は四相系から選択される４１％に＊Ｎ１ｅＣｒ
。
ＢＯ系＃ＮｌｅＣｏ、８ＬＢの系拡すぐれた湿潤性を有
しており、常用の処理温度で不溶化合物を形成しない、
このことに関しては特に１元素ＮＬＣｒ。
Ｓｔ、Ｂを同時に存在させないことが必要である・前記
の如き独特゛な構成により下記の利点が得られる。
一融触による体積膨張及び凝固による収縮は溶加材粉末
の合金のみに生じ、しかも、連結層の厚み方向でベース
粉末ブレーンの存在量が増えるに伴なって前記の容積変
化は小さくなる。
−結合層の厚みが（門ｘ数町すメートル乃至１書すメー
トルの程度まで）大きくなっても再凝固後の連結層が稠
密に維持される。溶加材粉末が溶融するときに液相がベ
ース粉末のブレーン間に毛細現象によって保持されると
きは、この傾向がより顕著である。
一完全に拡散するための溶加元素の移動距離鉱。
連結層の厚みに関わり無く％（ベース粉末のブレーンが
球状でな〆と自は）ベース粉末のブレーンの厚みのに以
下であり、（該〆レーンが球状であるときは）骸グレー
ンの半径以下である。
−従って、従来技術の拡散ろう付は方法の場合に比較し
て、熱処理の拡散相の艙持時間の長さが連結層の厚みに
左右される度合が癌かに小さい。
一ペース粉末と溶加＃粉末との相対比率を加減すること
によって（拡散後の）結合ゾーンの化学的組成を最適に
調整することが可能である。
即ち、はぼ全ての場合に市販の粉末混合物を使用するこ
とができる。
一部材及びベース粉末のベース元素とは異なるベース元
素を含む溶加材粉末の使用さえも可能である０例えば、
′：Ｉパルトペースの超合金部材の接合のために、コ／
々ルトをベース元素とするベーＸ＠末と、ニッケルをベ
ース元素とする溶加材粉末とを使用し得る。
一本発明の操作と従来技術の拡散ろう付けとの組合せ又
紘併用も可能である。これにより、考えられる全ての幾
何学形状の接合面を１％にこれらの表面間の間隔が極め
て小さい場合にも機械的加工すること無＜Ｉ＆場するこ
とが可能である。
本発明方法は融通性があり、多くの用途に有利に適用す
ることができる。特に、下記の如き用途に使用され得る
。
一超合金から成る少くとも２個の索部材を接合して複雑
な部材を形成する丸め。
一超合金部の予定外の空胴（鋳造欠陥、亀裂）又は予定
し九空胴（鋳造用コアプリント（中子受け）の挿入口）
を、本発明の混合物自体から成る役を糟込んで閉塞する
ため。
−超合金部材の欠陥部分を交換する丸め、又は該部材に
補足要素（突起、補強リゾ等）を接合するため。
最後に強調すべきは１本発明の拡散ろう付は方法により
、混合物自体の予焼結ゾツンクから成る第２部材をＩ１
１部材Ｋｉｌ舎しこれと同時に鋏プツンクの圧縮成形を
確保し得ることである。混合物から成る予焼結プツンク
を第１部材Ｋｉｌ触させ。
次に拡散ろう付は処理を実施すると、一方でブランクの
圧縮成形及び均質化、他方でブランクと第１部材との接
合が同時に達成される。このときＫ。
連結層は、第１部材と接触したブランクの表層領域から
成る。との手法社主として、極めて安価な予焼結プツン
クとして入手し得る簡単な形状の補、□・、 ′足要素（突起又は楡）を既に仕上つ九部品に接合する
とＩＫ使用される。
添付図面に基く以下の記載より本発明が更に十第１図は
、拡散ろう付は処理を実施する前の部材と連結層との集
合体の一部分の構造を概略的に示す、接合すべき２個の
部材Ａ、Ｂの壁の一部分と、ベース粉末のイレーンＣと
溶加材粉末のブレーン６とから成る粉末混合物とが示さ
れている。
第２図は、ブレーンＤが溶融したときの構造を概略的に
示す、溶融より、生じた液相Ｅが壁ム、ＢとブレーンＣ
とに浸潤する。ブレーンの寸法が小さいため、液相は毛
管現象によって保持される。
第３図は、拡′散処理が正しく進行したときの構造を概
略的に示す。
部材ム、１１０１１に拡散により結合した均一な金相学
的構造の固体中間層下が形成されている０層ｒ社、前記
の壁の緻−゛を示す破線によって限定されている。
操作中に生じる物理的現象及び冶金的現象によって、最
終多孔率を実質的ＫＯにすることが可能である。
次に、第４．５．６図を参照して本発明方法の使用実施
例を説明する。これらの各実施例に於いて杜、主要な条
件 即ち。
一接合すべき部材を構成する一種以上の超合金に関して
常用の規格化信号で示される性質、−ペース粉末の超合
金の性質と粒度。
−溶加材粉末の化学組成（重量−）と粒度。
−これらの２種の粉末の各割合。
−これらの粉末の混合物から形成され九連結層の厚み、 一最後に、拡散ろう付けのための熱処理サイクルの温度
及び持続時間のみに関して記載する。
これらＯ実施例で適用され得るい（りか０４件に関して
社以下ｋＩ！−する。これら０ＩＩｋｆＩ−紘蟲業者に
公知であるから、各実施例毎に繰返して記載しない。
連結層を構成する粉末搗会物紘種々Ｏ形状で使用され得
る。部材ＯＩＩ会面が平坦水平であると１社、混合物を
遊離状で接合１面間に配置し得る。しかし乍も殆んどの
鳩舎に嬬、熱Ｊ６１１中に熱分解によ勤消散し炭素質残
渣を残さないように選択され九有機結合剤を混合物に添
加するＯが好鵞しい。
例えば、 −アクリル樹脂のアクリル樹脂毫ツマ−１１１に粉末混
合物を分散させて得られた流体ペーストＯＮ＃状で連結
層を導入する、又は、 −アクリル樹脂に前ｌ！粉末浪合物を分散させ、これを
圧蔦して得られ九シート又はテープの形状で連結層を接
会面関に配置する。
ペース粉末と溶加材粉末との粒度は羽もかに％大１い方
のブレーンが（連結層０３１みを左右する）接金部材間
の間隙を越えないように選択されなければならない。し
かし乍ら、拠金物がよ〕稠１ｆＫなるようにペース粉末
に等しいかＸ線よシ微＃ｌＩな寸法の自加材着末の使用
が有利であると貰えよう。
粒度の比が十分であ夛濤加材粉末の開会が過度に大暑＜
１％Ａと自は、大暑い方のブレーンが亙いに接触しよ゛
うとすると１１に′さえも小さい方のブレーンが大きい
方のブレーン関に入シ込む。従って、多孔性は殆んど生
じない。
拡散ろう付けＪ６１１１Ｃ続いて警体化処理又紘ｗＡ罠
しＪ６３１ｋが必要であゐが、これらＯＩ＆鳳は本発明
方法の一部を構成しないので説−Ｌ＆い。
残音多孔性を除去する九めに、（好ｔＬ＜は真空下で行
なわれゐ）拡散ろう付は蟲鳳に絖いて、圧力下でｅ！Ｅ
ｉａｍ履を行なうことが可能である。
しかし乍ら、不活性雰囲気に於いで鋳圧下で拡散ろう付
は処理を実施することも可能である。但し、後者の鳩舎
には、処理装置がより複雑で高側である。
最後に、接合すぺ自表面の洗浄旭鳳及び酸洗い処理は公
知であるから、例外的鳩舎を除いては言及しない。
ｌ！施例１（第４図） この実施例で杜、商品名Ｈ８３１として市販されている
公知の；Ｉす→ペース０４に金ＫＣ２ＳＮＷから積置鋳
造されてお〉疵入又＃ｉ熱疲労によって損傷され九ター
ビンの案内羽ｌＮ４０を処理する。
ζＯ部品の修復に１１に％／％て紘、真後縁の内盛を行
なって輪郭を復元する。
原則として下記ｏ”：ｔａ＊スで修復処理を実施する。
一部め合金にした粉末と揮発性結合剤とから成るペース
）０形状のＮ１０ｒＢベースＯ金属溶加材を細い亀１！
４１に充填する、 −真空下で１８分間１２００ｔＫ加熱して金属溶加材を
湊融し、電装を網車する、 −″：ＩパルトペースＯ金金着金粉末ｉＣｏａｔＢタイ
プの金属涛加材Ｏ粉末とから成る本発−の材料を翼後縁
の損傷部４２に付着させる、−真空下で１５分間１２０
０’ＣＫ加熱して金属溶加材を涛鵬する、 一修＊＊０幾何学的形状を点検する、 −真空下１２００℃で拡散Ｉ＆瑠を４時間−続する。
この実施例は、−加材看末のペース元素（ζ０場金易ツ
ケル）がペースＩＩ車及び部品のペース元素（この鳩舎
：ｆＡルト）と紘異１に為元素から成鳥という注麿すぺ
龜鳩舎を示している。
との実施例では、（商品４１１Ｎ１７７として市販１れ
てい為公知の）合金ＮＫ１１＄ＣＡＤ’ｌ’から威為ｓ
ｍｏ羽機ニレメン）５３の上端７ツンａ）５１と下端７
ランジｓ２とＯＳ台によ？てｉＩＰタービン０３個の羽
根から成ゐセクタが得られる。
厚み約１００ｔクロンの連結層ｓ４は、下記ＯＩＩ末浪
合物から成る。
−ぺ“−ス看末７ｓ重量−：粒度１Ｇ０擢り田ン未満、
合金ＮＫ１７ＣＤＡ’ｒ（商品４Ａｊｔｒｏｌ可として
市ＩＥ）。
一溶加材粉末２ｓ重量ｇＩ：粒度４０ｔクロン未満１組
成；ｌ５Ｏｒ、ｓ、ｓＢ＊ｌＡ部Ｎｔ（融点１Ｇ５３’
Ｃ）。
拡散ろう付けの九めＯ熱錫理は主として、−約３時間で
１２００″ｃｔ′ｅｏ温度上昇勾配と、−１２００℃で
１２分関Ｏゾットーと、勾配と、 を會む。
２種Ｏ合金粉末は市場で入手し得る。
実施例３（第６図） との実施例で捻、合金ＮＫ１５ＣＡＤＴから成鳥中空タ
ービン羽根５３の上端７ランジ６１にファプリントを挿
入すべく設けられ九−口６８（ＤＩＩＩＳ烏が行なわれ
る。従来の閉塞方法ではステンレス鋼のろう付はボール
なＮｉＬ答するために開口を切削する必ｌＩがあった。
本発ｖｉｏ閉塞方法で紘１．［ｋ６４を影成する予焼結
ゾツンクを談合する。
蚊プツンクは、下Ｗｉ！Ｏ合金粉末の混金物から成るニ
ーペース着京７ｓ重量−：粒度１６０建りａｙｔｃｉｌ
ｌ、４ＮＩＩＮＫ１７ＣＤＡＴ−濤加材粉車２５重量Ｓ
：＊度４０電ター）米製１組成；１ｙｃｏｌ４ａｔ、２
＊７Ｂ、残部Ｎｌ（固相線温度９６０℃）。
プランタを開口内に導入し、全体を拡散ろう付け〇九め
に急速熱処理する。
処理中には必ず、１２００℃で１５分間Ｏプツトーが含
まれる。°どＯ処理により、＠６４０プツンクの焼結と
一ロ６３４Ｄｌｌに対する絨ゾツンクの結合とが同時に
達成され得る。連結層は、孔の瞭とＩｍ！触し九ゾツン
タの表層のみから成る＝１１の適轟な酸洗いＩＩ＆運が
しである＠〉、孔を切削する必要状ない。
ベース粉末と溶加材粉末とが市場で入手し易いという利
点に加えて、本発明方法は要約すれば、−ブランクが極
めて安価である、 一粗虞影爾との結合１ｃｍ用し得る、 という利点を有する。
前記方法唸更に、リゾ、実間等の如１部材補足部分を既
存ｏｐ＃に結合させたい鳩舎に％使用され得る。
本発明方法の他０＠用例も数多く挙けることができるが
、記載の実施例だけで可能＆種々の応用を示すに十分で
ある。
接金ナベ自部材がコバルトペースＯ超合金から成ると素
状粉末混合物中の溶加材粉末の割合が好ｔしく唸Ｓ−乃
至４０−であ〉、ニッケルベース０超会金から成ると１
１社諌粉末Ｏ割合が好ましくは５嚢乃［１！５１１でな
ければならない。
【図面の簡単な説明】
第１．２．１図は、本発明方法を実施すると亀の連結層
Ｏ１１々の物理化学的状態を示す概略説明図、第４１ｉ
は本発明方法によ〉修復されたタービンの案内羽根のｌ
！羽図、＄１５１１は、本発明方法によって羽根エレメ
ントを互いＫｌｉ会して得られたタービン羽根セクタの
正爾閣、第ａｍｌは、本発明方法によ）；アブリント挿
入孔Ｋｌｋを渥込んで閉塞され丸中空タービン羽根の一
部分の断藺図である。 φ・・・案内羽根、４１・・・電装、稔・・・損傷部、
５１・・・上端７ツンジ、５２・・・下端７ランジ、５
３・・・羽根エレメント、詞・・・連結層、槌・・・開
口、ａ・・・橙。 “、”）、）ｔ） ５、’、、ｌ。 ｈ ′； １１°。 買 ＼

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ニッケル又は：Ｉパルトペースの超合金部材を拡
    散ろう付けにより談合するために、一方で紘、従来の超
    合金の層成に加えて従来の超合金・よ秒も溶融し易いよ
    うに少くと４１８１０濃加元嵩を含む全体組成を有すゐ
    連結層を一前記部＊ｔｏｓ＊＊ｍ閏に介在させ、他方で
    紘、全体を拡散ろう付けすべ（熱処理することから成鳥
    拡散ろう付は方法に於いて、前記連結層が実質的に不等
    な割合の少くと％２１１０１１車合金ＯＭ質擺合物″′
    ！成り・多“方０看車線・接会すぺ１１部材とは異なる
    性質を有して門−且り溶加元素を実質的に口重ない層会
    金粉車′所ｌＩ＠ペース験末１から成り、少ない方の場
    末は、ニッケルペーメ系から選択され九粉末合金所Ｍ＠
    溶加材粉末”から成り、更に、前記溶加元素の濃度は、
    前記溶加材粉末の合金の液相線の温度が部材の超合金及
    びベース粉末の超合金の固相線の温度より低くなるよう
    に選択されていることを特徴とする拡散ろう付けによる
    接合方法。
  2. （２）溶加材粉末氷ニッケル、クロム及びホウ素から成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載Ｏ方法
    。
  3. （３）溶加材粉末がニッケル、コバルト、ケイ素及びホ
    ウ素から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
    記載の方法。
  4. （４）混合胸中の溶加材粉末の重量比が５乃至２５−で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
    のいずれかに記載の方法。
  5. （５）接合すべき部材が、接合によって複雑な形状の部
    材を形成し得る索部材であることを特徴とする特許請求
    の範Ｓ第１項乃至第４項のいずれかに記載の方法。
  6. （６）接合すべ素部材の一方は、欠陥部分が除去され先
    部材であり、他方は、前記欠陥部分に代替すべき部材要
    素であることを特徴とする特許請求の範ａ第１項乃至第
    ５項のいずれかく記載の方法。
  7. （７）一方の部材が、他方の部材に付加されるべ龜簡単
    を形状の素部材であることを特徴とす：ｂＩｆ＃許請求
    の範囲第１項乃至８１６項のいずれかく記載の方法。
  8. （８）前記素部材が本発明の混合物から成る予焼緒プツ
    ンクであることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記
    載の方法。
  9. （９）特許請求の範囲第６項に従うことを特徴とする成
    形超合金部材のコアプリント挿入用開口の閉塞方法。ビ
    □ （１１！合すべｔ１弐面が部材中に存在する空胴ＯＩｌ
    であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
    方法。
JP57147505A 1981-08-26 1982-08-25 耐熱超合金部材の拡散接合方法 Granted JPS5844962A (ja)

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