JPS5881584A - 金属の固相接合法 - Google Patents

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】 本発明は新規な接合法に係り、特にＮｉ基およびＣＯ基
超超合金固相接合する方法に関する。

最近ガスタービンは効率向上を目的に運転温度が年々上
昇している。これに対処するだめ、材料の開発と冷却構
造の研究が盛んとなっている。しかし、材料の開発は既
に頭打ちの傾向にあり、今後の高温化に対しては、冷却
構造の研究によらねばならない。従って、冷却構造は年
々複雑化してきている。これらのガスタービン翼は一般
には精密鋳造法で製造されるだめ、冷却孔は鋳造後加工
によって孔開けを行う場合と、鋳造時にセラミックス中
子法により、孔開けを行う場合がある。しかし、この場
合、冷却構造が単純な場合のみに適しているが、冷却構
造が複雑な場合、あるいはタービン翼が一方向材、単結
晶材の様に、凝固時間が長くなると、精密鋳造法では孔
開けが困難となる。

より複雑な冷却翼を得るには、分割精密鋳造後に拡散接
合によって一体化製造する接合法がある。

拡散接合の中では液相拡散接合と固相拡散接合が主流と
なっている。

液相拡散接合は、Ｔ、ＬＰ接合法（’ｌ’ｒａｎｓｉｅ
ｎｔＩ、１ｑｕｉｄ　ｐｈａｓｅ　Ｂｏｎｄｉｎｇ　）
やＡＤ接合法（Ａ、Ｃ−１ｉｖａｔｅｄ　１）ｉｆｆｕ
ｓｉｏｎ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）が代表的である。

ＴＬＰＬＰ接合法ボロン（Ｂ）を含んだニッケル（Ｎｉ
）あるいはコバル）　（Ｃｏ）合金の薄板をインサート
材として用い、母材融点以下に加熱し、インサート材を
溶融後一定保持する。一定温度保持中にインサート材中
のＢは母材に拡散し、接合部は凝固を完了し、接合を終
了する。ＡＤ接合法の融点が上昇してインサート材とし
てＢを含んだＮｉ合金あるいはＣＯ合金の粉末を用いる
もので接合プロセスはＴＬＰＬＰ接合法一である。

前記の接合法はインサート材にＢを多量に含んだＮ１合
金あるいはＣＯ合金を用いるだめ、接合中にＢが母材中
へ拡散し、母材の粒界にポライド（Ｂの金属間化合物）
として偏析したり、拡散不十分な場合は接合部に多量の
Ｂが残り、母材、接合部の高温強度を低下させる欠点が
ある。

一方、固相接合は、インサート材を用いずに高温、高真
空、高応力下で母材と母材を接合する方法である。しか
し、母材が耐熱超合金であるため高温、高応力下でも変
形が困難であり、表面の加工状態をいかに高精度にして
も、健全な接合部を得るのは困難である等の欠点がある
。

本発明の目的は前記した欠点を改善しようとするもので
、インサート材としてはＢを含捷す、しかも接合強度の
高い金属の固相接合法を提供するにある。

Ｎｉ基あるいはＣｏ基超超合金高温での変形が困難であ
るが、結晶粒を微細にして行くと変形が容易となる。ア
ルゴンあるいはヘリウムなどの不活性ガスによるアトマ
イズ法で製造したこれらの合金粉は結晶粒が微細である
ため変形が容易であり、特にその粒径が５０μｍ以下の
場合は著しく変形するためこれらの微細合金粉をインサ
ート材として使用すれば耐熱合金を固相接合することが
出来る。

すなわち粒径が５０μｍ以下のアトマイズ合金粉は結晶
粒が非常に微細なため接合面の表面加工精度が悪くても
短時間、低応力で接合が可能となシ、また継手部の延性
、靭性が大きく継手効率も良好である。さらにＴＬＰＬ
Ｐ接合法Ｄ接合法のインサート材と比較し、Ｂを含んで
いなてので母材の高温強度や接合部の高温強度に悪影響
を与えない。さらに板や箔をはさむ方法と違い、粉末を
そのままはさむので取り扱いが容易で、接合工程も簡単
となる。

本発明は双ロール又は片ロール法を用いた溶湯急冷法又
はアルゴンあるいはヘリウムなどの不活性ガスによるア
トマイズ法により製造した合金粉末を原料とし、これを
熱間で圧密化後熱間加工で製造した薄板から採取した箔
をともがねとしてインサート材に、使用し、耐熱超合金
を固相接合することを特徴としている。

溶湯急冷法やアトマイズ合金粉を原料とする方法で製造
された箔は結晶粒が非常に微細なだめ、接合面の表面加
工精度が悪くても短時間、低応力で接合が可能となり、
また継手部の延性、靭性が大きく継手効率も良好である
。その他インサート材として可撓性に富む、微細組織で
扱いやすい等の特長を有する。さらにＴＬＰＬＰ接合法
Ｄ接合法のインサート材と比較し、Ｂを含んでいないの
で母材の高温強度や接合部の高温強度に悪影響を与えな
い。

実施例１ 第１表に示す合金を被接合材に使用し、これらの組成と
はソ同一のインサート材を使用した。扁１〜６について
は本発明の合金アトマイズ粉で、扁７，９は比較材であ
る。合金アトマイズ粉はアルゴン、ヘリウムなどの不活
性ガスにより製造されたもので、粒径はＭａＸ５０μで
ある。比較材は精密鋳造した２瀧厚さの板から機械切削
で採取した約１００μ厚さの箔で結晶粒は約数百ミクロ
ンのオーダである。

アトマイズ合金粉はニトロセルローズ２００ｇ、酢酸ブ
チル４．５にりを配合したバインダを用い、はけあるい
は吹き付けによって同一成分の母材接合面に塗布した。

本発明材、比較材とも同じ方法で熱間圧接を行った。熱
間圧接は１０００Ｃ及び１２２５Ｃ１約３０分保持、Ａ
　ｒ　十Ｈ２中雰囲気下の条件を選んで行った。この時
の圧接応力を検討し、良好な接合面が得られる応力を求
めた。第１図にその結果を示す。５０μｍ以下のアトマ
イズ合金粉をインサート材に用いた本発明材扁１〜６は
全てほぼ同一の値を示し鋳造材から切削で採取しだ箔を
用いた比較材（Ａ７，８）に比べ、小さな応力で良好な
接合面が得られ、接合性に優れていることが確認された
。

その後、１１００〜１２００１：”間で約１〜２時間の
拡散処理を施した。接合部材から接合面が中心部となる
様に採取した試験材の９８２０クリープ破断特性は総合
的に評価すると発明材のアトマイズ合金粉をはさんだも
のは母材に比較し、９０〜１００％の特性を示した。

実施例２ 第３表 第１表に示す合金のうち５１〜６については本発明材で
溶湯急冷法により約１００μ厚さ箔を製造した。篇７お
よび８は比較材であり、精密鋳造しだ２ｒａｎ厚さの板
から機械切削で採取した約１００μ厚さの箔で結晶粒は
数百ミクロンのオーダである。

溶湯急冷法は双ロール法と片ロール法とを比較したが、
表面状況は双ロール法が両表面において平滑度が優れて
いたので、以下の実験には双ロール法により得た箔を用
いた。父、母材としては箔と同一成分のものを用いた。

溶湯急冷法により得られた箔および比較材として、鋳造
材から機械切削で採取′した箔をインサート材として用
い、同一成分の母材間にはさみ、熱間圧接した。熱間圧
接は１ｏｏｏＣ及び１２２５ｔ：″、約３０分保持、Ａ
　ｒ　十Ｈ２雰囲気下の条件を選んで行った。この時の
圧接応力を検討し、良好な接合面が得られる応力を求め
た。第２図にその結果を示す。溶湯急冷法により得られ
た箔を用いた本発明材篇１〜６はほぼ同一の値となり鋳
造材から機械切削で採取した箔を用いた比較材に比べ、
小さな応力で良好な接合面が得られ、接合性に優れてい
ることが確認された。

その後、１１００〜１２００Ｃ間で約１〜２時間の拡散
処理を施しだ。接合部材から接合面が中心部となる様に
採取した試験材の９８２０クリープ破断時性は総合的に
評価すると、発明材の箔をはさんだものは母材特性に比
較し、９０〜１００％の特性を示した。

実施例３ 第１表に記した扁１〜６の合金についてアルゴンアトマ
イズ法により合金粉を造った。合金粉は肉厚約２能の鋼
管の中に入れ、真空封入後、約１０００′Ｃですいこん
で圧密化し、９００〜１１００Ｃにて熱間加工を施した
。この時の最終断面減少率は１／６〜１／１０で被覆鋼
の皮むきを行い、さらに機械切削で約１５０μ厚さの箔
を採取した。

この時の粒径はＭａＸ２μで、はとんど０．５〜１μｍ
となり、可撓性に富んでいることが確認できた。

箔にした後は、実施例２と同様に熱間圧接した。

特長は実施例２の溶湯急冷法による箔をインサート材と
して使用した接合部材と同じであることが確認できた。

本発明によればインサート材としてＢを含まないしかも
従来の溶解、鍛造法では箔にすることが困難なＮＩ基、
Ｃｏ基合金について、粒径５０μｍ（１１） 以下の粉末又は溶湯急冷法によジ製造した箔もしくはア
ルゴンあるいはヘリウムなどの不活性ガスによるアトマ
イズ法により製造した合金粉末を原料とし、これを熱間
で圧密化後熱間加工で製造した薄板から採取した箔を使
用するので、固相接合が容易である。すなわち溶湯急冷
法やアトマイズ合金粉を原料とする方法で製造された箔
は結晶粒が非常に微細なため、接合面の表面加工精度が
悪くても短時間、低応力で接合が可能となり、まだ継手
部の延性、靭性が大きくインサート材がともがねである
ことから継手効率も良好である。

これらの特長を生かし、ガスタービン用動翼。

静翼に用いれば、複雑冷却孔を有する冷却動、静翼の実
現が可能となり、ガスタービンの運転温度を著しく上昇
させることが出来、効率向上に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は接合温度と接合応力との関箋　１　
図 湿度（°Ｃ） 年　ｚ　図　　　　″・・ 温度じＣ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属からなる被接合材の接合面間にインサート材を
   介し、加圧下で加熱し、接合せしめる方法において、前
   記インサート材は、接合される前記被接合材の主成分と
   同じ金属を主成分とする金属からなることを特徴とする
   金属の固相接合法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記インサート材
   は被溶接材とはソ同−組成である金属の固相接合法。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、前記イ
   ンサートは粒径５０μｍ以下の粉末又は厚さ５０μｍ以
   下の箔である金属の固相接合法。 ４、特許請求の範囲第１項〜第３項に記載のいずれかに
   おいて、前記インサートは溶湯を滑らかな金属面に注湯
   して薄軍にしたもの又はアトマイズ粉である金属の固相
   接合法。 ５、特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかにおいて
   、被接合材及びインサート材としてＮｌ基合金の場合は
   、重量でＣ０，０１〜１％、ｃｒｉ〜３０％、’ｐｉＯ
   ，０１〜１０％、ＡｔＯ，０１〜１５％と、Ｍ　Ｏ０，
   １〜１０％、００１〜３０％、ＷＯ９１〜１０％、Ｔａ
   ０．１〜７％、１（ｆｏ、１〜７％の１種以上を含み、
   残部Ｎｉからなり、ＣＯＯ合金の場合は、重量で００．
   ０１〜１％、Ｃｒ１〜３５％と、Ｎｉ１〜３０％、Ｗ１
   〜１５％、Ｔｌ００１〜５％、Ｔａ０．１〜７％、Ｙｏ
   、１〜５％の１種以上を含み、残部ＣＯからなる金属の
   固相接合法。