JPS59101297A - 高温で使用するためのニツケル−高クロムを基礎とするろう付充填用金属 - Google Patents

高温で使用するためのニツケル−高クロムを基礎とするろう付充填用金属

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JPS59101297A
JPS59101297A JP58213887A JP21388783A JPS59101297A JP S59101297 A JPS59101297 A JP S59101297A JP 58213887 A JP58213887 A JP 58213887A JP 21388783 A JP21388783 A JP 21388783A JP S59101297 A JPS59101297 A JP S59101297A
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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】 本発明は金屑部品のろう付、特にステンレス鋼および高
二“ツケル合金のろう付に有用な均質かつ延性のニッケ
ルを基礎とするろう付材料に関する。
ろ5付は、しばしば異なる組成をもつ金属部品を互いに
連結させる方法である。一般には、互いに連結すべき金
属部品の融点よりも低い融点をもつ充填用金属を金属部
品間に介在させ、アセンブリーを形成させる。次いでこ
のアセンブリーを充填用金属が溶融するのに十分な温度
にまで加熱する。冷却すると、強力な耐食性の気密な接
合部が形成される。
特定の用途に対する特定のろう付充填用金属の選択は、
基本的にはその固相線(sol、1tLus)および液
相線(tiqaiduθ)の温度に基づいて定められる
パ固相線″という語は、金属または合金が完全に固体で
ある最高温度に関するものであり、6液相線″という語
は金属または合金が完全に液体であ゛ る最低温度に関
するものである。いずれのろう骨法の場合も、ろう付充
填用金属は、互いにろう付される金属部品の使用条件に
適合する適切な強度をこの金属に与えるのに十分な高さ
の同相線温度をもたなければならない。航空機エンジン
のある種の重要な部品、たとえばハネカムエアシールは
高温で用いられる。従って、これらの部品のろう伺に用
いられる充填用金属は高い固相線温度をもつ。AWS−
BNi−5と呼ばれる充填用金属はBNiNi合金体全
体高の同相線温度をもつので、この種の用途に慣用され
ている。この充填用金属はそのクロム含量が高いため(
19M量%)、適切な強度および耐食性も与える。
このAWS BNi−5組成物の主な欠点は、これを延
性の箔状で製造することが困難な点である。
AWS BNi−5組成物は実質的な景(10重量%)
のメタロイド元素であるケイ素を含有し、これまで粉末
、粉末結合剤ペーストまたは粉末結合剤テープの形で得
られているにすぎない。粉末は一般に多くのろう付操作
、たとえば複雑な形状をもつ部品には不適当である。粉
末結合剤ペーストおよび粉末結合剤テープ中に含まれる
有機結合剤はろう付の途中でベーキングにより除かれ、
接合部にとって有害な不都合な空隙および残留物を残す
従って、BNi−5と同様な特性をもつ100%密なか
つ柔軟なろう伺充填用金−箔は、多くのろう肘用にきわ
めて望ましいであろう。
ある種のろう付合金は箔状で得られる。この種の材料は
(1)費用のかかる一連の圧延および注意深い熱処理工
程により加工されるか、あるいは(2)合金溶融物を少
なくとも約105C/秒の速吸で回転している急冷ホイ
ール上で急冷することにより加 、工される。圧延箔は
これから複雑な形状を型押するのに十分なほど延性では
ない。米国特許第4.148,973号に示される急冷
箔は圧延箔よりも実質的な改良を示すが、これまで立証
されてきた融点、酸化および腐食の%性は特に高温ろう
付、たとえば航空機タービンエンジンのハネカムエアシ
ールを行うのには不適当である。
延性のガラス質合金が米国特許第3,856,513号
(1974年12月24日にH,S、チェノらに付与)
に示されている。これらの合金は式MaYbZcの組成
をもち、この式中Mは鉄、ニッケル、コバルト、バナジ
ウムおよびクロムよりなる群から選ばれ;Yはリン、ホ
ウ素および炭素よりなる群から選ばれ;Zはアルミニウ
ム、ケイ素、スズ、ゲルマニウム、インジウム、アンチ
モンおよびベリリウムよりなる群から選ばれ;α”は6
0〜90原子係の範囲にあり、′bnは10〜60原子
係の範囲にある。また式TiXjをもつガラス質線材も
示されており、この式中Tは少なくとも1種の遷移金属
であり、Xはリン、ホウ素、炭素、アルミニウム、ケイ
素、スズ、ゲルマニウム、インジウム、ベリリウムおよ
びアンチモンよりなる群から選ばれ;i″は70〜87
原子係の範囲にあり、6ノ”は16〜60原子係の範囲
にある。
この種の材料は現在当技術分野で周知の加工技術を用い
て溶融物からの急冷により容易に製造される。しかしこ
こにはろう付組成物は示されていな〜1゜ 当技術分野には、BNi−5に類似する特性(すなわち
高い同相線温度、ならびに優れた耐食性および耐酸化性
)をもち、容易に薄い均質の延性箔状に加工されるろう
付合金に対する要望が残されている。
本発明によれば、ろう付金属物品のための充填用金属と
して有用な均質の延性ろう肘用箔が提供される。一般に
この箔は本質的にクロム17〜20原子係、ケイ素10
〜16原子係、ホウ素4〜10原子係を含み、残部は本
質的にニッケルおよび付随する不純物である組成をもち
、その組成はニッケルおよびクロムの合計が74〜84
原子係、ホウ素およびケイ素の合計が16〜26原子係
となるものである。このろう肘用箔は少なくとも50%
のガラス質構造をもつ準安定材料よりなり、76.2μ
m(0,003インチ)以下の厚さをもつ。
柔軟で薄くかつ均質な上記組成のろう肘用箔を用いると
ろう封接合部の強度が改善され、接合精度が高められ、
また処理時間が短縮されることが認められている。
より好ましくはこのろう肘用箔は25.4μm(0,0
01インチ)〜63.5μ77!(0,0025インチ
)の厚さをもつ。好ましくは本発明−のろう付箔は少な
くとも部分的にガラス質であり、本質的にクロム17.
5〜18.5原子係、ケイ素12.5〜16.5原子係
、ホウ素5〜6原子係を含み、残部がニッケルおよび付
随する不純物である。
さらに本発明によれば、2個以上の金属部品をろう付に
より接合するための改良法が提供される。
この方法は α)いずれの金属部品の融点よりも低い融点をもつ充填
用金属を金属部品間に介在させてアセンブリーを形成さ
せ、 h)このアセンブリーを少なくとも充填用金属の融点に
まで加熱し、そして C)このアセンブリーを冷却する ことよりなる。その改良点は上記の組成をもつニッケル
を基礎とする均質な箔を充填用金属として用いることよ
りなる。
クロム元素は合金に改良された耐食性および耐酸化性を
与え、一方ホウ素およびケイ素の存在により合金の融点
が低下する。
本発明の合金は実質量のホウ素(4〜10原子%)およ
びケイ素(10〜16原子%)を含有し、これらは固体
状では硬(かつもろいホウ化物およびケイ化物として存
在する。従って本発明の合金は急速同化法により柔軟な
薄い箔に加工するのに特に適している。この方法で製造
された箔は少なくとも50%のガラス質構造および76
μm([1,003インチ)以下の厚さをもつ準安定材
料よりなる。他の方法、たとえば(1)圧延、(2)鋳
造、または(3)粉末冶金技術ももちろんこれらの合金
を箔状にするために使用できる。しかし、薄い柔軟なか
つ均質の箔を用いることは、合せ面がクリアランスの狭
い広い面積をもつろう付、および複雑な形状をもつ接合
部のろう付に特に有用である。本発明の合金は、ガスま
たは水を用いる合金の微粒化により、あるいはこれから
作成される箔の機械的微粉砕により粉末状で製造するこ
ともできる。
以下に示す本発明の好ましい実施態様および添付の図面
に関する詳細な説明を参照することにより本発明がより
良く理解され、他の利点が明らかになるであろう。図面
はそれぞれ本発明の合金によりろう付され、根板加工さ
れた引張り試験片の平面図および立面図である。
いかなるろう骨法の場合も、ろう付材料は互いにろう付
される部品の使用条件に適合する強度を与えるのに十分
なほど高いと思われる融点をもたなければならない。し
カル融点はろう付操作を困難にするほど高くてはならな
い。さらにこの充填材は化学的にも金属学的にも、ろう
付される材料と親和性でなければならない。またろう付
材は腐食を避けるため、ろう付される材料よりも優れた
品質のものでなければならない。理想的には、ろう付材
は延性の箔状であり、複雑な形状をこれから型押できる
ものでなければなら、ない。最後に、ろう付材は均質で
なければならない。すなわち、これはろう付の途中で空
隙または夾雑残留物を形成すると思われる結合剤その他
の物質を含有してはならない。
本発明によれば、均質な延性のろう付材が箔状で提供さ
れる。このろう肘用箔は厚さ76μm(0,003イン
チ)以下、好ましくは68μm(0,0015インチ)
 〜63.5μ771(0,0025インチ)、最も好
ましくは12.7μ771(0,0005インチ)〜6
8IylL(0,0015インチ)である。一般にこの
ろう肘用箔は本質的にクロム17〜20原子係、ケイ素
10〜16原子係、ホウ素4〜10原子係を含み、残部
は本質的にニッケルおよび付随する不純物である。この
組成は、ニッケルおよびクロムの合計が74〜84原子
%の範囲、ホウ素およびケイ素の合計が16〜26原子
係の範囲となるものである。これらの組成物はあらゆる
ステンレス鋼、ならびにニッケルおよびコバルトを基礎
とする合金と親和性である。
均質とは、製造された箔があらゆる寸法において実質的
に均一な組成をもつことを意味する。延性とは、箔をそ
の厚さの10倍はど小さな円弧状に折り曲げても破断し
ないことを意味する。
本発明の範囲に含まれるろう肘用合金組成物の例を下記
の表■に示す。
表   I 試別 A     Ni    Cjr    E3i
    B1 原子% 62   18   10  
 10重伊%73.311’8.855.662.18
2 原子% 61   19   10   10重量
%72.2319.935.662.183 原子% 
61   19   12    8重量%71.73
19!796.751.734 原子% 61   1
9   14    6M量%71.2419.667
.821.295 原子% 、lS1   19   
14    6Mfjr% 71.98 19.86 
 6.21  1.966 ノ東予%  63.56 
17:81  13.22   5.41重量% 73
.35 .18.20  7.30  1.157原子
% 61   19   14    6M量% 71
.24 19.65  7.82  1.298原子%
 61  19  15   5皿量% 70.99 
19.58  8.35  1.079 原子% 61
   19   16    4mJi%70.751
9.528.880.8510原子% 60   20
   13    7重量% 70.41 20.78
  7.30  1.5111 原子% 63   1
7   16    4皿量% 72.88 17.4
2  8.85  0.8512 原子% 61   
19   1.Is     7皿量% 71.48 
19.72  7.29  1.51本発明のろう肘用
箔は、希望する組成の溶融物をガラス質合金技術の分野
で周知の合金急冷法を用いて、少なくとも105t’/
秒の速度で冷却することにより製造される。たとえば前
記の米国特許第3,856,513号および第4,14
8,973号が参照される。すべての組成物の純度は、
商業的に普通にみられるものである。
連続したリボン、線材、シートなどの加工のための各種
の技術が用いられる。一般に特定の組成を選び、希望す
る割合の必要成分の粉末または顆粒を溶融均質化し、溶
融合金を冷却面、たとえば急速に回転している金属シリ
ンダー上で急冷する。
これらの急冷条件下で、準安定性の均質な延性材料が得
られる。この準安定性材料はガラス質であってもよく、
この場合、長範囲の秩序性(loルyrαルge or
rter )はない。ガラス質合金のX線回折図は、無
機酸化物ガラスにみられるような拡散ハロのみを示す。
この種のガラス質合金はその後の取扱い、たとえば合金
のす7リンから複雑な形状の型押ができるのに十分なl
まど延性でなければならない。好ましくはガラス質合金
は、優れた延性を得るために少なくとも80%ガラス質
、最も好ましくは実質的に(ないしは全体的に)ガラス
質でなければならない。
準安定相は成分元素の固溶体であってもよい。
本発明の合金の場合、この種の準安定性の固溶体相は、
結晶性合金加工技術の分野で用いられる普通の加工技術
によっては必ずしも得られない。固溶体合金のX線回折
図は結晶性合金に特徴的な鋭い回折ピークを示し、希望
する微粒状微結晶による若干のピークの広がりを伴う。
この種の準安定材料も、上記の条件下で得られた場合に
延性である。
本発明のろう+1材料は有利には箔状(またはリボン状
)で得られ、その材料がガラス質であっても固溶体であ
っても、鋳造し放しでろう肘用に使用できる。あるいは
複雑な形状の型押を意図する場合、より長いグイ寿命を
助成するためにガラス質合金箔を熱処理して好ましくは
微粒状の結晶相を得ることができる。
上記の方法により製造される〜箔は一般に16μm(0
,0005インチ)以上76μm(0,003インチ)
の厚さであり、これはろう付される物体間に望まれる間
隔でもある。16μm(0,0005)〜66μm(0
,0014インチ)の箔の厚さ、従ってこの間隔におい
【、ろう封接合部の強度が最大となる。より薄い箔を積
層して63.5I扉以上の厚さとなしたものも使用でき
る。さらにろう付に際し融剤を必要とせず、また箔中に
結合剤が存在する必要もない。従って空隙および夾雑残
留物の形成も避けられる。その結果、本発明の延性ろう
肘用リボンによれば、スペーサーの必要性が除かれるこ
とによりろう付が容易になり、ろう付後処理が最小限に
抑えられる。
例1 特定の組成の溶融物を急速に回転している冷却ホイール
(表面速度915〜1830 m1%)上にアルゴンの
過圧により噴出させることによって、幅25.4朋(0
,10〜1.00インチ)、厚さ16〜767j77L
(0,0005〜0.003インチ)のリボンを製造し
た。表Iに示す組成をもつ実質的にガラス質の準安定性
の均質なリボンが得られた。
例2 表1に示すリボンのうち選ばれたものにつき液相線温度
な示差熱分析(DTA)法により測定した。
個々の試料を不活性の参照材料と、並行して均一な速度
で加熱し、これらの温度差を温度の関数として測定した
。得られた曲線(サーモグラムとして知られている)は
温度に対する熱エネルギーの変化をプロットしたもので
あり、これから溶融開始および溶融終了(それぞれ固相
線温度および液相線温度として知られている)を判定し
た。こうして判定された値を下記の表1に示す。
比較のため、ウオール・コルモニー社(ミシガン州デト
ロイト)により製造されたAWS BNt−5合金(商
品名二りロノラツー30粉末)の同相線温度および液相
線温度を上記のDTA法により判定した。これらの値を
呼称化学組成と共に表1に示す。
表■ 試料3  Ni、□Cr19Si1□B81087  
960試料6  NL636Cr178S’132B5
4 11501065試料7  Ni  Or  E3
i  B     1065  93861  .19
  14 6 試料8 NL6、Cr1,5i05B5   1108
  920表I BNi−5原子%NZ62,6Cits、9SLts、
41150  、1067重量%N t−t□Cγ19
S番、。
例6 寸法 2.54cr/LX 12.7anx O,31
75cm  (1インチ×5インチ×01125インチ
)の引張り試験片をAl5I。
616型ステンレス鋼から切り取った。本発明のろう肘
用合金、すなわち表■で得られた試料A乙の呼称組成を
もち厚さ0.0381朋(0,0015インチ)X幅6
.65mm(0,25インチ)の寸法をもつガラス質の
延性リボンを用い【、試験片の幾つ力・をろう付した。
ろう付された接合部は重なり2t、3tおよび4tの重
ね継ぎ型のものであった。1+−2試験用抜板の厚さで
あり、この場合は3.175mである。ろう肘用試料な
アセトン中で脱脂し、アルコールですすいだ。リボンを
並置して重ね継ぎ接合部の全長をおおうことにより、本
発明の選レイれたろう肘用リボンを入れた重ね継ぎを組
立てた。
本発明の選ばれたろう付リボンが接合部スペーサーとし
て作用した。次いで試験片をガスタングステンアーク溶
接により仮付は溶接し、アセンブリーを相互に固定した
比較のため、商品名工クロプシツ−30(AWSBNi
−5)  ろう付ペースト(ミシガン州デトロイトのウ
オール・コルモニー社から市販されてX、1ル)を用い
て上記と同じ方法で試料を作成した。この場合、厚さ0
.0381mm(0,0015インチ)のステンレス鋼
製スペーサーを合せ面の両端に置〜・て接合部のクリア
ランスを得た。スペーサー&まのちに機械加工に際して
除去された。ニクロプラツ−s、 O−!!−ストは合
せ面の一端にのみ施された(試験片の長さに垂直に)。
次いでこのアセンブリーをガスタングステンアーク溶接
により溶接した。
−jヘ−C(7)試料ヲ13.4X 10−3Pa、(
1[1−’)ル)の真空下に11901;(2175’
F)の真空炉中で5分間ろう付した。次いでろう付され
た試料を第1図に示された寸法に機械加工し、引張り試
験を行った。これにより得られた値を下記の表■に示゛
すO 表 ■ 合 金   重なり 剪断強さ 引張り強さ 破損領域
二りロメラツ−302t    82(11,840)
  163(23,680)接合部試料A6    5
t   105(15,200)314(45,600
)接合部二りロブラツ−303t    65(9,4
70)  204(29,600)接合部試料A6  
  4t   134(19400) 535(77,
60の基材金属ニクロブ−yy−304t    10
0(14,520)  400(581)80)接合部
2tおよび3t(1’=3.175mm)の重なりでは
ろう付はすべて接合部で破損した。強度値の比較により
、本発明の試料A60合金を用いて作られた接合部はニ
クロプラツ−30(AWS BNi−5)合金を用いて
作られたものよりも大幅に強いことが示された。
皿なり領域を4t(t=3.175mm)に増大させた
場合、本発明の試料扁60合金を用いて得られたろう付
試料はすべて基調−金属中で破損した。
これはろう付接合部の強度が基材金属のものよりも大き
かったことを示した。これに対しニクロブラツ−30(
AWS BNi−5)によるろう付はそれぞれ接合部で
破損した。このデータは、4t(t=3.175mm)
の重なりで構成され、次いで本発明の試料A60合金で
ろう付された接合部は、ニクロブラツ−30(AWS 
BNi−5)合金でろう付された上記の構造をもつ接合
部よりも強いことを示して〜・る。
例4 本発明の合金の温度性能が高いことを証明するために、
下記の試験を行った。寸法2.54GILX12、7 
mX O,159CIll(1インチ×5インチX0.
0625インチ)の試験片をAl51.410型ステン
レス鋼から切り取った。本発明のろう付合金、すなわち
表Iに示した試料A乙の呼称組成をもち、厚さ0.03
81mg(0,0015インチ)大幅6.55 myn
(0,25インチ)の寸法をもつガラス質の延性リボン
を用いて、試験片の幾つかをろう付した。ろう付接合部
は重ね継ぎ型のものであり、重なり寸法を注意深<4t
に調整した(t=0.03175αすなわち0.125
インチ)。ろう肘用試験片をアセトン中で脱脂し、アル
コールですすいだ。リボンを並置して重ね継ぎ接合部の
全長をおおうことにより、本発明の選ばれたろ5付用リ
ボンを入れた重ね継ぎを組立てた。本発明の選ばれたろ
う付リボンが接合部スペーサーとして作用した。次いで
試験片をガスタングステンアーク溶接により仮付は溶接
し、アセンブリーを相互に固定した。
比較のため、商品名二りロブラツ−30(AWSBNi
−5)7)5付ペースト(ミシガン州デトロイト・ウオ
ール・コルモニー社から市販されている)を用いて上記
と同じ方法で試料を作成した。この場合、厚さ0.03
81mmC0,0015インチ)のステンレス鋼製スペ
ーサーを合せ面の両端に置いて接合部のクリアランスを
得た。スペーサーはのちに機械加工に際して除去された
。ニクロプラツー30ペーストは合せ面の一端にのみ施
された(試験片の長さに垂直に)。次いでこのアセンブ
リーをガスタングスブンアーク溶接により溶接した。
すべての試料を13.4 X 10−3Pα(10−’
 )ル)の真空下に1190C(2175’F)の真空
炉中で5分間ろう付した。次いでろう付された試料を第
2図に示された寸法に機械加工した。次いで試料を真空
中982C(1800”F)でオーステナイト化し、窒
素中で急冷し、565C(1050′F)で焼戻しする
ことにより熱処理して基材金属硬度RC(ロックウェル
”C’ ) 30−33を達成した。
熱処理された試料を次いで5381:’ (1000’
F)で引張り試験した。その結果を表Vに示す。
表■ 試料1166   4t13準(19200) 529
(76β00)基材金属ニクロブラ  4 t   1
0’JnpaC15β66) 437(63,466)
接合部ツー60 本発明の試料&6の合金を用いて得られたろう付試料は
すべて基材金属中で破損し、ろう封接合部の強さが基材
金属の場合よりも大きいことを示した。これに対しニク
ロブラツ−30(AWS BNi−5)によるろう付は
それぞれろ5封接合部で破損した。このデータは4 t
 (t=0.3175のすなわち0.125インチ)の
重なりで構成され、次いで本発明の試料A60合金でろ
う付された接合部が、ニクロブラツ−30(AWSB旧
−5)合金でろう付された上記の構造をもつ接合部より
も強いことを示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は例6においてろう付され、機械加工された引張
り試験片の平面図および立面図であり、第2図は例4に
おける同様な試験片の平面図および立面図である。 特許出願人  アライド・コーポレーション(外4名) FIG、I FIG、  2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  本質的にクロム17〜20原子%、ホウ素4
    〜10原子%およびケイ素10〜16原子係を含み、残
    部がニッケルおよび付随する不純物であり、ニッケルお
    よびクロムの合計が74−!−84原子%の範囲にある
    組成をもつ、均質な延性のろう付用箔。 (2)少なくとも50%のガラス質構造をもつ、特許請
    求の範囲第1項記載のろう付用箔組成物。 (3)  少なくとも80%のガラス質構造をもつ、特
    許請求の範囲第1項記載のろう付用箔組成物。 を含み、残部がニッケルおよび付随する不純物である組
    成をもつ、均質な延性ろう付用箔。 (5)少なくとも50%のガラス質構造をもつ、特許請
    求の範囲第4項記載のろう付用箔組成物。 (6)組成物の溶融物を調製し、この溶融物を少なくと
    も105C/秒の速度で、移動する冷却面上で急冷する
    ことよりなる、本質的にクロム17〜20原子%、ホウ
    素4〜10原子%、およびケイ素10〜6原子%を含み
    、残部がニッケルおよび付随する不純物であり、ニッケ
    ルおよびクロムの合計が74〜84原子係の範囲にある
    組成をもつ均質な延性の箔の製造方法。 (7)箔が本質的にクロム17〜18.5原子係、ケイ
    素12.5〜16.5原子係、およびホウ素5〜6原子
    係を含み、残部がニッケルおよび付随する不純物である
    組成をもつ、特許請求の範囲第6項記載の方法。 (8)  (a)  いずれの金属部品の融点よりも低
    い融点をもつ充填用金属を金属部品間に介在させてアー
    とンプリーを形成させ、 (b)  このアセンブリーを少なくとも充填用金属の
    融解温度にまで加熱し、 (C)このアセンブリーを冷却する ことよりなる2個以上の金属部品を互いに接合する方法
    であって、充填用金属として本質的にクロム17〜20
    原子係、ホウ素4〜10原子係およびケイ素10〜16
    原子係を含み、残部がニッケルおよび不随する不純物で
    あり、ニッケルおよびクロムの合計が74〜84原子%
    の@囲にある組成をもつ、ニッケルを基礎とする均質な
    箔を使用することにより改良された方法。 (9)充填用金属が少なくとも50%のガラス質構造を
    もつ、特許請求の範囲第8項記載の方法。 00)延性の充填用金属箔が本質的にクロム17.5〜
    18.5原子係、ケイ素12.5〜13.5原子%およ
    びホウ素5〜6原子係を含み、残部がニッケルおよび不
    随する不純物である組成をもつ、特許請求の範囲第8項
    記載の方法。
JP58213887A 1982-11-15 1983-11-14 高温で使用するためのニツケル−高クロムを基礎とするろう付充填用金属 Granted JPS59101297A (ja)

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