JPS59166392A - ろう付け用溶加材およびその製造方法 - 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】 この発明は、８７７°ないし９４８℃（１６１１ないし
１７３０″Ｂ）の範囲に液相線温度を有しホウ素を含ま
ないニッケル基金属ろう付は用合金の開発に関する。

ろう付けは、屡々成分の異なる金属部材を互に接合する
ための方法である。典型的にをま互に接合しようとする
金属部材の融点より低い融点をもつろう金属を金属部材
間において組立体を形成させる。次いで組立体をろう金
属を溶融するために充分な温度に加熱する。冷却するこ
とによって強く耐食性のある漏れのない接合部が形成さ
れる。

核反応炉の構造材に用いられる鋼や超合金には高い接合
強度を付与し得るろう付は用溶加材（ｆｉｌｌｅｒ　Ｉ
ＩＩｅｔａｌ）　　を必要とするものがある。このよう
な用途においては、ホウ素原子は中性子吸収断面積が比
較的大きく、反応炉の効率を減少せしめるものであるか
ら溶加材にホウ素を含ませることはできない。従ってこ
のような用途に用いるために融点を下げるものとして珪
素またはリンを含むニッケル基合金の溶加材が提案され
ている。珪素を含む溶加材のろう付は温度は極めて高い
。米国溶接協会規格（ＡＷＳ）　ＢＮｉ−ｓ　　という
典型的な珪素含有の溶加材は約１１４９°ないし１２０
４℃（２１００°ないし２２００′Ｆ）の　ろう付は温
度をもっている。ろう付けの際これ位の温度にさらすと
多くの鋼や超合金の機械的性質を悪化させて、それらの
核反応炉構造材への使用を不適格なものにする。リンを
含む溶加材のろう付は温度は珪素を含むその同等材より
も幾分低い。たとえばＡＷＳ　ＢＮｉ　−６およびＢＮ
ｉ−７という規格のリン含有ろう金属のろう付は温度は
約９２７°ないし１０９３℃（１７００°ないし２００
０下）である。しかしながら、リン含有溶加材は低い接
合強度をもつ脆弱な接合部をつくり出すものである。

従ってホウ素とリンを含まず、かつ１，０００”Ｃ以下
の温度でのろう付けに適したニッケル基のろう付は合金
に対する技術面での要望はそのま〜残っている。

この発明は、特に１，０００℃以下の温度で鋼や超合金
を接合するのに適した、そして融点を下げるものとして
ホウ素もηンも含まない金属合金を提供するものである
。一般的に言って、本合金は実質上、約２５ないし３５
原子％のパラジウムおよび約１５ないし２０原子％の珪
素を含み、残りがニッケルおＬび不可避の不純物からな
る組成を有するものである。好ましくほこの合金の少な
くとも５０％のガラス質構造を有する準安定材からなる
ものである。

さらに、本発明の粉末状あるいは箔状のろう付は用溶加
材を提供する。箔は均質で延性があり、かつ粉末と同様
に２５ないし３５原子％のパラジウムと１５ないし２５
原子％の珪素および残りがニッケルと不可避の不純物か
らなる組成を有している。

本発明の均質なろう付は用箔は該組成の溶湯をつくるこ
とと、少なくとも約り０５℃／秒の冷却速度で、回転す
る急冷ホイール上において、該溶湯を急冷することから
なる方法によって製造される。

本合金の超急冷は、合金中に充分な量の珪素（硬くて脆
い珪化物のような固体状態で含まれる）を存在させるこ
とによって促進される。

さらに本発明によれば、ろう付けによって２つまたはそ
れ以上の１金属部材を接合させるための改良された方法
が提供される。本方法は （ａ）　　金属部材間に溶加材（ｆｉｌｌｅｒ　ｍｅｔ
、ａｌ）　　をおいて組立体を形成させること、そして
該溶加材はいずれの金属部材よりも低い融点をもつもの
とすること、 （ｂ）　　組立体を少なくとも溶加材の融点まで加熱す
ること、および （ｃ）　　組立体を冷却すること、 からなるものである。本改良は、溶加材として前記した
組成をもつ均質なニッケル基の箔を用いるを含んでいる
。

該溶加材箔は、鋳造したままでろう付けに使える均質で
延性のあるリボンとして容易に製造される。この方法で
つくられる箔は好ましくは少なくとも５０％はガラス（
改構造をなし、１００ミクロン（０，００４インチ）以
下の厚さをもつ準安定材からなるものである。（１）　
　圧延、（２）鋳造あるいは（３）粉末冶金技術という
ような他の方法もこれらの合金を箔状につくるのに利用
され得る。薄い屈曲性のある均質な箔を使用することは
、狭いクリアランスで広い面積を接合するのに有利であ
ることが見出されている。さらに有利なことは、ニッケ
ル基の金属箔は複雑な形に型打ちして予備成形したろう
材とすることができることである。本発明の合金はまた
本合金の１！Ｊｔ霧や本合金からなる箔の機械的粉砕に
よって粉末状につくることもできる。

有利なことに、本発明の均質で延性のあるろう付は用箔
は、ろう付は操作に先立って接合部の内側においておく
ことができるものである。本発明（（よって提供される
均質で延性のあるニッケル基の２６を使用すればろう付
けを溶融塩中での浸漬ろう付けのような方法でも行１よ
えるようになる。このような方法は粉末や棒状タイプの
ろう材では容易に行なえないものである。

本発明は、以下の詳細な説明および付随する図面の診照
によってさらに充分に理解され、また他の利点も明らか
になろう。こ〜で第１図は本発明のろう付は用箔でもっ
てろう付ゆした接合部を示す顕微鏡写真であり、また第
２図は本発明のもう１つのろう付は用箔でろう付けした
接合部を示す顕微鏡写真である。

ろう付は方法においては、互にろう付けされた金属部材
の使用上の必要に見合った強度を供給するためろう付は
材は充分に高い融点をもたなければならない。しかし、
融点はろう付は操作を困難にするほどあまり高いもので
あってはならない。

さらに、ろう付は材はろう付けしようとする材料と化学
的にも冶金的にも馴染むものでなければならない。ろう
付は材は腐食を避けるためろう付けしようとする金属よ
りも貴でなければならない。

理想的には、ろう付は材料はそれから複雑な形状のもの
が型打ちされ得るように延性のある箔状のものでな（丁
ればならない。最後に、ろう付は用箔は均質でなければ
ならない。すなわちメインダーやその他の材料を含んで
はならない。これらが含まれていると、ろう付けの際ボ
イドや汚染残渣を生成することになる。

本発明に従えばろう付は用溶加材が提供される。

この溶加材は実質上、約２５ないし３５原子％のパラジ
ウム、約１５ないし２０原子％の珪素、並びに残部ニッ
ケルおよび不可避の不純物からなる組成を有する。これ
らの組成は鋼や超合金と馴染むもので、特にこれらの材
料の接合に適している。

好ましくはこのろう金属は均質で延性のあるろう付は用
箔の形を有するものである。

均質とはつくられたままの箔が実質的にすべての方向に
一様な組成を有していることを意味する。

延性とは箔が箔の厚さの１０倍はどの小さい円半径で欠
陥なしに曲げられ得ることを意味する。

本発明の範囲内にあるろう付は用合金組成の例を第１表
に示す。

第１表 １（重量％）　　４７．２　　４６．７　　６．１（原
子％）　　　　５５　　　　　３０　　　　１５２（劇
に％）　　４３．９　　４７．７　　８．４（原子％）
　　　　５０　　　　　３０　　　　２０３（Ｎ、蓋％
）　　５０．０　　４１．２　　８．８（原子％）　　
　５５　　　　２５　　　　２０４（重量％）３８．１
　　５３．８　　８．１（原子％）　　　４５　　　　
３５　　　　２０珪素はニッケルの融点を下げるために
添加され１．（ラジウムは融点を下げると共に接合部に
耐食性を付与するために添加されている。

さらに、本発明によれば２つまたはそれ以上の金属部材
を接合するための改良方法が開示される。

この方法は Ｌａ）　　金属部材間に溶加材をおいて組立体をつくる
こと、そして該溶加材はどの金属部材の融点よりも低い
融点をもつものとすること、 （ｂｌ　　該組立体を少なくとも溶加材の融点にまで加
熱すること、および （ｃ）　　該組立体を冷却すること、 からなるものである。本改良は溶加材として前記した範
囲内の組成をもった少なくとも１つの均質なニッケル基
の箔を用いることを含んでいる。

この発明の合金は、いろいろの急速凝固や粉砕技術を用
いて粉末、箔あるいは板のようないろいろの形につくる
ことができる。これらの合金を粉状につ（るのに普通に
用いられる方法には溶融合金のガス噴霧あるいは水噴霧
が含まれる。工業的に広く用いら−れている他の技術に
ついては以下の記録で述べる。

この発明の合金は急速凝固法を利用することによって薄
い屈曲性のある箔の形につくることもできる。この様な
急速凝固によって連続的なリボン、針金、板等がつくら
れる。典型的には、特定の組成のものが選択され、所望
する割合の必要な元素の粉末や粒子が溶融され均質化さ
れ、そしてその溶融合金は急速に回転する金属円筒のよ
うな冷却面上で急速に冷却される。

こうした急冷条件下で、準安定な均質で延性のある材料
か得られる。この準安定材料はガラス質であり得、その
場合には長範囲の規則性はない。

ガラス質金属合金のＸ線回折像は無機酸化物ガラスに見
られるものに似て、たｙ広がったハロを示すのみである
。このようなガラス質合金は、その合金のリボンから複
雑な形状に型打ちするというような後続の処理をなし得
るように充分に延性をもたせるには少なくとも５０％が
ガラス質でなレナればならない。卓越した延性を得るに
は、好ましくはガラス質金属合金は少なくとも８０９ｂ
がガラス質でなければならず、また最も好ましくは実質
的に（すなわち全部）ガラス質でなければならな（−８ 準安定相はまた成分元素の固溶体でもあり得る。

本発明の合金の場合、このような準安定な固溶体相は通
常結晶性合金−をつくる技術で用いられる従来の製造技
術ではつくられない。その固浴体合金のＸ線回折像は、
所望の微粒子寸法の微結晶による幾らか広がったピーフ
ケ伴ない、結晶性合金の鋭い回折ピーク特注を示してい
る。このような準安定材料は前記の条件でつくる場合は
また延性でもある。

本発明のろう付は材料は有１・りには箔（またはリボン
）の形につくられ、そしてその材料がガラス質であれ固
溶体であれ、鋳造したままでろう付は用に使われる。あ
るいはこの代りに複雑な形に型打ちすることを考えた場
合、ダイの寿命をより長（するために、ガラス質の金属
合金の箔を熱処理して結晶相好ましくは微粒子状の結晶
相を得ることもできる。

上記の方法でつ（られた箔は典型的には厚さ約０．００
０５ないし０．００４インチ（１２ないし１００ミクロ
ン）で、これはまたろう付けされる物体間の所望される
間隔でもある。このような間隔がろう付は接合部の強さ
を最大にする。もつと薄い箔を重ねてさらに大きい厚さ
にすることもまた利用される。さらにろう付けの際フラ
ックスは工費で、マタ箔にはバインダーがない。従って
ボイドや汚染残渣の生成がなくなる。結果として、本発
明の延性のあるろう付は用リボンはスペーサーの必要を
なくすことによりろう付けを容易なものとし、同時にろ
う付は後の処理を最小のものとするものである。

本発明のろう付は用箔はまた良好なろう付は接合部を与
えるという点において同一組成のいろいろの粉末ろう付
けよりもすぐれている。これは多分、毛管現象がろう付
けされる表面の縁からろう付は用溶加材を移動させると
いうよりは、むしろろう付けを必要とするところにろう
付は用箔が供給できるという能力によるものであろう。

実施例　１ 約２．５４〜２５．４闘（約０．１０〜１．００インチ
）の巾および約１３〜７６ミクロン（約０．０００５〜
０．００３インチ）の厚さのリボンを、急速回転Ｍ２ｔ
ｕ冷却ホイール（表面速度約３０００〜６０　ｔｌ　Ｏ
フィート／分）の上にアルゴンの重圧によって特定組数
の溶湯を噴出させることによって生成させ１こ。

第１表に示した組成をもった実質的にガラス質の合金か
らなる準安定な：Ｌ！−１　ｆＫなリボンが得られた。

実施例　２ 実施例１で述べたリボンの液相線温度および固相線温度
を示差熱分析（ＤＴＡ）の手法で測定した。

それぞれの材料を並行して、変化のない照合材と共に一
定の割合で加熱し、温度の関数としてそれらの間の温度
差を測定した。得られた［サーモグラム（示差熱分析曲
線）」として知られる曲線は温度に対する熱エネルギー
変化をプロットしたもので、それからそれぞれ液相線温
度と固相線温度として知られている溶融の開始点と溶融
の終了点が測定された。この測定された値を下の第２表
に示した。

第２表 組成（原子％）　液相線　　固相線 試料査号　Ｎｉ　　Ｐａ　　Ｓｉ　　　℃（下）、−Ｃ
（’Ｆ）１　　５５　３０　１５　８５２（１５６６）
　　８１０（１４９０）２　　５０　３０　２０　８９
５（１６４３）　　８４１（１５４６）３　　５５　２
５　２０　９２３（１６９３）　　７１６（１３２１）
４　　４５　３５　２０　８６８（１５９４）　　８３
０（１５２６）実施例　３ 長さＸ巾Ｘ厚さの測定値が２．５４ｃＩｎＸ　１．２７
ｍＸ　０．１５　’ＪＣ１ｒＬ、（１インチＸ０．５イ
ンチＸ０．０６２５インチ）の試験片をＡｌ５Ｉ　３１
６ステンレス　鋼から切り出した。本発明のろう付は合
金すなわち第１表で示されたような試料１０名目組成を
もったガラス貿延性の、そして約０．０２　Ｓｉｍ（０
，００１インチ）と６．３５ｉ＋渭（０，２５インチ）
という厚さと巾寸法をもつリボンを試験片のろう付は用
に用いた。その試験片とろう付は用箔なアセトンで脱脂
しアルコールですすいだ。この発明の２層の箔を２つの
試験片の間においてサンドイッチ状の組立体を形成させ
、次いでそのサンプルをタングステンアークガス溶液に
よって重ね溶接し組立体を１体とした。そのあとサンプ
ルを真空炉内で、約１３．４Ｘ１０−”　パスロル（１
０−’）ル）の真空下、９１０℃（１６７４ｒ″Ｆ）で
５分間溶接シタ。

次にろう付けしたサンプルを金属組成検査のため横に切
断し台にのせ研摩した。試料１についてろう付は接合部
の断面の顕微鏡写真を第１図に４００倍の倍率で示した
。第１図に示された顕微鏡写真は健全でボイドのない接
合部が得られたことを示している。

実施例　４ 長さ×巾×厚さの測定値が２．５４ｃｒＩＬＸ　１．２
７ｃｒｎＸ０．１５９ｃＩｒＬ（１インチ×０．５イン
チＸ０．０６２５インチ）の試験片をＡｌ５Ｉ　３１６
ステンレス　鋼から切り出した。本発明のろう付は用合
金すなわち第１表に示された試料２０名目組成の約０，
０３ｍｖＬ（０，００１２インチ）と１．２７ｃｍ（０
，５インチ）という厚さと巾寸法をもっているガラス質
で延性のあるリボンを試験片をろう付けするのに用いた
。

試験片とろう付は用箔なアセトン中で脱脂しアルコール
ですすいだ。本発明の２層の箔を２つの試験片の間にお
き、サント９イツチ状組立体をつくった。次いでサンプ
ルをタングステンアークガス溶接で電ね溶接し組立体を
一体とした。サンプルを次に約１３．４ＸＩＱ−”パス
カル（１０−’）ル）の真空匿での真空炉内で９５０℃
（１７４２°Ｆ）５分間のろう付けをした。それからろ
う付けしたサンプルを金属組織検査のため横に切断し、
台にのせ研摩した。試料２でろう付けした接合部断面の
顕微鏡写真を４００倍の倍率で第２図に示した。

この第２図に示された顕微鏡写真は健全でボイドのない
接合部が得られたことを示している。

本発明をどちらかといえば充分詳明に述べたがこのよう
な細部に厳密に固執する必要はなく、本技術に習熟した
人にはいろいろの変化や変形が“考えられ得、それらの
すべては特許請求の範囲により−〔定義される本発明の
範囲内に入ることが了解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

Ｋｆ２１１Ａは本発明の試料１の合金でろう付けしたＡ
ＩＳ丁３１６ステンレス鋼の接合部の顕微鏡写真（倍率
４００倍）で、また第２図は本発明の試料２の合金でろ
）付けされたＡ、ｌ５Ｉ３１６ステンレス鋼の接合部の
顕微鏡写真（倍率４００倍）である。 特許出願人　　アライド・コーポレーション代理人　弁
理士湯浅恭年１ （外４名） 第１頁の続き ０発　明　者　ニコラス・ジョン・デクリストファロ アメリカ合衆国ニューシャーシ ー州０７９２８チャタム・ヒルサイ ド・アベニュー１１４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１実質上、２５ないし３５原子％のパラジウムおよ
   び１５ないし２０原子％の珪素を含み、残りがニッケル
   と不可避の不純からなる組成を有することを特徴とする
   金属合金。 （２）少なくとも約５０％のガラス質構造を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の金属合金。 （３）少なくとも約９０％のガラス質構造を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の金属合金。 （４）実質上、２５ないし３５原子％のパラジウムおよ
   び１５ないし２５原子％の珪素を含み、残りがニッケル
   と不可避の不純物からなる組成を有するろう肘用溶加材
   であって、約１，０００℃よりも低い液相線温度を有す
   ることを４１＆とするろう付は用溶加材。 （５）前記溶加材が粉末状であることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項に記載のろう付は用溶加材。 （６）前記溶加材が均質な箔状であることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項に記載のろう付は用溶加材。 （７）＠記載が０．０００５ないし０．００４０インチ
   （１２ないし１００ミクロン）の範囲の厚さを有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のろう付は
   用溶加材。 （８）前記箔が延性でありかつ、少なくとも９０％がガ
   ラス質構造を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項に記載のろう付は用溶加材。 （９）　　実質上、２５ないし３５原子％のノぐラジウ
   ムおよび１５ないし２０ｉ子％の珪素を含み、残りがニ
   ッケルと不可避の不純物からなる組成を有する均質で延
   性のある箔を製造する方法であって、該方法が前記組成
   の溶湯をつくり、該溶湯を少なくとも約り０５℃／秒の
   冷却速度で、移動する冷却面上において急冷させること
   からなることを特徴とするろう付は用溶加材の製造方法
   。 α■　２つまたはそれ以上の金属部材を互に接合する方
   法であって、該方法は （、ｉ）金属部材間に溶加材をおいて組立体を形成させ
   ること、ただし該溶加材は部材のいずれよりも低い融点
   を有すること、 （ｂ）　　該組立体を少なくとも溶加材の融点まで加熱
   すること、および （ｃｌ　　該組立体を冷却すること からなり、＾１■記溶加材として、実質上、２５ないし
   ３５原子％のパラジウムおよび１５ないし２０原子％の
   珪素を含み、残りがニッケルと不可避の不純物からなる
   組成を有する均質なニッケル基合金の箔を用いることを
   特徴とする２つ以上の金属部材の接合方法。