JPS5994569A - 拡散接合方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は拡散接合方法の改良に関し、更に詳しくは、酸
素の影響を受は易すい、例えばＮｉ基耐熱合、金の接合
又は接合部が複雑な形状の部材同志の接合に適用して有
用な拡散接合方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

接合すべき金属の母材を互いに接触させ、咳母材を溶融
することなく固相状態で加圧ミ加熱して接合する拡散接
合方法には、一般に、固相拡散接合方法（５ｏｌｉｄ　
Ｐｈａａｅ　］）ｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）
と液相拡散接合方法（’ｌ’ｒａｎａｉｅｎｔ　Ｌｉｑ
ｕｉｄ　ｐｈａｓｅＢｏｎｄｉｎｇ又はＡｃｔｉｖａｔ
ｅｄ　、［）ｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）　　
がある。前者は、被接合部材（以下、母材という）を相
互に密着させて加熱しながら所定の圧力（原子面間に凝
集力が作用するまで密着させるに要する圧力）を付加し
直接接合する方法である。−後者は、母材の接合面の間
に、ｉ材の融点よシもその融点が低くしたがって母材と
は異なった組成の金属、合金の箔又は粉末（以下、フィ
ラーメタルという）を介在させ、接合部を該フィラーメ
タルの融点よシ高−く該母材の融点よシ低い温度に加熱
して政フィラーメタルを浴融し所定時間、必袂ならば圧
力を付加して保持するという方法である。

この液相拡散接合方法は、高温でも大きい継手強贋が付
られる方法であって、とりわけ、■溶接が困難な高強度
Ｎｌ基耐熱合金（例えば、ｍ１２４７　）の母材の接合
、■変形を避けなければならない部材の接合に適用して
有用である。

すなわち、■の問題についていえば、例えばガスタービ
ン翼は通常Ｎｉ基耐熱合金から構成されていてその多く
が動作温度を高めるために内部に複雑□　　な冷却通路
を設けた構造になっているが、その場合、このような複
雑形状の翼部材を精密鈎造で一体的に製作することは困
難である。そのため、これらの翼は、分割した部品を接
合して製作されている。しかしながら、大部分の高強度
Ｎｉ基耐熱合金に対しては溶接が困難であ夛、また、前
述した固相拡散接合方法では接合部の継手強度が充分大
きくならないため、液相拡散接合方法の適用が必要にな
ってくる。

一方、■の問題に関していえば、接合すべき母材が溶接
若しくは同相拡散接合方法の適用が可能な材料であって
も、外部からの浴接作業が困難で複雑な内部構造を有す
る部材若しくは同相拡散接合方法で適用する圧力では塑
性変形してしまうような部材の接合に対しても、原理的
には圧力の付加を必要としないこの液相拡散接合方法は
極めて有効である。

さて、液相拡散接合方法において、母材の接合面の間に
フィラーメタルを介在させる方法に関してはいくつかの
方法が知られている。

その１つは、接合面にシート状のフィラーメタルを介在
させるものである。例えば、Ｎｉ基耐熱合金の接合に当
っては、Ｎｉを主成分とする合金に融点低下元素である
Ｂ、ｐ、ｓｔ等を含有させた合金を溶湯急冷法で非晶質
のリボン形状にしたもの、又は上記合金の粉末をアクリ
ロイドセメントなどの有機バインダを用いてシート状に
成形したものを母材の接合面の間にセツティングする方
法である。

しかしながら、これらの方法の場合、前者にあっては数
十μｍの厚みのリボンしかできないという問題がアシ、
後者にあってはシートの取扱いが不安定でかつ接合時の
バインダ残渣による接合面の汚染又は寸法収縮による接
合部の寸法精度の低下などの問題が避けがたい。

そのうえに、次のような共通した問題がある。第１の問
題は、接合面へのフィラーメタルのセツティングが困難
であるということである。すなわち接合面の形状が複雑
な場合、シート状のフィラーメタルを均一かつずれのな
いようにセツティングすることは多大の労力を必要とし
、とくに、接合面の凹凸が激しい場合にはセツティング
が不可能であるということもあり得る。第２の問題は、
セツティングは通常大気中で行なわれるが、その場合、
例えば高強度Ｎｉ基耐熱合金は酸素のような不純物元素
によってその高温強度が低下するので、接合部の継手強
度の低下を招くという問題である。

このような問題を解決するために、母材の接合面に、真
空、Ａｒ　、　Ｎ２のような不活性雰囲気中でフィラー
メタルを蒸着又はスパッタリングして所定厚みのフィラ
ーメタルの層を形成する方法が提案虐れている。

この方法は、接合面の形状が複雑であっても該接合面に
は所定厚みのフィラーメタルの層を形成することができ
、更には、酸素のない清浄な雰囲気中で継続して拡散接
合できるという長所を有している。

しかし、この方法は一方では、フィラーメタルが複数の
元素を含む複雑な組成の合金（例えば、特願昭５７−１
２５０８２号で−示さＩｔた合金）であった場合、各成
分が、それぞれ蒸発又はスパッタする割合いは、合金組
成における割甘いと異なってしまうため、接合面に形成
されたフィラーメタルの組成が最初のフィラーメタルの
組成と異なってしまう。その結果、フィラーメタルの特
性が菱ってしまい、接合に２いて酒初子足した効果が発
揮されなくなることがある。

更には、フィラーメタルが率−の元素から構成されてい
た場合でも蒸看若しくはスパッタリングの速匿は一般に
小さいので、大きな厚みのフィラーメタルの層を形成す
るために社多大の時間を資し、生産性は必ずしも＾くな
い。

このようなことから、准相狐敢接合方法にあっては、全
ゆる組成のフィラーメタルに適工６でき、形状の目出度
が大きく、清浄な状態でかつ効率よくフィラーメタルを
母材の接合面に介在させる方法が強く求められている。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した問題点を解決し、母材の接合面に、
全ゆる組成のフィラーメタルであっても迅速、清浄に８
度よく、また効率よくフィラーメタルを介在させること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明者らは、母材の接合面にフィラーメタルを介在さ
せる研究の過程で、不活性ガス雰囲気中で行なうプラズ
マ射法は、■出発原料の組成と変らない組成の層を形成
できる、■層の形成速度が大きい、■酸素などによる汚
染を防止できる、■大気中で行なわれる一般溶射法に比
べて、高密度で空隙のない層を形成できる、などの利点
を有していることに膚゛目して本発明方法ｒ完成するに
・到った。

すなわち、本発明の拡散接合方法は、不活性ガス雰囲気
中でプラズマ溶射法によって、母材の接合面にフィラー
メタルの層を形成し、その後、母材の接合面を当接し、
ついで前記当接部を、フィラーメタルの融点よシ高くか
つ母材の融点よシ低い温度に加熱保持することを特徴と
するものである。

本発明方法では、まず母材の接合面を常法によシ研層し
、脱脂洗浄したのち、低圧の不活性ガス雰囲気中に置く
。通常、不活性ガスはＨｅ　、Ａｒであシ、その圧力は
３０〜２５０　Ｔｏｒｒである。ついで、接合面に溶射
ガンで所定の組成のフィラーメタルを溶射して溶射層を
形成する。層の厚みは、目的に応じて決定されるが、通
常、数μｍ〜数百μｍである。

その後、接合面を当接し、少なくともこの当接部をフィ
ラーメタルの融点よシ高く母材の融点よシ低い温度に加
熱してフィラーメタルを浴融せしめ所定時間その状態に
保持する。雰囲気は真空であることが好ましい。このと
き、必要に応じて、両母材に圧力を付加してもよい。フ
ィラーメタルが母材に拡散してここに接合が完了する。

〔発明の実施例〕

実施例Ｉ ＩｖｊＡＲＭ２４７　（ＣＯ，１５％、Ｃｒ　３５％　
、　Ｃｏ　１０％　、　Ｍ。

０．６５％、Ｗ１０％、Ｎｂ　α０１％以下、Ｔｉ１％
、Ａｔ５．５％　、　　Ｂｏ、０１５％　　、　　Ｔａ
　８％　、　　Ｚｒ０．０６５％、　Ｈｆ　１．４　％
　。

残部Ｎｉ　）　　の母材ｆｔ”２枚用意した。直径２８
　ｔｍ　厚み８目。

母材の接合面を６００番エメリー紙で研磨した後、トリ
クレン及びアセトンで洗浄して脱脂処理を施した。これ
らを６０ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気中にセットし、その
接合面に、ｃ　ｏ、ｏｓ％、ＣｒＰｚ８％、Ｃ０９，６
％、　Ｗ＆ｉ　、Ａ／！、　２．０　％　、　Ｂ　３７
％　、残部はＮｉ　から成るフィラーメタルの合金粉末
をプラズマ溶射した。溶射条件は、プラズマガン出力５
０ＫＷ、ガス速度マツハ２゜１秒間の溶射て厚み約３０
μｍのフィラーメタル層が形成された。

この層の組成を分析したところ、その組成は用いた合金
粉末の組成と比較して誤差率１％以下の変動でしかなか
った。

ついで、母材の接合面を当接し、これを予め２Ｘ１ｆｆ
’’ｐｏｒ’ｒの真壁度にした真空槽に移してホットプ
レス位置にセットした。

２　幼／ｃｆＡの圧力を付加しながら１２００℃で１０
分間加熱保持した後常温にまで冷却した。

接合部の断面を顕微鏡観察したところ、クラック。

ホイドは全く認められず極めて良好な接合状態であった
。

実施例２ 材料としてｌＮ９３９　（ＣＯ，１５％ｌｃｒ　２２．
４％、　ＣＯ１９％Ｗ２％、　Ｎｂ　１％＋　’Ｌ　ｉ
ａ７　Ｔｏ　＋　ＡＺ　Ｌ９％、Ｂｏ、００υ％、Ｔａ
１．４Ｊ、　Ｚｒ　０１１％、残部Ｎｉ　）　’＆準備
Ｌ［。

この材料から図に示したような雄部材と雌部材を加工し
、この雄部材の斜線部分を１０００番エメリー紙で研磨
した後、トリクレン及びアセトンで洗浄した。ついでこ
の雄部材を６０　ＴｏｒｒのＨｅとＡｒ混合ガス雰囲気
中（ｖｏｌ比４０：６０）に入れ、Ｃ０，０４チ、Ｃｒ
２Ｏ％、００１５％、Ｗ２％、Ａ２１１％、　Ｂａ６％
残部がＮ１から成るフィラーメタルの合金粉末（粒径２
０〜８０μｍ）を実施例１と同じ条件で溶射した。雄部
材の平担部には１秒で約３０μｍ１　凸部には２秒で約
２５μｍの層が形成された。

これを雌部材と噛み合せ、２×１Ｏ−５Ｔ０ｒｒ′）真
空槽にセットし、１２００℃で２４時間加熱保持した。

継手強度の大きい良好な接合部が得られた。

〔発明の効果〕

本発明方法は、■フィシーメタルの層は不活性ガス雰囲
気中で形成され、また、その後、継続して不活性宴曲気
中で拡散接合することも可能なので、酸素などの影響を
受は易すい高強度Ｎｉ基耐熱合金から成る母材の接合に
有効であシ、■接合面の形状が複雑であってもプラズマ
溶射角度を適宜に選択することによって該接合面にフィ
ラーメタルの層を容易に形成することができ、しかも、
当然にも接合面とフィラーメタルとのずれ紘皆無であシ
、０丈には、形成されたフ七沖メタル層の組成は出発原
料の組成とほとんど便らず、しかもその層形成速度は従
来の蒸着法、スパッタリング法の場合より数士倍以上と
大きいので、厚いフィラーメタルの層が要求される場合
でおっても、それは短時間で可能である、という効果を
奏−しその工業的価値は大である。

なお、説明は酸素などの汚染を嫌う高強度Ｎｉ基耐熱合
金又は接合面が複雑な形状の場合について行なってきた
が、本発明方法は、一般のＮｉ基合金、Ｆｅ基合金、そ
の他いかなる金属の部材であっても、また、接合面が単
純な形状の場合であってもその効果を有効に発揮し得る
ことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

図は実施例２で用いた母材を示す図である。 １−雌型部材　　１′−雄型部材 ２−接合面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　不活性ガス雰囲気中、プ〉ズブ溶射法によって、母
   材の接合面にフィラーメタルの層を形成し、その後、母
   材の接合面を当接し、ついで前記当接部を、フィラーメ
   タルの融点よル高くかつ母材の融点よシ低い温度に加熱
   保持することを特徴とする拡散接合方法。 ２　前記不活性雰囲気の真空度が、３００Ｔｏｒｒ以下
   である特許請求の範囲第１項記載の拡散接合方法。