JPS61191572A - 金属とセラミックスとの接合体及びその製造法 - Google Patents
金属とセラミックスとの接合体及びその製造法Info
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- JPS61191572A JPS61191572A JP60029685A JP2968585A JPS61191572A JP S61191572 A JPS61191572 A JP S61191572A JP 60029685 A JP60029685 A JP 60029685A JP 2968585 A JP2968585 A JP 2968585A JP S61191572 A JPS61191572 A JP S61191572A
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- Y10T428/12771—Transition metal-base component
- Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
- Y10T428/12951—Fe-base component
- Y10T428/12972—Containing 0.01-1.7% carbon [i.e., steel]
- Y10T428/12979—Containing more than 10% nonferrous elements [e.g., high alloy, stainless]
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は、セラミックス製チップと金属アームよりなる
ロッカーアーム、セラミックス製翼車と金属軸よシなる
タービンローター等、特に摺動部に高硬度金属が要求さ
れる金属とセラミックスとの接合体に好適に利用される
。
ロッカーアーム、セラミックス製翼車と金属軸よシなる
タービンローター等、特に摺動部に高硬度金属が要求さ
れる金属とセラミックスとの接合体に好適に利用される
。
「従来の技術」
セラミックスは耐熱性及び耐食性に優れ、軽量であるこ
とから、ロッカーアームチップ、タービン翼車、内燃機
関の副室等への利用が検討されているが、その脆弱性故
に通常、金属と接合された複合形態で使用するのが望ま
しいとされている。
とから、ロッカーアームチップ、タービン翼車、内燃機
関の副室等への利用が検討されているが、その脆弱性故
に通常、金属と接合された複合形態で使用するのが望ま
しいとされている。
而してその接合方法はろう付け、圧入、焼き嵌め、冷し
嵌め等種々知られているが、ロッカーアームのようにセ
ラミックス部が小部品である場合やタービンローターの
ように高温使用時にも強固な接合強度が必要とされる場
合には、ろう付け、焼き嵌め等の高温加熱接合が適用さ
れる。
嵌め等種々知られているが、ロッカーアームのようにセ
ラミックス部が小部品である場合やタービンローターの
ように高温使用時にも強固な接合強度が必要とされる場
合には、ろう付け、焼き嵌め等の高温加熱接合が適用さ
れる。
「発明が解決しようとする問題点」
ところが高温加熱接合の場合、接合後に金属がなまるた
め、そのままでは金属部に摺動部を有する製品に適用す
ることはできない。そこで通常、接合後に更に金属部を
熱逃理して硬化させることを要するが、当然その温度は
接合温度よシも50℃程度低い温度に限定されることか
ら、タービンローターの軸承摺動部等に対して充分な硬
度を期待することはできず、たとえ熱処理温度を高く設
定することができたとしても。
め、そのままでは金属部に摺動部を有する製品に適用す
ることはできない。そこで通常、接合後に更に金属部を
熱逃理して硬化させることを要するが、当然その温度は
接合温度よシも50℃程度低い温度に限定されることか
ら、タービンローターの軸承摺動部等に対して充分な硬
度を期待することはできず、たとえ熱処理温度を高く設
定することができたとしても。
熱処理後の熱歪による内部応力でセラミックスにクラッ
クが発生し、油焼入れや水焼入れのように急冷処理の場
合はこの現象が顕著であるためにセラミックス破壊に至
るという問題点がありた。
クが発生し、油焼入れや水焼入れのように急冷処理の場
合はこの現象が顕著であるためにセラミックス破壊に至
るという問題点がありた。
また、金属とセラミックスでは両者の熱膨張係数が大き
く異なることから、接合部において熱膨張差に基づく応
力歪が残留し、接合部の耐久性を低下させている。
く異なることから、接合部において熱膨張差に基づく応
力歪が残留し、接合部の耐久性を低下させている。
本発明は、接合部が使用中高温にさらされる金属・セラ
ミックス複合製品の接合温度が高温であることと、マル
テンサイト系ステンレス鋼及びマルテンサイト系耐熱鋼
が焼き入れの際の冷却過程においてマルテンサイト変態
を生じて0.5%8度膨張することと、各種のマルテン
サイト系ステンレス鋼及びマルテンサイト系耐熱鋼のな
かで、冷却雰囲気が気体中又は真空中であっても焼きが
入シ得る金属が存在することとに着目してなされたもの
で、上記従来技術の問題点を解決し、高硬反金属とセラ
ミックスとが強固に接合した接合体を提供することを目
的とする。
ミックス複合製品の接合温度が高温であることと、マル
テンサイト系ステンレス鋼及びマルテンサイト系耐熱鋼
が焼き入れの際の冷却過程においてマルテンサイト変態
を生じて0.5%8度膨張することと、各種のマルテン
サイト系ステンレス鋼及びマルテンサイト系耐熱鋼のな
かで、冷却雰囲気が気体中又は真空中であっても焼きが
入シ得る金属が存在することとに着目してなされたもの
で、上記従来技術の問題点を解決し、高硬反金属とセラ
ミックスとが強固に接合した接合体を提供することを目
的とする。
「問題点を解決するための手段」
セラミックスと加熱接合する金属として、焼入れ温度以
上に加熱した後、気体中又は真空中で冷却することによ
り焼きが入り得るマルテンサイト系ステンレス鋼又はマ
ルテンサイト系耐熱鋼を適用する。ここで加熱接合とは
ろう付け、焼き嵌め等金属の少なくとも接合端部を80
0℃以上の高温に加熱した状態で接合するすべての方法
をいう。
上に加熱した後、気体中又は真空中で冷却することによ
り焼きが入り得るマルテンサイト系ステンレス鋼又はマ
ルテンサイト系耐熱鋼を適用する。ここで加熱接合とは
ろう付け、焼き嵌め等金属の少なくとも接合端部を80
0℃以上の高温に加熱した状態で接合するすべての方法
をいう。
「作用」
接合温度が焼入れ温度(700〜1100℃)と同等か
又はそれ以上であり、接合される金属として焼入れの際
の冷却雰囲気が気体又は真空であっても焼きが入り得る
ものを適用していることから、接合時の加熱冷却過程に
より同時に金属が焼入れ温に以上に加熱され、次いで冷
却されて硬化される。而してその金属がマルテンサイト
系ステンレス鋼又はマルテンサイト系耐熱鋼であること
から、冷却過程においてマルテンサイト変態を生じて0
.6−程度膨張するため、セラミックスとの熱膨張差に
起因する接合部の応力歪を緩和する。かかる作用を生じ
る金属としてはMo+W及びVのうちから選ばれる少な
くとも一種を0602〜8重量%含有するSUH616
鋼、SUH600鋼等のマルテンサイト系耐熱鋼及び比
較的炭素量の多い5US440 、 Al5I 618
等のマルテンサイト系ステンレス鋼が挙げられ、これら
は特に接合後の硬度がHRcで40以上となり好適であ
るが、本発明はこれに限定されることなく、接合時の雰
囲気の制御可能な温度特性範囲を予備的に測定しておき
、その温度特性範囲内で焼きが入り得るすべてのマルテ
ンサイト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系耐熱鋼を
適用でき、添加元素の含有量に限定されない。
又はそれ以上であり、接合される金属として焼入れの際
の冷却雰囲気が気体又は真空であっても焼きが入り得る
ものを適用していることから、接合時の加熱冷却過程に
より同時に金属が焼入れ温に以上に加熱され、次いで冷
却されて硬化される。而してその金属がマルテンサイト
系ステンレス鋼又はマルテンサイト系耐熱鋼であること
から、冷却過程においてマルテンサイト変態を生じて0
.6−程度膨張するため、セラミックスとの熱膨張差に
起因する接合部の応力歪を緩和する。かかる作用を生じ
る金属としてはMo+W及びVのうちから選ばれる少な
くとも一種を0602〜8重量%含有するSUH616
鋼、SUH600鋼等のマルテンサイト系耐熱鋼及び比
較的炭素量の多い5US440 、 Al5I 618
等のマルテンサイト系ステンレス鋼が挙げられ、これら
は特に接合後の硬度がHRcで40以上となり好適であ
るが、本発明はこれに限定されることなく、接合時の雰
囲気の制御可能な温度特性範囲を予備的に測定しておき
、その温度特性範囲内で焼きが入り得るすべてのマルテ
ンサイト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系耐熱鋼を
適用でき、添加元素の含有量に限定されない。
「実施例」
実施例1
第1図は、本発明接合体をタービンローターに適用した
場合の一例を示す断面図である。
場合の一例を示す断面図である。
1は熱膨張係数a、o x 10 /l:の窒化ケイ素
焼結体よりなる翼車を示し、図示しないコンプレッサホ
イールと連なる金属軸を接合するための翼車軸1aがハ
ブ部背面に翼車部と一体的に突設されている。2は翼車
1とコンプレッサホイールとを連動させる5UH−61
6よりなる金属軸を示し、翼車側端部がクールリング溝
2aより更に翼車側に位置するような長さを有している
。
焼結体よりなる翼車を示し、図示しないコンプレッサホ
イールと連なる金属軸を接合するための翼車軸1aがハ
ブ部背面に翼車部と一体的に突設されている。2は翼車
1とコンプレッサホイールとを連動させる5UH−61
6よりなる金属軸を示し、翼車側端部がクールリング溝
2aより更に翼車側に位置するような長さを有している
。
8は翼車1と金属軸2を接合するNt −Tiろうであ
る。かかるタービンローターは翼車1の翼車軸1a端面
にNi −Tiろう8を用いて1O−6Torr真空中
温度1020℃で金属軸2を接合した後、毎分60℃で
常温まで降温することによって製造された。接合後の金
属軸2の硬度を測定した処、HROで52であった。次
に金属軸2の他端部のみをバーナーで600℃に加熱し
て焼戻しを行い、施錠でネジ切シをし、その他の部分を
仕上げ加工し、バランス修正し九後、ターボチャージャ
ーに組み込み、10万r、p、m、で500時間の耐久
テストを行った処、軸承摺動部の摩耗は1μm以下であ
った。また、翼車1と金属軸2の接合部の引張強度は2
0Kt/−であった。
る。かかるタービンローターは翼車1の翼車軸1a端面
にNi −Tiろう8を用いて1O−6Torr真空中
温度1020℃で金属軸2を接合した後、毎分60℃で
常温まで降温することによって製造された。接合後の金
属軸2の硬度を測定した処、HROで52であった。次
に金属軸2の他端部のみをバーナーで600℃に加熱し
て焼戻しを行い、施錠でネジ切シをし、その他の部分を
仕上げ加工し、バランス修正し九後、ターボチャージャ
ーに組み込み、10万r、p、m、で500時間の耐久
テストを行った処、軸承摺動部の摩耗は1μm以下であ
った。また、翼車1と金属軸2の接合部の引張強度は2
0Kt/−であった。
実施例2
金属軸の材質がSUH600であることと、接合温度が
1100℃であることと、接合後の降温速度が毎分65
℃であることを除くほかは実施例1と同一条件でタービ
ンローターを製造し、金属軸2の硬度を測定した処、H
ROで50であっ九。これを実施例1と同様にターボチ
ャージャーに組み込み、800秒Go −800秒5t
opのサイクルを1000回繰り返したが、軸承摺動部
の摩耗はなかった。また、翼車1と金属軸2の接合部の
引張強度は15 K9/−であった。
1100℃であることと、接合後の降温速度が毎分65
℃であることを除くほかは実施例1と同一条件でタービ
ンローターを製造し、金属軸2の硬度を測定した処、H
ROで50であっ九。これを実施例1と同様にターボチ
ャージャーに組み込み、800秒Go −800秒5t
opのサイクルを1000回繰り返したが、軸承摺動部
の摩耗はなかった。また、翼車1と金属軸2の接合部の
引張強度は15 K9/−であった。
実施例8
第2図は、本発明接合体をタービンローターに適用した
場合の他の例を示す断面図である。
場合の他の例を示す断面図である。
4は熱膨張係数8.0X10″/℃の窒化ケイ素焼車軸
4aがハブ部背面に翼車部と一体的に突設されている。
4aがハブ部背面に翼車部と一体的に突設されている。
5は5UH600よシなる金属軸を示し、翼車側端部5
aが凹設されておシ、この凹部に翼車軸4&を焼き嵌め
て接合されている。
aが凹設されておシ、この凹部に翼車軸4&を焼き嵌め
て接合されている。
かかるタービンローターは翼車4と金属軸5を1100
℃まで加熱し、嵌め代90μ肩で焼き嵌めることによっ
て製造された。接合後の金属軸5の硬度を測定した処、
HROで47でありた。これを実施例2と同一条件でG
o −5topサイクルを繰)返したが、軸承摺動部の
摩耗はなかった。
℃まで加熱し、嵌め代90μ肩で焼き嵌めることによっ
て製造された。接合後の金属軸5の硬度を測定した処、
HROで47でありた。これを実施例2と同一条件でG
o −5topサイクルを繰)返したが、軸承摺動部の
摩耗はなかった。
「発明の効果」
金属部が高硬度で且つセラミックスとの接合強度の高い
金属とセラミックスとの接合体を提供できる。セラミッ
クスとの接合と金属部の硬化を同時に行うことができる
ので工数が向上する。
金属とセラミックスとの接合体を提供できる。セラミッ
クスとの接合と金属部の硬化を同時に行うことができる
ので工数が向上する。
第1図は、本発明接合体をタービンローターに適用した
場合の一例を示す断面図、第2図は同じく他の例を示す
断面図である。 1.4・・・セラミックス製翼車、3・・・Ni−Ti
ろう、2,5・・・金属軸 特許出願人 日本特殊陶業株式会社″″−・。 代表者 小 川 修 碇二・・・ソ 第1図
場合の一例を示す断面図、第2図は同じく他の例を示す
断面図である。 1.4・・・セラミックス製翼車、3・・・Ni−Ti
ろう、2,5・・・金属軸 特許出願人 日本特殊陶業株式会社″″−・。 代表者 小 川 修 碇二・・・ソ 第1図
Claims (2)
- (1)金属とセラミックスとを加熱接合してなるものに
おいて、金属が、焼入れ温度以上に加熱した後、気体中
又は真空中で冷却することにより焼きが入り得るマルテ
ンサイト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系耐熱鋼で
あることを特徴とする金属とセラミックスとの接合体。 - (2)加熱接合がろう付け又は焼き嵌めである特許請求
の範囲第1項記載の金属とセラミックスとの接合体。
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---|---|---|---|
JP60029685A JPS61191572A (ja) | 1985-02-18 | 1985-02-18 | 金属とセラミックスとの接合体及びその製造法 |
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US07/685,668 US5106434A (en) | 1985-02-18 | 1991-04-16 | Method for producing a metal and ceramic heat-connected body |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60029685A JPS61191572A (ja) | 1985-02-18 | 1985-02-18 | 金属とセラミックスとの接合体及びその製造法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61191572A true JPS61191572A (ja) | 1986-08-26 |
JPH0329031B2 JPH0329031B2 (ja) | 1991-04-22 |
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ID=12282961
Family Applications (1)
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JP60029685A Granted JPS61191572A (ja) | 1985-02-18 | 1985-02-18 | 金属とセラミックスとの接合体及びその製造法 |
Country Status (2)
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---|---|
US (2) | US5066547A (ja) |
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1985
- 1985-02-18 JP JP60029685A patent/JPS61191572A/ja active Granted
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1989
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1991
- 1991-04-16 US US07/685,668 patent/US5106434A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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US5106434A (en) | 1992-04-21 |
US5066547A (en) | 1991-11-19 |
JPH0329031B2 (ja) | 1991-04-22 |
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