JPS6148549A - ニツケル基ブレ−ジング合金及びその使用方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、主にクロムを添加したニッケル基高温ブレ
ージング（硬ろう付り、わかし付け）及び拡散ブレージ
ング合金、及びこの発明のブレージング合金を用いた非
加圧（ｎｏｎ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）拡散ブレージング方
法に嬰する。

〔従来の技術〕

拡散ブレージングは、固体拡散又はブレージング合金と
ベースメタルとの間の接合境界部を両方向から移動する
原子の動きに依存する。拡散ブレージング合金は、接合
すべき部品のベース材料を補足すべく構成されている。

拡散ブレージング合金は、一般にニッケル、鉄又はコバ
ルト基合金で、ペース材料の組成によって異なる。高力
超合金は、ぬれ性（ｗｅ　ｔｔａｂｉ　ｌ　ｉｔｙ　）
が十分でないため拡散ブレージングに関して特別な問題
があった。この問題は、拡散ブレージング合金の構成に
ある。即ちこの合金はペース材料を補足して、必要な物
理的性質を持つ良好なろう付は部又は圧接部（ｂｏｎｄ
　）を形成し、かつ一般的な機器に十分適用可能々低い
温度でろう付けできるものでなければなら々い。なぜな
らブレージング温度が高いと、接合部の物理的性質に悪
い影響を与えるためである。

拡散ブレージング合金では、各種ブレージング温度抑制
剤としてボロンを含有するものが使用されている。しか
しこの合金は、高強度合金のあるもの、とくに非溶接航
空機タービン翼などに使用されるニッケル基γ析出強化
型合金（ｇａｍｍａ　ｐｒｉｍｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅ
ｎｅｄ　ａｌｌａｙｓ　）に対して満足できるものでは
ない。またこのような機器では、せＸ７断力と硬さの均
一性とを改良することが望１れている。

従来の拡散ブレージング又は拡散圧接合金として、米国
特許Ａ３７５９６２９及び３７００４２７（ゼネラルエ
レクトリック株式会社）に記載されたものがあシ、ここ
には、ブレージング超合金用のニッケル基拡散ブレージ
ング合金が示されている。また米国特許盃３６７８５７
０及び４０３８０４］では、拡散圧接の方法及び組成が
示されている。ここでは、薄肉合金箔又は層を接合金属
間にはさんでいるが、この方法は、拡散ブレージングの
コストを実質的に増加する。

一方従来技術にはイツトリウム含イ〕のコーティング組
成がある、イットリウムは、この発明の拡散ブレージン
グ合金にとって重要な組成物であるが、上述のコーティ
ング組成は、この発明で意図する拡散ブレージング超合
金に適当なものではない。米国特許Ａ　３６７５０８５
には、イツトリウム含有の超合金用コバルト基コーティ
ングが示されている。上述した参照従来技術に開示され
たものは、ここでは参照として組込まれている。

〔問題点を解決するだめの手段〕

この発明のブレージング合金は、中クロムコバルト遊離
Ｎ１ＣｒＡｔＹ型ブレージング合金で、超合金の高温ブ
レージング及び拡散ブレージングに適している。この合
金は従来のγ析出強化型超合金に限らず、新しい酸化物
分散強化超合金及びγ析出強化型の機械的合金化超合金
に用いられる。この発明の合金は、従来の拡散ブレージ
ング合金と異なシ、ポストブレージング（後ブレージン
グ）拡散熱処理による拡散ブレージングあるいは各種ギ
ャップ接合による非加圧プレーソングを行なって、ブレ
ーズとベースメタルとの構造を均一化し、接合部の性質
を改良することができる。

この発明のニッケル基高温ブレージング及び拡散ブレー
ジング合金は、γ析出型のプレーソングニッケル基超合
金、例えば第３相Ｎｉ３ＡｔＴｉを有する合金に特に適
している。この発明のニッケル基ブレージング合金は、
−膜組成は重量％で次のようである。

成分　　　　重量％ クロム　　　　　　　１２〜１４％ タンタル　　　　　　　２〜４％ ！　　　　　　　？ロン　　　　　　　　　２．５〜４
％イツトリウム又はランタン　　　０．０１〜０．０６
％アルミニウム　　　　　２．５〜５％ 炭素　　　　　　　　　０．０３係以下ニツケル　　　
　　　　　残部 クロム、アルミニウム及びイツトリウムは、この発明の
ニッケル基拡散ブレージング合金により形成されたブレ
ージング接合部において結合し、耐硫化、耐酸化特性を
向上せしめる。丑た得られたブレージング接合部の帯状
マトリックスでは、せん断力と硬さの均一性が改善され
る。更にブレージング接合部は、ベースメタルとブレー
ジングメタル接合部との間に厚肉の均一固溶境界部を有
する。

この発明の拡散ブレージング合金は、温度２１５０〜２
３００下（１１７６，７〜１２６０Ｃ）でブレージング
が可能である。例えばこの発明の拡散ブレージングを用
いてγ析出強化型超合金のブレージング接合部を２１５
０〜２１８５°Ｆ（１１７６，７〜１１９６．１　ｔ：
’　）で形成した。この発明の拡散ブレージング合金は
、コバルトを必要とする従来のブレージング合金より安
価であシ、シかも高価な帯状のものに限らず経済的な粉
末形状のものとして使用することができる。

この発明の好ましい合金は、重量チでクロム１２゜５〜
１３．５　％　、タンタル２〜４％、ぎロン２．５〜３
．５％、イツトリウム又はランタン０．０１〜０．０３
％、アルミニウム３．５〜４．５％、炭素０．０３％以
下、残部ニッケル及び不可避的不純物である。この発明
の拡散ブレージング合金の最も好ましい組成は、重量％
で、クロム１３．１％、タンタル３．２　％　、　ｙｔ
”ロン３％、イツトリウム０．０１〜０．０２％、アル
ミニウム４．１５俤、炭素帆０３％未満、残部ニッケル
及び不可避的不純物である。

〔発明の効果〕

すでに述べたように、この発明のニッケル基拡散ブレー
ジング合金は、γ析出強化型超合金のブレージングに使
用でき、ブレ−ジング合部の微細構造を改善して硬さに
均一性を持たせ、特に帯状のマトリックス及びペース材
料とブレージング金屑接合部との間の均一厚固溶境界部
に有効である。更にブレージング接合部は、マ−チンマ
リエッタ株式会社製のＭａｒ　Ｍ　２４６超合金タービ
ン翼に関して、１５００下（８１５，６０）におけるせ
ん断強度が最も高くかつ一定していることがわかった。

この発明の非加圧ブレージング法には、粉末状のこの発
明合金を用いた超合金接合部のブレージングが含まれ、
この場合？ストブレージング熱処理、又はプレー・ソン
グ温度より５０〜１００下（１０〜３７．８　Ｃ’）低
い温度で拡散ザイクルを行なって、超合金ペースメタル
中ヘプレージング合金を拡散させる。この方法によれば
、接合部の性質を改善して接合部の均一性を高める。

〔実施例〕

この発明の拡散ブレージング合金を用いて、ニッケル基
γ析出強化型超合金間をブレージングした。その結果、
接合部の強度、硬さの均−性及び微細構造が向上した。

とくにコバルト及びモリブデンを含むニッケル基γ析出
強化型超合金に適用した場合、この傾向が著しかつたつ
上述の如くγ析出強化型超合金は、第３相Ｎ　ｉ　３Ａ
ＬＴ　＋を含む。更にとの発明の拡散ブレージング合金
では、コバルトを含崩していないので、ブレージング合
金のコストを下げ、γ析出強化型超合金間の結合性を改
善する。

この発明のニッケル基拡散ブレージング合金は、重量％
で次の組成を有する。

クロム　　　　　　　１２〜１４％ タンタル　　　　　　　２〜４％ ポロ７　　　　　　２．５〜４％ イツトリウム又はランタン　　　０．０１〜０．０６％
アルミニウム　　　　　２．５〜５係 この拡散ブレージング合金は、また０、０３％未満の炭
素と残部ニッケル及び不可避的不純物を有する。この発
明の拡散ブレージング合金は、重量％で次の組成を有す
る。

クロム　　　　　　　１２．５〜１３．５％タンタル　
　　　　　　２〜４％ 雪 ボロン　　　　　　　　　２．５〜３．５％イ　　ッ　
　ト　　リ　　ウ　ム　　　　　　　　　　　　　　　
　０９０１〜０．０３　％アルミニウム　　　　　３．
５〜４．５チ炭素　　　　　　　　　０．０３係未満及
び残部ニッケル及び不可避的不純物。

この発明の拡散ブレージング合金の最良の組成は、重量
％で、クロム１３．１％、タンタル３．２係、ポロン３
％、イツトリウム０．０１〜０．０２％。

アルミニウム４．１５％、炭素０．０２％未満、残部ニ
ッケル及び不可避的不純物である。

上述の如く、この発明の拡散ブレージング合金は、特に
コバルト及びニオブを含むγ析出強化型超合金を補足す
べく、構成されたものである。いくつかのｒ析出強化型
超合金は、この種のものである。従来の拡散プレーソン
グ合金は、コノｌ：つ々超合金のブレージングに十分有
効とはいえず、この合金を用いたブレージング接合部は
ぜい弱で相分離しやすかった。このようなニッケル基γ
析出強化型合金の例として、ＭａｒＭ族の超合金（マー
チンマリエッタ株式会社、スペシャルメタルズ等販売）
がある。ＭａｒＭ族の超合金はタービン翼や翼部品の如
き用途のために航空機工！たで用いられている。この発
明の拡散ブレージング合金を用いてブレージングできる
他のニッケル基固溶強化型超合金として、ハステロイＸ
がおる。この合金は、鉄及びコバルトで強化したニッケ
ル、クロム、モリブデン合金である。Ｍａｒ　Ｍ族合金
には、ＭａｒＭ　２００及びＭａｒ　Ｍ　２００　／’
フニウム＋　ＭａｒＭ　２４６及び２４７がある。Ｍａ
ｒ　Ｍ　２４６の１例として、重量％で、クロム９係、
コバルト１０％、モリブデン２．５％。

タングステン１０％、タンタル１．．５％、アルミニウ
ム５．５％、チタン１．５％及び残部ニッケルがある。

この発明の拡散ブレージング合金の組成は、従来のもの
と一見あ１シ違いはないように見える。しかし、この発
明のブレージング合金を用いた超合金のブレージング接
合部は、十分かつ予想以上に微細構造が改良されている
。更に微細構造の改良により、硬さ、強度及び耐酸化性
、耐硫化性が向上する。以下この発明の拡散ブレージン
グ合金の成分及び合金中での機能につき述べる。

アルミニウムは、γ析出強化をなし、又若干ブレージン
グ温度を抑制する。更に重要なことは、上述したがアル
ミニウムは、クロムとイツトリウム又はランタンとブレ
ージング接合部で結合して、合金の耐酸化、剛硫化特性
を向上させる。アルミニウムとクロム酸化物は、ブレー
ジング接合部の耐酸化性を改善する。アルミニウム酸化
物は、付着性のコーティングを形成し、イツトリウムは
、アルミニウムとクロムの酸化及び硫化を安定化する、
イットリウムは、ブレージング合金の高温での使用可能
性を高める。

この発明のニッケル基ブレージング合金では、イツトリ
ウムは合金の基本構造を変更し又は改善する。即ちイツ
トリウムは結晶粒界に影響を与え、アルミニウム酸 コバルト基コーティング中にイツトリウムを使用するこ
とは、従来のものにも示唆されている。

しかし従来のものは、拡散ブレージング合金、特に先に
述べたニッケル基拡散ブレージング合金中にイツトリウ
ムを含むことについては、々んら示唆していない。徒た
この発明合金を適用する部品機器のあるものについては
、ランタンをイツトリウムと置換することがてきる。

ボロンは、第１にはこの発明の拡散ブレージング合金中
に温度抑制剤として含有する。これはすでに引用された
従来技術に示されている（米国特許１６．３７５９６９
２参照）。この発明の拡散ブレージング合金は、２１５
０〜２３００？（１１７６，７〜１２６０ｔｌｌ”）で
ニッケル基γ析出強化型超合金のブレージングに使用で
き、またここで参照したペースメタルの固溶温度で使用
するのが好適である。クンタルもまた固溶強化のものと
同様に拡散ブレージング合金の融点を降下させ、γ析出
強化を促進する。クロムを少なくすれは、ボロンが高く
又レアアース（イツトリウム又はランタン）が存在する
場合と同様に、合金の性ａが改善される。しかし拡散ブ
レージング合金の組成はブレージングされる超合金の組
成によって異なる。先に述べたように拡散ブレージング
合金は、ブレージングされる超合金を補足すべく組成を
構成しなければならない。

以下にこの発明のニッケル基拡散ブレージング合金の一
例を示す。

仏　　　へ 東　　　　　５　１１　　　　　　Δ この実施例からこの発明の拡散ブレージング合金の最も
好ましい組成は重量％で、クロム１３．１％、タンタル
３．２　％　、　ｙｌ？ロン３％、イツトリウム約０．
０１５％、アルミニウム約４．１５　’％　。

炭素帆０３％未満、残部ニッケル及び不可避的不純物で
ある。

上述の如くこの発明の拡散ブレージング合金は、γ析出
強化型超合金のブレージング接合部の強度を改善する。

実際にＭａｒ　Ｍ　２４６超合金の０．２５２インチ径
のチューブソケット接合部を用いて、せん断ソケットテ
ストを行なったところ、１５００下（ｓｘｓ、６Ｃ）で
、６４０００〜６６０００ｐｓｉという一貫しだせん断
テスト結果が得られた。ブレージング合金は融点が２０
８８〜２１１５°Ｆ（１１４２，２〜１１５７．２　Ｃ
）であり、２１５０１Ｆ（１１７６，７Ｃ）程度の低い
温度でブレージング接合部を形成する。

この発明の拡散ブレージング合金を用いてブレージング
接合部を顕微鏡で分析した。その結果ブレージング接合
部全体にわたって微細構造が十分致着され、硬さの均一
性が向上した。即ち、ハステロイＸのＴ型（Ｔ　−ｓｐ
ｅｃｉｍｅｎｓ　）試料を２１５０〜２１８５　°Ｆ　
（１１７６，７〜’１１９６．１ｔｌｌｌ’）で２０分
ブレージングした。ハステロイＸは、重量チでクロム２
２％、モリブデン９％、鉄１８襲、コバルト帆５〜２．
５％、タングステン１％未満、炭素０．０５〜０．１５
％及び残部ニッケルである。ロックウェル硬さは、ベー
スメタルでは、Ｒｎ　９２．８〜ＲＣ２４＋固溶体では
ＲＣ３１，８，第２相ではＲｅ　３４．３〜Ｒｅ　３０
．５　、そして、拡散領域の最も高い値はＲｃ３７．７
であった。実施例１の拡散ブレージング合金を用いたＴ
型のハステロイＸ合金を２１８５°Ｆ（１１９６，１ｔ
Ｚ’）で２０分間保持した。その結果ミクロ硬さは、ペ
ースメタルではＲＢ９１．３〜９５．８．下部部材の拡
散領域では、Ｒｃ３９．８．固溶境界部ではＲＣ３２，
８，上部部材の拡散領域ではＲｃ３６．３．そして第２
相！　　　　　　ではＲｃ３９．１及び５４．８でアラ
た。

上述したことから、この発明の拡散ブレージング合金は
、従来のニッケル基γ析出強化型超合金以上のせん断強
度を持つことが明らかである。丑た顕微鏡写真からブレ
ージング帯が均一な硬さを持つこと〃；わかる。更に顕
微鏡分析によれば、ベースメタルと接合メタルとの間に
厚肉の固溶体境界部があることがわかる。強度が第１に
必要な市販機器にとってこれらの改良は重要である。

従来の粉末ブレージング合金又は非加圧粉末ブレージン
グ合金として、この発明の合金を用い、ポストブレーズ
熱処理を行なえば、ユニークな拡散ブレージング効果を
得ることができる。

熱処理又は拡散サイクルは、ブレージング温度より５０
〜１００°Ｆ（ｉ　ｏ〜３７．８　ｒ　）低い温度で２
〜４時間行々うべきである。熱処理により、ブレージン
グ合金は超合金のペースメタル構造中に拡散し、接合部
をより均一なものとし、延性、溶融温度、強度などの性
質を改善する。

この発明の非加圧ブレージング方法では、粉末状又はペ
ースト状としたプレーソング合金を超合金接合部に用い
るのが望ましく、接合部をブレージング温度に加熱しく
好寸しくけ／（空炉で加熱し）、次いで炉中でブレージ
ング温度より５０〜１００下（１０〜３７．８　ｔ：’
　）低い温度でポストブレーズ熱処理又は拡散サイクル
を行なうつ 本発明は、この実施例に限らず、発明の範囲内で各種変
形が可能である。

なお本発明合金は、通常の製造手段、例えばニッケルの
溶湯に各添付金属を単体又は母合金の形で添加して製造
する。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）γ析出型ニッケル基超合金用の耐硫化性及び耐酸
   化性のニッケル基拡散ブレージング合金であって、重量
   ％でクロム１２．５〜１３．５％、タンタル２〜４１＄
   、ボロン２．５〜３．５％、イットリウム又はランタン
   ０．０１〜０．０３％、アルミニウム３．５〜４．５％
   、炭素０．０３％未満、残部ニッケル及び不可避的不純
   物からなり、ブレージング接合部中でクロム、アルミニ
   ウム及びイットリウムが結合して耐硫化性及び耐酸化性
   を有するニッケル基ブレージング合金。
2. （２）約２１５０°Ｆ〜２３００°Ｆ（１１７６．７〜
   １２６０℃）でのγ析出型超合金圧接用で、かつ帯状の
   ブレージング接合部における硬さの均一性を有するニッ
   ケル基拡散ブレージング合金であって、重量％でクロム
   １３％、タンタル３チ、ボロン３％、イットリウム０．
   ０１〜０．０３％、アルミニウム４％、炭素０．０３％
   未満、残部ニッケル及び不可避的不純物からなるニッケ
   ル基ブレージング合金。
3. （３）温度約２１５０〜２３００°Ｆ（１１７６．７〜
   １２６０℃）でのに析出型ニッケル基超合金のブレージ
   ングに用い、かつ圧接した微細帯状の接合部に硬さの均
   一性を有し、ベースメタルとブレイズメタル接合部間に
   厚肉固溶境界部を有するニッケル基拡散ブレージング合
   金であって、重量％でクロム１２〜１４％、タンタル２
   〜４％、ボロン２．５〜４％、イットリウム０．０１〜
   ０．０６％、アルミニウム２．５〜５％、炭素０．０３
   ％未満、残部ニッケル及び不可避的不純物からなり、ク
   ロム、アルミニウム及びイットリウムがブレージング接
   合部中で結合して耐硫化性及び耐酸化性を有するニッケ
   ル基ブレージング合金。
4. （４）ボロン２．５〜３．５％、イットリウム０．０１
   〜０．０３％である特許請求の範囲第３項記載のニッケ
   ル基ブレージング合金。
5. （５）超合金のブレージングに用いるニッケル基拡散ブ
   レージング合金であって、重量％でクロム１３．１％、
   タンタル３．２％、ボロン３％、イットリウム０．０１
   ５％、アルミニウム４．１５％、炭素０．０３％未満、
   残部ニッケル及び不可避的不純物からなるニッケル基ブ
   レージング合金。
6. （６）γ析出型超合金の接合部を加圧せずに拡散ブレー
   ジングする方法であって、重量％でクロム１２．５〜１
   ３．５％、タンタル２〜４％、ボロン２．５〜３．５％
   、イットリウム又はランタン０．０１〜０．０３％、ア
   ルミニウム３．５〜４．５％、炭素０．０３％未満、残
   部ニッケルの粉末状ブレージング合金を上記接合部に設
   け、超合金の接合部を合金のブレージング温度で加熱し
   、次いで、上記炉内でブレージング温度より５０〜１０
   ０°Ｆ（１０〜３７．８℃）低い温度で２〜４時間拡散
   サイクルを行なうニッケル基ブレージング合金の使用方
   法。