JPS63256286A - 金属部材の固相接合方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、異種金属部材同士を固相接合する方法に関す
る。

〔従来の技術〕

エンジン用シリンダライナ、スラリー輸送管、連続鋳造
用ロール、各種工具類等においては、それらの強靭化、
耐久性の改善、あるいはコスト削減等を目的として、材
質の異なる金属部材（被接合部材）同士を接合すること
により所定の部材形状に組立てることが行われている。

その接合方法としては、熱間静水圧加圧法（ＨＩＰ）を
利用する方法、ろう付けによる方法、爆発圧接法、また
は溶接法などが従来より使用されてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ＨＩＰによる方法は、その高温プロセス
（鋼材同士の接合の場合には、一般に約１０００℃以上
）のために被接合部材に変形が生じ易い欠点があり、ま
た大がかりな設備を必要とし、コストが高くつくという
難点がある。ろう付は法は比較的容易に実施することの
できる方法であるけれども、接合過程に加えられる熱に
より変形が生じ易い欠点がある。溶接法は最も一般的に
行われている接合法であるが、溶接に必要な多量の入熱
が局部的に投入されるため、溶接部分に熱応力等による
割れや変形が生じ易（、また溶接熱影響部の材質劣化と
いうやっかいな問題がある。爆発圧接法は、溶接法にお
けるような熱応力や溶接熱影響部に関する問題はないけ
れども、接合面に多大の加圧力を作用させる必要がある
ほか、溶接面に作用する応力の制御が困難なため、変形
が生じ易いという欠点がある。

本発明は上記実情に対処するためになされたものであり
、低温・低圧接合プロセスにより、安価に異種金属同士
を接合することができる新規接合方法を提供するもので
ある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明の異
種金属部材の接合方法は、接合しようとする異種金属部
材（被接合部材）の接合面間に、それらの融点より低い
融点をもつ金属の薄層を中間層として介在させ、前記中
間層の融点を越える温度において、前記接合面間に圧縮
応力を作用させることを特徴とする固相接合方法である
。

以下、本発明の固相接合方法について詳しく説明する。

本発明が適用される被接合部材は、各種鋼材、例えば炭
素鋼、耐食合金銅、耐熱合金鋼、耐摩耗合金鋼、あるい
は各種のニッケル基またはコバルト基合金等であって、
その材質の選択と組合は、目的とする部材の用途、使用
条件、要求特性等に応じて決定される。殊に、被接合部
材が合金鋼同士のように融点が約１０００℃以上の高融
点金属部材を接合する場合の効果は大である。異種金属
の組合においては、互いの融点が異なるのが一般であり
、被接合部材間に融点の差があってもさしつかえはない
が、効率良く、かつ確実な固相接合を完結せしめるため
には、それぞれの金属の再結晶温度より低い温度で処理
することが望ましい。

被接合部材の接合面は、平面に限定されず、円周面、波
状面等の曲面であっても構わない。その接合面は、均質
で確実な固相接合を達成するために、中間層を介装する
に先立って表面を平滑にするための適宜の機械加工が加
えられる。

被接合部材の接合面間に介装される中間層金属は、被接
合部材の再結晶温度より低い融点を有するものが選ばれ
る。被接合部材が、炭素鋼、合金鋼等の鋼材である場合
の中間層金属の例として、例えばアルミニウム、アルミ
ニウムーマグネシウム合金、アルミニウムーシリコン合
金等が挙げられる。被接合部材の接合面と中間層金属と
の間の固相拡散を効果的に達成し強固な接合関係を形成
するためには、中間層金属として、被接合部材の融点の
約１／２以下の融点を有するものが好ましい。被接合部
材の融点が互いに異なる場合には、それらのうちの低い
融点を基準にして中間層金属を選らべばよい。

中間層は、金属箔として被接合部材の接合面間に介装す
る簡易な方法によることができ、また別法として、被接
合部材の一方または両方の接合面に、溶射法、スプレー
法、あるいはめっき法等により付与することもできる。

中間層の層厚は約１０〜５０μｍあればよい。

被接合部材の接合面間に中間層を介在させ、加熱下に被
接合部材同士を押圧し、その接合面に圧縮応力を作用さ
せ、その状態に適当時間保持することにより被接合部材
同士の固相接合が達成される。接合部の加熱温度は、中
間層金属の融点より高い温度であることを要する。とく
に、中間層金属の融点＋５０℃以上高い温度に加熱する
ことにより、中間層金属を媒体とする接合面間の固相拡
散が効果的に促進され、比較的短時間で固相接合を完結
させることができる。しかし、あまり高温度になると、
被接合部材の熱変形、中間層金属の流動漏出、母相の組
織変化等の問題が生起するので、中間層金属の融点＋ｌ
ＯＯ℃より高い温度に加熱することは避けるべきである
。

本発明の固相接合における接合部の加熱温度、接合面の
面圧、および保持時間は、これらの３因子の相互の関係
に依存している。第１図は、合金鋼同士の接合面間に中
間層としてアルミニウム層を介装して同相接合を行った
場合の接合面の接合良否について、保持時間（１）をパ
ラメータとし、加熱温度（’Ｃ）と接触面圧（圧縮応力
、ｋｇ／ａｒｍ”）との関係を示したグラフである。供
試被接合部材は、Ｃｒ−Ｍｏ鋼（融点？　１４８２℃）
と１３Ｃｒ系ステンレスｔｌｉｊｌ（融点？　１４６２
℃）であり、その接合面を機械加工により２５Ｓ以上の
表面粗度に仕上げたうえ、その接合面間にアルミニウム
箔を介在させて固相接合を行った。中間層金属（アルミ
ニウム）の融点は約６６０℃である。曲線（１）は保持
時間（ｔ）＝０．５Ｈｒ、曲線（２）は保持時間（ｔ）
＝３．ＯＨｒの場合を示している。曲線の上側は、良好
な固相接合が達成される領域であり、その下側は接合不
完全の領域である。保持時間（１）を長くする程、曲線
は下方に移行することは明らかである。このグラフから
、例えば、加熱温度を７３０℃、保持時間を３Ｈｒとし
て、良好な固相接合を達成するには、接触面圧を５ｋｇ
／ｍｍ”以上とすることが必要であり、また加熱温度を
７６０℃、接触面圧を４．３ｋｇ／ｍｍ”とした場合は
、保持時間を０．５　Ｈｒ以上とすることにより良好な
固相接合を達成できることがわかる。

上記の例から理解されるように、本発明による場合は、
低温度・低圧力の条件下に固相拡散による部材同士の接
合を達成することができる。

第２図は、上記と同じ合金鋼を供試被接合部材とし、そ
の接合面間にアルミニウム箔（厚さ８２０μｍ）を挾み
込み、加熱温度７４０℃、接触面圧５　ｋｇ／ｍ１、保
持時間５時間の条件下に固相接合を行なって形成された
接合部を示している（Ｘ４００倍）。

（Ａ）は一方の被接合部材である１３Ｃｒ系ステンレス
鋼部材、（Ｂ）は他方の被接合部材であるＣｒ−Ｍ　ｏ
　ｇ部材、（Ｃ）は固相拡散／ｉ　ＣＦ　ｅとＡｌを主
体とする化合物）。（Ｄ）は接合前の両部材の突合せ面
であった個所（黒い点は、顕微鏡試料調装の際に優先的
にエツチングされた痕跡）である。両部材（Ａ）と（Ｂ
）はアルミニウムを介した同相拡散によって冶金学的に
完全な接合関係を形成していることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、被接合部材の接合面間に中間層と
して低融点の金属薄層を介在させて加熱下に加圧すると
いう簡単な工程をもって両部材の良好な接合を達成する
ことができる。その接合部の接合強度は、被接合部材の
材質に応じて、中間層金属の材質を選択することにより
制御することができる。また、その接合プロセスは低温
・低加圧力条件下に行われるので、極めて安価であり、
かつ被接合部材の変形・割れ、あるいは接合部の材質劣
化という問題もない。更に、被接合部材の組合せは自由
であるから、各種の構造部材や工具類を構成する部材同
士の接合方法として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の接合方法により形成される接合部の接
合良否と接合条件の関係を例示するグラフ、第２図は本
発明の接合方法により形成された接合部の金属組織を示
す図面代用顕微鏡写真（Ｘ４００倍）である。 Ａ、Ｂ：被接合部材、Ｃ：固相拡散層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）接合しようとする異種金属部材の接合面間にそれ
   らの融点より低い融点を有する金属の薄層を中間層とし
   て介在させ、前記中間層の融点を越える温度において、
   前記融合面間に圧縮応力を作用させることを特徴とする
   金属部材の固相接合方法。