JPS6349382A

JPS6349382A - 拡散接合用インサ−ト材

Info

Publication number: JPS6349382A
Application number: JP19247686A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kagechika; 影近　博; Toshifumi Kojima; 敏文小嶋; Yasuhiro Ueno; 泰弘上野
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1986-08-18
Filing date: 1986-08-18
Publication date: 1988-03-02

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、同種又は異種の母材間に介装されて、加熱
されることにより母材を接合させる拡散接合用インサー
ト材に関する。

［従来の技術］インサート材を用いる拡散接合技術は、母材間に母材よ
りも低融点のインサート材を介装し、この接合面を適宜
の加圧手段により加圧し、母材を不活性ガス雰囲気又は
真空中で母材の融点よりも低い温度で加熱することによ
り、母材と母材とを接合させる技術である。この拡散接
合技術においては母材を溶融させる必要がないので、異
種金属の接合、融接が困難な高合金の接合又は大面積の
接合面を有する母材の接合等に適用されている。

このような技術の中で、接合加熱中のインサート材の接
合面を一時的に溶融させる液相インサート接合法（Ｔ　
ｒａｎｓｉｅｎｔ　　Ｌ　１ｑｕｌｄ　Ｐ　ｈａｓｅ法
）が、近年耐熱合金の接合法として有望視され、その−
例として、ニッケルと燐との共晶合金（１１％Ｐ。

残部Ｎｉ）からなる低融点合金の金属箔をインサート材
として母材と母材との間に介装する方法及びこのＮ１−
Ｐ共晶合金で母材の接合面を鍍金してこれを拡散接合用
インサート材とする方法が提案されている（高温学界誌
Ｖｏ１．２　Ｎｏ　、　４１９７８２２５頁乃至２２３
頁；井川、用足、川西）。一方、ニッケル箔の表面に前
記Ｎ１−Ｐ共晶合金を鍍金し、これを拡散接合用インサ
ート材とする方法が提案されている（特願昭６’０−１
７６８３８）。

上記液相インサート接合法においては、加熱初期にＮ１
−Ｐ共晶合金が溶融しＰの拡散にともなってＰ濃度の高
い領域が順次溶融する。更に、母材等へのＰの拡散にと
もなってＰ濃度が低下した領域では等温凝固が進行する
と共に、冷却過程においてはインサート金属中に残存し
たＰがＮｆ３Ｐとして析出し、接合層が形成され、母材
と母材との接合が完成する。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、従来の拡散接合用インサート材において
は、接合層中にＮｉ３Ｐが析出するので、接合層の接合
強度及び耐食性が低く、実用上十分な接合部を有する製
品を得ることができないという問題がある。一方、加熱
初期においては一旦溶融した液相がＰの拡散にともなっ
て等温凝固する結果、接合部での液相の維持時間が短く
、母材に対する液相のぬれが不十分になる。このため、
接合部に未溶着部が発生し、接合部の全域に亘って均一
に母材を接合することができない場合がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
接合後の合金層の接合強度及び耐食性を向上させること
ができる拡散接合用インサート材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］この発明に係る拡散接合用インサート材は、母材と母材
との間に介装され、加熱されることによって母材と母材
とを接合させる拡散接合用インサート材において、基板
と、基板の少なくとも一方の面に形成され、前記母材よ
りも低融点の合金でつくられた合金層と、この合金層中
に分散され、前記合金よりも高融点の微粒子と、ををす
ることを特徴とする。また、更に、前記合金層中に分散
され、前記合金よりも低融点の金属でつくられた微粒子
を、有することが好ましい。

［作用コこの発明に係る拡散接合用インサート材においては、基
板の少なくとも一方の面に母材よりも融点が低い合金層
を形成し、この合金層よりも高融点の微粒子を合金層中
に分散させているので、加熱中に微粒子と合金層とが固
相拡散して合金化し、高融点の新たな合金又は複合層が
形成されると共に、一部金属によっては固溶する。この
ため、接合後の合金層の接合強度及び耐食性が実質的に
向上する。更に、合金層の合金よりも低融点の金属でつ
くられた微粒子を合金層中に分散させているので、加熱
を開始すると先ずこの微粒子が溶融して液相を形成し、
この液相が周囲の合金層の合金と液間相間の反応を起こ
しつつ液相の領域を拡大し、接合部の全域に亘って液相
が広がる。このため、液相から化合物が析出されたとし
ても低融点の液相により接合部がぬらされるので、接合
部において液相が維持される時間が長くなり、母材に対
する液相のぬれが良好になる。

［実施例］以下、添附の図面をコ照して、この発明について具体的
に説明する。

第１図は、この発明の第１の実施例に係る拡散接合用イ
ンサート材１０の断面図である。インサート材１０は、
厚さが５０μｍのニッケル箔からなる基板１２及びその
両面に鍍金されたＮ１−Ｐ共晶合金（１１％Ｐ、残部Ｎ
ｉ）の合金層１４とを有している。合金層１４は、基板
１２に対して無電解法により鍍金され、例えば、合金層
１４の厚さが約１０μｍに形成され、その中に粒径が略
５００人の金属クロム粒子１６が略均−に分散されてい
る。

このような拡散接合用インサート材１０により母材間を
拡散接合する場合について以下に説明する。夫々の直径
が１５ｍｍで長さが６０ｍａｒの炭素鋼の丸棒とステン
レスｍ　（ＳＵＳ３０４）の丸棒とを接合するに際して
、軸に直交する面を夫々平滑に研磨してこれを接合面と
し、両母材間にインサート材１０を介装する。そして、
丸棒の両端を夫々治具で把持し、これを大気中又は真空
加熱炉内に装入し、治具を介して約０　、　５　ｋｇ／
　ｍｍ２の圧力を接合面に印加しつつ加熱する。この加
熱条件は、例えば、約１２００℃の温度で約１時間保持
する。

そうすると、先ず合金層１４が溶融を開始し、接合部に
液相が形成され、接合部の全域に亘って液相が拡大し１
．略均−な液を目の膜が形成される。このとき、接合温
度が十分に高いので、加熱時間中に合金層１４のＮ１−
Ｐ共晶合金とクロム微粒子１６とが相互に固相拡散して
合金化が進み、接合強度及び耐食性に優れたニッケル基
の合金が生成される。

第１表の実施例１乃至５は、微粒子の組成及びＮ１−Ｐ
共晶合金の鍍金厚さを種々変えたインサート材について
接合部の接合強度及び耐食性を評価した試験結果である
。また、同表中の比較例１及び２は、Ｎ１−Ｐ共晶合金
のみの合金層を形成した従来のインサート材の場合を示
す。この評価試験において、実施例１及び２の接合部の
耐食性につき３．５％の塩化ナトリウム（ＮａＣ１）を
含むフェリシアン化カリウム（Ｋ３　　［Ｆｅ　（ＣＮ）ｅ　］　）溶液中に３０°
Ｃの温度で９６時間浸漬する腐蝕試験により接合部の孔
食深さくｍｍ）を測定したところ、０．１１１１１１１
未満の深さとなり殆ど腐蝕されなかった。また、実施例
１乃至５の接合部を引張試験したところ、すべて４０　
ｋｇ／　ｍｍ２以上の強度となり、比較例１及び２の約
２倍以上の接合強度を得ることができる。

このように、この発明の実施例に係る拡散接合用インサ
ートによれば従来に比べて接合部の接合強度及び耐食性
を著しく向上させることができる。

第２図は、この発明の第６の実施例に係る拡散接合用イ
ンサート材２０の断面図である。インサート材２０は、
ニッケル箔からなる厚さが５０μｍの基板２２及びその
両面に鍍金されたＮ１−Ｐ共晶合金の合金層２４とを有
している。

合金層２４は、基板２２に対して無電解法により鍍金さ
れ、例えば、厚さが約１０μｍになるように形成され、
その中に粒径が略２．０μｍの金属アルミニウム粒子２
６及び粒径が略０．５μｍの金属コバルト粒子２８が略
均−に混合分散されている。

このような高融点の微粒子及び低融点の微粒子を双方共
に有する拡散接合用インサート材２０１；より前記第１
の実施例と同様の母材間を拡散接合する場合について以
下に説明する。インサート材２０を前記母材間に介装し
たものを真空加熱炉内に装入し、治具を介して約０　、
　５　ｋｇ／　ｍｍ２の圧力を接合面に印加しつつ加熱
する。この加熱条件は、例えば、約９５０℃の温度で約
２時間保持する。

そうすると、先ず合金Ｊ’Ｗ２４中の金属アルミニウム
粒子２６が溶融し、このアルミニウムの液相が周囲のＮ
Ｉ　　Ｐ共晶合金と液間相間の反応を起こしつつ固相が
液相に浸蝕されて液相の領域が次第に拡大し、やがて母
材との接合部の全域に亘って略均−な液相の膜が形成さ
れる。そして、接合温度に保持されたままの状態で時間
が経過すると燐の拡散により液相からＮｉ３Ｐが析出し
、液相の融点が上昇して合金層２４の等温凝固が進行す
る。

しかし、接合部において部分的な凝固が発生したとして
も、接合部にアルミニウムの液相が存在するので、アル
ミニウムの液相により母材がぬらされ、液相が維持され
る時間が長くなり、接合部の全域に亘って母材に対する
液相のぬれが良好になる。このため、実質的に合金層２
４の融点を低下させた場合と同じ効果を得ることができ
る。一方、接合温度に加熱された合金層２４中のコバル
ト粒子２８は固相の状態で周囲のＮ１−Ｐ共晶合金と拡
散反応して合金化する。そして、加熱後の接合層に接合
強度及び耐食性に優れたニッケル基の合金が形成される
。

第２表の実施例６乃至８は、高融点の微粒子及び低融点
の微粒子の双方を種々組合わせてＮ１−Ｐ共晶合金の鍍
金中に分散した各種のインサート材について接合部の接
合強度及び耐食性を評価した試験結果である。引張試験
及び腐蝕試験は、前記第１の実施例と同様である。この
評価試験において、ぬれ不良部を超音波探傷試験により
検出したところ、実施例６乃至８ともに全くぬれ不良部
が無かった。また、接合強度及び耐食性についても十分
実用に耐え得る結果となった。

なお、合金層中に分散する高融点の微粒子は、合金層の
合金よりも融点の高いものであれば上記金属に限られる
ことはなく、例えば、クロム、チタン、コバルト、二炭
化三クロム、窒化チタン、炭素、酸化珪素及びステンレ
ス鋼でも良く、また、これら微粒子は単体で使用しても
他の金属との複合体で使用しても良い。

また、合金層中に分散する低融点の微粒子は、合金層の
合金よりも融点の低いものであれば上記金属に限られる
ことはなく、例えば、錫、亜鉛、及びマグネシウムでも
良く、また、これら微粒子は単体で使用しても他の金属
との複合体（例えば、錫と鉛との合金）で使用しても良
い。

また、合金層は基板に鍍金されることにより形成されて
いるが、これに限らず他の表面処理方法により形成する
こともできる。

また、合金層は基板の両面に形成されているが、これに
限らず接合せんとする母材の一方を基板として、この片
面に合金層を形成することもできる。

また、基板にニッケル箔を用いているが、これに限らず
ニッケル薄板でもよく、また他の金属箔又は金属薄膜を
採用することもできる。

また、合金層は、ニッケルと燐との共晶合金を用いてい
るが、これに限らず他の組成の合金を採用してもよい。

［発明の効果］この発明によれば、基板に形成された合金層よりも高融
点の微粒子が合金層中に分散されているので、合金層と
微粒子との間の固相拡散反応により新たな合金又は複合
層が形成される。このため、接合後の合金層の耐食性及
び接合強度を向上させることができる。一方、基板に形
成された合金層よりも低融点の金属でつくられた微粒子
が前記合金層中に分散されているので、母材に対する液
相のぬれが良好になる。このため、接合部にぬれ不良部
が発生せず、インサート材の接合性を良好にすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例に係る拡散接合用イン
サート材の断面図、第２図はこの発明の第６の実施例に
係る拡散接合用インサート材の断面図である。１０．２０；インサート材、１２．２２；基板、１４．
２４；合金層、１６．２６．２８；微粒子出願人代理人
　弁理士　鈴江武彦第　１ｒｙ！Ｊ第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）母材と母材との間に介装され、加熱されることに
よって母材と母材とを接合させる拡散接合用インサート
材において、基板と、基板の少なくとも一方の面に形成
され、前記母材よりも低融点の合金でつくられた合金層
と、この合金層中に分散され、前記合金よりも高融点の
微粒子と、を有することを特徴とする拡散接合用インサ
ート材。
（２）前記高融点の微粒子はクロム、チタン、コバルト
、二炭化三クロム、窒化チタン、炭素、酸化珪素及びス
テンレス鋼の少なくとも１種類の単体又は複合体の微粒
子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の拡散接合用インサート材。
（３）母材と母材との間に介装され、加熱されることに
よって母材と母材とを接合させる拡散接合用インサート
材において、基板と、基板の少なくとも一方の面に形成
され、前記母材よりも低融点の合金でつくられた合金層
と、この合金層中に分散され、前記合金よりも高融点の
微粒子と、同じく合金層中に分散され、前記合金よりも
低融点の金属でつくられた微粒子と、を有することを特
徴とする拡散接合用インサート材。
（４）前記高融点の微粒子はクロム、チタン、コバルト
、二炭化三クロム、窒化チタン、炭素、酸化珪素及びス
テンレス鋼の少なくとも１種類の単体又は複合体の微粒
子であり、低融点の金属でつくられた微粒子は錫、亜鉛
、マグネシウム及びアルミニウムの少なくとも１種類の
単体又は複合体の微粒子であることを特徴とする特許請
求の範囲第３項に記載の拡散接合用インサート材。