KR101004909B1

KR101004909B1 - 액상 확산 접합용 합금

Info

Publication number: KR101004909B1
Application number: KR1020087021070A
Authority: KR
Inventors: 히로아끼 사까모또; 유우이찌 사또오; 야스시 하세가와; 요오지 미즈하라
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2010-12-28
Also published as: CN101374631A; WO2007088951A1; JP2008119744A; JP5008969B2; KR20080093139A; CN101374631B; US20090258249A1; EP1979127A1

Abstract

Ni-계 내열성 합금 물질 및 Fe-계 강 물질 모두를 접합시킬 수 있는 액상 확산 접합용 합금으로 저융점을 갖는다. 이 합금은 원자 비율(%)로, 22＜Ni≤60, B : 12 내지 18, C : 0.01 내지 4, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함하거나 또는 원자 비율(%)로, 22＜Ni≤60, B : 7 내지 18, 4＜C≤11, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함한다.

액상 확산 접합, 합금, 포일, 분말, 저융점

Description

액상 확산 접합용 합금{ALLOY FOR LIQUID-PHASE DIFFUSION BONDING}

본 출원은 2006년 1월 31일 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2006-022705호, 2006년 10월 18일 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2006-284080호 및 2006년 12월 25일 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2006-348064호를 우선권으로 하고, 전체적으로 참조되어 본 명세서에서 인용된다.

본 발명은 액상 확산을 사용하여 금속 물질을 접합하기 위한 액상 확산 접합용 합금, 특히, 카본 강, 스테인리스 강, 내열성 강 등으로 구성된 다양한 부품 또는 구조물을 액상 확산에 의해 접합하기에 적합한 특정 합금에 관한 것이다.

액상 확산 접합 공정은 기저 물질(즉, 접합되는 물질)보다 낮은 융점을 갖는 금속(이후 '삽입 금속'으로 칭함)을 포일, 분말 또는 도금층의 형태로 그 사이에 삽입하여, 이 부분을 삽입 금속의 등온 고형화 및 용융을 일으키도록 삽입 금속의 액상선 바로 위의 온도까지 가열함으로써 기저 물질을 접합한다.

액상 확산 접합을 위한 다양한 종류의 삽입 금속은 예를 들어, (1) JP-A60-67647호, (2) JP-A02-151377호, (3) JP-A09-323175호, (4) JP-A07-276066호, (5) JP-A2004-1064호, (6) JP-A2004-1065호 또는 (7) JP-A2004-114157호를 참조하여 알 수 있는 바와 같이 제안된다. JP-A60-67647호는 연성이고 균일한 포일의 형태로 이용 가능하고, 오스테나이트 스테인리스 강을 접합하기에 적합한 필터 금속(삽입 금속)을 개시한다. 필터 금속 조성은 원자 비율(%)로, Cr : 16 내지 28, Ni : 6 내지 22, B : 5 내지 22, Si : 0 내지 12, C : 0 내지 17, Mo : 0 내지 2, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함한다.

JP-A02-151377호는 산화 분위기에서 액상 확산 접합을 할 수 있는, 바나듐이 추가된 니켈-계 접합 합금의 포일을 개시한다. JP-A02-151377호에 개시된 합금 포일의 조성은 원자 비율(%)로, 0.5≤B＜10, Si : 15.0 내지 30.0, V : 0.1 내지 20.0, 잔여부인 Ni 및 잔류 불순물을 포함하고, 또한, Cr : 0.1 내지 20.0, Fe : 0.1 내지 20.0, Mo : 0.1 내지 20.0, 또는 W : 0.1 내지 10.0 및 Co : 0.1 내지 10.0을 추가로 포함한다. JP-A02-151377호는 (1) Cr, Fe, 및 Mo가 접합되는 금속과 삽입 금속의 기계적 특성 사이의 차이점을 낮추기 위해 추가되고, 그 추가량은 접합되는 금속의 합금 구성 요소의 함량에 따라 결정되며, (2) W 및 Co는 접합 강도를 증가시키는 탄화물 또는 금속간 합성물의 침전물을 형성하도록 추가된다.

JP-A09-323175호는 산화 분위기에서 더 낮은 온도 및 더 짧은 시간에 탄소강의 강관, 강 강화 바아, 강 후판 등과 같은 Fe-계 물질에 접합될 수 있는 액상 확산 접합 합금의 포일을 개시한다. JP-A09-323175호에 개시된 액상 확산 합금의 포일의 조성은 원자 비율(%)로, P : 1.0 내지 20.0, Si : 0.1 내지 10.0, V : 0.1 내지 20.0, B : 1.0 내지 20.0, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함하고, 또한, Cr : 0.1 내지 20.0, Ni : 0.1 내지 15.0 및/또는 Co : 0.1 내지 15.0, 또는 W : 0.1 내지 10.0, Nb : 0.1 내지 10.0 및/또는 Ti : 0.1 내지 10.0을 추가로 포함한다. 또 한, 이 참조 문헌은 Ni가 내산화성 및 내부식성을 증가시킬 수 있고 W, Nb 및 Ti가 접합부의 강도를 증가시킬 수 있는 점을 개시한다.

JP-A07-276066호는 높은 신뢰성으로 내열성이 우수한 접합부를 제작하기 위해 산화 분위기에서 액상 확산 접합을 사용하여 내열성 강 및 내열성 합금강을 접합하기 위한 합금의 포일을 개시한다. JP-A07-276066호에 개시된 합금 포일의 조성은 질량 비율(%)로, Si : 6.0 내지 15.0, Mn : 0.1 내지 2.0, Cr : 0.5 내지 30, Mo : 0.1 내지 5.0, V : 0.5 내지 10.0, Nb : 0.02 내지 1.0, W : 0.10 내지 5.0, N : 0.05 내지 20.0, P : 0.50 내지 10.0, 잔여부인 Ni 및 잔류 불순물을 포함한다. 이 액상 확산 접합 합금 포일에서, Cr 및 Mo는 접합부의 내부식성을 개선하기 위해 추가되고, W는 고용체 강화(solid solution strengthening)에 의해 고온 크리프 강도를 증가시키고, 특히, 액상 확산 접합 합금강과 높은 크리프 강도를 갖는 내열강 사이의 기계적 성질 사이의 차이를 줄이기 위해 추가된다

JP-A-2004-1064호는 접합 강도를 개선하면서 저온 접합을 가능하게 하기 위한 저융점 액상 확산 접합 합금을 개시한다. 이 참조 문헌에 개시된 철-계 저융점 액상 확산 접합 합금은 원자 비율(%)로, B : 6 내지 14, Si : 2 내지 3.5, C : 0.2 내지 4, P : 1 내지 20, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함하는 조성을 갖는다. 이 접합 합금은 1100℃ 이하의 융점을 갖고, 원자 비율(%)로, Ni : 0.1 내지 20, Cr : 0.1 내지 20 및/또는 V : 0.1 내지 10의 추가 구성 요소를 포함할 수 있다.

JP-A2004-1065호는 접합 강도 및 접합층의 물질의 품질을 개선하고 저온 접합을 가능하게 하기 위한 액상 확산 접합 합금을 개시한다. 이 참조 문헌에 개시 된 철-계 저융점 액상 확산 접합 합금은 원자 비율(%)로, B : 6 내지 14, Si < 2, C : 2 내지 6, P : 1 내지 20, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함하는 조성을 갖는다. 이 접합 합금은 1100℃ 이하의 융점을 갖고, 원자 비율(%)로, Ni : 0.1 내지 20, Cr : 0.1 내지 20 및/또는 V : 0.1 내지 10의 추가 구성 요소를 포함할 수 있다.

JP-A2004-114157호는 접합 이후 형성된 접합층의 물질의 품질을 개선할 수 있는 액상 확산 접합 합금을 개시한다. 이 참조 문헌에 개시된 철-계 접합 합금은 원자 비율(%)로, B : 6 내지 14, P : 1 내지 20, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함하는 조성을 갖는다. 이 접합 합금은 원자 비율(%)로, Si < 2, C < 2, Ni : 0.1 내지 20, Cr : 0.1 내지 20 및/또는 V : 0.1 내지 10의 추가 구성 요소를 포함할 수 있다.

상기 참조 문헌 (5) JP-A2004-1064호, (6) JP-A2004-1065호 또는 (7) JP-A2004-114157호에서, Ni는 농도가 20 원자 비율(%) 이하인 한, 융점을 낮추는데 유용하고, 그 농도가 20(%) 보다 큰 경우에는 유용하지 않다.

상기 참조 문헌에서 지시된 바와 같이, 종래의 액상 확산 접합 합금은 Ni, Cr, Fe 및/또는 Mo를 포함한다. 이는 삽입 금속의 조성을 기저 물질과 유사하게 하여 삽입 금속과 기저 물질(접합되는 금속) 사이의 기계적 성질 차이를 줄이는 것이 중요하다고 여겨지기 때문이다. 또한, W, Co, Mn 및/또는 Ti는 접합 강도를 개선하기 위해 종래의 삽입 금속에 추가될 수 있다. 또한, P는 융점을 1100℃ 이하로 낮추기 위해 철-계 접합 포일에 추가된다.

그러나, Ni-계 접합 포일 또는 Fe-계 접합 포일과 같은 상술한 액상 확산 접합 합금에서, 접합되는 물질의 접합 강도는 접합되는 기저 물질과 유사한 조성을 함유하는 접합 포일을 사용함으로써 견고해지기 때문에, 사용되는 접합 포일은 접합되는 기저 물질의 합금의 종류에 따라 변하게 되어야만 한다. 예를 들어, Ni-계 합금 포일은 Ni-계 내열성 합금 물질을 접합하기 위해 사용되고, Fe-계 합금 포일은, Ni-계 접합 포일이 사용될 수 있음에도 Fe-계 합금의 강 물질을 접합하기 위해 일반적으로 추천된다. 또한, P는 융점을 낮추기 위해 종래의 액상 확산 접합 합금에 추가될 수 있다. 그러나, P의 추가는 강 물질에 항상 바람직한 결과를 주지 않는다.

본 발명의 목적은, 충분한 접합 강도를 제공하면서 Ni-계 합금의 내열 합금 물질 및 Fe-계 합금의 강 물질을 모두 접합할 수 있고, 저융점을 갖는 액상 확산 접합 합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 실시예에서, 액상 확산 접합 합금은 원자 비율(%)로, 22＜Ni≤60, B : 12 내지 18, C : 0.01 내지 4, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에서, 액상 확산 접합 합금은 원자 비율(%)로, 22＜Ni≤60, B : 7 내지 18, 4＜C≤11, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함한다.

액상 접합 확산 합금은 접합 합금의 융점을 낮출 수 있도록 원자 비율(%)로, 0.01＜Si≤1을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 제1 및 제2 실시예의 액상 확산 접합 합금은 1030℃ 내지 1100℃ 범위의 융점을 갖고, (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비는 1.00이상이 바람직하다.

본 발명의 제1 및 제2 실시예의 액상 확산 접합 합금은 총함량이 0.1 내지 5%인 W 및/또는 Mo를 포함할 수 있다. 이는 접합 합금의 융점을 낮출 수 있고 불활성 분위기에서의 접합에 추가하여 산화 분위기에서의 접합을 실행할 수 있다.

액상 확산 접합 합금은 0.1 내지 20 원자 비율(%)의 농도로 Cr을 추가로 포함할 수 있다. 이는 융점을 증가시키지 않고 내산화성 및 내부식성을 개선할 수 있다.

기저 물질 상에 형성된 산화막을 용융시킴으로써 산화 분위기에서의 접합을 가능하게 하기 위해 0.1 내지 10 원자 비율(%)의 농도로 V를 추가할 수 있다.

본 발명의 제1 및 제2 실시예에서, 액상 확산 접합 합금의 주 요소인 Ni의 농도가 최적화되고, 이는 다른 주 요소인 Fe 농도의 상호 최적화로 이어진다. 그 결과, 액상 확산 접합은 Fe-계 합금 및 Ni-계 합금 양측 기저 물질 상에 실행될 수 있다. 또한, 액상 확산 접합 합금에서 B 및 C의 농도는 최적화되어 융점이 낮아진다. 이는 접합에 필요한 가열 온도를 낮출 수 있고, [기저 물질의 결정의 조대화(coarsening)와 같은 메커니즘에 의해] 조직의 열화 방지 및 접합 강도 증가의 달성으로 이어진다.

본 발명의 바람직한 실시예는 이후 설명한다. 이후의 설명에서, 비율(%)값은 합금 조성에서의 원자 비율을 나타낸다.

본 발명은 액상 확산 접합 합금이 특정 범위 내의 삽입 금속의 조성을 사용함으로써 Fe-계 합금 및 Ni-계 합금 모두의 기저 합금의 접합에 추가될 수 있다는 본 발명의 발명자들의 조사 결과를 기초로 하여 이루어진다. 이 조사 결과는 접합되는 기저 물질로서 내열성 합금과 같은 Ni-계 합금 물질 및 카본 강 또는 스테인리스와 같은 Fe-계 합금 물질을 사용하는 액상 확산 접합을 반복적으로 실험한 후 얻어진다.

본 발명의 주요 특징은, B, Si 및 C의 농도는 제한된 좁은 범위에서 설정되는 반면, Fe 및 Ni의 농도는 액상 확산 접합 합금의 융점을 낮추기 위해 특정 범위에서 설정된다는 점이다. 본 발명의 발명자들은 융점을 더욱 낮추기 위해 접합 합금의 조성에 추가되는 20 개의 다양한 요소를 시험하고, W 및 Mo가 합금의 액상선 및 고상선 온도(융점)를 크게 낮출 수 있다는 것을 발견했다. 특히, W는 액상선 온도를 크게 낮출 수 있어서 액상선의 온도와 고상선의 온도 사이의 차이가 감소될 수 있고, 이는 접합을 위한 가열 온도를 더욱 낮출 수 있다. 또한, 본 발명자들은 W 및/또는 Mo의 추가가 불활성 분위기 뿐아니라 산화 분위기에서도 접합을 실행하는 것을 가능하게 하는 것을 발견했다.

본 발명의 제1 실시예(간단히 "제1 발명"으로 칭함)의 액상 확산 접합 합금(이후, 간단히 "접합 합금"으로 칭함)은 이후 설명한다. 제1 실시예의 접합 합금은 원자 비율(%)로, 22＜Ni≤60, B : 12 내지 18, C : 0.01 내지 4, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함한다. 이 실시예의 접합 합금에 추가되는 각 구성 요소에 대해, 각 구성 요소를 그 각각의 농도로 사용하는 이유는 이후 설명한다.

Ni에 대해, Ni는 22＜Ni≤60%의 농도 범위에서 사용된다. Ni는 Fe와 함께 본 발명의 접합 합금에서 주 요소 중 하나이다. 그러나, Ni의 농도가 22% 이하인 경우, Ni-계 물질이 접합될 때, 융점을 낮추는 것이 충분하지 않고, 접합 강도도 충분하지 않다. Ni의 농도가 60%보다 높은 경우, Fe의 농도는 상대적으로 감소되어야만 한다. 이는 Fe-계 기저 물질에 접합될 때, 접합 강도의 감소를 일으키기 때문이다. 이러한 관점에서, Ni 농도는 22% 보다 크고 60% 이하가 바람직하고, 30 내지 50%가 더 바람직하다. 상기 범위 내에 Ni를 유지함으로써, 접합 강도는 Fe-계 기저 물질에 접합되는 경우 및 Ni-계 물질에 접합되는 경우에 개선될 수 있다.

B에 대해, B는 12 내지 18%의 농도 범위에서 사용된다. B는 액상 확산 접합 중에 접합 합금으로부터 접합되는 기저 물질로 확산함으로써 등온 고형화의 실행을 가능하게 한다. 따라서, B는 본 발명의 접합 합금에서 매우 선호되는 요소이다. 이러한 좁은 범위의 B의 농도는 Fe 및 Ni와 같은 본 발명의 접합 합금의 주 요소와 조합하여 사용될 때 우수한 효과를 제공한다. 특히, B의 농도가 12%보다 적은 경우, Fe 및 Ni의 농도가 상술한 범위 내에 잔류하는 경우에도 융점을 충분하게 낮출 수 없다. 이러한 접합 합금은 몇몇 타입의 강을 접합하는 것을 제외하면 Ni-계 합금 및 Fe-계 합금 모두의 기저 물질을 접합하는데 사용되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 목적은 접합 합금(삽입 금속)이 Ni-계 합금 기저 물질 및 Fe-계 합금 기저 물질 모두의 접합에 이용될 수 있다는 것이다. B의 농도가 18%를 초과할 경우, 융점은 상승하고, 등온 고형화 중에 B가 확산하는데 시간이 걸린다. 이는 접합을 위한 추가 가열의 필요하게 되어 기저 물질의 강도가 악화될 수 있다. 이 러한 관점에서, B의 농도를 12 내지 18%의 범위 내에서 유지하는 것이 양호하고, 바람직한 범위는 13 내지 16% 이다.

C에 대해, C는 0.01 내지 4%의 농도 범위에서 사용된다. 본 발명의 접합 합금의 비결정질 포일이 단일 롤 주조(roll casting) 공정을 사용하여 형성되는 경우, C는 용융된 금속과 냉각 롤 사이에서 습윤성을 개선할 수 있고, 이는 비결정질 포일의 제조를 용이하게 한다. C의 농도가 0.01%보다 적은 경우, 용융된 금속과 냉각 롤 사이의 습윤성은 충분하게 개선되지 않는다. 그러나, C의 농도가 4%를 초과할 경우, 습윤성의 개선은 포화된다. 이러한 관점에서, C의 농도를 0.01 내지 4%의 범위 내에서 유지하는 것이 양호하고, 바람직한 범위는 0.5 내지 3.5% 이다.

본 실시예의 접합 합금의 잔여부는 Fe 및 잔류 불순물이다. Fe는 본 실시예의 접합 합금의 주 요소 중 하나이고, Fe의 농도가 27%보다 적은 경우, Fe-계 합금 기저 물질의 접합 강도는 불충분하게 될 수 있다. Fe의 농도가 65%를 초과할 경우, 다른 요소의 농도가 상술한 범위 내에 유지되더라도 접합 합금의 융점을 낮추는 것은 어려울 수 있다. 이러한 관점에서, Fe의 농도를 27 내지 65%의 범위 내에서 유지하는 것이 양호하고, 바람직한 범위는 35 내지 55%이다.

상술한 바와 같이, 제1 실시예의 접합 합금은, Fe-Ni 합금의 기저인 접합 합금의 각각의 Fe 및 Ni의 농도가 최적화되기 때문에, Ni-계 합금 기저 물질 및 Fe-계 합금 기저 물질에 접합될 수 있다. 즉, 액상 확산 접합은 접합되는 기저 물질이 Ni-계 내열성 물질 또는 Fe-계 합금강이더라도 실행될 수 있고, 이는 접합의 작업성/생산성을 크게 개선시킨다. 또한, 최적화된 B의 농도는 접합 합금의 융점을 낮출 수 있다. 즉, 가열 온도는 종래의 방법보다 더 낮게 설정될 수 있고, 이는 기저 물질의 결정 입자의 조대화과 같은 조직의 열화를 방지하고, 접합 강도의 증가를 실현할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예(간단히 "제2 발명"으로 칭함)의 접합 합금은 이후 설명한다. 제2 실시예의 접합 합금은 원자 비율(%)로, 22＜Ni≤60, B : 7 내지 18, 4＜C≤11, 잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함한다.

본 발명의 발명자들은 각각의 B, Ni 및 Fe의 농도를 변화시키면서 제1 실시예의 C 농도에 비해 더 높은 C 농도 범위에서의 접합 합금의 접합 성능 및 융점을 조사하였다. 그 결과, C 농도를 증가시키는 경우, 접합 합금의 융점은 B의 농도를 최적화함으로써 낮아질 수 있고, 접합 강도는 제1 실시예의 접합 합금과 유사한 방식으로 증가될 수 있다. 특히, C의 농도가 4＜C≤11%이고, B의 농도가 7 내지 8% 인 경우, 융점은 1100℃ 이하로 낮아질 수 있고, 충분한 강도의 접합 강도를 얻을 수 있다. 본 실시예의 접합 합금에 추가된 각각의 구성 요소에 대해, 농도의 범위를 제한하는 이유는 이후 설명한다. 각각의 구성 요소의 추가에 대한 이유는 제1 실시예와 동일하다.

B에 대해, B의 농도 범위는 7 내지 18%이다. B의 농도가 7% 보다 적거나, 18%를 초과할 경우, C의 농도는 4% 보다 크지만, 충분한 융점의 하락이 이루어지지 않는다. 따라서, B의 농도를 7 내지 18%의 범위 내에서 유지하는 것이 양호하고, 바람직한 범위는 9 내지 11% 이다.

C에 대해, C의 농도 범위는 4＜C≤11%이다. C의 농도가 11%를 초과할 경우, 탄화물과 같은 침전물이 접합 경계면에 형성되고, 이는 접합부의 강도를 감소시킨다. 따라서, C의 농도를 4＜C≤11%의 범위 내에서 유지하는 것이 양호하고, 바람직한 범위는 7 내지 9%이다.

Ni 농도의 범위를 제한하는 이유는 제1 실시예와 동일하다. 그러나, 접합 강도는 Fe-계 합금 물질에의 접합의 경우 및 Ni-계 합금 물질에의 접합의 경우 추가로 개선될 수 있기 때문에, 본 실시예의 접합 합금에서 Ni의 농도를 27 내지 53%의 범위로 유지하는 것이 바람직하다.

본 실시예의 접합 합금의 잔여부는 Fe 및 잔류 불순물이다. B의 농도가 7 내지 18% 이고 C의 농도가 4＜C≤11%인 경우, Fe의 농도가 23%보다 적게 설정될 때, Fe-계 합금 물질의 접합 강도는 불충분하게 될 수 있다. Fe의 농도가 60% 보다 클 경우, 접합 합금의 융점을 낮추는 것은 어려울 수 있다. 이러한 관점에서, Fe의 농도는 23 내지 60%의 범위 내에서 유지하는 것이 양호하고, 29 내지 55%가 더 바람직하다.

상술한 바와 같이, 제2 실시예의 접합 합금은 제1 실시예의 접합 합금과 같이, 접합 합금의 Fe 및 Ni 각각의 농도가 최적화되기 때문에, Fe-계 합금 기저 물질 및 Ni-계 합금 기저 물질에의 접합에 사용될 수 있다. 즉, 액상 확산 접합은 접합되는 기저 물질이 Ni-계 내열성 물질 또는 Fe-계 합금강인 경우에도 실행될 수 있고, 이는 접합의 작업성/생산성을 크게 개선시킬 수 있다. 또한, 제1 실시예의 C의 농도보다 큰 경우, C 및 B 모두의 농도가 최적화되기 때문에, 융점을 낮추는 것과 접합 강도를 개선하는 것 모두 실현될 수 있다.

상기 제1 실시예 및 제2 실시예의 접합 합금은 상술한 구성 요소에 추가로 그 농도의 범위가 0.01≤Si＜1.0%인 Si를 추가로 포함할 수 있다. Si는 접합 합금의 융점을 낮추기 위해 임의의 양으로 추가될 수 있음에도, Si가 0.01% 이상의 농도로 포함될 때, 액상 확산 접합에서 산소와 결합함으로써 접합 강도를 악화시키는 산화물을 형성한다. 그러나, 접합 작업에 사용된 분위기의 산소 농도가 매우 낮게, 예를 들어, 부피로 0.1%보다 작게 유지되는 경우, 산화물의 형성은 Si의 농도가 0.01% 이상이더라도 방해될 수 있다. Si의 농도가 1%에 이르거나 또는 초과하는 경우, 불활성 분위기가 사용되더라도 이 분위기에 함유된 매우 적은 산소량이 산화물을 형성하기 위해 Si와 결합하기 때문에, 산화물의 형성은 방지될 수 없다. 상기의 관점에서, Si를 추가하는 경우, 액상 확산 접합은 불활성 분위기에서 실행되며 Si의 농도가 0.01≤Si＜1.0%의 범위 내에서 유지되는 것이 양호하고, 이는 접합 강도를 낮추지 않고 접합 합금의 융점을 낮추는 것을 가능하게 한다.

상기 제1 및 제2 실시예의 접합 합금은 상술한 구성 요소에 추가로 전체 농도 범위가 0.1 내지 5%인 Mo 및/또는 W를 더 포함할 수 있다. W 및 Mo는 융점을 크게 낮추는 특성을 갖고, 이 특성은 Fe, Ni, B, Si 및 C요소의 각각의 농도가 본 발명의 범위에서 잔류하는 경우에 나타날 수 있다. 특히, W는 접합 합금의 융점을 낮추는데 우수한 특성을 구비하여 접합에 대한 가열 온도를 낮출 수 있다. 그러나, 이 특성은 W 및/또는 Mo의 전체 농도가 0.1% 보다 적을 때는 나타나지 않고, W 및/또는 Mo의 전체 농도가 5%를 초과할 때는 포화된다. 이러한 관점에서, W 및/또는 Mo의 전체 농도를 0.1 내지 5% 내에서 유지하는 것이 양호하다. 이는 접합이 산화 분위기에서 실행되더라도 충분한 접합 강도를 확보하는 것을 가능하게 한다.

상기 제1 실시예 및 제2 실시예의 접합 합금은 상술한 구성 요소에 추가로 Cr : 0.1 내지 20%도 포함할 수 있다. Cr은 필요시 내부식성 및 내산화성을 증가시키기 위해 주로 추가된다. 그러나, Cr의 농도가 0.1% 보다 적을 경우, 이 성능이 불충분하고, Cr의 농도가 20%를 초과할 경우, 접합 합금의 융점이 상승되며 이는 바람직하지 않다. 이러한 관점에서, Cr을 추가할 때, Cr의 농도를 0.1 내지 20%의 범위 내에서 유지하는 것이 양호하고, 바람직한 범위는 1 내지 10% 이다.

상기 제1 실시예 및 제2 실시예의 접합 합금은 상술한 구성 요소에 추가로 V : 0.1 내지 10%를 더 포함할 수 있다. V는 기저 물질의 표면에 형성된 산화막을 저융점을 갖는 복합 산화물로 변환시킴으로써 산화 분위기에서의 접합을 허용하는 특성을 갖는다. 저융점을 갖는 복합 산화물은 보통의 접합 온도에서 용융될 수 있고, 표면 장력의 차이로 인해 용융된 접합 합금 내에서 거친 구 형상으로 형성된다. 따라서, 용융된 복합 산화물은 다른 요소의 확산을 방해하지 않는다. 이러한 이유로, V의 추가는 산화 분위기에서도 더욱 안정된 액상 확산 접합의 실행을 가능하게 한다. 그러나, V의 농도가 0.1% 보다 적은 경우, 이 성능은 불충분하고, V의 농도가 20%를 초과할 경우, 접합 합금의 융점이 상승되며, 이는 바람직하지 않다. 이러한 관점에서, V를 추가할 때, V의 농도를 0.1 내지 10%의 범위 내에서 유지하는 것이 양호하고, 바람직한 범위는 1 내지 5%이다. V의 추가는 산화 분위기에서의 사용에 제한되지 않지만, 불활성 분위기에서도 기저 물질의 접합 표면에 산화막이 형성될 때마다 효율적으로 작용한다는 것은 분명하다.

본 발명의 제1 및 제2 실시예의 접합 합금의 융점은 이후 설명한다. 본 발명에서, 1030 내지 1100℃의 융점을 갖는 접합 합금은 그 조성을 상술한 한정 요소로 제한함으로써 얻어질 수 있다. 그러나, 융점이 1030℃보다 낮은 경우, 접합 온도를 낮추는 것이 가능함에도, 또한, 원자를 확산시키는데 더 많은 시간이 걸리고, 즉, 접합이 완성되는데 추가의 시간이 필요하며, 이는 낮은 생산성으로 이어진다. 또한, 접합이 너무 낮은 융점을 갖는 접합 합금을 사용하여 고온 하에서 실행되는 경우, 온도가 접합 온도에 이르기 전에 접합 합금이 흘러 나오는 문제가 있을 수 있다. 이와 반대로, 접합 합금의 융점이 1100℃를 초과할 경우, 더 높은 온도가 접합에 인가되어야만 하고, 이는 (기저 물질의 결정 입자의 조대화와 같은) 조직의 열화로 이어진다. 이러한 관점에서, 접합 합금의 융점을 1030 내지 1100℃의 범위 내에서 유지하는 것이 양호하다.

제1 및 제2 실시예의 접합 합금으로 기저 물질을 접합하는 강도, 즉, 접합부의 강도는 (접합부의 인장 강도)/(기저 물질의 인장 강도)의 비로 1.00 이상이다.

상기 제1 및 제2 실시예의 접합 합금은 포일 또는 분말의 형태로 입수 가능하다. 예를 들어, 포일은 접합되는 두 개의 기저 물질 사이에 접합 합금이 끼워지는 경우 취급이 용이하다. 접합 합금 포일의 두께는 3 내지 200μm가 바람직하고, 10 내지 100μm가 더 바람직하다. 접합되는 기저 물질의 표면에 굴곡이 있는 경우, 분말 형태의 접합 합금은 굴곡이 있는 표면의 오목부를 채울 수 있기 때문에 분말 형태의 접합 합금의 사용이 적절하다. 접합 합금 분말의 평균 입경은 5 내지 300μm이 바람직하고, 10 내지 200μm가 더 바람직하다. 접합 합금 포일 또는 분 말의 제작에 관해, 임의의 공지된 방법이 사용될 수 있다. 포일 형태에 관해, 예를 들면, 단일 롤 담금질 방법이 포일 형태의 접합 합금을 제작하는데 바람직하다. 단일 롤 담금질 방법에서, 용융된 접합 합금은 포일의 연속적인 스트립을 형성하기 위해 슬롯 노즐을 통해 담금질되는 회전 냉각된 기판 위로 배출된다. 또한, 드럼의 내벽을 사용하는 원심 담금질 방법 또는 무단 냉각 벨트를 사용하는 방법이 적절하다. 분말 형태에 관해, 예를 들면, 가스 분무 방법이 바람직하고 또는 잉곳을 분쇄하여 이후 볼 밀(ball mill)을 사용하여 연마하는 방법이 가능하다.

본 발명의 효과는 이후 본 발명의 예 및 비교예를 기초로 하여 설명한다. 제1 발명의 예1에서, 아래의 표1에 도시된 모 합금(mother alloy) 각각의 조성은 아르곤 분위기에서 질량으로 각각이 99.9%의 순도를 갖는 전해 Fe, 전해 Ni, B 및 C를 사용하여 주조된다. 각각의 모 합금은 폭 25mm 및 간극 0.4mm의 슬롯 개구를 갖는 석영 도가니에서 재용융되어, 슬롯을 통해 25m/초의 주연 속도로 구리 냉각 롤의 주행 표면으로 배출되고, 두께 25μm의 비결정질 포일을 형성하도록 담금질된다. 이후, 포일의 가열 및 냉각에 의해, 융점은 용융/고형에서의 흡열 온도 또는 발열 온도로부터 결정된다. 또한, 이 결과는 표1에 도시된다.

[표1]

접합 실험은 앞에서 준비된 예 및 비교예에 대한 접합 합금 포일을 사용하여 실행되고, 접합 강도가 측정된다. 더 자세하게는, 접합되는 기저 물질로, 두 종류의 로드(rod), 즉, Fe-계 합금 물질인 STK 400 재질의 직경 20mm의 로드 및 Ni-계 내열성 합금인 인코넬(Inconel) 600 재질의 직경 20mm인 로드가 각각 준비된다. 접합 합금의 포일은 두 개의 로드 사이에서 겹쳐지고 끼워진 이후, 이들 모두는 분위기가 제어되는 가열로 내에 놓이고, 온도는 융점보다 높은 50℃ 이하의 온도까지 상승되고, 10분 동안 유지된 후, 냉각된다. 두 개의 로드가 가열되는 동안, 완전한 접촉을 이루기 위해 서로에 대해 2 MPa의 압력으로 가압된다. 가열로는 아르곤 가스 분위기에서 유지된다. 접합부를 포함한 시험편은 접합된 로드로부터 절단됨 으로써 JIS Z2201 #4 인장 시험용으로 준비되어, 시험편(또는 "샘플"로 칭함)은 길이 방향의 중앙에 접합된 경계부를 보유한다. 노치(길이 2mm, 각도 45°)는 접합선을 따라 시험편 상에 형성된다. 기저 물질부의 각각의 시험편의 동일한 형상이 각각의 기저 물질 로드로부터 절단된다. 인장 시험은 강도를 측정하기 위해 기저 물질의 시험편 및 접합부를 포함하는 시험편 모두에 대해 실행된다. 표2는 (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비가 접합 강도로 평가되는 시험 결과를 도시한다.

[표2]

샘플 번호 1 내지 24의 접합 합금에 대해, 모든 접합 합금의 C의 농도는 0.01% 이상이기 때문에, 용융된 접합 합금을 구리 냉각 롤의 주행 표면 위로 배출함으로써 포일을 제작하는 데에는 문제가 없다. 샘플 번호 5 내지 16 및 19 내지 23은 (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비가 Fe-계 합금 물질 STK 400과 Ni-계 합금 물질 인코넬 600 모두에 대해 1.00 이상임을 알 수 있다. 즉, 샘플 번호 5 내지 16 및 19 내지 23은 접합 강도가 우수하다. 표1에 도시된 바와 같이, 샘플(시험편) 번호 5 내지 16 및 19 내지 23 모두는 12 내지 18%의 B 함량, 0.01 내지 4%의 C 함량, 27 내지 65%의 Fe 함량 및 22% 보다 크고 60% 이하의 Ni 함량을 갖고, 융점은 1100℃ 이하이다. 특히, Fe 함량이 35 내지 55% 이고, Ni 함량이 30 내지 50% 인 샘플 번호 7 내지 12에서, (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비는 1.02 이상이다. 즉, 접합 강도가 비교 샘플에 비해 크게 개선된다.

비교 샘플 번호 1 내지 4에서, Ni의 농도는 본 발명의 농도보다 낮고, 접합 합금의 융점은 1100℃ 보다 크고, Ni-계 합금 물질 인코넬 600에 대한 접합 강도는 1.00에 이르지 않는다. Ni의 농도가 본 발명의 범위 외측인 비교 샘플 번호 17의 접합 합금은 저융점을 갖고, Ni-계 합금 물질 인코넬 600에 대한 접합 강도는 1.00이다. 그러나, Fe-계 합금 물질 STK 400에 대한 접합 강도는 번호 17에서 Fe 함량이 상대적으로 낮기 때문에 낮아진다.

Fe의 농도 및 Ni의 농도가 본 발명의 범위 내에서 잔류하지만, B의 농도가 본 발명의 범위보다 적은 비교 샘플 번호 18과, B의 농도가 본 발명의 범위보다 이상인 비교 샘플 번호 24에서, 접합 합금의 융점은 높고, 접합 강도는 1.00 보다 낮다. 특히, 번호 24의 접합 합금은 등온 고형화를 완료하기 위해 다른 예보다 20 내지 30% 의 추가 시간이 필요하다.

[예2]

본 발명의 제1 실시예의 예2는 이후 설명한다. 이 예2에서, 이후 표3에 도시된 모 합금 각각의 조성은 아르곤 분위기에서 질량으로 각각이 99.9%의 순도를 갖는 전해 Fe, 전해 Ni, B, Si 및 C를 사용하여 주조된다. 각각의 모 합금의 포일은 상기 예1과 동일한 방법으로 준비된다. 접합 실험은 예1과 동일한 방법으로 실행되고, 접합 강도가 측정된다. Fe-계 합금 재료 STK 400은 접합되는 기저 물질로 사용된다. 이 결과는 이후 표3에 도시된다.

[표3]

표3에 도시된 바와 같이, Si의 농도가 본 발명의 범위 내에 잔류하는 샘플 번호 31 내지 37의 접합 합금은 (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비가 1.00 이상임을 나타낸다. 즉, 샘플 번호 31 내지 37은 접합 강도가 우수하다. 이와 반대로, 융점을 낮추는 것이 실현됨에도, Si의 농도가 본 발명의 범위 외측인 비교 샘플 번호 38의 접합 합금에서의 접합 강도는 1.00 보다 작다. 샘플 번호 38의 시험편은 수지(resin) 내에 매립되어 연마되고 관측을 위한 단면 관찰 샘플을 형성하기 위해 에칭된다. 비교 샘플 번호 38의 접합 표면의 단면은 광학 현미경을 사용하여 관측되고, 다양한 산화물이 발견된다. Si 및 O는 EPMA(전자 탐침형 엑스레이 미소 분석기-Electron Probe X-ray Micro Analyzer)를 사용하여 산화물의 주 구성 요소로 관측된다. 즉, 이 산화물은 Si 산화물인 것으로 관측된다.

[예3]

본 발명의 제1 실시예의 예3은 이후 설명한다. 이 예3에서, 이후 표4에 도시된 모 합금의 각각의 조성은 아르곤 분위기에서 질량으로 각각이 99.9%의 순도를 갖는 전해 Fe, 전해 Ni, B, Si, C, W, Mo 및 Cr을 사용하여 주조된다. 각각의 모 합금의 포일은 상기 예1과 동일한 방법으로 준비된다. 접합 실험은 예1과 동일한 방법으로 실행되고, 접합 강도가 측정된다. Fe-계 합금 물질 STK 400은 접합되는 기저 물질로 사용된다. 이 결과는 이후의 표4에 도시된다.

[표4]

상기 표4에 도시된 바와 같이, 주 요소인 Fe 및 Ni 각각의 농도가 본 발명의 범위 외측인 비교 샘플 번호 41 내지 43은 Mo이 본 발명의 농도 범위 내에서 추가된 경우에도 융점이 낮아지기 어렵고, (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비는 1.00보다 적다. 이와 반대로, Fe, Ni, B, Si 및 C 각각의 농도가 본 발명의 범위 내에 잔류하는 샘플 번호 44 내지 51은 Mo이 본 발명의 함량 범위 내에서 추가된 경우, 융점이 65℃까지 낮아지는 것을 알 수 있고, 접합 강도는 개선된다. Mo이 본 발명의 범위 즉, 5% 보다 높은 농도로 추가되는 비교 샘플 번호 52의 융점은 샘플 번호 44 내지 51의 융점과 거의 동일하다. 즉, 융점을 낮추기 위해 Mo를 추가한 효과는 Mo의 농도가 5%를 초과할 때 포화된다.

요소 W에 대해 유사한 결과가 얻어진다. 주 요소인 Fe 및 Ni의 각각의 농도가 본 발명의 범위 외측인 비교 샘플 번호 41, 53 및 54는 W가 본 발명의 농도 범위 내에서 추가된 경우에도 융점이 낮아지기 어렵고, (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비는 1.00보다 적다. 이와 반대로, Fe, Ni, B, Si 및 C 각각의 농도가 본 발명의 범위 내에서 잔류하는 샘플 번호 55 내지 61은 W가 본 발명의 농도 범위 내에서 추가된 경우 융점이 69℃까지 낮아지는 것을 알 수 있고, 접합 강도는 개선된다. W가 본 발명의 범위 즉, 5%보다 높은 농도로 추가되는 비교 샘플 번호 62의 융점은 샘플 번호 55 내지 61의 융점과 거의 동일하다. 즉, 융점을 낮추기 위해 W를 추가한 효과는 W의 농도가 5%를 초과할 때 포화된다.

Fe, Ni, B, Si 및 C 각각의 농도가 본 발명의 범위 내에서 잔류하고 Mo 및 W가 본 발명의 농도 범위 내에서 함께 더 추가되는 샘플 번호 63 내지 66에서, 융점은 낮아지고 접합 강도는 개선된다. Mo 및 W가 본 발명의 범위, 즉, 5%보다 높은 농도로 함께 추가되는 비교 샘플 번호 67의 융점은 샘플 번호 63 내지 66의 융점과 거의 동일하다. 즉, 융점을 낮추기 위해 W 및 Wo를 결합하여 추가한 효과는 W와 결합된 Mo의 농도가 5%를 초과할 때 포화된다.

Cr의 농도가 본 발명의 범위 내에서 잔류하는 샘플 번호 68 내지 72는 접합 강도가 우수하다. 즉, (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비가 1.00 이상이다.

샘플 번호 47 내지 49, 57 내지 59 및 63의 접합 합금 포일에 대해, 접합 실험은 아르곤 가스에서 공기까지 분위기를 절환한 이후 동일한 포일 샘플을 사용하여 실행된다. 각각의 샘플의 강도는 번호 47은 1.00, 번호 48은 1.01, 번호 49는 1.00, 번호 57은 1.00, 번호 58은 1.01, 번호 59는 1.01, 번호 63은 1.01이다. 이는 접합이 공기 중에서 실행된 때에도 접합의 충분한 강도가 유지되는 것을 나타낸다.

[예4]

제1 발명의 예4는 이후 설명한다. 이 예4에서, 이후 표5에 도시된 모 합금의 각각의 조성은 아르곤 분위기에서 질량으로 각각이 99.9%의 순도를 갖는 전해 Fe, 전해 Ni, B, Si, C, W, Mo, Cr 및 V를 사용하여 주조된다. 각각의 모 합금의 포일은 상기 예1과 동일한 방법으로 준비된다. 접합 실험은 분위기가 공기인 점을 제외하면 예1과 동일한 방법으로 실행되고, 접합 강도가 측정된다. Fe-계 합금 물질 STK 400은 접합되는 기저 물질로 사용된다. 이 결과는 이후의 표5에 도시된다.

[표5]

상기 표5에 도시된 바와 같이, V의 농도가 0.1% 보다 낮고 접합이 공기 중에 실행되는 비교 샘플 번호 81의 접합 강도는 1.00보다 낮다. V의 농도가 10% 보다 많은 비교 샘플 번호 90에서, 융점은 상승되고 접합 강도는 낮아진다. 이와 반대로 샘플 번호 82 내지 89에서, 접합이 산화 분위기에서 실행될 때에도 접합 강도는 우수하다. 즉, 1.00 이상이다.

[예5]

제1 발명의 예5는 이후 설명한다. 이 예에서, 샘플 번호 8 및 64와 동일한 모 금속이 사용되고, 입경이 150μm 이하인 분말 접합 합금은 가스 분무 방법을 사용하여 준비된다. 분무 노즐의 원형 개구 직경은 0.3mm이고, 아르곤 가스가 분무 압력 가스로 사용된다. 에탄올은 슬러리를 형성하기 위해 준비된 분말 접합 합금에 추가된다. 슬러리는 약 100μm 두께가 되도록 기저 물질의 접합 표면 위로 인가된다. 이후, 접합 실험은 예1과 동일한 방법으로 실행되고, 접합 강도가 측정된 다.

모 합금이 (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비로 1.02인 분말 접합 합금을 사용한 샘플의 접합 강도는 샘플 번호 8과 동일하고, 샘플 번호 64와 동일한 모 합금을 사용한 샘플의 접합 강도는 1.05이며, 모두 접합 강도가 우수함을 알 수 있다.

본 발명의 제2 실시예의 예6은 이후 설명한다. 이 예에서, 이후 표6에 도시된 모 합금의 각각의 조성은 아르곤 분위기에서 질량으로 각각이 99.9%의 순도를 갖는 전해 Fe, 전해 Ni, B 및 C를 사용하여 주조된다. 각각의 모 합금은 폭 25mm 및 간극 0.4mm의 슬롯 개구를 갖는 석영 도가니에서 재용융되어, 슬롯을 통해 25m/초의 주연 속도로 구리 냉각 롤의 주행 표면으로 배출되고, 두께로 30μm의 비결정질 포일을 형성하도록 담금질된다. 이후, 포일의 가열 및 냉각에 의해, 융점은 용융/고형에서의 흡열 온도 또는 발열 온도로부터 결정된다. 또한, 이 결과는 표6에서 도시된다.

[표6]

접합 실험은 상기 준비된 비교예 및 예에 대한 접합 합금 포일을 사용하여 실행되고, 접합 강도가 측정된다. 예1에 대한 상기 설명과 유사하게, 접합되는 기저 물질로, 두 종류의 로드, 즉, Fe-계 합금 물질 STK 400 재질의 직경 20mm의 로드 및 Ni-계 내열성 합금 인코넬 600 재질의 직경 20mm인 로드가 준비된다. 접합 합금의 포일은 두 개의 로드 사이에서 겹쳐지고 끼워진 후, 이들 모두 분위기를 제어할 수 있는 가열로 내에 놓이고, 10분 동안 유지된다. 이후 온도는 융점보다 높 은 50℃ 이하의 온도까지 상승된 후 샘플은 냉각된다. 두 개의 로드가 가열되는 동안, 완전한 접촉을 이루기 위해 2 MPa의 압력으로 서로에 대해 가압된다. 가열로는 아르곤 가스 분위기에서 유지된다. JIS Z2201 #4 인장 시험을 위해 접합부를 포함하는 시험편은 접합된 로드로부터 절단되어, 시험편(샘플)은 길이 방향의 중앙에 접합된 경계부를 보유한다. 노치(길이 2mm, 각도 45°)는 접합선을 따라 시험 편 상에 형성된다. 기저 물질부의 시험편의 동일한 형상이 각각의 기저 물질 로드로부터 절단된다.

[표7]

샘플 번호 91 내지 118의 접합 합금에 대해, 모든 접합 합금의 C 함량이 0.01% 이상이기 때문에, 용융된 접합 합금을 구리 냉각 롤의 주행 표면 상으로 토출함으로써 포일을 제작하는 데에는 문제가 없다. 샘플 번호 94 내지 104 및 106 내지 112는 (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비가 Fe-계 합금 물질 STK 400 및 Ni-계 합금 물질 인코넬 600 모두에 대해 1.00 이상인 것을 알 수 있다. 즉, 샘플 번호 94 내지 104 및 106 내지 112는 접합 강도가 우수하다. 도7에 도시된 바와 같이, 번호 94 내지 104 및 106 내지 112의 모든 샘플(시험편)은 7 내지 18%의 B 농도, 4% 초과 11%이하의 C 농도, 23 내지 60%의 Fe 농도 및 22% 초과 60%이하의 Ni 농도를 갖고, 융점은 1100℃ 이하이다. 특히, Fe의 농도가 29 내지 55% 이고, Ni의 농도가 27 내지 53%인 샘플 번호 95 내지 102, 108 및 109에서, (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비는 1.02 이상이다. 즉, 접합 강도가 비교 샘플에 비해 크게 개선된다.

Ni의 농도가 본 발명의 양보다 낮은 비교 샘플 번호 91 내지 93에서, 접합 합금의 융점은 1100℃보다 높고, Ni-계 합금 물질 인코넬 600에 대한 접합 강도는 1.00에 이르지 않는다. Ni의 농도가 본 발명의 범위보다 높은 비교 샘플 번호 105의 접합 합금은 저융점을 갖고, Ni-계 합금 물질 인코넬 600에 대한 접합 강도는 1.00이다. 그러나, 번호 105에서 Fe의 농도가 상대적으로 낮아지기 때문에, Fe-계 합금 물질 STK 400에 대한 접합 강도는 낮아진다.

Fe의 농도 및 Ni의 농도가 본 발명의 범위 내에 잔류하지만, B 함량 및 C 함량 모두 본 발명의 제2 실시예의 범위 외측인 비교 샘플 번호 113 내지 118에서, 충분한 접합 강도는 어떤 샘플에서도 얻어질 수 없다. 샘플 번호 113 내지 116의 접합 합금에 대해, 융점은 높고 접합 강도는 1.00보다 낮다. 샘플 번호 117 및 118에 대해, 저융점을 구비되는 조성임에도, 접합 강도는 불충분하다. 샘플 번호 117 또는 118의 시험편은 수지 내에 매립되어 연마되고 관측을 위한 단면 관찰 샘플을 형성하기 위해 에칭된다. 접합면의 단면은 광학 현미경을 사용하여 관측되고, 침전물이 발견된다. 이 침전물의 조성은 EPMA를 사용하여 검출된다. 즉, 이 침전물의 조성은 탄화물인 것으로 관측된다.

[예7]

본 발명의 제2 실시예의 예7은 이후 설명한다. 이 예7에서, 이후 표8에 도시된 모 합금의 각각의 조성은 아르곤 분위기에서 질량으로 각각이 99.9%의 순도를 갖는 전해 Fe, 전해 Ni, B, Si 및 C를 사용하여 주조된다. 각각의 모 합금의 포일은 상기 예6과 동일한 방법으로 준비된다. 접합 실험은 예6과 동일한 방법으로 실행되고 접합 강도가 측정된다. Fe-계 합금 물질 STK 400은 접합되는 기저 물질로 사용된다. 이 결과는 이후 표8에 도시된다.

[표8]

표8에 도시된 바와 같이, Si의 농도가 본 발명의 범위 내에 잔류하는 샘플 번호 120 내지 124의 접합 합금은 (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비가 1.00 이상이다. 즉, 샘플 번호 120 내지 124의 접합 강도는 우수하다. 이와 반대로, 융점을 낮추는 것이 실현됨에도 Si의 농도가 본 발명의 Si 농도보다 높은 비교 샘플 번호 125의 접합 합금에서의 접합 강도는 1.00 보다 낮다. 비교 샘플 번호 125의 시험편은 수지 내에 매립되어 연마되고 관측을 위한 단면 관찰 샘플을 형성하기 위해 에칭된다. 비교 샘플 번호 125의 접합 표면의 단면은 광학 현미경을 사용하여 관측되며, 산화물이 발견된다. Si 및 O는 EPMA를 사용하여 산화물의 주 구성 요소로 발견된다. 즉, 이 산화물은 Si 산화물인 것으로 관측된다.

[예8]

본 발명의 제2 실시예의 예8은 이후 설명한다. 이 예8에서, 이후 표9에 도시된 모 합금의 각각의 조성은 아르곤 분위기에서 질량으로 각각이 99.9%의 순도를 갖는 전해 Fe, 전해 Ni, B, Si, C, W, Mo 및 Cr을 사용하여 주조된다. 각각의 모 합금의 포일은 상기 예6과 동일한 방법으로 준비된다. 접합 실험은 예6과 동일한 방법으로 실행되고, 접합 강도가 측정된다. Fe-계 합금 물질 STK 400은 접합되는 기저 물질로 사용된다. 이 결과는 이후 표9에 도시된다.

[표9]

상기 표9에 도시된 바와 같이, 주 요소인 Fe 및 Ni의 각각의 농도가 본 발명의 범위 외측인 비교 샘플 번호 130 내지 132에서, Mo가 본 발명의 농도 범위 내로 추가됨에도 융점은 낮아지기 어렵고 (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비는 1.00보다 낮다. 이와 반대로, Fe, Ni, B, Si 및 C 각각의 농도가 본 발명의 제2 실시예의 범위 내에 잔류하는 샘플 번호 133 내지 140에서, 융점은 Mo가 본 발명의 농도 범위 내로 추가된 경우 65℃까지 낮아지고, 접합 강도가 개선된다. Mo가 본 발명의 범위 즉, 5% 보다 높은 농도로 추가된 비교 샘플 번호 141의 융점은 샘플 번호 133 내지 140의 융점과 거의 동일하다. 즉, 융점을 낮추기 위해 Mo를 추가한 효과는 Mo의 농도가 5%를 초과할 때 포화된다.

요소 W에 대해서 유사한 결과가 얻어진다. 주 요소인 Fe 및 Ni 각각의 농도가 본 발명의 범위 외측인 비교 샘플 번호 142 및 143은 W가 본 발명의 함량 범위 내로 추가됨에도 융점을 낮추기 어렵고 (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비는 1.00 보다 낮다. 이와 반대로, Fe, Ni, B, Si 및 C 각각의 농도가 본 발명의 제2 실시예의 범위 내에 잔류하는 샘플 번호 144 내지 150에서, W가 본 발명의 농도 범위 내로 추가된 경우 융점은 65℃까지 낮아질 수 있고, 접합 강도는 개선된다. W가 본 발명의 범위 즉, 5% 보다 높은 농도로 추가되는 비교 샘플 번호151의 융점은 샘플 번호 144 내지 150의 융점과 거의 동일하다. 즉, 융점을 낮추기 위해 W를 추가한 효과는 W의 농도가 5%를 초과할 때 포화된다.

Fe, Ni, B, Si 및 C 각각의 농도가 본 발명의 제2 실시예의 범위 내에 잔류하고, 또한 Mo 및 W가 본 발명의 농도 범위내로 함께 추가되는 샘플 번호 152 내지 155에서, 융점은 낮아지고 접합 강도는 개선된다. Mo 및 W가 본 발명의 범위, 즉, 5% 보다 높은 농도로 함께 추가되는 비교 샘플 번호 156의 융점은 샘플 번호 152 내지 155의 융점과 거의 동일하다. 즉, 융점을 낮추기 위해 Mo 및 Wo를 결합하여 추가한 효과는 결합된 Mo 및 W 전체 농도가 5%를 초과할 때 포화된다.

Cr의 농도가 본 발명의 범위 내에 잔류하는 샘플 번호 157 내지 161은 우수한 접합 강도를 갖는다. 즉, (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비가 1.00 이상이다.

샘플 번호 133, 136 내지 138, 146 내지 148, 152 및 155의 접합 합금 포일에 대해, 접합 실험은 아르곤 가스에서 공기까지 분위기를 절환한 후 동일한 포일 샘플을 사용하여 실행된다. 각각의 샘플의 강도는 번호 133이 1.01, 번호 136이 1.02, 번호 137이 1.01, 번호 138이 1.02, 번호 146이 1.00, 번호 147이 1.01, 번호 148이 1.02, 번호 152가 1.01 및 번호 155가 1.02이다. 이는 접합이 공기 중에서 실행된 경우에도 충분한 접합 강도가 유지되는 것을 나타낸다.

[예9]

본 발명의 제2 실시예의 예9는 이후 설명한다. 이 예9에서, 이후 표10에 도시된 모 합금의 각각의 조성은 아르곤 분위기에서 질량으로 각각이 99.9%의 순도를 갖는 전해 Fe, 전해 Ni, B, Si, C, W, Mo, Cr 및 V를 사용하여 주조된다. 각각의 모 합금의 포일은 상기 예6과 동일한 방법으로 준비된다. 접합 실험은 분위기가 공기인 점을 제외하면 예6과 동일한 방법으로 실행된다. 접합 강도가 측정된다. Fe-계 합금 물질 STK 400은 접합되는 기저 물질로 사용된다. 이 결과는 이후 표 10에 도시된다.

[표10]

상기 표10에 도시된 바와 같이, V의 농도가 0.1% 보다 낮고 접합이 공기 중에서 실행되는 비교 샘플 번호 170은 접합 강도가 1.00 보다 낮다. V의 농도가 10% 보다 높은 비교 샘플 번호 181에서, 융점은 상승되고, 접합 강도는 낮아진다. 이와 반대로, V의 농도가 본 발명의 범위 내에 잔류하는 샘플 번호 171 내지 180에서, 접합 강도는 접합이 산화 분위기에서 실행된 경우에도 우수하다. 즉, 1.00 이상이다.

[예10]

본 발명의 제2 실시예의 예10은 이후 설명한다. 이 예에서, 샘플 번호 96 및 153과 동일한 모 합금이 사용되고 150μm 이하의 입경을 갖는 분말 접합 합금은 가스 분무 방법을 사용하여 준비된다. 분무 노즐의 원형 개구 직경은 0.3mm이고, 아르곤 가스가 분무 압력 가스로 사용된다. 에탄올은 슬러리를 형성하기 위해 준 비된 분말 접합 합금에 추가된다. 슬러리는 약 100μm의 두께가 되도록 기저 물질의 접합 표면 위로 인가된다. 이후, 접합 실험은 예6과 동일한 방법으로 실행되고, 접합 강도가 측정된다.

모 합금이 샘플 번호 96과 동일한 분말 접합 합금을 사용한 샘플의 접합 강도는 (접합부의 강도)/(기저 물질의 강도)의 비가 1.02이고, 샘플 번호 153과 동일한 모 합금을 사용한 샘플의 접합 강도는 1.04이다. 즉, 모두 우수한 접합 강도를 갖는다.

본 명세서에 인용된 모든 참조 문헌은 모든 면에서 참조되어 통합된다.

Claims

원자 비율(%)로,

Ni : 30 내지 50,

Fe : 35 내지 55,

B : 12 내지 18,

C : 0.01 내지 4,

0.01≤Si＜1, W : 0.1 내지 5, Mo : 0.1 내지 5, Cr : 0.1 내지 20 및 V : 0.1 내지 10 중에서 선택된 하나 이상 및,

잔류 불순물로 구성되고,

상기 요소의 총 합은 100 원자 비율(%)인 액상 확산 접합용 합금.
원자 비율(%)로,

22＜Ni≤60,

B : 7 내지 18,

4＜C≤11,

0.01≤Si＜1, W : 0.1 내지 5, Mo : 0.1 내지 5, Cr : 0.1 내지 20 및 V : 0.1 내지 10 중에서 선택된 하나 이상과,

잔여부인 Fe 및 잔류 불순물을 포함하는 액상 확산 접합용 합금.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 합금은 1030 내지 1100℃의 융점을 갖고 (접합부의 인장 강도)/(기저 물질의 인장 강도)의 비가 1.00 이상인 액상 확산 접합용 합금.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 합금은 5 내지 300μm의 평균 입경을 갖는 분말의 형태인 액상 확산 접합용 합금.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 합금은 3 내지 200μm의 두께를 갖는 포일 형태인 액상 확산 접합용 합금.
제1항 또는 제2항에 기재된 액상 확산 접합용 합금을 통해 서로 접합되는 둘 이상의 니켈계 합금 기저 물질을 포함하는 구성물.
제1항 또는 제2항에 기재된 액상 확산 접합용 합금을 통해 서로 접합되는 둘 이상의 철계 합금 기저 물질을 포함하는 구성물.
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