JPH01241388A

JPH01241388A - 耐熱材料の接合方法

Info

Publication number: JPH01241388A
Application number: JP6893288A
Authority: JP
Inventors: Yusei Nagata; 永田　有世
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-03-22
Filing date: 1988-03-22
Publication date: 1989-09-26

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）本発明は耐熱材料の接合方法、特にＮｉ基超合金の拡散
接合方法に関するものである。

（従来の技術）ガスタービン用タービンロータおよびタービン翼などは
超合金からなる素子を所定形状に接合することによって
製造されており、近時、かかる接合法として原子の移動
を接触母材間に起こさせる拡散接合法が信頼の高い方法
として適用されている。

しかし、この拡散接合法は接合面の面粗さを非常に細か
くすること、接合表面の酸化被膜を除去し、表面を清浄
にすることなど種々の仕上げが要求され、また未接合界
面を皆無にするためには長時間、かつ、高圧接触条件下
で拡散処理しなければならないなどの問題を有しており
、従って適用に際し、種々の改良が試みられ、過去、多
くの改良方法が提案されている。例えばその１つは母材
の被接合表面に予め母材中の主構成元素の拡散速度より
も大きい拡散速度を有する添加元素を含む低融点合金層
を形成した後、母材の被接合面を接触加熱して液相拡散
接合を行う方法（特開昭５８−１３４８７号公報参照）
であり、他はインサートメタルとして接合面に厚さ５０
μｍ以下の金箔を使用し、無酸化雰囲気下で１１００〜
１３００°Ｃに加熱保持しながら加圧、接合する方法（
特開昭５４−１０９０５１号公報参照）などである。

ところが、このような改良方法も前者では表面の酸化被
膜の積極的な除去は行っておらず、また低融点合金層の
成分８１］整、均一な成分、厚みの層を形成することに
かなり困難が予想され、後者では境界面にＴｉＣが析出
し強度がでないなどの問題が残り、必らずしも充分な接
合を達成するには至らない。

一方、高温高圧ガス雰囲気下で等方的に被処理体に圧縮
を加える熱間静水圧加圧（以下、ＨＩＰと略記する。）
処理を利用し金属材料を拡散接合する方法が提案され注
目されている。

このＨＩＰ法による拡散接合はＨＩＰ条件（温度、圧力
１時間）さえ適当に設定すれば同種金属。

異種金属を問わず殆どの金属の拡散接合が可能であるこ
とからその有用性に関心が高まっている。

しかし、このＨＩＰ法による拡散接合法も前記各拡散接
合法と同様、ＨＩＰ処理に先立って接合面の酸化被膜を
除去し、接合面を清浄にすることが必要で、もし接合面
に酸化被膜が存在するままＨＩＰ処理した場合にはその
接合力は弱く、場合によっては人力によって容易に分離
される程度となる。

そこで、本出願人はそれに対処し、さきに被接合面間に
微小間隙を設け、該間隙に被接合面表面の酸化被膜を機
械的に破壊する役目をもつ金属粉末などインサート材を
充填し密封後、ＨＩＰ処理により一体化することを提案
した。（特開昭５６−ｊ３１０９１号公報参照）ところがこの方法も、これをＮｉ基超合金のように高硬
度の材質のものに適用した場合Ｇこは、そのままでなお
効果が充分とは云えず、接合強度は母材より弱くなると
いうことが分かった。

かように、拡散接合の目標は母材に匹敵する強度を確実
に、かつ経済的に実現することにあるに拘らず、従来の
方法は何れも完全とは云い難い。

そのため本出願人は更にその改善を試み、酸化被膜の除
去、接合面の清浄化を図る手段を見出し、Ｎｉ基超合金
のＨＩＰ利用による拡散接合の接合強度をより向上せし
めるべ（Ｎｉ基超合金の接合すべき面に真空中で高エネ
ルギのＮｉイオンを照射し、表面の酸化被膜、吸着原子
等を除去′した後、引き続き真空中で前記イオンのエネ
ルギを低下させて上記接合面にＮｉを蒸着させ、膜厚２
０μ以下のＮｉ薄膜を形成し、次いで上記接合面処理を
行った２つの面を所要の隙間を隔てて対向配置し、その
隙間にＮｉ基合金粉末を充填し、その後、該隙間の脱気
。

密封を行い、しかる後、熱間静水圧加圧処理を施し、Ｎ
ｉ基超合金の２面を拡散接合する方法を提案した。（特
願昭６２−１００５８５、号）（発明が解決しようとす
る課題）しかして、上記方法は従前の各方法に比べてＮｉ基超合
金の拡散接合の接合強度を高める上では極めて有効な方
法であるが、本発明者は、引き続き他の観点より上記方
法の有効性を促進することを考え、その検討を続行した
。

本発明は斜上の検討の結果、到達したもので、酸化被膜
の除去、接合面の清浄化を図ると共に、構成元素の拡散
を促進する手段を見出すことによりＮｉ基超合金のＨＩ
Ｐ利用による拡散接合の接合強度をより一層向上せしめ
ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）即ち、上記目的を達成する本発明の特徴とするところは
、先ず、Ｎｉ基超合金の接合すべき面に化学薬品を作用
させ、表層を約２５μｍ溶解して除去する。なお、この
溶解除去の技術はケミカルミーリングと呼ばれ、実用化
されており、公知である。

かくて、上記ケミカルミーリングの結果、接合面表面か
ら油脂等の汚れはもちろん、酸化被膜も完全に除去され
る。そして、このとき、表面は第４図で示すように細か
い凹凸で覆われる。

次いで、上記接合面処理を行った２つの面を所定の隙間
を隔てて対向配置させ、この隙間にＮｉ基超合金の粉末
充填し、前記特願昭６２−１００５８５号の方法と同じ
く拡ｆｆｔ接合する。即ち、上記隙間の脱気、密封を行
い、のちＨ［Ｐ処理を施し焼結することによりＮ１基超
合金の２面を超合金粉末を介して拡散接合する。

なお、上記方法において、ケミカルミーリングに先立ち
、ショットピーニングなどにより接合面表面直下の層に
残留応力を発生させ、しかるのち、上記ケミカルミーリ
ングにより表層の一部をｌ容解することも頗る有効な方
法である。

（作用）上記の如き本発明方法によって接合すべき２つの而Ａ、
Ｂが拡散接合で一体化するのは、母材Ａの合金成分が母
材Ｂへ、また母材Ｂの合金成分が母材Ａへと相互に拡散
することによって達成される。

従って、母材Ａ、Ｂの表面を活性化して合金元素が拡散
し易い状態にしてお（ことが必要である。

Ｎｉ基超合金の固体表面と粉末とを拡散接合する場合、
粉末層はＨＩＰ処理の際、大きな変形を受け、歪エネル
ギを蓄積される。その結果、各元素は活性化され、よく
拡散するので粉末粒子相互に強固に接合し一体の金属と
なる。

一方、固体表面はＨＩＰ処理の際に受ける塑性変形は少
な（、活性化が不充分である。塑性変形が少ないために
表面の薄い酸化被膜も破壊されろことが少ない。

しかし、本発明におけるケミカルミーリングは表面層の
汚れ、酸化被）模を一掃するだけでなく、表面に微小な
凹凸を作る。そのためＨＩＰ処理の際、わ〕未粒子はこ
れらの微小突起を押し潰し、大きな塑性変化を与える。

一方、微小突起表面に存−在する薄い酸化被膜も破壊し
て了う。

その結果、固体側と粉末側の各元素の拡散が促進され、
強固な接合を行うことができる。

なお、ケミカルミーリングに先立ち、ショットピーニン
グなどにより接合面表面直下に残留応力を発生させた場
合は上記の作用が一層促進される。

（実施例）以下、更に添付図面にもとづき本発明の詳細な説明する
。

第１図乃至第３図は本発明方法による接合の各側であり
、第１図は微小突起による細かい凹凸のあるＮｉ基超合
金の固体と固体を本発明方法により拡散接合する場合を
示す。

図において（Ａ）　、　（Ｂ）はケミカルミーリングに
より微小突起による細かい凹凸表面（３）（３）　′を
Ｎ＋基超合金の固体１（１）　’の各接合すべき表面に
形成したＮ１基超合金を示し、その接合面を僅かの隙間
を隔ててカプセル（４）内にシール溶接部（５）により
溶接固定し、その隙間に超合金粉末（２）を充填してい
る。

そして、この状態でその隙間を脱気、密封した後、ＨＩ
Ｐ処理し、１８０°Ｃ、１０００ｋｇ　／　ｃ＋ｆｌ　
（７）下に３時間保持すると、被接合面、超合金粉末層
が一体化され、強固な接合が達成される。

一方、第２図は上記と同様な方法による拡散接合例であ
るが、被処理物の形状が複雑な場合を示す。

即ち、この場合においては、タービンのロータ及びター
ビン翼の接合が複雑形状のＮｉ基超合金（へ）（Ｂ）の
接合面に前記同様、ケミカルミーリング等により微小突
起による細かい凹凸表面（３）（３）　’を形成した後
、その間に超合金粉末（２）を介在させてこれをカプセ
ル（４）にて密封し脱気し、ＨＩＰ処理により一体化さ
れて行われる。

次に第３図は固体と固体の接合でなく、Ｎｉ基超合金の
固体に対し、粉末を接合する場合であり、微小突起によ
る細かい凹凸表面（３）を形成したＮ　ｉ　７５超合金
の固体（１）をカプセル（４）内に収容し、Ｎ　１６ｍ
合金粉末（２）をその上に充填することによって両者の
接合が行われる態様である。

しかして、上記本発明の拡散接合例において共通するこ
とは先ず、接合面をケミカルミーリング等により化学的
に腐食して表面の酸化被膜、吸着原子等を除去し、接合
面上に無数の微小突起による細かい凹凸を形成させた後
にＨＩ　Ｐ処理による焼結、接合を行うことであり、こ
れによってＮｉ基超合金の拡散接合を効果的に達成する
ことが可能となった。

なお、以上の如き接合は同しく耐熱材料であるＣＯ基超
合金のおいても同様に可能である。但し、この場合、充
填粉末材料としては勿論、Ｃｏ基超合金の粉末用いられ
る。

（発明の効果）本発明は以上のように化学的腐食により接合面表面の清
浄化を行うと共に、同接合面に無数の微小突起による微
細凹凸を形成し、その後、接合面間に粉末を介在させて
ＨＩＰ処理することによりＮｉ基超合金の２面の接合を
図るものであり、以下の如き種々の効果が期待される。

（イ）化学的に腐食することにより接合面表面の汚れ、
酸化被膜を除去し、接合の信頼性を高めることができる
。

（ＩＩ）化学的腐食により表面に微小な凹凸を無数に形
成させたことにより粉末層と接してＨＩＰ処理されると
き、該微小な凹凸が激しい塑性変形を受け、その結果、
各元素の拡散を促進し、より強固な接合部を得ることが
できる。

（ハ）上記（ロ）の記載のように微小凹凸が激しい塑性
変形を受けると、表面に形成されている薄い酸化被膜、
これは通常、ケミカルミーリングのあと、大気に触れる
と発生するが、この被膜が破壊され、−層拡散が起こり
易くなる。

（ニ）接合面の間には隙間を設けて粉末を介在させるの
で表面にうねりなどがあっても空隙が残ることはなく、
従って、曲面の接合が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明方法による接合方法を実施
した各側であり、第１図はＮｉ基超合金の固定と固体を
粉末を介して接合する場合の概要断面図、第２図は形状
が複雑な場合の概要断面図、第３図はＮｉ基超合金の固
体と粉末との接合を示す概要断面図である。又、第４図
はケミカルミーリングを行ったＮｉ基超合金の表面組織
を示す顕微５Ｍ写真である。（八）（Ｂ）・・・Ｎｉ基超合金。（１）（１）′・・Ｎｉ基超合金の固体（２）・・・・
Ｎｉ基超合金の粉末（３）　（３）　’・・細かい凹凸表面。（４）・・・・カプセル。〜閘、゛・；゛砧手続補正書動式）特許庁長官　吉　１）文　毅　殿１、事件の表示昭和６３年特許願第６８９３２号２、発明の名称耐熱材料の接合方法３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住所　神戸市中央区脇浜町１丁目３番１８号名称　（１
１９）株式会社　神戸製鋼所代表者亀高素吉４、代理人居所　大阪市南区南船場３丁目９番１０号５、補正命令
の日付　昭和６３年６月２８日（発送）６、補正の対象
　図面（第４図）

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｎｉ基超合金の接合すべき面を化学的に溶解して細
かい凹凸を作り、次いで上記接合面処理を行った２つの
面を所要の隙間を隔てて対向配置し、その隙間にＮｉ基
合金粉末を充填し、その後、隙間の脱気、密封を行い、
しかる後、熱間静水圧加圧処理を施してＮｉ基超合金の
２面を拡散接合することを特徴とする耐熱材料の接合方
法。２、Ｎｉ基超合金の接合すべき面を化学的に溶解し、凹
凸を作成するに先立ち、予めショットピーニング等によ
り該面表面に残留応力を発生させる請求項１記載の耐熱
材料の接合方法。