JPH0285307A

JPH0285307A - 鉄系材料の接合方法

Info

Publication number: JPH0285307A
Application number: JP23462988A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Chikaoka; 近岡　保二; Masayuki Iwai; 岩井　雅行; Yasuo Okawa; 康夫大川
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1988-09-19
Publication date: 1990-03-26

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】（技術分野）本発明は、鋼材、鋳鉄材等の鉄系材料の接合方法に係り
、特に、高い接合強度および優れた耐熱性の得られる鉄
系材料の接合方法に関するものである。

（背景技術）従来から、鋼や鋳鉄等の鉄系材料からなる部材を接合す
る場合には、目的に応じて、有機接着剤などを用いて接
合する方法や、銀ろうや銅ろうなどのろう付により接合
する方法、或いは溶接により溶着する方法等が、多くの
分野において、広く−ｍ的に採用されている。

しかしながら、有機接着剤を用いて、それら鉄系の材料
を接合する場合、接合部（層）が樹脂等の有機物質とな
るため、その接合強度は充分に高められ得ず、しかもそ
の接合部は高い温度には耐えられないという欠点を有し
ている。また、ろう付により接合する場合には、接合強
度は有機接着剤の強度よりも高いものの、ろう付温度（
６００〜８００℃）以上では、接合部（ろう材）が溶融
してしまい、その接合製品を高温下では使用できないと
いう問題があった。さらに、これら有機接着剤及びろう
付による接合手法では、接合製品に繰り返し応力がかか
る場合には、その接合部に応力集中が惹起されて、かか
る接合製品が破損し易いという問題もあったのである。

さらに、溶接により鉄系材料を接合する場合には、接合
製品の接合強度としては大きなものが得られるが、溶接
部は非常に高い温度に晒されるため、接合部及びその近
辺に熱変質層若しくは熱影響層が形成されてしまうとい
う問題があったのである。

（解決課題）本発明は、上述の如き事情を背景として為されたもので
あって、その解決課題とするところは、高い接合強度お
よび優れた耐熱性が得られ、しかも熱変質層が形成され
ることのない、鉄系材料の接合方法を提供することにあ
る。

（解決手段）そして、本発明は、かかる課題解決のために、鋼材、鋳
鉄材等の鉄系材料を互いに突き合わせて相互に接合する
に際して、それら鉄系材料の突合せ部間に、鉄粉若しく
はそれを主体とする良焼結性の接合粉末を介在させて、
加熱することにより、かかる接合粉末を焼結せしめると
共に、相互拡散にて合金化した接合部を形成せしめるこ
とを特徴とする鉄系材料の接合方法を、その要旨とする
ものである。

（具体的構成）ところで、本発明によって接合せしめられる鉄系材料と
しては、純鉄、鋼、鋳鉄、或いは鉄を主体とした合金、
更にはそれら材質の粉末を主体として形成される焼結体
等、あらゆる鉄系の材料が、様々な組合せにおいて採用
可能である。

そして、これらの材料が相互に突き合わされて接合され
ることとなるが、その際、それら材料間の突合せ部間に
は、鉄粉若しくはそれを主体とする接合粉末が介在せし
められ、中でも焼結性の良い粒度の細かい粉末が好適に
介在せしめられる。

なお、この接合粉末の種類や粒径、或いは成分等は、接
合に供せられる部材に応じて適宜に選択されるものであ
るが、例えば、平均粒径が１０−以下のカーボニル鉄粉
や、かかるカーボニル鉄粉にＣｕ粉末或いは黒鉛粉末が
添加、混合された接合粉末が有利に用いられる。ここで
配合されるＣｕ粉末は、主に接合粉末の融点を低下させ
て接合層に液相焼結を起こさせるために、また黒鉛粉末
は、主に接合層の強度の向上のために、添加、混合され
るものである。

本発明においては、このような接合粉末を用いて、前記
鉄系材料からなる部材を接合せしめるものであるが、こ
の部材に対して、かかる接合粉末が、その接合に関わる
面の少なくとも一方に均一に付与されるのである。なお
、この接合粉末の適用操作は、かかる接合粉末のみを直
接、接合面に散布して付与しても良いが、エタノール等
の適当な液体媒体を用いて接合粉末をスラリー化して、
そしてそのスラリーを所定の接合面に塗布することが好
ましい。

また、このようにして接合粉末が適用された後、スラリ
ー塗布の場合には、必要に応じてスラリーの乾燥が行な
われた後、それら接合される部材同士が突き合わせられ
て、加熱、焼結操作が実施され、これらの部材が接合さ
れることとなる。この焼結操作によって、被接合部材間
に介在する接合粉末が焼結されると同時に、被接合部材
と接合層の原子が相互拡散して、接合部とその付近の部
位が合金化されるのであり、その結果、被接合部材同士
が高い強度でもって接合せしめられるのである。なお、
この焼結操作は、通常、不活性または還元性雰囲気中に
て行なわれ、１１００〜１１４０°Ｃ程度の温度で、３
０〜４０分間程度、実施される。また、接合部に対して
、ある程度の押圧力を加えて焼結操作を行なうことは、
接合強度の向上に繋がるために好ましいことである。

その後、このように接合された部材は、用途に応じて適
宜の加工、処理等が施されて、目的とする製品に仕上げ
られることとなる。

このような鉄系材料の接合方法によれば、接合部が焼結
されると同時に、接合せしめられる部材と原子拡散を伴
いながら、接合部付近が連続的に合金化されるため、接
合強度を高いものと為し得ると共に、接合部に対する応
力集中が避けられ得るのである。また、接合された部材
は、少なくとも焼結温度程度の高温までは溶融しないた
め、高温下においても高い接合強度を維持することがで
き、更に、接合粉末として焼結性の良い粉末が用いられ
るところから、強固な接合が容易に為され、接合時間の
短縮が有利に図られ得るのである。そして、溶接はどの
高温に晒されることもなく、炉内で均一に加熱されて、
接合されるために、熱変質層や熱影響層の発生をも良好
に阻止され得るのである。

（実施例）以下に、本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に
明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施
例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないこ
とは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良等を加え得るものであることが、理解されるべき
である。

ところで、本実施例においては、第１図に示されるよう
な、先端部が鋳鉄ボンド砥石からなる超音波コアードリ
ル１０を作製した。

そして、このような超音波コアードリル１０の製作のた
めに、先ず、鋳鉄を粉砕したダライ粉とカーボニル鉄粉
とを用意し、それらを前者７５重量％、後者２５重世％
の割合に混合せしめて、鋳鉄混合粉末を調製した。また
、所定のダイヤモンド砥粒を用意し、かかる鋳鉄混合粉
末に２５容量％となるように混合せしめて、砥石原料粉
末を調製した。

続いて、通常のプレス成形操作により、砥石原料粉末か
らなる砥石層１２と前記鋳鉄混合粉末のみからなる鋳鉄
ポンド層１４との２層構造を有する円筒形状の砥石チッ
プ１６を形成して、還元性雰囲気中にて、１１４０°Ｃ
の温度で、４０分間、焼結を行なった。なお、砥石チッ
プ１６の鋳鉄ボンド層１４側の端面には、テーパ面１８
が設けられた。

一方、かかるテーパ面１８に対応するテーパ面２０を一
端部に備えた、鋼材（ＳＫＤ−１１）からなるドリルシ
ャンク２２を用意した。なお、これらのテーパ面１８．
２０は、ドリルシャンク２２に対する砥石チップ１６の
位置決め（芯合わせ）及び接合面積の増大のために設け
られたものである。

また、粒径が１〜５μｍのカーボニル鉄粉にＣｕ粉末を
均一に混合せしめて、Ｃｕ粉を１０重僅％含むカーボニ
ル鉄粉−銅接合粉末を調製し、この接合粉末に所定量の
エタノールを加えて湿式混合して、スラリーとした。

続いて、この得られたスラリーを、前記ドリルシャンク
２２のテーパ面２０に均一に塗布した後、かかるスラリ
ーを充分乾燥させて、接合層２４を形成した。

その後、このドリルシャンク２２のテーパ面２０に対し
て、前記砥石チップ１６のテーパ面１８を、接合層２４
を介して突き合わせて、軸方向に押圧力を加えた状態で
、還元性雰囲気中にて、１１４０°Ｃの温度で、４０分
間、焼結操作を実施した。その結果、接合層２４が焼結
されると共に、原子拡散を伴って接合層２４及びその近
辺が連続的に合金化されて、砥石チップ１６とドリルシ
ャンク２２とが接合層２４を介して一体的に良好に接合
されていることが認められた。

なお、かかる接合温度では、接合粉末として１０重撥％
のＣ′ｕ粉を含有するカーボニル鉄粉が採用されたため
、接合層２４は被接合部材の鋼や鋳鉄よりも融点が低く
なっており、接合層２４の一部で液相焼結が行なわれ、
空孔がある程度除去され、接合層２４の緻密化と接合強
度の更なる向上が達成された。

その後、必要に応じてツルーイング等の加工を行ない、
超音波コアードリル１０を完成した。

このような手法に従って製作された超音波コアードリル
１０にあっては、接合部２４が連続的に合金化されるた
め、接合強度が高（、また接合部２４における応力集中
が緩和されるようになったのである。更に、接合による
加熱によって、ドリルシャンク２２の焼入処理を同時に
為すこともできたのである。

因みに、第２図及び第３図は、それぞれ、かかる超音波
コアードリルの接合部の断面組織の顕微鏡写真及び走査
型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であるが、砥石側の鋳鉄と
シャンク側の鋼とが良好に接合している様子が観察でき
る。なお、上側が鋳鉄ボンド層であり、下側がドリルシ
ャンク（ＳＫＤ−１１）である。また、第４図は、第３
図における接合部断面部分のＥＰＭＡ　（Ｘ線マイクロ
アナライザ）による分析写真である。白い点がＣｒ原子
の存在を表わすものであるが、鋳鉄としてはＣｒ原子を
含有しないものを使用していることを考えると、この写
真より、５ＫＤ−１１中のＣｒ原子が接合層を通じて鋳
鉄中へ拡散していることが分かる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明に従う鉄系材料
の接合方法によれば、接合部が焼結されると同時に、接
合せしめられる部材と原子拡散を伴いながら、接合部付
近が連続的に合金化されるため、接合強度を著しく高い
ものと為し得ると共に、接合部に対する応力集中が避け
られ得るのである。

また、接合された部材は、少なくとも焼結温度程度の高
温下においても、高い接合強度を維持することが出来、
優れた耐熱性を有する接合製品と為すことが出来るので
あり、更に、接合粉末として焼結性の良い粉末が用いら
れるところから、強固な接合が容易に為され、接合時間
の短縮が有利に図られ得ることとなる。

しかも、本発明手法にあっては、溶接はどの高温に晒さ
れることもなく、炉内で均一に加熱されて、接合される
ために、熱変質層や熱影響層の発生を良好に阻止し得る
利点も生ずるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例において作製された超音波コアードリ
ルの部分断面正面図である。また、第２図及び第３図は
、かかる超音波コアードリルにおける接合部の断面組織
の顕微鏡写真及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であ
り、第４図は、第３図の断面組織部分におけるＥＰＭＡ
　（Ｘ線マイクロアナライザ）によるＣｒ原子の拡散状
態を表わす分析写真である。１０：超音波コアードリル１２：砥石層　　　　　１４：鋳鉄ボンド層１６：砥石
チップ　　　１８，２０：テーパ面２２ニトリルシヤン
ク　２４：接合層

Claims

【特許請求の範囲】

　鋼材、鋳鉄材等の鉄系材料を互いに突き合わせて相互
に接合するに際して、それら鉄系材料の突合せ部間に、
鉄粉若しくはそれを主体とする良焼結性の接合粉末を介
在させて、加熱することにより、かかる接合粉末を焼結
せしめると共に、相互拡散にて合金化した接合部を形成
せしめることを特徴とする鉄系材料の接合方法。