JPH0464795B2 - - Google Patents

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JPH0464795B2
JPH0464795B2 JP4657984A JP4657984A JPH0464795B2 JP H0464795 B2 JPH0464795 B2 JP H0464795B2 JP 4657984 A JP4657984 A JP 4657984A JP 4657984 A JP4657984 A JP 4657984A JP H0464795 B2 JPH0464795 B2 JP H0464795B2
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JP
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bonding
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heat
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JP4657984A
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Teruo Hirane
Takao Funamoto
Shogo Morimoto
Toshimi Sasaki
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/001Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
    • B23K35/004Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces at least one of the workpieces being of a metal of the iron group
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/24Preliminary treatment

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕 本発明は、材料の接合方法に係り、特に高温稼
働部材、例えばガスタービン翼の超合金材に好適
な拡散接合方法に関する。 〔発明の背景〕 拡散接合法の特徴は接合部及びその近傍が熱
的・相的な変化が少なく、母材並みの性質が得ら
れるので、接合部の信頼性が高く要求される部材
に推奨されている。2つの金属が接合することは
両材間に金属結合を生じさせることにあるので、
接合前の接合面は清浄で、且つ、平坦でなければ
ならない。しかし、優れた洗浄液により洗浄面を
得ても、常に接合面は有機物、ガス、酸化物等が
吸着しやすく、吸着量が多いときにはそれらが接
合界面に残留して並び、接合強度の低下原因とな
りやすい。接合部の酸化汚染は接合時の加熱過程
にも生じやすく、したがつて、これらの弊害に対
して種々の方策が講じられている。液相拡散接合
に関してのその一つとして接合部材間にインサー
ト材を介装し、このインサート材を溶融すること
によつて母材とインサート材相互の成分の平均化
を図りながら、接合界面の介在物を分散・消滅さ
せる方法がある(特開昭47−33850号公報、特公
昭49−6470号公報)。この方法により、ガスター
ビン耐熱超合金、特に強化機構の根源となるγ′相
を析出してなるNi基、Co基、Fe基の超合金に適
用され、それ相当の成果を挙げている。しかしな
がら、この種の耐熱超合金はγ′相形成の主役をな
すAl、Tiを多量に含有しているため、上記方法
をとつても、接合面から酸化物をなくすことが困
難である。このため、接合面から酸化物をなくす
方法若しくは接合面に酸化物を生成させない方法
が必要であつた。このことは、耐熱超合金同志の
接合に限つたものではなく、異種材特にAl合金
やセラミツクスとの接合でも同様である。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、清浄な接合部状態を有し、且
つ、強固な接合部組織を得るための拡散接合方法
を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明を概説すれは、本発明は耐熱超合金の拡
散接合方法に関する発明であつて、少なくとも一
方が耐熱超合金である被整合材を、インサート材
を介在させて拡散接合する方法において、前記被
接合材の接合面の少なくとも一方に、Alを主成
分とし、Si、Ge、Pd、In、La、Ce、Te、及び
Cuよりなる群から選択した少なくとも1種を含
むAl合金の極薄蒸着層からなる前記インサート
材を形成させ、この蒸着層を溶融して接合し、そ
の後高温下で拡散処理を行うことを特徴とする。 以下、本発明を具体的に詳述する。 本発明の方法において、接合は接合面に形成さ
せた極薄の蒸着層を溶融せしめることにより達成
される。この蒸着層は、Al合金を陰極とした金
属イオンにより得られるが、これについては後述
することにし、まず、インサート金属層に相当す
る薄膜蒸着層の利点、役割につき述べる。 例えば、Ni基合金やCo基合金などの耐熱超合
金を接合する場合、インサート金属としてベース
のNiやCoに融点降下元素、例えばB元素を含有
させたものを用いる。この場合、接合温度はイン
サートの融点と母材の融点との間を選ぶため、通
常1000℃を越える高温となる。このような高温で
は超合金がAl、Tiなど酸化物形成元素を多量含
有しているため、高真空下又は保護雰囲気下であ
つても接合面の酸化を抑制することは難しい。こ
れら酸化の多くは、材料が接着完了するまでの加
熱・保持過程で行われる。本発明の方法において
は、接着は接合面上のAl合金を溶融させること
により達成されるが、Al合金の融点が低く接合
温度を高温に上げる必要はないので、酸化汚染が
極めて少ない接合部を得る効果がある。 本発明では、極薄腐食層を形成するAl合金成
分としてSi、Ge、Pd、In、La、Ce、Te、Cu元
素の少なくとも1種を含むことを必須とするが、
これは融点をより降下できること、融解した際に
流動性が向上するなどの利点に由来する。これら
により、接合界面の酸化物生成を確実に抑制し、
接合中に接合面間をぬらして空隙部を消滅させ、
更に、Alの基地への拡散を容易ならしめる効果
を有する。このAlの基地への拡散は接合界面及
びその近傍の組織の改良につながるので重要であ
る。 Alは、強化機構となるγ′相(Ni3(Al、Ti))の
形成元素であり、接合界面を強固にするにはこの
γ′相を母材並みか若しくは母材以上の量に分布さ
せることが肝要である。 本発明の方法において、Al合金の薄い蒸着層
を得るためには従来から行われている蒸着の手法
を用いればよい。例えば、任意の真空下又は不活
性雰囲気下で、Al合金を陰極、接合材を陽極と
して高電圧を付加し、イオン状にしてAl合金成
分を接合面に付着させることにより蒸着を行わせ
る。この蒸着層を溶融することにより接着が行わ
れ、接合温度が低くできることを前述したが接合
温度を下げる限度はAl合金成分の融点(固相線)
であつて、例えばAlに合金化する成分量を共晶
量とすれば、Al−Si577℃、Al−Geb424℃、Al
−Pd615℃の様になる。この温度まで接合温度を
下げ得ることができるが、実質的にはこれら温度
よりも40〜50℃高めた方がより確実性がある。 接合材同志の接着が達成されたならば、次の段
階として、接着部のAl合金成分の母材への拡散
を容易にさせるため、加熱温度を上昇させること
が肝要である。実質的には1100〜1200℃が好まし
い。 本発明では、前記した様な極薄のAl合金蒸着
層が融解するに足りる温度で接合し、その後、高
温下で拡散処理するものであるが、高温に加熱す
る場合の加熱速度も重要である。低温で接合した
ままの元のAl合金蒸着層部は接合界面に極めて
薄く連なつている。母材への拡散はわずかに進行
する程度とみられ、Al合金成分がほとんどその
まま残留している状態にある。このAl合金成分
は高温へ加熱する過程で母材のNiと化合物を造
るとみられるが、この場合、γ′相(Ni3Al)と異
なる化合物相、例えばNiAl3、NiAlの生成を避
けるために加熱速度を大きくとる必要がある。し
たがつて、本発明では、拡散処理温度へ加熱する
速度を、実験結果に基づき、1200℃/時以下とす
ることが好ましいことを見出した。こうすること
により、微細なγ′相が均一に形成され、それによ
り、接合界面の強度を安定して確保することがで
きる。 接合加圧力は、接合面蒸着層の厚さに応じ任意
に選択することが肝要である。接合面の蒸着層が
数μmと薄い場合には接合加圧力は小さくてよ
く、極端な場合には接合材の自重だけでよいこと
もある。一方、蒸着層が厚い場合には、Al合金
成分の拡散及びγ′相形成に長時間を要するので、
蒸着層が溶融したときにある程度加圧力を増大さ
せ、接合界面から溶融物を排出させることが好ま
しい。 本発明の方法においては、接合材をγ′析出型の
耐熱超合金に限つて記述したが、耐熱超合金と、
Al若しくはAl合金及びセラミツクスとの接合で
も、本発明の効果が発揮される。 〔発明の実施例〕 以下、本発明を実施例により更に具体的に説明
するが本発明はこれら実施例に限定されない。 実施例 1 第1図は本発明方法の1実施例で使用する接合
面処理室と接合室の概略側面図である。第1図中
符号1は一方の接合材、2は金属蒸着層、3は
Al合金板、4は基盤、5は他方の接合材、6は
加圧治具、7は発熱体を意味する。第1図におい
て接合材1はφ12mmのNi基超合金ルネ(Ren′e)
80(Cr14%、Co9.4%、Mo3.9%、W3.9%、Al2.9
%、Ti5.0%、C0.17%、Ni残部)である。まず、
接合面に薄い蒸着層を施すため、真空下でAl合
金板3を陰極、接合材1を陽極として高電圧を付
加し、接合表面に2μm程度の蒸着層2を形成さ
せた。この場合、陰極としたAl合金はSi11%、
Ce0.5%、残りAlの成分からなり、融点は約550
℃である。次に、この接合材を接合室Bに移動
し、もう一方の超合金として前述と同じルネ80の
接合材5に対面させて接触させて加圧した。5×
10-5トルの真空下、加熱温度を600℃にし、30分
保持し接合処理した。この場合の加圧力は1.0Kg
f/cm2である。接合処理後、接合装置から試料を
取出して、いくつかの小ブロツク試料に分割切断
した。ついで、Ar気流の保護雰囲気電気炉内で
拡散処理を行つた。拡散処理温度は1175℃とした
が、この温度に加熱する昇温速度、及び加熱保持
時間を変化させて接合状態を調べた。これは、本
発明の方法による効果を確認するためである。第
2図は調査結果の代表例組織の顕微鏡写真であ
る。第2図Aは、昇温速度3000℃/時で1175℃ま
で加熱し、そこで1/3時間保持したときの組織で
あつて、数十個の黒色の円形状領域は微細な
NiAl相が集合したものである。なお、このNiAl
相の集合体同志の間には基地と同じγ′相
(Ni3Al)が存在している。第2図Bは、昇温が
800℃/時で拡散時間が1/3時間の場合であり、黒
色のNiAlが、わずかに認められる程度であり、
大部分γ′相に変化している。第2図Cは、昇温が
800℃/時において拡散が5時間と長い場合であ
り、NiAl化合物は全く認められず、γ′相のみの
均一組織で、本発明方法の最適の場合である。以
上のように、昇温速度をコントロールし、高温で
十分拡散処理することにより、目的とする良好な
接合組織を得ることが実証された。 次に、第2図Cの試料につき、顕微鏡下で接合
部近傍の非金属介在物量を調査した。その結果を
要約して第1表に示す。なお、表中の従来法は、
融点降下元素としてB元素を用いたインサートリ
ボンにおいての結果である。
【表】
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、接合面
から酸化物、窒化物などの生成を顕著に抑制した
清浄面が得られ、且つ、γ′相の分布状態のよい接
合部組織が得られるので、接合部強度を向上する
ことができる。したがつて、本発明方法による接
合品は信頼性が高度に要求されるガスタービン部
材のごとき耐熱、耐酸化性材料として推奨される
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の1実施例で使用する接合
面処理室と接合室の概略側面図そして第2図は本
発明による接合部組織の代表例の顕微鏡写真であ
る。 1:一方の接合材、2:金属蒸着層、3:Al
合金板、4:基盤、5:他方の接合材、6:加圧
治具、7:発熱体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 少なくとも一方が耐熱超合金である被接合材
    を、インサート材を介在させて拡散接合する方法
    において、前記被接合材の接合面の少なくとも一
    方に、Alを主成分とし、Si、Ge、Pd、In、La、
    Ce、Te、及びCuよりなる群から選択した少なく
    とも1種を含むAl合金の極薄蒸着層からなる前
    記インサート材を形成させ、この蒸着層を溶融し
    て接合し、その後高温下で拡散処理を行うことを
    特徴とする耐熱超合金の拡散接合方法。 2 拡散処理を行う該高温までの加熱を、1200
    ℃/時以下の速度で行う特許請求の範囲第1項記
    載の耐熱超合金の拡散接合方法。
JP4657984A 1984-03-13 1984-03-13 耐熱超合金の拡散接合方法 Granted JPS60191679A (ja)

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