JPH06234082A - ベースメタルより溶融温度が高い挿入材を使用した液相拡散接合方法 - Google Patents
ベースメタルより溶融温度が高い挿入材を使用した液相拡散接合方法Info
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- JPH06234082A JPH06234082A JP3100947A JP10094791A JPH06234082A JP H06234082 A JPH06234082 A JP H06234082A JP 3100947 A JP3100947 A JP 3100947A JP 10094791 A JP10094791 A JP 10094791A JP H06234082 A JPH06234082 A JP H06234082A
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- insert material
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- bonding
- diffusion bonding
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 本発明になるベースメタルより溶融温度が高
い挿入材を使用した液相拡散接合方法は、ベースメタル
より溶融点が高い挿入材を使用して拡散処理により接合
することで、接合温度に於て挿入材が溶融されず挿入材
とベースメタルが反応して、挿入材の溶融温度より低い
温度のノン−オクシダイジング（Ｎｏｎ−Ｏｘｉｄｉｚ
ｉｎｇ）雰囲気で加熱拡散させ、接合することを特徴と
する。 【効果】 接合作業が非常に簡単で、所要時間も大きく
短縮される。
い挿入材を使用した液相拡散接合方法は、ベースメタル
より溶融点が高い挿入材を使用して拡散処理により接合
することで、接合温度に於て挿入材が溶融されず挿入材
とベースメタルが反応して、挿入材の溶融温度より低い
温度のノン−オクシダイジング（Ｎｏｎ−Ｏｘｉｄｉｚ
ｉｎｇ）雰囲気で加熱拡散させ、接合することを特徴と
する。 【効果】 接合作業が非常に簡単で、所要時間も大きく
短縮される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱超合金の転移液相
拡散接合法（以下、ＴＬＰ接合法と称する）が適用され
ているガスタービン用の翼及びノズルの接合とＦｅ基合
金（Ｆｅ−ベースアロイ）、或は非鉄合金などの接合に
適用をすることが出来る拡散接合法に関するものであ
る。本発明の方法に使用する挿入材の特徴は、従来の方
法とは異なり、ベースメタルの溶融点より高い溶融点を
もっている材料を使用することである。
拡散接合法（以下、ＴＬＰ接合法と称する）が適用され
ているガスタービン用の翼及びノズルの接合とＦｅ基合
金（Ｆｅ−ベースアロイ）、或は非鉄合金などの接合に
適用をすることが出来る拡散接合法に関するものであ
る。本発明の方法に使用する挿入材の特徴は、従来の方
法とは異なり、ベースメタルの溶融点より高い溶融点を
もっている材料を使用することである。
【０００２】
【従来の技術】ＴＬＰ接合法は、耐熱超合金の接合強度
の向上のために１９７０年代に既に開発された（米国特
許第３６７８５７０号）。従来のＴＬＰ接合法は接合し
ようとするベースメタルの間に挿入材を挿入した後、挿
入材の溶融点より高い温度（即ち、接合温度）で長時間
維持することにより、液相の挿入材を等温凝固して接合
する方法である。この接合法は接合した後、接合領域と
ベースメタルの区別がほとんど出来ないので同一の組織
と化学成分をもつことによって接合強度を大きく向上さ
せる。
の向上のために１９７０年代に既に開発された（米国特
許第３６７８５７０号）。従来のＴＬＰ接合法は接合し
ようとするベースメタルの間に挿入材を挿入した後、挿
入材の溶融点より高い温度（即ち、接合温度）で長時間
維持することにより、液相の挿入材を等温凝固して接合
する方法である。この接合法は接合した後、接合領域と
ベースメタルの区別がほとんど出来ないので同一の組織
と化学成分をもつことによって接合強度を大きく向上さ
せる。
【０００３】従来、ＴＬＰ接合法の接合過程は挿入材の
溶融過程、ベースメタルの溶融過程、等温凝固過程、接
合部とベースメタルの成分均一化過程よりなっている。
接合過程を決定する重要な因子は挿入材であり、優秀な
挿入材を開発するために多くの努力がなされている。従
来のＴＬＰ接合法は挿入材として粉末、薄板、接合面上
の合金層形態のものが使用されており、これらの溶融点
は皆ベースメタルの溶融点よりは低い。
溶融過程、ベースメタルの溶融過程、等温凝固過程、接
合部とベースメタルの成分均一化過程よりなっている。
接合過程を決定する重要な因子は挿入材であり、優秀な
挿入材を開発するために多くの努力がなされている。従
来のＴＬＰ接合法は挿入材として粉末、薄板、接合面上
の合金層形態のものが使用されており、これらの溶融点
は皆ベースメタルの溶融点よりは低い。
【０００４】デュバール（Ｄｕｖａｌｌｅ）等により開
発された半田付け用薄板（Ｂｒａｚｉｎｇ Ｆｏｉｌ）
を使用したＴＬＰ法（米国特許第４１２２９９２号）は
接合に長時間を必要とし、また接合部とベースメタルの
成分均一化のために高温で長時間（最大約１００時間保
持するとのレポートもある）維持しなければならないか
ら、生産性が低く、ベースメタルが劣化しやすい欠点が
あった。また、高エナージ・ビーム方法（米国特許第４
６９１８５６号）或は硼素パッキング方法等、接合面に
合金層を形成させる方法は高温の真空或は不活性ガス雰
囲気に於て合金層を形成させねばならないという煩わし
さがあった。
発された半田付け用薄板（Ｂｒａｚｉｎｇ Ｆｏｉｌ）
を使用したＴＬＰ法（米国特許第４１２２９９２号）は
接合に長時間を必要とし、また接合部とベースメタルの
成分均一化のために高温で長時間（最大約１００時間保
持するとのレポートもある）維持しなければならないか
ら、生産性が低く、ベースメタルが劣化しやすい欠点が
あった。また、高エナージ・ビーム方法（米国特許第４
６９１８５６号）或は硼素パッキング方法等、接合面に
合金層を形成させる方法は高温の真空或は不活性ガス雰
囲気に於て合金層を形成させねばならないという煩わし
さがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は室温の大気中
で単純にベースメタルの溶融点より高い溶融点をもつ挿
入材（例えば、硼素薄板或は粉末）を接合面に挿むだけ
ですむ作業で非常に簡単である。更に、本発明は従来の
ＴＬＰ方法とは接合器具も異なり、即ち従来の方法に於
ては接合温度で挿入材が溶融されるが、本発明に於ては
挿入材が接合温度で全く溶融しないし、挿入材と隣接す
るベースメタルのみから溶融される。また、成分均一化
を包む接合に必要な時間が約１時間なので従来のＴＬＰ
方法よりも時間が大きく短縮される。
で単純にベースメタルの溶融点より高い溶融点をもつ挿
入材（例えば、硼素薄板或は粉末）を接合面に挿むだけ
ですむ作業で非常に簡単である。更に、本発明は従来の
ＴＬＰ方法とは接合器具も異なり、即ち従来の方法に於
ては接合温度で挿入材が溶融されるが、本発明に於ては
挿入材が接合温度で全く溶融しないし、挿入材と隣接す
るベースメタルのみから溶融される。また、成分均一化
を包む接合に必要な時間が約１時間なので従来のＴＬＰ
方法よりも時間が大きく短縮される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は超合金、鉄基及
び非鉄基合金のＴＬＰ方法であり、短時間の接合により
接合部とベースメタルの特徴を等しくするための方法で
ある。
び非鉄基合金のＴＬＰ方法であり、短時間の接合により
接合部とベースメタルの特徴を等しくするための方法で
ある。
【０００７】本発明は接合のために予め低融点合金層を
形成させる従来の方法とは異なり、予め低融点合金層を
形成させず、ベースメタルの溶融点より高い溶融点をも
つ高融点の挿入材を接合するとき接合部に直ちに挿入し
て接合温度で拡散処理することによって接合する方法で
ある。また、ベースメタル自体が溶融されてから凝固す
るために等温凝固後、別の成分均一化の処理が必要ない
ので、従来のＴＬＰ方法に比べて接合時間が大きく短縮
される。
形成させる従来の方法とは異なり、予め低融点合金層を
形成させず、ベースメタルの溶融点より高い溶融点をも
つ高融点の挿入材を接合するとき接合部に直ちに挿入し
て接合温度で拡散処理することによって接合する方法で
ある。また、ベースメタル自体が溶融されてから凝固す
るために等温凝固後、別の成分均一化の処理が必要ない
ので、従来のＴＬＰ方法に比べて接合時間が大きく短縮
される。
【０００８】
【実施例】図１に於てはベースメタルの溶融点より高い
溶融点をもつ材料を挿入材として使用した場合、Ｎｉ−
Ｂ状態図に於て本接合法の接合機構を挿入したもので、
従来のＴＬＰ接合法は接合試片を加熱すると、Ｔ1 の温
度で挿入材が溶融され接合温度Ｔ2 まで加熱した後保持
すれば挿入材中に含有された溶融点低下元素（例えば硼
素）がベースメタル内に拡散されてベースメタル内の硼
素濃度がＸ0 に到達すると等温凝固が完了する。
溶融点をもつ材料を挿入材として使用した場合、Ｎｉ−
Ｂ状態図に於て本接合法の接合機構を挿入したもので、
従来のＴＬＰ接合法は接合試片を加熱すると、Ｔ1 の温
度で挿入材が溶融され接合温度Ｔ2 まで加熱した後保持
すれば挿入材中に含有された溶融点低下元素（例えば硼
素）がベースメタル内に拡散されてベースメタル内の硼
素濃度がＸ0 に到達すると等温凝固が完了する。
【０００９】反面、本発明は接合試片をＴ2 温度まで加
熱しても挿入材の硼素薄板又は粉末は全く溶融されな
い。その代りに硼素がベースメタル内に拡散してベース
メタルが溶融し始めてベースメタル中の硼素強度がＸ2
に到達すれば、この部分は全て溶融される。Ｔ2 温度に
於て継続保持すれば、ベースメタル内に硼素が更に拡散
され浸透し希釈されて挿入材周囲の溶融されたベースメ
タル組成はＸ1 に到達するに至り、等温凝固が始まる。
ベースメタル内の硼素濃度がＸ0 に到達すると接合部は
完全に等温凝固される。
熱しても挿入材の硼素薄板又は粉末は全く溶融されな
い。その代りに硼素がベースメタル内に拡散してベース
メタルが溶融し始めてベースメタル中の硼素強度がＸ2
に到達すれば、この部分は全て溶融される。Ｔ2 温度に
於て継続保持すれば、ベースメタル内に硼素が更に拡散
され浸透し希釈されて挿入材周囲の溶融されたベースメ
タル組成はＸ1 に到達するに至り、等温凝固が始まる。
ベースメタル内の硼素濃度がＸ0 に到達すると接合部は
完全に等温凝固される。
【００１０】図２に於ては、接合過程を比較したもので
本発明は硼素の成分均一化過程中にベースメタルの溶
融、等温凝固が発生する。
本発明は硼素の成分均一化過程中にベースメタルの溶
融、等温凝固が発生する。
【００１１】又、高エナージ・ビーム法を利用して接合
面上に合金層を形成させる方法（米国特許第４６９１８
５６号）は合金層形成中、ベースメタルの一部元素が蒸
発して成分均一化に更に長時間が必要とされる。しか
し、本発明は常温の大気中に於て作業するので、ベース
メタルの成分焼失が全く無く、ベースメタルが溶融され
てからそのまま凝固されるので等温凝固と同時に成分均
一化が得られる。
面上に合金層を形成させる方法（米国特許第４６９１８
５６号）は合金層形成中、ベースメタルの一部元素が蒸
発して成分均一化に更に長時間が必要とされる。しか
し、本発明は常温の大気中に於て作業するので、ベース
メタルの成分焼失が全く無く、ベースメタルが溶融され
てからそのまま凝固されるので等温凝固と同時に成分均
一化が得られる。
【００１２】図３に於ては、従来のＴＬＰ方法、高エナ
ージ・ビーム法、硼素パッキング方法等と本発明の差異
点を要約して表わしたもので、先ず、従来の高エナージ
・ビーム法は真空或は不活性ガス雰囲気に於てレーザ等
の装置を使用しなければならないという欠点と、ベース
メタル表面を合金化するためにベースメタルを溶融する
時、ベースメタル中の一部元素が蒸発して含量が少なく
なるので、完全な成分均一化に約１５時間以上の時間が
必要となるというレポートもある。
ージ・ビーム法、硼素パッキング方法等と本発明の差異
点を要約して表わしたもので、先ず、従来の高エナージ
・ビーム法は真空或は不活性ガス雰囲気に於てレーザ等
の装置を使用しなければならないという欠点と、ベース
メタル表面を合金化するためにベースメタルを溶融する
時、ベースメタル中の一部元素が蒸発して含量が少なく
なるので、完全な成分均一化に約１５時間以上の時間が
必要となるというレポートもある。
【００１３】２番目、従来の硼素パッキング法は接合前
に高温（例えば７００〜８００℃）で長時間（例えば
３．５時間）処理しなければならないし、接合時、成分
均一化に約２０時間が必要とされるというレポートもあ
る。しかし、本発明は常温の大気中で硼素の如き高融
点、高拡散性元素を接合部に単純に挿入させるのみです
むので、接合前にベースメタルを高温まで加熱する必要
もなく、合成層を形成させる必要もない。又、高温処理
する時、発生し易いベースメタル成分元素の焼失がない
ので、等温凝固と同時に成分均一化が得られる。
に高温（例えば７００〜８００℃）で長時間（例えば
３．５時間）処理しなければならないし、接合時、成分
均一化に約２０時間が必要とされるというレポートもあ
る。しかし、本発明は常温の大気中で硼素の如き高融
点、高拡散性元素を接合部に単純に挿入させるのみです
むので、接合前にベースメタルを高温まで加熱する必要
もなく、合成層を形成させる必要もない。又、高温処理
する時、発生し易いベースメタル成分元素の焼失がない
ので、等温凝固と同時に成分均一化が得られる。
【００１４】３番目、従来のＴＬＰ接合法はベースメタ
ルと挿入材が共に溶融するために、接合部に於て液相金
属の量が多くなって等温凝固の時間が長くなり、なお、
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌ等の成分均一化のために１００
０℃内外に於て長時間（最大１００時間）を必要とする
欠点があるが、本発明はベースメタルだけ溶融されるの
で等温凝固の時間が短かくなり、拡散速度がはやい挿入
元素（例えば硼素）だけ拡散されればすむので、成分均
一化を包む接合完了時間が約１時間だけしか必要としな
いので、材料の劣化を減少させ生産性を大きく向上させ
ることができる。
ルと挿入材が共に溶融するために、接合部に於て液相金
属の量が多くなって等温凝固の時間が長くなり、なお、
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌ等の成分均一化のために１００
０℃内外に於て長時間（最大１００時間）を必要とする
欠点があるが、本発明はベースメタルだけ溶融されるの
で等温凝固の時間が短かくなり、拡散速度がはやい挿入
元素（例えば硼素）だけ拡散されればすむので、成分均
一化を包む接合完了時間が約１時間だけしか必要としな
いので、材料の劣化を減少させ生産性を大きく向上させ
ることができる。
【００１５】先ず、接合しようとする試片をよく研摩し
てアセトンで洗浄する。洗浄した試片を乾燥させた後、
高融点、高拡散性の挿入材（例えば硼素薄板）を接合さ
れる試片の間にはさむ。この時、硼素薄板の代わりに硼
素粉末を使用しても良い。硼素粉末を使用する場合、こ
の粉末とアルコールをまぜて混濁液を作って、アルコー
ルを気化させれば粉末が試片表面に塗布される。このよ
うな作業は常温の大気中で実施する。
てアセトンで洗浄する。洗浄した試片を乾燥させた後、
高融点、高拡散性の挿入材（例えば硼素薄板）を接合さ
れる試片の間にはさむ。この時、硼素薄板の代わりに硼
素粉末を使用しても良い。硼素粉末を使用する場合、こ
の粉末とアルコールをまぜて混濁液を作って、アルコー
ルを気化させれば粉末が試片表面に塗布される。このよ
うな作業は常温の大気中で実施する。
【００１６】硼素薄板がはさまれた接合試片は１０-4＋
ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気に於てＮｉ−基超合金（例え
ば、Ｒｅｎ’ｅ８０）或は、ステンレス鋼（例えば、Ａ
ＩＳＩ３０４）の場合、１１５０℃〜１２５０℃温度で
約１時間保持すれば接合が完了される。
ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気に於てＮｉ−基超合金（例え
ば、Ｒｅｎ’ｅ８０）或は、ステンレス鋼（例えば、Ａ
ＩＳＩ３０４）の場合、１１５０℃〜１２５０℃温度で
約１時間保持すれば接合が完了される。
【００１７】図４に於ては、Ｒｅｎ’ｅ８０をベースメ
タルとして使用し硼素粉末を挿入材として使用した場
合、１１６０℃に於て１時間保持した時、等温凝固が完
了された接合部断面の微細組織を表わした写真である。
図５は粉末を挿入材として使用した場合、Ｒｅｎ’ｅ８
０と、ＡＩＳＩ３０４ステンレス鋼の引長強度を表わし
たものである。
タルとして使用し硼素粉末を挿入材として使用した場
合、１１６０℃に於て１時間保持した時、等温凝固が完
了された接合部断面の微細組織を表わした写真である。
図５は粉末を挿入材として使用した場合、Ｒｅｎ’ｅ８
０と、ＡＩＳＩ３０４ステンレス鋼の引長強度を表わし
たものである。
【図１】従来のＴＬＰ方法と本発明との接合機構が相異
しているのを、Ｎｉ−Ｂ状態図を利用してあらわした図
である。
しているのを、Ｎｉ−Ｂ状態図を利用してあらわした図
である。
【図２】従来のＴＬＰ方法と本発明との接合過程が相異
しているのを表わした図である。
しているのを表わした図である。
【図３】従来のＴＬＰ方法と本発明との相異を要約した
図表である。
図表である。
【図４】ベースメタルとしてＲｅｎ’ｅ８０を使用した
場合、接合完了後の接合部断面の微細金属組織を表わし
た顕微鏡写真である。
場合、接合完了後の接合部断面の微細金属組織を表わし
た顕微鏡写真である。
【図５】ベースメタルとしてＲｅｎ’ｅ８０とＡＩＳＩ
３０４ステンレス鋼を使用した場合、接合部の引張り強
度を表わしたグラフである。
３０４ステンレス鋼を使用した場合、接合部の引張り強
度を表わしたグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成３年５月２７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
Claims (5)
- 【請求項１】 ベースメタルより溶融点が高い挿入材を
使用して、挿入材の溶融温度より低い温度の非酸化性雰
囲気で加熱拡散処理により接合する方法に於て、接合温
度で挿入材が溶融されず挿入材とベースメタルが反応し
て接合域はブレイジングすることを特徴とするベースメ
タルより溶融温度が高い挿入材を使用した液相拡散接合
方法。 - 【請求項２】 挿入材としてＢ，Ｃ，Ｈｆ，Ｓｉ系列の
元素を単独に使用するか、接合温度に於て溶融しない前
記のこれら混合物質を挿入材として使用して拡散接合す
ることを特徴とする請求項第１項記載の液相拡散接合方
法。 - 【請求項３】 Ｂ，Ｃ，Ｈｆ，Ｓｉ又は、これらの混合
物に少量の別の金属元素或はバインダが添加された挿入
材で、この挿入材の溶融温度がベースメタルの溶融温度
より高いか或は、接合温度に於て溶融されない挿入材で
接合面に接合用媒体を使用して拡散接合することを特徴
とする請求項第２項記載の液相拡散接合方法。 - 【請求項４】 ベースメタルはＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔｉ
で構成されたグループの中から選択された元素をベース
としている超合金と、鉄基合金、非鉄基合金を拡散処理
して接合することを特徴とするベースメタルより溶融温
度が高い挿入材を使用した請求項第１項記載の液相拡散
接合方法。 - 【請求項５】 挿入材を使用して、拡張により接合する
時、ベースメタルの溶融温度、挿入材の溶融温度が接合
温度より高いことを特徴とする請求項第１項記載の液相
拡散接合方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR9669/1990 | 1990-06-28 | ||
| KR1019900009669A KR920007836B1 (ko) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 붕소(Boron)분말을 이용한 천이 액상 확산 접합법 |
| KR1019910003323A KR930007666B1 (ko) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 모재(Base Metal) 보다 용융온도가 높은 삽입재(insert materials)를 사용한 액상 확산접합방법(Liquid Phase Diffusion Bonding) |
| KR3323/1991 | 1991-02-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06234082A true JPH06234082A (ja) | 1994-08-23 |
Family
ID=26628280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3100947A Pending JPH06234082A (ja) | 1990-06-28 | 1991-05-02 | ベースメタルより溶融温度が高い挿入材を使用した液相拡散接合方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5221039A (ja) |
| JP (1) | JPH06234082A (ja) |
| DE (1) | DE4115230C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015518425A (ja) * | 2012-03-28 | 2015-07-02 | アルファ−ラヴァル・コーポレート・アーベー | 金属部品を接合するための方法 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5598968A (en) * | 1995-11-21 | 1997-02-04 | General Electric Company | Method for preventing recrystallization after cold working a superalloy article |
| DE19806636A1 (de) * | 1998-02-18 | 1999-08-19 | Prym William Gmbh & Co Kg | Verfahren zum Verbinden von zwei aus härtemäßig zueinander unterschiedlichen Metallen bestehenden Teilen mittels Laserlicht |
| GB0028215D0 (en) * | 2000-11-18 | 2001-01-03 | Rolls Royce Plc | Nickel alloy composition |
| US6464129B2 (en) * | 2000-12-22 | 2002-10-15 | Triumph Group, Inc. | Method of diffusion bonding superalloy components |
| DE10112062A1 (de) * | 2001-03-14 | 2002-09-19 | Alstom Switzerland Ltd | Verfahren zum Zusammenschweißen zweier thermisch unterschiedlich belasteter Teile sowie nach einem solchen Verfahren hergestellte Turbomaschine |
| TW552196B (en) | 2001-07-20 | 2003-09-11 | Clopay Corp | Laminated sheet and method of making same |
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