JPH09314357A - チタン合金接合用介挿部材およびチタン合金の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】汎用性が高く且つ高い信頼性でチタン合金を接
合するための介挿部材およびチタン合金の接合方法を提
供する。 【解決手段】厚さが200(μm)以下で円柱状部材１０等の
被接合材の端面１４に対向させられる一対の対向面３
０，３０を有するチタンから成る基材２４と、その基材
２４のそれら一対の対向面３０にそれぞれ設けられ、チ
タンよりも高い展性と同等以上の耐蝕性を有して厚さが
0.1 〜10 (μm)程度の金属薄膜から成る被覆層２６とか
ら介挿部材１２が構成される。そのため、この介挿部材
１２を用いて円柱状部材１０を接合するに際して、一対
の円柱状部材１０を相互に押圧すると、円柱状部材１０
と基材２４との間に介在させられた被覆層２６が、その
高い展性によって円柱状部材１０の端面１４の表面形状
に倣って変形させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チタン合金から成
る部材を相互に接合する接合方法、およびチタン合金を
接合するに際して接合界面に介挿させられる介挿部材に
関する。

【０００２】

【従来の技術】チタン合金は、高い耐蝕性と高い機械的
強度とを備えているため、腐食雰囲気且つ高い応力が発
生し得る環境下で用いられる部品や装置等を構成する材
料として鋼材等に代えて用いられている。

【０００３】ところで、一体形成が困難な複雑な形状の
部品を作製する場合や、工業的に一体成形が困難な長い
円筒状或いは円柱状部品等を作製する場合等には、一般
に、各別に作製した部材を相互に接合して所定形状の部
品や所定長さの円筒状或いは円柱状部品を構成すること
が行われている。このような接合作業は、例えば鋼材に
おいては一般的なアーク溶接等によって為されることが
多いが、チタン合金は大気中で高温に加熱されると
Ｏ₂ ，Ｎ₂ ，Ｈ₂ 等と反応するという問題がある。その
ため、チタン合金を接合するに際しては、加熱によって
高温になる部分を大気から遮断した状態で溶接するＴＩ
Ｇ溶接（Tungsten Inert Gas welding）やＭＩＧ溶接
（Metal Inert Gas welding ）等が一般的に行われてい
た。しかしながら、これらの溶接方法では、作業時間が
長くなると共に、溶接部の高い機械的強度を安定して得
ることが困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者等は
先に、チタン合金から成る一対の被接合材の接合界面に
チタン（以下、本願において単に『チタン』というとき
は例えば純度99[mass%]以上の純チタンをいうものとす
る）から成るシート状の介挿部材を介在させ、或いはそ
の接合界面の少なくとも一方にチタンから成る接合層を
形成し、チタン合金と反応し得る前記各元素が存在しな
い非酸化性雰囲気下で接合界面が相互に押圧されるよう
に所定圧力で加圧すると共に、被接合部材のα→β相変
態温度よりも低い所定温度（例えば数十乃至百 (℃) 程
度低い所定温度）に加熱することにより、固相拡散反応
によって接合する接合方法を提案した。例えば、特願平
７−２２２３３３号（未公開）等に記載されているチタ
ン合金の接合方法がそれである。

【０００５】また、本発明者等は、チタン合金から成る
一対の被接合材の接合界面の少なくとも一方に、その被
接合部材よりも融点が低いチタン合金から成る接合層を
形成し、上記のように非酸化性雰囲気下で加圧しつつ、
被接合部材のα→β相変態温度よりも低く且つ接合層の
融点よりも高い温度に加熱することにより、液相拡散反
応によって接合する接合方法を提案した。例えば、特願
平７−４４８２８号（未公開）に記載されているチタン
材またはチタン合金の接合方法がそれである。

【０００６】これらの技術によれば、ＴＩＧ溶接等によ
る場合よりも短時間で接合作業を行うことが可能になる
と共に、介挿部材，接合層や被接合材を構成するチタン
合金やチタンが相互拡散させられることにより一対の被
接合材間に連続的に形成される拡散層によって、それら
一対の被接合材が相互に接合されることから、接合部の
組織が均一になって被接合材本来の値と同様な高い機械
的強度が安定して得られるのである。

【０００７】しかしながら、本発明者らが更に研究を進
めたところ、上記のような拡散反応を利用した接合方法
においても、以下のような不具合があることが明らかと
なった。すなわち、先ず、固相拡散反応による接合方法
においては、十分に高い機械的強度を必ずしも安定して
得ることができないという問題があった。一般に、チタ
ン合金から成る被接合材の接合界面やチタンから成る介
挿部材或いは接合層の表面には、素材作製時に生じた細
かな凹凸が存在する。この場合において、介挿部材や接
合層を構成するチタンはチタン合金よりも展性が高いこ
とから、加圧および加熱されることによって被接合材の
接合界面に対応して表面形状が変形させられるが、細か
な凹凸がある場合にも完全にその接合界面に倣わされる
程の展性は有していない。したがって、その変形後にお
いても接合界面に僅かな空隙（内部欠陥）が残存するこ
ととなって、機械的強度の低下を招くのである。

【０００８】また、液相拡散反応による接合方法におい
ては、被接合材の接合界面に低融点のチタン合金から成
る接合層を形成する必要があることから、その適用範囲
が限定されるという問題がある。一般に接合部の機械的
強度を十分に高くするためには、そのチタン合金から成
る接合層が可及的に薄くされることが望まれる。そのた
め、固相拡散反応による場合のように接合層に代えて同
様な組成のシート状の介挿部材を作製して用いることが
困難であり、被接合材の接合界面に形成することが必須
となる。十分に薄く且つ均一な組成の接合層を形成する
ためには、蒸着法やイオンプレーティング法等によるこ
とが望ましいが、そのため、それらの膜形成装置が使用
可能な被接合材に適用範囲が限定されるのである。

【０００９】すなわち、何れの方法においても、接合部
の高い機械的強度が安定して得られ且つ汎用性の高い接
合方法ではないという問題があった。本発明は、以上の
事情を背景として為されたものであって、その目的とす
るところは、汎用性が高く且つ高い信頼性でチタン合金
を接合するための介挿部材およびチタン合金の接合方法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための第１の手段】斯かる目的を達成
するための第１発明のチタン合金接合用介挿部材の要旨
とするところは、チタン合金から成る一対の被接合材を
互いに押圧すると共に加熱することにより固相拡散反応
に基づいて相互に接合するに際して、それら一対の被接
合材の接合界面に介在させられるチタン合金接合用介挿
部材であって、(a) 厚さが200(μm)以下のチタンから成
り、前記接合界面に対向させられる一対の対向面を有す
る基材と、(b) チタンよりも高い展性と同等以上の耐蝕
性を有して厚さが0.1(μm)以上の金属薄膜から成り、そ
の基材のそれら一対の対向面にそれぞれ設けられた被覆
層とから成ることにある。

【００１１】

【第１発明の効果】このようにすれば、厚さが200(μm)
以下で被接合材の接合界面に対向させられる一対の対向
面を有するチタンから成る基材と、その基材のそれら一
対の対向面にそれぞれ設けられ、チタンよりも高い展性
と同等以上の耐蝕性を有して厚さが0.1(μm)以上の金属
薄膜から成る被覆層とからチタン合金接合用介挿部材が
構成される。そのため、この介挿部材を用いて被接合材
を接合するに際して、一対の被接合材を相互に押圧する
と、被接合材と基材との間に介在させられた被覆層が、
その高い展性によって被接合材の接合界面の表面形状に
倣って変形させられる。したがって、固相拡散反応に基
づいて接合される場合に、接合界面の凹凸に起因して内
部欠陥が発生することが抑制されて、高い機械的強度を
得ることができる。しかも、被接合材側には、介挿部材
に相当する金属層等を何等設けることを要しない。した
がって、高い汎用性と高い信頼性でチタン合金を接合で
きる介挿部材が得られるのである。

【００１２】なお、チタンから成る基材の厚さが200(μ
m)を越えると、拡散接合の後にもチタンから成る層が残
存して接合後の機械的強度が低くなるため、基材の厚さ
は200(μm)以下であることが必要である。また、接合界
面の凹凸に起因する内部欠陥の発生を確実に抑制するた
めには、被覆層の厚さが0.1(μm)以上であることが必要
であるが、その被覆層が拡散接合の後に残存して機械的
強度の低下を招くことを抑制するためには、50 (μm)以
下とされることが好ましく、特に、1 〜10 (μm)程度、
更には1 〜5(μm)程度の厚さとされることが一層好まし
い。なお、基材をチタンから構成するのは、接合後の耐
蝕性や機械的強度を可及的に高めるためであり、また、
被覆層にチタンと同等以上の耐蝕性が必要とされるのも
同様な理由による。

【００１３】

【第１発明の他の態様】ここで、好適には、前記金属薄
膜は、前記チタン合金のα→β相変態温度よりも高い融
点を有するものである。このようにすれば、拡散反応に
基づいてチタン合金を接合する場合には、そのチタン合
金のα→β相変態温度よりも低い温度で加熱されること
から、その接合時に金属薄膜から成る被覆層が融解しな
い。したがって、接合面に加えられる圧力が不均一にな
る等によって溶融した被覆層の厚さが局部的に不均一に
なって、接合強度を低下させることがない。

【００１４】また、好適には、前記金属薄膜は、金（A
u）、白金（Pt）、パラジウム（Pd）のうちの少なくと
も１つから構成されるものである。このようにすれば、
これらの金属はチタンと同等以上の耐蝕性や融点を有す
ると共に、極めて高い展性を有して鍛接が容易な金属で
あることから、接合界面においてチタン合金に強固に接
合させられて、接合後に一層高い機械的強度が得られ
る。

【００１５】また、好適には、前記一対の被接合材の接
合界面および前記対向面の表面粗さは、最大高さＲ_max
で10 (μm)以下である。このようにすれば、接合界面お
よびそれに対向させられる対向面が何れも十分に平滑に
されていることから、接合界面に内部欠陥が発生するこ
とが一層抑制されて、接合後に一層高い機械的強度が得
られる。

【００１６】

【課題を解決するための第２の手段】また、前記目的を
達成するための第２発明のチタン合金の接合方法の要旨
とするところは、前記第１発明のいずれかのチタン合金
接合用介挿部材を用いてチタン合金から成る一対の被接
合材を相互に接合する接合方法であって、(c) 前記一対
の被接合材の接合界面に前記チタン合金接合用介挿部材
を介在させて、それら一対の接合界面を所定圧力で相互
に押圧すると共に所定温度に加熱することにより、それ
ら一対の被接合材を固相拡散反応によって接合すること
にある。

【００１７】

【第２発明の効果】このようにすれば、一対の被接合材
の接合界面にチタン合金接合用介挿部材を介在させて、
接合界面を相互に押圧すると共に加熱することにより、
それら一対の被接合材が固相拡散反応によって接合され
る。そのため、一対の被接合材を接合するに際してそれ
らの接合界面に従来のような接合層を形成する処理を必
要としない。また、接合するために押圧および加熱した
際に、介挿部材に設けられた被覆層が接合界面の表面形
状に倣って変形させられることによってその接合界面の
凹凸が埋められた状態で、固相拡散反応が進んで一対の
被接合材が接合させられることから、接合界面の凹凸に
起因する内部欠陥が生じない。したがって、汎用性が高
く且つ高い信頼性でチタン合金を接合することが可能と
なる。

【００１８】

【第２発明の他の態様】ここで、好適には、前記所定温
度は、前記チタン合金のα→β相変態温度よりも所定値
低い温度である。このようにすれば、チタン合金から成
る被接合材を変質させることなく、且つ被覆層を融解さ
せることなく、固相拡散反応にによって一対の被接合材
を接合することができる。なお、上記所定値は、例え
ば、数十乃至百 (℃) 程度とすることが拡散反応を促進
する上で好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例におい
て、各部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。

【００２０】図１(a) は、本発明の一実施例のチタン合
金の接合方法が適用される接合装置を模式的に示す図で
ある。図において、例えばチタン合金から成る一対の円
柱状部材１０ａ，１０ｂ（以下、特に区別しない場合
は、単に円柱状部材１０という）は、介挿部材１２が端
面１４ａ，１４ｂ（以下、特に区別しない場合は、単に
端面１４という）間に介在させられた状態で、互いに突
き合わされている。これらの円柱状部材１０ａ，１０ｂ
は、固定チャック１６ａおよび可動チャック１６ｂにそ
れぞれ保持されていると共に、可動チャック１６ｂが固
定チャック１６ａに向かって図の矢印Ａの方向に加圧さ
れることにより、それらの端面１４ａ，１４ｂが介挿部
材１２を介して互いに押圧されている。この加圧力は制
御装置１８によって制御される。本実施例においては、
上記の円柱状部材１０が被接合部材に相当し、端面１４
が接合界面に相当する。

【００２１】また、円柱状部材１０ａ，１０ｂの端面１
４近傍には、その外周面を覆うように高周波誘導コイル
２０が備えられていると共に、その高周波誘導コイル２
０の側方にはその端面１４すなわち接合部の温度を高周
波誘導コイル２０に設けられた貫通穴を介して測定する
ための放射温度計２２が備えられており、何れも上記の
制御装置１８に接続されている。上記の高周波誘導コイ
ル２０に供給される高周波電力は、その放射温度計２２
によって測定された接合部の温度に基づいて制御装置１
８によって制御されており、これにより、接合部の温度
が所望の値に保持される。

【００２２】上記の介挿部材１２は、図１(b) に示され
るように、例えば純度99.5(mass%)程度のチタンから成
り厚さが50〜200(μm)程度の基材２４と、その基材２４
の両面すなわち端面１４ａ，１４ｂにそれぞれ対向させ
られる対向面３０，３０に設けられた、厚さが0.1 〜10
(μm)程度で例えば金（Au) ，白金（Pt），パラジウム
（Pd）等のチタンよりも高い展性と同等以上の耐蝕性と
を有する金属薄膜から成る被覆層２６，２６とから構成
されている。この被覆層２６は、例えば、スパッタリン
グや蒸着法等によって基材２４上に形成されたものであ
り、その融点すなわち上記各金属の融点は、それぞれ10
63 (℃) 、1755 (℃) 、1555 (℃) 程度と、チタン合金
のα→β相変態温度（一般に930 〜980[℃] 程度）より
も高くされている。なお、介挿部材１２は、一対の円柱
状部材１０ａ，１０ｂの端面１４ａ，１４ｂの形状に対
応して、図における上面および下面がそれら一対の端面
１４ａ，１４ｂに突き合わされるように同様な形状に形
成されている。

【００２３】以上のように構成された接合装置を用いて
円柱状部材１０ａ，１０ｂを接合するに際しては、先
ず、円柱状部材１０の表面粗さを例えば最大高さＲ_max
で10 (μm)以下程度に研磨加工する。そして、図１(a)
に示されるように、固定チャック１６ａおよび可動チャ
ック１６ｂによって、円柱状部材１０ａ，１０ｂをそれ
ぞれ保持し、端面１４ａ，１４ｂに介挿部材１２が介在
させられた状態で可動チャック１６ｂを図の矢印Ａの方
向に所定の加圧力で加圧する。このとき、端面１４にお
ける加圧力は5 〜15(MPa) 程度である。更に、高周波誘
導コイル２０をその端面１４近傍に配置し、且つ放射温
度計２２を所定の位置に設けた状態で、図示しないガス
供給装置を用いて高周波誘導コイル２０内部に非酸化性
ガスを導入することによって端面１４近傍を例えばアル
ゴン（Ar）、ヘリウム（He）等の非酸化性雰囲気とす
る。または、高周波誘導コイル２０と被接合材である円
柱状部材１０との間をシーリングし、例えば10^-4(Torr)
程度の真空雰囲気とする。

【００２４】そして、例えば制御装置１８に設けられた
図示しない起動スイッチを操作することにより、その制
御装置１８内に設けられた図示しない高周波電源から高
周波誘導コイル２０に例えば周波数が200(kHz)以下の所
定の高周波電力が印加されて、端面１４近傍が加熱され
る。このとき、その端面１４近傍の温度は、放射温度計
２２で測定されており、その測定温度に基づいて制御装
置１８が高周波電源を制御することにより、その端面１
４近傍の温度が例えば900 〜950(℃) 程度の所定の接合
温度に保持される。これにより、円柱状部材１０と介挿
部材１２との間で相互に固相拡散反応が生じて、例えば
1000〜2000秒程度の所定時間、上記温度に保持すること
によって、その突き合わせ部近傍にチタン合金の組成が
僅かに変化させられた拡散領域２８が形成されて一体に
接合された円柱状部材１０が得られるのである。なお、
上記所定の接合温度は、円柱状部材１０を構成するチタ
ン合金のα→β相変態温度よりも数十乃至百 (℃) 程度
低くなるように設定される。

【００２５】ここで、以下の表１乃至表３は、上記の接
合方法によって種々の材料から成る円柱状部材１０（す
なわち被接合材）を接合した結果を接合条件と合わせて
示すものである。なお、下記の表において、総合評価欄
が「○」のものは本実施例であり、「×」のものは比較
例である。また、被接合材欄で「Grade 5 」、「Grade
6 」および「Grade 9 」はASTM B265 に規定されている
チタン合金であり、No.10 の「6-2-4-2 」はAMS-4975に
規定されているチタン合金である。これらのチタン合金
のα→β相変態温度は、それぞれ993(℃) 、1038 (℃)
、935(℃) 、993(℃) である。また、円柱状部材１０
および基材２４の表面粗さは、何れも最大高さＲ_max
(μm)で表した値である。また、引張強度比および衝撃
強度比は、それぞれの測定値を接合処理を経ていない円
柱状部材１０すなわちチタン合金母材における測定値を
１とした場合の比で表したものである。また、破断位置
の欄において「母材」は、接合界面以外の部分で破断し
たことを示す。

【００２６】

【表１】 No. 1 2 3 4 5 被接合材 Grade 5 Grade 5 Grade 5 Grade 5 Grade 5 表面粗さ 2 2 2 2 2 基 材 − Ni Ti Ti Ti 厚さ (μm) − 200 200 200 100 表面粗さ − 2 2 2 3 被覆層 − Au Pt Au Au+Pt 厚さ (μm) − 1 0.05 0.1 0.5 形成方法 − スハ゜ッタリンク゛ スハ゜ッタリンク゛ スハ゜ッタリンク゛ スハ゜ッタリンク゛ 加熱方法 真空炉 真空炉 真空炉 真空炉 真空炉 接合温度 (℃) 950 950 950 950 950 保持時間 (s) 1000 1000 1000 1000 1000 加圧力 (MPa) 5 5 5 5 7 雰囲気 真空 真空 真空 真空 真空 特性 引張強度比 0.7 0.8 0.9 1.0 1.0 破断位置 接合界面 接合界面 接合界面 母材 母材 衝撃強度比 0.3 0.4 0.8 1.0 1.0 総合評価 × × × ○ ○

【００２７】上記の表１において、No.1は介挿部材１２
を用いず、端面１４ａ，１４ｂを直接突き合わせて接合
したものである。そのため、固相拡散反応が十分に進ま
ず、また、接合部に端面１４の凹凸に起因する内部欠陥
が生じることから、その接合部が低強度である。また、
No.2は、基材２４としてニッケル（Ni）を用いたもので
あるが、ニッケルはチタンに比較して低強度であること
から、この場合にも接合部が低強度となる。また、No.3
は、基材２４がチタンから成る介挿部材１２を用いて接
合したものであるが、被覆層２６の厚さが0.05 (μm)程
度と薄いことから、チタン合金から成る円柱状部材１０
の端面１４の凹凸が十分に埋められず、接合部に内部欠
陥が生じて同様に低強度となったものである。

【００２８】これに対して、本実施例のNo.4,5は、基材
２４がチタンから成ると共に被覆層２６の厚さが0.1(μ
m)或いは0.5(μm)と十分に厚い介挿部材１２が用いられ
ていることから、基材２４の強度が十分に高く、且つ円
柱状部材１０の端面１４に形成されている凹凸が十分に
埋められた状態で接合されて内部欠陥が生じ難いため、
引張強度および衝撃強度が何れも接合していないチタン
合金母材と同様な高い値を示した。したがって、基材２
４としてはチタンを用いることが必要であると共に、被
覆層の厚さは0.1(μm)以上であることが必要である。な
お、加熱方法は、図１(a) に示されるように誘導加熱に
よる他、上記表１に示されるように真空炉中で加熱する
方法によることもできる。

【００２９】

【表２】 No. 6 7 8 9 被接合材 Grade 5 Grade 9 Grade 6 6-2-4-2 表面粗さ 5 5 7 10 基 材 Ti Ti Ti Ti 厚さ (μm) 50 100 200 100 表面粗さ 5 5 3 5 被覆層 Au+Pt+Pd Pd Au+Pd Pt 厚さ (μm) 2 5 7 10 形成方法 蒸着 蒸着 蒸着 蒸着 加熱方法 真空炉 誘導加熱 通電加熱 誘導加熱 接合温度 (℃) 900 900 950 950 保持時間 (s) 2000 1000 1000 1000 加圧力 (MPa) 6 8 10 15 雰囲気 真空 Ar He 真空 特性 引張強度比 1.0 1.0 1.0 1.0 破断位置 母材 母材 母材 母材 衝撃強度比 1.0 1.0 1.0 1.0 総合評価 ○ ○ ○ ○

【００３０】また、表２は、円柱状部材１０の材質およ
び表面粗さ、基材２４の厚さ、被覆層２６の材質および
厚さ等を種々変更したものであるが、何れにおいても接
合していないチタン合金母材と同様な強度が得られてい
る。すなわち、本実施例は、各種の組成のチタン合金に
適用することが可能であり、円柱状部材１０の表面荒さ
はＲ_max ＝5 〜10 (μm)程度とされてもよい。また、基
材２４の厚さは50〜200(μm)程度とすることができる。
また、被覆層２６を構成する材料としては、金、白金、
パラジウム等が用いられ得るが、これらは単独で用いら
れる他、２又は３種が混合されて用いられてもよく、そ
の厚さは、2 〜10 (μm)程度と厚くされてもよい。ま
た、形成方法はスパッタリングに代えて蒸着法が用いら
れてもよい。なお、被覆層２６が厚くなり過ぎると、接
合後に拡散領域２８内に被覆層２６が残存して強度低下
をもたらすため、被覆層２６の厚さは50 (μm)以下とす
ることが望ましい。

【００３１】また、接合温度は、円柱状部材１０を構成
するチタン合金のα→β相変態温度よりも低い範囲で適
宜変更可能であり、No.6に示されるように、900(℃) 程
度とされてもよい。但し、温度が低くされる場合には、
保持時間を長く（No.6の条件では2000秒程度）する必要
がある。

【００３２】また、加熱時の雰囲気は、No.7,8に示され
るようにAr或いはHe雰囲気とすることができる。また、
加熱方法としては、No.8に示されるように円柱状部材１
０ａと１０ｂとの間に電流を流すことによって接合部を
加熱する通電加熱によってもよい。

【００３３】また、加圧力は、表に示されるように6 〜
15(MPa) 程度とされてもよいが、必要以上に高くするこ
とは、円柱状部材１０の変形をもたらすため好ましくな
い。上記表２の実施例のNo.8,9においては、接合部が径
方向に拡大変形させられており、加圧力が過大であった
ことを示している。したがって、基材２４の厚さや被覆
層２６の厚さ等にもよるが、加圧力は10(MPa) よりも低
くされることが好ましい。なお、加圧力を高くしたのは
被覆層２６が厚くされていることから、端面１４の密着
性を高めて接合後にその被覆層２６が残存しないように
するためであり、したがって、被覆層２６の厚さは5(μ
m)以下とされることが好ましい。

【００３４】

【表３】 No. 10 11 12 13 被接合材 Grade 5 Grade 5 Grade 5 Grade 5 表面粗さ 2 2 15 2 基 材 Ti Ti Ti Ti 厚さ (μm) 200 300 100 100 表面粗さ 2 2 2 15 被覆層 Pt+Pd Au+Pd Au Au 厚さ (μm) 1 5 10 10 形成方法 蒸着 蒸着 蒸着 蒸着 加熱方法 真空炉 真空炉 真空炉 真空炉 接合温度 (℃) 1100 950 950 950 保持時間 (s) 1500 1000 1000 1000 加圧力 (MPa) 6 15 15 15 雰囲気 真空 真空 真空 真空 特性 引張強度比 1.0 0.9 0.8 0.9 破断位置 母材 接合界面 接合界面 接合界面 衝撃強度比 0.8 0.8 0.7 0.8 総合評価 × × × ×

【００３５】また、上記表３は、何れも本発明の範囲外
の比較例を示したものである。No.10 においては、接合
温度が円柱状部材１０のα→β相変態温度よりも高くさ
れているため、円柱状部材１０を構成するチタン合金が
相変態させられて低強度となったものである。また、N
o.11 は、介挿部材１２の基材２４が300(μm)程度と厚
くされたものである。このため、加圧力を比較的高くし
て接合処理を行ったが、基材２４が厚過ぎることから、
接合後に拡散領域２８中にチタン層が残存することとな
って、低強度となっている。

【００３６】すなわち、図３に示されるように、接合後
の円柱状部材１０の引張強度は、基材２４の厚さｄが所
定の臨界厚さｄc 以下の範囲では母材強度（すなわち接
合前の強度）に維持されるが、その臨界厚さｄc を越え
ると次第に低下する傾向にある。前述のように、固相拡
散接合においては、基材２４の近傍の所定範囲にチタン
合金の組成が変化させられた拡散領域２８が形成され
る。この場合において、基材２４の厚みが比較的薄い場
合には、その基材２４全体に拡散領域２８が形成される
ことから、接合部の引張強度は母材強度と殆ど同様とな
るが、厚過ぎると拡散領域２８中に基材２４を構成する
チタン層が残存することとなる。そのため、引張強度や
衝撃強度等の機械的強度が低下させられるのである。上
記臨界厚さｄc は、円柱状部材１０を構成するチタン合
金の組成（すなわち組成によって決定される機械的強
度）に応じて異なるものであるが、本実施例に示される
チタン合金においては200(μm)程度であることから、上
記のように厚さが300(μm)程度となると強度が低下させ
られるのである。

【００３７】また、No.12,13は円柱状部材１０の端面１
４或いは基材２４の対向面３０の表面粗さがＲ_max ＝15
(μm)程度とされたものであるが、何れも接合部に内部
欠陥が生じて低強度となった。これらも接合処理時の加
圧力を15(MPa) 程度と高くして処理しているが、それに
も拘わらず、十分な強度は得られなかった。すなわち、
内部欠陥を発生させないためには、これらの表面粗さ
は、何れもＲ_max ≦10 (μm)とされることが望ましい。

【００３８】要するに、本実施例においては、厚さが20
0(μm)以下で円柱状部材１０等の被接合材の端面１４に
対向させられる一対の対向面３０，３０を有するチタン
から成る基材２４と、その基材２４のそれら一対の対向
面３０にそれぞれ設けられ、チタンよりも高い展性と同
等以上の耐蝕性を有して厚さが0.1 〜10 (μm)程度の金
属薄膜から成る被覆層２６とから介挿部材１２が構成さ
れる。そのため、この介挿部材１２を用いて円柱状部材
１０を接合するに際して、一対の円柱状部材１０を相互
に押圧すると、円柱状部材１０と基材２４との間に介在
させられた被覆層２６が、その高い展性によって円柱状
部材１０の端面１４の表面形状に倣って変形させられ
る。したがって、固相拡散反応に基づいて接合される場
合に、端面１４の凹凸に起因して内部欠陥が発生するこ
とが抑制されて、高い機械的強度を得ることができる。
しかも、円柱状部材１０の端面１４に被覆層２６やチタ
ン層を設ける必要がない。したがって、高い汎用性と高
い信頼性でチタン合金を接合できる介挿部材１２が得ら
れる。

【００３９】しかも、本実施例においては、被覆層２６
を構成する金属薄膜は、前述のように、チタン合金のα
→β相変態温度（本実施例においては、935 〜1038
[℃] 程度）よりも高い融点を有するものである。その
ため、そのチタン合金のα→β相変態温度よりも低い温
度で加熱される接合時に、金属薄膜から成る被覆層２６
が融解しない。したがって、接合面である端面１４に加
えられる圧力が不均一になる等によって溶融した被覆層
２６の厚さが局部的に不均一になって、接合強度を低下
させることがない。

【００４０】また、本実施例においては、被覆層２６を
構成する前記金属薄膜は、金（Au）、白金（Pt）、パラ
ジウム（Pd）のうちの少なくとも１つから構成されるも
のである。これらの金属はチタンと同等以上の耐蝕性や
融点を有すると共に、極めて高い展性を有して鍛接が容
易な金属であることから、円柱状部材１０の端面１４に
強固に接合させられて、接合後に一層高い機械的強度が
得られる。

【００４１】また、本実施例においては、円柱状部材１
０の端面１４およびその端面１４に対向させられる介挿
部材１２の対向面３０の表面粗さは、最大高さＲ_max で
10 (μm)以下である。そのため、端面１４およびそれに
対向させられる対向面３０が何れも十分に平滑にされて
いることから、接合界面に内部欠陥が発生することが一
層抑制されて、接合後に一層高い機械的強度が得られ
る。

【００４２】また、本実施例においては、一対の円柱状
部材１０ａ，１０ｂの端面１４ａ，１４ｂに介挿部材１
２を介在させて、端面１４ａ，１４ｂを相互に押圧する
と共に加熱することにより、それら一対の円柱状部材１
０ａ，１０ｂが固相拡散反応によって接合される。その
ため、一対の円柱状部材１０ａ，１０ｂを接合するに際
してそれらの端面１４に接合層すなわち介挿部材１２に
相当する層を形成する処理を必要としない。また、接合
するために押圧および加熱した際に、介挿部材１２に設
けられた被覆層２６が端面１４の表面形状に倣って変形
させられることによってその端面１４の凹凸が埋められ
た状態で、固相拡散反応が進んで一対の円柱状部材１０
ａ，１０ｂが接合させられることから、端面１４の凹凸
に起因する内部欠陥が生じない。したがって、汎用性が
高く且つ高い信頼性でチタン合金から成る円柱状部材１
０を接合できる。

【００４３】また、本実施例においては、前記所定温度
すなわち接合温度は、円柱状部材１０を構成する前記チ
タン合金のα→β相変態温度よりも数十乃至百 (℃) 程
度の所定温度だけ低く設定されている。そのため、円柱
状部材１０を構成するチタン合金を変質（相変態）させ
ることなく、且つ被覆層２６を融解させることなく、固
相拡散反応にによって一対の円柱状部材１０ａ，１０ｂ
を接合することができる。

【００４４】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は、更に別の態様でも実施さ
れる。

【００４５】例えば、実施例においては、介挿部材１２
の基材２４の厚さが50〜200(μm)程度とされていたが、
更に薄くされても差し支えない。但し、薄くなる程取扱
いが困難となるため、50 (μm)程度以上とされることが
好ましい。

【００４６】また、実施例においては、基材２４の表面
粗さがＲ_max ＝2 〜5(μm)程度とされていたが、更に平
滑にされていてもよく、また、10 (μm)程度の表面粗さ
と去れていてもよい。

【００４７】また、実施例においては、被覆層２６がス
パッタリング或いは蒸着法によって形成されていたが、
イオンプレーティング法等の他の膜形成技術によって設
けられてもよい。

【００４８】また、実施例においては、円柱状部材１０
の接合に本発明が適用された場合について説明したが、
本発明は、他の種々の形状のチタン合金の接合にも同様
に適用される。例えば、円筒状部材の接合や板状部材の
接合等にも同様に適用される。なお、それらの場合に
は、端面１４の形状に応じて、介挿部材１２の端面形状
すなわち対向面３０の形状が適宜変更される。

【００４９】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明の一実施例の接合方法が適用され
る接合装置の構成を示す模式図であり、(b) はその接合
方法に適用される介挿部材を拡大して示す図である。

【図２】図１の接合装置によって接合された後の円柱状
部材を示す図である。

【図３】介挿部材の基材の厚さと接合後の円柱状部材の
引張強度との関係を示す図である。

【符号の説明】

１０：円柱状部材 １２：介挿部材 １４：端面（接合界面） ２４：基材 ２６：被覆層 ３０：対向面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チタン合金から成る一対の被接合材を互
   いに押圧すると共に加熱することにより固相拡散反応に
   基づいて相互に接合するに際して、該一対の被接合材の
   接合界面に介在させられるチタン合金接合用介挿部材で
   あって、 厚さが200(μm)以下のチタンから成り、前記接合界面に
   対向させられる一対の対向面を有する基材と、 チタンよりも高い展性と同等以上の耐蝕性を有して厚さ
   が0.1(μm)以上の金属薄膜から成り、前記基材の前記一
   対の対向面にそれぞれ設けられた被覆層とから成ること
   を特徴とするチタン合金接合用介挿部材。
2. 【請求項２】 前記金属薄膜は、前記チタン合金のα→
   β相変態温度よりも高い融点を有するものである請求項
   １ののチタン合金接合用介挿部材。
3. 【請求項３】 前記金属薄膜は、金（Au）、白金（P
   t）、パラジウム（Pd）のうちの少なくとも１つから構
   成されるものである請求項１のチタン合金接合用介挿部
   材。
4. 【請求項４】 前記一対の被接合材の接合界面および前
   記対向面の表面粗さは、最大高さＲ_max で10 (μm)以下
   である請求項１乃至３のいずれかのチタン合金接合用介
   挿部材。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかのチタン合金
   接合用介挿部材を用いてチタン合金から成る一対の被接
   合材を相互に接合する接合方法であって、 前記一対の被接合材の接合界面に前記チタン合金接合用
   介挿部材を介在させて、該一対の接合界面を所定圧力で
   相互に押圧すると共に所定温度に加熱することにより、
   該一対の被接合材を固相拡散反応によって接合すること
   を特徴とするチタン合金の接合方法。
6. 【請求項６】 前記所定温度は、前記チタン合金のα→
   β相変態温度よりも所定値低い温度である請求項５のチ
   タン合金の接合方法。