JPH1147954A - チタンと鋼との接合法 - Google Patents

チタンと鋼との接合法

Info

Publication number
JPH1147954A
JPH1147954A JP22113897A JP22113897A JPH1147954A JP H1147954 A JPH1147954 A JP H1147954A JP 22113897 A JP22113897 A JP 22113897A JP 22113897 A JP22113897 A JP 22113897A JP H1147954 A JPH1147954 A JP H1147954A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
titanium
bonding
steel
joining
foil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP22113897A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeo Ota
滋夫 太田
Toshio Ishida
敏夫 石田
Takao Araki
孝雄 荒木
Minoru Nishida
稔 西田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kimura Chemical Plants Co Ltd
Original Assignee
Kimura Chemical Plants Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kimura Chemical Plants Co Ltd filed Critical Kimura Chemical Plants Co Ltd
Priority to JP22113897A priority Critical patent/JPH1147954A/ja
Publication of JPH1147954A publication Critical patent/JPH1147954A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チタンないしチタン合金と炭素鋼ないしステ
ンレス鋼との接合部に脆弱な金属間化合物を形成するこ
となく、接合強さを大きくすることができ、高精密な製
品が製作できる。 【解決手段】 チタンないしチタン合金と炭素鋼ないし
ステンレス鋼との間にチタン基ないし銅基アモルファス
合金箔とニッケル箔とを組み合わせた複合インサート材
を介在させて、拡散接合してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性、耐強度に
優れたチタンないしチタン合金に炭素鋼ないしステンレ
ス鋼を接合する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、チタンは優れた耐食性から化学お
よび電気分野で使用され、また比強度が高いことからチ
タン合金としてその需要を伸ばしている。しかし、非常
に高価であること、機械加工が難しい、焼き付けやす
い、溶接および接合が難しいなどの理由から特殊分野で
のみ採用されていた。しかしながら、チタンの価格は単
純にはステンレス鋼の約10倍であるが、比重がステン
レス鋼に比べて約6割であること、腐食代を除いてサイ
ズダウンできること、長寿命でメンテナンスフリーであ
ることなど用途毎にサイクルコストの観点から評価すれ
ばむしろ割安であるので、異種金属と層状に接合し、優
れた機能と経済性を有するクラッド材料としての適用が
研究されてきた。特に、鋼の優れた強度、熱伝導性およ
び溶接性とチタンの高耐食性を兼備するチタンクラッド
鋼板が開発された。
【0003】このチタンクラッド鋼の製造方法には爆発
圧着法、圧延法、ろう接法、拡散接合法などが挙げられ
る。爆発圧着法は爆薬が爆発する際に発生する衝撃波や
高圧力を利用して金属同士を接合する方法であり、冷間
で行われるため熱的影響が少なく、また極めて短時間で
接合が完了することや、接合界面に脆弱な金属間化合物
が生成しにくいなどの特徴がある。チタンクラッド鋼は
主にこの方法により製造されてきたが、火薬類の取り扱
いや、爆薬の爆発時に発生する騒音や振動などの問題が
あつた。また、圧延法は熱間圧延により母材と合せ材と
を密着させるとともに所定の寸法まで圧下するので、製
造寸法範囲が広く、大量生産に適しているが、チタンが
活性な金属であるために、加熱によって接合界面に脆い
金属間化合物を形成し、実用化が非常に困難であった。
【0004】さらに、ろう接法は母材を溶融させること
なく、接合部の隙間中にろうを流入させ、冷却、凝固さ
せて接合する方法であって、チタンの表面には強固な酸
化皮膜が形成されており、ろうの濡れを促進させるため
にフラックスが必要である。このために接合手順が複雑
になり、フラックスが接合界面に不純物として残留し、
継手の耐食性と接合強さに影響を及ぼしていた。さらに
また、拡散接合法は複雑な形状部品の組立接合ができる
ことから、他の方法では構造的に製作が困難であった高
精密な製品が製作でき、製品の高品質化やコストダウン
が図れることであり、また冶金的な問題で溶融溶接が困
難な複合材料、異種材料、焼結合金、セラミックスなど
の接合ができ、チタンと鋼の接合も可能であって、母材
と合せ材とを密着させ、母材ないし合せ材の融点以下の
温度条件で、塑性変形をできるかぎり生じない程度に加
圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合す
る方法である。
【0005】また最近、耐熱超合金をろう接よりも高強
度に接合する方法として、母材や合せ材よりも低い融点
のフィラーメタルを接合面間に挿入し、所定の接合温度
で一時的に液相を生じさせ、拡散を利用して等温凝固さ
せることによって接合する液相拡散接合法が開発され
た。この接合法はろう接と拡散接合の中間的な接合方法
で、種々の母材並びに合せ材とフィラーメタルの組み合
わせに対して有効であり、また接合界面に挿入するフィ
ラーメタルとして、アモルファス合金箔が挙げられる。
このアモルファス合金箔は偏析、結晶粒、粒界などが存
在しない非晶質構造により、溶融が一様に行われ、界面
における流れも良好で、箔材内部に局部的な融点の変化
がなく、溶け分かれなどの現象が起きにくいからであ
る。アモルファス合金は液体急冷することにより薄帯の
加工が可能であり、その薄帯は剛性があるため、粉末ろ
うなどと比べて母材と合せ材の間に設置する際に簡便で
あった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このチタン
ないしチタン合金と炭素鋼ないしステンレス鋼とフィラ
ーメタルとしてアモルファス合金箔を用いて液相拡散接
合する方法にあっては、ある狭い特定条件下で高い接合
部強さ得られたが、その接合強さはバラッキが大きく、
接合界面にTi−Fe系金属間化合物であるTiFeお
よびTiFe2、ならびに炭化物であるTiCが形成さ
れて、接合部の強さは著しく低下するという問題があっ
た。
【0007】そこで、本発明は、このような問題を解決
することによって、チタンないしチタン合金と炭素鋼な
いしステンレス鋼との接合部に脆弱な金属間化合物を形
成することなく、接合強さを大きくすることができ、高
精密な製品が製作できる接合法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】該目的を達成するために
本発明の接合法はチタンないしチタン合金と炭素鋼ない
しステンレス鋼との間にチタン基ないし銅基アモルファ
ス合金箔とニッケル箔とを組み合わせた複合インサート
材を介在させて、拡散接合する構成としたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明について説明する。本
発明にあっては、合せ材のチタンないしチタン合金と母
材の炭素鋼ないしステンレス鋼とを液相拡散接合により
接合するのであるが、先ずこの母材および合せ材の被接
合面を研磨して表面の酸化皮膜を除去する。また複合イ
ンサート材である銅基アモルファス合金箔とニッケル箔
も超音波洗浄等によって洗浄し油膜等を除去して供す
る。図1に示すように、炭素鋼ないしステンレス鋼の母
材4の上にニッケル箔3を、このニッケル箔3の上に銅
基アモルファス合金箔2を、さらにこの銅基アモルファ
ス合金箔2の上にチタンないしチタン合金の合せ材1を
順次積層している。この積層材を真空接合装置内で85
0〜980℃の接合温度、1〜10分間の保持時間、
0.5〜0.7kgf/mm2負荷の接合圧力にて拡散接合して
いる。これにより、炭素鋼ないしステンレス鋼とニッケ
ル箔との界面あるいは銅基アモルファス合金領域に脆弱
な金属間化合物や炭化物の生成がニッケル箔により抑制
され、さらに銅基アモルファス合金箔とチタンないしチ
タン合金との界面での金属間化合物の生成をを適切に制
御することができる。
【0010】
【実施例】合せ材であるチタンは厚み3mmの純度99.
5%の工業用純チタンとし、母材である炭素鋼は厚み9
mmのSS400鋼を用いた。インサート材は厚み50μ
mmの銅基アモルファス合金箔および厚み20mmのニッケ
ル箔とした。これらの材料をチタン、銅基アモルファス
合金箔、ニッケル箔、炭素鋼の順で積層する。この積層
試料を初期真空度約7×10-4torrの真空接合装置
内で1分間に180℃の加熱速度で接合温度まで加熱
し、所定温度において所定の時間保持して行った後、ア
ルゴン雰囲気中で冷却した。この接合温度は850〜9
30℃、保持時間は1〜10分間、接合圧力は0.5〜
0.7kgf/mm2と変化させた。
【0011】接合した試料を852℃、877℃、92
7℃の各接合温度において保持時間を10分間として接
合させた接合部組織は図2(a)、(b)、(c)に示すよう
に、上部からチタン原質部、Ti−マトリックス中に析出
物が緻密に存在する領域(析出層)、ニッケル箔を含む
接合界面部分および炭素鋼原質領域に大別された。この
結果、接合温度852℃ではせん断強さは、保持時間が
長くなるにしたがい徐々に増加し、保持時間が20分間
以上では平均で約18kgf/mm2程度あった。接合温度8
77℃では保持時間1分間でせん断強さは約18kgf/mm
2と高い値を示したが、保持時間が10分間になると急
に低下し、その後保持時間が増加してもせん断強さはほ
ぼ一定で、約13kgf/mm2であった。さらに接合温度9
27℃と高くなるとせん断強さは、保持時間によらず約
13kgf/mm2の一定であり、強度のバラツキがほとんど
なかった。
【0012】ここで、せん断強さの平均で約18kgf/mm
2、最高で24.5kgf/mm2と比較的高い値が得られた接
合温度が852℃、保持時間が10分間におけるチタン
側のせん断破面は図3(a)に示すように、せん断方向に
対して線条痕が入り、剥離する際に擦れた跡がほぼ破面
全体で見られた。この部分の組成分析を行うと、銅基ア
モルファス合金成分は認められず、NiとFeのみが認
められた。また、チタン側破面にはNiのピークが、炭
素鋼側にはd−Feのピークが主として認められた。し
たがって、接合温度が低い場合は、固相拡散接合となる
Ni/Fe界面間の相互拡散が十分行われていないた
め、破壊は主にNi/Fe界面で生じる。しかし、Ni
とFeは互いに固溶し、強度の低い金属間化合物を形成
しないために、接合部は高い接合強さを有することとな
る。
【0013】これに対して、せん断強さの低い接合温度
927℃、保持時間10分間では、せん断破面は図3
(c)に示すように、平坦な面が階段状に存在して、タン
グとみられる突起物が破面に点在していたことから、脆
性的な破面であった。また組成分析の結果から、破面か
らはTiとNiのピークが認められた。さらにTi−N
i系金属間化合物(Ti2Ni、TiNi、TiNi3
がチタン側ならびに炭素鋼側破面のいずれからも認めら
れた。したがって、接合温度が高い場合には、Ni/F
e界面は十分な相互拡散が生じ接合しているが、Ti/
Ni界面に脆弱なTi−Ni系金属間化合物が形成され
ており、破壊はその脆性なTi/Ni界面で生じたた
め、接合強度が低下することとなる。尚、図3(b)は接
合温度877℃、保持時間10分間におけるせん断破面
である。
【0014】以上本発明の代表的と思われる実施例につ
いて説明したが、本発明は必ずしもこれらの実施例構造
のみに限定されるものではなく、本発明にいう前記の構
成要件を備え、かつ、本発明にいう目的を達成し、以下
にいう効果を有する範囲内において適宜改変して実施す
ることができるものである。
【0015】
【発明の効果】以上の説明から既に明らかなように、本
発明にいうところの接合法はチタンないしチタン合金と
炭素鋼ないしステンレス鋼との間にチタン基ないし銅基
アモルファス合金箔とニッケル箔とを組み合わせた複合
インサート材を介在させて、拡散接合する構成としたも
のであるから、チタンないしチタン合金と炭素鋼ないし
ステンレス鋼との間に脆弱な金属間化合物を形成するこ
となく、接合強度を大きくすることができ、高精密な製
品が製作できるという顕著な効果を期待することが出来
るに至ったのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の積層を示した図。
【図2】本発明の実施例の接合組織写真。
【図3】本発明の実施例のせん断破面組織写真。
【符号の説明】
1…合せ材 2…銅基アモルファス合金箔 3…ニッケル箔 4…母材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B23K 20/00 360 B23K 20/00 360E (72)発明者 西田 稔 愛媛県松山市文京町3番 愛媛大学工学部 機能材料工学科内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタンないしチタン合金と炭素鋼ないし
    ステンレス鋼との間にチタン基ないし銅基アモルファス
    合金箔とニッケル箔とを組み合わせた複合インサート材
    を介在させて、拡散接合してなる接合法。
JP22113897A 1997-07-31 1997-07-31 チタンと鋼との接合法 Pending JPH1147954A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22113897A JPH1147954A (ja) 1997-07-31 1997-07-31 チタンと鋼との接合法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22113897A JPH1147954A (ja) 1997-07-31 1997-07-31 チタンと鋼との接合法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1147954A true JPH1147954A (ja) 1999-02-23

Family

ID=16762064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22113897A Pending JPH1147954A (ja) 1997-07-31 1997-07-31 チタンと鋼との接合法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1147954A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005014052A (ja) * 2003-06-26 2005-01-20 Japan Atom Energy Res Inst 異種材の無溶解接合方法
CN105643138A (zh) * 2014-12-02 2016-06-08 阿文美驰技术有限责任公司 不同材料的瞬态液相连接
CN114932336A (zh) * 2022-05-27 2022-08-23 郑州机械研究所有限公司 一种铜磷锌锡焊片及其制备方法和应用
CN116329755A (zh) * 2022-11-28 2023-06-27 西南交通大学 一种钛钢金属连接件焊缝高熵化的优化方法
CN116511840A (zh) * 2023-04-28 2023-08-01 西安理工大学 铜基复合材料/钛合金双金属的制备方法
CN117161533A (zh) * 2023-10-23 2023-12-05 广东省科学院中乌焊接研究所 一种钛-钢扩散焊接头及其焊接方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005014052A (ja) * 2003-06-26 2005-01-20 Japan Atom Energy Res Inst 異種材の無溶解接合方法
CN105643138A (zh) * 2014-12-02 2016-06-08 阿文美驰技术有限责任公司 不同材料的瞬态液相连接
JP2016107337A (ja) * 2014-12-02 2016-06-20 アービンメリトール・テクノロジー,エルエルシー 異なった材料の一時的液相接合
US9943927B2 (en) 2014-12-02 2018-04-17 Arvinmeritor Technology, Llc Transient liquid phase joining of dissimilar materials
CN114932336A (zh) * 2022-05-27 2022-08-23 郑州机械研究所有限公司 一种铜磷锌锡焊片及其制备方法和应用
CN114932336B (zh) * 2022-05-27 2023-05-23 郑州机械研究所有限公司 一种铜磷锌锡焊片及其制备方法和应用
CN116329755A (zh) * 2022-11-28 2023-06-27 西南交通大学 一种钛钢金属连接件焊缝高熵化的优化方法
CN116511840A (zh) * 2023-04-28 2023-08-01 西安理工大学 铜基复合材料/钛合金双金属的制备方法
CN117161533A (zh) * 2023-10-23 2023-12-05 广东省科学院中乌焊接研究所 一种钛-钢扩散焊接头及其焊接方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS61501691A (ja) 液相接合された非晶質材料とその調製方法
US4611752A (en) Method for bonding metallic structural elements
US4250229A (en) Interlayers with amorphous structure for brazing and diffusion bonding
JPS599274B2 (ja) 銅ベ−ス非晶質金属の均質ろう付け箔
US4700881A (en) Multiple foil transient liquid phase bonding
HK51693A (en) Titanium-copper-nickel braze filler metal
JPH11505178A (ja) ニッケル−クロムベース鑞付け用合金
JPH07299592A (ja) 自己ろう付け性複合材を作る方法
JP2011105982A (ja) アルミニウム合金およびその製造方法
WO2002094499B1 (en) High temperature melting braze materials for bonding niobium based alloys
JPH1147954A (ja) チタンと鋼との接合法
JP2007118059A (ja) 異種金属材料の接合方法及び異種金属材料の接合構造
JP2004066324A (ja) アルミニウム系金属と異材金属のろう付け方法
JP5629130B2 (ja) 金属材料の接合方法
EP0587307A1 (en) Aluminium alloys
JP6426883B2 (ja) 耐食性に優れた接合体の製造方法
CA1223759A (en) Homogeneous low melting point copper based alloys
US7150799B2 (en) Weld nugget inoculation
JPH0147277B2 (ja)
JPH0569159A (ja) 少なくとも一部が金属間化合物からなる複合材の接合方法
JP2004188482A (ja) 複数種類の金属層を有した複合ろう材のろう付け方法及びろう付け製品
JP3705368B2 (ja) Ti系傾斜機能材料とその製造方法
JPS59184778A (ja) セラミツク部材と金属部材との圧接方法
JPS62227596A (ja) セラミツクス−金属接合部材
JP2003117683A (ja) 複合ろう材及びろう付加工用複合材並びにろう付け製品

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20040514

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070427

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20070828

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080115