JPS623080A

JPS623080A - 接合用金属材料

Info

Publication number: JPS623080A
Application number: JP13970485A
Authority: JP
Inventors: 市川　二郎
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1985-06-26
Filing date: 1985-06-26
Publication date: 1987-01-09
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: JPH0725596B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、セラミックス材料、特に２０〜３００℃での
平均熱膨張係数が１２Ｘ１０−’／’Ｃ以下と比較的低
いセラミックス材料と接合するだめの金属材料に関する
ものである。

〔従来の技術〕

セラミックスは高温強度がすぐれ、高温雰囲気での酸化
腐食にも強い性質があるので、最近内燃機関のターボチ
ャージャ用タービンブレードや〃スタービンエンジンの
高温部材としてセラミックスを用いることが検討されて
いる。セラミックスは本質的に脆く、また加工性が悪い
ため、装置全体をセラミックスで構成することはほとん
ど不可能であり、高温部材として用いるには、金属と接
合する必要がある。

しかしながら、この種の部材に用いられるセラミックス
は、従来の金属材料に比べ熱膨張係数αが小さい。例え
ば各種のセラミックスおよび金属材料の熱膨張係数α（
以下αという。）を示すと次の通りである。

セラミックス　５ｉ）Ｎ４　　３Ｘ１０−’／”Ｃ３ｉ
Ｃ４，４Ｘ１０　−藝／℃ Ｚ　ｒｏ　２　　１１．ＯＸ　１０−’／’ＣＡｌ２Ｏ
，８，０ｘ１０−’／’Ｃ金属　　　　鉄鋼　　　１１〜１フＸｌ０−＠／”Ｃ銅
合金　　１６〜１８Ｘ　１０−”／”Ｃアルミニウム合
金　　２０〜２４Ｘ　１０−’／”にのように接合され
る材料の熱膨張率が大きく異なれば、接合時の加熱から
の冷却過程や、使用時の温度変化によって歪が発生し、
接合強度を低下させたり、更には接合された材料のうち
一方、例えばセラミックスが破損したりする。

そこで、温度変化による大きな歪が発生しないようにα
の小さい特殊な金属材料、例えばα＝６×１０”６ｉ℃
　のコバール合金や、α＝　１，２Ｘ　１０−＠／”Ｃ
のインバー合金が検討されている。しかし、前記のよう
な高温部材近傍に使用する金属材料としては、常温から
フＱＱ’Ｃ虫での適当な強度が要求されるが、上記の合
金はこの点で不十分である。すなわち、インバー、コバ
ールともに常温強度は５０ＫＢｆ／ｙｎｓ２程度である
のに対し、材料に要求される強度が８０Ｋｇｆ／ωｍ２
以上であるから、到底使用に耐えることができない。

そのため、インバーやコバール合金に対し析出強化元素
を添加し、その強度を向上させることが考えられる。こ
の例として３％Ｎ　ｂ−１，４％Ｔｉ−１％Ａｌを添加
した合金や、１．６％Ｔｉを添加した合金などが試用さ
れている。これらの添加により、強度は８０〜１１０Ｋ
ｇ４／ｍｍ”に向上し、望ましいレベルに達することが
できる。

［発明が解決しようとする問題点〕しかし、発明者らは、高温部材への適用の点で、これら
材料を詳細に検討した結果、耐酸化性あるいは耐高温腐
食の息で、これら材料は不十分であるとの結論が得られ
た。

本発明はセラミックス製エンノン部材を接合するための
接合用金属材料の上記したような問題、αを解決すべく
なされたものであって、αが小さく、強度が望ましいレ
ベルにあるとともに、十分な耐酸化性及び耐高温腐食性
を有する接合用金属材料を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の接合用金属材料は、重量％で、Ｎｉ：３５〜５
０％、Ｃ：０．０５％以下、ＭｎおよびＭＯ＝合計で５
％以下、Ａ　ｌ：１．２〜８％を必須成分とし、必要に
応じてＮｉ　のうち２０％以下を同量のＣｏおよび／ま
たはＣｕで置換し、さらに必要に応じてＴｉ、Ｎｂ、Ｖ
　、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆのうち１種または２ｆ！ＩＩ
以上を０．３％以上でＡｌとの合計で１０％以下を添加
し、さらに必要に応じでＳｉ：０．１〜２％および／ま
たはＣｒ：０．１〜７％を添加し、残部Ｆｅ及び不可避
的不純物から成ることを要旨とするものである。

本発明の接合用金属材料に添加した各元素の組成範囲の
限定理由について以下に説明する。

Ｎｉ：３５〜５０％Ｎｉは材料のａを調整するための主たる元素である。３
５〜５０％の範囲で低いαが得られるので、上記組成範
囲に限った。

Ｃ：０．０５％以下Ｃは脱酸元素であり、少量を含有した方が溶製上有利で
あるが、含有量が高くなるとαを大きくするので０．０
５％以下とした。

ＭｎおよびＭＯ＝合計で５％以下Ｍｎは脱酸作用を有し、またＭＯは耐食性、強度に効果
のある元素であり、少量を含有した方が有利であるが、
多すぎるとαを大きくするので合計５％以下とした。

Ａｌ：１．２〜８％Ａｌ　は、ｉ酸化性、耐高温腐食性を確保するための元
素であり、また析出効果を有し強度の向上にも寄与する
。１．２％以下では上記効果が不十分であり、８％以上
では脆化してしまうため」二元組成範囲に限定した。

ＣｏおよびＣｕ：２０％以下Ｎｉ　と同じくαを調整するためのもので、特にＡｌや
次のＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆ　を含有し
た場合のαの増加を低く抑える効果がある。但し、２０
％以上では却ってαを大きくするので、２０％以下とし
た。

Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、ＨＥ、のうち１種ま
たは２？！１以上を合計で０．３％以上でＡｌとの合計
で１０％以Ｔ、Ａｌ　と同じく析出強化により強度を向
上させる。但し、Ａｌのような耐酸化性への効果は小さ
い、０．３％以下では効果が小さく、また、Ａｌとの合
計で１０％以上では脆化すると同時にαが大きくなるの
で１０％以下とした。

Ｓｉ：０．１〜２％、　Ｃｒ：０．　１〜７％いずれも
脱酸元素で、溶製上有益であるとともに、耐酸化性、耐
高温腐食性に効果がある。０．１％以下ではいずれも効
果が小さい。Ｓｉは２％以上では脆化しまたαが大きく
なり、Ｃ「は７％以上ではαが大きくなるので上記組成
範囲に限定した。

以上の成分により、常温で８０〜１４０Ｋｇｆ／＋鶴２
程度、６００℃で５０−１００Ｋｇｆ／ｍｍ２程度の強
度が得られ、またびは６〜９Ｘ−１０＝／”Ｃ程度が得
られる。耐酸化性は、実用上十分なレベルが得られる。

本発明の材料は析出効果により、強度を向上させるもの
であるか、ら、通常は５００〜７５０’Ｃ程度の温度に
０．５〜５ｈｒ保持することにより高強度が得られる。

これを利用し、例えばセラミックスとの接合は強度の低
い状態で行ない、使用前に強度を高めることなどの調整
が可能である。

本合金はセラミックスに接合して複合体として使用する
ほか、他の通常のαの大きい金属と接合するための中間
材料として使用できることは言うまでもない。

〔実施例〕

本発明の実施例について説明し、本発明の効果を明らか
にする。

真空誘導炉を用いて第１表に示すような各ｆ！Ｉ１ｍ戊
の合金を溶製した。第１表において発明例の力のＮ０．
１〜Ｎ０．３は第１発明例でＡｌの含有量を漸次増やし
たものであり、Ｎ０．４〜Ｎ０．６は基本組成のＮｉの
一部をＣｏおよびＣｕで置換した第３発明例であり、Ｎ
０１７、Ｎ０．８、Ｎ０．１１はＮ；の一部をＣｏで置
換すると共にＴｉ及びＮｂを添加した第５発明例であり
、Ｎ０．９、Ｎ０．１０は基本組成のＮｉの一部をＣｏ
で置換しＴｉを添加すると共に、さらにＳｉまたはＣｒ
を添加した第６発明例である。

Ｎ０．１１及びＮ　０．１２はＭｎ又はＭｏを比較的多
量に含有する第１発明例である。一方比較例の方のＮｏ
。

１４〜１６はインバーやコバール合金の改良合金であり
、Ｎ　０．　１７は本発肌の組成範囲よりも高炭素を含
有する比較例であり、以下同様にＮ０．１８は高Ｇ。

を、Ｎ　０．　１９は高Ｔｉ、Ｎｂを、Ｎ０．２０は高
Ｓｉ　を、Ｎｏ。２１は高Ｃｒを、Ｎ０．２２は高Ｍｎ
、Ｍｏをそれぞれ含有する比較例である。

倚塊を１１５０〜１２００℃に加熱して鍛造して直径２
０Ｉの丸棒とした。この鍛造片を１０３０℃で←吟肴１
時間加熱後水冷する溶体化処理を施したのち、組成に応
じて５８０〜７７０℃の適当な温度で時効処理を行ない
、高強度化した。この材料より試験片を採取し、常温及
び６００℃でｄ引張試験、常温から４００℃　までの平
均熱膨張係数、６００℃で５００時間大気中加熱による
酸化増量を測定した。その結果を第１表に示す。

第１表に示したように、常温から４００℃　までの平均
熱膨張係数（単位はいずれも１０−’／’Ｃ）は、Ｎｏ
。

１〜Ｎ０．１１の本発明例では７．２〜８．８であるの
に対し、Ｎ０．１５−　Ｎ０．２０の比較例では１０．
２〜１１．２で、本発明の材料はαが着しく低いことが
確認された。

また、本発明例の室温での引張強度Ｋｇｆ／ｍａｄ”は
９０〜１４０であり、６００℃における値は７５〜１０
１であって、本発明例の合金はいずれも所期の値が得ら
れた。一方酸化増量については、コパール、インバーの
改良合金であるＮ０．１２〜　Ｎ０．１４では１．９−
４，５ｅｇｇ／ＣＩｘ２であるのに対し本発明のＮ０．
１〜Ｎ０．１１では０．１〜０，４ｓ＋ｇ／ｅｗ”であ
って、本発明の合金が耐酸化性に優れていることが確認
された。

次に、上記時効処理後の丸棒から直径１５ａｍ、長さ５
０ｍｍの試験片を採取し地面を３８に加工し接合用試験
片とした。一方、直径１５ｍｍ長さ５０＋ｕｓのＳｉ３
Ｎ、焼結体の端面を＃６００のダイヤモンド砥石で仕上
げハのち、Ｍｏを主体とするメタライズ用ベーストを塗
布し、焼付けることにより、メタライズした。これに適
当な緩衝層をはさみ、上記合金とつき合わせ真ちゅうロ
ウを用いて接合した。接合後、大気中で室温−５５０℃
１５分保持のくり返し加熱を２００回行ない、セラミッ
クス、金属の破損及び金属部の酸化損耗を検査した。そ
の結果は第１表に示す。

第１表に示したように、本発明のＮ０．１〜Ｎｏ。

１１では、セラミックス、金属の割れや、金属部分の損
耗は全く認められないのに対し、比較例のＮ０．１２〜
Ｎｏ。１４では金属部分の損耗が認められ、Ｎ０．１５
〜Ｎ０．２０ではセラミックスの割れが認められた。そ
の結果、本発明の合金は接合用材料として優れた性質を
有することが判明した。

〔発明の効果〕

本発明の接合用金属材料は重量％でＮ：３５〜５０％、
Ｃ：０，０５％以下、ＭｎおよびＭｏ二合計で５％以下
、ＡＧｌ、２〜８％を必須Ｉｊｔ分とし、必要に応じて
ＮｉをＣｏおよび／またはＣｕ’Ｃ’置換し、さらに必
要に応じてＴｉ、Ｎｂ、’Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆの
うち１種または２種以上を添加し、さらに必要に応じて
ＳｉおよびまたはＣｒを添加し、残Ｓ実質的にＦｅから
なる材料であって、熱膨張係数αが小さく、強度的にも
充分満足すべき値が得られると共に、ｉｔ酸化性及び耐
高温腐食性の優れた接合用金属材料である。

手続補正書（自発）昭和６０年７月１１日２、発明の名称接合用金属材料３、補正をする者事件との関係　　特許出願人４、代理人住所　名古屋市中区鉾二丁目１８番５号白用第六ビル５
階３．１１′Ｉｌ正により増加する発明の数　　１１、補
正の対象　明細書の特許請求の範囲の欄２、特許請求の
範囲（１）　セラミックスと接合するための材料であって、
その組成は重量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０
５％以下、ＭｎとＭｏ二合計で５％以下、Ａｌ：］、２
２８８％残部ＦｅＢよび不可避的不純物であることを特
徴とする接合用材料。

（２）　セラミックスと接合するための材料であって、
その組成は！ｌ量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．
０５％以下、ＭｎとＭｏ二合計で５％以下、Ａ　Ｉ：１
．２〜８％であり、さらにＳｉ：０．１〜２％、および
／またはＣｒ：０．　１〜７％を含有し、残部Ｆｅ及び
不可避的不純物であることを特徴とする接合用材料。

（３）　セラミックスを接合するための材料であって、
その組成は重１％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０
５％以下、ＭｎとＭＯ＝合計で５％以下、Ａｌ：１．２
〜８％であって、Ｎｉのうち２０％以下を同量のＣｏお
よび／またはＣｕ″Ｃ置換し、残部Ｆｅ及び不可避的不
純物であることを特徴とする接合用材料。

４　　セラミックスと　Ａするための卒１＝ｕて、その
組成はＪＪＬＸで　Ｎｉ：３５〜５００、Ｃ：す５０Ｆ
　・、ＭｎとＭｏ二今」工９５　’　Ｃ、Ａ　Ｉ：１．
２〜（６）　セラミックスと接合するための材料であっ
て、＋ｙ’ｙｍ成１［Ｘｆｆ１％で、Ｎ　ｉ　：３５−
５０％、Ｃ：０．０５％以下、ＭｎとＭｏ：合計で５％
以下、Ａ　Ｉ：１．２〜８％であって、Ｎ１のうち２０
％以下を同量のＣｏおよび／またはＣｕで置換し、さら
にＴｉ、Ｎｂ、Ｖ。

Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｉ（ｆのうち１種または２種以上を合
計で０．３％以上Ａｌとの合計で１０％以下と、Ｓｉ：
０．１〜２％および／またはＣｒ：０，１〜７％を含有
し、残部Ｆｅおよ１不可避的不純物であることを特徴と
する接合用材料。

（７）セラミックスと接合するための材料であって、そ
の組成は重量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０５
％以下、ＭｎとＭＯ＝合計で５％以下、Ａｌ：１．２〜
８％であって、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ
、Ｈｆのうち１種または２！１以上合計で０．３％以上
Ａｌとの合計が１０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物であることを特徴とする接合用材料。

（８）　セラミックスと接合するための材料であって、
その組成は重量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０
５％以下、ＭｎとＭＯ：合計で５％以下、Ａｌ：１．２
〜８％であって、さらにＴ　ｉ、Ｎｂ、Ｖ　、Ｚｒ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｈｆのうち１種または２種以上合計で０．３％
以上Ａｌとの合計が１０％以下と、Ｓｉ：０．１〜２％
および／またはＣｒ：０．　１〜７％を含有し、残部Ｆ
ｅＢよび不可避的不純物であることを特徴とする接合用
材料。

Claims

【特許請求の範囲】（１）セラミックスと接合するための材料であって、そ
の組成は重量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０５
％以下、ＭｎとＭｏ：合計で５％以下、Ａｌ：１．２〜
８％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であることを特徴
とする接合用材料。（２）セラミックスと接合するための材料であって、そ
の組成は重量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０５
％以下、ＭｎとＭｏ：合計で５％以下、Ａｌ：１．２〜
８％であり、さらにＳｉ：０．１〜２％、および／また
はＣｒ：０．１〜７％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的
不純物であることを特徴とする接合用材料。（３）セラミックスを接合するための材料であって、そ
の組成は重量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０５
％以下、ＭｎとＭｏ：合計で５％以下、Ａｌ：１．２〜
８％であって、Ｎｉのうち２０％以下を同量のＣｏおよ
び／またはＣｕで置換し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物
であることを特徴とする接合用材料。（４）セラミックスと接合するための材料であって、そ
の組成は重量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０５
％以下、ＭｎとＭｏ：合計で５％以下、Ａｌ：１．２〜
８％であって、Ｎｉのうち２０％以下を同量のＣｏおよ
び／またはＣｕで置換し、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ
、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆのうち１種または２種以上を合計で０
．３％以上Ａｌとの合計で１０％以下を含有し、残部Ｆ
ｅおよび不可避的不純物であることを特徴とする接合用
材料。（６）セラミックスと接合するための材料であって、そ
の組成は重量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０５
％以下、ＭｎとＭｏ：合計で５％以下、Ａｌ：１．２〜
８％であって、Ｎｉのうち２０％以下を同量のＣｏおよ
び／またはＣｕで置換し、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ
、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆのうち１種または２種以上を合計で０
．３％以上Ａｌとの合計で１０％以下と、Ｓｉ：０．１
〜２％および／またはＣｒ：０．１〜７％を含有し、残
部Ｆｅおよび不可避的不純物であることを特徴とする接
合用材料。（７）セラミックスと接合するための材料であって、そ
の組成は重量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０５
％以下、ＭｎとＭｏ：合計で５％以下、Ａｌ：１．２〜
８％であって、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ
、Ｈｆのうち１種または２種以上合計で０．３％以上Ａ
ｌとの合計が１０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可
避的不純物であることを特徴とする接合用材料。（８）セラミックスと接合するための材料であって、そ
の組成は重量％で、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃ：０．０５
％以下、ＭｎとＭｏ：合計で５％以下、Ａｌ：１．２〜
８％であって、さらにＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ
、Ｈｆのうち１種または２種以上合計で０．３％以上Ａ
ｌとの合計が１０％以下と、Ｓｉ：０．１〜２％および
／またはＣｒ：０．１〜７％を含有し、残部Ｆｅおよび
不可避的不純物であることを特徴とする接合用材料。