JPS6258837B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、877゜ないし948℃（1611ないし
1730〓）の範囲に液相線温度を有しホウ素を含ま
ないニツケル基金属ろう付け用合金の開発に関す
る。 ろう付けは、屡々成分の異なる金属部材を互に
接合するための方法である。典型的には互に接合
しようとする金属部材の融点より低い融点をもつ
ろう金属を金属部材間において組立体を形成させ
る。次いで組立体をろう金属を溶融するために充
分な温度に加熱する。冷却することによつて強く
耐食性のある漏れのない接合部が形成される。 核反応炉の構造材に用いられる鋼や超合金には
高い接合強度を付与し得るろう付け用溶加材
（filler metal）を必要とするものがある。このよ
うな用途においては、ホウ素原子は中性子吸収断
面積が比較的大きく、反応炉の効率を減少せしめ
るものであるから溶加材にホウ素を含ませること
はできない。従つてこのような用途に用いるため
に融点を下げるものとして珪素またはリンを含む
ニツケル基合金の溶加材が提案されている。珪素
を含む溶加材のろう付け温度は極めて高い。米国
溶接協会規格（AWS）BNi−５という典型的な珪
素含有の溶加材は約1149゜ないし1204℃（2100゜
ないし2200〓）のろう付け温度をもつている。ろ
う付けの際これ位の温度にさらすと多くの鋼や超
合金の機械的性質を悪化させて、それらの核反応
炉構造材への使用を不適格なものにする。リンを
含む溶加材のろう付け温度は珪素を含むその同等
材よりも幾分低い。たとえばAWS BNi−６およ
びBNi−７という規格のリン含有ろう金属のろう
付け温度は約927゜ないし1093℃（1700゜ないし
2000〓）である。しかしながら、リン含有溶加材
は低い接合強度をもつ脆弱な接合部をつくり出す
ものである。 従つてホウ素とリンを含まず、かつ1000℃以下
の温度でのろう付けに適したニツケル基のろう付
け合金に対する技術面での要望はそのまゝ残つて
いる。 この発明は、特に1000℃以下の温度で鋼や超合
金を接合するのに適した、そして融点を下げるも
のとしてホウ素もリンも含まない金属合金を提供
するものである。一般的に言つて、本合金は実質
上、約25ないし35原子％のパラジウムおよび約15
ないし20原子％の珪素を含み、残りがニツケルお
よび不可避の不純物からなる組成を有するもので
ある。好ましくはこの合金の少なくとも50％のガ
ラス質構造を有する準安定材からなるものであ
る。 さらに、本発明の粉末状あるいは箔状のろう付
け用溶加材を提供する。箔は均質で延性があり、
かつ粉末と同様に25ないし35原子％のパラジウム
と15ないし25原子％の珪素および残りがニツケル
と不可避の不純物からなる組成を有している。 本発明の均質なろう付け用箔は該組成の溶湯を
つくることと、少なくとも約10⁵℃／秒の冷却速
度で、回転する急冷ホイール上において、該溶湯
を急冷することからなる方法によつて製造され
る。本合金の超急冷は、合金中に充分な量の珪素
（硬くて脆い珪化物のような固体状態で含まれ
る）を存在させることによつて促進される。 さらに本発明によれば、ろう付けによつて２つ
またはそれ以上の合金部材を接合させるための改
良された方法が提供される。本方法は (a) 金属部材間に溶加材（filler metal）をおい
て組成体を形成させること、そして該溶加材は
いずれの金属部材よりも低い融点をもつものと
すること、 (b) 組立体を少なくとも溶加材の融点まで加熱す
ること、および (c) 組立体を冷却すること、 からなるものである。本改良は、溶加材として前
記した組成をもつ均質なニツケル基の箔を用いる
を含んでいる。 該溶加材箔は、鋳造したままでろう付けに使え
る均質で延性のあるリボンとして容易に製造され
る。この方法でつくられる箔は好ましくは少なく
とも50％はガラス質構造をなし、100ミクロン
（0.004インチ）以下の厚さをもつ準安定材からな
るものである。(1)圧延、(2)鋳造あるいは(3)粉末冶
金技術というような他の方法もこれらの合金を箔
状につくるのに利用され得る。薄い屈曲性のある
均質な箔を使用することは、狭いクリアランスで
広い面積を接合するのに有利であることが見出さ
れている。さらに有利なことは、ニツケル基の金
属箔は複雑な形に型打ちして予備成形したろう材
とすることができることである。本発明の合金は
また本合金の噴霧や本合金からなる箔の機械的粉
砕によつて粉末状につくることもできる。 有利なことに、本発明の均質で延性のあるろう
付け用箔は、ろう付け操作に先立つて接合部の内
側においておくことができるものである。本発明
によつて提供される均質で延性のあるニツケル基
の箔を使用すればろう付けを溶融塩中での浸漬ろ
う付けのような方法でも行なえるようになる。こ
のような方法は粉末や棒状タイプのろう材では容
易に行なえないものである。 本発明は、以下の詳細な説明および付随する図
面の参照によつてさらに充分に理解され、また他
の利点も明らかになろう。こゝで第１図は本発明
のろう付け用箔でもつてろう付けした接合部を示
す顕微鏡写真であり、また第２図は本発明のもう
１つのろう付け用箔でろう付けした接合部を示す
顕微鏡写真である。 ろう付け方法においては、互りろう付けされた
金属部材の使用上の必要に見合つた強度を供給す
るためろう付け材は充分に高い融点をもたなけれ
ばならない。しかし、融点はろう付け操作を困難
にするほどあまり高いものであつてはならない。
さらに、ろう付け材はろう付けしようとする材料
と化学的にも冶金的にも馴染むものでなければな
らない。ろう付け材は腐食を避けるためろう付け
しようとする金属よりも貴でなければならない。
理想的には、ろう付け材料はそれから複雑な形状
のものが型打ちされ得るように延性のある箔状の
ものでなければならない。最後に、ろう付け用箔
は均質でなければならない。すなわちバインダー
やその他の材料を含んではならない。これらが含
まれていると、ろう付けの際ボイドや汚染残渣を
生成することになる。 本発明に従えばろう付け用溶加材が提供され
る。この溶加材は実質上、約25ないし35原子％の
パラジウム、約15ないし20原子％の珪素、並びに
残部ニツケルおよび不可避の不純物からなる組成
を有する。パラジウムは、腐食に対する抵抗力を
与え耐熱性を改善するために必要な成分である。
珪素は融点を下げるために必要な成分である。ま
たニツケルは腐食耐性を改善するために必要な成
分である。上記各成分をそれぞれ指定の範囲に限
定することが必要な理由は、各成分をそのような
範囲内に納めることが合金の液相温度および固相
線温度を必要な範囲内に納めるために必要である
からである。それに加えて珪素を上述の組成範囲
内に納めると、非晶質構造の形成が促進され、合
金の延性が高められるからである。これらの組成
は鋼や超合金と馴染むもので、特にこれらの材料
の接合に適している。好ましくはこのろう金属は
均質で延性のあるろう付け用箔の形を有するもの
である。 均質とはつくられたままの箔が実質的にすべて
の方向に一様な組成を有していることを意味す
る。延性とは箔が箔の厚さの10倍ほどの小さい円
半径で欠陥なしに曲げられ得ることを意味する。 本発明の範囲内にあるろう付け用合金組成の例
を第１表に示す。

【表】 珪素はニツケルの融点を下げるために添加さ
れ、パラジウムは融点を下げると共に接合部に耐
食性を付与するために添加されている。 さらに、本発明によれば２つまたはそれ以上の
金属部材を接合するための改良方法が開示され
る。この方法は (a) 金属部材間に溶加材をおいて組立体をつくる
こと、そして該溶加材はどの金属部材の融点よ
りも低い融点をもつものとすること、 (b) 該組立体を少なくとも溶加材の融点にまで加
熱すること、および (c) 該組立体を冷却すること、 からなるものである。本改良は溶加材として前記
した範囲内の組成をもつた少なくとも１つの均質
なニツケル基の箔を用いることを含んでいる。 この発明の合金は、いろいろの急速凝固や粉砕
技術を用いて粉末、箔あるいは板のようないろい
ろの形につくることができる。これらの合金を粉
状につくるのに普通に用いられる方法には溶融合
金のガス噴霧あるいは水噴霧が含まれる。工業的
に広く用いられている他の技術については以下の
記録で述べる。 この発明の合金は急速凝固法を利用することに
よつて薄い屈曲性のある箔の形につくることもで
きる。この様な急速凝固によつて連続的なリボ
ン、針金、板等がつくられる。典型的には、特定
の組成のものが選択され、所望する割合の必要な
元素の粉末や粒子が溶融され均質化され、そして
その溶融合金は急速に回転する金属円筒のような
冷却面上で急速に冷却される。 こうした急冷条件下で、準安定な均質で延性の
ある材料が得られる。この準安定材料はガラス質
であり得、その場合には長範囲の規則性はない。
ガラス質金属合金のＸ線回折像は無機酸化物ガラ
スに見られるものに似て、たゞ広がつたハロを示
すのみである。このようなガラス質合金は、その
合金のリボンから複雑な形状に型打ちするという
ような後続の処理をなし得るように充分に延性を
もたせるには少なくとも50％がガラス質でなけれ
ばならない。卓越した延性を得るには、好ましく
はガラス質金属合金は少なくとも80％がガラス質
でなければならず、また最も好ましくは実質的に
（すなわち全部）ガラス質でなければならない。 準安定相はまた成分元素の固溶体でもあり得
る。本発明の合金の場合、このような準安定な固
溶体相は通常結晶性合金をつくる技術で用いられ
る従来の製造技術ではつくられない。その固溶体
合金のＸ線折像は、所望の微粒子寸法の微結晶に
よる幾らか広がつたピークを伴ない、結晶性合金
の鋭い回折ピーク特性を示している。このような
準安定材料は前記の条件でつくる場合はまた延性
でもある。 本発明のろう付け材料は有利には箔（またはリ
ボン）の形につくられ、そしてその材料がガラス
質であれ固溶体であれ、鋳造したままでろう付け
用に使われる。あるいはこの代りに複雑な形に型
打ちすることを考えた場合、ダイの寿命をより長
くするために、ガラス質の金属合金の箔を熱処理
して結晶相好ましくは微粒子状の結晶相を得るこ
ともできる。 上記の方法でつくられた箔は典型的には厚さ約
0.0005ないし0.004インチ（12ないし100ミクロ
ン）で、これはまたろう付けされる物体間の所望
される間隔でもある。このような間隔がろう付け
接合部の強さを最大にする。もつと薄い箔を重ね
てさらに大きい厚さにすることもまた利用され
る。さらにろう付けの際フラツクスは不要で、ま
た箔にはバインダーがない。従つてボイドや汚染
残渣の生成がなくなる。結果として、本発明の延
性のあるろう付け用リボンはスペーサーの必要を
なくすことによりろう付けを容易なものとし、同
時にろう付け後の処理を最小のものとするもので
ある。 本発明のろう付け用箔はまた良好なろう付け接
合部を与えるという点において同一組成のいろい
ろの粉末ろう付けよりもすぐれている。これは多
分、毛管現象がろう付けされる表面の縁からろう
付け用溶加材を移動させるというよりは、むしろ
ろう付けを必要とするところにろう付け用箔が供
給できるという能力によるものであろう。 実施例 １ 約2.54〜25.4mm（約0.10〜1.00インチ）の巾お
よび約13〜76ミクロン（約0.0005〜0.003イン
チ）の厚さのリボンを、急速回転銅製冷却ホイー
ル（表面速度約3000〜6000フイート／分）の上に
アルゴンの重圧によつて特定組成の溶湯を噴出さ
せることによつて生成させた。第１表に示した組
成をもつた実質的にガラス質の合金からなる準安
定な均質なリボンが得られた。 実施例 ２ 実施例１で述べたリボンの液相線温度および固
相線温度を示差熱分析（DTA）の手法で測定し
た。それぞれの材料を並行して、変化のない照合
材と共に一定の割合で加熱し、温度の関係として
それらの間の温度差を測定した。得られた「サー
モグラム（示差熱分析曲線）」として知られる曲
線は温度に対する熱エネルギー変化をプロツトし
たもので、それからそれぞれ液相線温度と固相線
温度として知られている溶融の開始点と溶融の終
了点が測定された。この測定された値を下の第２
表に示した。

【表】 実施例 ３ 長さ×巾×厚さの測定値が2.54cm×1.27cm×
0.159cm（１インチ×0.5インチ×0.0625インチ）
の試験片をAISI316ステンレス鋼から切り出し
た。本発明のろう付け合金すなわち第１表で示さ
れたような試料１の名目組成をもつたガラス質延
性の、そして約0.025mm（0.001インチ）と6.35mm
（0.25インチ）という厚さと巾寸法をもつリボン
を試験片のろう付け用に用いた。その試験片とろ
う付け用箔をアセトンで脱脂しアルコールですす
いだ。この発明の２層の箔を２つの試験片の間に
おいてサンドイツチ状の組立体を形成させ、次い
でそのサンプルをタングステンアークガス溶液に
よつて重ね溶接し組立体を１体とした。そのあと
サンプルを真空炉内で、約13.4×10^-3パスロル
（10^-4トル）の真空下、910℃（1674〓）で５分間
溶接した。次にろう付けしたサンプルを金属組成
検査のため横に切断し台にのせ研摩した。試料１
についてろう付け接合部の断面の顕微鏡写真を第
１図に400倍の倍率で示した。第１図に示された
顕微鏡写真は建全でボイドのない接合部が得られ
たことを示している。 実施例 ４ 長さ×巾×厚さの測定値が2.54cm×1.27cm×
0.159cm（１インチ×0.5インチ×0.00625インチ）
の試験片をAISI316ステンレス鋼から切り出し
た。本発明のろう付け用合金すなわち第１表に示
された試料２の名目組成の約0.03mm（0.0012イン
チ）と1.27cm（0.5インチ）という厚さと巾寸法
をもつているガラス質で延性のあるリボンを試験
片をろう付けするのに用いた。試験片とろう付け
用箔をアセトン中で脱脂しアルコールですすい
だ。本発明の２層の箔を２つの試験片の間にお
き、サンドイツチ状組成体をつくつた。次いでサ
ンプルをタングステンアークガス溶接で重ね溶接
し組成体を一体とした。サンプルを次に約13.4×
10^-3パスカル（10^-4トル）の真空度で真空炉内で
950℃（1742〓）５分間のろう付けをした。それ
からろう付けしたサンプルを金属組織検査のため
横に切断し、台にのせ研摩した、試料２でろう付
けした接合部断面の顕微鏡写真を400倍の倍率で
第２図に示した。この第２図に示された顕微鏡写
真は健全でボイドのない接合部が得られたことを
示している。 本発明をどちらかといれば充分詳明に述べたが
このような細部に厳密に固執する必要はなく、本
技術に習熟した人にはいろいろの変化や変形が考
えられ得、それらのすべては特許請求の範囲によ
つて定義される本発明の範囲内に入ることが了解
されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の試料１の合金でろう付けした
AISI316ステンレス鋼の接合部の顕微鏡写真（倍
率400倍）で、また第２図は本発明の試料２の合
金でろう付けされたAISI316ステンレス鋼の接合
部の顕微鏡写真（倍率400倍）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結晶質、非晶質または両者の混合体のいずれ
   でもよい構造を有し、かつ25ないし35原子％のパ
   ラジウムおよび15〜20原子％の珪素を含み、残り
   がニツケルと不可避の不純物からなる組成を有
   し、かつ約1000℃よりも低い液相線温度を有する
   ことを特徴とするろう付け用溶加材。 ２ 前記溶加材が粉末状である特許請求の範囲第
   １項に記載のろう付け用溶加材。 ３ 前記溶加材が均質な箔状である特許請求の範
   囲第１項に記載のろう付け用溶加材。 ４ 前記箔が0.0005ないし0.0040インチ（12ない
   し100ミクロン）の範囲の厚さを有する特許請求
   の範囲第３項に記載のろう付け用溶加材。 ５ 前記箔が延性を有している特許請求の範囲第
   ３項に記載のろう付け用溶加材。 ６ 前記箔が実質的に非晶質である特許請求の範
   囲第５項に記載のろう付け用溶加材。 ７ 25ないし35原子％のパラジウムおよび15ない
   し20原子％の珪素を含み、残りがニツケルと不可
   避の不純物からなる組成を有する均質で延性のあ
   る箔を製造する方法であつて、該方法が前記組成
   の溶湯をつくり、該溶湯を少なくとも約10⁵℃／
   秒の冷却速度で、移動する冷却面上において急冷
   させることからなることを特徴とするろう付け用
   溶加材の製造方法。