CN101374631A - 液相扩散接合用合金 - Google Patents

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Abstract

一种液相扩散接合用的低熔点的合金，它既能接合Ni－基耐热合金材料又能接合Fe－基钢材料。以原子百分数(％)计该合金包含：22＜Ni≤60，B：12－18，C：0.01－4、并且其余是Fe和残余杂质；或者以原子百分数(％)计包含：22＜Ni≤60，B：7－18，4＜C≤11、并且其余是Fe和残余杂质。

Description

液相扩散接合用合金
本申请要求2006年1月31日于日本申请的日本申请2006-027705、2006年10月18日于日本申请的日本申请2006-284080和2006年12月25日于日本申请的日本申请2006-348064的优先权，并将它们全文通过引用加入本文。
技术领域
本发明涉及利用液相扩散来接合金属材料的液相扩散接合用合金，特别是适用于通过液相扩散接合用碳钢、不锈钢、耐热钢等构建的各种部件或结构的合金。
发明背景
液相扩散接合法通过以熔点低于基料的箔状、粉状或板层状向其间***金属(下面简称为“***金属”来接合基料(即，待接合的材料)，和将该部分加热至高于***金属的液相线一点点的温度使得熔融并等温固化该***金属。
已提出各种液相扩散接合用***金属，如下面文献中所示：(1)JP-A60-67647、(2)JP-A02-151377、(3)JP-A09-323175、(4)JP-A07-276066、(5)JP-A2004-1064、(6)JP-A2004-1065或(7)JP-A2004-114157。JP-A60-67647公开了可以箔状获得的填料金属(***金属)，它均匀、韧性的并可用于接合奥氏体不锈钢。以原子百分数(％)计该填料金属组成包含：Cr：16-28，Ni：6-22，B：5-22，Si：0-12，C：0-17，Mo：0-2、并且其余是Fe和残余杂质。
JP-A02-151377公开了一种箔状镍-基接合合金，加有钒，能够在氧化气氛下液相扩散接合。JP-A02-151377中公开的合金箔的组成包含，以原子百分数(％)计，0.5≤B<10、Si：15.0-30.0、V：0.1-20.0、并且其余是Ni和残余杂质；另外还包含Cr：0.1-20.0、Fe：0.1-20.0和Mo：0.1-20.0，或者W：0.1-10.0和Co：0.1-10.0。JP-A02-151377描述：(1)加入Cr、Fe和Mo以降低***金属和待接合的金属的机械性能的差异，并且添加量由待接合的金属的合金组分的含量决定；和(2)加入W和Co以形成金属互化物或碳化物的沉淀以增加接合强度。
JP-A09-323175公开了一种能够在氧化气氛、较低温度和较短时间下接合到Fe-基材料例如碳钢钢管、钢筋、钢厚板等上的箔状液相扩散接合合金。JP-A09-323175中公开的该箔状液相扩散接合合金的组成包含，以原子百分数(％)计，P：1.0-20.0、Si：1.0-10.0、V：0.1-20.0、B：1.0-20.0并且其余是Fe和残余杂质；另外还包含Cr：0.1-20.0、Ni：0.1-15.0和/或Co：0.1-15.0，或者还包含W：0.1-10.0、Nb：0.1-10.0和/或Ti：0.1-10.0。该文献还描述Ni能够增强耐腐蚀性和抗氧化性，并且W、Nb和Ti能够增强接合部分的强度。
JP-A07-276066公开了一种在氧化气氛下用液相扩散接合来接合耐热钢和耐热合金钢的合金箔，它使接合点具有耐热性优异的高可靠性。JP-A07-276066中公开了合金箔的组成包含，以质量百分数(％)计，Si：6.0-15.0、Mn：0.1-2.0、Cr：0.5-30、Mo：0.1-5.0、V：0.5-10.0、Nb：0.02-1.0、W：0.10-5.0、N：0.05-2.0、P：0.50-20.0，并且其余是Ni和残余杂质。在该液相扩散接合合金箔中，加入Cr和Mo以改善结点的耐腐蚀性并且加入W通过固体溶液强化以增加高温蠕变强度和部分降低具有高蠕变强度的耐热钢和液相扩散接合合金箔的机械强度之差。
JP-A2004-1064公开了一种能够低温接合以改善接合强度的低熔点液相扩散接合合金。该文献中所述的铁-基低熔点液相扩散接合合金具有包含以下物质的组成，以原子百分数(％)计，B：6-14、Si：2-3.5、C：0.2-4、P：1-20、并且其余是Fe和残余杂质。该接合合金的熔点为1,100℃或更小，并且可以包含其它组分：Ni：0.1-20、Cr：0.1-20和/或V：0.1-10，以原子百分数(％)计。
JP-A2004-1065公开了一种能够低温接合并改善接合层的材料的质量和接合强度的液相扩散接合合金。该文献中所述的铁-基低熔点液相扩散接合合金具有包含以下物质的组成，以原子百分数(％)计，B：6-14、Si<2、C：2-6、P：1-20、并且其余是Fe和残余杂质。该接合合金的熔点为1,100℃或更小，并且可以包含其它组分：Ni：0.1-20、Cr：0.1-20和/或V：0.1-10，以原子百分数(％)计。
JP-A2004-114157公开了一种能够改善接合之后形成的接合层的材料的质量的液相扩散接合合金。该文献中所述的铁-基接合合金具有包含以下物质的组成，以原子百分数(％)计，B：6-14、P：1-20、并且其余是Fe和残余杂质。该接合合金可以包含其它组分：Si<2、C<2、Ni：0.1-20、Cr：0.1-20和/或V：0.1-10，以原子百分数(％)计。
在上面的文献中，(5)JP-A2004-1064、(6)JP-A2004-1065或(7)JP-A2004-114157，描述了Ni可用于降低熔点，条件是其浓度是20原子百分数(％)或更小，并且当浓度大于20(％)时无效。
正如上面文献中所述的，传统的液相扩散接合合金含有Ni、Cr、Fe、和/或Mo。这是由于认为它使得***金属的组成与基料的(待接合的金属)相似是重要的从而可以降低***金属和基料之间的机械性能的差异。同样，可以将W、Co、Mn和/或Ti加入到传统的***金属中以改善接合强度。而且将P加入到铁-基接合箔中以将熔点降低至1,100℃或更低。
然而，在上述液相扩散接合合金例如Ni-基接合箔或Fe-基接合箔中，待使用的接合箔必需随待接合的基料的合金类型而改变，这是由于必需使用含有与待接合的基料相似的组成的接合箔来保证接合材料的接合强度。例如，将Ni-基合金箔用于接合Ni-基耐热合金材料，并且通常推荐Fe-基合金箔接合Fe-基合金的钢材料，尽管可以使用Ni-基接合箔。同样，可以将P加入到传统的液相扩散接合合金中以降低熔点。然而，加入P不是总能给钢材料带来优异结果。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种液相扩散接合合金，它既能接合Ni-基合金的耐热合金材料又能接合Fe-基合金的钢材料，所述液相扩散接合合金提供足够的接合强度并且该液相扩散接合合金还具有较低的熔点。
在本发明的第一个实施方案中，液相扩散接合合金包含，以原子百分数(％)计，22<Ni≤60、B：12-18、C：0.01-4、并且其余是Fe和残余杂质。
在本发明的第二个实施方案中，液相扩散接合合金包含，以原子百分数(％)计，22<Ni≤60、B：7-18、4<C≤11、并且其余是Fe和残余杂质。
液相扩散接合合金以原子百分数(％)计还可以包含0.01≤Si<1，这样可以降低接合合金的熔点。
本发明的第一实施方案和第二实施方案的液相扩散接合合金的熔点为1030-1100℃，并且(接合部分的强度)/(基料的强度)之比优选为1.00或更大。
本发明的第一实施方案和第二实施方案的液相扩散接合合金可以包含W和/或Mo，其总量为0.1-5％。这样可以降低接合合金的熔点并且除了在惰性气氛下接合之外，还可以在氧化气氛下进行接合。
液相扩散接合合金还可以包含浓度为0.1-20原子百分数(％)的Cr。这样可以改善耐腐蚀性和抗氧化性，不会升高熔点。
可以加入浓度为0.1-10原子百分数(％)的V以能够通过将在基料上形成的氧化薄膜熔融来在氧化气氛下接合。
在本发明的第一实施方案和第二实施方案中，使为液相扩散接合合金的主要元素的Ni的浓度最佳化，这样使得是另一主要元素的Fe的浓度相对最佳化。因此，液相扩散接合既可以在Fe-基合金的基料上进行也可以在Ni-基合金的基料上进行。同样，使B和C在液相扩散接合合金中的浓度最佳化以降低熔点。这样可以降低接合加热所需的温度，从而防止结构降解(由此机理使基料的晶粒***糙)并实现接合强度的增加。
发明详述
下面描述本发明的优选实施方案。在下面的描述中，百分数(％)值代表合金组成中的原子百分数。
本发明是基于本发明的发明人的如下发现，通过使用特定范围内的***金属的组合物可以将液相扩散接合合金的***金属应用于接合Fe-基合金和Ni-基合金的基料。该发现是在用Fe-基合金材料例如碳钢或不锈钢和Ni-基合金材料例如耐热合金作为待接合的基料重复进行液相扩散接合实验之后获得的。
本发明的主要特征是将B、Si和C的浓度调整至有限窄的范围内，同时将Fe和Ni的浓度调整至特定范围内以降低液相扩散接合合金的熔点。本发明的发明人测定了加入到接合合金的组合物中的20种不同元素以进一步降低熔点，并且发现W和Mo可以大大降低合金的固相线温度(熔点)和液相线温度。特别是W能够显著降低液相线温度，使得可以降低液相线温度和固相线温度之差，这还能够降低接合的加热温度。本发明人还发现加入W和/或Mo不仅可以在惰性气氛下进行接合而且可以在氧化气氛下进行接合。
下面解释本发明的第一实施方案(也将其简称为“第一发明”)的液相扩散接合合金(下面简称为“接合合金”)。第一实施方案的接合合金包含，以原子百分数(％)计，22<Ni≤60、B：12-18和C：0.01-4、并且其余是Fe和残余杂质。至于加入到该实施方案中接合合金的每一组分，下面解释以其各自浓度使用每一组分的原因。
至于Ni，Ni的使用浓度范围为22<Ni≤60％。Ni是本发明的接合合金的主要元素之一，还有Fe。然而，当Ni的浓度是22％或更小时，熔点的降低不足，并且当接合Ni-基基料时接合强度也不足。当Ni的浓度大于60％时，相应地不得不降低Fe的浓度。这使得当接合Fe-基基料时接合强度降低。基于此，Ni的浓度范围优选从大于22％至60％或更小，更优选30-50％。通过将Ni保持在上面范围内，可以改善与Fe-基基料接合时和与Ni-基基料接合时的接合强度。
至于B，B的使用浓度范围为12-18％。B能够在液相扩散接合期间通过从接合合金扩散到基料中进行等温固化。因此，B是本发明的接合合金中高度优选的元素。当与本发明的接合合金的主要元素例如Fe和Ni混合使用时，B的窄浓度范围提供优异的效果。具体地说，当B的浓度低于12％时，不能使熔点充分降低，即使Fe和Ni的浓度在上述范围内。该接合合金优选不用于接合Fe-基合金和Ni-基合金的基料，除了接合一定类型的钢之外。即，本发明的一个目的是接合合金(***金属)既可用于Ni-基合金基料的接合也可用于Fe-基合金基料的接合。当B的浓度超过18％时，熔点上升并且在等温固化期间B的扩散费时。这会使得需要较长时间加热来接合并且基料的强度受损。基于此，B的浓度最好保持在12-18％的范围内，优选该范围是13-16％。
至于C，C的使用浓度范围是0.01-4％。当用单辊浇注法形成本发明的接合合金的无定形箔时，C可以改善熔融金属和冷却辊之间的湿润性，从而更容易加工无定形箔。当C的浓度低于0.01％时，熔融金属和冷却辊之间的湿润性改善不足。然而当C的浓度超过4％时，湿润性的改善饱和。基于此，最好保持C的浓度在0.01-4％的范围内，优选该范围是0.5-3.5％。
该实施方案的接合合金的其余物质是Fe和残余杂质。Fe是本实施方案的接合合金的主要元素之一并且如果Fe的浓度小于27％时，结果可能是Fe-基合金基料的接合强度不足。如果Fe的浓度超过65％时，这样难以降低接合合金的熔点，即使其它元素的浓度保持在上述范围内。基于此，最好保持Fe浓度在27-65％的范围内，优选该范围是35-55％。
如上所述，第一实施方案的接合合金既可以与Fe-基合金基料接合也可以与Ni-基合金基料接合，这是由于以Fe-Ni合金为基础的接合合金的Fe和Ni的各自浓度最佳化。即，无论待接合的基料是Ni-基耐热材料还是Fe-基合金钢，都可以进行液相扩散接合，这样大大改善了接合的加工性/产率。同样，最佳的B浓度可以降低接合合金的熔点。换言之，可以将加热温度调整至低于传统方式的加热温度，这样防止了结构降解，例如基料的晶粒粗糙化，并实现接合强度的提高。
下面解释本发明的第二实施方案的接合合金(可以将其简称为“第二发明”)。第二实施方案的接合合金包含，以原子百分数(％)计，22<Ni≤60、B：7-18和4<C≤11、并且其余是Fe和残余杂质。
本发明的发明人在比第一实施方案的C浓度高的C浓度的范围内同时改变B、Ni和Fe各自的浓度情况下测定了接合合金的熔点和接合性能。当增加C浓度时，结果发现通过最佳化B的浓度可以降低接合合金的熔点并且可以以第一实施方案的接合合金相似的方式增加接合强度。具体地说，当C的浓度是4<C≤11％并且B的浓度是7-18％时，可以将熔点降低至1100℃或更小并且可以获得足够的接合强度。至于待加入到该实施方案的接合合金的每一组分，下面解释有限的浓度范围的理由。加入每一组分的原因与第一实施方案中的相同。
至于B，B的浓度范围是7-18％。当B的浓度小于7％或超过18％，而C的浓度大于4％时，不能使熔点充分降低。因此，最好保持B的浓度在7-18％的范围内，优选该范围是9-11％。
至于C，C的浓度范围是4<C≤11％。当C的浓度超过11％时，在接合界面形成沉淀，例如碳化物，这样降低接合部分的强度。因此，最好保持C的浓度在4<C≤11％的范围内，优选该范围是7-9％。
限制Ni的浓度的范围的理由与第一实施方案中的相同。然而，在该实施方案的接合合金中优选保持Ni的浓度在27-53％的范围内，这是由于在与Fe-基合金材料接合和与Ni-基合金材料接合时接合的强度可以进一步得到改善。
该实施方案的接合合金的其余物质是Fe和残余杂质。当B的浓度是7-18％和C的浓度是4<C≤11％时，当将Fe的浓度设置小于23％时，Fe-基合金材料的接合强度会变得不足。当Fe的浓度大于60％时，难以降低接合合金的熔点。基于此，优选保持Fe的浓度在23-60％的范围内，更优选29-55％。
如上所述，由于接合合金的Fe和Ni的各自浓度最佳化，因此第二实施方案的接合合金，以及第一实施方案的接合合金，可用于与Fe-基合金基料接合和与Ni-基合金基料接合。即，可以进行液相扩散接合，而无论待接合的基料是Ni-基耐热材料还是Fe-基合金钢，这样达到改善了接合的加工性/产率。而且，在C的浓度大于第一实施方案的时，由于C和B的浓度都最佳化，因此既可以实现熔点的降低又可以实现接合强度的改善。
上面第一实施方案和第二实施方案的接合合金除了上述组成之外，还可以包含Si，其浓度范围是0.01≤Si<1.0％。尽管为了降低接合合金的熔点可以添加Si至一定程度，但是当Si的含量为0.01％或更大时Si与氧通过在液相扩散接合时组合而形成降低接合强度的氧化物。然而，如果将用于接合操作的气氛的氧浓度保持低得多，例如，小于0.1体积％的话，即使在Si的浓度是0.01％或更大时，可以防止氧化物的形成。如果Si的浓度达到或超过1％时，即使施加惰性气氛也不能防止氧化物的形成，这是由于气氛中非常少量的氧会与Si组合从而形成氧化物。基于上面的内容，当加入Si时，液相扩散接合最好在惰性气氛中进行，并保持Si的浓度在0.01≤Si<1.0％的范围内，这样可以降低接合合金的熔点而不降低接合强度。
上面第一实施方案和第二实施方案的接合合金除了包含上述组分之外，还可以包含W和/或Mo，其总浓度范围是0.1-5％。W和Mo具有大大降低熔点的能力并且当Fe、Ni、B、Si和C每一元素的浓度保持在本发明的范围内时可以呈现该能力。具体地说，W具有优异的降低接合合金的熔点的能力，从而可以降低接合的加热温度。然而，当W和/或Mo的总浓度小于0.1％时不能呈现该能力，并且当W和/或Mo的总浓度超过5％时该能力饱和。基于此，最好保持W和/或Mo的总含量在0.1-5％。这样可以确保足够的接合强度，即使在氧化气氛下进行接合。
上面第一实施方案和第二实施方案的接合合金除了包含上述组分之外，还可以包含Cr：0.1-20％。加入Cr主要是为了增加耐腐蚀性和抗氧化性(需要时)。然而，如果Cr的浓度小于0.1％时，该性能不足，并且如果Cr的浓度超过20％时，接合合金的熔点上升，这是不理想的。基于此，当加入Cr时最好保持Cr的浓度在0.1-20％的范围内，优选该范围是1-10％。
上面第一实施方案和第二实施方案的接合合金除了包含上述组分之外还可以包含V：0.1-10％。V具有通过将基料表面上形成的氧化薄膜转变成具有低熔点的复合氧化物而具有允许在氧化气氛下接合的能力。该复合氧化物，具有低熔点，可以在普通接合温度下熔融并且由于表面张力的不同而在该熔融接合合金内形成大致球形。因此，熔融的复合氧化物不干扰其它元素的扩散。为此，加入V可以进行更稳定的液相扩散接合，即使在氧化气氛下。然而，如果V的浓度小于0.1％，那么该性能不足，并且如果V的浓度超过20％，那么接合合金的熔点上升，这是不理想的。基于此，当添加V时最好保持V的浓度在0.1-10％的范围内，优选该范围是1-5％。显而易见，只要在基料的接合表面上形成氧化薄膜，添加V就能有效进行，即使在惰性气氛下，尽管添加V不限于用于氧化气氛。
下面解释本发明的第一实施方案和第二实施方案的接合合金的熔点。在本发明中，通过将组成限制在上述参数可以获得熔点为1030-1100℃的接合合金。然而，如果熔点低于1030℃，尽管能够降低接合温度，但是原子扩散耗时太长，即，需要更长时间完成接合，这样使得产率降低。同样，如果在高温下使用熔点太低的接合合金进行接合，可能会存在在温度达到接合温度之前接合合金将流出的问题。相反，如果接合合金的熔点超过1100℃，需要较高温度才能接合，这将导致结构降解(例如基料的晶粒粗糙化)。基于此，最好保持接合合金的熔点在1030-1100℃的范围内。
基料与第一实施方案和第二实施方案的接合合金的接合强度，即，接合部分的强度以(接合部分的拉伸强度)/(基料的拉伸强度)之比计，是1.00或更大。
上面第一实施方案和第二实施方案的接合合金可以以箔或粉状获得。例如，当接合合金夹在两个待接合的基料之间时容易操作箔。接合合金箔的厚度优选是3-200μm，更优选10-100μm。如果待接合的基料的表面不平，使用粉状接合合金将是适宜的，这是由于粉状接合合金可以填充不平表面的凹处。接合合金粉的平均粒径优选是5-300μm，更优选10-200μm。至于制备接合合金箔或粉，可以使用任意已知的方法。至于箔状，例如，优选单辊骤冷法制备箔状接合合金。在单辊骤冷法中，将熔融接合合金经槽喷嘴(slot nozzle)喷射到待骤冷的旋转冷却基底上形成连续的箔条。此外，使用打兰(dram)内壁的离心骤冷法或者使用环状冷却带的方法是有益的。至于粉状，例如，优选气体雾化法或者可以是将结晶块碾碎然后还用球磨机粉碎的方法。
具体实施方式
下面基于本发明的实施例和对比例解释本发明的效果。在第一发明的实施例1中，在氩气气氛下使用纯度各自是99.9质量％的电解Fe、电解Ni、B和C浇注下表1所示每一组成的母合金。将每一母合金在槽开口为25mm宽和0.4mm间隙的石英坩锅中再熔融，并经该槽喷射到圆周速度为25m/sec的铜冷却辊的运行表面上骤冷形成25μm厚的无定形箔。然后，通过加热和冷却箔，从熔融/固化时的吸热温度或放热温度确定熔点。结果也示于表1。
                          表1
Figure A200780003096D00131
使用上面制得的实施例和对比例的接合合金箔进行接合试验并测定接合强度。更具体地说，作为待接合的基料，分别制备两种棒，即，一根棒为20mm直径并由STK 400的Fe-基合金材料制成，一根棒为20mm直径并由Inconel600的Ni-基耐热合金制成。使接合合金箔成双并夹在两个棒之间，然后将它们一起放入在控制温度下的加热炉中，并升温至比熔点高50℃或更小的温度并保持10min，然后冷却。在加热两根棒的同时，用2MPa的压力使它们彼此相压进行完全接触。加热炉保持在Ar气气氛下。通过切割接合棒使试验片(或称之为“样品”)保持在接合界面部分的纵向中间，制备包括接合部分的试验片用于JIS Z2201#4拉伸试验。沿接合线在试验片上形成切口(2mm长，以45°角)。从每一基料棒切割相同形状的基料部分的每一试验片。针对包括接合部分的试验片和基料的试验片进行拉伸试验测定强度。表2显示试验结果，其中用(接合部分的强度)/(基料的强度)之比评价接合强度。
                     表2
Figure A200780003096D00141
至于样品1-24的接合合金，通过将熔融接合合金喷射到运行的铜表面冷却辊上来制成箔没有问题，这是由于所有接合合金的C的浓度都是0.01％或更大。样品5-16和19-23显示针对Fe-基合金材料STK400和Ni-基合金材料Inconel 600，(接合部分的强度)/(基料的强度)之比都是1.00或更大，即，样品5-16和19-23的接合强度优异。表2所示的5-16和19-23的所有样品(试验片)，B含量为12-18％，C含量为0.01-4％，Fe含量为27-65％和Ni含量大于22％至等于60％或更小并且熔点是1100℃或更小。特别是在样品7-12中，Fe含量是35-55％和Ni含量是30-50％，(接合部分的强度)/(基料的强度)之比是1.02或更大，即，与对比样品相比，接合强度大大改善。
在对比样品1-4中，Ni的浓度比本发明的小，接合合金的熔点大于1100℃，并且相对于Ni-基合金材料Inconel 600的接合强度未达到1.00。Ni的浓度在本发明的范围之外的对比例编号17的接合合金，具有低熔点并且相对于Ni-基合金材料Inconel 600的接合强度是1.00。然而，由于编号17中的Fe含量相对降低，因此相对于Fe-基合金材料STK 400的接合强度降低。
在对比样品编号18中，Fe的浓度和Ni的浓度保持在本发明的范围内，然而，B的浓度小于本发明的，并且编号24中B的浓度超过本发明的，接合合金的熔点高并且接合强度小于1.00。具体地说，为了实现等温固化，编号24的接合合金需要比其它实施例长20-30％的时间。
[实施例2]
下面解释本发明的第一实施方案的实施例2。在该实施例2中，在氩气气氛下使用纯度各自是99.9质量％的电解Fe、电解Ni、B、Si和C浇注下表3所示每一组成的母合金。以与上面实施例1相同的方式制备每一母合金箔。以与实施例1相同的方式进行接合试验并测定接合强度。Fe-基合金材料STK400用作待接合的基料。结果示于下表3。
                         表3
Figure A200780003096D00151
如表3所示，样品编号31-37的接合合金，Si的浓度保持在本发明的范围内，说明(接合部分的强度)/(基料的强度)之比是1.00或更大，即，样品编号31-37的接合强度优异。相反，在对比样品编号38的接合合金中，Si的浓度在本发明的范围之外，尽管实现熔点的降低，但是接合强度小于1.00。样品编号38的实验片嵌入树脂内并粉碎和蚀刻形成横截面可见样品用于观察。用光学显微镜观察对比样品编号38的接合面的横截面并发现各种氧化物。使用EPMA(Electron Probe X-ray Micro Analyzer)测定Si和O是氧化物的主要组分，即，发现该氧化物是Si氧化物。
[实施例3]
下面解释本发明的第一实施方案的实施例3。在该实施例3中，在氩气气氛下使用纯度各自是99.9质量％的电解Fe、电解Ni、B、Si、C、W、Mo和Cr浇注下表4所示每一组成的母合金。以与上面实施例1相同的方式制备每一母合金箔。以与实施例1相同的方式进行接合试验并测定接合强度。Fe-基合金材料STK400用作待接合的基料。结果示于下表4。
                          表4
Figure A200780003096D00171
如上表4所示，每一主要组分Fe和Ni的浓度在本发明的范围之外的对比样品编号41-43，即使Mo的添加在本发明的浓度范围内也几乎不降低熔点，并且(接合部分的强度)/(基料的强度)之比小于1.00。相反，对于每一Fe、Ni、B、Si和C的浓度保持在本发明的范围内的样品编号44-51，发现当Mo的添加在本发明的含量范围内时熔点降低高达65℃并且接合强度得到改善。其中Mo以比本发明的范围高的浓度添加即5％的对比样品编号52，其熔点几乎等于样品编号44-51的。换言之，当Mo的浓度超过5％时添加Mo以降低熔点的效果饱和。
针对元素W获得相似结果。其中每一主要元素Fe和Ni的浓度在本发明的范围之外的编号为41、53和54的对比样品，即使W的添加量在本发明的浓度范围内也几乎不降低熔点，并且(接合部分的强度)/(基料的强度)之比小于1.00。相反，样品编号55-61，其中每一Fe、Ni、B、Si和C的浓度保持在本发明的范围内，发现当W的添加量在本发明的浓度范围内时熔点降低高达69℃，并且接合强度得到改善。其中W以比本发明的范围高的浓度添加即5％的对比样品编号62，其熔点几乎等于样品编号55-61的熔点。换言之，当W的浓度超过5％时添加W以降低熔点的效果饱和。
其中Fe、Ni、B、Si和C各自的浓度保持在本发明的范围内并且还一起添加本发明的浓度范围内的Mo和W的样品编号63-66，熔点降低并且接合强度得到改善。其中Mo和W一起以比本发明的范围高的浓度即5％添加的对比样品编号67，其熔点几乎等于样品编号63-66的熔点。换言之，当Mo和W的浓度超过5％时，组合添加Mo和W以降低熔点的效果饱和。
其中Cr的浓度保持在本发明的范围内的样品编号68-72，接合强度优异，即，(接合部分的强度)/(基料的强度)之比是1.00或更大。
至于样品编号47-49、57-59和63的接合合金箔，将气氛由Ar气变为空气之后使用相同箔样品进行接合试验。每一样品的强度，编号47的是1.00，编号48的是1.01，编号49的是1.00，编号57的是1.00，编号58的是1.01，编号59的是1.01和编号63的是1.01。这显示即使在空气中进行接合也保持足够的接合强度。
[实施例4]
下面解释第一发明的实施例4。在该实施例4中，在氩气气氛下使用纯度各自是99.9质量％的电解Fe、电解Ni、B、Si、C、W、Mo、Cr和V浇注下表5所示每一组成的母合金。以与上面实施例1相同的方式制备每一母合金箔。以与实施例1相同的方式进行接合试验并测定接合强度，除了气氛为空气。Fe-基合金材料STK 400用作待接合的基料。结果示于下表5。
                           表5
如上表5所示，其中V的浓度小于0.1％并在空气中进行接合的对比样品编号81，接合强度小于1.00。在其中V的浓度大于10％的对比样品编号90中，熔点上升和接合强度降低。相反，在样品编号82-89中，接合强度优异，即，为1.00或更大，即使在氧化气氛下进行接合。
[实施例5]
下面解释第一发明的实施例5。在本实施例中，使用与样品编号8和64中相同的母合金并用气雾法制备粒径是150μm或更小的粉状接合合金。雾化喷嘴的环状开口直径是0.3mm，并将Ar气用作雾化压力气。向制得的粉状接合合金中添加乙醇形成浆液。将该浆液涂敷到基料待接合的表面上使得厚度为约100μm。然后以与实施例1相同的方式进行接合试验并测定接合强度。
使用母合金的粉状接合合金的样品的接合强度以(接合部分的强度)/(基料的强度)之比计是1.02并与样品编号8的相同，并且使用与样品编号64的相同的母合金的样品的接合强度是1.05，都显示优异的接合强度。
下面解释本发明的第二实施方案的实施例6。在本实施例中，在氩气气氛下使用纯度各自是99.9质量％的电解Fe、电解Ni、B和C浇注下表6所示每一组成的母合金。将每一母合金在槽开口为25mm宽和0.4mm间隙的石英坩锅中再熔融并经该槽喷射到圆周速度为25m/sec的铜冷却辊的运行表面上骤冷形成30μm厚的无定形箔。然后，通过加热和冷却箔，从熔融/固化时的吸热温度或放热温度确定熔点。结果也示于表6。
                     表6
Figure A200780003096D00211
使用上面制得的实施例和对比例的接合合金箔进行接合试验，并测定接合强度。与上面实施例1所述类似，作为待接合的基料，分别制备两种棒，即，一根棒为20mm直径并由STK 400的Fe-基合金材料制成，一根棒为20mm直径并由Inconel 600的Ni-基耐热合金制成。使接合合金箔成双并夹在两个棒之间，然后将它们一起放入能够控制温度的加热炉中并保持10min。升温至比熔点高50℃或更小的温度，然后将样品冷却。在加热两根棒的同时，用2MPa的压力使它们彼此相压进行完全接触。加热炉保持在Ar气气氛下。通过切割接合棒使试验片(样品)保持在接合界面部分纵向的中间，制备包括接合部分的试验片用于JIS Z2201#4拉伸试验。沿接合线在试验片上形成切口(2mm长，45°角)。从每一基料棒切割相同形状的基料部分的每一试验片。
                   表7
Figure A200780003096D00221
至于样品编号91-118的接合合金，通过将熔融接合合金喷射到运行的铜表面冷却辊上制成箔没有问题，这是由于所有接合合金的C含量都是0.01％或更大。样品编号94-104和106-112显示针对Fe-基合金材料STK 400和Ni-基合金材料Inconel 600的(接合部分的强度)/(基料的强度)之比都是1.00或更大，即，样品编号5-16和19-23的接合强度优异。表7所示的编号为94-104和106-112的所有样品(试验片)，B的浓度为12-18％，C的浓度超过4％高达11％，Fe的浓度为23-60％和Ni含量大于22％至等于60％并且熔点是110℃或更小。特别是在号95-102的样品中，Fe的浓度是29-55％和Ni的浓度是27-53％，(接合部分的强度)/(基料的强度)之比是1.02或更大，即，与对比样品相比，接合强度大大改善。
在对比样品编号91-93中，Ni的浓度比本发明的量小，接合合金的熔点大于1100℃并且相对于Ni-基合金材料Inconel 600的接合强度未达到1.00。Ni的浓度高于本发明的范围的对比样品编号105的接合合金，具有低熔点并且相对Ni-基合金材料Inconel 600的接合强度是1.00。然而，由于编号105中的Fe浓度大大降低，因此相对于Fe-基合金材料STK 400的接合强度降低。
在对比样品编号113-118中，Fe的浓度和Ni的浓度保持在本发明的范围内，然而，B含量和C含量都在本发明第二实施方案的范围之外，任意样品都不能获得足够的接合强度。至于样品编号113-116的接合合金，熔点高并且接合强度小于1.00。至于样品编号117和118，尽管组合物提供低熔点，但是接合强度不足。将样品编号117或118的试验片嵌入树脂并粉碎和蚀刻形成横截面可见样品用于观察。用光学显微镜观察接合面的横截面并发现沉淀。使用EPMA(Electron Probe X-ray Micro Analyzer)测定沉淀的组成，即，发现碳化物是沉淀的组分。
[实施例7]
下面解释本发明的第二实施方案的实施例7。在该实施例7中，在氩气气氛下使用纯度各自是99.9质量％的电解Fe、电解Ni、B、Si和C浇注下表8所示每一组成的母合金。以与上面实施例6相同的方式制备每一母合金箔。以与实施例6相同的方式进行接合试验并测定接合强度。Fe-基合金材料STK 400用作待接合的基料。结果示于下表8。
                    表8
Figure A200780003096D00241
如表8所示，Si的浓度保持在本发明的范围内的样品编号120-124的接合合金，说明(接合部分的强度)/(基料的强度)之比是1.00或更大，即，样品编号120-124的接合强度优异。相反，在Si的浓度高于本发明的对比样品编号125的接合合金中，尽管实现熔点的降低，但是接合强度小于1.00。样品编号125的实验片嵌入树脂内并粉碎和蚀刻形成横截面可见样品用于观察。用光学显微镜观察对比样品编号125的接合表面的横截面并发现各种氧化物。使用EPMA(Electron Probe X-ray MicroAnalyzer)测定Si和O是氧化物的主要组分，即，发现该氧化物是Si氧化物。
[实施例8]
下面解释本发明的第二实施方案的实施例8。在该实施例8中，在氩气气氛下使用纯度各自是99.9质量％的电解Fe、电解Ni、B、Si、C、W、Mo和Cr浇注下表9所示每一组成的母合金。以与上面实施例6相同的方式制备每一母合金箔。以与实施例6相同的方式进行接合试验并测定接合强度。Fe-基合金材料STK 400用作待接合的基料。结果示于下表9。
                            表9
Figure A200780003096D00251
Figure A200780003096D00261
如上表9所示，每一主要组分Fe和Ni的浓度在本发明的范围之外的对比样品编号130-132，即使Mo的添加量在本发明的浓度范围内也几乎不降低熔点并且(接合部分的强度)/(基料的强度)之比小于1.00。相反，Fe、Ni、B、Si和C的每一浓度保持在本发明的第二实施例的范围内的样品编号133-140，发现当Mo的添加量在本发明的含量范围内时熔点降低高达65℃并且接合强度得到改善。其中Mo以比本发明的范围浓度即5％高的浓度添加的对比样品编号141，其熔点几乎等于样品编号133-140的熔点。换言之，当Mo的浓度超过5％时添加Mo以降低熔点的效果饱和。
针对元素W获得相似结果。其中每一主要元素Fe和Ni的浓度在本发明的范围之外的对比样品编号142和143，即使W的添加量在本发明的含量范围内也几乎不降低熔点，并且(接合部分的强度)/(基料的强度)之比小于1.00。相反，其中Fe、Ni、B、Si和C的每一浓度保持在本发明的第二实施方案的范围内的样品编号144-150，当W的添加量在本发明的浓度范围内时，熔点降低高达65℃并且接合强度得到改善。其中W以比本发明的范围的浓度即5％高的浓度添加的对比样品编号151，其熔点几乎等于样品编号144-150的熔点。换言之，当W的浓度超过5％时添加W以降低熔点的效果饱和。
其中Fe、Ni、B、Si和C各自的浓度保持在本发明的第二实施方案的范围内并且还一起添加本发明的浓度范围内的Mo和W的样品编号152-155，熔点降低并且接合强度得到改善。其中Mo和W一起以比本发明的范围的浓度即5％高的浓度添加的对比样品编号156，其熔点几乎等于样品编号152-155的熔点。换言之，当组合的Mo和W的总浓度超过5％时组合添加Mo和W以降低熔点的效果饱和。
其中Cr的浓度保持在本发明的范围内的样品编号157-161，接合强度优异，即，(接合部分的强度)/(基料的强度)之比是1.00或更大。
至于样品编号133、136-138、146-148、152和155的接合合金箔，将气氛由Ar气变为空气之后使用相同箔样品进行接合试验。每一样品的强度是：编号133样品的强度是1.01、编号136样品的强度是1.02、编号137的样品的强度是1.01、编号138的样品的强度是1.02、编号146的样品的强度是1.00、编号147的样品的强度是1.01、编号148的样品的强度是1.02、编号152的样品的强度是1.01和编号155的样品的强度是1.02。这显示即使在空气中进行接合也保持足够的接合强度。
[实施例9]
下面解释本发明的第二实施方案的实施例9。在该实施例9中，在氩气气氛下使用纯度各自是99.9质量％的电解Fe、电解Ni、B、Si、C、W、Mo、Cr和V浇注下表10所示每一组成的母合金。以与上面实施例6相同的方式制备每一母合金箔。以与实施例6相同的方式进行接合试验，只是气氛为空气。测定接合强度。Fe-基合金材料STK 400用作待接合的基料。结果示于下表10。
                         表10
Figure A200780003096D00271
如上表10所示，其中V的浓度小于0.1％并在空气中进行接合的对比样品编号170，接合强度小于1.00。其中V的浓度大于10％的对比样品编号181，熔点上升和接合强度降低。相反，其中V的浓度保持在本发明的范围内的样品编号171-180，即使在氧化气氛下进行接合，接合强度优异，即，1.00或更大。
[实施例10]
下面解释本发明的第二实施方案的实施例10。在本实施例中，使用与样品编号96和153中相同的母合金并用气雾法制备粒径是150μm或更小的粉状接合合金。雾化喷嘴的环状开口直径是0.3mm，并将Ar气用作雾化压力气。向制得的粉状接合合金中添加乙醇形成浆液。将该浆液涂敷到基料待接合的表面上使得厚度为约100μm。然后以与实施例6相同的方式进行接合试验并测定接合强度。
使用母合金与样品编号96的相同的粉状接合合金的样品的接合强度以(接合部分的强度)/(基料的强度)之比计是1.02，并且使用与样品编号153的的母合金相同的样品的接合强度是1.04，即，都具有优异的接合强度。
本文上面引用的所有文献都通过引用将其全文并入。

Claims (20)

1.一种液相扩散接合用合金，以原子百分数(％)计包含：
22<Ni≤60，
B：12-18，
C：0.01-4，和
Fe和残余杂质。
2.一种液相扩散接合用合金，以原子百分数(％)计包含：
22<Ni≤60，
B：7-18，
4<C≤11，和
Fe和残余杂质。
3.权利要求1的合金，以原子百分数(％)计还包含：
01≤Si<l。
4.权利要求1的合金，其中所述合金的熔点为1030-1100℃并且(接合部分的拉伸强度)/(基料的拉伸强度)之比为1.00或更大。
5.权利要求1的合金，还包含浓度为0.1-5原子百分数(％)的W和/或Mo。
6.权利要求1的合金，还包含浓度为0.1-20原子百分数(％)的Cr。
7.权利要求1的合金，还包含浓度为0.1-10原子百分数(％)的V。
8.权利要求2的合金，以原子百分数(％)计还包含：
01≤Si<1。
9.权利要求2的合金，其中所述合金的熔点为1030-1100℃，并且(接合部分的拉伸强度)/(基料的拉伸强度)之比为1.00或更大。
10.权利要求2的合金，还包含浓度为0.1-5原子百分数(％)的W和/或Mo。
11.权利要求2的合金，还包含浓度为0.1-20原子百分数(％)的Cr。
12.权利要求2的合金，还包含浓度为0.1-10原子百分数(％)的V。
13.权利要求1的合金，其中所述合金是平均粒径为5-300μm的粉状。
14.权利要求2的合金，其中所述合金是平均粒径为5-300μm的粉状。
15.权利要求1的合金，其中所述合金是厚度为3-200μm的箔状。
16.权利要求2的合金，其中所述合金是厚度为3-200μm的箔状。
17.一种结构，包括至少两种组分，包含经权利要求1所述的合金彼此接合的镍基合金基料。
18.一种结构，包括至少两种组分，包含经权利要求2所述的合金彼此接合的镍基合金基料。
19.一种包括至少两种组分的结构，包含经权利要求1所述的合金彼此接合的铁基钢材料。
20.一种包括至少两种组分的结构，包含经权利要求2所述的合金彼此接合的铁基钢材料。
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