JPS62110863A - Production of tungsten wire reinforcing iron base alloy composite material - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve the high temp. strength of a product by heating in an inert gas atmosphere after overlapping a sheet after forming one layer at least of the layer composed of a W wire and the brazing filler metal layer containing the element having lower melting point further on the surface of a iron base alloy sheet. CONSTITUTION:A sheet and brazing filler metal are integrated by coating the sheet like brazing filler metal consisting of the melting point reducing element of B, Si, Al, etc., for instance, by low temp. plasma spraying, etc. on the surface of the sheet of the iron base alloy containing at least one layer of the layer which is composed of W wire, further by laminating a sheet and in succession by holding with heating at the temp. more than the melting point of the brazing filler metal and less than the melting point of the iron base alloy. In this way, the product having excellent high temp. strength can be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、タングステン線強化鉄基合金複合材料の製造
方法に関し、特ｔこ萬温で優れた機械的強度を示すタン
グステン線強化鉄基合金複合材料の製造方法に係わる。Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a method for producing a tungsten wire-reinforced iron-based alloy composite material, and in particular a tungsten wire-reinforced iron-based alloy composite material that exhibits excellent mechanical strength at temperatures below It concerns the manufacturing method of materials.

［発明の技術的背景とその問題点］ 最近、省資源の観点からガスタービンで代表される大形
のエネルギー変換機器の高効率化が慮要視されている。[Technical Background of the Invention and Problems Therewith] Recently, from the viewpoint of resource conservation, increasing the efficiency of large energy conversion devices such as gas turbines has been a focus of attention.

高効率化の基本手段としては、機器の作動温度の高温化
が挙げられる。この場合。A basic means of increasing efficiency is increasing the operating temperature of equipment. in this case.

機器に使用される部材の耐用温度が構造上問題となる。The withstand temperature of components used in equipment is a structural issue.

従来より、前記エネルギー変換機器の材料としてＮｉ基
、ＦｅＪｉｉ、Ｃｏ基の超合金等が使用されているが、
これらの超合金では耐用温度の上昇の開発も限界に近い
状態となっている。Conventionally, Ni-based, FeJii, Co-based superalloys, etc. have been used as materials for the energy conversion equipment.
These superalloys are also close to reaching their limits in terms of their ability to increase their operating temperature.

このようなことから、次世代の耐熱材料とじて高融点金
属材料の繊維で上記超合金を強化した複合材料が着目さ
れ始めている。その代表的なものが、タングステン線強
化鉄基合金複合材料である。For these reasons, attention is beginning to be paid to composite materials in which the above-mentioned superalloys are reinforced with fibers of high-melting point metal materials as next-generation heat-resistant materials. A typical example is a tungsten wire-reinforced iron-based alloy composite material.

これは、高融点金属であるタングステン線を鉄基合金中
に埋め込んで一体化したものであるが、その特徴は高温
下での長時間安定性にある。即ち、前記高融点金属繊維
と超合金との組合わせにおいては、高温での相互拡散が
重要な問題となり、その中でも最も相互拡散の程度が低
い組会わせとしてＷ／Ｆｅが選定されている。This is made by embedding tungsten wire, a high melting point metal, in an iron-based alloy and integrating it, and its feature is its long-term stability at high temperatures. That is, in the combination of the high melting point metal fiber and superalloy, interdiffusion at high temperatures becomes an important problem, and W/Fe is selected as the combination with the lowest degree of interdiffusion.

ところで、上述したタングステン線強化鉄基合金複合材
料の製造方法としては１次のような方法が考えられてい
る。By the way, the following method is considered as a method for manufacturing the above-mentioned tungsten wire reinforced iron-based alloy composite material.

■鉄基合金の溶融物をタングステン線の束に含浸させて
前記複合材料を製造する溶融會浸法。(2) A melt infiltration method in which the composite material is manufactured by impregnating a bundle of tungsten wire with a melt of an iron-based alloy.

■タングステン線と鉄基合金粉末とを混合、圧縮、焼結
するか、又は該混合物をホットプレスを行なって複合材
料を製造する粉末冶金法。■ A powder metallurgy method in which a tungsten wire and iron-based alloy powder are mixed, compressed, and sintered, or the mixture is hot pressed to produce a composite material.

■鉄基合金の薄板とタングステン線上を交互に積層し、
高温で互いｌこ対向する薄板を相互に拡散結合して複合
材料を製造する拡散接合法。■Thin plates of iron-based alloy and tungsten wire are laminated alternately,
A diffusion bonding method that manufactures composite materials by diffusion bonding opposing thin plates to each other at high temperatures.

■タングステン線上に鉄基合金を蒸着、溶射、メッキ等
で該合金を析出させ、タングステン線と一体化して複合
材料を製造する析出法。■A precipitation method in which an iron-based alloy is deposited on a tungsten wire by vapor deposition, thermal spraying, plating, etc., and is integrated with the tungsten wire to produce a composite material.

しかしながら、上記各方法では、タングステン線／鉄基
合金からなる複合材料の裏造基こ対して必ずしも充分に
満足するものではなかった。即ち、前記■の方法ｔこお
いては、超合金である鉄基合金の融点温度で取扱うため
、タングステン線が鉄基合金ｌこ食われて、劣化する欠
点があった。前記■の方法では鉄基合金の焼結性が不充
分で機械的強度の高い複合材料の製造が困難となる。前
記■の方法においては、均一な拡散結合が困難であり、
その拡散結合を達成するには加圧力を著しく高くする必
要があり、工業的な生産には不向きであった。更に前記
■の方法においては、薄板の製造は可能であるが、バル
ク状の複合材料の製造等は困難である。However, each of the above-mentioned methods was not necessarily fully satisfactory for the backing matrix of a composite material made of tungsten wire/iron-based alloy. That is, in method (2) above, since the tungsten wire is handled at the melting point temperature of the iron-based alloy, which is a superalloy, the tungsten wire has the disadvantage that the iron-based alloy is corroded and deteriorates. In method (2) above, the sinterability of the iron-based alloy is insufficient, making it difficult to produce a composite material with high mechanical strength. In the method (①) above, uniform diffusion bonding is difficult;
In order to achieve this diffusion bonding, it was necessary to significantly increase the pressure, making it unsuitable for industrial production. Furthermore, in the method (2) above, although it is possible to manufacture thin plates, it is difficult to manufacture bulk composite materials.

［発明の目的］ 本発明は、高温で優れた機械的強度を示すタングステン
線強化鉄基合金ａ酋材料の製造方法を提供しようとする
ものである。[Object of the Invention] The present invention aims to provide a method for producing a tungsten wire-reinforced iron-based alloy material that exhibits excellent mechanical strength at high temperatures.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、タングステン線からなる層を少なくとも一層
含む鉄基合金の薄板の表面に、融点低下元素を含有する
鉄基合金からなる薄板状のろう材を溶射によりで被覆し
た後、積層し、ひきつづき前記ろう材の融点以上、前記
鉄基合金の融点未満の温度にて加熱保持して前記薄板と
ろう材とを一体化せしめることを特徴とするものである
。In the present invention, the surface of a thin plate of an iron-based alloy containing at least one layer of tungsten wire is coated with a thin plate-shaped brazing filler metal made of an iron-based alloy containing a melting point lowering element by thermal spraying, and then laminated. It is characterized in that the thin plate and the brazing material are integrated by heating and holding at a temperature higher than the melting point of the brazing material and lower than the melting point of the iron-based alloy.

上記鉄基合金の薄板の形成手段としては、例えばタング
ステン線の層に鉄基合金を低温プラズマ溶射して形成す
る方法等を採用し得る。As a method for forming the iron-based alloy thin plate, for example, a method of forming an iron-based alloy on a layer of tungsten wire by low-temperature plasma spraying may be adopted.

上記ろう材中に含有（添加］される融点低下元素は、ろ
う材の融点を低Ｆさせて、タングステン線層を含む鉄基
合金の薄板をそのタングステン線の劣化を招くことなく
、該薄板を相互に接合する役目をなす。かかる融点低Ｆ
元素としては１例えばボロン、シリコン、アルミニウム
等を挙げることができる。また、該融点低下元素の鉄基
合金中への添加量は０．５〜２５　重ｉ％の範囲するこ
とが望ましい。この理由は、融点低下元素の添刀口量を
０．５３１置チ未満にすると、ろう材の融点を充分に下
げられず、かといってその添加量が２５重ｉｔ％を越え
ると、脆化相生成の可能性が生じ、結果的には製造され
た複合材料の耐熱性の低下原因となる。なお、該ろう材
を構成する超合金は接合すべき薄板が鉄基合金のみから
なる場合には、ニッケル基をベースとするろう材の使用
が可能であるが、本発明の接合対象である薄板はタング
ステン機の層を内蔵しているため、ニッケル基合金を使
用すると、タングステン線の劣化を招く。従って、ろう
材のベースとして超合金中で鉄基合金を特定化して使用
することにより、タングステン線層を内蔵した鉄基合金
の薄板を該タングステン線の劣化を招くことなく、良好
に接合できる。The melting point lowering element contained (added) in the brazing filler metal lowers the melting point of the brazing filler metal to a low F, so that a thin plate of an iron-based alloy including a tungsten wire layer can be processed without causing deterioration of the tungsten wire. It plays a role of mutual bonding.Such a low melting point F
Examples of the elements include boron, silicon, aluminum, and the like. Further, the amount of the melting point lowering element added to the iron-based alloy is preferably in the range of 0.5 to 25% by weight. The reason for this is that if the addition amount of the melting point lowering element is less than 0.531%, the melting point of the brazing filler metal cannot be lowered sufficiently, but if the addition amount exceeds 25wt%, the brittle phase The possibility of formation occurs, which ultimately causes a decrease in the heat resistance of the manufactured composite material. It should be noted that when the thin plates to be welded consist only of iron-based alloys, a nickel-based brazing filler metal can be used as the superalloy constituting the brazing filler metal. Since the wire has a built-in layer of tungsten wire, using a nickel-based alloy will lead to the deterioration of the tungsten wire. Therefore, by specifying and using an iron-based alloy in a superalloy as a base for a brazing filler metal, a thin plate of an iron-based alloy containing a tungsten wire layer can be bonded well without causing deterioration of the tungsten wire.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下１本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail.

まず、直径９．３ｍｍのタングステン線を矩形の枠に並
べて張設し、これを低圧容器に設置した後。First, tungsten wires with a diameter of 9.3 mm were lined up in a rectangular frame and placed in a low-pressure container.

該タングステン線ＩＣＦｅ−１６Ｃｒ−５ＡＩ−０，３
Ｙ合金をプラズマ溶射してタングステン線を一層含むＷ
／ＦｅＣｒＡＩＹ　薄板を作製した。この薄板の厚さは
Ｑ、５ｍｍであった。つづいてその薄板の表面にＦｅ−
１２Ｃｒ−４Ｂの組成をＭするＦｅ基ろう材をプラズマ
溶射によって３０μｍ厚被覆した。該被慢薄板を２０層
重ね真空炉内に設置しｂ　　１ｋｇ／ｃが荷重を加えた
状態で１１８０℃に昇温し、１０分間その温度を保持し
てＷ／１ｉ’ｅ、Ｃｒ、Ａｊ　、Ｙ４合材料を製造した
。The tungsten wire ICFe-16Cr-5AI-0,3
W containing a layer of tungsten wire by plasma spraying Y alloy
/FeCrAIY thin plate was produced. The thickness of this thin plate was Q, 5 mm. Next, Fe-
A Fe-based brazing filler metal having a composition of 12Cr-4B was coated with a thickness of 30 μm by plasma spraying. The thin plates were stacked in 20 layers and placed in a vacuum furnace, heated to 1180°C with a load of 1kg/c applied, and held at that temperature for 10 minutes to form W/1i'e, Cr, Aj, A Y4 composite material was produced.

得られたＷ　／　Ｆ　ｅ　、　Ｃｒ　、　Ａ　Ｉ　、　
Ｙ複合材料は、１０ｍｍの厚さを有し、かつ一方向に配
向したタングステン線が３５堆積チ含んでいた。また、
該複合材料から引張試験片及びクリープ試験片を切出し
、引張り強度、クリープ強度を調べたところ、１０００
℃の引張り強さが５５ｋｇ／ｍｍ！、１０００℃、１０
０時間のラブチャー強さが２８　ｋｇ　／　ｍｍ”以上
と優れた特性を有していた。The obtained W/Fe, Cr, AI,
The Y composite material had a thickness of 10 mm and contained 35 stacks of unidirectionally oriented tungsten wires. Also,
A tensile test piece and a creep test piece were cut out from the composite material, and the tensile strength and creep strength were examined.
Tensile strength at ℃ is 55kg/mm! , 1000℃, 10
It had excellent properties with a 0-hour Loveture strength of 28 kg/mm" or more.

なお、上記実施例ではタングステン線を一方向に配列さ
せた状態で鉄基合金の溶射を行なったが、これに限定さ
れない。例えば、タングステン線を直交又は斜文させた
状態で鉄基合金を溶射することによＶ％薄板に等方性を
もたせてもよい。・上記実施例でハＷ　／　Ｆ　ｅ　、
　Ｃｒ　、　Ａ　Ｉ　、　Ｙ薄板の接合を１０分間行な
ったが、これに限足されず、ろう材中のボロンを拡散さ
せるために、更に長時間の熱処理をおこなってもよい。In the above embodiment, the iron-based alloy was thermally sprayed with the tungsten wires arranged in one direction, but the present invention is not limited thereto. For example, the V% thin plate may be made isotropic by thermally spraying an iron-based alloy with tungsten wires orthogonal or oblique. - In the above example, HaW / Fe,
Although the Cr, AI, and Y thin plates were bonded for 10 minutes, the bonding time is not limited to this, and an even longer heat treatment may be performed in order to diffuse the boron in the brazing filler metal.

上記熱処理において、ろう材の溶融直後ｌこ冷却しても
、本発明の複合材料を接合面に低応力しか加えられない
条件で使用される際には問題とならない。In the heat treatment described above, even if the brazing filler metal is cooled immediately after melting, there is no problem when the composite material of the present invention is used under conditions where only low stress can be applied to the joint surfaces.

［発明の効果］ 以上詳述した如く１本発明によれば高温で優れた機械的
強度を示し、ガスタービン等の大形エネノケ４−変換機
器の耐熱材料として好適なタングステン線強化鉄基合金
複合材料を簡単に製造し得る方法を提供できる。[Effects of the Invention] As detailed above, the present invention provides a tungsten wire-reinforced iron-based alloy composite that exhibits excellent mechanical strength at high temperatures and is suitable as a heat-resistant material for large energy conversion equipment such as gas turbines. A method for easily manufacturing the material can be provided.

代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男Agent Patent Attorney Noriyuki Chika Same Bamboo Flower Kikuo

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）タングステン線から成る層を少なくとも一層含む
鉄基合金薄板表面に融点低下元素を含有する鉄基ろう材
層を形成せしめ、しかる後に該薄板を重ね合せて不活性
雰囲気内で該ろう材の融点以上、前記鉄基合金の融点未
満の温度にて加熱保持して前記薄板ろう材とを一体化せ
しめることを特徴とするタングステン線強化鉄基合金複
合材料の製造方法。(1) An iron-based brazing filler metal layer containing a melting point lowering element is formed on the surface of an iron-based alloy thin plate containing at least one layer made of tungsten wire, and then the thin plates are stacked one on top of the other and the brazing filler metal is heated in an inert atmosphere. A method for producing a tungsten wire-reinforced iron-based alloy composite material, which comprises heating and holding at a temperature above the melting point and below the melting point of the iron-based alloy to integrate the thin plate brazing material. （２）タングステン線で強化され鉄基合金の薄板を、低
圧プラズマ溶射法により形成することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のタングステン線強化鉄基合金複
合材料の製造方法。(2) A method for producing a tungsten wire-reinforced iron-based alloy composite material according to claim 1, characterized in that a thin plate of iron-based alloy reinforced with tungsten wire is formed by a low-pressure plasma spraying method. （３）融点低下元素がボロン、シリコン又はアルミニウ
ムであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
タングステン線強化鉄基合金複合材料の製造方法。(3) The method for producing a tungsten wire-reinforced iron-based alloy composite material according to claim 1, wherein the melting point lowering element is boron, silicon, or aluminum. （４）ろう材層の形成方法が、溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤの
いずれかである特許請求の範囲第１項記載のタングステ
ン線強化鉄基合金複合材料の製造方法。(4) The method for producing a tungsten wire-reinforced iron-based alloy composite material according to claim 1, wherein the brazing material layer is formed by thermal spraying, PVD, or CVD.