JPS6363582A

JPS6363582A - クラツド材の製造法

Info

Publication number: JPS6363582A
Application number: JP20674786A
Authority: JP
Inventors: Seishiro Yoshihara; 吉原　征四郎; Takao Kawanami; 川並　高雄
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1988-03-19
Also published as: JPH0371951B2

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）本発明はクラッド材の製造法に関するものである。

クラッド材とは、本発明においては、２種以上の材料を
層状に重ねて接合し、接合部では両材料を構成する原子
が接合面を介して相互に拡散するに至った材料に限定す
る。クラッド材を構成する材料は金属、半金属または半
導体あるいはその化合物のうち一つ以上である。本発明
の対象となるクラッド材の形状は、板状、管状、棒状、
あるいは複雑な形状を含み、特に限定されない。また本
発明で行なう塑性加工法は、圧延、鍛造、転造、押出し
およびその他の塑性加工を含み、特に限定されない。

（従来の技術）クラッド材の製造は、両材料間に金属間化合物を生成し
ない場合や、金属間化合物が生成しても、これが展延性
に冨む場合、そして両材料の変形抵抗が類似の場合には
可能である。

しかし、この様な例は少なく、ステンレス鋼と炭素鋼、
キュプロニッケルと炭素鋼などの数例にすぎない。

工業用純チタンと炭素鋼を圧延によってクラッドとする
方法が最近いくつか提案されている。例えば特公昭５９
−１５３０６号公報にはチタンと鉄系母材との接合面側
の一方もしくは両方に銅メッキを施して１０−”ｍＨｇ
以下に減圧密閉したのち加熱圧延することが提案されて
いる。この方法では接合部には銅が存在し、接合性能は
銅の影響を大きく受ける。また加熱前にＩＱ−’ｍｕｇ
以下に減圧密閉したとしても、加熱中にはチタン、鉄系
母材および銅からＯ，Ｈ，Ｃ，Ｎを主成分とする物質が
放出され、接合予定面にはこれらとチタンとの化合物が
生成し、富化している。

また、従来の爆着法では接合できる材料の種類がかなり
拡大するが、爆発力に耐える程度に母材と合せ材の寸法
が太き（、かつ、材料の靭性が大きくなければならない
。

さらに拡散接合法では接合できる材料の種類は拡大する
が、真空加工室内で接合せんとする材を加熱し、同時に
互に押圧する装置は高価であり、作業は煩雑であり、ク
ラッド材の製造費用は高い。

（発明が解決しようとする問題点）本発明はクラッド材料の少なくとも一つが他の材料と著
るしく変形抵抗が異なる場合のクラッド材の製造法を提
供することを第１の目的とする。

また、クラッド材の少なくとも一つが靭性の乏しい材料
であるか、または加熱中に靭性の乏しい物質を生成する
材料である場合のクラッド材の製造法を提供することを
第２の目的とする。

また、接合部に中間物質を清浄な状態で介在させるクラ
ッド材の製造法を提供することを第３の目的とする。

さらに接合性能の優れたクラッド材を安価に製造する方
法を提供することを第４の目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明の要旨は下記のとおりである。

（１）接合予定面を互に対面せしめ、該接合予定面の構
成する空隙を大気と隔絶して減圧し、大気との圧力差に
よって該接合予定面を互に押圧せしめ、両壁を構成する
原子が接合面を介して相互に拡散するに至るまで加熱保
持することを特徴とするクラッド材の製造法。

（２）接合予定面を互に対面せしめ、該接合予定面の構
成する空隙を大気と隔絶して減圧し、大気との圧力差と
外力とによって該接合予定面を互に押圧せしめ、両壁を
構成する原子が接合面を介して相互に拡散するに至るま
で加熱保持することを特徴とするクラッド材の製造法。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図にクラッド用素材の一方１を基板とし、その基板
とカバー４間に他のクラッド用素材２を密封した例、第
２図にクラッド用素材１．　２．　３をカバー４間に密
封した例を示す。

本発明では接合予定面が互に対面するように加工した素
材を用い、それらの接合予定面を清浄にし、該接合予定
面は大気と隔絶されている。

第１図または第２図のような組立素材を加熱装置により
加熱し、ノ゛ズル５から減圧すると、大気圧と接合予定
部との圧力差により、接合部は押圧されるように、カバ
ーの強度は小さくする。加熱しながらノズル５から減圧
し続けると、接合予定面上の接合阻害物質が分解して気
化し、排除される。そしてまた、加熱中に材料中から接
合予定面を通して放出されるＯ、　Ｈ，Ｃ，Ｎなどの接
合阻害化合物、特に気体はノズル５から吸引除却される
。このとき、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを中
間物質として大気による押圧力が小さくなり過ぎない程
度にノズル６から注入すると、接合境界への接合阻害物
質の濃縮を防止することができる。

本発明で中間物質として、金属蒸気、金属微粉末を接合
予定部に注入し、接合部に介在させて、接合強度の上昇
、接合阻害物質の生成抑制、あるいは所定の機能を付加
することができる。この中間物質としては還元性の微粉
体や気体など接合予定面との反応を目的とする物質や、
蒸着薄膜を形成させることを目的とする物質を注入する
ことができる。そして中間物質注入は、接合予定部の圧
力を大気圧より高くして中間物質を接合予定面に充分に
供給したのち減圧し接合を開始することもできる。

本発明におけるクラッド組立素材の加熱温度と加熱時間
は、接合する両壁を構成する原子が接合面を介して相互
に拡散するに至ることを条件として選択する。この条件
は材料によって異なるが、一般に加熱温度が高ければ加
熱時間は短かくて済む。しかしながら、加熱温度によっ
ては両材料間に化合物が生成することがあり、その化合
物が接合阻害物質となることがあるため、最適な加熱温
度をあらかじめ決定し、加熱時間を拡散が生じる程度に
長くするのが好ましい。

以上の方法はクラッド材料の少なくとも一つが他の材料
と著るしく変形抵抗が異なる場合でも、最大１ｋｇｆ／
ｍ２にしか達しない程度の大気圧を用い、クラッド材料
の変形抵抗より低い値で押圧するので、変形抵抗の小さ
い材料のみが極端に変形してしまうことはない。すなわ
ち、本発明における最初の接合は塑性変形によるのでは
なく、加熱と保持時間にともなう原子拡散によるもので
ある。

本発明では接合強さを向上するために、あるいは所定の
寸法に成形するために、加熱して接合したクラッド材を
、その顕熱を利用して、または新たに熱エネルギを与え
、大気とは別の外力によって塑性加工することができる
。このように塑性加工の前に、材料にほとんど変形を与
えずに接合しておき、その後塑性加工を行なえば変形抵
抗の大小に関係なく均一に変形する様になる。

（実施例）第１表に実施例を示す。組立素材の幅と長さはそれぞれ
約１２０ｆｌと２２０酊である。

従来法の実験番号１では加熱前にｌＸｌ０−３ｔｏｒｒ
に減圧し密閉し、窒素雰囲気の電気炉で加熱し圧延した
が、圧延中にカバー４が破壊し、一部分しか接合してい
ない。その接合部には炭化物ＴｉＣが厚さ約４μｍ生成
している。Ｔｉｃは接合阻害物質であり、２μｍ以上の
厚さでは二次加工時にＴｉＣの部分で破壊しやすくなる
。このＴｉＣは材料に吸着されていた炭素化合物や鋼中
の炭素が、工業用純チタンの表層で加熱中に反応し生成
したものである。また、８００℃ではチタンの変形抵抗
は鋼のそれの約半分であるため、圧延時に鋼よりも延び
やすく、そのためカバーを破壊して大気が接合予定面に
侵入し、接合不良を生じている。従って前後端ではチタ
ン板は鋼板端部では極端に薄くなり、鋼板１からはみ出
した部分はほとんど圧延されずに厚いままである。

実験番号２は本発明法であって、加熱中に１×１０−２
ｔｏｒｒに減圧し続け、拡散接合している。

この材料は塑性加工を行なっていないため素材のままの
寸法である。材料に吸着していた炭素化合物や鋼中の炭
素は、チタンの表層と加熱中に反応して約１μｍの厚さ
のＴｉＣを生成しているが、従来法の実験番号１のＴｉ
Ｃ厚さの１７４まで減少している。これは加熱によって
分解し、活性化した炭素あるいは炭素化合物が、速やか
に吸引排除されたためである。

実験番号３の本発明法では、２００メソシユ以下のチタ
ン粉をアルゴンガスとともに接合予定面の存在する密閉
空間中に供給し続けて加熱した場合であり、チタン表層
のＴｉＣ生成厚さは０．５μｍ未満となっている。これ
はアルゴンガスが活性化した炭素や炭素化合物を速やか
に排除するのに役立っていることと、表面積の大きいチ
タン粉末がこれらの炭素と反応し、Ｔｉｃとなり、接合
予定面でのＴｉＣの発生を一層少なくしたことによる。

なお、本実験に用いた走査型電子顕微鏡の厚さ測定精度
は０．５μｍである。

本発明法の実験番号４は実験番号２の材料を続けて圧延
したものである。圧延前に材料１と２とカバー４はすで
に接合しているため、変形抵抗が異なっても互に拘束し
合って均一に変形している。

また、材料の厚さ減少にともなってＴｉＣは０．５μｍ
と薄くなっている。

実験番号５は本発明法であって第２図の構造に素材を組
立てている。モリブデンやタングステンは変形抵抗は１
０００℃で鋼の約１０倍に達し、かつ、極めて脆いが、
これらのクラッド鋼板が本発明法によって製造可能にな
った。また、モリブデンやタングステンも極めて硬くて
もろい炭化物を生成するが、これらより炭化物を一層生
成しやすいチタン粉をアルゴンガスとともに注入するこ
とによって、モリブデンとタングステンの炭化物の生成
を防止することができる。

本発明法においてチタン粉等の中間物質は素材の溶接組
立時に内部に封入しておいても良い。また中間物質とし
て還元性ガスなどを注入し接合予定面を還元して活性化
し、接合しやすくすることもできる。

本発明では原子拡散を利用して接合するが、原子拡散の
状態は、接合境界を横切って例えば走査型電子顕微鏡で
元素濃度を測定すれば容易にわかる。例えば本発明法の
実験番号２の場合ではＦｅはＴｉ中に約４０μｍ拡散し
、ＴｉはＦｅ中に約１０．ｃａｍ拡散している。本発明
で用いたカバー４は仕上加工時に機械的にあるいは化学
的に除去する。

（発明の効果）本発明法では、以上述べた様に、変形抵抗が著るしく異
なる材料同志のクラッドの製造が可能となった。

また靭性のとぼしい材料、例えばタングステンやモリブ
デンのクラッド鋼が可能となった。また実験の結果観察
されたチタンの炭化物、タングステンの炭化物、モリブ
デンの炭化物はもはや金属ではなく、いわゆるセラミッ
クである。これらは靭性に乏しく、塑性加工に際しては
破壊の起点となるが、その硬さや耐摩耗性を利用するこ
とは可能である。

本発明の説明では主としてこれらの炭化物を減少させる
技術について述べたが、逆に、これらの生成物層を、内
部にあるいは表層に意図的に発達させることも中間物質
として炭素あるいは炭化物を供給することによって可能
となる。

このようにして生成される中間層は、素材組立加工中に
汚染されず、大気中から水分や油分の吸着もない清浄な
ものが得られる。さらに本発明法を実施する場合の装置
は簡単であり、加熱源は既存のものが使え、得られたク
ラッド材の性能は優れている。なお、クラッド材の形状
は板のみならず、管、棒あるいは複雑な形状のものがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に用いるクラッド素材の組
立構造を示す説明図で、第１図は１方のクラッド用材料
とカバーの間に他のクラッド用材料を密閉した例、第２
図はカバー内に３種のクラッド用材料を密閉した例を示
すものである。Ｌ２，３：クラッド用材料、４：カバー、５：吸入パイ
プ、６：注入パイプ、Ｓ１２．Ｓ２３：それぞれ材料１
と２．２と３間の接合予定面第１図第２図手続補正書（自発）昭和６１年１０月１）日特許庁長官　黒　１）明　雄　殿１、事件の表示昭和６１年特許願第２０６７４７号２、発明の名称クラッド材の製造法３、補正をする者事件との関係　特許出願人東京都千代田区大手町二丁目６番３号（６６５）新日本製鐵株式會社代表者　　武　　１）　　豊４、代理人〒１００

Claims

【特許請求の範囲】

（１）接合予定面を互に対面せしめ、該接合予定面の構
成する空隙を大気と隔絶して減圧し、大気との圧力差に
よって該接合予定面を互に押圧せしめ、両壁を構成する
原子が接合面を介して相互に拡散するに至るまで加熱保
持することを特徴とするクラッド材の製造法。
（２）接合予定面を互に対面せしめ、該接合予定面の構
成する空隙を大気と隔絶して減圧し、大気との圧力差と
外力とによって該接合予定面を互に押圧せしめ、両壁を
構成する原子が接合面を介して相互に拡散するに至るま
で加熱保持することを特徴とするクラッド材の製造法。
（３）減圧に先だって、または減圧中に、接合予定面の
構成する空隙に、中間物質を注入して行なう特許請求の
範囲（１）または（２）記載の方法。
（４）中間物質がアルゴンまたはヘリウムである特許請
求の範囲（３）記載の方法。
（５）中間物質が金属蒸気または金属微粉末である特許
請求の範囲（３）記載の方法。