液相擴散接合用合金的製作方法

2023-05-19 20:24:56

專利名稱：：液相擴散接合用合金的製作方法
技術領域：
：本發明涉及利用液相擴散來接合金屬材料的液相擴散接合用合金，特別是適用於通過液相擴散接合用碳鋼、不鏽鋼、耐熱鋼等構建的各種部件或結構的合金。
背景技術：
：液相擴散接合法通過以熔點低於基料的箔狀、粉狀或板層狀向其間插入金屬(下面簡稱為"插入金屬"來接合基料(即，待接合的材料)，和將該部分加熱至高於插入金屬的液相線一點點的溫度使得熔融並等溫固化該插入金屬。已提出各種液相擴散接合用插入金屬，如下面文獻中所示(1)JP畫A60-67647、(2)JP畫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公開了可以箔狀獲得的填料金屬(插入金屬)，它均勻、韌性的並可用於接合奧氏體不鏽鋼。以原子百分數(％)計該填料金屬組成包含Cr:16-28，Ni:6-22，B:5-22，Si:0-12，C:0-17，Mo:0-2、並且其餘是Fe和殘餘雜質。JP-A02-151377公開了一種箔狀鎳-基接合合金，加有釩，能夠在氧化氣氛下液相擴散接合。JP-A02-151377中公開的合金箔的組成包含，以原子百分數(％)計，0.5SB<10、Si:15.0-30.0、V:0.1-20.0、並且其餘是M和殘餘雜質；另外還包含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:(l)加入Cr、Fe和Mo以降低插入金屬和待接合的金屬的機械性能的差異，並且添加量由待接合的金屬的合金組分的含量決定；和(2)加入W和Co以形成金屬互化物或碳化物的沉澱以增加接合強度。JP-A09-323175公開了一種能夠在氧化氣氛、較低溫度和較短時間下接合到Fe-基材料例如碳鋼鋼管、鋼筋、鋼厚板等上的箔狀液相擴散接合合金。JP-A09-323175中公開的該箔狀液相擴散接合合金的組成包含，以原子百分數(％)計，P:1.0-20.0、Si:1.0-10.0、V:0.1-20.0、B:1.0-20.0並且其餘是Fe和殘餘雜質；另外還包含Cr:0.1-20.0、Ni:0.1-15.0和/或Co:0.1-15.0，或者還包含W:0.1-10.0、Nb:0.1-10.0和/或Ti:0.1-10.0。該文獻還描述Ni能夠增強耐腐蝕性和抗氧化性，並且W、Nb和Ti能夠增強接合部分的強度。JP-A07-276066公開了一種在氧化氣氛下用液相擴散接合來接合耐熱鋼和耐熱合金鋼的合金箔，它使接合點具有耐熱性優異的高可靠性。JP-A07-276066中公開了合金箔的組成包含，以質量百分數(％)計，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，並且其餘是Ni和殘餘雜質。在該液相擴散接合合金箔中，加入Cr和Mo以改善結點的耐腐蝕性並且加入W通過固體溶液強化以增加高溫蠕變強度和部分降低具有高蠕變強度的耐熱鋼和液相擴散接合合金箔的機械強度之差。JP-A2004-1064公開了一種能夠低溫接合以改善接合強度的低熔點液相擴散接合合金。該文獻中所述的鐵-基低熔點液相擴散接合合金具有包含以下物質的組成，以原子百分數(％)計，B:6-14、Si:2-3.5、C:0.2-4、P:1-20、並且其餘是Fe和殘餘雜質。該接合合金的熔點為1,10(TC或更小，並且可以包含其它組分Ni:0.1-20、Cr:0.1-20和/或V:0.1-10，以原子百分數(％)計。JP-A2004-1065公開了一種能夠低溫接合併改善接合層的材料的質量和接合強度的液相擴散接合合金。該文獻中所述的鐵-基低熔點液相擴散接合合金具有包含以下物質的組成，以原子百分數(％)計，B:6-14、Si<2、C:2-6、P:1-20、並且其餘是Fe和殘餘雜質。該接合合金的熔點為1,100°C或更小，並且可以包含其它組分Nh0.1-20、Cr:0.1-20和/或V:0.1-10，以原子百分數(％)計。JP-A2004-114157公開了一種能夠改善接合之後形成的接合層的材料的質量的液相擴散接合合金。該文獻中所述的鐵-基接合合金具有包含以下物質的組成，以原子百分數(％)計，B:6-14、P:1-20、並且其餘是Fe和殘餘雜質。該接合合金可以包含其它組分Si<2、C<2、Ni:0.1-20、Cr:0.1-20禾口/或V:0.1-10，以原子百分數(％)計。在上面的文獻中，(5)JP-A2004-1064、(6)JP-A2004-1065或(7)JP-A2004-114157，描述了Ni可用於降低熔點，條件是其濃度是20原子百分數(％)或更小，並且當濃度大於20(%)時無效。正如上面文獻中所述的，傳統的液相擴散接合合金含有Ni、Cr、Fe、和域Mo。這是由於認為它使得插入金屬的組成與基料的(待接合的金屬)相似是重要的從而可以降低插入金屬和基料之間的機械性能的差異。同樣，可以將W、Co、Mn和/或Ti加入到傳統的插入金屬中以改善接合強度。而且將P加入到鐵-基接合箔中以將熔點降低至1，100'C或更低。然而，在上述液相擴散接合合金例如Ni-基接合箔或Fe-基接合箔中，待使用的接合箔必需隨待接合的基料的合金類型而改變，這是由於必需使用含有與待接合的基料相似的組成的接合箔來保證接合材料的接合強度。例如，將Ni-基合金箔用於接合Ni-基耐熱合金材料，並且通常推薦Fe-基合金箔接合Fe-基合金的鋼材料，儘管可以使用Ni-基接合箔。同樣，可以將P加入到傳統的液相擴散接合合金中以降低熔點。然而，加入P不是總能給鋼材料帶來優異結果。
發明內容本發明的一個目的是提供一種液相擴散接合合金，它既能接合Ni-基合金的耐熱合金材料又能接合Fe-基合金的鋼材料，所述液相擴散接合合金提供足夠的接合強度並且該液相擴散接合合金還具有較低的熔點。在本發明的第一個實施方案中，液相擴散接合合金包含，以原子百分數(％)計，22<Ni^60、B:12-18、C:0.01-4、並且其餘是Fe和殘餘雜質。說明書第4/25頁在本發明的第二個實施方案中，液相擴散接合合金包含，以原子百分數(％)計，22<Ni^60、B:7-18、4<C211、並且其餘是Fe和殘餘雜質。液相擴散接合合金以原子百分數(％)計還可以包含0.01^Si〈l，這樣可以降低接合合金的熔點。本發明的第一實施方案和第二實施方案的液相擴散接合合金的熔點為1030-1100°C，並且(接合部分的強度)/(基料的強度)之比優選為1.00或更大。本發明的第一實施方案和第二實施方案的液相擴散接合合金可以包含W和/或Mo，其總量為0.1-5%。這樣可以降低接合合金的熔點並且除了在惰性氣氛下接合之外，還可以在氧化氣氛下進行接合。液相擴散接合合金還可以包含濃度為0.1-20原子百分數(％)的Cr。這樣可以改善耐腐蝕性和抗氧化性，不會升高熔點。可以加入濃度為0.1-10原子百分數(％)的V以能夠通過將在基料上形成的氧化薄膜熔融來在氧化氣氛下接合。在本發明的第一實施方案和第二實施方案中，使為液相擴散接合合金的主要元素的Ni的濃度最佳化，這樣使得是另一主要元素的Fe的濃度相對最佳化。因此，液相擴散接合既可以在Fe-基合金的基料上進行也可以在Ni-基合金的基料上進行。同樣，使B和C在液相擴散接合合金中的濃度最佳化以降低熔點。這樣可以降低接合加熱所需的溫度，從而防止結構降解(由此機理使基料的晶粒變粗糙)並實現接合強度的增加。發明詳述下面描述本發明的優選實施方案。在下面的描述中，百分數(％)值代表合金組成中的原子百分數。本發明是基於本發明的發明人的如下發現，通過使用特定範圍內的插入金屬的組合物可以將液相擴散接合合金的插入金屬應用於接合Fe-基合金和Ni-基合金的基料。該發現是在用Fe-基合金材料例如碳鋼或不鏽鋼和Ni-基合金材料例如耐熱合金作為待接合的基料重複進行液相擴散接合實驗之後獲得的。本發明的主要特徵是將B、Si和C的濃度調整至有限窄的範圍內，同時將Fe和Ni的濃度調整至特定範圍內以降低液相擴散接合合金的熔點。本發明的發明人測定了加入到接合合金的組合物中的20種不同元素以進一步降低熔點，並且發現W和Mo可以大大降低合金的固相線溫度(熔點)和液相線溫度。特別是W能夠顯著降低液相線溫度，使得可以降低液相線溫度和固相線溫度之差，這還能夠降低接合的加熱溫度。本發明人還發5見加入W和/或Mo不僅可以在惰性氣氛下進行接合而且可以在氧化氣氛下進行接合。下面解釋本發明的第一實施方案(也將其簡稱為"第一發明")的液相擴散接合合金(下面簡稱為"接合合金")。第一實施方案的接合合金包含，以原子百分數(％)計，22<Ni^60、B:12-18和C:0.01-4、並且其餘是Fe和殘餘雜質。至於加入到該實施方案中接合合金的每一組分，下面解釋以其各自濃度使用每一組分的原因。至於Ni，Ni的使用濃度範圍為22〈Ni^60。/。。Ni是本發明的接合合金的主要元素之一，還有Fe。然而，當Ni的濃度是22%或更小時，熔點的降低不足，並且當接合Ni-基基料時接合強度也不足。當Ni的濃度大於60%時，相應地不得不降低Fe的濃度。這使得當接合Fe-基基料時接合強度降低。基於此，Ni的濃度範圍優選從大於22%至60%或更小，更優選30-50%。通過將Ni保持在上面範圍內，可以改善與Fe-基基料接合時和與Ni-基基料接合時的接合強度。至於B，B的使用濃度範圍為12-18%。B能夠在液相擴散接合期間通過從接合合金擴散到基料中進行等溫固化。因此，B是本發明的接合合金中高度優選的元素。當與本發明的接合合金的主要元素例如Fe和Ni混合使用時，B的窄濃度範圍提供優異的效果。具體地說，當B的濃度低於12%時，不能使熔點充分降低，即使Fe和Ni的濃度在上述範圍內。該接合合金優選不用於接合Fe-基合金和Ni-基合金的基料，除了接合一定類型的鋼之外。即，本發明的一個目的是接合合金(插入金屬)既可用於Ni-基合金基料的接合也可用於Fe-基合金基料的接合。當B的濃度超過18%時，熔點上升並且在等溫固化期間B的擴散費時。這會使得需要較長時間加熱來接合併且基料的強度受損。基於此，B的濃度最好保持在12-18W的範圍內，優選該範圍是13-16%。至於C，C的使用濃度範圍是0.01-4%。當用單輥澆注法形成本發明的接合合金的無定形箔時，C可以改善熔融金屬和冷卻輥之間的溼潤性，從而更容易加工無定形箔。當C的濃度低於0.01%時，熔融金屬和冷卻輥之間的溼潤性改善不足。然而當C的濃度超過4。/。時，溼潤性的改善飽和。基於此，最好保持C的濃度在0.01-4。/。的範圍內，優選該範圍是0.5-3.5%。該實施方案的接合合金的其餘物質是Fe和殘餘雜質。Fe是本實施方案的接合合金的主要元素之一併且如果Fe的濃度小於27%時，結果可能是Fe-基合金基料的接合強度不足。如果Fe的濃度超過65%時，這樣難以降低接合合金的熔點，即使其它元素的濃度保持在上述範圍內。基於此，最好保持Fe濃度在27-65%的範圍內，優選該範圍是35-55%。如上所述，第一實施方案的接合合金既可以與Fe-基合金基料接合也可以與Ni-基合金基料接合，這是由於以Fe-Ni合金為基礎的接合合金的Fe和Ni的各自濃度最佳化。即，無論待接合的基料是Ni-基耐熱材料還是Fe-基合金鋼，都可以進行液相擴散接合，這樣大大改善了接合的加工性/產率。同樣，最佳的B濃度可以降低接合合金的熔點。換言之，可以將加熱溫度調整至低於傳統方式的加熱溫度，這樣防止了結構降解，例如基料的晶粒粗糙化，並實現接合強度的提高。下面解釋本發明的第二實施方案的接合合金(可以將其簡稱為"第二發明")。第二實施方案的接合合金包含，以原子百分數(％)計，22<Ni^60、B:7-18和4〈CS11、並且其餘是Fe和殘餘雜質。本發明的發明人在比第一實施方案的C濃度高的C濃度的範圍內同時改變B、Ni和Fe各自的濃度情況下測定了接合合金的熔點和接合性能。當增加C濃度時，結果發現通過最佳化B的濃度可以降低接合合金的熔點並且可以以第一實施方案的接合合金相似的方式增加接合強度。具體地說，當C的濃度是4<C^11%並且B的濃度是7-18%時，可以將熔點降低至IIOO'C或更小並且可以獲得足夠的接合強度。至於待加入到該實施方案的接合合金的每一組分，下面解釋有限的濃度範圍的理由。加入每一組分的原因與第一實施方案中的相同。至於B，B的濃度範圍是7-18%。當B的濃度小於7%或超過18%，而C的濃度大於4%時，不能使熔點充分降低。因此，最好保持B的濃度在7-18%的範圍內，優選該範圍是9-11%。至於C，<:的濃度範圍是4<(:^11%。當C的濃度超過lP/。時，在接合界面形成沉澱，例如碳化物，這樣降低接合部分的強度。因此，最好保持C的濃度在4<C^11%的範圍內，優選該範圍是7-9%。限制Ni的濃度的範圍的理由與第一實施方案中的相同。然而，在該實施方案的接合合金中優選保持Ni的濃度在27-53%的範圍內，這是由於在與Fe-基合金材料接合和與Ni-基合金材料接合時接合的強度可以進一步得到改善。該實施方案的接合合金的其餘物質是Fe和殘餘雜質。當B的濃度是7-18。/。和C的濃度是4〈C^11%時，當將Fe的濃度設置小於23。/。時，Fe-基合金材料的接合強度會變得不足。當Fe的濃度大於60n/。時，難以降低接合合金的熔點。基於此，優選保持Fe的濃度在23-60°/。的範圍內，更優選29-55%。如上所述，由於接合合金的Fe和Ni的各自濃度最佳化，因此第二實施方案的接合合金，以及第一實施方案的接合合金，可用於與Fe-基合金基料接合和與Ni-基合金基料接合。即，可以進行液相擴散接合，而無論待接合的基料是Ni-基耐熱材料還是Fe-基合金鋼，這樣達到改善了接合的加工性/產率。而且，在C的濃度大於第一實施方案的時，由於C和B的濃度都最佳化，因此既可以實現熔點的降低又可以實現接合強度的改善。上面第一實施方案和第二實施方案的接合合金除了上述組成之外，還可以包含Si，其濃度範圍是0.01SSi<1.0%。儘管為了降低接合合金的熔點可以添加Si至一定程度，但是當Si的含量為0.01%或更大時Si與氧通過在液相擴散接合時組合而形成降低接合強度的氧化物。然而，如果將用於接合操作的氣氛的氧濃度保持低得多，例如，小於0.1體積％的話，即使在Si的濃度是0.01%或更大時，可以防止氧化物的形成。如果Si的濃度達到或超過1%時，即使施加惰性氣氛也不能防止氧化物的形成，這是由於氣氛中非常少量的氧會與Si組合從而形成氧化物。基於上面的內容，當加入Si時，液相擴散接合最好在惰性氣氛中進行，並保持Si的濃度在0.01SSi<1.0%的範圍內，這樣可以降低接合合金的熔點而不降低接合強度。上面第一實施方案和第二實施方案的接合合金除了包含上述組分之夕卜，還可以包含W和/或Mo，其總濃度範圍是0.1-5%。W和Mo具有大大降低熔點的能力並且當Fe、Ni、B、Si和C每一元素的濃度保持在本發明的範圍內時可以呈現該能力。具體地說，W具有優異的降低接合合金的熔點的能力，從而可以降低接合的加熱溫度。然而，當W和/或Mo的總濃度小於0.1%時不能呈現該能力，並且當W和/或Mo的總濃度超過5%時該能力飽和。基於此，最好保持W和/或Mo的總含量在0.1-5%。這樣可以確保足夠的接合強度，即使在氧化氣氛下進行接合。上面第一實施方案和第二實施方案的接合合金除了包含上述組分之夕卜，還可以包含Cr:0.1-20%。加入Cr主要是為了增加耐腐蝕性和抗氧化性(需要時)。然而，如果Cr的濃度小於0.1%時，該性能不足，並且如果Cr的濃度超過20n/。時，接合合金的熔點上升，這是不理想的。基於此，當加入Cr時最好保持Cr的濃度在0.1-20%的範圍內，優選該範圍是1-10%。上面第一實施方案和第二實施方案的接合合金除了包含上述組分之外還可以包含V:0.1-10%。V具有通過將基料表面上形成的氧化薄膜轉變成具有低熔點的複合氧化物而具有允許在氧化氣氛下接合的能力。該複合氧化物，具有低熔點，可以在普通接合溫度下熔融並且由於表面張力的不同而在該熔融接合合金內形成大致球形。因此，熔融的複合氧化物不幹擾其它元素的擴散。為此，加入V可以進行更穩定的液相擴散接合，即使在氧化氣氛下。然而，如果V的濃度小於0.1。/。，那麼該性能不足，並且如果V的濃度超過20%，那麼接合合金的熔點上升，這是不理想的。基於此，當添加V時最好保持V的濃度在0.1-10。/。的範圍內，優選該範圍是1-5%。顯而易見，只要在基料的接合表面上形成氧化薄膜，添加V就能有效進行，即使在惰性氣氛下，儘管添加V不限於用於氧化氣氛。下面解釋本發明的第一實施方案和第二實施方案的接合合金的熔點。在本發明中，通過將組成限制在上述參數可以獲得熔點為1030-110(TC的接合合金。然而，如果熔點低於103(TC，儘管能夠降低接合溫度，但是原子擴散耗時太長，即，需要更長時間完成接合，這樣使得產率降低。同樣，如果在高溫下使用熔點太低的接合合金進行接合，可能會存在在溫度達到接合溫度之前接合合金將流出的問題。相反，如果接合合金的熔點超過1100°C，需要較高溫度才能接合，這將導致結構降解(例如基料的晶粒粗糙化)。基於此，最好保持接合合金的熔點在1030-110(TC的範圍內。基料與第一實施方案和第二實施方案的接合合金的接合強度，即，接合部分的強度以(接合部分的拉伸強度)/(基料的拉伸強度)之比計，是1.00或更大。上面第一實施方案和第二實施方案的接合合金可以以箔或粉狀獲得。例如，當接合合金夾在兩個待接合的基料之間時容易操作箔。接合合金箔的厚度優選是3-20(Him，更優選10-100^im。如果待接合的基料的表面不平，使用粉狀接合合金將是適宜的，這是由於粉狀接合合金可以填充不平表面的凹處。接合合金粉的平均粒徑優選是5-30(Vm，更優選10-200nm。至於製備接合合金箔或粉，可以使用任意已知的方法。至於箔狀，例如，優選單輥驟冷法製備箔狀接合合金。在單輥驟冷法中，將熔融接合合金經槽噴嘴(slotnozzle)噴射到待驟冷的旋轉冷卻基底上形成連續的箔條。此外，使用打蘭(dmm)內壁的離心驟冷法或者使用環狀冷卻帶的方法是有益的。至於粉狀，例如，優選氣體霧化法或者可以是將結晶塊碾碎然後還用球磨機粉碎的方法。具體實施例方式下面基於本發明的實施例和對比例解釋本發明的效果。在第一發明的實施例1中，在氬氣氣氛下使用純度各自是99.9質量％的電解Fe、電解Ni、B和C澆注下表1所示每一組成的母合金。將每一母合金在槽開口為25mm寬和0.4mm間隙的石英柑鍋中再熔融，並經該槽噴射到圓周速度為25m/sec的銅冷卻輥的運行表面上驟冷形成25^m厚的無定形箔。然後，通過加熱和冷卻箔，從熔融/固化時的吸熱溫度或放熱溫度確定熔點。結果也示於表l。表ltableseeoriginaldocumentpage13使用上面製得的實施例和對比例的接合合金箔進行接合試驗並測定接合強度。更具體地說，作為待接合的基料，分別製備兩種棒，即，一根棒為20mm直徑並由STK400的Fe-基合金材料製成，一根棒為20mm直徑並由Incond600的Ni-基耐熱合金製成。使接合合金箔成雙並夾在兩個棒之間，然後將它們一起放入在控制溫度下的加熱爐中，並升溫至比熔點高5CTC或更小的溫度並保持10min，然後冷卻。在加熱兩根棒的同時，用2MPa的壓力使它們彼此相壓進行完全接觸。加熱爐保持在Ar氣氣氛下。通過切割接合棒使試驗片(或稱之為"樣品")保持在接合界面部分的縱向中間，製備包括接合部分的試驗片用於JISZ2201#4拉伸試驗。沿接合線在試驗片上形成切口(2mm長，以45。角)。從每一基料棒切割相同形狀的基料部分的每一試驗片。針對包括接合部分的試驗片和基料的試驗片進行拉伸試驗測定強度。表2顯示試驗結果，其中用(接合部分的強度)/(基料的強度)之比評價接合強度。表2tableseeoriginaldocumentpage14至於樣品1-24的接合合金，通過將熔融接合合金噴射到運行的銅表面冷卻輥上來製成箔沒有問題，這是由於所有接合合金的C的濃度都是0.01%或更大。樣品5-16和19-23顯示針對Fe-基合金材料STK400和Ni-基合金材料Inconel600，(接合部分的強度)/(基料的強度)之比都是1.00或更大，即，樣品5-16和19-23的接合強度優異。表2所示的5-16和19-23的所有樣品(試驗片)，B含量為12-18%，C含量為0.01-4%，Fe含量為27-65。/。和Ni含量大於22%至等於60%或更小並且熔點是1100'C或更小。特別是在樣品7-12中，Fe含量是35-55%和Ni含量是30-50°/。，(接合部分的強度)/(基料的強度)之比是1.02或更大，g卩，與對比樣品相比，接合強度大大改善。在對比樣品1-4中，Ni的濃度比本發明的小，接合合金的熔點大於IIOO'C，並且相對於Ni-基合金材料Inconel600的接合強度未達到1.00。Ni的濃度在本發明的範圍之外的對比例編號17的接合合金，具有低熔點並且相對於Ni-基合金材料Inconel600的接合強度是1.00。然而，由於編號17中的Fe含量相對降低，因此相對於Fe-基合金材料STK400的接合強度降低。在對比樣品編號18中，Fe的濃度和Ni的濃度保持在本發明的範圍內，然而，B的濃度小於本發明的，並且編號24中B的濃度超過本發明的，接合合金的熔點高並且接合強度小於1.00。具體地說，為了實現等溫固化，編號24的接合合金需要比其它實施例長20-30%的時間。下面解釋本發明的第一實施方案的實施例2。在該實施例2中，在氬氣氣氛下使用純度各自是99.9質量。/。的電解Fe、電解Ni、B、Si和C澆注下表3所示每一組成的母合金。以與上面實施例1相同的方式製備每一母合金箔。以與實施例l相同的方式進行接合試驗並測定接合強度。Fe-基合金材料STK400用作待接合的基料。結果示於下表3。表3tableseeoriginaldocumentpage15如表3所示，樣品編號31-37的接合合金，Si的濃度保持在本發明的範圍內，說明(接合部分的強度)/(基料的強度)之比是1.00或更大，即，樣品編號31-37的接合強度優異。相反，在對比樣品編號38的接合合金中，Si的濃度在本發明的範圍之外，儘管實現熔點的降低，但是接合強度小於1.00。樣品編號38的實驗片嵌入樹脂內並粉碎和蝕刻形成橫截面可見樣品用於觀察。用光學顯微鏡觀察對比樣品編號38的接合面的橫截面並發現各種氧化物。使用EPMA(ElectronProbeX-rayMicroAnalyzer)測定Si和O是氧化物的主要組分，即，發現該氧化物是Si氧化物。下面解釋本發明的第一實施方案的實施例3。在該實施例3中，在氬氣氣氛下使用純度各自是99.9質量％的電解Fe、電解Ni、B、Si、C、W、Mo和Cr澆注下表4所示每一組成的母合金。以與上面實施例l相同的方式製備每一母合金箔。以與實施例1相同的方式進行接合試驗並測定接合強度。Fe-基合金材料STK400用作待接合的基料。結果示於下表4。tableseeoriginaldocumentpage17如上表4所示，每一主要組分Fe和Ni的濃度在本發明的範圍之外的對比樣品編號41-43，即使Mo的添加在本發明的濃度範圍內也幾乎不降低熔點，並且(接合部分的強度)/(基料的強度)之比小於1.00。相反，對於每一Fe、Ni、B、Si和C的濃度保持在本發明的範圍內的樣品編號44-51，發現當Mo的添加在本發明的含量範圍內時熔點降低高達65。C並且接合強度得到改善。其中Mo以比本發明的範圍高的濃度添加即5。/。的對比樣品編號52，其熔點幾乎等於樣品編號44-51的。換言之，當Mo的濃度超過5%時添加Mo以降低熔點的效果飽和。針對元素W獲得相似結果。其中每一主要元素Fe和M的濃度在本發明的範圍之外的編號為41、53和54的對比樣品，即使W的添加量在本發明的濃度範圍內也幾乎不降低熔點，並且(接合部分的強度)/(基料的強度)之比小於l.OO。相反，樣品編號55-61，其中每一Fe、Ni、B、Si和C的濃度保持在本發明的範圍內，發現當W的添加量在本發明的濃度範圍內時熔點降低高達69°C，並且接合強度得到改善。其中W以比本發明的範圍高的濃度添加即5%的對比樣品編號62，其熔點幾乎等於樣品編號55-61的熔點。換言之，當W的濃度超過5%時添加W以降低熔點的效果飽和。其中Fe、Ni、B、Si和C各自的濃度保持在本發明的範圍內並且還一起添加本發明的濃度範圍內的Mo和W的樣品編號63-66，熔點降低並且接合強度得到改善。其中Mo和w—起以比本發明的範圍高的濃度即5%添加的對比樣品編號67，其熔點幾乎等於樣品編號63-66的熔點。換言之，當Mo和W的濃度超過5%時，組合添加Mo和W以降低熔點的效果飽和。其中Cr的濃度保持在本發明的範圍內的樣品編號68-72，接合強度優異，即，(接合部分的強度)/(基料的強度)之比是i.oo或更大。至於樣品編號47-49、57-59和63的接合合金箔，將氣氛由Ar氣變為空氣之後使用相同箔樣品進行接合試驗。每一樣品的強度，編號47的是1.00，編號48的是1.01，編號49的是1.00，編號57的是1.00，編號58的是l.Ol，編號59的是1.01和編號63的是1.01。這顯示即使在空氣中進行接合也保持足夠的接合強度。下面解釋第一發明的實施例5。在本實施例中，使用與樣品編號8和64中相同的母合金並用氣霧法製備粒徑是150nm或更小的粉狀接合合金。霧化噴嘴的環狀開口直徑是0.3mm，並將Ar氣用作霧化壓力氣。向製得的粉狀接合合金中添加乙醇形成漿液。將該漿液塗敷到基料待接合的表面上使得厚度為約100pm。然後以與實施例1相同的方式進行接合試驗並測定接合強度。使用母合金的粉狀接合合金的樣品的接合強度以(接合部分的強度)/(基料的強度)之比計是1.02並與樣品編號8的相同，並且使用與樣品編號64的相同的母合金的樣品的接合強度是1.05，都顯示優異的接合強度。下面解釋本發明的第二實施方案的實施例6。在本實施例中，在氬氣氣氛下使用純度各自是99.9質量％的電解Fe、電解Ni、B和C澆注下表6所示每一組成的母合金。將每一母合金在槽開口為25mm寬和0.4mm間隙的石英坩鍋中再熔融並經該槽噴射到圓周速度為25m/sec的銅冷卻輥的運行表面上驟冷形成30pm厚的無定形箔。然後，通過加熱和冷卻箔，從熔融/固化時的吸熱溫度或放熱溫度確定熔點。結果也示於表6。表6tableseeoriginaldocumentpage21使用上面製得的實施例和對比例的接合合金箔進行接合試驗，並測定接合強度。與上面實施例1所述類似，作為待接合的基料，分別製備兩種棒，即，一根棒為20mm直徑並由STK400的Fe-基合金材料製成，一根棒為20mm直徑並由Incond600的Ni-基耐熱合金製成。使接合合金箔成雙並夾在兩個棒之間，然後將它們一起放入能夠控制溫度的加熱爐中並保持10min。升溫至比熔點高50。C或更小的溫度，然後將樣品冷卻。在加熱兩根棒的同時，用2MPa的壓力使它們彼此相壓進行完全接觸。加熱爐保持在Ar氣氣氛下。通過切割接合棒使試驗片(樣品)保持在接合界面部分縱向的中間，製備包括接合部分的試驗片用於JISZ2201弁4拉伸試驗。沿接合線在試驗片上形成切口(2mm長，45°角)。從每一基料棒切割相同形狀的基料部分的每一試驗片。表7tableseeoriginaldocumentpage22至於樣品編號91-118的接合合金，通過將熔融接合合金噴射到運行的銅表面冷卻輥上製成箔沒有問題，這是由於所有接合合金的C含量都是0.01%或更大。樣品編號94-104和106-112顯示針對Fe-基合金材料STK400和Ni-基合金材料Inconel600的(接合部分的強度)/(基料的強度)之比都是1.00或更大，即，樣品編號5-16和19-23的接合強度優異。表7所示的編號為94-104和106-112的所有樣品(試驗片)，B的濃度為12-18%，C的濃度超過4%高達11%，Fe的濃度為23-60%和Ni含量大於22%至等於60%並且熔點是110'C或更小。特別是在號95-102的樣品中，Fe的濃度是29-55%和Ni的濃度是27-53%，(接合部分的強度)/(基料的強度)之比是1.02或更大，即，與對比樣品相比，接合強度大大改善。在對比樣品編號91-93中，Ni的濃度比本發明的量小，接合合金的熔點大於1100。C並且相對於Ni-基合金材料Inconel600的接合強度未達到1.00。Ni的濃度高於本發明的範圍的對比樣品編號105的接合合金，具有低熔點並且相對Ni-基合金材料Inconel600的接合強度是1,00。然而，由於編號105中的Fe濃度大大降低，因此相對於Fe-基合金材料STK400的接合強度降低。在對比樣品編號113-118中，Fe的濃度和Ni的濃度保持在本發明的範圍內，然而，B含量和C含量都在本發明第二實施方案的範圍之外，任意樣品都不能獲得足夠的接合強度。至於樣品編號113-116的接合合金，熔點高並且接合強度小於1.00。至於樣品編號117和118，儘管組合物提供低熔點，但是接合強度不足。將樣品編號117或118的試驗片嵌入樹脂並粉碎和蝕刻形成橫截面可見樣品用於觀察。用光學顯微鏡觀察接合面的橫截面並發現沉澱。使用EPMA(ElectronProbeX-rayMicroAnalyzer)測定沉澱的組成，即，發現碳化物是沉澱的組分。下面解釋本發明的第二實施方案的實施例7。在該實施例7中，在氬氣氣氛下使用純度各自是99.9質量。/。的電解Fe、電解Ni、B、Si和C澆注下表8所示每一組成的母合金。以與上面實施例6相同的方式製備每一母合金箔。以與實施例6相同的方式進行接合試驗並測定接合強度。Fe-基合金材料STK400用作待接合的基料。結果示於下表8。表8tableseeoriginaldocumentpage24如表8所示，Si的濃度保持在本發明的範圍內的樣品編號120-124的接合合金，說明(接合部分的強度)/(基料的強度)之比是1.00或更大，艮P,樣品編號120-124的接合強度優異。相反，在Si的濃度高於本發明的對比樣品編號125的接合合金中，儘管實現熔點的降低，但是接合強度小於l.OO。樣品編號125的實驗片嵌入樹脂內並粉碎和蝕刻形成橫截面可見樣品用於觀察。用光學顯微鏡觀察對比樣品編號125的接合表面的橫截面並發現各種氧化物。使用EPMA(ElectronProbeX-rayMicroAnalyzer)測定Si和O是氧化物的主要組分，即，發現該氧化物是Si氧化物。下面解釋本發明的第二實施方案的實施例8。在該實施例8中，在氬氣氣氛下使用純度各自是99.9質量％的電解Fe、電解Ni、B、Si、C、W、Mo和Cr澆注下表9所示每一組成的母合金。以與上面實施例6相同的方式製備每一母合金箔。以與實施例6相同的方式進行接合試驗並測定接合強度。Fe-基合金材料STK400用作待接合的基料。結果示於下表9。表9tableseeoriginaldocumentpage25tableseeoriginaldocumentpage26如上表9所示，每一主要組分Fe和Ni的濃度在本發明的範圍之外的對比樣品編號130-132，即使Mo的添加量在本發明的濃度範圍內也幾乎不降低熔點並且(接合部分的強度)/(基料的強度)之比小於1.00。相反，Fe、Ni、B、Si和C的每一濃度保持在本發明的第二實施例的範圍內的樣品編號133-140，發現當Mo的添加量在本發明的含量範圍內時熔點降低高達65t:並且接合強度得到改善。其中Mo以比本發明的範圍濃度即5%高的、濃度添加的對比樣品編號141，其熔點幾乎等於樣品編號133-140的熔點。換言之，當Mo的濃度超過5%時添加Mo以降低熔點的效果飽和。針對元素W獲得相似結果。其中每一主要元素Fe和Ni的濃度在本發明的範圍之外的對比樣品編號142和143，即使W的添加量在本發明的含量範圍內也幾乎不降低熔點，並且(接合部分的強度)/(基料的強度)之比小於1.00。相反，其中Fe、Ni、B、Si和C的每一濃度保持在本發明的第二實施方案的範圍內的樣品編號144-150，當W的添加量在本發明的濃度範圍內時，熔點降低高達65。C並且接合強度得到改善。其中W以比本發明的範圍的濃度即5%高的濃度添加的對比樣品編號151，其熔點幾乎等於樣品編號144-150的熔點。換言之，當W的濃度超過5。/。時添加W以降低熔點的效果飽和。其中Fe、Ni、B、Si和C各自的濃度保持在本發明的第二實施方案的範圍內並且還一起添加本發明的濃度範圍內的Mo和W的樣品編號152-155，熔點降低並且接合強度得到改善。其中Mo和W—起以比本發明的範圍的濃度即5%高的濃度添加的對比樣品編號156，其熔點幾乎等於樣品編號152-155的熔點。換言之，當組合的Mo和W的總濃度超過5%時組合添加Mo和W以降低熔點的效果飽和。其中Cr的濃度保持在本發明的範圍內的樣品編號157-161，接合強度優異，艮卩，虔合部分的強度)/(基料的強度)之比是i.oo或更大。至於樣品編號133、136-138、146-148、152和155的接合合金箔，將氣氛由Ar氣變為空氣之後使用相同箔樣品進行接合試驗。每一樣品的強度是編號133樣品的強度是1.01、編號136樣品的強度是1.02、編號137的樣品的強度是1.01、編號138的樣品的強度是1.02、編號146的樣品的強度是1.00、編號147的樣品的強度是1.01、編號148的樣品的強度是1.02、編號152的樣品的強度是1.01和編號155的樣品的強度是1.02。這顯示即使在空氣中進行接合也保持足夠的接合強度。下面解釋本發明的第二實施方案的實施例9。在該實施例9中，在氬氣氣氛下使用純度各自是99.9質量％的電解Fe、電解Ni、B、Si、C、W、Mo、Cr和V澆注下表10所示每一組成的母合金。以與上面實施例6相同的方式製備每一母合金箔。以與實施例6相同的方式進行接合試驗，只是氣氛為空氣。測定接合強度。Fe-基合金材料STK400用作待接合的基料。結果示於下表IO。表10tableseeoriginaldocumentpage270.97如上表10所示，其中V的濃度小於0.1%並在空氣中進行接合的對比樣品編號170，接合強度小於1.00。其中V的濃度大於10%的對比樣品編號181，熔點上升和接合強度降低。相反，其中V的濃度保持在本發明的範圍內的樣品編號171-180,即使在氧化氣氛下進行接合，接合強度優異，即，1.00或更大。下面解釋本發明的第二實施方案的實施例IO。在本實施例中，使用與樣品編號96和153中相同的母合金並用氣霧法製備粒徑是150pm或更小的粉狀接合合金。霧化噴嘴的環狀開口直徑是0.3mm,並將Ar氣用作霧化壓力氣。向製得的粉狀接合合金中添加乙醇形成漿液。將該漿液塗敷到基料待接合的表面上使得厚度為約100pm。然後以與實施例6相同的方式進行接合試驗並測定接合強度。使用母合金與樣品編號96的相同的粉狀接合合金的樣品的接合強度以(接合部分的強度)/(基料的強度)之比計是1.02，並且使用與樣品編號153的的母合金相同的樣品的接合強度是1.04，gp,都具有優異的接合強度。本文上面引用的所有文獻都通過引用將其全文併入。權利要求1.一種液相擴散接合用合金，以原子百分數(％)計包含22<Ni≤60，B12-18，C0.01-4，和Fe和殘餘雜質。2、一種液相擴散接合用合金，以原子百分數(％)計包含22<Ni^60，B:7-18，4<C^11，和Fe和殘餘雜質。3、權利要求1的合金，以原子百分數(％)計還包含0.01^Si<l。4、權利要求1的合金，其中所述合金的熔點為1030-110(TC並且(接合部分的拉伸強度)/(基料的拉伸強度)之比為1.00或更大。5、權利要求1的合金，還包含濃度為0.1-5原子百分數(％)的W和/或Mo。6、權利要求1的合金，還包含濃度為0.1-20原子百分數(％)的Cr。7、權利要求l的合金，還包含濃度為0.1-10原子百分數(％)的V。8、權利要求2的合金，以原子百分數(％)計還包含0.01SSi<l。9、權利要求2的合金，其中所述合金的熔點為1030-1100°C,並且(接合部分的拉伸強度)/(基料的拉伸強度)之比為1.00或更大。10、權利要求2的合金，還包含濃度為0.1-5原子百分數(％)的W和/或Mo。11、權利要求2的合金，還包含濃度為0.1-20原子百分數(％)的Cr。12、權利要求2的合金，還包含濃度為0.1-10原子百分數(％)的V。13、權利要求1的合金，其中所述合金是平均粒徑為5-300pm的粉狀。14、權利要求2的合金，其中所述合金是平均粒徑為5-30(Him的粉狀。15、權利要求l的合金，其中所述合金是厚度為3-200pm的箔狀。16、權利要求2的合金，其中所述合金是厚度為3-200nm的箔狀。17、一種結構，包括至少兩種組分，包含經權利要求1所述的合金彼此接合的鎳基合金基料。18、一種結構'，包括至少兩種組分，包含經權利要求2所述的合金彼此接合的鎳基合金基料。19、一種包括至少兩種組分的結構，包含經權利要求1所述的合金彼此接合的鐵基鋼材料。20、一種包括至少兩種組分的結構，包含經權利要求2所述的合金彼此接合的鐵基鋼材料。全文摘要一種液相擴散接合用的低熔點的合金，它既能接合Ni-基耐熱合金材料又能接合Fe-基鋼材料。以原子百分數(％)計該合金包含22＜Ni≤60，B12-18，C0.01-4、並且其餘是Fe和殘餘雜質；或者以原子百分數(％)計包含22＜Ni≤60，B7-18，4＜C≤11、並且其餘是Fe和殘餘雜質。文檔編號B23K35/30GK101374631SQ20078000309公開日2009年2月25日申請日期2007年1月26日優先權日2006年1月31日發明者佐藤有一,坂本廣明,水原洋治,長谷川泰士申請人:新日本制鐵株式會社