(57)【要約】【課題】形状や面積に依存せずにＴｉＡｌ母材と同等の高温強度を有する接合部を得る。【解決手段】ＴｉＡｌ接合体の製造方法は、ＴｉＡｌ金属間化合物を含む複数の部材１におけるに隣接する二つの部材１間に、Ｔｉを主成分としＣｕ及びＮｉが含まれたインサート材を挟むように配置する工程と、複数の部材１、及び、複数の部材１におけるに隣接する二つの部材１間に挟まれたインサート材を非酸化雰囲気中で加熱する工程とを具備する。【選択図】図２
2015036148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉＡｌ金属間化合物を含む複数の部材におけるに隣接する二つの部材間に、Ｔｉを主成分としＣｕ及びＮｉが含まれたインサート材を挟むように配置する工程と、
前記複数の部材、及び、前記複数の部材におけるに隣接する二つの部材間に挟まれたインサート材を、非酸化雰囲気中で、前記インサート材の融点以上かつ前記部材の融点未満の温度で加熱する工程と
を具備する
ＴｉＡｌ接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、
前記加熱する工程は、前記複数の部材に積極的に圧力を印加しないで実行される
ＴｉＡｌ接合体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、
前記インサート材は、Ｔｉ箔、Ｃｕ箔及びＮｉ箔を積層したもの、Ｔｉ箔及びＣｕ−Ｎｉ箔を積層したもの、又は、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｎｉ箔である
ＴｉＡｌ接合体の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、
前記配置する工程において、前記インサート材は、少なくとも前記隣接する二つの部材の一方の自重により、前記隣接する二つの部材の他方に押し付けられる
ＴｉＡｌ接合体の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、
前記インサート材は、Ｔｉ、Ｃｕ及びＮｉの粉末ロウ材をペースト状にしたものである
ＴｉＡｌ接合体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、
前記配置する工程において、前記インサート材は、前記隣接する二つの部材間の所定の隙間に浸入保持される
ＴｉＡｌ接合体の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、
前記複数の部材の各々は、Ａｌが３５〜５５ａｔ．％であり、
前記インサート材は、Ｃｕが５〜２０ｗｔ％、Ｎｉが５〜２０ｗｔ．％であり、
前記加熱する工程は、加熱温度が１０００〜１２５０℃で実行される
ＴｉＡｌ接合体の製造方法。
【請求項８】
ＴｉＡｌ金属間化合物を含む複数の部材と、
前記複数の部材におけるに隣接する二つの部材の接合面に沿って形成された接合層と
を具備し、
前記接合層は、
前記隣接する二つの部材の一方の側に形成された第１拡散層と、
前記隣接する二つの部材の他方の側に形成された第２拡散層と
を含み、
前記第１拡散層及び前記第２拡散層は、Ｃｕ及びＮｉを含み、Ｔｉ系のα相及びβ相のうちの少なくとも一方を含む
ＴｉＡｌ接合体。
【請求項９】
請求項８に記載のＴｉＡｌ接合体において、
前記複数の部材の各々は、Ａｌが３５〜５５ａｔ．％であり、
前記第１拡散層及び前記第２拡散層は、Ｃｕ、Ｎｉがそれぞれ２〜３ｗｔ％程度以下である
ＴｉＡｌ接合体。
【請求項１０】
請求項９に記載のＴｉＡｌ接合体において、
前記第１拡散層及び前記第２拡散層は、針状組織を有する
ＴｉＡｌ接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴｉＡｌ接合体及びＴｉＡｌ接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐熱性が有り軽量である材料としてＴｉＡｌ金属間化合物（単にＴｉＡｌともいう）が知られている。ＴｉＡｌは、例えば、耐熱性と軽量であることを必要とする飛昇体の部品や航空宇宙用エンジンの部品などの材料として好適である。そのような部品の材料としてＴｉＡｌを用いる場合、ＴｉＡｌ同士を接合する必要がある場合が考えられる。その場合、その接合部には、ＴｉＡｌ母材と同等の高温強度が求められる。
【０００３】
ＴｉＡｌ母材と同等の高温強度を有する接合部を得る方法としては、溶接が適用できないため、主に拡散接合が適用されている。この拡散接合では、加熱する温度、加熱する時間、圧力の印加方法、印加する圧力の大きさ、インサート材の有無等をパラメータとしている。例えば、特開平４−３６７３８２号公報（特許文献１）に、高強度ＴｉＡｌ接合体及びその接合方法が開示されている。図１Ａ及び図１Ｂは、従来技術におけるＴｉＡｌの接合方法を示す概略図である。図１Ａが特開平４−３６７３８２号公報の接合方法を示し、図１Ｂが特開平４−３６７３８２号公報の出願時での従来技術の接合方法を示している。図１Ｂの接合方法は、ＴｉＡｌ金属間化合物１０１同士をヒータ１０２で加熱しながら圧力を印加して拡散接合させている。一方、図１Ａの接合方法は、図１Ｂと比較して、ＴｉＡｌ金属間化合物１０１同士をヒータ１０２で加熱しながら圧力を印加して拡散接合させるとき、インサート材として金属Ｔｉ１０３を用いている。
【０００４】
関連する技術として特許第３４５９１３８号公報（特許文献２）にＴｉＡｌ金属間化合物接合体及びその製造方法が開示されている。このＴｉＡｌ金属間化合物接合体の製造方法は、ＴｉＡｌ系金属間化合物からなる２つの母材の接合面に、ＡｌおよびＴｉをそれぞれ主成分とする金属相の混合体が主たる構成要素であるインサート材を配置し、前記複数のインサート材がＴｉＡｌ系金属間化合物になる温度域に加熱して反応合成接合し、母材が板状γ粒および板状α２粒が交互に積層してなるラメラ層状組織とγ相等軸粒との混合組織からなる場合に、前記反応合成接合工程の後に、接合体をＴα〜（Ｔα−１００）℃の温度範囲（ここで、Ｔαはα相からγ相が析出する温度である）に所定時間保持する熱処理を施すか、または接合体を（Ｔα＋１００）〜Ｔα℃の温度に加熱し、さらにＴα〜（Ｔα−１００）℃の温度範囲に所定時間保持する熱処理を施すことを特徴とする。
【０００５】
このように、ＴｉＡｌ同士を拡散接合させるとき、良好な接合品質（例示：母材並みの接合強度）を得るためには、図１Ａや図１Ｂに示すように、ＴｉＡｌに積極的に圧力を印加する必要がある。ＴｉＡｌの接合面同士を密接させる必要があるためである。ただし、インサート材（ＴｉやＡｌ及びＴｉ）を挿入することにより、要求される圧力をある程度低減できる（特開平４−３６７３８２号公報、特許第３４５９１３８号）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３６７３８２号公報
【特許文献２】特許第３４５９１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記各特許文献に記載の技術では、いずれの場合にもＴｉＡｌの接合面同士を密接させるために、ＴｉＡｌに積極的に圧力を印加しながら拡散接合をしている。そのために、圧力を印加し難い形状を有する部品に対しては、接合面に均一に圧力を印加することができないため、上記各特許文献に記載の技術を適用することは困難である。また、接合面として広い面積を有する部品に対しても、印加する圧力が大きくなり過ぎるため、上記各特許文献に記載の技術を適用することは困難である。形状や面積に依存せずにＴｉＡｌ母材と同等の高温強度を有する接合部を得ることができる技術が望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、形状や面積に依存せずにＴｉＡｌ母材と同等の高温強度を有する接合部を得ることが可能なＴｉＡｌ接合体及びＴｉＡｌ接合体の製造方法を提供することにある。また、積極的に圧力を印加せずにＴｉＡｌ母材と同等の高温強度を有する接合部を得ることが可能なＴｉＡｌ接合体及びＴｉＡｌ接合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
本発明のＴｉＡｌ接合体の製造方法は、ＴｉＡｌ金属間化合物を含む複数の部材（１、２１ｂ）におけるに隣接する二つの部材（１、２１ｂ）間に、Ｔｉを主成分としＣｕ及びＮｉが含まれたインサート材（５、２５）を挟むように配置する工程と；複数の部材（１、２１ｂ）、及び、複数の部材（１、２１ｂ）におけるに隣接する二つの部材（１、２１ｂ）間に挟まれたインサート材（５、２５）を、非酸化雰囲気中で、インサート材（５、２５）の融点以上かつ部材（１、２１ｂ）の融点未満の温度で加熱する工程とを具備している。
【００１１】
本発明では、非酸化雰囲気中においてインサート材（５、２５）の融点以上、部材（１、２１ｂ）の融点未満の温度で加熱することで、インサート材（５、２５）のＴｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｎｉ、の共晶反応を利用して、部材（１、２１ｂ）間に液相を生じさせる。その液相の物質を部材（１、２１ｂ）内に拡散させることにより、部材（１、２１ｂ）同士を接合させることができる。その結果、加熱処理条件を適正にとることで、室温〜インサート材（５、２５）の融点以上、部材（１、２１ｂ）の融点未満の高温まで、母材と同等の接合強度が得られる。
【００１２】
上記のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、加熱する工程は、複数の部材（１、２１ｂ）に積極的に圧力を印加しないで実行される。
本発明では、インサート材（５、２５）を液相化して、液相の物質を部材（１、２１ｂ）内に拡散させることにより、積極的な加圧力を必要としないで部材（１、２１ｂ）同士を接合させることができる。
【００１３】
上記のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、インサート材（５）は、Ｔｉ箔、Ｃｕ箔及びＮｉ箔を積層したもの、Ｔｉ箔及びＣｕ−Ｎｉ箔を積層したもの、又は、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｎｉ箔である。
本発明では、Ｔｉを主成分としＣｕ及びＮｉが含まれたインサート材（５）として、各種の箔を用いることで、製造を容易に実行することができる。
【００１４】
上記のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、配置する工程において、インサート材（５）は、少なくとも隣接する二つの部材（１）の一方の自重により、隣接する二つの部材（１）の他方に押し付けられる。
本発明では、インサート材（５）の組成及び隣接する二つの部材（１）の自重により、積極的な加圧力を必要としないで接合を行うことができる。
【００１５】
上記のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、インサート材（２５）は、Ｔｉ、Ｃｕ及びＮｉの粉末ロウ材をペースト状にしたものである。
本発明では、Ｔｉを主成分としＣｕ及びＮｉが含まれたインサート材（２５）として、ペーストを用いることで、製造を容易に実行することができる。
【００１６】
上記のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、配置する工程において、インサート材（２５）は、隣接する二つの部材（２１ｂ）間の所定の隙間に浸入保持される。
本発明では、インサート材（２５）の組成及び隣接する二つの部材（２１ｂ）の所定の隙間とすることにより、積極的な加圧力を必要としないで接合を行うことができる。
【００１７】
上記のＴｉＡｌ接合体の製造方法において、複数の部材（１）の各々は、Ａｌが３５〜５５ａｔ．％である。インサート材（５）は、Ｃｕが５〜２０ｗｔ％、Ｎｉが５〜２０ｗｔ．％である。加熱する工程は、加熱温度が１０００〜１２５０℃で実行される。
本発明では、特にこれらの組成において、特により良質な接合特性が得られて好ましい。
【００１８】
また、本発明のＴｉＡｌ接合体は、ＴｉＡｌ金属間化合物を含む複数の部材（１、２１ｂ）と、複数の部材（１、２１ｂ）におけるに隣接する二つの部材（１、２１ｂ）の接合面に沿って形成された接合層（２、２２）とを具備している。接合層（２、２２）は、隣接する二つの部材（１、２１ｂ）の一方の側に形成された第１拡散層（３、２３）と、隣接する二つの部材（１、２１ｂ）の他方の側に形成された第２拡散層（３、２３）とを含んでいる。第１拡散層（３、２３）及び第２拡散層（３、２３）は、Ｃｕ及びＮｉを含み、Ｔｉ系のα相及びβ相のうちの少なくとも一方を含んでいる。
【００１９】
本発明では、接合層（２、２２）においてＣｕ及びＮｉを含み、Ｔｉ系のα相及びβ相のうちの少なくとも一方を含んでおり、それら組織が針状組織を形成していることで、接合層（２、２２）における接合特性を良質にすることができる。その結果、加熱処理条件を適正にとることで、室温〜Ｔｉ−Ｎｉ、Ｔｉ−Ｃｕの融点以上、部材（１、２１ｂ）の融点未満の高温まで、母材と同等の接合強度が得られる。
【００２０】
上記のＴｉＡｌ接合体において、複数の部材（１、２１ｂ）の各々は、Ａｌが３５〜５５ａｔ．％である。加熱処理条件を適正にとることで、第１拡散層（３、２３）及び第２拡散層（３、２３）のＣｕ、Ｎｉの濃度が最も高い部分でも２〜３ｗｔ％程度となる。
本発明では、特にこれらの組成において、特により良質な接合特性が得られて好ましい。
【００２１】
上記のＴｉＡｌ接合体において、第１拡散層（３、２３）及び第２拡散層（３、２３）は、針状組織を有する。
本発明では、特にこれらの結晶組織において、特により良質な接合特性が得られて好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、形状や面積に依存せずにＴｉＡｌ母材と同等の高温強度を有する接合部を得ることが可能となる。また、積極的に圧力を印加せずにＴｉＡｌ母材と同等の高温強度を有する接合部を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】図１Ａは、従来技術におけるＴｉＡｌの接合方法を示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、従来技術におけるＴｉＡｌの接合方法を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の構成例を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る接合層の構成を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の構成例を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る接合層の構成を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第２の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第２の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の製造方法の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体及びＴｉＡｌ接合体の製造方法に関して、添付図面を参照して説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の構成例を示す斜視図である。この接合体１０は、複数の部材１が接合層２を介して接合された構成を有している。この図では、円筒形状（リング形状）の部材１が５段積層された例が示されている。円筒（リング）の厚み部分は、上方及び下方の円筒（リング）の厚み部分と重なり、接合部において面接触できるように設けられている。本実施の形態では、このように部材１が多段であったり、直径が異なっていたりしても良い。この接合体１０の大きさとしては、例えば、円筒（リング）の直径が約φ６００ｍｍ程度であり、５段積層分の高さが約１０００ｍｍ程度である。なお、本実施の形態はこの例に限定されるものではない。接合層２で接合可能であれば、例えば、部材１は円柱形状でなくても良く、また接合される部材同士が同じ形状や相似形状である必要はない。
【００２６】
部材１は、ＴｉＡｌ金属間化合物（単にＴｉＡｌともいう）又はそれを主成分とする部材である。ただし、主成分とは最も多い成分という意味である（以下同じ）。部材１のＴｉＡｌは、γ相、β相、α２／γラメラ相を含んでいる。部材１の組成は、耐熱性が有り軽量である特性を示すのであれば、特に限定はない。好ましくは、Ａｌは３５〜５５ａｔ．％、Ｔｉは４５〜６５ａｔ．％である。特性を向上させるために、これらにＭｎや、Ｎｂ及びＣｒなどの元素を添加した組成でも良い。組成の具体例としては、Ａｌ：Ｔｉ＝４０：６０（ａｔ．％）、Ａｌ：Ｔｉ＝４８：５２（ａｔ．％）、Ａｌ：Ｔｉ：Ｍｎ＝３５：５９：６（ａｔ．％）、Ａｌ：Ｔｉ：Ｎｂ：Ｃｒ＝４６：５０：２：２（ａｔ．％）、などである。
【００２７】
接合層２は、部材１と部材１との接合面（部材１と部材１との境界）４に沿って設けられ、それら部材１と部材１とを接合している。図３は、接合層２の構成を示す断面図である。接続層２は、接合した一方の部材１側に形成された拡散層３と、他方の部材１側に形成された拡散層３とを備えている。拡散層３は、針状組織（針状結晶）を有している。拡散層３は、Ｔｉ系のα相及びβ相のうちの少なくとも一方を含み、内部にＣｕ、Ｎｉ、及びＡｌを含んでいる。Ｃｕの割合は、例えば、最も高い部分で２〜３ｗｔ％程度であり、接合面４から離れるにつれて減少する。同様に、Ｎｉの割合は、例えば、最も高い部分で２〜３ｗｔ％程度であり、接合面４から離れるにつれて減少する。Ａｌは接合面４から離れるにつれて割合が増加して、部材１でのＡｌの割合に連なっている。このようにＣｕ、Ｎｉ、Ａｌが相互拡散した接合層２を形成することで、良好な接合品質を得ることができる。拡散層３の幅は例えば５００μｍ程度である。
【００２８】
次に、本発明の第１の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の製造方法について説明する。
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の製造方法の一例を示す斜視図である。
【００２９】
図４Ａに示すように、まず、ＴｉＡｌ金属間化合物又はそれを主成分として含む複数の部材１を準備する。次に、薄板状のインサート材５を、隣り合う二つの部材１の間に挟むように配置する。これにより、各インサート材５は、その上に載置された部材１の自重により、隣り合う二つの部材１の向かい合う両表面に押し付けられる。しかし、複数の部材１に積極的に圧力を印加することはしていない。すなわち、積極的な圧力の印加は不要である。
【００３０】
ここで、部材１は、図２において説明されたとおりである。
また、インサート材５は、Ｔｉを主成分としＣｕ及びＮｉを含んでいる。Ｃｕの組成としては、３．８５〜１６．５ａｔ．％（５〜２０ｗｔ％）である。Ｎｉの組成としては、４．１５〜１７．９ａｔ．％（５〜２０ｗｔ％）である。組成の具体例としては、Ｔｉ：Ｃｕ：Ｎｉ＝９２.０：３．８５：４．１５（ａｔ．％）〜６５．６：１６．５：１７．９（ａｔ．％）、である。このような組成は、Ｃｕ、Ｎｉが圧力を印加しなくとも部材１中へ拡散して、良好な接合品質を有する接合層２を形成するために好ましい範囲である。インサート材５の大きさ及び形状は、隣り合う二つの部材１が互いに接触する面の大きさ及び形状と概ね同じとする。ただし、概ね同じとは製造上の誤差を考慮して同じという意味である。
【００３１】
このようなインサート材５としては、上記組成を有するＴｉ−Ｃｕ−Ｎｉ箔が例示される。ただし、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｎｉ箔は、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｎｉ合金の箔だけに限定されない。溶融後に上記組成に相当するならば、複数のＴｉ箔の間にＣｕ−Ｎｉ固溶体の箔を挟んだもの、複数のＴｉ箔の間にＣｕ−Ｎｉ固溶体の箔をクラッド処理した箔、複数のＴｉ箔の間にＣｕ箔及びＮｉ箔を適量積層させたもの、などであっても良い。インサート材５の厚さは、インサート材５が溶融したとき、少なくとも部材１の表面の凹凸を埋めることができる程度に厚いことが好ましい。ただし、厚みと共に拡散層３の形成にかかる時間が多くなるので、厚すぎないことが好ましい。例えば、５０〜１５０μｍである。なお、部材１の接続面の面積が広すぎる場合、箔は一体ではなく、複数枚を繋ぎ合わせても良い。
【００３２】
次に、図４Ｂに示すように、隣り合う二つの部材１の間にインサート材５を挟まれた複数の部材１を非酸化雰囲気（不活性雰囲気や真空中）で加熱する。例えば、真空中加熱である。加熱処理条件としては、液相拡散接合を狙い、インサート材５の融点以上で部材１の融点未満の温度において、インサート材５が溶融して生じた液相が、温度保持時間中に液相内のＣｕやＮｉが部材１内に拡散して液相の融点が上昇して等温凝固する条件とする。ＴｉＡｌの融点が約１４００〜１５００℃、Ｔｉ−ＣｕやＴｉ−Ｎｉの融点が約９００℃程度であることを考慮すると、加熱処理条件は、例えば以下のようになる。
加熱温度：１０００℃〜１２５０℃
保持時間：１０分〜１０時間
真空度：１０−３Ｐａより高真空
【００３３】
その結果、図４Ｃに示すように、等温凝固により隣り合う二つの部材１間に接合層２が形成され、その後、冷却される。それにより、ＴｉＡｌ（部材１）同士が接合されたＴｉＡｌ接合体が製造される。
【００３４】
このように、本実施の形態では、例えば真空炉においてインサート材５の融点以上で部材１の融点未満の温度で加熱することで、インサート材５のＴｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｎｉの共晶反応を利用して、部材１間に液相を生じさせる。その液相の物質を部材１内に拡散させることにより、積極的な加圧力を必要としないで部材１同士を接合させることができる。その結果、加熱処理条件を適正にとることで、室温〜１０５０℃の高温まで、母材と同等の継手強度が得られる。
【００３５】
すなわち、本実施の形態では、接合する部材間に液相を生じさせることで、積極的な加圧が不要となる。それにより、部材間に接合面に合わせてインサート材を挿入するだけで、加圧が難しい形状などの接合も、広面積の接合も実現可能となる。加えて、インサート材を挟んで部材を多段に積み重ねることで、３個以上の複数の部材を同時に接合することができる。これらにより、大型で鋳造・鍛造品の製造が困難なＴｉＡｌ金属間化合物の大型構造部材への適用が可能となる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
まず、本発明の第２の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の構成について説明する。
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の構成例を示す斜視図である。この接合体２０は、部材としての複数のタービンブレード（タービンブレード本体２１ａ、シュラウド２１ｂ）が、接合層２２を介して接合された構成を有している。具体的には、タービンブレード本体２１ａに設けられたシュラウド２１ｂが、接合層２２を介して隣接するシュラウド２１ｂと接合されている。この図では、複数のタービンブレードにおける板状のシュラウド２１ｂが隣接された例が示されている。なお、本実施の形態はこの例に限定されるものではない。部品同士が接合可能であれば、例えば、シュラウド２１ｂは板状でなくても良く、また接合される部材同士が同じ形状や相似形状である必要はない。
【００３７】
シュラウド２１ｂ（及びタービンブレード本体２１ｂ）は、ＴｉＡｌ金属間化合物（単にＴｉＡｌともいう）又はそれを主成分とする部材である。シュラウド２１ｂのＴｉＡｌは、γ相、β相、α２／γラメラ相を含んでいる。シュラウド２１ｂの組成は、耐熱性が有り軽量である特性を示すのであれば、特に限定はない。好ましくは、Ａｌは３５〜５５ａｔ．％、Ｔｉは４５〜６５ａｔ．％である。特性を向上させるために、これらにＭｎや、Ｎｂ及びＣｒなどを添加した組成でも良い。組成の具体例としては、Ａｌ：Ｔｉ＝４０：６０（ａｔ．％）、Ａｌ：Ｔｉ＝４８：５２（ａｔ．％）、Ａｌ：Ｔｉ：Ｍｎ＝３５：５９：６（ａｔ．％）、Ａｌ：Ｔｉ：Ｎｂ：Ｃｒ＝４６：５０：２：２（ａｔ．％）、などである。
【００３８】
接合層２２は、シュラウド２１ｂとシュラウド２１ｂとの接合面（シュラウド２１ｂとシュラウド２１ｂとの境界）２４に沿って設けられ、それらシュラウド２１ｂとシュラウド２１ｂとを接合している。図６は、接合層２２の構成を示す断面図である。接合層２２は、接合した一方のシュラウド２１ｂ側に形成された拡散層２３と、他方のシュラウド２１ｂ側に形成された拡散層２３とを備えている。拡散層２３は、針状組織（針状結晶）を有している。拡散層２３は、Ｔｉ系のα相及びβ相のうちの少なくとも一方を含み、内部にＣｕ、Ｎｉ、及びＡｌを含んでいる。Ｃｕの割合は、例えば、最も高い部分で２〜３ｗｔ％程度であり、接合面２４から離れるにつれて減少する。同様に、Ｎｉの割合は、例えば、最も高い部分で２〜３ｗｔ％程度であり、接合面２４から離れるにつれて減少する。Ａｌは接合面２４から離れるにつれて割合が増加して、シュラウド２１ｂでのＡｌ割合に連なっている。このようにＣｕ、Ｎｉ、Ａｌが相互拡散した接合層２２を形成することで、良好な接合品質を得ることができる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の製造方法について説明する。
図７Ａ〜図７Ｃは、本発明の第２の実施の形態に係るＴｉＡｌ接合体の製造方法の一例を示す斜視図である。
【００４０】
図７Ａに示すように、まず、部材としての複数のタービンブレード（タービンブレード本体２１ａ、シュラウド２１ｂ）を準備する。このとき、少なくともシュラウド２１ｂは、ＴｉＡｌ金属間化合物又はその主成分として含んでいる。隣り合う二つのシュラウド２１ｂの間隙としては、例えば、２０〜５０μｍとする。次に、インサート材としての粉末ろう材のペースト２５を、隣り合う二つのシュラウド２１ｂの間隙に、ペースト２５を充填するように塗布（配置）する。しかし、複数のタービンブレード（又はシュラウド２１ｂなど）に積極的に圧力を印加することはしていない。すなわち、積極的な圧力の印加は不要である。
【００４１】
ここで、シュラウド２１ｂは、図５において説明されたとおりである。
また、インサート材としてのペースト２５は、Ｔｉを主成分としＣｕ及びＮｉを含む粉末ろう材に、有機溶剤のバインダーを加えて粘性を与えペースト状にしたものである。粉末ろう材中のＣｕの組成としては、３．８５〜１６．５ａｔ．％（５〜２０ｗｔ％）である。Ｎｉの組成としては、４．１５〜１７．９ａｔ．％（５〜２０ｗｔ％）である。組成の具体例としては、Ｔｉ：Ｃｕ：Ｎｉ＝９２.０：３．８５：４．１５（ａｔ．％）〜６５．６：１６．５：１７．９（ａｔ．％）、である。このような組成は、Ｃｕ、Ｎｉが圧力を印加しなくともシュラウド２１ｂ中へ拡散して、良好な接合品質を有する接合層２２を形成するために好ましい範囲である。
【００４２】
次に、図７Ｂに示すように、隣り合う二つのシュラウド２１ｂの間にペースト２５が複数のタービンブレード（タービンブレード本体２１ａ、シュラウド２１ｂ）を非酸化雰囲気（不活性雰囲気や真空中）で加熱することで、隣り合う二つのシュラウド２１ｂの間隙に溶融したろう材が毛細管現象により吸い込まれる。加熱処理条件としては、液相拡散接合を狙い、粉末ろう材の融点以上で複数のタービンブレードの融点未満の温度において、粉末ろう材が溶融して生じた液相が、温度保持時間中に液相内のＣｕやＮｉがシュラウド２１ｂ内に拡散して液相の融点が上昇して等温凝固する条件とする。ＴｉＡｌの融点が約１４００〜１５００℃、Ｔｉ−ＣｕやＴｉ−Ｎｉの融点が約９００℃程度であることを考慮すると、加熱処理条件は、例えば以下のようになる。
加熱温度：１０００℃〜１２５０℃
保持時間：１０分〜１０時間
真空度：１０−３Ｐａより高真空
【００４３】
その結果、図７Ｃに示すように、等温凝固により隣り合う二つのシュラウド２１ｂ間に接合層２２が形成され、その後、冷却される。それにより、ＴｉＡｌ（シュラウド２１ｂ）同士が接合されたＴｉＡｌ接合体が製造される。
【００４４】
このように、本実施の形態では、例えば真空炉において粉末ろう材の融点以上でシュラウド２１ｂの融点未満の温度で加熱することで、粉末ろう材のＴｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｎｉの共晶反応を利用して、シュラウド２１ｂ間に液相を生じさせる。その液相の物質をシュラウド２１ｂ内に拡散させることにより、積極的な加圧力を必要としないでシュラウド２１ｂ同士を接合させることができる。その結果、加熱処理条件を適正にとることで、室温〜１０５０℃の高温まで、母材と同等の継手強度が得られる。
【００４５】
すなわち、本実施の形態では、接合する部材間に液相を生じさせることで、積極的な加圧が不要となる。それにより、部材としてのタービンブレードのシュラウド間に接合面に合わせてインサート材としてペーストを挿入するだけで、加圧が難しい複雑形状などの接合も、実現可能となる。加えて、ペーストを挟んでタービンブレードを並べで配置することで、３個以上の複数のタービンブレードを同時に接合することができる。これらにより、複雑な鋳造・鍛造品の製造が困難なＴｉＡｌ金属間化合物が複雑構造部材へ適用可能となる。
【００４６】
なお、上記各実施の形態において示されたシート状のインサート材及びペースト状のインサート材については、接合される部材の形状や大きさに合わせて、どちらを用いても良い。
【００４７】
また、上記各実施の形態では、部材としてＴｉＡｌ金属間化合物を用いているが、Ｔｉ合金の部材にも適用可能である。
【００４８】
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００４９】
１    部材
２    接合層
３    拡散層
４    接合面
５    インサート材
２１ａ    タービンブレード本体
２１ｂ    シュラウド
２２    接合層
２３    拡散層
２４    接合面
２５    ペースト
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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