平成7年虔 研究報告 大分県産業科学技術センター

特殊金属材料の精密ろう付技術の研究−チタンとアルミナの接合一
清高 稔勝
材料開発部

Study on Precision Brazing of Special麗etal−Joining of Titamium to Alumina−
Tosikatu Kiyotaka
MaterialDevelopment Division

要旨
活性銀ろう（Ag−Cu−Ti）とチタン系アモルファスろう（Ti−Zr−Cu）を用いてチタン（TP35C）とアルミナ（純度93％）のろう付を行った．活性銀ろうによるろう付では，チタンのろう材への拡散による浸入か認められ，時間の経過と伴にチタンと銅の組成によるラメラ組織の層の成長か顕著に認められた．またろう付時間の長い継手では，アルミナとの界面近傍に銀か濃縮した層か認められた。一方チタン系アモルファスろうによるろう付継手に於いても，チタンのろう材への拡散による浸入か認められ，アルミナ胤のろう材部分に銅−チタンージルコニウム組成の層，チタン側母材部分にチタンー銅組成の層，ろう材とアルミナ界面に狭い反応層か認められた。
1。 はじめに合面にろう材を挟んでろう付をした．接合面に挿入するチタン材は，耐食性や耐熱性かあり，しかも，比強度ろう材の径は，活性銀ろう￠8mm，チタン系ろう￠6mmとか他の金属材料に比較して大きいことから各種部材に利した．また，ろう付時に試験片のずれやろう材と母材の用されつつある．しかし，耐磨耗性は他の金属材料に比密着性を考慮して，0．7kgfの重りを試験片に載せた．

較して高いとはいえない．
一方セラミックスは、耐熱性及び耐磨耗等の優れた特性から様々な分野で応用か考えられている，しかし，セラミックスは靭性面や加工等で金属材料に比較して遥かに悪くその応用範囲も限定される．
そこで，その商材の欠点を補う方法として，靭性の優れた金属と耐磨耗性の優れたセラミックスとの接合によ

試料面の研磨は，チタン材はエメリー研磨紙 ＃600，アルミナはダイヤモンドパッド＃600まで仕上げた．
接合用母材及びろう材は，ろう付前にアセトンにて超音波洗浄し，油分等の汚れを取り除いた．
ろう付は，真空加熱抵抗炉を使用し，接合時の炉内雰囲気は10￣2pa台であった．
ろう付は，活性銀ろうの場合820〜880CC夕 5〜40min，また，チタン系ろうで860〜920〇C，5〜50minで行った．

る複合化か考えられる．
本研究では，チタン材と代表的耐磨耗牲セラミックス

ろう付温度までの昇温時間∈ま，60〜125minとした。

であるアルミナについてろう付性を継手部の組織より検3．実験終黒ま考察

討し†こ．

3．1 ろう付郡断面組織及び硬さ2。実験方法
ろう付母材は，チタンにTP35C，アルミナにはこッカ

Fig．1（a）と（b）は，活性鐘ろうを用いて温度860CC，時間10minと40minでろう付した時のろう付部の組織をトー製（A120393％，SiO25％，その他2％）を使用し示す，Fig．i（a）のろう付部で白く見える部分と黒く見えた。また供試ろう材は，活性銀ろう（Åg（63，6％）】Cu（34，る部分か認められ，白い部分対して黒い部分か固まり点

7％）∬Ti（1．7％））とチタン系アモルファスろう（Ti（2在している。一方，ろう付時間か長くなるとFig．1（b）の5％）−Zr（25％）−Cu（50％））を用いた．

ごとくアルミナ側から5層の領域か認められる，また，接合母材の形状は9 チタン￠ほOmmx20mm，アルミナ￠12，5mmx12．5mmとした．継手形状ほ，突合せとし，接…92一チタン胱のろう財部分には，ろう材に向かってラメラ状の組織か成長しているのか認められる．

平成ア年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

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2001502001150OOO60滅H︻∫O03ウ︼0∧U O O−−手か剥離していた．また，銅ベースの組成のろう財部分0が得られた．この温度域より高くなるとろう材部分で継一■温度か870〜890〇C，ろう付時間か長い30min以上で継手O織が観察される。チタン系ろう材を用いた場合．ろう付Oした時の組織を示す．ろう材部分は，3層に分かれた組

0Flg．1（c）は，チタン系ろう材でろう付（890CC−30min）

れ管−汽5OFig．王 ろう付部の断面組織写真

100
輝酸くβ捏）（c）

F皇g◎2 ろう付部断面の硬さ分布において，ろう付面に垂直な割れが認められた．これは，試験片の加熱か真空加熱抵抗炉を用いた編射による加熱

3．2 ろう付部の元素分布であるため，試験片の昇温時にすでにろう材と母材の反Fig．3は9 チタンーアルミナ継手についてナ 活性銭ろ応か進んだためと思われる．

Fig，2（a）と（b）は，活性銀ろうを用いて温度860CC，う及びチタン系ろうを用いてろう付けした時のEDXによるライン分析の結果である．

時間川mlnと40mlnでろう付した時のろう付部断面の硬さ

活性鎮ろうにおいて，ろう付時間か川minの場合，先分布を示す，ろう付時間川minでは，チタン側に近いろのFig．1（a）の組織写真のように，ろう付部は黒い領域とう財部分で硬さの上昇か認められる．また，ろう付時間白い領域の2領域に分離している。黒い領域は，Figt3

か長い40minでは，アルミナ側に近いろう材部分で硬さ（a）から銅とチタンのイヒ食物で，韻を一都園溶しているの増加か認められる．後述するEDXによるライン分析ものと考えられる．また，同じ黒い領域でも銅とチタンの結果から両組織における硬さの高い部分は，チタン約組成は異なり，チタン母材側に近くなるほどチタンの割60％，射的30％の組織に該当し，その組織に鏡か数％固合か多くなり，銅は逆に減ってくる．白い領域は，大部溶している組成であった．

分か鋲ベースで銅を川％近く固溶しているか，ろう材の−93−平成7年慶 研究報告 大分県産業科学技術センター

Ag−CⅦ一でiろう
860＼／1020304050

ろう付時間√t （sec）

Fig．4 ろう付時間と層状組織魔の関係
厭離（a）Ag−Cu−′ま、iろう，8600C，iOmまn

最初の組成からかなり異なった組成となっている．アルミナとろう材部分の界面は，非常に狭い範囲であるか，チタンと銅か高いところが認められ，さらにこの部分には，アルミニウムと酸素も同時存在する．奈賀らj）．岡村2）も指摘したようにアルミナとろう′材の界面にほ，チタンの酸化物やチタンを固溶したアルミナの形成か考えられる．
活性銀ろうにおいて，ろう付時間か40minでは，チタン母材からろう材へのチタンの拡散か進み，ラメラ状組織（Fig．3（b）Ⅰ領域）のチタン一節化合物かろう相方向に成長しているのが認められる．このラメラ組織の幅を同一ろう付温度で，ろう付時間に沿ってまとめたものがFig．4である．このグラフだけから推測するのは，危険ではあるが，母材側のチタンか拡散によってろう材へ浸入しているものと思われる。この組織は，′ri−Zr基ろうによるチタン接合部ミクロ組織3）に報告されているように，チタンか約90％であり，残りか10％の射であることから，ろう付時に等温凝固し，その後の冷却過程で共析反応を起こした組織ではないかと推測される．また，時間か増加することにより銀ベースの組成の組織は，アルミナ側に集中しているのか認められる．
アルミナとろう材の界面部分は，iOminのろう付時間に比較してチタン・銅・アルミニウム・酸素の4元素のピークか得られる範囲か広くなって，先の酸化物等反応層かさらに成長していると考えられる．
Fig．3（c）は，チタン系ろう材を用いたときの元素分布を示す．ろう材部分は，3つの領域に分かれ，アルミナ再婚（c）Ti−Zr−Cuろう，890〔C，30mjn

例の銅ベース組成の層とチタン母材側のチタンー銅組成の層，及びアルミナとろう財界面に反応層となっている．
この反応層は，恩沢4）らか指摘したように，母材のチFig．3 ろう付部のEDX線分析結果タンかろう材部へ拡散し，アルミナとろう材の界面にはチタンやジルコニウムの酸化物か生成したと考えられる．
今回実験に使用した純度の低いアルミナも，同じろう付−94−平成ア年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ山

組織の傾向を示した．

4。まとめ
活性銀ろう（AgCu−Ti）とチタン系アモルファスろう（Ti−Zr−Cu）を用いてチタン（TP35C）とアルミナ（純度93％）のろう付を行い、次の結果を得た．

1）活性銀ろう及びチタン系アモルファスろうを用いたろう付部ほ，ろう付け時に母材のチタンからのろう材への浸入か認められた．

2）活性銀ろうを用いた場合，銀の濃縮層か、860CC10mlnのろう付条件に於いてろう材全体に認められるか，860〇C−4伽1inの条件ではアルミとの界面近傍に集中していた．

3）活性銀ろうを用いた場合，チタンからろう材への拡散によりチタン母材からろう材内部に向かってチタンー銅組成の層の顕著な成長か認められた．

4）チタン系アモルファスろうによる継手は，ろう材内部か3つの領域に分かれていた．また抵抗式の加熱炉を用いたろう付では，試験片昇温時の母材とろう材の拡散か加わり，接合条件範囲は狭くなった．

参考文献
1）奈賀正明他：溶接学会論文集，4¶2（1986）321
2）同村久宜：溶接技術，40−7（1992）87
3）恩沢忠夫他：溶接学会論文集，7¶4（1989）33
4）恩沢忠夫他：溶接学会論文集，7−1（1989）124
5）竹本正：溶接技術，43【4（1995）68
6）奈賀正明他：溶接学会論文集，3−4（1985）702−95…