專利名稱：異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有不同特性的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，更詳細(xì)地說是涉及例如電力用斷路器所使用的通電接點和電弧接點的接合結(jié)構(gòu)，或者為提高導(dǎo)電性或耐熱性而采用的金屬基材和涂敷材料的涂層端部結(jié)構(gòu)。
過去，棒狀或管狀的異種金屬材料的接合采用摩擦加壓焊接或擴(kuò)散接合等方法。下面利用

圖1來說明采用摩擦加壓焊接法的異種金屬材料接合示例。如圖1A所示，材料特性不同的金屬材料1和金屬材料2，例如鋁或鋁合金和銅或銅合金，分別用壓焊裝置的卡頭夾住，使另一頭旋轉(zhuǎn)，用摩擦能量對應(yīng)當(dāng)接合的部分加熱，用軸向壓力P進(jìn)行鐓鍛加壓使其接合。接合后的軸向斷面，如圖1B所示，金屬材料1和2相接合，根據(jù)不同的材料強(qiáng)度，金屬材料的毛刺5的量和形狀呈現(xiàn)不同狀態(tài)。在圖1A和圖1B中，3是摩擦壓焊裝置卡頭的固定軸，4是旋轉(zhuǎn)軸。在過去的接頭接合處，由于接合件的沖擊強(qiáng)度小，所以出現(xiàn)接合部可靠性低的問題。這種趨勢不僅限于上述摩擦壓焊，而且冷壓焊、熱壓焊、擴(kuò)散接合、爆炸壓焊、鍛焊、超聲波焊、釬焊、錫焊、電阻焊接、粘接劑粘合等各種方法中的異種材料間的接合結(jié)構(gòu)也是一樣。
因此，過去，在異種材料的摩擦壓焊中，使熱膨脹系數(shù)大的材料的直徑大于另一種材料的直徑進(jìn)行接合，以便減小接合界面上產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，提高接合強(qiáng)度(特開平6-47570號公報)。另外，在鋁材和銅材的熱壓焊中，把制成坡口角15度～45度的凸?fàn)畹你~材與鋁材對接，用通電加熱來進(jìn)行接合，提高抗拉強(qiáng)度(特開平4-143085號公報)。再者，在陶瓷和金屬的接合中，為了減小熱應(yīng)力，把陶瓷件的接合界面的周邊部的一部分和接合體表面所形成的陶瓷構(gòu)成角度設(shè)定為80度以下或100度以上(特開平1-282166號公報)。進(jìn)一步在熱膨脹率不同的構(gòu)件之間的接合中，為了減小熱應(yīng)力，使熱膨脹率小的構(gòu)件的接合界面邊緣部形成從接合界面方向來看具有規(guī)定值以上的半徑的曲面形狀(特開平1-282167號公報)。
上述過去的方法均是以減小殘余應(yīng)力、減小熱應(yīng)力，提高抗拉強(qiáng)度為目的的方法，并不是提高接合構(gòu)件沖擊強(qiáng)度，提高接合部可靠性的方法。
如上所述，在材料特性不同的異種材料接合中，通過優(yōu)化接合條件，靜態(tài)接頭強(qiáng)度如圖2和圖3所示，沒有問題。也就是說，異種金屬接合構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度在中心部和接合面端部沒有變化。但是，沖擊強(qiáng)度如圖4和圖5所示，在接合面端部明顯降低，使整個接頭強(qiáng)度明顯降低，出現(xiàn)接合構(gòu)件沖擊強(qiáng)度低的問題。
另一方面，為提高導(dǎo)電性和耐熱性在金屬基材上涂敷鍍層材料采用噴鍍、PVD(物理汽相淀積)、CVD(化學(xué)汽相淀積)等方法。在金屬基材和鍍層材料的剛性不同的情況下，例如在金屬基材上涂敷剛性比基材小的鍍層材料，或者在金屬基材上涂敷剛性比基材大的鍍層材料時，過去存在的問題是由金屬基材和鍍層材料構(gòu)成的涂敷件因沖擊強(qiáng)度低而造成可靠性降低。
這種趨勢不僅限于噴鍍、PVD、CVD各種涂敷方法，而且，采用熔焊、釬焊、錫焊、粘合劑粘接這些方法的涂層結(jié)構(gòu)也是一樣。
本發(fā)明的目的在于提供一種在材料特性不同的異種金屬材料接合中，提高接合件沖擊強(qiáng)度的高可靠性接合結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的在于提高由金屬基材和特性與其不同的鍍層材料所構(gòu)成的涂敷(コ-テイング)部件的沖擊強(qiáng)度，提供高可靠性涂層結(jié)構(gòu)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在一種金屬材料和剛性比該金屬材料小的金屬材料的異種金屬材料的接合中，在上述一種金屬材料的接合面端部與一種金屬材料本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度為120度以上或55度～85度。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征為剛性不同的異種金屬材料接合方法是摩擦壓焊、冷壓焊、熱壓焊、擴(kuò)散接合、爆炸壓焊、鍛焊、超聲波接合、釬焊、錫焊、電阻熔焊、以及粘合劑粘合中的某一種。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征為一種金屬材料是銅或銅合金，剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征為一種金屬材料是鈦或鈦合金，剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征為一種金屬材料是鋼，剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征為一種金屬材料是鋼，剛性比上述金屬材料小的金屬材料是銅或銅合金。
一種異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于電力用斷路器所用的通電接點的觸頭部分是銅或銅合金；上述接點觸頭部分以外是由鋁或鋁合金構(gòu)成的，并且，在上述銅或銅合金的接合面端部，與銅或銅合金本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度為120度以上、或55～85度。
一種異種金屬材料接合的結(jié)構(gòu)，其特征在于電力用斷路器所用的電弧接點的觸頭部分是銅鎢合金；上述接點觸頭部分以外是由鐵、鐵合金或銅合金中的某一種構(gòu)成的，并且，在上述銅鎢合金的接合面端部與銅鎢合金本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度為120度以上、或55～85度。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是異種金屬材料的接合面脫離開接點觸頭部分。
如權(quán)利要求7或8所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于接合部的電阻與母材的電阻相同。
一種異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在一種金屬材料和剛性比該金屬材料小的金屬材料的接合中，在上述一種金屬材料和上述剛性小的金屬材料的接合面端部與各自的自由緣(X)構(gòu)成的角度均被設(shè)定為90度以下。
一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在一種金屬材料和剛性比該金屬材料小的金屬材料的接合中，在上述一種金屬材料或上述剛性小的金屬材料的接合面端部與各自的自由緣(X)構(gòu)成的角度中的任一個為90度的情況下，在其余金屬材料的接合面端部與自由緣構(gòu)成的角度為90度以下。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是剛性不同的異種金屬材料接合方法是摩擦壓焊、冷壓焊、熱壓焊、擴(kuò)散接合、爆炸壓焊、鍛接、超聲波接合、釬焊、錫焊、電阻熔焊、熔融金屬注入、鑄接、用粘合劑粘接中的某一種。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是一種金屬材料是銅或銅合金；剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是一種金屬材料是鈦或鈦合金；剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是一種金屬材料是鋼，剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是一種金屬材料是鋼；剛性比上述金屬材料小的金屬材料是銅或銅合金。
一種異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于電力用斷路器所用的通電接點觸頭部分是銅或銅合金；上述接點觸頭部分以外是由鋁或鋁合金構(gòu)成的。
一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于電力用斷路器所用的電弧接點的觸頭部分是銅鎢合金；上述接點觸頭部分以外是由鐵、鐵合金或銅合金中的某一種構(gòu)成的。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是異種金屬材料接合面脫離開接點觸頭部分。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是接合部的電阻與母材的電阻相同。
一種異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在銅或銅合金的接合面端部與銅或銅合金本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度被設(shè)定為50～85度。
一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在銅或銅合金的接合面端部與銅或銅合金本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度被設(shè)定為120度以上。
一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合面端部與銅或銅合金本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度被設(shè)定為90度以下。
一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合面端部與各自的自由緣(X)構(gòu)成的角度，當(dāng)其中某一個為90度時，在其余材料的接合面端部與自由端形成的角度被設(shè)定為90度以下。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，由鋁或鋁合金和銅或銅合金構(gòu)成的金屬間化合物的反應(yīng)層被設(shè)定為20μm以下。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，接合部的電阻與母材的電阻相同。
所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是異種金屬材料接合方法是摩擦壓焊、冷壓焊、熱壓焊、擴(kuò)散接合、爆炸壓焊、鍛接、超聲波接合、釬焊、錫焊、電阻焊、溶融金屬注入、鑄接、用粘合劑粘合中的某一種。
一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，是如權(quán)利要求22～28所述的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于被用于電力斷路器內(nèi)的通電接點中，至少接點觸頭部分是銅或銅合金；觸頭部分以外是由鋁或鋁合金構(gòu)成。
一處異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，如權(quán)利要求22～28所述的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于被作為通電零件使用的接合中，接合面脫離開接點觸頭部分。
一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在實施溝槽加工的金屬基板上涂敷剛性比該金屬板小的涂敷材料的這種涂層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)件中，在涂層端部與金屬基材的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上、或55～85度。
一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在進(jìn)行了溝槽加工的金屬基板上涂敷剛性比該金屬板大的涂敷材料的這種涂層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)件中，在涂層端部與金屬基材的自由緣構(gòu)成的角度為60度以下、或95～125度。
所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是涂敷方法是噴鍍、PVD、CVD、熔焊、釬焊、錫焊、用粘合劑粘接中的某一種。
所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是金屬基材是銅或銅合金。
所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是金屬基材是鋁或鋁合金；涂敷材料是銅、銅合金、銀、銀合金中的某一種。
一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在進(jìn)行了溝槽加工的接點本體部分上涂敷接點觸頭部分的這種涂層結(jié)構(gòu)的電力用斷路器所使用的通電接點中，上述接點本體部分由金屬基材構(gòu)成，上述接點觸頭部分由剛性比所述金屬基材小的涂敷材料構(gòu)成，在涂層端部與金屬基材的自由端構(gòu)成的角度為60度以下、或95～125度。
所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是接點觸頭部分由銅、銅合金、銀、銀合金中的某一種涂敷材料構(gòu)成。
所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是涂層端部被設(shè)定在離開通電接點觸頭部分的位置上。
所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是在通電接點的本體部分上涂敷觸頭部分的涂敷部界面的電阻與通電接點母材的電阻相同。
一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在進(jìn)行了溝槽加工的導(dǎo)體主體部分上涂敷導(dǎo)體觸頭部分的這種涂層結(jié)構(gòu)的電力斷路器或開關(guān)所用的導(dǎo)體內(nèi)，上述導(dǎo)體主體部分由金屬基材構(gòu)成；上述導(dǎo)體觸頭部分由剛性比上述金屬基材大的涂敷材料構(gòu)成，在涂層端部與金屬基材的自由緣構(gòu)成的角度為60度以下或95～125度。
所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是導(dǎo)體觸頭部分由銅、銅合金、銀、銀合金中的某一種涂敷材料構(gòu)成。
所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是金屬基材是Ni基或Co基耐熱合金，剛性比上述金屬基材小的涂敷材料是MCrAlY合金，其中，M是Ni和/或Co。
一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于在進(jìn)行了溝槽加工的基體部分上耐蝕部分具有涂層結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)內(nèi)所用的轉(zhuǎn)動葉片或燃燒器內(nèi)，上述基體部分由金屬基材構(gòu)成；上述耐蝕部分由剛性比上述金屬基材小的涂敷材料構(gòu)成，在涂層端部與金屬基材的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上、或55～85度。
所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于其基體部分是Ni基或Co基耐熱合金；耐蝕部分是MCrAlY合金，其中，M是Ni和/或Co。
一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在進(jìn)行了溝槽加工的基體部分上涂敷耐熱部的這種涂層結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)所用的轉(zhuǎn)動葉片或燃燒器中，上述基體部分由金屬基材構(gòu)成；上述耐熱部分由剛性比上述金屬基材小的結(jié)合涂層材料和外涂層材料構(gòu)成，在涂層端部與金屬基材的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上或55～85度。
所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征為基體部分是Ni基或Co基耐熱合金，隔熱部分的結(jié)合涂層材料是MCrAlY耐蝕合金，其中M是Ni和/或Co，另外，涂敷了上述結(jié)合涂層材料的外層材料是氧化鋯陶瓷。
本發(fā)明是這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在一種金屬材料和另一種剛性較小的金屬材料的異種金屬材料接合中，在一種金屬材料的接合面端部與該金屬材料本身的自由緣形成的角度為120度以上或55～85度。
本發(fā)明是這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于電力用斷路器所用的通電接點的觸頭部是銅或銅合金，上述接點的觸頭部以外是由鋁或鋁合金構(gòu)成，在上述銅或銅合金的接合面端部銅材與銅合金本身的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上或55～85度。
本發(fā)明是這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于電力用斷路器所用的電弧接點的觸點部是銅-鎢合金，上述接點的觸頭部以外是由鐵、鐵合金或銅合金中的某一種構(gòu)成的，在上述銅-鎢合金的接合面端部與銅鎢合金本身的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上或55～85度。
本發(fā)明是這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在一種金屬材料和另一種剛性比該金屬材料小的金屬材料的接合中，在上述一種金屬材料或上述剛性較小的金屬材料的接合面端部與各種金屬材料本身的自由緣構(gòu)成的角度均設(shè)定為90度以下。
本發(fā)明是這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在一種金屬材料和另一種剛性比該金屬材料小的金屬材料的接合中，在上述一種金屬材料或上述剛性較小的金屬材料的接合面端部與各種金屬材料本身的自由緣構(gòu)成的角度在任一個為90度時，在剩余的一種金屬材料的接合面端部與該金屬材料自由緣構(gòu)成的角度設(shè)定為90度以下。
本發(fā)明是這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在用摩擦壓焊的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在銅或銅合金的接合面端部與銅或銅合金本身的自由緣構(gòu)成的角度設(shè)定為55～85度。
本發(fā)明是這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在用摩擦壓焊的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在銅或銅合金的接合面端部與銅或銅合金本身的自由緣構(gòu)成的角度設(shè)定為120度以上。
本發(fā)明是這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在用摩擦壓焊的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在鋁或鋁合金或者銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合面端部與該金屬基材本身的自由緣構(gòu)成的角度均設(shè)定為90度以下。
本發(fā)明是這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在用摩擦壓焊的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在鋁或鋁合金、和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在鋁或鋁合金、或者銅或銅合金的接合面端部與該金屬基材本身的自由緣構(gòu)成的角度有一個為90度時，在剩余一種材料的接合面端部與該材料本身的自由緣構(gòu)成的角度設(shè)定為90度以下。
本發(fā)明是這樣一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于在進(jìn)行溝槽加工的金屬基板上涂敷剛性比該金屬基板小的鍍層材料的這種涂層結(jié)構(gòu)的涂敷件中，涂層端部的金屬基材與該金屬基材本身的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上或55～85度。
本發(fā)明是這樣一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于在進(jìn)行溝槽加工的金屬基材上涂敷剛性比該金屬基材大的鍍層材料的這種涂層結(jié)構(gòu)的涂敷件中，涂層端部的金屬基材與該金屬基材本身的自由緣構(gòu)成的角度為60度以下或95～125度。
本發(fā)明是這樣一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于在進(jìn)行溝槽加工的接點主體部上涂敷接點觸頭部的這種涂層結(jié)構(gòu)的電力用斷路器所使用的通電接點中，上述接點主體部由金屬基材構(gòu)成；上述接點觸頭部由剛性比上述金屬基材小的涂敷材料構(gòu)成，涂層端部的金屬基材與該金屬基材本身的自由緣構(gòu)成的角度為60度以下或95～125度。
本發(fā)明是這樣一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在具有在進(jìn)行溝槽加工的導(dǎo)體主體部上涂敷導(dǎo)體觸點部的這種涂層結(jié)構(gòu)的電力用斷路器或開關(guān)所使用的導(dǎo)體內(nèi)，上述導(dǎo)體主體部由金屬基材構(gòu)成，上述導(dǎo)體觸點部由剛性比上述金屬基材大的鍍層材料構(gòu)成，涂層端部的金屬基材與該金屬基材本身的自由緣構(gòu)成的角度為60度以下或95～125度。
本發(fā)明是這樣一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在進(jìn)行溝槽加工的主體部上涂敷耐蝕部的這種結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)所使用的轉(zhuǎn)動葉片或燃燒器中，上述主體部由金屬基材構(gòu)成，上述耐蝕部由剛性比上述金屬基材小的鍍層材料構(gòu)成，涂層端部的金屬基材與該金屬基材本身的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上或55～85度。
本發(fā)明是這樣一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于在進(jìn)行溝槽加工的主體部上涂敷耐熱部的這種涂層結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)所使用的轉(zhuǎn)動葉片或燃燒器內(nèi)，上述主體部由金屬基材構(gòu)成，上述耐熱部由剛性比上述金屬基材小的粘結(jié)鍍層材料和外涂層材料構(gòu)成，涂層端部的金屬基材與該金屬基材本身的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上或55～85度。
若采用本發(fā)明，則利用以下兩種方法①在剛性不同的異種金屬材料接合面端部把與自由緣構(gòu)成的角度設(shè)定在特定范圍內(nèi)；②在摩擦壓焊的鋁合金和銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在接合面端部把銅合金與自由緣構(gòu)成的角度設(shè)定為能減小接合部應(yīng)力集中的大小，這樣即可獲得沖擊強(qiáng)度高、可靠性高的接合結(jié)構(gòu)。
再者，若采用本發(fā)明，則金屬基材和剛性較小的鍍層材料所構(gòu)成的涂敷件的涂層端部，其金屬基材和自由緣構(gòu)成的角度設(shè)定在特定范圍內(nèi)，即可獲得沖擊強(qiáng)度高、可靠性高的涂層端部結(jié)構(gòu)。
以下參照附圖，詳細(xì)說明
具體實施例方式圖1A是過去采用的摩擦壓焊法的異種金屬材料接合的說明圖。
圖1B是表示接合后異種金屬材料軸向斷面的圖。
圖2是表示在異種金屬材料接合面端部金屬材料1、2和自由緣構(gòu)成的角度和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖3是表示在異種金屬材料接合面端部金屬材料1、2和自由緣構(gòu)成的角度中一個為90度時，另一個金屬材料和自由緣構(gòu)成的角度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖4是表示在異種金屬材料接合面端部金屬材料1、2和自由緣構(gòu)成的角度與沖擊強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖5是表示在異種金屬材料接合面端部金屬材料1、2和自由緣構(gòu)成的角度中一個為90度時另一個金屬材料和自由端構(gòu)成的角度與沖擊強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖6是表示棒狀異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示管狀異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示在銅材和鋁材的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度為90度時的抗拉強(qiáng)度為1時的各個角度的抗拉強(qiáng)度比的圖。
圖9是表示在銅材和鋁材的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度為90度時的沖擊強(qiáng)度為1時的各個角度的沖擊強(qiáng)度比的圖。
圖10是表示采用本發(fā)明的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的電力用斷路器通電接點概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖11是表示采用本發(fā)明的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的電力用斷路器電弧接點概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖12是表示涉及本發(fā)明的棒狀異種金屬材料接頭接合結(jié)構(gòu)的圖。
圖13是表示涉及本發(fā)明的管狀異種金屬材料接頭接合結(jié)構(gòu)實施例的圖。
圖14是表示采用本發(fā)明的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的電力用斷路器通電接點概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖15是表示采用本發(fā)明的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的電力用斷路器電弧接點概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖16是表示棒狀異種金屬材料接頭的本發(fā)明接合結(jié)構(gòu)實施例的圖。
圖17是表示管狀異種金屬材料接頭的本發(fā)明接合結(jié)構(gòu)實施例的圖。
圖18是表示在異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的接合面端部與自由緣構(gòu)成的角度和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖19是表示在異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的接合面端部與自由緣構(gòu)成的角度和沖擊強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖20是表示由異種金屬材料接合面的金屬互化物所構(gòu)成的反應(yīng)層的厚度和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖21是表示由異種金屬材料接合面的金屬互化物所構(gòu)成的反應(yīng)層的厚度和沖擊強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖22是表示以銀為涂敷材料在銅基材上涂敷的涂敷件的涂層端部結(jié)構(gòu)的圖。
圖23是表示圖22所示涂層端部結(jié)構(gòu)的金屬基材和自由端構(gòu)成的角度和沖擊強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖24是表示以銀為涂敷材料在鋁基材上涂敷的涂敷件的涂層端部結(jié)構(gòu)的圖。
圖25是表示圖24所示的涂層端部結(jié)構(gòu)中的金屬基材和自由緣構(gòu)成的角度與沖擊強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖26是把涂層端部結(jié)構(gòu)適用于通電接點的本發(fā)明實施例的圖。
圖27是涂層端部結(jié)構(gòu)適用于電力用斷路器或開關(guān)的導(dǎo)體的本發(fā)明實施例的圖。
圖28是把涂層端部結(jié)構(gòu)適用于汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動葉片或燃燒器的隔斷部的本發(fā)明實施例的圖。
圖29是以MCrAlY的耐蝕合金和氧化鋯陶瓷為涂敷材料在Ni或Co基耐熱合金基材上涂敷的本發(fā)明涂層端部的圖。
實施例詳細(xì)說明以下根據(jù)實施例來說明本發(fā)明。
實施例1作為具有不同特性的金屬材料進(jìn)行摩擦壓焊的銅材和鋁材的接合結(jié)構(gòu)說明如下。
圖6表示棒狀異種金屬材料1、2的接合結(jié)構(gòu)，圖7表示管狀金屬材料1、2的接合結(jié)構(gòu)。如圖6B和圖7B所示，在一種金屬材料2和剛性比該金屬材料2小的金屬材料1的接合結(jié)構(gòu)中，在金屬材料2的接合面端部與該金屬材料2本身的自由緣X構(gòu)成的角度θ2設(shè)定為120度以上，或者如圖6C和圖7C所示，在金屬材料2的接合面端部與該金屬材料2本身的自由緣X構(gòu)成的角度θ3設(shè)定為55度～85度。并且在圖6和圖7中，接合面呈直線形狀，即使呈曲線形狀，只要該曲線的切線和自由緣形成的角度為120度，以是在上或55～85度之間即可。而且銅材在接合面端部與自由緣構(gòu)成的角度，如果從接合面緣部形成直徑的5％以上(≥0.05D1)，那么其效果顯著。
對一種金屬材料2，將在接合面端部與該金屬材料本身的自由緣X構(gòu)成的角度，從40度到140度分別按5度間隔制造樣品，對這些樣品進(jìn)行了抗拉試驗和沖擊試驗。在接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度為90度時的抗拉強(qiáng)度為1時的各種角度的抗拉強(qiáng)度示于圖8。并且在接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度為90度時的沖擊強(qiáng)度為1的情況下的各種角度的沖擊強(qiáng)度示于圖9。
如圖8所示，抗拉強(qiáng)度，與在接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度無關(guān)，均為一定值。但是，沖擊強(qiáng)度如圖9所示，在金屬材料2的接合面端部與該金屬材料本身的自由緣X構(gòu)成的角度在120度以上或55度～85度之間時大于過去的90度時的沖擊強(qiáng)度值。
不僅摩擦壓焊時是如此，而且冷壓焊、熱壓焊、擴(kuò)散接合、爆炸壓焊、鍛接、超聲波焊、釬焊、錫焊、電阻焊、粘合劑接合中的任一接合方法也都是如此，若在金屬材料接合面端部與該金屬材料本身的自由緣X構(gòu)成的角度設(shè)定為120度以上或55度至85度之間，則沖擊強(qiáng)度值大于過去的90度時的值。
再者，在鋁材和鈦材、鋁材和鋼材、銅材和銅-鉻合金材的異種材料接合件中也是如此，若在剛性好的材料，即鈦材(鋁材和鈦材時)、鋼材(鋁材和鋼材時)、銅-鉻合金材(銅材和銅-鉻合金材時)的接合面端部與該金屬材料本身的自由緣構(gòu)成的角度設(shè)定為120度以上或55度～85度，則沖擊強(qiáng)度值大于過去的90度時的值。
實施例2在電力用斷路器的通電接點材料在采用本發(fā)明的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的實施例示于圖10。通電接點在閉合時固定側(cè)和可動側(cè)相接觸，在斷開時可動側(cè)的通電接點與操作機(jī)構(gòu)部相連結(jié)從固定側(cè)脫開。一般來說，可動側(cè)的通電接點由重量輕，通電率高的鋁材構(gòu)成，當(dāng)可動側(cè)和固定側(cè)的接點離開時所產(chǎn)生的微小電弧使觸點部附近熔損。該熔損部分隨開關(guān)操作次數(shù)的增加而變大，斷開時的電流斷路特性降低。若通電接點的形狀變小，則這種趨勢進(jìn)一步增強(qiáng)。
在本實施例中，如圖10所示采用這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，即可動側(cè)的通電接點的觸頭部分12采用熔點和導(dǎo)電率高于鋁材的鋼材，其余部分11采用鋁材。并且，對該銅材和鋁材進(jìn)行摩擦壓焊的接合面端部，銅材和該銅材本身的自由緣構(gòu)成的角度設(shè)定為120度以上(θ2)、或是55度～85度(θ3)之間。
過去的銅材和鋁材摩擦壓焊件，沖擊強(qiáng)度低，接合結(jié)構(gòu)的可靠性低，所以不能采用高導(dǎo)電率的銅-鋁通電接點。但是本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)能夠取代過去的鋁材通電接點而被采用。也就是說，把可動側(cè)的通電接點的觸頭部分改為銅材，其余部分采用過去的輕質(zhì)鋁材，于是能夠獲得導(dǎo)電性好、熔損小、重量輕并且即使形狀減小到過去的直徑的一半也能很好地開關(guān)大電流的通電接點。而且，這種效果在接點觸點部為銅材、銅合金，觸點部以外由鋁材或鋁合金構(gòu)成的情況下也出現(xiàn)同樣的趨勢。
再者，若接合面接近于觸頭部，則開關(guān)時電弧的熱量使接合面受到損傷，造成沖擊強(qiáng)度下降，所以，接合面最好離開觸頭部。并且，若接合部的電阻大，則通電時接合部發(fā)熱，生長擴(kuò)散接合層，使強(qiáng)度降低，所以接合部的電阻最好與母材的電阻相等。
實施例3電力用斷路器的固定側(cè)和可動側(cè)電弧接點采用本發(fā)明的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的實施例示于圖11。
電弧接點，在閉合時固定側(cè)和可動側(cè)相接觸，在斷開時可動側(cè)的電弧接點與操作機(jī)構(gòu)部相連結(jié)，離開固定側(cè)。一般來說，電弧接點，觸頭用耐電弧的銅-鎢合金制作，觸頭以外用銅鉻合金制作，接合部采用銀釬焊。該接合部，電阻大，相當(dāng)于銅鎢合金的3倍，熔點低，相當(dāng)于銅-鉻合金的二分之一。因此，若電弧接點實現(xiàn)小型化，則在可動側(cè)和固定側(cè)的接點脫離時產(chǎn)生的大電流電弧形成高溫使接合部的銀焊料熔化。所以，過去電弧接點不能實現(xiàn)小型化。
在本實施例中，采用了電弧接點的觸頭部22是耐電弧的銅-鎢合金，觸頭部22以外21是銅-鉻合金的接合結(jié)構(gòu)。也就是說，如圖11所示，采用這樣一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)在銅-鉻合金21和剛性較大的銅鎢合金22進(jìn)行摩擦壓焊的接合面端部，銅-鎢合金和該銅鎢合金本身的自由緣X構(gòu)成的角度設(shè)定為120度以上(θ2)、或55度～85度(θ3)之間。
這樣一來，提高了接合結(jié)構(gòu)的沖擊強(qiáng)度，實現(xiàn)了電弧接點的小型化。
實施例4作為具有不同特性的異種金屬材料的摩擦壓焊的接合例子，對銅材和剛性較小的鋁材的接合件加以說明。
圖12表示棒狀的異種金屬材料接頭的接合結(jié)構(gòu)，圖13表示管狀的異種金屬材料的接頭的接合結(jié)構(gòu)。圖12A和圖13A分別表示棒狀和管狀的接合結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的實施例。
如圖12B和圖12C以及圖13B和圖13C所示，銅材31和剛性較小的鋁材32的接合面端部、與各自的自由緣X構(gòu)成的角度θ2、θ3均為90度以下。并且，如圖12D、12E和圖13D、13E所示，在銅材31和剛性較小的鋁材32的接合面端部，在與一種金屬材料的自由緣X構(gòu)成的角度θ1為90度時，在另一種金屬材料的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度θ4設(shè)定為90度以下。
在銅材和鋁材的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度在40度～140度范圍內(nèi)變化的接合部件，經(jīng)制作后進(jìn)行了抗拉試驗和沖擊試驗。抗拉強(qiáng)度的結(jié)果示于圖2和圖3，沖擊強(qiáng)度的結(jié)果示于圖4和圖5。而且，抗拉強(qiáng)度比和沖擊強(qiáng)度比均表示以90度時的強(qiáng)度為1的情況下的比例。
如圖2和圖3所示，抗拉強(qiáng)度與在接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度無關(guān)，均為一定值。但是，沖擊強(qiáng)度，當(dāng)在銅材和鋁材的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度均為90度以下時(圖4)、或者在某一種材料為90度的情況下(圖5)在另一種材料的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度為90度以下時，大于過去的90度時的沖擊強(qiáng)度值。
這種趨勢，接合方法不僅限于摩擦壓焊，而且冷壓焊、熱壓焊、擴(kuò)散接合、爆炸壓焊、超聲波接合、釬焊、錫焊、電阻焊、熔融金屬注入、鑄接、粘合劑粘接等任一接合方法也是如此。并且，在一種金屬材料和剛性比該金屬材料小的另一種金屬材料的接合面端部，與自由緣構(gòu)成的角度均為90度以下時、以及在某一個角度為90度的情況下，在另一種金屬材料的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度為90度以下時，沖擊強(qiáng)度值大于過去的90度的值。
再者，在鋁材和鈦材、鋁材和鋼材、銅材和銅-鉻合金材的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)中也是如此，也就是說，在剛性大的材料、即鈦材(鋁材和鈦材的情況下)、鋼材(鋁材和鋼材的情況下)、銅鉻合金材(銅材和銅鉻合金材的情況下)的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度均為90度以下、或者在某一個角度為90度的情況下在另一種材料的接合面端部與自由緣構(gòu)成的角度為90度以下時，沖擊強(qiáng)度大于過去的90度時的值。
實施例5電力用斷路器的通電接點采用本發(fā)明的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的實施例示于圖14。通電接點在閉合時固定側(cè)和可動側(cè)相接觸，在斷開時可動側(cè)的通電接點與操作機(jī)構(gòu)部相連結(jié)從固定側(cè)脫離。一般來說，可動側(cè)的通電接點2由重量輕、導(dǎo)電率高的鋁材構(gòu)成，當(dāng)可動側(cè)和固定側(cè)的接點脫離開時所產(chǎn)生的微小電弧使觸點部附近熔損。該熔損部分隨開關(guān)操作次數(shù)的增加而增大，斷開時的電流切斷特性降低。若通電接點的形狀減小，則這種趨勢更加明顯。
在本實施例中如圖14所示，采用了這樣的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，即可動側(cè)的通電接點觸頭部分41采用熔點和導(dǎo)電率比鋁材高的銅材，其余部分42采用鋁材。對銅材和鋁材摩擦壓焊的接合面端部分別與自由緣X構(gòu)成的角度對銅材和鋁材均為90度以下，或者在某一種材料的角度為90度(θ1)的情況下，在其余材料的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度為90度以下(θ5)。過去的銅材和鋁材的摩擦壓焊件，沖擊強(qiáng)度小，接合結(jié)構(gòu)的可靠性低，所以不能采用高導(dǎo)率的銅-鋁通電接點。但若采用本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)，則可以取代鋁材的通電接點。
把可動側(cè)的通電接點的觸頭部分改為銅材，其余部分采用過去的輕質(zhì)鋁，這樣可獲得導(dǎo)電性好、熔損小、重量輕而且即使形狀減小到過去的直徑的一半也能很好地開關(guān)大電流的通電接點。這種效果即使在接點觸頭部分為銅或銅合金，觸頭部分以外由鋁或鋁合金構(gòu)成的情況下也是一樣。
再者，若異種金屬材料接合面接近通電接點的觸頭部分，則開關(guān)時的電弧產(chǎn)生高溫，使接合面受損傷，沖擊強(qiáng)度降低。因此，接合面最好離開觸頭部分。再者，若接合部的電阻大，則通電時接合部發(fā)熱，生成擴(kuò)散接合層，使強(qiáng)度降低。因此，接合部的電阻最好與基本金屬(母材)的電阻相同。
實施例6電力用斷路器的固定側(cè)和可動側(cè)電弧接點采用本發(fā)明的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)的實施例示于圖15。
電弧接點在閉合時固定側(cè)和可動側(cè)相接觸。但在斷開時可動側(cè)的電弧接點與操作機(jī)構(gòu)部相連結(jié)，從固定側(cè)脫離。一般來說，電弧接點，觸頭部分采用耐蝕性銅-鎢合金，觸頭部分以外采用銅-鉻合金，接合部分采用銀焊料焊接。該接合部的電阻較大，相當(dāng)于銅-鎢合金的3倍，而熔點較小，相當(dāng)于銅-鉻合金的二分之一。因此，若使電弧接點小型化，則在可動側(cè)和固定側(cè)的接點脫離時產(chǎn)生大電流電弧，形成高溫，使接合部的銀焊料熔化。
在本實施例中，采用了電弧接點觸頭部分51為耐電弧性銅-鎢合金，觸頭部分以外52為銅鉻合金的接合結(jié)構(gòu)。也就是說，在銅-鎢合金51和剛性比它小的銅鉻合金52進(jìn)行摩擦壓焊的接合面端部，與各自的自由緣構(gòu)成的角度被設(shè)定為對銅鉻合金和銅鎢合金均為90度以下，當(dāng)其中某一種材料為90度(θ1)時，在另一種材料的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度為90度以下(θ5)。
這樣一來，接合結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度提高，可靠性提高，還能使電弧接點實現(xiàn)小型化。
實施例7作為異種金屬材料摩擦壓焊的接合例子，對銅材和鋁材的接合加以說明。
圖16表示棒狀的異種金屬材料接頭的接合結(jié)構(gòu)，而圖17表示管狀的異種金屬材料接頭的接合結(jié)構(gòu)。圖16A和圖17A分別是棒狀和管狀接合結(jié)構(gòu)的已有技術(shù)的實施例，鋁材61和銅材62的接合面端部與各自的自由緣X構(gòu)成的角度為90度。
如圖16和圖17所示，對在鋁材61和銅材62的接合面端部與自由端構(gòu)成的角度加以改變制成接合件，利用摩擦壓焊把兩個構(gòu)件接合起來，形成接合結(jié)構(gòu)。也就是說，如圖16B、16D和圖17B所示，在鋁材61和和銅材62的接合面端部與銅材62的自由緣X構(gòu)成的角度θ1被設(shè)定為120度以上。并且，如圖16C、16E和圖17C所示，在鋁材61和銅材62的接合面端部與銅材62的自由緣X構(gòu)成的角度θ2被設(shè)定在55度～85度范圍內(nèi)。
再者，在銅材和鋁材的接合面端部與自由緣X構(gòu)成的角度在40度～140度范圍內(nèi)變化的接合件，制成后進(jìn)行了抗拉試驗和沖擊試驗。抗拉試驗的結(jié)果示于圖18，沖擊試驗的結(jié)果示于圖19。而且，抗拉強(qiáng)度比和沖擊強(qiáng)度比均表示以90度時的強(qiáng)度為1的比例。
從圖18可以看出抗拉強(qiáng)度與在接合面端部與自由緣構(gòu)成的角度無關(guān)，均為一定值。但是，沖擊強(qiáng)度，從圖19中可看出，在銅材的接合面端部與銅材自由緣X構(gòu)成的角度為50度～85度之間或120度以上時大于過去的90度時的沖擊強(qiáng)度值。
實施例8若用摩擦壓焊法來接合鋁材(鋁或鋁合金)和銅材(銅或銅合金)，則摩擦熱量引起溫度升高，兩種元素擴(kuò)散，形成由Al2Cu、AlCu、AlCu2等金屬互化物構(gòu)成的反應(yīng)層。對具有這種反應(yīng)層的異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，為了檢查反應(yīng)層的厚度與抗拉強(qiáng)度或沖擊強(qiáng)度的關(guān)系，進(jìn)行了抗拉試驗和沖擊試驗。
抗拉試驗的結(jié)果示于圖20?？估瓘?qiáng)度比按照鋁合金的抗拉強(qiáng)度為100時的比例進(jìn)行表示。
再者，沖擊試驗的結(jié)果示于圖21。沖擊強(qiáng)度比按照反應(yīng)層厚度為15μm的沖擊強(qiáng)度為1時的比例進(jìn)行表示。
從圖20和圖21中可以看出反應(yīng)層厚度為20μm以下時抗拉強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度均很高。但是，反應(yīng)層厚度為20μm以上時，抗拉強(qiáng)度無變化，但沖擊強(qiáng)度出現(xiàn)下降趨勢。
實施例9由金屬基材和特性與其不同的涂敷材構(gòu)成的涂敷件端部結(jié)構(gòu)的實施例示于圖22。這是在銅基材上涂敷銀的涂敷件。
與涂敷材72銀相比，銅基材71的剛性大。因此，在涂銀時，按照與銅基材71的自由緣X構(gòu)成的角度如圖22C所示為120度以上(θ3)，或者如圖22B所示為55度～85度(θ2)之間，進(jìn)行溝槽加工和涂敷。
對于在銅基材上涂銀的涂敷件，為了調(diào)查涂層端部的金屬基材和自由緣X構(gòu)成的角度與沖擊強(qiáng)度比的關(guān)系，進(jìn)行了沖擊試驗。其結(jié)果示于圖23。而且，沖擊強(qiáng)度比是角度為90度的沖擊強(qiáng)度為1時的各設(shè)定角度下的強(qiáng)度分布。
如圖23所示，沖擊強(qiáng)度對銅基材按上述設(shè)定角度時大于過去的90度(圖22A的θ1)時的沖擊強(qiáng)度，在銅基材上涂銀的接合件的可靠性大大提高。
實施例10
在鋁基材上涂銀的涂敷件的涂層端部結(jié)構(gòu)的實施例示于圖24。
與涂敷材84的銀相比較，鋁基材83剛性大。因此，在涂銀時，與鋁基材83的自由緣X構(gòu)成的角度如圖24B所示按照60度以下(θ4)，或者如圖24C所示按照95～125度(θ5)的范圍進(jìn)行溝槽加工，進(jìn)行涂敷。
對于在鋁基材上涂銀的涂敷件，為了調(diào)查在涂層端部與基材的自由緣X構(gòu)成的角度和沖擊強(qiáng)度比關(guān)系，進(jìn)行了沖擊試驗。其結(jié)果示于圖25。沖擊強(qiáng)度比是角度為90度時沖擊強(qiáng)度為1時的各設(shè)定角度的強(qiáng)度分布。
如圖25所示，沖擊強(qiáng)度對鋁基材按上述設(shè)定角度時大于過去的90度(圖24A的θ1)時的沖擊強(qiáng)度值，在鋁基材上涂銀的涂敷件的可靠性大大提高。
實施例11在電力用斷路器中所使用的通電接點采用本發(fā)明的涂層結(jié)構(gòu)的實施例示于圖26。
在鋁基材95上至少接點觸頭部分采用由銅、銅合金、銀或銀合金構(gòu)成的涂層結(jié)構(gòu)。也就是說，由加工了溝槽的鋁基材95和制作在溝槽內(nèi)部的剛性比上述鋁基材大的銅、銅合金、銀或銀合金涂敷材96所構(gòu)成的涂敷件97中，涂層端部結(jié)構(gòu)為在涂層端部與鋁基材98的自由緣X構(gòu)成的角度設(shè)定為60度以下或95度～125度之間。而且，記號98表示接點觸頭區(qū)域。
這樣一來，在接點觸頭部分可以進(jìn)行高可靠性高導(dǎo)電率的涂敷。
在涂層結(jié)構(gòu)被作為通電零件使用的接合中，若涂層端部位于觸頭部分，則接點的開關(guān)操作容易損傷涂層端部，因此，最好采用涂層端部脫離開觸頭部分的涂層結(jié)構(gòu)。
并且，在涂層結(jié)構(gòu)中，若涂敷部界面的電阻大，則該部分發(fā)熱，使涂敷件的可靠性降低，因此最好采用與母材的電阻相同的涂層結(jié)構(gòu)。最好減小涂敷部界面的電阻。
實施例12電力用斷路器或開關(guān)所用的導(dǎo)體采用本發(fā)明的涂層結(jié)構(gòu)的實施例示于圖27。
在鋁基材105中導(dǎo)體觸頭部分采用由銅、銅合金、銀或銀合金構(gòu)成的涂層結(jié)構(gòu)。也就是說，在由已進(jìn)行溝槽加工的鋁基材105和制作在溝槽內(nèi)部的剛性比上述鋁基材105大的銅、銅合金、銀或銀合金涂敷材106所構(gòu)成的涂敷件中，涂層端部結(jié)構(gòu)是在涂層端部與鋁基材105的自由緣X構(gòu)成的角度被設(shè)定為60度以下或95度～125度之間。
這樣一來，在電力用斷路器或開關(guān)中所用的導(dǎo)體觸頭部分，可以進(jìn)行高可靠性高導(dǎo)電率的涂敷。
實施例13在進(jìn)行了溝槽加工的Ni基或Co基耐熱合金基材上，以MCrAlY耐蝕合金(M為Ni或Co或二者)為涂敷材料進(jìn)行涂敷的涂層結(jié)構(gòu)的實施例示于圖28。
作為金屬材料119的Ni基或Co基耐熱合金，與MCrAlY耐蝕合金120相比剛性大，所以，采用了這樣的涂層端部結(jié)構(gòu)，即在涂敷件的涂層端部與基材119的自由緣X構(gòu)成的角度被設(shè)定為120度以上或55度～85度之間。而且，在圖28中，編號121表示燃燒器。
這樣一來，在Ni基、Co基耐熱合金基材9上涂敷MCrAlY耐蝕合金(M為Ni、Co或二者)120的涂敷件的可靠性大提高。因此，汽輪機(jī)中所用的轉(zhuǎn)動葉片、燃燒器中的Ni基，Co基耐熱合金耐蝕部分可以采用由MCrAlY耐蝕合金構(gòu)成的涂層結(jié)構(gòu)。
實施例14
在進(jìn)行了溝槽加工的Ni基、Co基耐熱合金上結(jié)合涂層(ボンドコ-ト)焊接MCrAlY耐蝕合金(M為Ni、Co或二者)，再涂敷氧化鋯陶瓷外層(ジルコニアセラミックス·トップコ-ト)的涂層結(jié)構(gòu)的實施例示于圖29。
Ni基、Co基耐熱合金132，與MCrAlY耐蝕合金(M為Ni、Co或二者)焊層133和氧化鋯陶瓷外層134相比剛性較大，所以，在涂敷件內(nèi)采用這樣的涂層結(jié)構(gòu)，即在涂層端部與基材的自由緣X構(gòu)成的角度被設(shè)定為55度～85度(θ2)之間或120度以上(θ3)。
這樣一來，在Ni基、Co基耐熱合金基材132上粘接涂覆MCrAlY耐蝕合金(M為Ni、Co或二者)133，再涂敷氧化鋯陶瓷外層134的涂敷件，其可靠性大大提高。
因此，汽輪機(jī)內(nèi)用的轉(zhuǎn)動葉片、燃燒器內(nèi)的Ni基、Co基耐熱合金隔熱部，可以采用由MCrAlY耐蝕合金(M為Ni、Co或二者)焊層、氧化鋯陶瓷外層所構(gòu)成的涂層結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1．一種異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在一種金屬材料和剛性比該金屬材料小的金屬材料的異種金屬材料的接合中，在上述一種金屬材料的接合面端部與一種金屬材料本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度為120度以上或55度～85度。
2．如權(quán)利要求1所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征為剛性不同的異種金屬材料接合方法是摩擦壓焊、冷壓焊、熱壓焊、擴(kuò)散接合、爆炸壓焊、鍛焊、超聲波接合、釬焊、錫焊、電阻熔焊、以及粘合劑粘合中的某一種。
3．如權(quán)利要求1所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征為一種金屬材料是銅或銅合金，剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
4．如權(quán)利要求1所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征為一種金屬材料是鈦或鈦合金，剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
5．如權(quán)利要求1所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征為一種金屬材料是鋼，剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
6．如權(quán)利要求1所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征為一種金屬材料是鋼，剛性比上述金屬材料小的金屬材料是銅或銅合金。
7．一種異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于電力用斷路器所用的通電接點的觸頭部分是銅或銅合金；上述接點觸頭部分以外是由鋁或鋁合金構(gòu)成的，并且，在上述銅或銅合金的接合面端部，與銅或銅合金本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度為120度以上、或55～85度。
8．一種異種金屬材料接合的結(jié)構(gòu)，其特征在于電力用斷路器所用的電弧接點的觸頭部分是銅鎢合金；上述接點觸頭部分以外是由鐵、鐵合金或銅合金中的某一種構(gòu)成的，并且，在上述銅鎢合金的接合面端部與銅鎢合金本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度為120度以上、或55～85度。
9．如權(quán)利要求7或8所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是異種金屬材料的接合面脫離開接點觸頭部分。
10．如權(quán)利要求7或8所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于接合部的電阻與母材的電阻相同。
11．一種異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在一種金屬材料和剛性比該金屬材料小的金屬材料的接合中，在上述一種金屬材料和上述剛性小的金屬材料的接合面端部與各自的自由緣(X)構(gòu)成的角度均被設(shè)定為90度以下。
12．一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在一種金屬材料和剛性比該金屬材料小的金屬材料的接合中，在上述一種金屬材料或上述剛性小的金屬材料的接合面端部與各自的自由緣(X)構(gòu)成的角度中的任一個為90度的情況下，在其余金屬材料的接合面端部與自由緣構(gòu)成的角度為90度以下。
13．如權(quán)利要求11或12所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是剛性不同的異種金屬材料接合方法是摩擦壓焊、冷壓焊、熱壓焊、擴(kuò)散接合、爆炸壓焊、鍛接、超聲波接合、釬焊、錫焊、電阻熔焊、熔融金屬注入、鑄接、用粘合劑粘接中的某一種。
14．如權(quán)利要求11或12所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是一種金屬材料是銅或銅合金；剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
15．如權(quán)利要求11或12所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是一種金屬材料是鈦或鈦合金；剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
16．如權(quán)利要求11或12所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是一種金屬材料是鋼，剛性比上述金屬材料小的金屬材料是鋁或鋁合金。
17．如權(quán)利要求11或12所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是一種金屬材料是鋼；剛性比上述金屬材料小的金屬材料是銅或銅合金。
18．一種異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于電力用斷路器所用的通電接點觸頭部分是銅或銅合金；上述接點觸頭部分以外是由鋁或鋁合金構(gòu)成的。
19．一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于電力用斷路器所用的電弧接點的觸頭部分是銅鎢合金；上述接點觸頭部分以外是由鐵、鐵合金或銅合金中的某一種構(gòu)成的。
20．如權(quán)利要求18或19所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是異種金屬材料接合面脫離開接點觸頭部分。
21．如權(quán)利要求18或19所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是接合部的電阻與母材的電阻相同。
22．一種異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在銅或銅合金的接合面端部與銅或銅合金本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度被設(shè)定為50～85度。
23．一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在銅或銅合金的接合面端部與銅或銅合金本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度被設(shè)定為120度以上。
24．一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合面端部與銅或銅合金本身的自由緣(X)構(gòu)成的角度被設(shè)定為90度以下。
25．一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，在鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合面端部與各自的自由緣(X)構(gòu)成的角度，當(dāng)其中某一個為90度時，在其余材料的接合面端部與自由端形成的角度被設(shè)定為90度以下。
26．如權(quán)利要求22～25中任一項所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，由鋁或鋁合金和銅或銅合金構(gòu)成的金屬間化合物的反應(yīng)層被設(shè)定為20μm以下。
27．如權(quán)利要求22～26中任一項所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于在利用摩擦壓焊法進(jìn)行接合的鋁或鋁合金和銅或銅合金的接合結(jié)構(gòu)中，接合部的電阻與母材的電阻相同。
28．如權(quán)利要求22～25中任一項所述的異種金屬材料的接合結(jié)構(gòu)，其特征是異種金屬材料接合方法是摩擦壓焊、冷壓焊、熱壓焊、擴(kuò)散接合、爆炸壓焊、鍛接、超聲波接合、釬焊、錫焊、電阻焊、溶融金屬注入、鑄接、用粘合劑粘合中的某一種。
29．一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，是如權(quán)利要求22～28所述的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于被用于電力斷路器內(nèi)的通電接點中，至少接點觸頭部分是銅或銅合金；觸頭部分以外是由鋁或鋁合金構(gòu)成。
30．一處異種金屬材料接合結(jié)構(gòu)，如權(quán)利要求22～28所述的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于被作為通電零件使用的接合中，接合面脫離開接點觸頭部分。
31．一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在實施溝槽加工的金屬基板上涂敷剛性比該金屬板小的涂敷材料的這種涂層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)件中，在涂層端部與金屬基材的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上、或55～85度。
32．一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在進(jìn)行了溝槽加工的金屬基板上涂敷剛性比該金屬板大的涂敷材料的這種涂層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)件中，在涂層端部與金屬基材的自由緣構(gòu)成的角度為60度以下、或95～125度。
33．如權(quán)利要求31或32所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是涂敷方法是噴鍍、PVD、CVD、熔焊、釬焊、錫焊、用粘合劑粘接中的某一種。
34．如權(quán)利要求31所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是金屬基材是銅或銅合金。
35．如權(quán)利要求32所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是金屬基材是鋁或鋁合金；涂敷材料是銅、銅合金、銀、銀合金中的某一種。
36．一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在進(jìn)行了溝槽加工的接點本體部分上涂敷接點觸頭部分的這種涂層結(jié)構(gòu)的電力用斷路器所使用的通電接點中，上述接點本體部分由金屬基材構(gòu)成，上述接點觸頭部分由剛性比所述金屬基材小的涂敷材料構(gòu)成，在涂層端部與金屬基材的自由端構(gòu)成的角度為60度以下、或95～125度。
37．如權(quán)利要求36所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是接點觸頭部分由銅、銅合金、銀、銀合金中的某一種涂敷材料構(gòu)成。
38．如權(quán)利要求36所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是涂層端部被設(shè)定在離開通電接點觸頭部分的位置上。
39．如權(quán)利要求36所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是在通電接點的本體部分上涂敷觸頭部分的涂敷部界面的電阻與通電接點母材的電阻相同。
40．一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在進(jìn)行了溝槽加工的導(dǎo)體主體部分上涂敷導(dǎo)體觸頭部分的這種涂層結(jié)構(gòu)的電力斷路器或開關(guān)所用的導(dǎo)體內(nèi)，上述導(dǎo)體主體部分由金屬基材構(gòu)成；上述導(dǎo)體觸頭部分由剛性比上述金屬基材大的涂敷材料構(gòu)成，在涂層端部與金屬基材的自由緣構(gòu)成的角度為60度以下或95～125度。
41．如權(quán)利要求40所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是導(dǎo)體觸頭部分由銅、銅合金、銀、銀合金中的某一種涂敷材料構(gòu)成。
42．如權(quán)利要求31所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征是金屬基材是Ni基或Co基耐熱合金，剛性比上述金屬基材小的涂敷材料是MCrAlY合金，其中，M是Ni和/或Co。
43．一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于在進(jìn)行了溝槽加工的基體部分上耐蝕部分具有涂層結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)內(nèi)所用的轉(zhuǎn)動葉片或燃燒器內(nèi)，上述基體部分由金屬基材構(gòu)成；上述耐蝕部分由剛性比上述金屬基材小的涂敷材料構(gòu)成，在涂層端部與金屬基材的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上、或55～85度。
44．如權(quán)利要求43所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于其基體部分是Ni基或Co基耐熱合金；耐蝕部分是MCrAlY合金，其中，M是Ni和/或Co。
45．一種涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征在于具有在進(jìn)行了溝槽加工的基體部分上涂敷耐熱部的這種涂層結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)所用的轉(zhuǎn)動葉片或燃燒器中，上述基體部分由金屬基材構(gòu)成；上述耐熱部分由剛性比上述金屬基材小的結(jié)合涂層材料和外涂層材料構(gòu)成，在涂層端部與金屬基材的自由緣構(gòu)成的角度為120度以上或55～85度。
46．如權(quán)利要求45所述的涂層端部結(jié)構(gòu)，其特征為基體部分是Ni基或Co基耐熱合金，隔熱部分的結(jié)合涂層材料是MCrAlY耐蝕合金，其中M是Ni和/或Co，另外，涂敷了上述結(jié)合涂層材料的外層材料是氧化鋯陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開一種異種金屬材料接合結(jié)構(gòu),其是一種金屬材料和剛性比它小的金屬材料的異種金屬材料的接合,在該金屬材料的接合面端部與自由緣構(gòu)成的角度為120度以上或55～85度;其可提高接合件沖擊強(qiáng)度的高可靠性;一種涂層端部結(jié)構(gòu),在進(jìn)行了溝槽加工的金屬基材上涂敷剛性比它大的涂敷材料的這種結(jié)構(gòu)的涂敷件中,在涂層端部的金屬基材與自由緣構(gòu)成的角度為60度以下或95～125度。
文檔編號B23K20/22GK1223190SQ98124948
公開日1999年7月21日 申請日期1998年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月19日
發(fā)明者新藤尊彥, 伊藤義康, 鈴木克已 申請人:東芝株式會社