專利名稱：焊接方法的設計方法、焊接方法以及焊接接合體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種焊接方法的設計方法，焊接方法以及焊接接合體等，更詳細而言涉及通過選擇滿足一定條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬得到具有足夠強度的接合體的焊接方法的設計方法以及焊接方法以及焊接接合體等，另外還涉及通過焊接將金屬玻璃和晶態(tài)金屬進行接合，得到具有足夠強度的接合體的焊接接合體等。
背景技術：
由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃具有強度、硬度、耐磨損性、耐腐蝕性等方面優(yōu)良的特性，期待在多個領域中利用。但是，雖然金屬玻璃具有這樣優(yōu)良的特性，但也存在難加工性、難焊接性的缺點。 為了擴大其應用領域，雖然金屬玻璃間的焊接接合技術也很重要，但為了制作實際的機器部件等，金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬(實用金屬材料)的接合技術也是必要的。作為該目的的接合手段，適用爆炸法，摩擦壓接法或焊接法的例子已有報道。然而，適用熔融接合部的焊接法作為接合手段時，由于在對接面上形成的熔融部中金屬玻璃和晶態(tài)金屬相互熔合，玻璃形成能力降低，因此形成脆弱的金屬間化合物，大部分時候不能得到具有足夠焊接強度的接合體。由此，非專利文獻1報道了適用以下焊接法的例子，在使用可形成尖銳溶入形狀， 適于局部急速加熱和急速冷卻的電子束或激光束的高能束作為焊接用加熱源的焊接中，由于在使焊接部的兩接合部件的相互熔合減少的同時，可達成急速加熱和急速冷卻，所以對金屬玻璃和晶態(tài)金屬的對接面掃描高能束的焊接法。先行技術文獻非專利文獻非專利文獻1 =Materials Transactions, Vol. 42. No. 12 (2001)，p. 2649-2651根據具體的金屬玻璃和晶態(tài)金屬的組合不同，使用上述焊接法，即使花費再多的工夫，有時也不能得到具有足夠強度的接合體。換句話說，通過選擇滿足一定條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬，可得到具有足夠強度的接合體。

發(fā)明內容
本發(fā)明考慮上述情況而為，本發(fā)明的一個形態(tài)以提供通過選擇滿足一定條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬得到具有足夠強度的接合體的焊接方法的設計方法以及焊接方法以及焊接接合體為課題。另外，本發(fā)明的其他的形態(tài)為提供一種通過焊接將金屬玻璃和晶態(tài)金屬進行接合，得到具有足夠強度的接合體的焊接接合體。本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的一種焊接方法的設計方法，所述方法為設計焊接由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬的焊接方法的設計方法，所述焊接方法為對所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬進行接觸的界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加能量，加熱所述金屬玻璃形成熔融的熔融層，使所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合的方法，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有玻璃形成能力，所述設計方法通過選擇滿足以下條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬，設計焊接方法， 具有再加熱所述金屬玻璃的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力， 且使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬熔點的溫度范圍為100K以上。另外，在本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的焊接方法的設計方法中，通過選擇滿足使所述設計方法中的所述潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬熔點的溫度范圍為450K以上，更優(yōu)選為800K以上的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬，設計焊接方法。本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的一種焊接方法的設計方法，所述方法為設計焊接由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬的焊接方法的設計方法，所述焊接方法為對所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬進行接觸的界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加能量，加熱所述金屬玻璃形成熔融的熔融層，使所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合的方法，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有玻璃形成能力，所述設計方法通過選擇滿足以下條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬，設計焊接方法， 具有再加熱所述金屬玻璃的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力， 且使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬熔點的溫度范圍為所述金屬玻璃熔點的9. 7%以上。另外，在本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的焊接方法的設計方法中，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有與所述界面相接且位于所述界面的所述金屬玻璃側的乳頭狀突起。由此，能夠得到足夠的接合強度。另外，在本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的焊接方法的設計方法中，所述焊接方法為使焊接時加熱所述界面時的最高到達溫度為所述晶態(tài)金屬熔點的95%以下的方法。由此，可抑制所述乳頭狀突起從所述界面游離。本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的焊接方法，所述焊接方法為對由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬進行接觸的界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加能量，加熱所述金屬玻璃形成熔融的熔融層，使所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合的焊接方法，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有玻璃形成能力，所述金屬玻璃具有再加熱所述金屬玻璃的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬熔點的溫度范圍為500K以上。在本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的焊接方法中，所述焊接方法為對由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬進行接觸的界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加能量，加熱所述金屬玻璃形成熔融的熔融層，使所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合的焊接方法，
所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有玻璃形成能力，所述金屬玻璃具有再加熱所述金屬玻璃的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬熔點的溫度范圍為所述金屬玻璃熔點的48%以上。另外，在本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的焊接方法中，所述焊接方法是在焊接時加熱所述界面時的最高到達溫度為所述晶態(tài)金屬熔點的95%以下的方法。另外，在本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的焊接方法中，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有與所述界面相接且位于所述界面的所述金屬玻璃側的乳頭狀突起。另外，在本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的焊接方法中，對所述界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加的能量優(yōu)選為由激光，電子束或脈沖通電產生的能量。本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的一種焊接接合體，所述焊接接合體為通過焊接將由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬接合的焊接接合體，通過所述焊接在所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合的界面上形成熔融層，所述熔融層具有與所述界面相接且位于所述界面的所述金屬玻璃側的乳頭狀突起，所述熔融層具有玻璃形成能力。另外，在本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的一種焊接接合體中，優(yōu)選所述乳頭狀突起高度 Slym以下且縱橫比為1以上2以下。另外，在本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的一種焊接接合體中，所述金屬玻璃具有再加熱所述金屬玻璃的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬熔點的溫度范圍為100K以上。另外，在本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的一種焊接接合體中，所述金屬玻璃具有再加熱所述金屬玻璃的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬熔點的溫度范圍為所述金屬玻璃熔點的9. 7%以上。本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的一種焊接接合體，所述焊接接合體為通過焊接將由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬接合的焊接接合體，通過所述焊接在所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬的接合面上形成的熔融層具有玻璃形成能力，所述金屬玻璃具有再加熱所述金屬玻璃的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬熔點的溫度范圍為500K以上。
本發(fā)明的一個形態(tài)涉及的一種焊接接合體，所述焊接接合體為通過焊接將由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬接合的焊接接合體，通過所述焊接在所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬的接合面上形成的熔融層具有玻璃形成能力，所述金屬玻璃具有再加熱所述金屬玻璃的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬熔點的溫度范圍為所述金屬玻璃熔點的48%以上。發(fā)明效果本發(fā)明的一個形態(tài)提供一種通過選擇滿足一定條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬得到具有足夠強度的接合體的焊接方法的設計方法以及焊接方法以及焊接接合體。另外，本發(fā)明的其他形態(tài)提供一種通過焊接使金屬玻璃和晶態(tài)金屬接合，得到具有足夠強度的接合體的焊接接合體。


圖1為表示通過向金屬玻璃和晶態(tài)金屬的接合界面進行高能束照射而形成的熔融層的形成狀態(tài)的截面圖。圖2為表示金屬玻璃的結晶化的TTT曲線的圖。圖3為說明潤濕性試驗方法的示意圖。圖4為用于說明通過圖3所示的潤濕性試驗計算潤濕率的方法的示意的截面圖。圖5為表示電子束的照射時間(Irradiation time)和潤濕率(Spread factor (% ))的關系圖。圖6(A) (F)為觀察晶態(tài)金屬和金屬玻璃的接合界面的截面照片。圖7為表示電子束的照射時間(Irradiation time)和潤濕率(Spread factor (% ))的關系的圖。圖8為表示電子束的照射時間(Irradiation time)和潤濕率(Spread factor (% ))的關系的圖。圖9(A)為表示Ti的晶態(tài)金屬和金屬玻璃的接合界面的TEM觀察結果的照片，圖 9(B) (E)表示(A)所示的四角形所包圍的區(qū)域的映射。圖10(A)為表示Ti的晶態(tài)金屬和金屬玻璃的接合界面的TEM觀察結果的照片，圖 10(B)為表示接合界面的線分析結果的圖。圖11為表示Ti的晶態(tài)金屬和金屬玻璃的接合界面的TEM觀察結果的照片。圖12為表示在實施例1中使用的脈沖通電接合裝置的示意圖。圖13為將圖12所示的接合的部位10放大表示的圖。圖 14 為表示充電電壓(Charged voltage, Vc/V)和彎曲應力(Bending stress, oMPa)的關系的圖。圖15㈧ (C)為進行三點彎曲試驗后的樣品照片。圖16為表示金屬玻璃和晶態(tài)金屬的焊接形態(tài)的示意圖。
具體實施例方式以下用附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細的說明。但是，本發(fā)明并不受以下說明的限定，本領域技術人員容易理解在不脫離本發(fā)明的宗旨和范圍的情況下可對本發(fā)明的形態(tài)和詳細內容進行各種變化。因此，本發(fā)明不受以下所示的實施方式的記載內容限定而進行解釋。本發(fā)明的實施方式為設計焊接由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬的焊接方法的設計方法。如圖1所示，所述焊接方法為通過對使金屬玻璃1和晶態(tài)金屬2接觸的界面3或該界面附近的金屬玻璃1進行高能束的照射或脈沖通電，施加高能量，加熱金屬玻璃1形成熔融的熔融層(焊道)4，將金屬玻璃1和晶態(tài)金屬2進行接合的方法。所述高能束為電子束或激光束。另外，金屬玻璃1和晶態(tài)金屬2接合后的熔融層4為在具有玻璃形成能力的組成比范圍內的金屬玻璃。隨后，通過圖2所示的結晶化TTT曲線對上述玻璃形成能力進行詳細說明。 圖2的縱軸表示溫度T (K)，橫軸以log表示時間t (s)。圖2所示的A區(qū)域為玻璃相(還包括過冷卻液相)，B區(qū)域為結晶相，tn為結晶化開始曲線C的鼻尖時間。在圖2所示的TTT曲線中，從熔點Tm溫度以上的熔融狀態(tài)沿冷卻曲線R急速冷卻時，此時的冷卻曲線R比結晶化開始曲線C的鼻尖時間tn更大時(冷卻曲線R與結晶化開始曲線C交差的情況)，熔融層4形成作為結晶體的金屬間化合物。與此相對，通過對向金屬玻璃1和晶態(tài)金屬2的界面3或該界面附近的金屬玻璃1 施加高能量時的條件進行各種變化，例如，從界面3向金屬玻璃1側偏移高能束的照射，熔融層4的成分組成進入具有玻璃形成能力的組成比范圍內，如箭頭所示結晶化開始曲線C’ 的鼻尖時間tn’也向更大的方向偏移，從而冷卻曲線R與結晶化開始曲線C’不交差，焊接層4中不形成晶態(tài)金屬。為了使熔融層4的成分組成穩(wěn)定地進入具有玻璃形成能力的組成比的范圍內，結晶化開始曲線的鼻尖時間tn優(yōu)選為2. 0秒以上。此處，在金屬玻璃的結晶化TTT曲線中，有從液體冷卻時的物質，和再加熱金屬玻璃固體時的物質，后者在比前者約短1位的時間側。即，在焊接時，熱影響部位(未加熱至熔點的部分)比熔融層4更易結晶化。為在焊接時熱影響部位不發(fā)生結晶化，金屬玻璃1 的再加熱其玻璃固體時的TTT曲線的鼻尖時間tn有必要為0. 2秒以上，這相當于具有從液體冷卻時的TTT曲線的鼻尖時間tn為2. 8秒以上的玻璃形成能力的金屬玻璃。如上所述，若熔融層的結晶化鼻尖時間tn為2. 0秒以上，雖然熔融層進行再非晶態(tài)化，但還要考慮金屬玻璃側的熱影響部位結晶化的情況。為了不使金屬玻璃側的熱影響部位進行結晶化，金屬玻璃有必要具有從液體冷卻時的TTT曲線的鼻尖時間tn為2. 8秒以上的玻璃形成能力。所述設計方法為通過選擇滿足下述(1)以及( 條件的金屬玻璃1以及晶態(tài)金屬 2設計焊接方法的方法。(1)具有再加熱金屬玻璃1的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力。(2)使未熔融的晶態(tài)金屬2和熔融的金屬玻璃1的潤濕率(Spread Factor)為 25%以上的金屬玻璃1的溫度和晶態(tài)金屬2的熔點的溫度范圍為100K以上，優(yōu)選為450K 以上，更優(yōu)選為800K以上。另外，所述設計方法也可為通過選擇滿足下述(1)以及C3)條件的金屬玻璃1以及晶態(tài)金屬2設計焊接方法的方法。(1)具有再加熱金屬玻璃1的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力。(3)使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度和所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為所述金屬玻璃的熔點的9. 7%以上，優(yōu)選為43. 5%以上，更優(yōu)選為77. 5%以上。隨后，對上述的潤濕率進行詳細地說明。圖3為用于說明潤濕性試驗方法的示意圖。圖4為用于說明根據圖3所示的潤濕性試驗計算潤濕率的方法的示意性截面圖。如圖3所示，在板狀的晶態(tài)金屬2的上方放置長方體形狀的金屬玻璃1，對該金屬玻璃1照射電子束5。通過這樣熔融金屬玻璃1。作為金屬玻璃1，可使用例如^41Be23Ti14Cu12NiltlBMG,該金屬玻璃的熔點Tm為 1030K。另外，作為晶態(tài)金屬2，可使用例如Al (熔點933K), Cu(熔點1356K)，Ni (熔點 1726K)，Fe (熔點 1808K)，Ti (熔點 1953K)，Zr (熔點 2128K)，Nb (熔點 2793K)，Ta (熔點 3290K)。此時的試驗條件如下所示。加速電壓60V束電流5mA金屬玻璃尺寸2mm X 4mm X 4mm照射時間(Irradiationtime) :1 30 秒假設圖4所示的金屬玻璃1的高度為H，熔融的金屬玻璃的高度為D的情況下，以如下所示的方法計算潤濕率(％ )。潤濕率(%) = (H-D)/HXlOOH=L 24XV173V = M/d另外，M為金屬玻璃的質量，d為金屬玻璃的密度。通過微區(qū)XRD，SEM-EDX進行了根據圖3以及圖4所示的潤濕性試驗得到的晶態(tài)金屬和金屬玻璃的接合界面的組織觀察，其結果在后敘述。圖5為根據圖3以及圖4所示的潤濕性試驗得到的結果，為表示電子束的照射時間(Irradiation time)和潤濕率(Spread factor(% ))的關系的圖。圖5中所示的附圖標記6為晶態(tài)金屬為Cu時的照射時間和潤濕率的關系，附圖標記7為晶態(tài)金屬為Al時的照射時間和潤濕率的關系。相對于晶態(tài)金屬Cu和Al未得到與金屬玻璃的良好接合，晶態(tài)金屬Ti，Zr，Nb，Ta， Ni, Fe得到了與金屬玻璃的良好接合。
圖6㈧為對放置在Ti的晶態(tài)金屬上的金屬玻璃(BMG)照射10秒電子束后的晶態(tài)金屬和金屬玻璃的接合界面進行觀察的截面照片，相當于圖5的附圖標記21所示的樣品。圖6 (B)為對放置在Ti的晶態(tài)金屬上的金屬玻璃(BMG)照射1秒電子束后的晶態(tài)金屬和金屬玻璃的接合界面進行觀察的截面照片，相當于圖5的附圖標記22所示的樣品。圖6(C)為對放置在Nb的晶態(tài)金屬上的金屬玻璃(BMG)照射20秒電子束后的晶態(tài)金屬與金屬玻璃的接合界面進行觀察的截面照片，相當于圖5的附圖標記23所示的樣品。圖6⑶為對放置在Nb的晶態(tài)金屬上的金屬玻璃(BMG)照射5秒電子束后的晶態(tài)金屬和金屬玻璃的接合界面進行觀察的截面照片，相當于圖5的附圖標記M所示的樣品。圖6(E)為對放置在！^的晶態(tài)金屬上的金屬玻璃(BMG)照射20秒電子束后的晶態(tài)金屬和金屬玻璃的接合界面進行觀察的截面照片，相當于圖5的附圖標記25所示的樣品。圖6 (F)為對放置在！^的晶態(tài)金屬上的金屬玻璃(BMG)照射5秒電子束后的晶態(tài)金屬和金屬玻璃的接合界面進行觀察的截面照片，相當于圖5的附圖標記沈所示的樣品。圖7為根據圖3以及圖4所示的潤濕性試驗得到的結果，為表示電子束的照射時間(Irradiation time)和潤濕率(Spread factor(% ))的關系的圖。在圖7中，填充了劃線的圓圈等的點表示金屬玻璃為非晶態(tài)狀態(tài)，未填充劃線的圓圈等的點表示金屬玻璃為結晶狀態(tài)。圖8為根據圖3以及圖4所示的潤濕性試驗得到的結果，為表示電子束的照射時間(Irradiation time)和潤濕率(Spread factor(% ))的關系的圖。圖8為通過設定潤濕率可用相對于溫度的一次式進行表示，以及設定金屬玻璃熔點(1030K)下為潤濕率0%而作成的圖。根據圖8可知，通過在使未熔融的晶態(tài)金屬和熔融的金屬玻璃的潤濕率為25%以上的金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍中形成金屬玻璃的熔融層，可得到金屬玻璃不發(fā)生結晶化而具有足夠強度的接合體。具體而言，該溫度范圍在狗的情況下為 107K左右，在Ni的情況下為118K左右，在Ti的情況下為461左右，在^ 的情況下為481 左右，在Nb的情況下為804K左右，在Ta的情況下為1181左右，在W的情況下為153 (左右。該溫度范圍越廣，焊接條件的邊界越廣，可以認為更容易實施可得到具有足夠強度的接合體的焊接。相反，該溫度范圍越窄，焊接條件的邊界越窄，可認為不容易實施可得到具有足夠強度的接合體的焊接。因此，優(yōu)選該溫度范圍為100K以上，更優(yōu)選為450K以上，進一步優(yōu)選為800K以上。另外，通過使未熔融的晶態(tài)金屬和熔融的金屬玻璃的潤濕率為25%以上的金屬玻璃的溫度和所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為所述金屬玻璃熔點的9. 7%以上，優(yōu)選為 43. 5%以上，更優(yōu)選為77. 5%以上，可得到金屬玻璃不發(fā)生結晶化地具有足夠強度的接合體。具體而言，在狗的情況下為所述金屬玻璃熔點的10. 4%左右，在Ni的情況下為所述金屬玻璃熔點的11. 5%左右，在Ti的情況下為所述金屬玻璃熔點的44. 9%左右，在&的情況下為所述金屬玻璃熔點的46. 9%左右，在Nb的情況下為所述金屬玻璃熔點的78. 左右，在Ta的情況下為所述金屬玻璃熔點的114. 9%左右，在W的情況下為所述金屬玻璃熔點的148. 7%左右。該范圍越廣，焊接條件的邊界越廣，可以認為更容易實施可得到具有足夠強度的接合體的焊接。相反，該范圍越窄，焊接條件的邊界越窄，可以認為不容易實施可得到具有足夠強度的接合體的焊接。因此，優(yōu)選該范圍為9. 7%以上，更優(yōu)選為43. 5%以上，進一步優(yōu)選為77. 5%以上。圖9㈧為表示根據圖3以及圖4所示的潤濕性試驗得到的Ti的晶態(tài)金屬和金屬玻璃BMG的接合界面的TEM觀察結果的照片，圖9(B) (E)表示圖9(A)所示的四角形所包圍區(qū)域的Zr，Ti，Cu，Ni的映射。圖9 圖11為接合界面的樣品。接合條件為變壓器匝數比40，接合壓力170MPa， 金屬玻璃的伸出長度0. 5mm, Ti的伸出長度3. 0mm，充電電壓320V。圖10㈧為表示根據圖3以及圖4所示的潤濕性試驗得到的Ti的晶態(tài)金屬和金屬玻璃BMG的接合界面的TEM觀察結果的照片，圖10(B)為表示Ti的晶態(tài)金屬和金屬玻璃 BMG的接合界面的線分析結果的圖。圖11為表示根據圖3以及圖4所示的潤濕性試驗得到的Ti的晶態(tài)金屬和金屬玻璃BMG的接合界面的TEM觀察結果的照片。在表1中示出了圖11所示的⑴ (9)的點的點分析結果。[表1]
權利要求
1.一種焊接方法的設計方法，是對將由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬焊接的焊接方法進行設計的設計方法，其特征在于，所述焊接方法是對使所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接觸的界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加能量，加熱所述金屬玻璃形成熔融的熔融層，而使所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合的方法，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有玻璃形成能力，所述設計方法通過選擇滿足以下條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬來設計焊接方法，即， 具有對所述金屬玻璃的固體進行再加熱時的TTT曲線的鼻尖時間為0.2秒以上的玻璃形成能力，且使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為100K以上。
2.根據權利要求1所述的焊接方法的設計方法，其特征在于，通過選擇滿足以下條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬來設計焊接方法，即，使所述設計方法中的所述潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為450K以上。
3.根據權利要求1所述的焊接方法的設計方法，其特征在于，通過選擇滿足以下條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬來設計焊接方法，即，使所述設計方法中的所述潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為800K以上。
4.一種焊接方法的設計方法，是對將由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬焊接的焊接方法進行設計的設計方法，其特征在于，所述焊接方法是對使所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接觸的界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加能量，加熱所述金屬玻璃形成熔融的熔融層，而使所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合的方法，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有玻璃形成能力，所述設計方法通過選擇滿足以下條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬來設計焊接方法，即， 具有對所述金屬玻璃的固體進行再加熱時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2秒以上的玻璃形成能力，且使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為所述金屬玻璃的熔點的9. 7%以上。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的焊接方法的設計方法，其特征在于，所述焊接方法是使焊接時加熱所述界面之際的最高到達溫度為所述晶態(tài)金屬的熔點的95%以下的方法。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的焊接方法的設計方法，其特征在于，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有與所述界面相接且位于所述界面的所述金屬玻璃側的乳頭狀突起。
7.一種焊接方法，對使由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬接觸的界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加能量，加熱所述金屬玻璃形成熔融的熔融層，而使所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合，其特征在于，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有玻璃形成能力，所述金屬玻璃具有對所述金屬玻璃的固體進行再加熱時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2 秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，即，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為500K以上。
8.一種焊接方法，對使由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬接觸的界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加能量，加熱所述金屬玻璃形成熔融的熔融層，而使所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合，其特征在于，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有玻璃形成能力，所述金屬玻璃具有對所述金屬玻璃的固體進行再加熱時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2 秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，即，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為所述金屬玻璃的熔點的48%以上。
9.根據權利要求7或8所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法是使焊接時加熱所述界面之際的最高到達溫度為所述晶態(tài)金屬的熔點的95%以下的方法。
10.根據權利要求7-9中任一項所述的焊接方法，其特征在于，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有與所述界面相接且位于所述界面的所述金屬玻璃側的乳頭狀突起。
11.根據權利要求7-10中任一項所述的焊接方法，其特征在于，對所述界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加的能量是由激光、電子束或脈沖通電產生的能量。
12.—種焊接接合體，是將由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬通過焊接接合而成的，其特征在于，在接合所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬的界面上通過所述焊接而形成有熔融層，所述熔融層具有與所述界面相接且位于所述界面的所述金屬玻璃側的乳頭狀突起，所述熔融層具有玻璃形成能力。
13.根據權利要求12所述的焊接接合體，其特征在于，所述乳頭狀突起的高度為Iym以下，并且縱橫比為1以上且2以下。
14.根據權利要求12或13所述的焊接接合體，其特征在于，所述金屬玻璃具有對所述金屬玻璃的固體進行再加熱時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2 秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，即，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為100K以上。
15.根據權利要求12或13所述的焊接接合體，其特征在于，所述金屬玻璃具有對所述金屬玻璃的固體進行再加熱時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2 秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，即，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為所述金屬玻璃的熔點的9. 7%以上。
16.一種焊接接合體，是將由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬通過焊接接合而成的，其特征在于，在所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬的接合面上通過所述焊接而形成的熔融層具有玻璃形成能力，所述金屬玻璃具有對所述金屬玻璃的固體進行再加熱時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2 秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，即，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為500K以上。
17.一種焊接接合體，是將由納米晶金屬或非晶態(tài)金屬構成的金屬玻璃和具有結晶結構的晶態(tài)金屬通過焊接接合而成的，其特征在于，在所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬的接合面上通過所述焊接而形成的熔融層具有玻璃形成能力，所述金屬玻璃具有對所述金屬玻璃的固體進行再加熱時的TTT曲線的鼻尖時間為0. 2 秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，即，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25%以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為所述金屬玻璃的熔點的48 %以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種焊接方法的設計方法、焊接方法以及焊接接合體，該焊接方法通過選擇滿足一定條件的金屬玻璃以及晶態(tài)金屬得到具有足夠強度的接合體。本發(fā)明的焊接方法，對使金屬玻璃和晶態(tài)金屬進行接觸的界面或該界面附近的所述金屬玻璃施加能量，加熱所述金屬玻璃形成熔融的熔融層進行焊接，所述金屬玻璃和所述晶態(tài)金屬接合后的所述熔融層具有玻璃形成能力，所述金屬玻璃具有再加熱所述金屬玻璃的固體時的TTT曲線的鼻尖時間為0.2秒以上的玻璃形成能力，所述金屬玻璃以及所述晶態(tài)金屬由滿足以下條件的材料構成，即，使未熔融的所述晶態(tài)金屬和熔融的所述金屬玻璃的潤濕率為25％以上的所述金屬玻璃的溫度與所述晶態(tài)金屬的熔點的溫度范圍為100K以上。
文檔編號B23K20/00GK102369078SQ20108001345
公開日2012年3月7日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權日2009年3月25日
發(fā)明者宮島雅史, 柳田裕二, 河村能人, 澤井直久, 金鐘鉉, 黑木博憲 申請人:博世株式會社, 國立大學法人熊本大學, 株式會社黑木工業(yè)所