JP2014087805A

JP2014087805A - 耐食性Ｎｉ基合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複合部材

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Publication number: JP2014087805A
Application number: JP2012237570A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Sugawara; 克生菅原; Takumi Shibuya; 巧渋谷
Original assignee: MMC Superalloy Corp
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: JP5950791B2

Abstract

【課題】ＨＦやＨＣｌ等のハロゲン系ガスに対する耐食性にすぐれるとともに、すぐれた熱伝導性を有し、しかも接合強度の高い耐食性Ｎｉ基合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複合部材を提供すること。
【解決手段】質量％で、Ｃｒ：１４〜４６％、Ｍｏ：０．１〜２０％、Ｆｅ：０．０１〜６％、Ｍｎ：０．００５〜０．８％、Ｓｉ：０．００１〜０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物を基本組成とする耐食性Ｎｉ基合金と、アルミニウムまたはアルミニウム合金との間に、１〜５０μｍのＴｉ拡散層が形成された耐食性Ｎｉ基合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複合部材。
【選択図】なし

Description

この発明は、例えば、半導体、液晶および太陽光電池パネルを製造する装置を構成する部材等のように、ＨＦやＨＣｌ等のハロゲン系ガスに対する耐食性にすぐれるとともに、すぐれた熱伝導性を有し、しかも接合強度の高い複合部材に関するものである。

従来から、特性の異なる異種金属を複合させることにより、それぞれの長所を兼備・発現させた複合部材は、幅広い分野で利用されている。代表的なものとしては、ステンレス鋼とアルミニウムまたはアルミニウム合金との複合部材が知られており、この複合部材は、耐食性と強度に優れ、しかも、良好な熱伝導性を備えることから、厨房用品、建材、電子部品、配管等として使用されており、また、その製造方法等について各種の提案がなされている。

例えば、特許文献１に示すように、Ｍｇを含有するＡｌ合金とステンレス鋼との複合部材において、Ｍｇ：０．８〜１．３％含有するＡｌ合金からなる０．０７〜０．３３ｍｍの中間層を介して両者を接合することにより複合部材の接合強度を高めることが提案されている。

特許文献２には、ステンレス鋼とＡｌ合金からなる複合部材の製造において、ステンレス鋼の接合面を所定の表面粗さになるようにブラシ研磨し、ステンレス鋼とＡｌ合金とを重ね合わせ、温度２００〜５００℃以下で、総圧下率１５〜４０％で温間圧延を行うことにより、接合強度と成形性を高めることが提案されている。

特許文献３には、ステンレス鋼とＡｌ合金からなる複合部材の製造において、Ａｌ合金の加熱温度を３００〜５００℃、また、ステンレス鋼の加熱温度を２５０〜４５０℃とし、Ａｌ合金板とステンレス鋼板のエッジ部の温度差が３０℃未満となるように加熱し、総圧下率１５〜４０％で圧延することにより、複合部材の幅方向に均一な接合強度を付与することが提案されている。

特許文献４には、ステンレス鋼とＡｌ合金の複合部材の製造において、硝酸とふっ酸の混酸による酸洗処理で表面仕上げ後、変形抵抗３０〜６０Ｎ／ｍｍ^２のアルミニウム板をステンレス鋼に重ね合わせ連続圧延することで、ステンレス鋼とＡｌ合金の接合界面を摩擦熱で活性化し、加工性にすぐれかつ接合強度を高めた複合部材を製造することが提案されている。

また、ステンレス鋼以外の金属材料とＡｌ合金との複合部材についてもいくつかの提案がなされており、例えば、特許文献５には、電子材料等に使用されるアルミニウム／インバー／アルミニウムの複合部材について、アルミニウムを３００℃以上４５０℃未満に、また、インバーを３００℃未満に加熱してアルミニウム／インバー／アルミニウムの複合材を形成後、圧下率１５％以上の圧延を行った後、２００〜４５０℃で３０分以下後熱処理を行うことにより、接合界面の残留歪が除去されると同時に、アルミニウムとインバー間の原子の相互拡散により、剥離強度が改善されることが示されている。

また、特許文献６には、小型電池の電気的接続部材や電池ケース等の導電部品として用いられる複合部材、即ち、Ｃｏを３〜１２質量％含有するＮｉ−Ｃｏ合金とＡｌ合金との複合部材において、Ｎｉ−Ｃｏ合金とＡｌ合金とを圧接し、冷間加工後、４５０〜５８０℃で焼鈍することにより、複合部材の溶接性、延性および接合強度が改善されることが示されている。

特開平９−１０３８９１号公報特開平９−２８５８７８号公報特開２０００−１１７４６１号公報特開２０００−２４６４６１号公報特開平５−３８６号公報特開２００５−１０９４５７１号公報

近年、シリコンウエハーや液晶・太陽光電池パネルなどの製造工程では、３００〜５００℃の高温でＨＣｌやＨＦなどの腐食性の高いハロゲン系ガスを扱うケースが増えてきている。それに伴い、腐食に起因したコンタミの発生を抑制するため、プロセスガスを密閉する容器材料としては、従来、ステンレス鋼(例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ)の複合部材等が使用されているが、高温のハロゲンガスに対してより一層すぐれた耐食性を備えた材料が望まれている。
一方、プロセスガスの加熱は、通常、容器材料を隔てた外部ヒーターによって実施されているが、シリコンウエハーや液晶・太陽光電池パネル等のワークの大型化に伴い、容器材料をステンレス鋼の複合部材等で構成した場合には、加熱時の均熱性を維持することが困難になってきている。しかし、均熱性を維持できない場合には、ワークそのものが均質性を失うため、不良品を発生させることにつながる。
そこで、高温のハロゲンガスに対してよりすぐれた耐食性を示すと同時に、均熱性を確保し得る複合部材の開発が望まれている。

本発明者は、上記の課題を解決すべく、高温のハロゲンガスに対してすぐれた耐食性を備えるとともに、部材の大型化を図った場合でも均熱性を確保し得るすぐれた熱伝導性を有する複合部材について鋭意研究を行ったところ、耐食性Ｎｉ基合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複合部材において、その接合界面に、所定のＴｉ拡散層を形成することによって、上記課題を解決し得ることを見出したのである。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、
「（１）耐食性Ｎｉ基合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金との間に、１〜５０μｍのＴｉ拡散層を有することを特徴とする耐食性Ｎｉ基合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複合部材。
（２）前記（１）に記載の耐食性Ｎｉ基合金が、質量％で、Ｃｒ：１４〜４６％、Ｍｏ：０．１〜２０％、Ｆｅ：０．０１〜６％、Ｍｎ：０．００５〜０．８％、Ｓｉ：０．００１〜０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる耐食性Ｎｉ基合金であることを特徴とする前記（１）に記載の複合部材。
（３）前記（１）に記載の耐食性Ｎｉ基合金が、質量％で、Ｃｒ：１４〜４６％、Ｍｏ：０．１〜２０％、Ｆｅ：０．０１〜６％、Ｍｎ：０．００５〜０．８％、Ｓｉ：０．００１〜０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、さらに、Ｗ：２〜５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる耐食性Ｎｉ基合金であることを特徴とする前記（１）に記載の複合部材。
（４）前記（１）に記載の耐食性に優れたＮｉ基合金が、質量％で、Ｃｒ：１４〜４６％、Ｍｏ：０．１〜２０％、Ｆｅ：０．０１〜６％、Ｍｎ：０．００５〜０．８％、Ｓｉ：０．００１〜０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、さらに、ＮｂまたはＴａの１種または２種を合計で１．１〜４．０％含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる耐食性Ｎｉ基合金であることを特徴とする前記（１）に記載の複合部材。」
を特徴とするものである。

以下に、この発明について詳述する。

この発明では、耐食性Ｎｉ基合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、アルミニウムまたはアルミニウム合金を「ＡｌまたはＡｌ合金」で示す。））との接合界面に、Ｔｉ拡散層を形成することによって、耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金間の接合強度を確保することに加え、耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金間に密着した接合状態が形成されることによって、熱伝導性にもすぐれるため、不均一な熱伝導の発生を防止し、もって、耐食性にすぐれるとともに接合強度が高く、大型化した場合であっても均熱性を確保できる複合部材を提供することができるのである。

一般に、Ｎｉ基合金、Ａｌ、Ａｌ合金の表面には、それぞれＣｒ型不動態皮膜やアルミナ皮膜が極薄く形成されており、これらがバリアとなって熱拡散による金属接合が困難である。そのため、例えば、ステンレス鋼／Ａｌ合金の複合材であれば、真空中５００℃程度に保持した環境でステンレス鋼とＡｌ合金を重ね合わせ圧延することにより、接触面におけるＣｒ型不動態皮膜やアルミナ皮膜を破壊することにより、下地金属を機械的に剥きだしにすることで、熱拡散による金属接合を行うことが可能であった。
しかし、ステンレス鋼に比べて、高強度で、かつ不動態皮膜による防食機能の高い耐食性Ｎｉ基合金について、これをＡｌまたはＡｌ合金と重ね合わせ圧延しても、耐食性Ｎｉ基合金の塑性加工率(変形能)は小さく、しかも不動態皮膜も強固であるため、下地金属が剥きだしにならず、熱拡散による金属接合は実質的に不可能であった。
そこで、本発明は、複合部材を製造する上で、耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金との接合界面に、Ｔｉ層を介在形成し、さらに、該Ｔｉ層を介して、耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金間に所定の加圧力を付与した状態で、所定温度で所定の時間保持して拡散接合を行わせることにより、密着性と接合強度に優れた、言い換えれば、均一な熱伝導による均熱性と接合強度に優れた、耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金からなる複合部材を作製することができたのである。

ここで、耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金間に介在形成するＴｉ層は、酸素との親和性が高いことから、拡散接合時、耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金との接合界面において、接合の妨げとなる強固な酸化皮膜を破壊する作用を有する。
しかし、拡散接合後も、純Ｔｉ層そのものが中間層として残存した場合には、この部分ではＮｉ基合金と純Ｔｉ層との接合強度が劣り、温度変化に起因した熱膨張差による接合部の破壊にも繋がる恐れがある。
そのため、中間層としてのＴｉ層は純Ｔｉ層として存在するのではなく、Ｔｉ拡散層（つまり、Ｔｉを主成分とし、Ｎｉ基合金中の合金成分、ＡｌまたはＡｌ合金中の合金成分が熱拡散して形成されたＴｉを主体とする合金拡散層）として形成されていなければならない。

耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金との接合界面に、上記Ｔｉ拡散層が存在することで、耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金間の接合強度は向上、その結果として、複合部材自体の強度も向上する。
上記Ｔｉ拡散層と耐食性Ｎｉ基合金との境界、あるいは、Ｔｉ拡散層とＡｌまたはＡｌ合金との境界は、拡散により形成されていることからその境界領域（境界位置）は一義的には定まらないので、本発明では、Ｎｉ基合金中の合金成分、ＡｌまたはＡｌ合金中の合金成分が熱拡散して形成された１０質量％〜９０質量％のＴｉを含有する領域をＴｉ拡散層として定義する。
Ｔｉ拡散層中における粒子の分布状況は、耐食性Ｎｉ基合金側では主にＮｉ_３Ｔｉ等の微細金属間化合物が分散分布し、一方、ＡｌまたはＡｌ合金側では主にＡｌ_３Ｔｉの微細金属間化合物が分散分布し、また、Ｔｉ拡散層中の中間領域ではＴｉＮｉやＴｉＡｌの微細金属間化合物が混在する形態で分布しており、このような微細粒子（平均粒径が１００
〜５００ｎｍ）の分散分布によって、Ｔｉ拡散層の強度が向上する。
そして、上記の微細金属間化合物の分散分布状態は、特に、拡散接合時の加熱温度と保持時間に依存することから、拡散接合時の加熱温度と保持時間を適正に調整することが必要である。
なお、上記の粒子の粒径等は、走査型電子顕微鏡を用いた組織観察で確認することができる。

耐食性Ｎｉ基合金側では、Ｎｉ_３Ｔｉ等の粒径５０〜８００ｎｍの分散粒子が、ＡｌまたはＡｌ合金側では、Ａｌ_３Ｔｉ等の粒径８０〜５００ｎｍの分散粒子が、また、Ｔｉ拡散層の中間領域ではＴｉＮｉやＴｉＡｌ等の粒径３００〜１０００ｎｍの分散粒子が、それぞれ観察される。

なお、適正条件から外れた拡散接合を行った場合、例えば、加熱温度が５２０℃を超え、保持時間が４時間を超える長時間となった場合には、分散粒子の成長が生じ、粒径１μｍ以上にも達する粗大化粒子が形成されるようになるため、Ｔｉ拡散層が脆化傾向を示すようになる。一方、加熱温度が４５０℃未満と低く、また、保持時間が２時間未満の短時間の場合には、微細金属間化合物の分散分布が十分に形成されず、純Ｔｉ層も残存するため、十分な接合強度の上昇が期待できない。

例えば、適正条件から外れた拡散接合を行った場合（例えば、加熱温度が５２０℃を超え、また、保持時間が４時間を超える長時間の拡散接合を行った場合）には、複合部材のＴｉ拡散層に、粒径５μｍ以上の粗大化粒子が形成される。

また、Ｔｉ拡散層の厚さが５０μｍを超えるようになると、Ｔｉ拡散層中に純Ｔｉ層が残存形成されるようになり、接合強度の低下を招き、一方、Ｔｉ拡散層の厚さが１μｍ未満になると、ＮｉＡｌ_３、Ｎｉ_２Ａｌ_３等の脆弱な金属間化合物が形成されるようになるために、Ｔｉ拡散層を形成したことによる、接合強度の向上効果を望めない。
したがって、本発明では、Ｔｉ拡散層の厚さを１〜５０μｍと定めた。
なお、より好ましいＴｉ拡散層の厚さは、１０〜３０μｍである。

つぎに、本発明の複合部材に用いられる好ましい耐食性Ｎｉ基合金について述べる。
本発明の複合部材に好適な耐食性Ｎｉ基合金としては、質量％で、Ｃｒ：１４〜４６％、Ｍｏ：０．１〜２０％、Ｆｅ：０．０１〜６％、Ｍｎ：０．００５〜０．８％、Ｓｉ：０．００１〜０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる耐食性Ｎｉ基合金を基本とし、さらに、Ｗ：２〜５％を含有するもの、あるいは、ＮｂまたはＴａの１種または２種を合計で１．１〜４．０％含有するＮｉ基合金を使用することができる。
耐食性Ｎｉ基合金の各成分の数値範囲限定理由は以下のとおりである。

Ｃｒ：
Ｃｒが表面に濃縮してＣｒ_２Ｏ_３を主体とする不働態皮膜を形成することにより、高温におけるハロゲンガスに対する耐食性を向上させる。そのためには、１４％以上のＣｒを含有することが必要であるが、４６％を超えて含有すると加工が困難となる。そのため、Ｃｒの含有量を１４〜４６％とした。好ましくは、１８〜２３％である。

Ｍｏ：
Ｍｏは、特に高温におけるＨＦ等のフッ素系のガスに対する耐食性を向上させる効果がある。その場合、Ｍｏは０．１％以上含有することが必要であるが、２０％を超えて含有するとＣｒとの組み合わせにおいて相安定性を損ない単一相維持が困難となり、粗大なμ相を形成してしまい耐食性劣化をもたらすので、その含有量を０．１〜２０％とした。好ましくは、１２〜２０％である。

Ｆｅ：
Ｆｅは、熱間加工性を向上させる効果がある。そのためには、０．１％以上のＦｅを含有することが必要であるが、６％を越えて含有すると、高温におけるハロゲンガスに対する耐食性が劣化する。そこで、Ｆｅの含有量を０．１〜６％とした。好ましくは、２〜５％である。

Ｍｎ：
Ｍｎは、母相の結晶構造であるオーステナイト構造を安定化させることにより、脆化を抑制し、その結果、形状付与などを容易にするという効果がある。そのためには、Ｍｎを０．００５％以上含有することが必要であるが、０．８％を超えて含有すると、高温ハロゲンガスによる耐食性が低下することとなる。そのため、Ｍｎの含有量を０．００５〜０．８％とした。好ましくは、０．０１〜０．４％である。

Ｓｉ、ＡｌおよびＴｉ：
Ｓｉ、ＡｌおよびＴｉは、それぞれ脱酸剤としての作用を有し、合金内の清浄度を高め、結果的に高温ハロゲンガスに対する耐食性向上をもたらすと同時に、複合部材であるＡｌまたはＡｌ合金との界面において接合性を向上させる効果がある。Ｓｉを０．００１％以上含有することで、その効果を示すが、０．５％を超えて含有すると、溶解製錬時にＳｉＯ_２型酸化物により清浄度を低下させるため、Ｓｉの含有量を０．００１〜０．５％とした。好ましくは、０．０１〜０．２％である。同様に、Ａｌを０．０１％以上含有することで、合金内の清浄効果を示すが、０．５％を超えて含有すると、溶解製錬時にＡｌ_２Ｏ_３が増え清浄度を低下させるため、Ａｌの含有量を０．０１〜０．５％とした。好ましくは、０．０２〜０．３％である。同様に、Ｔｉを０．００１％以上含有することで、合金内の清浄効果を示すが、０．５％%を超えて含有すると、溶解製錬時にＴｉＯ_２が増え清浄度を低下させるため、Ｔｉの含有量を０．００１〜０．５％とした。好ましくは、０．００５〜０．３％である。

Ｍｇ：
Ｍｇは、熱間加工性を向上させるという効果がある。しかし、Ｍｇの含有量が０．００１％未満では、その効果が発揮されず、また０．０５％を超えると、逆に相安定性を劣化させ加工を困難にさせてしまう。そのため、Ｍｇの含有量を０．００１〜０．０５％とした。好ましくは、０．００５〜０．０４％である。

Ｗ：
Ｗは、高温のハロゲンガスに対する耐食性を向上させる効果があると同時に、高温強度を向上させる効果があるため、必要に応じて添加するが、その効果を得るには、２％以上の添加を必要とする。しかし、５％を超えて含有すると高温での変形抵抗が大きくなるため、熱間加工が困難となる傾向がある。したがって、その含有量を２〜５％とした。好ましくは、２．５〜４．５％である。

ＮｂおよびＴａ：
ＮｂおよびＴａは、Ｔｉ拡散層を介したＡｌまたはＡｌ合金との接合を強化するために、必要に応じて1種または２種が添加される。その効果を得るためには、ＮｂとＴａの合計量として１．１％以上の添加を必要とする。しかし、その合計量が４．０％を超えて含有されると熱間加工が困難となる傾向がある。そのため、ＮｂとＴａの合計a含有量を１．１〜４．０％とした。好ましくは、１．２〜３．８％である。

不可避不純物：
耐食性Ｎｉ基合金中に含有される不可避不純物としては、Ｃ、ＰやＳなどが挙げられるが、こうした不純物は、しばしば高温加工などの合金製造時における割れの原因や溶接部における高温割れの原因となるので、できるだけ低減することが望ましい。

次に、本発明部材の複合部材を構成するＡｌまたはＡｌ合金であるが、本発明で使用するＡｌまたはＡｌ合金としては、特にその成分組成についての制限はなく、必要とする熱伝導性、強度に応じて、既によく知られているＡｌまたはＡｌ合金、例えば、純Ａｌ、ＪＩＳ・Ａ１０５０、Ａ１０８５、Ａ１１００、Ａ２０８４、Ａ３００３、Ａ３１０３、Ａ５００５、Ａ５０５２、Ａ５０８３、Ａ６０６３等から選択して使用することができる。

次に、本発明の複合部材の製造法を述べる。
本発明の耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金からなる複合部材は、例えば、以下の方法によって製造することができる。
（ａ）所定の成分組成のＮｉ基合金を製造し、接合面となる箇所を研磨し、脱脂する。
（ｂ）ＡｌまたはＡｌ合金の接合面となる箇所に、Ｔｉをターゲット材としたスパッタリングにより、所定の厚さのＴｉを被覆する。
（ｃ）Ｎｉ基合金の接合面と、Ｔｉ被覆したＡｌまたはＡｌ合金の接合面を重ね合わせて、真空雰囲気中で、４５０〜５２０℃に加熱した高圧プレスにより、ＡｌまたはＡｌ合金が変形しない程度に圧力を高め、その状態で、２〜４時間保持して拡散接合を行わせる。
上記（ａ）〜（ｃ）の工程により、耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金との間に、Ｎｉ_３Ｔｉ、Ａｌ_３Ｔｉ、ＴｉＮｉ、ＴｉＡｌの微細金属間化合物が分散分布し、純Ｔｉ層が残存していないＴｉ拡散層が形成され、これによって、耐食性、接合強度にすぐれ、さらに、密着性、熱伝導性にすぐれた本発明の複合部材を得ることができる。
なお、既に述べたように、拡散接合における加熱温度、加熱保持時間については、層中に微細粒子が分散分布するような上記の如き適正な条件を設定することが必要である。

上述のように、本発明の耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金からなる複合部材は、耐食性Ｎｉ基合金の有する耐食性を備えるばかりか、複合部材の接合強度も向上し、さらに、複合部材間での密着性にすぐれることから、不均一な熱伝導の発生が防止され、大型化した場合であっても均熱性を確保することができる。
したがって、本発明の複合部材は、高温のハロゲンガスに対する耐食性とともに、均熱性が求められるシリコンウエハーや液晶・太陽光電池パネルなどの製造装置用部材として使用した場合であっても、耐食性の観点に十分応えられるばかりか、製造装置を大型化した場合の均熱性確保という要求にも適うものであり、産業上優れた効果をもたらすものである。

以下に、本発明の実施例について説明する。

通常の高周波溶解炉を用いて溶解し、表１および表２に示される成分組成を有し、厚さ：４０ｍｍで約５ｋｇのインゴットを作製し、このインゴットを１２３０℃で１０時間均質化熱処理を施し、１０００〜１２３０℃の温度範囲内に保持しながら、１回の熱間圧延で１ｍｍの厚さを減少させつつ、最終的２０ｍｍ厚とし、１２００℃で３０分間保持し水焼き入れにより固溶化処理を施し、表面をバフ研磨することにより、表１および表２に示す成分組成の本発明の耐食性Ｎｉ基合金板と比較例の耐食性Ｎｉ基合金板を作製した。これら試験片の表面を研磨し最終的に耐水エメリー紙＃８０仕上げとした。研磨後の試料をアセトン中超音波振動状態に５分間保持し脱脂した。
なお、比較例の耐食性Ｎｉ基合金板の作製にあたり、いくつかのものについては、熱間加工中に割れが発生したため所定の製品を得ることができなかったので、備考欄にその旨を記した。

次に、純Ｔｉをターゲット材としてスパッタリングによってＴｉを所定の厚さにコーティングした、２０ｍｍ厚のＡｌまたはＡｌ合金（ＪＩＳ規格で規定されるＡ１０５０、Ａ１０８５、Ａ１１００、Ａ２０８４、Ａ３００３、Ａ３１０３、Ａ５００５、Ａ５０５２、Ａ５０８３、Ａ６０６３）を用意した。Ｔｉ被覆したＡｌまたはＡｌ合金板は、耐食性Ｎｉ基合金との接合面となる領域を除き研磨により除去した。ＡｌまたはＡｌ合金板のＴｉ被覆面と耐食性Ｎｉ基合金を重ね合わせて、真空雰囲気中、５００℃に加熱した高温プレスによりＡｌが変形する手前まで圧力を高め、その状態で３時間保持することによる拡散接合し、表１に示す本発明複合部材１〜２４および表２に示す比較例複合部材１〜１８を作製した。

上記表１、表２に示される本発明複合部材１〜２４および比較例複合部材１〜１８について、まず、Ｔｉ拡散層の厚さ(μｍ)を測定した。
ここで、Ｔｉ拡散層の厚さとは、Ｎｉ基合金中の合金成分、ＡｌまたはＡｌ合金中の合金成分が熱拡散して形成された１０質量％〜９０質量％のＴｉを含有する領域をいう。
具体的な測定法は、以下のとおりである。
複合部材の接合面と垂直方向に切断し、さらに小片に切り出し接合面と垂直方向の面が観察面となるように熱硬化性のフェノール樹脂に埋め込み、耐水エメリー紙およびダイヤモンドペーストを用いて試験片が鏡面になるまで研磨して、観察用の試料を作製した。ミクロ領域でのＴｉ含有量を測定するために、ＥＰＭＡ分析装置を用いて観察用試料に観察される接合層と垂直方向にＴｉのライン分析を実施しその結果に基づき、Ｔｉが１０質量％〜９０質量％となる拡散層厚みを測定した。表１、表２に、測定結果を示す。

次いで、本発明複合部材１〜２４および比較例複合部材１〜１８について、熱伝導性の良否、均熱性に影響を与えるＴｉ拡散層領域における接合部の欠陥測定を行った。
具体的には、Ｔｉ拡散層領域の接合面に平行な１００ｍｍ×１００ｍｍの範囲で超音波探傷し、未接合・接合不良に起因する欠陥部分の面積率(欠陥面積率（％）)を測定した。
なお、未接合・接合不良部が多く存在し、欠陥面積率が大である場合には、均一な熱伝導が阻害されるため、均熱性を期待することはできない。
表１、表２に、測定結果を示す。

次いで、本発明複合部材１〜２４および比較例複合部材１〜１８について、接合強度の測定を行った。
接合強度の測定は、複合部材から放電加工により、５φ×４０ｍｍ（Ａｌ：２０ｍｍ厚＋耐食性Ｎｉ基合金：２０ｍｍ厚）の円筒状に切り抜き、引張試験用の試験片に加工し、常温で引張試験を行い、破断位置を確認した。
本発明の複合部材はいずれも、Ｔｉ拡散層での破断は観察されず、Ａｌ母材部で破断することが確認された。
一方、比較例の複合部材には、Ｔｉ拡散層で破断するものがあった。
表１、表２に、測定結果を示す。

さらに、本発明複合部材１〜２４および比較例複合部材１〜１８のＮｉ基合金について、高温のＨＦやＨＣｌ等のハロゲン系ガスに対する耐食性試験を実施した。
具体的な試験方法は、以下の通り。
作製したＮi基合金を１０×１０×３ｍｍに切り出し、耐水エメリー紙を用いて＃１０００仕上げとし、脱脂洗浄を行い腐食試験用の試験片とした。これら、試験片を石英製のチャンバーに挿入し、４５０℃でＡｒ−３０％ＨＣｌガスを封入して２４時間の保持試験を実施した。試験後、実体顕微鏡で１０倍程度に拡大して腐食の有無を確認した。本発明複合部材１〜２４のＮｉ基合金については、いずれも、金属光沢を維持しており腐食は観察されず、すぐれた耐食性を示した。
一方、比較例複合部材３、５、８、１０のＮｉ基合金は、島状の腐食痕が観察された。
なお、比較例複合部材１、２、１１、１３、１５のＮｉ基合金については、すぐれた耐食性を示した。

表１に示される結果から、本発明の耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金からなる複合部材は、高温のハロゲンガスに対しＮｉ基合金がすぐれた耐食性を示し、また、複合部材の接合部であるＴｉ拡散層に欠陥の発生もなくすぐれた密着性を有することから、均一な熱伝導性、均熱性を備えるとともに、接合強度にもすぐれている。
これに対して、表２に示される結果からも明らかなように、比較例の耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金からなる複合部材は、熱間加工時に割れを発生し（比較例複合部材４、６、７、９、１２、１４、１６〜１８）、接合部に欠陥が発生し密着性が不良であり（比較例複合部材１、１１、１３、１５）、引張試験において接合部であるＴｉ拡散層で破断を生じ接合強度に劣り（比較例複合部材２）、また、耐食性が不十分であり（比較例複合部材３、５、８、１０）、いずれの比較例複合部材も、本発明複合部材に比し、性能の劣るものであった。

耐食性Ｎｉ基合金とＡｌまたはＡｌ合金からなる本発明の複合部材は、耐食性、接合強度、密着性にすぐれることから、シリコンウエハーや液晶・太陽光電池パネルなどの製造装置用の大型部材として使用した場合にすぐれた効果をもたらすが、これに限らず、耐食性、強度、熱伝導性、均熱性等が必要とされる各種用途の装置構成部材として好適である。

Claims

耐食性Ｎｉ基合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金との間に、１〜５０μｍのＴｉ拡散層を有することを特徴とする耐食性Ｎｉ基合金とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複合部材。
請求項１に記載の耐食性Ｎｉ基合金が、質量％で、Ｃｒ：１４〜４６％、Ｍｏ：０．１〜２０％、Ｆｅ：０．０１〜６％、Ｍｎ：０．００５〜０．８％、Ｓｉ：０．００１〜０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる耐食性Ｎｉ基合金であることを特徴とする請求項１に記載の複合部材。
請求項１に記載の耐食性Ｎｉ基合金が、質量％で、Ｃｒ：１４〜４６％、Ｍｏ：０．１〜２０％、Ｆｅ：０．０１〜６％、Ｍｎ：０．００５〜０．８％、Ｓｉ：０．００１〜０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、さらに、Ｗ：２〜５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる耐食性Ｎｉ基合金であることを特徴とする請求項１に記載の複合部材。
請求項１に記載の耐食性に優れたＮｉ基合金が、質量％で、Ｃｒ：１４〜４６％、Ｍｏ：０．１〜２０％、Ｆｅ：０．０１〜６％、Ｍｎ：０．００５〜０．８％、Ｓｉ：０．００１〜０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％を含有し、さらに、ＮｂまたはＴａの１種または２種を合計で１．１〜４．０％含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる耐食性Ｎｉ基合金であることを特徴とする請求項１に記載の複合部材。