JP2001518980A - 高強度の銀−パラジウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 下記の成分を含む電気接点用途のための銀／パラジウム合金：重量％で、２０〜５０％の銀、２０〜５０％のパラジウム、２０〜４０％の銅、１.０％未満ののニッケル、０.１〜５％の亜鉛、０.０１〜０.３％のホウ素、および１％以下のレニウム、ルテニウム、金、および白金からなる群から選択される改質元素。亜鉛とホウ素の組み合わせは、高い強度と硬度を有する合金を提供し、銅とパラジウムの両者の使用量を少なくすることを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 高強度の銀−パラジウム合金発明の背景 本発明は貴金属合金に関し、さらに特定すれば、電気接点に適用するのに特に 適合する合金に関する。 よく知られているように、貴金属合金は、低い接触抵抗および／またはノイズ が長時間必要な多くの電気接点用途に好んで用いられてきた。このことは特に、 そのような要素を含む電気製品が比較的高い温度、高い湿度、硫黄分が多いかま たはその他の腐食性雰囲気、等にさらされる可能性のある場合に、そうである。 金と白金の含有量の高い合金はそのような用途に初期において好まれたが、それ らの合金のコストは多くの用途に対して過大に高くなり、さらに広範囲に使用さ れるには不利である。これは、コストの低い金属をベースとする合金を開発する 努力をもたらした。その結果、パラジウム合金が、より低いコストで耐腐食性や 耐変色性のような所望の特性を与えるための努力において広く用いられるように なった。しかし、パラジウム合金も比較的高価であり、このコストがさらに広く 使用されるのに不利に作用している。 米国特許５,４８４,５６９号は、高い耐酸化性と耐変色性を有する銀／パラジ ウム合金を開示していて、この特性は比較的低いレベルの銅と比較的高いレベル のニッケル（少なくとも１％、好ましくはこれよりも多い量）のためである。こ の合金は耐酸化性と耐変色性を与えるニッケルと亜鉛の共働効果をよりどころと している。しかし、この合金は特定の用途のためには所望の強度と硬度を示さな い。発明の目的 本発明の目的は、高い強度と硬度を有し、良好な電気特性を提供する新規な銀 ／パラジウム合金を提供することである。 本発明の目的はまた、貴金属の含有量が高い合金よりも比較的コストが低い上 記の合金を提供することである。 別の目的は、そのような合金から製造され、望ましい硬度と強度の値を示し、 さらに接点としての用途のための制御可能な成形性を有する電気部品を提供する ことである。発明の要約 上記のおよび関連する目的は、下記の成分を含む電気用途のための銀／パラジ ウム合金において容易に達成され得ることが見いだされた：重量％で、２０〜５ ０％の銀、２０〜５０％のパラジウム、２０〜４０％の銅、０〜０.５％のニッ ケル、０.１〜５％の亜鉛、０.０１〜０.３％のホウ素、および１％以下のレニ ウム、ルテニウム、白金、および金からなる群から選択される改質元素。 好ましくは、銀は２８〜４５重量％含まれ、そしてパラジウムは２９〜４０重 量％含まれる。好ましくは、銅は２５〜３０重量％含まれ、亜鉛は１重量％含ま れ、ニッケルは０重量％含まれ、そしてホウ素は約０.１５重量％含まれる。 この合金は、少なくとも１４×１０⁶p.s.i.の弾性率を示し、そして適当な熱 的機械的処理によって３５０ヌープ以上の硬度を達成することのできる金属部品 に成形される。好ましい実施態様の詳細な説明 上述したように、銀とパラジウムの組み合わせが本合金の大部分を与える。望 ましい範囲での亜鉛とホウ素の組み合わせは、ニッケルの含有量の実質的に０％ までの低減を伴うとき、パラジウムおよび／または銅の量を維持しながら、優れ た強度と硬度を有する合金を与える。実際、この合金での亜鉛とホウ素の存在は 、優れた強度を与え、その一方で、銅とパラジウムの両者の量を、先行技術の銀 ／パラジウム合金におけるそれらの量よりも低減させることを可能にする。さら に、後に詳細に説明する元素の適切な組み合わせによって、この合金は良好な処 理加工特性と機械的強度、および可動接点用途のための所望の可撓性を与えるの に望ましい弾性率を呈する。 本発明の合金は本質的に、パラジウム、銀、銅、亜鉛、およびホウ素を含有し 、さらに所望により、レニウム、ルテニウム、白金、および金からなる群から選 択される少量の改質成分を含む。これらの合金におけるニッケルの量は実質的に 無視できる量（１％未満）まで低減される。 銀の含有量は２０％から５０％の範囲とすることができ、好ましくは２８〜４ ５％の範囲である。 パラジウムは２０〜５０％の範囲で与えられ、好ましくは約２９〜４０％の範 囲である。 銅はこの合金において次に大きな成分であり、２０〜４０％の範囲で与えられ 、好ましくは２５〜３０％の範囲である。これらの合金において、パラジウムは 時効硬化反応のためのベースを与えるために銅成分と反応し、それによって所望 の特性である物理的／機械的特性を与える。さらに、それは弾性率をも増大させ る。 亜鉛は０.１〜５％の範囲で与えられ、好ましくは０.５〜１.５％の範囲であ る。それは合金が受ける第二相反応に関与する。それはまた、インゴットへの最 初の鋳造の間の合金のための脱酸化剤としても用いられる。 ホウ素は０.０１〜０.３０％の範囲で与えられ、好ましくは約０.１５％であ る。ホウ素は亜鉛と共働的に硬化に関与すると考えられ、またその他の所望の物 理特性を与える。亜鉛とホウ素による改善を最適に効果あらしめるために、ニッ ケルの量は１％未満に維持されなければならず、好ましくは０〜０.５％の範囲 である。 少量の改質成分であるレニウム、ルテニウム、白金、および金は、総量が０〜 １.０％の範囲で、特性の何らかの改善に寄与する。白金は耐化学薬品性(nobili ty)を与え、レニウムとルテニウムはこの合金における結晶粒微細化剤として作 用すると考えられる。金は耐酸化性に寄与する。 本発明の二つの非常に望ましい工業用の合金は、それぞれ下記の組成を有する ： 元素 重量％ Ａ（ＰＥ２５３） Ｂ（ＰＥ２６０） 銀 ４４.８５ ２８.９ パラジウム ２９ ４０ 銅 ２５ ３０ 亜鉛 １ １ ホウ素 ０.１５ ０.１０ ニッケル ０ ０ Re、Ru、Pt、Au − − これらの合金の硬度の値はそれぞれ、合金Ａ（ＰＥ２５３）について１００グ ラムにおいて３９５ヌープ、合金Ｂ（ＰＥ２６０）について１００グラムにおい て５００ヌープ以上である。これらの硬度レベルを得るために、これらの合金は 、溶体化焼鈍の後に、６０〜７０％の面積の低減を伴ってストリップ状で圧延さ れ、ついで析出硬化熱処理を受けた。合金Ａは７００°Ｆで６０分間熱処理され 、合金Ｂは８００°Ｆで６０分間熱処理された。 これらの合金は、固定接点またはコネクタを含む種々の電気製品を製作するの に利用できる薄板材（sheet）に圧延される。その他の用途としては、整流子、 電位差計、およびスリップリングのような非固定用途における接点がある。この 材料は、その物理的特性の故に、引き抜かれるかまたは成形されて、種々のタイ プの電気要素にすることができる。 鋳造された棒材ストックは比較的薄いストリップかまたは薄板材に圧延する必 要があるので、加工性がもう一つの重要な特性である。従って、５０％未満の加 工率において亀裂を生じる合金は一般に、低い加工性を有すると考えられる。そ のような合金は鍛練材として用いることができ、それは意図する用途に応じて熱 処理されるかまたは熱処理されない。 以下に非限定的実施例を示す：実施例１ ３５重量％の銀、３５重量％のパラジウム、および３０重量％の銅を含有する 合金が７００°Ｆで４５分間および９０分間熱処理された。上記の合金Ａも同様 に熱処理された。下記の硬度の値（１００グラムにおけるヌープ硬度）が報告さ れた： 合金 ＨＴ７００Ｆ ＨＴ７００Ｆ ４５分 ９０分 ３５−３５−３０ ３４８ ３５８ Ａ ３６３ ３７９ 合金Ａは３５-３５-３０合金よりも銅の含有量が低く、亜鉛とホウ素の合計量 も少ない。合金Ａおよびその変形種において、硬度はＰｄＣｕxタイプの析出物 （ここでｘは典型的には３である）によって与えられる。一般に、この合金の硬 度は析出相の大きさと体積に依存し、Ｃｕおよび／またはＰｄの量が増大するの に伴って大きくなり、これに依存する元素は化学量論的に不足する、と予期する だろう。しかし、亜鉛とホウ素の少量ではあるがしかし有効な量の添加は優れた 硬度を与え、これに伴って銅とパラジウムの量は減少する。実施例２ 下記の合金が、６８％冷間加工された状態および焼鈍された状態から与えられ 、そして６０分間、９０分間、および１２０分間熱処理された。硬度の値は１０ ０グラムの荷重についてのヌープ硬度で与えられる。比較データについて表Ｉお よび表IIを参照されたい。 無視できる量のニッケルを含有する合金（ＰＥ-２６０およびＰＥ-２６１）に ついての硬度の値と１％のニッケルを含有する合金（ＰＥ-２２４およびＰＥ-２ ６２）についての硬度の値の差は著しい：冷間加工された状態からの熱処理にお いて３０〜６０のヌープ硬度、および焼鈍された状態からの熱処理において５〜 １００⁺のヌープ硬度。 従って、上の詳細な説明から、本発明は良好な接触特性と優れた硬度および強 度の値を示す電気用途のための新規な銀／パラジウム合金を提供する、というこ とが理解される。この合金は、最終形態に打抜き（stamping）または成形するた めの前駆体としての金属の薄板材または線材に比較的容易に製造することができ る。多くの析出硬化可能な合金と同様に、溶体化した（焼鈍した）材料を適切に 熱処理することによって所望の硬度を得ることができる。これによって、熱処理 の前の大きな成形性が可能になる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 本質的に下記の元素からなる電気用途のための銀／パラジウム合金： （ａ） ２０〜５０重量％の銀； （ｂ） ２０〜５０重量％のパラジウム； （ｃ） ２０〜４０重量％の銅； （ｄ） １.０重量％未満のニッケル； （ｅ） ０.１〜５重量％の亜鉛； （ｆ） ０.０１〜０.３重量％のホウ素； （ｇ） １.０重量％以下のレニウム、ルテニウム、金、および白金からなる 群から選択される改質元素。 ２． ２８〜４５重量％の銀、２９〜４０重量％のパラジウム、２５〜３０重量 ％の銅、実質的に０〜０.２重量％のニッケル、０.１５重量％のホウ素、および １重量％の亜鉛を含有する、請求項１に記載の銀／パラジウム合金。 ３． 本質的に下記の元素からなる銀／パラジウム合金から形成された鍛錬性金 属の電気部品： （ａ） ２０〜５０重量％の銀； （ｂ） ２０〜５０重量％のパラジウム； （ｃ） ２０〜４０重量％の銅； （ｄ） １.０重量％未満のニッケル； （ｅ） ０.１〜５重量％の亜鉛； （ｆ） ０.０１〜０.３重量％のホウ素； （ｇ） １.０重量％以下のレニウム、ルテニウム、金、および白金からなる 群から選択される改質元素。 ４． 前記部品は高い強度と硬度を示す、請求項３に記載の鍛錬性金属の電気部 品。 ５． 前記部品は１００グラムの荷重において少なくとも２００ヌープの焼鈍後 硬度を示す、請求項４に記載の鍛錬性金属の電気部品。 ６． 前記部品は、析出熱処理後に、１００グラムの荷重において少なくとも３ ００ヌープの硬度を示す、請求項４に記載の鍛錬性金属の電気部品。 ７． 前記部品は１００グラムの荷重において２００〜４００ヌープの冷間加工 後硬度を示す、請求項４に記載の鍛錬性金属の電気部品。