JP2010106331A - 強度と導電性を兼ね備えた複合化金属ガラスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この複合化金属ガラスは、アモルファス構造を有し強度に優れた金属ガラス母相中に、導電性に優れた純銅・銅合金、または純銀・銀合金が分散した複合組織から成る。この製造方法として粉末冶金法を用いることを特徴とし、母相となる金属ガラス粉末と銅などの導電性粉末を混合し、金属ガラスの過冷却液体領域近傍の温度で加熱、圧縮して複合化金属ガラスバルク材を作製する。そして、必要に応じて、このバルク材を更に過冷却液体領域近傍の温度で圧延などにより薄板状に加工する。
【選択図】なし
Description
そこで、ベリリウムを含まず高強度・高導電率を有する銅合金が開発されてきており、このような銅合金としては、例えば以下のような特許文献が存在する。
析出硬化型銅合金としては、Cu−Zr、Cu−Cr、Cu−Ag、Cu−Fe等を基本形に様々な合金開発が現在も盛んに行われており、その例として上記特許文献1〜4が挙げられる。これらの析出硬化型銅合金では、Cuに強度を向上させるための合金元素を添加することで、Cu母相と異なる第2相を析出させ、さらに強加工によりこの相を細かく分散させることで、高強度と高導電率を両立させることを可能としている。
本発明の複合化金属ガラスにあっては、母相となるアモルファス構造を有した金属ガラスに、純銅、銅合金、純銀および銀合金粉末から成るグループより選ばれた少なくとも1種が分散されており、本発明に用いる金属ガラスとしては、広い過冷却液体領域を有し、安価で、アトマイズ法により大量に粉末を作製できることが必要とされる。本発明では、このような条件に合う金属ガラス種として、Cu基、Ni基、Fe基(Cu,Ni,Feをそれぞれ30重量%以上含む)金属ガラスが選択されることが好ましい。Cu基としては、Cu−Zr−Al−Ag系、Cu−Zr−Ti系、Cu−Hf−Ti系、Ni基としては、Ni−Nb−Ti−Zr系、Ni−Nb−Zr系、Fe系としては、Fe−Cr−Mo−B−C系、Fe−Co−Si−B−Nb系等が挙げられる。
一方、母相となるアモルファス構造を有した上記金属ガラスに分散される導電性金属としては、高い導電性を有すること、比較的安価であること、大量に入手しやすいことを考慮して、純銅、銅合金、純銀、銀合金が用いられ、この際、銅合金は、Cuを50重量%以上含む銅合金が好ましく、銀合金は、Agを50重量%以上含む銀合金が好ましい。具体的には銅合金としては、コルソン合金、リン青銅、Cu−Cr、Cu−Ag系合金等、銀合金としては、Ag−Cu、Ag−Sn系合金等が挙げられる。
この製法は、母相となる金属ガラス粉末と、純銅・銅合金、または純銀・銀合金の粉末を混合し、金属ガラス粉末の過冷却液体領域近傍の温度、望ましくはガラス遷移温度より0〜20℃高温で加熱、圧縮を行い、複合化金属ガラスバルク材を作製する工程と、得られた複合化金属ガラスバルク材を更に過冷却液体領域近傍の温度で薄板化する工程とを含むが、使用する金属ガラスのガラス遷移温度に対し、作製温度が低すぎると、金属ガラスの粘性流動が十分に得られず、金属ガラス相の変形が不十分で、金属ガラス相のネットワーク組織が形成されないため、結果として十分な強度を有した高強度の試料を得ることができない。一方、作製温度が高すぎると、金属ガラス相の結晶化を招き、試料が脆くなって機械的特性の低下を招く可能性が高いため、結晶化の生じない範囲とすることが必要となる。よって使用する金属ガラスにより、最適な温度範囲が存在すると考えられる。
ガスアトマイズ法で作製した平均粒径18μmのCu42Zr42Al8Ag8金属ガラス粉末と電解銅粉、ガスアトマイズ法で作製した純銅粉、リン青銅粉、コルソン合金粉をそれぞれ表1のような割合となるようそれぞれ秤量した後、乳鉢を用いて十分混合した。混合した粉末を、超硬合金製の型に詰め、ホットプレス装置の炉内にセットした。真空引き後、Arを導入して不活性雰囲気とした状態で昇温した。Cu42Zr42Al8Ag8金属ガラスの過冷却液体領域近傍である462℃において、最大圧力780MPaで粉末を押し固め、外径20mm、高さ15mmの円柱状の試料を得た。得られた試料は組織観察を行った。さらにこの試料から試験片を切り出し、四端子法で導電性を、圧縮試験で強度をそれぞれ評価した。
ガスアトマイズ法で作製した平均粒径37μmのNi53Nb20Ti10Zr8Co6Cu3金属ガラス粉末と電解銅粉、ガスアトマイズ法で作製した純銅粉、リン青銅粉、コルソン合金粉をそれぞれ表2のような割合となるようそれぞれ秤量した後、乳鉢を用いて十分混合した。混合した粉末を、超硬合金製の型に詰め、ホットプレス装置の炉内にセットした。真空引き後、Arを導入して不活性雰囲気とした状態で昇温した。
Ni53Nb20Ti10Zr8Co6Cu3金属ガラスの過冷却液体領域近傍である583℃において、最大圧力780MPaで粉末を押し固め、外径20mm、高さ15mmの円柱状の試料を得た。得られた試料は組織観察を行った。さらにこの試料から試験片を切り出し、四端子法で導電性を、圧縮試験で強度をそれぞれ評価した。
Claims (4)
- 母相となるアモルファス構造を有した金属ガラスに、純銅、銅合金、純銀および銀合金粉末から成るグループより選ばれた少なくとも1種が分散した構造を有することを特徴とする、強度と導電性を兼ね備えた複合化金属ガラス。
- 前記金属ガラスが、Cuを30重量%以上含むCu系合金、Niを30重量%以上含むNi系合金および、Feを30重量%以上含むFe系合金から選ばれたものであり、しかも、導電性を担う金属として、純銅、Cuを50重量%以上含む銅合金、純銀、Agを50重量%以上含む銀合金のうち少なくとも1種類以上を5〜80重量%まで含むことを特徴とする請求項1に記載の複合化金属ガラス。
- 優れた強度と導電性を兼ね備えた複合化金属ガラスを製造するための方法であって、当該方法が、母相となる金属ガラス粉末と、純銅、銅合金、純銀および銀合金粉末から成るグループより選ばれた少なくとも1種の粉末を混合し、前記金属ガラス粉末の過冷却液体領域近傍の温度で加熱、圧縮を行い、複合化金属ガラスバルク材を作製する工程を含むことを特徴とする複合化金属ガラスの製造方法。
- 前記工程により作製された複合化金属ガラスバルク材を更に過冷却液体領域近傍の温度で薄板化する工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の複合化金属ガラスの製造方法。
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