JP2021171820A

JP2021171820A - レーザークラッディングによるＣｕＣｒ複合コンタクトの量産方法及び装置

Info

Publication number: JP2021171820A
Application number: JP2020183797A
Authority: JP
Inventors: 姚培建; Pei Jian Yao; 劉凱; Kai Liu; 王文斌; Wen Bin Wang; 王小軍; Xiao Jun Wang; 李剛; Gang Li; 張石松; shi song Zhang; 李鵬; Peng Lee; 武旭紅; Xu Hong Wu
Original assignee: Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2021-11-01
Anticipated expiration: 2040-11-02
Also published as: CN111636061A; JP6864810B1

Abstract

【課題】本発明は、レーザークラッディングによるＣｕＣｒ複合コンタクトの量産方法及び装置を提供する。【解決手段】ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末を準備するステップと、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末を混合するステップと、銅インゴットを予備加工するステップと、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末を銅シート上に高速レーザークラッディングするステップと、クラッディング済みのサンプルを熱処理するステップと、表面を加工して処理するステップと、を含む。前記装置は、ボールミリング部材が内部に設けられた混合タンク、レーザークラッディング素子、コントローラを備え、レーザークラッディング素子が取り付けテーブル、回転ワークチャック、静電粉末溶射部品、レーザークラッディングヘッド、機械式グリッパーを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、コンタクト材料の技術分野に関し、具体的には、レーザークラッディングによ
るＣｕＣｒ複合コンタクトの量産方法及び装置に関する。

銅系コンタクトの市場の将来性が期待できるが、３Ｄプリント技術の出現に伴い、製造業
では高性能・低コストの製品が出現する傾向がある。

従来技術では、たとえば、特許ＣＮ１０６４９８３８６Ａは、レーザークラッディングに
よる銅表面の複合コーティング及びその製造方法を開示し、この特許では、クラッディン
グ対象の材料粉末をスラリー状にして、銅基材の表面に均一に塗布し、自然風乾後、レー
ザークラッディング方法によって一層のめっき層を形成し、それによって、表面を強化さ
せる効果を奏するが、厚さのため積層して加工できないので、従来の製品の支持（又は無
効）部分の効果を果たすことができず、さらに、該特許の技術によれば、表面だけを強化
させ、全体の強化を行わず、パーツの表層の状況だけを変えるが、結晶粒を細化させて、
一部のパーツの代わりとして機能するような効果はなく、また、コスト削減もできなかっ
た。

現在、コスト削減のための方式には、２種類があり、１つは、複合材料を開発し、つまり
、コンタクトの支持部分を低価な材料で代えることであり、もう１つは、新技術を開発し
、つまり、工程を減少させ、また性能がより優れたプロセスを開発することである。

本特許は、従来の製品の性能を損なわず、また、従来の製品の性能を高め、効率を維持す
る上に加工コストを削減させるために設計したものである。

以上の目的を達成させるために、本発明は、レーザークラッディングによるＣｕＣｒ複合
コンタクトの量産方法、及び装置を提供し、それによって、コーティングの孔隙率の欠陥
によりその耐摩耗性に悪影響を与えるという従来のセラミックコーティングの製造技術に
おける問題を解決し、具体的な技術案は以下のとおりである。

レーザークラッディングによるＣｕＣｒ複合コンタクトの量産方法であって、以下のステ
ップＳ１〜ステップＳ６を含む。
Ｓ１、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末の準備：
球形度が８０％よりも大きいＣｒ粉１０〜５０ｗｔ％、球形度が８０％よりも大きい霧化
銅粉９０〜５０ｗｔ％の質量百分率でＣｒと霧化銅粉を秤量する。試験を通じて研究した
ところ、Ｃｒ粉とＣｕ粉を上記割合で配合すると、製品の成分を確保し、生産効率を低下
させずに、製品の性能を向上させることができ、さらに、該割合は現在の市場の状況及び
お客様のニーズに対応でき、また、球形度が８０％よりも大きい粉体を用いることにより
、パーツ加工時に粉末の吐出ムラにより金属相に孔が生じたり、成分のムラによる欠陥が
形成されたりする確率を大幅に減少させる。
Ｓ２、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末の混合：
Ｓ１のＣｒ粉と霧化銅粉を前記割合で混合した後、ボール／材料比１：３〜１：５で１〜
５ｈボールミリングする。ボールミリングは、粉末を均一に混合する役割を果たす。
Ｓ３、銅インゴットの予備加工：
クラッディング対象の銅インゴットを、完成品のサイズに従って、１／１０〜１／８の加
工マージンが残されたシートに切断して使用に備える。加工マージンを残す理由としては
、第一に、レーザークラッディングの加工速度が高いため、精度が悪くなり、したがって
、該技術でワークブランクを加工し、次にワークブランクを機械加工して完成品とする。
第二に、ワークブランクから完成品を製造する際に、ツールセッティングと挟持をするた
めに加工マージンが必要とされる。
Ｓ４、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末を銅シート上に高速レーザークラッディングする。
高速レーザークラッディング技術により加工し、具体的には、レーザービームを銅基体の
表面に垂直にして走査させ、走査中に保護ガスと粉末搬送ガスのいずれも不活性ガスを使
用する。本発明で使用されるレーザーは、陝西省西安市の中科中美社が独自開発したもの
であり、製品の性能に優れ、本発明の使用要件を満たす。
高速レーザークラッディングは、以下の３つの役割を果たす。
（１）４個のレーザーヘッドによるフォーカス技術を用いることで、有効クラッディング
断面の直径を増大し、つまり、従来のレーザークラッディングに比べて、クラッディング
による１層の有効厚さを大きくする。
（２）焦点ではなく、焦点よりも上方にある位置をレーザーが重なる点とすることにより
、単位クラッディング面積を増大し、つまり、従来のクラッディングと同様な速度で同一
のパーツを加工する場合、より迅速に完了できる。
（３）高速レーザークラッディングのステップも層の厚さも調整・制御可能であり、製品
に応じて最適なパラメータを設定して、生産効率を高めることが可能である。
Ｓ５、クラッディング済みのサンプルの熱処理：
熱処理プロセスとしては、固溶温度８５０〜１１００℃、１〜５ｈ保温、時効温度３５０
〜５００℃、３〜８ｈ保温である。
熱処理は、直接レーザークラッディングすると、製品の性能の一部が要件を満足できず、
要件を満たすようにするために熱処理が必要とされる原因で、行われる。
Ｓ６、表面の加工処理
熱処理したサンプルを、完成品コンタクトのサイズに従って、設計により求められる表面
粗さ及び精度となるまで表面を加工して処理する。

本発明の一態様として、前記ステップＳ１では、前記Ｃｒ粉の粉末粒度について３０〜５
５μｍが要求され、霧化銅粉の粉末粒度について３５〜５０μｍが要求される。３０μｍ
以下の粉末を使用しないため、原材料の加工要件を低減させ、大顆粒粉末を使用するため
、原材料を粉末化する際に酸素含有量を簡単に制御でき、粒度の範囲が近い粉末を混合す
ることにより、混合後の粉体の粒度の均一性を大幅に向上できる。

本発明の一態様として、前記ステップＳ２では、ボールミリングを起動させる前に、１０
〜１ｐａまで真空吸引し、次に水素ガスを０．６Ｍｐａまで充填して保護し、真空吸引も
水素ガス充填も、混合のために低酸素環境を作り、混合中の粉体の酸化を回避するためで
ある。

本発明の一態様として、前記ステップＳ４では、前記粉末搬送ガスの流量が０．５〜２．
５Ｌ／ｍｉｎ、保護ガスの流量が１５〜３０Ｌ／ｍｉｎ、走査パワーが２２００〜４５０
０Ｗ、レーザー移動の線速度が２〜５ｍｍ／ｍｉｎ、１層のクラッディングの厚さが０．
２〜１．２ｍｍである。粉末搬送ガスの流量、保護ガスの流量、走査パワー、レーザー移
動の線速度、１層のクラッディングの厚さの上記パラメータの範囲は、発明者が試験を繰
り返すことを通じて得た、製品の性能が合格し、且つ効率が量産に適するようにするパラ
メータの範囲である。

本発明の一態様として、前記ステップＳ４では、銅ＣｕＣｒの所定成分の混合粉体をクラ
ッディングして積層することで、合計１〜２５層クラッディングし、多層ＣｕＣｒ複合コ
ンタクトを形成し、最高ではクラッディングの全厚さは９．６ｍｍである。上記に記載の
クラッディング層数及びクラッディングの厚さは、発明者が試験を通じて得たデータであ
り、それよりも大きいこともあるが、本社の製品に適用する場合、この厚さが十分であり
、したがって、それよりも大きいクラッディングを試験しておらず、ただし、興味がある
場合、さらに試験を試みてもよい。

本発明の一態様として、クラッディングの全厚さは好ましくは７ｍｍである。つまり、新
しい銅シートの場合は、全厚さ７ｍｍでＣｕＣｒの混合粉末を多層クラッディングし、複
合コンタクトを形成することができ、使用効果が良好である。

本発明の別の態様は、レーザークラッディングによるＣｕＣｒ複合コンタクトの量産装置
を提供し、該量産装置は、ボールミリング部材が内部に設けられた混合タンク、前記混合
タンクに接続されたレーザークラッディング素子、及び各電気素子に接続されたコントロ
ーラを備え、
前記レーザークラッディング素子は、３つのＬ字形取り付け用連結ロッドが側壁に設けら
れた取り付けテーブル、前記取り付けテーブルに設けられた回転ワークチャック、静電粉
末溶射部品、レーザークラッディングヘッド、機械式グリッパーを備え、
前記回転ワークチャックは、回動軸を介して前記取り付けテーブルの上端に回動可能に接
続され、外壁に複数の水平接続ブラケットが周方向に均等に設けられた回転枠と、各前記
水平接続ブラケットの末端に設けられ、上端に取り付け溝が設けられた取り付け用調整デ
ィスクと、取り付けテーブルの内部に設けられ、前記回動軸を回動駆動する駆動モータと
、を備え、前記取り付け溝には、パーツを固定挟持することに用いられ、パーツの左右両
側に沿ってスライド可能な複数の取り付け用スライド部品が設けられ、取り付け用スライ
ド部品は、隣接する２つの前記取り付け用スライド部品の間には、第１のシザー式調整フ
レームと第１の超音波測定器が設けられ、
前記静電粉末溶射部品は、各取り付け用調整ディスクの上端に結合可能な粉末収集カバー
と、前記粉末収集カバー内に設けられた静電粉末溶射ノズルと、接続管を介して前記静電
粉末溶射ノズルに接続された粉末貯蔵缶と、前記粉末貯蔵缶に連通しているエアコンプレ
ッサと、を備え、前記粉末収集カバー内には赤外線センサが設けられ、粉末収集カバー、
レーザークラッディングヘッド、及び機械式グリッパーは、それぞれ回転枠の回転方向に
配列され、且つそれぞれ３つのＬ字形取り付け用連結ロッドの水平部分の底端に設けられ
、粉末収集カバーとＬ字形取り付け用連結ロッドとの間には、電動伸縮ロッドが設けられ
、前記レーザークラッディングヘッドは、それぞれ取り付け用スライド部品に１対１で対
応する複数あり、隣接する２つのレーザークラッディングヘッドの間には、第２のシザー
式調整フレームと第２の超音波測定器が設けられる。

本発明の一態様として、前記取り付け用調整ディスクは中空構造であり、且つ取り付け用
調整ディスクの底端には清掃口が設けられ、取り付け用調整ディスクの中空構造を通じて
、粉末収集カバー内で十分に利用されていない混合粉末を収集し、底端の清掃口を介して
洗浄して清掃して回収することができ、それによって、省エネ及び排出削減の特徴を有す
る。

本発明のレーザークラッディングによるＣｕＣｒ複合コンタクトの量産装置の作動原理は
、以下の通りである。大量の銅基体に対してレーザークラッディング処理を行うにあたり
、各取り付け用調整ディスクの複数の取り付け用スライド部品に銅基体を固定して挟持し
、ある取り付け用調整ディスクが粉末収集カバーの底端まで回動すると、粉末収集カバー
を介して該取り付け用調整ディスクの上端に結合し、エアコンプレッサを起動させて、粉
末貯蔵缶内のＣｒ粉と霧化銅粉を混合した混合粉末を、静電粉末溶射ノズルを介して同一
の取り付け用調整ディスク内の異なる銅基体の表面に吹き付け、このとき、粉末収集カバ
ーは、混合粉末の作動スペースへの飛散による空气の汚染を防止できるとともに、取り付
け用調整ディスクによる混合粉末の収集を回避し、それによって、資源を節約し、１つの
取り付け用調整ディスク上の各銅基体の表面への混合粉末の吹き付けが終了すると、駆動
モータを起動させて軸を時計回りで回動駆動し、該取り付け用調整ディスクをレーザーク
ラッディングヘッドの真下に回動し、レーザークラッディングヘッドを用いて、複数の銅
基体を同時にレーザークラッディングし、このとき、粉末収集カバーは次の取り付け用調
整ディスクをその内部に結合し、上記粉末吹き付け操作を繰り返し、レーザークラッディ
ング済みのサンプルに対応する取り付け用調整ディスクは引き続き機械式グリッパーの底
端まで回動し、このとき、機械式グリッパーによって各サンプルを取り出せば完了し、上
記過程において、静電粉末溶射部品、レーザークラッディングヘッド、及び機械式グリッ
パーは同時に作動しているので、大量の銅基体に対するレーザークラッディング操作が可
能となり、それにより、作動効率が高まり、第１のシザー式調整フレームと第１の超音波
測定器との連携により、隣接する２つの取り付け用スライド部品の間の間隔が調整され、
それによって、さまざまなサイズの銅基体に適用できるようになり、また、第２のシザー
式調整フレームと第２の超音波測定器との連携により、レーザークラッディングヘッドが
対応する銅基体の上方に調整され、それにより、さまざまなサイズの銅基体に対してレー
ザークラッディングが正確に実施できる。

コストダウンを考慮すると、生産されたＣｕＣｒ複合コンタクトを使用した後、前記クラ
ッディング方法により前記銅シート基体上に再度クラッディングしてもよい。つまり、お
客様の使用により故障が生じたが、銅基体がほぼ維持されているコンタクトについては、
より低価で回収し、ＣｕＣｒの混合粉末をレーザークラッディングして合格の厚さまで修
復し、小規格の製品として再使用することができる。

従来の製造方法に比べて、本発明の方法の有益な効果は以下のとおりである。
従来のレーザークラッディング手段では、ペーストを金属上に塗布し、次にレーザーで溶
解することでクラッディングを行うが、この方法では、積層して加工することができず、
また量産も不能であり、或いは、成形させた完成品の表面にレーザーを用いて一層の厚い
めっき層をクラッディングし、それにより、酸化防止や耐食の役割を果たし、作動層の厚
さに亘ってレーザークラッディングにより形成するのではない。それに対し、本発明に係
るレーザークラッディング法は、従来のキャスト及びアーク融解法の代わりとして、Ｃｕ
Ｃｒコンタクトを生産することができ、混合済みのＣｕＣｒ粉を銅シート上に高速クラッ
ディングすることにより成形するものであり、レーザークラッディング素子によって、複
数の製品を一括してクラッディングすることができ、量産の条件を満たし、また、本発明
の方法で加工されたコンタクトでは、金属相Ｃｒ顆粒は二次細化を行っており、且つ分散
して分布し、細化させたＣｒ顆粒は、粒径が２〜１０ミクロンであり、導電率が３５％Ｉ
ＡＣＳ以上に達し、機械的強度が４００Ｍｐａ以上に達し、硬さが８０〜１３０ＨＢに達
し、軟化温度が８００〜１０００℃に達し、つまり、本発明に係る複合コンタクトは、極
めて優れた導電性、熱伝導性、耐食性や靭性などの特徴を有し、したがって、電力、放熱
、管路などの分野に幅広く使用されており、現代工業技術の発展の基盤となる。

従来の製造装置に比べて、本発明の装置の有益な効果は以下のとおりである。
本発明で設計して開発したＣｕＣｒ複合コンタクトは、主に前の工程によるワークブラン
ク部品を機械的に加工したものであり、そのサイズや形状について制限がない。本発明に
係る複合コンタクトは、静電粉末溶射部品によってＣｕＣｒ粉を銅シートの表面に直接ク
ラッディングしたものであるので、低価な材料を故障が生じたコンタクト部分に代えるこ
とで、原材料を節約してコストを低下させる方式に相当する。粉末レーザークラッディン
グでは、ソーイングとクラッディングの２つのプロセスによってパーツのワークブランク
を製造し、次に、旋盤加工を行い、それは、コンタクトの新しい生産プロセスである。こ
のような新しい技術で製造された製品、特にＣｕＣｒ２５製品は、外観性に優れ、硬さが
高く、熱処理後は、良好な導電率を示し、Ｃｒ顆粒が均一に分散しており、同一ロットの
複数のパーツに対して静電粉末溶射又はレーザークラッディングを同時に行うこと、及び
異なるロットの複数のパーツに対して静電粉末溶射とレーザークラッディングを同時に行
うことにより、パーツが量産の条件を満たすようになり、作動効率が高くなる。

本発明のプロセスのフローチャートである。本発明の方法で製造されたＣｕＣｒ複合コンタクトのＸ５０倍金属相写真である。本発明の方法で製造されたＣｕＣｒ複合コンタクトのＸ１０００倍金属相写真である。本発明のＣｕＣｒ複合コンタクトを生産するためのレーザークラッディング素子の全体構造の模式図である。本発明の取り付け用スライド部品の取り付け構造の模式図である。本発明のレーザークラッディングヘッドの取り付け構造の模式図である。

本発明に係るレーザークラッディングによるＣｕＣｒ複合コンタクトの量産製造方法及び
装置については、以下、図面及び特定の実施例を参照しながら本発明をさらに詳しく説明
するが、本発明の特許範囲を限定するものとして理解できず、当業者であれば、上記発明
の内容に基づいて本発明に対して本質的ではない改良及び調整を行うことができる。

実施例１
レーザークラッディングによるＣｕＣｒ１０複合コンタクトの量産方法であって、以下の
ステップＳ１〜ステップＳ６を含む。
Ｓ１、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末の準備：
Ｃｒ粉１０ｗｔ％、霧化銅粉９０ｗｔ％の質量百分率でＣｒと霧化銅粉を秤量した。Ｃｒ
粉の粉末粒度について３０〜５５μｍが要求され、霧化銅粉の粉末粒度について３５〜５
０μｍが要求され、Ｃｒ粉と霧化銅粉の球形度については８０％より大きいことが要求さ
れる。
Ｓ２、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末の混合：
Ｓ１のＣｒ粉と霧化銅粉を前記割合で混合した後、ボールミルに投入し、まず、１０〜１
ｐａまで真空吸引し、次に、水素ガスを０．６Ｍｐａまで充填して保護し、ボール／材料
比１：３で１ｈボールミリングした。
Ｓ３、銅インゴットの予備加工：
クラッディング対象の銅インゴットを、完成品のサイズに従って、１／１０の加工マージ
ンが残されたシートに切断して使用に備えた。
Ｓ４、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末を銅シート上に高速レーザークラッディングする。
高速レーザークラッディング技術により加工し、具体的には、レーザービームを銅基体の
表面に垂直にして走査させ、走査中に保護ガスと粉末搬送ガスとしてずべて不活性ガスを
使用し、ここで、前記粉末搬送ガスの流量が０．５Ｌ／ｍｉｎ、保護ガスの流量が１５Ｌ
／ｍｉｎ、走査パワーが２２００Ｗ、レーザー移動の線速度が２ｍｍ／ｍｉｎ、１層のク
ラッディング厚さが１．２ｍｍであった。
Ｓ５、クラッディング済みのサンプルの熱処理：
熱処理プロセスとしては、固溶温度８５０℃、１ｈ保温、時効温度３５０℃、３ｈ保温で
あった。
Ｓ６、表面の加工処理：
熱処理したサンプルを、完成品コンタクトのサイズに従って、設計により求められる表面
粗さ及び精度まで表面を加工して処理した。

実施例２
レーザークラッディングによるＣｕＣｒ２５複合コンタクトの量産方法であって、以下の
ステップＳ１〜ステップＳ６を含む。
Ｓ１、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末の準備：
Ｃｒ粉２５ｗｔ％、霧化銅粉７５ｗｔ％の質量百分率でＣｒと霧化銅粉を秤量した。Ｃｒ
粉の粉末粒度について３０〜５５μｍが要求され、霧化銅粉の粉末粒度について３５〜５
０μｍが要求され、粉体の球形度について８０％よりも大きいことが要求される。
Ｓ２、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末の混合：
Ｓ１のＣｒ粉と霧化銅粉を前記割合で混合した後、ボールミルに投入し、まず、１０〜１
ｐａまで真空吸引し、次に、水素ガスを０．６Ｍｐａまで充填して保護し、ボール／材料
比１：４で３ｈボールミリングした。
Ｓ３、銅インゴットの予備加工：
クラッディング対象の銅インゴットを、完成品のサイズに従って、１／９の加工マージン
が残されたシートに切断して、使用に備えた。
Ｓ４、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末を銅シート上に高速レーザークラッディングする。
高速レーザークラッディング技術により加工し、具体的には、レーザービームを銅基体の
表面に垂直にして走査させ、走査中に保護ガスと粉末搬送ガスとしてずべて不活性ガスを
使用し、ここで、前記粉末搬送ガスの流量が１．５Ｌ／ｍｉｎ、保護ガスの流量が２４Ｌ
／ｍｉｎ、走査パワーが３５００Ｗ、レーザー移動の線速度が３．５ｍｍ／ｍｉｎ、１層
のクラッディング厚さが１ｍｍであった。
Ｓ５、クラッディング済みのサンプルの熱処理：
熱処理プロセスとしては、固溶温度９３０℃、３ｈ保温、時効温度４５０℃、５ｈ保温で
あった。
Ｓ６、表面の加工処理：
熱処理したサンプルを、完成品コンタクトのサイズに従って、設計により求められる表面
粗さ及び精度まで表面を加工して処理した。

実施例３
レーザークラッディングによるＣｕＣｒ５０複合コンタクトの量産方法であって、以下の
ステップＳ１〜ステップＳ６を含む。
Ｓ１、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末の準備：
Ｃｒ粉５０ｗｔ％、霧化銅粉５０ｗｔ％の質量百分率でＣｒと霧化銅粉を秤量した。Ｃｒ
粉の粉末粒度について３０〜５５μｍが要求され、霧化銅粉の粉末粒度について３５〜５
０μｍが要求され、粉体の球形度について８０％よりも大きいことが要求される。
Ｓ２、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末の混合：
Ｓ１のＣｒ粉と霧化銅粉を前記割合で混合した後、ボールミルに投入し、まず、１０〜１
ｐａまで真空吸引し、次に、水素ガスを０．６Ｍｐａまで充填して保護し、ボール／材料
比１：５で５ｈボールミリングした。
Ｓ３、銅インゴットの予備加工：
クラッディング対象の銅インゴットを、完成品のサイズに従って、１／８の加工マージン
が残されたシートに切断して、使用に備えた。
Ｓ４、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末を銅シート上に高速レーザークラッディングする。
高速レーザークラッディング技術により加工し、具体的には、レーザービームを銅基体の
表面に垂直にして走査させ、走査中に保護ガスと粉末搬送ガスとしてずべて不活性ガスを
使用し、前記粉末搬送ガスの流量が２．５Ｌ／ｍｉｎ、保護ガスの流量が３０Ｌ／ｍｉｎ
、走査パワーが４５００Ｗ、レーザー移動の線速度が５ｍｍ／ｍｉｎ、１層のクラッディ
ング厚さが１．２ｍｍであった。
Ｓ５、クラッディング済みのサンプルの熱処理：
熱処理プロセスとしてｈ、固溶温度１１００℃、５ｈ保温、時効温度５００℃、８ｈ保温
であった。
Ｓ６、表面の加工処理：
熱処理したサンプルを、完成品コンタクトのサイズに従って、設計により求められる表面
粗さ及び精度まで表面を加工して処理した。

実施例４
ステップＳ４では、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉体を１層の銅シート上に３回積層してク
ラッディングし、つまり、合計３層クラッディングし、３層のＣｕＣｒ複合コンタクトを
形成し、層ごとの厚さは１．２ｍｍ、全厚さは３．６ｍｍである以外、残りの操作及びプ
ロセスのパラメータは実施例２と同様であった

実施例５
ステップＳ４では、合計１０層クラッディングし、１０層のＣｕＣｒ複合コンタクトを形
成し、層ごとの厚さは０．６ｍｍ、全厚さは６ｍｍである以外、残りの操作及びプロセス
のパラメータは実施例４と同様であった。

実施例６
ステップＳ４では、合計２５層クラッディングし、２５層のＣｕＣｒ複合コンタクトを形
成し、層ごとの厚さは０．２ｍｍ、全厚さは５ｍｍである以外、残りの操作及びプロセス
のパラメータは実施例４と同様であった。

実施例７
ステップＳ４では、合計２５層クラッディングし、２５層のＣｕＣｒ複合コンタクトを形
成し、層ごとの厚さは０．３２ｍｍ、全厚さは８ｍｍである以外、残りの操作及びプロセ
スのパラメータは実施例４と同様であった。ここで、本実施例で使用されるレーザークラ
ッディング装置が使用するレーザーは、陝西省西安市の中科中美社が独自開発したもので
あり、製品性能に優れ、本発明の使用要件を満たす。

実施例８
お客様の使用により故障が生じたが、銅基体がほぼ維持されているコンタクトについては
、より低価で回収し、ＣｕＣｒの混合粉末をレーザークラッディングして合格の厚さであ
る４ｍｍまで修復し、小規格の製品として再使用することができる。

実施例９
図４に示すように、実施例７との違いとしては、本実施例で使用されるレーザークラッデ
ィングによるＣｕＣｒ複合コンタクトの量産装置の構造では、ボールミリング部材１０が
内部に設けられた混合タンク１、混合タンク１に接続されたレーザークラッディング素子
２、及び各電気素子に接続されたコントローラを備え、
レーザークラッディング素子２は、３つのＬ字形取り付け用連結ロッド２００が側壁に設
けられた取り付けテーブル２０、取り付けテーブル２０に設けられた回転ワークチャック
２１、静電粉末溶射部品２２、レーザークラッディングヘッド２３、機械式グリッパー２
４を備え、
回転ワークチャック２１は、回動軸２１００を介して取り付けテーブル２０の上端に回動
可能に接続され、外壁に複数の水平接続ブラケット２１０１が周方向に均等に設けられた
回転枠２１０と、各水平接続ブラケット２１０１の末端に設けられ、上端に取り付け溝２
１１０が設けられた取り付け用調整ディスク２１１と、取り付けテーブル２０の内部に設
けられ、回動軸２１００を回動駆動する駆動モータ２１２と、を備え、図５に示すように
、取り付け溝２１１０には、パーツを固定挟持することに用いられ、パーツの左右両側に
沿ってスライド可能な複数の取り付け用スライド部品２１１１が設けられ、取り付け用ス
ライド部品２１１１は、粉末溶射対象となる銅基体を取り付けることに用いられ、構造が
任意であり、隣接する２つの取り付け用スライド部品２１１１の間には、第１のシザー式
調整フレーム２１１２と第１の超音波測定器２１１３が設けられ、
静電粉末溶射部品２２は、各取り付け用調整ディスク２１１の上端に結合可能な粉末収集
カバー２２０と、粉末収集カバー２２０内に設けられた静電粉末溶射ノズル２２１と、接
続管を介して静電粉末溶射ノズル２２１に接続された粉末貯蔵缶２２２と、粉末貯蔵缶２
２２に連通しているエアコンプレッサ２２３と、を備え、粉末収集カバー２２０内には赤
外線センサ２２００が設けられ、粉末収集カバー２２０、レーザークラッディングヘッド
２３、及び機械式グリッパー２４は、それぞれ回転枠２１０の回転方向に配列され、且つ
それぞれ３つのＬ字形取り付け用連結ロッド２００の水平部分の底端に設けられ、粉末収
集カバー２２０とＬ字形取り付け用連結ロッド２００との間には、電動伸縮ロッド２２０
１が設けられ、図６に示すように、レーザークラッディングヘッド２３は、それぞれ取り
付け用スライド部品２１１１に１対１で対応する３個あり、隣接する２つのレーザークラ
ッディングヘッド２３の間には、第２のシザー式調整フレーム２３０と第２の超音波測定
器２３１が設けられ、取り付け用調整ディスク２１１は中空構造であり、且つ取り付け用
調整ディスク２１１の底端には清掃口２１１４が設けられ、取り付け用調整ディスク２１
１の中空構造を通じて、粉末収集カバー２２０内で十分に利用されていない混合粉末を収
集し、底端の清掃口２１１４を介して洗浄して清掃して回収することができ、それによっ
て、省エネ及び排出削減の特徴を有し、ここで、上記すべての電気素子は市販品である。

上記生産装置の作動原理は以下のとおりである。大量の銅基体に対してレーザークラッデ
ィング処理を行うにあたり、各取り付け用調整ディスク２１１の３つの取り付け用スライ
ド部品２１１１に銅基体を固定して挟持し、ある取り付け用調整ディスク２１１が粉末収
集カバー２２０の底端まで回動すると、粉末収集カバー２２０を介して該取り付け用調整
ディスク２１１の上端に結合し、エアコンプレッサ２２３を起動させて、粉末貯蔵缶２２
２内のＣｒ粉と霧化銅粉を混合した混合粉末を、静電粉末溶射ノズル２２１を介して同一
の取り付け用調整ディスク２１１内の異なる銅基体の表面に吹き付け、１つの取り付け用
調整ディスク２１１における各銅基体の表面への混合粉末の吹き付けが終了すると、駆動
モータ２１２を起動させて回動軸２１００を時計回りで回動駆動し、該取り付け用調整デ
ィスク２１１をレーザークラッディングヘッド２３の真下に回動し、レーザークラッディ
ングヘッド２３を用いて、３つの銅基体を同時にレーザークラッディングし、このとき、
粉末収集カバー２２０は次の取り付け用調整ディスク２１１をその内部に結合し、上記粉
末吹き付け操作を繰り返し、レーザークラッディング済みのサンプルに対応する取り付け
用調整ディスク２１１は引き続き機械式グリッパー２４の底端まで回動し、このとき、機
械式グリッパー２４によって各サンプルを取り出せば完了し、上記過程において、静電粉
末溶射部品２２、レーザークラッディングヘッド２３、及び機械式グリッパー２４は同時
に作動しているので、大量の銅基体に対するレーザークラッディング操作が可能となり、
それにより、作動効率が高まり、第１のシザー式調整フレーム２１１２と第１の超音波測
定器２１１３との連携により、隣接する２つの取り付け用スライド部品２１１１の間の間
隔が調整され、それによって、さまざまなサイズの銅基体に適用できるようになり、また
、第２のシザー式調整フレーム２３０と第２の超音波測定器２３１との連携により、レー
ザークラッディングヘッド２３が対応する銅基体の上方に調整され、それにより、さまざ
まなサイズの銅基体に対してレーザークラッディングが正確に実施できる。

本発明の実施例１〜９によって製造された各ロットの銅合金材料の関連性能のパラメータ
を表１に示す。

表１実施例１〜９で製造された各ロットの製品性能のパラメータの表

以上から分かるように、実施例７の方法で製造されたＣｕＣｒ複合コンタクトでは、クラ
ッディング層の厚さが８ｍｍ、硬さが１４５ＨＢ以上であり、実施例１〜６及び実施例８
に比べて、ＣｕＣｒ２５合金の表面の性能が明らかに向上し、一方、実施例９では、本発
明で設計して開発したレーザークラッディングによる量産装置が使用されているため、ク
ラッディング効果は、従来技術によるレーザークラッディング装置の場合よりも優れてお
り、したがって、実施例９の製品は、実施例７に比べて、性能が優れている。

以上は、本発明の好適な特定の実施形態に過ぎず、本発明の特許範囲はそれに制限されず
、当業者が本発明で開示された技術的範囲で、本発明の技術案及びその発明構想に基づい
て等同置換や変化を加えることができ、こｓれは、すべて本発明の特許範囲に含まれるも
のとする。

１−混合タンク、１０−ボールミリング部材、２−レーザークラッディング素子、２０−
取り付けテーブル、２００−Ｌ字形取り付け用連結ロッド、２１−回転ワークチャック、
２１０−回転枠、２１００−回動軸、２１０１−水平接続ブラケット、２１１−取り付け
用調整ディスク、２１１０−取り付け溝、２１１１−取り付け用スライド部品、２１１２
−第１のシザー式調整フレーム、２１１２−第１の超音波測定器、２１１４−清掃口、２
１２−駆動モータ、２２−静電粉末溶射部品、２２０−粉末収集カバー、２２００−赤外
線センサ、２２０１−電動伸縮ロッド、２２１−静電粉末溶射ノズル、２２２−粉末貯蔵
缶、２２３−エアコンプレッサ、２３−レーザークラッディングヘッド、２３０−第２の
シザー式調整フレーム、２３１−第２の超音波測定器、２４−機械式グリッパー。

Claims

ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末を準備し、球形度が８０％よりも大きいＣｒ粉１０〜５
０ｗｔ％、球形度が８０％よりも大きい霧化銅粉５０〜９０ｗｔ％の質量百分率で、Ｃｒ
と霧化銅粉を秤量するステップＳ１と、
ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末を混合し、Ｓ１のＣｒ粉と霧化銅粉を前記割合で混合し
た後、ボール／材料比１：３〜１：５で１〜５ｈボールミリングするステップＳ２と、
銅インゴットを予備加工し、クラッディング対象の銅インゴットを、完成品のサイズに従
って、１／１０〜１／８の加工マージンが残されたシートに切断して使用に備えるステッ
プＳ３と、
高速レーザークラッディング技術により加工し、ＣｕＣｒの所定成分の混合粉末を銅シ
ート上に高速レーザークラッディングし、レーザービームを銅基体の表面に垂直にして走
査させ、走査中に保護ガスと粉末搬送ガスのいずれも不活性ガスを用いるステップＳ４と
、
クラッディング済みのサンプルを熱処理し、熱処理プロセスとしては、固溶温度８５０
〜１１００℃、１〜５ｈ保温、時効温度３５０〜５００℃、３〜８ｈ保温であるステップ
Ｓ５と、
表面を加工して処理し、熱処理したサンプルを、完成品コンタクトのサイズに従って、
設計により求められる表面粗さ及び精度となるように、表面を加工して処理するステップ
Ｓ６と、を含む、
ことを特徴とするレーザークラッディングによるＣｕＣｒ複合コンタクトの量産方法。
前記ステップＳ１では、前記Ｃｒ粉の粉末粒度について３０〜５５μｍであり、霧化銅粉
の粉末粒度について３５〜５０μｍであり、
前記ステップＳ２では、ボールミリングを起動させる前に、１０〜１ｐａまで真空吸引し
、次に水素ガスを０．６Ｍｐａまで充填して保護し、
前記ステップＳ４では、前記粉末搬送ガスの流量が０．５〜２．５Ｌ／ｍｉｎ、保護ガス
の流量が１５〜３０Ｌ／ｍｉｎ、走査パワーが２２００〜４５００Ｗ、レーザー移動の線
速度が２〜５ｍｍ／ｍｉｎ、１層のクラッディングの厚さが０．２〜１．２ｍｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ステップＳ４では、銅ＣｕＣｒの所定成分の混合粉体を１層の銅シート上にクラッデ
ィングして積層することで、合計１〜２５層クラッディングし、多層ＣｕＣｒ複合コンタ
クトを形成し、最高ではクラッディングの全厚さは９．６ｍｍである、ことを特徴とする
請求項１に記載の方法。
生産されたＣｕＣｒ複合コンタクトを使用した後、前記クラッディング方法によって前記
銅シート基体上に再度クラッディングする、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法を使用するレーザークラッディングによるＣｕ
Ｃｒ複合コンタクトの量産装置であって、
ボールミリング部材（１０）が内部に設けられた混合タンク（１）、前記混合タンク（１
）に接続されたレーザークラッディング素子（２）、及び各電気素子に接続されたコント
ローラを備え、
前記レーザークラッディング素子（２）は、３つのＬ字形取り付け用連結ロッド（２００
）が側壁に設けられた取り付けテーブル（２０）、前記取り付けテーブル（２０）に設け
られた回転ワークチャック（２１）、静電粉末溶射部品（２２）、レーザークラッディン
グヘッド（２３）、機械式グリッパー（２４）を備え、
前記回転ワークチャック（２１）は、回動軸（２１００）を介して前記取り付けテーブル
（２０）の上端に回動可能に接続され、外壁に複数の水平接続ブラケット（２１０１）が
周方向に均等に設けられた回転枠（２１０）と、各前記水平接続ブラケット（２１０１）
の末端に設けられ、上端に取り付け溝（２１１０）が設けられた取り付け用調整ディスク
（２１１）と、取り付けテーブル（２０）の内部に設けられ、前記回動軸（２１００）を
回動駆動する駆動モータ（２１２）と、を備え、前記取り付け溝（２１１０）には、パー
ツを固定挟持することに用いられ、パーツの左右両側に沿ってスライド可能な複数の取り
付け用スライド部品（２１１１）が設けられ、隣接する２つの前記取り付け用スライド部
品（２１１１）の間には、第１のシザー式調整フレーム（２１１２）と第１の超音波測定
器（２１１３）が設けられ、
前記静電粉末溶射部品（２２）は、各取り付け用調整ディスク（２１１）の上端に結合可
能な粉末収集カバー（２２０）と、前記粉末収集カバー（２２０）内に設けられた静電粉
末溶射ノズル（２２１）と、接続管を介して前記静電粉末溶射ノズル（２２１）に接続さ
れた粉末貯蔵缶（２２２）と、前記粉末貯蔵缶（２２２）に連通しているエアコンプレッ
サ（２２３）と、を備え、前記粉末収集カバー（２２０）内には赤外線センサ（２２００
）が設けられ、粉末収集カバー（２２０）、レーザークラッディングヘッド（２３）、及
び機械式グリッパー（２４）は、それぞれ回転枠（２１０）の回転方向に配列され、且つ
それぞれ３つのＬ字形取り付け用連結ロッド（２００）の水平部分の底端に設けられ、粉
末収集カバー（２２０）とＬ字形取り付け用連結ロッド（２００）との間には、電動伸縮
ロッド（２２０１）が設けられ、前記レーザークラッディングヘッド（２３）は、それぞ
れ取り付け用スライド部品（２１１１）に１対１で対応し、隣接する２つのレーザークラ
ッディングヘッド（２３）の間には、第２のシザー式調整フレーム（２３０）と第２の超
音波測定器（２３１）が設けられる、ことを特徴とする量産装置。
前記取り付け用調整ディスク（２１１）は中空構造であり、且つ取り付け用調整ディスク
（２１１）の底端には清掃口（２１１４）が設けられる、ことを特徴とする請求項５に記
載の装置。