JP3251333B2 - 高力銅合金 - Google Patents
高力銅合金Info
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- JP3251333B2 JP3251333B2 JP17619692A JP17619692A JP3251333B2 JP 3251333 B2 JP3251333 B2 JP 3251333B2 JP 17619692 A JP17619692 A JP 17619692A JP 17619692 A JP17619692 A JP 17619692A JP 3251333 B2 JP3251333 B2 JP 3251333B2
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- copper
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Description
【０００１】
【従来の技術】本発明は、高力銅合金に関するものであ
り、さらに詳しく述べるならば、強度が高いために従来
よりも高い応力下で使用可能であり、かつ／または硬度
が高いために耐摩耗性に優れ摺動部材としても性能が優
れた銅合金に関する。
り、さらに詳しく述べるならば、強度が高いために従来
よりも高い応力下で使用可能であり、かつ／または硬度
が高いために耐摩耗性に優れ摺動部材としても性能が優
れた銅合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】銅合金には、Ｃｕ−Ｂｅばね用合金，Ｃ
ｕ−Ｃｒ溶接電極用合金，Ｃｕ−Ｚｎ真ちゅう，Ｃｕ−
Ｓｎ青銅，Ｃｕ−Ａｇ接点合金，Ｃｕ−Ｔｉろう付け合
金，Ｃｕ−Ｚｒばね合金，Ｃｕ−Ｎｉ耐食性合金，Ｃｕ
−Ｎｉ2 Ｓｉ耐食性合金，Ｃｕ−Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ系ア
ルミ青銅合金等の合金が知られており、その材料特性に
応じて導電材、ばね材、軸受、熱交換器部材、精密機械
部品、建築物、食器、装飾品等として広範囲の用途に供
されている。
ｕ−Ｃｒ溶接電極用合金，Ｃｕ−Ｚｎ真ちゅう，Ｃｕ−
Ｓｎ青銅，Ｃｕ−Ａｇ接点合金，Ｃｕ−Ｔｉろう付け合
金，Ｃｕ−Ｚｒばね合金，Ｃｕ−Ｎｉ耐食性合金，Ｃｕ
−Ｎｉ2 Ｓｉ耐食性合金，Ｃｕ−Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ系ア
ルミ青銅合金等の合金が知られており、その材料特性に
応じて導電材、ばね材、軸受、熱交換器部材、精密機械
部品、建築物、食器、装飾品等として広範囲の用途に供
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の銅合金は一般的
に硬度が低くまた引張り強さも鉄系の合金に比べると低
い。したがって従来の銅合金の使用応力は鉄系合金より
も低くとらざるを得ず、このため導電性、耐食性などの
性質が鉄よりもすぐれていても軽量化が困難なために採
用できる部品が限られていた。
に硬度が低くまた引張り強さも鉄系の合金に比べると低
い。したがって従来の銅合金の使用応力は鉄系合金より
も低くとらざるを得ず、このため導電性、耐食性などの
性質が鉄よりもすぐれていても軽量化が困難なために採
用できる部品が限られていた。
【０００４】銅合金の耐摩耗性は、その軟質特性を利用
し相手部材とのなじみを速やかに実現して、その後の摩
擦摩耗を少なくすることにより主として達成されてい
た。耐摩耗性を高めるために銅合金を硬質にしようとす
ると硬化分散物を多量に添加せざるをえず、添加物とマ
トリックス界面に起因する強度低下や摩擦中の添加物の
脱落などの問題を招く。また、重金属を添加すると銅合
金の耐摩耗性は向上する傾向があるが、すぐれた熱伝導
性などの銅合金特有の特性が犠牲になる。
し相手部材とのなじみを速やかに実現して、その後の摩
擦摩耗を少なくすることにより主として達成されてい
た。耐摩耗性を高めるために銅合金を硬質にしようとす
ると硬化分散物を多量に添加せざるをえず、添加物とマ
トリックス界面に起因する強度低下や摩擦中の添加物の
脱落などの問題を招く。また、重金属を添加すると銅合
金の耐摩耗性は向上する傾向があるが、すぐれた熱伝導
性などの銅合金特有の特性が犠牲になる。
【０００５】近年、従来の組成の銅合金を急冷凝固させ
ることにより組織を微細化して機械的特性を改善させる
試みもなされているが、上述の問題点の解決策としては
十分ではない。
ることにより組織を微細化して機械的特性を改善させる
試みもなされているが、上述の問題点の解決策としては
十分ではない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した従来技術の問題
点を解決する本発明は一般式：Ｃｕ100-a Ｙa （但し、
６．５原子％≦ａ≦１２．５原子％）および一般式：Ｃ
ｕ100-b-c Ｙb Ｍc （但し、ＭはＳｎ，Ａｌ，Ｓｂ，Ａ
ｇ，Ｚｎ，Ｐから選ばれる一種または二種以上の元素で
あり、５原子％≦ｂ≦１２原子％，１原子％≦ｃ≦１５
原子％）で示される組成を有し、少なくとも体積率で５
０％以上の非晶質相を含む高力銅合金に関する。
点を解決する本発明は一般式：Ｃｕ100-a Ｙa （但し、
６．５原子％≦ａ≦１２．５原子％）および一般式：Ｃ
ｕ100-b-c Ｙb Ｍc （但し、ＭはＳｎ，Ａｌ，Ｓｂ，Ａ
ｇ，Ｚｎ，Ｐから選ばれる一種または二種以上の元素で
あり、５原子％≦ｂ≦１２原子％，１原子％≦ｃ≦１５
原子％）で示される組成を有し、少なくとも体積率で５
０％以上の非晶質相を含む高力銅合金に関する。
【０００７】上記一般式で示される本発明の銅合金にお
いてＹ（イットリウム）は銅を非晶質化するための元素
である。また、Ｓｎなどの元素は単独では非晶質化能力
はないが、Ｙと共存すると非晶質相が形成され易くな
る。
いてＹ（イットリウム）は銅を非晶質化するための元素
である。また、Ｓｎなどの元素は単独では非晶質化能力
はないが、Ｙと共存すると非晶質相が形成され易くな
る。
【０００８】本発明の銅合金の組織が５０％以上の非晶
質相に限定される理由は結晶質相が５０％を越し、残部
が非晶質組織であると材料が脆くなり実用に適さなくな
るためである。
質相に限定される理由は結晶質相が５０％を越し、残部
が非晶質組織であると材料が脆くなり実用に適さなくな
るためである。
【０００９】上記一般式において、６．５原子％≦ａ≦
１２．５原子％、５原子％≦ｂ≦１２原子％，１原子％
≦ｃ≦１５原子％の範囲にそれぞれ限定したのは、その
範囲から外れると非晶質化が困難になるからである。
１２．５原子％、５原子％≦ｂ≦１２原子％，１原子％
≦ｃ≦１５原子％の範囲にそれぞれ限定したのは、その
範囲から外れると非晶質化が困難になるからである。
【００１０】本発明の銅合金は従来最高の強度を有する
Ｃｕ−Ｂｅ合金を越える強度が得られる。また本発明の
銅合金は硬度が純銅の約３倍以上であり、熱処理した低
炭素鋼に匹敵する。この硬度上昇に伴い本発明の合金は
摩擦摩耗しがたくなっている。
Ｃｕ−Ｂｅ合金を越える強度が得られる。また本発明の
銅合金は硬度が純銅の約３倍以上であり、熱処理した低
炭素鋼に匹敵する。この硬度上昇に伴い本発明の合金は
摩擦摩耗しがたくなっている。
【００１１】本発明の銅合金は、軽量化が必要、負荷さ
れる応力が高い、かつ／または摩擦摩耗が起こりやすく
なじみが実現されがたいなどの条件がある用途に有効に
使用できる。
れる応力が高い、かつ／または摩擦摩耗が起こりやすく
なじみが実現されがたいなどの条件がある用途に有効に
使用できる。
【００１２】本発明の銅合金は上記組成を有する合金を
液体急冷法で急冷凝固することにより得られる。この液
体急冷法とは、溶融した合金を急速に冷却する方法であ
り、単ロール法、双ロール法、回転液中紡糸法等が非晶
質化に有効である。これらの方法では１０4 −１０6 ｋ
／ｓ程度の冷却速度が得られる。この単ロール法、双ロ
ール法等においては薄帯を製造するにはノズル孔を通し
て約５００−１０００ｒｐｍの範囲の一定速度で回転し
ている直径１００−１０００ｍｍの例えば銅あるいは銅
製のロールに溶湯を噴出することにより、幅が０．５−
３００ｍｍで厚さが５−３００μｍの各種薄帯を容易に
得ることができる。
液体急冷法で急冷凝固することにより得られる。この液
体急冷法とは、溶融した合金を急速に冷却する方法であ
り、単ロール法、双ロール法、回転液中紡糸法等が非晶
質化に有効である。これらの方法では１０4 −１０6 ｋ
／ｓ程度の冷却速度が得られる。この単ロール法、双ロ
ール法等においては薄帯を製造するにはノズル孔を通し
て約５００−１０００ｒｐｍの範囲の一定速度で回転し
ている直径１００−１０００ｍｍの例えば銅あるいは銅
製のロールに溶湯を噴出することにより、幅が０．５−
３００ｍｍで厚さが５−３００μｍの各種薄帯を容易に
得ることができる。
【００１３】また回転液中紡糸法により細線材料を製造
するには、約５０−５００ｒｐｍで回転するドラム内に
遠心力により作られている深さ約１−１０ｃｍの水など
の溶液冷媒層中にノズル孔を通して溶湯を噴出して、細
線材料を容易に得ることができる。この際のノズルから
の噴出溶湯と冷媒面とのなす角度は約６０−９０度、噴
出溶湯と溶液冷媒面の相対速度比は前者１に対して約
０．７−０．９であることが望ましい。
するには、約５０−５００ｒｐｍで回転するドラム内に
遠心力により作られている深さ約１−１０ｃｍの水など
の溶液冷媒層中にノズル孔を通して溶湯を噴出して、細
線材料を容易に得ることができる。この際のノズルから
の噴出溶湯と冷媒面とのなす角度は約６０−９０度、噴
出溶湯と溶液冷媒面の相対速度比は前者１に対して約
０．７−０．９であることが望ましい。
【００１４】尚、上記方法によらずスパッタリング法に
よって薄膜を、また高圧ガス噴霧法などの各種アトマイ
ズ法によって急冷粉末を得ることができる。薄膜は高硬
度と導電性を利用する皮膜として使用され、急冷粉末は
樹脂などへの分散剤として使用される。
よって薄膜を、また高圧ガス噴霧法などの各種アトマイ
ズ法によって急冷粉末を得ることができる。薄膜は高硬
度と導電性を利用する皮膜として使用され、急冷粉末は
樹脂などへの分散剤として使用される。
【００１５】得られた銅合金が非晶質であるかどうかは
通常のＸ線回折法によって知る事ができる。また非晶質
相の体積％は示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用い、結晶化
による発熱量により求めることができる。次に実施例に
より本発明合金の特徴を説明する。
通常のＸ線回折法によって知る事ができる。また非晶質
相の体積％は示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用い、結晶化
による発熱量により求めることができる。次に実施例に
より本発明合金の特徴を説明する。
【００１６】
実施例１ 高周波炉にて所定の組成成分を有する母合金２を作り、
これを図１に示す先端に小孔４（孔径：０．５ｍｍ）を
有する石英管１に奘入し、加熱溶解した。溶湯を回転数
８０００ｒｐｍの高速回転する直径２００ｍｍの銅製ロ
ール３へ噴出し、ロール３の表面と接触させることによ
り急冷凝固させて合金薄帯４を得た。上記製造条件によ
り表１、２、３に示す組成を有する２６の合金薄帯を得
て、それぞれＸ線回折した結果、本発明組成では非晶質
または非晶質と微細結晶質の複合体が得られることが確
認された。これに対して比較合金は組成が本発明範囲外
であるために、結晶質となりまた硬度も低かった。
これを図１に示す先端に小孔４（孔径：０．５ｍｍ）を
有する石英管１に奘入し、加熱溶解した。溶湯を回転数
８０００ｒｐｍの高速回転する直径２００ｍｍの銅製ロ
ール３へ噴出し、ロール３の表面と接触させることによ
り急冷凝固させて合金薄帯４を得た。上記製造条件によ
り表１、２、３に示す組成を有する２６の合金薄帯を得
て、それぞれＸ線回折した結果、本発明組成では非晶質
または非晶質と微細結晶質の複合体が得られることが確
認された。これに対して比較合金は組成が本発明範囲外
であるために、結晶質となりまた硬度も低かった。
【００１７】各供試薄帯につき結晶化温度（４０Ｋ／ｓ
で昇温）、ビッカース硬さ（Ｈv ：２５ｇ）を測定し、
表１に示す結果を得た。表中の「ａ」は非晶質であるこ
とを示し、「ａ＋ｃ」は非晶質と微細結晶質との複合体
であることを示し、「ｃ」は結晶質であることを示す。
また延性と脆性をリボン材の折曲げ試験により測定し
て、結果を表１、２、３に示す。
で昇温）、ビッカース硬さ（Ｈv ：２５ｇ）を測定し、
表１に示す結果を得た。表中の「ａ」は非晶質であるこ
とを示し、「ａ＋ｃ」は非晶質と微細結晶質との複合体
であることを示し、「ｃ」は結晶質であることを示す。
また延性と脆性をリボン材の折曲げ試験により測定し
て、結果を表１、２、３に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【表３】
【００２１】表１、２、３に示すように、従来の銅合金
がＨv が５０−２００ＤＰＮ程度であるのに対し、本発
明の銅合金の硬度は約３５０−５００ＤＰＮと極めて高
い硬度を示す。
がＨv が５０−２００ＤＰＮ程度であるのに対し、本発
明の銅合金の硬度は約３５０−５００ＤＰＮと極めて高
い硬度を示す。
【００２２】実施例２ 表１の本発明合金であるＮｏ．７およびＮｏ．１８の合
金の強度をインストロン型引張試験機で測定した結果、
引張強さはそれぞれ２３０ｋｇ／ｍｍ2 および２２０ｋ
ｇ／ｍｍ2 であった。この値は従来のＣｕ−Ｂｅ合金の
最高引張強度１５０ｋｇ／ｍｍ2 の１．５倍であった。
金の強度をインストロン型引張試験機で測定した結果、
引張強さはそれぞれ２３０ｋｇ／ｍｍ2 および２２０ｋ
ｇ／ｍｍ2 であった。この値は従来のＣｕ−Ｂｅ合金の
最高引張強度１５０ｋｇ／ｍｍ2 の１．５倍であった。
【００２３】比較例１ 表３の比較合金であるＮｏ．２１合金の強度をインスト
ロン型引張試験機で測定した結果、引張強さは９５ｋｇ
／ｍｍ2 であり、従来のＣｕ合金と同等の強度であっ
た。
ロン型引張試験機で測定した結果、引張強さは９５ｋｇ
／ｍｍ2 であり、従来のＣｕ合金と同等の強度であっ
た。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の銅合金は
従来の銅合金より著しく高い硬度と高い強度を有するの
で、（イ）軽量化が可能、（ロ）負荷応力を高める、
（ハ）摩擦摩耗を向上できるなどの優れた効果が得られ
る。
従来の銅合金より著しく高い硬度と高い強度を有するの
で、（イ）軽量化が可能、（ロ）負荷応力を高める、
（ハ）摩擦摩耗を向上できるなどの優れた効果が得られ
る。
【図１】本発明合金を急冷凝固して薄帯を作る時に使用
した単ロール装置の概略図である。
した単ロール装置の概略図である。
１ 石英管 ２ 母合金 ３ 銅ロール ４ 子孔 ５ 急冷薄帯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地 川内住 宅11−806 (72)発明者 西山 信行 東京都中央区八重洲１丁目９番９号 帝 国ピストンリング株式会社内 (72)発明者 小口 昌弘 東京都中央区八重洲１丁目９番９号 帝 国ピストンリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−36243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−99035（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−74249（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−52240（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−31437（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−46519（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 9/00 C22C 45/00
Claims (2)
- 【請求項１】 一般式：Ｃｕ100-a Ｙa （但し、ａは
６．５原子％≦ａ≦１２．５原子％）で示される組成を
有し、少なくとも体積率で５０％以上の非晶質相を含む
ことを特徴とする高力銅合金。 - 【請求項２】 一般式：Ｃｕ100-b-c Ｙb Ｍc （但し、
ＭはＳｎ，Ａｌ，Ｓｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｐから選ばれる一
種または二種以上の元素であり、ｂ、ｃは５原子％≦ｂ
≦１２原子％，１原子％≦ｃ≦１５原子％）で示される
組成を有し、少なくとも体積率で５０％以上の非晶質相
を含むことを特徴とする高力銅合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17619692A JP3251333B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 高力銅合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17619692A JP3251333B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 高力銅合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05339662A JPH05339662A (ja) | 1993-12-21 |
| JP3251333B2 true JP3251333B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=16009314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17619692A Expired - Fee Related JP3251333B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 高力銅合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3251333B2 (ja) |
-
1992
- 1992-06-10 JP JP17619692A patent/JP3251333B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05339662A (ja) | 1993-12-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |