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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
JP5250388B2
Japan
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English - Inventor
洋一郎 新保 元紀 西田 浩一 山本 明久 井上 康典 早乙女 信行 西山 望 富樫 - Current Assignee
- Tohoku University NUC
- Fukuda Metal Foil and Powder Co Ltd
Description
translated from
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)
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translated from
- 母相となるアモルファス構造を有した金属ガラスに電解銅粉が分散した構造を有し、前記電解銅粉の含有割合が４０〜８０重量％であり、ベリリウムを含まないことを特徴とする、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る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、ベリリウムを含まない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、電解銅粉の含有割合が４０〜８０重量％となるようにして、母相となる金属ガラス粉末と電解銅粉を混合し、前記金属ガラス粉末のガラス遷移温度より０〜２０℃高い温度で加熱、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ガラス遷移温度より０〜２０℃高い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。