JP5426752B2 - Ａｇ−酸化物系電気接点材料の製造方法およびそれによる電気接点材料 - Google Patents
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Description
本発明は、Ａｇ−酸化物系電気接点材料の製造方法およびそれによる電気接点材料に関する。
従来、電気接点材料の製造方法としては、素材となる合金を溶解法により作製し、圧延加工、プレス加工等を行って接点形状に加工した後、内部酸化処理を行う後酸化法による製造法がある。
また、素材となる合金を溶解法により作製し、板材等に加工した後、プレスカット等により細片を製造し、細片を内部酸化処理してから所定の形状に圧縮成形を行い、圧縮成形された材料を押し出し加工により線材や板材に加工してから接点形状に加工する、予備酸化法による製造方法がある（例えば、特許文献１参照）。
また、素材となる合金を溶解法により作製し、板材等に加工した後、プレスカット等により細片を製造し、細片を内部酸化処理してから所定の形状に圧縮成形を行い、圧縮成形された材料を押し出し加工により線材や板材に加工してから接点形状に加工する、予備酸化法による製造方法がある（例えば、特許文献１参照）。
また、金属粉末を所定の形状に圧縮成形した後、焼結を行い、圧延加工した後に接点形状に加工する粉末焼結法による製造方法がある（例えば、特許文献２参照）。
例えば、Ａｇ、Ｚｎ、Ｔｅ、Ｃｕ、Ｓｂを含む組成の合金を用いて電気接点を製造しようとした場合、Ｚｎを含むＡｇ合金の塑性加工性が悪く、このため接点の製造に不可欠な圧延加工等の加工が困難であり、従来の電気接点の製造方法である後酸化法や予備酸化法での製造が困難である。
また、多少の塑性加工が可能な場合においても、接点形状に加工後に内部酸化処理を行うと、酸化膨張により結晶粒界に多数の微細な割れが発生することで、非常に脆い状態となり、そのままでは電気接点として使用することが困難である。このように、Ｚｎを含むＡｇ−酸化物系電気接点材料は、電気接点の製造に不可欠な塑性加工性が低く、圧延加工を行うことが困難であったため、電気接点材料として実用化されていなかった。
しかしながら、Ｚｎを含むＡｇ合金が電気接点材料として実用可能な性能を備えることができれば、大量に使用される接点材料の単価を下げることが可能となり、大量生産に好ましい電気接点材料を提供することが可能である。
本発明は、このような問題を解決することを課題とする。
本発明は、このような問題を解決することを課題とする。
そこで本発明は、Ｚｎを含むＡｇ−酸化物系電気接点材料を製造するために、この組成によるＡｇ合金の特徴である低い塑性加工性と、特定の内部酸化条件において結晶粒界に多数の微細な割れが発生して非常に脆くなる性質に着目した。本発明は、溶解法によりインゴットを作製した後、インゴット状態のまま内部酸化処理を行うことにより、結晶粒界に多数の微細な割れを発生させて非常に脆い状態とし、その後、インゴットを粉砕処理することにより、内部酸化処理済のＡｇ合金の細片または粉末を得てから、そのＡｇ合金の細片又は粉末を所望の形状に圧縮成形を行い、焼結処理した後に、押し出し加工により線材や板材の電気接点材料に加工し、最終的な接点形状に加工できるようにした。
本発明は、内部酸化処理を、酸素分圧０．５〜５．０ＭＰａ、酸化温度６００〜９００°Ｃで行う。これは、これまでの実験により、この内部酸化条件以外では内部酸化が進行せず、Ｚｎを含むＡｇ合金が内部酸化型接点として必要な性質を得ることができないと共に結晶粒界に多数の微細な割れを発生させて非常に脆い状態とすることができず、材料を圧縮成形するために必要な細片や粉末とすることができなかったためである。
ここで、本発明における内部酸化処理によって結晶粒界に多数の微細な割れが発生する原因について実験によって明らかになった点を述べる。
従来、電気接点の主流であるＡｇ−Ｓｎ−Ｉｎ系材料を内部酸化処理した場合、材料内部に酸化物が生成される際に材料は多少膨張するものの、結晶粒界に多数の微細な割れは発生しなかった。
従来、電気接点の主流であるＡｇ−Ｓｎ−Ｉｎ系材料を内部酸化処理した場合、材料内部に酸化物が生成される際に材料は多少膨張するものの、結晶粒界に多数の微細な割れは発生しなかった。
Ａｇ−Ｓｎ−Ｉｎ系材料を内部酸化処理した場合、材料表面から内部酸化が行われることによって生じたＡｇ合金中のＳｎやＩｎ等の濃度勾配を解消するために、材料表面に向かってＡｇ合金中のＳｎやＩｎが拡散していく。この場合、ＳｎやＩｎの拡散速度は、内部酸化時に材料表面からＯ２が拡散していく速度よりも速いため、材料内部で若干の酸化物の凝集が発生し、酸化物の多い個所と少ない個所が生じる。このうち、酸化物濃度の低い個所は、塑性変形し易い状態である。内部酸化に伴う酸化物生成による膨張が発生した場合、この酸化物濃度が低く塑性変形し易い個所が、この膨張による変形を吸収するため、微細な割れが発生しないものである。
しかし、本発明によるＺｎを含むＡｇ系材料を内部酸化処理した場合、内部酸化時のＺｎの拡散速度がＳｎやＩｎに比べて遅く、材料表面からのＯ２の拡散速度の方が速いためにＡｇ合金中の酸化物の生成が速く、全体に均一に酸化物が分散し、酸化物の凝集が発生しにくい。このため、Ａｇ−Ｓｎ−Ｉｎ系材料に比べて全体に展延性が低く、内部酸化時に発生する酸化物の膨張を吸収することができないため、結晶粒界に多数の微細な割れが発生することになる。特に、本発明で示した内部酸化条件下では、この現象が顕著に確認された。
本発明に示す製造方法により、従来、電気接点の製造が困難であったＺｎを含むＡｇ系材料を用いて電気接点を製造することが可能となり、従来の接点材料よりも接点性能に優れた電気接点を製造することが可能となった。
これまでの実験により、Ｚｎを含むＡｇ系材料としては、Ａｇ９８．７〜５０質量％、Ｚｎ１〜４０質量％、Ｔｅ０．１〜３．０質量％、Ｃｕ０．１〜５．０質量％、Ｓｂ０．１〜２．０質量％に配合したものが、接点性能に優れた電気接点として製造することが可能であることがわかった。
また、ＡｇにＺｎを添加する際に、Ｔｅ、Ｃｕ、Ｓｂの３元素を併せて添加することにより、接点性能に優れた電気接点を製造することが可能になることがわかった。これら３元素の配合割合は、それぞれ上記の最小値未満では、耐消耗性および耐溶着性に効果がなくなる。また、それぞれ上記の最大値を超えると、酸化物が多くなり過ぎるため接触抵抗が増大し、ひいては温度上昇を招くこととなり、溶着現象を発生させる要因となることがわかった。
Ｚｎの配合割合を１〜４０重量％とした理由は、１重量％未満では、酸化物による所望の効果が得られないため添加する意味がなく、４０重量％を超えると電気接点として製造が困難になってしまうためである。
また、実験により、上記合金にさらに、Ｓｎ０．５〜８．０質量％、Ｉｎ１．０〜６．０質量％、Ｎｉ０．１〜０．３質量％、の少なくとも１種を添加すると、酸化物が均一に析出するように制御し、結晶粒を微細化させることに有効であることがわかった。
また、実験により、上記合金にさらに、Ｓｎ０．５〜８．０質量％、Ｉｎ１．０〜６．０質量％、Ｎｉ０．１〜０．３質量％、の少なくとも１種を添加すると、酸化物が均一に析出するように制御し、結晶粒を微細化させることに有効であることがわかった。
Ｓｎ、Ｉｎ、Ｎｉの配合割合を上記のように定めた理由は、Ｓｎが０．５質量％未満、Ｉｎが１．０質量％未満、Ｎｉが０．１質量％未満では、酸化物が均一に析出するように制御し、結晶粒を微細化させるような効果が得られなかったからである。また、Ｓｎが８．０質量％、Ｉｎが６．０質量％を超えると、酸化物が凝集して内部酸化不良が発生し、Ｎｉが０．３質量％を超えると均一な溶解が困難になることがわかったからである。
また、実験により、Ｍｎ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂｉの少なくとも１種を０．０１〜０．３質量％の範囲で添加することにより、電気接点としての性能をさらに向上させることが可能であることがわかった。これは、微細な酸化物を結晶組織内に析出させることにより、耐消耗性や、耐溶着性を向上させることができるからである。なお、これらの添加量が、０．０１質量％未満ではその効果が得られず、０．３質量％を超えると酸化物が凝集して内部酸化不良が発生することがわかった。
本発明の電気接点材料による電気接点は、耐溶着性、耐アーク消耗性、低接触抵抗等の諸電気特性に優れ、種々の接点用途において優れた特性を有することがわかった。
これにより、Ａｇ合金中にＺｎを含有し、大量に使用される接点材料として、単価が低く、大量生産に好ましい電気接点材料を提供することが可能となった。
これにより、Ａｇ合金中にＺｎを含有し、大量に使用される接点材料として、単価が低く、大量生産に好ましい電気接点材料を提供することが可能となった。
本発明の実施例を表１により説明する。
表１に示した各実施例の材料を、溶解により、厚さ２０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍのインゴットに製造した後、インゴット状態のまま８００°Ｃ、酸素圧力０．５ＭＰａで約１２０ｈｒほど内部酸化処理を行う。
表１に示した各実施例の材料を、溶解により、厚さ２０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍのインゴットに製造した後、インゴット状態のまま８００°Ｃ、酸素圧力０．５ＭＰａで約１２０ｈｒほど内部酸化処理を行う。
その後、粉砕機を用いてインゴットを粉砕し、細片および／もしくは粉末を製造する。製造した細片および／もしくは粉末を所望形状に圧縮成形した後、焼結し、押し出し加工により、直径４ｍｍの線材にし、さらに伸線加工および熱処理により、直径２ｍｍの線材とした。このときの加工率は７５％であった。
つぎに、上記線材を、成形プレスにより厚さ０．８ｍｍ、幅および長さを２．５ｍｍの角形になるように成形加工を行った後、ＤＣ２００，３００，３５０Ｖにて溶着試験を行った。
なお、比較のために、従来例としてＡｇ−Ｓｎ−Ｉｎ系の予備酸化型接点２例を作製して比較試験を行った。
なお、比較のために、従来例としてＡｇ−Ｓｎ−Ｉｎ系の予備酸化型接点２例を作製して比較試験を行った。
Claims (5)
- Ｚｎを含むＡｇ合金を、酸素分圧０．５〜５．０ＭＰａ、酸化温度６００〜９００°Ｃの条件で内部酸化処理を行うことにより結晶粒界に多数の微細な割れを発生させ、これを粉砕することにより得られる細片および／もしくは粉末を所望の形状に圧縮成形した後、焼結し、所定の形状に押し出し加工することを特徴とするＡｇ−酸化物系電気接点材料の製造方法。
- 請求項１において、Ｚｎを含むＡｇ合金を、Ａｇ９８．７〜５０質量％、Ｚｎ１〜４０質量％、Ｔｅ０．１〜３．０質量％、Ｃｕ０．１〜５．０質量％、Ｓｂ０．１〜２．０質量％としたことを特徴とするＡｇ−酸化物系電気接点材料の製造方法。
- 請求項２において、さらに、Ｓｎ０．５〜８．０質量％、Ｉｎ１．０〜６．０質量％、Ｎｉ０．１〜０．３質量％の少なくとも１種を添加したことを特徴とするＡｇ−酸化物系電気接点材料の製造方法。
- 請求項３において、さらに、Ｍｎ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂｉの少なくとも１種を０．０１〜０．３質量％添加したことを特徴とするＡｇ−酸化物系電気接点材料の製造方法。
- 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたＡｇ−酸化物系電気接点材料。
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