JP7407615B2 - ステンレス鋼、接点用部材およびステンレス鋼の製造方法 - Google Patents
ステンレス鋼、接点用部材およびステンレス鋼の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7407615B2 JP7407615B2 JP2020027295A JP2020027295A JP7407615B2 JP 7407615 B2 JP7407615 B2 JP 7407615B2 JP 2020027295 A JP2020027295 A JP 2020027295A JP 2020027295 A JP2020027295 A JP 2020027295A JP 7407615 B2 JP7407615 B2 JP 7407615B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stainless steel
- film
- laser
- metal
- less
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims description 125
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims description 119
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 22
- -1 contact parts Substances 0.000 title description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 36
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 30
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 31
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 12
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 7
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 5
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005521 carbonaceous coating layer Substances 0.000 description 2
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- DCKVFVYPWDKYDN-UHFFFAOYSA-L oxygen(2-);titanium(4+);sulfate Chemical compound [O-2].[Ti+4].[O-]S([O-])(=O)=O DCKVFVYPWDKYDN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- FAKFSJNVVCGEEI-UHFFFAOYSA-J tin(4+);disulfate Chemical compound [Sn+4].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O FAKFSJNVVCGEEI-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910001174 tin-lead alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000348 titanium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
本発明はステンレス鋼、接点用部材およびステンレス鋼の製造方法に関する。
従来、電気・電子部品に組み込まれる電気接点用部材、あるいは弱電流の制御信号が流れる配線端子に、ステンレス鋼を基材として用いることが検討されている。ステンレス鋼は、耐熱性について銅など他の金属と比較して劣る点があるが、電気接点用部材、あるいは配線端子では、流れる電流がわずかであるため、接続部品の内部抵抗に起因する発熱を考慮する必要がない。また、このような電気接点用部材および配線端子は、耐食性およびばね性に優れていることが好ましい。ステンレス鋼は、耐食性およびばね性について優れているため、電気接点用部材として好適であると考えられる。
しかしながら、一般的なステンレス鋼表面には、Ｃｒを主体とした不働態皮膜が存在する。これにより、ステンレス鋼表面の接触抵抗は高く、電気接点用部材としては不向きである。また、不働態皮膜は、酸洗または機械研磨等によって除去することができるが、大気中では短時間で再生する。
そのため、ステンレス鋼を電気接点用部材として用いるために、特許文献１または２には、Ｃｕリッチ層を表層に析出させた、あるいは導電性のある析出物を表層に形成したステンレス鋼が開示されている。
しかしながら、上述のようなステンレス鋼は、表層にＣｕリッチ相を析出させるためには多量のＣｕ添加を要する。また、上述のようなステンレス鋼は、表面に露出する硬質な析出物によって圧延時の表面キズ、プレス加工時の割れ発生、およびプレス負荷の増大を招き、加工性が低いという問題がある。
本発明の一態様は、加工性が高く表面接触抵抗が低いステンレス鋼を実現することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るステンレス鋼は、表面粗さＲａが０．１７μｍ以上であり、表面に皮膜を有するステンレス鋼であって、上記皮膜の厚さは２０ｎｍ以下であり、上記皮膜の最表面から２ｎｍの位置において、上記皮膜を構成する成分の割合が酸化Ｃｒ：１５～４５％、金属Ｃｒ：３～２０％、酸化Ｆｅ：８～２５％、金属Ｆｅ：１０～４０％、および特定元素：５～５６％を含み、上記特定元素は、電気陰性度１．５以上２．５以下の少なくとも１種類の元素である。
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るステンレス鋼の製造方法は、電気陰性度が１．５以上２．５以下の少なくとも１種類の元素である特定元素を含む水溶液中にステンレス鋼を浸漬する浸漬工程と、上記水溶液中で上記ステンレス鋼にレーザ照射を行う照射工程と、を含み、上記照射工程では、波長が１０８０～１０９０ｎｍであり、０．２Ｊ・ｃｍ－２以上５．０Ｊ・ｃｍ－２以下のエネルギーを有するレーザを照射する。
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るステンレス鋼の製造方法は、電気陰性度が１．５以上２．５以下の元素である少なくとも１種類の特定元素を含む溶液を、ステンレス鋼に滴下する滴下工程と、上記溶液が滴下された上記ステンレス鋼にレーザ照射を行う照射工程と、を含み、上記照射工程では、波長が１０８０～１０９０ｎｍであり、０．２Ｊ・ｃｍ－２以上５．０Ｊ・ｃｍ－２以下のエネルギーを有するレーザを照射する。
本発明の一態様によれば、加工性が高く表面接触抵抗が低いステンレス鋼を実現することができる。
〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をよりよく理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものでは無い。また、本出願において、「Ａ～Ｂ」とは、Ａ以上Ｂ以下であることを示している。本明細書において、「ステンレス鋼」との用語は、「ステンレス鋼板」および「ステンレス鋼帯」を含む意味で用いる。また、以下に示す成分の割合は、質量％の値を示している。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をよりよく理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものでは無い。また、本出願において、「Ａ～Ｂ」とは、Ａ以上Ｂ以下であることを示している。本明細書において、「ステンレス鋼」との用語は、「ステンレス鋼板」および「ステンレス鋼帯」を含む意味で用いる。また、以下に示す成分の割合は、質量％の値を示している。
＜実施形態１に係るステンレス鋼１０の構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係るステンレス鋼１０を用いたステンレス鋼製接点用部材１の概略断面図である。また、図２は、ステンレス鋼製接点用部材１が用いられている、嵌合状態の端子１１を示す概略断面図である。図１に示すように、ステンレス鋼製接点用部材１は、ステンレス鋼１０によって形成されている。ステンレス鋼製接点用部材とは、電気・電子機器等に組み込まれる銅やアルミニウム電線を接続するハーネス等のコネクター等配線端子として用いられる部材である。また、ステンレス鋼製接点用部材１は、押しボタンスイッチ等に組み込まれるメタルドーム等の接点材料としても用いられる。図２に示すように、ステンレス鋼製接点用部材１は、例えば端子１１の部材として用いられる。なお、図２において、斜線によって示される部分はステンレス鋼製接点用部材１が用いられている部分である。
図１は、本発明の実施形態１に係るステンレス鋼１０を用いたステンレス鋼製接点用部材１の概略断面図である。また、図２は、ステンレス鋼製接点用部材１が用いられている、嵌合状態の端子１１を示す概略断面図である。図１に示すように、ステンレス鋼製接点用部材１は、ステンレス鋼１０によって形成されている。ステンレス鋼製接点用部材とは、電気・電子機器等に組み込まれる銅やアルミニウム電線を接続するハーネス等のコネクター等配線端子として用いられる部材である。また、ステンレス鋼製接点用部材１は、押しボタンスイッチ等に組み込まれるメタルドーム等の接点材料としても用いられる。図２に示すように、ステンレス鋼製接点用部材１は、例えば端子１１の部材として用いられる。なお、図２において、斜線によって示される部分はステンレス鋼製接点用部材１が用いられている部分である。
また、図１に示すように、本発明の実施形態１に係るステンレス鋼１０では、基材２の表面に皮膜３を有する。また、皮膜３の最表面から２ｎｍの位置（図１において破線４で示す位置）において、皮膜３を構成する成分の割合が酸化Ｃｒ：１５～４５％、金属Ｃｒ：３～２０％、酸化Ｆｅ：８～２５％、金属Ｆｅ：１０～４０％、および特定元素：５～５６％である。さらに、ステンレス鋼１０の表面粗さＲａは、０．１７μｍ以上である。皮膜３の最表面から２ｎｍの位置における元素（成分）の組成は、光電子分光分析装置を用いることで測定することができる。より詳細には、例えばＡｒイオンでエッチングし、その後Ｘ線を照射して放出される光電子のスペクトルを解析することにより、皮膜３の最表面から２ｎｍの位置における成分濃度を求めることができる。また、ステンレス鋼１０の表面粗さＲａは、触針式表面粗さ測定器を用いることで測定することができる。
また、皮膜３全体の厚さ（図１において矢印５で示す長さ）は、２０ｎｍ以下である。皮膜３の厚さは、光電子分光分析装置を用いることで測定することができる。具体的には、光電子分光分析装置によって測定されたＯ（酸素）最大ピークの１／２を皮膜３の厚さとする。
ステンレス鋼１０の基材２として用いられるステンレス鋼は、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系、オーステナイト・フェライト（２相系）、または析出硬化系ステンレス鋼等であることが好ましい。具体例としては、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４１０、またはＳＵＳ４３０等が挙げられる。また、基材２に施される表面仕上げの方法は、光輝焼鈍仕上げ、酸洗仕上げ、酸洗後軽圧延仕上げ、および調質圧延仕上げ、ＨＬ仕上げ(研磨目を付与したもの)、ダル仕上げ（調質圧延時に目の粗いロールを使用して基材に転写したもの）、および鏡面仕上げ（バフ研磨にて表面光沢を高めたもの）等が挙げられる。
皮膜３に含まれる酸化Ｃｒとは、例えば、Ｃｒ２Ｏ３、またはＣｒ(ＯＨ)３等である。また、酸化Ｆｅとは、例えばＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４等である。また、特定元素は、電気陰性度１．５～２．５の少なくとも１種類の元素である。電気陰性度が２．５を超えると、皮膜中の元素がイオン結合状態となる。また、電気陰性度が１．５未満の元素は、安定した共有結合状態となる。そのため、電気陰性度が１．５未満、または２．５を超える元素を特定元素として用いた場合、電気伝導度が著しく劣るようになる。特定元素は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｇ、およびＣｕのうち少なくとも１種であることが特に好ましい。
本発明者らは、皮膜３が上記組成を有することにより表面接触電気抵抗が低くなることを見出した。
ここで、皮膜３に含まれる成分の割合および表面粗さについて説明する。まず、ステンレス鋼１０の皮膜３中には、金属Ｃｒ、金属Ｆｅ、酸化Ｃｒ、酸化Ｆｅ、および特定元素が存在すると考えられる。また、特定元素の多くは酸化物の状態で存在すると考えられる。また、酸化物（特定元素の酸化物、酸化Ｃｒおよび酸化Ｆｅ）は、電気伝導性が低い電気を通しにくいため、皮膜３中における割合が増加するとステンレス鋼１０の接触抵抗が上昇する。また、金属元素（金属Ｃｒおよび金属Ｆｅ）は、電気伝導性が高いため、皮膜３中における割合が増加するとステンレス鋼１０の接触抵抗が低下する。
皮膜３中において、特定元素が５６％を超える、酸化Ｃｒが４５％を超える、あるいは酸化Ｆｅが２５％を超える場合、皮膜３中において導電性が非常に低い部分の割合が高くなる。また、皮膜３に含まれる金属Ｃｒが３％未満である、あるいは金属Ｆｅが１０％未満である場合、皮膜３中において導電性が高い部分の割合が低くなる。従って、皮膜３に含まれる成分の割合および表面粗さが上述の範囲から外れたステンレス鋼１０は、接点用部材として適さない。
一方、皮膜３中において、金属Ｃｒが２０％を超える、あるいは金属Ｆｅが１０％を超える場合、ステンレス鋼１０は、接点用部材としてはより好ましいステンレス鋼となる。しかしながら、下記に示すステンレス鋼１０の製造方法では、金属Ｃｒおよび金属Ｆｅについて設定の範囲を超える皮膜３を形成することは困難である。
なお、皮膜３に含まれる酸化Ｃｒについて、皮膜３形成時に照射されるレーザのフルエンスエネルギーが低い場合、Ｃｒ(ＯＨ)３よりもＣｒ２Ｏ３の割合が高くなる。反対に当該レーザのフルエンスエネルギーが高い場合、Ｃｒ２Ｏ３よりもＣｒ(ＯＨ)３の割合が高くなる。ここで、皮膜３中のＣｒ２Ｏ３の割合が高い場合、皮膜３中の特定元素の割合も高くなる。従って、皮膜３に含まれる酸化Ｃｒにおいて、Ｃｒ２Ｏ３よりもＣｒ(ＯＨ)３の割合が高い方が好ましい。
また、ステンレス鋼１０の表面粗さは、粗いほど（数値が高いほど）接触抵抗が低下するため好ましい。従って、上述したように、本実施形態におけるステンレス鋼１０の表面粗さＲａは、０．１７μｍ以上となっている。一方、ステンレス鋼１０の表面粗さが０．１７未満である場合、皮膜３の構造が均一になっていると考えられる。この場合、ステンレス鋼１０の接触抵抗は高くなるため、接点用部材として適さない。
以上のように、本発明の実施形態１に係るステンレス鋼１０は、ステンレス鋼製接点用部材１として用いられるステンレス鋼である。また、ステンレス鋼１０において基材２の表層に特定元素を主体とする皮膜３が形成されている。また、好ましくは、皮膜３にはＣｒのほかに、特定元素として、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｇ、またはＮｉ等のうち、少なくとも１種以上の金属元素が含まれている。
＜実施形態１に係るステンレス鋼１０の効果＞
本発明の実施形態１に係るステンレス鋼１０では、基材２の表層に、さらに皮膜３を有する。また、皮膜３の表層から２ｎｍの位置において、皮膜３を構成する元素の割合がＣｒＯ：１５～４５％、金属Ｃｒ：３～２０％、ＦｅＯ：８～２５％、金属Ｆｅ：１０～４０％、および特定元素：５～５６％である。さらに、皮膜３の表面粗さＲａは、０．１７μｍ以上である。
本発明の実施形態１に係るステンレス鋼１０では、基材２の表層に、さらに皮膜３を有する。また、皮膜３の表層から２ｎｍの位置において、皮膜３を構成する元素の割合がＣｒＯ：１５～４５％、金属Ｃｒ：３～２０％、ＦｅＯ：８～２５％、金属Ｆｅ：１０～４０％、および特定元素：５～５６％である。さらに、皮膜３の表面粗さＲａは、０．１７μｍ以上である。
実施形態１に係るステンレス鋼１０およびステンレス鋼１０を用いるステンレス鋼製接点用部材１は、上記構成を有している。そのため、特許文献１または特許文献２に記載のステンレス鋼のようにＣｕ等硬質な物質を析出させることなく接触抵抗を小さくすることができる。従って、ステンレス鋼製接点用部材１では、接触抵抗を改善しつつ加工性に関する問題が発生する可能性を抑制することができる。
また、皮膜３に、Ｃｒのほかに、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｇ、またはＮｉ等の金属元素が少なくとも１種以上含まれている場合、特にステンレス鋼製接点用部材１表面の接触抵抗を改善することができる。
＜実施形態１に係るステンレス鋼１０の製造方法＞
本発明の一態様におけるステンレス鋼１０の製造方法（以下、単に「本製造方法」と称することがある）について、以下に説明する。
本発明の一態様におけるステンレス鋼１０の製造方法（以下、単に「本製造方法」と称することがある）について、以下に説明する。
本発明者らは、鋭意検討の結果、レーザ誘起湿式改質法をステンレス鋼に適用することが可能であるという知見を得て、本製造方法を想到した。
本製造方法は、一般的な製造工程（後述の説明を参照）によって製造された、ステンレス鋼にレーザ誘起湿式改質法（後述の浸漬工程および照射工程）を施すことを特徴とする。上記方法により、ステンレス鋼の表層に形成された酸化被膜（不働態皮膜）が改質され、皮膜３となる。
まず、一般的なステンレス鋼の製造方法について説明する。一般的なステンレス鋼の製造方法では、溶解工程、鋳造工程、およびスラブ表面研削工程を行った後、１１００℃～１３００℃に加熱されたスラブを熱間圧延することで熱延鋼帯とする熱間圧延工程、焼鈍・酸洗工程、冷間圧延工程、および仕上げ工程を行う。なお、熱間圧延工程の後、焼鈍・酸洗工程および冷間圧延工程を繰り返し、最終板厚とした焼鈍材を基材２として用いてもよい。他には、光輝焼鈍仕上げ材、あるいは調質圧延仕上げ材を基材２として用いてもよい。
次に、浸漬工程および照射工程について説明する。浸漬工程では、仕上げ工程を行った後の基材２を、特定元素を含有する溶液中に浸漬する。ここで、特定元素とは、基材２の表層に形成される皮膜３に含有されることによって、表面接触抵抗を改善することが可能な元素である。接触抵抗を改善するとは、接触抵抗を低くすることであり、ステンレス鋼製接点用部材１表面の電気伝導度を向上させることを意味する。
特定元素を含む溶液は、室温（約２５℃）であり、また濃度が４０質量％以下であることが好ましい。具体的には、特定元素を含む溶液として、硝酸アルミニウム水溶液、ケイ酸ナトリウム水溶液、硫酸スズ水溶液、硫酸チタン水溶液、硝酸銀水溶液、または硝酸銅水溶液等を用いることができる。
続いて、基材２を溶液中に浸漬した状態において、基材２表面にレーザ照射処理を行う（照射工程）。照射工程では、波長１０８０～１０９０ｎｍのパルス波、または連続波のレーザを用いる。また、照射するレーザのフルエンスエネルギーは０．２～６．６Ｊ・ｃｍ－２、好ましくは０．２～５．０Ｊ・ｃｍ－２とする。照射するレーザのフルエンスエネルギーが０．２Ｊ・ｃｍ－２を下回る場合、基材２の表面に含有される特定元素の量が不足するため、所望の組成を有する皮膜３を得ることができない。一方、照射するレーザのフルエンスエネルギーが６．６Ｊ・ｃｍ－２を上回る場合、当該レーザを照射された薄ゲージの基材２は著しく変形する、あるいは外観が著しく悪化するため、接点用部材として使用不可となる。また、照射するレーザのフルエンスエネルギーの上限を５．０Ｊ・ｃｍ－２とすることにより、熱の影響等により基材２が変形すること防止することができるので好ましい。
＜実施形態１に係るステンレス鋼１０の製造方法の効果＞
本発明の実施形態１に係る製造方法は、ステンレス鋼を浸漬する浸漬工程と、上記溶液中で上記ステンレス鋼にレーザ照射を行う照射工程と、を含み、上記照射工程では、波長が１０８０～１０９０ｎｍであり、０．２Ｊ・ｃｍ－２以上６．０Ｊ・ｃｍ－２以下のエネルギーを有するレーザを照射する。当該製造方法によって、本発明の実施形態１に係るステンレス鋼１０が製造される。
本発明の実施形態１に係る製造方法は、ステンレス鋼を浸漬する浸漬工程と、上記溶液中で上記ステンレス鋼にレーザ照射を行う照射工程と、を含み、上記照射工程では、波長が１０８０～１０９０ｎｍであり、０．２Ｊ・ｃｍ－２以上６．０Ｊ・ｃｍ－２以下のエネルギーを有するレーザを照射する。当該製造方法によって、本発明の実施形態１に係るステンレス鋼１０が製造される。
従来、ステンレス鋼を接点用部材として用いる場合、ステンレス鋼表面の不働態皮膜を除去した後、密着性の優れる下地めっき処理を施し、さらに上層に電気伝導性に優れるスズや金、または銀などの貴金属のめっきを施す方法が用いられることがあった。当該方法を用いた場合、ステンレス鋼表面の接触抵抗は改善する。また、金属めっき以外では、カーボン質被覆層などを形成する場合もある。
但し、上述の方法によって製造されたステンレス鋼には、以下の問題が存在した。例えばスズめっきが施されたステンレス鋼ではウィスカーが発生しやすく、絶縁不良を招きやすい。また、ウィスカーの発生しにくいスズ‐鉛合金では鉛の廃液処理が問題となる。
また、貴金属によるめっきが施されたステンレス鋼では、例えば銀を用いた場合、イオンマイグレーションが発生しやすいため接触不良を招きやすい。また、金を用いた場合、めっき液にシアンを用いるため廃液処理の問題があり、環境に対する負荷が大きい。
本発明の実施形態１に係るステンレス鋼１０の製造方法では、上述の方法のようにめっきを施す、あるいはカーボン質被覆層を形成する必要なく接触抵抗を低くすることができる。従ってステンレス鋼製接点用部材１では絶縁不良、接触不良、および廃液処理等の問題が発生する可能性が低減されている。
また、ステンレス鋼１０の製造時には、製造時に鉛およびシアン等環境負荷の大きい廃液が発生する物質を使用しないため、廃液処理の問題が少ない。また、製造されたステンレス鋼１０は、部品として組み込んだ後もめっき皮膜に起因するイオンマイグレーション、接触不良、あるいは絶縁不良を起こす可能性が低い。
さらに、ステンレス鋼１０の製造時には、多量の合金添加およびめっき処理が不要であるため、コスト性に優れ、かつリサイクル性を合わせ持つ製品を提供することができる。
上述の実施形態１では、基材２に浸漬工程および照射工程を施すことによってステンレス鋼１０を製造した。しかし、浸漬工程に代えて滴下工程を基材２に施してもよい。滴下工程とは、特定元素を含有する溶液を、基材２に滴下する工程である。なお、溶液は、基材２の表面全体が濡れる程度に滴下されればよい。その後、溶液が滴下された基材２に照射工程を施すことによって実施形態１に係るステンレス鋼１０が製造される。
本発明の一実施例について以下に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。図３は、各条件により製造したステンレス鋼について行った測定の結果を示すグラフである。
本実施例においては、板厚１．０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ４１０）を基材２として作製し、使用した。また、表１に示す条件の溶液を作製し使用した。
続いて、各条件の溶液に基材２を浸漬し、浸漬したステンレス鋼に対してレーザ照射を行い、本発明の実施例としてのステンレス鋼Ａ１～Ａ１６および比較例としてのステンレス鋼Ｂ１～Ｂ４を作製した。使用したレーザの条件は表２に示す通りである。
また、東京精密製；SURFCOM2900DXを用いてカットオフ０．８、評価長さ４．０ｍｍ、算出規格JIS2001にて各ステンレス鋼の表面粗さ（Ｒａ）を測定した。また、山崎精機研究所製；電気接点シミュレータORS-1を用いて、作製した各ステンレス鋼表面の接触抵抗の値を測定し、測定荷重１００ｇでの抵抗値（ｍΩ）が６０以下のものを合格とした。また、作製したステンレス鋼に対して、光電子分光分析装置（アルバックファイ社製；Quantera SXM）を用いて分析を行い、各ステンレス鋼の皮膜に含まれる物質の比率を測定した。測定に用いた装置の仕様は表３に示す通りである。
表４には、各ステンレス鋼の製造条件および各測定の結果を示している。図３および表４に示す通り、実施例として本発明に係る条件に基づいて製造されたステンレス鋼（Ａ１～Ａ１６）は、所定の条件（表面粗さ（Ｒａ）が０．１７μｍ以上であり、皮膜を構成する元素の割合がＣｒＯ：１５～４５％、金属Ｃｒ：３～２０％、ＦｅＯ：８～２５％、金属Ｆｅ：１０～４０％、および特定元素：５～５６％）を満たしていた。また、ステンレス鋼Ａ１～Ａ１６は、全て優れた接触抵抗の値（６０ｍΩ以下）を示した。これに対して、比較例のステンレス鋼（Ｂ１～Ｂ４）は、表面粗さ、あるいは皮膜を構成する元素の割合のうちのいずれかが所定の条件を満たしておらず、また、実施例のステンレス鋼と比較すると接触抵抗が劣り、６０ｍΩを超える結果となった。
具体的には、Ｂ１では、皮膜に含まれる酸化Ｃｒ、金属Ｃｒ、およびＡｌの割合が所定の条件を下回り、また、皮膜に含まれる酸化Ｆｅの割合が所定の条件を超えていた。これは、照射工程におけるレーザのフルエンスエネルギーが過剰であったことが原因であると考えられる。また、Ｂ２では、表層に形成された皮膜に酸化Ｃｒおよび金属Ｃｒが十分に含まれなかったと考えられる条件を下回り、また、皮膜に含まれるＡｌの割合が所定の条件を上回った。これは、照射工程におけるレーザのフルエンスエネルギーが低すぎたことにより、表層に形成された皮膜に酸化Ｃｒおよび金属Ｃｒが十分に含まれなかったことが原因と考えられる。
また、Ｂ３では、基材２としてのステンレス鋼について測定を行った。Ｂ３では、表層に含まれる酸化Ｃｒ、金属Ｃｒ、およびＡｌの割合が所定の条件を下回り、酸化Ｆｅの割合が所定の条件を上回っていた。また、Ｂ４では、浸漬工程のみを行い、照射工程を行わない基材２について測定を行った。その結果、表層に含まれる酸化ＣｒおよびＡｌの割合が所定の条件を下回り、金属Ｆｅの割合が所定の条件を上回った。特にＡｌはＢ４の表層において検出されなかった。Ｂ３およびＢ４では、照射工程が行われなかったため、ステンレス鋼表層の改質が行われず、皮膜３が形成されなかったことが原因と考えられる。
１ ステンレス鋼製接点用部材
２ 基材
３ 皮膜
１０ ステンレス鋼
２ 基材
３ 皮膜
１０ ステンレス鋼
Claims (7)
- 表面粗さＲａが０．１７μｍ以上であり、表面に皮膜を有するステンレス鋼であって、
上記皮膜の厚さは２０ｎｍ以下であり、
上記皮膜の最表面から２ｎｍの位置において、上記皮膜を構成する成分の割合が酸化Ｃｒ：１５～４５％、金属Ｃｒ：３～２０％、酸化Ｆｅ：８～２５％、金属Ｆｅ：１０～４０％、および特定元素：５～５６％を含み、
上記特定元素は、電気陰性度１．５以上２．５以下の少なくとも１種類の元素であり、
光電子分光分析装置によって測定されたＯ（酸素）最大ピークの１／２を前記皮膜の厚さとする、ステンレス鋼。 - 上記特定元素は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、およびＮｉのうち、少なくとも１種を含む、請求項１に記載のステンレス鋼。
- 上記ステンレス鋼は、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系、二相系、または析出硬化系ステンレス鋼である、請求項１または２に記載のステンレス鋼。
- 上記ステンレス鋼は、光輝焼鈍、酸洗仕上げ、または調質圧延仕上げを施されたステンレス鋼である、請求項１～３のいずれか１項に記載のステンレス鋼。
- 請求項１～４のいずれか１項に記載のステンレス鋼を接点に適用した接点用部材。
- 電気陰性度が１．５以上２．５以下の元素である少なくとも１種類の特定元素を含む溶液中に、ステンレス鋼を浸漬する浸漬工程と、上記溶液中で上記ステンレス鋼にレーザ照射を行う照射工程と、を含み、
上記照射工程では、波長が１０８０～１０９０ｎｍであり、０．２Ｊ・ｃｍ－２以上５．０Ｊ・ｃｍ－２以下のエネルギーを有するレーザを照射する、ステンレス鋼の製造方法。 - 電気陰性度が１．５以上２．５以下の元素である少なくとも１種類の特定元素を含む溶液を、ステンレス鋼に滴下する滴下工程と、上記溶液が滴下された上記ステンレス鋼にレーザ照射を行う照射工程と、を含み、
上記照射工程では、波長が１０８０～１０９０ｎｍであり、０．２Ｊ・ｃｍ－２以上５．０Ｊ・ｃｍ－２以下のエネルギーを有するレーザを照射する、ステンレス鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020027295A JP7407615B2 (ja) | 2020-02-20 | 2020-02-20 | ステンレス鋼、接点用部材およびステンレス鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020027295A JP7407615B2 (ja) | 2020-02-20 | 2020-02-20 | ステンレス鋼、接点用部材およびステンレス鋼の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021130850A JP2021130850A (ja) | 2021-09-09 |
| JP7407615B2 true JP7407615B2 (ja) | 2024-01-04 |
Family
ID=77550554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020027295A Active JP7407615B2 (ja) | 2020-02-20 | 2020-02-20 | ステンレス鋼、接点用部材およびステンレス鋼の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7407615B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114059056A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-02-18 | 江苏大学 | 一种激光辅助铝合金化学钝化的装置及加工方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110294042A1 (en) | 2008-12-29 | 2011-12-01 | Kim Jonghee | Stainless steel for polymer fuel cell separator and method for preparing same |
| JP2015134360A (ja) | 2014-01-16 | 2015-07-27 | デクセリアルズ株式会社 | 微細構造体及びその製造方法、並びに微細構造体製造用組成物 |
-
2020
- 2020-02-20 JP JP2020027295A patent/JP7407615B2/ja active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110294042A1 (en) | 2008-12-29 | 2011-12-01 | Kim Jonghee | Stainless steel for polymer fuel cell separator and method for preparing same |
| JP2015134360A (ja) | 2014-01-16 | 2015-07-27 | デクセリアルズ株式会社 | 微細構造体及びその製造方法、並びに微細構造体製造用組成物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021130850A (ja) | 2021-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6495172B2 (ja) | 金属めっき被覆ステンレス材、および金属めっき被覆ステンレス材の製造方法 | |
| JP6070836B2 (ja) | 容器用鋼板及び容器用鋼板の製造方法 | |
| KR20170032455A (ko) | 내미세접동마모성이 우수한 접속 부품용 도전 재료 | |
| JP4522970B2 (ja) | ウィスカーが抑制されたＣｕ−Ｚｎ合金耐熱Ｓｎめっき条 | |
| JP7407615B2 (ja) | ステンレス鋼、接点用部材およびステンレス鋼の製造方法 | |
| WO2020137726A1 (ja) | 銅合金板、めっき皮膜付銅合金板及びこれらの製造方法 | |
| WO2016093145A1 (ja) | 金属めっき被覆ステンレス材の製造方法 | |
| JPH04370613A (ja) | 電気接点材料とその製造方法 | |
| JP5315575B2 (ja) | Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼製導電性部材およびその製造方法 | |
| WO2021187360A1 (ja) | Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系銅合金板、めっき皮膜付Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系銅合金板及びこれらの製造方法 | |
| CN114207166B (zh) | 铜合金板、带镀膜的铜合金板及它们的制造方法 | |
| JP6574568B2 (ja) | 金属めっき被覆ステンレス材の製造方法 | |
| JP5226032B2 (ja) | ウィスカーが抑制されたＣｕ−Ｚｎ合金耐熱Ｓｎめっき条 | |
| KR102572398B1 (ko) | 구리 합금판, 도금 피막 형성 구리 합금판 및 이들의 제조 방법 | |
| JP2019112666A (ja) | 導電材 | |
| JP6628585B2 (ja) | 金属めっき被覆ステンレス材の製造方法 | |
| JP6942479B2 (ja) | 銅端子材及びその製造方法 | |
| JP6848022B2 (ja) | 金属めっき被覆ステンレス材の製造方法 | |
| JP4570948B2 (ja) | ウィスカー発生を抑制したＣｕ−Ｚｎ系合金のＳｎめっき条及びその製造方法 | |
| JP6104011B2 (ja) | 接触抵抗の低いステンレス鋼板 | |
| TWI840541B (zh) | 銅合金板、附鍍敷被膜銅合金板及此等之製造方法 | |
| JP7263203B2 (ja) | 表面被覆層付き銅又は銅合金板条 | |
| JP5315571B2 (ja) | ステンレス鋼製導電性部材およびその製造方法 | |
| TW202406735A (zh) | 電接點用表面包覆材料、以及使用該電接點用表面包覆材料之電接點、開關及連接器端子 | |
| JP2022155731A (ja) | Ｆｅ－Ｃｒ合金およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221020 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230725 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230801 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230921 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231128 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231219 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7407615 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |