JPH01136960A - Ｃｕ基材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、スポット溶接電極材料及び摺動材料等に使用
される金属材料の表層部に二層被覆させた銅合金の製造
方法に関するものである。

〔従来の技術１ 電気スポット溶接において従来の電極チップ（Ｃｕ−Ｃ
ｒ電極、Ｃｕ−Ａｌ２Ｏ３電極）で亜鉛メツキ銅版を溶
接した時、溶接時に発生する熱により溶接した亜鉛と電
極母材の銅が反応して電極先端部分が母材より融点の低
い銅−亜鉛合金となり先端形状が変化し易いため、電極
寿命が普通銅板を溶接した場合より著しく短くなる。又
亜鉛との反応を抑止する目的で電極チップ表面にＧｏ、
Ｎｉ　、Ｇｒ、ＴｉＮをコーティングした電極等の報告
（抵抗溶接委員会資料ＲＷ　−３３７−８６）等もある
が、Ｇｏ、旧、Ｃｒの比較的靭性のある材料を被覆した
電極の場合は被覆層が短時間に摩耗し母材と亜鉛が反応
する。一方、ＴｉＮの様な硬質の被覆層には亀裂が生じ
易く、亜鉛が亀裂より侵入し反応する。

［発明の解決しようとする問題点］ 亜鉛メツキ銅板のスポット溶接においては従来の電極は
、前述のように電極母材と亜鉛とが容易に反応し、電極
寿命は著しく短い、又コーティング電極にしても耐摩耗
性が乏しかったり、亀裂等が生じやすいなどの問題点が
あり電極寿命も通常のＣｕ−Ｃｒ電極の１〜２倍程度に
とどまっている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、中間層としてＣｏ　＋　Ｎ　ｒ　＋　Ｏｒ　
、Ｆ　ｅ　＋　Ｎ　ｏ　＊　Ｎ　ｂ　＋Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ
、　Ｖ及びＺｒから選ばれた少なくとも１以上の金属層
を介して上記少なくとも１つ以上の金属の硼化物層を表
面に形成している２層被覆を有することを特徴とするＣ
ｕ基材料を要旨とするものである。

本発明は、このように基本的には、母材であるＣｕ基材
料の表面に中間層（下地層）としての金属層と硼化物層
の２層被覆を形成させたものであり、これらについてそ
れぞれ説明する。

まず本発明Ｃｕ基材料の母材としては、ＣｕもしくはＣ
ｕを基礎とするＣｕ合金の何れでもよい、なかでも特に
好ましいのは、後述するように本発明材料の製造法とし
て硼化処理と拡散処理を同時に高温で行なうことが好ま
しいが、このような方法でも硬度低下の少ない母材とし
てのＣｕ　−Ａｌ１［１３系やＣｕ−ＴｉＢ２系等の分
散強化型Ｃｕ合金がそれであり、Ｃｕ−Ｃａｒ、　Ｃｕ
−０ｒ−Ｚｒ、　Ｃｕ−Ｚｒ。

Ｃｕ−Ｂｅ等の析出型合金などでも後から時効処理を行
なうなどすれば好ましく使用しうる母材である。

つぎに中間層は下地層的に機能するものであるが、これ
は目的とする硼化物層との関係で決めることが必要であ
る。即ち、硼化物層としては、本発明の目的からして、
硬度が比較的高く、固有抵抗が低く、融点が高くかつＺ
ｎとの反応性もないことが必要であり、したがってこれ
らの硼化物層を母材との関係で剥離や亀裂を生じない或
は硼化物層に生じた亀裂を抑制し、かつ目的によっては
Ｚｎなどの拡散をとめる作用をする層として形成するこ
とが可能な金属層とすることである。

即ち、これらの金属として、旧、Ｏｒ、Ｃｏ、Ｆｅ。

Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ　、　ＶおよびＺｒが適当
であり、なかでも硼化物層との関係でＧｏ、Ｎｉ、Ｏｒ
が最適である。

また、これらの金属は単独又は２種以上からなる合金属
層からなるものであってもよい。

つぎに、硼化物層は金属層形成する少なくともＸｉ、Ｃ
ｒ、Ｇｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ　、　Ｖ
およびＺｒから少なくとも選ばれた金属からなる硼化物
であることが必要であり、なかでも後述する本発明とし
て最適なものを得るに適した電気メツキ法による方法に
おいて最適な２層被覆を容易に可能とすることからすれ
ばＧｏ、Ｎｉ、Ｃｒが適している。

即ち１本発明の最適な実施態様としては、金属層を形成
する金属と硼化物形成金属とが共通していることがそれ
であり、さらになかでもこれらの組合わせを電気メツキ
法や無電解メツキ法による金属層を加熱処理して１未を
必要深さまで浸透拡散させて形成せしめることであるか
らである。

しかしながら目的によっては、蒸着法や溶射法によれば
金属層と硼化物層において異なる金属の組合わせも可能
である。

以下本発明の望ましい態様である前記金属層と硼化物層
の金属が共通した２層被覆に基づいてさらに説明する。

まず、金属層に対し、硼化物層は当該金属層の金属硼化
物（金属層が合金属であればそれぞれの金属の硼化物）
からなるものであり、具体的には硼化物としては、金属
がＧｏであればＣｏＢやＣｏ２　Ｂ、旧であれば旧２Ｂ
、ＮｉＢ、　ＣｒであればＣｒＢ。

ＣｒＢ２、ＦｅテあればＦｅｅ　、Ｆｅ２　Ｂ、　Ｍｏ
ｂあればＭｏｂ。

［０２ＢＳ、ＮｂであればＮｂＢ、ＮｂＢ２、Ｔｉであ
ればＴｉＢ２．Ｔｉｎ、　ＴａであればＴａＢ、ＴａＢ
２、ＷであればＷＢ、Ｗ２Ｂ５．ＶテあればＶＢ、ＶＢ
２．　ＺｒテあればＺｒＢ２　。

などが主たるものである。

そしてこれらにおいて、金属によって若干異なることも
あるが一般的には金属層に近いところの硼化物層は低次
硼素の硼化物、金属層に遠いところ即ち表面層は高次硼
素の硼化物となることが多く、たとえば好ましい金属と
してのＧ。

でいえば金属層に近いところはＣｏ２８層１表面層はＧ
ａＢがそれであり、旧でいえば金属層に近いところが旧
２Ｂ９表面層は１Ｂがそれである。

また１本発明２Ｍ被覆の好ましい態様のものは、上記方
法により得られるもので、金属層と硼化物層が、断面顕
微鏡観察など微細な断面形態として、互いに鋭く入り込
んだ境界層を形成していることである。

即ち、後述する実施例１に基づく断面写真で分かる如く
、硼化物層と未硼化金・底層を残してこれらが互いにく
さび状にからみ合っているものである。

このようなものにすることで密着強度など十分なものと
することが容易である。

本発明において、硼化物層の厚さは１〜１００ル■が適
当であり、好ましくは３〜５０μｍ　、望ましくは５〜
２０ＩＬ腸程度とすることにより、耐摩耗性や密着強度
などからしてより有利となる。

また金属層の厚みは５〜２００＃Ｌｍが適当であり、好
ましくは１０〜１５０ＪＬ■、望ましくは２０〜１００
　ｇ１程度とすることにより電気抵抗や亀裂の防止など
からして有利となる。

さらにこれらを合わせた２層被覆の厚みとしては６〜３
００鉢■が適当であり、望ましくはｌＯ〜１００　＃Ｌ
ｓ程度とすることである。

ここで、このような望ましい態様の本発明を可能とする
製造法について説明すると、基本的にはこれは母材であ
るＣｕ基材料の表面に所定の金属からなる元素を被覆す
る第１工程と、これらの金属材料の表層部を加熱処理し
硼素を金属層に浸透拡散させる硼化処理からなる第２工
程からなる。

まず、第１工程は電気メツキ法、無電界メツキ法、真空
蒸着、スパッタリング、溶射等の公知の方法が採用でき
る。この中でＣｏ、旧、Ｃｒ等は電気メツキ法が短時間
で所望の厚膜が容易に可能となるので好ましい０例えば
この条件は、陰極電流密度２〜ＩＯＡ／ｄｍ２　、メツ
キ時間３０分から２時間位で１０〜２００　ｐ、ｍの金
属被覆層が得られる。

第２製造工程は、金属被覆層に硼素を拡散させ硼化物層
を形成させ、同時に金属被覆層の一部をＣｕ合金に拡散
させる工程からなる。代表的な硼化処理法としては、硼
素を溶解した溶融塩浴に金属材料を浸漬して処理する溶
融塩法、ＢａＣとＳｉＣとＫＢＦ４の混合粉やアモルフ
ァスポロン粉中に金属材料を埋設し、加熱処理をおこな
う粉末法、真空中で硼素を蒸着させる等の物理的蒸着法
などが利用できる０本工程としては一般に金属被覆層の
一部をＣｕ合金に同時に拡散させることや後処理の点か
ら粉末法が適当である。熱処理温度は６００〜１０００
℃、１０分〜４時間で１〜１００μｌの硼化物層が得ら
れ、又金属被覆層とＣｕ合金の拡散層は５〜５０μ−程
度のものが得られる。

［作用コ 本発明において各居は基本的には次のような働きをする
。

硼化物は、比較的硬度が高く、固有抵抗が低く、融点が
高く、Ｚｎとの反応性もない、又、Ｇｏ、Ｏｒ、旧等に
外からポロンを拡散させた場合、形成される硼化物層は
Ｇｏ、Ｃｒ、Ｘｉにくさび状に形成される。したがって
硼化物層は、耐亜鉛性。

耐摩耗性に優れかつくさび状等に形成されているために
未硼化金属層からの欠落が生じにくい。

未硼化金属層の働きは、硼化物層に生じた亀裂をＷめ、
かつ亀裂が生じたとしてもＺｎの拡散を止める働きをす
る。

［実施例］ （実施例１） Ｃｕ−２，８ｗｔ％ＴｉＢ２分散強化型合金母材に約１
００　ｐ、ｔｓ厚さにＧｏを電気メツキした後、非晶質
ポロンの粉末中に埋込み、９００℃で２時間加熱して試
料を作成した。第１図に示す断面顕微鏡写真を参照して
これを説明すると次のような状態のものであった。まず
、硼化物層の厚さは５〜２０ル謬で００層の厚さ８０〜
９５ル履であり、硼化物はＸ線回折の結果ＣｏＢ　、Ｃ
ｏ２　Ｂであった。またこのＧｏ層とＣｏ８層、Ｃａ２
８層は写真の如く互いに鋭く入り組んだ境界を形成して
おり、Ｇｕ−ＴｉＢ２母材と００層は約１〜２鉢膳の間
で固溶しあっていた。母材の硬度（ビッカース硬度）は
Ｈｖ１４０ｋｇ／ｍ腸２であった。

（実施例２） Ｃｕ−ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３分散強化型合金に約１００　Ｊ
Ｌｍ厚さに旧を電気メツキした後、非晶質ポロンの粉末
中に埋込み９００℃で４時間加熱して試料を作成した。

硼化物層の厚さは約５〜３０ｐ量程度であり、１層の厚
さは約７０〜９５ｇｍであり、硼化物はＸ線回折の結果
ＮｉＢ、Ｎｉ２Ｂであった。又ＮｉＢ、Ｎ１ｚＢ層と旧
居は互いにくさび状に入り組んでいるとともに、Ｃｕ−
Ａｌ２Ｏ３ｆｆＬ材とＮ１層は約１〜２ｇｒａの間で固
溶しあっていた。母材の硬度はＨＶ　１５０ｋｇ／ｍｍ
２　であった。

（実施例３） Ｃｕ−ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３分故強化型合金に約８０ＪＬｍ
厚さにＣ「を電気メツキした後、非晶質ポロンの粉末中
に埋込み８００℃で４時間加熱して試料を作成した。硼
化物層の厚さは５〜２０ｐｍ　、　Ｃｒ層の厚さは４０
〜５５７ｔｍであり、硼化物はＸ線回折の結果ＣｒＢ、
ＣｒＢ２であった。又Ｃｕ−Ａｌ２Ｏ３母材とＣｒ層は
約１〜２ル腸の間で固溶しあっていた。母材の硬度はＨ
ｖ　１５０ｋｇ／馬１１２　であった。

（実施例４） Ｃｕ−０，４ｗｔ％Ｃｒ−０，３ｗｔ％Ｚｒ析出型強化
型合金に約１００４ｔａ厚さにＣＯを電気メツキした後
、非晶質ポロンの粉末中に埋込み、９５０°Ｃで１時間
加熱後、水冷し、４５０℃に２時間加熱して、試料を作
成した。硼化物層はＣｏＢとＧｏ２　Ｂでありその厚さ
は約５〜２０舊鵬で、００層の厚さは８０〜８５川ｌで
あった。またＧｏ層とＧｏＢ　、Ｇｏ２８層とは互いに
深くかみ合った境界を形成していた。なお、１５０℃加
熱後水冷しても硼化層に亀裂は生じてはいなかった。又
Ｃｕ−０ｒ−Ｚｒ合金の硬度はＨＶ　１３５ｋｇ／ａｍ
２トナッテｌ／’　タ。

次にこれら試料の電極の寿命を調べるため、連続スポッ
ト溶接試験を実施した。

スポット溶接試験は定置式の定格容量２ＳＫＶＡの溶接
機を用い、溶接電流９５００Ａ、加圧力２５０ｋｇ。

溶接時間１０サイクル　２層打点／分で、被溶接材とし
て板厚１．Ｏｖ＋＋で溶融亜鉛メツキ鋼板（両面メツキ
、目付量４５ｇ／諺２−片面）に行った。電極寿命はナ
ゲツト径がａ「丁（ｔ　：板厚）以下になった最初の打
点数を電極寿命とした。テストピースは　１００打点ご
とに調べた。比較例としてＧｕ−０，８ｗｔ％Ｃｒ、Ｃ
ｕ−２ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３を示す。

［発明の効果１ このように本発明の二層被覆銅基材料は１酎亜鉛性は勿
論のこと、耐摩耗性、密着強度に優れた材料であるため
特に亜鉛メツキ鋼板に対して優れた材料であるばかりか
、本来固有抵抗が低く、融点が高いものであるのでなど
材料としての応用も可能でありその実用的価値は多大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明材料の微細層状構造の一部を示す断面
顕微鏡写真である。 手続ネ由正Ｉ寸（方式） 昭和６３年３月目　口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）中間層としてＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎ
   ｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ及びＺｒから選ばれた少なくと
   も１以上の金属層を介して上記少なくとも１つ以上の金
   属の硼化物層を表面に形成してなる２層被覆を有するこ
   とを特徴とするＣｕ基材料。
2. （２）金属層がＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒのいずれかからなり、
   かつ硼化物理が硼化コバルト、硼化ニッケル、硼化クロ
   ムのいずれかからなる特許請求の範囲第１項記載のＣｕ
   基材料。
3. （３）中間層の金属と硼化物形成金属とが共通のもので
   ある特許請求の範囲第１項又は第２項記載の材料。
4. （４）金属層と硼化物層とは、微細な断面形態として互
   いに鋭く入り組んだ境界層を形成してなる特許請求の範
   囲第１項〜第３項いずれか１つに記載の材料。
5. （５）硼化物理の厚さが１〜１００μｍである特許請求
   の範囲第１項〜第４項いずれか１つに記載の材料。
6. （６）中間金属層の厚さが５〜２００μｍである特許請
   求の範囲第１項〜第５項いずれか１つに記載の材料。