JPH01263203A

JPH01263203A - 抵抗溶接用電極材料及びその製造方法

Info

Publication number: JPH01263203A
Application number: JP9066488A
Authority: JP
Inventors: Koji Nagata; 公二永田; Masaki Kumagai; 正樹熊谷
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1988-04-13
Publication date: 1989-10-19

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】（技術分野）本発明は、抵抗溶接用電極材料及びその製造方法に係り
、特に、アルミナ分散強化銅材料に銅が被覆されてなる
電極材料であり、耐熱性、耐溶着性に優れ、先端割れが
発生し難く、打点寿命の長い抵抗溶接用電極材料とその
製造方法に関するものである。

（背景技術）従来から、自動車や家庭電気製品等の組立ラインにおい
ては、スポット溶接法が多用されている。

これらの組立ラインは、最近、高度に自動化、高速化さ
れ、組み立てられる材料としても、Ｚｎめっき鋼板等の
表面処理を施された材料が用いられるようになったため
、スポット溶接に使用される電極の材料として、アルミ
ナ分散強化銅が用いられるようになったのである。すな
わち、このアルミナ分散強化銅材料は、銅のマトリック
ス中にアルミナ（、’Ｍ！２０３）粒子が微細に分散し
た構造を有しており、かかる材料を用いた電極は、耐熱
性に優れ、高導電性を有し、更に、Ｚｎめっき鋼板を打
点・溶接した際にも溶着しにくいという利点を有してい
るのである。

しかしながら、このようなアルミナ分散強化銅からなる
電極は、溶接時の打点中に、その先端部に割れが発生し
易く、このため、被溶接材に割れ模様が転写されて、被
溶接材の外観が１員なわれてしまう問題があった。尤も
、このような割れが発生した電極を用いても、打点・溶
接作業を行なうことは可能であるが、割れ模様を嫌って
外観を良好にするためには、電極の先端部を再研削して
、割れ深さ量だけ研削する必要があるのである。このた
め、工数が増えるのみならず、電極そのものの寿命が短
くなってしまうために、耐割れ性及び打点寿命にも優れ
たアルミナ分散強化銅材料が望まれていたのである。

そして、このような電極材料を得るために、例えば、特
開昭６０−１４１８０２号公報には、アトマイズ法で作
られた、銅マトリックスにアルミニウムを固溶させた粉
末の粒度構成を３００μｍ以下で且つ５０μｍ以下の粉
末が７０重量％以上となるように調整した合金粉末を用
いて、形成されたアルミナ分散強化銅からなる電極材料
が示されているが、そこでは、アルミナ粒子が材料の半
径方向に均一に分散されており、そのため打点時に生じ
た割れが外周部まで進展して、破損する恐れがあったの
であり、一方、特開昭６１−２３５５２５号公報には、
アルミナ粒子分散物の濃度を半径方向周面部よりも中心
部に亘り増加させてなる電極材料が示されているが、か
かる電極材料にあっても、外周部にアルミナ粒子が存在
し、しかも電極は、中央部をＲ型とかＣ型とかの形状に
先端が細く機械加工されて、アルミナ粒子の濃度の高い
部分が無拘束となるため、割れの進展は避けられ得ない
のであり、また、成形時の粉末の調整に面倒な操作を講
じなければならないのである。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景として為さ
れたものであって、その解決すべき課題とするところは
、良好な耐熱性及び耐溶着性を有しつつ、先端割れが改
善された、打点寿命の長い抵抗溶接用電極材料と、その
ような材料を、面倒な或いは複雑な処理工数をかけるこ
となく、製造するこ七のできる方法を提供するものであ
る。

（解決手段）そして、本発明者らは、上記の如き課題を解決するため
に鋭意研究を重ねた結果、抵抗溶接に関与しているのは
電極の中央部であることに注目し、本発明を完成するに
至ったのであり、その要旨とするところは、アルミナ粒
子を含有するアルミナ分散強化銅合金材料の外周部を、
内径／外径の比が０６５０〜０，９４となる無酸素銅か
らなる外皮で被覆してなることを特徴とする抵抗溶接用
電極材料にある。

また、かかる抵抗溶接用電極材料は、アルミニウムをＯ
６０バ〜０，７重量％含有し、残部が銅及び不可避的不
純物からなる粉末を内部酸化し、得られたアルミナ分散
強化銅合金粉末を、無酸素銅がらなり、内径／外径の比
が０．５０〜０．９４である円筒状容器に充填し、次い
で真空引き後密封し、更に７００〜９５０℃に加熱した
後、押出比が３０〜１５０で熱間押出しする手法によっ
て、有利に製造されることとなる。

（具体的構成）ところで、このような本発明に従う抵抗溶接用電極材料
を製造するには、先ず、重量で０．０５〜０．７％のＡ
Ｉ！、を含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる
粉末合金が用意されることとなる。

かかる粉末中のＡ１は、後述の内部酸化処理により、ア
ルミナに変化せしめられるものである。また、このよう
な粉末は、一般に、所定量のＡｌを含有するＣｕ−Ａ１
合金から、ガスや水等の噴霧媒体を用いる所謂アトマイ
ズ法や機械的に粉砕する方法等の公知の粉末化手法に従
って、調製されることとなる。そして、かかる粉末の粒
径は細かイ方カ良り、１４９μｍ以下のふるいで、ふる
い分けしたものを用いることが望ましい。なお、かかる
粉末中のＡｌの含有量が０．０５重量％に満たないと、
電極としての耐熱性、耐摩耗性が低下し、延いてはその
寿命が低下してしまい、また０、　７重量％を越えると
、熱間加工性が低下し、押出加工時に微小な割れが電極
材料に発生して、電極の導電性が低下してしまうのであ
る。

次いで、このような粉末に、通常の内部酸化処理が施さ
れることとなるが、この内部酸化処理に先立って、通常
、かかる粉末の少なくとも一部に対して、予備酸化処理
が施されることになる。この予備酸化処理は、酸化性雰
囲気中、一般に空気中において、加熱処理することによ
り実施され、これによって、それら粉末中のＡｌ成分を
Ａ　Ｉ　Ｚ　Ｏ：ｌと為し得る酸素を、酸化物、特にＣ
ｕｚ○、ＣｕＯの如きＣｕ酸化物として含む粉末が形成
されるのである。

そして、このようにして得られた粉末に対して内部酸化
処理が施されるが、かかる処理は、そのような粉末を、
熱間押出用ビレットと為すための後述の無酸素銅からな
る円筒状容器内に充填する工程に先立って、或いはその
充填後において、実施することが可能である。

かかる内部酸化処理は、前記予備酸化処理よりも更に高
温に加熱せしめることにより、粉末中のＡｌ成分を、粉
末内部に拡散した酸素により選択的に酸化せしめて、か
かるＡｌ成分をＡ　１　ｚ　Ｏ３と為し、銅マトリツク
ス中にアルミナ粒子が微細に分散されてなる分散強化銅
合金粉末とするものである。また、容器封入前に内部酸
化処理を施す場合には、−ｆＧに、Ａｒ、Ｎｚガス等の
不活性なガスからなる雰囲気中において実施される。

そして、その後、必要に応して、過剰のＣｕ酸化物を還
元するために、還元性雰囲気、例えば水素雰囲気中にお
いて、５００〜９５０　’Ｃ程度の温度に加熱すること
からなる還元処理が施されることとなる。

因みに、かかる内部酸化処理は、具体的には、例えば、
約３００℃の空気中で約１時間酸化処理した後、Ｎ２ガ
ス中で８００℃Ｘ　１時間の処理により内部酸化させ、
続いて７００℃×３０分間、Ｎ２ガス中で還元処理する
等の条件下で実施されることとなる。

このような内部酸化処理により得られたアルミナ分散強
化銅を用いた電極材料は、優れた耐熱性と導電性を有し
、Ｚｎめっき鋼板のスボッＨｇ接の際にも、溶着しにく
いという特徴を有しているのである。なお、このアルミ
ナ粒子は、その粒径が０．１μｍ以上になると耐熱性に
寄与しなくなり、細かくされることが好ましく、０．０
３μｍ以下とされることが望ましい。また、アルミナ粒
子の含有量が、面積分布で０．０３％以下では、耐熱性
が不十分となり、電極材料として不適当なものとなり、
また０、４４％以上では熱間加工性が悪くなってしまう
のであり、特に０．０６〜０．４１％程度とされること
が望ましい。

そして、かくして得られたアルミナ分散強化銅合金粉末
が、無酸素銅からなる所定の円筒状容器内に均一に充填
せしめられ、かかる容器を真空引きして、脱気操作を施
すことにより、内部の気体が排除され、その後、同じく
無酸素銅からなる蓋部材にて覆蓋、密封せしめられるこ
とによ゛す、熱間押出用ビレットが形成されることとな
る。

ところで、かかる無酸素銅製の円筒状容器としては、そ
の内径／外径の比が０．５０〜０．９４となるものが採
用される。なお、かかる容器の内径／外径の比が０．５
０未満となると、熱間押出時に欠陥（カッピング）が生
じ易く、また０５９４を越えると、押出中に外皮が破れ
る可能性があるのである。

そして、このようにして得られたビレットを、熱間押出
しにより加工するのであるが、かかる押出加工に先立っ
て、かかるビレッ１−が７００〜９５０℃に加熱される
こととなる。この加熱温度が７００℃未満では、押出操
作時の変形抵抗が大きくなって、押出が困難となるので
あり、９５０℃を越えるとアルミナ粒子の粗大化が生じ
、電極の耐熱性が低下してしまうのである。

次いで、かかるビレットから、目的とする製品形態を得
るべく、３０〜１５０の押出比を以て、所定の熱間押出
加工、例えば直接若しくは間接方式の熱間押出が実施さ
れるのである。このようにして、分散強化銅材料からな
る中心部と、前記容器材料の無酸素銅よりなる外皮とか
ら構成された、一体向な複合押出物が形成されることと
なるが、かかる熱間押出の押出比が大きくされることに
よって、粉末同士の密着性が向上され、そして溶接打点
時に生じる電極の割れが効果的に低減せしめられるので
ある。なお、この押出比が３０未満では電極として打点
した時の先端割れが生じ易く、１５０を越えると押出時
の変形抵抗が大きくなり押出が困難となるのであり、好
ましくは４０〜１１０の範囲内に設定される。

その後、このような熱間押出加工の後に、必要に応じて
、冷間加工、抽伸加工等が施されて、目的とする抵抗溶
接用電極材料に仕上げられることとなるのである。

かくして得られた抵抗溶接用電極材料は、アルミナ粒子
を含有するアルミナ分散強化銅合金材料の外周部を、内
径／外径の比が０．５０〜０．９４となる無酸素銅から
なる外皮で被覆してなるものであって、このような電極
材料を用いることによって、耐熱性、耐溶着性が向上さ
れ、また先端割れの発生が抑制され、打点寿命の改善が
図られ得ることとなったのである。

（実施例）以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって、何等の制約をも受けるもの
でないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良等を加え得るものであることが、理解されるべき
である。

先ず、下記第１表に示される各種のへ！含有量のＣｕ−
Ａｎ合金粉末の、１４９μｒｎふるい下粉末を用意した
。これらの粉末に対して、大気中にて３００℃の温度で
１時間撹拌することにより酸化処理を施し、次いでＮ２
ガス中にて８００℃×１時間の条件で内部酸化処理を施
した。その後、１１□ガス中で還元処理を施して、銅マ
トリツクス中にＡ２２０３粒子が分散した、各種のアル
ミナ分散強化銅粉末を得た。

これらのアルミナ分散強化銅粉末を、第１表に示される
内径／外径の比の無酸素銅製（純度：９９．９％以上）
の円筒状蓋付き缶にそれぞれ封入して、脱気操作を施し
、密封して、各種のビレントを得た。その後、これらビ
レットを、第１表に示される各種の温度に加熱して、異
なる押出比で熱間押出操作を行ない、２５ｍｍφの棒材
と成し、続いて冷間加工を行ない１６ｍｍφの棒材とし
た。

そして、この棒材を冷間鍛造及び切削で加工して、先端
が６１１ＩＩＩｌφとされた電極（Ｎｏ、１〜１３）を
製造し、試験に供した。

なお、下記第１表に示されるＮｏ、　１５の電極は、Ｃ
ｕ　　１，２ｗｔ％Ｃｒ　　Ｏ，０８ｗｔ％Ｚｒ合金を
鋳造して、９７０℃で熱間押出加工をした後、４０ｍｍ
φから１６ｍｍφの棒材に冷間抽伸し、４７５　’ＣＸ
３時間の焼戻しを行なって得られた材料を加工すること
により得たものである。

そして、これらの電極を用いて、溶接試験を行なった。

なお、被溶接材としては、厚さ：０．８ｍｍの軟鋼板と
厚さ：　０．７　ｍｍのＺｎめっき鋼板を用い、それら
の鋼板に対して、電流：１０５００Ａ、加圧、１２００
ｋｇｒの条件で、それぞれ２０点づつ交互に打点して、
スポット溶接を繰り返した。そして、割れ開始までの打
点数（被溶接材の圧こんに割れ模様が観察されるまでの
打点数）および寿命（ナゲツト径が被溶接材板厚の平方
根の４倍以下となった打点数）を測定し、その結果を第
１表に示した。

なお、Ｎｏ、　ｌ　４の電極は、熱間押出の際に、銅製
容器が破断してしまい、溶接試験を行なうことができな
かった。

かかる第１表から明らかなように、Ａ１含有量の少ない
Ｎｏ、　８の電極は、割れは認められなかったが、打点
寿命が３２０打点と少なく、またＡ２含有量の多いＮｏ
、　９の電極は、１２０打点で早くも割れが認められた
のである。そして、低い押出比で押出加工されたＮｏ、
　１０の電極は、割れ開始打点が８０打点と非常に早く
、アルミナ粒子が大きく生長し、且つ押出比も低いＮｏ
、１１の電極も、割れ開始打点が５０打点と、より早く
なっており、電極として不適当なものであった。また、
高い押出温度の条件下で押出加工されたＮｏ、　１２の
電極は、割れの発生が早く、寿命も短いものであった。

更に、外周部に被覆された無酸素銅からなる外皮の内径
／外径の比が小さいＮｏ、　１３の電極にあっては、割
れの発生はなかったものの、打点寿命が２５０打点と短
くなってしまい、一方、内径／外径の比が大きいＮｏ、
１４の電極にあっては、押出加工の際に、外皮が破断し
てしまったのである。

これに対して、本発明に従うＮｏ、　１〜７ＯＮ、　Ｉ
Ｍは、割れ開始の打点数が多く、従来品のドレッシング
（再研磨）打点数、例えば２００打点を、何れも越える
ものであり、更に打点寿命も長くされており、クロム銅
合金からなるＮ０１５の電極よりも長い寿命を有するも
のとされているのである。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明に従う抵抗）容
接用電極材料は、良好な耐熱性、耐溶着性を備えている
と共に、打点時に生じる先端割れが発生し難く、打点寿
命も良好に長くされているのであり、また、本発明に従
う製造方法によれば、そのような電極材料を、面倒で複
雑な処理工数をかけることなく、良好に製造することが
できるのである。

出願人　　住友軽金属工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミナ粒子を含有するアルミナ分散強化銅合金
材料の外周部を、内径／外径の比が０．５０〜０．９４
となる無酸素銅からなる外皮で被覆してなることを特徴
とする抵抗溶接用電極材料。
（２）アルミニウムを０．０５〜０．７重量％含有し、
残部が銅及び不可避的不純物からなる粉末を内部酸化し
、得られたアルミナ分散強化銅合金粉末を、無酸素銅か
らなり、内径／外径の比が０．５０〜０．９４である円
筒状容器に充填し、次いで真空引き後密封し、更に７０
０〜９５０℃に加熱した後、押出比が３０〜１５０で熱
間押出しすることを特徴とする抵抗溶接用電極材料の製
造方法。