JPH0375321A - 酸化物分散強化銅合金の製造方法 - 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、耐熱強度と導電率に優れ、たとえば抵抗溶接
用電極材、セラミック基盤半導体用の縫旦、リードフレ
ーム材および銅連鋳用鋳型材などに用いられる酸化物分
散強化銅合金の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、酸化物分散強化銅合金の製造方法としては、以下
に述べる粉末の内部酸化法、メカニカルアロイング法な
どが知られている。

■粉末の内部酸化法 Ｃｕ−Ａｌ合金のアトマイズ粉末とＣｕ２０粉末とを混
合した後、または、Ｃｕ−Ａｌ１合金のアトマイズ粉末
自身を表面酸化した後、粉末を銅製の缶に密封して高温
に加熱することによりし粉末の内部酸化を行い、その後
、残存するＣｕ、０分を還元するために内部酸化された
粉末を水素気流中で加熱し、次いで、粉末を再び鋼管中
に充填して熱間押出しすることによって成形する方法で
ある。

■メカニカルアロイング法 アトマイズした銅粉末とサブミクロン以下のＡｆｔ２０
ｓ粉末とを高エネルギーボールミル中で長時間攪拌し、
銅粉末とＡｌ２０３粉末を機械的合金化処理した後、通
常の粉末冶金的手法で成形する方法である。

しかし、これらの方法は工程数が多く、製造に時間がか
かり、生産性が悪いため、安価な製造法とはいいがたい
、また、これらの方法により製造した酸化物分散強化銅
合金は耐熱強度、導電率に優れているとはいえない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は耐熱強度に優れ、導電率の良好な酸化物分散強
化銅合金を、従来の方法に比べて生産性良く、安価に製
造することが可能な酸化物分散強化銅合金の製造方法を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の酸化物分散強化銅合金の製造方法は、重量で、
０．０１〜２．０％のＡｌを含有する粒径ｄ１（ただし
、ｄ、≦０゜５■）、質量ＷｌのＣｕ−Ａｌ合金粉末と
、粒径ｄｚ　　（ただし、ｄ２≦ｄ１）、質量Ｗ２（た
だし、Ｗｌ≧Ｗ２　）で、［ｗｔ％Ｏ］　＝０．８９ｘ
　［ｗｔ％Ａｕｌｘｗ＋／Ｗ２％以下の酸素を含有する
Ｃｕ−０合金粉末を混合後圧縮成型して成型体を作製す
る工程と：該成型体を７００〜１０５０℃の不活性雰囲
気中で加熱することにより、Ｃｕ−０合金粉末中の酸素
をＣｕ−Ａｌ１合金粉末中に拡散させＣｕ−Ａｌ１合金
粉末中のＡｌを優先的にＡｌ２２０ｓに内部酸化させる
とともに、混合した粉末を焼結させ内部酸化焼結体を作
製する工程と； この内部酸化焼結体を熱間加工することにより、生成し
たＡＩＬｚＯｓをマトリックス中に均一分散させる工程
と； を少なくとも有することを特徴とする。

［作用］ Ｃｕ−Ａｌ合金粉末とＣｕ−０合金粉末とを接触させて
高温に加熱すると、Ｃｕ−Ａｌ１合金粉末中のへ２原子
は、Ｃｕ−０合金粉末へ拡散していく、同様に：Ｃｕ−
０合金粉末中の０原子は、Ｃｕ−Ａｌ合金へ拡散し、２
　Ａ　ｆｔ　＋　３　／　２０２−Ａｉｚ　Ｏｓの反応
がおこりＡ文が優先的に酸化される。一方、Ｃｕ中での
拡散速度は、０がＡｉより大きいので反応の進行にとも
なって、（Ｃｕ−Ａｊり　−”　（Ｃｕ−Ａｌ２　Ｃ）
３　）　、また接触界面近傍を除いて（Ｃｕ−０）＝（
Ｃｕ）へと変化する。この状態において、目的とする耐
熱性を有するのは、Ｃｕ−Ａｊｌ！ｚｏｓの部分である
。

したがって、この焼結材に耐熱性を与えるにはマトリッ
クス中へＡＪＩ！２０３粒子を均一分散させることが必
要となる。そのために、内部酸化処理後の熱間加工また
は熱間加工／冷間加工が必要である。

以上の検討に基づいて決定した本発明における成分範囲
、粉末の粒子径、熱処理温度等について以下に述べる。

（化学成分） Ａｉ：Ａｎの含有率を重量で０．０１〜２，０％とした
のは、０．０１％未満では、内部酸化しても生成するＡ
ｌ２０３の量が少ないため十分な分散強化作用が得られ
ず目的とする耐熱性が達成できないからであり、２．０
％を越えて含有されると所定の酸素を含有するＣ　ｕ、
　−０合金粉末と混合加熱しても、完全に内部酸化する
ことが難しく、Ｃｕ−Ａｆｌ粉末中にＡＪＺ２０ｓの存
在しない領域ができるため十分な耐熱性が達成できず残
存するＡｊ２によって導電率が低下する。したがって、
Ａｌの含有率は、０．０１〜２．０％でなければならな
い。

０：Ｏの含有率は、Ｃｕ−Ａｌ２合金粉末中のＡｎの含
有率によって決定される。すなわち、質量Ｗ、でＡＩＬ
の含有率が［ｗｔ％ＡＩＬｌのＣｕ−，１合金粉末中の
ＡＩＬをすべてＡＩＬｚＯ３に変えるのに必要な質量Ｗ
２のＣｕ−０合金粉末中の０含有率は、［ｗｔ％Ｏコ＝
０．８９Ｘ　［ｗｔ％Ａ　ＩＬ　］　Ｘ　ｗ　Ｈ／　ｗ
　２で表される。この値を越えてＯが含有されると内部
酸化後ＣｕなＯが合金粉末中に残存し水素脆性の原因と
なる。したがって０の含有率は、０．８９Ｘ　［ｗｔ％
Ａｌ］　ｘｗ、７ｗ２％以下でなければならない。

（粒子径） Ｃｕ−Ａｌ１合金粉末の粒径は０．５ｍｍ以下とする。

内部酸化に要する時間は特にＣｕ−Ａ４２合金粉末の粒
径に影響されること、さらに、その粒径が０．５ｍｍを
境として０．５ｍｍを超えると内部酸化に要する時間が
大きく増大し始めることが解明されたためＣｕ−Ａｌ１
合金粉末の粒径は０．５ｍｍ以下とするものである。な
お、粒径が小さすぎると粉末の歩留りが低下するため、
０．０１〜０．５ｍｍとすることが好ましい。

Ｃｕ−０合金粉末の粒径はＣｕ−Ａｌ１合金粉末の粒径
以下（すなわち、ｄ２≦ｄＩ）とする。

ｄｉ＞ｄ＋の場合には耐熱性が劣ることが解明したため
である。これはＣｕ−０合金粉末は内部酸化後Ｃｕとな
ることと関係しているのではないかと推測される。

（混合・圧縮成型） 本発明では上記Ｃｕ−Ａｌ１合金粉末とＣｕ−０合金粉
末とを混合後圧縮戒型する。混合・圧綿成形の手段・条
件については特に限定されない。

（熱処理） 本発明では、成型体を加熱する。この加熱により成型体
を内部酸化させ、また、焼結させる。

内部酸化は、Ｃｕ中でＡｌ原子とＯ原子とが拡散して結
合する現象である。加熱温度が高いほどＣｕ中での各原
子の拡散速度が大きくなり、反応に要する時間は短くな
る。しかし、前述した粒径と質量を有するＣｕ−Ａｌ１
合金粉末、Ｃｕ−０合金粉末の混合・圧縮成形体につい
ては、加熱温度がある温度を越えると内部酸化により生
成する酸化物が凝集粗大化し、耐熱性が低下してくるこ
とがわかった。すなわち、内部酸化の熱処理には、耐熱
性を向上させる上での適正な温度範囲が存在することが
わかった。加熱温度が７００℃より低いと反応に時間を
要しコストアップの一因となるため７００℃以上でなけ
ればならない。一方、加熱温度が１０５０℃を越えると
、ＡＩＬ２０ｓ粒子の凝集粗大化が発生し、耐熱強度を
劣化させるため１０５０℃以下でなければならない。し
たがって、加熱温度は７００〜１０５０℃とする。

この熱処理により、内部酸化とともに焼結も進行する。

加熱温度が７００℃より低いと焼結が十分進行しないた
め焼結体内部にｐｏｒｅが残り熱間加工後の強度上昇が
十分でない、したがって加熱温度は７００℃以上でなけ
ればならない。また、１０５０℃より高い温度で加熱し
ても焼結の効果は飽和するため加熱温度の上限は１０５
０℃とする。

この熱処理は不活性雰囲気において、すなわち、たとえ
ば真空中、Ｎ２Ａｒ等の不活性ガス中において行う、こ
れは、活性雰囲気中で熱処理を行うとＣｕが酸化されて
Ｃｕ、Ｏを生成し、その結果水素脆性をもたらしてしま
うからである。

（熱間加工） 本発明では、上記熱処理後に熱間加工を行う。

熱間加工は、たとえば、熱間押出し、熱間圧延、熱間鍛
造その他の方法を用いれば良く、加工温度は７００〜１
０００℃が好ましい、７００℃未満では加工に要するエ
ネルギーが大きく加工率を大きくとれないため７００℃
以上でなければならない。１０００℃を超えると材料の
変形抵抗は小さくなるが、加熱に要するコストが大きく
なるためｔｏｏｏ℃以下でなければならない、なお、そ
の加工率によって材料の機械的性質を調整することがで
きるが、３０％以上が好ましい。

（冷間加工） 冷間加工は、たとえば、冷間圧延、スウエージングなど
の方法を用いれば良く、その加工率によって材料の機械
的性質を調整することができるが、１０％以上が好まし
い。

Ｃ実施例］ 以下に本発明を実施例により詳細に説明する。

（実施例１） 第１表に示す四種類ずつのＣｕ−ＡＩＬ合金、（Ａ２−
Ａ４）およびＣｕ−０合金１（０１〜０４）を窒素ガス
を流しながら高周波溶解炉で溶解した０次に、溶湯を窒
素ガスでアトマイズし粉末を作製した０作製粉末を粒径
０．１ｍｍ以下となるようにふるいわけした。ふるいわ
け粉末からＡｌＮＡ４を２０ｋｇ％０ＩＮＯ４を１ｏｋ
ｇｆ’Ｆ量し、Ａｌ１０１、Ａ　２１０２、Ａ　３１０
３、Ａ　４１０４の組み合わせで、Ｖ型混合機を用いて
混合した。混合粉末は、一端を閉じた外径１５０ｍｍ内
径１３０ｍｍの鋼管に挿入し、プレスで圧縮した後、真
空封入した。その後、それぞれの封入管を９００℃で２
４時間加熱し、８００℃で直径１５ｍｍまで押し出した
。

押出し材について、室温での引張り強さ、導電率および
水素気流中９００℃で２４時間加熱後の引張り強さ（耐
熱強度）を調査した。その結果を第２表に示す。

比較材（Ａ　４７０４の組合わせ）は、内部酸化が完全
に終了せず加熱後も残存するＣｕ、Ｏによって水素脆性
を示すのに対して、本発明例の酸化物分散強化銅合金（
Ａｌ１０１、Ａ２１０２、Ａ３１０３の組合わせ）は、
優れた耐熱性と導電率を有する。

（実施例２） 実施例１で作製した混合粉末にＣＩＰｆｉ埋を行って圧
縮成型した。この成型体を直径１４０ｍｍ長さ、２００
ｍｍに機械加工し、Ａｒガス気流中で９００℃で２４時
間加熱し内部酸化した。

内部酸化材を９００℃で厚さ８０ｍｍに熱間鍛造した。

熱間鍛造終了後、８００℃で厚さ６ｍｍに熱間圧延を行
った。酸洗、きす取り後冷間圧延により厚さ３．５ｍｍ
とした。この冷間圧延材について、室温での引張り強さ
、導電率および水素気流中における９００″ＣＸ２４時
間加熱後の引張り強さを調査した。その結果を第３表に
示す。

比較材（Ａ　４１０４の組合わせ）は、内部酸化が完全
に終了せず加熱後も残存するＣｕ２Ｏによって水素脆性
を示すのに対して、本発明の酸化物分散強化鋼合金（Ａ
ｔ１０ｆ、Ａ　２１０２、Ａ３１０３の組合わせ）は、
優れた耐熱性と導電率を有している。

また、熱間圧延に加えざらに冷間圧延した場合には、熱
間圧延のみの場合よりもさら辷−層耐熱性、導電率が向
上することもわかる。

（実施例３） 本実施例においては、合金粉末の粒径を変化させた。

用いた合金成分は、実施例１におけるＡｌ１０１である
１合金粉末の粒径以外は実施例２と同様とした。

その結果を’Ｍ４表に示す。

粒径ｄｌが０．５ｍｍより大きいとき、ｄ。

≦ｄ２のときには十分な耐熱性と導電率が得られないこ
とがわかる。

（実施例４） 本実施例（おいては、熱処理条件を変化させた。

用いた合金成分は、実施例１におけるＡｌ１０１である
。熱処理条件以外外は実施例２と同様とした。

その結果を第４表に示す。

熱処理温度が７００℃より低いとき、熱処理を不活性雰
囲気で行われないときには十分な耐熱性と導電率が得ら
れない。

［発明の効果］ 本発明の酸化物分散強化銅合金の製造法を採用すること
によって、耐熱強度に優れ、導電率の良い酸化物分散強
化銅合金を従来の方法に比べて生産性良く、安価に製造
することが可能となる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量で、０．０１〜２．０％のＡｌを含有する粒
   径ｄ＿１（ただし、ｄ＿１≦０．５ｍｍ）、質量ｗ＿１
   のＣｕ−Ａｌ合金粉末と、粒径ｄ＿２（ただし、ｄ＿２
   ≦ｄ＿１）、質量ｗ＿２（ただし、ｗ＿１≧ｗ＿２）で
   、［ｗｔ％Ｏ］＝１０．８９×［ｗｔ％Ａｌ］×ｗ＿１
   ／ｗ＿２％以下の酸素を含有するＣｕ−Ｏ合金粉末を混
   合後圧縮成型して成型体を作製する工程と； 該成型体を７００〜１０５０℃の不活性雰囲気中で加熱
   することにより、Ｃｕ−Ｏ合金粉末中の酸素をＣｕ−Ａ
   ｌ合金粉末中に拡散させＣｕ−Ａｌ合金粉末中のＡｌを
   優先的にＡｌ＿２Ｏ＿３に内部酸化させるとともに、混
   合した粉末を焼結させ内部酸化焼結体を作製する工程と
   ； この内部酸化焼結体を熱間加工することにより、生成し
   たＡｌ＿２Ｏ＿３をマトリックス中に均一分散させる工
   程と； を少なくとも有することを特徴とする酸化物分散強化銅
   合金の製造方法。
2. （２）熱間加工後冷間加工を施して生成したＡｌ＿２Ｏ
   ＿３をマトリックス中に均一分散させることを特徴とす
   る請求項１記載の酸化物分散強化銅合金の製造方法。