JPH04124235A - 黒鉛含有銅又は銅合金の製造方法 - Google Patents

黒鉛含有銅又は銅合金の製造方法

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JPH04124235A
JPH04124235A JP24485690A JP24485690A JPH04124235A JP H04124235 A JPH04124235 A JP H04124235A JP 24485690 A JP24485690 A JP 24485690A JP 24485690 A JP24485690 A JP 24485690A JP H04124235 A JPH04124235 A JP H04124235A
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graphite
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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〕 この発明は、高温の銅又は銅合金溶湯に炭素を溶解させ
、冷却凝固に際し黒鉛を析出分散させた銅又は銅合金の
製造方法に関するもので、材質の導電性を損なうことな
く高温強度、潤滑性を向上させ耐摩耗性部材や抵抗溶接
用電極として使用しようとするものである。
〔従来の技術〕
これまて耐摩耗性に優れた材料どして自己潤滑性を有す
る黒鉛粉を銅または銅合金粉末に添加焼結した黒鉛分散
焼結合金が使用されている。また、銅又は銅合金溶湯に
黒鉛粉末を機械的攪拌により、またはアルゴン・窒素ガ
スなとの不活性ガスを搬送ガスとして吹き込んで添加し
、鋳造して黒鉛粉末か分散した銅合金を製造する方法か
知られている(特公昭60−53732号、特開昭57
−120643.55−1.34,143.55−24
950号公報参照)。
〔発明か解決しようとする課題〕
しかるに銅又は銅合金粉末に黒鉛粉末を添加して焼結し
たものは引張強度か低く耐摩耗性に劣る欠点かある。
また銅または銅合金溶湯中に黒鉛粉を加えて分散させる
方法は、両者の比重差による分離か生じることとぬれ性
の悪さから容易ではなく、従って黒鉛粒子表面に銅又は
ニッケル被覆を施したり、Ti、Zr、Si等を溶湯に
添加する等の方策か講じられている。しかるに前者の場
合、黒鉛添加のための前処理に手間取り、また後者の場
合Ti。
Zr、Si等の溶湯への添加は導電性を著しく劣化させ
るという問題かあった。
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので
、通常の銅又は銅合金の溶解温度(I、100〜1.2
00℃)では無視できる程度に微少な炭素の溶解度が、
2,000℃以上の溶解温度ではかなりの炭素の溶解度
かあることに鑑み、この2.000℃以上の溶解温度で
銅又は銅合金に炭素を溶解し、これを鋳造して導電性に
優れた黒鉛含有銅又は銅合金材質を容易に得るようにし
た黒鉛含有銅または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〕
この発明に係る黒鉛含有銅または銅合金の製造方法は、
銅または銅合金材料もしくは炭素による還元で金属とな
る銅合金構成元素の金属酸化物と黒鉛粉を混合した溶解
材料を、2.0000以上の高温で溶解して銅または銅
合金に炭素を溶解させ、鋳造後金属組織中に黒鉛を析出
させた銅または銅合金材料を得るものである。
またこの発明に係る黒鉛含有銅または銅合金の製造方法
は、上記高温溶解の手段として、熱プラズマ、を子ビー
ム、レーザビーム等の超高温熱源ではなく、複数の電極
の各々に多相交流電源の各相電圧を印加して各電極間に
複数のアーク放電を発生させるとともに、非移行性プラ
ズマアークを電極先端部より噴射させ、該アークにより
溶解材料を高温に溶解させる装置(多相多電極交流アー
ク発生装置)を使用することを特徴とするものである。
またこの発明は、電極に黒鉛棒を使用し、その酸化によ
って生じたCOガスかアーク気圏を形成し、高温に加熱
されることにより一部プラズマ状態となり、極めて還元
性に富むアークを生じて銅または銅合金材料の溶解金属
の酸化を防ぐ、あるいは酸化銅または銅合金構成元素の
金属酸化物の溶解材料を還元するようにしたものである
〔作用〕
この発明においては、銅または銅合金材料もしくは炭素
による還元で金属となる銅合金構成元素の金属酸化物と
黒鉛粉とを混合した溶解材料を、2.000°以上の高
温で溶解して銅または銅合金に炭素を溶解させ、鋳造後
金属組織中に黒鉛を析出させた銅または銅合金材料を得
るようにしたのて、銅または銅合金金属組織中に黒鉛粉
か析出分散した黒鉛分散銅または銅合金を容易に得るこ
とができる。
また、この発明においては、多相多電極アーク発生装置
を用いて上記2,000°以上の高温状態への加熱、溶
解を行うようにしたので、黒鉛か析出分散した黒鉛分散
銅または銅合金を極めて容易に得ることができる。
また、この発明においては、一般の熱プラズマ発生装置
のようにプラズマ形成ガスとしてのアルゴン、水素等の
使用消費はなく、大気中で操業できるという大きい利点
がある。さらに電極径を太くするとともに、負荷電流を
増大させることや多数電極の集束する中央に1本のニュ
ートラル電極を設けること等により、超高温発生手段を
講じることかでき、容易に2,000℃以上の高温に溶
解することができる。また、溶解容量に応じたアーク発
生装置数、構成電極数、電極径、電力水準を選ぶことに
よって容易にこの溶解容量の変化に対応することができ
る。
ところて、純銅中への炭素の溶解度は、文献によれば1
,100℃で0.0001%(重量)、1.500℃で
0.0005%(重量)、1,700℃で0.003%
(重量)とその値は極めて微小ではあるが、温度の上昇
とともに顕著に増加している。これ以上の温度における
測定値は知り得ないか、外挿による推定値では、2,0
00℃で0.1%(重量)=0.4%(容量)、2.1
00℃で0.25%(重量)=0.99%(容量)2.
200℃て0.7%(重量)=2゜72%(容量)であ
る。これらは、一応の推定値ではあるが、純鋼材料と黒
鉛粉の混合物の2,100℃ての溶解実験で得られた試
料では、炭素0.2%(重量)=0.79%(容量)の
分析値か、2,210℃での溶解実験て得られた試料で
は、炭素0゜52%(重量)=2.03%(容量)の分
析値が得られたので著しい差異はないと考えられる。
本発明の製造方法によって得られる黒鉛含有銅および銅
合金は、単に黒鉛を機械的に添加混入させた従来の方法
に比べて冶金学的金属組織の構成要素として均一微細に
析出分散し、使用時の脱落等のおそれがなく、したかっ
て電気的特性を格別損なうことなく、機械的特性を大き
く向上させることができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
この発明に係る黒鉛含有鋼または銅合金の製造方法は、
銅または銅合金材料もしくは炭素による還元で金属とな
る銅合金構成元素の金属酸化物と黒鉛粉を混合した溶解
材料を、2,000°以上の高温で溶解して銅または銅
合金に炭素を溶解させ、鋳造後の金属組織中に黒鉛を析
出させた銅または銅合金材料を得るものであり、この高
温溶解の手段としては、熱プラズマ、電子ビーム、レー
ザビーム等の超高温熱源の他、複数の電極の各々に多相
交流電源の各相電圧を印加して複数のアーク放電を発生
させるとともに、非移行性プラズマアークを電極先端部
より噴射させ、該アークにより溶解材料を高温に溶解さ
せる多相多電極交流ア一り発生装置を使用することがで
きる。
第1図はこの発明の一実施例による黒鉛含有銅又は銅合
金の製造方法を実施する多相多電極交流アーク発生装置
を用いた装置を示す。図において、8は多相多電極プラ
ズマアーク発生装置を示し、これは、6本の黒鉛電極1
,2,3.IA、2A。
3Aと3相交流電源7とからなる。6本の上記電極は逆
円錐形状を形成するよう、かつ、電極先端部9て収束す
るよう、上方から見て等角度(60゜間隔)で放射状に
並んでいる。各電極は電極送り機構(図示省略)によっ
て進退自在になっており、電極の消耗に対して補給調整
される。
また4、5.6は3相交流出力の出力電流を調整するシ
リコン開園整流素子(SCR)あるいはりアクドル等に
より形成されている電流調整装置(3相交流出力をその
ままかけてもよいか、アークの強さ加減を調整するとき
は各相出力の位相を若干調整する)、10は6本の黒鉛
電極1,2゜3、IA、2A、3Aの間で複数のアーク
が得られると同時に、電極先端部9から下方に向けて噴
出する非移行性プラズマアーク、12は銅又は銅合金も
しくはこれら構成元素の金属酸化物からなる溶解材料、
11はこれを収容する坩堝である。
ここで、本多相多電極プラズマアーク発生装置により発
生されるマルチアークは、以下の特色を有するものであ
る。
■ 大気中、各種雰囲気ガス中、液体中、真空中(約1
0−2Torr)を問わずマイナス電子イオンを帯びた
超高温のアークか発生する。
■ スイッチONと同時に4000℃以上の熱源を得ら
れるため、高融点物質でも溶融、溶解できる。
■ 電極の先端に回転磁界が発生するため、被照射物に
対する電気的攪拌作用か期待できる。
■ 3の倍数で相数、電極数を増やすことか可能で電極
径を太くするとともに、負荷電流を増大して大容量の物
質でも短時間で処理できる。
■ 3相、6相等の多相交流を用いており、各相の合計
電流は常に0となり、アース線が不要のため、アークは
対極を必要としない非移行性のものとなり、従って金属
以外の物質でも、これを相手電極とする必要がないため
、電導性を有しない耐火物等をも直接加熱、焼結、溶融
させることかできる。
■ 複数の電極の中心部にニュートラル電極を設けるこ
とにより、さらに強力なプラズマアークか発生する。
■ 上記のニュートラル電極を設けるかわりに、この中
心部から溶剤またはガス等を放出することもできる。
次に動作について説明する。
第1図の装置において、電流位相調整装置4゜5.6か
らの3相交流電源の各相電圧(3相交流出力をそのまま
かけてよいか、アークの強さを調整したいときは該出力
の位相開面を若干行う)を、電極1.IA、電極2,2
A、電極3,3Aにそれぞれ供給すると、該計6つの電
極相互間に複数のアーク、即ちマルチアークが発生する
とともに、これらの電極先端部9より非移行性プラズマ
アーク10が噴射される。このマルチアークか照射され
る位置に、坩堝11に収容して被処理物である銅又は銅
合金もしくは酸化銅(酸化第1銅または酸化第2銅)ま
たは銅合金構成元素の金属酸化物からなる材料に黒鉛を
添加したちの12を置いておくと、該材料12は超高温
に加熱、溶融、還元され、銅または銅合金中に炭素が溶
解される。その後アークを止めれば該溶解材料は自然に
冷却凝固し銅または銅合金の金属組織中に黒鉛を析出分
散させたものが得られる。
ここで上述のように、多数の電極の各々に多相交流電源
の各相電圧を印加しアーク放電させると、アーク電流に
より生じた磁場の作用で電極間に生成したプラズマアー
クlOが電極の先端部9より噴射する。さらに、噴出す
るプラズマアークは多相交流によって生じた回転磁界に
よって攪拌作用か付加される。このようにして生じたプ
ラズマアーク10は対極へ向けて移行するものではない
非移行性のもので、炉床や坩堝ll内に装入した被処理
物12か酸化物などの非導電性のものであっても直接照
射することかできる。
(実施例1) 純銅板300gに黒鉛粉30gを加えて攪拌混合して坩
堝に入れ、電力水準63kwhで182秒間プラズマア
ークを照射して黒鉛含有銅280gを得た。放射温度計
による溶解温度は2,210℃で、炭素分析値は0.5
2%(重量)=2゜03%(容量)であった。
また、この黒鉛含有銅の導電率測定値は95%lAC3
で、ビッカース硬度(HV)は68であった。
(実施例2) 純銅板250gにCr2032.4gおよび黒鉛粉30
gを加えて攪拌混合して坩堝に入れ、電力水準63kw
hで150秒間プラズマアークを照射して黒鉛含有クロ
ム銅合金240gを得た。
放射温度計による溶解温度は2,150℃で、炭素分析
値は0.3%(重量)=1.18%(容量)で、クロム
分析値は0.63であった。
また、この黒鉛含有クロム銅の熱処理(1,000℃溶
体化、500℃焼戻し)後の導電率測定値は75%lA
C3て、ビッカース硬度(HV )は130てあった。
これらの実施例て得られた銅または銅合金中に析出分散
させた黒鉛形状はいずれも微細で分布は均一であった。
そしてこのようにして得られた材料は、銅および銅合金
の電気的特性を損なうことなく高温における機械的特性
、即ち高温強度、潤滑性を改善することかでき、耐摩耗
性部材や抵抗溶接用電極として使用できるものである。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明にかかる黒鉛含有銅又は銅合金
の製造方法によれば、銅又は銅合金を2゜000°以上
の高温で溶解することにより容易に黒鉛を少量ながら該
銅又は銅合金中に含有させることかできる。しかも、黒
鉛形状は微細であり分布は均一である。したがって銅お
よび銅合金の電気的特性を損なうことなく高温における
機械的特性、即ち高温強度、潤滑性を改善することがで
き、耐摩耗性部材や抵抗溶接用電極として使用できるも
のか得られる効果かある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例による黒鉛含有銅合金の製造
方法を実施する間歇式処理炉の概要説明図である。 図において、8は多相多電極プラズマアーク発生装置、
1. 2. 3.  IA、  2A、  3Aは6本
の黒鉛電極、7は3相交流電源、9は電極先端部、4.
5.6は出力調整装置、10は非移行性プラズマアーク
、12は銅又は銅合金もしくは酸化銅または銅合金構成
元素の金属酸化物からなる溶解材料、11はこれを収容
する坩堝である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)銅または銅合金材料に黒鉛を添加して2,000
    ℃以上の高温に加熱,溶解して銅または銅合金に炭素を
    溶解し、 冷却凝固に際し金属組織中に黒鉛を析出分散させること
    を特徴とする黒鉛含有銅又は銅合金の製造方法。
  2. (2)複数の電極の各々に多相交流電源の各相電圧を印
    加して各電極間に複数のアーク放電を発生させるととも
    に、非移行性プラズマアークを電極先端部より噴射させ
    る多相多電極アーク発生装置により、銅または銅合金材
    料に黒鉛を添加したものを、高温に加熱,溶解して銅ま
    たは銅合金に炭素を溶解し、 冷却凝固に際し金属組織中に黒鉛を析出分散させること
    を特徴とする黒鉛含有銅又は銅合金の製造方法。
  3. (3)上記非移行性プラズマアークは黒鉛電極の酸化分
    解によって生じる強還元性を有するものである請求項(
    2)記載の黒鉛含有銅又は銅合金の製造方法。
  4. (4)酸化銅(酸化第1銅または酸化第2銅)または、
    銅合金構成元素の金属酸化物に黒鉛を添加混合して2,
    000℃以上の高温に加熱,溶解,還元して銅または銅
    合金に炭素を溶解し、 冷却凝固に際し金属組織中に黒鉛を析出分散させること
    を特徴とする黒鉛含有銅又は銅合金の製造方法。
  5. (5)複数の電極の各々に多相交流電源の各相電圧を印
    加して複数のアーク放電を発生させるとともに、非移行
    性プラズマアークを電極先端部より噴射させる多相多電
    極アーク発生装置により、酸化銅(酸化第1銅または酸
    化第2銅)または、銅合金構成元素の金属酸化物に黒鉛
    を添加混合したものを、高温に加熱,溶解,還元して銅
    または銅合金に炭素を溶解し、 冷却凝固に際し金属組織中に黒鉛を析出分散させること
    を特徴とする黒鉛含有銅又は銅合金の製造方法。
  6. (6)上記非移行性プラズマアークは黒鉛電極の酸化分
    解によって生じる強還元性を有するものである請求項(
    5)記載の黒鉛含有銅又は銅合金の製造方法。
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