JPH0647181B2 - 銅と鉄系またはニッケル系合金のクラッド材の製造方法 - Google Patents

銅と鉄系またはニッケル系合金のクラッド材の製造方法

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JPH0647181B2
JPH0647181B2 JP30864888A JP30864888A JPH0647181B2 JP H0647181 B2 JPH0647181 B2 JP H0647181B2 JP 30864888 A JP30864888 A JP 30864888A JP 30864888 A JP30864888 A JP 30864888A JP H0647181 B2 JPH0647181 B2 JP H0647181B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、銅または銅合金と、鉄系合金またはニッケ
ル系の合金とから成るクラッド材、特に板状のクラッド
材(クラッド板)を製造する方法に関する。
(従来の技術) 異種の金属材料を重ね合わせたクラッド材は多くの種類
が知られており、それぞれの特性を活かして多方面に実
用化されている。銅(ここでは、工業的な純銅の外に、
合金成分を含む銅合金も合わせて単に「銅」という)と
鉄系合金またはニッケル系合金とのクラッド材もその一
つで、例えば、銅とステンレス鋼のクラッド板は調理器
具の材料として、また、銅とFe-42% Ni合金のクラッド
材はリードフレームのような電子部品材料として使用さ
れている。
上記のようなクラッド材の製造方法についてもクラッド
材の種類に応じて多くの提案がある。しかし、銅と鉄系
合金またはニッケル系合金のクラッド材(以下、「Cu-F
e(Ni)クラッド材」と略称する)では、銅の拡散係数が
小さいこと、および大気中での加熱では銅の酸化が著し
いこと等から、これを安価に量産する製造方法は確立さ
れていない。
例えば、冷間圧延による接合では、接合面の汚染(酸
化)層の完全除去が必須であり、それでも1パス当たり
60%以上というような強圧下が必要である。かかる強圧
下は設備能力の制約があるだけでなく、製品クラッド材
の形状制御が難しいという問題もある。一方、500℃程
度での温間圧延も考えられるが、その場合、銅の酸化を
防ぐために、O2含有量0.1%以下というような雰囲気で
加熱しなければならず、加熱炉の高度のシールが必要と
なり、実生産には不向きである。
なお、特開昭54-94456 号公報に、銅−Al−ステンレ
ス鋼の多層クラッド材およびその製造方法が記載されて
いるが、これはAlを最終製品のクラッド材の一つの構
成材料とするもので、本発明の対象となるクラッド材、
即ち、Al層のないCu-Fe(Ni)クラッド材とは全く異な
る。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、Cu-Fe(Ni)クラッド材を製造する最も合理的
な方法の開発を課題としてなされたもので、冷間圧延法
におけるような極端な強圧下を必要としない温間圧延法
を採用し、しかも、前記のような銅の表面酸化の問題の
ない製造方法を提供しようとするものである。
(課題を解決するための手段) 本出願人らは、アルミニウムとステンレス鋼とのクラッ
ド材の製造の際に、ステンレス鋼板の表面にアルミニウ
ム粉末を密着させてこれを接合媒体とする製造方法を発
明して先に特許出願を行った(特開昭50-73867 号公
報)。その発明は、クラッド材の一方の構成材料がアル
ミニウムであるところから、これと同じアルミニウム粉
末を接合媒体として利用するという着想に基づいてい
る。
本発明者は、多数の試作試験を繰り返した後、意外に
も、アルミニウム粉末の利用は、アルミニウムを構成材
料としないCu-Fe(Ni)クラッド材の製造にも優れた効果
を奏することを知った。本発明は、この知見を基礎とし
てなされたものである。
本発明は、『銅または銅合金の母材と鉄系合金またはニ
ッケル系合金の合わせ材との間にアルミニウム粉末層を
介在させて温間圧延し、次いで拡散焼鈍を施すことを特
徴とする銅または銅合金と鉄系またはニッケル系合金の
クラッド材の製造方法』をその要旨とする。
ここで、母材となる銅または銅合金とは、工業用純銅お
よび例えば、40%Cu-60%Ni、70%Cu-30%Ni、90Cu%-10%Niの
ようなCu-Ni系合金、その他の銅合金を意味する。また
鉄またはニッケル系合金(これらを、本発明では「合わ
せ材」という)としては、例えば、ステンレス鋼、Fe-N
i合金、Ni基高合金、および純ニッケルなどが使用され
る。
一回の温間圧延と拡散焼鈍だけで接合が難しい材料の場
合には、一旦温間圧延と拡散焼鈍(この場合は低温焼鈍
でよい)を行った後、再度温間または冷間で圧延し、拡
散焼鈍を施すのが望ましい。
第1図および第2図は、本願発明方法の主要工程を説明
する図で、第2図は圧延と焼鈍を繰り返す例を示してい
る。
まず、第1図に示す工程にそって説明する。
アルミニウム粉末を付着させる工程: 母材と合わせ材の界面にアルミニウム粉を介在させる方
法は種々あるが、最も実用的な方法は母材の銅板1の表
面を脱脂洗浄してその上にアルミニウム粉末を付着させ
る方法である。アルミニウム粉末は、純アルミニウムの
粒径10〜50μm程度のものが好ましい。これは、別途調
整した粉末を母材表面にのせていってもよいが、図示の
ように、アルミニウム板3を母材表面に臨ませ、その表
面をステンレス鋼製のワイヤブラシ4で擦って、剥離す
る粉末を母材表面に擦り込むように付着させていく方法
が実際的である。この方法によれば、ワイヤブラシでア
ルミニウム板から削り取られたアルミニウム粉末が直ち
に母材表面に擦り付けられて、いわゆる焼きついた状態
になる。このような状態で母材表面に付着したアルミニ
ウム粉末層は、単に粉末を表面に載せた場合よりも均一
かつ緻密になり、後述する母材表面での銅の酸化物生成
をより効果的に防止できる。
いずれの方法でも、アルミニウム粉末は母材表面に4〜
7μm程度の厚みで均一に分布させればよい。
温間接合圧延工程: アルミニウム粉末が付着した面に合わせ材2を載せて加
熱し温間で圧延する工程である。例えば高周波誘導炉の
ような加熱装置5でおよそ400〜600℃の範囲に加熱し、
圧延機6で圧延する。母材の表面はアルミニウム粉末で
覆われており、このアルミニウム粉末が銅母材表面の酸
化を防止するから、加熱は大気雰囲気で行うことができ
る。
圧延は、1パス当たり20%以上、望ましくは25%以上の
圧下率で行う。圧延機6としては、2段もしくは4段の
圧延機が使用できる。接合は、基本的には1パスで完了
させるが、板厚調整その他の目的に応じて、複数パスの
圧延を行ってもよい。
なお、後述の冷間圧延を行わない場合は、ここで製品の
最終目標厚さになるように圧下率を定める。
この圧延工程が終了した段階での、銅母材と合わせ材と
の界面の顕微鏡写真(400倍)が、第3図の(イ)である。
先に母材表面に付着させたアルミニウムは、界面に凝集
して点在し母材と合わせ材の間ではやや拡散が進行し接
合した状態にある。なお、アルミニウムは一部が酸化し
て、Al2O3になっているが、これは拡散、接合には何ら
障害にならない。
拡散焼鈍工程: この工程は、母材と合わせ材の間の拡散を進めて接合を
充分にするための工程である。第1図の工程のように、
拡散焼鈍を1回で終わらせる場合には、次のような2段
階処理を行うのが望ましい。まず、400〜500℃程度の温
度で60〜90分の加熱(低温拡散焼鈍)を行い、界面に点
在するアルミニウム粉末の大部分を母材および合わせ材
に拡散させる。その後、更にアルミニウム粉末の拡散を
促し、かつ母材−合わせ材間の接合を強固にするため、
例えば800〜1000℃で10〜30分程度保持する焼鈍(高温
拡散焼鈍)を行う。
第1図に示した7の加熱炉は上記の低温拡散焼鈍炉であ
り、7′が高温拡散焼鈍用の炉である。これらの炉の形
式には特に制約はない。
この工程を終えた後は、母材と合わせ材の界面は判別で
きるが、アルミニウム粉はほぼ完全に消失する。第3図
の(ロ)に示すのが、この拡散焼鈍工程を終えた段階での
界面の顕微鏡写真である。アルミニウム粉末は、母材お
よび合わせ材に拡散して消失している。
この状態でクラッド材製品として出荷することもでき
る。
冷間圧延その他の工程: これは必要に応じて、例えば、クラッド材の形状修正や
厚み調整のために実施される工程である。さらに、防錆
などのための表面処理など付加工程を伴うこともある。
第2図の工程は、温間接合圧延の後、比較的低温で拡
散焼鈍′を行い、再圧延′と拡散焼鈍″を行う例
である。この工程は、板厚が1mm以下とうように薄いク
ラッド製品が要求される場合に推奨される。また、前記
第1図の工程における圧延と焼鈍を複数回に分けて行う
ことで、各工程の負荷を軽減するという利点もある。
′の焼鈍は、後に高温での拡散焼鈍″を実施するの
で、先に述べた低温焼鈍の条件、即ち、400〜600℃で60
〜90分程度の加熱でよい。
′の再圧延は、加熱装置5′で300〜550℃程度に再加
熱して温間圧延を行うか、または常温で冷間圧延とす
る。この圧延は、基本的に伸び率の異なる金属を同時に
圧延するため、反り、絞りなどの形状不良の発生を抑え
る必要から、全圧下率はおよそ50%以下とするのがよ
い。
なお、この工程の圧延を温間で行う場合は、圧延前の再
加熱に低温焼鈍を兼ねさせてもよい。この場合は、再加
熱の条件を低温焼鈍の条件に合わせる。
この再圧延の後は、先のにおける高温拡散焼鈍と同じ
条件の焼鈍″を行う。この場合の高温焼鈍は、再結晶
焼鈍の役割も担う。以後、再圧延と高温焼鈍とを必要に
応じて何回でも繰り返してよい。
上記の工程からなる本発明の方法では、銅母材の表面酸
化がアルミニウム粉末によって防止されるから、大気雰
囲気中で加熱を行うことができ、加熱炉のシールという
困難な問題がなくなる。また、接合圧延は温間で行うか
ら、極端な強圧下でなくても充分な界面の接合がえられ
る。
本発明の方法によって、特別の酸化防止の手段を講じな
くても、界面の接合性のよいクラッド材が得られる理由
は、次のように考えられる。
元来、銅は酸素との親和性が強く、大気中では200℃程
度の低温加熱であっても30秒程度の極く短時間で厚い酸
化スケールを形成する。この酸化スケール(Cu0)は延性
に富み、圧延によって表面に薄膜状に展伸して他の金属
との接合を妨げる。本発明におけるアルミニウム粉の使
用は、このような銅の酸化物の形成を防ぐのである。ア
ルミニウムが酸化してできる。Al2O3は硬い粒子状のも
のであり、圧延時に母材と合わせ材の界面に広がっても
粒子が分散するだけで膜状にはならず、両材料間の原子
の拡散を阻害することがない。しかも、アルミニウムは
銅、鉄、ニッケルなどへの拡散能も高く、前述の焼鈍工
程で界面から消失するので、界面の異物介在による母材
と合わせ材の剥離のおそれもない。
(実施例) 下記に示す条件でJIS C1020の無酸素銅(母材)とJIS S
US 304ステンレス鋼(合わせ材)のクラッド板を、前述
の第2図の工程によって製造した。
i.母材のサイズ:1.2t×150w×300l(mm) ii.合わせ材のサイズ:0.5t×150w×400l(mm) iii.アルミニウム粉末の付着: JIS A1100の純アルミニウム板(厚さ0.5mm)を、第2図
のように母材の上に臨ませてステンレス鋼ワイヤブラシ
で擦り、母材表面に約5μm厚に均一付着させた。
iv.温間接合圧延: アルミニウム粉末を付着させた母材銅板の上にステンレ
ス鋼合わせ板を重ね、大気雰囲気で高周波誘導加熱炉に
より400℃×30分に加熱し、2段圧延機により圧延速度1
0m/分で圧延した。このときの圧下率は25%とし、1パ
スで圧延接合した。
v.低温拡散焼鈍: 電気炉で大気雰囲気で400℃×1時間の焼鈍を行った。
vi.再圧延: 上記vの焼鈍の後、直ちに(温度低下がないうちに)再
圧延を行った。圧延機は2段圧延機を用い、圧延速度は
10m/分で、圧下率は15%の1パス圧延とした。
vii.高温拡散焼鈍: 電気炉で大気雰囲気で1000℃×15分の焼鈍を行った。
viii.冷間圧延: 4段冷間圧延機により圧延速度30m/分で圧延した。圧下
率は1パス当たり約10%、全圧下率で約50%とした。こ
の段階で、母材と合わせ材の剥離などの問題は全く発生
しなかった。
上記のような条件で製造したクラッド板は、温間接合圧
延の圧下率および再圧下の圧下率が、それぞれ25%、15
%と比較的小さいにもかかわらず、母材と合わせ材の接
合は完全であった。
なお、比較のために、アルミニウム粉末の付着を行わず
に、実施例と同様の製造方法を試験したところ、加熱雰
囲気をO2=0.1%に規制して初めて本発明の方法で得た
と同じレベルの界面接合が得られた。
(発明の効果) 本発明のクラッド材の製造方法は、母材または合わせ材
の界面のアルミニウム粉末を介在させるという簡単な手
段を講ずるだけで、加熱の際の雰囲気の調整や接合圧延
の際の特別の大圧下を必要としない。この方法によれ
ば、従来、量産が困難であった銅または銅合金と鉄系合
金またはニッケル系合金のクラッド材が、比較的低コス
トで量産できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のクラッド材の製造方法の一例を示す
工程図、 第2図は、本発明のクラッド材の製造方法の他の例を示
す工程図、である。 第3図は、本発明方法によって銅とステンレス鋼とのク
ラッド材を製造した時の界面の金属組織を示す顕微鏡写
真(×400)で、(イ)が温間圧延後のもの、(ロ)が
拡散焼鈍後のものである。写真の下部(色の濃い方)が
銅で、(イ)の界面の黒いものがアルミニウムである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銅または銅合金の母材と鉄系合金またはニ
    ッケル系合金の合わせ材との間にアルミニウム粉末層を
    介在させて温間圧延し、次いで拡散焼鈍を施すことを特
    徴とする銅または銅合金と鉄系またはニッケル系合金の
    クラッド材の製造方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の製造方法にお
    ける拡散焼鈍の後に、更に圧延と拡散焼鈍とから成る工
    程を一回以上付け加えることを特徴とする銅または銅合
    金と鉄系またはニッケル系合金とのクラッド材の製造方
    法。
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