JPH0748638A

JPH0748638A - 銅合金の溶解方法

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Publication number: JPH0748638A
Application number: JP19360493A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Yagi; 与志男八木; Masanori Kato; 正憲加藤
Original assignee: Nikko Kinzoku KK
Current assignee: Nikko Kinzoku KK
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1995-02-21
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JP3249650B2

Abstract

(57)【要約】【目的】微量添加成分の均一溶解によって、偏析の少
ない均一な成分組成を有する銅合金, とくに希薄銅合金
を歩留りよく製造すること。【構成】真空雰囲気下の溶解炉で先ず純銅を溶解し、
この銅の溶落後、溶解炉内をArガス雰囲気に調整して30
〜120 分間保持してから、銅管内に封入した活性金属ま
たはその母合金を炉内溶銅中に投入して成分調整をす
る。この方法において、溶落後の溶銅の過熱度を 150〜
250 ℃の範囲内の温度に維持し、また、活性金属または
その母合金の添加に際しては、まず、脱酸効果を有する
成分を添加し、次いで該活性金属またはその母合金を添
加し、その後必要な他の添加材を添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は銅合金の溶解方法に関
し、特に電子, 電気機器用材料として用いられる、Cu−
Zr, Cu−Cr, Cu−Tiなどの銅合金を有利に製造するため
の銅合金の溶解方法について提案するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、Zrなどの活性金属を含有する銅
合金は、高導電性耐熱性合金としてよく知られている
が、このような活性金属入り銅合金は、５Ｎ電解銅に、
例えばCu−Zr母合金, Cu−Cr母合金あるいはCu−Ti母合
金などの活性金属の母合金および、その他の必要な添加
材を加え、高周波溶解炉や電気炉を用い、真空雰囲気
中、不活性ガス雰囲気中もしくは還元性ガス雰囲気中、
あるいは木炭被覆下で溶解し、その後、多くの場合、同
じ調整雰囲気中にて鋳造することによって製造してい
る。（特開平１−306534号公報, 特開平２−118057号公
報, 特開平２−173248号公報参照)

【０００３】上記の従来銅合金製造方法において、炉内
のCu溶湯中への上記活性金属の添加は、これらの金属も
しくはそれらの母合金, 例えばCu−50％Zr, Cu−30％Zr
の母合金をCu溶湯中に直接投入する方法によって行って
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記各従来
技術においてCu−Zr母合金を添加する場合、例えば特開
平２−118057号公報に開示のような、“端子・コネクタ
ー用銅合金の製造方法”を例にとると、添加すべき活性
金属は、Zr：0.05〜1.0 wt％、Cr：0.1 〜1.5 wt％であ
り、極めて少量である。従って、これらを母合金の形で
添加しようとする場合、単にCu溶湯中に投入しただけで
は短時間のうちに該Cu溶湯中に均一に拡散させることは
難しく、不均一な合金組成のものを溶製することになり
かねないという問題があった。

【０００５】一方で、こうした問題を避けるために、前
記母合金の有効成分（Zr, Cr, Ti,etc.) を希釈した、
例えばCu−３％Zr母合金などを使う方法も開発された
が、添加する該活性金属が微量であることから、短時間
のうちに均一な組成の銅合金を溶製することは、なお不
十分であった。それ故に含有量のコントロールも困難で
あった。さらに、微量の第３, 第４合金成分を添加して
高性能の銅合金を製造しようとする場合には、均一溶解
は一層困難なものとなり、その有利な解決法の確立が求
められていた。

【０００６】また、従来技術が抱えている他の問題点
は、銅の溶解、活性金属の投入、鋳造（連続鋳造）の全
作業期間について、これらを確かな非酸化性雰囲気中で
行うことによって、酸化されていない健全な銅合金イン
ゴットが得られないということにあった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、微量の活性金属
元素を含む希薄銅合金を製造する際の、従来技術が抱え
ている上述した問題点、即ち、偏析が少なく均一な組成
の銅合金を製造することができないばかりでなく、含有
量のコントロールが困難で、酸化しにくい雰囲気中で健
全なインゴットを連続鋳造するのが困難であるという問
題点を克服できる銅合金の溶解方法を提案することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を実現するた
めに鋭意研究した結果、発明者らは、微量添加成分の均
一溶解によって、偏析の少ない均一な成分組成の銅合金
を, とくに希薄銅合金を歩留りよく製造するためには、
微量添加成分である前記活性金属の添加方法および溶解
方法の改善が必要であるとの知見を得て、以下に述べる
ような本発明に想到した。即ち、本発明は、溶解炉内の
調整雰囲気下にある溶銅中に、活性金属等を添加して銅
合金を溶製するに当たり、まず、真空雰囲気下の溶解炉
で溶解し、銅の溶落後、この溶解炉内をArガス雰囲気に
調整して30〜120 分間保持し、その後、銅管内に封入し
た活性金属またはその母合金を炉内溶銅中に投入して成
分調整することを特徴とする銅合金の溶解方法である。
上記の溶解方法において、溶落後の溶銅の過熱度は 150
〜250 ℃の範囲内の温度に維持して溶解することが好ま
しい。また、上記の溶解方法において、活性金属または
その母合金の添加に当たっては、まず脱酸効果を有する
成分を添加し、次いで20〜30分経過してから該活性金属
またはその母合金を添加し、その後５〜10分経過後に必
要な他の添加材を添加して溶解することが好ましい。さ
らに、上記の各溶解方法は、活性金属の含有量が 0.2wt
％未満で、その他の添加材を含めた総量においても 0.5
wt％未満の添加成分を含有する希薄銅合金の溶製に対し
て適用されることが好ましい。

【０００９】

【作用】本発明において活性金属とは、Zr, Cr, Ti, A
l, Si, Mg, Be, Ca, Hf等の元素を指し、所謂活性化エ
ネルギーが高いために反応性が高く、従って、これらを
Cu溶湯中に添加するときには酸化され易いことに加え、
これらを少量添加する場合には、Cu溶湯中に速やかに拡
散して均一な合金溶湯をつくることが困難な金属であ
る。それ故に、低含有量の希薄な銅合金の溶製時に、
上記活性金属を添加するに当たっては、第１に、添加か
ら鋳造に至るまでの雰囲気調整と処理時間の検討が必要
であり、第２に、Cu溶湯中に確実に均一拡散させること
により均質な合金溶湯を高い歩留りにて溶解するため
に、添加の順序ならびに溶銅の温度（過熱度）について
の検討が必要であることが判ってきた。

【００１０】このために、本発明では、上記の第１の課
題について、以下に述べるような課題解決手段が有効で
あるとの結論を得た。それは、昇温溶解時の雰囲気は真
空雰囲気とし、その後の銅溶落時の溶湯の保持中はArガ
ス雰囲気に維持することが効果的である。そして、出湯
から連続鋳造完了までもArガス雰囲気とすることが効果
的である。このように、操業雰囲気を、昇温時には真空
雰囲気とし、その後はArガス雰囲気に調整する理由は、
前者の場合、溶銅中のガス成分を除去するためであり、
後者の場合は活性元素を添加する際に浴表面の酸素を排
除して銅の酸化を防ぐためである。

【００１１】また、純銅の溶落後、上記溶解炉内はArガ
ス雰囲気に保持するが、その保持時間は30〜120 分とす
る。このように、溶銅を30〜120 分にわたってArガス雰
囲気中に保持する理由は、Zrの歩留りが80％以上になる
ようにするためである。

【００１２】次に、上記の第２の課題に関連して、発明
者らは、活性金属母合金等の添加材の投入方法について
も工夫した。この工夫は、添加すべき所要量の活性金属
を、できれば母合金の形にて、これを銅管内に充填封入
し、そしてこの銅管ごと溶解炉内の銅の溶湯中に投入し
て添加する方法である。このように、活性金属・その母
合金を銅製チューブを介して銅の溶湯中に投入すると、
たとえ活性金属の添加であっても、酸化することなくま
た溶湯中の深いところに投入することができるから、従
来のように銅溶湯の一部にだけこの活性金属が溶けて偏
析を起こすようなことがなくなり、均一な合金溶湯を溶
製する上で効果がある。このことは、添加する活性金属
の量が銅溶湯量に対して相対的に少ない場合ほどより効
果的である。なお、上記の銅製チューブには、上・下の
開口端にロッド状のプラグを嵌着して、内部に充填封入
する活性金属が所定のタイミング（銅管の溶解時）まで
に飛散し、添加効果（均一分散）を減ずることがないよ
うにする。そして、このプラグは、投入時に上側となる
上部開口端部に嵌着するものよりも、下側に位置する下
部開口端部のプラグの長さ（軸長）の方を、２〜３倍長
いものを使うことが望ましい。

【００１３】また、本発明において、添加する活性金属
の形態は、該活性金属の単体でもよいが、母合金の形態
で用いることが望ましい。例えば、Cu−30％Zr程度が最
も効果的な組成と言える。このような母合金にすると、
従来のように極端な希薄母合金( Cu−３％Zr）を準備し
なければならないという不利も解消されるし、この組成
は、活性金属量が多すぎてもまた少なすぎても好ましく
ない。大体、Cu−( 20〜40％) Zr母合金の使用が好まし
いと言える。

【００１４】本発明において次に重要なことは、添加材
の添加順序である。即ち、本発明においては、ａ．まず、脱酸作用のある成分元素, 例えば、Ｐ，Si,
Mn, Al, Mg, Zn等を添加して一定時間, 好ましくは20〜
40分間保持する。ｂ．次に、活性金属元素Zr, Ti, Crなどを好ましくは母
合金の形態のものを添加して、やはり一定時間、好まし
くは３〜10分間保持する。ｃ．最後に、その他の元素, 例えばFe, Ni, Sn等を必要
に応じて添加して一定時間、好ましくは10〜20分間保持
する。この添加の順序は、第２, ３添加元素を含む場合
に特に有効であり、活性金属以外のものは、所定量を銅
箔等で包んで投入する。

【００１５】また、本発明において活性金属を投入する
際に重要な他のことは、Arガス雰囲気中に保持する銅溶
湯の温度を、その融点よりも 150〜250 ℃高い温度（過
熱度）を有するものが好ましい。溶銅の過熱度をこのよ
うに高くするのは、Zrの歩留りが90％以上となるように
するためである。

【００１６】以上説明した本発明溶解方法について、５
Ｎ銅にZr, Fe, Ｐを添加した銅合金を溶解する例につ
き、その工程と操業条件の一例を表１にまとめて示す。

【表１】

【００１７】

【実施例】この実施例は、高周波真空溶解炉（15KW, Cu
−２kg) を用い、約１kgの５Ｎ−Cuを溶解した例であ
る。そして、Cuが完全に溶け落ちた後、炉内のCu溶湯
（約1300℃に保持) 中に、1000ppm のZrを、Cu−Zr母合
金の形にて、これを銅管（10mmφ, 肉厚：１mmｔ）の中
に封入して添加した。なお、添加Cu−Zr母合金は、銅管
内に封入し、純Zrは銅箔で包み添加した。

【００１８】(1) 溶解条件に関する実施例図１は、活性金属含有量（Zr：50％, 30％, 100 ％) を
変え、昇温−溶湯保持, 添加後の、それぞれの雰囲気
（Ｖ：真空, Ａ：Arガス）を変化させたときの各溶解条
件に応じたZrの歩留りを調べたものである。この図１に
示す結果から判るように、種々の溶解条件を変化させた
とき、とくに昇温時の雰囲気を真空とし、その後の溶湯
保持および添加後をいずれもArガス雰囲気としたケース
が最もよく、そしてCu−30％Zr母合金を用いた場合が最
も良い結果を示していた。即ち、この場合の歩留りは約
80％上と良好であったが、Cu−50％Zr母合金, 純Zrを用
いた場合には、それぞれ68〜87％, 75〜86％に止まっ
た。一方、溶解雰囲気については、図２に示すように、
母体となる銅が溶解するまでは真空雰囲気( 約10^-2Tor
r) とし、その後の溶湯保持, 合金元素投入後の保持はA
rガス雰囲気（−30cmHg) の場合が、歩留り86％以上を
示したのに対し、真空のみ、あるいは真空−Arガス−真
空の場合では、それぞれ68〜84％, 75〜80％に止まっ
た。なお、この溶解実験において、溶湯温度は1300℃と
し、溶湯保持時間は45ｍinが良好であった( 歩留り99
％) 。これに対し、溶湯温度が低い場合 (1200℃以下)
、または溶湯保持時間が短い場合(30min以下) では歩
留り97％未満となった。

【００１９】 (2) Zrの他に第２, 第３元素を含む場合の実施例それぞれの添加材の量は、 Zr（活性金属） 300 ppm ( Cu−30％Zr) Fe（その他） 2000 ppm ( Cu−50％Fe) Ｐ（脱酸効果あり） 555 ppm ( Cu−15％Ｐ) とした。この実験における各添加材の添加順序および保
持時間を比較例とともに表２に示す。その他の溶解条件
は、前記(1) の良好なときと同じ条件に設定して行っ
た。即ち、昇温時は真空とし、その後はArガス雰囲気と
し、そしてCu−30％・Zr母合金を添加した。この実験に
おいて、本発明法の場合、添加材はＰ→Zr→Feの順で添
加し、添加後の保持時間をＰについては30min, Zrにつ
いては５min とした。このときの結果は、表２に示すと
おり、、Zrの歩留りがいずれも95％以上と良好であっ
た。つまり、このような多元系の場合には、脱酸効果の
ある元素→活性金属元素→その他の順序が良いことが判
った。一方、比較例として、その他の順序で添加した
が、Zrの歩留りはすべて90％以下であった。なお、Zrの
バラツキは、歩留り良好なものについて調査したとこ
ろ、Ｒ（最大値−最小値）はすべて20ppm 以下であり、
均一性も十分に確保できていることが判った。

【００２０】

【表２】

【００２１】(3) 本発明法に基づき、以下の合金( 36種
類) を製造した。 Zr： 300, 500, 700 ppm Fe：1000, 2000, 3000 ppm Ｐ： 85 〜 1130 ppm その結果を表３, ４に示す。Zrの歩留りはほとんどが90
％以上であった。従って、本発明法は、活性金属を含む
銅合金の優れた溶解法と言える。

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、活
性金属を含む均質かつ希薄な銅合金の製造が可能になる
と共に、活性金属の添加歩留りが高く、第２, ３添加元
素をも高い歩留りで添加することができると共に、均一
組成の銅合金を得ることができる。とくに、本発明によ
れば、偏析の少ない多元系銅合金を安価に製造する上で
有効な方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】母合金中のZr含有量の違いが歩留りに与える影
響を示す比較グラフ。

【図２】操業雰囲気の違いが歩留りに与える影響を示す
比較グラフ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶解炉内の調整雰囲気下にある溶銅中
に、活性金属等を添加して銅合金を溶製するに当たり、真空雰囲気下の溶解炉でまず純銅を溶解し、銅の溶落
後、この溶解炉内をArガス雰囲気に調整して30〜120 分
間保持し、その後、銅管内に封入した活性金属またはそ
の母合金を炉内溶銅中に投入して成分調整することを特
徴とする銅合金の溶解方法。
【請求項２】溶落後の溶銅の過熱度を 150〜250 ℃の
範囲内の温度に維持することを特徴とする請求項１に記
載の銅合金の溶解方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の溶解方法にお
いて、活性金属またはその母合金の添加に際し、まず、
脱酸効果を有する成分を添加し、次いで20〜30分経過し
てから該活性金属またはその母合金を添加し、その後５
〜10分経過してから必要な他の添加材を添加することを
特徴とする銅合金の溶解方法。
【請求項４】請求項１, ２または３のいずれかに記載
の方法は、活性金属の含有量が 0.2wt％未満で、その他
の添加材を含めた総量においても 0.5wt％未満の添加成
分を含有する希薄銅合金の溶製に対して適用されること
を特徴とする銅合金の溶解方法。