JPH10251774A - High electric conductivity and high strength copper matrix composite material and its production - Google Patents
High electric conductivity and high strength copper matrix composite material and its productionInfo
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- JPH10251774A JPH10251774A JP9072694A JP7269497A JPH10251774A JP H10251774 A JPH10251774 A JP H10251774A JP 9072694 A JP9072694 A JP 9072694A JP 7269497 A JP7269497 A JP 7269497A JP H10251774 A JPH10251774 A JP H10251774A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は材料分野で最近特に
注目されてきた高屈曲性を具備するとともに高導電性を
共に具備し、産業上広範囲に利用することができる高強
度、高導電性その場繊維強化銅合金に関する。例えば、
製造工程におけるロボットを用いた無人化において、ロ
ボットの駆動用あるいは各種制御用ケーブル等に好適で
あり、これらに用いられてロボットそのものの寿命を向
上させ、実質的に無人化、メンテナンスフリー化を実現
させること等に利用される。また、最近電子回路におけ
るファインピッチ化の深まりにより、材料強度が不足し
てきている回路材料や、部品用の導電材料として利用さ
れる。さらには、将来例えば生体用マシン等にマイクロ
マシン化の傾向が強まってくることが予想されるが、こ
の場合例えばマイクロモーターでは使用される材料も極
細線、極薄箔等が必須となるが、そのニーズに応えられ
る材料として利用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a material having high flexibility and high electrical conductivity, which have recently attracted particular attention in the field of materials. In-situ fiber reinforced copper alloy. For example,
Suitable for robot driving or various control cables, etc. in unmanned use of robots in the manufacturing process, and used for these to extend the life of the robots themselves and realize substantially unmanned and maintenance-free It is used to make it work. In addition, recently, electronic circuits are used as circuit materials whose material strength is becoming insufficient due to deepening of fine pitch in electronic circuits, and as conductive materials for parts. Further, in the future, for example, it is expected that the tendency of micromachines to be used in biological machines and the like is expected to increase.In this case, for example, in a micromotor, the materials used must be ultrafine wires, ultrathin foils, etc. Used as a material that meets the needs.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、銅合金として導電性と高強度とを
意図した所謂、高導電性、高強度銅合金が各種分野で実
用に供されている。しかし、高強度であれば導電性は低
下し、逆に高導電性であれば強度が低下してしまうとい
う経験則が成り立ち、両者は相反する性質である。これ
を打ち破るものとして、いわゆる繊維強化型銅マトリッ
クス複合材料がある。これら繊維強化型銅マトリックス
複合材料とは、周知のように銅マトリックス中に例えば
炭素繊維等の繊維を介在させて強化した複合材料で、”
METALLRGICAL TANSACTIONS VOL.24A(1993)”に最近の研
究成果が特集されている。この複合材料のもつ利点は、
高導電性は電流が銅マトリックス中を流れることで確保
でき、かつ機械的強さ、特に屈曲性を繊維強化で確保で
きることである。つまり役割が分担されている。しかる
に、例えば炭素繊維で強化した銅合金を作成する場合、
炭素繊維と銅マトリックスとの間の濡れ性等の界面制御
が非常に難しく、これが製造コストを引き上げてしま
い、現在も実用化されていない。2. Description of the Related Art Conventionally, so-called high-conductivity, high-strength copper alloys intended to have high conductivity and high strength as copper alloys have been put to practical use in various fields. However, if the strength is high, the conductivity is reduced, and if the conductivity is high, the empirical rule is established that the strength is reduced, and both are contradictory properties. To overcome this, there is a so-called fiber-reinforced copper matrix composite material. These fiber-reinforced copper matrix composites are, as is well known, composite materials reinforced by interposing fibers such as carbon fibers in a copper matrix.
METALLRGICAL TANSACTIONS VOL.24A (1993) ”features recent research results. The advantages of this composite material are:
High conductivity means that a current can be ensured by flowing through a copper matrix, and mechanical strength, in particular, flexibility, can be ensured by fiber reinforcement. In other words, roles are shared. However, for example, when making a copper alloy reinforced with carbon fiber,
It is very difficult to control the interface such as wettability between the carbon fiber and the copper matrix, and this raises the production cost, and has not been practically used at present.
【０００３】かかることから、前記文献に示されている
ように繊維強化銅マトリックス複合材料の内で最近特に
注目されているのが、その場（In Situ)金属繊維強化銅
マトリックス複合材料である。これは例えば銅とニオブ
のように、互いにほとんど固溶し合わない合金成分を溶
解、鋳造し、そのインゴットを熱間および／または冷間
加工によってニオブの繊維をその場形成せしめて、銅マ
トリックスを強化して線や板にするもので、"J.Beck et
al, :J.Appl. Phys. Vol.49(1978)6031”の文献に記載
されている。これによれば、銅−ニオブの場合、鋳造時
ニオブの樹枝状晶が析出し、”その場（In Situ)" で繊
維状に引伸され、これが銅マトリックスと相互作用し
て、マトリックスを強化するものである。しかるに、ニ
オブは融点が高く、溶解にはアーク炉や電子ビーム溶解
を必要とし、産業上利用するには、生産性が劣り、コス
ト高であるので、実用化されるには至っていないのが現
状である。そこで、最近では高融点元素を用いない、そ
の場Ａｇ繊維強化銅マトリックス複合材料やその場Ｃｒ
繊維強化銅マトリックス複合材料についての研究報告が
それぞれ次の文献に記載されている。"Y.Sakai et al.
:Appl. Phys. Lett.,Vol.59(1991)2965、 T.Takeuchi
et al. :J.Less-Common Metals, Vol.157(1990)25”。[0003] Therefore, among the fiber-reinforced copper matrix composite materials, as shown in the above-mentioned literature, an in-situ (In Situ) metal fiber-reinforced copper matrix composite material has recently been particularly noted. This involves melting and casting alloy components that hardly form a solid solution with each other, such as copper and niobium, and forming the ingot in situ into niobium fibers by hot and / or cold working to form a copper matrix. "J. Beck et.
al,: J. Appl. Phys. Vol. 49 (1978) 6031. According to this document, in the case of copper-niobium, dendritic crystals of niobium are precipitated at the time of casting. (In Situ) "is a fibrous stretch that interacts with the copper matrix to strengthen the matrix. However, niobium has a high melting point and requires an arc furnace or electron beam melting for melting, At present, it has not been put to practical use because of low productivity and high cost for industrial use, and recently, an in situ Ag fiber reinforced copper matrix which does not use a high melting point element. Composite materials and in-situ Cr
Research reports on fiber-reinforced copper matrix composites are described in the following documents, respectively. "Y.Sakai et al.
: Appl. Phys. Lett., Vol. 59 (1991) 2965, T. Takeuchi
et al .: J. Less-Common Metals, Vol. 157 (1990) 25 ".
【０００４】しかしながら、銀はコストパーフォマンス
が問題となる。コストパーフォマンスから唯一有望視さ
れる銅−クロムではクロムが脆性であり、所望の機械的
強さを得るためには十分微細なクロム繊維をその場形成
させなければならないのに、得られるその場クロム繊維
の繊維径は十分に小さくできず、１０００ＭＰａの引張
強度を達成できていない。クロムの脆性を克服する手段
として、鋳造段階でクロム相を単結晶状の樹枝状晶とし
てに晶出させる試みがあるが、その制御は難しくこれも
製造のコストアップをもたらす。さらにクロムの脆性
が、その結晶粒界に酸素、窒素、炭素等のガス不純物が
集まることに起因することから、高純度クロムを使うこ
とも試みられているが、これもコストアップを招来す
る。しかもこれらの手法をもってしても、所望の繊維
径、従って所望の引張強度は得られていない現状にあ
る。[0004] However, silver has a problem of cost performance. Chromium is brittle in copper-chromium, which is the only promising one from the viewpoint of cost performance, and the in-situ chromium obtained can be obtained even though sufficiently fine chromium fibers must be formed in-situ to obtain the desired mechanical strength. The fiber diameter of the fiber cannot be made sufficiently small, and a tensile strength of 1000 MPa cannot be achieved. As a means of overcoming the brittleness of chromium, there is an attempt to crystallize the chromium phase into single-crystal dendrites during the casting step, but the control is difficult and this also increases the production cost. Further, since the brittleness of chromium is caused by gas impurities such as oxygen, nitrogen, and carbon gathering at the crystal grain boundaries, the use of high-purity chromium has been attempted, but this also leads to an increase in cost. Moreover, even with these techniques, the desired fiber diameter, and thus the desired tensile strength, has not yet been obtained.
【０００５】本発明者らの一人は先にＣｕ−Ｃｒの上記
したような問題を解決する手段として、銅以外の二元系
成分からなる二相で構成した銅マトリックスの強化とい
うコンセプトを新規に提示し、特願平８−６５３９８号
として出願した。具体的には銅マトリックス中で、延性
なアルファ鉄相を介在させることにより、鉄相の加工に
よって生じる応力を脆性なクロム相に伝達させ、以って
クロムを繊維状に延伸させて銅マトリックスを繊維強化
するものである。しかしながら、この先願発明では微細
なクロム繊維をその場形成させることができるが、鉄相
を介在させるため、その極く微細な鉄が銅マトリックス
に固溶すると、鉄は他の元素と比較して銅の導電率を極
端に低下させてしまうため、銅中への鉄の固溶を避けな
ければならないが、そのための成分コントロールが極め
て難しく、製造コストアップを招来するという面があ
る。[0005] One of the present inventors has previously proposed a new concept of strengthening a copper matrix composed of two phases composed of binary components other than copper as a means for solving the above-mentioned problem of Cu-Cr. And filed as Japanese Patent Application No. 8-65398. Specifically, in the copper matrix, by interposing a ductile alpha iron phase, the stress generated by the processing of the iron phase is transmitted to the brittle chromium phase, thereby stretching the chromium into a fibrous form to form the copper matrix. Fiber reinforcement. However, in this prior invention, fine chromium fibers can be formed in-situ, but since the iron phase is interposed, when the extremely fine iron forms a solid solution in the copper matrix, iron is compared with other elements. Since the conductivity of copper is extremely reduced, it is necessary to avoid solid solution of iron in copper. However, component control for the solution is extremely difficult, which leads to an increase in manufacturing cost.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のその
場（In-Situ)金属繊維強化銅合金においてコストパーフ
ォマンスから唯一有望視されている銅−クロム系合金に
おけるクロムの脆性の問題を鉄相の介在を要さずに解決
し、銅マトリックス中に複合させたクロム繊維径が十分
な強度を有する程小さく、高屈曲性を具え、しかも高導
電性を併せ持ち、従ってロボット駆動用もしくは制御用
ケーブルあるいはその他前述した各種用途に好適な高導
電性・高強度銅基複合材料を提供することを目的とする
ものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problem of chromium brittleness in copper-chromium alloys, which is the only promising cost-performance of conventional in-situ metal fiber reinforced copper alloys. Solved without the need for intervening phases, the diameter of the chromium fiber composited in the copper matrix is small enough to have sufficient strength, has high flexibility, and has high conductivity, and is therefore used for driving or controlling robots It is an object of the present invention to provide a high-conductivity and high-strength copper-based composite material suitable for cables or other various uses described above.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を達成するために鋭意研究を重ねる過程において、銅マ
トリックス中に晶出させたクロムを主体とした樹枝状晶
を冷間加工してクロム繊維をその場（In-Situ）形成す
る工程の途中で、溶体化処理を施すことにより、加工硬
化を低減させ、その後の継続した冷間加工により高加工
度を得ることができ、従って十分な強度を有する細径の
繊維にまで加工できることを知見した。さらに本発明者
らはクロム繊維による強度向上とともに銅マトリックス
内に銀またはジルコニウムの析出金属相を析出させるこ
とによりクロム繊維の粗大化をもたらさず、しかも導電
性を著しく損なわないで、前記強度向上効果と銀または
ジルコニウム析出硬化を重畳させることが可能であると
いう従来全く予想され得なかった知見を得、本発明を為
すに至ったものである。すなわち、本発明の高導電性・
高強度銅基複合材料は、その場（In-Situ）繊維強化銅
基複合材料であって、銅マトリックスと、該マトリック
ス中に形成されたその場繊維状クロムと、該マトリック
ス中に分散した銀析出相とで構成されてなる。前記クロ
ム成分量は１〜２５重量％含有される。また、本発明に
係る高導電性・高強度銅基複合材料の製造方法は、１〜
２５重量％のクロムおよび８重量％以下の銀、またはジ
ルコニウム、残部実質的に銅からなる合金材料を、スエ
ージ加工後、冷間引き抜き加工を施し、これを溶体化処
理し、次いで引き抜き加工を継続して施し、時効硬化処
理することを特徴とする。本発明における引き抜き加工
による加工度η（但し、η＝lnA0/A,A0:加工前断面積、
A：加工後断面積）は７以上になるまで加工を施すが、
引き抜き加工による加工度ηが３〜４の範囲となった時
に溶体化処理を施し、加工度ηが７以上となった時に時
効硬化処理を施し、また、引き抜き加工の一回の加工度
△ηは０．０１〜０．５の範囲となるようにする。Means for Solving the Problems In the course of intensive research to achieve the above object, the present inventors cold-worked dendrites mainly composed of chromium crystallized in a copper matrix. In the process of forming chromium fibers in-situ, a solution treatment is performed to reduce work hardening, and a high degree of work can be obtained by subsequent cold working. It has been found that it can be processed to a small diameter fiber having sufficient strength. Furthermore, the present inventors do not bring about coarsening of the chromium fiber by precipitating the precipitated metal phase of silver or zirconium in the copper matrix together with the strength improvement by the chromium fiber, and furthermore, the conductivity is not significantly impaired. It has been found that it was possible to superimpose silver and zirconium precipitation hardening with silver and zirconium precipitation hardly, and the present invention has been accomplished. That is, the high conductivity of the present invention
The high strength copper matrix composite is an in-situ fiber reinforced copper matrix composite comprising a copper matrix, in-situ fibrous chromium formed in the matrix, and silver dispersed in the matrix. And a precipitated phase. The amount of the chromium component is 1 to 25% by weight. In addition, the method for producing a high-conductivity and high-strength copper-based composite material according to the present invention includes one to one.
An alloy material consisting of 25% by weight of chromium and 8% by weight or less of silver or zirconium, the balance being substantially copper, is subjected to cold drawing after swaging, to solution treatment, and then to continuing drawing. And is subjected to age hardening. Degree of processing η by drawing in the present invention (where η = lnA 0 / A, A 0 : cross-sectional area before processing,
A: Processing is performed until the cross-sectional area becomes 7 or more.
A solution treatment is performed when the degree of work η by drawing is in the range of 3 to 4, and an age hardening treatment is performed when the degree of work η is 7 or more. Is in the range of 0.01 to 0.5.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】本発明は高導電性・高強度銅基複
合材料を得るために、その場形成させたクロム繊維の複
合強化とともに析出硬化を重畳させることにより所期の
特性を具備させること、そしてそのために加工工程途中
に溶体化処理という強度を意図した材料を得んとする場
合に常識外である熱処理を加えることを特徴の一つとす
るものであり、この溶体化処理によるもその後の継続し
た冷間引き抜き加工により硬度は復帰すること、繊維強
化と析出硬化が重畳されること等、従来全く予想出来な
かった知見とその確認に基づくものである。以下、本発
明におけるその場形成したクロム繊維を含むＣｕ−合金
元素系の硬度−加工度に与える熱処理効果を模式的に示
す図１に従って本発明を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, in order to obtain a high-conductivity and high-strength copper-based composite material, desired properties are provided by superimposing precipitation hardening together with composite reinforcement of chromium fibers formed in situ. In order to obtain a material intended for strength called solution treatment during the processing step, it is one of the features to add a heat treatment which is not common sense, and this solution treatment also This is based on knowledge that could not be expected at all, such as the fact that the hardness is restored by the continuous cold drawing and that the fiber hardening and precipitation hardening are superimposed. Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG. 1, which schematically shows the heat treatment effect on the hardness-working degree of a Cu-alloy element system containing chromium fibers formed in situ in the present invention.
【０００９】本発明における合金材料の成分組成は１〜
２５重量％のクロムおよび８重量％以下の銀、またはジ
ルコニウム、残部実質的に銅からなる。クロムの含有量
が２５重量％を越えると当該銅基合金材料の導電率が低
下して所望の特性が得られなくなり、１重量％未満では
そもそもクロムが第２相として存在できないのでクロム
繊維をその場形成することができない。また、銀または
ジルコニウムの含有量は８重量％を越えるとこれら金属
元素とマトリックス界面における電子の散乱による導電
率の低下をもたらすため、８重量％以下とする。これら
鋳造インゴットからなる合金材料を、図１に示すよう
に、まずスエージ加工して加工度ηがｍ点になるまで粗
加工する。このとき硬度は加工硬化による上昇分のみで
ある。次いで冷間引き抜き加工を施す。この引き抜き加
工は一回の加工度△ηが０．０１〜０．５の範囲となる
ように行う。これは銅の変形能とクロムの変形能が著し
く異なるため、銅の変形にクロムの変形が追随できなけ
ればならないからである。この△η範囲を越えると銅の
みが変形し、クロムは破断してしまうようになる。逆
に、△η範囲より小さいと加工能率が極端に悪化する。
図１におけるｏ〜ａの領域は主として加工による銅マト
リックスの硬化を示し、クロム繊維化の寄与は殆ど無
い。ａ〜ｂの領域に至り加工によるクロムの繊維化によ
る強化が増加し、加工硬化の寄与は鈍化する。加工度η
が３〜４になったｎの時点で溶体化処理する。これによ
り銅マトリックスおよびクロム相が加工硬化状態から焼
鈍状態あるいは再結晶状態に入り、硬度はｂからｂ’
（繊維強化残留分のみ）にまで低下する。なお、加工度
ηが４を越えると加工が困難となり、加工度ηが５を越
えると加工不能となる。従って溶体化処理はその前に行
う必要がある。次いで溶体化処理前と同様に一回の加工
度△ηが０．０１〜０．５の範囲で冷間引き抜き加工を
継続して行う。ｂ’〜ｃの領域では再び加工状態への再
入による加工硬化が増加し、それとともに繊維強化も生
じていることを示している。ｃ〜ｄの領域は主として加
工の進行によるクロム繊維の微細化による強化を示す。
ここではｄ状態でｂ状態に硬度が復帰していることが分
かる。加工度がｐになった時点（ｄ状態）、すなわち加
工度η＝７以上となった時、合金元素析出のための時効
硬化処理を施す。そのためｄ〜ｄ’で析出硬化が繊維強
化に重畳されることが分かる。The composition of the alloy material in the present invention is 1 to
It consists of 25% by weight of chromium and up to 8% by weight of silver or zirconium, with the balance substantially consisting of copper. If the chromium content exceeds 25% by weight, the conductivity of the copper-based alloy material is lowered, and desired characteristics cannot be obtained. If the chromium content is less than 1% by weight, chromium cannot exist as a second phase in the first place. A field cannot be formed. On the other hand, if the content of silver or zirconium exceeds 8% by weight, the conductivity is reduced due to scattering of electrons at the interface between these metal elements and the matrix, so that the content is set to 8% by weight or less. As shown in FIG. 1, the alloy material composed of these cast ingots is first swage-processed and rough-processed until the degree of processing η reaches the point m. At this time, the hardness is only an increase due to work hardening. Next, cold drawing is performed. This drawing is performed such that the degree of processing Δη in one cycle is in the range of 0.01 to 0.5. This is because the deformability of copper is significantly different from that of chromium, so that the deformation of chromium must be able to follow the deformation of copper. Beyond this △ η range, only copper is deformed and chromium breaks. Conversely, if it is smaller than the △ η range, the processing efficiency will be extremely deteriorated.
The regions o to a in FIG. 1 mainly show hardening of the copper matrix by processing, and there is almost no contribution of chromium fiber formation. In regions a and b, the reinforcement by chromium fiberization by processing increases, and the contribution of work hardening is slowed down. Degree of processing η
The solution treatment is carried out at the point of time n when 3 becomes 4. As a result, the copper matrix and the chromium phase change from the work hardened state to the annealed state or the recrystallized state, and the hardness changes from b to b ′
(Only fiber-reinforced residue). If the degree of processing η exceeds 4, processing becomes difficult, and if the degree of processing η exceeds 5, processing becomes impossible. Therefore, the solution treatment must be performed before that. Next, as in the case before the solution treatment, the cold drawing is continuously performed at a single working degree Δη in the range of 0.01 to 0.5. In the regions b ′ to c ′, the work hardening due to the re-entry into the working state increases again, and the fiber reinforcement also occurs. The regions of c to d mainly show the strengthening of the chromium fibers due to the miniaturization due to the progress of the processing.
Here, it can be seen that the hardness has returned to the state b in the state d. When the workability reaches p (d state), that is, when the workability η = 7 or more, an age hardening treatment for alloy element precipitation is performed. Therefore, it can be seen that precipitation hardening is superimposed on fiber reinforcement in d to d '.
【００１０】[0010]
【発明の効果】本発明において、引き抜き加工の最終加
工度は７以上とする。加工工程の途中において溶体化処
理を施す本発明では、溶体化処理を施さない場合には加
工度５を越えることができなかったが、７以上までの加
工度とすることができるようになった。これによりクロ
ム繊維強化を有効ならしめることができ、実用化が達成
できる。さらに、このクロム繊維強化とともに析出金属
相の析出硬化を重畳させる際に析出金属相として銀また
はジルコニウムを用いるため、析出のための熱処理がク
ロム繊維の粗大化をもたらさず、かつ銅の導電性を著し
く損なうことがない。これは銅中の銀またはジルコニウ
ムの析出速度が比較的大きく、析出のための時効処理を
比較的低温で行うことができ、従ってクロム繊維の粗大
化を防止することができるためである。これら繊維強化
と析出金属相の硬度向上の両強化機構に基づき、導電性
を高範囲に維持しつつ高強度、特に高屈曲性を具備させ
得た。すなわち、本発明に係る銅基複合材料ではロボッ
ト用ケーブル等の場合、変形領域を弾性領域に抑え込
み、塑性領域には踏み込むことがないため、塑性歪の蓄
積は生じず、塑性歪による疲労破壊は防止でき、前述し
たようなロボットの駆動あるいは制御用ケーブル等の各
種用途に最適なものである。具体的には、引張強度が１
０００ＭＰａ以上、導電率は７５％ＩＡＣＳを越えた銅
基複合材料が得られる。According to the present invention, the final working ratio of the drawing process is 7 or more. In the present invention in which the solution treatment is performed in the middle of the working process, the workability cannot exceed 5 when the solution treatment is not performed, but the workability can be increased to 7 or more. . As a result, chromium fiber reinforcement can be made effective, and practical use can be achieved. Furthermore, since silver or zirconium is used as the precipitated metal phase when the precipitation hardening of the deposited metal phase is superimposed together with the chromium fiber reinforcement, the heat treatment for precipitation does not bring about the coarsening of the chromium fiber, and the conductivity of copper is reduced. There is no significant loss. This is because the deposition rate of silver or zirconium in copper is relatively high, and the aging treatment for precipitation can be performed at a relatively low temperature, so that coarsening of the chromium fiber can be prevented. Based on both the fiber reinforcement and the enhancement of the hardness of the precipitated metal phase, high strength, particularly high flexibility, could be provided while maintaining conductivity in a high range. That is, in the case of a cable for robots or the like in the copper-based composite material according to the present invention, the deformation region is suppressed to the elastic region, and the plastic region is not stepped on. It is suitable for various applications such as a cable for driving or controlling a robot as described above. Specifically, the tensile strength is 1
A copper-based composite material having a conductivity of at least 000 MPa and a conductivity exceeding 75% IACS can be obtained.
【００１１】以下に実施例を示す。An embodiment will be described below.
【実施例】高周波真空溶解炉を用いて、９９．９純度の
１０％Ｃｒ，３％Ａｇ、残部Ｃｕの組成のインゴットを
製造した。ルツボにはマグネシアルツボを用いた。鋳型
は銅製のものとした。溶解温度は１３００℃、保持時間
は１０分とした。溶解直前まで真空（５×１／１０2tol
l）を保持し、次いでアルゴンを送入して溶解、鋳造を
行った。インゴットサイズは直径３０ｍｍ、長さ３２０
ｍｍで、それを１８ｍｍφまで面削した。このインゴッ
トの組成分析値を表１に示す。EXAMPLE Using a high-frequency vacuum melting furnace, an ingot having a composition of 99.9 purity of 10% Cr, 3% Ag and the balance Cu was manufactured. Magnesial crucibles were used as crucibles. The mold was made of copper. The dissolution temperature was 1300 ° C. and the holding time was 10 minutes. Vacuum (5 × 1/10 2 tol) until just before dissolution
l) was maintained, and then argon was fed in to perform melting and casting. Ingot size is 30mm in diameter and 320 in length
mm, it was chamfered to 18 mmφ. Table 1 shows the composition analysis values of this ingot.
【００１２】[0012]
【表１】 [Table 1]
【００１３】インゴットの金属組織写真を図２に示す。
図２より、クロムデンドライトは微細であり、微細なフ
ィラメントをその場形成させるに望ましい様相を示して
いることが分かる。FIG. 2 shows a photograph of the metal structure of the ingot.
From FIG. 2, it can be seen that the chrome dendrite is fine and shows a desirable aspect for forming fine filaments in situ.
【００１４】以下、本発明実施例を説明する。加工プロ
セスはスエージ加工と穴ダイス引き抜き伸線加工によ
る。面削して３０ｍｍφを１８ｍｍφとしたインゴット
はスエージ加工により６．７ｍｍφまで加工した。この
時の加工度ηは２である。次いで、穴ダイス引き抜き加
工を一回の加工度△ηが０．１で行い、加工度４になる
まで行った。ここで、８００℃、３０分間の溶体化処理
を施した。その後、引き続き穴ダイス引き抜き加工を一
回の加工度△ηが０．１で繰返し行い、その途中、加工
度ηが４．０の時、確認のため、クロム繊維のＳＥＭ像
を撮影した。その写真を図３に示す。図３では銅マトリ
ックスはエッチング除去されクロム繊維のみ残した状態
で撮影されている。この段階ではその場形成したクロム
繊維は粗大であるのが分かる。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The processing process is swage processing and hole die drawing and drawing processing. The ingot whose surface was cut to 30 mmφ and 18 mmφ was processed to 6.7 mmφ by swaging. The working ratio η at this time is 2. Next, the hole die was pulled out at a single processing degree △ η of 0.1, and the processing was performed until the processing degree reached 4. Here, a solution treatment was performed at 800 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the hole die was repeatedly drawn with a single processing degree △ η of 0.1. During the processing, when the processing degree η was 4.0, an SEM image of the chromium fiber was taken for confirmation. The photograph is shown in FIG. In FIG. 3, the copper matrix is etched away and the chromium fiber is left, and the photograph is taken. At this stage, it can be seen that the chromium fibers formed in-situ are coarse.
【００１５】以降、穴ダイス加工により同様にして一回
の加工度△ηが０．１で細線化を進め、加工度η＝８の
線材を得た。この場合のクロム繊維の様相を図４に示
す。図４より、クロム繊維は図３に比べて十分に微細で
あることが分かる。次いでこの段階で、２５０℃、３０
分間の時効硬化処理を施した。得られた試料につき、イ
ンストロン試験機で測定した機械的強度は１０００ＭＰ
ａ、長さ１ｍの試料について４端子法で測定した導電率
は７５％ＩＡＣＳであった。なお、比較例として溶体化
処理をしなかった試料をみると、加工度η＝５以上を得
ることができなかった。Thereafter, similarly, a thinning process was carried out at a processing degree で η of 0.1 by a hole die processing to obtain a wire rod with a processing degree η = 8. FIG. 4 shows the appearance of the chromium fiber in this case. FIG. 4 shows that the chromium fiber is sufficiently finer than that of FIG. Then, at this stage, 250 ° C., 30
Minutes of age hardening. The mechanical strength of the obtained sample measured by an Instron testing machine was 1000MP.
a, Conductivity of a 1 m long sample measured by a four-terminal method was 75% IACS. As a comparative example, a sample without solution treatment was not able to obtain a workability η of 5 or more.
【図１】本発明に係るクロム繊維を含む銅基複合材料の
硬度−加工度に与える熱処理効果を模式的に示した説明
図である。FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a heat treatment effect on the hardness-working degree of a copper-based composite material containing chromium fibers according to the present invention.
【図２】本発明実施例におけるインゴットの金属組織を
１００倍の倍率で示す顕微鏡写真である。FIG. 2 is a photomicrograph showing the metal structure of the ingot in Example of the present invention at a magnification of 100 times.
【図３】本発明実施例における加工途中（加工度η＝
４）の試料の１０００倍のＳＥＭ像を示す写真である。FIG. 3 is a diagram illustrating a process during working (working degree η =
It is a photograph which shows a 1000 times SEM image of the sample of 4).
【図４】本発明実施例における加工後の試料（加工度η
＝８）の試料の１０００倍のＳＥＭ像を示す写真であ
る。FIG. 4 shows a sample after processing (working degree η) in an embodiment of the present invention.
= 8) is a photograph showing a 1000 times SEM image of the sample of FIG.
─────────────────────────────────────────────────────
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【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成９年３月１１日[Submission date] March 11, 1997
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【書類名】 明細書[Document Name] Statement
【発明の名称】 高導電性・高強度銅基複合材料および
その製造方法Patent application title: Highly conductive and high-strength copper-based composite material and method for producing the same
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は材料分野で最近特に
注目されてきた高屈曲性を具備するとともに高導電性を
共に具備し、産業上広範囲に利用することができる高強
度、高導電性その場繊維強化銅合金に関する。例えば、
製造工程におけるロボットを用いた無人化において、ロ
ボットの駆動用あるいは各種制御用ケーブル等に好適で
あり、これらに用いられてロボットそのものの寿命を向
上させ、実質的に無人化、メンテナンスフリー化を実現
させること等に利用される。また、最近電子回路におけ
るファインピッチ化の深まりにより、材料強度が不足し
てきている回路材料や、部品用の導電材料として利用さ
れる。さらには、将来例えば生体用マシン等にマイクロ
マシン化の傾向が強まってくることが予想されるが、こ
の場合例えばマイクロモーターでは使用される材料も極
細線、極薄箔等が必須となるが、そのニーズに応えられ
る材料として利用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a material having high flexibility and high electrical conductivity, which have recently attracted particular attention in the field of materials. In-situ fiber reinforced copper alloy. For example,
Suitable for robot driving or various control cables, etc. in unmanned use of robots in the manufacturing process, and used for these to extend the life of the robots themselves and realize substantially unmanned and maintenance-free It is used to make it work. In addition, recently, electronic circuits are used as circuit materials whose material strength is becoming insufficient due to deepening of fine pitch in electronic circuits, and as conductive materials for parts. Further, in the future, for example, it is expected that the tendency of micromachines to be used in biological machines and the like is expected to increase.In this case, for example, in a micromotor, the materials used must be ultrafine wires, ultrathin foils, etc. Used as a material that meets the needs.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、銅合金として導電性と高強度とを
意図した所謂、高導電性、高強度銅合金が各種分野で実
用に供されている。しかし、高強度であれば導電性は低
下し、逆に高導電性であれば強度が低下してしまうとい
う経験則が成り立ち、両者は相反する性質である。これ
を打ち破るものとして、いわゆる繊維強化型銅マトリッ
クス複合材料がある。これら繊維強化型銅マトリックス
複合材料とは、周知のように銅マトリックス中に例えば
炭素繊維等の繊維を介在させて強化した複合材料で、”
METALLRGICAL TANSACTIONS VOL.24A(1993)”に最近の研
究成果が特集されている。この複合材料のもつ利点は、
高導電性は電流が銅マトリックス中を流れることで確保
でき、かつ機械的強さ、特に屈曲性を繊維強化で確保で
きることである。つまり役割が分担されている。しかる
に、例えば炭素繊維で強化した銅合金を作成する場合、
炭素繊維と銅マトリックスとの間の濡れ性等の界面制御
が非常に難しく、これが製造コストを引き上げてしま
い、現在も実用化されていない。2. Description of the Related Art Conventionally, so-called high-conductivity, high-strength copper alloys intended to have high conductivity and high strength as copper alloys have been put to practical use in various fields. However, if the strength is high, the conductivity is reduced, and if the conductivity is high, the empirical rule is established that the strength is reduced, and both are contradictory properties. To overcome this, there is a so-called fiber-reinforced copper matrix composite material. These fiber-reinforced copper matrix composites are, as is well known, composite materials reinforced by interposing fibers such as carbon fibers in a copper matrix.
METALLRGICAL TANSACTIONS VOL.24A (1993) ”features recent research results. The advantages of this composite material are:
High conductivity means that a current can be ensured by flowing through a copper matrix, and mechanical strength, in particular, flexibility, can be ensured by fiber reinforcement. In other words, roles are shared. However, for example, when making a copper alloy reinforced with carbon fiber,
It is very difficult to control the interface such as wettability between the carbon fiber and the copper matrix, and this raises the production cost, and has not been practically used at present.
【０００３】かかることから、前記文献に示されている
ように繊維強化銅マトリックス複合材料の内で最近特に
注目されているのが、その場（In Situ)金属繊維強化銅
マトリックス複合材料である。これは例えば銅とニオブ
のように、互いにほとんど固溶し合わない合金成分を溶
解、鋳造し、そのインゴットを熱間および／または冷間
加工によってニオブの繊維をその場形成せしめて、銅マ
トリックスを強化して線や板にするもので、"J.Beck et
al, :J.Appl. Phys. Vol.49(1978)6031”の文献に記載
されている。これによれば、銅−ニオブの場合、鋳造時
ニオブの樹枝状晶が析出し、”その場（In Situ)" で繊
維状に引伸され、これが銅マトリックスと相互作用し
て、マトリックスを強化するものである。しかるに、ニ
オブは融点が高く、溶解にはアーク炉や電子ビーム溶解
を必要とし、産業上利用するには、生産性が劣り、コス
ト高であるので、実用化されるには至っていないのが現
状である。そこで、最近では高融点元素を用いない、そ
の場Ａｇ繊維強化銅マトリックス複合材料やその場Ｃｒ
繊維強化銅マトリックス複合材料についての研究報告が
それぞれ次の文献に記載されている。"Y.Sakai et al.
:Appl. Phys. Lett.,Vol.59(1991)2965、 T.Takeuchi
et al. :J.Less-Common Metals, Vol.157(1990)25”。[0003] Therefore, among the fiber-reinforced copper matrix composite materials, as shown in the above-mentioned literature, an in-situ (In Situ) metal fiber-reinforced copper matrix composite material has recently been particularly noted. This involves melting and casting alloy components that hardly form a solid solution with each other, such as copper and niobium, and forming the ingot in situ into niobium fibers by hot and / or cold working to form a copper matrix. "J. Beck et.
al,: J. Appl. Phys. Vol. 49 (1978) 6031. According to this document, in the case of copper-niobium, dendritic crystals of niobium are precipitated at the time of casting. (In Situ) "is a fibrous stretch that interacts with the copper matrix to strengthen the matrix. However, niobium has a high melting point and requires an arc furnace or electron beam melting for melting, At present, it has not been put to practical use because of low productivity and high cost for industrial use, and recently, an in situ Ag fiber reinforced copper matrix which does not use a high melting point element. Composite materials and in-situ Cr
Research reports on fiber-reinforced copper matrix composites are described in the following documents, respectively. "Y.Sakai et al.
: Appl. Phys. Lett., Vol. 59 (1991) 2965, T. Takeuchi
et al .: J. Less-Common Metals, Vol. 157 (1990) 25 ".
【０００４】しかしながら、銀はコストパーフォマンス
が問題となる。コストパーフォマンスから唯一有望視さ
れる銅−クロムではクロムが脆性であり、所望の機械的
強さを得るためには十分微細なクロム繊維をその場形成
させなければならないのに、得られるその場クロム繊維
の繊維径は十分に小さくできず、１０００ＭＰａの引張
強度を達成できていない。クロムの脆性を克服する手段
として、鋳造段階でクロム相を単結晶状の樹枝状晶とし
てに晶出させる試みがあるが、その制御は難しくこれも
製造のコストアップをもたらす。さらにクロムの脆性
が、その結晶粒界に酸素、窒素、炭素等のガス不純物が
集まることに起因することから、高純度クロムを使うこ
とも試みられているが、これもコストアップを招来す
る。しかもこれらの手法をもってしても、所望の繊維
径、従って所望の引張強度は得られていない現状にあ
る。[0004] However, silver has a problem of cost performance. Chromium is brittle in copper-chromium, which is the only promising one from the viewpoint of cost performance, and the in-situ chromium obtained can be obtained even though sufficiently fine chromium fibers must be formed in-situ to obtain the desired mechanical strength. The fiber diameter of the fiber cannot be made sufficiently small, and a tensile strength of 1000 MPa cannot be achieved. As a means of overcoming the brittleness of chromium, there is an attempt to crystallize the chromium phase into single-crystal dendrites during the casting step, but the control is difficult and this also increases the production cost. Further, since the brittleness of chromium is caused by gas impurities such as oxygen, nitrogen, and carbon gathering at the crystal grain boundaries, the use of high-purity chromium has been attempted, but this also leads to an increase in cost. Moreover, even with these techniques, the desired fiber diameter, and thus the desired tensile strength, has not yet been obtained.
【０００５】本発明者らの一人は先にＣｕ−Ｃｒの上記
したような問題を解決する手段として、銅以外の二元系
成分からなる二相で構成した銅マトリックスの強化とい
うコンセプトを新規に提示し、特願平８−６５３９８号
として出願した。具体的には銅マトリックス中で、延性
なアルファ鉄相を介在させることにより、鉄相の加工に
よって生じる応力を脆性なクロム相に伝達させ、以って
クロムを繊維状に延伸させて銅マトリックスを繊維強化
するものである。しかしながら、この先願発明では微細
なクロム繊維をその場形成させることができるが、鉄相
を介在させるため、その極く微細な鉄が銅マトリックス
に固溶すると、鉄は他の元素と比較して銅の導電率を極
端に低下させてしまうため、銅中への鉄の固溶を避けな
ければならないが、そのための成分コントロールが極め
て難しく、製造コストアップを招来するという面があ
る。[0005] One of the present inventors has previously proposed a new concept of strengthening a copper matrix composed of two phases composed of binary components other than copper as a means for solving the above-mentioned problem of Cu-Cr. And filed as Japanese Patent Application No. 8-65398. Specifically, in the copper matrix, by interposing a ductile alpha iron phase, the stress generated by the processing of the iron phase is transmitted to the brittle chromium phase, thereby stretching the chromium into a fibrous form to form the copper matrix. Fiber reinforcement. However, in this prior invention, fine chromium fibers can be formed in-situ, but since the iron phase is interposed, when the extremely fine iron forms a solid solution in the copper matrix, iron is compared with other elements. Since the conductivity of copper is extremely reduced, it is necessary to avoid solid solution of iron in copper. However, component control for the solution is extremely difficult, which leads to an increase in manufacturing cost.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のその
場（In-Situ)金属繊維強化銅合金においてコストパーフ
ォマンスから唯一有望視されている銅−クロム系合金に
おけるクロムの脆性の問題を鉄相の介在を要さずに解決
し、銅マトリックス中に複合させたクロム繊維径が十分
な強度を有する程小さく、高屈曲性を具え、しかも高導
電性を併せ持ち、従ってロボット駆動用もしくは制御用
ケーブルあるいはその他前述した各種用途に好適な高導
電性・高強度銅基複合材料を提供することを目的とする
ものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problem of chromium brittleness in copper-chromium alloys, which is the only promising cost-performance of conventional in-situ metal fiber reinforced copper alloys. Solved without the need for intervening phases, the diameter of the chromium fiber composited in the copper matrix is small enough to have sufficient strength, has high flexibility, and has high conductivity, and is therefore used for driving or controlling robots It is an object of the present invention to provide a high-conductivity and high-strength copper-based composite material suitable for cables or other various uses described above.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を達成するために鋭意研究を重ねる過程において、銅マ
トリックス中に晶出させたクロムを主体とした樹枝状晶
を冷間加工してクロム繊維をその場（In-Situ）形成す
る工程の途中で、溶体化処理を施すことにより、加工硬
化を低減させ、その後の継続した冷間加工により高加工
度を得ることができ、従って十分な強度を有する細径の
繊維にまで加工できることを知見した。さらに本発明者
らはクロム繊維による強度向上とともに銅マトリックス
内に銀またはジルコニウムの析出金属相を析出させるこ
とによりクロム繊維の粗大化をもたらさず、しかも導電
性を著しく損なわないで、前記強度向上効果と銀または
ジルコニウム析出硬化を重畳させることが可能であると
いう従来全く予想され得なかった知見を得、本発明を為
すに至ったものである。すなわち、本発明の高導電性・
高強度銅基複合材料は、その場（In-Situ）繊維強化銅
基複合材料であって、銅マトリックスと、該マトリック
ス中に形成されたその場繊維状クロムと、該マトリック
ス中に分散した銀析出相とで構成されてなる。前記クロ
ム成分量は１〜２５重量％含有される。また、本発明に
係る高導電性・高強度銅基複合材料の製造方法は、１〜
２５重量％のクロムおよび８重量％以下の銀、またはジ
ルコニウム、残部実質的に銅からなる合金材料を、スエ
ージ加工後、冷間引き抜き加工を施し、これを溶体化処
理し、次いで冷間引き抜き加工を継続して施し、時効硬
化処理することを特徴とする。本発明における引き抜き
加工後の加工度η（但し、η＝lnA0/A,A0:加工前断面
積、A：加工後断面積）は７以上になるまで加工を施す
が、引き抜き加工後の加工度ηが３〜４の範囲となった
時に溶体化処理を施し、加工度ηが７以上となった時に
時効硬化処理を施し、また、冷間引き抜き加工の一回の
加工度△ηは０．０１〜０．５の範囲となるようにす
る。Means for Solving the Problems In the course of intensive research to achieve the above object, the present inventors cold-worked dendrites mainly composed of chromium crystallized in a copper matrix. In the process of forming chromium fibers in-situ, a solution treatment is performed to reduce work hardening, and a high degree of work can be obtained by subsequent cold working. It has been found that it can be processed to a small diameter fiber having sufficient strength. Furthermore, the present inventors do not bring about coarsening of the chromium fiber by precipitating the precipitated metal phase of silver or zirconium in the copper matrix together with the strength improvement by the chromium fiber, and furthermore, the conductivity is not significantly impaired. It has been found that it was possible to superimpose silver and zirconium precipitation hardening with silver and zirconium precipitation hardly, and the present invention has been accomplished. That is, the high conductivity of the present invention
The high strength copper matrix composite is an in-situ fiber reinforced copper matrix composite comprising a copper matrix, in-situ fibrous chromium formed in the matrix, and silver dispersed in the matrix. And a precipitated phase. The amount of the chromium component is 1 to 25% by weight. In addition, the method for producing a high-conductivity and high-strength copper-based composite material according to the present invention includes one to one.
An alloy material consisting of 25% by weight of chromium and 8% by weight or less of silver or zirconium, with the balance being substantially copper, is subjected to cold drawing after swaging, and then to solution treatment, and then to cold drawing. And is subjected to age hardening treatment. The working degree η after drawing in the present invention (where η = lnA 0 / A, A 0 : cross-sectional area before processing, A: cross-sectional area after processing) becomes 7 or more. When the working ratio η is in the range of 3 to 4, the solution treatment is performed, and when the working ratio η is 7 or more, the age hardening process is performed. The range is 0.01 to 0.5.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】本発明は高導電性・高強度銅基複
合材料を得るために、その場形成させたクロム繊維の複
合強化とともに析出硬化を重畳させることにより所期の
特性を具備させること、そしてそのために加工工程途中
に溶体化処理という強度を意図した材料を得んとする場
合に常識外である熱処理を加えることを特徴の一つとす
るものであり、この溶体化処理によるもその後の継続し
た冷間引き抜き加工により硬度は復帰すること、繊維強
化と析出硬化が重畳されること等、従来全く予想出来な
かった知見とその確認に基づくものである。以下、本発
明におけるその場形成したクロム繊維を含むＣｕ−合金
元素系の硬度−加工度に与える熱処理効果を模式的に示
す図１に従って本発明を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, in order to obtain a high-conductivity and high-strength copper-based composite material, desired properties are provided by superimposing precipitation hardening together with composite reinforcement of chromium fibers formed in situ. In order to obtain a material intended for strength called solution treatment during the processing step, it is one of the features to add a heat treatment which is not common sense, and this solution treatment also This is based on knowledge that could not be expected at all, such as the fact that the hardness is restored by the continuous cold drawing and that the fiber hardening and precipitation hardening are superimposed. Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG. 1, which schematically shows the heat treatment effect on the hardness-working degree of a Cu-alloy element system containing chromium fibers formed in situ in the present invention.
【０００９】本発明における合金材料の成分組成は１〜
２５重量％のクロムおよび８重量％以下の銀、またはジ
ルコニウム、残部実質的に銅からなる。クロムの含有量
が２５重量％を越えると当該銅基合金材料の導電率が低
下して所望の特性が得られなくなり、１重量％未満では
そもそもクロムが第２相として存在できないのでクロム
繊維をその場形成することができない。また、銀または
ジルコニウムの含有量は８重量％を越えるとこれら金属
元素とマトリックス界面における電子の散乱による導電
率の低下をもたらすため、８重量％以下とする。これら
鋳造インゴットからなる合金材料を、図１に示すよう
に、まずスエージ加工して加工度ηがｍ点になるまで粗
加工する。このとき硬度は加工硬化による上昇分のみで
ある。次いで冷間引き抜き加工を施す。この引き抜き加
工は一回の加工度△ηが０．０１〜０．５の範囲となる
ように行う。これは銅の変形能とクロムの変形能が著し
く異なるため、銅の変形にクロムの変形が追随できなけ
ればならないからである。この△η範囲を越えると銅の
みが変形し、クロムは破断してしまうようになる。逆
に、△η範囲より小さいと加工能率が極端に悪化する。
図１におけるｏ〜ａの領域は主として加工による銅マト
リックスの硬化を示し、クロム繊維化の寄与は殆ど無
い。ａ〜ｂの領域に至り加工によるクロムの繊維化によ
る強化が増加し、加工硬化の寄与は鈍化する。加工度η
が３〜４になったｎの時点で溶体化処理する。これによ
り銅マトリックスおよびクロム相が加工硬化状態から焼
鈍状態あるいは再結晶状態に入り、硬度はｂからｂ’
（繊維強化残留分のみ）にまで低下する。なお、加工度
ηが４を越えると加工材料内部に空隙が発生し始め、加
工度ηが５を越えると空隙が大きくなり亀裂が発生し断
線に至り加工不能となる。従って溶体化処理はその前に
行う必要がある。次いで溶体化処理前と同様に一回の加
工度△ηが０．０１〜０．５の範囲で冷間引き抜き加工
を継続して行う。ｂ’〜ｃの領域では再び加工状態への
再入による加工硬化が増加し、それとともに繊維強化も
生じていることを示している。ｃ〜ｄの領域は主として
加工の進行によるクロム繊維の微細化による強化を示
す。ここではｄ状態でｂ状態に硬度が復帰していること
が分かる。加工度がｐになった時点（ｄ状態）、すなわ
ち加工度η＝７以上となった時、合金元素析出のための
時効硬化処理を施す。そのためｄ〜ｄ’で析出硬化が繊
維強化に重畳されることが分かる。The composition of the alloy material in the present invention is 1 to
It consists of 25% by weight of chromium and up to 8% by weight of silver or zirconium, with the balance substantially consisting of copper. If the chromium content exceeds 25% by weight, the electrical conductivity of the copper-based alloy material decreases, and desired characteristics cannot be obtained. If the chromium content is less than 1% by weight, chromium cannot exist as a second phase in the first place. A field cannot be formed. On the other hand, if the content of silver or zirconium exceeds 8% by weight, the conductivity is reduced due to scattering of electrons at the interface between these metal elements and the matrix, so that the content is set to 8% by weight or less. As shown in FIG. 1, the alloy material composed of these cast ingots is first swage-processed and rough-processed until the degree of processing η reaches the point m. At this time, the hardness is only an increase due to work hardening. Next, cold drawing is performed. This drawing is performed such that the degree of processing Δη in one cycle is in the range of 0.01 to 0.5. This is because the deformability of copper is significantly different from that of chromium, so that the deformation of chromium must be able to follow the deformation of copper. Beyond this △ η range, only copper is deformed and chromium breaks. Conversely, if it is smaller than the △ η range, the processing efficiency will be extremely deteriorated.
The regions o to a in FIG. 1 mainly show hardening of the copper matrix by processing, and there is almost no contribution of chromium fiber formation. In regions a and b, the reinforcement by chromium fiberization by processing increases, and the contribution of work hardening is slowed down. Degree of processing η
The solution treatment is carried out at the point of time n when 3 becomes 4. As a result, the copper matrix and the chromium phase change from the work hardened state to the annealed state or the recrystallized state, and the hardness changes from b to b ′.
(Only fiber-reinforced residue). When the degree of work η exceeds 4, voids begin to be formed inside the work material, and when the degree of work η exceeds 5, the gaps become large, cracks occur, and the wire breaks, making processing impossible. Therefore, the solution treatment must be performed before that. Next, as in the case before the solution treatment, the cold drawing is continuously performed at a single working degree Δη in the range of 0.01 to 0.5. In the regions b ′ to c ′, the work hardening due to the re-entry into the working state increases again, and the fiber reinforcement also occurs. The regions of c to d mainly show the strengthening of the chromium fibers due to the miniaturization due to the progress of the processing. Here, it can be seen that the hardness has returned to the state b in the state d. When the workability reaches p (d state), that is, when the workability η = 7 or more, an age hardening treatment for alloy element precipitation is performed. Therefore, it can be seen that precipitation hardening is superimposed on fiber reinforcement in d to d '.
【００１０】[0010]
【発明の効果】本発明において、冷間引き抜き加工後の
最終加工度は７以上とする。加工工程の途中において溶
体化処理を施す本発明では、溶体化処理を施さない場合
には加工度５を越えることができなかったが、７以上ま
での加工度とすることができるようになった。これによ
りクロム繊維強化を有効ならしめることができ、実用化
が達成できる。さらに、このクロム繊維強化とともに析
出金属相の析出硬化を重畳させる際に析出金属相として
銀またはジルコニウムを用いるため、析出のための熱処
理がクロム繊維の粗大化をもたらさず、かつ銅の導電性
を著しく損なうことがない。これは銅中の銀またはジル
コニウムの析出速度が比較的大きく、析出のための時効
処理を比較的低温で行うことができ、従ってクロム繊維
の粗大化を防止することができるためである。これら繊
維強化と析出金属相による硬度向上強化の両強化機構に
基づき、導電性を高範囲に維持しつつ高強度、特に高屈
曲性を具備させ得た。すなわち、本発明に係る銅基複合
材料ではロボット用ケーブル等の場合、変形領域を弾性
領域に抑え込み、塑性領域には踏み込むことがないた
め、塑性歪の蓄積は生じず、塑性歪による疲労破壊は防
止でき、前述したようなロボットの駆動あるいは制御用
ケーブル等の各種用途に最適なものである。具体的に
は、引張強度が１０００ＭＰａ以上、導電率は７５％Ｉ
ＡＣＳを越えた銅基複合材料が得られる。According to the present invention, the final working ratio after cold drawing is 7 or more. In the present invention in which the solution treatment is performed in the middle of the working process, the workability cannot exceed 5 when the solution treatment is not performed, but the workability can be increased to 7 or more. . As a result, chromium fiber reinforcement can be made effective, and practical use can be achieved. Furthermore, since silver or zirconium is used as the precipitated metal phase when the precipitation hardening of the deposited metal phase is superimposed together with the chromium fiber reinforcement, the heat treatment for precipitation does not bring about the coarsening of the chromium fiber, and the conductivity of copper is reduced. There is no significant loss. This is because the deposition rate of silver or zirconium in copper is relatively high, and the aging treatment for precipitation can be performed at a relatively low temperature, so that coarsening of the chromium fiber can be prevented. Based on these reinforcing mechanisms of fiber reinforcement and hardness enhancement by the precipitated metal phase, high strength, particularly high flexibility, could be provided while maintaining conductivity in a high range. That is, in the case of a cable for robots or the like in the copper-based composite material according to the present invention, the deformation region is suppressed to the elastic region, and the plastic region is not stepped on. It is suitable for various applications such as a cable for driving or controlling a robot as described above. Specifically, the tensile strength is 1000 MPa or more, and the conductivity is 75% I.
A copper matrix composite beyond ACS is obtained.
【００１１】以下に実施例を示す。An embodiment will be described below.
【実施例】高周波真空溶解炉を用いて、９９．９純度の
１０％Ｃｒ，３％Ａｇ、残部Ｃｕの組成のインゴットを
製造した。ルツボにはマグネシアルツボを用いた。鋳型
は銅製のものとした。溶解温度は１３００℃、保持時間
は１０分とした。溶解直前まで真空（５×１／１０2tol
l）を保持し、次いでアルゴンを送入して溶解、鋳造を
行った。インゴットサイズは直径３０ｍｍ、長さ３２０
ｍｍで、それを１８ｍｍφまで面削した。このインゴッ
トの組成分析値を表１に示す。EXAMPLE Using a high-frequency vacuum melting furnace, an ingot having a composition of 99.9 purity of 10% Cr, 3% Ag and the balance Cu was manufactured. Magnesial crucibles were used as crucibles. The mold was made of copper. The dissolution temperature was 1300 ° C. and the holding time was 10 minutes. Vacuum (5 × 1/10 2 tol) until just before dissolution
l) was maintained, and then argon was fed in to perform melting and casting. Ingot size is 30mm in diameter and 320 in length
mm, it was chamfered to 18 mmφ. Table 1 shows the composition analysis values of this ingot.
【００１２】[0012]
【表１】 [Table 1]
【００１３】インゴットの金属組織写真を図２に示す。
図２より、クロムデンドライトは微細であり、微細なフ
ィラメントをその場形成させるに望ましい様相を示して
いることが分かる。FIG. 2 shows a photograph of the metal structure of the ingot.
From FIG. 2, it can be seen that the chrome dendrite is fine and shows a desirable aspect for forming fine filaments in situ.
【００１４】以下、本発明実施例を説明する。加工プロ
セスはスエージ加工と穴ダイス冷間引き抜き伸線加工に
よる。面削して３０ｍｍφを１８ｍｍφとしたインゴッ
トはスエージ加工により６．７ｍｍφまで加工した。こ
の時の加工度ηは２である。次いで、穴ダイス冷間引き
抜き加工を一回の加工度△ηが０．１で行い、加工度４
になるまで行った。ここで、８００℃、３０分間の溶体
化処理を施した。その後、引き続き穴ダイス冷間引き抜
き加工を一回の加工度△ηが０．１で繰返し行い、その
途中、加工度ηが４．０の時、確認のため、クロム繊維
のＳＥＭ像を撮影した。その写真を図３に示す。図３で
は銅マトリックスはエッチング除去されクロム繊維のみ
残した状態で撮影されている。この段階ではその場形成
したクロム繊維は粗大であるのが分かる。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The working process is by swaging and cold drawing of hole dies. The ingot whose surface was cut to 30 mmφ and 18 mmφ was processed to 6.7 mmφ by swaging. The working ratio η at this time is 2. Then, the hole die was subjected to cold drawing at a working ratio of Δη of 0.1, and a working ratio of 4
I went until it became. Here, a solution treatment was performed at 800 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the hole die was repeatedly subjected to cold drawing at one time with a working ratio △ η of 0.1. During the process, when the working ratio η was 4.0, an SEM image of a chromium fiber was taken for confirmation. . The photograph is shown in FIG. In FIG. 3, the copper matrix is etched away and the chromium fiber is left, and the photograph is taken. At this stage, it can be seen that the chromium fibers formed in-situ are coarse.
【００１５】以降、穴ダイス加工により同様にして一回
の加工度△ηが０．１で細線化を進め、加工度η＝８の
線材を得た。この場合のクロム繊維の様相を図４に示
す。図４より、クロム繊維は図３に比べて十分に微細で
あることが分かる。次いでこの段階で、２５０℃、３０
分間の時効硬化処理を施した。得られた試料につき、イ
ンストロン試験機で測定した機械的強度は１０００ＭＰ
ａ、長さ１ｍの試料について４端子法で測定した導電率
は７５％ＩＡＣＳであった。なお、比較例として溶体化
処理をしなかった試料をみると、加工度η＝５以上を得
ることができなかった。Thereafter, similarly, a thinning process was carried out at a processing degree で η of 0.1 by a hole die processing to obtain a wire rod with a processing degree η = 8. FIG. 4 shows the appearance of the chromium fiber in this case. FIG. 4 shows that the chromium fiber is sufficiently finer than that of FIG. Then, at this stage, 250 ° C., 30
Minutes of age hardening. The mechanical strength of the obtained sample measured by an Instron testing machine was 1000MP.
a, Conductivity of a 1 m long sample measured by a four-terminal method was 75% IACS. As a comparative example, a sample without solution treatment was not able to obtain a workability η of 5 or more.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明に係るクロム繊維を含む銅基複合材料の
硬度−加工度に与える熱処理効果を模式的に示した説明
図である。FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a heat treatment effect on the hardness-working degree of a copper-based composite material containing chromium fibers according to the present invention.
【図２】本発明実施例におけるインゴットの金属組織を
１００倍の倍率で示す顕微鏡写真である。FIG. 2 is a photomicrograph showing the metal structure of the ingot in Example of the present invention at a magnification of 100 times.
【図３】本発明実施例における加工途中（加工度η＝
４）の試料の１０００倍のＳＥＭ像を示す写真である。FIG. 3 is a diagram illustrating a process during working (working degree η =
It is a photograph which shows a 1000 times SEM image of the sample of 4).
【図４】本発明実施例における加工後の試料（加工度η
＝８）の試料の１０００倍のＳＥＭ像を示す写真であ
る。FIG. 4 shows a sample after processing (working degree η) in an embodiment of the present invention.
= 8) is a photograph showing a 1000 times SEM image of the sample of FIG.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高原 秀房 東京都調布市富士見町３丁目15番43 (72)発明者 ディーク ラーベェ ドイツ国 ディ−52056 アーヘン コペ ルニクスストラーセ14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hidefumi Takahara 3-15-43, Fujimi-cho, Chofu-shi, Tokyo
Claims (6)
料において、銅マトリックスと、該マトリックス中に形
成されたその場繊維状クロムと、該マトリックス中に分
散した銀析出相とで構成されてなる高導電性・高強度銅
基複合材料。1. An in-situ fiber-reinforced copper matrix composite comprising a copper matrix, in-situ fibrous chromium formed in the matrix, and a precipitated silver phase dispersed in the matrix. Highly conductive and high-strength copper-based composite material.
量が８重量％以下含有された請求項１記載の高導電性・
高強度銅基複合材料。2. The highly conductive material according to claim 1, wherein the chromium content is 1 to 25% by weight and the silver content is 8% by weight or less.
High-strength copper-based composite material.
の銀またはジルコニウムを含有し、残部実質的に銅から
なる合金材料を、スエージ加工後、冷間引き抜き加工を
施し、これを溶体化処理し、次いで引き抜き加工を継続
して施し、時効硬化処理することを特徴とする高導電性
・高強度銅基複合材料の製造方法。3. An alloy material containing 1 to 25% by weight of chromium, 8% by weight or less of silver or zirconium, and the remainder substantially made of copper is subjected to cold drawing after swage processing and then to a solution. A method for producing a high-conductivity, high-strength copper-based composite material, which comprises subjecting a copper-based composite material to an aging treatment, followed by a continuous drawing process, and an age hardening treatment.
＝lnA0/A,A0:加工前断面積、A：加工後断面積）が７以
上になるまで加工を施す請求項３記載の高導電性・高強
度銅基複合材料の製造方法。4. The degree of processing η (where η
4. The method for producing a highly conductive and high-strength copper-based composite material according to claim 3, wherein the processing is performed until (= lnA 0 / A, A 0 : cross-sectional area before processing, A: cross-sectional area after processing) becomes 7 or more.
範囲となった時に溶体化処理を施し、加工度ηが７以上
となった時に時効硬化処理を施す請求項３記載の高導電
性・高強度銅基複合材料の製造方法。5. The high conductivity according to claim 3, wherein a solution treatment is performed when the degree of work η by drawing becomes in the range of 3 to 4, and an age hardening treatment is performed when the degree of work η becomes 7 or more. -A method for producing a high-strength copper-based composite material.
０１〜０．５の範囲とする請求項３記載の高導電性・高
強度銅基複合材料の製造方法。6. A degree of work Δη of one drawing operation is set to 0.
The method for producing a high-conductivity / high-strength copper-based composite material according to claim 3, wherein the range is from 01 to 0.5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9072694A JPH10251774A (en) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | High electric conductivity and high strength copper matrix composite material and its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9072694A JPH10251774A (en) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | High electric conductivity and high strength copper matrix composite material and its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10251774A true JPH10251774A (en) | 1998-09-22 |
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ID=13496744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9072694A Pending JPH10251774A (en) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | High electric conductivity and high strength copper matrix composite material and its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10251774A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016104909A (en) * | 2015-12-21 | 2016-06-09 | 矢崎総業株式会社 | Method for manufacturing wire conductor |
| CN113736970A (en) * | 2021-09-01 | 2021-12-03 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | Preparation method of high-softening-resistance copper-chromium-zirconium alloy rod |
-
1997
- 1997-03-10 JP JP9072694A patent/JPH10251774A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016104909A (en) * | 2015-12-21 | 2016-06-09 | 矢崎総業株式会社 | Method for manufacturing wire conductor |
| CN113736970A (en) * | 2021-09-01 | 2021-12-03 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | Preparation method of high-softening-resistance copper-chromium-zirconium alloy rod |
| CN113736970B (en) * | 2021-09-01 | 2023-03-03 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | Preparation method of high-softening-resistance copper-chromium-zirconium alloy rod |
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