JPH11286733A - アルミナ分散強化銅の線材又は棒材の製造方法 - Google Patents

アルミナ分散強化銅の線材又は棒材の製造方法

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JPH11286733A
JPH11286733A JP8893898A JP8893898A JPH11286733A JP H11286733 A JPH11286733 A JP H11286733A JP 8893898 A JP8893898 A JP 8893898A JP 8893898 A JP8893898 A JP 8893898A JP H11286733 A JPH11286733 A JP H11286733A
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copper
cold
alumina
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JP8893898A
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Hiroshi Yamaguchi
洋 山口
Hiromichi Hasegawa
博理 長谷川
Masashi Suehiro
正志 末廣
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高強度、高伝導率で、しかも割れを生じるこ
とのないアルミナ分散強化銅の線材又は棒材の製造方法
を提供する。 【解決手段】 銅−アルミニウム合金アトマイズ粉末を
原料とし、外面酸化処理、拡散処理、還元処理の3処理
工程からなる内部酸化工程を用い、次いで冷間プレス成
形工程、熱間押出工程、冷間加工工程を行うアルミナ分
散強化銅の線材又は棒材の製造方法において、上記冷間
加工工程において、スウェージング加工、溝圧延加工又
はローラダイス加工によりにより冷間加工を加えるか、
引抜速度を5m/分以下、1ダイス当たりの加工率を1
5%以下として引抜加工を行うことを特徴とするアルミ
ナ分散強化銅の線材又は棒材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度、高伝導率
を兼ね備え、かつ割れを生じることのないアルミナ分散
強化銅の線材又は棒材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】分散強
化金属製品、例えばアルミナで分散強化された銅は、最
終製品に高耐熱性、高強度、高伝導率が望まれ、また必
要とされる分野に多くの用途を有する。これらの用途と
しては、抵抗溶接用電極が挙げられるが、その他、フィ
ラメント支持棒、端子、高エネルギー発生装置などに用
いられる。
【0003】このようなアルミナのように酸化物を分散
させて強化する方法としては、様々な方法が提案されて
いる。それらを大別すると、(1)銅粉と微細なAl2
3粉とを機械的に混合する方法、(2)金属溶湯の段
階で酸化物を撹拌混合して、粉末等の形で急冷凝固する
方法、(3)Cu−Al合金等の塑性加工が終了した製
品を内部酸化して強化する方法。(4)Cu−Al合金
等の粉末を内部酸化処理した後、加工する方法に分けら
れている。
【0004】これらの製造方法のうち、(1)機械的に
混合する方法の問題点は原料となるアルミナ等の粉体の
粒径が高々0.Xμmに制限され、強化に有効に0.0
Xμmないしそれ以下となり得ない点にある。
【0005】また、(2)溶湯混合方法は、均一に粒子
を分散させることが困難なことがネックとなり、さらに
分散粒子自体も添加する場合は粉体径の問題があり、溶
湯中でアルミナを形成させるとしてもそのコントロール
が困難である。(3)一方既に板又は棒となった素材に
酸化雰囲気中で酸素を内部に拡散させようとしても、内
部酸化に時間がかかり不均一な組織となり易い。
【0006】(4)Cu−Al合金等の粉末を内部酸化
処理した後、加工する方法は、内部拡散工程を均一かつ
短時間で済ませることが可能であることから、従来より
種々の提案がなされ(例えば米国特許第3,026,2
00号、特公昭55−39617号公報)、また実用化
されてきている。
【0007】近年、抵抗溶接用電極等には、苛酷な条件
下での高強度が要求されている。このため、(4)Cu
−Al合金等の粉末を内部酸化処理した後、加工する方
法により得られるアルミニウム分散強化銅にあっても、
さらなる高強度が要求されている。また、アルミナ分散
強化銅を加工する方法としては、冷間プレス成形工程、
熱間押出工程、冷間加工工程を行うことが一般的である
が、この冷間加工工程で引抜加工を行うと引抜加工工程
で中心割れを生じ、歩留りを低下させるという問題が生
じる。
【0008】従って、本発明の目的は、高強度、高伝導
率で、しかも割れを生じることのないアルミナ分散強化
銅の線材又は棒材の製造方法を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、線材を成形する冷間加工工程において特定の冷
間加工を加えることによって、上記目的が達成し得るこ
とを知見した。
【0010】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、銅−アルミニウム合金アトマイズ粉末を原料と
し、外面酸化処理、拡散処理、還元処理の3処理工程か
らなる内部酸化工程を用い、次いで冷間プレス成形工
程、熱間押出工程、冷間加工工程を行うアルミナ分散強
化銅の線材又は棒材の製造方法において、上記冷間加工
工程において、スウェージング加工、溝圧延加工又はロ
ーラダイス加工により冷間加工を加えるか、引抜速度を
5m/分以下、1ダイス当たりの加工率を15%以下で
引抜加工を行うことを特徴とするアルミナ分散強化銅の
線材又は棒材の製造方法を提供するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明のアルミナ分散銅の
線材又は棒材の製造方法を詳細に説明する。先ず、本発
明により得られるアルミナ分散強化銅は、基本組成とし
てアルミナ含有量を確保しつつ固溶アルミニウムを残留
させる。このためには固溶アルミニウムの分量を前もっ
て計算したアルミニウム濃度の高い銅−アルミニウム系
合金アトマイズ粉末を用いることが必要である。具体的
には出発原料としてCu−Al合金、例えばCu−0.
3重量%Al合金の水アトマイズ粉末を調製する。この
アトマイズ粉末の平均粒径は20μm程度が良好であ
る。
【0012】本発明では、銅−アルミニウム合金アトマ
イズ粉末の外面酸化処理、拡散処理、還元処理の3処理
工程からなる内部酸化工程を用い、これらの反応を行う
反応容器として外部加熱式回転型反応管(以下、単に反
応容器という)の中で行う。この反応容器には粉末の均
一撹拌のために、邪魔板を設けることが好ましい。ま
た、粉末の出し入れのために、傾動できることが望まし
い。さらに、加熱装置を開閉自在にすることにより、冷
却時間が短縮される。また、反応容器の前後端には防爆
弁、ロータリージョイント等を設けることは任意であ
る。
【0013】次に、上記反応容器を用いた外面酸化処
理、拡散処理、還元処理の3処理工程からなる内部酸化
工程について説明する。
【0014】本発明では、先ず上記アトマイズ粉末を外
面酸処理化し、下記のように銅を酸化第一銅に転換す
る。 4Cu+O2 → 2Cu2 O 本発明では、この外面酸化処理を350〜490℃、1
0〜50分で行うことが必要である。外面酸化処理条件
が350℃未満又は10分未満では銅の酸化第一銅への
転換率が不足し、得られるアルミナ分散強化銅が高強度
となり得ない。また、外面酸化処理条件が490℃超又
は50分超では得られるアルミナ分散強化銅中のアルミ
ナの粒径が大きくなり、上記と同様に高強度となり得な
い。
【0015】この外面酸化処理に際しては、上記反応容
器中にアルミナボールを存在させることが好ましい。ア
ルミナボールを用いることによって、アルミナボールは
加熱源として働き短時間で反応を終了させることがで
き、しかも粉末の撹拌性の向上が図れ、反応のむらを防
止できる。また、銅粉の反応容器への付着を防止する効
果も有する。さらに、反応容器中に6.5cm/分(反
応管吹き込み流量=空気吹き込み量/有効断面積)以上
の空気を吹き込むことが望ましく、空気を吹き込むこと
によって酸化の促進が図れ、短時間でむらなく酸化でき
る。
【0016】次に、拡散処理を行い、外表面から酸素を
内部に拡散させてマトリックス中の固溶アルミニウムを
下記のように反応させ、微細なアルミナを形成させる。 2Al+3Cu2 O→ 6Cu+Al2 3 この拡散処理は、窒素ガス雰囲気中、700〜900℃
で行われ、その時間は1時間程度である。
【0017】さらに、還元処理を行い、銅粉表面に残っ
た酸素を水素ガスにより還元し、下記のように酸化第一
銅を銅に転換する。 Cu2 O+H2 →2Cu+H2 O この還元処理は、水素ガス雰囲気中、400〜750℃
で行われ、その時間は1時間程度である。
【0018】次に、得られたアルミナ分散強化銅の粉末
を反応容器から取り出し、大気中、常温で冷間プレスに
より円盤状に成形し、圧粉体を得る。
【0019】この圧粉体を大気中にて銅管中に詰め前後
端を銅製の蓋をして押出用ビレットとする。熱間押出加
工は一般の伸銅品の押出しと同様にして行うことが可能
である。この熱間押出加工により得られた押出棒の外周
には、押出時に用いた銅容器が銅鞘として残存する。こ
の銅鞘の存在によって、以降の冷間加工も比較的容易
で、任意の径の棒が得られるし、異形押出品を圧延して
板も製造可能である。
【0020】次に、この熱間押出加工により得られた押
出棒を冷間加工によって、さらに棒状又は線状とする。
従来は、通常行うように10〜50m/分、1ダイス当
たり20〜50%の加工率で引抜加工を行っていたが、
中心割れを起こし歩留りが悪かった。本発明におけるア
ルミナ分散強化銅には、特別な加工方法が必要であると
考え鋭意研究した。その結果、本発明では、この冷間加
工工程において、スウェージング加工、溝圧延加工又は
ローラダイス加工により冷間加工を加えることが1解決
法であることを見出した。このような銅鞘を有するアル
ミナ分散強化銅の押出棒は、スウェージング加工、溝圧
延加工、ローラーダイス加工等の冷間加工を用いれば、
圧縮加工(圧延加工)となるので、中心割れを生じるこ
とがない。
【0021】また引抜加工を用いる第2の解決法におい
ては、上記引抜加工工程の引抜速度は5m/分以下、1
ダイス当たりの加工率は15%以下であることが必要で
ある。引抜速度が5m/分及び1ダイス当たりの加工率
が15%超では、中心割れが生じ、歩留りをおとす。
【0022】上記押出棒を引抜加工によって、さらに棒
状又は線状としたものを切断し、機械切削及び/又は冷
間鍛造によって、例えば抵抗溶接用電極とする。
【0023】このようにして得られたアルミナ分散強化
銅は、固溶アルミニウムとしてのアルミニウムを0.0
5〜0.4重量%及びアルミナとしてのアルミニウムを
0.1〜0.5重量%含有することが望ましい。
【0024】
【実施例】以下、本発明を実施例等に基づいて本発明を
具体的に説明する。
【0025】〔実施例1、比較例1〜2及び参考例1〕
100メッシュアンダーの銅−アルミニウムアトマイズ
粉(0.3重量%Al)を原料とし、下記に示される条
件で内部酸化を行った。 外面酸化処理:450℃、30分、拡散処理:800
℃、60分、還元処理:500℃、60分、処理炉:回
転反応容器、アルミナボール:有、反応管吹き込み流
量:13cm/分
【0026】得られた内部酸化粉を冷却プレス成形後、
その圧粉体を大気中にて銅容器中に積層した。その後、
銅容器に円盤状の前後面銅板(全面銅板の厚み:20m
m、側面銅板の厚み(片側):全直径の4.4%)をか
しめ加工により取り付けた(押出用ビレット)。
【0027】この押出用ビレットを熱間押出(ラム速
度:50mm/sec、テーパーダイス使用)にて18
φに押出後、表1に示す条件にてφ18〜φ12まで引
抜加工し、欠陥の状態を調査した。参考例として市販の
クロム銅20φを16.5φに引き抜いた。結果を表1
に示す。
【0028】
【表1】
【0029】表1に示されるように、実施例1は比較例
1〜2に比較して、中心割れがなく、参考例1と同等で
あった。
【0030】〔実施例2〜6〕100メッシュアンダー
の銅−アルミニウムアトマイズ粉(0.3重量%Al)
を原料とし、実施例1と同一の条件で内部酸化を行っ
た。得られた内部酸化粉を実施例1と同様に冷間プレス
成形後、その圧粉体を大気中にて銅容器中に積層した。
その後、銅容器に円盤状の前後面銅板(前面銅板の厚
み:20mm、側面銅板の厚み(片側):全直径の4.
4%)をかしめ加工により取り付けた(押出用ビレッ
ト) この押出用ビレットを熱間押出(ラム速度:50mm/
sec、テーパーダイス使用)にて18φに押出後、表
2に示す条件にてφ18〜φ12まで引抜加工とスェー
ジング加工にて冷間加工をし、欠陥の状態を調査した。
結果を表2に示す。
【0031】
【表2】
【0032】表2示されるように、実施例2〜6のどの
方法によっても中心割れは生じなかった。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によって、高強度、高伝導率で、しかも割れを生じるこ
とのないアルミナ分散強化銅の線材又は棒材が得られ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22F 1/00 625 C22F 1/00 625 628 628 630 630A 650 650F 661 661A 683 683 685 685Z 687 687 694 694A 694Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅−アルミニウム合金アトマイズ粉末を
    原料とし、外面酸化処理、拡散処理、還元処理の3処理
    工程からなる内部酸化工程を用い、次いで冷間プレス成
    形工程、熱間押出工程、冷間加工工程を行うアルミナ分
    散強化銅の線材又は棒材の製造方法において、 上記冷間加工工程を、スウェージング加工、溝圧延加工
    又はローラダイス加工により冷間加工を加えることを特
    徴とするアルミナ分散強化銅の線材又は棒材の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 銅−アルミニウム合金アトマイズ粉末を
    原料とし、外面酸化処理、拡散処理、還元処理の3処理
    工程からなる内部酸化工程を用い、次いで冷間プレス成
    形工程、熱間押出工程、冷間加工工程を行うアルミナ分
    散強化銅の線材又は棒材の製造方法において、 上記冷間加工工程を、引抜加工により冷間加工を行い、
    引抜速度を5m/分以下、1ダイス当たりの加工率を1
    5%以下とすることを特徴とするアルミナ分散強化銅の
    線材又は棒材の製造方法。
JP8893898A 1998-04-01 1998-04-01 アルミナ分散強化銅の線材又は棒材の製造方法 Pending JPH11286733A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102513782A (zh) * 2011-10-20 2012-06-27 江苏中容铜业有限公司 一种电控高速动车组用铜排的加工方法
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CN116043052A (zh) * 2023-01-16 2023-05-02 中南大学 一种纳米弥散强化铜合金及其制备方法与应用

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