JPS5929661B2 - 銅ベ−ス非晶質均質合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は銅ベース合金に関し、更に詳細には。

たとえば銅及び銅合金からなる金属製品のろラ付け等の
用途に特に有用な均質て延性に富む新規な合金材料に関
するものである。ろう付けはしばしば非類似なる組成の
金属部品を互いに結合する方法である。

典型的には、結合すべき金属部品より低融点の充填金属
を組立部品にすべき金属部品の間にはさみ、次にその組
立部品を充填金属溶融に十分な温度まで加熱するのであ
る。たとえばろラ付けに用いた場合、冷却すると強力、
耐蝕性、もれのない結合部ができる。銅及び銅合金に好
適なろう付合金ＡＷＳＢＣｕＰは有名な組成である。こ
の合金にはかなりの量（約５乃至７．５パーセント）の
非金属元素リンが含まれ、従つて非常に脆く、粉末又は
鋳造棒でしか得られない。粉末は浸漬ろ５付等多くのろ
ラ付操作に対して一般に不安定であり、複雑な形状のろ
ラ付けは容易ではない。一部の粉末は有機結合剤を用い
てペーストとして入手可能であるが、結合剤はろラ付中
好ましからぬ空隙及び残渣を形成する。棒は結合部外で
溶融せねばならず、溶融時毛細管作用で結合部に供給さ
れるのである。一部のろラ付け合金には箔形状のものが
ある。しかし斯る材料は高価な一連のロール操作で成型
するか又は粉末冶金技術を用いて調製される。ロール加
工箔は延性が十分でなく、それから複雑な形状の型打ち
は不可である。粉末冶金箔は均一でなく、結合剤を用い
るのでろう付け中に好ましからぬ空隙と残渣を形成する
。延性非晶質合金は米国特許第３８５６５１３号（１９
７４年１２月２４日発行、Ｃｈｅｎ他）に開示されてい
る。

この合金には式ＴｉＸｊの組成が含まれ、ここでＴは少
くとも一つの遷移金属、Ｘはリン、ほ５素、炭素、アル
ミニウム、けい素、錫、ゲルマニウム、インジウム、ベ
リリウム及びアンチモンからなる群から選択される元素
である。「ｉ」の範囲は約７０乃至約８７原子パーセン
トでめり、「ｊ」の範囲は約１３乃至３０原子パーセン
トである。斯る材料は公知の加工技術を用い、溶融物を
高速急冷して粉末、針金又は箔に成型される。しかし、
上記ＴｉＸｊ族の液体一急冷非晶質合金の中に、銅を主
遷移金属として含有するものは報告されていない。Ｃｈ
ｅｎ他は米国特許第３８５６５１３号で唯だ一つの銅含
有組成物（Ｐｄ，７，ＣＵ６Ｓｉ，６，）を報告してい
るだけである。Ｈ．ＳｕｔＯ及びＨ．Ｉｓｈｉｌｃａｗ
ａ（日本金属学会誌第１７巻，１９７６，第５９６頁）
は気相沈着による非晶質Ｃｕ−Ｓｉの製造を報告してい
る。延性箔状の均一、銅ベースろう付け材料の必要性は
残されたままである。本発明は、少くとも部分的に非晶
質の構造を有する銅ベースのろう付け等の用途に適した
合金組成を提供するものである。

この組成は主として５乃至４０原子パーセントのニツケ
ル、１５乃至２０原子バーセントのリン、残部が銅及び
附随不純物からなる。更に本発明は、本質的に５乃至４
０原子パーセントのニツケル、１５乃至２０原子パーセ
ントのリン、残部が銅及び不随不純物からなる組成の均
質、延性で特にろう付け箔等の用途に適した合金を提供
するものである。

本発明の合金は少くとも部分的にガラス質で、主として
、９乃至１１原子パーセントのニツケル、１７乃至１９
原子パーセントのリン、残部が銅及び附随不純物からな
るものが好適である。本発明の合金は、その組成物を溶
融し、溶融物を回転急冷輪上にて少くともおよそ１０５
℃／秒の速度で急冷する方法により製造される。

本発明の銅ベース金属箔は複雑な形状への型打ちを有利
に行うことができ、ろう付予備成型品等を好都合に提供
することができる。

本発明の均質で延性に富む特にろう付け用として適した
合金はたとえばろう付け操作前に結合部の内部にうまく
配置できる。

本発明が提供する均一、延性銅ベース箔を用いると、溶
融塩中での浸漬ろう付け等の方法で行うろう付けも可能
であり、これは粉末又は棒型充填物では容易に達成でき
ないことである。非晶質合金は、所望組成の溶融物を少
くともおよそ１０５℃／秒の速度で冷却することにより
形成される。

非晶質金属の粉末、針金、リボン及びシートは、非晶質
合金技術で公知なる種々の高速急冷技術を用いて製造さ
れる。典型的なケースではある組成を選択すると、必要
元素の粉末又は粒を所望の割合で溶融、均一化し、溶融
合金を急速回転シリンダー等の冷表面上又は水等の適当
な流動媒体中で高速急冷するのである。本発明の銅ベー
ス合金は上記のような諸法で製造される。

この合金は少くとも部分的に非晶質の構造を有しており
、主として５乃至４０原子パーセントのニツケル、１５
乃至２０原子パーセントのリン及び銅と附随不純物の残
部からなる。本発明の非晶質Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ合金の硬度
は約４３０乃至７００１＜９／Ｍｌｔ（ビツカースＤＰ
Ｈ微小硬度）である。この範囲は、Ｃｈｅｎ他又はＰＯ
ｌｋ他が米国特許第４０５２２０１号（１９７７年１０
月４日発行）１１Ｃ記載の遷移金属一非金属ガラスの６
００〜１０００１＜ｇ／Ｕｄよりも一般に低い。同特許
では鉄、ニツケル、コバルト及び／又はクロムが主要遷
移金属であり、ほう素、炭素、けい素、リン及びアルミ
ニウムが主要非（半）金属元素である。非晶質金属の結
晶化温度Ｔｃは示差熱分析（ＤＴＡ）で測定できる。

この方法は非晶質合金を徐熱し、一定の温度範囲で過剰
熱の発生に注目するのである。ＤＴＡ法を適用すると本
発明の非晶質Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ合金の最初の結晶化温度は
約１９０乃至２７０℃の範囲Ｋある。Ｃｈｅｎ他及びＰ
Ｏｌｋ他記載の遷移金属一非（半）金属合金を比較とし
て行うと、その最初の結晶化温度は一般に４００乃至５
００℃である。ＤＴＡ法は合金の溶融及び固化挙動を測
定するのにも使用される。

本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｐ組成についてＤＴＡ法を適用す
ると加熱時の液相線温度は約６７０乃至８２０℃の範囲
にある。他方、Ｃｈｅｎ他及びＰＯｌｋ他記載の遷移金
属一非（半）金属合金の加熱時の液相線温度は約９００
℃から１２００℃以上の範囲にろる。Ｃｈｅｎ他及びＰ
Ｏｌｋ他の合金並びに純Ｃｕ及び下記第１表で説明する
ＢＣｕＰろう付け合金は、本発明の合金に含まれるもの
より実質的に液相線温度が高い。従つて本発明の合金は
、従来技術のＢＣｕＰ合金或いはＣｈｅｎ他又はＰＯｌ
ｋ他の合金よりろう付け用に適している。いかなるろう
付け法に於いても、ろう付け材料融点はろう付けすべき
金属部品の要求に合致する強度を付与するに十分な高さ
でなければならない。

しかしろう付け操作が困難となるほど高い融点ではいけ
ない。更に充填材料は化学的にも冶金学的にも、ろう付
けする材料と適合するものでなければならない。ろう付
け材料は腐蝕を避けるためろう付けされる金属より貴で
なければならない。理想的には、複雑な形状の型打ちが
できるよう、ろう付け材料は延性の箔形状でなければな
らない。最後に、ろう付け箔は均質たるべきである。即
ち結合剤や、ろう付け中に空隙又は於染残渣を形成する
材料を含むべきではない。本発明は箔形状の均質、延性
合金材料を提供するものである。

本合金箔は、主として５乃至４０原子パーセントのニツ
ケル、１５乃至２０原子パーセントのリン及び主に銅と
附随不純部の残部からなる組成を有する。この組成は銅
及び銅ベース合金と適合し、これら材料の結合に特に適
している〜 「均質」とは製造時に箔の全方向の組織が実質的に一様
であることを意味し、「延性」とは箔の厚みの十分の一
の径で円く曲げても破壊されないことを意味する。

本発明の範囲のろう付け、合金の諸例を下記第表で説明
する。

ノ 上記開示の広範な範囲内に、広範雰囲気条件下で銅及び
広範なる銅合金のろう付けに適合、且つ可能とする好適
組成範囲が存在する。

斯る好適組成範囲では、実質的にあらゆるろう付け条件
下で、銅及び銅合金の結合が可能である。この好適組成
範囲ぱ主として９乃至１１原子パーセントのニツケル、
１７乃至１９原子パーセントのリン、主に銅でその他附
随不純物の残部からなる。本発明の合金箔は非晶質金属
箔と同様に溶融物から調整され、この急冷条件下では、
準安定、均一、延性材料が得られる。

この準安定材料は非晶質であり、配列秩序は存在しない
。非晶質合金のＸ線回析像は、無機酸化物ガラスで観察
されるのと同様、広がりをもつたハロ一しか示さない。
合金リボンからの複雑な形状の型打ちといつた次の操作
を行うに十分延性であるためには、斯る非晶質合金は少
くとも５０％非晶質でなければならない。優れた延性を
達成するには、非晶質合金は完全に非晶質であることが
好ましい。準安定相は構成元素の固溶体であると思われ
る。

本発明の合金の場合、斯る準安定固溶体相二結晶合金製
造技術で用いる従来処理技術では通常製造されない。固
溶体合金のＸ線回析像は結晶質合金の鋭い回析ピーク特
性を示し、それが結晶細粒の大きさのため幾分か広がり
をもつている。斯る準安定材料も上記条件で製造すると
延性である。本発明の合金材料は箔（又はリボン）状に
製造するのが有利であり、非晶質であろうと固溶体であ
ろうと、ろう付け等の用途に使用できる。また複雑形状
の型打ちを考えるとき、ダイの寿命をのばすために、非
晶質合金箔を加熱処理して結晶相、好適には細粒（Ｆｉ
ｎｅ−Ｇｒａｉｎｅｄ）を出してもよいＯ典型的な上記
方法で製造した箔の厚みは約２５乃至６０μｍ（０．０
０１０乃至０．００２５インチ）である。これはろう付
けすべき物体間の空間としても望ましく、斯る空間はろ
う付け結合強度を最大にするものである。薄い箔を重ね
て厚くしてもよい。更にろう付け時に融剤は不要であり
、箔中にはいかなる結合剤も存在せず、従つて空隙及び
汚染残渣はない。結果として本発明の延性ろう付けリボ
ンは、スペーサーの必要がないためろう付けを容易にし
且つろう付け後の処理を最小限とする。本発明の合金材
をろう付け箔として使用すれば良好なろう付け結合部が
得られる。

この点で、たとえばろう付け材として同一組成の各種粉
末ろう付け剤より優れたものである。これはろう付け表
面端部からろう付け充填物を移動させる毛細管作用によ
ると云うよりも、むしろろう付け箔をろう付け必要場所
に当てることに基くものと思われる。実施例 １アルゴ
ン過圧下ある組成の溶融物を急速回転銅製冷輪（表面速
度９乃至１８ｍ／分）上に噴出させて、幅約２．５乃至
６．５ｍｕ（約０．１０乃至０．２５インチ）厚み２５
乃至６０μｍ（約０．００１０乃至０．００２５インチ
）のリボンを製つた。

少くとも部分的に非晶質の原子構造を有し、原子パーセ
ントで主に下記組成からなる準安定均質延性合金リボン
が製造された。ノ＼〃ＵＶ′ＪＵ 実施例１のリボンのビッカースダイアモンドピラミッド
硬度（ＤＰＨ）を測定し下記結果を得た。

実施例 ３実施例１のリボンの最初の結晶化温度（Ｔｃ
）、固相線（Ｔｓ）及び液相線（Ｔｔ）をＤＴＡで測定
した。

ＤＴＡの結果を以下説明する。参考例 １ 重ね剪断（１ａＰｓｈｅａｒ）試験サンプルをＡＷＳＣ
２．２「ろう付け結合強度の標準評価方法」に従つて調
製した。

３．２關（×インチ）厚の銅板をベース金属に用い、２
８μｍ（０．００１１インチ）厚、６４ｍｍ（０．２５
０インチ）幅の非晶質金属ＣＵ７２Ｎｉ，ＯＰ，８をろ
う付け充填金属に用いた。

重ね型のろう付け結合部をつくり、重ね寸法は注意深く
９．６關（％インチ：３×ベース金属の厚み）に調節し
た。ろう付けは乾燥アンモニア雰囲気のベルト炉中で行
つた。炉は７３２℃（１３５０′Ｆ）、３０ｃｍ／分（
１フイート／分）で操作し、高温域の長さは２．４ｍ（
８フイート）であつた。比較として２５μｍ（０．００
１０インチ）厚のＢＣｕＰ−５箔の充填金属（Ｍｅｔｚ
Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ社製のＭｅｔｂｒａｚｅ８
ｌ５）を用いて同じ結合部を製つた。

ＢＣｕＰ− ５は薄い、２５μｍ乃至６４μｍ（ ０．
００１０乃至０．００２５インチ）の結合部製造に好適
な唯一の既存箔状ＢＣｕＰ合金である。ＢＣｕＰ合金の
中でもＢＣｕＰ−５は剪断強度最大の結合部を製るもの
である。

（Ｋ．ＷｅｉｇｅｒｔＴｈｅＷｅｌｄｉｎｇＪＯｕｒｎ
ａｌ第３５巻１９５６年、第６７２乃至６７４頁）ろラ
付け結合部の機械的性質を下記する。機械的性質データ
の分析結果は、ＢＣｕＰ−５箔での結合部とＣＵ７２Ｎ
ｉ，ＯＰ，８箔での結合部の間には統計的有意差が無い
ことを示していた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ５〜４０原子％のニッケル、１５〜２０原子％のリ
   ン並びに残部を占める銅および不随不純物からなる組成
   を有し、かつ合金組織の少なくとも一部に非晶質構造を
   有していることを特徴とする延性に優れた銅ベース非晶
   質均質合金。