JPS60131903A - 分散強化銅合金形成用合金粉末 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 斑亙次Ｉ この発明は、常温ならびに高温強度、特に硬度を改善す
ることにより、寿命の向上した内部分散強化型銅合金製
品を与え得る、銅合金粉末に関する。

館」」１週 分散強化により銅製品の強度および硬度を増大させる方
法として、内部酸化法が知られている。

この内部酸化法による銅製品の強化は、一般に易酸化性
金属であるＡＩ（アルミニウム）を溶質金属とし、相対
的に酸化性の低いＣｕ（銅）のマトリクス中に固溶させ
てなるＣｕ合金の粉末を、上記Ａｌを酸化させる量の熱
還元性金属酸化物、通常は酸化銅の粉末と混合したのち
、混合粉末を加熱して合金粉末中のＡＩを酸化させ、か
く処理した混合粉を一体化後、加熱加工することにより
、酸化により生成したＡｌ２Ｏ３粒子をＣｕマトリクス
中に分散させて、Ｃｕ単独に比べて強度、硬度等の改善
されたＣｕ合金製品を得るものである。このようにして
得られたＡ、１２０．強化Ｃｕ合金製品は、各種の電気
抵抗溶接用電極、接点、導体あるいは、内張り材、摩擦
部材等の、優れた電気あるいは熱伝導度に加えて高温強
度の要求される電気あるいは機械用途に広く使用されて
いる。

このような内部酸化法に関する先行技術としては、例え
ば、特開昭５０−７５１０４号および同５６−２５９４
３号各公報、米国特許第４２７４８７３号明細書などに
開示されているものがある。

上記のような内部酸化法によるＡｌ２Ｏ３分散強化Ｃｕ
製品は、分散強化されていないＣｕ製品に比べて確かに
一強度的には向」ニしているが、その利用が期待される
全ての用途に対しては、未だ充分な機械的性質を有する
とは言えない。たとえば、強度、特に常温ならびに高温
下での硬度は未だ充分なものとは云い難く、このため例
えばＡｌ２Ｏ３分散強化Ｃｕ製品の代表的な用途として
電気抵抗溶接用電極（その代表的断面形状を第１図（ａ
）に、また平面図を第１図（ｂ）に示す）に用いた場合
に、消耗が速やかであり、頻繁な交換を必要とすること
になる。

発」狙ａ１３的 この発明は、添加金属を適切に選択することにより、特
に常温および高温硬さで代表される機械的性質、ならび
に寿命の改善されたＣｕ製品を与え摺る原ネ４Ｃｕ合金
粉末を与えることを主要な目的とする。

色艶豊１Ｊ 本発明名は、−１一連の目的で研究した結果、Ｃｕマト
リクス中に、ＡＩに加えて特定量のＴｉ（チタン）を併
せて添加することが極めて有効であることを見出した。

この発明の分散強化銅合金形成用合金粉末は、」ニ述の
知見に基づくものであり、より詳しくは、ＡｌとＴｉと
を、合計量でｏ、ｉ〜１．０重量％且つＴｉがＡＩとＴ
ｉの合計の２０〜８０重量％となる割合で、Ｃｕに固溶
させてなる合金の粉末であることを特徴とするものであ
る。

−Ｈの　（＝０ 以下の記載において量比を表わす［％」および「部」は
、特に断らない限り重量基準とする。

この発明の合金粉末を構成する合金は、合計量でｏ、ｉ
〜１．０％且つＴｉがＡｔとＴｉの合計の２０〜８０％
となる量のＡＩおよびＴｉを溶質金属とし、Ｃｕマトリ
クス中に固溶させてなるものである。

ＡＩおよびＴｉの合計量が０．１％未満では、その添加
による強度の向上効果が乏しく、１％を超えて添加する
と、導電率および伸び等の性質の低下が無視できなくな
る。またＡ１とＴｉの合計量に対して、Ｔｉが、２０％
未満ではＡＩ単独添加の場合に比べて充分な相乗的硬度
増大効果は得られず、８０％を超える場合も却って硬度
が低下する。したがって、いずれの場合も、例えは抵抗
溶接用電極等の製品にに形成した際の、寿命ｌ外大効果
は得られない。

この発明の合金粉末は、好ましくは−に記した合金の溶
融物を、アルゴン、窒素等の不活性ガスあるいは水によ
りアトマイズすることにより得られる。なかでも水アＩ
・マイズ法によるのが、溶湯が噴露され微細化して冷却
する際に冷却速度が大きいので粒子表面に酸化膜が形成
されにくいため好ましく、特に不活性ガス雰囲気中に氷
アトマイズすることが、引張り強度および伸びの向」二
を通してクラック発生を防止できるので好ましい。

このようにして得られた合金粉末のうち、粒径が１００
メツシユ以下（通過）のものを用いることが望ましい。

１００メツシュ以−Ｌの粒径を有する粉末゛が含まれる
と、合金粉末を充分に内部酸化するためには長い時間を
要し、実用上好ましくない。

このようにして得られた合金粉末は、熱還元性金属酸化
物粉末との組合せにより、内部酸化法にしたがい、分散
強化型合金製品の製造に用いられる。熱還元性金属酸化
物としては、合金粉末中の溶質金属であるＡＩおよびＴ
ｉより相対的に酸化性の低い金属、特にマＩ・リクス金
属であるＣｕの酸化物が用いられる。この熱還元性金属
酸化物粉末は、この発明の合金粉末よりも更に小粒径の
ものであることが、内部酸化の促進のため好ましく、よ
り具体的には、たとえば電解法により得られたｌｏｐＬ
ｍ以下の微粉末が好ましく用いられる。

この熱還元性金属酸化物粉末は、この発明の合金粉末中
のＡＩおよびＴｉの全てを内部酸化するために、これら
と、はぼ化学当量あるいは少過剰で用いられる。

これら合金粉末と金属酸化物粉末との組合せによる内部
酸化法は、はぼ従来のそれと同様にして実施される。そ
の概要を、この発明の合金粉末と、Ｃｕ２Ｏ粉末の組合
せによるＡｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２強化Ｃｕ合金製品の製造
について述べれば以下の通りである。

まず、この発明によるＣｕ−Ａｌ−Ｔｉ合金粉末と所定
量のＣｕ２Ｏ粉末とを■ミキサー、ボールミル等により
緊密に混合し、得られた混合粉末を不活性カス雰囲気中
、たとえば７５０〜９５０℃の温度で３０分〜１０時間
、加熱して内部酸化を実施する。これにより合金粉末中
のＡＩおよびＴｉは実質的に全てがＡｌ２ＯおよびＴｉ
Ｏ２へと酸化され、ｑｕ２０は還元されてＣｕとなる。

この際、過剰のＣｕ２Ｏを用いた場合には、Ｈ２雰囲気
中、たとえば７’００〜９００°Ｃで加熱して余剰のＣ
ｕ２Ｏを還元する。途中、内部酸化工程あるいは還元Ｊ
工程の後に、混合粉末のケーキ化が起った場合には、適
宜粉砕して６０ｇ、ｍ以下の粒分を次工程へ用いること
が好ましい。

ｌこのようにして得られた内部酸化法による混合粉末は
続いて圧粉、機械加］二、好ましくは上記マトリクス金
属と同材質であるＣｕ製薄肉パイプ中への充填、パイプ
内の排気、パイプの封止、熱間押出、引抜等の冷間加工
をへて、製品化される。

発」Ｌ例」Ｌ果 上述したようにこの発明によれば、従来のＡｌ単独に代
えて、ＡＩとＴｉを特定の割合で溶質金属として加えた
Ｃｕ合金粉末が提供され、これを原料として内部酸化法
を実施することにより、特に常温および高温硬さで代表
される機械的性質、ならびに寿命の改善されたＣｕ製品
が得られる。

見廠１ 以下、実施例、比較例により、この発明を更に具体的に
説明する。

凱」 電解銅（純度９９．９％）および所定量のＡｌおよびＴ
ｉを不活性カス雰囲気中で誘導加熱炉にて溶解し、水ア
トマイズならひに篩い分けにより、ｉｏｏメツシュ通過
分よりなり、ＡＩｏ、１〜１．０％−ＴｉＯ，１〜１．
０％−Ｃｕ残　の範囲の組成を有する各種のＣｕ　−Ａ
　Ｉ　−Ｔ　１合金粉末を得た。

上記のようにして得た合金粉末のそれぞれに対して、平
均粒径が１〜２ｐｍで、各合金粉末中のＡＩおよびＴｉ
をそれぞれＡ　Ｉ２０３　、ＴｉＯ２に酸化するに必要
な量のＣｕ２Ｏ粉末を混合した。次いで得られた混合粉
末をそれぞれ銅製の容器に入れ、不活性カス雰囲気中で
密閉し、９００°Ｃで５時間加熱して、内部酸化を行っ
た。」ニ記粉末を、水素気流中、８００°Ｃで１時間の
還元処理を行い、余剰の酸素を除去した。

］ニ記処理粉末を、ガス抜き管を備えた外径２００ｍｍ
の薄肉Ｃｕパイプ中に装入し、内容物を９００℃に加熱
し、ｉｏ−５ｍｍＨＨの圧力で排気後、ガス抜き管を密
封した。次いで、この密封Ｃｕパイプを、ラム型押出プ
レスにかけ、９０００（！、面積押出比３０の条件で押
し出して棒状製品を得た。

それぞれの合金粉末を用いて得られた棒状製品の常温お
よび高温（７００°Ｃ）硬さならびに導電率を縦→１１
１とし、合金粉末中の溶質金属（ＡＩ＋Ｔｉ）に占める
Ｔｉの割合を横軸とするグラフを第２図〜第６図に示す
。なお各図における、ＡＩとＴｉの合ａｔ−１６は、そ
れぞれの図にパラメーターで示すように一定とした。

第２図〜第６図の結果を見れば明らかなように、ＡＩと
Ｔｉの合計量が０．１〜１．０％の範囲内で、合計量が
一定であれば、導電率がほぼ一定であるにも拘らず、こ
の発明にしたがい、ＡＩ＋Ｔｉ中のＴｉが２０〜８０％
の範囲では、常温ならびに高温硬さに特徴的な山形の増
加が見られ、この範囲でのＡ１とＴｉの併用の効果が認
められる。

性λ 例１で作成した丸棒を、冷間引抜き加工して、外径１６
ｍｍの丸棒とした後、更に冷間プレス加工を行う操作に
より、下記６組成の合金粉末試料から、それぞれ第１図
（Ｌ）、（ｂ）に示す形状のスポット溶接用電極に加工
した。

試料Ａ：Ａ１０．２％−Ｃｕ残 試料Ｂ：Ａ１０．４％−Ｃｕ残 試料Ｃ：Ａ１０．６％−Ｃｕ残 試料Ｄ：ＡｌＯ，１％−Ｔ　ｉ　Ｏ、１％−Ｃｕ残試料
Ｅ：Ａ１０．２％−Ｔ　ｉ　Ｏ、２％−〇ｕ残試料Ｆ：
ＡＩ０．３％−Ｔｉ０．３％−Ｃｕ残なお、上記のうち
、試料Ａ−’Ｃは従来から用いられている合金粉末に相
当し、試料Ｄ−Ｆは、この発明の合金粉末に相当する。

これら６試料から、それぞれ−・対の電極を用意し、そ
れらの☆１１１面（ＦＳＩ図（ａ）の径８ｍｍ（７）下
端面）の間にそれぞれ０．８ｍｍのＪツさを有する２枚
の背進（ＳＰＣＣ）鋼板を挿入し、下記条件でｉＩｌ！
　統スポント溶接を行なった。

溶接条件　溶接電流　８０００Ａ 加圧力　３００ｋｇ 初期加圧時間　３０サイクル末 溶接時間　１５サイクル 保持時間　ｌＯサイクル 開放時間　１５サイクル ＊ｌサイクルは、１７６０秒のパルスを意味する。

打点数（溶接回数）の増加に伴なう電極径の増大ならび
に電極長の減少を、それぞれ第７図および第８図に示す
。

第７図および第８図の結果は、溶質金属（ＡＩおよびＴ
ｉ）の合計添加量が同じレベルの対応条件ドでは、ＡＩ
およびＴｉを併用添加したこの発明による電極の方が、
ＡＩ単独を添加した従来の電極に比べて明らかに消耗な
らびに圧縮による形状変化が少ないことを示す。

凱Ａ 被溶接材料をそれぞれ厚さがＯ，８ｍｒｎの２枚の亜鉛
メンキ鋼板に、また溶接条件を下記の通りに変更する以
外は、例２と同様にして連続スポット溶接による電極の
形状変化を測定した。

溶接条件　溶接電流　１２０００Ａ 加圧力　４５０ｋｇ 初期加圧時間　４０サイクル 溶接時間　１６サイクル 保持時間　５０サイクル 開放時間　５０サイクル 例２と同様に、電極径の増大ならびに電極長の減少をそ
れぞれ第９図および第１０図に示す。

第９図および第１０図の結果は、被溶接材料が変化した
場合にも、この発明のよる電極の力が、従来の電極に比
べて明らかに消耗および圧縮による形状変化が少なく、
寿命が増大していることを示す。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、この発明の合
金粉末を用いて得られる分散強化型合金製品の一例とし
ての抵抗溶接用電極の断面図および＼１１面１Ａ、 第２図〜第６図は、各種組成の合金粉末を用いてｆＪら
れた棒状製品の常温および高温硬さならひに導電率の、
合金粉末中の溶質金属（Ａｌ＋Ｔｉ）に占めるＴｉによ
る変化を示すグラフ、第７図〜第１０図は、各種組成の
合金粉末を用いてｆｊＪ−られた電極を用いて行なった
連続スポット溶接による電極形状変化を示すグラフであ
り、□第７図および第９図は径の増大を、 第８図および第１０図は長さの減少を、第　ｌ　図 第　２　図 Ｍ＋Ｔｉ　＝θ、ｌｚ ０　０．１　０．２　Ｑ、３　θ、４　０．５　０．６
　０．７　０．θ　０ｑ　／、θＬ Ａｔ＋η 茶　３　図 ０　０．１　０．２　０．３　０．４　０．５　０．６
　０．７　０．８　０．９　１．０−万一 Ｊ　Ｔｔ ＪＬ　４　図 ０　Ｏ，＋　０．２　０．３　０．４　０．５　０．６
　Ｏ，７０，θ　ｏ、ｑ　ｔ、。 ＪＬ ＡＩｌ＋Ｔｔ 第　５　＠ ０　０、＋　０．２　０．３　０．４　０．５　０．６
　０．７　０．８　（７，９ｌθ第０図 ０　０．１　０．２　０３　０．４　０．５　０．６　
０．７　０．８　０．Ｑ　ｆ、０第　７　図 ０　５１１１Ｏ１０００１５００２０００２５Ｑ０茶　
６　図 打ｌＲ歇 第　３　図 ０５００　１０００　１５００　２０００　２５００才
丁　点　委（

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＡＩとＴｉ、！：ｔ：、金言１量テｏ　、　１−１　、
   ０ｇ１ｆ４％１１．つＴｉがＡｌとＴｉの合計の２０〜
   ８０重量％となる割合で、Ｃｕに固溶させてなる合金の
   粉末であることを特徴とする、内部酸化法により分ｔｌ
   ’１強化銅合金製品を形成するための合金粉末。