JPS60141802A - 分散強化型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】 この発明は、耐クラック性で代表される強度の優れた分
散強化型合金製品を与え得る合金粉末に関し、より特定
的には、従来使用されている範囲よりも小さく、特に微
細粉末部分を多くしたアトマイズ法による微細合金粉末
を用いることにより、製品強度を改善しようとするもの
である。

分散強化により金属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。この内部酸化法は
、一般に例えばＡｔ等の易酸化性金属を溶質金属とし、
Ｃｕ等の相対的に酸化性の低い金属のマトリクス中に固
溶させてなる合金の粉末を、−１−記溶質金属を酸化さ
せる敬の熱還元性金属酸化物粉末と混合したのち、混合
粉末を加熱して合金粉末溶質金属を酸化させ、が〈処理
した混合粉を一体化後、加熱加工することにより、溶質
金属の酸化により得られた酸化金属粒子をマトリクス金
属中に分散させて、マトリクス金属単独に比べて強度、
硬度等の改善された合金製品を得るものである。特に、
醇化アルミニウムで分散強化した銅製品は、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５６−２
５９４３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分散強化型合金は、分散
強化されていない金属に比べて確かに強度的には向上し
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、強度ならびに伸びは未だ充分なものとは言い難く、
このため例えばＡｌ２Ｏ３分散強化Ｃｕ製品の代表的な
用途ど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）の
結合基部に第１図（ａ）に対応して第２図に１として示
すようなりラックが発生することがある。

内部酸化法により、一層優れた機械的性質を有する分散
強化型製品を得るために、例えば上記した特開昭５０−
７５１０４号公報では、原料合金粉末を一旦微細化した
のち、再結晶処理をして粒径を肥大化させ、その後、酸
化剤と混合して内部酸化法を実施している。しかしなが
ら、このような結晶化処理は、工程を繁雑化させ、全体
工程を長時間化させるので好ましくない。

この発明は、内部酸化法による分散強化型合金　、の製
造Ｊ、程を繁雑化させることなく、強度ならびに伸びで
代表される機械的性質の改善された製品をかえ得る原料
合金粉末を与えることを主要な目的とする。

この発明の合金粉末は、このような目的を達成するため
に開発されたものであり、より詳しくは、熱還元性金属
酸化物との組合せにより内部酸化法により分散強化型合
金製品を形成するための合金粉末であって、易酸化性金
属を溶質金属とし、相対的に酸化性の低い金属のマトリ
クス中に固溶させてなる合金のアトマイズ法により形成
された３　００　ＩＬｍ以下の粉末粒子よりなり、５０
ｇｍ以下の粉末粒子が７０重量％以上であることを特徴
とするものである。

内部酸化法の原料合金粉末としては、従来より、一般的
には、微細粉末として位置付けられる粒径の合金粉末（
たとえば、−１−記した特開昭５０−７５１０４号公報
では再結晶による肥大化前ではあるが４４ＩＬｍ以下の
平均粒径が好ましいとされ、また特開昭５６−２５９４
３号公報では６ｏメツシユ（２５０ｐＬｍ）〜３２５メ
ツシュ（４４ｇｍ）の粒径が、米国特許第４２７４８７
３号明細書では３７〜１８０　ｇｍの粒径が開示されて
いる）が用いられていた。しかしながら、金属の微粉末
の製造に通常使用されるアトマイズ法は、生産能率が高
く大量の粉末の製造に適するものであるが得られる粉末
の粒径は比較的大きいものが大きな割合をしめているし
、また内部酸化法においては、より小粒径（たとえば５
〜１０ｐＬｍ）の酸化剤粉末が、合金粉末に、これをま
ぶす形態で付着して溶質金属の内部酸化を進行させるの
で、」−記の範囲よりも更に小さい粒径の合金粉末は、
酸化剤粉末の均一な分散付着を妨たげる等の理由により
用いられていなかったのが実情である。本発明者らは、
これとは異なり、粒径が小さいだけではなく、いわゆる
「篩下」と称される一層微細な粒子部分（５０７ｉｍ以
下、特に４４ｐＬｍ以下）の重量分率が一定割合以」−
の合金粉末を用いるときに、極めて臨界的に機械的性質
の改善された分散強化型合金製品が得られることを見出
して、この発明に到達したものである。したがって、こ
のような特に微細粉末部分の多い合金粉末を用いれば、
何ら工程の複雑化を招かずに、優れた機械的性質の分散
強化型合金製品が得られる。

以下、この発明を更に詳細に説明する。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
限り重琶基準とする。

この発明の合金粉末を構成する合金は、易酸化性金属を
溶質金属とし、相対的に酸化性の低い金属のマトリクス
中に固溶させてなるものである。

マトリクス金属の具体例としては、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉ、Ｃｄ、ＴＩ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓ　ｂ、Ｂ　ｊ
、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉ　ｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、
Ｏｓ、Ｐｔ、Ｒｈなどが挙げられる。また適当な溶質金
属の例としては、ＡＩ、Ｓｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｔｈ
、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎなどが挙げられる。合金組成として
は、木質的に０．０１〜２％の溶質金属と残部のマトリ
クス金属とからなり、必要に応じて、硬度、伝導度、耐
摩耗性等の性質を改善するための少量の添加剤よりなる
。特に電気抵抗溶接用電極をはじめとする電極等の伸び
、強度等の機械的特性を要求される導電性材料としての
利用を考慮すると、ＡＩｏ、１〜１．５％、残部が木質
的にＣｕからなるＣｕ−Ａｌ合金が特に好ましく用いら
れる。

この発明の合金粉末は、上記した合金の溶融物をアトマ
イズすることにより得られる。なかでも水アトマイズ法
によるのが、溶湯が噴霧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、特にアルゴン等の不活性ガス雰囲気中に
水アトマイズすることが、引張り強度および伸びの向上
を通してクラック発生を防止できるので好ましい（後記
例２参照）。

この発明にしたがい、このようにして得られた合金粉末
のうち、粒径が３００１Ｌｍ以下で、粒径が５０ｐＬｍ
以下、特に４４ｇｍ以下が７０％以上となるような粒径
分布のものを選択的に用いる。

３００　ｐｍ以」二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大な） 時間を要し、実用上好ましくない。

また粒径が３００＃１．ｍ以下の粉末のみを用いるとし
でも、５０μｍ以下の部分が７０％未満のものを用いる
と、所望の伸びおよび強度の向上を通じたクラック発生
防止の効果が得られない。

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、この発明の合金粉末中の溶質金属より相対
的に酸化性の低い金属の酸化物が用いられ、一般にこの
発明の合金粉末中のマトリクス金属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１０ル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
末中の溶質金属の全てを内部酸化するために、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、Ｃｕ−Ａ１合金粉末と、Ｃｕ２Ｏ粉末の組合
せによるＡｌ２Ｏ３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合金粉末と所定量のＣ
ｕ２Ｏ粉末との緊密な混合粉末を得、この混合粉末を不
活性ガス雰囲気中、たとえば７５０〜９５０℃の温度で
３０分〜ｌＯ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は実質的に全てがＡｌ２Ｏへと
酸化され、Ｃｕ２Ｏ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７００〜９００°Ｃで加熱して余剰のＣｕ２ｏを還
元する。途中、内部酸化工程あるいは還元工程の後に、
混合粉末のケーキ化が起った場合には、適宜粉砕して６
０１１．ｍ以下の粒子部分を次工程へ用いることが好ま
しい。

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、機械加工、好ましくは一］二足マトリクス金
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。

］−述したようにこの発明によれば、内部酸化法により
分散強化型合金製品を製造する際に、アトマイズ法によ
り得られた、従来用いられていた粒度よりも小さい微粒
部分を多く含む合金粉末を用いることにより、内部酸化
法の工程の繁雑化を招くことなく、伸び、引張り強度、
耐クラック性で代表される機械的性質の改善された分散
強化型合金製品が得られる。

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。

例」２ 電解銅（純度９９．９％）および所定量のアルミニウム
を誘導加熱炉にて溶解し、水アトマイズにより０．４０
％Ａｌ−Ｃｕ残　の組成を有するＣｕ−Ａｌ合金粉末を
得た。このＣｕ−Ａｌ合金粉末を篩い分けし、下表−１
にＡ〜工として示す粒度分布の合金粉末を調製した。

表−１ 上記合金粉末Ａ〜工のそれぞれの１００部に対して、平
均粒径が１〜２ｐｍのＣｕ２Ｏ粉末を３．２部混合し、
得られた混合粉末をそれぞれ銅製の容器に入れ、不活性
ガス雰囲気中で密閉し、９５０°Ｃで１時間加熱して、
内部酸化を行った。

これにより、ＡＩは全てＡｌ２Ｏ３に酸化され、Ｃｕ２
Ｏは殆んど金属銅に還元された。次いで上記粉末を、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。

上記処理粉末を、ガス抜き管を備えた外径１００ｍｍの
薄肉Ｃｕパイプ中に装入し、内容物を９１ ００°Ｃに加熱し、２Ｘ１０−５ｍｍＨｇ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、押し出して径約２０ｍ
ｍの棒状製品を得た。

上記Ａ〜工の合金粉末を用いて得られた棒状製品の硬さ
、引張強さ、伸びを縦軸とし、合金粉末中の４４μ以下
の粉末粒子割合を横軸とするグラフを第３図に示す。

舛」 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、更に冷間ブレス加工を行い第１図
（ａ）、（ｂ）に示す形状のスポット溶接用電極に加工
した。かくして形成された電極の結合部上端に発生した
クラック（たとえば第２図に１として示すようなもの）
の発生率と粒度分布との関係を第４図に示す。

第３図および第４図の結果は、この発明にしたがい、４
４ｇｍ以下の微細粉末部分が７０％以上と多い合金粉末
を用いる場合には、極めて臨界的２ に、硬さ、伸び、引張強さで代表される機械的性質が向
上し、またクラック発生率が低下することを示している
。

■ 例１における、合金粉末の形成の際に水アトマイズノズ
ル先端刊近をＡｒガス雰囲気を採用する以外は、例１な
らびに例２の操作を繰り返した。

得られた結果を、第３図に対応して第５図に、またＡｒ
ガス雰囲気を用いない（すなわち、空気雰囲気を用いた
場合）の結果とともに、後表−２に示す。

件」 また、ＡＩ含量を多くして、０．６０％ＡＩ−残Ｃｕの
組成の合金粉末を用いて、例１〜３に準ｌ５ 第５図ならびに表−２、表−３の結果は、この発明の粒
度、分布を有する合金粉末を用いる効果は、合金粉末の
アトマイズをＡｒ雰囲気中で行うときに向」−シ、特に
伸びの向」二を通じてクラック発生の防止に有効である
ことを示している。

【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平面図、 第２図は典型的なりラック発生状況を示す第１図（ａ）
に対応する断面図、 第３図〜第５図はそれぞれ合金粉末粒度分布の変化によ
る製品特性の変化を示すグラフであり、第３図は機械的
性質の変化（通常アトマイズ）第４図はクラック発生率
の変化（通常アトマイズ）、 第５図は機械的性質の変化（Ａｒ雰囲気でのア　″６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　易酸化性金属を溶質金属とし相対的に酸化性の低
   い金属のマトリクス中に固溶させてなる合金のアトマイ
   ズ法により製造された３　００７ｈｍ以下の粉末粒子よ
   りなり、５０ＪＬｍ以下の粉末粒子が７０重量％以上で
   あることを特徴とする、内部酸化法により分散強化型合
   金製品を形成するための合金粉末。 ２、　水アトマイズ法により製造されたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の合金粉末。 ３、　不活性ガス雰囲気中にて水アトマイズを行うこと
   によって製造されたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の合金粉末。 ４、　０．１〜１．５重量％の易酸化性金属としてのア
   ルミニウムと、残部の相対的に酸化性の低い金属として
   の銅からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第３項のいずれかに記載の合金粉末。 ５、　前記分散強化型合金製品が抵抗溶接用電極である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の
   いずれかに記載の合金粉末。