JPS6318028A - 高硬度でかつ耐熱性に優れたCu合金及びその製造方法 - Google Patents

高硬度でかつ耐熱性に優れたCu合金及びその製造方法

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JPS6318028A
JPS6318028A JP16254486A JP16254486A JPS6318028A JP S6318028 A JPS6318028 A JP S6318028A JP 16254486 A JP16254486 A JP 16254486A JP 16254486 A JP16254486 A JP 16254486A JP S6318028 A JPS6318028 A JP S6318028A
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JP
Japan
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alloy
heat resistance
hardness
high hardness
matrix
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JP16254486A
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Inventor
Yoshio Ashida
芦田 喜郎
Yuichi Seki
勇一 関
Shigenori Kusumoto
栄典 楠本
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、熱伝導性および電気伝導性が良好で、且つ優
れた硬度並びに耐熱性を兼ね備えたCu合金及びその製
造方法に関するものである。
[従来の技術] Cu合金は優れた熱伝導性および電気伝導性を有するこ
とから、その特長を生かして電気抵抗溶接用電極、連続
鋳造用モールド材、熱交換器用部材或は復水器用部材等
種々の用途に広く用いられている。しかるにこれらの用
途においては熱伝導性や電気伝導性が良好であるだけで
は不十分であり、優れた硬度(ひいては強度や耐摩耗性
)や、更には優れた耐熱性等が同時に満足されなければ
ならない場合が多い。例えば電気抵抗溶接用電極(以下
車に電極ということがある)として使われる場合は、電
極先端部は高温に加熱された状態で加圧される為高温硬
度と高温下における軟化抵抗が夫々大きいものでなけれ
ばならない。
現在電気抵抗溶接用電極としては、Cuに約1%程度の
Crを添加し時効処理によるCrの析出硬化を利用した
Cu−Cr合金、あるいはCu中にAl2O,やTiO
2等の酸化物粒子を約1%程度添加して分散させた粒子
分散型Cu合金が一般に用いられている。しかしいずれ
もその性能は不十分であり、改良が求められている。
即ち上記Cu−Cr合金においては、Cuに対するCr
の固溶量が高温下でも0.8重量%以下と相当に低いレ
ベルにある為、硬度や耐熱性を向上させる目的でCrを
多量に添加しても未固溶のCrが大量に晶出するばかり
であり、これらの晶出Crは特性向上に殆んど寄与しな
い。即ち上記析出硬化型Cu−Cr合金においてはCr
の添加量を1%以上に高めることができず、性能改善に
ついても頭打ちの状態にある。又上記析出硬化型Cu−
Cr合金は使用条件下において時効温度より高温に加熱
されるといったん析出していたCrが再びマトリックス
中に固溶して硬度が低下するということがあり、高温環
境における軟化抵抗に問題がある。一方Al2O3等を
分散させた粒子分散型Cu合金は内部酸化法によって製
造されるものであるが、この方法では多量の酸化物粒子
を分散させることが難しく、その為酸化物分散量はおよ
そ1%程度が上限となっており、硬度および耐熱性の改
善度合もわずかでしかない。その他復木管等の分野では
Cu−Ni合金も使用されているが、その特性は十分と
は言い難い。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、常温および高温下における硬度が高く、固体摩耗性及
び耐エロージヨン性に優れ、しかも高温における軟化抵
抗性に優れたCu合金及びその製造方法を提供すること
を目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] しかして上記目的を達成した本発明Cu合金は、Cr:
4〜35%(重量%の意味、以下同じ)、残部がCu及
び不可避不純物からなり、Crがマトリックス中に微細
分散してなる点に要旨があり、さらに所望によりZ r
 : 0.1〜5%をCuとZrの金属間化合物として
マトリックス中に微細分散させたものも本発明に含まれ
る。
又本発明方法は、Cr:4〜35%、必要によりZ r
 : 0.1〜5%、残部がCu及び不可避不純物から
なるCu合金を液相まで加熱した後500℃/秒以上の
冷却速度で凝固する点に要旨が存在し、さらにその後3
00〜850℃で時効処理する方法も本発明に含まれる
[作用] 本発明は、前記構成に示す様にCr:4〜35%を含む
Cu基合金であって、CrがCuマトリックス中に微細
分散されたCu合金では、熱伝導性および電気伝導性を
それ程低下させることなく高い硬度と耐熱性並びに優れ
た高温軟化抵抗性を示すことを見出し更に研究の結果完
成されたものである。即ち従来は、前述した様にCrは
Cuに殆んど固溶しない元素である(固溶上限量1%以
下)為多量添加しても析出硬化には寄与しないものと考
えられてきたが、本発明者等の研究によると、CrをC
u中に多量に加え、且つCrをCuマトリックス中に微
細分散させたものにおいては、この微細分散されたCr
が高温に加熱されても殆んど粗大化しない為、析出硬化
型Cu−Cr合金における析出Crの様に作用して常温
および高温においてCu合金に高い硬度を与え、高温下
の軟化抵抗を著しく上昇させることが分かった。尚Cr
を単に配合したというだけでは上記作用効果が発揮され
ず、微細分散されていることが不可欠である。そして微
細分散Crは多量であればある程硬度等の特性を向上さ
せる上で有意義であるが、35%を超えて添加するとC
u本来の熱伝導率および電気伝導率を低下させるので3
5%以下とする必要がある。特に熱伝導率等の低下を防
ぎたい場合には30%以下とすることが望ましい。一方
Cr添加量が4%未満ではCr添加の効果が不十分であ
り、高温硬度及び高温軟化抵抗性の低下をまねく。尚高
温軟化抵抗性をより確実に発揮させる為にはCrを10
%以上添加することが望まれる。
次にCrの他Z r : 0.1〜5%を添加したCu
合金であフて、Cr及びCuとZrの金属間化合物がC
uマトリックス中に微細分散されたCu合金においては
、Cr添加による前記効果に加えて、Zr添加によりC
u合金の硬度はさらに上昇する。尚Crと同様CuとZ
rの金属間化合物も微細分散されていなければ上記効果
は発揮されない。この様なZr添加の効果は0.1%未
満では有意に発揮されず、一方5%を超えて添加すると
熱伝導率及び電気伝導率が低下するので添加量は0.1
〜5%とする必要がある。また亜鉛めっき鋼板の電気抵
抗溶接においては、該溶接特有の問題として溶融亜鉛に
よる電極の侵食が指摘されているが、Zrにはこの侵食
を抑制する効果があり、亜鉛メッキ鋼板溶接用電極に使
うときはZrを含むCu−Cr合金の使用が望まれる。
次いでCuマトリックス中にCrやCuとZrの金属間
化合物を微細分散させるに当っては、前記組成のCu合
金を液相まで加熱した後急冷凝固させる必要がある。即
ち液相状態においてはCuマトリックス中にCr及びZ
rが均一に混合分散されており、この状態から当該溶融
Cu合金を500℃/秒以上の冷却速度で急冷凝固する
と、Cr及びZrが均一分散されたままCu合金の凝固
が進行し、微細なCr及びCuとZrの金属間化合物の
結晶が分散・晶出した金属組織を得ることができる。こ
うして得られたCu合金はCr及びCuとZrの金属間
化合物の微細結晶が分散晶出することにより前述の如く
優れた高温強度並びに高温軟化抵抗性を示す。尚Crや
Zrの一部はCuマトリックス中に固溶されていても良
く、本発明における含有率の数値的条件は固溶量を含む
ものと解釈されるべきである。
尚500℃/秒以上の冷却速度で急冷凝固する手段とし
ては種々の手段があり特に制限はないが、例えば水中や
水冷回転ロール面にCu合金融液を滴下する方法や滴下
するCu合金融液に高圧ガスや高圧水等を噴射して飛散
凝固させる方法が挙げられる。そしてこれらの方法によ
って得られる本発明合金の形態は、採用する製造方法や
製造条件によって細線状、粉末状、箔状等の所望の形態
で提供される。又急冷凝固法としてはレーザや電子ビー
ム等の高エネルギー密度を有する熱源を材面表面に走査
して瞬間的に表面のみを溶融し、次いで内部への放熱(
自己冷却)によって急冷凝固させる方法が挙げられ、特
にこの手法を用いると表面部に優れた特性を持った急冷
凝固層を有する合金部材を製造することが可能である。
又本発明合金は例えば急h9固によりCrやCuとZr
の金属間化合物を微細分散させた状態のままでも優れた
特性を示すが、その後時効処理を施すとCuマトリック
スに一部固溶していたCr及びCuとZrの金属間化合
物が微細析出する為硬度等の特性がさらに上昇し、また
熱伝導性や電気伝導性も改善される。時効処理に当たっ
ては時効温度が300℃未満では十分な時効々果が得ら
れず、一方850℃を超えると析出Cr又は析出金属間
化合物の粗大化が起こり、時効前より性能の悪化を招く
ことはないにしても時効の効果は得られない。
尚本発明合金は、前述の如く水中への滴下環の急冷凝固
法を採用して製造されることが多いので、製品形態は線
、箔、粉末等の急冷凝固し易い形態に限定され易い。し
かし本発明合金は、高温下に長時間保持してもその特性
を殆んど変化させることがないので、線、箔、粉末等の
本発明合金を高温で加圧焼結する手法を採用すれば急冷
凝固状態とほぼ同じ特性を持つ大型部材を得ることもで
きる。このとき焼結温度が400℃未満では十分に焼結
することができず、一方1050℃を超えると硬度等が
劣化する傾向が現れるので焼結は400〜1050℃の
範囲で行なうことが望ましい。
[実施例] 実験1 第1表に示す組成のCu合金をレーザ照射により溶融し
、急冷凝固した後およびさらに時効処理を施した後の特
性を調べたところ、第1〜3図に示す結果が得られた。
実験は各Cu合金を一旦通常の溶製法あるいは粉末冶金
法で調製した後、その表面に下記条件でレーザを照射す
ることにより行なった。
(レーザ照射条件) 出カニ5KW 速度:2m/分 スポット径:約1.0 am 第   1   表 第1図は、Cr含有量の異なるCu−Cr合金(ANC
)急冷凝固部を、200〜1000℃に加熱保持した後
(時効処理)、常温まで空冷したときの硬度を測定し、
従来のCu合金の中で比較的耐熱性に優れたC u −
0,86%Cr合金(F:通常溶製材)と比較した結果
を示すグラフである。
尚F合金については加熱処理前に30%および50%の
冷間加工を施したものである。
第1図に示す様に、F合金は冷間加工および時効処理に
よって硬化(強化)が図れているが、A−C合金はいず
れも時効処理前(加熱温度0℃の点)ですでにF合金の
30%冷間加工材より高い硬度を有しており、時効処理
によって一層の硬度改善が達成されている。又本発明合
金A−Cは広い温度域に渡って時効効果を示している。
尚F合金は600℃以上に加熱することにより加熱前の
状態より大幅に硬度が低下するが、本発明合金A〜Cは
1000℃に加熱した後も加熱前と同等の硬度を有し、
高温下における軟化抵抗は著しく優れていることを示し
ている。
第2図はZrを含む本発明Cu合金(D、E)について
前記と同様に硬度を調べた結果を示すグラフで、第1図
B合金に比べてさらに高い硬度を示している。即ちZr
添加により硬度をさらに上昇させることができることが
確認された。
第3図はA−F合金について高温下における硬度を測定
した結果を示すグラフであって、常温ではF合金(50
%冷間加工後500℃で時効処理したもの)より劣るも
のもあるが、400℃以上の高温下では本発明合金A−
EはいずれもF合金より高い硬度を示しており、高温硬
度の優れていることが確認された。
実験2 第1表A−Hに示す組成の合金を石英ノズル中で加熱溶
融し、約0.1+am径のノズル孔より水中へ滴下する
ことにより約0.1 mm径の極細線を製造した。得ら
れた細線について実験1と同様に高温加熱保持後の硬度
および高温硬度を測定したところレーザ照射による本発
明合金とほぼ同様の結果が得られた。
実験3 第1表A−Hに示す組成の合金を石英ノズル中で加熱溶
融して250++ll11径の回転ロール上に滴下させ
、厚さ約30μm9幅約15m+aの本発明合金箔を製
造した。得られた箔の特性を調べたところ実験1.2と
同様の結果が得られた。
実験4 ガスアトマイズ法により第1表A−Eに示す組成の合金
の急冷凝固粉末(平均粒径約io。
μm)を製造し、その粉末の特性を調べたところ実験1
〜3と同様の結果が得られた。
次いでこの粉末を直径500 am、長さ10011I
11の円柱状に成形し、800℃X100O気圧の高温
高圧下で焼結して円柱体を製造した。得られた円柱体の
特性を調べたところ焼結による特性の劣化はみられず、
その熱伝導率及び電気伝導率も下記の如く良好な値を示
した。
熱伝導率  0.10〜0.58  cal /c++
+”・s・’e電気伝導率 12〜80 1AC3% [発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、熱伝導性および電
気伝導性が良好で、且つ硬度並びに高温軟化抵抗性の優
れたCu合金を提供することができる。かくして電気抵
抗溶接用電極等として優れた特性を持つCu合金製品を
製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は実験1の結果を示すグラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Cr:4〜35%(重量%の意味、以下同じ)、
    残部がCu及び不可避不純物からなり、Crがマトリッ
    クス中に微細分散してなることを特徴とする高硬度でか
    つ耐熱性に優れたCu合金。
  2. (2)Cr:4〜35%、Zr:0.1〜5%、残部が
    Cu及び不可避不純物からなり、CuとZrの金属間化
    合物及びCrがマトリックス中に微細分散してなること
    を特徴とする高硬度でかつ耐熱性に優れたCu合金。
  3. (3)Cr:4〜35%、残部がCu及び不可避不純物
    からなるCu合金を液相まで加熱した後500℃/秒以
    上の冷却速度で凝固することを特徴とする高硬度でかつ
    耐熱性に優れたCu合金の製造方法。
  4. (4)Cr:4〜35%、Zr:0.1〜5%、残部が
    Cu及び不可避不純物からなるCu合金を液相まで加熱
    した後500℃/秒以上の冷却速度で凝固することを特
    徴とする高硬度でかつ耐熱性に優れたCu合金の製造方
    法。
  5. (5)Cr:4〜35%、残部がCu及び不可避不純物
    からなるCu合金を液相まで加熱した後500℃/秒以
    上の冷却速度で凝固させ、さらにその後300〜850
    ℃で時効処理することを特徴とする高硬度でかつ耐熱性
    に優れたCu合金の製造方法。
  6. (6)Cr:4〜35%、Zr:0.1〜5%、残部が
    Cu及び不可避不純物からなるCu合金を液相まで加熱
    した後、500℃/秒以上の冷却速度で凝固させ、さら
    にその後300〜850℃で時効処理することを特徴と
    する高硬度でかつ耐熱性に優れたCu合金の製造方法。
JP16254486A 1986-07-10 1986-07-10 高硬度でかつ耐熱性に優れたCu合金及びその製造方法 Pending JPS6318028A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05343157A (ja) * 1992-03-24 1993-12-24 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05343157A (ja) * 1992-03-24 1993-12-24 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ

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