JPS63500157A - 銅−亜鉛−マンガン−ニッケル合金 - 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】 銅−亜鈴−マンガン−ニッケル合金 技」Ｌ吻二乱 本発明は銅−亜鉛合金に係り、特にろう付は用材料として使用される銅−亜鉛− マンガン−ニッケル合金に関する。

宣」し弦−１ 建設用材料として銅および銅合金は工業用金属の重要な一群をなしている。銅お よび銅合金は電導率、熱伝導率、耐食性、工作性、疲労特性、加工性、成形性お よび強度というような物理的特性の組合せの故に広く使用されている。更に、銅 合金は非磁性であり、各種の色彩のものとすることができ、メッキまたは塗装仕 上げとすることができる。殆どの銅合金は容易に溶接、ろう付け、又は半田付け することができる。

これらの基本的特性のいくつかを改良するために。

種々の合金用元素が選択される。亜鉛は特に有用な元素として知られており、多 くの工業用銅−亜鉛合金には真鍮（黄銅）族が含まれる。例えば黄銅は銅６５％ 、亜鉛３５％の合金であり、その金色の色彩と良い加工性の故に用途が広い。溶 融温度が比較的に低く、殆どの鋼や銅合金と相性がよいから、これらの異なる材 料を互いに結合するろう付は用材料としても使用される。

現在多くの銅−亜鉛ベースのろう付は用合金として特定の用途のために各種の付 加的合金元素を含むものが知られている。

特に有効な添加元素の一つはニッケルであり、＠−亜鉛−ニッケル合金の族はそ の白い外観によって洋銀として知られている。洋銀の代表的な組成は銅５５−６ ５％、亜鉛１７−２７％、ニッケル１５−２０％である。溶融温度は真鍮より高 いが、タングステンカーバイドなどの多くの他の材料との相性がよく、高い強度 を有している。

非常に一般的なろう付は用合金として銀を含むものがある。このろう付は用鍋− 銅−亜鉛（及び選択的にニッケルを含む）合金はその比較的低い溶融温度（はぼ ５５０−７５０’Ｃ）の故にカーバイド化合物を各種の基材に接合させるために 使用されている。これらの合金は良好な接合強度、充分な可塑性、および著しく 望ましいろう付は温度をもっているが、銀を含むので高価である。更に、高い接 合強度と良好な高温特性が望まれる。従ってカーバイド化合物を各種基材にろう 付は接合するための代替合金が要望されている。

銀ベース合金または洋銀合金の代替物として提案されたものに銅−二ツケル−マ ンガン合金がある９代表的には銅５０−５５％、ニッケル８−１１％、および残 部のマンガンを含む。このろう付は用合金は比較的流動性があり、各種のカーバ イドと例えば鋳鉄、鋳鋼、工具鋼、およびステンレス鋼及びニッケルベース合金 の一部などの基材金属との相性がよい、しかし、亜鉛が含まれていないので、溶 融温度は約８５０ないし約９３０℃の範囲である。従って適切なろう付は接合部 をつくるためのろう付は温度として約９５０ないし約１０５０℃が必要となる。

本発明出願人は銅−亜鉛−マンガン−ニッケル合金が多種のカーバイド化合物と 基材とに相性がよく、強度と流動性とは従来の銅−マンガン−ニッケル合金と同 等であり、ろう付は温度を低くすることができることを発見した。銀合金と比較 して本発明の合金は広い範囲のカーバイド化合物と基材との良好な相性に加えて 、遥かに低いコストで優れた強度を与える。

且」ＬムＵ 本発明は本質的に約３０ないし７０重量％の銅、約１５ないし４５重量％の亜鉛 、約５ないし２０重量％のマンガン、約１ないし２０重量％のニッケル、および 約０．０５ないし２重量％のシリコンからなる銅合金組成に関する。他の元素も 約０．５重量％以下の少量含有可能である。これら他の元素の含有総量は約３重 量％以下であることを要する。

望ましくは銅含有量約３５ないし６０重量％、亜鉛含有量は約１５ないし４０重 量％、マンガン含有量は約５ないし１５重量％、ニッケル含有量は約５〜１５重 量％とする。これらすべての合金について好ましいシリコン含有量は約０．０５ ないし０．２５重量％である。

この合金の一つの特定のものは約５０ないし６０重量％の銅、約２０ないし３０ 重量％の亜鉛、約１０ないし１４重量％のマンガン、約６ないし１０重量％のニ ッケル、および約０．０５ないし０．２５重量％のシリコンから成る。特に、こ の合金は、約５３ないし５７重量％の銅、約２３ないし２７重量％の亜鉛、約１ １ないし１３重量％のマンガン、約７ないし９重量％のニッケル、および約０． ０５ないし０．２５重量％のシリコンを含んでいる。これらの合金は固化温度約 １５７５ｃ′Ｆ　（８５７℃）、液化温度約１６７５ｃ′Ｆ（９１３℃）をもつ 。

本発明による好ましい合金の他の一群は約４０ないし５０重量％の銅、約３０な いし４０重量％の亜鉛、約６ないし１０重量％のマンガン、約１０ないし１４重 量％のニッケル、および約０．０５ないし０．２５重量％のシリコンを含む。特 にこの合金は、約４３ないし４７重量％の銅、約３３ないし３７重量％の亜鉛。

約７ないし９重量％のマンガン、約１１ないし１３重量％のニッケル、および約 ０．０５ないし０．２５重量％のシリコンを含んでいる。これらの合金は固化温 度約１５７５°Ｆ（８５７℃）液化温度約１６７５°Ｆ（９１３℃）をもつ。

本発明はまた、ワイヤ、ストリップ、粉末、またはペースト状のろう付は用製品 としてのこれら合金の使用に関する。更に、本発明の銅合金の２Ｎの間に挟まれ たＩＭの銅合金または銅−ニッケル合金から成るろう付は用製品としても利用さ れるにれら各層の相対的量は約１：２：１ないし約１：４：１とする。

更に１本発明はカーバイド化合物を適当な基材に接合する方法に関しており、こ れは、本発明によるろう付は用銅合金を準備し、カーバイドをろう付けする工程 を含む。これは炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、または溶融温度がろ う付は用合金より高い銅合金またはニッケル合金の基材に有用である。カーバイ ド化合物は、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド、バナジュームカー バイド、タンタルカーバイド、またはチタニュームカーバイドなどであってよい 。加熱は、加熱炉、誘導加熱、抵抗加熱、または酸素−ガス焔によって基材とカ ーバイド化合物とを適当なろう付は温度範囲に加熱する。

丑二履ヱ【」シ週二銖］針１し朋− 鉱山用、建設用、機械加工用バイト、鋸刃用として工具鋼などにカーバイドイン サートを接合するするため、下記のろう付は方法が使用される。

基材とカーバイドとろう付は用金属とは接合部の汚染を防止するよう準備される 。ろう付けされる面を少なくとも２２００°Ｆ　（１２０５℃）　まで活性のろ う付は用フラックス例えばハンディ、アンド、パーマン社の高温Ｍフラックスで 覆）。接合は種々の方法で行うことができるが、各部材を少なくとも約１７５０ ０Ｆ（９５５°Ｃ）に加熱する必要がある。加熱時間は使用される方法によって 異る。各場合において接合間隙を０．００２ないし０．００５インチとすること がろう付は組立体の最適の特性を得るために望ましい。

ろう付は接合を行う方法の一つとして、５５重量％の銅、１２重量％のマンガン 、８重量％のニッケル、０９１５重量％のシリコンおよび残部が本質的に亜鉛で ある合金を使用する。この合金は直径約１／１６インチのワイヤに加工する。

接合される部品を前述のように清浄としフラックスを施し、酸素−アセチレン焔 で必要なろう付は温度範囲に加熱する。溶接棒を接合される部品に接触させる。

部品が適切な温度になると溶接棒は溶融して部品間に流れる。溶融した合金が接 合される部品間に完全に流れたら加熱を止め、接合体は室温まで冷却される。

本発明の別の実施例において、約４５重量％の銅、約８重量％のマンガン、約１ ２重量％のニッケル、約０．１５重量％のシリコンおよび残部が本質的に亜鉛で ある合金のストリップを銅の一層の両側に転造してろう付は用製品とする。転造 作業は本発明による合金の各層が０．００２５インチ、中央の純銅の層の厚さが ０．００５インチになるようにする。この三層のろう付は用製品の全体の厚さは 約０．０１０インチである。この製品をタングステンカーバイドのインサートの 形状に合致するように切断してインサートとそ九が接合される基材との間に挿入 する。この場合基材として３８７４０の低合金鋼を使用した。前述と同様に各部 品と挿入材とは清浄され、高温フラックスで覆われた。誘導加熱法で挿入金属の 溶融流が生ずるまで加熱された。加熱時間は約１５秒であり、接合区域の温度は 約１７５０’Ｆ　（９５５℃）であった。

タングステンカーバイドと５ｓ７４０１との接合体の常温における剪断強度は所 望の用途に適している。

性能寿命テストは従来の銅−ニッケルー亜鉛合金および銅−ニッケルーマンガン 合金のものを凌駕した。上述ろう付は状態において、ろう付は直後も最終熱処理 後も脆性亀裂や接合部の割れは認められなかった。

上述本発明は前述した目的を達成するために充分に考慮されているが、当業者は 数多くの変形や実施例を考案し得る。請求の範囲は本発明の趣旨と範囲内に入る これら変形や実施例を含むことを意図する。

補正帯の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）昭和６２年　１月１４日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 １、国際出願番号　ＰＣＴ／ＵＳ８６１０１０５３３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国　１００２２　ニューヨーク。

ニューヨーク　サード　アヴエニュ−８５０名称　ハンディ　アンド　パーマン 代央与４会ヂ←÷弓 国　籍　アメリカ合衆国 ４、代理人 住　所　東京都千代田区丸の内−丁目５番１号５、補正帯の提出年月日　１９８ ６年８月２６日請求の範囲 １０本質的に約４３ないし５７重重量の銅、約２３ないし３７重量％の亜鉛、約 ７ないし１３重量％のマンガン、約７ないし１３重量％のニッケル、および約０ ．０５ないし０．２５重量％のシリコンからなる銅合金。

２、銅が約５３ないし５７重量％で、亜鉛が約２３ないし２７重素置で、マンガ ンが約１１ないし１３重量％で、ニッケルが約７ないし９重量％で、シリコンが 約０．０５ないし０．２５重量％である請求の範囲第１項に記載の銅合金ゆ ３、銅が約４３ないし４５重量％で、亜鉛が約３３ないし３７重量％で、マンガ ンが約７ないし９重量％で、ニッケルが約１１ないし１３重量％で、シリコンが 約０．０５ないし０．２５重量％である請求の範囲第１項に記載の銅合金。

４、ワイヤ、ストリップ、粉末またはペースト状の請求の範囲第１項、第２項お よび第３項のいずれか１項に記載の銅合金からなる、ろう付は用製品。

５、請求の範囲第１項、第２項および第３項のいすわか１項に記載の組成を有す る銅合金の２層に挟まれたストリップ状の銅または銅−ニッケル合金の層を含み 、各層が１：２：１ないし１：４：１の相対的量である、ろう付は用製品。

６、（ａ）請求の範囲第１項、第２項および第３項のいずれか１項に記載の組成 を有するろう付は用銅合金を準備し。

（ｂ）該ろう付は用銅合金の液化温度以上の温度で該ろう付は用銅合金を使用し て基材にカーバイド化合物をろう付けする、 各工程を含む、適宜の基材にカーバイド化合物を接合する方法。

７、（ａ）請求の範囲第４項または第５項に記載の組成を有するろう付は用銅合 金を準備し、（ｂ）該ろう付は用鋼合金の液化温度以上の温度で該ろう付は用銅 合金を使用して基材にカーバイド化合物をろう付けする、 各工程を含む、適宜の基材にカーバイド化合物を接合する方法。

８、基材が炭素鋼または低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、またはろう付は用合 金より融点の高い銅合金またはニッケル合金である請求の範囲第６項または第７ 項に記載の方法。

９、カーバイド化合物がタングステンカーバイド、シリコンカーバイド、バナジ ュームカーバイド、タンタルカーバイド、またはチタニュームカーバイドである 請求の範囲第６項、第７項および第８項のいずれか１項に記載の方法。

１０、加熱を加熱炉、誘導加熱、抵抗加熱、またはｍ素−ガス焔によフて行う請 求の範囲第６項、第７項、第８項および第９項のいずれか１項に記載の方法。

国際調査報告

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．本質的に約３０ないし７０重量％の銅、約１５ないし４５重量％の亜鉛、約 ５ないし２０重量％のマンガン、約１ないし２０重量％のニッケル、および約０ ．０５ないし２重量％のシリコンからなる銅合金。
2. ２．銅が約３５ないし６０重量％で、亜鉛が約１５ないし４０重量％で、マンガ ンが約５ないし１５重量％で、ニッケルが約４ないし１８重量％で、シリコンが 約０．０５ないし０．２５重量％である請求の範囲第１項記載の銅合金。
3. ３．銅が約５０ないし６０重量％で、亜鉛が約２０ないし３０重量％で、マンガ ンが約１０ないし１４重量％で、ニッケルが約６ないし１０重量％である請求の 範囲第２項記載の銅合金。
4. ４．本質的に約５３ないし５７重量％の銅、約２３ないし２７重量％の亜鉛、約 １１ないし１３重量％のマンガン、約７ないし９重量％のニッケル、および約０ ．０５ないし０．２５重量％のシリコンからなる銅合金。
5. ５．銅が約４０ないし５０重量％で、亜鉛が約３０ないし４０重量％で、マンガ ンが約６ないし１０重量％で、ニッケルが約１０ないし１４重量％である請求の 範囲第４項記載の銅合金。
6. ６．本質的に約４３ないし４７重量％の銅、約３３ないし３７重量％の亜鉛、約 ７ないし９重量％のマンガン、約１１ないし１３重量％のニッケル、および約０ ．０５ないし０．２５重量％のシリコンからなる銅合金。
7. ７．ワイヤ、ストリップ、粉末またはペースト状の請求の範囲第１項記載の銅合 金からなる、ろう付け用製品。
8. ８．ワイヤ、ストリップ、粉末またはペースト状の請求の範囲第４項記載の銅合 金からなる、ろう付け用製品。
9. ９．ワイヤ、ストリップ、粉末またはペースト状の請求の範囲第６項記載の銅合 金からなる、ろう付け用製品。
10. １０．請求の範囲第１項記載の銅合金の２層に挟まれたストリップ状の銅または 銅−ニッケル合金の層を含み、各層が１：２：１ないし１：４：１の相対的量で ある、ろう付け用製品。
11. １１．請求の範囲第４項記載の銅合金の２層に挟まれたストリップ状の銅または 銅−ニッケル合金の層を含み、各層が１：２：１ないし１：４：１の相対的量で ある、ろう付け用製品。
12. １２．請求の範囲第６項記載の銅合金の２層に挟まれたストリップ状の銅または 銅−ニッケル合金の層を含み、各層が１：２：１ないし１：４：１の相対的量で ある、ろう付け用製品。
13. １３．（ａ）請求の範囲第７項記載の組成を有するろう付け用銅合金を準備し、 （ｂ）該ろう付け用銅合金の液化温度以上の温度で該ろう付け用銅合金を使用し て基材にカーバイド化合物をろう付けする、 各工程を含む、適宜の基材にカーバイド化合物を接合する方法。
14. １４．基材が炭素鋼または低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、またはろう付け用 合金より融点の高い銅合金またはニッケル合金である請求の範囲第１３項記載の 方法。
15. １５．カーバイド化合物がタングステンカーバイド、シリコンカーバイド、バナ ジュームカーバイド、タンタルカーバイド、またはチタニュームカーバイドであ る請求の範囲第１４項記載の方法。
16. １６．加熱を加熱炉、誘導加熱、抵抗加熱、または酸素−ガス焔によって行う請 求の範囲第１５項記載の方法。
17. １７．（ａ）請求の範囲第８項記載の組成を有するろう付け用銅合金を準備し、 （ｂ）該ろう付け用銅合金の液化温度以上の温度で該ろう付け用銅合金を使用し て基材にカーバイド化合物をろう付けする、 各工程を含む、適宜の基材にカーバイド化合物を接合する方法。
18. １８．基材が炭素鋼または低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、またはろう付け用 合金より融点の高い銅合金またはニッケル合金である請求の範囲第１７項記載の 方法。
19. １９．カーバイド化合物がタングステンカーバイド、シリコンカーバイド、バナ ジュームカーバイド、タンタルカーバイド、またはチタニュームカーバイドであ る請求の範囲第１８項記載の方法。
20. ２０．加熱を加熱炉、誘導加熱、抵抗加熱、または酸素−ガス焔によって行う請 求の範囲第１９項記載の方法。
21. ２１．（ａ）請求の範囲第９項記載の組成を有するろう付け用銅合金を準備し、 （ｂ）該ろう付け用銅合金の液化温度以上の温度で該ろう付け用銅合金を使用し て基材にカーバイド化合物をろう付けする、 各工程を含む、適宜の基材にカーバイド化合物を接合する方法。
22. ２２．基材が炭素鋼または低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、またはろう付け用 合金より融点の高い銅合金またはニッケル合金である請求の範囲第２１項記載の 方法。
23. ２３．カーバイド化合物がタングステンカーバイド、シリコンカーバイド、バナ ジュームカーバイド、タンタルカーバイド、またはチタニュームカーバイドであ る請求の範囲第２２項記載の方法。
24. ２４．加熱を加熱炉、誘導加熱、抵抗加熱、または酸素−ガス焔によって行う請 求の範囲第２３項記載の方法。
25. ２５．（ａ）請求の範囲第１０項記載の組成を有するろう付け用銅合金を準備し 、 （ｂ）該ろう付け用鋼合金の液化温度以上の温度で該ろう付け用銅合金を使用し て基材にカーバイド化合物をろう付けする、 各工程を含む、適宜の基材にカーバイド化合物を接合する方法。
26. ２６．基材が炭素鋼または低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、またはろう付け用 合金より融点の高い銅合金またはニッケル合金である請求の範囲第２５項記載の 方法。
27. ２７．カーバイド化合物がタングステンカーバイド、シリコンカーバイド、バナ ジュームカーバイド、タンタルカーバイド、またはチタニュームカーバイドであ る請求の範囲第２２項記載の方法。
28. ２８．加熱を加熱炉、誘導加熱、抵抗加熱、または酸素−ガス焔によって行う請 求の範囲第２５項記載の方法。