KR102071356B1 - 전기 접점용 클래드재 및 그 클래드재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Cu계의 석출형 시효 경화재를 포함하는 기재에, Ag 합금을 포함하는 접점 재료를 접합하여 이루어지는 전기 접점용 클래드재이며, 상기 접점 재료와 상기 기재의 접합 계면에 있어서의, Ag 및 Cu를 포함하는 확산 영역의 폭이 2.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전기 접점용 클래드재이다.　 이 클래드재는, 미리, 용체화 처리 및 시효 경화가 이루어진 기재와 접점 재료를 접합하여 제조함으로써, 접합 후에 확산 영역이 확대되는 것이 억제되어 있다.　 본 발명에 따르면, Cu계 석출형 시효 경화재가 갖는 특성을 손상시키는 일 없이, 고도전율을 달성의 전기 접점을 얻을 수 있다.

Description

전기 접점용 클래드재 및 그 클래드재의 제조 방법

본 발명은 시효 석출형의 Cu 합금을 포함하는 기재에, Ag 합금을 포함하는 접점 재료가 접합된 전기 접점용 클래드재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

각종 전기·전자 기기에 탑재되는, 개폐 브레이커나 개폐 스위치 등에서 사용되는 개폐 접점, 및 모터나 슬라이드 스위치 등에서 사용되는 미끄럼 이동 접점으로서, 종래부터 클래드 구조를 갖는 접점 재료가 알려져 있다(이하, 개폐 접점과 미끄럼 이동 접점에 대해서, 그들의 총칭으로서 「전기 접점」이라고 칭할 때가 있다.).

전기 접점용 클래드재는, 전극과의 접촉·이반의 반복, 또는, 전극과의 단속적인 미끄럼 이동이 발생하는 접촉부인 접점 재료와, 이 접점 재료를 지지하는 기재로 구성된다.　 접촉부인 접점 재료에는, 고내마모성과 고도전성 양쪽이 요구되고 있어, Ag 또는 Ag 합금을 포함하는 Ag계 재료의 적용예가 많다.

한편, 기재에는, 도전성에 추가로, 전기 접점의 작동 시에 받는 압력에 의한 파손을 억제하기 위해 고강도·고스프링성이 요구된다.　 전기 접점용 클래드재의 강도 및 내구성은, 기재의 강도나 스프링성에 따라서 특징지어지는 경우가 많기 때문이다.　 그래서, 전기 접점용 클래드재의 강도 등을 개량하기 위한 대처로서, 기재의 재질로서 석출형 시효 경화재를 적용하는 것이 알려져 있다.　 기재로서 유용한 석출형 시효 경화재로서는, Cu계의 석출형 시효 경화형 합금을 들 수 있다.　 예를 들어, 콜슨 합금이라고 칭해지고 있는 Cu-Ni-Si계 합금은, 종래부터 전자 부품용 재료로서 고강도이며 고도전의 합금 재료로서 알려져 있다(특허문헌 1).

여기서, 전기 접점용 클래드재를 제조할 때에는, 접점 재료와 기재를 접합하는 공정과, 접합 후의 클래드재를 목적으로 하는 형상·치수로 가공하는 공정이 필요해진다.　 그리고, 석출형 시효 경화재를 기재로서 적용하는 경우, 이들 공정에 추가로, 시효 경화재의 시효 경화를 위한 열처리 공정도 고려할 필요가 있다.

도 3은, 석출형 시효 경화재를 기재로 하는 클래드재의 제조 공정을 개략 설명하는 것이다.　 도 3에서 도시하는 바와 같이, 종래 공정에 있어서는, 시효 경화 전의 기재와 접촉부가 되는 접점 재료(Ag계 합금)를 압접한 후, 기재의 용체화 처리 및 시효 경화 열처리를 행하여 목적 형상으로 가공하고 있다.　 또한, 이 최종 가공 전에 시효 경화 열처리를 다시 행하는 경우도 있다.　 그리고, 이상의 공정에 의해, 기재는 Cu 합금을 모상(매트릭스)으로 하여 첨가 원소에 따른 조성의 석출상이 분산된 시효 경화재가 된다.　　

일본 특허 공개 평3-162553호 공보

종래부터 알려져 있는, 석출형 시효 경화재를 기재로 하는 전기 접점용 클래드재는, 도전성과 강도의 조화가 요구되는 각종 용도에 대응할 수 있을 것으로 생각된다.　 그러나, 개선의 여지도 있고, 특히 도전성의 개선이 필요하다고 여겨지고 있다.

전기 접점용 클래드재의 도전성 향상의 경향은, 전기 접점을 구비하는 각종 기기의 소형화, 고성능화 등에 의해 가속되고 있다.　 예를 들어, 스마트폰 등의 소형 기기의 증가에 의해, 그들에서 사용되는 개폐 브레이커 등의 고용량화에 대응하기 위한 도전성 향상이 필요하게 되었다.　 또한, 모터의 분야에 있어서도, 마이크로모터의 소형화·고용량화의 수요가 많아, 도전성 향상이 필요하게 되었다.　 이와 같이, 전기 접점(개폐 접점 및 미끄럼 이동 접점)용의 클래드재에는, 도전율도 개량이 요구되고 있다.　 그리고, 강도와의 관련에 있어서, 기재가 되는 석출형 시효 경화재의 특성 유지를 전제로 하여, 고도전율이며 고강도의 클래드재로 할 것이 요구된다.

본 발명은 이상과 같은 배경을 기초로 이루어진 것이며, Cu계의 석출형 시효 경화재를 기재로 하고, 접점 재료로서 Ag 합금을 접합한 전기 접점용 클래드재에 대해서, 고강도를 발휘함과 함께 고도전율을 달성할 수 있을 것, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자 등은, 석출형 시효 경화재를 기재로 하는 전기 접점용 클래드재에 대해서, 그 도전 특성에 영향을 미칠 수 있는 인자를 재검토하였다.　 그 결과, 종래의 클래드재에 있어서는, 그 제조 시의 열 이력에 기인하여 접점 재료와 기재의 접합 계면에 양쪽 구성 원소가 혼재하는 확산 영역이 존재함을 알아냈다.　 그리고, 이 확산 영역에 대하여 상세를 검토한 바, 이것이 클래드재 전체의 도전 특성에 영향을 미치고 있다는 고찰에 이르렀다.

본 발명에 있어서, 접점 재료인 Ag 합금, 및 기재인 Cu계의 석출형 시효 경화재는, 모두 예정된 조성·구성을 유지함으로써 도전 특성을 발휘한다.　 즉, 접점 재료는, Ag를 필수 성분으로 하면서 적절한 첨가 원소를 첨가함으로써, 도전성에 내마모성 등이 부가되어 있다.　 한편, 기재가 되는 석출형 시효 경화재도, 적절한 열처리(용체화 처리와 시효 열처리)에 의해, 석출상을 발생시켜서 모상을 Cu 합금으로 함으로써 고도전율을 달성시키고 있다.

이들 접점 재료 및 기재에 대하여 양자의 접합 계면에서 형성되는 확산 영역은, 접점 재료의 구성 원소와 기재의 구성 원소가 혼재하는 조성을 갖고 있다.　 이 확산 영역의 조성은, 도전성에 대하여 최적의 배려가 이루어진 접점 재료의 조성과 상이하다.　 따라서, 확산 영역은 도전성이 양호한 영역이 아닐 개연성이 높다고 추정할 수 있다.　 그리고, 그러한 도전성이 떨어진 영역은, 접점 재료와 기재의 도통을 저해하므로, 제한되어야 한다.

여기서, 확산 영역이 형성되는 원인에 대하여 고찰하건대, 클래드재 제조 과정에서 접합 계면에 입력되는 열 이력이 있다.　 도 3에 도시한 바와 같이, 종래의 클래드재 제조 공정은, 접점 재료와 기재를 접합한 후에, 용체화 처리 및 시효 열처리를 행하여, 석출 경화 작용이 있는 재료 조직을 형성하고 있다.　 이들 열처리에 대해서, 특히, Cu계의 석출형 시효 경화재에 대한 용체화 처리는, 700℃ 이상의 고온 가열이 필요한 경우도 있다.　 따라서, 용체화 처리 또는 시효 열처리의 열에 의해 확산 영역이 생성·확대되고 있다고 생각된다.

그래서, 본 발명자 등은, 전기 접점용 클래드재의 제조 공정의 재검토를 행하면서, 상기 확산 영역과 클래드재의 도전율의 관계에 대하여 상세 검토를 행하고, 확산 영역을 규제하는 제조 방법을 알아냄과 동시에, 확산 영역의 바람직한 범위를 설정함으로써, 고도전율을 달성할 수 있다고 보고 본 발명에 상도하였다.

상기 과제를 해결하는 본 발명은 Cu계의 석출형 시효 경화재를 포함하는 기재에, Ag 합금을 포함하는 접점 재료를 접합하여 이루어지는 전기 접점용 클래드재이며, 상기 접점 재료와 상기 기재의 접합 계면에 있어서의, Ag 및 Cu를 포함하는 확산 영역의 폭이 2.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전기 접점용 클래드재이다.

본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.　 상기한 바와 같이, 본 발명은 Ag 합금을 포함하는 접점 재료와, Cu계의 석출형 시효 경화재를 포함하는 기재를 포함하는 클래드재이다.　 이하의 설명에서는, 접점 재료 및 기재의 각 구성에 대하여 설명한 뒤에 양자 사이의 확산 영역에 대하여 설명한다.　 그리고, 본 발명의 클래드재의 양태 및 제조 방법을 설명한다.

(A) 접점 재료

접점 재료의 구성 재료로서는, 도전성과 내마모성을 고려하여 Ag 합금이 적용된다.　 본 발명에 있어서 Ag 합금이란, Ag(은)을 필수 원소로서 포함하는 합금이며, 주성분이 Ag인 것에 한정되지 않는다.　 단, 접점 재료로서의 도전성 확보의 관점에서, Ag 농도가 10질량％ 이상 95질량％ 이하인 Ag 합금이 바람직하다.　 그리고, Ag 합금을 구성하는 원소로서는, Ag에, Cu, Ni, Pd, Au, Pt로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이다.

접점 재료로서 바람직한 Ag 합금의 종류로서는, Ag 농도로 구분할 수 있다.　 구체적으로는, Ag 농도가 80％ 이상인 Ag 합금, Ag 농도가 50％ 이상 80％ 미만인 Ag 합금, Ag 농도가 50％ 미만인 Ag 합금으로 구분할 수 있다.　 각 Ag 합금의 예로서는, Ag 농도가 80％ 이상인 Ag 합금으로서는, Ag-Cu-Ni계 합금(Ag 농도 90질량％ 이상 95질량％ 이하), Ag-Ni계 합금(Ag 농도 80질량％ 이상 90질량％ 이하) 등을 들 수 있다.　 또한, Ag 농도가 50％ 이상 80％ 미만인 Ag 합금으로서는, Ag-Pd계 합금(Ag 농도 50질량％ 이상 70질량％ 이하) 등을 들 수 있다.　 또한, Ag 농도가 50％ 미만인 Ag 합금으로서는, Ag-Pd-Cu계 합금(Ag 농도 30질량％ 이상 50질량％ 미만), Ag-Pd-Cu-Pt-Au계 합금(Ag 농도 20질량％ 이상 40질량％ 이하), Ag-Au-Cu-Pt계 합금(Ag 농도 5질량％ 이상 15질량％ 이하) 등을 들 수 있다.　 이들 Cu, Ni, Pd, Au, Pt 중 적어도 하나를 포함하는 Ag 합금은, 또한, Zn, Sm, In 등의 첨가 원소를 임의로 포함하고 있어도 된다.

(B) 기재

기재에는, Cu계의 석출형 시효 경화재가 적용된다.　 Cu계의 석출형 시효 경화재란, 시효 처리 후에 Cu 또는 Cu 합금이 모상을 구성하고, 여기에 첨가 원소에 따른 석출상이 분산되도록 되어 있는 재료이다.　 즉, Cu를 필수 구성 원소로 하는 석출형 시효 경화 재료이다.　 Cu계 재료를 적용하는 것은, 모상이 되는 Cu 또는 Cu 합금의 도전성을 중시하기 때문이다.

기재가 되는 Cu계 석출형 시효 경화재로서는, 고강도의 Cu계 석출형 시효 경화재로서, Cu-Ni-Si계 합금, Cu-Ni-Si-Mg계 합금을 적용할 수 있다.　 이들 Cu 합금은, 콜슨계 합금이라고 칭해지고 있다.　 또한, Cu-Be계 합금(베릴륨 구리)도 기재로서 바람직한 Cu계 석출형 시효 경화재이다.　 또한, 중강도의 Cu계 석출형 시효 경화재인, Cu-Fe계 합금, Cu-Fe-Ni계 합금, Cu-Sn-Cr-Zn계 합금, Cu-Cr-Mg계 합금 등은, 기재로서 바람직한 Cu계 석출형 시효 경화재이다.　 또한, 상기한 합금계에 있어서는, 주요 구성 원소 이외의 미량 첨가 원소를 포함하는 것이 허용된다.　 예를 들어, 콜슨계 합금인, Cu-Ni-Si계 합금은, Sn, Co, Fe, Mn 등의 첨가 원소를 포함할 수 있다.

(C) 확산 영역

본 발명에 따른 전기 접점용 클래드재는, 상기한 접점 재료와 기재가 클래드 되어 이루어진다.　 그리고, 본 발명은 접점 재료와 기재의 접합 계면에 있어서의 확산 영역의 폭(두께)을 규정한다.　 여기서, 접합 영역의 의의를 보다 상세하게 정의하면, 접점 재료와 기재의 접합 계면에서, 접점 재료 중의 Ag 농도를 기준(100％)으로 했을 때, Ag 농도가 95％ 이하 5％ 이상으로 되어 있는 합금 영역이 확산 영역이다.　 이 확산 영역은, 접점 재료(Ag 합금)의 구성 원소와 기재(Cu계 석출형 시효 경화재)의 구성 원소의 양쪽으로 구성되는 합금층이며, 그 조성은 연속적으로 변화하고 있다.　 그리고, 전기 특성도 바람직한 것이 아니며 도전율도 낮다.

그래서, 본 발명은 이 확산 영역의 폭을 제한하는 것이다.　 확산 영역이 2.0㎛를 초과하면, 클래드재 전체의 도전율이 저하되게 된다.　 본 발명에서는, 확산 영역이 존재하지 않는 것, 즉, 확산 영역의 폭이 0(제로)㎛인 것이 가장 바람직하다고 할 수 있다.　 단, 후술하는 제조 공정을 갖고 하더라도 확산 영역의 생성을 완전히 억제하는 것은 어렵다.　 현실적인 측면으로서, 확산 영역의 폭의 하한은 0.1㎛로 함으로써 본 발명이 목적으로 하는 고강도·고도전율의 클래드재로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 확산 영역의 폭은 평균값으로 한다.　 접합 계면에 있어서의 확산 영역의 형상은, 반드시 평탄한 것만은 아니며, 폭이 변동하기도 한다(오히려 완전히 일정한 것 쪽이 적다).　 따라서, 확산 영역의 폭을 정할 때에는, 복수 개소의 값의 평균을 채용하는 것이 바람직하다.　 확산 영역의 측정법의 일례로서는, EPMA(전자선 마이크로 블롭 분석), EDS(에너지 분산형 X선 분석) 등의 원소 분석 기기를 이용하여, 접합 계면 부근의 원소 분석(라인 분석, 매핑)을 행하고, Ag 농도의 변화를 추적함으로써 확산 영역의 범위를 측정할 수 있다.

(D) 본 발명에 따른 클래드재의 양태

본 발명에 따른 클래드재에 대해서, 기재에 대한 접점 재료의 형상은 특별히 한정되지 않고 오버레이, 인레이, 에지 레이 중 어느 것이어도 된다.　 스위치나 브레이커 등의 개폐 접점의 용도에 있어서는, 인레이형의 클래드재의 적용예가 많고, 본 발명은 이 형식에 양호하게 대응할 수 있다.　 단, 어느 형식이든, 모든 접합 계면에서 확산 영역의 폭이 규정 내에 있을 것이 요구된다.　 예를 들어, 인레이형의 클래드재에서는, 접점 재료가 기재에 묻힌 상태에서 접합되어 있어 접점 재료의 삼방면에 접합 계면이 존재한다.　 본 발명에서는, 그들 삼방면의 접합 계면에 있어서의 접합 영역이 2.0㎛ 이하일 것을 요한다.

또한, 본 발명에 따른 클래드재에 대해서, 접점 재료의 두께·치수 및 기재의 두께·치수는 제한이 없다.　 그것 등은, 내장되는 기기 치수, 설계 수명 등에 의해 결정되는 것이다.

(E) 본 발명에 따른 클래드재의 기계적·전기적 특성

이상 설명한 본 발명에 따른 전기 접점용 클래드재에 있어서는, 기재가 되는 Cu계의 석출형 시효 경화재의 특성이 충분히 발휘되어 있다.　 그 결과, 본 발명은 고강도와 고도전율의 양쪽에 있어서 바람직한 전기 접점이 된다.　 본 발명에 따른 클래드재의 인장 강도와 도전율은, 인장 강도로 400 내지 1200MPa이며, 도전율이 20 내지 90％ IACS인 것이 바람직하다.　 이들 특성은, 클래드재의 기재 종류에 따라 다르므로, 보다 구체적으로는, 상기한 고강도의 Cu계 석출형 시효 경화재(콜슨계 합금, 베릴륨 구리계 합금 등)를 적용한 것이면, 인장 강도로 600 내지 1200MPa이며, 도전율이 20 내지 50％ IACS인 것이 바람직하다.　 또한, 중강도의 Cu계 석출형 시효 경화재(Cu-Fe계 합금, Cu-Fe-Ni계 합금, Cu-Sn-Cr-Zn계 합금, Cu-Cr-Mg계 합금 등)를 적용한 것이면, 인장 강도로 400 내지 700MPa이며, 도전율이 60 내지 90％ IACS인 것이 바람직하다.

(F) 본 발명에 따른 클래드재의 제조 방법

이어서, 본 발명에 따른 전기 접점용 클래드재의 제조 방법에 대하여 설명한다.　 상기한 바와 같이, 클래드재의 제조 방법으로서는, 접점 재료와 기재를 접합하는 공정과, 접합 후의 클래드재를 목적으로 하는 형상·치수로 가공하는 공정을 포함하고, 기재로서 석출형 시효 경화재를 적용하는 경우에는, 또한, 시효 경화를 위한 열처리 공정이 추가된다.

그리고, 본 발명에 따른 전기 접점용 클래드재의 제조 방법은, 시효 경화 완료된 기재와, 접점 재료를 접합하여 조 클래드재를 제조하는 공정과, 상기 조 클래드재를, 상기 기재의 재결정 온도를 기준으로 -200℃ 이상 -100℃ 이하의 범위 내에서 어닐링 열처리하는 공정과, 열처리 후의 상기 조 클래드재를 가공하는 공정을 포함하는 전기 접점용 클래드재의 제조 방법이다.

이 제조 방법은, 접점 재료와의 접합 전에 기재된 시효 경화 처리를 완료시키고, 시효 경화 완료된 기재로부터 클래드재를 제조하고, 이것을 가공하는 것이다.　 이와 같이, 접합 전에 기재된 시효 경화 처리를 행함으로써, 클래드로 한 후의 열 입력을 저감하여, 접합 계면에서 확산 영역의 확대를 억제할 수 있다.

접합 전의 기재의 시효 경화 처리는, 재료를 고온 가열 및 급랭하여 과포화고용체를 형성하는 용체화 처리와, 이것을 적당한 온도에서 가열하여 석출상을 석출시키는 시효 처리를 포함한다.　 이들 처리는, 종래법과 동일한 조건을 적용할 수 있고, 적용하는 석출형 시효 경화재의 조성에 따른 처리가 이루어진다.　 통상, 용체화 처리는 재료를 500℃ 이상 900℃ 이하로 가열하여 급랭한다.　 바람직하게는, 600℃ 이상 800℃ 이하, 보다 바람직하게는, 600℃ 이상 750℃ 이하로 가열하여 급랭한다.　 그 후의 시효 처리는, 과포화 고용체를 소정 온도로 가열·유지한다.　 Cu계의 석출형 시효 경화재에 있어서의 시효 처리 온도는, 400℃ 이상 600℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 400℃ 이상 500℃ 이하이다.

시효 처리 완료된 기재와 접점 재료의 접합에 대해서도, 종래의 클래드재와 동일한 공정을 채용할 수 있다.　 통상, 이 클래드재의 접합 방법으로서는 가압에 의한 압접이 적용된다.　 기재 및 접점 재료 모두에, 접합 전에 형상에 따른 가공을 행해도 된다.

기재와 접점 재료를 접합하여 얻어지는 조 클래드재에 대해서는, 소정의 두께로 될 때까지 가공된다.　 이 가공은 압연 가공이 주체가 된다.　 여기서, 본 발명에 있어서는, 가공 전에 조 클래드재에 관한 어닐링 열처리를 행한다.　 이 어닐링 열처리는, 시효 경화 완료된 기재를 포함하는 조 클래드재의 가공을 용이하게 하는 것을 목적으로 하는 것이다.　 이 어닐링 열처리는, 기재인 시효 경화재의 재결정 온도를 기준으로 -200℃ 이상 -100℃ 이하의 범위 내의 조건에서 행하여진다.　 엄밀한 관리가 요구된다.　 과도한 열처리는, 기재의 시효 경화 조직에 변화를 발생시켜 석출상이 소실되게 된다.　 이에 의해, 기재의 도전율이 저하되어 접점 용도로서의 적정을 상실한다.　 또한, 열처리는 부족하면 도전율의 저하는 없지만, 재료의 연화가 발생하지 않으므로 가공성 확보라고 하는 열처리 본래의 목적을 달성할 수 없다.　 어닐링 열처리의 온도에 대해서는, 시효 경화재의 재결정 온도를 기준으로, -200℃ 이상 -150℃ 이하의 범위가 따라 바람직하다.　 어닐링 열처리의 구체적인 열 처리 온도는, 550℃ 이상 600℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

조 클래드재의 가공은, 압연 가공에 의해 원하는 판 두께가 될 때까지 가공한다.　 압연 가공은 복수회 행해도 된다.　 또한, 상기한 어닐링 열처리는, 압연 가공마다 복수회 행해도 된다.　 또한, 최종적으로 절단 가공(슬릿 가공)으로 임의의 폭을 얻을 수도 있다.　 이상의 가공 공정에 의해 본 발명의 전기 접점용 클래드재가 제조된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 접점용 클래드재는, 그 제조 공정에 있어서, 접점 재료와 기재의 접합 전에, 기재에 관한 시효 경화 처리를 완료시키고 있다.　 그리고, 접점 재료를 접합한 후의 접합 계면의 확산 영역 확대를 억제한다.　 이에 의해, 고강도·고도전율의 클래드재로 하고 있다.

도 1은 본 실시 형태에 있어서의 전기 접점용 클래드재의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 2는 실시예 1, 비교예 1의 접합 계면의 SEM 사진 및 EDS 분석 결과.
도 3은 종래의 전기 접점용 클래드재의 제조 공정을 설명하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.　 본 실시 형태에서는, 접점 재료가 되는 Ag 합금, 및 기재가 되는 Cu계 석출형 시효 경화재를 복수종 준비하여 클래드재(인레이형 클래드재)를 제조하였다.　 본 실시 형태에서 사용한 접점 재료가 되는 Ag 합금(표 1), 및 기재가 되는 Cu계 석출형 시효 경화재(표 2)를 하기에 나타내었다.　 표 2의 기재에 있어서, B1, B2, B3, B4는 고강도의 Cu계 석출형 시효 경화재이며, B5, B6, B7, B8은 중강도의 Cu계 석출형 시효 경화재이다.　 이하 설명하는 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에서는, 이들 재료로부터, 적절하게 접점 재료와 기재를 선택하여 클래드재를 제조·평가하였다.

제1 실시 형태: 이 실시 형태에서 제조한 클래드재의 접점 재료와 기재의 조합을 표 3에 나타내었다.　 표 3에는, 접점 재료와 기재의 조성에 추가로, 기재의 재결정 온도, 및 접점 재료와의 압접 전에 행한 시효 처리의 온도 조건을 나타내고 있다.

본 실시 형태의 클래드재 제조 공정을 도 1에 도시한다.　 본 실시 형태에서는, 표 1에 기재된 시효 처리를 미리 행한 테이프상의 석출형 시효 경화재와, 테이프상의 접점 재료를 롤 압접하였다.　 그리고, 압접 후의 테이프상의 조 클래드재를 550℃의 가열로(환원 분위기) 내에 통과시켜(1.0m/min) 어닐링 열처리를 행한 후, 조 클래드재를 압연 가공하고, 어닐링 열처리를 다시 행하고 최종 압연을 행하였다.　 최종 압연 후의 클래드재(판 두께 0.1mm)는 슬릿 가공하여 폭 18mm의 테이프상의 클래드재로 하였다(실시예 1 내지 실시예 3).

비교예 1 내지 비교예 3: 도 3에서 설명한 종래의 제조 공정으로 클래드재를 제조하였다.　 즉, 접점 재료와 기재를 클래드 접합한 후에, 용체화 처리 및 시효 열처리를 행하여 전기 접점용 클래드재를 제조하였다.　 이들 비교예에 있어서의 용체화 처리와 시효 처리의 조건은, 표 1의 각 실시예와 마찬가지로 하였다.　 또한, 기타의 처리 조건도 본 실시 형태와 마찬가지로 하였다.

이상과 같이 하여 제조한 실시예, 비교예의 클래드재에 대해서, EDS 분석을 했다(분석 기기: 니혼덴시 가부시키가이샤제 JSM-7100E, 검출기: OXFORD제 X-ACT를 사용).　 분석은, 시험편을 수지에 묻고, 단면을 노출시킨 시료를 제작하고, SEM 관찰(4000배)함과 함께, 접점 재료와 기재의 경계부를 EDS에 의해 라인 분석(가속 전압 15kV)을 행하였다.　 그리고, 이 라인 분석의 결과에 기초하여 확산 영역의 폭을 측정하였다.　 이 측정은, 접점 재료의 단부 부근(표면 부근)의 Ag 카운트수를 기준(100％)으로 하여, Ag 카운트수가 95％가 되는 점을 시점으로 하고 Ag 카운트수가 5％인 점을 종점으로 하여, 시점과 종점의 간격을 확산 영역이라고 판정하였다.　 이 확산 영역의 폭의 측정은, 임의로 5군데의 EDS 분석을 행하고, 그들의 평균값을 산출하였다.

또한, 실시예, 비교예의 각 클래드재에 대해서, 도전성을 확인하기 위하여 저항값의 측정을 행하였다.　 저항값 측정은, 4 단자법으로 행하였다.　 단면 관찰에 관한 일례로서, 실시예 1 및 비교예 1의 접합 계면 부근의 단면 사진을 도 2에 도시한다.　 그리고, 확산 영역의 폭 및 저항값의 측정 결과에 관한 결과를 표 4에 나타내었다.

도 2의 SEM 사진 및 EDS 분석 결과로부터, 실시예 1의 확산 영역은 그 폭이 좁아져 있음을 알 수 있다.　 이것은, 다른 실시예에서도 마찬가지이며, 모두 확산 영역의 폭은 1.8㎛ 이하로 되어 있다.　 비교예는 모두 확산 영역이 2㎛를 초과하고, 6㎛의 폭이 넓은 확산 영역이 발생하는 것도 있었다.

그리고, 확산 영역의 발달은 클래드재의 도전 특성에도 영향을 미친다.　 접점 재료와 기재의 종류에 따라 다르지만, 확산 영역이 발달한 비교예는 저항값이 커지는 경향이 있음이 확인되었다.

제2 실시 형태: 이 실시 형태에서는, 고강도의 Cu계 석출형 시효 경화재인, B1, B2, B3, B4의 기재를 사용하고, 각종 접점 재료를 접합하여 클래드재를 제조하였다.　 클래드재의 제조 공정은 기본적으로 제1 실시 형태에 준하였다.　 클래드 전의 기재의 시효 처리는, 각 재료에 대하여 공지인 일반적인 처리 조건을 채용하였다.　 또한, 조 클래드재의 어닐링 열처리에 대해서는, 적용한 기재의 재결정 온도인 -200℃ 이상 -100℃ 이하로 되도록 설정하였다.

그리고, 제조한 클래드재에 대해서, 제1 실시 형태와 동일한 방법에 의해, 확산 영역의 폭을 측정하였다.　 또한, 본 실시 형태에서는, 클래드재의 특성 평가에 있어서, 강도(인장 강도)와 도전율(IACS)을 측정하였다.　 인장 강도의 측정은, 정밀 만능 시험기(가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼제 AGS-X의 장치)로, 시험편의 치수를 길이 25.0mm×폭 30mm×두께 0.1mm로 하여 측정하였다.　 측정 조건은 20mm/min의 속도로 인장 측정을 실시하였다.　 또한, 도전율의 측정은, 4 단자법으로 행하였다.　 구체적으로는, 시험편(폭 30mm, 두께 0.1mm)의 길이 1000mm 사이를 측정했다(측정 장치: Agilent사제 4338B).　 인장 강도 및 도전율의 판정에 대해서는, 적용한 기재가 고강도인 것을 고려하여, 인장 강도가 600MPa 이상을 합격(「○」), 도전율 20％ IACS 이상을 합격(「○」)이라고 판정하였다.　 본 실시 형태에서 제조한 클래드재의 평가 결과를 표 5에 나타내었다.

표 5로부터, 본 실시 형태에서 제조한 전기 접점용 클래드재는, 모두 확산 영역의 폭이 2.0㎛ 미만이었다.　 그리고, 이들 클래드재는, 모두 강도 및 도전율이 합격치에 달하였음이 확인되었다.

제3 실시 형태: 이 실시 형태에서는, 중강도의 Cu계 석출형 시효 경화재인, B5, B6, B7, B8의 기재를 사용하고, 각종 접점 재료를 접합하여 클래드재를 제조하였다.　 여기에서도, 클래드재의 제조 공정은, 기본적으로 제1 실시 형태에 준하였다.　 또한, 기재의 시효 처리에는 일반적인 처리 조건을 채용하고, 조 클래드재의 어닐링 열처리에 대해서는, 사용한 기재의 재결정 온도를 고려하여 적정 범위로 하였다.

그리고, 제조한 클래드재에 대해서, 제1, 제2 실시 형태와 동일한 방법에 의해, 확산 영역의 폭을 측정하였다.　 또한, 제2 실시 형태와 마찬가지로 인장 강도와 도전율(IACS)을 측정·평가하였다.　 평가에 있어서는, 적용한 기재가 중강도인 것을 고려하여, 인장 강도가 400MPa 이상을 합격(「○」), 도전율 60％ IACS 이상을 합격(「○」)으로 하였다.　 본 실시 형태에서 제조한 클래드재의 평가 결과를 표 6에 나타내었다.

표 6으로부터, 본 실시 형태에서 제조한 전기 접점용 클래드재도, 모두 확산 영역의 폭이 2.0㎛ 미만이었다.　 그리고, 이들 클래드재에 있어서도, 강도 및 도전율이 합격치에 달하였음이 확인되었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 접점용 클래드재에서는, 접점 재료와 기재의 접합 계면에 있어서의 확산 영역의 확대가 억제되어 있다.　 본 발명은 기재로서 석출형 시효 경화재를 적용하는 것이며, 확산 영역의 폭을 규제함으로써, 고강도를 유지하면서 고도전율이 저해되지 않는 클래드재로 되어 있다.　 본 발명은 소형화가 요구되어 각종 전자·전기기기의 분야에 있어서, 개폐 브레이커나 개폐 스위치 등에서 사용되는 개폐 접점, 및 모터 등에서 사용되는 미끄럼 이동 접점을 구성하는 접점 재료로서 바람직하다.

Claims (6)

1. Cu계의 석출형 시효 경화재를 포함하는 기재에, Ag 합금을 포함하는 접점 재료를 접합하여 이루어지는 전기 접점용 클래드재이며,
   상기 접점 재료와 상기 기재의 접합 계면에 있어서의, Ag 및 Cu를 포함하는 확산 영역의 폭이 0.1㎛ 이상 2.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전기 접점용 클래드재.
2. 제1항에 있어서, 접점 재료를 구성하는 Ag 합금은, Ag 농도가 10질량％ 이상 95질량％ 이하의 Ag 합금이며, Ni, Pd, Cu, Au, Pt로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 Ag 합금인 전기 접점용 클래드재.
3. 제2항에 있어서, 접점 재료를 구성하는 Ag 합금은, Ag-Cu-Ni계 합금, Ag-Ni계 합금, Ag-Pd계 합금, Ag-Pd-Cu계 합금, Ag-Pd-Cu-Pt-Au계 합금, Ag-Au-Cu-Pt계 합금인 전기 접점용 클래드재.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, Cu계의 석출형 시효 경화재는, Cu-Ni-Si계 합금, Cu-Ni-Si-Mg계 합금, Cu-Be계 합금, Cu-Fe계 합금, Cu-Fe-Ni계 합금, Cu-Sn-Cr-Zn계 합금, Cu-Cr-Mg계 합금인 전기 접점용 클래드재.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 전기 접점용 클래드재의 제조 방법이며,
   시효 처리를 행하는 Cu계의 석출형 시효 경화재를 포함하는 시효 경화 완료된 기재를 제조하는 공정과,
   상기 시효 경화 완료된 기재와, 접점 재료를 접합하여 조 클래드재를 제조하는 공정과,
   상기 조 클래드재를, 상기 기재의 재결정 온도를 기준으로 -200℃ 이상 -100℃ 이하의 범위 내에서 어닐링 열처리하는 공정과,
   열처리 후의 상기 조 클래드재를 가공하는 공정을 포함하는 전기 접점용 클래드재의 제조 방법.
6. 제4항에 기재된 전기 접점용 클래드재의 제조 방법이며,
   시효 처리를 행하는 Cu계의 석출형 시효 경화재를 포함하는 시효 경화 완료된 기재를 제조하는 공정과,
   상기 시효 경화 완료된 기재와, 접점 재료를 접합하여 조 클래드재를 제조하는 공정과,
   상기 조 클래드재를, 상기 기재의 재결정 온도를 기준으로 -200℃ 이상 -100℃ 이하의 범위 내에서 어닐링 열처리하는 공정과,
   열처리 후의 상기 조 클래드재를 가공하는 공정을 포함하는 전기 접점용 클래드재의 제조 방법.

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