WO2017204129A1 - 電気接点用のクラッド材及び該クラッド材の製造方法 - Google Patents

電気接点用のクラッド材及び該クラッド材の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2017204129A1
WO2017204129A1 PCT/JP2017/018927 JP2017018927W WO2017204129A1 WO 2017204129 A1 WO2017204129 A1 WO 2017204129A1 JP 2017018927 W JP2017018927 W JP 2017018927W WO 2017204129 A1 WO2017204129 A1 WO 2017204129A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
alloy
contact
clad
age
base material
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/018927
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
巧望 新妻
由典 青山
竹内　順一
隆太 井戸
秀也 高橋
Original Assignee
田中貴金属工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 田中貴金属工業株式会社 filed Critical 田中貴金属工業株式会社
Priority to JP2018519515A priority Critical patent/JP6840140B2/ja
Priority to US16/095,217 priority patent/US11094478B2/en
Priority to CN201780031425.0A priority patent/CN109155208B/zh
Priority to KR1020187031838A priority patent/KR102071356B1/ko
Publication of WO2017204129A1 publication Critical patent/WO2017204129A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/04—Co-operating contacts of different material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H01H11/041—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by bonding of a contact marking face to a contact body portion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/018—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of a noble metal or a noble metal alloy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/02—Alloys based on gold
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/04—Alloys based on a platinum group metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/06—Alloys based on silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/06—Alloys based on silver
    • C22C5/08—Alloys based on silver with copper as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/14—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of noble metals or alloys based thereon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/023—Composite material having a noble metal as the basic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/025—Composite material having copper as the basic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H01H11/041—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by bonding of a contact marking face to a contact body portion
    • H01H11/042—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by bonding of a contact marking face to a contact body portion by mechanical deformation

Definitions

  • the present invention relates to a clad material for an electrical contact in which a contact material made of an Ag alloy is joined to a base material made of an aging precipitation type Cu alloy, and a method for manufacturing the same.
  • a contact material having a clad structure is known as an open / close contact used in an open / close breaker or an open / close switch mounted on various electric / electronic devices and a slide contact used in a motor or a slide switch.
  • the switching contact and the sliding contact may be collectively referred to as “electrical contact”).
  • the clad material for electrical contacts is composed of a contact material that is a contact portion where contact / separation with the electrode is repeated or intermittent sliding with the electrode, and a base material that supports the contact material.
  • the contact material as the contact portion is required to have both high wear resistance and high conductivity, and there are many applications of Ag-based materials made of Ag or an Ag alloy.
  • the base material in addition to conductivity, is required to have high strength and high spring property in order to suppress damage due to pressure received during operation of electrical contacts. This is because the strength and durability of the clad material for electrical contacts are often characterized by the strength and springiness of the substrate. Therefore, as an effort to improve the strength and the like of the clad material for electrical contacts, it is known to apply a precipitation type age hardening material as the material of the base material.
  • the precipitation age-hardening material useful as a substrate include Cu-based precipitation age-hardening alloys.
  • a Cu—Ni—Si based alloy called a Corson alloy has been known as an alloy material having high strength and high conductivity as an electronic component material (Patent Document 1).
  • a step of joining the contact material and the base material and a step of processing the clad material after joining into a desired shape and dimensions are required.
  • a precipitation type age hardening material as a base material, it is necessary to consider the heat treatment process for age hardening of an age hardening material in addition to these processes.
  • FIG. 3 schematically illustrates a manufacturing process of a clad material using a precipitation-type age-hardening material as a base material.
  • the solution treatment of the base material and the age hardening heat treatment are performed to obtain the target shape. Processing.
  • the age hardening heat treatment is performed again before the final processing.
  • the base material becomes an age-hardening material in which a Cu alloy is used as a parent phase (matrix) and a precipitated phase having a composition corresponding to the additive element is dispersed.
  • the trend of improving the conductivity of clad materials for electrical contacts is accelerating due to the downsizing and higher performance of various devices equipped with electrical contacts.
  • various devices equipped with electrical contacts For example, with the increase in small devices such as smartphones, there is a need for improved conductivity in order to cope with the increase in capacity of open / close breakers and the like used in them.
  • the clad material for electrical contacts is also required to have improved conductivity.
  • strength it is required to provide a clad material with high conductivity and high strength on the premise of maintaining the characteristics of the precipitation-type age-hardening material as a base material.
  • the present invention has been made based on the background as described above, and has a high strength for a clad material for an electrical contact using a Cu-based precipitation-type age-hardening material as a base material and joining an Ag alloy as a contact material.
  • An object of the present invention is to provide a device capable of achieving high electrical conductivity and a method for producing the same.
  • the inventors of the present invention have reviewed the factors that may affect the conductive characteristics of the clad material for electrical contacts based on the precipitation-type age-hardening material.
  • the conventional clad material it has been found that due to the thermal history at the time of manufacture, there is a diffusion region in which both constituent elements are mixed at the junction interface between the contact material and the base material. Then, when the details of the diffusion region were examined, it was considered that this had an influence on the conductive properties of the entire cladding material.
  • the Ag alloy as a contact material and the Cu-based precipitation age hardening material as a base material all exhibit conductive characteristics by maintaining a predetermined composition and configuration. That is, the contact material is provided with wear resistance and the like by adding an appropriate additive element while containing Ag as an essential component.
  • the precipitation-type age-hardening material used as the base material achieves high conductivity by generating a precipitation phase and making the parent phase a Cu alloy by appropriate heat treatment (solution treatment and aging heat treatment).
  • the diffusion region formed at the junction interface between the contact material and the base material has a composition in which the constituent elements of the contact material and the base material are mixed.
  • the composition of the diffusion region is different from the composition of the contact material where optimum consideration is given to conductivity. Therefore, it can be inferred that the diffusion region has a high probability that it is not a region with good conductivity. And the area
  • the present inventors have conducted a detailed review of the relationship between the diffusion region and the conductivity of the cladding material while revising the manufacturing process of the cladding material for electrical contacts, and found a manufacturing method that regulates the diffusion region.
  • the inventors have conceived the present invention that high conductivity can be achieved by setting a suitable range of the diffusion region.
  • the present invention for solving the above-mentioned problems is a clad material for an electric contact formed by joining a contact material made of an Ag alloy to a base material made of a Cu-based precipitation-type age-hardening material, the contact material and the base A clad material for an electrical contact, characterized in that the width of the diffusion region containing Ag and Cu at the bonding interface with the material is 2.0 ⁇ m or less.
  • the present invention is a clad material composed of a contact material made of an Ag alloy and a base material made of a Cu-based precipitation age hardening material.
  • region between both is demonstrated.
  • the aspect and manufacturing method of the clad material of this invention are demonstrated.
  • the Ag alloy is an alloy containing Ag (silver) as an essential element, and is not limited to Ag as a main component. However, from the viewpoint of ensuring conductivity as a contact material, an Ag alloy having an Ag concentration of 10% by mass to 95% by mass is preferable.
  • an element constituting the Ag alloy Ag is at least one element selected from the group consisting of Cu, Ni, Pd, Au, and Pt.
  • Ag alloy As a kind of Ag alloy preferable as a contact material, it can be classified by Ag concentration. Specifically, it can be classified into an Ag alloy having an Ag concentration of 80% or more, an Ag alloy having an Ag concentration of 50% or more and less than 80%, and an Ag alloy having an Ag concentration of less than 50%. Examples of each Ag alloy include an Ag—Cu—Ni alloy (Ag concentration of 90% to 95% by mass) and an Ag—Ni alloy (Ag concentration of 80% by mass). % Or more and 90% by mass or less). Examples of the Ag alloy having an Ag concentration of 50% or more and less than 80% include an Ag—Pd alloy (Ag concentration of 50% by mass to 70% by mass).
  • an Ag alloy having an Ag concentration of less than 50% an Ag—Pd—Cu alloy (Ag concentration of 30% by mass or more and less than 50% by mass), an Ag—Pd—Cu—Pt—Au alloy (Ag concentration of 20 mass) % To 40% by mass), Ag—Au—Cu—Pt alloys (Ag concentration of 5% to 15% by mass), and the like.
  • These Ag alloys containing at least one of Cu, Ni, Pd, Au, and Pt may optionally further contain additional elements such as Zn, Sm, and In.
  • the Cu-based precipitation-type age-hardening material is a material in which Cu or a Cu alloy constitutes a parent phase after aging treatment, and a precipitation phase corresponding to an additive element is dispersed therein. That is, it is a precipitation-type age-hardening material containing Cu as an essential constituent element.
  • the reason why the Cu-based material is applied is that importance is attached to the conductivity of Cu or Cu alloy as a parent phase.
  • Cu-based precipitation-type age-hardening material used as the base material Cu-Ni-Si-based alloys and Cu-Ni-Si-Mg-based alloys can be applied as high-strength Cu-based precipitation-type age-hardening materials. These Cu alloys are called Corson alloys. Further, a Cu-Be alloy (beryllium copper) is a Cu-based precipitation age-hardening material suitable as a base material.
  • Cu—Fe alloys, Cu—Fe—Ni alloys, Cu—Sn—Cr—Zn alloys, Cu—Cr—Mg alloys, etc. which are medium strength Cu-based precipitation age-hardening materials, are based on Cu-based precipitation-type age-hardening material suitable as a material.
  • the alloy system described above is allowed to contain a trace amount of additive elements other than the main constituent elements.
  • a Cu—Ni—Si alloy which is a Corson alloy, can contain an additive element such as Sn, Co, Fe, Mn.
  • the clad material for electrical contacts according to the present invention is formed by clad the contact material and the base material described above. And this invention prescribes
  • the significance of the bonding region is defined in more detail.
  • the Ag concentration in the contact material is defined as a reference (100%) at the bonding interface between the contact material and the base material, the Ag concentration is 95% or less and 5% or more.
  • the alloy region is a diffusion region. This diffusion region is an alloy layer composed of both the constituent element of the contact material (Ag alloy) and the constituent element of the base material (Cu-based precipitation age hardening material), and its composition is continuously changing. . Also, the electrical characteristics are not preferable and the conductivity is low.
  • the present invention limits the width of this diffusion region.
  • the diffusion region exceeds 2.0 ⁇ m, the conductivity of the entire clad material is lowered.
  • the diffusion region has a width of 0 (zero) ⁇ m.
  • the lower limit of the width of the diffusion region it is possible to obtain a clad material having high strength and high conductivity which is the object of the present invention.
  • the width of the diffusion region in the present invention is an average value.
  • the shape of the diffusion region at the joint interface is not necessarily flat and may vary in width (rather, it is less completely constant). Therefore, when determining the width of the diffusion region, it is preferable to adopt an average of values at a plurality of locations.
  • element analysis line analysis, mapping
  • EDS energy dispersive X-ray analysis
  • the range of the diffusion region can be measured by tracking the change in Ag concentration.
  • the shape of the contact material with respect to the base material is not particularly limited, and may be any of an overlay, an inlay, and an edgelay.
  • the width of the diffusion region is required to be within the specified range at all the bonding interfaces.
  • an inlay-type clad material is bonded in a state where the contact material is embedded in the base material, and there are bonding interfaces on three sides of the contact material. In the present invention, it is necessary that the bonding region at the bonding interface of these three sides is 2.0 ⁇ m or less.
  • the thickness / dimension of the contact material and the thickness / dimension of the base material are not limited. They are determined by the dimensions of the equipment to be incorporated, the design life, etc.
  • the above-described clad material for electrical contacts according to the present invention exhibits the characteristics of the Cu-based precipitation-type age-hardening material as the base material sufficiently. Has been. As a result, the present invention provides an electrical contact suitable for both high strength and high electrical conductivity.
  • the tensile strength and conductivity of the clad material according to the present invention are preferably those having a tensile strength of 400 to 1200 MPa and a conductivity of 20 to 90% IACS.
  • medium strength Cu-based precipitation age hardening materials (Cu-Fe-based alloys, Cu-Fe-Ni-based alloys, Cu-Sn-Cr-Zn-based alloys, Cu-Cr-Mg-based alloys, etc.) applied Then, it is preferable that the tensile strength is 400 to 700 MPa and the electrical conductivity is 60 to 90% IACS.
  • the manufacturing method of the clad material includes a step of joining the contact material and the base material, and a step of processing the clad material after joining into a target shape and size, and the precipitation type aging as the base material.
  • a heat treatment step for age hardening is further added.
  • the manufacturing method of the clad material for electrical contacts comprises a step of manufacturing a coarse clad material by joining an age-hardened base material and a contact material, and the coarse clad material,
  • a method for producing a clad material for an electrical contact comprising a step of annealing heat treatment within a range of ⁇ 200 ° C. or more and ⁇ 100 ° C. or less based on a recrystallization temperature of and a step of processing the coarse clad material after the heat treatment. is there.
  • This manufacturing method is to complete the age hardening treatment of the base material before joining with the contact material, manufacture a clad material from the age hardened base material, and process it.
  • the heat input after making the clad can be reduced, and the expansion of the diffusion region at the joining interface can be suppressed.
  • the age hardening treatment of the base material before joining includes a solution treatment for forming a supersaturated solid solution by heating and quenching the material at a high temperature, and an aging treatment for heating the material at an appropriate temperature to precipitate a precipitated phase.
  • a solution treatment for forming a supersaturated solid solution by heating and quenching the material at a high temperature
  • an aging treatment for heating the material at an appropriate temperature to precipitate a precipitated phase.
  • the same conditions as in the conventional method can be applied, and treatment according to the composition of the precipitation-type age-hardening material to be applied is performed.
  • the material is heated to 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower and rapidly cooled.
  • it is rapidly cooled by heating to 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, more preferably 600 ° C. or higher and 750 ° C. or lower.
  • the aging treatment temperature in the Cu-based precipitation-type age-hardening material is preferably 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, and more preferably 400 ° C. or more and 500 ° C. or less.
  • the same process as that of the conventional clad material can be adopted for joining the aging-treated base material and the contact material.
  • pressure welding by pressurization is applied as a method of joining the clad material.
  • Both the base material and the contact material may be processed according to the shape before joining.
  • the coarse clad material obtained by joining the base material and the contact material is processed to a predetermined thickness.
  • This processing is mainly rolling.
  • annealing heat treatment is performed on the coarse clad material before processing.
  • This annealing heat treatment is intended to facilitate the processing of the coarse clad material including the age-hardened base material.
  • This annealing heat treatment is performed under the condition in the range of ⁇ 200 ° C. to ⁇ 100 ° C. based on the recrystallization temperature of the age-hardening material as the base material. Strict management is required. Excessive heat treatment causes a change in the age-hardened structure of the base material and the precipitated phase disappears.
  • the annealing heat treatment temperature is preferably in the range of ⁇ 200 ° C. to ⁇ 150 ° C. based on the recrystallization temperature of the age-hardening material.
  • the specific heat treatment temperature of the annealing heat treatment is preferably 550 ° C. or more and 600 ° C. or less.
  • the rough clad material is processed by rolling until a desired plate thickness is obtained.
  • the rolling process may be performed a plurality of times. Moreover, you may perform the above-mentioned annealing heat processing in multiple times for every rolling process. Furthermore, an arbitrary width can be finally obtained by cutting (slit processing).
  • the clad material for electrical contacts of the present invention is manufactured by the above processing steps.
  • the clad material for electrical contacts according to the present invention has the age hardening treatment for the base material completed before joining the contact material and the base material in the manufacturing process. And the expansion of the diffusion region of the joint interface after joining the contact material is suppressed. As a result, the clad material has high strength and high conductivity.
  • a clad material (inlay-type clad material) was manufactured by preparing a plurality of types of Ag alloy as a contact material and a Cu-based precipitation age-hardening material as a base material.
  • An Ag alloy (Table 1) that is a contact material used in the present embodiment and a Cu-based precipitation-type age-hardening material (Table 2) that is a base material are shown below.
  • B1, B2, B3, and B4 are high-strength Cu-based precipitation-type age-hardening materials
  • B5, B6, B7, and B8 are medium-strength Cu-based precipitation-type age-hardening materials.
  • a cladding material was manufactured and evaluated by appropriately selecting a contact material and a base material from these materials.
  • Table 3 shows combinations of contact materials and base materials of the clad material manufactured in this embodiment.
  • Table 3 in addition to the composition of the contact material and the base material, the recrystallization temperature of the base material and the temperature condition of the aging treatment performed before the pressure contact with the contact material are shown.
  • the cladding material manufacturing process of this embodiment is shown in FIG.
  • the tape-shaped precipitation-type age-curing material that has been subjected to the aging treatment described in Table 1 and the tape-shaped contact material are roll-welded.
  • the pressure-welded tape-like coarse clad material is passed through a heating furnace (reducing atmosphere) at 550 ° C. (1.0 m / min) and annealed, the coarse clad material is rolled and annealed.
  • the final rolling was performed again.
  • the clad material (plate thickness 0.1 mm) after the final rolling was slit to form a tape-like clad material having a width of 18 mm (Examples 1 to 3).
  • Comparative Examples 1 to 3 Clad materials were manufactured by the conventional manufacturing process described with reference to FIG. That is, after the contact material and the base material were clad and joined, solution treatment and aging heat treatment were performed to produce a clad material for electrical contact.
  • the conditions for the solution treatment and the aging treatment in these comparative examples were the same as those in each example of Table 1.
  • the other processing conditions are the same as in this embodiment.
  • EDS analysis was performed on the clad materials of Examples and Comparative Examples manufactured as described above (analytical instrument: JSM-7100E manufactured by JEOL Ltd., detector: X-ACT manufactured by OXFORD was used). Analysis is performed by embedding a test piece in a resin, creating a sample with a cross-section exposed, SEM observation (4000 times), and performing line analysis (acceleration voltage 15 kV) at the boundary between the contact material and the substrate using EDS. It was. And the width
  • This measurement is based on the Ag count number near the edge of the contact material (near the surface) as the reference (100%), the point where the Ag count number is 95%, and the point where the Ag count number is 5% as the end point.
  • the interval between the start point and the end point was determined as the diffusion region.
  • EDS analysis was arbitrarily performed at five locations, and an average value thereof was calculated.
  • the resistance value of each of the clad materials of Examples and Comparative Examples was measured in order to confirm conductivity.
  • the resistance value was measured by the four probe method.
  • a cross-sectional photograph of the vicinity of the bonding interface of Example 1 and Comparative Example 1 is shown in FIG.
  • region and resistance value is shown in Table 4.
  • the width of the diffusion region of Example 1 is narrow. This is the same in other embodiments, and the width of the diffusion region is 1.8 ⁇ m or less in any case. In all of the comparative examples, the diffusion region exceeded 2 ⁇ m and a wide diffusion region of 6 ⁇ m was produced.
  • the development of the diffusion region also affects the conductive properties of the cladding material. Although it depends on the kind of contact material and base material, it was confirmed that the resistance value of the comparative example in which the diffusion region was developed tends to increase.
  • a clad material was manufactured by using B1, B2, B3, and B4 base materials, which are high-strength Cu-based precipitation-type age-hardening materials, and joining various contact materials.
  • the manufacturing process of the clad material basically conformed to the first embodiment.
  • known general treatment conditions for each material were adopted.
  • the annealing treatment of the coarse clad material was set so that the recrystallization temperature of the applied substrate was ⁇ 200 ° C. or higher and ⁇ 100 ° C. or lower.
  • the width of the diffusion region was measured by the same method as in the first embodiment.
  • the strength (tensile strength) and conductivity (IACS) were measured in the characteristics evaluation of the clad material.
  • the tensile strength was measured with a precision universal testing machine (AGS-X device manufactured by Shimadzu Corporation) with the dimensions of the test piece being 25.0 mm long ⁇ 30 mm wide ⁇ 0.1 mm thick.
  • the measurement conditions were tensile measurement at a speed of 20 mm / min.
  • the conductivity was measured by a four-terminal method. Specifically, a test piece (width 30 mm, thickness 0.1 mm) was measured between 1000 mm in length (measuring device: 4338B manufactured by Agilent).
  • the clad materials for electrical contacts manufactured in this embodiment all had a diffusion region width of less than 2.0 ⁇ m. And it was confirmed that intensity
  • Second Embodiment In this embodiment, B5, B6, B7, and B8 base materials, which are medium-strength Cu-based precipitation-type age-hardening materials, were used, and various contact materials were joined to produce a clad material.
  • the manufacturing process of the clad material basically conformed to the first embodiment.
  • general processing conditions were adopted for the aging treatment of the base material, and the annealing heat treatment of the coarse clad material was set to an appropriate range in consideration of the recrystallization temperature of the base material used.
  • the width of the diffusion region was measured by the same method as in the first and second embodiments. Furthermore, the tensile strength and electrical conductivity (IACS) were measured and evaluated as in the second embodiment. In the evaluation, considering that the applied base material has medium strength, a tensile strength of 400 MPa or more was passed (“ ⁇ ”) and an electrical conductivity of 60% IACS or more was passed (“ ⁇ ”). Table 6 shows the evaluation results of the clad material manufactured in this embodiment.
  • the clad material for electrical contacts manufactured in this embodiment also had a diffusion region width of less than 2.0 ⁇ m. And also in these clad materials, it was confirmed that the strength and the electrical conductivity reached acceptable values.
  • the expansion of the diffusion region at the junction interface between the contact material and the substrate is suppressed.
  • a precipitation-type age-hardening material is applied as a base material.
  • the clad material is maintained in which high conductivity is not hindered while maintaining high strength.
  • the present invention is suitable as a contact material constituting an open / close contact used in an open / close breaker, an open / close switch, etc. and a sliding contact used in a motor etc. It is.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Contacts (AREA)
  • Manufacture Of Switches (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

本発明は、Ｃｕ系の析出型時効硬化材からなる基材に、Ａｇ合金からなる接点材料を接合してなる電気接点用のクラッド材であって、前記接点材料と前記基材との接合界面における、Ａｇ及びＣｕを含む拡散領域の幅が２．０μｍ以下であることを特徴とする電気接点用のクラッド材である。このクラッド材は、予め、溶体化処理及び時効硬化がなされた基材と接点材料とを接合して製造することで、接合後に拡散領域が拡大することを抑制されている。本発明によれば、Ｃｕ系析出型時効硬化材が有する特性を損なうことなく、高導電率を達成の電気接点を得ることができる。

Description

電気接点用のクラッド材及び該クラッド材の製造方法
　本発明は、時効析出型のＣｕ合金からなる基材に、Ａｇ合金からなる接点材料が接合された電気接点用のクラッド材及びその製造方法に関する。
　各種電気・電子機器に搭載される、開閉ブレーカーや開閉スイッチ等で使用される開閉接点、及び、モーターやスライドスイッチ等で使用される摺動接点として、従来からクラッド構造を有する接点材料が知られている（以下、開閉接点と摺動接点について、それらの総称として「電気接点」と称するときがある。）。
　電気接点用のクラッド材は、電極との接触・離反の繰り返し、又は、電極との断続的な摺動が生じる接触部たる接点材料と、この接点材料を支持する基材とで構成される。接触部たる接点材料には、高耐磨耗性と高導電性の双方が要求されており、Ａｇ又はＡｇ合金からなるＡｇ系材料の適用例が多い。
　一方、基材には、導電性に加えて、電気接点の作動時に受ける圧力による破損を抑止すべく高強度・高ばね性が要求される。電気接点用のクラッド材の強度及び耐久性は、基材の強度やばね性よって特徴付けられることが多いからである。そこで、電気接点用のクラッド材の強度等を改良するための取り組みとして、基材の材質として析出型時効硬化材を適用することが知られている。基材として有用な析出型時効硬化材としては、Ｃｕ系の析出型時効硬化型合金が挙げられる。例えば、コルソン合金と称されているＣｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金は、従来から電子部品用材料として高強度かつ高導電の合金材料として知られている（特許文献１）。
　ここで、電気接点用のクラッド材を製造する際には、接点材料と基材とを接合する工程と、接合後のクラッド材を目的とする形状・寸法に加工する工程が必要となる。そして、析出型時効硬化材を基材として適用する場合、これらの工程に加えて、時効硬化材の時効硬化のための熱処理工程も考慮する必要がある。
　図３は、析出型時効硬化材を基材とするクラッド材の製造工程を概略説明するものである。図３で示すように、従来工程においては、時効硬化前の基材と接触部となる接点材料（Ａｇ系合金）を圧接した後、基材の溶体化処理及び時効硬化熱処理を行い目的形状に加工している。尚、この最終加工前に時効硬化熱処理を再度行う場合もある。そして、以上の工程により、基材はＣｕ合金を母相（マトリックス）とし添加元素に応じた組成の析出相が分散した時効硬化材となる。
特開平３－１６２５５３号公報
　従来から知られている、析出型時効硬化材を基材とする電気接点用のクラッド材は、導電性と強度との調和が要求される各種用途に対応できるものと考えられる。しかし、改善の余地もあり、特に導電性の改善が必要であるとされている。
　電気接点用のクラッド材の導電性向上の傾向は、電気接点を備える各種機器の小型化、高性能化等によって加速している。例えば、スマートフォン等の小型機器の増加により、それらで使用される開閉ブレーカー等の高容量化に対応するための導電性向上が必要とされている。また、モーターの分野においても、マイクロモータの小型化・高容量化の需要が多く、導電性向上が必要となっている。このように、電気接点（開閉接点及び摺動接点）用のクラッド材には、導電率も改良が要求されている。そして、強度との関連において、基材となる析出型時効硬化材の特性維持を前提とし、高導電率で高強度のクラッド材とすることが要求される。
　本発明は、以上のような背景のもとなされたものであり、Ｃｕ系の析出型時効硬化材を基材とし、接点材料としてＡｇ合金を接合した電気接点用のクラッド材について、高強度を発揮すると共に高導電率を達成することのできるもの、及び、その製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者等は、析出型時効硬化材を基材とする電気接点用クラッド材について、その導電特性に影響を及ぼし得る因子を再検討した。その結果、従来のクラッド材においては、その製造時の熱履歴に起因して、接点材料と基材との接合界面に双方の構成元素が混在する拡散領域が存在することを見出した。そして、この拡散領域について詳細を検討したところ、これがクラッド材全体の導電特性に影響を及ぼしているとの考察に至った。
　本発明において、接点材料であるＡｇ合金、及び、基材であるＣｕ系の析出型時効硬化材は、いずれも予定された組成・構成を維持することで導電特性を発揮する。即ち、接点材料は、Ａｇを必須成分としつつ適切な添加元素を添加することで、導電性に耐磨耗性等が付加されている。一方、基材となる析出型時効硬化材も、適切な熱処理（溶体化処理と時効熱処理）により、析出相を生じさせて母相をＣｕ合金にすることで高導電率を達成させている。
　これら接点材料及び基材に対し、両者の接合界面で形成される拡散領域は、接点材料の構成元素と基材の構成元素が混在する組成を有している。この拡散領域の組成は、導電性について最適な配慮がなされた接点材料の組成と相違する。従って、拡散領域は導電性が良好な領域ではない蓋然性が高いと推察できる。そして、そのような導電性に劣る領域は、接点材料と基材との導通を阻害するので、制限されるべきである。
　ここで、拡散領域が形成される原因について考察するに、クラッド材製造過程で接合界面に入力される熱履歴にある。図３に示したように、従来のクラッド材の製造工程は、接点材料と基材とを接合した後に、溶体化処理及び時効熱処理を行い、析出硬化作用のある材料組織を形成している。これらの熱処理について、特に、Ｃｕ系の析出型時効硬化材に対する溶体化処理は、７００℃以上の高温加熱が必要となることもある。従って、溶体化処理或いは時効熱処理の熱により拡散領域が生成・拡大していると考えられる。
　そこで、本発明者等は、電気接点用のクラッド材の製造工程の見直しを行いつつ、上記拡散領域とクラッド材の導電率との関係について詳細検討を行い、拡散領域を規制する製造方法を見出すと共に、拡散領域の好適な範囲を設定することで、高導電率を達成できるとして本発明に想到した。
　上記課題を解決する本発明は、Ｃｕ系の析出型時効硬化材からなる基材に、Ａｇ合金からなる接点材料を接合してなる電気接点用のクラッド材であって、前記接点材料と前記基材との接合界面における、Ａｇ及びＣｕを含む拡散領域の幅が２．０μｍ以下であることを特徴とする電気接点用のクラッド材である。
　本発明についてより詳細に説明する。上記の通り、本発明は、Ａｇ合金からなる接点材料と、Ｃｕ系の析出型時効硬化材からなる基材とからなるクラッド材である。以下の説明では、接点材料及び基材の各構成について説明した上で両者の間の拡散領域について説明する。そして、本発明のクラッド材の態様及び製造方法を説明する。
（Ａ）接点材料
　接点材料の構成材料としては、導電性と耐磨耗性を考慮してＡｇ合金が適用される。本発明においてＡｇ合金とは、Ａｇ（銀）を必須元素として含む合金であり、主成分がＡｇであることに限定されない。但し、接点材料としての導電性確保の観点から、Ａｇ濃度が１０質量％以上９５質量％以下のＡｇ合金が好ましい。そして、Ａｇ合金を構成する元素としては、Ａｇに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔからなる群から選択される少なくとも１の元素である。
　接点材料として好ましいＡｇ合金の種類としては、Ａｇ濃度で区分することができる。具体的には、Ａｇ濃度が８０％以上のＡｇ合金、Ａｇ濃度が５０％以上８０％未満のＡｇ合金、Ａｇ濃度が５０％未満のＡｇ合金で区分できる。各Ａｇ合金の例としては、Ａｇ濃度が８０％以上のＡｇ合金としては、Ａｇ－Ｃｕ－Ｎｉ系合金（Ａｇ濃度９０質量％以上９５質量％以下）、Ａｇ－Ｎｉ系合金（Ａｇ濃度８０質量％以上９０質量％以下）等が挙げられる。また、Ａｇ濃度が５０％以上８０％未満のＡｇ合金としては、Ａｇ－Ｐｄ系合金（Ａｇ濃度５０質量％以上７０質量％以下）等が挙げられる。更に、Ａｇ濃度が５０％未満のＡｇ合金としては、Ａｇ-Ｐｄ-Ｃｕ系合金（Ａｇ濃度３０質量％以上５０質量％未満）、Ａｇ-Ｐｄ-Ｃｕ-Ｐｔ-Ａｕ系合金（Ａｇ濃度２０質量％以上４０質量％以下）、Ａｇ-Ａｕ-Ｃｕ-Ｐｔ系合金（Ａｇ濃度５質量％以上１５質量％以下）等が挙げられる。これらのＣｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔの少なくとも一つを含むＡｇ合金は、更に、Ｚｎ、Ｓｍ、Ｉｎ等の添加元素を任意に含んでいても良い。
（Ｂ）基材
　基材には、Ｃｕ系の析出型時効硬化材が適用される。Ｃｕ系の析出型時効硬化材とは、時効処理後にＣｕ又はＣｕ合金が母相を構成し、ここに添加元素に応じた析出相が分散するようになっている材料である。即ち、Ｃｕを必須構成元素とする析出型時効硬化材料である。Ｃｕ系材料を適用するのは、母相となるＣｕ又はＣｕ合金の導電性を重視するからである。
　基材となるＣｕ系析出型時効硬化材としては、高強度のＣｕ系析出型時効硬化材として、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ-Ｍｇ系合金が適用できる。これらのＣｕ合金は、コルソン系合金と称されている。更に、Ｃｕ－Ｂｅ系合金（ベリリウム銅）も基材として好適なＣｕ系析出型時効硬化材である。また、中強度のＣｕ系析出型時効硬化材である、Ｃｕ－Ｆｅ系合金、Ｃｕ－Ｆｅ－Ｎｉ系合金、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｃｒ－Ｚｎ系合金、Ｃｕ－Ｃｒ－Ｍｇ系合金等は、基材として好適なＣｕ系析出型時効硬化材である。尚、前記した合金系においては、主要構成元素以外の微量添加元素を含むことが許容される。例えば、コルソン系合金である、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金は、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ等の添加元素を含み得る。
（Ｃ）拡散領域
　本発明に係る電気接点用クラッド材は、上記した接点材料と基材とがクラッドされてなる。そして、本発明は、接点材料と基材との接合界面における拡散領域の幅（厚さ）を規定する。ここで、接合領域の意義をより詳細に定義すると、接点材料と基材との接合界面で、接点材料中のＡｇ濃度を基準（１００％）としたとき、Ａｇ濃度が９５％以下５％以上となっている合金領域が拡散領域である。この拡散領域は、接点材料（Ａｇ合金）の構成元素と基材（Ｃｕ系析出型時効硬化材）の構成元素の双方から構成される合金層であり、その組成は連続的に変化している。そして、電気特性も好ましいものではなく導電率も低い。
　そこで、本発明は、この拡散領域の幅を制限するものである。拡散領域が２．０μｍを超えると、クラッド材全体の導電率が低下することとなる。本発明では、拡散領域が存在しないもの、即ち、拡散領域の幅が０（ゼロ）μｍであるものが最も好ましいといえる。但し、後述する製造工程をもってしても拡散領域の生成を完全に抑制することは難しい。現実的な側面として、拡散領域の幅の下限は０．１μｍとすることで、本発明が目的とする高強度・高導電率のクラッド材とすることができる。
　尚、本発明における拡散領域の幅とは平均値とする。接合界面における拡散領域の形状は、必ずしも平坦であるとは限らず幅が変動することもある（むしろ完全に一定のものの方が少ない）。よって、拡散領域の幅を定める際には、複数個所の値の平均を採用するのが好ましい。拡散領域の測定法の一例としては、ＥＰＭＡ（電子線マイクロプロブ分析）、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）等の元素分析機器を利用し、接合界面付近の元素分析（ライン分析、マッピング）を行い、Ａｇ濃度の変化を追跡することで拡散領域の範囲を測定することができる。
（Ｄ）本発明に係るクラッド材の態様
　本発明に係るクラッド材について、基材に対する接点材料の形状は特に限定されず、オーバーレイ、インレイ、エッジレイのいずれであっても良い。スイッチやブレーカー等の開閉接点の用途においては、インレイ型のクラッド材の適用例が多く、本発明はこの形式に良好に対応できる。但し、いずれの形式であっても、全ての接合界面で拡散領域の幅が規定内にあることが要求される。例えば、インレイ型のクラッド材では、接点材料が基材に埋め込まれた状態で接合されおり接点材料の三方に接合界面が存在する。本発明では、それら三方の接合界面における接合領域が２．０μｍ以下であることを要する。
　また、本発明に係るクラッド材について、接点材料の厚さ・寸法及び基材の厚さ・寸法は制限がない。それらは、組み込まれる機器寸法、設計寿命等により決定されるものである。
（Ｅ）本発明に係るクラッド材の機械的・電気的特性
　以上説明した本発明に係る電気接点用のクラッド材においては、基材となるＣｕ系の析出型時効硬化材の特性が十分に発揮されている。その結果、本発明は、高強度と高導電率との双方において好適な電気接点となる。本発明に係るクラッド材の引張強度と導電率は、引張強度で４００～１２００ＭＰａであり、導電率が２０～９０％ＩＡＣＳであるものが好ましい。これらの特性は、クラッド材の基材の種類によるので、より具体的には、上記した高強度のＣｕ系析出型時効硬化材（コルソン系合金、ベリリウム銅系合金等）を適用したものでは、引張強度で６００～１２００ＭＰａであり、導電率が２０～５０％ＩＡＣＳであるものが好ましい。また、中強度のＣｕ系析出型時効硬化材（Ｃｕ－Ｆｅ系合金、Ｃｕ－Ｆｅ－Ｎｉ系合金、Ｃｕ-Ｓｎ-Ｃｒ-Ｚｎ系合金、Ｃｕ-Ｃｒ-Ｍｇ系合金等）を適用したものでは、引張強度で４００～７００ＭＰａであり、導電率が６０～９０％ＩＡＣＳであるものが好ましい。
（Ｆ）本発明に係るクラッド材の製造方法
　次に、本発明に係る電気接点用のクラッド材の製造方法について説明する。上記したように、クラッド材の製造方法としては、接点材料と基材とを接合する工程と、接合後のクラッド材を目的とする形状・寸法に加工する工程を含み、基材として析出型時効硬化材を適用する場合には、更に、時効硬化のための熱処理工程が追加される。
　そして、本発明に係る電気接点用のクラッド材の製造方法は、時効硬化済みの基材と、接点材料とを接合して粗クラッド材を製造する工程と、前記粗クラッド材を、前記基材の再結晶温度を基準に－２００℃以上－１００℃以下の範囲内で焼鈍熱処理する工程と、熱処理後の前記粗クラッド材を加工する工程と、を含む電気接点用のクラッド材の製造方法である。
　この製造方法は、接点材料との接合前に基材の時効硬化処理を完了させ、時効硬化済みの基材からクラッド材を製造し、これを加工するものである。このように、接合前に基材の時効硬化処理を行うことで、クラッドにした後の熱入力を低減し、接合界面で拡散領域の拡大を抑制することができる。
　接合前の基材の時効硬化処理は、材料を高温加熱及び急冷して過飽和固溶体を形成する溶体化処理と、これを適度な温度で加熱して析出相を析出させる時効処理とを含む。これらの処理は、従来法と同様の条件が適用でき、適用する析出型時効硬化材の組成に応じた処理がなされる。通常、溶体化処理は材料を５００℃以上９００℃以下に加熱して急冷する。好ましくは、６００℃以上８００℃以下、より好ましくは、６００℃以上７５０℃以下に加熱して急冷する。その後の時効処理は、過飽和固溶体を所定温度に加熱・保持する。Ｃｕ系の析出型時効硬化材における時効処理温度は、４００℃以上６００℃以下とするのが好ましく、より好ましくは４００℃以上５００℃以下である。
　時効処理済みの基材と接点材料との接合についても、従来のクラッド材と同様の工程が採用できる。通常、このクラッド材の接合方法としては加圧による圧接が適用される。基材及び接点材料共に、接合前に形状に応じた加工を行っても良い。
　基材と接点材料とを接合して得られる粗クラッド材については、所定の厚さなるまで加工される。この加工は圧延加工が主体となる。ここで、本発明においては、加工前に粗クラッド材についての焼鈍熱処理を行う。この焼鈍熱処理は、時効硬化済みの基材を含む粗クラッド材の加工を容易にすることを目的とするものである。この焼鈍熱処理は、基材である時効硬化材の再結晶温度を基準に－２００℃以上－１００℃以下の範囲内の条件で行われる。厳密な管理が要求される。過度の熱処理は、基材の時効硬化組織に変化を生じさせ析出相が消失することになる。これにより、基材の導電率が低下し接点用途としての適正を失う。また、熱処理は不足すると導電率の低下はないが、材料の軟化が生じないので加工性確保という熱処理本来の目的が達成できない。焼鈍熱処理の温度については、時効硬化材の再結晶温度を基準に、－２００℃以上－１５０℃以下の範囲が依り好ましい。焼鈍熱処理の具体的な熱処理温度は、５５０℃以上６００℃以下とするのが好ましい。
　粗クラッド材の加工は、圧延加工により所望の板厚になるまで加工する。圧延加工は複数回行っても良い。また、上記した焼鈍熱処理は、圧延加工毎に複数回行っても良い。更に、最終的に切断加工（スリット加工）にて任意の幅を得ることもできる。以上の加工工程により本発明の電気接点用のクラッド材が製造される。
　以上説明したように、本発明に係る電気接点用のクラッド材は、その製造工程において、接点材料と基材との接合前に、基材についての時効硬化処理を完了させている。そして、接点材料を接合した後の接合界面の拡散領域の拡大を抑制する。これにより、高強度・高導電率のクラッド材としている。
本実施形態における電気接点用クラッド材の製造工程を説明する図。 実施例１、比較例１の接合界面のＳＥＭ写真及びＥＤＳ分析結果。 従来の電気接点用クラッド材の製造工程を説明する図。
　以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、接点材料となるＡｇ合金、及び、基材となるＣｕ系析出型時効硬化材を複数種用意してクラッド材（インレイ型クラッド材）を製造した。本実施形態で使用した接点材料となるＡｇ合金（表１）、及び、基材となるＣｕ系析出型時効硬化材（表２）を下記に示す。表２の基材において、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は高強度のＣｕ系析出型時効硬化材であり、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８は中強度のＣｕ系析出型時効硬化材である。以下説明する第１実施形態～第３実施形態では、これらの材料から、適宜に接点材料と基材を選択してクラッド材を製造・評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
第１実施形態：この実施形態で製造したクラッド材の接点材料と基材との組み合わせを表３に示す。表３には、接点材料と基材の組成に加えて、基材の再結晶温度、及び、接点材料との圧接前に行った時効処理の温度条件を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　本実施形態のクラッド材製造工程を図１に示す。本実施形態では、表１に記載された時効処理を予め行ったテープ状の析出型時効硬化材と、テープ状の接点材料とをロール圧接した。そして、圧接後のテープ状の粗クラッド材を５５０℃の加熱炉（還元雰囲気）内に通過させ（１．０ｍ／ｍｉｎ）焼鈍熱処理を行った後、粗クラッド材を圧延加工し、焼鈍熱処理を再度行って最終圧延を行った。最終圧延後のクラッド材（板厚０．１ｍｍ）は、スリット加工して幅１８ｍｍのテープ状のクラッド材とした（実施例１～実施例３）。
比較例１～比較例３：図３で説明した従来の製造工程にてクラッド材を製造した。即ち、接点材料と基材とをクラッド接合した後に、溶体化処理及び時効熱処理を行って電気接点用のクラッド材を製造した。これら比較例における溶体化処理と時効処理の条件は、表１の各実施例と同様とした。また、その他の処理条件も本実施形態と同様とした。
　以上のようにして製造した実施例、比較例のクラッド材について、ＥＤＳ分析を行った（分析機器：日本電子株式会社製ＪＳＭ－７１００Ｅ、検出器：ＯＸＦＯＲＤ製Ｘ－ＡＣＴを使用）。分析は、試験片を樹脂に埋め込み、断面を露出させた試料を作成し、ＳＥＭ観察(４０００倍)すると共に、接点材料と基材との境界部をＥＤＳによりライン分析(加速電圧１５ｋＶ)を行った。そして、このライン分析の結果に基づき拡散領域の幅を測定した。この測定は、接点材料の端部付近（表面付近）のＡｇカウント数を基準（１００％）とし、Ａｇカウント数が９５％になる点を始点とし、Ａｇカウント数が５％の点を終点として、始点と終点との間隔を拡散領域と判定した。この拡散領域の幅の測定は、任意に５箇所のＥＤＳ分析を行い、それらの平均値を算出した。
　また、実施例、比較例の各クラッド材について、導電性を確認するために抵抗値の測定を行った。抵抗値測定は、四端子法にて行った。断面観察についての一例として、実施例１及び比較例１の接合界面付近の断面写真を図２に示す。そして、拡散領域の幅及び抵抗値の測定結果についての結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　図２のＳＥＭ写真及びＥＤＳ分析結果から、実施例１の拡散領域はその幅が狭くなっていることが分かる。これは、他の実施例でも同様であり、いずれも拡散領域の幅は１．８μｍ以下となっている。比較例はいずれも拡散領域が２μｍを超え、６μｍの幅広の拡散領域が生じるものもあった。
　そして、拡散領域の発達はクラッド材の導電特性にも影響を及ぼす。接点材料と基材の種類にもよるが、拡散領域が発達した比較例は抵抗値が大きくなる傾向があることが確認された。
第２実施形態：この実施形態では、高強度のＣｕ系析出型時効硬化材である、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の基材を使用し、各種接点材料を接合してクラッド材を製造した。クラッド材の製造工程は、基本的に第１実施形態に準じた。クラッド前の基材の時効処理は、各材料について公知の一般的な処理条件を採用した。また、粗クラッド材の焼鈍熱処理については、適用した基材の再結晶温度の－２００℃以上－１００℃以下となるように設定した。
　そして、製造したクラッド材について、第１実施形態と同様の方法により、拡散領域の幅を測定した。また、本実施形態では、クラッド材の特性評価において、強度（引張強度）と導電率（ＩＡＣＳ）を測定した。引張強度の測定は、精密万能試験機（株式会社島津製作所製　ＡＧＳ-Ｘの装置）で、試験片の寸法を長さ２５．０ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚み０．１ｍｍとして測定した。測定条件は２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張り測定を実施した。また、導電率の測定は、４端子法にて行った。具体的には、試験片（幅３０ｍｍ、厚み０．１ｍｍ）の長さ１０００ｍｍ間を測定した（測定装置：Ａｇｉｌｅｎｔ社製４３３８Ｂ）。引張強度及び導電率の判定については、適用した基材が高強度であることを考慮し、引張強度が６００ＭＰａ以上を合格（「○」）、導電率２０％ＩＡＣＳ以上を合格（「○」）と判定した。本実施形態で製造したクラッド材の評価結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５から、本実施形態で製造した電気接点用クラッド材は、いずれも拡散領域の幅が２．０μｍ未満であった。そして、これらのクラッド材は、いずれも強度及び導電率が合格値に達していることが確認された。
第３実施形態：この実施形態では、中強度のＣｕ系析出型時効硬化材である、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８の基材を使用し、各種接点材料を接合してクラッド材を製造した。ここでも、クラッド材の製造工程は、基本的に第１実施形態に準じた。また、基材の時効処理には一般的な処理条件を採用し、粗クラッド材の焼鈍熱処理については、使用した基材の再結晶温度を考慮して適正範囲とした。
　そして、製造したクラッド材について、第１、第２実施形態と同様の方法により、拡散領域の幅を測定した。更に、第２実施形態と同様に引張強度と導電率（ＩＡＣＳ）を測定・評価した。評価においては、適用した基材が中強度であることを考慮して、引張強度が４００ＭＰａ以上を合格（「○」）、導電率６０％ＩＡＣＳ以上を合格（「○」）とした。本実施形態で製造したクラッド材の評価結果を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６から、本実施形態で製造した電気接点用クラッド材も、いずれも拡散領域の幅が２．０μｍ未満であった。そして、これらのクラッド材においても、強度及び導電率が合格値に達していることが確認された。
　以上説明したように、本発明に係る電気接点用のクラッド材では、接点材料と基材との接合界面における拡散領域の拡大が抑制されている。本発明は、基材として析出型時効硬化材を適用するものであり、拡散領域の幅を規制することで、高強度を維持しつつ高導電率が阻害されないクラッド材となっている。本発明は、小型化が要求され各種の電子・電気機器の分野において、開閉ブレーカーや開閉スイッチ等で使用される開閉接点、及び、モーター等で使用される摺動接点を構成する接点材料として好適である。
 

Claims (5)

  1. 　Ｃｕ系の析出型時効硬化材からなる基材に、Ａｇ合金からなる接点材料を接合してなる電気接点用のクラッド材であって、
    　前記接点材料と前記基材との接合界面における、Ａｇ及びＣｕを含む拡散領域の幅が２．０μｍ以下であることを特徴とする電気接点用のクラッド材。
  2. 　接点材料を構成するＡｇ合金は、Ａｇ濃度が１０質量％以上９５質量％以下のＡｇ合金であり、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔからなる群から選択される少なくとも１の元素を含むＡｇ合金である請求項１記載の電気接点用のクラッド材。
  3. 　接点材料を構成するＡｇ合金は、Ａｇ－Ｃｕ－Ｎｉ系合金、Ａｇ－Ｎｉ系合金、Ａｇ－Ｐｄ系合金、Ａｇ-Ｐｄ-Ｃｕ系合金、Ａｇ-Ｐｄ-Ｃｕ-Ｐｔ-Ａｕ系合金、Ａｇ-Ａｕ-Ｃｕ-Ｐｔ系合金である請求項２記載の電気接点用のクラッド材
  4. 　Ｃｕ系の析出型時効硬化材は、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｍｇ系合金、Ｃｕ－Ｂｅ系合金、Ｃｕ－Ｆｅ系合金、Ｃｕ－Ｆｅ－Ｎｉ系合金、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｃｒ－Ｚｎ系合金、Ｃｕ－Ｃｒ－Ｍｇ系合金である請求項１～請求項３のいずれかに記載の電気接点用のクラッド材。
  5. 　請求項１～請求項４のいずれかに記載の電気接点用のクラッド材の製造方法であって、
    　時効硬化済みの基材と、接点材料とを接合して粗クラッド材を製造する工程と、
    　前記粗クラッド材を、前記基材の再結晶温度を基準に－２００℃以上－１００℃以下の範囲内で焼鈍熱処理する工程と、
    　熱処理後の前記粗クラッド材を加工する工程と、を含む電気接点用のクラッド材の製造方法。
     
PCT/JP2017/018927 2016-05-23 2017-05-19 電気接点用のクラッド材及び該クラッド材の製造方法 WO2017204129A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018519515A JP6840140B2 (ja) 2016-05-23 2017-05-19 電気接点用のクラッド材及び該クラッド材の製造方法
US16/095,217 US11094478B2 (en) 2016-05-23 2017-05-19 Clad material for electric contacts and method for producing the clad material
CN201780031425.0A CN109155208B (zh) 2016-05-23 2017-05-19 电触点用的覆层材料和该覆层材料的制造方法
KR1020187031838A KR102071356B1 (ko) 2016-05-23 2017-05-19 전기 접점용 클래드재 및 그 클래드재의 제조 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-102422 2016-05-23
JP2016102422 2016-05-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017204129A1 true WO2017204129A1 (ja) 2017-11-30

Family

ID=60411246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/018927 WO2017204129A1 (ja) 2016-05-23 2017-05-19 電気接点用のクラッド材及び該クラッド材の製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11094478B2 (ja)
JP (1) JP6840140B2 (ja)
KR (1) KR102071356B1 (ja)
CN (1) CN109155208B (ja)
TW (1) TWI654322B (ja)
WO (1) WO2017204129A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020110986A1 (ja) * 2018-11-30 2020-06-04 田中貴金属工業株式会社 耐摩耗性及び耐熱性に優れる導電材料
JP2023513011A (ja) * 2020-01-28 2023-03-30 マテリオン コーポレイション 充電端子の銀合金クラッド構造およびその製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS531856A (en) * 1976-06-29 1978-01-10 Tanaka Precious Metal Ind Method of manufacturing electric contact material
JPH05120950A (ja) * 1991-10-24 1993-05-18 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 複合電気接点材料の製造方法
JP2012221631A (ja) * 2011-04-05 2012-11-12 Mitsubishi Material C.M.I. Corp 複合接点
JP2013030475A (ja) * 2011-06-24 2013-02-07 Mitsubishi Material C.M.I. Corp 複合接点の製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03162553A (ja) 1989-11-22 1991-07-12 Nippon Mining Co Ltd 曲げ加工性の良好な高強度高導電銅合金の製造方法
JP3825275B2 (ja) * 2001-04-13 2006-09-27 株式会社日立製作所 電気接点部材とその製法
JP5923378B2 (ja) * 2012-05-07 2016-05-24 田中貴金属工業株式会社 温度ヒューズ可動電極用の電極材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS531856A (en) * 1976-06-29 1978-01-10 Tanaka Precious Metal Ind Method of manufacturing electric contact material
JPH05120950A (ja) * 1991-10-24 1993-05-18 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 複合電気接点材料の製造方法
JP2012221631A (ja) * 2011-04-05 2012-11-12 Mitsubishi Material C.M.I. Corp 複合接点
JP2013030475A (ja) * 2011-06-24 2013-02-07 Mitsubishi Material C.M.I. Corp 複合接点の製造方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020110986A1 (ja) * 2018-11-30 2020-06-04 田中貴金属工業株式会社 耐摩耗性及び耐熱性に優れる導電材料
CN113166848A (zh) * 2018-11-30 2021-07-23 田中贵金属工业株式会社 耐磨损性和耐热性优良的导电材料
JPWO2020110986A1 (ja) * 2018-11-30 2021-10-28 田中貴金属工業株式会社 耐摩耗性及び耐熱性に優れる導電材料
EP3889280A4 (en) * 2018-11-30 2022-03-16 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. CONDUCTIVE MATERIAL WITH EXCELLENT ABRASION RESISTANCE AND EXCELLENT HEAT RESISTANCE
JP7394070B2 (ja) 2018-11-30 2023-12-07 田中貴金属工業株式会社 耐摩耗性及び耐熱性に優れる導電材料
CN113166848B (zh) * 2018-11-30 2024-02-06 田中贵金属工业株式会社 耐磨损性和耐热性优良的导电材料
US11939653B2 (en) 2018-11-30 2024-03-26 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Electrically-conductive material having excellent wear resistance and heat resistance
JP2023513011A (ja) * 2020-01-28 2023-03-30 マテリオン コーポレイション 充電端子の銀合金クラッド構造およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109155208B (zh) 2021-03-09
US20190139721A1 (en) 2019-05-09
US11094478B2 (en) 2021-08-17
KR20180124141A (ko) 2018-11-20
JP6840140B2 (ja) 2021-03-10
JPWO2017204129A1 (ja) 2019-03-22
CN109155208A (zh) 2019-01-04
TW201812032A (zh) 2018-04-01
TWI654322B (zh) 2019-03-21
KR102071356B1 (ko) 2020-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4981748B2 (ja) 電気・電子機器用銅合金
JP5170864B2 (ja) 接点材用銅基析出型合金板材およびその製造方法
JP6126791B2 (ja) Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金
JP2006045665A (ja) フレキシブルプリント配線基板端子部或いはフレキシブルフラットケーブル端子部
JPWO2009148101A1 (ja) 銅合金板材およびその製造方法
WO2017204129A1 (ja) 電気接点用のクラッド材及び該クラッド材の製造方法
JP6196512B2 (ja) 放熱性及び繰り返し曲げ加工性に優れた銅合金板
JP6328380B2 (ja) 導電性及び曲げたわみ係数に優れる銅合金板
JP4916206B2 (ja) 電気・電子部品用Ｃｕ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金およびＣｕ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金箔
JP6181392B2 (ja) Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金
US10998108B2 (en) Electrical contact material, method of producing an electrical contact material, and terminal
JP5619977B2 (ja) 放熱性及び繰り返し曲げ加工性に優れた銅合金板
JP6246502B2 (ja) 導電性及び曲げたわみ係数に優れる銅合金板
JP2006127939A (ja) 電気導体部品及びその製造方法
JP4646192B2 (ja) 電気電子機器用銅合金材料およびその製造方法
JP6047466B2 (ja) 導電性及び曲げたわみ係数に優れる銅合金板
JP2008210584A (ja) フレキシブルフラットケーブル端子部
JP6219553B2 (ja) 耐熱性に優れためっき材及びその製造方法
JP2020056056A (ja) 銅端子材、銅端子及び銅端子材の製造方法
JP5761400B1 (ja) コネクタピン用線材、その製造方法及びコネクタ
KR102533596B1 (ko) 석출경화형 Ag-Pd-Cu-In-B계 합금
JP2017089011A (ja) 導電性及び曲げたわみ係数に優れる銅合金板
JP2006037216A (ja) 端子・コネクタ用銅合金
JP2016204757A (ja) Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金
JP2017115249A (ja) 導電性及び曲げたわみ係数に優れる銅合金板

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187031838

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018519515

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17802721

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17802721

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1