WO2020170956A1 - 銅合金材、整流子片、電極材 - Google Patents

銅合金材、整流子片、電極材 Download PDF

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WO2020170956A1
WO2020170956A1 PCT/JP2020/005731 JP2020005731W WO2020170956A1 WO 2020170956 A1 WO2020170956 A1 WO 2020170956A1 JP 2020005731 W JP2020005731 W JP 2020005731W WO 2020170956 A1 WO2020170956 A1 WO 2020170956A1
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copper alloy
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訓 熊谷
翔一郎 矢野
好之 秋山
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三菱マテリアル株式会社
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    • 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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a copper alloy material that is particularly suitable as a material for parts used in applications where abrasion resistance is required, such as commutators of DC machines and electrode materials.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-028048 filed in Japan on February 20, 2019 and Japanese Patent Application No. 2020-004203 filed in Japan on January 15, 2020, and its contents Are used here.
  • the above-mentioned commutator has a structure in contact with the power supply brush. Therefore, the commutator piece forming the commutator has excellent wear resistance, and However, high conductivity is required. Further, in the electrode material for resistance welding and the electrode material for electric discharge machining, in addition to wear resistance and conductivity, wear resistance at high temperature is required. Conventionally, as materials for commutator pieces and electrode materials, silver-containing copper, oxygen-free copper, tough pitch copper, phosphorous deoxidized copper, etc. have been used, but in order to further improve wear resistance, for example, Various copper alloys disclosed in Patent Documents 1-3 have been proposed.
  • Patent Document 1 proposes a copper alloy containing Fe: 0.02 to 0.5 wt%, P: 0.02 to 0.15 wt%, and Ag: 0.01 to 0.3 wt%.
  • Patent Document 2 proposes a copper alloy containing 0.01 to 0.2 wt% of zirconium (Zr).
  • Patent Document 3 proposes a copper alloy containing Si: 0.1 to 1.0 wt %.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 02-025531 A) Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-071849 (A) Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-263864 (A)
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, has a particularly excellent wear resistance and has stable characteristics even at high temperatures, and a copper alloy material capable of achieving a long service life of the configured component, It is intended to provide a commutator piece and an electrode material.
  • the copper alloy material of the present invention has a Cr content of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, a Zr content of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, Sn. Is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, P is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, and the balance is composed of Cu and unavoidable impurities.
  • the Vickers hardness at is 149 Hv or more.
  • Cr is contained in the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less
  • Zr is contained in the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, so that the aging Fine precipitates can be deposited by the treatment, and the hardness can be improved by precipitation hardening.
  • Sn is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less
  • the hardness can be improved by solid solution hardening.
  • P is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less
  • Zr-P compound or Cr-Zr-P compound is produced by the reaction of Zr and Cr with P described above. To be done.
  • the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Zr]/[P]>5. It may be one. In this case, since the Zr content [Zr] (mass %) and the P content [P] (mass %) have a relationship of [Zr]/[P]>5, the Zr-P compound Alternatively, even if a Cr—Zr—P compound is produced, the number of Cu—Zr precipitates that contribute to the improvement of hardness is secured, and the hardness can be improved reliably.
  • the content [Sn] (mass%) of Sn and the content [P] (mass%) of P have a relationship of [Sn]/[P] ⁇ 5. May be In this case, since the Sn content [Sn] (mass %) and the P content [P] (mass %) have a relationship of [Sn]/[P] ⁇ 5, the conductivity due to solid solution of Sn Can be compensated for by the increase in conductivity due to the formation of the Zr-P compound or the Cr-Zr-P compound, and excellent conductivity (heat conductivity) can be secured. Therefore, it can be suitably used for applications requiring conductivity (heat conductivity).
  • the copper alloy material of the present invention may further contain Si in an amount of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.
  • Si since Si is solid-dissolved in the mother phase of copper, it is possible to further improve the hardness by solid solution hardening.
  • the total content of elements of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is 0.03 mass% or less.
  • the conductivity (heat conductivity) is lowered. Can be suppressed. Therefore, it can be suitably used for applications requiring conductivity (heat conductivity).
  • the electrical conductivity is preferably 70% IACS or more.
  • the electrical conductivity is 70% IACS or more, the Cr-based precipitates and the Zr-based precipitates are sufficiently dispersed, and the Zr-P compound or the Cr-Zr-P compound is formed, The hardness can be sufficiently improved.
  • it is particularly suitable for applications requiring electrical conductivity (thermal conductivity).
  • the tensile strength is preferably 470 MPa or more.
  • the tensile strength is 470 MPa or more, the tensile strength is sufficient, deformation during use can be suppressed, and it can be favorably used as a material for various parts.
  • the commutator piece of the present invention is characterized by being made of the above-mentioned copper alloy material. According to the commutator piece of this configuration, since it is composed of the above-mentioned copper alloy material, it is hard and excellent in wear resistance, and the hardness does not decrease even when used under high temperature conditions, It can be used stably and the service life can be extended.
  • the electrode material of the present invention is characterized by comprising the above-mentioned copper alloy material. According to the electrode material of this configuration, since it is composed of the above-mentioned copper alloy material, it is hard and has excellent wear resistance, and hardness does not decrease even when used under high temperature conditions, and it is stable. It can be used for a long time and the service life can be extended.
  • a copper alloy material a commutator piece, and an electrode material that have particularly excellent wear resistance and have stable characteristics even at high temperatures, and that can prolong the service life of configured components. It will be possible.
  • the copper alloy material according to the present embodiment is, for example, a commutator piece that constitutes a commutator of a DC machine, and a component that requires particularly excellent wear resistance such as an electrode material for electrical discharge machining or resistance welding. It is used as a material. Further, the copper alloy material according to the present embodiment has a shape corresponding to a processing method when molding a component, and is, for example, a plate material, a wire rod material, or a pipe material.
  • the content of P is 0.005 mass% or less, the content of P is 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, and the balance is Cu and inevitable impurities.
  • the Vickers hardness in 20 degreeC is 149 Hv or more.
  • the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Zr]/[P]>5. It is preferable to have
  • the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Sn]/[P] ⁇ 5. It is preferable to have.
  • the copper alloy material of the present embodiment may contain Si in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.
  • the total content of elements of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti may be 0.03 mass% or less.
  • the electrical conductivity is preferably 70% IACS or more.
  • the tensile strength is preferably 470 MPa or more.
  • Cr 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less
  • Cr is an element having the effect of improving the hardness (strength) and the conductivity by finely depositing a Cr-based precipitate in the crystal grains of the mother phase by the aging treatment.
  • the content of Cr is less than 0.3 mass %, the amount of precipitation becomes insufficient in the aging treatment, and the effect of improving hardness (strength) and conductivity may not be sufficiently obtained.
  • the content of Cr exceeds 0.7 mass %, a relatively coarse Cr crystallized product is generated, which may cause defects.
  • the content of Cr is set within the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less.
  • the lower limit of the Cr content is preferably 0.4 mass% or more
  • the upper limit of the Cr content is preferably 0.6 mass% or less. ..
  • Zr is an element that has the effect of improving hardness (strength) and conductivity by finely precipitating Zr-based precipitates (eg, Cu—Zr) on the crystal grain boundaries of the mother phase by aging treatment.
  • Zr-based precipitates eg, Cu—Zr
  • the content of Zr is less than 0.025 mass%, the amount of precipitation becomes insufficient in the aging treatment, and the effect of improving hardness (strength) and conductivity may not be sufficiently obtained.
  • the content of Zr exceeds 0.15 mass %, the conductivity may decrease, and the Zr-based precipitate becomes coarse, so that the effect of improving hardness (strength) cannot be obtained. There is a risk.
  • the Zr content is set within the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less.
  • the lower limit of the Zr content is preferably 0.05 mass% or more
  • the upper limit of the Zr content is preferably 0.13 mass% or less. ..
  • Sn is an element that has the effect of improving hardness (strength) by forming a solid solution in the mother phase of copper. It also has the effect of increasing the peak temperature of the softening property.
  • the Sn content is less than 0.005 mass%, the effect of improving the hardness (strength) by solid solution may not be sufficiently obtained.
  • the conductivity heat conductivity
  • the Sn content is set within the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less.
  • the lower limit of the Sn content is preferably 0.01 mass% or more, and the upper limit of the Sn content is preferably 0.03 mass% or less. ..
  • P is an element having an action effect of forming a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound which is stable at high temperature together with Zr and Cr, and suppressing coarsening of the crystal grain size in a high temperature state. Therefore, it is possible to suppress the decrease in hardness when used at high temperature.
  • the P content is less than 0.005 mass%, the Zr-P compound or the Cr-Zr-P compound is not sufficiently generated, and the effect of suppressing the coarsening of the crystal grain size at high temperature is exerted. You may not get enough.
  • the P content is set within the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.
  • the lower limit of the P content is preferably 0.008 mass% or more
  • the upper limit of the P content is preferably 0.020 mass% or less. ..
  • the copper alloy material according to the present embodiment is used as a material for parts used in applications requiring wear resistance. Therefore, it is necessary to sufficiently improve the Vickers hardness.
  • the Vickers hardness at 20° C. is set to 149 Hv or higher.
  • the Vickers hardness of the copper alloy material of the present embodiment is preferably 155 Hv or higher, more preferably 160 Hv or higher.
  • the upper limit of the Vickers hardness is not particularly limited, but in the copper alloy material of the present embodiment, the Vickers hardness at 20° C. is 220 Hv or less, more preferably 200 Hv or less.
  • the ratio [Zr]/[P] of the Zr content and the P content is set to exceed 5.
  • the ratio [Zr]/[P] of the Zr content and the P content is set to 7 or more. More preferably.
  • Sn reduces the conductivity (heat conductivity) by forming a solid solution in the copper mother phase.
  • P improves conductivity (heat conductivity) by forming a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound.
  • the ratio [Sn]/[P] of the content [Sn] (mass%) of Sn and the content [P] (mass%) of P is 5 or less, the amount of Sn relative to P.
  • the decrease in conductivity (thermal conductivity) due to the solid solution of Sn can be compensated by the improvement in conductivity (thermal conductivity) due to the formation of the Zr-P compound or the Cr-Zr-P compound.
  • the ratio [Sn]/[P] of the content of Sn to the content of P it is preferable to set the ratio [Sn]/[P] of the content of Sn to the content of P to be 5 or less. .. In order to surely improve the conductivity (heat conductivity), it is more preferable that the ratio [Sn]/[P] of the content of Sn and the content of P is 3 or less.
  • Si is an element that has the effect of improving the hardness (strength) by forming a solid solution in the mother phase of copper, and may be added if necessary.
  • the Si content is less than 0.005 mass%, the effect of improving the hardness (strength) by solid solution may not be sufficiently obtained.
  • the conductivity heat conductivity
  • the Si content is preferably in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.
  • the lower limit of the Si content is preferably 0.010 mass% or more, and the upper limit of the Si content is preferably 0.025 mass% or less. ..
  • Si when Si is not intentionally added and the above-mentioned effects are not expected, Si may be contained in an amount of less than 0.005 mass%.
  • Total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti 0.03 mass% or less
  • Elements such as Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti may significantly reduce the electrical conductivity (heat conductivity). Therefore, when high conductivity (thermal conductivity) is required, it is preferable to limit the total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti to 0.03 mass% or less. .. Further, the total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is preferably limited to 0.01 mass% or less.
  • unavoidable impurities other than Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti described above include B, Ag, Ca, Te, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Hf, and V. , Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Os, Se, Rh, Ir, Pd, Pt, Au, Cd, Ga, In, Li, Ge, As, Sb, Tl, Pb, Be, N, H , Hg, Tc, Na, K, Rb, Cs, Po, Bi, lanthanoid, O, S, C and the like. Since these unavoidable impurities may reduce the conductivity (heat conductivity), the total amount is preferably 0.05 mass% or less.
  • the electrical conductivity is preferably 70% IACS or more.
  • the electrical conductivity of the copper alloy material of the present embodiment is more preferably 75% IACS or more.
  • the upper limit of the electrical conductivity is not particularly limited, but in the copper alloy material of the present embodiment, the electrical conductivity of the copper alloy material is 90% IACS or less, more preferably 87% IACS or less, and even more preferably 85% IACS. It is said that
  • the tensile strength of the copper alloy material of this embodiment is preferably 470 MPa or more.
  • the tensile strength of the copper alloy material of this embodiment is more preferably 510 MPa or more.
  • the upper limit of the tensile strength is not particularly limited, in the copper alloy material of the present embodiment, the tensile strength of the copper alloy material is 620 MPa or less, more preferably 600 Hv or less.
  • a copper raw material made of oxygen-free copper having a copper purity of 99.99 mass% or more is charged into a carbon crucible and melted using a vacuum melting furnace to obtain a molten copper. Then, the above-mentioned additional elements are added to the obtained molten metal so as to have a predetermined concentration, the components are prepared, and a molten copper alloy is obtained.
  • the raw materials of the additive elements Cr, Zr, Sn, and P for example, Cr raw materials having a purity of 99.9 mass% or more are used, and Zr raw materials having a purity of 99 mass% or more are used.
  • Sn As a raw material having a purity of 99.9 mass% or higher, and to use P as a master alloy with Cu.
  • P As a master alloy with Cu.
  • Si it is preferable to use a mother alloy with Cu. Then, the prepared copper alloy melt is poured into a mold to obtain a copper alloy ingot.
  • hot working step S02 hot working is performed on the obtained copper alloy ingot.
  • the hot working conditions are preferably temperature: 500° C. or higher and 1000° C. or lower, and working ratio: 30% or higher and 95% or lower.
  • cooling is performed by water cooling.
  • the working method in the hot working step S02 is not particularly limited, but if the final shape is a plate or strip, rolling may be applied. Further, when the final shape is a wire or a bar, extrusion or groove rolling may be applied. When the final shape is a bulk shape, forging or pressing may be applied.
  • the hot working material obtained in the hot working step S02 is heated under the conditions of holding temperature: 900° C. or more and 1050° C. or less, holding time at the holding temperature: 0.5 hours or more and 6 hours or less, After that, the solution treatment is performed by cooling with water.
  • the heating is preferably performed in the air or an inert gas atmosphere, for example.
  • first cold working step S04 cold working is performed on the solution treated material that has undergone the solution treatment step S03.
  • the working rate it is preferable to set the working rate within the range of 30% to 90%.
  • the working method in the first cold working step S04 is not particularly limited, but if the final shape is a plate or strip, rolling may be applied. When the final shape is a wire or a bar, drawing or groove rolling may be applied. When the final shape is a bulk shape, forging or pressing may be applied.
  • the cold-worked material obtained in the cold-working step S04 is subjected to an aging treatment to finely precipitate Cr-based precipitates and Zr-based precipitates.
  • the aging treatment is performed under the conditions of holding temperature: 400° C. or more and 600° C. or less, holding time at the holding temperature: 0.5 hour or more and 6 hours or less.
  • the heat treatment method during the aging treatment is not particularly limited, but it is preferably performed in an inert gas atmosphere.
  • the cooling method after heating is not particularly limited, but rapid cooling with water cooling is preferable.
  • the working method in the second cold working step S06 is not particularly limited, but rolling may be applied when the final shape is a plate or strip. When the final shape is a wire or a bar, drawing or groove rolling may be applied. When the final shape is a bulk shape, forging or pressing may be applied.
  • the copper alloy material according to the present embodiment is manufactured by such a process.
  • Cr is in the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less
  • Zr is in the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less. Since each of them is contained therein, fine precipitates can be deposited by aging treatment, and hardness can be improved by precipitation hardening. Moreover, since Sn is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, the hardness can be improved by solid solution hardening. Furthermore, since P is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, Zr-P compound or Cr-Zr-P compound is produced by the reaction of P with Zr and Cr described above. To be done.
  • the copper alloy material according to the present embodiment has a Vickers hardness of 149 Hv or higher at 20° C., and therefore is particularly excellent in wear resistance.
  • the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Zr]/[P]>5.
  • the number of Cu-Zr precipitates that contribute to the improvement of hardness is secured and the hardness can be improved.
  • the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Sn]/[P] ⁇ 5.
  • the decrease in conductivity due to the solid solution of Sn can be compensated by the increase in conductivity due to the formation of the Zr-P compound or the Cr-Zr-P compound, resulting in excellent conductivity (heat conductivity). Can be secured. Therefore, when it is used for an application in which electrical conductivity (thermal conductivity) is required, it is preferable to have a relationship of [Sn]/[P] ⁇ 5.
  • Si when Si is further contained in an amount of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, Si forms a solid solution in the copper matrix phase, and thereby solid solution hardening is performed.
  • the hardness can be further improved.
  • the total content of the impurity elements Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is 0.03 mass% or less, It is possible to suppress a decrease in conductivity (heat conductivity). Therefore, when it is used for applications requiring electrical conductivity (thermal conductivity), the total content of elements of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co and Ti is limited to 0.03 mass% or less. Preferably.
  • the conductivity when the conductivity is 70% IACS or more, the Cr-based precipitates and the Zr-based precipitates are sufficiently dispersed, and the Zr-P compound or Cr- Since the Zr-P compound is formed, the hardness can be sufficiently improved. Further, since the electric conductivity is ensured, it is particularly suitable for applications requiring electric conductivity (thermal conductivity).
  • the tensile strength is 470 MPa or more, sufficient strength is secured, deformation during use can be suppressed, and it can be used well as a material for various parts. You can
  • the commutator piece made of the copper alloy material of the present embodiment and in the electrode material, it is hard and has excellent wear resistance, and the hardness does not decrease even when used under high temperature conditions, It can be used stably and the service life can be extended.
  • the manufacturing method of the copper alloy material is not limited to this embodiment, and the copper alloy material may be manufactured by another manufacturing method.
  • a continuous casting device may be used in the melting/casting process.
  • Example 1 A copper raw material made of oxygen-free copper having a purity of 99.99 mass% or more was prepared, charged into a carbon crucible, and melted in a vacuum melting furnace (vacuum degree 10 ⁇ 2 Pa or less) to obtain a copper melt.
  • Various additive elements were added to the obtained molten copper to prepare the composition shown in Table 1 and held for 5 minutes, and then the molten copper alloy was poured into a cast iron mold to cast the copper alloy. Got a lump.
  • the cross-sectional dimensions of the copper alloy ingot were about 60 mm in width and about 100 mm in thickness.
  • the raw material of Cr which is an additional element, had a purity of 99.99 mass% or higher
  • the raw material of Zr had a purity of 99.95 mass% or higher
  • the raw material of Sn had a purity of 99.99 mass% or higher.
  • P a Cu-P mother alloy was used.
  • the obtained copper alloy ingot was hot-rolled under the conditions shown in Table 2 to obtain a hot-rolled material.
  • the hot rolled material was heated and held under the conditions shown in Table 2 and then cooled with water to carry out solution treatment.
  • the solution treated material was cut, and cold working (drawing) was performed under the conditions shown in Table 2 to obtain a cold worked material.
  • the cold-worked material was heated and held in an atmospheric furnace under the conditions shown in Table 2 and then water-cooled to carry out an aging treatment.
  • the obtained aged material was subjected to cold working (drawing) under the conditions shown in Table 2 to obtain various copper alloy materials.
  • the obtained copper alloy material was evaluated for component composition, Vickers hardness, conductivity, tensile strength, and wear resistance.
  • Example 2 A copper alloy material having the composition shown in Table 4 was obtained in the same manner as in Example 1 described above. The manufacturing conditions are shown in Table 5. And the Vickers hardness in each temperature was evaluated about the obtained copper alloy material. The evaluation results are shown in Table 6.
  • Comparative Example 21 in which the second cold working was not performed without adding Sn, the Vickers hardness at 20° C. was as low as 120 Hv. Further, the Vickers hardness at 600° C. was 89 Hv and the Vickers hardness at 700° C. was 65 Hv, indicating that the Vickers hardness at high temperature was insufficient. In Comparative Example 22 in which the second cold working (working rate 13%) was performed without adding Sn, the Vickers hardness at 20° C. was 148 Hv. Further, the Vickers hardness at 600° C. was 110 Hv and the Vickers hardness at 700° C. was 85 Hv, indicating that the Vickers hardness at high temperature was insufficient.
  • the Vickers hardness at 20° C. was 181 Hv, which was extremely high. Further, the Vickers hardness at 600° C. was 130 Hv and the Vickers hardness at 700° C. was 106 Hv, and the Vickers hardness at high temperature could be sufficiently maintained.
  • a copper alloy material a commutator piece, and an electrode material that have particularly excellent wear resistance and have stable characteristics even at high temperatures, and that can prolong the service life of configured components. it can.

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Abstract

Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされており、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上であることを特徴とする。

Description

銅合金材、整流子片、電極材
　本発明は、例えば、直流機の整流子や電極材等の耐摩耗性が要求される用途に使用される部品の素材として、特に適した銅合金材に関するものである。
　本願は、２０１９年２月２０日に日本に出願された特願２０１９－０２８０４８号及び２０２０年１月１５日に日本に出願された特願２０２０－００４２０３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、直流電動機や直流発電機等の直流機においては、上述の整流子が給電ブラシと接触する構造とされているため、整流子を構成する整流子片には、優れた耐摩耗性、及び、高い導電率が要求されている。また、抵抗溶接用の電極材や放電加工用の電極材においては、耐摩耗性、導電率に加えて、高温での耐摩耗性も要求される。
　従来、整流子片や電極材を構成する材料としては、銀入り銅、無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅等が使用されていたが、さらに耐摩耗性を向上させるために、例えば、特許文献１－３に開示された様々な銅合金が提案されている。
　例えば、特許文献１においては、Ｆｅ：０．０２～０．５ｗｔ％、Ｐ：０．０２～０．１５ｗｔ％、Ａｇ：０．０１～０．３ｗｔ％、を含有する銅合金が提案されている。
　また、特許文献２においては、ジルコニウム（Ｚｒ）を０．０１～０．２ｗｔ％含有させた銅合金が提案されている。
　さらに、特許文献３においては、Ｓｉ：０．１～１．０ｗｔ％を含む銅合金が提案されている。
日本国特開平０２－０２５５３１号公報（Ａ） 日本国特開平０９－０７１８４９号公報（Ａ） 日本国特開平０９－２６３８６４号公報（Ａ）
　ところで、最近では、上述の直流電動機及び直流発電機、並びに、抵抗溶接機及び放電加工機の小型化及び大出力化等にともない、これらに用いられる整流子片及び電極材等においては、従来にも増して厳しい環境下で使用されることになる。このため、従来よりも、さらに耐摩耗性に優れ、長寿命化を図ることが求められている。なお、整流子片及び電極材以外の部品等においては、長寿命化を図るために、耐摩耗性を向上させることが求められている。また、これらの部品においては、高温条件で使用されることがあり、高温でも安定した特性を有することが求められる。
　ここで、特許文献１－３に開示された銅合金においては、耐摩耗性が未だ不十分であり、これらの銅合金で構成された部品の長寿命化を図ることができなかった。
　この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、耐摩耗性に特に優れるとともに高温でも安定した特性を有し、構成した部品の長寿命化を図ることが可能な銅合金材、整流子片、電極材を提供することを目的としている。
　上記の課題を解決するために、本発明の銅合金材は、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされており、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上であることを特徴としている。
　この構成の銅合金材においては、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で、それぞれ含有しているので、時効処理によって微細な析出物を析出させることができ、析出硬化によって、硬さを向上させることができる。
　また、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、固溶硬化によって、硬さを向上させることができる。
　さらに、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、上述のＺｒ及びＣｒとＰとが反応することでＺｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物が生成される。これらＺｒ－Ｐ化合物およびＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物は、高温でも安定であることから、高温条件下で使用した場合であっても、硬さが低下することがない。
　そして、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上とされているので、耐摩耗性に特に優れている。
　よって、この銅合金材で構成した部品の長寿命化を図ることが可能となる。
　ここで、本発明の銅合金材においては、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有するものとしてもよい。
　この場合、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有しているので、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物が生成しても、硬さ向上に寄与するＣｕ－Ｚｒ析出物の個数が確保され、硬さの向上を確実に図ることができる。
　また、本発明の銅合金材においては、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するものとしてもよい。
　この場合、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するので、Ｓｎの固溶による導電率の低下を、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物の生成による導電率の上昇によって補うことができ、優れた導電性（熱伝導性）を確保することができる。よって、導電性（熱伝導性）が要求される用途に好適に使用することが可能となる。
　また、本発明の銅合金材においては、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下含んでいてもよい。
　この場合、Ｓｉが銅の母相中に固溶することにより、固溶硬化によってさらなる硬さの向上を図ることができる。
　また、本発明の銅合金材においては、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていることが好ましい。
　この場合、不純物元素であるＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下に制限されているので、導電性（熱伝導性）の低下を抑制することができる。よって、導電性（熱伝導性）が要求される用途に好適に使用することが可能となる。
　さらに、本発明の銅合金材においては、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。
　この場合、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上とされているので、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物が生成しており、硬さを十分に向上させることができる。また、導電性（熱伝導性）が要求される用途に特に適している。
　また、本発明の銅合金材においては、引張強度が４７０ＭＰａ以上であることが好ましい。
　この場合、引張強度が４７０ＭＰａ以上であるので、十分な強度を有しており、使用時における変形を抑制でき、各種部品の素材として良好に用いることができる。
　本発明の整流子片は、上述の銅合金材からなることを特徴としている。
　この構成の整流子片によれば、上述の銅合金材で構成されていることから、硬く耐摩耗性に優れ、高温条件下で使用した場合であっても硬さが低下することがなく、安定して使用することができるとともに、使用寿命を延長することができる。
　本発明の電極材は、上述の銅合金材からなることを特徴としている。
　この構成の電極材によれば、上述の銅合金材で構成されていることから、硬く耐摩耗性に優れ、高温条件下で使用した場合であっても硬さが低下することがなく、安定して使用することができるとともに、使用寿命を延長することができる。
　本発明によれば、耐摩耗性に特に優れるとともに高温でも安定した特性を有し、構成した部品の長寿命化を図ることが可能な銅合金材、整流子片、電極材を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態である銅合金材の製造方法のフロー図である。
　以下に、本発明の一実施形態である銅合金材について説明する。
　本実施形態である銅合金材は、例えば、直流機の整流子を構成する整流子片、並びに、放電加工用又抵抗溶接用の電極材等の特に優れた耐摩耗性が要求される部品の素材として用いられるものである。
　また、本実施形態である銅合金材は、部品を成形する際の加工方法に応じた形状とされており、例えば、板条材、線棒材、管材をなすものとされている。
　そして、本実施形態である銅合金材は、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされている。
　そして、本実施形態である銅合金材においては、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上とされている。
　ここで、本実施形態である銅合金材においては、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有することが好ましい。
　また、本実施形態である銅合金材においては、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有することが好ましい。
　さらに、本実施形態である銅合金材においては、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
　また、本実施形態である銅合金材においては、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていてもよい。
　そして、本実施形態である銅合金材においては、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。
　また、本実施形態である銅合金材においては、引張強度が４７０ＭＰａ以上であることが好ましい。
　ここで、本実施形態である銅合金材において、上述のように、成分組成、特性を規定した理由について、以下に説明する。
（Ｃｒ：０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下）
　Ｃｒは、時効処理によって母相の結晶粒内にＣｒ系析出物を微細に析出させることにより、硬さ（強度）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
　ここで、Ｃｒの含有量が０．３ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、硬さ（強度）及び導電率の向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｃｒの含有量が０．７ｍａｓｓ％を超える場合には、比較的粗大なＣｒ晶出物が生成し、欠陥の原因となるおそれがある。
　以上のことから、本実施形態では、Ｃｒの含有量を０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
　なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｃｒの含有量の下限を０．４ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｃｒの含有量の上限を０．６ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（Ｚｒ：０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下）
　Ｚｒは、時効処理によって母相の結晶粒界にＺｒ系析出物（例えばＣｕ－Ｚｒ）を微細に析出することにより、硬さ（強度）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
　ここで、Ｚｒの含有量が０．０２５ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、硬さ（強度）及び導電率の向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｚｒの含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率が低下してしまうおそれがあるとともに、Ｚｒ系析出物が粗大化し、硬さ（強度）を向上させる効果が得られないおそれがある。
　以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量を０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
　なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｚｒの含有量の下限を０．０５ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｚｒの含有量の上限を０．１３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（Ｓｎ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下）
　Ｓｎは、銅の母相中に固溶することによって、硬さ（強度）を向上させる作用効果を有する元素である。また、軟化特性のピーク温度を上昇させる作用効果も有する。
　ここで、Ｓｎの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、固溶による硬さ（強度）を向上させる効果が十分に得られないおそれがある。また、Ｓｎの含有量が０．０４ｍａｓｓ％を超える場合には、導電性（熱伝導性）が低下してしまうおそれがある。
　以上のことから、本実施形態では、Ｓｎの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
　なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｎの含有量の下限を０．０１ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｓｎの含有量の上限を０．０３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（Ｐ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下）
　Ｐは、ＺｒおよびＣｒとともに、高温で安定なＺｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物を生成し、高温状態における結晶粒径の粗大化を抑制する作用効果を有する元素である。このため、高温で使用した場合に硬さが低下することを抑制できる。
　ここで、Ｐの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物が十分に生成せず、高温状態における結晶粒径の粗大化を抑制する効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｐの含有量が０．０３ｍａｓｓ％を超える場合には、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物が過剰に生成し、硬さ（強度）の向上に寄与するＣｕ－Ｚｒ析出物の個数が不足し、硬さ（強度）の向上を図ることができなくなるおそれがある。
　以上のことから、本実施形態では、Ｐの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
　なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｐの含有量の下限を０．００８ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｐの含有量の上限を０．０２０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（２０℃でのビッカース硬さ：１４９Ｈｖ以上）
　本実施形態である銅合金材においては、耐摩耗性が要求される用途で使用される部品の素材として用いられるものである。このため、ビッカース硬さを十分に向上させることが必要となる。
　ここで、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ未満の場合には、十分な耐摩耗性を確保することができないおそれがある。
　以上のことから、本実施形態の銅合金材においては、ビッカース硬さを１４９Ｈｖ以上に設定している。
　なお、本実施形態の銅合金材のビッカース硬さは１５５Ｈｖ以上とすることが好ましく、１６０Ｈｖ以上とすることがさらに好ましい。
　ビッカース硬さの上限値については特に限定されないが、本実施形態である銅合金材においては、２０℃でのビッカース硬さが２２０Ｈｖ以下、より好ましくは２００Ｈｖ以下とされている。
（〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕：５超え）
　上述のように、Ｐは、Ｚｒと反応して、高温で安定なＺｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物を生成する。
　ここで、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）との比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕が５を超える場合には、Ｐに対するＺｒの量が確保され、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物の生成によって、硬さ（強度）の向上に寄与するＣｕ－Ｚｒ析出物の個数を確保することができ、硬さ（強度）の向上を確実に図ることができる。
　以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量とＰの含有量の比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕が５を超えるように設定することが好ましい。
　なお、硬さ（強度）の向上に寄与するＣｕ－Ｚｒ析出物の個数を確実に確保するためには、Ｚｒの含有量とＰの含有量の比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕を７以上とすることがさらに好ましい。
（〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕：５以下）
　上述のように、Ｓｎは、銅の母相に固溶することによって導電性（熱伝導性）を低下させる。一方、Ｐは、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物を生成することで導電性（熱伝導性）を向上させる。
　ここで、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）との比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が５以下である場合には、Ｐに対するＳｎの量が抑えられ、Ｓｎの固溶による導電性（熱伝導性）の低下を、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物の生成による導電性（熱伝導性）の向上によって補うことができる。
　以上のことから、導電性（熱伝導性）が要求される場合には、Ｓｎの含有量とＰの含有量の比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が５以下となるように設定することが好ましい。
　なお、導電性（熱伝導性）を確実に向上させるためには、Ｓｎの含有量とＰの含有量の比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕を３以下とすることがさらに好ましい。
（Ｓｉ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下）
　Ｓｉは、銅の母相中に固溶することによって、硬さ（強度）を向上させる作用効果を有する元素であり、必要に応じて添加してもよい。
　ここで、Ｓｉの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、固溶による硬さ（強度）向上効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｓｉの含有量が０．０３ｍａｓｓ％を超える場合には、導電性（熱伝導性）が低下してしまうおそれがある。
　以上のことから、本実施形態においてＳｉを添加する場合には、Ｓｉの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましい。
　なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｉの含有量の下限を０．０１０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｓｉの含有量の上限を０．０２５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。また、Ｓｉを意図的に添加せずに上述の作用効果を期待しない場合には、０．００５ｍａｓｓ％未満のＳｉが含まれていてもよい。
（Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量：０．０３ｍａｓｓ％以下）
　Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉといった元素は、導電性（熱伝導性）を大きく低下させるおそれがある。このため、高い導電性（熱伝導性）が要求される場合には、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量を０．０３ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
　さらに、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
（その他の不可避不純物）
　なお、上述したＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉ以外のその他の不可避的不純物としては、Ｂ、Ａｇ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ，Ｔｃ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｐｏ，Ｂｉ，ランタノイド、Ｏ，Ｓ，Ｃ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、導電性（熱伝導性）を低下させるおそれがあるため、総量で０．０５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
（導電率：７０％ＩＡＣＳ以上）
　本実施形態である銅合金材において、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上である場合には、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物が生成していることになる。よって、強度及び導電性（熱伝導性）に優れるとともに、高温条件下で使用した場合でも結晶粒径の粗大化を抑制することが可能となる。
　以上のことから、本実施形態の銅合金材においては、導電率を７０％ＩＡＣＳ以上とすることが好ましい。
　なお、本実施形態の銅合金材の導電率は７５％ＩＡＣＳ以上とすることがさらに好ましい。
　導電率の上限値については特に限定されないが、本実施形態である銅合金材においては、銅合金材の導電率が９０％ＩＡＣＳ以下、より好ましくは８７％ＩＡＣＳ以下、さらにより好ましくは８５％ＩＡＣＳ以下とされている。
（引張強度：４７０ＭＰａ以上）
　本実施形態である銅合金材において、引張強度が４７０ＭＰａ以上である場合には、十分な強度を確保することができ、使用時における変形を抑制することができる。
　以上のことから、本実施形態の銅合金材においては、引張強度を４７０ＭＰａ以上とすることが好ましい。
　なお、本実施形態の銅合金材の引張強度は５１０ＭＰａ以上とすることがさらに好ましい。
　引張強度の上限値については特に限定されないが、本実施形態である銅合金材においては、銅合金材の引張強度が６２０ＭＰａ以下、より好ましくは６００Ｈｖ以下とされている。
　次に、本発明の一実施形態に係る銅合金材の製造方法を、図１のフロー図を参照して説明する。
（溶解・鋳造工程Ｓ０１）
　まず、銅の純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を、カーボンるつぼに装入し、真空溶解炉を用いて溶解し、銅溶湯を得る。次いで、得られた溶湯に、所定の濃度となるように前述の添加元素を添加して、成分調製を行い、銅合金溶湯を得る。
　ここで、添加元素であるＣｒ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｐの原料としては、例えばＣｒの原料は純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｚｒの原料は純度９９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｓｎの原料は純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、ＰはＣｕとの母合金を用いることが好ましい。なお、必要に応じてＳｉを添加してもよい。Ｓｉを添加する場合には、Ｃｕとの母合金を用いることが好ましい。
　そして、成分調製された銅合金溶湯を鋳型に注湯して銅合金鋳塊を得る。
（熱間加工工程Ｓ０２）
　次に、得られた銅合金鋳塊に対して熱間加工を実施する。ここで、熱間加工の条件は、温度：５００℃以上１０００℃以下、加工率：３０％以上９５％以下、とすることが好ましい。また、この熱間加工後、直ちに水冷によって冷却する。
　なお、熱間加工工程Ｓ０２における加工方法については、特に限定はないが、最終形状が板や条の場合は圧延を適用すればよい。また、最終形状が線や棒の場合には、押出や溝圧延を適用すればよい。また、最終形状がバルク形状の場合には、鍛造やプレスを適用すればよい。
（溶体化処理工程Ｓ０３）
　次いで、熱間加工工程Ｓ０２で得られた熱間加工材を、保持温度：９００℃以上１０５０℃以下、保持温度での保持時間：０．５時間以上６時間以下、の条件で加熱して、その後水冷することにより、溶体化処理を行う。加熱は、例えば大気または不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
（第１冷間加工工程Ｓ０４）
　次に、溶体化処理工程Ｓ０３を経た溶体化処理材に対して冷間加工を実施する。ここで、第１冷間加工工程Ｓ０４においては、加工率を３０％以上９０％以下の範囲内とすることが好ましい。
　なお、第１冷間加工工程Ｓ０４における加工方法については、特に限定はないが、最終形状が板や条の場合は圧延を適用すればよい。また、最終形状が線や棒の場合には、引抜や溝圧延を適用すればよい。また、最終形状がバルク形状の場合には、鍛造やプレスを適用すればよい。
（時効処理工程Ｓ０５）
　次に、冷間加工工程Ｓ０４で得られた冷間加工材に対して時効処理を実施し、Ｃｒ系析出物及びＺｒ系析出物などの析出物を微細に析出させる。
　ここで、時効処理の条件は、保持温度：４００℃以上６００℃以下、保持温度での保持時間：０．５時間以上６時間以下、の条件で行うことが好ましい。
　なお、時効処理時の熱処理方法は、特に限定しないが、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。また、加熱後の冷却方法は、特に限定しないが、水冷によって急冷することが好ましい。
（第２冷間加工工程Ｓ０６）
　次に、時効処理工程Ｓ０５を経た時効処理材に対して冷間加工を実施する。ここで、第２冷間加工工程Ｓ０６においては、加工率を１０％以上８０％以下の範囲内とすることが好ましい。
　なお、第２冷間加工工程Ｓ０６における加工方法については、特に限定はないが、最終形状が板や条の場合は圧延を適用すればよい。また、最終形状が線や棒の場合には、引抜や溝圧延を適用すればよい。また、最終形状がバルク形状の場合には、鍛造やプレスを適用すればよい。
　このような工程により、本実施形態である銅合金材が製造される。
　以上のような構成とされた本実施形態に係る銅合金材によれば、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で、それぞれ含有しているので、時効処理によって微細な析出物を析出させることができ、析出硬化によって、硬さを向上させることができる。
　また、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、固溶硬化によって、硬さを向上させることができる。
　さらに、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、上述のＺｒ及びＣｒとＰとが反応することでＺｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物が生成される。これらＺｒ－Ｐ化合物およびＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物は、高温でも安定であることから、高温条件下で使用した場合であっても、硬さが低下することがない。
　そして、本実施形態に係る銅合金材においては、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上とされているので、耐摩耗性に特に優れている。
　また、本実施形態の銅合金材において、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有するものとした場合には、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物が生成しても、硬さ向上に寄与するＣｕ－Ｚｒ析出物の個数が確保され、硬さの向上を図ることができる。
　さらに、本実施形態の銅合金材において、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するものとした場合には、Ｓｎの固溶による導電率の低下を、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物の生成による導電率の上昇によって補うことができ、優れた導電性（熱伝導性）を確保することができる。
　よって、導電性（熱伝導性）が要求される用途に使用する場合には、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するものとすることが好ましい。
　また、本実施形態の銅合金材において、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下含んでいる場合には、Ｓｉが銅の母相中に固溶することで、固溶硬化によってさらなる硬さの向上を図ることができる。
　また、本実施形態の銅合金材において、不純物元素であるＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされている場合には、導電性（熱伝導性）の低下を抑制することができる。
　よって、導電性（熱伝導性）が要求される用途に使用する場合には、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量を０．０３ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
　さらに、本実施形態の銅合金材において、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上とされている場合には、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ－Ｐ化合物あるいはＣｒ－Ｚｒ－Ｐ化合物が生成しており、硬さを十分に向上させることができる。
　また、導電率が確保されているので、導電性（熱伝導性）が要求される用途に特に適している。
　また、本実施形態の銅合金材において、引張強度が４７０ＭＰａ以上とされている場合には、十分な強度が確保されており、使用時における変形を抑制でき、各種部品の素材として良好に用いることができる。
　本実施形態である銅合金材で構成された整流子片、及び、電極材においては、硬く耐摩耗性に優れ、高温条件下で使用した場合であっても硬さが低下することがなく、安定して使用することができるとともに、使用寿命を延長することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、銅合金材の製造方法については、本実施形態に限定されることはなく、他の製造方法によって製造されたものであってもよい。例えば、溶解・鋳造工程において連続鋳造装置を用いてもよい。
　以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
（実施例１）
　純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これをカーボンるつぼに装入し、真空溶解炉（真空度１０－２Ｐａ以下）で溶解し、銅溶湯を得た。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成となるように調製し、５分間保持した後、銅合金溶湯を鋳鉄製の鋳型に注湯して銅合金鋳塊を得た。銅合金鋳塊の断面寸法は、幅約６０ｍｍ、厚さ約１００ｍｍとした。
　なお、添加元素であるＣｒの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上、Ｚｒの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上、Ｓｎの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のものを使用した。ＰはＣｕ－Ｐ母合金を使用した。
　次に、得られた銅合金鋳塊に対して、表２に示す条件で熱間圧延を実施し、熱間圧延材を得た。
　この熱間圧延材に対して、表２に示す条件で加熱保持した後に水冷し、溶体化処理を実施した。
　次に、上述の溶体化処理材を切断し、表２に示す条件で冷間加工（引抜加工）を実施し、冷間加工材を得た。
　この冷間加工材に対して、大気炉で表２に示す条件で加熱保持した後に水冷し、時効処理を実施した。
　得られた時効処理材に対して、表２に示す条件で冷間加工（引抜加工）を実施し、各種銅合金材を得た。
　得られた銅合金材について、成分組成、ビッカース硬さ、導電率、引張強度、耐摩耗性を評価した。
（成分組成）
　得られた銅合金材の成分組成は、ＩＣＰ－ＭＳ分析によって測定した。その結果、表１に示す組成であることを確認した。
（ビッカース硬度）
　ＪＩＳ　Ｚ　２２４４に準じて、株式会社アカシ製ビッカース硬度試験機により、試験片の９か所でビッカース硬さを測定し、その最大値及び最小値を除外した７つの測定値の平均値を求めた。評価結果を表３に示す。
（導電率）
　日本フェルスター社製ＳＩＧＭＡ　ＴＥＳＴ　Ｄ２．０６８（プローブ径φ６ｍｍ）を用いて、１０×１５ｍｍのサンプルの断面中心部を３回測定し、その平均値を求めた。評価結果を表３に示す。
（引張強度）
　島津製作所製ＡＧ－Ｘ　２５０ｋＮを用い、標点間距離を２５０ｍｍに設定後、クロスヘッドスピード１００ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を２回以上実施し、その平均値を求めた。評価結果を表３に示す。
（耐摩耗性）
　東京衝機製造所製アムスラー型摩耗試験機を用い、φ３２ｍｍ×１０ｍｍ上部銅合金試験片と、ＳＵＳ製のφ４８ｍｍ×１０ｍｍの下部試験片を転がり滑り摩耗方式で、試験荷重５０ｋｇｆ、回転速度上部１８８ｒｐｍ、下部２０９ｒｐｍで回転させ、摩耗重量を測定した。評価結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｐの含有量が本発明の範囲外とされた比較例１－９においては、いずれも摩耗量が多くなり、耐摩耗性が不十分であった。
　これに対して、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｐの含有量が本発明の範囲内とされ、ビッカース硬さが１３０Ｈｖ以上とされた本発明例１－１３においては、摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れていた。
（実施例２）
　上述した実施例１と同様の方法にて、表４に示す組成の銅合金材を得た。なお、製造条件を表５に示す。
　そして、得られた銅合金材について、各温度でのビッカース硬さを評価した。評価結果を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　Ｓｎを添加せずに第２冷間加工を実施しなかった比較例２１においては、２０℃でのビッカース硬度が１２０Ｈｖと低くなった。また、６００℃でのビッカース硬度が８９Ｈｖ、７００℃でのビッカース硬さが６５Ｈｖであり、高温でのビッカース硬さが不十分であった。
　Ｓｎを添加せずに第２冷間加工（加工率１３％）を実施した比較例２２においては、２０℃でのビッカース硬度が１４８Ｈｖであった。また、６００℃でのビッカース硬度が１１０Ｈｖ、７００℃でのビッカース硬さが８５Ｈｖとなっており、高温でのビッカース硬さが不十分であった。
　これに対して、本発明の組成範囲であり、第２冷間加工（加工率１３％）を実施した本発明例２１においては、２０℃でのビッカース硬さが１８１Ｈｖと非常に高くなった。また、６００℃でのビッカース硬度が１３０Ｈｖ、７００℃でのビッカース硬さが１０６Ｈｖであり、高温でのビッカース硬さを十分に維持することができた。
　以上のことから、本発明例によれば、耐摩耗性に特に優れるとともに高温でも安定した特性を有し、構成した部品の長寿命化を図ることが可能な銅合金材を提供可能であることが確認された。
　本発明によれば、耐摩耗性に特に優れるとともに高温でも安定した特性を有し、構成した部品の長寿命化を図ることが可能な銅合金材、整流子片、電極材を提供することができる。

Claims (9)

  1. 　Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされており、
    　２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上であることを特徴とする銅合金材。
  2. 　Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、
    　〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５
    の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の銅合金材。
  3. 　Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、
    　〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５
    の関係を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の銅合金材。
  4. 　さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の銅合金材。
  5. 　Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の銅合金材。
  6. 　導電率が７０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の銅合金材。
  7. 　引張強度が４７０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の銅合金材。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の銅合金材からなることを特徴とする整流子片。
  9. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の銅合金材からなることを特徴とする電極材。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6141751A (ja) * 1984-08-03 1986-02-28 Sumitomo Light Metal Ind Ltd リ−ドフレ−ム用銅合金材の製造法
JPH0593230A (ja) * 1990-12-20 1993-04-16 Toshiba Corp リードフレーム材
JP2017088949A (ja) * 2015-11-09 2017-05-25 三菱マテリアル株式会社 銅合金素材
JP2019094530A (ja) * 2017-11-21 2019-06-20 三菱マテリアル株式会社 鋳造用モールド材、及び、銅合金素材

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0492987B1 (en) * 1990-12-20 1995-06-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Copper alloys and lead frames made therefrom

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6141751A (ja) * 1984-08-03 1986-02-28 Sumitomo Light Metal Ind Ltd リ−ドフレ−ム用銅合金材の製造法
JPH0593230A (ja) * 1990-12-20 1993-04-16 Toshiba Corp リードフレーム材
JP2017088949A (ja) * 2015-11-09 2017-05-25 三菱マテリアル株式会社 銅合金素材
JP2019094530A (ja) * 2017-11-21 2019-06-20 三菱マテリアル株式会社 鋳造用モールド材、及び、銅合金素材

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