【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
「産業上の利用分野」
この発明は、シーム溶接等に使用する円盤形電
極材の製法に関し、水アトマイズ法と内部酸化処
理と熱間静水圧成形とを巧みに施すことにより、
耐クラツク性に優れて強度が高く、しかも、径の
大きな円盤形電極材を得ることができるようにす
るものである。
「従来技術」
円盤形の一対の電極材の間に板状の被溶接物を
挟んで加圧し、電極材を回転させながら連続的に
溶接を行うシーム溶接装置にあつては、近年、直
径が100mm以上の電極材を使用する傾向にある。
ところで、上記電極材は、導電性に富み、耐熱
性や強度面で優れる必要があるために、従来、酸
化アルミニウムで分散強化した銅合金によつて形
成されることがある。そして、この銅合金で電極
材を製造する場合には、製造工程の終段階で押出
しを行つて強度を更に高めるようにしている。
「発明が解決しようとする問題点」
一般の押出法に使用される被加工素材の外径
（すなわち、押出法に使用するコンテナの内径）
は、プレス能力の制限等があつて、現在、最大で
200〜300mm程度が通常であり、また、電極材に必
要な強度を得るためには、押出比を10以上とする
ことが好ましいが、これらの制限から、現状で
は、押出比を少なめにしたとしても、直径100mm
以上の電極材の製造は困難性が高く、製造できた
としても耐久性、耐クラツク性に問題を生じるこ
とが多い。
「発明の目的」
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたも
ので、強度が高く耐クラツク性に富み、かつ、直
径の大きな円盤形電極材を製造できる方法の提供
を目的とする。
「問題点を解決するための手段」
この発明は、Cu（銅）−Al（アルミニウム）合金
溶湯を水アトマイズ法により粉末化して得られた
合金粉末と、Cu2O（酸化第１銅）粉末とを混合し
て混合粉末を得、この混合粉末に内部酸化処理を
施した後に、熱間静水圧成形を施すようにするも
のである。
「作用」
内部酸化処理によつて混合粉末内のAlがAl2O
に、Cu2OがCuになつて分散強化型銅合金化する
とともに、熱間静水圧成形によつて高温高圧で成
形することにより、100mm以上の直径の円盤形電
極材の形成が可能になる。
「実施例」
円盤形電極材を形成するには、まず、Cu−Al
合金の溶湯を不活性ガス雰囲気中にて水アトマイ
ズ法により粉末化して合金粉末を得る。ここで、
上記Cu−Al合金は、電気抵抗溶接用電極をはじ
めとする電極等の伸び、強度等の機械的特性を要
求される導電性材料としての利用を考慮すると、
Al0.1〜1.5％（重量％、以下同じ）、残部が本質
的にCuからなるCu−Al合金が特に好ましい。ま
た、水アトマイズ法によつて粉末化するのが、溶
湯が噴霧され微細化して冷却する際に冷却速度が
大きいので粒子表面に酸化膜が形成されにくいた
め好ましく、特にアルゴン等の不活性ガス雰囲気
中に水アトマイズすることが、引張り硬度および
伸びの向上を通してクラツク発生を防止できるの
で好ましい。
そして、このようにして得られた合金粉末のう
ち、粒径が300μｍ以下の粉末粒子よりなり、粒
径が50μｍ以下、特に44μｍ以下が70％以上とな
るような粒径分布のものを選択的に用いる。
300μｍ以上の粒径を有する粉末が含まれると、
合金粉末を充分に内部酸化するためには長大な時
間を要し、実用上好ましくない。
また粒径が300μｍ以下の粉末のみを用いると
しても、50μｍ以下の部分が70％未満のものを用
いると、所望の伸びおよび強度の向上を通じたク
ラツク発生防止の硬化が得られない。
次に上記の粒径の合金粉末とCu2O粉末とを混
合して混合粉末を得、この場合粉末に内部酸化処
理を施す。ここでCu2O粉末は、上記Cu−Al合金
粉末よりも更に小粒径のものであることが、内部
酸化の促進のため好ましく、より具体的には、た
とえば電解法により得られた10μｍ以下の微粉末
が好ましく用いられる。また、このCu2O粉末は、
Cu−Al合金の粉末のすべてを内部酸化するため
に、ほぼ化学当量あるいは少過剰で用いられる。
内部酸化に当つては、Cu−Al合金粉末と所定
量のCu2O粉末との緊密な混合粉末を得、この混
合粉末を不活性ガス雰囲気中、たとえば750〜950
℃の温度で30分〜10時間、加熱して内部酸化を実
施する。これにより合金粉末中のAlは実質的に
全てがAl2Oへと酸化され、Cu2Oは還元されてCu
となる。この際、過剰のCu2Oを用いた場合には、
H2雰囲気中、たとえば700〜900℃で加熱して余
剰のCu2Oを還元する。途中、内部酸化工程ある
いは還元工程の後に、混合粉末のケーキ化が起つ
た場合には、適宜粉砕して60μｍ以下の粒子部分
を次工程へ用いることが好ましい。
このようにして得られた内部酸化法による混合
粉末は続いて上記マトリクス金属と同材質である
Cu製薄肉パイプ中への充填（だたし、このパイ
プ内面には離型材としてAl2O3粉末をまぶしてお
く）、パイプ内の排気、パイプの封止を行つた後
に、熱間静水圧成形法（Hot Isostatic
Compacting Process）を施し、所要の直径の丸
棒を得る。なお、熱間静水圧成形法の条件として
は、温度が500℃であれば圧力を3MPa以上（好
ましくは50MPa以上）で300MPa以下とするとと
もに、温度が1050℃であれば圧力を最大50MPa
とするのが好ましく、温度は500℃〜1050℃、成
形時間は５分以上１時間以内が好ましい。ここで
温度を500〜1050℃の範囲としたのは、500℃未満
の温度では充分な強度が得られないためであり、
1050℃を超えるようではAl2O3粒子が粗大化して
硬度が低下するためである。また、30MPa以下
の圧力で、しかも、500℃以下の温度で成形した
場合には、粉体の合体が不充分になつて機械強度
の優れた形成体は得られない。
そして次に、上記のように形成された丸棒を輪
切りにして円盤状の電極材を得る。このようにし
て形成された電極材は、高温高圧で、しかも、外
面の全方向から均一に加圧される熱間静水圧成形
法によつて混合粉末を成形して形成されるため
に、直径が100mm以上の電極材を形成しても、そ
の強度と硬さ、および、耐クラツク性は良好にな
る。
「製造例」
電解銅（純度99.9％）および所定量のアルミニ
ウムを誘導加熱炉にて溶解し、水アトマイズによ
り0.40％Al−Cu残の組成を有するCu−Al合金粉
末を得た。このCu−Al合金粉末100部（重量部、
以下同じ）に対して、平均粒径が１〜2μｍの
Cu2O粉末を3.2部混合し、得られた混合粉末をそ
れぞれ銅製の容器に入れ、不活性ガス雰囲気中で
密閉し、950℃で１時間加熱して、内部酸化を行
つた。これにより、Alは全てAl2O3に酸化され、
Cu2Oは殆んど金属銅に還元された。次いで上記
粉末を、水素気流中、800℃で１時間の還元処理
を行い、余剰の酸素を除去した。
このようにして得られた各粉末のうちの一方を
外径300mm、肉厚５mmの銅パイプに真空封入し、
熱間押出しによつて直径160mmの丸棒を得、この
丸棒を輪切りにして直径150mm、厚さ12mmの円盤
形電極材を得、これを比較例１とする。また、上
記各粉末のうちの他方を外径220mm、肉厚５mmの
銅パイプに真空封入し、温度900℃、圧力
150MPaにて１時間、Arガス中にて熱間静水圧成
形を施して直径160mmの丸棒を得、この丸棒を輪
切りにして直径150mm、厚さ12mmの円盤形電極材
を得、これを製造例１とする。比較例１と製造例
１の各々の電極材を用いて溶接テストを行い、そ
の結果を第２表に示す。なお、溶接テストは、厚
さ0.8mmの軟鋼板をシーム溶接するものとし、電
極材の加圧力を320Kg、電流を12500A、通電時間
３サイクル休止時間３サイクル、溶接速度1145
mm／分、溶接点数長さ50mmあたり28箇所とした。
"Industrial Application Field" This invention relates to a method for manufacturing disc-shaped electrode materials used for seam welding, etc., by skillfully applying water atomization, internal oxidation treatment, and hot isostatic pressing.
It is possible to obtain a disk-shaped electrode material having excellent crack resistance, high strength, and a large diameter. ``Prior art'' In recent years, seam welding equipment that presses a plate-shaped object to be welded between a pair of disc-shaped electrode materials and continuously welds while rotating the electrode materials has recently been There is a tendency to use electrode materials of 100 mm or more. By the way, since the above-mentioned electrode material needs to be rich in conductivity and excellent in terms of heat resistance and strength, it is conventionally sometimes formed of a copper alloy dispersion-strengthened with aluminum oxide. When an electrode material is manufactured using this copper alloy, extrusion is performed at the final stage of the manufacturing process to further increase the strength. "Problem to be solved by the invention" The outer diameter of the workpiece material used in general extrusion methods (i.e., the inner diameter of the container used in the extrusion method)
Due to limitations in press capacity, etc., currently the maximum
Normally, the extrusion ratio is about 200 to 300 mm, and in order to obtain the strength required for the electrode material, it is preferable to set the extrusion ratio to 10 or more. Also, diameter 100mm
It is very difficult to manufacture the above electrode materials, and even if they can be manufactured, there are often problems with durability and crack resistance. ``Object of the Invention'' The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a disk-shaped electrode material having high strength, excellent crack resistance, and a large diameter. "Means for Solving the Problems" This invention uses alloy powder obtained by pulverizing Cu (copper)-Al (aluminum) alloy molten metal by water atomization method and Cu 2 O (cuprous oxide) powder. A mixed powder is obtained by mixing the above, and after the mixed powder is subjected to an internal oxidation treatment, it is subjected to hot isostatic pressing. "Operation" Al in the mixed powder becomes Al 2 O through internal oxidation treatment.
In addition, Cu 2 O becomes Cu to form a dispersion-strengthened copper alloy, and by hot isostatic pressing at high temperature and pressure, it becomes possible to form a disc-shaped electrode material with a diameter of 100 mm or more. . “Example” To form a disc-shaped electrode material, first, Cu-Al
The molten alloy is pulverized by water atomization in an inert gas atmosphere to obtain alloy powder. here,
Considering the use of the above Cu-Al alloy as a conductive material that requires mechanical properties such as elongation and strength for electrodes such as electric resistance welding electrodes,
Particularly preferred is a Cu-Al alloy consisting of 0.1 to 1.5% Al (by weight, the same hereinafter) and the remainder essentially Cu. In addition, it is preferable to powderize by water atomization because when the molten metal is atomized and cooled, the cooling rate is high and it is difficult to form an oxide film on the surface of the particles, especially in an inert gas atmosphere such as argon. It is preferable to atomize water during this process because it can prevent cracks from occurring through improved tensile hardness and elongation. Then, among the alloy powders obtained in this way, those with a particle size distribution that consists of powder particles with a particle size of 300 μm or less, and in which 70% or more of the particle size is 50 μm or less, especially 44 μm or less, are selectively selected. used for
If powder with a particle size of 300μm or more is included,
It takes a long time to sufficiently internally oxidize the alloy powder, which is not practical. Further, even if only powder with a particle size of 300 μm or less is used, if less than 70% of the particle size is 50 μm or less, hardening to prevent cracking through the desired improvement in elongation and strength cannot be achieved. Next, an alloy powder having the above particle size and Cu 2 O powder are mixed to obtain a mixed powder, and in this case, the powder is subjected to internal oxidation treatment. Here, it is preferable that the Cu 2 O powder has an even smaller particle size than the above-mentioned Cu-Al alloy powder in order to promote internal oxidation. A fine powder of is preferably used. In addition, this Cu 2 O powder is
In order to internally oxidize all of the Cu-Al alloy powder, it is used in approximately chemical equivalents or in slight excess. For internal oxidation, a tightly mixed powder of Cu-Al alloy powder and a predetermined amount of Cu 2 O powder is obtained, and this mixed powder is heated to 750 to 950
Internal oxidation is carried out by heating at a temperature of 30 minutes to 10 hours. As a result, substantially all of the Al in the alloy powder is oxidized to Al 2 O, and Cu 2 O is reduced to Cu.
becomes. At this time, if excess Cu 2 O is used,
Excess Cu 2 O is reduced by heating in a H 2 atmosphere, for example at 700-900°C. If the mixed powder turns into a cake after the internal oxidation step or the reduction step, it is preferable to grind it appropriately and use the particle portion of 60 μm or less for the next step. The mixed powder obtained by the internal oxidation method is then made of the same material as the matrix metal described above.
After filling the Cu thin-walled pipe (the inner surface of the pipe is sprinkled with Al 2 O 3 powder as a release material), evacuating the pipe, and sealing the pipe, hot isostatic pressure is applied. Molding method (Hot Isostatic
Compacting Process) to obtain a round bar with the required diameter. The conditions for hot isostatic pressing are that if the temperature is 500℃, the pressure should be 3MPa or more (preferably 50MPa or more) and 300MPa or less, and if the temperature is 1050℃, the pressure should be set to the maximum. 50MPa
The temperature is preferably 500°C to 1050°C, and the molding time is preferably 5 minutes or more and 1 hour or less. The reason why the temperature is set in the range of 500 to 1050℃ is because sufficient strength cannot be obtained at temperatures below 500℃, and when the temperature exceeds 1050℃, the Al 2 O 3 particles become coarse and hardness decreases. This is to do so. Furthermore, when molding is performed at a pressure of 30 MPa or less and a temperature of 500° C. or less, the powders are insufficiently combined and a molded product with excellent mechanical strength cannot be obtained. Next, the round bar formed as described above is cut into rings to obtain disk-shaped electrode materials. The electrode material formed in this way is formed by molding the mixed powder using hot isostatic pressing, which applies pressure uniformly from all directions on the outer surface at high temperature and high pressure. Even if an electrode material with a diameter of 100 mm or more is formed, its strength, hardness, and crack resistance will be good. "Production Example" Electrolytic copper (purity 99.9%) and a predetermined amount of aluminum were melted in an induction heating furnace and water atomized to obtain a Cu-Al alloy powder having a composition of 0.40% Al-Cu balance. 100 parts of this Cu-Al alloy powder (parts by weight,
(same below), the average particle size is 1 to 2 μm.
3.2 parts of Cu 2 O powder was mixed, and each of the obtained mixed powders was placed in a copper container, sealed in an inert gas atmosphere, and heated at 950° C. for 1 hour to perform internal oxidation. As a result, all Al is oxidized to Al 2 O 3 ,
Most of the Cu 2 O was reduced to metallic copper. The powder was then subjected to a reduction treatment at 800° C. for 1 hour in a hydrogen stream to remove excess oxygen. One of the powders obtained in this way was vacuum sealed in a copper pipe with an outer diameter of 300 mm and a wall thickness of 5 mm.
A round bar with a diameter of 160 mm was obtained by hot extrusion, and this round bar was cut into rings to obtain a disc-shaped electrode material with a diameter of 150 mm and a thickness of 12 mm, which was used as Comparative Example 1. In addition, the other of the above powders was vacuum sealed in a copper pipe with an outer diameter of 220 mm and a wall thickness of 5 mm, at a temperature of 900°C and a pressure of
A round bar with a diameter of 160 mm was obtained by hot isostatic pressing in Ar gas at 150 MPa for 1 hour, and this round bar was sliced into rings to obtain a disc-shaped electrode material with a diameter of 150 mm and a thickness of 12 mm. is referred to as Production Example 1. Welding tests were conducted using the electrode materials of Comparative Example 1 and Manufacturing Example 1, and the results are shown in Table 2. In the welding test, mild steel plates with a thickness of 0.8 mm were seam welded, the pressure of the electrode material was 320 kg, the current was 12500 A, the energization time was 3 cycles, the rest time was 3 cycles, and the welding speed was 1145.
mm/min, and the number of welding points was 28 per 50 mm length.
【表】
第２表に示す結果により、本願発明による電極
材が従来方法による電極材よりも耐クラツク性に
勝り、耐久性に優れることが明らかである。
なお、熱間静水圧成形法によれば、直径50〜
500mmまでの棒体の成形が可能であり、これらの
棒体を輪切りにすれば、直径50〜500mmまでの円
板形電極の製造が可能になる。
「発明の効果」
以上説明したように、この発明は、Cu−Al合
金の溶湯を水アトマイズ法により粉末化して得ら
れた粉末粒子と、Cu2O粉末とを混合して混合粉
末を得、この混合粉末に内部酸化処理を施した後
に、熱間静水圧成形を施すようにしたものであ
り、内部酸化処理によつて混合粉末内のAlが
Al2Oに、Cu2OがCuになつて、Cu中にAl2を分散
配合させた分散強化型銅合金粉末を得、これを更
に熱間静水圧成形によつて、高温、高圧で均一に
圧密するため、直径の大きな、しかも、耐クラツ
ク性等の耐久性に優れた電極材を形成できる。[Table] From the results shown in Table 2, it is clear that the electrode material according to the present invention has better crack resistance and durability than the electrode material prepared by the conventional method. According to the hot isostatic pressing method, the diameter is 50~
It is possible to mold rods up to 500 mm in diameter, and by cutting these rods into rings, it is possible to manufacture disk-shaped electrodes with diameters of 50 to 500 mm. "Effects of the Invention" As explained above, the present invention provides a method for obtaining a mixed powder by mixing powder particles obtained by pulverizing a molten Cu-Al alloy by a water atomization method and Cu 2 O powder, This mixed powder is subjected to internal oxidation treatment and then hot isostatic pressing, and the internal oxidation treatment removes Al in the mixed powder.
In Al 2 O, Cu 2 O becomes Cu to obtain a dispersion-strengthened copper alloy powder in which Al 2 is dispersed in Cu, which is further homogenized at high temperature and pressure by hot isostatic pressing. Since the electrode material is compacted, it is possible to form an electrode material with a large diameter and excellent durability such as crack resistance.