JPS6199205A - 導電用複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、各種機械、器具に使用される導電用複合材料
に関するもので、特に導電性、耐軟化性、高温強度、耐
摩耗性等の特性に優れた複合材料に関するものである。

（背景技術） 銅および銅合金は導電性、強度、耐食性等に優れ、広範
な用途に使用されているが、耐軟化性、ＩＳ７！１強度
、耐摩耗性等の点で、さらに−月の高特性が要求゛され
るような場合には、無機物質などからなる粒子や繊維で
補強した強化型銅基合金が使用されたりしている。

従来、単に導電性と耐軟化性が必要な用途には、Ｃｕ−
Ａｇ合金、Ｃｕ−Ｃｒ系合金等の銅合金が使用される場
合もあったが、これらの銅合金では耐軟化１’ｌが１分
でなく、又−’、’ＩＵ強度でも不１分な点があった。

そのため、例えば溶接用電極などの導電性の他、耐軟化
性、高温強度などの必要な用途には、Ｃｕ−Ａ２２０３
分散強化型合金が時として用いられたりした。しかし、
従来このような合金は主として内部酸化法によって製造
されたので、生産性も優れず、価格的にも高価なものと
なってしまっていた。

（発明の開示） 本発明は、上述の問題点を解決するため成されたもので
、特殊な内層と外層より成る複合材料とすることにより
、導電性、耐軟化性、高温強度。

耐摩耗性等の特性に優れ、工業的に製造容易な導電用複
合材料を提供せんとするものである。

本発明は、Ｃ＾とＡｌのうちから選ばれた１種又は２種
の元素、合計テＯ，ｌ−１０重ｆｆｉ　％ト、Ａｌ２０
３＋Ｓ　ｉ　Ｃ，Ｓ　ｉ３Ｎ、＋およびＣよりなるグル
ープから選ばれた物質から成る粒子および短繊維よりな
るグループから選ばれた１　ｆ！Ｔ１以上の材料、合計
で０．１〜１０千１１１％とを含む銅基合金から成る内
層と、その周りに被覆された３（又は銅合金より成る外
層とより成ることを特徴とする導電用複合材料である。

第１図は本発明の実施例を示す横断面図で、１は内層で
、２は外層である。

本発明の導電用複合材料（以下、単に複合材料と称す）
の形状は、用いられる部品の形状に応して種々の形状の
もので良く、又内層は中実状又は中空状のいずれであっ
ても良い。

本発明において、内層を構成する銅ノ、（合金に含まれ
るＡｌ２０３１　ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４＋　Ｃ等の無機物
質は、複合材料全体の耐熱性や高温強度、耐摩耗性を改
善する目的で含存させられるものである。本発明では、
これらの物質を粒子又は短繊維として用いるため、成形
性が容易で価格的にも有利である。

これらの粒子および短繊維よりなるグループから選ばれ
た１種以上の材料の量を合計０．１〜ＩＯ％と規定した
のは、０．１％未満では上述の改善効果が十分でなく、
又ｌＯ％を超えると、いたずらに加工　　　　　７性を
害したりする恐れが生しるのみで、上述の改淳効果のそ
れ以上の改善が余り期待できないためである。

又内層を構成する銅基合金にＣ４とＡｌのうちから選ば
れた１種又は２種の元素を含ませる理由は、継 これらを銅に添加することによって溶接した銅の粘度を
高め、本発明の目的とする製造容易というｊ４．ｊで有
利な粘度の高い溶湯を用いて前述の無機物質の粒子や短
繊維と複合化するのに、銅との比重Ｘ−が存在しても均
一に混合されたりするのに効果かあるためである。これ
らの含有量を０．１〜１０％と規定したのは、０．１％
未満では上述の効果が不１−分てあり、又１０％を超え
ると、いたずらに導電・ｔＸを低ドさせたり、加工性を
害したりする恐れが１１シるのみで、それ以上の収速効
果が期待できないためである。

本発明に用いられる内層用素材料を準備する方法として
は、鋼中にＣｌ１ｌＬおよび／又はＡｌを含イｒした合
金の溶融体又は゛１−博融体色、−に連のＱ機物質の粒
子および／又は短繊χイ（を混合して凝固させる方法が
（（＃：奨されるが、父上記合金の粉末と、」二記粒子
および／又は゛短繊維を混合、焼結したり、又はそのま
ま軌間押出しするなどの方法を採っても良い。

次に本発明において、銅又は銅合金より成る外層を複合
する理由は、上述において、内層が特にｆｉ機物質の粒
子および／又は短繊維を多く含イ「シた場合に、その加
工性が必ずしも良好でない場合が多いので、複合金属と
しての加工性を向上させる目的で内層を包むためである
。又この際内層と金属的に密青して加工され易いよう、
外層も銅又は銅合金であることが望ましいためである。

本発明において、内層と外層を複合化する方法は、パイ
プ嵌合法又はテープ成形−７−ム溶接法によっても良く
、又その他の公知のクラッド技術を流用し得る。

又内層や外層は、無機物質の粒子や短繊ｔ（Ｃを含まな
くとも、ある程度耐軟化性に優れているような合金であ
ることがより好ましく、又持゛に外層は前述の目的に合
致させるためには、品強度であることが望ましい。

このため、内層および／又は外層として使用する銅合金
には、導電性にも悪影響を余り与えることなく、耐軟化
性などを向上させるＺ　ｒｌ　Ｃｒｌ　Ｃｏ、Ｆ　ｅ　
＋　Ｂ　ｅおよびＮｉよりなるグループから選ばれた１
種以上の元毒を合Ｊ１で５％以下含ませる（外層では残
部が本質的に銅である）ことは好ましい結果をもたらす
ものである。５％を超えると耐軟化性等の向上の効果が
飽和し、返って加工性を害したり、導電性を低下せしめ
たりする恐れがあるためである。

（実施例１） 表１に示す組成の内層用マトリックス金属を、通常の電
気鋼、Ｃｕ−１５％Ｃ４母合金、Ｃｕ−５０％Ａｌ母合
金、Ｃｕ−夏５％Ｚｒ母合金、Ｃｕ−３０％Ｃｒ母合金
を用いて溶製した。

これらの溶融合金を用いて、Ｎａｌは、約１１００℃に
て直径１μｍの八〇２０３の粒子を添加してこれらを混
合し、Ｃ１−０，２％Ｃａ−０，３％Ａｉｄ、星％Ｚｒ
−智 ４．３％Ａｌ　２０３の強化型合金ビレットに鋳造した
後、これを約８５０℃にて熱間押出ししてＩ　２　ｓｍ
φの内層用累月ふし、これを連続的に表面処理して、こ
の周りに厚さｌ１１−のＣｕ−０，４％Ｂｅ−１，５％
Ｃａ合金テープを連続的にパイプ状に成形して、／−ム
部を溶接して被覆し、これを伸線して一体化し、拡散焼
鈍した後、さらに伸線して直径８ｍｍの本発明による複
合材料を作成した。

Ｎａ　２は、約１２００℃にて令ＳｉＣの短繊維を混合
し、Ｃｕ−０，３％Ｃａ−０，５％Ｃｒ−３，４％Ｓｉ
Ｃの外径１００　讃ｓの強化型合金ビレットに鋳造した
後、これに外径１２０龍のＣｕ−０，７％Ｃｒ合金管を
かぶせ、これらを一体に約８５０℃にて熱間押出しして
１６−ｍｍの複合材とし、さらにこれを冷間伸線して直
径ｇ　＋ｎの本発明による複合材料を作成した。

Ｎａ　３は、アトマイズ法で粉末にし、これと直径２μ
ｍの５ｉａＮａの粒子！、混合し、見掛けの組成をＣｕ
−０，２％Ａｌ１−０．１％Ｚｒ−５、２％Ｓｉ３Ｎ４
にして、これを３０■■φの捧杖に御粘した後、外径４
Ｇ’ｗ、内径３０＋＋ｍのＣｕ−１，７％Ｂｅ””０°
、２％Ｃｏ合金管に挿入し　　　　　　ｉた後、これに
冷間加工と拡散焼鈍を繰返して、直径８闘φの本発明に
よる複合材料を得た。

上述の本発明によるＮα１〜Ｎα３は、製造中すべて容
易に加ｈ　Ｌ　１！　１棒状の形態の複合材料として叶
全なものであった。

比較のため、表１に示す組成の従来例、比較例による直
径８Ｉｌｌの単一材料を作成した。製造は、従来例Ｎａ
５は内部酸化法により行ない、比較例Ｎα６は粉末焼結
法によったが、加工困難であり、Ｎａ７は溶湯混合法に
よったが、うま（混合できなかった。

得られた直径８＠嘗の材料の室温、［ｉ００℃における
ビッカース硬度、導電率および摩腔による摩耗−１は表
１に示す通りである。

なお摩耗量は、直径８１ｍの丸棒試片を荷重１０　ｋｇ
で回転高鋼板に当て、１時間後の摩耗量を１ｌｊｌｌ定
した。

表１より、本発明によるＮａ　ｌ　−Ｎａ　３は、７０
％ＩＡＣＳ以上の導電率を任し、高温硬度耐摩耗性に優
れた工業的に何州な導電用複合材料であることが分った
。

これに対し、比較例のＮａ６．Ｎａ７は加工が困難で、
特性測定用の試片を得るのが非常に困難であり、従来例
Ｎａ４．Ｎα５と共に、品温砂塵が］−分てなく、耐摩
耗性も悪かった。

表　　１ シリ　ｘＩｆｆ書、平−Ｊλ廖十りあ先（実施例２） 実施例１で作成した複合材料および単一材料より第２図
に示す形状の溶接用電極チップに加工し、実用テストを
行なった。図において１は内層、２は外層である。

実用テストとしては、厚さｌ　ｍｍの磨鋼板（ＪＩＳＧ
３３０８規格、ＳＰＭＢ　’Ｉのスポット溶接テストを
行なった。溶接の条（’ｌは、溶接電流１０；０ＯＯＡ
　１溶接加圧力２５０　ｋ＝にて連続的に行なった。

耐久回数は次のいずれかの現象が表われるまで１００回
毎にチェツクして、その回数で示した。

（ａ）溶接ｍくの外観や溶接強度に不良が生じた時。

（ｂ）電極チップの先端径が初期の１．５倍に達した時
。

（Ｃ）電極チップにクラックなどが発生した時。

電極チップの溶接テスト結果は表２に示す通りである。

表　　２ ノ（２より、本発明による溶接用電極チップは従来例、
比較例に比べ、耐久回数が格段に多く、溶接部の外観や
溶接強瓜も良好であることが分る。

従って本発明の複合材料は、溶接電極用チップ材料とし
ても優れた特性を打することが分った。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明の導電用複合材料は、内層が
、ＣａとＡｌのうちから選ばれた１種又は２種の元素、
合計で０．１〜１０％と、Ａ４ｚＯ３＋　ＳｉＣ＋Ｓｉ
３Ｎ＋およびＣよりなるグループから選ばれた物質から
成る粒子および短繊維よりなるグループから選ばれた１
種以上の材料、合計で０．１〜１０％とを含む銅基合金
から成るため、導電性、耐軟化性、高温強度、耐摩耗性
等の特性に優れ、又マトリックスとなる銅合金の溶湯が
Ｃ４および／又はＡｌのため高い粘度を打し、無機物質
との混合を良くするので、製造が容易であり、又その周
りの外層が銅又は銅合金より成るため、導電性が良く、
強化型合金の内層との複合材料としての加工性を向上す
るので、工業的製造が容易に行なえる利点があ　　　　
　（る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す横断面図である。 第２図は本発明の実施例である溶接用電極チップを示す
縦断面図である。 ｌ・・・内ＡＶｉ１２・・・外層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＣａとＡｌのうちから選ばれた１種又は２種の元
   素、合計で０．１〜１０重量％と、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｓ
   ｉＣ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４およびＣからなるグループから選
   ばれた物質から成る粒子および短繊維よりなるグループ
   から選ばれた１種以上の材料、合計で０．１〜１０重量
   ％とを含む銅基合金から成る内層と、その周りに被覆さ
   れた銅又は銅合金より成る外層とより成ることを特徴と
   する導電用複合材料。
2. （２）内層を構成する銅基合金が、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｃｏ、
   Ｆｅ、ＢｅおよびＮｉよりなるグループから選ばれた１
   種以上の元素を合計で５重量％以下含む特許請求の範囲
   第１項記載の導電用複合材料。
3. （３）外層を構成する銅合金が、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆ
   ｅ、ＢｅおよびＮｉよりなるグループから選ばれた１種
   以上の元素を合計で５％以下含有し、残部が本質的に銅
   より成る合金である特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の導電用複合材料。
4. （４）導電用複合材料が溶接電極用チップ材料である特
   許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の導電用複
   合材料。