JPH02117780A

JPH02117780A - セラミックス粒子分散金属被覆電極およびその製造法

Info

Publication number: JPH02117780A
Application number: JP27175688A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Azuma; 東　和男; Makoto Imagawa; 誠今川; Kazuo Hamashima; 和雄浜島
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; AGC Inc
Priority date: 1988-10-27
Filing date: 1988-10-27
Publication date: 1990-05-02

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１例えばスポット溶接電極材料、摺動電極材料
等に好適なセラミックス粒子分散金属被覆電極およびそ
の製造法に関する。

「従来の技術」電気スポット溶接において、従来の電極チップ１ｃｕ−
Ｃｒ電極、　Ｃｕ−Ａ１１ａ３電極）で亜鉛メッキ鋼板
を溶接すると、溶接時に発生する熱により溶接した亜鉛
と電極母材の銅とが反応して、電極先端部分が母材より
融点の低い銅−亜鉛合金となるため。

先端形状が変化しやすくなり、電極寿命が普通鋼板を溶
接した場合よりも著しく短くなることが知られている。

また、亜鉛との反応を抑止する目的で電極チップ表面に
Ｃ０１Ｎｉ、　Ｃｒ、ＴｉＮをコーティングした電極等
も提案されている（抵抗溶接委員会資料Ｒト３３７−８
６１　、　Ｌかし、　Ｃｏ、Ｎｉ、　（：ｒの比較的靭
性のある材料を被覆した電極の場合は、被覆層が短時間
に摩耗し、母材と亜鉛が反応する。一方、　ＴｉＮのよ
うな硬質の被覆層には亀裂が生じやすく、亜鉛が亀裂よ
り侵入して反応する。

一二のように、亜鉛メッキ鋼板のスポット溶接において
は、電極母材と亜鉛とが容易に反応し、電極寿命は著し
く短くなっていた。また、コーティング電極にしても、
耐摩耗性が乏しかったり、亀裂等が生じやすいなどの問
題点があり、電極寿命も通常のＣｕ−Ｃｒ電極の１〜２
倍程度にとどまっていた。

［発明が解決しようとする課題Ｊ本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、スポット溶接電極、摺動電極等の
電極、特には亜鉛メッキ鋼板のスポット溶接電極に用い
たときに、電極寿命を飛躍的に高めることができるよう
にしたセラミックス粒子分散金属被覆電極およびその製
造法を提供することにある。

［課題を解決するための手段」上記目的を達成するため１本発明によるセラミックス粒
子分散金属被覆電極は、Ｃｏ、Ｎｉ、　Ｆｅ。

Ｍｏ、Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｔａ、　Ｗ、　ＶおよびＺ「か
ら選ばれた少なくとも一種以上からなる金属層中に、酸
化物、窒化物、炭化物および硼化物から選ばれた少なく
とも一種以上のセラミックス粒子が分散してなる被覆層
が、電極基材表面に形成されていることを特徴とする。

また、本発明によるセラミックス粒子分散金属ＶＬ醪電
極の製造法は、酸化物、窒化物、炭化物および硼化物か
ら選ばれた少なくとも一種以上のセラミックス粒子を、
Ｇｏ、　Ｎｉ、　Ｆｅ、　Ｎｏ、Ｎｂ、　Ｔｉ、Ｔａ、
　Ｗ、　Ｖおよび２「から選ばれた少なくとも一種以上
の金属のメッキ液中に分散させて、電極基材表面に電気
メッキまたは無電解メッキを施し、前記金属層中に前記
セラミック粒子が分散した被覆層を前記電極基材表面に
形成する工程と、前記被覆層が形成された前記電極基材
表面を熱処理して、前記被覆層中の金属と前記電極基材
中の金属とを相互拡散させた拡散層を形成する工程とを
含むことを特徴とする。

以下１本発明について好ましい態様を挙げながらより詳
細に説明する。

電極基材としては、特に限定されないが、　Ｃｕまたは
Ｃｕ合金が好ましく使用される。この中でも。

前記拡散層を形成する際の熱処理において硬度低下が少
ない材質が好ましく１例えばＣｕ−Ａｌｎ（ｉｎ系。

Ｃｕ−ＴｉＢ□系等の分散強化型Ｃｕ合金が好ましく使
用される。また、　Ｃｕ−Ｃｒ　、　Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ
、　Ｃｕ−Ｚｒ　、　Ｃｕ−Ｂｅ、　Ｃｕ−Ｔｉ等の析
出硬化型Ｃｕ合金なども、後から時効処理などを行なえ
ば好ましく使用できる。

被覆層の金属層としては、　Ｇｏ、Ｎｉ、　Ｆｅ、　Ｍ
ｏ。

Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｔａ、　Ｗ、　ＶおよびＺｒから選ば
れた少なくとも一種以上からなるものが使用される。こ
れらの金属は、電気メッキまたは無電解メッキが可能で
融点が高い、この中でも、特にＣｏ、　Ｎｉ、　Ｃｒは
。

電気メッキ法により短時間で所望の厚膜が形成できるの
で望ましい。

被覆層の金属層中に分散させるセラミックス粒子として
は、酸化物、窒化物、炭化物および硼化物から選ばれた
少なくとも−＃！以上のものが使用される。窒化物とし
てはＴｉＮ、　Ｔａｇ、　ＺｒＮ、　ＮｂＮ、Ｓｉ２Ｎ
４などが挙げられ、ｆｉｌｌ化物としてはＡ１ｍ０ｎ、
Ｚｒ０ｔ、　ＴｊＯｔ、　Ｙｘ０３などが挙げられ、硼
化物トシテは丁ｊＢｘ、　ＺｒＢｚ、　ＴａＢｎ、　Ｎ
ｂＢｇ、　１８．１４ｏＢ、ＣｒＢなどが挙げられ、炭
化物としては肛、　ＴｉＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，・ＭｏｘＣ
，ＭｏＣなどが挙げられる。この中でも、　ＴｉＮ、Ｚ
ｒＮ、　５ｉｓＮ４などの窒化物、Ａｌ＊Ｏｓ　、　Ｚ
ｒＯ，、Ｔｉｅｓ。

Ｙｌｏ、などの酸化物、ＴｉＢｍ、　ＺｒＢａ、ＭｏＢ
などの硼化物、　Ｔｉｃなとの炭化物が特に好ましい、
これらのセラミックス粒子は、高硬度、耐Ｚｎ性がよい
、比較的軽量、被覆層の金属と反応し難いなどの長所を
有している。

セラミックス粒子の粒径は、ｏ、　ｏｏｓ〜ｌＯμｍ程
度か好ましく、０．０１〜５μｍ程度がさらに好ましい
。

被覆層中に分散させるセラミックス粒子の総量は、被覆
層全体の０．１〜２０体積％が適当であり。

０．２〜ｌＯ体積％がより好ましく、Ｏ，Ｓ〜５体積％
がさらに好ましい、上記範囲とすることにより。

より優れた耐摩耗性、耐溶着性を付与することができる
。

金属層中にセラミックス粒子を分散させてなる被覆層の
厚みは、１〜３００μｍが適当であり、３〜５０μｍが
より好ましく、５〜５０μｍがさらに好ましい、上記範
囲とすることにより、電気抵抗や密着強度などからより
有利となる。

また１本発明の好ましい態様においては、被覆層と電極
基材との界面に、被覆層中の金属と電極基材中の金属と
が相互拡散してなる拡散層が形成される。この拡散層の
厚みは、０．１〜２０μｍとされることが好ましい。

本発明の製造法においては、前記セラミックス粒子を前
記金属のメッキ液中に分散させて、電極基材表面に電気
メッキまたは無電解メッキを施し、金属層中にセラミッ
ク粒子が分散した被覆層を電極基材表面に形成する０例
えばセラミックス粒子を金属のメッキ液中に分散させ、
スターラ撹拌または空気撹拌等により攪拌しながら、陰
極電流密度２〜ＩＯＡ／ｄａ”　、メッキ時間ｌＯ分か
ら２時間位で電気メッキすることにより、金属層中にセ
ラミックス粒子が分散した５〜２００μｍ厚さの被覆層
を形成することができる。

さらに１本発明の好ましい態様において、被覆層と電極
基材との界面に、被覆層中の金属と電極基材中の金属と
が相互拡散してなる拡散層を形成するには、上記被覆層
を形成した後、熱処理を行なう、この熱処理は、６５０
〜９００℃で３０分〜２時間程度行なうことが好ましい
。

本発明によるセラミックス粒子分散金属被覆電極は１例
えばスポット溶接電極、摺動電極などとして利用できる
が、特にスボ・ント溶接電極として好適であり、さらに
はＺｎメッキ鋼板のスポット溶接電極として好適である
。

「作用」セラミックス粒子は、硬度や融点が高く、Ｚｎとの反応
性も少ない、したがって、被覆層中のセラミックス粒子
は、金属の摩耗や溶着を防ぎ、Ｚｎとの反応をおさえる
働きをする。一方、被覆層中の金属層は、被覆層に導電
性を付与すると共に、柔軟性に富むので被覆層に亀裂等
が発生することを防止する働きをする。このように、セ
ラミックス粒子と金属層が協同して、電極寿命を飛躍的
に高めることができる。

また、本発明の好ましい態様において、被覆層と電極基
材との界面に、被覆層中の金属と電極基材中の金属とが
相互拡散してなる拡散層を形成した場合には、電極基材
と被覆層との密着性が良好となり、電極基材表面から被
覆層が剥落することがより確実に防止される。このため
、電極寿命をより一層高めることができる。

「実施例」実施例ｌＣｕ−２ｗｔ％Ａ１□０３分散強化型合金からなる電極
基材表面に、Ａ１．０１分分散電気Ｃｏメッキ施して約
ｌＯμｍの厚さの被覆層を形成した後、アルゴン雰囲気
中で７００℃で１時間加熱して拡散処理を施し電極を作
成した。第１図はこの電極の拡大断面図である。すなわ
ち、この電極は、電極基材１１表面に拡散層！２を介し
て被覆層Ｉ３が形成されている。破開１３は、　Ｃｏか
らなる金属層１３ａ中にＡｌ−０ｓからなるセラミック
ス粒子１３ｂが均一に分散してできている。また、拡散
層１２は、金属層１３ａのＣＯと電極基材１１のＣｕ−
２ｗｔ％Ａ１．Ｏｓとが相互に固溶した層からなり、厚
さは約１〜２μｍであった。電極基材１１の硬度（ビッ
カース硬度）は、Ｈ，ｌ５０ｋｇ／■■露であった。

実施例２Ｃｕ−２，６ｗｔ％Ｔｉｅｓ分散強化型合金からなる電
極基材表面に、　ＴｉＮ分散電気Ｎｉメッキを施して約
２０μｍの厚さの被ｒｆｉ層を形成した後、アルゴン雰
囲気中で７００℃で１時間加熱して拡散処理を施し電極
を作成した。この電極は、電極基材表面に拡地層を介し
て被覆層が形成されている。被覆層は。

Ｎｉ層中にＴｉＮ粒子が均一に分散してできている。

拡散層は、Ｎｉ層と電極基材とが相互に固溶した層から
なり、厚さは約１〜２μｍであった。電極基材の硬度（
ビッカース硬度）は、）１ｖ１４５ｋｇ／ｌがであった
。

実施例３Ｃｕ−２ｗｔ％Ａ１．Ｏ，分散強化型合金からなる電極
基材表面に、＾１２０３分散電気分散電気Ｃｏメッキ約
１０ｕｍの厚さの被覆層を形成した後、アルゴン雰囲気
中で８００℃で１時間加熱して拡散処理を施し電極を作
成した。この電極は、電極基材表面に拡散層を介して被
覆層が形成されている。被覆層は、Ｃｒ層中にＡ１．０
．粒子が均一に分散してできている。拡散層は、Ｃｒ層
と電極基材とが相互に固溶した層からなっていた。電極
基材の硬度（ビッカース硬度）は、　Ｈｖ１５０ｋｇ／
ａｓ”であった。

実施例４Ｃｕ−０，４ｗｔ％Ｃｒ−０，３ｗｔ％Ｚ「析出強化型
合金からなる電極基材表面に、ＴｉＯ＊分散電気Ｇｏメ
ッキを施して約２０ｕｍの厚さの被覆層を形成した後、
アルゴン雰囲気中で９５０℃で１時間加熱して拡散処理
を施し、水冷した後、再び４５０℃で２時間加熱して電
極を作成した。この電極は、電極基材表面に拡散層を介
して被覆層が形成されている。被覆層は、Ｃｏ層中にＴ
ｉｅｓ粒子が均一に分散してできている。拡散層は、Ｃ
ｏ層と電極基材とが相互に固溶した層からなり、厚さは
約２〜３μｍであった。電極基材の硬度（ビッカース硬
度）は、Ｈｖ１３５ｋｇ／ｗ＋ｍ”であった。

実施例５実施例１のＡ１□０１分散電気ＧｏメッキをＺｒＯ□分
散電気Ｃｏメッキに変えて同様にして電極を作成した。

実施例６実施例２のＴｉＮ分散電気ＮｉメッキをＴｉＣ分故分電
電気Ｎｉメッキえて同様にして電極を作成した。

実施例７実施例４のＴｉＯ□分散電気ＧｏメッキをＴｉＮ分敢電
気Ｃ「メッキに変えて同様にして電極を作成した。

実施例８実施例１のＡＩＪｓ分散電分散電気ＣキメッキＢ−分散
電気Ｎｉメッキに変えて同様にして電極を作成した。

実施例９実施例！のＡｌｌ０．分散電気ＣｏメッキをＣｒＢ分散
電気Ｎｉメッキに変えて同様にして電極を作成した。

実施例１〇一実施例２のＴｔＮ分散電気ＮｉメッキをＭｏＢ分散電
気Ｃｏメッキに変えて同様にして電極を作成した。

比較例ｌＣｕ−０，６ｗｔ％Ｃｒからなる電極を作成した。

比較例２Ｃｕ−２ｗｔ％Ａ１ヨ０．からなる電極を作成した。

比較例３Ｃｕ−１ｅｔ％ＡＩｔｏｚ分散強化型合金からなる電極
基材表面に、電気ＣＯメッキを施して約ｌＯμｍの厚さ
のＧｏ層を形成して電極を作成した。

比較例４Ｃｕ−１ｗＬ％＾１□０３分散強化型合金からなる電極
基材表面に、電気Ｎｉメッキを施して約１０ｕｍの厚さ
のＮｉ層を形成して電極を作成した。

試験例これらの電極の寿命を調べるため、連続スポット溶接試
験を実施した。試験は、定置式の定格容量２５ＫＶＡの
溶接機を用い、溶接電流１０５００Ａ、加圧力２５０ｋ
ｇ　、溶接時間１２サイクル、２０打点／分で。

板厚０８−　　の溶融亜鉛メッキ鋼板（両面メッキ、目
付量４５ｇ／■１−片面）と板厚０．８ｍ腸の５ＰＣ２
８Ｇを２０枚ずつの交互に溶接を行なった。電橋寿命は
、ナゲツト径が４Ｊｔ　（ｔ：板厚）以下になった最初
の打点数を電極寿命とした。テストピースは、δＯ打点
ごとに調べた。この結果を次表に示す。

（以下、余白）表（連続スポット溶接試験の結果）［発明の効果］以上説明したように１本発明によれば、被覆層中のセラ
ミックス粒子が、金属の摩耗や溶着を防ぎ、Ｚｎとの反
応をおさえる働きをし、被覆層中の金属層が、その柔軟
性により被覆層に亀裂等が発生することを防止するので
、これらが協同して電極寿命を飛躍的に高めることがで
きる。また、被覆層と電極基材との界面に拡散層を形成
することにより、被覆層と電極基材との密着性を向上さ
せて電極寿命をさらに高めることができる。そして、耐
亜鉛性、耐摩耗性、耐溶着性に優れているので、特にス
ポット溶接に対して好適であり、他への応用も可能であ
り、その実用的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるセラミックス粒子分散金属被覆電
極を模式的に示す部分断面図である。図中、　１１は電極基材、　１２は拡散層、１３は被覆
層、　１３ａは金属層、１３ｂはセラミックス粒子であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ
、ＶおよびＺｒから選ばれた少なくとも一種以上からな
る金属層中に、酸化物、窒化物、炭化物および硼化物か
ら選ばれた少なくとも一種以上のセラミックス粒子が分
散してなる被覆層が、電極基材表面に形成されているこ
とを特徴とするセラミックス粒子分散金属被覆電極。
（２）前記被覆層の厚みが１〜３００μｍである請求項
１記載のセラミックス粒子分散金属被覆電極。
（３）前記被覆層と前記電極基材との界面に、前記被覆
層中の金属と前記電極基材中の金属とが相互拡散してな
る拡散層が形成されている請求項１または２記載のセラ
ミックス粒子分散金属被覆電極。
（４）前記拡散層の厚みが０．１〜２０μｍである請求
項３記載のセラミックス粒子分散金属被覆電極。
（５）前記被覆層中の金属層がＣｏ、ＮｉおよびＣｒか
ら選ばれた少なくとも一種からなる請求項１〜４のいず
れか１つに記載のセラミックス粒子分散金属被覆電極。
（６）前記被覆層中に分散している前記セラミックス粒
子の総量が、前記被覆層全体の０．１〜２０体積％であ
る請求項１〜５のいずれか１つに記載のセラミックス粒
子分散金属被覆電極。
（７）前記被覆層中に分散している前記セラミックス粒
子の総量が、前記被覆層全体の０．２〜１０体積％であ
る請求項６記載のセラミックス粒子分散金属被覆電極。
（８）前記電極基材がＣｕまたはＣｕ合金からなる請求
項１〜７のいずれか１つに記載のセラミックス粒子分散
金属被覆電極。
（９）スポット溶接電極として用いる請求項１〜８のい
ずれか１つに記載のセラミックス粒子分散金属被覆電極
。
（１０）Ｚｎメッキ鋼板のスポット溶接電極として用い
る請求項９記載のセラミックス粒子分散金属被覆電極。
（１１）酸化物、窒化物、炭化物および硼化物から選ば
れた少なくとも一種以上のセラミックス粒子を、Ｃｏ、
Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、ＶおよびＺｒから
選ばれた少なくとも一種以上の金属のメッキ液中に分散
させて、電極基材表面に電気メッキまたは無電解メッキ
を施し、前記金属層中に前記セラミック粒子が分散した
被覆層を前記電極基材表面に形成する工程と、前記被覆
層が形成された前記電極基材表面を熱処理して、前記被
覆層中の金属と前記電極基材中の金属とを相互拡散させ
た拡散層を形成する工程とを含むことを特徴とするセラ
ミックス粒子分散金属被覆電極の製造法。
（１２）前記熱処理を６５０〜９００℃で３０分〜２時
間行なう請求項１１記載のセラミックス粒子分散金属被
覆電極の製造法。