JPH055141A - 銅又は銅銀合金−金属酸化物複合材料及びその製造方法 - Google Patents

銅又は銅銀合金−金属酸化物複合材料及びその製造方法

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JPH055141A
JPH055141A JP18052891A JP18052891A JPH055141A JP H055141 A JPH055141 A JP H055141A JP 18052891 A JP18052891 A JP 18052891A JP 18052891 A JP18052891 A JP 18052891A JP H055141 A JPH055141 A JP H055141A
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copper
oxide
powder
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silver
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JP18052891A
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Akira Shibata
昭 柴田
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐溶着性、耐消耗性に優れ、長寿命の電極を
得ることができる材料とその製造方法を提供する。 【構成】 銅又は銅銀母基質と、(a)Mg,Al,Z
r,Ca,Ce,Be,Th,Sr,Ti,Cr,Hf
及びSiの少くとも1種の酸化物と、場合によって
(b)Bi,Pb,Sn,Sb,Cd,Zn,Mn及び
鉄族元素の少くとも1種の酸化物とからなり、これら酸
化物は粒径2μm以下でかつ母基質と強固な結合力をも
って該母基質中に均一に分散している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に大容量の負荷電流
で耐久性の高い電気溶接用電極材料として好適の新規な
複合材料とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車、電気機器等における様々の金属
板の組立てに電気溶接が多用されている。この電気溶接
には耐熱性の高い電極が必要で、一般にCr−Cuなど
の硬銅合金が用いられ、特に大容量の負荷電流を使用す
る場合には、金属の酸化物、炭化物等のセラミックス粉
末を銅で焼結した材料が用いられている。しかしながら
上記焼結による分散強化型材料は、1万アンペアを超え
るような用途で継続的に使用するには耐溶着性、耐消耗
性が充分でなく、電極寿命が極めて短いのが実状であ
る。このような短い電極寿命は直接生産コストを上昇さ
せ、頻繁に電極を研磨したり、交換する必要から、溶接
作業能率を低下させ、間接的に生産コストを上昇させる
原因にもなっている。このためより寿命の長い電極用材
料の開発が要請されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みて為されたものであり、耐溶着性、耐消耗性に優れ、
長寿命の電極を得ることができる材料とその製造方法を
提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の電極用材料の一つは、銅母基質と、(a)金属
換算で0.5〜25重量%のMg,Al,Zr,Ca,
Ce,Be,Th,Sr,Ti,Cr,Hf及びSiか
らなる群から選ばれる少くとも1種の元素の酸化物と、
場合によっては存在する(b)金属換算で0.01〜5
重量%のBi,Pb,Sn,Sb,Cd,Zn,Mn及
び鉄族金属からなる群から選ばれる少なくとも1種の元
素の酸化物とからなり、(a)の元素の酸化物、及び場
合によっては存在する(b)の元素の酸化物が粒径2μ
m以下でかつ該銅母基質と強固な結合力をもって、該母
基質の表面から中心に至るまで均一に分散されてなる銅
−金属酸化物複合材料である点に特徴がある。又、本発
明の第二は上記母基質を、銀を銅と等しい重量%以下に
含有する銅銀合金母基質としたものである。
【0005】上記第一の複合材料を製造する本発明の方
法は、(A)銅と、(a)0.5〜25重量%のMg,
Al,Zr,Ca,Ce,Be,Th,Sr,Ti,C
r,Hf及びSiからなる群から選ばれる少なくとも1
種の元素と、及び場合によってはさらに(b)0.01
〜5重量%のBi,Pb,Sn,Sb,Cd,Zn,M
n及び鉄族金属からなる群から選ばれる少なくとも1種
の元素とを含有する合金又は焼結合金を、加熱しかつ高
酸素分圧下に置き、これにより前記(a)の元素、及び
場合によって存在する前記(b)の元素の酸化物として
析出させる工程、(B)次にこのように処理して得られ
た材料を脱酸処理して基質部を金属銅に還元する工程、
及び(C)前記脱酸還元後の材料をそのままで、又は該
材料粉末のみからなる圧粉成形体もしくは該材料粉末と
銅粉との混合圧粉成形体を、冷間又は熱間で塑性加工を
施す工程を有する点に特徴がある。又前記第二の銅銀合
金−金属酸化物複合材料を製造する方法は、前記(A)
工程における銅の代りに、銅及び銅と等しい重量%以下
の銀を用い、(C)工程における(B)工程後の材料粉
末との混合圧粉成形体の代りに、該材料粉末と銅粉、銀
粉及び/又は銅銀合金粉との混合圧粉成形体を用いるこ
ととしたものである。
【0006】
【作用】母基質を銅又は銅銀合金とするのは、電極用材
料は高い電気伝導度が要求されるからである。特に耐溶
着性、耐消耗性を向上するため酸化物を混入させると電
気伝導度の低下が避けられず、必要な電導度を維持する
には銅、銅銀合金が好適である。銅銀合金の場合、銀は
電極の接触抵抗の低下に効果があるが銀が多くなるに従
って母基質自体の耐熱性が低下するので、特に大容量負
荷電流で用いる電極材料としては銀を銅と等しい重量%
以下とする必要がある。
【0007】(a)の元素の酸化物は耐熱性が高く、耐
溶着性、耐消耗性の改善に効果があるが、含有率を金属
換算で0.5〜25重量%とする必要がある。0.5重
量%未満では複合材料の耐熱性が不足であり、25重量
%を超えると相対的に母基質が不足し過ぎて電気伝導度
が低下し過ぎ、又靱性が不充分となるからである。
【0008】一方(b)の元素の酸化物はそれ自体の耐
熱性はそれ程良くないが、(a)の元素の酸化析出を行
う際に酸化を助ける効果があり、0.01〜5重量%の
範囲で添加すると良い。0.01重量%未満では(a)
の元素の酸化を助ける効果が充分でなく、5重量%を超
えると得られる複合材料の耐熱性を低下させることにな
る。
【0009】(a)の元素の酸化物、及び場合によって
存在する(b)の元素の酸化物は、粒径2μm以下でか
つ銅母基質と強固な結合力をもって、該母基質の表面か
ら中心になるまで均一に分散されている必要があり、こ
の状態の複合材料にして初めて耐溶着性、耐消耗性の電
極を得ることができる。この酸化物が銅母基質と強固な
結合力をもって分散している状態とは、単に酸化物粉と
銅粉とを混合し、焼結して得られるものでなく、次に述
べる高圧酸化処理による合金中からの析出によって実現
し得る。
【0010】本発明において高圧酸化処理とは、200
〜900℃の加熱下で50気圧以上、望ましくは100
気圧以上の酸素分圧下に置き、銅又は銅銀と合金化した
(a)の元素、及び場合によって存在する(b)の元素
を酸化物として析出させる処理を言う。この処理におい
て銅も酸化されるが、高い酸素分圧のため酸化が内部へ
進行する。
【0011】(a)の元素及び場合によって存在する
(b)の元素は、銅又は銅及び銀と、合金又は焼結合金
になっている必要がある。合金中から酸化析出させない
と母基質との強固な結合力が得られないからである。
【0012】上記高圧酸化により銅、(a)の元素、及
び場合によって存在する(b)の元素は表面から徐々に
酸化する。この酸化速度は極めて緩慢なので、前記合金
又は焼結合金を粉砕して高圧酸化に供するのが望まし
い。粒子径が充分小さければ比較的短時間で内部まで酸
化することができる。
【0013】上記高圧酸化処理により母基質となるべき
銅又は銅銀合金も酸化されるので、これを金属銅又は銅
銀合金に脱酸還元する必要がある。脱酸還元工程は所要
量の還元剤と混合して加熱し、固相反応させるか、還元
雰囲気中で加熱処理するのが適当である。この還元剤、
還元雰囲気は(a)の元素及び場合によって存在する
(b)の元素の酸化物を還元しない程度のものを選択す
る必要があることは言うまでもない。
【0014】脱酸還元処理して得られる銅又は銅銀合金
−金属酸化物複合材料は、前記高圧酸化の都合上粉末状
である場合が多い。このような粉末は一旦圧粉成形して
加熱下で圧粉鍛造等の塑性加工を施し、緻密な構造にす
る必要がある。この場合複合材料粉は複数種混合しても
良いし、銅粉、銀粉、銅銀合金粉と混合して用いても良
い。又、高圧酸化に成形体で供した場合はそのまま塑性
加工を行うことができる。
【0015】塑性加工は非酸化性雰囲気中で行うのが望
ましく、冷間加工又は熱間加工の何れでもよい。この塑
性加工により複合材料がより均一になり、靱性も増やす
ことになる。
【0016】
【実施例】試料No.1…Cu−6Al−0.3Snの
合金(Al6重量%、Sn0.3重量%、残部銅及び不
可避不純物の意、以下同様)をアトマイズ法で粒径20
0〜500μmの粉末とし、これを250℃で400気
圧の純酸素圧力下で1時間酸化処理した。次いで水素気
流中、800℃で該酸化物を脱酸還元し、得られた還元
粉末を直径15mm、長さ200mmの棒状に圧粉成形
し、内径15mm、0.5mm厚の銅管に挿入して窒素
ガスによる静水圧プレスで1000℃で圧縮焼結後、直
径8mmまで熱間スェージ加工した。この棒状体から厚
さ6mmのディスクを打出し、前面に20μm厚の銀め
っきを施し、銅合金製の溶接電極用キャップの先端に設
けた直径8mm、深さ5mmの穴に圧入し、溶接機で通
電加熱圧接した後、先端部を直径5mmに研磨して電極
チップとし、亜鉛めっき鋼板の溶接試験に供した。
【0017】試料No.2…Cu−3Ag−6Mg−
0.2Snの合金を粒径20〜50μmのアトマイズ粉
とし、これを450℃で500気圧の純酸素圧力下で1
2時間酸化処理した。次いで得られた粉末を更に振動ミ
ルで粒径15〜20μmの微粒子とし、水素気流中、8
00℃で5時間還元処理した。得られた還元粉末を5ト
ン/cm2 の荷重で圧粉成形して直径8mm、厚さ6mm
のディスクを得た。これを10-3torrの真空中で9
50〜1000℃に加熱し、後800℃で再加圧成形し
た。このディスク前面に実験No.1と同様に銀めっき
し、電極キャップに圧入、圧接、研磨して電極チップと
し、試験に供した。
【0018】試料No.3…Cu−15Zr−0.5S
n−0.2Niの合金をアトマイズ法で20〜100μ
mの粉末とし、これを300℃で250気圧の純酸素圧
力下で酸化処理した。次いでこの粉末を更に振動ミルで
1〜20μmに粉砕し、水素雰囲気中700℃で還元し
た。得られた還元粉を7トン/cm2 の圧力で圧粉成形し
て直径8mm、厚さ8mmのディスクを得た。これを1
-3torrの真空中で1000〜1100℃に加熱し
た後更に圧縮して厚さ6.5mmのディスクを得た。こ
れを銀めっき工程以降実験No.1と同様にして電極チ
ップを得、試験に供した。
【0019】試料No.4及び5…比較のためCr−C
u合金製(試料No.4)、Al2 3 −Cu焼結合金
製(試料No.5)の電極チップにより溶接試験を行っ
た。
【0020】溶接試験…溶接電流は8,000Aと1
5,000Aを適用し、寿命回数を測定した。電極寿命
は8,000AについてはCr−Cuを、15,000
AについてはAl2 3 −Cuを基準とした比較値で示
す。又、電極チップのビッカース表面硬度(Hv)も測
定した。結果を表1にまとめて示す。
【0021】
【表1】
【0022】表1から本発明の複合材料は、Cr−Cu
又はAl2 3 −Cuに対して約4倍程度の長寿命をも
たらすことが判る。
【0023】
【発明の効果】本発明により耐溶着性、耐消耗性に優
れ、長寿命の電極材料を得ることができる。これにより
電気溶接のコストを大幅に改善することができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 銅母基質と、(a)金属換算で0.5〜
    25重量%のMg,Al,Zr,Ca,Ce,Be,T
    h,Sr,Ti,Cr,Hf及びSiからなる群から選
    ばれる少なくとも1種の元素の酸化物と、場合によって
    は存在する(b)金属換算で0.01〜5重量%のB
    i,Pb,Sn,Sb,Cd,Zn,Mn及び鉄族元素
    からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物
    とからなり、(a)の元素の酸化物、及び場合によって
    は存在する(b)の元素の酸化物が粒径2μm以下でか
    つ該銅母基質と強固な結合力をもって、該母基質の表面
    から中心に至るまで均一に分散されてなる、銅−金属酸
    化物複合材料。 【請求項2】 銀を銅と等しい重量%以下に含有する銅
    銀合金母基質と、(a)金属換算で0.5〜25重量%
    のMg,Al,Zr,Ca,Ce,Be,Th,Sr,
    Ti,Cr,Hf及びSiからなる群から選ばれる少な
    くとも1種の元素の酸化物と、場合によっては存在する
    (b)金属換算で0.01〜5重量%のBi,Pb,S
    n,Sb,Cd,Zn,Mn及び鉄族元素からなる群か
    ら選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物とからなり、
    (a)の元素の酸化物、及び場合によっては存在する
    (b)の元素の酸化物が粒径が2μm以下でかつ該母基
    質と強固な結合力をもって、該母基質の表面から中心に
    至るまで均一に分散されてなる、銅銀合金−金属酸化物
    複合材料。 【請求項3】 (A)銅と、(a)0.5〜25重量%
    のMg,Al,Zr,Ca,Be,Th,Sr,Ti,
    Cr,Hf及びSiからなる群から選ばれる少なくとも
    1種の元素と、及び場合によっては更に(b)0.01
    〜5重量%のBi,Pb,Sn,Sb,Cd,Zn,M
    n及び鉄族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種
    の元素とを含有する合金又は焼結合金を、加熱しかつ高
    酸素分圧下に置き、これにより前記(a)の元素、及び
    場合によっては存在する前記(b)の元素を酸化物とし
    て析出させる工程、(B)次にこのように処理して得ら
    れた材料を脱酸処理して基質部を金属銅に還元する工
    程、及び(C)前記脱酸還元後の材料をそのままで、又
    は該材料粉末のみからなる圧粉成形体もしくは該材料粉
    末と銅粉との混合圧粉成形体を、冷間又は熱間で塑性加
    工を施す工程を有する銅−金属酸化物複合材料の製造方
    法。 【請求項4】 (A)銅と、銅と等しい重量%以下の銀
    と、(a)0.5〜25重量%のMg,Al,Zr,C
    a,Be,Th,Sr,Ti,Cr,Hf及びSiから
    なる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、及び場合
    によっては更に(b)0.01〜5重量%のBi,P
    b,Sn,Sb,Cd,Zn,Mn及び鉄族元素からな
    る群から選ばれる少なくとも1種の元素とを含有する合
    金又は焼結合金を、加熱しかつ高酸素分圧下に置き、こ
    れにより前記(a)の元素、及び場合によっては存在す
    る前記(b)の元素を酸化物として析出させる工程、
    (B)次にこのように処理して得られた材料を脱酸処理
    して基質部を銅銀合金に還元する工程、及び(C)前記
    脱酸還元後の材料をそのままで、又は該材料粉末のみか
    らなる圧粉成形体もしくは該材料粉末と銅粉、銀粉及び
    /又は銅銀合金粉との混合圧粉成形体を、冷間又は熱間
    で塑性加工を施す工程を有する銅銀合金−金属酸化物複
    合材料の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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