(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕからなる電気伝導性に優れた金属母材に、ＷまたはＷ化合物を均一に分散した高伝導性高硬度金属材料であって、
前記高融点で且つ高硬度の金属粒子の平均粒子径が０．５μｍ以下であり、
且つ、
その分散量が、０．５容積％から２０容積％であり、
冷間あるいは熱間の塑性加工が可能で、熱間使用時に特性の変化のない高伝導性高硬度金属材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気接点材、抵抗溶接用電極、半導体用リードフレーム、複合超電導線、高電気伝導性ばね、磁場発生用コイル、ワイヤーハーネス、熱交換器、摺動通電部材、放電加工用ワイヤー材などに好適に使用できる高伝導性、高硬度の金属材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、かかる用途に適した金属材料として、ＡｇあるいはＣｕなどの母材に種々の分散材を分散した分散金属が知られている。
【０００３】
例えば、特開平２−２１３４３３号公報には、分散粒子としてＡｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＴｉＮ、Ｂ4Ｃを含み、且つ、Ｃｕマトリックスの母相領域を規定したものが、また、特開平２−２４０２３０号公報には、分散粒子としてアスペクト比を規定したＭｏ繊維を分散させたものが、さらには、特公平７−５７４２２号公報には、分散粒子としてＴｉＢ2粒子の他にそのウィスカーを添加分散したものが開示されている。
【０００４】
この分散強化型Ｃｕ系材料は、Ｃｕ母材が有する高い電気伝導度を維持した上に、特に分散材によって高い機械的強度を得ることができるという利点がある。ところが、かかる従来の分散強化型金属材料は、加熱時に種々の問題が生じる。例えば、分散材としてＡｌ2Ｏ3やＴｉＢ2などの化合物を使用した分散強化型Ｃｕ系材料を接点材として使用した場合には、接点開閉時のアーク熱によって、分散粒子が分解して、その分解した金属がマトリックス金属に固溶してマトリックス金属本来の遮断特性が損なわれる。あるいは、マトリックス金属自体の融点が低下して、同時に電気伝導度が低下して、ジュール熱が発生して耐溶着性が低下する。さらには、分散材として、ウィスカーあるいは繊維質材を使用した場合には、マトリックス金属と剥離して、分散強化の機能を無くしてしまうという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような分散強化型金属材料における加熱時の母材の特性の劣化と分散材と母材との剥離による強化機能の消失の問題を解消して、その適用時の加熱温度その他の環境条件によってもその特性が劣化することのない高伝導性で且つ高硬度の金属材料を得るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の高伝導性高硬度金属材料は、Ｃｕからなる電気伝導性に優れた金属母材に、ＷまたはＷ化合物を均一に分散した高伝導性高硬度金属材料であって、前記高融点で且つ高硬度の金属粒子の平均粒子径が０．５μｍ以下であり、且つ、その分散量が、０．５容積％から２０容積％であり、冷間あるいは熱間の塑性加工が可能で、熱間使用時に特性の変化のないことを特徴とする。
【０００７】
高融点で且つ高硬度の金属としては、融点が２２００°Ｃ以上で、８００°Ｃでの硬さがＨＶ５０以上で、母材金属と実質的に固溶しないＷ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｎｂ、これらの合金あるいは、それらの金属間化合物が適用できる。この分散材の粒子は、平均粒子径が０．５μｍを超えると硬さが低下し、平均粒子径が０．０５μｍ以下である時に、分散材としての機能を最大に発揮できる。
【０００８】
また、その分散量は、０．５ｖｏｌ％以下では、高硬度材が得られず、また、２０ｖｏｌ％を超えると、電気伝導度が％ＩＡＣＳ８０以下となり、高伝導性と高硬度を両立させるためには、０．５〜２０ｖｏｌ％が最適である。
【０００９】
本発明の分散粒子は、従来の分散材であるＡｌ2Ｏ3等に比べ伝導度が高く、高温硬さが他の金属よりも高く、高温においてもＣｕマトリックスへはほとんど固溶しないため、高温時にも、Ｃｕ自体の特性が維持できてＣｕと同等の高い伝導度が得られるとともに、高温時の硬さにおいても優れている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
かかる高融点金属あるいはそれらの金属間化合物粒子の母材金属への分散は、それぞれの超微粉を原料粉末とする方法や、通常の粒径のそれぞれの粒子を原料粉末としメカニカルアロイングする方法や、特公昭４９−２８８２８号公報に記載の酸化物混合法において、より強力な混合、粉砕方法を適用することにより得られる。その固化方法としては、金属混合粉末を圧粉成形し非酸化性雰囲気中で焼結する方法や、ＨＰ、ＨＩＰにより加圧焼結する方法や、金属混合粉末をＣｕパイプに封入しロータリースエージにより転打加工した後で熱処理する方法がある。また、得られた固化体を製品形状に加工する、あるいは加工硬化によってより高硬度とする加工方法としては、一般の金属材料と同様に冷間あるいは熱間において、圧延、押出、鍛造、転打、線引き等の塑性加工が適用される。
【００１１】
【実施例】
実施例１
本実施例においては、金属母材がＣｕで、分散金属として平均粒子径が０．２μｍのＷ粒子を含む接点材を得た場合の分散金属の分散量とその特性との関係を調べた。
【００１２】
種々の混合割合で０．６μｍのＷＯ3粉末と３．２μｍのＣｕ2Ｏ粉末をアトライターを用いて４時間混合し、乾燥後水素中７００°Ｃで２時間還元して、Ｃｕに対するＷの容量％が０〜２５ｖｏｌ％の組成の混合金属粉末を得た。これを９００°Ｃで１時間のＨＰ焼結を行いＣｕ−Ｗ焼結体とした後、室温での電気伝導度と硬さ測定およびＳＥＭによる組織観察を行った。組織観察によると、平均粒子径が０．２μｍのＷ粒子がＣｕマトリックス中に分散した組織であった。図１は、このＣｕ−Ｗ焼結体の室温での電気伝導度と硬さを示す。
【００１３】
Ｗ含有量の増加とともに硬さは上昇し電気伝導度は低下するが、Ｗ含有量が２０ｖｏｌ％以下であれば％ＩＡＣＳは８０以上であり、軽・中負荷の電気接点の用途には充分に使用できるものであった。図２は、Ｃｕ−１０ｖｏｌ％Ｗ焼結体の高温硬さを、比較例として示すＣｕ−１．５ｖｏｌ％Ａｌ2Ｏ3材料の結果とともに示す。Ｃｕ−Ｗ焼結体はいずれの温度でもＣｕ−Ａｌ2Ｏ3より高硬度であり、これにより、電気接点として使用する場合のように、アーク熱による局部的な加熱により、電接面近傍が８００°Ｃに達しても熱変形が少なく、充分に使用可能であることがわかる。
【００１４】
Ｃｕ−１０ｖｏｌ％Ｗ焼結体の接点性能を、比較例としてのＣｕ−１．５ｖｏｌ％Ａｌ2Ｏ3材料と比較した。図３はＡＣ２００Ｖにおける遮断試験の結果であるが、１００から４００Ａの電流値において、いずれの場合もＣｕ−Ａｌ2Ｏ3より消耗量が少ないことがわかる。図４は、同じくＡＣ２００Ｖにおける溶着試験の結果を示す。同図に示すように、本発明の焼結体は溶着が発生する電流がＣｕ−Ａｌ2Ｏ3より高く、耐溶着性に優れていることが分かる。
【００１５】
実施例２
本実施例においては、金属母材としてＣｕを、分散金属として１０ｖｏｌ％のＭｏ粒子を分散させて用いて接点材を得た場合の分散金属の粒径とその特性との関係を調べた。
【００１６】
ＭｏＯ3粉末とＣｕ2Ｏ粉末をアトライターを用いて１時間から１２時間混合し、乾燥後水素中９００°Ｃで２時間還元して、Ｃｕ−１０ｖｏｌ％Ｍｏ組成の金属粉末を得た。これを９００°Ｃで１時間のＨＰ焼結を行いＣｕ−Ｍｏ焼結体とした後、室温での電気伝導度とＳＥＭによるＭｏ粒子の平均粒径の測定及び８００°Ｃにおける高温硬さ測定を行った。電気伝導度は混合時間によらず％ＩＡＣＳが８５と一定であった。図５に示す通り、とくに、Ｍｏの平均粒子径が０．５μｍ以下のものは、高温硬さにおいて、特に優れており、軽・中負荷の電気接点用として好適なものであった。
【００１７】
この実施例にかかるＣｕ−１０ｖｏｌ％Ｍｏ焼結体と、比較例のＣｕ−Ａｌ2Ｏ3焼結体を接点支持部材である純ＣｕとをＪＩＳ規格のＢＡｇ−８をロー材として用い、８６０°Ｃでロー付し、室温における接合強度を測定した。その結果、本願の実施例の場合の強度は、２０ｋｇ／ｍｍ2であるのに対して、比較例の場合は、１０ｋｇ／ｍｍ2であった。
【００１８】
本発明は、高温における電気伝導性と強度上の特性を利用して、電気接点材以外にも、抵抗溶接用電極、半導体用リードフレーム、複合超電導線、高電気伝導性ばね、磁場発生用コイル、ワイヤーハーネス、熱交換器、摺動通電部材、放電加工用ワイヤー材などに適用しても同様の効果が得られる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果を奏する。
【００２０】
（１）常温は勿論、高温においても電気伝導性と強度が維持でき、その特性を利用して、電気接点材、抵抗溶接用電極、半導体用リードフレーム、複合超電導線、高電気伝導性ばね、磁場発生用コイル、ワイヤーハーネス、熱交換器、摺動通電部材、放電加工用ワイヤー材などに好適に使用できる。
【００２１】
（２）また、耐溶着性、遮断特性が良好で優れたロー付性を有するため、接点材料に適用したとき、機器の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例のＣｕ−Ｗ焼結体の室温での電気伝導度と硬さを示す。
【図２】  Ｃｕ−１０ｖｏｌ％Ｗ焼結体の高温硬さを、比較例として示すＣｕ−Ａｌ2Ｏ3材料の結果とともに示す。
【図３】  同じく、ＡＣ２００Ｖにおける遮断試験の結果を示す。
【図４】  同じくＡＣ２００Ｖにおける溶着試験の結果を示す。
【図５】  同じく、Ｃｕ−１０ｖｏｌ％Ｍｏ焼結体の高温硬さと焼結体中のＭｏ粒子の平均粒子径を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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