(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎを２４質量％以上３４質量％以下、Ｓｎを０．５質量％以上１．７質量％以下、Ａｌを０．４質量％以上１．８質量％以下、Ｐを０．００５質量％以上０．１５質量％以下、Ｐｂを０．０１質量％以上０．２５質量％以下含有し、残部が銅と不可避不純物とからなる水道部材用低鉛黄銅合金。
ただし、Ｓｎが１．０質量％未満である場合はＡｌとＳｎの質量％について下記式（１）の条件を満たす。
・Ａｌ＋２×Ｓｎ≧２．８  ……（１）
【請求項２】
請求項１に記載の水道部材用銅合金の配合に加えて、さらにＢを０．０００５質量％以上０．０１５質量％以下含有する水道部材用低鉛黄銅合金。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水道部材用銅合金の配合に加えて、さらにＮｉを０．１質量％以上１．８質量％以下含有する水道部材用低鉛黄銅合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、黄銅合金製であって、エロージョン−コロージョン耐性を有する水道部材に適用する材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水栓金具などの水道関連部材に用いられてきたＪＩＳ  Ｈ５１２０  黄銅鋳物ＣＡＣ２０３は、鉛を０．５〜３．０質量％含んでおり、近年世界中で実施されている水道部材に使用される銅合金の鉛規制への対応が困難となっている。そのため、有害な鉛の影響を減少させるために、鉛の含有量を低下させた銅合金の製造が検討されている。【０００３】
ただし、単純に鉛の含有量を低下させると、銅合金の鋳造性や切削性、耐圧性が低下し、例えばバルブに用いた場合に水漏れが発生するなどの要因となりうる。そのような鉛の減少による性質の変化を補うために、Ｂｉを含有させることで、切削性、耐脱亜鉛腐食性や耐圧性を向上させることが検討されている。【０００４】
例えば下記特許文献１には、ＺｎとともにＡｌを０．４〜３．２質量％、Ｂｉを０．１〜４．５質量％、Ｐを０．００１〜０．３質量％含有する、鉛の含有量を抑えながら、脱亜鉛腐食を抑制し、機械的性質や鋳造性を高めた黄銅合金が記載されている。【０００５】
また下記特許文献２には、水質悪化を防ぎ、被削性とメッキ前処理としての研磨性に優れた黄銅合金として、０.３〜１.０％のＳｎと、０.５〜１.０％のＮｉと、０.４〜８％のＡｌと、０.０１〜０.０３％のＰと、１.０〜２.０％のＢｉと、微量のＳｂを含む黄銅合金が記載されている（例えばＮｏ．６，２０）。また、上記の組成にさらに重量比で５〜１０ｐｐｍのＢが含まれる黄銅合金も記載されている。【０００６】
しかし、切削性を確保するためにＢｉを多く含有する銅合金は、リサイクルする際に他のＢｉを含有しない銅合金と分けて使用しなければならない。これは、例えば、Ｐｂを含有する銅合金にＢｉが混入すると脆化してしまうためである。特許文献１にかかる合金はＢｉを有するためこの問題があり、また特許文献２にかかる合金も、実施例であるＮｏ．６に同じ問題を有する。【０００７】
これに対して、Ｂｉを含有せず、リサイクル性の点から水道部材として有用な黄銅合金が知られている。例えば、特許文献２の比較例である合金Ｎｏ．２０はＢｉを含まないため、リサイクル時にＢｉの有無による判別を必要とする問題は生じない。【０００８】
下記特許文献３には、線材用の銅合金として、ＢｉとＰｂを含有せず、Ｃｕ：６２〜９１ｍａｓｓ％と、Ｓｎ：０．０１〜４ｍａｓｓ％と、Ｚｒ：０．０００８〜０．０４５ｍａｓｓ％と、Ｐ：０．０１〜０．２５ｍａｓｓ％と、Ｚｎ：残部とからなる銅合金材が記載されている（例えばＮｏ．８０３）。この銅合金には、上記の含有量の範囲に加えてＣｕとＳｎとＰの質量％の間に６２≦Ｃｕ−０．５×Ｓｎ−３×Ｐ≦９０が成立する組成であることを条件としている。さらに、α相、γ相、及びβ相の合計含有量が面積率で９５〜１００％である相組織を為し、溶融固化時における平均結晶粒径が０．２ｍｍ以下であることも条件としている。ただし、この線材用合金を水道部材に転用しようとすると、Ｂｉを含有しないためにリサイクル性は十分になるが、必要な切削性を発揮できない。【０００９】
また、水道部材に黄銅合金を用いる際にはリサイクル性とは別に重要な課題がある。いずれの黄銅合金でもバルブ等の水道部材に用いる際には、エロージョン-コロージョンと呼ばれる水の急速な流れによって誘起される腐食に曝される。黄銅合金が静置された水に対して接触している場合は金属材料表面が緩やかに酸化膜に覆われることで腐食を防ぐが、流水に曝される環境下では、通常の腐食に加え、流れによって起こるせん断力や乱流の影響により酸化膜が破壊され腐食が進行してしまう。特許文献２の比較例Ｎｏ．２０の合金はこの耐エロージョン-コロージョン性が不十分になる。このような耐エロージョン-コロージョン性を有する黄銅合金として、例えば下記特許文献４〜６のような合金が挙げられている。【００１０】
特許文献４には、Ｚｎ：１０〜２５ｗｔ％未満、Ｐ：０．００５〜０．０７０ｗｔ％、Ｓｎ：０．０５〜１．０ｗｔ％、Ａｌ：０．０５〜１．０ｗｔ％含み、さらにＦｅ：０．００５〜１．０ｗｔ％、Ｐｂ：０．００５〜０．３ｗｔ％の内、何れか１種又は２種を合計０．００５〜１．３ｗｔ％含み、残部として銅及び不可避的な不純物からなる耐エロージョン-コロージョン性に優れた銅合金が記載されている。【００１１】
また特許文献５には、Ｚｎ：２５〜４０ｗｔ％、Ｐ：０．００５〜０．０７０ｗｔ％、Ｓｎ：０．０５〜１．０ｗｔ％、Ａｌ：０．０５〜１．０ｗｔ％を必須として含み、さらにＦｅ：０．００５〜１．０ｗｔ％、Ｐｂ：０．００５〜０．３ｗｔ％の内何れか１種又は２種を合計０．００５〜１．３ｗｔ％含み、残部として銅及び不可避的な不純物からなり、結晶粒度が０．０１５mm以下である耐脱亜鉛腐食性に優れた銅合金が記載されている。【００１２】
さらに特許文献６には、Ｚｎ：２５〜４０ｗｔ％、Ｐ：０．００５〜０．０７０ｗｔ％、Ｓｎ：０．０５〜１．０ｗｔ％、Ａｌ：０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｓｉ：０．００５〜１．０ｗｔ％を必須として含み、さらにＦｅ：０．００５〜１．０ｗｔ％、Ｐｂ：０．００５〜０．３ｗｔ％の内何れか１種又は２種を総量で０．００５〜１．３ｗｔ％含み、残部として銅及び不可避的な不純物からなる合金を、最終焼鈍後さらに３〜２０％の加工度で冷間圧延を施すことを特徴とする耐脱亜鉛腐食性に優れた銅合金が記載されている。【００１３】
さらにまた下記特許文献７には、微量元素としてＺｒやＴｅを含有する銅合金として、Ｚｎ：８〜４０％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０４％、Ｐ：０．０１〜０．２５％を含有し、Ｓｉ：２〜５％、Ｓｎ：０．０５〜６質量％及びＡｌ：０．０５〜３．５質量％のうち１種又は２種以上を含有し、残りがＣｕ及び不可避不純物からなる銅合金が記載されている。また実施例１０５として、ＳｉやＢｉを有さず、Ｚｎ：２７％、Ｓｎ：０．８％、Ａｌ：０．８％、Ｐ：０．０５％、Ｐｂ：０．１８％、Ｚｒ：０．００５％、Ｔｅ：０．１２％からなる銅合金が記載されている。【００１４】
また下記特許文献８には、個々の元素が及ぼす影響を亜鉛当量（Ｚｎｅｑ）により一本化し、亜鉛当量Ｚｎｅｑが不等式の条件を満たすことで必要な物性を満たす合金を見出した例が記載されている。ただし、Ｂｉを含む例である。具体的には、Ａｌ：０．４〜２．５質量％、Ｐ：０．００１〜０．３質量％、Ｂｉ：を０．１〜４．５質量％含有するとともに、Ｎｉ：０〜５．５質量％であり、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃｄの含有量がそれぞれ０〜０．５質量％であり、Ｚｎを含有し、残りがＣｕ及び不可避不純物からなる。そして、ＺｎｅｑとＡｌの含有量が下記式（１）（２）を満足することを条件としている。
Ｚｎｅｑ＋１．７×Ａｌ≧３５．０    （１）
Ｚｎｅｑ−０．４５×Ａｌ≦３７．０  （２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＷＯ２０１３／１４５９６４ Ａ１
【特許文献２】特開２０００−２３９７６５号公報
【特許文献３】特許４０９４０４４号公報
【特許文献４】特開昭６０−１３８０３４号公報
【特許文献５】特開昭６１−１９９０４３号公報
【特許文献６】特開昭６２−３０８６２号公報
【特許文献７】ＷＯ２００７／０９１６９０ Ａ１
【特許文献８】特許第５５２２５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献４にかかる合金はＺｎ含有量が少ないために、引張強さが足らず、機械的性質に問題が生じてしまう。また、文献では耐エロージョン-コロージョン性が主張されているが、実際にはＳｎ含有量が不足しており、耐エロージョン-コロージョン性は不十分なものとなっている。【００１７】
特許文献５及び６にかかる合金は、Ｚｎ含有量が多いために伸びが不十分となりやすく、また、脱亜鉛腐食も起こりやすいと言う問題がある。さらに、耐エロージョン-コロージョン性も不十分であった。【００１８】
また、特許文献７にはＺｒやＴｅが必須元素として含まれるため、他の銅合金と混合して用いると問題がある。特にＴｅには毒性があるため、水道部材に用いること自体が好ましくなかった。【００１９】
さらに、特許文献８の合金はＢｉを含有するので、リサイクル時に他の一般のＰｂを含有する銅合金と混合して用いることができなかった。また。耐エロージョン-コロージョン性が不十分であるという問題もあった。【００２０】
そこでこの発明は、水道部材として必要な耐脱亜鉛腐食性を維持しつつ、毒性を発揮する元素の使用を抑制し、Ｂｉの含有量を抑えてリサイクル性を確保しながら、耐エロージョン-コロージョン性を発揮させる、水道部材としての機械的性質にも優れた黄銅合金を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この発明は、Ｚｎを２４質量％以上３４質量％以下、Ｓｎを０．５質量％以上１．７質量％以下、Ａｌを０．４質量％以上１．８質量％以下、Ｐを０．００５質量％以上０．２質量％以下、Ｐｂを０．０１質量％以上０．２５質量％以下含有し、残部が銅と不可避不純物とからなり、
Ｓｎが１．０質量％未満である場合はＡｌとＳｎの質量％について下記式（３）の条件を満たす水道部材用低鉛黄銅合金により上記の課題を解決したのである。
・Ａｌ＋２×Ｓｎ≧２．８  ……（３）【００２２】
Ｐｂは低い方が望ましいが、健康に与える影響を抑制する限られた範囲であっても、少量で切削性の向上に寄与する。また、ＰｂとＡｌ−Ｐ化合物とが複合的にチップブレーカとして作用することで切削性の向上に大きく寄与する。これにより、切削性を十分に確保して水道部材の製造に向いた合金となる。また、Ｓｎを所定量含有することで、エロージョン-コロージョンに対する耐久性をも発揮させつつ、Ｚｎを多く含む黄銅合金として要求される引張強さや伸び、０．２％耐力といった機械的性質を発揮させることができる。【００２３】
なお、Ｓｎが１．０質量％未満である場合には、耐エロージョン-コロージョン性を確保するために、さらなる条件としてＡｌとの間に上記式（３）の条件を満たすことが必要となる。ＡｌとＳｎとはいずれも耐エロージョン-コロージョン性に関与するが、特にＳｎが１．０質量％未満の環境では、耐エロージョン-コロージョン性への寄与においてＡｌに対して倍の影響力を発揮する。合金のバランスを確保しながら必要な物性を得るため、上記式（３）の条件を確保させる。一方、Ｓｎが１．０質量％以上になると、上記式（３）を満たさなくても耐エロージョン-コロージョン性が十分に確保できるとともに、０．２％耐力も確保される。【００２４】
なお、同じく切削性を向上させる元素にはＳｉがあるが、この発明にかかる黄銅合金では不可避不純物として含まれる量未満とする。Ｓｉは酸化物を生じさせてリサイクル性や機械的性質、特に伸びに問題を生じやすく、また、耐エロージョン-コロージョン性を低下させるおそれがあるためである。【００２５】
また、この発明にかかる黄銅合金のバリエーションとして、上記の配合に加えてさらに、Ｂを０．０１５質量％以下の範囲で含有すると、耐脱亜鉛腐食効果に大きく寄与するものとなる。【００２６】
さらに、この発明にかかる黄銅合金の別のバリエーションとして、上記の配合に加えてさらに、Ｎｉを１．８質量％以下の範囲で含有することでも、耐脱亜鉛腐食効果に大きく寄与するものとなる。
【発明の効果】
【００２７】
この発明により、Ｂｉの含有量を抑えてリサイクル性を高めながら切削性も確保し、耐エロージョン-コロージョン性も有する、安全性と耐久性と利便性を確保した黄銅合金製水道部材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】引張試験評価方法の模式図である。
【図２】エロージョン-コロージョン試験装置の概念図である。
【図３】切削性評価方法の基準図である。
【図４】実施例における、Ｓｎの含有量に対する、エロージョン-コロージョン最大深さのグラフである。
【図５】実施例における、式（４）の値Ｔに対する、エロージョン-コロージョン最大深さのグラフである。
【図６】切削性試験における切削粉を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明について詳細に説明する。
この発明は、少なくともＺｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐ、Ｐｂを含有する水道部材用の黄銅合金である。
【００３０】
上記黄銅合金のＺｎ含有量は、２４質量％以上である必要があり、２７質量％以上であると好ましい。２４質量％未満であると、引張強さが足りずに、機械的性質に問題が生じてしまう。また、２７質量％以上とすることで、０．２％耐力を十分に確保でき、強度に優れた黄銅合金となる。一方で、３４質量％以下である必要があり、３２質量％以下であると好ましい。Ｚｎが多すぎると伸びが不十分となりやすい。また、Ｚｎが３４質量％を超えると、脱亜鉛腐食が大きくなりすぎる。
【００３１】
上記黄銅合金のＳｎ含有量は、０．５質量％以上である必要があり、０．５質量％未満であると、エロージョン-コロージョンに対する耐性が不十分になる。１．０質量％以上であると、耐エロージョン-コロージョン性を十分に確保でき、０．２％耐力も十分に確保できるため望ましい。一方で、１．７質量％以下である必要があり、１．３質量％以下であると好ましい。Ｓｎが多すぎると伸びが低下しすぎてしまうためである。また、Ｓｎが１．０質量％未満の場合、耐エロージョン-コロージョン性を確保するために、Ａｌとの関係で後述する式（３）の条件を満たす必要がある。
【００３２】
上記黄銅合金のＡｌ含有量は、０．４質量％以上である必要があり、０．６質量％以上であると好ましい。０．４質量％未満であると、引張強さや０．２％耐力が不十分となり、機械的性質に問題を生じてしまう。また、後述のＰとの間で形成する化合物が切削性に大きく寄与するが、Ａｌが不足するとその効果も不十分となってしまう。一方で、１．８質量％以下である必要があり、１．３質量％以下であると好ましい。１．８質量％を超えると伸びが低下しすぎてしまうおそれがある。
【００３３】
また、Ｓｎの含有量が１．０質量％未満である場合には、ＳｎとＡｌの含有量について、下記式（３）の条件を満たす必要がある。エロージョン-コロージョンにより生じうる最大深さは、ＡｌとＳｎの上昇によっていずれも改善される傾向にあるが、Ｓｎが１．０質量％未満の環境では特に、Ｓｎ含有量増加による耐エロージョン-コロージョン性の向上への寄与が、Ａｌ含有量増加による耐エロージョン-コロージョン性の向上への寄与に比べて、倍の効果となって現れる。
・Ａｌ＋２×Ｓｎ≧２．８  ……（３）
【００３４】
上記黄銅合金のＰ含有量は、０．００５質量％以上である必要があり、０．０１質量％以上であると好ましい。Ｐが少なすぎると、Ａｌとの間で形成するＡｌ−Ｐ化合物が切削性に寄与する効果が薄れ、切削粉が繋がりやすくなる。また、Ｐは脱酸効果を発揮するので、少なすぎると鋳造時の脱酸効果が低下するため、ガス欠陥が増加し、かつ溶湯が酸化して湯流れ性が低下してしまう。一方、０．２質量％以下である必要があり、０．１５質量％以下であると好ましい。Ｐが多すぎると、硬質なＡｌ−Ｐ化合物などが増えすぎてしまい、伸びが低下してしまう。さらに鋳型の水分と反応しガス欠陥の発生や引け巣欠陥が増加してしまう。
【００３５】
上記黄銅合金のＰｂ含有量は、０．０１質量％以上である必要があり、０．０３質量％以上であると好ましい。Ｐｂが存在することでＡｌ−Ｐ化合物とともに切削性に寄与するが、０．０１質量％未満であるとこの切削性が不十分になるおそれがある。特に上記黄銅合金はＳｎを含み、硬質なγ相が形成されるため、Ｐｂによる切削性向上効果の寄与が不可欠となる。一方で、０．２５質量％を超えると、地域によっては水道部材用合金として浸出基準を満たすことが難しくなるため、含有量は最大でも０．２５質量％以下であることが必要となる。
【００３６】
上記黄銅合金は残分として、Ｃｕの他に、原材料や製造時の問題から不可避的に含有される不可避不純物として上記した以外の元素を含有していてもよい。ただし、それらの元素の含有量は本発明の効果を阻害しない範囲に留める必要が有る。予期せぬ元素が多すぎると上記の元素の範囲であっても、物性に支障を来すおそれがあるからである。これらの不可避不純物の合計量は、１．０質量％未満であると好ましく、０．５質量％未満であるとより好ましい。
【００３７】
上記不可避不純物の中で、Ｓｉの含有量は０．２質量％未満であると好ましく、０．１質量％未満であるとより好ましく、検出限界未満であるとさらに好ましい。Ｓｉが多すぎると酸化物の巻き込み、伸びの低下や引け巣を助長し、健全な鋳物ができなくなってしまう。
【００３８】
上記不可避不純物の中で、Ｂｉの含有量は、０．３質量％未満である必要があり、０．１質量％未満であると好ましく、検出限界未満であるとさらに好ましい。Ｂｉが無視できない量で含まれると製品をリサイクルする際に別扱いにしなければならず、扱いに困ることになるからである。Ｂｉを０．３質量％を超えて含有すると本発明の黄銅合金に含まれるＰｂと共存することで伸びが不十分となり、機械的性質に問題が生じるおそれがある。
【００３９】
上記不可避不純物となる元素の含有量は、いずれも０．４質量％未満であると好ましく、０．２質量％未満であるとより好ましく、検出限界未満であるとさらに好ましい。このような不純物としては、例えば、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｃｄなどが挙げられる。この中でも特に、毒性が知られているＳｅ、Ｃｄ、Ｔｅは０．１質量％未満であることが望ましく、検出限界未満であるとさらに望ましい。また、引け巣欠陥を増大させるＺｒは０．１質量％未満であることが望ましく、検出限界未満であるとさらに望ましい。
【００４０】
一方、上記黄銅合金は上記不可避不純物とは別に、意図的に含有させる元素としてＢを０．０００５質量％以上含むと、耐脱亜鉛腐食性が大きく向上する。Ｂによって結晶粒が微細化されて、脱亜鉛腐食を受けにくい形状になるからである。Ｂを０．０００７質量％以上含むとさらに耐脱亜鉛腐食性が向上するため好ましい。一方で、０．０１５質量％を超えて含むと、硬質の化合物が大量に組織内に生じて、切削性や伸びへの悪影響を起こすことがある。
【００４１】
また、上記黄銅合金は上記不可避不純物とは別に、意図的に含有させる元素としてＮｉを含有していてもよい。Ｎｉを０．１質量％以上含むと、耐食性に優れるα相の面積を増加させることで、黄銅合金の耐脱亜鉛腐食性が向上する。この効果はＢの含有による効果と重複させることもできる。一方で、１．８質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であるとより好ましい。Ｎｉが過剰に添加されるとＳｎの含有量が多い相が増加することで、伸びや切削性が低下しやすくなる。Ｎｉが１．８質量％を超えると、伸びの低下が無視できなくなる。伸びの低下を確実に抑えるには０．５質量％以下であるとよい。
【００４２】
なお、上記黄銅合金に意図的に含有させる元素として、上記の含有量の範囲でＢとＮｉとの両方を添加させてもよい。
【００４３】
なお、この発明における含有量の値は、原料における比ではなく、鋳造や鍛造などにより合金を製造した時点における含有量を示す。
【００４４】
上記黄銅合金の残分はＣｕである。この発明にかかる黄銅合金は、一般的な銅合金の製造方法で得ることができ、この黄銅合金で水道部材を製造する際には、一般的な製造方法（例えば鋳造や伸銅、鍛造など）により製造することができる。例えば、重油炉、ガス炉、高周波誘導溶解炉などを用いて合金の溶解を行い、各形状の鋳型に鋳造する方法が挙げられる。
【実施例】
【００４５】
以下、この発明にかかる黄銅合金を実際に製造した例を挙げて報告する。まず、黄銅合金に対して行う試験方法について説明する。【００４６】
＜引張試験方法＞
φ２８ｍｍ×２００ｍｍの金型に鋳造した試料から、ＪＩＳ  Ｚ２２４１で規定する１４Ａ号試験片に加工した。具体的形状は図１の通りである。平行部の原断面積Ｓ０と原標点距離Ｌ０とがＬ０＝５．６５×Ｓ０＾（１／２）の関係にある比例試験片である。棒状部の直径ｄ０は４ｍｍ、原標点距離Ｌ０は２０ｍｍ、円柱状とした並行部長さＬｃは３０ｍｍ、肩部の半径Ｒは１５ｍｍとした。（Ｌ０＝５．６５×（２×２×π）＾（１／２）＝２０．０４）【００４７】
この試験片について、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準拠して引張試験を実施して、その引張強さ（ＭＰａ）、０．２％耐力（ＭＰａ）、及び伸び（％）を次のように評価した。なお、引張強さは試験において不連続な降伏を示すまで、試験中に試験片が耐えた最大の試験力Ｆｍとした。０．２％耐力は、塑性伸びが、原標点距離Ｌ０に対して０．２％に等しくなったときの応力である。また、伸びは破断するまで試験した後の試験片の永久伸びを原標点距離Ｌ０に対して百分率で表した値である。
・引張強さの評価は、「Ｇｏｏｄ」（Ｇ）……３００ＭＰａ以上、「Ｆａｉｒ」（Ｆ）……２５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ未満、「Insufficient」（Ｉ）……２５０ＭＰａ未満とした。
・０．２％耐力の評価は、「Ｇｏｏｄ」（Ｇ）……１００ＭＰａ以上、「Ｆａｉｒ」（Ｆ）……８０ＭＰａ以上１００ＭＰａ未満、「Insufficient」（Ｉ）……８０ＭＰａ未満とした。
・伸びの評価は、「Ｇｏｏｄ」（Ｇ）……２５％以上、「Ｆａｉｒ」（Ｆ）……２０％以上２５％未満、「Insufficient」（Ｉ）……２０％未満とした。【００４８】
＜エロージョン-コロージョン試験＞
Φ２０×１２０ｍｍＬの金型に鋳造した試料を図２に記載のように、φ１６ｍｍの円柱状に加工したものを試験片１２とし、この試験片１２に対して隙間を０．４ｍｍあけた位置に、１．６ｍｍ口径のノズル１１をセットし、ノズル１１から試料へ向けて１％ＣｕＣｌ２水溶液１３を流量０．４Ｌ／ｍｉｎの順流で５時間流し続け、試験前後における試料の重量損失（減耗量）及び最大深さを計測した。
・減耗量の評価は、「Ｇｏｏｄ」（Ｇ）……２５０ｍｇ未満、「Ｆａｉｒ」（Ｆ）……２５０ｍｇ以上３５０ｍｇ未満、「Insufficient」（Ｉ）……３５０ｍｇ以上とした。
・エロージョン-コロージョン最大深さの評価は、「Ｇｏｏｄ」（Ｇ）……１５０μｍ以下、「Ｆａｉｒ」（Ｆ）……１５０μｍより深く２００μｍ以下、「Insufficient」（Ｉ）……２００μｍより深いとした。【００４９】
＜穿孔試験＞
各々の合金について、ボール盤による穿孔試験を実施した。穿孔試験は、各供試材をφ１８ｍｍ×２０Ｈに機械加工し、ボール盤を用いて表１に示す穿孔条件で評価を行った。評価方法は、５ｍｍの穿孔に要する時間を測定し、２０ｓｅｃ以下を「Ｇｏｏｄ」（Ｇ）、２０ｓｅｃを超え２５ｓｅｃ以下を「Ｆａｉｒ」（Ｆ）、２５ｓｅｃを超えるものを「Insufficient」（Ｉ）と評価した。【００５０】
【表１】
0006482530.tif 000002
【００５１】
＜旋盤加工試験＞
試験を行う合金について、φ２８×２００ｍｍの金型に鋳造した試料を汎用旋盤により、超硬ロウ付けバイトを用いて送り０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、回転数５５０ｒｐｍにて乾式切削加工を行い、切削屑を得た。切削粉の評価方法は、図３に示すように、形状により分類して良好なものを（「Ｇｏｏｄ」（Ｇ））、不良なものを（「Insufficient」（Ｉ））と判定した。【００５２】
＜脱亜鉛腐食試験方法＞
φ２８ｍｍ×２００ｍｍの金型に鋳造した試料から、１０ｍｍ角の立方体状に切り出したものを試験片とし、ＩＳＯ６５０９に準拠して行った。すなわち、試験片の周囲を、厚さ１５ｍｍ以上のエポキシ樹脂で覆い、試験片の一面だけを樹脂から露出させた。この露出面１００ｍｍ２を湿式研磨紙で研磨した後、１２００番の研磨紙で仕上げ、試験直前にエタノールで洗浄した。このエポキシ樹脂に埋め込んで一面のみ露出させた試料を、２５０ｍＬの１２．７ｇ／Ｌ塩化第二銅水溶液に、７５±５℃にて２４時間浸漬させた。試験終了後に、水で洗い、エタノールですすいだ後、すみやかに、その断面部分の脱亜鉛深さを、光学顕微鏡を用いて計測した。具体的には、試料１０ｍｍを５視野に分割して視野毎の脱亜鉛深さを、最小の点と、最大の点で計測し、合計１０点の平均値を脱亜鉛腐食平均深さ、それら１０点の内、最も深い点の深さを脱亜鉛腐食最大深さとして次のように評価した。それらの結果のいずれも×ではないものを合格とした。
・脱亜鉛腐食平均深さの評価は、「Very Good」（Ｖ）……５０μｍ未満、「Good」（Ｇ）……５０μｍ以上１００μｍ未満、「Fair」（Ｆ）……１００μｍ以上２００μｍ未満、「Insufficient」（Ｉ）……２００μｍ以上とした。
・脱亜鉛腐食最大深さの評価は、「Very Good」（Ｖ）……１００μｍ未満、「Good」（Ｇ）……１００μｍ以上２００μｍ未満、「Fair」（Ｆ）……２００μｍ以上４００μｍ未満、「Insufficient」（Ｉ）……４００μｍ以上とした。【００５３】
＜試料の製造方法＞
それぞれの元素を構成する材料を混合し、高周波誘導溶解炉にて溶製した後、鋳造して各表に記載の含有量となる各々の例で供試材を作製した。なお、含有量の値は全て質量％であり、製造後の測定値である。それぞれの得られた銅合金について、下記の試験を行った。なお、表中いずれの例においても、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｆｅは検出限界未満であった。また、表中に記載の無い元素、及び空欄は検出限界未満であることを示す。【００５４】
最初に、ＳｎとＡｌのそれぞれの含有量を変化させて、上記式（３）の内容を確認した。その評価に用いた成分と、機械的性質、及びエロージョン-コロージョン（ＥＣ）試験の結果を表２に示す。この結果を、Ｓｎの値を横軸、エロージョン-コロージョン最大深さを縦軸にとり、Ａｌの濃度ごとの折れ線グラフとしてプロットしたものを図４に示す。なお、試験例１〜４がＡｌ：０．６質量％、試験例５〜８がＡｌ：１．０質量％、試験例９〜１２がＡｌ：１．７質量％の例である。それぞれのグループは、Ｓｎの量を増加させた順に例を並べている。【００５５】
【表２】
0006482530.tif 000003
【００５６】
試験の結果、Ａｌの含有量に拘わらず、Ｓｎの含有量が１．０質量％以上の領域の例は、Ｓｎが１．０質量％未満の領域の例に比べて、エロージョン-コロージョン（ＥＣ）最大深さが特に改善することが示された。また、Ｓｎの含有量が同一の場合、Ａｌの含有量が多いほど、エロージョン-コロージョン最大深さが改善されることが示された。ただし、その傾向は特にＳｎの含有量が１．０質量％未満の領域において顕著に表れていることが示された。【００５７】
そこで、上記の例のうち、Ｓｎが１．０質量％未満である例について検討した。すなわち、Ａｌが０．６質量％の試験例１及び２、Ａｌが１．０質量％の試験例５，６、Ａｌが１．７質量％の試験例９，１０について抜き出したものを表３に示す。これらのうち、エロージョン-コロージョン最大深さが「Insufficient」となったのは、試験例１，２，５である。試験例１に対して、試験例２はＳｎの含有量が約０．２質量％高い。また、試験例１に対して試験例５は、Ａｌの含有量が約０．４質量％高い。そして、試験例２と試験例５は、エロージョン-コロージョン最大深さの値はほぼ同じである。つまり、試験例１と比較して、Ｓｎ含有量が０．２％増加した試験例２と、Ａｌ含有量が０．４％増加した試験例５とは、エロージョン-コロージョン最大深さにおける試験例１からの減少が等しい。このことから、Ｓｎが１．０質量％未満の領域においては、ＳｎまたはＡｌの含有量増加に伴うエロージョン-コロージョン最大深さの減少による耐エロージョン-コロージョン性向上への寄与において、Ｓｎの含有量増加効果がＡｌの含有量増加効果の２倍であると推測される。このことから、下記式（４）による数Ｔが耐エロージョン-コロージョン性の指標として用いることができる。【００５８】
【表３】
0006482530.tif 000004
【００５９】
Ｔ＝Ａｌ＋２×Ｓｎ……（４）【００６０】
この式（４）の値を横軸に、エロージョン-コロージョン最大深さの値を縦軸にとって、上記の表３のデータをプロットしたグラフを図５に示す。プロットした結果、式（４）の値Ｔが２．８未満の範囲では、式（４）Ｔの値の上昇に伴って、エロージョン-コロージョン最大深さはほぼ直線状の減少傾向を示した。また、式（４）の値Ｔが２．８以上の範囲では、エロージョン-コロージョン最大深さはほぼ一定の傾向を示した。このことから、Ｓｎの含有量が１．０質量％未満である場合には、上記式（３）の条件を満たすことで、耐エロージョン-コロージョン性が十分に確保できることが確認できた。
【００６１】
上記の試験例のうち、試験例３、４，６〜１２は本願発明にかかる合金の実施例に該当する。このうち、試験例６、９、１０は、Ｓｎが１．０質量％未満でありかつ上記Ｔ≧２．８の条件を満たし、実施例に該当する。一方、試験例３，４、７，８，１１，１２はＳｎが１．０質量％以上の条件を満たし、実施例に該当する。【００６２】
次に、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐ、Ｓｎ及びＰｂそれぞれの含有量を変化させた場合における、機械的性質、耐エロージョン-コロージョン性の変化を引張試験及びエロージョン-コロージョン試験にて評価した。その成分と結果を表４に示す。【００６３】
【表４】
0006482530.tif 000005
【００６４】
第一に、Ｚｎの含有量を変更した例を調製した。Ｚｎが２４質量％未満である比較例１は引張強さに問題を生じてしまっている。２４質量％以上である実施例１では引張強さをある程度確保することができ、２７質量％以上である実施例２，３では十分な引張強さを確保できる。一方で、Ｚｎが多すぎて３４質量％を超えた比較例２では、伸びに問題を生じてしまっている。【００６５】
第二に、Ａｌの含有量を変更した例を調製した。Ａｌが検出限界未満である比較例３では引張強さと０．２％耐力のいずれも不十分となった。Ａｌが０．３９質量％である実施例４では引張強さ及び０．２％耐力をある程度確保することができ、Ａｌが０．６質量％以上である実施例５、３、６では十分な引張強さと０．２％耐力を確保できる。一方で、Ａｌが多すぎて１．８質量％を超えた比較例４では伸びに問題を生じており、１．８質量％未満である１．６６質量％の実施例６ではある程度の伸びを確保できている。【００６６】
第三に、Ｐの含有量を変更した例を調製した。Ｐがやや多い実施例８では耐エロージョン-コロージョン性がやや低下した。さらにＰが多く０．２質量％を超えた比較例５では、伸びが低下しすぎてしまっている。【００６７】
第四に、Ｓｎの含有量を変更した例を調製した。Ｓｎが０．１１質量％である比較例６と、Ｓｎが０．３１質量％である比較例７では、耐エロージョン-コロージョン性が不十分となり重量減耗量と最大深さがいずれも問題となる値となった。Ｓｎを０．９１質量％有しかつＴ＝Ａｌ＋２×Ｓｎ＝２．８２である実施例９では、耐エロージョン-コロージョン性をある程度確保することができた。さらに、Ｓｎが１．０質量％以上である実施例３、１０では十分な耐エロージョン-コロージョン性を確保できた。一方で、Ｓｎが１．７質量％を超えている比較例８、９では、伸びが低下しすぎてしまっている。Ｓｎが１．５４質量％である実施例１０ではある程度の伸びを確保できている。【００６８】
第五に、Ｐｂの含有量を変更した例を調製した。実施例１１，３，１２の範囲ではいずれも機械的性質及び耐エロージョン-コロージョン性ともに良好なものとなった。ただし、Ｐｂが０．２５質量％に近い実施例１２ではやや伸びの低下が見られた。【００６９】
＜Ｐ及びＰｂについての切削性評価＞
次に、ＰとＰｂについて含有量を調整した場合における切削性の変化を穿孔試験及び旋盤加工試験にて評価した。その成分と結果を表５に示す。
【００７０】
【表５】
0006482530.tif 000006
【００７１】
まずＰの変化による違いを検証する。Ｐが０．００９質量％の実施例１３と、Ｐが検出限界未満である比較例１０を調製した。これらと上記の実施例７，３，８、比較例５とについて穿孔試験を行った。Ｐが検出限界未満である比較例１０では時間が掛かりすぎてしまい、切粉が繋がってしまった。Ｐを０．００５質量％以上含む実施例１３，７，３では十分に短い時間で穿孔できた。また、実施例１３，３では得られる切粉は分断されている。これはＰが含有されることで形成されるＡｌ−Ｐ化合物が、切削時にチップブレーカとして働くことによると考えられる。一方で、Ｐが０．１質量％を超える実施例８、比較例５では穿孔にかかる時間がやや長くなり、無視できないものとなった。【００７２】
また、比較例１０，実施例１３、実施例３については切削粉の形状による評価を行った。その写真を図６（ａ），（ｂ），（ｃ）のそれぞれに示す。比較例１０ではヘリカル状に繋がった問題ある切削粉を生じてしまったが、Ｐが増加した実施例１３では全体的に切削粉が短くなり、よりＰが増加した実施例３ではさらに切削粉が短い優良なものとなった。【００７３】
次に、Ｐｂの変化による違いを検証する。あらたにＰｂが検出限界未満である比較例１１を調製した。これらと上記の実施例１１，３，１２とについて、穿孔試験を行った。Ｐｂが規定値未満である比較例１１では穿孔時間が著しく長くなってしまった。Ｐｂが０．０２５質量％である実施例１１ではある程度穿孔時間を抑えて切削性を確保できた。Ｐｂがさらに多い実施例３及び１２では十分に穿孔時間が短くなった。また、比較例１１及び実施例１１について切削粉の形状による評価を行った。比較例１１、実施例１１の切削粉の写真を図６（ｄ），（ｅ）のそれぞれに示す。いずれも切削粉の形状は問題ないものであった。【００７４】
さらに、Ｐ及びＰｂをともに含まない例として、比較例１２を調製した。この比較例１２について、切削粉の形状による評価及び、穿孔試験を行った。その切削粉の写真を図６（ｆ）に示す。その結果、比較例１２はＰ及びＰｂを含まないことから、切削粉はＰｂのみを含有する比較例１０よりさらに長く繋がった問題のある切削粉を生じ、穿孔試験においても比較例１０よりさらに著しく長時間になってしまった。【００７５】
さらに、個別の事案について例を並べて検証する。そのデータを表６に示す。【００７６】
【表６】
0006482530.tif 000007
【００７７】
＜脱亜鉛腐食試験の結果＞
Ｚｎの違いにより、脱亜鉛腐食の深さがどのように変化するかを、実施例２，実施例３，比較例２を用いて検証した。Ｚｎが十分に少ない実施例２では優れた値を示し、実施例３でも腐食は少なかった。これに対して、Ｚｎが３４質量％を超える比較例２では、最大深さは許容限界近い値を示し、平均深さが著しく悪化してしまった。【００７８】
＜Ｂｉの添加による挙動の検証＞
実施例３に近い配合で、Ｂｉを０．３５質量％含む比較例１３を調製したところ、伸びが大きく低下してしまい、リサイクル性だけでなく機械的性質からも問題を有することが確認された。【００７９】
＜Ｎｉの添加による挙動の検証・１＞
実施例３に近い配合で、さらにＮｉを０．８２質量％添加する実施例１４と、同様にＮｉを１．８８質量％添加する比較例１４とを調製した。実施例１４と比較例１４のどちらも耐脱亜鉛腐食性は大きく向上したが、Ｎｉを１．８８質量％含有させた比較例１４では伸びが低下しすぎてしまった。【００８０】
＜Ｎｉの添加による挙動の検証・２＞
実施例１４に比べてＳｎを減らし、Ｐｂを増やした実施例１５，１６を調製した。実施例１５に比べてＮｉが多い実施例１６の方が耐脱亜鉛腐食性がより向上した。また、実施例１５，１６について耐エロージョン-コロージョン性を測定したところ、どちらも良好な結果となった。ただし、実施例１６ではある程度の伸びは確保できるがやや低下してしまうことも示された。【００８１】
＜Ｂの添加による挙動の検証・１＞
実施例３に近い配合で、さらにＢを０．００６質量％添加する実施例１７を調製した。いずれも大きく耐脱亜鉛腐食性が大きく向上した。【００８２】
＜Ｂの添加による挙動の検証・２＞
実施例３に近い配合で、Ｂの添加量を増加させた実施例１８〜２０を調製した。実施例１８のＢ含有量は０．０００７質量％、実施例１９のＢ含有量は０．００１２質量％、実施例２０のＢ含有量は０．０１１質量％である。耐脱亜鉛腐食性はＢの添加量が増加することに伴って特に向上し、実施例２０の耐脱亜鉛腐食性は特に優れたものとなった。ただし、実施例２０ではある程度の伸びは確保できるが低下してしまうことも示された。【００８３】
＜Ｂ及びＮｉの添加による挙動の検証＞
実施例３に近い配合で、ＢとＮｉの両方を添加させた実施例２１〜２３を調製した。いずれも耐脱亜鉛腐食性について特に優れた値を示した。ただし、いずれの例でもある程度の伸びは確保できるが低下してしまうことも示された。
【符号の説明】
【００８４】
１１  ノズル
１２  試験片
１３  ＣｕＣｌ２水溶液
【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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【図６】
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