(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比として１５％ないし２５％のニッケルと、重量比として１５％ないし２５％のマンガンと、鉛と、残りが銅および通常の不純物からなり、スプレー溶着形態で設けられる銅・ニッケル・マンガン合金において、前記鉛は重量比として０．００１％ないし１％の破砕チップ状添加物としてあることを特徴とするプラグコネクタ及び海洋域、鉱区用のボーリング設備用の工具および部品を製造するための銅・ニッケル・マンガン合金。
【請求項２】
重量比としてニッケルを１７％ないし２３％、重量比としてマンガンを１７％ないし２３％としたことを特徴とする請求項１に記載の銅・ニッケル・マンガン合金。
【請求項３】
重量比としてニッケルを１９．５％ないし２０．５％、重量比としてマンガンを１９．５％ないし２０．５％としたことを特徴とする請求項２に記載の銅・ニッケル・マンガン合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅・ニッケル・マンガン合金および材料としてのその使用方法に関し、特に着脱可能な電気結合部品並びに海洋域および鉱区における工具および部品を製造するための前記銅・ニッケル・マンガン合金およびその使用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
比較的高価な銅・ベリリウム合金の代用として、安価な銅・ニッケル・マンガン合金を、たとえば電気電子部品の分野において使用することは知られている。
【０００３】
住民の環境意識が強くなってきているため、環境適応性および健康阻害の観点がますます関心の焦点になっている。いかなる問題点も回避することが肝要である。
【０００４】
それ故、Ｂｅを含む材料を不適切に処理する際に発生するＢｅ塵およびＢｅ蒸気に健康を阻害する作用がある可能性があるため、Ｂｅを含まない材料に対する要求が増大している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、部分的に特性を改善した他の（Ｂｅを含まない）Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、１５%ないし２５%のニッケルと、１５%ないし２５%のマンガンと、０．００１%ないし１．０%の破砕チップ状添加物と、残りは銅および通常の不純物から成るＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金によって解決される（パーセント記載は重量に関わる）。
【０００７】
この場合、破砕チップ状添加物としては、鉛、炭素、特にグラファイト粒子またはカーボンブラック粒子の形態の炭素、および金属間化合物が考慮される。金属間化合物の形成は、燐、珪素、チタン、バナジウムのグループからなる少なくとも１つの元素を添加することにより行なう。
【０００８】
特開昭６２−２０２２３８号公報からは、５%ないし３５%のニッケルと、５%ないし３５%のマンガンを含むＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金が知られている。このＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金は、添加物として１種または複数種の元素を０．０１%ないし２０%含んでおり、当該元素は多数の元素（これには鉛も含まれる）の２つのグループから選定することができる。これに対して、本発明による合金成分には精選性がある。というのは、従来技術による豊富なバリエーションに比べると権利請求範囲が狭いからである。また、権利請求範囲は上記特開昭６２−２０２２３８号公報の表に記載されている実施例とはかなりかけ離れている。さらに、目的に応じた精選性がある。というのは、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金に対し破砕チップ状添加物を添加するので、以下で実施例を用いて詳細に説明するように、合金の強度と靭性との優れた組み合わせが得られるからである。
【０００９】
請求項７と８は有利な合金成分に関わるものである。
【００１０】
すべての合金元素を特に均質に且つ溶離しないように分布させるため、本発明による合金はスプレー溶着方法により製造されている。
【００１１】
銅材料の成形過程はスプレー溶着により行なわれる（たとえば英国特許第１．３７９．２６１号／１．５９９．３９２号公報或いは欧州特許第０．２２５．７３２号公報に記載のいわゆる「OSPREYプロセス」を参照）。予備成形物としては、典型的な熱変形方法（プレス、圧延、鍛造）により半製品（棒材、管、異形材、ブシュ）に加工される軸体が考えられる。
【００１２】
本発明による合金は、着脱可能な電気結合部品、特にプラグソケット接続器等を製造するための材料として有利に使用できるが、これは、本発明による合金が要求される特性を十分に満たすからである。というのは、銅材料から成るプラグソケットコネクタは以下のような特性を有していなければならないからである。
【００１３】
１．機械的高強度
プラグソケットコネクタは、差込み・引抜き操作によってプラグが変形することは許されないので、一般に高強度（高い降伏点および高硬度）を有している必要がある。
【００１４】
２．優れた撓み性
今日では、複合部品の製造は大部分が完全自動的な多軸自動機械または油圧機械で行なわれる。これらの部品は、テープ類とは異なり、曲げ操作が必要でないように製造される。したがって材料の撓み性に対する要求はない。
【００１５】
３．優れた弾性特性
プラグコネクタは、使用中に申し分のない信号伝送を保証しなければならない。差込み操作と引抜き操作を繰り返した後でも優れた接触性が維持されねばならない。差込み操作と引抜き操作を繰り返した後でも弾性作用が維持されるように、材料はできるだけ弾性降伏点を有している必要がある。
【００１６】
４．応力緩和
プラグコネクタは種々の温度範囲で使用される。温度上昇は周囲の熱（たとえば接続機械に近接していることによる熱）および／または内部抵抗による通電時の固有加熱に起因するものである。
応力緩和の重要性に関しては本出願人のドイツ連邦共和国特許第１９６００８６４号公報を参照してもらいたい。
【００１７】
５．耐食性
プラグコネクタは種々の温度範囲で使用される以外に、種々の雰囲気にも曝される。一般に耐食性が付与されていなければならない（たとえばニッケルの添加）。
【００１８】
６．めっき可能であること
プラグコネクタは通常金、銀、ニッケル等の材料で被覆される。被覆層は母材に対し付着性がよくなければならない。
【００１９】
７．透磁率
高周波技術の部品は磁気的性質を有していてはならない。信号ひずみ（たとえば相互変調ひずみ）が発生するからである。
多くのプラグコネクタは真鍮から製造され、真鍮はニッケル（わずかに強磁性がある）から成る中間層を介して金メッキされる。層は電気分解で被着される。
その際に生じるニッケル結晶は経験によれば非常に小さく、電磁分極が起こらないか、起こっても限定的にしか起こらない程度のものである。
【００２０】
スプレー溶着方法で製造される銅・ニッケル・マンガン・鉛から成る合金の実施形態は、鋳造状態で非常に微粒である。さらにこの方法は均一なニッケル分布を保証する。慣用的な製造では、ニッケルで富化されたゾーンが形成される。この凝離粒子は経験によれはその後の製造過程ではほとんど溶解しないので、高周波適正は与えられておらず、或いは限定的にしか与えられていない。
【００２１】
鉛を含んだこの実施形態では、鉛が微細に分布し、切削加工を好都合に行なうことができる。
【００２２】
さらに、本発明によるＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金の優れた特性の組み合わせは、海洋域および鉱区用の、特にボーリング設備用の工具および部品を製造するための材料としての有利な使用方法をも提供する。
【００２３】
海洋技術においては、機械部品（たとえば穿孔棒、ねじ、ボルト等）に対して高度の要求がなされ、高い耐荷重性と非常に優れた耐食性を持っていなければならず、しかも強磁性であってはならず、噴出する砕片が互いに衝突しあって自然発火反応することにより爆発や火災を誘発させてはならない。このような要求に対し、従来の技術によれば、これらの特性を一体化したＣｕ−Ｂｅ合金からなる部品および工具が使用されていた。本発明によれば、本発明にしたがって提案されるＢｅを含まない組成のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金により、すべての要求が満たされるばかりでなく、従来のＣｕ−Ｂｅ合金に比べて使用上のかなりの利点が得られ、スプレー溶着による製造方法と組み合わせると、選択的により優れた適正も見出されることが判明した。特に、API(American Petroleum Institute)  Specification 7 ("Specification for Rotary Drill Stem Elements")第３８版、１９９４年４月１日によるドリルストリングに対する要求が充足される。
【００２４】
この使用分野における銅材料に対しては、以下のような特殊な性質が要求される。
【００２５】
１．磁気的性質
コンパス測定システムの分野におけるドリルストリングの測定技術的要求を充足するためには（地磁気の測定およびこれから導出可能な方向情報）、この分野におけるドリルストリングの部品は非磁性でなければならない。磁性材料が存在すると、磁場の影響により測定エラーが出るからである。したがって、磁化率Xは２０・１０−６を越えてはならない。
【００２６】
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【００２７】
２．引張り降伏点／硬度
ドリルストリングは大きな機械的および物理学的／化学的応力を受ける。個々のストリング要素はねじ結合により互いに連結される。ボーリング孔内に生じる力が大きいために、個々のストリング要素は大きなトルクを要して互いに螺合せしめられる。ねじ山の塑性変形を回避するには、材料は高い引張り降伏点を持たねばならない。
ドリルストリングの表面は擦傷、侵食により負荷を受ける。摩耗は、可能な限り大きな材料硬度により最小に減少する。
【００２８】
３．強靭性
正確な荷重母集団は通常未知である。しかしながら、発生した損傷を検査したところ、振動性の、しかし衝撃的な非常に大きな荷重が発生する場合があることが判明した。したがって確実な機能のためには、使用する材料の強靭性が重要である。それ故、使用する銅合金の強靭性は、一定の強度レベルを達成するために最大化されている必要があり、且つ横断面にわたって可能な限り均一でなければならない。
【００２９】
４．耐食性
ボーリング孔の底部では岩質層が粉砕され、いわゆる孔洗浄により地表へ汲み上げられる。温度の上昇と洗浄液による化学的または物理学的侵食のために、使用する材料には高度の耐食性が必要である。特に、材料は硫黄含有媒体のなかで応力腐食割れに対して抵抗がなければならない。
【００３０】
５．焼付き挙動
個々のドリルストリング要素を高トルクで螺着させることにより冷間溶着（「焼付き」）が生じてはならない。それ故、できるだけ種類の異なる材料（たとえば鋼と非鉄金属）を互いに結合させる必要がある。
このため、磁化不能のオーステナイト鋼から成るドリルストリング要素を螺合させる場合、高強度の銅合金から成る中間片を介装して螺合させることがある。適当な銅材料としては、従来たとえば銅・ベリリウム（ＵＮＳ  Ｃ１７２００）が使用される。
その一例として、磁化不能なオーステナイト系ドリルステム（いわゆる「ドリルカラー」）の場合に使用される銅・ベリリウム中間片が挙げられる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施例：
次の表は、特に本発明による合金ＣｕＮｉ２０Ｍｎ２０Ｐｂ０．０５（スプレー溶着されたもの）とＣｕＢｅ２合金との機械的性質を対置したものである。試料としては、スプレー溶着、押出し成形、５０%以下の冷間変形による引張り成形により製造した棒材を焼きなましして使用した。ＣｕＢｅ２合金に対する比較データは文献によるものである。
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【００３２】
【発明の効果】
本発明による合金により、ＣｕＢｅ合金に比べて優れた銅代替材が提供されることは明らかである。即ち、磁気的性質、引張り降伏点／硬度、強靭性、耐食性、焼付き挙動の各特性にあって、使用目的に要求される特性を充足するものとなっている。