JP2016509132A - 配向された析出物を有する金属複合材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

上記目的を達成するために、本発明は、合金に溶体化処理又は均質化処理を行うことにより固溶体を生成し、その後時効処理により５００μｍ?５００μｍの単位面積当たり４０％以上の不連続セル状析出物又はラメラ析出物を強制的に生成し、強制的に生成した析出物に塑性加工を行って配向させたことを特徴とする。本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法は、鋳造された合金を準備する材料準備ステップと、前記合金を単相領域で熱処理して固溶体を生成する固溶体生成ステップと、固溶体が生成された合金を時効処理して５００μｍ?５００μｍの単位面積当たり４０％以上のセル状析出物又はラメラ析出物を形成する析出物強制生成ステップと、前記析出物を含む合金を塑性加工して析出物を配向する析出物配向ステップとからなることを特徴とする。

Description

本発明は、配向された析出物を有する金属複合材料及びその製造方法に関し、特に合金に析出促進金属を選択的に添加して溶体化処理又は均質化処理を行うことにより固溶体を生成し、その後時効処理により析出物を強制的に生成し、強制的に生成した析出物に塑性加工を行って配向させることにより強度及び電気伝導度を向上させた、配向された析出物を有する金属複合材料及びその製造方法に関する。

銅は高い電気伝導度を有するので電気／電子回路に多く用いられているが、情報通信部品の高集積化及び軽量化により、電気／電子回路においては高い電流及び電圧にさらされている現状である。

また、導電性素材として用いられる場合は過酷な環境にさらされることが多いので、高強度、高電気伝導度及び優れた熱的安定性が求められている。

すなわち、銅合金は、より多くの電気装置が備えられる自動車において、コネクタ、蓄電池又は制御装置を各種電気部品、アクチュエータ、センサなどに接続するためのコネクタに多く用いられており、このようなコネクタの小型化が切実に求められている。

特に、エンジンの近くに設置されたコネクタはエンジンの熱及び振動環境にさらされており、多量の電流がコネクタに送られると、コネクタは熱を発生して高温に上昇する。よって、このようなコネクタは、前述した環境下で高い信頼性を有することが求められている。

よって、通常の自動車などに用いられる銅合金コネクタの材料として、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金（特許文献１）又はＣｕ−Ｍｇ−Ｐ合金（特許文献２）が公知である。前者の合金は、強度がＦｅ及びＰの同時添加を基本とするＦｅ−Ｐ化合物の析出により改善された合金である。

また、Ｚｎの追加添加により耐移動性が改善された合金（特許文献３）、Ｍｇの添加により耐応力緩和特性が改善された合金（特許文献４）などが公知である。

後者の合金は、Ｍｇ及びＰの添加により強度及び熱クリープ（creeping）特性を改善して引張強度、電気伝導度及び耐応力緩和特性を改善した合金である。

このように、銅合金は、様々な元素を添加することにより電気伝導度、熱的安定性、強度などを向上させることができる。

しかし、銅合金に添加される様々な元素は、電気伝導度と強度が両立しない特性を有する。

すなわち、強度を向上させると電気伝導度が低下し、電気伝導度を向上させると微細組織の変化により強度が低下するという問題が生じる。

韓国登録特許第１０−０９９７５６０号公報 韓国登録特許第１０−０４１７７５６号公報 特開平０１−１６８８３０号公報 特開平０４−３５８０３３号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、より詳細には、合金に析出促進金属を選択的に添加して溶体化処理又は均質化処理を行うことにより固溶体を生成し、その後時効処理により析出物を強制的に生成し、強制的に生成した析出物に塑性加工を行って配向させることにより強度及び電気伝導度を向上させた、配向された析出物を有する金属複合材料及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、合金に溶体化処理又は均質化処理を行うことにより固溶体を生成し、その後時効処理により５００μｍ×５００μｍの単位面積当たり４０％以上の不連続セル状析出物又はラメラ析出物を強制的に生成し、強制的に生成した析出物に塑性加工を行って配向させたことを特徴とする。

本発明による配向された析出物を有する金属複合材料は、合金に溶体化処理又は均質化処理を行うことにより固溶体を生成し、その後時効処理により６３０μｍ×４８０μｍの単位面積当たり４０％以上の不連続セル状析出物又はラメラ析出物を強制的に生成し、強制的に生成した析出物に塑性加工を行って配向させたことを特徴とする。

本発明による配向された析出物を有する金属複合材料は、合金に溶体化処理又は均質化処理を行うことにより固溶体を生成し、その後時効処理により不連続セル状析出物又はラメラ析出物を強制的に生成し、強制的に生成した析出物に塑性加工を行って銅基地中に３．５μｍ×１．５μｍの単位面積当たり２．０μｍ以上の長さを有するように配向させたことを特徴とする。

前記配向された析出物は、長さと直径の縦横比が１００以上であることを特徴とする。

前記固溶体が生成された合金は、ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ方式で急冷されるか、又は空冷されることを特徴とする。

前記時効処理は３時間以上行われることを特徴とする。

前記溶体化処理又は均質化処理時に析出促進金属が添加されることを特徴とする。

前記析出促進金属は、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）のいずれかを含むことを特徴とする。

本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法は、鋳造された合金を準備する材料準備ステップと、前記合金を単相領域で熱処理して固溶体を生成する固溶体生成ステップと、固溶体が生成された合金を時効処理して５００μｍ×５００μｍの単位面積当たり４０％以上のセル状析出物又はラメラ析出物を形成する析出物強制生成ステップと、前記析出物を含む合金を塑性加工して析出物を配向する析出物配向ステップとからなることを特徴とする。

本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法は、鋳造された合金を準備する材料準備ステップと、前記合金を単相領域で熱処理して固溶体を生成する固溶体生成ステップと、固溶体が生成された合金を時効処理して６３０μｍ×４８０μｍの単位面積当たり４０％以上のセル状析出物又はラメラ析出物を形成する析出物強制生成ステップと、前記析出物を含む合金を塑性加工して析出物を配向する析出物配向ステップとからなることを特徴とする。

本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法は、鋳造された合金を準備する材料準備ステップと、前記合金を単相領域で熱処理して固溶体を生成する固溶体生成ステップと、固溶体が生成された合金を時効処理してセル状析出物又はラメラ析出物を形成する析出物強制生成ステップと、前記析出物を含む合金を塑性加工して銅基地中に３．５μｍ×１．５μｍの単位面積当たり２．０μｍ以上の長さを有するように析出物を配向する析出物配向ステップとからなることを特徴とする。

前記材料準備ステップにおいて、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）のいずれかを含む析出促進金属が添加されることを特徴とする。

前記固溶体生成ステップは、状態図において単相を維持する最低温度以上、銅基地相の溶融温度−７．５×Ｘ（Ｘは銅基地以外に添加された組成のｗｔ％）以下の温度範囲で２時間以上加熱する過程であることを特徴とする。

前記析出物強制生成ステップは、４７×Ｘ（Ｘは銅基地以外に添加された組成のｗｔ％）＋銅基地相の溶融温度×０．４（Ｋ，絶対温度）以下の温度で行われることを特徴とする。

前記合金は、銅合金であり、Ｘである（Ｎｉ＋Ｓｉ）は４．８〜７．５重量％含まれることを特徴とする。

本発明は、人為的に生成された析出物に塑性加工を行って人為的に配向することにより複合材料の強化材の役割を果たすようにした、配向された析出物を有する金属複合材料に関する。

よって、電気伝導度及び強度が向上するという利点がある。

また、本発明においては、析出促進金属を選択的に添加することにより析出物の生成量を調整できるという利点がある。

本発明による配向された析出物を有する金属複合材料における塑性加工前の連続析出物と不連続析出物の光学顕微鏡微細組織写真である。 図１のＡ部を拡大した透過型電子顕微鏡微細組織写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の透過型電子顕微鏡微細組織写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料における時効処理前／後の硬度及び電気伝導度の変化を比較した図である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法を示す工程フローチャートである。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法を示す概要図である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の固溶体生成ステップと析出物強制生成ステップの適用温度を検証するためのＣｕ−Ｎｉ_２Ｓｉ二元相ダイアグラムである。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の固溶体生成ステップを行わずに時効処理した比較例の微細組織写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の固溶体生成ステップ及び析出物強制生成ステップを行った後の微細組織写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の固溶体生成ステップで徐冷を行った比較例における塑性加工時の微細組織写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の固溶体生成ステップで急冷を行った実施例における塑性加工時の微細組織写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の固溶体生成ステップを行わない比較例の微細組織写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の固溶体生成ステップを行った実施例の微細組織写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の固溶体生成ステップで徐冷を行って析出促進金属を添加しない比較例の微細組織写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の固溶体生成ステップで急冷を行って析出促進金属を添加した実施例の微細組織写真である。 図１４の比較例における熱間圧延後の５００℃の熱処理時の微細組織写真である。 図１５の実施例における熱処理温度及び実施時間の変化による微細組織の変化を示す写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の析出物強制生成ステップ後の不連続析出の面積比の変化を示すグラフである。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の析出物強制生成ステップ後の不連続析出の面積比の変化を示すグラフである。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の析出物強制生成ステップが完了した好ましい実施例の電子顕微鏡微細組織写真である。 固溶体生成ステップを行わない比較例において析出物強制生成ステップ（上）と析出物配向ステップ（下）を行った場合の微細組織写真である。 本発明による配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法の析出物配向ステップ前／後の微細組織を比較した写真である。 比較例と好ましい実施例において引抜工程が採用された析出物配向ステップ前／後の機械的特性を比較したグラフである。 比較例と好ましい実施例において圧延工程が採用された析出物配向ステップ前／後の機械的特性を比較したグラフである。 図２３の実験結果をステップ毎に比較したグラフである。

以下、図１〜図３を参照して、本発明による不連続セル状析出物又はラメラ析出物を有する金属複合材料２０について説明する。

これに先立ち、本発明及び請求の範囲に用いられる用語や単語は通常の辞書的な意味で解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義できるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈すべきである。

よって、本明細書に記載する実施例や図面に示す構成は本発明の好ましい一実施例にすぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替できる様々な均等物や変形例があり得ることを理解すべきである。

図１及び図２は本発明による配向された析出物を有する金属複合材料における塑性加工前の連続析出物と不連続析出物の光学顕微鏡微細組織写真及び図１のＡ部拡大写真であり、図３は本発明による配向された析出物を有する金属複合材料２０の透過型電子顕微鏡微細組織写真である。

本発明は、金属内部で機械的強度を減少させるセル状又はラメラ構造の析出物を生成し、その後人為的に配向して複合材料型強化効果をもたらすことにより強度及び電気伝導度を向上させた金属複合材料２０である。

すなわち、図１及び図２に示すように、合金１０の内部に析出物を人為的に生成した後、図３に示すように、析出物を人為的に配向して本発明の金属複合材料２０を完成した。

前記析出物には不連続セル状析出物や連続ラメラ析出物などが含まれ、塑性加工には引抜、圧延、押出などの様々な工程が選択される。

図４は本発明による配向された析出物を有する金属複合材料２０における時効処理前／後の強度及び電気伝導度の変化を比較した図である。

同図に示すように、金属複合材料２０を製造する過程中に析出物の量を増加させるための析出促進金属を合金１０に含めてもよい。

析出促進金属にはチタン（Ｔｉ）又はバナジウム（Ｖ）が用いられ、本発明の好ましい実施例においては銅合金が採用された。

前記析出促進金属を選択的に添加することにより、電気伝導度や強度を人為的に調整できることは言うまでもない。

前述したように、塑性加工前に３時間以上の時効処理により人為的に生成された析出物は、長さと直径の縦横比が１００以上であり、合金１０の全面積の４０％以上の面積に不連続析出物領域が形成されるようにすることにより、強度及び電気伝導度を向上させることができる。

また、本発明は、合金１０に溶体化処理又は均質化処理を行うことにより固溶体を生成し、その後時効処理により５００μｍ×５００μｍの単位面積当たり４０％以上の不連続セル状析出物又はラメラ析出物を強制的に生成することができ、６３０μｍ×４８０μｍの単位面積当たり４０％以上の不連続セル状析出物又は連続ラメラ析出物を生成することができる。

また、強制的に生成した析出物に塑性加工を行って銅基地中に３．５μｍ×１．５μｍの単位面積当たり２．０μｍ以上の長さを有するように配向することができる。

以下、図５を参照して、金属複合材料２０の製造方法について説明する。

図５は本発明による配向された析出物を有する金属複合材料２０の製造方法を示す工程フローチャートである。

同図に示すように、本発明による金属複合材料２０を製造する方法は、鋳造された合金１０を準備する材料準備ステップＳ１００と、合金１０を単相領域で熱処理して固溶体を生成する固溶体生成ステップＳ２００と、固溶体が生成された合金１０を時効処理してセル状析出物又はラメラ析出物を形成する析出物強制生成ステップＳ３００と、前記析出物を含む合金１０を塑性加工して析出物を配向する析出物配向ステップＳ４００とからなる。

材料準備ステップＳ１００は、合金（図５及び図６参照）を準備する過程であり、前述した析出促進金属が選択的に準備される。

より具体的に説明すると、合金１０は、本発明の実施例において、ニッケル（Ｎｉ）−シリコン（Ｓｉ）を含む銅合金であり、圧延、引抜、押出のいずれかで成形された鋳造品が採用され、残留析出物が存在する。

前記析出促進金属は、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）のいずれかを含む。

また、ニッケル（Ｎｉ）とシリコン（Ｓｉ）の重量を合わせた（Ｎｉ＋Ｓｉ）重量％は合金１０の全重量に対して最大固溶度の８１％以上、すなわち４．８〜７．５重量％含まれるように制限し、残部は銅（Ｃｕ）及びその他不可避的不純物である。

さらに、前記析出促進金属は、選択的に含まれるものであり、０．０２５〜０．２４重量％のチタン（Ｔｉ）が含まれるか、０．０２８〜０．０８６重量％のバナジウム（Ｖ）が含まれる。

材料準備ステップＳ１００に続いて固溶体生成ステップＳ２００が行われる。固溶体生成ステップＳ２００は、残留析出物を除去するための過程であり、材料準備ステップＳ１００で析出促進金属が含まれると固溶度を低くすることができる。

固溶体生成ステップＳ２００は、合金１０及び析出促進金属を所定温度以上の温度に加熱する過程であり、固溶体生成ステップＳ２００の温度は、銅基地合金１０においては９５０℃以上、１０８４（純銅の融点）−７．５×Ｘ以下の温度が好ましい。

また、前記Ｘには前述した（Ｎｉ＋Ｓｉ）の重量％値が適用され、本発明の実施例のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｔｉ又はＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｖ合金１０においては、液相が生じない１０８４−７．５×Ｘと、固溶体を形成する最大固溶限界温度である９５０℃以上が好ましい。

すなわち、図７に示すように、実施例のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｔｉ又はＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｖ合金１０においては、９５０℃以下では単相を形成せずに多相を形成するので、不連続析出物が生成されない。

固溶体生成ステップＳ２００に続いて不連続析出物強制生成ステップＳ３００が行われる。

析出物強制生成ステップＳ３００は合金１０の内部に不連続セル状析出物や不連続ラメラ析出物を生成させる過程であり、本発明の実施例においては、固溶体生成ステップＳ２００に続いてｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ又は空冷を行い、析出促進金属を添加した場合は２時間以上時効し、析出促進金属を添加しない場合は５時間以上時効することにより、不連続析出物を強制生成させた。

すなわち、図８及び図９に示すように、これらは固溶体生成ステップＳ２００で異なる冷却方式を採用した比較例と実施例における微細組織写真であり、比較例では加熱炉内部で徐々に冷却したのに対して、実施例では急冷した。

よって、比較例では一般的な形状の析出物が生成されたが、実施例では不連続的な析出物が生成されたことが確認された。

図１０は本発明による配向された析出物を有する金属複合材料２０の製造方法の固溶体生成ステップＳ２００で徐冷を行った比較例における塑性加工時の微細組織写真であり、図１１は本発明による配向された析出物を有する金属複合材料２０の製造方法の固溶体生成ステップＳ２００で急冷を行った実施例における塑性加工時の微細組織写真である。

同図に示すように、加熱炉内部で徐々に冷却した比較例では析出物が配向されなかったが、固溶体生成ステップＳ２００で急冷した実施例では、析出物配向ステップＳ４００を行ったときに析出物が加工方向に沿って配向されたことが確認された。

よって、固溶体生成ステップＳ２００においてはｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ又は空冷方式を用いて急冷することが好ましい。

固溶体生成ステップＳ２００に続いて析出物強制生成ステップＳ３００が行われる。析出物強制生成ステップＳ３００は固溶体生成ステップＳ２００で合金１０の内部に形成された析出物の量を増加させるためのステップであり、本発明の実施例においては時効（aging）処理を適用した。

以下、図１２〜図１９を参照して、析出物強制生成ステップＳ３００前／後の微細組織を比較して説明する。

まず、図１２及び図１３に示すように、固溶体生成ステップＳ２００において熱処理炉内部で徐冷した比較例においては、不連続析出物領域が少量しか生成されなかったが、固溶体生成ステップＳ２００が好ましく行われた実施例においては、比較例と同じ時間の析出物強制生成ステップＳ３００を行っても不連続析出物領域が大きく拡張されたことが確認された。

比較例と実施例における各成分の含有量は下記表１の通りである。

図１４及び図１５に示すように、析出促進金属が含まれない場合に比べて、析出促進金属が含まれる場合は、同じ時間の析出物強制生成ステップＳ３００を行っても不連続析出物領域が広いことが確認された。

図１４は本発明による配向された析出物を有する金属複合材料２０の製造方法の固溶体生成ステップＳ２００で徐冷を行って析出促進金属を添加しない比較例の微細組織写真であり、図１５は本発明による配向された析出物を有する金属複合材料２０の製造方法の固溶体生成ステップＳ２００で急冷を行って析出促進金属を添加した実施例の微細組織写真であり、材料準備ステップＳ１００でバナジウム（Ｖ）を添加した場合の固溶体生成ステップＳ２００と析出物強制生成ステップＳ３００の完了後の微細組織写真を示したものであり、チタン（Ｔｉ）と同様に不連続析出物の形成が促進されたことが確認された。

図１６は図１４の比較例における熱間圧延後の５００℃の熱処理時の微細組織写真であり、図１７は図１５の実施例における熱処理時温度及び実施時間の変化による微細組織の変化を示す写真である。

図１７に示すように、析出物強制生成ステップＳ３００で４００℃に加熱した場合は６時間経過しても不連続析出物が生成されなかったが、４５０℃と５００℃に加熱した場合は１時間経過時点から析出物が増加した。

それに対して、比較例においては、図１６に示すように、５００℃で７時間加熱しても析出物は生じなかった。

図１４及び図１６に示すように、析出物強制生成ステップＳ３００を行う前の比較例においては微細組織に大きな変化がなかったが、実施例においては、図１５及び図１７に示すように、時間の増加に伴って不連続析出物が増加することが確認された。

比較例においては、バナジウム（Ｖ）又はチタン（Ｔｉ）が添加されない場合に析出物強制生成ステップＳ３００を行って長時間持続しても不連続析出物が少量しか形成されず、好ましい実施例とは相反する結果を示した。

図１８及び図１９は本発明による配向された析出物を有する金属複合材料２０の製造方法の析出物強制生成ステップＳ３００後の不連続析出物の面積比の変化を示すグラフである。

すなわち、（Ｎｉ＋Ｓｉ）の重量％Ｘを変化させた場合の析出物の発生量を分析したグラフであり、合金１０の全重量に対して（Ｎｉ＋Ｓｉ）の重量％Ｘが４．８１重量％以上含まれる場合は、不連続析出物又はラメラ析出物の面積が４０％以上を占めることが確認された。

ただし、（Ｎｉ＋Ｓｉ）の重量％Ｘが４．８１重量％未満しか含まれない場合は、４０％以上の不連続析出物面積を形成することができなかった。

よって、図７に示す状態図において、（Ｎｉ＋Ｓｉ）の重量％Ｘは４．８〜７．５重量％の範囲内であることが好ましい。また、状態図においてはあらゆる析出型合金で同じ現象が起こるので、最大固溶度の８１％を添加した合金で同じ現象が起こるものと予測することができる。

上記実施例に基づいて、５００℃で析出物強制生成ステップＳ３００を行った結果、図２０に示すように、不連続セル状析出物が形成され、ラメラ析出物は長さと直径の縦横比が１００以上であった。

上記実験結果に基づいて、不連続析出物強制生成ステップＳ３００の実施温度（℃）は、４７×Ｘ＋２６０℃（５３３Ｋ）以下の温度が採用され、上記関係式で表される。

また、固溶体生成ステップＳ２００の実施温度（℃）は、１０８４−７．５×Ｘと、固溶体を形成する最大固溶限界である９５０℃以上の温度が採用され、上記関係式で表される。

さらに、前記不連続析出物は、拡散が開始する０．４×銅基地金属の融点（Ｋ，絶対温度）以上で生成されるので、本発明で開示する基地金属以外の添加組成との関係から、図７の状態図に示す領域で不連続析出物が強制形成される。

不連続析出物強制生成ステップＳ３００に続いて析出物配向ステップＳ４００が行われる。析出物配向ステップＳ４００は、上記実施例により内部に形成された不連続析出物又は不連続ラメラ析出物を人為的に配向させるための過程である。

すなわち、本発明の実施例における析出物配向ステップＳ４００には圧延、引抜又は押出が採用され、図１１は圧延（上）と引抜（下）を採用して製造した金属複合材料２０の微細組織写真であり、本発明の好ましい実施例により製造された金属複合材料２０は不連続析出物が平行に配列されていることが確認された。

以下、図２１及び図２２を参照して、比較例と実施例の微細組織を比較して説明する。

図２１は固溶体生成ステップＳ２００を行わない比較例において析出物配向ステップを行った場合の微細組織写真であり、図２２は本発明による配向された析出物を有する金属複合材料２０の製造方法の析出物配向ステップＳ４００前／後の微細組織を比較した写真である。

図２１に示すように、比較例は固溶体生成ステップＳ２００を行わないので析出物強制生成ステップＳ３００で析出物が生成されない合金に析出物配向ステップＳ４００を行ったものであり、固溶体を生成させて（図２２の上の写真）析出物配向ステップＳ４００を行った実施例（図２２の下の写真）と対比すると、微細組織の整列方向が著しく異なることが確認された。

このような微細組織の配向の有無の差異は、図２３及び図２４に示すように、機械的特性に大きな差異をもたらす。

図２３は比較例と好ましい実施例において引抜工程が採用された析出物配向ステップＳ４００前／後の機械的特性を比較したグラフであり、図２４は比較例と好ましい実施例において圧延工程が採用された析出物配向ステップＳ４００前／後の機械的特性を比較したグラフである。

まず、図２３に示すように、時効処理まで完了した実施例においては５００ＭＰａ以下の強度を示し、比較例の強度である６００ＭＰａより低い数値であった。

しかし、析出物配向ステップＳ４００で引抜工程を行った比較例と実施例を比較すると、強度の増加分に著しい差が生じることが分かる。

すなわち、比較例においては、引抜工程前に６００ＭＰａの強度を示し、引抜工程後に８００ＭＰａに若干上昇したが、実施例においては、引抜工程前に約５００ＭＰａの強度を示し、引抜工程後に１１００ＭＰａ程度の強度を示し、むしろ析出物配向ステップＳ４００後は比較例よりも実施例の合金１０のほうが強度に優れることが分かる。

よって、本願発明の析出物強制生成ステップＳ３００を行って析出物を強制的に生成し、その析出物を強制的に配向すると析出物が強化材の役割を果たすことが証明された。

図２４は析出物強制生成ステップＳ４００で圧延工程を採用して行ったものであり、比較例では圧延工程を行う前は６００ＭＰａを示し、実施例の強度である５５０ＭＰａより高い強度を示したが、析出物強制生成ステップＳ４００を行った後は、比較例では８００ＭＰａ未満の強度を示すのに対して、本願発明の好ましい実施例では９００ＭＰａの強度を示し、析出物の配向による強度相乗効果が確認された。

図２５は図２３の実験結果をステップ毎に比較したグラフであり、各工程の強度増加効果を下から上へ順次積層して表したものである。

同図に示すように、合金１０の状態で比較例と実施例は同じ２００ＭＰａの強度を示し、固溶体生成ステップＳ２００と析出物強制生成ステップＳ３００の後は、むしろ比較例の強度が４３０ＭＰａ増加して実施例の強度より高かった。

しかし、析出物配向ステップＳ４００後は、比較例は１９０ＭＰａ上昇したのに対して、実施例は４８０ＭＰａ上昇し、比較例より２９０ＭＰａの強度向上効果が確認された。

すなわち、本発明の好ましい実施例により製造された金属複合材料２０は、不連続析出物が平行に配列されるので、一般の製造方法で製造された金属複合材料２０に比べて、機械的特性が著しく向上したことが確認された。

以上のような本発明の範囲は上記実施例に限定されるものではなく、上記技術範囲における当業界の通常の技術者であれば、本発明に基づく他の様々な変形が可能である。

例えば、本発明の実施例においては析出促進金属としてチタンを採用したが、バナジウムを採用することもできる。

本発明は、人為的に生成された析出物に塑性加工を行って人為的に配向することにより複合材料の強化材の役割を果たすようにした、配向された析出物を有する金属複合材料及びその製造方法に関し、電気伝導度及び強度が向上し、必要に応じて析出促進金属を選択的に添加することにより析出物の生成量を人為的に調節できるので、電気的及び機械的特性を調節することにより様々な分野に適用することができる。

Claims (15)

1. 合金に溶体化処理又は均質化処理を行うことにより固溶体を生成し、その後時効処理により５００μｍ×５００μｍの単位面積当たり４０％以上の不連続セル状析出物又はラメラ析出物を強制的に生成し、強制的に生成した析出物に塑性加工を行って配向させたことを特徴とする配向された析出物を有する金属複合材料。
2. 合金に溶体化処理又は均質化処理を行うことにより固溶体を生成し、その後時効処理により６３０μｍ×４８０μｍの単位面積当たり４０％以上の不連続セル状析出物又はラメラ析出物を強制的に生成し、強制的に生成した析出物に塑性加工を行って配向させたことを特徴とする配向された析出物を有する金属複合材料。
3. 合金に溶体化処理又は均質化処理を行うことにより固溶体を生成し、その後時効処理により不連続セル状析出物又はラメラ析出物を強制的に生成し、強制的に生成した析出物に塑性加工を行って銅基地中に３．５μｍ×１．５μｍの単位面積当たり２．０μｍ以上の長さを有するように配向させたことを特徴とする配向された析出物を有する金属複合材料。
4. 前記配向された析出物は、長さと直径の縦横比が１００以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の配向された析出物を有する金属複合材料。
5. 前記固溶体が生成された合金は、ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ方式で急冷されるか、又は空冷されることを特徴とする請求項４に記載の配向された析出物を有する金属複合材料。
6. 前記時効処理は３時間以上行われることを特徴とする請求項５に記載の配向された析出物を有する金属複合材料。
7. 前記溶体化処理又は均質化処理時に析出促進金属が添加されることを特徴とする請求項６に記載の配向された析出物を有する金属複合材料。
8. 前記析出促進金属は、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）のいずれかを含むことを特徴とする請求項７に記載の配向された析出物を有する金属複合材料。
9. 鋳造された合金を準備する材料準備ステップと、
   前記合金を単相領域で熱処理して固溶体を生成する固溶体生成ステップと、
   固溶体が生成された合金を時効処理して５００μｍ×５００μｍの単位面積当たり４０％以上のセル状析出物又はラメラ析出物を形成する析出物強制生成ステップと、
   前記析出物を含む合金を塑性加工して析出物を配向する析出物配向ステップとからなることを特徴とする配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法。
10. 鋳造された合金を準備する材料準備ステップと、
    前記合金を単相領域で熱処理して固溶体を生成する固溶体生成ステップと、
    固溶体が生成された合金を時効処理して６３０μｍ×４８０μｍの単位面積当たり４０％以上のセル状析出物又はラメラ析出物を形成する析出物強制生成ステップと、
    前記析出物を含む合金を塑性加工して析出物を配向する析出物配向ステップとからなることを特徴とする配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法。
11. 鋳造された合金を準備する材料準備ステップと、
    前記合金を単相領域で熱処理して固溶体を生成する固溶体生成ステップと、
    固溶体が生成された合金を時効処理してセル状析出物又はラメラ析出物を形成する析出物強制生成ステップと、
    前記析出物を含む合金を塑性加工して銅基地中に３．５μｍ×１．５μｍの単位面積当たり２．０μｍ以上の長さを有するように析出物を配向する析出物配向ステップとからなることを特徴とする配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法。
12. 前記材料準備ステップにおいて、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）のいずれかを含む析出促進金属が添加されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法。
13. 前記固溶体生成ステップは、
    状態図において単相を維持する最低温度以上、
    銅基地相の溶融温度−７．５×Ｘ（Ｘは銅基地以外に添加された組成のｗｔ％）以下の温度範囲で２時間以上加熱する過程であることを特徴とする請求項１２に記載の配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法。
14. 前記固溶体生成ステップは、
    状態図において単相を維持する最低温度以上、
    銅基地相の溶融温度−７．５×Ｘ（Ｘは銅基地以外に添加された組成のｗｔ％）以下の温度範囲で２時間以上加熱する過程であることを特徴とする請求項１２に記載の配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法。
15. 前記合金は、銅合金であり、Ｘである（Ｎｉ＋Ｓｉ）は４．８〜７．５重量％含まれることを特徴とする請求項１４に記載の配向された析出物を有する金属複合材料の製造方法。