JPH02240230A - 高強度銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は高い強さと高い導′１＠とｌ＆−兼ね備えた銅
合会に関する。

（従来の技術） 近年、高い機械的な強さと高い導電性とを兼ね備えた材
料に対するｆ！望は、エネルギー　半導体など種々の分
野でますます強まりて来ている。特にある程度以上の高
い導電性を有する材料を得るためにはｗ４をペースにす
る必要があり、この要望に対しては、従来より析出強化
機鋼合金１公散強化型鋼合金などの開発が進められてき
た。最近、こうした高い導電性と高い強さとを備えた材
料として鋼−ニオブ系合金１ｗ４−バナジウム系どの開
発が進められて来ている．これらの合金は。

銅−ニオブ会合あるいは銅−バナジウム合金インゴｖト
をアーク溶解などの方法ｔこよって溶解して製造し，そ
のインゴットに押出し１，隙引き、圧延などの加工手段
によりて強度の加工をカロえることによ？，他Ｏｖｃ素
を殆んど固溶していないＷＩＱマトリ＋ｙクス中に加工
方向に長く伸びたニオブあるいはバナジウムの細い繊維
が分散した組織を持つ鋼−二オブ会金あるいは鋼−バナ
ジウム合金の極細４ＩもしくはｒＩＩ仮の形で得られる
．この合金の極細線もしくは薄板はマトリックスがほぼ
純粋な銅から成りて−るのでその導電性は極めて高く、
−刀そのマトリックス中に分散している繊維は強度■加
工を受けたニオブあるいはバナジウムであり。

高い強さを有している．そのため、それらの複合体であ
るこれらの合金の極細憧もしくは薄板は高い機械的強さ
と高い導電性と￥：葦ね備えることになる。しつ１しな
がら、これらの合金の強化９素であるニオブあるいはバ
ナジウムは強度の加工１１ｒ−加えてもその強さが極備
）こ高（なるわけではないため（こ、これらの合金の極
細線もしくは＊ｆｉは光分１こ高い強さを示すわけでは
ないという欠点を有していたー （１明が嵯決しようとする縄［） 本亀明は、従来Ｏｆ金では機械的な強さが光分に高くし
かも同時ｌこ高い導ｙｔ性ｌ＆−有するものが潜られな
いという上記間値点を鱗決し、高い導電性と高Ｖｈ機械
的な強さとを共に兼ね備えた材料を提供することを目的
とする。

〔宅明の構成〕

（Ｊ埴￥ｒ−４決するためυ手段２よび作用）本殆明者
らは、従来の合金では機械的な・道さが光分（こ高く同
時に、高い導電性を有するものが得られなりという関電
点を／％決するため、４々Ｏ実、＊と４祭とを行ｆｉり
た。

まず合金の強化要素となるべき繊維を構成する元素はマ
）　１ツクスを構成する桐への固溶度ができる限り低い
ものでなければならない。具体的にはその元素に３ける
鋼中への最大の固解度が０．５重量％を越えると、銅マ
トリツクス自体の導電性が害され、その結果、得られる
合金としての導成率が低くなりてしまうのである。しか
も、合金の強１ヒ要素となるこの繊維を構成する元素は
、その製造の際に溶解インゴνトもしくは暁結ビレット
の銅マトリツクス中に比較的組人な形状で存在する状態
から１強度の加工によって微細な繊維式とされるために
、加工性が良好なものでなければならない、このような
条件を満たし、同時に強度■加工によりて非常に機械的
に強い状態）こし得る材料について種々の実験と考察と
によりて検討した結果、モリブデンもしくはモリブデン
を主成分とする合金を繊維の材料として使用すれば、こ
れらの諸条件を満たして１機械的な強さが充分に高く、
しかも同時暑ζ高い導電性を有する銅合金を得ることが
できるとのことを見出した。

すなわち本発明は鋼よりなるマトリックス中に、平均の
直径２μｍ以下でアスペクト比２５以上のモリブデン繊
維、もしくは鋼中への最大の固溶度が０．５重を俤以下
である元素の１種類以上を含有するモリブデン会合繊維
を、０．５〜３０体積チ分牧してなることを特徴とする
高強度鋼合金である。

本発明で用いられるそリブデンは、鋼の融点以下の温度
で鋼中への最大の固溶度が０．５重量％以下であり、鋼
とともにｔＷ１１！、熱処理などを行なっても、ｆ！４
マトリックス中に多量に固溶して鋼マトリツクス自体の
導′成性を害するようなことがほとんどない１．さら駈
こモリブデンは適度の加工性を有し、、Ｉｉ切な加工法
によれば強度の加工を施して極＋ＹｔＢ　４や薄板にす
ることができる。しかもこうして得られた甑細噸や４阪
は高い機械的な強さを有する。この／Ｊｌｌｌ工を施し
た極細線や薄板の強さをさらに上げるため曇こは、モリ
ブデンに合金元素を添７ＩＯしてモリブデン合金とした
ものを繊維曇こ用いれば良い、モリブデンにさら）こ１
ｍ　７１０する元素としては、やはり鋼中への固溶度が
０．５重量−以下でないと鋼とともに溶解、熱処理など
を行なうときに鋼マトリックス中にその元素が多重に固
溶して鋼マトリックスの導電性を害することになる。よ
りてこうした鋼中への固溶が少ない元素としてはタング
ステン、ニオフ、タンタル、バナジウム、ルテニウム、
レニウム％炭素詔よび硼素などが挙げられる。これらの
元素はあまり一仁多量に添加するとモリブデンの加工性
を害し、極細線や薄板への加工が困難となる。モリブデ
ンにこれらの元素を添７ＪＯしてなる合金が粒子などの
形状で銅マトリックス中夛こ分散してなる銅合金を加工
したときに、銅合金Ｖ３！ｌＳに分散しているそのモリ
ブデン合金粒子が充分に変形して繊維や薄板の形状にま
で加工されるためには、これら■元素のａ重量憂こは上
限がある。それを越えた篩別元素量では、モリブデン合
金粒子が光分に変形して繊維や薄板の形状にまではりロ
エされず、したがうてｖｆ４貧金■彊化に充分寄与しな
い、こうした重加ＴＣ素の許容される電は以会、繊維を
構成する少材料であるモリブデン（こ対して、各々ｚｏ
ｔｔ＊以下のタングステン、５電歇チ以下のニオブ、７
重を慢以下のタンタル、　１０重重量風下バナジウム、
５重軟俤以下のレニウム。

６重階チ以下のルテニウム、０．３重陽チ以下の炭素、
０．１重Ｆｉ１−ｔｆｂ以下の硼素の範囲である。塘た
二ａｍ以上の元素２モリブデンに添加してモリブデン合
金とする場合には、各添加元素の敬が各々前記の上限値
以下であることに加えて、それら添加元素の会計教が、
含有される各添加元素の上述した個々の上限値の内の最
大の値以下であることが必要である。これは、これらの
歇を越える元素を七１１ブデンに添加すると、銅マトリ
ックス中音こ分散しているモリブデン合金粒子の加工性
が悪くなｒ）、＠ｅ金の銅マトリツクス中に繊維状もし
くは薄板状のモリブデン合金が分散した光分発達した組
織が得らｎず、したがりて光分蚤こ高い強さの銅合金が
得られなくなるからである。

また、こうしたモリブデンもしくはモリブデン合金の鋼
合金への添加きには杆容範囲があり、それは、モリブデ
ンもしくはモリブデン合金及び銅マトリックスよりなる
銅合金全体に対する比で０、５〜３０体積チである。モ
リブデンもしくはモリブデン合金の鋼合金への添刀口欧
が０．５体積チ未満であると鋼合金中のモリブデンもし
くはモリブデン合金が強度の加工を受けて極細線や薄板
になりて鋼マトリツクス中に分散しても、その強化作用
は不充分であり、したがうて光分に高い強さの鋼合金が
得られない。また、添加歌が３０体体積上越えると、鋼
合金の加工が困雉となり、、鋼合金の内部に分散してい
るモリブデンもしくはモリブデン合金の粒子が光分な加
工と受けて極細線や薄板になることがな（、やは９光分
に高い強さの銅合金が得られない。

本発明の鋼合金の鋼マトリツクス中に分布するモリブデ
ン繊維もしくはモリブデン合金繊維の形状は、その直径
が２μｍ以下でなければならない。

またこの繊維は薄板状のものでも良く、その＠合は薄板
の厚さ￥ｔ２μｍ以下とする。これは、こうした直径も
しくは厚さが２μｍを越えると、（！曾材料としてＯ強
化作用は示すものの１分散が粗大に過ぎて、鋼マトリＶ
クス中の転位の運動を妨げる分散強化作用が少なくなり
、したかりて機械的強さの高い合金が得られないからで
ある。

つぎに１本発明の鋼合金の好適な製造方法について述べ
る。

本発明の鋼合金の加工素材のインゴｖトは溶解法によっ
て実速される。すなわち、！ｐ！の溶湯中にモリブデン
もしくはモリブデンおよびモリブデンへの添加元素を加
えて溶解する。モリブデンは尋融状態の鋼中にも溶は難
いので添加に際しては鋼の溶湯の１度を融点より５００
ｍ程度以上過熱することが望ましい、また、モリブデン
はなるべ（１１８ｍしやすいようにあらかじめ微粉末の
形１こして添加することが望ましい、ｔた。モリブデン
に添加する合金元素はモリブデンとは別に鋼の溶湯中に
添加しても良いが、添加元素の均一な溶解を行うために
あらかじめモリブデン１こ添加する合金元素とモリブデ
ンとの合金を咋うた後にその台金を銅の溶湯中に添加し
ても良い。あるいは、消耗電極式のアークｍ鱗を行りて
も良い、レビテーシ１ン溶解はるつぼとの反応なく任意
の高強度に溶湯を過熱できるのでこの合金の溶解憂こは
適した方法である。

また１本発明の鋼合金の加工素材を作るには粉末焼結法
によりても良い、粉末焼結法を用いるとき憂こ銅合金の
強化９！素としてモリブデン合金を用いる場合には、あ
らかじめモリブデンとモリブデンへ添加する元素との合
金粉末を作りて粉末焼結の原料とする公安がある。そし
て、銅粉末とモリブデン粉末もしくはモリブデン台金粉
末との混合。

粉砕して圧粉後、°不活性もしくは還元性雰囲気で鋼の
融点以下の温度で焼結して、この合金の加工素材である
ビレットを製造する。この際通常Ｑ圧粉、焼結のプロセ
スの代わり）こホブドブレスプロセスや静水圧プレスプ
ロセス曇こよりてビレットを製造しても良い、な２．粉
末焼結法によりて本発明の麟加工素材を作る場合ｆこは
、含有させるモリブデンもしくはモリブデン合金の材料
として通常の粉末でなく、ファイバー状や吊片状のもの
を用いても曳い、また、この粉末焼結法によりてこの合
金のＤロエ素材であるビレシトを製造する場合に。

粉末の混合ｔこ先立りてモリブデンもしくはモリブデン
合金の粉末もしくはそのファイバーもしくは箔片の茂面
に、焼結工程での鋼マトリＶクスとの密層性と良くし。

さら１こモリブデンもしくはモリブデン合金の粉末など
の銅マトリ菅りス中での相互の接触を透けてその分散状
態を改善するために、鋼の被ＩＮをしても良い。この被
１は電気メンキ。

ｍ’４ｍｉ　ｖ’Ｐ、　真’ｌ蒸、ｉｉ、　スｉ４　ｖ
　ター　　ＣＶ　Ｄ　５ＰＶＤ％溶射などの通常Ｏ方法
で行うことができる。

つぎ優こ、このａＳ法もしくは粉末焼結法で製造された
この発明の＠合金の加工素材であるインゴットあるいは
ビレ菅トを加工して銅マトリＶクス中に長く伸びたモリ
ブデンもしくはモリブデン合金の細い繊維もしくは薄板
が均一に分散した組織を得る。この加工は押出し、鍛造
、引抜き、圧延などの通常のカロエ方法によりて行うこ
とができる。

また、粉末焼結法により製造する場合には圧粉。

虜結。−次加工を一つのプロセスで行う熱間の押出しプ
ロセスもしくは熱間の静水圧押出しプロセスなど番こよ
り行うことができる。この時には、混合した原料粉末も
しくは混合、圧粉した原料粉末を銅もしくは鋼盆金製の
容器に封入した後に熱間の押出し、もしくは熱間の静水
圧押出しを行う。

インゴットあるいはビレシトの一次加工は熱間もしくは
１間で行りても良いが、それ以後の加工はなるべく！！
温に近い温度での冷間加工もしくは１八間加工によりて
行う方が好ましい、とくに最終加工工程に近い工程は、
冷間加工費こよりて行うことが望ましい、これは、あま
り加工温度が高いと鋼とモリブデンもしくはモリブデン
合金との変形抵抗に差があり過ぎるために２．銅マトリ
Ｖクスのみが変形してモリブデンもしくはモリブデン合
金の変形が少な（なｔ）、　ｉｑマトリＶクス中に長く
伸びたモリブデンもしくはモリブデン合金の細い繊維も
しくは薄板が均一に分散した組織が得られず。

したがりて高い強さを持つ合金が得られなくなるからで
ある。

本発明による合金曇こ２いて、さらに加工度を上げて細
い繊維もしくは薄板の分散した組織を発達させるためＥ
ζは、棒材の場合には正六角形の断面１ζ加工した後、
そＯ棒材多数を束ねて必要ならば鋼製のパイプにつめて
さらに減面加工を行う、あるいは板材の場合には板材の
多、数枚を重ねてさらφこ圧延加工を行うても良い。

また本発明膠こおける銅合金の銅マトリＶクス中には、
モリブデンもしくはモリブデン合金の繊維もしくは薄板
の他にさらにＡ　’ＩＯｓ　＠　Ｓ　ｉ　Ｏ１停の酸化
物、ｓｉｃ、’ｒｉｃ、ｗｃ等の炭化物、ＴＩＮ、Ｎｂ
Ｎ等の窒化物の粉末を０．１体積チル５体積饅程度を分
散させても良い。

こうした物質は鋼中曝ζはほとんど固溶しないため、こ
れらをマトリシクス中に分散含有した銅合金の導を率の
低下は極めて少なく、その−力で銅合金の強度をより高
めることができる。な２１本発明Ｑ鋼合金のマドＩＪ　
Ｖクスである鋼中奢こはこうしたアルミナ等の、他１こ
不可避的不純物としての鉄。

アルミ、シリコン、リン、イオウ、酸素等がｉまれる場
合もあるが、こうした不純物及び本発明に用いたモリブ
デンやモリブデン合金の構成元素■鋼マドｉ　ｖジス中
への固ｍ看の総量は、やはり導電率の著しい低下を引き
起さないためにも、鋼マトリｖクスに対してその０．５
重電、俤以下に制限される。これはこの範囲をこえると
その明マトリシクス自体の導電率が８５％ｌＡＣ３未満
の低いものとなりてしまうからである。

以下にこの発明の銅合金２よびそのｍ遣方法のさらに詳
し一！ｌ襟を実施例によりて説明する。

（実施例） 実施例１ 匝ｘｍｍ■モリブデン線と匝５　ｍ　ｍ　ＧＤ　＠　＠
とを体積化でモリブデンが２０％になるよう昏ζ東ねて
消耗成極とし、低圧アルゴン雰囲気のアーク酵解により
匝５３ｍｍのインゴットを製造した。こ■インゴ、トの
表面と皮むきした後、厚さ５ｒｎｍの銅を用いてなるカ
ンに入れ真空引きし、その後カンを溶接して密封し、６
００℃にて８；ｌの刀ロ工率で押出し加工を行りた。こ
の押出し加工後、８５０’Ｃ，３０分間の熱処理を行い
、丸棒の表面の鋼カンを取り除き、２５０℃の加工呂度
で引抜き刀ロエを行りて匝２ｍｍの線材とした。その後
室＠昏こおける機引き加工ｆこより　＆０．２５　ｍｍ
ｏｌ材を得た。この線材の室温に８ける引ｇｋｇ強さ、
導電率３よぴ銅マトリックス中音こ分散しているモリブ
デン繊維の平均直径と１ｆｒ−表に示す。

Ｊｍ％Ｊ２ 匝１ｍｒｎのモリブデン線と径５ｍｍの銅棒とを体積比
でモリブデンが５儂になるように東ねて消耗電極とし実
施例１と同様ξこしてＶｈ　Ｏ，２５ｍ　ｍの線材とし
た。ただし１本実施例においては押出し〃ロエ後の熱処
理は行わなかりた。この線材の室温における引張ジ強さ
、導電率８よぴ鋼マ）　リｖクス中に分散しているモリ
ブデン繊維の平均直径とを表に示す。

実施例３ １１ｍｍのモリブデン−１Ｏ重ｔ−−タンゲステン合金
砿と’ｆ４５　ｒｎ　ｍ　Ｏ＠俸とを体積比でモリブデ
ンが２０％になるように束ねて＋６耗電極とし実施例１
と同様にして匝０．２５ｍｍ（Ｄ線材とした。ただし１
本実施例に８いては押出し加工後の熱処理条件は９３０
℃、１時間とした。この線材の室温ｌこ２ける引張り強
さ、導電率および鋼マトリＶクス中に分散しているモリ
ブデン合金繊維の平均直径とを表に示す。

実施例４ 宙１ｍｒｎのモリブデン−３重量帰ニオブ曾金線と４５
　ｍ　ｒｎ　（Ｄ銅棒とを体積比でモリブデンが２０−
になるように東ねて消耗′１極とし実施例１と同様にし
て径０．２５ｍｍの線材とした。ただし、本実施例に３
いては押出し加工後の熱処理条件は９３０’Ｃ，１時間
とした。この線材の室＠］こおける引張り強さ、導電率
および鋼マ）　＋１ツクス中に分散しているモリブデン
背金繊維の平均直径とを民に示す。

実施例５ 龜１ｍｍのモリブデ；／　−２，５はｉ１％ニオブ−０
、０５−４臆声炭素合金線と匝５ｍｍの銅棒と６本積比
でモリブデンが２０声齋ζなるよう暑こ束ねて消耗電極
とし′４４施例１と同様Ｅこして匝０．２５ｍｒｎの線
材とした。ただし１本実施例に２いては押出し加工後の
熱処理条件は９３０℃、１時間とした。

この線材の室＠督こおける引張り強さ、導電率および鋼
マトリツクス中１こ分散しているモリブデン合金繊維の
平均直ｌと２表（ζ示す。

実施列６ 平均粒匝２５μｍの銅粉末と体積比で２０％の平均粒匝
５μｍのモリブデン粉末とを混合、圧粉した後に、−気
圧の水素気流中で９５０℃、２時間の熱処理を行りて焼
結し、ビレｖトを製造した。

ビンットを実施例１と同様１こ銅製のカンに射入した後
、押出し加工カンの除去、熱処理、引抜き、線引きφこ
よＶ匝Ｑ、２５ｍｍｆｉＪｌ材とした。ｃの線材■意＠
（こおける引張り強さ、導電率８よび銅マトリｖクス中
に分散しているモリブデン繊維０平均ｙＸ色とを茨に示
す。

比較例１ 市販のアークｍ購によりて製造された銅−ニオブ付会に
オブ２０体積％含有）のＩ！ｆＡ５０ｒｎｍ■インゴｙ
ト１こスェージ鍛造、引抜き加工および線引き加工￥：
ｙａシて匝０．２５ｍｍ０＠材とした。この線材の室＠
ｔｃおける引張り強さ、導電率および鋼マトリＶクス中
に分散しているニオブ纜維の平均直径とを表に示す。

比較例２ 実施例１と同様にして２０体積斧のモリブデンを含有す
る鋼−モリブデン合金のアークｓｆ！４インゴｖトに熱
間の押出し加工、熱処理を施した後。

切削加工によりｆｌ＋２ｍｍの九−１を製造した。ざら
屹冷関の線引き加工により径０．２５　ｍ　ｍの線材と
した。この線材Ｑ室県昏ζ２ける引張り道さ、導電ｌｃ
２よび−マトリＶクス中に分散しているモリブデン繊維
の平均直径とを表Ｅこ示す。

比較ガ３ 実施例１と同様にしてモリブデン３５体積％を含有する
鋼−モリブデン合金をアークｍ解によりて製造した。イ
ンゴｖトを熱間押出しおよび引抜き督こよりて加工した
ところ加工中にクラＶりを生じ、線材とすることが出来
なかうた。

比較例４ 実施例１と同様−こして鋼中にモリブデン−１Ｏ重１ｉ
ｓ＝オブ合金を２０体積′４き有する銅合金を了−り酵
解によりて製造した。インゴＦトを熱間押出しおよび引
抜きによって加工したところ加工中にクラＶりを生じ％
線材とすることが出来なかりた。

比較例５ 径１ｍｍ■鉄−０．４５重量−炭素合金線と匝５ｍｍ０
鋼棒とを体積比で鉄合金が２０斧になるように東ねて消
耗電極とし、低圧アルゴン雰囲気中０７−ク尋解により
匝５３ｍｍ■イ／ゴＶトを製造した。インゴットのｉ面
を皮むきした後、厚さ５ｍｍのカンに入れ真空引きし、
カンを宕接して密封し、６００℃にて８：１０加工率で
押出し加工を行りた。押出し加工後、８５０℃、３０分
間■熱処理を行い、丸棒の表面の鋼カンと取９除き。

２５０℃の加工昌度で引抜き力ロエを行りて匝２ｍｒｎ
の線材とした。その後室温における線引き加工により匝
０．２５ｍｍの線材を得た。ｃｃｌｌ材の室屯に２ける
引張り強さ、導電率および鋼マトリツクス中に分散して
いる鉄合金ＣＤ平均直径とを畏昏こ示す。

茨 〔発明Ｏ効果〕 上述の実施例および比較例から分かるように。

この発明の鋼合金は極めて高い機械的強さと高い導電性
とを兼ね備えているのでその工業的価値は極めて大であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼よりなるマトリクス中に、平均の直径２μｍ以下でア
   スペクト比２５以上のモリブデン繊維、もしくは鋼中へ
   の最大の固溶度が０．５重量％以下である元素の１種類
   以上を含有するモリブデン合金繊維を、０．５〜３０体
   積％分散してなることを特徴とする高強度鋼合金。