JPH0495318A - 電気接点材料及びその製造方法 - 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】 人　産業上の利用分計 本発明は、各種しゃ断器、スイッチ、開閉器などの電極
や接点に用いられろ電気接点材料及びその製造方法に関
する。

Ｂ　発明の概要 本発明に係る電気接点材料は、クロム（Ｃｒ）含有量が
５〜２０重量％の銅（Ｃｕ）−Ｃｒ合金で、平均粒径２
〜２０μｍのＣｒ＠粒子がＣｕマトリックス中に均一に
分散した組織を有するものてあり、平均粒径５μｍ以下
のＣｒ黴粉粒子均一に分散されたＣｕ−Ｃｒ合金粉末を
焼結して得られるものである。

また、本発明に係る電気接点材料の製造方法は、Ｃｕ−
Ｃｒの混合物を不活性ガス雰囲気等で溶融し、その溶湯
をアトマイズ法で微細化して、Ｃｕマトリックス中に平
均粒径５μｍ以下のＣｒが均一に分散するＣｕ−Ｃｒ合
金粉末を得ろものであるみ さらに、本発明に係る電気接点材料は、上記方法で得ら
れたＣｕ−Ｃｒ合金粉末を焼結して、平均粒径２〜２０
μｍのＣｒがＣｕマトリックス中に均一に分散するよう
にしたものである。

Ｃ従来の技術 従来より、真空インタラプタなどのしゃ断諸やスイッチ
、開閉器などの電極、接点の材料としてＣｕと　Ｃｒの
合金が知られている。

とのＣｕ−Ｃｒ合金は主に粉末冶金法で得られている。

つまり、電解法などにより製造されたＣｕ粉末と粉砕法
などにより製造されたＣｒ粉末とを混合し、その混合粉
末を圧縮成形し、その後焼結してＣｕ−Ｃｒ合金として
いるのである。

Ｄ　発明が解決しようとする課題 ところで、Ｃｕ−Ｃｒ合金製の電極あるいは接点として
は、Ｃｕマトリックス中に微細なＣｕが均一に分散して
いるほうが電気的特性がすぐれていることが推測されて
いる。

しかしながら、粉砕法などにより機械的に粉砕されて得
られるＣｒ粉末の粒度分布の幅は大きく、また均一微細
化も困難であった。

したがって、このようなＣｒ粉末とＣｕ粉末とを混合し
た場合、Ｃｒ粉末の粒度が不均一でその重量にもバラツ
キがあることがら均一に混合されず、圧縮成形、焼結後
の成形体のＣｕマトリックス中におけるＣｒ分布は、微
細かつ均一とはならなかった。

そのため、Ｃｒ粉末をふるいで分級し、微細径のものの
みを使用することが考えられるが、これでは歩留りが極
めて悪くなり、コスト高となってしまう。

また、機械的にさらに粉砕してＣｒ粉末の粒径を小さく
することも考えられるが、この場合には、粉砕の過程及
び保管時にＣｒ粉末表面の酸化が進み、酸素含有量の増
加により焼結性が低下してしまうという問題が生ずる。

結局、粉砕Ｃｒ粉末とＣｕ粉末とを混合、成形、焼結し
て得られる成形体にあっては、Ｃｒの平均粒径は４０μ
ｍ程度が限界であり、分布も均一とはならないのが実情
であった。

なお、他の方法として鋳造法によりＣｕ−Ｃｒ合金を得
る方法もあるが、凝固時の冷却速度が遅いため、Ｃｕマ
トリックス中のＣｒ粒が成長し、均一で微細なＣｒ分散
は困難であり、また凝固偏析が生じ易いという問題もあ
り、採用し得ない。

Ｅ　課題を解決するための手段 上記事情にかんがみ、本件発明者は機械的粉砕法ではな
く、アトマイズ法を採用し、この方法によＶ）　Ｃｕ　
−Ｃｒ合金粉末を得、得られた合金粉末の組成等を調べ
たつ Ｃｕ−Ｃｒの混合物を不活性ガス雰囲気または真空中で
溶融し、その？Ｓ湯をガスアトマイズ法又は水アトマイ
ズ法により微粉化並びに急冷凝固させて、Ｃｕマトリッ
クス中にＣｒが分散したＣｕ　　Ｃｒ合金粉末を得た。

上記方法を実施するに際し、Ｃｕ−Ｃｒ混合物における
Ｃｒ含有量については、Ｃｕ−Ｃｒ合金においてＣｕと
Ｃｒが二相分離する領域でＣｕマトリックス中にＣｒが
分散する範囲のＣｒ含有量として、０１〜３７重量％を
選定した。状態図によると、Ｃｒ含有量が３７〜９３重
量％ではＣｕマトリックス中にＣｒが分散したものとＣ
ｒマトリックス中にＣｕが分散したものの混合物となり
、Ｃｒ含有量が９３重量％以上ではＣｒマトリックス中
にＣｕが分散したものとなってしまい、目標とするＣｕ
−Ｃｒ合金粉末が得られないからである。

また、上記Ｃｕ−Ｃｒ混合物の溶融の際には、溶湯の酸
素含有量を低減するため、酸素含有量の低いＣｕ及びＣ
ｒ原材料を選定し、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス
雰囲気で溶融する方法か、真空中で溶融して、脱酸する
方法のいずれかを用い、酸素含有量を１０００ｐｐ＋ｍ
以下に抑えた。この際、原料などより混入する不可避の
不純物（Ｆｅ、Ｎｉなど）は許容するものとした。

上記溶湯をガスアトマイズ法又は水アトマイズ法により
急冷噴霧し、Ｃｕマトリックス中にＣｒが分散するＣｕ
−Ｃｒ合金粉末を得た。

アトマイズ法としては覆々あろが、例えば、ＡｒやＮ２
などの不活性ガスを用い、高圧でガスアトマイズする。

第１表には、Ｃｕに対するＣｒの混合割合（０，５〜３
０重量％）、溶解条件（雰囲気、溶解温度）等を変えて
ガスアトマイズ法によりＣｕ−Ｃｒ合金溶湯を霧状に微
細化して、Ｃｕ−Ｃｒ合金粉末を得た結果を示す１゜ Ｃｕ−Ｃｒ混合物の溶解雰囲気としては、Ａｒガス雰囲
気あるいは真空を採用した。また、噴霧ガスとしてはＡ
ｒガスを採用し、その噴霧圧力は６０　ｋｇｆ／　ｏｌ
　（５，８９ＭＰａ　）又は７０　ｋｇ　ｆ／　ｃｉ（
６，８７ＭＰａ　）とした。

得られたＣｕ−Ｃｒ粉末の粒径は１５０μｍ以下であり
、その頚微使写真である第６図に示すようにＣｕ中に均
一にＣｒｙａｒ子が分散し、そのＣｒ黴粉粒子平均粒径
は５μｍ以下であった。また、Ｃｕ−Ｃｒ粉末における
重量成分比は、材料であるＣｕ−Ｃｒｌｌｉｉｊ合物の
Ｃｕ−Ｃｒの重量成分比と同等である。Ｃｕ−Ｃｒ粉末
の酸素含有量は１０００　ｐｐｍ以下に抑えられた。

即ち、前述の課題を解決するための本発明に係る電気接
点材料の製造方法は、ＣｕとＣｒとを主成分とし、Ｃｒ
含有量が０．１〜３７重量％である混合物を不活性ガス
雰囲気または真空中で溶融し、その溶湯をアトマイズ法
により微細化して、Ｃｕマトリックス中に平均粒径５μ
ｍ以下のＣｒが均一に分散するものとしたことを特徴と
するものである。

そして、本発明に係る電気接点材料は、上記方法により
得られたＣｕ−Ｃｒ合金粉末を焼結させたものであり、
焼結により、Ｃｒの平均粒径ば２〜２０μｍとなる。

即ち、本発明に係る電気接点材料は、平均粒径２〜２０
μｍのＣｒがＣｕマトリックス中に均一分散したことを
特徴とするものであり、また、平均粒径５μｍ以下のＣ
ｒ粉末が均一分散された平均粒径１５０μｍ以下のＣｕ
−Ｃｒ合金粉末を焼結してなることを特徴とするもので
ある。

第８図には、Ｃｕ−Ｃｒ電気接点材料において、Ｃｒ含
有量が接触抵抗比、耐溶着電流値に及ぼす影響の測定結
果を示す。この図かられかるように、Ｃｕ−Ｃ「合金製
の電気接点材料の実用性のあるＣｒ含有量が５〜２０重
量％であることがわかる。

よって、上記電気接点材料におけろＣｒ含有量が５〜２
０重量％の範囲で規制されろ。

したがって、本発明に係る電気接点材料は、Ｃｒ含有量
が５〜２０重量％のＣｕ−Ｃｒ合金粉末を焼結して、Ｃ
ｒの平均粒径が２〜２０μｍで、しかも粒径の分布幅が
狭く、かつ均一とじたことを特徴とするものである。

Ｆ実施例 次に、上記Ｃｕ−Ｃｒアトマイズ粉末による電極材の製
造例について説明する。Ｃｕ−Ｃｒアトマイズ粉末とし
ては、Ｃｒ含有量が５〜２０重量％のものを使用した。

第１の例として、Ｃｕ−２０重量％Ｃｒアトマイズ粉末
（粉末径１５０μｍ以下、Ｃｒの平均粒径３．５μｍ）
を直径６８−のセラミック容器に入れ、真空炉中におい
て１１００℃で３０分間加熱し、焼結した。

得られたＣｕ−２０重量％Ｃｒ１ｌ極材中のＣｒの分布
は、そのｆｆ徴鏡写真である第７図に示すように均一で
、その粒径の分布幅も狭く、平均粒径は１０μｍであっ
た。

同様の方法で、Ｃｕ−１０重量％Ｃｒアトマイズ粉末、
Ｃｕ−５重量％Ｃｒアトマイズ粉末により直径５５μｍ
の電極材を製作した。Ｃｒ分布は均一で、その粒径の分
布幅も狭く、平均粒径は１０μｍであった。

第２の例として、Ｃｕ−２０重量％Ｃｒアトマイズ粉末
（粉末径１５０μｍ以下）を内径６２關の金属容器にキ
ャニングし、ＨＩＰ法により、Ａｒガスを圧力媒体とし
て、２０００ｋｇｆ／ｄ（約２００ＭＰａ）程度の加圧
下で加熱（ｉ　ｏ　ｏ　ｏ℃Ｘ１ｈ）ｊ、、焼結させた
。得られた電極材は直径が５５−で、その組織中のＣｒ
の粒径ば２〜５μｍで、粉体時の粒径と比較して粗大化
は少なかった。

同様の方法で、Ｃｕ−１０重量％Ｃｒアトマイズ粉末、
Ｃｕ−５重量％Ｃｒアトマイズ粉末によりそれぞれ電極
材を製作した。Ｃｒ粒径の分布が狭く、均一なＣｕ−Ｃ
ｒ組織が得られた。

辺上のようにして得られた電極材と従来の電極材の電気
性能を比較して第１図ないし第５図に示す。

第１図には、Ｃｕ−５重量％Ｃｒ１Ｃｕ−１０重量％Ｃ
ｒ、Ｃｕ−２０重量％Ｃｒの各電極材料についてのＣｒ
平均粒径に対するしゃ断電流の関係を示す。

この図から、Ｃｒが微細化するに従ってしゃ断性能が向
上することがわかる。これば、Ｃｒが均一に分散される
ｔコめ、発生したアークの拡散がスムーズに行われるこ
とによる。

実験の結果、Ｃｒが５〜２０盟量％、Ｃｒ粒径が２０μ
ｍ以下で良好な結果が確認された。

第２図には同様の電極材のＣｒ粒径に対する接触抵抗を
示す。

接触抵抗もＣｒを微細化することにより低下する。しか
し、１０μｍ以下にＣｒを微細化すると、硬度が高くな
り、逆に接触抵抗は上昇する傾向にある。

第３図には同様の電極材のＣｒ粒径に対する溶着力を示
す。溶着力は、ここでは加圧力５０ｋｇｆ（約４９ＯＮ
）で所定の電流を所定時間流した後、電場の引き離しに
必要な力とする。

図かられかるように、溶着力もＣｒを微細化し、組織を
均一にすることにより低下した。

これは、接触抵抗が低下するためである。しかし、１０
μｍ以下にＣｒを微細化すると、第２図に示したように
接触抵抗が増加するため溶着力も増加する。また、Ｃｒ
が５３ｊｌ量％以下になると、Ｃｕの溶着面積が増加し
て溶着力が増加１−ろ。

第４図には、電流しゃ断後のＴｉ極表面溶融層の厚さ（
最大４１１）をＣｒの平均粒径との関係で表しである。

大電流をしゃ断すると、発生するアークにさらされろ電
極表面が局部的に溶融し、アーク消滅後急冷され、その
ため、′：４極表面にＣｒリッチのＣｕ−Ｃｒ＠細分散
層ができろ。この１１ｉは、耐電圧特性（ま良℃）が、
抵抗が高く、大電流しゃ断後接触抵抗上昇の原因となる
。したがって、この溶融層：よ、薄く広く均一に形成さ
れるのが望ましい。

図かられかるように、Ｃ「を微細分散化すると、この溶
融層も均一でかつ薄くなる。

上記理由から第５図に示すように、電流しゃ断後の接触
抵抗の増加率は、Ｃｒ％微細化することにより低下する
。しかし、１０μｍ以下では逆に硬度が高くなるため、
接触抵抗は増加する。

以上より、電極材料としては、平均粒径２〜２０μｍの
ＣｒがＣｕマトリックス中に均一に分散したものが最良
のものとして採用されろ。そのためには、Ｃｕ　　Ｃｒ
アトマイズ粉末の段階では、Ｃｒの平均粒径は５μｍ以
下であることが要求されろ。

Ｇ　発明の効果 本発明に係る電気接点材料によれば、平均粒径２〜２０
μｍのＣｒがＣｕマトリックス中に均一に分散する組成
としたので、従来の焼結冶金法による電気接点材料に比
べて、しや断電流値の向上、接触抵抗の低下、耐溶着性
の向上などのすぐれた効果を奏する、っまた、本発明に
係る電気接点材料の製造方法によれば、従来にない粒径
２〜２０μｍのＣｒが均一に分散した電気接点材料を得
ろことができろ。

第１図 Ｃ「平均粒径としゃ断電流との関係

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図ば、Ｃｒの平均粒径に対するしゃ断電
流、接触抵抗、溶着力、電極表面溶融層厚さ、電流しゃ
断後の接触抵抗上昇率を示すグラフであり、第６図はＣ
ｕ−Ｃｒアトマイズ粉末の金属組織を示ず顛黴鏡写真、
第７図はＣｕ−１０重量％Ｃｒ電極材の金属組織を示す
頚黴鋺写真である。また、第８図はＣｒ含有量と接触抵
抗比と耐溶着電流値との関係を示すグラフである。 第２図 Ｃｒ平均粒径と接触抵抗との関係 第４図 Ｃｒ平均粒径と溶着層厚さとの関係 第３図 Ｃｒ平均粒径と溶着力との関係 電極組織中のＣ［平均粒径 （ｐｍ） 第５図 Ｃｒ平均粒径と接触抵抗上昇率との関係電極組織中のＣ
「平均粒径 （、Ｌｍ　） 第 図 、０ 第７図 ＳＬ−に／Ｃｒ電場材の金属紗織を示寸顕徹鏡写真

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）平均粒径２〜２０μｍのクロムを銅マトリックス
   中に均一分散させたことを特徴とする電気接点材料。
2. （２）平均粒径５μｍ以下のクロムが均一分散された平
   均粒径１５０μｍ以下の銅−クロム合金粉末を焼結して
   なる電気接点材料。
3. （３）平均粒径５μｍ以下のクロムが均一分散された平
   均粒径１５０μｍ以下の銅−クロムからなるアトマイズ
   合金粉末を焼結してなる電気接点材料。
4. （４）クロムの含有量が５〜２０重量％である請求項（
   １）又は請求項（２）又は請求項（３）記載の電気接点
   材料。
5. （５）銅とクロムとを主成分とし、クロム含有量が０．
   １〜３７重量％である混合物を不活性ガス雰囲気または
   真空中で溶融し、その溶湯をアトマイズ法により微細化
   して、銅マトリックス中に平均粒径５μｍ以下のクロム
   が均一に分散した電気接点材料用銅−クロム合金粉末の
   製造方法。
6. （６）請求項（５）で得られた、クロム含有量が５〜２
   ０重量％の銅−クロム合金粉末を焼結して、クロムの平
   均粒径が２〜２０μｍで、しかも粒径の分布幅が狭く、
   かつ均一とした電気接点材料。