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技術 切削処理を施される半製品としての、細孔を含む銅材料の使用

出願人 ヴィーラント-ヴェルケアーゲー
発明者 ヴォルフガングデュルシュナーベルディーターシュトックヒルマーエル.ミューラーイザベルブーレシュ
出願日 1992年11月27日 (28年1ヶ月経過) 出願番号 1992-341592
公開日 1994年7月12日 (26年5ヶ月経過) 公開番号 1994-192772
状態 拒絶査定
技術分野 粉末冶金 複合金属又は合金の製造
主要キーワード 未完成品 横方向切断 ぜい化 焼結物体 青銅合金 噴射段階 黄銅合金 アルミニウム青銅
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年7月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

構成

棒、管、形材ワイヤ薄板もしくはテープの形の、切削処理を施される半製品としての細孔を含む銅材料の使用。細孔はチップブレーカーとして働く。

効果

衛生上、経済上優れた、切削作業に適した銅材料よりなる半製品が得られる。

概要

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請求項1

棒、管、形材ワイヤ薄板、もしくはテープの形状の、切削処理を施される半製品としての、細孔を含む銅材料の使用。

請求項2

請求項1に記載の目的のための銅材料の使用であって、該銅材料において、細孔の容積配分が0.01〜10%であるもの。

請求項3

請求項1に記載の目的のための銅材料の使用であって、該銅材料がガス充填された細孔を含んでいるもの。

請求項4

請求項1の目的のための、請求項3に記載の銅材料の使用であって、該銅材料の細孔が、銅もしくは銅合金中不溶性のガスを含んでいるもの。

請求項5

請求項1の目的のための、請求項1〜4のいずれか1項または数項に記載の黄銅合金の使用であって、1〜45%の亜鉛を用いているもの。

請求項6

請求項1記載の目的のための、請求項5に記載の黄銅合金の使用であって、該合金は、選択成分として、最大限10%のアルミニウム、最大限20%のニッケル、最大限6%の錫、最大限4%の珪素、最大限8%のマンガン、並びに、最大限2%の鉄を、個別に、もしくは組み合わせて含んでいるもの。

請求項7

請求項1の目的のための、請求項6に記載の黄銅合金の使用であって、該黄銅合金が更に他の選択成分として、チタンクロムジルコンベリリウムマグネシウムリンアンチモンという元素を1つもしくは幾つか、それぞれ最大限1%まで含んでいるもの。

請求項8

請求項1記載の目的のための、請求項1〜4のいずれか1項または数項に記載の青銅合金の使用であって、0.1〜12%の錫を用いているもの。

請求項9

請求項1記載の目的のための、請求項8に記載の青銅合金の使用であって、該青銅合金が、選択成分として、最大限6%の亜鉛、最大限5%のニッケル、並びに、最大限4%の鉄を、個別に、もしくは組み合わせて含んでいるもの。

請求項10

請求項1の目的のための、請求項9に記載の青銅合金の使用であって、該青銅合金が、更に他の選択成分として、リン、クロム、ジルコン、チタン、マグネシウムという元素の1つ、もしくは幾つかをそれぞれ最大限1%まで含んでいるもの。

請求項11

請求項1の目的のための、請求項1〜4のいずれか1項または数項に記載のアルミニウム青銅の使用であって、0.1〜10%のアルミニウムを用いているもの。

請求項12

請求項1の目的のための、請求項11に記載のアルミニウム青銅の使用であって、該アルミニウム青銅が、選択成分として、最大限5%の鉄、最大限8%のニッケル、最大限4%の珪素、最大限5%のマンガン、並びに、最大限3%の錫を、個別に、もしくは組み合わせて含んでいるもの。

請求項13

請求項1の目的のための、請求項12に記載のアルミニウム青銅の使用であって、該アルミニウム青銅が、更に他の選択成分として、クロム、チタン、ジルコン、マグネシウム、リンという元素の1つ、もしくは幾つかを、それぞれ最大限1%まで含んでいるもの。

請求項14

請求項1の目的のための、請求項1〜4のいずれか1項または数項に記載の低合金の銅合金の使用であって、該銅合金が、選択成分として最大限0.5%のリン、最大限4%の鉄、最大限3%の錫、最大限4%のニッケル、最大限2%の珪素、最大限2%のクロム、最大限2%のコバルト、並びに、最大限2%のベリリウムを、個別に、もしくは組み合わせて含んでいるもの。

請求項15

請求項1の目的のための、請求項14に記載の銅合金の使用であって、該銅合金が、更に他の選択成分として、チタン、ジルコン、マグネシウム、マンガン、砒素、亜鉛という元素の1つ、もしくは幾つかをそれぞれ最大限1%まで含んでいるもの。

請求項16

多孔性素材の製造方法であって、該素材から、冷却変形、および、熱変形処理によって、請求項1〜15のいずれか1項または数項に記載の銅半製品が製造される方法において、予備形が銅粉末もしくは銅合金粉末より作り出されて、焼結させられることを特徴とする方法。

請求項17

請求項16に記載の方法において、銅もしくは銅合金粉末の平均の粒子サイズが2〜3000μmであることを特徴とする方法。

請求項18

請求項16または17に記載の方法において、予備形が、銅および銅合金中で不溶性のガス状成分を含む大気中で焼結されることを特徴とする方法。

請求項19

多孔性の素材の製造方法であって、該素材から冷却変形および熱変形処理によって、請求項1〜15の1項または数項に記載の銅半製品が製造されるものにおいて、0.05Nm3/kg〜1.5Nm3/kgの気体−金属−関係を維持しつつ、噴霧によって金属小滴に分解される銅および銅合金よりなる金属メルトベース上に向けられることによって、噴霧コンパクト化方法により予備形が作り出されることを特徴とする方法。

請求項20

請求項19に記載の方法において、平均の小滴直径が5〜200μmであることを特徴とする方法。

技術分野

0001

本発明は、細孔を含む銅材料の使用に関わっている。細孔は、通常の如く、三次元広がりを有していてよいが、マトリックス基質)の機械的変形によって、ほとんど二次元の形成物押圧されていてもよい。

0002

銅合金よりなる半製品は、展延中ぐり、およびフライスの如き切削処理が行なわれねばならない部分の製造のために広範に用いられる。前記合金はたいてい、例えば鉛もしくはテルル添加物を含み、該添加物は、チップブレーカーとして働き、同時に、前記合金よりなる管、棒、薄板、もしくはテープの形の半製品の、小部品への経済的な処理を簡易化する。

0003

衛生上の理由から、例えば供給管路等の中で飲水と接触するようになるような部品における鉛含有量を制限するように試みられる。

0004

他方、前記チップブレーカーの付加は、このことによって、例えば、棒、管、および形材の如き半製品の製造も、通常の製造段階熱変形および冷却変形によって制限されるので、困難にぶつかる。前記に関する理由は、前記チップブレーカー付加の不可避副作用であり、該副作用は基礎材料へのぜい化作用を行なう。

0005

したがって、本発明の課題は、切削作業に適した銅材料よりなる半製品であって、衛生上申し分なく、特に経済的にも製造され得る半製品を提供する処にある。

0006

本発明によると、前記課題の解決として、銅材料中に含まれる細孔をチップブレーカーとして用いることが提案されている。

0007

細孔は、材料や物質の局部的に限定された弱化を意味し、該弱化は、切削工程の間にチップをこわすことにつながる。

0008

前記の如きものとしての多孔性の銅材料は実際充分に予め公知であり、専門分野の従来の努力はこれまで常に、銅材料のできるだけ良い性質を得るためにできるだけ完全に細孔を取り除くことに向けられていた(例えばWO90/11.852参照)。

0009

本発明の特別な実施態様によると、細孔の容積配分(容積比)は0.05〜10%である。さらに、多孔性の銅材料の継続処理の際に、残っている細孔は確かに自身の形を変えるが、中空空間ガスによって安定させられているために完全には閉じないので、細孔がガス充填されているなら好都合である。特に、細孔が、例えば窒素希ガスヘリウムもしくは二酸化炭素の如き、銅もしくは銅合金中不溶性のガスで満たされているなら好都合である。

0010

本発明によると主に黄銅合金および青銅合金が切削作業のために用いられるが、必要な場合は、本発明を他の銅合金に用いることが難なく可能である。

0011

黄銅合金が特に1〜45%の亜鉛を含んでいて、選択成分としては個別に、もしくは組み合わせて、アルミニウム最大限10%)、ニッケル(最大限20%)、錫(最大限6%)、珪素(最大限4%)、鉄(最大限2%)、マンガン(最大限8%)が好ましい。特別な強度特性を得るために個別に、および、組み合わせて付加されることのできる他の選択成分は、クロムジルコンチタンマグネシウムリンアンチモン(それぞれ最大限1%)である。

0012

青銅合金は特に0.1〜12%の錫を含んでいて、選択成分としては、個別に、もしくは組み合わせて、ここにおいては、亜鉛(最大限6%)、ニッケル(最大限5%)、鉄(最大限4%)が好ましく、並びに、特別な性質の調整のための他の選択成分としては、リン、クロム、ジルコン、チタン、マグネシウム(それぞれ最大限1%)という元素が好ましい。

0013

アルミニウム青銅合金が、特に、1〜10%のアルミニウム、並びに、選択成分として個別に、もしくは組み合わせて、鉄(最大限5%)、ニッケル(最大限8%)、珪素(最大限4%)、マンガン(最大限5%)、錫(最大限3%)、並びに、他の選択成分としてクロム、チタン、ジルコン、マグネシウム、リンを最大限1%まで個別に、もしくは組み合わせて含んでいる。

0014

低合金の銅合金が、選択成分として、個別に、もしくは組み合わせて、リン(最大限0.5%)、鉄(最大限4%)、錫(最大限3%)、ニッケル(最大限4%)、珪素(最大限2%)、クロム(最大限2%)、コバルト(最大限2%)、ベリリウム(最大限2%)、並びに、他の選択成分としてチタン、ジルコン、マグネシウム、マンガン、砒素、亜鉛を最大限1%まで個別に、もしくは組み合わせて含んでいる。

0015

上記の本発明の半製品は、製造に必要な予備形(Vorform)が、製造の経済的な前段階から用意されているとき、多くの半製品工場にある熱変形および冷却変形のための装置で作られることができる。

0016

多孔性の素材を作るための好ましい方法として、粉末治金も、噴霧コンパクト化/OSPREY法も提案されている(例えば英国特許明細書第1,379,261号、および英国特許明細書第1,472,939号参照)。

0017

この方法の第1の態様によると、予備形が主に銅粉末、もしくは銅合金粉末より作られて、焼結させられ、その際、銅ないしは銅合金の粉末の平均粒子サイズは2〜3000μmである。銅および銅合金中で不溶性のガス状の成分を含む大気中で焼結することが好ましい。この方法の第2の態様によると、噴霧によって金属小滴に分解された銅もしくは銅合金よりなる金属メルトが、0.05Nm3/kg〜1.5Nm3/kg(Nm3=基準立方メートル)のガス−金属−関係を維持しつつ、ベース上に向けられることによって、予備形が主に噴霧コンパクト化方法で作られる。その際、小滴の平均直径は好ましくは5〜200μmである。

0018

以下の実施例を用いて本発明が詳細に説明される。
実施例1
粒子サイズ25μmの銅よりなっていて噴霧によって得られた粉末が通常の方法で潤滑剤(ステアリン酸)と混ぜられて、95%の密度未完成品に押し出される。該未完成品は、前記潤滑剤が追い出されるような焼結温度までの温度プログラムに従って案内される。該焼結温度は1000℃で、焼結時間は2.5時間である。

0019

焼結大気としては、気圧の場合に、アンモニアより得られる分解ガスが用いられる。焼結後に、物体は今や、理論の98.5%の密度を有していて、閉じられた細孔を含んでいる。

0020

焼結物体が室温で、圧延によって約30%だけ冷却変形させられ、その際、細孔は伸ばされる。このことによって、図1縦方向切断面、および図2横方向切断面に表わされているような構成が生じる(拡大200:1)。材料は、全体に、均一に細かい細孔の小管経路)を有している。

0021

旋盤上での回転実験の際には、完全に密な連続鋳造されたボルトからプレスおよび引き抜きによって作り出された棒(図4)よりも本質的に短いチップが生じる(図3/L:縦方向回転実験、P:前面回転実験)。
実施例2
この方法は、実施例1の場合と同様であって、25〜50μmの比較的粗い粉末が今の場合使われる点で相違している。このことによって、冷却変形後に、図5の横方向切断面から明らかな幾分、より粗い細孔構造が生じる。旋盤上での回転実験の際に、この場合においても、図6(L:縦方向回転実験、P:前面回転実験)が示す如く好都合で短いチップが生じる。
実施例3
2.3%の鉄、0.022%のリン、残りが銅と通常の不純物質という組成のCuFe2Pよりなるメルトが、噴霧コンパクト化方法(OSPREY−方法)を用いて、約30mmの厚みのプレートに噴霧される。噴霧ガスとしては純窒素が用いられる。噴霧方法、特に、噴射段階中のガス−金属−関係0.42の適切な選択によって、強化されたプレートは理論の85%の密度を有することが達成される。

0022

該プレートは、外側をフライス削りされ、続いて930℃に加熱され、40%だけ熱圧延される。圧延された薄板から、回転実験のための断片が取り出される。該棒は理論の98.5%の密度を有する。

0023

前面回転実験の際に、棒は再び通常の方法によって、鋳造されて熱間圧延されたプレートによりなる試料から作り出されたものよりも本質的に短いチップを生じる。

発明の効果

0024

衛生上、経済上優れた、切削作業に適した銅材料よりなる半製品が得られる。

図面の簡単な説明

0025

図1焼結された銅試料の縦方向の切断面を示す。
図2焼結された銅試料の横方向の切断面を示す。
図3図1図2の焼結された銅試料のチップの形を示す。
図4従来通りに作られた銅試料のチップの形を示す。
図5他の焼結された銅試料の横方向の切断面を示す。
図6図5の焼結された銅試料のチップの形を示す。

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