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TWI554355B - 硬焊接合結構體 - Google Patents

硬焊接合結構體 Download PDF

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Publication number
TWI554355B
TWI554355B TW103133605A TW103133605A TWI554355B TW I554355 B TWI554355 B TW I554355B TW 103133605 A TW103133605 A TW 103133605A TW 103133605 A TW103133605 A TW 103133605A TW I554355 B TWI554355 B TW I554355B
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TW
Taiwan
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mass
content
hard
discoloration
welded structure
Prior art date
Application number
TW103133605A
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English (en)
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TW201515757A (zh
Inventor
畑克彥
大石惠一郎
田中真次
Original Assignee
三菱伸銅股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱伸銅股份有限公司 filed Critical 三菱伸銅股份有限公司
Publication of TW201515757A publication Critical patent/TW201515757A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI554355B publication Critical patent/TWI554355B/zh

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Description

硬焊接合結構體
本發明係有關一種在由Cu-Zn合金所構成之基材上形成有硬焊(銅焊,brazing)部之硬焊接合構造體者。
本申請基於2013年9月26日在日本申請之日本專利申請2013-200149號主張優先權,並將其內容援用於此。
一般,作為醫療機關、公共設施、衛生管理嚴格的研究設施(例如食品、化妝品、醫藥品等)中使用之護欄、床頭板、床尾板、扶手、門拉手、門把手、桿式門手柄等的構成構件,從耐變色性的觀點考慮,多使用形成有Ni及Cr等的鍍層膜或樹脂及塗料等塗裝膜之鐵鋼材料、銅合金、Zn壓鑄物、Al合金等。並且,該等產品係將管、棒材、藉由鍛造、壓鑄及鑄造等製作之構件相連結並進行組合而構成之情況較多。例如,床護欄藉由接合實施彎曲加工之管和尺寸不同的管或彎管(彎曲90度之管)而構成。該等構成構件由於被不特定的多數人員所接觸,因此從預防感染病、防止病毒擴散的觀點考慮,亦具有抗菌性為較理想。
作為用作護欄、門拉手、門把手、桿式門手柄等的構成組件的坯料之鐵鋼材料,一般使用廉價的一般結構用鋼材(例 如JIS G 3101中定義之SS400、SS330)之情況較多。然而,該等材料由於缺乏耐變色性及抗菌性,一般進行抗菌鍍層或抗菌塗裝。並且,一般結構用鋼材由於強度比較低,因此有可能無法應對近年來的產品的輕量化、小型化、薄壁化。
並且,作為上述構成組件的坯料,有時使用以SUS304為代表之不鏽鋼。不鏽鋼耐變色性優異,無需進行表面處理,但缺乏抗菌性,含有Ni之奧氏體系不鏽鋼為高價且難以焊接,依焊接的方法,在其冷卻過程中產生相轉變,從而接合部的強度產生問題,或者焊接後的後處理費工夫(接合部變為黑色,因此不得不進行拋光),因此並非一般使用之材料。
銅及銅合金雖然顯示出優異之抗菌性或殺菌性,但例如在室內環境中僅放置1個月就會發生變色,在耐變色性的觀點上存在問題。並且,若色調或色彩均勻地發生變化,則沒有特別問題,但依使用環境,有可能產生不均勻的變色。例如,在護欄等中,人經常接觸之部份與不經常接觸之部份,色調和色彩容易產生差異,這成為問題。尤其,接合部份形成於人手接觸較少的部位之情況較多,因此進一步要求耐變色性。其結果,當使用銅及銅合金作為護欄、門拉手、門把手、桿式門手柄等的構成構件時,需進行鍍層、無色塗層,存在無法發揮其優異之抗菌性(殺菌性)之問題。並且,在銅合金中一般使用之純銅和65/35黃銅在硬焊時材料溫度上升至700℃以上,因此存在硬焊部及其周邊的強度下降之問題。另一方面,若耐變色性特別優異,則無法藉由銅的作用來發揮抗菌性(殺菌性)。亦即,抗菌性(殺菌性)藉由在銅合金表 面上生成過氧化氫或者生成活性氧來發揮。換言之,在銅表面上產生氧化還原反應,並與水蒸氣等發生反應,藉此發揮抗菌性(殺菌性)。該反應相當於所謂的腐蝕亦即變色,若銅表面無任何反應,則無法發揮抗菌性(殺菌性)。本發明中,將腐蝕反應(變色)限制在最小限度,並保持抗菌性(殺菌性)為最大課題之一。
並且,上述構成構件藉由接合管、板、線材、棒材、鑄件和藉由鍛造製作之各種形狀的構件而構成。
例如,醫療、福利機關中使用之床用護欄(掉落防止用的安全柵欄)或擔架用的護欄將管和管進行接合。尤其,在醫療機關中使用之床用護欄係為了防止掉落或夾傷,對粗徑管的大框以適當的間隔接合細徑管。
關於該管彼此的接合方法,在鐵鋼材料中主要進行氣體焊接、TIG(Tungsten Inert Gas)焊接、MIG(Metal Inert Gas)焊接等。另一方面,當焊接包含Zn之銅合金時,焊接中Zn容易蒸發,因此對焊接要求技術。並且,因焊接,外觀上亦殘留焊珠的痕跡,對用於解決美觀問題之焊珠痕跡進行研磨之製程增加,依形狀,有時還難以徹底去除,由於外觀上的問題及費工夫,因此不宜焊接。並且,還有可能損害抗菌性(殺菌性)。
作為其他接合方法,有硬焊、軟焊(錫焊,soldering)、摩擦接合等方法,但軟焊由於接合強度較低,摩擦接合從操作性方面為不佳。硬焊在接合強度、可靠性方面比其他接合方法有利,但在硬焊時,材料溫度達到700℃,或者有時甚至達 到800℃,因此,不損害耐變色性、抗菌性(殺菌性)且硬焊部具備較高的強度亦為課題之一。
因此,為了得到充份的抗菌性(殺菌性),嘗試了在扶手、門拉手、門把手、桿式門手柄等的構成構件上貼附較薄的銅箔,或者將銅箔和樹脂或紙等貼合而成之複合材料之方法(例如,參閱專利文獻1、2)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1:日本特開2011-020264號公報
專利文獻2:日本特開平11-239603號公報
但是,如專利文獻1、2所示,當為將銅箔貼附於構成構件的表面之方法時,因接著劑的經年劣化,有可能產生構成構件與銅箔的剝離。並且,銅箔在耐變色性上存在問題,並非一定能同時維持抗菌性(殺菌性)及耐變色性者。進一步,該等方法中,無法解決構成構件的接合部份的強度下降問題。
本發明係以如上情況為背景而完成者,其目的為提供一種不依賴於鍍層、塗層等表面處理而同時具備耐變色性及抗菌性(殺菌性),且藉由硬焊將管、棒/線形狀件、藉由鍛造、壓鑄及鑄造等製作之各種形狀的構件相連結並進行組合而成,並且,具有較高強度的硬焊部之硬焊接合構造體。
本發明之硬焊接合構造體,其在由耐變色性銅合金所構成之基材上形成有硬焊部,前述耐變色性銅合金具有如下組成:含有Zn:17~37mass%及Pb:0.0005~0.30mass%,並且含有Ni:0.01~12.5mass%、Al:0.01~1.6mass%及Sn:0.01~2.5mass%中的至少1種以上,剩餘部份設為Cu及不可避免雜質,其中,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%及Sn的含量〔Sn〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕32且0.70.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8的關係式,包含前述硬焊部之熱影響部的金屬組織設為α相基體,β相所佔之比例和γ相所佔之比例的合計以面積率計設為0%以上且1.4%以下,進一步,前述耐變色性銅合金的導電率設為7~25%IACS。
依本發明的硬焊接合構造體,由於在由設在上述組成範圍之耐變色性銅合金所構成之基材上形成硬焊部,因此抗菌性(殺菌性)、耐變色性優異。並且,由於包含硬焊部之熱影響部的金屬組織設為α相基體,β相所佔之比例和γ相所佔之比例的合計以面積率計設為0%以上且1.4%以下,因此能夠確保硬焊部的耐腐蝕性。進一步,由於前述耐變色性銅合金的導電率設為7~25%IACS,因此硬焊時藉由加熱而形成之熱影響部變小,能夠抑制強度下降和抗菌性(殺菌性)劣化等。
在此,本發明之硬焊接合構造體中,前述耐變色性銅合金亦可以設為如下構成:還含有As:0.01~0.09mass%、P:0.005~0.09mass%及Sb:0.01~0.09mass%中的任意1種以 上,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、Sn的含量〔Sn〕mass%、P的含量〔P〕mass%、Sb的含量〔Sb〕mass%及As的含量〔As〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕32的關係。
此時,藉由添加As、Sb、P來提高α相基體的耐腐蝕性,能夠進一步提高硬焊接合構造體的耐變色性。
並且,在本發明之硬焊接合構造體中,前述耐變色性銅合金亦可以設為如下構成:還含有Mn:0.01~2.0mass%、Fe:0.001~0.09mass%、Zr:0.0005~0.03mass%、Co:0.001~0.09mass%、Si:0.001~0.09mass%、Mg:0.001~0.05mass%及C:0.0001~0.01mass%中的任意1種以上,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、Sn的含量〔Sn〕mass%、P的含量〔P〕mass%、Sb的含量〔Sb〕mass%、As的含量〔As〕mass%、Mn的含量〔Mn〕mass%、Fe的含量〔Fe〕mass%、Zr的含量〔Zr〕mass%、Co的含量〔Co〕mass%、Si的含量〔Si〕mass%、Mg的含量〔Mg〕mass%及C的含量〔C〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32的關係。
此時,根據使用用途,在上述範圍內適當地添加Mn、Fe、 Zr、Co、Si、Mg、C之類的元素,藉此能夠得到具備所希望的色調和特性之硬焊接合構造體。
進一步,在本發明之硬焊接合構造體中,前述耐變色性銅合金亦設為如下構成:設為含有Zn:17~37mass%、Pb:0.0005~0.30mass%及Ni:1.5~12.5mass%,並且還含有Al:0.01~1.6mass%、Sn:0.01~2.5mass%、Mn:0.01~2.0mass%、Fe:0.001~0.09mass%、Zr:0.0005~0.03mass%、Co:0.001~0.09mass%、Si:0.001~0.09mass%、Mg:0.001~0.05mass%及C:0.0001~0.01mass%中的任意1種以上,剩餘部份設為Cu及不可避免雜質之組成,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、Sn的含量〔Sn〕mass%、Mn的含量〔Mn〕mass%、Fe的含量〔Fe〕mass%、Zr的含量〔Zr〕mass%、Co的含量〔Co〕mass%、Si的含量〔Si〕mass%、Mg的含量〔Mg〕mass%及C的含量〔C〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32,並且,具有0.70.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8的關係式,進一步,前述耐變色性銅合金的導電率設為7~22%IACS。
此時,由於含有1.5~12.5mass%的比較多的Ni,因此能夠以呈銀白色或者即使為黃銅色亦帶白色色調之狀態,維持充份的耐變色性、抗菌性(殺菌性)。
並且,在本發明之硬焊接合構造體中亦可以設為如下構成:在前述基材中設為從前述硬焊部至距離10mm之區域為止 之熱影響部中,α相基體的平均結晶粒徑設為80μm以下。
此時,硬焊時藉由加熱而生長之α相基體的平均結晶粒徑抑制在80μm以下,因此熱影響部與非熱影響部以外的部份之間的特性差減小,能夠提高硬焊接合構造體整體的抗菌性(殺菌性)和耐變色性。並且,能夠抑制熱影響部的強度下降。
進一步,在本發明之硬焊接合構造體中亦可以設為如下構成:前述硬焊部藉由包含Cu:10~96mass%且剩餘部份包含Ag:0.01~70mass%、Zn:0.01~80mass%、Cd:0.01~40mass%、Sn:0.01~20mass%、P:0.01~15mass%及Ni:0.01~10mass%中的1種以上的焊料進行硬焊。
此時,由於焊料的熔點比較低,因此能夠將硬焊溫度抑制得較低,且抑制硬焊時的熱影響,並且能夠實現硬焊部的接合強度的提高。並且,能夠提高硬焊接合構造體整體的抗菌性(殺菌性)和耐變色性。
並且,在本發明之硬焊接合構造體中亦可以設為如下:包含前述硬焊部之部位的拉伸強度為200MPa以上,或者耐力為60MPa以上。
此時,可以確保包含硬焊部之部位的強度,且能夠實現硬焊接合構造體整體的強度的提高。
進一步,在本發明之硬焊接合構造體中亦可以設為如下:在抗菌性試驗中,在前述基材中設為從前述硬焊部至距離10mm之區域為止之熱影響部中的10分鐘經過後的活菌率 CH,相對於前述熱影響部以外的部份中的10分鐘經過後的活菌率CO,為CH 1.25×CO
此時,在抗菌性試驗中,可以將熱影響部中的活菌率CH與熱影響部以外的部份中的活菌率CO之差抑制得較小,且能夠確保硬焊接合構造體整體的抗菌性(殺菌性)。
並且,在本發明之硬焊接合構造體中亦可以設為如下構成:前述硬焊接合構造體用來作為床護欄、床頭板、床尾板、擔架護欄、門拉手、扶手、桿式門手柄、門把手、撐桿、桌子、椅子、擱板、護理用手推車的構成構件,並以抗菌用途進行使用。
本發明之硬焊接合構造體由於抗菌性(殺菌性)、耐變色性、強度優異,因此特別適合作為上述抗菌用途的構成構件的坯料。
依本發明,能夠提供一種不依賴於鍍層、塗層等表面處理而同時具備耐變色性及抗菌性(殺菌性),且藉由焊接將管、棒/線、板形狀件、藉由鍛造、壓鑄及鑄造等製作之各種形狀的構件相連結並組合而成,並且具有較高強度的硬焊部之硬焊接合構造體。
10‧‧‧硬焊接合構造體
11‧‧‧基材
12‧‧‧硬焊部
13‧‧‧熱影響部
14‧‧‧非熱影響部
18‧‧‧管材
第1圖係表示本發明的一實施形態之硬焊接合構造體之概略說明圖。
以下,對本發明的實施形態之硬焊接合構造體進行說明。另外,本說明書中,如〔Zn〕般帶括號之元素記號表示該元素的含量(mass%)。
如第1圖所示,本實施形態之硬焊接合構造體10設為在由後述之特定組成的耐變色性銅合金所構成之基材11上形成有硬焊部12者。本實施形態中,設為在呈管狀之基材11上硬焊有作為其他構件之管材18之構造。
另外,硬焊部12既可以為在由耐變色性銅合金所構成之基材11上硬焊其他金屬構件而成者,亦可以為接合由耐變色性銅合金所構成之基材11、11彼此而成者。並且,在本實施形態之硬焊接合構造體10中當然具有硬焊部12,但亦可以為在其他部份具有藉由軟焊、焊接(熔接)、鉚接、旋入等其他接合方法接合之接合部者。
(第1實施形態)
在本發明的第1實施形態之硬焊接合構造體10中,構成基材11之耐變色性銅合金具有如下組成:含有Zn:17~37mass%及Pb:0.0005~0.30mass%,並且含有Ni:0.01~12.5mass%、Al:0.01~1.6mass%及Sn:0.01~2.5mass%中的至少1種以上,剩餘部份設為Cu及不可避免雜質,並且Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%及Sn的含量〔Sn〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕32且0.70.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8的關係式。另外,將設為上述組成之第1實施形態中的耐變色性銅合金稱作第1發明合金。
並且,關於本實施形態之硬焊接合構造體10,包含硬焊部12之熱影響部13的金屬組織設為α相基體,β相所佔之比例和γ相所佔之比例的合計以面積率計設為0%以上且1.4%以下,進一步,構成基材11之耐變色性銅合金的導電率設定為7~25%IACS。
在此,以下對如上述規定成份組成、包含硬焊部12之熱影響部13的金屬組織、導電率之原因進行說明。
(Zn:17mass%以上且37mass%以下)
Zn係在上述耐變色性銅合金中,藉由與後述之Sn、Al、Ni的共同添加來提高耐變色性、抗菌性(殺菌性),並提高拉伸強度、耐力等機械強度,且在硬焊接合時提高接合性(硬焊性)等、在確保該硬焊接合構造體10的特性方面非常重要且主要的元素。藉由含有17mass%以上的Zn,可以得到上述作用效果。另一方面,即使含有超過37mass%之量,亦得不到與其相應之效果。而且,雖然在硬焊時容易殘存堅硬且較脆的β相且強度得到提高,但冷加工性、彎曲加工性、衝擊性、耐變色性、耐腐蝕性、耐應力腐蝕破裂性、抗菌性(殺菌性)下降。因此,Zn的添加量設在17mass%以上且37mass%以下的範圍內。另外,為了保持硬焊接合部的強度、接合性、耐變色性,將Zn的含量設為18mass%以上,進而設為20mass%以上為較佳。並且,為了保持抗菌性(殺菌性),將Zn的含量設為36mass%以下為較佳。
(Pb:0.0005mass%以上且0.30mass%以下)
Pb係在上述耐變色性銅合金中具有提高剪切加工和研磨 等的加工性之效果之元素。在此,藉由含有0.0005%以上的Pb,可以得到上述作用效果。另一方面,若含有超過0.30mass%之量,則得不到與含量相應之效果,延展性、熱/冷加工性、接合性下降。並且,由於Pb為有害物質,因此將含量限制在最小限度為較理想。因此,Pb的含量設在0.0005mass%以上且0.30mass%以下的範圍內。另外,為了可靠地發揮上述作用效果,將Pb的含量設在0.001mass%以上且0.015mass%以下的範圍內為較佳。
(Ni:0.01mass%以上且12.5mass%以下)
Ni係在上述耐變色性銅合金中確保耐變色性、強度、接合部的延展性、白色性之方面非常重要的元素。在此,藉由含有0.01mass%以上的Ni,可以得到上述作用效果。另一方面,即使含有超過12.5mass%之量,亦得不到與其相應之效果,冷延展性、沖壓成形性下降。並且,若Ni過多,則還有可能成為過敏症(Ni過敏症)的原因。因此,當添加Ni時,將Ni的含量設在0.01mass%以上且12.5mass%以下的範圍內。
並且,當將Ni作為主體而含有時,若Ni的含量成為1.5mass%以上、尤其成為2.0mass%以上,則有提高耐變色性之效果、提高與焊料的潤濕性之效果,亦即提高接合界面上的延展性之效果,進一步,還有抑制硬焊部12附近的熱影響部13的晶粒生長之效果。若Ni的含量成為8.0mass%以上,則該等效果變得進一步顯著,白色性亦增加。
(Sn:0.01mass%以上且2.5mass%以下)
Sn係在上述耐變色性銅合金中具有提高耐變色性、強度 之效果、抑制硬焊部12附近及熱影響部13中的晶粒生長之效果、及提高與焊料的潤濕性之效果之元素。在此,藉由含有0.01mass%以上的Sn,可以得到上述作用效果。另一方面,若含有超過2.5mass%之量,則得不到與添加量相應之效果。而且,在鑄造時固相線溫度和液相線溫度擴大從而容易導致濃度偏析,熱加工性、冷加工性及焊接管和板材等的彎曲加工性下降。並且,由於在硬焊時材料溫度加熱至700℃以上,因此雖然亦與Zn等其他元素有關係,但若含有較多Sn則β相、γ相所佔之比例增多,耐腐蝕性、耐變色性降低。並且,在硬焊時,Sn濃度在接合界面變得較高,藉此硬焊的接合強度降低,其結果衝擊強度下降。因此,當添加Sn時,將Sn的含量設在0.01mass%以上且2.5mass%以下的範圍內。另外,Sn藉由與0.3mass%以上的Al的共同添加,不會使抗菌性(殺菌性)提高或下降而能夠得到良好的耐變色性。在此,為了可靠地發揮上述作用效果,將Sn的含量設為0.3mass%以上,尤其0.5mass%以上為較佳,且設為2.2mass%以下,進而1.8mass%以下為較佳。
(Al:0.01mass%以上且1.6mass%以下)
Al係在上述耐變色性銅合金中具有提高鑄造時的熔融金屬流動性(鑄造性)、耐變色性、強度之效果之元素。在此,藉由含有0.01mass%以上的Al,可以得到上述作用效果。另一方面,若含有超過1.6mass%之量,則得不到與含量相應之效果,會形成牢固的氧化皮膜,藉此阻礙抗菌性(殺菌性)。並且,硬焊時的潤濕性下降且硬焊部12的延展性下降,因此衝 擊強度下降。並且,由於基材11的延展性下降,因此焊接管和板材的彎曲加工性下降,在加工時有可能產生破裂。因此,當添加Al時,將Al的含量設在0.01mass%以上且1.6mass%以下的範圍內。另外,Al藉由與0.3mass%以上的Sn的共同添加,不會使抗菌性(殺菌性)上升或下降而能夠得到良好的耐變色性。在此,為了可靠地發揮上述作用效果,將Al的含量設為0.3mass%以上,尤其0.5mass%以上為較佳,且設為1.3mass%以下為較佳。
(Zn、Pb、Ni、Sn、Al的含量的關係式)
在此,在上述耐變色性銅合金中,為了同時滿足耐變色性和抗菌性(殺菌性)這相反的特性且得到硬焊部的充份的強度,15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕32的關係式非常重要。另外,在上述式中,關於Ni、Sn、Al,各自的含量少於0.01mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Ni〕、〔Sn〕、〔Al〕分別設為0來進行計算。並且,關於Pb,其含量少於0.0005mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Pb〕設為0來進行計算。並且,關於不可避免地包含之雜質,合計的雜質量少於0.5mass%時,對上述式幾乎沒有影響。當合計的不可避免雜質量超過0.5mass%時,〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕的值滿足以下記載之較佳的範圍即可。
在該關係式中,當〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕的值小於15時,耐變色性、強度、硬焊性、抗菌性(殺菌性)變差。另一方面,若該值超過32,則β相、 γ相增加,耐變色性、耐腐蝕性、耐應力腐蝕破裂性、硬焊性及焊接管和板材等的彎曲加工性變差。並且,延展性亦下降,因此硬焊部12的強度、衝擊強度降低。並且,抗菌性(殺菌性)不但不飽和,反而變差。在上述式中,Sn尤其對β相和γ相的形成帶來影響,還有助於強度的提高、抗菌性(殺菌性),因此賦予正的係數。Al具有與Sn類似的效果,但其影響程度少於Sn,包括耐變色性的影響在內綜合性地賦予係數。與Sn相反地,Ni主要被評價為阻礙β相和γ相的形成,考慮耐腐蝕性、耐變色性而賦予負的係數。
另外,在上述式中,〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕的值為17以上為較佳,20以上最為佳,另一方面,31以下,進而30以下為較佳,29以下更為佳。若在較佳的範圍,則成為硬焊部12的強度、耐變色性、抗菌性(殺菌性)的特性更加優異者。
(Ni、Sn、Al的含量的關係式)
進一步,在上述耐變色性銅合金中,為了同時具有耐變色性和抗菌性(殺菌性),Ni、Sn、Al的含量的平衡非常重要,需滿足0.70.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8。另外,在上述式中,關於Ni、Sn、Al,各自的含量少於0.01mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Ni〕、〔Sn〕、〔Al〕分別設為0來進行計算。當Ni、Sn、Al的含量為0.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕的值小於0.7的量時,在耐變色性、強度方面產生問題。另一方面,若該值超過3.8,則硬焊性亦下降,坯料與銅料之間的接合界面變脆,衝擊強度等強度降低。而且,耐變色性 得到提高,而抗菌性(殺菌性)受損。
在上述式中,Al對耐變色性發揮較大的效果,尤其,當與Sn共同添加時,耐變色性特別顯著,考慮強度以外的特性而賦予較大的係數。另一方面,上述式表示若Al含量變得過多則抗菌性(殺菌性)受損。Sn亦顯示出與Al類似的傾向,但關於耐變色性等,其效果小於Al,因此係數較小。而且,藉由Al、Sn的共同添加,耐變色性、抗菌性(殺菌性)變得顯著,該等效果還能夠以Al與Sn的含量之積表示,0.15〔Sn〕×〔Al〕1.2為較佳,〔Sn〕×〔Al〕為0.18以上為進一步較佳,0.20以上更為佳。另一方面,〔Sn〕×〔Al]為1.0以下為較佳,0.85以下更為佳。
另一方面,為了主要發揮耐變色性的效果,需要一定程度量的Ni。在0.70.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8的關係式中,0.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕的值為0.8以上為較佳,1.1以上更為佳,1.6以上為進一步較佳,另一方面,3.6以下為較佳,3.5以下更為佳。若在較佳的範圍,則成為硬焊部12的強度、耐變色性、抗菌性(殺菌性)的特性更加優異者。
(熱影響部13的金屬組織)
並且,在熱影響部13的金屬組織中,若在α相基體中存在超過預定量的硬質且較脆的β相和γ相,則對硬焊部12中的延展性、耐應力腐蝕破裂性、耐變色性、耐腐蝕性帶來不良影響,抗菌性(殺菌性)亦反而變差。因此,包含硬焊部12的熱影響部13的金屬組織為α相基體,β相所佔之比例和γ 相所佔之比例的合計以面積率計為0%以上且1.4%以下為較佳。另外,若β相和γ相的合計面積率為0.9%以下則更為佳。另一方面,β相、γ相具有抑制硬焊部12附近和熱影響部13的晶粒生長之效果,β相、γ相即將析出之前的α相強度最高,抗菌性(殺菌性)亦良好。因此,β相所佔之比例和γ相所佔之比例的合計以面積率計為0%或0.03%~0.3%最為佳。
(耐變色性銅合金的導電率)
進一步,基於硬焊之接合係藉由基於焊料的熔融之母材和焊料的熔融擴散而進行者,因此為了進行堅固的接合,硬焊部12的母材的溫度必須至少高於焊料的熔點。但是,若母材的熱傳導性良好,則熱量傳遞至母材整體,難以使母材中硬焊之部位的溫度局部上升,為了使硬焊之部位的溫度上升,不得不使母材整體的溫度上升。若使母材在高溫狀態下長時間暴露,則當然會引起表面氧化,美觀上留有問題,因此在硬焊後,需要進行長時間的研磨作業。若該研磨不充份,則硬焊部12的抗菌性(殺菌性)受損。金屬材料的熱傳導率與導電率的關係中確認到依維德曼-弗蘭茲定律(Wiedeman-Franz law)所述之比例關係。亦即,導電率較低的金屬材料,熱傳導率亦較低,能夠使進行硬焊之部份的溫度在短時間內局部上升,在硬焊時由熱影響所引起之強度下降的觀點上有利。若滿足上述組成及關係式且基材11的導電率為25%IACS(International Annealed Copper Standard)以下,則在硬焊時,基材11整體的溫度難以上升,只有接合之部位周邊的溫度上升(局部加熱),從而能夠在短時間內進行加熱, 不僅是硬焊部12,還能夠抑制硬焊接合構造體10整體的強度下降。若該導電率超過25%IACS,則如例如將純銅(導電率100%IACS)、65Cu/35Zn黃銅(導電率27~28%IACS)用來作為基材時所確認,不僅硬焊部12周邊的強度下降,亦有可能與硬焊接合構造體10整體的強度下降有關聯。因此,基材11的導電率為23%IACS以下為較佳,21%IACS以下為進一步較佳,20%IACS以下最為佳。並且,若導電率小於7%IACS則熱傳導性較差,因此無法釋放出適量的熱量,熱量積蓄在加熱部中,導致熱影響部的溫度上升。從以上內容考慮,基材的導電率的下限設為7%IACS。
(第2實施形態)
本發明的第2實施形態之硬焊接合構造體10係設為如下構成者:在上述第1實施形態之硬焊接合構造體10中,構成基材11之耐變色性銅合金還含有As:0.01~0.09mass%、P:0.005~0.09mass%及Sb:0.01~0.09mass%中的任意1種以上,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、Sn的含量〔Sn〕mass%、P的含量〔P〕mass%、Sb的含量〔Sb〕mass%及As的含量〔As〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕32的關係。另外,將第2實施形態中的耐變色性銅合金稱作第2發明合金。
以下,對如上述進一步規定成份組成之原因進行說明。
(P:0.005mass%以上且0.09mass%以下)
P係在上述耐變色性銅合金中具有提高α相基體的耐腐 蝕性之作用且具有提高鑄造時的熔融金屬流動性之作用效果之元素。在此,藉由含有0.005mass%以上的P,可以得到上述作用效果。另一方面,若P的含量超過0.09mass%,則得不到與含量相應之效果,對製造坯料時的熱延展性及冷延展性和彎曲加工性帶來不良影響。因此,當添加P時,將P的含量設在0.005mass%以上且0.09mass%以下的範圍內。另外,為了可靠地發揮上述作用效果,P的含量為0.02mass%以上且0.06mass%以下為較佳,但並不限定於此。
(As:0.01mass%以上且0.09mass%以下)
與P相同,As亦係在上述耐變色性銅合金中具有提高α相基體的耐腐蝕性之作用效果之元素。在此,藉由含有0.01mass%以上的As,可以得到上述作用效果。另一方面,若As的含量超過0.09mass%,則得不到與含量相應之效果,對硬焊部12的延展性帶來不良影響。因此,當添加As時,將As的含量設在0.01mass%以上且0.09mass%以下的範圍內。另外,As毒性較強,因此設為0.05mass%以下為較佳。
(Sb:0.01mass%以上且0.09mass%以下)
與P相同,Sb亦係在上述耐變色性銅合金中具有提高α相基體的耐腐蝕性之作用效果之元素。在此,藉由含有0.01mass%以上的Sb,可以得到上述作用效果。另一方面,若Sb的含量超過0.09mass%,則得不到與含量相應之效果,對硬焊部12的延展性帶來不良影響。因此,當添加Sb時,將Sb的含量設在0.01mass%以上且0.09mass%以下的範圍內。另外,Sb毒性較強,因此設為0.05mass%以下為較佳。
(Zn、Pb、Ni、Sn、Al、As、P、Sb的含量的關係式)
在此,在上述耐變色性銅合金中,為了同時滿足耐變色性和抗菌性(殺菌性)這相反的特性且得到硬焊部12的充份的強度,15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+.5×〔As〕32的關係式常重要。
另外,在上述式中,關於Ni、Sn、Al,各自的含量少於0.01mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Ni〕、〔Sn〕、〔Al〕分別設為0來進行計算。並且,關於Pb,其含量少於0.0005mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Pb〕設為0來進行計算。進一步,關於As,其含量少於0.01mass%時,對特性之影響較少,因此將〔As〕設為0來進行計算。關於P,其含量少於0.005mass%時,對特性之影響較少,因此將〔P〕設為0來進行計算。關於Sb,其含量少於0.01mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Sb〕設為0來進行計算。並且,關於不可避免地包含之雜質,合計的雜質量少於0.5mass%時,對上述式幾乎沒有影響。當合計的不可避免雜質量超過0.5mass%時,〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕的值滿足以下記載之較佳的範圍即可。
藉由滿足該關係式,能夠與第1實施形態之硬焊接合構造體10同樣地兼備耐變色性和抗菌性(殺菌性)。另外,在上述式中,〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕的值為17以上為較佳,20以上最為佳,另一方面,31以下為較佳,30以下為進一步較 佳,29以下更為佳。若在較佳的範圍,則成為硬焊部12的強度、耐變色性、抗菌性(殺菌性)的特性更加優異者。
(第3實施形態)
本發明的第3實施形態之硬焊接合構造體10係設為如下構成者:在上述第1及第2實施形態之硬焊接合構造體10中,構成基材11之耐變色性銅合金還含有Mn:0.01~2.0mass%、Fe:0.001~0.09mass%、Zr:0.0005~0.03mass%、Co:0.001~0.09mass%、Si:0.001~0.09mass%、Mg:0.001~0.05mass%及C:0.0001~0.01mass%中的任意1種以上,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、Sn的含量〔Sn〕mass%、P的含量〔P〕mass%、Sb的含量〔Sb〕mass%、As的含量〔As〕mass%、Mn的含量〔Mn〕mass%、Fe的含量〔Fe〕mass%、Zr的含量〔Zr〕mass%、Co的含量〔Co〕mass%、Si的含量〔Si〕mass%、Mg的含量〔Mg〕mass%及C的含量〔C〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32的關係。另外,將第3實施形態中的耐變色性銅合金稱作第3發明合金。
以下,對在本實施形態中如上述進一步規定成份組成之原因進行說明。
(Mn:0.01mass%以上且2.0mass%以下)
Mn係在上述耐變色性銅合金的色調方面藉由與Ni的共 同添加而發揮效果,增強白色性且提高耐變色性之元素,係具有發揮作為Ni的代替元素之作用之效果之元素。並且,Mn的添加亦具有提高強度、耐磨性、沖壓加工性、彎曲加工性之效果。在此,藉由含有0.01mass%以上的Mn,可以得到上述作用效果。另一方面,若Mn的含量超過2.0mass%,則得不到與含量相應之效果,熱軋、熱壓、熱鍛等的熱加工性下降,有時亦會使抗菌性(殺菌性)下降。因此,當添加Mn時,將Mn的含量設在0.01mass%以上且2.0mass%以下的範圍內。另外,為了可靠地發揮上述作用效果,將Mn的含量設為0.2mass%以上且1.2mass%以下為較佳。
(Fe:0.001mass%以上且0.09mass%以下)
Fe具有即使在硬焊時暴露在高溫下亦抑制晶粒生長之作用效果。尤其,藉由與P一同微量添加至Cu-Zn合金中而使Fe-P系的析出物析出。進一步,藉由與P、Co共同添加而使Fe-Co-P系的析出物析出,使晶粒微細化,其結果提高強度和耐熱性。在此,藉由含有0.001mass%以上的Fe,可以得到上述作用效果。另一方面,若Fe的含量超過0.09mass%,則不僅晶粒抑制效果飽和,亦得不到與添加量相應之效果,對強度、耐熱性亦起不到作用。而且,在硬焊後的冷卻時過量的Fe-P系或Fe-Co-P系的析出物在結晶粒界析出,導致熱影響部13的冷延展性、彎曲加工性、耐衝擊性下降。因此,當添加Fe時,將Fe的含量設在0.001mass%以上且0.09mass%以下的範圍內。另外,為了可靠地發揮上述作用效果,Fe的含量為0.02mass%以上且0.05mass%以下為較佳,但並不限定於此。
(Co:0.001mass%以上且0.09mass%以下)
Co具有即使在硬焊時暴露在高溫下亦抑制晶粒生長之作用效果。尤其,藉由與P一同微量添加至Cu-Zn合金中而使Co-P系的析出物析出。進一步,藉由與P、Fe共同添加而使Fe-Co-P系的析出物析出,使晶粒微細化,強度、耐熱性得到提高。在此,藉由含有0.001mass%以上的Co,可以得到上述作用效果。另一方面,若Co的含量超過0.09mass%,則不僅晶粒抑制效果飽和,亦得不到與添加量相應之效果,對強度、耐熱性亦起不到作用。而且,在硬焊後的冷卻時過量的Co-P系或Fe-Co-P系的析出物在結晶粒界析出,導致熱影響部13的冷延展性、彎曲加工性、耐衝擊性下降。因此,當添加Co時,將Co的含量設在0.001mass%以上且0.09mass%以下的範圍內。另外,為了可靠地發揮上述作用效果,Co的含量為0.02mass%以上且0.05mass%以下為較佳,但並不限定於此。
(Zr:0.0005mass%以上且0.03mass%以下)
Zr係具有藉由極微量的添加,幾乎不損害Cu-Zn合金的電傳導性而使晶粒微細化且提高強度之作用效果之元素。並且,具有即使在硬焊時亦抑制晶粒生長之作用效果。在此,藉由含有0.0005mass%以上的Zr,可以得到上述作用效果。另一方面,若Zr的含量超過0.03mass%,則得不到與含量相應之效果,晶粒的微細化受損。因此,當添加Zr時,將Zr的含量設在0.0005mass%以上且0.03mass%以下的範圍內。另外,為了可靠地發揮上述作用效果,Zr的含量為0.00075mass%以上且0.015mass%以下為較佳,但並不限定於此。
(Si:0.001mass%以上且0.09mass%以下)
Si係具有提高鑄造Cu-Zn合金時的熔融金屬流動性、強度、耐腐蝕性之作用效果之元素。在此,藉由含有0.001mass%以上的Si,可以得到上述作用效果。另一方面,若Si的含量超過0.09mass%,則得不到與含量相應之效果,冷加工性受損。因此,當添加Si時,將Si的含量設在0.001mass%以上且0.09mass%以下的範圍內。另外,為了可靠地發揮上述作用效果,Si的含量為0.01mass%以上且0.03mass%以下為較佳,但並不限定於此。
(Mg:0.001mass%以上且0.05mass%以下)
Mg係具有提高Cu-Zn合金的強度、耐腐蝕性、耐變色性之效果,尤其在耐腐蝕性的觀點上具有能夠防止晶界腐蝕之作用效果之元素。在此,藉由含有0.001mass%以上的Mg,可以得到上述作用效果。另一方面,Mg容易氧化,若過量含有則鑄造時氧化,有可能產生氧化物的捲入等鑄造缺陷,因此需設為0.05mass%以下。因此,當添加Mg時,將Mg的含量設在0.001mass%以上且0.05mass%以下的範圍內。另外,為了可靠地發揮上述作用效果,Mg的含量為0.01mass%以上且0.02mass%以下為較佳,但並不限定於此。
(C:0.0001mass%以上且0.01mass%以下)
C係可以得到與Pb的添加同樣的作用且具有提高Cu-Zn合金的剪切加工性、研磨等的加工性之作用效果之元素。在此,藉由含有0.0001mass%以上的C,可以得到上述作用效果。另一方面,若C的含量超過0.01mass%,則得不到與其相應之 效果,導致延展性、熱/冷加工性、接合性下降。因此,當添加C時,將C的含量設在0.0001mass%以上且0.01mass%以下的範圍內。另外,為了可靠地發揮上述作用效果,C的含量為0.002mass%以上且0.005mass%以下為較佳,但並不限定於此。
(Zn、Pb、Ni、Sn、Al、As、P、Sb、Mn、Fe、Zr、Co、Si、Mg、C的含量的關係式)
在此,在上述耐變色性銅合金中,為了同時滿足耐變色性和抗菌性(殺菌性)這相反的特性且得到硬焊部12的充份的強度,15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32的關係式非常重要。
另外,在上述式中,關於Ni、Sn、Al,各自的含量少於0.01mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Ni〕、〔Sn〕、〔Al〕分別設為0來進行計算。並且,關於Pb,其含量少於0.0005mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Pb〕設為0來進行計算。並且,關於As,其含量少於0.01mass%時,對特性之影響較少,因此將〔As〕設為0來進行計算。關於P,其含量少於0.005mass%時,對特性之影響較少,因此將〔P〕設為0來進行計算。關於Sb,其含量少於0.01mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Sb〕設為0來進行計算。進一步,關於Mn,其含量少於0.01mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Mn〕設為0來進行計算。關於Fe,其含量少於0.001mass% 時,對特性之影響較少,因此將〔Fe〕設為0來進行計算。關於Zr,其含量少於0.0005mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Zr〕設為0來進行計算。關於Co,其含量少於0.001mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Co〕設為0來進行計算。關於Si,其含量少於0.001mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Si〕設為0來進行計算。關於Mg,其含量少於0.001mass%時,對特性之影響較少,因此將〔Mg〕設為0來進行計算。關於C,其含量少於0.0001mass%時,對特性之影響較少,因此將〔C〕設為0來進行計算。進一步,關於不可避免地包含之雜質,合計的雜質量少於0.5mass%時,對上述式幾乎沒有影響。當合計的不可避免雜質量超過0.5mass%時,〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕的值滿足以下記載之較佳的範圍即可。
藉由滿足該關係式,能夠與第1及第2實施形態之硬焊接合構造體10同樣地兼備耐變色性和抗菌性(殺菌性)。另外,在上述式中,〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕的值為17以上為較佳,20以上最為佳,另一方面,31以下為較佳,30以下為進一步較佳,29以下更為佳。若在較佳的範圍,則成為硬焊部12的強度、耐變色性、抗菌性(殺菌性)的特性更加優異者。
(第4實施形態)
本發明的第4實施形態之硬焊接合構造體10,在上述第1實施形態之硬焊接合構造體10中,構成基材11之耐變色性銅合金設為如下組成:含有Zn:17~37mass%、Pb:0.0005~0.30mass%及Ni:1.5~12.5mass%,並且還含有Al:0.01~1.6mass%、Sn:0.01~2.5mass%、Mn:0.01~2.0mass%、Fe:0.001~0.09mass%、Zr:0.0005~0.03mass%、Co:0.001~0.09mass%、Si:0.001~0.09mass%、Mg:0.001~0.05mass%及C:0.0001~0.01mass%中的任意1種以上,剩餘部份設為Cu及不可避免雜質,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、Sn的含量〔Sn〕mass%、Mn的含量〔Mn〕mass%、Fe的含量〔Fe〕mass%、Zr的含量〔Zr〕mass%、Co的含量〔Co〕mass%、Si的含量〔Si〕mass%、Mg的含量〔Mg〕mass%及C的含量〔C〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32且0.70.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8的關係式,進一步,耐變色性銅合金的導電率設為7~22%IACS。另外,將第4實施形態中的耐變色性銅合金稱作第4發明合金。
以下,對在本實施形態中如上述進一步規定成份組成及導電率之原因進行說明。
另外,在該第4實施形態之硬焊接合構造體10中,相對於第1實施形態之硬焊接合構造體10的耐變色性銅合金,將Ni 的含量的下限較高地設定為1.5mass%。以下,對其原因進行說明。另外,關於其他元素,如第1、第2、第3實施形態中所說明。
(Ni:1.5mass%以上且12.5mass%以下)
在Cu-Zn合金中,為了以銀白色或即使為黃銅色亦帶白色色調之狀態得到強度、耐變色性、抗菌性(殺菌性)、硬焊性、抑制熱影響部13的晶粒生長之效果,Ni含量需為1.5mass%以上。另一方面,若Ni的含量超過12.5mass%,則有可能產生Ni過敏症,抗菌性(殺菌性)亦飽和而反而變差。因此,本實施形態中,將Ni的含量設在1.5mass%以上且12.5mass%以下的範圍內。另外,為了可靠地發揮上述作用效果,將Ni的含量設為2.0mass%以上為較佳,設為2.5mass%以上為進一步較佳。並且,設為12mass%以下為較佳。
(Zn、Pb、Ni、Sn、Al的關係式)
在Cu-Zn合金中,為了以呈銀白色或即使為黃銅色亦帶白色色調之狀態得到強度、耐變色性、抗菌性,15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32的關係式非常重要。在該關係式中,當〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕的值小於下限值時,耐變色性、強度、接合性(硬焊性)、抗菌性(殺菌性)變差,若超過上限值則會脆化,抗菌性(殺菌性)飽和,且耐腐蝕性變差。
(Ni、Sn、Al的關係式)
進一步,在Cu-Zn合金中,為了以呈銀白色或即使為黃銅色亦帶白色色調之狀態得到強度、耐變色性、抗菌性(殺菌性),Ni、Sn、Al的含量的關係需滿足0.70.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8。在該關係式中,若0.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕的值小於0.7,則有可能在色調(黃色增加)、耐變色性、強度方面產生問題。若該值超過3.8,則有可能在色調的飽和(銀白色)、冷加工性、彎曲加工性、抗菌性(殺菌性)方面產生問題。
(耐變色性銅合金的導電率)
在第4實施形態中的耐變色性銅合金(第4發明合金)中,含有1.5mass%以上的比較多的Ni,因此能夠將導電率設定為比較低的22%IACS以下。如此,藉由將導電率設定得較低,在硬焊時,只有所接合之部位周邊的溫度上升(局部加熱),而基材11整體的溫度難以上升,因此不僅是硬焊部12,亦能夠抑制硬焊接合構造體10整體的強度下降。
在上述第1~第4實施形態之硬焊接合構造體10的耐變色性銅合金中,以上各元素的剩餘部份基本上設為Cu及不可避免之雜質即可。在此,作為不可避免之雜質,可以舉出Cr、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Ru、Os、Se、Te、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Ga、In、Li、Ge、Ti、Tl、Bi、S、O、Be、N、H、Hg、B及稀土類等。該等不可避免雜質在總量中為0.5mass%以下為較理想。
(α相基體的平均結晶粒徑)
在此,在第1~第4實施形態之硬焊接合構造體10中,在基材11中設為從硬焊部12至距離10mm之區域之熱影響部13中,α相基體的平均結晶粒徑設為80μm以下。
另外,本實施形態中,在從硬焊部12至距離10mm之3個部位的部份中測定結晶粒徑,並計算出熱影響部中的α相基體的平均結晶粒徑。
若由硬焊形成之基材11的熱影響部13的平均結晶粒徑超過80μm,則在應力和衝擊施加於硬焊接合構造體10時,容易在由接合形成之熱影響部13與非熱影響部14(熱影響部13以外的部份)的邊界部產生應力集中,有可能導致破裂敏感性增高。亦即,硬焊部12周邊的熱影響部13的平均結晶粒徑越接近非熱影響部14的結晶粒徑越好。並且,當熱影響部13的晶粒粗大時或者熱影響部13與非熱影響部14的平均結晶粒徑之差較大時,不僅是破裂敏感性,應力腐蝕破裂的敏感性亦提高。因此,上述組成、關係式、平均結晶粒徑變得非常重要。
(焊料)
並且,作為在本實施形態之硬焊接合構造體10中使用之焊料,包含銀焊料、磷銅焊料、黃銅焊料,定義為Cu的含量至少為10mass%以上且96mass%以下且剩餘部份包含Ag:0.01~70mass%、Zn:0.01~80mass%、Cd:0.01~40mass%、Sn:0.01~20mass%、P:0.01~15mass%及Ni:0.01~10mass%中的至少1種以上之焊料。Cu的含量至少為10mass%以上且96mass%以下且包含3mass%以上且10mass%以下的P、 0.5mass%以上且65mass%以下的Ag、12mass%以上且70mass%以下的Zn、12mass%以上且30mass%以下的Cd、1mass%以上且5mass%以下的Ni及2mass%以上且12mass%以下的Sn中的至少1種以上更為佳。
當對銅合金進行硬焊時所使用之焊料一般使用銀焊料、磷銅焊料、黃銅焊料,JIS Z 3264中規定之磷銅焊料(BCuP)的熔點為790~925℃、黃銅焊料的熔點為900℃左右,相對於此,JIS Z 3261中規定之銀焊料(BAg)的熔點為620~800℃,熔點因焊料而大大不同。但對材料進行硬焊時,需將焊料提高至熔點以上的溫度,因此硬焊部12的強度因熱影響而下降。並且,舉65Cu/35Zn黃銅為例子,若加熱至700~800℃則會產生β相的析出,若冷卻速度過快則殘留該β相,引起耐腐蝕性的下降。
從硬焊部12的強度、耐腐蝕性的觀點考慮,使用不包含Ag之磷銅焊料和熔點低於黃銅焊料之銀焊料,或包含Ag之磷銅焊料為較理想。亦即,在本實施形態之硬焊接合構造體10中所使用之焊料至少包含10mass%以上且96mass%以下的Cu及0.5mass%以上且65mass%以下的Ag為較佳。Ag雖然為高價,但若焊料含有0.5mass%以上的Ag,則焊料的熔點下降,與基材11的接合性、潤濕性得到提高。包含12mass%以上且50mass%以下的Cu及2.0mass%以上且60mass%以下的Ag之焊料更為佳,包含20mass%以上且40mass%以下的Cu及30mass%以上且60mass%以下的Ag之焊料更為佳。另外,剩餘部份係包含Zn、Cd、Sn、P、Ni中的至少1種以上者即可。
作為一例,含有Ag:55.0~57.0mass%、Cu:21.0~23.0mass%、Zn:15.0~19.0mass%、Sn:4.5~5.5mass%之焊料、及含有Ag:24.0~26.0mass%、Cu:40.0~42.0mass%及Zn:33.0~35.0mass%之焊料的色調呈銀白色,色調與由呈銀白色之耐變色銅合金所構成之第4實施形態之硬焊接合構造體10的基材11接近。因此,不僅從硬焊部12的強度下降的觀點,從美觀的觀點考慮亦較佳。
在此,本實施形態之硬焊接合構造體10中的硬焊方法設為使焊料在熔點(液相線)+50℃以內的溫度下熔融而進行硬焊者。為了抑制α相基體的晶粒粗大化,硬焊所需之時間為少於1分鐘為較佳,少於30秒更為佳。在硬焊後的金屬組織中,為了抑制在常溫下α相基體中析出堅硬且較脆的β相且將β+γ相所佔之比例設為1.4%以下,將從剛硬焊之後至100℃的溫度區域以50℃/秒以下的冷卻速度進行冷卻為較佳。若冷卻速度超過50℃/秒,則殘留較多β相,耐腐蝕性、延展性下降。
另外,在本實施形態之硬焊接合構造體10中,亦能夠利用JIS Z 3264中規定之不包含Ag之磷銅焊料進行接合,但硬焊溫度為800℃或超過800℃,因此藉由含有Cu:79~96mass%、P:4~8mass%及少量的Ag(具體而言為0.5mass%以上,2mass%以上為較佳,4mass%以上更為佳,上限特意地設為7mass%以下),使熔點大幅下降,從而能夠確保性能和成本的最大限度的平衡。作為焊料的熔點較高的弊端,在金屬組織中產生α相基體的晶粒的粗大化,因此為不佳。關於金屬材料的晶粒粗大化,在晶界面積減少且進行加工時應力容 易集中在結晶粒界,不僅破裂敏感性增高,而且在彎曲加工時產生表面粗糙,外觀上亦有可能產生問題。並且,在本實施形態中,由於在大氣中實施硬焊,因此若硬焊成為高溫,則隨著溫度上升,急劇形成較多的氧化物,接合有可能變得不充份。進一步,JIS Z 3262中規定之黃銅焊料適合色調呈黃金色之銅合金,但熔點比磷銅焊料更高,因此接合部的強度有可能下降。因此,將熱傳導性較低且能夠抑制晶粒生長之含有Ni、Fe等之銅合金用來作為基材11為較理想。並且,硬焊部12所佔之比例雖然較少,但從耐變色性的觀點考慮亦使用包含Ag之焊料為較佳。
(硬焊部12的強度)
並且,在本實施形態之硬焊接合構造體10中,包含硬焊部12之部位的拉伸強度設為200MPa以上,或者耐力設為60MPa以上。
硬焊接合構造體10的硬焊部12的強度因硬焊時的熱影響而低於非熱影響部14。並且,在硬焊時,當焊料與母材的熔融擴散不充份時或者在接合界面形成有氧化物時,硬焊部的強度進一步下降。
本實施形態中,硬焊部12具有200MPa以上的拉伸強度,或者60MPa的耐力。該200MPa的拉伸強度或60MPa的耐力之類的機械特性相當於實施熱加工、冷加工、退火之純銅的調質O材,作為在醫療機關、公共設施等中使用之扶手、門拉手、護欄等的構成構件之硬焊接合構造體10,係實用上不會產生問題之強度。進一步,若拉伸強度成為250MPa以上或者 耐力成為70MPa以上,則相當於Cu中含有15mass%的Zn之銅合金的調質O材。鑑於因高溫的硬焊,由熱影響部13的晶粒粗大化所引起之強度下降、由焊料和母材的熔融擴散所引起之接合的觀點,可以說拉伸強度250MPa以上或耐力70MPa以上係充份高的強度。例如,使用磷銅焊料:BCuP-2(93mass%Cu-7mass%P)作為焊料並將硬焊條件設為溫度800℃、30秒以下來進行硬焊,藉此能夠將拉伸強度設為250MPa以上,或者將耐力設為70MPa以上。在此,若將硬焊所需之時間設為1分鐘以上,則因硬焊部氧化而引起接合不良,有時接合強度下降。因此,將硬焊所需之時間設為少於1分鐘為較佳。
(抗菌性)
對本實施形態之硬焊接合構造體10的抗菌性(殺菌性)而言,上述成份範圍和兩個關係式非常重要。若進行材料的氧化,則抗菌性(殺菌性)受損,但若在上述成份範圍及兩個關係式的範圍內,則可以抑制由硬焊時的溫度上升所引起之氧化,在硬焊部12中亦可以得到良好的抗菌性(殺菌性)。
具體而言,本實施形態之硬焊接合構造體10中,在抗菌性試驗中,在基材11中設為從硬焊部12至距離10mm之區域之熱影響部13中的10分鐘經過後的活菌率CH,相對於非熱影響部14中的10分鐘經過後的活菌率C0,設為CH 1.25×C0。亦即,非熱影響部14與熱影響部13的抗菌性(殺菌性)之差較小,能夠得到具有更加均勻的抗菌性(殺菌性)之硬焊接合構造體10。
在此,活菌率係藉由參考JIS Z 2801的(抗菌加工產品-抗菌性試驗方法/抗菌效果)之試驗方法進行評價者。
而且,本實施形態之硬焊接合構造體10,抗菌性(殺菌性)、耐變色性優異,並且充份確保有硬焊部12的強度,因此無需進行鍍層、無色塗層、塗裝等特別的表面處理。因此,適合作為在醫療機關、公共設施、衛生管理嚴格的研究所(食品、化妝品、醫藥品等)中使用之床護欄、擔架護欄、床頭板、床尾板、門拉手、扶手、撐桿等、特別要求抗菌性之構成構件而使用。
另外,一般,彎曲管時的彎曲半徑設為R(彎曲半徑)=管線的外徑×1.5以上,但在醫療機關和福利設施中使用之床用護欄中,從防止夾傷事故的觀點考慮,關於管的彎曲部具有取較小的R(彎曲半徑)之傾向,需要消除R=外徑×1.5的彎曲加工(管材的極限彎曲)。並且,對於在醫療機關、公共設施等中使用之門拉手,從裝飾性、外觀設計性的觀點考慮,取較小的彎曲半徑R者較多。依物件的形狀,有時在接合後還實施彎曲加工,有時因接合,還要對受到熱影響之部份進行加工。
依最終產品的構造,有時還設為將1個焊接管(包括經彎曲加工之焊接管)相對於其他焊接管、板材、彎管(鑄件、鍛造件)沿90度或0度方向接合成十字形、T字形、L字形之硬焊接合構造體10。另外,焊接管中包含實施90°彎曲加工之焊接管。
以上,對本發明的實施形態進行了說明,但本發明並不 限定於此,在不脫離該發明的技術思想之範圍能夠適當地進行變更。
例如,本實施形態中,在第1圖中舉出將管材彼此以90°焊接者進行了說明,但並不限定於此,只要係在由上述組成的耐變色性銅合金所構成之基材上形成有硬焊部者即可。
[實施例]
以下,示出為了確認本發明的效果而進行之確認實驗的結果。另外,以下的實施例係用於說明本發明的效果者,實施例中記載之構成、程序、條件並非限定本發明的技術範圍者。
在此,在本實施例中,將設為本發明的申請專利範圍1所述之組成範圍之耐變色性銅合金稱作第1發明合金(表中標記為“第1”),將設為本發明的申請專利範圍2中記載之組成範圍之耐變色性銅合金稱作第2發明合金(表中標記為“第2”),將設為本發明的申請專利範圍3中記載之組成範圍之耐變色性銅合金稱作第3發明合金(表中標記為“第3”),將設為本發明的申請專利範圍4中記載之組成範圍之耐變色性銅合金稱作第4發明合金(表中標記為“第4”),將脫離本發明的組成範圍者稱作比較合金(表中標記為“比較”)。並且,使用C2680、C4621、C4430、C6870、C7521、C7541、C7451作為習知合金。
並且,在後述之表1~12中,No.A-1~21、B-1~14、C-1~15、D1~5、E1~8為本發明例,No.A-101~108、B-101~ 111、C-101~115、D-101~104、E-101~104為比較例,C2680、C4621、C4430、C6870、C7521、C7541、C7451為習知例。
銅及銅合金管大致區分為焊接管和無縫管這2種類。從各自的製造方法的差異考慮,根據用途對管線直徑、壁厚、強度、坯料、表面性狀等而进行區分使用。
本實施例中,使用:藉由成形模,將表1、表2、表3、表4所示之組成的銅合金條沿寬度方向逐漸进行塑性加工而成形為大致圓形之後,藉由高頻感應加熱線圈使其感應發熱,將其兩端對接而接合(電阻焊加工)而製造之焊接管;及藉由TIG焊接機,在氬氣的惰性氣氛中對接接合其兩端(TIG焊接加工)而製造之焊接管來作為基材。並且,使用對藉由擠出機擠出銅合金坯材之管線(擠出加工)進行退火,酸洗後進行拉拔(斷面收縮率Re=10%)而製造之無縫管作為基材。將所使用之基材的製造製程記載於表5、表6、表7、表8中。
另外,由上述表1、表2、表3、表4所示之組成計算出下記的關係式的值,並記載於表5、表6、表7、表8中。
f(1)=〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕
f(2)=0.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕
將管線外徑:φ25.4mm×壁厚:1.2mm×長度:1000mm的焊接管及無縫管切斷為100mm,並以T字進行硬焊,從而製造出各種硬焊接合構造體。僅在彎曲加工性的評價中,將管線彼此對接來進行(直線)硬焊,從而製造出各種硬焊接合 構造體。在表5、表6、表7、表8所示之條件下實施硬焊。另外,焊料“BAg-7”的組成為56mass%Ag-22mass%Cu-17mass%Zn-5mass%Sn。並且,焊料“BCuP-6”的組成為91mass%Cu-7mass%P-2mass%Ag,“BCuP-2”的組成為93mass%Cu-7mass%P。
關於該等硬焊接合構造體,對硬焊部及基材的拉伸強度、基材的導電率、彎曲加工性、耐變色性、抗菌性(殺菌性)、耐腐蝕性進行測定。並且,對熱影響部的金屬組織進行觀察來求出β相和γ相所佔之面積率,並且對熱影響部及非熱影響部中的α相基體的平均結晶粒徑進行測定。另外,關於熱影響部中的β相和γ相的面積率、α相基體的平均結晶粒徑,對在從硬焊部距離3mm、5mm、10mm之位置之基材11上的3個部位進行測定,將其平均值作為表5、表6、表7、表8中的資料。關於非熱影響部中的α相基體的平均結晶粒徑,對從硬焊部12距離20mm之管材18的截面上的1個部位和基材11的截面上的2個部位進行測定,將其平均值作為表5、表6、表7、表8中的資料。另外,在β相和γ相的面積率及α相基體的平均結晶粒徑的測定中,將測定倍率設為500倍,將測定面積設為270μm×220μm。
(β相和γ相所佔之面積率)
關於β相和γ相的面積率,使用Nikon Corporation Instruments Company製的倒立金屬顯微鏡(ECLIPSE MA200),以倍率500倍拍攝組織照片,並使用圖像分析軟件WinRoof將α相基體和β+γ相進行二極化,測定β相和γ相 的面積率。將評價結果示於表5、表6、表7、表8。
(平均結晶粒徑)
在結晶粒徑的測定中,藉由Nikon Corporation Instruments Company製的倒立金屬顯微鏡(ECLIPSE MA200)進行熱影響部及非熱影響部的截面觀察,並藉由JIS H 0501伸銅品結晶粒度測定方法中記載之比較法求出。將評價結果示於表5、表6、表7、表8。
(導電率)
關於基材(耐變色性銅合金)的導電率,使用FOERSTER JAPAN Limited製的導電率測定裝置(SIGMATEST D2.069),測定基材的表面兩端部及中央部的3個部位並將平均值作為資料。另外,管線形狀的曲率表面有可能對測定值帶來非常大的影響,因此使用專用的按壓治具進行測定,使用曲率修正係數求出導電率。將評價結果示於表5、表6、表7、表8。
(拉伸強度)
關於拉伸強度,使用股份有限公司島津製作所製的萬能材料試驗機(AUTOGRAPH AG-X100kN)求出硬焊接合構造體破斷時之應力值,將除以焊接管的截面積之值作為硬焊構造體的硬焊部的拉伸強度TB。另外,使用未實施硬焊之焊接管測定基材(非熱影響部)的拉伸強度T0。而且,計算硬焊部的拉伸強度的下降率=(T0-TB)/T0×100。將硬焊部的拉伸強度TB、基材(非熱影響部)的拉伸強度T0、硬焊部的拉伸強度的下降率、基材(非熱影響部)的耐力、伸展率示於表9、表10、表11、表12。
(彎曲加工性)
關於彎曲加工性,使用千代田工業製的CNC彎曲機對將管線彼此直線對接接合之硬焊接合構造體進行90°彎曲加工,目視評價有無折皺、表面粗糙、破裂。另外,將彎曲加工時的彎曲R設為外徑×1.5的38。彎曲加工性的評價中,設為“A”:無折皺、表面粗糙、破裂、“B”:有折皺或表面粗糙、“C”:破裂來進行評價。將評價結果示於表9、表10、表11、表12。
(耐變色性)
關於耐變色性,藉由分光測色計,依JIS Z 8729中記載之L*a*b*測定將上述硬焊接合構造體在大氣中(開有空調之室內)暴露3個月者的材料表面(熱影響部),對暴露前後的色差進行計算並進行評價。另外,色差係JIS Z 8730中記載之△E={(△L*)2+(△a*)2+(△b*)2}1/2:△L*、△a*、△b*為2個物體色之差(暴露前後)。關於評價基準,色差的值設為“A”:0~4.9、“B”:5~9.9、“C”:10以上來進行評價。另外,在暴露期間每天接觸人手,測定目視時變色最明顯之部位。將評價結果示於表9、表10、表11、表12。
(抗菌性)
抗菌性(殺菌性)藉由以JIS Z 2801的(抗菌加工產品-抗菌性試驗方法/抗菌效果)為參考之試驗方法實施,改變試驗面積(薄膜面積)及接觸時間來進行評價。用於試驗之細菌設為大腸桿菌(菌株的保存號碼:NBRC3972),使用1/500NB稀釋在35±1℃下預培養(預培養的方法為JIS Z 2801中記載 之5.6.a的方法)之大腸桿菌,將菌數調整為1.0×106個/mL之液體作為試驗菌液。試驗方法如下:將由硬焊形成之熱影響部和非熱影響部分別切成10mm方形之試樣置於滅菌之培養器皿,滴下前述的試驗菌液(大腸桿菌:1.0×106個/mL)0.045mL,覆蓋φ5mm的薄膜,蓋上培養器皿的蓋。對該培養器皿在35℃±1℃、相對濕度95%的氣氛下進行10分鐘培養(接種時間:10分鐘)。藉由SCDLP(Soybean-Casein Digest Broth with Lecithin & Polysorbate)培養基10mL洗出培養之試驗菌液,得到洗出菌液。使用磷酸緩衝生理食鹽水每10倍稀釋洗出菌液,在該菌液中加入標準瓊脂培養基,在35±1℃下培養48小時,當集落數(菌落數)為30以上時測量該集落數,並求出活菌數(cfu/mL)。
抗菌性(殺菌性)的評價中,硬焊接合構造體的熱影響部中的活菌率CH,相對於非熱影響部中的活菌率C0,為CH<1.10×C0時設為A評價,1.10×C0 CH 1.25×C0時設為B評價,CH>1.25×C0時設為C評價。將評價結果示於表9、表10、表11、表12。
(耐腐蝕性)
關於耐腐蝕性,依JIS H 3250銅及銅合金的棒材的自然破裂試驗進行試驗,製作容量濃度為12%的氨水,在從放入乾燥器中之氨水的液面距離100mm以上的位置上放置硬焊構造體。以該狀態保持4小時(規定時間的倍數)之後,從乾燥器中取出樣品,確認有無破裂。目視進行應力腐蝕破裂性試驗的評價,設為“○”:無破裂、“×”:破裂來進行評價。將評價結果示於表9、表10、表11、表12。
由試驗的結果可知如下。
第1發明合金(設為申請專利範圍1所述之組成範圍之耐變色性銅合金)為在α相的基體中β相和γ相的面積率的合計為0β+γ1.4(%)的金屬組織且導電率為7~25%IACS之硬焊接合構造體,其硬焊部的強度、彎曲加工性優異,且耐腐蝕性、耐變色性、抗菌性(殺菌性)優異。尤其,若為在α相的基體中β相和γ相的面積率的合計為0%或0.03β+γ0.30(%)之金屬組織且導電率為7~20%IACS,則硬焊時的強度下降率亦較低,能夠將硬焊部的強度維持得較高,同時,耐變色性、抗菌性(殺菌性)優異。
第2發明合金(設為申請專利範圍2中記載之組成範圍之耐變色性銅合金)為在α相的基體中β相和γ相的面積率的合計為0β+γ1.4(%)的金屬組織且導電率為7~25%IACS之硬焊接合構造體中,含有P、As及Sb,確認到耐腐蝕性得到提高。
第3發明合金(設為申請專利範圍3中記載之組成範圍之耐變色性銅合金)為在α相的基體中β相和γ相的面積率的合計為0β+γ1.4(%)的金屬組織且導電率為7~25%IACS之硬焊接合構造體中,在含有Fe、Co及Zr者中,藉由抑制由硬焊時的加熱所引起之晶粒生長,硬焊部的強度得到提高。並且,在含有Mn、Si及Mg者中,耐腐蝕性得到提高。
第4發明合金(設為申請專利範圍4所述之組成範圍之耐變色性銅合金)為在α相的基體中β相和γ相的面積率的合計為0β+γ1.4(%)的金屬組織且導電率為7~22%IACS之 硬焊接合構造體中,具有呈銀白色色調,硬焊部的強度、彎曲加工性優異,且耐腐蝕性、耐變色性、抗菌性(殺菌性)優異。尤其,若為在α相的基體中β相和γ相的面積率的合計為0%或0.03β+γ0.30(%)的金屬組織且導電率為7~12%IACS以下,則具有呈白色更強的銀白色色調,硬焊部的強度下降率亦較低,同時,耐變色性、抗菌性(殺菌性)優異。
雖然各種元素的含量在第1~第4發明合金的合金組成範圍內,但在15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32的關係式中,〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕的值小於下限值(15),則強度、彎曲加工性、耐變色性、抗菌性(殺菌性)變差。並且,若超過上限,則抗菌性(殺菌性)飽和,耐腐蝕性變差。
進一步,在0.70.3×〔Ni〕+〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8的關係式中,若0.3×〔Ni〕+〔Sn〕+1.8×〔Al〕的值小於下限值,則硬焊部的強度、耐變色性不充份。並且,若超過上限,則彎曲加工性、抗菌性(殺菌性)變差。
在具有由第1~第4發明合金的合金組成所構成之基材之硬焊接合構造體中,當共同添加Sn及Al時,若滿足15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5× 〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32及0.70.3×〔Ni〕+〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8的關係式,並且為0.75〔Sn〕×〔Al〕1.2(其中,兩種元素需均含有0.3mass%以上)且1.5Ni2.5,則具有呈黃金色色調,硬焊部的強度、耐變色性、抗菌性(殺菌性)得到改善。
在具有由第1~第4發明合金的合金組成所構成之基材之硬焊接合構造體中,利用含有10~96mass%的Cu之焊料而被接合之硬焊接合構造體,其包含硬焊部之部位的拉伸強度為200MPa以上,得到作為用作在醫療機關、公共設施等中使用之扶手、門拉手、護欄等的構成構件之硬焊接合構造體,實用上不會產生問題之強度。進一步,利用含有0.5mass%以上的Ag及10mass%以上的Cu之焊料而被接合之硬焊接合構造體,在硬焊時晶粒生長得到抑制,硬焊部及其周邊的強度下降亦較低,β相及γ相的析出亦得到抑制,從而強度、彎曲加工性、耐腐蝕性、耐變色性、抗菌性(殺菌性)優異。並且,與使用Ag含量較少的BCuP-6(91mass%Cu-7mass%P-2mass%Ag)相比,使用Ag含量較多的BAg-7(56mass%Ag-22mass%Cu-17mass% Zn-5mass%Sn)作為焊料者,其熱影響部的平均結晶粒徑減小,得到較高的強度。
由以上內容確認到,依本發明的實施形態之硬焊接合構造體,抗菌性(殺菌性)、耐變色性優異,並且能夠確保硬焊部的強度。
[產業上的可利用性]
本發明之硬焊接合構造體同時具備較高的強度和優異之耐變色性及抗菌性(殺菌性),因此最適合作為在醫療機關、公共設施、衛生管理嚴格的研究設施中使用之床護欄、床頭板、床尾板、擔架護欄、門拉手、扶手、桿式門手柄、門把手、撐桿、桌子、椅子、擱板、護理用手推車的構件。
10‧‧‧硬焊接合構造體
11‧‧‧基材
12‧‧‧硬焊部
13‧‧‧熱影響部
14‧‧‧非熱影響部
18‧‧‧管材

Claims (10)

  1. 一種硬焊接合構造體,在由耐變色性銅合金所構成之基材上形成有硬焊部,前述耐變色性銅合金具有如下組成:含有Zn:17~37mass%、Sn:0.01~2.5mass%及Pb:0.0005~0.30mass%,並且含有Ni:0.01~12.5mass%、Al:0.3~1.6mass%中的至少1種以上,剩餘部份設為Cu及不可避免雜質,前述硬焊接合構造體的特徵為,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、及Sn的含量〔Sn〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕32且0.70.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8的關係式,包含前述硬焊部之熱影響部的金屬組織設為α相基體,且β相所佔之比例和γ相所佔之比例的合計以面積率計設為0%以上且1.4%以下,進一步,前述耐變色性銅合金的導電率設為7~25%IACS。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之硬焊接合構造體,其中,前述耐變色性銅合金還含有As:0.01~0.09mass%、P:0.005~0.09mass%及Sb:0.01~0.09mass%中的任意1種以上,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、Sn的含量〔Sn〕mass%、P的含量〔P〕mass%、Sb的含量〔Sb〕mass%及As的含量〔As〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕 +2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕32的關係。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之硬焊接合構造體,其中,前述耐變色性銅合金還含有Mn:0.01~2.0mass%、Fe:0.001~0.09mass%、Zr:0.0005~0.03mass%、Co:0.001~0.09mass%、Si:0.001~0.09mass%、Mg:0.001~0.05mass%及C:0.0001~0.01mass%中的任意1種以上,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、Sn的含量〔Sn〕mass%、P的含量〔P〕mass%、Sb的含量〔Sb〕mass%、As的含量〔As〕mass%、Mn的含量〔Mn〕mass%、Fe的含量〔Fe〕mass%、Zr的含量〔Zr〕mass%、Co的含量〔Co〕mass%、Si的含量〔Si〕mass%、Mg的含量〔Mg〕mass%及C的含量〔C〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32的關係。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之硬焊接合構造體,其中,前述耐變色性銅合金還含有Mn:0.01~2.0mass%、Fe:0.001~0.09mass%、Zr:0.0005~0.03mass%、Co:0.001~0.09mass%、Si:0.001~0.09mass%、Mg:0.001~0.05mass%及C:0.0001~0.01mass%中的任意1種以上,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、Sn的含量〔Sn〕 mass%、P的含量〔P〕mass%、Sb的含量〔Sb〕mass%、As的含量〔As〕mass%、Mn的含量〔Mn〕mass%、Fe的含量〔Fe〕mass%、Zr的含量〔Zr〕mass%、Co的含量〔Co〕mass%、Si的含量〔Si〕mass%、Mg的含量〔Mg〕mass%及C的含量〔C〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕+2×〔P〕+2.5×〔Sb〕+0.5×〔As〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1×〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32的關係。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之硬焊接合構造體,其中,前述耐變色性銅合金設為如下組成:含有Zn:17~37mass%、Sn:0.01~2.5mass%、Pb:0.0005~0.30mass%及Ni:1.5~12.5mass%,並且還含有Al:0.3~1.6mass%、Mn:0.01~2.0mass%、Fe:0.001~0.09mass%、Zr:0.0005~0.03mass%、Co:0.001~0.09mass%、Si:0.001~0.09mass%、Mg:0.001~0.05mass%及C:0.0001~0.01mass%中的任意1種以上,剩餘部份設為Cu及不可避免雜質,Zn的含量〔Zn〕mass%、Pb的含量〔Pb〕mass%、Ni的含量〔Ni〕mass%、Al的含量〔Al〕mass%、Sn的含量〔Sn〕mass%、Mn的含量〔Mn〕mass%、Fe的含量〔Fe〕mass%、Zr的含量〔Zr〕mass%、Co的含量〔Co〕mass%、Si的含量〔Si〕mass%、Mg的含量〔Mg〕mass%及C的含量〔C〕mass%之間具有15〔Zn〕-0.5×〔Pb〕-1.2×〔Ni〕+2.4×〔Sn〕+1×〔Al〕-0.5×〔Mn〕-0.5×〔Fe〕+0.5×〔Zr〕+0.5×〔Co〕+1× 〔Si〕+1×〔Mg〕+1×〔C〕32,並且,0.70.3×〔Ni〕+1×〔Sn〕+1.8×〔Al〕3.8的關係式,進一步,前述耐變色性銅合金的導電率設為7~22%IACS。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之硬焊接合構造體,其中,在前述基材中設為從前述硬焊部至距離10mm之區域為止之熱影響部中,α相基體的平均結晶粒徑設為80μm以下。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之硬焊接合構造體,其中,前述硬焊部藉由包含Cu:10~96mass%且剩餘部份包含Ag:0.01~70mass%、Zn:0.01~80mass%、Cd:0.01~40mass%、Sn:0.01~20mass%、P:0.01~15mass%、Ni:0.01~10mass%中的1種以上的焊料來進行硬焊。
  8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之硬焊接合構造體,其中,包含前述硬焊部之部位的拉伸強度為200MPa以上,或者耐力為60MPa以上。
  9. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之硬焊接合構造體,其中,在抗菌性試驗中,在前述基材中設為從前述硬焊部至距離10mm之區域為止之熱影響部中的10分鐘經過後的活菌率CH,相對於前述熱影響部以外的部份中的10分鐘經過後的活菌率C0,設為CH 1.25×C0
  10. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之硬焊接合構造體,其中,前述硬焊接合構造體用來作為床護欄、床頭板、床尾板、擔架護欄、門拉手、扶手、桿式門手柄、門把手、撐桿、桌子、椅子、擱板、護理用手推車的構成構件,並以抗菌用途進行使用。
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