特許 5939590 高硬度高熱伝導性複合金属材、高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法およびプラスチックまたは繊維強化プラスチック成形用金型

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5939590

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】高硬度高熱伝導性複合金属材、高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法およびプラスチックまたは繊維強化プラスチック成形用金型

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/00 20060101AFI20160609BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20160609BHJP

   C22C 9/06 20060101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/00 310H

   B23K20/00 310G

   B23K20/00 310L

   B23K31/00 H

   C22C9/06

【請求項の数】13

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-134742(P2014-134742)

(22)【出願日】2014年6月30日

(65)【公開番号】特開2016-10816(P2016-10816A)

(43)【公開日】2016年1月21日

【審査請求日】2015年3月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100091926

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 幸喜

(72)【発明者】

【氏名】大野 秋夫

(72)【発明者】

【氏名】田中 慎二

(72)【発明者】

【氏名】橋 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】知念 響

(72)【発明者】

【氏名】間島 哲司

(72)【発明者】

【氏名】水澤 護

(72)【発明者】

【氏名】柳屋 岳彦

(72)【発明者】

【氏名】二山 拓也

(72)【発明者】

【氏名】田代 晃

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１５４３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７９６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５７９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５２３８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０３８７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１９７８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−０３９３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６４７８２１４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０５６４２８５３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０２０８７９１９（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／００

Ｂ２３Ｋ ３１／００

Ｃ２２Ｃ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材と高硬度金属材とが界面接合されており、接合界面に、Ｎｉ、Ｓｉの拡散層が形成されていることを特徴とする高硬度高熱伝導性複合金属材。

【請求項2】

前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材が、質量％でＮｉを３〜７．５％、Ｓｉを０．７〜１．８％含有する組成を有することを特徴とする請求項１記載の高硬度高熱伝導性複合金属材。

【請求項3】

前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材は、前記組成において質量％でＮｉ／Ｓｉが３．７〜４．７であることを特徴とする請求項１または２に記載の高硬度高熱伝導性複合金属材。

【請求項4】

前記高硬度金属材がＨＲＣ３０以上であり、前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材がＨＲＣ２０以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高硬度高熱伝導性複合金属材。

【請求項5】

前記拡散層の厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高硬度高熱伝導性複合金属材。

【請求項6】

前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材の室温〜２００℃における線膨張率が１．６〜１．８×１０^−５／℃であり、前記高硬度金属材の室温〜２００℃における線膨張率が１．０〜１．２×１０^−５／℃であり、前記拡散層の室温〜２００℃における線膨張率が１．２〜１．６×１０^−５／℃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高硬度高熱伝導性複合金属材。

【請求項7】

前記高硬度金属材が析出硬化型鋼であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の高硬度高熱伝導性複合金属材。

【請求項8】

界面接合されたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材と高硬度金属材を加熱してＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材のＮｉ、Ｓｉを高硬度金属側に拡散させて界面にＮｉ、Ｓｉの拡散層を形成することを特徴とする高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法。

【請求項9】

前記高硬度高熱伝導性複合金属材を相対的に高い温度で加熱してＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材のＮｉ、Ｓｉを高硬度金属材側に拡散させるとともに、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材中のＮｉ、Ｓｉを固溶化させ、その後、前記高硬度高熱伝導性複合金属材を相対的に低い温度で加熱して前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材中にＮｉ_２Ｓｉを分散析出させることを特徴とする請求項８記載の高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法。

【請求項10】

前記高硬度高熱伝導性複合金属材の加熱を、８５０〜１０００℃で１〜１０時間加熱して前記Ｎｉ、Ｓｉの前記拡散と前記固溶化を行い、その後、３７５〜５００℃で１〜５０時間加熱して前記Ｎｉ_２Ｓｉを分散析出させることを特徴とする請求項９記載の高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法。

【請求項11】

前記拡散と前記固溶化の処理後、前記分散析出の処理前に、加熱された前記高硬度高熱伝導性複合金属材を５℃／秒以上の冷却速度で冷却することを特徴とする請求項１０記載の高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法。

【請求項12】

前記高硬度金属材が析出硬化型鋼からなることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法。

【請求項13】

詩求項１〜７のいずれか１項に記載した高硬度高熱伝導性複合金属材を用いてなることを特徴とするプラスチックまたは繊維強化プラスチック成形用金型。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、高い硬度と良好な熱伝導性を有する高硬度高熱伝導性複合金属材、高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法およびプラスチックまたは繊維強化プラスチック成形用金型に関するものである。

【背景技術】

【0002】

プラスチックや繊維強化プラスチック部品を対象とした射出成形及びプレス成形においては、成形時間短縮のために金型の速やかな加熱・冷却が強く求められており、熱伝導性の良好な高熱伝導率材の使用が試行されている。高熱伝導率材として、銅やアルミニウム、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ系）、青銅（Ｃｕ−Ｓｎ系）、ベリリウム銅（Ｂｅ−Ｃｕ系）やコルソン合金（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系）といった銅合金が知られている。特に、熱伝導とともに強度や硬度が要求されるようなプラスチック射出金型材や航空機部材などには、ベリリウム銅やコルソン合金を用いることが考えられる。一方で、繊維強化プラスチックのような複合材料の成形する場合は、繊維による摩耗が生じることから、これらの成形金型材には高い耐摩耗性が要求されるが、これら銅合金では十分な硬さが得られないため、プラスチックと金型が直接接する意匠面には高硬度金属材を配置し、プラスチックを速やかに固めたい箇所に入れ子の形で銅合金を配置して使用している。しかし、銅合金を入れ子の形で挿入した場合、銅合金と高硬度金属材との間にはエアギャップが生じ、伝熱効率が低下するという問題が生じる。

【0003】

上記課題を解決する方法として、拡散接合により異種金属同士を隙間なく接合して、金属同士の接合界面での伝熱ロスをなくす方法が提案されている。特許文献１では高熱伝熱材として銅Ｃ１０２０を用いて拡散接合する例が述べられている。また、特許文献２では、高熱伝導性金属層として、純銅、銅合金、純アルミニウム、アルミニウム合金から選択される材種と高硬度金属層を拡散接合するモデルが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−９４７１２号公報

【特許文献2】ＷＯ２０１２／１３３４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

高熱伝導性金属の効果を十分に発揮するには、界面でのロスをなくすために拡散接合が好適であり、特許文献２では、拡散接合の実施例として、高硬度金属層にＳＫＤ６１、高熱伝導性金属層に無酸素銅を用いて、加圧下で８００℃、１時間保持する方法が提案されているが、純銅では強度が低く、金型としての剛性が低くなってしまう。これまでに、純銅の代替材として熱伝導性や剛性に優れる銅合金の適用が提案されているが、普及にはいたっていない。

【0006】

その理由としては、高硬度金属と高熱伝導性金属の線膨張差が挙げられる。金型向けの一般的な高硬度金属としては工具鋼があるが、その室温〜２００℃における線膨張係数は１．０〜１．２×１０^−５／℃程度である。一方、一般的な銅合金の線膨張係数は１．６〜１．８×１０^−５／℃程度である。上述した通り、金型全体の剛性を高くするためには高熱伝導性金属もある程度強度が高い必要がある。

【0007】

特許文献２では、線膨張係数の差が接合性に影響することを課題として熱変形を拘束することが記載されている（段落００２４、００２５）。
しかし、高硬度金属、高熱伝導性金属ともに強度が高く、その分延靭性が低い素材を用いると、接合後に、両者の線膨張係数の違いから金型使用時に接合界面にひずみが蓄積した際に、クラックが容易に生じて熱伝導性が劣化したり、最悪の場合には金型が破壊してしまうという問題がある。

【0008】

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、熱伝導性に優れたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金と、高硬度金属材とが界面接合によってエアギャップを有することなく良好に接合されており、しかも、両者の材料の線膨張係数差に起因する問題を緩和して接合性を高めた高硬度高熱伝導性複合金属材、高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法およびプラスチックまたは繊維強化プラスチック成形用金型を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、高硬度金属とＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金を界面接合した後に高温処理を施すと、接合界面の高硬度金属側にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金からＮｉとＳｉが拡散し、高硬度金属とＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金の中間的な線膨張係数を有する層が生成することを見出した。なお、高温処理の温度はＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金に析出するＮｉ_２Ｓｉを固溶化する処理と高硬度金属の焼入処理を兼ねた温度を採用できることもわかった。高温処理の後には、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金におけるＮｉ_２Ｓｉを微細かつ大量に析出させる時効処理と、高硬度金属の焼戻処理を兼ねた低温処理を行うと、高硬度金属、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金ともに硬度を高めることができる。

【0010】

すなわち、本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材のうち、第１の本発明は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材と高硬度金属材とが界面接合されており、接合界面に、Ｎｉ、Ｓｉの拡散層が形成されていることを特徴とする。

【0011】

第２の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材は、前記第１の本発明において、前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材が、質量％でＮｉを３〜７．５％、Ｓｉを０．７〜１．８％含有する組成を有することを特徴とする。

【0012】

第３の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材は、前記第１または第２の本発明において、前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材は、前記組成において質量％でＮｉ／Ｓｉが３．７〜４．７であることを特徴とする。

【0013】

第４の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記高硬度金属材がＨＲＣ３０以上であり、前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材がＨＲＣ２０以上であることを特徴とする。

【0014】

第５の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記拡散層の厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする。

【0015】

第６の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材の室温〜２００℃における線膨張率が１．６〜１．８×１０^−５／℃であり、前記高硬度金属材の室温〜２００℃における線膨張率が１．０〜１．２×１０^−５／℃であり、前記拡散層の室温〜２００℃における線膨張率が１．２〜１．６×１０^−５／℃であることを特徴とする。

【0016】

第７の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材は、前記第１〜第６の本発明のいずれかにおいて、前記高硬度金属材が析出硬化型鋼であることを特徴とする。

【0017】

第８の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法は、界面接合されたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材と高硬度金属材を加熱してＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材のＮｉ、Ｓｉを高硬度金属側に拡散させて界面にＮｉ、Ｓｉの拡散層を形成することを特徴とする。

【0018】

第９の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法は、前記第８の本発明において、
前記高硬度高熱伝導性複合金属材を相対的に高い温度で加熱してＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材のＮｉ、Ｓｉを高硬度金属材側に拡散させるとともに、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材中のＮｉ、Ｓｉを固溶化させ、その後、前記高硬度高熱伝導性複合金属材を相対的に低い温度で加熱して前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材中にＮｉ_２Ｓｉを分散析出させることを特徴とする。

【0019】

第１０の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法は、前記第９の本発明において、前記高硬度高熱伝導性複合金属材の加熱を、８５０〜１０００℃で１〜１０時間加熱して前記Ｎｉ、Ｓｉの前記拡散と前記固溶化を行い、その後、３７５〜５００℃で１〜５０時間加熱して前記Ｎｉ_２Ｓｉを分散析出させることを特徴とする。

【0020】

第１１の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法は、前記第１０の本発明において、前記拡散と前記固溶化の処理後、前記分散析出の処理前に、加熱された前記高硬度高熱伝導性複合金属材を５℃／秒以上の冷却速度で冷却することを特徴とする。

【0021】

第１２の本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法は、前記第９〜第１１の本発明のいずれかにおいて、前記高硬度金属材が析出硬化型鋼からなることを特徴とする。

【0022】

第１３の本発明のプラスチックまたは繊維強化プラスチック成形用金型は、前記第１〜第７の本発明のいずれかに記載した高硬度高熱伝導性複合金属材を用いてなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

以上説明したように、本発明によれば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材と高硬度金属材とが界面接合されて良好な接合状態が得られるとともに、界面にＮｉ、Ｓｉの拡散層が形成されているので、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材と高硬度金属材との線膨張係数差による弊害を防止して良好な接合状態を維持することができ、結果的に高い硬度面を有するとともに良好な熱伝導性を有する。該材料を金型に用いる場合、金型全体として高熱伝導率を維持しつつ、金型の意匠面に耐摩耗性や鏡面性を付与した金属材を供給することが可能となる。この結果、本発明の高硬度高熱伝導性複合金属材は、プラスチック射出成形金型材、特に複合材料向けの金型材として最適であり、従来の金型よりもプラスチック製品射出のサイクルタイムを短縮するとともに、使用中の劣化を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施工程における高硬度高熱伝導性複合金属材の製造方法および高硬度高熱伝導性複合金属材を示す図である。

【図2】同じく、実施例における材料断面の走査型電子顕微鏡写真を示す図面代用写真である。

【図3】同じく、実施例における材料断面のエネルギー分散型Ｘ線分析(EDS/EDX: Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)結果を示す図面代用写真である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に、本発明の実施形態を説明する。
本発明に用いる高硬度金属材としては、プラスチック金型用鋼、工具鋼、析出硬化型ステンレスなどプラスチック成形金型として従来から使用されている鋼を用いることができる。ただし、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金からＮｉ、Ｓｉを拡散させるため、Ｎｉ、Ｓｉ添加量がＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金の１．２倍以下とするのが望ましい。１．２倍以下であれば銅合金から鋼へＮｉ、Ｓｉが拡散することが実験で確かめられている。なお、以下では、高硬度金属材としては、高硬度を有する金属材の他、高硬度化される前の金属材を総称していうものである。

【0026】

高熱伝導性合金としてはＮｉ、Ｓｉの高硬度金属への拡散が必要であるため、Ｎｉ、Ｓｉを含むＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材が最適である。金型に必要な剛性を得るためには、Ｎｉを３％以上、Ｓｉを０．７％以上添加するのが望ましい。ＮｉとＳｉの比は硬さ上昇能の高いＮｉ_２Ｓｉを析出させるために重量比でＮｉ／Ｓｉ＝３．７〜４．７に調整するのが望ましい。Ｎｉ、Ｓｉの含有量が多過ぎると凝固中にＮｉ_２Ｓｉなどの晶出物が大量に生じて鋼との接合性を低下させるため、Ｎｉは７．５％以下、Ｓｉは１．８％以下が望ましい。
なお、以下では、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材としては、高硬度高熱伝導性複合金属材に含まれて使用可能な状態のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材の他、処理前の材料を総称していうものである。

【0027】

Ｎｉ、Ｓｉ以外の元素については、一般的に銅合金に添加されているＢｅ、Ｐ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｓｎの１種以上をそれぞれ単独で１％以下、合計で３％以下含有しても問題ない。酸化物形成傾向が強いあるいは鉄と金属間化合物を形成しやすい元素であるＭｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒの１種以上を含有してもよく、その場合、それぞれ単独で０．２％以下、合計で０．５％以下が望ましい。

【0028】

両素材の製造方法については限定しない。鋼の溶解方法としては高炉、電気炉、誘導溶解炉、真空誘導溶解炉など、精錬方法としては取鍋精錬、ＲＨ真空脱ガスなど、鋳込み方法としては真空脱ガス鋳込み、連続鋳造法など常法を採用できる。エレクトロスラグ再溶解や真空アーク再溶解といった二次溶解も採用できる。また、金型に要求される特性を有しているならば、粉末冶金手法で製造しても問題ない。一方、銅合金の溶解方法としては誘導溶解炉、真空誘導溶解炉など、鋳込み方法としてはダービル法、連続鋳造法など常法を、エレクトロスラグ再溶解といった二次溶解も採用できる。
また、両素材の厚さも互いに特に限定されるものではない。

【0029】

Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材と高硬度金属材の接合方法は、真空下で加熱・加圧して実施する拡散接合が最適ではある。適切に接合するためには１〜２０ＭＰａの圧力下で、８５０〜９５０℃に保持して１０分〜１０時間保持する。圧力は低過ぎると界面が密着しないため１ＭＰａ以上、高過ぎるとＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金が変形するため２０ＭＰａ以下が望ましい。保持温度は界面の元素の移動を盛んにするため８５０℃以上、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金の変形を防止するために９５０℃以下が望ましい。保持時間は界面の元素の移動を確実にするために１０分以上、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金のクリープ変形を防止するために１０時間以下が望ましい。加熱時の昇温速度や接合後の冷却速度は限定する必要はない。なお、界面接合方法は、本発明としては特に限定されるものではなく、加熱後の圧延、室温での爆着など、両者の界面を隙間なく接合させる方法であれば限定しない。

【0030】

接合した後の高温処理の温度は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材から高硬度金属材へのＮｉ、Ｓｉの拡散を促進するために８５０℃以上が望ましく、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材の部分溶融を避けるために１０００℃以下が望ましい。高温処理の保持時間は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金におけるＮｉ_２Ｓｉの固溶化を促進するために１時間以上が望ましく、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材の結晶粒粗大化を防ぐために１０時間以下が望ましい。
処理時の昇温速度は限定する必要はないが、冷却速度は水冷かそれに準じた速度であるのが望ましい。コルソン合金におけるＮｉ_２Ｓｉの固溶を確実にするために５℃／秒以上の冷却速度とすることが望ましい。
低温処理はＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材においてＮｉ_２Ｓｉが微細かつ大量に析出する３７５〜５００℃で１時間〜５０時間保持するのが望ましい。処理時の昇温速度と冷却速度は限定する必要はない。

【0031】

図１は、上記工程の例Ａ、Ｂを示すものである。
工程Ａでは、高硬度金属材２とＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材３とが界面接合によって接合され、高硬度高熱伝導性複合金属材１が得られる。
両素材が界面接合された高硬度高熱伝導性複合金属材１は、好適には８５０〜１０００℃で１時間〜１０時間加熱されてＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材３の一部のＮｉ、Ｓｉが高硬度金属材２側に拡散してＮｉ、Ｓｉ拡散層４が得られ、また、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材３中のＮｉ、Ｓｉが固溶化する。この際に、高硬度金属材２の溶体化処理を併せて行うことができる。
加熱された高硬度高熱伝導性複合金属材１は、水冷やこれに準ずる方法で冷却し、その際の冷却速度を５℃／秒以上とするのが望ましい。なお、この冷却速度による冷却は、少なくとも３００℃まで行われればよい。

【0032】

冷却された高硬度高熱伝導性複合金属材１は、好適には３７５〜５００℃で、１〜５０時間の加熱を行う。この加熱により、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材３中に固溶したＮｉ、ＳｉからＮｉ_２Ｓｉ粒子が微細かつ大量に生成したＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材３０が得られる。なお、Ｎｉ_２Ｓｉ粒子の大きさや分散密度は特に限定されるものではない。
なお、この加熱の際に、高硬度金属材２の焼戻しが行われるものであってもよい。

【0033】

工程Ｂでは、界面接合として拡散接合が行われる工程である。拡散接合では、１〜２０ＭＰａの加圧状態で、８５０〜９５０℃、１０分〜１０時間の加熱が行われる。この際にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材３の一部のＮｉ、Ｓｉが高硬度金属材２側に拡散してＮｉ、Ｓｉ拡散層４ａが得られるが、拡散量は十分ではない。なお、拡散に際し、熱拘束する手段を講じてもよい。

【0034】

次いで、高硬度高熱伝導性複合金属材１は、好適には８５０〜１０００℃で１時間〜１０時間加熱されてＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材３の一部のＮｉ、Ｓｉが高硬度金属材２側に拡散してＮｉ、Ｓｉ拡散層４が得られ、また、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材３中のＮｉ、Ｓｉが固溶化する。この際に、高硬度金属材２の溶体化が行われ、所望の特性を有する高硬度金属材２０が得られる。この際に加熱によって、Ｎｉ、Ｓｉ拡散層４では、十分な量のＮｉ、Ｓｉ拡散が得られる。
加熱された高硬度高熱伝導性複合金属材１は、その後、上記工程Ａと同様に冷却され、さらに、加熱により、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材３中に固溶したＮｉ、ＳｉをＮｉ_２Ｓｉ粒子として析出、分散させる。

【実施例1】

【0035】

以下に、本発明の実施例について説明する。
２０ｋｇ真空溶解炉で溶製し、鍛造成形したＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金のコルソン合金と、５０ｋｇＶＩＭで溶製し、鍛造成形したプラスチック金型用鋼であるＡＩＳＩ Ｐ２１系鋼ならびに市販の析出硬化型ステンレスＳＵＳ６３０を用いた。これら素材の成分を表１に示す。いずれの成分も質量％を示しており、ＳＵＳ６３０およびＰ２１系鋼では、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる。コルソン合金では、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる。

【0036】

真空下で９００℃、加圧力５ＭＰａ、保持時間１時間４０分の条件で、コルソン合金とＰ２１系鋼あるいはＳＵＳ６３０との拡散接合を行った。その後、一体化した高強度高熱伝導性複合金属に高温処理および低温処理を施した。
高温処理は、９００℃×４時間で行い、その後、水冷によって冷却速度１０℃／秒で ２００℃まで冷却した。低温処理は、４５０℃×１０時間で行った。

【0037】

界面接合部の界面直角方向で、引張強さはどちらも６５０ＭＰａであり、コルソン合金（６５０ＭＰａ）と同等であった。
処理後のコルソン合金はＪＩＳＺ２２４４に基づき、荷重５ｋｇでビッカース硬さと、ヴィーデマン＝フランツ則に示されるように熱伝導率とほぼ比例関係にある導電率を測定した。コルソン合金のビッカース硬さはＨＶ２４０、導電率は４５％ＩＡＣＳであった。

【0038】

ＡＩＳ ＩＰ２１系鋼の硬さはＨＶ３７０、ＳＵＳ６３０の硬さはＨＶ４２０であった。
Ｐ２１系鋼、ＳＵＳ６３０ともに接合界面には拡散層が確認された。ＳＵＳ６３０を用いた供試材について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）とエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）で分析した結果、拡散層にはＮｉ、Ｓｉの濃化が認められた。

【0039】

アーク溶解により本拡散層の成分で溶製した素材の室温〜２００℃の線膨張係数を測定した。線膨張係数はＪＩＳ Ｚ ２２８５に準拠して測定した。Ｐ２１系鋼の界面は１．２×１０^−５／℃、ＳＵＳ６３０の界面は１．３×１０^−５／℃であり、コルソン合金（１．７×１０^−５／℃）と鋼（Ｐ２１系鋼：１．１×１０^−５／℃、ＳＵＳ６３０：１．１×１０^−５／℃）の中間に位置する値が得られた。
また、拡散層の厚さは、ＡＩＳ ＩＰ２１系鋼で１０〜２０μｍ、ＳＵＳ６３０で１０〜３０μｍであった。

【0040】

【表1】

【0041】

以上、本発明について上記実施形態および上記実施例に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。

【符号の説明】

【0042】

１ 高硬度高熱伝導性複合金属材
２ 高硬度金属材
３ Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材
４ Ｎｉ、Ｓｉ拡散層
２０ 高硬度金属材
３０ Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材

【図1】

【図2】

【図3】