【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、大電流を使用した抵抗溶接において、電極寿命の長い抵抗溶接用電極材料を提供すべく、鋭意研究を行ったところ、驚くべきことに、焼結で製造したタングステン(W)とモリブデン(Mo)の合金(以下、「W−Mo合金」で示す場合もある)からなる抵抗溶接用電極材料において、その焼結体構造を適切に調整することにより、熱伝導性・電気伝導性を低下させることなく、耐熱衝撃、耐熱塑性変形にすぐれ、被溶接材料との溶着発生もなく、さらに、10000〜55000Aという大電流条件下であっても長時間に亘って継続的に使用可能である抵抗溶接用W−Mo合金電極材料を得られることを見出したのである。
【0011】
すなわち、本発明の抵抗溶接用W−Mo合金電極材料によれば、被溶接材への熱影響を最小限にとどめるための短時間での溶接が可能であるばかりか、熱伝導性に優れ、熱衝撃による塑性変形が発生しにくく、被溶接材料や被膜や防錆材との反応性に優れ溶着や酸化が発生しづらいことから安定的な溶接を行うことができ、また、連続的に繰り返される高圧/熱衝撃による疲労耐性を有し、連続ショットによる量産が可能であることから、抵抗溶接用電極材料の長寿命化を図ることができることを見出したのである。
【0012】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであって、
「(1) 純タングステン粒子粉末と純モリブデン粒子粉末とを焼結したタングステンとモリブデンの合金焼結体からなる抵抗溶接用タングステン−モリブデン合金電極材料であって、該合金焼結体におけるMo含有量は37.5〜87.5質量%であり、かつ、該合金焼結体の相対密度が98.5%以上であることを特徴とする抵抗溶接用タングステン−モリブデン合金電極材料。
(2) 前記合金焼結体におけるMo含有量は50〜75質量%であることを特徴とする前記(1)に記載の抵抗溶接用タングステン−モリブデン電極材料。
(3) 前記純タングステン粒子粉末および純モリブデン粒子粉末は、それぞれ、純度99.9質量%以上、かつ、平均粒径0.25〜50μmであることを特徴とする前記(1)、(2)に記載の抵抗溶接用タングステン−モリブデン合金電極材料。
(4) 前記抵抗溶接用タングステン−モリブデン電極材料は、10000A以上の溶接電流が使用される抵抗溶接用電極材料として用いられることを特徴とする前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の抵抗溶接用タングステン−モリブデン電極材料。」
に特徴を有するものである。
【0013】
なお、本発明における「平均粒径」とは、焼結前の粉末についてレーザー回折・散乱法(マイクロトラック法)によって求められた粒度分布における積算値50%での粒径(累積中位径)を意味する。
また、本発明における「相対密度」とは、アルキメデス法により測定されたタングステン−モリブデン合金焼結体の密度の、タングステンとモリブデンの含有比率によって求められる合金の理論密度に対する比率を意味する。
【0014】
本発明について、以下に詳細に説明する。
【0015】
本発明では、純W粒子粉末と純Mo粒子粉末とを焼結してW−Mo合金焼結体を作製するが、WあるいはMoの純度が99.9質量%未満である場合には、高温焼結温度下におけるW、Mo中に含有される不純物成分により、W−Mo合金焼結体の焼結性にバラツキが生じやすく、また、W−Mo合金焼結体の材質が不均質となりやすいため、これを抵抗溶接用電極材料として使用した際に割損、欠損、被溶接材料の溶着等の不都合を招きやすくなることから、W及びMoの純度は99.9質量%以上とすることが望ましい。
なお、仮に、酸素等の不純物元素がある程度存在したとしても、例えば、後記する真空、もしくは不活性ガス雰囲気中の熱処理によって除去・清浄化することにより、W及びMoの純度を99.9質量%以上に高めることができる。
【0016】
本発明では、上記純度のW粒子粉末とMo粒子粉末とをMo含有量が37.5〜87.5質量%、好ましくは、50〜75質量%、となるように配合した後焼結して、98.5%以上の相対密度を備えたW−Mo合金焼結体からなる抵抗溶接用W−Mo合金電極材料を製造する。
本発明では上記所定の相対密度を備えた抵抗溶接用W−Mo合金電極材料を製造するためには、原料粉末であるW粒子粉末およびMo粒子粉末の平均粒径はそれぞれ0.25〜50μmであることが望ましい。
【0017】
平均粒径がそれぞれ0.25〜50μmのW粒子粉末およびMo粒子粉末を、或いは、粉末から予め成形したW粒子粉末とMo粒子粉末の混合圧粉成形体を、所定の高圧を付加した状態で所定の温度範囲で焼結した場合には、W粒子粉末相互の接触面あるいはMo粒子粉末相互の接触面での加圧による変形を伴う圧着が生じ、また、W粒子粉末とMo粒子粉末が相互に合金化することによって焼結体の高密度化が図られて、この発明で規定する相対密度のW−Mo合金焼結体が得られる。
W粒子粉末あるいはMo粒子粉末の平均粒径が0.25μm未満である場合には、焼結時の焼結性を高め、焼結体の相対密度を98.5%以上にすることが難しくなり、また反対に平均粒径が50μmを超える場合も粒子間隙が大きくなるため焼結性を高めることが難しくなる。その結果、電極材料として要求される熱伝導性・導電性、耐熱衝撃性、耐熱塑性変形性を十分に満足させるためには、抵抗溶接用タングステン電極材料の製造用原料粉末であるW粒子粉末およびMo粒子粉末の平均粒径は0.25〜50μmとすることが望ましい。
【0018】
本発明では、W−Mo合金焼結体におけるMo含有量を37.5〜87.5質量%と定めたが、Mo含有量が少ない場合(Mo含有量が37.5質量%未満)あるいは多い場合(Mo含有量が87.5質量%超の場合)のいずれの場合でも、大電流(例えば、10000A)の溶接条件下で連続して1000回以上の溶接を行った場合には、電極の変形、クラック発生等がみられるようになる。例えば、Mo含有量が37.5質量%未満の場合には、耐電流衝撃性が低下し、過負荷試験でクラックが発生するようになる。
したがって、本発明では、安定的な溶接を行い、かつ、電極の長寿命化を図るため、W−Mo合金焼結体におけるMo含有量を37.5〜87.5質量%、より好ましくは、50〜75質量%、と定めた。
【0019】
上記所定の相対密度を有するW−Mo合金焼結体からなる本発明の抵抗溶接用W−Mo合金電極材料は、例えば、以下の製造方法によって製造することができる。
前記のとおり、好ましくは、純度は99.9質量%以上で、かつ、平均粒径0.25〜50μmに整粒したW粒子粉末およびMo粒子粉末を、所定の組成になるように配合した混合原料粉末を作製し、この混合原料粉末を加圧焼結装置に装入し、該粉末に1GPa以上の加圧力を付加した状態で、1000℃以上の温度範囲で10min以上焼結することによって、本発明で規定する相対密度を有するW−Mo合金焼結体からなる抵抗溶接用W−Mo合金電極材料を製造することができる。
なお、所定の組成になるようにW粒子粉末とMo粒子粉末を配合した混合原料粉末は、焼結に先立って、予め圧粉成形体として作製しておくこともできる。
また、比表面積が大きい微粒W粒子粉末、微粒Mo粒子粉末(例えば、平均粒径4μm以下程度)を原料粉末として使用する場合には、これを圧粉成形体とし、焼結に先立って、例えば、10
−1Pa以下の真空雰囲気中、もしくは熱処理容器を窒素ガスやアルゴンガス等で置換した雰囲気中で、到達温度450〜1200℃で30min以上の熱処理を行うことによって、W粒子表面、Mo粒子表面を清浄化すると、焼結反応が進行しやすくなるために、相対的に低圧条件、低温度領域であっても、短時間で焼結体の高密度化を図ることが可能である。
また、W粒子粉末およびMo粒子粉末のそれぞれの平均粒径は、0.25〜50μmの範囲内であることが望ましいが、それぞれの粒子粉末の粒径分布度数のピークが一つである(単峰ピークの粒度分布を示す)必要はなく、複数の粒径分布度数ピーク(多峰性の頻度粒度分布)を備えたW粒子粉末およびMo粒子粉末を用いることもできる。この場合、粒径の大きな粒子間隙に粒径の小さい粒子が入り込むことによって、空隙を少なくすることができるため、相対的に低圧条件、低温度領域であっても焼結反応が進行し、焼結体のより一層の高密度化が図られるとともに、熱衝撃に耐性を有する焼結体が得られる。
いずれにしても、上記のような条件で焼結し、十分な焼結時間を与えることで、高温・高圧下のW粒子粉末とMo粒子粉末からなる混合原料粉末を塑性変形させ、また、再配列させることで、高密度のタングステンとモリブデンの合金焼結体を得ることができる。
なお、焼結圧力、焼結温度の上限値は特に定めるものでないが、実操業の観点からは、焼結圧力は1〜10GPa、また、焼結温度は1000〜2000℃の範囲内であれば、本発明で規定する特性を備えた焼結体を得ることができる。
【0020】
本発明による抵抗溶接用W−Mo合金電極材料は、相対密度が98.5%以上という焼結体構造を有することにより、熱伝導性・電気伝導性を低下させることなく、耐熱衝撃、耐熱塑性変形にすぐれ、被溶接材料との溶着発生も抑制され、例えば、リチウムイオン電池の電極として利用される多数枚の銅箔やアルミ箔の積層体の抵抗溶接に用いた場合、銅箔またはアルミ箔の積層枚数20〜120枚、積層厚さ420〜1800μm、電極の加圧力350kg/cm
2、電流10000Aの厳しい溶接条件下でも、特段の溶接不良を生じることなく、連続して1000回以上の打点回数(ショット)の溶接が可能である。