专利摘要

本发明的焊接臂(10)具有尖端电极(11)、保持件(12)和柄(20)。作为导电性支持构件的柄(20)具有外周部(22)和存在于外周部(22)的内周侧的内周部(21)，所述外周部(22)含有Cu母相和分散在Cu母相内且含有Cu‑Zr系化合物的第二相，并且为Cu‑xZr(其中，x是Zr的原子％，且满足0.5≦x≦16.7)的合金组成，所述内周部(21)为含有Cu的金属，且导电性比外周部(22)高。

权利要求

1.一种导电性支持构件，其由外周部和内周部构成：

外周部，其由Cu母相和分散在该Cu母相内且含有Cu-Zr系化合物的第二相构成，并且为Cu-xZr的合金组成，其中，x是Zr的原子％，且满足0.5≦x≦16.7，以及

内周部，其存在于所述外周部的内周侧，为含有Cu的金属，并且导电性比所述外周部高。

2.根据权利要求1所述的导电性支持构件，所述外周部中，所述Cu母相和所述第二相分离成2个相，且所述第二相中含有Cu5Zr作为所述Cu-Zr系化合物。

3.根据权利要求1或2所述的导电性支持构件，所述外周部具有下述(1)～(4)中任一项以上的特征：

(1)在截面观察时，所述第二相的平均粒径D50为1μm～100μm的范围，

(2)所述第二相在外壳具有Cu-Zr系化合物相，在中心核部分包含Zr比所述外壳多的Zr相，

(3)作为所述外壳的Cu-Zr系化合物相具有粒子最外周与粒子中心之间的距离即粒子半径的40％～60％的厚度，

(4)作为所述外壳的Cu-Zr系化合物相的硬度以维氏硬度换算值计为MHv585±100，作为所述中心核的Zr相以维氏硬度换算值计为MHv310±100。

4.根据权利要求1或2所述的导电性支持构件，所述内周部由Cu金属、CuW合金、Al2O3-Cu即氧化铝分散铜、Cu-Cr系合金、Cu-Cr-Zr系合金中的一种以上形成，还可以含有不可避免的成分。

5.根据权利要求1或2所述的导电性支持构件，在所述外周部的更外侧的外周面上形成有比该外周部软质的被加工层。

6.根据权利要求1或2所述的导电性支持构件，在所述内周部形成有制冷剂流路。

7.根据权利要求1或2所述的导电性支持构件，所述导电性支持构件是用于焊接电极的臂部的构件，是夹在尖端电极和尖端保持件之间并保持该尖端电极的柄。

8.根据权利要求1或2所述的导电性支持构件，所述内周部的导电率为80％IACS以上，且以维氏硬度计为50～80MHv，

所述外周部的导电率为20％IACS以上，且包含以维氏硬度计为300MHv以上的Cu-Zr系化合物。

9.根据权利要求1或2所述的导电性支持构件，其中，外周部与内周部的半径方向的长度比为1:1～3:1的范围。

10.一种导电性支持构件的制造方法，其是由外周部和存在于所述外周部的内周侧且导电率比所述外周部高的内周部构成的导电性支持构件的制造方法，其包括：

烧结工序，配置含有Cu且导电性比所述外周部高的所述内周部的原料，在所述内周部的原料的外周侧配置所述外周部的原料粉末，在比共晶温度低的预定温度和预定压力的范围加压保持，对所述混合粉末进行放电等离子烧结，

对于所述外周部的原料粉末，由Cu与Cu-Zr母合金的粉末、或者Cu与ZrH2的粉末中的任一种粉末形成了Cu-xZr的合金组成，其中，x是Zr的原子％，且满足0.5≦x≦16.7。

11.根据权利要求10所述的导电性支持构件的制造方法，所述烧结工序中，使用Cu为50质量％的Cu-Zr母合金。

12.根据权利要求10或11所述的导电性支持构件的制造方法，所述烧结工序中，将所述原料插入石墨制模具内，在真空中进行放电等离子烧结。

13.根据权利要求10或11所述的导电性支持构件的制造方法，所述烧结工序中，在比共晶温度低400℃～5℃的所述预定温度进行放电等离子烧结。

14.根据权利要求10或11所述的导电性支持构件的制造方法，所述烧结工序中，在10MPa以上60MPa以下的范围的所述预定压力进行放电等离子烧结。

15.根据权利要求10或11所述的导电性支持构件的制造方法，所述烧结工序中，在10分钟以上100分钟以下的范围的保持时间进行放电等离子烧结。

16.根据权利要求10或11所述的导电性支持构件的制造方法，所述烧结工序中，在所述外周部的更外侧的外周面上配置比该外周部软质的被加工层的原料来进行烧结。

17.根据权利要求10或11所述的导电性支持构件的制造方法，制造如下的导电性支持构件，其为用于焊接电极的臂部的构件，且为夹在尖端电极和尖端保持件之间并保持该尖端电极的柄。

18.根据权利要求10或11所述的导电性支持构件的制造方法，所述内周部的导电率为80％IACS以上，且以维氏硬度计为50～80MHv，

所述外周部的导电率为20％IACS以上，且包含以维氏硬度计为300MHv以上的Cu-Zr系化合物。

19.根据权利要求10或11所述的导电性支持构件的制造方法，所述烧结工序中，外周部与内周部的半径方向的长度比为1:1～3:1的范围。

说明书

技术领域

本说明书中公开的发明即本公开，涉及导电性支持构件及其制造方法。

背景技术

以往，作为导电性支持构件，已知有在夹持作为被焊接体的钢、铝合金并在加压的状态下在短时间内流过大电流而使接触界面熔融来进行焊接的焊接用电极中使用的导电性支持构件。作为这样的焊接用电极，已提出例如在相对设置的电极的夹持面的中央区域具有热传导率比周围小的传热干扰部的焊接用电极(例如，参照专利文献1)。此外，还提出了在柄的前端埋设有由以钨为主成分的钢形成的电极头的电阻焊接用电极(例如，参照专利文献2)。通过该焊接用电极能够对具有高张力的镀敷钢板进行电阻焊接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-220168号公报

专利文献2：日本特开2007-260686号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，焊接用电极有时被安装在焊接机械臂上而用于钢板等的焊接。这样的焊接机械臂在最前端配设高导电性的电极头，且具备构成焊接臂的放热性的保持件、以及夹在保持件和电极头之间的作为通电部件的柄。其中，例如，为了提高焊接效率，对于作为导电性支持构件的柄等，要求更高的导电性，并且要求确保高温下的负荷强度、长期耐久性的高强度、高硬度。此外，近年来，随着焊点数量增加等，对于焊接机械臂要求进一步高导电率化和高硬度化，但现状是仍不够充分，要求进一步改进。

本说明书中公开的导电性支持构件及其制造方法是鉴于这样的课题而完成的，其主要目的在于提供具有更高导电率和更高硬度的导电性支持构件。

解决课题的方法

本发明人等为了实现上述主要目的而进行了深入研究，结果发现，如果形成以铜金属作为导电体并在其外周以含有Cu-Zr系化合物的合金作为强度结构体的复合构件，则能够提供具有更高导电率和更高硬度的导电性支持构件。

即，本说明书中公开的导电性支持构件具有：

外周部，其含有Cu母相和分散在该Cu母相内且含有Cu-Zr系化合物的第二相，并且为Cu-xZr(其中，x是Zr的原子％且满足0.5≦x≦16.7)的合金组成；以及

内周部，其存在于上述外周部的内周侧，为含有Cu的金属，并且导电性比上述外周部高。

此外，本说明书中公开的导电性支持构件的制造方法是具有外周部和存在于上述外周部的内周侧且导电率比上述外周部高的内周部的导电性支持构件的制造方法，其包括：

烧结工序，配置含有Cu且导电性比上述外周部高的上述内周部的原料，在上述内周部的原料的外周侧配置上述外周部的原料粉末，在比共晶温度低的预定温度和预定压力的范围内加压保持，对上述混合粉末进行放电等离子烧结，对于所述外周部的原料粉末，由Cu与Cu-Zr母合金的粉末、或Cu与ZrH2的粉末中的任一种粉末形成了Cu-xZr(其中，x是Zr的原子％，且满足0.5≦x≦16.7)的合金组成。

发明效果

本说明书中公开的导电性支持构件及其制造方法，能够提供具有高导电率和更高硬度的导电性支持构件。其理由推测如下。例如，该导电性支持构件的内周部由导电性高且含有Cu的金属形成，外周部由包含具有高强度的Cu母相和含有Cu-Zr系化合物的第二相的材料形成，推测在内周侧表现高导电性，在外周侧表现高强度、高硬度。此外，一般而言，这样的导电性支持构件的制造方法中，金属粉末根据其元素而有的金属粉末富于反应性，例如，Zr粉末对于氧的反应性高，作为原料粉末在大气中使用时在操作中极其需要注意。另一方面，Cu-Zr母合金粉末(例如Cu50质量％Zr母合金)、ZrH2粉末比较稳定，即使在大气中也易于操作。而且，通过使用这些原料粉体来进行放电等离子烧结这样比较简单的处理，能够制作含有Cu-Zr系化合物的外周部。进而，由于外周部、内周部都是Cu系材料，因此烧结温度没有大的差异，具有能够利用放电等离子烧结(SPS)通过一次烧结就得到目标物的优点。

附图说明

图1是显示具有柄20的焊接臂10的一例的说明图。

图2是其他柄20B～20E的说明图。

图3是实验例3的SPS条件的说明图。

图4是实验例1-3、3-3、4-3的原料粉体的SEM图像。

图5是实验例1-3、3-3、4-3的原料粉体的X射线衍射测定结果。

图6是实验例1～4的截面的SEM-BEI图像。

图7是实验例1～4的铜合金的导电率测定结果。

图8是实验例1-3、3-3、4-3的X射线衍射测定结果。

图9是实验例3-3的截面的SEM-BEI图像。

图10是实验例3-3的截面的SEM-BEI图像和EDX测定结果。

图11是实验例3-3的截面的SEM-BEI图像、STEM-BF图像、EDX分析结果和NBD图形。

图12是实验例4-3的截面的SEM-BEI图像。

图13是实验例4的截面的SEM-BEI图像和由EDX法测定的元素分布图。

图14是实验例4-3的截面的TEM-BF图像和SAD图形。

图15是实施例1的导电性支持构件的SPS条件的说明图。

图16是实施例2的导电性支持构件的SPS条件的说明图。

图17是实施例1的导电性支持构件的照片和截面的SEM照片。

图18是实施例1的XRD测定结果。

图19是实施例1的外周部的截面的SEM-BEI图像。

图20是实施例2的导电性支持构件的照片和截面的SEM照片。

图21是实施例2的XRD测定结果。

图22是实施例2的外周部的截面的SEM-BEI图像。

图23是实施例1～3的内周部和外周部的边界部分的截面的SEM照片。

具体实施方式

使用附图来说明本说明书中公开的导电性支持构件。图1是显示焊接臂10的一例的说明图，该焊接臂10具有作为本实施方式的导电性支持构件的一例的柄20。该焊接臂10例如为将焊接钢板、铝合金板等被焊接物进行焊接的焊接臂，例如用于点焊。该焊接臂10具有：与被焊接物接触来使之熔融的尖端电极11、配置于焊接机器人的基部并接受供电的保持件12、以及夹在尖端电极11和保持件12之间并在向尖端电极11供给电力的同时保持尖端电极11的柄20。尖端电极11是要求导电性、高热稳定性、硬度的构件，例如可以由钨、钨合金、钼、钼合金、Cu-W系合金、Cu-Cr系合金和无氧铜(OFC)等构成。该尖端电极的承受构件(承口)要求高硬度，例如可以由Cu-Be-Co系合金构成。保持件12是要求高放热性、高强度、高硬度等的构件，例如可以由Cu-Ni-Be系合金构成。

柄20是要求高导电性、高强度、高硬度等的构件。该柄20具有内周部21、外周部22和被加工层24。需说明的是，被加工层24可以省略。在该柄20上形成有与尖端电极11连接的未图示的连接部和安装于保持件12的未图示的安装部。

内周部21是存在于外周部的内周侧且导电性比外周部高的部分。该内周部21由含有Cu的金属形成。含有Cu的金属例如可以是Cu金属、CuW、Al2O3-Cu(氧化铝分散铜)、Cu-Cr系合金、Cu-Cr-Zr系合金等，其中，优选为Cu。该内周部21中还可以含有不可避免的成分(例如微量的氧等)。氧的含量例如优选为700ppm以下，可以为200ppm～700ppm。作为不可避免的成分，可列举例如Be、Mg、Al、Si、P、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Sn、Pb、Nb、Hf等(参照表1)。这些不可避免的成分可以以整体的0.01质量％以下的范围来含有。该内周部21的导电率越高越优选，优选为80％IACS以上，更优选为90％IACS以上，更加优选为95％IACS以上。需说明的是，导电率是依据JIS-H0505测定铜合金的体积电阻，计算与经过退火的纯铜的电阻值(0.017241μΩm)之比，换算成导电率(％IACS)。此外，该内周部21以维氏硬度换算值计可以为50～80MHv的程度。内周部21的热导率可以比外周部22高。此外，内周部21可以为圆柱状、椭圆柱状、多边形(包括矩形、六边形等)柱状等形状，也可以是直线状、弯曲状、圆弧状的任一种。此外，内周部21可以位于柄20的中心，也可以位于偏离中心的位置。

外周部22可以是与内周部相比硬度、机械强度(拉伸强度等)更高的部分。外周部22含有Cu母相和分散在该母相内且含有Cu-Zr系化合物的第二相，是Cu-xZr(其中，x是Zr的原子％，且满足0.5≦x≦16.7)的合金组成。该x可以为15.2以下，也可以为8.6以下。该外周部22是具有导电性的同时机械强度高的部分。该外周部22中，Cu母相与第二相分离成2个相，第二相中可以含有Cu5Zr作为Cu-Zr系化合物。需说明的是，该外周部22中还可以含有不可避免的成分。该外周部22还可以是将表1中所示的组成稀释为含有0.5at％以上8.6at％以下Zr时的组成。Cu5Zr以维氏硬度换算值计为MHv585±100。对于外周部22，Cu-xZr的合金组成中，x优选为1.0以上，更优选为3.0以上，进一步优选为5.0以上。如果x增大，即Zr增加，则机械强度、硬度等提高，因而优选。该外周部优选具有下述(1)～(4)中任一种以上的特征。

(1)在截面观察时，第二相的平均粒径D50为1μm～100μm的范围。

(2)第二相在外壳具有Cu-Zr系化合物相，在中心核部分具有Zr比外壳多的Zr相。

(3)作为外壳的Cu-Zr系化合物相具有粒子半径的40％～60％的厚度，粒子半径是粒子最外周与粒子中心之间的距离。

(4)作为外壳的Cu-Zr系化合物相的硬度以维氏硬度换算值计为MHv585±100，作为中心核的Zr相以维氏硬度换算值计为MHv310±100。

表1

成分含量(质量％)Zr47.0-49.9Be<0.01Mg<0.1Al<0.01Si<0.03P<0.01Ti<0.1Cr<0.1Mn<0.1Fe<0.05Co<0.1Ni<0.1Zn<0.1Sn<0.01Pb<0.1Nb<0.1Hf<0.5小计<0.7Cu余量

Cu母相是含有Cu的相，例如，可以是含有α-Cu的相。通过该Cu相能够提高导电率，进而能够更加提高加工性。该Cu相不含共晶相。这里，共晶相是指例如含有Cu和Cu-Zr系化合物的相。第二相的平均粒径D50如以下所示那样求出。首先，使用扫描电子显微镜(SEM)观察试样截面的100倍～500倍区域的反射电子图像，求出其中所含粒子的内切圆的直径，将其作为该粒子的直径。然后，求出该视场范围内所存在的全部粒子的粒径。对于多个视场(例如5个视场)进行该操作，由得到的粒径求出累积分布，以其中值粒径作为平均粒径D50。该外周部22中，Cu-Zr系化合物相优选含有Cu5Zr。Cu-Zr系化合物相可以是单相，也可以是含有2种以上Cu-Zr系化合物的相。例如，可以是Cu51Zr14相单相、Cu9Zr2相单相、Cu5Zr相单相、Cu8Zr3相单相，也可以是以Cu5Zr相为主相，以其他Cu-Zr系化合物(Cu51Zr14、Cu9Zr2、Cu8Zr3)为副相，也可以是以Cu9Zr2相为主相，以其他Cu-Zr系化合物(Cu51Zr14、Cu5Zr、Cu8Zr3)为副相。需说明的是，主相是指在Cu-Zr系化合物相中存在比例(体积比或观察区域中的面积比)最多的相，副相是指Cu-Zr系化合物相中除主相之外的相。该Cu-Zr系化合物相，例如，因为杨氏模量、硬度高，所以通过该Cu-Zr系化合物相的存在，能够更加提高柄20的机械强度。外周部22中，包含在第二相中的Zr相，例如，Zr可以为90at％以上，也可以为92at％以上，还可以为94at％以上。此外，第二相可以在最外壳形成氧化膜。通过该氧化膜的存在，有抑制Cu向第二相中扩散的可能性。此外，第二相的中心核中，多个收缩的微粒还可以形成孪晶。该微粒是Zr相，在狭窄部中形成的可以是Cu-Zr系化合物相。如果具有这样的结构，则可推测例如能够更加提高导电性，并且更加提高机械强度。该外周部22可以由亚共晶组成的铜粉末和Cu-Zr母合金、或者由铜粉末和ZrH2粉末经放电等离子烧结来形成。对于放电等离子烧结在后文中详述。亚共晶组成可以是例如含有Zr0.5at％以上8.6at％以下，其余为Cu的组成。

外周部22优选具有导电性，例如，优选为20％IACS以上，更优选为30％IACS以上，进一步优选为40％IACS以上。此外，该外周部22中，第二相的Cu-Zr系化合物的维氏硬度换算值优选为300MHv以上，更优选为500MHv以上，进一步优选为600MHz以上。此外，外周部22与内周部21的半径比可以为1:1～3:1。此外，内周部21与外周部22可以通过烧结时的Cu的扩散进行接合。

被加工层24作为易于对外形进行加工的层而形成在外周部22的更外侧的外周面上。通过该被加工层24，能够解决外周部22过硬而不能进行外形加工的问题。该被加工层24例如可以是Cu金属、黄铜、CuW、Al2O3-Cu(氧化铝分散铜)、Cu-Cr系合金、Cu-Cr-Zr系合金等。该被加工层24的厚度可以是0.1mm以上5mm以下的范围。此外，更优选该被加工层24含有Cu，并与内周部21、外周部22同时烧结而成。通过消减烧结次数，能够实现消减工序数、抑制烧成能量。

柄20的形状没有特别限定，例如，可以是圆柱状、椭圆柱状、多边形(包括矩形、六边形等)柱状等形状，也可以是直线状，也可以是弯曲状，也可以是圆弧状。柄20可以根据用途等设为任意形状。此外，如图2的柄20B所示，在内周部21与外周部22之间还可以设置显示这二者的中间性质的中间部23，从中心向外周方向以多阶段方式或者以渐变的方式使导电率、机械强度、硬度等倾斜化。此外，如图2的柄20C所示，还可以是如下的中空形状，即：在内周部21中形成有作为水冷用配管等制冷剂流路的内部空间25。此外，例如，如图2的柄20D所示，还可以是如下的双重管结构，即：在内周部21的内部设置圆筒状或截面多边形状(例如矩形状等)的内部空间25，并在其内侧设置流通管26。此外，如图2的柄20E所示，还可以形成如下的流通结构，即：在内周部21的内部设置圆筒状或截面多边形状的内部空间25，在该空间中设置隔板27。

接下来，对本实施方式的导电性支持构件的制造方法进行说明。该制造方法是制造具有外周部和存在于外周部的内周侧且导电率比外周部高的内周部的导电性支持构件的方法。该制造方法可以包括：(a)得到原料的混合粉末的粉末化工序和(b)使用原料粉末进行放电等离子烧结(SPS：Spark Plasma Sintering)的烧结工序。需说明的是，也可以另外准备粉末而省略粉末化工序。

(a)粉末化工序

在该工序中，按照Cu-xZr(其中，x为Zr的原子％(以下称为“at％”)，且满足0.5≦x≦8.6)的合金组成称量铜粉末和Cu-Zr母合金、或者称量铜粉末和ZrH2粉末，在非活性气氛中粉碎混合直至平均粒径D50达到1μm以上500μm以下的范围，得到混合粉末。在该工序中，还可以按照Cu-xZr(0.5at％≦x≦16.7at％)的合金组成称量原料(铜粉末和Cu-Zr母合金、或者铜粉末和ZrH2粉末)。混合粉末只要配合成亚共晶组成(0.5at％≦x＜8.6at％)、共晶组成(x＝8.6at％)和过共晶组成(8.6at％＜x≦16.7)中的任一种组成即可。对于铜粉末，例如，平均粒径优选为180μm以下，更优选为75μm以下，进一步优选为5μm以下。该平均粒径是使用激光衍射式粒度分布测定装置测定的D50粒径。此外，铜粉末优选由铜和不可避免的成分构成，更优选为无氧铜(JIS C1020)。作为不可避免的成分，可列举例如Be、Mg、Al、Si、P、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Sn、Pb、Nb、Hf等。这些不可避免的成分可以以整体的0.01质量％以下的范围含有。在该工序中，作为Zr的原料，优选使用Cu为50质量％的Cu-Zr母合金。该Cu-Zr合金化学上比较稳定，易于操作而优选。Cu-Zr母合金可以是铸锭、金属片，但是更微细的金属粒子的话，容易粉碎混合而优选。对于Cu-Zr合金，例如，平均粒径优选为250μm以下，更优选为20μm以下。此外，在该工序中，作为Zr的原料优选使用共晶ZrH2粉末。该ZrH2粉末化学上比较稳定，在大气中的操作容易进行而优选。对于ZrH2粉末，例如，平均粒径优选为10μm以下，优选为5μm以下。

在该工序中，按照Cu-xZr(0.5at％≦x≦16.7at％)的合金组成进行混合，也可以是例如8.6at％≦x≦16.7at％的范围、8.6at％≦x≦15.2at％的范围、15.2at％≦x≦16.7at％的范围和5.0at％≦x≦8.6at％的范围中的任一种。如果Zr的含量多，则有机械强度增加的倾向。此外，合金组成可以为0.5at％≦x≦5.0at％的范围。如果Cu的含量多，则有导电性增加的倾向。即，在该工序中，按照Cu1-XZrX(0.005≦X≦0.167)的合金组成进行混合，但也可以是例如0.05≦X≦0.086的范围，还可以是0.086≦X≦0.167的范围。如果Zr的含量多，则有机械强度增加的倾向。此外，合金组成也可以是0.005≦X≦0.05的范围。如果Cu的含量多，则有导电性增加的倾向。在该工序中，可以将铜粉末与Cu-Zr母合金或ZrH2粉末以及粉碎介质密闭于密闭容器内，在该状态下进行混合粉碎。在该工序中，例如，优选通过球磨机来进行混合粉碎。粉碎介质有玛瑙(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiC)、氧化锆(ZrO2)、不锈钢(Fe-Cr-Ni)、铬钢(Fe-Cr)、超硬合金(WC-Co)等，没有特别限定，但从高硬度、比重、防止异物混入的观点出发，优选为Zr球。此外，密闭容器内设为非活性气氛，例如氮、He、Ar等。混合粉碎的处理时间可以基于经验来确定，以使得平均粒径D50达到1μm以上500μm以下的范围。该处理时间，例如，可以为12小时以上，也可以为24时间以上。此外，混合粉末的平均粒径D50优选为100μm以下的范围，更优选为50μm以下的范围，进一步优选为20μm以下的范围。混合粉碎后的混合粉末的粒径越小越能够得到均匀的铜合金，因而优选。粉碎混合而得到的混合粉末，例如，可以含有Cu粉末、Zr粉末，也可以含有Cu-Zr合金粉末。粉碎混合而得到的混合粉末，例如，也可以在粉碎混合的过程中至少一部分发生合金化。

(b)烧结工序

在该工序中，配置内周部的原料，在其外周侧配置外周部的混合粉末原料，在比共晶温度低的预定温度和预定压力的范围进行加压保持，对混合粉末进行放电等离子烧结。需说明的是，还可以在外周部的更外侧配置被加工层的原料，在该工序中也包括该原料来进行烧结。此外，如图2的柄20B那样，还可以在内周部和外周部之间配置具有这二者的中间特性的中间部的原料，对其也进行烧结。此外，在该工序中，也可以通过填充后续能够除去的空间形成用原料，并在烧结后将该空间形成用原料除去，从而在内周部形成使冷却介质流通的内部空间(参照图2B～2D)。该工序(b)中，可以将原料插入到石墨制模具内，在真空中进行放电等离子烧结。内周部的原料可以是粉末，也可以是成型体，还可以是烧结体，但更优选为粉末。这是因为，可以与外周部的粉末一起烧结。该内周部的原料可以是Cu金属、CuW、Al2O3-Cu(氧化铝分散铜)、Cu-Cr系合金、Cu-Cr-Zr系合金等粉末。内周部和外周部均为粉末时，例如，可以在内周部形状的间壁的内部填充内周部的粉末，在该间壁的外侧填充外周部的原料粉末，在SPS烧结处理前拆除该间壁。外周部的原料使用在粉末化工序中得到的Cu-xZr(0.5at％≦x≦16.7at％)的合金组成的粉末。

烧结时的真空条件，例如，可以为200Pa以下，也可以为100Pa以下，也可以为1Pa以下。此外，在该工序中，可以在比共晶温度低400℃～5℃的温度(例如，600℃～950℃)进行放电等离子烧结，也可以在比共晶温度低272℃～12℃的温度进行放电等离子烧结。此外，放电等离子烧结可以按照成为0.9Tm℃以下的温度(Tm(℃)是合金粉末的熔点)的方式进行。对原料的加压条件，可以为10MPa以上100MPa以下的范围，也可以为60MPa以下的范围。如果这样操作，则能够得到致密的铜合金。此外，加压保持时间优选为5分钟以上，更优选为10分钟以上，进一步优选为15分钟以上。此外，加压保持时间优选为100分钟以下的范围。作为放电等离子体条件，例如，优选在模具与基座板之间流过500A以上2000A以下的范围的直流电流。

根据以上详述的本实施方式的导电性支持构件(柄20)及其制造方法，能够提供具有高导电率和更高硬度的导电性支持构件。其理由推测如下。例如，该导电性支持构件的内周部由导电性高且含有Cu的金属形成，外周部由包含具有高强度的Cu母相和含有Cu-Zr系化合物的第二相的材料形成，可推测在内周侧表现高导电性，在外周侧表现高强度、高硬度。此外，一般而言，这样的导电性支持构件的制造方法中，金属粉末根据其元素而有的金属粉末富于反应性，例如，Zr粉末对于氧的反应性高，作为原料粉末在大气中使用时在操作中极其需要注意。另一方面，Cu-Zr母合金粉末(例如Cu50质量％Zr母合金)、ZrH2粉末比较稳定，即使在大气中也易于操作。而且，通过使用这些原料粉体来进行放电等离子烧结这样比较简单的处理，能够制作含有Cu-Zr系化合物的外周部。进而，由于外周部、内周部再加上被加工层均是Cu系材料，因此烧结温度没有大的差异，能够利用放电等离子烧结(SPS)通过一次烧结就得到目标物。此外，通过使用化学上比较稳定的Cu-Zr母合金粉末(例如Cu50质量％Zr母合金)、ZrH2粉末来进行放电等离子烧结这样比较简单的处理，能够制作导电性支持构件。

需说明的是，自不待言，本公开的导电性支持构件及其制造方法不受上述实施方式的任何限定，只要属于本公开的技术范围，就可以以各种方式来实施。

实施例

以下，以具体制造导电性支持构件的例子作为实施例来进行说明。首先，在一开始，将对于外周部的Cu-Zr系材料的特性进行了研究的内容作为实验例来进行说明。需说明的是，实验例3-1～3-3、4-1～4-3相当于实施例，实验例1-1～1-3、2-1～2-3相当于参考例。

[实验例1(1-1～1-3)]

作为粉末化，采用由高压Ar气雾化法制作的Cu-Zr系合金粉末。该合金粉末的平均粒径D50为20～28μm。Cu-Zr系合金粉末的Zr的含量为1at％、3at％和5at％，分别作为实验例1-1～1-3的合金粉末。合金粉末的粒度采用岛津制作所制的激光衍射式粒度分布测定装置(SALD-3000J)来测定。该粉末的氧含量为0.100质量％。作为烧结工序的SPS(放电等离子烧结)采用SPS Syntex(株)制造的放电等离子烧结装置(型号：SPS-210LX)来进行。在具有直径20mm×10mm腔体的石墨制模具内放入粉末40g，进行3kA～4kA的直流脉冲通电，以升温速度0.4K/s、烧结温度1173K(约0.9Tm，Tm为合金的熔点)、保持时间15min、加压30MPa来制作实验例1-1～1-3的铜合金(SPS材)。需说明的是，将由该方法制作的铜合金统称为“实验例1”。

[实验例2(2-1～2-3)]

使用市售的Cu粉末(平均粒径D50＝33μm)、市售的Zr粉末(平均粒径D50＝8μm)，以使Cu-Zr系合金粉末的Zr的含量为1at％、3at％和5at％的方式进行配合，分别作为实验例2-1～2-3的合金粉末。在20℃、200MPa的条件下进行CIP成型，然后，经过与实验例1同样的工序，将所得到的铜合金作为实验例2(2-1～2-3)。对于实验例2，全部在Ar气氛中进行处理。

[实验例3(3-1～3-3)]

使用市售的Cu粉末(平均粒径D50＝1μm)、市售的Cu-50质量％Zr合金，通过使用Zr球的球磨机进行24小时混合粉碎。所得粉末的平均粒径D50为18.7μm。以使Cu-Zr系合金粉末的Zr的含量为1at％、3at％和5at％的方式进行配合，分别作为实验例3-1～3-3的合金粉末。使用该粉末，经过与实验例1同样的工序，将所得到的铜合金作为实验例3(3-1～3-3)。图3是实验例3的SPS条件的说明图。

[实验例4(4-1～4-3)]

使用市售的Cu粉末(平均粒径D50＝1μm)和市售的ZrH2粉末(平均粒径D50＝5μm)，通过使用Zr球的球磨机进行4小时混合粉碎。使用所得的粉末，以使Cu-Zr系合金粉末的Zr的含量为1at％、3at％和5at％的方式进行配合，分别作为实验例4-1～4-3的合金粉末。使用该粉末，经过与实验例1同样的工序，将所得到的铜合金作为实验例4(4-1～4-3)。

(微观组织的观察)

微观组织的观察使用扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)以及纳米束电子衍射法(NBD)来进行。SEM观察使用日立高新技术制S-5500，以加速电压2.0kV拍摄2次电子图像和反射电子图像。TEM观察使用日本电子制JEM-2100F，以加速电压200kV拍摄BF-STEM图像、HAADF-STEM图像，进行纳米束电子衍射。此外，使用EDX(日本电子制JED-2300T)适当地进行元素分析。测定试样如下制备，即：使用日本电子制SM-09010截面抛光机(CP)，以氩作为离子源，以加速电压5.5kV进行离子铣削。

(XRD测定)

化合物相的鉴定使用Co-Kα射线通过X射线衍射法来进行。XRD测定使用了理学制RINT RAPIDII。

(电特性评价)

在常温下通过探针式导电率测定和长度500mm的四端子法电阻测定来调查所得的实验例的SPS材和拉丝材料的电性质。导电率为依据JISH0505测定铜合金的体积电阻，计算与经退火的纯铜的电阻值(0.017241μΩm)之比，换算为导电率(％IACS)。换算使用如下公式。

导电率γ(％IACS)＝0.017241÷体积电阻ρ×100

(Cu-Zr系化合物相的特性评价)

对于实验例3的铜合金所含的Cu-Zr系化合物相，进行杨氏模量E和由纳米压痕法得到的硬度H的测定。测定装置使用Agilent Technologies公司制的Nano Indenter XP/DCM，使用XP作为压头，压子使用金刚石制的Berkovich型。此外，解析软件使用AgilentTechnologies公司的Test Works4。测定条件为：测定模式设为CSM(连续刚性测定)，激发振动频率设为45Hz，激发振动振幅设为2nm，应变速度设为0.05s-1，挤压深度设为1000nm，测定点数N设为5，测定点间隔设为5μm，测定温度设为23℃，标准试样设为熔融石英。对样品利用截面抛光机(CP)进行截面加工，使用热熔融性粘接剂，并对试样台和样品在100℃加热30秒来将样品固定于试样台，将其安装到测定装置中，测定Cu-Zr系化合物相的杨氏模量E和由纳米压痕法得到的硬度H。这里，将在5个点测定的平均值作为杨氏模量E和由纳米压痕法得到的硬度H。

(构成外周部的材料的考察)

首先，对原料进行研究。图4中，(a)为实验例1-3、(b)为实验例3-3、(c)为实验例4-3的原料粉体的SEM图像。实验例1-3的原料粉体为球状，实验例3-3、4-3的原料粉体中粗大的泪滴状Cu粉末与微细球状的CuZr粉末或ZrH2粉末分别混合存在。图5是实验例1-3、3-3、4-3的原料粉体的X射线衍射测定结果。实验例1-3的原料粉体是Cu相、Cu5Zr化合物相和未知相。实验例3-3的原料粉体是Cu相、CuZr化合物相以及Cu5Zr化合物相。此外，实验例4-3的原料粉体为Cu相和ZrH2相以及α-Zr相的多相组织。使用这些粉末，制作以下研究的SPS材。

图6是实验例1～4截面的SEM-BEI图像。实验例1中，Cu和Cu-Zr系化合物(主要为Cu5Zr)这2相，不含共晶相，在截面观察时具有大小为10μm以下的结晶分散而成的结构。该实验例1中，截面观察时的Cu-Zr系化合物的粒径小，具有比较均匀的结构。另一方面，实验例2～4中，具有在α-Cu母相内分散有较大的第二相的结构。图7是实验例1～4的铜合金的导电率测定结果。实验例1～4的铜合金虽与上述结构有所不同，但Zr含量与导电率的倾向，与实验例1～4的铜合金没有大的不同。这推测是因为铜合金的导电性取决于Cu相，而Cu相没有结构上的不同。此外，铜合金的机械强度可认为取决于Cu-Zr系化合物相，对于实验例2～4，由于具有这些条件，也可推测机械强度显示较高的值。图8是实验例1-3、3-3、4-3的X射线衍射测定结果。如图8所示，实验例1、3～4中，检测出α-Cu相和Cu5Zr化合物相以及未知相，可推测是具有它们的复合组织。这表明，即使粉末的起始原料不同，SPS材的结构也相同。需说明的是，实验例1-1、1-2、3-1、3-2、4-1、4-2的SPS材的结构虽根据Zr量的不同而X射线衍射强度也不同，但分别是与图8所示的SPS材相同的多相结构。

接下来，对实验例3进行详细研究。图9是实验例3-3的截面的SEM-BEI图像。由所拍摄的SEM照片求出第二相的平均粒径D50。第二相的平均粒径如下：观察100倍～500倍区域的反射电子图像，求出该图像中所含粒子的内切圆的直径，将其作为该粒子的直径。然后，求出在该视场范围存在的全部粒子的粒径。对5个视场进行这样的操作。由所得粒径求出累积分布，以其中值粒径作为平均粒径D50。如图10的SEM照片所示，可知对于实验例3的铜合金，在截面观察时第二相的平均粒径D50为1μm～100μm的范围。此外，对于第二相，可推测在粗大粒子的最外壳形成有氧化膜。此外，可知，在第二相的中心核形成有多个收缩的微粒和孪晶。图10是实验例3-3的截面的SEM-BEI图像和EDX测定结果。图11是实验例3-3的截面的SEM-BEI图像、STEM-BF图像、EDX分析结果和NBD图形。由元素分析的结果可知，第二相在外壳中具有含有Cu5Zr的Cu-Zr系化合物相，在中心核部分包含Cu为10at％以下的富Zr的Zr相。

对于该Zr相和Cu-Zr系化合物相，测定由纳米压痕法得到的硬度H。杨氏模量E和硬度H实施多点测定，测定后，通过SEM观察来记录压入Zr相内的测定点。由测定结果求出杨氏模量E和由纳米压痕法得到的硬度H。其结果，Zr相的杨氏模量的平均值为75.4GPa，硬度H的平均值为3.37GPa(维氏硬度换算值MHv＝311)。Cu-Zr系化合物相的杨氏模量E为159.5GPa，硬度H为6.3GPa(维氏硬度换算值MHv＝585)，可知与Zr相不同。这时的换算，使用MHv＝0.0924×H(ISO14577-1，金属材料-硬度和材料参数的仪器测定试验-第一部分(MetallicMaterials-Instrumented Indentation Test for Hardness and MaterialsParameters-Part1：Test Method)，2002)。

接下来，对于实验例4进行详细研究。图12是实验例4-3的截面的SEM-BEI图像。由所拍摄的SEM照片，与上述同样地求出第二相的平均粒径D50。如图12的SEM照片所示，可知实验例4的铜合金在截面观察时第二相的平均粒径D50为1μm～100μm的范围。此外，可知第二相在粗大粒子的外壳中具有含有Cu5Zr的Cu-Zr系化合物相，在中心核部分包含富Zr的Zr相。图13是实验例4的截面的SEM-BEI图像和由EDX法得到的元素分布图。如图13所示，第二相的中心核部分的Cu少而Zr极多，推测为富Zr的Zr相。图14中，(a)为实验例4-3的截面的TEM-BF图像，(b)为区域1的SAD图形，(c)为区域2的SAD图形。在图14所示的SPS材的Cu5Zr化合物相中，可观测到内部具有孪晶的细微组织。图14(b)是图14(a)所示的细微组织内的区域1的SAD(Selected Area Diffraction，选区衍射)图形，图14(c)是图14(a)所示的细微组织内的区域2的SAD图形。需说明的是，限定视场的光圈为200nm。对于这些区域的中心部也进行EDX分析。其结果是，对于区域1中观察到的微细组织，与实验例3的SPS材同样地为含有5at％Cu的富Zr的相，所测定的3个晶格面间隔在1.2％以下的误差内与α-Zr相的晶面间隔一致。此外，区域2的化合物相是与实验例1、3的SPS材同样的Cu5Zr化合物相。

由上述可知，实验例3、4中，通过使用化学上比较稳定的Cu-Zr母合金或使用ZrH2作为原料，能够通过更简单的处理来更加提高导电性、机械强度，能够制作耐摩耗性也优异的与实验例1同等的铜合金。

接下来，以制作具有内周部和外周部的导电性支持构件的例子作为实施例来进行说明。

[实施例1]

在具有内径26mm×高度10mm的腔体的石墨制模具内形成直径10mm的圆筒状的间壁，在其内周侧填充Cu粉末(平均粒径75μm)14.0g，在外周侧填充Cu粉末(平均粒径75μm)和ZrH2粉末75.2g以使得成为Cu-xZr(x＝5.0at％)的合金组成，拆除间壁。在该石墨制模具中插入冲压棒，使用SPS Syntex(株)制造的放电等离子烧结装置(型号：SPS-210LX)进行SPS烧结。对于SPS烧结，进行3kA～4kA的直流脉冲通电，在升温速度0.4K/s、烧结温度1153K(约0.9Tm，Tm为合金的熔点)、保持时间15min、加压20MPa下进行，将所得的复合构件作为实施例1。图15是实施例1的导电性支持构件的SPS条件的说明图。

[实施例2～4]

除了对于外周部的组成使Cu粉末(平均粒径75μm)和ZrH2粉末成为Cu-xZr(x＝8.6at％)的合金组成以外，经过与实施例1同样的工序，以所得的构件作为实施例2。图16是实施例2的导电性支持构件的SPS条件的说明图。此外，除了对于外周部的组成使Cu粉末(平均粒径75μm)和ZrH2粉末成为Cu-xZr(x＝15.2at％)的合金组成，且使用纯铜的圆棒作为内周部以外，经过与实施例1同样的工序，将所得的构件作为实施例3。此外，除了对于外周部的组成使Cu粉末(平均粒径75μm)和ZrH2粉末成为Cu-xZr(x＝16.7at％)的合金组成，且使用纯铜的圆棒作为内周部以外，经过与实施例1同样的工序，将所得的构件作为实施例4。

[比较例1]

将Be为1.90质量％、Co为0.20质量％、余量为Cu的Cu-Be-Co系合金熔融、铸造后，进行冷轧和固溶处理，加工成与实施例1同样的形状，将其作为比较例1。

(导电率的测定和硬度的测定)

对于内周部和外周部，测定导电率。此外，与上述同样地，对于内周部和外周部的Cu-Zr化合物粒子测定硬度，与上述实验例同样地求出维氏硬度换算值。

(结果和考察)

图17是实施例1的导电性支持构件的照片和截面的SEM照片。图18是实施例1的XRD测定结果。图19是实施例1的外周部的截面的SEM照片。图20是实施例2的导电性支持构件的照片和截面的SEM照片。图21是实施例2的XRD测定结果。图22是实施例2的外周部的截面的SEM照片。图23是实施例1～3的内周部和外周部的边界部分的截面的SEM照片，图23A是实施例1的晶界的放大照片，图23B是实施例2的晶界的放大照片，图23C是实施例3的晶界的放大照片，图23D是实施例3的晶界的放大照片。此外，表2中汇总显示了实施例1、2的样品的详细情况以及内周部和外周部的导电率(％IACS)、维氏硬度换算值(MHv)。此外，表3中汇总显示了实施例1～4的外周部整体和Zr化合物部分的导电率、维氏硬度、杨氏模量，并且汇总显示了比较例1的导电率、维氏硬度、杨氏模量。如图17、20所示，经过上述工序，能够形成具有内周部和外周部的构件。可知实施例1、2的内周部的导电率均为99％IACS，具有高导电性。此外，实施例1、2的外周部的导电率分别为53％IACS、32％IACS，可知充分具有导电性。此外，对于维氏硬度换算值，就内周部而言，实施例1、2分别为67MHv、76MHv，而就外周部的Cu-Zr系化合物相而言，均为670MHv以上的高硬度。

此外，如图18、21所示，实施例1、2得到Cu和Cu-Zr系化合物(Cu5Zr)的X射线衍射峰，进而如图19、22所示，可知外周部的结构与上述实验例中研究的内容相同，含有Cu母相和分散在Cu母相内且含有Cu-Zr系化合物的第二相。此外，如表3所示，实施例1～4中，伴随Zr含量的增加，显示出整体的导电率下降的倾向，但由于维氏硬度高的Zr化合物的含量增加，因此可推测硬度、强度更加提高。此外，图23A～C所示的任一烧结体，其外周部(左侧)都是含有Cu母相和Cu-Zr化合物(Cu5Zr)的第二相的相，内周部(右侧)都为Cu相。如图23所示，随着Zr的添加量的增加，可明亮地观察到的外周部的Cu5Zr化合物相的量增加，从不均匀的分散状态变化成不规则的紧贴状态。在其周围生成的Cu相的量反而减少。全部组成中，虽然确认到可认为是氧化物的痕迹，但没有观察到气孔，可知已致密化。此外，如图23D所示，在实施例3中也在外周部的Cu5Zr化合物相中散布有Cu相。此外，在外周部与内周部之间，没有确认到晶体结构不同并阻挡电流流动的反应层那样的界面，而是通过扩散层而密合。此外，在实施例4中也与其他实施例同样地，外周部包含Cu母相和分散在Cu母相内且含有Cu-Zr系化合物的第二相，内周部是由Cu相形成的结构。可推测这样的构件适合用于例如要求高导电率、高强度的焊接构件的柄、尖端电极的基座等。

表2

表3

需说明的是，自不待言，本发明不受上述实施例的任何限定，只要属于本发明的技术范围，就可以以各种方式来实施。

本申请以2016年12月1日申请的日本国专利申请第2016-234067号为优先权主张的基础，并通过引用将其全部内容包含于本说明书中。

产业上的可利用性

本发明能够用于有关由铜合金形成的制造构件的技术领域。

符号说明

10：焊接臂，11：尖端电极，12：保持件，20、20B、20C、20D、20E：柄，21：内周部，22：外周部，23：中间部，24：被加工层，25：内部空间，26：流通管、27：隔板。

导电性支持构件及其制造方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。