具体实施方式

以下，对本发明的一实施方式的铜合金材料进行说明。

本实施方式的铜合金材料例如用作构成直流机的整流子的整流片，以及放电加工用或电阻焊接用的电极材料等要求尤其优异的耐磨性的部件的基材。

并且，本实施方式的铜合金材料是与成型部件时的加工方法对应的形状，例如，制成板条材料、线棒材料、管材料。

并且，本实施方式的铜合金材料的组成为：在0.3质量％以上且0.7质量％以下的范围内含有Cr、在0.025质量％以上且0.15质量％以下的范围内含有Zr、在0.005质量％以上且0.04质量％以下的范围内含有Sn、在0.005质量％以上且0.03质量％以下的范围内含有P，剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，在20℃的维氏硬度为149Hv以上。

在此，在本实施方式的铜合金材料中，优选Zr的含量〔Zr〕(质量％)与P的含量〔P〕(质量％)具有〔Zr〕/〔P〕＞5的关系。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，优选Sn的含量〔Sn〕(质量％)与P的含量〔P〕(质量％)具有〔Sn〕/〔P〕≤5的关系。

在本实施方式的铜合金材料中，在0.005质量％以上且0.03质量％以下的范围内还可以包含Si。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，Mg、Al、Fe、Ni、Zn、Mn、Co及Ti的元素的总含量可以为0.03质量％以下。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，优选导电率为70％IACS以上。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，优选抗拉强度为470MPa以上。

在此，对于在本实施方式的铜合金材料中按如上所述规定了成分组成、特性的理由，在以下进行说明。

(Cr：0.3质量％以上且0.7质量％以下)

Cr是具有如下作用效果的元素：通过时效处理使Cr系析出物在母相的晶粒内微细地析出，由此提高硬度(强度)及导电率。

在此，当Cr的含量小于0.3质量％的情况下，有可能在时效处理中，析出量变得不充分，而无法充分获得提高硬度(强度)及导电率的效果。并且，当Cr的含量超过0.7质量％的情况下，有可能生成比较粗大的Cr结晶产物，而成为缺陷的原因。

综上所述，在本实施方式中，将Cr的含量设定在0.3质量％以上且0.7质量％以下的范围内。

另外，为了可靠地发挥上述的作用效果，优选将Cr的含量的下限设为0.4质量％以上，优选将Cr的含量的上限设为0.6质量％以下。

(Zr：0.025质量％以上且0.15质量％以下)

Zr是具有如下作用效果的元素：通过时效处理使Zr系析出物(例如Cu-Zr)在母相的晶界微细地析出，由此提高硬度(强度)及导电率。

在此，当Zr的含量小于0.025质量％的情况下，有可能在时效处理中，析出量变得不充分，而无法充分获得提高硬度(强度)及导电率的效果。并且，当Zr的含量超过0.15质量％的情况下，导电率有可能降低，并且Zr系析出物粗大化，有可能无法获得提高硬度(强度)的效果。

综上所述，在本实施方式中，将Zr的含量设定在0.025质量％以上且0.15质量％以下的范围内。

另外，为了可靠地发挥上述的作用效果，优选将Zr的含量的下限设为0.05质量％以上，优选将Zr的含量的上限设为0.13质量％以下。

(Sn：0.005质量％以上且0.04质量％以下)

Sn是具有如下作用效果的元素：通过固溶于铜的母相中，来提高硬度(强度)。并且，也具有使软化特性的峰值温度上升的作用效果。

在此，当Sn的含量小于0.005质量％的情况下，有可能无法充分地获得由固溶引起的提高硬度(强度)的效果。并且，当Sn的含量超过0.04质量％的情况下，导电性(导热性)有可能降低。

综上所述，在本实施方式中，将Sn的含量设定在0.005质量％以上且0.04质量％以下的范围内。

另外，为了可靠地发挥上述的作用效果，优选将Sn的含量的下限设为0.01质量％以上，优选将Sn的含量的上限设为0.03质量％以下。

(P：0.005质量％以上且0.03质量％以下)

P是具有如下作用效果的元素：与Zr及Cr一起生成在高温下稳定的Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物，抑制高温状态下的晶粒直径的粗大化。因此，在高温下使用的情况下，能够抑制硬度降低。

在此，当P的含量小于0.005质量％的情况下，不能充分地生成Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物，有可能无法充分地获得抑制高温状态下的晶粒直径的粗大化的效果。并且，当P的含量超过0.03质量％的情况下，过量地生成Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物，有助于提高硬度(强度)的Cu-Zr析出物的个数不足，有可能无法实现提高硬度(强度)。

综上所述，在本实施方式中，将P的含量设定在0.005质量％以上且0.03质量％以下的范围内。

另外，为了可靠地发挥上述的作用效果，优选将P的含量的下限设为0.008质量％以上，优选将P的含量的上限设为0.020质量％以下。

(在20℃的维氏硬度：149Hv以上)

本实施方式的铜合金材料用作在要求耐磨性的用途中所使用的部件的基材。因此，必须充分地提高维氏硬度。

在此，当在20℃的维氏硬度小于149Hv的情况下，有可能无法确保充分的耐磨性。

综上所述，在本实施方式的铜合金材料中，将维氏硬度设定为149Hv以上。

另外，本实施方式的铜合金材料的维氏硬度优选为155Hv以上，进一步优选为160Hv以上。

对于维氏硬度的上限值，没有特别限定，在本实施方式的铜合金材料中，在20℃的维氏硬度为220Hv以下，更优选为200Hv以下。

(〔Zr〕/〔P〕：超过5)

如上所述，P与Zr进行反应，生成在高温下稳定的Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物。

在此，当Zr的含量〔Zr〕(质量％)与P的含量〔P〕(质量％)之比〔Zr〕/〔P〕超过5的情况下，可确保Zr相对于P的量，通过生成Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物，能够确保有助于提高硬度(强度)的Cu-Zr析出物的个数，能够实现提高硬度(强度)。

综上所述，在本实施方式中，优选以使Zr的含量与P的含量之比〔Zr〕/〔P〕超过5的方式进行设定。

另外，为了可靠地确保有助于提高硬度(强度)的Cu-Zr析出物的个数，进一步优选将Zr的含量与P的含量之比〔Zr〕/〔P〕设为7以上。

(〔Sn〕/〔P〕：5以下)

如上所述，Sn通过固溶于铜的母相中来降低导电性(导热性)。另一方面，P通过生成Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物来提高导电性(导热性)。

在此，当Sn的含量〔Sn〕(质量％)与P的含量〔P〕(质量％)之比〔Sn〕/〔P〕为5以下的情况下，可抑制Sn相对于P的量，能够通过由Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物的生成引起的导电性(导热性)的提高来弥补由Sn的固溶引起的导电性(导热性)的降低。

综上所述，要求导电性(导热性)的情况下，优选以使Sn的含量与P的含量之比〔Sn〕/〔P〕成为5以下的方式进行设定。

另外，为了可靠地提高导电性(导热性)，进一步优选将Sn的含量与P的含量之比〔Sn〕/〔P〕设为3以下。

(Si：0.005质量％以上且0.03质量％以下)

Si是具有如下作用效果的元素：通过固溶于铜的母相中来提高硬度(强度)，并可以根据需要来添加。

在此，当Si的含量小于0.005质量％的情况下，有可能无法充分地获得由固溶引起的提高硬度(强度)的效果。并且，当Si的含量超过0.03质量％的情况下，导电性(导热性)有可能降低。

综上所述，在本实施方式中，当添加Si的情况下，优选将Si的含量设在0.005质量％以上且0.03质量％以下的范围内。

另外，为了可靠地发挥上述的作用效果，优选将Si的含量的下限设为0.010质量％以上，优选将Si的含量的上限设为0.025质量％以下。并且，当不刻意添加Si而不期待上述的作用效果的情况下，也可以包含小于0.005质量％的Si。

(Mg、Al、Fe、Ni、Zn、Mn、Co及Ti的总含量：0.03质量％以下)

Mg、Al、Fe、Ni、Zn、Mn、Co及Ti这样的元素有可能较大地降低导电性(导热性)。因此，当要求高导电性(导热性)的情况下，优选将Mg、Al、Fe、Ni、Zn、Mn、Co及Ti的总含量限制在0.03质量％以下。

并且，优选将Mg、Al、Fe、Ni、Zn、Mn、Co及Ti的总含量限制在0.01质量％以下。

(其他不可避免的杂质)

另外，作为除了上述Mg、Al、Fe、Ni、Zn、Mn、Co及Ti以外的其他不可避免的的杂质，可以举出B、Ag、Ca、Te、Sr、Ba、Sc、Y、Ti、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Ru、Os、Se、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Ga、In、Li、Ge、As、Sb、Tl、Pb、Be、N、H、Hg、Tc、Na、K、Rb、Cs、Po、Bi、镧系元素、O、S、C等。这些不可避免的杂质有可能降低导电性(导热性)，因此以总量计优选为0.05质量％以下。

(导电率：70％IACS以上)

在本实施方式的铜合金材料中，当导电率为70％IACS以上的情况下，Cr系析出物及Zr系析出物被充分地分散，并且生成Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物。因此，强度及导电性(导热性)优异，并且即使在高温条件下使用的情况下，也能够抑制晶粒直径的粗大化。

综上所述，在本实施方式的铜合金材料中，优选将导电率设为70％IACS以上。

另外，本实施方式的铜合金材料的导电率进一步优选设为75％IACS以上。

对于导电率的上限值，没有特别限定，在本实施方式的铜合金材料中，铜合金材料的导电率设为90％IACS以下、更优选设为87％IACS以下、进一步优选设为85％IACS以下。

(抗拉强度：470MPa以上)

在本实施方式的铜合金材料中，当抗拉强度为470MPa以上的情况下，能够确保充分的强度，从而能够抑制使用时的变形。

综上所述，在本实施方式的铜合金材料中，优选将抗拉强度设为470MPa以上。

另外，本实施方式的铜合金材料的抗拉强度进一步优选设为510MPa以上。

对于抗拉强度的上限值，没有特别限定，在本实施方式的铜合金材料中，铜合金材料的抗拉强度为620MPa以下、更优选设为600Hv以下。

接着，参考图1的流程图，对本发明的一实施方式所涉及的铜合金材料的制造方法进行说明。

(熔解/铸造工序S01)

首先，将由铜的纯度为99.99质量％以上的无氧铜构成的铜原料装入碳坩埚中，使用真空熔解炉进行熔解，以获得铜熔液。接着，向所获得的熔液中，添加上述添加元素以成为规定的浓度，进行成分制备，获得铜合金熔液。

在此，作为添加元素的Cr、Zr、Sn、P的原料，例如优选使用纯度99.9质量％以上的Cr的原料、使用纯度99质量％以上的Zr的原料、使用纯度99.9质量％以上的Sn的原料、P使用与Cu的母合金。另外，也可以根据需要添加Si。当添加Si的情况下，优选使用与Cu的母合金。

并且，将成分制备的铜合金熔液浇注到铸模以获得铜合金铸块。

(热加工工序S02)

接着，对所获得的铜合金铸块实施热加工。在此，热加工的条件优选设为温度：500℃以上且1000℃以下、加工率：30％以上且95％以下。并且，在该热加工之后，立即通过水冷进行冷却。

另外，对于热加工工序S02中的加工方法，没有特别限定，当最终形状为板或条的情况下，适用轧制即可。并且，当最终形状为线或棒的情况下，适用挤压或槽轧制即可。并且，当最终形状为块状的情况下，适用锻造或冲压即可。

(固溶化处理工序S03)

接着，将在热加工工序S02中获得的热加工材料在保持温度：900℃以上且1050℃以下、保持温度下的保持时间：0.5小时以上且6小时以下的条件下，进行加热之后，通过水冷来进行固溶化处理。加热例如优选在大气或非活性气体氛围下进行。

(第一冷加工工序S04)

接着，对经过固溶化处理工序S03的固溶化处理材料实施冷加工。在此，在第一冷加工工序S04中，优选将加工率设在30％以上且90％以下的范围内。

另外，对于第一冷加工工序S04中的加工方法，没有特别限定，当最终形状为板或条的情况下，适用轧制即可。并且，当最终形状为线或棒的情况下，适用拉拔或槽轧制即可。并且，当最终形状为块状的情况下，适用锻造或冲压即可。

(时效处理工序S05)

接着，对在冷加工工序S04中获得的冷加工材料实施时效处理，以使Cr系析出物及Zr系析出物等析出物微细地析出。

在此，关于时效处理的条件，优选在保持温度：400℃以上且600℃以下、保持温度下的保持时间：0.5小时以上且6小时以下的条件下进行。

另外，关于时效处理时的热处理方法，没有特别限定，优选在非活性气体气氛中进行。并且，关于加热后的冷却方法，没有特别限定，优选通过水冷进行快速冷却。

(第二冷加工工序S06)

接着，对经过时效处理工序S05的时效处理材料实施冷加工。在此，在第二冷加工工序S06中，优选将加工率设在10％以上且80％以下的范围内。

另外，对于第二冷加工工序S06中的加工方法，没有特别限定，当最终形状为板或条的情况下，适用轧制即可。并且，当最终形状为线或棒的情况下，适用拉拔或槽轧制即可。并且，当最终形状为块状的情况下，适用锻造或冲压即可。

通过这样的工序，可以制造出本实施方式的铜合金材料。

根据设为如上结构的本实施方式所涉及的铜合金材料，由于在0.3质量％以上且0.7质量％以下的范围内含有Cr、在0.025质量％以上且0.15质量％以下的范围内含有Zr，因此通过时效处理能够析出微细的析出物，通过析出固化能够提高硬度。

并且，由于在0.005质量％以上且0.04质量％以下的范围内含有Sn，因此通过固溶固化，能够提高硬度。

而且，由于在0.005质量％以上且0.03质量％以下的范围内含有P，因此通过上述的Zr及Cr与P进行反应，可以生成Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物。由于这些Zr-P化合物及Cr-Zr-P化合物在高温下也稳定，因此即使在高温条件下使用的情况下，硬度也不会降低。

并且，在本实施方式所涉及的铜合金材料中，由于在20℃的维氏硬度设为149Hv以上，因此耐磨性尤其优异。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，当Zr的含量〔Zr〕(质量％)与P的含量〔P〕(质量％)具有〔Zr〕/〔P〕＞5的关系的情况下，即使生成Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物，也可以确保有助于提高硬度的Cu-Zr析出物的个数，从而能够实现提高硬度。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，当Sn的含量〔Sn〕(质量％)与P的含量〔P〕(质量％)具有〔Sn〕/〔P〕≤5的关系的情况下，能够通过由Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物的生成引起的导电率的上升来弥补由Sn的固溶引起的导电率的降低，从而能够确保优异的导电性(导热性)。

因此，当使用于要求导电性(导热性)的用途的情况下，优选具有〔Sn〕/〔P〕≤5的关系。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，在还包含0.005质量％以上且0.03质量％以下的Si的情况下，通过Si固溶于铜的母相中，能够通过固溶固化实现进一步提高硬度。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，当作为杂质元素的Mg、Al、Fe、Ni、Zn、Mn、Co及Ti的元素的总含量设为0.03质量％以下的情况下，能够抑制导电性(导热性)的降低。

因此，当使用于要求导电性(导热性)的用途的情况下，优选将Mg、Al、Fe、Ni、Zn、Mn、Co及Ti的元素的总含量限制在0.03质量％以下。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，当导电率为70％IACS以上的情况下，Cr系析出物及Zr系析出物被充分地分散，并且生成Zr-P化合物或Cr-Zr-P化合物，能够充分地提高硬度。

并且，由于确保了导电率，因此尤其适于要求导电性(导热性)的用途中。

并且，在本实施方式的铜合金材料中，当抗拉强度设为470MPa以上的情况下，可以确保充分的强度，能够抑制使用时的变形，从而能够良好地用作各种部件的基材。

在由本实施方式的铜合金材料构成的整流片及电极材料中，硬且耐磨性优异，即使在高温条件下使用的情况下，硬度也不会降低，能够稳定地进行使用，并且能够延长使用寿命。

以上，针对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于此，能够在不脱离本发明的技术思想的范围内适当变更。

例如，对于铜合金材料的制造方法，并不限定于本实施方式，也可以通过其他制造方法来制造。例如，也可以在熔解/铸造工序中使用连续铸造装置。

实施例

以下，针对为了确认本发明的效果所进行的确认实验的结果进行说明。

(实施例1)

准备由纯度99.99质量％以上的无氧铜构成的铜原料，将其装入碳坩埚，在真空熔解炉(真空度10^-2Pa以下)进行熔解，获得了铜熔液。向所获得的铜熔液内，添加各种添加元素而制备成表1所示的成分组成，保持5分钟之后，将铜合金熔液浇注到铸铁制的铸模而获得了铜合金铸块。铜合金铸块的截面尺寸设为宽度约60mm、厚度约100mm。

另外，使用了作为添加元素的Cr的原料为纯度99.99质量％以上、Zr的原料为纯度99.95质量％以上、Sn的原料为纯度99.99质量％以上的原料。P使用了Cu-P母合金。

接着，针对所获得的铜合金铸块，以表2所示的条件实施热轧，获得了热轧材料。

针对该热轧材料，以表2所示的条件进行加热保持之后进行水冷，实施了固溶化处理。

接着，切断上述的固溶化处理材料，在表2所示的条件下，实施冷加工(拉拔加工)，获得了冷加工材料。

针对该冷加工材料，在大气炉中，以表2所示的条件进行加热保持之后进行水冷，实施了时效处理。

针对所获得的时效处理材料，以表2所示的条件实施冷加工(拉拔加工)，获得了各种铜合金材料。

对所获得的铜合金材料评价了成分组成、维氏硬度、导电率、抗拉强度、耐磨性。

(成分组成)

通过ICP-MS分析测定了所获得的铜合金材料的成分组成。其结果，确认为表1所示的组成。

(维氏硬度)

按照JIS Z 2244，通过Akashi Co.,Ltd制维氏硬度试验机，在试验片的9处测定维氏硬度，求出了去除其最大值及最小值的7个测定值的平均值。将评价结果示于表3。

(导电率)

使用FOERSTER JAPAN LIMITED.制SIGMA TEST D2.068(探头直径)，测定3次10×15mm的样品的截面中心部，求出了其平均值。将评价结果示于表3。

(抗拉强度)

使用Shimadzu Corporation制AG-X 250kN，将标点间距离设定为250mm之后，以十字头速度100mm/min实施2次以上拉伸试验，求出了其平均值。将评价结果示于表3。

(耐磨性)

使用TOKYO KOKI CO.LTD.制AMSLER型磨损试验机，以滚动滑动磨损方式，以试验负荷50kgf、转速上部188rpm、转速下部209rpm旋转的上部铜合金试验片和SUS制的的下部试验片，测定了磨损重量。将评价结果示于表3。

[表1]

[表2]

[表3]

Cr、Zr、Sn及P的含量在本发明的范围外的比较例1-9中，磨损量均变多，耐磨性不充分。

相对于此，Cr、Zr、Sn及P的含量在本发明的范围内、维氏硬度为130Hv以上的本发明例1-13中，磨损量少，耐磨性优异。

(实施例2)

以与上述实施例1相同的方法，获得了表4所示的组成的铜合金材料。另外，将制造条件示于表5。

并且，对所获得的铜合金材料评价了在各温度下的维氏硬度。将评价结果示于表6。

[表4]

[表5]

[表6]

在未添加Sn而未进行第二冷加工的比较例21中，在20℃的维氏硬度低至120Hv。并且，在600℃的维氏硬度为89Hv、在700℃的维氏硬度为65Hv，在高温下的维氏硬度不充分。

在未添加Sn而实施了第二冷加工(加工率13％)的比较例22中，在20℃的维氏硬度为148Hv。并且，在600℃的维氏硬度为110Hv、在700℃的维氏硬度为85Hv，在高温下的维氏硬度不充分。

相对于此，在本发明的组成范围内，在实施了第二冷加工(加工率13％)的本发明例21中，在20℃的维氏硬度变得非常高，为181Hv。并且，在600℃的维氏硬度为130Hv、在700℃的维氏硬度为106Hv，能够充分地维持在高温下的维氏硬度。

综上所述，根据本发明例，确认到能够提供一种耐磨性尤其优异并且在高温下也具有稳定的特性、并能够实现所构成的部件的长寿命化的铜合金材料。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供一种耐磨性尤其优异并且在高温下也具有稳定的特性、并能够实现所构成的部件的长寿命化的铜合金材料、整流片、电极材料。