DE112005000312T5

DE112005000312T5 - Kupferlegierung

Info

Publication number: DE112005000312T5
Application number: DE112005000312T
Authority: DE
Inventors: Kuniteru Mihara; Tatsuhiko Eguchi; Nobuyuki Tanaka; Kiyoshige Hirose
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-02-26
Also published as: TWI429767B; MY143219A; US20110094635A1; KR20060130183A; WO2005083137A1; US8951371B2; US20050236074A1; KR100861152B1; TW200602502A; DE112005000312B4

Abstract

Kupferlegierung, umfassend:
ein Fällungsprodukt X, zusammengesetzt aus Ni und Si; und
ein Fällungsprodukt Y, das Ni oder Si oder weder Ni noch Si umfasst,
wobei das Fällungsprodukt X eine Korngröße von 0,001 bis 0,1 μm hat, und das Fällungsprodukt Y eine Korngröße von 0,01 bis 1 μm hat.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine bezüglich ihrer Eigenschaften verbesserte Kupferlegierung.
STAND DER TECHNIK
Vordem sind allgemein, zusätzlich zu Eisen-basierten Materialien, Kupfer-basierte Materialien, wie zum Beispiel Phosphorbronze, rotes Messing, und Messing, welche ausgezeichnet bezüglich elektrischer Leitfähigkeit und thermischer Leitfähigkeit sind, weit als Materialien für Teile von elektrischen und elektronischen Maschinen und Werkzeugen (elektrische und elektronische Instrumente) verwendet worden.
Vor kurzem ist die Nachfrage nach Miniaturisierung, Gewichtsersparnis, und die damit verbundene hochdichte Packung von Teilen von elektrischen und elektronischen Maschinen und Werkzeugen gestiegen, und verschiedene Eigenschaften sind für die dazu verwendeten Kupfer-basierten Materialien erforderlich. Beispiele von erforderlichen grundlegenden Eigenschaften umfassen mechanische Eigenschaften, elektrische Leitfähigkeit, Entspannungswiderstand, und Biegeeigenschaft. Von diesen werden Verbesserungen bezüglich der Zugfestigkeit und Biegeeigenschaft stark benötigt, um die vor kurzem entstandene Nachfrage zur Miniaturisierung von Teilen oder Komponenten für die oben beschriebenen Produkte zu erfüllen.
Die Anforderungen sind abhängig von der Form oder dergleichen der Teile, und spezifische Anforderungen umfassen: eine Zugfestigkeit von 720 MPa oder mehr und eine Biegeeigenschaft von R/t ≤ 1 (wobei R einen Biegeradius bezeichnet, und t eine Dicke bezeichnet); eine Zugfestigkeit von 800 MPa oder mehr und eine Biegeeigenschaft von R/t < 1,5; oder eine Zugfestigkeit von 900 MPa oder mehr und eine Biegeeigenschaft von R/t < 2. Die erforderlichen Eigenschaften haben ein Niveau erreicht, der mit üblichen kommerziell erhältlichen, serienmäßig hergestellten Legierungen, wie zum Beispiel Phosphorbronze, rotes Messing, und Messing, nicht erfüllt werden kann. Derartige Legierungen haben jeweils eine erhöhte Festigkeit, indem: erlaubt wird, dass Sn oder Zn, die einen Atomradius haben, der sehr verschieden von dem von Kupfer als eine Matrixphase ist, als eine feste Lösung in Cu enthalten werden; und die resultierende Legierung mit der festen Lösung einer kalten Bearbeitung unterzogen wird, wie zum Beispiel Walzen oder Ziehen. Das Verfahren kann hoch-feste Materialien bereitstellen, indem ein grosses Verhältnis der kalten Bearbeitung angewendet wird, aber es ist bekannt, dass die Anwendung eines grossen Verhältnisses der kalten Bearbeitung (allgemein 50% oder mehr) die Biegeeigenschaft des resultierenden Legierungsmaterial deutlich verschlechtert. Das Verfahren umfasst allgemein eine Kombination aus Verstärken durch feste Lösung und Verstärken durch Bearbeitung.
Ein alternatives Verfahren zum Verstärken ist ein Verfahren zum Verstärken durch Ausfällung, das die Bildung eines Fällungsproduktes mit einer Größenordnung im Nanometerbereich in den Materialien umfasst. Das Verfahren zum Verstärken durch Ausfällung hat die Vorteile, gleichzeitig die Festigkeit zu erhöhen und die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern, und es wird für viele Legierungen verwendet.
Von diesen hat eine verstärkte Legierung, die hergestellt wird, indem ein Fällungsprodukt gebildet wird, das aus Ni und Si zusammengesetzt ist, indem Ni und Si zu Cu zugegeben werden, eine sogenannte Corson-Legierung, im Vergleich mit vielen anderen Legierungen vom Ausfällungs-Typ (Ausfällungsgehärtete Legierungen) eine bemerkenswert hohe Fähigkeit zum Verstärken. Dieses Verfahren zum Verstärken wird auch für einige kommerziell erhältliche Legierungen verwendet (zum Beispiel CDA70250, eine registrierte Legierung der Gesellschaft für Kupfer-Entwicklung (Copper Development Association, CDA)). Wenn die Legierung, die allgemein einem Verstärken durch Ausfällung unterzogen wurde, für Anschluss/Verbindungsglied-Materialien verwendet wird, wird die Legierung durch ein Herstellungsverfahren hergestellt, das die folgenden zwei wichtigen Wärmebehandlungen umfasst. Eine erste Wärmebehandlung umfasst eine Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur (allgemein 700°C oder höher) nahe einem Schmelzpunkt, eine sogenannte Lösungs-Behandlung, um zu ermöglichen, dass Ni und Si, die durch Gießen oder Heißwalzen ausgefallen sind, als eine feste Lösung in einer Cu-Matrix enthalten werden. Eine zweite Wärmebehandlung umfasst eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die niedriger ist als die der Lösungs-Behandlung, eine sogenannte Vergütungs-Behandlung, um Ni und Si, welche in der festen Lösung sind, die bei der hohen Temperatur verursacht wurde, als ein Fällungsprodukt auszufällen. Das Verfahren zum Verstärken nutzt eine Differenz zwischen den Konzentrationen von Ni und Si, die in Cu als eine feste Lösung bei hohen Temperaturen und bei niedrigen Temperaturen hineingehen, und das Verfahren selbst ist ein wohlbekanntes Verfahren bei der Herstellung von Legierungen vom Ausfällungs-Typ.
Ein Beispiel der Corson-Legierung, die für Teile von elektrischen und elektronischen Maschinen und Werkzeugen geeignet ist, umfasst eine Legierung, die eine definierte Kristallkorngröße hat.
Jedoch hat die Legierung vom Ausfällungs-Typ derartige Probleme, dass die Kristallkorngröße zunimmt, um zu grosse Kristallkörner während der Lösungs-Behandlung zu verursachen, und dass die Kristallkorngröße während der Lösungs-Behandlung unverändert bleibt und zu der Kristallkorngröße eines Produktes wird, da die Vergütungs-Behandlung allgemein keine Rekristallisation umfasst. Eine erhöhte Menge von Ni oder Si, die zugegeben werden sollen, erfordert eine Lösungs-Behandlung bei einer höheren Temperatur, und sie resultiert darin, dass die Kristallkorngröße dazu neigt, zuzunehmen, um zu grosse Kristallkörner zu verursachen, durch eine Wärmebehandlung in einer kurzen Zeitspanne. Zu grosse Kristallkörner, die in dieser Weise auftreten, verursachen Probleme der deutlichen Verschlechterung bezüglich der Biegeeigenschaft.
Alternativ umfasst ein Verfahren zum Verbessern der Biegeeigenschaft einer Kupferlegierung die Zugabe von Mn, Ni, und P für eine gemeinsame Reaktion, um eine Verbindung auszufällen, ohne Verwendung eines Ni-Si-Fällungsproduktes.
Jedoch hat die Legierung eine Zugfestigkeit von höchstens etwa 640 MPa, welche nicht ausreichend ist, um die vor kurzem durch die Miniaturisierung von Teilen entstandene Nachfrage nach hoher Festigkeit zu erfüllen. Die Zugabe von Si zu der Kupferlegierung setzt die Menge des Ni-P-Fällungsproduktes herab, um dadurch die mechanische Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit zu verringern. Weiter verursacht ein Überschuss an Si und P Probleme mit dem Auftreten von Rissen während einer heissen Bearbeitung.
Die Biegeeigenschaft wird kaum mit dem Erhöhen der Zugfestigkeit aufrechterhalten, und eine Kupferlegierung ist benötigt worden, die Zugfestigkeit, Biegeeigenschaft, und elektrische Leitfähigkeit auf hohen Niveaus besitzt.
Andere und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden vollständiger aus der folgenden Beschreibung erscheinen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Mittel bereitgestellt:

(1) Eine Kupferlegierung, umfassend: ein Fällungsprodukt X, zusammengesetzt aus Ni und Si; und ein Fällungsprodukt Y, das Ni oder Si oder weder Ni noch Si umfasst, wobei das Fällungsprodukt X eine Korngröße von 0,001 bis 0,1 μm hat, und das Fällungsprodukt Y eine Korngröße von 0,01 bis 1 μm hat.
(2) Die Kupferlegierung gemäß dem obigen Punkt (1), wobei das Fällungsprodukt Y einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als eine Temperatur einer Lösungs-Behandlung.
(3) Die Kupferlegierung gemäß dem obigen Punkt (1) oder (2), welche 2 bis 5 Massen-% Ni, 0,3 bis 1,5 Massen-% Si, und 0,005 bis 0,1 Massen-% B umfasst, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidbare Verunreinigungen ist, wobei die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X pro mm² 20 bis 2000-mal die Anzahl der Körner des Fällungsprodukts Y pro mm² beträgt.
(4) Die Kupferlegierung gemäß dem obigen Punkt (1) oder (2), welche 2 bis 5 Massen-% Ni, 0,3 bis 1,5 Massen-% Si, 0,01 bis 0,5 Massen-% Mn, und 0,01 bis 0,5 Massen-% P umfasst, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidbare Verunreinigungen ist, wobei die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X pro mm² 20 bis 2000-mal die Anzahl der Körner des Fällungsprodukts Y pro mm² beträgt.
(5) Die Kupferlegierung gemäß dem obigen Punkt (1) oder (2), welche 2 bis 5 Massen-% Ni, 0,3 bis 1,5 Massen-% Si, 0,005 bis 0,1 Massen-% B, 0,01 bis 0,5 Massen-% Mn, und 0,01 bis 0,5 Massen-% P umfasst, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidbare Verunreinigungen ist, wobei die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X pro mm² 20 bis 2000-mal die Anzahl der Körner des Fällungsprodukts Y pro mm² beträgt.
(6) Die Kupferlegierung gemäß dem obigen Punkt (1) oder (2), wobei die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X 10⁸ bis 10¹² pro mm² beträgt, und die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes Y 10⁴ bis 10⁸ pro mm² beträgt.
(7) Die Kupferlegierung gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (6), welche mindestens ein Element in einer Menge von 0,005 bis 0,5 Massen-% umfasst, das ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Al, As, Hf, Zr, Cr, Ti, C, Fe, P, In, Sb, Mn, Ta, und V.
(8) Die Kupferlegierung gemäß dem obigen Punkt (6) oder (7), wobei das Fällungsprodukt Y zusammengesetzt ist aus mindestens einem von Al-As, Al-Hf, Al-Zr, Al-Cr, Ti-C, Cu-Ti, Cu-Zr, Cr-Si, Fe-P, Fe-Si, Fe-Zr, In-Ni, Mg-Sb, Mn-Si, Ni-Sb, Si-Ta, und V-Zr.
(9) Die Kupferlegierung gemäß einem der obigen Punkte (3) bis (8), welche weiter mindestens ein Element umfasst, das ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus 0,1 bis 1,0 Massen-% Sn, 0,1 bis 1,0 Massen-% Zn, und 0,05 bis 0,5 Massen-% Mg.
(10) Die Kupferlegierung gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (9), welche für die Verwendung in einer elektrischen oder elektonischen Maschine und Werkzeug ist.

BESTE WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird unten detailliert beschrieben.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Studien an einer Kupferlegierung durchgeführt, die für elektrische und elektronische Teile geeignet ist, und wir haben eine Beziehung zwischen den Korngrößen eines Ni-Si-Fällungsprodukts und der anderer Fällungsprodukt(e) in einer Kupferlegierungsstruktur, ein Verhältnis bezüglich der Verteilungsdichte davon, und Unterdrückung des Wachstums von zu grossen Kristallkörnern gefunden. Als ein Ergebnis haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die vorliegende Erfindung der Kupferlegierung, die eine ausgezeichnete Zugfestigkeit und vorteilhafte Biegeeigenschaft hat, abgeschlossen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Kupferlegierung der vorliegenden Erfindung werden detailliert beschrieben werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kontrolle einer Kristallkorngröße einer Legierung. Um spezifisch zu sein, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Experimente zu einem Verfahren zur Kontrolle einer Korngröße von zwei Standpunkten durchgeführt, und wir haben eine spezifische Legierungsstruktur der vorliegenden Erfindung sowie eine bevorzugte Zusammensetzung davon erreicht.
Zuerst haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung nach einem Element gesucht, das es nicht erlaubt, dass eine Kristallkorngröße während einer Lösungs-Behandlung zunimmt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass ein Fällungsprodukt, das aus Ni und B zusammengesetzt ist, selbst bei hohen Temperaturen der Lösungs-Behandlung keine feste Lösung in einer Cu-Matrixphase bildet, und dass das Fällungsprodukt in Kristallkörnern der Cu-Matrixphase und der Körner des Fällungsprodukts vorkommt, um einen Einfluss und eine Wirkung zur Unterdrückung des Wachstums der Kristallkörner der Matrix zu zeigen. Der Einfluss und die Wirkung wird auch für Al-As, Al-Hf, Al-Zr, Al-Cr, Ti-C, Cu-Ti, Cu-Zr, Cr-Si, Fe-P, Fe-Si, Fe-Zr, In-Ni, Mg-Sb, Mn-Si, Ni-Sb, Si-Ta, und V-Zr bestätigt, welche auch getestet worden sind.
Als zweites haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung nach einem Element gesucht, das als ein Kern bei der anfänglichen Rekristallisation während der Lösungs-Behandlung dient. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass eine intermetallische Verbindung, welche ein Fällungsprodukt ist, das aus Mn und P zusammengesetzt ist, als ein Ort der Kernbildung für die Rekristallisation bei einer Temperatur einer Lösungs-Behandlung dient, und dass mehr Kristallkörner gebildet werden (Kernbildung), als in dem Fall, in dem das Fällungsprodukt, das aus Mn und P zusammengesetzt ist, nicht zugegeben wird. Die Bildung von mehr Kristallkörnern verursacht eine gegenseitige Wechselwirkung der Kristallkörner während des Kornwachstums, um dadurch das Kornwachstum zu unterdrücken. Ein derartiger Einfluss und eine derartige Wirkung des Ortes der Kernbildung für die Rekristallisation wird auch für Al-As, Al-Hf, Al-Zr, Al-Cr, Ti-C, Cu-Ti, Cu-Zr, Cr-Si, Fe-P, Fe-Si, Fe-Zr, In-Ni, Mg-Sb, Mn-Si, Ni-Sb, Si-Ta, und V-Zr bestätigt.
Weiter wird eine bemerkenswerte Wirkung bei der gleichzeitigen Ausfällung von Mn-P und Ni-B bestätigt, welche Wirkung nicht durch blosse Zugabe von diesen in den Fällen, die nur eines von Mn-P oder Ni-B verwenden, erreicht werden kann.
Es ist wichtig, dass das zuvor genannte Fällungsprodukt, selbst während der Lösungs-Behandlung nicht eine feste Lösung in der Cu-Matrix bildet. Das heisst, das Fällungsprodukt muss einen Schmelzpunkt haben, der höher ist als die Temperatur der Lösungs-Behandlung. Das Fällungsprodukt ist nicht auf die zuvor genannten Fällungsprodukte beschränkt, solange wie es einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als die Temperatur der Lösungs-Behandlung, und die vorliegende Erfindung umfasst jedes Fällungsprodukt bzw. alle Fällungsprodukte, das bzw. die von den zuvor genannten Fällungsprodukten verschieden ist bzw. sind. In der vorliegenden Erfindung stellt ein Fällungsprodukt, das einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als die Temperatur der Lösungs-Behandlung, eine Wirkung zum Verhindern des Wachstums von zu grossen Kristallkörnern während der Lösungs-Behandlung oder zur Bildung von vielen Kristallkörnern (Kernbildung) bereit, indem es als ein Ort der Kernbildung für die Rekristallisation dient.
Die Kupferlegierung der vorliegenden Erfindung ist eine preiswerte Hochleistungskupferlegierung, die eine ausgezeichnete Biegeeigenschaft und andere vorteilhafte Eigenschaften hat, und sie ist bevorzugt für eine Vielzahl von elektrischen und elektronischen Maschinen und Werkzeugen, einschließlich elektrische Teile, zum Beispiel Fahrzeug-Anschlüsse/Verbindungsglieder, Relays, und Schalter.
Als nächstes wird der Einfluss und die Wirkung von jedem Legierungselement und ein bevorzugter Bereich der Zugabemenge des Legierungselements beschrieben werden.
Ni und Si sind Elemente, die in einem kontrollierten Zugabeverhältnis von Ni zu Si zur Bildung eines Ni-Si-Fällungsproduktes zum Verstärken durch Ausfällung zugegeben werden können, um dadurch die mechanische Festigkeit der Kupferlegierung zu verbessern. Die Menge an Ni, das zugegeben werden soll, beträgt allgemein 2 bis 5 Massen-%, vorzugsweise 2,1 bis 4,6 Massen-%. Die Menge an Ni beträgt weiter bevorzugt 3,5 bis 4,6 Massen-%, um eine Zugfestigkeit von 800 MPa oder mehr und eine Biegeeigenschaft von R/T < 1,5 zu erfüllen, oder eine Zugfestigkeit von 900 MPa oder mehr und eine Biegeeigenschaft von R/t < 2. Eine zu kleine Menge an Ni stellt eine kleine ausgefällte und gehärtete Menge bereit, die in unzureichender mechanischer Festigkeit resultiert, und eine zu grosse Menge an Ni resultiert in einer deutlich niedrigen elektrischen Leitfähigkeit.
Weiter ist bekannt, dass Si die größte Verstärkungswirkung bei etwa 1/4 der Zugabemenge an Ni, berechnet im Sinne von Massen-%, bereitstellt, und eine derartige Menge ist bevorzugt. Eine zu grosse Zugabemenge an Si ist dazu geeignet, ein Reißen eines Barren während der heißen Bearbeitung zu verursachen, und somit soll unter Berücksichtigung des obigen, ein oberer Grenzwert der Zugabemenge an Si bestimmt werden. Die Zugabemenge an Si beträgt allgemein 0,3 bis 1,5 Massen-%, vorzugsweise 0,5 bis 1,1 Massen-%, weiter bevorzugt 0,8 bis 1,1 Massen-%.
B bildet ein Fällungsprodukt mit dem zugegebenen Ni. Die Wirkung von B ist wie oben beschrieben, dass B ein Element zum Unterdrücken der Zunahme der Kristallkorngröße, um während der Lösungs-Behandlung zu gross (riesig) zu werden, ist, aber B trägt nicht zu der Verstärkung durch Ausfällung bei. Aus den Experimenten haben die gegenwärtigen Erfinder bestätigt, dass allgemein 0,005 bis 0,1 Massen-% B, vorzugsweise 0,01 bis 0,07 Massen-% B benötigt werden, um die Wirkung zu zeigen. Eine zu grosse Zugabemenge an B resultiert in einem zu grossen kristallisierten Produkt während des Gießens, um Probleme bezüglich der Barrenqualität zu verursachen, und eine zu kleine Zugabemenge an B stellt keine zusätzliche Wirkung bereit.
Ein Fällungsprodukt aus Mn und P stellt eine Wirkung des Bildens eines Ortes der Kernbildung für Kristallkörner während der Lösungs-Behandlung bereit, aber das Fällungsprodukt trägt nicht zu der Verstärkung durch Ausfällung bei. Die Wirkung wird für ein Material bestätigt, das allgemein 0,01 Massen-% oder mehr und 0,5 Massen-% oder weniger enthält, vorzugsweise jeweils 0,02 bis 0,3 Massen-% an zugegebenen Mn und P. Ein Material, das Mn und P jeweils in einer zu kleinen Menge enthält, zeigt keine Wirkung. Wenn weiter eine Zugabemenge von jeweils Mn und P zu gross ist, verursacht sie Probleme mit dem Auftreten von Rissen während einer heißen Bearbeitung, was ein Bearbeiten zu einer dünnen Platte oder einem Blech verhindert.
Andere Beispiele des Fällungsprodukts, das eine Wirkung des Unterdrückens der Zunahme der Kristallkorngröße, um zu gross zu werden, oder die Bildung eines Ortes der Kernbildung für die Kristallkörner bei der Lösungs-Behandlung bereitstellt, umfassen Al-As, Al-Hf, Al-Zr, Al-Cr, Ti-C, Cu-Ti, Cu-Zr, Cr-Si, Fe-P, Fe-Si, Fe-Zr, In-Ni, Mg-Sb, Mn-Si, Ni-Sb, Si-Ta, und V-Zr. Die Kupferlegierung enthält vorzugsweise mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al, Zr, Cr, C, Ti, Fe, In, As, Hf, Sb, Ta, und V in einer Menge von jeweils allgemein 0,005 bis 0,5 Massen-%, vorzugsweise 0,1 bis 0,4 Massen-%, um die zuvor genannte Wirkung zu zeigen. Falls die Zugabemenge dieser Elemente zu gross ist, bildet die resultierende Legierung zu grosse kristallisierte Produkte während des Gießens, um ein Problem bezüglich der Qualität des resultierenden Barrens zu verursachen, und falls die Zugabemenge zu klein ist, wird keine zusätzliche Wirkung bereitgestellt.
Weiter werden Zn, Sn, und Mg vorzugsweise zugegeben, um die Eigenschaften weiter zu verbessern.
Zn wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 1,0 Massen-% zugegeben. Zn ist ein Element, welches eine feste Lösung in einer Matrix bildet, aber die Zugabe von Zn erleichtert signifikant das Brüchigwerden von Lötmittel. Die bevorzugten hauptsächlichen Verwendungen der Legierung der vorliegenden Erfindung sind elektrische und elektronische Maschinen und Werkzeuge und Materialien für elektronische Teile, wie zum Beispiel Fahrzeug-Anschlüsse/Verbindungsglieder, Relays, und Schalter. Die meisten von diesen werden durch Lötmittel verbunden, und somit ist die Erleichterung des Brüchigwerdens von Lötmittel ein wichtiges elementares Verfahren.
Weiter kann die Zugabe von Zn den Schmelzpunkt der Legierung erniedrigen, um die Zustände der Bildung des Fällungsproduktes, das aus Ni und B zusammengesetzt ist, und des Fällungsproduktes, das aus Mn und P zusammengesetzt ist, einzustellen. Beide Fällungsprodukte werden während der Verfestigung gebildet. Somit vergrößert eine hohe Verfestigungstemperatur der Legierung die Korngröße, um einen kleinen Beitrag der Fällungsprodukte zu den Wirkungen des Unterdrückens der Zunahme der Kristallkorngröße und des Bildens eines Ortes der Kernbildung für die Kristallkörner bereitzustellen. Der untere Grenzwert der Zugabe von Zn wird als 0,1 Massen-% definiert, weil es eine Mindestmenge ist, die Erleichterungen beim Brüchigwerden von Lötmittel bereitstellt. Der obere Grenzwert der Zugabe von Zn wird als 1,0 Massen-% definiert, weil eine Zugabemenge an Zn von mehr als 1,0 Massen-% die elektrische Leitfähigkeit herabsetzen kann.
Sn und Mg sind auch bevorzugte Elemente für ihre Verwendungen. Die Zugabe von Sn und Mg stellt eine Wirkung der Verbesserung des Kriechwiderstandes bereit, welcher in Anschlüssen/Verbindungsgliedern von elektronischen Maschinen und Werkzeugen hervorgehoben wird. Die Wirkung wird auch als ein Entspannungswiderstand bezeichnet, und sie ist ein wichtiges elementares Verfahren, das die Verläßlichkeit der Anschlüsse/Verbindungsglieder voraussetzt. Die seperate Zugabe von Sn oder Mg kann den Kriechwiderstand verbessern, aber Sn und Mg sind Elemente, die den Kriechwiderstand weiter durch einen synergetischen Effekt verbessern können.
Der untere Grenzwert der Zugabe von Sn wird als 0,1 Massen-% definiert, weil es eine Mindestmenge ist, die Verbesserungen bezüglich des Kriechwiderstandes bereitstellt. Der obere Grenzwert der Zugabe von Sn wird als 1 Massen-% definiert, weil eine Zugabemenge an Sn von mehr als 1 Massen-% die elektrische Leitfähigkeit herabsetzen kann.
Der untere Grenzwert der Zugabe von Mg wird als 0,05 Massen-% definiert, weil eine zu kleine Zugabemenge an Mg keine Wirkung der Verbesserung des Kriechwiderstandes bereitstellt. Der obere Grenzwert der Zugabe von Mg wird als 0,5 Massen-% definiert, weil eine Zugabemenge an Mg von mehr als 0,5 Massen-% nicht nur die Wirkung sättigt, sondern auch die Warmverarbeitungsfähigkeit herabsetzen kann.
Sn und Mg haben eine Fuktion der Beschleunigung der Bildung eines Fällungsproduktes, das aus Ni und Si zusammengestzt ist. Es ist wichtig, bevorzugte Mengen von Sn und Mg, die als feine Orte der Kernbildung für das Fällungsprodukt dienen, zuzugeben.
Als nächstes wird eine Legierungsstruktur der Kupferlegierung der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Das Fällungsprodukt X, welches eine intermetallische Verbindung ist, die aus Ni und Si zusammengesetzt ist, hat eine Korngröße von 0,001 bis 0,1 μm, vorzugsweise 0,003 bis 0,05 μm, weiter bevorzugt 0,005 bis 0,02 μm. Eine zu kleine Korngröße stellt keine Verbesserung der Festigkeit bereit; und eine zu grosse Korngröße, welche ein allgemein genannter Zustand der Überalterung ist, resultiert in keiner Verbesserung der mechanischen Festigkeit und einer schlechten Biegeeigenschaft.
Hier (in der vorliegenden Beschreibung, einschließlich der Ansprüche) wird ein Fällungsprodukt bzw. Fällungsprodukte, das bzw. die von dem Fällungsprodukt der intermetallischen Verbindung, die aus Ni und Si zusammengesetzt ist, verschieden ist bzw. sind, als das Fällungsprodukt Y bezeichnet. Das Fällungsprodukt Y besitzt durch die Wechselwirkung mit dem Ni-Si-Fällungsprodukt X eine Wirkung der Veredelung der Kristallkörner. Die Wirkung ist bemerkenswert in der Gegenwart des Fällungsprodukts X. Das Fällungsprodukt Y hat eine Korngröße von vorzugsweise 0,01 bis 1 μm, weiter bevorzugt 0,05 bis 0,5 μm, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,13 μm. Eine zu kleine Korngröße stellt keine Wirkung des Unterdrückens des Kornwachstums und des Vergrößerns der Anzahlen der Orte der Kernbildung bereit, und eine zu grosse Korngröße setzt die Biegeeigenschaft herab.
Als nächstes werden die Anzahlen der Fällungsprodukte X und Y beschrieben werden. Die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X beträgt vorzugsweise 20 bis 2000-mal die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes Y. Der Grund dafür ist, dass die Biegeeigenschaft innerhalb des zuvor genannten Bereichs besonders ausgezeichnet ist. Wenn die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X zu klein ist, kann sie nicht eine angestrebte mechanische Festigkeit bereitstellen, und wenn die Anzahl davon zu gross ist, kann sie die Biegeeigenschaft herabsetzen. Die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X beträgt weiter bevorzugt 100 bis 1500-mal die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes Y. Hier bedeutet die Anzahl der Körner eines Fällungsproduktes einen durchschnittlichen Wert pro Einheitsvolumen.
Wenn das Fällungsprodukt Y eine intermetallische Verbindung ist, die eine andere ist als Ni-Si und aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Al-As, Al-Hf, Al-Zr, Al-Cr, Ti-C, Cu-Ti, Cu-Zr, Cr-Si, Fe-P, Fe-Si, Fe-Zr, In-Ni, Mg-Sb, Mn-Si, Ni-Sb, Si-Ta, und V-Zr besteht, beträgt die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X vorzugsweise 10⁸ bis 10¹² pro mm², und die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes Y beträgt vorzugsweise 10⁴ bis 10⁸ pro mm². Der Grund dafür ist, dass die zuvor genannten Bereiche eine besonders ausgezeichnete Biegeeigenschaft bereitstellen. Falls die Anzahl der Fällungsprodukte zu klein ist, kann die resultierende Legierung nicht eine angestrebte mechanische Festigkeit haben. Falls andererseits die Anzahl der Fällungsprodukte zu gross ist, kann die resultierende Legierung schlecht bezüglich der Biegeeigenschaft sein. Die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X beträgt weiter bevorzugt 5 × 10⁹ bis 6 × 10¹¹ pro mm², und die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes Y beträgt weiter bevorzugt 10⁴ bis 4 × 10⁷ pro mm².
Die Wirkungen von X und Y werden mit den zunehmenden Mengen von Ni und Si stärker bemerkbar. Die obigen spezifischen X und Y, wie in der vorliegenden Erfindung definiert, haben zum ersten Mal eine Zugfestigkeit von 800 MPa oder mehr und eine Biegeeigenschaft von R/t < 1,5, oder eine Zugfestigkeit von 900 MPa oder mehr und eine Biegeeigenschaft von R/t < 2 realisiert, welches bisher unerreichte Eigenschaften sind.
Die Fällungsprodukte, wie sie in der vorliegenden Erfindung bezeichnet werden, umfassen, zum Beispiel, intermetallische Verbindungen, Carbide, Oxide, Sulfide, Nitride, Verbindungen (feste Lösung), und elementare Metalle.
Die Kupferlegierung der vorliegenden Erfindung besitzt eine Kristallkorngröße von allgemein 20 μm oder weniger, vorzugsweise 10,0 μm oder weniger. Eine zu grosse Kristallkorngröße kann eine Zugfestigkeit von 720 MPa oder mehr und eine Biegeeigenschaft von R/t < 2 nicht bereitstellen. Die Kupferlegierung besitzt weiter bevorzugt eine Kristallkorngröße von 8,5 μm oder weniger. Es gibt keine besondere Beschränkung bezüglich des unteren Grenzwertes der Kristallkorngröße, aber die Kupferlegierung besitzt eine Kristallkorngröße von allgemein 0,5 μm oder mehr.
Ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für die Kupferlegierung der vorliegenden Erfindung umfasst: Schmelzen einer Kupferlegierung, die die zuvor genannte bevorzugte Elementzusammensetzung besitzt; Gießen in einen Barren; und Heißwalzen des Barrens, indem der Barren mit einer Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur von 20 bis 200°C/Stunde geheizt wird, der Barren bei 850 bis 1050°C für 0,5 bis 5 Stunden heiß gewalzt wird, und der Barren zu einer Fertigtemperatur von 300 bis 700°C nach dem Heißwalzen abgeschreckt wird. Nach dem Heißwalzen wird die resultierende Legierung, zum Beispiel, durch eine Kombination von einer Lösungs-Behandlung, Tempern, und Kaltwalzen zu einer vorgegebenen Dicke geformt.
Die Lösungs-Behandlung ist eine Wärmebehandlung, um Ni und Si, die während des Gießens oder des Heißwalzens ausgefallen sind, zu erlauben, wieder eine feste Lösung zu bilden und gleichzeitig zu rekristallisieren. Die Temperatur der Lösungs-Behandlung kann entsprechend zu einer Zugabemenge an Ni eingestellt werden. Zum Beispiel beträgt die Temperatur der Lösungs-Behandlung vorzugsweise 650°C für eine Menge an Ni von 2,0 Massen-% oder mehr, aber weniger als 2,5 Massen-%, 800°C für eine Menge an Ni von 2,5 Massen-% oder mehr, aber weniger als 3,0 Massen-%, 850°C für eine Menge an Ni von 3,0 Massen-% oder mehr, aber 3,5 Massen-% oder weniger, 900°C für eine Menge an Ni von 3,5 Massen-% oder mehr, aber weniger als 4,0 Massen-%, 950°C für eine Menge an Ni von 4,0 Massen-% oder mehr, aber weniger als 4,5 Massen-%, und 980°C für eine Menge an Ni von 4,5 Massen-% bis 5,0 Massen-%.
Zum Beispiel erlaubt die Wärmebehandlung bei 850°C eines Materials, das 3,0 Massen-% Ni enthält, ausreichend, ausgefallenen Ni und Si wieder die feste Lösung zu bilden und Kristallkörner von 10 μm oder weniger bereitzustellen. Jedoch verursacht die Wärmebehandlung bei der gleichen Temperatur einer Legierung, die eine Menge an Ni von weniger als 3,0 Massen-% besitzt, ein Wachstum der Kristallkörner in zu grosse Körner, die jeweils eine Korngröße von nicht weniger als 10 μm besitzen. Weiter kann eine zu grosse Menge an Ni nicht einen idealen Lösungszustand bereitstellen, und die mechanische Festigkeit kann durch die nachfolgende Vergütungs-Behandlung nicht verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt sichtbar eine Verbesserung bezüglich der Biegeeigenschaft, insbesondere einer Kupferlegierung mit hoher Festigkeit, die eine Zugfestigkeit von 800 MPa oder mehr besitzt, bereit. Weiter stellt die vorliegende Erfindung eine ähnliche Verbesserung bezüglich der Biegeeigenschaft einer Kupferlegierung bereit, die eine Zugfestigkeit von weniger als 800 MPa besitzt.
Die Kupferlegierung der vorliegenden Erfindung ist ausgezeichnet bezüglich der Biegeeigenschaft und besitzt eine ausgezeichnet hohe Zugfestigkeit, und sie ist bevorzugt für Leiterrahmen-(lead frame), Verbindungsglied-, und Anschluss-Materialien für elektrische und elektronische Maschinen und Werkzeuge, insbesondere für Verbindungsglied- und Anschluss-Materialien, Relays, und Schalter, welche in Automobilen verwendet werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Kupferlegierung bereitgestellt werden, die eine bessere Biegeeigenschaft besitzt als die von üblichen Legierungen mit dem gleichen Grad von Zugfestigkeit, welche besonders vorteilhaft für elektrische und elektronische Maschinen und Werkzeuge ist, dadurch, dass befriedigend sowohl eine ziemlich hohe Zugfestigkeit, als auch eine ausgezeichnete Biegeeigenschaft (R/t) erreicht wird, indem B, Mn, P, Al, Zr, Cr, C, Ti, Fe, In, As, Hf, Sb, Ta, V, oder dergleichen zugegeben werden, um die Kristallkorngrößen einer Cu-Ni-Si-Legierung, und einer Legierung, die weiter Sn, Zn, und Mg zusätzlich zu den obigen Legierungselementen enthält, einzustellen.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird auf der Grundlage von unten gegebenen Beispielen genauer beschrieben werden, aber die Erfindung soll nicht durch diese beschränkt werden.
(Beispiel 1)
Eine Legierung, enthaltend 4,2 Massen-% Ni, 1,0 Massen-% Si, und Cr in den folgenden Mengen, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wurde in einem Hochfrequenz-Schmelzofen geschmolzen. Die Mengen an Cr, die zu den Kupferlegierungen zugegeben werden sollen, waren 0,05 Massen-% in Beispiel 1, 0,15 Massen-% in Beispiel 2, 0,25 Massen-% in Beispiel 3, 0,5 Massen-% in Beispiel 4, 0,7 Massen-% in Beispiel 5, 0,9 Massen-% in Beispiel 6, 0,005 Massen-% in Vergleichsbeispiel 1, 0,2 Massen-% in Vergleichsbeispiel 2, 0,5 Massen-% in Vergleichsbeispiel 3, bzw. 0,8 Massen-% in Vergleichsbeispiel 4. Das Ergebnis wurde mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 10 bis 30°C/Sekunde gegossen, um dadurch einen Barren mit einer Dicke von 30 mm, einer Breite von 100 mm, und einer Länge von 150 mm zu erhalten. Der Barren wurde bei 900°C für 1 Stunde gehalten, und wurde dann einem Heißwalzen unterzogen, um ein heißgewalztes Blech mit einer Dicke t von 12 mm herzustellen. Das Blech wurde einer Abschrägung zu einer Dicke von 1 mm auf beiden Seiten bis zu einer Dicke t von 10 mm unterzogen, und es wurde dann zu einer Dicke von t = 0,167 mm durch Kaltwalzen fertiggestellt. Das Blechmaterial wurde einer Lösungs-Behandlung bei 950°C für 20 Sekunden unterzogen.
Unmittelbar nach der Lösungs-Behandlung wurde das Blechmaterial einem Abschrecken mit Wasser unterzogen. Dann wurden die Legierungen jeweils einer Vergütungs-Behandlung bei 450 bis 500°C für 2 Stunden und Kaltwalzen bei einem Bearbeitungsverhältnis von 10% unterzogen, um dadurch eine Probe mit t = 0,15 mm zu erhalten.
Die folgenden Eigenschaften der so erhaltenen Proben wurden wie unten erwähnt getestet und bewertet.
a. Elektrische Leitfähigkeit
Die elektrische Leitfähigkeit wurde berechnet, indem ein spezifischer Widerstand der Probe durch ein Vierpolverfahren (four terminal method) in einem thermostatisierten Bad, das bei 20°C (±0,5°C) gehalten wurde, gemessen wurde. Die Entfernung zwischen den Anschlüssen wurde auf 100 mm eingestellt.
b. Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit von 3 Teststücken, die gemäß JIS Z 2201-13B ausgeschnitten aus der Probe in einer zu der Walzrichtung parallelen Richtung hergestellt wurden, wurde gemäß JIS Z 2241 gemessen, und ein Durchschnittswert davon wurde erhalten.
c. Biegeeigenschaft
Ein Teststück wurde aus der Probe in einer zu der Walzrichtung parallelen Richtung in eine Größe mit einer Breite von 10 mm und einer Länge von 25 mm geschnitten. Das resultierende Teststück wurde mit einem Biegeradius R, der 0, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,4, 0,5, oder 0,6 (mm) sein würde, mit 90° W-gebogen, wobei eine Biegeachse senkrecht zu der Walzrichtung war. Ob Risse an dem gebogenen Abschnitt auftraten oder nicht, wurde mit dem blossen Auge durch Beobachtung mit einem optischen Mikroskop mit 50-facher Vergrößerung beobachtet, und die gebogenen Stellen wurden mit einem Raster-Elektronenmikroskop beobachtet, um zu untersuchen, ob Risse beobachtet wurden oder nicht. Die Auswertungsergebnisse werden durch R/t angegeben (wobei R einen Biegeradius bezeichnet, und t eine Blechdicke bezeichnet), und R/t wurde berechnet, indem ein (Grenzwert) maximaler R verwendet wurde, bei welchem Risse auftraten. Falls keine Risse bei R = 0,15 gebildet werden und Risse bei R = 0,1 gebildet werden, wurde, da die Probe eine Dicke (t) = 0,15 mm besass, R/t = 0,15/0,15 = 1 erhalten, was in der folgenden Tabelle gezeigt wird.
d. Korngröße und Verteilungsdichte des Fällungsproduktes
Die Probe wurde in eine Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von 3 mm ausgestanzt, und das Ergebnis wurde unter Verwendung von einem Zweistrahl-Polierverfahren (twinjet polishing method) einem Dünnschichtfilm-Polieren unterzogen. Photographien (5000-fache und 100000-fache Vergrößerung) der resultierenden Probe wurden an 3 zufälligen Positionen mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop bei einer Beschleunigungsspannung von 300 kV aufgenommen, und die Korngröße und die Dichte des Fällungsproduktes wurden auf den Photographien gemessen. Messung der Korngröße und der Dichte des Fällungsproduktes wurden in der folgenden Weise durchgeführt: Einstellen eines Azimuts des einfallenden Elektronenstrahl auf [001], und Messen der Anzahl der feinen Körner des Fällungsproduktes X, das aus Ni-Si zusammengesetzt ist, in einer Hochleistungsphotographie (100000-fache Vergrößerung) bei n = 100 (n bezeichnet die Anzahl der Sichtfelder für die Beobachtung), da das Fällungsprodukt X fein war; und andererseits Messen der Anzahl der Körner des Fällungsproduktes Y in einer Niedrigleistungsphotographie (5000-fache Vergrößerung) bei n = 10; um dadurch die lokalisierte Verzerrung (localized bias) der Zahlen zu eliminieren. Die Zahlen wurden in Anzahlen pro Einheitsfläche (/mm²) umgerechnet.
Wie aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hatten die Kupferlegierungen der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils ausgezeichnete Eigenschaften sowohl bezüglich der mechanischen Festigkeit, als auch der Biegeeigenschaft. Jedoch im Gegensatz zu den obigen hatten die Kupferlegierungen der Vergleichsbeispiele 1 und 3 jeweils eine Korngröße des Fällungsproduktes X, die nicht in den Bereich fiel, der in der vorliegenden Erfindung definiert wird, und die Kupferlegierungen der Vergleichsbeispiele 2 und 4 hatten jeweils eine Korngröße des Fällungsproduktes Y, die nicht in den Bereich fiel, der in der vorliegenden Erfindung definiert wird. Somit waren die Kupferlegierungen dieser Vergleichsbeispiele jeweils deutlich schlecht insofern, dass die Biegeeigenschaft R/t ≥ 2 betrug, selbst obwohl sie jeweils im wesentlichen die gleiche mechanische Festigkeit wie diese der Beispiele hatten.
(Beispiel 2)
Die Kupferlegierungen, die jeweils die in Tabelle 2 gezeigte Zusammensetzung haben, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 getestet und bewertet. Das Herstellungsverfahren und die Messverfahren waren die gleichen wie diese in Beispiel 1.
Wie aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hatten die Kupferlegierungen der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils ausgezeichnete Eigenschaften sowohl bezüglich der mechanischen Festigkeit, als auch bezüglich der Biegeeigenschaft. Jedoch hatte im Gegensatz dazu die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 5 eine Menge an Ni, die kleiner als der bevorzugte untere Grenzwert des Bereiches in der vorliegenden Erfindung ist, und versagte somit darin, die angestrebte Zugfestigkeit zu ergeben. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 6 hatte eine grosse Menge an Ni, und Risse traten während der Bearbeitung auf, und sie versagte somit darin, ein Material für die Bewertung herzustellen. Die Kupferlegierungen der Vergleichsbeispiele 7 und 8 hatten jeweils eine Menge an B und ein Verhältnis der Anzahlen von X und Y, die nicht in die entsprechenden Bereiche fallen, die in der vorliegenden Erfindung definiert werden, und sie versagten somit darin, die angestrebte mechanische Festigkeit und die Biegeeigenschaft in Kombination zu ergeben.
(Beispiel 3)
Die Kupferlegierungen, die jeweils die in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzungen haben, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidliche Verunreinigungen ist, wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 getestet und bewertet. Das Herstellungsverfahren und die Messverfahren waren die gleichen wie diese in Beispiel 1.
Wie aus den in Tabelle 3 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hatten die Kupferlegierungen der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils ausgezeichnete Eigenschaften sowohl bezüglich der mechanischen Festigkeit, als auch bezüglich der Biegeeigenschaft. Jedoch hatte andererseits die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 9 die Mengen an Ni und Si, die kleiner sind als die bevorzugten unteren Grenzwerte der entsprechenden Bereiche in der vorliegenden Erfindung, und versagten somit darin, die angestrebte Zugfestigkeit zu ergeben. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 10 hatte grosse Mengen an Ni und Si, und Risse traten während der Bearbeitung auf, und sie versagte somit darin, ein Material für die Bewertung herzustellen. Die Kupferlegierungen der Vergleichsbeispiele 11 bis 14 hatten jeweils eine Menge an Mn und/oder eine Menge an P, die nicht in die Bereiche fielen, die in der vorliegenden Erfindung definiert werden. Somit waren die Kupferlegierungen dieser Vergleichsbeispiele jeweils schlecht bezüglich der Biegeeigenschaft mit einem R/t von 2 oder mehr.
(Beispiel 4)
Die Kupferlegierungen, die jeweils 4,2 Massen-% Ni, 1,0 Masen-% Si, und die Elemente, wie in Tabelle 3 gezeigt, enthalten, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidliche Verunreinigungen ist, wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 getestet und bewertet. Das Herstellungsverfahren und die Messverfahren waren die gleichen wie diese in Beispiel 1.
Wie aus den in Tabelle 4 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hatten die Kupferlegierungen der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils eine Zugfestigkeit von 900 MPa oder mehr und R/t < 2. Jedoch hatte im Gegensatz dazu die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 15 eine Menge an B und ein Verhältnis der Anzahl der Körner von X zu der von Y, die nicht in die Bereiche fielen, die in der vorligenden Erfindung definiert werden. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 16 hatte eine Menge an Mn und eine Korngröße des Fällungsproduktes Y, die nicht in die Bereiche fielen, die in der vorliegenden Erfindung definiert werden. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 17 hatte eine Menge an P und eine Korngröße des Fällungsproduktes Y, die nicht in die Bereiche fielen, die in der vorliegenden Erfindung definiert werden. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 18 hatte eine Menge an Mn und ein Verhältnis der Anzahl der Körner von X zu der von Y, die nicht in die Bereiche fielen, die in der vorliegenden Erfindung definiert werden. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 19 hatte eine Menge an P und ein Verhältnis der Anzahl der Körner von X zu der von Y, die nicht in die Bereiche fielen, die in der vorliegenden Erfindung definiert werden. Somit waren die Kupferlegierungen dieser Vergleichsbeispiele jeweils schlecht bezüglich der Biegeeigenschaft mit einem R/t von 2 oder mehr.
(Beispiel 5)
Die Kupferlegierungen, die jeweils Ni, Si, und Sb wie in Tabelle 5 gezeigt enthalten, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidliche Verunreinigungen ist, wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 getestet und bewertet, und Kristallkorndurchmesser davon wurden gemessen. Das Herstellungsverfahren und die Messverfahren waren die gleichen wie diese in Beispiel 1. Die Mengen an Sb, die zu den Kupferlegierungen der Vergleichsbeispiele 28, 29, 30, und 31 zugegeben werden sollen, betrugen 0,01 Massen-%, 1,0 Massen-%, 0,02 Massen-%, bzw. 1,2 Massen-%. Die Mengen an Sb der anderen Kupferlegierungen betrugen jeweils 0,1 Massen-%.
Die Kristallkorngröße wurde gemäß JIS H 0501 (Schnittverfahren) gemessen. Die Biegeeigenschaft wurde bewertet durch: als "GW" wurden die zuvor genannten Proben bezeichnet, die jeweils parallel zu der Walzrichtung in einer Größe mit einer Breite von 10 mm und einer Länge von 25 mm ausgeschnitten wurden, und mit einer zu der Walzrichtung senkrechten Biegeachse gebogen wurden; und als "BW" wurden die Proben bezeichnet, die jeweils parallel zu der Walzrichtung in einer Größe mit einer Breite von 25 mm und einer Länge von 10 mm ausgeschnitten wurden, und in der gleichen Weise wie bei den GW, aber mit einer zu der Walzrichtung parallelen Biegeachse, gebogen wurden, und in der gleichen Weise wie bei den GW durch Beobachtung der gebogenen Abschnitte untersucht wurden.
Wie aus den in Tabelle 5 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hatten die Kupferlegierungen der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils ausgezeichnete Eigenschaften. Jedoch hatte im Gegensatz zu den obigen die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 20 eine zu kleine Menge an Ni, und sie hatte somit eine niedrige Ausfalldichte des Fällungsproduktes X, und war schlecht bezüglich der Zugeigenschaften. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 21 hatte eine grosse Menge an Ni, und sie litt somit unter schweren Bearbeitungsrissen, obwohl sie zu einer endgültigen Dicke bearbeitet worden war. Entsprechend war es unmöglich, die Eigenschaften davon zu untersuchen, obwohl die Kupferlegierungsstruktur der resultierenden Probe in diesem Vergleichsbeispiel 21 untersucht wurde. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 22 hatte eine zu kleine Menge an Si, und sie hatte somit eine niedrige Ausfalldichte des Fällungsproduktes X, und war schlecht bezüglich der Zugeigenschaften. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 23 hatte eine zu grosse Menge an Si, und sie litt somit unter schweren Bearbeitungsrissen, obwohl sie zu einer endgültigen Dicke bearbeitet worden war. Entsprechend war es unmöglich, die Eigenschaften davon zu untersuchen, obwohl die Kupferlegierungsstruktur der resultierenden Probe in diesem Vergleichsbeispiel 23 untersucht wurde. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 24 hatte eine kleine Korngröße des Fällungsproduktes X, die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 25 hatte eine grosse Korngröße des Fällungsproduktes X, und die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 26 hatte eine zu niedrige Ausfalldichte des Fällungsproduktes X, und somit waren diese Kupferlegierungen jeweils schlecht bezüglich der Zugeigenschaften. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 27 hatte eine grosse Menge an Si, und hatte somit eine hohe Ausfalldichte des Fällungsproduktes X, was in sprödem Reißen resultiert. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 27 litt unter schweren Bearbeitungsrissen, obwohl sie zu einer endgültigen Dicke bearbeitet wurde. Entsprechend war es unmöglich, die Eigenschaften davon zu untersuchen, obwohl die Kupferlegierungsstruktur der resultierenden Probe in diesem Vergleichsbeispiel 27 untersucht wurde. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 28 hatte eine kleine Korngröße des Fällungsproduktes Y, die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 29 hatte eine grosse Korngröße des Fällungsproduktes Y, und die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 30 hatte eine zu niedrige Ausfalldichte des Fällungsproduktes Y, und somit hatten diese Kupferlegierungen jeweils eine zu grosse Kristallkorngröße, und waren schlecht bezüglich der Biegeeigenschaft. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 31 hatte eine hohe Ausfalldichte des Fällungsproduktes Y, was in sprödem Reißen resultiert. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 31 litt unter schweren Bearbeitungsrissen, obwohl sie zu einer endgültigen Dicke bearbeitet wurde. Entsprechend war es unmöglich, die Eigenschaften davon zu untersuchen, obwohl die Kupferlegierungsstruktur der resultierenden Probe in diesem Vergleichsbeispiel 31 untersucht wurde.
(Beispiel 6)
Die Kupferlegierungen, die jeweils Ni, Si, und Cr wie in Tabelle 6 und unten gezeigt enthalten, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidliche Verunreinigungen ist, wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 getestet und bewertet. Das Herstellungsverfahren und die Messverfahren waren die gleichen wie diese in Beispiel 5. Die Mengen an Cr der Kupferlegierungen der Vergleichsbeispiele 40, 41, 42, und 43 betrugen 0,005 Massen-%, 0,8 Massen-%, 0,01 Massen-%, bzw. 1,0 Massen-%. Jede der Mengen an Cr der anderen Kupferlegierungen betrug 0,05 Massen-%.
Wie aus den in Tabelle 6 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hatten die Kupferlegierungen der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils ausgezeichnete Eigenschaften. Jedoch hatte im Gegensatz zu den obigen die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 32 eine zu kleine Menge an Ni, und hatte somit eine niedrige Ausfalldichte des Fällungsproduktes X, und war schlecht bezüglich der Zugeigenschaften. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 33 hatte grosse Mengen an Ni und Si, und litt somit unter schweren Bearbeitungsrissen, obwohl sie zu einer endgültigen Dicke bearbeitet worden war. Entsprechend war es unmöglich, die Eigenschaften davon zu untersuchen, obwohl die Kupferlegierungsstruktur der resultierenden Probe in diesem Vergleichsbeispiel 33 untersucht wurde. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 34 hatte eine zu kleine Menge an Si, und hatte somit eine niedrige Ausfalldichte des Fällungsproduktes X, und sie war schlecht bezüglich der Zugeigenschaften. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 35 hatte eine zu grosse Menge an Si, und litt somit unter schweren Bearbeitungsrissen, obwohl sie zu einer endgültigen Dicke bearbeitet worden war. Entsprechend war es unmöglich, die Eigenschaften davon zu untersuchen, obwohl die Kupferlegierungsstruktur der resultierenden Probe in diesem Vergleichsbeispiel 35 untersucht wurde. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 36 hatte eine kleine Korngröße des Fällungsproduktes X, die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 37 hatte eine grosse Korngröße des Fällungsproduktes X, und die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 38 hatte eine zu niedrige Ausfalldichte des Fällungsproduktes X, und somit waren diese Kupferlegierungen zum Vergleich jeweils schlecht bezüglich der Zugeigenschaften. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 39 hatte eine zu hohe Ausfalldichte des Fällungsproduktes X, was in sprödem Reißen resultiert. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 39 litt unter schweren Bearbeitungsrissen, obwohl sie zu einer endgültigen Dicke bearbeitet wurde. Entsprechend war es unmöglich, die Eigenschaften davon zu untersuchen, obwohl die Kupferlegierungsstruktur der resultierenden Probe in diesem Vergleichsbeispiel 39 untersucht wurde. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 40 hatte eine kleine Korngröße des Fällungsproduktes Y, die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 41 hatte eine grosse Korngröße des Fällungsproduktes Y, und die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 42 hatte eine zu niedrige Ausfalldichte des Fällungsproduktes Y, und somit hatten diese Kupferlegierungen zum Vergleich jeweils eine zu grosse Kristallkorngröße, und waren schlecht bezüglich der Biegeeigenschaft. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 43 hatte eine hohe Ausfalldichte des Fällungsproduktes Y, was in sprödem Reißen resultiert. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 43 litt unter schweren Bearbeitungsrissen, obwohl sie zu einer endgültigen Dicke bearbeitet wurde. Entsprechend war es unmöglich, die Eigenschaften davon zu untersuchen, obwohl die Kupferlegierungsstruktur der resultierenden Probe in diesem Vergleichsbeispiel 43 untersucht wurde.
(Beispiel 7)
Mit Bezug auf jedes der folgenden Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung wurden die Kupferlegierungen, die jeweils 4,0 Massen-% Ni, 1,0 Massen-% Si, und die in Tabelle 7 gezeigten Elemente enthalten, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidbare Verunreinigungen ist, in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 getestet und bewertet. Das Herstellungsverfahren und die Messverfahren waren die gleichen wie in Beispiel 5. Die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 44 hatte 3,1 Massen-% Ni und 0,7 Massen-% Si, die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 45 hatte 3,9 Massen-% Ni und 0,9 Massen-% Si, und die Kupferlegierung des Vergleichsbeispiels 46 hatte 4,9 Massen-% Ni und 1,2 Massen-% Si, wobei der Ausgleich jeweils Cu und unvermeidbare Verunreinigungen ist.
Wie aus den in Tabelle 7 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hatten die Kupferlegierungen der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils ausgezeichnete Eigenschaften. Jedoch enthielten im Gegensatz zu den obigen die Kupferlegierungen der Vergleichsbeispiele 44, 45, und 46 jeweils keinerlei Fällungsprodukt Y, und hatten somit jeweils eine deutlich größere Kristallkorngröße, und waren schlecht bezüglich der Biegeeigenschaft.
(Beispiel 8)
Die Kupferlegierungen, die jeweils Ni, Si, Sn, Zn, Mg, und die Elemente wie in Tabelle 8 gezeigt enthalten, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidbare Verunreinigungen ist, wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 getestet und ausgewertet. Das Herstellungsverfahren und die Messverfahren waren die gleichen wie in Beispiel 5.
Wie aus den in Tabelle 8 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hatten die Kupferlegierungen der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils ausgezeichnete Eigenschaften. Jedoch enthielten im Gegensatz zu den obigen die Kupferlegierungen der Vergleichsbeispiele 47, 48, 49, und 50 jeweils keinerlei Fällungsprodukt Y, und hatten somit jeweils eine deutlich größere Kristallkorngröße, und waren schlecht bezüglich der Biegeeigenschaft.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die Kupferlegierung der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise für Leiterrahmen-(lead frame), Verbindungsglied-, oder Anschluss-Materialien für elektrische und elektronische Maschinen und Werkzeuge verwendet werden, zum Beispiel Automobil-Verbindungsglied/Anschluss-Materialien, Relays, und Schalter.
Obwohl wir unsere Erfindung unter Bezugnahme auf die vorliegenden Ausführungsformen beschrieben haben, ist es unsere Absicht, dass die Erfindung nicht durch irgendeines der Details der Beschreibung beschränkt werden soll, sondern breit innerhalb ihres Geistes und Umfangs aufgefasst werden soll, wie in den begleitenden Ansprüchen dargelegt.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Kupferlegierung, welche enthält: ein Fällungsprodukt X, das aus Ni und Si zusammengesetzt ist; und ein Fällungsprodukt Y, das Ni oder Si oder weder Ni noch Si umfasst, wobei das Fällungsprodukt X eine Korngröße von 0,001 bis 0,1 μm hat, und das Fällungsprodukt Y eine Korngröße von 0,01 bis 1 μm hat.

Claims

Kupferlegierung, umfassend: ein Fällungsprodukt X, zusammengesetzt aus Ni und Si; und ein Fällungsprodukt Y, das Ni oder Si oder weder Ni noch Si umfasst, wobei das Fällungsprodukt X eine Korngröße von 0,001 bis 0,1 μm hat, und das Fällungsprodukt Y eine Korngröße von 0,01 bis 1 μm hat.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 1, wobei das Fällungsprodukt Y einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als eine Temperatur einer Lösungs-Behandlung.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 2, welche 2 bis 5 Massen-% Ni, 0,3 bis 1,5 Massen-% Si, und 0,005 bis 0,1 Massen-% B umfasst, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidbare Verunreinigungen ist, wobei die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X pro mm² 20 bis 2000-mal die Anzahl der Körner des Fällungsprodukts Y pro mm² beträgt.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 3, wobei die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X 10⁸ bis 10¹² pro mm² beträgt, und die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes Y 10⁴ bis 10⁸ pro mm² beträgt.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 4, welche mindestens ein Element in einer Menge von 0,005 bis 0,5 Massen-% umfasst, das ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Al, As, Hf, Zr, Cr, Ti, C, Fe, P, In, Sb, Mn, Ta, und V.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 5, wobei das Fällungsprodukt Y zusammengesetzt ist aus mindestens einem von Al-As, Al-Hf, Al-Zr, Al-Cr, Ti-C, Cu-Ti, Cu-Zr, Cr-Si, Fe-P, Fe-Si, Fe-Zr, In-Ni, Mg-Sb, Mn-Si, Ni-Sb, Si-Ta, und V-Zr.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 6, welche weiter mindestens ein Element umfasst, das ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus 0,1 bis 1,0 Massen-% Sn, 0,1 bis 1,0 Massen-% Zn, und 0,05 bis 0,5 Massen-% Mg.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 7, welche für die Verwendung in einer elektrischen oder elektonischen Maschine und Werkzeug ist.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 2, welche 2 bis 5 Massen-% Ni, 0,3 bis 1,5 Massen-% Si, 0,01 bis 0,5 Massen-% Mn, und 0,01 bis 0,5 Massen-% P umfasst, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidbare Verunreinigungen ist, wobei die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X pro mm² 20 bis 2000-mal die Anzahl der Körner des Fällungsprodukts Y pro mm² beträgt.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 9, wobei die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X 10⁸ bis 10¹² pro mm² beträgt, und die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes Y 10⁴ bis 10⁸ pro mm² beträgt.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 10, welche mindestens ein Element in einer Menge von 0,005 bis 0,5 Massen-% umfasst, das ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Al, As, Hf, Zr, Cr, Ti, C, Fe, P, In, Sb, Mn, Ta, und V.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 11, wobei das Fällungsprodukt Y zusammengesetzt ist aus mindestens einem von Al-As, Al-Hf, Al-Zr, Al-Cr, Ti-C, Cu-Ti, Cu-Zr, Cr-Si, Fe-P, Fe-Si, Fe-Zr, In-Ni, Mg-Sb, Mn-Si, Ni-Sb, Si-Ta, und V-Zr.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 12, welche weiter mindestens ein Element umfasst, das ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus 0,1 bis 1,0 Massen-% Sn, 0,1 bis 1,0 Massen-% Zn, und 0,05 bis 0,5 Massen-% Mg.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 13, welche für die Verwendung in einer elektrischen oder elektonischen Maschine und Werkzeug ist.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 2, welche 2 bis 5 Massen-% Ni, 0,3 bis 1,5 Massen-% Si, 0,005 bis 0,1 Massen-% B, 0,01 bis 0,5 Massen-% Mn, und 0,01 bis 0,5 Massen-% P umfasst, wobei der Ausgleich Cu und unvermeidbare Verunreinigungen ist, wobei die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X pro mm² 20 bis 2000-mal die Anzahl der Körner des Fällungsprodukts Y pro mm² beträgt.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 15, wobei die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes X 10⁸ bis 10¹² pro mm² beträgt, und die Anzahl der Körner des Fällungsproduktes Y 10⁴ bis 10⁸ pro mm² beträgt.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 16, welche mindestens ein Element in einer Menge von 0,005 bis 0,5 Massen-% umfasst, das ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Al, As, Hf, Zr, Cr, Ti, C, Fe, P, In, Sb, Mn, Ta, und V.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 17, wobei das Fällungsprodukt Y zusammengesetzt ist aus mindestens einem von Al-As, Al-Hf, Al-Zr, Al-Cr, Ti-C, Cu-Ti, Cu-Zr, Cr-Si, Fe-P, Fe-Si, Fe-Zr, In-Ni, Mg-Sb, Mn-Si, Ni-Sb, Si-Ta, und V-Zr.
Kupferlegierung gemäß Anspruch 18, welche für die Verwendung in einer elektrischen oder elektonischen Maschine und Werkzeug ist.