JP2008088512A - 電子材料用銅合金の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Co:1.00〜2.50質量%、Si:0.20〜0.70質量%を含有し、残部Cu及び不可避的不純物から構成され、CoとSiの質量濃度比(Co/Si比)が3.5≦Co/Si≦5であり、導電率が55%IACS以上、好ましくは60%IACS以上であることを特徴とする電子材料用銅合金であり、好ましくはCr:0.05〜0.50質量%を含有し、不可避的不純物たる炭素が50ppm以下であり、更にMg、P、As、Sb、Be、B、Mn、Sn、Ti、Zr、Al、Fe、Zn及びAgの少なくとも1種を0.001〜0.300質量%含有してもよい銅合金。溶解鋳造した後に熱間圧延と冷間圧延を行い、最終冷間圧延前に700℃〜1050℃に加熱後毎秒10℃以上で冷却する熱処理を行う上記合金の製造方法。
【選択図】 なし
Description
一方、Cu−Cr−Si系合金では、CrはNi、Coと同様にSiと化合物を形成し、又は単体Crとして母相中に析出し、強度を上昇させると報告された(特許文献3第3頁)。
一方、上記Cu−Cr−Si系合金では、Crは強度に寄与しないカーバイド化合物(Cr−C)を形成しやすく所望の強度を安定して得難い。又、強度に寄与しない粗大なCr系の化合物が形成されても、所望の特性を得ることができない。更にCr−Cが形成されるとSiと結合するCrが低減するため、Crと結合できなかったSiが母相中に過剰に固溶し導電率を顕著に低下させるという欠点があった。
(1)Co:1.00〜2.50質量%、Si:0.20〜0.70質量%を含有し、残部Cu及び不可避的不純物から構成され、CoとSiの質量濃度比(Co/Si比)が3.5≦Co/Si≦5であり、導電率が55%IACS以上であることを特徴とする電子材料用銅合金。
(2)Co:1.00〜2.50質量%、Cr:0.05〜0.50質量%、Si:0.20〜0.70質量%を含有し、残部Cu及び不可避的不純物から構成され、CoとSiの質量濃度比(Co/Si比)が3.5≦Co/Si≦5であり、導電率が60%IACS以上であることを特徴とする電子材料用銅合金。
(3)Co:1.00〜2.50質量%、Cr:0.05〜0.50質量%、Si:0.20〜0.70質量%を含有し、更に不可避的不純物たる炭素が50ppm以下であり、残部Cu及び不可避的不純物から構成され、CoとSiの質量濃度比(Co/Si比)が3.5≦Co/Si≦5であり、導電率が60%IACS以上であることを特徴とする電子材料用銅合金。
(4)更にMg、P、As、Sb、Be、B、Mn、Sn、Ti、Zr、Al、Fe、Zn及びAgの群から選ばれる少なくとも1種を0.001〜0.300質量%含有することを特徴とする上記記載の電子材料用銅合金。
(5)溶解鋳造した後に熱間圧延と冷間圧延を行い、最終冷間圧延前に700℃〜1050℃に加熱後毎秒10℃以上で冷却する熱処理を行うことを特徴とする、上記に記載の電子材料用銅合金の製造方法。
CoはSiと金属間化合物を形成する。Cu−Co−Si系銅合金はCu−Ni−Si系銅合金に比べて、強度を維持しつつ高導電化が図れる。Co及びSiの添加量がCo:1.00質量%未満及び/又はSi:0.20質量%未満では所望の強度が得られず、Co:2.50質量%を超え及び/又はSi:0.70質量%を超える場合は高強度化は図れるが導電率が著しく低下し、更に熱間加工性が劣化する。よってCo及びSiの添加量はCo:1.00〜2.50質量%、Si:0.20〜0.70質量%とした。好ましくはCo:1.50〜2.20質量%、Si:0.35〜0.50質量%である。
合金中のCoとSiの重量比を金属間化合物であるCo2Siの濃度に近づけることにより更に特性の改善を図れる。重量濃度比がCo/Si<3.5の場合には、Si濃度が高いため導電率が低下する。一方Co/Si>5の場合には、Co濃度が高いため導電率が著しく低下し、電子材料用として好ましくない。好ましくは4.0<Co/Si<4.5である。
本発明の合金は、高導電性、中強度を必要とする車載用及び通信機用等の端子、コネクタ、スイッチ、リレーの材料として利用するため、導電率は55%IACS以上、好ましくは60%IACS以上、更に好ましくは62%IACS以上である。導電率は、JIS H 0505に準拠して測定し、%IACSで表示した値である。導電率が55%IACS未満であると、本発明の目的とする電子材料用合金の用途に適切でない。本発明の導電率を有する銅合金は、下記の製造方法で製造できる。
Crは、Coと結合しなかった固溶Siと結合して母相中にCr−Si系化合物として析出する。その結果、母相の銅純度が増加して導電率が更に上昇する。又、Cr−Si系化合物の析出硬化で、強度も上昇する。0.05質量%未満では効果が小さく、0.50質量%を超えるとCr−Si系又はCr単体で析出しなかった固溶Crが増加するため導電率が顕著に低下し、1000℃でCu中に固溶するCr量は約0.50質量%なので、固溶しなかったCrにより曲げ加工性に悪影響を及ぼす。よってCr添加量を0.05〜0.50質量%とした。好ましくは0.10〜0.30質量%である。
Crは炭素が存在すると強度に寄与しないCr−Cを形成しやすい。合金中の含有炭素が50ppmを超えると所望の強度が得られない。更に、Cr−Cが形成されるとSiと結合するCrが低減するため、Crと結合できなかったSiが母相中に過剰に固溶し導電率を顕著に低下させる。よって含有炭素量は好ましくは50ppm以下、更に好ましくは30ppm以下である。炭素の制御方法は、例えば溶解鋳造前に原材料中に炭素分が混入しないように脱脂を行うこと、真空や不活性雰囲気(例えばAr)下で溶解鋳造を行うこと、溶解鋳造の際に木炭被覆を採用せず、炭素含有部材を含む設備を使用しないこと等が挙げられる。
本発明の合金は、高導電性、中強度を必要とする車載用及び通信機用等の端子、コネクタ、スイッチ、リレーの材料として利用するため、引張強さの降伏強度(YS:Yield strength)は好ましくは650MPa以上、更に好ましくは670MPa以上である。
Cu−Co−Si系合金はCu−Ni−Si系合金に比べて溶体化温度が高いため溶体化をするのは困難である。即ち、Co及びSi添加量(Co添加量とSi添加量の総量)が2.0質量%未満だと完全な溶体化処理は1000℃以下でできるが、Co及びSi添加量が2.0質量%以上だと完全に溶体化処理をするためには1000℃以上必要であり、更に2.5質量%以上だと1050℃以上となる。この温度は融点近傍であり、溶体化処理中に溶解してしまう恐れがあるため、2.5質量%以上のCo及びSi添加量を銅中に固溶させるのは困難である。しかし、溶体化処理が不完全な場合、強度は低下するが導電率は向上する。そこで本発明の銅合金を製造するためには、Co及びSi添加量が2.5質量%以上の場合でも、完全に溶体化する温度よりも低い温度に加熱後、比較的急速に冷却すると高い導電率を得ることができる。その場合、所望の強度はCo及びSi添加量を高くすることにより確保でき、本発明の導電率及び強度の特性バランスのとれた銅合金が製造できる。
溶体化温度700℃未満では、溶体化処理が不充分すぎるため、所望の強度を得ることができず、1050℃を超えると完全に溶解する恐れがある。よって、溶体化温度は700〜1050℃であり、好ましくはCo及びSi添加量が1.20質量%以上2.00質量%未満の場合に800〜900℃、2.00質量%以上2.50質量%未満の場合に.900〜1000℃、2.50質量%以上3.20質量%未満の場合に1000〜1050℃である。
溶体化処理後の冷却速度が毎秒10℃未満だと、強度に寄与しない粗大なCr系化合物が析出するため、強度が低下する。よって、加熱後の冷却速度は毎秒10℃以上、好ましくは毎秒20℃以上必要である。
上記溶体化処理は、最終冷間圧延前に行われれば本発明の効果を達成することができ、上記溶体化処理の前又は後に冷間圧延や時効処理を行ってもよい。
試料の製造:
高周波溶解炉にて真空中又はアルゴン雰囲気中で内径110mm、深さ230mmのアルミナ又はマグネシア製るつぼ中で電気銅或いは無酸素銅2.50kgを溶解した。表1又は2の組成に応じCo、Cr、Si、Mg、Sn、Ag、Znを添加し、溶銅温度を1300℃に調整した後、溶湯を鋳型(材質:鋳鉄)を使用して30×60×120mmのインゴットに鋳造した。熱間圧延、酸化スケールの研削除去、熱間圧延、冷間圧延、次に700℃〜1050℃に加熱後毎秒20℃で冷却する溶体化熱処理を行い、更に加工度10〜60%の冷間圧延と250℃〜550℃での熱処理とを繰り返して、厚さ0.10mmの平板とした。得られた板材各種の試験片を採取して物性評価試験を行った。
試験片の物性評価:
強度は、引張方向が圧延方向と平行になるように、プレス機を用いてJIS13B号試験片を作製した。JIS Z 2241規定の引張試験により試験片を用いて行い、引張強さの降伏強度(単位MPa)を測定した。
導電率は、JIS H 0505に準拠して4端子法を用いて測定し、%IACSで表示した。
曲げ加工性は、幅10mmの短冊形試料を用い、JISH3110規定のW曲げ試験を実施した。曲げ方向はGood Way及びBad Wayとし、(曲げ半径R/板厚t=1.0)とした。
曲げ後の試料につき、曲げ部の表面及び断面から、割れの有無を光学顕微鏡で観察し、Good Way及びBad Wayともに割れが発生しなかった場合を○、Good Way及びBad Wayの両方又は片方で割れが発生した場合を×と評価した。
表1はCu−Co−Si系合金の結果を表し、実施例1〜10の合金は、いずれも優れた強度、導電率(55%IACS以上)及び曲げ加工性を具備していた。
比較例11及び12は、Co及びSi量がそれぞれ本発明の下限未満又は上限を超えるため、強度(YS)が低いか導電率が低く曲げ加工性に劣る。比較例13及び14は、Co/Si比がそれぞれ本発明の下限未満又は上限を超えるため導電率が低い。比較例15は、Co量及びCo/Si比がそれぞれ本発明の下限未満であるため強度が低い。比較例16は、Co量が本発明の上限を超えるため導電率が低い。比較例17は、Si量が本発明の下限未満でありCo/Si比が本発明の上限を超えるため導電率が低い。比較例18は、Si量が本発明の上限を超えCo/Si比が本発明の下限未満であるため導電率が低い。比較例19及び20は、Mg等の第三金属量がそれぞれ本発明の上限を超えるため導電率が低く、曲げ加工性に劣る場合もある。
比較例21〜31は、溶体化処理において十分に固溶する条件で行ったため、導電率が低く本発明の範囲外である。
参考例46及び47は、実施例1、2に対応し、Crが添加されていないので実施例32〜45と比較すると導電率が低い。
比較例48は、Co及びSi量がそれぞれ本発明の下限未満であるため、強度が低い。比較例49は、Co及びSi量が本発明の上限を超えるため、導電率が低く曲げ加工性に劣る。比較例50及び51は、Co/Si比がそれぞれ本発明の下限未満又は上限を超えるため導電率が低い。比較例52及び53は、Cr量がそれぞれ本発明の下限未満又は上限を超えるため導電率が低く、上限を超えると曲げ加工性にも劣る。比較例54は、Co量、Cr量及びCo/Si比が本発明の下限未満であるため強度に劣る。比較例55は、Co量及びCr量が本発明の上限を超えるため導電率が低く、曲げ加工性に劣る。比較例56は、Cr量及びSi量がそれぞれ本発明の下限未満でCo/Si比が本発明の上限を超えるため、導電率が低い。比較例57は、Cr量及びSi量がそれぞれ本発明の上限を超え、Co/Si比が本発明の下限未満であるため、導電率が低く曲げ加工性に劣る。比較例58は、Co、Cr及びSi量がそれぞれ本発明の下限未満であり、強度に劣る。比較例59は、Co、Cr及びSi量がそれぞれ本発明の上限を超え、導電率が低く曲げ加工性に劣る。比較例60及び61は、C量が本発明の上限を超え、導電率が低く曲げ加工性に劣り、強度に劣る場合もある。比較例62及び63は、Mg等の第三金属量がそれぞれ本発明の上限を超えるため、導電率が低く、曲げ加工性に劣る場合もある。
比較例64〜76は、溶体化処理において十分に固溶する条件で行ったため、導電率が低く本発明の範囲外である。
Claims (5)
- Co:1.00〜2.50質量%、Si:0.20〜0.70質量%を含有し、残部Cu及び不可避的不純物から構成され、CoとSiの質量濃度比(Co/Si比)が3.5≦Co/Si≦5であり、導電率が55%IACS以上であることを特徴とする電子材料用銅合金。
- Co:1.00〜2.50質量%、Cr:0.05〜0.50質量%、Si:0.20〜0.70質量%を含有し、残部Cu及び不可避的不純物から構成され、CoとSiの質量濃度比(Co/Si比)が3.5≦Co/Si≦5であり、導電率が60%IACS以上であることを特徴とする電子材料用銅合金。
- Co:1.00〜2.50質量%、Cr:0.05〜0.50質量%、Si:0.20〜0.70質量%を含有し、更に不可避的不純物たる炭素が50ppm以下であり、残部Cu及び不可避的不純物から構成され、CoとSiの質量濃度比(Co/Si比)が3.5≦Co/Si≦5であり、導電率が60%IACS以上であることを特徴とする電子材料用銅合金。
- 更にMg、P、As、Sb、Be、B、Mn、Sn、Ti、Zr、Al、Fe、Zn及びAgの群から選ばれる少なくとも1種を0.001〜0.300質量%含有することを特徴とする請求項1〜3に記載の電子材料用銅合金。
- 溶解鋳造した後に熱間圧延と冷間圧延を行い、最終冷間圧延前に700℃〜1050℃に加熱後毎秒10℃以上で冷却する熱処理を行うことを特徴とする、請求項1〜4に記載の電子材料用銅合金の製造方法。
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