JP2011153338A - Copper alloy with high strength and high electrical conductivity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばコネクタやリードフレーム等の電子電気部品に適した高強度高導電性銅合金に関するものである。 The present invention relates to a high-strength, high-conductivity copper alloy suitable for electronic and electrical parts such as connectors and lead frames.
従来、電子機器や電気機器等の小型化にともない、これら電子機器や電気機器等に使用されるコネクタ端子、リードフレーム等の電子電気部品の小型化及び薄肉化が図られている。このため、電子電気部品を構成する材料として、バネ性、強度、導電率の優れた銅合金が要求されている。
そこで、バネ性、強度、導電率の優れた銅合金として、例えば特許文献１には、Ｂｅを含有したＣｕ−Ｂｅ合金が提供されている。このＣｕ−Ｂｅ合金は、Ｃｕの母相中にＣｕＢｅを時効析出させることで導電率を低下させることなく強度を向上させた、析出硬化型の高強度合金である。
2. Description of the Related Art Conventionally, along with downsizing of electronic devices and electrical devices, electronic electrical components such as connector terminals and lead frames used in these electronic devices and electrical devices have been reduced in size and thickness. For this reason, a copper alloy having excellent spring property, strength, and conductivity is required as a material constituting the electronic / electrical component.
Therefore, for example, Patent Document 1 provides a Cu-Be alloy containing Be as a copper alloy having excellent spring properties, strength, and electrical conductivity. This Cu—Be alloy is a precipitation hardening type high strength alloy in which the strength is improved by reducing the conductivity by aging precipitation of CuBe in the parent phase of Cu.
しかしながら、このＣｕ−Ｂｅ合金には、高価な元素であるＢｅを含有していることから、原料コストが非常に高いものである。また、Ｃｕ−Ｂｅ合金を製造する際には、毒性のあるＢｅ酸化物が発生することになる。よって、製造工程において、Ｂｅ酸化物が誤って外部に放出されないように、製造設備を特別な構成とし、厳しく管理する必要がある。このように、Ｃｕ−Ｂｅ合金は、原料コスト及び製造コストがともに高く、非常に高価であるといった問題があった。また、前述のように、有害な元素であるＢｅを含有していることから、環境対策の面からも敬遠されていた。
そこで、Ｃｕ−Ｂｅ合金を代替可能な材料が強く望まれていた。
However, since this Cu—Be alloy contains Be, which is an expensive element, the raw material cost is very high. Moreover, when manufacturing a Cu-Be alloy, a toxic Be oxide is generated. Therefore, in the manufacturing process, it is necessary to make the manufacturing equipment specially configured and strictly control so that Be oxide is not accidentally released to the outside. As described above, the Cu—Be alloy has a problem that both the raw material cost and the manufacturing cost are high and very expensive. Further, as described above, since it contains Be, which is a harmful element, it has been avoided from the viewpoint of environmental measures.
Therefore, a material that can replace the Cu—Be alloy has been strongly desired.
例えば非特許文献１には、Ｂｅ銅を代替する銅合金として、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｍｇ合金が提案されている。このＣｕ−Ｓｎ−Ｍｇ合金は、Ｃｕ−Ｓｎ合金（青銅）にＭｇを添加したものであり、強度が高く、バネ性に優れた合金である。 For example, Non-Patent Document 1 proposes a Cu—Sn—Mg alloy as a copper alloy that replaces Be copper. This Cu—Sn—Mg alloy is obtained by adding Mg to a Cu—Sn alloy (bronze), and is an alloy having high strength and excellent spring properties.
しかしながら、非特許文献１に記載されたＣｕ−Ｓｎ−Ｍｇ合金においては、加工時に割れが発生し易いといった問題があった。すなわち、非特許文献１に記載されたＣｕ−Ｓｎ−Ｍｇ合金は、Ｓｎを比較的多く含んでいることから、Ｓｎの偏析により、鋳塊の内部に低融点の金属間化合物が不均一に生成してしまう。このように低融点の金属間化合物が生成すると、その後の熱処理の際に、低融点の金属間化合物が残存してしまい、その後の加工時において割れが発生するのである。
また、Ｓｎは、Ｂｅよりは安価であるものの比較的高価な元素であることから、やはり、原料コストが上昇してしまうことになる。
However, the Cu—Sn—Mg alloy described in Non-Patent Document 1 has a problem that cracks are likely to occur during processing. That is, since the Cu—Sn—Mg alloy described in Non-Patent Document 1 contains a relatively large amount of Sn, a low melting point intermetallic compound is generated unevenly in the ingot due to the segregation of Sn. Resulting in. When a low-melting intermetallic compound is generated in this way, the low-melting intermetallic compound remains during the subsequent heat treatment, and cracks occur during subsequent processing.
Further, Sn is a relatively expensive element although it is cheaper than Be, so that the raw material cost also increases.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、Ｂｅを含有することなく、原料コスト及び製造コストが低く、引張強度及び導電性に優れ、かつ、加工性にも優れた高強度高導電性銅合金を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and does not contain Be, has low raw material costs and manufacturing costs, is excellent in tensile strength and conductivity, and has high workability. An object is to provide a highly conductive copper alloy.
上記の課題を解決するために、本発明の高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ；１．０質量％を超えて４質量％未満、Ｓｎ；０．１質量％を超えて５質量％未満を含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物とされており、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上とされていることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the high-strength and high-conductivity copper alloy of the present invention has Mg: more than 1.0 mass% and less than 4 mass%, Sn; more than 0.1 mass% and less than 5 mass% The balance is substantially Cu and inevitable impurities, and the mass ratio Mg / Sn of Mg content to Sn content is 0.4 or more.
この構成の高強度高導電性銅合金においては、ＭｇとＳｎとを含有し、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物とされた銅合金とされており、Ｍｇの含有量、Ｓｎの含有量、及び、これらＭｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎの範囲が規定されている。このような成分組成とされた銅合金は、以下に示すように、引張強度、導電性及び加工性に優れたものとなる。 In the high-strength, high-conductivity copper alloy having this configuration, Mg and Sn are contained, and the balance is substantially made of Cu and inevitable impurities. The Mg content, the Sn content, And the range of mass ratio Mg / Sn of content of these Mg and content of Sn is prescribed | regulated. The copper alloy having such a component composition is excellent in tensile strength, conductivity, and workability, as shown below.
すなわち、Ｍｇ、Ｓｎは、それぞれ銅の強度を向上させ、かつ、再結晶温度を上昇させる作用を有する元素である。しかしながら、Ｍｇ、Ｓｎを多量に含有すると、ＭｇやＳｎを含む金属間化合物に起因して加工性が悪くなる。よって、Ｍｇの含有量を１．０質量％を超えて４質量％未満とし、Ｓｎの含有量を０．１質量％を超えて５質量％未満とすることで、強度の向上及び加工性の確保を図ることが可能となるのである。
さらに、ＭｇとＳｎとを共添加することで、これらの化合物である（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎの析出物が銅の母相中に分散することになり、析出硬化によって強度を向上させることができる。ここで、質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．４以上とすることによって、Ｍｇに比較してＳｎの含有量が必要以上に多くならず、低融点の金属間化合物の残存を抑制することができ、加工性を確保することができるのである。
That is, Mg and Sn are elements that have the functions of improving the strength of copper and raising the recrystallization temperature, respectively. However, when a large amount of Mg and Sn is contained, workability deteriorates due to an intermetallic compound containing Mg and Sn. Therefore, the Mg content is more than 1.0% by mass and less than 4% by mass, and the Sn content is more than 0.1% by mass and less than 5% by mass. It is possible to ensure.
Furthermore, by co-adding Mg and Sn, precipitates of these compounds (Cu, Sn) 2 Mg and Cu 4 MgSn are dispersed in the copper matrix, and the strength is increased by precipitation hardening. Can be improved. Here, by setting the mass ratio Mg / Sn to 0.4 or more, the content of Sn does not increase more than necessary as compared with Mg, and the residual low-melting intermetallic compound can be suppressed, Workability can be ensured.
ここで、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．８以上１０以下とされていることが好ましい。
前述したＭｇとＳｎとを共添加による強度向上の効果を確実に奏功せしめることができるとともに、Ｓｎの含有量がさらに抑えられ、加工性を確保することができる。
Here, it is preferable that the mass ratio Mg / Sn of the Mg content and the Sn content is 0.8 or more and 10 or less.
The above-described effect of improving the strength by co-addition of Mg and Sn can be surely achieved, and the Sn content can be further suppressed to ensure workability.
また、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種以上を含み、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下とされていることが好ましい。
Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素は、銅合金の特性を向上させる効果を有しており、用途にあわせて選択的に含有させることによって特性を向上させることが可能となる。
Moreover, it is preferable that at least 1 sort (s) of Fe, Co, Al, Ag, Mn, Zn is included and the content is 0.01 mass% or more and 5 mass% or less.
Elements such as Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn have the effect of improving the properties of the copper alloy, and the properties can be improved by selectively containing them in accordance with the application.
さらに、Ｂを含み、その含有量が０．００１質量％以上０．５質量％以下とされていることが好ましい。
Ｂは、強度及び耐熱性を向上させる元素である。しかしながら、Ｂを多量に含有すると導電率が低下することになる。よって、Ｂの含有量を０．００１質量％以上０．５質量％以下とすることで、導電率の低下を抑えつつ、強度及び耐熱性の向上を図ることが可能となる。
Furthermore, it is preferable that the content of B is 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less.
B is an element that improves strength and heat resistance. However, if a large amount of B is contained, the conductivity is lowered. Therefore, when the B content is 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less, it is possible to improve the strength and heat resistance while suppressing the decrease in conductivity.
また、Ｐの含有量が０．００４質量％未満とされていることが好ましい。
Ｐは、溶解鋳造時において、銅溶湯の粘性を低下させる効果がある。このため、鋳造作業を容易とするために、銅合金中に添加されることが多い。しかしながら、Ｐは、Ｍｇと反応することからＭｇの効果を低減してしまう。また、導電率を大きく低下させる元素である。このため、Ｐの含有量を０．００４質量％未満とすることで、前述したＭｇの効果を確実に奏功せしめて強度の向上を図ることができるとともに、導電率の低下を抑制することができる。
Moreover, it is preferable that content of P shall be less than 0.004 mass%.
P has the effect of reducing the viscosity of the molten copper during melt casting. For this reason, in order to make casting work easy, it is often added to the copper alloy. However, since P reacts with Mg, it reduces the effect of Mg. Further, it is an element that greatly reduces the electrical conductivity. For this reason, by making the P content less than 0.004% by mass, the above-described effect of Mg can be surely achieved and the strength can be improved, and the decrease in conductivity can be suppressed. .
さらに、引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上とされていることが好ましい。
この場合、強度及び導電率に優れており、前述の電子電気部品として適した高強度高導電性銅合金を提供することができる。例えば、コネクタ端子やリードフレーム等をこの高強度高導電性銅合金で構成することで、これらコネクタ端子やリードフレーム等の薄肉化を図ることが可能となる。
Furthermore, it is preferable that the tensile strength is 750 MPa or more and the electrical conductivity is 10% IACS or more.
In this case, the strength and electrical conductivity are excellent, and a high-strength, high-conductivity copper alloy suitable as the above-described electronic / electrical component can be provided. For example, it is possible to reduce the thickness of these connector terminals, lead frames, etc. by configuring the connector terminals, lead frames, etc. with this high-strength, highly conductive copper alloy.
本発明によれば、Ｂｅを含有することなく、原料コスト及び製造コストが低く、引張強度及び導電性に優れ、かつ、加工性にも優れた高強度高導電性銅合金を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a high-strength and highly-conductive copper alloy that does not contain Be, has low raw material costs and low manufacturing costs, is excellent in tensile strength and conductivity, and is excellent in workability. .
以下に、本発明の一実施形態である高強度高導電性銅合金について説明する。
本実施形態である高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ；１．０質量％を超えて４質量％未満、Ｓｎ；０．１質量％を超えて５質量％未満を含み、かつ、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種以上を０．０１質量％以上５質量％以下、Ｂを０．００１質量％以上０．５質量％以下、を含み、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有している。また、Ｐの含有量が０．００４質量％未満とされている。そして、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上とされている。
以下に、これらの元素の含有量を前述の範囲に設定した理由について説明する。
Below, the high intensity | strength highly conductive copper alloy which is one Embodiment of this invention is demonstrated.
The high-strength, high-conductivity copper alloy of this embodiment includes Mg; more than 1.0% by mass and less than 4% by mass, Sn; more than 0.1% by mass and less than 5% by mass, and Fe, At least one of Co, Al, Ag, Mn, and Zn contains 0.01 mass% or more and 5 mass% or less, and B contains 0.001 mass% or more and 0.5 mass% or less, with the balance being Cu. It has a composition consisting of inevitable impurities. The P content is less than 0.004% by mass. And mass ratio Mg / Sn of content of Mg and content of Sn is 0.4 or more.
The reason why the contents of these elements are set in the above-described range will be described below.
（Ｍｇ）
Ｍｇは、導電率を大きく低下させることなく、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｍｇの含有量が１．０質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、４．０質量％以上のＭｇを含有した場合、均質化及び溶体化のために熱処理を行った際に、Ｍｇを含む金属間化合物が残存してしまい、十分な均質化及び溶体化を行うことができなくなる。これにより、熱処理後の冷間加工や熱間加工において割れが発生するおそれがある。
このような理由から、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて４質量％未満に設定している。
さらに、Ｍｇは活性元素であることから、過剰に添加されることによって、溶解鋳造時に、酸素と反応して生成されたＭｇ酸化物を巻きこむおそれがある。このＭｇ酸化物の巻きこみを抑制するためには、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて３質量％未満とすることが好ましい。
(Mg)
Mg is an element that has the effect of improving the strength and raising the recrystallization temperature without greatly reducing the electrical conductivity. Here, when the content of Mg is 1.0% by mass or less, the effect cannot be achieved.
On the other hand, when Mg of 4.0% by mass or more is contained, when heat treatment is performed for homogenization and solution treatment, an intermetallic compound containing Mg remains and sufficient homogenization and solution treatment is performed. It becomes impossible to do. Thereby, there exists a possibility that a crack may generate | occur | produce in the cold processing after heat processing, or hot processing.
For these reasons, the Mg content is set to more than 1.0% by mass and less than 4% by mass.
Furthermore, since Mg is an active element, when it is added excessively, there is a possibility that Mg oxide generated by reacting with oxygen is involved during melt casting. In order to suppress the entrainment of the Mg oxide, the Mg content is preferably more than 1.0 mass% and less than 3 mass%.
（Ｓｎ）
Ｓｎは、銅の母相中に固溶することにより、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｓｎの含有量が０．１質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、５質量％以上のＳｎを含有した場合、導電率が大きく低下することになる。また、Ｓｎの偏析により、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物が不均一に生成し、均質化及び溶体化のために熱処理を行った際に、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物が残存してしまい、十分な均質化及び溶体化を行うことができなくなる。これにより、熱処理後の冷間加工や熱間加工において割れが発生することになる。また、Ｓｎは比較的高価な元素であることから、必要以上に添加した場合には、製造コストが上昇することになる。
このような理由から、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて５質量％未満に設定している。なお、前述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて２質量％未満とすることが好ましい。
(Sn)
Sn is an element having the effect of improving the strength and increasing the recrystallization temperature by being dissolved in the copper matrix. Here, when the Sn content is 0.1% by mass or less, the effect cannot be achieved.
On the other hand, when 5 mass% or more of Sn is contained, electrical conductivity will fall large. In addition, Sn segregation results in heterogeneous formation of Sn-containing low-melting intermetallic compounds. When heat treatment is performed for homogenization and solution treatment, Sn-containing low-melting intermetallic compounds are produced. It remains, and sufficient homogenization and solution cannot be performed. Thereby, a crack generate | occur | produces in the cold processing after heat processing, or hot processing. In addition, since Sn is a relatively expensive element, if it is added more than necessary, the manufacturing cost will increase.
For these reasons, the Sn content is set to more than 0.1% by mass and less than 5% by mass. In addition, in order to make the above-mentioned effect effective, it is preferable to make Sn content more than 0.1 mass% and less than 2 mass%.
（Ｍｇ／Ｓｎ）
ＭｇとＳｎとを共添加した場合には、これらの化合物である（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎの析出物が銅の母相中に分散し、析出硬化によって強度を向上させることができる。
ここで、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４未満である場合には、Ｍｇの含有量に比して多くのＳｎを含有することになる。すると、前述のように、低融点の金属間化合物が生じ易くなり、加工性が低下してしまうことになる。
このような理由から、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．４以上としているのである。
なお、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物の残存を抑制して加工性を確実に確保するとともに、Ｓｎによる強度向上の効果を確実に奏功せしめるためには、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．８以上１０以下とすることが好ましい。
(Mg / Sn)
When Mg and Sn are added together, precipitates of these compounds (Cu, Sn) 2 Mg and Cu 4 MgSn are dispersed in the parent phase of copper, and the strength can be improved by precipitation hardening. it can.
Here, when the mass ratio Mg / Sn of the Mg content and the Sn content is less than 0.4, the Sn content is larger than the Mg content. Then, as described above, an intermetallic compound having a low melting point is likely to be generated, and workability is deteriorated.
For this reason, the mass ratio Mg / Sn between the Mg content and the Sn content is set to 0.4 or more.
In order to ensure the workability by ensuring the low melting point intermetallic compound containing Sn and to ensure the effect of improving the strength by Sn, the content of Mg and the content of Sn The mass ratio Mg / Sn of the amount is preferably 0.8 or more and 10 or less.
（Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎ）
Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素は、銅合金の特性を向上させる効果を有しており、用途にあわせて選択的に含有させることによって特性を向上させることが可能となる。ここで、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素の含有量が０．０１質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素を５質量％を超えて含有した場合には、導電率が大きく低下することになる。
このような理由から、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素の含有量を、０．０１質量％以上５質量％以下に設定している。
(Fe, Co, Al, Ag, Mn, Zn)
Elements such as Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn have the effect of improving the properties of the copper alloy, and the properties can be improved by selectively containing them in accordance with the application. Here, when the content of elements such as Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn is 0.01% by mass or less, the effect cannot be achieved.
On the other hand, when an element such as Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn is contained in excess of 5% by mass, the conductivity is greatly reduced.
For these reasons, the content of elements such as Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn is set to 0.01 mass% or more and 5 mass% or less.
（Ｂ）
Ｂは、強度及び耐熱性を向上させる元素である。ここで、Ｂの含有量が０．００１質量％未満では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、Ｂを０．５質量％を超えて含有した場合には、導電率が大きく低下することになる。
このような理由から、Ｂの含有量を、０．００１質量％以上０．５質量％以下に設定している。
(B)
B is an element that improves strength and heat resistance. Here, if the content of B is less than 0.001% by mass, the effect cannot be achieved.
On the other hand, when B is contained in excess of 0.5% by mass, the conductivity is greatly reduced.
For this reason, the B content is set to 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less.
（Ｐ）
Ｐは、溶解鋳造時において、銅溶湯の粘性を低下させる効果がある。このため、鋳造作業を容易とするために、銅合金中に添加されることが多い。しかしながら、Ｐは、Ｍｇと反応することからＭｇの効果を低減してしまう。さらに、Ｐは導電率を大きく低下させる元素である。
よって、Ｍｇの効果を確実に奏功せしめるとともに、導電率の低下を抑制するために、Ｐの含有量を０．００４質量％未満としている。
(P)
P has the effect of reducing the viscosity of the molten copper during melt casting. For this reason, in order to make casting work easy, it is often added to the copper alloy. However, since P reacts with Mg, it reduces the effect of Mg. Furthermore, P is an element that greatly reduces the electrical conductivity.
Therefore, the P content is set to less than 0.004% by mass in order to ensure the effect of Mg and to suppress the decrease in conductivity.
なお、不可避不純物としては、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，希土類元素，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓ，Ｏ，Ｃ，Ｎｉ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、総量で０．３質量％以下であることが好ましい。 Inevitable impurities include Ca, Sr, Ba, Sc, Y, rare earth elements, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Re, Ru, Os, Se, Te, Rh, Ir, Pd, Pt, Au, Cd, Ga, In, Li, Si, Ge, As, Sb, Ti, Tl, Pb, Bi, S, O, C, Ni, Be, N, H, Hg, and the like. These inevitable impurities are preferably 0.3% by mass or less in total.
次に、本実施形態である高強度高導電性銅合金の製造方法について説明する。
（溶解鋳造工程）
まず、銅原料を溶解して得られた銅溶湯に、前述の元素を添加して成分調整を行い、銅合金溶湯を製出する。なお、元素の添加には、元素単体や母合金等を用いることができる。また、これらの元素を含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。また、本合金のリサイクル材及びスクラップ材を用いてもよい。
ここで、銅溶湯は、純度が９９．９９％以上とされたいわゆる４ＮＣｕとすることが好ましい。また、溶解工程では、Ｍｇ等の酸化を抑制するために、真空炉、あるいは、不活性ガス雰囲気又は還元性雰囲気とされた雰囲気炉を用いることが好ましい。
そして、成分調整された銅合金溶湯を鋳型に注入して鋳塊を製出する。なお、量産を考慮した場合には、連続鋳造法又は半連続鋳造法を用いることが好ましい。
Next, the manufacturing method of the high intensity | strength highly conductive copper alloy which is this embodiment is demonstrated.
(Melting casting process)
First, the above-described elements are added to a molten copper obtained by melting a copper raw material to adjust the components, thereby producing a molten copper alloy. In addition, an element simple substance, a mother alloy, etc. can be used for the addition of an element. Moreover, you may melt | dissolve the raw material containing these elements with a copper raw material. Moreover, you may use the recycling material and scrap material of this alloy.
Here, the molten copper is preferably so-called 4NCu having a purity of 99.99% or more. Further, in the melting step, it is preferable to use a vacuum furnace or an atmosphere furnace having an inert gas atmosphere or a reducing atmosphere in order to suppress oxidation of Mg or the like.
Then, the copper alloy molten metal whose components are adjusted is poured into a mold to produce an ingot. When mass production is considered, it is preferable to use a continuous casting method or a semi-continuous casting method.
（１次熱処理工程）
次に、得られた鋳塊の均質化及び溶体化のために熱処理を行う。鋳塊の内部には、凝固の過程において添加元素が偏析で濃縮することにより発生した金属間化合物等が存在することになる。そこで、熱処理を行うことで、これらの偏析及び金属間化合物等を消失又は低減させるために、鋳塊内において、添加元素を均質に拡散させたり、添加元素を銅の母相中に固溶させたりするのである。
この熱処理工程における熱処理条件は、特に限定はないが、５００℃から８００℃、非酸化性又は還元性雰囲気中で実施することが好ましい。
(Primary heat treatment process)
Next, heat treatment is performed for homogenization and solution of the obtained ingot. Inside the ingot, there are intermetallic compounds and the like generated by the concentration of additive elements due to segregation during the solidification process. Therefore, in order to eliminate or reduce these segregation and intermetallic compounds by performing heat treatment, the additive elements are uniformly diffused in the ingot, or the additive elements are dissolved in the copper matrix. It is.
The heat treatment conditions in this heat treatment step are not particularly limited, but it is preferable to carry out in a non-oxidizing or reducing atmosphere at 500 to 800 ° C.
また、粗加工の効率化と組織の均一化のために、前述の熱処理後に熱間加工を実施してもよい。加工方法に特に限定はなく、例えば最終形態が板や条の場合には圧延、線や棒の場合には線引きや押出や溝圧延等、バルク形状の場合には鍛造やプレス、を採用することができる。なお、この熱間加工の温度も特に限定はないが、５００℃から８００℃とすることが好ましい。 Moreover, in order to increase the efficiency of rough machining and make the structure uniform, hot working may be performed after the above-described heat treatment. There is no particular limitation on the processing method. For example, rolling is used when the final form is a plate or strip, drawing, extrusion, groove rolling, etc. are used when it is a wire or bar, and forging or pressing is used when it is a bulk shape. Can do. The temperature for this hot working is not particularly limited, but is preferably 500 ° C. to 800 ° C.
（加工工程）
熱処理された鋳塊を切断するとともに、熱処理等で生成された酸化膜等を除去するために表面研削を行う。そして、所定の形状へと加工を行う。
ここで、加工方法に特に限定はなく、例えば最終形態が板や条の場合には圧延、線や棒の場合には線引きや押出や溝圧延、バルク形状の場合には鍛造やプレス、を採用することができる。なお、この加工時の温度条件は特に限定はないが、冷間又は温間加工とすることが好ましい。また、加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されることになるが、２０％以上とすることが好ましい。
(Processing process)
In addition to cutting the heat-treated ingot, surface grinding is performed to remove an oxide film or the like generated by the heat treatment or the like. Then, processing is performed into a predetermined shape.
Here, there is no particular limitation on the processing method. For example, rolling is used when the final form is a plate or strip, drawing, extrusion or groove rolling is used when it is a wire or bar, and forging or pressing is used when it is a bulk shape. can do. In addition, although the temperature conditions at the time of this process are not specifically limited, It is preferable to set it as cold or warm process. The processing rate is appropriately selected so as to approximate the final shape, but is preferably 20% or more.
なお、この加工工程の中で、溶体化を促進するために、あるいは、再結晶組織を得るため、また、加工性を向上させるために、適宜、熱処理を実施してもよい。この熱処理の条件は、特に限定はないが、５００℃から８００℃、非酸化性又は還元性雰囲気中で実施することが好ましい。 In this processing step, heat treatment may be performed as appropriate in order to promote solution formation, obtain a recrystallized structure, or improve workability. The conditions for this heat treatment are not particularly limited, but it is preferably 500 to 800 ° C. in a non-oxidizing or reducing atmosphere.
（２次熱処理工程）
次に、加工工程によって得られた加工材に対して、低温焼鈍硬化及び析出硬化を行うために、又は、残留ひずみの除去のために、熱処理を実施する。この熱処理条件については、製出される製品に求められる特性に応じて適宜設定することになる。
なお、熱処理条件は、特に限定はないが、温度が１５０℃から６００℃で、１０秒から２４時間、非酸化性又は還元性雰囲気中で実施することが好ましい。また、熱処理前の加工とこの熱処理とを複数回実施してもよい。
(Secondary heat treatment process)
Next, heat treatment is performed on the workpiece obtained by the machining step in order to perform low-temperature annealing hardening and precipitation hardening, or to remove residual strain. About this heat processing condition, it will set suitably according to the characteristic calculated | required by the product manufactured.
The heat treatment conditions are not particularly limited, but the temperature is preferably 150 to 600 ° C., and preferably 10 to 24 hours in a non-oxidizing or reducing atmosphere. Further, the processing before the heat treatment and the heat treatment may be performed a plurality of times.
このようにして、本実施形態である高強度高導電性銅合金が製出されることになる。そして、本実施形態である高強度高導電性銅合金は、その引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上とされている。 In this way, the high-strength and high-conductivity copper alloy according to this embodiment is produced. The high-strength, high-conductivity copper alloy according to this embodiment has a tensile strength of 750 MPa or more and a conductivity of 10% IACS or more.
以上のような構成とされた本実施形態である高強度高導電性銅合金によれば、ＭｇとＳｎとを含有し、Ｍｇの含有量が１．０質量％を超えて４質量％未満とされ、Ｓｎの含有量が０．１質量％を超えて５質量％未満とされ、これらＭｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上とされているので、Ｍｇ及びＳｎの共添加によって、固溶硬化及び析出硬化による強度の向上を図ることが可能となるとともに、Ｍｇ、Ｓｎの含有量が抑制され、加工性を確保することができる。 According to the high-strength and high-conductivity copper alloy that is the present embodiment configured as described above, it contains Mg and Sn, and the Mg content exceeds 1.0 mass% and is less than 4 mass%. Since the Sn content exceeds 0.1% by mass and is less than 5% by mass, and the mass ratio Mg / Sn of the Mg content and the Sn content is 0.4 or more, Mg Further, by co-addition of Sn and Sn, it is possible to improve the strength by solid solution hardening and precipitation hardening, and the contents of Mg and Sn are suppressed, and workability can be ensured.
また、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種以上を含有し、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下とされているので、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素によって、導電率を著しく低下させることなく、銅合金の特性を向上させることが可能となる。
さらに、Ｂを含有し、その含有量が０．００１質量％以上０．５質量％以下とされているので、導電率の低下を抑えつつ、強度及び耐熱性の向上を図ることが可能となる。
また、Ｐの含有量が０．００４質量％未満とされているので、ＭｇとＰとの反応を抑制でき、Ｍｇの効果を確実に奏功せしめることが可能となる。
In addition, since it contains at least one of Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn, and its content is 0.01 mass% or more and 5 mass% or less, Fe, Co, Al, The elements such as Ag, Mn, and Zn can improve the characteristics of the copper alloy without significantly reducing the electrical conductivity.
Furthermore, since B is contained and the content is 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less, it is possible to improve the strength and heat resistance while suppressing the decrease in conductivity. .
Moreover, since the content of P is less than 0.004% by mass, the reaction between Mg and P can be suppressed, and the effect of Mg can be reliably achieved.
さらに、本実施形態では、引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上とされているので、本実施形態である高強度高導電性銅合金を用いて、コネクタ端子やリードフレーム等を構成することで、これらコネクタ端子やリードフレーム等の薄肉化を図ることが可能となる。 Furthermore, in this embodiment, since the tensile strength is 750 MPa or more and the conductivity is 10% IACS or more, a connector terminal, a lead frame, and the like are configured using the high-strength, high-conductivity copper alloy according to this embodiment. This makes it possible to reduce the thickness of these connector terminals, lead frames, and the like.
以上、本発明の実施形態である高強度高導電性銅合金について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、Ｍｇ，Ｓｎ以外の元素を含有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｍｇ，Ｓｎ以外の元素については必要に応じて添加すればよい。
また、高強度高導電性銅合金の製造方法の一例について説明したが、製造方法は本実施形態に限定されることはなく、既存の製造方法を適宜選択して製造してもよい。
As described above, the high-strength and high-conductivity copper alloy which is an embodiment of the present invention has been described, but the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.
For example, although it demonstrated as containing elements other than Mg and Sn, it is not limited to this, What is necessary is just to add elements other than Mg and Sn as needed.
Moreover, although an example of the manufacturing method of a high intensity | strength highly conductive copper alloy was demonstrated, a manufacturing method is not limited to this embodiment, You may manufacture by selecting the existing manufacturing method suitably.
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
純度９９．９９％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これを高純度グラファイト坩堝内に装入して、Ａｒガス雰囲気とされた雰囲気炉内において高周波溶解した。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成に調製し、カーボン鋳型に注湯して鋳塊を製出した。なお、鋳塊の大きさは、厚さ約２０ｍｍ×幅約２０ｍｍ×長さ約１００ｍｍとした。
Below, the result of the confirmation experiment performed in order to confirm the effect of this invention is demonstrated.
A copper raw material made of oxygen-free copper having a purity of 99.99% or more was prepared, charged into a high-purity graphite crucible, and high-frequency melted in an atmosphere furnace having an Ar gas atmosphere. Various additive elements were added to the obtained molten copper to prepare the component compositions shown in Table 1, and poured into a carbon mold to produce an ingot. The size of the ingot was about 20 mm thick × about 20 mm wide × about 100 mm long.
得られた鋳塊に対して、Ａｒガス雰囲気中において７１５℃で４時間の熱処理を実施した。
熱処理後の鋳塊を切断するとともに、酸化被膜を除去するために表面研削を実施した。これにより、厚さ約８ｍｍ×幅約１８ｍｍ×長さ約１００ｍｍの素体ブロックを製出した。床敷き
The obtained ingot was heat-treated at 715 ° C. for 4 hours in an Ar gas atmosphere.
The ingot after the heat treatment was cut and surface grinding was performed to remove the oxide film. Thus, an element block having a thickness of about 8 mm, a width of about 18 mm, and a length of about 100 mm was produced. Flooring
この素体ブロックに対して、圧延率約９２％から９４％の冷間圧延を実施し、厚さ約０．５ｍｍ×幅約２０ｍｍの条材を製出した。
この条材に対して、Ａｒガス雰囲気中で表１に記載した温度で１〜４時間の熱処理を実施し、特性評価用条材を作成した。
The element block was cold-rolled at a rolling rate of about 92% to 94% to produce a strip having a thickness of about 0.5 mm and a width of about 20 mm.
The strip was subjected to heat treatment for 1 to 4 hours at a temperature described in Table 1 in an Ar gas atmosphere to prepare a strip for property evaluation.
（加工性評価）
加工性の評価として、前述の冷間圧延時における耳割れの有無を観察した。目視で耳割れが全くあるいはほとんど認められなかったものを◎、長さ１ｍｍ未満の小さな耳割れが発生したものを○、長さ１ｍｍ以上３ｍｍ未満の耳割れが発生したものを△、長さ３ｍｍ以上の大きな耳割れが発生したものを×、耳割れに起因して圧延途中で破断したものを××とした。
なお、耳割れの長さとは、圧延材の幅方向端部から幅方向中央部に向かう耳割れの長さのことである。
(Processability evaluation)
As an evaluation of workability, the presence or absence of ear cracks during the cold rolling described above was observed. The case where no or almost no ear cracks were visually observed was ◎, the case where a small ear crack of less than 1 mm in length occurred was ○, the case where an ear crack of 1 mm or more and less than 3 mm occurred was Δ, and a length of 3 mm The case where the above-mentioned big ear crack generate | occur | produced was made into x, and what was fractured | ruptured in the middle of rolling due to the ear crack was made into xx.
In addition, the length of an ear crack is the length of the ear crack which goes to the width direction center part from the width direction edge part of a rolling material.
また、前述の特性評価用条材を用いて、引張強度及び導電率を測定した、
（引張強度）
特性評価用条材からＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定される１３Ｂ号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定にしたがって、室温（２５℃）での引張強度を測定した。なお、試験片は、引張試験の引張方向が特性評価用条材の圧延方向に対して平行になるように採取した。
Moreover, the tensile strength and electrical conductivity were measured using the above-mentioned strips for property evaluation,
(Tensile strength)
A No. 13B test piece defined in JIS Z 2201 was taken from the strip for property evaluation, and the tensile strength at room temperature (25 ° C.) was measured in accordance with the provision of JIS Z 2241. In addition, the test piece was extract | collected so that the tension direction of a tension test might become parallel with the rolling direction of the strip for characteristic evaluation.
（導電率）
特性評価用条材から幅１０ｍｍ×長さ６０ｍｍの試験片を採取し、４端子法によって電気抵抗を求めた。また、マイクロメータを用いて試験片の寸法測定を行い、試験片の体積を算出した。そして、測定した電気抵抗値と体積とから、導電率を算出した。なお、試験片は、その長手方向が特性評価用条材の圧延方向に対して平行になるように採取した。
評価結果を表１に示す。
(conductivity)
A test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was taken from the strip for characteristic evaluation, and the electrical resistance was determined by a four-terminal method. Moreover, the dimension of the test piece was measured using the micrometer, and the volume of the test piece was calculated. And electrical conductivity was computed from the measured electrical resistance value and volume. In addition, the test piece was extract | collected so that the longitudinal direction might become parallel with the rolling direction of the strip for characteristic evaluation.
The evaluation results are shown in Table 1.
Ｍｇのみを含有し、その含有量が１質量％未満とされた比較例１では、引張強度が６５７ＭＰａと低かった。
また、Ｍｇ及びＳｎを含有し、Ｍｇの含有量が１質量％未満とされた比較例２については、引張強度が７３５ＭＰａであった。
さらに、Ｍｇ及びＳｎを含有し、Ｍｇの含有量が１質量％未満とされ、かつ、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４未満とされた比較例３については、引張強度が６４５ＭＰａであった。
また、Ｍｇのみを含有し、その含有量が１質量％以上とされた比較例４では、引張強度が６６３ＭＰａと低かった。
In Comparative Example 1, which contained only Mg and the content was less than 1% by mass, the tensile strength was as low as 657 MPa.
Moreover, about the comparative example 2 containing Mg and Sn and content of Mg being less than 1 mass%, tensile strength was 735 MPa.
Further, Comparative Example 3 containing Mg and Sn, the Mg content being less than 1% by mass, and the Mg / Sn mass ratio Mg / Sn being less than 0.4 Had a tensile strength of 645 MPa.
Moreover, in the comparative example 4 which contains only Mg and the content was 1 mass% or more, tensile strength was as low as 663 MPa.
さらに、Ｍｇ及びＳｎを含有し、Ｓｎの含有量が５質量％以上とされ、かつ、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４未満とされた比較例５については、耳割れが激しく圧延途中で破断した。
また、Ｍｇのみを含有し、その含有量が４質量％以上とされた比較例６では、長さ３ｍｍ以上の大きな耳割れが発生した。
さらに、Ｍｇ及びＳｎを含有し、Ｍｇの含有量が４質量％以上とされた比較例７については、耳割れが激しく圧延途中で破断した。
Further, Comparative Example 5 containing Mg and Sn, the Sn content being 5% by mass or more, and the mass ratio Mg / Sn of Mg content to Sn content being less than 0.4 Ruptured in the middle of rolling due to severe ear cracks.
Moreover, in the comparative example 6 which contains only Mg and the content was 4 mass% or more, the big ear crack of length 3mm or more generate | occur | produced.
Further, Comparative Example 7 containing Mg and Sn and having a Mg content of 4% by mass or more was severely cracked during the rolling.
これに対して、本発明例１−２２においては、引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％以上とされていることが確認された。また、冷間圧延において、３ｍｍ以上の大きな耳割れは確認されなかった。
以上のことから、本発明例によれば、引張強度が７５０ＭＰａ，導電率が１０％以上の高強度高導電性銅合金を、耳割れ等による加工トラブルなく、製出できることが確認された。
On the other hand, in Invention Example 1-22, it was confirmed that the tensile strength was 750 MPa or more and the conductivity was 10% or more. In cold rolling, large ear cracks of 3 mm or more were not confirmed.
From the above, according to the example of the present invention, it was confirmed that a high-strength, high-conductivity copper alloy having a tensile strength of 750 MPa and an electrical conductivity of 10% or more can be produced without processing trouble due to ear cracks or the like.
Claims (6)
Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。 Mg; more than 1.0% by mass and less than 4% by mass, Sn; more than 0.1% by mass and less than 5% by mass, with the balance being Cu and inevitable impurities,
A high-strength, high-conductivity copper alloy characterized in that the mass ratio Mg / Sn of Mg content to Sn content is 0.4 or more.
Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．８以上１０以下とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。 The high-strength and high-conductivity copper alloy according to claim 1,
A high-strength, high-conductivity copper alloy characterized in that the mass ratio Mg / Sn between the Mg content and the Sn content is 0.8 or more and 10 or less.
Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種以上を含み、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。 In the high strength and high conductivity copper alloy according to claim 1 or 2,
High-strength, high-conductivity copper containing at least one of Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn and having a content of 0.01% by mass to 5% by mass alloy.
Ｂを含み、その含有量が０．００１質量％以上０．５質量％以下とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。 In the high intensity | strength highly conductive copper alloy as described in any one of Claims 1-3,
A high-strength, high-conductivity copper alloy containing B and having a content of 0.001% by mass to 0.5% by mass.
Ｐの含有量が０．００４質量％未満とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。 In the high strength high conductivity copper alloy according to any one of claims 1 to 4,
A high-strength, high-conductivity copper alloy characterized in that the P content is less than 0.004% by mass.
引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。 In the high strength and high conductivity copper alloy according to any one of claims 1 to 5,
A high-strength, high-conductivity copper alloy characterized by a tensile strength of 750 MPa or more and an electrical conductivity of 10% IACS or more.
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