JP7296757B2 - 銅合金、伸銅品及び電子機器部品 - Google Patents
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Description
(油膜当量)={(圧延油粘度、40℃の動粘度;cSt)×(圧延速度;m/分)}/{(材料の降伏応力;kg/mm2)×(ロール噛込角;rad)}・・・(1)
Ni、Co及びSiは、適当な時効処理を行うことにより、Ni-Si、Co-Si、Ni-Co-Si等の金属間化合物として析出する。この析出物の作用により強度が向上し、析出によりCuマトリックス中に固溶したNi、Co及びSiが減少するため導電率が向上する。しかしながら、NiとCoの合計量が0.5質量%未満又はSiが0.1質量%未満になると高強度な銅合金を得ることが難しくなる。NiとCoの合計量が5.0質量%を超えると又はSiが1.2質量%を超えると、熱間圧延割れ等により合金の製造が困難になる。
副成分としてのSn、Zn、Mg、Cr、Mn、Fe、Ti、Zr、P、Ag、Bは強度上昇に寄与する。さらには、ZnはSnめっきの耐熱剥離性の向上に、Mgは応力緩和特性の向上に、Cr、Mnは熱間加工性の向上に効果がある。Sn、Zn、Mg、Cr、Mn、Fe、Ti、Zr、P、Ag、Bが総量で0.005質量%未満であると上記の効果は得られず、3.0質量%を超えると曲げ加工性が著しく低下する。このため、本発明の実施の形態に係る銅合金では、これらの元素を総量で0.005~3.0質量%含有することが好ましく、0.01~1.0質量%含有することがより好ましい。
本発明の実施の形態に係る銅合金は、その表面の、圧延方向と平行な方向に測定した表面の60度光沢度G60RDが200以上、より好ましくは250以上、更に好ましくは300以上である。これにより、ピット状の凹凸が抑制された高い金属光沢を有する銅合金が得られる。
本発明に係る銅合金は、所定のめっき処理を施すことにより銅合金の表面に0.1~20μm程度のめっき処理層を形成した場合においても、高い光沢度を維持することができる。即ち、本発明に係る銅合金は、圧延材の表面にめっき処理層を備え、圧延材の圧延方向と直角な方向に測定した場合のめっき処理層の表面の60度光沢度G60TDが250以上である。本発明によれば、耐酸化性に優れ、見栄え品質としても外観性が優れた高い金属光沢を有するめっき処理層を有する銅合金が得られる。
本発明の実施の形態において、表面粗さRskは、JISB0601 「製品の幾何特性仕様(GPS)-表面性状:輪郭曲線方式-用語,定義及び表面性状パラメータ」(2017年)により定義される指標に基づいて測定された結果を示す。例えば、JIS規格B0601(2013)に基づいて、非接触のレーザー式表面粗さ計、例えばレーザーテック社製コンフォーカル顕微鏡及び附属の計算ソフトを用いて、圧延材表面の圧延方向と直角な方向に沿った表面粗さプロファイルから算出することができる。
(1)高さが高く幅が狭い山が多く、深さが浅く幅の広い谷が多いとき、Rskは正の値をとる。高さが高く幅が狭い山が多いほど、深さが浅く幅の広い谷が多いほど、Rskの絶対値は大きくなる。
(2)高さが低く幅が広い山が多く、深さが深く幅の狭い谷が多いとき、Rskは負の値をとる。高さが低く幅が広い山が多く、深さが深く幅の狭い谷が多いほど、Rskの絶対値は大きくなる。
(3)山の高さと谷の深さとが同じで、山の幅と谷の幅とが同じとき、Rskは0を示す。
表面粗さRaは、JIS規格B0601(2013)に基づいて、非接触のレーザー式表面粗さ計、例えばレーザーテック社製コンフォーカル顕微鏡及び附属の計算ソフトを用いて、圧延材表面の圧延方向と直角な方向に沿った表面粗さプロファイルから算出することができる。本実施形態に係る銅合金は、表面粗さRaが0.03~0.20μmであり、より典型的には0.06~0.07μmである。表面粗さRaが0.03~0.20μmの範囲外であると電子部品用の材料として不向きである場合がある。なお、表面粗さRaは、冷間圧延においてワークロールの表面粗さを制御することにより調整することができる。
本発明の実施の形態に係る銅合金は、コルソン合金の条または箔を含み、その厚さは典型的には0.030mm~0.15mmとすることができ、より典型的には0.030~0.120mmとすることができ、更に典型的には、0.050~0.010mmとすることができる。
本発明の実施の形態に係る銅合金は、電気・電子機器、自動車等で用いられる端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板、電磁シールド板、カメラ部品等を含む電子機器部品の用途に好適に使用することができる。
本発明の実施の形態に係る銅合金は一般的なコルソン合金の製造方法を利用して製造することができる。コルソン合金の一般的な製造プロセスでは、まず溶解炉で電気銅、Ni、Co、Si等の原料を溶解し、所望の組成の溶湯を得る。そして、この溶湯をインゴットに鋳造する。その後、熱間圧延及び冷間圧延を行って圧延材を得た後、これを溶体化処理、時効処理の順で処理することにより、所望の厚みおよび特性を有する銅合金条、銅合金板、又は銅箔に仕上げる。高強度化のために、溶体化処理と時効の間や時効処理後に冷間圧延を行ってもよい。
本発明の実施の形態に係る銅合金は、時効処理後の表面酸化膜の厚さが15~35nmであることが好ましい。表面酸化膜の厚さが好ましい範囲の下限を下回ると、表面酸化膜が厚い部分、薄い部分及びほぼ酸化膜が存在しない部分とが混在するため、酸化の状態が不均一になる。酸化の状態が不均一であると、時効処理の後に酸洗した場合に、局部腐食、ピッティングコロージョン、あるいは孔食と称されるものが起こりやすくなり、表面に局部の窪みが生じる場合がある。また、酸化の状態が不均一であると、酸洗後の研磨処理においても研磨の効果が不均一となりやすくなり、表面に局部の窪みが生じる場合がある。更に、酸化の状態が不均一であると、冷間圧延において、圧延油の膜厚が不均一となりオイルピットと称される局部の窪みが発生する場合がある。このような局部の窪みが発生する結果、表面粗さRskが負の値を示しやすくなる。
酸化膜の厚みは、例えばオージェ電子分光法(AES)により測定することができる。AES分析では、酸素濃度の測定と、Arによるスパッタリングとを交互に行ない、酸素の濃度曲線を作製する。濃度曲線は、横軸がスパッタリング時間の積算値、縦軸が酸素濃度である。時効処理後のコルソン合金の表層は酸素濃度が高い。酸素濃度が最大を示したところでさらにArスパッタリングと酸素濃度の測定を交互に行うと、スパッタリング時間の積算値が増加するのに伴い酸素濃度は低下する。その後、スパッタリング時間の積算値によらず、酸素濃度は一定の値を示す。酸素濃度の最大値の2分の1の値である、Arスパッタリング時間の積算値を酸素の濃度曲線から求め、そのArスパッタリング時間を長さに換算しこれを酸化膜の厚みとする。
時効処理における酸化膜の厚みは、加熱装置における雰囲気ガスの調整により制御することができる。好ましい雰囲気は、工業において用いられる還元性のガスで、組成および水分濃度を調整すればよい。例えば、アルゴンまたは窒素などの非酸化性のガスに、水素や一酸化炭素を混合したものを用いることができる。例えば、アルゴンが70~90質量%、水素が10~30質量%、露点が-40~-20℃のガスを用いることができる。
<表面粗さRa、Rsk>
酸洗研磨後の各材料の表面粗さRskを測定した。表面粗さRskは、JIS規格B0601(2013)に基づいて、レーザーテック社製コンフォーカル顕微鏡及び附属の計算ソフトを用いて、圧延材表面の圧延方向と直角な方向に沿った表面粗さプロファイルから算出した結果を示す。また、酸洗研磨後の表面粗さRaと時効処理後の表面粗さRaを、表面粗さRskと同様の測定装置を用いて評価した。
圧延平行方向及び圧延直角方向の60度光沢度G60RD、G60TDを、JIS Z8741に基き、日本電色工業株式会社製の光沢度計ハンディーグロスメーターPG-1を用いて測定した。
Pb入りはんだ(60質量%Sn-40質量%Pb)及び千住金属製Pbフリー半田M705系はんだを用い、はんだ付け試験を行った。はんだ濡れ性の評価では、JISC60068-2-54に準じ、ソルダーチェッカ(レスカ社製SAT-2000)によりメニスコグラフ法と同じ手順ではんだ付けをし、はんだ付け部の外観を観察した。測定条件はつぎのとおりである。試料の前処理としてアセトンを用いて脱脂した。次に10vol%硫酸水溶液を用いて酸洗を施した。はんだの試験温度は245±5℃とした。フラックスはロジン25質量%-エタノール75質量%を使用した。また、浸漬深さは12mm、浸漬時間は10秒、浸漬速度は25mm/秒、試料の幅は10mmとした。評価基準は、50倍の実体顕微鏡にて目視観察し、はんだ付け部の全面がはんだで覆われているものを良好(○)とし、はんだ付け部の一部(ピンホール)又は全面(はじき)がはんだで覆われていないものを不良(×)とした。
酸洗研磨後の材料に対して前処理としてアルカリ電解脱脂を行い、酸洗した後に、Niめっき処理を行った。ニッケルめっきには、通常光沢めっき、半光沢めっき及び光沢めっきがあるが、ここでは市販のめっき液により光沢めっきを行った。結果を表1及び表2に示す。
Claims (7)
- Ni及びCoのうち1種以上を合計で0.5~5.0質量%、Siを0.1~1.2質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる圧延材であり、圧延方向と直角な方向に測定した表面の表面粗さRskが-0.50~0.70、圧延方向と平行な方向に測定した表面の60度光沢度G60RDが200以上である銅合金。
- 圧延方向と直角な方向に測定した表面の60度光沢度G60TDが150以上である請求項1に記載の銅合金。
- 圧延方向と直角な方向に測定した表面の表面粗さRaが0.03~0.20μmである請求項1又は2に記載の銅合金。
- 前記圧延材の表面にめっき処理層を備え、
前記圧延材の圧延方向と直角な方向に測定した該めっき処理層の表面の60度光沢度G60TDが250以上である請求項1~3の何れか一項に記載の銅合金。 - Sn、Zn、Mg、Cr、Mn、Fe、Ti、Zr、P、Ag、Bのうち1種以上を総量で0.005~3.0質量%含有する請求項1~4の何れか一項に記載の銅合金。
- 請求項1~5の何れか一項に記載の銅合金を備えた伸銅品。
- 請求項1~5の何れか一項に記載の銅合金を備えた電子機器部品。
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