JPH0559468A - 導電性ばね用銅合金 - Google Patents
導電性ばね用銅合金Info
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- JPH0559468A JPH0559468A JP11901491A JP11901491A JPH0559468A JP H0559468 A JPH0559468 A JP H0559468A JP 11901491 A JP11901491 A JP 11901491A JP 11901491 A JP11901491 A JP 11901491A JP H0559468 A JPH0559468 A JP H0559468A
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- Japan
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- alloy
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 端子、コネクター、リレー、スイッチ等に用
いられる導電性ばね用銅合金に関する。 【構成】 Ni:0.5〜4.0%、Si:0.1〜
1.0%、Mg:0.01〜0.1%、S:0.001
5%以下、O:0.0015%以下、あるいはさらに副
成分としてP、B、As、Fe、Co、Cr、Al、S
n、Ti、Zr、In、Mnの1種又は2種以上を0.
005〜1.0%を含有するもの、さらには上記のそれ
ぞれにZn:0.01〜15%含有する合金である。 【効果】 高強度、高導電で、応力緩和特性、めっき耐
熱剥離性、銀めっき性、対応力腐食割れ性が良好な銅合
金である。
いられる導電性ばね用銅合金に関する。 【構成】 Ni:0.5〜4.0%、Si:0.1〜
1.0%、Mg:0.01〜0.1%、S:0.001
5%以下、O:0.0015%以下、あるいはさらに副
成分としてP、B、As、Fe、Co、Cr、Al、S
n、Ti、Zr、In、Mnの1種又は2種以上を0.
005〜1.0%を含有するもの、さらには上記のそれ
ぞれにZn:0.01〜15%含有する合金である。 【効果】 高強度、高導電で、応力緩和特性、めっき耐
熱剥離性、銀めっき性、対応力腐食割れ性が良好な銅合
金である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は端子、コネクター、リレ
ー、スイッチ等に用いられる導電性ばね用銅合金に関す
るものである。
ー、スイッチ等に用いられる導電性ばね用銅合金に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、これらばね用銅合金としては、黄
銅、りん青銅が広く用いられており、一部高強度が要求
されるものにはチタン銅、ベリリウム銅が用いられてい
た。
銅、りん青銅が広く用いられており、一部高強度が要求
されるものにはチタン銅、ベリリウム銅が用いられてい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、機器、部品の小
型化により、強度、ばね特性の高いものが求められてお
り、特にばね特性の長期信頼性という観点からは応力緩
和特性の良好な材料が求められている。又、応力緩和特
性を良好にするには使用時の部品の温度上昇を極力防ぐ
必要があるため、放熱性の良好な、即ち電気伝導度の高
い材料が求められている。
型化により、強度、ばね特性の高いものが求められてお
り、特にばね特性の長期信頼性という観点からは応力緩
和特性の良好な材料が求められている。又、応力緩和特
性を良好にするには使用時の部品の温度上昇を極力防ぐ
必要があるため、放熱性の良好な、即ち電気伝導度の高
い材料が求められている。
【0004】さらにはSnめっき、はんだめっきの耐熱
剥離性が良好であり、又水分の存在下におけるマイグレ
ーション現象のない高信頼性材料が求められている。こ
れらの要求特性に対し、黄銅は低コストだが強度、ばね
性に劣っており、応力腐食割れ感受性も高い。又、りん
青銅、チタン銅は電気伝導度が低く、ベリリウム銅は高
価であり、それぞれ一長一短があった。
剥離性が良好であり、又水分の存在下におけるマイグレ
ーション現象のない高信頼性材料が求められている。こ
れらの要求特性に対し、黄銅は低コストだが強度、ばね
性に劣っており、応力腐食割れ感受性も高い。又、りん
青銅、チタン銅は電気伝導度が低く、ベリリウム銅は高
価であり、それぞれ一長一短があった。
【0005】そこで、近年多くの合金が提示されている
が、その中でもCu−Ni−Si系合金が強度、導電性
とも優れているため注目されている。特にUSP459
4221(特開昭61−250134)に示されている
ように、Mgを添加すると応力緩和特性がさらに改善さ
れるため、ばね材として好適な材料である。しかし、本
合金はMgを添加することにより、めっきの耐熱剥離性
が著しく劣化することがわかっており、改善が求められ
ていた。
が、その中でもCu−Ni−Si系合金が強度、導電性
とも優れているため注目されている。特にUSP459
4221(特開昭61−250134)に示されている
ように、Mgを添加すると応力緩和特性がさらに改善さ
れるため、ばね材として好適な材料である。しかし、本
合金はMgを添加することにより、めっきの耐熱剥離性
が著しく劣化することがわかっており、改善が求められ
ていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる状況に鑑み、Cu
−Ni−Si−Mg系合金について研究を行った結果、
ばね材として全ての諸特性を満足する合金を得るに至っ
た。
−Ni−Si−Mg系合金について研究を行った結果、
ばね材として全ての諸特性を満足する合金を得るに至っ
た。
【0007】すなわち、本発明は、Ni:0.5〜4.
0%、Si:0.1〜1.0%、Mg:0.01〜0.
1%、S:0.0015%以下、O:0.0015%以
下、残部Cuからなる銅合金あるいは上記にさらにP、
B、As、Fe、Co、Cr、Al、Sn、Ti、Z
r、In、Mnのうち1種又は2種以上を0.005〜
1.0%含有する銅合金、さらには上記両合金にそれぞ
れさらにZn:0.01〜15%含有する導電性ばね用
合金である。
0%、Si:0.1〜1.0%、Mg:0.01〜0.
1%、S:0.0015%以下、O:0.0015%以
下、残部Cuからなる銅合金あるいは上記にさらにP、
B、As、Fe、Co、Cr、Al、Sn、Ti、Z
r、In、Mnのうち1種又は2種以上を0.005〜
1.0%含有する銅合金、さらには上記両合金にそれぞ
れさらにZn:0.01〜15%含有する導電性ばね用
合金である。
【0008】本発明合金の各成分限定理由を以下に示
す。Ni含有量を0.5〜4.0%とする理由は、Ni
は時効処理によりSiと金属間化合物を生成し、強度、
導電性をともに向上させる主成分であるが、0.5%未
満では強度が低く、4.0%を超えると加工性が低下す
るためである。
す。Ni含有量を0.5〜4.0%とする理由は、Ni
は時効処理によりSiと金属間化合物を生成し、強度、
導電性をともに向上させる主成分であるが、0.5%未
満では強度が低く、4.0%を超えると加工性が低下す
るためである。
【0009】SiはNiとともにあまり導電性を下げず
に強度を向上させる効果の他に、耐マイグレーション性
を向上させる効果があるが、その含有量を0.1〜1.
0%とする理由は、0.1%未満ではそれらの効果がな
く、1.0%を越えると導電性が著しく低下するためで
ある。
に強度を向上させる効果の他に、耐マイグレーション性
を向上させる効果があるが、その含有量を0.1〜1.
0%とする理由は、0.1%未満ではそれらの効果がな
く、1.0%を越えると導電性が著しく低下するためで
ある。
【0010】Mg含有量を0.01〜0.1%とする理
由は、Mgは応力緩和特性を向上させるが、めっきの耐
熱剥離性を劣化させる成分であり、0.01%未満では
S、Oを規定しても応力緩和特性を改善する事ができ
ず、0.1%を超えるとめっきの耐熱剥離性が低下する
ためである。
由は、Mgは応力緩和特性を向上させるが、めっきの耐
熱剥離性を劣化させる成分であり、0.01%未満では
S、Oを規定しても応力緩和特性を改善する事ができ
ず、0.1%を超えるとめっきの耐熱剥離性が低下する
ためである。
【0011】S含有量を0.0015%以下とする理由
は、Mg含有量を低くし、めっきの耐熱剥離性を改善し
ながら、さらに応力緩和特性も良好にするには、S含有
量が非常に重要な影響を及ぼすことがわかったためであ
り、Sが0.0015%を超えて存在すると、Mgが多
量に硫化物となって材料中に分散され、応力緩和特性が
改善されないばかりでなく、Mg含有量が低くてもめっ
きの耐熱剥離性が劣化するとともに、めっき品を加熱す
るとしみ、ふくれといった不良が発生するようになるた
めである。O含有量を0.0015%以下とする理由
も、Sとまったく同様であり、Mgが酸化物となり、応
力緩和特性が改善されないばかりでなく、めっきの耐熱
剥離性が劣化するとともに、めっき品を加熱するとし
み、ふくれといった不良が発生するためである。
は、Mg含有量を低くし、めっきの耐熱剥離性を改善し
ながら、さらに応力緩和特性も良好にするには、S含有
量が非常に重要な影響を及ぼすことがわかったためであ
り、Sが0.0015%を超えて存在すると、Mgが多
量に硫化物となって材料中に分散され、応力緩和特性が
改善されないばかりでなく、Mg含有量が低くてもめっ
きの耐熱剥離性が劣化するとともに、めっき品を加熱す
るとしみ、ふくれといった不良が発生するようになるた
めである。O含有量を0.0015%以下とする理由
も、Sとまったく同様であり、Mgが酸化物となり、応
力緩和特性が改善されないばかりでなく、めっきの耐熱
剥離性が劣化するとともに、めっき品を加熱するとし
み、ふくれといった不良が発生するためである。
【0012】すなわち、S、Oの含有量をともに0.0
015%以下とする事により始めてMg含有量を低くし
ても応力緩和特性を改善でき、かつ低くする事によりめ
っきの耐熱剥離性を改善できることとなった。
015%以下とする事により始めてMg含有量を低くし
ても応力緩和特性を改善でき、かつ低くする事によりめ
っきの耐熱剥離性を改善できることとなった。
【0013】さらには少量のMgでもめっきの耐熱剥離
性並びにめっきのしみ、ふくれを防止するにはS、Oの
含有量の規定がキーポイントである事が判明した。
性並びにめっきのしみ、ふくれを防止するにはS、Oの
含有量の規定がキーポイントである事が判明した。
【0014】P、Bその他の副成分の含有量を0.00
5〜1.0%とする理由は、副成分の添加は強度を改善
するが、0.005%未満ではその効果がなく、1.0
%を超えると加工性が低下するとともに導電性が著しく
低下するためである。
5〜1.0%とする理由は、副成分の添加は強度を改善
するが、0.005%未満ではその効果がなく、1.0
%を超えると加工性が低下するとともに導電性が著しく
低下するためである。
【0015】Zn含有量を0.01〜15%とする理由
は、Znを添加することにより、めっきの耐熱剥離性が
向上するとともに耐マイグレーション性が向上し、コス
トも低減していくが、0.01%未満ではその効果がな
く、15%を超えると応力腐食割れ感受性が急激に高く
なるためである。
は、Znを添加することにより、めっきの耐熱剥離性が
向上するとともに耐マイグレーション性が向上し、コス
トも低減していくが、0.01%未満ではその効果がな
く、15%を超えると応力腐食割れ感受性が急激に高く
なるためである。
【0016】
【実施例】次に実施例並びに比較例について説明する。
表1は試験をした銅合金の成分組成である。これらの組
成の銅合金を大気中で溶解鋳造し、30mmt×60m
mw×120mmlの大きさのインゴットを得た。これ
らのインゴットを片面3mm面削し表面欠陥を機械的に
除去した後、800〜950℃の温度で2時間加熱後熱
間圧延により6mmtの厚さに仕上げた。酸洗し表面の
スケールを除去した後0.5mmtの厚さまで冷間圧延
した。その後800〜900℃の温度で5〜10分間溶
体化処理後水焼入れを行った。なお、この溶体化処理後
の結晶粒度は10μmに調整した。そして0.3mmt
までの仕上げ冷間圧延後、400〜500℃の温度で1
〜7時間の時効処理を最大強度が得られる条件で行い、
最後は#1200エメリー紙により表面研磨し、スケー
ル等の表面欠陥を除去し供試材とした。
表1は試験をした銅合金の成分組成である。これらの組
成の銅合金を大気中で溶解鋳造し、30mmt×60m
mw×120mmlの大きさのインゴットを得た。これ
らのインゴットを片面3mm面削し表面欠陥を機械的に
除去した後、800〜950℃の温度で2時間加熱後熱
間圧延により6mmtの厚さに仕上げた。酸洗し表面の
スケールを除去した後0.5mmtの厚さまで冷間圧延
した。その後800〜900℃の温度で5〜10分間溶
体化処理後水焼入れを行った。なお、この溶体化処理後
の結晶粒度は10μmに調整した。そして0.3mmt
までの仕上げ冷間圧延後、400〜500℃の温度で1
〜7時間の時効処理を最大強度が得られる条件で行い、
最後は#1200エメリー紙により表面研磨し、スケー
ル等の表面欠陥を除去し供試材とした。
【0017】
【表1】
【0018】供試材について引張強さ、伸び、導電率、
応力緩和特性、錫めっき耐熱剥離性、銀めっき性、耐応
力腐食割れ性を試験した。引張強さ、伸びはJIS13
B引張試験片を用い引張試験を行い測定した。導電率は
10mmw×100mlの試験片に加工後四端子法によ
り20℃にて電気抵抗を測定し、導電率に換算した。応
力緩和特性は図1の様に10mmw×100mmlに加
工した板厚0.3mmの試験片に標点距離l=50mm
で高さy0=20mmの曲げ応力を負荷し、150℃に
て1000時間加熱後の図2に示す永久変形量(高さ)
yを測定し応力緩和率{[y(mm)/y0(mm)]
×100(%)}を算出した。錫めっき耐熱剥離性は供
試材に0.5〜0.8μmの銅下地めっきを施した後、
1〜1.5μmの錫を電気めっきした後加熱リフロー処
理したものについて10mmw×100mmlに切断後
150℃にて所定時間(100時間毎)加熱し、曲げ半
径0.3mm(=板厚)で片側の90°曲げを往復1回
行い、20倍の視野で表裏面の曲げ部近傍を観察しめっ
き剥離の有無を確認した。銀めっき性は供試材に銅フラ
ッシュめっきを下地として銀めっきを1μm施したもの
について450℃で2分間加熱後1470mm2(7m
m□×30個)の領域についてふくれの数を計測した。
耐応力腐食割れ性は12.5mmw×150mmlに加
工した供試材をループ状に固定したまま室内で12時間
放置後、14%アンモニア水を2リットル含有する容積
10リットルのデシケータ中に放置し、目視にて割れ発
生の有無を調べ割れ発生までの時間にて評価した。耐マ
イグレーション性は供試材を10mmw×100mml
に加工し、図3のように2枚1組でセットし、図4の様
に水道水(300ml)中に浸漬した。次にこれら2枚
の供試材間に14Vの直流電圧を印加し、経過時間に対
する電流値の変化を測定した。この結果の代表例を図5
に示す。そして耐マイグレーション性の評価は電流値が
1.0Aになるまでの時間(図5中矢印)で行った。こ
れらの評価結果を表2に示す。
応力緩和特性、錫めっき耐熱剥離性、銀めっき性、耐応
力腐食割れ性を試験した。引張強さ、伸びはJIS13
B引張試験片を用い引張試験を行い測定した。導電率は
10mmw×100mlの試験片に加工後四端子法によ
り20℃にて電気抵抗を測定し、導電率に換算した。応
力緩和特性は図1の様に10mmw×100mmlに加
工した板厚0.3mmの試験片に標点距離l=50mm
で高さy0=20mmの曲げ応力を負荷し、150℃に
て1000時間加熱後の図2に示す永久変形量(高さ)
yを測定し応力緩和率{[y(mm)/y0(mm)]
×100(%)}を算出した。錫めっき耐熱剥離性は供
試材に0.5〜0.8μmの銅下地めっきを施した後、
1〜1.5μmの錫を電気めっきした後加熱リフロー処
理したものについて10mmw×100mmlに切断後
150℃にて所定時間(100時間毎)加熱し、曲げ半
径0.3mm(=板厚)で片側の90°曲げを往復1回
行い、20倍の視野で表裏面の曲げ部近傍を観察しめっ
き剥離の有無を確認した。銀めっき性は供試材に銅フラ
ッシュめっきを下地として銀めっきを1μm施したもの
について450℃で2分間加熱後1470mm2(7m
m□×30個)の領域についてふくれの数を計測した。
耐応力腐食割れ性は12.5mmw×150mmlに加
工した供試材をループ状に固定したまま室内で12時間
放置後、14%アンモニア水を2リットル含有する容積
10リットルのデシケータ中に放置し、目視にて割れ発
生の有無を調べ割れ発生までの時間にて評価した。耐マ
イグレーション性は供試材を10mmw×100mml
に加工し、図3のように2枚1組でセットし、図4の様
に水道水(300ml)中に浸漬した。次にこれら2枚
の供試材間に14Vの直流電圧を印加し、経過時間に対
する電流値の変化を測定した。この結果の代表例を図5
に示す。そして耐マイグレーション性の評価は電流値が
1.0Aになるまでの時間(図5中矢印)で行った。こ
れらの評価結果を表2に示す。
【0019】
【表2】
【0020】この表から本発明合金は良好な強度、導電
性を有し、応力緩和特性も良好であり、錫めっき耐熱剥
離性、銀めっき性といった表面品質も非常に良好であ
り、また耐応力腐食割れ性も良好であることがわかる。
性を有し、応力緩和特性も良好であり、錫めっき耐熱剥
離性、銀めっき性といった表面品質も非常に良好であ
り、また耐応力腐食割れ性も良好であることがわかる。
【0021】これらに反し比較合金については、No.
12はNi量が高いため、強度は高いものの伸びが低
く、加工性があまり良好ではない。No.13はSi
量、S量が高いため、導電性が低く、応力緩和特性も悪
く、錫めっき耐熱剥離性、銀めっき性といった表面品質
も悪い。No.14はMg量が低く、Zn量が多い例で
あるが、Mg量が低いため応力緩和特性があまり良好で
はなく、Zn量が多いため導電性が低く、耐応力腐食割
れ性も悪い。No.15、17はMg量が多い例だが、
応力緩和特性は良好であるが、錫めっき耐熱剥離性が悪
い。No.16はNi量が低く0(酸素)量が高いた
め、十分な強度は得られず、応力緩和特性、錫めっき耐
熱剥離性、銀めっき性が悪い。
12はNi量が高いため、強度は高いものの伸びが低
く、加工性があまり良好ではない。No.13はSi
量、S量が高いため、導電性が低く、応力緩和特性も悪
く、錫めっき耐熱剥離性、銀めっき性といった表面品質
も悪い。No.14はMg量が低く、Zn量が多い例で
あるが、Mg量が低いため応力緩和特性があまり良好で
はなく、Zn量が多いため導電性が低く、耐応力腐食割
れ性も悪い。No.15、17はMg量が多い例だが、
応力緩和特性は良好であるが、錫めっき耐熱剥離性が悪
い。No.16はNi量が低く0(酸素)量が高いた
め、十分な強度は得られず、応力緩和特性、錫めっき耐
熱剥離性、銀めっき性が悪い。
【0022】No.18はS量、Zn量が多いため、応
力緩和特性、銀めっき性、耐応力腐食割れ性が悪い。N
o.19はMgを添加しない例だが応力緩和特性があま
り良好ではない。
力緩和特性、銀めっき性、耐応力腐食割れ性が悪い。N
o.19はMgを添加しない例だが応力緩和特性があま
り良好ではない。
【0023】No.20はO、S量が高いため、応力緩
和特性、錫めっき耐熱剥離性、銀めっき性が悪い。N
o.21はSi量が少ないため、十分な強度が得られ
ず、耐マイグレーション性も悪い。
和特性、錫めっき耐熱剥離性、銀めっき性が悪い。N
o.21はSi量が少ないため、十分な強度が得られ
ず、耐マイグレーション性も悪い。
【0024】以上説明したように本発明合金はCu−N
i−Si−Mg系合金のO、S量を規定し、Znを添加
し、さらにP、B、As、Fe、Co、Cr、Al、S
n、Ti、Zr、In、Mnのうち1種又は2種以上を
添加することにより、高強度、高導電でしかも応力緩和
特性も良好で、めっき耐熱剥離性、銀めっき性も良好で
耐応力腐食割れ性も良好なものである。
i−Si−Mg系合金のO、S量を規定し、Znを添加
し、さらにP、B、As、Fe、Co、Cr、Al、S
n、Ti、Zr、In、Mnのうち1種又は2種以上を
添加することにより、高強度、高導電でしかも応力緩和
特性も良好で、めっき耐熱剥離性、銀めっき性も良好で
耐応力腐食割れ性も良好なものである。
【0025】
【発明の効果】本発明合金は高強度、高導電で応力緩和
特性、めっき耐熱剥離性、銀めっき性、耐応力腐食割れ
性が良好な銅合金であって、コネクター、リレー、スイ
ッチ等広く電子部品分野で使用されるべき銅合金であ
る。
特性、めっき耐熱剥離性、銀めっき性、耐応力腐食割れ
性が良好な銅合金であって、コネクター、リレー、スイ
ッチ等広く電子部品分野で使用されるべき銅合金であ
る。
【図1】応力緩和特性試験法の説明図である。
【図2】応力緩和特性試験の永久変形量についての説明
図である。
図である。
【図3】耐マイグレーション性試験供試材の説明図であ
る。
る。
【図4】耐マイグレーション性試験の説明図である。
【図5】耐マイグレーション性試験における経過時間に
対する電流値野変化を示すグラフである。
対する電流値野変化を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 Ni:0.5〜4.0%(重量%、以下
同じ)、Si:0.1〜1.0%、Mg:0.01〜
0.1%、S:0.0015%以下、O:0.0015
%以下、残部Cuからなることを特徴とする導電性ばね
用銅合金。 - 【請求項2】 Ni:0.5〜4.0%、Si:0.1
〜1.0%、Mg:0.01〜0.1%、Zn:0.0
1〜15%、S:0.0015%以下、O:0.001
5%以下、残部Cuからなることを特徴とする導電性ば
ね用銅合金。 - 【請求項3】 Ni:0.5〜4.0%、Si:0.1
〜1.0%、Mg:0.01〜0.1%、S:0.00
15%以下、O:0.0015%以下、さらに副成分と
してP、B、As、Fe、Co、Cr、Al、Sn、T
i、Zr、In、Mnのうち1種又は2種以上を0.0
05〜1.0%含有し、残部Cuからなることを特徴と
する導電性ばね用銅合金。 - 【請求項4】 Ni:0.5〜4.0%、Si:0.1
〜1.0%、Mg:0.01〜0.1%、Zn:0.0
1〜15%、S:0.0015%以下、O:0.001
5%以下、さらに副成分としてP、B、As、Fe、C
o、Cr、Al、Sn、Ti、Zr、In、Mnのうち
1種又は2種以上を0.005〜1.0%含有し、残部
Cuからなることを特徴とする導電性ばね用銅合金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3119014A JPH0830235B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 導電性ばね用銅合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3119014A JPH0830235B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 導電性ばね用銅合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0559468A true JPH0559468A (ja) | 1993-03-09 |
JPH0830235B2 JPH0830235B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=14750855
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3119014A Expired - Lifetime JPH0830235B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 導電性ばね用銅合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0830235B2 (ja) |
Cited By (13)
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