KR100644510B1

KR100644510B1 - 열간 가공성과 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재용구리(Ｃｕ)-니켈(Ｎｉ)-망간(Ｍｎ)-실리콘(Ｓｉ)-주석(Ｓｎ)-미쉬메탈(Ｍｓ)계 합금과 그 제조방법

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Publication number: KR100644510B1
Application number: KR1020050022161A
Authority: KR
Inventors: 김창주; 한승전; 황인엽; 박철민; 김대현; 박영욱; 권경도
Original assignee: 한국기계연구원; 삼성테크윈 주식회사; 주식회사 풍산
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-11-10
Also published as: KR20060100555A

Abstract

본 발명은 열간 가공성과 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재용 구리(Cu)-니켈(Ni)-망간(Mn)-실리콘(Si)-주석(Sn)-미쉬메탈(Ms)계 합금과 그 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 고강도 리드프레임재에서 다량으로 첨가하는 고가의 니켈 함량을 줄여서 원가절감을 기하고, 고용강화 및 석출강화형 리드프레임재 합금계인 구리-니켈-실리콘-마그네슘 합금에서 합금용해 중에 산화성이 심한 실리콘의 함량을 유지하기 위하여 탈산능은 강하나, 산화성과 발화성이 심한 마그네슘을 배제하고 안전하면서도 탈산능과 주조조직 미세화를 위한 접종효과가 우수한 미쉬메탈을 첨가하여 원가절감, 생산성, 제조상에서 안전성 및 재료의 내구성을 개선한 새로운 고강도 리드프레임재 합금 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 구성은 구리-니켈-망간-실리콘-주석-미쉬메탈계 합금으로서 0.5~5.0 wt%니켈(Ni)과 0.6~5.0 wt%망간(Mn)과 1.1~3.0 wt%실리콘(Si)과 0.05~3.0 wt% 주석(Sn)과 0.001~1.0 wt% 미쉬메탈(Ms)을 첨가하며 나머지는 구리(Cu)로 조성한 합금 및 이를 제조하는 방법을 요지로 한다.

고강도 리드프레임재료, 구리, 니켈, 망간, 실리콘, 주석, 미쉬메탈, 열간 가공성, 연화온도

Description

열간 가공성과 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재용 구리(Ｃｕ)-니켈(Ｎｉ)-망간(Ｍｎ)-실리콘(Ｓｉ)-주석(Ｓｎ)-미쉬메탈(Ｍｓ)계 합금과 그 제조방법{High strength lead-frame material Cu-Ni-Mn-Si-Sn-Ms alloy with good hot-workability and good anti-softening and it's manufacturing method}

도 1은 열간 가공성에 미치는 미쉬메탈의 첨가 효과를 나타낸 고온 압축시험한 실물도이고,

도 2는 내연화성에 미치는 Cu-Ni-Mn-Si-Sn-Ms 합금의 특성도이며,

도 3 내지 5는 Cu-3.0wt%Ni-0.5wt%Mn-0.65wt%Si-0.1wt%Sn 합금계에 미쉬메탈을 각각 0.15wt%, 0.10wt% 및 0.05wt% 첨가한 경우의 고온 압축시험한 실물과 시험과정을 나타내는 압축응력과 변형곡선도이다.

본 발명은 열간 가공성과 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재용 구리(Cu)-니켈(Ni)-망간(Mn)-실리콘(Si)-주석(Sn)-미쉬메탈(Ms)계 합금과 그 제조방법에 관한 것이다.

종래 고강도 리드프레임재 동합금으로는 구리-니켈-실리콘-마그네슘 합금계가 있으나, 이와 같은 합금은 열간 가공성이 까다롭고, 연화 온도가 낮아 리드프레임으로서의 기능상에 불만족한 면을 보이고 있다.

그 예로서는 니켈을 2.2-4.2wt% 첨가하고, 여기에 실리콘을 0.25-1.20wt% 첨가하고, 여기에 마그네슘을 0.05-0.30wt% 첨가한 합금을 가지고 통상적인 설비로써 생산되는 실용품에 있어서는 열간 압연이 까다롭고, 연화온도 90℃를 기준하여 이때의 인장강도를 최고 575 MPa 정도를 나타내고 있다.

또한 고용강화 및 석출강화형 합금계인 구리-니켈-실리콘-마그네슘 합금은 합금용해 중에 산화성이 심한 실리콘의 함량을 유지하기 위하여 탈산능이 강한 마그네슘을 첨가하고 있으나, 산화 및 발화성이 더욱 강한 마그네슘의 경우는 합금 중에 세심한 주의를 요한다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고강도 리드프레임재에서 다량으로 첨가하는 고가의 니켈 함량을 줄여서 원가절감을 기하고, 고용강화 및 석출강화형 리드프레임재 합금계인 구리-니켈-실리콘-마그네슘 합금에서 합금용해 중에 산화성이 심한 실리콘의 함량을 유지하기 위하여 탈산능은 강하나, 산화성과 발화성이 심한 마그네슘을 배제하고 안전하면서도 탈산능과 주조조직 미세화를 위한 접종효과가 우수한 미쉬메탈을 첨가하여 원가절감, 생산성, 제조상에서 안전 성 및 재료의 내구성을 개선한 새로운 고강도 리드프레임재 합금 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 미쉬메탈을 구성하고 있는 주요 원소인 세리움과 란탄은 동, 니켈, 망간 및 실리콘과 합성한 미세한 복합화합물인 Cu.Ni.Mn.Si.SnxCe과 Cu.Ni.Mn.Si.SnyLa 등의 복합 석출상을 형성하여서 재료의 물성을 개선시킨 고강도 리드프레임재 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

즉, 1) 미쉬메탈 주성분인 세리움과 란탄에 의한 접종처리의 효과는 주상조직의 미세화 및 응고조직의 방향성 제거, 2) 소성가공시 주괴의 균열방지와 소성가공율 및 총 가공율의 증대, 3) 총가공율 증대에 따른 가공경화로 재료의 강도 향상, 4) 미쉬메탈의 주요 원소인 세리움 및 란탄 첨가에 의한 미세한 복합화합물이나 복합상 등의 석출강화 효과로 강도와 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명 합금은 열간 가공성을 개선하기 위하여, 열간 가공온도를 높이는 고용 원소인 니켈의 함량을 줄이는 대신에 열간 가공온도는 낮추는 고용 원소인 망간을 합금하였으며, 내구성과 관련이 많은 연화온도와 가공열처리에 의한 강화효과를 높이기 위해서는 조직이 균일하면서 치밀화 시키기 위하여 주조 후 응고 단계에서부터 접종처리 효과를 발휘할 수 있도록 하는 미량의 주성분인 세리움과 란탄을 첨가하기 위해서 이들의 복합물인 미쉬메탈을 적당량 첨가하였다.

상기와 같은 본 발명 열간 가공성과 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재 합금의 조성은 0.5 ~ 5.0 wt% 니켈(Ni)과 0.6~5.0 wt% 망간(Mn)과 1.1 ~ 3.0 wt% 실리콘(Si)과 0.05 ~ 3.0 wt% 주석(Sn)과 0.001 ~ 1.0 wt% 미쉬메탈(Ms)과 나머지는 구리(Cu)로 조성한 것을 특징으로 한다.

상기에서 니켈의 첨가효과는 동에 대한 전용고용원소로서 고용강화와 함께 냉간압연시 가공경화 효과를 극대화시켜 주는 역할을 한다.

상기에서 망간의 첨가효과는 1)니켈보다 염가이면서 니켈과 같은 고용강화 효과를 달성하고, 2)니켈과는 달리 열간 가공온도를 저하시키는 장점이 있다.

상기에서 실리콘의 첨가효과는 석출강화효과를 얻기 위함이며 비중이 가벼워 전체적인 중량비율이 낮으며, 가격도 저렴한 장점이 있고, 또한 탈산효과도 기대할 수 있다.

상기에서 주석의 첨가효과는 동합금에서 임계강화효과가 있어서 가공열처리 후에 기지강도를 향상시키며 조직을 미세화하고 도금성을 향상시키는 효과가 있다.

상기에서 미쉬메탈은 세리움과 란탄의 혼합물로 그 조성은 60~65wt%세리움과 35~40wt%의 란탄으로 조성되는데, 그 첨가효과는 1)주요 구성원소인 세리움과 란탄의 첨가효과를 효율적으로 기대할 수 있으며, 2)접종처리에 의한 주상조직의 미세화 및 응고조직의 방향성을 제거하고, 3)소성가공시 주괴의 균열방지와 소성가공율 및 총 가공율을 증대시키며, 4)총 가공율 증대에 따른 가공경화로 재료의 강도를 향상시킴과 아울러, 5)접종원소인 세리움 및 란탄 첨가에 의한 미세한 복합화합물이나 복합상 등의 석출강화 효과로 강도와 연화성을 개선 시킬 수 있는 새로운 고강도 리드프레임재를 개발하고자 첨가하였다. 그 결과로서, 적당한 소둔 열처리와 냉간가공을 거치면 미세한 기지조직을 갖으며, 상온에서 인장강도를 625 Mpa 정도이면서 연신율은 5-10wt% 정도를 가지며, 90℃에서도 기존 제품의 경우에는 인장강도가 575 MPa 정도임에 비하여 600 MPa 정도를 나타내는 연화성이 개선된 고강도 리드프레임재 동합금을 제조할 수가 있었다.

상기 본 발명 조성에서 각각의 수치 한정한 이유는 다양한 의도로 구상한 합금조성별 예상 목표와 이를 확인하고 보완한 실험 결과들을 통하여 최적의 합금조성을 도출하였으며, 합금정련, 주괴제조, 열간압연, 소둔열처리 및 최종 제품으로 냉간압연 후, 이를 가지고 물성을 파악하여 예상하는 목적을 달성할 수 있었다.

상기 본 발명의 조성에서 니켈과 망간을 각각 0.6 ~ 5.0 wt%(중량 백분율)로 한정한 이유는 한정 조성범위 이상에서는 열간 및 냉간가공성이 좋지 않으며, 재료의 강도나 연성 등의 개선이 없는 등의 실용성에 많은 문제를 나타내기 때문이다.

상기 본 발명의 조성에서 실리콘을 1.1~3.0 wt%로 한정한 이유는 조성범위에서 하한치 이하에서는 시효강화효과가 없으며, 상한치 이상의 경우에는 열간 및 냉간가공성이 나쁘고, 연신율이 극히 저조하여 실용성에 문제가 되고 있다.

상기 본 발명의 조성에서 주석을 0.05~3.0 wt%로 한정한 이유는 조성범위에서 하한치 이하에서는 시효강화효과가 없으며, 상한치 이상의 경우에는 열간 가공성이 나쁘고, 연신율이 극히 저조하여 실용성에 문제가 되고 있다.

상기 본 발명의 조성에서 미쉬메탈을 0.001 ~ 1.0 wt%(중량 백분율)로 한정한 이유는 한정 조성범위 이상에서는 첨가효과가 전무하거나 오히려 용해정련시 용탕의 유동성이 나빠져서 작업성이 어렵고, 주괴공정 이후의 공정에서는 고용범위를 넘어서는 관계로 냉간 가공성이 매우 나빠지고 연성이 낮아서 냉간 가공시 균열이 발생하는 등의 문제점이 크며, 조성범위 이하에서는 목표로 하는 재료의 특성을 만족하지 못하는 단점이 있어서, 본 발명의 조성범위로 수치 한정을 하였다.

상기와 같은 조성을 가지는 본 발명 열간 가공성과 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재용 구리(Cu)-니켈(Ni)-망간(Mn)-실리콘(Si)-주석(Sn)-미쉬메탈(Ms)계 합금의 제조방법은 다음과 같다.

먼저 합금에 사용되는 조성원소를 0.5~5.0 wt%니켈(Ni)과, 여기에 0.6~5.0 wt%망간(Mn)과, 여기에 1.1~3.0 wt%실리콘(Si)과, 여기에 0.05 ~ 3.0 wt% 주석(Sn)과, 여기에 0.001 ~ 1.0 wt% 미쉬메탈(Ms)을 첨가하며 나머지는 구리(Cu)로 평량하는 단계와;

평량한 후, 용해로 바닥에 구리(Cu)와 융점이 높은 니켈(Ni)을 먼저 용해하 여 구리와 니켈이 모두 용해하면 망간과 실리콘을 장입하여 용해하고, 이 과정에서 발생한 슬래그를 제거하고, 실리콘(Si)을 장입하여 용해 후에 용탕의 온도가 약 1,100℃ 정도가 되었을 때, 가열을 중단하거나 매우 낮은 열원을 공급하는 정도로 하여 주석(Sn)을 첨가한 후에, 미쉬메탈(MS)을 플런저를 사용하여 용탕 깊숙이 장입하여 용해 합금단계와,

합금원소들이 충분히 용해하고 용탕온도도 1200～1250℃ 정도로서 용탕의 유동성이 좋아지고 안정화되면 즉시 연속주조에 의하여 주괴를 제조한다.

이렇게 제조된 연속주조 주괴는 950～970℃ 범위에서 열간압연하여 주조조직을 완전히 제거한 상태의 판상의 코일로 제조 후에 700~800℃의 온도에서 2~5 시간 유지하여 소둔 및 고용체화처리를 행하고, 이를 다시 냉간압연을 통하여 냉간 소성가공을 행하고, 500~600℃에서 2~5 시간 시효강화처리를 행한 후에, 최종 강도를 부여하기 위한 냉간 압연으로써 고강도 리드프레임재용 판재 코일을 제조한다.

상기 각 제조단계에서의 수치 한정 이유는 한정한 구간의 수치범위보다 낮거나 높으면 효과가 없거나 지나쳐서 이상적이지 못하기 때문이다.

상기와 같은 가공 및 열처리를 수행하는 과정에서 세리움과 란탄은 동, 니켈, 망간 및 실리콘과 미세한 복합화합물인 Cu.Ni.Mn.Si.SnxCe과 Cu.Ni.Mn.Si.SnyLa 등의 복합상과 결합된 또 다른 복합상 등을 형성하여서 니켈 및 망간에 의한 고용강화 외에 석출강화로 인한 고강도 재료의 특성을 갖게 하고 있 다.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 열간 가공성에 미치는 미쉬메탈의 첨가 효과를 보기 위한 것으로 기본적인 합금계인 Cu-3.0wt%Ni-0.65wt%Si 합금계에 대하여 마그네슘(Mg) 만을 0.15wt% 첨가한 Cu-3.0wt%Ni-0.65wt%Si-0.15wt%Mg 합금과 마그네슘을 0.05wt%로 줄이고 미쉬메탈을 0.1wt% 첨가한 Cu-3.0wt%Ni-0.65wt%Si-0.05wt%Mg-0.1wt%Ms 합금과 마그네슘을 첨가하지 않고 미쉬메탈(Ms)만을 0.1wt% 첨가한 Cu-3.0wt%Ni-0.65wt%Si-0.1wt%Ms 합금인 대상으로 925℃에서 고온압축시험을 행한 결과로서 마그네슘의 일부 또는 전부를 미쉬메탈로 대체함으로써 고온에서 압축과 같은 소성가공을 하는 경우에 터짐현상이 발생하지 않는 압축성형성이 좋아짐을 나타내고 있다.

도 2는 내연화성에 미치는 본 발명합금의 특성을 보기 위한 것으로 두께가 0.4mm인 각각의 합금을 600℃에서 5 분간 열처리 후에 인장시험한 결과로서, 시편 12인 Cu-3.0wt%Ni-0.5wt%Mn-0.65wt%Si-0.1wt%Sn-0.05wt%Ms 합금의 경우에는 90도 방향에서도 인장강도가 600Mpa로서 압연방향의 인장강도가 625Mpa 임과 비슷한 정도로 이방성이 없는 좋은 결과를 보이고 있으며, 기존의 합금인 시편 2인 Cu-3.0wt%Ni-0.65wt%Si-0.15wt%Mg 합금의 90도 방향의 인장강도가 575Mpa 인것에 비하 여 높게 나타나고 있다.

그 결과로서, 본 발명합금 범위의 조성을 가지며, 여기에 적당한 가공열처리(Thermo-mechanical)를 거치면 열간 압연을 기존의 평균 970℃보다 낮은 925℃에서 행할 수 있으며, 600℃에서 연화처리한 후에도 인장강도를 600~625 Mpa 정도 얻을 수 있는 열간 가공성과 내연화성을 갖는 고강도 리드프레임재 및 그의 제조방법을 제공하였다.

다음의 [표 1]은 본 발명에서 제시하는 합금들의 예이며, 도 3, 도 4 및 도 5는 Cu-3.0wt%Ni-0.5wt%Mn-0.65wt%Si-0.1wt%Sn 합금계에 미쉬메탈을 각각 0.15wt%, 0.10wt% 및 0.05wt% 첨가한 경우에 열간 가공온도가 낮을 수록 소성가공성이 좋아지는 경우를 나타내는 것으로 고온 압축시험한 실물과 시험과정을 나타내는 압축응력과 변형곡선을 나타내고 있으며, 925℃에서 양호한 것을 보이고 있다.

[표 1] 합금의 조성표

합금의 종류	Cu	Ni	Mn	Si	Sn	Ms
Cu-2.2Ni-0.5Mn-0.25Si-0.05Sn-0.01Ms	나머지	2.2	0.5	0.25	0.05	0.01
Cu-4.2Ni-0.5Mn-1.20Si-0.05Sn-0.01Ms	나머지	4.2	0.5	1.20	0.05	0.01
Cu-3.0Ni-0.5Mn-0.65Si-0.05Sn-0.01Ms	나머지	3.0	0.5	0.65	0.05	0.01
Cu-2.2Ni-0.5Mn-0.25Si-0.05Sn-0.05Ms	나머지	2.2	0.5	0.25	0.05	0.05
Cu-2.2Ni-0.5Mn-1.20Si-0.05Sn-0.05Ms	나머지	2.2	0.5	1.20	0.05	0.05
Cu-4.2Ni-0.5Mn-0.25Si-0.05Sn-0.05Ms	나머지	4.2	0.5	0.25	0.05	0.05
Cu-4.2Ni-0.5Mn-1.20Si-0.05Sn-0.05Ms	나머지	4.2	0.5	1.20	0.05	0.05
Cu-5.0Ni-5.0Mn-0.10Si-3.0Sn-0.001Ms	나머지	5.0	5.0	0.10	3.0	0.001
Cu-5.0Ni-0.5Mn-3.0Si-0.05Sn-1.0Ms	나머지	5.0	0.5	3.0	0.05	1.00
Cu-3.0Ni-0.5Mn-0.65Si-0.05Sn-0.05Ms	나머지	3.0	0.5	0.65	0.05	0.05
Cu-3.0Ni-0.5Mn-0.65Si-0.05Sn-0.10Ms	나머지	3.0	0.5	0.65	0.05	0.10
Cu-3.0Ni-0.5Mn-0.65Si-0.05Sn-0.15Ms	나머지	3.0	0.5	0.65	0.05	0.15
Cu-0.5Ni-2.5Mn-0.65Si-0.05Sn-0.15Ms	나머지	0.5	2.5	0.65	0.05	0.15
Cu-1.0Ni-2.0Mn-0.65Si-0.05Sn-0.15Ms	나머지	1.0	2.0	0.65	0.05	0.15
Cu-1.5Ni-1.5Mn-0.65Si-0.05Sn-0.15Ms	나머지	1.5	1.5	0.65	0.05	0.15
Cu-2.0Ni-1.0Mn-0.65Si-0.05Sn-0.15Ms	나머지	2.0	1.0	0.65	0.05	0.15
Cu-2.5Ni-0.5Mn-0.65Si-0.05Sn-0.15Ms	나머지	2.5	0.5	0.65	0.05	0.15
Cu-3.0Ni-0.5Mn-0.65Si-0.05Sn-0.05Ms	나머지	3.0	0.5	0.65	0.05	0.05
Cu-3.0Ni-0.5Mn-0.65Si-0.10Sn-0.05Ms	나머지	3.0	0.5	0.65	0.10	0.05
Cu-3.0Ni-0.5Mn-0.65Si-0.50Sn-0.05Ms	나머지	3.0	0.5	0.65	0.50	0.05
Cu-3.0Ni-0.5Mn-0.65Si-1.50Sn-0.05Ms	나머지	3.0	0.5	0.65	1.50	0.05

이하 본 발명의 바람직한 실시 예이다.

(실시예 1)

구리(Cu)-3wt%니켈(Ni)-0.5wt%망간(Mn)-0.65wt%실리콘(Si)-0.05wt%주석(Sn)-0.1wt%미쉬메탈(Ms)계 합금으로서 마그네슘 대신에 미쉬메탈을 첨가한 예로서, 3 wt% 니켈(Ni)과, 여기에 0.5wt%망간(Mn)과, 여기에 0.65 wt% 실리콘(Si)과, 여기에 0.05wt%주석(Sn)과, 여기에 0.1 wt% 미쉬메탈(Ms)을 첨가하며 나머지는 구리(Cu)로 평량하는 단계와,

평량한 후, 용해로 바닥에 구리(Cu)와 융점이 높은 니켈(Ni)을 먼저 용해하여 구리와 니켈이 모두 용해하면 망간과 실리콘을 장입하여 용해하고, 이 과정에서 발생한 슬래그를 제거하고, 실리콘(Si)을 장입하여 용해 후에 용탕의 온도가 약 1,100℃ 정도가 되었을 때, 가열을 중단하거나 매우 낮은 열원을 공급하는 정도로 하여 주석(Sn)을 첨가한 후에, 미쉬메탈(MS)을 플런저를 사용하여 용탕 깊숙이 장입하여 용해 합금단계와,

합금원소들이 충분히 용해하고 용탕온도도 1200～1250℃ 정도로서 용탕의 유동성이 좋아지고 안정화 되면 즉시 연속주조에 의하여 주괴를 제조한다.

이렇게 제조된 두께 70㎜의 연속주조 주괴는 970℃에서 두께 8.5㎜로 열간압연하여 주조조직을 완전히 제거한 상태의 판상의 코일로 제조 후에 930℃의 온도에서 1 시간 유지하여 소둔 및 고용체화처리를 행하고, 이를 다시 두께 2.0㎜로 냉간압연을 행하고, 525℃에서 5 시간 시효강화처리를 행한 후에, 냉간 교정압연으로써 두께 1.8㎜인 리드프레임재용 판재 코일을 제조하였다.

이 경우에 최고 인장강도는 520MPa, 최고 경도는 Hv127을 나타내고 있다.

상기 첨가된 미쉬메탈은 세리움과 란탄의 혼합물인데, 그 혼합비례는 본 발명의 혼합비례인 60~65wt%세리움과 35~40wt%의 란탄을 만족하는 어느 수치조건이기만 하면 족하다.

(실시예 2)

구리(Cu)-3wt%니켈(Ni)-0.5wt%망간(Mn)-0.65wt%실리콘(Si)-0.1wt%주석(Sn)-0.05wt%미쉬메탈계 합금으로서, 구리-니켈-실리콘의 기본합금 계에 가공성과 시효강화성을 증진시미는 주석과 미쉬메탈을 첨가한 예로서 3 wt% 니켈(Ni)과, 여기에 0.5wt%망간(Mn)과, 여기에 0.65 wt% 실리콘(Si)과, 여기에 0.1 wt% 주석(Sn)과, 여기에 0.05 wt% 미쉬메탈(Ms)을 첨가하며 나머지는 구리(Cu)로 평량하는 단계와,

평량한 후, 용해로 바닥에 구리(Cu)와 융점이 높은 니켈(Ni)을 먼저 용해하여 구리와 니켈이 모두 용해하면 망간과 실리콘을 장입하여 용해하고, 이 과정에서 발생한 슬래그를 제거하고, 실리콘(Si)을 장입하여 용해 후에 용탕의 온도가 약 1,200℃ 정도가 되었을 때, 가열을 중단하거나 매우 낮은 열원을 공급하는 정도로 하여 주석(Sn)을 첨가한 후에, 미쉬메탈(MS)을 플런저를 사용하여 용탕 깊숙이 장입하여 용해 합금단계와,

이 경우에 최고 인장강도는 630MPa, 최고 경도는 Hv157을 나타내고 있다.

이하 상기 본 발명의 실시예와 대비되는 비교예이다.

(비교예 1)

구리(Cu)-3wt%니켈(Ni)-0.65wt%실리콘(Si)-0.15wt%마그네슘(Mg)계 합금의 제조 예로서, 3 wt%(중량 백분율) 니켈(Ni)과, 여기에 0.65 wt%(중량백분율) 실리콘(Si)과, 여기에 0.15 wt% 마그네슘(Mg)을 첨가하며 나머지는 구리(Cu)로 평량하는 단계와,

평량한 후, 용해로 바닥에 구리(Cu)와 융점이 높은 니켈(Ni)을 먼저 넣고 용해하여 구리와 니켈이 모두 용해하면 실리콘을 장입하여 용해하고, 이 과정에서 발생한 슬래그를 제거하고, 용탕의 온도가 약 1,200℃ 정도가 되었을 때, 가열을 중단하거나 매우 낮은 열원을 공급하는 정도로 하여 마그네슘을 플런저를 사용하여 용탕 깊숙이 장입하여 용해시키는 용해 합금단계와,

이 경우에 최고 인장강도는 560MPa, 최고 경도는 Hv145를 나타내고 있다.

(비교예 2)

구리(Cu)-3wt%니켈(Ni)-0.65wt%실리콘(Si)-0.05wt%마그네슘(Mg)-0.05wt%Ms계 합금으로서, 마그네슘의 일부를 미쉬메탈로 대체한 경우의 예이며, 3 wt%(중량 백분율) 니켈(Ni)과, 여기에 0.65 wt%(중량백분율) 실리콘(Si)과, 여기에 0.05 wt% 마그네슘(Mg)을 첨가하며, 여기에 0.05 wt% 미쉬메탈(Ms)을 첨가하며 나머지는 구리(Cu)로 평량하는 단계와,

평량한 후, 용해로 바닥에 구리(Cu)와 융점이 높은 니켈(Ni)을 먼저 넣고 용해하여 구리와 니켈이 모두 용해하면 실리콘을 장입하여 용해하고, 이 과정에서 발생한 슬래그를 제거하고, 용탕의 온도가 약 1,200℃ 정도가 되었을 때, 가열을 중단하거나 매우 낮은 열원을 공급하는 정도로 하여 마그네슘과 미쉬메탈을 각각 플런저를 사용하여 용탕 깊숙이 장입하여 용해시키는 용해 합금단계와,

이 경우에 최고 인장강도는 590MPa, 최고 경도는 Hv146을 나타내고 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 열간 가공성을 개선하기 위하여, 열간 가공온도를 높이는 고용 원소인 니켈의 함량을 줄이는 대신에 열간 가공온도는 낮추는 고용 원소인 망간을 합금하였으며, 내구성과 관련이 많은 연화온도와 가공열처리에 의한 강화효과를 높이기 위해서는 조직이 균일하면서 치밀화시키기 위하여 주조 후 응고 단계에서부터 접종처리 효과를 발휘할 수 있도록 하는 미량의 주성분인 세리움과 란탄을 첨가하기 위해서 이들의 복합물인 미쉬메탈을 적당량 첨가함으로써 생산공정과 관련이 있는 가공성의 개선과 제품의 사용 성능과 관련한 내연화성을 개선한 장점과,

또한 본 발명에 첨가되는 미쉬메탈을 구성하고 있는 주요 원소인 세리움과 란탄은 동, 니켈, 망간 및 실리콘과 합성한 미세한 복합화합물인 Cu.Ni.Mn.Si.SnxCe과 Cu.Ni.Mn.Si.SnyLa 등의 복합 석출상을 형성하여 재료의 물성 즉, 미쉬메탈 주성분인 세리움과 란탄에 의한 접종처리의 효과는 주상조직의 미세화 및 응고조직의 방향성 제거와 소성가공시 주괴의 균열방지와 소성가공율 및 총 가공율의 증대와, 총가공율 증대에 따른 가공경화로 재료의 강도 향상과, 미쉬메탈의 주요 원소인 세리움 및 란탄 첨가에 의한 미세한 복합화합물이나 복합상 등의 석출강화 효과로 강도와 연화성을 개선시켰다는 장점을 가진 유용한 발명으로 관련분야의 산업상에 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

Claims

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열간 가공성과 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재용 구리합금에 있어서,

0.5 ~ 5.0 wt% 니켈(Ni)과 0.6~5.0 wt% 망간(Mn)과 1.1 ~ 3.0 wt% 실리콘(Si)과 0.05~3.0 wt% 주석(Sn)과 0.001 ~ 1.0 wt% 미쉬메탈(Ms)과 나머지는 구리(Cu)로 조성하되, 상기 미쉬메탈(Ms)은 60~65wt%세리움과 35~40wt%의 란탄으로 조성되는 것을 특징으로 하는 열간 가공성과 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재용 구리(Cu)-니켈(Ni)-망간(Mn)-실리콘(Si)-주석(Sn)-미쉬메탈(Ms)계 합금.
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열간 가공성과 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재용 구리합금의 제조에 있어서,

구리(Cu)-니켈(Ni)-망간(Mn)-실리콘(Si)-주석(Sn)-미쉬메탈(Ms)계 합금은 0.5~5.0 wt% 니켈(Ni)과 0.6~5.0 wt% 망간(Mn)과 1.1~3.0 wt% 실리콘(Si)과 0.05 ~ 3.0 wt% 주석(Sn)과 0.001 ~ 1.0 wt% 미쉬메탈(Ms)(여기서 미쉬메탈은 60~65wt%세리움과 35~40wt%의 란탄으로 조성된 것)을 평량하는 단계와,

평량한 후, 용해로 바닥에 구리(Cu)와 융점이 높은 니켈(Ni)을 먼저 용해하여 구리와 니켈이 모두 용해하면 망간과 실리콘을 장입하여 용해하고, 이 과정에서 발생한 슬래그를 제거하고, 실리콘(Si)을 장입하여 용해 후에 용탕의 온도가 1,100℃ 정도가 되었을 때, 가열을 중단하거나 매우 낮은 열원을 공급하는 정도로 하여 주석(Sn)을 첨가한 후에, 미쉬메탈(MS)을 플런저를 사용하여 용탕 깊숙이 장입하여 용해 합금단계와,

합금원소들이 충분히 용해하고 용탕온도도 1200～1250℃ 정도로서 용탕의 유동성이 좋아지고 안정화 되면 즉시 연속주조에 의하여 주괴를 제조하는 단계와;

이후 연속주조 주괴를 950～970℃ 범위에서 열간압연하여 주조조직을 제거한 상태의 판상의 코일로 제조 후에 700~800℃의 온도에서 2~5 시간 유지하여 소둔 및 고용체화처리를 행하고, 이를 다시 냉간압연하여 냉간 소성가공을 행하고, 500~600℃에서 2~5 시간 시효강화처리를 행한 후, 최종 강도를 부여하기 위한 냉간 압연함으로써 고강도 리드프레임재용 판재 코일을 제조하는 방법을 특징으로 하는 열간 가공성과 연화성을 개선시킨 고강도 리드프레임재용 구리(Cu)-니켈(Ni)-망간(Mn)-실리콘(Si)-주석(Sn)-미쉬메탈(Ms)계 합금의 제조방법.