KR102117808B1

KR102117808B1 - 구리계 합금 선재

Info

Publication number: KR102117808B1
Application number: KR1020187015960A
Authority: KR
Inventors: 시게키 세키야; 히데미치 후지와라; 겐고 미토세
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2020-06-02
Also published as: WO2017199906A1; US10626483B2; CN108368565B; JPWO2017199906A1; EP3460080B1; KR20180102063A; EP3460080A1; JP6284691B1; US20180371580A1; EP3460080A4; CN108368565A

Abstract

본 발명은, 고인장 강도, 고유연성, 고도전율 및 고내굴곡 피로성을 동시에 구비하는 구리 합금 선재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 구리 합금 선재는, Ag : 0.1 ∼ 6.0 질량％, P : 0 ∼ 20 질량ppm 을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고, 선재의 길이 방향에 평행한 단면에 있어서, 애스펙트비가 1.5 이상 또한 선재 길이 방향과 수직인 방향의 치수가 200 ㎚ 이하인 제 2 상 입자의 개수 밀도가 1.4 개/㎛² 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

구리계 합금 선재

본 발명은, 고인장 강도, 고유연성, 고도전율 및 고내굴곡 피로성이 요구되는, 마이크로 스피커나 마그넷 와이어용의 선재나, 극세 동축선 등에 바람직하게 사용되는 구리계 합금 선재에 관한 것이다.

마이크로 스피커용 또는 마그넷 와이어용의 선재나 극세 동축선에는, 선재의 제조 과정 또는 코일상으로 성형할 때의 텐션에 내구할 수 있는 높은 인장 강도, 유연하게 굽히거나 코일 등으로 성형하거나 할 수 있는 높은 유연성, 전기를 보다 많이 흐르게 하기 위한 높은 도전율, 그리고 선재의 반복 굽힘이나 꺾임 등에 내구할 수 있는 높은 내굴곡 피로성이 동시에 요구된다. 최근, 전자 기기의 소형화에 따라 선재의 세경화가 진행되고 있기 때문에, 더욱 이들 요구는 엄격해지고 있다.

상기 선재에는, 종래, 은을 함유한 구리 합금선이 이용되는 경우가 있었다. 왜냐하면, 구리 중에 첨가한 은은 정석출물로서 출현하여, 강도를 향상시키는 효과와, 일반적으로 구리 중에 첨가 원소를 고용시키면 도전율이 저하되지만, 은은 구리 중에 첨가해도 도전율의 저하가 작다는 성질을 갖기 때문이다. 지금까지, 정석출물을 절단하는 직선의 최대 길이가 100 ㎚ 이하인 정석출물의 면적률이, 100 ％ 인 Cu-Ag 합금선 (특허문헌 1) 이나, 가장 가까운 정석출물상끼리의 간격이 선 직경 d 에 대해 d/1000 이상 d/100 이하이고, 정석출물상의 사이즈가 d/5000 이상 d/1000 이하인 정석출물의 개수가, 정석출물의 개수 전체의 80 ％ 이상인 구리계 합금선 (일본 특허출원 2015-114320호에 기재) 이 알려져 있다.

그러나, 이들 종래 기술에서는, 상기 요구에 충분히 대응할 수 없었다. 왜냐하면 인장 강도 및 내굴곡 피로성을 향상시키기 위해서, 신선 (伸線) 가공 등에 의해 가공 경화된 선재로는 유연성이 만족되지 않고, 한편으로 유연성을 향상시키기 위해서, 열처리를 실시한 선재로는 인장 강도 및 내굴곡 피로성이 저하되고, 특히 내굴곡 피로성의 저하가 현저하기 때문에 상기 요구를 만족시키지 못하고, 또한, 그것들의 저하를 보충하기 위해서 정석출물의 석출 강화 또는 분산 강화를 실시해도, 내굴곡 피로성은 여전히 충분히 만족시킬 수는 없었다. 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된 구리 합금선은 유연성을 만족시키지 못하고, 일본 특허출원 2015-114320호에 기재된 구리 합금선은 유연성 또는 내굴곡 피로성의 어느 일방이 만족되어 있지 않았다.

일본 특허 제5713230호

본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 고인장 강도, 고유연성, 고도전율 및 고내굴곡 피로성을 동시에 구비하는 구리 합금 선재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 내굴곡 피로성과 정석출물의 관계에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, 정석출물에서 유래하는 제 2 상 입자의 입자 형상을 소정의 관계로 제어함으로써, 유연성을 부여하기 위해서 열처리를 실시한 선재여도, 특히 내굴곡 피로성을 향상시킬 수 있는 것을 알아내고, 이러한 지견에 기초하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

[1] Ag : 0.1 ∼ 6.0 질량％, P : 0 ∼ 20 질량ppm 을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 구리 합금 선재로서, 선재의 길이 방향에 평행한 단면에 있어서, 애스펙트비가 1.5 이상 또한 선재 길이 방향과 수직인 방향의 치수가 200 ㎚ 이하인 제 2 상 입자의 개수 밀도가, 1.4 개/㎛² 이상인 것을 특징으로 하는, 구리 합금 선재.

[2] 상기 화학 조성에 있어서, P : 0.1 ∼ 20 질량ppm 인, 상기 [1] 에 기재된 구리 합금 선재.

[3] 선 직경이 0.15 ㎜ 이하인, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 구리 합금 선재.

[4] 선재 외주부에 대한 굽힘 변형이 1 ％ 가 되는 굴곡 피로 시험에 있어서, 선재가 파단될 때까지의 굽힘 횟수가 4000 회 이상인, 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 선재.

[5] 인장 강도가 320 ㎫ 이상이고,

연신이 5 ％ 이상이고, 또한

도전율이 80 ％IACS 이상인, 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 선재.

본 발명에 의하면, 고인장 강도, 고유연성, 고도전율 및 고내굴곡 피로성을 동시에 구비하는 구리 합금 선재가 얻어진다.

도 1(A) 는, 본 발명에 관련된 구리 합금 선재의 길이 방향에 평행한 단면을 나타내는 개략도이고, 도 1(B) 는, 도 1(A) 의 파선의 테두리 영역으로 둘러싼 부분을 확대하여 나타낸 개략도이다.
도 2 는, 실시예에 있어서, 굴곡 피로 시험을 실시했을 때의 시험기의 모식도이다.
도 3(A) 는, 실시예에 있어서, 조직 관찰을 실시했을 때의 수지 매립된 관찰용 시료의 길이 방향에 평행한 단면 (도 3(B) 의 I-I 단면) 의 개략도이고, 도 3(B) 는, 상기 수지 매립된 관찰용 시료의 길이 방향에 수직인 단면 (도 3(A) 의 Ⅱ-Ⅱ 단면) 의 개략도이다.

이하에, 본 발명의 화학 조성 등의 한정 이유를 나타낸다.

(1) 화학 조성

＜Ag : 0.1 ∼ 6.0 질량％＞

Ag (은) 는, 모상 구리 중에 고용된 상태 혹은, 주조시에 제 2 상 입자로서 정석출 또는 주조 후의 열처리에서 제 2 상 입자로서 석출된 상태 (본 명세서에서는 이것들을 총칭하여 정석출물이라고 부른다) 로 존재하고, 고용 강화 또는 분산 강화의 효과를 발휘하는 원소이다. 또한, 제 2 상이란, 구리의 함유 비율이 많은 모상 (제 1 상) 에 대해, 상이한 결정 구조를 갖는 결정을 말한다. 본 발명의 경우, 제 2 상에는 은의 함유 비율이 많다. Ag 의 함유량이 0.1 질량％ 미만이 되면 상기 효과가 불충분하고, 인장 강도 및 내굴곡 피로성이 떨어진다. 또, Ag 의 함유량이 6.0 질량％ 초과가 되면, 도전율이 저하되고, 또, 원료 비용도 높아진다. 따라서, 높은 강도 및 도전율을 유지하는 관점에서, Ag 의 함유량은 0.1 ∼ 6.0 질량％ 로 한다. 여러 가지 용도별로 강도와 도전율의 요구가 상이하지만, Ag 함유량을 변화시킴으로써 강도와 도전율의 밸런스를 조정하는 것이 가능하다. 최근의 요구 특성을 모두 구비하기 위해서는, Ag 의 함유량은 1.4 ∼ 4.5 질량％ 가 강도와 도전율의 밸런스 면에서 바람직하다. 또한, 본 명세서에서는, 주조의 응고시에 출현된 은을 많이 함유하며 모상과는 상이한 결정 구조를 갖는 결정인 것을 정출물이라고 하고, 주조의 냉각시에 출현 혹은 주조 후의 열처리시에 출현되는, 은을 많이 함유하며 모상과는 상이한 결정 구조를 갖는 결정인 것을 석출물이라고 하고, 최종 열처리에서 석출 혹은 분산된 은을 많이 함유하며 모상과는 상이한 결정 구조를 갖는 결정인 것을 제 2 상이라고 하는 것으로 한다. 또, 제 2 상 입자란, 제 2 상으로 이루어지는 입자를 의미한다.

본 발명의 구리 합금 선재는, 상기 서술한 바와 같이, Ag 를 필수의 함유 성분으로 하지만, 필요에 따라, 추가로 P (인) 를 첨가할 수 있다.

＜P : 0.1 ∼ 20 질량ppm＞

통상적으로, 용동 (溶銅) 중에는 산소가 혼입되어 있고, 이로써 구리 합금 선재의 연신이 악화되는 경향이 있다. 연신은 유연성의 지표 중 하나로서 알려져 있다. P (인) 는, 이와 같은 용동 중의 산소와 반응하여 인과 산소의 화합물을 만듦으로써, 용동 중으로부터 산소를 배출하는 작용을 갖는 원소이다. 그 때문에, P 의 함유량이 0.1 질량ppm 미만이 되면, 상기 작용이 불충분하여, 구리 합금 선재의 연신 개선 효과가 충분히 발휘되지 않는다. 한편, P 의 함유량이 20 질량ppm 초과가 되면, 도전율이 저하된다. 따라서, 우수한 연신 개선 효과 및 높은 도전율을 유지하는 관점에서, P 의 함유량은 0.1 ∼ 20 질량ppm 으로 하는 것이 바람직하다. P 의 첨가는, 요구되는 연신과 도전율의 밸런스에 따라 변화되지만, 도전율 저하가 약간 현저해지는 10 질량ppm 초과 ∼ 20 질량ppm 보다, 예를 들어 4 ∼ 10 질량ppm 의 범위가 바람직하다.

＜잔부 : Cu 및 불가피 불순물＞

상기 서술한 성분 이외의 잔부는, Cu (구리) 및 불가피 불순물이다. 여기서 말하는 불가피 불순물은, 제조 공정상, 불가피적으로 함유될 수 있는 함유 레벨의 불순물을 의미한다. 불가피 불순물은, 함유량에 따라서는 도전율을 저하시키는 요인이 될 수도 있기 때문에, 도전율의 저하를 가미하여 불가피 불순물의 함유량을 어느 정도 억제하는 것이 바람직하다. 불가피 불순물로서 들 수 있는 성분으로는, 예를 들어, Si, Mg, Al, Fe 등을 들 수 있다.

본 발명의 구리 합금 선재는, 화학 조성의 조정에 더하여, 제조 프로세스를 제어함으로써 실현할 수 있다. 이하, 본 발명의 구리 합금 선재의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

(2) 본 발명의 일 실시예에 의한 구리 합금 선재의 제조 방법

본 발명의 일 실시예에 의한 구리 합금 선재는, [1] 용해, [2] 주조, [4] 신선 가공, [5] 최종 열처리의 각 공정을 순차적으로 실시하는 것을 포함하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 또한, 필요에 따라, [4] 신선 가공 전 또는 신선 가공 도중에, [3] 선택 열처리를 추가해도 된다. 또, [5] 최종 열처리 후에, 도금을 실시하는 공정, 에나멜을 도포하는 공정, 연선 (撚線) 으로 하는 공정이나 수지 피복을 실시하여 전선으로 하는 공정을 형성해도 된다. 이하, [1] ∼ [5] 의 공정에 대해 설명한다.

[1] 용해

용해 공정에서는, 상기 서술한 화학 조성이 되도록, 각 성분의 분량을 조정한 재료를 준비하고, 그것을 용해한다.

[2] 주조

주조는 업 캐스트 방식의 연속 주조로 실시한다. 일정한 간격으로 주괴 선재를 인출하여 연속적으로 선재를 얻는 제조 방법이다. 주괴의 사이즈는, 직경 10 ㎜φ 이다. 바람직하게는 주조시에 있어서의, 1085 ℃ 에서 780 ℃ 까지의 평균 냉각 속도를 500 ℃/s 이상으로 하고, 780 ℃ 에서 300 ℃ 까지의 평균 냉각 속도를 500 ℃/s 이하로 한다. 또한, 주괴 사이즈는 응고 과정에서의 결정 성장 및 냉각 과정에서의 석출 정도에 영향을 미치기 때문에, 결정 성장 및 석출 정도를 어느 범위로 유지하도록 적절히 변경할 수 있지만, 직경 8 ㎜ ∼ 12 ㎜φ 가 바람직하다.

1085 ℃ 에서 780 ℃ 까지의 평균 냉각 속도를 500 ℃/s 이상으로 하는 것은, 응고시의 온도 구배를 크게 함으로써 미세한 주상정 (柱狀晶) 을 출현시키고, H₂O 로 이루어지는 미세한 기포를 다수의 입계로 분산시키기 위해서이다. 이렇게 함으로써, 신선시에 단선되기 어려운 재료를 얻는 것이 가능하다. 한편으로, 1085 ℃ 에서 780 ℃ 까지의 평균 냉각 속도가 500 ℃/s 미만이면, 온도 구배가 부여되기 어려워 등축정이 되고, 또 결정립도 조대화되는 경향이 있다. 그 결과, 결정립이 크기 때문에 기포를 분산시킬 수 없어, 신선시에 단선의 가능성이 높아진다. 또 1085 ℃ 에서 780 ℃ 까지의 평균 냉각 속도가 1000 ℃/s 초과이면, 냉각이 지나치게 빨라 용탕 보충을 따라잡을 수 없어, 주괴 선재의 내부에 공극을 내포한 재료가 되고, 역시 이것도 신선시에 단선의 가능성을 높인다. 또한, 1085 ℃ 는 순구리의 융점, 780 ℃ 는 구리-은 합금의 공정 (共晶) 온도이다.

780 ℃ 에서 300 ℃ 까지의 평균 냉각 속도를 500 ℃/s 이하로 하는 것은, 냉각 중에 은을 함유하는 석출물을 석출시킴으로써 발생하는 인장 강도 및 내굴곡 피로성의 향상 효과를 얻기 위해서이다. 냉각 중에 석출된 석출물은, 그 후의 신선 공정에서 섬유상으로 길게 늘려진다. 또한, 단시간의 열처리를 실시하면, 원래 존재하고 있던 섬유상의 석출물의 위치를 기점으로 하여 은 원자가 재배열, 분산되어, 애스펙트비가 높은 미세한 제 2 상 입자가 얻어진다. 780 ℃ 에서 300 ℃ 까지의 평균 냉각 속도가 500 ℃/s 초과이면, 제 2 상 입자의 충분한 석출이 얻어지지 않고, 인장 강도나 내굴곡 피로성이 충분히 얻어지지 않는다. 또한, 응고 중에 정출되는 정출물도 동일하게 신선 후에 섬유상의 정출물이 되고, 그 후의 열처리에서 애스펙트비가 높은 제 2 상 입자로 변화되어, 인장 강도 및 내굴곡 피로성의 향상에 기여한다. 본 발명에서는, 이와 같은 응고 중에 정출된 정출물에서 유래하는 제 2 상 입자에, 상기 냉각 속도의 제어에 의해 석출되는 석출물에서 유래하는 상기 제 2 상 입자를 더함으로써, 인장 강도 및 내굴곡 피로성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 주조시의 냉각 속도는, 주조 개시시에 R 열전쌍을 매립한 약 φ10 ㎜ 종선 (種線) 을 주형에 세트하고, 그것을 인출했을 때의 온도의 변화를 기록함으로써 측정하였다. R 열전쌍은 종선의 중앙에 위치하도록 매립하였다. 또, R 열전쌍의 선단을 곧바로 용탕에 침지시킨 상태에서 인출을 개시하였다.

[3] 선택 열처리

다음으로, 주조에 의해 얻어진 주괴 선재에 대해, 필요에 따라, 선택 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 하기 조건의 열처리를 선택적으로 실시함으로써, 은을 포함하는 석출물을 보다 석출시킬 수 있다. 또, 열처리의 타이밍은, 열처리 후에 충분한 신선 가공이 이루어져, 석출물이 보다 섬유상 (선재 길이 방향으로 길다) 이 되도록, 주조 직후에 가까운 것이 좋고, 주조 직후가 가장 좋다. 선택 열처리의 열처리 온도는 300 ∼ 700 ℃ 이다. 선택 열처리의 열처리 온도가 300 ℃ 미만인 경우, 석출물이 석출되지 않거나, 또는 극미세 상태로 석출되기 때문에 신선 후에 석출물이 섬유상이 되어도 그 크기를 확보할 수 없고, 그 후의 열처리에서 애스펙트비가 높은 제 2 상 입자가 얻어지지 않아, 내굴곡 피로성이 부족하다. 또 선택 열처리의 열처리 온도가 700 ℃ 초과인 경우에는, 거의 은이 구리 중에 고용되어, 신선 후에 섬유상의 석출물이 거의 존재하지 않고, 그 후의 열처리에서 애스펙트비가 높은 제 2 상 입자가 거의 얻어지지 않아, 내굴곡 피로성이 부족하다. 또, 석출물의 석출량을 많게, 또한 석출 사이즈를 크게 하는 관점에서, 선택 열처리의 열처리 온도는 350 ∼ 500 ℃ 가 바람직하다. 석출 사이즈는, 열처리 온도와 유지 시간으로 정해지기 때문에, 어느 온도에서의 석출 사이즈 및 석출량을 유지하기 위해서, 유지 시간은 1 시간으로 하고, 급랭시키는 것이 바람직하다. 급랭은 물에 선재를 침지시켜 실시한다.

[4] 신선 가공

이어서, 주조에 의해 얻어진 주괴 선재, 또는 선택 열처리를 실시한 선재를 신선에 의해 세경화한다. 신선은, 정석출물을 신선 방향으로 신장하는 효과가 있어, 섬유상의 정석출물을 얻는 것이 가능해진다. 섬유상의 정석출물을 선재 내부에 치우침 없이 발현시키기 위해서, 선 내외가 균일하게 연신되도록 패스 스케줄의 설계가 필요해진다. 1 패스의 다이스에 있어서, 가공률 (단면 감소율) 을 10 ∼ 30 ％ 로 한다. 가공률이 10 ％ 미만이면, 선재 표면에 집중되어 다이스의 전단 응력이 가해지므로, 선재 표면이 우선적으로 연신되어 신선되기 때문에, 선재 표면에서는 섬유상의 정석출물이 많게, 선재의 중앙 부근에서는 정석출물이 비교적 적게 분포된다는 현상이 발생한다. 그 때문에, 최종 열처리 후의 애스펙트비가 높은 제 2 상 입자에도 치우침이 발생하기 때문에, 내굴곡 피로성을 충분히 얻을 수 없게 된다. 가공률이 30 ％ 초과이면, 인발력을 크게 할 필요가 있어, 단선의 가능성이 높아진다. 본 발명에 관련된 구리 합금 선재의 최종 선 직경은, 최근의 세경화의 요구를 가미하여 바람직하게는 0.15 ㎜ 이하로 한다.

[5] 최종 열처리

다음으로, 신선된 선재에 열처리를 실시한다. 이 열처리는 신선에 의해 형성된 섬유상의 정석출물을 분산시키고, 애스펙트비가 높은 제 2 상 입자를 얻기 위해서 실시한다. 최종 열처리의 유지 시간은 단시간인 것이 바람직하고, 유지 시간은 5 초 이내로 한다. 열처리 시간이 5 초 초과이면, 섬유상의 정석출물의 분산이 과도하게 진행되어 구형의 제 2 상 입자로 변화되기 때문이다. 이와 같은 단시간의 열처리 설비로는, 선재에 전기를 흐르게 하여 자체적인 줄열로 열처리를 실시하는 통전 열처리나, 가열된 노 (爐) 에 연속적으로 통선시킴으로써 열처리를 실시하는 주간 (走間) 열처리가 있다. 또, 열처리 온도도 섬유상의 정석출물을 애스펙트비가 높은 제 2 상 입자에 분산시키기 위해서 중요하다. 최종 열처리의 열처리 온도는, 500 ℃ ∼ 800 ℃ 로 한다. 최종 열처리의 열처리 온도가 500 ℃ 미만에서는, 5 초 동안이라는 짧은 시간으로는 열처리의 또 하나의 목적인 가공 변형의 제거를 달성할 수 없고, 충분한 유연성이 얻어지지 않는다. 또, 최종 열처리의 열처리 온도가 800 ℃ 초과에서는, 섬유상의 정석출물이 과도하게 분산되어, 구형의 제 2 상 입자 (애스펙트비가 거의 1) 로 변화된다.

(3) 본 발명의 구리 합금 선재의 조직적인 특징

상기 서술한 바와 같은 (1) 화학 조성과, (2) 제조 방법에 의해 제조된 본 발명의 구리 합금 선재는, 선재의 길이 방향에 평행한 단면에 있어서, 애스펙트비가 1.5 이상 또한 선재 길이 방향과 수직인 방향의 치수가 200 ㎚ 이하인 제 2 상 입자의 개수 밀도가, 1.4 개/㎛²이상인 것을 특징으로 한다. 또한, 선재의 길이 방향은, 선재를 제조할 때의 신선 방향에 대응한다.

본 발명의 구리 합금 선재는, 제 2 상 입자의 분산에 의해 모상과 제 2 상 입자의 결합을 보다 강화시키고 있는 것으로, 제 2 상 입자와 모상의 계면의 면적을 늘리면 보다 내굴곡 피로성이 향상된다. 그러나, 제 2 상 입자는 주로 은으로 이루어지는 결정 입자이기 때문에, 모상의 구리보다 연하다. 따라서, 단순히 제 2 상 입자를 지나치게 크게 하면 굴곡 피로시에 제 2 상 입자에 응력이 집중되어, 제 2 상 입자 자체가 변형되고, 내굴곡 피로성이 나빠진다. 그래서, 제 2 상 입자를 작게 함으로써 변형을 억제하고, 개수 밀도를 많게 함으로써 제 2 상 입자와 모상의 계면의 면적을 늘리는 방법이 있지만, 본 발명에서는, 더욱 계면의 면적을 늘리기 위해서, 제 2 상 입자의 애스펙트비를 1.5 이상으로 하고 있다. 굴곡 피로시에는 선재 길이 방향에 인장과 압축의 응력이 가해지기 때문에, 선재 길이 방향과 수직인 단면에 있어서, 개개의 제 2 상 입자의 면적이 작은 것이, 변형이 작고 내굴곡 피로성을 열화시키지 않는다. 또, 선재 길이 방향과 평행한 단면에 있어서는, 계면의 면적을 늘리기 위해서 개개의 제 2 상 입자가 길수록 내굴곡 피로성이 우수하다. 따라서, 애스펙트비가 1.5 이상 또한 선재 길이 방향과 수직인 방향의 치수가 200 ㎚ 이하인 제 2 상 입자의 개수 밀도가 1.4 개/㎛² 이상인 경우에, 특히 내굴곡 피로성이 우수하다고 생각된다. 특히, 애스펙트비가 1.5 이상 또한 선재 길이 방향과 수직인 방향의 치수가 200 ㎚ 이하인 제 2 상 입자의 제 2 상 입자의 개수 밀도는, 1.7 ∼ 3.0 개/㎛² 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2.0 ∼ 3.0 개/㎛² 이다.

(4) 본 발명의 구리 합금 선재의 특성

본 발명의 구리 합금 선재는, 내굴곡 피로성이 우수하다. 예를 들어, 도 2 에 나타낸 장치에 의한 굴곡 피로 시험에서는, 선재 외주부에 가해지는 굽힘 변형이 1 ％ 가 되는 조건에 있어서, 선재가 파단될 때까지의 굽힘 횟수가, 바람직하게는 1000 회 이상, 보다 바람직하게는 3000 회 이상, 더욱 바람직하게는 4000 회 이상, 특히 바람직하게는 5000 회 이상이 된다. 또한, 구체적인 측정 조건은, 후술하는 실시예에 있어서 설명한다.

또, 구리 합금 선재는, 선재의 제조 과정 또는 코일상으로 성형할 때의 텐션에 내구할 수 있도록, 높은 인장 강도를 가지고 있을 것이 요구된다. 그 때문에, 본 발명의 구리 합금 선재에서는, JIS Z2241 에 준거하는 인장 강도 (TS) 가, 250 ㎫ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 300 ㎫ 이상, 더욱 바람직하게는 320 ㎫ 이상, 특히 바람직하게는 350 ㎫ 이상이다.

또, 마이크로 스피커용 코일을 성형할 때에는, 성형 작업 중에 유연하게 굽힐 수 있는 것, 또, 통전 열처리나 주간 열처리, 또는 에나멜 도포시에는 선재의 처리를 하기 쉬운 것이 바람직하다. 따라서, 구리 합금 선재에는 높은 유연성이 요구되고 있고, 그 지표가 되는 연신이 높은 것이 바람직하다. 그 때문에, 본 발명의 구리 합금 선재에서는, JIS Z2241 에 준거하는 연신 (％) 이, 바람직하게는 5 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 10 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 15 ％ 이상이다.

또, 구리 합금 선재는, 줄열에 의한 발열을 막기 위해, 높은 도전율을 가지고 있을 것이 요구된다. 그 때문에, 본 발명의 구리 합금 선재에서는, 도전율이 80 ％IACS 이상인 것이 바람직하다. 또한, 구체적인 측정 조건은, 후술하는 실시예에 있어서 설명한다.

본 발명의 구리 합금 선재는, 구리 합금선으로서, 또는 그 구리 합금선에 주석 도금를 실시한 도금선으로서, 또는 복수 개의 구리 합금선이나 도금선을 꼬아서 얻어지는 연선으로서 사용할 수 있음과 함께, 또한 그것들에 에나멜을 도포한 에나멜선이나, 추가로 수지 피복한 피복 전선으로서 사용할 수도 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 개념 및 특허청구의 범위에 포함되는 모든 양태를 포함하며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지로 개변할 수 있다.

실시예

다음으로, 본 발명의 효과를 더욱 명확하게 하기 위해서, 실시예 및 비교예에 대해 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1 ∼ 29 및 비교예 1 ∼ 7)

표 1 의 성분 조성이 되도록 원료 (무산소동, 은, 인) 를 흑연 도가니에 투입하고, 도가니 내의 노 내 온도를 1250 ℃ 이상으로 가열하여 원료를 용해하였다. 용해에는, 저항 가열식을 사용하였다. 도가니 내의 분위기는 산소가 용동 중에 혼입되지 않도록, 질소 분위기로 하였다. 1250 ℃ 이상으로 3 시간 이상 유지한 후, 표 1 에 나타내는 바와 같이 냉각 속도를 여러 가지로 변화시키면서, 흑연제의 주형으로 직경 약 10 ㎜ 의 사이즈의 주괴를 주조하였다. 냉각 속도는, 수랭 장치의 수온, 수량을 조정하여 변화시켰다. 주조 개시 후에는, 상기 원료를 적절히 투입함으로써 연속 주조를 실시하였다.

다음으로, 상기 주괴를 1 패스당의 가공률 19 ∼ 26 ％ 로, 표 1 에 나타내는 최종 선 직경까지 신선 가공하였다. 그 후, 신선 가공을 실시한 가공재에 대해, 질소 분위기하에서 표 1 에 나타내는 조건의 최종 열처리를 실시하여, 구리 합금 선재를 얻었다. 또한, 열처리는 주간 열처리로 실시하였다.

(실시예 30)

실시예 30 에서는, 신선 가공 전에, 주괴에 대해 질소 분위기하에서, 열처리 온도 500 ℃ 및 유지 온도 1 시간의 선택 열처리를 실시하고, 그 후 수랭한 것 이외에는, 실시예 28 과 동일한 방법으로 구리 합금 선재를 얻었다.

(실시예 31)

실시예 31 에서는, 선택 열처리의 열처리 온도 600 ℃ 로 한 것 이외에는, 실시예 30 과 동일한 방법으로 구리 합금 선재를 얻었다.

(비교예 8)

비교예 8 에서는, 신선 가공에 있어서의, 1 패스당의 가공률을 7 ∼ 9 ％ 로 한 것 이외에는, 실시예 26 과 동일한 방법으로 구리 합금 선재를 얻었다.

(비교예 9)

비교예 9 에서는, 상기 실시예 등과 동일하게, 표 1 에 나타내는 조성이 되도록 상기 원재료를 용해하고, 표 1 에 나타내는 주조 조건으로, 직경 8 ㎜ 의 주괴를 주조하였다. 다음으로 이 주괴에 대해, 질소 분위기하에서, 열처리 온도 760 ℃ 및 유지 시간 2 시간의 열처리를 실시하고, 급랭하였다 (용체화 처리). 그 후, 당해 열처리 후의 주괴를, 선 직경 0.9 ㎜ 까지 신선 가공하고, 이러한 신선 가공 후의 가공재에 대해, 추가로 질소 분위기하에서, 열처리 온도 450 ℃ 및 유지 시간 5 시간의 열처리를 실시하여, 노랭하였다. 그리고, 다시, 당해 열처리 후의 가공재를, 표 1 에 나타내는 최종 선 직경 (0.04 ㎜) 까지 신선하여, 구리 합금 선재를 얻었다. 또한, 이러한 구리 합금 선재는, 특허문헌 1 에 기재된 시료 No.2-4 에 대응한다.

(비교예 10)

비교예 10 에서는, 상기 실시예 등과 동일하게, 표 1 에 나타내는 조성이 되도록 상기 원재료를 용해하고, 표 1 에 나타내는 주조 조건으로, 직경 8 ㎜ 의 주괴를 주조하였다. 다음으로 이 주괴를, 선 직경 2.6 ㎜ 까지 신선 가공하고, 이러한 신선 가공 후의 가공재에 대해, 추가로 질소 분위기하에서, 열처리 온도 450 ℃ 및 유지 시간 5 시간의 열처리를 실시하고, 노랭하였다. 그리고, 다시, 당해 열처리 후의 가공재를, 표 1 에 나타내는 최종 선 직경 (0.04 ㎜) 까지 신선하여, 구리 합금 선재를 얻었다. 또한, 이러한 구리 합금 선재는, 특허문헌 1 에 기재된 시료 No.2-7 에 대응한다.

(비교예 11)

비교예 11 에서는, 순도가 99.99 질량％ 이상인 원료 (구리, Ag) 를 20 용량％ 의 질산에 의해 표면을 산세하고, 충분히 건조시킨 후에, 표 1 에 나타내는 조성이 되도록 흑연 도가니에 투입하였다. 그 후, 도가니 내를 질소 분위기로 하고, 저항 가열로 1200 ℃ 이상으로 가열하고, 원료를 용해시켜, 충분히 교반하였다. 이것을 30 분 유지한 후, 냉각 속도 500 ℃/s 의 조건으로, 도가니 바닥부로부터 하방향으로의 연속 주조에 의해, 흑연제의 주형으로 직경 20 ㎜ 의 주괴를 주조하였다. 그 후, 이 주괴를 신선하고, 표면 벗김 가공하여, 선 직경 0.2 ㎜ 까지 가공하였다. 또한 그 후, 질소 분위기하에서 열처리 온도 600 ℃ 및 유지 시간 10 초의 열처리를 실시하여, 구리 합금 선재를 얻었다. 또한, 이러한 구리 합금 선재는, 일본 특허출원 2015-114320호에 기재된 실시예 17 에 대응한다.

(평가)

상기 실시예 및 비교예에 관련된 구리 합금 선재에 대해, 하기에 나타내는 측정 및 평가를 실시하였다. 각 평가 조건은 하기와 같다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

[조직 관찰]

먼저, 얻어진 선재를, 도 3(A) 에 나타내는 바와 같이, 선재 (10) 의 길이 방향 (X) 에 평행한 단면에서 절단하도록 수지 (30) 에 수지 매립하고, 이 단면을 연마하고, 경면 (10A) 으로 마무리하여, 관찰용 시료로 하였다. 또한, 모든 선재에 대해, 연마한 경면이 선재의 중심 (O) 을 완벽하게 통과하도록 가공하는 것은 실제로는 곤란하다. 따라서, 여기서는, 도 3(B) 에 나타내는 바와 같이 선재의 직경을 d 로 했을 때, 연마된 선재의 단면의 폭 δ (선재의 길이 방향에 수직인 길이) 가 δ ≥ 0.8d 의 범위 내가 되도록, 수지 매립하고 연마하는 것으로 하였다.

다음으로, 경면으로 마무리한 선재의 길이 방향에 평행한 단면에 대해, 주사형 전자 현미경 (FE-SEM, JEOL 사 제조) 을 사용하여, 20000 배의 배율로 조직 사진을 촬영하였다. 촬영한 조직 사진에 대해, (i) 경면으로 마무리한 선재의 길이 방향에 평행한 단면의 중심 부분을 포함하는 시야와, (ⅱ) 연마된 선재의 단면의 폭 δ 에 대해, 단면의 중심으로부터 선재의 길이 방향에 수직인 방향으로 δ/4 떨어진 부분을 포함하는 시야와, (ⅲ) 단면의 중심으로부터 선재의 길이 방향에 수직인 방향으로 3δ/8 떨어진 부분을 포함하는 시야에서, 3 시야 관찰을 실시하였다. 각각의 시야의 관찰 범위는 3 ㎛ × 4 ㎛ 로 하고, 중복된 범위를 관찰하지 않는 것으로 하였다. 또한 (i), (ⅱ), (ⅲ) 의 위치를 정확하게 선택하는 것은 매우 시간을 필요로 하기 때문에, (i) 과 (ⅱ), (ⅱ) 와 (ⅲ) 의 간격이, 각각, 단면의 중심으로부터 선재의 길이 방향에 수직인 방향으로 δ/8 이상 떨어져 있으면 바람직한 것으로 하였다.

촬영한 화상에 있어서, 주위보다 희게 관찰된 영역을, 은을 많이 포함하는 제 2 상 입자 (20) (도 1(B) 참조) 로서 판단하고, 그 개수를 카운트하였다. 또한, 제 2 상 입자마다, 선재 길이 방향의 치수 (w) 와, 그 방향에 수직인 방향의 치수 (t) 를 각각 측정하고, 측정한 값으로부터 제 2 상 입자의 애스펙트비 (선재 길이 방향의 치수 (w)/그 방향과 수직인 방향의 치수 (t) 의 비) 를 산출하여, 애스펙트비가 1.5 이상 또한 선재 길이 방향과 수직인 방향의 치수 (t) 가 200 ㎚ 이하인 제 2 상 입자 (이하, 「특정 제 2 상 입자」라고 하는 경우가 있다) 의 수를 세었다. 이 측정을, 3 시야에 대해 동일하게 실시하고, 3 시야에서 관찰된 특정 제 2 상 입자의 총 수를, 전체 관찰 시야 면적 (3 ㎛ × 4 ㎛ × 3 시야) 으로 나누고, 애스펙트비가 1.5 이상 또한 선재 길이 방향과 수직인 방향의 치수가 200 ㎚ 이하인 제 2 상 입자 (특정 제 2 상 입자) 의 개수 밀도를 산출하였다.

[내굴곡 피로성]

여기서는, 도 2 에 나타낸 굴곡 시험기 (후지이 정기 주식회사 (현 주식회사 후지이) 제조) 를 사용하여, 굴곡 피로 시험을 실시하고, 선재가 파단될 때까지의 굽힘 횟수를 측정하였다. 구체적으로는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 얻어진 선재를 측정용 시료로 하고, 휨을 억제하기 위해서 시료의 하단부에 추 (41) 를 매달아 하중을 가하였다. 이 때의 하중은 선재에 인장의 응력을 부여하게 되기 때문에, 가능한 한 작고, 또한 선 직경에 의해 유리 불리가 나오지 않게 해야 한다. 따라서, 하중에 의한 인장의 응력을 최대한 일정 (23 ∼ 31 ㎫) 하게 하기 위해, 선 직경에 따라 추 (41) 의 하중을 바꾸었다. 즉, 선 직경이 φ 0.26 ㎜ 인 경우에는 130 g, φ 0.2 ㎜ 인 경우에는 80 g, φ 0.1 ㎜ 인 경우에는 20 g, φ 0.04 ㎜ 인 경우에는 3 g, φ 0.02 ㎜ 인 경우에는 1 g 의 추 (41) 를 사용하였다. 시료의 상단부는 접속구 (43) 로 고정하였다. 이 상태로 접속구 (43) 가 붙은 아암을 좌우로 90 도씩 매분 100 회의 속도로 반복 회전 왕복 운동을 실시하면, 선재 (10) 가 지그 (45) 의 굽힘 반경 (R) 을 따라 굽혀지게 되어, 선재 (10) 가 파단될 때까지의 굽힘 횟수를 측정하였다. 또한, 굽힘 횟수는, 도 2 중의 1 → 2 → 3 의 1 왕복을 1 회로서 세고, 시료의 하단부에 매단 추 (41) 가 낙하했을 때 파단된 것으로 하였다. 굽힘 반경 (R) 은, 선재 (10) 외주부에 가해지는 굽힘 변형 (ε) 이 1 ％ 가 되는 것으로 하였다. 또한, 상기 시험은, 각 선재 4 개씩 실시하여 (N ＝ 4), 각각의 선재가 파단될 때까지의 굽힘 횟수의 평균값을 구하였다. 선재가 파단될 때까지의 굽힘 횟수는, 클수록 내굴곡 피로성이 우수한 것을 의미하고 있고, 본 실시예에서는, 1000 회 이상을 합격 레벨로 하였다.

[인장 강도]

JIS Z2241 에 준하여, 정밀 만능 시험기 (주식회사 시마즈 제작소 제조) 를 사용하여, 인장 시험을 실시하고, 인장 강도 (㎫) 를 측정하였다. 또한, 상기 시험은, 각 선재 3 개씩 실시하여 (N ＝ 3), 그 평균값을 구하고, 각각의 선재의 인장 강도로 하였다. 인장 강도는 클수록 바람직하고, 본 실시예에서는, 250 ㎫ 이상을 합격 레벨로 하였다.

[연신]

JIS Z2241 에 준하여, 정밀 만능 시험기 (주식회사 시마즈 제작소 제조) 를 사용하여, 연신 (％) 을 산출하였다. 또한, 상기 시험은, 각 선재 3 개씩 실시하여 (N ＝ 3), 그 평균값을 구하고, 각각의 선재의 연신으로 하였다. 연신은 클수록 바람직하고, 본 실시예에서는, 5 ％ 이상을 합격 레벨로 하였다.

[도전율]

20 ℃ (±0.5 ℃) 로 유지한 항온조 중에서, 사단자법을 사용하여, 길이 300 ㎜ 의 시험편 3 개의 저항을 측정하고, 다시 각각의 비저항값을 구하고 (N ＝ 3), 그 평균값에 기초하여 각 선재의 도전율 (％IACS) 을 산출하였다. 단자간 거리는 200 ㎜ 로 하였다. 도전율은, 높을수록 바람직하고, 본 실시예에서는, 80 ％IACS 이상을 합격 레벨로 하였다.

표 1 의 결과로부터, 본 발명의 실시예 1 ∼ 31 에 관련된 구리 합금 선재는, 소정의 조성을 갖고, 선재의 길이 방향에 평행한 단면에 있어서, 애스펙트비가 1.5 이상 또한 선재 길이 방향과 수직인 방향의 치수가 200 ㎚ 이하인 제 2 상 입자의 개수 밀도가 1.4 개/㎛² 이상으로 제어되어 있고, 고인장 강도, 고유연성 (연신), 고도전율 및 고내굴곡 피로성을 나타내는 것이 확인되었다.

이에 반해, 비교예 1 ∼ 11 의 구리 합금 선재는, 소정의 조성을 갖지 않거나, 선재의 길이 방향에 평행한 단면에 있어서, 애스펙트비가 1.5 이상 또한 선재 길이 방향과 수직인 방향의 치수가 200 ㎚ 이하인 제 2 상 입자의 개수 밀도가 1.4 개/㎛² 이상으로 제어되어 있지 않기 때문에, 본 발명에 관련된 실시예 1 ∼ 31 의 구리 합금 선재에 비해, 인장 강도, 유연성 (연신), 도전율 및 내굴곡 피로성 중 어느 1 개 이상이 떨어지는 것이 확인되었다.

10 : 구리 합금 선재
20 : 제 2 상 입자
30 : 수지
41 : 추
43 : 접속구
45 : 지그

Claims

Ag : 0.1 ∼ 6.0 질량％, P : 0 ∼ 20 질량ppm 을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 구리 합금 선재로서, 선재의 길이 방향에 평행한 단면에 있어서, 애스펙트비가 1.5 이상 또한 선재 길이 방향과 수직인 방향의 치수가 200 ㎚ 이하인 제 2 상 입자의 개수 밀도가 1.4 개/㎛² 이상인 것을 특징으로 하는, 구리 합금 선재.
제 1 항에 있어서,
상기 화학 조성에 있어서, P : 0.1 ∼ 20 질량ppm 인, 구리 합금 선재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
선 직경이 0.15 ㎜ 이하인, 구리 합금 선재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
선재 외주부에 대한 굽힘 변형이 1 ％ 가 되는 굴곡 피로 시험에 있어서, 선재가 파단될 때까지의 굽힘 횟수가 4000 회 이상인, 구리 합금 선재.
제 3 항에 있어서,
선재 외주부에 대한 굽힘 변형이 1 ％ 가 되는 굴곡 피로 시험에 있어서, 선재가 파단될 때까지의 굽힘 횟수가 4000 회 이상인, 구리 합금 선재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
인장 강도가 320 ㎫ 이상이고,
연신이 5 ％ 이상이고, 또한
도전율이 80 ％IACS 이상인, 구리 합금 선재.
제 3 항에 있어서,
인장 강도가 320 ㎫ 이상이고,
연신이 5 ％ 이상이고, 또한
도전율이 80 ％IACS 이상인, 구리 합금 선재.
제 4 항에 있어서,
인장 강도가 320 ㎫ 이상이고,
연신이 5 ％ 이상이고, 또한
도전율이 80 ％IACS 이상인, 구리 합금 선재.
제 5 항에 있어서,
인장 강도가 320 ㎫ 이상이고,
연신이 5 ％ 이상이고, 또한
도전율이 80 ％IACS 이상인, 구리 합금 선재.