TWI709651B - 電子/電氣機器用銅合金、電子/電氣機器用銅合金板條材、電子/電氣機器用零件、端子、匯流條、及中繼器用可動片 - Google Patents
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Abstract
本發明之特徵為:以0.15mass%以上、未達0.35mass%的範圍內含有Mg,且以0.0005mass%以上、未達0.01mass%的範圍內含有P,殘部由Cu及不可避免的雜質所成,導電率為超過75%IACS,並且Mg的含有量[Mg](mass%)與P的含有量[P](mass%)滿足:[Mg]+20×[P]<0.5的關係式,H的含有量被設為10massppm以下、O的含有量被設為100massppm以下、S的含有量被設為50massppm以下、C的含有量被設為10massppm以下。
Description
本案發明係關於適於連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件的電子/電氣機器用銅合金、及由該電子/電氣機器用銅合金所成之電子/電氣機器用銅合金板條材、電子/電氣機器用零件、端子、匯流條、及中繼器用可動片者。
本案係根據2016年3月30日於日本申請之特願2016-069079號及2017年3月28日於日本申請之特願2017-063258號,主張優先權,且在此沿用其內容。
以往,在連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件係使用導電性高的銅或銅合金。
在此,伴隨電子機器或電氣機器等的小型化,圖求該等電子機器或電氣機器等所使用的電子/電氣機器用零件的小型化及薄壁化。因此,對於構成電子/電氣機器用零件的材料,係圖求高強度或良好的彎曲加工性。此外,在汽車的引擎室等高溫環境下所使用的連接器等端子中,亦圖求耐應力緩和特性。
在此,以連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件所使用的材料而言,例如在專利文獻1、2中已提出Cu-Mg系合金。
[專利文獻1]日本特開2007-056297號公報(A)
[專利文獻2]日本特開2014-114464號公報(A)
但是,在專利文獻1所記載之Cu-Mg系合金中,P的含有量多至0.08~0.35質量%,因此冷間加工性及彎曲加工性不充分,難以將預定形狀的電子/電氣機器用零件進行成型。
此外,在專利文獻2所記載之Cu-Mg系合金中,由
於Mg的含有量為0.01~0.5mass%、及P的含有量為0.01~0.5mass%,因此產生粗大的結晶物,冷間加工性及彎曲加工性不充分。
再者,在上述之Cu-Mg系合金中,銅合金熔融金屬的黏度因Mg而上升,因此若未添加P,會有鑄造性降低的問題。
此外,在上述專利文獻1、2中並未考慮O的含有量或S的含有量,會發生由Mg氧化物或Mg硫化物等所成之介在物,有在加工時成為缺陷而使冷間加工性及彎曲加工性劣化之虞。此外,由於未考慮H的含有量,因此會在鑄塊內發生氣孔缺陷,有在加工時成為缺陷而使冷間加工性及彎曲加工性劣化之虞。此外,由於未考慮C的含有量,因此因在鑄造時捲入C而發生的缺陷,有使冷間加工性劣化之虞。
本發明係鑑於前述情形而完成者,目的在提供導電性、冷間加工性、彎曲加工性、及鑄造性優異的電子/電氣機器用銅合金、電子/電氣機器用銅合金板條材、電子/電氣機器用零件、端子、匯流條、及中繼器用可動片。
為解決該課題,經本案發明人等精心研究結果,獲得可將合金中所含有的Mg及P的含有量設定在預定的關係式的範圍內,並且規定H、O、C、S的含有量,
藉此可使含有Mg與P的結晶物及由Mg氧化物或Mg硫化物等所成之介在物減低,且在不會使冷間加工性及彎曲加工性降低的情形下,可使強度、耐應力緩和特性、鑄造性提升的知見。
本案發明係根據上述知見而完成者,本案發明之一態樣之電子/電氣機器用銅合金(以下稱為「本案發明之電子/電氣機器用銅合金」)之特徵為:以0.15mass%以上、未達0.35mass%的範圍內含有Mg,且以0.0005mass%以上、未達0.01mass%的範圍內含有P,殘部由Cu及不可避免的雜質所成,導電率為超過75%IACS,並且Mg的含有量[Mg](mass%)與P的含有量[P](mass%)滿足:[Mg]+20×[P]<0.5的關係式,H的含有量被設為10massppm以下、O的含有量被設為100massppm以下、S的含有量被設為50massppm以下、C的含有量被設為10massppm以下。
藉由上述構成之電子/電氣機器用銅合金,設定Mg的含有量為0.15mass%以上、未達0.35mass%的範圍內,因此Mg固溶在銅的母相中,藉此可在不會使導電率大幅降低的情形下,使強度、耐應力緩和特性提升。
此外,由於在0.0005mass%以上、未達0.01mass%的範圍內含有P,因此可使鑄造性提升。
接著,Mg的含有量[Mg]與P的含有量[P]以質量比,滿足:[Mg]+20×[P]<0.5的關係,因此可抑制含有Mg與P之粗大結晶物的生成,且可抑制冷間加工性及彎曲加工
性降低。
再者,由於設定O的含有量為100massppm以下、S的含有量為50massppm以下,因此可減低由Mg氧化物或Mg硫化物等所成之介在物,且可抑制加工時發生缺陷。此外,可防止Mg因與O及S起反應而被消耗,且可抑制機械特性劣化。
此外,由於設定H的含有量為10massppm以下,因此可抑制在鑄塊內發生氣孔缺陷,且可抑制加工時發生缺陷。
再者,由於設定C的含有量為10massppm以下,因此可確保冷間加工性,且可抑制加工時發生缺陷。
此外,由於導電率超過75%IACS,因此亦適用在以往使用純銅的用途上。
在此,在本案發明之電子/電氣機器用銅合金中,較佳為Mg的含有量[Mg](mass%)與P的含有量[P](mass%)滿足:[Mg]/[P]≦400的關係式。
此時,藉由如上所述規定使鑄造性降低的Mg的含有量與使鑄造性提升的P的含有量的比率,可使鑄造性確實提升。
此外,在本案發明之電子/電氣機器用銅合金中,較佳為以相對壓延方向呈正交方向進行拉伸試驗時的0.2%耐力為300MPa以上。
此時,如上所述規定以相對壓延方向呈正交方向進行拉伸試驗時的0.2%耐力,因此不會有容易變形的情形,
尤其適於作為構成連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件的銅合金。
此外,在本案發明之電子/電氣機器用銅合金中,較佳為殘留應力率在150℃、1000小時下為50%以上。
此時,由於如上所述規定殘留應力率,因此即使在高溫環境下使用的情形下,亦可將永久變形抑制為較小,且可抑制例如連接器端子等的接壓降低。因此,可適用作為在引擎室等高溫環境下所使用的電子機器用零件的素材。
本案發明之其他態樣之電子/電氣機器用銅合金板條材(以下稱為「本案發明之電子/電氣機器用銅合金板條材」)之特徵為:由上述之電子/電氣機器用銅合金所成。
藉由該構成之電子/電氣機器用銅合金板條材,由於由上述之電子/電氣機器用銅合金所構成,因此導電性、強度、冷間加工性、彎曲加工性、耐應力緩和特性優異,尤其適於作為連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件的素材。
其中,本案發明之電子/電氣機器用銅合金板條材係包含板材及將其捲取成線圈狀的條材者。
在此,在本案發明之電子/電氣機器用銅合金板條材中,較佳為在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
此時,由於在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層,因
此尤其適於作為連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件的素材。其中,在本案發明中,「Sn鍍敷」係包含純Sn鍍敷或Sn合金鍍敷,「Ag鍍敷」係包含純Ag鍍敷或Ag合金鍍敷。
本案發明之其他態樣之電子/電氣機器用零件(以下稱為「本案發明之電子/電氣機器用零件」)之特徵為:由上述之電子/電氣機器用銅合金板條材所成。其中,本案發明中之電子/電氣機器用零件係指包含連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等者。
該構成之電子/電氣機器用零件係使用上述之電子/電氣機器用銅合金板條材予以製造,因此即使在小型化及薄壁化的情形下,亦可發揮優異特性。
此外,在本案發明之電子/電氣機器用零件中,亦可在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。其中,Sn鍍敷層及Ag鍍敷層亦可預先形成在電子/電氣機器用銅合金板條材,亦可在將電子/電氣機器用零件成形後形成。
本案發明之其他態樣之端子(以下稱為「本案發明之端子」)之特徵為:由上述之電子/電氣機器用銅合金板條材所成。
該構成之端子係使用上述之電子/電氣機器用銅合金板條材予以製造,因此即使在小型化及薄壁化的情形下,亦可發揮優異特性。
此外,在本案發明之端子中,亦可在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。其中,Sn鍍敷層及Ag鍍敷層亦可預先形成在電子/電氣機器用銅合金板條材,亦可在將端子成形後形成。
本案發明之其他態樣之匯流條(以下稱為「本案發明之匯流條」)之特徵為:由上述之電子/電氣機器用銅合金板條材所成。
該構成之匯流條係使用上述之電子/電氣機器用銅合金板條材予以製造,因此即使在小型化及薄壁化的情形下,亦可發揮優異特性。
此外,在本案發明之匯流條中,亦可在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。其中,Sn鍍敷層及Ag鍍敷層亦可預先形成在電子/電氣機器用銅合金板條材,亦可在將匯流條成形後形成。
本案發明之其他態樣之中繼器用可動片(以下稱為「本案發明之中繼器用可動片」)之特徵為:由上述之電子/電氣機器用銅合金板條材所成。
該構成之中繼器用可動片係使用上述之電子/電氣機器用銅合金板條材予以製造,因此即使在小型化及薄壁化的情形下,亦可發揮優異特性。
此外,在本案發明之中繼器用可動片中,亦可在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。其中,Sn鍍敷層及Ag鍍敷層亦可預先形成在電子/電氣機器用銅合金板條材,亦可在將中繼器用可動片成形後形成。
藉由本案發明,可提供導電性、冷間加工性、彎曲加工性、及鑄造性優異的電子/電氣機器用銅合金、電子/電氣機器用銅合金板條材、電子/電氣機器用零件、端子、匯流條、及中繼器用可動片。
圖1係本實施形態之電子/電氣機器用銅合金之製造方法的流程圖。
以下說明作為本案發明之一實施形態的電子/電氣機器用銅合金。
本實施形態之電子/電氣機器用銅合金係具有:在0.15mass%以上、未達0.35mass%的範圍內含有Mg、在0.0005mass%以上、未達0.01mass%的範圍內含有P,殘部由Cu及不可避免的雜質所成之組成。
此外,在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,導電率被設為超過75%IACS。
再者,在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,Mg的含有量[Mg](mass%)與P的含有量[P](mass%)滿足:
[Mg]+20×[P]<0.5的關係式。
接著,在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,被設為:H的含有量為10massppm以下、O的含有量為100massppm以下、S的含有量為50massppm以下、C的含有量為10massppm以下
此外,在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,Mg的含有量[Mg](mass%)與P的含有量[P](mass%)滿足:
[Mg]/[P]≦400的關係式。
再者,在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,以相對壓延方向呈正交方向進行拉伸試驗時的0.2%耐力被設為300MPa以上。亦即,在本實施形態中,被形成為電子/電氣機器用銅合金的壓延材,壓延的最終工程中以相對壓延方向呈正交方向進行拉伸試驗時的0.2%耐力被規定為如上所述。
此外,在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,殘留應力率在150℃、1000小時下被設為50%以上。
在此,關於如上所述規定成分組成、各種特性的理由,說明如下。
(Mg:0.15mass%以上、未達0.35mass%)
Mg係固溶在銅合金的母相中,藉此具有不會有使導電率大幅降低的情形,而使強度及耐應力緩和特性提升的作用的元素。
在此,若Mg的含有量為未達0.15mass%,有無法使其作用效果充分奏效之虞。另一方面,若Mg的含有量為0.35mass%以上,有導電率大幅降低,並且銅合金熔融金屬的黏度上升、且鑄造性降低之虞。
基於以上,在本實施形態中,將Mg的含有量設定在0.15mass%以上、未達0.35mass%的範圍內。
其中,為使強度及耐應力緩和特性更加提升,以將Mg的含有量的下限設為0.16mass%以上為佳,以設為0.17mass%以上為更佳。此外,為確實抑制導電率的降低及鑄造性的降低,以將Mg的含有量的上限設為0.30mass%以下為佳,以設為0.28mass%以下為更佳。
(P:0.0005mass%以上、未達0.01mass%)
P係具有使鑄造性提升的作用效果的元素。
在此,若P的含有量為未達0.0005mass%,有無法使其作用效果充分奏效之虞。另一方面,若P的含有量為0.01mass%以上,由於含有Mg與P的結晶物粗大化,因此該結晶物成為破壞的起點,有在冷間加工時或彎曲加工時發生破裂之虞。
基於以上,在本實施形態中,將P的含有量設定在0.0005mass%以上、未達0.01mass%的範圍內。
其中,為使鑄造性確實提升,以將P的含有量的下限設為0.0007mass%以上為佳,以設為0.001mass%以上為更佳。此外,為了確實抑制生成粗大結晶物,以將P的含有
量的上限設為未達0.009mass%為佳,以設為未達0.008mass%為更佳,以設為0.0075mass%以下為佳。更佳為0.0060mass%以下,最佳為未達0.0050mass%。
([Mg]+20×[P]<0.5)
若添加P,如上所述Mg與P共存,由此生成含有Mg與P的結晶物。
在此,若以mass%計而設為Mg的含有量[Mg]與P的含有量[P]時,若[Mg]+20×[P]形成為0.5以上,Mg及P的總量多,有含有Mg與P的結晶物粗大化且高密度分布,且在冷間加工時或彎曲加工時容易發生破裂之虞。
基於以上,在本實施形態中,將[Mg]+20×[P]設定為未達0.5。其中,為確實抑制結晶物的粗大化及高密度化,而抑制冷間加工時或彎曲加工時發生破裂,以將[Mg]+20×[P]設為未達0.48為佳,以設為未達0.46為更佳。更佳為未達0.44,最佳為未達0.42。
([Mg]/[P]≦400)
Mg係具有使銅合金熔融金屬的黏度上升,且使鑄造性降低的作用的元素,因此為使鑄造性確實提升,必須使Mg與P的含有量的比率適當化。
在此,若以mass%計而設為Mg的含有量[Mg]與P的含有量[P]時,若[Mg]/[P]超過400,相對P,Mg的含有量變多,有藉由添加P所致之鑄造性提升效果變小之虞。
基於以上,若在本實施形態中添加P,將[Mg]/[P]設定為400以下。為使鑄造性更加提升,以將[Mg]/[P]設為350以下為佳,以設為300以下為更佳。
其中,若[Mg]/[P]過度低,Mg形成為結晶物被消耗,有無法獲得藉由Mg固溶所得之效果之虞。為了抑制含有Mg與P的結晶物的生成,且確實達成因Mg固溶所致之耐力、耐應力緩和特性的提升,以將[Mg]/[P]的下限設為超過20為佳,以超過25為更佳。
(H:10massppm以下)
H係在鑄造時與O結合而成為水蒸氣,在鑄塊中產生氣孔缺陷的元素。該氣孔缺陷係在鑄造時成為破裂的原因,在壓延時則成為鼓起及剝落等缺陷的原因。該等破裂、鼓起及剝落等缺陷已知應力集中而成為破壞的起點,因此使強度、耐應力腐蝕破裂特性劣化。在此,若H的含有量超過10massppm,容易發生上述之氣孔缺陷。
因此,在本實施形態中,將H的含有量規定為10massppm以下。其中,為更加抑制發生氣孔缺陷,以將H的含有量設為4massppm以下為佳,設為2massppm以下為更佳。
其中,H的含有量的下限並未特別設定,但是使H的含有量過度降低會導致製造成本增加。因此,H的含有量通常成為0.1massppm以上。
(O:100massppm以下)
O係與銅合金中的各成分元素起反應而形成氧化物的元素。該等氧化物係成為破壞的起點,因此冷間加工性降低,甚至彎曲加工性亦變差。此外,若O超過100massppm,因與Mg起反應,Mg被消耗,有Mg對Cu的母相中的固溶量減低且機械特性劣化之虞。
因此,在本實施形態中,將O的含有量規定為100massppm以下。其中,O的含有量在上述範圍內亦尤其以50massppm以下為佳,以20massppm以下為更佳。
其中,O的含有量的下限並未特別設定,但是使O的含有量過度降低會導致製造成本增加。因此,O的含有量通常成為0.1massppm以上。
(S:50massppm以下)
S係以金屬間化合物或複合硫化物等形態而存在於結晶粒界的元素。該等存在於粒界的金屬間化合物或複合硫化物係在熱間加工時發生粒界破裂,成為加工破裂的原因。此外,由於該等成為破壞的起點,因此冷間加工性或彎曲加工性劣化。再者,因與Mg起反應,Mg被消耗,有Mg對Cu的母相中的固溶量減低,機械特性劣化之虞。
因此,在本實施形態中,將S的含有量規定為50massppm以下。其中,S的含有量係在上述範圍內亦尤其以40massppm以下為佳,以30massppm以下為更佳。
其中,S的含有量的下限並未特別設定,但是使S的含有量過度降低會導致製造成本增加。因此,S的含有量通常成為1massppm以上。
(C:10massppm以下)
C係以熔融金屬的去酸作用為目的,在熔解、鑄造中被使用為被覆熔融金屬表面者,有不可避免地混入之虞的元素。若C的含有量超過10massppm,鑄造時的C的捲入會變多。該等C或複合碳化物、C的固熔體的偏析係使冷間加工性劣化。
因此,在本實施形態中,將C的含有量規定為10massppm以下。其中,C的含有量係在上述範圍內亦以5massppm以下為佳,以1massppm以下為更佳。
其中,C的含有量的下限並未特別設定,但是使C的含有量過度降低會導致製造成本增加。因此,C的含有量通常成為0.1massppm以上。
(不可避免雜質:0.1mass%以下)
以其他不可避免的雜質而言,列舉:Ag、B、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、稀土類元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Se、Te、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Au、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Ge、Sn、As、Sb、Tl、Pb、Bi、Be、N、Si、Li等。該等不可避免雜質係具有使導電率降低的作用,因此總量設為
0.1mass%以下。
此外,Ag、Zn、Sn係容易混入至銅中而使導電率降低,因此以總量設為未達500massppm為佳。尤其,Sn係大幅使導電率減少,因此以單獨設為未達50massppm為佳。
再者,Si、Cr、Ti、Zr、Fe、Co係尤其使導電率大幅減少,並且因形成介在物而使彎曲加工性劣化,因此該等元素係以總量設為未達500massppm為佳。
(導電率:超過75%IACS)
在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,將導電率設定為超過75%IACS,藉此可良好使用作為連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件。
其中,導電率係以超過76%IACS為佳,以超過77%IACS為更佳,以超過78%IACS為較佳,以超過80%IACS為更佳。
(0.2%耐力:300MPa以上)
在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,藉由0.2%耐力設為300MPa以上,成為尤其適於作為連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件的素材者。其中,在本實施形態中,以相對壓延方向呈正交方向進行拉伸試驗時的0.2%耐力
被設為300MPa以上。
在此,上述之0.2%耐力係以325MPa以上為佳,以350MPa以上為更佳。
(殘留應力率:50%以上)
在本實施形態之電子機器用銅合金中,如上所述,殘留應力率在150℃、1000小時下被設為50%以上。
若該條件下的殘留應力率高,即使在高溫環境下使用的情形下,亦可將永久變形抑制為較小,可抑制接壓降低。因此,作為本實施形態的電子機器用銅合金係可適用作為在如汽車引擎室周圍般的高溫環境下被使用的端子。在本實施形態中,以相對壓延方向呈正交方向進行應力緩和試驗的殘留應力率在150℃、1000小時下被設為50%以上。
其中,殘留應力率係以在150℃、1000小時下設為60%以上為佳,以在150℃、1000小時下設為70%以上為更佳。
接著,參照圖1所示之流程圖,說明形成為如上所示之構成之本實施形態之電子/電氣機器用銅合金之製造方法。
(熔解/鑄造工程S01)
首先,在將銅原料熔解而得的銅熔融金屬,添加前述元素而進行成分調整,且製出銅合金熔融金屬。其中,在
各種元素的添加,係可使用元素單體或母合金等。此外,亦可將含有上述元素的原料連同銅原料一起熔解。此外,亦可使用本合金的回收材及廢屑材。在此,銅熔融金屬係以純度被設為99.99mass%以上的所謂4NCu、或被設為99.999mass%以上的所謂5NCu為佳。尤其,在本實施形態中,如上所述規定H、O、S、C的含有量,因此選別使用該等元素的含有量少的原料。具體而言,以使用H含有量為0.5massppm以下、O含有量為2.0massppm以下、S含有量為5.0massppm以下、C含有量為1.0massppm以下的原料為佳。
在熔解工程中,為抑制Mg氧化,而且由於氫濃度減低,進行藉由H2O的蒸氣壓低的惰性氣體環境(例如Ar氣體)所致之氣體環境熔解,熔解時的保持時間係限於最小限度。
接著,將經成分調整的銅合金熔融金屬注入至鑄模而製出鑄塊。其中,若考慮到量產,以使用連續鑄造法或半連續鑄造法為佳。
此時,熔融金屬凝固時,形成含有Mg與P的結晶物,因此藉由加快凝固速度,可使結晶物尺寸更加微細。因此,熔融金屬的冷卻速度係以0.1℃/sec以上為佳,更佳為0.5℃/sec以上,最佳為1℃/sec以上。
(均質化/熔體化工程S02)
接著,為了所得的鑄塊的均質化及熔體化,進行加熱
處理。在鑄塊的內部,係存在有在凝固過程中因Mg以偏析進行濃縮所發生之以Cu與Mg為主成分的金屬間化合物等。因此,為了使該等偏析及金屬間化合物等消失或減低,進行將鑄塊加熱至400℃以上、900℃以下的加熱處理,藉此在鑄塊內,使Mg均質擴散、或使Mg固溶在母相中。其中,該均質化/熔體化工程S02係在非氧化性或還原性氣體環境中實施。此外,被加熱至400℃以上、900℃以下的銅素材係以60℃/min以上的冷卻速度進行冷卻至200℃以下的溫度為止。
在此,若加熱溫度為未達400℃,熔體化成為不完全,有在母相中殘餘眾多以Cu與Mg為主成分的金屬間化合物之虞。另一方面,若加熱溫度超過900℃,銅素材的一部分成為液相,有組織或表面狀態成為不均一之虞。因此,將加熱溫度設定為400℃以上、900℃以下的範圍。較佳為500℃以上、850℃以下,更佳為520℃以上、800℃以下。
(熱間加工工程S03)
為了粗加工的效率化與組織的均一化,亦可進行熱間加工。該熱間加工工程S03中的溫度條件並未特別限定,以設為400℃至900℃的範圍內為佳。此外,加工後的冷卻方法係以水淬等以60℃/min以上的冷卻速度冷卻至200℃以下為佳。再者,關於加工方法,並未特別限定,可採用例如壓延、伸線、押出、溝槽壓延、鍛造、衝壓
等。
(粗加工工程S04)
為加工成預定的形狀,進行粗加工。其中,該粗加工工程S04中的溫度條件並未特別限定,惟為抑制再結晶、或為提升尺寸精度,以設為成為冷間或溫間加工的-200℃至200℃的範圍內為佳,尤其以常溫為佳。關於加工率(壓延率),以20%以上為佳,以30%以上為更佳。此外,關於加工方法,並未特別限定,可採用例如壓延、伸線、押出、溝槽壓延、鍛造、衝壓等。
(中間熱處理工程S05)
在粗加工工程S04後,以熔體化之徹底、供再結晶組織化或加工性提升之用之軟化為目的,實施熱處理。熱處理的方法並未特別限定,較佳為以400℃以上、900℃以下的保持溫度,10秒鐘以上、10小時以下的保持時間,在非氧化氣體環境或還原性氣體環境中進行熱處理。此外,加熱後的冷卻方法並未特別限定,惟以採用水淬等冷卻速度成為200℃/min以上的方法為佳。
其中,粗加工工程S04及中間熱處理工程S05亦可反覆實施。
(最後加工工程S06)
為了將中間熱處理工程S05後的銅素材加工成預定的
形狀,進行最後加工。其中,該最後加工工程S06中的溫度條件並未特別限定,但是為了抑制再結晶,或為了抑制軟化,以設為成為冷間、或溫間加工的-200℃至200℃的範圍內為佳,尤其以常溫為佳。此外,加工率係以近似最終形狀的方式被適當選擇,但是為了在最後加工工程S06中藉由加工硬化而使強度提升,以將加工率設為20%以上為佳。此外,若圖求更進一步的強度提升,以將加工率設為30%以上為較佳,將加工率設為40%以上為更佳,將加工率設為60%以上為最佳。此外,因加工率增加,彎曲加工性會劣化,因此以設為99%以下為佳。
(最後熱處理工程S07)
接著,對於藉由最後加工工程S06所得的塑性加工材,為了耐應力緩和特性的提升及低溫退火硬化,或為了殘留應變的去除,實施最後熱處理。
熱處理溫度係以設為100℃以上、800℃以下的範圍內為佳。其中,在該最後熱處理工程S07中,必須以避免因再結晶所致之強度大幅降低的方式,設定熱處理條件(溫度、時間、冷卻速度)。例如若為300℃,以設為保持1秒至120秒左右為佳。該熱處理係在非氧化氣體環境或還原性氣體環境中進行。
熱處理的方法並未特別限定,由製造成本減低的效果來看,以藉由連續退火爐所為之短時間的熱處理為佳。
再者,亦可反覆實施上述之最後加工工程S06與最後
熱處理工程S07。
如上所示,製出本實施形態之電子/電氣機器用銅合金板條材(板材或將其形成為線圈形狀的條材)。其中,該電子/電氣機器用銅合金板條材的板厚係被設為超過0.05mm、3.0mm以下的範圍內,較佳為被設為超過0.1mm、未達3.0mm的範圍內。若電子/電氣機器用銅合金板條材的板厚為0.05mm以下,並不適於大電流用途下作為導體的使用,若板厚超出3.0mm,難以進行衝壓衝孔加工。
在此,本實施形態之電子/電氣機器用銅合金板條材亦可直接使用在電子/電氣機器用零件,但是亦可在板面的其中一面、或兩面,形成膜厚0.1~100μm左右的Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。此時,電子/電氣機器用銅合金板條材的板厚以成為鍍敷層厚度的10~1000倍為佳。
再者,將本實施形態之電子/電氣機器用銅合金(電子/電氣機器用銅合金板條材)作為素材,施行衝孔加工或彎曲加工等,藉此使例如連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件被成形。
藉由形成為如以上所示之構成的本實施形態之電子/電氣機器用銅合金,由於Mg的含有量被設為0.15mass%以上、未達0.35mass%的範圍內,因此Mg固溶在銅的母相中,藉此不會使導電率大幅降低的情形,而可使強度、耐應力緩和特性提升。
此外,在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,由於P的含有量被設為0.0005mass%以上、未達0.01mass%的範圍內,因此可使銅合金熔融金屬的黏度降低,且可使鑄造性提升。
此外,在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,由於導電率被設為超過75%IACS,因此亦可適用在被要求高導電性的用途。
接著,Mg的含有量[Mg](mass%)與P的含有量[P](mass%)滿足[Mg]+20×[P]<0.5的關係式,因此可抑制生成Mg與P的粗大結晶物。
此外,由於O的含有量被設為100massppm以下、S的含有量被設為50massppm以下,因此可減低由Mg氧化物或Mg硫化物等所成之介在物。
再者,由於H的含有量被設為10massppm以下,因此可抑制在鑄塊內發生氣孔缺陷。
此外,由於C的含有量被設為10massppm以下,因此可確保冷間加工性。
基於以上,可抑制加工時發生缺陷,且可使冷間加工性及彎曲加工性大幅提升。
再者,在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,Mg的含有量[Mg](mass%)與P的含有量[P](mass%)滿足[Mg]/[P]≦400的關係式,因此使鑄造性降低的Mg的含有量與使鑄造性提升的P的含有量的比率被適當化,藉由添加P的效果,可使銅合金熔融金屬的黏度降低,且
可使鑄造性確實提升。
此外,在本實施形態之電子/電氣機器用銅合金中,0.2%耐力被設為300MPa以上,且殘留應力率在150℃、1000小時下被設為50%以上,因此強度、耐應力緩和特性優異,尤其適於作為連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件的素材。
此外,本實施形態之電子/電氣機器用銅合金板條材係以上述之電子/電氣機器用銅合金所構成,因此藉由在該電子/電氣機器用銅合金板條材進行彎曲加工等,可製造連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件。
其中,若在表面形成有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層,尤其適於作為連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等電子/電氣機器用零件的素材。
再者,作為本實施形態的電子/電氣機器用零件(連接器或壓合體等端子、中繼器用可動片、引線框架、匯流條等)係由上述之電子/電氣機器用銅合金所構成,因此即使小型化及薄壁化,亦可發揮優異特性。
以上說明本案發明之實施形態之電子/電氣機器用銅合金、電子/電氣機器用銅合金板條材、電子/電氣機器用零件(端子、匯流條等),惟本案發明並非限定於此,可在未脫離本發明之技術思想的範圍內作適當變更。
例如,在上述實施形態中,係說明電子/電氣機器用
銅合金之製造方法之一例,但是電子/電氣機器用銅合金之製造方法並非限定於實施形態所記載者,亦可適當選擇既有之製造方法來製造。
以下說明為確認本案發明之效果所進行的確認實驗的結果。
準備H含有量為0.1massppm以下、O含有量為1.0massppm以下、S含有量為1.0massppm以下、C含有量為0.3massppm以下、Cu的純度為99.99mass%以上之經選別的銅作為原料,將此裝入高純度氧化鋁坩堝內,在高純度Ar氣體(露點-80℃以下)氣體環境下使用高頻熔解爐進行熔解。若要在銅合金熔融金屬內添加各種元素,並且導入H、O時,將熔解時的氣體環境,使用高純度Ar氣體(露點-80℃以下)、高純度N2氣體(露點-80℃以下)、高純度O2氣體(露點-80℃以下)、高純度H2氣體(露點-80℃以下),形成為Ar-N2-H2及Ar-O2混合氣體環境。若要導入C,在熔解中,使C粒子被覆在熔融金屬表面,與熔融金屬相接觸。此外,若要導入S,則直接添加S。此外,Mg原料係使用鎂純度為99.99mass%以上者。藉此,熔製表1及表2所示之成分組成的合金熔融金屬,注入至鑄模而製出鑄塊。其中,本發明例11係使用碳鑄模,本發明例28係使用絕熱材(ISOWOOL)鑄模,本發明例1~10、12~27、29~37與比較例1~11係使用具備水冷功
能的銅合金鑄模作為鑄造用的鑄模。此外,鑄塊的大小係設為厚度約20mm×寬幅約200mm×長度約300mm。
由所得的鑄塊,將鑄造表面近傍進行面削,且切出16mm×200mm×100mm的區塊。
將該區塊,在Ar氣體環境下,以表3及表4所記載的溫度條件進行4小時的加熱,且進行均質化/熔體化處理。
為了適當形成為適於最終形狀的形式,將已進行熱處理的銅素材切斷,並且實施表面研削。之後,在常溫下,以表3及表4所記載之壓延率實施粗壓延。
接著,對所得的條材,以表3及表4所記載之條件,在Ar氣體環境中實施中間熱處理。之後,實施水淬。
接著,以表3及表4所示之壓延率,實施最後壓延,且製出厚度0.5mm、寬幅約200mm的薄板。上述最後壓延時,係在表面塗佈壓延油來進行冷間壓延。
接著,在最後壓延後,以表3及表4所示條件,在Ar氣體環境中實施最後熱處理,之後,進行水淬,作成特性評估用薄板。
(成分組成)
使用如上所述所得之特性評估用薄板,進行成分分析。此時,Mg及P的分析係以感應耦合電漿發光分光分析法進行。此外,H的分析係以熱傳導度法進行,O、S、C的分析係以紅外線吸收法進行。
(鑄造性)
以鑄造性的評估而言,觀察前述鑄造時有無表面粗糙。將目視下表面粗糙完全或幾乎未被發現者設為A,發生深度未達1mm之較小表面粗糙者設為B,將發生深度1mm以上、未達2mm的表面粗糙者設為C。此外,發生深度2mm以上之較大表面粗糙者係設為D,途中中止評估。將評估結果顯示於表5及表6。
其中,表面粗糙的深度係指由鑄塊端部朝向中央部的表面粗糙的深度。
(機械特性)
由特性評估用條材採取JIS Z 2241所規定的13B號試驗片,藉由JIS Z 2241的橫距法(offset method),測定0.2%耐力。其中,試驗片係以與壓延方向呈正交的方向採取。將評估結果顯示於表5及表6。
(拉伸試驗的破斷次數)
使用上述13B號試驗片,進行10次拉伸試驗,在來到0.2%耐力之前,將在彈性區域,拉伸試驗片破斷的個數設為拉伸試驗的破斷次數,且進行測定。將評估結果顯示於表5及表6。
其中,彈性區域係指在應力應變曲線中滿足線性關係的區域。該破斷次數愈多,加工性因介在物愈為降低。
(導電率)
由特性評估用條材採取寬幅10mm×長度150mm的試驗片,藉由4端子法,求出電阻。此外,使用測微計,進行試驗片的尺寸測定,且算出試驗片的體積。接著,由所測定出的電阻值與體積,算出導電率。其中,試驗片係以其長邊方向相對特性評估用條材的壓延方向成為垂直的方式採取。將評估結果顯示於表5及表6。
(耐應力緩和特性)
耐應力緩和特性試驗係藉由依據日本伸銅協會技術標準-JCBAT309:2004之懸臂螺旋式的方法,負載應力,測定在150℃的溫度下保持1000小時後的殘留應力率。
以試驗方法而言,由各特性評估用條材以相對壓延方向呈正交的方向採取試驗片(寬幅10mm),以試驗片的表面最大應力成為耐力的80%的方式,將初期撓曲位移設定為2mm,調整跨距長度。上述表面最大應力係以下式設定。
表面最大應力(MPa)=1.5Etδ0/Ls 2
其中,
E:楊氏模數(MPa)
t:試料的厚度(t=0.5mm)
δ0:初期撓曲位移(2mm)
Ls:跨距長度(mm)。
由在150℃的溫度下保持1000小時後的彎曲波摺,測定殘留應力率,且評估耐應力緩和特性。其中殘留應力率係使用下式算出。
殘留應力率(%)=(1-δt/δ0)×100
其中,
δt:在150℃下保持1000小時後的永久撓曲位移(mm)-在常溫下保持24h後的永久撓曲位移(mm)
δ0:初期撓曲位移(mm)。
(彎曲加工性)
依據日本伸銅協會技術標準JCBA-T307:2007的4試驗方法,進行彎曲加工。以相對壓延方向,彎曲的軸呈正交方向的方式,由特性評估用薄板採取複數寬幅10mm×長度30mm的試驗片。使用彎曲角度設為90度,彎曲半徑若最後壓延率超過85%時,為1.0mm(R/t=2),若最後壓延率為85%以下時,彎曲半徑為0.5mm(R/t=1)的W型治具,進行W彎曲試驗。
若以目視觀察彎曲部的外周部而被觀察到破裂時,設為「C」,若被觀察到較大皺摺時,設為B,若無法確認破斷或微細破裂、較大皺摺時,設為A,來進行判定。其中,A及B係判斷為可容許的彎曲加工性。將評估結果顯示於表5及表6。
比較例1係Mg的含有量少於本案發明之範圍(0.15mass%以上、未達0.35mass%的範圍),0.2%耐力低,強度不足。
比較例2係Mg的含有量多於本案發明之範圍(0.15mass%以上、未達0.35mass%的範圍),導電率低。
比較例3係P的含有量多於本案發明之範圍(0.0005mass%以上、未達0.01mass%的範圍),由於在粗壓延時發生較大的裂邊,因此中止之後的評估。
比較例4~6係[Mg]+20×[P]超過0.5,在粗壓延時發生較大的裂邊,因此中止之後的評估。
比較例7係H的含有量高於本案發明之範圍(10massppm以下),由於在粗壓延時發生較大的裂邊,因此中止之後的評估。
比較例8係O的含有量高於本案發明之範圍
(100massppm以下),實施10次拉伸試驗的結果,彈性區域中的拉伸試驗片的破斷發生8次,被發現因介在物所致之加工性劣化。彎曲加工性亦不充分。
比較例9係S的含有量高於本案發明之範圍(50massppm以下),實施10次拉伸試驗的結果,彈性區域中的拉伸試驗片的破斷發生8次,被發現因介在物所致之加工性劣化。彎曲加工性亦不充分。
比較例10、11係C的含有量高於本案發明之範圍(10massppm以下),實施10次拉伸試驗的結果,彈性區域中的拉伸試驗片的破斷發生6次及7次,被發現因介在物所致之加工性劣化。彎曲加工性亦不充分。
相對於此,在本發明例中,被確認出鑄造性、強度(0.2%耐力)、導電率、耐應力緩和特性(殘留應力率)、彎曲加工性優異。再者,實施10次拉伸試驗的結果,被確認出在彈性區域中的拉伸試驗片沒有破斷,且加工性尤其優異。
基於以上,藉由本發明例,被確認出可提供導電性、冷間加工性、彎曲加工性、及鑄造性優異的電子/電氣機器用銅合金、電子/電氣機器用銅合金板條材。
即使在被使用在伴隨小型化而被薄壁化的構件的情形下,亦可提供具備有優異的導電性、冷間加工性、彎曲加工性及鑄造性的電子/電氣機器用銅合金、電
子/電氣機器用銅合金板條材、電子/電氣機器用零件、端子、匯流條、及中繼器用可動片。
Claims (14)
- 一種電子/電氣機器用銅合金,其特徵為:以0.15mass%以上、未達0.35mass%的範圍內含有Mg,且以0.0005mass%以上、未達0.008mass%的範圍內含有P,殘部由Cu及不可避免的雜質所成,導電率為超過75%IACS,並且Mg的含有量[Mg](mass%)與P的含有量[P](mass%)滿足:[Mg]+20×[P]<0.5的關係式,H的含有量被設為10massppm以下、O的含有量被設為100massppm以下、S的含有量被設為50massppm以下、C的含有量被設為10massppm以下。
- 如申請專利範圍第1項之電子/電氣機器用銅合金,其中,Mg的含有量[Mg](mass%)與P的含有量[P](mass%)滿足:[Mg]/[P]≦400的關係式。
- 如申請專利範圍第1項或第2項之電子/電氣機器用銅合金,其中,以相對壓延方向呈正交方向進行拉伸試驗時的0.2%耐力為300MPa以上。
- 如申請專利範圍第1項之電子/電氣機器用銅合金,其中,殘留應力率在150℃、1000小時下為50%以上。
- 一種電子/電氣機器用銅合金板條材,其特徵為:由如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之電子/ 電氣機器用銅合金所成。
- 如申請專利範圍第5項之電子/電氣機器用銅合金板條材,其中,在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
- 一種電子/電氣機器用零件,其特徵為:由如申請專利範圍第5項或第6項之電子/電氣機器用銅合金板條材所成。
- 如申請專利範圍第7項之電子/電氣機器用零件,其中,在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
- 一種端子,其特徵為:由如申請專利範圍第5項或第6項之電子/電氣機器用銅合金板條材所成。
- 如申請專利範圍第9項之端子,其中,在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
- 一種匯流條,其特徵為:由如申請專利範圍第5項或第6項之電子/電氣機器用銅合金板條材所成。
- 如申請專利範圍第11項之匯流條,其中,在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
- 一種中繼器用可動片,其特徵為:由如申請專利範圍第5項或第6項之電子/電氣機器用銅合金板條材所成。
- 如申請專利範圍第13項之中繼器用可動片,其中,在表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
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