CN100371484C - 导电性优良的钛铜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供在希望高强度、高电导率的用途中，强度高、导电性优良的钛铜。本发明的钛铜的特征是，含有2.5～4.5质量%的Ti，其余为Cu和不可避免的杂质构成，电导率为16%IACS以上，屈服强度σ0.2为800MPa以上的高强度、导电性优良的钛铜，将在垂直于轧制方向的截面上观察的Cu-Ti金属间化合物相的面积率以S%表示，将Ti含有量以[Ti]质量%表示时，具有S≥8.1×[Ti]-17.7的关系。

Description

导电性优良的钛铜及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种导电性优良的钛铜。
背景技术
随着电子设备的小型化、轻量化，连接器等电气、电子部件的小型化、轻量化持续发展。由于当连接器薄壁化、窄间距化时连接器的截面积减少，所以为了补偿截面积减少而引起的接触压力和导电性的降低，对用于连接器的金属材料要求高的强度和电导率。
作为高强度的铜合金，近年来增加了时效固化型的铜合金的使用量，通过对经过了固溶处理的过饱和固溶体进行时效处理，使微细的析出物均匀地分散在合金中，提高了合金的强度。
即使在时效固化型合金中，由于以JIS C1990为代表的含有Ti的铜合金(以下称为钛铜)具有高的机械强度和优良的弯曲加工性，所以广泛地作为电子设备的各种端子和连接器使用。
作为与钛铜相同的时效固化型的高强度铜合金，有高铍铜(JISC1720)。钛铜与高铍铜相比，由于强度相等，耐应力衰减特性优良，所以作为例如烧进浇口等要求耐热性用途的原材料，钛铜比高铍铜更加合适。(例如参照专利文献1、2)
【专利文献1】特开平7-258803号公报
【专利文献2】特开2002-356726号公报
但是，在专利文献1中，虽然提出了弯曲加工性和应力衰减特性优良的钛铜，但在这种情况下的电导率最大为15％IACS左右，在专利文献2中，虽然兼顾了钛铜的强度和弯曲加工性，但所获得的导电性最大为15％IACS左右。这样，现有的钛铜的电导率最大为15％IACS左右，劣于高铍铜的电导率(20％IACS)。这在要求高电导率的用途中采用钛铜以取代高铍铜时成为障碍。若能够获得与高铍铜近似的电导率，则可使用应力衰减特性更好、更廉价的钛铜。
本发明的目的在与不降低强度地改进钛铜的电导率。
发明内容
本发明以提供高强度、导电性优良的钛铜为目的，对其进行了锐意研究的结果，通过将Cu-Ti金属间化合物相的析出量调整到最佳范围，能够获得所希望的电导率。
即，本发明为：
(1)一种高强度、导电性优良的钛铜，其特征是，是含有2.5～4.5质量％的Ti，其余为Cu和不可避免的杂质构成的铜合金，电导率为16％IACS以上，屈服强度σ0.2为800MPa以上，将在垂直于轧制方向的截面上观察的Cu-Ti金属间化合物相的面积率以S％表示，将Ti含有量以[Ti]质量％表示时，具有S≥8.1×[Ti]-17.7的关系。
(2)上述(1)所述的高强度、导电性优良的钛铜的制造方法，顺序进行铸锭的热轧、冷轧、固溶处理、冷轧、时效处理，其特征是，①时效前的冷轧加工度为15％以上，②时效温度为350℃以上、450℃以下，③时效时间为5小时以上、20小时以下，④从时效后的时效温度到300℃的平均冷却速度为50℃/小时以下。
具体实施方式
以下对本发明的限定理由加以说明。
(1)电导率和屈服强度σ0.2
若提高电导率，则作为连接器使用时，接点的接触电阻、随着通电产生的发热量减少。当电导率为16％IACS以上时，接触电阻、发热量成为与高铍铜相同的水平。因此，将电导率规定在16％IACS以上。电导率更优选地为20％IACS以上。
若屈服强度σ0.2降低，则作为连接器使用时，接点的接触压力降低，接触电阻增大。当屈服强度σ0.2小于800MPa，由于即使将电导率调整到16％IACS以上，也得不到与高铍铜相同水平的接触电阻，所以将屈服强度σ0.2规定在800MPa以上，
(2)钛浓度
当对钛铜合金进行时效处理时，产生聚偏分解，母材中生成钛浓度的调制结构，从而获得非常高的强度。在钛含有量小于2.5质量％的情况下，在为了获得后述的16％IACS以上的电导率而进行时效处理时，得不到800MPa以上的屈服强度σ0.2。另一方面，当钛含有量超过4.5质量％时，不仅在轧制时产生破裂等制造性显著恶化，即使调整时效条件，也难以获得16％IACS以上的电导率。因此，使钛的含有量为2.5～4.5质量％。
(3)Cu-Ti金属间化合物相的面积率
当溶质元素固溶在Cu中时，电导率降低，其中还可知Ti是使电导率显著降低的元素之一(G.Ghosh、J.Miyake、M.E.Fine、JOM、vol.49、No.3、March、1997、p.56-60)。为了使钛铜的电导率上升，重要的是通过使Ti充分地析出，尽量减少固溶Ti量。即、若增加Cu-Ti金属间化合物相的量，则电导率上升。而且，通过析出微细的Cu-Ti金属间化合物相，也实现了材料的高强度化。
本发明者发现，在直于轧制方向的截面观察的Cu-Ti金属间化合物相的面积率为S(％)，Ti含有量为[Ti](质量％)时，若满足下述的关系，则获得了超过16％IACS的电导率。
S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7
另外，还发现在S(％)和[Ti](质量％)的关系满足下式的情况下，获得了20％IACS以上的电导率
S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-12.7
(4)时效条件
为了调整Cu-Ti金属间化合物相的析出量，以满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7，在顺序进行热轧、冷轧、固溶处理、冷轧、时效处理的钛铜的制造工序中，重要的是选择适当的时效条件。为了增大S(％)，将时效条件调整成如下所述即可。
①提高时效温度。但是以450℃为时效温度的升限。
②延长时效时间。
③减缓时效时的冷却速度。在这种情况下，重要的是300℃以上的温度范围中的冷却速度。
④提高时效前的冷轧加工度，通过冷轧导入的应变，Cu-Ti金属间化合物相的析出速度增加。
另一方面，当时效中Cu-Ti金属间化合物相粗大化时，屈服强度σ0.2降低。上述①和②的对策伴随着Cu-Ti金属间化合物相的粗大化。因此，时效温度和时间必须要在Cu-Ti金属间化合物相不太粗大化的范围(屈服强度σ0.2不低于800MPa的范围)调整。但是，在上述③的对策中，不产生Cu-Ti金属间化合物相的粗大化。在这种情况下，仅留意S(％)的调整即可。
上述③、④的对策是在本发明中新发现的，通过组合①、②、③、④的对策，可制造电导率为16％IACS以上、并且屈服强度σ0.2为800MPa以上的钛铜。具体地说，通过满足下述①、②、③、④，能够制造电导率为16％IACS以上、屈服强度σ0.2为800MPa以上的钛铜。
①时效前的冷轧加工度为15％以上
②时效温度为350℃以上、450℃以下
③时效时间为5小时以上、20小时以下
④从时效后的时效温度到300℃的平均冷却速度为50℃/小时以下
【实施例】
以电解铜为原料，在高频真空熔解炉中铸造表1所示的各种组成的坯料(宽度60mm×厚度30mm)，在850℃下热轧到8mm后，进行冷轧、固溶处理。在固溶处理中，在800℃下进行了1分钟的加热后，以大约1000℃/秒的速度冷却。之后，进行了冷轧、时效处理。使时效前的轧制加工度、时效条件改变，使Cu-Ti金属间化合物相的量改变。作为时效条件，使时效温度、时效时间、冷却速度变化。冷却速度是指以规定的温度和时间加热后的试料的冷却速度，在试料上装配热电耦进行温度测定，求出了从时效温度到300℃的冷却期间的平均冷却速度。
对于这样获得的各合金，测定屈服强度σ0.2、电导率和Cu-Ti金属间化合物相的面积率。对于屈服强度σ0.2，采用拉伸试验机，以JISZ2241为基准进行了测定。而且，电导率以JISH 0505为基准进行了测定。
以下表示Cu-Ti金属间化合物相的面积率的测定方法。材料的评价面为垂直于轧制方向的截面。在用#150的耐水研磨纸对切出的试料进行了研磨之后，用浑浊的精加工用研磨剂对粒径40nm的胶质二氧化硅进行了镜面研磨，然后蒸镀碳。采用FE-SEM，在两万倍的倍率下拍摄了500μm2的视野的反射电子图像照片。然后采用图像解析装置，在该照片上测定了Cu-Ti金属间化合物相的面积率。作为测定对象的Cu-Ti金属间化合物相的面积为5×10-4μm2以上。
【表1】
表1发明例和比较例
编号 Ti含有量，[Ti](质量％)   加工度(％)   时效温度(℃)   时效时间(h)   冷却速度(℃/h)  Cu-Ti相的面积率，S(％)   电导率(％IACS)   屈服强度σ<sub>0.2</sub>(MPa)   S’＝8.1[Ti]-17.7(％)   ΔS＝S-S’(％)
发明例   1   4.25   60   380   13   33   22.1   20.1   954   16.7   5.4
  2   4.16   35   370   13   28   19.5   17.1   971   16.0   3.5
  3   4.28   50   360   10   41   17.5   16.2   998   17.0   0.5
  4   3.21   60   380   13   23   14.0   20.5   887   8.3   5.7
  5   3.18   30   420   15   49   11.3   17.4   913   8.1   3.2
  6   3.24   40   400   8   16   9.2   16.4   921   8.5   0.7
  7   2.62   20   450   13   21   10.9   21.2   816   3.5   7.4
  8   2.54   35   430   10   35   5.5   17.7   821   2.9   2.6
  9   2.57   45   420   10   48   4.5   16.7   824   3.1   1.4
比较例   10   4.63   冷轧时产生破裂   -   -   -   -   -
  11   2.25   45   420   13   54   2.3   16.5   781   0.5   1.8
  12   4.22   5   360   10   37   10.0   11.2   912   16.5   -6.5
  13   3.14   60   310   13   25   0.6   6.8   742   7.7   -7.1
  14   2.50   20   450   2   19   1.5   14.7   803   2.6   -1.1
  15   3.23   30   420   15   1263   3.1   12.5   883   8.5   -5.4
  16   3.20   30   420   15   566   5.0   13   875   8.2   -3.2
  17   3.25   30   420   15   87   7.6   15.5   861   8.6   -1.0
  18   4.31   20   500   13   48   23.5   21.4   744   17.2   6.3
  19   2.66   35   480   10   34   12.2   23.0   711   3.8   7.9
  20   3.33   40   400   30   56   13.6   18.5   730   9.3   4.3
如表1可知，本发明例编号1～9均满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7，具有16％IACS以上的电导率，而且，表示出800MPa以上的屈服强度σ0.2。特别是满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-12.7(表1中ΔS＝S-S’≥5)的发明例1、4和7的电导率超过了20％IACS。在这些发明例中时效后的冷却速度为50℃/小时以下。
另一方面，比较例10由于Ti含有量超过4.5质量％，所以在冷轧中产生破裂，未能够继续进行试验。比较例11由于Ti含有量小于2.5质量％，所以在获得16％IACS以上的电导率的条件下时效时的屈服强度σ0.2小于800MPa。
而且，比较例12由于时效前的冷轧加工度低，比较例13由于时效温度低，比较例14由于时效时间短，比较例15～17由于时效时的冷却速度快，所以不满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7，未示出16％IACS以上的电导率。而且，比较例18～20满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7，示出了16％IACS％以上的电导率，但比较例18和19由于时效温度过高，比较例20由于时效时间过长，所以Cu-Ti金属间化合物相粗大化，屈服强度σ0.2小于800MPa。
通过以上的说明可知，根据本发明，可能够通过可与近年来的电子设备小型化、薄壁化相对应的强度和电导率优良的铜合金。

Claims (2)

1.一种高强度、导电性优良的钛铜，其特征是，是含有2.5～4.5质量％的Ti，其余为Cu和不可避免的杂质构成的铜合金，电导率为16％IACS以上，屈服强度σ0.2为800MPa以上，将在垂直于轧制方向的截面上观察的Cu-Ti金属间化合物相的面积率以S％表示，将Ti含有量以[Ti]质量％表示时，具有S≥8.1×[Ti]-17.7的关系。
2.权利要求1所述的高强度、导电性优良的钛铜的制造方法，顺序进行铸锭的热轧、冷轧、固溶处理、冷轧、时效处理，其特征是，①时效前的冷轧加工度为15％以上，②时效温度为350℃以上、450℃以下，③时效时间为5小时以上、20小时以下，④从时效后的时效温度到300℃的平均冷却速度为50℃/小时以下。
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