CN101522927B

CN101522927B - 电子材料用铜合金的制造方法

Info

Publication number: CN101522927B
Application number: CN2007800372036A
Authority: CN
Inventors: 桑垣宽; 江良尚彦
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2027-10-02
Also published as: CN101522927A; TWI415958B; JP5085908B2; KR101127000B1; TW200823303A; WO2008041696A1; KR20090050101A; JP2008088512A

Abstract

本发明提供适合用作端子、连接器、开关、继电器用途的材料的电子材料用铜合金，所述铜合金在强度、导电率及弯曲加工性的平衡方面优异。电子材料用铜合金，其特征在于，含有Co：1.00-2.50％质量、Si：0.20-0.70％质量，余量由Cu及不可避免的杂质构成，Co和Si的质量浓度比(Co/Si比)为3.5≤Co/Si≤5，导电率为55％IACS以上，优选60％IACS以上，优选下述铜合金：含有Cr：0.05-0.50％质量，作为不可避免的杂质的碳为50ppm以下，还含有0.001-0.300％质量的Mg、P、As、Sb、Be、B、Mn、Sn、Ti、Zr、Al、Fe、Zn及Ag中至少1种物质的铜合金。所述合金的制造方法，其中，在熔融铸造后进行热轧和冷轧，在最终冷轧前进行下述热处理：加热至700-1050℃后，以每秒10℃以上的速度冷却。

Description

电子材料用铜合金的制造方法

技术领域

本发明涉及适合用作端子、连接器、开关、继电器用途之材料的电子材料用铜合金，所述铜合金在强度、导电率及弯曲加工性的平衡方面优异。

背景技术

众所周知，Cu-Ni-Si系合金为析出型铜合金，通过Ni-Si系金属间化合物在母相中的析出而使强度和导电率升高，而Co同Ni一样也在铜合金中与Si形成化合物，提高机械强度(专利文献1)。已知所述Cu-Co-Si系合金的机械强度、导电性均稍好于Cu-Ni-Si系合金(专利文献2“0022”)。

另一方面，有报道指出，在Cu-Cr-Si系合金中，Cr同Ni、Co一样与Si形成化合物，或作为Cr单体在母相中析出，使强度提高(专利文献3第3页)。

专利文献1：日本特表2005-532477号公报

专利文献2：日本特开平11-222641号公报

专利文献3：日本特开昭62-180025号公报

发明内容

发明所需解决的课题

但是，由于上述Cu-Co-Si系合金实施固溶处理所需的温度增高(Co、Si的固溶温度)，所以很难完全进行固溶处理，无法获得所希望的性质(专利文献1)。因此，迄今为止完全置换为Co的例子较少。

另一方面，在上述Cu-Cr-Si系合金中，Cr易形成无助于强度的碳化物(Cr-C)，难以稳定的获得所希望的强度。而且，即使形成无助于强度的粗大的Cr系化合物，也无法获得所希望的性质。此外，还存在如下缺点：若形成Cr-C，则与Si结合的Cr减少，因此不能与Cr结合的Si在母相中过量地固溶，从而使导电率显著下降。

解决课题的手段

本发明通过采用以下构成实现强度及导电性比以往优异的电子材料用铜合金。

(1)电子材料用铜合金，其特征在于，含有Co：1.00-2.50％质量、Si：0.20-0.70％质量，余量由Cu及不可避免的杂质构成，Co和Si的质量浓度比(Co/Si比)为3.5≤Co/Si≤5，导电率为55％IACS以上。

(2)电子材料用铜合金，其特征在于，含有Co：1.00-2.50％质量、Cr：0.05-0.50％质量、Si：0.20-0.70％质量，余量由Cu及不可避免的杂质构成，Co和Si的质量浓度比(Co/Si比)为3.5≤Co/Si≤5，导电率为60％IACS以上。

(3)电子材料用铜合金，其特征在于，含有Co：1.00-2.50％质量、Cr：0.05-0.50％质量、Si：0.20-0.70％质量，此外作为不可避免的杂质的碳为50ppm以下，余量由Cu及不可避免的杂质构成，Co和Si的质量浓度比(Co/Si比)为3.5≤Co/Si≤5，导电率为60％IACS以上。

(4)上述电子材料用铜合金，其特征在于，还含有0.001-0.300％质量的选自Mg、P、As、Sb、Be、B、Mn、Sn、Ti、Zr、Al、Fe、Zn及Ag的至少1种物质。

(5)上述电子材料用铜合金的制造方法，其特征在于，在熔融铸造后进行热轧和冷轧，在最终冷轧前进行下述热处理：加热至700℃-1050℃后，以每秒10℃以上的速度冷却。

实施发明的最佳方式

Co及Si的添加量：

Co和Si形成金属间化合物。Cu-Co-Si系铜合金与Cu-Ni-Si系铜合金相比，在维持强度的同时实现高导电化。若Co及Si的添加量不足Co：1.00％质量和/或不足Si：0.20％质量，则不能获得所希望的强度；若超过Co：2.50％质量和/或超过Si：0.70％质量，则虽然可以实现高强度，但导电率显著下降，进而热加工性变差。因此，Co和Si的添加量为Co：1.00-2.50％质量、Si：0.20-0.70％质量。优选Co：1.50-2.20％质量、Si：0.35-0.50％质量。

Co/Si比：

通过使合金中Co与Si的重量比接近作为金属间化合物的Co₂Si的浓度，可进一步改善性质。当重量浓度比Co/Si＜3.5时，由于Si浓度高，所以导电率下降。另一方面，当Co/Si＞5时，由于Co浓度高，所以导电率显著下降，不优选用作电子材料。优选4.0＜Co/Si＜4.5。

导电率(EC)：

本发明的合金由于用作必须具有高导电性、中等强度的车载用及通讯仪器用等的端子、连接器、开关、继电器的材料，因此导电率为55％IACS以上，优选60％IACS以上，更优选62％IACS以上。导电率根据JIS H 0505进行测定，其数值用％IACS表示。若导电率不足55％IACS，则不适合作为本发明目的的电子材料用合金的用途。具有本发明所述导电率的铜合金可以通过以下制造方法制造。

Cr添加量：

Cr同未与Co结合的固溶Si结合，作为Cr-Si系化合物在母相中析出。结果，母相的铜纯度增加，导电率进一步升高。并且，通过Cr-Si系化合物的析出固化，强度也升高。若不足0.05％质量，则效果小；若超过0.50％质量，则未作为Cr-Si系或Cr单体析出的固溶Cr增加造成导电率显著降低，由于在1000℃下固溶于Cu中的Cr量约为0.50％质量，因此未固溶的Cr会对弯曲加工性造成恶劣影响。因此，将Cr添加量设定为0.05-0.50％质量。优选0.10-0.30％质量。

含碳量：

若存在碳，则Cr易形成无助于强度的Cr-C。若合金中含有的碳超过50ppm，则无法获得所希望的强度。此外，若形成Cr-C，则由于与Si结合的Cr减少，因此无法与Cr结合的Si在母相中过量固溶，使导电率显著下降。因此，含碳量优选50ppm以下，更优选30ppm以下。碳的控制方法可列举例如：在熔融铸造前以碳成分不混入原料中的方式进行脱脂、在真空或惰性气体气氛(例如Ar)下进行熔融铸造、在熔融铸造时不采用木炭被覆、不使用含有含碳部件的设备等。

由于Mg、P、As、Sb、Be、B、Mn、Sn、Ti、Zr、Al、Fe、Zn及Ag的至少1种物质的添加不形成化合物，因此具有增强固溶强化效果、改善性质的效果。上述元素的添加量若不足0.001％质量，则无添加效果；若超过0.300％质量，则导电率下降。因此，添加量应为0.001-0.300％质量，优选0.01-0.10％质量。

本发明的合金由于用作必须具有高导电性、中等强度的车载用及通讯仪器用等的端子、连接器、开关、继电器的材料，因此拉伸强度的屈服强度(YS：Yield strength)优选650MPa以上，更优选670MPa以上。

制造方法：

Cu-Co-Si系合金与Cu-Ni-Si系合金相比，由于固溶温度较高，因此进行固溶处理比较困难。换言之，若Co及Si添加量(Co添加量与Si添加量的总量)不足2.0％质量，则在1000℃以下可进行完全的固溶处理；但如果Co及Si添加量在2.0％以上，则为了完全地进行固溶处理，需要1000℃以上的温度，而若在2.5％质量以上，则需要1050℃以上的温度。由于上述温度在铜的熔点附近，铜在固溶处理过程中有熔融之虞，因此难于将2.5％质量以上的Co及Si添加量固溶于铜中。但是，当固溶处理不完全时，强度下降而导电率提高。因此，为制造本发明的铜合金，即使当Co及Si添加量为2.5％质量以上时，如果在加热至低于完全固溶的温度后，比较迅速地冷却，则可以得到高电导率。此时，可通过提高Co及Si添加量以确保所希望的强度，可制造本发明的取得导电率及强度的性质之平衡的铜合金。

若固溶温度不足700℃，则固溶处理过于不充分，因此无法获得所希望的强度；若超过1050℃，则有完全熔融之虞。因此，固溶温度为700-1050℃，当Co及Si添加量为1.20％质量以上、不足2.00％质量时，优选800-900℃；当Co及Si添加量为2.00％质量以上、不足2.50％质量时，优选900-1000℃；当Co及Si添加量为2.50％质量以上、不足3.20％质量时，优选1000-1050℃。

若固溶处理后的冷却速度不足每秒10℃，则无助于强度的粗大的Cr系化合物析出，因此强度降低。因此，加热后的冷却速度为每秒10℃以上、优选每秒20℃以上是必要的。

上述固溶处理如果在最终冷轧前进行，则可以达成本发明的效果，也可以在上述溶固处理前或后进行冷轧或时效处理。

实施例

以下显示涉及本实施例的条件，但本发明的实施方式只要起到本发明的作用效果就不限制于下述内容。

样品的制造：

采用高频熔化炉在真空中或氩气氛中，在内径110mm、深230mm的氧化铝制或氧化镁制罐中将2.50kg电解铜或无氧铜熔融。根据表1或2的组成添加Co、Cr、Si、Mg、Sn、Ag、Zn，将熔铜温度调节至1300℃后，使用铸型(材质：铸铁)将熔体铸造成30×60×120mm的铸锭。进行热轧、磨削除去氧化垢、热轧、冷轧，然后进行固溶热处理(加热至700-1050℃后，以每秒20℃的速度冷却)，进一步重复加工度为10-60％的冷轧和在250℃-550℃下的热处理，制成厚度为0.10mm的平板。采集制得的各种板材的试验片进行物性评价试验。

试验片的物性评价：

对于强度，使拉伸方向与轧制方向平行，使用压力机(プレス機)制作JIS13B号试验片。根据JIS Z 2241规定的拉伸试验，使用试验片测定拉伸强度的屈服强度(单位MPa)。

对于导电率，根据JIS H 0505使用4端子法进行测定，用％IACS表示。

对于弯曲加工性，使用宽为10mm的长方形样品，实施JISH3110规定的W弯曲试验。弯曲方向为合适方向(Good Way)及不适方向(Bad Way)，设定(弯曲半径R/板厚t＝1.0)。

取弯曲后的样品，在弯曲部位的表面及剖面处使用光学显微镜观察有无裂纹，将在合适方向及不适方向上均未产生裂纹的情形评价为○，将在合适方向及不适方向的双侧或单侧产生裂纹的情形评价为×。

将本发明的实施例与比较例同时使用表1-3进行说明。并且，表中的“-”表示未添加。

表1表示Cu-Co-Si系合金的结果，实施例1-10的合金均具备优异的强度、导电率(55％IACS以上)及弯曲加工性。

比较例11及12的Co量及Si量分别小于本发明的下限或超过本发明的上限，因此强度(YS)低，或导电率低、弯曲加工性差。比较例13及14的Co/Si比分别小于本发明的下限或超过本发明的上限，因此导电率低。比较例15的Co量以及Co/Si比分别小于本发明的下限，因此强度低。比较例16的Co量超过本发明的上限，因此导电率低。比较例17的Si量小于本发明的下限且Co/Si比超过本发明的上限，因此导电率低。比较例18的Si量超过本发明的上限且Co/Si比小于本发明的下限，因此导电率低。比较例19及20的Mg等第三金属量分别超过本发明的上限，因此存在导电率低且弯曲加工性差的情况。

由于固溶处理在充分固溶的条件下进行，因此比较例21-31的导电率低，在本发明的范围之外。

表2表示Cu-Co-Cr-Si系合金的结果，实施例32-45的合金均具备优异的强度、导电率(60％IACS以上)及弯曲加工性。

参考例46及47对应于实施例1、2，由于未添加Cr，因此与实施例32-45相比，导电率低。

比较例48的Co及Si量分别小于本发明的下限，因此强度低。比较例49的Co及Si量超过本发明的上限，因此导电率低，弯曲加工性差。比较例50及51的Co/Si比分别小于本发明的下限或超过本发明的上限，因此导电率低。比较例52及53的Cr量分别小于本发明的下限或超过本发明的上限，因此导电率低，若超过上限则弯曲加工性也差。比较例54的Co量、Cr量及Co/Si比小于本发明的下限，因此强度差。比较例55的Co量及Cr量超过本发明的上限，因此导电率低，弯曲加工性差。比较例56的Cr量及Si量分别小于本发明的下限且Co/Si比超过本发明的上限，因此导电率低。比较例57的Cr量及Si量分别超过本发明的上限且Co/Si比小于本发明的下限，因此导电率低，弯曲加工性差。比较例58的Co、Cr及Si量分别小于本发明的下限，因此强度差。比较例59的Co、Cr及Si量分别超过本发明的上限，因此导电率低，弯曲加工性差。比较例60及61的C量超过本发明的上限，因此导电率低，存在弯曲加工性差且强度差的情况。比较例62及63的Mg等第三金属量分别超过本发明的上限，因此存在导电率低且弯曲加工性差的情况。

比较例64-76在固溶处理中充分固溶的条件下进行，因此导电率低，在本发明的范围之外。

表3表示将实施例32-34的固溶处理后的冷却速度改变之后的结果。实施例32’、33’及34’的冷却速度小于每秒10℃，因此溶固处理后的导电率升高，重复冷轧及热处理后得到的平板的导电率也升高，但强度下降。实施例32、32”、33、33”、34及34”的冷却速度为每秒10℃以上，因此这些实施例结果均在强度、导电率(60％IACS以上)及弯曲加工性的平衡方面优异。因此，固溶处理后的冷却速度优选每秒10℃以上。

[表1]

[表2]

[表3]

Claims

1.电子材料用铜合金，其特征在于，由Co：1.00-2.50％质量、Cr：0.05-0.50％质量、Si：0.20-0.70％质量，此外作为不可避免的杂质的碳为50ppm以下，余量为Cu及不可避免的杂质构成，其中Co和Si的质量浓度比即Co/Si比为3.5≤Co/Si≤5，导电率为60％IACS以上。

2.电子材料用铜合金，其特征在于，由Co：1.00-2.50％质量、Cr：0.05-0.50％质量、Si：0.20-0.70％质量，选自Mg、P、As、Sb、Be、B、Mn、Sn、Ti、Zr、Al、Fe、Zn及Ag的至少1种：0.001-0.300％质量，此外作为不可避免的杂质的碳为50ppm以下，余量为Cu及不可避免的杂质构成，其中Co和Si的质量浓度比即Co/Si比为3.5≤Co/Si≤5，导电率为60％IACS以上。

3.权利要求1或2的电子材料用铜合金的制造方法，其特征在于，在熔融铸造后进行热轧和冷轧，在最终冷轧前进行下述热处理：加热至700-1050℃后，以每秒10℃以上的速度冷却。