CN104342582A

CN104342582A - Cu-Co-Si系铜合金条及其制造方法

Info

Publication number: CN104342582A
Application number: CN201410371606.6A
Authority: CN
Inventors: 冈藤康弘
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: JP2015028202A; TWI509092B; TW201512431A; KR20150015368A; CN104342582B; KR101612186B1; JP5437520B1

Abstract

提供在维持电导率、强度的同时加工性也优异的Cu-Co-Si系铜合金条及其制造方法。该Cu-Co-Si系铜合金条，其含有Co：0.5～3.0质量%、Si：0.1～1.0质量%，Co/Si的质量比：3.0～5.0，且剩余部分由铜和不可避免的杂质组成，兰克福特值r的板面内各向异性Δr的绝对值为0.2以下，其中，以Δr=(r0+r90-2×r45)/2表示，相对于轧制平行方向为0度、45度、90度的r值分别为r0、r45、r90。

Description

Cu-Co-Si系铜合金条及其制造方法

技术领域

本发明涉及能够适宜地用于电子材料等电子部件的制造的Cu-Co-Si系铜合金板以及通电用或散热用电子部件，特别是涉及作为装载于电动机-电子仪器、汽车等的端子、连接器、继电器、开关、插座、汇流排、引线框、散热片等电子部件的原材料使用的Cu-Co-Si系铜合金板以及使用了该铜合金板的电子部件。其中，涉及适于电动汽车、混合动力车等中使用的大电流用连接器、端子等大电流用电子部件的用途，或智能手机、平板电脑(tablet PC)中使用的液晶框等的散热用电子部件的用途的Cu-Co-Si系铜合金板以及使用了该铜合金板的电子部件。

背景技术

作为用于传导电子仪器的端子、连接器、开关、插座、继电器、汇流排、引线框、散热片等的电或热的材料，广泛使用强度和电导率优异的铜合金条。在此，导电性和导热性具有比例关系。但是近年来，对于电子仪器的连接器而言，由于高电流化的发展，因而认为需要具有良好的弯曲性、具有55%IACS以上的电导率、600MPa以上的屈服强度。另外，为了确保焊接性，对于连接器材料要求良好的镀覆性、焊接润湿性。

另一方面，例如智能手机、平板电脑的液晶使用被称为液晶框的散热部件。对于这种散热用途的铜合金板而言，也由于高导热系数化的发展，因而认为需要具有良好的弯曲性、具有高强度。因此，对于散热用途的铜合金板而言，认为需要具有55%IACS以上的电导率、550MPa以上的屈服强度。

但是，60%IACS以上的电导率难以用Ni-Si系铜合金达成，使得Co-Si系铜合金的开发得到发展。含有Co-Si的铜合金由于Co₂Si的固溶量少，因此与Ni-Si系铜合金相比，可以提高电导率。

作为该Co-Si系铜合金，公开了通过使夹杂物的尺寸为2μm以下、粗大的析出物减少，由此镀覆密合性优异的铜合金(专利文献1)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-056977号公报。

发明内容

发明要解决的问题

然而，Co-Si系铜合金虽然电导率、强度优异，但是不适于拉深、突出等加工，加工时容易产生裂纹、形状不良。因此，存在电子仪器的连接器、散热板等适用Co-Si系铜合金时的加工设计变得困难，或者难以进行加工时使用电导率(导热系数)不充分的其它合金而得不到所需功能的不良情况

即，本发明是为了解决上述问题而完成的发明，其目的在于，提供在维持电导率、强度的同时，加工性也优异的Cu-Co-Si系铜合金条及其制造方法。进而，本发明的目的也在于，提供该铜合金板的制造方法以及适于大电流用途或散热用途的电子部件。

用于解决问题的方案

本发明的Cu-Co-Si系铜合金条含有Co：0.5～3.0质量%、Si：0.1～1.0质量%，Co/Si的质量比：3.0～5.0，且剩余部分由铜和不可避免的杂质组成，兰克福特值r的面内各向异性Δr的绝对值为0.2以下，其中，以Δr=(r0+r90-2×r45)/2表示，相对于轧制平行方向的0度、45度、90度的r值分别为r0、r45、r90。

对于本发明的Cu-Co-Si系铜合金条，优选作为加工硬化系数的n值为0.04以上。

优选轧制面中观察到的晶粒直径为20μm以下。

优选含有总计0.001～2.5质量%的选自Ni、Cr、Mg、Mn、Ag、P、Sn、Zn、As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al和Fe中的一种以上。

本发明的Cu-Co-Si系铜合金条的制造方法为前述Cu-Co-Si系铜合金条的制造方法，其中，依次进行热轧、第一退火、加工度10%以上的第一冷轧、固溶处理、时效处理，并且将前述第一退火和前述第一冷轧重复两次以上，前述第一退火的条件为，退火前后拉伸强度减少10～40%。

本发明的又一其它方案为大电流用电子部件，其使用了上述Cu-Co-Si系铜合金条。

本发明的又一其它方案为散热用电子部件，其使用了上述Cu-Co-Si系铜合金条。

根据本发明，能够提供在维持电导率、强度的同时，加工性也优异的Cu-Co-Si系铜合金条及其制造方法、以及适于大电流用途或散热用途的电子部件。该铜合金板可以适宜地用作端子、连接器、开关、插座、继电器、汇流排、引线框等电子部件的原材料，特别是作为以大电流通电的电子部件的原材料或散发大热量的电子部件的原材料是有用的。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式的Cu-Co-Si系铜合金条进行说明。需要说明的是，本发明中，%只要没有特别说明则表示质量%。

首先，对铜合金条的组成的限定理由进行说明。

<Co和Si>

对于Co和Si而言，通过进行时效处理，Co和Si形成主要为微细的Co₂Si的金属间化合物的析出颗粒，使合金强度显著增加。另外，随着时效处理中的Co₂Si的析出，导电性提高。但是，Co浓度不足0.5%的情况、或者Si浓度不足0.1(Co%的1/5)%的情况下，即使添加其它成分也得不到所希望的强度。另外，Co浓度超过3.0%的情况、或者Si浓度超过1.0(Co%的1/3)%的情况下，虽然可得到充分的强度，但是导电性降低，进而母相中生成对强度提高没有贡献的粗大的Co-Si系颗粒(结晶物和析出物)，导致弯曲加工性、蚀刻性和镀覆性的降低。因此，使Co的含量为0.5～3.0质量%。优选Co的含量为1.0～2.0质量%。同样地，使Si的含量为0.1～1.0质量%。优选Si的含量为0.2～0.7质量%。

若使Co/Si的质量比为3.0～5.0，则可以同时提高析出硬化后的强度和电导率。若Co/Si的质量比不足3.0，则不会以Co₂Si形式析出的Si的浓度增多而电导率降低。若Co/Si的质量比超过5，则不会以Co₂Si形式析出的Co的浓度增多而电导率降低。

进而，优选含有总计0.001～2.5质量%的选自Ni、Cr、Mg、Mn、Ag、P、Sn、Zn、As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al和Fe中的一种以上。这些元素通过固溶强化、析出强化等而有助于强度升高。若这些元素的总量不足0.001质量%，则有可能得不到上述效果。另外，若这些元素的总量超过2.5质量%，则存在电导率降低、或在热轧中发生破裂的情况。

对本发明的Cu-Co-Si系铜合金条的厚度没有特别限定，例如可以为0.03～0.6mm。

<兰克福特值r的板面内各向异性Δr >

接着，对成为铜合金条特征的规定进行说明。本发明人得知，通过在规定条件下制造Cu-Co-Si系铜合金条，可得到兰克福特值r的板面内各向异性Δr为0.2以下的合金。认为这是由于，通过在下述条件下重复退火和轧制，轧制方向和板厚方向的晶粒的形状、形变的导入变得均匀，变形时的板厚方向的减少得到抑制。

在此，r表示板的厚度方向和板宽度方向中哪一方向容易变形的塑性形变值，r越高则深拉深性越优异。

r理论上通过下式求出。　

r=ln(Wo/W)/ln(to/t)。

在此，Wo、W为变形前、后的板宽度，to、t为变形前、后的板厚。但是，有时r取决于取出试验片的部位而发生变化，深拉深性取决于板面方向而降低。因此，本发明中，着眼于r值的板面内各向异性Δr，该值越小则在任一方向深拉深性也越良好，加工性大幅提高。另外，深拉深成型时，若材料的收缩容易程度取决于方向而有所不同，则凸缘部的壁(飞边)高度变得不均匀，但Δr越小则飞边的高度越变小，加工性越提高。以

Δr=(r0+r90-2×r45)/2

表示。在此，在相对于轧制平行方向为0度、45度、90度的方向上对试样进行拉伸试验，将所得的r值分别作为r0、r45、r90，由这些值算出Δr。

继而，作为制造Cu-Co-Si系铜合金条的条件，若对铸锭依次进行热轧、第一退火、加工度10%以上的第一冷轧、固溶处理、时效处理，并且将第一退火和第一冷轧重复两次以上，第一退火的条件为，退火前后拉伸强度减少10～40%，则得到|Δr|≤0.2的合金条。

需要说明的是，可以在固溶处理与时效处理之间进行最终冷轧。

通过在上述条件下进行第一退火和第一冷轧，如上所述，轧制方向、板厚方向和板宽度方向的晶粒的形状、形变的导入变得均匀，变形时的板厚方向的减少得到抑制，因此认为Δr为0.2以下。

若第一退火和第一冷轧的重复次数不足2次，则得不到上述效果，|Δr|>0.2。

第一退火中，退火前后拉伸强度仅减少不足20%时，得不到上述效果，|Δr|>0.2。另一方面，若退火前后拉伸强度超过40%，则晶粒直径过大，拉深加工时产生粗糙表面。第一退火的条件优选为退火前后拉伸强度减少15～30%。

第一冷轧的加工度不足10%的情况下，得不到上述效果，|Δr|>0.2。需要说明的是，第一冷轧的加工度的上限例如为97%。若加工度超过97%则第二次冷轧的加工度变得不足10%。第一冷轧的加工度优选为15～50%。

可以在热轧与第一退火之间进行冷轧(初期冷轧)，其加工度可以为0～98%。

其它条件可以与通常的Cu-Co-Si系铜合金条的制造条件同等。

若作为加工硬化系数的n值为0.04以上则可以使Δr的绝对值切实地为0.2以下，铜合金条的加工性提高，所以优选。

在此，在拉伸试验中，若拉伸试验片，施加负荷，则超过弹性限度而达到最高负荷点为止的塑性变形区域中，试验片各部分一样地伸长(均匀伸长率)。在产生这种均匀伸长率的塑性变形区域中，在真应力σ_t与真应变ε_t之间式1：

σ_t=Kε_t ⁿ

的关系成立，将其称为n乘方硬化定律。“n”为加工硬化系数(须藤一：材料试验法、内田老鹤圃社、(1976)、p.34)。n采用0≤n≤1的值，n越大则加工硬化的程度越大，受到局部变形的部分在加工硬化时变形转移到其它部分，不易产生颈缩。因此，n值大的材料表现出一样的伸长率，深拉深性等加工性良好，同时还可以抑制加工后的表面粗糙。

若在轧制面观察到的晶粒直径为20μm以下，则在铜合金条的加工性提高的同时，还可以抑制加工后的表面粗糙，所以优选。

实施例

将电解铜作为原料，使用大气熔化炉，熔炼表1、表2所示组成的铜合金，铸造为铸锭。将该铸锭在850～1000℃下进行热轧，适当进行铣面等形成10mm的厚度。然后，在表1、表2所示条件下进行初期冷轧(一部分试样不进行初期冷轧)。

接着分别在表1、表2所示条件下，重复进行2次或3次的第一退火和第一冷轧。进而，在850～1000℃下进行5～100秒的固溶处理，接着进行加工度0～20%的最终冷轧，进而进行时效处理(在强度达到最大的温度下5小时)，制造0.2mm厚度的试样。

对于各试样，进行以下的评价。

<拉伸强度(TS)>

通过拉伸试验机，根据JIS-Z2241，测定与轧制方向平行方向上的拉伸强度(TS)。

<r值>

通过拉伸试验机，根据JIS-Z2241，在相对于轧制平行方向为0度、45度、90度方向上拉伸，测定伸长率为5%(断裂伸长率5%以下的情况为2.5%)时的板宽度和长度，拉伸试验前后的板宽度分别为W₀、W，拉伸试验前后的长度分别为L₀、L，通过r值=ln(Wo/W)/ln(WL/W₀Lo)算出r值。相对于轧制平行方向为0度、45度、90度的r值分别为r0、r45、r90。

<Δr值>

通过Δr=(r0+r90-2×r45)/2算出。

<n值>

通过拉伸试验机，根据JIS-Z2241，在与轧制方向平行的方向上进行拉伸试验时，在塑性变形区域求出真应力σ_t和真应变ε_t，通过式1：

σ_t=Kε_t ⁿ

求出。

<轧制面中观察到的晶粒直径(平均晶粒直径(GS))>

对于所得试样的轧制面，通过JIS H0501的切断法，测定平均晶粒直径。

<电导率(%IACS)>

所得试样的电导率(%IACS)通过四端子法测定。

<拉深加工性>

使用エリクセン社制试验机，在外径：φ64mm、冲头(punch)直径：φ33mm、片压力：3.0kN、润滑剂：润滑脂的条件下，制作杯。

使开放端侧朝下地将该杯置于玻璃板上，用读取显微镜测定飞边之间的凹部与玻璃板的间隙，求出产生于杯的四个飞边之间的凹部的间隙的平均值，作为飞边的高度。

另外，肉眼观察杯的外观，判定粗糙表面的有无。

在以下的基准下评价拉深加工性。

○：飞边的高度为0.5mm以下、没有粗糙表面的情况。

×：飞边的高度超过0.5mm、产生粗糙表面的情况。

所得结果示于表1。需要说明的是，各实施例中，TS均为550MPa以上、电导率均为55%IACS以上。

[表1]

[表2]

由表1、表2可知，重复进行2次以上的第一退火和加工度10%以上的第一冷轧，第一退火的条件为退火前后拉伸强度减少20～40%来制造的各实施例的情况下，为|Δr|≤0.2，拉深加工性提高。

另一方面，第一退火中退火前后拉伸强度减少超过40%的比较例1～4的情况下，|Δr|>0.2，拉深加工性差。

仅重复一次的第一退火和第一冷轧的比较例5的情况下，|Δr|>0.2，拉深加工性差。

没有进行第一退火和第一冷轧的比较例6的情况下，|Δr|>0.2，拉深加工性差。

第一冷轧的加工度不足10%的比较例7的情况下，|Δr|>0.2，拉深加工性差。

Claims

1. Cu-Co-Si系铜合金条，其含有Co：0.5～3.0质量%、Si：0.1～1.0质量%，Co/Si的质量比：3.0～5.0，且剩余部分由铜和不可避免的杂质组成，兰克福特值r的板面内各向异性Δr的绝对值为0.2以下，其中，以Δr=(r0+r90-2×r45)/2表示，相对于轧制平行方向为0度、45度、90度的r值分别为r0、r45、r90。

2. 根据权利要求1所述的Cu-Co-Si系铜合金条，其中，作为加工硬化系数的n值为0.04以上。

3. 根据权利要求1或2所述的Cu-Co-Si系铜合金条，其中，轧制面中观察到的晶粒直径为20μm以下。

4. 根据权利要求1或2所述的Cu-Co-Si系铜合金条，其含有总计0.001～2.5质量%的选自Ni、Cr、Mg、Mn、Ag、P、Sn、Zn、As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al和Fe中的一种以上。

5. 权利要求1～4中任一项所述的Cu-Co-Si系铜合金条的制造方法，其中，

依次进行热轧、第一退火、加工度10%以上的第一冷轧、固溶处理、时效处理，并且将所述第一退火和所述第一冷轧重复两次以上，

所述第一退火的条件为，退火前后拉伸强度减少10～40%。

6. 大电流用电子部件，其使用了权利要求1～4中任一项所述的Cu-Co-Si系铜合金条。

7. 散热用电子部件，其使用了权利要求1～4中任一项所述的Cu-Co-Si系铜合金条。