DE60131763T2

DE60131763T2 - Material aus kupferlegierung für elektronik oder elektronische bauteile

Info

Publication number: DE60131763T2
Application number: DE60131763T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Chiyoda-ku USAMI; Takao Chiyoda-ku HIRAI
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2021-05-25
Also published as: US7172662B2; US20020127133A1; EP1325964B1; CN1366556A; JP3520034B2; DE60131763D1; EP1325964A1; CN1183263C; JP2002038228A; EP1325964A4; WO2002008479A1; US20030165708A1; KR20020040677A; TWI225519B; KR100519850B1; US20050208323A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen, insbesondere ein Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen, welches eine hervorragende Biegeeigenschaft und Spannungsrelaxationseigenschaft hat und welches zufriedenstellend mit der Miniaturisierung von Teilen von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen, wie z. B. Pole, Stecker bzw. Klemmen, Schalter und Relais fertig wird.
Stand der Technik
Bisher wurden Kupferlegierungen, wie z. B. Cu-Zn-Legierungen, Cu-Fe-Legierungen, die eine hervorragende Hitzebeständigkeit haben, und Cu-Sn-Legierungen, häufig für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen verwendet. Während billige Cu-Zn-Legierungen häufig z. B. in Automobilen verwendet wurden, waren die Cu-Zn-Legierungen ebenso wie Cu-Fe-Legierungen und Cu-Sn-Legierungen nicht in der Lage, gegenwärtig mit den Anforderungen bei einem Automobil fertig zu werden, da jüngste Trends es dringend erfordern, dass die Pole und Stecker eine kleine Größe haben und sie meist unter strengen Bedingungen (hohe Temperatur und korrosive Umgebung) in einem Motorraum und ähnlichem verwendet werden.
Entsprechend den Veränderungen der Arbeitsbedingungen werden strenge charakteristische Merkmale für die Materialien für Pole und Stecker gefordert. Während von den Kupferlegierungen, die in diesen Anwendungsgebieten verwendet werden, erfordert wird, dass sie verschiedene charakteristische Merkmale aufweisen, wie z. B. Spannungsrelaxationseigenschaft, mechanische Stärke, Wärmeleitfähigkeit, Biegeeigenschaft, Hitzebeständigkeit, zuverlässige Verbindung zu einer Sn-Beschichtung und Antimigrationseigenschaft, beinhalten besonders wichtige charakteristische Merkmale eine mechanische Stärke, Spannungsrelaxationseigenschaft, Wärme- und elektrische Leitfähigkeit und Biegeeigenschaft. Zum Beispiel offenbart JP 11-256256 A eine Cu-Ni-Si-Legierung für elektronische Teile, die diese Eigenschaften erreicht. Werte niedriger Rauheit werden ausgewählt, um das Haften eines Oxidfilmes, der durch Erhitzen hergestellt wird, zu verbessern.
Es wurde auf verschiedene Art und Weise die Struktur der Pole ausgedacht, um die Verbindungsstärke bei den Federungsteilen sicherzustellen in Bezug auf die Miniaturisierung der Teile. Als ein Ergebnis wird von den Materialen strenger gefordert, dass sie eine hervorragende Biegeeigenschaft haben, da oft Risse an der Biegestelle bei herkömmlichen Cu-Ni-Si-Legierungen beobachtet wurden. Von den Materialien wird auch gefordert, dass sie eine hervorragende Spannungsrelaxationseigenschaft haben und die herkömmlichen Cu-Ni-Si-Legierungen können nicht über einen längeren Zeitraum verwendet werden, da die Spannungsbelastung auf das Material zunimmt und die Temperaturen in der Arbeitsumgebung hoch sind.
Es ist unvermeidlich, die Biegeeigenschaft zu verbessern, wenn die Legierungsmaterialien für Automobilstecker verwendet werden. Obwohl Verbesserungen der Biegeeigenschaft auf verschiedenen Wegen untersucht wurden, war es schwierig, die Biegeeigenschaft zu verbessern und gleichzeitig die mechanische Stärke und Elastizität beizubehalten.
Die Leitfähigkeit und die Spannungsrelaxationseigenschaft sollten ausgewogen sein, weil die Spannungsrelaxation auf Grund von Selbsterhitzen beschleunigt wird, wenn die Materialien eine geringe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Auf der anderen Seite wurden auch die folgenden Anforderungen angesprochen hinsichtlich einer Verbesserung der Kompatibilität zu einer Beschichtung zum Beschichten des Kupferlegierungsmaterials für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen und hinsichtlich einer Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Verschlechterung der Beschichtung nach dem Beschichtung (was zusammenfassend als charakteristische Merkmale der Beschichtung bezeichnet wird).
Eine Cu-Beschichtung wird üblicherweise auf dem Material als eine Unterlage aufgebracht, gefolgt von einer Sn-Beschichtung auf der Oberfläche davon, um die Zuverlässigkeit zu verbessern, wenn Materialien auf der Basis von Kupfer für die obigen Automobilstecker, wie z. B. ein kastenförmiger Stecker, verwendet werden. Wenn die Unebenheit (Rauheit) der Materialoberfläche größer als die Dicke der Beschichtungsschicht ist, wird die Beschichtung von konvexen Stellen abgestoßen, ohne dass sie beschichtet werden, was es unmöglich macht, einheitlich zu beschichten. Zusätzlich wird das Gebiet der Schnittstelle zwischen dem Material und der Beschichtungsschicht vergrößert, was ohne weiteres eine wechselseitige Diffusion zwischen Cu und Sn verursacht, wodurch sich die Beschichtungsschicht ohne weiteres ablösen läßt auf Grund der Bildung von Hohlräumen und einer Cu-Sn Verbindung. Demgemäß sollte die Oberfläche des Materials so glatt wie möglich sein.
Während Au üblicherweise auf die Unterlagenbeschichtung aus Ni beschichtet wird bei den Polen und Steckern für die elektronischen und elektrischen Geräte, wie z. B. mobile Endgeräte und Personalcomputer, wird die Verschlechterung der Beschichtungsschicht, wie z. B. ein Ablösen der Beschichtungsschicht, wie oben beschrieben, auch auf Grund der Rauheit der Oberfläche des Materials verursacht, sogar wenn die Oberfläche sich aus der Au-Beschichtungsschicht zusammensetzt und die Unterlage sich aus der Ni-Beschichtungsschicht zusammensetzt.
Demgemäß ist eine Kupferlegierung erwünscht gewesen, welche die oben erwähnten charakteristischen Merkmale der Beschichtung sowie verschiedene charakteristische Merkmale, wie oben beschrieben, zufriedenstellt.
Andere und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung kommen vollständiger zu Tage durch die folgende Beschreibung in Zusammenhang mit der angehängten Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine erläuternde Sicht auf das Verfahren zur Bestimmung des Kristallkorndurchmessers und der Gestalt des Kristallkorns, die jeweils in der vorliegenden Erfindung definiert sind.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die folgenden beschichteten Kupferlegierungsmaterialien zur Verfügung gestellt:

(1) Ein Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen, umfassend 1,0 bis 3,0 Massen-% an Ni, 0,2 bis 0,7 Massen-% an Si, 0,01 bis 0,2 Massen-% an Mg, 0,05 bis 1,5 Massen-% an Sn, 0,2 bis 1,5 Massen-% an Zn, weniger als 0,005 Massen-% (einschließlich 0 Massen-%) an S und Fe, Zr, P, Mn, Ti, V, Pb, Bi und Al als optionale Elemente, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei eine Oberflächenrauheit Ra nach der abschließenden plastischen Verformung mehr als 0 μm und weniger als 0,1 μm beträgt oder eine Oberflächenrauheit Rmax mehr als 0 μm und weniger als 2,0 μm beträgt, wobei das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen mit Cu oder einer Cu-Legierung als eine Unterlage beschichtet wird und mit Sn oder einer Sn-Legierung darauf beschichtet wird, wobei die Dicke der Sn oder Sn-Legierungs Beschichtungsschicht mehr als 0,1 μm und 10 μm oder weniger ist und die Dicke der Cu oder Cu-Legierungs Beschichtungsschicht als einer Unterlage 1,0 μm oder weniger ist.
(2) Ein Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen, umfassend 1,0 bis 3,0 Massen-% an Ni, 0,2 bis 0,7 Massen-% an Si, 0,01 bis 0,2 Massen-% an Mg, 0,05 bis 1,5 Massen-% an Sn, 0,2 bis 1,5 Massen-% an Zn, 0,005 bis 2,0 Massen-% in einer gesamten Menge von mindestens einem, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, Co und Cr (unter dem Vorbehalt, dass der Cr-Gehalt 0,2 Massen-% oder weniger ist), weniger als 0,005 Massen-% (einschließlich 0 Massen-%) an S und Fe, Zr, P, Mn, Ti, V, Pb, Bi und Al als optionale Elemente, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei eine Oberflächenrauheit Ra nach der abschließenden plastischen Verformung mehr als 0 μm und weniger als 0,1 μm beträgt oder eine Oberflächenrauheit Rmax mehr als 0 μm und weniger als 2,0 μm beträgt, wobei das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen mit Cu oder einer Cu-Legierung als eine Unterlage beschichtet wird und mit Sn oder einer Sn-Legierung darauf beschichtet wird, wobei die Dicke der Sn oder Sn-Legierungs Beschichtungsschicht mehr als 0,1 μm und 10 μm oder weniger ist und die Dicke der Cu oder Cu-Legierungs Beschichtungsschicht als einer Unterlage 1,0 μm oder weniger ist.
(3) Das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen nach dem Punkt (1) oder (2), wobei das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen einer Schmelzbehandlung unterzogen wird.
(4) Ein Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen, umfassend 1,0 bis 3,0 Massen-% (was die gleiche Bedeutung wie Gew.-% hat) an Ni, 0,2 bis 0,7 Massen-% an Si, 0,01 bis 0,2 Massen-% an Mg, 0,05 bis 1,5 Massen-% an Sn, 0,2 bis 1,5 Massen-% an Zn, weniger als 0,005 Massen-% (einschließlich 0 Massen-%) an S und Fe, Zr, P, Mn, Ti, V, Pb, Bi und Al als optionale Elemente, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei eine Oberflächenrauheit Ra nach der abschließenden plastischen Verformung mehr als 0 μm und weniger als 0,1 μm beträgt oder eine Oberflächenrauheit Rmax mehr als 0 μm und weniger als 2,0 μm beträgt, wobei das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen mit Ni oder einer Ni-Legierung als eine Unterlage beschichtet wird und mit Au oder einer Au-Legierung darauf beschichtet wird, wobei die Dicke der Au oder Au-Legierungs Beschichtungsschicht größer als 0,01 μm und kleiner als 2,0 μm ist und die Dicke der Ni oder Ni-Legierungs Beschichtungsschicht als einer Unterlage 2,0 μm oder weniger ist.
(5) Ein Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen, umfassend 1,0 bis 3,0 Massen-% an Ni, 0,2 bis 0,7 Massen-% an Si, 0,01 bis 0,2 Massen-% an Mg, 0,05 bis 1,5 Massen-% an Sn, 0,2 bis 1,5 Massen-% an Zn, 0,005 bis 2,0 Massen-% in einer gesamten Menge von mindestens einem, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, Co und Cr (unter dem Vorbehalt, dass der Cr-Gehalt 0,2 Massen-% oder weniger ist), weniger als 0,005 Massen-% (einschließlich 0 Massen-%) an S und Fe, Zr, P, Mn, Ti, V, Pb, Bi und Al als optionale Elemente, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei eine Oberflächenrauheit Ra nach der abschließenden plastischen Verformung mehr als 0 μm und weniger als 0,1 μm beträgt oder eine Oberflächenrauheit Rmax mehr als 0 μm und weniger als 2,0 μm beträgt, wobei das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen mit Ni oder einer Ni-Legierung als eine Unterlage beschichtet wird und mit Au oder einer Au-Legierung darauf beschichtet wird, wobei die Dicke der Au oder Au-Legierungs Beschichtungsschicht größer als 0,01 μm und kleiner als 2,0 μm ist und die Dicke der Ni oder Ni-Legierungs Beschichtungsschicht als einer Unterlage 2,0 μm oder weniger ist.

Beste Art und Weise für die Ausführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden im Detail beschrieben.
Jede Komponente, die in dem Kupferlegierungsmaterial, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, beinhaltet ist, wird zuerst beschrieben.
Ni und Si als legierungsbildende Elemente in der vorliegenden Erfindung präzipitieren als eine Ni-Si Verbindung in der Cu-Matrix, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften beizubehalten, ohne die Wärme- und elektrische Leitfähigkeit zu beeinträchtigen.
Der jeweilige Gehalt an Ni und Si ist definiert in den Bereichen von 1,0 bis 3,0 Massen-% bzw. von 0,2 bis 0,7 Massen-%, weil der Effekt der Zugabe dieser Elemente nicht zufriedenstellend erreicht werden kann, wenn der Gehalt an entweder Ni oder Si weniger als ihre untere Grenze ist; während, wenn der Gehalt an entweder Ni oder Si ihre obere Grenze überschreitet, werden riesige Verbindungen, die nicht zu der Verbesserung der mechanischen Stärke beitragen, während des Gießens oder des Warmumformens umkristallisiert (präzipitiert), was nicht nur dazu führt, dass es nicht gelingt, eine mechanische Stärke zu erhalten, wie es ihrem Gehalt entspricht, sondern auch solche Probleme verursacht werden, dass die Eigenschaft des Warmumformens und die Biegeeigenschaft nachteilig beeinflusst werden.
Demgemäß liegt der bevorzugte Gehalt an Ni in dem Bereich von 1,7 bis 3,0 Massen-%, stärker bevorzugt 2,0 bis 2,8 Massen-%, und der bevorzugte Gehalt an Si liegt in dem Bereich von 0,4 bis 0,7 Massen-%, stärker bevorzugt 0,45 bis 0,6 Massen-%. Es ist am besten, das Mischungsverhältnis zwischen Si und Ni an das Verhältnis von ihnen in einer Ni₂Si-Verbindung anzupassen, weil die Verbindung zwischen Ni und Si hauptsächlich die Ni₂Si-Phase aufweist. Die optimale Menge an hinzuzugebendem Si wird bestimmt, indem die Menge an hinzuzugebendem Ni bestimmt wird.
Mg, Sn und Zn sind wichtige Legierungselemente in der Legierung, die das Kupferlegierungsmaterial der vorliegenden Erfindung ausmacht. Diese Elemente in der Legierung stehen in Wechselbeziehung untereinander, um das Gleichgewicht zwischen den verschiedenen charakteristischen Merkmalen zu verbessern.
Mg verbessert in großem Ausmaß die Spannungsrelaxationseigenschaft, aber es beeinflusst nachteilig die Biegeeigenschaft. Je größer der Gehalt an Mg ist, um so mehr wird die Spannungsrelaxationseigenschaft verbessert, vorausgesetzt, dass der Gehalt 0,01 Massen-% oder mehr ist. Jedoch ist der Gehalt in dem Bereich von 0,01 bis 0,2 Massen-% beschränkt, weil der die Spannungsrelaxation verbessernde Effekt nicht zufriedenstellend erhalten werden kann, wenn der Gehalt weniger als 0,01 Massen-% ist, während, wenn der Gehalt mehr als 0,2 Massen-% ist, die Biegeeigenschaft abnimmt.
Sn ist in der Lage, die Spannungsrelaxationseigenschaft weiter zu verbessern, in wechselseitiger Korrelation mit Mg. Während Sn einen die Spannungsrelaxation verbessernden Effekt hat, wie in Phosphorbronze gesehen werden kann, ist sein Effekt nicht so groß wie der von Mg. Der Gehalt an Sn ist in dem Bereich von 0,05 bis 1,5 Massen-% beschränkt, weil zufriedenstellende Effekte durch die Zugabe von Sn nicht zufriedenstellend offenbart werden können, wenn der Sn-Gehalt weniger als 0,05 Massen-% ist, während, wenn der Sn-Gehalt 1,5 Massen-% übersteigt, die elektrische Leitfähigkeit abnimmt.
Obwohl Zn keinen Beitrag zu der Spannungsrelaxationseigenschaft leistet, kann es die Biegeeigenschaft verbessern. Deshalb kann die Abnahme der Biegeeigenschaft, indem man Mg erlaubt, enthalten zu sein, abgemildert werden. Wenn Zn in dem Bereich von 0,2 bis 1,5 Massen-% hinzugegeben wird, kann eine Biegeeigenschaft auf einem praktisch unproblematischen Niveau erhalten werden, sogar wenn Mg in der maximalen Menge von 0,2 Massen-% hinzugegeben wird. Zusätzlich kann Zn die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem hitzebedingten Ablösen einer Zinn Beschichtungsschicht oder Löt Beschichtungsschicht verbessern, sowie die charakteristischen Merkmale der Antimigration. Der Gehalt an Zn ist in dem Bereich von 0,2 bis 1,5 Massen-% beschränkt, weil der Effekt der Zugabe von Zn nicht zufriedenstellend offenbart werden kann, wenn der Zn-Gehalt weniger als 0,2 Massen-% ist, während, wenn der Zn-Gehalt 1,5 Massen-% übersteigt, die elektrische Leitfähigkeit abnimmt.
In der vorliegenden Erfindung ist der Gehalt an Mg vorzugsweise in dem Bereich von 0,03 bis 0,2 Massen-%, stärker bevorzugt 0,05 bis 0,15 Massen-%; der Gehalt an Sn ist vorzugsweise in dem Bereich von 0,05 bis 1,0 Massen-%, stärker bevorzugt 0,1 bis 0,5 Massen-%; und der Gehalt an Zn ist vorzugsweise in dem Bereich von 0,2 bis 1,0 Massen-%, stärker bevorzugt 0,4 bis 0,6 Massen-%.
Der Gehalt an S als ein Verunreinigungselement ist darauf beschränkt, weniger als 0,005 Massen-% zu sein, weil die Eigenschaft des Warmumformens durch die Anwesenheit von S verschlechtert wird. Der Gehalt an S ist besonders bevorzugt weniger als 0,002 Massen-%.
In dem Kupferlegierungsmaterial gemäß dem Punkt (2) oder (5) ist es ferner mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, Co und Cr, erlaubt, in dem Kupferlegierungsmaterial gemäß dem Punkt (1) oder (4) enthalten zu sein.
Diese Elemente in der oben beschriebenen Legierung können zu einer weiteren Verbesserung der mechanischen Stärke beitragen. Der gesamte Gehalt an diesen Elementen in der Legierung ist in dem Bereich von 0,005 bis 2,0 Massen-%, vorzugsweise in dem Bereich von 0,005 bis 0,5 Massen-%. Der gesamte Gehalt an den Elementen in der Legierung ist in dem Bereich von 0,005 bis 2,0 Massen-% definiert, weil der Effekt der Zugabe von diesen Elementen nicht zufriedenstellend offenbart werden kann, wenn der Gehalt weniger als 0,005 Massen-% ist. Wenn der Gehalt an Ag 2,0 Massen-% übersteigt, ergeben sich auf der anderen Seite hohe Herstellungskosten für die Legierung, während die Zugabe von Co oder Cr in einer Menge, die 2,0 Massen-% übersteigt, ergibt, dass riesige Verbindungen während des Gießens oder des Warmumformens umkristallisiert (präzipitiert) werden, was nicht nur dazu führt, dass es nicht gelingt, eine mechanische Stärke zu erhalten, wie es ihren Gehältern entspricht, sondern auch solche Probleme verursacht werden, dass die Eigenschaft des Warmumformens und die Biegeeigenschaft nachteilig beeinflusst werden. Der Gehalt an Ag ist vorzugsweise 0,3 Massen-%, da es ein teures Element ist.
Ag hat auch einen Effekt, die Hitzebeständigkeit zu verbessern und die Biegeeigenschaft zu verbessern, indem es verhindert, dass die Kristallkörner riesig werden.
Obwohl Co auch teuer ist, hat es die gleiche Funktion wie Ni oder eine größere Funktion als Ni. Die Spannungsrelaxationseigenschaft wird auch verbessert, da die Co-Si Verbindung gut durch Präzipitation aushärten kann. Demgemäß ist es effektiv, einen Teil des Ni durch Co zu ersetzen in den Teilen, in denen die Wärme- und elektrische Leitfähigkeit hervorgehoben ist. Jedoch ist der Gehalt an Co vorzugsweise weniger als 2,0 Massen-%, da es teuer ist.
Cr bildet feine Präzipitate in Cu, was zu der erhöhten mechanischen Stärke beiträgt. Jedoch sollte der Gehalt an Cr 0,2 Massen-% oder weniger sein, vorzugsweise 0,1 Massen-%, weil die Biegeeigenschaft durch die Zugabe von Cr abnimmt.
In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Elemente zuzugeben, wie z. B. Fe, Zr, P, Mn, Ti, V, Pb, Bi und Al, in einem gesamten Gehalt zum Beispiel von 0,01 bis 0,5 Massen-%, um verschiedene charakteristische Merkmale zu verbessern in einem Ausmaß, dass die essentiellen charakteristischen Merkmale nicht verschlechtert werden. Zum Beispiel kann die Eigenschaft des Warmumformens durch die Zugabe von Mn verbessert werden in dem Bereich, der die elektrische Leitfähigkeit nicht verschlechtert (0,01 bis 0,5 Massen-%).
Außer den Komponenten, wie oben beschrieben, ist der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen in dem Kupferlegierungsmaterial, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll.
Obwohl das Kupferlegierungsmaterial, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll, in einer üblichen Art und Weise, die nicht besonders beschränkt ist, hergestellt werden kann, umfasst das Verfahren zum Beispiel das Warmwalzen von einem Block, das Kaltwalzen, die Wärmebehandlung bzw. Vergütung zur Bildung einer festen Lösung, die Wärmebehandlung zur Alterung, das abschließende Kaltwalzen und das autogene Entspannen. Das Kupferlegierungsmaterial kann auch gefertigt werden, indem nach einem Kaltwalzen, eine Wärmebehandlung zur Umkristallisation und zur Bildung einer festen Lösung angewendet wird, gefolgt von einem unverzüglichen Abschrecken. Eine Behandlung zur Alterung kann, falls erforderlich, angewendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Biegeeigenschaft und die Spannungsrelaxationseigenschaft besonders verbessert, ohne dass essentielle charakteristische Merkmale, wie z. B. die mechanische Stärke, die Wärme- und elektrische Leitfähigkeit und die Beschichtungseigenschaft, beeinträchtigt werden, indem es den Legierungselementen in dem obigen Kupferlegierungsmaterial, wie z. B. Ni, Si, Mg, Sn und Zn, erlaubt wird, in angemessenen Mengen enthalten zu sein, während der Gehalt an S in einem Spurenbereich gehalten wird, und indem der Kristallkorndurchmesser und die Gestalt des Kristallkorns definiert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kristallkorndurchmesser dadurch definiert, von mehr als 0,001 mm bis 0,025 mm zu sein. Der Grund dafür liegt darin, dass die umkristallisierte Textur dazu neigt, eine gemischte Kornbeschaffenheit aufzuweisen, was die Biegeeigenschaft und die Spannungsrelaxationseigenschaft verringert, wenn der Kristallkorndurchmesser 0,001 mm oder weniger ist, während, wenn der Kristallkorndurchmesser 0,025 mm überschreitet, nimmt die Biegeeigenschaft ab. Vorliegend kann der Kristallkorndurchmesser durch übliche Methoden zur Messung des Korndurchmessers bestimmt werden, was nicht besonders beschränkt ist.
Die Gestalt des Kristallkorns wird durch das Verhältnis (a/b) zwischen dem längeren Durchmesser a des Kristallkorns in dem Querschnitt parallel zu der Richtung der abschließenden plastischen Verformung und dem längeren Durchmesser b des Kristallkorns in dem Querschnitt senkrecht zu der Richtung der abschließenden plastischen Verformung ausgedrückt. Das Verhältnis (a/b) ist definiert, 1,5 oder weniger zu betragen, weil die Spannungsrelaxation abnimmt, wenn das Verhältnis (a/b) 1,5 überschreitet. Die Spannungsrelaxation neigt dazu verringert zu sein, wenn das Verhältnis (a/b) weniger als 0,8 ist. Deshalb ist das Verhältnis (a/b) vorzugsweise 0,8 oder mehr. Der längere Durchmesser a und der längere Durchmesser b werden jeweils durch einen Mittelwert bestimmt, der aus 20 oder mehr Kristallkörnern erhalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Kristallkorndurchmesser und die Gestalt des Kristallkorns kontrolliert werden, indem die Bedingungen der Wärmebehandlung, die Reduktion beim Walzen, die Richtung des Walzens, die Rückspannung beim Walzen, die Schmierbedingungen beim Walzen, die Anzahl der Wege beim Walzen und ähnliches bei dem Herstellungsverfahren der Kupferlegierung eingestellt werden.
In einer konkreten Ausführungsform kann der Kristallkorndurchmesser und die Gestalt des Kristallkorns, wie beabsichtigt, kontrolliert werden, indem zum Beispiel die Bedingungen der Wärmebehandlung geändert werden (wie z. B. die Temperatur und die Zeitspanne bei der Wärmebehandlung zur Bildung einer festen Lösung und bei der Wärmebehandlung zur Alterung) oder durch eine niedrige Reduktion bei dem abschließenden Kaltwalzen.
Die Richtung der abschließenden plastischen Verformung, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, bezieht sich auf die Richtung des Walzens, wenn das Walzen die zuletzt ausgeführte plastische Verformung ist, oder auf die Richtung des Ziehens, wenn das Ziehen (lineare Ziehen) die plastische Verformung, die zuletzt ausgeführt wird, ist. Die plastische Verformung bezieht sich auf Verformungen, wie z. B. das Walzen und das Ziehen, aber eine Verformung zum Zwecke des Ebnens (vertikales Ebnen) unter Verwendung zum Beispiel eines Spannungsebners ist nicht in dieser plastischen Verformung beinhaltet.
Die vorliegende Erfindung wird dann beschrieben werden.
Die vorliegende Erfindung ist das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen, das in der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, verwendet werden kann, bei dem die Oberflächenrauheit der Legierung so definiert ist, dass die Oberfläche glatt wird, insbesondere dass die Eigenschaft der Beschichtung von Sn und ähnlichem verbessert ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung waren in der Lage, praktisch hervorragende Materialien für die Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen zu verwirklichen, indem die Anteile der Komponenten des Legierungsmaterials und die Oberflächenrauheit des Legierungsmaterials präzise definiert wurden.
Der Grund dafür, die Oberflächenrauheit zu beschränken, wird im folgenden beschrieben werden.
Die Oberflächenrauheit wird als ein Index verwendet, der den Zustand der Oberfläche des Materials darstellt.
Ra, wie er in der vorliegenden Erfindung definiert ist, bedeutet einen arithmetischen Durchschnitt der Oberflächenrauheit und ist in JIS B 0601 beschrieben. Rmax zeigt die maximale Höhe der Rauheit an und ist in JIS B 0601 als Ry beschrieben.
Das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen in der vorliegenden Erfindung wird so hergestellt, dass die Oberfläche des Kupferlegierungsmaterials, das die vorangegangene Zusammensetzung hat, nach der abschließenden plastischen Verformung die gegebene Oberflächenrauheit Ra oder Rmax, wie oben definiert, hat. Ra und Rmax können zum Beispiel durch Walzen, Schleifen oder ähnlichem eingestellt werden.
Die Oberflächenrauheit des Kupferlegierungsmaterials kann praktisch eingestellt werden durch (1) Walzen mit einer Walze, die eine kontrollierte Oberflächenrauheit hat, (2) Schleifen nach intermediärer Verformung und abschließender Verformung mit einer Polierscheibe (buff), die eine kontrollierte Rauheit hat, (3) Schneiden nach intermediärer Verformung und abschließender Verformung, indem die Schneidbedingungen geändert werden, (4) Oberflächenauflösungsbehandlung nach intermediärer Verformung und abschließender Verformung, und eine Kombination davon. Beispiele für praktische Ausführungsformen beinhalten das Kaltwalzen als eine abschließende plastische Verformung mit einer Walze, die eine unterschiedliche Rauheit (grob/fein) hat, das Schleifen mit einer Polierscheibe, die unterschiedliche Feinheit (counts) hat, die Oberflächenauflösung mit einer Lösung, die unterschiedliche Löslichkeiten hat, und eine Kombination von Kaltwalzen als eine abschließende plastische Verformung mit einer Walze, die eine unterschiedliche Rauheit hat und Oberflächenauflösung mit einer Lösung, die eine unterschiedliche Auflösungszeit hat. Die gewünschte Oberflächenrauheit kann erhalten werden, indem irgendeine der oben beschriebenen Methoden verwendet wird.
Das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschichtet. Die Beschichtungsmethode ist nicht besonders beschränkt und alle üblichen Methoden können verwendet werden.
Eine Abstoßung (Abblättern bzw. starke Blasenbildung (cissing), nicht einheitliches Beschichten) kann auftreten, wenn Ra oder Rmax zu groß ist, bei dem Beschichten mit Sn von dem Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein zu großes Ra oder Rmax ruft auch große Gebiete der Schnittstelle zwischen dem Material und der Sn Beschichtungsschicht hervor, wo Cu-Atome in dem Material und Sn-Atome in der Beschichtungsschicht ohne weiteres hin und her diffundieren können. Als Folge neigen Cu-Sn Verbindungen und Hohlräume dazu aufzutreten, was ohne weiteres zu einem Ablösen der Beschichtungsschicht führen kann, nachdem es bei einer hohen Temperatur gehalten wird.
Alternativ können Gasblasen bzw. feine Löcher (pin-holes) auftreten, was die Korrosionsbeständigkeit nach dem Beschichten mit Au von dem Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung verschlechtert, wenn Ra oder Rmax zu groß ist. Demgemäß kann die Beschichtungseigenschaft verbessert werden, indem Ra eingestellt wird, größer als 0 μm und kleiner als 0,1 μm zu sein oder Rmax eingestellt wird, größer als 0 μm und kleiner als 2,0 μm zu sein. Vorzugsweise ist Ra kleiner als 0,09 μm oder Rmax ist kleiner als 0,8 μm.
Die Oberfläche des Kupferlegierungsmaterials für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Sn oder einer Sn-Legierung beschichtet, um Farbveränderungen an der Luft zu vermeiden. Die Dicke der Sn oder Sn-Legierungs Beschichtungsschicht ist mehr als 0,1 μm und 10 μm oder weniger. Ein zufriedenstellender Beschichtungseffekt kann nicht erhalten werden bei einer Dicke der Beschichtungsschicht von weniger als 0,1 μm, während der Beschichtungseffekt gesättigt ist bei einer Dicke von mehr als 10 μm unter Erhöhung der Beschichtungskosten. Indem für eine Cu oder Cu-Legierungs Beschichtungsschicht unter der Sn Beschichtungsschicht gesorgt wird, wird ein Abstoßen der Beschichtungsschicht vermieden. Die Dicke der Cu oder Cu-Legierungs Beschichtungsschicht ist 1,0 μm oder weniger. Die verwendbare Sn-Legierung beinhaltet zum Beispiel Sn-Pb Legierungen und Sn-Sb-Cu Legierungen und die verwendbare Cu-Legierung beinhaltet zum Beispiel Cu-Ag Legierungen und Cu-Cd Legierungen.
Es ist auch bevorzugt, eine Schmelzbehandlung anzuwenden, was verhindert, dass Haarkristalle bzw. Whisker ebenso wie Kurzschlüsse auftreten. Die Schmelzbehandlung, wie sie hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Heißschmelzbehandlung, durch die das Beschichtungsmaterial heiß geschmolzen wird, gefolgt von einer Verfestigung der Beschichtungsschicht nach dem Kühlen.
Die Oberfläche des Kupferlegierungsmaterials für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Au oder einer Au-Legierung beschichtet, um die Zuverlässigkeit einer elektrischen Verbindung, wie z. B. eines Steckers, zu verbessern. Das Kupferlegierungsmaterial wird mit Au oder Au-Legierung beschichtet mit einer Dicke von größer als 0,01 μm und kleiner als 2,0 μm. Eine Ni oder Ni-Legierungs Beschichtungsschicht wird unter der Au Beschichtungsschicht zur Verfügung gestellt, um die Lebensdauer für das Einstecken und das Ausstecken zu verbessern. Die Dicke der Ni oder Ni-Legierungs Beschichtungsschicht ist 2,0 μm oder weniger. Die verwendbare Au-Legierung beinhaltet zum Beispiel Au-Cu Legierungen und Au-Cu-Au Legierungen und die verwendbare Ni-Legierung beinhaltet zum Beispiel Ni-Cu Legierungen und Ni-Fe Legierungen.
Das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung weist hervorragende mechanische Eigenschaften (Zugfestigkeit und Dehnung), elektrische Leitfähigkeit, Spannungsrelaxationseigenschaft und Biegeeigenschaft auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschreiben, sind die Biegeeigenschaft und die Spannungsrelaxationseigenschaft besonders verbessert, während die essentiellen charakteristischen Merkmale, wie z. B. die mechanischen Eigenschaften, die elektrische Leitfähigkeit und die Adhäsionseigenschaft der Zinn-Beschichtung, hervorragend sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschreiben, weist das Kupferlegierungsmaterial ferner auch eine hervorragende Kompatibilität zu einer Beschichtung auf (eine die Abstoßung vermeidende Eigenschaft der Beschichtung) und zusätzliche Effekte, wie z. B. eine hervorragende die Verschlechterung vermeidende Eigenschaft der Beschichtungsschicht (Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ablösen und Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion der Beschichtungsschicht) können auch offenbart werden, wenn beschichtet wird.
Demgemäß kann die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise mit den jüngsten Anforderungen für die Miniaturisierung und die hohe Leistungsfähigkeit von den elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen fertig werden. Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise bei Materialien für Pole, Stecker ebenso wie für Schalter und andere Universal bzw. Mehrzweck leitfähige Materialien für elektronische und elektrische Maschinen und Werkzeugen angewendet.
Beispiel
Die vorliegende Erfindung wird detaillierter in Bezug auf das folgende Beispiel B beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf dieses Beispiel beschränkt. Die Beispiele A-1 und A-2 dienen nur zur Veranschaulichung.
(Beispiel A-1)
Kupferlegierungen, die jeweils die Zusammensetzung haben, wie in der vorliegenden Erfindung definiert, und die in der Tabelle 1 (Nr. A bis F) gezeigt sind, wurden in einem Mikrowellen Schmelzofen geschmolzen, um in Blöcke mit einer Dicke von 30 mm, einer Breite von 100 mm und einer Länge von 150 mm gegossen zu werden, jeweils durch eine DC-Methode. Dann wurden diese Blöcke auf 900°C erhitzt. Nachdem die Blöcke 1 Stunde lang bei dieser Temperatur gehalten wurden, wurden sie zu einem Blech mit einer Dicke von 12 mm warm gewalzt, gefolgt von einem schnellen Kühlen. Dann wurden jeweils beide Stirnflächen des warm gewalzten Bleches um 1,5 mm abgeschnitten (abgeschrägt bzw. abgekantet (chamfered)), um Oxidationsfilme zu entfernen. Die sich ergebenden Bleche wurden auf eine Dicke von 0,25 bis 0,50 mm durch Kaltwalzen umgeformt. Die kalt gewalzten Bleche wurden dann 30 Sekunden lang bei einer Temperatur von 750 bis 850°C wärmebehandelt und danach unmittelbar gefolgt von einem Abkühlen bei einer Kühlgeschwindigkeit von 15°C pro Sekunde (°C/s) oder mehr. Einige Proben wurden einem Walzen unterworfen mit einer Reduktion von 50 oder weniger. Dann wurde eine Alterungsbehandlung bei 515°C für 2 Stunden in einer Inertgas Atmosphäre durchgeführt und Kaltwalzen als eine abschließende plastische Verformung wurde danach durchgeführt, um die Dicke des letztendlichen Bleches auf 0,25 mm einzustellen. Nach der abschließenden plastischen Verformung wurden die Proben einem autogenen Entspannen bei 350°C für 2 Stunden unterworfen, um die Bewertung der folgenden charakteristischen Merkmale durchzuführen.
(Vergleichsbeispiel A-1)
Kupferlegierungsbleche wurden in der selben Art und Weise wie in Beispiel A-1 hergestellt, außer dass die Kupferlegierungen (Nr. G bis O) außerhalb der Zusammensetzung, die in der vorliegenden Erfindung definiert ist, verwendet wurden, wie in der Tabelle 1 gezeigt.
Jedes Kupferlegierungsblech, das in Beispiel A-1 und Vergleichsbeispiel A-1 hergestellt wurde, wurde im Hinblick auf (1) Kristallkorndurchmesser, (2) Gestalt des Kristallkorns, (3) Zugfestigkeit und Dehnung, (4) elektrische Leitfähigkeit, (5) Biegeeigenschaft, (6) Spannungsrelaxationseigenschaft und (7) Beschichtungsadhäsionseigenschaft untersucht.
Der Kristallkorndurchmesser (1) und die Gestalt des Kristallkorns (2) wurden auf Basis der Messung des Kristallkorndurchmessers durch eine Schneidemethode, die durch JIS (JIS H 0501) definiert ist, berechnet.
Wie in der 1 gezeigt ist, wurden der Querschnitt A parallel zu der Richtung des abschließenden Kaltwalzens des Bleches (die Richtung der abschließenden plastischen Verformung) und der Querschnitt B senkrecht zu der Richtung des abschließenden Kaltwalzens als die Querschnitte für das Messen des Kristallkorndurchmessers verwendet.
Im Hinblick auf den Querschnitt A wurden die Kristallkorndurchmesser in zwei Richtungen gemessen; das waren die Richtung parallel zu oder die Richtung senkrecht zu dem abschließenden Kaltwalzen auf dem Querschnitt A, und unter den gemessenen Werten wurde jeweils ein größerer Wert als der längere Durchmesser a bewertet und ein kleinerer Wert wurde als ein kürzerer Durchmesser bewertet. Im Hinblick auf den Querschnitt B wurden die Kristallkorndurchmesser in zwei Richtungen gemessen, wobei einer die Richtung parallel zu der Richtung der normalen Linie der Blechoberfläche war und der andere die Richtung senkrecht zu der Richtung der normalen Linie der Blechoberfläche war, und unter den gemessenen Werten wurde jeweils ein größerer Wert als der längere Durchmesser b bewertet und ein kleinerer Wert wurde als ein kürzerer Durchmesser bewertet.
Die kristalline Textur des Kupferlegierungsbleches wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop mit einer 1000-fachen Vergrößerung fotografiert und Strecken mit einer Länge von 200 mm wurden auf der sich ergebenden Fotografie gezogen und die Anzahl n der Kristallkörner, die mit (kleiner als) der Strecke geschnitten wurden, wurden gezählt, um den Kristallkorndurchmesser zu bestimmen an Hand der folgenden Gleichung: (der Kristallkorndurchmesser) = [200 mm/(n·1000)]. Wenn die Anzahl der Kristallkörner, die kleiner als die Strecke waren, weniger als 20 waren, wurden die Kristallkörner mit einer 500-fachen Vergrößerung fotografiert und die Anzahl n der Kristallkörner, die kleiner als die Strecke mit einer Länge von 200 mm waren, wurden gezählt, um den Kristallkorndurchmesser zu bestimmen an Hand der folgenden Gleichung: (der Kristallkorndurchmesser) = [200 mm/(n·500)].
Der Kristallkorndurchmesser wird gezeigt, indem der durchschnittliche Wert der vier Werte unter den zwei längeren Durchmessern und den zwei kürzeren Durchmessern, die jeweils auf den Querschnitten A und B erhalten wurden, zu der am nächsten liegenden Zahl, die ein Produkt von einer ganzen Zahl und 0,005 mm ist, gerundet wird. Die Gestalt des Kristallkorns wird gezeigt als ein Wert (a/b), der erhalten wird, indem der längere Durchmesser a auf dem Querschnitt A durch den längeren Durchmesser b auf dem Querschnitt B geteilt wird.

(3) Die Zugfestigkeit und die Dehnung wurden bestimmt in Übereinstimmung mit JIS Z 2241 unter Verwendung von #5 Probestücken, die in JIS Z 2201 beschrieben sind.
(4) Die elektrische Leitfähigkeit wurde bestimmt in Übereinstimmung mit JIS H 0505.
(5) Die Biegeeigenschaft wurde bewertet, indem jedes der Probenbleche einem 180° Biegetest unterzogen wurde, bei dem der innere Krümmungsradius 0 Millimeter betrug, und die Probe, bei der kein Riss an der Biegestelle auftrat, wird als gut (O) beurteilt und die Probe, bei der Risse auftraten, wird als schlecht (X) beurteilt.
(6) Als ein Index für die Spannungsrelaxationseigenschaft wurde das Spannungsrelaxationsverhältnis (S.R.R.) bestimmt, indem eine Methode, bei der ein Block an einer Seite gehalten wird (one-side holding block method), von Electronics Materials Manufacturers Association of Japan Standard (EMAS-3003) angewendet wird, wobei die Spannungsbelastung so eingestellt wurde, dass die maximale Oberflächenspannung 450 N/mm² betragen würde, und das sich ergebende Probestück wurde in einer Kammer mit konstanter Temperatur bei 150°C 1000 Stunden lang gehalten. Die Spannungsrelaxationseigenschaft wird als gut (O) beurteilt, wenn das Spannungsrelaxationsverhältnis (S.R.R.) weniger als 21% war und sie wird als schlecht (X) beurteilt, wenn das Spannungsrelaxationsverhältnis (S.R.R.) 21% oder mehr war.
(7) Die Adhäsionseigenschaft der Beschichtungsschicht wurde in der folgenden Art und Weise bewertet. Ein Probestück von jedem der Probenbleche wurde einer glänzenden Zinnbeschichtung mit einer Dicke von 1 μm unterzogen und das sich ergebende Probestück wurde 1000 Stunden lang auf 150°C erhitzt in atmosphärischer Luft, gefolgt von einem Kontaktbiegen und einem zurück Biegen um 180 Grad. Danach wurde der Zustand der Adhäsion der Zinnbeschichtungsschicht an der Biegestelle mit dem bloßen Auge beobachtet. Die Probe, bei der kein Ablösen der Beschichtungsschicht festgestellt wurde, wird mit einer guten Adhäsionseigenschaft (0) beurteilt, während die Probe, bei der die Beschichtung sich ablöste, mit einer schlechten Adhäsionseigenschaft (X) beurteilt wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Klassifizierung	Legierung Nr.	Ni Gew.-%	Si Gew.-%	Mg Gew.-%	Sn Gew.-%	Zn Gew.-%	S Gew.-%	Andere Elemente Gew.-%
Beispiel	A	2,0	0,49	0,09	0,19	0,49	0,002
	B	2,5	0,60	0,08	0,20	0,49	0,002
	C	2,0	0,48	0,04	0,20	0,50	0,002
	D	2,0	0,49	0,04	0,82	0,49	0,002
	E	2,0	0,48	0,08	0,21	0,49	0,002	Ag 0,03
	F	2,0	0,47	0,09	0,20	0,50	0,002	Cr 0,007
Vergleichsbeispiel	G	0,8	0,19	0,09	0,20	0,50	0,002
	H	2,0	0,47	0,003	0,22	0,49	0,002
	I	2,0	0,48	0,003	0,94	0,50	0,002
	J	1,9	0,47	0,25	0,30	1,25	0,002
	K	2,0	0,49	0,09	0,002	0,50	0,002
	L	2,0	0,48	0,08	2,04	0,50	0,002
	M	2,1	0,49	0,09	0,21	0,08	0,002
	N	2,0	0,48	0,08	0,20	0,51	0,002	Cr 0,4
	O	1,9	0,46	0,09	0,33	0,49	0,011

(Anmerkung): Der Rest war Cu und unvermeidbare Verunreinigungen.

Wie von den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, offenbarten die Proben Nr. 1 bis 6 jeweils hervorragende Eigenschaften in allen getesteten Punkten.
Im Gegensatz dazu konnte die vorgeschriebene mechanische Stärke nicht erreicht werden in den Proben gemäß dem Vergleichsbeispiel Nr. 7, weil der Gehalt an Ni und Si zu gering war. Die Proben von Nr. 8 und 9 hatten eine zu schlechte Spannungsrelaxationseigenschaft auf Grund des zu geringen Gehalts an Mg. Die Probe von Nr. 10 zeigte eine schlechte Biegeeigenschaft auf Grund des zu hohen Gehalts an Mg. Die Probe von Nr. 11 hatte eine zu schlechte Spannungsrelaxationseigenschaft auf Grund des zu geringen Gehalts an Sn. Die elektrische Leitfähigkeit war in der Probe von Nr. 12 gering auf Grund des zu hohen Gehalts an Sn. Die Probe von Nr. 13 zeigte eine geringe Beschichtungsadhäsionseigenschaft auf Grund des zu geringen Gehalts an Zn, während die Probe von Nr. 14 eine schlechte Biegeeigenschaft hatte auf Grund des zu hohen Gehalts an Cr. Die Herstellung der Probe von Nr. 15 wurde angehalten, weil Risse während des Warmwalzens auftraten auf Grund des zu hohen Gehalts an S.
(Beispiel A-2)
Kupferlegierungen, die jeweils die Zusammensetzung haben, wie in der vorliegenden Erfindung definiert, und die in der Tabelle 1 (Nr. A bis D) gezeigt sind, wurden in einem Mikrowellen Schmelzofen geschmolzen, um in Blöcke mit einer Dicke von 30 mm, einer Breite von 100 mm und einer Länge von 150 mm gegossen zu werden, jeweils durch eine DC-Methode. Dann wurden diese Blöcke auf 900°C erhitzt. Nachdem die Blöcke 1 Stunde lang bei dieser Temperatur gehalten wurden, wurden sie zu einem Blech mit einer Dicke von 12 mm warm gewalzt, gefolgt von einem schnellen Kühlen. Dann wurden jeweils beide Stirnflächen des warm gewalzten Bleches um 1,5 mm abgeschnitten (abgeschrägt bzw. abgekantet (chamfered)), um Oxidationsfilme zu entfernen. Die sich ergebenden Bleche wurden auf eine Dicke von 0,25 bis 0,50 mm durch Kaltwalzen umgeformt. Die kalt gewalzten Bleche wurden dann 30 Sekunden lang bei einer Temperatur von 750 bis 850°C wärmebehandelt und danach unmittelbar gefolgt von einem Abkühlen bei einer Kühlgeschwindigkeit von 15°C pro Sekunde (°C/s) oder mehr. Einige Proben wurden einem Walzen unterworfen von 50% oder weniger. Dann wurde eine Alterungsbehandlung bei 515°C für 2 Stunden in einer Inertgas Atmosphäre durchgeführt und Kaltwalzen als eine abschließende plastische Verformung wurde danach durchgeführt, um die Dicke des letztendlichen Bleches auf 0,25 mm einzustellen. Nach der abschließenden plastischen Verformung wurden die Proben einem autogenen Entspannen bei 350°C für 2 Stunden unterworfen, wodurch jeweils die Kupferlegierungsbleche hergestellt wurden.
Der Kristallkorndurchmesser und die Gestalt des Kristallkorns der Kupferlegierungsbleche wurden auf verschiedene Art und Weise verändert innerhalb des bevorzugten Bereichs gemäß der vorliegenden Erfindung und außerhalb des bevorzugten Bereichs (Vergleichsbeispiele), indem die Bedingungen der Wärmebehandlung, die Reduktion beim Walzen, die Richtung des Walzens, die Rückspannung beim Walzen, die Anzahl der Wege beim Walzen und die Schmierbedingungen beim Walzen bei dem Herstellungsverfahren der Kupferlegierung angepasst wurden.
Die gleichen Merkmale wurden durch die gleichen Methoden wie in Beispiel A.1 gemessen im Hinblick auf die Kupferlegierungs bleche, die wie oben beschrieben hergestellt wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, offenbarten die Proben von Nr. 21 bis 30 jeweils hervorragende charakteristische Merkmale.
Im Gegensatz dazu war die Biegeeigenschaft gering bei den Proben von Nr. 33 und 36 und in den Proben von Nr. 34, weil die Kristallkorndurchmesser im ersten Fall zu groß waren und im zweiten Fall zu klein waren. Nicht nur die Biegeeigenschaft sondern auch die Spannungsrelaxationseigenschaft waren gering bei der Probe von Nr. 38, weil der Kristallkorndurchmesser ebenso wie der Index (a/b), der die Gestalt des Kristallkorns darstellt, zu groß waren. Die Spannungsrelaxationseigenschaft war auch gering bei den Proben von Nr. 31, 32, 35 und 37 bei dem Vergleichsbeispiel, weil der Index (a/b) zu groß war. Die Biegeeigenschaft war besonders gering bei den Proben von Nr. 32 und 35, weil der Index (a/b) ziemlich zu groß war.
(Beispiel B)
Die Legierungen, die die Zusammensetzungen haben, die in der Tabelle 4 aufgeführt sind, wurden in einem Mikrowellen Schmelzofen geschmolzen, um in Blöcke mit den Maßen 30 mm × 100 mm × 150 mm gegossen zu werden. Dann wurden diese Blöcke auf 900°C erhitzt. Nachdem die Blöcke 1 Stunde lang bei dieser Temperatur gehalten wurden, wurden sie von 30 mm zu einem Blech mit einer Dicke von 12 mm warm gewalzt, gefolgt von einem schnellen Kühlen. Dann wurden jeweils beide Stirnflächen des warm gewalzten Bleches auf eine Dicke von 9 mm abgeschnitten (abgeschrägt bzw. abgekantet (chamfered)), um Oxidationsfilme auf der Oberfläche zu entfernen. Die sich ergebenden Bleche wurden auf eine Dicke von 0,27 mm durch Kaltwalzen umgeformt. Die kalt gewalzten Bleche wurden dann 30 Sekunden lang bei einer Temperatur von 750 bis 850°C wärmebehandelt zur Umkristallisation und zur Bildung von festen Lösungen und danach unmittelbar gefolgt von einem Abschrecken bei einer Kühlgeschwindigkeit von 15°C pro Sekunde (°C/s) oder mehr. Dann wurde ein Kaltwalzen mit einem Reduktionsverhältnis von 5% durchgeführt und eine Alterungsbehandlung wurde durchgeführt. Besonders wurde die Alterungsbehandlung bei 515°C für 2 Stunden in einer Inertgas Atmosphäre durchgeführt. Kaltwalzen als eine abschließende plastische Verformung wurde danach durchgeführt, um die Dicke des letztendlichen Bleches auf 0,25 mm einzustellen. Nach der abschließenden plastischen Verformung wurden die Proben dann einem autogenen Entspannen bei 350°C für 2 Stunden unterworfen, um die Elastizität zu verbessern. Die Oberfläche des erhaltenen Kupferlegierungsbleches wurde mit einem wasserfesten Papier bzw. mit einem bituminierten Papier abgeschliffen, um auf die Oberflächenrauheit zu kommen, wie sie in Tabelle 5 gezeigt wird. Die Werte der Oberflächenrauheit Ra und Rmax wurden im Intervall von jeweils 4 mm Länge an beliebigen Stellen der Probe in der Richtung senkrecht zur Richtung des Walzens gemessen und ein Durchschnitt von fünfmaligen Messungen wurde als Ra und Rmax verwendet. Verschiedene charakteristische Merkmale wurden bewertet im Hinblick auf das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen, das wie oben beschrieben erhalten wurde.
Die Zugfestigkeit und die Dehnung und die elektrische Leitfähigkeit wurden gemessen in Übereinstimmung jeweils mit JIS Z 2241 und JIS H 0505 und die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 aufgeführt.
Ein 180° Biegetest mit einem inneren Krümmungsradius von 0 mm wurde durchgeführt für die zweistufige Beurteilung der Biegeeigenschaft im Hinblick auf das Auftreten oder das Unterbleiben von Rissen als ein Index der Beurteilung.
Die Spannungsrelaxationseigenschaft wurde in Übereinstimmung mit EMA S-3003 als Electronics Materials Manufacturers Association of Japan Standard beurteilt. Die Methode, bei der ein Block an einer Seite gehalten wird (one-side holding block method), die in dem Absatz [0038] in JP-A-11-222641 („JP-A bedeutet eine ungeprüfte, veröffentlichte japanische Patentanmeldung) beschrieben wird, wurde bei dieser Beurteilung verwendet, wobei die Spannungsbelastung so eingestellt wurde, dass die maximale Oberflächenspannung 450 MPa betragen würde, und das sich ergebende Probestück wurde in einer Kammer mit konstanter Temperatur bei 150°C gehalten. Die gemessen Werte werden durch das Spannungsrelaxationsverhältnis (S.R.R.) dargestellt nach einem Test über 1000 Stunden in der Tabelle 5. Die Spannungsrelaxationseigenschaft wird als schlecht beurteilt, wenn das S.R.R. mehr als 23% war.
Außer den Proben, die in jedem der Tests verwendet wurden, wurde eine Probe, die mit Sn oder Au beschichtet war, in der folgenden Art und Weise hergestellt und den charakteristischen Merkmalen der Beschichtung unterzogen.
Die obige Probe wurde mit Sn beschichtet mit einer Sn Beschichtungsdicke von 1,0 μm auf der Cu Unterlagenbeschichtung mit einer Dicke von 0,2 μm. Alternativ wurde die obige Probe mit Au beschichtet mit einer Au Beschichtungsdicke von 0,2 μm auf der Ni Unterlagenbeschichtung mit einer Dicke von 1,0 μm.
Die Abstoßung der Beschichtungsschicht wurde getestet, indem die äußerliche Erscheinungsform der mit Sn beschichteten Testprobe, die wie oben beschrieben hergestellt wurde, mit dem bloßen Auge beobachtet wurde.
In einem Beschichtungsablösetest wurde die mit Sn beschichtete Probe um einen Winkel von 180° gebogen, nachdem sie 1000 Stunden lang bei 150°C unter Normaldruck erhitzt wurde, und das Ablösen der Beschichtungsschicht (die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ablösen der Beschichtungsschicht unter Hitzeeinfluß), falls gegeben, wurde mit dem bloßen Auge bestätigt.
Als ein Test der Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion wurde ein Sprühtest mit Salzwasser in einer Atmosphäre von einer 5 wässrigen NaCl-Lösung, auf einer mit Au beschichteten Probe, bei einer Temperatur von 35°C, für 96 Stunden durchgeführt und das Auftreten eines Korrosionsproduktes, falls gegeben, wurde mit dem bloßen Auge beurteilt.
Wie aus den Tabellen 4 und 5 ersichtlich ist, ist zumindest eines der charakteristischen Merkmale in den selben Proben des Vergleichsbeispieles schlecht, im Gegensatz zu denjenigen von jeder Probe in den Beispielen gemäß der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel zeigte die Probe von dem Vergleichsbeispiel von Nr. 151 nicht die erforderliche mechanische Stärke auf Grund des zu geringen Gehalts an Ni und Si. Die Proben von Nr. 152 und Nr. 153 hatten eine geringe Spannungsrelaxationseigenschaft auf Grund des zu geringen Gehalts an Mg. Die Probe von Nr. 154 zeigte eine geringe Biegeeigenschaft auf Grund des zu hohen Gehalts an Mg. Die Probe von Nr. 155 zeigte eine geringe Spannungsrelaxationseigenschaft auf Grund des zu geringen Gehalts an Sn. Die elektrische Leitfähigkeit war gering bei der Probe von Nr. 156 auf Grund des zu hohen Gehalts an Sn. Die Beschichtungsadhäsionseigenschaft der Sn Beschichtungsschicht war gering in der Probe von Nr. 157 auf Grund des zu geringen Gehalts an Zn, während die Biegeeigenschaft in der Probe von Nr. 158 gering war auf Grund des zu hohen Gehalts an Cr. Die Herstellung der Probe von Nr. 159 wurde angehalten, weil während des Warmwalzens Risse auftraten auf Grund des zu hohen Gehalts an S. Die elektrische Leitfähigkeit war gering bei der Probe von Nr. 160 auf Grund des zu hohen Gehalts an Zn. Die Biegeeigenschaft war in der Probe Nr. 161 gering auf Grund des zu hohen Gehalts an Ni. Die elektrische Leitfähigkeit war gering und die Biegeeigenschaft war gering bei der Probe von Nr. 162 auf Grund des zu hohen Gehalts an Si. Die Herstellung der Probe von Nr. 163 wurde angehalten, weil während des Warmwalzens Risse auftraten auf Grund des zu hohen Gehalts an Ni und Si. Die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ablösen der Sn Beschichtungsschicht unter Hitzeeinfluß war gering und die Sn Beschichtungsschicht wurde abgestoßen bei den Proben von Nr. 164 und Nr. 165 auf Grund der zu großen Werte von Ra und Rmax. Diese Proben hatten auch eine schlechte Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion der Au Beschichtungsschicht.
Im Gegensatz dazu kann verstanden werden, dass die Proben der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung (Nr. 101 bis Nr. 124) jeweils hervorragende charakteristische Merkmale zeigten bei allen von Zugfestigkeit, Dehnung, elektrische Leitfähigkeit, Biegeeigenschaft, Spannungsrelaxationseigenschaft und die charakteristischen Merkmale der Beschichtung, verglichen mit den Proben bei den Vergleichsbeispielen.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen der vorliegenden Erfindung ist besonders verbessert bei der Biegeigenschaft und der Spannungsrelaxationseigenschaft, während sie hervorragend ist bei den essentiellen charakteristischen Merkmalen, wie z. B. mechanische Eigenschaft, elektrische Leitfähigkeit und Adhäsionseigenschaft der Zinn Beschichtungsschicht. Demzufolge wird das Kupferlegierungsmaterial der vorliegenden Erfindung zufriedenstellend mit den Anforderungen der Miniaturisierung von Teilen von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen, wie z. B. Pole, Stecker bzw. Klemmen, Schalter und Relais fertig. Zusätzlich können einige Ausführungsformen des Kupferlegierungsmaterials für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen der vorliegenden Erfindung zufriedenstellend die erforderlichen charakteristischen Merkmale der Beschichtung erfüllen. Demgemäß kann die vorliegende Erfindung vorzugsweise mit den jüngsten Anforderungen der Miniaturisierung, der hohen Leistungsfähigkeit und der hohen Zuverlässigkeit von jeder Art von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeugen fertig werden.
Nachdem wir unsere Erfindung in Bezug auf die vorliegenden Ausführungsformen beschrieben haben, ist es unsere Absicht, dass die Erfindung nicht auf irgendeines der Details der Beschreibung beschränkt sein soll, sofern es nicht anders angegeben ist, sondern sie soll aufgebaut sein, wie in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Beschichtetes Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeuge, umfassend 1,0 bis 3,0 Massen-% an Ni, 0,2 bis 0,7 Massen-% an Si, 0,01 bis 0,2 Massen-% an Mg, 0,05 bis 1,5 Massen-% an Sn, 0,2 bis 1,5 Massen-% an Zn, weniger als 0,005 Massen-% (einschließlich 0 Massen-%) an S und Fe, Zr, P, Mn, Ti, V, Pb, Bi und Al als optionale Elemente, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei das Kupferlegierungsmaterial einen arithmetischen Durchschnitt bei der Oberflächenrauheit Ra nach der abschließenden plastischen Verformung von mehr als 0 μm und weniger als 0,1 μm oder eine maximale Höhe an Oberflächenrauheit Rmax von mehr als 0 μm und weniger als 2,0 μm hat, wobei Ra und Rmax wie in JIS B 0601 definiert sind, wobei das Kupferlegierungsmaterial mit Cu oder einer Cu-Legierung als eine Unterlage beschichtet wird und mit Sn oder einer Sn-Legierung darauf beschichtet wird, wobei die Dicke der Sn- oder Sn-Legierungs Beschichtungsschicht mehr als 0,1 μm und 10 μm oder weniger ist und die Dicke der Cu- oder Cu-Legierungs-Beschichtungsschicht als eine Unterlage 1,0 μm oder weniger ist.
Beschichtetes Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeuge nach Anspruch 1, wobei das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeuge einer Schmelzbehandlung unterzogen worden ist.
Beschichtetes Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeuge, umfassend 1,0 bis 3,0 Massen-% an Ni, 0,2 bis 0,7 Massen-% an Si, 0,01 bis 0,2 Massen-% an Mg, 0,05 bis 1,5 Massen-% an Sn, 0,2 bis 1,5 Massen-% an Zn, weniger als 0,005 Massen-% (einschließlich 0 Massen-%) an S und Fe, Zr, P, Mn, Ti, V, Pb, Bi und Al als optionale Elemente, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei das Kupferlegierungsmaterial einen arithmetischen Durchschnitt bei der Oberflächenrauheit Ra nach der abschließenden plastischen Verformung von mehr als 0 μm und weniger als 0,1 μm oder eine maximale Höhe an Oberflächenrauheit Rmax von mehr als 0 μm und weniger als 2,0 μm hat, wobei Ra und Rmax wie in JIS B 0601 definiert sind, wobei das Kupferlegierungsmaterial mit Ni oder einer Ni-Legierung als eine Unterlage beschichtet wird und mit Au oder einer Au-Legierung darauf beschichtet wird, wobei die Dicke der Au- oder Au-Legierungs-Beschichtungsschicht größer als 0,01 μm und kleiner als 2,0 μm ist und die Dicke der Ni- oder Ni-Legierungs Beschichtungsschicht als einer Unterlage 2,0 μm oder weniger ist.
Beschichtetes Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeuge, umfassend 1,0 bis 3,0 Massen-% an Ni, 0,2 bis 0,7 Massen-% an Si, 0,01 bis 0,2 Massen-% an Mg, 0,05 bis 1,5 Massen-% an Sn, 0,2 bis 1,5 Massen-% an Zn, 0,005 bis 2,0 Massen-% in einer gesamten Menge von mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Co und Cr (unter dem Vorbehalt, dass der Cr-Gehalt 0,2 Massen-% oder weniger ist), weniger als 0,005 Massen-% (einschließlich 0 Massen-%) an S und Fe, Zr, P, Mn, Ti, V, Pb, Si und Al als optionale Elemente, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei das Kupferlegierungsmaterial einen arithmetischen Durchschnitt bei der Oberflächenrauheit Ra nach der abschließenden plastischen Verformung von mehr als 0 μm und weniger als 0,1 μm oder eine maximale Höhe an Oberflächenrauheit Rmax von mehr als 0 μm und weniger als 2,0 μm hat, wobei Ra und Rmax wie in JIS B 0601 definiert sind, wobei das Kupferlegierungsmaterial mit Cu oder einer Cu-Legierung als eine Unterlage beschichtet wird und mit Sn oder einer Sn-Legierung darauf beschichtet wird, wobei die Dicke der Sn- oder Sn-Legierungs-Beschichtungsschicht mehr als 0,1 μm und 10 μm oder weniger ist und die Dicke der Cu- oder Cu-Legierungs-Beschichtungsschicht als einer Unterlage 1,0 μm oder weniger ist.
Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeuge nach Anspruch 4, wobei das Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeuge einer Schmelzbehandlung unterzogen worden ist.
Beschichtetes Kupferlegierungsmaterial für Teile von elektronischen und elektrischen Maschinen und Werkzeuge, umfassend 1,0 bis 3,0 Massen-% an Ni, 0,2 bis 0,7 Massen-% an Si, 0,01 bis 0,2 Massen-% an Mg, 0,05 bis 1,5 Massen-% an Sn, 0,2 bis 1,5 Massen-% an Zn, 0,005 bis 2,0 Massen-% in einer gesamten Menge von mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Co und Cr (unter dem Vorbehalt, dass der Cr-Gehalt 0,2 Massen-% oder weniger ist), weniger als 0,005 Massen-% (einschließlich 0 Massen-%) an S und Fe, Zr, P, Mn, Ti, V, Pb, Si und Al als optionale Elemente, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei das Kupferlegierungsmaterial einen arithmetischen Durchschnitt bei der Oberflächenrauheit Ra nach der abschließenden plastischen Verformung von mehr als 0 μm und weniger als 0,1 μm oder eine maximale Höhe an Oberflächenrauheit Rmax von mehr als 0 μm und weniger als 2,0 μm hat, wobei Ra und Rmax wie in JIS B 0601 definiert sind, wobei das Kupferlegierungsmaterial mit Ni oder einer Ni-Legierung als eine Unterlage beschichtet wird und mit Au oder einer Au-Legierung darauf beschichtet wird, wobei die Dicke der Au- oder Au-Legierungs-Beschichtungsschicht größer als 0,01 μm und kleiner als 2,0 μm ist und die Dicke der Ni- oder Ni-Legierungs-Beschichtungsschicht als einer Unterlage 2,0 μm oder weniger ist.