FI87239B - En foerbaettrad metallegering pao basis av koppar, speciellt foer framstaellning av elektroniska komponenter. - Google Patents

Description

1 87239

Parannettu kupariperustainen metallilejeerinki, erityisesti elektronisten komponenttien valmistukseen

Keksinnön kohteena on uusi kupariperustainen lejee-5 rinki, tarkemmin sanottuna sellainen lejeerinki, joka sisäl tää yli 90 paino-% kuparia ja joka sopii erityisesti elektronisen teollisuuden komponenteiksi, johtuen lejeeringin mekaanisista ja sähköisistä ominaisuuksista. On tunnettua, että monet elektroniset komponentit, joita rasitetaan sekä mekaa-10 nisesti että termisesti, kuten kytkimien osat, "johdinkehyk- set" (kehykset, jotka tukevat puolijohdelevyjä, jotka koostuvat mikroprosessoreista ja/tai muistielementeistä), termos-taattikytkimet, ja vastaavat, on tehtävä lejeeringeistä, joilla on samanaikaisesti hyvä muovattavuus, hyvä kestävyys ja 15 mekaaninen lujuus, sekä hyvä lämmön- ja sähkönjohtavuus: nykyään on kauapllisesti saatavissa monia kupariperustaisia le-jeerinkejä, joilla kuitenkin on se hankala puoli, että ne sopivat ainoastaan tiettyyn käyttöön, johon ne on tarkoituksenmukaisesti kehitetty, ja tästä johtuen jokainen on ainoastaan 20 sopiva yhden tai useamman edellä mainitun komponentin valmis tamiseen, mikä on täysin epätyydyttävää. Lisäksi useat tällaiset lejeeringit sisältävät kadmiumia, joten niiden valmistus aiheuttaa voimakasta ympäristön saastumista; suurin osa tällaisista lejeeringeistä ovat lisäksi kalliita, johtuen eri-25 tyisesti käytetyistä harvinaisista alkuaineista, ja ennen kaik kea johtuen vaikeista prosesseista näiden saamiseksi, jotka prosessit vaativat tarkan hapen poiston, mikä edullisesti suoritetaan tiettyjen pelkistimien tarkalla annostuksella. On tunnettua, että hyvin pieni prosenttiosuus happea alentaa jyrkäs-30 ti lämmön- ja sähkönjohtavuutta tällaisissa lejeeringeissä, ja ennenkaikkea tekee niiden juottamisen mahdottomaksi johtuen reaktioista, jotka saavat aikaan vetyhaurautta; toisaalta on myös tunnettua, että sellaisten pelkistimien lisäämisessä, joilla on korkea affiniteetti happeen, kuten fosforilla, on 35 ongelmallista tarkasti annostella näiden määrä suhteessa ar- 2 87239 vioituun hapen määrään, jos halutaan estää kiinteiden liuosten ja/tai fosfaattien muodostuminen, mikä alentaa jyrkästi johtavuutta. US-patentti nro 3677745 ratkaisee viimeksimainitun ongelman taloudellisella tavalla lisäämällä pienen 5 prosenttiosuuden magnesiumia lejeerinkiin; tämä alkuaine yhdistyy fosforiylimäärän kanssa muodostaen metalliyhdisteen; tämä rajoittaa voimakkaasti vapaan P:n ja/tai Mg:n määrää matriisissa ja täten estää johtavuuden alenemisen, vaikka läsnä olisi jokin määrä fosforia; muodostunut metalliyhdis-10 te saattaa kyseisen lejeeringin alttiiksi erkautuskarkenemi- selle, mikä parantaa sen mekaanisia ominaisuuksia. Kuitenkin lejeerinki, joka on mainitun US-patentin kohteena, ainoastaan siirtää ongelman P:n oikeasta annostuksesta Mg:n annostukseen, mistä on se ainoa hyöty, että magnesiumosuuden rajat 15 voivat vaihdella suhteessa stökiometriseen osuuteen vaikut tamatta haitallisesti johtavuuteen, ja ovat huomattavasti laajemmat kuin P:n ja voidaan vielä laajentaa lisäämällä le-jeerinkiin myös hopeaa (aina 0,2 %:iin asti) tai kadmiumia (aina 2 %:iin asti). Näillä lisälisäyksillä, joita aina on 20 läsnä lejeeringeissä, joita valmistetaan kaupallisesti mai nittuun patenttiin perustuen, on väistämättä haittoina alkuaineiden korkea hinta ja edellämainittu saastuttamisriski. Lisäksi US-patentin nro 3677745 mukaiset lejeeringit eivät ratkaise teknistä ongelmaa sellaisen lejeeringin aikaansaa-25 miseksi, joka soveltuu erilaisiin käyttötarkoituksiin elekt ronisten komonenttien alalla; tästä johtuen nykyään tunnettujen lejeerinkien käyttäjien täytyy jokaista valmistettavaa komponenttityyppiä )johdekehys, kontakti jne.) varten pitää varastossa erityisen kemiallisen koostumuksen omaavaa lejee-30 rinkiä, joka on erilainen kuin muihin komponentteihin käy tetyt lejeeringit. Tämä tekee väistämättä mahdottomaksi toimimisen tehokkaasti taloudellisessa mielessä, ja vaikeuttaa tuotannon ja tarvikkeiden hoitoa.

Tämän keksinnön kohteena on saada aikaan uusi kupari-35 perustainen metallilejeerinki, jonka johtokyky ja mekaaninen lujuus vaihtelevat riippuen käyttäjän vaatimuksista, ja jonka 3 87239 sama koostumus on alueella, joka on riittävän laaja tyydyttämään tarpeet, joita nykyään tyydytetään vain lejeeringeillä, joilla on erilainen koostumus, ja samalla uudella lejeerin-gillä on mekaanisen lujuuden ja johtokyvyn maksimiarvot, jot-5 ka ovat tyydyttäviä elektronisille sovellutuksille, hyvä muovattavuus ja juotettavuus, pienentyneet kustannukset, valmistuksen suuri helppous ja siinä ei tarvita käyttää kadmiumia.

Tämän keksinnön kohteena on kupariperustainen metalli-lejeerinki, erityisesti elektronikomponenttien valmistamiseen, 10 jolle on tunnusomaista, että se sisältää, painoprosentteina, 0,05 - 1 % magnesiumia, 0,03 - 0,9 % fosforia ja 0,002 -0,04 % kalsiumia, lopun ollessa kuparia, sekä mahdollisia epäpuhtauksia, ja että lejeeringin magnesiumin ja fosforin välknen painosuhde on 1-5 ja lisäksi magnesiumin ja kalsiu-15 min välinen painosuhde lejeeringissä on 5-50.

Lejeeringillä, jonka koostumus on näiden rajojen sisäpuolella, on todella, kuten hakija on kokeellisesti havainnut, korkeat lämmön- ja sähkönjohtavuusarvot, korkea mekaaninen lujuus, jotsa saadaan optimaalisesti kombinoimalla murto-20 lujuus, venymä ja kovuus; lejeeringillä on hyvä muovattavuus, erinomainen käyttäytyminen kuumana, haurauden puuttuminen, vastustuskyky jännityskorroosiota ja vetyhaurastumista vastaan, hyvä juotettavuus ja sitä voidaan kuumakäsittellä erittäin hienojakoisten metalliyhdisteiden segregaatioiden muodos-25 tamiseksi kiteiden reunoille, jolloin lejeerinki kovenee er- kaumakarkenemisen vaikutuksesta; lisäksi tällaisella lejeeringillä on yllättäen epätavallinen ominaisuus, niin että sillä on kaksi eri erkaumalämpötilaväliä, joissa lejeeringillä on, lejeeringin alkuaineiden kemiallisen koostumuksen 30 ollessa täysin identtiset, täysin erilaiset mekaaniset ja johtokykyominaisuudet; pääosin samalla johtokyvyllä (ts. sen vaihdellessa kapealla alueella), lisäksi tämän keksinnön mukaisella lejeeringillä on, molemmissa erilaisissa fysikaalisissa tiloissa, johtuen erkaumakarkaisukäsittelystä jommal-' la kummalla erkautumalämpötila-alueella kyky vaihdella mekaa- 4 87239 nisiä ominaisuuksia laajalla alueella, riippuen sen kylmä-karkaisutilasta myöhemmässä valssauksessa, kun profiilin pienentämisprosentti on erilainen.

Tämän keksinnön mukainen lejeerinki on täten pääosin 5 metallilejeerinki, jolla on kupariperustainen matriisi, jo ta on läsnä lejeeringissä yli 99 paino-%, ja joka sisältää uuden yhdistelmän lejeerausaineita, jotka käsittävät magnesiumin (Mg), fosforin (P) ja kalsiumin (Ca) erityisinä osuuksina, jotka pystyvät vaikuttamaan sillä tavalla, että niiden 10 ja kuparin välille muodostuu binaarisia, tertiaarisia ja kvaternaarisia metalliyhdisteitä, mahdollisuus viimeksimainittujen yhdisteiden olemassaolosta tuodaan julki ensimmäistä kertaa tässä keksinnössä; lejeerinki sisältää edullisesti myös tinaa, jonka määrä vaihtelee alueella noin 0,03 -15 0,15 paino-%, edullisesti lähempänä ylärajaa, ja voi lisäksi sisältää, väistämättömien erilaisten alkuaineiden, erityisesti raudan pienten määrien lisäksi, jotka alkuaineet kuitenkin ovat vaarattomia epäpuhtauksia, pieniä määriä hopeaa ja/tai sirkoniumia, vastaavasti 0,01 - 0,05 ja 0,01 - 0,06 paino-%, 20 tarkoituksena kohottaa kuumennuslämpötilaa, ja pieniä mää riä (ei enempää kuin 0,01 paino-%) litiumia ja/tai magnaania käytettäväksi rikinpoistoalkuaineina. Tämän keksinnön mukaisen lejeeringin nimellinen koostumus, on täten 0,22 paino-%

Mg, 0,20 paino-% P, 0,01 paino-% Ca ja 0,10 paino-% Sn, lopun 2- ollessa Cu, sekä mahdollisia epäpuhtauksia; nämä mainittujen lejeerinkien alkuaineiden nimelliset prosenttiosuudet voivat vaihdella suhteellisen laajoilla alueilla muuttamatta edellä kuvatun uuden lejeeringin ominaisuuksia, ja erityisemmin magnesiumin pitoisuus voi vaihdella alueella 0,05 - 1 paino-%, 30 fosfori voi vaihdella alueella 0,03 - 0,90 paino-% ja kal sium voi vaihdella alueella 0,002 - 0,040 paino-%, kun taas tina voi vaihdella jo kuvatuilla alueilla, mutta edullisesti sitä on ainakin 0,08 paino-%. Vaikka tämän keksinnön mukaisen lejeeringin edellä kuvatut uudet ja halutut ominaisuu-55 det saadaan myös ilman tinan käyttöä, jolloin keksinnön koh- i 5 87239 teenä on pääosin kvaternaarinen lejeerinki Cu-Mg-P-Ca, on pentenaarisiä lejeerinkejä Cu-Mg-P-Ca-Sn myös pidettävä osana tätä keksintöä, koska on yllättäen havaittu, että tina ei ainoastaan huomattavasti lisää keksinnön lejeeringin kuuma-5 juoksevuutta ja valettavuutta, vaan voi myös suoraan olla mukana metalliyhdisteiden muodostamisessa, joista niiden erinomaiset ominaisuudet riippuvat; näitä ominaisuuksia parannetaan tinalla ja lejeeringin alkuaineiden osuuksien mahdollisia vaihtelurajoja, erityisesti happea poistavalle fosfo-10 rille ja fosforia poistavalle kalsiumille nostetaan suhtees sa peruskvaternaariseen lejeerinkiin, joka on vapaa tinasta.

Tämän keksinnön mukaan lejeerinki sai alkunsa tutkimuksesta, jonka hakija suoritti lähtien US-patentista nro 3677745, lejeerinkien Cu-Mg-Sn ja Cu-Mg-Ca tertiaarisista 15 faasidiagrammeista, jotka oli kehitetty perustuen Bruzzone'n (Less-Common Metals, 1971, 25, 361) ja Venturello'n ja Fornaseri1 n (Met. Ital., 1937, 29, 213) ja W THURY'n (Metall, 1961, Voi. 15, marrask. s. 1079-1081) tutkimuksiin, jotka osoittavat, miten kupari voidaan pelkistää lisäämällä fosfo-20 ria, vaikuttamatta johtokykyyn, poistamalla ylimäärä fosforia lisäämällä kalsiumia, joka yhdistyy fosforin kanssa antamaan kalsiumfosfaatti, joka ei vähennä johtokykyä. Johtuen alan tilasta, hakijan teknikot, rohkaistuneina teoreettisesta mahdollisuudesta Ca- ja Sn-metalliyhdisteiden muodostamises-25 ta Mg:n ja Cu:n kanssa, yrittivät muodostaa kuparilejeerinke- jä, joilla on suuri lujuus ja johtavuus ja hyvä juotettavuus lisäämällä kupariin, kun ensin oli pelkistetty THURY'n menetelmän mukaisesti, P ja Ca, Mg ja/tai Sn, siinä toivossa, että yksi tai molemmat näistä lejeerausaineista pystyisivät 30 sitoutumaan mahdollisen kalsiumylimäärän kanssa muodostamaan metalliyhdisteitä tämän tai kuparimatriisin kanssa; tällä tavalla toivottiin, että saadusta lejeeringistä voitaisiin tehdä herkkä erkaumakarkaisulle ja saada näin aikaan mekaaninen lujuus kasvamaan, ja samanaikaisesti toivottiin ratkais-35 tavan pelkistysaineiden annostusongelma turvautumatta jalome- tallilejeerausaineisiin, kuten hopeaan. Rajoittuen jälkim- 6 87239 mäiseen näkökulmaan, pelkistysmekanismi, jota käytettiin US-patentissa 3677745 P:n ja Mg:n avulla, ei todellakaan ollut tyydyttävä, kuten aiemmin on korostettu, koska se ei ratkaissut pelkistimien annostuksen säädön ongelmaa, vaan yksin-5 kertaisesti korvasti pelkistimet vähemmän vahingollisilla, erityisesti kun leeringissä oli hopeaa. Toisaalta, Ca:n käyttö Mg:n sijasta fosforinpoistoaineena, suhteessa P-jäännök-seen pelkistyksen jälkeen, osoittautui jo yksinään hyödylli-semmäksi korkean johtokyvyn säilyttämisessä, ja tarjosi joka 10 tapauksessa teoreettisen mahdollisuuden yhdistää molemmat menetelmät poistamalla jäännökset lisäämällä Mg, mikä voisi tarjota samat edut, joita esitetään mainitussa US-patentissa lisäämällä hopeaa tai kadmiumia. Hakijan suorittamat koetestit osoittivat toisaalta, että ei ainoastaan saatu odotettuja tu-15 loksia, vaan vuorovaikutukset lejeerausaineiden välillä olivat huomattavasti odotettua suuremmat ja käsittivät, ennen erkau-tumakäsittelyä, tai oikeammin jo ennen lejeeringin jähmettymistä sulatuksen jälkeen, edellyttäen, että tiettyjä osuuksia lejeeringin aineosien välillä pidettiin yllä, täysin odotta-20 mattoman ja kokonaan aavistamattoman metalliyhdisteiden muo dostumisen, kuten kvaternaarisen Cu-Mg-P-Ca-yhdisteen, joka havaittiin elektronimikroskoopilla ja jonka dimensiot olivat suuruusluokkaa 0,4 - 0,5 ^um; tällaisten yhdisteiden mukana oli myös submikroskooppisia partikkeleita, kuten CuP, CuPMg, 25 PCa ja CuMg, jotka havaittiin metallimatriisissa pyyhkäisy- elektronimikroskoopilla, jonka suurennus oli 6-9000. Seurattaessa mainittujen metalliyhdisteiden läsnäoloa ennen erkauma-karkaisukäsittelyä, havaittiin, että lejeerinki käyttäytyi yllättävästi, mikä oli kokonaan uutta ja odottamatonta, toisin 30 sanoen sillä oli kaksi erkaumakarkenemislämpötilaa, tai oi keammin lämpötilaväliä, jotka poikkesivat toisistaan. Keksinnön kuvauksessa hakija on tuonut ilmi, että tällaisten odottamattomien lejeeringin koostumuksesta johtuvien yhdisteiden läsnäolo niiden ollessa ei ainoastaan yhden vaan kahden eri 35 erkaumakarkaisukäsittelyn kohteena eri lämpötiloissa aiheut- i, 7 87239 taa lejeerisille täysin erilaiset loppuominaisuudet, vaikka alkukoostumus oli täysin sama. Tällainen kokonaan uusi ja yllättävä käyttäytyminen kupariperustaisessa lejeeringissä tekee mahdolliseksi tehostaa suuresti taloudellisuutta, eri-5 tyisesti elektronikomponenttiteollisuudessa; keksinnön mu kainen lejeerinki todella kykenee mainitun ominaisuuden ansiosta yksinään tyydyttämään vaatimukset, jotka poikkeavat paljonkin toisistaan, yksinkertaisesti saattamalla se erilaiseen lämpökäsittelyyn, joka sen yksinkertaisuudesta johtuen 10 voidaan suorittaa lopullisen käyttäjän toimesta, jolloin käyttäjä voi varastoida raaka-aineita, joita ei ole erkau-makarkaistu, ja riippuen vaihtelevista vaatimuksista, suorittaa näille keinotekoinen erkaumakarkaisu eri lämpötiloissa ja sen jälkeen enemmän tai vähemmän voimakas kylmämuokkaus 15 sillä tavalla, että saadaan lopputuote, jolla on halutut ominaisuudet tarpeesta riippuen, joita tähän asti on ollut saavutettavissa ainoastaan käyttämällä eri lejeerinkejä, joilla on erilainen kemiallinen koostumus ja jotka eivät olleet missään tapauksessa vaihdettavissa muuhun kuin alkuperäiseen 20 käyttöön. Tämän keksinnön olennaiseen tulokseen ei päädytä ainoastaan käyttämällä kuparilejeerinkiä, jolla on edellä kuvattu Mg-, P- ja Ca-pitoisuus, vaan myös pitäen huolta siitä, että suhteet näiden lejeerausaineiden välillä pysyvät tiettyjen rajojen sisällä, niiden ulkopuolella lejeerinki menettää 25 erityisiä ominaisuuksiaan; erityisesti painosuhteen magne sium- ja fosforiosuuden välillä lejeeringissä tulee olla 1-5 ja, samanaikaisesti kun otetaan huomioon tämä alkuperäinen suhde, painosuhteen magnesium- ja kalsium-pitoisuuden välillä lejeeringissä on oltava alueella 5-50. Parannettuja 20 tuloksia saadaan lejeeringin kalsiumpitoisuuden ollessa 0,002 - 0,02 paino-% ja Mg/P-painosuhteen ollessa 1-3 yhdessä Mg/Ca-painosuhteen 10-20 kanssa. Oletetaan, että nämä rajoitukset vastaavat tarvetta määrittää lejeeringin erityiset stökiometriset suhteet komponenttien välillä, jolloin en-25 sin käsitellyt kvaternaariset metalliyhdisteet muodostuvat, 8 «7239 minkä uskotaan määräävän onko lejeerinki saanut kyvyn omaksua erilaisia mekaanisia ominaisuuksia eri erkaumakarkene-mislämpötilojen yhteydessä; CaP:n, CuMg:n ja CuP:n läsnäolo ennen erkanemista on todella normaalia, kun taas CuMgP:n ja 5 CuCaMgPrn läsnäolo on kokonaan odottamatonta ja sitä voidaan pitää osittaisesta erkanemisesta johtuvana, mikä on jo tapahtunut kuumamuokkauksen aikana. Johdonmukaisesti on oikeutettua ajatella, että erkanemisen aikana, joka tapahtuu erkau-makarkenemisen yhteydessä, CaP reagoi CuMg:n kanssa antamaan 10 CuCaMgP hienojakoisesti dispergoituneena kiteiden ulkopin nalle. Keksinnön mukainen kuparilejeerinki valmistetaan tavalliseen tapaan sulattamalla ja sen jälkeen valamalla, sitten työstämällä jähmettynyt lejeerinki valssaamalla tai kuumapuristamalla lämpötilassa 860-890°C ja sen jälkeen työs-15 tämällä lejeerinki valssaamalla tai kylmävetämällä aikaan saamaan profiilin pienennys, joka on alueella 50-80 %; sitten suoritetaan lejeeringin erkaumakarkeneminen erkanemis-kuumakäsittelyllä, mikä poiketen tavallisten lejeerinkien valmistusmenetelmistä, käsittää lejeeringin pitämisen riit-20 tävän ajan (1-2 tuntia) lämpötilassa, joka valitaan alueel ta 365-380°C tai 415-425°C riippuen siitä halutaanko saada parannettuja mekaanisia tai sähköisiä ominaisuuksia. Tätä keksintöä kuvataan nyt seuraavien esimerkkien avulla viitaten liitettyihin piirroksiin, joissa: 25 kuvio 1 kuvaa keksinnön mukaisen lejeeringin käyttäy tymistä kuumana; ja kuvio 2 on vertaileva diagrammi keksinnön mukaisen lejeeringin toiminnasta verrattuna useiden kaupallisten lejeerinkien toimintaan elektronisissa komponenteissa.

3C Esimerkki 1

Kaasu-upokasuunissa, jonka upokas oli piikarbidi-tyyp-piä ja jonka vetävyys oli noin 100 kg, tehtiin koesulattei-ta 70 kg:n panoksina 99,9 ETP kuparia, joka sulatettiin boo-raksivirrassa, peräkkäisesti valamalla vedellä jäähdytettyi-35 hin harkkomuotteihin, joiden läpimitta oli 220 mm; sen jälkeen ne pelkistettiin lisäämällä 1,1 kg kuparifosfaattia i.

9 87239 (85 paino-% kuparia ja 15 paino-% P), joka pantiin upokkaan pohjalle työkalun avulla ja sitten lisättiin 2 hg Mg ja 7 g Ca. Kun näytteet analyysiä varten oli otettu, valamista harkkomuotteihin jatkettiin ja sen jälkeen kuumavals-5 sattiin (lyhennettynä HR) muotit 11 mm:n paksuuteen lämpötilassa 860-890°C; näin saatujen muottien jyrsimisen tai "kuorimisen" jälkeen hapetetun kerroksen poistamiseksi nämä saatettiin erilaisiin toimintajaksoihin, jotka käsittivät kylmävalssauksen (lyhennettynä CR), joka suoritettiin niin, 10 että aikaansaatiin profiilin pienennys alueella, joka on 50-80 %, ja mahdollisen keinotekoisen erkaumakarkaisulämpö-käsittelyn, joka käsitti sen pitämisen määrätyn ajan lämpötilassa 365-425°C. Näin saadut harkot saatettiin lopuksi lu-juuskokeisiin (Vickers menetelmä 100 g/30") ja standardi joh-15 tokykykokeeseen IACS (International Annealed Copper Standard) sääntöjen mukaisesti, jolloin johtokyky ilmoitetaan prosentteina IACS:n koe 20°C:ssa, joka, kuten tunnettua, edustaa 1,7241 mikro-ohmin - cm resistiivisyyttä. Saadut tulokset on esitetty graafisesti taulukossa I ja ne kuvaavat saman kemial-20 lisen koostumuksen omaavan lejeeringin, kykyä saada erilai sia fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia riippuen käsittelytavasta. Lejeeringin kyky vastustaa pehmenemistä kuumana; saadut tulokset (Vickers mikrokovuus) yhden tunnin kuluttua eri lämpötiloissa) on esitetty graafisesti kuviossa 1.

10 87239

Taulukko 1 Sähkönjoh tokyky 5 Käsittely % IACS_ Lujuus HR 60 70-90 HR + CR 67% 56 130-150 HR + CR 67% + 365°Cx1h 68 155 " · + 380eC " 71 155 10 " ' " + A00°C " 78 96.5 • - + 415®C 81 88 - ' " + 425®C « 81 87,6 • " + 435*C · 81 86,7 · + 450®C " 81 84,6 15 HR + CR 85% 52 160-170 " " " + 415*Cx2h 80 92 " " " + 425®Cx2h 82 90

Esimerkki II

Toimittiin kuten esimerkissä I, mutta käytettiin tehdas-20 induktiouuni, jonka vetävyys oli 4 tonnia ja joka oli liitetty puolijatkuvaan muottiasentoon ja johon lisättiin sopivassa suhteessa kupari- ja lejeerausaineita, jolloin saatiin muotteja, joita kuumavalssattiin 870°C:n lämpötilassa 11 mm:n kokonaispaksuuteen; sitten näin saadut valssatut muotit kylmävals-25 sattiin edelleen pienentämällä profiili 50 % jolloin saatiin valssattu muotti, jonka paksuus on 5,5 mm; tämä erotettiin näytteiden ottamisen jälkeen, kahteen osaan, joita vastaavasti merkittiin A:lla ja B:llä ja sen jälkeen käsiteltiin sähköuunissa kuumennussyklillä, johon kuului kaksi tuntia kuumentamista, 30 kaksi tuntia pitämistä samassa lämpötilassa ja viisi tuntia jäähdyttämistä; osaa A käsiteltiin 425°C:ssa, kun taas osaa B käsiteltiin 370°C:ssa. Kumpikin osa jaettiin kuumakäsitte-lyn jälkeen edelleen alaryhmiksi, joita merkittiin numeroin 1, 2 ja 3; alaryhmät 1 kylmävalssattiin profiilin pienennyk-35 sen ollessa 20 % tavalla, että muodostui heikko kylmäkarkaisu; 11 87239 alaryhmät 2 valssattiin 45 %:n profiilin pienennykseen tavalla, jolla saatiin suurempi kylraäkarkaisu (puolikova tila), kun taas alaryhmät 3 valssattiin 98 %:n pienennykseen tavalla, joka teki valssatun muotin voimakkaasti kylmäkarkaistuksi 5 (kova tila). Näytteitä osista A ja B otettiin ennen jatkovals- sausta ja jokaisesta alaryhmästä 1, 2 ja 3 valssauksen jälkeen, ja saatettiin normaaleihin mekaanisen kestävyyden ja johtokyvyn testeihin. Saadut tulokset on esitetty graafisestu taulukoissa II ja III.

10 Taulukko II

Lejeeringin ominaisuudet erkaumakarkaisun jälkeen

Tyyppi A Tyyppi B

15 sähköinen johtokyky (*) 80%iacs 70%iacs lämmön johtavuus (Kcal/hm°C) 274.7 240,3 3 ' tiheys (kg/dm ) 8,796 8,796 (*) 'Esitetty johtokyky prosentteina International Annealed Copper Standard testin mukaan 20°C:ssa.

20 Taulukko III

Lejeeringin ominaisuudet erilaisissa fysikaalisissa tiloissa "Vaihte- Sähkön-

Veto- Myötö- levien johto-

Koe- lujuus raja A % HV taittojen" kyky

25 tyyppi N/mmo N/mmq lukumäärä % IACS

A 1 350 260 21 100 20 60 A 2 460 420 8 140 15 78 A3 550 510 2 160 10 76 B 1 472 428 15 150 26 70 30 B 2 550 480 4 170 15 68 B3 710 650 13 190 6 63 i2 87239

Esimerkki III

Toimittiin kuten esimerkissä II ja valmistettiin 3 tonnia lejeerinkiä, jolla on seuraava koostumus painoprosentteina: 5 0,25 % Mg 0,20 % P 0,01 %Ca 0,10 % Sn loput Cu

Valmistettu lejeerinki jaettiin kahteen osaan, joita merkittiin "Tyyppi A" ja "Tyyppi B” ja saatettiin erilaisiin valssaus- ja erkaumakarkaisuihin, kuten esimerkissä II; saadut valssatut muotit testattiin sitten kuten esimerkissä II 10 ja saadut tulokset on esitetty graafisessa muodossa ja niitä verrattiin joidenkin nykyisin kaupallisesti saatavien perus-kuparilejeerinkeihin, jälleen esitettynä graafisessa muodossa; graafinen tulos on esitetty kuviossa 2; tästä voidaan huomata, että keksinnön mukaisella lejeeringillä, jolla on 15 täysin samanlainen kemiallinen koostumus, voi olla erilai set fysikaaliset ominaisuudet riippuen käsittelystä, johon se oli saatettu ("Tyyppi A" ja "Tyyppi B" osat) verrattuna tunnettuihin lejeerinkeihin, joilla on täysin erilainen kemiallinen koostumus (eikä erilalinen käsittely). Keksinnön 20 mukainen lejeerinki, käsiteltynä esimerkin II mukaisesti "Tyypille A" ja esitettynä viittauksella LMI 108 A, oli lähellä lejeeringin Wieland K72 (0,3 Cr - 0,15 Ti - 0,02 Si - Cu) toimintakykyä, kun taas samalla lejeeringillä, käsiteltynä esimerkissä II kuvatun prosessin mukaisesti "Tyy-75 piile B" ja esitettynä viittauksella LMI 108 B, oli ominai suudet, joka oli lähellä lejeeringin Olin C197 (0,6 Fe -0,05 Mg - 0,20 P - mahdollisesti 0,23 Sn - Cu) ominaisuuksia.

Esimerkki IV

Toimittiin täsmälleen kuten esimerkissä I ja valmis-20 tettiin lejeerinkejä, joilla oli erilainen kemiallinen koos tumus, erilaisten lejeerausaineiden pitoisuuden vaikutuksen testaamiseksi. Näytteet valmistettiin ja ne saatettiin ensin kuumapuristukseen 870°C:ssa, tavalla, joka sai läpimitan putoamaan 24,5 mm:iin ja sitten kylmävedettiin saamaan 35 läpimitta-alenemaan 14,5 mm:iin, ne erkaumakarkaistiin eri lämpötiloissa ja testattiin standardijohtokykytestillä ja !3 87239

Vickers-kovuuskokeella; saadut tulokset on esitetty taulukossa IV.

Taulukko IV

Lejeerausaineiden vaikutus

5 Lejeerausaineet (paino-%) Kuumakäsit- Johto- HV

(loput CU 99,9 ETP) tely kyky

Mg P Ca Sn Ag

Oj22 0,20 0,0056 0^15 0.003 365eCx1h 67 155 0,22 0,20 0,0056 0; 15 — 365eCx1h 66 155 0,22 0,20 0,0070 0,08 — 365eCx1h 69 155 10 — 0.20 0.02 — — 365°Cx1h 88 50 > i 0,20 0,20 0,02 — — 365eCx1h 68 154 0,20 0.20 0,02 — — 380eCx1h 71 154

I / J

0;20 0,20 0f02 — — 415eCx1h 81 87,5 0,20 0,20 0r 02 0,10 — 415eCx2h 82 88 15 0,29 0,22 0,0258 0,120 — 415eCx2h 81 88 0,22 0,25 0,025 0,10 — 380°Cx1h 74 155 0,22 0,25 0,025 0,10 — 415eCx1h 75 152 0,22 0,18 0,05 0,10 -- 380eCx1h 71 151 0. 22 0,18 0,05 0,10 — 415eCx1h 71 149 20 1 0,90 0,04 0,15 — 380eCx1h 72 155 1. 0,90 0,04 0,15 — 415°Cx1h 81 90

Claims (9)

87239

1. Kupariperustainen metallilejeerinki, erityisesti elektronisten komponenttien valmistukseen, tunnet- 5. u siitä, että se sisältää, paino-prosentteina, 0,05 -1 % magnesiumia, 0,03 - 0,9 % fosforia ja 0,002 - 0,04 % kalsiumia, lopun ollessa kuparia, sekä mahdollisesti epäpuhtauksia, että painosuhde magnesium- ja fosforipitoisuuden välillä lejeeringissä on 1-5, ja että lisäksi, paino- 10 suhde magnesium- ja kalsiumpitoisuuden välillä lejeeringissä on 5 - 50.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen metallilejeerin-ki, tunnettu siitä, että kalsiumpitoisuus on 0,002 - 0,02 paino-%, painosuhde magnesiumin ja fosforin 15 välillä on 1-3 ja painosuhde magnesiumin ja kalsiumin välillä on 10-20.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen metallile-jeerinki, tunnettu siitä, että se lisäksi sisältää 0,03 - 0,15 paino-% tinaa, lopun ollessa kuparia.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen metallilejeerin- ki, tunnettu siitä, että se lisäksi sisältää 0,01 - 0,05 paino-% sirkoniumia, lopun ollessa kuparia.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen metallile-jeerinki, tunnettu siitä, että se lisäksi sisältää 25 0,02 - 0,06 paino-% hopeaa, lopun ollessa kuparia.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 3-5 mukainen metalli-lejeerinki, tunnettu siitä, että se lisäksi sisältää enintään 0,01 paino-% litiumia, lopun ollessa kuparia.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 3-6 mukainen metalli- 30 lejeerinki, tunnettu siitä, että se lisäksi sisäl tää enintään 0,01 paino-% mangaania, lopun ollessa kuparia.

8. Johtava elementti, tunnettu siitä, että se on tehty jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukaisesta le- 35 jeeringistä. I: 15 87239

9. Menetelmä kupaarilejeeringin valmistamiseksi, joka on tarkoitettu elektronisten komponenttien valmistukseen, tunnettu siitä, että valmistetaan lejeerin-ki, jonka koostumus vastaa jonkin patenttivaatimuksen 5 1-7 mukaisen lejeeringin koostumusta, sulattamalla ja sen- jälkeen valamalla, työstämällä jähmettynyt lejeerinki kuu-mavalssaamalla tai -puristamalla lämpötilassa 860-890 °C, senjälkeen käsittelemällä lejeerinkiä kylmävalssauksella tai -vetämällä profiilin pienentämiseksi 50-80 %, ja suo-10 rittamalla lejeeringin keinotekoinen erkaumakarkaisu erka-nemiskuumakäsittelyllä, joka käsittää lejeeringin pitämisen riittävän kauan lämpötilassa, joka on valittu alueilta 365-380 °C ja 415-425 °C, riippuen siitä halutaanko saada parempia mekaanisia tai sähköisiä ominaisuuksia. 87239