JP2005213611A - プレス打抜き性に優れた電子部品用素材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 (1)組成:酸化物の標準生成自由エネルギーが、常温で−50kJ/mol以下である元素を必須添加元素とし、その含有量が0.1〜5.0mass%であり、残部がCu及び不可避的不純物である。(2)層構造:厚さ0.05〜2.00μmの Cu層を有し、Cu層と銅基合金の界面から内側1μm地点での圧縮残留応力が50N/mm2以下である。
【選択図】 図2
Description
銅合金に活性元素を添加して高強度化することが多い。例えば、コルソン合金は、主成分であるSi,Ni,Ti,Co,Cr等を増量させると強度は向上するが、金型も磨耗し易くなる。コルソン合金に特定の微量元素(請求項5)を添加して適切な工程を施し、更に強度を向上させることができる。
Si,Ti,Co,Cr等の酸化物を形成し易い活性元素は、以下図1を参照として説明するようにプレス打抜き性を悪化させる。すなわちこのような活性金属を含有する銅合金の剪断加工において、金型工具が磨耗するのは、側面の先端である(図1参照)。ポンチ1がダイ2に噛みこむ時に材料3がポンチ1とダイ2の間隙に流れ込む状態が生じ、そのとき材料表面は酸化熱を発しながら硬い酸化物粒子が生成し、これとともにポンチ側面に高圧で接触するので、磨耗し易いのである。以下説明する本発明の実施例では、コルソン合金に厚さ0.5μmのCuめっきしたものと、更にその上に薄いSnめっきしたものを、なにもめっきしない比較例と対比して、本発明実施例は著しく金型寿命が伸びることを示した。またこれらの実施例及び比較例では銅合金の内質は変えずに薄い表面処理だけ行なっている。即ち素材強度を向上されるため、活性元素を添加した銅基合金は、金型が磨耗しがちに思えるが、簡単な表面処理のみで高強度材でもプレス加工性を良好にできた。
プレス時に発生する酸化熱も金型を磨耗させる要因と考えられるが、SnはCuよりも鉄鋼表面に対する潤滑性が高く、Cuめっきより更に金型を磨耗し難くする。本発明で規定したSn層は薄いので、適切な熱処理を施すことにより、軟らかい純Sn層がほとんど無い、硬い合金層のみの表面が形成され、更にプレス打抜き性を向上する。すなわち、母材にCuめっきすることにより、優れた固体潤滑が実現し、活性金属を含有する被加工材母材と工具との間に生じ易い凝着摩耗を低減するが、Cuめっきの上に薄いSnめっきをすることにより、その効果が更に大きくなる。
そして適切な表面粗さに調整することにより、潤滑剤使用時には優れた流体潤滑効果も併せて実現され、プレス加工性が一層良好なものとなる。また、圧延直後の残留応力の板厚方向の分布は、図2に示すように表面に圧縮応力が存在する。このような状態では、母材とめっき層との界面は脆弱なものとなり、プレス時にめっきが剥離する場合がある。母材のめっき層界面からの深さ1μm地点での圧縮応力が50N/mm2以上であるとこのような現象が生じてくる。このような母材表層部の圧縮残留応力を除去して、めっき層と母材との界面を安定にするには、母材の圧延後に残留応力除去焼鈍を施してからめっきしてもよいが、めっき後に母材の再結晶温度以下の温度にて熱処理するのが最も効果的である。
規定のプレス加工性の良好な表面粗さ(RzとRyの差異が小さい)を作りこむには、表面粗さを作り込む工程(表面粗さを調整したワークロールでの圧延や酸洗研摩等)の後にめっきをしたほうがよい。
(1) 酸化物の標準生成自由エネルギーが、常温で−50kJ/mol以下である元素を必須添加元素とし、その含有量が0.1〜5.0mass%であり、残部がCu及び不可避的不純物からなる銅基合金表層に、厚さ0.05〜2.00μmの Cu層を有し、Cu層と銅基合金の界面から内側1μm地点での圧縮残留応力が50N/mm2以下であることを特徴とするプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
(2)酸化物の標準生成自由エネルギーが、常温で−50kJ/mol以下である元素を必須添加元素とし、その含有量が0.1〜5.0mass%であり、残部がCu及び不可避的不純物からなる銅基合金表層に、厚さ0.05〜2.00μmのCu層を有し、さらに厚さ0.005〜0.10μmのSnめっき層を有したCu下地Snめっき層の表層に、めっき層と銅基合金の界面からの内側1μm地点での圧縮残留応力が50N/mm2以下であることを特徴とするプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
(3)Si:0.1〜1.0mass%と、Ni、並びにCo、Ti及びCrの少なくとも1種とを合計含有量で0.5〜4.0mass%を含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる銅基合金表層に、厚さ0.05〜2.00μmのCu層を有し、母材のCu層と銅基合金の界面から内側1μm地点の圧縮残留応力が50N/mm2以下であることを特徴とするプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
(4)Si:0.1〜1.0mass%と、Ni、並びにCo、Ti及びCrの少なくとも1種とを合計含有量で0.5〜4.0mass%を含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる銅合金表層に、厚さ0.05〜2.00μmのCu層を有し、さらに厚さ0.005〜0.10μmのSnめっき層を有したCu下地Snめっき層の表層に、めっき層と銅基合金の界面から内側1μm地点での圧縮残留応力が50N/mm2以下であることを特徴とするプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
(5)前記銅基合金がさらにMg,Mn,Sn,Zn,及びPからなる群から選択された1種又は2種以上を0.001〜1.0mass%さらに含有することを特徴とする上記(3)又は(4)記載のプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
(6)外層めっき表面の圧延直角方向の表面粗さがRy:0.3〜3.0μm,Rz:0. 3〜3.0μm,Sm:0.01〜0.5mm、かつ(Ry-Rz)/Rz≦1に調整されていることを特徴とする上記(1)から(5)までの何れかに記載のプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
(7)めっき後に母材の再結晶温度以下の温度で熱処理されていることを特徴とする上記(2)、(4)、(5)、(6)の何れか1項に記載のプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
なお、−50kJ/mol以下は、絶対値が50kJ/mol以上となることを意味する。
最表面を青銅化させることにより、更に固体潤滑の効果を向上させることができる。したがって、本発明においては、Cu層厚さ0.05〜2.00μm及びSn層厚さ0.005〜0.10μmのCu下地Snめっきを銅合金に施したものを提供する。Sn層は薄いので、めっき後に適切な熱処理を施すことにより軟らかい純Snはほとんどなくなり、青銅化された表面がプレス打抜き性を向上させる。
Ry(最大高さ),Rz(十点平均粗さ),Sm(凹凸の平均間隔):何れもJIS B0601で規定されている。
実施例と比較例の試験材作成
大気溶解炉で表1の成分のインゴットを溶製し、950℃に加熱後して熱間圧延し板厚10mmの熱延板を得、更に950℃で十分な均質化焼鈍を行なった後水冷し、機械面削加工により酸化スケールを取り除いた後、冷延して板厚0.2mmの冷延板を得た。その後大気中800〜900℃×30〜120sで溶体化処理を行い、酸洗後、400〜500℃×3〜48hの時効処理を行い、冷延して板厚0.15mmで低温焼き鈍しを行い、最後に表2に示すCuめっきを施した。尚、表面粗さは、圧延によっても作りこめるが、実施例では低温焼き鈍し後に酸洗研摩を行い、研摩砥粒のサイズによって粗さの大きさを調整した。均質な粗さを作りこむには、砥粒の粒度分布を適性範囲内に規制する必要があり、市販の砥粒を更に遠心分離機にかけて均等サイズの砥粒ごとに分離することが望ましい。また、低温焼き鈍し焼鈍後に酸洗研摩を行ったことにより、母材表面に加工歪が蓄積されたので、Cuめっき後に熱処理を行い、残留応力除去を行った。
表1に示す残留応力は、幅5mm,長さ200mmの帯状の板を酸洗により両面のめっき層を取り除いた後、更に母材片面表層1μmを化学腐食により取り除いてそのたわみ量より算出した。
σ:表面からの深さz地点での残留応力 ν:ポアソン比
尚、他のプレス条件は以下の通りである。金型工具材料:SKD11,クリアランス:10μm,ストローク:400rpm
本発明例において、No.1〜6は請求項1と3を満たしており、強度が高く曲げ性及びプレス加工性も良い。このうちNo.1以外は請求項6をも満たしているので、潤滑剤を使用したときのプレス加工性が更に良くなっている。また、No.2以外は請求項5を満たしており、強度の向上が見られる。
一方比較例において、No.7はSnめっきを施さなかったものでNo.8はSnめっき厚が請求項の規定より厚いものである。発明例に比べてバリが高く破断面比率が低いことから金型の磨耗が進行していると言える。更にNo.9は、Snめっきをせずに内質改善でプレス加工性を良好にしたものであるが、Sを多量に含有しているために延性が低下し、曲げ性が劣っている。No.10,11は母材表層の残留応力が高すぎて、プレス時にめっき層が脆く剥離して良好な固体潤滑が得られず、金型の磨耗の抑制効果が低い。
第1の実施例及び比較例と同様の処理及び試験を行なった。但し、めっきは表6に示すようにCu下地めっき後Snめっきを行なった。
一方比較例において、No.27はめっきを施さなかったものでNo.28はSnめっき厚が請求項の規定より厚いものである。発明例に比べてハ゛リが高く破断面比率が低いことから金型の磨耗が進行していると言える。更にNo.29は、めっきをせずに内質改善でプレス加工性を良好にしたものであるが、Sを多量に含有しているために延性が低下し、曲げ性が劣っている。No.30,31は母材表層の残留応力が高すぎて、プレス時にめっき層が脆く剥離して良好な固体潤滑が得られず、金型の磨耗の抑制効果が低い。
2 ダイ
Claims (7)
- 酸化物の標準生成自由エネルギーが、常温で−50kJ/mol以下である元素を必須添加元素とし、その含有量が0.1〜5.0mass%であり、残部がCu及び不可避的不純物からなる銅基合金表層に、厚さ0.05〜2.00μmの Cu層を有し、Cu層と銅基合金の界面から内側1μm地点での圧縮残留応力が50N/mm2以下であることを特徴とするプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
- 酸化物の標準生成自由エネルギーが、常温で−50kJ/mol以下である元素を必須添加元素とし、その含有量が0.1〜5.0mass%であり、残部がCu及び不可避的不純物からなる銅基合金表層に、厚さ0.05〜2.00μmのCu層を有し、さらに厚さ0.005〜0.10μmのSnめっき層を有したCu下地Snめっき層の表層に、めっき層と銅基合金の界面から内側1μm地点での圧縮残留応力が50N/mm2以下であることを特徴とするプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
- Si:0.1〜1.0mass%と、Ni、並びにCo、Ti及びCrの少なくとも1種とを合計含有量で0.5〜4.0mass%を含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる銅基合金表層に、厚さ0.05〜2.00μmのCu層を有し、母材のCu層と銅基合金の界面から内側1μm地点の圧縮残留応力が50N/mm2以下であることを特徴とするプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
- Si:0.1〜1.0mass%と、Ni、並びにCo、Ti及びCrの少なくとも1種とを合計含有量で0.5〜4.0mass%を含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる銅合金表層に、厚さ0.05〜2.00μmのCu層を有し、さらに厚さ0.005〜0.10μmのSnめっき層を有したCu下地Snめっき層の表層に、めっき層と銅基合金の界面から内側1μm地点での圧縮残留応力が50N/mm2以下であることを特徴とするプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
- 前記銅基合金がさらにMg,Mn,Sn,Zn,及びPからなる群から選択された1種又は2種以上を0.001〜1.0mass%さらに含有することを特徴とする請求項3又は4記載のプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
- 外層めっき表面の圧延直角方向の表面粗さがRy:0.3〜3.0μm,Rz:0. 3〜3.0μm,Sm:0.01〜0.5mm、かつ(Ry-Rz)/Rz≦1に調整されていることを特徴とする請求項1から5までの何れか1項に記載のプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
- めっき後に母材の再結晶温度以下の温度で熱処理されていることを特徴とする請求項2から6までの何れか1項に記載のプレス打抜き性に優れた電子部品用素材。
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JP2004023326A JP4423054B2 (ja) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | プレス打抜き性に優れた電子部品用素材 |
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