JP2022526677A - 高強度および高伝導率を有する銅合金、ならびにこのような銅合金を作製するための方法 - Google Patents
高強度および高伝導率を有する銅合金、ならびにこのような銅合金を作製するための方法 Download PDFInfo
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Abstract
ベリリウムを含まず、少なくとも７０ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および少なくとも７５％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する銅合金が開示される。銅合金は、クロム、ケイ素、銀、チタン、ジルコニウム、および残余の銅を含む。合金は、冷間加工、溶液アニーリング、および時効処理によって調製される。合金は、いくつかの異なる適用において使用することができる。【選択図】図１
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関連出願の相互参照
[0001]本願は、参照により本明細書に完全に組み込まれる、２０１９年４月１２日出願の米国仮特許出願第６２／８３３，０１２号の優先権を主張する。
[0001]本願は、参照により本明細書に完全に組み込まれる、２０１９年４月１２日出願の米国仮特許出願第６２／８３３，０１２号の優先権を主張する。
[0002]本開示は、高０．２％オフセット降伏強度および高電気伝導率の組合せを有する銅合金に関する。また、このような銅合金を製造する方法、銅合金を用いる電気部品および他の部品、ならびにこのような銅合金から作製される部品および物品が開示される。
[0003]熱処理可能な銅合金は、高電気伝導率を提供するための既存の方法を使用して生成することができる。しかし、これらの熱処理可能な銅合金は、商業的な電子デバイス、部品、およびパーツにおける使用のためには選択されないことが多い。これは一つには、その銅合金が、完全な時効硬化の後でも、特に高電流適用におけるアルミニウムまたは銅合金などの他の選択に取って代わるのに十分に高い強度対重量比を示さないことが理由である。
[0004]改善された熱機械特性を有する高電気伝導率の銅合金、ならびに強度対重量比、成形性、通電能力、および／または熱伝導率を最大限にするための方法を提供することが望ましいはずである。
[0005]本開示は、少なくとも７０ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および少なくとも７５％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する銅合金に関する。また本明細書では、それらの０．２％オフセット降伏強度および／またはそれらの極限引張強度を増大するために銅合金に適用することができる方法が開示される。
[0006]様々な実施形態では、約０．５ｗｔ％～約１ｗｔ％のクロム、約０．０２ｗｔ％～約０．１ｗｔ％のケイ素、約０．１ｗｔ％～約０．２ｗｔ％の銀、約０．０１５ｗｔ％～約０．０５ｗｔ％のチタン、約０．０２ｗｔ％～約０．０６ｗｔ％のジルコニウム、および残余の銅を含む銅合金が開示される。銅合金は、少なくとも７５ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および少なくとも７５％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する。
[0007]銅合金は、少なくとも８０ｋｓｉの極限引張強度を有することができる。銅合金は、少なくとも７％の全破断伸び％を有することができる。銅合金は、０．０／０．０の成形性比、または１．０／１．０よりも良好な成形性比を有することができる。これらの特性のいずれか２つ以上の組合せも企図される。
[0008]一部の実施形態では、銅合金は、少なくとも７５ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および少なくとも８０％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する。他の実施形態では、銅合金は、少なくとも７５ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度、少なくとも７５％ＩＡＣＳの電気伝導率、少なくとも８０ｋｓｉの極限引張強度、および少なくとも８％の全破断伸び％を有する。
[0009]特定の実施形態では、銅合金は、スズまたはベリリウムを含有しなくてもよい。
[0010]また本明細書では、先に論じられ、本明細書でさらに論じられる銅合金から成形された物品が開示される。
[0010]また本明細書では、先に論じられ、本明細書でさらに論じられる銅合金から成形された物品が開示される。
[0011]また、前述の０．２％オフセット降伏強度および電気伝導率を有するＣｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金を作製するための方法が開示される。初期銅合金は、第１の冷間加工パーセンテージ（ＣＷ％）に冷間加工される。次に、冷間加工された銅合金は、１回目に第１の期間にわたって溶液アニーリングされる（solution annealed）。アニーリングされた銅合金は、２回目に第２のＣＷ％に冷間加工される。冷間加工された銅合金は、２回目に第２の期間にわたって溶液アニーリングされる。次に、溶液アニーリングされた銅合金は、３回目に第３のＣＷ％に冷間加工される。次に、冷間加工された銅合金を、第３の期間にわたって時効処理する（aged）と、改善された強度および電気伝導率を有する銅合金が得られる。
[0012]第１のＣＷ％は、約８０％～約９５％であり得る。第２のＣＷ％は、約３０％～約８０％であり得る。第３のＣＷ％は、約４０％～約８０％であり得る。すべての３つの冷間加工ステップからの最小累積冷間加工（minimum cumulative cold working）は、少なくとも８５％であるべきである。
[0013]第１の溶液アニーリングは、約９５０℃～約１０５０℃の温度で実施され得る。第１の期間は、約２．５分～約５分を含めて、約１分～約１０分であり得る。
[0014]第２の溶液アニーリングは、約９５０℃～約１０５０℃の温度で実施され得る。第２の期間は、約１．３分～約４分を含めて、約１分～約１０分であり得る。
[0014]第２の溶液アニーリングは、約９５０℃～約１０５０℃の温度で実施され得る。第２の期間は、約１．３分～約４分を含めて、約１分～約１０分であり得る。
[0015]時効処理は、約４００℃～約５００℃の温度で実施され得る。第３の期間は、約４時間～約１４時間であり得る。時効処理は、完全水素雰囲気中で実施され得る。
[0016]本開示のこれらおよび他の非限定的な特徴は、以下にさらに具体的に論じられる。
[0016]本開示のこれらおよび他の非限定的な特徴は、以下にさらに具体的に論じられる。
[0017]以下は、本明細書で開示される例示的な実施形態を制限する目的ではなく、例示する目的で提示される、図の簡単な説明である。
[0020]本明細書で開示される部品、方法および装置のより完全な理解は、添付の図を参照することによって得ることができる。これらの図は、単に利便性および本開示の実証しやすさに基づく概略図であり、したがって、デバイスもしくはその部品の相対的サイズおよび寸法を示すことを企図されず、かつ／または例示的な実施形態の範囲を規定もしくは制限することを企図されない。
[0021]単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、状況によって別段明示されない限り、複数の指示対象を含む。
[0022]本明細書および特許請求の範囲において使用される用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「できる（ｃａｎ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」およびその変形は、本明細書で使用される場合、命名された成分／ステップの存在を必要とし、他の成分／ステップの存在を許容する、制限がない遷移句、用語、または語句であることが企図される。しかしこのような説明は、組成物または方法を、列挙された成分／ステップ「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」ものとしても説明しており、それによって、命名された成分／ステップだけが、それらから生じ得る任意の不可避の不純物と共に存在することが可能になり、他の成分／ステップが排除されると解釈されるべきである。
[0022]本明細書および特許請求の範囲において使用される用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「できる（ｃａｎ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」およびその変形は、本明細書で使用される場合、命名された成分／ステップの存在を必要とし、他の成分／ステップの存在を許容する、制限がない遷移句、用語、または語句であることが企図される。しかしこのような説明は、組成物または方法を、列挙された成分／ステップ「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」ものとしても説明しており、それによって、命名された成分／ステップだけが、それらから生じ得る任意の不可避の不純物と共に存在することが可能になり、他の成分／ステップが排除されると解釈されるべきである。
[0023]本願の明細書および特許請求の範囲における数値は、同じ有効数字桁数に換算した場合に同じである数値、および値を決定するための本願に記載される種類の従来の測定技術の実験誤差未満だけ記載値とは異なる数値を含むと理解されるべきである。
[0024]本明細書に開示されるすべての範囲は、列挙されるエンドポイントを含み、独立に組合せ可能である（例えば、「２グラム～１０グラム」の範囲は、そのエンドポイントである２グラムおよび１０グラム、ならびにすべての中間値を含む）。
[0025]「約」および「実質的に」などの１つまたは複数の用語によって修飾された値は、特定された正確な値に限定されなくてもよい。近似を表す用語は、値を測定するための機器の精度に対応し得る。「約」という修飾語はまた、２つのエンドポイントの絶対的な値によって規定された範囲を開示するものとしてみなされるべきである。例えば「約２～約４」という表現は、「２～４」という範囲も開示する。「約」という用語は、指示された数の±１０％を指すことができる。
[0026]本開示は、ある特定の方法ステップのための温度を指すことができる。これらは一般に、熱源（例えば炉）が設定される温度を指し、熱に曝露される材料によって得られなければならない温度を必ずしも指すわけではないことを記しておく。
[0027]本明細書では、クロム、ケイ素、銀、チタン、およびジルコニウムとさらに合金化された銅を含む銅合金が開示される。銅合金は、ベリリウムまたはスズを含まない。開示される合金は、焼き戻し操作、例えばアニーリング、冷間加工（例えば、張力を用いるまたは張力を用いない冷間圧延、時効効果、および様々なそれらの組合せ）を使用して、電気伝導率の実質的な喪失なしに強化するのに適している。開示される銅合金は、適切な焼き戻しにより、高０．２％オフセット降伏強度および高電気伝導率の両方を示す。
[0028]本開示の別の態様によれば、このような銅合金を生成する、複数の強化機序を活用する方法が開示される。より具体的には、開示される方法は、銅合金を広範に冷間加工し、それらを溶液アニーリングして、冷間加工された単相の転位構造（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）を構築することを含む。次に、合金は時効処理されて、非常に高密度の小サイズから中サイズの析出物を構築する。これらの方法は銅合金に適用することができ、それによって析出強化することができる。
[0029]本開示の銅合金は、クロム、ケイ素、銀、チタン、ジルコニウム、および残余の銅を含有する。クロムは、銅合金に、約０．５５ｗｔ％～約０．８５ｗｔ％または約０．６５ｗｔ％～約０．８０ｗｔ％を含めて、約０．５ｗｔ％～約１ｗｔ％の量で存在する。ケイ素は、銅合金に、約０．０３ｗｔ％～約０．０８ｗｔ％または約０．０４ｗｔ％～約０．０６５ｗｔ％を含めて、約０．０２ｗｔ％～約０．１ｗｔ％の量で存在する。銀は、銅合金に、約０．１１ｗｔ％～約０．１５ｗｔ％または約０．１１ｗｔ％～約０．１４ｗｔ％を含めて、約０．１ｗｔ％～約０．２ｗｔ％の量で存在する。チタンは、銅合金に、約０．０２ｗｔ％～約０．０４ｗｔ％を含めて、約０．０１５ｗｔ％～約０．０５ｗｔ％の量で存在する。ジルコニウムは、銅合金に、約０．０２ｗｔ％～約０．０６ｗｔ％または約０．０２ｗｔ％～約０．０４ｗｔ％を含めて、０．０５ｗｔ％までの量で存在する。銅合金の残余は、不純物を除いて、銅である。言い換えると、銅は、約９８．５９ｗｔ％～約９９．３４５ｗｔ％、または少なくとも９８．８ｗｔ％の量で存在し得る。これらの量の各元素の任意の組合せが企図される。
[0030]特定の実施形態では、銅合金は、約０．５５ｗｔ％～約０．８５ｗｔ％のクロム、約０．０３ｗｔ％～約０．０８ｗｔ％のケイ素、約０．１１ｗｔ％～約０．１５ｗｔ％の銀、約０．０１５ｗｔ％～約０．０５ｗｔ％のチタン、約０．０２ｗｔ％～約０．０４ｗｔ％のジルコニウム、および残余の銅を含み得る。
[0031]特定の実施形態では、銅合金は、約０．６６ｗｔ％のクロム、約０．０４ｗｔ％のケイ素、約０．１１ｗｔ％の銀、約０．０２ｗｔ％のチタン、約０．０３ｗｔ％のジルコニウム、および残余の銅を含み得る。
[0032]他の具体的な実施形態では、銅合金は、約０．６５ｗｔ％～約０．８０ｗｔ％のクロム、約０．０４ｗｔ％～約０．０６５ｗｔ％のケイ素、約０．１１ｗｔ％～約０．１４ｗｔ％の銀、約０．０２ｗｔ％～約０．０４ｗｔ％のチタン、約０．０２ｗｔ％～約０．０４ｗｔ％のジルコニウム、および残余の銅を含み得る。
[0033]銅合金はまた、いくらかの不純物を有することもあるが、望ましくは有していない。このような不純物の例として、スズ、ベリリウム、チタン、マグネシウム、ホウ素、酸素、ニッケル、鉄、コバルト、および硫黄を挙げることができる。これらの元素の一部は、特定の目的で処理中に添加される場合がある。例えば、ホウ素および鉄は、溶液熱処理中に、等軸晶の成形をさらに増強するために使用することができる。本開示の製造方法において、これらの元素は、理想的には使用されない。本開示の目的では、０．０１ｗｔ％未満の量のこれらの元素のいずれも、不可避不純物とみなされるべきであり、すなわちそれらの存在は、企図されることも所望されることもなく、このような不可避不純物の全量は、通常、０．０５ｗｔ％未満である。一部の実施形態は、鉄およびコバルトをさらに含むことができるが、望ましくは含まない。一部の実施形態は、０．０５ｗｔ％までの鉄および／またはコバルトを含有することができる。しかし、好ましい実施形態は、これらの２種の元素がない状態で、本明細書に開示される通りの性能および特性の特徴を満たす。
[0034]ジルコニウムは、脱酸剤として作用するために意図的に添加され、不純物とみなされるべきではないことを記しておく。ケイ化ジルコニウムは、降伏強度に影響を及ぼす場合があり、望ましくは本開示の銅合金には存在しない。本開示の銅合金は、このようなケイ化ジルコニウムを実質的に含むべきではない（should be substantially devoid of）。好ましくは、ジルコニウムは、酸化ジルコニウムの形態で存在する。望ましくは、このような酸化物は、小粒子の形態であり、連続的なストリンガー（ｓｔｒｉｎｇｅｒ）としては存在しない。
[0035]処理後、Ｃｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金は、ある特定の特性を有することになる。最終的な銅合金は、少なくとも７０ｋｓｉ、または少なくとも７２ｋｓｉ、または少なくとも７５ｋｓｉ、および／または９０ｋｓｉまでの０．２％オフセット降伏強度を有することができる。最終的な銅合金は、少なくとも７０ｋｓｉ、または少なくとも７５ｋｓｉ、または少なくとも８０ｋｓｉ、および／または９０ｋｓｉまでの極限引張強度を有することができる。最終的な銅合金は、少なくとも２０００万ｐｓｉ（Ｍｓｉ）、または少なくとも２１Ｍｓｉ、および／または２５Ｍｓｉまでの弾性率を有することができる。最終的な銅合金は、少なくとも１．０／１．０の成形性比を有することができ、０．０／０．０Ｒ／ｔの比を有することができる。最終的な銅合金は、少なくとも７％、または少なくとも７．５％、または少なくとも８％、または少なくとも９％、および／または１２％までの全破断伸び％を有することができる。最終的な銅合金は、少なくとも５０％ＩＡＣＳ、または少なくとも６０％ＩＡＣＳ、または少なくとも７０％ＩＡＣＳ、または少なくとも７１％ＩＡＣＳ、または少なくとも７２％ＩＡＣＳ、または少なくとも７３％ＩＡＣＳ、または少なくとも７４％ＩＡＣＳ、または少なくとも７５％ＩＡＣＳ、または少なくとも７６％ＩＡＣＳ、または少なくとも７７％ＩＡＣＳ、または少なくとも７８％ＩＡＣＳ、または少なくとも７９％ＩＡＣＳ、または少なくとも８０％ＩＡＣＳ、および／または８５％までまたは９０％ＩＡＣＳまでの電気伝導率を有することができる。
[0036]先に論じられる０．２％オフセット降伏強度、極限引張強度、成形性比、全破断伸び％、および電気伝導率の任意の組合せは、本開示のＣｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金について企図される。
[0037]特定の実施形態では、本開示のＣｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金は、少なくとも７０ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および少なくとも７５％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する。
[0038]特定の実施形態では、本開示のＣｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金は、少なくとも７５ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および少なくとも８０％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する。
[0039]特定の実施形態では、本開示のＣｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金は、少なくとも７０ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度、少なくとも７５％ＩＡＣＳの電気伝導率、少なくとも７５ｋｓｉの極限引張強度、および少なくとも７％の全破断伸び％を有する。
[0040]Ｃｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金におけるジルコニウムは、低温では溶融せず、最終的な合金における電気伝導率に一般に有害な影響を及ぼさず、銅と共に溶液中に留まる傾向がなく、通常は降伏強度を改善するので、脱酸剤として使用される。比較すると、マグネシウムは、急速に消え、溶融物が「スピットする（ｓｐｉｔ）」ようにさせる場合があり、低温で溶融し、それによって熱間圧延中に困難を引き起こすおそれがある。マンガンは、十分に急速には消えず、電気伝導率に有害な影響を及ぼすおそれがある。カドミウムは、熱間圧延中に問題を引き起こすおそれがあり、毒性でもある。リチウムは、相対的に高価である。
[0041]ここで引き続き図１を参照すると、Ｃｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金を作製するための方法１００が、本開示の一実施形態に従って例示されている。方法１００はステップ１１０で始まり、ここで銅合金が提供される。このＣｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金は、初期銅合金とも呼ばれ、本開示による任意の処理の前に、例えば、初期０．２％オフセット降伏強度、初期極限引張強度、初期成形性比、初期全破断伸び％、および／または初期電気伝導率（すなわちＩＡＣＳ％）などの初期特性を有する。
[0042]初期銅合金は、鋳造物の形態で提供することができる。あるいは、初期銅合金は、所望の形状を得るために、例えば、鋳造、クロッピング、フライス削り、熱間圧延、平フライス削りを含めた１つまたは複数のさらなる事前処理ステップを受けることができる。これらの事前処理ステップは、一般に、銅合金の特性を変化させない。
[0043]第１のステップ１２０では、初期銅合金は、１回目に第１の冷間加工パーセンテージ（ＣＷ％）に冷間加工される。冷間加工は、合金をロールの間に通過させ、ダイに入れ、またはそうでなければ冷間加工して、合金の断面を低減し、断面寸法を均一にする、典型的にほぼ室温で実施される金属成形法である。これにより、合金の強度が増大する。実施される冷間加工の度合いは、厚さの低減パーセントまたは面積の低減パーセントに関して示され、本開示では冷間加工パーセンテージ（ＣＷ％）と呼ばれる。特定の実施形態では、初期銅合金は、約８０ＣＷ％～約９５ＣＷ％および約８２ＣＷ％～約９２ＣＷ％を含めて、約６０ＣＷ％～約９５ＣＷ％の第１のＣＷ％に冷間加工される。
[0044]第２のステップ１３０では、冷間加工された銅合金は、１回目に溶液アニーリングされる。より具体的には、第１のＣＷ％に冷間加工された銅合金は、溶液アニーリングされる。溶液アニーリングは、析出硬化可能な合金を、微細構造を単相に変換するのに十分高い温度に加熱することを含む。室温に急速にクエンチすることにより、合金を軟質かつ延性にし、粒子サイズの制御を助け、時効処理のために合金を調製する過飽和状態に、合金が置かれる。過飽和固溶体のその後の加熱により、強化相の析出が可能になり、合金が硬化する。任意の溶液アニーリング後に、結果物を「固定する（ｌｏｃｋ ｉｎ）」ために、水クエンチが実施されるべきである。クエンチ速度は、最小－１．１℃（３０°Ｆ）／秒であるべきであり、３７．８℃（１００°Ｆ）／秒までのクエンチ速度が許容される。
[0045]ステップ１３０の第１の溶液アニーリングは、約９５０℃（１７４２°Ｆ）～約１０５０℃（１９２２°Ｆ）または約９８０℃（１７９６°Ｆ）～約１０００℃（１８３２°Ｆ）の温度で実施され得る。第１の溶液アニーリングは、約１分～約１０分、より具体的な実施形態では、約２．５分～約５分の第１の期間にわたって実施され得る。
[0046]ステップ１４０では、溶液アニーリングされた銅合金は、２回目に第２の冷間加工パーセンテージ（ＣＷ％）に冷間加工される。特定の実施形態では、第２のＣＷ％は、約３０ＣＷ％～約８０ＣＷ％である。
[0047]ステップ１５０では、銅合金は、２回目に溶液アニーリングされる。ステップ１５０の第２の溶液アニーリングは、約９５０℃（１７４２°Ｆ）～約１０５０℃（１９２２°Ｆ）または約９８０℃（１７９６°Ｆ）～約１０００℃（１８３２°Ｆ）の温度で実施され得る。第２の溶液アニーリングは、約１．３分～約４分を含めて、約１分～約１０分の第２の期間にわたって実施され得る。
[0048]ステップ１６０では、銅合金は、３回目に第３の冷間加工パーセンテージ（ＣＷ％）に冷間加工される。特定の実施形態では、第３のＣＷ％は、約４０ＣＷ％～約８０ＣＷ％を含めて、約３０ＣＷ％～約８０ＣＷ％である。すべての３つの冷間加工ステップの最小累積冷間加工は、少なくとも８５ＣＷ％である。
[0049]初期銅合金鋳造物が特に厚い一部の状況では、第３の溶液アニーリングおよび第４の冷間加工が所望され得ることを記しておく。このような場合には、第３の溶液アニーリングは、ステップ１５０について記載されるパラメータに従って実施され得て、第４の冷間加工は、ステップ１６０について記載されるパラメータに従って実施され得る。
[0050]次に、ステップ１７０では、冷間加工された銅合金は、第３の期間にわたって時効処理されて、改善された０．２％オフセット降伏強度を有する銅合金が得られる。時効処理は、結晶格子の欠陥移動を妨げる順序および微粒子（すなわち析出物）の不純物相を生成する熱処理技術である。これにより、合金が硬化する。特定の実施形態では、合金は、約４００℃（７５２°Ｆ）～約５００℃（９３２°Ｆ）または約４２０℃（７８８°Ｆ）～約４５０℃（８４２°Ｆ）の温度で時効処理される。時効処理は、約４時間～約２０時間、または約４時間～約８時間、または約６時間～約１８時間の第３の期間にわたって実施され得る。時効処理は、これらの温度範囲における複数の異なる温度で実施することができ、全時効処理時間は、第３の期間とみなされることを記しておく。通常、時効処理のために複数の異なる温度が使用される場合、次に続く時効処理温度は、前の時効処理温度よりも低い。
[0051]銅合金は、完全水素雰囲気中で時効処理され得る。「完全」という用語は、時効処理が行われる雰囲気が、１００％水素（Ｈ２）であることを意味する。比較のために、乾燥空気は、ほぼ０．５～１ｐｐｍｖの水素（Ｈ２）を含有する。水素の熱伝導率は空気の熱伝導率を超えるので、完全水素雰囲気中の時効処理は有意義である。
[0052]ステップ１２０～１７０の後、銅合金は、１つまたは複数の後処理ステップ１８０を受け得る。例えば、銅合金は、酸で洗われ、かつ／またはブラッシングされ得る。この方法は、ステップ１９０で終了する。
[0053]ステップ１７０の後に得られた銅合金は、改善された０．２％オフセット降伏強度を有し、「最終的な」銅合金とみなすことができる。最終的なＣｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金は、前述の通り、１つまたは複数の最終的な特性、例えば最終的な０．２％オフセット降伏強度、最終的な極限引張強度、最終的な成形性比、最終的な全破断伸び％、および最終的な電気伝導率（すなわちＩＡＣＳ％）などを有することができる。
[0054]０．２％オフセット降伏強度、極限引張強度、および全破断伸び％は、ＡＳＴＭ Ｅ８に従って測定される。弾性率は、ＡＳＴＭ Ｅ１１１－１７に従って測定される。成形性は、成形性比またはＲ／ｔ比（すなわち曲げ強度）によって測定され得る。これにより、不具合なしに厚さ（ｔ）のストリップを９０°曲げるのに必要な最小内側曲率半径（Ｒ）が特定され、すなわち成形性比は、Ｒ／ｔに等しい。良好な成形性を有する材料は、低成形性比（すなわち低Ｒ／ｔ）を有し、換言すればＲ／ｔが低いほど良好である。成形性比は、９０°Ｖ－ブロック試験を使用して測定することができ、ここで所与の曲率半径を有するパンチを使用して、試験ストリップを９０°ダイに押し入れ、次に曲げ部の外径を亀裂について検査する。成形性比は、横（悪いやり方）方向の成形性に対する縦（良好なやり方）方向の成形性の比、またはＧＷ／ＢＷとして報告することもできる。
[0055]本開示の第３の態様によれば、これらのＣｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ銅合金から成形された物品が記載される。本開示の銅合金は、良好な０．２％オフセット降伏強度、高い成形性、および高電気伝導率の組合せを有する。
[0056]合金は、ビレット、プレート、ストリップ、ホイル、ワイヤー、ロッド、チューブ、またはバーなどの物品に成形することができる。本開示の目的では、ビレットは、通常、断面積が大きい固体金属形態である。プレートは、直線の２辺を有し、４．８ミリメートル（ｍｍ）を超える均一な厚さを有し、最大厚さが約２１０ｍｍであり、幅が３０ｍｍを超える、一般に長方形断面の平坦表面生成物である。ストリップは、直線の２辺を有し、４．８ミリメートル（ｍｍ）までの均一な厚さを有する、一般に長方形断面の平坦表面生成物である。これは一般に、投入物の厚さをストリップの厚さまで低減するように、投入物を圧延することによって行われる。バーは、０．４８ｍｍを超える均一な厚さを有し、最大幅が３０ｍｍである、一般に長方形断面の平坦表面生成物である。ワイヤーは、ストリップ以外の固体断面であり、コイル内に、またはスプールもしくはリール上に提供される。ロッドは、直線長さで提供された、円形固体断面である。チューブは、円形または他の断面を有するシームレスな中空生成物である。ホイルは、典型的に０．０４ｍｍ以下の均一な厚さを有する、非常に薄い平坦表面生成物である。これらの様々な物品は、一部重複し得ることを記しておく。
[0057]本開示の銅合金は、様々な適用のための様々な形状の特定の物品、例えば携帯電話のヒートシンク、または広範な電気および電子デバイス、部品、およびパーツ、例えばワイヤー、ケーブル、電気コネクタ、電気コンタクト、電気接地プレート、ファラデー遮蔽壁、ヒートスプレッダー、ワイヤーハーネス端子コンタクト、プロセッサーソケットコンタクト、バックプレーン、ミッドプレーン、またはカードエッジサーバーコネクタなどを作製するために使用することもできる。
[0058]以下の実施例は、本開示の合金、方法、物品、および特性を例示するために提供される。実施例は、単に例示的なものであり、本開示を前述の材料、条件、または方法パラメータに限定することを企図しない。
実施例１
[0059]図２は、本開示の一態様による、エッチングされた高伝導率Ｃｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金の画像である。銅合金は、改善された析出強化を示す。酸化ジルコニウムまたは酸化クロムの線が矢印で示されており、それらは良性である。円は、ケイ化クロムまたはクロム不純物を示す。小さな針の外観を有し、合金の強度にとって有害なケイ化ジルコニウムは、観察されなかった。理論に拘泥するものではないが、ケイ化ジルコニウムは、典型的に約１３１６℃（約２４００°Ｆ）の温度で形成され、銅合金は、この温度には決して到達せず、したがって、ケイ化ジルコニウムは決して形成されないと考えられる。あるいは、ジルコニウムは、既に酸化物に結合し、またはクロムと化合しており、したがって、ケイ化ジルコニウムが普通は析出するはずの場合、遊離ジルコニウムは出現しない。
[0059]図２は、本開示の一態様による、エッチングされた高伝導率Ｃｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金の画像である。銅合金は、改善された析出強化を示す。酸化ジルコニウムまたは酸化クロムの線が矢印で示されており、それらは良性である。円は、ケイ化クロムまたはクロム不純物を示す。小さな針の外観を有し、合金の強度にとって有害なケイ化ジルコニウムは、観察されなかった。理論に拘泥するものではないが、ケイ化ジルコニウムは、典型的に約１３１６℃（約２４００°Ｆ）の温度で形成され、銅合金は、この温度には決して到達せず、したがって、ケイ化ジルコニウムは決して形成されないと考えられる。あるいは、ジルコニウムは、既に酸化物に結合し、またはクロムと化合しており、したがって、ケイ化ジルコニウムが普通は析出するはずの場合、遊離ジルコニウムは出現しない。
実施例２
[0060]いくつかの異なる合金を、本開示に従って作製し、処理した。次に、それらの特性をいくつかの異なる時点で測定し、平均化した。表Ａは、加熱物ごとの合金の組成をｗｔ％で特定する（残余は銅）。表Ｂは、各加熱物に適用される処理パラメータを記載する。「ＣＷ」は、冷間加工の略語である。２つの溶液アニーリング温度は、共に９８８℃（１８１０°Ｆ）であった。表Ｃは、測定したすべての結果を提供する。表Ｄは、加熱物ごとに測定された平均的な特性を提供する。ＧＷおよびＢＷは、成形性測定値を指す。
[0060]いくつかの異なる合金を、本開示に従って作製し、処理した。次に、それらの特性をいくつかの異なる時点で測定し、平均化した。表Ａは、加熱物ごとの合金の組成をｗｔ％で特定する（残余は銅）。表Ｂは、各加熱物に適用される処理パラメータを記載する。「ＣＷ」は、冷間加工の略語である。２つの溶液アニーリング温度は、共に９８８℃（１８１０°Ｆ）であった。表Ｃは、測定したすべての結果を提供する。表Ｄは、加熱物ごとに測定された平均的な特性を提供する。ＧＷおよびＢＷは、成形性測定値を指す。
[0061]表Ｄの結果をまとめると、平均０．２％オフセット降伏強度は、７５ｋｓｉ～８０ｋｓｉの範囲であった。平均極限引張強度（ＵＴＳ）は、８０ｋｓｉ～８５ｋｓｉの範囲であった。平均電気伝導率（ＩＡＣＳ％）は、７８ＩＡＣＳ％～８１ＩＡＣＳ％の範囲であった。すべての加熱物の成形性は高かった。
実施例３
[0062]いくつかの追加の合金を、本開示に従って作製し、処理した。次に、それらの特性をいくつかの異なる時点で測定し、平均化した。表Ｅは、加熱物ごとの合金の組成をｗｔ％で特定する（残余は銅）。すべての加熱物を、約９５０℃（１７４２°Ｆ）～約１０５０℃（１９２２°Ｆ）の温度で溶液アニーリングし、４４１℃（８２５°Ｆ）で６時間、次に４２７℃（８００°Ｆ）でさらに６時間時効処理した。表Ｆは、加熱物ごとに測定された平均的な特性を提供する。ＧＷおよびＢＷは、成形性測定を指す。
[0062]いくつかの追加の合金を、本開示に従って作製し、処理した。次に、それらの特性をいくつかの異なる時点で測定し、平均化した。表Ｅは、加熱物ごとの合金の組成をｗｔ％で特定する（残余は銅）。すべての加熱物を、約９５０℃（１７４２°Ｆ）～約１０５０℃（１９２２°Ｆ）の温度で溶液アニーリングし、４４１℃（８２５°Ｆ）で６時間、次に４２７℃（８００°Ｆ）でさらに６時間時効処理した。表Ｆは、加熱物ごとに測定された平均的な特性を提供する。ＧＷおよびＢＷは、成形性測定を指す。
比較例１
[0063]Ｃｕ－０．５９Ｃｒ－０．１６Ｎｉ－０．０９Ａｇ－０．０４Ｓｉ合金を、本開示に従って処理した（すなわち、３つの冷間加工ステップ、２つの溶液アニーリングステップ、および時効処理）。得られた合金は、６７．４ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および７８．５ＩＡＣＳ％の伝導率を有していた。
[0063]Ｃｕ－０．５９Ｃｒ－０．１６Ｎｉ－０．０９Ａｇ－０．０４Ｓｉ合金を、本開示に従って処理した（すなわち、３つの冷間加工ステップ、２つの溶液アニーリングステップ、および時効処理）。得られた合金は、６７．４ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および７８．５ＩＡＣＳ％の伝導率を有していた。
比較例２
[0064]Ｃｕ－０．９４Ｃｒ－０．４１Ｎｉ－０．１５Ｓｉ合金を、本開示に記載される通り、３つの冷間加工ステップおよび２つの溶液アニーリングステップにより処理し、４４１℃（８２５°Ｆ）で３時間、時効処理した。得られた合金は、７３ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および６８ＩＡＣＳ％の伝導率を有していた。
[0064]Ｃｕ－０．９４Ｃｒ－０．４１Ｎｉ－０．１５Ｓｉ合金を、本開示に記載される通り、３つの冷間加工ステップおよび２つの溶液アニーリングステップにより処理し、４４１℃（８２５°Ｆ）で３時間、時効処理した。得られた合金は、７３ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および６８ＩＡＣＳ％の伝導率を有していた。
[0065]様々な熱処理を、この合金に対して実施した。測定された０．２％オフセット降伏強度は、６５～７０ｋｓｉの範囲であり、伝導率は、６２～６７ＩＡＣＳ％の範囲であった。
[0066]比較のために、本開示のＣｕ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ａｇ－Ｔｉ－Ｚｒ合金を、同じパラメータで処理した。この合金は、７４ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および７４ＩＡＣＳ％の伝導率を有し、すなわち両方の特性についてより高い値を有していた。
比較例３
[0067]いくつかのＮｉ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ｍｎ－Ｚｒ合金を、本開示と同様に作製し、処理した。本開示のように時効処理の前に３つの冷間加工ステップおよび２つの溶液アニーリングステップを行う代わりに、これらの合金を、時効処理の前に２つの冷間加工ステップおよび１つの溶液アニーリングステップを用いて処理した。
[0067]いくつかのＮｉ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ｍｎ－Ｚｒ合金を、本開示と同様に作製し、処理した。本開示のように時効処理の前に３つの冷間加工ステップおよび２つの溶液アニーリングステップを行う代わりに、これらの合金を、時効処理の前に２つの冷間加工ステップおよび１つの溶液アニーリングステップを用いて処理した。
[0068]次に、それらの特性を測定し、平均化した。表Ｅは、加熱物ごとの合金の組成をｗｔ％で特定する（残余は銅）。表Ｆは、各加熱物に適用された処理パラメータを記載する。「ＣＷ」は、冷間加工の略語である。２つの溶液アニーリング温度は、共に９８８℃（１８１０°Ｆ）であった。表Ｇは、実施ごとに測定された平均的な特性を提供する。
[0069]ここでわかる通り、これらの合金についてのＩＡＣＳ％は、相対的に低く、５３ＩＡＣＳ％を超えない。
[0070]本開示を、例示的な実施形態を参照することにより説明してきた。前述の詳細な説明を読み取り、理解する際には、修正形態および変更形態に思い当たられよう。本開示は、このような修正形態および変更形態が、添付の特許請求の範囲またはその等価物の範囲において生じる限り、それらすべてを含むものと解釈されることが企図される。
[0070]本開示を、例示的な実施形態を参照することにより説明してきた。前述の詳細な説明を読み取り、理解する際には、修正形態および変更形態に思い当たられよう。本開示は、このような修正形態および変更形態が、添付の特許請求の範囲またはその等価物の範囲において生じる限り、それらすべてを含むものと解釈されることが企図される。
Claims (24)
- 銅合金であって、
約０．５ｗｔ％～約１ｗｔ％のクロム、
約０．０２ｗｔ％～約０．１ｗｔ％のケイ素、
約０．１ｗｔ％～約０．２ｗｔ％の銀、
約０．０１５ｗｔ％～約０．０５ｗｔ％のチタン、
約０．０２ｗｔ％～約０．０６ｗｔ％のジルコニウム、および
残余の銅
を含み、
少なくとも７０ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および少なくとも７５％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する、
前記銅合金。 - 少なくとも８０ｋｓｉの極限引張強度をさらに有する、請求項１に記載の銅合金。
- 少なくとも７％の全破断伸び％をさらに有する、請求項１または２に記載の銅合金。
- ０．０／０．０の成形性比をさらに有する、請求項１から３のいずれかに記載の銅合金。
- 少なくとも７５ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度および少なくとも８０％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する、請求項１から４のいずれかに記載の銅合金。
- 少なくとも７０ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度、少なくとも７５％ＩＡＣＳの電気伝導率、少なくとも７５ｋｓｉの極限引張強度、および少なくとも７％の全破断伸び％を有する、請求項１に記載の銅合金。
- スズまたはベリリウムを含有しない、請求項１から６のいずれかに記載の銅合金。
- ケイ化ジルコニウムを含まない、請求項１から７のいずれかに記載の銅合金。
- 請求項１から８のいずれかに記載の銅合金から成形される物品。
- ビレット、プレート、ストリップ、ホイル、ワイヤー、ロッド、チューブ、またはバーである、請求項９に記載の物品。
- 銅合金を作製する方法であって、
銅合金を、第１の冷間加工パーセンテージ（ＣＷ％）に冷間加工するステップ、
冷間加工された銅合金を、１回目に第１の期間にわたって溶液アニーリングするステップ、
アニーリングされた銅合金を、第２のＣＷ％に冷間加工するステップ、
冷間加工された銅合金を、２回目に第２の期間にわたって溶液アニーリングするステップ、
溶液アニーリングされた銅合金を、第３のＣＷ％に冷間加工するステップ、および
冷間加工された銅合金を、第３の期間にわたって時効処理して、前記銅合金を得るステップ
を含み、
前記銅合金が、少なくとも７０ｋｓｉの降伏強度および少なくとも７５％ＩＡＣＳの伝導率を有する、
前記方法。 - 前記第１のＣＷ％が、約６０％～約９５％である、請求項１１に記載の方法。
- 前記第２のＣＷ％が、約３０％～約８０％である、請求項１１または１２のいずれかに記載の方法。
- 前記第３のＣＷ％が、約３０％～約８０％である、請求項１１から１３のいずれかに記載の方法。
- 最小累積冷間加工が、少なくとも８５％である、請求項１１から１４のいずれかに記載の方法。
- 第１の溶液アニーリングが、約９５０℃～約１０５０℃の温度で実施される、請求項１１から１５のいずれかに記載の方法。
- 前記第１の期間が、約１分～約１０分である、請求項１１から１６のいずれかに記載の方法。
- 第２の溶液アニーリングが、約９５０℃～約１０５０℃の温度で実施される、請求項１１から１７のいずれかに記載の方法。
- 前記第２の期間が、約１分～約１０分である、請求項１１から１８のいずれかに記載の方法。
- 前記時効処理が、約４００℃～約５００℃の温度で実施される、請求項１１から１９のいずれかに記載の方法。
- 前記第３の期間が、約４時間～約２０時間である、請求項１１から２０のいずれかに記載の方法。
- 前記時効処理が、完全水素雰囲気中で実施される、請求項１１から２１のいずれかに記載の方法。
- 前記銅合金が、
約０．５ｗｔ％～約１ｗｔ％のクロム、
約０．０２ｗｔ％～約０．１ｗｔ％のケイ素、
約０．１ｗｔ％～約０．２ｗｔ％の銀、
約０．０１５ｗｔ％～約０．０５ｗｔ％のチタン、
約０．０２ｗｔ％～約０．０６ｗｔ％のジルコニウム、および
残余の銅
を含む、請求項１１から２２のいずれかに記載の方法。 - 請求項１１から２３のいずれか一項に記載の方法によって製造される、銅合金。
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