JP2023513664A - Ｇ相を含む銅－ニッケル－ケイ素－マンガン（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｍｎ）合金及びその製造方法 - Google Patents

Ｇ相を含む銅－ニッケル－ケイ素－マンガン（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｍｎ）合金及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2023513664000001
【課題】本発明は、Ｇ相を含む銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、マンガンを添加して合金の結晶粒界にＧ相を形成して、介在物が低減され、優れた強度及び耐摩耗性を有しながら経済性も向上させることができる銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金及びその製造方法に関するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｇ相（Ｇ－Ｐｈａｓｅ）を含む銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金及びその製造方法に関するものである。より詳細には、本発明は、マンガンを添加して合金の結晶粒界にＧ相を形成させ、介在物を低減し、優れた強度及び耐摩耗性を有しながら経済性も向上させることができる銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金及びその製造方法に関するものである。
銅合金は、高い強度及び電気伝導度特性で電気・電子部品に応用され、広く使用されている。その中で、銅－ベリリウム（Ｃｕ－Ｂｅ）系合金は、広範な強度と伝導度を有する代表的な析出硬化型銅合金としてリードフレーム、コネクタなどの多様な電気・電子部品に応用され、広く使用されてきた。しかし、銅－ベリリウム系合金は高価で酸化しやすく、加工時のベリリウムの毒性により環境や人体に有害な欠点があり、現在、様々な国で銅－ベリリウム系合金の製造を避けている。したがって、銅－ベリリウム系合金を置き換えることができる高強度及び高伝導度を有する銅合金の開発に対する要請が続いてきた。
また、近年、自動車用耐摩耗部品の使用が増加するにつれて、繰り返しの振動や摩擦が負荷される自動車用部品の環境に合わせて強度及び耐摩耗性が向上した代替銅合金に対する需要があり、上記の銅－ベリリウム系合金を置き換えるために、銅－ニッケル－ケイ素（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ）系合金を用いることになった。
銅－ニッケル－ケイ素系合金も析出硬化型銅合金で、他の銅合金に比べ優れた強度、電気伝導性、曲げ加工性などを有し、リードフレーム、コネクタなどの素材として多く使用され、現在広く開発されている合金の一つである。このような銅－ニッケル－ケイ素系合金は、銅基質から微細なニッケル－ケイ素（Ｎｉ－Ｓｉ）系金属間化合物粒子を析出させることにより強度及び電気伝導度を向上させることができる。しかしながら、ニッケル及びケイ素の添加量が増加するほど介在物が形成され強度及び延性が減少することができ、上記の介在物を効果的に減少させる銅－ニッケル－ケイ素系合金の開発が必要である。
また、銅－ニッケル－ケイ素系合金は時効硬化型合金で溶体化処理及び長時間の時効処理が必要であるが、このような工程に進むと経済性が良くないことがある。したがって、銅合金の物性を改善しながら経済性も向上させることができる銅－ニッケル－ケイ素系合金の開発も必要である。
本発明の背景技術として韓国登録特許第１０－１６２７６９６号［特許文献１］で自動車及び電気電子部品用銅合金材及びその製造方法が開示されている。
韓国登録特許 第１０－１６２７６９６号公報
本発明の目的は、結晶粒界に新たな化合物を形成して介在物が低減された銅－ニッケル－ケイ素合金及びその製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、結晶粒界に新たな化合物を形成して合金の強度及び耐摩耗性等の機械的特性が向上し、介在物が低減された銅－ニッケル－ケイ素合金及びその製造方法を提供することである。
本発明のまた他の目的は、結晶粒界に新たな化合物を形成して合金の加工性が向上し、介在物が低減された銅－ニッケル－ケイ素合金及びその製造方法を提供することである。
本発明のまた他の目的は、溶体化及び時効処理工程を縮小することができる介在物が低減された銅－ニッケル－ケイ素合金の製造方法を提供することである。
本発明のまた他の目的及び利点は、以下の発明の詳細な説明、特許請求の範囲、及び図面を通じ、さらに明確になる。
本発明の一側面によれば、マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ）合金であって、前記合金中の結晶粒界にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）を含むことを特徴とする、銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金が提供される。
本発明の一実施形態によれば、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の全体重量に対し、２～６重量％のニッケル（Ｎｉ）；０．５～２重量％のケイ素（Ｓｉ）；０．５～２．５重量％のマンガン（Ｍｎ）；及び銅（Ｃｕ）と不可避不純物の残部；を含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の全体重量に対し、０．７～２．２重量％のマンガン（Ｍｎ）を含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の全体重量に対し、０．５～１．５重量％のケイ素（Ｓｉ）を含むことができる
本発明の一実施形態によれば、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の含量比Ｍｎ／Ｎｉが０．０８～１．３であることができる。
本発明の一実施形態によれば、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の合計とケイ素（Ｓｉ）の含量比（Ｍｎ＋Ｎｉ）／Ｓｉが１．２～１８であることができる。
本発明の一実施形態によれば、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、ニッケル（Ｎｉ）とケイ素（Ｓｉ）の含量比Ｎｉ／Ｓｉが０．９～１３であることができる。
本発明の一実施形態によれば、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は均質化処理によって形成されたものであることができる。
本発明の一実施形態によれば、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、引張強度が８３０～１２００ＭＰａであることができる。
本発明の一実施形態によれば、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、合金内の介在物が低減し、合金の耐摩耗性及び延伸率を増加させることができる。
本発明の他の側面によれば、ｉ）合金の全体重量に対し、２～６重量％のニッケル（Ｎｉ）；０．５～２重量％のケイ素（Ｓｉ）；０．５～２．５重量％のマンガン（Ｍｎ）；及び銅（Ｃｕ）と不可避不純物の残部；を含む銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金を鋳造する段階；及び、ｉｉ）前記鋳造された銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金を均質化処理する段階；を含み、介在物が低減される銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法が提供される。
本発明の一実施形態によれば、前記段階ｉｉ）の均質化処理は、９００℃～１１００℃で行うことを含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、本願の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法は、ｉｉｉ）前記均質化処理された銅－ニッケル－ケイ素合金を圧延する段階；及びｉｖ）前記圧延された銅－ニッケル－ケイ素合金を時効処理する段階；をさらに含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、前記段階ｉｉｉ）の圧延は、８５％～９５％の冷間圧延で行うことを含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、前記段階ｉｖ）の時効処理は、３５０℃～４５０℃で１分～１５分行うことを含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金中の結晶粒界にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）が生成されたことを特徴とすることができる。
本発明の一実施形態によれば、本願の製造方法によって製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の含量比Ｍｎ／Ｎｉが０．０８～１．３であることができる。
本発明の一実施形態によれば、本願の製造方法によって製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の合計とケイ素（Ｓｉ）の含量比（Ｍｎ＋Ｎｉ）／Ｓｉが、１．２～１８であることができる。
本発明の一実施形態によれば、本願の製造方法によって製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、ニッケル（Ｎｉ）とケイ素（Ｓｉ）の含量比Ｎｉ／Ｓｉが０．９～１３であることができる。
本発明の一実施形態によれば、マンガン（Ｍｎ）を添加して結晶粒界にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）を形成し、銅－ニッケル－ケイ素合金の介在物を低減することができる。
本発明の一実施形態によれば、マンガン（Ｍｎ）を添加して結晶粒界にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）を形成し、銅－ニッケル－ケイ素合金の強度及び耐摩耗性を含む機械的特性を向上させることができる。
本発明の一実施形態によれば、マンガン（Ｍｎ）を添加して結晶粒界にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）を形成し、銅－ニッケル－ケイ素合金の加工性を向上させることができる。
本発明の一実施形態によれば、マンガン（Ｍｎ）を添加した銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程で溶体化処理の代わりに均質化処理を行い、溶体化及び時効処理工程を縮小することができ、製造工程の経済性を改善できる。
マンガン（Ｍｎ）添加による銅－ニッケル－ケイ素合金の介在物減少効果を示す図である。 溶体化処理後の時効時の不連続析出物生成を確認するための銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程を示すグラフである。 マンガン（Ｍｎ）が添加されていない銅－ニッケル－ケイ素合金の溶体化処理後の時効時の不連続析出物を示す図である。 マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金の溶体化処理後の時効時の不連続析出物を示す図である。 マンガン（Ｍｎ）の添加の有無による銅－ニッケル－ケイ素合金の溶体化処理後の時効時間による硬度を示すグラフである。 マンガン（Ｍｎ）の添加の有無及び時効時間による銅－ニッケル－ケイ素合金の不連続析出物を示す図である。 マンガン（Ｍｎ）の添加の有無及び時効時間による銅－ニッケル－ケイ素合金の結晶粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）の構造を示す図である。 マンガン（Ｍｎ）が添加されていない銅－ニッケル－ケイ素合金の結晶粒界に形成された化合物を示す図である。 マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金の結晶粒界に形成された化合物を示す図である。 マンガン（Ｍｎ）の添加の有無による銅－ニッケル－ケイ素合金の析出物を示す図である。 マンガン（Ｍｎ）の添加の有無及び時効時間による銅－ニッケル－ケイ素合金の析出物平均サイズを示すグラフである。 本発明の一実施形態による溶体化処理を含む銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程を示すグラフである。 本発明の一実施形態による均質化処理を含む銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程を示すグラフである。 本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金の溶体化処理または均質化処理後の時効処理時間による硬度及び伝導度を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるマンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金のＸ線分析グラフである。 本発明の一実施形態による均質化処理時にマンガン（Ｍｎ）の添加の有無に応じる結晶粒界に形成された化合物を示す図である。 本発明の一実施形態による均質化処理時にマンガン（Ｍｎ）の添加の有無に応じる結晶粒界及び亜結晶粒界（ｓｕｂ ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に形成された化合物を示す図である。 本発明の一実施形態による鋳造及び均質化処理時の銅－ニッケル－ケイ素合金の機械的特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態による均質化処理後の圧延及び時効処理時の銅－ニッケル－ケイ素合金の機械的特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程を示すグラフである。 本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金の引張強度－延伸率グラフである。 本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金の引張強度－伝導度グラフである。 本発明の一実施形態に係る銅－ニッケル－ケイ素合金のマンガン添加量及び加工熱処理工程による引張強度を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る銅－ニッケル－ケイ素合金のマンガン添加量及び加工熱処理工程による延伸率を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る銅－ニッケル－ケイ素合金のマンガン添加量及び加工熱処理工程による伝導度を示すグラフである。 本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金のＭｎ／Ｎｉ値による引張強度を示すグラフである。 本発明の一実施形態による摩擦係数測定のための銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程を示すグラフである。 本発明の一実施形態による摩擦係数測定試験の概略図である。 本発明の一実施形態に係る銅－ニッケル－ケイ素合金の摩擦係数測定試験結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金の摩耗試験結果を示すグラフである。
本発明は、様々な変換を加えることができ、様々な実施形態を有することができるため、特定の実施形態を図面に例示し、詳細に説明する。しかしながら、これは、本発明を特定の実施形態に限定することを意図するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係わりのある公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を却って不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
本願で用いた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いたものであって、本発明を限定することを意図するものではない。単数の表現は、文脈上明らかに別段の意味を持たない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は、本明細書に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除するものではないと理解されるべきである。
以下、添付の表及び図面を参照して本発明による介在物が低減された銅－ニッケル－ケイ素合金及びその製造方法について具体的に説明する。
本発明の一側面によれば、マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ）合金であって、前記合金中の結晶粒界にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）を含むことを特徴とする、銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金が提供される。
銅－ニッケル－ケイ素合金は、代表的な析出硬化型の銅合金であり、銅基質にＮｉ２Ｓｉのような微細なニッケル－ケイ素（Ｎｉ－Ｓｉ）系金属間化合物粒子を析出させ、強度及び電気伝導度を向上させることができることを特徴とする。しかしながら、本発明者らは、銅－ニッケル－ケイ素合金にマンガンを添加して、介在物が低減され、強度及び耐摩耗性など機械的特性及び加工性が改善できることを見出した。また、本発明者らは、合金内にＮｉ２Ｓｉではなく、鉄鋼分野で主に見られる化合物であるＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）が合金中の結晶粒界に形成されることを確認し、介在物が低減され、優れた強度及び耐摩耗性を有しつつ経済性も向上させることができる銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金を提供する。
これに限定されないが、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の全体重量に対し、２～６重量％のニッケル（Ｎｉ）；０．５～２重量％のケイ素（Ｓｉ）；０．５～２．５重量％のマンガン（Ｍｎ）；及び銅（Ｃｕ）と不可避不純物の残部；を含むことができる。
銅－ニッケル－ケイ素合金は、代表的な析出硬化型銅合金であり、銅基質にＮｉ２Ｓｉのような微細なニッケル－ケイ素（Ｎｉ－Ｓｉ）系金属間化合物粒子を析出させ、強度及び電気伝導度を向上させることができるのが特徴である。しかしながら、本発明者らは、Ｎｉ２Ｓｉではなく、鉄鋼分野で主に見られる化合物であるＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）が形成されることを確認し、これにより機械的特性及び加工性が向上することを確認した。
ニッケル（Ｎｉ）は、固溶硬化元素であり、Ｎｉ－Ｓｉ系析出物を形成して銅合金の強度及び電気伝導度特性を向上させることができる元素として知られているが、本願ではマンガン（Ｍｎ）が添加されるにつれてＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）を形成し、合金の強度及び硬度を含む機械的特性の向上に寄与することができる。ニッケル（Ｎｉ）の含有量が２重量％未満であると、上記の効果が十分でない可能性がある。一方、過剰のニッケルは、電気伝導度の低下または粗大析出物生成による曲げ加工性低下を招くことができ、６重量％を超えないことが好適である。
ケイ素（Ｓｉ）は、Ｎｉ－Ｓｉ系析出物形成に必要な元素であり、Ｎｉ－Ｓｉ系析出物はＮｉ２Ｓｉを主体とする化合物である。合金中のＮｉ及びＳｉは時効処理によりいずれも析出物となるとは言えず、ある程度は母相中に固溶した状態で存在する。固溶状態のＮｉ及びＳｉは銅合金の強度を向上させるが、析出状態に比べてその効果は小さく電気伝導度を低下させる原因となり得る。したがって、ケイ素（Ｓｉ）の含有量は、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の全体重量に対し、０．５～２重量％であることが好適である。これに限定されるものではないが、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、合金全体重量に対し、０．５～１．５重量％のケイ素（Ｓｉ）を含むことが機械的特性及び加工性等の向上にさらに好適であり、０．７９～１．２６重量％を含むことがより好適であることができる。
銅－ニッケル－ケイ素系合金は、ニッケル及びケイ素の添加量増大に応じて合金の強度を増大させることができるが、ある程度の添加量を超えると強度の増大が飽和することがある。
マンガン（Ｍｎ）は、固溶元素及び他の元素と微細化合物を形成して合金の強度、耐食性及び耐摩耗性を向上させることができる。また、合金内マトリックス組織にニッケル（Ｎｉ）及びケイ素（Ｓｉ）と共存する場合、金属間化合物を作って合金の耐摩耗性を向上させることができる。本願では、マンガン（Ｍｎ）が銅、ニッケル及びケイ素と適切な含量比で添加されるにつれて、Ｍｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）を形成し合金の強度及び硬度を含めた機械的特性、加工性及び耐摩耗性の向上に寄与することができる。したがって、マンガン（Ｍｎ）の含有量は、０．５～２．５重量％であることが、合金の機械的特性、加工性及び耐摩耗性の改善に好適であり、０．５～２．２重量％であることがさらに好適であり、０．７～２．２重量％であることがより好適であり、０．５～２．１４重量％であることがより好適であることができる。
これに限定されるものではないが、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の含量比Ｍｎ／Ｎｉが０．０８～１．３となるようにマンガン（Ｍｎ）及びニッケル（Ｎｉ）を含むことができ、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の含量比Ｍｎ／Ｎｉが０．１５～０．４であることが機械的特性、加工性及び耐摩耗性の向上にさらに好適であり、０．１８～０．３７であることがより好適であることができる。
これに限定されるものではないが、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の合計とケイ素（Ｓｉ）の含量比（Ｍｎ＋Ｎｉ）／Ｓｉが１．２～１８となるようにマンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）及びケイ素（Ｓｉ）を含むことができ、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の合計とケイ素（Ｓｉ）の含量比（Ｍｎ＋Ｎｉ）／Ｓｉが４～６．５であることが機械的特性、加工性及び耐摩耗性の向上において、さらに好適であり、４．１７～６．４５であることがより好適であることができる。
これに限定されるものではないが、前記銅－ニッケル－ケイ素合金は、ニッケル（Ｎｉ）とケイ素（Ｓｉ）の含量比Ｎｉ／Ｓｉが０．９～１３となるようにニッケル（Ｎｉ）及びケイ素（Ｓｉ）を含むことができ、ニッケル（Ｎｉ）とケイ素（Ｓｉ）の含量比Ｎｉ／Ｓｉが３．５～５であることが機械的特性、加工性及び耐摩耗性の向上にさらに好適であり、３．５４～４．７６であることがより好適であることができる。
前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、均質化処理によって形成されたものであり得る。従来の銅－ニッケル－ケイ素合金とは異なり、溶体化処理の代わりに均質化処理された本願の合金は、強度や耐摩耗性などの機械的物性を確保することができる。
このとき、均質化処理後の圧延及び時効処理時の引張強度が８３０～１２００ＭＰａであることができる。これに限定されるものではないが、マンガン（Ｍｎ）の含有量は、０．７～２．１５重量％のマンガン（Ｍｎ）を含むことが、機械的特性、加工性及び耐摩耗性の向上にさらに適している可能性がある。このとき、均質化処理後の圧延及び時効処理時の引張強度が８４０～１１００ＭＰａであることができる。
また、均質化処理により、前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、合金内介在物が減少し、合金の耐摩耗性及び延伸率が増加することができる。
本発明の他の側面によれば、ｉ）合金の全体重量に対し、２～６重量％のニッケル（Ｎｉ）；０．５～２重量％のケイ素（Ｓｉ）；０．５～２．５重量％のマンガン（Ｍｎ）；及び銅（Ｃｕ）と不可避不純物の残部；を含む銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金を鋳造する段階；及び、ｉｉ）前記鋳造された銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金を均質化処理する段階；を含み、介在物が低減される、銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法が提供される。
これに限定されるものではないが、前記段階ｉｉ）の均質化処理は、９００℃～１１００℃で行うことを含むことができる。これに限定されるものではないが、前記段階ｉｉ）の均質化処理が９００℃未満で行われる場合、均質化効果が微小であることができ、１１００℃を超えると合金の温度が過度に上昇して銅が溶けることがある。これに限定されるものではないが、前記工程ｉｉ）の均質化処理は、７時間～９時間の間行われることが好ましく、７時間３０分～８時間３０分行われることがさらに好ましい。
これに限定されるものではないが、本願の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法は、ｉｉｉ）前記均質化処理された銅－ニッケル－ケイ素合金を圧延する段階；及び、ｉｖ）前記圧延された銅－ニッケル－ケイ素合金を時効処理する段階をさらに含むことができる。
これに限定されるものではないが、前記段階ｉｉｉ）の圧延は、８５％～９５％の冷間圧延で行うことを含んでもよい。冷間圧延は常温で実施され、硬度と引張強度及び加工性向上に影響を与えることができる。
これに限定されるものではないが、前記段階ｉｖ）の時効処理は、３５０℃～４５０℃で１分～１５分行うことを含むことができる。これに限定されるものではないが、前記段階ｉｖ）の時効処理は、４００～４５０℃で行うことが金属間化合物形成による強度上昇作用が最も著しく現れ、さらにより好適であることができる。時効処理温度が３５０℃未満であると時効処理時間が長くなるにつれ、生産性が急激に低下することがあり、４５０℃を超えると粗大析出物を形成して合金の強度を減少させることができる。
これに限定されるものではないが、製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金中の結晶粒界にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）が生成されたことを特徴とすることができる。
これに限定されるものではないが、本願の製造方法により製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の含量比Ｍｎ／Ｎｉが０．０８～１．３であってもよい。
これに限定されるものではないが、本願の製造方法により製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の合計とケイ素（Ｓｉ）の含量比（Ｍｎ＋Ｎｉ）／Ｓｉが１．２～１８であってもよい。
これに限定されるものではないが、本願の製造方法により製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、ニッケル（Ｎｉ）とケイ素（Ｓｉ）の含量比Ｎｉ／Ｓｉが０．９～１３であってもよい。
［実験例］
１． マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金の製造 １
本発明の銅－ニッケル－ケイ素にマンガン（Ｍｎ）の添加時の効果を確認するために、下記表１の組成を有する合金を製造した。
図２は、溶体化処理後の時効時の不連続析出物生成を確認するための銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程を示すグラフである。図２を参照すると、Ａｌｌｏｙ１及びＡｌｌｏｙ２は、表１の組成によって合金成分を加熱及び溶解して鋳造後の試験片を作製し、この試験片を断面積減少率７５％まで常温でスウェージング（ｓｗａｇｉｎｇ）した。スウェージングした試験片を９８０℃の温度で１時間溶体化処理（ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ、Ｓ．Ｈ．Ｔ．）及び水冷（ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ、Ｗ．Ｑ．）後、４５０～５５０℃で２４時間の時効処理（ａｇｉｎｇ）を行った。時効処理された試験片を空冷（ａｉｒ ｃｏｏｌｉｎｇ、Ａ．Ｃ．）した後、断面積減少率０～９９％に引き抜き（Ｄｒａｗｉｎｇ）して銅－ニッケル－ケイ素合金を製造した。
Figure 2023513664000002
図３は、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない銅－ニッケル－ケイ素合金の溶体化処理後の時効時の硬度及び不連続析出物を示す図である。図３を参照すると、Ｃｕ－４．７５Ｎｉ－１．１３Ｓｉ合金（Ａｌｌｏｙ１）は、時効処理温度が４５０℃の場合、時効処理時間が長くても硬度変化は大きくない。一方、時効処理温度が５００℃及び５５０℃の場合、時効処理時間が長くなるにつれて硬度が著しく減少し、特に５００℃の場合、硬度が急激に減少することを確認した。また、Ｃｕ－４．７５Ｎｉ－１．１３Ｓｉ合金（Ａｌｌｏｙ１）は、４５０℃で５時間時効処理した場合より１２時間時効処理した場合、不連続析出物がさらに生成され、５５０℃で１２時間時効処理した場合は、不連続析出物が比較的多く生成されたことが分かる。
したがって、溶体化処理後の時効処理時、時効処理温度上昇及び時間によって不連続析出物が生成し、これにより硬度が減少することができることを確認した。
図４は、マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金の溶体化処理後の時効時の硬度及び不連続析出物を示す図である。図４を参照すると、Ｃｕ－４．７５Ｎｉ－１．１３Ｓｉ－０．７１Ｍｎ合金（Ａｌｌｏｙ２）は、時効処理温度が４５０℃、５００℃及び５５０℃の場合、時効処理時間が長くても硬度の減少は大きくなかった。特に時効処理温度が４５０℃であれば硬度がほとんど変化しないことを確認した。また、Ｃｕ－４．７５Ｎｉ－１．１３Ｓｉ－０．７１Ｍｎ合金（Ａｌｌｏｙ２）は、時効処理温度及び時間変化にも不連続析出物の生成が少ないことが分かる。
結果として、銅－ニッケル－ケイ素合金にマンガン（Ｍｎ）を添加することにより時効処理時の不連続析出物の形成を抑制でき、これにより硬度低下を抑制できることを確認した。
図６は、マンガン（Ｍｎ）の添加の有無と時効時間による銅－ニッケル－ケイ素合金の不連続析出物を示す図である。
図６を参照すると、時効処理温度が５００℃の場合、時効処理３時間及び２４時間後の硬度及び不連続析出物のイメージを比較することができる。結果として、同じ時効処理温度及び時間においても、マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金の硬度がより高く示され、不連続析出物の生成が抑制されたことを確認した。
図７は、マンガン（Ｍｎ）の添加の有無及び時効時間による銅－ニッケル－ケイ素合金の結晶粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）構造を示す図である。図７を参照すると、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない銅－ニッケル－ケイ素合金は、時効処理３時間後より２４時間後に結晶粒界に介在物が多少大きく形成された。一方、マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金は、時効処理３時間後より２４時間後に結晶粒界に形成された介在物が著しく減少した。その結果、マンガン（Ｍｎ）が添加されると、結晶粒界に介在物を低減させることができることを確認した。
図８は、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない銅－ニッケル－ケイ素合金の結晶粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に形成された化合物を示す図である。
図９は、マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金の結晶粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に形成された化合物を示す図である。
図８及び図９を参照すると、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない銅－ニッケル－ケイ素合金は、結晶粒界にＯｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ構造のＮｉ２Ｓｉ化合物が観察された反面、銅－ニッケル－ケイ素合金にマンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金は、結晶粒界にＯｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ構造のＮｉ２Ｓｉ化合物以外に、Ｃｕｂｉｃ構造のＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）が観察された。
図１０は、マンガン（Ｍｎ）の添加の有無による銅－ニッケル－ケイ素合金の析出物を示す図である。
図１１は、マンガン（Ｍｎ）の添加の有無と時効時間による銅－ニッケル－ケイ素合金の析出物平均サイズを示すグラフである。
図１０を参照すると、マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金は、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない銅－ニッケル－ケイ素合金に比べて析出物が大きく形成されることを観察することができる。
図１１を参照すると、マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金は、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない銅－ニッケル－ケイ素合金に比べて析出物の平均サイズが大きく形成され、時効時間が３時間から２４時間に長くなるにつれて、その差は著しく増加した。
したがって、マンガン（Ｍｎ）が添加されるにつれて、連続析出物のサイズが増加することを確認することができる。
２． マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金の製造 ２
以下では、本発明の具体的な実施例及び比較例、これらの特性評価結果を通じて本発明をより具体的に説明する。
下記表２は、本発明の実施例と比較例の組成を示す。本発明の銅－ニッケル－ケイ素合金の溶体化及び均質化処理の効果を比較し、均質化処理後の圧延及び時効処理効果を確認するために、下記表２の組成を有する銅－ニッケル－ケイ素合金を製造した。
実施例１～６及び比較例１～４
Figure 2023513664000003
２－１．溶体化処理後の時効処理された銅－ニッケル－ケイ素合金の製造
図１２は、本発明の一実施形態による溶体化処理を含む銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程を示すグラフである。図１２を参照すると、実施例１～６及び比較例１～４は、表２の組成によって合金成分を加熱及び溶解して鋳造後の試験片を作製し、９８０℃の温度で１時間溶体化処理及び水冷した。その後、５００℃で３０分～６時間かけて時効処理を行い、空冷して銅－ニッケル－ケイ素合金を製造した。
２－２．均質化処理後の時効処理された銅－ニッケル－ケイ素合金の製造
図１３は、本発明の一実施形態による均質化処理を含む銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程を示すグラフである。図１３を参照すると、実施例１～６及び比較例１～４は、表２の組成によって合金成分を加熱及び溶解して鋳造後試験片を作製し、９８０℃の温度で１時間均質化処理（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ）及び空冷した。その後、５００℃で３０分～６時間かけて時効処理を行い、空冷して銅－ニッケル－ケイ素合金を製造した。
２－３．溶体化処理及び均質化処理後の時効処理の効果
図１４は、本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金の溶体化処理または均質化処理後の時効処理時間による硬度及び伝導度を示すグラフである。
図１４を参照すると、実施例１～５及び比較例１～３の溶体化処理又は均質化処理後の時効処理時間による硬度及び伝導度傾向を確認することができる。
実施例１（Ｃｕ－４Ｎｉ－０．８４Ｓｉ－０．７Ｍｎ）～実施例２（Ｃｕ－４Ｎｉ－０．８４Ｓｉ－１．４２Ｍｎ）及び比較例１（Ｃｕ－４Ｎｉ－０．８４Ｓｉ）の場合において、溶体化処理された場合、時効処理時間につれて硬度が著しく増加した後に維持される傾向を示す。一方、均質化処理された場合は、マンガン（Ｍｎ）が添加された実施例１及び実施例２が比較例１よりやや高い硬度を示し、マンガン（Ｍｎ）添加の有無にかかわらず時効処理時間による硬度変化がほとんどないことを確認できる。また、伝導度は、溶体化処理時よりも均質化処理時に概して高いことを確認することができる。
実施例３（Ｃｕ－５．３１Ｎｉ－１．１３Ｓｉ－１．９８Ｍｎ）及び比較例２（Ｃｕ－５．３１Ｎｉ－１．１３Ｓｉ）の場合において、溶体化処理された場合、マンガン（Ｍｎ）が添加された実施例３は、時効処理時間につれて硬度が著しく増加した後に維持される傾向を示し、比較例２は、時効処理の初期に多少増加したがやがて減少する傾向を示す。一方、均質化処理された場合は、マンガン（Ｍｎ）を添加した実施例３が比較例２より多少高い硬度を示したが、マンガン（Ｍｎ）添加の有無にかかわらず時効処理時間による硬度変化がほとんどないことが確認できる。また、伝導度は、溶体化処理時よりも均質化処理時に概して高いことを確認することができる。
実施例４（Ｃｕ－６Ｎｉ－１．２６Ｓｉ－１．０７Ｍｎ）～実施例５（Ｃｕ－６Ｎｉ－１．２６Ｓｉ－２．１４Ｍｎ）及び比較例３（Ｃｕ－６Ｎｉ－１．２６Ｓｉ）の場合において、溶体化処理された場合、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない比較例３は、時効処理時間による硬度が時効処理の初期に多少増加したもののやがて減少する傾向を示したが、マンガン（Ｍｎ）を添加した実施例４～５は時効処理時間につれて硬度が著しく増加した後に維持される傾向がある。一方、均質化処理された場合、マンガン（Ｍｎ）が添加された実施例４～５が比較例３より多少高い硬度を示したが、マンガン（Ｍｎ）添加の有無にかかわらず時効処理時間による硬度変化がほとんどないことを確認できる。また、電気伝導度は、溶体化処理時よりも均質化処理時に概して高いことを確認することができる。
結果として、溶体化処理ではなく均質化処理された銅－ニッケル－ケイ素合金は、時効処理時間による硬度変化がほとんどなく、伝導度において、均質化処理された場合、全般的に高い傾向を示すことが分かる。また、銅－ニッケル－ケイ素合金にマンガン（Ｍｎ）を添加すると、溶体化処理または均質化処理ともにマンガン（Ｍｎ）が添加されていない場合よりも概ね高い硬度を示すことを確認した。
２－４．Ｍｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）の形成
図１５は、本発明の一実施形態によるマンガンが添加された銅－ニッケル－ケイ素合金のＸ線分析グラフである。
図１５を参照すると、マンガン（Ｍｎ）が添加された実施例５（Ｃｕ－６Ｎｉ－１．２６Ｓｉ－２．１４Ｍｎ）のＸ線分析の結果、均質化処理された場合、Ｍｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７化合物が生成されることを確認した。均質化処理を１時間及び８時間した場合、ともにＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７化合物が生成したことを確認し、溶体化処理時にはＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７化合物の生成が確認されなかった。
結果として、マンガン（Ｍｎ）添加とともに均質化処理をした時にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７化合物を生成できることを確認した。
図１６は、本発明の一実施形態による均質化処理時にマンガン（Ｍｎ）の添加の有無による結晶粒界に形成された化合物を示す図である。
図１７は、本発明の一実施形態による均質化処理時にマンガン（Ｍｎ）の添加の有無による結晶粒界及び亜結晶粒界に形成された化合物を示す図である。
図１６及び図１７を参照すると、９８０℃で８時間均質化処理した場合、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない比較例３（Ｃｕ－６Ｎｉ－１．２６Ｓｉ）は、結晶粒界内にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相が検出されなかった。一方、マンガン（Ｍｎ）を添加した実施例５（Ｃｕ－６Ｎｉ－１．２６Ｓｉ－２．１４Ｍｎ）では、結晶粒界（Ｍａｉｎ ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）及び亜結晶粒界（Ｓｕｂ ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）にいずれもＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相が検出された。
以下の表３は、図１７の１～５に対応する位置の析出物の組成を示す。
Figure 2023513664000004
２－５．Ｍｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）の形成による特性評価
図２０は、本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程を示すグラフである。Ｍｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）の形成による銅－ニッケル－ケイ素合金の特性を評価するために均質化、圧延及び時効処理を行い、銅－ニッケル－ケイ素合金を製造した。上記表２の組成により合金成分を加熱及び溶解して鋳造後試験片を作製し、９８０℃の温度で８時間均質化処理及び空冷した。減少率９５％以下で冷間圧延し、その後４００℃で１分、３分、１０分間時効処理及び空冷して銅－ニッケル－ケイ素合金を製造した。
図１８は、本発明の一実施形態による鋳造及び均質化処理時の銅－ニッケル－ケイ素合金の機械的特性を示すグラフである。
図１８を参照すると、均質化処理後マンガン（Ｍｎ）を添加した実施例５（Ｃｕ－６Ｎｉ－１．２６Ｓｉ－２．１４Ｍｎ）及び実施例６（Ｃｕ－２．８Ｎｉ－０．７９Ｓｉ－０．５Ｍｎ）の延伸率がそれぞれの比較例３（Ｃｕ－６Ｎｉ－１．２６Ｓｉ）及び比較例４（Ｃｕ－２．８Ｎｉ－０．７９Ｓｉ）より著しく増加することを確認した。したがって、銅－ニッケル－ケイ素合金にマンガン（Ｍｎ）を添加すると、強度は多少減少するが延伸率が増加して加工性を向上できることが確認できる。
図１９は、本発明の一実施形態による均質化処理後の圧延及び時効処理時の銅－ニッケル－ケイ素合金の機械的特性を示すグラフである。
図１９を参照すると、均質化処理後に圧延及び時効処理した場合、マンガン（Ｍｎ）が添加された実施例の延伸率は、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない各比較例に比べて圧延及び時効処理時間に応じて延伸率が向上し、加工性に優れることを確認することができる。また、マンガン（Ｍｎ）が添加された場合、強度の減少があり得るが、概して強度の減少が大きくなく、マンガン（Ｍｎ）の添加量が０．７、１．４２及び２．１４重量％が添加された実施例１、実施例２、及び実施例５はむしろ強度が著しく増加することを確認することができる。
図２１は、本発明の一実施形態による均質化処理後の圧延及び時効処理時の銅－ニッケル－ケイ素合金の引張強度－延伸率のグラフである。
図２２は、本発明の一実施形態による均質化処理後の圧延及び時効処理時の銅－ニッケル－ケイ素合金の引張強度－伝導度のグラフである。
図２１及び図２２を参照すると、均質化処理後に時効処理した場合、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない比較例よりもマンガン（Ｍｎ）が添加された実施例の引張強度及び／または延伸率がより高い傾向を示し、特にマンガン（Ｍｎ）の添加量が０．７、１．４２及び２．１４重量％が添加された実施例１、実施例２、及び実施例５は、引張強度及び延伸率が同時に改善されることが確認できる。
図２３は、本発明の一実施形態に係る銅－ニッケル－ケイ素合金のマンガンの添加量及び加工熱処理工程による引張強度を示すグラフである。
図２３を参照すると、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない比較例よりもマンガン（Ｍｎ）が添加された実施例の引張強度に優れ、特にマンガン（Ｍｎ）の添加量が０．７、１．４２及び２．１４重量％である実施例１、実施例２、及び実施例５の場合、引張強度がより優れていることを確認することができる。また、鋳造後より均質化処理後、圧延及び時効処理した場合、引張強度が著しく改善されることが確認できる。
図２４は、本発明の一実施形態に係る銅－ニッケル－ケイ素合金のマンガンの添加量及び加工熱処理工程による延伸率を示すグラフである。
図２４を参照すると、マンガン（Ｍｎ）が添加されていない比較例よりもマンガン（Ｍｎ）が添加された実施例の延伸率がやや高い傾向を示し、特に鋳造後マンガン（Ｍｎ）の添加量が０．５重量％である実施例６の延伸率が著しく優れていることを確認することができる。また、鋳造後より均質化処理後、圧延及び時効処理した場合、延伸率が多少改善されることが確認できる。
図２５は、本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金のマンガン添加量及び加工熱処理工程による伝導度を示すグラフである。
図２５を参照すると、マンガン（Ｍｎ）を添加していない比較例よりもマンガン（Ｍｎ）を添加した実施例の電気伝導度は一定の傾向を示し、特に鋳造後のマンガン（Ｍｎ）の添加量が０．５重量％である実施例６の電気伝導度が著しく優れていることを確認することができる。また、鋳造後より均質化処理後、圧延及び時効処理した場合、電気伝導度が多少改善されることが確認できる。
図２６は、本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金のＭｎ／Ｎｉ値による引張強度を示すグラフである。
図２６を参照すると、マンガン（Ｍｎ）を添加した実施例のいずれも鋳造後及び均質化処理後より、均質化処理後圧延及び時効処理された場合に引張強度が著しく優れていることが確認できる。
下記表４は、本発明の実施例１、２、５及び６と比較例１、２及び４の加工熱処理工程による引張強度を示す。
Figure 2023513664000005
表４を参照して、均質化処理後に圧延及び時効処理時に引張強度が著しく増加したマンガン（Ｍｎ）が添加された実施例の引張強度を察すると次の通りである。
実施例１（Ｃｕ－４Ｎｉ－０．８４Ｓｉ－０．７Ｍｎ）の均質化処理後の圧延及び時効処理時の引張強度は鋳造及び均質化処理後の引張強度より著しく増加し、比較例１（Ｃｕ－４Ｎｉ－０．８４Ｓｉ）より高い強度で、９１６ＭＰａ、９５２ＭＰａ、８４４Ｍｐａ及び９０５ＭＰａの値を示した。
実施例２（Ｃｕ－４Ｎｉ－０．８４Ｓｉ－１．４２Ｍｎ）の均質化処理後の圧延及び時効処理時の引張強度は鋳造及び均質化処理後の引張強度より著しく増加し、比較例１（Ｃｕ－４Ｎｉ－０．８４Ｓｉ）より高い強度で、９８７ＭＰａ、１１０３ＭＰａ、１０４１ＭＰａ及び１００３ＭＰａの値を示した。
実施例５（Ｃｕ－６Ｎｉ－１．２６Ｓｉ－２．１４Ｍｎ）の場合、均質化処理後に圧延及び時効処理することにより引張強度が著しく増加し、比較例２（Ｃｕ－６Ｎｉ－１．２６Ｓｉ）より高い強度で、９２３ＭＰａ、１００９ＭＰａ、９８２ＭＰａ及び９３７ＭＰａの値を示した。
結果として、銅－ニッケル－ケイ素合金にマンガン（Ｍｎ）を適切な含量に調整して添加し、均質化処理後に圧延及び時効処理することにより、合金の強度を著しく増加させ、優れた機械的物性を有することができることを確認した。
以下の表５は、本発明の実施例１、２、５及び６と比較例１、２及び４の加工熱処理工程による電気伝導度（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を示す。
Figure 2023513664000006
 表５を参照すると、実施例６（Ｃｕ－２．８Ｎｉ－０．７９Ｓｉ－０．５Ｍｎ）の場合のみ、比較例４（Ｃｕ－２．８Ｎｉ－０．７９Ｓｉ）と対等またはやや高い電気伝導度を示した。
結果として、銅－ニッケル－ケイ素合金にマンガン（Ｍｎ）を適切な含量に調整して添加した場合、均質化処理後に圧延及び時効処理しても、電気伝導度を低下させないことが確認された。
図２７は、本発明の一実施形態による摩擦係数測定のための銅－ニッケル－ケイ素合金の製造工程を示すグラフである。Ｍｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）の形成に伴う銅－ニッケル－ケイ素合金の耐摩耗性を評価するために、均質化、圧延及び時効処理を行い、銅－ニッケル－ケイ素合金を製造した。上記表２の組成により合金成分を加熱及び溶解して鋳造後試験片を作製し、９８０℃の温度で８時間均質化処理及び空冷した。その後、減少率９５％以下で冷間圧延し、４００℃で１～１０分間時効処理及び空冷して銅－ニッケル－ケイ素合金を製造した。
図２８は、本発明の一実施形態による摩擦係数測定試験の概略図である。
図２９は、本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金の摩擦係数測定試験結果を示すグラフである。
図３０は、本発明の一実施形態による銅－ニッケル－ケイ素合金の摩耗試験結果を示すグラフである。
図２８及び２９を参照すると、マンガン（Ｍｎ）を添加しなかった比較例よりもマンガン（Ｍｎ）を添加した実施例の摩擦係数がやや低い傾向を示し、特に鋳造後より均質化処理された場合、摩擦係数がさらに減少することが確認できる。
以下の表６は、本発明の一実施形態による摩耗試験の結果を示す表である。
Figure 2023513664000007
図３０及び表６を参照すると、銅－ニッケル－ケイ素合金にマンガン（Ｍｎ）を添加して均質化処理した場合、摩耗試験結果、摩耗量が０．０１７８ｇと最も少なく、摩擦係数が０．４８０と最も低い値を示す。結果として、本発明の銅－ニッケル－ケイ素合金にマンガン（Ｍｎ）を添加及び均質化処理した場合、耐摩耗性が向上したことを確認した。
上記の結果から分かるように、本願の銅－ニッケル－ケイ素合金は、ニッケル及びケイ素と適切な含量比のマンガン（Ｍｎ）を添加し、既存の銅－ニッケル－ケイ素合金の結晶粒界に形成されたＮｉ２Ｓｉ析出物ではなく、Ｍｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）の形成を誘導した。Ｍｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相が形成されるにつれて、介在物が低減された銅－ニッケル－ケイ素合金を開発し、強度及び硬度を含む機械的特性、加工性及び耐摩耗性が向上した合金が提供され、自動車用耐摩耗部品等に適用されることが好適であることを期待することができる。また、既存の溶体化処理後時効処理工程ではなく、均質化処理後の時効処理工程を用いることにより、マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素合金の機械的特性、加工性及び耐摩耗性を効果的に改善することができ、減少した工程により合金製造時の経済性も向上できることが期待できる。
以上、本発明内容の特定の部分を詳細に説明したところ、当業界の通常の知識を有する者にとって、このような具体的な記述は単に好ましい実施の態様に過ぎず、これにより本発明の範囲が制限されるものではない点は明らかである。したがって、本発明の実質的な範囲は、添付の特許請求の範囲とそれらの均等物によって定義されるべきである。

Claims (19)

  1. マンガン（Ｍｎ）が添加された銅－ニッケル－ケイ素（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ）合金であって、
    前記合金中の結晶粒界にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）を含むことを特徴とする、銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金。
  2. 前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の全体重量に対し、
    ２～６重量％のニッケル（Ｎｉ）；
    ０．５～２重量％のケイ素（Ｓｉ）；
    ０．５～２．５重量％のマンガン（Ｍｎ）；及び
    銅（Ｃｕ）と不可避不純物の残部；を含む、請求項１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金。
  3. 前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の全体重量に対し、
    ０．７～２．２重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む、請求項２に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金。
  4. 前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の全体重量に対し、
    ０．５～１．５重量％のケイ素（Ｓｉ）を含む、請求項２に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金。
  5. 前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の含量比Ｍｎ／Ｎｉが０．０８～１．３である、請求項１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金。
  6. 前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の合計とケイ素（Ｓｉ）の含量比（Ｍｎ＋Ｎｉ）／Ｓｉが１．２～１８である、請求項１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金。
  7. 前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、ニッケル（Ｎｉ）とケイ素（Ｓｉ）の含量比Ｎｉ／Ｓｉが０．９～１３である、請求項１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金。
  8. 前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、均質化処理によって形成された、請求項１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金。
  9. 前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、引張強度が８３０～１２００ＭＰａである、請求項８に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金。
  10. 前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、合金内の介在物が低減し、合金の耐摩耗性と延伸率が増加した、請求項８に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金。
  11. ｉ）合金の全体重量に対し、２～６重量％のニッケル（Ｎｉ）；０．５～２重量％のケイ素（Ｓｉ）；０．５～２．５重量％のマンガン（Ｍｎ）；及び銅（Ｃｕ）と不可避不純物の残部；を含む銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金を鋳造する段階；及び
    ｉｉ）前記鋳造された銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金を均質化処理する段階；を含み、介在物が低減される、銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法。
  12. 前記段階ｉｉ）の均質化処理は、９００℃～１１００℃で行うことを含む、請求項１１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法。
  13. ｉｉｉ）前記均質化処理された銅－ニッケル－ケイ素合金を圧延する段階；及び
    ｉｖ）前記圧延された銅－ニッケル－ケイ素合金を時効処理する段階；をさらに含む、請求項１１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法。
  14. 前記段階ｉｉｉ）の圧延は、８５％～９５％の冷間圧延で行うことを含む、請求項１３に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法。
  15. 前記段階ｉｖ）の時効処理は、３５０℃～４５０℃で１分～１５分行うことを含む、請求項１３に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法。
  16. 製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金中の結晶粒界にＭｎ６Ｎｉ１６Ｓｉ７相（Ｇ相）が生成されたことを特徴とする、請求項１１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法。
  17. 製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の含量比Ｍｎ／Ｎｉが０．０８～１．３である、請求項１１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法。
  18. 製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、マンガン（Ｍｎ）とニッケル（Ｎｉ）の合計とケイ素（Ｓｉ）の含量比（Ｍｎ＋Ｎｉ）／Ｓｉが１．２～１８である、請求項１１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法
  19. 製造された前記銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金は、ニッケル（Ｎｉ）とケイ素（Ｓｉ）の含量比Ｎｉ／Ｓｉが０．９～１３である、請求項１１に記載の銅－ニッケル－ケイ素－マンガン合金の製造方法。
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