JP3740474B2

JP3740474B2 - 導電性に優れるチタン銅及びその製造方法

Info

Publication number: JP3740474B2
Application number: JP2003078751A
Authority: JP
Inventors: 千尋泉; 隆紹波多野
Original assignee: 日鉱金属加工株式会社
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: TW200426229A; TWI275651B; CN1534102A; CN100371484C; US20050252589A1; JP2004285408A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性に優れるチタン銅に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化、軽量化に伴ない、コネクタ等の電気・電子部品の小型化、軽量化が進んでいる。コネクタが、薄肉化、狭ピッチ化するとコンタクトの断面積は減少するため、断面積減少による接圧と導電性の低下を補うためには、コンタクトに用いられる金属材料には、高い強度と導電率が要求される。
高強度の銅合金として、近年、時効硬化型の銅合金の使用量が増加している。溶体化処理された過飽和固溶体を時効処理することにより、微細な析出物を合金中に均一に分散させ、合金の強度を高めている。
【０００３】
時効硬化型銅合金のなかでも、ＪＩＳＣ１９９０に代表されるＴｉを含有する銅合金（以下、チタン銅）は、高い機械的強度と優れた曲げ加工性を有するため、電子機器の各種端子、コネクタとして広く使用されている。
チタン銅と同じく時効硬化型の高強度銅合金として高ベリリウム銅（ＪＩＳＣ１７２０）がある。チタン銅は、高ベリリウム銅と比較して、強度は同等であり、耐応力緩和特性に優れるため、例えばバーンインソケットなどの耐熱性が要求される用途の素材としては、高ベリリウム銅よりチタン銅のほうが適している。（たとえば特許文献１、２参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２５８８０３号公報
【特許文献２】
特開２００２−３５６７２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、特許文献１では、曲げ加工性と応力緩和特性に優れたチタン銅を提案しているが、その場合の導電率は最大で１５％ＩＡＣＳ程度であり、特許文献２では、チタン銅の強度と曲げ加工性の両立はされるものの、得られる導電率は最大で１５％ＩＡＣＳ程度である。このように従来のチタン銅の導電率は、最大でも１５％ＩＡＣＳであり、高ベリリウム銅の導電率（２０％ＩＡＣＳ）よりも劣る。このことが、高導電率を求められる用途において、高ベリリウム銅の替わりにチタン銅を用いる際の障害となっていた。高ベリリウム銅並の導電率を得ることができれば、より応力緩和特性に優れ安価なチタン銅を使用することができる。
本発明の目的は、チタン銅の導電率を、強度を低下させることなく、改善することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、高強度で、導電性に優れるチタン銅を提供することを目的として鋭意研究した結果、Ｃｕ−Ｔｉ金属間化合物相の析出量を最適範囲に調整することにより、所望の導電率と強度を得ることができた。
すなわち、本発明は
（１）Ｔｉを２．５〜４．５ｍａｓｓ％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる銅合金であり、圧延方向に直角な断面で観察されるＣｕ−Ｔｉ金属間化合物相の面積率（以下Ｓ（％）とする）およびＴｉ含有量（以下［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）とする）が、Ｓ（％）≧８．１×［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）−１７．７なる関係にあり、導電率が１６％ＩＡＣＳ以上、０．２％耐力が８００ＭＰａ以上であることを特徴とする、上記（１）に記載の高強度で導電性に優れるチタン銅、
（２）鋳塊の熱間圧延、冷間圧延、溶体化処理、冷間圧延、時効処理を順次行なうチタン銅の製造方法において、▲１▼時効前の冷間圧延加工度を１５％以上、▲２▼時効温度を３５０℃以上、４５０℃以下、▲３▼時効時間を５ｈ以上、２０ｈ以下、▲４▼時効後の時効温度から３００℃までの平均冷却速度を５０℃／ｈ以下、とすることを特徴とする、請求項１に記載の高強度で導電性に優れるチタン銅の製造方法、である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の限定の理由を説明する。
（１）導電率および０.２%耐力
導電率を高めると、コネクタとして使用する際に、接点での接触電気抵抗、通電に伴う発熱量が減少する。導電率が１６%ＩＡＣＳ以上なると、接触電気抵抗、発熱量が、高ベリリウム銅と同レベルになる。そこで、導電率を１６%ＩＡＣＳ以上に規定する。より好ましい導電率は、２０%ＩＡＣＳ以上である。
０．２％耐力が低くなると、コネクタとして使用する際に、接点での接圧が低下し、接触電気抵抗が増大する。０.２％耐力が８００ＭＰａ未満になると、導電率を１６%ＩＡＣＳ以上に調整しても、高ベリリウム銅と同レベルの接触電気抵抗が得られないため、０.２％耐力を８００ＭＰａ以上に規定する。
【０００８】
（２）チタン濃度
チタン銅合金を時効処理すると、スピノーダル分解を起こして母材中にチタン濃度の変調構造が生成し、これにより非常に高い強度が得られる。チタン含有量が２．５ｍａｓｓ％未満の場合、後述する１６%ＩＡＣＳ以上の導電率を得るための時効処理を行った際に、８００ＭＰａ以上の耐力が得られない。一方、チタン含有量が４．５ｍａｓｓ％を超えると、圧延の際に割れが発生するなど製造性が著しく悪化するばかりでなく、時効条件を調整しても１６%ＩＡＣＳ以上の導電率を得ることが困難となる。そこで、チタン含有量を２．５〜４．５ｍａｓｓ％とする。
【０００９】
（３）Ｃｕ−Ｔｉ金属間化合物相の面積率
Ｃｕ中に溶質元素が固溶すると導電率は低下し、なかでもＴｉは導電率を著しく低下させる元素の一つであることが知られている（Ｇ．Ｇｈｏｓｈ、Ｊ．Ｍｉｙａｋｅ、Ｍ．Ｅ．Ｆｉｎｅ、ＪＯＭ、ｖｏｌ．４９、Ｎｏ．３、Ｍａｒｃｈ、１９９７、ｐ．５６−６０）。チタン銅の導電率を上昇させる為には、Ｔｉを充分に析出させることにより固溶Ｔｉ量を極力減少させることが重要である。すなわち、Ｃｕ−Ｔｉ金属間化合物相の量を増やせば導電率は上昇する。また、微細なＣｕ−Ｔｉ金属間化合物相を析出させることで、材料の高強度化も図れる。
本発明者等は圧延方向に直角な断面で観察されるＣｕ−Ｔｉ金属間化合物相の面積率をＳ（％）、Ｔｉ含有量を［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）としたときに、
Ｓ（％）≧８．１×［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）−１７．７
なる関係を満たせば、１６％ＩＡＣＳを超える導電率が得られることを見出した。
さらに、Ｓ（％）と［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）の関係が
Ｓ（％）≧８．１×［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）−１２．７
を満たす場合には、２０％ＩＡＣＳ以上の導電率が得られることも知見した。
【００１０】
（４）時効条件
Ｓ（％）≧８．１×［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）−１７．７を満足するように、Ｃｕ−Ｔｉ金属間化合物相の析出量を調整するためには、熱間圧延、冷間圧延、溶体化処理、冷間圧延、時効処理と順次行なわれるチタン銅の製造工程において、適切な時効条件を選択することが重要である。Ｓ（％）を大きくするためには、時効条件を次のように調整すればよい。
▲１▼時効温度を高くする。ただし、４５０℃を時効温度の上限とする。
▲２▼時効時間を長くする。
▲３▼時効時の冷却速度を遅くする。この場合、３００℃以上の温度範囲における冷却速度が重要である。
▲４▼時効前の冷間圧延加工度を高くする。冷間圧延で導入された歪により、Ｃｕ−Ｔｉ金属間化合物相の析出速度が大きくなる。
【００１１】
一方、時効中にＣｕ−Ｔｉ金属間化合物相が粗大化すると、０.２％耐力が低下する。上記▲１▼および▲２▼の方策は、Ｃｕ−Ｔｉ金属間化合物相の粗大化を伴う。したがって、時効温度および時間は、Ｃｕ−Ｔｉ金属間化合物相がそれほど粗大化しない範囲（０．２％耐力が８００ＭＰａを下回らない範囲）で調整しなければならない。しかし、上記▲３▼の方策では、Ｃｕ−Ｔｉ金属間化合物相の粗大化は生じない。この場合、Ｓ（％）の調整のみに留意すればよい。
上記▲３▼、▲４▼の方策は、本発明で新たに見出されたものであり、▲１▼、▲２▼、▲３▼および▲４▼の方策を組み合わせることにより、導電率が１６％ＩＡＣＳ以上であり、かつ０．２％耐力が８００ＭＰａ以上であるチタン銅を製造することが可能になったのである。より具体的には、
▲１▼時効前の冷間加工度を１５%以上、
▲２▼時効温度を３５０℃以上、４５０℃以下、
▲３▼時効時間を５ｈ以上、２０ｈ以下、
▲４▼時効後の時効温度から３００℃までの平均冷却速度を５０℃／ｈ以下
とすることで、導電率が１６%ＩＡＣＳ以上であり、０.２％耐力が８００ＭＰａ以上であるチタン銅を製造することが可能になったのである。
【００１２】
【実施例】
電気銅を原料として、高周波真空溶解炉にて表１に示す各種組成のインゴット（幅６０ｍｍ×厚さ３０ｍｍ）を鋳造し、８５０℃で８ｍｍまで熱間圧延した後、冷間圧延し、溶体化処理を行なった。溶体化処理では８００℃で１ｍｉｎの加熱を行なった後、約１０００℃／秒の速度で冷却した。その後、冷間圧延し、時効を行なった。時効前の圧延加工度、時効条件を変化させて、Ｃｕ−Ｔｉ金属間化合物相の量を変化させた。時効条件として、時効温度、時効時間および冷却速度を変化させた。冷却速度とは、所定の温度および時間で加熱した後の試料の冷却速度であり、試料に熱電対を装着して温度測定を行い、時効温度から３００℃まで冷却する間の平均冷却速度を求めた。
このようにして得られた各合金について、０．２％耐力、導電率およびＣｕ−Ｔｉ金属間化合物相の面積率を測定した。０．２％耐力については、引張り試験機を用いてＪＩＳＺ２２４１に準拠して測定した。また、導電率はＪＩＳＨ０５０５に準拠して測定した。
Ｃｕ−Ｔｉ金属間化合物相の面積率の測定方法を以下に示す。材料の評価面は圧延方向に対し直角な断面である。切り出した試料を＃１５０の耐水研磨紙で研磨した後、粒径４０ｎｍのコロイダルシリカを混濁した仕上げ用研磨剤で鏡面研磨し、その後カーボン蒸着した。ＦＥ−ＳＥＭを用い、２万倍の倍率で５００μｍ^２の視野の反射電子像を写真撮影した。その後画像解析装置を用い、この写真上でＣｕ−Ｔｉ金属間化合物相の面積率を測定した。測定対象とするＣｕ−Ｔｉ金属間化合物相は、面積が５×１０^−４μｍ^２以上のものとした。
【００１３】
【表１】

【００１４】
表１からわかるように、本発明例Ｎｏ．１〜９は、いずれもＳ（％）≧８．１×［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）−１７．７を満たし、１６％ＩＡＣＳ以上の導電率を有し、また、８００ＭＰａ以上の０.２％耐力を示している。特に、Ｓ（％）≧８．１×［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）−１２．７を満たす（表１においてΔＳ＝Ｓ−Ｓ’≧５）発明例１、４および７は、導電率が２０％ＩＡＣＳを超えている。これら発明例における時効後の冷却速度は５０℃／ｈ以下である。
【００１５】
一方、比較例１０はＴｉ含有量が４.５ｍａｓｓ％を超えるため、冷間圧延中に割れが発生し、試験を継続することができなかった。比較例１１はＴｉ含有量が２.５ｍａｓｓ％未満であるため、１６％ＩＡＣＳ以上の導電率を得る条件で時効した場合の０.２％耐力が８００ＭＰａに満たない。
また、比較例１２は時効前の冷間加工度が低く、比較例１３は時効温度が低く、比較例１４は時効時間が短く、比較例１５〜１７は時効時の冷却速度が速いため、Ｓ（％）≧８．１×［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）−１７.７を満たさず、１６％ＩＡＣＳ以上の導電率を示さない。また、比較例１８〜２０はＳ（％）≧８．１×［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）−１７.７を満たし、１６％ＩＡＣＳ以上の導電率を示すものの、比較例１８および１９は時効温度が高すぎるため、比較例２０は時効時間が長すぎるためにＣｕ-Ｔｉ金属間化合物相が粗大化し、０.２％耐力が８００ＭＰａに満たない。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、近年の電子機器の小型化、薄肉化に対応できる、強度および導電率に優れた銅合金を提供できる。

Claims

Ｔｉを２．５〜４．５ｍａｓｓ％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる銅合金であり、圧延方向に直角な断面で観察されるＣｕ−Ｔｉ金属間化合物相の面積率（以下Ｓ（％）とする）およびＴｉ含有量（以下［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）とする）が、Ｓ（％）≧８．１×［Ｔｉ］（ｍａｓｓ％）−１７．７なる関係にあり、導電率が１６％ＩＡＣＳ以上、０．２％耐力が８００ＭＰａ以上であることを特徴とする、高強度で導電性に優れるチタン銅。
鋳塊の熱間圧延、冷間圧延、溶体化処理、冷間圧延、時効処理を順次行なうチタン銅の製造方法において、▲１▼時効前の冷間圧延加工度を１５％以上、▲２▼時効温度を３５０℃以上、４５０℃以下、▲３▼時効時間を５ｈ以上、２０ｈ以下、▲４▼時効後の時効温度から３００℃までの平均冷却速度を５０℃／ｈ以下、とすることを特徴とする、請求項１に記載の高強度で導電性に優れるチタン銅の製造方法。