JP4653239B2 - 電気電子機器用銅合金材料および電気電子部品 - Google Patents
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Description
しかしながら、ベリリウム銅は非常に高価でかつ金属ベリリウムは環境負荷物質として取り扱われている。そこで、これらの材料に代わる合金として、銅にニッケル(Ni)とシリコン(Si)を添加したコルソン合金(Cu−Ni−Si系合金)が注目されている。
コルソン合金はNi2Si金属間化合物の微細粒子をCu内に分散析出させて強化する析出硬化型の合金であり、これまでにNiおよびSiの添加量やNi/Siを規定して、高強度および高導電性を図ることについての報告がある(特許文献1、2参照)。従来、コルソン合金において、NiとSiの含有量の質量%の比、すなわちNi(質量%)/Si(質量%)の値(以下Ni/Siと表記)は、主に強化に寄与するNi2Si化合物の化学量論比である4.2を中心とした範囲にするのが良いとされており、Ni/Siは特許文献1ではNi/Si=3〜7となっており、また、特許文献2ではNi/Si=3.5〜5.5となっている。さらに特許文献1では固溶Siが導電率を低下することを懸念し、固溶Si量をできるだけ低減させるため、Ni2Si組成よりもNi量が過剰気味な方が良く、Ni/Si=4.5が最も良いとしている。特許文献2でもNi/Si=4.2から値が外れる際の固溶NiおよびSiの増加による導電率低下を懸念し、Ni2Siの化学量論比Ni/Si=4.2に近いことが好ましいとしている。
そこで、本発明は、高強度と極めて良好な曲げ加工性とを有する電気電子機器用銅合金材料およびそれを用いた電気電子部品を提供することを課題とする。
本発明によれば、以下の手段が提供される:
(1)Niを2.0質量%以上3.3質量%未満含有し、Siの含有量がNiとSiの質量比(Ni/Si)で2.8〜3.8の範囲であり、Mgを0.01〜0.2質量%、Snを0.05〜1.5質量%、Znを0.2〜1.5質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる電気電子機器用銅合金材料であって、厚さt=0.20mm、幅w=2.0mmの試験片に対して曲げ半径R(mm)の180°曲げを行った際に、割れの生じない最小の曲げ半径Rの値が0mm以上0.1mm以下であることを特徴とする電気電子機器用銅合金材料、
(2)Niを2.0質量%以上3.3質量%未満含有し、Siの含有量がNiとSiの質量比(Ni/Si)で2.8〜3.8の範囲であり、Mgを0.01〜0.2質量%、Snを0.05〜1.5質量%、Znを0.2〜1.5質量%含有し、さらにAg、Co、およびCrからなる群から選択される1種以上を合計で0.005〜2.0質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる電気電子機器用銅合金材料であって、厚さt=0.20mm、幅w=2.0mmの試験片に対して曲げ半径R(mm)の180°曲げを行った際に、割れの生じない最小の曲げ半径Rの値が0mm以上0.1mm以下であることを特徴とする電気電子機器用銅合金材料、
(3)鋳造された鋳塊を熱間圧延、生地圧延、および溶体化処理を行った後、圧延率5〜50%の中間圧延、400〜600℃にて0.5〜12時間の時効処理、圧延率30%以下の仕上げ圧延、および低温焼鈍処理をこの順に施して製造されたことを特徴とする前記(1)または(2)項に記載の電気電子機器用銅合金材料、
(4)鋳造された鋳塊を熱間圧延、生地圧延、および溶体化処理を行った後、300〜400℃にて0.5〜8時間の時効処理を施し、さらに425〜600℃にて0.5〜12時間の時効を施し、仕上げ圧延、および低温焼鈍処理をこの順に施して製造されたことを特徴とする前記(1)または(2)項に記載の電気電子機器用銅合金材料、
(5)鋳造された鋳塊を熱間圧延、生地圧延、および溶体化処理を行った後、圧延率5〜50%の中間圧延、300〜400℃にて0.5〜8時間の時効処理を施し、さらに425〜600℃にて0.5〜12時間の時効処理を施し、圧延率30%以下の仕上げ圧延、および低温焼鈍処理をこの順に施して製造されたことを特徴とする前記(1)または(2)項に記載の電気電子機器用銅合金材料、
(6)Niを2.0質量%以上3.3質量%未満含有し、Siの含有量がNiとSiの質量比(Ni/Si)で2.8〜3.8の範囲であり、Mgを0.01〜0.2質量%、Snを0.05〜1.5質量%、Znを0.2〜1.5質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる電気電子機器用銅合金材料を加工して得られる電気電子部品であって、前記銅合金材料は、厚さt=0.20mm、幅w=2.0mmの試験片に対して曲げ半径R(mm)の180°曲げを行った際に、割れの生じない最小の曲げ半径Rの値が0mm以上0.1mm以下であることを特徴とする電気電子部品、および、
(7)Niを2.0質量%以上3.3質量%未満含有し、Siの含有量がNiとSiの質量比(Ni/Si)で2.8〜3.8の範囲であり、Mgを0.01〜0.2質量%、Snを0.05〜1.5質量%、Znを0.2〜1.5質量%含有し、さらにAg、Co、およびCrからなる群から選択される1種以上を合計で0.005〜2.0質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる電気電子機器用銅合金材料を加工して得られる電気電子部品であって、前記銅合金材料は、厚さt=0.20mm、幅w=2.0mmの試験片に対して曲げ半径R(mm)の180°曲げを行った際に、割れの生じない最小の曲げ半径Rの値が0mm以上0.1mm以下であることを特徴とする電気電子部品。
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、下記の記載からより明らかになるであろう。
Agは耐熱性および強度を向上させると同時に、結晶粒の粗大化を阻止して曲げ加工性を改善する。Ag量が0.005質量%未満ではその効果が充分に得られず、0.3質量%を超えて添加しても特性上に悪影響はないもののコスト高になる。これらの観点からAgの含有量は0.005〜0.3質量%とする。
Coは、Niと同様にSiと化合物を形成して強度を向上させる。Coの含有量は0.05質量%未満ではその効果が充分に得られず、2.0質量%を超えると、溶体化処理後にも強度に寄与しない晶出・析出物が存在して曲げ加工性が劣化する。
CrはNiやSiとの第二相として析出し、結晶粒径の制御に有効である。0.05質量%未満ではその効果が充分に得られず、1.0質量%を超えると曲げ加工性が劣化する。
上述Ag、Co、Crを2種以上添加する場合には、要求特性に応じて0.005〜2.0質量%の範囲内で決定される。
本発明の電気電子機器用銅合金材料の形状は、特に限定されるものでなく、板、条、線、棒、箔などが挙げられる。
本発明では、鋳造は一般的なDC法(Direct Chill Casting)などで行う。熱間圧延は、鋳塊を850〜1000℃の温度で0.5〜12時間の均質化処理を施した直後、700〜950℃の温度で圧延を行い、その後、冷却中の析出を防ぐために水冷することが好ましい。熱間圧延後酸化膜を面削後に冷間にて圧延を行う。以下、この冷間圧延を生地圧延と呼称する。生地圧延は中間圧延、仕上げ圧延において所定の加工率が得られる板厚に圧延を行う。
また、時効処理は材料の実体温度300〜400℃にて0.5〜8時間の時効の後、実体温度425〜600℃、0.5〜12時間の2段階の時効とすることで、Ni−Si化合物の析出密度を向上し強度と曲げ性をさらに向上させることが可能である。この2段階の時効処理を実施する場合、上記工程の中間圧延を実施しなくても良いが、中間圧延を行うことで更に強度を向上させることができる。
表1に示す組成の銅合金を溶解し、DC法により鋳造して、厚さ30mm,幅100mm,長さ150mmの鋳塊を得た。次にこれら鋳塊を900℃に加熱し、この温度に1時間保持後、厚さ12mmに熱間圧延し、速やかに冷却した。次いで両面を各1.5mmずつ切削して酸化被膜を除去した後、生地圧延により厚さ0.25〜0.50mmに加工した。この後、750〜880℃の種々の条件で溶体化処理を行い、直ちに15℃/秒以上の冷却速度で冷却した。次いで圧延率5〜50%の中間圧延を施した。次に不活性ガス雰囲気中で、450〜550℃で2時間の時効処理を施し、その後圧延率30%以下の仕上げ圧延を行い、最終的な板厚を0.20mmに揃えた。仕上げ圧延後、500℃で30秒の低温焼鈍処理を施した材料で以下の各種特性評価を行った。なお、本明細書において、各表に示す銅合金の成分(Ni、Si等)の単位は、質量比であるNi/Siの値(単位なし)を除き、いずれも質量%(mass%)である。
(1)結晶粒径はJIS H 0501(切断法)により求めた。
(2)引張強さはJIS Z 2201記載の5号試験片を用い、JIS Z 2241に準拠して求めた。引張強度は5MPaの整数倍に丸めて示した。
(3)導電率はJIS H 0505に準拠して求めた。
(4)曲げ加工性は、曲げ試験片幅wを2mm、板厚tを0.20mmとして、曲げ半径R(mm)=0〜0.6で180°曲げを行い、割れの生じない最小の曲げ半径(R)と板厚(t)の比をR/tとして定義した。R/t=3.0でも割れが生じた場合にはR/t>3と表記した。なお、曲げ部の評価は、日本伸銅協会技術標準「銅および銅合金薄板条の曲げ加工性評価方法(JBMA T307:1999)」に準拠した。
比較例11、12はNi/Siは規定の範囲内だが、Ni量が下限値未満であるため強度が不十分である。比較例13、15〜20および23はNi/Siが上限値より大きいために、それぞれ組成が対応する本発明例と比較して強度が低く、また、結晶粒径が大きいために曲げ加工性が低下した。比較例14、21、22および24はNi/Siが下限値未満のために、それぞれ組成が対応する本発明例と比較して強度が低く、また、導電率が低下した。比較例24では曲げ加工性も低下した。参考例25、26はNi量が規定値よりも多いために、本発明例における極めて良好な曲げ加工性は得られなかった。
実施例1で製造した、No.4、15および22の鋳塊を用いて、溶体化処理後の工程を変化させた効果を調査した結果を表2に示す。表2に示した番号は、例えば4の鋳塊を用いて製造工程を変更した場合には4−2など子番号を記載して表記してある。
本発明例4−2、比較例15−2および22−2は、実施例1記載の製造工程のうち、時効処理を350℃にて2時間の時効処理の後に500℃にて2時間の2段階の時効処理を施して作製した。本発明例4−3、比較例15−3および22−3は、実施例1の製造工程のうち、時効処理直前の中間圧延を行わずに時効処理を350℃にて2時間の時効処理の後に500℃にて2時間の2段階の時効処理を施して作製した。参考例4−4は実施例1の製造工程のうち、時効処理直前の中間圧延を行わずに時効処理を500℃にて2時間の1段階のみで行った例であり、前記(3)項に係る発明については比較例である。
特性の調査は各々の銅合金板について、実施例1と同様に(1)結晶粒径、(2)引張強さ、(3)導電率、(4)曲げ加工性を調べた。結果をあわせて表2に示す。
それに対して、比較例15−2および15−3はNi/Siが上限値よりも大きいために本発明例4−2および4−3と比較して、工程変更の効果が得られず強度が低く、また結晶粒径が大きいために曲げ加工性が低下した。比較例22−2および22−3はNi/Siが下限値未満であるために、導電率が低く、本発明例4−2および4−3と比較して工程変更の効果が得られず強度が低かった。また、参考例4−4は強度を向上させようと仕上げ圧延率を高めた例であるが、むしろ強度は低下し、また、曲げ加工性が劣化した。
Claims (7)
- Niを2.0質量%以上3.3質量%未満含有し、Siの含有量がNiとSiの質量比(Ni/Si)で2.8〜3.8の範囲であり、Mgを0.01〜0.2質量%、Snを0.05〜1.5質量%、Znを0.2〜1.5質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる電気電子機器用銅合金材料であって、厚さt=0.20mm、幅w=2.0mmの試験片に対して曲げ半径R(mm)の180°曲げを行った際に、割れの生じない最小の曲げ半径Rの値が0mm以上0.1mm以下であることを特徴とする電気電子機器用銅合金材料。
- Niを2.0質量%以上3.3質量%未満含有し、Siの含有量がNiとSiの質量比(Ni/Si)で2.8〜3.8の範囲であり、Mgを0.01〜0.2質量%、Snを0.05〜1.5質量%、Znを0.2〜1.5質量%含有し、さらにAg、Co、およびCrからなる群から選択される1種以上を合計で0.005〜2.0質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる電気電子機器用銅合金材料であって、厚さt=0.20mm、幅w=2.0mmの試験片に対して曲げ半径R(mm)の180°曲げを行った際に、割れの生じない最小の曲げ半径Rの値が0mm以上0.1mm以下であることを特徴とする電気電子機器用銅合金材料。
- 鋳造された鋳塊を熱間圧延、生地圧延、および溶体化処理を行った後、圧延率5〜50%の中間圧延、400〜600℃にて0.5〜12時間の時効処理、圧延率30%以下の仕上げ圧延、および低温焼鈍処理をこの順に施して製造されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気電子機器用銅合金材料。
- 鋳造された鋳塊を熱間圧延、生地圧延、および溶体化処理を行った後、300〜400℃にて0.5〜8時間の時効処理を施し、さらに425〜600℃にて0.5〜12時間の時効を施し、仕上げ圧延、および低温焼鈍処理をこの順に施して製造されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気電子機器用銅合金材料。
- 鋳造された鋳塊を熱間圧延、生地圧延、および溶体化処理を行った後、圧延率5〜50%の中間圧延、300〜400℃にて0.5〜8時間の時効処理を施し、さらに425〜600℃にて0.5〜12時間の時効処理を施し、圧延率30%以下の仕上げ圧延、および低温焼鈍処理をこの順に施して製造されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気電子機器用銅合金材料。
- Niを2.0質量%以上3.3質量%未満含有し、Siの含有量がNiとSiの質量比(Ni/Si)で2.8〜3.8の範囲であり、Mgを0.01〜0.2質量%、Snを0.05〜1.5質量%、Znを0.2〜1.5質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる電気電子機器用銅合金材料を加工して得られる電気電子部品であって、前記銅合金材料は、厚さt=0.20mm、幅w=2.0mmの試験片に対して曲げ半径R(mm)の180°曲げを行った際に、割れの生じない最小の曲げ半径Rの値が0mm以上0.1mm以下であることを特徴とする電気電子部品。
- Niを2.0質量%以上3.3質量%未満含有し、Siの含有量がNiとSiの質量比(Ni/Si)で2.8〜3.8の範囲であり、Mgを0.01〜0.2質量%、Snを0.05〜1.5質量%、Znを0.2〜1.5質量%含有し、さらにAg、Co、およびCrからなる群から選択される1種以上を合計で0.005〜2.0質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる電気電子機器用銅合金材料を加工して得られる電気電子部品であって、前記銅合金材料は、厚さt=0.20mm、幅w=2.0mmの試験片に対して曲げ半径R(mm)の180°曲げを行った際に、割れの生じない最小の曲げ半径Rの値が0mm以上0.1mm以下であることを特徴とする電気電子部品。
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