JP4754930B2 - 電子材料用Cu−Ni−Si系銅合金 - Google Patents
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Ni及びSiは、適当な熱処理を施すことにより金属間化合物としてニッケルシリサイド(Ni2Si等)を形成し、導電率を劣化させずに高強度化が図れる。SiとNiの重量比は上述したように量論組成に近い3≦Ni/Si≦7が好ましく、3.5≦Ni/Si≦5.0がより好ましい。
通常のCu−Ni−Si系合金においてはNi−Si濃度を上昇させると、析出粒子の総数が増加するので、析出強化による強度上昇が図れる。一方、添加濃度上昇に伴い、析出に寄与しない固溶量も増すので、導電率は低下し、結局時効析出のピーク強度は上昇するが、ピーク強度となる導電率は低下する。しかしながら、上記のCu−Ni−Si系合金にCrを0.003〜0.2質量%、好ましくは0.01〜0.1質量%添加すると最終特性において、同じNi−Si濃度を有するCu−Ni−Si系合金と比べて強度を損なわずに導電率を上昇でき、更に熱間加工性が改善されて歩留が高くなる。
すなわち、溶解鋳造時に粒界析出したCrは溶体化処理などで再固溶するが、続く時効析出時に珪化物を生成する。通常のCu−Ni−Si系合金では添加したSi量のうち、時効析出に寄与しなかったSiは母相に固溶したまま導電率の上昇を抑制するが、珪化物形成元素であるCrを添加して、珪化物をさらに析出させることにより、従来のCu−Ni−Si系合金に比べて、固溶Si量を低減でき、強度を損なわずに導電率を上昇できる。
Ni−Si系合金を溶解鋳造する場合には活性金属であるSiの酸化を抑制するため、還元性雰囲気での溶解鋳造を実施するのが通常である。大気で溶解鋳造する場合には、溶湯を被覆するため木炭やカーボンフラックス等、炭素成分を多く含んだ部材を使用する場合が多い。そのため、鋳造された合金には不純物としてCが比較的多く含まれることになる。
本発明に係るCu−Ni−Si系合金にMg、Mn、Sn及びAgから選択される1種又は2種以上を総量で0.5質量%以下添加することで強度、導電率を大きく損なわずに応力緩和特性等を改善できる。その添加量は、0.01質量%未満では効果が不足し、0.5質量%を超えると鋳造性、熱間加工性などの製造性、製品の導電率を損なうので0.01〜0.5質量%添加するのが好ましい。
Zn、P、As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al、Co及びFeは所定量を添加することで様々な効果を示すが、相互に補完し、強度、導電率だけでなく曲げ加工性、めっき性や鋳塊組織の微細化による熱間加工性の改善のような製造性をも改善する効果もあるので本発明に係るCu−Ni−Si系合金にこれらの1種又は2種以上を求められる特性に応じて総量を2.0質量%以下として適宜添加することができる。その添加量は、これらの元素の総量が0.001質量%未満だと所望の効果が得られず、2.0質量%を超えると導電率の低下や製造性の劣化が顕著になるので総量で0.001〜2.0質量%とするのが好ましく、0.01〜1.0質量%とするのがより好ましい。
なお、本発明に係るCu−Ni−Si系合金の特性に悪影響を与えない範囲で本明細書に具体的に記載されていない元素が添加されてもよい。
曲げ加工性の評価は、W字型の金型を用いて試料板厚と曲げ半径の比が1となる条件で90°曲げ加工を行なった。評価は曲げ加工部表面を光学顕微鏡で観察し、クラックが観察されない場合を実用上問題ないと判断して○とし、クラックが認められた場合を×とした。
実施例1〜7及び比較例1、3、5及び9はNi:2.7質量%、Si:0.6質量%を含有する点で共通する。
実施例1から3まで順にCrの含有量を増加させていくとECの減少ができるだけ抑制されながらYSが向上していくのが分かる。
実施例4〜7では、更にMg、Mn、Sn及びAgを添加することで更にYSの向上が図れることが分かる。
比較例3はCrを含むが規定量よりも少ないためその効果が不十分であり、やはり固溶Siが多くなってECが低下し、熱間圧延時に軽微な割れを生じた。
比較例5は比較例3と同様にCr含有量が少なく、更にC含有量も規定量よりも多い。そのため、熱間圧延時に評価不可能となるほどの割れを生じた。
比較例9はCr含有量が規定量よりも多いために粗大Cr粒子が生成し、熱間圧延時に軽微な割れを生じると共に曲げ加工性も悪かった。
実施例8〜16及び比較例2、4、6〜8及び10〜13はNi:4.0質量%、Si:0.9質量%を含有する点で共通する。
実施例8から11まで順にCrの含有量を増加させていくとECの減少ができるだけ抑制されながらYSが向上していくのが分かる。また、実施例1〜7よりもNi及びSiの含有量が高いためにYSが高く、それに応じてECが低い。
実施例12〜15では、更にMg、Mn、Sn及びAgを添加することで更にYSの向上が図れることが分かる。
実施例16では、その他の添加元素としてTi及びFeを加えたが、この場合もYSの向上が図れることが分かる。
比較例4はCrを含むが規定量よりも少ないためその効果が不十分であり、やはり固溶Siが多くなってECが低下し、熱間圧延時に軽微な割れを生じた。
比較例6は比較例4と同様にCr含有量が少なく、更にはC含有量も規定量よりも多い。そのため、熱間圧延時に評価不可能となるほどの割れを生じた。
比較例7及び8はC含有量が規定量よりも多いためにCrの炭化物が生成する一方で、クロムシリサイドの生成が減少して固溶Siが多くなってECが低下し、熱間圧延時に軽微な割れを生じた。更には曲げ加工性も悪かった。
比較例10はCr含有量が規定量よりも多いために粗大Cr粒子が生成し、熱間圧延時に軽微な割れを生じると共に曲げ加工性が悪かった。
比較例11は比較例10と同様にCr含有量が多く、更にC含有量も規定量よりも多かった。C含有量が規定量よりも多いためにCrの炭化物が生成する一方で、クロムシリサイドの生成が減少して固溶Siが多くなってECが低下した。更には曲げ加工性も悪かった。
比較例12及び13はMg及びMnを規定量を超えて添加した場合の例である。Mgを過剰に添加した比較例12では鋳肌の劣化によって熱間圧延時に割れを生じたため評価不可能となった。Mnを過剰に添加した比較例13では熱間圧延時に軽微な割れを生じると共にEC及び曲げ加工性が悪かった。
実施例17〜20はNi:4.5質量%、Si:1.0質量%を含有する。
実施例1〜16よりもNi及びSiの含有量が高いためにYSが高く、それに応じてECが低い。
図1は、Ni、Si及びCrを規定範囲内で同様の含有量としつつ、炭素量を規定範囲とした場合(実施例9及び10)と、炭素量が規定範囲外の場合(比較例7及び8)とについてYSを横軸に、ECを縦軸にしてプロットした図である。炭素の含有量が25質量ppm程度異なるだけでもYS及びECに顕著な差が生じたことが分かる。
Claims (5)
- Ni:3.2〜4.5質量%、Si:0.50〜1.2質量%、Cr:0.0030〜0.2質量%を含有し(但し、NiとSiの重量比が3≦Ni/Si≦7である。)、残部Cuおよび不可避的不純物から構成される銅合金であって、炭素の量が50質量ppm以下である電子材料用銅合金。
- 更にMg、Mn、Sn及びAgから選択される1種又は2種以上を総量で0.5質量%以下含有する請求項1に記載の電子材料用銅合金。
- 更にTi、Fe、B及びCoから選択される1種又は2種以上を含有し、ただし、Tiを含有する場合は0.03質量%以下とし、Feを含有する場合は0.03質量%以下とし、Bを含有する場合は0.005質量%以下とし、Coを含有する場合は0.1質量%以下とする請求項1又は2に記載の電子材料用銅合金。
- 請求項1〜3の何れか一項に記載の銅合金を用いた伸銅品。
- 請求項1〜3の何れか一項に記載の銅合金を用いた電子機器部品。
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