JP5088385B2 - 高強度高導電性銅合金 - Google Patents
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Description
本発明は、例えばコネクタやリードフレーム等の電子電気部品に適した高強度高導電性銅合金に関するものである。
従来、電子機器や電気機器等の小型化にともない、これら電子機器や電気機器等に使用されるコネクタ端子、リードフレーム等の電子電気部品の小型化及び薄肉化が図られている。このため、電子電気部品を構成する材料として、バネ性、強度、導電率の優れた銅合金が要求されている。
そこで、バネ性、強度、導電率の優れた銅合金として、例えば特許文献１には、Ｂｅを含有したＣｕ−Ｂｅ合金が提供されている。このＣｕ−Ｂｅ合金は、Ｃｕの母相中にＣｕＢｅを時効析出させることで導電率を低下させることなく強度を向上させた、析出硬化型の高強度合金である。
そこで、バネ性、強度、導電率の優れた銅合金として、例えば特許文献１には、Ｂｅを含有したＣｕ−Ｂｅ合金が提供されている。このＣｕ−Ｂｅ合金は、Ｃｕの母相中にＣｕＢｅを時効析出させることで導電率を低下させることなく強度を向上させた、析出硬化型の高強度合金である。
しかしながら、このＣｕ−Ｂｅ合金には、高価な元素であるＢｅを含有していることから、原料コストが非常に高いものである。また、Ｃｕ−Ｂｅ合金を製造する際には、毒性のあるＢｅ酸化物が発生することになる。よって、製造工程において、Ｂｅ酸化物が誤って外部に放出されないように、製造設備を特別な構成とし、厳しく管理する必要がある。このように、Ｃｕ−Ｂｅ合金は、原料コスト及び製造コストがともに高く、非常に高価であるといった問題があった。また、前述のように、有害な元素であるＢｅを含有していることから、環境対策の面からも敬遠されていた。
そこで、Ｃｕ−Ｂｅ合金を代替可能な材料が強く望まれていた。
そこで、Ｃｕ−Ｂｅ合金を代替可能な材料が強く望まれていた。
例えば非特許文献１には、Ｂｅ銅を代替する銅合金として、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｍｇ合金が提案されている。このＣｕ−Ｓｎ−Ｍｇ合金は、Ｃｕ−Ｓｎ合金（青銅）にＭｇを添加したものであり、強度が高く、バネ性に優れた合金である。
P.A.Ainsworth,C.J.Thwaites,R.Duckett 、Properties and manufacturing characteristics of precipitation-hardening tin-magnesium bronze 、"Metals Technology"August（1974）,p. 385-390
しかしながら、非特許文献１に記載されたＣｕ−Ｓｎ−Ｍｇ合金においては、加工時に割れが発生し易いといった問題があった。すなわち、非特許文献１に記載されたＣｕ−Ｓｎ−Ｍｇ合金は、Ｓｎを比較的多く含んでいることから、Ｓｎの偏析により、鋳塊の内部に低融点の金属間化合物が不均一に生成してしまう。このように低融点の金属間化合物が生成すると、その後の熱処理の際に、低融点の金属間化合物が残存してしまい、その後の加工時において割れが発生するのである。
また、Ｓｎは、Ｂｅよりは安価であるものの比較的高価な元素であることから、やはり、原料コストが上昇してしまうことになる。
また、Ｓｎは、Ｂｅよりは安価であるものの比較的高価な元素であることから、やはり、原料コストが上昇してしまうことになる。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、Ｂｅを含有することなく、原料コスト及び製造コストが低く、引張強度及び導電性に優れ、かつ、加工性にも優れた高強度高導電性銅合金を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ；１．０質量％を超えて４質量％未満、Ｓｎ；０．１質量％を超えて５質量％未満、Ｎｉ；０．１質量％を超えて７質量％未満を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物の組成を有し、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上とされていることを特徴としている。
この構成の高強度高導電性銅合金においては、ＭｇとＳｎとＮｉとを含有し、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物とされた銅合金とされており、Ｍｇの含有量、Ｓｎの含有量、及び、Ｎｉの含有量を規定したものである。このような成分組成とされた銅合金は、以下に示すように、引張強度、導電性及び加工性に優れたものとなる。
すなわち、Ｍｇ、Ｓｎは、それぞれ銅の強度を向上させ、かつ、再結晶温度を上昇させる作用を有する元素である。しかしながら、Ｍｇ、Ｓｎを多量に含有すると、ＭｇやＳｎを含む金属間化合物に起因して加工性が悪くなる。よって、Ｍｇの含有量を１．０質量％を超えて４質量％未満とし、Ｓｎの含有量を０．１質量％を超えて５質量％未満とすることで、強度の向上及び加工性の確保を図ることが可能となるのである。
詳述すると、ＭｇとＳｎとを共添加することで、（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎといった析出物が銅の母相中に分散される。この析出物による析出硬化によって、強度及び再結晶温度が向上することになる。
また、Ｍｇ、Ｓｎを多量に含有すると、Ｍｇ、Ｓｎの偏析により、鋳塊内部においてＭｇやＳｎを含有する金属間化合物が不均一に生成することになる。特に、Ｓｎを多く含む金属間化合物は融点が低く、その後の熱処理工程において溶解してしまうおそれがある。溶解すると、その後の熱処理の際に金属間化合物が残存し易くなる。このような金属間化合物の残存に起因して加工性が悪くなるのである。
また、Ｍｇ、Ｓｎを多量に含有すると、Ｍｇ、Ｓｎの偏析により、鋳塊内部においてＭｇやＳｎを含有する金属間化合物が不均一に生成することになる。特に、Ｓｎを多く含む金属間化合物は融点が低く、その後の熱処理工程において溶解してしまうおそれがある。溶解すると、その後の熱処理の際に金属間化合物が残存し易くなる。このような金属間化合物の残存に起因して加工性が悪くなるのである。
一方、Ｎｉは、Ｍｇ及びＳｎとともに共添加することで、強度と再結晶温度とを、さらに向上させる作用を有する。これは、（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎにＮｉが固溶した析出物によるものと推測される。また、Ｎｉは、鋳塊内部において生成される金属間化合物の融点を高くする作用を有していることから、その後の熱処理工程において金属間化合物が溶融することが抑制され、この金属間化合物の残存に起因した加工性の悪化を抑制することが可能となる。一方、Ｎｉを多量に含有した場合には、導電率が低下することになる。
以上のことから、Ｎｉの含有量を０．１質量％を超えて７質量％未満とすることで、強度の向上、加工性の向上及び導電性の確保を図ることが可能となるのである。
以上のことから、Ｎｉの含有量を０．１質量％を超えて７質量％未満とすることで、強度の向上、加工性の向上及び導電性の確保を図ることが可能となるのである。
また、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量Ｍｇ／Ｓｎを０．４以上とすることによって、Ｍｇに比較してＳｎの含有量が必要以上に多くならず、低融点の金属間化合物の生成を抑制することが可能となる。よって、前述したＭｇとＳｎとを共添加による強度向上の効果を確実に奏功せしめることができるとともに加工性を確保することができる。
また、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２以上３以下とされていることが好ましい。
Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２以上とされているので、Ｓｎの含有量が少なくなり、低融点の金属間化合物の生成を抑制でき、加工性を確保することができる。さらに、質量比Ｎｉ／Ｓｎが３以下とされているので、過剰なＮｉが存在せず、導電率の低下を防止することができる。
Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２以上とされているので、Ｓｎの含有量が少なくなり、低融点の金属間化合物の生成を抑制でき、加工性を確保することができる。さらに、質量比Ｎｉ／Ｓｎが３以下とされているので、過剰なＮｉが存在せず、導電率の低下を防止することができる。
さらに、Ｐ、Ｂのうちの１種以上を含み、その含有する合計量が０．００１質量％以上０．５質量％以下とされていることが好ましい。
Ｐ，Ｂは、強度及び耐熱性を向上させる元素である。また、Ｐは、溶解鋳造時において、銅溶湯の粘性を低下させる効果がある。しかしながら、Ｐ、Ｂを多量に含有すると導電率が低下することになる。よって、Ｐ、Ｂの含有量を０．００１質量％以上０．５質量％以下とすることで、導電率の低下を抑えつつ、強度及び耐熱性の向上を図ることが可能となる。
Ｐ，Ｂは、強度及び耐熱性を向上させる元素である。また、Ｐは、溶解鋳造時において、銅溶湯の粘性を低下させる効果がある。しかしながら、Ｐ、Ｂを多量に含有すると導電率が低下することになる。よって、Ｐ、Ｂの含有量を０．００１質量％以上０．５質量％以下とすることで、導電率の低下を抑えつつ、強度及び耐熱性の向上を図ることが可能となる。
また、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種以上を含み、その含有する合計量が０．０１質量％以上５質量％以下とされていることが好ましい。
Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素は、銅合金の特性を向上させる効果を有しており、用途にあわせて選択的に含有させることによって特性を向上させることが可能となる。
Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素は、銅合金の特性を向上させる効果を有しており、用途にあわせて選択的に含有させることによって特性を向上させることが可能となる。
さらに、引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上とされていることが好ましい。
この場合、強度及び導電率に優れており、前述の電子電気部品として適した高強度高導電性銅合金を提供することができる。例えば、コネクタ端子やリードフレーム等をこの高強度高導電性銅合金で構成することで、これらコネクタ端子やリードフレーム等の薄肉化を図ることが可能となる。
この場合、強度及び導電率に優れており、前述の電子電気部品として適した高強度高導電性銅合金を提供することができる。例えば、コネクタ端子やリードフレーム等をこの高強度高導電性銅合金で構成することで、これらコネクタ端子やリードフレーム等の薄肉化を図ることが可能となる。
本発明によれば、Ｂｅを含有することなく、原料コスト及び製造コストが低く、引張強度及び導電性に優れ、かつ、加工性にも優れた高強度高導電性銅合金を提供することができる。
以下に、本発明の一実施形態である高強度高導電性銅合金について説明する。
本実施形態である高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ；１．０質量％を超えて４質量％未満、Ｓｎ；０．１質量％を超えて５質量％未満、Ｎｉ；０．１質量％を超えて７質量％未満を含み、かつ、Ｐ、Ｂのうちの１種以上を合計で０．００１質量％以上０．５質量％以下、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種以上を合計で０．０１質量％以上５質量％以下、を含み、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有している。
そして、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上とされ、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２以上３以下とされている。
以下に、これらの元素の含有量を前述の範囲に設定した理由について説明する。
本実施形態である高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ；１．０質量％を超えて４質量％未満、Ｓｎ；０．１質量％を超えて５質量％未満、Ｎｉ；０．１質量％を超えて７質量％未満を含み、かつ、Ｐ、Ｂのうちの１種以上を合計で０．００１質量％以上０．５質量％以下、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種以上を合計で０．０１質量％以上５質量％以下、を含み、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有している。
そして、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上とされ、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２以上３以下とされている。
以下に、これらの元素の含有量を前述の範囲に設定した理由について説明する。
（Ｍｇ）
Ｍｇは、導電率を大きく低下させることなく、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｍｇの含有量が１．０質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、４．０質量％以上のＭｇを含有した場合、均質化及び溶体化のために熱処理を行った際に、Ｍｇを含む金属間化合物が残存してしまい、十分な均質化及び溶体化を行うことができなくなる。これにより、熱処理後の冷間加工や熱間加工において割れが発生するおそれがある。
このような理由から、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて４質量％未満に設定している。
さらに、Ｍｇは活性元素であることから、過剰に添加されることによって、溶解鋳造時に、酸素と反応して生成されたＭｇ酸化物を巻きこむおそれがある。このＭｇ酸化物の巻きこみを抑制するためには、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて３質量％未満とすることが好ましい。
Ｍｇは、導電率を大きく低下させることなく、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｍｇの含有量が１．０質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、４．０質量％以上のＭｇを含有した場合、均質化及び溶体化のために熱処理を行った際に、Ｍｇを含む金属間化合物が残存してしまい、十分な均質化及び溶体化を行うことができなくなる。これにより、熱処理後の冷間加工や熱間加工において割れが発生するおそれがある。
このような理由から、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて４質量％未満に設定している。
さらに、Ｍｇは活性元素であることから、過剰に添加されることによって、溶解鋳造時に、酸素と反応して生成されたＭｇ酸化物を巻きこむおそれがある。このＭｇ酸化物の巻きこみを抑制するためには、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて３質量％未満とすることが好ましい。
（Ｓｎ）
Ｓｎは、銅の母相中に固溶することにより、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｓｎの含有量が０．１質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、５質量％以上のＳｎを含有した場合、導電率が大きく低下することになる。また、Ｓｎの偏析により、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物が不均一に生成し、均質化及び溶体化のために熱処理を行った際に、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物が残存してしまい、十分な均質化及び溶体化を行うことができなくなる。これにより、熱処理後の冷間加工や熱間加工において割れが発生することになる。また、Ｓｎは比較的高価な元素であることから、必要以上に添加した場合には、製造コストが増加することになる。
このような理由から、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて５質量％未満に設定している。なお、前述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて２質量％未満とすることが好ましい。
Ｓｎは、銅の母相中に固溶することにより、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｓｎの含有量が０．１質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、５質量％以上のＳｎを含有した場合、導電率が大きく低下することになる。また、Ｓｎの偏析により、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物が不均一に生成し、均質化及び溶体化のために熱処理を行った際に、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物が残存してしまい、十分な均質化及び溶体化を行うことができなくなる。これにより、熱処理後の冷間加工や熱間加工において割れが発生することになる。また、Ｓｎは比較的高価な元素であることから、必要以上に添加した場合には、製造コストが増加することになる。
このような理由から、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて５質量％未満に設定している。なお、前述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて２質量％未満とすることが好ましい。
（Ｎｉ）
Ｎｉは、Ｍｇ及びＳｎと共添加することにより、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。また、Ｎｉは、鋳塊内部において偏析する金属間化合物の融点を高くする作用を有していることから、その後の熱処理工程における金属間化合物の溶融を抑制でき、加工性を向上させる効果を有する。ここで、Ｎｉの含有量が０．１質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、７質量％以上のＮｉを含有した場合、導電率が大きく低下することになる。
このような理由から、Ｎｉの含有量を、０．１質量％を超えて７質量％未満に設定している。
Ｎｉは、Ｍｇ及びＳｎと共添加することにより、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。また、Ｎｉは、鋳塊内部において偏析する金属間化合物の融点を高くする作用を有していることから、その後の熱処理工程における金属間化合物の溶融を抑制でき、加工性を向上させる効果を有する。ここで、Ｎｉの含有量が０．１質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、７質量％以上のＮｉを含有した場合、導電率が大きく低下することになる。
このような理由から、Ｎｉの含有量を、０．１質量％を超えて７質量％未満に設定している。
（Ｍｇ／Ｓｎ）
ＭｇとＳｎとを共添加した場合には、これらの化合物である（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎの析出物が銅の母相中に分散し、析出硬化によって強度を向上させることができる。
ここで、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４未満である場合には、Ｍｇの含有量に比して多くのＳｎを含有することになる。すると、前述のように、低融点の金属間化合物が生じ、加工性が悪化してしまうことになる。よって、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．４以上とし、加工性を確保している。
なお、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物の残存を抑制して加工性を確実に確保するとともに、Ｓｎによる強度向上の効果を確実に奏功せしめるためには、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．８以上１０以下とすることが好ましい。
ＭｇとＳｎとを共添加した場合には、これらの化合物である（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎの析出物が銅の母相中に分散し、析出硬化によって強度を向上させることができる。
ここで、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４未満である場合には、Ｍｇの含有量に比して多くのＳｎを含有することになる。すると、前述のように、低融点の金属間化合物が生じ、加工性が悪化してしまうことになる。よって、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．４以上とし、加工性を確保している。
なお、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物の残存を抑制して加工性を確実に確保するとともに、Ｓｎによる強度向上の効果を確実に奏功せしめるためには、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．８以上１０以下とすることが好ましい。
（Ｎｉ／Ｓｎ）
Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２未満である場合には、Ｎｉの含有量に比して多くのＳｎを含有することになる。すると、前述のように、低融点の金属間化合物が生じやすくなり、加工性が低下してしまうことになる。
また、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが３を超える場合には、Ｎｉの含有量が多くなり、導電率が大きく低下してしまう
よって、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎを０．２以上３以下とし、加工性を確保するとともに、導電率を確保しているのである。
Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２未満である場合には、Ｎｉの含有量に比して多くのＳｎを含有することになる。すると、前述のように、低融点の金属間化合物が生じやすくなり、加工性が低下してしまうことになる。
また、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが３を超える場合には、Ｎｉの含有量が多くなり、導電率が大きく低下してしまう
よって、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎを０．２以上３以下とし、加工性を確保するとともに、導電率を確保しているのである。
（Ｂ、Ｐ）
Ｂ、Ｐは、強度及び耐熱性を向上させる元素である。また、Ｐは、溶解鋳造時において、銅溶湯の粘性を低下させる効果がある。ここで、Ｂ、Ｐの含有量が０．００１質量％未満では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、Ｂ、Ｐを０．５質量％を超えて含有した場合には、導電率が大きく低下することになる。
このような理由から、Ｂ、Ｐの含有量を、０．００１質量％以上０．５質量％以下に設定している。
Ｂ、Ｐは、強度及び耐熱性を向上させる元素である。また、Ｐは、溶解鋳造時において、銅溶湯の粘性を低下させる効果がある。ここで、Ｂ、Ｐの含有量が０．００１質量％未満では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、Ｂ、Ｐを０．５質量％を超えて含有した場合には、導電率が大きく低下することになる。
このような理由から、Ｂ、Ｐの含有量を、０．００１質量％以上０．５質量％以下に設定している。
（Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎ）
Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素は、銅合金の特性を向上させる効果を有しており、用途にあわせて選択的に含有させることによって特性を向上させることが可能となる。ここで、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素の含有量が０．０１質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素を５質量％を超えて含有した場合には、導電率が大きく低下することになる。
このような理由から、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素の含有量を、０．０１質量％以上５質量％以下に設定している。
Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素は、銅合金の特性を向上させる効果を有しており、用途にあわせて選択的に含有させることによって特性を向上させることが可能となる。ここで、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素の含有量が０．０１質量％以下では、その作用効果を奏功せしめることはできない。
一方、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素を５質量％を超えて含有した場合には、導電率が大きく低下することになる。
このような理由から、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素の含有量を、０．０１質量％以上５質量％以下に設定している。
なお、不可避不純物としては、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，希土類元素，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓ，Ｏ，Ｃ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、総量で０．３質量％以下であることが好ましい。
次に、本実施形態である高強度高導電性銅合金の製造方法について説明する。
（溶解鋳造工程）
まず、銅原料を溶解して得られた銅溶湯に、前述の元素を添加して成分調整を行い、銅合金溶湯を製出する。なお、元素の添加には、元素単体や母合金等を用いることができる。また、これらの元素を含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。また、本合金のリサイクル材及びスクラップ材を用いてもよい。
ここで、銅溶湯は、純度が９９．９９％以上とされたいわゆる４ＮＣｕとすることが好ましい。また、溶解工程では、Ｍｇ等の酸化を抑制するために、真空炉、あるいは、不活性ガス雰囲気又は還元性雰囲気とされた雰囲気炉を用いることが好ましい。
そして、成分調整された銅合金溶湯を鋳型に注入して鋳塊を製出する。なお、量産を考慮した場合には、連続鋳造法又は半連続鋳造法を用いることが好ましい。
（溶解鋳造工程）
まず、銅原料を溶解して得られた銅溶湯に、前述の元素を添加して成分調整を行い、銅合金溶湯を製出する。なお、元素の添加には、元素単体や母合金等を用いることができる。また、これらの元素を含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。また、本合金のリサイクル材及びスクラップ材を用いてもよい。
ここで、銅溶湯は、純度が９９．９９％以上とされたいわゆる４ＮＣｕとすることが好ましい。また、溶解工程では、Ｍｇ等の酸化を抑制するために、真空炉、あるいは、不活性ガス雰囲気又は還元性雰囲気とされた雰囲気炉を用いることが好ましい。
そして、成分調整された銅合金溶湯を鋳型に注入して鋳塊を製出する。なお、量産を考慮した場合には、連続鋳造法又は半連続鋳造法を用いることが好ましい。
（１次熱処理工程）
次に、得られた鋳塊の均質化及び溶体化のために熱処理を行う。鋳塊の内部には、凝固の過程において添加元素が偏析で濃縮することにより発生した金属間化合物等が存在することになる。そこで、熱処理を行うことで、これらの偏析及び金属間化合物等を消失又は低減させるために、鋳塊内において、添加元素を均質に拡散させたり、添加元素を銅の母相中に固溶させたりするのである。
この熱処理工程における熱処理条件は、特に限定はないが、５００℃から８００℃、非酸化性又は還元性雰囲気中で実施することが好ましい。
次に、得られた鋳塊の均質化及び溶体化のために熱処理を行う。鋳塊の内部には、凝固の過程において添加元素が偏析で濃縮することにより発生した金属間化合物等が存在することになる。そこで、熱処理を行うことで、これらの偏析及び金属間化合物等を消失又は低減させるために、鋳塊内において、添加元素を均質に拡散させたり、添加元素を銅の母相中に固溶させたりするのである。
この熱処理工程における熱処理条件は、特に限定はないが、５００℃から８００℃、非酸化性又は還元性雰囲気中で実施することが好ましい。
また、粗加工の効率化と組織の均一化のために、前述の熱処理後に熱間加工を実施してもよい。加工方法に特に限定はなく、例えば最終形態が板や条の場合には圧延、線や棒の場合には線引きや押出や溝圧延等、バルク形状の場合には鍛造やプレス、を採用することができる。なお、この熱間加工の温度も特に限定はないが、５００℃から８００℃とすることが好ましい。
（加工工程）
熱処理された鋳塊を切断するとともに、熱処理等で生成された酸化膜等を除去するために表面研削を行う。そして、所定の形状へと加工を行う。
ここで、加工方法に特に限定はなく、例えば最終形態が板や条の場合には圧延、線や棒の場合には線引きや押出や溝圧延、バルク形状の場合には鍛造やプレス、を採用することができる。なお、この加工時の温度条件は特に限定はないが、冷間又は温間加工とすることが好ましい。また、加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されることになるが、２０％以上とすることが好ましい。
熱処理された鋳塊を切断するとともに、熱処理等で生成された酸化膜等を除去するために表面研削を行う。そして、所定の形状へと加工を行う。
ここで、加工方法に特に限定はなく、例えば最終形態が板や条の場合には圧延、線や棒の場合には線引きや押出や溝圧延、バルク形状の場合には鍛造やプレス、を採用することができる。なお、この加工時の温度条件は特に限定はないが、冷間又は温間加工とすることが好ましい。また、加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されることになるが、２０％以上とすることが好ましい。
なお、この加工工程の中で、溶体化を促進するために、あるいは、再結晶組織を得るため、また、加工性を向上させるために、適宜、熱処理を実施してもよい。この熱処理の条件は、特に限定はないが、５００℃から８００℃、非酸化性又は還元性雰囲気中で実施することが好ましい。
（２次熱処理工程）
次に、加工工程によって得られた加工材に対して、低温焼鈍硬化及び析出硬化を行うために、又は、残留ひずみの除去のために、熱処理を実施する。この熱処理条件については、製出される製品に求められる特性に応じて適宜設定することになる。
なお、熱処理条件は、特に限定はないが、温度が１５０℃から６００℃で、１０秒から２４時間、非酸化性又は還元性雰囲気中で実施することが好ましい。また、熱処理前の加工とこの熱処理とを複数回実施してもよい。
次に、加工工程によって得られた加工材に対して、低温焼鈍硬化及び析出硬化を行うために、又は、残留ひずみの除去のために、熱処理を実施する。この熱処理条件については、製出される製品に求められる特性に応じて適宜設定することになる。
なお、熱処理条件は、特に限定はないが、温度が１５０℃から６００℃で、１０秒から２４時間、非酸化性又は還元性雰囲気中で実施することが好ましい。また、熱処理前の加工とこの熱処理とを複数回実施してもよい。
このようにして、本実施形態である高強度高導電性銅合金が製出される。そして、本実施形態である高強度高導電性銅合金は、その引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上とされている。
以上のような構成とされた本実施形態である高強度高導電性銅合金によれば、ＭｇとＳｎとＮｉとを含有し、Ｍｇの含有量が１．０質量％を超えて４質量％未満とされ、Ｓｎの含有量がＳｎ；０．１質量％を超えて５質量％未満とされ、Ｎｉの含有量がＳｎ；０．１質量％を超えて７質量％未満とされているので、Ｍｇ、Ｓｎ及びＮｉの共添加によって、固溶硬化及び析出硬化による強度の向上を図ることが可能となるとともに、Ｍｇ、Ｓｎ及びＮｉの含有量が抑制され、加工性及び導電率を確保することができる。
また、Ｐ、Ｂのうちの１種以上を含有し、その含有量が０．００１質量％以上０．５質量％以下とされているので、導電率の低下を抑えつつ、強度及び耐熱性の向上を図ることが可能となる。
さらに、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種以上を含有し、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下とされているので、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素によって、導電率を著しく低下させることなく、銅合金の特性を向上させることが可能となる。
さらに、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種以上を含有し、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下とされているので、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎといった元素によって、導電率を著しく低下させることなく、銅合金の特性を向上させることが可能となる。
さらに、本実施形態では、引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上とされているので、本実施形態である高強度高導電性銅合金を用いて、コネクタ端子やリードフレーム等を構成することで、これらコネクタ端子やリードフレーム等の薄肉化を図ることが可能となる。
以上、本発明の実施形態である高強度高導電性銅合金について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、Ｍｇ，Ｓｎ及びＮｉ以外の元素を含有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｍｇ，Ｓｎ及びＮｉ以外の元素については必要に応じて添加すればよい。
また、高強度高導電性銅合金の製造方法の一例について説明したが、製造方法は本実施形態に限定されることはなく、既存の製造方法を適宜選択して製造してもよい。
例えば、Ｍｇ，Ｓｎ及びＮｉ以外の元素を含有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｍｇ，Ｓｎ及びＮｉ以外の元素については必要に応じて添加すればよい。
また、高強度高導電性銅合金の製造方法の一例について説明したが、製造方法は本実施形態に限定されることはなく、既存の製造方法を適宜選択して製造してもよい。
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
純度９９．９９％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これを高純度グラファイト坩堝内に装入して、Ａｒガス雰囲気とされた雰囲気炉内において高周波溶解した。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成に調製し、カーボン鋳型に注湯して鋳塊を製出した。なお、鋳塊の大きさは、厚さ約２０ｍｍ×幅約２０ｍｍ×長さ約１００ｍｍとした。
純度９９．９９％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これを高純度グラファイト坩堝内に装入して、Ａｒガス雰囲気とされた雰囲気炉内において高周波溶解した。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成に調製し、カーボン鋳型に注湯して鋳塊を製出した。なお、鋳塊の大きさは、厚さ約２０ｍｍ×幅約２０ｍｍ×長さ約１００ｍｍとした。
得られた鋳塊に対して、Ａｒガス雰囲気中において７１５℃で４時間の熱処理を実施した。
熱処理後の鋳塊を切断するとともに、酸化被膜を除去するために表面研削を実施した。これにより、厚さ約８ｍｍ×幅約１８ｍｍ×長さ約１００ｍｍの素体ブロックを製出した。
熱処理後の鋳塊を切断するとともに、酸化被膜を除去するために表面研削を実施した。これにより、厚さ約８ｍｍ×幅約１８ｍｍ×長さ約１００ｍｍの素体ブロックを製出した。
この素体ブロックに対して、圧延率約９２％から９４％の冷間圧延を実施し、厚さ約０．５ｍｍ×幅約２０ｍｍの条材を製出した。
この条材に対して、Ａｒガス雰囲気中で表１に記載した温度で１〜４時間の熱処理を実施し、特性評価用条材を作成した。
この条材に対して、Ａｒガス雰囲気中で表１に記載した温度で１〜４時間の熱処理を実施し、特性評価用条材を作成した。
（加工性評価）
加工性の評価として、前述の冷間圧延時における耳割れの有無を観察した。目視で耳割れが全くあるいはほとんど認められなかったものを◎、長さ１ｍｍ未満の小さな耳割れが発生したものを○、長さ１ｍｍ以上３ｍｍ未満の耳割れが発生したものを△、長さ３ｍｍ以上の大きな耳割れが発生したものを×、耳割れに起因して圧延途中で破断したものを××とした。
なお、耳割れの長さとは、圧延材の幅方向端部から幅方向中央部に向かう耳割れの長さのことである。
加工性の評価として、前述の冷間圧延時における耳割れの有無を観察した。目視で耳割れが全くあるいはほとんど認められなかったものを◎、長さ１ｍｍ未満の小さな耳割れが発生したものを○、長さ１ｍｍ以上３ｍｍ未満の耳割れが発生したものを△、長さ３ｍｍ以上の大きな耳割れが発生したものを×、耳割れに起因して圧延途中で破断したものを××とした。
なお、耳割れの長さとは、圧延材の幅方向端部から幅方向中央部に向かう耳割れの長さのことである。
また、前述の特性評価用条材を用いて、引張強度及び導電率を測定した、
（引張強度）
特性評価用条材からＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定される１３Ｂ号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定にしたがって、室温（２５℃）での引張強度を測定した。なお、試験片は、引張試験の引張方向が特性評価用条材の圧延方向に対して平行になるように採取した。
（引張強度）
特性評価用条材からＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定される１３Ｂ号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定にしたがって、室温（２５℃）での引張強度を測定した。なお、試験片は、引張試験の引張方向が特性評価用条材の圧延方向に対して平行になるように採取した。
（導電率）
特性評価用条材から幅１０ｍｍ×長さ６０ｍｍの試験片を採取し、４端子法によって電気抵抗を求めた。また、マイクロメータを用いて試験片の寸法測定を行い、試験片の体積を算出した。そして、測定した電気抵抗値と体積とから、導電率を算出した。なお、試験片は、その長手方向が特性評価用条材の圧延方向に対して平行になるように採取した。
評価結果を表１、表２に示す。
特性評価用条材から幅１０ｍｍ×長さ６０ｍｍの試験片を採取し、４端子法によって電気抵抗を求めた。また、マイクロメータを用いて試験片の寸法測定を行い、試験片の体積を算出した。そして、測定した電気抵抗値と体積とから、導電率を算出した。なお、試験片は、その長手方向が特性評価用条材の圧延方向に対して平行になるように採取した。
評価結果を表１、表２に示す。
Ｍｇの含有量が１．０質量％以下とされた比較例１、Ｓｎ及びＮｉを含有していない比較例２，Ｓｎを含有していない比較例３では、いずれも引張強度が７５０ＭＰａ未満であった。
また、Ｎｉの含有量が７質量％以上とされた比較例４においては、導電率が９．６％ＩＡＣＳと低い値を示した。
また、Ｎｉの含有量が７質量％以上とされた比較例４においては、導電率が９．６％ＩＡＣＳと低い値を示した。
Ｓｎの含有量が５質量％以上とされた比較例５，７，８においては、冷間圧延時に大きな耳割れが発生し、比較例７，８では圧延の途中で破断した。
また、Ｎｉを含有していない比較例６では、圧延時に大きな耳割れが発生し、圧延の途中で破断した。
さらに、Ｍｇの含有量が４質量％以上とされた比較例９，１０についても、冷間圧延時に大きな耳割れが発生し、比較例１０では圧延の途中で破断した。
また、Ｎｉを含有していない比較例６では、圧延時に大きな耳割れが発生し、圧延の途中で破断した。
さらに、Ｍｇの含有量が４質量％以上とされた比較例９，１０についても、冷間圧延時に大きな耳割れが発生し、比較例１０では圧延の途中で破断した。
これに対して、本発明例１−４２においては、引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％以上とされていることが確認された。また、冷間圧延において、３ｍｍ以上の大きな耳割れは確認されなかった。
以上のことから、本発明例によれば、引張強度が７５０ＭＰａ，導電率が１０％以上の高強度高導電性銅合金を、耳割れ等による加工トラブルなく、製出できることが確認された。
以上のことから、本発明例によれば、引張強度が７５０ＭＰａ，導電率が１０％以上の高強度高導電性銅合金を、耳割れ等による加工トラブルなく、製出できることが確認された。
Claims (5)
- Ｍｇ；１．０質量％を超えて４質量％未満、Ｓｎ；０．１質量％を超えて５質量％未満、Ｎｉ；０．１質量％を超えて７質量％未満を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物の組成を有し、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。
- 請求項１に記載の高強度高導電性銅合金において、
Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２以上３以下とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。 - 請求項１又は請求項２に記載の高強度高導電性銅合金において、
Ｐ、Ｂのうちの１種以上を含み、その含有する合計量が０．００１質量％以上０．５質量％以下とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。 - 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の高強度高導電性銅合金において、
Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種以上を含み、その含有する合計量が０．０１質量％以上５質量％以下とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。 - 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の高強度高導電性銅合金において、
引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上とされていることを特徴とする高強度高導電性銅合金。
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