JP6047466B2 - 導電性及び曲げたわみ係数に優れる銅合金板 - Google Patents
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(目標特性)
本発明の実施の形態に係るコルソン合金板は、30%IACS以上の導電率を有し、且つ500MPa以上の引張強さを有する。導電率が30%IACS以上であれば、通電時の発熱量が純銅と同等といえる。また、引張強さが500MPa以上であれば、大電流を通電する部品の素材又は大熱量を放散する部品の素材として必要な強度を有しているといえる。
Ni、Co及びSiは、適当な時効処理を行うことにより、Ni−Si、Co−Si、Ni−Co−Si等の金属間化合物として析出する。この析出物の作用により強度が向上し、析出によりCuマトリックス中に固溶したNi、Co及びSiが減少するため導電率が向上する。しかしながら、NiとCoの合計量が0.8質量%未満又はSiが0.2質量%未満になると500MPa以上の引張強さおよび15%以下の応力緩和率を得ることが難しくなる。NiとCoの合計量が5.0質量%を超えると又はSiが1.5質量%を超えると、熱間圧延割れ等により合金の製造が困難になる。このため、本発明に係るコルソン合金では、NiとCoのうち一種以上の添加量は0.8〜5.0質量%とし、Siの添加量は0.2〜1.5質量%としている。NiとCoのうち一種以上の添加量は1.0〜4.0質量%がより好ましく、Siの添加量は0.25〜0.90質量%がより好ましい。
コルソン合金には、強度や耐熱性を改善するために、Sn、Zn、Mg、Fe、Ti、Zr、Cr、Al、P、Mn、B及びAgのうちの一種以上を含有させることができる。ただし、添加量が多すぎると、導電率が低下して30%IACSを下回ったり、合金の製造性が悪化したりする場合があるので、添加量は総量で3.0質量%以下、より好ましくは2.5質量%以下とする。また、添加による効果を得るためには、添加量を総量で0.001質量%以上にすることが好ましい。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、(122)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率と、(133)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率との面積率合計(以下、A値とする)を10%以上、より好ましくは15%以上に調整する。
銅合金板のTDのばね限界値は、400MPa以上に調整することが好ましく、450MPa以上に調整することがさらに好ましい。A値を10%以上に調整することに加え、TDのばね限界値を400MPa以上に調整することにより、応力緩和率が30%以下となる。ばね限界値の上限値については、銅合金板の特性の点からは制限されないが、ばね限界値が引張強さ以上の値になることは少ない。
製品の厚みは0.1〜2.0mmであることが好ましい。厚みが薄すぎると、通電部断面積が小さくなり通電時の発熱が増加するため大電流を流すコネクタ等の素材として不適であり、また、わずかな外力で変形するようになるため放熱板等の素材としても不適である。一方で、厚みが厚すぎると、曲げ加工が困難になる。このような観点から、より好ましい厚みは0.2〜1.5mmである。厚みが上記範囲となることにより、通電時の発熱を抑えつつ、曲げ加工性を良好なものとすることができる。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、電機・電子機器、自動車等で用いられる端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電子部品の用途に好適に使用することができ、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車等で用いられる大電流用コネクタや端子等の大電流用電子部品の用途、又はスマートフォンやタブレットPCで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に有用である。
純銅原料として電気銅等を溶解し、Ni、Co、Si及び必要に応じ他の合金元素を添加し、厚み30〜300mm程度のインゴットに鋳造する。このインゴットを熱間圧延により厚み3〜30mm程度の板とした後、冷間圧延、溶体化処理、時効処理、最終冷間圧延、歪取焼鈍の順で、所望の厚みおよび特性を有する条や箔に仕上げる。熱処理後には、熱処理時に生成した表面酸化膜を除去するために、表面の酸洗や研磨等を行ってもよい。
(成分)
歪取焼鈍後の材料につき、合金元素濃度をICP−質量分析法で分析した。
圧延方向と直交する断面を機械研磨により鏡面に仕上げた後、エッチングにより結晶粒界を現出させた。この金属組織上において、JIS H 0501(1999年)の切断法に従い測定し、平均結晶粒径を求めた。
歪取焼鈍後の材料につき、TDと直交する断面(厚み方向と圧延方向にそれぞれ平行な断面)に電子線を照射しEBSD測定を行った。測定面積は0.1mm2とし、2μmのステップでスキャンし、方位を解析した。そして、(122)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率および(133)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率を求め、両面積率の合計(A値)を算出した。
最終冷間圧延後および歪取焼鈍後の材料につき、JIS Z2241に規定する13B号試験片を引張方向が圧延方向と平行になるように採取し、JIS Z2241に準拠して圧延方向と平行に引張試験を行い、引張強さ求めた。
歪取焼鈍後の材料から、幅が10mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と直交するように採取し、JIS H3130に規定されているモーメント式試験により、TDのばね限界値を測定した。
歪取焼鈍後の材料から、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように試験片を採取し、JIS H0505に準拠し四端子法により20℃での導電率を測定した。
歪取焼鈍後の材料につき、TDの曲げたわみ係数を日本伸銅協会(JACBA)技術標準「銅及び銅合金板条の片持ち梁による曲げたわみ係数測定方法」に準じて測定した。
板厚t、幅w(=10mm)の短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と直交するように採取した。この試料の片端を固定し、固定端からL(=100t)の位置にP(=0.15N)の荷重を加え、このときのたわみdから、次式を用い曲げたわみ係数Bを求めた。
B=4・P・(L/t)3/(w・d)
歪取焼鈍後の材料から、幅10mm、長さ100mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と直交するように採取した。図1のように、l=50mmの位置を作用点として、試験片にy0のたわみを与え、TDの0.2%耐力(J IS Z2241に準拠して測定)の80%に相当する応力(s)を負荷した。y0は次式により求めた。
y0=(2/3)・l2・s / (E・t)
ここで、EはTDの曲げたわみ係数であり、tは試料の厚みである。150℃にて1000時間加熱後に除荷し、図2のように永久変形量(高さ)yを測定し、応力緩和率{[y(mm)/y0(mm)]×100(%)}を算出した。
Claims (6)
- Ni及びCoのうち一種以上を合計で0.8〜5.0質量%、Siを0.2〜1.5質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、圧延方向と平行の引張強さが500MPa以上であり、圧延材の板幅方向(TD)と直交する断面においてEBSD測定を行った際に、(122)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率と、(133)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率との合計が10%以上であり、板幅方向のばね限界値が400MPa以上に調整され、導電率が30%IACS以上であることを特徴とする銅合金板。
- Ni及びCoのうち一種以上を合計で0.8〜5.0質量%、Siを0.2〜1.5質量%含有し、さらにSn、Zn、Mg、Ti、Zr、Cr、Al、P、Mn、B及びAgのうち1種以上を総量で3.0質量%以下含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、圧延方向と平行の引張強さが500MPa以上であり、TDと直交する断面においてEBSD測定を行った際に、(122)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率と、(133)面の法線がTDと成す角度が10度以下である結晶の面積率との合計が10%以上であり、板幅方向のばね限界値が400MPa以上に調整され、導電率が30%IACS以上であることを特徴とする銅合金板。
- 板幅方向の曲げたわみ係数が115GPa以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の銅合金板。
- 板幅方向の曲げたわみ係数が115GPa以上、150℃で1000時間保持後の板幅方向の応力緩和率が30%以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の銅合金板。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の銅合金板を用いた大電流用電子部品。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の銅合金板を用いた放熱用電子部品。
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