JP6302009B2 - 銅合金圧延材及びその製造方法並びに電気電子部品 - Google Patents
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Description
ニッケルとケイ素を含有する銅合金であり、ニッケルとケイ素から構成されるNi−Si金属間化合物を熱処理により析出させて強化したコルソン合金と呼ばれるCu−Ni−Si系合金は、多くの析出型合金の中でもその強化する能力が非常に高い合金である。
電気電子部品用の銅合金材料には、その表面にしばしばめっきが施される。めっきを施すことにより、半田濡れ性、外観、電気接点の電気接続性、摺動性等を改善することができる。また、電気電子部品の加工時、実装時、使用時における酸化や腐食を抑制することができる。
特許文献1に開示の技術は、圧延方向に直交する方向の表面粗さRa、Ry、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置を制御することで、Cu−Ni−Si系合金のめっき性を改善している。しかしながら、前述のような事情により、さらなるめっき性の向上が望まれている。
(条件A)圧延方向に直交する方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下である。
(条件B)圧延方向に直交する方向の最大山高さRpに対する最大谷深さRvの比率Rv/Rpが1.2以上2.5以下である。
(条件C)圧延方向に平行な方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下である。
(条件D)圧延方向に平行な方向の粗さ曲線要素の平均長さRSmが0.02mm以上0.08mm以下である。
さらに、本発明の他の態様に係る電気電子部品は、上記一態様に係る銅合金圧延材を備えることを要旨とする。
(条件A)圧延方向に直交する方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下である。
(条件B)圧延方向に直交する方向の最大山高さRpに対する最大谷深さRvの比率Rv/Rpが1.2以上2.5以下である。
(条件C)圧延方向に平行な方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下である。
(条件D)圧延方向に平行な方向の粗さ曲線要素の平均長さRSmが0.02mm以上0.08mm以下である。
なお、最大高さRz、最大山高さRp、最大谷深さRv、及び粗さ曲線要素の平均長さRSmは、JIS B0601(2001)で規定されたものである。
溶解鋳造工程の内容は特に限定されるものではなく、一般的な方法を採用することができる。
均質化熱処理工程は、鋳造で生じた粗大な第2相を銅合金の母相中に固溶させるために実施するものである。粗大な第2相とは、銅合金の合金成分(添加元素)又は金属間化合物からなる晶出物や粗大析出物である。銅合金の母相中の粗大な第2相が減少することにより、良好なめっき性や半田濡れ性が得られやすくなる。また、合金成分の母相中への固溶量を増加させることにより、後の時効熱処理工程において微細な析出物の析出量が増加し、強度、曲げ加工性、耐応力緩和特性等の材料特性が得られやすくなる。
冷間圧延工程は、表面酸化膜を除去した板状物を圧延して、所定の板厚まで薄くする工程である。冷間圧延の条件は適宜設定すればよい。時効熱処理工程の前に冷間圧延工程を実施することにより、時効熱処理時に析出物の析出量が増えるとともに、銅合金の母相中で析出物が均一に析出しやすくなる。その結果、強度、導電率、曲げ加工性、耐応力緩和特性等の材料特性が得られやすくなる。
銅合金圧延材の表面の圧延方向に直交する方向の最大高さRzは、0.1μm以上3μm以下とする。圧延方向に直交する方向の最大高さRzが0.1μm未満であると、酸洗工程で生じた筋状の凹凸や「かえり」は軽減されているものの、発生したオイルピットが多いおそれがある。一方、圧延方向に直交する方向の最大高さRzが3μm超過であると、酸洗工程で生じた筋状の凹凸や「かえり」の軽減が不十分であり、めっき性が低くなるおそれがある。
〔ニッケルについて〕
ニッケル(Ni)は、ケイ素とNi−Si系化合物を形成し、強度を向上させる元素である。ニッケルの含有量は1質量%以上5質量%以下が好ましく、1質量%以上であれば強度が十分に向上し、5質量%以下であれば導電率と製造性が良好である。
コバルト(Co)は、ケイ素とCo−Si系化合物を形成し、強度を向上させる元素である。コバルトの含有量は0.5質量%以上2.5質量%以下が好ましく、0.5質量%以上であれば強度が十分に向上し、2.5質量%以下であれば導電率と製造性が良好である。
ケイ素(Si)は、ニッケル、コバルトや他の合金成分とSi系化合物を形成し、強度を向上させる元素である。ケイ素の含有量は0.1質量%以上1.5質量%以下が好ましく、0.1質量%以上であれば強度が十分に向上し、1.5質量%以下であれば導電率と製造性が良好である。また、熱処理による酸化物の形成が抑えられ、めっき性や半田濡れ性が良好となる。
マグネシウム(Mg)は、強度、耐熱性、耐応力緩和特性の向上等に寄与する元素である。マグネシウムは添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過0.5質量%以下が好ましい。0.5質量%以下であれば導電率と製造性が良好である。また、熱処理による酸化物の形成が抑えられ、めっき性や半田濡れ性が良好となる。
錫(Sn)は、強度、耐熱性、耐応力緩和特性の向上等に寄与する元素である。錫は添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過1質量%以下が好ましい。1質量%以下であれば導電率と製造性が良好である。
亜鉛(Zn)は、強度、半田濡れ性の向上等に寄与する元素である。亜鉛は添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過1.5質量%以下が好ましい。1.5質量%以下であれば導電率が良好である。
マンガン(Mn)は、熱間加工性の向上等に寄与する元素である。マンガンは添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過0.5質量%以下が好ましい。0.5質量%以下であれば導電率が良好である。
クロム(Cr)は、強度、耐熱性、耐応力緩和特性の向上等に寄与する元素である。クロムは添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過1.5質量%以下が好ましい。1.5質量%以下であれば、熱処理による酸化物の形成が抑えられ、めっき性や半田濡れ性が良好となる。また、製造性が良好である。
〔クロムについて〕
クロムは、高導電率を維持したまま強度、耐熱性、耐応力緩和特性の向上等に寄与する元素である。クロムの含有量は0.05質量%以上1.5質量%以下が好ましく、0.05質量%以上1.5質量%以下であれば、熱処理による酸化物の形成が抑えられ、めっき性や半田濡れ性が良好となる。また、製造性が良好である。
ジルコニウム(Zr)は、高導電率を維持したまま強度、耐熱性、耐応力緩和特性の向上等に寄与する元素である。ジルコニウムの含有量は0.01質量%以上0.2質量%以下が好ましく、0.01質量%以上0.2質量%以下であれば、熱処理による酸化物の形成が抑えられ、めっき性や半田濡れ性が良好となる。また、製造性が良好である。
チタン(Ti)は、強度、耐熱性、耐応力緩和特性の向上等に寄与する元素である。チタンの含有量は0.01質量%以上3.5質量%以下が好ましく、0.01質量%以上3.5質量%以下であれば、熱処理による酸化物の形成が抑えられ、めっき性や半田濡れ性が良好となる。また、製造性が良好である。
ケイ素は、クロム、ジルコニウム、チタンや他の合金成分とSi系化合物を形成し、強度を向上させる元素である。ケイ素は添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過0.1質量%未満が好ましい。0.1質量%未満であれば強度が良好である。
マグネシウムは、強度、耐熱性、耐応力緩和特性の向上等に寄与する元素である。マグネシウムは添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過0.5質量%以下が好ましい。0.5質量%以下であれば導電率と製造性が良好である。また、熱処理による酸化物の形成が抑えられ、めっき性や半田濡れ性が良好となる。
錫は、強度、耐熱性、耐応力緩和特性の向上等に寄与する元素である。錫は添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過1質量%以下が好ましい。1質量%以下であれば導電率と製造性が良好である。
亜鉛は、強度、半田濡れ性の向上等に寄与する元素である。亜鉛は添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過1.5質量%以下が好ましい。1.5質量%以下であれば導電率が良好である。
マンガンは、熱間加工性の向上等に寄与する元素である。マンガンは添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過0.5質量%以下が好ましい。0.5質量%以下であれば導電率が良好である。
鉄(Fe)は、強度、耐熱性の向上等に寄与する元素である。鉄は添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過0.5質量%以下が好ましい。0.5質量%以下であれば導電率が良好である。
銀(Ag)は、強度、耐熱性の向上等に寄与する元素である。銀は添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過1質量%以下が好ましい。1質量%以下であれば導電率が良好である。
コバルトは、強度を向上させる元素である。コバルトは添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過2質量%以下が好ましい。2質量%以下であれば導電率が良好である。
ニッケルは、強度の向上等に寄与する元素である。ニッケルは添加しなくてもよいが、添加する場合は0質量%超過1質量%以下が好ましい。1質量%以下であれば導電率が良好である。
表1、2に示す合金組成を有する銅合金の鋳塊を作製し、上記実施形態の銅合金圧延材の製造方法と同様の方法によって銅合金圧延材を製造した。すなわち、鋳塊を850〜1050℃、0.5〜10時間の条件で均質化熱処理した後に、熱間圧延を施して板状に成形し、水冷した。その後、面削工程により板状物の表面酸化膜を除去して冷間圧延を施し、さらに700〜1000℃、1〜60秒間の条件で溶体化再結晶熱処理を施した。
(表面粗さの測定方法について)
JIS B0601(2001)に準拠して、銅合金圧延材の圧延方向に直交する方向の最大高さRz、最大山高さRp、及び最大谷深さRv、並びに、圧延方向に平行な方向の最大高さRz及び粗さ曲線要素の平均長さRSmを、株式会社小坂研究所製の表面粗さ測定機サーフコーダSE3500を用いて測定した。測定条件は、測定距離4mm、カットオフ値0.8mm(JIS B0601(2001)に準拠)、走査速度0.1mm/s、プローブ径2μmとした。測定はそれぞれ3回行い、それらの平均値を算出してそれぞれの測定値とした。
銅合金圧延材に厚さ0.5μmの銅ストライクめっき膜を成膜して、銅ストライクめっきのめっき性を評価した。また、銅合金圧延材に厚さ0.5μmの銅ストライクめっき膜を成膜した後に、銅ストライクめっき膜の上に厚さ1μmの銀めっき膜を成膜して、銀めっきのめっき性を評価した。
比較例2及び比較例9は、仕上げ圧延に用いる圧延ロールの表面粗さRaが2μmと大きいため、圧延ロールの表面の凹凸が銅合金圧延材に転写されて、銅合金圧延材の表面が粗くなった。そのため、圧延方向に直交する方向の最大高さRzが大となり、めっき性が不良となった。
比較例7及び比較例14は、特許文献1に開示の技術と同様のものであり、時効熱処理後の酸洗工程において硫酸水溶液を用いた酸洗処理のみを実施し表面研磨は実施しないというものである。また、加工率20%の仕上げ圧延と、400℃で15秒間という条件の歪取り焼鈍を実施したものである。そのため、Rv/Rpが小となり、また、表面の酸化物が十分に除去されず、銅ストライクめっきのめっき性が不良となった。
Claims (6)
- ニッケル1質量%以上5質量%以下及びコバルト0.5質量%以上2.5質量%以下の少なくとも一方と、ケイ素0.1質量%以上1.5質量%以下と、を含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる銅合金で構成され、
圧延方向に直交する方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下であり、圧延方向に直交する方向の最大山高さRpに対する最大谷深さRvの比率Rv/Rpが1.2以上2.5以下であり、圧延方向に平行な方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下であり、圧延方向に平行な方向の粗さ曲線要素の平均長さRSmが0.02mm以上0.08mm以下である銅合金圧延材。 - ニッケル1質量%以上5質量%以下及びコバルト0.5質量%以上2.5質量%以下の少なくとも一方と、ケイ素0.1質量%以上1.5質量%以下と、を含有するとともに、マグネシウム0質量%超過0.5質量%以下、錫0質量%超過1質量%以下、亜鉛0質量%超過1.5質量%以下、マンガン0質量%超過0.5質量%以下、及びクロム0質量%超過1.5質量%以下のうち少なくとも一つをさらに含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる銅合金で構成され、
圧延方向に直交する方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下であり、圧延方向に直交する方向の最大山高さRpに対する最大谷深さRvの比率Rv/Rpが1.2以上2.5以下であり、圧延方向に平行な方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下であり、圧延方向に平行な方向の粗さ曲線要素の平均長さRSmが0.02mm以上0.08mm以下である銅合金圧延材。 - クロム0.05質量%以上1.5質量%以下、ジルコニウム0.01質量%以上0.2質量%以下、及びチタン0.01質量%以上3.5質量%以下のうち少なくとも一つを含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる銅合金で構成され、
圧延方向に直交する方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下であり、圧延方向に直交する方向の最大山高さRpに対する最大谷深さRvの比率Rv/Rpが1.2以上2.5以下であり、圧延方向に平行な方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下であり、圧延方向に平行な方向の粗さ曲線要素の平均長さRSmが0.02mm以上0.08mm以下である銅合金圧延材。 - クロム0.05質量%以上1.5質量%以下、ジルコニウム0.01質量%以上0.2質量%以下、及びチタン0.01質量%以上3.5質量%以下のうち少なくとも一つを含有するとともに、ケイ素0質量%超過0.1質量%未満、マグネシウム0質量%超過0.5質量%以下、錫0質量%超過1質量%以下、亜鉛0質量%超過1.5質量%以下、マンガン0質量%超過0.5質量%以下、鉄0質量%超過0.5質量%以下、銀0質量%超過1質量%以下、コバルト0質量%超過2質量%以下、及びニッケル0質量%超過1質量%以下のうち少なくとも一つをさらに含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる銅合金で構成され、
圧延方向に直交する方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下であり、圧延方向に直交する方向の最大山高さRpに対する最大谷深さRvの比率Rv/Rpが1.2以上2.5以下であり、圧延方向に平行な方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下であり、圧延方向に平行な方向の粗さ曲線要素の平均長さRSmが0.02mm以上0.08mm以下である銅合金圧延材。 - 銅合金で構成された素材を圧延して請求項1〜4のいずれか一項に記載の銅合金圧延材を製造する方法であって、得られる銅合金圧延材の表面が下記の4つの条件A、B、C、Dを全て満たすように、加工率20%以上で仕上げ圧延を行う仕上げ圧延工程を備える銅合金圧延材の製造方法。
(条件A)圧延方向に直交する方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下である。
(条件B)圧延方向に直交する方向の最大山高さRpに対する最大谷深さRvの比率Rv/Rpが1.2以上2.5以下である。
(条件C)圧延方向に平行な方向の最大高さRzが0.1μm以上3μm以下である。
(条件D)圧延方向に平行な方向の粗さ曲線要素の平均長さRSmが0.02mm以上0.08mm以下である。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の銅合金圧延材を備える電気電子部品。
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