JPH04358033A - 導電性ばね用銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は端子、コネクター、リレ
ー、スイッチ等に用いられる導電性ばね用銅合金に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、これらばね用銅合金としては、黄
銅、りん青銅が広く用いられており、一部高強度が要求
されるものにはチタン銅、ベリリウム銅が用いられてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、機器、部品の小
型化により、強度、ばね特性の高いものが求められてお
り、特にばね特性の長期信頼性という観点からは応力緩
和特性の良好な材料が求められている。又、応力緩和特
性を良好にするには使用時の部品の温度上昇を極力防ぐ
必要があるため、放熱性の良好な、即ち電気伝導度の高
い材料が求められている。

【０００４】さらにはＳｎめっき、はんだめっきの耐熱
剥離性が良好であり、又水分の存在下におけるマイグレ
ーション現象のない高信頼性材料が求められている。

【０００５】これらの要求特性に対し、黄銅は低コスト
だが強度、ばね性に劣っており、応力腐食割れ感受性も
高い。又、りん青銅、チタン銅は電気伝導度が低く、ベ
リリウム銅は高価であり、それぞれ一長一短があった。

【０００６】そこで、近年多くの合金が提示されている
が、その中でもＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金、特に特公昭４５
−１０６２３号で示されるような、Ｆｅを２％程度含む
Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金は強度、導電性とも優れているため
注目されており、多くの改善材が研究されている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる状況に鑑み、Ｃｕ
−Ｆｅ−Ｐ系合金について研究を行った結果、Ｃｕ−Ｆ
ｅ−Ｐ系合金にＭｇを添加することにより応力緩和特性
をさらに改善し、また、ＳとＯの量を規定することによ
り、Ｍｇの添加に伴うめっきの耐熱剥離性の劣化を防止
することを見出したものである。

【０００８】すなわち、本発明は、Ｆｅ：１．０〜３．
０％、Ｐ：０．００１〜０．３％、Ｍｇ：０．０１〜０
．３％、Ｓ：０．００１５％以下、Ｏ：０．００１５％
以下、残部Ｃｕからなる銅合金あるいは上記にさらにＮ
ｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ
、Ｉｎ、Ｂのうち１種又は２種以上を０．００５〜１．
０％含有する銅合金、さらには上記両合金にそれぞれさ
らにＺｎ：０．０１〜１５％含有する導電性ばね用合金
である。

【０００９】本発明合金の各成分限定理由を以下に示す
。

【００１０】Ｆｅ含有量を１．０〜３．０％とする理由
はＦｅは時効処理によりＰと金属間化合物を生成し、強
度、導電性をともに向上させる主成分であるが、１．０
％未満では強度が低く、３．０％を超えると加工性が低
下するとともに導電性が著しく低下するためである。

【００１１】Ｐ含有量を０．００１〜０．３％とする理
由は、ＰはＦｅとともに金属間化合物を生成し、導電性
を下げずに強度を向上させるが、０．００１％未満では
その効果がなく、０．３％を越えると加工性が著しく低
下するとともに導電率の低下が著しいためである。

【００１２】Ｍｇ含有量を０．０１〜０．３％とする理
由は、Ｍｇは応力緩和特性を向上させるが、めっきの耐
熱剥離性を劣化させる成分であり、０．０１％未満では
Ｓ、Ｏを規定しても応力緩和特性を改善する事ができず
、０．３％を超えるとめっきの耐熱剥離性が低下するた
めである。

【００１３】Ｓ含有量を０．００１５％以下とする理由
は、Ｍｇ含有量を低くし、めっきの耐熱剥離性を改善し
ながら、さらに応力緩和特性も良好にするには、Ｓ含有
量が非常に重要な影響を及ぼすことがわかったためであ
り、Ｓが０．００１５％を超えて存在すると、Ｍｇが多
量に硫化物となって材料中に分散され、応力緩和特性が
改善されないばかりでなく、Ｍｇ含有量が低くてもめっ
きの耐熱剥離性が劣化するとともに、めっき品を加熱す
るとしみ、ふくれといった不良が発生するようになるた
めである。

【００１４】Ｏ含有量を０．００１５％以下とする理由
も、Ｓとまったく同様であり、Ｍｇが酸化物となり、応
力緩和特性が改善されないばかりでなく、めっきの耐熱
剥離性が劣化するとともに、めっき品を加熱するとしみ
、ふくれといった不良が発生するためである。

【００１５】すなわち、Ｓ、Ｏの含有量をともに０．０
０１５％以下とする事により始めてＭｇ含有量を低くし
ても応力緩和特性を改善でき、かつ低くする事によりめ
っきの耐熱剥離性を改善できることとなった。

【００１６】さらには少量のＭｇでもめっきの耐熱剥離
性並びにめっきのしみ、ふくれを防止するにはＳ、Ｏの
含有量の規定がキーポイントである事が判明した。

【００１７】Ｎｉ、Ｂその他の副成分の含有量を０．０
０５〜１．０％とする理由は、副成分の添加は強度を改
善するが、０．００５％未満ではその効果がなく、１．
０％を超えると加工性が低下するとともに導電性が著し
く低下するためである。

【００１８】Ｚｎ含有量を０．０１〜１５％とする理由
は、Ｚｎを添加することにより、めっきの耐熱剥離性が
向上するとともに耐マイグレーション性が向上し、コス
トも低減していくが、０．０１％未満ではその効果がな
く、１５％を超えると応力腐食割れ感受性が急激に高く
なるためである。

【００１９】

【実施例】次に実施例並びに比較例について説明する。

【００２０】表１は試験をした銅合金の成分組成である
。これらの組成の銅合金を大気中で溶解鋳造し、厚さ２
５ｍｍの大きさのインゴットを得た。これらのインゴッ
トを片面３ｍｍ面削し表面欠陥を機械的に除去した後、
８００〜９５０℃の温度で２時間加熱後、熱間圧延によ
り６ｍｍの厚さに仕上げた。これを酸洗により表面のス
ケールを除去した後、０．５ｍｍの厚さまで冷間圧延し
た。その後８００〜９００℃の温度で５〜１０分間溶体
化処理を行った。なお、この溶体化処理後の結晶粒度は
１０μｍに調整した。この後、０．３ｍｍまでの仕上げ
冷間圧延を行った後、４００〜５００℃の温度で１〜７
時間の時効処理を最大強度が得られる条件で行い、最後
は＃１２００エメリー紙により表面研磨し、スケール等
の表面欠陥を除去し供試材とした。

【００２１】

【表１】 上記供試材について引張強さ、伸び、導電率、応力緩和
特性、錫めっきの耐熱剥離性、銀めっき性、耐応力腐食
割れ性を試験した。引張強さ、伸びはＪＩＳ１３Ｂ引張
試験片を用い引張試験を行い測定した。導電率は１０ｍ
ｍｗ×１００ｍｌの試験片に加工後四端子法により２０
℃にて電気抵抗を測定し、導電率に換算した。応力緩和
特性は図１の様に１０ｍｍｗ×１００ｍｍｌに加工した
板厚０．３ｍｍの試験片に標点距離ｌ＝５０ｍｍで高さ
ｙ０＝２０ｍｍの曲げ応力を負荷し、１５０℃にて１０
００時間加熱後の図２に示す永久変形量（高さ）ｙを測
定し応力緩和率｛［ｙ（ｍｍ）／ｙ０（ｍｍ）］×１０
０（％）｝を算出した。錫めっき耐熱剥離性は供試材に
０．５〜０．８μｍの銅下地めっきを施した後、１〜１
．５μｍの錫を電気めっきした後加熱リフロー処理した
ものについて１０ｍｍｗ×１００ｍｍｌに切断後１５０
℃にて所定時間（１００時間毎）加熱し、曲げ半径０．
３ｍｍ（＝板厚）で片側の９０°曲げを往復１回行い、
２０倍の視野で裏側の曲げ部近傍を観察しめっき剥離の
有無を確認した。銀めっき性は供試材に銅フラッシュめ
っきを下地として銀めっきを１μｍ施したものについて
４５０℃で２分間加熱後１４７０ｍｍ２（７ｍｍ□×３
０個）の領域についてふくれの数を計測した。耐応力腐
食割れ性は１２．５ｍｍｗ×１５０ｍｍｌに加工した供
試材をループ状に固定したまま室内で１２時間放置後、
１４％アンモニア水を２リットル入れた容積１０リット
ルのデシケータ中に放置し、目視にて割れ発生の有無を
調べ割れ発生までの時間で評価した。耐マイグレーショ
ン性は供試材を１０ｍｍｗ×１００ｍｍｌに加工し、図
３のように２枚１組でセットし、図４の様に水道水（３
００ｍｌ）中に浸漬した。次にこれら２枚の供試材間に
１４Ｖの直流電圧を印加し、経過時間に対する電流値の
変化を測定した。この結果の代表例を図５に示す。そし
て耐マイグレーション性の評価は電流値が１．０Ａにな
るまでの時間（図５中矢印）で行った。

【００２２】これらの評価結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】 この表から本発明合金は良好な強度、導電性を有し、応
力緩和特性も良好であり、錫めっき耐熱剥離性、銀めっ
き性といった表面品質も非常に良好であり、また耐応力
腐食割れ性も良好であることがわかる。

【００２４】これらに反し比較合金については、Ｎｏ．
１７はＦｅ量が多すぎるため、強度は高いが伸びが低く
、加工性があまり良好ではない。Ｎｏ．１８はＰ量が多
すぎるため、強度が高いが伸びが低く加工性があまり良
好でない。Ｎｏ．１９はＭｇ量が少なすぎるため、本発
明合金Ｎｏ．８に比べ応力緩和特性が悪い。Ｎｏ．２０
はＺｎ量が多すぎるため導電性が低く、耐応力腐食割れ
性も悪い。 Ｎｏ．２１はＳ量が多すぎるため、応力緩和特性、錫め
っき耐熱剥離性、銀めっき性が悪い。Ｎｏ．２４はＦｅ
量が少ないため、充分な強度が得られず、耐マイグレー
ション性も悪い。Ｎｏ．２５はＰを含まないため、充分
な強度が得られず、導電率も低い。

【００２５】以上説明したように本発明合金はＣｕ−Ｆ
ｅ−Ｐ−Ｍｇ系合金のＯ、Ｓ量を規定し、Ｚｎを添加し
、さらにＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｓｉ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｂのうち１種又は２種以上を添加す
ることにより、高強度、高導電でしかも応力緩和特性、
めっき耐熱剥離性、銀めっき性および耐応力腐食割れ性
も良好なものである。

【００２６】

【発明の効果】本発明合金は高強度、高導電で応力緩和
特性、めっき耐熱剥離性、銀めっき性、耐応力腐食割れ
性が良好な銅合金であって、端子、コネクター、リレー
、スイッチ等広く電子部品分野で使用されるべき銅合金
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】応力緩和特性試験法の説明図である。

【図２】応力緩和特性試験の永久変形量についての説明
図である。

【図３】耐マイグレーション性試験供試材の説明図であ
る。

【図４】耐マイグレーション性試験の説明図である。

【図５】耐マイグレーション性試験における経過時間に
対する電流値野変化を示すグラフである。