JPH0694578B2

JPH0694578B2 - 高い機械的及び電気的特性を有する銅―鉄―コバルト―チタン合金、並びにその製造方法

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Publication number: JPH0694578B2
Application number: JP2179393A
Authority: JP
Inventors: クリスチアン・ガンドツシ; アラン・ピコー; ローラン・ミノー
Original assignee: トレフイメトー
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0353036A; FR2649418B1; EP0408469B1; EP0408469A1; FI95815B; US5026434A; FR2649418A1; ES2046754T3; DE69004756D1; FI95815C; FI903449A0; KR910003132A; DE69004756T2; KR940002684B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、銅−鉄−コバルト−チタン合金、その製造方
法及びその使用分野にかかる。

電気接続に関係する分野は急速に進歩している。エレク
トロニクス分野（コンポーネント支持グリッド、接点）
及びコネクタ産業（クリップ、極片、コネクタ）におい
て電流移送部材の寸法は小型化の一途をたどっている。
また、これらの接点の形状の複雑さも増すばかりであ
る。

そこで、銅合金及び銅半製品の製造業者は、従来の合金
の導電性及び熱伝導性を増加してコネクタの加熱を押え
ると共に、機械的特性レベルを維持又は改良するという
問題に直面している。これらの機械的特性の改良は当
然、合金が圧延方向に平行及び垂直な方向にしたがって
変形する能力を含む。

コネクタ産業では、優れた機械的特性とこうした産業へ
の適用に適した変形能とを有する４〜９％の錫を含有す
る青銅が一般に使用されている。しかしながら、その導
電率、即ち12〜20IACS％では加熱の問題によりコネクタ
の小型化が制限されるので不十分である。

エレクトロニクス分野、例えば支持グリッドの分野で
は、65IACS％の導電率を有する銅−鉄合金（C19400）が
一般に使用されている。しかしながら、機械的特性と軟
化性能とを折衷させると、カプセル封じ温度が非常に高
く400℃を越えるような場合にはこれらの合金を使用す
ることができない。

特に指定しない限り、本明細書中に記載する全合金組成
は重量％で表す。

良好な機械的特性（機械的強度600MPa）を有するニッケ
ル２％及びケイ素0.5％を含む３元銅合金は多年来知ら
れている。しかしながら、このような合金はNi₂Si析出
相の可溶性により導電率が60IACS％に制限される。

また、米国特許第4559200号はCuFeTi合金に少量のマグ
ネシウム又はニッケルを添加することにより得られる改
良を開示している。

より最近では広い範囲の組成に及び銅−鉄−コバルト−
チタン合金がポーランド特許第115185号に開示されてい
る。これらの合金は440MPaの引っ張り強さで85IACS％の
導電率に達し得る。しかしながら、これらの特性に到達
するには２つの熱処理が必要である。

このように、高い機械的特性（典型的には機械的強度が
500MPaを越える）と高い導電率（80IACS％より大）とを
同時に有する合金を経済的に製造する方法はいまだに知
られていない。

本発明は、500MPaよりも十分高い機械的強度と80IACS％
よりも高い導電率とを有しており、更に軟化性能が良好
であると共に製造費用が比較的廉価な銅合金に係る。

本発明によると、これらの高性能を得るには合金及びこ
の合金から得られる半完成製品の製造工程における異な
る段階で、３つのタイプの技術的要件を採用する。該要
件は、合金組成と減圧製造の利用の回避を可能とする液
体状又は溶融合金浴の脱酸素と合金成形時の析出温度と
に関係する。

より具体的には、本発明の方法は、１）合金組成がCo/F
e比0.10〜0.90、Ti/（Fe＋Co）比0.30〜１、鉄含有量0.
030〜２重量％、コバルト含有量0.025〜1.8重量％、チ
タン含有量0.025〜４重量％、酸素含有量50ppm未満、金
属不純物含有量0.1重量％未満（各不純物が夫々0.015重
量％未満）、残部が銅という各条件を満足すること、２）溶融合金の浴をホウ素で脱酸素すること、及び３）最大導電率をもたらす析出処理温度TMよりも最大で
80℃低い温度で合金を析出熱処理することを特徴とす
る。

これらの３つの要件を従来技術と関連させつつ以下で詳
細に説明する。

従来技術のCu−Fe−Co−Ti合金の特性を検討することに
より、本発明者らは導電率がTi/（Fe＋Co）比の関数と
しては大幅に変動し、特に実施例１の第１図に示すよう
にばらつきが大きく、したがって、Ti/（Fe＋Co）比即
ち生じ得る析出相（FeTi、Fe₂Ti、CoTi、Co₂Ti）の理論
量を考慮しても電気的性能の高いCu−Fe−Co−Ti合金を
選択することはできないことを知見した。

本発明者らはこれらの合金の性能の分析を続け、意外に
もCo/Fe比はこれらの合金の導電率に大きな影響を及ぼ
すことを知見した。実施例１の第２図から明らかなよう
に、この比は導電率の可変性を表すためには極めて有効
である。Co/Feが0.1〜0.9、より限定的には0.15〜0.45
のとき、導電率は特に高い。実施例１の導電率値は絶対
的でなく相対的であるとみなすべきである。というの
は、これらの試験は実験室での選択試験であり、工業的
に使用可能な全手法を必ずしも厳密に再現するものでは
なく、したがって導電率の絶対値に影響するからであ
る。

好ましくは、鉄、コバルト、チタンの組成は夫々0.1〜
１％、0.05〜0.4％及び0.035〜0.6％であり、残留酸素
含有量は好ましくは20ppm未満である。

合金に機械的強度、導電率、成形性などの優れた特性を
与えるには、コバルトと共に鉄及びチタン含有量の多い
はっきりと規定された化合物を析出させる。

高性能合金を得るため、特に、浴の組成を制御し添加成
分（特にチタン）が脱酸素剤として機能して除去される
ことがないようにするためには、液体状合金浴の脱酸素
が必要である。

組成は減圧製造を利用しても十分に制御することがで
き、この場合、酸素含有量は非常に低く、一般に0.0005
％未満である。しかしながら、費用が高いという理由か
ら本発明者らは慣用の溶融法に、浴の脱酸素を併用し
た。

本発明者らはこうして本発明の組成に係るCu−Fe−Co−
Ti合金の浴の脱酸素を伴う半ば工業的な試験を実施し
た。本発明者らは、従来技術でしばしば使用されている
脱酸素剤であるリンを用いたのでは非常に高性能の合金
は製造できないことを知見し、複数の脱酸素剤、即ちリ
ン、マグネシウム及びホウ素を検討及び比較した（実施
例２参照）。本発明者らは、熱力学的データによるとこ
れら３種のうちではマグネシウムが最も強力な脱酸素剤
であるにも拘わらず、ホウ素を使用した場合にリン又は
マグネシウムよりも高性能の合金を製造できることを意
外にも確認した。実際に、ホウ素を使用すると残留酸素
含有量の低い浴が得られ、しかも形成された酸化ホウ素
は他の酸化物と異なり浴から容易に除去でき、特筆すべ
き点として高速切断時に合金の硬化点（hard points）
を避けることができることが判明した。最終的に残留ホ
ウ素含有量は非常に低く、一般に0.0005％（但し検出可
能）である。その結果、導電率が非常に高く、温度TM即
ち最大導電率をもたらす析出相の処理温度（実施例２の
第３図参照）が非常に低くなる。更に、ホウ素で脱酸素
すると、析出相の最も微細な分散が得られることに留意
すべきである。

析出処理は合金変態段階中に実施される。その段階は合
金の鋳造後、800〜1000℃で0.1〜10時間均質化し、650
℃まで熱間圧延し、その後、20℃/min〜2000℃/minで場
合により焼き入れし、１又は複数回の中間焼きなましを
挟む冷間圧延の各工程を含んでいる。しかしながら、本
発明の合金は優れた常温変形能を有するため、一般に析
出熱処理のみで成形が可能であり、経済的である。

得られた半製品の導電率又は機械的特性は変態段階、特
に析出熱処理にも依存する。導電率については実施例２
の第３図に示すように、析出温度TM（試験ＣではTM＝51
5℃）で最大値を通り、この最大値は平坦形状を有して
いる。この導電率は試験Ｃでは475〜550℃の広い温度範
囲で高い値に維持されており、この範囲で温度の関数と
して導電率を与える曲線の勾配は小さく、0.2IACS％／
℃未満である。

本発明者らは、本発明の合金をTM未満の温度で析出処理
すると有利であることを予想外にも知見した。この場
合、導電率の損失が最小で機械的特徴は著しく増加す
る。

ちなみに実施例２及び３（試験Ｃ及びＣ′）を比較する
と、導電率は83.5から83IACS％（−１％）に変化し、機
械的強度は488MPaから525MPa（＋7.6％）に変化する。

「TM未満の温度」なる用語は、所望の導電率のレベル
（＞80IACS％）に対応する全温度を意味する。グラフ
（第３図）上でのその決定は即座に可能である。なお、
縦座標の80IACS％の直線と曲線Ｃとの交点からその最小
温度Tmは決定できる。

本発明によると、析出処理は本発明の「平衡（均衡し
た）」特性、即ちIACS％＞80且つRm＞500MPaを得るため
にTM〜Tmの温度、好ましくはTm付近の温度で実施され
る。一般に、TmはTMよりも最大で80℃低い。Tmを決定す
るための他の方法は温度の関数としてのIACS％曲線の勾
配を考慮する方法である。この場合、Tmは勾配が実質的
に増加し始め、例えば0.3IACS％／℃の値に達する温度
に対応する。勾配の変化するゾーンが好適である。

実施例３は、本発明の合金（Ｃ′）のみが高い導電率と
機械的特性を同時に有することを明示しているが、平均
的な導電率（約70IACS％）で十分な場合は、他の合金
（試験Ａ′及びＢ′）の機械的特性を大幅に増加するよ
うな処理が有利であることに留意すべきである。

より一般的には、350〜550℃の「低温」で析出処理する
と機械的強度が最大（試験Ａ′及びＢ′）になり、450
〜650℃の「高温」で処理すると導電率が最大になり、
機械的特性と導電率とが「平衡」するのは450〜550℃の
共通域の範囲である。

析出処理時間は使用される処理技術に依存し、固定炉で
１〜10時間、通過炉で10秒〜30分間である。

本発明の合金におけるベース組成物にアルミニウム、
錫、亜鉛、ニッケル、銀、クロム、ベリリウム、希土類
のような成分を加えることにより機械的特性を強化する
ことができる。十分な導電率を維持しようとするなら
ば、これらの成分の合計量を1.5％未満とすべきであ
る。一般に導電率を低下させるこれらの成分添加は本発
明の二次的方法を構成する。

本発明によると、正確なCo/Fe比を有する合金組成物、
特定の脱酸素剤の選択及び析出処理の温度範囲の選択か
ら成る特定の要件を組み合わせるだけで、高い導電率と
機械的強度を同時に得ることができる。実施例４は従来
技術の合金の「典型的な」特性を明示しており、その従
来技術の合金では導電率が高いと機械的強度が低く、機
械的強度が高いと導電率が低い。この実施例は本発明に
より得られる生成物の有利な性能を明示している。

上述のように、本発明の合金の製造工程は熱処理即ち析
出熱処理だけで高い冷間引き抜きレベルに達することが
できるので、特に経済的である。

本発明の合金は高い導電率と機械的強度を同時に必要と
する用途に適しており、エレクトロニクス、コネクタ産
業で用いられる導電部材の製造、特にリードフレーム、
接点ばね及び接続素子のような用途に推奨できる。

実施例１本実施例では合金組成が導電率に及ぼす影響を検討す
る。

誘導炉で加熱した窒化ホウ素るつぼで純成分（CuC₂、電
解質Fe、電解質Co、CEZUSから入手したTi140）を溶融さ
せることにより、７種のCu−Fe−Co−Ti合金R1〜R7を試
験室で製造した。溶融は大気圧に等しいアルゴン雰囲気
下で実施した。これらの実験室条件を用いると、浴を脱
酸素する必要なしにCu−Fe−Co−Ti合金を製造すること
ができるので、合金の組成に本質的に依存する結果が得
られる。

第１表はこれらの合金の組成を示す。

溶融金属を水冷銅鋳型に注型成形した。この鋳型は直径
約16mm高さ100mm、即ち充填量約180gのビレットを鋳造
することができるものである。

次に３×３×50mmの平行六面体サンプルをインゴットか
ら切断した。これらのバーに次の種々の熱及び機械的処
理を行った。

ａ）均質化：未処理鋳造サンプルをモリブデンシートに
包み、真空下に石英びんに封入した。つぎにびんを920
℃の処理温度まで抵抗炉により加熱した鋼ブロックの中
心に配置した。この温度を２時間維持した後、びんを水
槽内で割った。

ｂ）冷間引き抜き：均質化処理後に合金を冷間圧延し
た。適用した冷間圧延レベルは約80％であり、即ち約10
回の連続パスで0.5mmの最終スリップ厚さを得た。

ｃ）析出：サンプルを次の条件、即ち室温から200℃に
加熱し、この温度を１時間維持し、200℃から200℃/hr
で析出温度に昇温し、１時間析出温度を維持した後、40
0℃/hrで冷却する工程により大気圧に等しいアルゴン雰
囲気下抵抗炉で加熱した。

下記第２表は室温で測定した各合金の導電率（IACS％）
を析出温度の関数として示す。

第２表から明らかなように、上表中の下線で示した導電
率（IACS％）の最大値は約560℃の析出温度で得られる
が、これらの最大値は非常に分散している。

従来技術の基準ポーランド特許第115185号のTi/（Fe＋C
o）比によりこれらの結果を分析すると、この比に関し
て請求された0.25〜１のTi/（Fe＋Co）比の範囲では比
が近接した値で導電率は大幅に変化し（試験R1、R2、R
3、R4の比較及びR5、R6、R7の比較）、７つの代表点か
ら明確な最大値を有する曲線をプロットすることができ
ない（第１図）ため、このTi/（Fe＋Co）比に基づいて
好適な高導電率範囲を決定することはできない。

これに対して、本発明者により知見された基準（Co/Fe
比）に従ってこれらの結果を分析すると、第２図に示す
ように、このCo/Fe比が0.1〜0.9のとき、好ましくは0.1
5〜0.45のとき、高導電率を有する合金を選択すること
ができる。

実施例２本実施例では、Co/Fe比が近似するがマグネシウム（試
験Ａ）、リン（試験Ｂ）、ホウ素（試験Ｃ）の選択に脱
酸素剤が異なる３つの試験を実施することにより、浴の
脱酸素方法の影響を工業的条件に近い条件で検討する。

同一量の酸素の効力を消すためにこれらの３種の脱酸素
剤を溶融浴に導入した。

Mg＋1/2O₂→MgO 2/3B＋1/2O₂→1/3B₂O₃ 2/5P＋1/2O₂→1/5P₂O₅ マグネシウム、リン及びホウ素の原子量を考慮し、0.06
％のMg量を基とするならば、同一量の酸素の効力を消す
ためにはP0.03％及びB0.018％が必要である。

有効容量10kgの誘導炉で、銅、鉄、コバルト（後者２種
は母合金として使用）を1250℃でグラファイトるつぼで
溶融させた。次にホウ素又はリン又はマグネシウム及び
チタンを同様に母合金として添加し、次に脱ガスを行
う。第３表は各試験の配合組成を示す。

これらの全操作の間、浴を木炭で被覆した。鋳造は約12
00℃で実施した。次に得られたプレートを920℃で２時
間均質化し、その後、数回のパスで熱間圧延した。最後
のパスの終了後、約700℃から水焼き入れした。9mmにフ
ライス削り後、厚さ0.8mmのストリップが得られるまで
中間焼きなましをはさまずにプレートを冷間圧延した。
次に最適導電率（第３図）をもたらす500〜600℃内の温
度TM、即ち試験A:575℃、試験B:535℃、試験C:515℃で
４時間析出処理した。

この熱処理後、最終圧延して厚さを44％減少させた。

以下の特徴を有する合金を得た。

合金は更に次の機械的特性及び導電率特性を有する。

実施例３本実施例はより低温（Ａ′505℃、Ｂ′485℃、Ｃ′475
℃）で４時間析出処理し、厚さを29％減少するように前
記最終の圧延を実施した以外は、実施例２と同様に製造
した合金の成形例を示す（実施例３の試験Ａ′は実施例
２の試験Ａに対応し、Ｂ′及びＣ′も同様である）。

以下の特性が得られた。

これらの合金は30分間450℃に維持後、130HVを越える硬
度を示し、したがって優れた耐軟化性を有することが判
明した。

実施例４本実施例は試験Ｃ′：実施例３、試験D:ポーランド特許
第115185号、試験E:米国特許第4559200号の熱処理（析
出アニール）のみを含む変態工程に関して本発明を従来
技術に比較した。

第４図は機械的強度を横座標、導電率を縦座標とする平
面にこれらの試験結果を配置したものであって、本発明
の利点を明示する。

従来技術を示すものでないが、試験Ｄに対応し、１回で
なく２回の熱処理を含む変態工程を使用した試験Ｆを参
考のために行った。

【図面の簡単な説明】

第１図は横座標にTi/（Fe＋Co）比、縦座標に導電率（I
ACS％）をとり、実施例１に記載した７つの試験R1〜R7
で得られた結果を示すグラフ、第２図は横座標にCo/Fe
比、縦座標に導電率（IACS％）をとり、曲線を描くよう
に実施例１に記載した７つの試験R1〜R7で得られた結果
を示すグラフ、第３図は横座標に温度（℃）、縦座標に
導電率（IACS％）をとり、実施例２で検討した３種の脱
酸素剤、即ちマグネシウム（曲線Ａ）、リン（曲線
Ｂ）、ホウ素（曲線Ｃ）の各々について析出処理温度の
関数として導電率の変化を示すグラフ、第４図は横座標
に機械的強度（MPa）、縦座標に導電率（IACS％）をと
り、実施例４に示すように本発明（Ｃ′）、ポーランド
特許第115185号（Ｄ及びＦ）及び米国特許第4559200号
（Ｅ）により得られる合金の性能を示すグラフである。
本発明により得られる合金のゾーン（III）は、高い機
械的特性と導電率を同時に有する合金のゾーンである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ローラン・ミノーフランス国、38100・グルノーブル、リユ・リユウトウナン・シヤバル・７ (56)参考文献特開昭62−50426（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−211337（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−270436（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合金生成段階と、析出熱処理を含む合金変
態段階とを併有するCu−Fe−Co−Ti合金の製造方法であ
って、ａ）Co/Fe比0.10〜0.90、Ti/（Fe＋Co）比0.30〜１、鉄
含有量0.030〜２重量％、コバルト含有量0.025〜1.8重
量％、チタン含有量0.025〜４重量％、酸素含有量50ppm
未満、金属不純物含有量0.1重量％未満（各不純物が夫
々0.015重量％未満）、残部が銅という各条件を満足す
る組成を有する合金を製造する段階と、ｂ）ホウ素を浴に導入し、形成された酸化ホウ素を除去
することにより溶融合金の浴を脱酸素する段階と、ｃ）冷間引き抜きした合金を、最大導電率をもたらす温
度TMよりも最大で80℃低い温度で析出熱処理する段階と
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２】Co/Fe比が0.15〜0.45であることを特徴と
する請求項１に記載の方法。
【請求項３】酸素含有量が20ppm未満であることを特徴
とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】鉄含有量が0.1〜１重量％であることを特
徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】コバルト含有量が0.05〜0.4重量％である
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】チタン含有量が0.035〜0.6重量％であるこ
とを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】ホウ素の導入後にチタンを母合金として導
入し、チタンの損失を避け、溶融及び減圧注型を避ける
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項８】温度の関数としての導電率曲線（IACS％）
の勾配が0.1〜0.3IACS％／℃であるようなTM未満の温度
で析出熱処理を実施することを特徴とする請求項２に記
載の方法。
【請求項９】Co/Fe比0.10〜0.90、Ti/（Fe＋Co）比0.30
〜１、鉄含有量0.030〜２重量％、コバルト含有量0.025
〜1.8重量％、チタン含有量0.025〜４重量％、酸素含有
量50ppm未満、金属不純物含有量0.1重量％未満（各不純
物が夫々0.015重量％未満）、残部が銅という各条件を
満足する組成を有し、且つ高い機械的及び電気的特性を
有することを特徴とするCu−Fe−Co−Ti合金。
【請求項１０】10ppmのホウ素を含有することを特徴と
する請求項９に記載の合金。
【請求項１１】エレクトロニクス及びコネクタ産業用の
導電部材、特にコンポーネント支持グリッド、接点ばね
及び接続素子に使用するための、請求項９又は10に記載
の合金。