JPWO2008123433A1 - 電子材料用Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金 - Google Patents
電子材料用Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金Info
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Abstract
本発明の課題は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金においてＣｒ添加の効果をより良く発揮させることで飛躍的に特性の向上即ち、高強度・高導電性のコルソン系合金を提供することである。Ｎｉ：１．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．５０〜１．２質量％、Ｃｒ：０．００３０〜０．３質量％を含有し（但し、ＮｉとＳｉの重量比が３≦Ｎｉ／Ｓｉ≦５．５である。）、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される銅合金であって、材料中に分散する大きさが０．１μｍ以上５μｍ以下のＣｒ−Ｓｉ化合物について、その分散粒子中のＳｉに対するＣｒの原子濃度比が１〜５であって、その分散密度が１×１０6個／ｍｍ2以下である電子材料用銅合金。
Description
本発明は析出硬化型銅合金に関し、とりわけ各種電子機器部品に用いるのに好適なＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金に関する。
リードフレーム、コネクタ、ピン、端子、リレー、スイッチ等の各種電子機器部品に使用される電子材料用銅合金には、基本特性として高強度及び高導電性（又は熱伝導性）を両立させることが要求される。近年、電子部品の高集積化及び小型化・薄肉化が急速に進み、これに対応して電子機器部品に使用される銅合金に対する要求レベルはますます高度化している。
高強度及び高導電性の観点から、近年、電子材料用銅合金として従来のりん青銅、黄銅等に代表される固溶強化型銅合金に替わり、析出硬化型の銅合金の使用量が増加している。析出硬化型銅合金では、溶体化処理された過飽和固溶体を時効処理することにより、微細な析出物が均一に分散して、合金の強度が高くなると同時に、銅中の固溶元素量が減少し電気伝導性が向上する。このため、強度、ばね性などの機械的性質に優れ、しかも電気伝導性、熱伝導性が良好な材料が得られる。
析出硬化型銅合金のうち、コルソン系合金と一般に呼ばれるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金は比較的高い導電性、強度、応力緩和特性及び曲げ加工性を兼備する代表的な銅合金であり、業界において現在活発に開発が行われている合金の一つである。この銅合金では、銅マトリックス中に微細なＮｉ−Ｓｉ系金属間化合物粒子を析出させることによって強度と導電率の向上が図れる。
Ｎｉ−Ｓｉ系金属間化合物粒子の析出物は化学量論組成で一般に構成されており、例えば、特許文献１では合金中のＮｉとＳｉの質量比を金属間化合物であるＮｉ2Ｓｉの質量組成比（Ｎｉの原子量×２：Ｓｉの原子量×１）に近づけることにより、すなわちＮｉとＳｉの重量濃度比をＮｉ／Ｓｉ＝３〜７とすることにより良好な電気伝導性が得られることが記載されている。
しかし、特許文献１で記載されるようにはＮｉとＳｉの質量比を金属間化合物であるＮｉ2Ｓｉの質量組成比（Ｎｉの原子量×２：Ｓｉの原子量×１）に近づけることにより、特性改善が図れるが、現実には、過剰なＳｉによって幾分かの導電率の低下が見られる。
そこで、ＣｒなどのＳｉと化合物を作る元素を添加し、過剰となったＳｉと化合させることで導電率を上げることが考えられる。Ｃｒはその１つの元素であり、Ｃｒ含有Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金がある。
そこで、ＣｒなどのＳｉと化合物を作る元素を添加し、過剰となったＳｉと化合させることで導電率を上げることが考えられる。Ｃｒはその１つの元素であり、Ｃｒ含有Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金がある。
合金元素としてＣｒが添加されたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金としては特許文献２、特許文献３に記載のものが挙げられる。
特許文献２では、Ｎｉ：１．５〜４．０重量％、Ｓｉ：０．３５〜１．０重量％、随意的に、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎの群から選ばれる少なくとも１種の金属：０．０５〜１．０重量％、残部がＣｕおよび不可避的不純物から成るコルソン合金を加熱（又は冷却）する際に、４００〜８００℃の温度域では、前記コルソン合金の引張熱歪が１×１０-4以下となるように前記コルソン合金を加熱（又は冷却）することを特徴とするコルソン合金の熱処理方法が記載されている。この方法によれば、熱処理時の鋳塊割れを防止することができるとされている。
特許文献２では、Ｎｉ：１．５〜４．０重量％、Ｓｉ：０．３５〜１．０重量％、随意的に、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎの群から選ばれる少なくとも１種の金属：０．０５〜１．０重量％、残部がＣｕおよび不可避的不純物から成るコルソン合金を加熱（又は冷却）する際に、４００〜８００℃の温度域では、前記コルソン合金の引張熱歪が１×１０-4以下となるように前記コルソン合金を加熱（又は冷却）することを特徴とするコルソン合金の熱処理方法が記載されている。この方法によれば、熱処理時の鋳塊割れを防止することができるとされている。
特許文献３には、Ｎｉ：２〜５重量％、Ｓｉ：０．５〜１．５重量％、Ｚｎ：０．１〜２重量％、Ｍｎ：０．０１〜０．１重量％、Ｃｒ：０．００１〜０．１重量％、Ａｌ：０．００１〜０．１５重量％、Ｃｏ：０．０５〜２重量％を含有し、不純物成分のＳの含有量を１５ｐｐｍ以下に規制し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする曲げ加工性が優れた高力銅合金が記載されている。この発明によれば、Ｃｒは鋳塊の粒界を強化して、熱間加工性を高める元素であるとされている。また、０．１重量％を超えてＣｒが含有されると溶湯が酸化し、鋳造性が劣化するとされている。その他、該銅合金はクリプトル炉において大気中で木炭を被覆して溶解鋳造することが記載されている。
また、ＣｒとＳｉの化合物という観点では特許文献４が挙げられる。特許文献４には、Ｃｒ：０．１〜０．２５重量％、Ｓｉ：０．００５〜０．１重量％、Ｚｎ：０．１〜０．５重量％、Ｓｎ：０．０５〜０．５重量％を含み、ＣｒとＳｉの重量比が３〜２５で残部がＣｕおよび不可避的不純物から成る銅合金において、銅母相中に０．０５μｍ〜１０μｍの大きさを有するＣｒＳｉ化合物が１×１０3〜５×１０5個／ｍｍ2の個数密度で存在し、且つ、Ｃｒ化合物（ＣｒＳｉ化合物以外）の大きさを１０μｍ以下とするエッチング加工性および打ち抜き加工性に優れた電子機器用銅合金について、鋳塊の熱間加工温度と時効熱処理温度が記載されている。この方法によれば、エッチング加工性とプレス打ち抜き性の双方を好適に使用することができるとされている。
近年の電子部品の急速な高集積化と小型化・薄肉化における材料特性の飛躍的な向上の要求は、本発明の合金系であるＣｒ含有Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金も同様である。
しかしながら、特許文献１ではＣｒは添加されておらず、現実には、過剰なＮｉ、Ｓｉによって幾分かの導電率の低下が見られ、飛躍的に特性の向上に至ってはいない。特許文献２及び特許文献３ではＣｕ−Ｎｉ-Ｓｉ系合金にＣｒを添加しているが、特許文献２では添加して固溶強化を図る、特許文献３では熱間加工性を高めることを目的としており、本発明の鍵であるＣｒ−Ｓｉ化合物に関する記載は見当たらない。従って、これらの特許文献から本発明が解決しようとする課題の解決手段を容易に想定させるものではない。
しかしながら、特許文献１ではＣｒは添加されておらず、現実には、過剰なＮｉ、Ｓｉによって幾分かの導電率の低下が見られ、飛躍的に特性の向上に至ってはいない。特許文献２及び特許文献３ではＣｕ−Ｎｉ-Ｓｉ系合金にＣｒを添加しているが、特許文献２では添加して固溶強化を図る、特許文献３では熱間加工性を高めることを目的としており、本発明の鍵であるＣｒ−Ｓｉ化合物に関する記載は見当たらない。従って、これらの特許文献から本発明が解決しようとする課題の解決手段を容易に想定させるものではない。
特許文献４では、ＣｒＳｉ化合物の個数密度と大きさを制御することでエッチング加工性および打ち抜き加工性を改善するとの記載はあるが、Ｎｉが添加されていないことからＮｉ−Ｓｉ化合物の形成を考慮することなく、Ｃｒ−Ｓｉ化合物形成のみの条件を考えればよく、本発明が解決しようとする課題の解決手段を容易に想定させるものではない。
そこで、本発明の課題は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金においてＣｒ添加の効果をより良く発揮させることで飛躍的に特性の向上即ち、高強度・高導電性のコルソン系合金を提供することである。
そこで、本発明の課題は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金においてＣｒ添加の効果をより良く発揮させることで飛躍的に特性の向上即ち、高強度・高導電性のコルソン系合金を提供することである。
本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、以下の発明を見出した。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金においてＮｉに対してＳｉが過剰となる組成とし、Ｎｉ添加分のＮｉシリサイドを確実に析出させて高強度化させる一方、過剰となったＳｉを添加したＣｒとの化合物として生成させ、高導電化を図る。そして本発明の重要なポイントは、ＣｒとＳｉとの化合が成長しすぎて、Ｎｉと化合するべきＳｉが不足しないようにＣｒ−Ｓｉ化合物の成長を制御することにある。具体的には、本発明者はＣｒ-Ｓｉ化合物の組成と大きさ、個数密度に着目するに至り、熱処理工程の温度と冷却速度を制御することでその効果をより良く引き出すことができることを見出した。
すなわち、本発明は
（１）Ｎｉ：１．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．５０〜１．２質量％、Ｃｒ：０．００３〜０．３質量％を含有し（但し、ＮｉとＳｉの重量比が３≦Ｎｉ／Ｓｉ≦５．５である。）、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される電子材料用銅合金であって、材料中に分散する大きさが０．１μｍ〜５μｍのＣｒ−Ｓｉ化合物について、その分散粒子中のＳｉに対するＣｒの原子濃度比が１〜５であって、その分散密度が１×１０6個／ｍｍ2以下である電子材料用銅合金。
（２）大きさが０．１μｍ〜５μｍのＣｒ−Ｓｉ化合物について、その分散密度が１×１０4個／ｍｍ2よりも高い請求項１記載の電子材料用銅合金。
（３）更にＳｎ、及びＺｎから選択される１種又は２種以上を０．０５〜２．０質量％含有する（１）又は（２）に記載の電子材料用銅合金。
（４）更にＭｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃｏ及びＦｅから選択される１種又は２種以上を０．００１〜２．０質量％含有する（１）〜（３）の何れか一項に記載の電子材料用銅合金。
（５）（１）〜（４）の何れか一項に記載の銅合金を用いた伸銅品。
（６）（１）〜（４）の何れか一項に記載の銅合金を用いた電子機器部品。
である。
（１）Ｎｉ：１．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．５０〜１．２質量％、Ｃｒ：０．００３〜０．３質量％を含有し（但し、ＮｉとＳｉの重量比が３≦Ｎｉ／Ｓｉ≦５．５である。）、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される電子材料用銅合金であって、材料中に分散する大きさが０．１μｍ〜５μｍのＣｒ−Ｓｉ化合物について、その分散粒子中のＳｉに対するＣｒの原子濃度比が１〜５であって、その分散密度が１×１０6個／ｍｍ2以下である電子材料用銅合金。
（２）大きさが０．１μｍ〜５μｍのＣｒ−Ｓｉ化合物について、その分散密度が１×１０4個／ｍｍ2よりも高い請求項１記載の電子材料用銅合金。
（３）更にＳｎ、及びＺｎから選択される１種又は２種以上を０．０５〜２．０質量％含有する（１）又は（２）に記載の電子材料用銅合金。
（４）更にＭｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃｏ及びＦｅから選択される１種又は２種以上を０．００１〜２．０質量％含有する（１）〜（３）の何れか一項に記載の電子材料用銅合金。
（５）（１）〜（４）の何れか一項に記載の銅合金を用いた伸銅品。
（６）（１）〜（４）の何れか一項に記載の銅合金を用いた電子機器部品。
である。
本発明によれば、合金元素であるＣｒ添加の効果がより良く発揮されるため、強度及び導電率が顕著に向上した電子材料用コルソン系銅合金が得られる。
Ｎｉ及びＳｉの添加量
Ｎｉ及びＳｉは、適当な熱処理を施すことにより金属間化合物としてＮｉシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ等）を形成し、導電率を劣化させずに高強度化が図れる。ＳｉとＮｉの質量比は上述したように量論組成に近い３≦Ｎｉ／Ｓｉ≦５．５が好ましく、３．５≦Ｎｉ／Ｓｉ≦５．０がより好ましい。
Ｎｉ及びＳｉは、適当な熱処理を施すことにより金属間化合物としてＮｉシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ等）を形成し、導電率を劣化させずに高強度化が図れる。ＳｉとＮｉの質量比は上述したように量論組成に近い３≦Ｎｉ／Ｓｉ≦５．５が好ましく、３．５≦Ｎｉ／Ｓｉ≦５．０がより好ましい。
しかしながら、Ｎｉ／Ｓｉが上記範囲の比を有していてもＳｉ添加量が０．５質量％未満では所望の強度が得られず、１．２質量％を超えると高強度化は図れるが導電率が著しく低下し、更には偏析部で液相を生成して熱間加工性が低下するので好ましくない。そこで、Ｓｉ：０．５〜１．２質量％とすればよく、好ましくは０．５〜０．８質量％である。Ｎｉ添加量はＳｉ添加量に応じて上記の好ましい比を満足するように設定すればよく、Ｓｉ添加量とバランスをとるためにＮｉ：２．５〜４．５質量％とすればよく、好ましくはＮｉ：３．２〜４．２質量％，より好ましくはＮｉ：３．５〜４．０質量％である。
Ｃｒの添加量
通常のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金においてはＮｉ−Ｓｉ濃度を上昇させると、析出粒子の総数が増加するので、析出強化による強度上昇が図れる。一方、添加濃度上昇に伴い、析出に寄与しない固溶量も増すので、導電率は低下し、結局時効析出のピーク強度は上昇するが、ピーク強度となる導電率は低下する。しかしながら、上記のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金にＣｒを０．００３〜０．３質量％、好ましくは０．０１〜０．１質量％添加すると最終特性において、同じのＮｉ−Ｓｉ濃度を有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金と比べて強度を損なわずに導電率を上昇でき、更に熱間加工性が改善されて歩留が高くなる。
通常のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金においてはＮｉ−Ｓｉ濃度を上昇させると、析出粒子の総数が増加するので、析出強化による強度上昇が図れる。一方、添加濃度上昇に伴い、析出に寄与しない固溶量も増すので、導電率は低下し、結局時効析出のピーク強度は上昇するが、ピーク強度となる導電率は低下する。しかしながら、上記のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金にＣｒを０．００３〜０．３質量％、好ましくは０．０１〜０．１質量％添加すると最終特性において、同じのＮｉ−Ｓｉ濃度を有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金と比べて強度を損なわずに導電率を上昇でき、更に熱間加工性が改善されて歩留が高くなる。
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金にＣｒを添加した場合に析出する粒子の組成はＣｒを主成分としたｂｃｃ構造の析出粒子を単体析出しやすいが、Ｓｉとの化合物も析出しやすい。Ｃｒは、適当な熱処理を施すことにより銅母相中でＳｉとの化合物であるクロムシリサイド（Ｃｒ3Ｓｉ等）を容易に析出することができるため、溶体化処理、冷延、時効処理を組み合わせて合金特性を作り込む工程でＮｉ2Ｓｉ等として析出しなかった固溶Ｓｉ成分をＣｒ−Ｓｉ化合物として析出させることができる。このため、固溶Ｓｉによる導電率の低下を抑制し、強度を損なわずに導電率の上昇を図ることができる。
このとき、Ｃｒ粒子中のＳｉ濃度が低いと、母相にＳｉが残留するため導電率が低下し、一方Ｃｒ粒子中のＳｉ濃度が高いとＮｉ-Ｓｉ粒子を析出するためのＳｉ濃度が減少するため強度が低下する。更に、Ｃｒ中のＳｉ濃度が高い場合には、粗大なＣｒ−Ｓｉ化合物が増え、曲げ、疲労強度などが劣化する。更に、溶体化後の冷却速度を徐冷したり、時効熱処理時間を過度に延長したりしてもＣｒ−Ｓｉ化合物が粗大化してＮｉ−Ｓｉ化合物を形成するＳｉ濃度が減少し、強化に寄与するＮｉ−Ｓｉ化合物が不足する。これはＣｕ中でのＳｉとＣｒの拡散速度がＮｉよりも速いのでＣｒ−Ｓｉ化合物は粗大化しやすく、Ｃｒ−Ｓｉ化合物の析出速度は、Ｎｉ−Ｓｉ化合物の析出速度より速くなるためである。
よって溶体化後の冷却速度を制御し、最大強度となる時効条件より高温、長時間となる条件を回避すれば、Ｃｒ−Ｓｉ化合物の組成と大きさと密度を制御できる。よってＣｒ濃度を０．００３質量％以上、０．３質量％とし、Ｃｒ−Ｓｉ化合物におけるＳｉに対するＣｒの原子濃度比を１〜５とした。
また、Ｃｒは溶解鋳造時の冷却過程において結晶粒界に優先析出するため粒界を強化でき、熱間加工時の割れが発生しにくくなり、歩留低下を抑制できる。すなわち、溶解鋳造時に粒界析出したＣｒは溶体化処理などで再固溶するが、続く時効析出時に珪化物を生成する。通常のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金では添加したＳｉ量のうち、時効析出に寄与しなかったＳｉは母相に固溶したまま導電率の上昇を抑制するが、珪化物形成元素であるＣｒを添加して、珪化物をさらに析出させることにより、従来のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金に比べて、固溶Ｓｉ量を低減でき、強度を損なわずに導電率を上昇できる。
Ｃｒ−Ｓｉ化合物の大きさ、分散密度
Ｃｒ−Ｓｉ化合物の大きさは、曲げ加工性および疲労強度等に影響を及ぼし、これが５μｍを超えるか、または０．１〜５μｍのＣｒ−Ｓｉ化合物の分散密度が１×１０6個／ｍｍ2を超える場合には曲げ加工性や疲労強度が顕著に劣化する。さらに個数密度は母相中のＳｉ濃度の過不足に影響するため、大きな粒子が多数個分散した状態では所望の強度特性が得られない。よって分散密度の上限は１×１０6個／ｍｍ2以下であればよく、好ましくは５×１０5個／ｍｍ2以下、より好ましくは１×１０5個／ｍｍ2以下であればよい。また、１×１０4個／ｍｍ2以下の場合はＣｒ添加による改善効果が小さいため、これを超えることが望ましい。
Ｃｒ−Ｓｉ化合物の大きさは、曲げ加工性および疲労強度等に影響を及ぼし、これが５μｍを超えるか、または０．１〜５μｍのＣｒ−Ｓｉ化合物の分散密度が１×１０6個／ｍｍ2を超える場合には曲げ加工性や疲労強度が顕著に劣化する。さらに個数密度は母相中のＳｉ濃度の過不足に影響するため、大きな粒子が多数個分散した状態では所望の強度特性が得られない。よって分散密度の上限は１×１０6個／ｍｍ2以下であればよく、好ましくは５×１０5個／ｍｍ2以下、より好ましくは１×１０5個／ｍｍ2以下であればよい。また、１×１０4個／ｍｍ2以下の場合はＣｒ添加による改善効果が小さいため、これを超えることが望ましい。
Ｓｎ及びＺｎ
本発明に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金にＳｎ及びＺｎから選択される１種又は２種以上を総量で０．０５〜２．０質量％添加することで強度、導電率を大きく損なわずに応力緩和特性等を改善できる。その添加量は、０．０５質量％未満では効果が不足し、２．０質量％を超えると鋳造性、熱間加工性などの製造性、製品の導電率を損なうので０．０５〜２．０質量％添加するのが好ましい。
本発明に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金にＳｎ及びＺｎから選択される１種又は２種以上を総量で０．０５〜２．０質量％添加することで強度、導電率を大きく損なわずに応力緩和特性等を改善できる。その添加量は、０．０５質量％未満では効果が不足し、２．０質量％を超えると鋳造性、熱間加工性などの製造性、製品の導電率を損なうので０．０５〜２．０質量％添加するのが好ましい。
その他の添加元素
Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃｏ及びＦｅ所定量を添加することで様々な効果を示すが、相互に補完し、強度、導電率だけでなく曲げ加工性、めっき性や鋳塊組織の微細化による熱間加工性の改善のような製造性をも改善する効果もあるので本発明に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金にこれらの１種又は２種以上を求められる特性に応じて総量を２．０質量％以下として適宜添加することができる。その添加量は、これらの元素の総量が０．００１質量％未満だと所望の効果が得られず、２．０質量％を超えると導電率の低下や製造性の劣化が顕著になるので総量で０．００１〜２．０質量％とするのが好ましく、０．０１〜１.０質量％とするのがより好ましい。
なお、本発明に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金の特性に悪影響を与えない範囲で本明細書に具体的に記載されていない元素が添加されてもよい。
Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃｏ及びＦｅ所定量を添加することで様々な効果を示すが、相互に補完し、強度、導電率だけでなく曲げ加工性、めっき性や鋳塊組織の微細化による熱間加工性の改善のような製造性をも改善する効果もあるので本発明に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金にこれらの１種又は２種以上を求められる特性に応じて総量を２．０質量％以下として適宜添加することができる。その添加量は、これらの元素の総量が０．００１質量％未満だと所望の効果が得られず、２．０質量％を超えると導電率の低下や製造性の劣化が顕著になるので総量で０．００１〜２．０質量％とするのが好ましく、０．０１〜１.０質量％とするのがより好ましい。
なお、本発明に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金の特性に悪影響を与えない範囲で本明細書に具体的に記載されていない元素が添加されてもよい。
次に本発明の製造方法に関して説明する。本発明に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金は、Ｎｉ−Ｓｉ化合物、Ｃｒ−Ｓｉ化合物を制御する溶体化処理、時効処理の条件を除いて、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金の慣例の製造方法により製造可能であり、当業者であれば組成や求められる特性に応じて最適な製法を選択することができるため特別の説明を要しないと考えられるが、以下に例示目的のための一般的な製造方法を説明する。
まず大気溶解炉を用い、電気銅、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｒ等の原料を溶解し、所望の組成の溶湯を得る。そして、この溶湯をインゴットに鋳造する。その後、熱間圧延を行い、冷間圧延と熱処理を繰り返して、所望の厚み及び特性を有する条や箔に仕上げる。熱処理には溶体化処理と時効処理がある。溶体化処理では、７００〜１０００℃の高温で加熱して、Ｎｉ−Ｓｉ系化合物やＣｒ−Ｓｉ系化合物をＣｕ母地中に固溶させ、同時にＣｕ母地を再結晶させる。溶体化処理を、熱間圧延で兼ねることもある。
この溶体化処理では、加熱温度とともに冷却速度も重要である。従来は加熱後の冷却速度を制御していなかったため、加熱炉の出側に水槽を設けて水冷とするか、大気雰囲気での空冷を採用していた。この場合には加熱温度の設定により冷却速度が変動しやすく、従来の冷却速度は１℃／秒以下から１０℃／秒以上の範囲で変動していた。よって、本発明例のような合金系の特性の制御が困難であった。
冷却速度は、１℃／秒から１０℃／秒の範囲が望ましい。時効処理では、３５０〜５５０℃の温度範囲で１ｈ以上、典型的には３〜２４ｈ加熱し、溶体化処理で固溶させたＮｉ及びＳｉの化合物とＣｒ及びＳｉの化合物を微細粒子として析出させる。この時効処理で強度と導電率が上昇する。より高い強度を得るために、時効前及び／又は時効後に冷間圧延を行なうことがある。また、時効後に冷間圧延を行なう場合には、冷間圧延後に歪取焼鈍（低温焼鈍）を行なうことがある。
本発明に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金は一実施形態において、０．２％耐力が７８０ＭＰａ以上でかつ導電率が４５％ＩＡＣＳ以上とすることができ、更には０．２％耐力が８６０ＭＰａ以上でかつ導電率が４３％ＩＡＣＳ以上とすることができ、更には０．２％耐力が８９０ＭＰａ以上でかつ導電率が４０％ＩＡＣＳ以上とすることもできる。
本発明に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金は種々の伸銅品、例えば板、条、管、棒及び線に加工することができ、更に、本発明によるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金は、高い強度及び高い電気伝導性（又は熱伝導性）を両立させることが要求されるリードフレーム、コネクタ、ピン、端子、リレー、スイッチ、二次電池用箔材等の電子機器部品に使用することができる。
以下に本発明の具体例を示すが、これら実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
本発明の実施例に用いる銅合金は、表１に示すようにＮｉ、Ｓｉ及びＣｒの含有量をいくつか変化させた銅合金に適宜Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＡｇを添加した組成を有する。また、比較例に用いる銅合金は、それぞれ本発明の範囲外のパラメータをもつＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金である。
表１に記載の各種成分組成の銅合金を、高周波溶解炉で１３００℃で溶製し、厚さ３０ｍｍのインゴットに鋳造した。次いで、このインゴットを１０００℃で加熱後、板厚１０ｍｍまで熱間圧延し、速やかに冷却を行った。表面のスケール除去のため厚さ８ｍｍまで面削を施した後、冷間圧延により厚さ０．２ｍｍの板とした。次に溶体化処理をＡｒガス雰囲気中でＮｉおよびＣｒの添加量に応じて８００〜９００℃に１２０秒保持した後、冷却速度を変化させて室温まで冷却した。冷却速度は、加熱後の試料に吹き付けるガス流量を変化させて制御し、試料の最高到達温度から４００℃まで冷却する時間を計測して冷却速度とした。ガスを吹き付けないときの炉冷速度は５℃／ｓであり、更に冷却速度を遅くした例として加熱出力を制御しながら降温した場合の冷却速度を１℃／ｓとした。その後０．１ｍｍまで冷間圧延して、最後に添加量に応じて４００〜５５０℃で各１〜１２時間かけて不活性雰囲気中で時効処理を施して、試料を製造した。
このようにして得られた各合金につき強度及び導電率の特性評価を行った。強度については圧延平行方向での引っ張り試験を行って０．２％耐力（ＹＳ；ＭＰａ）を測定し、導電率（ＥＣ；％ＩＡＣＳ）についてはＷブリッジによる体積抵抗率測定により求めた。
曲げ性の評価は、Ｗ字型の金型を用いて試料板厚と曲げ半径の比が１となる条件で９０°曲げ加工を行なった。評価は曲げ加工部表面を光学顕微鏡で観察し、クラックが観察されない場合を実用上問題ないと判断して○とし、クラックが認められた場合を×とした。疲労試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２７３に従って両振り応力を負荷し、破断までの繰返し数が１０7回となる応力（ＭＰａ）を求めた。
曲げ性の評価は、Ｗ字型の金型を用いて試料板厚と曲げ半径の比が１となる条件で９０°曲げ加工を行なった。評価は曲げ加工部表面を光学顕微鏡で観察し、クラックが観察されない場合を実用上問題ないと判断して○とし、クラックが認められた場合を×とした。疲労試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２７３に従って両振り応力を負荷し、破断までの繰返し数が１０7回となる応力（ＭＰａ）を求めた。
Ｃｒ−Ｓｉ化合物の観察は、材料の板面を電解研磨後ＦＥ-ＡＥＳ観察により、多数箇所において大きさ０．１μｍ以上の粒子を対象とし、実際にその表層の吸着元素（Ｃ、Ｏ）を除くためＡｒ+でスパッタリングを行い、各粒子ごとのオージェスペクトルを測定し、検出された元素を感度係数法により半定量値として重量濃度換算した際に、ＣｒとＳｉが検出された粒子を対象とした。Ｃｒ−Ｓｉ化合物の「組成」「大きさ」「分散密度」は、ＦＥ−ＡＥＳ観察下で多数箇所分析した大きさ０．１〜５μｍのＣｒ−Ｓｉ粒子の平均組成、最小円の直径、各観察視野での平均個数とした。
表１及び表２に結果を示す。
表１及び表２に結果を示す。
発明例１〜２５では、適正な冷却速度によりＣｒ−Ｓｉ化合物の分散密度が１×１０6以下かつ、Ｃｒ／Ｓｉが１〜５の範囲であるために、良好な特性が得られている。
一方、比較例１〜３は冷却速度が遅いため、Ｃｒ−Ｓｉ化合物が成長しすぎて、十分な強度が得られず、また曲げ加工性も悪かった。
比較例４、５では、冷却速度が早いため、成長せず、過剰なＳｉが合金中に固溶し、強度と導電率が劣った。比較例６、７は時効温度が高いためにＣｒ−Ｓｉ化合物が成長しすぎて、十分な強度が得られず、また曲げ加工性も悪かった。比較例８、９は、Ｃｒの濃度が高すぎるため、Ｃｒ−Ｓｉ化合物が成長しすぎて、十分な強度が得られず、また曲げ加工性も悪かった。
一方、比較例１〜３は冷却速度が遅いため、Ｃｒ−Ｓｉ化合物が成長しすぎて、十分な強度が得られず、また曲げ加工性も悪かった。
比較例４、５では、冷却速度が早いため、成長せず、過剰なＳｉが合金中に固溶し、強度と導電率が劣った。比較例６、７は時効温度が高いためにＣｒ−Ｓｉ化合物が成長しすぎて、十分な強度が得られず、また曲げ加工性も悪かった。比較例８、９は、Ｃｒの濃度が高すぎるため、Ｃｒ−Ｓｉ化合物が成長しすぎて、十分な強度が得られず、また曲げ加工性も悪かった。
Claims (6)
- Ｎｉ：１．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．５０〜１．２質量％、Ｃｒ：０．００３〜０．３質量％を含有し（但し、ＮｉとＳｉの重量比が３≦Ｎｉ／Ｓｉ≦５．５である。）、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される電子材料用銅合金であって、材料中に分散する大きさが０．１μｍ〜５μｍのＣｒ−Ｓｉ化合物について、その分散粒子中のＳｉに対するＣｒの原子濃度比が１〜５であって、その分散密度が１×１０6個／ｍｍ2以下である電子材料用銅合金。
- 大きさが０．１μｍ〜５μｍのＣｒ−Ｓｉ化合物について、その分散密度が１×１０4個／ｍｍ2より高い請求項１記載の電子材料用銅合金。
- 更にＳｎ、及びＺｎから選択される１種又は２種以上を０．０５〜２．０質量％含有する請求項１又は２に記載の電子材料用銅合金。
- 更にＭｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃｏ及びＦｅから選択される１種又は２種以上を０．００１〜２．０質量％含有する請求項１〜３の何れか一項に記載の電子材料用銅合金。
- 請求項１〜４の何れか一項に記載の銅合金を用いた伸銅品。
- 請求項１〜４の何れか一項に記載の銅合金を用いた電子機器部品。
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