KR100330978B1 - Cu-Sn-X(Fe, Co)계 고강도, 중전도도형 구리계 합금 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
우수한 강도특성 및 전기적 특성을 보유하며 산업화 가능성 및 경제성이 향상된 Cu-Sn-X(Fe, Co)계 고강도, 고전도도 구리계 합금 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 일반주조법, 연속주조법, 진공주조법 또는 가압주조법을 이용하여 0.2∼1.5중량%의 코발트(Co), 철(Fe) 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 한종류 이상의 합금원소, 0.5∼3.0중량%의 주석(Sn), 그 나머지의 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어진 구리합금을 만든다. 상기 구리합금을 800∼1,050℃에서 0.5∼20시간동안 균질화 처리를 수행한 다음, 가공율을 40∼99%로 증가시키기 위하여 상온에서 냉간가공을 수행한다. 이때, 냉간가공 도중에 200∼600℃에서 0.3∼10시간 동안 중간 열처리를 수행하여 석출물을 석출시킨다. 또한, 상기 냉간가공후에, 전도도를 향상시키기 위하여 100∼300℃에서 0.5∼10시간 동안 열처리를 한다. 본 발명에 따라 제조된 구리계 합금은 상기 합금원소들이 구리(Cu) 기지 내에 석출물의 형태로 균일하게 분산된 2상 이상의 미세조직을 갖는다.
Description
본 발명은 전도체 재료의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 강도특성 및 전기적 특성을 보유하며 산업화 가능성 및 경제성이 향상된 Cu-Sn-X(Fe, Co)계 고강도, 고전도도 구리계 합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
구리는 알루미늄과 더불어 비철금속재료중에서 상당한 비중을 차지하고 있으며, 구리합금의 대부분은 전기, 전자재료로서 사용되고 있다. 순수한 구리는 전기전도성 및 열전도성이 양호하고 전연성 및 가공성이 뛰어나다.
이상과 같은 구리의 특성중 가장 중요한 성질은 높은 전기 전도도로서, 이 성질을 활용하는 방안으로 석출경화 또는 분산강화를 이용하는 합금이 개발되었다. 현재 사용이 일반화되어 있는 고강도, 고전도도 구리계 합금은 구리와 비교적 고용도가 낮은 합금원소들을 이용한 Cu-Cr, Cu-Cr-Zr, Cu-Zr 등의 석출경화형 합금으로서, 고강도, 고전도도 소재분야, 점용접 전극, 리드프레임, 전기커넥터, 전류교환기 등에 이용되고 있으며, 이들 합금의 전도도는 50∼85%IACS, 인장강도는 380∼600MPa을 나타낸다. 그리고, 분산강화법을 이용한 Cu-Al2O3계 또한 특성이 우수하여 널리 사용되고 있으나, 분말야금법 및 내부산화법을 이용한 공정의 어려움 및 높은 제조단가 때문에 사용범위가 제한되고 있다.
현재 사용되고 있는 리드 프레임, 커넥터 및 컨택터용 합금중 일부는 고가의 합금원소를 이용하거나 환경문제를 유발하고 인체에 해로운 합금원소들을 이용하는 합금계로 구성되어 있다. 전자기 기기를 구성하는 주요 부품재중의 하나인 커넥터용 접촉 스프링 재료는 현재까지 환경문제와 인체에 해로운 것으로 알려져 있는 Be를 이용한 Cu-Be합금이 주류를 이루고 있다. 특히, Cu-Be합금은 고가이나 복잡한 형상을 갖는 커넥터에 적합하며, 성형가공성과 신뢰성이 높은 스프링 특성을 갖는 석출경화형 합금이나 고가의 합금원소를 사용하기 때문에 비경제적이며, 환경문제를 유발할 수 있는 관계로 점점 사용이 제한될 것으로 판단된다.
이러한 합금계에 대비하여 경제성 있고 중간수준의 강도와 전도도를 갖는 Cu-Fe계, Cu-Sn계 및 Cu-Ni계 합금이 개발되어 범용 전기부품 소재로 많이 사용되고 있다. 이들을 인장강도와 도전율의 관계로 보면, 고급 Cu계 합금에 비하여 비교적 낮은 수준의 것들이 많으며 합금특유의 결점을 가지고 있다.
따라서, 이와 같은 기존의 재료가 나타내는 특성 이외에 새로운 기능을 가지며 경제성이 있는 전도체 재료의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점 및 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 제 1의 목적은 고용도가 비교적 높으면서 전도도를 크게 저하시키지 않는 합금원소를 사용하고 중간 열처리공정과 열가공 공정기술을 접목하여 강도와 전도도를 조절함으로써, 산업화 가능성 및 경제성을 향상시킨 새로운 고강도 중전도도형 구리계 합금의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 2의 목적은 고용도가 비교적 높으면서 전도도를 크게 저하시키지 않는 원소를 제 2 합금원소로 첨가하고, 제 2 합금원소와 반응하여 화합물을 생성하는 제 3 원소를 첨가하여 석출물을 석출시킴으로써, 강도와 전도도를 향상시킨 새로운 고강도 중전도도형 구리계 합금을 제공하는데 있다.
상기와 같은 제 1의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
일반주조법, 연속주조법, 진공주조법 또는 가압주조법을 이용하여 코발트(Co), 철(Fe) 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 한종류 이상의 합금원소 0.2∼1.5중량%, 0.5∼3.0중량%의 주석(Sn), 그 나머지의 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어진 구리합금을 만드는 단계(S1);
상기 구리합금을 800∼1,050℃에서 0.5∼20시간동안 균질화 처리를 수행하는 단계(S2);
상기 단계(S2) 후에, 가공율을 40∼99%로 증가시키기 위하여 상온에서 냉간가공을 수행하는 단계(S3); 그리고
상기 냉간가공 도중에 200∼600℃에서 0.3∼10시간 동안 중간 열처리를 수행하여 석출물을 석출시키는 단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 중전도도형 구리계 합금의 제조방법을 제공한다.
상기 방법은, 상기 냉간가공후에, 전도도를 향상시키기 위하여 100∼300℃에서 0.5∼10시간 동안 열처리하는 단계(S5)를 더 포함한다.
또한, 상기와 같은 제 2의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
코발트(Co), 철(Fe) 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 한종류 이상의 합금원소 0.2∼1.5중량%, 0.5∼3.0중량%의 주석(Sn), 그 나머지의 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 합금원소들이 구리(Cu) 기지 내에 석출물의 형태로 균일하게 분산된 2상 이상의 미세조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 중전도도형 구리계 합금을 제공한다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 고강도 중전도도형 구리계 합금의 제조방법에서는, 구리(Cu)의 강도를 증진시키기 위하여 첨가하는 합금원소로서 고용도가 비교적 높으면서 전도도를 크게 저하시키지 않는 합금원소인 주석(Sn), 코발트(Co) 또는 철(Fe)을 사용하고, 중간 열처리공정을 적용하여 합금조직을 미세화시키며, 제 2 첨가원소와 제 3 첨가원소로 첨가되는 주석(Sn), 코발트(Co) 또는 철(Fe)에 의하여 매트릭스내에 석출물을 형성시킨다.
이하, 본 발명에 따른 Cu-Sn-X(Fe, Co)계 고강도 중전도도형 구리계 합금 및 이의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는, 구리계 합금에 고강도를 부여하기 위하여 Sn, Co 또는 Fe를 첨가하는데, 구리계 합금의 경제성 및 산업화 가능성을 높이고 가공성 및 전도도를 좋게 하기 위하여 Co 또는 Fe의 함량을 약 0.2∼1.5중량%로 제한한다.
이와 같이 제한된 Co 또는 Fe 함량을 갖는 구리계 합금이 고강도 및 높은 전도도를 나타내는 이유는, 800∼1,050℃에서 0.5∼20시간 동안 균질화 처리를 한 다음, 상온에서 가공율을 40∼99%로 증가시키는 냉간가공을 하고, 냉간가공중에 200∼600℃에서 0.3∼10시간동안 중간 열처리하여 제조되거나, 전도도를 향상시키기 위하여 100∼300℃에서 0.5∼10시간 동안 최종 열처리하여 제조되기 때문이다.이와 같은 조건에서의 열처리 및 가공에 의하여 조직이 미세화되고, 이러한 미세조직에 Sn, Co, Cr 또는 Fe가 상호 반응하여 석출물을 석출시켜 조직을 안정화 시킴으로써, 기계적 및 전기적 특성이 매우 우수한 3원계 Cu-Sn-Cr, Cu-Sn-Co, 또는 Cu-Sn-Fe합금, 4원계 Cu-Sn-Co-Cr, Cu-Sn-Cr-Fe, Cu-Sn-Co-Fe 및 5원계 Cu-Sn-Cr-Co-Fe계 합금을 얻을 수 있다.
일반적으로 구리(Cu)의 강도를 증진시키기 위하여 합금원소를 첨가하는 경우 구리(Cu)의 전도도가 급격하게 감소하는데 반하여, 본 발명에 따른 구리계 합금은 강도가 일반구리 및 구리합금의 강도보다 우수함에도 불구하고 전도도 감소는 적은 편이다. 또한, 가공공정 및 석출 열처리공정을 행하여 조직이 미세화되고, 미세화된 조직은 Sn, Co, 또는 Fe의 첨가원소에 의하여 형성된 석출물에 의하여 안정화되어 고온에서 우수한 강도특성 및 전기적 특성을 갖는다.
하기에서는 본 발명의 실시예들을 설명한다.
〈실시예 1〉
0.5∼3.0중량%의 Sn, 0.2∼1.5중량%의 Cr, 그 나머지의 Cu 및 불가피한 불순물로 이루어진 구리합금을 일반주조법, 연속주조법, 진공주조법 또는 가압 주조법에 의하여 제조한다. 그리고, 800∼1,050℃에서 0.5∼20시간 동안 균질화 처리를 한 다음, 상온에서 가공율을 40∼99%로 증가시키는 냉간가공을 하고, 냉간 가공중에 200∼600℃에서 0.3∼10시간 동안 중간 열처리하여 석출물을 석출시킨다.
전도도를 향상시키기 위하여 100∼300℃에서 0.5∼10시간 동안 최종 열처리 한다. 이 합금으로부터 시편을 만들어 기계적 성질과 전기적 성질을 측정하였더니, 530MPa의 인장강도, 480MPa의 항복강도, 7%의 연신율 및 53%의 IACS 전도도를 나타내었다.
〈실시예 2〉
0.5∼3.0중량%의 Sn, 0.2∼1.5중량%의 Co, 그 나머지의 Cu 및 불가피한 불순물로 이루어진 구리합금을 일반주조법, 연속주조법, 진공주조법 또는 가압주조법에 의하여 제조한다. 그리고, 800∼1,050℃에서 0.5∼20시간 동안 균질화 처리를 한 다음, 상온에서 가공율을 40∼99%로 증가시키는 냉간가공을 하고, 냉간 가공중에 200∼600℃에서 0.3∼10시간 동안 중간 열처리하여 석출물을 석출시킨다.
전도도를 향상시키기 위하여 100∼300℃에서 0.5∼10시간 동안 최종 열처리 한다. 이 합금으로부터 시편을 만들어 기계적 성질과 전기적 성질을 측정하였더니, 611MPa의 인장강도, 359MPa의 항복강도, 4.9%의 연신율 및 39%의 IACS 전도도를 나타내었다.
〈실시예 3〉
0.5∼3.0중량%의 Sn, 0.2∼1.5중량%의 Fe, 그 나머지의 Cu 및 불가피한 불순물로 이루어진 구리합금을 일반주조법, 연속주조법, 진공주조법 또는 가압주조법에의하여 제조한다. 그리고, 800∼1,050℃에서 0.5∼20시간 동안 균질화 처리를 한 다음, 상온에서 가공율을 40∼99%로 증가시키는 냉간가공을 하고, 냉간가공중에 200∼600℃에서 0.3∼10시간 동안 중간 열처리하여 석출물을 석출시킨다.
전도도를 향상시키기 위하여 100∼300℃에서 0.5∼10시간 동안 최종 열처리 한다. 이 합금으로부터 시편을 만들어 기계적 성질과 전기적 성질을 측정하였더니, 627MPa의 인장강도, 380MPa의 항복강도, 6.3%의 연신율 및 43%의 IACS전도도를 나타내었다.
〈비교예 1∼6〉
상기 실시예 1∼3에 따른 본 발명합금의 기계적 성질 및 전기전도도를 현재 상용화되어 있는 고강도 중전도도형 구리계 합금과 비교하기 위하여, 상기 상용화 되어 있는 구리계 합금의 기계적 성질 및 전기전도도를 하기표 2에 나타내었다.
상기의 실시예들 및 비교예들로부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명에 따른 구리계 합금은 Sn, Co, Cr 또는 Fe를 매우 소량 함유함에도 불구하고 비교예들의 합금들과 대등하거나 또는 높은 강도 및 전기 전도도를 나타내었다.
또한, 현재 상용화되고 있는 구리계 합금과는 다르게, 전기전도도가 우수하면서도 강도가 높다는 것이 입증되었다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 고강도 중전도도형 구리계 합금의 제조방법에서는, 구리의 강도를 증진시키기 위하여 첨가하는 합금원소로서 저렴한 합금원소인 주석(Sn), 코발트(Co) 또는 철(Fe)을 사용하고, 중간 열처리공정을 적용하여 합금조직을 미세화시키며, 제 2 첨가원소와 제 3 첨가원소로 첨가되는 주석(Sn), 코발트(Co) 또는 철(Fe)에 의하여 매트릭스내에 석출물을 형성시킨다. 그 결과, 고온에서도 우수한 강도특성 및 전기적 특성을 보유하며 산업화 가능성 및 경제성이 향상된 새로운 고강도 중전도도형 구리계 합금이 얻어진다.
일반적으로 구리의 강도를 증진시키기 위하여 합금원소를 첨가하는 경우 구리의 전도도가 급속히 감소하는 데 반하여, 본 발명에 따른 고강도 중전도도형 구리계 합금은 강도가 일반 구리 및 구리합금의 강도보다 월등히 우수함에도 불구하고 전기 전도도의 감소는 매우 적은 편이다. 따라서, 본 발명에 따른 구리계 합금은 경제성 있는 판재, 봉재 또는 선재용으로 널리 사용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (3)
- 크롬(Cr), 코발트(Co), 철(Fe) 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 한종류 이상의 합금원소 0.2∼1.5중량%, 0.5∼3.0중량%의 주석(Sn), 그 나머지의 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 합금원소들이 구리(Cu) 기지 내에 석출물의 형태로 균일하게 분산된 2상 이상의 미세조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 중전도도형 구리계 합금.
- 크롬(Cr), 코발트(Co), 철(Fe) 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 한종류 이상의 합금원소 0.2∼1.5중량%, 0.5∼3.0중량%의 주석(Sn), 그 나머지의 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어진 구리합금을 일반주조법, 연속주조법, 진공주조법 또는 가압주조법으로 만드는 단계(S1);상기 구리합금을 800∼1,050℃에서 0.5∼20시간동안 균질화 처리를 수행하는 단계(S2);상기 단계(S2) 후에, 가공율을 40∼99%로 증가시키기 위하여 상온에서 냉간가공을 수행하는 단계(S3); 그리고상기 냉간가공 도중에 200∼600℃에서 0.3∼10시간 동안 중간 열처리를 수행하여 석출물을 석출시키는 단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 중전도도형 구리계 합금의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 냉간가공후에, 전도도를 향상시키기 위하여 100∼300℃에서 0.5∼10시간 동안 열처리하는 단계(S5)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 중전도도형 구리계 합금의 제조방법.
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| KR1019990020787A KR100330978B1 (ko) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | Cu-Sn-X(Fe, Co)계 고강도, 중전도도형 구리계 합금 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019990020787A KR100330978B1 (ko) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | Cu-Sn-X(Fe, Co)계 고강도, 중전도도형 구리계 합금 및 이의 제조방법 |
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| KR20010001522A KR20010001522A (ko) | 2001-01-05 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0331437A (ja) * | 1989-06-27 | 1991-02-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 耐熱性と耐摩耗性に優れた摺動通電用銅合金とその製造方法 |
-
1999
- 1999-06-04 KR KR1019990020787A patent/KR100330978B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0331437A (ja) * | 1989-06-27 | 1991-02-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 耐熱性と耐摩耗性に優れた摺動通電用銅合金とその製造方法 |
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