KR100357501B1

KR100357501B1 - 구리기합금및그것을이용하는단자

Info

Publication number: KR100357501B1
Application number: KR1019980004793A
Authority: KR
Inventors: 요시아께 하나; 아끼라 스가와라; 다까요시 엔도
Original assignee: 도와 고교 가부시키가이샤; 야자키 소교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2002-12-18
Also published as: EP0859065B1; DE69823713D1; KR19980071423A; EP0859065A1; JPH10226835A; DE69823713T2

Abstract

단자용 구리기 합금은 Cu-Ni-Sn-P 또는 Cu-Ni-Sn-P-Zn 계이고 500 N/㎜2 이상의 인장강도, 400 N/㎜2 이상의 탄성 한도, 10% 미만의 응력 이완, 30% 이악스 (IACS) 이상의 전도성 및 R/t 비율에 대하여 2 미만의 굽힘 가공성을 갖는다. 스프링부나 전체 부분이 구리기 합금으로부터 제조된 단자는 1.5N 내지 30N 의 초기 삽입/추출력과 초기 성능으로서 저전압과 저전류에서 3mΩ 미만의 저항을 가지며, 20% 미만의 응력 이완을 경험하는 단자가 또한 제공된다는 것이 특징으로 첨가된다. 상기 합금은 인장강도, 탄성 한도, 응력 이완 특성 및 전도성에 대해 종래의 단자용 청동, 인청동 및 Cu-Sn-Fe-P 합금보다 우수하기 때문에, 이러한 합금으로 제조된 단자는 종래의 단자용 구리기 합금으로 제조된 단자보다 높은 성능과 신뢰성을 가진다.

Description

구리기 합금 및 그것을 이용하는 단자 {COPPER BASE ALLOYS AND TERMINALS USING THE SAME}

본 발명은 구리기 (copper base) 합금으로 만들어진 커넥터 단자에 관한 것이고 또한, 자동차 및 다른 장치내 커넥터 단자에 사용하기 위한 구리기 합금에 관한 것이다.

최근 전자 기술의 발전에 응하여, 자동차 및 다른 장치에 사용하는 커넥터 단자는 고집적 밀도, 더욱 작은 크기, 더욱 가벼운 중량 및 더욱 높은 신뢰성을 만족시킬 것이 많이 요구되고 있다. 한편, 엔진성능이 계속 향상되어 엔진실의 온도가 더욱 높아지고 있다. 이러한 조건하에서, 엔진에서 전도 재료로 사용되는 단자용 구리기 합금은 더 높은 신뢰성과 내열성을 가져야할 필요가 있다. 그러나, 값싼 단자용 구리기 합금으로서 사용되는 황동은 전기 전도율이 낮다 (C26000 을 예로 들면, 그것의 전기 전도율은 27% IACS이다). 또한 그것은 내응력완화 (anti-stress relaxation) 특성, 내식성 및 내응력 부식 균열성에 문제를 가진다. 게다가, 인청동은 고강도를 가지지만 전기 전도율 (이하 간단히 "전도율" 이라 함) 이 낮고 (C52100을 예로들면, 그것의 전기 전도율은 약 12% IACS 이다); 또한 그것은 내응력완화 특성, 및 경제적인 면 (고가) 에서 문제를 가진다. Cu-Sn-Fe-P 합금은 황동 및 인청동의 이러한 문제를 해결하기 위해 발전되어 왔다. 예를 들면, Cu-2.0Sn-0.1Fe-0.03P 는 35% IACS의 전도율을 가지고 강도면에서 우수하다. 그러나, 그것의 내응력완화 특성은 단자용 합금용도의 관점에서는 완전히 만족스럽지 못하다.

높은 신뢰성을 갖는 자동차 단자를 제조하기 위해서는, 강도, 탄성 한계치 및 전도율의 면에서 우수하고 오랜 사용후에도 응력 완화율이나 부식이 발생하지 않는 구리기 합금을 사용하는 것이 필요하다. 그러나, 황동, 인청동 및 Cu-Sn-Fe-P 합금등과 같은 종래의 구리기 합금은 그러한 요구를 만족시키지 못한다.

상술한 구리기 합금으로 제조된 단자는 그 합금의 특성이 직접적으로 반영된다는 문제를 가진다. 황동, 인청동 또는 Cu-Sn-Fe-P 합금을 사용한 단자는 높은 전도율과 동시에 양호한 내응력완화 특성의 요구를 만족시키지 못하여, 자체적으로 열을 발생하고, 잠재적으로 산화, 플레이트 분리, 응력 완화율, 회로 전압 강하, 및 하우징의 연화나 변형을 포함하는 다양한 문제를 야기한다.

따라서, 본 발명의 목적은 인장강도, 탄성 한계치, 전도율, 내응력완화 특성 및 굽힘 가공성의 모든 면에서 우수한 단자용 구리기 합금을 제공하는 것이다.본 발명의 다른 목적은, 적어도 상기 규정된 합금으로 만들어진 스프링을 구비한 단자 또는, 그 스프링을 포함한 전체 단자가 상기 합금으로 일체로 만들어진 단자를 제공하는 것이며, 또는 저전압 및 저전류에서의 저항과 내응력완화 특성이 우수한 단자를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 이루기 위해서, 본 발명가는 반복 시험을 행하여 Cu-Ni-Sn-P-Zn 합금과 Cu-Ni-Sn-P 합금을 탐구하여, 이러한 합금의 조성을 적절히 조절하고 미세한 Ni-P 화합물의 석출물을 균일하게 석출시켜, 인장강도, 전도율, 내응력완화 특성 및 굽힘가공성에 관하여 만족스러운 특성을 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 구리기 합금으로 제조된 내재된 스프링을 갖는 단자, 또는 스프링을 포함하여 전체가 일체형으로 구리기 합금으로 만들어진 단자가 우수한 특성을 가진다는 것을 발견하였다.

도 1 은 본 발명을 달성하기 위한 이동 시험을 수행하는 지그로서 사용된 ABS 수지로 만들어진 플레이트의 사시도.

도 2 는 본 발명을 달성하기 위한 이동 시험을 수행하는 장치의 예시적인 측면도.

도 3 은 단자의 성능을 시험하는 것을 목적으로 만들어진 본 발명의 암단자의 사시도.

도 4 는 단자의 성능을 시험하는 것을 목적으로 만들어진 본 발명의 다른 암단자의 사시도.

도 5 는 본 발명의 단자용 구리기 합금의 응력 완화 특성을 측정하는 경우 열처리를 위한 조건과 접촉 하중간의 관계를 도시한 그래프.

도 6 은 본 발명의 단자용 구리기 합금의 응력 완화 특성을 측정하는 경우 열처리를 위한 조건과 접촉 하중간의 관계를 도시한 그래프.

도 7 은 본 발명의 단자용 구리기 합금의 전기적 성능의 시험시 저전압과 저전류에서 저항의 측정 결과를 도시한 그래프.

도 8 은 본 발명의 단자용 구리기 합금의 전기적 성능의 시험시 저전압과 저전류에서 저항의 측정 결과를 도시한 그래프.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : ABS 수지 2 : 개구

3 : 테프론 테이프 4 : 시편

5 : 맹물 6 : 시험 용기

7 : 전류계 8 : DC 전원

9 : 암단자 10 : 스프링

제 1 태양에서, 본 발명은 중량을 기준으로, 0.5-3.0% Ni, 0.5-2.0% Sn, 0.010-0.20% P 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 단자용 구리기 합금을 제공한다.

제 2 태양에서, 본 발명은 중량을 기준으로, 0.5-3.0% Ni, 0.5-2.0% Sn, 0.010-0.20% P 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 단자용 구리기 합금을 제공하는데, 이때 Ni 대 P 의 비율 (Ni/P) 이 10-50 범위이고, 크기가 100 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산된다.

제 3 태양에서, 본 발명은 중량을 기준으로, 0.5-3.0% Ni, 0.5-2.0% Sn,0.010-0.20% P 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 단자용 구리기 합금을 제공하는데, 이때 P 대한 Ni 의 비율 (Ni/P) 이 10-50 범위이고, 크기가 100 ㎚ 이하인 Ni-P 합성물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산되고, 그 합금은 500 N/㎜²이상의 인장 강도, 400 N/㎜²이상의 탄성 한계치, 10% 이하의 응력 완화율, 30% IACS 이상의 전도율을 가지고, R 이 굽힘 반경이고 t 가 시편의 두께일 때 t 에 대한 R 의 비율 (R/t) 이 2 이하인 굽힘 가공성을 가진다.

제 4 의 태양에서, 본 발명은 중량을 기준으로, 0.5-3.0% Ni, 0.5-2.0% Sn, 0.010-0.20% P, 0.01-2.0% Zn 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 단자용 구리기 합금을 제공한다.

제 5 태양에서, 본 발명은 중량을 기준으로, 0.5-3.0% Ni, 0.5-2.0% Sn, 0.010-0.20% P, 0.01-2.0% Zn 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 단자용 구리기 합금을 제공하는데, 이때 P 대한 Ni 의 비율 (Ni/P) 이 10-50 범위이고, 크기가 100 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산된다.

제 6 태양에서, 본 발명은 중량을 기준으로, 0.5-3.0% Ni, 0.5-2.0% Sn, 0.010-0.20% P, 0.01-2.0% Zn 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 단자용 구리기 합금을 제공하는데, 이때 P 대한 Ni 의 비율 (Ni/P) 이 10-50 범위이고, 크기가 10 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산되고, 그 합금은 500 N/㎜²이상의 인장 강도, 400 N/㎜²이상의 탄성 한계치, 10% 이하의 응력 완화율, 30% IACS 이상의 전도율을 가지고, R 이 굽힘 반경이고 t 가 시편의 두께일 때 t 에 대한 R 의 비율 (R/t) 이 2 이하인 굽힘 가공성을 가진다.

제 7 태양에서, 본 발명은 스프링 재료로 만들어진 내재 스프링을 갖는 단자, 또는 일체부로서 스프링을 포함하고 상기 스프링 재료로 전체가 만들어진 단자를 제공하는데, 그 스프링 재료는 중량을 기준으로, 0.5-3.0% Ni, 0.5-2.0% Sn, 0.010-0.20% P, 및 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 구리기 합금을 용융하여 제조되고, 그 합금은 용융후 열간 및 냉간 압연으로 가공된다.

제 8 태양에서, 본 발명은 스프링 재료로 제조된 내재 스프링을 갖는 단자 또는, 일체부로서 스프링을 포함하고 상기 스프링 재료로 전체가 만들어진 단자를 제공하는데, 상기 스프링 재료는 중량을 기준으로, 0.5-3.0% Ni, 0.5-2.0% Sn, 0.010-0.20% P, 및 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 구리기 합금을 용융하여 제조되고, P 대한 Ni 의 비율 (Ni/P) 이 10-50 범위이고, 크기가 100 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산되며, 상기 합금은 용융후 열간 압연 및 냉간 압연의 적어도 하나로 가공된다.

제 9 태양에서, 본 발명은 스프링 재료로 제조된 내재 스프링을 갖는 단자 또는, 일체부로서 스프링을 포함하고 상기 스프링 재료로 전체가 만들어진 단자를 제공하는데, 상기 스프링 재료는 중량을 기준으로, 0.5-3.0% Ni, 0.5-2.0% Sn, 0.010-0.20% P, 0.01-2.0% Zn 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 구리기 합금을 용융하여 제조되고, 상기 합금은 용융후 열간 압연 및 냉간 압연의 적어도 하나로 가공된다.

제 10 태양에서, 스프링 재료로 제조된 내재 스프링을 갖는 단자 또는, 일체부로서 스프링을 포함하고 상기 스프링 재료로 전체가 만들어진 단자를 제공하는데, 상기 스프링 재료는 중량을 기준으로, 0.5-3.0% Ni, 0.5-2.0% Sn, 0.010-0.20% P, 0.01-2.0% Zn 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 구리기 합금을 용융하여 제조되는데, 이때 P 대한 Ni 의 비율 (Ni/P) 이 10-50 범위이고, 크기가 100 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산되며, 상기 합금은 용융후 열간 압연 및 냉간 압연의 적어도 하나로 가공된다.

제 11 태양에서, 본 발명은 자동차 및 다른 기계에 커넥터 단자로 사용되는 단자를 제공하고, 그 단자는 스프링 재료로 제조된 내재 스프링을 갖는 단자 또는, 일체부로서 스프링을 포함하고 상기 스프링 재료로 전체가 만들어진 단자이며, 상기 스프링 재료는 상술한 제 7 태양 내지 제 10 태양 중 어느 하나에 의해 규정된 방법으로 제조된다.

본 발명은 이하 상세하게 설명될 것이다.

먼저, 본 발명의 합금에 첨가되는 성분을 왜 특정범위로 한정하여야 하는지에 대한 개략적인 이유를 아래에 설명한다.

(1) Ni

강도, 탄성, 내열성, 내응력완화 특성, 내이동 (anti-migration) 특성 및 내응력 부식 균열 특성을 개선하기 위해서 니켈 (Ni) 을 Cu 매트릭스내에 용해시킨다. 게다가, Ni 는 P 와 화합물을 형성하고, 분산되고 석출되어 더 나은 전도율을 제공한다. 만약 Ni 함량이 0.5% 이하라면, 원하는 효과를 얻을 수 없다; Ni 함량이 3.0% 를 초과하면, 효과는 포화될 것이고 경제적으로 손실이 될 것이다.따라서, Ni 함량은 0.5 내지 3.0 중량% 의 범위로 특정된다.

(2) Sn

강도, 탄성 및 내식성을 개선하기 위해 주석 (Sn) 을 Cu 매트릭스내에 용해시킨다. 만약 Sn 함량이 0.5% 이하이면, 강도 및 탄성에 관한 소정효과가 얻어질 수 없다; 만약 Sn 함량이 2.0% 를 초과하면, 효과가 포화될 것이다. 따라서, Sn 함량은 0.5 내지 2.0 중량% 의 범위로 특정된다.

(3) P

용융물의 환원제로서 작용할 뿐만 아니라 Ni 과 화합물을 형성하고, 전도율과 강도, 탄성 및 내응력완화 특성을 향상시키기 위해서 분산되고 석출된다. 만약 P 의 함량이 0.005% 이하이면 소정의 효과를 얻을 수 없고, 만약 P 의 함량이 0.20% 를 초과하면 내이동 특성이 감소될 뿐만 아니라, Ni 와 공존하더라도 전도율, 가공성 및 열처리후 용접이나 도금의 접착성이 심각하게 손상될 것이다. 따라서, P 의 함량은 0.010 내지 0.2 중량% , 바람직하게는 0.02 내지 0.15 중량% 의 범위로 특정된다.

(4) Ni 대 P 비율

본 발명에 따른 구리기 합금을 준비하는 과정에서, 첨가된 Ni 의 일부가 첨가된 P 의 일부와 결합하여 Ni-P 의 화합물을 만들고, 미세한 분말 석출물로서 합금에 균일하게 분산되어 강도, 탄성 및 내응력완화 특성 뿐만아니라 전도율도 개선한다. 따라서, Ni 대 P (Ni/P) 의 중량 퍼센트 비율은 특정 범위로 제한되는 것이 바람직한데, 10 내지 50 의 범위가 바람직하고, 15 내지 30 의 범위가 더욱바람직하다. 만약 석출된 Ni-P 의 화합물의 크기가 100 ㎚ 를 초과한다면, 강도, 탄성 및 내응력완화율의 향상에 대한 기여가 적고, 굽힘 가공성이 열화된다. 또한, 만약 크기가 100 ㎚ 를 초과하는 Ni-P 석출물을 합금이 다량 함유한다면, 단단한 합금으로 만들어진 펀치 및 공구강으로 만들어진 다이 (die) 를 포함하는 프레스 금속 주형의 수명이 감소된다. 따라서, Ni-P 석출물의 크기가 100 ㎚ 이하로 특정되고, 70 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다.

(5) 보조 성분

게다가, 보조 성분으로서 첨가될 수 있는 아연 (Zn) 은, 도금후 열처리될 때, 도금층의 접착성을 더 향상시킬 수 있다. 그러나, 만약 Zn 함량이 0.01% 이내라면, 상술한 효과가 이루어질 수 없다. 만약 Zn 함량이 2.0% 를 초과한다면, 효과가 포화될 수 있다. 따라서, 0.01 내지 2.0 중량% 의 범위내 Zn 함량이 바람직하다. 다음으로, 본 발명에 따른 단자의 특성에 관하여 서술할 것이다.

커넥터 단자용으로 사용된 "삽입력" 과 "이탈력" 이라는 용어는, 각기 "암단자에 수단자를 삽입하는데 요구되는 힘" 및 "수단자로부터 암단자를 이탈하는데 요구되는 힘" 을 표현한 것이다. 따라서, 삽입력은 작은 것이 바람직하고 이탈력은 큰 것이 바람직하다. 만약 삽입력이 과도하게 크다면, 수단자는 암단자에 쉽사리 삽입될 수 없다. 만약 접속되는 단자의 수가 증가한다면 통상의 조립작업이 효율적으로 이루어질 수 없기 때문에, 이것은 고밀도 (high packing density) 의 회로에서 문제를 야기한다. 반면에, 만약 이탈력이 너무 약하다면, 진동에의한 분리가 일어나거나, 산화막이 쉽게 형성되며, 접촉 저항이 너무 불안정하여 커넥터용 전기 신뢰성이 만족할만하게 보장될수 없게 된다.

그러한 상황 아래에서, 단자의 초기 삽입력/이탈력이 1.5 N 내지 30 N 인 것이 바람직하고, 종국에는, 사용되는 단자 재료가 500 N/㎜²이상의 인장강도, 400 N/㎜²이상의 탄성 한계치 및, 단자의 양호한 주형성의 관점에서 2 이하의 R/t 의 값을 가져야한다. 더 나은 굽힘 가공성을 얻기 위해서, 결정 입자 직경이 50 ㎛ 이하, 특히 바람직하게는 25 ㎛ 이하인 것이 중요하다.

저전압과 저전류에서 초기 저항은 작은 것이 바람직하고, 3 mΩ이하가 바람직하다. 결합부에서의 접촉 전기 저항의 값은 접촉 하중 (load) 이 열순환에 기인하여 얼마나 감소할 것인지에 우선적으로 의존한다. 그러나, 자동차의 엔진실이나 주위 배기 시스템내 온도의 영향에 의해 야기되는 응력 완화율과 마찬가지로, 재료로부터 자발적으로 발생하는 열에 의해 야기된 응력 완화율이 접촉 하중을 감소시킬 것이고, 이는 결국 접촉 전기 저항을 더 높게한다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 단자 재료는 1,000 시간동안 150 ℃ 에서 유지될 때 10% 이상의 응력 완화율이 발생하지 말아야 하고, 또한 500 N/㎜²이상의 인장강도, 400 N/㎜²이상의 탄성 한계치, 30% IACS 이상의 전기 전도율 및 스프링으로 가공 한후 20% 이하의 응력 완화율이 요구된다.

아래의 보기는 본 발명을 더욱 자세하게 설명하기 위해서 제공되었다.

실시예 1

표 1 에 기재한 조성을 갖는 합금은 고주파수 용융로에서 용융되고 850 ℃ 로 가열후 5.0 ㎜ 의 두께로 850 ℃ 에서 열간 압연된다. 그런 다음, 각각의 시트를 4.8 ㎜ 의 두께로 단면 절삭 (facing) 시키고, 냉간 압연과 열처리를 연속적으로 반복하여 67% 의 최종 가공율로 0.2 ㎜ 두께의 시트를 얻는다.

각 시트의 인장강도, 신장도 및 탄성 한계치를 측정한다. 동시에, 각 시트의 굽힘 가공성과 응력 완화 특성을 검사한다. 그 결과를 황동, 인청동 및 Cu-Sn-Fe-P 합금을 사용한 종래의 결과와 대비하여 표 1 에 기재하였다.

인장강도, 전도율 및 탄성 한계치의 측정은, 각기, JIS Z 2241, JIS H 0505 및 JIS H 3130 호에 따른 것이다.

각 시트의 굽힘 가공성은 90도 W 굽힘 시험으로 평가되는데, 이때 CES-M0002-6 에 따라, 샘플은 R = 0.1 ㎜ 인 공구로써 90도 W 굽힘을 시키고 중심 릿지 (ridge) 의 표면 상태를 아래의 기준으로 평가하였다. 즉, ×는 균열 발생; △ 는 주름 발생; ○는 양호한 결과로 나타냈다. 굽힘 축은 압연방향에 평행하도록 설정하였다.

응력 완화 시험에서, 400 N/㎜²의 응력이 중심부에서 발생하도록 시편을 아치형으로 굽히고, 150℃ 에서 1,000 시간동안 유지한 후 남아있는 잔류 굽힘은 아래의 공식으로 "응력 완화율" 로서 계산된다:

응력 완화율 (%) = {(L₁-L₂)/(L₁-L₀)}×100

여기에서,

L₀: 공구의 길이 (㎜);

L₁: 샘플의 초기 길이 (㎜)

L₂: 시험후 샘플의 단부들 간의 수평 거리 (㎜)

이동 시험이 아래의 방법으로 행해진다: 도 1 (1: ABS 수지; 2: 개구) 에 도시된 바와 같이, ABS 수지(2 ㎜(t) ×16 ㎜(w) ×72 ㎜(l)) 로 만들어지고 중심영역에 원형 개구가 마련된 플레이트는 한쌍의 시편 (각각 0.2 ㎜(t) ×5 ㎜(w) ×80 ㎜(l)) 에 의해 샌드위치되며, 그렇게 구성된 조립체는 각각의 테프론 테이프편으로 상부와 하부를 감음으로써 함께 결합된다. 그 후, 고정된 조립체를 도 2 (3: 테프론 테이프; 4: 시편; 5: 맹물; 6: 시험 용기; 7: 전류계; 8: DC 전원) 에 도시된 바와 같이 담수로 채워진 시험 용기내에 유지시킨다. 14 V 의 직류전압을 8시간 동안 인가한 후 최대 누수전류를 측정함으로써 각 시편의 이동 특성을 평가한다.

상술한 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라서 준비된 합금 샘플 1 내지 8 은 500 N/㎜²이상의 인장강도, 400 N/㎜²이상의 탄성 한계치 및 30% IACS 이상의 전도율을 가지고 그것의 굽힘 가공성이 또한 만족스럽다. 부가하면, 그러한 샘플들은 10% 이하의 응력 완화율을 갖는 것으로 표현되는 우수한 내응력완화 특성을 가지고 또한 우수한 내이동 특성을 가진다. 따라서, 본 발명의 구리기 합금은 자동차 및 다른 장치내 단자로 사용하기에 좋다는 것으로 결론지어진다.

합금 샘플 9 내지 11 은, 각기, 인청동, 황동 및 Cu-Sn-Fe-P 합금으로 만들어진 비교 합금이다.

실시예 2

본 발명의 구리기 합금을 사용한 단자의 특성은 실시예를 참조로 하여 이하에서 명확하게 설명된다. 단자로서 성능을 평가하기 위해서, 본 발명의 합금시트를 가압성형하고 본 발명의 가장 중요한 목적에 대한 평가, 즉 응력 완화 특성을 검사한다.

본 발명에 따라 준비된 합금은 도 3 에서 9 로 도시된 암단자로 가압성형되는데, 그 각 단자는 스프링 (10) 을 구비한다. 양호한 스프링 특성을 제공하기 위해서, 단자를 사후 열처리 시킨다.

과다한 표면 열화를 방지하기 위해, 180℃에서 30분동안 가열하는 열처리를 실시하고 그 단자의 열처리에 이어서 단자의 표면처리로서 Sn 도금을 실시한다. 그렇게 처리된 단자의 응력 완화 특성을 평가하는 시험이 행해진다. 종래의 기술과 비교하기 위해, Cu-Sn-Fe-P 합금 및 황동재료로 만들어진 암단자를 동일 조건에서 또한 열처리시키고, 동일한 방법으로 성능 시험을 한다.

단자들은 4.5 내지 6.0 N 범위의 초기 삽입력을 가지고, 저전압과 저전류에서 1.5 내지 2.0 mΩ 범위의 초기 저항을 가진다.

단자의 응력 완화 특성은 아래의 방법으로 시험된다: 즉, 수단자를 암단자에 끼우고, 그 조립체를 열저항 시험하며, 접촉 하중을 시험전후에 측정한다. 열저항 시험에서, 시편은 120℃ 에서 300 시간 동안 노출된다. 시험 결과를 도 5 에 도시하였다. 응력 완화율의 백분율은 아래의 공식으로 계산된다:

응력 완화율(%) = {(F₁-F₂)/F₁}×100

여기에서,

F₁: 초기 접촉 하중 (N);

F₂: 시험후 접촉 하중 (N);

종래 기술의 Cu-Sn-Fe-P 합금으로 만들어진 암단자는 본 발명의 구리기 합금으로 만들어진 암단자보다 더 큰 접촉하중의 강하가 일어나고 전자의 단자의 응력 완화율이 약 30% 가 된다. 반면에, 본 발명의 범위내의 구리기 합금으로 만들어진 암단자의 응력 완화율은 약 12% 인데, 이는 20% 이하의 응력 완화율을 만족하므로 비교 단자보다 우수하다. 게다가, 도 6 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 합금으로 만들어진 단자의 우수성은 프레스 가공 (pressing) 후 합금을 열처리시킴으로써 증가한다.

동일 샘플들을 300 시간동안 120℃ 에서 유지하여 전기적 성능을 평가하는 시험을 행하며, 또한 그 시험전후에 저전압과 저전류에서 저항을 JIS C 5402 에 따라 측정하였다. 그 결과를 도 7 에 도시하였다.

상기 도시된 결과로부터, 본 발명의 구리기 합금이 전기적 성능 면에서 종래의 Cu-Sn-Fe-P 합금과 황동보다 우수하다는 것이 명백해진다. 또한, 도 8 에 도시된 바와 같이, 본 발명 합금의 우수성이 프레스 가공후 합금을 열처리하여 더 향상된다는 것을 알 수 있다.

도 4 의 9 로 도시된 암단자는 본 발명의 구리기 합금으로 만들어진 내재 스프링 (10) 을 포함하도록 형상지어진다. 단자들은 도 3 에 묘사된 단자의 경우와 같은 동일 시험을 행하고 시험 결과는 도 3 에 도시된 단자의 경우와 마찬가지이다.

전술한 결과는 본 발명의 구리기 합금을 사용하는 단자가 자동차 단자로서 기능하는데 우수하다는 것을 보여준다. 그러나, 본 발명의 구리기 합금과 그 합금으로 만들어진 단자가, TV, 라디오 컴퓨터등을 포함하는 대중 가전 기기 뿐만 아니라 항공기, 배등과 같은 운송 기구에 동일 효과로써 또한 적용될 수 있다는 것을 주목하여야 한다.

실시예 3

표 3 에 도시된 조성을 갖는 합금을 고주파수 용융로에서 용융하고, 5.0㎜ 의 두께로 850℃ 에서 열간압연한다. 4.8㎜ 의 두께가 되도록 각 슬래브의 표면을 깍고, 계속하여 냉간압연 공정과 열처리를 반복하여, 67% 의 최종 가공율로 0.2㎜ 의 두께를 갖는 시이트를 얻는다.

각 시이트의 인장강도, 신장율 및 탄성 한계치를 측정한다; 동시에, 각 시이트의 굽힘 가공성과 응력 완화 특성을 검사한다. 그 결과를 종래 사용된 황동, 인청동 및 Cu-Sn-P-Fe 합금의 결과와 대조하여 표 3 에 기재하였다.

기재한 결과와 같이, 본 발명에 따라 준비된 합금 샘플 12 내지 19 는 500N/㎜²이상의 인장강도, 400 N/㎜²이상의 탄성 한계치, 또한 30% IACS 이상의 전도율을 가지며, 또한 그들의 굽힘 가공성이 만족스럽다. 게다가, 그러한 샘플들은 우수한 내이동 특성과 함께 10% 이하의 응력 완화 특성을 가진다. 게다가, 본 발명의 합금의 제조시에, 용융, 주조, 열간압연, 냉간압연, 열처리, 산세척 (pickling) 등을 포함하는 어떠한 공정에서도 특별한 어려움이 없으며, 또한 합금은 양호한 수득율로 제조된다.

이와는 대조적으로, 합금의 P 함량이 낮고 합금의 Ni/P 비율이 본 발명의 합금보다 큰, 비교 합금 샘플 20 은 인장강도, 탄성 한계치, 또한 응력 완화 특성에서 본 발명의 합금보다 열등하다. 이것은 비교 합금의 P 함량과 Ni/P 비율이 본 발명에 규정된 적당한 범위를 벗어나기 때문이라고 생각되며, 따라서, 인장강도, 탄성 및 내응력완화 특성이 과도하게 낮다.

합금의 P 함량이 많고 합금의 Ni/P 비율이 본 발명의 합금보다 작은 비교 합금 샘플 21 은 굽힘 가공성과 응력 완화 특성의 면에서 본 발명의 합금보다 열등하다. 이것은 과도하게 증가한 P 의 양과 감소된 Ni/P 비율의 값 때문이라고 생각되며, 따라서 Ni/P 계 화합물의 석출량이 과도하게 많아져 굽힘 가공성과 응력 완화 특성이 감소된 생산물을 야기한다.

제조 공정에서 부딪히는 부가적인 단점은, 주조 단계시 용융물의 유동성 불량과 잉곳 (ingot) 의 표면상에 발생하는 "거친 표면" 의 수가 적지 않다는 것이다. 또한, 열간 압연시 나타나는 "측면 균열", 열처리 단계후 산세척의 단계시행해지는 "산화물 막 제거의 문제"는, 수득율을 감소시키고 열처리 시간을 증가시키는 단점이 있다. 따라서, 제조비용이 증가하게 될 것이다.

본 발명의 합금보다 Ni 를 작게 함유하는 비교 합금 샘플 22 는, Ni 함량이 작기 때문에, 인장강도, 탄성, 내응력완화율 및 내이동 특성에서 본 발명의 합금보다 열등하다. 만족스러운 인장강도, 탄성, 내응력완화율 및 내이동 특성을 갖는 합금을 얻기 위해서, 0.5% 이상의 Ni 가 적당량의 P 및 Sn 과 함께 함유되어야 한다.

본 발명의 합금 보다 P 및 Ni 를 적게 함유하고 Ni 대 P (Ni/P) 의 값이 큰 비교 합금 23은, Ni 함량이 적기때문에, 강도, 탄성, 내응력완화율 및 내이동 특성 면에서 본 발명의 합금 보다 열등하다. 만족스러운 강도, 탄성, 내응력완화율 및 내이동 특성을 얻기 위해서는, 합금이 0.5% 이상의 Ni 와, 0.005% 이상의 P 및, 적당량의 Sn 을 함유하여야 한다.

본 발명의 합금보다 P 를 많이 함유하고 Ni 를 적게 함유한 비교 합금 24는 굽힘 가공성과 응력 완화율의 면에서 열등하다. 이것은 다량의 P 가 존재하고, Ni 대 P (Ni/P) 의 값이 작기 때문에, Ni-P 계 화합물의 초과 석출이 굽힘 가공성과 응력 완화 특성을 감소시킨다고 사료된다. 게다가, 제조 공정에서 유동성이 손상되고 잉곳이 가끔 거친 표면 결함을 보여준다는 단점이 있다. 게다가, 단점은 열간 압연의 단계시 나타나는 측면 균열, 열처리의 단계후 산세척 단계에서 산화물막 제거의 곤란함, 수득율의 감소, 열처리 시간의 확대를 포함한다. 게다가, 제조비용이 증가한다고 사료된다.

본 발명의 합금보다 Ni 를 많이 함유한 비교 합금 샘플 25 는 전도율과 굽힘 가공성에서 열등하다. 적정량보다 많은 양의 Ni 첨가는 Cu 매트릭스내에 용해되는 Ni 량을 증가시켜 굽힘 가공성과 전기 전도율을 감소시킨다.

본 발명의 합금보다 Sn 을 적게 함유한 비교 합금 샘플 26 은 인장강도와 탄성에서 열등하다. 만약 Sn 함량이 본 발명 범위 보다 적다면, Ni 및 P 함량이 적당하고 Ni/P 비율의 값이 적당하다 하더라도 만족한 특성이 인장강도와 탄성에서 얻어질 수 없다.

실시예 4

표 4 에 기재한 조성을 갖는 합금은 고주파수 용융로에서 용융되고 850℃ 에서 5.0㎜ 의 두께로 열간압연된다. 4.8㎜ 의 두께가 되도록 각 슬래브의 표면을 깍고, 계속하여 냉간압연 공정과 열처리를 반복하여 67% 의 최종 가공율로 0.2㎜ 의 두께를 갖는 시이트를 얻는다. 이러한 공정의 실행의 과정에서, 석출물의 사이즈 및 결정 입자 직경을 다양하게 하기 위해서 열처리 (시효 석출) 조건을 다양하게 한다. 석출과 관련하여, 시편을 50,000 배율에서 3 상으로 관찰하는 전자 현미경 (TEM) 에 의해 측정되는 가장 큰 10 개의 석출 입자들의 평균 직경을 석출물의 사이즈로 나타냈다. 결정 입자직경은 JIS H 0510 에 의해 측정하였다.

그 후, 상술한 재료에 관하여, 인장강도, 신장율 및 탄성 한계치를 측정하였다; 동시에, 굽힘 가공성과 응력 완화 특성을 검사하였다. 그 결과를 표 4 에 각각 대조하여 기재하였다.

상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 준비된 합금 샘플 27 내지 34 는 모두 500 N/㎜²이상의 인장강도, 400 N/㎜²이상의 탄성 한계치 및 30% IACS 이상의 전도율을 가지며, 또한 그들의 굽힘 가공성도 만족스럽다. 게다가, 샘플들은 우수한 내이동 특성과 10% 이상의 우수한 응력 완화 특성을 가진다.

이와는 대조적으로, 석출물의 사이즈가 100 ㎚ 를 초과하거나 결정입자 직경이 50 ㎛ 를 초과하는 종래 방법에 따라 준비된 합금 샘플 35 내지 42 는, 굽힘 가공성이 감소된다는 것을 보여주고, 그 샘플은 인장강도, 탄성 한계치, 내응력완화 특성, 또한 내이동 특성을 포함하는 특징에서 본 발명의 합금보다 열등하다.

단자용으로 사용하기 위한 본 발명의 구리기 합금은 인장강도, 탄성 한계치, 전기 전도율, 내응력완화 특성, 내이동 특성 및 굽힘 가공성에서 우수하다. 게다가, 본 발명의 합금으로 만들어지고 그 안에 스프링을 가지고 있는 단자는 응력완화 특성과 저전압 및 저전류에서 저항면에서 우수하고, 또한 그 합금은 산업의 관점에서 현저한 장점을 가진다.

즉, 본 발명에 따르면, 30% IACS 이상이나 높은 전기 전도율을 가지고 또한 10% 이하의 우수한 응력 완화 특성과, 높은 탄성 한계치 및 높은 인장강도를 가지며 단자용으로 사용되는 구리기 합금을 제공한다. 또한, 본 발명의 합금으로 만들어진 스프링을 구비하는 단자 또는 스프링을 포함하여 전체가 본 발명의 합금으로 만들어진 단자를 제공하고, 그 단자는 1.5 내지 30N 의 범위내의 적당한 삽입력, 저전압과 저전류에서 3mΩ이하의 적당한 저항 및 20% 이하의 적당한 응력 완화 특성을 포함하는 초기 특징을 가진다.

Claims

중량을 기준으로, 0.5 내지 3.0% Ni, 0.5 내지 2.0% Sn, 0.010 내지 0.20% P 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어지고, Ni 대 P (Ni/P) 의 비율이 10 내지 50 의 범위이고, 크기가 100 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산되는 것을 특징으로 하는 단자용 구리기 합금.
중량을 기준으로, 0.5 내지 3.0% Ni, 0.5 내지 2.0% Sn, 0.010 내지 0.20% P 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어지고, Ni 대 P (Ni/P) 의 비율이 10 내지 50 의 범위이고, 크기가 100 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산되고, 상기 합금이 500 N/㎜²이상의 인장 강도, 400 N/㎜²이상의 탄성 한계치, 10% 이하의 응력 완화율, 30% IACS 이상의 전도율 및, R 이 굽힘 반경이고 t 가 견본의 두께일때 R 대 t (R/t) 의 비율이 2 이하인 굽힘 가공성을 갖는 것을 특징으로 하는 단자용 구리기 합금.
중량을 기준으로, 0.5 내지 3.0% Ni, 0.5 내지 2.0% Sn, 0.010 내지 0.20% P, 0.01 내지 2.0% Zn 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어지고, Ni 대 P (Ni/P) 의 비율이 10 내지 50 의 범위이며, 크기가 100 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산된 것을 특징으로 하는 단자용 구리기 합금.
중량을 기준으로, 0.5 내지 3.0% Ni, 0.5 내지 2.0% Sn, 0.010 내지 0.20% P, 0.01 내지 2.0% Zn 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어지고, Ni 대 P (Ni/P) 의 비율이 10 내지 50 의 범위이고, 크기가 10 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산되고, 상기 합금은 500 N/㎜²이상의 인장 강도, 400 N/㎜²이상의 탄성 한계치, 10% 이하의 응력 완화율, 30% IACS 이상의 전도율 및, R 이 굽힘 반경이고 t 가 견본의 두께일 때 R 대 t (R/t) 의 비율이 2 이하인 굽힘 가공성을 갖는 것을 특징으로 하는 단자용 구리기 합금.
스프링 재료로 제조된 내장 스프링을 갖는 단자, 또는 일체형 스프링을 구비하고 전체가 상기 스프링 재료로 만들어진 단자로서, 상기 스프링 재료는 중량을 기준으로, 0.5 내지 3.0% Ni, 0.5 내지 2.0% Sn, 0.010 내지 0.20% P 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 구리기 합금을 용융하여 제조되고, Ni 대 P (Ni/P) 의 비율이 10 내지 50 의 범위이고, 크기가 100 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산되고, 상기 합금은 용융후 열간 압연 및 냉간 압연의 적어도 하나로 가공되는 것을 특징으로 하는 단자.
스프링 재료로 제조된 내장 스프링을 갖는 단자, 또는 일체형 스프링을 구비하고 전체가 상기 스프링 재료로 만들어진 단자로서, 상기 스프링 재료는 중량을기준으로, 0.5 내지 3.0% Ni, 0.5 내지 2.0% Sn, 0.010 내지 0.20% P, 0.01 내지 2.0% Zn 및, 나머지 Cu 와 부수적인 불순물로 이루어진 구리기 합금을 용융하여 제조되고, Ni 대 P (Ni/P) 의 비율이 10 내지 50 의 범위이고, 크기가 100 ㎚ 이하인 Ni-P 화합물의 미세 석출물이 합금에 균일하게 분산되고, 상기 합금은 용융후 열간 압연 및 냉간 압연의 적어도 하나로 가공되는 것을 특징으로 하는 단자.
자동차나 다른 기계에 커넥터 단자로 사용되는 단자로서, 그 단자는 스프링 재료로 제조된 내장 스프링을 갖는 단자 또는 전체가 상기 스프링 재료로 만들어지고 일체부로서 스프링을 포함하는 단자이고, 상기 스프링 재료는 제 5 항 또는 제 6 항에 기재된 바와 같이 제조되는 것을 특징으로 하는 단자.