KR100374192B1

KR100374192B1 - 전기 또는 전자 부품용 구리 합금

Info

Publication number: KR100374192B1
Application number: KR10-2000-0049589A
Authority: KR
Inventors: 노무라고야
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2003-03-04
Also published as: EP1078995A1; US6344171B1; EP1078995B1; DE60006195T2; DE60006195D1; KR20010021419A

Abstract

항복 강도, 전기 전도도, 탄력 한계치, 내응력완화 특성, 굴곡가공성 및 Sn 도금 특성이 우수한 전기 또는 전자 부품용 구리 합금이 제공된다. 전기 또는 전자 부품용 구리 합금은 Fe 0.5 내지 2.4%("%"는 "중량%"를 의미하며, 이는 이후에 동일하다), Si 0.02 내지 0.1%, Mg 0.01 내지 0.2%, Sn 0.01 내지 0.7%, Zn 0.01 내지 0.2%, Pb 0.0005 내지 0.015%, P 0.03% 미만, Ni 0.03% 이하 및 Mn 0.03% 이하를 함유하고, 잔부가 Cu 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 구리 합금이 제공된다.

Description

전기 또는 전자 부품용 구리 합금{COPPER ALLOY FOR ELECTRICAL OR ELECTRONIC PARTS}

본 발명은 단자, 커넥터, 계전기 및 버스 바와 같은 전기 또는 전자 부품용 구리 합금, 특히 강도(항복 강도), 전기 전도도, 탄력 한계치, 내응력완화 특성, 굴곡가공성 및 Sn 도금 특성이 우수한 전기 또는 전자 부품용 구리 합금에 관한 것이다.

자동차의 전기 장치는 늘어나고 있다. 이러한 상황에서, 커넥터의 수도 또한 축전지 또는 제어기를 각종 전기 부품, 작동기, 센서 등에 연결하기 위한 배선 설비에 있어서 증가하고 있다. 이는 커넥터의 소형화를 필요로 하고 있다. 엔진 부분에 가까이 설치된 커넥터는 항상 엔진 부분에 근거하여 고온 및 고진동 환경하에 있다. 다량의 전류가 특히 전력을 공급하기 위한 커넥터에 보내지는 경우, 커넥터는 그 자체가 열을 발생시켜 이의 온도가 고온으로까지 상승하게 된다. 따라서, 이러한 커넥터(특히, 암단자)는 상기에서 언급된 환경하에 높은 신뢰성을 갖는 것(즉, 분해가 일어나지 않는다)이 요구되고 있다.

통상적인 자동차 등에 대한 구리 합금 커넥터의 재료로서, Cu-Fe-P합금(CDA19400) 또는 Cu-Mg-P 합금이 공지되어 있다. 전자의 합금은 강도가 Fe 및 P의 동시 첨가를 기본으로 하는 Fe-P 화합물의 침전에 의해 개선되는 합금이다. 또한, Zn의 추가 첨가에 의해 내이동성이 개선된 합금(JP-A-제1-168830호 참고); Mg의 첨가에 의해 내응력완화 특성이 개선된 합금(JP-A-제4-358033호 참고) 등이 공지되어 있다. 후자의 합금은 Mg 및 P의 첨가에 의해 강도 및 열 크리핑(creeping) 특성을 개선시켜 인장 강도, 전기 전도도 및 내응력완화 특성을 개선시킨 합금이다(JP-B-제1-54420호).

자동차용 전기 부품에 대한 배선용 커넥터(특히, 암단자)를 소형화하고 이의 신뢰성을 유지하기(이의 접촉/압축력을 유지) 위해서, 커넥터의 재료의 강도(항복 강도) 및 탄력 특성(탄력 한계치)을 높이는 것이 필수적이다. 커넥터가 고온에서 장시간 유지되는 경우에조차, 분해가 일어나지 않도록(즉, 적합력(fitting power)이 시간 경과에 따라 저하되지 않도록) 하기 위해서, 이의 내응력완화 특성을 개선시키는 것이 필수적이다. 동시에, 이의 전기 전도도를 개선시켜 열의 자체 발생을 억제하는 것이 필수적이다. 이외에, 소형 커넥터를 성형시키기 위해서, 상기에서 언급된 재료의 성형성(특히, 굴곡가공성)이 우수하고, 수단자 및 암단자 사이에서 접촉 저항을 감소시키고 내부식성을 개선시키기 위해서, 이 재료의 Sn 도금에 대한 밀착성이 우수한 것이 요구되고 있다.

그러나 커넥터의 통상적인 재료인 Cu-Fe-P 구리 합금은 성형성이 우수하지만, 탄력 한계치가 낮고 내응력완화 특성이 불량하다는 문제가 있다. Mg가 이러한 합금에 첨가된 합금에 있어서, 이의 탄력 한계치는 개선되지만, 이의 성형성 및 전기 전도도는 저하된다. Cu-Mg-P 구리 합금은 내응력완화 특성이 우수하지만, 성형성 및 Sn 도금에 대한 밀착성은 불량하다.

선행 기술의 이러한 문제에 비추어, 본 발명이 고안되었다. 본 발명의 목적은 항복 강도, 전기 전도도, 탄력 한계치, 내응력완화 특성, 굴곡가공성 및 Sn 도금 특성이 우수한 전기 또는 전자 부품용 구리 합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 전기 또는 전자 부품용 구리 합금은 Fe 0.5 내지 2.4%("%"는 "중량%"를 의미하며, 이는 이후에 동일하다), Si 0.02 내지 0.1%, Mg 0.01 내지 0.2%, Sn 0.01 내지 0.7%, Zn 0.01 내지 0.2%, P 0.03% 미만, Ni 0.03% 이하 및 Mn 0.03% 이하를 함유하고, 잔부가 Cu 및 기타 불가피한 불순물로 구성된다.

필요한 경우, 본 발명의 전기 또는 전자 부품용 구리 합금은 Pb 0.0005 내지 0.015%를 함유할 수 있고/거나 Be, Al, Ti, V, Cr, Co, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Hf, Ta 및 B중의 하나 이상을 총량으로 1% 이하 함유할 수 있다.

구리 합금의 불가피한 불순물로서 각각의 Bi, As, Sb 및 S의 양은 0.003% 이하로 설정되며, 이들 불순물의 총량은 구리 합금 제조의 관점에서 0.005% 이하로 설정된다. 동일한 관점에서, O의 양은 바람직하게는 10ppm 이하로 제한되고, H의 양은 바람직하게는 20ppm 이하로 제한된다.

본 발명의 전기 또는 전자 부품용 구리 합금은 단자, 커넥터, 계전기 및 버스 바와 같은 전기 또는 전자 부품에 대해 필요한 모든 특성을 갖는다. 상기에서 언급된 특성은 강도(항복 강도), 전기 전도도, 탄력 한계치, 내응력완화 특성, 굴곡가공성 및 Sn 도금 특성을 포함한다. 구리 합금은 자동차용 배선 재료에, 특히 전력 공급용 소형 커넥터의 재료에 특히 적합하다.

본 발명에 따른 전기 또는 전자 부품용 구리 합금에 있어서, 탈산효과를 갖는 Si가 첨가되고, 균질한 재결정을 방해하는 P의 첨가량은 가능하면 적다. 따라서, 구리 합금은 저비용으로 및 고생산성으로 제조될 수 있다.

본 발명의 전기 또는 전자 부품용 구리 합금의 성분 또는 조성은 다음에 기술된다.

Fe:

Fe는 이러한 구리 합금에서 석출되어 이의 강도를 개선시킨다. 그러나 Fe가 2.4%를 초과하는 양으로 함유되는 경우, 조악한 Fe 입자가 결정 또는 석출되어 이의 굴곡가공성을 저하시킨다. 한편, 양이 0.5% 미만인 경우, Fe는 용이하게 석출되지 않아 합금의 강도 및 전기 전도도를 감소시킨다. 또한, 재결정 입자가 성장하여 굴곡가공시에 균열이 쉽게 발생한다. 따라서, Fe의 양은 0.5 내지 2.4%, 바람직하게는 1.0 내지 2.1%로 설정된다. 이 범위내에서, 합금의 항복 강도 및 내응력완화 특성이 추가로 개선된다. Fe의 양은 더욱 바람직하게는 1.8 내지 2.0%이다. 이 범위내에서, 열간 압연시에 균열의 발생을 억제하는 효과가 개선된다.

Si:

Si는 구리 합금을 통상적인 P 대신에 탈산시킨다(Fe 및 Si는 둘다 탈산에 기여한다). Si는, P의 양이 0.03% 미만인 경우, P의 재결정-저해 작용을 억제하여 균질하고 미세한 재결정을 촉진하는 효과를 갖는다. Si는 또한, 이의 전기 전도도를 매우 많이 감소시키지 않으면서, 합금의 내응력완화 특성 및 탄력 한계치를 개선시키는 효과를 갖는다. Si의 양이 0.02% 미만인 경우, 이들 효과는 충분히 나타나지 않는다. 한편, Si의 양이 0.1%를 초과하는 경우, 굴곡가공성이 열화된다. 따라서, Si의 양은 0.02 내지 0.1%, 바람직하게는 0.03 내지 0.07%이다. 이 범위내에서, 합금의 내응력완화 특성이 추가로 개선된다.

Mg:

Mg 및 고용체 Sn이 구리 합금에 동시 첨가되는 경우, Mg는 이의 내응력완화 특성 및 탄력 한계치를 개선시키는 효과를 갖는다. 그러나 Mg는 쉽게 산화된다. Mg의 양이 많은 경우, 대기에서의 용융이 곤란해져서 합금의 전기 전도도를 감소시킨다. 이러한 이유로, 구리 합금에서 Si는 Mg 및 Sn의 효과의 일부를 보상한다. Mg의 양이 구리 합금(Cu-Fe 합금)에서 0.2%를 초과하는 경우, 균질한 재결정이 저해되어 구리 합금의 굴곡가공성이 열화된다. 무엇보다도, 내응력완화 특성은, Mg의 양이 0.01% 미만인 경우에 개선되지 않는다. 따라서, Mg의 양은 0.01 내지 0.2%, 바람직하게는 0.05 내지 0.15%로 설정된다. 이 범위내에서, 구리 합금의 내응력완화 특성 및 탄력 한계치는 Mg 및 Sn의 동시 첨가에 의해 추가로 개선된다. Mg 및 Sn이 동시 첨가되지 않는 경우, 내응력완화 특성 등은 개선되지 않는다.

Sn:

Sn 및 고용체 Mg이 구리 합금에 동시 첨가되는 경우, Sn은 이의 탄력 한계치및 내응력완화 특성을 상당히 개선시키고 이의 굴곡가공성을 개선시키는 효과를 갖는다. 그러나 Sn의 양이 0.7%를 초과하는 경우, 합금의 전기 전도도는 감소된다. 무엇보다도, 이의 탄력 한계치 및 굴곡가공성은, Sn의 양이 0.01% 미만인 경우, 개선되지 않는다. 따라서, Sn의 양은 0.01 내지 0.7%, 바람직하게는 0.05 내지 0.15%로 설정된다. 이 범위내에서, 탄력 한계치, 내응력완화 특성 및 굴곡가공성은 Sn 및 고용체 Mg의 동시 첨가에 의해 추가로 개선된다.

Zn:

Zn은 Sn 도금 및 땜납 도금의 박리를 방지하는 효과가 크다. 그러나 Zn이 0.2%를 초과하는 양으로 함유되는 경우, Zn이 제거되고 구리 합금의 굴곡가공성이 또한 열화된다. 한편, Zn의 양이 0.01% 미만인 경우, Sn 도금 및 땜납 도금의 박리가 방지되지 않는다. 따라서, Zn의 양은 0.01 내지 0.2%, 바람직하게는 0.1 내지 0.2%로 설정된다. 이 범위내에서, 상기에서 언급된 효과가 크다.

P:

P는 불가피한 불순물로서 혼합되어 있다. 또는, 필요한 경우, P는 구리 합금에 첨가되어 탈산을 보조하고 이의 유동성을 개선시킨다. 그러나 P의 양이 많은 경우, 균질한 재결정이 저해된다. 따라서, P의 양은 0.03%(0% 포함) 미만으로 설정된다. P의 양이 0.03% 이상인 경우, Si가 0.02% 이상의 양으로 첨가되는 경우에조차, 균질하고 미세한 재결정 조직을 중간 어닐링에서 수득할 수 없다. 이 경우에, 중간 어닐링의 온도가 상승되는 경우에조차, 아직 재결정되지 않은 부분이 잔류한다. 결과로서, 수득된 구리 합금판의 경도는 산재되어 이의 굴곡가공성이열화된다. 아직 재결정되지 않은 부분은, 어닐링 단계의 수가 2 이상으로 증가하는 경우에조차, 대량 생산 공정으로 일반적으로 수행되는 어닐링의 조건하에 소실되지 않을 수 있다.

P의 양은 바람직하게는 0.005% 이하로 설정된다. 이는 Fe, Si, Mg 및 Sn을 상기에서 언급된 범위내의 양으로 함유하는 구리 합금에 있어서, 중간 어닐링시에 Fe의 석출에 의한 전기 전도도의 개선 피크는 P의 양을 이 범위내로 제한함으로써 구리 합금의 재결정의 마무리와 실질적으로 일치하게 될 수 있기 때문이다(즉, 재결정은 전기 전도도가 피크에 도달하는 경우, 실질적으로 마무리된다). 이 방법에서, 높은 전기 전도도 및 우수한 굴곡가공성이 적합하게 될 수 있다.

Ni:

Ni는 불가피한 불순물로서 혼합되어 있다. 또는, 필요한 경우, Ni는 구리 합금에 첨가되는데, 이는 Ni가 내부에서 입자 경계를 강화시키고 열간 압연시에 균열의 발생을 방지하는 효과가 있기 때문이다. 그러나 Ni의 양이 0.03%를 초과하는 경우, Ni-Si 금속간 화합물이 제조되어 구리 합금의 내응력완화 특성을 저하시킨다. 따라서, Ni의 양은 0.03% 이하(0% 포함)로 설정된다.

Mn:

Mn은 불가피한 불순물로서 혼합되어 있다. 또는, 필요한 경우, Mn은 구리 합금에 첨가되는데, 이는 Mn이 내부에서 입자 경계를 강화시키고 열간 압연시에 균열의 발생을 방지하는 효과가 있기 때문이다. 그러나 Mn의 양이 0.03%를 초과하는 경우, Mn-Si 금속간 화합물이 제조되어 구리 합금의 내응력완화 특성을 저하시킨다. 따라서, Mn의 양은 0.03% 이하(0% 포함), 바람직하게는 0.01% 이하로 설정된다.

Pb:

Pb는 불가피한 불순물로서 혼합되어 있다. 또는, 필요한 경우, Pb는 구리 합금에 첨가되어 구리 합금의 절삭성 및 천공 품질을 개선시킨다. Pb는 최종 제품판의 개별 특성에 영향을 주지 않는다. 그러나 Pb가 0.015%를 초과하는 양으로 함유되는 경우, Pb는 입자 경계내에서 편석되어 열간 압연시에 균열이 발생한다. 한편, Pb의 양이 0.0005% 미만인 경우, 상기 언급된 효과는 나타나지 않는다. 따라서, Pb의 양은 0.015% 이하(0% 포함)로 설정된다. 상기 언급된 것이 필요한 경우, Pb는 0.0005% 이상의 양으로 함유되게 된다.

Be, Al, Ti, V, Cr, Co, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Hf, Ta 및 B:

이들 원소는 불가피한 불순물로서 혼합되어 있다. 또는, 필요한 경우, 이들은 구리 합금에 첨가되는데, 이들이 재결정 온도를 상승시키고 내응력완화 특성을 개선시키는 효과가 있기 때문이다. 그러나 이들 원소가 석출되거나 재결정되는 경우, 구리 합금의 전기 전도도는 감소된다. 따라서, 이의 총량은 1% 이하, 바람직하게는 0.5% 이하로 제한된다.

Bi, As, Sb, S, O 및 H:

이들 원소는 불가피한 불순물로서 혼합되어 있다. Bi, As, Sb 및 S는 입자 경계에서 편석되어 열간 압연시에 균열을 발생시키므로, 이들 각각의 양은 바람직하게는 0.003% 이하로 제한되고, 이의 총량은 바람직하게는 0.005% 이하로 제한된다. O 또는 H의 양이 많은 경우, 잉곳에 기공이 발생한다. O의 양이 많은 경우, 다량의 산화물이 용융물중에 생성되어 용융물의 유동성을 저해한다. 따라서, O의 양은 바람직하게는 10ppm 이하로 제한되고, H의 양은 바람직하게는 20ppm 이하로 제한된다.

다음 실시예에 기술되는 바와 같이, 상기에서 언급된 전기 또는 전자 부품용 구리 합금은 주조, 균질화 처리, 열간 압연, 냉간 압연, 중간 어닐링, 최종 냉간 압연 및 마무리 어닐링을 수행하는 통상적인 방법에 의해 제조할 수 있다. 냉간 어닐링 및 중간 어닐링은, 필요한 경우, 2회 이상 반복할 수 있다. 어닐링이 650 내지 750℃에서 단시간동안(5 내지 20초) 냉간 압연 및 중간 어닐링 사이에 수행되는 경우, 재결정이 이러한 어닐링 동안에 먼저 일어난다. 따라서, 재결정을 저해하는 Fe 입자가 석출되지 않는다. 재결정 상태의 이러한 판 재료가 후속 중간 어닐링에서 어닐링되는 경우, Fe가 석출되어 판 재료의 전기 전도도 및 강도가 개선되고, 조직이 아직 재결정되지 않은 조직이 잔류하지 않는 다른 조직이 수득될 수 있다. 따라서, 이의 굴곡가공성은 추가로 개선될 수 있다.

실시예

본 발명의 전기 또는 전자 부품용 구리 합금의 수행 실시예가 비교 실시예와 비교되어 다음에 기술된다.

표 1 및 2(본 발명의 실시예) 및 표 3 및 4(비교 실시예)에 나타난 조성을 갖는 구리 합금을 용융시키고, 대기하에 크리프톨 로에서 목탄으로 도포한 다음에 주조시켰다. 주조가 가능한지 여부를 판단하였다.

다음에, 잉곳을 800 내지 1000℃에서 30분동안 유지한 다음에, 50 내지 80%의 감소 비로 열간 압연에 적용하여 두께가 18mm인 판을 제조하였다. 열간 압연시에 균열이 발생하는가 여부를 눈으로 및 형광 검사법에 의해 판단한다. 형광 검사법은 형광 투과 검사 액체, SUPER GLOW DN-280011(제조원: MARKTEC CORPORATION)을 시험 조각의 전체 표면에 적용하고, 이를 물로 세척하고, 이를 건조시키고, 현상제, SUPER GLOW DN-600S(제조원: MARKTEC CORPORATION)를 분무하여 이를 현상시키고, 이에 자외선광을 조사하여 수행하였다.

#ppm

*특허청구범위에 의해 한정된 범위를 벗어남

*특허청구범위에 의해 정해진 범위를 벗어남

다음 단계에서, 이러한 열간 압연된 판을 면삭기에 설치한 다음에, 면삭기의 커터 에지에서 마멸이 유발되는지 여부를 판단하였다. 이러한 커터 에지의 기본 금속은 크롬-몰리브덴 스틸로부터 제조되고, 이의 커터 에지 부분은 탄화텅스텐의 경금속 칩을 은 땜납을 사용하여 기본 금속으로 경납땜하여 제조하였다. 에지의 회전 속도는 6m/s이고, 절삭량은 1.5mm/face이었다. 절삭유 등은 사용하지 않았다. 폭이 200mm이고 두께가 18mm이고 길이가 180mm인 20개의 열간 압연판을 상기에서 언급된 각각의 합금에 대해 제조하였다. 이들 모두의 양면 전체를 면삭에 적용하여 이들 모두의 두께가 15mm가 되게 하였다. 이후에, 커터 에지의 표면을 SEM으로 관찰하고, 표면의 마멸 상태를 시험하였다. 에지의 표면이 미량의 용융된 칩의 침전을 갖는 경우, 이러한 상태는 마멸의 발생으로 판단하였다.

상기에서 언급된 판단 표준으로부터, 본 발명에 따른 합금판의 제조가 가능한지 여부를 체크하였다. 결과는 표 5에 나타나 있다.

표 5에 나타난 바와 같이, No. 44는 주조될 수 없지만, 첨가된 Pb의 양은 너무 많아서 열간 압연시에 균열이 발생하였다.

No. 50은 대기로부터 용융물을 차폐하기에 충분한 밀봉에 적용하지 않았다. 따라서, H 및 O의 양은 많았다. 이러한 이유로, 첨가된 원소인 Si, Mg 및 Sn의 산화물이 용융물중에 제조되었다. 용융물의 유동성은 극도로 열화되었다. 따라서, 주조를 단념하였다.

No. 43의 주조 및 열간 압연은 가능하지만, 첨가된 Pb의 양은 적어서 마멸이 커터 에지에서 일어났다.

No. 45-49의 주조는 가능하지만, No. 45-48에 있어서 각각의 Bi, As, Pb 및 S의 양은 너무 많고, No. 49에 있어서 Bi, As, Pb 및 S의 총량은 너무 많았다. 따라서, No. 45-49에 있어서, 열간 압연시에 균열이 발생하였다.

No. 42의 주조는 가능하지만, 탈산제로서 Si의 양은 적고 P는 첨가하지 않았다. 따라서, 잉곳의 주조 표면은 탈산의 부족에 기인하여 취약하고 다공성이었다. 따라서, 후속 단계는 단념하였다.

한편, 본 발명에 의해 한정된 범위내의 조성을 갖는 No. 1-23(및 일부 원소의 양이 본 발명에 의해 정해진 범위 밖에 있는 No. 24-41 및 51)은 잉곳 품질 및 열간 압연성이 우수하였다. 또한, 열간 압연판의 제조는 용이하며, 에지의 수명 연장이 가능하도록 커터 에지에서 마멸이 일어나지 않았다.

No.	제조가능성 여부
1-23	각 합금을 최종제품의 판 두께로 제작가능했음.
24-41	각 합금을 최종제품의 판 두께로 제작가능했음.
42	탈산이 부족하여 생성된 잉곳의 표면이 취성 및 다공성이었음.
43	커터에지에서 마멸이 일어났음
44	Pb의 양이 과잉이어서 열간압연시 균열이 발생했음.
45	Bi의 양이 과잉이어서 열간압연시 균열이 발생했음.
46	As의 양이 과잉이어서 열간압연시 균열이 발생했음.
47	Sb의 양이 과잉이어서 열간압연시 균열이 발생했음.
48	S의 양이 과잉이어서 열간압연시 균열이 발생했음.
49	Bi, As 및 S의 총량이 과잉이어서 열간압연시 균열이 발생했음.
50	SiMgSr 산화물이 용융물중에 생성되어 유동성을 저하시켰음.
51	합금을 최종제품의 판두께로 제작가능했음.

계속해서, No. 1-41 및 51의 열간 압연판을 두께가 25 내지 0.50mm로 되도록 냉간 압연시킨다. 판을 전기 로에서 중간 어닐링에 370 내지 600℃에서 1 내지 20시간동안 적용하였다. 다음에, 산화물 스케일을 이들 판으로부터 제거한 다음에, 판의 재결정율 및 경도 분포를 측정하였다(이에 대한 상세한 설명은 다음에 기술된다). 판을 두께가 0.25mm로 되도록 추가로 냉간 압연시켰다. 판을 250 내지 490℃에서 5초 내지 2시간동안 마무리 어닐링에 적용하였다. 각각의 구리 합금을 제조하는 조건이 표 6에 나타나 있다. 마지막으로, 이들 판을 산세척하여 산화물 스케일을 제거하였다. 이 방법으로, 판을 최종 제품으로 제조하였다. 모든 합금은 최종 제품의 형상 및 두께로 용이하게 제조될 수 있었다.

상기에서 언급된 제조 공정으로 중간 어닐링 후에 수득된 중간 판 및 최종 제품에 대해서, 다음 특성 ① - ⑨를 다음 방법에 따라서 측정하였다. 결과는 표 7 및 8에 나타나 있다.

① 중간 어닐링 후의 재결정율

판을 연마 수지에 매봉하여 판의 단면이 관찰될 수 있게 하였다. 단면을 거울 판으로 연마하였다. 이후에, 단면을 200배 이상의 광학 현미경으로 관찰하였다. 재결정이 관찰용 가시 영역 내부의 전체 표면적(100%)에서 완결된 면적의 비를 계산하였다. 이 비를 재결정율로 사용하였다. 재결정율이 90% 이상인 경우, 최종 제품의 기계적 특성(예: 굴곡가공성)에 대한 효과가 발생하지 않는다.

② 중간 어닐링 후에 판의 경도의 측정치의 표준 편차

판의 표면을 완충시킨 다음에, 10-100g 하중의 마이크로 Vickers 경도계를 사용하여 압연 방향에 수직한 방향으로 50μm 간격의 30개 지점의 경도를 측정하였다. 30개 측정치의 분포의 표준 편차를 계산하였다. 표준 편차가 5 미만인 경우, 재결정은 균질하게 완결되어 최종 제품의 기계적 특성(예: 굴곡가공성)에 대한 효과가 발생하지 않는다.

③ 최종 제품의 항복 강도

자동차용 커넥터의 재료로 특히 중요한 기계적 특성인 항복 강도는 JIS No. 5 인장 강도 시험 조각을 기계적 작업에 의해 제조하고 일반적인 시험기 UH-10B(제조원: Shimadzu Corp.)를 수행하여 측정하였다. 항복 강도는 JIS Z 2241에 의해정의된, 0.2%의 영구적 신도에 상응하는 인장 강도이다. 항복 강도가 450N/mm²이상인 경우, 자동차용 전력을 공급하기 위한 소형 커넥터에 필요한 접촉점 적합력, 및 수단자를 암단자에 압박시에 발생되는 저항력을 유지할 수 있다.

④ 전기 전도도

전기 전도도는 이중 브리지 5752(제조원: Yokogawa Electric Corp.)를 사용하여 JIS H 0505에 의해 정의된, 비철 금속의 전기 전도도를 측정하는 방법에 따라서 4-단자 방법으로 측정하였다. 전기 전도도가 50%IACS 이상인 경우, 열의 자체 발생이 억제될 수 있다.

⑤ 최종 제품의 탄력 한계치

탄력 한계치는 JIS H 3130에 의해 정의된, 탄력 한계치 모멘트형 시험에 따라서 측정하였다. 탄력 한계치가 300N/mm²이상인 경우, 자동차용 전력을 공급하기 위한 소형 커넥터에 필요한 접촉점 적합력을 유지할 수 있다.

⑥ 최종 제품의 내응력완화 특성에 대한 상한 온도

내응력완화 특성은 캔틸레버 빔 방법에 의해 시험하였다. 특히, 폭이 10mm인 장방형 시험 조각을 판으로부터 압연 방향에 수직한 방향으로 절단하였다. 이의 한쪽 말단을 시험 경질체 스탠드상에 고정시켰다. 본 시험을 시작시에, 시험 조각을, 시험 조각 재료에 재료의 항복 강도의 80%에 상당하는 표면 응력을 적용하도록 10mm 굴곡시켰다. 각각의 재료를 온도가 120 내지 160℃까지 5℃의 간격으로 1000시간동안 설정된 각각의 오븐에서 유지시켰다. 하중의 제거가 최초 탄성 범위내에서 10mm의 굴곡에 접근한 후에 굴곡 L이 얼마인지 측정하였다. 즉, 이의 비율: R = (10-L)/10 x 100(%)을 계산하고 평가하였다. 이러한 평가에서, R = 70% 이상을 유지할 수 있는 최고 온도가 150℃ 이상인 경우, 자동차용 전력을 공급하기 위한 소형 커넥터에 필요한 접촉점 적합력을 유지할 수 있다.

⑦ 압연 종방향으로 180°굴곡에 대한 최종 제품의 한계 굴곡 반경

180°굴곡 시험에서, 폭 10mm 및 길이 35mm로 가공된 시험 견본을 JIS Z 2248에 의해 정의된 V 블록 방법 굴곡 시험에 의한 각각의 굴곡 반경을 갖는 V 블록 굴곡 도구 사이에 놓은 다음에, 일반적인 시험기 RH-30(제조원: Shimadzu Corp.)을 사용하여 1ton의 하중하에 예비 굴곡을 수행하였다. 또한, 예비 굴곡 시험 조각을 편평한 금속대상에 놓았다. 시험 조각을 1ton의 하중하에 일반적인 시험기 RH-30(제조원: Shimadzu Corp.)을 사용하여 금속대에 접착시켰다. 시험 조각의 굴곡가공성은 루페를 통해서, 균열 등이 상기에서 언급된 굴곡 도구의 각각의 굴곡 반경에 대한 시험 견본의 굴곡 부분에 발생하는가를 시험하여 평가하였다. 이 평가에서, 최소 굴곡 반경이 0.25mm의 판 두께에 대해 0mm인 경우, 자동차용 전력을 공급하기 위한 소형 커넥터가 성형될 수 있다.

⑧ 압연 수직 방향으로의 W 굴곡에 대한 최종 제품의 한계 굴곡 반경

W형 제품의 굴곡가공성은 CESM 0002 금속 재료 W 굴곡 시험에 의해 정의된다. 폭 10mm 및 길이 35mm로 처리된 시험 견본을 각각의 굴곡 반경을 갖는 B형 굴곡 도구 사이에 놓은 다음에, 일반적인 시험기 RH-30(제조원: Shimadzu Corp.)을 사용하여 1ton의 하중하에 굴곡을 수행하였다. 이 방법에서, 굴곡가공성을 측정하였다. 시험 조각의 굴곡가공성은 루페를 통해서, 균열 등이 상기에서 언급된 굴곡 도구의 각각의 굴곡 반경에 대한 시험 견본의 굴곡 부분에 발생하는가를 시험하여 평가하였다. 이 평가에서, 최소 굴곡 반경이 0.25mm의 판 두께에 대해 0.125mm 이하인 경우, 자동차용 전력을 공급하기 위한 소형 커넥터가 성형될 수 있다.

⑨ 최종 제품의 Sn 도금의 박리 유무

Sn 도금에 대한 밀착성에 대해서, 최종 제품을 2.5A/dm²의 전류 밀도에서 40g/황산제1주석의 L, 100g/황산의 L, 30g/크레졸 황산염의 L, 5ml/포르말린의 L, 20g/분산제의 L 및 10ml/광택제의 L를 포함하는 Sn 도금욕(20℃)중에 Sn을 사용하는 도금에 적용하였다. Sn 도금의 두께는 1.5μm로 설정하였다. 이후에, 최종 제품을 105℃ 오븐에서 500시간동안 가열한 다음에, 2mm의 반경으로 180°의 각으로 굴곡시켰다. 이어서, 제품의 굴곡을 복구시켰다. Sn 도금이 제품으로부터 박리되는가 여부를 눈으로 시험하였다. 이 평가에서, Sn 도금이 특정 제품으로부터 박리되지 않는 경우, 제품은 자동차용 전력을 공급하기 위한 소형 커넥터에 사용될 수 있다.

최종 판 제품에 대해서, 이의 단면의 관찰로부터 판 제품이 판 제품의 품질을 열화시킬 수 있는 이물질, 예를 들어, 산화물, 조악한 침전, 조악한 결정, 입자 경계 반응형 침전을 함유하는가 여부를 판단하였다. 특히, 판 제품을 연마 수지에 매봉하여 이의 단면을 관찰할 수 있도록 하였다. 판 제품의 단면은 거울면으로 연마에 적용하였다. 이후에, 단면은 200배 이상의 광학 현미경으로 관찰하였다. 이방법으로, 판 제품이 상기에서 언급된 이물질을 함유하는가 여부를 체크하였다.

또한, 광학 현미경으로 관찰하는 이외에 다음을 수행하였다: 10mm x 10mm x 0.25mm의 판 제품을 중심 또는 양단으로부터, 최종 판 제품의 대표적인 부위로서 절단하였다. 이를 연마 수지에 매봉하여 이의 단면을 관찰할 수 있도록 하였다. 단면을 거울면으로 연마하였다. 이후에, 단면을 EDX-SEM으로 관찰하여 이물질을 검출하고, 이의 크기를 측정하고, 이의 조성을 확인하였다. 하나 이상의 산화물 또는 직경이 1μm 이상인 결정이 30μm x 50μm 면적내에 있는 경우가 산화물 또는 결정의 존재로 판단된다.

표 7에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의해 한정된 범위내의 조성을 갖는 No. 1-23은 모든 특성이 우수하였다. 따라서, 이들은 자동차용 커넥터의 재료에 적합한 전기 또는 전자 부품용 구리 합금이다.

한편, 도 8에 나타난 바와 같이, No. 24(CDA19400)는 높은 항복 강도 및 높은 전기 전도도를 갖지만, 높은 탄력 한계치가 필요한 제품, 예를 들어, 커넥터 또는 계전기에 불충분한 231N/mm²의 낮은 탄력 한계치만을 공급하였다. 내응력완화 특성에 대해 상한 온도는 120℃이었으며, 이는 인 청동의 것만큼 높다.

No. 25(JP-B-제1-54420호에 기술된 Cu-Mg-P 합금)은 높은 항복 강도, 높은 전기 전도도, 높은 탄력 한계치 및 높은 내응력완화 특성을 갖지만, 불량한 굴곡가공성 및 Sn 도금 특성을 나타내었다.

No. 26 및 27(Mg, Sn 및 Zn이 P로 탈산된 Cu-Fe 합금에 첨가되고, CDA19400 합금과 유사한 합금)은 높은 항복 강도, 높은 전기 전도도, 높은 탄력 한계치 및 높은 내응력완화 특성을 나타내었다. 그러나 Si는 이에 첨가되지 않았다. 따라서, 재결정이 실제적 중간 어닐링에서 쉽게 일어나지 않았다. 따라서, 중간 어닐링을 수행한 후에 경도는 일정하지 않으며, 굴곡가공성은 열화되었다.

No. 28에서, 첨가된 Fe의 양은 너무 적었다. 따라서, 이의 항복 강도, 탄력 한계치, 내응력완화 특성 및 굴곡가공성이 불량하지만, 60%IACS 이상의 전기 전도도를 나타낼 수 있었다.

첨가된 Si의 양이 너무 많은 No. 29는 50%IACS 미만의 전기 전도도 및 불량한 굴곡가공성을 갖지만, 높은 항복 강도, 높은 탄력 한계치 및 높은 내응력완화 특성이 수득되었다.

No. 30에서, 첨가된 Si의 양은 적당하지만, 첨가된 P의 양은 너무 많았다. 따라서, 재결정이 실제적 중간 어닐링에서 쉽게 일어나지 않으며, No. 30으로부터 제조된 제품의 품질은 균질하지 않게 되었다. 따라서, 수행된 중간 어닐링 후에 경도는 일정하지 않으며, 굴곡가공성이 열화되었다.

No. 31에서, 첨가된 Mg의 양은 너무 많았다. 열간 압연 후에 냉간 압연 단계에서 발생된 압연 조직이 중간 어닐링에서 손상되지 않아서 균질하고 미세한 재결정 조직이 수득되지 않았다. 따라서, 굴곡가공성은 불량하였다. 첨가된 Mg 및 Sn 각각의 양이 적당하지 않은 No. 32, 33 및 35에서, 탄력 한계치(No. 32, 33 및 35), 굴곡가공성(No. 32, 33 및 35) 및 내응력완화 특성(No. 35)은 불량하였다. 첨가된 Sn의 양은 적당하지만, Mg는 첨가되지 않은 No. 34는 불량한 내응력완화 특성을 나타내었다. 첨가된 Mg의 양은 적당하지만, Sn은 첨가되지 않은 No. 36은 불량한 내응력완화 특성 및 굴곡가공성을 나타내었다.

첨가된 Zn의 양이 너무 적은 No. 37은 불량한 Sn 도금 특성을 나타내었다.

No. 38에서, 첨가된 Zn의 양은 너무 많았다. 고용체 경화 효과를 갖는 원소인 Zn이 동일한 효과를 갖는 Sn 및 Mg와 함께 첨가되었다. 따라서, 굴곡가공성은 열화되었다.

No. 39에서, 첨가된 Ni의 양은 너무 많았다. 내응력완화 특성이 개선된 Si는 Ni-Si 금속간 화합물의 형성에 사용되었다. 따라서, No. 39의 내응력완화 특성이 열화되었다. 또한, 굴곡가공성은 금속간 화합물의 형성에 의해 열화되었다.

No. 40에서, 첨가된 Mn의 양은 너무 많았다. 내응력완화 특성이 개선된 Si는 Mn-Si 금속간 화합물의 형성에 사용되었다. 따라서, No. 40의 내응력완화 특성이 열화되었다. 또한, 굴곡가공성은 금속간 화합물의 형성에 의해 열화되었다.

No. 41에서, 첨가된 Fe의 양은 너무 많았다. 광학 현미경 및 EDX-SEM을 사용하는 이의 단면 조직의 관찰에 의해 조악한 Fe 입자가 발생됨을 입증하였다.

No. 51에서, 첨가된 Ti 등의 양은 너무 많았다. 광학 현미경 및 EDX-SEM을 사용하는 이의 단면 조직의 관찰에 의해 Ti, Cr 및 Zr의 조악한 입자가 발생됨을 입증하였다. 따라서, 굴곡가공성이 극도로 열화되었다.

본 발명의 전기 또는 전자부품용 구리합금은 항복강도, 전기전도도, 탄력한계치, 내응력완화특성, 굴곡가공성 및 Sn 도금특성이 우수하다.

Claims

Fe: 0.5 내지 2.4%("%"는 "중량%"를 의미하며, 이는 이후에도 동일하다), Si: 0.02 내지 0.1%, Mg: 0.01 내지 0.2%, Sn: 0.01 내지 0.7%, Zn: 0.01 내지 0.2%, Pb: 0.0005 내지 0.015%, P: 0.03% 미만, Ni: 0.03% 이하, Mn: 0.03% 이하를 함유하고, 잔부가 Cu 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 또는 전자 부품용 구리 합금.
제 1 항에 있어서, 각각의 Bi, As, Sb 및 S의 양이 0.003% 이하로 설정되고, Bi, As, Sb 및 S의 총량이 0.005% 이하로 설정되고, O의 양이 10ppm 이하로 설정되고, H의 양이 20ppm 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 전기 또는 전자 부품용 구리 합금.
제 1 항에 있어서, Be, Al, Ti, V, Cr, Co, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Hf, Ta 및 B 중의 하나 이상을 총량으로 1% 이하 더 함유하는 것을 특징으로 하는 전기 또는 전자 부품용 구리 합금.
제 2 항에 있어서, Be, Al, Ti, V, Cr, Co, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Hf, Ta 및 B 중의 하나 이상을 총량으로 1% 이하 더 함유하는 것을 특징으로 하는 전기 또는 전자 부품용 구리 합금.