KR100845987B1

KR100845987B1 - 내구성 및 유연성이 탁월한 전기 및 전자 설비용 구리 합금

Info

Publication number: KR100845987B1
Application number: KR1020040083918A
Authority: KR
Inventors: 이시다마사히코; 구마가이준이치; 스즈키다케시
Original assignee: 미쓰비시 신도 가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2008-07-11
Also published as: US7338631B2; KR20050101100A; DE602004014588D1; KR20070079974A; US20080041507A1; TW200533768A; CN1683578A; KR100852982B1; US20050230014A1; JP2005298931A; JP4118832B2; EP1586667A1; TWI280285B; US7485200B2; EP1586667B1

Abstract

본 발명의 구리 합금은 0.005 중량% 내지 0.5 중량%의 함량으로 적어도 지르코늄을 포함하며, 1.5 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 입자들을 포함하는 제1 입자군, 1.5 ㎛ 초과 7 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖고, 일 방향으로 신장된 형태를 갖는 입자들을 포함하는 제2 입자군, 및 7 ㎛ 이상의 입자 크기를 갖는 입자들을 포함하는 제3 입자군을 포함하며, α와 β의 합은 γ보다 크고, α는 β보다 작으며, 여기에서 α, β 및 γ는 각각, 단위 면적에 기초한 제1 입자군의 총 면적비, 제2 입자군의 총 면적비, 및 제3 입자군의 총 면적비로서, α+β+γ=1이다.

구리 합금

Description

내구성 및 유연성이 탁월한 전기 및 전자 설비용 구리 합금{Copper alloy for electrical and electronic equipments having excellent durability and flexibility}

도 1은 본 발명에 따른 구리 합금의 일례의 표면에 대한 IPF 이미지를 도시한 도면이다.

도 2는 도 1의 구리 합금을 구성하는 입자들의 입자 크기 및 빈도 (면적비) 사이의 관계를 도시한 도면이다.

도 3은 제1 입자군 내지 제3 입자군의 단위 면적에 기초한 각각의 총 면적비 α, β 및 γ와 롤링 감소 사이의 관계에 대한 일례를 도시한 그래프이다.

도 4는 도 3에서 99.7 이상의 롤링 감소 영역을 확대하여 도시한 그래프이다.

도 5a는 도 1에 도시된 구리 합금의 표면의 제2 입자군을 구성하는 β 입자들 및 제3 입자군을 구성하는 γ 입자들에 대한 종횡비와 면적비 사이의 관계를 도시한 그래프이다.

도 5b는 종횡비의 정의를 도시한 개략도이다.

도 6은 도 1 (실시예 3)의 구리 합금 및 제조 조건들을 변화시킴으로써 얻어진 구리 합금들에 대한 텍스쳐의 검사 결과들을 도시한 그래프이다.

도 7은 실시예 3, 비교예 1, 및 비교예 2의 스트레스 이완 내성을 도시한 그 래프이다.

도 8은 Cu-Zr계 화합물의 결정화 상태에 대한 일례를 도시한 개략도이다.

본 발명은 그 형태와 배향이 조절된 미세 입자들로 구성된 구리 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

제1 공개 번호 2002-356728호를 갖는 일본 특허 출원에 서술된 바와 같이, 입자들을 정제하는 기술이 공지되어 있으며, 이는 구리 합금을 포함하는 기저 금속에 대해서 롤링 처리 (rolling treatment) 및 에이징 처리 (aging treatment)를 가함으로써 미세 침전물들을 분산시키는 단계, 용액 처리를 가한 후에 롤링 방법을 사용하는 단계, 및 기저 금속에 고밀도 변형 (high-density strain)을 축적시키고, 저온 동적 재결정화 (동적 연속 재결정화로도 명명)를 야기하기 위해서 집중적인 작업 (intensive working)을 수행하는 단계를 포함한다.

순수한 구리 및 구리 합금에 대해서 그와 같은 기술을 사용한 집중적인 작업이 수행되는 경우에는, 작업 도중에 열이 발생되어 회복 (recovery) 또는 재결정화를 야기하게 되며, 따라서 상기 기저 금속에 원하는 변형을 축적시키는 것이 어렵게 된다. 작업 이후에 결과물인 작업이 열적으로 불안정하기 때문에, 구리 합금의 신장 (elongation)은, 에이징 처리 또는 변형 완화 어닐링 (annealing)을 수행함으로써 향상되며, 반면에 강도는 감소한다.

대조적으로, Zr을 함유하는 구리 합금에 대해서 상기 집중적인 작업을 수행하는 경우에는 상황이 완전히 달라지게 된다. Zr을 함유하는 구리 합금을 포함하는 기저 금속에 대해서 집중적인 작업을 수행하는 경우에는, 작업 도중에 발생된 열이 회복 또는 재결정화를 야기할 가능성이 적으므로, 기저 금속에 원하는 변형을 축적시키는 것이 가능하다. 그러나, 일단 결정화된 후에, Zr을 함유하는 구리 합금을 포함하는 기저 금속에 대해서 집중적인 작업을 수행하는 경우에는, 구리 합금이 신장에 있어서 그다지 향상되지 않는다.

집중적인 작업 이후에 침전물들을 형성시킴으로써 얻어진 구리 합금과 비교하는 경우에, 이는 스트레스 이완 내성 및 탄성에 있어서 열등한 면을 갖는다. 도 8은 Cu-Zr계 화합물의 결정 상태의 예를 보여 주는 개략도이다. 도 8로부터 명백한 바와 같이, Cu-Zr계 침전물들 (83)은 통상적으로 입자 경계면들에서 형성된다. 따라서, Cu-Zr계 침전물들 (83)이 형성된 후에 입자들 (81)이 정제되는 경우에 비해서, 입자들 (81)을 정제함으로써 입자 경계면들 (82)의 표면 영역을 증가시킨 후에 Cu-Zr계 침전물들 (83)이 형성되는 것이 더욱 효과적인 것으로 고려된다. 도 8에서, 기호 (80)은 현미경의 가시 영역을 나타낸다.

부가하여, 고농도의 Ti, Ni, 또는 Sn을 함유하는 구리 합금이 고작업 경화가능성 (high work hardenability)을 갖는 기저 금속으로서 사용된다. 그러나, 그와 같은 구리 합금은 집중적인 작업이 수행되기 어렵고, 생산성이 낮다는 문제점이 있다. 고농도의 Zr을 함유하는 구리 합금에 있어서, 과량의 Zr은 입자 경계면들에서 분리됨으로써, 도금 특성들을 열화시킨다는 사실이 알려져 있다.

상기 언급한 롤링 방법이 구리 합금에 적용되고, 상기 구리 합금이 90% 이하의 롤링 감소에서 롤링되는 경우에, 입자들은 큰 입자 크기를 가지며, 구리 합금은 Zr을 함유하지 않는 구리 합금의 경우 뿐만 아니라, 심지어 작업 도중에 발생된 열이 회복 또는 재결정화를 야기할 염려가 없는 Zr을 함유하는 구리 합금의 경우에 있어서도 작은 신장도를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, Zr을 함유하지 않는 구리 합금의 경우 뿐만 아니라, Zr을 함유하는 구리 합금의 경우에 있어서도, 랜덤 배향에 대한 결정화 배향 {110}<112>의 강도 비율은 10 미만이었으며, 랜덤 배향에 대한 결정화 배향 {112}<111>의 강도 비율은 20을 초과하였다.

구리 합금의 작업 처리를 위한 방법의 예들은, 상기 언급한 롤링 방법 이외에도, FURUKAWA, HORITA, NEMOTO, TG. Landon: Metal, 70, 11 (2000), pp. 971에 서술된 ECAP (Equal Channel Angular Pressing) 방법; NISHIYAMA, SAKAI, SAITO: Journal of the JRICu, 41, 1 (2002), pp. 246에 서술된 ARB (Accumulative Roll Bonding) 방법; TAKAGI, KIMURA: Material, 34, 8 (1995), pp. 959에 서술된 Mechanical Milling 방법; 및 Preliminary Manuscript of 42nd Lecture of Japan Research Institute for Advanced Copper-Base Materials and Technologies, pp. 55를 포함한다.

상기 문헌들에 개시된 방법들을 사용하여, 구리 합금에 작업 처리를 수행함으로써, 입자들을 정제하는 것이 가능하다. 그러나, 1 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 미세 입자들이 이러한 방법들에 의해서 균일하게 제조되기 때문에, 입자들의 표면 영역은 통상적인 결정 구조에 비해서 급격하게 증가하고, 이는 실온보다 높은 고온 환경 하에서의 입자 경계 확산으로 인한 큰 스트레스 이완 (stress relaxation)을 야기하고, 따라서 스트레스 이완에 대한 내성이 나빠지는 것을 야기한다. 이러한 방법들을 사용하는 경우에는, 입자 정제로 인한 강도, 및 스트레스 이완 내성에 있어서의 향상을 도모하기가 매우 어려웠다.

상기 서술한 바와 같이, 롤링 방법에 의해서 구리 합금의 강도가 증가되는 경우에는, 롤링 감소를 증가시키기 위한 기술이 통상적으로 채용되었다. 롤링 감소가 높은 수치로 셋팅되는 경우에는, 신장도는 감소하고 굽힙성은 열화되는 반면에, 구리 합금의 강도는 증가한다. 그러므로, 세 가지 면, 예를 들어 강도, 신장도, 및 굽힙성에 있어서 탁월한 구리 합금, 및 탁월한 스트레스 이완 내성을 갖는 결정 구조를 조절하는 방법을 개발할 필요성이 요구되어 왔다.

본 발명은 강도 및 신장도에 있어서 탁월하며, 우수한 굽힘성을 갖는 구리 합금, 및 구리 합금을 포함하는 기저 금속의 강도를 증가시킬 수 있고, 롤링 방법을 사용하여 기저 금속의 강도를 증가시키는 경우에는 롤링 감소를 증가시킴으로써 신장도를 향상시킴으로써, 우수한 굽힘성을 갖고 스트레스 이완 내성에 있어서 탁월한 구리 합금을 제조하는 것을 가능하게 하는 구리 합금의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 구리 합금은, 3개의 입자군, 예를 들어 제1 입자군, 제2 입자군, 및 제3 입자군이 공존하는 형태이다. 제1 입자군은 1.5 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 갖고, 제2 입자군은 1.5 ㎛ 초과 7 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖고, 일 방향으로 신장된 형태를 가지며, 제3 입자군은 제2 입자군보다 큰 입자들, 즉 7 ㎛ 이상의 입자 크기를 갖는 입자들을 포함한다. 제1 입자군은 1.5 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 매우 미세한 입자들을 포함하고, 따라서 구리 합금에 대해서 강도 및 신장도에 있어서 우수한 밸런스를 부여한다. 제2 입자군 및 제3 입자군은 제1 입자군을 구성하는 입자들보다 큰 입자들을 포함하며, 따라서 스트레스 이완 내성의 열화를 억제한다. 제2 입자군 및 제3 입자군은 7 ㎛의 입자 크기에 의해서 구별되는데, 이는 7 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 입자들의 총 면적 비율이 0.5를 초과하는 경우에, 강도 및 신장도가 향상되기 때문이다. 세 가지 입자군들로 구성되는 형태는 0.005 중량% 내지 0.5 중량%의 함량으로 적어도 지르코늄을 포함하는 구리 합금 중에서 인식된다.

α와 β의 합은 γ보다 크고, α는 β보다 작으며, 여기에서 α, β 및 γ는 각각, 단위 면적에 기초한 제1 입자군의 총 면적비, 제2 입자군의 총 면적비, 및 제3 입자군의 총 면적비로서, α+β+γ=1인 조건들을 충족하는 구리 합금은, 고강도, 우수한 굽힘성, 및 탁월한 스트레스 이완 내성을 제공할 수 있다.

본 발명의 구리 합금에서, α는 0.02 내지 0.40일 수 있으며, β는 0.40 내지 0.70일 수 있다. 이 경우에, 구리 합금은 강도, 신장도, 굽힘성, 및 스트레스 이완 내성 사이에 있어서 최적의 밸런스를 나타낸다. 예를 들어, Cu - 0.101 중량%의 Zr을 포함하는 조성을 갖는 구리 합금은, 390 N/mm² 이상의 인장 강도, 및 4% 이상의 신장도를 갖고, 205℃에서 1000 시간 동안 가열한 후에도 70% 이상의 스트레스 이완 내성을 갖는다.

본 발명의 구리 합금에서, 제2 및 제3 입자군들의 종횡비에 대한 평균값은 0.24 내지 0.45이며, 여기에서 a는 장축 방향의 길이이고, b는 단축 방향의 길이라고 할 경우에, 종횡비는 제2 및 제3 입자군들을 구성하는 입자들에서 b를 a로 나누어서 얻어지는 값이다. 이 경우에, 강도 및 신장도와 같은 기계적 특성들의 이방성이 억제되는 구리 합금이 제공될 수 있다. 본 발명자들은 미세 입자들 및 조대 입자들이 조합되어 사용되는 형태가, 입자들 사이의 경계면에서 형성되는 크로스-슬립 (cross-slip)을 억제하는 기능을 함으로써, 구리 합금에 대해서 강도 및 신장도 사이의 우수한 밸런스를 부여하고, 단지 미세한 입자들만으로 구성된 구리 합금 중에서 인식되는 스트레스 이완 내성의 열화를 방지하게 된다는 사실을 발견하게 되었다. 또한, 0.005 중량% 내지 0.5 중량%의 함량으로 적어도 지르코늄을 포함하는 구리 합금이 강도 및 신장도 사이의 우수한 밸런스를 나타내며, 탁월한 굽힙성 을 갖는다는 사실이 발견되었다.

본 발명의 구리 합금에서, 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {110}<112>의 강도 비율은 10 이상일 수 있으며, 랜덤 배향에 대한 결정화 배향 {112}<111>의 강도 비율은 20 이하일 수 있다. 강도 비율에 대한 그와 같은 관계는 구리 합금 중에서 율레리안 각도 (Eulerian angle) (파이) 및 랜덤 배향에 대한 X선 회절 강도 사이의 관계를 평가함으로써 측정된다. 강도 비율의 관계는 구리 합금의 롤링 텍스쳐 (rolling texture)가 순수한 Cu 형태로부터 Brass 형태로 변환된다는 사실을 보여준다. 롤링 텍스쳐에 있어서의 이러한 변화는 쉬어 밴드 (shear band)의 형성을 가속시키고, 입자 정제를 야기한다.

상기 언급한 결정 배향은 하기 정의에 기초하여 지정된다. 즉, 구리 합금을 시트로 롤링시킴으로써 얻어진 시트형 구리 합금의 결정 입자에 있어서는, (hkl)이 롤링 평면에 평행한 평면을 나타내고, (uvw)가 롤링 방향에 평행한 방향을 나타내는 경우에, 이러한 결정 입자의 결정 배향은 배향 (hkl)(uvw)이다.

본 발명의 구리 합금은 크롬, 실리콘, 마그네슘, 알루미늄, 철, 티타늄, 니켈, 인, 주석, 아연, 칼슘 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 또는 그 이상의 종류의 원소들을 포함할 수 있으며, 이러한 원소들은 0.001 중량% 내지 3.0 중량%의 함량으로 포함된다. 이 경우에, 강도는 더욱 향상될 수 있다.

본 발명의 구리 합금은 크롬, 실리콘, 마그네슘, 알루미늄, 철, 티타늄, 니켈, 인, 주석, 아연, 칼슘 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 또는 그 이상의 종류의 원소들의 산화물, 탄소 및 산소로부터 선택된 하나 또는 둘 또는 그 이상을, 0.0005 중량% 내지 0.005 중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 언급한 산화물, 탄소 원자 및 산소 원자는 프레스 블랭킹 (press blanking) 동안에 분쇄점 (fracture point)으로서 기능하고, 따라서 프레스 블랭킹 특성들을 향상시킴으로써, 다이 마모를 감소시킨다.

본 발명의 구리 합금을 제조하는 방법은 적어도, 0.005 중량% 내지 0.5 중량%의 함량으로 적어도 지르코늄 (Zr)을 함유하는 구리 합금을 포함하는 기저 금속에 대해서, 용액 처리 또는 열 롤링 처리를 수행하는 제1 단계, 및 상기 제1 단계를 거친 기저 금속에 대해서 90% 이상의 롤링 감소에서 냉 롤링을 수행하는 제2 단계를 포함한다.

본 발명의 구리 합금을 제조하는 방법에 따르면 적어도, 소량의 지르코늄 (Zr)을 함유하는 구리 합금을 포함하는 기저 금속에 대해서, 용액 처리 또는 열 롤링 처리를 수행하는 제1 단계를 포함하며, 또한 상기 제1 단계를 거친 기저 금속에 대해서 90% 이상의 롤링 감소에서 냉 롤링을 수행하는 제2 단계를 포함함으로써, 구리 합금을 구성하는 입자들을 정제할 수 있고, 구리 합금의 강도 및 신장도를 향상시키는 것이 가능해진다. 그러므로, 롤링 방법을 사용하는 것에 의해서 기저 금속의 강도가 증가되는 경우에, 롤링 감소를 증가시킴으로써 구리 합금을 포함하는 기저 금속의 강도가 증가될 수 있고, 신장도가 향상될 수 있다. 결과적으로, 우수한 굽힘성을 갖는 구리 합금이 제조될 수 있다.

본 발명의 구리 합금을 제조하는 방법을 구성하는 제1 및 제2 단계들은 기존의 대규모 제조 설비들에 적용될 수 있기 때문에, 제조 비용을 증가시키지 않으면 서도 상업적인 규모로 비용 감소를 위한 시도를 수행하여, 상기 언급한 강도 및 신장도가 우수한 밸런스를 이루고, 또한 우수한 굽힘성을 갖는 구리 합금을 제조하는 것이 가능하다.

본 발명의 구리 합금을 제조하는 방법은, 상기 제2 단계를 거친 기저 금속에 대해서, 에이징 처리 또는 변형 완화 어닐링 처리를 수행하는 제3 단계를 더 포함할 수도 있다. 이 경우에, Zr 및 다른 원소들은 상기 제2 단계를 거친 기저 금속에 대해서 에이징 처리 또는 변형 완화 어닐링 처리를 수행함으로써 침전될 수 있다. 결과적으로, 고강도 및 큰 신장도를 갖는 구리 합금이 제조될 수 있다.

본 발명의 구리 합금을 제조하는 방법에서, Zr이 구리 합금 중에 분산된 고체 용액은 기저 금속에 대해서 용액 처리 또는 열 롤링 처리를 수행함으로써 형성될 수 있다.

이하에서는, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 예들을 설명하기로 한다. 본 발명이 하기 예들로만 제한되는 것은 아니며, 이러한 예들의 구성 요소들은 적절하게 조합될 수 있다.

본 발명의 구리 합금에 대한 구현예를 첨부 도면들을 참조하여 하기에서 설명하기로 한다. 도 1 내지 도 4는 본 발명의 구리 합금이 제1 입자군 및 제2 입자군이 다른 것들과 함께 공존하는 형태에 의해서 특성화된다는 것을 도시하고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구리 합금의 예 (실시예 3)에 대한 표면의 IPF 이미지를 도시하고 있다. 이러한 IPF 이미지는 SEM의 EBSP 분석에 의해서, 수성 인산 용액으로 전기연마된 (electropolished) 표면을 갖는 구리 합금을 100 ㎛² 가시 영역에 걸쳐서 관찰함으로써 얻어진다. 도 1에서, 도면의 세로 방향은 롤링 방향이고, 가로 방향은 롤링 방향에 수직인 방향이다. 도 1에서, 회색 컬러를 갖는 영역은 결정 배향에 있어서의 차이가 2°인 것을 나타내고, 흑색 컬러를 갖는 영역은 결정 배향에 있어서의 차이가 15°인 것을 나타낸다.

여기에 사용된 바와 같이, IPF [001]란 Inverse Pole Figure [001]의 약어이고, 분석 방향이 ND 축인 인버스 폴 도면으로 정의된다. 본 발명에서, 결정 배향에 있어서의 변화가 15°이상인 영역은 결정립으로 고려된다. 도 1에 도시된 도면으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 구리 합금은 매우 작은 입자 크기를 갖고 일반적으로 원형인 입자 α, 입자 α의 입자 크기 보다 큰 입자 크기를 갖고 롤링 방향으로 신장된 입자 β, 및 공존하는 입자 β의 입자 크기보다 더 큰 입자 크기를 갖는 입자 γ를 포함하며, 입자 β 및 γ는 롤링 방향으로 신장된 형태를 갖는다.

도 2는 도 1에 도시된 구리 합금을 구성하는 입자들의 입자 크기와 빈도 (면적비) 사이의 관계를 도시한 그래프이다.

도 2로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 구리 합금은 1.5 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 입자 α를 포함하는 제1 입자군, 상기 제1 입자군을 구성하는 입자들보다 더 큰 평균 입자 크기를 갖고, 1.5 ㎛ 초과 7 ㎛ 미만의 입자 크기 분포를 갖는 입자 β를 포함하는 제2 입자군, 및 상기 제2 입자군을 구성하는 입자들보 다 더 큰 평균 입자 크기를 갖고, 7 ㎛ 이상의 입자 크기를 갖는 입자 γ를 포함하는 제3 입자군으로 구성된다. 상술한 바와 같이, 입자 β 및 γ는 일 방향 (롤링 방향)으로 신장된 형태를 갖는다는 특징도 갖는다.

도 3은 단위 면적에 기초한, 제1 입자군의 총 면적비 α, 제2 입자군의 총 면적비 β, 및 제3 입자군의 총 면적비 γ와 롤링 감소 사이의 관계에 대한 일례를 도시한 그래프이다. 이러한 그래프는 각각의 입자들의 면적비를 롤링 감소를 변화시키면서 제조된 구리 합금들에 대해서 측정하고, 단위 면적에 기초하여 제1 입자군 내지 제3 입자군의 총 면적비인 α, β 및 γ를 총합함으로써 얻어진 결과들을 나타낸다.

도 4는 도 3에서 99.7 이상의 롤링 감소를 갖는 영역을 확대하여 도시한 그래프이다.

하기 사항들은 도 3 및 도 4로부터 명백하다.

1. α+β<γ인 관계로 표현되는 영역이 구축된다;

작은 롤링 감소 (도 3에서 롤링 감소가 90% 미만인 경우)의 경우에, 제3 입자군에 대한 제1 입자군의 대응되는 총면적 비율은 하기 식을 만족한다: α+β<γ (범위는 도 3 중의 영역 (1) 및 (2)에 의해서 표시된다). 이와 같이 얻어진 구리 합금은 낮은 강도 및 신장도를 나타내고, 탁월한 스트레스 이완 내성을 나타낸다 (상세한 사항은 표 1 참조).

2. γ<α+β인 관계로 표현되는 영역이 구축된다;

큰 롤링 감소 (도 3에서 롤링 감소가 90% 이상인 경우)의 경우에, 제3 입자 군에 대한 제1 입자군의 대응되는 총면적 비율은 하기 식을 만족한다: γ<α+β (범위는 도 3 중의 영역 (3)에 의해서 표시된다). 얻어진 구리 합금은 식 γ<α+β 를 만족하며, 높은 강도 및 신장도를 나타내고, 탁월한 스트레스 이완 내성을 나타낸다 (상세한 사항은 표 1 참조).

3. β<α인 관계로 표현되는 영역이 구축된다;

매우 큰 롤링 감소 (도 3 및 도 4에서 롤링 감소가 99.975% 이상인 경우)의 경우에, 제3 입자군에 대한 제1 입자군의 대응되는 총면적 비율은 하기 식을 만족한다: β<α (범위는 도 4 중의 영역 (4)에 의해서 표시된다). 얻어진 구리 합금은 식 β<α를 만족하며, 높은 강도 및 신장도를 나타내지만, 스트레스 이완 내성이 좋지 못하다 (상세한 사항은 표 1 참조).

표 1에는, 도 3 및 도 4에 도시된 구리 합금의 인장 강도, 신장도, 및 스트레스 이완 내성에 대한 측정 결과들이 요약되어 있다.

제2 입자군의 총면적 비율 β	제1 입자군의 총면적 비율 α
제2 입자군의 총면적 비율 β	0-0.02	0.02-0.40	0.40-1
0-0.40	제3 입자군: 0.58 내지 1 (도 3 (1)) 롤링 감소: 약 72% 이하 특징: 낮은 롤링 감소로 인해서 낮은 강도 및 신장도를 갖고, 큰 입자 크기로 인해서 탁월한 스트레스 이완 내성을 가짐	나쁨: 제1 입자군의 총면적 비율이 이러한 범위 이내인 경우에는, 제2 입자군의 총면적 비율이 0.40 이상이 되며, 따라서 이러한 영역은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 얻어진 구리 합금 중에서 실질적으로 존재하지 않음	제3 입자군: 0 내지 0.20 (도 4 (4)) 롤링 감소: 약 99.98% 이상 특징: 높은 롤링 감소 및 미세 입자들로 인해서 높은 강도 및 신장도를 갖고, 스트레스 이완 내성은 좋지 않음
	인장 강도: 380 N/mm² 이하		인장 강도: 500 N/mm² 이상
	신장도: --		신장도: 6% 이상
	스트레스 이완 내성: 70% 이상		스트레스 이완 내성: 70% 이하
0.40-0.70	제3 입자군: 0.28 내지 0.60 (도 3 (2)) 롤링 감소: 약 72 내지 88% 특징: 불충분한 롤링 감소로 인해서 강도 및 신장도는 좋지 않고, 불충분한 입자 정제로 인해서 스트레스 이완 내성은 탁월함	제3 입자군: 0.50 내지 0.16 (도 3 (3), 도 4 (3)) 롤링 감소: 약 88 내지 99.98% 특징: 충분한 롤링 감소로 인해서 높은 강도, 충분한 입자 정제 및 높은 신장도를 갖고, 결정 입자 크기들의 밸런스가 우수하여 탁월한 스트레스 이완 내성을 가짐	나쁨: 제1 입자군의 총면적 비율이 이러한 범위 이내인 경우에는, 제2 입자군의 총면적 비율이 0.40 이하가 되며, 따라서 이러한 영역은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 얻어진 구리 합금 중에서 실질적으로 존재하지 않음
	인장 강도: 390 N/mm² 이하	인장 강도 : 390 N/mm² 이상
	신장도: 4% 이하	신장도: 4% 이상
	스트레스 이완 내성: 70% 이상	스트레스 이완 내성: 70% 이상
0.70-1	나쁨: 초기 결정 입자 크기가 상당히 감소되어야 하기 때문에, 이러한 영역을 롤링 방법에 의해서 실현하기는 어려움. 이러한 영역이 롤링 방법 이외의 방법에 의해서 실현될 수 있다고 하더라도, 비용이 증가하며, 스트레스 이완 내성이 탁월하지 않음		나쁨: 제1 입자군의 총면적 비율이 이러 한 범위 이내인 경우 에는, 제2 입자군의 총면적 비율이 0.40 이하가 되며, 따라서 이러한 영역은 본 발 명에 따른 제조 방법 에 의해서 얻어진 구 리 합금 중에서 실질 적으로 존재하지 않 음

표 1로부터 명백한 바와 같이, Cu - Zr 0.101 중량%인 경우에, 제1 입자군의 총면적비 α가 0.02 내지 0.4이고, 제2 입자군의 총면적비 β가 0.4 내지 0.7인 경우에, 탁월한 스트레스 이완 내성 (70% 이상)뿐만 아니라, 높은 인장 강도 (390 N/mm² 이상) 및 신장도 (4% 이상)를 갖는 구리 합금이 얻어진다.

도 5a는 도 1에 도시된 구리 합금의 표면의 제2 입자군을 구성하는 입자 β 및 제3 입자군을 구성하는 입자 γ에 대한 종횡비 및 면적비 사이의 관계를 도시한 그래프이다. 도 5a에서, 0.92 이상의 종횡비는 제1 입자군 α를 나타낸다.

도 5b는 종횡비의 정의를 도시한 개략도이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 종횡비는 b를 a로 나누어서 얻어진 값 (b/a)으로서 정의되며, 여기에서 입자 β 및 γ에 있어서, a는 장축 방향에서의 길이이고, b는 단축 방향에서의 길이이다.

도 5a로부터 명백한 바와 같이, 입자 β 및 γ의 종횡비의 빈도 (면적비) 분포를 고려하면, 입자들의 종횡비는 약 0.32의 최대값을 갖는다. 종횡비가 0.3에서 최대값을 나타낸다는 사실은 길이 방향 (장축 방향)에서의 결정 입자 크기가 단축 방향에서의 결정 입자 크기의 3배인 입자들이 많이 존재한다는 사실을 보여준다.

표 2 및 표 3에는, 제2 및 제3 입자군들의 평균 종횡비의 측정 결과들이 요약되어 있다.

조건	α	β	제2 및 제3 입자군들의 평균 종횡비
			0-0.24	0.24-0.45	0.45-1
A	0-0.02	0-0.40	롤링 감소: 약 50 내지 72% 불충분한 롤링 감소로 인해서 강도가 낮고, 작업 경화성으로 인해서 신장도가 낮으며, 롤링 방향으로의 신장된 입자들로 인해서 큰 이방성을 나타냄	롤링 감소: 약 30 내지 50% 낮은 롤링 감소로 인해서 강도가 낮고, 약간의 작업 경화성으로 인해서 신장도가 낮으며, 롤링 방향으로 약간 신장된 입자들로 인해서 약간의 이방성을 나타냄	롤링 감소: 약 0 내지 30% 낮은 롤링 감소로 인해서 강도가 낮고, 작업 경화성이 없어서 신장도가 우수하며, 입자들이 롤링 방향으로 신장되지 않기 때문에 이방성이 거의 나타나지 않음
			인장 강도: 380 N/mm² 이하	인장 강도: 340 N/mm² 이하	인장 강도: 320 N/mm² 이하
			신장도: 4% 미만	신장도: 4% 이상	신장도: 4% 이상
			이방성: 0.6 미만	이방성: 0.6 이상	이방성: 0.8 이상
			스트레스 이완 내성: 70% 이상	스트레스 이완 내성: 70% 이상	스트레스 이완 내성: 70% 이상
B	0-0.02	0.40-0.70	롤링 감소: 약 72 내지 88% 불충분한 롤링 감소로 인해서 강도가 낮고, 작업 경화성으로 인해서 신장도가 낮으며, 롤링 방향으로의 신장된 입자들로 인해서 큰 이방성을 나타냄	나쁨: 제1 및 제2 입자군의 총면적 비율 α 및 β가 이러한 범위 이내인 경우에는, 제2 및 제3 입자군의 평균 종횡비들이 0.24 이하가 되며, 따라서 이러한 영역들은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 얻어진 구리 합금 중에서 실질적으로 존재하지 않음
			인장 강도: 390 N/mm² 이하
			신장도: 4% 미만
			이방성: 0.6 미만
			스트레스 이완 내성: 70% 이상

(주 1) 이방성은 (TD 방향에서의 신장도/LD 방향에서의 신장도)를 의미한다.

(주 2) 이방성이 1에 접근함에 따라서, 이방성은 더욱 작아진다.

조건	α	β	제2 및 제3 입자군들의 평균 종횡비
			0-0.24	0.24-0.45	0.45-1
C	0.02-0.40	0.40-0.70	나쁨: 제1 및 제2 입자군의 총면적 비율 α 및 β가 이러한 범위 이내인 경우에는, 제2 및 제3 입자군의 평균 종횡비들이 0.24 이상이 되며, 따라서 이러한 영역들은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 얻어진 구리 합금 중에서 실질적으로 존재하지 않음	(본 발명) 롤링 감소: 약 88 내지 99.98% 충분한 롤링 감소로 인해서 높은 강도, 정제된 입자들 및 높은 신장도를 가지며, 적당한 종횡비로 인해서 우수한 이방성을 나타냄	나쁨: 제1 및 제2 입자군의 총면적 비율 α 및 β가 이러한 범위 이내인 경우에는, 제2 및 제3 입자군의 평균 종횡비들이 0.45 이하가 되며, 따라서 이러한 영역들은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 얻어진 구리 합금 중에서 실질적으로 존재하지 않음
				인장 강도: 390 N/mm² 이상
				신장도: 4% 이상
				이방성: 0.6 이상
				스트레스 이완 내성: 70% 이상
D	0.40-1	0-0.40	나쁨: 제1 및 제2 입자군의 총면적 비율 α 및 β가 이러한 범위 이내인 경우에는, 제2 및 제3 입자군의 평균 종횡비들이 0.45 이상이 되며, 따라서 이러한 영역들은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 얻어진 구리 합금 중에서 실질적으로 존재하지 않음		롤링 감소: 99.98% 이상 높은 롤링 감소로 인해서 높은 강도 및 신장도를 갖고, 약간의 이방성을 가지며, 상당히 정제된 정제된 입자들을 갖지만, 급격하게 낮은 스트레스 이완 내성을 가짐
					인장 강도: 495 N/mm² 이상
					신장도: 5% 이상
					이방성: 0.6 이상
					스트레스 이완 내성: 70% 이하

표 3에 기재된 조건 C 하에서, 제2 및 제3 입자군들의 평균 종횡비가 0.24 내지 0.45인 경우에는, 큰 인장 강도 (390 N/mm² 이상) 및 신장도 (4% 이상), 및 탁 월한 스트레스 이완 내성 (70% 이상)이 얻어질 수 있다. 신장의 이방성 (기계적 특성들 중의 하나의 이방성)은, 종횡비가 너무 작지는 않기 때문에, 0.6 이상일 수 있다는 사실을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 구리 합금은 제1 및 제2 입자군들이 공존하는 형태를 갖는다. 제1 입자군들은 1.5 ㎛ 이하인 입자 크기를 갖는 매우 미세한 입자들로 구성되므로, 구리 합금에 대해서 강도 및 신장도에 있어서 우수한 밸런스를 부여한다.

제2 입자군은 제1 입자군을 구성하는 입자들의 입자 크기보다 더 큰 입자 크기를 갖는 입자들로 구성되며, 따라서 스트레스 이완 내성의 열화를 억제한다. 결과적으로, 강도 및 신장도에 있어서 우수한 밸런스를 이루고, 탁월한 스트레스 이완 내성을 갖는 구리 합금을 얻는 것이 가능하다.

표 4 및 표 5는 첨가 원소들을 함유하는 구리 합금 (크롬, 실리콘, 마그네슘, 알루미늄, 철, 티타늄, 니켈, 인, 주석, 아연, 칼슘, 코발트, 탄소 및 산소로 이루어진 군으로부터 하나 또는 둘 또는 그 이상의 종류의 원소들을 선택하는 경우)의 테스트 결과들을 나타낸 것이다. 표 4 및 5에는, 구리 합금들의 다양한 특성들에 대한 측정 결과들 ((ⅰ) 제1 입자군의 평균 입자 크기 및 평균 종횡비, (ⅱ) 제2 입자군의 평균 입자 크기 및 평균 종횡비, (ⅲ) 각각의 수집 방향에 대한 인장 강도, 신장도 및 탄성도 한계값, (ⅳ) 전도성, 및 (ⅴ) 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {110}<112>의 강도비 및 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {112}<111>의 강도비)이 요약되어 있다.

		성분 (중량%)					총 면적비			평균 종횡비
		Cu	Zr	Cu, Zr, C 및 O 이외의 원소들	C	O	제1 입자군	제2 입자군	제3 입자군	제2 및 제3 입자군들
실시예	1	밸런스	0.101	--	0.0003	0.0003	0.077	0.563	0.360	0.31
	2	밸런스	0.103	Cr=0.273	0.0002	0.0007	0.057	0.553	0.390	0.35
	3	밸런스	0.098	Cr=0.246, Si=0.018	0.0003	0.0009	0.053	0.578	0.369	0.30
	4	밸런스	0.095	Cr=0.256, Si=0.024, Mg=0.030	0.0004	0.0005	0.055	0.568	0.377	0.28
	5	밸런스	0.073	Cr=0.296, Si=0.021, Co=0.05	0.0003	0.0007	0.055	0.542	0.403	0.35
	6	밸런스	0.085	Cr=0.302, Al=0.054, Ca=0.004	0.0003	0.0006	0.051	0.587	0.362	0.33
	7	밸런스	0.075	Cr=0.144, Al=0.053, Fe=0.187, Ti=0.100	0.0003	0.0006	0.044	0.548	0.408	0.32
	8	밸런스	0.100	Mg=0.68, P=0.004	0.0003	0.0003	0.043	0.586	0.371	0.38
	9	밸런스	0.076	Si=0.39, Ni=1.58, Sn=0.41, Zn=0.48	0.0002	0.0007	0.056	0.587	0.357	0.26
	10	밸런스	0.080	Fe=2.21, P=0.032, Zn=0.13	0.0003	0.0009	0.042	0.563	0.395	0.39
비교예	1	밸런스	0.098	Cr=0.246, Si=0.018	0.0003	0.0009	0.015	0.396	0.589	0.16
	2	밸런스	0.098	Cr=0.246, Si=0.018	0.0003	0.0009	0.480	0.358	0.162	0.47
	3	밸런스	0.004	Cr=0.252, Si=0.021	0.0003	0.0009	0.019	0.388	0.593	0.19

		수집 방향	인장 강도 [N/mm²]	신장도 [%]	탄성도 한계값 [N/mm²]	전도성 [%IACS]	랜덤 배향에 대한 결정 배향 [110]<112>의 강도비	랜덤 배 향에 대 한 결정 배향 [112]<1 11>의 강도비	205℃에서 1000시간 동안 노출 시킨 후의 잔류 스트레스율 (%)
실싱예	1	L.D.	503	10	306	87	19.3	12.2	77.3
		T.D.	506	9	335
	2	L.D.	567	11	390	85	23.3	9.3	77.8
		T.D.	572	10	390
	3	L.D.	585	10	425	85	22.3	8.9	80.7
		T.D.	589	11	464
	4	L.D.	644	9	532	79	22.9	9.9	76.9
		T.D.	668	10	599
	5	L.D.	588	11	423	83	23.8	10.8	79.2
		T.D.	591	12	431
	6	L.D.	583	12	405	84	22.7	12.1	77.9
		T.D.	587	10	417
	7	L.D.	636	10	5258	76	23.6	12.1	80.6
		T.D.	638	9	547
	8	L.D.	615	9	432	61	23.2	10.0	72.2
		T.D.	637	8	512
	9	L.D.	753	8	572	43	23.1	11.3	74.5
		T.D.	755	8	647
	10	L.D.	574	7	303	59	22.3	10.5	71.3
		T.D.	583	6	332
비교예	1	L.D.	514	4	372	88	6.6	26.9	89.3
		T.D.	501	1	380
	2	L.D.	591	12	432	84	23.4	8.2	62.1
		T.D.	593	11	431
	3	L.D.	482	18	335	91	9.7	21.2	65.4
		T.D.	512	6	385

표 4 및 표 5로부터 하기 사항들이 명백하다.

(1) 구리 합금이 이러한 원소들 (크롬, 실리콘, 마그네슘, 알루미늄, 철, 티타늄, 니켈, 인, 주석, 아연, 칼슘, 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 또는 그 이상의 종류의 원소들)을 0.001 중량% 내지 3.0 중량%의 함량으로 포함하는 경우에는, 강도가 더욱 향상된다.

(2) 구리 합금이 크롬, 실리콘, 마그네슘, 알루미늄, 철, 티타늄, 니켈, 인, 주석, 아연, 칼슘 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 또는 그 이상의 종류의 원소들의 산화물, 탄소 및 산소 원자로부터 선택된 하나 또는 둘 또는 그 이상을, 0.0005 중량% 내지 0.005 중량%의 함량으로 포함하는 경우에는, 상기 언급한 산화물, 탄소 원자 및 산소 원자가 프레스 블랭킹 (press blanking) 동안에 분쇄점 (fracture point)으로서 기능하고, 따라서 프레스 블랭킹 특성들을 향상시킴으로써, 다이 마모를 감소시킨다.

(3) 도 6에 도시된 바와 같이, 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {110}<112>의 강도비가 10 이상이고, 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {112}<111>의 강도비가 20 이하인 본 발명의 구리 합금에서는, 구리 합금의 롤링 텍스쳐가 순수한 Cu 형태로부터 Brass 형태로 변환된다. 롤링 텍스쳐에 있어서의 이러한 변화는 쉬어 밴드의 형성을 촉진하고, 입자 정제를 야기한다.

<프레스 블랭킹에 의한 다이 마모 테스트>

시멘트화된 카바이드에 기초한 WC로 제조된 상업적으로 이용가능한 다이를 사용하여, 2 mm의 직경을 갖는 1,000,000개의 구멍들을 프레스 블랭킹에 의해서 다양한 스트립 물질들 (얇은 시트를 코일 형태로 감아서 얻어진 부재)에 제조하였다. 이때, 스트립 물질들 중에 제조된 초기 10개의 구멍들의 평균 구멍 크기와 최종 10개의 구멍들의 평균 구멍 크기 사이의 변화를 1,000,000으로 나누어서 평균 변화율을 얻었다. 각각의 결과적인 평균 변화율의, 비교예 4의 평균 변화율에 대한 상대적 비율 (평균 변화율은 1로 고려)을 측정하고 이를 평가하였다. 더 작은 평균 변화율을 갖는 스트립 물질은 다이 마모를 야기할 가능성이 더 적다. 결과들을 하기 표 6에 나타내었다.

	Cu	Zr	Cr	Si	C	O	프레스 블랭킹으로 인한 다이 마모의 평균 변화율의 상대적 비율 (비교에 4의 경우에는 1에 기초)
실시예 3	밸런스	0.098	0.246	0.018	0.0003	0.0009	0.49
비교예 4	밸런스	0.103	0.257	0.022	<0.0001	<0.0001	1.00

본 발명의 구리 합금은, 0.005 중량% 내지 0.5 중량%의 함량으로 적어도 지르코늄 (Zr)을 함유하는 구리 합금을 포함하는 기저 금속에 대해서, 용액 처리 (또는 열 롤링 처리)를 수행하는 제1 단계를 포함하며, 또한 상기 제1 단계를 거친 기저 금속에 대해서 90% 이상의 롤링 감소에서 냉 롤링을 수행하는 제2 단계를 적어도 포함하는 방법에 의해서 제조될 수 있다.

상기 제1 단계를 구성하는 용액 처리는 약 980℃의 온도에서 수행되는 열 롤링 처리 및 이어지는 물 냉각 작업을 이용하는 냉각 (quenching) 처리를 의미한다. 90% 이상의 롤링 감소에서의 냉 롤링은, 제2 단계를 구성하며, 90% 이상의 롤링 감소에서의 냉 강력 롤링 (cold strong rolling)이고, 바람직하게는 롤링 감소 98% 내지 99%에서 16회 통과 (롤링 작업의 횟수)하는 동안 두께가 0.25 내지 0.13 mm의 범위 내로 감소하는 조건 하에서 수행되는 냉 강력 롤링이다.

제2 단계를 거친 기저 금속은, 에이징 처리 또는 변형 완화 어닐링 처리가 수행되는 제3 단계를 거칠 수도 있다. 이 경우에, Zr 및 다른 원소들을 증착시킴으로써 더 높은 강도 및 큰 신장도를 갖는 구리 합금이 제조될 수 있다.

제3 단계를 구성하는 에이징 처리는 대기 온도 400℃에서 4 내지 5시간 동안 방치함으로써 수행된다. 이어서, 상기 기저 금속에 대해서는, 긴장 레벨러 (tension lever, TL)를 사용하는 형태 변형 처리, 또는 400 내지 450℃ 범위의 온도 내에서의 변형 완화 어닐링이 수행될 수도 있다.

대조적으로, 구리 합금을 제조하는 통상적인 방법에 따르면, 제2 단계 롤링 처리가 채택된다. 상기 방법은 기저 금속에 대해서 연속적으로 용액 처리를 행하는 단계, 제1 단계 냉 롤링 (90% 이하의 롤링 감소에서 약 1.0 내지 4.0 mm로 두께가 감소하는 조건 하에서 수행)을 수행하는 단계, 에이징 처리를 행하는 단계, 및 제2 단계 냉 롤링 (약 70 내지 98%의 롤링 감소에서 약 0.15 mm로 두께가 감소하는 조건 하에서 수행)을 수행하는 단계를 포함한다.

상당히 다른 방법들에 의해서 제조된 구리 합금들의 인장 강도, 신장도, 비커 경도 (Vickers hardness), 탄성 한계값, 및 전도성에 대한 측정 결과들이 표 7에 요약되어 있다. 통상적인 방법의 경우에, 용액 처리 또는 열 롤링 처리 이후의 롤링 감소는 낮지만, 본 발명의 방법의 경우에는 롤링 감소가 통상적인 방법의 그것에 비해서 더 높다. 표 7에서, 본 발명의 방법에 의해서 얻어진 구리 합금은 샘플 1 (실시예 3)로 명명하였으며, 통상적인 방법에 의해서 얻어진 구리 합금은 샘플 2로 명명하였다.

인장 강도 (N/mm²)는 JIS No. 5 표본을 사용하는 INSTRON 표준 테스팅 기계에 의해서 측정된 수치이다. 신장도 (%)는 50 mm의 게이지 길이에서 파단되는 신장에 의해서 측정된 수치이다. 비커 경도 (HV)는 JIS (Z2244)에 서술된 방법에 의 해서 측정된 수치이다. 탄성 한계값 Kb_0.1 (N/mm²)은 JIS (H3130)에 서술된 방법에 의해서 측정된 수치이다. 전도성 (%IACS)은 JIS (H0505)에 서술된 방법에 의해서 측정된 수치이다.

샘플	인장 강도 [N/mm²]	신장도 [%]	비커 경도 [HV]	탄성 한계값 Kb0.1 [N/mm²]	전도성
1	585	10.4	168	425	85
2	535	9.9	157	336	79

표 7로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해서 얻어진 구리 합금 (샘플 1)은 통상적인 방법에 의해서 얻어진 구리 합금 (샘플 2)에 비해서 모든 평가 항목들에서 향상된 수치를 나타내었다. 이러한 결과들은 본 발명의 방법에 의해서, 탁월한 굽힙성을 가질뿐만 아니라, 강도 및 신장도 사이의 밸런스가 우수한 구리 합금이 제조될 수 있다는 사실을 나타낸다.

도 7은 표 4 및 표 5의 실시예 3, 비교예 1, 및 비교예 2의 스트레스 이완 내성을 나타내는 그래프이며, 여기에서 가로 좌표는 250℃의 온도에서 대기 중에 노출된 시간 (시간)을 나타내고, 세로 좌표는 잔류 스트레스율 (%)을 나타낸다. 잔류 스트레스율은 미리 정해진 시간 동안 노출시킨 후에 영구 변형을 측정함으로써 결정된 수치이다.

잔류 스트레스 테스트는 캔틸레버 아암 (cantilever arm)을 갖는 지그 (jig)를 사용하여 폭 10 mm 및 길이 80 mm를 갖는 테스트 조각에 대해서 굽힘 스트레스를 가함으로써 수행되었다. 가해진 스트레스가 각각의 물질의 0.2% 프루프 스트레 스의 80%에 해당되도록, 초기 굴곡 이동 (initial flexural displacement) δ₀가 주어졌다. 가열 이전에, 테스트 표본을, 스트레스를 가한 상태에서 미리 정해진 시간 동안 실온에서 방치하였으며, 스트레스 제거 이후의 위치를 참고 수준으로 잡았다. 이어서, 테스트 표본을 온도 조절 오븐 중에서 미리 정해진 시간 동안 대기 중에 노출시켰다. 스트레스 제거 이후에, 참고 수준으로부터의 영구 굴곡 이동 (permanent flexural displacement) δ_t을 측정하고, 잔류 스트레스율을 계산하였다. 계산에서, 하기 식이 사용되었다.

잔류 스트레스율 (%) = (1-δ_t/δ₀)×100

도 7로부터 명백한 바와 같이, 비교예 2에서 얻어진 구리 합금의 경우에는, 약 50시간의 매우 짧은 노출 시간 내에 잔류 스트레스율이 80%로 감소하였으며, 잔류 스트레스율은 시간에 걸쳐서 점차적으로 감소하는 경향이 있다. 본 발명의 방법에 의해서 얻어진 실시예 3의 구리 합금 (실시예 1)의 경우에는, 잔류 스트레스율이 시간에 걸쳐서 점차적으로 감소하는 경향이 있었지만, 노출 시간이 1000시간이 경과한 후에도 잔류 스트레스율은 80% 이상의 수치를 유지하였다. 결과들로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시예 3의 구리 합금 (샘플 1)은 탁월한 스트레스 이완 내성을 갖는다.

본 발명자들은 동일한 조성을 갖는 기저 금속을 사용하여 용액 처리 또는 열 롤링 처리 이후에, 두 종류의 롤링 감소에서의 롤링에 의해서 얻어지는 구리 합금들의 텍스쳐를 검사하였다.

도 6은 도 1의 구리 합금 및 제조 조건들을 변화시킴으로써 얻어진 구리 합금들의 텍스쳐의 검사 결과를 나타낸 도면이며, 여기에서 가로 좌표는 율레리안 각도 (Eulerian angle) 파이 (도)를 나타내고, 세로 좌표는 랜덤 배향에 대한 강도비를 나타낸다. 율레리안 각도 0 (도)에서 강도비는 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {110}<112>의 강도비를 나타낸다. 율레리안 각도 25 (도)에서 강도비는 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {123}<634>의 강도비를 나타내고, 율레리안 각도 45 (도)에서 강도비는 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {112}<111>의 강도비를 나타낸다.

도 6에서, 점선 (3AR) 및 2점 쇄선 (4AH)은 본 발명의 방법에 의해서 제조된 구리 합금의 경우에 해당되며, 전자는 제1 단계 및 제2 단계 (롤링된 물질로서)를 수행함으로써 얻어진 구리 합금에 대응되고, 후자는 제1 단계 내지 제3 단계 (에이징된 물질)를 거침으로써 얻어진 구리 합금에 대응된다. 실선 (1AR) 및 1점 쇄선 (2AH)은 본 발명의 범위 내에 속하지 않는 낮은 롤링 감소 조건 하에서 제조된 구리 합금에 해당하고, 전자 및 후자는 상기 서술한 것들과 같은 동일한 물질들에 해당한다.

도 6으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해서 제조된 구리 합금은 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {110}<112>의 강도비가 10 이상이고, 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {112}<111>의 강도비가 20 이하라는 점에서 특징을 갖는다. 대조적으로, 낮은 롤링 감소 조건 (비교예 1) 하에서 제조된 구리 합금의 경우에는, 랜덤 배향에 대한 결정 배향 {110}<112>의 강도비가 20보다 크다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 구리 합금의 텍스쳐는 낮은 롤링 감소 조건 하에서 제조된 구리 합 금의 그것과는 매우 다르다는 사실이 입증되었다.

본 발명의 구리 합금이 적어도 소량의 지르코늄을 포함하고, 1.5 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 입자들을 포함하는 제1 입자군, 및 상기 제1 입자군의 입자들의 입자 크기보다 더 큰 입자 크기를 갖는 입자들을 포함하는 제2 및 제3 입자군을 포함하며, 또한 α와 β의 합은 γ보다 크고, α는 β보다 작으며, 여기에서 α, β 및 γ는 각각, 단위 면적에 기초한 제1 입자군의 총 면적비, 제2 입자군의 총 면적비, 및 제3 입자군의 총 면적비인 조건을 만족시키기 때문에, 상기 구리 합금은 고강도, 큰 굽힘성, 및 탁월한 스트레스 이완 내성이 제공될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 구리 합금을 사용함으로써, 내구성 및 유연성이 탁월한 터미날 및 커넥터, 리드 프레임 및 구리 합금 호일을 제공하는 것이 가능하다.

본 발명의 구리 합금의 제조 방법에 따르면, 적어도 지르코늄 (Zr)을 0.005 중량% 내지 0.5 중량%의 함량으로 포함하고, 용액 처리 (또는 열 롤링 처리)를 수행하는 제1 단계를 거친 구리 합금을 포함하는 기저 금속에 대해서, 90% 이상의 롤링 감소에서 냉 롤링을 수행하는 제2 단계가 수행되는 경우에, 롤링 감소가 증가되는 조건 하에서 롤링 방법에 의해서 기저 금속의 강도가 증가된다. 그러므로, 구리 합금을 포함하는 기저 금속의 강도 및 신장도는 가능한 한 증가될 수 있으며, 결과적으로, 우수한 굽힘성을 갖는 구리 합금이 제조될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 통상적인 롤링 방법에 의해서 구리 합금의 강도를 증가시키는 경우에 롤링 감소를 증가시키는 기술을 사용함에 있어서 포함되는 문제를 해결하는 것이 가능한데, 즉, 높은 롤링 감소가 처리된 구리 합금의 강도를 증가시키지만, 신장도를 감소시킴으로써, 좋지 않은 굽힘성을 야기하는 문제점을 해결하는 것이 가능하다. 상기 언급한 두 단계들은 기존의 대규모 생산 설비에 적용될 수 있으며, 따라서 강도 및 신장도에 있어서 우수한 밸런스를 갖고, 또한 우수한 굽힘성을 갖는 구리 합금의 대규모 생산에 기여한다.

본 발명은 터미날, 커넥터, 리드 프레임, 및 구리 합금 호일로서 이용되는 경우에 우수한 굽힘 특성들을 나타내는 구리 합금 및 그 제조 방법에 적용될 수 있다.

더욱 구체적으로는, 본 발명의 구리 합금은 강도 및 신장도에 있어서 탁월하며, 우수한 굽힘성을 갖고, 스트레스 이완 내성에 있어서도 탁월하다. 그러므로, 이러한 구리 합금은, 내구성 및 유연성에 있어서 탁월한 터미날, 커넥터, 리드 프레임 및 구리 합금 호일을 제조하는데 효과적이다. 구리 합금으로 제조된 터미날은 상대적으로 고온에서 대기 중 사용되는 전기 및 전자 설비들 및 진동 내성이 요구되는 설비들에 높은 전기적 연결 안정성을 부여하는데, 이는 상기 터미날이 열 내성에 있어서 탁월하고, 충격 내성을 완화하는 효과를 발휘할 수 있기 때문이다.

본 발명의 구리 합금을 제조하는 방법은 기존의 대규모 제조 시설에 적용될 수 있으며, 따라서 대규모 생산성을 가지며, 또한 단일 단계의 냉 롤링 처리를 필요로 하므로 (반면에 통상적인 방법은 2 단계 냉 롤링 처리들을 필요로 한다), 뚜렷한 비용 감소를 가능하게 하고, 따라서 본 발명의 방법은 구리 합금의 비용 감소에 기여한다.

Claims

적어도 0.005 중량% 내지 0.5 중량% 함량의 지르코늄 및 잔부의 구리를 포함하고;

1.5 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 입자들을 포함하는 제1 입자군,

1.5 ㎛ 초과 7 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖고, 일 방향으로 신장된 형태를 갖는 입자들을 포함하는 제2 입자군, 및

7 ㎛ 이상의 입자 크기를 갖는 입자들을 포함하는 제3 입자군을 포함하며;

α와 β의 합은 γ보다 크고, α는 β보다 작으며, 여기에서 α, β 및 γ는 각각, 단위 면적에 기초한 제1 입자군의 총 면적비, 제2 입자군의 총 면적비, 및 제3 입자군의 총 면적비로서, α는 0.02 내지 0.40이며, β는 0.40 내지 0.70이고, α+β+γ=1이며;

상기 제2 및 제3 입자군들의 종횡비에 대한 평균값은 0.24 내지 0.45이며, 여기에서 a는 장축 방향의 길이이고, b는 단축 방향의 길이라고 할 경우에, 종횡비는 제2 및 제3 입자군들을 구성하는 입자들에서 b를 a로 나누어서 얻어지는 값인 것을 특징으로 하는 내구성 및 유연성이 탁월한 전기 및 전자 설비용 구리 합금.
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제1항에 있어서,

랜덤 배향에 대한 결정 배향 {110}<112>의 강도 비율은 10 이상이고, 랜덤 배향에 대한 결정화 배향 {112}<111>의 강도 비율은 20 이하인 것을 특징으로 하는 내구성 및 유연성이 탁월한 전기 및 전자 설비용 구리 합금.
제1항에 있어서,

크롬, 실리콘, 마그네슘, 알루미늄, 철, 티타늄, 니켈, 인, 주석, 아연, 칼슘 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 또는 그 이상의 종류의 원소들을 0.001 중량% 내지 3.0 중량%의 함량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성 및 유연성이 탁월한 전기 및 전자 설비용 구리 합금.
제1항에 있어서,

크롬, 실리콘, 마그네슘, 알루미늄, 철, 티타늄, 니켈, 인, 주석, 아연, 칼슘 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 또는 그 이상의 종류의 원소들의 산화물, 탄소 및 산소로부터 선택된 하나 이상을, 0.0005 중량% 내지 0.005 중량%의 함량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성 및 유연성이 탁월한 전기 및 전자 설비용 구리 합금.
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