KR100878165B1

KR100878165B1 - 전자 재료용 Ｃｕ-Ｎｉ-Ｓｉ 계 구리 합금, 이 구리 합금을 이용한 신동품 및 이 구리 합금을 이용한 전자 기기 부품

Info

Publication number: KR100878165B1
Application number: KR1020070027528A
Authority: KR
Inventors: 나오히코 에라; 가즈히코 후카마치; 히로시 구와가키
Original assignee: 닛코 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2009-01-12
Also published as: KR20080086000A

Abstract

과제

Cr 첨가의 효과를 보다 양호하게 발휘시킴으로써 비약적으로 특성이 향상된 콜슨계 합금을 제공한다.

해결수단

Ni : 2.5 ∼ 4.5질량%, Si : 0.50 ∼ 1.2질량%, Cr : 0.0030 ∼ 0.2질량% 를 함유하고 (단, Ni 와 Si 의 중량비가 3≤Ni/Si≤7 이다.), 잔부 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 구리 합금으로서, 탄소의 양이 50질량ppm 이하인 전자 재료용 구리 합금.

구리 합금

Description

전자 재료용 Ｃｕ-Ｎｉ-Ｓｉ 계 구리 합금, 이 구리 합금을 이용한 신동품 및 이 구리 합금을 이용한 전자 기기 부품 {COPPER-NICKEL-SILICON BASED COPPER ALLOY FOR ELECTRONIC MATERIAL, WROUGHT COPPER AND COPPER ALLOY USING THEREOF AND ELECTRONIC DEVICE PART USING THEROF}

도 1 은 Ni, Si 및 Cr 을 규정 범위 내에서 동일한 함유량으로 하면서, 탄소량을 규정 범위로 한 경우와, 탄소량이 규정 범위 이외인 경우에 대하여 YS 를 가로축으로, EC 를 세로축으로 하여 플롯한 도면이다.

[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2001-207229호

[특허 문헌 2] 일본 특허 제2862942호

[특허 문헌 3] 일본 특허 제3049137호

본 발명은 석출 경화형 구리 합금에 관한 것으로서, 특히 각종 전자 기기 부품에 이용하기에 적합한 Cu-Ni-Si 계 구리 합금에 관한 것이다.

리드 프레임, 커넥터, 핀, 단자, 릴레이, 스위치 등의 각종 전자 기기 부품에 사용되는 전자 재료용 구리 합금에는, 기본 특성으로서 고강도 및 고도전성 (또는 열전도성) 을 양립시키는 것이 요구된다. 최근, 전자 부품의 고집적화 및 소형화·박육화가 급속히 진행되어, 이것에 대응하여 전자 기기 부품에 사용되는 구리 합금에 대한 요구 레벨은 점점 고도화되고 있다.

고강도 및 고도전성의 관점에서, 최근, 전자 재료용 구리 합금으로서 종래의 인청동, 황동 등으로 대표되는 고용 강화형 구리 합금에 대체하여, 석출 경화형 구리 합금의 사용량이 증가하고 있다. 석출 경화형 구리 합금에서는, 용체화 처리된 과포화 고용체를 시효 처리함으로써, 미세한 석출물이 균일하게 분산되어, 합금의 강도가 높아짐과 동시에, 구리 중의 고용 원소량이 감소하여 전기 전도성이 향상된다. 이 때문에, 강도, 스프링성 등의 기계적 성질이 우수하고, 게다가 전기 전도성, 열전도성이 양호한 재료를 얻을 수 있다.

석출 경화형 구리 합금 중, 일반적으로 콜슨계 합금이라 불리는 Cu-Ni-Si 계 구리 합금은 비교적 높은 도전성, 강도, 응력 완화 특성 및 굽힘 가공성을 겸비하는 대표적인 구리 합금으로서, 업계에서 현재 활발히 개발이 이루어지고 있는 합금의 하나이다. 이 구리 합금에 있어서, 구리 매트릭스 중에 미세한 Ni-Si 계 금속간 화합물 입자를 석출시킴으로써 강도와 도전율의 향상이 도모된다.

Ni-Si 계 금속간 화합물 입자의 석출물은 일반적으로 화학량론 조성으로 구성되어 있고, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2001-207229호에서는 합금 중의 Ni 와 Si 의 질량비를 금속간 화합물인 Ni₂Si 의 질량 조성비 (Ni 의 원자량×2 : Si 의 원자량×1) 에 근접시킴으로써, 즉 Ni 와 Si 의 중량 농도비를 Ni/Si=3 ∼ 7 로 함으로써 양호한 전기 전도성을 얻을 수 있는 것이 기재되어 있다.

또한, Cu-Ni-Si 계 합금에는 합금 원소로서 Cr 이 첨가되는 경우가 있다. 일본 특허 제2862942호에는, Ni : 1.5 ∼ 4.0질량%, Si : 0.35 ∼ 1.0질량%, 임의적으로, Zr, Cr, Sn 의 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 : 0.05 ∼ 1.0질량%, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 이루어지는 콜슨 합금을 가열 (또는 냉각) 할 때에, 400 ∼ 800℃ 의 온도역에서는, 상기 콜슨 합금의 인장 열 변형이 1×10^-4 이하가 되도록 상기 콜슨 합금을 가열 (또는 냉각) 하는 것을 특징으로 하는 콜슨 합금의 열처리 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 의하면 열처리시의 주괴(鑄塊) 균열을 방지할 수 있다고 되어 있다.

일본 특허 제3049137호에는, Ni : 2 ∼ 5질량%, Si : 0.5 ∼ 1.5질량%, Zn : 0.1 ∼ 2질량%, Mn : 0.01 ∼ 0.1질량%, Cr : 0.001 ∼ 0.1질량%, Al : 0.001 ∼ 0.15질량%, Co : 0.05 ∼ 2질량% 를 함유하고, 불순물 성분인 S 의 함유량을 15ppm 이하로 규제하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 굽힘 가공성이 우수한 고력(高力) 구리 합금이 기재되어 있다. 이 발명에 의하면, Cr 은 주괴의 입계를 강화시키고, 열간 가공성을 높이는 원소라고 되어 있다. 또한, 0.1질량% 를 초과하여 Cr 이 함유되면 용탕이 산화되고, 주조성이 열화되는 것으로 되어 있다. 그 외, 그 구리 합금은 크립톨로에 있어서 대기 중에서 목탄 피복하에서 용해시켜 주조하는 것이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2001-207229호에 기재된 바와 같이 Ni 와 Si 의 중량 농 도비를 Ni/Si=3 ∼ 7 로 제어하면 특성 개선이 도모되지만, 비교적 높은 도전율을 유지한 상태에서 고강도를 유지시키는 것은 곤란하였다. Ni 와 Si 의 중량 농도를 증가시키면 고강도를 얻을 수 있지만, 도전율이 저하된다. 나아가서는 열간 가공성도 저하되고, 수율이 저하되기 때문에 경제적이지 않다. 이와 같이, Ni-Si 의 첨가량을 조정하여 성분 제어를 엄밀하게 실시하여도 비약적인 특성 개선은 어렵다.

일본 특허 제2862942호에는 Cr 첨가의 효과에 대하여 기재도 시사도 없다. 또한, 그 문헌에 기재된 방법에서는 주괴가 대형화되면 승강 온도의 제어가 곤란해진다. 따라서, 온도 제어에 의한 것 이외의 방법에 따라, 특히 합금 원소의 고유 작용에 근거한 Cu-Ni-Si 계 합금 특성의 개선에 의해 주괴 분열을 방지할 수 있으면 더욱 바람직하다.

일본 특허 제3049137호에는 Cr 은 열간 가공성을 높인다는 기재는 있지만, 그 외의 작용에 대해서는 기재가 없다. 또한, Cr 첨가에 의한 특성 향상 효과를 발휘시키기 위한 농도 조건에 대해서는 기재가 있지만, 그 외의 조건에 대해서는 기재가 없다.

그래서, 본 발명의 과제 중 하나는 비약적으로 특성이 향상된 콜슨계 합금을 제공하는 것에 있다. 보다 상세하게는, Cr 첨가의 효과를 보다 양호하게 발휘시킴으로써 비약적으로 특성이 향상된 콜슨계 합금을 제공하는 것에 있다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 실시한 결과, Cr 은 일정한 조건하에 있어서 콜슨계 합금의 강도 및 도전율의 향상에 대하여 현저한 영향을 미치는 것을 알았다. 특히, 본 발명자는 Cr 과 탄소의 관계에 주목하기에 이르러, 콜슨계 합금 중의 함유 탄소량을 제어함으로써 그 효과를 보다 양호하게 도출할 수 있음을 알아내었다.

본 발명은 이러한 지식을 기초로 하여 완성된 것이고, 일 측면에서 볼 때, Ni : 2.5 ∼ 4.5질량%, Si : 0.50 ∼ 1.2질량%, Cr : 0.0030 ∼ 0.2질량% 를 함유하고 (단, Ni 와 Si 의 중량비가 3≤Ni/Si≤7 이다.), 잔부 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 구리 합금으로서, 탄소의 양이 50질량ppm 이하인 전자 재료용 구리 합금이다.

또한, 본 발명에 관련되는 전자 재료용 구리 합금은 일 실시양태에 있어서, 추가로 Mg, Mn, Sn 및 Ag 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 총량으로 0.5질량% 이하 함유할 수 있다.

또한, 본 발명에 관련되는 전자 재료용 구리 합금은 다른 일 실시양태에 있어서, 추가로 Zn, P, As, Sb, Be, B, Ti, Zr, Al, Co 및 Fe 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 총량으로 2.0질량% 이하 함유할 수 있다.

또한, 본 발명은 또 다른 일 측면에서 볼 때, 상기 구리 합금을 이용한 신동품(伸銅品)이다.

또한, 본 발명은 또 다른 일 측면에서 볼 때, 상기 구리 합금을 이용한 전자 기기 부품이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

Ni 및 Si 의 첨가량

Ni 및 Si 는 적절하게 열처리함으로써 금속간 화합물로서 니켈실리사이드 (Ni₂Si 등) 를 형성하여, 도전율을 열화시키지 않고 고강도화가 도모된다. Si 와 Ni 의 중량비는 상기 기술한 바와 같이 양론 조성에 가까운 3≤Ni/Si≤7 이 바람직하고, 3.5≤Ni/Si≤5.0 이 보다 바람직하다.

그러나, Ni/Si 가 상기 범위의 비를 갖고 있어도 Si 첨가량이 0.5질량% 미만에서는 원하는 강도를 얻지 못하고, 1.2질량% 를 초과하면 고강도화는 도모되지만 도전율이 현저히 저하되고, 나아가서는 편석부에서 액상을 생성하여 열간 가공성이 저하되므로 바람직하지 않다. 그래서, Si : 0.5 ∼ 1.2질량% 로 하면 되고, 바람직하게는 0.5 ∼ 0.8질량% 이다.

Ni 첨가량은 Si 첨가량에 따라 상기의 바람직한 비를 만족하도록 설정하면 되고, Si 첨가량과 밸런스를 맞추기 위하여 Ni : 2.5 ∼ 4.5질량% 로 하면 되고, 바람직하게는 Ni : 3.2 ∼ 4.2질량%, 보다 바람직하게는 Ni : 3.5 ∼ 4.0질량% 이다.

Cr 의 첨가량

통상의 Cu-Ni-Si 계 합금에 있어서는 Ni-Si 농도를 상승시키면, 석출 입자의 총수가 증가하므로, 석출 강화에 의한 강도 상승이 도모된다. 한편, 첨가 농도 상승에 수반하여, 석출에 기여하지 않는 고용량도 늘어나므로, 도전율은 저하되고, 결국 시효 석출의 피크 강도는 상승하지만, 피크 강도가 되는 도전율은 저하된다. 그러나, 상기 Cu-Ni-Si 계 합금에 Cr 을 0.003 ∼ 0.2질량%, 바람직하게는 0.01 ∼ 0.1질량% 첨가하면 최종 특성에 있어서, 동일한 Ni-Si 농도를 갖는 Cu-Ni-Si 계 합금과 비교하여 강도를 저해하지 않고 도전율을 상승시킬 수 있고, 나아가 열간 가공성이 개선되어 수율이 높아진다.

Cr 은 용해 주조시의 냉각 과정에 있어서 결정 입계에 우선 석출되기 때문에 입계를 강화시킬 수 있고, 열간 가공시의 균열이 잘 발생하지 않게 되어, 수율 저하를 억제할 수 있다. 또한, Cr 은 적당한 열처리를 실시함으로써 구리 모상(母相) 중에서 Si 와의 화합물인 크롬실리사이드 (Cr₃Si 등) 를 용이하게 석출 할 수 있기 때문에, 용체화 처리, 냉연, 시효 처리를 조합하여 합금 특성을 만드는 공정에서 Ni₂Si 등으로서 석출되지 않았던 고용 Si 성분을 Cr₃Si 등으로서 석출시킬 수 있다. 이 때문에, 고용 Si 에 의한 도전율의 저하를 억제하여, 강도를 저해하지 않고 도전율의 상승을 도모할 수 있다.

즉, 용해 주조시에 입계 석출된 Cr 은 용체화 처리 등으로 재고용되지만, 이어지는 시효 석출시에 규화물을 생성한다. 통상의 Cu-Ni-Si 계 합금에서는 첨가한 Si 양 중, 시효 석출에 기여하지 않았던 Si 는 모상에 고용된 채로 도전율의 상승을 억제하지만, 규화물 형성 원소인 Cr 을 첨가하여, 규화물을 추가로 석출시킴으로써, 종래의 Cu-Ni-Si 계 합금에 비해, 고용 Si 양을 저감할 수 있고, 강도를 저해하지 않고 도전율을 상승시킬 수 있다.

단, 0.003질량% 미만에서는 그 효과가 작고, 0.2질량% 를 초과하면 열간 압 연 중에 강화에 기여하지 않는 조대한 개재물이 되기 쉽다. 또한, 최종 특성에 있어서 Cr-Si 계 석출물의 가공 경화능은 작고, Cr 을 과잉으로 첨가하는 경우에는 강화에 기여하지 않는 Cr-Si 화합물을 증가시켜, 가공성 및 도금성이 손상되기 때문에 바람직하지 않다.

함유 탄소량

Ni-Si 계 합금을 용해 주조하는 경우에는 활성 금속인 Si 의 산화를 억제하기 때문에, 환원성 분위기에서의 용해 주조를 실시하는 것이 통상적이다. 대기에서 용해 주조하는 경우에는, 용탕을 피복하기 위해 목탄이나 카본 플럭스 등, 탄소 성분을 많이 함유한 부재를 사용하는 경우가 많다. 그 때문에, 주조된 합금에는 불순물로서 C 가 비교적 많이 함유되게 된다.

그러나, Cr 은 구리 용탕 중에서의 탄화물 형성능이 높고, 탄화물이 생성되면 응고시에 입계 석출되는 Cr 양이 저하되어 입계 강화 작용이 약해져, 수율 개선 효과를 해친다. 일단 생성된 Cr 계 탄화물은 용체화 처리로 고용시키는 것은 곤란하고, 시효 석출에 기여하는 Cr 양이 저감될 뿐만 아니라, 굽힘 가공성이나 도금성을 저해하기 때문에, 최종 특성을 크게 해친다.

본 발명자는 극미량 함유되는 C 가 Cr 첨가에 의한 Cu-Ni-Si 계 합금의 특성 향상 효과에 크게 영향을 미치기 때문에, 용해 주조시의 탄소량을 엄밀하게 제어해 둘 필요성을 찾아내었다. 또한, 함유 탄소량이 50질량ppm 이하이면 열간 가공성을 저해하지도 않고, 도전율 상승에 기여하는 Cr₃Si 등을 저해하는 경우도 거의 없음을 알게 되었다.

함유 탄소량을 상기 범위로 제어하는 방법에는, 예를 들어, 유분(油分) 부착 원료의 저감, 원료 용해 후의 교반, 목탄 피복량의 조정, 활성 금속의 산화를 방지하기 위하여 용해 중의 용탕 표면을 목탄 피복하는 것이 아니라, 아르곤 등의 불활성 가스에 의해 덮는 것, 나아가서는 진공 용해법 등의 방법을 들 수 있다. 이로써 합금 중의 탄소의 함유량을 50질량ppm 이하로 할 수 있고, 40질량ppm 이하, 30질량ppm 이하, 나아가 25질량ppm 이하로 할 수도 있다. 본 발명에 관련되는 Cu-Ni-Si 계 합금의 함유 탄소량은 예를 들어 10 ∼ 30질량ppm 이다.

이 점에 대하여, 상기 기술한 특허 제3049137호에는 Cr 이 탄화물이나 산화물 등을 형성하고, 입계 석출에 기여하는 Cr 농도가 격감된 경우의 효과에 대한 언급이 없다.

Mg, Mn, Sn 및 Ag

본 발명에 관련되는 Cu-Ni-Si 계 합금에 Mg, Mn, Sn 및 Ag 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 총량으로 0.5질량% 이하 첨가함으로써 강도, 도전율을 크게 저해하지 않고 응력 완화 특성 등을 개선할 수 있다. 그 첨가량은 0.01질량% 미만에서는 효과가 부족하고, 0.5질량% 를 초과하면 주조성, 열간 가공성 등의 제조성, 제품의 도전율을 저해하기 때문에 0.01 ∼ 0.5질량% 첨가하는 것이 바람직하다.

그 외의 첨가 원소

Zn, P, As, Sb, Be, B, Ti, Zr, Al, Co 및 Fe 는 소정량을 첨가함으로써 여 러가지 효과를 나타내지만, 서로 보완하여, 강도, 도전율뿐만 아니라 굽힘 가공성, 도금성이나 주괴 조직의 미세화에 의한 열간 가공성의 개선과 같은 제조성도 개선하는 효과도 있으므로 본 발명에 관련되는 Cu-Ni-Si 계 합금에 이들의 1 종 또는 2 종 이상이 요구되는 특성에 따라 총량을 2.0질량% 이하로 하여 적절히 첨가할 수 있다. 그 첨가량은, 이들 원소의 총량이 0.001질량% 미만이면 원하는 효과를 얻지 못하고, 2.0질량% 를 초과하면 도전율의 저하나 제조성의 열화가 현저해지므로 총량으로 0.001 ∼ 2.0질량% 로 하는 것이 바람직하고, 0.01 ∼ 1.0질량% 로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명에 관련되는 Cu-Ni-Si 계 합금의 특성에 악영향을 주지 않는 범위에서 본 명세서에 구체적으로 기재되어 있지 않은 원소가 첨가되어도 된다.

다음으로 본 발명의 제조 방법에 관하여 설명한다. 본 발명에 관련되는 Cu-Ni-Si 계 합금은 함유 탄소량을 제어하는 것을 제외하고, Cu-Ni-Si 계 합금의 관례의 제조 방법으로 제조 가능하며, 당업자이면 조성이나 요구되는 특성에 따라 최적인 제법을 선택할 수 있기 때문에, 특별한 설명을 필요로 하지 않겠지만, 이하에서 예시 목적을 위한 일반적인 제조 방법을 설명한다.

우선 대기 용해로를 이용하여, 전기동, Ni, Si, Cr 등의 원료를 용해하여, 원하는 조성의 용탕을 얻는다. 그리고, 이 용탕을 잉곳 (ingot) 에 주조한다. 이 때 투입 원료 중의 유분 조정, 목탄 피복량의 조정, 환원 분위기 가스 도입의 제어법, 용탕 교반 등에 의해 함유 탄소량을 제어한다. 그 후, 열간 압연을 실시하고, 냉간 압연과 열처리를 반복하여, 원하는 두께 및 특성을 갖는 조(條) 나 박(箔) 으로 마무리한다. 열처리에는 용체화 처리와 시효 처리가 있다. 용체화 처리에서는, 700 ∼ 1000℃ 의 고온으로 가열하여, Ni-Si 계 화합물이나 Cr-Si 계 화합물을 Cu 매트릭스 중에 고용시키고, 동시에 Cu 매트릭스를 재결정시킨다. 용체화 처리를 열간 압연으로 겸하는 경우도 있다. 시효 처리에서는 350 ∼ 550℃ 의 온도 범위에서 1시간 이상 가열하여, 용체화 처리로 고용시킨 Ni 및 Si 의 화합물과 Cr 및 Si 의 화합물을 미세 입자로서 석출시킨다. 이 시효 처리에 의하여 강도와 도전율이 상승한다. 보다 높은 강도를 얻기 위해서, 시효 전 및/또는 시효 후에 냉간 압연을 실시하는 경우가 있다. 또한, 시효 후에 냉간 압연을 실시하는 경우에는, 냉간 압연 후에 변형 제거 소둔 (저온 소둔) 을 실시하는 경우가 있다.

본 발명에 관련되는 Cu-Ni-Si 계 구리 합금은 일 실시형태에 있어서, 0.2% 내력이 780MPa 이상이고 또한 도전율을 45%IACS 이상으로 할 수 있고, 나아가 0.2%내력이 860MPa 이상이고 또한 도전율을 43%IACS 이상으로 할 수 있다. 나아가 0.2% 내력이 890MPa 이상이고 또한 도전율을 40%IACS 이상으로 할 수도 있다.

본 발명에 관련되는 Cu-Ni-Si 계 합금은 각종의 신동품, 예를 들어 판, 조, 관, 봉 및 선으로 가공할 수 있고, 또한, 본 발명에 의한 Cu-Ni-Si 계 구리 합금은, 높은 강도 및 높은 전기 전도성 (또는 열전도성) 을 양립시키는 것이 요구되는 리드 프레임, 커넥터, 핀, 단자, 릴레이, 스위치, 2 차 전지용 박재 등의 전자기기 부품에 사용할 수 있다.

실시예

이하에 본 발명의 구체예를 나타내지만, 이들 실시예는 본 발명 및 그 이점을 보다 용이하게 이해하기 위해서 제공하는 것으로서, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 이용하는 구리 합금은 표 1 에 나타내는 바와 같이 Ni, Si 및 Cr 의 함유량을 몇 가지로 변화시킨 구리 합금에 적절하게 Mg, Mn, Sn, Ag, Ti, Fe, B 및 Co 를 첨가한 조성을 갖는다. 또, 비교예에 이용하는 구리 합금은, 각각 본 발명의 범위 이외의 파라미터를 갖는 Cu-Ni-Si 계 합금이다.

표 1 에 기재된 각종 성분 조성의 구리 합금을, 고주파 용해로에서 1300℃ 로 용해 제조하고, 두께 30㎜ 의 잉곳으로 주조하였다. 이 때, 투입 원료 중의 유분 조정, 목탄 피복량의 조정, 환원 분위기 가스 도입의 제어법, 용탕 교반 등에 의해 탄소량을 제어하였다. 이어서, 이 잉곳을 1000℃ 에서 가열한 후, 판 두께 10㎜ 까지 열간 압연하여, 신속하게 냉각을 실시하였다. 표면의 스케일 제거를 위해 두께 8㎜ 까지 면삭(面削) 을 행한 후, 냉간 압연에 의해 두께 0.2㎜ 의 판으로 하였다. 다음으로 Ni 및 Cr 의 첨가량에 따라 850 ∼ 1000℃ 에서 용체화 처리를 120초 실시하고, 이것을 즉시 수냉하였다. 그 후 0.1㎜ 까지 냉간 압연하여, 마지막에 첨가량에 따라 400 ∼ 550℃ 에서 각 1 ∼ 12시간 동안 불활성 분위기 중에서 시효 처리를 행하여, 시료를 제조하였다.

이와 같이 하여 얻어진 각 합금에 대하여 강도 및 도전율의 특성 평가를 실시하였다. 강도에 대해서는 압연 평행 방향에서의 인장 시험을 실시하여 0.2% 내력 (YS ; MPa) 을 측정하고, 도전율 (EC ; %IACS) 에 대해서는 W 브릿지에 의한 체적 저항률 측정에 의해 구하였다.

굽힘 가공성의 평가는 W 자형의 금형을 이용하여 시료 판 두께와 굽힘 반경의 비가 1 이 되는 조건으로 90˚ 굽힘 가공하였다. 평가는 굽힘 가공부 표면을 광학 현미경으로 관찰하여, 크랙이 관찰되지 않은 경우를 실용상 문제 없다고 판단하여 ○ 로 하고, 크랙이 확인된 경우를 × 로 하였다.

탄소의 함유량은 금속 시료를 고주파 연소시키고, 금속 시료 중의 탄소를 LECO 사 제조 CS-400 을 이용하여 고주파 융해-적외선 흡수법으로 정량 분석하여 측정하였다.

Ni : 2.7질량%, Si : 0. 6질량 % 를 함유하는 Cu- Ni - Si 계 합금

실시예 1 ∼ 7 및 비교예 1, 3, 5 및 9 는 Ni : 2.7질량%, Si : 0.6질량% 를 함유하는 점에서 공통된다.

실시예 1 부터 3 까지 순서대로 Cr 의 함유량을 증가시켜 가면 EC 의 감소가 가능한 한 억제되면서 YS 가 향상되어 가는 것을 알았다.

실시예 4 ∼ 7 에서는 추가로 Mg, Mn, Sn 및 Ag 를 첨가함으로써 더욱 YS 의 향상이 도모되는 것을 알았다.

그러나, 비교예 1 은 Cr 을 함유하지 않기 때문에 고용 Si 가 많아지고 EC 가 저하되어, 열간 압연시에 경미한 균열을 일으켰다.

비교예 3 은 Cr 을 함유하지만 규정량보다 적기 때문에 그 효과가 불충분하고, 역시 고용 Si 가 많아지고 EC 가 저하되어, 열간 압연시에 경미한 균열을 일으켰다.

비교예 5 는 비교예 3 과 마찬가지로 Cr 함유량이 적고, 또한 C 함유량도 규정량보다 많다. 그 때문에, 열간 압연시에 평가 불가능이 될 정도의 균열을 일으켰다.

비교예 9 는 Cr 함유량이 규정량보다 많기 때문에 조대 Cr 입자가 생성되고, 열간 압연시에 경미한 균열을 일으킴과 함께 굽힘 가공성도 나빴다.

Ni : 4.0질량%, Si : 0.9질량%를 함유하는 Cu- Ni - Si 계 합금

실시예 8 ∼ 16 및 비교예 2, 4, 6 ∼ 8 및 10 ∼ 13 은 Ni : 4.0질량%, Si : 0.9질량% 를 함유하는 점에서 공통된다.

실시예 8 부터 11 까지 순서대로 Cr 의 함유량을 증가시켜 가면 EC 의 감소가, 가능한 한 억제되면서 YS 가 향상되어 가는 것을 알았다. 또, 실시예 1 ∼ 7 보다 Ni 및 Si 의 함유량이 많기 때문에 YS 가 높고, 그에 따라 EC 가 낮다.

실시예 12 ∼ 15 에서는, 추가로 Mg, Mn, Sn 및 Ag 를 첨가함으로써 더욱 YS 의 향상이 도모되는 것을 알았다.

실시예 16 에서는, 그 이외의 첨가 원소로서 Ti 및 Fe 를 첨가하였지만, 이 경우도 YS 의 향상이 도모되는 것을 알 수 있다.

그러나, 비교예 2 는 Cr 을 함유하지 않기 때문에 고용 Si 가 많아지고 EC 가 저하되어, 열간 압연시에 경미한 균열을 일으켰다.

비교예 4 는 Cr 을 함유하지만 규정량보다 적기 때문에 그 효과가 불충분하고, 역시 고용 Si 가 많아지고 EC 가 저하되어, 열간 압연시에 경미한 균열을 일으켰다.

비교예 6 은 비교예 4 와 마찬가지로 Cr 함유량이 적고, 나아가 C 함유량도 규정량보다 많다. 그 때문에, 열간 압연시에 평가 불가능이 될 정도의 균열을 일으켰다.

비교예 7 및 8 은 C 함유량이 규정량보다 많기 때문에 Cr 의 탄화물이 생성되는 한편, 크롬실리사이드의 생성이 감소하여 고용 Si 가 많아지고 EC 가 저하되어, 열간 압연시에 경미한 균열을 일으켰다. 나아가 굽힘 가공성도 나빴다.

비교예 10 은 Cr 함유량이 규정량보다 많기 때문에 조대 Cr 입자가 생성되어, 열간 압연시에 경미한 균열을 일으킴과 함께 굽힘 가공성이 나빴다.

비교예 11 은 비교예 10 과 마찬가지로 Cr 함유량이 많고, 또한 C 함유량도 규정량보다 많았다. C 함유량이 규정량보다 많기 때문에 Cr 의 탄화물이 생성되는 한편, 크롬실리사이드의 생성이 감소되어 고용 Si 가 많아지고 EC 가 저하되었다. 나아가 굽힘 가공성도 나빴다.

비교예 12 및 13 은 Mg 및 Mn 을 규정량을 초과하여 첨가한 경우의 예이다. Mg 를 과잉으로 첨가한 비교예 12 에서는 주조 표면의 열화에 의해 열간 압연시에 균열을 일으켰기 때문에 평가 불가능이 되었다. Mn 을 과잉으로 첨가한 비교예 13 에서는 열간 압연시에 경미한 균열을 일으킴과 함께 EC 및 굽힘 가공성이 나빴다.

Ni : 4. 5질량 %, Si : 1. 0질량 % 를 함유하는 Cu- Ni - Si 계 합금

실시예 17 ∼ 20 은 Ni : 4.5질량%, Si : 1.0질량% 를 함유한다.

실시예 1 ∼ 16 보다 Ni 및 Si 의 함유량이 많기 때문에 YS 가 높고, 그에 따라 EC 가 낮다.

함유 탄소량의 영향

도 1 은 Ni, Si 및 Cr 을 규정 범위 내에서 동일한 함유량으로 하면서, 탄소량을 규정 범위로 한 경우 (실시예 9 및 10) 와, 탄소량이 규정 범위 이외인 경우 (비교예 7 및 8) 에 대하여 YS 를 가로축으로, EC 를 세로축으로 하여 플롯한 도면이다. 탄소의 함유량이 25질량ppm 정도 상이한 것만으로도 YS 및 EC 에 현저한 차이가 발생한 것을 알았다.

본 발명에 의하면 합금 원소인 Cr 첨가의 효과가 보다 양호하게 발휘되기 때문에, 강도 및 도전율이 현저하게 향상된 전자 재료용 콜슨계 구리 합금을 얻을 수 있다.

Claims

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Ni : 3.2 ∼ 4.2질량%, Si : 0.50 ∼ 1.2질량%, Cr : 0.0030 ∼ 0.2질량% 를 함유하고 (단, Ni 와 Si 의 중량비가 3≤Ni/Si≤7 이다.), 잔부 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 구리 합금이고, 탄소의 양이 16질량ppm ~ 50질량ppm 인 전자 재료용 Ｃｕ-Ｎｉ-Ｓｉ 계 구리 합금.
제 2 항에 있어서,

추가로 Mg, Mn, Sn 및 Ag 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 총량으로 0.5질량% 이하 함유하는 전자 재료용 Ｃｕ-Ｎｉ-Ｓｉ 계 구리 합금.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

추가로 Zn, P, As, Sb, Be, B, Ti, Zr, Al, Co 및 Fe 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 총량으로 2.0질량% 이하 함유하는 전자 재료용 구리 합금.
제 2 항 또는 제 3 항에 기재된 구리 합금을 이용한 신동품.
제 2 항 또는 제 3 항에 기재된 구리 합금을 이용한 전자 기기 부품.