KR101211984B1

KR101211984B1 - 전자 재료용 Ｃｕ-Ｎｉ-Ｓｉ 계 합금

Info

Publication number: KR101211984B1
Application number: KR1020097022449A
Authority: KR
Inventors: 나오히코 에라
Original assignee: 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2012-12-13
Also published as: CN101646792B; CN101646792A; EP2154257A1; JP4418028B2; JPWO2008123433A1; EP2154257A4; WO2008123433A1; EP2154257B1; TW200902732A; KR20090123017A; TWI395824B; US20100086435A1

Abstract

본 발명의 과제는, Cu-Ni-Si 계 합금에 있어서 Cr 첨가의 효과를 보다 잘 발휘시킴으로써 비약적인 특성의 향상, 즉 고강도?고도전성의 콜슨계 합금을 제공하는 것이다.

Ni：1.0 ～ 4.5 질량％, Si：0.50 ～ 1.2 질량％, Cr：0.0030 ～ 0.3 질량％ 를 함유하고 (단, Ni 와 Si 의 중량비가 3

Ni/Si

5.5 이다), 잔부 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 구리 합금으로서, 재료 중에 분산되는 크기가 0.1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 Cr-Si 화합물에 대해, 그 분산 입자 중의 Si 에 대한 Cr 의 원자 농도비가 1 ～ 5 이고, 그 분산 밀도가 1 × 10⁶ 개/㎟ 이하인 전자 재료용 구리 합금.

Description

전자 재료용 Ｃｕ-Ｎｉ-Ｓｉ 계 합금{CU-NI-SI-BASED ALLOY FOR ELECTRONIC MATERIAL}

본 발명은 석출 경화형 구리 합금에 관한 것으로, 특히 각종 전자 기기 부품에 사용하기에 바람직한 Cu-Ni-Si-Cr 계 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 진행되고, 이에 대응하여 전자 기기 부품에 사용되는 구리 합금에 대한 요구 레벨은 더욱 고도화되고 있다.

고강도 및 고도전성의 관점에서, 최근 전자 재료용 구리 합금으로서 종래의 인청동, 황동 등으로 대표되는 고용 강화형 구리 합금을 대신하여, 석출 경화형 구리 합금의 사용량이 증가하고 있다. 석출 경화형 구리 합금에서는, 용체화 처리된 과포화 고용체를 시효 처리함으로써, 미세한 석출물이 균일하게 분산되고, 합금의 강도가 높아짐과 동시에, 구리 중의 고용 원소량이 감소되고 전기 전도성이 향상된다. 이 때문에, 강도, 탄성 등의 기계적 성질이 우수하고, 또한 전기 전도성, 열전도성이 양호한 재료가 얻어진다.

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

Ni-Si 계 금속간 화합물 입자의 석출물은 화학량론 조성으로 일반적으로 구성되어 있고, 예를 들어, 특허 문헌 1 에서는 합금 중의 Ni 와 Si 의 질량비를 금속간 화합물인 Ni₂Si 의 질량 조성비 (Ni 의 원자량 × 2：Si 의 원자량 × 1) 에 근접하게 함으로써, 즉 Ni 와 Si 의 중량 농도비를 Ni/Si = 3 ～ 7 로 함으로써 양호한 전기 전도성이 얻어지는 것이 기재되어 있다.

그러나, 특허 문헌 1 에서 기재된 바와 같이 Ni 와 Si 의 질량비를 금속간 화합물인 Ni₂Si 의 질량 조성비 (Ni 의 원자량 × 2：Si 의 원자량 × 1) 에 근접하게 함으로써 특성 개선이 도모되지만, 현실적으로는 과잉의 Si 에 의해 약간의 도전율의 저하가 관찰된다.

그래서, Cr 등의 Si 와 화합물을 만드는 원소를 첨가하여, 과잉이 된 Si 와 화합시킴으로써 도전율을 높이는 것을 생각할 수 있다. Cr 은 그러한 원소의 하나로서, Cr 함유 Cu-Ni-Si 계 합금이 있다.

합금 원소로서 Cr 이 첨가된 Cu-Ni-Si 계 합금으로는 특허 문헌 2, 특허 문헌 3 에 기재된 것을 들 수 있다.

특허 문헌 2 에서는, Ni：1.5 ～ 4.0 중량％, Si：0.35 ～ 1.0 중량％, 수의적으로, Zr, Cr, Sn 의 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속：0.05 ～ 1.0 중량％, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 이루어지는 콜슨 합금을 가열 (또는 냉각) 시킬 때에 400 ～ 800 ℃ 의 온도역에서는, 상기 콜슨 합금의 인장열 변형이 1 × 10^-4 이하로 되도록 상기 콜슨 합금을 가열 (또는 냉각) 시키는 것을 특징으로 하는 콜슨 합금의 열처리 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 의하면, 열처리시의 주괴 (鑄塊) 균열을 방지할 수 있다고 되어 있다.

특허 문헌 3 에는, Ni：2 ～ 5 중량％, Si：0.5 ～ 1.5 중량％, Zn：0.1 ～ 2 중량％, Mn：0.01 ～ 0.1 중량％, Cr：0.001 ～ 0.1 중량％, Al：0.001 ～ 0.15 중량％, Co：0.05 ～ 2 중량％ 를 함유하고, 불순물 성분의 S 의 함유량을 15 ppm 이하로 규제하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 굽힘 가공성이 우수한 고력 구리 합금이 기재되어 있다. 이 발명에 의하면, Cr 은 주괴의 입계를 강화시켜, 열간 가공성을 높이는 원소라고 되어 있다. 또한, 0.1 중량％ 를 초과하여 Cr 이 함유되면 용탕이 산화되어, 주조성이 열화된다고 되어 있다. 그 밖에, 그 구리 합금은 크리프톨 노 (爐) 에 있어서 대기 중에서 목탄을 피복하여 용해 주조하는 것이 기재되어 있다.

또한, Cr 과 Si 의 화합물이라는 관점에서는 특허 문헌 4 를 들 수 있다. 특허 문헌 4 에는, Cr：0.1 ～ 0.25 중량％, Si：0.005 ～ 0.1 중량％, Zn：0.1 ～ 0.5 중량％, Sn：0.05 ～ 0.5 중량％ 를 함유하고, Cr 과 Si 의 중량비가 3 ～ 25 이며 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 이루어지는 구리 합금에 있어서, 구리 모상(母相) 중에 0.05 ㎛～ 10 ㎛ 의 크기를 갖는 CrSi 화합물이 1 × 10³ ～ 5 × 10⁵ 개/㎟ 의 개수 밀도로 존재하고, 또한 Cr 화합물 (CrSi 화합물 이외) 의 크기를 10 ㎛ 이하로 하는 에칭 가공성 및 펀칭 가공성이 우수한 전자 기기용 구리 합금에 대해, 주괴의 열간 가공 온도와 시효 열처리 온도가 기재되어 있다. 이 방법에 의하면, 에칭 가공성과 프레스 펀칭성의 쌍방을 바람직하게 사용할 수 있다고 되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2001-207229호

특허 문헌 2 : 일본 특허 제2862942호

특허 문헌 3 : 일본 특허 제3049137호

특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 2005-113180호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

최근의 전자 부품의 급속한 고집적화와 소형화?박육화에 있어서의 재료 특성의 비약적인 향상에 대한 요구는, 본 발명의 합금계인 Cr 함유 Cu-Ni-Si 계 합금도 마찬가지이다.

그러나, 특허 문헌 1 에서는 Cr 은 첨가되지 않았고, 현실적으로는, 과잉의 Ni, Si 에 의해 약간의 도전율의 저하가 관찰되어, 비약적인 특성의 향상에 이르지는 않았다. 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3 에서는 Cu-Ni-Si 계 합금에 Cr 을 첨가하고 있는데, 특허 문헌 2 에서는 첨가하여 고용 강화를 도모하고, 특허 문헌 3 에서는 열간 가공성을 높이는 것을 목적으로 하고 있어, 본 발명의 열쇠인 Cr-Si 화합물에 관한 기재는 눈에 띄지 않는다. 따라서, 이들의 특허 문헌으로부터 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 수단을 용이하게 상정시키는 것은 아니다.

특허 문헌 4 에서는, CrSi 화합물의 개수 밀도와 크기를 제어함으로써 에칭 가공성 및 펀칭 가공성을 개선한다는 기재는 있지만, Ni 가 첨가되어 있지 않은 점에서 Ni-Si 화합물의 형성을 고려하지 않고, Cr-Si 화합물 형성만의 조건을 생각하면 되어, 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 수단을 용이하게 상정시키는 것은 아니다.

그래서, 본 발명의 과제는, Cu-Ni-Si 계 합금에 있어서 Cr 첨가의 효과를 보다 잘 발휘시킴으로써 비약적인 특성의 향상, 즉 고강도?고도전성의 콜슨계 합금을 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 실시한 결과, 이하의 발명을 발견하였다. Cu-Ni-Si 계 합금에 있어서 Ni 에 대해 Si 가 과잉이 되는 조성으로 하고, Ni 첨가분의 Ni 실리사이드를 확실하게 석출시켜 고강도화시키는 한편, 과잉이 된 Si 를 첨가한 Cr 과의 화합물로서 생성시켜, 고도전화를 도모한다. 그리고 본 발명의 중요한 포인트는, Cr 과 Si 의 화합이 지나치게 성장하여, Ni 와 화합해야 할 Si 가 부족하지 않도록 Cr-Si 화합물의 성장을 제어하는 것에 있다. 구체적으로는, 본 발명자는 Cr-Si 화합물의 조성과 크기, 개수 밀도에 주목하기에 이르렀고, 열처리 공정의 온도와 냉각 속도를 제어함으로써 그 효과를 보다 잘 이끌어낼 수 있다는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명은

(1) Ni：1.0 ～ 4.5 질량％, Si：0.50 ～ 1.2 질량％, Cr：0.003 ～ 0.3 질량％ 를 함유하고 (단, Ni 와 Si 의 중량비가 3

Ni/Si

5.5 이다), 잔부 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 전자 재료용 구리 합금으로서, 재료 중에 분산되는 크기가 0.1 ㎛～ 5 ㎛ 의 Cr-Si 화합물에 대해, 그 분산 입자 중의 Si 에 대한 Cr 의 원자 농도비가 1 ～ 5 이고, 그 분산 밀도가 1 × 10⁶ 개/㎟ 이하인 전자 재료용 구리 합금.

(2) 크기가 0.1 ㎛～ 5 ㎛ 의 Cr-Si 화합물에 대해, 그 분산 밀도가 1 × 10⁴ 개/㎟ 보다 높은 청구항 1 에 기재된 전자 재료용 구리 합금.

(3) 추가로 Sn 및 Zn 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 0.05 ～ 2.0 질량％ 함유하는 (1) 또는 (2) 에 기재된 전자 재료용 구리 합금.

(4) 추가로 Mg, Mn, Ag, P, As, Sb, Be, B, Ti, Zr, Al, Co 및 Fe 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 0.001 ～ 2.0 질량％ 함유하는 (1) ～ (3) 의 어느 한 항에 기재된 전자 재료용 구리 합금.

(5) (1) ～ (4) 의 어느 한 항에 기재된 구리 합금을 사용한 신동품 (伸銅品).

(6) (1) ～ (4) 의 어느 한 항에 기재된 구리 합금을 사용한 전자 기기 부품이다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 합금 원소인 Cr 첨가 효과가 보다 잘 발휘되기 때문에, 강도 및 도전율이 현저하게 향상된 전자 재료용 콜슨계 구리 합금이 얻어진다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

Ni 및 Si 의 첨가량

Ni 및 Si 는, 적당한 열처리를 실시함으로써 금속간 화합물로서 Ni 실리사이드 (Ni₂Si 등) 를 형성하여, 도전율을 열화시키지 않고 고강도화가 도모된다. Si 와 Ni 의 질량비는 상기 서술한 바와 같이 양론 조성에 가까운 3

Ni/Si

5.5 가 바람직하고, 3.5

Ni/Si

5.0 이 보다 바람직하다.

그러나, Ni/Si 가 상기 범위의 비를 가지고 있어도 Si 첨가량이 0.5 질량％ 미만에서는 원하는 강도가 얻어지지 않고, 1.2 질량％ 를 초과하면 고강도화는 도모되지만 도전율이 현저하게 저하되고, 나아가서는 편석부에서 액상을 생성시켜 열간 가공성이 저하되므로 바람직하지 않다. 그래서, Si：0.5 ～ 1.2 질량％ 로 하면 되고, 바람직하게는 0.5 ～ 0.8 질량％ 이다. Ni 첨가량은 Si 첨가량에 따라 상기의 바람직한 비를 만족시키도록 설정하면 되고, Si 첨가량과 밸런스를 취하기 위해서 Ni：2.5 ～ 4.5 질량％ 이면 되고, 바람직하게는 Ni：3.2 ～ 4.2 질량 ％, 보다 바람직하게는 Ni：3.5 ～ 4.0 질량％ 이다.

Cr 의 첨가량

통상적인 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 저하되어, 결국 시효 석출의 피크 강도는 상승하지만, 피크 강도가 되는 도전율은 저하된다. 그러나, 상기의 Cu-Ni-Si 계 합금에 Cr 을 0.003 ～ 0.3 질량％, 바람직하게는 0.01 ～ 0.1 질량％ 첨가하면 최종 특성에 있어서, 동일한 Ni-Si 농도를 갖는 Cu-Ni-Si 계 합금과 비교하여 강도를 손상시키지 않고 도전율을 상승시킬 수 있고, 또한 열간 가공성이 개선되어 수율이 높아진다.

Cu-Ni-Si 계 합금에 Cr 을 첨가한 경우에 석출되는 입자의 조성은 Cr 을 주성분으로 한 bcc 구조의 석출 입자를 단체 (單體) 석출하기 쉬운데, Si 와의 화합물도 석출되기 쉽다. Cr 은, 적당한 열처리를 실시함으로써 구리 모상 중에서 Si 와의 화합물인 크롬 실리사이드 (Cr₃Si 등) 를 용이하게 석출할 수 있기 때문에, 용체화 처리, 냉연, 시효 처리를 조합하여 합금 특성을 만드는 공정에 의해 Ni₂Si 등으로서 석출되지 않았던 고용 Si 성분을 Cr-Si 화합물로서 석출시킬 수 있다. 이 때문에, 고용 Si 에 의한 도전율의 저하를 억제하여, 강도를 손상시키지 않고 도전율의 상승을 도모할 수 있다.

이 때, Cr 입자 중의 Si 농도가 낮으면, 모상에 Si 가 잔류하기 때문에 도전 율이 저하되고, 한편 Cr 입자 중의 Si 농도가 높으면 Ni-Si 입자를 석출시키기 위한 Si 농도가 감소하기 때문에 강도가 저하된다. 또한, Cr 중의 Si 농도가 높은 경우에는, 조대한 Cr-Si 화합물이 증가하여 굽힘, 피로 강도 등이 열화된다. 나아가, 용체화 후의 냉각 속도를 서랭하거나 시효 열처리 시간을 과도하게 연장하거나 해도 Cr-Si 화합물이 조대화되고 Ni-Si 화합물을 형성하는 Si 농도가 감소하여, 강화에 기여하는 Ni-Si 화합물이 부족하다. 이것은 Cu 중에서의 Si 와 Cr 의 확산 속도가 Ni 보다 빠르기 때문에 Cr-Si 화합물은 조대화되기 쉽고, Cr-Si 화합물의 석출 속도는 Ni-Si 화합물의 석출 속도보다 빨라지기 때문이다.

따라서 용체화 후의 냉각 속도를 제어하여, 최대 강도가 될 때 시효 조건보다 고온, 장시간이 되는 조건을 회피하면, Cr-Si 화합물의 조성과 크기와 밀도를 제어할 수 있다. 따라서 Cr 농도를 0.003 질량％ 이상, 0.3 질량％ 로 하고, Cr-Si 화합물에 있어서의 Si 에 대한 Cr 의 원자 농도비를 1 ～ 5 로 하였다.

또한, Cr 은 용해 주조시의 냉각 과정에 있어서 결정 입계에 우선 석출되기 때문에 입계를 강화시킬 수 있어, 열간 가공시의 균열이 잘 발생하지 않게 되고, 수율 저하를 억제할 수 있다. 즉, 용해 주조시에 입계 석출된 Cr 은 용체화 처리 등에 의해 재고용되는데, 계속되는 시효 석출시에 규화물을 생성한다. 통상적인 Cu-Ni-Si 계 합금에서는 첨가한 Si 량 중, 시효 석출에 기여하지 않았던 Si 는 모상에 고용된 채로 도전율의 상승을 억제하는데, 규화물 형성 원소인 Cr 을 첨가하여, 규화물을 추가로 석출시킴으로써, 종래의 Cu-Ni-Si 계 합금에 비해 고용 Si 량을 저감시킬 수 있고, 강도를 손상시키지 않고 도전율을 상승시킬 수 있다.

Cr-Si 화합물의 크기, 분산 밀도

Cr-Si 화합물의 크기는 굽힘 가공성 및 피로 강도 등에 영향을 미치고, 이것이 5 ㎛ 를 초과하거나, 또는 0.1 ～ 5 ㎛ 의 Cr-Si 화합물의 분산 밀도가 1 × 10⁶ 개/㎟ 를 초과하는 경우에는 굽힘 가공성이나 피로 강도가 현저하게 열화된다. 또한 개수 밀도는 모상 중의 Si 농도의 과부족에 영향을 미치기 때문에, 큰 입자가 다수 개 분산된 상태에서는 원하는 강도 특성이 얻어지지 않는다. 따라서 분산 밀도의 상한은 1 × 10⁶ 개/㎟ 이하이면 되고, 바람직하게는 5 × 10⁵ 개/㎟ 이하, 보다 바람직하게는 1 × 10⁵ 개/㎟ 이하이면 된다. 또한, 1 × 10⁴ 개/㎟ 이하인 경우에는 Cr 첨가에 의한 개선 효과가 작기 때문에, 이것을 초과하는 것이 바람직하다.

Sn 및 Zn

본 발명에 관련된 Cu-Ni-Si 계 합금에 Sn 및 Zn 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 총량으로 0.05 ～ 2.0 질량％ 첨가함으로써 강도, 도전율을 크게 손상시키지 않고 응력 완화 특성 등을 개선할 수 있다. 그 첨가량은, 0.05 질량％ 미만에서는 효과가 부족하고, 2.0 질량％ 를 초과하면 주조성, 열간 가공성 등의 제조성, 제품의 도전율을 손상시키므로 0.05 ～ 2.0 질량％ 첨가하는 것이 바람직하다.

그 밖의 첨가 원소

Mg, Mn, Ag, P, As, Sb, Be, B, Ti, Zr, Al, Co 및 Fe 소정량을 첨가함으로 써 다양한 효과를 나타내는데, 서로 보완하여, 강도, 도전율뿐만 아니라 굽힘 가공성, 도금성이나 주괴 조직의 미세화에 의한 열간 가공성의 개선과 같은 제조성도 개선하는 효과도 있으므로 본 발명에 관련된 Cu-Ni-Si 계 합금에 이들 1 종 또는 2 종 이상이 요구되는 특성에 따라 총량을 2.0 질량％ 이하로 하여 적절히 첨가할 수 있다. 그 첨가량은, 이들 원소의 총량이 0.001 질량％ 미만이면 원하는 효과가 얻어지지 않고, 2.0 질량％ 를 초과하면 도전율의 저하나 제조성의 열화가 현저해지므로 총량으로 0.001 ～ 2.0 질량％ 로 하는 것이 바람직하고, 0.01 ～ 1.0 질량％ 로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에 관련된 Cu-Ni-Si 계 합금의 특성에 악영향을 미치지 않는 범위에서 본 명세서에 구체적으로 기재되지 않은 원소가 첨가되어도 된다.

다음으로 본 발명의 제조 방법에 관해서 설명한다. 본 발명에 관련된 Cu-Ni-Si 계 합금은, Ni-Si 화합물, Cr-Si 화합물을 제어하는 용체화 처리, 시효 처리의 조건을 제외하고, Cu-Ni-Si 계 합금의 관례의 제조 방법에 의해 제조 가능하며, 당업자이면 조성이나 요구되는 특성에 따라 최적 제법을 선택할 수 있기 때문에 특별한 설명을 필요로 하지 않는 것으로 생각되지만, 이하에 예시 목적을 위한 일반적인 제조 방법을 설명한다.

먼저 대기 용해로를 이용하여 전기 구리, Ni, Si, Cr 등의 원료를 용해시켜, 원하는 조성의 용탕을 얻는다. 그리고, 이 용탕을 잉곳으로 주조한다. 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 고온에서 가열하여, Ni-Si 계 화합물이나 Cr-Si 계 화합물을 Cu 모지 중에 고용시키고, 동시에 Cu 모지를 재결정시킨다. 용체화 처리를 열간 압연에서 겸하는 경우도 있다.

이 용체화 처리에서는, 가열 온도와 함께 냉각 속도도 중요하다. 종래는 가열 후의 냉각 속도를 제어하지 않았기 때문에, 가열로의 출구측에 수조를 형성하여 수랭으로 하거나, 대기 분위기에서의 공랭을 채용하였다. 이 경우에는 가열 온도의 설정에 의해 냉각 속도가 변동되기 쉬워, 종래의 냉각 속도는 1 ℃／초 이하 내지 10 ℃／초 이상의 범위에서 변동하고 있었다. 따라서, 본 발명예와 같은 합금계의 특성의 제어가 곤란하였다.

냉각 속도는, 1 ℃／초 내지 10 ℃／초의 범위가 바람직하다. 시효 처리에서는, 350 ～ 550 ℃ 의 온도 범위에서 1 h 이상, 전형적으로는 3 ～ 24 h 가열하고, 용체화 처리에 의해 고용시킨 Ni 및 Si 의 화합물과 Cr 및 Si 의 화합물을 미세 입자로서 석출시킨다. 이 시효 처리에 의해 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 왜취 (歪取) 소둔 (저온 소둔) 을 실시하는 경우가 있다.

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

본 발명에 관련된 Cu-Ni-Si 계 합금은 다양한 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 전자 기기 부품에 사용할 수 있다.

실시예

이하에 본 발명의 구체예를 나타내는데, 이들 실시예는 본 발명 및 그 이점을 보다 잘 이해하기 위해서 제공하는 것으로, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 사용하는 구리 합금은, 표 1 에 나타내는 바와 같이 Ni, Si 및 Cr 의 함유량을 몇가지 변화시킨 구리 합금에 적절하게 Sn, Zn, Mg, Mn, Co 및 Ag 를 첨가한 조성을 갖는다. 또한, 비교예에 사용하는 구리 합금은, 각각 본 발명의 범위 밖의 파라미터를 갖는 Cu-Ni-Si 계 합금이다.

표 1 에 기재된 각종 성분 조성의 구리 합금을 고주파 용해로에서 1300 ℃ 에서 용제하여, 두께 30 ㎜ 의 잉곳으로 주조하였다. 이어서, 이 잉곳을 1000 ℃ 에서 가열 후, 판두께 10 ㎜ 까지 열간 압연하여, 신속하게 냉각시켰다. 표면의 스케일 제거를 위해 두께 8 ㎜ 까지 면삭을 실시한 후, 냉간 압연에 의해 두께 0.2 ㎜ 의 판으로 하였다. 다음으로 용체화 처리를 Ar 가스 분위기 중에서 Ni 및 Cr 의 첨가량에 따라 800 ～ 900 ℃ 로 120 초 유지한 후, 냉각 속도를 변화 시켜 실온까지 냉각시켰다. 냉각 속도는, 가열 후의 시료에 불어넣는 가스 유량을 변화시켜 제어하고, 시료의 최고 도달 온도로부터 400 ℃ 까지 냉각시키는 시간을 계측하여 냉각 속도로 하였다. 가스를 불어넣지 않을 때의 노의 냉각 속도는 5 ℃／s 이고, 냉각 속도를 느리게 한 예로서 가열 출력을 제어하면서 강온시킨 경우의 냉각 속도를 1 ℃／s 로 하였다. 그 후 0.1 ㎜ 까지 냉간 압연하고, 마지막에 첨가량에 따라 400 ～ 550 ℃ 에서 각 1 ～ 12 시간에 걸쳐 불활성 분위기 중에서 시효 처리를 실시하여, 시료를 제조하였다.

이와 같이 하여 얻어진 각 합금에 대해 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.

굽힘성의 평가는, W 자형의 금형을 사용하여 시료판 두께와 굽힘 반경의 비가 1 이 되는 조건에서 90 °굽힘 가공을 실시하였다. 평가는 굽힘 가공부 표면을 광학 현미경으로 관찰하고, 크랙이 관찰되지 않은 경우를 실용상 문제 없음으로 판단하여 ○ 로 하고, 크랙이 관찰된 경우를 × 로 하였다. 피로 시험은, JIS Z 2273 에 따라 양 진동 응력을 부하하여, 파단까지의 반복수가 10⁷ 회가 되는 응력 (MPa) 을 구하였다.

Cr-Si 화합물의 관찰은, 재료의 판면을 전해 연마 후 FE-AES 관찰에 의해, 다수 지점에 있어서 크기 0.1 ㎛ 이상의 입자를 대상으로 하고, 실제로 그 표층의 흡착 원소 (C, O) 를 제거하기 위해 Ar⁺ 로 스퍼터링을 실시하여, 각 입자마다의 오제 스펙트럼을 측정하고, 검출된 원소를 감도 계수법에 의해 반정량값으로 하여 중량 농도 환산했을 때에, Cr 과 Si 가 검출된 입자를 대상으로 하였다. Cr-Si 화합물의 「조성」「크기」「분산 밀도」는, FE-AES 관찰 하에서 다수 지점 분석한 크기 0.1 ～ 5 ㎛ 의 Cr-Si 입자의 평균 조성, 최소 원의 직경, 각 관찰 시야에서의 평균 개수로 하였다.

표 1 및 표 2 에 결과를 나타낸다.

발명예 1 ～ 25 에서는, 적정한 냉각 속도에 의해 Cr-Si 화합물의 분산 밀도가 1 × 10⁶ 이하, 또한 Cr/Si 가 1 ～ 5 의 범위이기 때문에, 양호한 특성이 얻어졌다.

한편, 비교예 1 ～ 3 은 냉각 속도가 느리기 때문에, Cr-Si 화합물이 지나치게 성장하여 충분한 강도가 얻어지지 않고, 또한 굽힘 가공성도 나빴다.

비교예 4, 5 에서는, 냉각 속도가 빠르기 때문에 성장하지 않고, 과잉의 Si 가 합금 중에 고용되어 강도와 도전율이 떨어졌다. 비교예 6, 7 은 시효 온도가 높기 때문에 Cr-Si 화합물이 지나치게 성장하여 충분한 강도가 얻어지지 않고, 또한 굽힘 가공성도 나빴다. 비교예 8, 9 는, Cr 의 농도가 지나치게 높기 때문에, Cr-Si 화합물이 지나치게 성장하여 충분한 강도가 얻어지지 않고, 또한 굽힘 가공성도 나빴다.

Claims

Ni：1.0 ～ 4.5 질량％, Si：0.50 ～ 1.2 질량％, Cr：0.003 ～ 0.3 질량％ 를 함유하고 (단, Ni 와 Si 의 중량비가 3
Ni/Si
5.5 이다), 선택적으로 Sn 및 Zn 에서 선택되는 1 종 이상을 0.05 ～ 2.0 질량％ 함유하고, 선택적으로 Mg, Mn, Ag, P, As, Sb, Be, B, Ti, Zr, Al, Co 및 Fe 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 0.001 ～ 2.0 질량％ 함유하며, 잔부 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 전자 재료용 구리 합금으로서, 재료 중에 분산되는 크기가 0.1 ㎛～ 5 ㎛ 의 Cr-Si 화합물에 대해, 그 분산 입자 중의 Si 에 대한 Cr 의 원자 농도비가 1 ～ 5 이고, 그 분산 밀도가 1 × 10⁴ 개/㎟ 초과하고 1 × 10⁶ 개/㎟ 이하인 전자 재료용 구리 합금.
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제 1 항에 기재된 구리 합금을 사용한 신동품 (伸銅品).
제 1 항에 기재된 구리 합금을 사용한 전자 기기 부품.
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