KR101576715B1 - 구리 합금 및 구리 합금의 제조 방법 - Google Patents

구리 합금 및 구리 합금의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

Ni: 3.0~29.5질량%, Al: 0.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 FCC 구조의 구리 합금으로서, 상기 구리 합금의 모상 중에, Si를 포함하는 L12 구조의 γ'상을 평균 입경이 100nm 이하로 석출시킴으로써, 고강도라도 가공성이 우수하고, 또한, 고도전성을 갖고, 또 그 특성을 제어할 수 있는 구리 합금을 제공한다.

Description

구리 합금 및 구리 합금의 제조 방법{COPPER ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING COPPER ALLOY}
본 발명은, 전기·전자 기기용의 리드 프레임, 커넥터, 단자재 등에 적용되는 고강도, 고도전성을 갖는 구리 합금 및 이 구리 합금을 제조하는 구리 합금의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 전자 기기의 리드 프레임 등의 각종 단자, 커넥터, 릴레이 또는 스위치 등의 전기 전도성 및 스프링성이 필요한 재료에 있어서는, 제조 비용을 중시하는 용도에는 저렴한 황동이 적용되고 있었다. 또한, 한편으로, 스프링성 등의 기계적 성질이 중시되는 용도에는 인청동이 적용되고 있었다. 또한, 스프링성에 더하여, 내식성이 중시되는 용도에는 양은이 적용되고 있었다.
그러나, 최근의 전자 기기류 및 그 부품의 경량화, 박육화 및 소형화에 따라, 이들 재료를 사용한 것에서는 필요한 강도를 충분히 만족시킬 수 없는 것이 현상이다.
최근 전자 기기의 각종 단자 등의 전기 전도성 및 스프링성이 필요한 재료에 있어서는, 종래의 인청동, 황동 등으로 대표되는 고용 강화형 합금 대신에, 고강도 및 고도전성의 관점에서, 시효 경화형의 구리 합금의 사용량이 증가하고 있다.
시효 경화형의 구리 합금은, 용체화 처리된 과포화 고용체를 시효 처리함으로써, 미세 입자가 균일하게 석출되어 내력 또는 스프링 한계값 등의 강도 특성의 향상과 함께 고용 원소량이 감소하여 도전율의 향상에 기여하는 구리 합금이다.
따라서, 점점 엄격해지는 전자 기기류 및 그 부품의 경량화, 재료의 고강도화의 요구를 만족하는 재료로서, 예를 들어, Cu-Ni-Si계 합금(코르손)이나 베릴륨구리 등의 시효 경화형 구리 합금이 사용되고 있다.
이 밖에, 경량화, 재료의 고강도화하여, 전자 기기류에 대응하는 구리 합금으로서 Cu-Ni-Si계 합금(코르손)을 사용하여 제조 방법에 의한 개선도 시도되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, Ni를 1.0~5.0질량%, Si를 0.2~1.0질량%, Zn을 1.0~5.0질량%, Sn을 0.1~0.5질량%, P를 0.003~0.3질량% 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금재로서, 목적으로 하는 최종 판두께의 1.3~1.7배의 두께까지 냉간 압연하는 제1 냉간 압연 공정, 제1 냉간 압연 후의 재료를 700~900℃로 가열 후, 매분 25℃ 이상의 강온 속도로 300℃ 이하까지 냉각하는 제1 열처리 공정, 제1 열처리 후의 재료를 최종 판두께까지 냉간 압연하는 제2 냉간 압연 공정, 제2 냉간 압연 후의 재료를 400~500℃로 가열하여 30분~10시간 유지하는 제2 열처리 공정, 및 제2 열처리 후의 재료를 길이 방향으로 장력을 가하면서 400~550℃에서 10초~3분간 가열 유지하는 구리 합금재가 개시되어 있다. 그러나, 제조 공정이 복잡해져, 제조 비용의 저감을 도모하기가 어렵다.
이 Cu-Ni-Si계(코르손) 합금을 이용하고, 다른 금속 원소를 첨가하여 개선하는 것이 개시되어 있다(특허문헌 2 내지 4를 참조.). 예를 들어, 특허문헌 2에서는, Ni: 1.0~4.5질량%, Si: 0.50~1.2질량%, Cr: 0.0030~0.3질량%를 함유하고(단, Ni와 Si의 중량비가 3≤Ni/Si≤5.5이다.), 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 구성되는 구리 합금으로서, 재료 중에 분산되는 크기가 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하인 Cr-Si 화합물에 대해, 그 분산 입자 중의 Si에 대한 Cr의 원자 농도비가 1~5이고, 그 분산 밀도가 1×106개/mm2 이하인 전자 재료용 구리 합금이 기재되어 있다. 그러나, Ni-Si계 금속간 화합물의 강도를 개선하는 것으로서, 고강도·고도전성에 관하여 한계가 있다.
또한, Ni-Si계와는 다른 금속간 화합물, Cr-Si계, Ni-P에 Fe를 첨가하는 Ni-P-Fe계, Ni-Ti계 금속간 화합물을 석출시키는 구리 합금이 개시되어 있다(특허문헌 5 내지 7을 참조.). 예를 들어, 특허문헌 7에서는, Ni 1~3mass% 및 Ti 0.2~1.4mass%를 함유하고, 상기 Ni 및 Ti의 질량 백분율의 비율(Ni/Ti)이 2.2~4.7이고, Mg와 Zr의 일방 또는 양방을 합하여 0.02~0.3mass%, Zn 0.1~5mass%를 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금으로서, Ni, Ti 및 Mg로 이루어지는 금속간 화합물, Ni, Ti 및 Zr로 이루어지는 금속간 화합물, 또는 Ni, Ti, Mg 및 Zr로 이루어지는 금속간 화합물을 적어도 1개 함유하고, 상기 금속간 화합물의 분포 밀도가 1×109~1×1013개/mm2이고, 인장 강도가 650MPa 이상 또한 도전율이 55IACS% 이상 또한 150℃에서 1000시간 유지하였을 때의 응력 완화율이 20% 이하인 전기 전자 기기용 구리 합금이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2007-070651 일본 공개특허공보 2009-242921 일본 공개특허공보 2010-090408 일본 공개특허공보 2008-266787 일본 공개특허공보 2007-126739 일본 공개특허공보 2001-335864 일본 공개특허공보 2006-336068
그러나, 어느 구리 합금에서도, 겸비하는 고강도, 고도전성이 최근의 요청에 대하여 불충분하다.
이에, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 과제는, 고강도라도 가공성이 우수하고, 또한, 고도전성의 구리 합금 및 이러한 구리 합금의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또, 이들의 고강도라도 가공성이 우수하고, 또한, 고도전성을 갖는 특성을 제어할 수 있는 구리 합금 및 이러한 구리 합금의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하는 수단인 본 발명의 특징으로는, 발명자들은 고강도 구리 합금을 얻기 위하여 검토한 결과, Cu-Ni-Al 합금에 있어서, FCC 구조의 모상 중에 Ni3Al로 L12 구조의 γ'상을 미세 석출시키는 것이 유효함을 알 수 있었다. 또한 Si를 첨가함으로써 한층 더 고강도화되는 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 구리 합금은, Ni: 3.0~29.5질량%, Al: 0.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 FCC 구조의 구리 합금으로서, 상기 구리 합금의 모상 중에, Si를 포함하는 Ni3Al로 L12 구조의 γ'상이 평균 입경이 100nm 이하로 석출되어 있는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 구리 합금은, 또한, Ni: 3.0~14.0질량%, Al: 0.5~4.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고, 또한, 도전율이 8.5IACS% 이상인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 구리 합금은, 또한, 냉간 가공성이 10~95%인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 구리 합금은, 또한, Al당량(질량%)=(Al질량%+1.19Si질량%) 및 Ni질량%로 나타내는 범위로서, (Al당량: 2.0질량%, Ni: 3.0질량%), (Al당량: 4.0질량%, Ni: 9.5질량%), (Al당량: 1.5질량%, Ni: 14.0질량%), (Al당량: 0.5질량%, Ni: 5.0질량%)의 4점으로 둘러싸이는 영역 A에 있는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 구리 합금은, 또한, Ni: 9.5~29.5질량%, Al: 1.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고, 또한, 비커스 경도가 220Hv 이상인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 구리 합금은, 또한, Al당량(질량%)=(Al질량%+1.19Si질량%) 및 Ni질량%로 나타내는 범위로서, (Al당량: 4.0질량%, Ni: 9.5질량%), (Al당량: 7.0질량%, Ni: 16.0질량%), (Al당량: 2.5질량%, Ni: 29.5질량%), (Al당량: 1.5질량%, Ni: 14.0질량%)의 4점으로 둘러싸이는 영역 B에 있는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 구리 합금은, 또한, 첨가 원소로서, Co, Ti, Sn, Cr, Fe, Zr, Mg, Zn으로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 총량으로 0.01~5.0질량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 구리 합금은, 또한, 첨가 원소로서, C, P 및 B로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 총량으로 0.001~0.5질량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고강도 구리 합금의 제조 방법은, 일체로 하여 용융 혼합하여 열간 가공 및 냉간 가공 후, 다음으로 700~1020℃에서 0.1~10시간의 범위에서 열처리하고, 그 후, 400~650℃에서 0.1~48시간의 범위에서 시효 처리하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 고강도 구리 합금의 제조 방법은, 또한, 상기 시효 처리 전 또는 후에, 가공률이 10~95%인 냉간 가공을 행하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 수단인 본 발명의 구리 합금에 의해, 고도전성에 대하여 검토한 결과, 영역 A 및 영역 B에 있어서 강도, 도전성의 양자를 만족시키는 것을 알 수 있었다. 영역 A에서는 특히 도전율이 높고, 가공성이 우수한 고강도 구리 합금을, 영역 B는 특히 강도가 높은 고강도 구리 합금을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 구리 합금의 제조 방법에 의해, 고도전성에 대하여 검토한 결과, 영역 A 및 영역 B에 있어서 강도, 도전성의 양자를 만족시키는 구리 합금을 제조할 수 있다.
도 1은 상측이 전자선 회절에 의한 석출물의 결정 구조 LI2를 나타냄과 함께, 하측이 석출물의 상태를 나타내는 투과 전자 현미경의 사진이다.
이하에, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 한편, 이른바 당업자는 특허청구범위 내에 있어서의 본 발명을 변경·수정하여 다른 실시형태를 이루는 것은 용이하고, 이들의 변경·수정은 특허청구범위에 포함되는 것이며, 이하의 설명은 본 발명에 있어서의 최선의 형태의 예로서, 이 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 구리 합금은, Ni: 3.0~29.5질량%, Al: 0.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 FCC 구조의 구리 합금으로서, 상기 구리 합금의 모상 중에, 평균 입경이 100nm 이하이고, Si를 포함하는 Ni3Al로 L12 구조의 γ'상이 석출되어 있다. 상기 L12 구조는, 예를 들어 전자선 회절상의 배열 구조로 확인할 수 있다.
도 1은, 상측이 전자선 회절에 의한 석출물의 결정 구조 LI2를 나타냄과 함께, 하측이 석출물의 상태를 나타내는 투과 전자 현미경의 사진이다.
한편, 본 사진은, Ni: 12.3질량%-Al: 1.0질량%-Si: 0.3질량%-Cu의 조성으로, 용체화 처리: 900℃ 10분-냉간 가공 30%-시효 처리 500℃ 6시간의 열처리를 실시하고 있다.
도 1과 같이, 전자선 회절에서는 회절면(110)을 갖는 규칙상을 대상으로 하는 것으로 되어 있다. 즉, γ'상은 금속간 화합물로서, 구석에 위치하는 원자가 Al 및 Si, 면심(面心)에 위치하는 원자가 Ni인 규칙화된 FCC 구조이다.
또한 후술하지만, 도 1의 하측의 사진에서는 L12 구조의 γ'상이 미세하게 석출되어 있는 것을 알 수 있다.
이들 FCC 구조를 갖는 모상의 구리 및 L12 구조를 갖는 γ'상은, 모두 FCC 구조이기 때문에 정합성이 좋아 강도의 향상에 기여함과 함께, γ'상을 석출시킴으로써 모상의 용질 원소 농도가 감소하여, 도전율의 향상에도 기여한다.
본 발명의 구리 합금은, FCC 구조를 가진 상태의 구리 합금이다. FCC 구조는, 금속 원소가 가장 조밀하게 적층된 구조로, 고강도, 고도전성의 모상 합금으로서 적합하다. 따라서, FCC 구조를 갖는 구리는, 가공성이 우수하여 원하는 형상을 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 구리 합금은, Ni: 3.0~29.5질량%, Al: 0.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하는 것이 고강도와 고도전성을 만족시키기 위해 필요하다.
Ni와 Al은, 모상의 Cu 중에서, Ni3Al의 금속간 화합물을 석출하여, γ'상을 형성한다. 또한, Al과 Si는, Ni와 합쳐 Ni3(Al, Si) 금속간 화합물을 형성하기 때문에, Al과 Si는 양방을 합하여, 이 계에 맞춘 양이 필요하고, 또한, Ni3Al, Ni3Si의 단독의 계가 아니라, L12형 중에서 FCC 구조의 구석에 혼재하면서 1개의 Ni3(Al, Si) 금속간 화합물을 형성하고 있다.
본 발명의 구리 합금에 있어서의 L12 구조를 갖는 γ'상은 금속간 화합물로서, 구석에 위치하는 원자가 Al 및 Si, 면심에 위치하는 원자가 Ni인 규칙화된 FCC 구조이다.
이들 FCC 구조를 갖는 모상의 구리 및 L12 구조를 갖는 γ'상은, 모두 FCC 구조이기 때문에 정합성이 좋아 강도의 향상에 기여함과 함께, γ'상을 석출시킴으로써 모상의 용질 원소 농도가 감소하여, 도전율의 향상에도 기여한다.
또한, 상세하게 설명하면, L12 구조의 γ'상은 GCP(Geometrically close packing)상에 속하며, 그 조밀 충전 구조에 기인하여 연성이 있고, 또한 정합성이 높기 때문에 미세 조직인 γ'상이 석출되어 있는 γ+γ' 조직이 되어 있음으로써 인성이 있는 가공성이 높은 구리 합금을 얻을 수 있다.
이 γ'상은, 모상인 구리가 주체인 γ상에 구형으로, 미세하게 석출된다. γ'상이 구형임으로써, γ'상과 γ상의 계면에서 응력 집중되지 않고 인성이 있는 가공성이 높은 구리 합금을 얻을 수 있다.
또한, γ'상의 평균 입경을 작게 제어함으로써 강도의 향상을 더욱 불러올 수 있다. γ'상의 평균 입경을 작게 함으로써, 이동하는 전위의 피닝 사이트가 많아져, 높은 인장 강도를 얻을 수 있다.
또한, γ'상은 금속간 화합물로, 이것 자체의 경도가 높고, 인장 강도도 높다. 따라서, γ'상 내를 전위가 이동하는 것을 방해함으로써, 구리 합금에 대한 경도, 인장 강도에 공헌할 수 있다.
또한, 도전율은, 일반적으로, 구리 중에 고용되는 용질 원소 농도가 높을수록 저하하는데, γ단상의 용체화 상태에 비하여 저온에서 열처리를 하여 γ'상을 석출시킴으로써 모상의 용질 원소 농도가 감소하기 때문에, γ'상의 석출은 도전율의 향상에도 기여한다. 한편, γ'상의 도전율은, 순Cu보다 도전율은 낮기 때문에, 이 γ'상이 점유하는 체적의 비율에 따른 분만큼 전자의 이동을 저하시키지만, 적당량의 γ'상의 면적분율로 함으로써 높은 도전율을 유지할 수 있다.
따라서, 구리 합금으로 하였을 때에, 냉간 가공성 등의 연성을 크게 저해하지 않고 경도, 인장 강도 등의 기계적 특성에 대한 공헌이 크고, 또한, 도전율을 향상시키는 효과가 있는 제2상으로서, γ'상이 적합하다. 이 때, γ'상의 면적분율은 5~40%가 바람직하다.
이 면적분율은, 구리 합금의 어느 단면의 각 금속 조직의 면적을 비교함으로써 구할 수 있다. 한편, 통상적으로는, 면적분율과 체적분율은, 카발리에리의 원리에 의한 2개의 입체를 어느 평면과 평행한 평면으로 자를 때의 절단면의 면적이 동일하면, 2개의 입체의 체적은 동일하다. 따라서, 이 면적분율은 체적분율로 취급해도 지장이 없다.
한편, 면적분율은, 금속 현미경, 전자 현미경(SEM, TEM), EPMA(X선 분석 장치) 등으로 측정할 수 있다.
또한, 이 γ'상의 평균 입경은 100nm 이하가 바람직하다. 작을수록 바람직하지만 열처리에 의한 조대화 때문에 실용 상의 석출 사이즈를 1nm보다 미세하게 제어하기는 어렵고, 1nm 이상이고, 100nm 이하이면 충분한 강도를 얻을 수 있다.
γ'상의 평균 입경은, 전자 현미경에 의한 조직 관찰로부터 화상 해석에 의해 복수의 γ'상의 직경을 계측하고, 그들을 평균함으로써 얻어진다.
이 때에, 첨가되어 있는 Ni, Al, Si에 의해, Ni3Al의 금속간 화합물의 γ'상 이외의 Ni2(Al, Si), NiAl, Ni5Si2 등의 금속간 화합물이 석출되는 경우가 있다.
그러나, Ni2(Al, Si)는 Ni3(Al, Si)와 비교하여 석출되는 양이 적어, 구리 합금의 기계적 성질, 전기적 성질에 미치는 영향은 작다.
NiAl로 나타내는 β상의 금속간 화합물이 석출된다. 이 β상은 BCC 규칙 구조의 B2 구조이지만, 석출되는 조성 범위가 좁고, 석출되어도 Ni3(Al, Si)와 비교하여 양이 적어, 구리 합금의 기계적 성질, 전기적 성질에 미치는 영향은 작다.
또한, Ni5Si2의 금속간 화합물이 석출되는 경우가 있다. 이 Ni5Si2도 Ni3(Al, Si)와 비교하여 석출되는 양이 적어, 구리 합금의 기계적 성질, 전기적 성질에 미치는 영향은 작다.
그러나, 이들 Ni3(Al, Si)의 γ'상 이외의 금속간 화합물이 각각 다수 석출됨으로써, 구리 합금의 기계적 성질, 전기적 성질에 영향을 미치지만, Ni3(Al, Si) 이상으로 영향을 미치는 것은 아니다. 그러나, 이들 모든 석출물을 합친 후에, 본 발명의 구리 합금이 성립하고 있다.
Si는 매트릭스 중의 용질 원소 농도를 저하시키는 효과가 있어, γ'상의 체적분율을 증가시킴과 함께 도전율을 높이는 효과가 있다. 그 때문에, γ'상은 Ni3(Al, Si)의 금속간 화합물이 됨으로써, Ni3Al의 단체와 비교하여 강도, 도전율이 우수하다. Al과 Si의 양비는, Al/Si=1~5의 범위에 있는 것이 바람직하다. Al/Si비가 1보다 작으면 γ'상 외에 연성, 도전율의 저하에 영향을 미치는 다른 화합물이 석출되고, 5보다 크면 γ'상의 체적분율이 불충분하고 매트릭스 중의 용질 원소 농도의 저하도 불충분하여 강도 및 도전율의 상승이 충분히 얻어지지 않기 때문이다.
따라서, Al: 0.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%의 범위로 하여, γ'상을 석출시킴으로써, 고강도, 고도전성, 그리고 가공성이 우수한 조성 영역을 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 구리 합금은, Ni: 3.0~14.0질량%, Al: 0.5~4.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하는 조성의 범위이고, 또한, 도전율이 8.5IACS% 이상이다.
이 조성 범위로 하여, 100nm 이하의 γ'상을 석출시킴으로써, 도전율을 8.5IACS% 이상으로 할 수 있다.
도전율을 8.5IACS% 이상으로 함으로써, 고도전성을 갖는 구리 합금으로서 전자 기기 등의 리드 프레임, 커넥터, 단자재 등에 적용된다.
또, 본 발명의 구리 합금은, 이 조성 범위로 하여, 100nm 이하의 γ'상을 석출시킴으로써, 또한, 냉간 가공성을 10~95%로 할 수 있다.
냉간 가공성은, 온도 20℃에서 실시하는 압연의 경우에는, 소둔을 하지 않고 균열되지 않게 압연할 수 있는 최대 두께의 감소율로 정의하고, 신선(伸線)의 경우에는 소둔을 하지 않고 균열되지 않게 신선할 수 있는 최대 감면율로 정의한다.
γ'상의 Ni3(Al, Si) 금속간 화합물은 순Cu보다 가공성이 낮기 때문에, 이 Ni3(Al, Si) 금속간 화합물이 점유하는 체적의 비율에 따른 분만큼 가공률을 크게 할 수 없다.
따라서, Ni: 3.0~14.0질량%, Al: 0.5~4.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하는 조성의 범위로 함으로써, γ'상의 석출량을 제어하여, 도전율을 높게 유지한 채, 냉간 가공성을 10~95%로 할 수 있다.
냉간 가공성이 10% 미만에서는 목적 형상을 가진 재료를 만들 수 없다는 문제가 있다. 냉간 가공성이 95%를 넘으면 설비에 대한 부담이 크다는 문제가 있다. 따라서, 냉간 가공성은 10~95%의 범위가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20~90%가 한층 더 좋다.
냉간 가공성을 10~95%로 함으로써, 고강도를 갖는 구리 합금으로서 전자 기기 등의 리드 프레임, 커넥터, 단자재 등에 적용된다.
또한, 본 발명의 구리 합금은, Ni와 Al, Si의 첨가량이, Al당량(질량%)=(Al질량%+1.19Si질량%) 및 Ni질량%로 나타내는 Ni 대 Al 등량도에 있어서, (Al당량: 2.0질량%, Ni: 3.0질량%), (Al당량: 4.0질량%, Ni: 9.5질량%), (Al당량: 1.5질량%, Ni: 14.0질량%), (Al당량: 0.5질량%, Ni: 5.0질량%)의 4점으로 둘러싸이는 영역 A에 있다.
본 발명의 구리 합금은, 이 영역 A의 범위로 하여 γ'상이 석출되는 체적분율을 5~20%로 함으로써, 높은 도전율과 높은 냉간 가공성을 얻을 수 있다.
이 영역 A의 범위에서는, 대략 10~25IACS%의 도전율을 얻을 수 있고, 또한 10~95%의 냉간 가공성을 얻을 수 있기 때문에, 접점 재료로서 접촉·접찰(摺擦)되는 일이 많더라도 마모를 적게 할 수 있다.
따라서, 높은 도전율과 높은 냉간 가공성을 갖는 구리 합금으로서, 전자 기기 등의 리드 프레임, 커넥터, 단자재 등에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 구리 합금에서는, Ni: 9.5~29.5질량%, Al: 1.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고, 또한, 비커스 경도가 220~450Hv의 범위에 있다.
높은 Ni량의 첨가에 의해, γ'상이 점유하는 체적, 면적을 높게 함으로써, 비커스 경도를 높게 할 수 있다.
이 경우, γ'상이 석출되는 체적분율을 20~40%로 함으로써, 구리에 대한 비커스 경도로 나타내는 강도에 공헌할 수 있다.
이 때의 γ'상의 평균 입경은, 상기와 동일하게 100nm 이하가 바람직하다. 작을수록 바람직하지만 실용 상의 석출은 완전히 균일하게 행하기가 어려우며 1nm 이상이고, 100nm 이하이면 충분한 강도를 얻을 수 있고, 30nm 이하가 보다 바람직하다.
한편, 본 발명의 구리 합금은, 이 조성 범위에 있어서의 도전율은, 대략 7~15IACS%의 도전율을 얻을 수 있기 때문에, 높은 비커스 경도를 아울러 구비함으로써, 전자 기기 등의 리드 프레임, 커넥터, 단자재 등에 적용되어도, 마모가 적고, 내구성이 좋아 장시간의 사용에 견딜 수 있다.
또한, 본 발명의 구리 합금에서는, Al당량(질량%)=(Al질량%+1.19Si질량%) 및 Ni질량%로 나타내는 Ni 대 Al 등량도에 있어서, (Al당량: 4.0질량%, Ni: 9.5질량%), (Al당량: 7.0질량%, Ni: 16.0질량%), (Al당량: 2.5질량%, Ni: 29.5질량%), (Al당량: 1.5질량%, Ni: 14.0질량%)의 4점으로 둘러싸이는 영역 B에 있다.
본 발명의 구리 합금은, 이 영역 B의 범위로 하고, γ'상이 석출되는 체적분율을 25~40%로 함으로써, 또한, 비커스 경도로 나타내는 높은 강도를 가질 수 있다. 이것은, γ'상이 금속간 화합물이고, 고도가 매우 높은 것에서 유래하고 있다. 단, γ'상의 면적률이 높아지면 도전율이 저하된다는 단점이 있다.
따라서, 이 영역 B의 범위로 함으로써, 높은 도전율을 얻으면서, 높은 비커스 경도를 아울러 구비할 수 있다.
이로써, 전자 기기 등의 리드 프레임, 커넥터, 단자재 등에 널리 적용할 수 있다.
또 본 발명의 구리 합금은, 또한, 첨가 원소로서, Co, Ti, Sn, Cr, Fe, Zr, Mg, Zn으로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 총량으로 0.01~5.0질량%를 함유시킬 수 있다.
Co, Ti, Cr 및 Zr은, γ'상을 안정화하여 석출을 촉진시키기 때문에 강도의 향상에 기여하고, 또 Cu 중의 용질 원소 농도를 감소시키는 효과도 있기 때문에 도전율의 향상에도 기여한다.
Sn, Mg 및 Zn은 내응력 완화 특성을 개선시키는 것에 효과가 있음과 함께, Cu 중에 고용되기 때문에 강도의 향상에 기여한다.
Fe는 Cu 중에 Fe의 미세립이 분산됨으로써 결정립의 미세화에 효과가 있어, 강도의 향상 및 내열성의 향상에 기여한다.
첨가 원소의 첨가량은, 선택한 1종 또는 2종 이상의 첨가 원소가 총량으로 0.01~5.0질량%를 함유하도록 한다. 선택한 1종 또는 2종 이상의 첨가 원소가 총량으로 0.01질량% 미만에서는, 구리 합금에 대하여 도전율의 향상, 강도의 향상에도 기여하지 않는다는 문제가 있다. 또한, 첨가 원소가 총량으로 5.0질량%를 넘으면, 도전율의 향상, 강도의 향상에는 기여하지만, 도전율 등의 전기적 특성과 비커스 경도 등의 기계적 특성을 적정한 범위로 제어할 수 없게 된다는 문제가 있다.
본 발명의 구리 합금은, 첨가 원소로서, 또한, C, P 및 B로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 총량으로 0.001~0.5질량%를 함유시킬 수 있다.
C는, 결정립의 미세화에 효과가 있다고 생각되며 강도의 향상에 기여한다. 또한, Cu 중의 용질 원소의 고용도를 저하시켜 도전율 향상에 기여한다.
P는, 탈산제로서 사용되며, Cu의 불순물의 농도를 감소시키는 효과가 있어, 도전율의 향상에 기여한다.
B는, 결정립 성장을 억제하는 효과가 있기 때문에, 미세화하여 강도의 향상에 효과가 있다. 내열성을 향상시킬 수 있다.
첨가량은, 선택한 1종 또는 2종 이상의 첨가 원소가 총량으로 0.001~0.5질량%를 함유하도록 한다. 첨가 원소가 총량으로 0.001질량% 미만에서는, 구리 합금에 대하여 도전율의 향상, 강도의 향상에도 기여하지 않는다는 문제가 있다. 또한, 첨가 원소가 총량으로 0.5질량%를 넘으면, 도전율의 향상, 강도의 향상에는 기여하지만, 도전율 등의 전기적 특성과 비커스 경도 등의 기계적 특성을 적정한 범위로 제어할 수 없게 된다는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 구리 합금의 제조 방법에서는, 일체로 하여 용융 혼합하고, 주조한 후, 열간 단조 등의 열간 가공 및 필요에 따라 냉간 압연, 냉간 신선 등의 냉간 가공에 의해 판재, 선재, 관재 등의 형상으로 성형한다. 다음으로, 700~1020℃에서 0.1~10시간의 범위에서 열처리하고, 그 후, 400~650℃에서 0.1~48시간의 범위에서 시효 처리한다.
본 발명의 구리 합금의 제조 방법은, (a) Ni: 3.0~29.5질량%, Al: 0.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%와 Cu를 일체로 하여 용융 혼합하여 주괴로서 구리 합금재를 형성하는 공정과, 열간 및 필요에 따라 냉간 가공에 의해 성형한 후에 (b) 상기 구리 합금재를 700℃~1020℃의 온도 범위에서, 0.1~10시간의 범위에서 열처리하는 용체화 처리를 행하는 공정과, (c) 용체화 처리 후의 구리 합금재를 400℃~650℃의 온도 범위에서, 0.1~48시간의 범위에서 가열하는 시효 처리를 행하는 공정을 갖는다.
(a)의 구리 합금재를 형성하는 공정에서는, 구리 합금의 원료로는, 첨가 원소로서, 또한, Co, Ti, Sn, Cr, Fe, Zr, Mg, Zn으로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 총량으로 0.01~5.0질량%를 더 첨가할 수도 있다. 또한, 구리 합금의 원료로서, C, P 및 B로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 총량으로 0.001~0.5질량% 첨가할 수도 있다.
용융 혼합은, Al, Si의 산화에 의한 감소를 방지하기 위하여, 예를 들어, 붕화칼슘 등의 탈산제를 사용하거나, 또는, 아르곤 가스나 질소 가스 등을 사용하여 버블링 처리, 또는, 진공 용기 내에서 진공 중에서 용해를 행하면 된다. 용해시키는 방법으로는, 특별히 제한되는 경우는 없으며, 고주파 용해로 등의 공지된 장치를 사용하여, 구리 합금 원료의 융점 이상의 온도로 가열하면 된다.
(b)의 용체화 처리를 행하는 공정에서는, 구리 합금재를 700℃~1020℃의 온도 범위에서, 0.1~10시간의 범위에서 열처리한다. 이에 의해, 첨가한 합금 원소가, Cu의 모상 중에 편석되지 않고 고르게 균질화된 고용체가 달성된다. 가열의 방법은, 특별히 제한되는 경우는 없으며, 공지된 방법에 따라 행하면 된다.
이 용체화 처리로, Ni, Al, Si 등을 균질하게 분산시킴으로써, 후술하는 시효 처리에 의해 100nm 이하의 미세한 평균 입경을 갖는 γ'상을 석출시킬 수 있다.
(c)의 시효 처리를 행하는 공정에서는, 구리 합금재를 400~650℃에서, 0.1~48시간의 범위에서 시효 처리한다. 400℃ 미만에서, 및/또는, 0.1시간 미만에서는 γ'상을 석출시킬 수 없다. 650℃를 넘고 및/또는 48시간을 넘으면, γ'상이 성장하고, 평균 입경이 100nm를 넘어, 원하는 도전율 및 가공률이 얻어지지 않는다는 문제가 발생한다. 따라서, 원하는 도전율 및 경도를 얻기 위해서는, 이러한 시효 처리가 필수 요건이 된다.
또한, 본 발명의 고강도 구리 합금의 제조 방법은, 또한, 상기 시효 처리 전 또는 후에, 10~95%의 냉간 가공을 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고강도 구리 합금의 제조 방법은, 상기 서술한 제조 공정 외에, 추가로, (d) 상기 구리 합금재를 상기 시효 처리 전 또는 후에 10~95%의 냉간 가공을 행하는 공정을 마련한다.
구리 합금재를 시효 처리 전에 냉간 가공함으로써, 결정립계, 전위, 적층 결함 등의 격자 결함을 형성하여, 결정립 미세화나 가공 경화시킴과 함께, 그 후의 Ni3(Al, Si)의 γ'상을 다수 분산시켜 석출시킴으로써, γ'상의 평균 입경을 100nm 이하로 함과 함께, 시효 처리의 온도를 낮게 하고, 또한, 시간을 짧게 할 수 있다. 냉간 가공의 방법은, 특별히 제한되는 경우는 없으며, 롤러에 의한 압연 등의 공지된 방법으로 행하면 된다.
또한, 구리 합금재를 시효 처리 후에 냉간 가공함으로써, 전위, 적층 결함 등을 도입시켜 가공 경화시킬 수 있으므로, 고강도화시킬 수 있다.
이 때에, 가공률은 10~95%의 범위에서 행한다. 가공률이 10% 미만에서는, 결함의 도입이 적어, 상기 가공의 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 가공률이 95%를 넘으면, 가공 설비에 대한 부하가 커져 문제가 발생한다.
이들 공정 후에는, 스프링성을 부여하기 위하여 100~400℃의 범위에서 저온 시효를 행해도 된다. 저온 시효의 방법은, 특별히 제한되는 경우는 없으며, 공지된 방법에 따라 행할 수 있다.
이러한 제조 방법에 의해 얻어지는 구리 합금은, 구리 합금 중에 석출되는 L12 구조의 γ'상의 조대화를 억제하면서, 충분한 양의 미세한 상을 석출시킬 수 있기 때문에, 도전율 등의 전기적 특성, 냉간 가공성, 비커스 경도 등의 기계적 특성을 용이하게 제어할 수 있다.
실시예
(구리 합금 No.1~57)
본 발명의 구리 합금의 범위에서, 실시예 1~57의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다.
(실시예 1~57의 조성)
Figure 112015002214492-pct00031
Figure 112015002214492-pct00032
그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율, 가공성, 비커스 경도를 나타내고 있다.
(도전율, 가공성, 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00003
Figure 112013052694363-pct00004
표 2-1, 표 2-2로부터, 본 발명의 구리 합금의 범위에서, 도전율 등의 전기적 특성, 냉간 가공성, 비커스 경도 등의 기계적 특성을 제어할 수 있음을 알 수 있다.
그 후, 표 3에 나타내는 제조 열처리 조건 공정을 거쳐 FCC 구조의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
(제조 조건)
Figure 112013052694363-pct00005
표 4에서는, 구리 합금으로서 No.16~23의 조성의 구리 합금을 사용하여, 표 3에 있어서의 각각의 제조 조건에서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
(제조 조건에서의 도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00006
이 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외에는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(구리 합금 No.58~70)
다음으로, 첨가 원소를 첨가하였다. 실시예 58~70의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다.
(첨가 원소의 조성)
Figure 112013052694363-pct00007
Figure 112013052694363-pct00008
그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00009
(구리 합금 No.71~76)
다음으로, 첨가 원소로서 Sn을 첨가하였다.
실시예 71~76의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다. 그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
이하의 표 7에 실시예 71~76의 조성을 나타낸다.
Figure 112013052694363-pct00010
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 8에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이 되었다.
또한, 처리 가공 조건 1, 5, 6, 7, 8, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00011
(구리 합금 No.77~82)
다음으로, 첨가 원소로서 Ti를 첨가하였다.
실시예 77~82의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다. 그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
이하의 표 9에 실시예 77~82의 조성을 나타낸다.
Figure 112013052694363-pct00012
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 10에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00013
(구리 합금 No.83~88)
다음으로, 첨가 원소로서 Zr을 첨가하였다.
실시예 83~88의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다. 그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
이하의 표 11에 실시예 83~88의 조성을 나타낸다.
Figure 112013052694363-pct00014
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 12에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00015
(구리 합금 No.89~94)
다음으로, 첨가 원소로서 Cr을 첨가하였다.
실시예 89~94의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다. 그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
이하의 표 13에 실시예 89~94의 조성을 나타낸다.
Figure 112013052694363-pct00016
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 14에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00017
(구리 합금 No.95~100)
다음으로, 첨가 원소로서 Fe를 첨가하였다.
실시예 95~100의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다. 그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
이하의 표 15에 실시예 95~100의 조성을 나타낸다.
Figure 112013052694363-pct00018
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 16에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00019
(구리 합금 No.101~106)
다음으로, 첨가 원소로서 P를 첨가하였다.
실시예 101~106의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다. 그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
이하의 표 17에 실시예 101~106의 조성을 나타낸다.
Figure 112013052694363-pct00020
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 18에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00021
(구리 합금 No.107~112)
다음으로, 첨가 원소로서 Zn을 첨가하였다.
실시예 107~112의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다. 그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
이하의 표 19에 실시예 107~112의 조성을 나타낸다.
Figure 112013052694363-pct00022
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 20에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00023
(구리 합금 No.113~118)
다음으로, 첨가 원소로서 Mg를 첨가하였다.
실시예 113~118의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다. 그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
이하의 표 21에 실시예 113~118의 조성을 나타낸다.
Figure 112013052694363-pct00024
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 22에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00025
(구리 합금 No.119~122)
다음으로, 첨가 원소로서 B를 첨가하였다.
실시예 119~122의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다. 그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
이하의 표 23에 실시예 119~122의 조성을 나타낸다.
Figure 112013052694363-pct00026
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 24에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00027
(구리 합금 No.123~128)
다음으로, 첨가 원소로서 Co를 첨가하였다.
실시예 123~128의 조성의 구리 합금재를, 고주파 유도 용해로에 일체로 하여 투입하고, 용해시켜 용융 혼합하였다. 이것을 주조 잉곳(as-cast)으로 하였다. 그 후, FCC 구조의 Cu의 모상 중에 L12 구조의 γ'상을 석출시켰다.
이하의 표 25에 실시예 123~128의 조성을 나타낸다.
Figure 112013052694363-pct00028
열처리 조건은, 대표적인 제조 조건으로, 열간 압연(900℃, 압하율 90%)-용체화(900℃, 10분)-냉간 압연(20℃, 압하율 30%)-시효 석출 처리(500℃, 18시간)이다.
이 때의, 각각의 조성에 있어서의 도전율과 비커스 경도를 나타내고 있다.
표 26에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 제조 조건에서는, 열처리 가공 조건 1, 5, 12, 13 이외의 시효 처리를 필수로 하고 있는 열처리 가공 조건에서는, 모두 도전율이 8.5IACS% 이상이고, 비커스 경도가 220Hv 이상이 되었다.
(도전율과 비커스 경도의 결과)
Figure 112013052694363-pct00029
따라서, 본 발명의 구리 합금은, 소정의 조성으로, 또한 소정의 제조 방법에 의해 얻어지는 구리 합금은, 구리 합금 중에 석출되는 L12 구조의 γ'상의 조대화를 억제하면서, 충분한 양의 미세한 γ'상을 석출시킬 수 있기 때문에, 도전율 등의 전기적 특성, 냉간 가공성, 비커스 경도 등의 기계적 특성을 용이하게 제어할 수 있음을 알 수 있었다.

Claims (18)

  1. Ni: 3.0~29.5질량%, Al: 0.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 FCC 구조의 구리 합금으로서,
    상기 구리 합금의 모상 중에, Ni3(Al, Si)의 L12 구조이며 FCC 구조의 γ'상이 석출되어 있는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고강도 구리 합금은, Ni: 3.0~14.0질량%, Al: 0.5~4.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고,
    또한, 도전율이 8.5IACS% 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  3. 제2항에 있어서,
    냉간 가공성이 10~95%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 고강도 구리 합금은, Al당량(질량%)=(Al질량%+1.19Si질량%) 및 Ni질량%로 나타내는 범위로서, (Al당량: 2.0질량%, Ni: 3.0질량%), (Al당량: 4.0질량%, Ni: 9.5질량%), (Al당량: 1.5질량%, Ni: 14.0질량%), (Al당량: 0.5질량%, Ni: 5.0질량%)의 4점으로 둘러싸이는 영역 A에 있는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고강도 구리 합금은, Ni: 9.5~29.5질량%, Al: 1.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고,
    또한, 비커스 경도가 220Hv 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고강도 구리 합금은, Al당량(질량%)=(Al질량%+1.19Si질량%) 및 Ni질량%로 나타내는 범위로서, (Al당량: 4.0질량%, Ni: 9.5질량%), (Al당량: 7.0질량%, Ni: 16.0질량%), (Al당량: 2.5질량%, Ni: 29.5질량%), (Al당량: 1.5질량%, Ni: 14.0질량%)의 4점으로 둘러싸이는 영역 B에 있는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 고강도 구리 합금은, 첨가 원소로서, 또한, Co, Ti, Sn, Cr, Fe, Zr, Mg, Zn으로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 총량으로 0.01~5.0질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 고강도 구리 합금은, 첨가 원소로서, 또한, C, P 및 B로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 총량으로 0.001~0.5질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 γ'상이 평균 입경이 100nm 이하로 석출되어 있는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 γ'상이 구형이며, 면적분율이 5~40%인 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 고강도 구리 합금은, 첨가 원소로서, 또한, Co, Ti, Sn, Cr, Fe, Zr, Mg, Zn으로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 총량으로 0.01~5.0질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 고강도 구리 합금은, 첨가 원소로서, 또한, C, P 및 B로 이루어지는 군에서 선택한 1종 또는 2종 이상의 원소를 총량으로 0.001~0.5질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 γ'상이 평균 입경이 100nm 이하로 석출되어 있는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 γ'상이 구형이며, 면적분율이 5~40%인 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금.
  15. 고강도 구리 합금의 제조 방법으로서,
    상기 고강도 구리 합금은 Ni: 3.0~29.5질량%, Al: 0.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 FCC 구조의 구리 합금이며,
    구리 합금의 원료를 일체로 하여 용융 혼합하여 열간 가공과, 700~1020℃에서 0.1~10시간의 범위에서 열처리와, 400~650℃에서 0.1~48시간의 범위에서 시효 처리하는 제조 공정을 갖고, 추가로 상기 제조 공정에서는, 상기 시효 처리 전 또는 후에 냉간 가공을 마련하는 경우가 있는 제조 공정이며,
    상기 구리 합금의 모상 중에, Ni3(Al, Si)의 L12 구조이며 FCC 구조의 γ'상이 석출되어 있는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 시효 처리 전 또는 후에, 가공률이 10~95%인 냉간 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 고강도 구리 합금은, Ni: 3.0~14.0질량%, Al: 0.5~4.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고,
    또한, 도전율이 8.5IACS% 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 고강도 구리 합금은, Ni: 9.5~29.5질량%, Al: 1.5~7.0질량%, Si: 0.1~1.5질량%를 함유하고,
    또한, 비커스 경도가 220Hv 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 구리 합금의 제조 방법.
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