KR101807969B1

KR101807969B1 - 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금

Info

Publication number: KR101807969B1
Application number: KR1020160126908A
Authority: KR
Inventors: 히로야스 호리에
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2017-12-11
Also published as: TWI639163B; CN106995890A; KR20170040750A; JP2017071811A; US20170096725A1; US10358697B2; TW201714185A; JP6246173B2

Abstract

(과제) 코르손 구리 합금에 고강도 또한 고도전에 더하여, 일반적으로 강도의 양립이 곤란한 굽힘성도 부여된 신뢰성이 향상된 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금을 제공한다.
(해결 수단) 본 발명은, 0.5 ∼ 3.0 질량％ 의 Co, 및 0.1 ∼ 1.0 질량％ 의 Ni 를 함유하고, Co 에 대한 Ni 의 농도 (질량％) 비 (Ni/Co) 가 0.1 ∼ 1.0 이 되도록 조정하고, 또한, Si 를 (Co＋Ni)/Si 질량비가 3 ∼ 5 가 되도록 함유하고, 그리고 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 적어도 100 개의 제 2 상 입자에 대해 측정한 Ni 에 대한 Co 의 농도비 (Co/Ni) 의 변동 계수가 20 ％ 이하인 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금이다.

Description

전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금{Cu-Co-Ni-Si ALLOY FOR ELECTRONIC COMPONENT}

본 발명은 전자 부품, 특히 커넥터, 배터리 단자, 잭, 릴레이, 스위치, 리드 프레임 등에 바람직한 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금에 관한 것이다.

종래, 일반적으로 전기·전자 기기용 재료로는, 철계 재료 외, 전기 전도성 및 열전도성이 우수한 인청동, 단동, 황동 등의 구리계 재료도 널리 사용되고 있다. 최근, 전기·전자 기기의 소형화, 경량화, 고기능화, 또한 이에 수반하는 고밀도 실장화에 대한 요구가 높아져, 이들에 적용되는 구리계 재료에도 여러 가지 특성이 요구되고 있다.

부품의 소형화에 수반하여 재료의 박육화가 진행되고 있고, 재료 강도의 향상이 요구되고 있다. 릴레이 등의 용도에서는 피로 특성의 요구가 높아지고 있어, 강도의 향상이 필요하다. 또, 부품의 소형화에 수반하여 굽힘 가공되는 경우의 조건이 엄격해지고 있어, 높은 강도를 가지면서, 또한 굽힘 가공성이 우수한 것이 요구되고 있다. 나아가서는, 부품에 가공 후에 있어서, 통전량의 상승에 수반하여 발열되는 경우가 있어, 발열 억제의 관점에서 도전율의 향상이 요구된다.

특허문헌 1 에서는, 굽힘 가공성, 강도, 도전율의 밸런스가 우수한 Cu-Ni-Co-Si 계 합금이 개시되어 있고, 판 표면에 있어서의 {111} 면으로부터의 회절 강도를 I{111}, {200} 면으로부터의 회절 강도를 I{200}, {220} 면으로부터의 회절 강도를 I{220}, {311} 면으로부터의 회절 강도를 I{311}, 이들 회절 강도 중의 {200} 면으로부터의 회절 강도의 비율을 R{200} = I{200}/(I{111} ＋ I{200} ＋ I{220} ＋ I{311}) 으로 한 경우에, R{200} 은 0.3 이상으로 하는 것이다.

특허문헌 2 에서는, 고강도이고, 또한 양호한 굽힘 가공성을 갖고, 게다가 고도전율인 본 발명의 전기 전자 부품용의 구리 합금 판재가 개시되어 있고, 구체적으로는, SEM-EBSD 법에 의한 측정 결과에서, Cube 방위로부터의 어긋남 각도 (방위차) 가 15°미만인 결정립의 면적률을 10 ％ 미만으로 하고, 또한, Cube 방위로부터의 어긋남 각도가 15 ∼ 30°인 결정립의 면적률을 15 ％ 이상으로 함으로써, 강도와 굽힘 가공성을 양립하는 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-007666호 국제 공개 제2011/068124호

그런데, 특허문헌 1 의 기재에 의하면, 전체 공정을 마친 최종 상태에 있어서의 R{200} 은, 제조 공정 중에서도 마지막 중간 용체화 열처리 중에 일어나는 재료의 재결정에 있어서 발달하는 결정 방위에 의해 크게 지배되기 때문에, 그 마지막 중간 용체화 열처리 전의 공정을 적정하게 조정하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 50 ％ 이상의 가공률의 냉간 압연, 부분적으로 재결정시키거나 혹은 평균 결정립 직경이 5 ㎛ 이하인 재결정 조직이 얻어지는 열처리, 계속해서, 50 ％ 이하의 가공률의 냉간 압연 후에 마지막 중간 용체화 열처리를 실시함으로써, 원하는 회절 강도를 실현하고 있다.

또, 특허문헌 2 에서는, 주조, 열간 압연, 냉간 압연 1, 중간 어닐링, 냉간 압연 2, 용체화 열처리, 냉간 압연 3, 시효 열처리, 마무리 냉간 압연, 저온 어닐링의 각 공정을 거쳐 제조되는 바, 냉간 압연 1 의 압연율을 70 ％ 이상으로 하고, 또는 용체화 처리를 600 ∼ 1000 ℃ 에서 5 초 내지 300 초로 실시하고, 또는 5 ∼ 40 ％ 의 압연율의 냉간 압연 3 을 실시함으로써 원하는 집합 조직을 형성하는 취지가 기재되어 있고, 특히 냉간 압연 3 에 있어서, 냉간 압연의 롤의 조도가 상이한 롤에 의해 이마찰 (異摩擦) 압연을 실시하는 것이 유효한 취지가 기재되어 있다.

향후에도, 코르손 구리 합금에 고강도 또한 고도전에 더하여 굽힘성도 요구되는 점, 및 일반적으로 강도와 굽힘성은 양립이 곤란하고, 신뢰성의 향상의 관점에서 개선의 여지가 남아 있다.

본 발명자가 예의 연구한 결과, Cu-Co-Ni-Si 합금에 있어서, 석출물의 조성을 통일시킬 수 있으면, 전위가 일정해져 굽힘 가공시의 응력이 분산되게 되고, 굽힘 가공성의 향상이 기대된다는 관점에서, 최적인 용체화 처리 조건을 알아내어 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은,

(1) 0.5 ∼ 3.0 질량％ 의 Co, 및 0.1 ∼ 1.0 질량％ 의 Ni 를 함유하고, Co 에 대한 Ni 의 농도 (질량％) 비 (Ni/Co) 가 0.1 ∼ 1.0 이 되도록 조정하고, 또한, Si 를 (Co＋Ni)/Si 질량비가 3 ∼ 5 가 되도록 함유하고, 그리고 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 적어도 100 개의 제 2 상 입자에 대해 측정한 Ni 에 대한 Co 의 농도비 (Co/Ni) 의 변동 계수가 20 ％ 이하인 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금.

(2) 또한 Fe, Mg, Sn, Zn, B, P, Cr, Zr, Ti, Al 및 Mn 의 군에서 선택되는 적어도 1 종을 총계로 최대 1.0 질량％ 함유하는 (1) 에 기재된 합금.

(3) 입경이 5 ∼ 30 ㎚ 인 제 2 상 입자의 개수의 평균이 3.0 × 10⁸ 개/㎟ 이상인 (1) 또는 (2) 에 기재된 합금.

(4) 압연 방향에 평행한 방향에서의 0.2 ％ 내력이 650 ㎫ 이상이고, 또한 도전율이 50 ％IACS 이상인 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 합금.

(5) 굽힘 반경 (R)/판두께 (t) = 1.0 으로 하고 Badway (굽힘축이 압연 방향과 동일 방향) 로 W 굽힘 시험했을 때의 굽힘부 표면의 평균 조도 Ra 가 1.0 ㎛ 이하인 (1) ∼ (4) 중 어느 하나에 기재된 합금.

(6) (1) ∼ (5) 중 어느 하나에 기재된 합금을 구비한 전자 부품.

본 발명에 의하면, 코르손 구리 합금에 고강도 또한 고도전에 더하여, 일반적으로 강도의 양립이 곤란한 굽힘성도 부여된 신뢰성이 향상된 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금이 제공된다.

이하, 본 발명에 관련된 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금의 일 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 본 발명에 있어서 ％ 란, 특별히 언급하지 않는 이상 질량％ 를 나타내는 것으로 한다.

(1) 기재의 조성

먼저, 합금 조성에 대해 설명한다. 본 발명의 구리 합금은 Cu-Co-Ni-Si 계 합금이다. 또한, 본 명세서에서는, Cu-Co-Ni-Si 의 기본 성분에 Fe, Mg, Sn, Zn, B, P, Cr, Zr, Ti, Al 및 Mn 등의 그 밖의 합금 원소를 첨가한 구리 합금도 포괄적으로 Cu-Co-Ni-Si 계 합금이라고 칭한다.

Co 는, 후술하는 Ni, Si 와 함께 Co-Ni-Si 계 석출물을 형성하고, 구리 합금 판재의 강도와 도전성을 향상시키는 효과를 갖는다. Co 함유량이 지나치게 작은 경우에는, 이 효과를 충분히 발휘시키는 것이 곤란하다. 그 때문에, Co 함유량은, 0.5 질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.8 질량％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 1.1 질량％ 이상으로 하는 것이 한층 바람직하다. 한편, Co 의 융점은 Ni 보다 높기 때문에, Co 함유량이 지나치게 크면 완전 고용은 곤란하고, 미고용인 부분은 강도에 기여하지 않는다. 그 때문에, Co 함유량은, 3.0 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 2.0 질량％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Ni 는, Co, Si 와 함께 Co-Ni-Si 계 석출물을 형성하고, 구리 합금 판재의 강도와 도전성을 향상시키는 효과를 갖는다. Ni 함유량이 지나치게 작은 경우에는, 이 효과를 충분히 발휘시키는 것이 곤란하다. 그 때문에, Ni 함유량은, 0.1 질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.2 질량％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0.3 질량％ 이상으로 하는 것이 한층 바람직하다. 한편, Ni 함유량이 지나치게 크면, 강도 향상 효과가 포화될 뿐 아니라 도전율이 저하된다. 또, 조대한 석출물이 생성되기 쉬워, 굽힘 가공시의 균열의 원인이 된다. 그 때문에, Ni 함유량은, 1.0 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.8 질량％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 본 발명에서는 Co-Ni-Si 계 석출물을 생성시켜 구리 합금 판재의 강도와 도전성을 보다 높은 레벨로 향상시킴과 함께 굽힘성을 향상시키는 효과를 발휘시키는 것을 특징으로 하고 있다. 석출물의 조성의 편차를 작게 함으로써, 압연에 의해 도입되는 변형이 균일해져, 굽힘면의 향상으로 이어진다. 즉, 개개의 석출물의 조성에 있어서 Ni 에 대한 Co 의 농도비 (Co/Ni) 의 변동 계수를 어느 정도 작게 하는 것이 요구된다. 이 관점에서, 석출물 중의 Ni 에 대한 Co 의 농도비 (Co/Ni) 의 변동 계수, 즉 「표준 편차/평균값 × 100」을 20 ％ 이하, 바람직하게는 16 ％ 이하로 한다. 또한, 이 석출물 중의 농도비 (Co/Ni) 의 변동 계수는, 석출물인 제 2 상 입자 100 개 이상에 대해 측정하여 추측할 수 있는 값이다.

또, 이와 같은 석출물 중의 (Co/Ni) 농도비의 변동 계수를 소정 이하로 하기 위해서, 제 2 상 입자의 석출 전의 합금 재료 중의 Ni/Co 농도 (질량％) 비가 0.1 ∼ 1.0, 바람직하게는 0.2 ∼ 0.7 이 되도록 조정해 두면 된다.

Si 는, Ni, Co 와 함께 Co-Ni-Si 계 석출물을 생성한다. 단, 합금 중의 Ni, Co 및 Si 는, 시효 처리에 의해 전부가 석출물이 된다고는 할 수 없고, 어느 정도는 Cu 매트릭스 중에 고용된 상태로 존재한다. 고용 상태의 Ni, Co 및 Si 는, 구리 합금 판재의 강도를 약간 향상시키지만, 석출 상태와 비교하여 그 효과는 작고, 또 도전율을 저하시키는 요인이 된다. 그 때문에, Si 의 함유량은, 일반적으로는, 가능한 한 석출물 (Ni＋Co)₂Si 의 조성비에 가깝게 하는 것이 바람직하다. 즉, (Co＋Ni)/Si 질량비를, 약 4.2 를 중심으로 하여 3 ∼ 5 로 조정하는 것이 일반적이고, Si 는 (Co＋Ni)/Si 질량비가 이 범위가 되도록 첨가된다.

본 발명의 구리 합금 판재에는, 필요에 따라 Fe, Mg, Sn, Zn, B, P, Cr, Zr, Ti, Al 및 Mn 등을 첨가해도 된다. 예를 들어, Sn 과 Mg 는 내응력 완화 특성의 향상 효과가 있고, Zn 은 구리 합금 판재의 납땜성 및 주조성을 개선하는 효과가 있고, Fe, Cr, Mn, Ti, Zr, Al 등은 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. 그 외에, P 는 탈산 효과를 갖고, B 는 주조 조직의 미세화 효과를 갖고, 열간 가공성을 향상시키는 효과를 갖는다. 단, 이들 첨가 원소의 양이 지나치게 크면, 제조성이나 도전율이 크게 저해된다. 그래서, 합계로 0 ∼ 1.0 질량％ 함유할 수 있다. 또, 강도, 도전율, 굽힘성의 밸런스를 고려하면, 상기 원소의 1 종 이상을 총량으로 0.1 ∼ 0.7 질량％ 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 첨가 원소별로는, 내응력 완화 특성, 강도, 납땜성, 주조성, 열간 가공성의 향상 등의 밸런스를 고려하여, 합계량을 초과하지 않는 범위에서 Zn 은 0.1 질량％ 이상 1.0 질량％ 이하 함유시킬 수 있고, Sn 및 Cr 은 0.1 질량％ 이상 0.8 질량％ 이하 함유시킬 수 있고, Fe, Mg 및 Mn 은 0.1 질량％ 이상 0.5 질량％ 이하 함유시킬 수 있고, B, P, Zr, Ti 및 Al 은 0.01 질량％ 이상 0.2 질량％ 이하 함유시킬 수 있다.

(2) 강도 및 도전율

본 발명의 합금은, 고강도이고, 또한 고도전율이며, 전자 부품, 특히 커넥터, 배터리 단자, 잭, 릴레이, 스위치, 리드 프레임 등에 바람직하다.

여기에서, 강도를, 인장 방향이 압연 방향과 평행이 되도록 프레스기를 사용하여 JIS 13B 호 시험편을 제작하고, JIS-Z 2241 에 따라 이 시험편의 인장 시험을 실시함으로써 측정한 압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력 (YS) 으로서 평가한다. 상기 서술한 용도의 관점에서, 0.2 ％ 내력은 650 ㎫ 이상인 것이 바람직하고, 특히 700 ㎫ 이상이다.

또, 도전율을, JIS H 0505 에 준거하여 4 단자법으로 측정한 도전율 (EC : ％IACS) 로서 평가한다. 상기 서술한 용도의 관점에서, 이 도전율은 50 ％IACS 이상인 것이 바람직하고, 특히 60 ％IACS 이상이다.

(3) 굽힘성 표면 조도

본 발명에 있어서는, 굽힘성을 W 굽힘 시험했을 때의 굽힘부 표면의 평균 조도 Ra 로서 평가한다.

즉, 굽힘 반경 (R)/판두께 (t) = 1.0 으로 하고 Badway (굽힘축이 압연 방향과 동일 방향) 로 W 굽힘 시험했을 때의 굽힘부 표면의 평균 조도 Ra 가 작을수록 굽힘 가공시의 응력이 분산되어, 굽힘 가공성의 향상이 기대된다. 이 관점에서, 이 굽힘부 표면의 평균 조도 Ra 는 1.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

(4) 석출물의 개수 농도

본 발명에 있어서는, 석출물을 제어함으로써 강도, 도전율 및 굽힘성의 개선을 과제로 하고 있다. 그래서, 그 석출물의 개수를 평가하는 것이 바람직하다. 즉, 석출물의 개수 농도를, 입경이 5 ∼ 30 ㎚ 인 제 2 상 입자의 개수를 카운트하고, 관찰 면적으로 나누어 개수 농도 (×10⁸ 개/㎟) 를 산출하고, 동일하게 20 시야 (각 시야 1 ㎛ × 1 ㎛) 에 대하여 산출하여, 그 평균값으로서 평가한다.

구체적으로는, 압연 방향에 평행한 단면을 집속 이온 빔 (FIB) 으로 절단함으로써 단면을 노출시킨 후, 주사형 투과 전자 현미경 (니혼 전자 주식회사 형식 : JEM-2100F) 을 사용하여 측정되는 석출물의 개수 농도를 구한다. 이 석출물의 개수 농도는, 충분한 강도 (0.2 ％ 내력) 의 확보의 관점에서 3.0 × 10⁸ 개/㎟ 이상인 것이 바람직하고, 또한 5.0 × 10⁸ 개/㎟ 이상인 것이 바람직하다.

여기에서, 제 2 상 입자란, 용해 주조의 응고 과정에서 발생하는 정출물 및 그 후의 냉각 과정에서 발생하는 석출물, 열간 압연 후의 냉각 과정에서 발생하는 석출물, 용체화 처리 후의 냉각 과정에서 발생하는 석출물, 및 시효 처리 과정에서 발생하는 석출물을 말하고, 통상적으로는 Co-Si 계, 또는 Ni-Si 계의 조성을 갖지만, 본 발명의 경우 Co-Ni-Si 계의 조성을 갖는 것이 전형적이다. 제 2 상 입자의 크기는, 전자 현미경에 의한 관찰로 압연 방향에 평행한 단면을 조직 관찰했을 때, 석출물에 포위될 수 있는 최대 원의 직경으로서 정의된다.

(5) 용도

본 발명에 관련된 Cu-Co-Ni-Si 합금은, 여러 가지 신동품, 예를 들어 판, 조, 관, 봉 및 선으로 가공할 수 있다. 본 발명의 구리 합금은, 한정적이지는 않지만, 커넥터, 배터리 단자, 잭, 릴레이, 스위치, 리드 프레임 등의 전자 부품 재료로서 바람직하다.

(6) 제조 방법

본 발명의 실시형태에 관련된 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금은, 잉곳의 용해 주조-균질 어닐링, 열간 압연, 급랭-냉간 압연, 용체화 처리-시효 처리-최종 냉간 압연-변형 제거 어닐링을 거쳐 제조된다.

＜잉곳 제조＞

대기 용해로를 사용하고, 전기 구리, Ni, Co, Si 등의 원료를 용해하여, 원하는 조성의 용탕을 얻는다. 그리고, 이 용탕을 잉곳으로 주조한다. Ni, Co, Si 이외의 첨가 원소는 Fe, Mg, Sn, Zn, B, P, Cr, Zr, Ti, Al 및 Mn 으로 이루어지는 군에서 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0 ∼ 1.0 질량％ 함유하도록 첨가한다.

＜균질화 어닐링 및 열간 압연＞

잉곳 제조시에 발생하는 응고 편석이나 정출물은 조대하므로 균질화 어닐링으로 가능한 한 모상에 고용시켜 작게 하고, 가능한 한 없애는 것이 바람직하다. 이들은 굽힘 가공성에 악영향을 주어, 모상에 고용시킴으로써 굽힘 균열의 방지에 효과가 있기 때문이다.

구체적으로는, 잉곳 제조 공정 후에는, 900 ∼ 1050 ℃ 로 가열하여 3 ∼ 24 시간 균질화 어닐링을 실시한 후에 열간 압연을 실시한다. 원래 두께로부터 전체의 압하율이 90 ％ 까지의 패스는 700 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그 후, 수랭으로 실온까지 급속히 냉각시킨다.

＜냉간 압연 및 용체화 처리＞

그 후, 가공도 (압하율) 50 ％ 이상, 바람직하게는 70 ％ 이상의 조건에서 냉간 압연을 실시한 후에, 용체화 처리를 실시한다. 구체적으로는, 900 ∼ 1050 ℃ 로 가열하여 30 초 ∼ 10 분 가열한다. 용체화 처리에서는 Ni, Co, Si 를 비롯한 첨가 원소를 고용시키는 것을 목적으로 하고 있다. 그 때문에, 가열 온도나 가열 시간에 더하여, 승온 속도 및 냉각 속도도 제어하는 것이 중요하다. 용체화 처리 전의 승온시에 있어서, Co 를 함유하는 제 2 상 입자의 석출에 영향을 주는 600 ∼ 700 ℃ 의 승온 속도는 50 ℃/초 이상으로 제어한다. 한편, 용체화 처리 후의 동 온도 범위에 있어서의 냉각 속도도 50 ℃/초 이상으로 제어한다. 그 밖의 온도 영역에 대해서도 승온 속도 및 냉각 속도는 최대한 빠르게 하는 것이 바람직하다. 또, 이 때 재료에 부여하는 장력을 1 ㎫ 이상 10 ㎫ 이하로 조정함으로써, 제 2 상 입자의 석출을 보다 적절하게 제어하는 것이 가능해져, 석출물 중의 Ni/Co 농도비의 변동 계수를 20 ％ 이하로 하고, 입경 5 ∼ 30 ㎚ 인 석출물의 개수 농도를 충분히 확보할 수 있어, 충분한 강도를 부여하는 것을 가능하게 한다.

이와 같이, 용체화 처리 중의 600 ∼ 700 ℃ 에 있어서의 승온 및 냉각 속도를 빠르게 함으로써 Co-Si 계 화합물의 석출이 억제되어, 결과적으로 Co-Ni-Si 계 화합물의 석출물이 생성된 것이라고 생각된다. 또 용체화 처리 중의 재료의 장력을 종래의 20 ㎫ 정도보다 낮게 함으로써 고강도화하였다. 이 메커니즘은 불분명하지만, 전 공정에서 냉간 압연을 실시한 경우에 도입된 변형이 이 승온 속도의 제어에 의해 일정하게 해방됨으로써, 그 후의 시효 처리에 의해 고강도화된 것은 아닐까 생각된다.

＜시효 처리＞

용체화 처리에 계속해서 시효 처리를 실시한다. 재료 온도 450 ∼ 600 ℃ 에서 5 ∼ 25 시간 가열하는 것이 바람직하고, 재료 온도 480 ∼ 570 ℃ 에서 10 ∼ 20 시간 가열하는 것이 보다 바람직하다. 시효 처리는, 산화 피막의 발생을 억제하기 위해서 Ar, N₂, H₂ 등의 불활성 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다.

＜마지막의 냉간 압연＞

시효 처리에 계속해서 마지막의 냉간 압연을 실시한다. 마지막의 냉간 가공 에 의해 강도를 높일 수 있지만, 본 발명에 있어서 의도되는 고강도 및 굽힘 가공성의 양호한 밸런스를 얻기 위해서는 압하율을 5 ∼ 40 ％, 바람직하게는 10 ∼ 35 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

＜변형 제거 어닐링＞

마지막의 냉간 압연에 계속해서 변형 제거 어닐링을 실시한다. 재료 온도 350 ∼ 650 ℃ 에서 1 ∼ 3600 초간 가열하는 것이 바람직하고, 재료 온도 350 ∼ 450 ℃ 에서 1500 ∼ 3600 초, 재료 온도 450 ∼ 550 ℃ 에서 500 ∼ 1500 초, 재료 온도 550 ∼ 650 ℃ 에서 1 ∼ 500 초간 가열하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 당업자라면, 상기 각 공정의 사이에 적절히 표면의 산화 스케일 제거를 위한 연삭, 연마, 숏블라스트 산세 등의 공정을 실시할 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.

실시예

이하에 본 발명의 실시예 (발명예) 를 비교예와 함께 나타내지만, 이들은 본 발명 및 그 이점을 보다 잘 이해하기 위해서 제공하는 것으로, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

표 1 에 기재된 각 첨가 원소를 함유하고, 잔부가 구리 및 불순물로 이루어지는 구리 합금을, 고주파 용해로에서 1300 ℃ 에서 용제하고, 두께 30 ㎜ 의 잉곳으로 주조하였다. 이어서, 이 잉곳을 1000 ℃ 에서 3 시간 가열 후, 판두께 10 ㎜ 까지 열간 압연하고, 열간 압연 종료 후에는 신속하게 냉각시켰다. 이어서, 표면의 스케일 제거를 위해 두께 9 ㎜ 까지 면삭을 실시한 후, 냉간 압연에 의해 두께 0.111 ∼ 0.167 ㎜ 의 판으로 하였다. 다음으로 950 ℃ 에서 용체화 처리를 120 초 실시하였다. 이 때의 600 ∼ 700 ℃ 의 온도 범위에 있어서의 승온 속도 및 냉각 속도, 장력은 표 1 과 같다. 그 후, 표 1 의 조건으로 시효 처리, 냉간 압연을 가하여, 판두께 0.1 ㎜ 로 하였다. 마지막으로, 재료 온도 400 ℃ 에서 2000 초간의 변형 제거 어닐링을 가하였다.

제작한 제품 시료에 대해 다음의 평가를 실시하였다. 평가의 결과를 표 2 에 나타낸다.

(1) 0.2 ％ 내력

인장 방향이 압연 방향과 평행이 되도록 프레스기를 사용하여 JIS 13B 호 시험편을 제작하였다. JIS-Z 2241 에 따라 이 시험편의 인장 시험을 실시하여, 압연 평행 방향의 0.2 ％ 내력 (YS) 을 측정하였다.

(2) 도전율

JIS H 0505 에 준거하여 4 단자법으로 도전율 (EC : ％IACS) 을 측정하였다.

(3) 굽힘부의 표면 조도

JIS-H 3130 (2012) 에 따라 W 굽힘 시험을 Badway (굽힘축이 압연 방향과 동일 방향), R/t = 1.0 (t = 0.1 ㎜) 으로 실시하고, 이 시험편의 굽힘부의 외주 표면을 관찰하였다. 관찰 방법은 레이저테크사 제조 콘포칼 현미경 HD100 을 사용하여 굽힘부의 외주 표면을 촬영하고, 부속 소프트웨어를 사용하여 평균 조도 Ra (JIS-B 0601 : 2013 에 준거) 를 측정하여 비교하였다. 또한, 굽힘 가공 전의 시료 표면은 콘포칼 현미경을 사용하여 관찰한 결과 요철은 확인되지 않고, 평균 조도 Ra 는 모두 0.2 ㎛ 이하였다.

굽힘 가공 후의 표면 평균 조도 Ra 가 1.0 ㎛ 이하인 경우를 ○, Ra 가 1.0 ㎛ 를 초과하는 경우를 × 로 평가하였다.

(4) 입경 5 ∼ 30 ㎚ 인 석출물의 개수 농도

압연 방향에 평행한 단면을 집속 이온 빔 (FIB) 으로 절단함으로써 단면을 노출시킨 후, 주사형 투과 전자 현미경 (니혼 전자 주식회사, 형식 : JEM-2100F) 을 사용하여 석출물의 개수 농도를 측정하였다.

구체적으로는, 가속 전압 200 ㎸, 관찰 배율 100 만배로 하고, 입경이 5 ∼ 30 ㎚ 인 제 2 상 입자의 개수를 카운트하고, 관찰 면적으로 나누어 개수 농도 (×10⁸ 개/㎟) 를 산출하였다. 동일하게 20 시야에 대하여 측정을 실시하고, 그 평균값을 개수 농도로 하였다.

(5) 석출물 중의 농도비 (Co/Ni) 의 변동 계수

STEM 의 검출기로서 에너지 분산형 X 선 분석계 (EDX, 니혼 전자 주식회사, 형식 : JED-2300) 를 사용하여 석출물의 Co/Ni 농도비를 측정하였다. 구체적으로는, 가속 전압 및 관찰 배율은 상기 조건과 동일하게 하고, 전자선의 스폿 직경은 0.2 ㎚ 로 하였다. 100 개 이상의 제 2 상 입자 (즉, 석출물) 에 대해 Co/Ni 농도비를 각각 측정하였다. 그 후, 평균값 및 표준 편차를 산출하여, 변동 계수 (표준 편차/평균값 × 100) 를 구하였다.

발명예 1 ∼ 23 은, 모두 0.2 ％ 내력이 650 ㎫ 이상이고, 도전율이 50 ％IACS 이상이고, 굽힘부의 표면 조도가 1.0 ㎛ 이하로 양호하고, 석출물 중의 Co/Ni 농도비의 변동 계수도 20 ％ 이하로 밸런스가 양호하였다. 이들 구리 합금 재료는, 고강도, 고도전율, 높은 굽힘 가공성의 밸런스가 우수한 것이라고 할 수 있다.

비교예 1 ∼ 15 는, 각각 제 2 상 입자의 석출을 충분히 제어할 수 없었다고 생각되는 구체예이다.

비교예 1 은, 용체화 처리시의 승온 속도가 50 ℃/s 보다 작고, 또, 비교예 2 는, 용체화 처리시의 냉각 속도가 50 ℃/s 보다 작은 구체예이다. 비교예 1, 2 는 모두 석출물 중의 Co/Ni 농도비의 변동 계수가 20 ％ 이상이 되어, 충분한 굽힘 가공성을 발휘시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있었다.

비교예 3, 4 는, 용체화 처리시에 합금 재료에 부여하는 장력이 지나치게 작은 구체예 (비교예 3) 및 지나치게 큰 구체예 (비교예 4) 이다. 그 결과, 석출물 중의 Co/Ni 농도비의 변동 계수가 20 ％ 이상이 되어, 충분한 굽힘 가공성을 발휘시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있었다.

비교예 5 는, 구리 합금의 성분 중의 Co 함유량이 0.5 질량％ 보다 작은 구체예이다. Co 함유량이 작으면 강도에 기여한다고 생각되는 입경 5 ∼ 30 ㎚ 인 석출물의 개수 농도에 있어서 충분한 양을 확보하지 못하여, 결과적으로 충분한 강도를 발휘시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있었다.

비교예 6 은, 구리 합금의 성분 중의 Co 함유량이 3.0 질량％ 보다 큰 구체예이다. Co 함유량이 크면 충분한 도전율 및 굽힘 가공성을 발휘시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있었다.

비교예 7 은, 구리 합금에 Ni 가 함유되지 않는, 즉 Ni 함유량이 0.1 질량％ 보다 작은 구체예이다. Ni 함유량이 작으면 충분한 굽힘 가공성을 발휘시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있었다.

비교예 8 은, 구리 합금의 성분 중의 Ni 함유량이 1.0 질량％ 를 초과하는 구체예이다. Ni 함유량이 크면 충분한 도전율 및 굽힘 가공성을 발휘시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있었다.

비교예 9 는, 구리 합금의 성분 중의 Ni/Co 질량비가 0.1 보다 작은 구체예이다. 이 질량비가 작으면 충분한 굽힘 가공성을 발휘시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있었다.

비교예 10 은, 구리 합금의 성분 중의 Ni/Co 질량비가 1.0 보다 큰 구체예이다. 이 질량비가 크면 충분한 도전율 및 굽힘 가공성을 발휘시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있었다.

비교예 11, 12 는, 구리 합금 중의 (Co＋Ni)/Si 질량비가 지나치게 작은 구체예 (비교예 11), 및 지나치게 큰 구체예 (비교예 12) 이다. (Co＋Ni)/Si 질량비가 적정한 범위에 없으면, 입경 5 ∼ 30 ㎚ 인 석출물의 개수 농도가 충분한 것이 되지 않아, 강도 및 굽힘 가공성의 양방의 면에서 열등하다는 결과가 되었다.

비교예 13 은, Ni, Co, Si 이외의 제 3 첨가 원소의 총량이 1.0 을 초과하는 구체예이다. 제 3 첨가 원소가 지나치게 많으면, 석출물 중의 Co/Ni 농도비의 변동 계수가 20 ％ 이상이 되어, 굽힘 가공성에 있어서 열등하다는 결과가 되었다.

비교예 14, 15 는, 용체화 처리시에 합금 재료에 부여하는 장력이 큰 구체예이다. 비교예 14 는, 특허문헌 1 의 양태를 대표하는 구체예이다. 석출물 중의 Co/Ni 농도비의 변동 계수가 20 ％ 이상이 되어, 충분한 굽힘 가공성을 발휘시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있었다.

비교예 15 는, 또한 용체화 처리시의 600 ∼ 700 ℃ 사이에서의 승온 속도 및 냉각 속도의 각각을 50 ℃/s 보다 작게 한, 특허문헌 2 의 양태를 대표하는 구체예이다. 석출물 중의 Co/Ni 농도비의 변동 계수가 20 ％ 이상이 되어, 충분한 굽힘 가공성을 발휘시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있었다.

Claims

0.5 ∼ 3.0 질량％ 의 Co, 및 0.1 ∼ 1.0 질량％ 의 Ni 를 함유하고, Co 에 대한 Ni 의 농도 (질량％) 비 (Ni/Co) 가 0.1 ∼ 1.0 이 되도록 조정하고, 또한, Si 를 (Co＋Ni)/Si 질량비가 3 ∼ 5 가 되도록 함유하고, 그리고 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 적어도 100 개의 제 2 상 입자에 대해 측정한 Ni 에 대한 Co 의 농도비 (Co/Ni) 의 변동 계수가 20 ％ 이하인 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금.
제 1 항에 있어서,
또한, Fe, Mg, Sn, Zn, B, P, Cr, Zr, Ti, Al 및 Mn 의 군에서 선택되는 적어도 1 종을 총계로 최대 1.0 질량％ 함유하는 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금.
제 1 항에 있어서,
입경이 5 ∼ 30 ㎚ 인 제 2 상 입자의 개수의 평균이 3.0 × 10⁸ 개/㎟ 이상인 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금.
제 1 항에 있어서,
압연 방향에 평행한 방향에서의 0.2 ％ 내력이 650 ㎫ 이상이고, 또한 도전율이 50 ％IACS 이상인 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금.
제 1 항에 있어서,
굽힘 반경 (R)/판두께 (t) = 1.0 으로 하고 Badway (굽힘축이 압연 방향과 동일 방향) 로 W 굽힘 시험했을 때의 굽힘부 표면의 평균 조도 Ra 가 1.0 ㎛ 이하인 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 전자 부품용 Cu-Co-Ni-Si 합금을 구비한 전자 부품.