KR20000011558A

KR20000011558A - 단자및커넥터용구리합금및그제조방법

Info

Publication number: KR20000011558A
Application number: KR1019990027340A
Authority: KR
Inventors: 미야후지모토히사; 아라이히로후미; 노무라고야
Original assignee: 구마모토 마사히로; 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2000-02-25
Also published as: KR100329153B1; DE19931803C2; US6136104A; DE19931803A1

Abstract

단자 및 커넥터용으로 사용되는 구리 합금은 0.1wt%∼0.5wt% 미만의 Ni, 1.0wt% 초과∼2.5wt% 미만의 Sn, 1.0wt% 초과∼15wt% 의 Zn, 0.0001wt%∼0.05wt% 미만의 P, Cu와 불필요한 불순물의 밸런스를 포함한다. 상기 합금은 어닐링 구리 합금의 최대 전기 전도성에 비해서 90% 이하의 전기 전도성을 가지며, 침전물과 같은 불용해성 물질의 영역비는 5% 미만이다.

Description

단자 및 커넥터용 구리 합금 및 그 제조 방법{COPPER ALLOY FOR TERMINALS AND CONNECTORS AND METHOD FOR MAKING SAME}

본 발명은 단자. 커넥터, 와이어 하니스 등으로서 사용되기에 적합한 구리 합금에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 산업용 그리고 자동차 용도에 적합하게 사용되고, 납땜의 피복 저항과 응력 완화 저항 특성에서 우수한 구리 합금에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 합금을 만드는 방법에 관한 것이다.

상기 목적을 위해, 황동, 인청동 등을 포함한 구리합금이 지금까지 사용되었다. 그러나, 최근 단자 및 커넥터의 소형화 경향으로 황동과 인청동보다 높은 전기 전도성과 내구성이 필요하다. 더욱이, 부품의 핀 사이의 피치가 좁아짐에 따라, 이동이 발생하는 문제점이 생겼다. 여기서 사용된 용어 "이동(migration)"은 전극의 금속 원소를 이온화하기 위해 전극사이에 수분이 응축됨으로써, 이온화 금속 원소를 쿨롱의 힘에 의해 캐소드를 향해 이동시킴으로써, 그 위에 그 이온화 금속 원소를 배치함으로써 발생하고, 금속 침전물이 도금과 같은 수지형태로 캐소드로부터 성장시켜 애노드 측에 도달시킴으로써 생기는 단락을 의미한다는 것을 알게 될 것이다.

이러한 상황에 대처하기 위해, 일본 공개 특허 제 62-199741호에는 좋은 내구성과 좋은 이동성을 가지며 응력 부식 균열이 발생하는 것을 막을 수 있는 Cu-Sn-Ni-P 합금을 개시되어 있다. 그러나, 일반용 그리고 산업용에 사용되고 자동차에 장착되는(특히, 엔진 주변에) 단자와 커넥터에서, 사용상의 온도는 대략 150℃이다. 따라서, 고온에서 내구성을 향상시키고, 특히, 스프링 특성을 유지하고, 응력 완화 특성을 향상시키는데 특히 필요하다. 그러나, 종래의 제조 방법을 이용할 때, 이러한 필요 조건은 만족스럽지 않다.

일본 특허 출원 공개 번호 제 62-1999741호에 개시된 합금은 침전 강화 합금이고, 배치(batch)(2시간) 단계는 중간 어닐링하여 아인산염을 형성하하는 것을 피하기에 적합하고, 이러한 장시간 어닐링은 생산성이 비효율적으로 되어 비용이 상승하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 대응물의 문제점을 극복하는 구리 합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 좋은 내구성, 이동 저항, 응력 부식 균열에서의 저항, 납땜의 박리 저항(박리 납땜 층의 열저항) 등과 함께 좋은 응력 완화 저항 특성을 가진 단자 및 커넥터용 구리 합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 구리 합금을 만드는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 0.1wt%∼0.5wt% 미만의 Ni, 1.0wt% 초과∼2.5 wt% 미만의 Sn, 1.0wt% 초과∼15 wt%의 Zn를 포함하고, 0.0001wt%∼0.05wt% 미만의 P, 불가피한 불순물과 비슷한 Cu사이에서 선택된 적어도 하나의 원소를 더 포함하는 단자 및 커넥터용 구리 합금에 의해 얻을 수 있다.

바람직하게, 구리 합금은 0.0005wt% 초과∼0.005wt% 미만의 S, 50ppm 이하의 O, 및 10ppm 이하의 H를 포함하고 있다.

더욱이, 구리 합금은, Ti의 함유량이 0.0001∼0.2wt%이고 Mg의 함유량이 0.0001∼0.2wt%이고, Ag의 함유량이 0.0001∼0.2wt%이고, Fe의 함유량이 0.0001∼ 0.6wt% 이다고 가정하고 Ti, Mg, Ag로 구성된 그룹에서 선택된, 총량이 0.0001∼ 1wt%인 적어도 하나의 원소를 더 포함할 수 있다.

필요하다면, 구리 합금은 총량이 1wt%이하인 Ca, Mn, Be, Al, V, Cr, Co, Zr, Nb, Mo, In, Pb, Hf, Ta, B, Ge, Sb중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라서, 단자 및 커넥터용 구리 합금을 만드는 방법이 제공되고, 이것은 합금의 냉간 압연후, 필요하다면, 합금이 적어도 한 번 그리고 어닐링되어 재결정화되는 동안에 합금이 냉간 압연에 영향을 받는 단계, 최종 냉간 압연에 영향을 받는 단계, 그리고 어닐링에 의해 견고해지는 단계를 포함한다. 좋은 응력 완화 저항 특성을 얻기 위해, 어닐링에 의해 견고해진 후, 합금은 견고화 어닐링후에 얻게 되는 최대 전기 전도성에 비해서 90%이하의 전기 전도성을 가져야 한다. 대안으로, 침전물과 같은 불용해성 재질의 면적비는 5%이하이여야 한다.

도 1은 응력 완화 비율을 평가하는 방법을 설명하는 개략 사시도;

도 2는 도 1에 사용된 측정 디바이스를 도시하는 개략 측면도;

도 3은 최대 누설 전류를 측정하는 방법을 설명하는 개략 평면도;

도 4는 도 3에 사용된 측정 디바이스를 도시하는 개략 측면도;

도 5는 응력 부식 균열 저항에 사용된 환형 시험부를 도시하는 개략도;

도 6은 20초동안 600℃에서 냉간 압연하고 어닐링한, 실시예에서 얻은 발명 합금의 열간 압연 부재의 금속조직학 포토그래픽; 및

도 7은 4시간동안 500℃에서 냉간 압연하고 어닐링한, 실시예에서 얻은 발명 합금의 열간 압연 주재의 금속조직학 포토그래픽.

단자 및 커넥터용으로 채택된 본 발명의 구리 합금이 상세히 설명되어 있다.

먼저, 구리 합금의 함유량과 첨가된 원소가 설명되어 있고, 그 퍼센트는 중량 단위이다.

(Ni)

Ni는, Sn과 함께 합금에 첨가될 때 변형된 구조를 형성하고, 내구성과 응력 완화 저항 특성을 향상시키는 원소이다. 그러나, P가 존재하고 Ni와 P의 혼합물이 예를 들어 배치 어닐링에 의해 형성되는 곳에서, 최종 변형 구조 부분은 양이 감소되고, 그 결과 응력 완화 저항 특성이 상당히 낮아지게 된다. 따라서, 고용체 처리가 필요하다. 함유량이 0.1%이하이면, 상기 효과는 기대될 수 없다. 한편, 함유량이 0.5%이상이면, 납땜 가열에서의 저항과 전기 전도성은 낮아지고, 그 결과 경제성이 떨어진다. 따라서, Ni의 함유량은 0.1-0.5% 범위에 있다.

(Sn)

Sn은 Ni와 혼합되어 첨가될 때 변형 구조를 형성하고, 항복 강도와 연신율을 맞추어서 기계적인 특성이 향상되는 효과를 얻고, 그 결과 성형성, 탄성 한계값, 및 응력 완화 저항 특성을 향상시킨다. 함유량이 1.0%이하이면, 그 효과는 기대되지 않는다. 다른 한편으로, 함유량이 2.5%이상일 때, 전기 전도성은 낮아지고, 비경제성이 된다. 따라서, Sn의 함유량은 1.0%이상 2.5%이하의 범위이다.

(Zn)

Zn은 전압이 인가되는 전자 부품이나 전자 핀사이에 물이나 습기가 들어가서 응축되는 경우에 누설 전류와 Cu의 이동을 억제할 수 있는 필수 원소이다. 이 원소는 위스커의 발생을 억제하고 납땜 굽힘성과 내구성을 향상시킬 수 있다. Zn의 함유량이 1.0wt%보다 크지 않을 때, 위스커의 발생을 억제하는 효과와 함께 납땜 굽힘성과 이동에서의 저항을 향상시키는 것이 줄어든다. 반대로, 그 함유량이 15%를 초과하는 경우에, 전기 전도성을 낮아지고, 응력 부식 균열이 발생하기 쉽다. 따라서, Zn의 함유량은 1.0%를 초과하여야 하지만, 15%보다 높지 않아야 한다.

(P)

P는 잉곳(예, 탈산, 유체 등)의 견고성을 주로 향상시키는 원소이다. P의 함유량(즉, 합금에 남아 있는 P의 양)이 0.0001%보다 적을 때, 용해 금속에서 탈산 효과가 기대되지 않는다. 한편으로, P가 0.05%이상(특히, 0.025%이상)으로 첨가될 때, Ni-P 중간 금속 화합물은 쉽게 침전되고 응고되어, 제조 방식에 따라 그레인 성장하여 최종 합금 제품의 기계적 성질, 굽힘성 또는 도금성이 떨어진다. Ni-P 화합물이 침전되지 않는 범위에서 열처리가 수행될 때에도, 0.05%이상의 P 첨가는 납땜 또는 Sn 막의 박리 현상을 야기할 것이고, 응력 부식 균열이 발생할 것이다. 따라서, P의 양은 0.0001%이상에서 0.025%이하의 범위에 있고, 특히, Ni, Sn, Zn, P이외의 원소를 포함하지 않는 Cu 합금은 그 양이 0.0001%이상에서 0.025%이하, 바람직하게 0.0001%에서 0.01%이하의 범위이여야 한다.

(Si)

Si는 용해 단조의 시간에 첨가될 때 탈산제로서의 효과를 가지고 있다. 따라서, Si를 첨가하여 최종 제품의 특성을 악화시키기 쉬운 P의 잔류량을 감소시킬 수 있다. Si가 탈산제로서 첨가되는 경우를 제외하고, 재결정화 온도를 증가시키는 효과를 가지고 있다. 이러한 효과를 얻기 위해, 0.0001%이상의 양으로 0을 유지하는 것이 바람직하다.

한편으로, 합금에 첨가된 Si의 대부분이 탈산후 형성된 산화물 형태로 용해 금속으로부터 제거된다. 그러나, 고체 용해 성분으로서 매트릭스로 남아있는 Si가 0.05%이상의 레벨로 존재한다면, 납땜과 Sn막의 박리 또는 백색화가 전기 전도성 하락과 함께 야기된다. 더욱이, Si는 변형 구조의 형성을 억제한다. 따라서, Si의 함유량은 0.05%이하의 범위, 바람직하게 0.0001%에서 0.01%이하의 범위에 있다.

(Ti, Mg, Ag)

소량이 첨가될 때, 이러한 원소는 응력 완화 저항 특성을 추가로 향상시키는 효과를 가지고 있다. 이러한 원소는 각각 0.0001%이하의 양으로 존재하면, 상기 효과를 기대할 수 없다. 총 양이 1%를 초과하면, 전기 전도성, 납땜 열에 대한 저항, 및 굽힘성은 바람직하지 않게 낮아진다. 따라서, 총 양은 0.0001%에서 1%의 범위에 있어야 한다.

(S)

S는 고온의 단일 원소로서 또는 낮은 녹는점의 중간 금속 화합물 또는 산화 혼합물로서 그레인 경계에서 용해되고, 이것은 가공성을 악화시키는 해로운 원소이다. 함유량이 0.005%를 초과하면, 경계에서의 균열이 열간 압연과 동시에 낮은 용해 부분으로부터 발생하고, 최종 잉곳에 균열이 생기게 된다. 한편으로, S는 펀칭 응력에 영향을 받을 때 펀칭 가공성(예, 잔류 응력의 감소와 버르스(burs)의 양 감소)을 향상시킬 수 있고, 펀칭 몰드의 마모를 감소시킬 수 있다. 함유량이 0.0005%이하일 때 어떠한 효과도 기대되지 않는다. 따라서, Si의 함유량은 0.0005%이하에서 0.005%이상의 범위에 있다.

(O, H)

본 발명의 합금은 용해 단계에서 각각이 가스 원소인 H와 O를 흡수한다. 이러한 원소는, O와 H의 함유량이 50ppm이하 또는 10ppm이하의 레벨에서 각각 제어되지 않으면, 단조시의 융해성은 캐스팅 표면과 함께 떨어지도록, 고용시에 용해 합금으로부터 방출된다. 특히, H가 남아 있을 때, 합금이 시트 재질로 전환되어 제품으로서의 값을 방해할지라도, 롤링 또는 어닐링의 중간 단계에서 시트 표면이 기포가 발생될 수 있다. 따라서, O의 함유량은 50ppm이하이고, H의 함유량은 10ppm이하이여야 한다. O의 함유량이, 적절한 양의 P, Si, Mg, Ti 등이 O와 화합물을 형성하기 위해 합금에 첨가되고, N₂가스와 같은 가스가 산소를 차단하기 위해 용해 분위기에 사용되는 과정에 따라서 제어될 수 있다.

(기타 원소)

Ca, Mn, Be, Al, V, Cr, Co, Zr, Nb, Mo, In, Pb, Hf, Ta, B, Ge, Sb는 각각 응력 완화 저항을 향상시킬 수 있다. 모든 원소가 1%보다 적은 양으로 존재하면, 본 발명의 합금의 주 성분인 Ni와 Sn으로 중간 금속 화합물을 형성할 수 없다. 그러나, 이러한 원소는 보통 온도 근처에서 낮은 용해도 제한값을 가지거나, 산소에 대하여 강한 친화성을 가지고 있다. 따라서, 이러한 원소중 하나이상이 1%을 초과하는 총 양으로 포함되어 있고, 거친 산화물이 형성될 수 있거나, 거친 그레인이 기계적 열처리에 의해 또는 열간 압연 또는 용해 단조의 시점에 형성되어, 도금 특성 또는 굽힘성이 낮아진다. 더욱이, 전기 전도성도 낮아질 수 있다. 따라서, 하나이상의 이러한 선택 원소의 양은 전체적으로 1%이하이다.

(전기 전도성)

구리 합금내의 침전물는 응력 완화 저항 특성을 떨어뜨릴 수 있다는 것을 알고 있고, 첨가 원소의 고체 용해도를 형성하고자 한다. 160℃에서 1000시간후 응력 완화 비율을 30%이하의 레벨을 유지하기 위해, 전기 전도성은 구리 합금의 어닐링으로 얻은 최대 전기 전도성의 90%이하를 유지할 필요가 있다. 어닐링으로 얻은 최대 전기 전도성은 500℃ 4시간의 조건하에서 구리 합금을 어닐링함으로써 얻은 전기 전도성이다는 것을 알게 될 것이다. 본 발명의 구리 합금으로, 그 합금은 대략 500℃(몇 십분이상)에서 어닐링될 때 그리고, 500℃ 4시간의 어닐링 조건하에서 포화될 때 최대 전기 전도성이 얻어진다. 이것은 침전물는 최대치의 양으로 형성되기 때문이고, 그 결과 전기 전도성이 약간 올라간다. 안정화 어닐링후에 상기 전기 전도성을 얻기 위해서, 구리 합금은 냉간 압연으로 어닐링후(안정화 어닐링에 앞서) 상기 전기 전도성을 가질 필요가 있다는 것을 알게 된다.

구리 합금의 응력 완화 저항 특성은, 투과 전자 현미경을 통해 관찰될 수 있는 그레인의 내측의 마이크로스코피 구조를 적절하게 제어함으로써 먼저 향상된다. 보다 상세하게, 응력 완화 저항 특성은 냉간 압연에 의한 어닐링후 또는 최종 냉간 압연후에 형성된 안정화 어닐링에서의 침전물의 작용을 제어함으로써 상당히 향상된다. 침전물의 작용은 전기 전도성의 변화로서 나타난다. 최대 전기 전도성의 90%보다 높지 않은 안정화 어닐링에서의 최종 제품의 전기 전도성은, 거친 어닐링동안에 침전물이 약간 형성될지라도, 실질적으로 첨가 원소 모두가 고체 용해 상태로 있어서, 모체의 응력 완화에 대한 저항(즉, 변위의 소멸 또는 슬립띠의 이동을 막는 작용)이 유지된다는 것을 의미한다. 그러나, 전기 전도성이 90%을 초과할 수 있는 상당한 양으로 침전물이 형성되면, 모체에서의 변위가 나타난다. 결국, 재질 특성이 낮아지고, 만족스러운 응력 완화 저항 특성을 얻을 수 없다.

본 발명의 구리 합금에서 최대 값의 90의 레벨에서의 전기 전도성은, 거의 5%이하인 침전물과 같은 비용해성 재질의 영역비에 대응한다는 것을 알게 될 것이다. 여기서 사용된 용어 "영역비(area ratio)"는 단위 영역당 침전물의 비율을 의미한다. 여기서 사용된 용어 "불용해성 재질"은 합금에서 완전히 용해할 수 없는 상기 침전물과 같은 것 그리고, 몇십 마이크로미터의 크기로, 거친 어닐링 단계동안에 고정된 Ni₅P₂, P₂O₅등과 같은 침전물을 의미한다.

(응력 완화 비율의 측정)

단자와 커넥터의 경우에, 응력 완화 저항 특성이 감소함에 따라, 단자간의 접합력이 낮아져서 신뢰성을 방해하는 것과 같은 문제점이 발생한다. 그러나, 160℃에서 1000시간후 얻은 응력 완화 비율이 30%이하일 때의 문제점은 없다. 본 발명의 구리 합금에서, 침전물의 영역 비율과 전기 전도성이 각각 앞서 설정된 필요 조건을 만족할 때, 30%이하에서 160℃ 1000시간의 경과후 이 응력 완화 비율을 유지하는 것이 가능하다.

본 발명은 합금은 초기에 응력 완화 저항 특성의 향상에 목적을 두고 있고, 그 결과 열간 압연후 냉간 압연으로 그 합금을 재결정할 필요가 있고, 여기서 최대 탄성 스트레인 에너지가 최종 냉간 압연에 앞서 저장되어 있다. 안정화 어닐링후 전기 전도성을 90%로 유지하기 위해, 냉간 압연에 의한 어닐링후의 단계에서 전도성은 90% 이하이여야 한다. 종래의 침전 경화 합금에 있어서, 배치방식의 어닐링을 수행하는 것이 필수적이지만, 본 발명의 실행에서, 합금 혼합은 적당히 조정되고, 어닐링은 단시간에 효과를 발휘하게 된다. 재결정화에 대한 특정 열처리 조건은 다음과 같다: 본 발명의 합금은 침전 경화타입이 아니기에, 재결정화는 5초에서 1분동안에 250-850℃의 가열 조건, 바람직하게 550℃-650℃의 가열 조건에서 실행된다. 온도가 낮아지고 시간이 짧아지면, 완전히 재결정화된 구조를 얻을 수 없다. 한편으로, 온도가 높아지고 시간이 길어지면, 침전물의 그레인 성장은 바람직하지 않게 큰 영역 비율을 야기하게 된다. 이것은 응력 완화 저항 특성이 낮춤으로써 증가된 전기 전도성을 피한다. 더욱이, 그레인 크기가 커지기 때문에, 기계적 성질은 약화된다.

한편으로, 최종 압연후, 응력 완화 저항 특성과 재질 특성(특히, 스프링으로서의 제한값)을 향상시키기 위해 안정화 어닐링을 실행하는 것이 필요하다. 이것 때문에, 안정화 어닐링은 5초에서 1분동안 250-850℃, 바람직하게 300-450℃의 온도 범위에서 실행되어야 한다. 상기 범위보다 온도가 낮아지고 시간이 짧아지면, 냉간 압연에 의한 변위는 적절히 해제되지 않고, 응력 완화 저항 특성과 재질 특성을 향상시킬 수 없다. 그 반대로, 상기 범위보다 온도가 높아지고 시간이 길어지면, 침전물의 그레인 성장은 지나치게 영역 비율을 증가시킨다. 이것은 바람직하지 않게 전기 전도성을 높이고, 전기 전도성을 상승시키고, 응력 완화 저항 특성을 낮추고, 그 결과 경제적인 면에서 바람직하지 않다.

본 발명은, 시트 재질이 제조될 수 있는지 여부가 체크되는 실시예 1, 추가 원소의 영향이 체크되는 실시예 2, 그리고, 전기 전도성과 침전물의 영역비의 영향과 열처리 조건이 체크되는 실시예 3에 의해 보다 상세히 설명된다.

실시예 1

구리 합금은 형식이 표 1에 나타난 잉곳을 얻기 위해 목탄의 범위에서 공기중의 크리프톨로(furance)에 용해되어 있다. 이 단계에서, 단조가 가능한지 여부가 판단된다. 다음에, 각각의 잉곳은 15mm 두께 시트로 열간 압연되었고, 시각 측정을 통해 열간 압연시의 균열의 발생을 판단한다. 본 발명의 구리 합금은 열간 압연을 필요로 하지 않는 수평 연속 전조를 통해 만들어질 수 있다는 것을 알게 될 것이다.

상기 결과로부터, 본 발명의 실시예 1-11의 합금은 모두 전조될 수 있고, 열간 압연시에 균열이 생기지 않는다. 한편으로, 비교 실시예 12의 합금은 P와 Si가 부족하고, 그 결과 탈산이 불충분하여 안정된 잉곳을 얻을 수 없다. 비교 실시예 13에서, H와 O는 모두 초과량이고, 그 결과 유동성은 극도로 낮아지고, 단조는 멈추게 된다. 비교 실시예 14의 합금은 전조될 수 있지만, S가 초과량이고, 그 결과 합금은 냉간 압연시에 균열이 생긴다.

실시예 2

비교 실시예의 구리 합금은 형식이 표 2의 숫자 15-28로 표시된 잉곳을 얻기 위해 목탄의 범위에서 공기중의 크리프톨로에서 용해되었고, 다음 15mm 두께 시트로 열간 압연된다. 비교를 위해 합금은 상기 범위에서 얻은 S,H,O를 각각 가지고 있기 때문에, 좋은 열간 압연 시트가 쉽게 얻어진다.

본 발명의 실시예 1-11와 비교 실시예 15-28의 열간 압연 시트(15mm의 두께)는 0.25mm 두께의 시트 재질을 얻기 위해 아래에 표시된 조건하에서 냉간 압연과 열처리를 혼합 방법에 영향을 받는다.

(NO. 1-11, 15-25, 28) 15mm 두께 시트→0.5mm 두께로 냉간 압연→600℃×20초의 조건하에서 어닐링→0.25mm 두께로 냉간 압연→300℃×20초의 조건하에서 안정화를 위한 어닐링

(NO. 26) 15mm 두께 시트→0.5mm 두께로 냉간 압연→550℃×2시간의 조건하에서 어닐링→1.5mm 두께로 냉간 압연→450℃×2시간의 조건하에서 어닐링→0.34mm 두께로 냉간 압연→400℃×2시간의 조건하에서 어닐링→0.25mm 두께로 냉간 압연→350℃×20초의 조건하에서 안정화를 위한 어닐링

(NO. 27) 15mm 두께 시트→3.0mm 두께로 냉간 압연→490℃×2시간의 조건하에서 어닐링→1.0mm 두께로 냉간 압연→360℃×2시간의 조건하에서 어닐링→0.25mm 두께로 냉간 압연→350℃×20초의 조건하에서 안정화를 위한 어닐링

이러한 시트 재질은 비교하여 차이점을 확인하는 다음 방식으로 재질 특성의 평가에 영향을 받는다.

(기계적 강도)

항복 강도와 신장 강도는 각각 길이 방향이 압연 방향과 평행한 JIS NO.5 시험부재(n=2)를 이용하여 측정된다.

(응력 완화 특성)

도 1과 도 2에 특별히 도시된 바와 같이, 10mm 폭의 시험부재는 EMA-3003에 설명된 방식으로 캔틸레버로 고정되어 있고, (1)로 표시된 80mm의 길이에 대응하는 위치에서 시험부재의 항복 강도의 80%에 대응하는 굽힘 응력이 가해진다. 가해진 조건하에서, 시험부재는 1000시간동안 160℃ 또는 180℃를 유지하고, 다음 응력이 제거된다. 응력이 제거된 후, 가해진 점에서의 시험부재의 편각(δ)과 응력 제거후의 변위(ε1)는 각각 측정되고, 다음 방정식(각각의 온도에 대해 n=5)에 따라 응력 완화 비율이 계산된다.

응력 완화 비율(%) = (ε1/δ)×100

굽힘 응력(σ)은 다음 방정식 σ=(3×E×t×δ)/(2×1²)에 따라서 계산된다.

여기서, σ: 굽힘 응력 = 시험부재의 항복 강도×0.8

E : 시험부재의 영 계수(N/mm²),

T : 시험부재의 시트 두께 = 0.25.

(전기 전도성)

전기 전도도는 전기 전도성을 측정함으로써 평가되었다. 전기 전도성은 JIS H 0505에 설명된 방법을 근거로 측정되었다.

(납땜 열에 대한 저항)

MIL-STD-202F 방법 208D의 과정을 근거로 납땜되었다. 이후에, 공기중에서 150℃ 온도에서 1000시간 경과후, 납땜된 시험 부재는 납땜되는 동안에 1mmΦ의 곡률로 180°구부려지고, 다음에 납땜이 박리되거나 시각 측정이 가능한지를 확인한다. 시각 관측(n=3)을 통한 평가에서, 납땜이 시험부재 또는 모체로부터 분리되는 것을 확인하는 경우는 박리될 때 판단되었다.

(이동 저항)

3.0mm의 폭과 80mm의 길이를 가진 시험부재는 각각의 시트 물질로부터 샘플링되고, 이동 저항 시험은 결합한 두 개의 시험부재를 이용하여 실행된다(n=4). 도 3과 도 4는 각각 시험부재의 누설 전류를 측정하는 시험 방법을 설명하고 있다. 도 3과 도 4에서, 시험부재는 각각 2a,2b로 표시되어 있고, 3는 1mm 두께의 ABS 수지 시트이고, 3a는 ABS 수지 시트에 형성된 홀이고, 4는 ABS 수지 시트에 대한 지지판이다. 또한, 5는 절연 페이트로 표면을 코팅한 지지판을 강제 고정하는 클립이고, 6은 배터리이고, 7은 전기선이다. 시험부재(2a,2b)는 끝단에서 전기선(7)으로 연결되어 있다.

도 3과 도 4에 도시된 두 개의 시험부재(2a,2b)에 배터리(6)로부터 14V의 직류가 인가되고, 다음에 5분동안 수돗물에 침지하고, 10분동안 건조하고, 이러한 사이클을 50번 반복한다. 반복하는 동안의 최대 누설 전류는 고감도 리코더(도시 생략)에 의해 측정된다.

(굽힘성)

10mm의 폭과 35mm의 길이를 가진 시험부재는 CESM0002 금속 W형 굽힘 시험에서 정의된 B형 굽힘 도구사이에 샌드위치되어 있고, 시마쥬 코퍼레이션에 의해 제조된 유니버셜 테스팅 머신 RH-30과 같은 것을 이용하여 1톤의 부하에서 0의 R/t로 W형 굽힘에 영향을 받는다.

다음에, 시험부재는 1톤의 부하에서 90°로 구부려진 부분에서 0 반지름에서의 180도 굽힘에 영향을 받고, 다음에 굽힘부(n=2)에서의 균열 유무를 체크한다. 굽힘 부분에서의 균열의 정도는 다음과 같은 JAPAN COPPER AND BRASS RESEARCH ASSOCIATION에 의해 정의된 굽힘성에 의한 5등급 평가에 따라서 평가된다.

A : 구김 없음 B : 구김 적음 C : 구김 D : 균열 적음 E : 균열

본 발명의 실행에서, A-C로 평가된 샘플은 좋은 것으로 평가되고, D와 E로 평가된 샘플은 균열이 있는 것으로 평가되었다.

(응력 부식 균열에 대한 저항)

0.25mm 두께×12.7mm 폭×150mm 길이의 시험부재는 각각의 시트 물질로부터 절단되고, 톰슨 방법(재질 조사 및 표준 (1961)1081)(n=4)에 따른 응력 부식 균열에 대한 저항에 영향을 받는다. 보다 상세하게, 시험부재는 도 5에 도시된 바와 같은 루프로 형성되어 있고, 수성의 14% 암모니아는 건조기내에 위치되어 있다. 건조기는 40℃에서 포화 암모니아 증기로 채워지고, 시험부재가 파괴되기 전의 시간을 측정하기 위해 증기에 루프를 노출하다.

이 측정의 결과는 표 3과 4에 표시되어 있다.

표 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 합금은, 이동 저항에서의 최대 누설 전류값이 낮은 레벨로 억제되는 상태로, 양호한 항복 강도, 전기 전도성, 및 0 반지름에서 180도 구부려서 결정된 굽힘성을 표시한다. 더욱이, 본 발명의 합금은 우수한 응력 완화 저항 특성과 함께 양호한 열적 박리 저항과 응력 부식 균열에 대한 양호한 저항을 가지고 있다.

한편, 비교 실시예 15의 합금은 과량의 Ni를 함유하고, 전기 전도성은 낮고, 납땜 열 저항 시험에서 박리가 발생한다. 비교 실시예 16는 Ni 함유량이 부족하여, 항복 저항이 낮고, 응력 완화 저항 특성이 취약하다.

비교 실시예 17에서, Sn는 과량으로 함유되어 있어서, 전기 전도성은 낮아지고, 응력 완화 저항 특성은 취약하다. 더욱이, 단시간의 샘플의 파괴는 샘플이 으력 부식 균열 저항 시험에 영향을 받을 때 확인된다. 비교 실시예 18는 Sn 함유량이 부족하여서, 충분한 항복 강도를 얻지 못하고, 응력 완화 저항 특성은 또한 취약하다.

비교 실시예 19에서, Zn은 과량으로 첨가되어 있어서, 최종 합금은 전기 전도성이 낮고, 응력 완화 저항 특성은 취약하고, 응력 부식 균열 저항 시험에서 단시간에 파괴된다. 비교 실시예 20에서, Zn의 함유량은 부족하여서, 이동 저항 시험에 의해 결정될 때 높게 되고, 자동차용 단자에 사용하기에는 치명적인 누설 전류와 함께 납땜 열 저항 시험에서 박리가 관측된다.

비교 실시예 21에서, P가 과량으로 함유되어 있어서, 납땜 열 저항 시험에서 박리가 발생하고 응력 완화 저항 특성은 약해진다. 비교 실시예 22에서, Si는 과량으로 함유되어 있어서, 납땜 열 저항 시험에서 박리가 발생한다. 비교 실시예 23에서, Fe가 과량으로 함유되어 있어서, 전기 전도성은 낮아지고, 샘플은 굽힘성 시험에서 결정될 때 균열이 발생하고, 납땜 열 저항 시험에서 박리가 발생한다. 비교 실시예 24에서, Mg가 과량으로 첨가되어 있어서, 굽힘성 시험에서 균열이 발생하고, 납땜 열 저항 시험에서 박리가 발생한다. 비교 실시예 25는 총량이 과량인 Mn과 같은 선택 원소를 다루고 있어서, 굽힘성 시험에서 균열이 생기고, 납땜 열 저항 시험에서 박리가 발생한다.

비교 실시예 26는 인청동을 다루고 있고, 최종 합금은 전기 전도성이 낮고, 굽힘성 시험에서 영향을 받을 때 균열이 발생하고, 이동 저항과 응력 완화 저항 특성이 취약하고, 납땜 열 저항 시험에서의 박리를 포함한다. 비교 실시예 27에서, 청동이 사용되고, 그 결과 전기 전도성은 낮고, 굽힘성 시험에서 균열이 발생하고, 응력 완화 저항 특성은 취약하고, 응력 부식 균열 저항 시험에서 단시간에 파괴된다. 비교 실시예 28에서, P와 Si는 과량으로 함유되어 있어서, 납땜 열 저항에서 박리가 발생한다.

(실시예 3)

표 1에 표시된 혼합물 NO.2를 가진 열간 압연 시트(15mm 두께)는 0.25mm 두께의 시트를 얻기 위해 표 5에 표시된 상이한 조건에서 냉간 압연과 어닐링의 결합에 영향을 받는다. 얻은 시트는 다음 방식의 재질 특성과 침전물의 영역비의 측정에 영향을 받는다.

(침전물의 영역비)

단위 영역당 침전물의 비율은 90,000의 배율(침전물을 확인하기 위해 가장 선호하는 배율)에서 3번의 시각 관측을 통해 TEM를 사용하여 결정되고, 이러한 비율의 평균값은 영역비로서 제공된다.

측정의 결과가 표 6과 7에 표시되어 있다. 본 발명의 실시예 2-3과 비교 실시예 2-17에서의 중간 어닐링의 종결후의 구조의 TEM 사진(90,000 배율)은 각각 도 6과 7에 도시되어 있다.

표 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2-1내지 2-3의 합금은 항복 강도, 전기 전도성, 및 굽힙성이 양호하고, 이동 저항을 통해 결정된 최대 누설 전류는 양호한 납땜 열 저항과 응력 부식 균열 저항과 함께 낮은 레벨로 억제된다. 더욱이, 전기 전도성은 배치 어닐링 합금의 90%보다 높지 않고(비교 실시예 2-17), 침전물의 영역비는 5%이하이기에, 응력 완화 저항 특성은 우수하다.

한편, 표 7에 도시된 바와 같이, 비교 실시예 2-4는 냉간 압연에 의한 열처리 시간이 부족하여 재결정화가 발생하지 않고, 응력 완화 저항 특성을 포함한 재질 특성은 취약하게 된다. 비교 실시예 2-5에서, 냉간 압연에 의한 열처리 시간은 길어서 그레인 성장은 과도하게 진행한다. 이것은 침전물의 과도한 영역비와, 배치 어닐링 합금의 90%을 초과하는 전기 전도성과, 응력 완화 저항 특성과 굽힘성이 취약하게 된다. 비교 실시예 2-6에서, 냉간 압연에 의한 열처리 시간은 짧아서, 재결정화는 일어나지 않고, 응력 완화 저항 특성을 포함한 특성이 취약하게 된다. 비교 실시예 2-7에서, 냉간 압연에 의한 열처리 시간은 길어서, 그레인 성장이 과도하게 진행하고, 그 결과 침전물의 영역비는 초과하게 된다. 더욱이, 전기 전도성은 배치 어닐링 합금의 90%이고, 응력 완화 저항 특성는 감소하고, 굽힘성은 약해진다.

비교 실시예 2-8에서, 냉간 압연에 의한 열처리 온도는 낮아서 최종 합금은 재결정화되지 않고, 응력 완화 저항 특성을 포함한 재질 특성은 약하게 된다. 비교 실시예 2-9에서, 냉간 압연에 의한 열처리 온도는 높아서 그레인 성장은 과도하게 진행하고, 결과적으로 침전물의 영역비는 과도하게 된다. 추가로, 전기 전도성은 배치 어닐링 합금의 90%를 초과하고, 응력 완화 저항 특성은 굽힘성이 약해짐과 동시에 감소한다.

비교 실시예 2-10에서, 최종 압연후의 안정화 어닐링이 수행되지 않기 때문에, 변위가 적당히 해제되지 않고, 그 결과 응력 완화 저항 특성은 약해진다. 비교 실시예 2-11에서, 최종 압연후의 어닐링 시간은 짧아서 변위는 적당히 해제되지 않고, 그 결과 응력 완화 저항 특성은 약해진다. 비교 실시예 2-12에서, 최종 압연후의 어닐링 시간은 길어서 침전물은 과도하게 성장하고, 그 결과 영역비는 바람직하지 않게 크다. 추가로, 전기 전도성은 배치 어닐링 합금의 90%를 초과하고 응력 완화 저항 특성은 약해진다. 비교 실시예 2-13에서, 최종 압연후의 어닐링 시간은 짧아서 변위는 적당히 해제되지 않고, 그 결과 응력 완화 저항 특성은 약해진다. 비교 실시예 2-14에서, 최종 압연후의 어닐링 시간은 길어서, 침전물은 큰 영역비와 함께 과도하게 성장하고 전기 전도성은 약한 응력 완화 저항 특성과 함께 배치 어닐링 합금의 90%이상이다.

비교 실시예 2-15에서, 최종 압연후의 어닐링 온도는 낮아서 변위는 적당히 해제되지 않고, 그 결과 응력 완화 저항 특성은 약해진다. 비교 실시예 2-16에서, 최종 압연후의 어닐링 온도는 높아서 침전물은 과도하게 성장하고, 그 결과 영역비는 커진다. 추가로, 전기 전도성은 응력 완화 저항 특성이 약해짐과 동시에 배치 어닐링 합금의 90%이상이 된다.

비교 실시예 2-17는 배치 어닐링 합금을 다루고 있고, 냉간 압연에 의한 어닐링 시간은 본 발명에서 정의한 범위를 초과하고 최종 압연후의 어닐링은 수행되지 않느다. 따라서, 최종 합금은 응력 완화 저항 특성을 포함한 재질 특성이 약해진다.

전술한 사항으로 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 합금은 강도, 이동 저항, 응력 부식 균열 저항, 납땜 열 저항 등이 양호함과 동시에 우수한 응력 완화 저항 특성을 나타내고, 단자 및 커넥터용으로서 사용된다.

Claims

단자 및 커넥터용 구리 합금에 있어서, 0.1wt%∼0.5wt% 미만의 Ni, 1.0wt%∼ 2.5wt% 미만의 Sn, 1.0wt%∼15wt%의 Zn를 포함하며, 0.0001wt%∼0.05wt% 미만의 P와 0.0001wt%∼0.005wt%의 Si사이에서 선택된 적어도 하나의 원소와 차액의 Cu와 불가피한 불순물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 합금.
단자 및 커넥터용 구리 합금에 있어서, 0.1wt%∼0.5wt% 미만의 Ni, 1.0wt%초과∼2.5wt% 미만의 Sn, 1.0wt% 초과∼15wt%의 Zn, 및 0.0005% 초과∼0.005%의 Si를 포함하며, 0.0001wt%∼0.05wt% 미만의 P와 0.0001wt%∼0.005wt%의 Si사이에서 선택된 적어도 하나의 원소를 더 포함하며, 50ppm 이하의 O, 10ppm 이하의 H, 및 차액의 Cu와 불가피한 불순물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 합금.
제 1 항에 있어서, Ti의 함유량이 0.0001∼0.2wt%이고, Mg의 함유량이 0.0001∼0.2wt%이고, Ag의 함유량이 0.0001∼0.2wt%이고, Fe의 함유량이 0.0001∼ 0.6wt%이다고 가정한 Ti, Mg, Ag, Fe로 구성된 그룹중에서 선택된, 총량이 0.0001∼1wt%인 적어도 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 합금.
제 2 항에 있어서, Ti의 함유량이 0.0001∼0.2wt%이고, Mg의 함유량이 0.0001∼0.2wt%이고, Ag의 함유량이 0.0001∼0.2wt%이고, Fe의 함유량이 0.0001∼ 0.6wt%이다고 가정한 Ti, Mg, Ag, Fe로 구성된 그룹중에서 선택된, 총량이 0.0001∼1wt%인 적어도 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 합금.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 총량이 1wt% 이하인, Ca, Mn, Be, Al, V, Cr, Co, Zr, Nb, Mo, In, Pb, Hf, Ta, B, Ge, Sb중 하나이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 합금.