KR20090102830A

KR20090102830A - 압연판재

Info

Publication number: KR20090102830A
Application number: KR1020097015514A
Authority: KR
Inventors: 구니테루 미하라; 다쯔히코 에구치
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-09-30
Also published as: CN101595232A; KR101503086B1; TW200844242A; TWI412612B; US20100203354A1; CN101595232B; JP5367271B2; JP2008202144A

Abstract

Cr을 0.1∼1.0mass%, Sn을 0.05∼1.0mass%, Zn을 0.05∼1.0mass%포함하고, 잔부 Cu와 불가피 불순물로 이루어지는 구리합금을 냉간압연한 압연판재로서, 그 압연방향에 대해서 평행방향 및 직각방향의 상기 압연판재에 대한 끼워맞춤식 응력완화시험에 있어서의 150℃, 1000시간 경과후의 응력완화율이, 함께 50% 이하인 압연판재.

Description

압연판재{ROLLED SHEET MATERIAL}

본 발명은, 압연판재에 관한 것이다.

종래, 전기·전자기기의 리드 프레임, 커넥터, 단자, 릴레이, 스위치 등에 이용하는 재료에는, 철계 재료 외, 전기 및 열전도성이 뛰어난 인청강, 단동, 황동, 크롬동합금 등의 구리계 재료가 넓게 이용되고 있다. 최근, 전기·전자기기의 소형화, 경량화, 고밀도 실장화 등의 요구로부터, 상기 구리계 재료에는, 강도, 도전성, 응력완화 특성, 도금성, 및 땜납 내후성, 나아가서는 휨 가공성, 프레스성, 내열성 등의 향상이 요구되고 있다.

특히, 자동차나 전철 등의 이동체 용도의 전기 접속 부품이나 정크션 박스(전기접속상자), 제어 유닛 등으로 이용되는 단자는, 일반적으로 '음차단자'라 불리고, 이 음차단자는, 판재의 압연방향에 대해서 평행한 방향(이하, 압연 평행방향이라 칭한다) 및 판재의 압연방향에 대해서 직각인 방향(이하, 압연 직각방향이라 칭한다)을 잡아늘리거나 혹은 찢는 형태로 형성되는 암단자이고, 이 형성된 빈틈에 숫탭{일반적으로는 퓨즈나 릴레이 등의 단자(다리)}가 접속되어 이용되고 있다(특허문헌 1∼6 참조).

이러한 용도에 대해서, 상기 크롬동합금은, Cr입자가 석출된 내열성이 높은 Cu-Cr계 합금으로, CDA(Copper Development Association) 등록의 CDA18040 합금이 시판되고 있다. 또한, 이 합금의 특성을 개선한 합금도 제안되고 있다(특허문헌 7, 8 참조).

또한, 일반적으로 이용되는 구리 및 구리합금의 응력완화 특성의 시험 방법은, 일본전자재료공업회 표준규격(EMAS-3003)에 규정되는 방법이며, 또한 이것과 유사한 시험 방법(특허문헌 9 참조)이 이용되고 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2005-278285호(도 4-b 참조)

특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2005-19259호(도 2 참조)

특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 2005-312130호(도 2 참조)

특허문헌 4 : 일본 공개특허공보2005-85527호(도 2 참조)

특허문헌 5 : 일본 공개특허공보 평성11-16624호(도 4 참조)

특허문헌 6 : 일본 공개특허공보 2005-80460호(도 5 참조)

특허문헌 7 : 일본 공고특허공보 소화64-457호

특허문헌 8 : 일본 공고특허공보 평성3-25495호

특허문헌 9 : 일본 공개특허공보 2006-291356호(단락 0055 참조)

도 1은 본 발명에서 이용한 끼워맞춤식 응력완화 특성 시험 방법의 설명도이다.

도 2는 응력완화 시험편(압연 직각방향)의 평면도이다.

[부호의 설명]

1a,1b : 응력완화 시험편

2 : 관통 홈(슬릿)

3 : 끼워맞춤부재

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그런데, 상기 단자는 항구적으로 확실히 접속되고 있는 것이 필요하고, 그 신뢰성을 도모하는 기준으로서, 통상, 응력완화 특성이 요구되는 특성치를 만족한 것이 바람직하다.

그러나, 상기 CDA18040 합금이나 특허문헌 7, 8 기재의 크롬동합금에 의한 전기·전자기기용 재료, 특히 자동차 등의 이동체 용도에 있어서, 이들 합금이 나타내는 응력완화 특성은, 만족할 특성이라고는 말할 수 없었다.

또한, 특허문헌 9 기재의 응력완화 특성의 시험 방법은, 음차단자 등의, 특히 접속 부위에 있어서의 진동의 영향을 고려해야 할 이동체 용도의 전기·전자기기에 사용되는 단자의 신뢰성을 도모하는 응력완화 특성의 시험방법으로서 적합한 것이라고는 할 수 없었다.

따라서, 자동차나 전철 등의 이동체 용도의 전기·전자기기에 사용되는 단자의 신뢰성을 구현하는 응력완화 특성의 시험 방법과, 그 시험 방법에 의한 응력완화 특성을 만족하는 재료가 바람직하였다.

이러한 상황을 감안하여, 본 발명자들은 이하의 지견에 기초하여, 검토를 더 진행시켜 본 발명을 완성시키기에 이른 것이다.

(A) 접속 부위에 있어서의 진동의 영향을 고려해야 할 이동체 용도의 전기·전자기기용 금속재료에 대해 바람직한 응력완화 특성의 시험 방법을 제안하는 동시에, 그 시험 방법에 있어서 상기 용도에 요구되는 응력완화 특성을 만족하는 Cr, Sn, Zn을 포함한 구리합금을 제공할 수 있는 것.

(B) Cr, Sn, Zn을 포함한 구리합금 안에 분산하는 Cr화합물의 입자지름(화합물 입자의 직경) 및 그 분산밀도, 나아가서는 최종 냉간압연율과 인장강도, 도전율 및 응력완화율 등의 특성과의 관계에 대해 검토하여, 상기 입자지름 및 분산 밀도를 적정하게 규정하는 것에 의해 상기 특성을 개선할 수 있는 것.

본 발명은, 특히, 압연방향에 대해서 평행방향 및 직각방향의 양쪽 모두의 인장강도, 도전율, 및 응력완화 특성이 모두 뛰어난 전기·전자기기용 구리합금 제의 압연판재의 제공을 목적으로 하고 있다.

즉, 본 발명에 의하면, 이하의 수단이 제공된다:

(1) Cr을 0.1∼1.0mass%, Sn을 0.05∼1.5mass%, Zn을 0.05∼1.5mass% 포함하고, 잔부 Cu와 불가피 불순물로 이루어지는 구리합금을, 냉간압연한 압연판재로서, 그 압연방향에 대해서 평행방향 및 직각방향의 상기 압연판재에 대한 끼워맞춤식 응력완화 시험에 있어서의 150℃, 1000시간 경과후의 응력완화율이, 모두 50% 이하인 압연판재.

(2) 상기 압연판재의 압연방향에 대해서 평행방향 및 직각방향의 상기 압연판재의 인장강도가 400MPa 이상, 및 그 도전율이 40%IACS 이상이며, 상기 압연판재내에 분산하는 Cr입자의 치수가 5∼50nm, 그 분산밀도가 10²∼10³개/㎛²인 (1) 기재의 압연판재.

(3) 상기 압연판재의 표면이 두께 0.5∼5㎛의 Sn층 혹은 Sn합금층으로 피복되어 있는 (2) 기재의 압연판재.

(4) 상기 압연판재를 구성하는 상기 구리합금이, Al, Zr, Ti, Fe, P, Si, Mg의 군으로부터 선택되는 적어도 1개를 합계로 0.005∼0.5mass% 더 포함한 (1)∼(3)의 어느 하나에 기재의 압연판재.

(5) 상기 압연판재의 최종 압연 가공율이 10%에서 50%인 것을 특징으로 하는 (1)∼(4)의 어느 하나에 기재의 압연판재.

(6) 제어 유닛의 단자, 버스 바 용도의 (1)∼(5)의 어느 하나에 기재의 압연판재.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 적절히 첨부의 도면을 참조하여, 하기의 기재로부터 보다 분명해질 것이다.

(Cr)

본 발명에 있어서, Cr을 0.1∼1.0mass%로 한정하는 것은, 상기한 바와 같이 Cr은 최적인 열처리에 의해 구리합금 판재중에 Cr단체 입자 혹은, 첨가된 원소와 함께 석출하여, 도전율의 향상, 응력완화 특성, 내열성의 개선을 도모할 수 있다. 그 경우, 0.1mass% 미만에서는 충분하지 않고, 1.0mass%를 초과하면, 그 효과가 포화되어 공업적으로 바람직하지 않다.

(Sn)

Sn을 0.05∼1.5mass%로 한정하는 것은, Sn은 구리 모재 중에 고용하여 강화하는 동시에, 응력완화 특성, 내열성의 개선을 도모할 수 있다. 그 경우, 0.05mass% 미만에서는 그 효과를 발휘하지 못하고 1.5mass%를 초과한 함유는 도전율의 저하를 초래하고, 또한, 열간 가공성(열간압연 가공시에 깨짐이 발생)을 저해하기 때문이다.

(Zn)

Zn을 0.05∼1.5mass%로 한정하는 것은, Zn은 구리 모재 중에 고용하여 강화하는 동시에, 내열성 및 내땜납 내후성을 향상시킬 수 있다. 땜납은 일반적으로 구리 모재 및 Sn도금과의 계면에서 박리하여 접속 신뢰성을 저하시키는 문제를 일으킨다. Zn은 이 박리 전에 계면에서 형성되는 보이드(구멍)형성을 억제하는 효과가 발견되고 있다. 그러나, 그 양은 0.05mass% 미만에서는 효과가 없고, 1.5mass%를 초과하는 함유는, 도전율을 저하시키고, 또한, 그 효과도 포화된다.

(기타 원소)

또한, Cr, Sn, Zn 이외의 원소로서 Al, Zr, Ti, Fe, P, Si, Mg의 군으로부터 선택되는 적어도 1개를 적당량 함유함으로써, 강도의 향상이 도모된다. 이들 원소의 함유량은, 0.005mass% 미만에서는 그 효과를 충분히 얻지 못하고, 0.5mass%를 초과하면 도전율이 저하해 버리기 때문에, 그 함유량을 합계로 0.005∼0.5mass%로 한다.

(압연율)

최종 냉간압연율은 재료의 인장강도를 향상시킨다. 그러나, 그 가공율이 너무 낮으면 충분한 인장강도를 얻지 못하고, 또한, 너무 높으면 응력완화 특성을 저하시켜 버린다. 또한, 가공율이 높으면 휨 가공성이 열화하는 것도 주지이다. 본 발명에 있어서는, 다단 즉 복수 공정으로 실시되는 냉간압연중에서 최종으로 실시되는 냉간압연에서의 압연율을 10% 이상 50% 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음에, 자동차 용도의 전기 접속 부품, 단자 및, 버스 바 등이 탑재되는 정크션 박스 등에 사용되는 압연판재는, 압연 평행방향 및 압연 직각방향에 있어서의 이방성이 적은 특성이 필요한 것은 용하게 추측된다.

그런데, 통상의 전자기기용 재료는 휨 가공 방향이 압연 평행방향 또는 압연 직각방향의 어딘가에 한정되는 것이 일반적이고, 요구 특성이나 특성 평가방법도 이것을 고려하고 있다. 그러나, 버스 바 용도에서는 상기 특허문헌 등에서 나타나는 바와 같이 압연 평행방향, 압연 직각방향의 어느 방향으로도 휨 가공을 하는 것이 일반적이고, 인장강도 및 도전율에 있어서도 이방성이 있으면 여러 가지의 문제를 일으킨다. 또한, 응력완화 특성에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 압연판재를 자동차나 전철 등의 이동체의 제어 유닛의 버스 바 용도에 이용하는 경우, 특성 평가방법이 그 용도에 적합할 필요가 있지만, 상기 각 특허문헌에는 버스 바 용도에 적합한 특성 평가방법(특히 음차단자 등의 구조로 접속되는 단자로서의 응력완화 특성 등)이 기재되지 않고, 압연판재에 대해서 본래 요구되어야 할 특성이 평가되어 있지 않은 상황이 되고 있었다.

또한, 제어 유닛은 일반적으로 자동차의 엔진 룸이나 전철이나 기관차의 기계실에 설치되는 것이 많고, 그 설치 환경(진동을 수반한다), 온도 환경, 연료 연소에 수반하는 고농도의 부식 가스 분위기, 나아가서는 분진 환경 등에서 일반의 전자기기 용도에 비해 어려운 환경에서 사용되고 있다. 따라서, 이러한 용도에 이용되는 재료에서는, 상기 응력완화 특성이 중요한 동시에, 방열성이 양호하고, 또한 응력 부식 시험에도 뛰어난 것이 바람직하다.

본 발명은, 이러한 사용 환경을 심사숙고한 후에, 최적인 평가방법을 발견하여, 재료 특성과의 관계를 분명히 하고 있다.

(인장강도, 도전율)

따라서, 우선 압연 평행방향과 압연 직각방향의 인장강도는, 400MPa 이상이 바람직하다. 400MPa 이하에서는 단자 및 버스 바로서의 재료 강도가 부족하고, 퓨즈나 릴레이 등의 숫단자를 끼우고 뽑을 때에 변형이 생겨 버리는 경우가 있다.

또한, 정크션 박스는 자동차의 엔진룸에 설치되는 것이 많고, 또한, 인가되는 전류도 수십 A(암페어)의 대전류가 흐르기 때문에, 도전율이 높을수록 줄 발열을 낮게 억제할 수 있고, 또한, 열전도성에도 뛰어난 것이 방열의 관점에서 요구되기 때문에, 그 도전율은 40% IACS 이상이 바람직하다.

(Cr석출물)

상기 인장강도 및 도전율을 갖는 구리합금제의 압연판재의 제조에는, 첨가한 Cr을 압연판재 중에 분산시키는 것에 의해서 이루어 수행된다. 즉, 분산, 여기에서는 석출하는 Cr의 석출 입자의 치수 및, 그 분산밀도(분포밀도: 석출물의 면밀도를 의미한다)를 제어함으로써 수행되는 것이다.

Cr입자가 석출되는 것에 의해 인장강도와 도전율의 양자를 향상시킬 수 있지만, 그 치수와 분산 밀도를, 적정하게 제어하지 않으면 얻을 수 없는 특성이다. 그 치수는, 입자지름 환산으로 5∼50nm인 것이 바람직하고, 5∼30nm으로 제어하는 것이 더 바람직하다.

한편, 분산 밀도는, 10²∼10³개/㎛²의 범위가 바람직하고, 10²∼5×10²개/㎛²의 범위가 더 바람직하다.

상기 석출한 Cr 및 Cr화합물은, 투과전자현미경(TEM)에 부속된 EDS(에너지 분산형 분석기)에 의해 정확하게 해석된다.

이 분산 밀도는, 예를 들면 다음과 같이 구해진다.

압연재로부터 투과전자현미경용의 박막 시험편을 제작하여, 가속 전압 300kV로 투과형 전자현미경 관찰을 실시한다. 관찰에는 5,000∼250,000배의 배율을 이용하여, Cr입자가 분명히 명확하게 관찰될 수 있는 방위(예를 들면, (001)이나 (111)면으로부터의 입사 방위)에서 관찰한다. 그 경우, 개개의 Cr입자의 치수를 측정할 때는, 고배율(≥×100,000)로, 임의로 20∼50개의 입자가 들어가는 사진을 3시야 촬영하고, 그 사진으로부터 평균 입자 치수를 구한다. 이 때, Cr입자가 편평하게 되어 있었을 때에는, 타원에 근사하고, 그 짧은 지름과 긴 지름의 평균치를 입자 치수로 한다.

또한, 입자 밀도는 저배율(≤80,000)로 임의로 Cr입자가 50∼200개 들어간 시야의 사진을 동일하게 3시야 촬영하고, 그 사진으로부터 평균 입자 밀도를 구한다.

이 석출물의 제어는, 냉간압연 후에 행하여지는 열처리인 시효처리의 조건에 의해서 제어한다. 작은 석출물은, 시효온도를 내리고, 시간을 짧게 하는 것에 의해 얻을 수 있지만, 그 경우, 인장강도는 목표 특성을 달성할 수 있으나, 도전율의 목표 특성은 얻을 수 없다. 한편, 석출물의 치수를 크게 하기 위해서는 시효온도를 올리고, 시간을 길게 하면 좋고, 그 경우 목표로 하는 도전율은 얻기 쉽지만, 목표로 하는 인장강도는 얻기 어려워진다.

또한, 석출물의 크기는, 분산 밀도와도 관계된다. 같은 Cr량을 첨가한 경우에 있어서도, 석출물이 작으면 분산 밀도는 증가하고, 치수가 커지면 그 분산밀도는 감소한다.

따라서, 본 발명의 여러 특성을 얻기 위해서는, 400∼650℃×0.5∼4hr의 시효처리를 행하는 것이 바람직하고, 시효처리 전의 냉간압연율이 80% 이상의 경우에는, 최초의 시효처리를 400∼500℃×1∼2hr의 조건으로 행하고, 이어서 550∼650℃×0.5∼1hr로 제 2 시효처리를 행하는 것에 의해 여러 특성을 달성한다.

시효처리 전의 냉간압연율이 50∼80%의 경우에는, 최초의 시효처리를 450∼550℃×1∼2hr의 조건으로 행하고, 이어서 550∼650℃×0.5∼1hr에서의 제2의 시효처리를 행하는 것에 의해 여러 특성이 이루어진다.

또한, 시효처리전의 냉간압연율이 50% 미만의 경우에는, 최초의 시효처리를 500∼600℃×1∼2hr의 조건으로 행하고, 600∼650℃×0.5∼1hr에서의 제 2 시효처리를 행하는 것에 의해 여러 특성이 이루어진다.

여기서 이용한 시효처리 전의 냉간압연율은, 고온 재결정처리(예를 들면, 고온 용체화처리나 열간압연)로부터의 압연율을 나타내는 것이다.

(응력완화 특성)

다음에, 전기·전자기기, 특히 자동차나 차량 등의 이동체에 탑재되는 제어 유닛이나 전기접속상자 등에 이용되는 음차단자는, 그 단자 형성시에, 압연판재의 압연 평행방향 및 압연 직각방향을 잡아늘이거나 혹은 찢는 형태로 형성되는 암단자 구조로 되어 있고, 이 형성된 빈틈에 숫탭{일반적으로는 퓨즈나 릴레이 등의 단자(다리)}가 접속되는 것이다.

이 숫탭과 암단자의 끼워맞춤 상태로 사용되는 암단자측의 간격이 넓어져, 점차 숫탭과의 접촉압이 저하해 가는 현상(소위 응력완화)이 발생한다. 이 응력완화 특성은 150℃×1000시간 경과 후에 50% 이하이면, 실사용상, 문제가 발생하지 않지만, 50%를 넘으면 신뢰성이 저하하기 때문에 역치를 설정하였다.

종래부터의 응력완화 특성의 시험 방법인 일본전자재료공업회 표준규격 (EMAS-3003)에 규정되는 방법, 또한 이것과 유사한 시험방법(특허문헌 9 참조)에서는, 시료 표면에 휨 응력을 주는 것에 의해서 생기는 응력완화 특성을 평가하고 있지만, 상기와 같은 단자 형태에 대해서, 그 응력완화 특성을 정확하게 평가하는 시험방법으로서, 적합하다고는 할 수 없다. 따라서, 상기 단자 형태의 응력완화 특성을 평가하는 시험방법으로서, 본 발명은, 하기의 끼워맞춤식 응력완화 특성 시험 방법을 발견하여, 그 시험 방법에 기초하여 응력완화 특성을 평가하고 있다.

도 1은, 본 발명에서 이용하는 끼워맞춤식 응력완화 특성 시험 방법의 설명도이고, 도 1(a)은 압연 평행방향의 경우의 시험편, 도 1(b)는 압연 직각방향의 경우의 시험편을 나타내고, 1a, 1b는 시험편, 2는 관통 홈(슬릿)을 나타내고 있다.

도 1(c)은 시험 방법을 설명하는 것으로, 폭w₀(mm)의 관통 홈에, w₀(mm)보다 큰 폭 w_t(mm)의 끼워맞춤부재(3)를 삽입하고, 그 상태에서 소정의 시험 온도, 시간 유지한 후에 끼워맞춤부재(3)를 관통 홈(2)으로부터 뽑아내어, 뽑아낸 후의 관통 홈(2)의 폭 w₁을 측정한다.

측정한 w₀, w₁로부터, 하기 수학식 1을 이용하여, 응력완화율 SR(%)을 산출하여, 응력완화 특성을 평가하는 것이다.

여기서, w₀과 w_t의 관계는, w₀<w_t≤1.3×w₀의 조건하에서 설정하고 있다. 상술의 EMAS-3003과 같이 응력(휨응력)을 독립변수로 하는 것이 아니라, 끼워맞춤에 의한 변위를 규정함으로써, 보다 실제 현상에 잘 맞는 결과를 얻을 수 있도록 하고 있다. 응력을 독립 변수로서 평가하고 싶은 경우에는, 유한요소법 해석 등의 수치해석을 행하여 끼워맞춤시에 발생하는 응력을 산출함으로써 대응시킨다.

[수학식 1]

일반적으로 자동차의 엔진룸 내에서는, 그 온도가 70℃∼100℃에 이르는 온도가 되기도 하고, 이러한 사용 환경에 대응한 조건에서 특성을 만족하는 것이, 이용되는 재료에는 요구된다.

따라서, 본 발명에서는 응력완화 특성의 평가 조건으로서, 그 시험 형태를 도 1에 도시하는 것으로 하고, 그 시험 조건, 특히 온도, 및 그 온도에 노출되는 시간을 각각 150℃, 1000시간으로 하고 있다.

여기서, 온도를 150℃로 한 이유의 하나는, 응력완화 특성의 평가를 가속 시험으로 행하는 것. 즉, 실제의 사용 환경보다 높은 온도에서 시험을 행하는 것에 의해, 실시간보다 짧은 시간이라도 동등한 결과 혹은 결과를 추측하여, 개발의 효율, 스피드를 높이는 것과, 70℃에서 100℃ 가까이에 이르는 엔진룸 내 온도를 고려하여 150℃를 선택하고, 다른 이유로서 단자나 버스 바에 이용되는 구리합금의 연화 특성으로부터, 200℃를 초과하는 온도에서는, 시험편 자체가 연화하기 쉬워져, 단자나 버스 바 등의 부재로서의 용도를 이루지 않게 되어 버리기 때문에서도, 동일하게 150℃의 온도가 선택되고 있다.

150℃의 온도에 노출하는 시간은, 자동차에서는 2년마다의 차량검사나 반년마다 규정되고 있는 정기 점검, 및 전철 등의 차량에서는, 검사 사이클이 30일 이내의 교번검사나 3개월 이내의 월검사 등을 고려하여, 1000시간의 유지 시간을 규정하고 있다.

본 발명에 있어서, 150℃, 1000시간 경과후의 응력완화율을, 압연방향에 대해서 평행방향 및 직각방향 모두 50% 이하로 한 것은, 50%를 초과해 오면 단자의 끼워맞춤이 느슨해지기 쉬워져, 진동 등의 요인에 의해 전기 접속이 불안정하게 되어 불량을 일으킬 우려가 높아지기 때문이다. 바람직하게는, 40% 이하가 좋다.

이 응력완화 특성을 열화시키지 않는 방법으로서, 상술한 바와 같이, 최종 압연율을 내리는 것이 바람직하지만, 최종 압연율이 너무 낮으면, 초기의 접촉압을 높이지 못하고, 단자 재료로서 성립하지 않는다. 한편, 최종 압연율이 너무 높으면 응력완화 특성이 열화하기 쉬운 동시에, 휨 가공성이 열화한다.

(Sn층 혹은 Sn합금층의 피복)

본 발명에서는, 압연판재의 표면에 Sn층 혹은 Sn합금층이 형성되는 것이 바람직하다. Sn층 혹은 Sn합금층은, 압연판재의 표면의 산화를 방지하는 동시에, 전기 접점으로서 이용하는 경우의 접속 신뢰성에 크게 기여한다. 피복된 Sn층의 표면은, 얇은 산화 Sn층이 형성되지만, 이 산화 Sn층은 무르기 때문에, 단자를 끼우고 뽑을 때에 그 산화층은 제거되어, 새로운 계면이 형성된다. 그 신생 계면이 전기 접점이 되기 때문에, 항상 양호한 전기 접점이 유지된다.

이러한 Sn층의 두께는, 0.5㎛ 미만에서는 충분하지 않고, 5㎛를 초과하는 두께에서는, 반대로, 끼우고 뽑는 힘이 높아져 사용에 견딜 수 없다. 따라서, 그 두께는 0.5∼5㎛가 바람직하고, 공업적으로는 1∼2㎛가 적정한 피복 두께이다.

Sn층의 형성에는 여러 가지 다양한 방법이 있고, 형성하는 Sn층 혹은 Sn합금층에는, 예를 들면, 리플로우 Sn도금층, 무광택 Sn도금층, 합금 Sn도금층 등을 들 수 있지만, 본 발명에서는 그들 종류에는 한정되지 않는다. 또한, 피복된 Sn층과 압연판재의 계면에 형성되는 중간층(반응층)도 여러 가지 있지만, 그것에 대해서도 한정을 받지 않는다.

본 발명의 압연판재는, 열간압연 전의 재가열 조건, 열간압연 조건, 시효처리, 최종 냉간압연 조건을 규정하는 것에 의해 용이하게 제조된다.

본 발명에 관한 압연판재는, 접속 부위에서 요구되는 응력완화 특성을 만족하는 Cr, Sn, Zn을 포함한 구리합금에 의해 형성되기 때문에, 전기·전자기기 용도, 특히 자동차용이나 전철 등의 이동체에 탑재되는 전기·전자기기에서 사용되는 제어 유닛의 커넥터, 단자나 버스 바에 유용한 것이다. 또한, 제조 공정에 있어서의 최종 냉간압연율 및 압연판재내에 분산하는 Cr의 입자지름을 적정하게 규정함으로써, 특히 압연 평행방향과 압연 직각방향의 인장강도, 도전율, 및 응력완화 특성 등의 여러 특성을 모두 향상시킬 수 있다. 또한 상기 최종 냉간압연율과 Cr화합물과의 분산 밀도를 규정함으로써, 상기 여러 특성은 더 향상한다. 또한, 상기 구리합금에 Al, Zr, Ti, Fe, P, Si, Mg의 군으로부터 선택되는 적어도 1개를 함유시키는 것에 의해 구리합금의 강도 및 프레스 가공성이 개선된다.

[실시예]

이하에 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명한다. 한편 본 발명은, 이하에 나타내는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

표 1에 나타내는 Cr을 0.1∼1.0mass%, Sn을 0.05∼1.5mass%, Zn을 0.05∼1.5mass% 포함하고, 잔부 Cu와 불가피 불순물로 이루어지는 구리합금을, 고주파 용해로에 의해 용해하고, 이것을 10∼30℃/초의 냉각 속도로 주조하여 두께 30mm, 폭 100mm, 길이 150mm의 주괴를 제조하였다. 이 주괴에 열간압연을 실시하여 판두께 12mm의 열간압연판으로 하였다. 이어서, 그 양면을 각각 1mm 면삭하여 판두께를 10mm로 하고, 이것을 냉간압연하여 두께 0.67∼1.2mm의 냉간압연판으로 하였다. 이 냉간압연판에 시효처리를 실시하여, 마지막으로 압연율 10∼50%의 최종 냉간압연(이하의 표 중, 이 최종 압연율을 Red(%)로 나타낸다.)을 실시하여, 전부 두께가 0.6mm의 공시재를 제작하였다.

제작한 각각의 공시재에 대해 하기에 기술하는 방법에 의해 각 특성을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표 2에 있어서, GW는 압연 평행방향으로 채취한 시험편에 의한 특성을 나타내며, BW는 압연 수직방향으로 채취한 시험편에 의한 특성을 나타내고 있다(이하 같다).

(a) 도전율(EC)

압연 평행방향 및 압연 직각방향으로 잘라낸 폭 5mm, 길이 300mm의 시험편을 20℃(±0.5℃)로 유지한 항온조에 담그고, 네단자법(四端子法)을 이용하여, 그 비저항을 측정해서 도전율을 산출하였다. 단자간 거리는 100mm이었다.

(b) 인장강도(TS)

압연 평행방향 및 압연 수직방향으로 자른 JIS Z2201 5호 시험편을 JIS Z2241에 준하여 각각 3개씩 시험하고, 그 평균치를 구하였다.

(c) 응력완화 특성(SR)

도 2에 도시하는 치수의 시험편을 공시재로부터 잘라내어, 이것에 폭 1mm(w₀)의 슬릿(관통 홈)을 설치하고, 이 슬릿에 판두께 1.2mm(w_t)의 황동판재(경재)를 삽입하고, 각 시험 온도에서의 시험 시간 경과후의 슬릿 간격의 변화를 측정하여, 응력완화율을 구하였다. 한편, 시험은 압연 평행방향 및 압연 수직방향의 2방향에서 행하였다.

이하에 구체적인 시험 방법을 나타낸다.

(1) 상온에서 슬릿에 황동판을 삽입하여, 1분간 유지한다. 삽입할 때에는, 슬릿이 들어간 판재를 고정하고, 황동판을 쇠망치로 가볍게 두드려 삽입한다.

(2) 1분후, 황동판을 뽑고 슬릿 상부를 광학 현미경으로 관찰하는 동시에, 슬릿 상부를 사진촬영(×100)하고, 슬릿 간격을 계측한다. 그 폭을 초기치 w₀로 한다.

(3) 다시, 황동판을 삽입하고, 150℃의 항온조에 장입한다. 다만, 황동판은 1회 삽입하면 조금 판두께가 바뀌므로, 같은 황동판은 사용하지 않는다.

(4) 항온조로부터 일정시간마다 시험편을 꺼내, 상온에 공냉한 후, (2)와 같이 슬릿 상부의 같은 위치의 사진을 촬영하고, 슬릿 간격 W₁을 측정한다. 그 후, (3)과 같이 다시, 황동판을 삽입한다. 이 작업을 1000시간까지 반복하여, 슬릿의 폭의 변화를 연속적으로 측정함으로써 응력완화 특성을 평가한다.

(5) 응력완화율 SR를 수학식 1의 식에 의해 산출한다.

(d) Cr석출물의 치수와 분산 밀도

Cr석출물의 치수 및 분산 밀도는, 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 측정하였다.

공시재를 전해연마 박막법(트윈 제트 연마법)에 의해 박막으로 하고, 배율 50,000배로 임의의 시야를 관찰하고, 임의로 3매의 사진을 촬영하여, 그 사진을 해석함으로써 구하였다. 이 때, 입사 방위각도는 (111) 또는 (200)을 이용하였다.

석출물 치수와 분산 밀도는 대략 50∼1,000개의 석출물을 카운트하는 것에 의해 그 치수(PPT)와 분산 밀도(PPT×10²/㎛²)를 산출하였다. 석출물의 치수가 큰 경우에는, 그 수가 적어지기 때문에, 극단적으로 적은 경우는 시야를 3매 더 추가하여 촬영하였다. 이 촬영한 사진을 화상 해석 장치에 의해 해석하여, 석출물 수와 평균 치수를 산출하였다.

(e) 휨성

공시재를 폭 10mm, 길이 25mm의 치수로 가공하고, 90° 휘었을 때에 표면이 갈라지지 않는 최소 휨 반지름 R(mm)을 구하여, 두께 t(mm)와의 관계, R/t를 구하였다. 한편, R/t의 값은, 상술의 GW, BW의 시험편 중 커지는 쪽의 값을 취하였다.

(f) 도금 밀착성

공시재에 약 2㎛의 무광택 Sn도금을 실시하고, 그 후, 온도 250℃의 핫 플레이트 위에서 재가열함으로써, 리플로우 Sn도금 상태를 간단히 모의한 시험편을 제작하였다.

그 간단히 리플로우 Sn도금한 시험편을, 80℃, 100℃, 120℃에서 각 10분간 가열한 후, 휨 반지름 1mm(r=1.0)의 90도 V휨 시험을 행하고, 휨 가공부의 표면의 Sn 도금이 박리되어 있는지 현미경으로 관찰하였다. 여기서, 박리를 확인할 수 없었던 경우의 평가를 'A', 표면의 Sn도금의 박리를 확인할 수 있었지만 휨 정점부의 면적의 5할 미만인 경우의 평가를 'B', Sn도금의 박리가 휨 정점부의 면적의 5할 이상을 차지하고 있는 경우를 'C'로 하고 있다. 이 도금 밀착성의 결과는, 각 표 중의 '평가'의 항에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

표 1 및 표 2로부터 분명하듯이, 본 발명재 No.1∼51은, 모두 평가 항목 a∼f의 특성을 만족하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 휨특성을 나타내는 R/t의 값도 모두 2 이하가 되어, 양호한 휨성을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

표 3에 나타내고 있는 바와 같이, Cr, Sn 및, Zn에 더하여, Al, Zr, Ti, Fe, P, Si, Mg를 적당량 첨가한 구리합금을 이용하고, 그 외는 실시예 1과 같은 방법에 의해 공시재를 제작하고, 실시예 1과 같은 평가 항목으로, 특성 평가를 행하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

[표 3]

[표 4]

표 3 및 표 4로부터 분명하듯이, 본 발명재 No.60∼75는, 모두 평가항목 a∼f의 특성을 만족하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 휨 특성을 나타내는 R/t의 값도 모두 2 이하가 되어, 양호한 휨성을 나타내고 있다.

(비교예)

표 5에 나타내는 성분 조성 및 제조 조건의 압연판재를, 실시예 1 또는 실시예 2와 같은 방법에 의해 제조하고, 실시예 1과 같은 특성 평가를 행하여, 그 결과를 표 6에 나타낸다.

[표 5]

[표 6]

표 5 및 표 6으로부터 분명한 바와 같이, 비교재 No.101∼120은, 평가 항목 a∼f 중의 어느 하나의 특성을 만족하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 휨 특성을 나타내는 R/t의 값이 2를 초과한 것이 있고, 휨성이 양호하지 않는 것도 있다.

본 발명의 압연판재는, 전기·전자기기용으로 적합하게 이용되는 것이다. 특히 본 발명의 압연판재는, 자동차나 전철 등의 이동체에 탑재되는 전기·전자기기로 이용되는 커넥터, 단자, 버스 바 등을 구성하는 구리합금제 압연판재에 적합하게 이용되는 것이다.

본 발명을 그 실시형태와 함께 설명했지만, 우리들은 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에 있어서도 한정하려고 하는 것이 아니라, 첨부의 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하는 일 없이 폭넓게 해석되는 것이 당연하다고 생각한다.

본 발명은, 2007년1월26일에 일본에서 특허 출원된 일본 특허출원 2007-016064, 및 2008년1월24일에 일본에서 특허 출원된 일본 특허출원2008-014277에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 이것들은 모두 여기에 참조로서 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로 하여 넣는다.

Claims

Cr을 0.1∼1.0mass%, Sn을 0.05∼1.5mass%, Zn을 0.05∼1.5mass% 포함하고, 잔부 Cu와 불가피 불순물로 이루어지는 구리합금을 냉간압연한 압연판재로서, 그 압연방향에 대해서 평행방향 및 직각방향의 상기 압연판재에 대한 끼워맞춤식 응력완화 시험에 있어서의 150℃, 1000시간 경과후의 응력완화율이, 모두 50% 이하인 압연판재.
제 1 항에 있어서, 상기 압연판재의 압연방향에 대해서 평행방향 및 직각방향의 상기 압연판재의 인장강도가 400MPa 이상, 및 도전율이 40%IACS 이상이며, 상기 압연판재내에 분산하는 Cr입자의 치수가 5∼50nm, 그 분산밀도가 10²∼10³개/㎛²인 압연판재.
제 2 항에 있어서, 상기 압연판재의 표면이 두께 0.5∼5㎛의 Sn층 혹은 Sn합금층으로 피복되어 있는 압연판재.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 압연판재를 구성하는 상기 구리합금이, Al, Zr, Ti, Fe, P, Si, Mg의 군으로부터 선택되는 적어도 1개를 합계로 0.005∼0. 5mass% 더 포함한 압연판재.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 압연판재의 최종 압연 가공율이 10%에서 50%인 것을 특징으로 하는 압연판재.
제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛의 단자, 버스 바 용도의 압연판재.