KR20150055071A

KR20150055071A - 고강도 티탄 구리

Info

Publication number: KR20150055071A
Application number: KR1020157010251A
Authority: KR
Inventors: 히로야스 호리에
Original assignee: 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-05-20
Also published as: KR101695118B1; CN104755643B; TW201416465A; TWI475118B; JP2014084514A; CN104755643A; JP6192917B2; WO2014064970A1

Abstract

카메라 모듈 등의 전자 부품에 사용되는 도전성 스프링재로서 바람직한 고강도 티탄 구리를 제공한다. Ti 를 2.0 ∼ 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Fe, Co, Mg, Si, Ni, Cr, Zr, Mo, V, Nb, Mn, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상을 합계로 0 ∼ 0.5 질량％ 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연면에 있어서의 {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 최대 강도 (cps) 의 반값폭 (°) 에 대한 비가 10 × 10² ∼ 25 × 10² 인 티탄 구리.

Description

고강도 티탄 구리{HIGH-STRENGTH TITANIUM-COPPER ALLOY}

본 발명은, FPC 커넥터나 오토 포커스 카메라 모듈 등의 전자 부품용 스프링재로서 바람직한 고강도 티탄 구리에 관한 것이다.

최근에는 휴대 단말 등으로 대표되는 전자 기기의 소형화가 더욱더 진행되고, 따라서 그것에 사용되는 커넥터는 협피치화 및 저배화 (低背化) 의 경향이 현저하다. 소형 커넥터일수록 핀 폭이 좁아 작게 절첩한 가공 형상이 되기 때문에, 사용하는 부재에는 필요한 스프링성을 얻기 위한 높은 강도가 요구된다. 이런 점, 티탄을 함유하는 구리 합금 (이하, 「티탄 구리」라고 칭한다.) 은, 비교적 강도가 높고, 응력 완화 특성에 있어서는 구리 합금 중 가장 우수하기 때문에, 특히 강도가 요구되는 신호계 단자용 부재로서 예전부터 사용되어 왔다.

티탄 구리는 시효 경화형 구리 합금이다. 용체화 처리에 의해 용질 원자인 Ti 의 과포화 고용체를 형성시키고, 그 상태로부터 저온에서 비교적 장시간의 열처리를 실시하면, 스피노달 분해에 의해 모상 중에 Ti 농도의 주기적 변동인 변조 구조가 발달되고, 강도가 향상된다. 이 때, 문제가 되는 것은 강도와 굽힘 가공성이 상반되는 특성인 점이다. 즉, 강도를 향상시키면, 굽힘 가공성이 저해되고, 반대로 굽힘 가공성을 중시하면 원하는 강도가 얻어지지 않는다는 것이다. 일반적으로 냉간 압연의 압하율을 높게 할수록, 도입되는 전위량이 많아져 전위 밀도가 높아지기 때문에, 석출에 기여하는 핵생성 사이트가 증가되고, 시효 처리 후의 강도를 높게 할 수 있지만, 압하율을 지나치게 높게 하면 굽힘 가공성이 악화된다. 그래서, 강도 및 굽힘 가공성의 양립을 도모하는 것이 과제로 되어 왔다.

그래서, Fe, Co, Ni, Si 등의 제 3 원소를 첨가하고 (특허문헌 1), 모상 중에 고용되는 불순물 원소군의 농도를 규제하고, 이것들을 제 2 상 입자 (Cu-Ti-X 계 입자) 로서 소정의 분포 형태로 석출시켜 변조 구조의 규칙성을 높이고 (특허문헌 2), 결정립을 미세화시키는 데에 유효한 미량 첨가 원소와 제 2 상 입자의 밀도를 규정하고 (특허문헌 3), 결정립을 미세화시키는 (특허문헌 4) 등의 관점에서, 티탄 구리의 강도와 굽힘 가공성의 양립을 도모하고자 하는 기술이 제안되어 있다.

티탄 구리의 경우, 모상인 α 상에 대해 정합성이 나쁜 β 상 (TiCu₃) 과 정합성이 좋은 β' 상 (TiCu₄) 이 존재하고, β 상은 굽힘 가공성에 악영향을 미치는 한편, β' 상을 균일하고 미세하게 분산시키는 것이 강도와 굽힘 가공성의 양립에 기여한다고 하여, β 상을 억제하면서 β' 상을 미세 분산시킨 티탄 구리도 제안되어 있다 (특허문헌 5).

결정 방위에 주목하여, I{420}/I₀{420} ＞ 1.0 및 I{220}/I₀{220} ≤ 3.0 을 만족시키도록 결정 배향을 제어함으로써, 강도, 굽힘 가공성 및 내응력 완화성을 개선한 기술도 제안되어 있다 (특허문헌 6).

그러나, 상기 선행 문헌에 기재된 어느 티탄 구리에 있어서도, 그 제조 방법은 잉곳의 용해 주조→균질화 어닐링→열간 압연→(어닐링 및 냉간 압연의 반복)→최종 용체화 처리→냉간 압연→시효 처리의 순서로 구성하는 것을 기본으로 하고 있어, 특성 개선에는 한계가 있었다.

이와 같은 사정하, 최근에는 최종 용체화 처리 후에 실시하는 냉간 압연 및 시효 처리의 순서를 종래와는 반대로 실시하는, 즉, 시효 처리→냉간 압연의 순번으로 바꾼 후에, 마지막에 변형 제거 어닐링을 실시하여, 굽힘 가공성을 향상시키는 시도도 행해지고 있다 (특허문헌 7). 당해 문헌에 따르면, 이와 같은 제조 방법을 채용함으로써, 얻어지는 티탄 구리의 전위 밀도가 상승된다고 되어 있다. 그리고, 압연면에 있어서의 {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 반값폭에 의해 간접적으로 전위 밀도를 평가하고, 압연면의 {220} 결정면으로부터의 X 선 회절 강도 피크의 반값폭인 β{220} 가 순동 표준 분말의 {220} 결정면으로부터의 X 선 회절 강도 피크의 반값폭인 β₀{220} 과 다음 식 : 3.0 ≤ β{220}/β₀{220} ≤ 6.0 을 만족시키는 것을 규정하고 있다.

일본 공개특허공보 2004-231985호 일본 공개특허공보 2004-176163호 일본 공개특허공보 2005-97638호 일본 공개특허공보 2006-265611호 일본 공개특허공보 2006-283142호 일본 공개특허공보 2008-308734호 일본 공개특허공보 2012-062575호

이와 같이 종래에는 강도 및 굽힘 가공성의 양면에서 특성의 개선을 도모하는 노력이 많이 이루어져 왔지만, 커넥터 중에는 굽힘 가공성이 거의 요구되지 않는 것도 있다. 예를 들어, FPC 커넥터나 오토 포커스 카메라 모듈은 굽힘 가공을 실시하지 않기 때문에, 굽힘 가공성 개선에 대한 요청은 없다. 한편으로, 커넥터는 사용시에 고온 환경하에 노출되는 경우도 많지만, 티탄 구리를 고온 조건하에 장시간 노출시키면 영구 변형 (처짐) 이 생겨 버려, 스프링재로서의 기능이 저하된다는 문제가 존재한다. 이에 대해서는 아직 충분한 검토가 이루어져 있지 않았다.

그래서, 본 발명은 FPC 커넥터나 오토 포커스 카메라 모듈 등의 전자 부품에 사용되는 도전성 스프링재로서 바람직한 고강도 티탄 구리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 티탄 구리의 0.2 ％ 내력과 처짐의 관계 및 결정 방위와 처짐의 관계를 예의 조사한 결과, 0.2 ％ 내력이 높고, 또한 압연면에 있어서의 {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 최대 강도와 반값폭의 비가 특정 범위에 있을 때에, 특히 고온 노출시의 내처짐성이 개선되는 것을 알아냈다. 본 발명은 이상의 지견을 배경으로 하여 완성된 것으로, 이하에 의해 특정된다.

본 발명은 일 측면에 있어서, Ti 를 2.0 ∼ 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Fe, Co, Mg, Si, Ni, Cr, Zr, Mo, V, Nb, Mn, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상을 합계로 0 ∼ 0.5 질량％ 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연면에 있어서의 {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 최대 강도 (cps) 의 반값폭 (°) 에 대한 비 (이하, 「{220} 면의 어스펙트비」라고 한다.) 가 10 × 10² ∼ 25 × 10² 인 티탄 구리이다.

여기서, {220} 면의 어스펙트비는, 이하의 측정 조건에서 압연면의 회절 강도 곡선을 취득하고, {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 최대 강도와 그 반값폭을 측정하여 그 비를 산출함으로써 구한다.

ㆍ타깃 : Cu 관 구

ㆍ관 전압 : 25 kV

ㆍ관 전류 : 20 mA

ㆍ주사 속도 : 5 °/min

ㆍ샘플링 폭 : 0.02°

ㆍ측정 범위 (2θ) : 60°∼ 90°

본 발명에 관련된 티탄 구리의 일 실시형태에 있어서는, 압연 방향에 평행한 방향에서의 0.2 ％ 내력이 1100 MPa 이상이다.

본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에 관련된 티탄 구리를 구비한 신동품이다.

본 발명은 또다른 일 측면에 있어서, 본 발명에 관련된 티탄 구리를 구비한 전자 부품이다.

본 발명에 관련된 전자 부품은 일 실시형태에 있어서, 오토 포커스 카메라 모듈이다.

본 발명은 또다른 일 측면에 있어서, 렌즈와, 이 렌즈를 광축 방향의 초기 위치에 탄성 지지하는 스프링 부재와, 이 스프링 부재의 탄성지지력에 저항하는 전자력을 발생시켜 상기 렌즈를 광축 방향으로 구동할 수 있는 전자 구동 수단을 구비하고, 상기 스프링 부재가 본 발명에 관련된 티탄 구리인 오토 포커스 카메라 모듈이다.

카메라 모듈 등의 전자 부품에 사용되는 도전성 스프링재로서 바람직한 고강도 티탄 구리가 얻어진다.

도 1 은 본 발명에 관련된 오토 포커스 카메라 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 오토 포커스 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 3 은 도 1 의 오토 포커스 카메라 모듈의 동작을 나타내는 단면도이다.
도 4 는 처짐량을 측정하는 방법을 나타내는 개략도이다.

(1) Ti 농도

본 발명에 관련된 티탄 구리에 있어서는, Ti 농도를 2.0 ∼ 4.0 질량％ 로 한다. 티탄 구리는, 용체화 처리에 의해 Cu 매트릭스 중에 Ti 를 고용시키고, 시효 처리에 의해 미세한 석출물을 합금 중에 분산시킴으로써, 강도 및 도전율을 상승시킨다.

Ti 농도가 2.0 질량％ 미만이 되면, 석출물의 석출이 불충분해져 원하는 강도가 얻어지지 않는다. Ti 농도가 4.0 질량％ 를 초과하면, 가공성이 열화되어 압연시에 재료가 균열되기 쉬워진다. 강도 및 가공성의 밸런스를 고려하면, 바람직한 Ti 농도는 2.5 ∼ 3.5 질량％ 이다.

(2) 제 3 원소

본 발명에 관련된 티탄 구리에 있어서는, Fe, Co, Mg, Si, Ni, Cr, Zr, Mo, V, Nb, Mn, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 제 3 원소의 1 종 이상을 함유 시킴으로써, 강도를 더 향상시킬 수 있다. 단, 제 3 원소의 합계 농도가 0.5 질량％ 를 초과하면, 가공성이 열화되어 압연시에 재료가 균열되기 쉬워진다. 그래서, 이들 제 3 원소는 합계로 0 ∼ 0.5 질량％ 함유할 수 있고, 강도 및 가공성의 밸런스를 고려하면, 상기 원소의 1 종 이상을 총량으로 0.1 ∼ 0.4 질량％ 함유시키는 것이 바람직하다.

(3) 0.2 ％ 내력

본 발명에 관련된 티탄 구리에 있어서는 일 실시형태에 있어서, 압연 방향에 평행한 방향에서의 0.2 ％ 내력이 1100 MPa 이상을 달성할 수 있다. 본 발명에 관련된 티탄 구리의 0.2 ％ 내력은 바람직한 실시형태에 있어서 1200 MPa 이상이며, 더욱 바람직한 실시형태에 있어서 1300 MPa 이상이다.

0.2 ％ 내력의 상한값은, 본 발명이 목적으로 하는 강도 면에서는 특별히 규제되지 않지만, 수고 및 비용이 소요되는 데다, 고강도를 얻기 위해서 티탄 농도를 높이면, 열간 압연시에 균열될 위험성이 있기 때문에, 본 발명에 관련된 티탄 구리의 0.2 ％ 내력은 일반적으로는 2000 MPa 이하이며, 전형적으로는 1600 MPa 이하이며, 보다 전형적으로는 1500 MPa 이하이다.

본 발명에 있어서는, 티탄 구리의 압연 방향에 평행한 방향에서의 0.2 ％ 내력은 JIS Z2241 (금속 재료 인장 시험 방법) 에 준거하여 측정한다.

(4) {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 최대 강도와 반값폭의 비

본 발명에 관련된 티탄 구리는 일 실시형태에 있어서, 압연면에 있어서의 {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 최대 강도 (cps) 의 반값폭 (°) 에 대한 비 (이하, 「{220} 면의 어스펙트비」라고도 한다.) 가 10 × 10² ∼ 25 × 10² 이다.

본 발명에 있어서는, X 선 회절 장치를 사용하여 이하의 측정 조건에서 압연면의 회절 강도 곡선을 취득하고, {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 최대 강도와 그 반값폭을 측정하여 그 비를 산출함으로써, {220} 면의 어스펙트비를 구한다. 일반적으로는 {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 최대 강도가 나타나는 입사각 (2θ) 은 75°부근이다.

ㆍ타깃 : Cu 관 구

ㆍ관 전압 : 25 kV

ㆍ관 전류 : 20 mA

ㆍ주사 속도 : 5 °/min

ㆍ샘플링 폭 : 0.02°

ㆍ측정 범위 (2θ) : 60°∼ 90°

{220} 면의 어스펙트비는 전위 밀도를 간접적으로 평가하는 지표이다. {220} 면의 어스펙트비는 전위 밀도가 높아짐에 따라 하강하고, 반대로 전위 밀도가 낮아짐에 따라 상승하는 경향이 있다. 본 발명자는 예의 연구한 결과, {220} 면의 어스펙트비가 10 × 10² ∼ 25 × 10² 일 때에 강도가 높아 고온 노출시의 내처짐성이 양호한 특성이 얻어지는 것을 알아냈다. {220} 면의 어스펙트비가 상한을 상회하면 강도가 저하되기 쉽고, 또한 하한을 하회하면 고온 노출시의 내처짐성이 악화되기 쉽기 때문에 바람직하지 않다. {220} 면의 어스펙트비는 바람직하게는 10 × 10² ∼ 20 × 10² 이며, 보다 바람직하게는 10 × 10² ∼ 15 × 10² 이다.

(5) 티탄 구리의 두께

일반적으로 금속 재료의 두께가 얇아짐에 따라 내처짐성은 저하되어 가지만, 본 발명에 관련된 티탄 구리의 일 실시형태에 있어서는, 두께를 1.0 ㎜ 이하로 할 수 있고, 전형적인 실시형태에 있어서는 두께를 0.02 ∼ 0.8 ㎜ 로 할 수 있고, 보다 전형적인 실시형태에 있어서는 두께를 0.05 ∼ 0.5 ㎜ 로 할 수 있다.

(6) 용도

본 발명에 관련된 티탄 구리는 각종 신동품, 예를 들어 판, 바, 관, 봉 및 선으로 가공할 수 있다. 본 발명에 관련된 티탄 구리는 한정적이지는 않지만, 스위치, 커넥터 (특히, 가혹한 굽힘 가공성을 필요로 하지 않는 포크형 FPC 커넥터), 오토 포커스 카메라 모듈, 잭, 단자, 릴레이 등의 전자 부품의 재료로서 바람직하게 사용할 수 있다.

오토 포커스 카메라 모듈은 일 실시형태에 있어서, 렌즈와, 이 렌즈를 광축 방향의 초기 위치에 탄성 지지하는 스프링 부재와, 이 스프링 부재의 탄성지지력에 저항하는 전자력을 발생시켜 상기 렌즈를 광축 방향으로 구동할 수 있는 전자 구동 수단을 구비한다. 전자 구동 수단은 예시적으로는 コ 자형 원통 형상의 요크와, 요크의 내주벽의 내측에 수용되는 코일과, 코일을 포위함과 함께 요크의 외주벽의 내측에 수용되는 마그넷을 구비할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관련된 오토 포커스 카메라 모듈의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 2 는 도 1 의 오토 포커스 카메라 모듈의 분해 사시도이고, 도 3 은 도 1 의 오토 포커스 카메라 모듈의 동작을 나타내는 단면도이다.

오토 포커스 카메라 모듈 (1) 은, コ 자형 원통 형상의 요크 (2) 와, 요크 (2) 의 외벽에 부착되는 마그넷 (4) 과, 중앙 위치에 렌즈 (3) 를 구비하는 캐리어 (5) 와, 캐리어 (5) 에 장착되는 코일 (6) 과, 요크 (2) 가 장착되는 베이스 (7) 와, 베이스 (7) 를 지지하는 프레임 (8) 과, 캐리어 (5) 를 상하에서 지지하는 2 개의 스프링 부재 (9a, 9b) 와, 이것들의 상하를 덮는 2 개의 캡 (10a, 10b) 을 구비하고 있다. 2 개의 스프링 부재 (9a, 9b) 는 동일 제품이며, 동일한 위치 관계에서 캐리어 (5) 를 상하로부터 사이에 두고 지지함과 함께, 코일 (6) 로의 급전 경로로서 기능하고 있다. 코일 (6) 에 전류를 인가함으로써 캐리어 (5) 는 상방으로 이동한다. 또한, 본 명세서에 있어서는, 위 및 아래의 문언을 적절히 사용하는데, 도 1 에 있어서의 상하를 나타내고, 위는 카메라로부터 피사체를 향하는 위치 관계를 나타낸다.

요크 (2) 는 연철 등의 자성체이며, 상면부가 닫힌 コ 자형 원통 형상을 이루고, 원통형 내벽 (2a) 과 외벽 (2b) 을 갖는다. コ 자형 외벽 (2b) 의 내면에는 링 형상의 마그넷 (4) 이 장착 (접착) 된다.

캐리어 (5) 는 저면부를 가진 원통 형상 구조의 합성 수지 등에 의한 성형품이고, 중앙 위치에서 렌즈를 지지하며, 저면 외측 상에 미리 성형된 코일 (6) 이 접착되어 탑재된다. 사각형상 수지 성형품의 베이스 (7) 의 내주부에 요크 (2) 를 끼워 맞춰 장착하고, 또한 수지 성형품의 프레임 (8) 으로 요크 (2) 전체를 고정시킨다.

스프링 부재 (9a, 9b) 는 모두 최외주부가 각각 프레임 (8) 과 베이스 (7) 에 끼워져 고정되고, 내주부 120°마다의 절결 홈부가 캐리어 (5) 에 끼워 맞춰져 열코킹 등으로 고정된다.

스프링 부재 (9b) 와 베이스 (7) 및 스프링 부재 (9a) 와 프레임 (8) 사이는 접착 및 열코킹 등으로 고정되고 또한, 캡 (10b) 은 베이스 (7) 의 저면에 부착되고, 캡 (10a) 은 프레임 (8) 의 상부에 부착되고, 각각 스프링 부재 (9b) 를 베이스 (7) 와 캡 (10b) 사이에, 스프링 부재 (9a) 를 프레임 (8) 과 캡 (10a) 사이에 끼워 넣어 고착시킨다.

코일 (6) 의 일방의 리드 선은 캐리어 (5) 의 내주면에 형성된 홈 내를 통과하여 위로 늘리고, 스프링 부재 (9a) 에 납땜한다. 타방의 리드 선은 캐리어 (5) 저면에 형성된 홈 내를 통과하여 하방으로 늘리고, 스프링 부재 (9b) 에 납땜한다.

스프링 부재 (9a, 9b) 는 본 발명에 관련된 티탄 동박의 판스프링이다. 스프링성을 가지며, 렌즈 (3) 를 광축 방향의 초기 위치에 탄성 지지한다. 동시에 코일 (6) 로의 급전 경로로서도 작용한다. 스프링 부재 (9a, 9b) 의 외주부의 1 군데는 외측으로 돌출시켜, 급전 단자로서 기능시키고 있다.

원통형 마그넷 (4) 은 레이디얼 (직경) 방향으로 자화되어 있고, コ 자형 형상 요크 (2) 의 내벽 (2a), 상면부 및 외벽 (2b) 을 경로로 한 자로 (磁路) 를 형성하고, 마그넷 (4) 과 내벽 (2a) 사이의 갭에는 코일 (6) 이 배치된다.

스프링 부재 (9a, 9b) 는 동일 형상이며, 도 1 및 2 에 나타내는 바와 같이 동일한 위치 관계에서 부착되어 있으므로, 캐리어 (5) 가 상방으로 이동했을 때의 축어긋남을 억제할 수 있다. 코일 (6) 은, 권선 후에 가압 성형하여 제작되므로, 마무리 외부직경의 정밀도가 향상되어, 소정의 좁은 갭으로 용이하게 배치할 수 있다. 캐리어 (5) 는, 최하 위치에서 베이스 (7) 에 충돌하고, 최상 위치에서 요크 (2) 에 충돌하므로, 상하 방향에 충돌 기구를 구비하게 되어, 탈락되는 것을 방지하고 있다.

도 3 은, 코일 (6) 에 전류를 인가하여 오토 포커스용으로 렌즈 (3) 를 구비한 캐리어 (5) 를 상방으로 이동시켰을 때의 단면도를 나타내고 있다. 스프링 부재 (9a, 9b) 의 급전 단자에 전원이 인가되면, 코일 (6) 에 전류가 흘러 캐리어 (5) 에는 상방으로의 전자력이 작용한다. 한편, 캐리어 (5) 에는 연결된 2 개의 스프링 부재 (9a, 9b) 의 복원력이 하방으로 작용한다. 따라서, 캐리어 (5) 의 상방으로의 이동 거리는 전자력과 복원력이 균형 잡힌 위치가 된다. 이로써, 코일 (6) 에 인가되는 전류량에 따라 캐리어 (5) 의 이동량을 결정할 수 있다.

상측 스프링 부재 (9a) 는 캐리어 (5) 의 상면을 지지하고, 하측 스프링 부재 (9b) 는 캐리어 (5) 의 하면을 지지하고 있으므로, 복원력은 캐리어 (5) 의 상면 및 하면에서 균등하게 하방으로 작용하게 되어, 렌즈 (3) 의 축어긋남을 작게 억제할 수 있다.

따라서, 캐리어 (5) 의 상방으로의 이동에 있어서, 리브 등에 의한 가이드는 필요 없어 사용하지 않는다. 가이드에 의한 슬라이딩 마찰이 없으므로, 캐리어 (5) 의 이동량은 순수하게 전자력과 복원력의 균형으로 지배받게 되어, 원활하고 정밀도 좋은 렌즈 (3) 의 이동을 실현시킨다. 이로써 렌즈 흔들림이 적은 오토 포커스를 달성하고 있다.

또한, 마그넷 (4) 은 원통 형상으로서 설명했지만, 이것에 구속되는 것이 아니라, 3 내지 4 분할하여 레이디얼 방향으로 자화되고, 이것을 요크 (2) 의 외벽 (2b) 의 내면에 첩부하여 고착시켜도 된다.

(7) 제조 방법

본 발명에 관련된 티탄 구리는, 특히 최종 용체화 처리 및 그 이후의 공정에서 적절한 열처리 및 냉간 압연을 실시함으로써 제조 가능하다. 이하에, 바람직한 제조예를 공정별로 순차적으로 설명한다.

＜잉곳 제조＞

용해 및 주조에 의한 잉곳의 제조는 기본적으로 진공 중 또는 불활성 가스 분위기 중에서 실시한다. 용해에 있어서 첨가 원소가 녹다 남으면, 강도의 향상에 대해 유효하게 작용하지 않는다. 따라서, 녹다 남은 것을 없애기 위해, Fe 나 Cr 등의 고융점의 제 3 원소는, 첨가하고 나서 충분히 교반한 후에, 일정 시간 유지할 필요가 있다. 한편, Ti 는 Cu 중에 비교적 잘 녹기 때문에 제 3 원소의 용해 후에 첨가하면 된다. 따라서, Cu 에, Fe, Co, Mg, Si, Ni, Cr, Zr, Mo, V, Nb, Mn, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0 ∼ 0.5 질량％ 함유하도록 첨가하고, 이어서 Ti 를 2.0 ∼ 4.0 질량％ 함유하도록 첨가하여 잉곳을 제조하는 것이 바람직하다.

＜균질화 어닐링 및 열간 압연＞

잉곳 제조시에 발생된 응고 편석이나 정출물 (晶出物) 은 조대하므로 균질화 어닐링에서 가능한 한 모상에 고용시켜 작게 하여, 가능한 한 없애는 것이 바람직하다. 그 이유는 굽힘 균열의 방지에 효과가 있기 때문이다. 구체적으로는, 잉곳 제조 공정 후에는 900 ∼ 970 ℃ 로 가열하고 3 ∼ 24 시간 균질화 어닐링을 실시한 후에, 열간 압연을 실시하는 것이 바람직하다. 액체 금속 취성을 방지하기 위해서, 열연 전 및 열연 중에는 960 ℃ 이하로 하고, 또한 원래 두께로부터 전체 압하율이 90 ％ 까지인 패스는 900 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

＜제 1 용체화 처리＞

그 후, 냉연과 어닐링을 적절히 반복하고 나서 제 1 용체화 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 여기서 미리 용체화를 실시해 두는 이유는, 최종 용체화 처리에서의 부담을 경감시키기 위함이다. 즉, 최종 용체화 처리에서는, 제 2 상 입자를 고용시키기 위한 열처리가 아니라, 이미 용체화되어 있는 것이므로, 그 상태를 유지하면서 재결정만 일으키게 하면 되므로, 가벼운 열처리로 족하다. 구체적으로는, 제 1 용체화 처리는 가열 온도를 850 ∼ 900 ℃ 로 하고, 2 ∼ 10 분간 실시하면 된다. 그 때의 승온 속도 및 냉각 속도에 있어서도 최대한 빠르게 하고, 여기서는 제 2 상 입자가 석출되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 용체화 처리는 실시하지 않아도 된다.

＜중간 압연＞

최종 용체화 처리 전의 중간 압연에 있어서의 압하율을 높게 할수록, 최종 용체화 처리에 있어서의 재결정립을 균일하고 미세하게 제어할 수 있다. 따라서, 중간 압연의 압하율은 바람직하게는 70 ∼ 99 ％ 이다. 압하율은 {((압연 전의 두께－압연 후의 두께)/압연 전의 두께) × 100 ％} 로 정의된다.

＜최종 용체화 처리＞

최종 용체화 처리에서는, 석출물을 완전히 고용시키는 것이 바람직하지만, 완전히 없앨 때까지 고온으로 가열하면, 결정립이 조대화되기 쉬우므로, 가열 온도는 제 2 상 입자 조성의 고용 한계 부근의 온도로 한다 (Ti 의 첨가량이 2.0 ∼ 4.0 질량％ 의 범위에서 Ti 의 고용 한계가 첨가량과 동일해지는 온도는 730 ∼ 840 ℃ 정도이며, 예를 들어 Ti 의 첨가량이 3.0 질량％ 에서는 800 ℃ 정도). 그리고 이 온도까지 급속히 가열하고, 수랭 등에 의해 냉각 속도도 빠르게 하면 조대한 제 2 상 입자의 발생이 억제된다. 따라서, 전형적으로는 730 ∼ 840 ℃ 의 Ti 의 고용 한계가 첨가량과 동일해지는 온도에 대해 －20 ℃ ∼ ＋50 ℃ 의 온도로 가열하고, 보다 전형적으로는 730 ∼ 880 ℃ 의 Ti 의 고용 한계가 첨가량과 동일해지는 온도에 비해 0 ∼ 30 ℃ 높은 온도, 바람직하게는 0 ∼ 20 ℃ 높은 온도로 가열한다.

또, 최종 용체화 처리에서의 가열 시간은 짧은 쪽이 결정립의 조대화를 억제할 수 있다. 가열 시간은 예를 들어 30 초 ∼ 10 분으로 할 수 있고, 전형적으로는 1 분 ∼ 8 분으로 할 수 있다. 이 시점에서 제 2 상 입자가 발생해도 미세하고 균일하게 분산되어 있으면, 강도와 굽힘 가공성에 대해 거의 무해하다. 그러나 조대한 것은 최종 시효 처리에서 더 성장하는 경향이 있으므로, 이 시점에서의 제 2 상 입자는 생성되어도 가능한 한 적고, 작게 해야 한다.

구체적으로는, 최종 용체화 처리 후에 있어서의 평균 결정립경은 2 ∼ 30 ㎛ 의 범위로 제어하는 것이 바람직하고, 2 ∼ 15 ㎛ 의 범위로 제어하는 것이 보다 바람직하고, 2 ∼ 10 ㎛ 의 범위로 제어하는 것이 더욱더 바람직하다. 평균 결정립경은, 압연 방향에 평행한 단면의 조직을, 전해 연마에 의해 현출 (現出) 시킨 후, 전자현미경 (SEM) 으로 관찰 시야 100 ㎛ × 100 ㎛ 를 촬영한다. 그리고, JISH0501 에 의거하여, 절단법으로 압연 방향에 직각인 방향의 평균 결정립경 및 압연 방향에 평행한 방향의 평균 결정립경을 구하고, 양자의 평균값을 평균 결정립경으로 한다.

＜예비 시효＞

최종 용체화 처리에 이어서 예비 시효 처리를 실시한다. 종래에는 최종 용체화 처리 후에는 냉간 압연을 실시하는 것이 통례였지만, 본 발명에 관련된 티탄 구리를 얻는 데에 있어서는 최종 용체화 처리 후, 냉간 압연을 실시하지 않고 즉시 예비 시효 처리를 실시하는 것이 중요하다. 예비 시효 열처리는 다음 공정의 시효 처리보다 저온에서 실시되는 열처리이고, 예비 시효 열처리 및 후술하는 시효 처리를 연속해서 실시함으로써, 티탄 구리의 강도와 함께 고온 노출시의 내처짐성이 유의하게 향상된다는 이점이 얻어진다. 예비 시효 처리는 표면 산화 피막의 발생을 억제하기 위해서 Ar, N₂, H₂ 등의 불활성 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다.

예비 시효 처리에 있어서의 가열 온도가 지나치게 낮거나 지나치게 높아도 상기 이점을 얻기는 곤란하다. 본 발명자에 의한 검토 결과에 따르면, 재료 온도 150 ∼ 250 ℃ 에서 10 ∼ 20 시간 가열하는 것이 바람직하고, 재료 온도 160 ∼ 230 ℃ 에서 10 ∼ 18 시간 가열하는 것이 보다 바람직하고, 170 ∼ 200 ℃ 에서 12 ∼ 16 시간 가열하는 것이 더욱더 바람직하다.

＜시효 처리＞

예비 시효 처리에 이어서 시효 처리를 실시한다. 예비 시효 처리 후, 일단 실온까지 냉각시켜도 된다. 제조 효율을 생각하면, 예비 시효 처리 후, 냉각시키지 않고 시효 처리 온도까지 승온시키고, 연속해서 시효 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 어느 방법으로도 얻어지는 티탄 구리의 특성에 차이는 없다. 단, 예비 시효는 그 후의 시효 처리에서 균일하게 제 2 상 입자를 석출시키는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 예비 시효 처리와 시효 처리 사이에는 냉간 압연은 실시해야 하는 것은 아니다.

예비 시효 처리에 의해 용체화 처리에서 고용시킨 티탄이 조금 석출되었기 때문에, 시효 처리는 관례의 시효 처리보다 약간 저온에서 실시해야 하는 것이고, 재료 온도 300 ∼ 450 ℃ 에서 0.5 ∼ 20 시간 가열하는 것이 바람직하고, 재료 온도 350 ∼ 440 ℃ 에서 2 ∼ 18 시간 가열하는 것이 보다 바람직하고, 재료 온도 375 ∼ 430 ℃ 에서 3 ∼ 15 시간 가열하는 것이 더욱더 바람직하다. 시효 처리는 예비 시효 처리와 동일한 이유에 의해 Ar, N₂, H₂ 등의 불활성 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다.

이론에 의해 본 발명이 한정되는 것을 의도하지 않지만, 예비 시효 열처리 및 시효 처리를 연속해서 실시함으로써 티탄 구리의 특성이 유의하게 향상되는 것은, 이하의 이유에 의한 것으로 생각될 수 있다. 예비 시효 열처리를 부가함으로써 미세한 제 2 상 입자가 균일하게 석출된다. 그 후, 냉간 압연함으로써 전위 밀도가 높아져 종래보다 고강도가 된다. 예비 시효 열처리를 부가하지 않은 경우, 제 2 상 입자가 조대화되거나 불균일해지거나 하기 때문에, 냉간 압연해도 충분한 전위 밀도가 얻어지지 않아 강도는 불충분해진다.

＜최종 냉간 압연＞

상기 시효 처리 후, 최종 냉간 압연을 실시한다. 최종 냉간 가공에 의해 티탄 구리의 강도를 높일 수 있다. 본 발명이 의도하는 바와 같은 높은 강도를 얻기 위해서는 압하율을 55 ％ 이상, 바람직하게는 60 ％ 이상, 보다 바람직하게는 90 ％ 이상으로 한다. 단, 압하율이 지나치게 높으면, 제조성이 저하되기 때문에, 압하율은 99.9 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 97 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 95 ％ 이하로 하는 것이 더욱더 바람직하다.

＜변형 제거 어닐링＞

고온 노출시의 내처짐성을 향상시키는 관점에서는, 최종 냉간 압연 후에 변형 제거 어닐링을 실시하는 것이 요망된다. 변형 제거 어닐링을 실시함으로써 전위가 재배열되기 때문이다. 변형 제거 어닐링의 조건은 관용의 조건이어도 되지만, 과도한 변형 제거 어닐링을 실시하면 전위가 소멸되어 강도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 변형 제거 어닐링은 재료 온도 200 ∼ 600 ℃ 에서 10 ∼ 600 초 실시하는 것이 바람직하고, 250 ∼ 550 ℃ 에서 10 ∼ 400 초 실시하는 것이 보다 바람직하고, 300 ∼ 500 ℃ 에서 10 ∼ 200 초 실시하는 것이 더욱더 바람직하다.

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

실시예

이하에 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 나타내지만, 이것들은 본 발명 및 그 이점을 보다 잘 이해하기 위해서 제공하는 것으로, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

표 1 에 나타내는 합금 성분을 함유하고 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지는 합금을 실험 재료로 하고, 합금 성분, {220} 면의 어스펙트비 및 제조 조건이 0.2 ％ 내력 및 고온 노출시의 처짐에 미치는 영향을 조사하였다.

먼저, 진공 용해로에서 전기 구리 2.5 kg 을 용해시키고, 제 3 원소를 표 1 에 나타내는 배합 비율로 각각 첨가한 후, 동 표에 나타내는 배합 비율의 Ti 를 첨가하였다. 첨가 원소가 녹다 남지 않도록 첨가 후의 유지 시간에도 충분히 배려한 후에, 이것들을 Ar 분위기에서 주형에 주입하고, 각각 약 2 kg 의 잉곳을 제조하였다.

상기 잉곳에 대해 950 ℃ 에서 3 시간 가열하는 균질화 어닐링 후, 900 ∼ 950 ℃ 에서 열간 압연을 실시하여 판두께 15 ㎜ 의 열연판을 얻었다. 면절삭에 의한 탈스케일 후, 냉간 압연하여 베이스 바의 판두께 (1 ∼ 8 ㎜) 로 하고, 베이스 바에서의 제 1 차 용체화 처리를 실시하였다. 제 1 차 용체화 처리의 조건은 850 ℃ 에서 10 분간 가열로 하고, 그 후, 수랭시켰다. 이어서, 표 1 에 기재된 최종 냉간 압연에 있어서의 압하율 및 제품 판두께의 조건에 따라 압하율을 조정하여 중간 냉간 압연을 실시한 후, 급속 가열이 가능한 어닐링로에 삽입하여 최종 용체화 처리를 실시하고, 그 후, 수랭시켰다. 이 때의 가열 조건은 재료 온도가 Ti 의 고용 한계가 첨가량과 동일해지는 온도 (Ti 농도 3.0 질량％ 이며 약 800 ℃, Ti 농도 2.0 질량％ 이며 약 730 ℃, Ti 농도 4.0 질량％ 이며 약 840 ℃) 를 기준으로 하여 표 1 에 기재된 바로 하였다. 이어서, Ar 분위기 중에서 표 1 에 기재된 조건에서 예비 시효 처리 및 시효 처리를 연속해서 실시하였다. 즉, 예비 시효 처리 후에 냉각을 실시하지 않았다. 산세에 의한 탈스케일 후, 표 1 에 기재된 조건에서 최종 냉간 압연을 실시하고, 마지막에 표 1 에 기재된 각 가열 조건에서 변형 제거 어닐링을 실시하여 발명예 및 비교예의 시험편으로 하였다. 시험편에 따라서는 예비 시효 처리, 시효 처리 또는 변형 제거 어닐링을 생략하였다.

제작된 제품 시료에 대해 다음 평가를 실시하였다.

(가) 0.2 ％ 내력

인장 시험기를 사용하여 JIS13B 호 시험편을 제작하고, 상기 서술한 측정 방법에 따라 압연 방향과 평행한 방향의 0.2 ％ 내력을 측정하였다.

(나) {220} 면의 어스펙트비

{220} 면의 어스펙트비는, X 선 회절 장치 (리가쿠 전기사 제조 형식 rint Ultima 2000) 에 의해 상기 서술한 측정 조건에서 구하였다.

(다) 고온 노출 후의 처짐 (영구 변형률)

폭 10 ㎜ 의 단책 (短冊) 시료를 길이 방향이 압연 평행 방향이 되도록 채취하고, 도 4 와 같이 시료의 편단을 고정시키고, 이 고정단으로부터 거리 (L) 의 위치에, 선단을 나이프 에지로 가공한 펀치를 1 ㎜/분의 이동 속도로 꽉 누르고, 다음 식 1 에 의해 시료에 1000 MPa (≒102 kg/㎜²) 의 응력 (σ₀) 에 상당하는 초기 변형 (d) 을 부여하였다.

식 1 : d = 2/3 × L × σ₀/(Eㆍt)

d = 초기 변형 (㎜)

L = 표점 거리 (㎜)

σ₀ = 응력 (kg/㎜²)

E = 영률 (kg/㎜²)

t = 판두께 (㎜)

이어서, 변형을 부여한 상태에서, 250 ℃ 에서 30 분간 가열하고, 펀치를 초기 위치로 되돌려 제하한 후, 영구 변형량 (δ) 을 구하고, 영구 변형률 (％) (= δ/d × 100))

을 구하였다.

또, 최종 용체화 처리 후의 중간품의 평균 결정립경을 상기 서술한 측정 방법에 의해 전자 현미경 (Philips 사 제조 XL30 SFEG) 을 사용하여 측정하였다.

(고찰)

표 1 에 시험 결과를 나타낸다. 발명예 1 ∼ 18 에서는, 0.2 ％ 내력이 1100 MPa 이상으로 높고, 영구 변형률은 낮게 억제되어 있음을 알 수 있다.

한편, 비교예 1 은, 최종 용체화 처리 온도가 지나치게 높음으로써, 결정립이 조대화되고, {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 됨으로써, 0.2 ％ 내력 및 영구 변형률이 모두 발명예보다 열등하였다.

비교예 2 는 최종 용체화 처리 온도가 지나치게 낮음으로써, 미재결정 영역과 재결정 영역이 혼재하는 혼립화가 일어나고, {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 영구 변형률이 발명예보다 열등하였다.

비교예 3 은 일본 공개특허공보 2012-0625757호에 기재된 발명에 상도한다. 예비 시효 처리를 실시하지 않았기 때문에 강도 향상이 불충분해지고, 또한 {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 0.2 ％ 내력 및 영구 변형률이 모두 발명예보다 열등하였다.

비교예 4 는 예비 시효 처리를 실시했지만 가열 온도가 지나치게 낮았기 때문에 강도 향상이 불충분해지고, {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 0.2 ％ 내력 및 영구 변형률이 모두 발명예보다 열등하였다.

비교예 5 는 예비 시효에 있어서의 가열 온도가 지나치게 높았기 때문에, 과시효가 되어 조대 입자가 석출되고, 또한 {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 0.2 ％ 내력 및 영구 변형률이 모두 발명예보다 열등하였다.

비교예 6 은 시효 처리를 실시하지 않았기 때문에 스피노달 분해가 불충분해져 강도 향상도 불충분해지고, 또한 {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 0.2 ％ 내력 및 영구 변형률이 모두 발명예보다 열등하였다.

비교예 7 은 시효 처리를 실시했지만 가열 온도가 지나치게 낮았기 때문에 강도 향상이 불충분해지고, {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 0.2 ％ 내력 및 영구 변형률이 모두 발명예보다 열등하였다.

비교예 8 은 시효 처리에 있어서의 가열 온도가 지나치게 높았기 때문에, 과시효가 되어 조대 입자가 석출되고, 또한 {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 0.2 ％ 내력 및 영구 변형률이 모두 발명예보다 열등하였다.

비교예 9 는 최종 냉간 압연에 있어서의 압하율이 지나치게 낮음으로써, 강도가 부족해지고, 또한 {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 0.2 ％ 내력 및 영구 변형률이 모두 발명예보다 열등하였다.

비교예 10 은 변형 제거 어닐링을 실시하지 않았기 때문에 {220} 면의 어스펙트비가 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 영구 변형률이 발명예보다 열등하였다.

비교예 11 은 변형 제거 어닐링을 실시했지만 가열 온도가 낮았기 때문에 {220} 면의 어스펙트비가 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 영구 변형률이 발명예보다 열등하였다.

비교예 12 는 변형 제거 어닐링을 실시했지만 가열 온도가 지나치게 높았기 때문에, 전위가 소멸되고, 또한 {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 0.2 ％ 내력 및 영구 변형률이 모두 발명예보다 열등하였다.

비교예 13 은 제 3 원소의 첨가량이 지나치게 많음으로써, 열간 압연에서 균열이 발생하였기 때문에, 시험편을 제조할 수 없었다.

비교예 14 는 Ti 농도가 지나치게 낮음으로써, 강도가 부족해지고, 또한 {220} 면의 어스펙트비도 본 발명의 범위 밖이 되었다. 그래서, 0.2 ％ 내력 및 영구 변형률이 모두 발명예보다 열등하였다.

비교예 15 는 Ti 농도가 지나치게 높음으로써 열간 압연에서 균열이 발생하였기 때문에, 시험편을 제조할 수 없었다.

[표 1-1]

[표 1-2]

1 : 오토 포커스 카메라 모듈
2 : 요크
3 : 렌즈
4 : 마그넷
5 : 캐리어
6 : 코일
7 : 베이스
8 : 프레임
9a : 상측 스프링 부재
9b : 하측 스프링 부재
10a, 10b : 캡

Claims

Ti 를 2.0 ∼ 4.0 질량％ 함유하고, 제 3 원소로서 Fe, Co, Mg, Si, Ni, Cr, Zr, Mo, V, Nb, Mn, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상을 합계로 0 ∼ 0.5 질량％ 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연면에 있어서의 {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 최대 강도 (cps) 의 반값폭 (°) 에 대한 비 (이하, 「{220} 면의 어스펙트비」라고 한다.) 가 10 × 10² ∼ 25 × 10² 인 티탄 구리.
여기서, {220} 면의 어스펙트비는, 이하의 측정 조건에서 압연면의 회절 강도 곡선을 취득하고, {220} 결정면의 X 선 회절 강도 피크의 최대 강도와 그 반값폭을 측정하여 그 비를 산출함으로써 구한다.
ㆍ타깃 : Cu 관 구
ㆍ관 전압 : 25 kV
ㆍ관 전류 : 20 mA
ㆍ주사 속도 : 5 °/min
ㆍ샘플링 폭 : 0.02°
ㆍ측정 범위 (2θ) : 60°∼ 90°
제 1 항에 있어서,
압연 방향에 평행한 방향에서의 0.2 ％ 내력이 1100 MPa 이상인 티탄 구리.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 티탄 구리를 구비한 신동품.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 티탄 구리를 구비한 전자 부품.
제 4 항에 있어서,
전자 기기 부품이 오토 포커스 카메라 모듈인 전자 부품.
렌즈와, 이 렌즈를 광축 방향의 초기 위치에 탄성 지지하는 스프링 부재와, 이 스프링 부재의 탄성지지력에 저항하는 전자력을 발생시켜 상기 렌즈를 광축 방향으로 구동할 수 있는 전자 구동 수단을 구비하고, 상기 스프링 부재가 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 티탄 구리인 오토 포커스 카메라 모듈.