KR20180043190A - 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 및, 버스바 - Google Patents

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Abstract

Mg 를 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내에서 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 가 질량비로, [Mg] ＋ 20 × [P] ＜ 0.5 의 관계를 만족시킴과 함께, 도전율이 75 ％IACS 초과인 것을 특징으로 한다.

Description

전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 및, 버스바{COPPER ALLOY FOR ELECTRONIC/ELECTRICAL DEVICE, COPPER ALLOY PLASTICALLY WORKED MATERIAL FOR ELECTRONIC/ELECTRICAL DEVICE, COMPONENT FOR ELECTRONIC/ELECTRICAL DEVICE, TERMINAL, AND BUSBAR}
본원 발명은, 리드 프레임, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품에 적합한 전자·전기 기기용 구리 합금, 및, 이 전자·전기 기기용 구리 합금으로 이루어지는 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 및, 버스바에 관한 것이다.
본원은, 2015년 9월 9일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2015-177743호 및 2015년 12월 1일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2015-235096호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품에는, 도전성이 높은 구리 또는 구리 합금이 사용되고 있다.
여기서, 전자 기기나 전기 기기 등의 소형화에 수반하여, 이들 전자 기기나 전기 기기 등에 사용되는 전자·전기 기기용 부품의 소형화 및 박육화가 도모되고 있다. 이 때문에, 전자·전기 기기용 부품을 구성하는 재료에는, 높은 강도나 양호한 굽힘 가공성이 요구되고 있다. 또, 자동차의 엔진 룸 등의 고온 환경하에서 사용되는 커넥터의 단자 등에 있어서는, 내응력 완화 특성도 요구되고 있다.
여기서, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품에 사용되는 재료로서, 예를 들어 특허문헌 1, 2 에는, Cu-Mg 계 합금이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 2007-056297호 (A) 일본 공개특허공보 2014-114464호 (A)
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 Cu-Mg 계 합금에 있어서는, P 의 함유량이 0.08 ∼ 0.35 질량％ 로 많기 때문에, 냉간 가공성 및 굽힘 가공성이 불충분하여, 소정 형상의 전자·전기 기기용 부품을 성형하는 것이 곤란하였다.
또, 특허문헌 2 에 기재된 Cu-Mg 계 합금에 있어서는, Mg 의 함유량이 0.01 ∼ 0.5 mass％, 및 P 의 함유량이 0.01 ∼ 0.5 mass％ 로 되어 있는 점에서, 조대한 정출물이 생성되어, 냉간 가공성 및 굽힘 가공성이 불충분하였다.
또한, 상기 서술한 Cu-Mg 계 합금에 있어서는, Mg 에 의해 구리 합금 용탕의 점성이 상승하는 점에서, P 를 첨가하지 않으면 주조성이 저하되어 버린다는 문제가 있었다.
본원 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 도전성, 강도, 굽힘 가공성, 내응력 완화 특성, 및, 주조성이 우수한 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 및, 버스바를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 과제를 해결하기 위해서, 본원 발명자들이 예의 검토한 결과, 합금 중에 함유되는 Mg 및 P 의 함유량을 소정 관계식의 범위 내로 설정함으로써, Mg 와 P 를 함유하는 정출물이 조대화되는 것이 억제되어, 가공성을 저하시키지 않고, 강도, 내응력 완화 특성, 주조성을 향상시키는 것이 가능하다는 지견을 얻었다.
본원 발명은, 상기 서술한 지견에 기초하여 이루어진 것으로서, 본원 발명의 일 양태의 전자·전기 기기용 구리 합금 (이하, 「본원 발명의 전자·전기 기기용 구리 합금」이라고 칭한다) 은 Mg 를 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내에서 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 가 질량비로,
[Mg] ＋ 20 × [P] ＜ 0.5
의 관계를 만족시킴과 함께, 도전율이 75 ％IACS 초과인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 서술한 구성의 전자·전기 기기용 구리 합금에 의하면, Mg 의 함유량이 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내로 되어 있으므로, 구리의 모상 중에 Mg 가 고용됨으로써, 도전율을 크게 저하시키지 않고, 강도, 내응력 완화 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내에서 함유하고 있으므로, 주조성을 향상시킬 수 있다.
그리고, Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 가 질량비로,
[Mg] ＋ 20 × [P] ＜ 0.5
의 관계를 만족시키고 있으므로, Mg 와 P 를 함유하는 조대한 정출물의 생성을 억제할 수 있어, 냉간 가공성 및 굽힘 가공성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또, 도전율이 75 ％IACS 초과이므로, 종래, 순구리를 사용하고 있었던 용도에도 적용하는 것이 가능해진다.
여기서, 본원 발명의 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 가 질량비로,
[Mg]/[P] ≤ 400
의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
이 경우, 주조성을 저하시키는 Mg 의 함유량과 주조성을 향상시키는 P 의 함유량의 비율을 상기 서술한 바와 같이 규정함으로써, 주조성을 확실하게 향상시킬 수 있다.
또, 본원 발명의 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 0.2 ％ 내력이 300 ㎫ 이상인 것이 바람직하다.
이 경우, 0.2 ％ 내력이 300 ㎫ 이상으로 되어 있으므로, 용이하게 변형되는 경우가 없어, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 구리 합금으로서 특히 적합하다.
또, 본원 발명의 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에서 50 ％ 이상인 것이 바람직하다.
이 경우, 잔류 응력률이 상기 서술한 바와 같이 규정되어 있는 점에서, 고온 환경하에서 사용한 경우라 하더라도 영구 변형을 작게 억제할 수 있어, 예를 들어 커넥터 단자 등의 접압 (接壓) 의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 엔진 룸 등의 고온 환경하에서 사용되는 전자 기기용 부품의 소재로서 적용하는 것이 가능해진다.
본원 발명의 다른 양태의 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재 (이하, 「본원 발명의 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재」라고 칭한다) 는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성의 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재에 의하면, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금으로 구성되어 있는 점에서, 도전성, 강도, 굽힘 가공성, 내응력 완화 특성이 우수하여, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.
여기서, 본원 발명의 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재에 있어서는, 표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 갖는 것이 바람직하다.
이 경우, 표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 갖고 있으므로, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다. 또한, 본원 발명에 있어서, 「Sn 도금」은, 순 Sn 도금 또는 Sn 합금 도금을 포함하고,「Ag 도금」은, 순 Ag 도금 또는 Ag 합금 도금을 포함한다.
본원 발명의 다른 양태의 전자·전기 기기용 부품 (이하, 「본원 발명의 전자·전기 기기용 부품」이라고 칭한다) 은, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 본원 발명에 있어서의 전자·전기 기기용 부품이란, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등을 포함하는 것이다.
이 구성의 전자·전기 기기용 부품은, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재를 사용하여 제조되어 있으므로, 소형화 및 박육화한 경우라 하더라도 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
본원 발명의 다른 양태의 단자 (이하, 「본원 발명의 단자」라고 칭한다) 는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성의 단자는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재를 사용하여 제조되어 있으므로, 소형화 및 박육화한 경우라 하더라도 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
본원 발명의 다른 양태의 버스바 (이하, 「본원 발명의 버스바」라고 칭한다) 는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성의 버스바는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재를 사용하여 제조되어 있으므로, 소형화 및 박육화한 경우라 하더라도 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
본원 발명에 의하면, 도전성, 강도, 굽힘 가공성, 내응력 완화 특성, 및, 주조성이 우수한 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 및, 버스바를 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금의 제조 방법의 플로도이다.
이하에, 본원 발명의 일 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 대해 설명한다.
본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금은, Mg 를 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내에서 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.
그리고, Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 가 질량비로,
[Mg] ＋ 20 × [P] ＜ 0.5
의 관계를 가지고 있다.
또한, 본 실시형태에서는, Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 가 질량비로,
[Mg]/[P] ≤ 400
의 관계를 가지고 있다.
또, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 도전율이 75 ％IACS 초과로 되어 있다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 압연 방향에 대해 직교 방향으로 인장 시험을 실시하였을 때의 0.2 ％ 내력이 300 ㎫ 이상으로 되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 전자·전기 기기용 구리 합금의 압연재로 되어 있고, 압연의 최종 공정에 있어서의 압연 방향에 대해 직교 방향으로 인장 시험을 실시하였을 때의 0.2 ％ 내력이 상기 서술한 바와 같이 규정되어 있는 것이다.
또, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에서 50 ％ 이상으로 되어 있다.
여기서, 상기 서술한 바와 같이 성분 조성을 규정한 이유에 대해 이하에 설명한다.
(Mg : 0.15 mass％ 이상, 0.35 mass％ 미만)
Mg 는, 구리 합금의 모상 중에 고용됨으로써, 높은 도전율을 유지한 채로, 강도 및 내응력 완화 특성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다.
여기서, Mg 의 함유량이 0.15 mass％ 미만인 경우에는, 그 작용 효과를 충분히 주공 (奏功) 시킬 수 없게 될 우려가 있다. 한편, Mg 의 함유량이 0.35 mass％ 이상인 경우에는, 도전율이 크게 저하됨과 함께, 구리 합금 용탕의 점성이 상승하여, 주조성이 저하될 우려가 있다.
이상의 점으로부터, 본 실시형태에서는, Mg 의 함유량을 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내로 설정하고 있다.
또한, 강도 및 내응력 완화 특성을 더욱 향상시키기 위해서는, Mg 의 함유량의 하한을 0.18 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.2 mass％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 도전율의 저하 및 주조성의 저하를 확실하게 억제하기 위해서는, Mg 의 함유량의 상한을 0.32 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.3 mass％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(P : 0.0005 mass％ 이상, 0.01 mass％ 미만)
P 는, 주조성을 향상시키는 작용 효과를 갖는 원소이다.
여기서, P 의 함유량이 0.0005 mass％ 미만인 경우에는, 그 작용 효과를 충분히 주공시킬 수 없을 우려가 있다. 한편, P 의 함유량이 0.01 mass％ 이상인 경우에는, Mg 와 P 를 함유하는 조대한 정출물이 생성되는 점에서, 이 정출물이 파괴의 기점이 되어, 냉간 가공시나 굽힘 가공시에 균열이 발생할 우려가 있다.
이상의 점으로부터, 본 실시형태에 있어서는, P 의 함유량을 0.0005 mass％ 이상, 0.01 mass％ 미만의 범위 내로 설정하고 있다. 또한, 확실하게 주조성을 향상시키기 위해서는, P 의 함유량의 하한을 0.001 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.002 mass％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 조대한 정출물의 생성을 확실하게 억제하기 위해서는, P 의 함유량의 상한을 0.009 mass％ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 0.008 mass％ 미만으로 하는 것이 더욱 바람직하며, 0.0075 mass％ 이하로 하는 것이 가장 바람직하다.
([Mg] ＋ 20 × [P] ＜ 0.5)
상기 서술한 바와 같이, Mg 와 P 가 공존함으로써, Mg 와 P 를 함유하는 정출물이 생성되게 된다.
여기서, 질량비로, Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 로 한 경우에, [Mg] ＋ 20 × [P] 가 0.5 이상이 되는 경우에는, Mg 및 P 의 총량이 많아, Mg 와 P 를 함유하는 정출물이 조대화됨과 함께 고밀도로 분포되어, 냉간 가공시나 굽힘 가공시에 균열이 발생하기 쉬워질 우려가 있다.
이상의 점으로부터, 본 실시형태에 있어서는, [Mg] ＋ 20 × [P] 를 0.5 미만으로 설정하고 있다. 또한, 정출물의 조대화 및 고밀도화를 확실하게 억제하여, 냉간 가공시나 굽힘 가공시에 있어서의 균열의 발생을 억제하기 위해서는, [Mg] ＋ 20 × [P] 를 0.48 미만으로 하는 것이 바람직하고, 0.46 미만으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
([Mg]/[P] ≤ 400)
Mg 는, 구리 합금 용탕의 점도를 상승시켜, 주조성을 저하시키는 작용을 갖는 원소인 점에서, 주조성을 확실하게 향상시키기 위해서는, Mg 와 P 의 함유량의 비율을 적정화할 필요가 있다.
여기서, 질량비로, Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 로 한 경우에, [Mg]/[P] 가 400 을 초과하는 경우에는, P 에 대해 Mg 의 함유량이 많아져, P 의 첨가에 의한 주조성 향상 효과가 작아질 우려가 있다.
이상의 점으로부터, 본 실시형태에 있어서는, [Mg]/[P] 를 400 이하로 설정하고 있다. 주조성을 보다 향상시키기 위해서는, [Mg]/[P] 를 350 이하로 하는 것이 바람직하고, 300 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, [Mg]/[P] 가 과잉으로 낮은 경우에는, Mg 가 정출물로서 소비되어, Mg 의 고용에 의한 효과를 얻을 수 없게 될 우려가 있다. Mg 와 P 를 함유하는 정출물의 생성을 억제하여, Mg 의 고용에 의한 내력, 내응력 완화 특성의 향상을 확실하게 도모하기 위해서는, [Mg]/[P] 의 하한을 20 초과로 하는 것이 바람직하고, 25 초과인 것이 더욱 바람직하다.
(불가피 불순물 : 0.1 mass％ 이하)
그 밖의 불가피적 불순물로는, Ag, B, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, 희토류 원소, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Se, Te, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Ge, Sn, As, Sb, Tl, Pb, Bi, Be, N, C, Si, Li, H, O, S 등을 들 수 있다. 이들 불가피 불순물은, 도전율을 저하시키는 작용이 있는 점에서, 총량으로 0.1 mass％ 이하로 한다. 불가피 불순물의 총량은, 0.09 mass％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.08 mass％ 이하로 하는 것이 보다 더 바람직하다.
또, Ag, Zn, Sn 은 구리 중에 용이하게 혼입되어 도전율을 저하시키기 때문에, 총량으로 500 massppm 미만으로 하는 것이 바람직하다.
또한 Si, Cr, Ti, Zr, Fe, Co 는, 특히 도전율을 크게 감소시킴과 함께, 개재물 형성에 의해 굽힘 가공성을 열화시키기 때문에, 이들 원소는 총량으로 500 massppm 미만으로 하는 것이 바람직하다.
(도전율 : 75 ％IACS 초과)
본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서, 도전율을 75 ％IACS 초과로 설정함으로써, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품으로서 양호하게 사용할 수 있다.
또한, 도전율은 76 ％IACS 초과인 것이 바람직하고, 77 ％IACS 초과인 것이 더욱 바람직하며, 78 ％IACS 초과인 것이 보다 바람직하다.
(0.2 ％ 내력 : 300 ㎫ 이상)
본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 0.2 ％ 내력이 300 ㎫ 이상으로 함으로써, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합한 것이 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 압연 방향에 대해 직교 방향으로 인장 시험을 실시하였을 때의 0.2 ％ 내력이 300 ㎫ 이상으로 되어 있다.
여기서, 상기 서술한 0.2 ％ 내력은 325 ㎫ 이상인 것이 바람직하고, 350 ㎫ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
(잔류 응력률 : 50 ％ 이상)
본 실시형태인 전자 기기용 구리 합금에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이, 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에서 50 ％ 이상으로 되어 있다.
이 조건에 있어서의 잔류 응력률이 높은 경우에는, 고온 환경하에서 사용한 경우라 하더라도 영구 변형을 작게 억제할 수 있어, 접압의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태인 전자 기기용 구리 합금은, 자동차의 엔진 룸 주위 와 같은 고온 환경하에서 사용되는 단자로서 적용하는 것이 가능해진다. 본 실시형태에서는, 압연 방향에 대해 직교 방향으로 응력 완화 시험을 실시한 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에서 50 ％ 이상으로 되어 있다.
또한, 잔류 응력률은 150 ℃, 1000 시간에서 60 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 150 ℃, 1000 시간에서 70 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
다음으로, 이와 같은 구성으로 된 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금의 제조 방법에 대해, 도 1 에 나타내는 플로도를 참조하여 설명한다.
(용해·주조 공정 S01)
먼저, 구리 원료를 용해하여 얻어진 구리 용탕에, 전술한 원소를 첨가하여 성분 조정을 실시하고, 구리 합금 용탕을 제출 (製出) 한다. 또한, 각종 원소의 첨가에는, 원소 단체나 모합금 등을 사용할 수 있다. 또, 상기 서술한 원소를 함유하는 원료를 구리 원료와 함께 용해해도 된다. 또, 본 합금의 리사이클재 및 스크랩재를 사용해도 된다. 여기서, 구리 용탕은, 순도가 99.99 mass％ 이상으로 된 이른바 4N Cu, 혹은 99.999 mass％ 이상으로 된 이른바 5N Cu 로 하는 것이 바람직하다. 용해 공정에서는, Mg 의 산화를 억제하기 위해, 또 수소 농도 저감을 위해, H2O 의 증기압이 낮은 불활성 가스 분위기 (예를 들어 Ar 가스) 에 의한 분위기 용해를 실시하고, 용해시의 유지 시간은 최소한으로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 성분 조정된 구리 합금 용탕을 주형에 주입하여 주괴를 제출한다. 또한, 양산을 고려한 경우에는, 연속 주조법 또는 반연속 주조법을 사용하는 것이 바람직하다.
이 때, 용탕의 응고시에, Mg 와 P 를 함유하는 정출물이 형성되기 때문에, 응고 속도를 빠르게 함으로써 정출물 사이즈를 보다 미세하게 하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 용탕의 냉각 속도는 0.1 ℃/sec 이상으로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5 ℃/sec 이상이며, 가장 바람직하게는 1 ℃/sec 이상이다.
(균질화/용체화 공정 S02)
다음으로, 얻어진 주괴의 균질화 및 용체화를 위해서 가열 처리를 실시한다. 주괴의 내부에는, 응고 과정에 있어서 Mg 가 편석되어 농축됨으로써 발생한 Cu와 Mg 를 주성분으로 하는 금속간 화합물 등이 존재하는 경우가 있다. 그래서, 이들 편석 및 금속간 화합물 등을 소실 또는 저감시키기 위해서, 주괴를 300 ℃ 이상 900 ℃ 이하로까지 가열하는 가열 처리를 실시함으로써, 주괴 내에 있어서, Mg 를 균질하게 확산시키거나 Mg 를 모상 중에 고용시키거나 한다. 또한, 이 가열 공정 S02 는, 비산화성 또는 환원성 분위기 중에서 실시하는 것이 바람직하다.
여기서, 가열 온도가 300 ℃ 미만에서는, 용체화가 불완전해져, 모상 중에 Cu 와 Mg 를 주성분으로 하는 금속간 화합물이 많이 잔존할 우려가 있다. 한편, 가열 온도가 900 ℃ 를 초과하면, 구리 소재의 일부가 액상이 되어, 조직이나 표면 상태가 불균일해질 우려가 있다. 따라서, 가열 온도를 300 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 범위로 설정하고 있다.
또한, 후술하는 조 (粗) 압연의 효율화와 조직의 균일화를 위해서, 전술한 균질화/용체화 공정 S02 후에 열간 가공을 실시해도 된다. 이 경우, 가공 방법에 특별히 한정은 없고, 예를 들어 압연, 와이어 드로잉, 압출, 홈 압연, 단조, 프레스 등을 채용할 수 있다. 또, 열간 가공 온도는, 300 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
(조 (粗) 가공 공정 S03)
소정의 형상으로 가공하기 위해서, 조가공을 실시한다. 또한, 이 조가공 공정 S03 에 있어서의 온도 조건은 특별히 한정은 없지만, 재결정을 억제하기 위해서, 혹은 치수 정밀도의 향상을 위해서, 냉간 또는 온간 압연이 되는 -200 ℃ 내지 200 ℃ 의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 특히 상온이 바람직하다. 가공률에 대해서는, 20 ％ 이상이 바람직하고, 30 ％ 이상이 더욱 바람직하다. 또, 가공 방법에 대해서는, 특별히 한정은 없고, 예를 들어 압연, 와이어 드로잉, 압출, 홈 압연, 단조, 프레스 등을 채용할 수 있다.
(중간 열처리 공정 S04)
조가공 공정 S03 후에, 철저한 용체화, 재결정 조직화 또는 가공성 향상을 위한 연화를 목적으로 하여 열처리를 실시한다. 열처리의 방법은 특별히 한정은 없지만, 바람직하게는 400 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 유지 온도, 10 초 이상 10 시간 이하의 유지 시간으로, 비산화 분위기 또는 환원성 분위기 중에서 열처리를 실시한다. 또, 가열 후의 냉각 방법은, 특별히 한정하지 않지만, 물 퀀칭 등 냉각 속도가 200 ℃/min 이상이 되는 방법을 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 조가공 공정 S03 및 중간 열처리 공정 S04 는, 반복 실시해도 된다.
(마무리 가공 공정 S05)
중간 열처리 공정 S04 후의 구리 소재를 소정의 형상으로 가공하기 위해서, 마무리 가공을 실시한다. 또한, 이 마무리 가공 공정 S05 에 있어서의 온도 조건은 특별히 한정은 없지만, 재결정을 억제하기 위해서, 또는 연화를 억제하기 위해서 냉간, 또는 온간 가공이 되는 -200 ℃ 내지 200 ℃ 의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 특히 상온이 바람직하다. 또, 가공률은, 최종 형상에 근사하도록 적절히 선택되게 되지만, 마무리 가공 공정 S05 에 있어서 가공 경화에 의해 강도를 향상시키기 위해서는, 가공률을 20 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 추가적인 강도 향상을 도모하는 경우에는, 가공률을 30 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 가공률을 40 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(마무리 열처리 공정 S06)
다음으로, 마무리 가공 공정 S05 에 의해 얻어진 소성 가공재에 대해, 내응력 완화 특성의 향상 및 저온 어닐링 경화를 위해서, 또는 잔류 변형의 제거를 위해서, 마무리 열처리를 실시한다.
열처리 온도는, 100 ℃ 이상 800 ℃ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 마무리 열처리 공정 S06 에 있어서는, 재결정에 의한 강도의 대폭적인 저하를 피하도록, 열처리 조건 (온도, 시간, 냉각 속도) 을 설정할 필요가 있다. 예를 들어 300 ℃ 에서는 1 초 내지 120 초 정도 유지로 하는 것이 바람직하다. 이 열처리는, 비산화 분위기 또는 환원성 분위기 중에서 실시하는 것이 바람직하다.
열처리의 방법은 특별히 한정은 없지만, 제조 비용 저감의 효과로부터, 연속 어닐링로에 의한 단시간의 열처리가 바람직하다.
또한, 상기 서술한 마무리 가공 공정 S05 와 마무리 열처리 공정 S06 을 반복 실시해도 된다.
이와 같이 하여, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재로서 압연판 (박판) 이 제출되게 된다. 또한, 이 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재 (박판) 의 판 두께는, 0.05 ㎜ 초과 3.0 ㎜ 이하의 범위 내로 되어 있고, 바람직하게는 0.1 ㎜ 초과 3.0 ㎜ 미만의 범위 내로 되어 있다. 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재 (박판) 의 판 두께가 0.05 ㎜ 이하인 경우, 대전류 용도에서의 도체로서의 사용에는 적합하지 않고, 판 두께가 3.0 ㎜ 를 초과하는 경우에는, 프레스 타발 (打拔) 가공이 곤란해진다.
여기서, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재는, 그대로 전자·전기 기기용 부품에 사용해도 되지만, 판면의 일방, 혹은 양면에, 막 두께 0.1 ∼ 100 ㎛ 정도의 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 형성해도 된다. 이 때, 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재의 판 두께가 도금층 두께의 10 ∼ 1000 배가 되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금 (전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재) 을 소재로 하여, 타발 가공이나 굽힘 가공 등을 실시함으로써, 예를 들어 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바와 같은 전자·전기 기기용 부품이 성형된다.
이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 의하면, Mg 의 함유량이 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내로 되어 있으므로, 구리의 모상 중에 Mg 가 고용됨으로써, 도전율을 크게 저하시키지 않고, 강도, 내응력 완화 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내에서 함유하고 있으므로, 주조성을 향상시킬 수 있다.
그리고, Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 가 질량비로, [Mg] ＋ 20 × [P] ＜ 0.5 의 관계를 만족시키고 있으므로, Mg 와 P 의 조대한 정출물의 생성을 억제할 수 있어, 냉간 가공성 및 굽힘 가공성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 가 질량비로, [Mg]/[P] ≤ 400 의 관계를 만족시키고 있으므로, 주조성을 저하시키는 Mg 의 함유량과 주조성을 향상시키는 P 의 함유량의 비율이 적정화되어, P 첨가의 효과에 의해, 주조성을 확실하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 압연 방향에 대해 직교 방향으로 인장 시험을 실시하였을 때의 0.2 ％ 내력이 300 ㎫ 이상, 도전율이 75 ％IACS 초과로 되어 있으므로, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.
또, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금에 있어서는, 잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에서 50 ％ 이상으로 되어 있으므로, 고온 환경하에서 사용한 경우라 하더라도 영구 변형을 작게 억제할 수 있어, 예를 들어 커넥터 단자 등의 접압의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 엔진 룸 등의 고온 환경하에서 사용되는 전자 기기용 부품의 소재로서 적용하는 것이 가능해진다.
또, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금으로 구성되어 있는 점에서, 이 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재에 굽힘 가공 등을 실시함으로써, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품을 제조할 수 있다.
또한, 표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 형성한 경우에는, 커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.
또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 부품 (커넥터나 프레스 피트 등의 단자, 릴레이, 리드 프레임, 버스바 등) 은, 상기 서술한 전자·전기 기기용 구리 합금으로 구성되어 있으므로, 소형화 및 박육화해도 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
이상, 본원 발명의 실시형태인 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품 (단자, 버스바 등) 에 대해 설명하였지만, 본원 발명은 이것에 한정되는 경우는 없고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.
예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 전자·전기 기기용 구리 합금의 제조 방법의 일례에 대해 설명하였지만, 전자·전기 기기용 구리 합금의 제조 방법은, 실시형태에 기재한 것에 한정되는 경우는 없고, 기존의 제조 방법을 적절히 선택하여 제조해도 된다.
실시예
이하에, 본원 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 확인 실험의 결과에 대해 설명한다.
순도 99.99 mass％ 이상의 무산소동 (ASTM B152 C10100) 으로 이루어지는 구리 원료를 준비하고, 이것을 고순도 그라파이트 도가니 내에 장입하여, Ar 가스 분위기로 된 분위기로 내에 있어서 고주파 용해하였다. 얻어진 구리 용탕 내에, 각종 첨가 원소를 첨가하여 표 1 에 나타내는 성분 조성으로 조제하고, 주형에 주탕 (注湯) 하여 주괴를 제출하였다. 또한, 본 발명예 1, 비교예 3 은 단열재(이소울) 주형, 본 발명예 11 은 카본 주형, 본 발명예 2 ∼ 10, 12 ∼ 21 은 수랭 기능을 구비한 구리 합금 주형을 주조용의 주형으로서 사용하였다. 주괴의 크기는, 두께 약 20 ㎜ × 폭 약 150 ㎜ × 길이 약 70 ㎜ 로 하였다.
이 주괴의 주물 표면 근방을 면삭 (面削) 하고, 최종 제품의 판 두께가 0.5 ㎜ 가 되도록, 주괴를 잘라내어 사이즈를 조정하였다.
이 블록을, Ar 가스 분위기 중에 있어서, 표 2 에 기재된 온도 조건에서 4 시간의 가열을 실시하여, 균질화/용체화 처리를 실시하였다.
그 후, 표 2 에 기재된 조건에서 조압연을 실시한 후, 솔트 배스를 사용하여 표 2 에 기재된 온도 조건에서 열처리를 실시하였다.
열처리를 실시한 구리 소재를, 적절히, 최종 형상에 적합한 형태로 하기 위해서, 절단함과 함께, 산화 피막을 제거하기 위해서 표면 연삭을 실시하였다. 그 후, 상온에서, 표 2 에 기재된 압연율로 마무리 압연 (마무리 가공) 을 실시하여, 두께 0.5 ㎜, 폭 약 150 ㎜, 길이 200 ㎜ 의 박판을 제출하였다.
그리고, 마무리 압연 (마무리 가공) 후에, 표 2 에 나타내는 조건에서, Ar 분위기 중에서 마무리 열처리를 실시하고, 그 후, 물 퀀칭을 실시하여, 특성 평가용 박판을 제작하였다.
(주조성)
주조성의 평가로서, 전술한 주조시에 있어서의 표면 거칠기의 유무를 관찰하였다. 육안으로 표면 거칠기가 전혀 혹은 거의 관찰되지 않았던 것을 A, 깊이 1 ㎜ 미만의 작은 표면 거칠기가 발생한 것을 B, 깊이 1 ㎜ 이상 2 ㎜ 미만의 표면 거칠기가 발생한 것을 C 로 하였다. 또 깊이 2 ㎜ 이상의 큰 표면 거칠기가 발생한 것은 D 로 하고, 도중에 평가를 중지하였다. 평가 결과를 표 3 에 나타낸다.
또한, 표면 거칠기의 깊이란, 주괴의 단부로부터 중앙부를 향하는 표면 거칠기의 깊이이다.
(기계적 특성)
특성 평가용 조재 (條材) 로부터 JIS Z 2241 에 규정되는 13B 호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241 의 오프셋법에 의해 0.2 ％ 내력을 측정하였다. 또한, 시험편은, 압연 방향과 수직인 방향에서 채취하였다. 평가 결과를 표 3 에 나타낸다.
(도전율)
특성 평가용 조재로부터 폭 10 ㎜ × 길이 150 ㎜ 의 시험편을 채취하고, 4 단자법에 의해 전기 저항을 구하였다. 또, 마이크로미터를 사용하여 시험편의 치수 측정을 실시하고, 시험편의 체적을 산출하였다. 그리고, 측정한 전기 저항치와 체적으로부터 도전율을 산출하였다. 또한, 시험편은, 그 길이 방향이 특성 평가용 조재의 압연 방향에 대해 수직이 되도록 채취하였다.
평가 결과를 표 3 에 나타낸다.
(굽힘 가공성)
일본 신동 (伸銅) 협회 기술 표준 JCBA-T307 : 2007 의 4 시험 방법에 준거하여 굽힘 가공을 실시하였다. 압연 방향에 대해 굽힘의 축이 직교 방향이 되도록, 특성 평가용 박판으로부터 폭 10 ㎜ × 길이 30 ㎜ 의 시험편을 복수 채취하고, 굽힘 각도가 90 도, 굽힘 반경이 0.5 ㎜ (R/t ＝ 1) 인 W 형의 지그를 사용하여 W 굽힘 시험을 실시하였다.
굽힘부의 외주부를 육안으로 관찰하여 균열이 관찰된 경우에는 「C」, 큰 주름이 관찰된 경우에는 B, 파단이나 미세한 균열, 큰 주름을 확인할 수 없는 경우를 A 로 하여 판정을 실시하였다. 또한, A, B 는 허용할 수 있는 굽힘 가공성으로 판단하였다. 평가 결과를 표 3 에 나타낸다.
(내응력 완화 특성)
내응력 완화 특성 시험은, 일본 신동 협회 기술 표준 JCBA-T309 : 2004 의 외팔보 나사식에 준한 방법에 의해 응력을 부하하고, 150 ℃ 의 온도에서 1000 시간 유지 후의 잔류 응력률을 측정하였다. 평가 결과를 표 3 에 나타낸다.
시험 방법으로는, 각 특성 평가용 조재로부터 압연 방향에 대해 직교하는 방향으로 시험편 (폭 10 ㎜) 을 채취하고, 시험편의 표면 최대 응력이 내력의 80 ％ 가 되도록, 초기 휨 변위를 2 ㎜ 로 설정하고, 스팬 길이를 조정하였다. 상기 표면 최대 응력은 다음 식으로 정해진다.
표면 최대 응력 (㎫) ＝ 1.5Etδ0/Ls 2
단,
E : 영률 (㎫)
t : 시료의 두께 (t ＝ 0.25 ㎜)
δ0 : 초기 휨 변위 (2 ㎜)
Ls : 스팬 길이 (㎜)
이다.
150 ℃ 의 온도에서, 1000 h 유지 후의 굽힘흔 (痕) 으로부터, 잔류 응력률을 측정하고, 내응력 완화 특성을 평가하였다. 또한 잔류 응력률은 다음 식을 사용하여 산출하였다.
잔류 응력률 (％) ＝ (1 － δt/δ0) × 100
단,
δt : 150 ℃ 에서 1000 h 유지 후의 영구 휨 변위 (㎜) － 상온에서 24 h 유지 후의 영구 휨 변위 (㎜)
δ0 : 초기 휨 변위 (㎜)
이다.
Figure pct00001
Figure pct00002
비교예 1 은, Mg 의 함유량이 본원 발명의 범위보다 적어, 0.2 ％ 내력이 낮고, 강도 부족이었다.
비교예 2 는, Mg 의 함유량이 본원 발명의 범위보다 많아, 도전율이 저하되었다.
비교예 3 은, Mg 의 함유량이 본원 발명의 범위보다 많으며, 또한, [Mg]/[P] 도 400 을 초과하고 있어, 매우 깊은 표면 거칠기가 발생하였기 때문에, 그 후의 평가를 중지하였다.
비교예 4 는, P 의 함유량이 본원 발명의 범위보다 많아, 조압연시에 큰 모서리 균열이 발생하였기 때문에, 그 후의 평가를 중지하였다.
비교예 5 ∼ 7 은, [Mg] ＋ 20 × [P] 가 0.5 를 초과하고 있어, 조압연시에 큰 모서리 균열이 발생하였기 때문에, 그 후의 평가를 중지하였다.
이에 반하여, 본 발명예에 있어서는, 0.2 ％ 내력, 도전율, 내응력 완화 특성, 굽힘 가공성, 주조성이 우수한 것이 확인된다.
이상의 점으로부터, 본 발명예에 의하면, 도전성, 강도, 굽힘 가공성, 내응력 완화 특성, 주조성이 우수한 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재를 제공할 수 있는 것이 확인되었다.
산업상 이용가능성
종래 기술과 비교하여, 도전성, 강도, 굽힘 가공성, 내응력 완화 특성, 및, 주조성이 우수한 전자·전기 기기용 구리 합금, 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 및, 버스바를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. Mg 를 0.15 mass％ 이상 0.35 mass％ 미만의 범위 내, P 를 0.0005 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만의 범위 내에서 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 가 질량비로,
    [Mg] ＋ 20 × [P] ＜ 0.5
    의 관계를 만족시킴과 함께, 도전율이 75 ％IACS 초과인 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Mg 의 함유량 [Mg] 와 P 의 함유량 [P] 가 질량비로,
    [Mg]/[P] ≤ 400
    의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    압연 방향에 대해 직교 방향으로 인장 시험을 실시하였을 때의 0.2 ％ 내력이 300 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    잔류 응력률이 150 ℃, 1000 시간에서 50 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 전자·전기 기기용 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 기재된 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 부품.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 기재된 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단자.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 기재된 전자·전기 기기용 구리 합금 소성 가공재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버스바.
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