KR20230030579A

KR20230030579A - 구리 합금, 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 방열 기판

Info

Publication number: KR20230030579A
Application number: KR1020227044802A
Authority: KR
Inventors: 히로타카 마츠나가; 고세이 후쿠오카; 가즈나리 마키; 겐지 모리카와; 신이치 후나키; 히로유키 모리
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2023-03-06
Also published as: US20230243019A1; TW202212583A; EP4174200A1; JP7136157B2; JP2022022629A; CN115917023A; CN115917023B; WO2022004794A1

Abstract

이 구리 합금은, 10 massppm 초과 100 massppm 이하의 Mg 를 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물이고, 불가피 불순물 중, S 량이 10 massppm 이하, P 량이 10 massppm 이하, Se 량이 5 massppm 이하, Te 량이 5 massppm 이하, Sb 량이 5 massppm 이하, Bi 량이 5 massppm 이하, As 량이 5 massppm 이하, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계량이 30 massppm 이하, 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕가 0.6 ∼ 50, 도전율이 97 ％IACS 이상, 반연화 온도가 200 ℃ 이상, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G 가 20 ％ 이상, 잔류 응력률 RS_G 와, 압연 방향에 직교하는 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_B 의 비 RS_G/RS_B 가 1.0 초과이다.

Description

구리 합금, 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 방열 기판

본 발명은, 단자, 방열 부재 등의 전자·전기 기기용 부품에 적합한 구리 합금, 이 구리 합금으로 이루어지는 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 방열 기판에 관한 것이다.

본원은 2020년 6월 30일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2020-112695호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 단자, 방열 부재 등의 전자·전기 기기용 부품에는, 도전성이 높은 구리 또는 구리 합금이 사용되고 있다.

여기서, 전자 기기나 전기 기기 등의 대전류화에 수반하여, 전류 밀도의 저감 및 줄 발열에 의한 열의 확산을 위해서, 이들 전자 기기나 전기 기기 등에 사용되는 전자·전기 기기용 부품에 있어서는, 도전율이 우수한 무산소동 등의 순동재가 적용되고 있다.

그러나, 순동재에 있어서는, 고온에서의 경도 저하의 어려움을 나타내는 내열성이나, 열에 의한 스프링의 영구 변형 정도를 나타내는 내응력 완화 특성이 불충분하여, 고온 환경하에서의 사용을 할 수 없다는 문제가 있었다.

그래서, 특허문헌 1 에는, Mg 를 0.005 mass％ 이상 0.1 mass％ 미만의 범위에서 포함하는 구리 압연판이 개시되어 있다.

특허문헌 1 에 기재된 구리 압연판에 있어서는, Mg 를 0.005 mass％ 이상 0.1 mass％ 미만의 범위에서 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 가지고 있으므로, Mg 를 구리의 모상 중에 고용시킴으로써, 도전율을 크게 저하시키는 일 없이, 내열성 및 내응력 완화 특성을 향상시키는 것이 가능하였다.

그런데, 최근에는, 상기 서술한 전자·전기 기기용 부품을 구성하는 동재에 있어서는, 대전류가 흘렀을 때의 발열을 충분히 억제하기 위해서, 또, 순동재가 사용되고 있던 용도에 사용 가능하도록, 도전율을 더욱 향상시키는 것이 요구되고 있다. 또한, 도전율을 충분히 향상시킴으로써, 종래, 순동재가 사용되고 있던 용도에 있어서도 양호하게 사용하는 것이 가능해진다.

또, 상기 서술한 전자·전기 기기용 부품은, 엔진 룸 등의 고온 환경하에서 사용되는 경우가 많고, 전자·전기 기기용 부품을 구성하는 동재에 있어서는, 종래보다 더 내열성 및 내응력 완화 특성을 향상시킬 필요가 있다.

여기서, 대전류 용도이고 소형화가 요구되는 전자·전기 기기용 부품으로서, 예를 들어, 프레스 피트 단자, 음차형 단자, 음차형 단자가 부착된 버스 바 등을 들 수 있다. 이들 소형 단자 등의 전자·전기 기기용 부품에 있어서는, 스프링으로서 주로 압연 방향으로 신축시켜 사용하기 때문에, 길이 방향 (압연 방향) 에 있어서의 내응력 완화 특성이 특히 중시된다.

이와 같은 전자·전기 기기용 부품에 사용되는 동재에 있어서는, 압연 방향에 평행한 방향의 내응력 완화 특성이 압연 방향에 직교하는 방향의 내응력 완화 특성보다 우수할 것이 요구된다.

일본 공개특허공보 2016-056414호

이 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 높은 도전율과 우수한 내열성 및 내응력 완화 특성을 가짐과 함께, 압연 방향에 평행한 방향의 내응력 완화 특성이 압연 방향에 직교하는 방향의 내응력 완화 특성보다 우수한 구리 합금, 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 방열 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 높은 도전율과 우수한 내열성 및 내응력 완화 특성을 양호한 밸런스로 양립시키기 위해서는, Mg 를 미량 첨가함과 함께, Mg 와 화합물을 생성하는 원소의 함유량을 규제하는 것이 필요하다는 것이 분명해졌다. 즉, Mg 와 화합물을 생성하는 원소의 함유량을 규제하여, 미량 첨가한 Mg 를 적정한 형태로 구리 합금 중에 존재시킴으로써, 종래보다 높은 수준으로 도전율과 내열성을 양호한 밸런스로 향상시키는 것이 가능해진다는 지견을 얻었다.

또한, Mg 를 미량 첨가한 동재의 표면에 기계적 표면 처리를 실시함으로써, 내응력 완화 특성이 향상됨과 함께, 내응력 완화 특성에 이방성이 발생한다는 지견을 얻었다.

본 발명은 상기 서술한 지견에 기초하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 일 양태에 관련된 구리 합금은, Mg 의 함유량이 10 massppm 초과 100 massppm 이하의 범위 내로 되고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 한 조성을 갖고, 상기 불가피 불순물 중, S 의 함유량이 10 massppm 이하, P 의 함유량이 10 massppm 이하, Se 의 함유량이 5 massppm 이하, Te 의 함유량이 5 massppm 이하, Sb 의 함유량이 5 massppm 이하, Bi 의 함유량이 5 massppm 이하, As 의 함유량이 5 massppm 이하로 됨과 함께, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량이 30 massppm 이하로 되어 있고,

Mg 의 함유량을〔Mg〕로 하고, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량을〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕로 했을 경우에, 이들 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕가 0.6 이상 50 이하의 범위 내로 되어 있고,

도전율이 97 ％IACS 이상, 반연화 온도가 200 ℃ 이상으로 되고, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G 가 20 ％ 이상으로 되고,

압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G (％) 와, 압연 방향에 직교하는 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_B (％) 의 비 RS_G/RS_B 가 1.0 초과인 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 구리 합금에 의하면, Mg 와, Mg 와 화합물을 생성하는 원소인 S, P, Se, Te, Sb, Bi, As 의 함유량이 상기 서술한 바와 같이 규정되어 있으므로, 미량 첨가한 Mg 가 구리의 모상 중에 고용됨으로써, 도전율을 크게 저하시키는 일 없이 내열성 및 내응력 완화 특성을 향상시킬 수 있고, 구체적으로는 도전율을 97 ％IACS 이상, 반연화 온도를 200 ℃ 이상, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G 를 20 ％ 이상으로 할 수 있다.

그리고, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G (％) 와, 압연 방향에 직교하는 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_B (％) 의 비 RS_G/RS_B 가 1.0 초과로 되어 있으므로, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 내응력 완화 특성이 우수하고, 예를 들어, 프레스 피트 단자, 음차형 단자, 음차형 단자가 부착된 버스 바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.

여기서, 본 발명의 일 양태에 관련된 구리 합금에 있어서는, Ag 의 함유량이 5 massppm 이상 20 massppm 이하의 범위 내로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, Ag 를 상기 서술한 범위로 함유하고 있으므로, Ag 가 입계 근방에 편석되고, 입계 확산이 억제되어, 내응력 완화 특성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 일 양태에 관련된 구리 합금에 있어서는, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 인장 강도가 200 ㎫ 이상인 것이 바람직하다.

이 경우, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 인장 강도가 충분히 높고, 예를 들어, 프레스 피트 단자, 음차형 단자, 음차형 단자가 부착된 버스 바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.

또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 구리 합금에 있어서는, 평균 결정 입경이 5 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.

이 경우, 평균 결정 입경이 5 ㎛ 이상으로 되어 있으므로, 원자 확산의 경로가 되는 결정립계가 적어져, 내응력 완화 특성을 확실하게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 구리 합금 소성 가공재는, 상기 서술한 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 구리 합금 소성 가공재에 의하면, 상기 서술한 구리 합금으로 구성되어 있으므로, 도전성, 내열성, 내응력 완화 특성이 우수하고, 대전류 용도, 고온 환경하에서 사용되는 단자, 방열 부재 (방열 기판) 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.

여기서, 본 발명의 일 양태에 관련된 구리 합금 소성 가공재에 있어서는, 두께가 0.1 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하의 범위 내의 압연판이어도 된다.

이 경우, 두께가 0.1 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하의 범위 내의 압연판이므로, 이 구리 합금 소성 가공재 (압연판) 에 대해 타발 가공이나 굽힘 가공을 실시함으로써, 단자, 방열 부재 등의 전자·전기 기기용 부품을 성형할 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태에 관련된 구리 합금 소성 가공재에 있어서는, 표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 갖는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 일 양태에 관련된 구리 합금 소성 가공재는, 구리 합금 소성 가공재의 본체와, 상기 본체의 표면에 형성된 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 갖는 것이 바람직하다. 본체는, 상기 서술한 구리 합금으로 이루어지고, 두께가 0.1 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하의 범위 내의 압연판이어도 된다. 이 경우, 표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 가지고 있으므로, 단자, 방열 부재 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다. 또한, 본 발명의 일 양태에 있어서, 「Sn 도금」 은, 순 Sn 도금 또는 Sn 합금 도금을 포함하고, 「Ag 도금」 은, 순 Ag 도금 또는 Ag 합금 도금을 포함한다.

본 발명의 일 양태에 관련된 전자·전기 기기용 부품은, 상기 서술한 구리 합금 소성 가공재로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에 있어서의 전자·전기 기기용 부품이란, 단자, 방열 부재 등을 포함하는 것이다.

이 구성의 전자·전기 기기용 부품은, 상기 서술한 구리 합금 소성 가공재를 사용하여 제조되어 있으므로, 대전류 용도, 고온 환경하에 있어서도, 우수한 특성을 발휘할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 단자는, 상기 서술한 구리 합금 소성 가공재로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 단자는, 상기 서술한 구리 합금 소성 가공재를 사용하여 제조되어 있으므로, 대전류 용도, 고온 환경하에 있어서도, 우수한 특성을 발휘할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 방열 기판은, 상기 서술한 구리 합금을 사용하여 제조된 것을 특징으로 한다.

이 구성의 방열 기판은, 상기 서술한 구리 합금을 사용하여 제조되어 있으므로, 대전류 용도, 고온 환경하에 있어서도, 우수한 특성을 발휘할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 높은 도전율과 우수한 내열성 및 내응력 완화 특성을 가짐과 함께, 압연 방향에 평행한 방향의 내응력 완화 특성이 압연 방향에 직교하는 방향의 내응력 완화 특성보다 우수한 구리 합금, 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품, 단자, 방열 기판을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본 실시형태인 구리 합금의 제조 방법의 플로도이다.

이하에, 본 발명의 일 실시형태인 구리 합금에 대해 설명한다.

본 실시형태인 구리 합금은, Mg 의 함유량이 10 massppm 초과 100 massppm 이하의 범위 내로 되고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 한 조성을 갖고, 상기 불가피 불순물 중, S 의 함유량이 10 massppm 이하, P 의 함유량이 10 massppm 이하, Se 의 함유량이 5 massppm 이하, Te 의 함유량이 5 massppm 이하, Sb 의 함유량이 5 massppm 이하, Bi 의 함유량이 5 massppm 이하, As 의 함유량이 5 massppm 이하로 됨과 함께, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량이 30 massppm 이하로 되어 있다.

그리고, Mg 의 함유량을〔Mg〕로 하고, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량을〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕로 했을 경우에, 이들 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕가 0.6 이상 50 이하의 범위 내로 되어 있다.

또한, 본 실시형태인 구리 합금에 있어서는, Ag 의 함유량이 5 massppm 이상 20 massppm 이하의 범위 내여도 된다.

또, 본 실시형태인 구리 합금에 있어서는, 도전율이 97 ％IACS 이상으로 되고, 반연화 온도가 200 ℃ 이상으로 되고, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G 가 20 ％ 이상으로 되어 있다.

그리고, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G (％) 와, 압연 방향에 직교하는 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_B (％) 의 비 RS_G/RS_B 가 1.0 초과로 되어 있다.

또한, 본 실시형태인 구리 합금에 있어서는, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 인장 강도가 200 ㎫ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태인 구리 합금에 있어서는, 평균 결정 입경이 5 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.

여기서, 본 실시형태의 구리 합금에 있어서, 여기서, 상기 서술한 바와 같이 성분 조성, 각종 특성을 규정한 이유에 대해 이하에 설명한다.

(Mg)

Mg 는, 구리의 모상 중에 고용됨으로써, 도전율을 크게 저하시키는 일 없이, 내열성을 향상시키는 작용 효과를 갖는 원소이다. 또, Mg 를 모상 중에 고용시킴으로써, 내응력 완화 특성이 향상되게 된다.

여기서, Mg 의 함유량이 10 massppm 이하인 경우에는, 그 작용 효과를 충분히 발휘할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, Mg 의 함유량이 100 massppm 을 초과하는 경우에는, 도전율이 저하될 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, Mg 의 함유량을 10 massppm 초과 100 massppm 이하의 범위 내로 설정하고 있다.

또한, 내열성 및 내응력 완화 특성을 더욱 향상시키기 위해서는, Mg 의 함유량의 하한을 20 massppm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 30 massppm 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 40 massppm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또, 도전율을 더욱 높게 하기 위해서는, Mg 의 함유량의 상한을 90 massppm 미만으로 하는 것이 바람직하다. 도전율을 높게 함에 있어서, 도전율과 내열성, 응력 완화 특성과의 밸런스를 잡기 위해서, Mg 의 함유량의 상한을 80 massppm 미만으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 70 massppm 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다.

(S, P, Se, Te, Sb, Bi, As)

상기 서술한 S, P, Se, Te, Sb, Bi, As 와 같은 원소는, 일반적으로 구리 합금에 혼입되기 쉬운 원소이다. 그리고, 이들 원소는, Mg 와 반응하여 화합물을 형성하기 쉽고, 미량 첨가한 Mg 의 고용 효과를 저감시킬 우려가 있다. 이 때문에, 이들 원소의 함유량은 엄격하게 제어할 필요가 있다.

그래서, 본 실시형태에 있어서는, S 의 함유량을 10 massppm 이하, P 의 함유량을 10 massppm 이하, Se 의 함유량을 5 massppm 이하, Te 의 함유량을 5 massppm 이하, Sb 의 함유량을 5 massppm 이하, Bi 의 함유량을 5 massppm 이하, As 의 함유량을 5 massppm 이하로 제한하고 있다.

또한, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량을 30 massppm 이하로 제한하고 있다.

상기 원소의 함유량의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 상기 원소의 함유량을 대폭 저감시키기 위해서는 제조 비용이 증가하기 때문에, S, P, Sb, Bi, As 의 각각의 함유량은 0.1 massppm 이상인 것이 바람직하고, Se 의 함유량은 0.05 massppm 이상인 것이 바람직하고, Te 의 함유량은 0.01 massppm 이상인 것이 바람직하다.

S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 이 합계 함유량을 대폭 저감시키기 위해서는 제조 비용이 증가하기 때문에, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량은, 0.6 massppm 이상인 것이 바람직하다.

또한, S 의 함유량은, 9 massppm 이하인 것이 바람직하고, 8 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

P 의 함유량은, 6 massppm 이하인 것이 바람직하고, 3 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

Se 의 함유량은, 4 massppm 이하인 것이 바람직하고, 2 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

Te 의 함유량은, 4 massppm 이하인 것이 바람직하고, 2 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

Sb 의 함유량은, 4 massppm 이하인 것이 바람직하고, 2 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

Bi 의 함유량은, 4 massppm 이하인 것이 바람직하고, 2 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

As 의 함유량은, 4 massppm 이하인 것이 바람직하고, 2 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량은, 24 massppm 이하인 것이 바람직하고, 18 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕)

상기 서술한 바와 같이, S, P, Se, Te, Sb, Bi, As 와 같은 원소는, Mg 와 반응하여 화합물을 형성하기 쉬우므로, 본 실시형태에 있어서는, Mg 의 함유량과, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량의 비를 규정함으로써, Mg 의 존재 형태를 제어하고 있다.

Mg 의 함유량을〔Mg〕로 하고, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량을〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕로 했을 경우에, 이들 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕가 50 을 초과하면, 구리 중에 Mg 가 과잉으로 고용 상태로 존재하고 있어, 도전율이 저하될 우려가 있다. 한편, 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕가 0.6 미만에서는, Mg 가 충분히 고용되어 있지 않아, 내열성 및 내응력 완화 특성이 충분히 향상되지 않을 우려가 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕를 0.6 이상 50 이하의 범위 내로 설정하고 있다.

또한, 상기의 질량비 중의 각 원소의 함유량의 단위는 massppm 이다.

또한, 도전율을 더욱 높게 하기 위해서는, 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕의 상한을 35 이하로 하는 것이 바람직하고, 25 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 내열성 및 내응력 완화 특성을 더욱 향상시키기 위해서는, 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕의 하한을 0.8 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1.0 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(Ag : 5 massppm 이상 20 massppm 이하)

Ag 는, 250 ℃ 이하의 통상적인 전자·전기 기기의 사용 온도 범위에서는 거의 Cu 의 모상 중에 고용될 수 없다. 이 때문에, 구리 중에 미량으로 첨가된 Ag 는, 입계 근방에 편석되게 된다. 이로써 입계에서의 원자의 이동은 방해되어, 입계 확산이 억제되기 때문에, 내응력 완화 특성이 향상되게 된다.

여기서, Ag 의 함유량이 5 massppm 이상인 경우에는, 그 작용 효과를 충분히 발휘시키는 것이 가능해진다. 한편, Ag 의 함유량이 20 massppm 이하인 경우에는, 도전율이 확보됨과 함께 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, Ag 의 함유량을 5 massppm 이상 20 massppm 이하의 범위 내로 설정하고 있다.

또한, 내응력 완화 특성을 더욱 향상시키기 위해서는, Ag 의 함유량의 하한을 6 massppm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 7 massppm 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 8 massppm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, 도전율의 저하 및 비용의 증가를 확실하게 억제하기 위해서는, Ag 의 함유량의 상한을 18 massppm 이하로 하는 것이 바람직하고, 16 massppm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 14 massppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

또, Ag 를 의도적으로 포함하지 않고 불가피 불순물로서 Ag 를 포함하는 경우에는, Ag 의 함유량이 5 massppm 미만이어도 된다.

(그 밖의 불가피 불순물)

상기 서술한 원소 이외의 그 밖의 불가피 불순물로는, Al, B, Ba, Be, Ca, Cd, Cr, Sc, 희토류 원소, V, Nb, Ta, Mo, Ni, W, Mn, Re, Ru, Sr, Ti, Os, Co, Rh, Ir, Pb, Pd, Pt, Au, Zn, Zr, Hf, Hg, Ga, In, Ge, Y, Tl, N, Si, Sn, Li 등을 들 수 있다. 이들 불가피 불순물은, 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서 함유되어 있어도 된다.

여기서, 이들 불가피 불순물은, 도전율을 저하시킬 우려가 있으므로, 불가피 불순물의 함유량을 적게 하는 것이 바람직하다.

또, 이들 불가피 불순물의 각각의 함유량의 상한은, 5 massppm 이하로 하는 것이 바람직하고, 3 massppm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 2 massppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

(도전율 : 97 ％IACS 이상)

본 실시형태인 구리 합금에 있어서는, 도전율이 97 ％IACS 이상으로 되어 있다. 도전율을 97 ％IACS 이상으로 함으로써, 통전시의 발열을 억제하여, 순동재의 대체로서 단자, 버스 바, 방열 부재 등의 전자·전기 기기용 부품으로서 양호하게 사용하는 것이 가능해진다.

또한, 도전율은 97.5 ％IACS 이상인 것이 바람직하고, 98.0 ％IACS 이상인 것이 더욱 바람직하고, 98.5 ％IACS 이상인 것이 보다 바람직하고, 99.0 ％IACS 이상인 것이 보다 한층 바람직하다.

도전율의 상한값은, 특별히 한정되지 않지만, 103.0 ％IACS 이하가 바람직하다.

(반연화 온도 : 200 ℃ 이상)

본 실시형태인 구리 합금에 있어서, 반연화 온도가 높은 경우에는, 고온에서도 동재의 회복, 재결정에 의한 연화 현상이 일어나기 어려우므로, 고온 환경하에서 사용되는 통전 부재에 대한 적용이 가능해진다.

이 때문에, 본 실시형태에 있어서는, 1 시간의 열처리에서의 반연화 온도가 200 ℃ 이상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 반연화 온도는, 비커스 경도를 측정함으로써 평가된다.

또한, 1 시간의 열처리에서의 반연화 온도는, 225 ℃ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 250 ℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 275 ℃ 이상인 것이 한층 바람직하다.

반연화 온도의 상한값은, 특별히 한정되지 않지만, 600 ℃ 이하가 바람직하다.

(압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G)

본 실시형태인 구리 합금에 있어서는, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G 가 20 ％ 이상으로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 조건에 있어서의 잔류 응력률이 높은 경우에는, 고온 환경하에서 사용했을 경우에도 영구 변형을 작게 억제할 수 있어, 접압의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태인 구리 압연판은, 자동차의 엔진 룸 주위와 같은 고온 환경하에서 사용되는 단자 등으로서 양호하게 사용하는 것이 가능해진다.

또한, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G 는, 30 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 40 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 50 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

잔류 응력률 RS_G 의 상한값은, 특별히 한정되지 않지만, 95 ％ 이하가 바람직하다.

(압연 방향에 평행한 방향과 압연 방향에 직교하는 방향의 잔류 응력률의 비)

대전류 용도이고 소형화가 요구되는 전자·전기 기기용 부품 (예를 들어, 프레스 피트 단자, 음차형 단자, 음차형 단자가 부착된 버스 바 등) 에 있어서는, 길이 방향 (압연 방향) 의 내응력 완화 특성이 중요한 특성이 된다.

여기서, 압연 방향에 평행한 방향의 잔류 응력률과 압연 방향에 직교하는 방향 (폭 방향) 의 잔류 응력률은, 트레이드 오프의 관계이기 때문에, 본 실시형태에서는, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G (％) 와, 압연 방향에 직교하는 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_B (％) 의 비 RS_G/RS_B 를 1.0 초과로 하고 있다. 상세하게는, 잔류 응력률 RS_G 는, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간 유지 후의 잔류 응력률이고, 잔류 응력률 RS_B 는, 압연 방향에 직교하는 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간 유지 후의 잔류 응력률이다.

또한, 잔류 응력률의 비 RS_G/RS_B 는, 1.10 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1.20 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 1.30 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 1.40 이상으로 하는 것이 한층 바람직하다.

잔류 응력률의 비 RS_G/RS_B 의 상한값은, 특별히 한정되지 않지만, 3.00 이하가 바람직하다.

(압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 인장 강도 : 200 ㎫ 이상)

본 실시형태인 구리 합금에 있어서, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 인장 강도가 200 ㎫ 이상인 경우에는, 소형 단자 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합한 것이 된다. 또한, 특히 인장 강도의 상한은 정하지 않지만, 코일 감기된 조재 (條材) 를 사용할 때의 코일의 권취 자국에 의한 생산성 저하를 회피하기 위해, 인장 강도는 450 ㎫ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 인장 강도의 하한은, 245 ㎫ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 275 ㎫ 이상인 것이 보다 바람직하고, 300 ㎫ 이상인 것이 가장 바람직하다.

(평균 결정 입경 : 5 ㎛ 이상)

본 실시형태인 구리 합금에 있어서는, 결정립의 입경이 지나치게 미세해지면, 원자의 확산 경로가 되는 결정립계가 다수 존재하게 되어, 내응력 완화 특성은 저하될 우려가 있다. 또, 결정 입경을 조대 (粗大) 로 함으로써, 상기 서술하는 압연 방향에 평행한 방향과 압연 방향에 직교하는 방향의 잔류 응력률의 비 RS_G/RS_B 가 커지는 경향이 있다.

이상으로부터, 본 실시형태의 구리 합금에 있어서는, 최적인 내응력 완화 특성을 얻기 위해, 평균 결정 입경을 5 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는, 쌍정 경계도 입계로 하여 결정 입경을 측정하고 있다.

평균 결정 입경의 하한은 8 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 10 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 15 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 20 ㎛ 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 결정 입경의 상한은 특별히 정하지 않지만, 필요 이상으로 조대화되면, 강도 저하가 발생하고, 또한 재결정을 위한 열처리를 고온, 장시간으로 할 필요가 있기 때문에, 제조 비용의 증가가 염려되므로, 200 ㎛ 이하가 바람직하다.

다음으로, 이와 같은 구성으로 된 본 실시형태인 구리 합금의 제조 방법에 대해, 도 1 에 나타내는 플로도를 참조하여 설명한다.

(용해·주조 공정 S01)

먼저, 구리 원료를 용해시켜 얻어진 구리 용탕에, 전술한 원소를 첨가하여 성분 조정을 실시하여, 구리 합금 용탕을 제출 (製出) 한다. 또한, 각종 원소의 첨가에는, 원소 단체나 모합금 등을 사용할 수 있다. 또, 상기 서술한 원소를 포함하는 원료를 구리 원료와 함께 용해시켜도 된다. 또, 본 합금의 리사이클재 및 스크랩재를 사용해도 된다.

여기서, 구리 원료는, 순도가 99.99 mass％ 이상으로 된 이른바 4 N Cu, 혹은 99.999 mass％ 이상으로 된 이른바 5 N Cu 로 하는 것이 바람직하다.

용해시에 있어서는, Mg 의 산화를 억제하기 위해, 또 수소 농도의 저감을 위해, H₂O 의 증기압이 낮은 불활성 가스 분위기 (예를 들어 Ar 가스) 에 의한 분위기 용해를 실시하고, 용해시의 유지 시간은 최소한에 그치는 것이 바람직하다.

그리고, 성분 조정된 구리 합금 용탕을 주형에 주입하여 주괴를 제출한다. 또한, 양산을 고려한 경우에는, 연속 주조법 또는 반연속 주조법을 사용하는 것이 바람직하다.

(균질화/용체화 공정 S02)

다음으로, 얻어진 주괴의 균질화 및 용체화를 위해서 가열 처리를 실시한다. 주괴의 내부에는, 응고의 과정에 있어서 Mg 가 편석으로 농축됨으로써 발생한 Cu 와 Mg 를 주성분으로 하는 금속간 화합물 등이 존재하는 경우가 있다. 그래서, 이들 편석 및 금속간 화합물 등을 소실 또는 저감시키기 위해서, 주괴를 300 ℃ 이상 1080 ℃ 이하까지 가열하는 가열 처리를 실시한다. 이로써, 주괴 내에 있어서, Mg 를 균질하게 확산시키거나, Mg 를 모상 중에 고용시키거나 한다. 또한, 이 균질화/용체화 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 1080 ℃ 를 초과하면, 구리 소재의 일부가 액상이 되어, 조직이나 표면 상태가 불균일해질 우려가 있다. 따라서, 가열 온도를 300 ℃ 이상 1080 ℃ 이하의 범위로 설정하고 있다.

또한, 후술하는 조가공의 효율화와 조직의 균일화를 위해서, 전술한 균질화/용체화 공정 S02 후에 열간 가공을 실시해도 된다. 이 경우, 가공 방법에 특별히 한정은 없고, 예를 들어 압연, 인발, 압출, 홈 압연, 단조, 프레스 등을 채용할 수 있다. 또, 열간 가공 온도는, 300 ℃ 이상 1080 ℃ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

(조가공 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, 가공 온도를, 냉간 또는 온간 가공 (예를 들어 압연) 이 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, 인발, 압출, 홈 압연, 단조, 프레스 등을 채용할 수 있다.

(중간 열처리 공정 S04)

조가공 공정 S03 후에, 가공성의 향상을 위한 연화, 또는 재결정 조직으로 하기 위해서 열처리를 실시한다.

이 때, 연속 어닐링로에 의한 단시간의 열처리가 바람직하고, Ag 가 첨가된 경우에는, Ag 의 입계로의 편석의 국재화를 방지할 수 있다. 또한, 중간 열처리 공정 S04 와 후술하는 마무리 가공 공정 S05 를 반복해서 실시해도 된다.

여기서, 이 중간 열처리 공정 S04 가 실질적으로 마지막의 재결정 열처리가 되기 때문에, 이 공정에서 얻어진 재결정 조직의 결정 입경은 최종적인 결정 입경에 거의 동일해진다. 그 때문에, 이 중간 열처리 공정 S04 에서는, 평균 결정 입경이 5 ㎛ 이상이 되도록, 적절히, 열처리 조건을 선정하는 것이 바람직하다. 예를 들어 700 ℃ 에서는 1 초 내지 120 초 정도 유지하는 것이 바람직하다.

(마무리 가공 공정 S05)

중간 열처리 공정 S04 후의 구리 소재를 소정의 형상으로 가공하기 위해, 마무리 가공을 실시한다. 또한, 이 마무리 가공 공정 S05 에 있어서의 온도 조건은 특별히 한정은 없지만, 가공시의 재결정을 억제하기 위해, 또는 연화를 억제하기 위해서, 가공 온도를, 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, 압연 가공을 선택했을 경우, 압연율의 증가에 수반하여 RS_G/RS_B 는 커지는 경향이 있기 때문에, 압연율은 5 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 코일에 권취했을 때의 권부를 용이하게 하기 위해서 내력을 450 ㎫ 이하로 하기 위해서는, 압연율은 90 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 가공 방법에 대해서는, 특별히 한정은 없고, 예를 들어 압연, 인발, 압출, 홈 압연, 단조, 프레스 등을 채용할 수 있다.

(기계적 표면 처리 공정 S06)

마무리 가공 공정 S05 후에, 기계적 표면 처리를 실시한다. 기계적 표면 처리는, 원하는 형상이 거의 얻어진 후에 표면 근방에 압축 응력을 부여하는 처리이고, 내응력 완화 특성을 향상시키는 효과가 있다.

기계적 표면 처리는, 쇼트 피닝 처리, 블라스트 처리, 래핑 처리, 폴리싱 처리, 버프 연마, 그라인더 연마, 샌드 페이퍼 연마, 텐션 레벨러 처리, 1 패스당 압하율이 낮은 경압연 (1 패스당 압하율 1 ∼ 10 ％ 로 하여 3 회 이상 반복한다) 등 일반적으로 사용되는 여러 가지 방법을 사용할 수 있다.

Mg 를 첨가한 구리 합금에, 이 기계적 표면 처리를 가함으로써, 내응력 완화 특성이 크게 향상되게 된다.

(마무리 열처리 공정 S07)

다음으로, 기계적 표면 처리 공정 S06 에 의해 얻어진 소성 가공재에 대해, 함유 원소의 입계로의 편석의 억제 및 잔류 변형의 제거를 위해, 마무리 열처리를 실시해도 된다.

열처리 온도는, 100 ℃ 이상 500 ℃ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 마무리 열처리 공정 S07 에 있어서는, 재결정에 의한 강도의 대폭적인 저하를 피하도록, 열처리 조건 (온도, 시간) 을 설정할 필요가 있다. 예를 들어 450 ℃ 에서는 0.1 초 내지 10 초 정도 유지하는 것이 바람직하고, 250 ℃ 에서는 1 분 내지 100 시간 유지하는 것이 바람직하다. 이 열처리는, 비산화 분위기 또는 환원성 분위기 중에서 실시하는 것이 바람직하다. 열처리의 방법은 특별히 한정은 없지만, 제조 비용 저감의 관점에서, 연속 어닐링로에 의한 단시간의 열처리가 바람직하다.

또한, 상기 서술한 마무리 가공 공정 S05, 기계적 표면 처리 공정 S06, 마무리 열처리 공정 S07 을 반복 실시해도 된다.

이와 같이 하여, 본 실시형태인 구리 합금 (구리 합금 소성 가공재) 이 제출되게 된다. 또한, 압연에 의해 제출된 구리 합금 소성 가공재를 구리 합금 압연판이라고 한다.

여기서, 구리 합금 소성 가공재 (구리 합금 압연판) 의 판두께를 0.1 ㎜ 이상으로 한 경우에는, 대전류 용도에서의 도체로서의 사용에 적합하다. 또, 구리 합금 소성 가공재의 판두께를 10.0 ㎜ 이하로 함으로써, 프레스기의 하중의 증대를 억제하여, 단위 시간당 생산성을 확보할 수 있고, 제조 비용을 억제할 수 있다.

이 때문에, 구리 합금 소성 가공재 (구리 합금 압연판) 의 판두께는 0.1 ㎜ 이상 10.0 ㎜ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 구리 합금 소성 가공재 (구리 합금 압연판) 의 판두께의 하한은 0.5 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1.0 ㎜ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 구리 합금 소성 가공재 (구리 합금 압연판) 의 판두께의 상한은 9.0 ㎜ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 8.0 ㎜ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 구리 합금에 있어서는, Mg 의 함유량이 10 massppm 초과 100 massppm 이하의 범위 내로 되고, Mg 와 화합물을 생성하는 원소인 S 의 함유량을 10 massppm 이하, P 의 함유량을 10 massppm 이하, Se 의 함유량을 5 massppm 이하, Te 의 함유량을 5 massppm 이하, Sb 의 함유량을 5 massppm 이하, Bi 의 함유량을 5 massppm 이하, As 의 함유량을 5 massppm 이하, 또한, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량을 30 massppm 이하로 제한하고 있으므로, 미량 첨가한 Mg 를 구리의 모상 중에 고용시킬 수 있고, 도전율을 크게 저하시키는 일 없이, 내열성 및 내응력 완화 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.

그리고, Mg 의 함유량을〔Mg〕로 하고, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량을〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕로 했을 경우에, 이들 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕를 0.6 이상 50 이하의 범위 내로 설정하고 있으므로, Mg 가 과잉으로 고용되어 도전율을 저하시키는 일 없이 내열성을 충분히 향상시키는 것이 가능해진다.

따라서, 본 실시형태의 구리 합금에 의하면, 도전율을 97 ％IACS 이상, 1 시간의 열처리 후의 반연화 온도를 200 ℃ 이상, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G 를 20 ％ 이상으로 할 수 있고, 높은 도전율과 우수한 내열성 및 내응력 완화 특성을 양립하는 것이 가능해진다.

본 실시형태에 있어서, Ag 의 함유량이 5 massppm 이상 20 massppm 이하의 범위 내로 되어 있는 경우에는, Ag 가 입계 근방에 편석되게 되고, 이 Ag 에 의해 입계 확산이 억제되어, 내응력 완화 특성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태에 있어서, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 인장 강도가 200 ㎫ 이상인 경우에는, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 인장 강도가 충분히 높고, 예를 들어, 프레스 피트 단자, 음차형 단자, 음차형 단자가 부착된 버스 바 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 평균 결정 입경이 5 ㎛ 이상인 경우에는, 원자 확산의 경로가 되는 결정립계가 적어져, 내응력 완화 특성을 더욱 확실하게 향상시킬 수 있다.

본 실시형태인 구리 합금 소성 가공재는, 상기 서술한 구리 합금으로 구성되어 있으므로, 도전성, 내응력 완화 특성이 우수하고, 단자, 방열 부재 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.

또, 본 실시형태인 구리 합금 소성 가공재를, 두께가 0.1 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하의 범위 내의 압연판으로 한 경우에는, 구리 합금 소성 가공재 (압연판) 에 대해 타발 가공이나 굽힘 가공을 실시함으로써, 단자, 방열 부재 등의 전자·전기 기기용 부품을 비교적 용이하게 성형할 수 있다.

또한, 본 실시형태인 구리 합금 소성 가공재의 표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 형성한 경우에는, 단자, 방열 부재 등의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.

또한, 본 실시형태인 전자·전기 기기용 부품 (단자, 방열 부재 등) 은, 상기 서술한 구리 합금 소성 가공재로 구성되어 있으므로, 대전류 용도, 고온 환경하에 있어서도, 우수한 특성을 발휘할 수 있다.

또한, 방열 부재 (방열 기판) 는, 상기 서술한 구리 합금을 사용하여 제조되어도 된다.

이상, 본 발명의 실시형태인 구리 합금, 구리 합금 소성 가공재, 전자·전기 기기용 부품 (단자 등) 에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 그 발명의 기술적 요건을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 구리 합금 (구리 합금 소성 가공재) 의 제조 방법의 일례에 대해 설명했지만, 구리 합금의 제조 방법은, 실시형태에 기재한 것에 한정되지 않고, 기존의 제조 방법을 적절히 선택하여 제조해도 된다.

실시예

이하에, 본 실시형태의 효과를 확인하기 위하여 실시한 확인 실험의 결과에 대해 설명한다.

띠 용융 정제법에 의해 얻어진 순도 99.999 mass％ 이상의 순동으로 이루어지는 원료를 고순도 그라파이트 도가니 내에 장입 (裝入) 하고, Ar 가스 분위기로 된 분위기로 내에 있어서 고주파 용해시켰다.

6 N (순도 99.9999 mass％) 이상의 고순도 구리와 2 N (순도 99 mass％) 이상의 순도를 갖는 순금속을 사용하여 각종 첨가 원소를 0.1 mass％ 포함하는 모합금을 제조하였다. 얻어진 구리 용탕 내에, 모합금을 첨가하여 표 1, 2 에 나타내는 성분 조성으로 조제하고, 단열재 (이소울) 주형에 구리 용탕을 주탕 (注湯) 하고, 주괴를 제출하였다. 또한, 주괴의 크기는, 두께 약 30 ㎜ × 폭 약 60 ㎜ × 길이 약 150 ∼ 200 ㎜ 로 하였다.

얻어진 주괴에 대해, Ar 가스 분위기 중에 있어서, 각종 온도 조건으로 1 시간의 가열을 실시하고, 산화 피막을 제거하기 위해서 표면 연삭을 실시하여, 소정의 크기로 절단을 실시하였다.

그 후, 적절히 최종 두께가 되도록 두께를 조정하여 절단을 실시하였다. 절단된 각각의 시료에 대해, 표 3, 4 에 기재된 조건으로 조가공을 실시하였다. 이어서, 최종적으로 얻어지는 특성 평가용의 조재가 재결정에 의해 표 3, 4 에 기재된 평균 결정 입경을 갖도록 중간 열처리를 실시하였다.

다음으로, 표 3, 4 에 기재된 조건으로 마무리 압연 (마무리 가공 공정) 을 실시하였다.

그리고, 이들 시료에 표 3, 4 에 기재된 수법으로 기계적 표면 처리 공정을 실시하였다.

또한, 블라스트 연마는, 습식 블라스트법에 의해 실시하고, 세라믹계 연마재를 사용하여, 0.2 ㎫ 의 압축 에어에 의해 가속함으로써 실시하였다.

폴리싱 처리는, SiO₂ 계의 지립을 사용하고, 펠트의 폴리싱 패드를 사용하여 실시하였다.

그라인더 연마는, 번수 #400 의 베어링 포일을 사용하여, 1 분간에 4500 회전의 속도로 연마를 실시하였다.

그 후, 표 3, 4 에 기재된 조건으로 마무리 열처리를 실시하여, 각각 표 3, 4 에 기재된 두께 × 폭 약 60 ㎜ 의 조재를 제출하였다.

얻어진 조재에 대해, 이하의 항목에 대해 평가를 실시하였다.

(조성 분석)

얻어진 주괴로부터 측정 시료를 채취하고, Mg 량은 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석법으로 측정하고, 그 밖의 원소의 양은 글로 방전 질량 분석 장치 (GD-MS) 를 사용하여 측정하였다. 또한, 측정은 시료 중앙부와 폭 방향 단부의 2 개 지점에서 측정을 실시하고, 함유량이 많은 쪽을 그 샘플의 함유량으로 하였다. 그 결과, 표 1, 2 에 나타내는 성분 조성인 것을 확인하였다.

(평균 결정 입경)

얻어진 특성 평가용 조재로부터 20 ㎜ × 20 ㎜ 의 샘플을 잘라내고, SEM-EBSD (Electron Backscatter Diffraction Patterns) 측정 장치에 의해, 평균 결정 입경을 측정하였다. 표 3, 4 에 측정한 결정 입경을 나타냈다.

압연면을 내수 연마지, 다이아몬드 지립을 사용하여 기계 연마를 실시하였다. 이어서, 콜로이달 실리카 용액을 사용하여 마무리 연마를 실시하였다. 그 후, 주사형 전자 현미경을 사용하여, 시료 표면의 측정 범위 내의 개개의 측정점 (픽셀) 에 전자선을 조사하고, 후방 산란 전자선 회절에 의한 방위 해석에 의해, 인접하는 측정점간의 방위차가 15°이상이 되는 측정점간을 대각 입계로 하고, 인접하는 측정점간의 방위차가 15°미만이 되는 측정점간을 소각 입계로 하였다. 이 때, 쌍정 입계도 대각 입계로 하였다. 또, 각 샘플에서 100 개 이상의 결정립이 포함되도록 측정 범위를 조정하였다. 얻어진 방위 해석 결과로부터 대각 입계를 사용하여 결정립계 맵을 작성하였다. JIS H 0501 의 절단법에 준거하여, 결정립계 맵에 대해, 세로, 가로 방향으로 소정 길이의 선분을 소정의 간격으로 5 개씩 그었다. 완전히 잘라지는 결정립수를 세고, 그 절단 길이의 평균값을 평균 결정 입경으로서 기재하였다.

(도전율)

특성 평가용 조재로부터 폭 10 ㎜ × 길이 60 ㎜ 의 시험편을 채취하고, 4 단자법에 의해 전기 저항을 구하였다. 또, 마이크로미터를 사용하여 시험편의 치수 측정을 실시하고, 시험편의 체적을 산출하였다. 그리고, 측정한 전기 저항값과 체적으로부터 도전율을 산출하였다. 또한, 시험편은, 그 길이 방향이 특성 평가용 조재의 압연 방향에 대해 평행이 되도록 채취하였다. 평가 결과를 표 3, 4 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, 180 ℃ 의 온도에서 30 시간 유지 후의 잔류 응력률을 측정하였다. 평가 결과를 표 3, 4 에 나타낸다.

시험 방법으로는, 각 특성 평가용 조재로부터 압연 방향에 대해 평행한 방향으로 시험편 (폭 10 ㎜) 을 채취하였다. 또 각 특성 평가용 조재로부터 압연 방향에 대해 직교하는 방향 (폭 방향) 으로 시험편을 채취하였다. 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/L_s ²

단, 각 기호는 이하의 값을 나타내고 있다.

E : 영률 (㎫)

t : 시료의 두께 (㎜)

δ₀ : 초기 휨 변위 (㎜)

L_s : 스팬 길이 (㎜)

180 ℃ 의 온도에서, 30 시간 유지 후의 굽힘 자국으로부터, 잔류 응력률을 측정하고, 내응력 완화 특성을 평가하였다. 또한 잔류 응력률은 다음 식을 사용하여 산출하였다.

잔류 응력률 (％) = (1 - δ_t/δ₀) × 100

단, 각 기호는 이하의 값을 나타내고 있다.

δ_t : (180 ℃ 에서 30 시간 유지 후의 영구 휨 변위 (㎜)) - (상온에서 24 시간 유지 후의 영구 휨 변위 (㎜))

δ₀ : 초기 휨 변위 (㎜)

상기 서술한 바와 같이 하여, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G (％) 와, 압연 방향에 직교하는 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_B (％) 를 측정하고, 이들 비 RS_G/RS_B 를 표 3, 4 에 기재하였다.

(기계적 특성)

특성 평가용 조재로부터 JIS Z 2241 에 규정되는 13B 호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241 의 오프셋법에 의해, 인장 강도를 측정하였다. 또한, 시험편은, 압연 방향에 평행한 방향 (GW) 에서 채취하였다. 평가 결과를 표 3, 4 에 나타낸다.

(반연화 온도)

반연화 온도 (초기의 경도값과 완전 열처리한 후의 경도값의 중간의 경도값이 되는 열처리 온도) 는 일본 신동 협회의 JCBA T325 : 2013 을 참고로, 1 시간의 열처리에서의 비커스 경도에 의한 등시 연화 곡선을 취득함으로써 평가하였다. 또한, 비커스 경도의 측정면은 압연면으로 하였다. 평가 결과를 표 3, 4 에 나타낸다.

비교예 1 은, Mg 의 함유량이 본 실시형태의 범위보다 적기 때문에, 반연화 온도가 낮고, 내열성이 불충분하였다. 또, 잔류 응력률이 낮고, 내응력 완화 특성이 불충분하였다.

비교예 2 는, Mg 의 함유량이 본 실시형태의 범위를 초과하고 있고, 도전율이 낮아졌다.

비교예 3 은, 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕가 0.6 미만이고, 잔류 응력률이 낮고, 내응력 완화 특성이 불충분하였다.

비교예 4 는, S 의 함유량이 10 massppm 을 초과하고 있고, 잔류 응력률이 낮고, 내응력 완화 특성이 불충분하였다.

비교예 5 는, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량이 30 massppm 을 초과하고 있고, 잔류 응력률이 낮고, 내응력 완화 특성이 불충분하였다.

비교예 6 은, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G (％) 와, 압연 방향에 직교하는 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_B (％) 의 비 RS_G/RS_B 가 1.0 이하였다.

이에 대해, 본 발명예 1 ∼ 24 에 있어서는, 도전율과 내열성 및 내응력 완화 특성이 양호한 밸런스로 향상되어 있는 것이 확인되었다. 또, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G (％) 와, 압연 방향에 직교하는 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_B (％) 의 비 RS_G/RS_B 가 1.0 을 초과하고 있고, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 내응력 완화 특성이 특히 우수하였다.

이상으로부터, 본 발명예에 의하면, 높은 도전율과 우수한 내열성을 가짐과 함께, 압연 방향에 평행한 방향의 내응력 완화 특성이 압연 방향에 직교하는 방향의 내응력 완화 특성보다 우수한 구리 합금을 제공 가능하다는 것이 확인되었다.

본 실시형태의 구리 합금 (구리 합금 소성 가공재) 은, 단자, 방열 부재 등의 전자·전기 기기용 부품에 바람직하게 적용된다.

Claims

Mg 의 함유량이 10 massppm 초과 100 massppm 이하의 범위 내로 되고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 한 조성을 갖고, 상기 불가피 불순물 중, S 의 함유량이 10 massppm 이하, P 의 함유량이 10 massppm 이하, Se 의 함유량이 5 massppm 이하, Te 의 함유량이 5 massppm 이하, Sb 의 함유량이 5 massppm 이하, Bi 의 함유량이 5 massppm 이하, As 의 함유량이 5 massppm 이하로 됨과 함께, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량이 30 massppm 이하로 되어 있고,
Mg 의 함유량을〔Mg〕로 하고, S 와 P 와 Se 와 Te 와 Sb 와 Bi 와 As 의 합계 함유량을〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕로 했을 경우에, 이들 질량비〔Mg〕/〔S + P + Se + Te + Sb + Bi + As〕가 0.6 이상 50 이하의 범위 내로 되어 있고,
도전율이 97 ％IACS 이상, 반연화 온도가 200 ℃ 이상으로 되고, 압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G (％) 가 20 ％ 이상으로 되고,
압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_G (％) 와, 압연 방향에 직교하는 방향에 있어서의 180 ℃, 30 시간에서의 잔류 응력률 RS_B (％) 의 비 RS_G/RS_B 가 1.0 초과인 것을 특징으로 하는 구리 합금.
제 1 항에 있어서,
Ag 의 함유량이 5 massppm 이상 20 massppm 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 구리 합금.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
압연 방향에 평행한 방향에 있어서의 인장 강도가 200 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 구리 합금.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
평균 결정 입경이 5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 구리 합금.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구리 합금 소성 가공재.
제 5 항에 있어서,
두께가 0.1 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하의 범위 내의 압연판인 것을 특징으로 하는 구리 합금 소성 가공재.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
표면에 Sn 도금층 또는 Ag 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 구리 합금 소성 가공재.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 소성 가공재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자·전기 기기용 부품.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 소성 가공재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단자.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금을 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 방열 기판.