TW201512432A - 電子、電動機器用銅合金，電子、電動機器用銅合金薄板，電子、電動機器用零件，端子及匯流排 - Google Patents

電子、電動機器用銅合金，電子、電動機器用銅合金薄板，電子、電動機器用零件，端子及匯流排 Download PDF

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Abstract

本發明係關於電子、電動機器用銅合金，電子、電動機器用銅合金薄板，電子、電動機器用零件，端子及匯流排，且前述電子、電動機器用銅合金具有含有0.01質量%以上且未達0.11質量%之Zr、0.002質量%以上且未達0.03質量%之Si，其餘由Cu及不可避免之雜質所成之組成，且Zr之含量(質量%)與Si之含量(質量%)之比Zr/Si為2以上且30以下之範圍內。

Description

電子、電動機器用銅合金，電子、電動機器用銅合金薄板，電子、電動機器用零件，端子及匯流排
本發明係關於作為半導體裝置之連接器、其他端子、或者電磁繼電器之可動導電片、或導線架、匯流排(bus bar)等之電子、電動機器用零件使用之電子、電動機器用銅合金，使用其之電子、電動機器用銅合金薄板，電子、電動機器用導電零件、端子及匯流排。
本申請案基於2013年8月12日於日本提出申請之特願2013-167829號主張優先權，其內容援用於本文中。
過去，隨著電子機器或電動機器等之小型化及輕量化，已實現該等電子機器或電動機器等所使用之連接器等之端子、繼電器、導線架、匯流排等之電子、電動機器用零件之小型化及薄片化。因此，作為構成電子、電動機器用零件之材料，要求有彈性、強度、彎曲加工性優 異之銅合金。尤其，如非專利文獻1所記載，作為連接器等之端子、繼電器、導線架、匯流排等之電子、電動機器用零件使用之銅合金期望為耐力高者。
此外，在要求特別高導電率之用途之情況下，係使用CDA合金No.15100(Cu-Zr系合金)。此外，專利文獻1-3中提案以上述Cu-Zr系合金作為基底進一步提高特性之銅合金。
該等Cu-Zr系合金係析出硬化型之銅合金，在維持高導電率下亦提高強度，進而耐熱性亦優異。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開昭52-003524號公報
[專利文獻2]日本特開昭63-130737號公報
[專利文獻3]日本特開平06-279895號公報
〔非專利文獻〕
[非專利文獻1]野村幸矢，「連接器用高性能銅合金條之技術動向與本公司之開發策略」，神戶製鋼技報Vol.54 No.1(2004)p.2-8
不過，連接器等之端子、繼電器、導線架、 匯流排等之電子、電動機器用零件係例如對銅合金之板材進行加壓沖壓，進而視需要施以彎曲加工等進行製造。因此，上述銅合金在加壓沖壓等中，亦要求良好的剪斷加工性，以可抑制加壓模具之磨耗或產生毛邊。
其中，上述之Cu-Zr系合金為了確保高的導電率而具有接近純銅之組成，延展性高，剪斷加工性卻不良好。若詳述，則進行加壓沖壓時，會有產生毛邊，無法良好進行尺寸精度之沖壓之問題。再者，亦有模具容易磨耗之問題，亦有產生許多沖壓屑之問題。
尤其，最近隨著電子機器或電動機器等之進一步小型化或輕量化，亦要求該等電子機器或電動機器等所使用之連接器等之端子、繼電器、導線架、匯流排等之電子、電動機器用零件之進一步小型化及薄片化。因此，基於尺寸精度良好地形成電子、電動機器用零件之觀點，要求剪切加工性獲得充分提高之銅合金作為構成該等電子、電動機器用零件之材料。
此處，提高銅合金之維氏硬度時剪斷加工性獲得提高。再者，提高銅合金之維氏硬度時亦提高表面之損傷難度(耐磨耗性)。因此，使用作為電子、電動機器用零件之銅合金期望上述之維氏硬度高。
此外，連接器等之端子中，為了確保按壓而必須進行嚴密之彎曲加工，且亦要求比過去更優異之耐力。
再者，油電混合車或電動車等所使用之消耗電力較大之電子、電動機器用零件為了抑制通電時之電阻發熱，有 必要確保高的導電率。
本發明係以如上述之情況為背景而完成者，其目的係提供具有高的導電率與高的耐力同時維氏硬度高，適於連接器等之端子或繼電器、匯流排等之電子、電動機器用零件之由Cu-Zr系合金所成之電子、電動機器用銅合金，以及由該電子、電動機器用銅合金所成之電子、電動機器用銅合金薄板、電子、電動機器用零件、端子及匯流排。
為解決該課題，本發明人等進行積極研究之結果，獲得如下見解：將少量之Si添加於Cu-Zr系合金中，藉由使Zr/Si之質量比適度化，可提高導電率及耐力，並且可使維氏硬度大幅提高。
本發明係基於該見解而完成者，本發明之電子、電動機器用銅合金之特徵係具有含有0.01質量%以上且未達0.11質量%之Zr、0.002質量%以上且未達0.03質量%之Si，其餘由Cu及不可避免之雜質所成之組成，且Zr之含量(質量%)與Si之含量(質量%)之比Zr/Si為2以上且30以下之範圍內。
依據上述構成之電子、電動機器用銅合金，由於以上述範圍內含有Zr與Si，故藉由析出硬化，可維持高的導電率且實現耐力提高。
或者，可維持高的耐力且進一步提高導電率。又，藉 由使析出物粒子分散於銅之母相中，可提高維氏硬度。
且，由於將Zr之含量(質量%)與Si之含量(質量%)之比Zr/Si設為2以上且30以下之範圍內，故不會存在多餘之Si或Zr，可使Si或Zr固熔於銅之母相中而可抑制導電率下降。
其中，本發明之電子、電動機器用銅合金中較好具有含有Cu及Zr及Si之Cu-Zr-Si粒子。
含有Cu與Zr與Si之Cu-Zr-Si粒子在熔解鑄造時存在晶析出或偏析出之粒徑1μm以上50μm以下之粗大粒子，與隨後熱處理等中析出之粒徑1nm以上且500nm以下之微細粒子。
粒徑1μm以上且50μm以下左右之比較粗大的Cu-Zr-Si粒子無助於強度提高，但實施以加壓沖壓等為代表之剪斷加工時會成為破壞之起點，故可大幅提高剪斷加工性。
另一方面，粒徑1~500nm左右之微細Cu-Zr-Si粒子有助於強度提高，而可維持高的導電率同時實現耐力之提高。或者，可維持高的耐力且進一步提高導電率。此外，藉由提高維氏硬度，而在母相中形成位錯密度(dislocation density)高之組織，剪斷加工時容易破裂，故抑制塌邊或毛邊之大小，且提高剪斷加工性。
且，本發明之電子、電動機器用銅合金中，前述Cu-Zr-Si粒子之至少一部分係粒徑為1nm以上且500nm以下之範圍內。
如上述，粒徑在1nm以上且500nm以下之範圍內之微細Cu-Zr-Si粒子對於強度之提高大有助益。因此，可維持高的導電率且實現耐力之提高。或者，可維持高的耐力且進一步提高導電率。
此外，本發明之電子、電動機器用銅合金中，進而含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內之Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg中之任1種或2種以上。
該情況下，藉由使該等元素固熔於銅之母相中，可進一步提高耐力。又，由於含量設為0.1質量%以下，故可維持高的導電率。
此外，本發明之電子、電動機器用銅合金中，進而含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內之Ti、Co、Cr中之任1種或2種以上。
該情況下，該等元素可單獨或以化合物析出，藉此不使導電率下降，且進一步提高耐力。
且，本發明之電子、電動機器用銅合金中，進而含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內之P、Ca、Te、B中之任1種或2種以上。
該情況下，該等元素在熔解鑄造時因晶析出及偏析出而形成粗大粒子，並分散於銅之母相中。該等粗大粒子在實施以加壓沖壓等為代表之剪斷加工時成為破壞之起點，故可大幅提高剪斷加工性。
又，本發明之電子、電動機器用銅合金中， 導電率較好為80% IACS以上。
該情況下，析出物粒子成為在母相中充分分散，故可確實提高耐力。且，可使用作為尤其要求高導電率之電子、電動機器用零件之原材料。
再者，本發明之電子、電動機器用銅合金中，較好具有0.2%耐力為300MPa以上之機械特性。
0.2%耐力為300Mpa以上時，由於變得不易塑性變形，故特別適合於連接器等之端子、繼電器、導線架、匯流排等之電子、電動機器用零件。
另外，本發明之電子、電動機器用銅合金較好具有100HV以上之維氏硬度。
藉由使維氏硬度成為100HV以上，可更確實地於母相中形成位錯密度高之組織，剪斷加工時容易破裂，故能抑制塌邊或毛邊之大小，且提高剪斷加工性。
本發明之電子、電動機器用銅合金薄板之特徵係由上述之電子、電動機器用銅合金之壓延材所成，且厚度在0.05mm以上且1.0mm以下之範圍內。
如此構成之電子、電動機器用銅合金薄板可適用作為連接器、其他端子、電磁繼電器之可動導電片、導線架、匯流排等之原材料。
其中，本發明之電子、電動機器用銅合金薄板亦可於表面施以Sn鍍敷或Ag鍍敷。
本發明之電子、電動機器用零件之特徵係由上述之電子、電動機器用銅合金所成。又，本發明中所謂 的電子、電動機器用零件為包含端子、連接器、繼電器、導電架、匯流排等者。
此外，本發明之端子之特徵係由上述之電子、電動機器用銅合金所成。又，本發明中之端子為含連接器等者。
另外，本發明之匯流排之特徵係由上述之電子、電動機器用銅合金所成。
該構成之電子、電動機器用零件(例如，連接器等之端子、繼電器、導線架、匯流排)，尤其是連接器等之端子及匯流排由於導電率、耐力、維氏硬度高，故尺寸精度優異，即使小型化及薄片化仍可發揮優異特性。
依據本發明，可提供一種具有高的導電率與高的耐力並且維氏硬度高，適合連接器等之端子或繼電器、匯流排等之電子、電動機器用零件之由Cu-Zr系合金所成之電子、電動機器用銅合金，以及由該電子、電動機器用銅合金所成之電子、電動機器用銅合金薄板、電子、電動機器用零件、端子及匯流排。
圖1係顯示本發明一實施形態之電子、電動機器用銅合金之步驟例。
圖2係本發明例No.5合金之以TEM(透過型電子顯 微鏡)觀察之含析出物之部位中之倍率20,000倍的組織照片。
圖3A係本發明例No.5合金之以TEM(透過型電子顯微鏡)觀察之含析出物之部位中之倍率100,000倍的組織照片。
圖3B係顯示圖3A中觀察之粒子之利用EDX(能量分散型X射線分光法)之分析結果之圖。
以下，針對本發明一實施形態之電子、電動機器用銅合金加以說明。
本實施形態之電子、電動機器用銅合金具有Zr含量為0.01質量%以上且未達0.11質量%，Si含量為0.002質量%以上且未達0.03質量%，其餘部分由Cu及不可避免之雜質所成之組成，且Zr之含量(質量%)與Si之含量(質量%)之比Zr/Si為2以上且30以下之範圍內。
又，本實施形態之電子、電動機器用銅合金亦可含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內之Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg中之任1種或2種以上。
此外，本實施形態之電子、電動機器用銅合金亦可含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內之Ti、Co、Cr中之任1種或2種以上。
再者，本實施形態之電子、電動機器用銅合金亦可含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內之 P、Ca、Te、B中之任1種或2種以上。
而且，本實施形態之電子、電動機器用銅合金中具有含有Cu與Zr及Si之Cu-Zr-Si粒子。至於Cu-Zr-Si粒子存在有粒徑為1μm以上且50μm以下之範圍內之較粗大粒子，與粒徑在1nm以上且500nm以下之範圍內之微細粒子。
且，本實施形態之電子、電動機器用銅合金中，導電率設為80% IACS以上，0.2%耐力設為300MPa以上，表面維氏硬度設為100HV以上。
又，0.2%耐力之上限值並無特別限制，但可為750MPa。且，表面維氏硬度之上限值亦無特別限制但可為250HV。
此處，針對規定為如上述成分組成、組織等之理由說明於下。
(Zr)
Zr係形成上述之Cu-Zr-Si粒子，且具有維持導電率並且提高耐力之作用效果，或者具有維持耐力並且提高導電率之作用效果之元素。此外，可提高維氏硬度。
此處，Zr之含量未達0.01質量%時，無法充分發揮其作用效果。另一方面，Zr之含量在0.11質量%以上時，會有導電率大幅下降之虞，並且難以熔體化，會有在熱軋加工或冷軋加工時出現斷線或破裂等缺陷之虞。
基於上述，本實施形態中將Zr之含量設定為0.01質 量%以上且未達0.11質量%之範圍內。又，為了確保Cu-Zr-Si粒子之個數且確實提高強度，較好將Zr之含量設為0.04質量%以上，更好設為0.05質量%以上。又，為了確實抑制導電率之上升或加工時之缺陷等，較好將Zr之含量設為0.10質量%以下。
(Si)
Si係形成上述之Cu-Zr-Si粒子，具有維持導電率並且提高耐力之作用效果，或者具有維持耐力並且提高導電率之作用效果之元素。此外，可提高維氏硬度。
此處，Si之含量未達0.002質量%時，無法充分發揮其作用效果。另一方面，Si之含量為0.03質量%以上時，會有導電率大幅下降之虞。
基於上述，本實施形態中之Si含量係設定為0.002質量%以上且未達0.03質量%之範圍內。又，為了確保Cu-Zr-Si粒子之個數且確實提高強度，較好將Si之含量設為0.003質量%以上，更好設為0.004質量%以上。又，為了確實抑制導電率上升，較好將Si之含量設為0.025質量%以下，更好設為0.02質量%以下。
(Zr/Si)
如上述，藉由於Cu中添加Zr與Si，可形成Cu-Zr-Si粒子，且維持導電率並且提高耐力，或者維持耐力並且提高導電率。此外，可提高維持硬度。
此處，Zr之含量(質量%)與Si之含量(質量%)之比Zr/Si未達2時，Si含量相對於Zr含量較多，會有因過量之Si而使導電率下降之虞。另一方面，Zr/Si超過30時，Si含量相對於Zr含量較少，會有無法充分形成Cu-Zr-Si粒子，且無法充分發揮上述之作用效果之情況。
基於上述，本實施形態中將Zr之含量(質量%)與Si之含量(質量%)之比Zr/Si設定為2以上且30以下之範圍內。又，為了確實抑制導電率下降，較好將Zr/Si設為3以上。此外，為了確保Cu-Zr-Si粒子之個數且確實提高強度，較好將Zr/Si設為25以下，更好設為20以下。
(Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg)
如Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg之元素具有固熔於銅之母相中，且提高強度之作用效果。因此，於實現強度進一步提高之情況下較好適當添加。
此處，Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg中之任1種或2種以上之含量之合計未達0.005質量%時，會有無法確實發揮上述作用效果之虞。另一方面，Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg中之任1種或2種以上之含量之合計超過0.1質量%時，會有導電率大幅下降之虞。
由上述，添加如Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg之元素而實現強度提高時，Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg中之任1種或2種以上之含量之合計較好為0.005質量%以上且0.1 質量%以下之範圍內。
(Ti、Co、Cr)
如Ti、Co、Cr之元素係形成析出物粒子，且具有維持導電率並且大幅提高強度之作用效果。因此，於實現強度進一步提高時較好適當添加。
此處，Ti、Co、Cr中之任1種或2種以上之含量之合計未達0.005質量%時，會有無法確實發揮上述作用效果之虞。另一方面，Ti、Co、Cr中之任1種或2種以上之含量之合計超過0.1質量%時，會有導電率大幅下降之虞。
由上述，添加如Ti、Co、Cr之元素以實現強度之提高時，Ti、Co、Cr中之任1種或2種以上之含量之合計較好為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內。
(P、Ca、Te、B)
如P、Ca、Te、B之元素在熔解鑄造時會因晶析出及偏析出而形成較粗大粒子，且具有大幅提高剪斷加工性之作用效果。因此，進一步提高剪斷加工性時較好適當添加。
此處，P、Ca、Te、B中之任1種或2種以上之含量之合計未達0.005質量%時，會有無法確實發揮上述作用效果之虞。另一方面，P、Ca、Te、B中之任1種或2種以上之含量之合計超過0.1質量%時，會有導電率下降之 虞。
由上述，添加如P、Ca、Te、B之元素以實現剪斷加工性之提高時，P、Ca、Te、B中之任1種或2種以上之含量之合計較好為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內。
(不可避免之雜質)
又，上述元素以外之不可避免雜質列舉為Fe、Mn、Sr、Ba、Sc、Y、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Ru、Os、Se、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Ga、In、Li、Ge、As、Sb、Tl、Pb、C、Be、N、H、Hg、Tc、Na、K、Rb、Cs、O、S、Po、Bi、鑭等。該等不可避免雜質以總量計宜為0.3質量%以下。
(Cu-Zr-Si粒子)
於Cu中添加Zr、Si時，存在有含有Cu與Zr及Si之Cu-Zr-Si粒子。本實施形態中，如上述，作為Cu-Zr-Si粒子，存在有粒徑在1μm以上且50μm以下之範圍內之較粗大粒子，與粒徑在1nm以上且500nm以下之範圍內之微細粒子。
此處，粒徑在1μm以上且50μm以下之範圍內之粗大Cu-Zr-Si粒子推測係在熔解鑄造時晶析出或偏析出者。且，粒徑在1nm以上且500nm以下之範圍內之微細Cu-Zr-Si粒子推測係在隨後之熱處理等中析出者。
粒徑1μm以上且50μm以下之粗大Cu-Zr-Si粒子雖無助於強度之提高，但在實施加壓沖壓等為代表之剪斷加工時會成為破壞之起點，可大幅地提高剪斷加工性。
另一方面，粒徑1nm以上且500nm以下之微細Cu-Zr-Si粒子有助於強度提高，且可維持高的導電率並且實現耐力之提高。或者，可維持高的耐力並且進一步提高導電率。此外，可提高維氏硬度。
(導電率：80% IACS以上)
將Zr、Si固熔於Cu之母相中時，導電率大幅下降。因此，本實施形態中由於將導電率規定為80% IACS以上，故上述之Cu-Zr-Si粒子充分的存在，可確實地實現強度之提高及剪斷加工性之提高。
又，為了確實發揮上述之作用效果，較好將導電率設為85% IACS以上，更好設為88% IACS以上。又，本實施形態之電子、電動機器用銅合金之導電率之上限值並無特別限制，可為未達100% IACS。
接著，針對該構成之本實施形態之電子、電動機器用銅合金之製造方法，參照圖1所示之流程圖加以說明。
(熔解-鑄造步驟S01)
首先，將Zr、Si添加於使銅原料熔解所得之銅熔液中，進行成分調整，製作銅合金熔液。又，Zr、Si之添加 可使用Zr單質體及Si單質體或Cu-Zr母合金及Cu-Si母合金等。且，亦可使含Zr及Si之原料與銅原料一起熔解。又，亦可使用本合金之回收材及刮取材。又，添加Zr、Si以外之元素(例如Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg、Ti、Co、Cr、P、Ca、Te、B等)時，可同樣地使用各種原料。
銅熔液較好為純度99.99質量%以上之所謂4NCu。此外，銅合金熔液之熔製時，為了抑制Zr及Si之氧化等，較好使用真空爐、或者成為惰性氣體氛圍或還原性氛圍之氛圍爐。
接著，將經成分調整之銅合金熔液注入鑄模中製造鑄塊。又，考慮量產時，較好使用連續鑄造法或半連續鑄造法。
(熱處理步驟S02)
接著，進行熱處理以使所得鑄塊均質化及熔體化。藉由將鑄塊加熱至800℃以上且1080℃以下進行熱處理，在鑄塊內使Zr及Si均勻地擴散，而使Zr及Si固熔於母相中。該熱處理步驟S02較好在非氧化性或還原性氛圍中實施。
加熱後之冷卻方法並無特別限制，較好採用水淬冷(water quenching)等之將冷卻速度設為200℃/min以上之方法。
(熱軋加工步驟S03)
接著，為了使粗加工之效率化與組織之均勻化而實施熱軋加工。加工方法並無特別限制，於最終形狀為板、條之情況較好採用壓延。為線或棒之情況較好採用擠出或溝壓延，為塊體形狀之情況較好採用鍛造或壓製。熱軋加工時之溫度亦無特別限制，但較好為500℃以上1050℃以下之範圍內。
又，熱軋加工後之冷卻方法並無特別限制，但較好採用水淬冷等之使冷卻速度設為200℃/min以上之方法。
(中間加工步驟S04/中間熱處理步驟S05)
此外，熱軋加工後，亦可施加中間加工、中間熱處理，目的係徹底熔體化、再結晶組織化或用以提高加工性之軟化。該中間加工步驟S04中之溫度條件並無特別限制，但較好為冷軋加工之-200℃至200℃之範圍內。此外，中間加工步驟S04中之加工率係以使近似最終形狀之方式適當選擇，但為減少獲得最終形狀之前之中間熱處理步驟S05之次數，較好設為20%以上。且，更好將加工率設為30%以上。塑性加工方法並無特別限制，但可採用例如壓延、拉線、擠出、溝壓延、鍛造、壓製等。
中間熱處理步驟S05中之熱處理方法並無特別限制，但較好為在500℃以上且1050℃以下之條件下，以於非氧化氛圍或還原性氛圍中進行熱處理較佳。又，亦可重複實施該等中間加工步驟S04、中間熱處理步驟S05。
(修飾加工步驟S06)
接著，視需要切斷施以上述步驟之材料，同時視需要進行表面研削以去除表面形成之氧化膜等。接著，以特定之加工率實施冷軋加工。又，該修飾加工步驟S06中之溫度條件並無特別限制，較好為-200℃至200℃之範圍內。此外，加工率係以近似最終形狀之方式適當選擇，但為了藉加工硬化而提高強度，較好將加工率設為30%以上，於達到強度之進一步提高時，更好將加工率設為50%以上。塑性加工方法並無特別限制，但於最終形狀為板、條之情況較好採用壓延。於線或棒之情況較好採用擠出或溝壓延，於塊體形狀之情況較好採用鍛造或壓製。
(老化熱處理(ageing heat treatment)步驟S07)
接著，對於藉修飾加工步驟S06所得之修飾加工材實施老化熱處理以提升強度、導電率。藉由該老化熱處理步驟S07，使粒徑1nm以上且500nm以下之微細Cu-Zr-Si粒子析出。
此處之熱處理溫度並無特別限制，但為了使最適尺寸之Cu-Zr-Si粒子均勻分散析出，較好為250℃以上且600℃以下之範圍內。又，由於可藉導電率掌握析出狀態，故較好以成為特定導電率之方式適當設定熱處理條件(溫度、時間)。
此處，亦可重複實施上述之修飾加工步驟S06與老化 熱處理步驟S07。且，老化熱處理步驟S07後，為了形狀修正或強度提高，亦可以1%至70%之加工率進行冷軋加工。再者，為了調質或去除殘留應力亦可進行熱處理。又，熱處理後之冷卻方法並無特別限制，較好採用水淬冷等之將冷卻速度設為200℃/min以上之方法。
如上述，可製造出具有Cu-Zr-Si粒子之電子、電動機器用銅合金。該電子、電動機器用銅合金中之0.2%耐力為300MPa以上，維氏硬度維100HV以上。
此外，應用壓延作為修飾加工步驟S06中之加工方法時，可獲得板厚0.05~1.0mm左右之電子、電動機器用銅合金薄板(條材)。該薄板亦可將其直接使用於電子、電動機器用零件中，但亦可於板之一面或者兩面施以膜厚0.1~10μm左右之Sn鍍敷或Ag鍍敷，成為附有鍍敷之銅合金條。
另外，以本實施形態的電子、電動機器用銅合金(電子、電動機器用銅合金薄板)作為原材料，施以沖壓加工或彎曲加工等，藉此成形為例如連接器等之端子、繼電器、導線架、匯流排之電子、電動機器用零件。
依據成為如上述構成之本實施形態之電子、電動機器用銅合金，由於Zr含量為0.01質量%以上且未達0.11質量%，Si含量為0.002質量%以上且未達0.03質量%，Zr之含量(質量%)與Si之含量(質量%)之比Zr/Si為2以上且30以下，故可藉由形成上述Cu-Zr-Si粒子並分散於銅之母相中，而維持導電率並且提高耐力，或 者，可維持耐力並且提高導電率。此外，可提供維氏硬度。
此處，本實施形態中，由於具有粒徑1nm以上且500nm以下之微細Cu-Zr-Si粒子，故可維持高的導電率並且實現耐力提高。或者，可維持高的耐力並且進一步提高導電率。另外，可提高維氏硬度。
再者，由於具有粒徑1μm以上且50μm以下之範圍內之粗大Cu-Zr-Si粒子，故在剪斷加工時粗大的Cu-Zr-Si粒子成為破壞之起點，可大幅提高剪斷加工性。
又，本實施形態的電子、電動機器用銅合金中，由於導電率設為80% IACS以上，故不使Zr或Si固熔於銅之母相中，而使Cu-Zr-Si粒子充分分散於母相中，而可確實提高強度。且，可使用作為尤其要求高導電率之電子、電動用零件之原材料。
此處，本實施形態之電子、電動機器用銅合金中進一步含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內之Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg中之任1種或2種以上時，藉由使該等元素固熔於銅之母相中，可進一步提高耐力。亦即，藉由固熔強化可實現強度之提高。
此外，本實施形態的電子、電動機器用銅合金中進一步含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內之Ti、Co、Cr中之任1種或2種以上時，該等元素單獨或以化合物析出，藉此不使導電率下降，可進一步提高耐力。亦即，可藉由析出強化而實現強度之提高。
再者，本實施形態之電子、電動機器用銅合金中進一步含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內之P、Ca、Te、B中之任1種或2種以上時，該等元素在熔解鑄造時會因晶析出及偏析出而形成較粗大粒子，該粗大粒子在剪斷加工時將成為破壞之起點，可大幅提高剪斷加工性。
再者，本實施形態的電子、電動機器用銅合金中，由於具有0.2%耐力為300MPa以上之機械特性，故如同例如電磁繼電器之可動導電片或端子之彈簧部，適於尤其要求高強度之零件。
本實施形態的電子、電動機器用銅合金薄板由於由上述之電子、電動機器用銅合金之壓延材所成，故耐應力緩和特性優異，可較好地用於連接器、其他端子、電磁繼電器之可動導電片、導線架、匯流排等。此外，亦可依據用途於表面上形成Sn鍍敷及Ag鍍敷而使用。
本實施形態的電子、電動機器用零件、端子、匯流排由於由上述本實施形態之電子、電動機器用銅合金所成，故尺寸精度優異，即使小型化及薄片化仍可發揮優異之特性。
以上，針對本發明實施形態之電子、電動機器用銅合金加以說明，但本發明並不限於此，在不脫離本發明之技術想法之範圍內可適當變更。
例如，上述實施形態係針對電子、電動機器用銅合金之製造方法之一例加以說明，但製造方法並不限於本實施 形態，亦可適當選擇既有之製造方法予以製造。
〔實施例〕
以下，針對欲確認本發明效果而進行之確認實驗之結果加以說明。
準備由純度99.99質量%以上之無氧銅(ASTM F68-Class 1)所成之銅原料，將其裝入高純度石墨坩堝中，在設為Ar氣體氛圍之氛圍爐內進行高頻熔解。將各種添加元素添加於所得之銅熔液內調製成表1及表2所示之成分組成，且注液於水冷銅鑄模中製造鑄塊。又，鑄塊之大小設為厚度約20mm×寬度約20mm×長度約100~120mm。
對所得鑄塊在Ar氣體氛圍中，為了均質化與熔體化而以表3及表4所記載之溫度條件進行4小時之加熱進行熱處理步驟，隨後，實施水淬冷。切斷熱處理後之鑄塊，並且實施表面研削以去除氧化被膜。
隨後，以表3及表4所記載之加工率、溫度進行熱軋壓延，實施水淬冷後，以表3及表4所記載之條件實施冷軋壓延作為修飾加工步驟，製作出厚度約0.5mm之條材。
接著，對所得條材以表3及表4所記載之溫度，實施老化熱處理至成為表5及表6所記載之導電率為止，製作特性評價用條材。
(加工性評價)
觀察前述修飾加工步驟(冷軋壓延時)中有無邊緣破裂(有無冷軋壓延破裂)作為加工性之評價。以目視確認幾乎完全無邊緣破裂者記為「A」，發生長度未達1mm之小的邊緣破裂者記為「B」，發生長度1mm以上且未達3mm之邊緣破裂者記為「C」，發生長度3mm以上之大的邊緣破裂者記為「D」。邊緣破裂長度在1mm以上未達3mm之「C」判斷為實用上沒有問題。
又，邊緣破裂長度係自壓延材之寬度方向端部朝向寬度方向中央部之邊緣破裂長度。評價結果示於表5及表6。
(粒子觀察)
使用透過型電子顯微鏡(TEM：日本電子股份有限公司製，JEM-2010F)觀察粒子，且實施EDX分析(能量分散型X射線分光法)以確認含有Cu、Zr、Si之Cu-Zr-Si粒子。
首先，如圖2所示，使用TEM以20,000倍(觀察視野：2×107nm2)。接著，針對所觀察之粒子，如圖3A所示，進行100,000倍(觀察視野：7×105nm2)觀察。又，針對粒徑未達10nm之粒子，再以500,000倍(觀察視野：3×104nm2)進行觀察。
此外，針對所觀察之粒子，使用EDX(能量分散型X射線分光法)分析組成，確認為Cu-Zr-Si粒子。EDX分析結果之一例示於圖3B。
Cu-Zr-Si粒子之粒徑係長徑(途中未與粒界相接之條件下於粒中拉出最長直線之長度)與短徑(於與長徑以直角交叉之方向，於途中未與粒界相接之條件下拉出最長直線之長度)之平均值。
利用組織觀察，觀察到粒徑1nm以上且500nm以下之範圍內之Cu-Zr-Si粒子者評價為A，未觀察到者評價為D。評價結果示於表5及表6。
(導電率)
自特性評價用條材採取寬度10mm×長度60mm之試驗片，以4端子法求出電阻。且，使用測微計進行試驗片之尺寸測定，算出試驗片之體積。接著，由測定之電阻值與體積算出導電率。又，試驗片係以使其長度方向相對於特性評價用條材之壓延方向為垂直之方式採取。測定結果示於表5及表6。
(機械特性)
自特性評價用條材採取JIS Z 2241(ISO 6892-1：2009，金屬材料-拉伸試驗-第1部：室溫下之試驗方法(MOD))所規定之13B號試驗片，以支距法(offset method)測定0.2%耐力、拉伸強度。又，試驗片係以使拉伸試驗之拉伸方向相對於特性評價用條材之壓延方向為垂直之方式採取。
又，楊氏係數E係將應變測量器貼附在前述試驗片 上，自荷重-拉伸曲線之梯度求出。評價結果示於表5及表6。
(維氏硬度)
依據JIS Z 2244(以ISO 6507-4為準)所規定之微維氏硬度試驗方法，測定試驗荷重0.98N下之維氏硬度。評價結果示於表5及表6。
Zr含量多於本發明範圍之比較例1中，在修飾加工(冷軋壓延)時發生大的邊緣破裂。因此，終止其後之步驟及評價。
Zr含量少於本發明範圍之比較例2中，未觀察到粒徑1nm以上且500nm以下之Cu-Zr-Si粒子，0.2%耐力低如218MPa，維氏硬度亦不足。此處，比較例2中儘管無Cu-Zr-Si粒子亦能使導電率變高之理由，係因為Zr、Si之添加量均過低，故而不使Zr、Si析出，且固熔於銅中之量較少所致。
Zr含量(質量%)與Si含量(質量%)之比Zr/Si小於本發明範圍之比較例3中，導電率大幅下降。此處，比較例3中儘管有Cu-Zr-Si粒子導電率仍降低之理由，係因過量添加Si，即使析出Cu-Zr-Si粒子但剩餘之Si大多固熔於銅中所致。
相對於此，本發明例1-44中，修飾加工(冷軋壓延)時不發生3mm以上之大的邊緣破裂。且，均觀察到粒徑1nm以上且500nm以下之Cu-Zr-Si粒子，具有高的導電率與高耐力。而且，維氏硬度變高。
由上述確認依據本發明例，可提供具有高導電率與高耐力，並且維氏硬度高之適於電子、電動機器用零件之電子機器用銅合金。

Claims (14)

  1. 一種電子、電動機器用銅合金，其特徵係具有：由含有0.01質量%以上且未達0.11質量%之Zr、0.002質量%以上且未達0.03質量%之Si，其餘由Cu及不可避免之雜質所成之組成，且Zr之含量(質量%)與Si之含量(質量%)之比Zr/Si為2以上且30以下之範圍內。
  2. 如請求項1之電子、電動機器用銅合金，其中具有：含有Cu及Zr及Si之Cu-Zr-Si粒子。
  3. 如請求項2之電子、電動機器用銅合金，其中，前述Cu-Zr-Si粒子之至少一部分的粒徑為1nm以上且500nm以下之範圍內。
  4. 如請求項1至3中任一項之電子、電動機器用銅合金，其中，進而含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內的Ag、Sn、Al、Ni、Zn、Mg之中任1種或2種以上。
  5. 如請求項1至4中任一項之電子、電動機器用銅合金，其中，進而含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內的Ti、Co、Cr之中任1種或2種以上。
  6. 如請求項1至5中任一項之電子、電動機器用銅合金，其中，進而含有合計為0.005質量%以上且0.1質量%以下之範圍內的P、Ca、Te、B之中任1種或2種以上。
  7. 如請求項1至6中任一項之電子、電動機器用銅合金，其中，導電率為80%IACS以上。
  8. 如請求項1至7中任一項之電子、電動機器用銅合金，其中，0.2%耐力為300MPa以上。
  9. 如請求項1至8中任一項之電子、電動機器用銅合金，其中，表面維氏硬度為100HV以上。
  10. 一種電子、電動機器用銅合金薄板，其特徵係由如請求項1至9中任一項之電子、電動機器用銅合金之壓延材所成，且厚度在0.05mm以上且1.0mm以下之範圍內。
  11. 如請求項10之電子、電動機器用銅合金薄板，其係於表面施以Sn鍍敷或Ag鍍敷。
  12. 一種電子、電動機器用零件，其特徵係由如請求項1至9中任一項之電子、電動機器用銅合金所成。
  13. 一種端子，其特徵係由如請求項1至9中任一項之電子、電動機器用銅合金所成。
  14. 一種匯流排，其特徵係由如請求項1至9中任一項之電子、電動機器用銅合金所成。
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