TW201538755A - 電子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金塑性加工材、電子.電氣機器用零件及端子 - Google Patents
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Abstract
此電子.電氣機器用銅合金係由含有3.3原子%以上6.9原子%以下的範圍之Mg、殘餘部分實質上為Cu及不可避免的雜質所構成,從當朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD和朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSLD所算出之強度比TSTD/TSLD超過1.02。
Description
本發明係關於作為半導體裝置連接器等之端子、或電磁繼電器的可動導電片、引線框等的電子.電氣機器用零件被使用之電子.電氣機器用銅合金,和使用該銅合金之電子.電氣機器用銅合金塑性加工材,電子.電氣機器用零件及端子。
本發明係依據2013年12月11日在日本申請之日本特願2013-256310號主張優先權,並在此援用其內容。
以往,伴隨電子機器、電氣機器等的小型化,謀求使用於這些電子機器、電氣機器的連接器等的端子、繼電器、引線框等的電子.電氣機器用零件的小型化及薄壁化。因此,作為構成電子.電氣機器用零件的材料,被要求具有優良的彈簧性、強度、彎曲加工性之銅合
金。特別是如非專利文獻1所記載,作為被使用作為連接器等的端子、繼電器、引線框等的電子.電氣機器用零件之銅合金,期望為耐力高者。
在此,作為使用於連接器等的端子、繼電
器、引線框等的電子.電氣機器用零件的銅合金,被開發出如非專利文獻2所記載的Cu-Mg合金、專利文獻1所記載的Cu-Mg-Zn-B合金等。
在這些Cu-Mg系合金,由圖1所示的Cu-Mg系狀態圖可得知,在Mg的含有量為3.3原子%以上之情況,藉由進行固溶處理、析出處理,能夠使由Cu與Mg所構成的介金屬化合物析出。亦即,在這些Cu-Mg系合金,可藉由析出硬化具有較高的導電率與強度。
但,在非專利文獻2及專利文獻1所記載的
Cu-Mg系合金,由於在母相中分散有多數的以粗大的Cu與Mg作為主成分的介金屬化合物,故,在進行彎曲加工時容易產生以這些介金屬化合物為起點之裂痕等,因此,會有無法成形複雜形狀的電子.電氣機器用零件之問題。
特別是使用於攜帶型電話、筆記型電腦等的民生用品之電子.電氣機器用零件,被要求小型化及輕量化,並被要求強度與彎曲加工同時存在的電子.電氣機器用銅合金。但,在前述Cu-Mg系合金這種的析出硬化型合金,當藉由析出硬化讓強度及耐力提升時,會造成彎曲加工性顯著降低之情況產生。因此,無法成形薄型且複雜的電子.電氣機器用零件。
因此,在專利文獻2提案有藉由將Cu-Mg合
金在固溶化後予以急速冷卻所製作的Cu-Mg過飽和固溶體的加工硬化型銅合金。
此Cu-Mg合金係有優良的強度、導電率、彎曲性的平衡優良,特別理想地適用於前述電子.電氣機器用零件的材料。
又,最近謀求電子.電氣機器的進一步小型
化及輕量化。在此,在被使用於小型化及輕量化的電子.電氣機器之小型端子,從材料的成品率來看,藉由進行彎曲加工,使得對輥軋方向,彎曲的軸成為正交方向(Good Way:GW),對輥軋方向,彎曲的軸成為平行的方向施加稍許的變形來進行成形,藉由以BW進行拉引試驗時的材料強度TSTD,確保彈簧性。因此,被要求GW優良的彎曲加工和BW高之強度。
〔專利文獻1〕日本特開平07-018354號公報
〔專利文獻2〕日本專利第5045783公報
〔非專利文獻1〕野村幸矢、「連接器用高性能銅合金板條的技術動向與本公司的開發戰略」、神戸製鋼技報Vol.54No.1(2004)p.2-8
〔非專利文獻2〕掘茂徳、其他2名、「Cu-Mg合金之粒界反應型析出」、伸銅技術研究會誌Vol.19(1980)p.115-124
本發明係為了解決前述事情而開發完成的發明,其目的係在於提供強度及彎曲加工性優良,特別是具有GW優良的彎曲加工性和BW高的強度之電子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金塑性加工材、電子.電氣機器用零件、及端子。
為了解決此課題,本發明的一態樣的電子.電氣機器用銅合金,其特徵為:由含有3.3原子%以上6.9原子%以下的範圍之Mg、殘餘部分實質上為Cu及不可避免的雜質所構成,從當朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD和朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSLD所算出之強度比TSTD/TSLD超過1.02。
若依據具有前述要件的電子.電氣機器用銅合金,從當朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD和朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSLD所算出之強度比TSTD/TSLD超過1.02。因此,藉
由在對輥軋面,與法線方向呈垂直的面存在有多數的{220}面,當進行彎曲的軸對輥軋方向成為正交方向方向時,具有優良的彎曲加工性,並且對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD變高。因此,成為具有優良的前述小型端子之成形性。
在此,本發明的一態樣的電子.電氣機器用
銅合金,在藉由掃描型電子顯微鏡進行觀察時,以粒徑為0.1μm以上的Cu與Mg為主成分之介金屬化合物的平均個數為1個/μm2以下為佳。
在此情況,如圖1的狀態圖所示,在固溶限度以上的3.3原子%以上、6.9原子%以下的範圍含有Mg,且在藉由掃描型電子顯微鏡之觀察,以粒徑0.1μm以上的Cu與Mg為主成分之介金屬化合物的平均個數為1個/μm2以下。因此,以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物之析出被抑制,形成為Mg過飽和地固溶於母相中的Cu-Mg過飽和固溶體。
再者,以粒徑0.1μm以上的Cu與Mg為主成
分之介金屬化合物的平均個數係使用電場釋出型掃描型電子顯微鏡,以倍率:5萬倍、視野:約4.8μm2的方式進行10視野的觀察後加以算出。
又,以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物之粒徑係作成為介金屬化合物的長徑(在途中未與晶界接觸的條件下在粒內可拉出最長之直線的長度)與短徑(在與長徑呈直角交叉之方向,在途中未與晶界接觸的條件下可拉出最
長之直線的長度)的平均值。
在由這樣的Cu-Mg過飽和固溶體所構成之銅
合金,在母相中,未分散有多數的成為裂痕的起點之粗大的以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物,可使彎曲加工性提升。因此,能夠成形複雜的形狀之連接器等的端子、繼電器、引線框等的電子.電氣機器用零件等。
且,由於將Mg過飽和地固溶,故,藉由加工硬化可使強度提升。
又,在本發明的一態樣的電子.電氣機器用
銅合金,當Mg的含有量設為X原子%時,導電率σ(%IACS)為下述算式的範圍內為佳。
σ≦1.7241/(-0.0347×X2+0.6569×X)+1.7)×100
在此情況,如圖1的狀態圖所示,以3.3原子%以上6.9原子%以下的範圍含有固溶限度以上的Mg且導電率為前述範圍內。因此,形成為Mg過飽和地固溶於母相中的Cu-Mg過飽和固溶體。
因此,如上述般,在母相中,位分散有多數的成為裂痕的起點之粗大的以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物,可使彎曲加工性提升。
且,由於將Mg過飽和地固溶,故,藉由加工硬化可使強度提升。
再者,關於Mg的原子%,在Cu與Mg的2元合金之
情況,忽略不可避免的雜質元素,假設僅由Cu與Mg構成並加以算出即可。
又,在本發明的一態樣的電子.電氣機器用
銅合金,亦可進一步總合為在0.01原子%以上3.00原子%以下的範圍內含有Sn、Zn、Al、Ni、Si、Mn、Li、Ti、Fe、Co、Cr、Zr、P中1種或2種以上的元素。
由於這些元素具有使Cu-Mg合金的強度等的特性提升之作用效果,故因應要求特性而適宜添加為佳。在此,在前述元素的添加量總計未滿0.01原子%之情況,無法充分地獲得前述強度提升的作用效果。另外,當前述元素的添加量總計超過3.00原子%時,會造成導電率大幅降低。
因此,在本發明的一態樣,將前述元素的添加量總和設定在0.01原子%以上3.00原子%以下的範圍內。
且,在本發明的一態樣的電子.電氣機器用
銅合金,朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD為400MPa以上,當將對輥軋方向呈正交的方向作為彎曲的軸時,以將W彎曲治具的半徑設為R、銅合金的厚度設為t時的比所呈現之彎曲加工性R/t為1以下為佳。
在此情況,因朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD為400MPa以上,所以,強度充分高且能夠確保在BW之彈簧性。又,因當將對輥軋方向呈正交的方向作為彎曲的軸時,以將W彎曲治具的半徑設為R、銅合金的厚度設為t時的比所呈現之彎曲加工性R/t為1
以下,所以,能夠充分地確保GW的彎曲加工性。因此,成為具有優良的前述小型端子之成形性。
本發明的一態樣的電子.電氣機器用銅合金
塑性加工材,其特徵為利用將由前述電子.電氣機器用銅合金所構成的銅材料進行塑性加工所成形(形成)。再者,在本說明書中,塑性加工材係指在任一個製造製程中,實施塑性加工的銅合金。
在具有此要件之銅合金塑性加工材,如上述般,由於是由具有優良的機械特性之電子.電氣機器用銅合金所構成,故,可特別理想地適用作為小型端子等的電子.電氣機器用零件之材料。
在此,本發明的一態樣的電子.電氣機器用
銅合金塑性加工材,理想為藉由具有將前述銅材料加熱至400℃以上900℃以下的溫度之加熱製程、將已被加熱的前述銅材料以60℃/min以上的冷卻速度急速冷卻至200℃以下的急速冷卻製程及將前述銅材料進行塑性加工的塑性加工製程之製造方法加以成形者為佳。
在此情況,藉由將前述組成的銅材料加熱至400℃以上900℃以下的溫度,能夠進行Mg的溶體化。又,藉由將已被加熱的前述銅材料以60℃/min以上的冷卻速度急速冷卻至200℃以下,能夠抑制介金屬化合物在冷卻過程中析出,可將銅材料作成為Cu-Mg過飽和固溶體。因此,如上述般,多數的成為裂痕的起點之粗大的以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物不會分散在母相中,可使彎
曲加工性提升。
又,在本發明的一態樣的電子.電氣機器用銅合金塑性加工材,亦可在表面實施鍍錫(Sn)。
在此情況,能夠在成形端子、連接器等時接點彼此的接觸阻抗穩定,並且可使耐蝕性提升。
本發明的一態樣的電子.電氣機器用零件,其特徵為由前述電子.電氣機器用銅合金所構成。再者,本發明的一態樣之電子.電氣機器用零件係指包含連接器等的端子、繼電器、引線框等。
又,本發明的一態樣的端子,其特徵為由前述電子.電氣機器用銅合金塑性加工材所構成。
因具有此要件之電子.電氣機器用零件及端子,係使用具有優良的機械特性之電子.電氣機器用銅合金塑性加工材加以製造,所以,即使為複雜的形狀,也不會產生裂痕等,亦可充分地確保強度,具有優良之可靠性。
若依據本發明的一態樣,能夠提供強度及彎曲加工性優良,特別是具有GW優良的彎曲加工性和BW高的強度之電子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金塑性加工材、電子.電氣機器用零件、及端子。
圖1係Cu-Mg系狀態圖。
圖2係本實施形態之電子.電氣機器用銅合金的製造方法之流程圖。
以下,使用圖面等說明關於本發明的實施形
態。
本實施形態之電子.電氣機器用銅合金的成分組成為以3.3原子%以上6.9原子%以下的範圍含有Mg且殘餘部實質上為Cu及不可避免的雜質所構成,所謂的Cu-Mg的2元系合金。
在此,當將Mg的含有量設為X原子%時,導
電率σ為下述式子的範圍內。
σ≦1.7241/(-0.0347×X2+0.6569×X)+1.7)×100
又,在藉由掃描型電子顯微鏡之觀察,以粒徑0.1μm以上的Cu與Mg為主成分的介金屬化合物之平均個數為1個/μm2以下。
亦即,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金系以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物幾乎不會析出,作成為Mg以固溶限度以上固溶於母相中的Cu-Mg過飽和固溶體。
又,在本實施形態之電子.電氣機器用銅合
金,不僅將其成分組成調整成上述組成,且將強度、彎曲等的機械特性限定如下。
亦即,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金,係從當朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD和朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSLD所算出之強度比TSTD/TSLD超過1.02(TSTD/TSLD>1.02)。
在此,關於如以上般限定成分組成、導電率、析出物的個數、機械特性之理由說明如下。
Mg係為不會使導電率大幅降低,而是具有能夠使強度提升並且使再結晶溫度上升之作用效果的元素。又,藉由使Mg固溶於母相中,能夠獲得優良之彎曲加工性。
在此,在Mg的含有量未滿3.3原子%之情況,無法獲得該作用效果。另外,當Mg的含有量超過6.9原子%時,會有在為了溶體化而進行熱處理時,以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物殘存且在之後的熱加工及冷加工時會產生裂痕之虞。從這些理由來看,將Mg的含有量設定為3.3原子%以上6.9原子%以下。
再者,當Mg的含有量少時,則無法充分地提升強度。又,由於Mg為活性元素,故,會有因過度地添加造成在進行溶解鑄造時捲入與養反應所產生之Mg氧化物之虞。因此,將Mg的含有量作成3.7原子%以上6.3原
子%以下的範圍更佳。
在此,關於前述原子%的組成值,由於在本實施形態為Cu與Mg的2元合金,故,忽略不可避免的雜質元素,假設為僅由Cu與Mg所構成,再從mass%的值加以算出者。
作為其他的不可避免的雜質,可舉出例如
Ag,B,Ca,Sr,Ba,Sc,Y,析土類類元素,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Re,Ru,Os,Se,Te,Rh,Ir,Pd,Pt,Au,Cd,Ga,In,Ge,As,Sb,Tl,Pb,Bi,Be,N,Hg,H,C,O,S,Sn、Zn、Al、Ni、Si、Mn、Li、Ti、Fe、Co、Cr、Zr、P等。該等的不可避免的雜質期望總量為0.3mass%以下。
在Cu與Mg之2元系合金,當將Mg的含有量設為X原子%時,導電率σ為下述式子的範圍內之情況,則是介金屬化合物幾乎不存在。
σ≦1.7241/(-0.0347×X2+0.6569×X)+1.7)×100
亦即,在導電率σ超過上述式子的範圍之情況,以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物多量存在且尺寸也較大,因此,成為彎曲加工性大幅地劣化。因此,調整製造條件,使得導電率σ成為前述式子的範圍內。
再者,為了確實地達到前述作用效果,將導電率σ(%IACS)作成為以下式子的範圍內為佳。
σ≦1.7241/(-0.0292×X2+0.6797×X)+1.7)×100
在此情況,由於以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物為更少量,故能夠使彎曲加工性進一步提升。
在本實施形態的電子.電氣機器用銅合金,藉由掃描型電子顯微鏡進行觀察之結果,以粒徑為0.1μm以上的Cu與Mg為主成分之介金屬化合物的平均個數為1個/μm2以下。亦即,以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物幾乎未析出,Mg固溶於母相中。
在此,當由於溶體化不完全或溶體化後以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物析出,造成尺寸大的介金屬化合物多量存在時,這些的介金屬化合物會成為裂痕的起點,使得彎曲加工性大幅地劣化。
調查組織之結果得知,在以粒徑0.1μm以上的Cu與Mg為主成分的介金屬化合物為合金中1個/μm2以下之情況,亦即,以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物不存在或少量之情況,能夠獲得良好的彎曲加工性。
且,為了確實地達到前述作用效果,更理想為以粒徑0.05μm以上的Cu與Mg為主成分的介金屬化合物之個數
為合金中 1個/μm2以下。
再者,以Cu與Mg為主成分之介金屬化合物
的平均個數係使用電場釋出型掃描型電子顯微鏡,以倍率:5萬倍、視野:約4.8μm2的方式進行10視野的觀察後加以算出其平均值。
又,以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物之粒徑係作成為介金屬化合物的長徑(在途中未與晶界接觸的條件下在粒內可拉出最長之直線的長度)與短徑(在與長徑呈直角交叉之方向,在途中未與晶界接觸的條件下可拉出最長之直線的長度)的平均值。
在此,以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物為具有以化學式MgCu2、原型MgCu2、皮爾遜符號cF24、空間組號Fd-3m所表示之結晶構造者。
在強度比TSTD/TSLD超過1.02之情況,在對輥軋面,與法線方向呈垂直的面,存在有多數的{220}面。
因此,藉由在對輥軋面,與法線方向呈垂直的面存在有多數的{220}面,當進行彎曲的軸對輥軋方向成為正交方向方向時,具有優良的彎曲加工性,並且對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD變高。另外,當{220}面顯著地發達時,成為加工組織而造成彎曲加工性劣化。
由於以上的情事,在本實施形態,若依據具有前述要
件的電子.電氣機器用銅合金,當朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD和朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSLD所算出之強度比TSTD/TSLD超過1.02。再者,強度比TSTD/TSLD係1.05以上為佳。又,強度比TSTD/TSLD係1.3以下為佳,1.25以下為更佳。
在此,在本實施形態的電子.電氣機器用銅
合金,朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD為400MPa以上,當將對輥軋方向呈正交的方向作為彎曲的軸時,以將W彎曲治具的半徑設為R、銅合金的厚度設為t時的比所呈現之彎曲加工性R/t為1以下為佳。如此,藉由設定強度TSTD與R/t,能夠充分地確保TD方向的強度與GW的彎曲加工性。
其次,參照如圖2所示的流程圖說明關於具
有這樣要件的本實施形態之電子.電氣機器用銅合金的製造方法及電子.電氣機器用銅合金塑性加工材的製造方法。
首先,對使銅原料溶解所獲得的銅溶液添加前述元素,進行成分調整,製造出銅合金液。再者,關於Mg的添加,可使用Mg單體、Cu-Mg母合金等。又,亦可將含有Mg的原料與銅原料一同熔融。又,亦可使用本合金的再生材料及廢料。
在此,銅熔液係純度99.99mass%以上之所謂的4NCu為佳。又,在熔融製程,為了抑制Mg的氧化,使用真空爐、或作成惰性氣體環境或還原性環境的環境爐為佳。
又,將進行了成分調整之銅合金熔液注入至鑄模中製造出鑄塊。再者,在考量量產之情況,使用連續鑄造法或半連續鑄造法為佳。
其次,為了將所獲得的鑄塊之均質化及溶體化,進行加熱處理。在鑄塊的內部,存在有在凝固的過程中因Mg偏析而濃縮所產生之以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物。因此,為了使這些偏析及介金屬化合物等消失或減低,進行將鑄塊加熱至400℃以上900℃以下的加熱處理藉此,在鑄塊內,使Mg均等地擴散或使Mg固溶於母相中。再者,此加熱製程S02係在非氧化性或還原性環境中實施為佳。
在此,在加熱溫度未滿400℃之情況,溶體化變得不完全,會有多數的以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物殘存於母相中之虞。另外,當加熱溫度超過900℃時,銅材料的一部分成為液相,會有組織、表面形態等變得不均等之虞。因此,將加熱溫度設定在400℃以上900℃以下的範圍。加熱溫度理想為400℃以上850℃以下,更理想為420℃以上800℃以下。
為了粗加工的效率化與組織的均等化,在進行了前述加熱製程S02後,實施熱加工。此時,加工方法未特別限定,在最終形狀為板狀、條狀之情況,適用熱輥軋即可。
在最終形狀為線狀、棒狀之情況,適用擠出、溝輥軋等即可。最終形狀為塊狀的情況,適用鍛造、沖壓等即可。
又,熱加工溫度理想是作成為400℃以上900℃以下為佳,更佳為450℃以上800℃以下的範圍內,最佳為450℃以上750℃以下的範圍內。在此,在熱加工製程S03,藉由獲得平均結晶粒徑為3μm以上的再結晶組織,使得當進行後述的完成加工時,能夠有效率地提高強度比TSTD/TSLD。再者,亦可省略此熱加工製程S03。
在熱加工製程S03後,實施以60℃/min以上的冷卻速度冷卻至200℃以下的溫度之急速冷卻製程S04。藉由此急速冷卻製程S04,能夠抑制已固溶於母相中的Mg作為以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物析出,在藉由掃描型電子顯微鏡之觀察,能夠將粒徑0.1μm以上的以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物之平均個數作成為1個/μm2以下。亦即,能夠將銅材料作成為Cu-Mg過飽和固溶體。
對急速冷卻製程S04後的銅材料進行彎成加工藉以形成預定形狀。藉由提高再結晶組織形成後的加工率,能夠提高前述強度比TSTD/TSLD。在此,加工方法未特別限定,例如在最終形態為板狀、條狀等的情況,可採用輥軋。在線狀、棒狀等的情況,能夠採用拉線、擠出、溝輥軋等。在塊狀的情況,能夠採用鍛造、沖壓等。又,此完成加工製程S05之溫度條件未特別限定,但作成為熱或冷之-200~200℃的範圍內為佳又,加工率係適宜選擇成近似於最終形狀,但為了提高前述強度比TSTD/TSLD,將加工率作成為30%以上為佳,40%以上為更佳。
其次,對進行完成加工製程S05之銅材料,為了除去應變而實施完成熱處理。熱處理溫度係作成為200℃以上800℃以下的範圍內為佳。再者,在此完成熱處理製程S06,為了使已被溶體化的Mg不會析出,需要設定熱處理條件(溫度、時間、冷卻速度)。例如,作成為驗200℃下1分鐘~24小時左右、在400℃下1秒~10秒左右為佳。此熱處理係在非氧化環境或還原性環境中進行為佳。
又,冷卻方法藉由水淬火等,將已被加熱的
前述銅材料以60℃/min以上的冷卻速度冷卻至100℃以下為佳。如此藉由急速冷卻,能夠抑制已固溶於母相中的Mg作為以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物析出,
可將銅材料作成為Cu-Mg過飽和固溶體。
且,亦可反復實施前述完成加工製程S05與完成熱處理製程S06。
如此,能夠製造出本實施形態之電子.電氣機器用銅合金及電子.電氣機器用銅合金塑性加工材。再者,在此電子.電氣機器用銅合金塑性加工材,亦可在表面實施膜厚0.1μm以上10μm以下左右的鍍錫(Sn)。
在此情況的鍍錫之方法,未特別限定,但依據常用方法,可適用電鍍,或亦可依據情況,在進行電鍍後再實施回焊處理。
又,本實施形態之電子.電氣機器用零件及端子係藉由對前述電子.電氣機器用銅合金塑性加工材,實施衝裁加工、彎曲加工等來加以製造。
若依據具有前述要件的本實施形態之電子.電氣機器用銅合金,從當朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD和朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSLD所算出之強度比TSTD/TSLD超過1.02。因此,在對輥軋面,與法線方向呈垂直的面存在有多數的{220}面。因此,藉由當進行彎曲的軸對輥軋方向成為正交方向方向時之彎曲加工時,具有優良的彎曲加工性,並且對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD變高。因此,成為具有優良的前述小型端子之成形性。
又,在本實施形態之電子.電氣機器用銅合
金,在藉由掃描型電子顯微鏡之觀察,以粒徑0.1μm以上的Cu與Mg為主成分的介金屬化合物之平均個數為1個/μm2以下,並且當將Mg的含有量作為X原子%時,導電率σ(%IACS)為下述式子的範圍內,被作成為Mg過飽和地固溶於母相中之Cu-Mg過飽和固溶體。
σ≦1.7241/(-0.0347×X2+0.6569×X)+1.7)×100
因此,在母相中,位分散有多數的成為裂痕
的起點之粗大的以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物,可使彎曲加工性提升。因此,能夠成形複雜的形狀之連接器等的端子、繼電器、引線框等的電子.電氣機器用零件等。且,由於將Mg過飽和地固溶,故,藉由加工硬化可使強度提升。
在此,在本實施形態,藉由具有加熱製程
S02、急速冷卻製程S04、和將銅材料進行塑性加工之熱加工製程S02及完成加工製程S05之製造方法,製造電子.電氣機器用銅合金,其中,該加熱製成S02係將具有前述組成的銅材料加熱至400℃以上900℃以下之溫度,該急速冷卻製程S04係將已被加熱的銅材料以60℃/min以上的冷卻速度冷卻至200℃以下。因此,能夠如上述般,將電子.電氣機器用銅合金作成為Mg過飽和地固溶於母相中的Cu-Mg過飽和固溶體。
又,因本實施形態之電子.電氣機器用零件
及端子係使用前述電子.電氣機器用銅合金塑性加工材加以製造,所以,耐力高、且彎曲加工性優良,即使為複雜的形狀也不會產生裂痕等,可使可靠性提升。
以上,說明了關於本發明的實施形態之電
子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金塑性加工材、電子.電氣機器用零件及端子,但本發明不限於此,在不超出其發明要件之範圍內可進行適宜變更。
例如,在前述實施形態,說明了關於電子.電氣機器用銅合金的製造方法及電子.電氣機器用銅合金塑性加工材的製造方法的一例,但製造方法不限於本實施形態,亦可適宜選擇既有的製造方法加以製造。
又,在本實施形態,以Cu-Mg的2元系合金
為例進行了說明,但不限於此,亦可在總和為0.01原子%以上3.00原子%以下的範圍內含有Sn、Zn、Al、Ni、Si、Mn、Li、Ti、Fe、Co、Cr、Zr、P中1種或2種以上即可。
由於Sn、Zn、Al、Ni、Si、Mn、Li、Ti、Fe、Co、Cr、Zr、P等的元素為具有使Cu-Mg合金的強度等的特性提升之元素,故因應要求特性而適宜添加為佳。在此,因添加量的總合作成為0.01原子%,所以,能夠確實地提升Cu-Mg合金的強度。另外,因將添加量的總合作成為3.00原子%以下,所以,能夠確保導電率。
再者,在含有前述元素的情況,雖未適用在實施形態作過說明之導電率的限定,但從析出物的分佈狀態確認到
Cu-Mg過飽和固溶體。又,這些的元素之原子%係僅假設由Cu、Mg及這些的添加元素所構成,從測定到的質量%算出原子%濃度。
以下,說明關於為了確認本發明效果所進行
之確認實驗的結果。
準備純度99.99mass%以上的無氧銅(ASTM B152 C10100)所構成之銅原料。將此銅原料裝入至高純度石墨坩堝內,在作成為Ar氣體環境之環境爐內予以高頻熔解。在所獲得的銅熔液內添加各種添加元素後調製成如表1所示的組成,再注入到碳鑄模後製造出鑄塊。在此,鑄塊的大小作成為厚度約120mm×寬度約220mm×長度約300mm的尺寸。
又,表1所示的組成之at%(原子%)係僅假設由Cu、Mg及其他的添加元素所構成,從測定到的質量%算出原子%濃度。
在所獲得的鑄塊,在鑄塊表面(鍛造後的狀
態之鑄塊的表面)的附近切削10mm以上的面,切出之100mm×200mm×100mm的塊體。
將此塊體在Ar氣體環境中,在表1所記載的溫度條件下保持48小時。然後對加熱保持後的塊體,在如表1所示的條件實施熱輥軋,進行水淬火。
其次,以如表1所示的輥軋率進行完成輥
軋,製作出厚度0.25mm、寬度約200mm之薄板。
又,在進行了完成輥軋後,以如表1所示的條件,在Ar環境中實施完成熱處哩,然後,進行水淬火,作成特性評價用薄板。
進行實施了前述熱輥軋的熱輥軋材之金屬組織的觀察。將對輥軋的寬度方向呈垂直的面亦即TD面(Transverse direction)作為觀察面,藉由EBSD測定裝置及OIM解析軟體,如以下的方式測定結晶晶界及結晶方位差分佈。
使用耐水研磨紙、鑽石磨粒進行機械式研磨,接著,使用二氧化矽溶膠溶液進行完成研磨。又,藉由EBSD測定裝置(FEI社製Quanta FEG 450、EDAX/TSL社(現在為AMETEK社)製OIM Data Collection)和解析軟體(EDAX/TSL社(現在為AMETEK社)製OIM Data Analysis ver.5.3),以電子線的加速電壓20kV、測定間隔0.1μm之步驟在1000μm2以上的測定面積,進行結晶粒的方位差之解析。藉由解析軟體OIM計算各測定點的CI值,從結晶粒徑的解析,將CI值為0.1以下者除外。關於結晶晶界,進行二次元剖面觀察的結果,將成為相鄰的兩個結晶間的定向方位差為15°以上之測定點間作為結晶晶界作成結晶晶界地圖。依據JIS H 0501的切斷法,對結晶晶界地圖個別劃出5條縱橫的預定長度之線段,計算被
完全切斷之結晶粒數,將該切斷長度的平均值作為平均結晶粒徑。
作為加工性的評價,觀察在前述完成輥軋時有無邊緣裂縫(edge cracking)。將以目視幾乎未確認到有邊緣裂縫者以◎(Excellent)加以表示。將產生有長度未滿1mm之小邊緣裂縫者以○(Good)加以表示。將產生有長度未滿1mm之小邊緣裂縫者以△(Fair)加以表示。將產生有長度為3mm以上之大邊緣裂縫者以×(Bad)加以表示。將因邊緣裂縫造成在輥軋途中斷裂者以××(Very Bad)加以表示。
再者,邊緣裂縫之長度係指從輥軋材的寬度方向端部朝寬度方向中央部之邊緣裂縫的長度。
對各試料的輥軋面進行鏡面研磨、離子蝕刻。為了確認以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物之析出狀態,使用FE-SEM(電場釋出型掃描型電子顯微鏡),以1萬倍的視野(約120μm2/視野)進行觀察。
其次,為了調查以Cu與Mg為主成分的介金屬化合物之密度(個/μm2),選擇介金屬化合物的析出狀態為非特異的1萬倍之視野(約120μm2/視野),在該區域,進行以5萬倍連續的10視野之(約4.8μm2/視野)
攝影。關於介金屬化合物之粒徑,作成為介金屬化合物的長徑(在途中未與晶界接觸的條件下在粒內可拉出最長之直線的長度)與短徑(在與長徑呈直角交叉之方向,在途中未與晶界接觸的條件下可拉出最長之直線的長度)的平均值。又,求取以粒徑0.1μm以上的Cu與Mg為主成分的介金屬化合物之密度(個/μm2)。
從特性評價用薄板採取JIS Z 2241所規定之13B號試驗片。依據JIS Z 2241,求取當朝對輥軋方向呈正交的方向進行拉引實驗時的拉引強度TSTD、及對輥軋方向呈平行的方向進行拉引實驗時的拉引強度TSLD。從個別所獲得的值算出TSTD/TSLD。
依據日本伸銅協會技術標準JCBA-T307:2007的4試驗方法,進行彎曲加工。以對輥軋方向,彎曲的軸成為正交方向的方式,從特性評價用薄板採取複數片寬度10mm×長度30mm之試驗片,使用彎曲角度90度、彎曲半徑0.25mm(R/t=1)之W型治具,進行W彎曲試驗。
以目視觀察彎曲部的外周部,在觀察到有裂痕的情況則判定為「×」(Bad)。在未確認到斷裂或細微的裂痕之情況則判定為「○」(Good)。亦即,被判定為「○」則
形成為R/t=0.25/0.25=1.0以下。
從特性評價用薄板採取寬度10mm×長度150mm之試驗片,藉由4端子法求取電阻。又,使用測微計,進行試驗片的尺寸之測定,算出試驗片的體積。又,從測定到的電阻值與體積,算出導電率。再者,試驗片係以其長度方向對特性評價用薄板的輥軋方向形成垂直的方式加以採取。
關於成分組成、製造條件、評價結果顯示於
表1、2。
在Mg的含有量為較本實施形態的範圍低之比
較例1,朝對輥軋方向呈平行方向進行拉引實驗時的強度TSLD為381MPa,朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引實驗時的強度TSTD為385MPa之很低的強度。又,強度比TSTD/TSLD也為1.02以下。
在Mg的含有量為較本實施形態的範圍高之比較例2,在進行完成輥軋時產生大的邊緣裂縫,無法實施之後的特性評價。
在雖Mg的含有量為本實施形態的範圍內,但強度比TSTD/TSLD為1.00之比較例3,朝對輥軋方向呈平行方向進行拉引實驗時的強度TSLD為392MPa,朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引實驗時的強度TSTD為393MPa之很低的強度,強度不充分。
相對於此,在Mg的含有量為本實施形態的範
圍內,且強度比TSTD/TSLD為超過1.02之本發明例1至8,朝對輥軋方向呈平行方向進行拉引實驗時的強度TSLD、及朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引實驗時的強度TSTD均高且彎曲加工性也佳。又亦未產生邊緣裂縫。
又,即使在除了Mg以外還在本實施形態的範圍內添加添加元素,並且強度比TSTD/TSLD為超過1.02之本發明例9至15,朝對輥軋方向呈平行方向進行拉引實驗時的強度TSLD、及朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引實驗時的強度TSTD均高且彎曲加工性也佳。又亦未產生邊緣裂縫。
從以上的情事確認到,若依據本實施形態,
能夠提供具有GW優良之彎曲加工性與BW高的強度,且小型端子的成形性佳之電子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金塑性加工材。
本實施形態之電子.電氣機器用銅合金,強度及彎曲加工性佳,特別是具有GW優良之彎曲加工性與BW高之強度。因此,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金能夠適用於半導體裝置的連接器等之端子、或電磁繼電器的可動導電片、引線框等的電子.電氣機器用零件。
Claims (10)
- 一種電子.電氣機器用銅合金,其特徵為:由含有3.3原子%以上6.9原子%以下的範圍之Mg、殘餘部分實質上為Cu及不可避免的雜質所構成,從當朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD和朝對輥軋方向呈平行方向進行拉引試驗時的強度TSLD所算出之強度比TSTD/TSLD超過1.02。
- 如申請專利範圍第1項之電子.電氣機器用銅合金,其中,在藉由掃描型電子顯微鏡進行觀察時,以粒徑為0.1μm以上的Cu與Mg為主成分之介金屬化合物的平均個數為1個/μm2以下。
- 如申請專利範圍第1或2項之電子.電氣機器用銅合金,其中,當將Mg的含有量設為X原子%時,導電率σ(%IACS)為下述式子的範圍內σ≦1.7241/(-0.0347×X2+0.6569×X)+1.7)×100。
- 如申請專利範圍第1或2項之電子.電氣機器用銅合金,其中,進一步含有總合為在0.01原子%以上3.00原子%以下的範圍內之Sn、Zn、Al、Ni、Si、Mn、Li、Ti、Fe、Co、Cr、Zr、P中1種或2種以上的元素。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項之電子.電氣機器用銅合金,其中,朝對輥軋方向呈正交方向進行拉引試驗時的強度TSTD為400MPa以上,當將對輥軋方向 呈正交的方向作為彎曲的軸時,以將W彎曲治具的半徑設為R、銅合金的厚度設為t時的比所呈現之彎曲加工性R/t為1以下。
- 一種電子.電氣機器用銅合金塑性加工材,其特徵為:藉由將如申請專利範圍第1至5項中任一項之電子.電氣機器用銅合金所構成的銅材料進行塑性加工加以成形。
- 如申請專利範圍第6項之電子.電氣機器用銅合金塑性加工材,其中,藉由具有將前述銅材料加熱至400℃以上900℃以下的溫度之加熱製程、將已被加熱的前述銅材料以60℃/min以上的冷卻速度冷卻至200℃以下的急速冷卻製程、及將前述銅材料進行塑性加工的塑性加工製程之製造方法加以成形。
- 如申請專利範圍第6或7項之電子.電氣機器用銅合金塑性加工材,其中,在表面實施鍍鎳(Sn)。
- 一種電子.電氣機器用零件,其特徵為:由如申請專利範圍第6至8項中任一項之電子.電氣機器用銅合金塑性加工材所構成。
- 一種端子,其特徵為:由如申請專利範圍第6至8項中任一項之電子.電氣機器用銅合金塑性加工材所構成。
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