TW201920702A - 高強度與高導電性的銅合金板材及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種高強度與高導電性的銅合金板材,其可應用於要求強度及導電率的導電構件。本發明之高強度與高導電性的銅合金板材,其由4質量%以上13質量%以下的範圍內所含之銀、剩餘部分為銅及不可避免之雜質所構成。高強度與高導電性的銅合金板材其拉伸強度(UTS)的最小值為600MPa以上1250MPa以下,且導電率(%IACS)為60%以上90%以下。
Description
本發明係關於高強度與高導電性的銅合金板材及其製造方法。
在各種電性/電子工業領域中,要求一種導電性板材具有高強度且具有高導電性以作為導電構件。作為這種導電性板材,例如正在開發一種包含銀的銅合金(Cu-Ag合金)板材。例如,水冷銅磁體中,使用比特板作為用以產生強磁場的導電板,並且使用應用比特板的比特線圈。比特板被要求有足夠的強度以承受巨大電磁應力及水冷時之水壓,以及即使在流入大電流時也能抑制發熱的導電性。雖逐漸將Cu-Ag合金板材應用於這樣的比特板中,但未必能得到滿足充分強度與導電率的Cu-Ag合金板材,因而要求能同時更進一步提高Cu-Ag合金板材的強度及導電率。
又,隨著電子裝置邁向多功能化、高積體化、小型化等,亦要求用於檢査電子裝置的接觸式探針以達到至今為止還要再更小型化、高密度化。為了對應接觸式探針的小型化、高密度化,而必須要求導電部分的探針本體的小型化及高密度化,而要求高強度的材料。再者,為了抑制因為小型化、高密度化使導電部分之截面積變小而導致電阻增加,而要求具有高導電率的材料。又,除了欲提高檢測感度以外,亦要求用於探針的材料具有高導電率。以往,作為探針材料,並未發現滿足上述強度與導電率的導電材料。
因為要求行動設備進行1次充電即可長時間使用,因此用於行動設備的充電電池朝向小型化與大容量化發展。再者,因為最近行動設備的高速化、多功能化等使消耗電力也增加,因此充電電池的大容量化亦逐漸變得重要。若充電電池大容量化,則充電更花時間,因此要求急速充電。急速充電中,因為要在短時間內流入大量電流,因此必須降低導電體的電阻,或增加導電體的截面積。為了行動設備的小型化而無法使零件變大,導致截面積的增加有所限制,因此亦要求連接器也要為高導電率的材料。又,隨著行動設備的小型化,亦要求連接器小型化,除了要求連接器材料具有高導電率以外,亦要求高強度的材料。以往作為連接器材料,無法得到滿足上述強度與導電率的導電材料。
以往的Cu-Ag合金板材的組成及製造方法,無法實現滿足上述強度與導電率的材料。又,關於Cu-Ag合金的線材,有人提出一種具有高強度與高導電率的Cu-Ag合金線材的製造方法及使用其之線材。然而,即使將Cu-Ag合金線材作為原材料以製造板材,亦無法得到實用的Cu-Ag合金板材。亦即,在將Cu-Ag合金線材壓延以製作板材的情況下,因為在無反向張力的情況下進行壓延,導致原材料的線材在壓延時鬆脫,而產生波紋或彎曲。因此,無法控制板材的厚度,進而容易發生裂縫等。又,因為難以控制厚度,依場所不同加工率也會不同,強度及導電率的不均勻亦視場所而變大。因此而無法製作實用的板材。再者,無法製作大面積及厚度大的板材,尤其無法應用於比特板。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平6-073515號公報 [專利文獻2]日本專利第2714555號公報 [專利文獻3]日本特開2000-199042號公報
本發明之目的係提供一種可實際用於要求上述強度及導電率之導電構件的高強度與高導電性的銅合金板材及其製造方法。
本發明之實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材,其特徵係由6質量%以上、13質量%以下的範圍內所含之銀、剩餘部分為銅及不可避免之雜質所構成,拉伸強度(UTS)的最小值為1000MPa以上1250MPa以下,且導電率(%IACS)為60%以上90%以下。
本發明之另一實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材,其特徵係由4質量%以上13質量%以下的範圍內所含之銀、剩餘部分為銅及不可避免之雜質所構成,在銅合金板材的X光繞射的繞射圖中,銀的(311)面的峰值強度比為20%以下。
本發明之實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法,其特徵係具備下述步驟:將4質量%以上13質量%以下的範圍內所含之銀、剩餘部分為銅及不可避免之雜質所構成之合金原料進行鑄造以得到鑄錠的步驟;將該鑄錠冷軋以得到第一壓延材的步驟;以700℃以上、小於780℃的溫度對該第一壓延材進行熔體化處理以得到熔體化處理材的步驟;將該熔體化處理材進行冷軋以得到第二壓延材的步驟;以200℃以上的溫度,在8小時以上、48小時以下的範圍內對該第二壓延材進行熱處理,藉此進行時效處理以得到時效處理材的步驟;及將該時效處理材進行冷軋以得到第三壓延材來作為銅合金板材的步驟。 [發明之效果]
根據本發明,能夠提供一種可實際用於要求強度及導電率之導電構件的高強度與高導電性的銅合金板材及其製造方法。
以下說明用以實施本發明之高強度與高導電性的銅合金板材及其製造方法的形態。 (第一實施態樣)
第一實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材,係在6質量%以上13質量%以下的範圍內含銀(Ag)、剩餘部分為銅(Cu)及不可避免之雜質所構成之銅合金(Cu-Ag合金)板材。Cu-Ag合金板材中的Ag含量若小於6質量%,則無法得到使其含Ag所帶來之強度提升的效果。為了更提高Cu-Ag合金板材的強度,Ag含量較佳為8質量%以上,更佳為9質量%以上。Ag含量若超過13質量%則加工性降低,難以製造實用的Cu-Ag合金板材。為了更提高Cu-Ag合金板材的加工性,Ag含量較佳為12質量%以下,更佳為11質量%以下。
實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材中,Cu-Ag合金板材所含之Cu及Ag以外的不可避免之雜質雖無特別限定,但其含量較佳在0.1質量%以下。雜質含量若超過0.1質量%,則具有Cu-Ag合金板材的強度及導電性降低的疑慮。不可避免之雜質的含量更佳為0.01質量%以下。另外,實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材中,在不損及機械特性、電特性、金屬組織的特性等的範圍內,視情況亦可包含Cu及Ag以外的第三元素。作為這種第三元素,可列舉金(Au)、鋁(Al)、鉍(Bi)、錳(Mn)、銻(Sb)、鎂(Mg)、釤(Sm)等。
實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材,具有1000MPa以上1250MPa以下的拉伸強度(UTS)與60%以上90%以下的導電率(%IACS)。另外,本案說明書中的拉伸強度(UTS)係表示最小值。根據這種兼具高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材,可提供適用於例如水冷銅磁體中所使用的比特板(導電板)、接觸式探針的探針材料、行動設備的連接器材料等的導電構件(板材)。亦即,Cu-Ag合金板材的拉伸強度(UTS)在1000MPa以上且導電率(%IACS)在60%以上情況下,除了滿足導電構件(板材)所要求之強度以外,更可進一步提高導電構件的導電性。然而,在6~13質量%的範圍內含Ag的Cu-Ag合金板材中,超過1250MPa的拉伸強度(UTS)及超過90%的導電率(%IACS)並不實用,即使實現了這樣的值,亦難以維持作為板材的形狀及對於板材的加工性。
例如,在將實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材應用於水冷銅磁體的比特板的情況下,除了可承受巨大電磁應力及水冷時的水壓以外,亦可在流入大電流時抑制發熱。又,Cu-Ag合金板材亦可較佳地作為接觸式探針的探針材料或行動設備的連接器材料。在將實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材作為接觸式探針的探針材料使用的情況下,除了滿足可實現探針之小型化、高密度化的強度以外,在因為小型化、高密度化導致探針的截面積減少的情況中,亦可抑制電阻的增加。再者,在將實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材作為行動設備之連接器材料使用的情況下,能夠在短時間內流入大量電流以對應急速充電,且可一方面對應行動設備之小型化而維持連接器的形狀及功能,一方面進行小型化。
此外,在以後述包含壓延或熱處理的製造步驟製作Cu-Ag合金板材的情況下,一般而言,拉伸強度(UTS)會因為板材之製造步驟的壓延步驟中的壓力施加方向,亦即壓延方向及與壓延方向正交(Orthogonal)之方向(與壓延方向為90°的方向)而有所不同。此處,壓延方向係指相對壓延機之工作輥的軸向垂直的方向,與壓延方向正交的方向係指壓延機之工作輥的軸向。實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材,在壓延方向及與壓延方向正交的方向的任一方向中,滿足1000MPa以上的拉伸強度(UTS)。
再者,實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材,壓延方向的拉伸強度(UTS)的最小值滿足1000MPa以上1150MPa以下,與壓延方向正交的方向的拉伸強度(UTS)的最小值滿足1150MPa以上1250MPa以下。以往的Cu-Ag合金板材在壓延方向上的拉伸強度低,相對於此,實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材,其在壓延方向上的拉伸強度(UTS)滿足1000MPa以上1150MPa以下。因此,將實施態樣的Cu-Ag合金板材作為導電構件使用時,即使在從各種方向對導電構件施加應力或壓力的情況中,亦可承受這樣的應力或壓力。藉此,可大幅提高Cu-Ag合金板材的實用性。
此處,本案說明書中規定的拉伸強度(UTS)係拉伸試驗中施加最大載重之狀態下的應力值,其表示極限拉伸強度(Ultimate Tensile Strength)。本案說明書所規定的拉伸強度(UTS),基本上係使用寬度10mm、厚度0.2mm、長度200mm的試片(標準試片),在將衝頭速度設為100mm/min的拉伸試驗中施加載重至破斷為止,在施加最大載重之時間點的強度(單元:MPa)。然而,試片的尺寸不限於上述形狀,試片只要具有在拉伸試驗機的使用條件下可夾住的尺寸即可,例如亦可使用寬度2mm、厚度0.2mm、長度10mm的試片。若使用具有可以拉伸試驗機實施拉伸試驗之尺寸的試片,則作為測量值的拉伸強度(UTS)實質上相同。另外,壓延方向的拉伸強度(UTS)及與壓延方向正交的方向的拉伸強度(UTS)的值係分別從試料的3處以上取得試片而實施拉伸試驗,而表示該等測量值的最小值。亦可準備任意3個以上的試片來取代從1個試料之3處以上取得試片而實施拉伸試驗。未特定壓延時之方向的拉伸強度(UTS)的值,表示在未考量壓延方向的情況下所準備之3個以上的試片的測量值的最小值。在無法特定壓延方向的情況下,可分別測量試料中的1個方向及與其正交之方向的拉伸強度(UTS),考量該等值的大小以推定方向。
實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材中,導電率(%IACS)在60%以上90%以下。實施態樣的Cu-Ag合金板材的導電率(%IACS)較佳為64%以上75%以下,更佳為66%以上75%以下,再佳為70%以上75%以下。此處,導電率(%IACS)係表示根據IACS(國際退火銅標準,international annealed copper standard)之導電度的基準,其係將國際採用之退火標準軟銅(體積電阻率:1.7241×10-2
μΩm)的導電率作為100%時的相對值(單位:%)。實施態樣中的導電率(%IACS)係表示從試料的3處以上取得試片,以4端子法測量該等試片的導電率,將該等導電率的測量值根據上述換算方法算出換算值(%IACS),再將該等換算值取一平均值。亦可準備任意3個以上的試片來代替從1個試料的3處以上取得試片以實施導電率的測量。
實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材中,板材係指在觀察截面時,寬度(W)相對於截面之厚度(T)的比(W/T比)在1.25以上的構件。此時,厚度(T)較佳為0.01~0.8mm,又寬度(W)較佳為0.2~500mm。板材之截面中的W/T比較佳為2以上,此時的厚度(T)為0.01~0.8mm,但寬度(W)較佳為0.2~500mm。再者,板材的截面中的W/T比較佳為5以上,此時的厚度(T)為0.1~0.8mm,但寬度(W)較佳5~500mm。又,再者,板材的截面中的W/T比更佳為10以上,此時的厚度(T)為0.1~0.5mm,但寬度(W)較佳為5~500mm。板材的截面中的寬度(W)更佳為5~300mm。換言之,根據實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材,可實用性地提供具有上述截面形狀與拉伸強度(UTS)及導電率(%IACS)的Cu-Ag合金板材。此處,板材較佳為具有長方形狀的截面,但不限於此,亦可具有如橢圓形之截面或如階梯狀截面之異形截面。在這樣的情況下,將寬度相對於最大厚度之比在1.25以上構件作為板材。
同時滿足上述拉伸強度(UTS)與導電率(%IACS)的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材,可藉由應用後述Cu-Ag合金板材的製造方法而得。若根據後述的Cu-Ag合金板材的製造方法,可得到存在有Cu-Ag固熔體內含Ag之纖維(以下稱為Ag纖維)的纖維狀組織。此處,Ag纖維包含Cu與Ag的共晶相。這樣的纖維狀組織中,藉由(1)控制X光繞射(XRD)中的Ag的結晶面及/或(2)控制Ag纖維的形狀及存在量等,可同時提升Cu-Ag合金板材的強度與導電性,亦即可滿足1000MPa以上1250MPa以下的拉伸強度(UTS)與60%以上90%以下的導電率(%IACS)。
關於構成(1),在具有纖維狀組織的Cu-Ag合金板材的XRD的繞射圖中,存在Ag(220)面的繞射峰值,且Ag(220)面的峰值強度比在80%以上情況下,得以更佳的再現性兼具上述拉伸強度(UTS)與導電率(%IACS)。亦即,Ag(220)面的峰值強度比在80%以上,係指Ag纖維以適當形狀及量存在Cu-Ag合金板材內,藉此同時提升Cu-Ag合金板材的強度及導電性。相對於此,若Ag(111)面的峰值強度比超過20%,則Ag纖維的存在量,特別是後述之粗Ag纖維的存在量變得太多,不僅Cu-Ag合金板材的強度及導電性同時降低,且Cu-Ag合金板材的加工性亦降低。因此,在XRD的繞射圖中,Ag(220)面的峰值強度比在80%以上,再者Ag(111)面的峰值強度比在20%以下情況下,可同時提升Cu-Ag合金板材的強度與導電性。
此處,上述Ag(220)面的峰值強度比及Ag(111)面的峰值強度比係以下述方法測量及特定。亦即,以聚束法(beam convergence)對Cu-Ag合金板材的試料照射X光,以2θ-θ法檢測繞射峰值。鑑定繞射峰值的相,分別得到Ag及Cu的強度。之後,將各結晶面的峰值強度換算為百分率,以作為強度比。以2θ-θ法所進行的X光繞射係使用例如寬度10mm、厚度0.2mm、長度10mm的試片實施。然而,試片的尺寸不限於上述形狀,試片只要具有可設於X光繞射裝置的尺寸即可。X光繞射亦可使用例如寬度2mm、厚度0.2mm、長度10mm的試片而實施。
關於構成(2),在Cu-Ag合金板材具有包含上述Ag纖維之纖維狀組織的情況下,Ag纖維對於Cu-Ag合金板材的強度的提升有所貢獻。再者,Ag纖維根據其形狀及存在量而對於Cu-Ag合金板材的導電性的提升有所貢獻。從這樣的觀點來看,包含Ag纖維的纖維狀組織中,較佳為存在適量的細Ag纖維。細Ag纖維較佳為以纖維狀組織中的細Ag纖維之濃度(C1)以面積比例計存在4%以上7%以下。藉由使細Ag纖維的濃度的面積比例為4%以上,可提升Cu-Ag合金板材的強度。然而,細Ag纖維的濃度的面積比例若超過7%,則具有Cu-Ag合金板材的導電性降低的傾向。細Ag纖維的濃度(C1)的面積比例更佳為5%以上7%以下。
再者,包含Ag纖維的纖維狀組織,除了上述細Ag纖維以外,較佳為具有粗Ag纖維。粗Ag纖維較佳為以纖維狀組織中之粗Ag纖維的濃度(C2)以面積比例計存在3%以上6%以下。此外,包含Ag纖維的纖維狀組織中,細Ag纖維與粗Ag纖維較佳係以細Ag纖維之濃度(C1)的面積比例相對於粗Ag纖維之濃度(C2)的面積比例的比(C1/C2)存在0.9以上。粗Ag纖維對於提升Cu-Ag合金板材之強度有所貢獻,且其自體補足導電性,因而對於提升導電性有所貢獻。
藉由使粗Ag纖維的濃度的面積比例在3%以上,可同時提升Cu-Ag合金板材的強度與導電性。然而,若粗Ag纖維的濃度的面積比例超過6%,或Ag纖維的濃度的面積比(C1/C2)小於0.9,則粗Ag纖維的存在量過度增加,而具有Cu-Ag合金板材的強度及導電性反而降低的傾向。Ag纖維的濃度的面積比(C1/C2)較佳為2以下。Ag纖維之濃度的面積比(C1/C2)若超過2,則粗Ag纖維的相對存在量減少,而具有提升Cu-Ag合金板材之強度及導電性的效果不足的疑慮。粗Ag纖維之濃度的面積比例更佳為4%以上5.5%以下。又,Ag纖維之濃度的面積比(C1/C2)更佳為1以上1.5以下。
此處,細Ag纖維係表示線徑被拉伸為0.1nm以上1.0nm以下的纖維狀組織。又,粗Ag纖維係表示線徑被拉伸為1μm以上10μm以下的纖維狀組織。該等細Ag纖維及粗Ag纖維的觀察及濃度之面積比例(單元:%)的測量係以下述方法實施。亦即,以高能切割機(high cutter)從Cu-Ag合金板材裁切出5×5mm的樣本,以耐水研磨紙(#2000)進行機械研磨後,使用離子研磨法實施截面研磨,以場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM)進行觀察。另外,以加速電壓5kV、倍率60000倍、COMPO像(組成像)進行觀察,從觀察到的影像測量纖維徑,在特定Ag纖維的同時以閾值:10000將觀察影像進行2值化,以比較面積比例。另外,Ag纖維的線徑係表示上述截面觀察中的厚度,亦可在深度方向上具有寬度。Ag纖維不限於所謂的纖維形狀,亦可為具有一定程度之寬度的平板狀。另外,前述板材的寬度與厚度的比係關於合金板材,並不適用於Ag纖維的形狀。 (第二實施態樣)
接著敘述第二實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材。第二實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材,在4質量%以上13質量%以下的範圍內含銀(Ag)、剩餘部分為銅(Cu)及不可避免之雜質所構成之銅合金(Cu-Ag合金)板材。第二實施態樣的Cu-Ag合金板材中的Ag含量若小於4質量%,則無法充分得到含Ag所帶來的強度提升之效果。為了更提升Cu-Ag合金板材的強度,Ag的含量較佳為6質量%以上,更佳為8質量%以上,再佳為9質量%以上。Ag的含量若超過13質量%則加工性降低,難以實用性地製造Cu-Ag合金板材。為了更提升Cu-Ag合金板材的加工性,Ag的含量較佳為12質量%以下,更佳為11質量%以下。第二實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材中,不可避免之雜質的含量、板材的形狀、各種特性的測量方法等,與第一實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材相同,該等的規定理由亦相同。另外,第二實施態樣的Cu-Ag合金板材中,除了以下詳述之構成以外,基本上具有與第一實施態樣相同之構成。
第二實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材,其特徵為在X光繞射(XRD)中,Ag的(311)面的峰值強度比在20%以下。在Cu-Ag合金板材中,已確認Ag的(311)面係使Cu-Ag合金板材的強度降低的結晶面。藉由將這樣的Ag(311)面的峰值強度比控制在20%以下,可提升在4~13質量%的範圍內含Ag的Cu-Ag合金板材的強度。又,關於Cu-Ag合金板材的導電性,藉由使Cu-Ag合金板材在4~13質量%之範圍內含Ag而可得到高導電性。Ag(311)面的峰值強度比較佳為15%以下,更佳為10%以下,再佳為進一步實質為0%。另外,Cu-Ag合金板材的X光繞射中,關於(311)面以外的峰值並無特別限定,但亦可包含前述(220)面及(111)面的峰值等。
上述Ag(311)面的峰值強度比以前述方法測量及特定。亦即,以聚束法對Cu-Ag合金板材的試料照射X光,以2θ-θ法檢測繞射峰值。鑑定繞射峰值的相,分別得到Ag及Cu的強度。之後,將各結晶面的峰值強度換算為百分率以作為強度比。以2θ-θ法進行的X光繞射係使用例如寬度10mm、厚度0.2mm、長度10mm的試片實施。然而,試片的尺寸不限於上述形狀,試片只要具有可設置於X光繞射裝置的尺寸即可。X光繞射亦可使用例如寬度2mm、厚度0.2mm、長度10mm的試片實施。
如上所述,Cu-Ag合金板材的XRD的繞射圖中,Ag(311)面的峰值強度比在20%以下的情況下,不會損及以4~13質量%的範圍內含Ag之Cu-Ag合金組成為基準的導電率,而可提升Cu-Ag合金板材的拉伸強度(UTS)。具體而言,可提供滿足600MPa以上1250MPa以下之拉伸強度(UTS)、60%以上90%以下之導電率(%IACS)的Cu-Ag合金板材。換言之,XRD中的Ag(311)面的峰值強度比若超過20%,則拉伸強度(UTS)小於600MPa,無法得到滿足作為高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材的功能。
根據這種兼具高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材,可提供適用於前述水冷銅磁體中所使用的比特板(導電板)、接觸式探針的探針材料、行動設備的連接器材料等的導電構件(板材)。例如,具有600MPa以上、小於1000MPa之拉伸強度(UTS)的Cu-Ag合金板材,可應用於接觸式探針的探針材料。亦即,拉伸強度(UTS)若在600MPa以上,除了可滿足能夠應用於接觸式探針之探針材料的強度以外,即使在探針的截面積減少的情況中,亦可抑制電阻的增加。又,Cu-Ag合金板材的拉伸強度(UTS)與第一實施態樣相同,可為1000MPa以上、1250MPa以下。根據具有這種拉伸強度(UTS)的Cu-Ag合金板材,與第一實施態樣相同地應用於水冷銅磁體之比特板的情況下,除了可承受巨大電磁應力及水冷時的水壓以外,亦可在流入大電流時抑制發熱。再者,作為接觸式探針的探針材料或連接器材料使用的情況下,一方面滿足實用強度及形狀等,一方面可對應抑制電阻之增加及急速充電。
如上所述,在以後述包含壓延及熱處理之製造步驟製作Cu-Ag合金板材的情況下,一般而言拉伸強度(UTS)會因為板材製造步驟之壓延步驟中的壓力施加方向,亦即壓延方向及與壓延方向正交的方向(與壓延方向90°的方向)而有所不同。第二實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材,在壓延方向及與壓延方向正交的方向的任一方向中皆滿足600MPa以上的拉伸強度(UTS)。再者,第二實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材中,壓延方向之拉伸強度(UTS)的最小值滿足600MPa以上1150MPa以下,與壓延方向正交之方向的拉伸強度(UTS)的最小值滿足700MPa以上1250MPa以下。相對於以往的Cu-Ag合金板材在壓延方向上的拉伸強度低,實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材在壓延方向上的拉伸強度(UTS)滿足600MPa以上1150MPa以下。因此,在使用實施態樣之Cu-Ag合金板材作為導電構件時,即使在從各種方向對導電構件施加應力及壓力的情況中,亦可承受這樣的應力及壓力。
第二實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材中,拉伸強度(UTS)如前所述,係在拉伸試驗中施加最大載重之狀態下的應力值,其表示極限拉伸強度(UTS)。拉伸強度(UTS),基本上係使用寬度10mm、厚度0.2mm、長度200mm的試片(標準試片),在衝頭速度設為100mm/min的拉伸試驗中施加載重至破斷為止,於施加最大載重之時間點的強度(單位:MPa)。然而,試片的尺寸不限於上述形狀,例如亦可使用寬度2mm、厚度0.2mm、長度10mm的試片。另外,壓延方向的拉伸強度(UTS)及與壓延方向正交之方向的拉伸強度(UTS)的值,係分別從試料的3處以上取得試片以實施拉伸試驗,而表示該等測量值的最小值。亦可準備任意3個以上的試片來代替從1個試料的3處以上取得試片而實施拉伸試驗。未特定壓延時之方向的拉伸強度(UTS)的值,表示在不考慮壓延方向的情況下所準備之3個以上的試片之測量值的最小值。在無法特定壓延方向的情況下,可分別測量試料中的1個方向及與其正交之方向的拉伸強度(UTS),考量該等值的大小以推定方向。
第二實施態樣的高強度與高導電性的Cu-Ag合金板材中,導電率(%IACS)如上所述,係表示根據IACS的導電度之基準,將國際採用之退火標準軟銅的導電率作為100%時的相對值(單位:%)。第二實施態樣中的導電率(%IACS)係表示從試料的3處以上取得試片,以4端子法測量該等試片的導電率,將該等導電率的測量值根據上述換算方法算出換算值(%IACS),再將該等換算值取一平均值。亦可準備任意3個以上的試片來取代從1個試料的3處以上取得試片而實施導電率的測量。 (第三實施態樣)
接著敘述實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法。另外,實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材雖可以下述製造方法而得,但並不限於下述製造方法。實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法,其特徵係包含下述步驟:將4質量%以上13質量%以下的範圍內所含的銀、剩餘部分為銅及不可避免之雜質所構成之合金原料進行鑄造而得到鑄錠的步驟;將鑄錠進行冷軋而得到第一壓延材的步驟;以700℃以上、小於780℃的溫度對第一壓延材進行熔體化處理而得到熔體化處理材的步驟;將熔體化處理材進行冷軋而得到第二壓延材的步驟;以200℃以上的溫度,於8小時以上48小時以下的範圍對第二壓延材進行熱處理,藉此進行時效處理而得到時效處理材的步驟;及將時效處理材進行冷軋而得到第三壓延材以作為銅合金板材的步驟。另外,熱處理溫度表示電爐之設定溫度(以下相同)。
實施態樣的銅合金板材的製造方法中,合金原料的鑄造步驟雖未特別限定,但較佳係以下述方法實施:將例如4質量%以上13質量%以下的範圍內所含的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料於真空環境或非活性環境下於石墨坩堝內熔解,或使用大氣熔解爐對熔湯表面吹附非活性氣體的同時在石墨坩堝內熔解,並在石墨或鑄鐵製的鑄模內進行鑄造。較佳係以研磨去除經鑄造之Cu-Ag合金鑄錠的外周面的表面缺陷。Cu-Ag合金鑄錠中的不可避免之雜質量較佳為0.1質量%以下,更佳為0.01質量%以下。另外,在製造第一實施態樣的銅合金板材的情況中,係使用6質量%以上13質量%以下的範圍所含的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料。
接著實施第一冷軋步驟,其係藉由將Cu-Ag合金鑄錠進行冷軋而得到第一壓延材。實施第一冷軋步驟係為了破壞鑄造時所產生之晶粒及晶界,以提高後續實施熔體化處理的效果。第一冷軋步驟中厚度方向之加工率較佳在5%以上20%以下。第一冷軋步驟中的加工率若小於5%,則無法充分破壞鑄造時所產生之晶粒及晶界。又,第一冷軋步驟中的加工率若超過20%,則無法確保作為產品的板厚,而難以製造作為工業用途的板材。另外,冷軋步驟中厚度方向之加工率,係在使加工前的材料的厚度為A、加工後的材料的厚度為B時,以「(A-B)/A×100(%)」所求得的值。第二及第三冷軋步驟中的加工率亦相同。
接著實施熔體化處理步驟,其係藉由對第一壓延材進行熔體化處理而得到熔體化處理材。熔體化處理步驟中係將Ag溶入Cu內而得到過飽和固熔體(Cu-Ag固熔體)的步驟。熔體化處理步驟,係以合金原料之Cu-Ag組成的固相線附近或其下的溫度所實施。4~13質量%Ag-Cu組成的情況,熔體化處理溫度較佳為700~780℃的範圍,更佳為740~770℃的範圍。又,這種溫度下的保持時間(熔體化處理時間)較佳為2~5小時。較佳係在用以熔體化處理的熱處理後進行急冷而將過飽和固熔體組織保持至常溫。較佳係在熔體化處理後進行急冷,此時急冷速度較佳係設定為-700℃/分鐘以上。
接著實施第二冷軋步驟,其係藉由將急冷後的熔體化處理材進行冷軋而得到第二壓延材。實施第二冷軋步驟係用以藉由對晶界施加變形(distortion)而促進時效處理時的晶界反應型析出。第二冷軋步驟中厚度方向之加工率較佳為20%以上99%以下。第二冷軋步驟中的加工率若小於20%,則在藉由對晶界施加變形而進行時效處理時,無法促進晶界反應型析出。又,若第二冷軋步驟中的加工率超過99%,則無法確保作為產品的板厚,而難以製造作為工業用途的板材。又,為了適當控制板材中包含Ag纖維的纖維狀組織,更佳為使第二冷軋步驟中的加工率在40%以下。
接著實施時效處理步驟,其係藉由對第二壓延材進行時效處理而得到時效處理材。時效處理步驟,係從Cu-Ag過飽和固熔體析出Cu晶粒(Cu-Ag固熔體之晶粒)的步驟。亦具有藉由時效處理使Ag纖維在Cu晶粒內析出的較佳情況。較佳係在時效處理後進行爐冷。較佳係以較低溫度長時間保持而實施時效處理步驟。具體而言,較佳係在200℃以上的溫度保持8小時以上48小時以下的範圍。藉此,可在4~13質量%的範圍內含Ag的Cu-Ag合金中,得到適當的再結晶組織。再者,根據條件可析出具有適當量與形狀的Ag纖維。又,在8~12質量%的範圍內含Ag的Cu-Ag合金中,除了作為細Ag纖維之來源的Ag纖維以外,亦可析出會成為粗Ag纖維之來源的Ag纖維。
時效處理溫度若小於200℃,則無法使Cu-Ag合金的結晶面成為適當的狀態,又具有無法充分析出粗Ag纖維的疑慮。時效處理溫度較佳為450℃以下,更佳為410℃以下。時效處理時間若超過48小時,則具有無法使Cu-Ag合金的結晶面成為適當狀態的疑慮。然而,時效處理溫度若超過450℃,則例如無法得到適量的Ag纖維,而具有強度容易降低的疑慮。又,時效處理時間若超過48小時,則無法得到Ag纖維以適當的量析出的效果。時效處理溫度更佳為350℃以上450℃以下,時效處理時間更佳為12小時以上24小時以下。又,時效處理時間,較佳係在上述溫度範圍內,以越低的溫度長時間進行。
之後實施第三冷軋步驟,其係藉由將時效處理材進行冷軋而得到第三壓延材。第三冷軋步驟係藉由在壓延方向上將因時效處理而產生的結晶組織拉伸而使Cu-Ag合金的結晶面成為適當狀態,並且壓延至板材所要求之厚度的步驟。再者,藉由在壓延方向上將時效處理材中所析出的Ag纖維及作為其來源的析出物拉伸,而可得到具有適當線徑的Ag纖維。特別係可在8~12質量%的範圍內含Ag的Cu-Ag合金中得到細Ag纖維與粗Ag纖維以適當的量存在的組織。第三冷軋步驟中厚度方向之加工率較佳為90%以上。第三冷軋步驟中的加工率若小於90%,則無法使Cu-Ag合金的結晶面成為適當的狀態,而具有無法充分得到具有適當線徑之Ag纖維的疑慮。再者,具有無法得到細Ag纖維與粗Ag纖維以適當的量存在之組織的疑慮。第三冷軋步驟中的加工率更佳為95%以上。
由上述第三冷軋步驟所得之第三壓延材係作為實施態樣的高強度與高導電性的銅合金板材使用。根據上述製造方法中的各製造條件,可得到具有1000MPa以上1250MPa以下的拉伸強度(UTS)與60%以上90%以下的導電率(%IACS)的高強度與高導電性的銅合金板材。又,根據製造條件,可得到XRD的繞射圖中Ag(311)面的峰值強度比在20%以下的高強度與高導電性的銅合金板材。根據這樣的高強度與高導電性的銅合金板材,可提供適合用於水冷銅磁體中所使用的比特板、朝向小型化、高密度化發展的接觸式探針的探針材料、行動設備的連接器材料等的導電構件(板材)。 [實施例]
接著敘述本發明的具體實施例及其評估結果。 (實施例1)
首先,將含有6質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。藉由研磨去除Cu-Ag合金的表面,製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度為40mm,得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度將第一壓延材保持2小時而進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。在熔體化處理之後以-700℃/分鐘的冷卻速度急冷。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使厚度成為28mm,得到第二壓延材。接著,以410℃的溫度保持第二壓延材20小時,以進行時效處理,藉此得到時效處理材。時效處理後進行爐冷。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)而使厚度成為0.28mm,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。將所得之Cu-Ag合金板材提供至後述的特性評估。 (實施例2)
首先,將含8質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度成為40mm,得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度保持第一壓延材2小時而進行熔體化處理,得到熔體化處理材。在熔體化處理後以-700℃/分鐘的冷卻速度急冷。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,得到第二壓延材。接著,以410℃的溫度保持第二壓延材20小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。在時效處理之後進行爐冷。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度為0.28mm,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。將所得之Cu-Ag合金板材提供至後述的特性評估。 (實施例3)
首先,將包含10質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度成為40mm,藉此得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度保持第一壓延材2小時而進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。在熔體化處理之後以-700℃/分鐘的冷卻速度進行急冷。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以410℃的溫度保持第二壓延材20小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。在時效處理之後進行爐冷。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度為0.28mm,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。將所得之Cu-Ag合金板材提供至後述的特性評估。 (實施例4)
首先,將包含12質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度成為40mm,藉此得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度保持第一壓延材2小時而進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。在熔體化處理之後以-700℃/分鐘的冷卻速度進行急冷。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以410℃的溫度保持第二壓延材20小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。在時效處理之後進行爐冷。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度成為0.28mm,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。將所得之Cu-Ag合金板材提供至後述的特性評估。 (實施例5)
首先,將包含13質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度成為40mm,藉此得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度保持第一壓延材2小時而進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。在熔體化處理之後以-700℃/分鐘的冷卻速度進行急冷。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以410℃的溫度保持第二壓延材20小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。在時效處理之後進行爐冷。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度成為0.28mm,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。將所得之Cu-Ag合金板材提供至後述的特性評估。 (比較例1)
首先,將包含4質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度成為40mm,藉此得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度保持第一壓延材2小時而進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以410℃的溫度保持第二壓延材20小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度成為0.28mm,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。將所得之Cu-Ag合金板材提供至後述的特性評估。 (參考例1)
首先,將包含6質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度40mm的Cu-Ag合金坯料。接著,以760℃的溫度保持Cu-Ag合金坯料2小時以進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以410℃的溫度保持第二壓延材20小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度成為0.28mm,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。將所得之Cu-Ag合金板材提供至後述的特性評估。 (參考例2)
首先,將包含6質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度成為40mm,藉此得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度保持第一壓延材2小時而進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以550℃的溫度保持第二壓延材0.5小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度成為0.28mm,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。將所得之Cu-Ag合金板材提供至後述的特性評估。 (比較例2)
首先,將包含14質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度成為40mm,藉此得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度保持第一壓延材2小時而進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以410℃的溫度保持第二壓延材20小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度成為0.28mm。然而,壓延時發生加工破裂等,無法得到作為目標之厚度0.28mm的第三壓延材。 (比較例3)
首先,將包含14質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度成為40mm,藉此得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度保持第一壓延材2小時而進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以550℃的溫度保持第二壓延材0.5小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度成為0.28mm,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。將所得之Cu-Ag合金板材提供至後述的特性評估。然而,所得之Cu-Ag合金板材產生大量裂縫。 (比較例4)
首先,將包含24質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度成為40mm,藉此得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度保持第一壓延材2小時而進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以410℃的溫度保持第二壓延材20小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度成為0.28mm。然而,壓延時發生加工破裂等,無法得到作為目標之厚度0.28mm的第三壓延材。 (比較例5)
首先,將包含24質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度40mm的Cu-Ag合金坯料。接著,以760℃的溫度保持Cu-Ag合金坯料2小時以進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以410℃的溫度保持第二壓延材20小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度成為0.28mm。然而,壓延時發生加工破裂等,無法得到作為目標之厚度0.28mm的第三壓延材。 (比較例6)
首先,將包含24質量%的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,將Cu-Ag合金坯料進行冷軋(加工率:20%)而使其厚度成為40mm,藉此得到第一壓延材。接著,以760℃的溫度保持第一壓延材2小時以進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。接著,將厚度40mm的熔體化處理材進行冷軋(加工率:30%)以使其厚度成為28mm,而得到第二壓延材。接著,以550℃的溫度保持第二壓延材0.5小時以進行時效處理,藉此得到時效處理材。之後,將厚度28mm的時效處理材進行冷軋(加工率:99%)以使其厚度成為0.28mm,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。將所得之Cu-Ag合金板材提供至後述的特性評估。然而,所得之Cu-Ag合金板材產生大量裂縫。
針對上述實施例1~5、參考例1~2及比較例1、3、6所得之Cu-Ag合金板材,以前述方法實施XRD測量,求得Ag(220)面的峰值強度比、Ag(111)面的峰值強度比、Ag的其他面的峰值強度比、Ag(220)面以外的面的峰值強度比。XRD的測量係使用Rigaku公司製的X光繞射裝置Smart lab(商品名稱)進行。XRD的測量結果顯示於表1。另外,Ag的其他面的峰值強度比,及Ag(220)面以外的面的峰值強度比係依照前述Ag(220)面及Ag(111)面的峰值強度比的測量方法而求得。
[表1]
接著,關於上述實施例1~5,參考例1~2及比較例1、3、6所得到的Cu-Ag合金板材,以前述方法觀察及評估金屬組織。作為評估結果,細Ag纖維的濃度(面積比例)與其平均值及濃度不均、粗Ag纖維的濃度(面積比例)與其平均值及濃度不均、細Ag纖維的濃度(面積比例的平均值:C1)相對於粗Ag纖維的濃度(面積比例的平均值:C2)之比例顯示於表2。如表2所示,實施例1~5的Cu-Ag合金板材具有適當形狀及量的Ag纖維,相對於此可知比較例1的Cu-Ag合金板材中Ag含量少,因此Ag纖維的析出量少。參考例1的Cu-Ag合金板材因為省略了鑄造後的冷軋,未充分完成熔體化處理,因此可知Ag纖維未充分析出。參考例2的Cu-Ag合金板材,因為使時效處理條件為高溫,因此可知未析出適當形狀及量的Ag纖維。比較例3、6的Cu-Ag合金板材包含過剩的Ag,可知未析出適當形狀及量的Ag纖維。
[表2]
接著,針對上述實施例1~5、參考例1~2及比較例1、3、6所得到的Cu-Ag合金板材,以上述方法測量導電率(%IACS)、壓延方向的拉伸強度(UTS)、與壓延方向正交之方向的拉伸強度(UTS)。該等的測量結果顯示於表3。如表3可明確得知,實施例1~4的Cu-Ag合金板材中,導電率(%IACS)、壓延方向的拉伸強度(UTS)及與壓延方向正交之方向的拉伸強度(UTS)皆呈現優良的值。
[表3]
(實施例6~9)
首先,將包含表4所示之量的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,以表4所示的加工率將Cu-Ag合金坯料進行冷軋而得到第一壓延材。接著,以表4所示的條件對第一壓延材進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。在熔體化處理之後以-700℃/分鐘的冷卻速度進行急冷。接著,以表4所示的加工率對熔體化處理材進行冷軋而得到第二壓延材。接著,以表4所示的條件對第二壓延材進行時效處理而得到時效處理材。在時效處理之後進行爐冷。之後,以表4所示的加工率將時效處理材進行冷軋,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。與實施例1相同地實施所得之Cu-Ag合金板材的XRD測量、導電率的測量、拉伸強度(UTS)的測量。其結果顯示於表5。XRD測量中,求得Ag(311)面的峰值強度比。分別針對壓延方向及與壓延方向正交之方向而求得拉伸強度(UTS)。
[表4]
[表5]
(實施例10~31、比較例7~9)
首先,將包含表6所示之量的Ag、剩餘部分為Cu及不可避免之雜質所構成之合金原料插入石墨坩堝以進行熔解。在石墨鑄模中對Cu-Ag合金熔湯進行鑄造,製作Cu-Ag合金鑄錠。研磨去除Cu-Ag合金的表面,藉此製作寬度200mm、長度230mm、厚度50mm的Cu-Ag合金坯料。接著,以表6所示的加工率將Cu-Ag合金坯料進行冷軋,藉此得到第一壓延材。接著,以表6所示的條件對第一壓延材進行熔體化處理,藉此得到熔體化處理材。在熔體化處理之後以-700℃/分鐘的冷卻速度進行急冷。接著,以表6所示的加工率對熔體化處理材進行冷軋而得到第二壓延材。接著,以表6所示的條件對第二壓延材進行時效處理,藉此得到時效處理材。在時效處理之後進行爐冷。之後,以表6所示的加工率將時效處理材進行冷軋,藉此得到第三壓延材,以作為目標之Cu-Ag合金板材。與實施例1相同地實施所得之Cu-Ag合金板材的XRD測量、導電率的測量、拉伸強度(UTS)的測量。其結果顯示於表7。XRD測量中,求得Ag(311)面的峰值強度比。第一圖中顯示實施例29的Cu-Ag合金板材的XRD圖形,又第二圖中顯示比較例9的銅合金板材的XRD圖形。分別針對壓延方向及與壓延方向正交之方向求得拉伸強度(UTS)。
[表6]
[表7]
[產業上的利用可能性]
本發明的高強度與高導電性的銅合金板材,可有效地用作例如水冷銅磁體中所使用的比特板、朝向小型化、高密度化發展的接觸式探針的探針材料、行動設備的連接器材料等的導電構件(板材)。又,亦可用於其他要求高強度與高導電率的用途。
無
第一圖係實施例29的銅合金板材的X光繞射圖。 第二圖係比較例9的銅合金板材的X光繞射圖。
Claims (21)
- 一種高強度與高導電性的銅合金板材,其係由6質量%以上13質量%以下的範圍內所含之銀、剩餘部分為銅及不可避免之雜質所構成,其拉伸強度(UTS)的最小值為1000MPa以上1250MPa以下,且導電率(%IACS)為60%以上90%以下。
- 如申請專利範圍第1項之高強度與高導電性的銅合金板材,其中在8質量%以上12質量%以下的範圍內包含該銀。
- 如申請專利範圍第1或2項之高強度與高導電性的銅合金板材,其中該銅合金板材的該導電率(%IACS)為64%以上75%以下。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之高強度與高導電性的銅合金板材,其中該銅合金板材在壓延方向上的拉伸強度(UTS)的最小值為1000MPa以上1150MPa以下,在與該壓延方向正交(Orthogonal)之方向上的拉伸強度(UTS)的最小值為1150MPa以上1250MPa以下。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項之高強度與高導電性的銅合金板材,其中該銅合金板材的X光繞射的繞射圖中,銀的(220)面的峰值強度比為80%以上。
- 如申請專利範圍第5項之高強度與高導電性的銅合金板材,其中該銅合金板材的X光繞射的繞射圖中,銀的(111)面的峰值強度比為20%以下。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項之高強度與高導電性的銅合金板材,其中該銅合金板材具備金屬組織,該金屬組織具有含銀纖維, 該金屬組織具有線徑0.1nm以上10nm以下的細纖維,且該金屬組織中的該細纖維的濃度以面積比例計為4%以上7%以下。
- 如申請專利範圍第2至6項中任一項之高強度與高導電性的銅合金板材,其中該銅合金板材具備金屬組織,該金屬組織具有含銀纖維, 該金屬組織具有線徑0.1nm以上10nm以下的細纖維與線徑1μm以上10μm以下的粗纖維,且該金屬組織中的該細纖維的濃度以面積比例計為4%以上7%以下,且該粗纖維的濃度以面積比例計為3%以上6%以下,並且該細纖維之濃度的面積比例相對於該粗纖維之濃度的面積比例的比值為0.9以上。
- 如申請專利範圍第8項中之高強度與高導電性的銅合金板材,其中該細纖維之濃度的面積比例相對於該粗纖維之濃度的面積比例的比值為2以下。
- 一種高強度與高導電性銅合金板材,其係由4質量%以上13質量%以下的範圍內所含之銀、剩餘部分為銅及不可避免之雜質所構成, 其中在該銅合金板材的X光繞射的繞射圖中,銀的(311)面的峰值強度比為20%以下。
- 如申請專利範圍第10項之高強度與高導電性的銅合金板材,其中該銅合金板材的拉伸強度(UTS)的最小值為600MPa以上1250MPa以下。
- 如申請專利範圍第10或11項之高強度與高導電性的銅合金板材,其中該銅合金板材的導電率(%IACS)為60%以上90%以下。
- 如申請專利範圍第10至12項中任一項之高強度與高導電性的銅合金板材,其中該銅合金板材在壓延方向上的拉伸強度(UTS)的最小值為600MPa以上1150MPa以下,在與該壓延方向正交之方向上的拉伸強度(UTS)的最小值為700MPa以上1250MPa以下。
- 一種高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法,具備下述步驟: 將由4質量%以上13質量%以下的範圍內所含之銀、剩餘部分為銅及不可避免之雜質所構成之合金原料進行鑄造以得到鑄錠的步驟; 將該鑄錠進行冷軋以得到第一壓延材的步驟; 以700℃以上、小於780℃的溫度對該第一壓延材進行熔體化處理以得到熔體化處理材的步驟; 將該熔體化處理材進行冷軋以得到第二壓延材的步驟; 以200℃以上的溫度在8小時以上、48小時以下的範圍內對該第二壓延材進行熱處理,藉此進行時效處理以得到時效處理材的步驟;及 將該時效處理材進行冷軋以得到第三壓延材來作為銅合金板材的步驟。
- 如申請專利範圍第14項之高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法,其中該得到第三壓延材之壓延步驟,係以從該時效處理材到該第三壓延材之厚度方向的加工率為90%以上的方式實施。
- 如申請專利範圍第14或15項之高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法,其中該得到第一壓延材的壓延步驟,係以使從該鑄錠至該第一壓延材之厚度方向的加工率為5%以上20%以下的方式實施;該得到第二壓延材的壓延步驟,係以使從該熔體化處理材至該第二壓延材之厚度方向的加工率為20%以上99%以下的方式實施。
- 如申請專利範圍第14或15項之高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法,其中該得到第一壓延材的壓延步驟,係以使從該鑄錠至該第一壓延材之厚度方向的加工率為5%以上20%以下的方式實施;該得到第二壓延材之壓延步驟,係以從該熔體化處理材至該第二壓延材之厚度方向的加工率在20%以上40%以下的方式實施。
- 如申請專利範圍第14至16項中任一項之高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法,其中在將該時效處理材進行冷軋的步驟中,得到拉伸強度(UTS)的最小值為600MPa以上1250MPa以下,且導電率(%IACS)為60%以上90%以下的該銅合金板材。
- 如申請專利範圍第14至17項中任一項之高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法,其中在將該時效處理材進行冷軋的步驟中,得到拉伸強度(UTS)的最小值為1000MPa以上1250MPa以下且導電率(%IACS)為60%以上90%以下的該銅合金板材。
- 如申請專利範圍第14至19項中任一項之高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法,其中該合金原料以6質量%以上13質量%以下的範圍包含該銀。
- 如申請專利範圍第14至19項中任一項之高強度與高導電性的銅合金板材的製造方法,其中該合金原料以8質量%以上12質量%以下的範圍包含該銀。
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