TWI247816B - Cu-Ni-Si alloy and production method thereof - Google Patents

Description

1247816 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在製造強度與導電性佳之電子材 子零件時，所使用之Cu-Ni-Si合金。 、 【先前技術】 在導線架、電子機器之各種端子、連接器等所使用之 銅合金，被要求需兼具高強度與高導 道岵加而, 一 ΠΤ等玉性。再者，近來在 V線木、電子機器之各種端子、連 h η — 運接益彳中’隨著導線數 寺之增加、窄間距化之進展， 数 裝性及高可靠性。而在電子突件所=子零件之高密度構 电于零件所使用之材料上，亦曰μ 厫七要求其薄板化、加工性佳、高導電率等特性。^ :於導線架、電子機器之各種端子、連接器 ::要具：強度與：導電性’因此以電子機器類與零件之 銅、黃銅等為代表之固溶強看’取代以往之碟青 之使用量正增加中二=合金’時效硬化型銅合金 曰刀甲 卞效硬化型之鋼合金，Μ由胧、、六遍 處理過之過飽和固溶體進 、9 、/合體化 淅+而：^ s 進的效處不里，而使微細粒子均一 析出而袄幵了拉伸強度及耐力、 lal -rf I ^ ^ 弹H 界值等機械特性， 门％並減少銅中之固溶元素量而提昇導電率。 在時效硬化型鋼合金中，^ 強度與高導電性之代表 ^ 、…、守擁有尚 Μ·_ς. / ”s 5金。該銅合金，係將微鈿之 1糸金屬間化合物粒子析出而具優異之強度”電： ，可作為導線架、電子撫哭♦々级 又/、導電性 之各種端子、連接器等材料而 Λ用化° (例如’參照專利文獻υ 1247816 專利文獻1 :特願2〇〇〇-018319 【發明内容】

Cu-Ni-Si合金藉由析出Ni_Si系之金屬間化合物粒子 ，而提昇強度與導電性。然』，一般而言，合金之強度與 導電率呈相反之關係，強度強則導電性低；導電性高則強 度低。在Cu-Ni-Si合金之情形，若添加之Ni與以濃度低 ’雖然無法形A Ni-Si系、金屬間化合物粒子析出物之固溶 元素變少而得到良好之導電性，然:而由於低濃度使析出量 減^導致強度不佳。另-方面，若使其增高濃度，雖因析 出量變多而可得到充分之強度，但無法形成Ni_si系金屬 間化合物粒子析出物之固溶元素將變多而導致導電性不充 分，並非理想之狀況。 本發明係為解決上述問題而作成者，故以提供兼具高 強度與高導電性之電子材料用Cu — Ni-Si合金為目的。八同 為解決上述問題，本發明人等不斷進行Cu —Ni—Si人金 之研究，而成功開發了兼具高強度與高導電性之Cu—Ni— · 合金。 i 亦即本發明係： (1)一種兼具高強度與高導電性之Cu-Ni〜Si合金，其 特徵在於，含有Ni 1·〇〜4.5 %、與Si 〇·25〜1·5%，其餘為 由Cu與無法避免之雜質而構成之銅基合金中，在以[Ni]、 [Sl]表示Ni與Si之質量濃度時，Ni與Si之[Ni]/[Si]比 為4〜6，且式1所定義之％為0.1〜〇.45之[Ni]、[以]。 ([Ni] - 4χ )2 ( [Si] -χ ) = 1/8 (式 j) 1247816 ⑵如上述⑴記載之Cu_Ni_Si合金， 0.05-0.3% ^ Mg (3)如上述⑴或⑵記載之Cu—Ni—Si合金， 擇自 Zn、Sn、Fe、Ti、Zr、Cr、A1 D u ^ ^ ^ A卜 P、Mn、Ag 或 Be 中 種以上且總量為〇. 005〜2. 〇%。 【實施方式】 接著，具體說明在本發明中，銅合金 上述範圍之原因。 ％ _Ni與Si濃唐

Ni與Si’藉由進行時效處理’使… N说為主之金屬間化合物之析出粒子，使合金：二 著增加，另一方面亦提高導電性。惟，若Ni濃度：滿 、…度未滿。.啊，即使添加其他成分亦ί法 付到期望之強度。又，若以濃度超過“%、或以濃产二 過1 · 5%時，雖然可得到高強度 ° 然而導電性變低，再者於

母相中生成對提昇強度無幫助之粗A ^ 才大Nl—Sl糸粒子（結晶物 與析出物），導致彎曲加工性、蝕 初 ’虫到丨生與鍍敷性變差。因 此，將Ni的濃度訂為丨.0〜4.5%; s 。 的，辰度叮為0· 25〜1. 5% 若合金中之固溶Ni量與固溶 。若ρ Μ. ς. ^ bi里減少則導電率增加 右進仃Cu-Ni-Si合金之時效處理 m ^ M . 只】稭由Ni 2Sl析出使 口 /谷Ni量與固溶Si量減少，而提昇 、、容Νι· ^ c. 向钕汁導電率。時效後之固 命h 1與固溶Sl量，係 交述之熔解度積的關係式1 1247816 增減。例如，若人八+ D孟中之Ni濃度與Si濃度比（[Ni]/[Si]) 增加，則固溶Ni旦祕丄 仏放省 1里增加而固溶Si量減少。另一方面，對 於使導電率降彳氏夕I _ ^ ·〜曰度，固溶S i量較固溶n i量之影燮 來付大。因j；卜，日在π。 θ M. Q., 忒予裒大導電率之[Ni]/[Si] ’與析出物 以而中之Ni/Si比（=418)不一致。 本發明人等藉實驗探討叫/[⑴與供電率 了得到高導恭专 两 導书率，必須將[Ni]/[Si]調整之4~6之範圍間， 又以調整至4 2〜4 7 + - m Μ. 〇. ·Ζ 4· 7之乾圍内為最佳。此組成，為對於

Nl2Si之組成，Ni有些許過剩。 #[1]/[31]未滿4時，由於固溶以量增加，除導電率 著_低彳於進仃熱處理時，在材料表面容易生成Si氧 •、而成為焊接性與艘敷性變差之原因。另—方面，若 [N i ] / [ S i ]超過6，引丨+ 、】由於固溶N i量增加，無法得到期望 之導電率。 關於式1 ^ Si σ至’係藉由析出Ni2Si粒子而提昇強度。 如則所述’由導電率之觀點來看，對於Ni2Si組成’ Ni量 以有些許過剩者較佳。如此Ni過多之情形，以往之看法係 將N i i粒子之析出量禎蛊 里说為由S1》辰度決定。亦即，在n i 過剩組成之情形中，脾0士 μ # f ^ 將日可效後之強度以Si濃度決定。 本發明人等以可得釗古道+ λΤ. ra 仔幻同導電率之Ni過剩組成作為基礎 ’持續研究關於Ni及ςΊ•、曲& t , 一 及Si》辰度與強度之關係，結果發現， 即使S i濃度相同，一曰抢婉「 π 旦改變[Ni]/[Si]，在該比例大時， 可產生數十MPa之強度，又 ：曲 可知S1》辰度與強度不一定相 1247816 關。換言之，可知決定Ni2Si析出量之參數並非。曲 於是，以考慮熔解度積作為基礎進行實驗數據:度。 ’其結果，& Ni與Si濃度以及Ni2Si之析出 解拚 得到下列之實驗式。 關係可 ([Ni] — U)2 ( [Si] 1) = 1 / 8 u 1} 在此，X係表示析出量之參數。更且體 於析出之Si濃度；4χ相當於析出之Ni濃度。’ Z相當 ([Ni] - 4χ)相當於固溶之Ni濃度；（[⑴一又因此， 於固溶之Si濃度。 ％ )相當 時效後之強度與尤有強烈之相關性。亦即 至適當之值可得到所欲之強度，因此亦可利用式】'調整 與[sn調整為適當之值。如上所述，導入所謂將叫 怨之參數％，且根據熔解度積之關係調整Ni血s.斤出狀 ，以控制時效後強度之技術，於本發明中初次被發 農度 、…解度積之值(式1的右邊）’係根據溫度之函。 :皿時其值小’亦即，雖然在低溫進行時效處理時。低 之量變多，而可得到高強度且高導電率之材：論上 材二九只疋在平衡狀態之理論而已。低溫時，為了將金但 :::進行:效處…平衡狀態，需要幾近無限::= “明人寺調查各種組成與析出狀態，明白 =效處理其炼解度積之適當值為1/δ，而當 業上 為0.〗〜〇· 45時，可得fli力工酱μ 6 之火值 材料。 了传到在工業上安定之高強度、高導電率 1247816 二…幅改善應力緩和特性之效果及改善熱加工性 之效果，但ί辰度若未滿0 05%， 過0.30%，則鑄造性（镇物#而去件到该效果；若超 ^維物表面品質之降低）、熱加工性盥 鍵敷耐熱剝離性變差，故M 曲 是故Mg之遭度定為0.05%〜〇.3%。 I 有二:，、Τΐ、ΖϋΡ，、Α“Β。 =有改善CU-Nl_Sl合金之強度與耐熱性之作用。又，复 中Zn亦有改善焊接之耐熱性之效 化之效果。再者，T; 7 A1 t 兀有使組織试細 Τΐ、ΖΓ、A1與Μη具有改善熱軋性之效 ” ’係該等元素與硫之親和性強，故與硫形成化 :::而可減輕造成熱軋裂痕原因之硫朝鑄錠粒界之偏析 、曲:1 Sn、Fe、Tl、Zr、Cr、A1、P、Mn、Ag 與 Be 之 浪度總1未滿G加％時，無法得到上述效果；若總含量超 過2.0%時’則導電性顯著降低。在此， 為0.005〜2.0%。 里之，·心里疋 在大氣熔解爐中熔製 ’ ^造厚度為30mm 接著說明關於本發明之實施例。 如表1所示之各種成分組成之銅合金 之鑄錠。 1247816 表1

No. 成分(質量％) Ni/Si X 拉伸強度 導電率 Ni Si Mg 添加物 重量比 判定 (質量％) 判定 MPa %IACS 發 明 例 1 1.32 0.32 - - 4.1 〇 0.138 〇 723 51.6 2 1.61 0.35 0.19 - 4.6 〇 0.194 〇 736 50.9 3 1.83 0.36 - - 5.1 〇 0.229 〇 755 50.6 4 1.92 0.43 0.14 - 4.5 〇 0.27 Ο 742 52.5 5 2.61 0.55 - - 4.7 〇 0.417 〇 785 45.3 6 2.45 0.49 0.2 - 5.0 〇 0.369 〇 770 47.3 7 1.90 0.45 0.08 0.14Zn 0.05Sn 4.2 〇 0.274 〇 767 45.2 8 2.18 0.49 0.2 O.OlAg 4.4 〇 0.331 〇 771 46.8 9 2.74 0.49 - 0.08P 5.6 〇 0.401 〇 775 45.4 10 1.57 0.32 - 0.007Cr 0.02Zr 4.9 〇 0.176 〇 734 50.8 11 3.01 0.52 - 0.2Be 5.8 〇 0.444 〇 789 47.2 12 2.58 0.55 - 0.05Ti 4.7 〇 0.413 〇 793 50.0 13 2.64 0.61 - O.OIMn 0.05A1 4.3 〇 0.445 〇 799 45.1 比 較 例 14 3.98 0.71 - - 5.6 〇 0.648 X 791 36.6 15 1.20 0.26 - - 4.6 〇 0.099 X 554 50.1 16 4.32 1.08 0.15 - 4.0 〇 0.868 X 799 36.1 17 2.23 0.68 - 3.3 X 0.392 〇 792 35.7 18 2.45 0.39 0.21 - 6.3 X 0.313 〇 749 37.2 19 2.86 0.89 0.09 - 3.2 X 0.553 X 784 32.1 20 2.18 0.65 0.45 - 3.4 X 0.377 〇 - - 21 4.02 0.94 - 2.04Fe 4.3 〇 0.775 X 753 25.2 22 2.80 0.47 - 0.78A1 1.43Sn 6.0 〇 0.394 〇 802 24.6 23 3.61 0.88 0.33Cr 0.28Zr 1.45Zn 4.1 〇 0.690 X 812 21.6 12 1247816 接著進订熱軋至厚度為9mm，為了去除表面鱗片而進 行平面㈣後，藉冷軋製成# lmm t板。之後，以 750 C〜85G°G t溫度進行溶體化處理，冷軋至厚度為〇.4咖 。接著針對各合金之組成，於拉伸強度最大之溫度下進行 3小時之時效處理。此溫度係介於彻。c〜_〇c之範圍内。 ，者1冷軋製成厚度為〇 25_之板。最終熱處理後之樣 、強度係根據拉伸測試機測得之拉伸強度進行評價。 導电性，係根據四端子法之導電率（％IAGS)進行評價估。又 从[心]/叫與;^值係以在請求項！之範圍内者為（〇);在 耗圍外者為⑻來進行評價。結果如表1所示。 J表1可知發明例Ν〇·卜Νο·13其[Ni]/[Si]與％值均 、月长員1之範圍内。因此’發明例之拉伸強度在7細pa 以上導電率在45%IACS以上，而具有高強度與高導電性 〇 又，即使在為了改善應力緩和特性而添加心之發明例 版2 4 6、7、8中’亦與未添加Mg者同樣的可得到高 強度與高導電率。 再者，雖然發明例No.7〜13(添加Zn、如、Fe、Η、^

Cl" A1 P Mn、Ag或Be中1種以上且總量為 0.005〜2. G%)其導電性較未添加之發明例ν〇·η之導電性 稍差，但強度方面則優異。 另一方面，參考比較例，由於Ν〇·14與〗6之％值高於 〇.45,故強度未明顯增加，而導電率變低。此乃因生成了 對強度無貢獻之粗大Ni_Si系,粒子（結晶物與析出物）所致 13 1247816 。雖然No. 1 5具高導電率，但代表析出量之％值低’故強 度變低。No· 17，因其[Ni]/[Si]低，使Si過剩而導致導電 率變低。No· 18，因其[Ni]/[Si]高，使固溶Ni變多，導致 導電率變低。No· 19之χ值高，且[Ni]/[Si]低，使導電率 顯著變低。

No. 20，由於Mg之添加量過多，使熱軋之加工性差而 產生裂痕，無法繼續進行後續製程。 在 Ν〇·21 〜23 中，由於在添加 Zn、Sn、Fe、Ti、Zr、Cr 、A1、P、Μη、Ag或Be中1種以上時之添加總量超過2. 〇% ，故導電性顯著變差。 如上所述，本發明之合金， ’而適用於作為導線架、端子、 合金。 具有良好之強度與導電性 連接器等之電子材料用鋼 【圖式簡單說明】 無

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Claims (1)

1. 正替碉 _^——juiun-r- c:一和一 _¥、申請專利範圍： 1. 一種兼具高強度與高導電性之Cu-Ni-Si合金，其特 徵在於，係含有 Ni 1· 0〜4. 5質量％(以％表示）、Si 0.25〜1.5%，其餘為由Cu與無法避免之雜質而構成之銅基 合金，在以[Ni]、[Si]表示Ni與Si之質量濃度時，Ni與 ， Si之質量濃度比（以[Ni]/[Si]表示）為4〜6，且式1所定 ” 義之；k：為0.1〜0.45; 且該Cu-Ni-Si合金之拉伸強度為720Mpa以上、導電 率為45%IACS以上 Φ ([Ni] - 4χ )2 ( [Si] -％ = 1 / 8 (式 1)。 2. 如申請專利範圍第1項之Cu-Ni-Si合金，其中含有 Mg 0· 05〜0· 3%。 3. 如申請專利範圍第1或2項之Cu-Ni-Si合金，其中 ’ 含有擇自 Zn、Sn、Fe、Ti、Zr、Cr、Al、P、Mn、Ag 或 Be 中1種以上且總量為0. 005〜2. 0%。

   拾壹、圖式： 無 15