TWI429767B

TWI429767B - 銅合金

Info

Publication number: TWI429767B
Application number: TW094105730A
Authority: TW
Inventors: Mihara Kuniteru; Eguchi Tatsuhiko; Tanaka Nobuyuki; Hirose Kiyoshige
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2014-03-11
Also published as: US20050236074A1; TW200602502A; WO2005083137A1; US8951371B2; DE112005000312B4; US20110094635A1; DE112005000312T5; KR100861152B1; MY143219A; KR20060130183A

Description

銅合金

本發明關於一種性質經改良之銅合金。

迄今，一般而言，除了鐵系材料外，具有優異之導電性及導熱性之例如磷青銅(phosphor bronze)、紅銅(red brass)、及黃銅(brass)等銅系材料，已廣泛地使用作為電氣及電子機械及器具（電學及電子儀器）之零件材料。

近來，由於電氣及電子機械及器具零件小型化(miniaturization)、輕量化、及伴隨而來之高密度封裝之需求增加，而應用於該等機械器具之銅系材料亦需要各種特性。所需求之基本特性包含例如機械性、導電性、耐應力鬆他性(stress relaxation resistance)及彎曲加工性。該等特性之中，抗張強度(tensile strength)及彎曲加工性之改良需求強烈，以滿足近來上述製品零件或構件小型化之近來要求。

該等需求取決於該等零件之形狀等，而特定需求包含：720MPa以上之抗張強度及R/t≦1之彎曲加工性（其中，R表示彎曲半徑，且t表示厚度）；800MPa以上之抗張強度及R/t<1.5之彎曲加工性；900MPa以上之抗張強度及R/t<2之彎曲加工性。所需特性已達無法以例如磷青銅、紅銅、及黃銅等傳統市售、量產之合金所能滿足之程度。該等合金可藉下述方法分別增強其強度：使原子半徑與基質相(matrix phase)之銅非常不同之錫(Sn)或鋅(Zn)固溶於銅中；及將具有固溶體之合金進行例如輥軋(rolling)或抽拉(drawing)之冷加工。該方法藉施用高度冷加工比可提供高強度材料，但已知高度冷加工比（一般而言為50%以上）之施用，會明顯地降低所得合金材料之彎曲加工性。一般而言，該方法涉及固溶強化與加工強化之組合。

替代之強化方法為析出強化法(precipitation strengthening method)，該方法涉及於材料中奈米級析出物之形成。該析出物強化法具有同時增加強度及改良導電性之優點，且已用於多種合金。

其中，藉添加鎳(Ni)及矽(Si)至銅中而形成由鎳(Ni)及矽(Si)組成之析出物以製得強化合金，即所謂柯爾遜(Corson)合金，相較於多種其他析出物型合金（析出硬化合金(precipitation hardened alloys)，該強化合金具有顯著的高度強化能力。此強化方法亦使用於某些市售合金（例如CDA70250，銅開發協會(copper development association；CDA）之註冊合金）。該析出硬化之合金，一般係用於端子/連接器材料，該合金係經由下列二個重要熱處理所組成之製程而製得。第一個熱處理涉及於接近熔點之高溫（一般為700℃以上）熱處理，即所謂固溶處理(solution treatment)，使鎳與矽而經由鑄造(casting)或熱軋(hot rolling)而析出並固溶於銅基質。第二個熱處理涉及在低於固溶處理溫度之溫度實施之熱處理，即所謂時效處理(aging treatment)，使於高溫固溶之鎳與矽析出成為析出物。該強化方法係使用鎳與鋅在高溫與低溫固溶於銅時之濃度差異，該方法為製造析出型合金之已知技術。適於作為電氣及電子機械與器具零件之柯爾遜合金例包含具有規定粒徑之合金。

然而，析出型合金有下列問題：於固溶處理中結晶粒徑之增加會引起過大之結晶晶粒，而且，一般而言，由於時效處理中不涉及再結晶，因此，固溶處理中之結晶粒徑維持不變而成為製品之結晶粒徑。添加之鎳與鋅量越多，越需要剛溫之固溶處理，其結果為，經過短時間之熱處理，結晶粒徑有增加之傾向，引起過大的結晶晶粒。於此法中產生之過大結晶晶粒會引起彎曲加工性之顯著劣化。

或者，改良銅合金彎曲加工性之方法中，涉及添加錳(Mn)、鎳及磷(P)，使之相互反應(mutual reaction)以析出化合物，而不使用鎳－矽析出物。

然而，該合金頂多具有約640MPa之抗張強度，並不足以滿足近年來零件小型化之高強度要求。對銅合金添加矽，鎳－磷析出物之量會降低，機械強度及導電性因而減低。再者，過量之矽與磷，則於熱加工中引起龜裂的問題。

彎曲加工性難以與抗張強度之增加一起維持，而且具有高度抗張強度、彎曲加工性、及導電性之銅合金則一向有其需求。

本發明之其他與進一步之特徵與優點將於後文陳述中完全披露。

根據本發明，提供下列手段：

(1)一種銅合金，包含：析出物X，由鎳(Ni)及矽(Si)所組成；及析出物Y，包含鎳或矽或不含鎳亦不含矽，其中，該析出物X具0.001至0.1μm之粒徑，且該析出物Y具0.01至1μm之粒徑。

(2)如上述(1)項之銅合金，其中，該析出物Y具有高於固溶處理(solution treatment)溫度之熔點(melting point)。

(3)如上述(1)或(2)項之銅合金，包含鎳2至5質量%、矽0.3至1.5質量%、及硼0.005至0.1質量%，其餘為銅與不可避免之雜質，其中，每mm² 之該析出物X數目為每mm² 之該析出物Y數目之20至2000倍。

(4)如上述(1)或(2)項之銅合金，包含鎳2至5質量%、矽0.3至1.5質量%、錳0.01至0.5質量%、及磷0.01至0.5質量%，其餘為銅與不可避免之雜質，其中，每mm² 之該析出物X數目為每mm² 之該析出物Y數目之20至2000倍。

(5)如上述(1)或(2)項之銅合金，包含鎳2至5質量%、矽0.3至1.5質量%、硼0.005至0.1質量%、錳0.01至0.5質量%、及磷0.01至0.5質量%，其餘為銅與不可避免之雜質，其中，每mm² 之該析出物X數目為每mm² 之該析出物Y數目之20至2000倍。

(6)如上述(1)或(2)項之銅合金，其中，該析出物X之數目為每mm² 10⁸ 至10¹ ² ，及該析出物Y之數目為每mm² 10⁴ 至10⁸ 。

(7)如上述(1)至(6)項中任一項之銅合金，包含由鋁(Al)、砷(As)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、碳(C)、鐵(Fe)、磷(P)、銦(In)、銻(Sb)、錳(Mn)、鉭(Ta)及釩(V)所成組群中選出之至少一種元素，且含量為0.005至0.5質量%。

(8)如上述(6)或(7)項之銅合金，其中，該析出物Y為由鋁－砷、鋁－鉿、鋁－鋯、鋁－鉻、鈦－碳、銅－鈦、銅－鋯、鉻－矽、鐵－磷、鐵－矽、鐵－鋯、銦－鎳、鎂－銻、錳－矽、鎳－銻、矽－鉭及釩－鋯中之至少一種所組成。

(9)如上述(3)至(8)項中任一項之銅合金，其中，再包含由錫0.1至1.0質量%、鋅0.1至1.0質量%、及鎂0.05至0.5質量%所成組群中選出之至少一種元素。

如上述(1)至(9)項中任一項之銅合金，係用於電氣或電子機械及器具。

下文將更詳細說明本發明。

發明人致力適用於電氣或電子零件之銅合金的研究結果，發現於銅合金組織中，鎳－錫析出物與其他析出物之粒徑之關係、其分布密度比例、與過大結晶晶粒生長之抑制。結果，完成具有優異抗張強度及較佳彎曲加工性之銅合金。

茲詳細說明本發明之銅合金較佳具體例。

本發明係關於合金之結晶粒徑之控制。具體言之，發明人由二個觀點進行控制粒徑方法之試驗，而達成本發明之特定合金組織以及其較佳組成。

首先，發明人搜尋於固溶處理中不含使結晶粒徑增加之元素。發明人發現，即使於固溶處理之高溫中，鎳與硼所組成之析出物於銅基質相中亦不會形成任何固溶物，而該析出物存在於銅基質相之晶粒及析出晶粒內，而顯出抑制基質結晶晶粒成長之作用與效果。該作用與效果亦經測試，而於鋁－砷、鋁－鉿、鋁－鋯、鋁－鉻、鈦－碳、銅－鈦、銅－鋯、鉻－矽、鐵－磷、鐵－矽、鐵－鋯、銦－鎳、鎂－銻、錳－矽、鎳－銻、矽－鉭及釩－鋯中獲得確認。

第二，發明人亦搜尋於固溶處理中可作為開始再結晶晶核之元素。發明人發現，錳與磷組成之析出物（金屬互化物）於固溶處理溫度中可作為再結晶之成核點(nucleation site)，且相較於不添加錳與磷所組成之析出物，可形成（核化）更多結晶晶粒。於晶粒成長中，更多結晶晶粒之形成會引起結晶晶粒之互相干擾，從而抑制了晶粒生長。該等再結晶之成核點之作用與效果，亦於鋁－砷、鋁－鉿、鋁－鋯、鋁－鉻、鈦－碳、銅－鈦、銅－鋯、鉻－矽、鐵－磷、鐵－矽、鐵－鋯、銦－鎳、鎂－銻、錳－矽、鎳－銻、矽－鉭及釩－鋯中獲得確認。

再者，於錳－磷與鎳－硼之同時析出物已確認有顯著的效果，該效果無法由僅添加錳－磷或鎳－硼之一者而獲得。

前述析出物即使於固溶處理中，亦不會於銅基質相中形成任何固溶體，此點至為重要。亦即，析出物必須具有高於固溶處理溫度之熔點(melting point)。只要具有高於固溶處理溫度之熔點，析出物並不限於前述析出物，而且本發明包括前述析出物以外之任何析出物。本發明中，具有高於固溶處理溫度熔點之析出物，於固溶處理中，可提供抑制過大結晶晶粒成長之效果，或作為再結晶之成核點而形成許多結晶晶粒（核化）。

本發明之銅合金具有優異彎曲加工性及其他較佳特性之一種價廉、高性能銅合金，且適用於包括電子零件之各種電氣或電子機械及器具，例如車用端子/連接器、繼電器、及開關。

其次，說明各合金元素之作用與效果，及合金元素添加量之較佳範圍。

鎳與矽為可藉由控制鎳對矽之添加比例而形成析出強化用鎳－矽析出物之元素，藉以增強銅合金之機械強度。鎳添加量一般為2至5質量%，較佳為2.1至4.6質量%。更佳之鎳量為3.5至4.6質量%，以滿足800MPa以上之抗張強度及R/t<1.5之彎曲加工性；或900MPa以上之抗張強度及R/t<2之彎曲加工性。過少之鎳量僅提供小量的析出物及硬化量而導致不足的機械強度；而過多之鎳量會導致明顯的低導電性。

再者，以質量%計算矽時，已知約在鎳添加量之四分之一時可提供最大強化效果，故以該添加量較佳。過多之矽添加量，於熱加工中引起合金錠之龜裂，因此需將其列入考慮，而決定矽添加量之上限。矽添加量一般為0.3至1.5質量%，較佳為0.5至1.1質量%，更佳為0.8至1.1質量%。

硼係與所添加之鎳一起形成析出物。如上述，硼之效果為於固溶處理中作為抑制結晶粒徑增加而變成過大之元素，但硼與析出強化無關。經由試驗，發明人確認硼要表現該效果一般需要為0.005至0.1質量%，較佳硼為0.01至0.07質量%。過多之硼添加量，於鑄造中會導致過大之晶出物，而引起合金錠品質的問題；而過少之硼添加量無法提供添加效果。

錳與磷之析出物，於固溶處理中，提供形成結晶晶粒之成核點之效果，但析出物與析出強化無關。經確認之效果為均添加有錳與磷，0.01質量%以上、及0.5質量%以下，較佳為0.02至0.3質量%之材料。再者，錳與磷添加量均過少則無效果顯現。再者，錳與磷添加重均過多時，於熱加工中會引起龜裂，而無法加工為薄板或薄片。

於固溶處理中具有抑制結晶粒徑變成過大或形成結晶晶粒用成核點之效果之其他析出物例包括鋁－砷、鋁－鉿、鋁－鋯、鋁－鉻、鈦－碳、銅－鈦、銅－鋯、鉻－矽、鐵－磷、鐵－矽、鐵－鋯、銦－鎳、鎂－銻、錳－矽、鎳－銻、矽－鉭及釩－鋯。銅合金以含有由鋁(Al)、砷(As)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、碳(C)、鐵(Fe)、磷(P)、銦(In)、銻(Sb)、錳(Mn)、鉭(Ta)及釩(V)所成組群中選出之至少一種元素為佳，一般而言，各添加量為0.005至0.5質量%，較佳為0.01至0.4質量%。如該等元素之添加量過多，所得合金於鑄造中會形成過大晶出物，而引起所得合金錠品質上的問題，而如添加量過少時，無法提供添加效果。

再者，為了進一步改良合金特性，以添加鋅、錫與鎂為佳。

鋅之較佳添加量為0.1至1.0質量%。鋅為於基質中形成固溶體之元素，但鋅之添加可顯著地改善銲接脆化(solder embrittlement)。本發明合金之較佳重要用途為電氣及電子機械及器具，以及電子零件材料，例如車用端子/連接器、繼電器、及開關。該等用途大多藉由銲接連結，因此銲接脆化之改善為重要之基本技術。

再者，鋅之添加可降低合金之熔點，以控制鎳與硼所組成之析出物與錳與磷所組成之析出物之形成狀態。兩析出物皆於固化(solidification)中形成，故合金之高固化溫度會增加粒徑，對於析出物抑制結晶粒徑增加及形成結晶晶粒成核點之效果的貢獻較小。鋅添加量之下限為0.1質量%，因該量為提供銲接脆化改良之最低量。鋅添加量之上限設為1.0質量%，因為鋅添加量多於1.0質量%時會減低導電性。

錫與鎂亦為該等用途之較佳元素。錫與鎂之添加可提供較佳的耐匍伏性，於電子機械及器具端子、連接器中特別強調耐匍伏性。該效果亦稱為耐應力鬆弛性(stress relaxation resistance)，且其為發揮端子/連接器之可靠性之重要基本技術。錫或鎂之分別添加可改良耐匍伏性，但錫與鎂為可藉相乘效果(synergetic effect)進一步改良耐匍伏性之元素。

錫添加量之下限設為0.1質量%，因其為改良耐匍伏性之最低量。錫添加量之上限為1質量%，因錫添加量大於1質量%時會使導電性減低。

鎂添加量之下限設為0.05質量%，因過少之鎂添加量無法提供耐匍伏性之改良。鎂添加量之上限為0.5質量%，因鎂添加量多於0.5質量%時，不僅無法滿足上述效果且會減低熱加工性。

錫與鎂具有加速形成由鎳與矽所組成之析出物之功能。添加適量之錫與鎂可作為析出物之細成核點，甚為重要。

其次，說明本發明銅合之組織。

鎳與矽所組成之金屬互化物(intermetallic compound)之析出物X，具有0.001至0.1μm之粒徑，較佳為0.003至0.05μm，更佳為0.005至0.02μm。過小的粒徑無法增高強度；而過大的粒徑，即所謂過度時效狀態(over－aging state)，會導致機械強度無法增高，且彎曲加工性會劣化。

本文（本說明書，包含申請專利範圍）中，由鎳與矽所組成之金屬互化物之析出物以外之析出物，稱為析出物Y。藉由與鎳-矽析出物X之交互作用，析出物Y具有再細化(refine)結晶晶粒之效果。在析出物X存在下，這種效果相當顯著。析出物Y最好具0.01至1μm之粒徑，較佳為0.05至0.5μm，更佳為0.05至0.13μm。過小之粒徑無法提供抑制晶粒生長及增加成核點數目之效果，而過大之粒徑則減低彎曲加工性。

其次，說明析出物X與Y之數目。析出物X之數目最好為析出物Y數目之20至2000倍。此係因為於上述範圍中彎曲加工性為特別優異。當析出物X之數目過少時，無法提供目標機械強度，而當其數目過多時，會減低彎曲加工性。析出物X之數目最好為析出物Y數目之100至1,500倍。此處，析出物之數目意指每單位體積之平均值。

當析出物Y非為鎳-矽，而為由鋁-砷、鋁-鉿、鋁-鋯、鋁-鉻、鈦-碳、銅-鈦、銅-鋯、鉻-矽、鐵-磷、鐵-矽、鐵-鋯、銦-鎳、鎂-銻、錳-矽、鎳-銻、矽-鉭及釩-鋯所成組群中選出之金屬互化合物時，每mm² 之析出物X數目最好為10⁸ 至10¹² 個，及每mm² 之析出物Y數目最好為10⁴ 至10⁸ 個。此係因為於前述範圍中具有優異之彎曲加工性。如析出物之數目過少時，所得合金不具有目標機械強度。另一方面，如析出物之數目過多時，所得合金具有較差的彎曲加工性。析出物X之數目最好為每mm² 5×10⁹ 至6×10¹¹ ，析出物X之數目最好為每mm² 10⁴ 至4×10⁷ 個。

X與Y之效果隨鎳與矽增加之量而更顯著。須了解，本發明中所定義之上述特定的X與Y，800MPa以上之抗張強度及R/t<1.5之彎曲加工性，或900MPa以上之抗張強度及R/t<2之彎曲加工性係為首創且迄今未有人達成之性質。

本發明所稱之析出物包括例如金屬互化合物、碳化矽(carbid)、氧化物、硫化物、氮化物、化合物（固溶體）及元素金屬。

一般而言，本發明之銅合金具結晶粒徑20μm以下，較佳為10.0μm以下。過大之結晶粒徑無法提供720MPa以上之抗張強度及R/t<2之彎曲加工性。銅合金以具8.5μm以下之結晶粒徑較佳。結晶粒徑之下限並無特別限制，但一般而言，銅合金具0.5μm以上之結晶粒徑。

本發明銅合金之製備方法例包括：溶解具有前述較佳元素組成之銅合金；鑄造成合金錠；且藉每小時20至200℃之升溫速率以熱軋合金錠，於850至1050℃熱軋合金錠0.5至5小時，且熱軋後淬冷(quench)合金錠至300至700℃之完成溫度。以此方法，即形成析出物X與Y。熱軋後，例如經由固溶處理、退火(annealing)及冷軋之組合，使所得合金形成預定厚度。

固溶處理為使鎳與矽於鑄造或熱軋中析出之熱處理，俾同時再次形成固溶體及再結晶。固溶處理之溫度可根據鎳添加量而調整。例如，鎳量為2.0質量%以上但低於2.5質量%時之固溶處理溫度較佳為650℃，鎳量為2.5質量%以上但低於3.0質量%時之較佳固溶處理溫度為800℃，鎳量為3.0質量%以上但低於3.5質量%時之較佳固溶處理溫度為850℃，鎳量為3.5質量%以上但低於4.0質量%時之較佳固溶處理溫度為900℃，鎳量為4.0質量%以上但低於4.5質量%時之較佳固溶處理溫度為950℃，及鎳量為4.5質量%以上但低於5.0質量%時之較佳固溶處理溫度為980℃。

例如，含鎳3.0質量%之材料經850℃之熱處理，以析出足量鎳與矽，並再次形成固溶且提供10μm以下之結晶晶粒。然而，具有少於3.0質量%鎳量之合金經相同溫度熱處理時，會引起結晶晶粒之生長為大晶粒，而皆有不少於10μm之粒徑。再者，過多鎳含量不可能提供理想的固溶狀態，且機械強度不可能於後續時效處理中獲得增強。

本發明明顯地提供彎曲加工性之改良特別是對具有800MPa以上之抗張強度之高強度合金。再者，本發明對小於800MPa之抗張強度之銅合金亦提供類似的彎曲加工性改良。

本發明銅合金之彎曲加工性優異，且具優越之高抗張強度，而適用於電氣及電子機械、器具之導線架(lead frame)、連接器及端子材料，特別是可使用於汽車之連接器或端子材料、繼電器及開關。

根據本發明，可提供具有與錫之銅合金相等程度之抗張強度但具較佳彎曲加工性之銅合金，特別適用於電氣及電子機械及器具。為達成上述之充足的高抗張強度及優異彎曲加工性(R/t)，可藉由添加硼(B)、錳(Mn)、磷(P)、鋁(Al)、鋯(Zr)、鉻(Cr)、碳(C)、鈦(Ti)、鐵(Fe)、銦(In)、砷(As)、鉿(Hf)、銻(Sb)、鉭(Ta)、釩(V)等，以控制銅－鎳－矽合金之結晶粒徑，且除了上述合金元素外，可進一步含有錫(Sn)、鋅(Zn)及鎂(Mg)。

實施例

茲以下述實施例更詳細地說明本發明，但本發明不受該等所限制。

（實施例1）

將含有鎳4.2質量%、矽1.0質量%、及鉻量則如下述，其餘為銅與不可免雜質之合金，於高周波(high－frequency)溶解爐中溶解。鉻於銅合金之添加量，於實施例1為0.05質量%、於實施例2為0.15質量%、於實施例3為0.25質量%、於實施例4為0.5質量%、於實施例5為0.7質量%、於實施例6為0.9質量%、於比較例1為0.005質量%、於比較例2為0.2質量%、於比較例3為0.5質量%、於比較例4為0.8質量%。所得物以每秒10至30℃之冷卻速率鑄造，而獲得厚度30mm、寬度100mm、及長度150mm之合金錠。將該合金錠於900℃維持1小時後，進行熱軋，以製造厚度t為12mm之熱軋片。對該片材進行倒角(chamfering)厚度1mm，使兩側之厚度成為10mm，且冷軋加工成為厚度t＝0.167mm之薄片。該薄片材料於950℃進行固溶處理20分鐘。

固溶處理後，立即將薄片進行水淬冷。而後，各合金於450至500℃進行時效處理2小時，且以10%加工比例進行冷軋，以製得t＝0.15mm之樣品。

將所製得之樣品進行下述特性測試且評價如後。

a.導電性(Electrical conductivity)導電性之測試係於維持在20℃(±5℃)之恆溫浴中以四端子法(four termianl method)測量樣品之比電阻計算而得之。端子間的距離設定為100mm。

b.抗張強度(Tensile strength)抗張強度測試用之3個測試片係根據JIS Z 2201－13B朝平行於輥軋的方向由樣品切割而製備，並根據JIS Z 2241實施測定，而得其平均值。

c.彎曲加工性(Bending property)朝平行於輥軋之方向由樣品切割測試片，其尺寸為寬10mm，長25mm。所得測試片以0、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.4、0.5或0.6(mm)之彎曲半徑R作90°W彎曲，彎曲軸為垂直於輥軋方向。無於曲部分有無龜裂產生，皆以裸眼經由50放大倍率之光學顯微鏡觀察，且以掃描式電子顯微鏡檢查彎曲點有無龜裂產生。評價結果以R/t表示（其中，R表示彎曲半徑，t表示薄片厚度），且使用已發生龜裂之最大（界限）R計算得R/t。如R＝0.15，則無龜裂發生，R＝0.1為發生龜裂，由於樣品之厚度(t)＝0.15mm，則求得R/t＝0.15/0.15＝1，該數值R/t揭示於下表。

d.析出物之粒徑及分布密度將樣品沖成直徑3mm之圓盤形，且將所得物以雙噴射拋光方法進行薄膜拋光(thin－film－polishing)。以300kV加速電壓之穿透式電子顯微鏡於3個任意位置取得所得樣品之相片（5,000及100,000放大倍率），且於相片上測定析出物之粒徑及密度。析出物之晶粒密度及大小之測定以下述方式進行。由於析出物X甚微細，電子束射入方位設定於[001]，故以於n＝100（n表示觀察視野之數目）高倍率相片（100,000放大倍率）測定鎳－鋅所組成析出物X之微細晶粒數目；另一方面，於n＝10以低倍率相片（5,000放大倍率）測定析出物Y之微細晶粒數目。然後，排除數目上之局部偏差。該數目之計算為每單位(mm2)之數目。

如表1所示結果可知，根據本發明實施例之銅合金，分別具有機械強度及彎曲加工性皆優異之特性。然而，相對地，比較例1及3之銅合金具有之析出物X粒徑不在本發明所界定之範圍，而比較例2及4之銅合金具有之析出物Y之粒徑亦不在本發明所界定之範圍。因此，雖然各比較例之銅合金分別具有與實施例實質相同之機械強度，但彎曲加工性R/t≧2則顯著地低劣。

（試驗例2）

銅合金分別具有如表2所示之組成，其餘為銅及不可避免之雜質，並以相同於試驗例1之方式進行測試及評價。製備方法及測定方法與試驗例1相同。

如表2所示之結果明顯可知，根據本發明各實施例之銅合金分別具有機械強度及彎曲加工性皆優異之特性。然而，相對地，比較例5之銅合金具有之鎳含量少於本發明之較佳下限範圍，而無法獲得目標之抗張強度。比較例6之銅合金具有較大的鎳含量，於加工中會產生龜裂，結果無法製造評價用之材料。比較例7及8之銅合金，分別含有之硼量及Xs對Ys數目比例不在本發明所界定之預期範圍內，因此無法兼具目標機械強度及彎曲加工性質。

（試驗例3）

銅合金分別具有如表3所示之組成，其餘為銅及不可避免之雜質，以相同於試驗例1之方式進行測試及評價。製備方法及測定方法均與試驗例1相同。

如表3所示之結果明顯可知，根據本發明各實施例之銅合金分別具有機械強度及彎曲加工性皆優異之特性。然而，相反地，比較例9之銅合金具有之鎳與矽含量少於本發明之較佳下限範圍，而無法獲得目標抗張強度。比較例10之銅合金具有較大的鎳及矽含量，於加工中會產生龜裂，結果無法製造評價用之材料。比較例11至14之銅合金，分別含有之錳量及/或磷量不在本發明所界定之預期範圍內，及/或X對Y之數目比例亦不在本發明所界定之預期範圍內，因此各比較例分別具有低劣之彎曲加工性，且R/t＝2以上。

（試驗例4）

銅合金分別含有鎳4.2質量%、矽1.0質量%、及表4所示之元素，其餘為銅及不可避免之雜質，以相同於試驗例1之方式進行測試及評價。製備方法及測定方法均與試驗例1相同。

如表4所示之結果明顯可知，根據本發明各實施例之銅合金分別具有900MPa以上之抗張強度，且R/t<2。然而，相反地，比較例15銅合金具有之硼含量及X對Y之數目比例皆不在本發明所界定之範圍內。比較例16之銅合金具有之錳量及析出物Y之粒徑不在本發明所界定之範圍內。比較例17之銅合金具有之磷量及析出物Y之粒徑不在本發明所界定之範圍內。比較例18之銅合金具有之錳量及X對Y之數目比例不在本發明所界定之範圍內。比較例19之銅合金具有之磷量及X對Y之數目比例不在本發明所界定之範圍內。因此，該等比較例之銅合金分別具有低劣之彎曲加工性，且R/t＝2以上。

（試驗例5）

表5所示之銅合金分別含鎳、矽及銻，其餘為銅及不可避免之雜質，以相同於試驗例1之方式進行測試及評價，且測定其結晶粒徑。製備方法及測定方法皆與試驗例1相同。添加至比較例28、29、30及31銅合金之銻量分別為0.01質量%、1.0質量%、0.02質量%、及1.2質量%。其他銅合金之銻量分別為0.1質量%。

根據JIS H 0501（截斷法）測定結晶粒徑。彎曲加工性以下述方法測定。將前述樣品朝平行於輥軋的方向切割為寬10mm及長25mm之大小，彎曲軸垂直於輥軋之方向進行彎曲者以“GW”表示；將前述樣品朝平行於輥軋方向切割為寬25mm及長10mm，以相同於GW之方式彎曲，但彎曲軸平行於輥軋的方向，以相同於GW之方式經由彎曲部分觀察者以“BW”表示。

如表5所示之結果明顯可知，根據本發明各實施例之銅合金分別具有機械強度及彎曲加工性皆優異之特性。然而，相對地，比較例20銅合金具有之鎳量太小，因此析出物X之析出密度低，且抗張特性低劣。比較例21銅合金具有大的鎳含量，因此雖然其可加工至最終厚度，但產生嚴重之加工龜裂。因此，雖然可測定此比較例21中所製得樣品之銅合金組織，但無法測定其特性。比較例22之銅合金具有之矽量太少，因此析出物X之析出密度低，且抗張特性低。比較例23之銅合金具有太多矽量，因此雖然其可加工至最終厚度，但產生嚴重之加工龜裂。因此，雖然可測定此比較例23中所製得樣品之銅合金組織，但無法測定其特性。比較例24之銅合金之析出物X粒徑小，比較例25之銅合金之析出物X之粒徑大，比較例26之銅合金之析出物X之析出密度低，因此該等銅合金分別具有低劣的抗張特性。比較例27之銅合金具有之矽量大，因此具有之析出物X之析出密度高，導致脆化龜裂(brittle cracking)。此比較例27之銅合金雖然可加工至最終厚度，但產生嚴重之加工龜裂。因此，雖然可測定此比較例27中所製得樣品之銅合金組織，但無法測定其特性。比較例28之銅合金之析出物Y粒徑小，比較例29之銅合金析出物Y具有大粒徑，比較例30之銅合金之析出物Y之析出密度過低，因此該等合金易具有過大的結晶粒徑，而具低劣彎曲加工性。比較例31之銅合金之析出物Y之析出密度高，導致脆化龜裂。此比較例31之銅合金雖然可加工至最終厚度，但產生嚴重之加工龜裂。因此，雖然可測定此比較例31中所製得樣品之銅合金組織，但無法測定其特性。

（試驗例6）

如表6所示之銅合金分別含鎳、矽及鉻，其餘為銅及不可避免之雜質，以相同於試驗例5之方式進行測試及評價。製備方法及測定方法皆與試驗例5相同。添加至比較例40、41、42及43之銅合金之鉻量分別為0.005質量%、0.8質量%、0.01質量%、及1.0質量%。其他銅合金之鉻量分別為0.05質量%。

如表6所示之結果明顯可知，根據本發明各實施例之銅合金分別具有機械強度及彎曲加工性皆優異之特性。然而，相反地，比較例32之銅合金具有之鎳量太少，因此析出物X之析出密度低，且抗張特性低劣。比較例33之銅合金的鎳與矽含量大，因此雖然可加工至最終厚度，但產生嚴重之加工龜裂。因此，雖然可測定此比較例33所製得樣品之銅合金組織，但無法測定其特性。比較例34之銅合金具有之矽量太少，因此析出物X之析出密度低，且抗張特性低劣。比較例35之銅合金含有太多矽量，因此雖然可加工至最終厚度，但產生嚴重之加工龜裂。因此，雖然可測定此比較例35所製得樣品之銅合金組織，但無法測定其特性。比較例36之銅合金之析出物X之粒徑小，比較例37之銅合金析出物X之粒徑大，比較例38之銅合金之析出物X之析出密度低，因此該等銅合金均具有低劣的抗張特性。比較例39之銅合金具有之析出物X之析出密度高，導致脆化龜裂(brittle cracking)。此比較例39之銅合金雖然可加工至最終厚度，但產生嚴重之加工龜裂。因此，雖然可測定此比較例39所製得樣品之銅合金組織，但無法測定其特性。比較例40之銅合金之析出物Y之粒徑小，比較例41之銅合金之析出物Y粒徑大，比較例42之銅合金具有之析出物Y之析出密度過低，因此該等合金易具有過大的結晶粒徑，而且彎曲加工性低劣。比較例43之銅合金之析出物Y之析出密度高，導致脆化龜裂。此比較例43之銅合金雖然可加工至最終厚度，但產生嚴重之加工龜裂。因此，雖然可測定此比較例43中所製得樣品之銅合金組織，但無法測定其特性。

（試驗例7）

根據本發明之下列各試驗例，銅合金分別含鎳4.0質量%、矽1.0質量%、及表7所示之元素，其餘為銅及不可避免之雜質，以相同於試驗例5之方式進行測試及評價。製備方法及測定方法皆與試驗例5相同。比較例44之銅合金具有鎳3.1質量%及矽0.7質量%，比較例45之銅合金具有鎳3.9質量%及矽0.9質量%，比較例46之銅合金具有鎳4.9質量%及矽1.2質量%，其餘為銅及不可避免之雜質。

從表7所示之結果明顯可知，根據本發明實施例之銅合金分別具有機械強度及彎曲加工性皆優異之特性。然而，相對地，比較例44、45及46之銅合金均不含任何析出物Y，因此所具有的結晶粒徑顯然甚大，且彎曲加工性低劣。

（試驗例8）

各銅合金含有鎳、矽、錫、鋅、鎂、及附後表8所示之元素，其餘為銅及不可避免之雜質，以相同於試驗例5之方式進行測試及評價。製備方法及測定方法皆與試驗例5相同。

從表8所示之結果明顯可知，根據本發明實施例之銅合金均具有機械強度及彎曲加工性皆優異之特性。然而，相對地，比較例47、48、49及50之銅合金皆不含任何析出物Y，因此均具有顯然甚大的結晶粒徑，及低劣的彎曲加工性。

產業上可利用性

本發明之銅合金適合應用在電氣及電子機械及器具之導線架、連接器及端子材料，例如汽車之連接器/終端子材料、繼電器及開關。

本發明之具體例已詳細說明如上，應了解，本發明不受上述詳細說明之任何限制，除非另有界定，本發明之精神與範疇應依附後之申請專利範圍廣義地解釋。

Claims

一種電氣電子機器用銅合金，係由下述合金組成構成：包含鎳2至5質量%、矽0.3至1.5質量%，並分別含有0.005至0.5質量%之鋁(Al)、砷(As)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、碳(C)、鐵(Fe)、磷(P)、銦(In)、銻(Sb)、錳(Mn)、鉭(Ta)或釩(V)之至少一種元素以上，其餘為銅與不可避免之雜質，並具有析出物X與析出物Y，該析出物X係由鎳(Ni)及矽(Si)所組成；該析出物Y包含鎳或矽或不含鎳亦不含矽，其中，該析出物X具0.001至0.1μm之粒徑，且該析出物Y具0.01至1微米之粒徑。
如申請專利範圍第1項之電氣電子機器用銅合金，其中，該析出物Y具有高於固溶處理(solution treatment)溫度之熔點(melting point)。
如申請專利範圍第1項之電氣電子機器用銅合金，其中，該析出物X數目為該析出物Y數目之20至2000倍。
如申請專利範圍第2項之電氣電子機器用銅合金，其中，該析出物X數目為該析出物Y數目之20至2000倍。
如申請專利範圍第1至4項中任一項之電氣電子機器用銅合金，其包含鎳2至5質量%、矽0.3至1.5質量%、錳0.01至0.5質量%、及磷0.01至0.5質量%，其餘為銅與不可避免之雜質，每mm² 之該析出物X數目為每mm² 之該析出物Y數目之20至2000倍。
如申請專利範圍第1至4項中任一項之電氣電子機器用銅合金，其中，該析出物X之數目為每mm² 10⁸ 至10¹² ，及該析出物Y之數目為每mm² 10⁴ 至10⁸ 。
如申請專利範圍第5項之電氣電子機器用銅合金，其中，該析出物X之數目為每mm² 10⁸ 至10¹² ，及該析出物Y之數目為每mm² 10⁴ 至10⁸ 。
如申請專利範圍第6項之電氣電子機器用銅合金，其中，該析出物Y由鋁-砷、鋁-鉿、鋁-鋯、鈦-碳、銅-鈦、銅-鋯、鉻-矽、鐵-磷、鐵-矽、鐵-鋯、銦-鎳、鎂-銻、錳-矽、鎳-銻、矽-鉭及釩-鋯中之至少一種所組成。
如申請專利範圍第7項之電氣電子機器用銅合金，其中，該析出物Y由鋁-砷、鋁-鉿、鋁-鋯、鈦-碳、銅-鈦、銅-鋯、鉻-矽、鐵-磷、鐵-矽、鐵-鋯、銦-鎳、鎂-銻、錳-矽、鎳-銻、矽-鉭及釩-鋯中之至少一種所組成。
一種電氣電子機器用銅合金，其包含鎳2至5質量%、矽0.3至1.5質量%、硼0.005至0.1質量%，其餘量為銅與不可避免之雜質，每mm² 之由鎳及矽構成的析出物X數目為每mm² 之包含鎳或矽或不含鎳亦不含矽的析出物Y數目之20至2000倍。
一種電氣電子機器用銅合金，其包含鎳2至5質量%、矽0.3至1.5質量%、硼0.005至0.1質量%、錳0.01至0.5質量%、及磷0.01至0.5質量%，其餘量為銅與不可避免之雜質，每mm² 之由鎳及矽構成的析出物X數目為每mm² 之包含鎳或矽或不含鎳亦不含矽的析出物Y數目之20至2000倍。
如申請專利範圍第1至4項中任一項之電氣電子機器用銅合金，其中，再包含錫0.1至1.0質量%、鋅0.1至1.0質量%、及鎂0.05至0.5質量%之至少一種以上的元素。
如申請專利範圍第5項之電氣電子機器用銅合金，其中，再包含錫0.1至1.0質量%、鋅0.1至1.0質量%、及鎂0.05至0.5質量%之至少一種以上的元素。
如申請專利範圍第6項之電氣電子機器用銅合金，其中，再包含錫0.1至1.0質量%、鋅0.1至1.0質量%、及鎂0.05至0.5質量%之至少一種以上的元素。
如申請專利範圍第7項之電氣電子機器用銅合金，其中，再包含錫0.1至1.0質量%、鋅0.1至1.0質量%、及鎂0.05至0.5質量%之至少一種以上的元素。
如申請專利範圍第8項之電氣電子機器用銅合金，其中，再包含錫0.1至1.0質量%、鋅0.1至1.0質量%、及鎂0.05至0.5質量%之至少一種以上的元素。
如申請專利範圍第9項之電氣電子機器用銅合金，其中，再包含錫0.1至1.0質量%、鋅0.1至1.0質量%、及鎂0.05至0.5質量%之至少一種以上的元素。
如申請專利範圍第10或11項之電氣電子機器用銅合金，其中，再包含錫0.1至1.0質量%、鋅0.1至1.0質量%、及鎂0.05至0.5質量%之至少一種以上的元素。