TWI509092B

TWI509092B - Cu-Co-Si copper alloy strip and method for producing the same

Info

Publication number: TWI509092B
Application number: TW103121160A
Authority: TW
Inventors: Yasuhiro Okafuji
Original assignee: Jx Nippon Mining & Metals Corp
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2015-11-21
Also published as: KR101612186B1; KR20150015368A; JP2015028202A; JP5437520B1; CN104342582A; TW201512431A; CN104342582B

Description

Cu-Co-Si系銅合金條及其製造方法

本發明係關於一種可較佳用於製造電子材料等電子零件之Cu-Co-Si系銅合金條及通電用或散熱用電子零件，尤其是關於一種用作電機-電子機器、汽車等所搭載之端子、連接器、繼電器、開關、插座、匯流排、引線框架、散熱板等電子零件之素材的Cu-Co-Si系銅合金條、及使用該銅合金條之電子零件。其中，係關於一種適合於電動汽車、油電混合車等中所使用之大電流用連接器或端子等大電流用電子零件之用途、或於智慧型手機或平板PC中所使用之液晶框架等散熱用電子零件之用途的Cu-Co-Si系銅合金條及使用該銅合金條之電子零件。

作為電子機器之端子、連接器、開關、插座、繼電器、匯流排、引線框架、散熱板等之用以傳遞電或熱之材料，廣泛使用有強度與導電率優異之銅合金條。此處，導電性與導熱性成比例關係。然而，近年來，就電子機器之連接器而言，高電流化不斷發展，而認為必需具有良好之彎曲性，且具有55%IACS以上之導電率、600MPa以上之耐力。又，為了確保可焊性(solderability)，連接器材料要求有良好之鍍敷性或焊料潤濕性。

另一方面，例如針對智慧型手機或平板PC之液晶，使用有被稱為液晶框架之散熱零件。就此種散熱用途之銅合金條而言，高導熱率化亦進展，而認為必需具有良好之彎曲性，且具有高強度。因此，可認為散熱用途之銅合金條亦必需具有55%IACS以上之導電率、550MPa以上之耐力。

然而，Ni-Si系銅合金難以達成60%IACS以上之導電率，從而進行有Co-Si系銅合金之開發。包含Co-Si之銅合金因Co₂ Si之固溶量較少，故可使導電率高於Ni-Si系銅合金。

作為該Co-Si系銅合金，揭示有藉由將介隔物之尺寸設為2μm以下而使粗大之析出物減少，從而鍍敷密接性優異之銅合金(專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2008-056977號公報

然而，雖Co-Si系銅合金之導電率或強度優異，但並不適合拉拔或拉伸等加工，於加工時容易產生龜裂或形狀不良。因此，存在如下異常，即將Co-Si系銅合金應用於電子機器之連接器或散熱板等之情形之加工設計變困難，或者於加工困難之情形時使用導電率(導熱率)不足之其他合金而未獲得必需之功能。

即，本發明係為了解決上述課題而完成者，其目的在於提供一種維持導電率或強度，並且加工性優異之Cu-Co-Si系銅合金條及其製造方法。進而，本發明之目的亦在於提供一種該銅合金條之製造方法、及適合大電流用途或散熱用途之電子零件。

本發明之Cu-Co-Si系銅合金條含有Co：0.5~3.0質量%，Si：0.1~1.0質量%，Co/Si之質量比：3.0~5.0，剩餘部分由銅及不可避免之雜質所構成，且蘭克福特值(Lankford value)r之面內各向異性△r之絕對值為0.2以下(其中，以△r=(r0+r90-2×r45)/2進行表示，且將相對於壓延平行方向0度、45度、90度之r值分別設為r0、r45、r90)。

於本發明之Cu-Co-Si系銅合金條中，較佳為加工硬化係數(n值)為0.04以上。

較佳為於壓延面所觀察到之結晶粒徑為20μm以下。

較佳為含有合計0.001~2.5質量%之選自由Ni、Cr、Mg、Mn、Ag、P、Sn、Zn、As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al及Fe所組成之群中之1種以上。

本發明之Cu-Co-Si系銅合金條之製造方法係上述Cu-Co-Si系銅合金條之製造方法，依序進行熱軋、第1退火、加工度10%以上之第1冷軋、固溶處理、時效處理，並將上述第1退火與上述第1冷軋反覆進行2次以上，上述第1退火係設為於退火前後拉伸強度減少10~40%之條件。

進而於另一態樣，本發明係一種大電流用電子零件，其使用上述Cu-Co-Si系銅合金條。

進而於另一態樣，本發明係一種散熱用電子零件，其使用上述Cu-Co-Si系銅合金條。

根據本發明，可提供一種維持導電率或強度，並且加工性優異之Cu-Co-Si系銅合金條及其製造方法、以及適合大電流用途或散熱用途之電子零件。該銅合金條可較佳地用作端子、連接器、開關、插座、繼電器、匯流排、引線框架等電子零件之素材，尤其是可用作通過大電流之電子零件之素材或散發大熱量之電子零件之素材。

以下，對本發明之實施形態之Cu-Co-Si系銅合金條進行說明。再者，於本發明中所謂%，係設為只要沒有特別事先說明，則表示質量%者。

首先，對限定銅合金條之組成之原因進行說明。

<Co及Si>

關於Co及Si，藉由進行時效處理，從而Co與Si形成以微細之Co₂ Si為主之金屬間化合物之析出粒子，而使合金之強度明顯增加。又，伴隨著於時效處理中之Co₂ Si之析出，導電性提高。但是，於Co濃度未達0.5%之情形，或Si濃度未達0.1(Co%之1/5)%之情形時，即便添加其他成分亦無法獲得所需之強度。又，於Co濃度超過3.0%之情形，或Si濃度超過1.0(Co%之1/3)%之情形時，雖可獲得充分之強度，但導電性變低，進而於母相中產生無助於強度提高之粗大之Co-Si系粒子(結晶物及析出物)，而導致彎曲加工性、蝕刻性及鍍敷性降低。因此，將Co之含量設為0.5~3.0質量%。較佳為將Co之含量設為1.0~2.0質量%。同樣地，將Si之含量設為0.1~1.0質量%。較佳為將Si之含量設為0.2~0.7質量%。

若將Co/Si之質量比設為3.0~5.0，則可使析出硬化後之強度與導電率同時提高。若Co/Si之質量比未達3.0，則未以Co₂ Si之形態析出之Si之濃度變多而導電率降低。若Co/Si之質量比超過5，則未以Co₂ Si之形態析出之Co之濃度變多而導電率降低。

進而，較佳為含有合計0.001~2.5質量%之選自由Ni、Cr、Mg、Mn、Ag、P、Sn、Zn、As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al及Fe所組成之群中之1種以上。該等元素藉由固溶強化或析出強化等而有助於強度提高。若該等元素之合計量未達0.001質量%，則有無法獲得上述效果之情形。又，若該等元素之合計量超過2.5質量%，則有導電率降低，或由於熱軋而裂開之情形。

本發明之Cu-Co-Si系銅合金條之厚度並無特別限定，例如可設為0.03~0.6mm。

<蘭克福特值r之板面內各向異性△r>

繼而，對成為銅合金條之特徵之界定進行說明。本發明人者可知如下情況：藉由於特定條件下製造Cu-Co-Si系銅合金條，可獲得蘭克福特值r之板面內各向異性△r成為0.2以下之合金。可認為其原因在於：藉由於下述條件下反覆進行退火與壓延，從而壓延方向與板厚方向中之晶粒形狀或被導入應變處變均勻，而抑制變形時之板厚方向之減少。

此處，r係表示板之厚度方向與板之寬度方向中之何種方向容易變形的塑性應變值，r越高，深可拉性越優異。

r理論上由下式求出。

r=ln(W₀ /W)/ln(t₀ /t)

此處，W₀ 、W係變形前、後之板的寬度，t₀ 、t係變形前、後的板厚。其中，有根據取出試片之部位而r變化，且根據板面方向而深可拉性降低之情況。因此，於本發明中，著眼於r值之板面內各向異性△r，該值越小，深可拉性於任意方向均變得越良好，而加工性大幅提高。又，於深拉拔成形時，若材料之收縮容易度視方向而不同，則凸緣(flange)部之壁(耳狀部)高度變得不均勻，但△r越小，耳狀部之高度變得越小，而加工性提高。

以△r=(r0+r90-2×r45)/2

進行表示。此處，將相對於壓延平行方向，向0度、45度、90度之方向對試樣進行拉伸試驗而獲得之r值分別設為r0、r45、r90，自該等值算出△r。

然後，關於製造Cu-Co-Si系銅含金條之條件，若對鑄錠依序進行熱軋、第1退火、加工度10%以上之第1冷軋、固溶處理、時效處理，並將第1退火與第1冷軋反覆進行2次以上，且第1退火係設為於退火前後拉伸強度減少10~40%之條件，則可獲得｜△r｜≦0.2之合金條。

再者，亦可於固溶處理與時效處理之間進行最終冷軋。

藉由於上述條件下進行第1退火與第1冷軋，從而如上述般，壓延方向、板厚方向與板寬度方向之晶粒形狀或被導入應變處變均勻，而抑制變形時之板厚方向之減少，因此可認為△r成為0.2以下。

若第1退火與第1冷軋之反覆次數未達2次，則無法獲得上述之效果，且成為｜△r｜>0.2。

於第1退火中，於退火前後拉伸強度僅減少未達20%之情形時，無法獲得上述之效果，且成為｜△r｜>0.2。另一方面，若於退火前後拉伸強度減少超過40%，則結晶粒徑變得過大，而於拉拔加工時產生表面粗糙。第1退火較佳為設為於退火前後拉伸強度減少15~30%之條件。

於第1冷軋之加工度未達10%之情形時，無法獲得上述之效果，且成為｜△r｜>0.2。再者，第1冷軋之加工度之上限例如為97%。若加工度超過97%，則第2次冷軋之加工度變得未達10%。第1冷軋之加工度較佳為15~50%。

亦可於熱軋與第1退火之間進行冷軋(初期冷軋)，其加工度可設為0~98%。

關於其他條件，可設為與通常之Cu-Co-Si系銅合金條之製造條件相同。

若加工硬化係數(n值)為0.04以上，則可使△r之絕對值確實地為0.2以下，從而銅合金條之加工性提高，故而較佳。

此處，於拉伸試驗中，若將試片進行拉伸，並負載負荷，則於超過彈性限度而達到最高負荷點為止之塑性變形區域中，試片各部均勻伸長(均勻伸長率)。在產生該均勻伸長率之塑性變形區域中，於真應力σ_t 與真應變ε_t 之間，式1σ_t =K ε_t ⁿ

之關係成立，將其稱為n乘硬化定律。將「n」設為加工硬化係數(須藤一：材料試驗法，內田老鶴圃公司，(1976)，p.34)。n取0≦n≦1之值， n越大，加工硬化之程度越大，從而於將遭受局部變形之部分加工硬化時變形向其他部分轉移，而變得難以產生收縮(constriction)之部分。因此，n值較大之材料顯示均勻伸長率，深可拉性等加工性變良好，並且可抑制加工後之表面之表面粗糙。

若於壓延面所觀察到之結晶粒徑為20μm以下，則銅合金條之加工性提高，並且可抑制加工後之表面之表面粗糙，故而較佳。

[實施例]

以電解銅為原料，使用大氣熔解爐而熔製錶1、表2所示之組成之銅合金，並鋳造成鑄錠。將該鑄錠於850~1000℃進行熱軋，並適當切削表面等，而使厚度為10mm。其後，於表1、表2所示之條件下進行初期冷軋(一部分試樣不進行初期冷軋)。

繼而，分別於表1、表2所示之條件下反覆進行第1退火及第1冷軋2次或3次。進而，於850~1000℃進行5~100秒鐘之固溶處理，繼而進行加工度0~20%之最終冷軋，進而進行時效處理(於強度成為最大之溫度下5小時)，而製造0.2mm之厚度之試樣。

針對各試樣，進行以下之評價。

<拉伸強度(TS)>

藉由拉伸試驗機，並依據JIS-Z2241，對與壓延方向平行之方向之拉伸強度(TS)進行測定。

<r值>

藉由拉伸試驗機，並依據JIS-Z2241，相對於壓延平行方向，向0度、45度、90度之方向進行拉伸，對伸長率為5%(於斷裂伸長率為5%以下之情形時為2.5%)時之板寬度與長度進行測定，將拉伸試驗前後之板寬度分別設為W₀ 、W，將拉伸試驗前後之長度分別設為L₀ 、L，根據r值=ln(W₀ /W)/ln(WL/W₀ L₀ )而算出r值。將相對於壓延平行方向0度、45度、90度之r值分別設為r0、r45、r90。

<△r值>

根據△r=(r0+r90-2×r45)/2而算出。

<n值>

藉由拉伸試驗機，並依據JIS-Z2241，向與壓延方向平行之方向進行拉伸試驗時，於塑性變形區域求出真應力σ_t 與真應變ε_t ，並利用式1σ_t =K ε_t ⁿ

求出n值。

<於壓延面所觀察到之結晶粒徑(平均結晶粒徑(GS))>

針對所獲得之試樣之壓延面，藉由JIS H0501之切斷法而測定平均結晶粒徑。

<導電率(%IACS)>

藉由4端子法而測定所獲得之試樣之導電率(%IACS)。

<拉拔加工性>

使用Eriksen公司製造之試驗機，於下述條件，即空白樣品徑：64mm、衝頭(punch)徑：33mm、片材壓力：3.0kN、潤滑劑：油脂之條件下製作杯狀物。

將該杯狀物以開放端側朝下之方式置於玻璃板上，利用讀數顯微鏡(reading microscope)對耳狀物彼此間之凹部與玻璃板之間隙進行測定，而求出於杯狀物產生之4個耳狀物間之凹部之間隙的平均值，設為耳狀物之高度。

又，利用目視觀察杯狀物之外觀，判定有無表面粗糙。

以下述基準評價拉拔加工性。

○：耳狀物之高度為0.5mm以下且無表面粗糙者

×：耳狀物之高度超過0.5mm且產生表面粗糙者

將所獲得之結果示於表1。再者，各實施例均TS為550MPa以上，且導電率為55%IACS以上。

自表1、表2可明確，於將第1退火與加工度10%以上之第1冷軋反覆進行2次以上，且將第1退火設為於退火前後拉伸強度減少20~40%之條件而製造之各實施例的情形時，成為｜△r｜≦0.2，拉拔加工性提高。

另一方面，於將第1退火設為於退火前後拉伸強度減少超過40%之比較例1~4之情形時，成為｜△r｜>0.2，拉拔加工性較差。

於僅將第1退火與第1冷軋重複1次之比較例5之情形時，亦成為｜△r｜>0.2，拉拔加工性較差。

於未進行第1退火與第1冷軋之比較例6之情形時，亦成為｜△r｜>0.2，拉拔加工性較差。

於將第1冷軋之加工度設為未達10%之比較例7之情形時，亦成為｜△r｜>0.2，拉拔加工性較差。

Claims

一種Cu-Co-Si系銅合金條，其含有Co：0.5~3.0質量%，Si：0.1~1.0質量%，Co/Si之質量比：3.0~5.0，剩餘部分由銅及不可避免之雜質所構成，且蘭克福特值(Lankford value)r之板面內各向異性△r之絕對值為0.2以下(其中，以△r=(r0+r90-2×r45)/2進行表示，且將相對於壓延平行方向0度、45度、90度之r值分別設為r0、r45、r90)。
如申請專利範圍第1項之Cu-Co-Si系銅合金條，其中，加工硬化係數(n值)為0.04以上。
如申請專利範圍第1或2項之Cu-Co-Si系銅合金條，其中，於壓延面所觀察到之結晶粒徑為20μm以下。
如申請專利範圍第1或2項之Cu-Co-Si系銅合金條，其含有合計0.001~2.5質量%之選自由Ni、Cr、Mg、Mn、Ag、P、Sn、Zn、As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al及Fe所組成之群中之1種以上。
一種Cu-Co-Si系銅合金條之製造方法，其係申請專利範圍第1至4項中任一項之Cu-Co-Si系銅合金條之製造方法，依序進行熱軋、第1退火、加工度10%以上之第1冷軋、固溶處理、時效處理，並將上述第1退火與上述第1冷軋反覆進行2次以上，上述第1退火係設為於退火前後拉伸強度減少10~40%之條件。
一種大電流用電子零件，其使用申請專利範圍第1至4項中任一項之Cu-Co-Si系銅合金條。
一種散熱用電子零件，其使用申請專利範圍第1至4項中任一項之Cu -Co-Si系銅合金條。