TWI547569B - 高強度高導電性銅合金 - Google Patents

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Description

高強度高導電性銅合金
本發明有關適合於連接器(connector)或引線框架(lead frame)等的電子電氣部件之高強度高導電性銅合金(high strength high electro conductive alloy)。
本申請案係根據2010年1月26日向日本提出申請之特願2010-014398號及2010年1月26日向日本提出申請之特願2010-014399號以主張優先權，並將其內容援用於此。
在來，隨著電子設備或電氣設備等的小型化，在謀求為此等電子設備或電氣設備等所使用之連接器端子、引線框架等的電子電氣部件的小型化及薄壁化。因此，作為構成電子電氣部件之材料，需要開發彈簧性、強度、導電率優異之銅合金。
於是，作為彈簧性、強度、導電率優異的銅合金，例如專利文獻1中，提供含有Be(鈹(Beryllium))之Cu(銅)-Be合金。此種Cu-Be合金，係沉澱硬化型(preeipitation-hardening type)的高強度合金，於Cu的母相(mother phase)中使CuBe經時沉澱(age preeipitation)，藉以不致於降低導電率之下而提升強度。
然而，由於此種Cu-Be合金，係含有高價的元素之Be之故，原料成本非常昂貴。又，當製造Cu-Be合金時，將會發生有毒性Be氧化物。因此，在製造過程中，為防止誤釋放Be氧化物至外部起見，需要將此製造設備作成特別的構成，以嚴格管理Be氧化物。
如此，Cu-Be合金存在有原料成本及製造成本均高、且高價之問題。又，如前所述，由於含有有毒元素之Be之故，從環境對策的方面而言，大家都在迴避不採用。於是，盼望開發一種能替代Cu-Be合金之材料。
例如，非專利文獻1中，作為替代Cu-Be合金之銅合金而提案一種Cu-Sn(錫)-Mg(鎂)合金。此種Cu-Sn-Mg合金，係Cu-Sn合金(青銅)中添加有Mg者，為一種強度高、彈簧性優異的合金。
然而，於非專利文獻1中所記載之Cu-Sn-Mg合金中，存在有加工時容易發生龜裂之問題。由於非專利文獻1所記載之Cu-Sn-Mg合金中，含有較多量之Sn之故，因Sn的凝析(Segregation)而將於鑄塊內部不均勻生成低熔點的金屬間化合物(intermetallic compound)。如此方式生成低熔點的金屬間化合物時，則在爾後的熱處理時，將殘留低熔點的金屬間化合物。因此，在爾後的加工時容易發生龜裂。
又，Sn雖然係較Be為廉價者，惟仍然係一種比較高價的元素，因此，仍然引起原料成本上升之情形。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平04-268033號公報
[非專利文獻]
非專利文獻1：埃因瓦思、絲懷特、達克特等著，“錫-鎂青銅沉澱硬化之性質及製造特性”，金屬技術，8月號(1974年)，第385至390頁，(P. A. Ainsworth,C. J. Thwaites,R. Duckett,“Properties and manufacturing characteristics of precipitation-hardening tin-magnesium bronze”,Metals Technology,August(1974),p.385-390)。
本發明，係鑑於前述情形所開發者，其目的在於不致於含有Be之下，提供一種原料成本及製造成本低廉，抗張強度及導電性優異，且加工性亦優異的高強度高導電性銅合金。
有關本發明之第1形態之高強度高導電性銅合金之特徵為含有Mg：超過1.0質量%未達4質量%、及Sn：超過0.1質量%未達5質量%、作為餘量，含有Cu及不可避免不純物，而Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn為0.4以上。
此種有關第1形態之高強度高導電性銅合金，係含有Mg及Sn，餘量為實質上由Cu及不可避免不純物所成之銅合金，而規定有Mg的含量、Sn的含量、以及Mg含量與Sn含量的質量比Mg/Sn的範圍。具有此種成分組成之銅合金，如下所示，係抗張強度、導電性以及加工性優異者。
亦即，Mg及Sn分別係具有能提升銅的強度、且升高再結晶溫度(recrystallization temperature)之作用之元素。然而，如含有多量Mg、Sn，則會因含有Mg及Sn之金屬間混合物(intermetallic compound)而引起加工性之惡化。因此，將Mg的含量作成超過1.0質量%、未達4質量%、Sn的含量作成超過0.1質量%未達5質量%。由此，能達成強度的提升及加工性的確保。
再者，由於同時含有Mg及Sn之結果，此等化合物之(Cu，Sn)2Mg或Cu4MgSn的沉澱物，將分散於銅的母相中。由此，可藉由沉澱硬化而使硬度提升。在此，如將質量比作成Mg/Sn為0.4以上，則Sn的含量不致較Mg的含量為需要量以上之多，結果可防止低熔點的金屬間化合物之殘留，而可確保加工性。
有關第1形態之高強度高導電性銅合金中，Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn，可為0.8以上10以下。
可確實獲得前述之同時含有Mg與Sn所致之強度提升的效果之同時，可再抑制Sn的含量，而確保加工性。
有關第1形態之高強度高導電性銅合金中，可再含有選自Fe(銑)、Co(鈷)、Al(鋁)、Ag(銀)、Mn(錳)、以及Zn(鋅)之至少1種以上，其含量為0.01質量%以上5質量%以下。
Fe、Co、Al、Ag、Mn以及Zn，具有提升銅合金的特性之效果，如按照用途而選擇性含有，則能藉以提升特性。
有關第1形態之高強度高導電性銅合金中，可再含有B(硼)：0.001質量%以上0.5質量%以下。
B，係能提升強度及耐熱度之元素。然而，如多量含有B時，則會降低導電率。因而，如將B的含量作成0.001質量%以上0.5質量%以下，則能在抑制導電率之低落之下，達成強度及耐熱性的提升。
有關第1形態之高強度高導電性銅合金中，可再含有P(磷)：未達0.004質量%。
P，係在熔化鑄製(melting casting)時，具有降低銅熔液(copper molten metal)的黏性之效果。因此，為容易進行鑄造作業起見，添加於銅合金中之情況較多。然而，由於P會與Mg起反應之結果，會降低Mg的效果。又，其係會使導電率大為降低之元素。因此，如使P的含量作成未達0.004質量%，則可確實獲得前述之Mg的效果以達成硬度的提升。又，可抑制導電率的低落。
有關第1形態之高強度高導電性銅合金中，可為抗張強度在750MPa(兆帕)以上，而導電率則在10%IACS(國際退火銅標準(International annealed copper standard))以上。
在此情形，可提供一種強度及導電率優異、且適合於前述的電子電氣部材之高強度高導電性銅合金。例如，如將此種高強度高導電性銅合金適用於連接器端子或引線框架，則能達成連接器端子或引線框架等的薄壁化。
有關本發明之第2形態之高強度高導電性銅合金之特徵為含有Mg：超過1.0質量%未達4質量%、Sn：超過0.1質量%未達5質量%、Ni(鎳)：超過0.1質量%未達7質量%以下作為餘量，含有Cu及不可避免不純物，Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn為0.4以上。
此種有關第2形態之高強度高導電性銅合金，係按超過0.1質量%、未達7質量%的含量再含有Ni之有關第1形態之高強度高導電性銅合金。
此種有關第2形態之高強度高導電性銅合金，係含有Mg、Sn以及Ni，餘量為實質上由Cu及不可避免不純物所成之銅合金，而規定有Mg的含量、Sn的含量、Ni的含量、以及Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn的範圍。具有此種成分組成之銅合金，如下所示，係抗張強度、導電性以及加工性優異者。
亦即，Mg及Sn，分別係一種具有能提升銅的強度、且升高再結晶溫度之作用之元素。然而，如含有多量Mg、Sn，則會因含有Mg及Sn之金屬間化合物而引起加工性之惡化。因此，將Mg的含量作成超過1.0質量%未達4質量%、Sn的含量作成超過0.1質量%未達5質量%。由此，能達成強度的提升及加工性的確保。
詳述之，由於Mg與Sn同時添加之結果，(Cu，Sn)2Mg或Cu4MgSn的沉澱物將分散於銅的母相中。藉由因此種沉澱物所引起之沉澱硬化，而將使強度及再結晶溫度提升。
然而，如多量含有Mg、Sn，則因Mg、Sn的凝析而將於鑄塊內部不均勻生成含有Mg或Sn之金屬間化合物。特別是，多含Sn之金屬間化合物之熔點低，有在爾後的熱處理程中熔解之可能性。如多含Sn之金屬間化合物熔解時，則在爾後的熱處理時容易殘留金屬間化合物。因此種金屬間化合物之殘留而會引起加工性之惡化。因而，將Mg的含量作成超過1.0質量%未達4質量%，將Sn的含量作為超過0.1質量%未達5質量%。
再者，由於將Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn作成0.4以上之結果，Sn的含量不致於較Mg的含量為需要量以上，而能抑制低熔點的金屬間化合物的生成。因此，可確實獲得因同時含有前述之Mg與Sn之結果之強度提升之效果、且可確保加工性。
Ni，藉由與Mg與Sn同時含有之結果，而具有再提升強度及再結晶溫度之作用。其原因，可推測為對(Cu，Sn)2Mg或Cu4MgSn中經固體溶解(solid ressolved)Ni之析出物所引起者。又，Ni具有升高鑄塊內部所生成之金屬間化合物的熔點之作用。因此，可於爾後的熱處理過程中抑制金屬間化合物之熔解，結果可抑制因該金屬間化合物的殘留所引起之加工性的惡化。另一方面，如多量含有Ni時，則會降低導電率。
由以上之情形，將Ni的含量作成超過0.1質量%未達7質量%。由此，能達成強度的提升、加工性的提升以及導電性的確保。
有關第2形態之高強度高導電性銅合金中，Ni的含量與Sn的含量的質量比Ni/Sn可為0.2以上3以下。
因Ni的含量與Sn的含量的質量比Ni/Sn作成0.2以上之結果，Sn的含量將會減少。因此，可抑制低熔點的金屬間化合物的生成而確保加工性。再者，因質量比Ni/Sn作成3以下之結果，不會存在過剩的Ni，而可防止導電率的低落。
有關第2形態之高強度高導電性銅合金中，可於P及B(硼)之中，再含有其中任一或雙方，而其含量為0.001質量%以上0.5質量%以下。
P，B，係能提升強度及耐熱性之元素。又，P，在熔解鑄造時，有降低銅熔液的黏性之效果。然而，如含有多量P、B時，導電率將會降低。因此，如將P、B的含量作成0.001質量%以上0.5質量%以下，則能在抑制導電率的低落之下，達成強度及耐熱性的提升。
有關第2形態之高強度高導電性銅合金中，可再含有選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上，其含量為0.01質量%以上5質量%以下。
Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn，具有提升銅合金的特性之效果，如按照用途而選擇性含有，則能藉以提升特性。
有關第2形態之高強度高導電性銅合金，可為抗張強度在750MPa以上，而導電率則在10%IACS以上。
在此情形，可提供一種強度及導電率優異，且適合於前述的電子電氣部材之高強度高導電性銅合金。例如，如將此種高強度高導電性銅合金適用於連接器端子或引線框架，則能達成連接器端子或引線框架等的薄壁化。
如採用本發明之第1、2形態，則不致於含有Be之下，可提供一種原料成本及製造成本低廉、抗張強度及導電性優異、且加工性亦優異的高強度高導電性銅合金。
[發明之最佳實施形態]
以下，就本發明之一實施形態之高強度高導電性銅合金加以說明。
(第1實施形態)
有關第1實施形態之高強度高導電性銅合金，具有由含有Mg：超過1.0質量%未達4質量%、Sn：超過0.1質量%未達5質量%、Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上：001質量%以上5質量%以下、B：0.001質量%以上0.5質量%以下、以及P：未達0.004質量%，而餘量為Cu及不可避免不純物所成之組成。
並且，Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn為0.4以上。
有關第1實施形態之高強度高導電性銅合金的抗張強度為750MPa以上，而導電率則為10%IACS以上。
以下，將此等元素的含量設定於前述的範圍之理由加以說明。
(Mg)
Mg，係一種在不致於大為降低導電率之下，具有能提升強度之同時，升高再結晶溫度之作用效果之元素。在此，如Mg的含量為1.0質量%以下時，則不能獲得其作用效果。
另一方面，如Mg的含量為4.0質量%以上的情形，為均勻化(homogenization)及溶解化(solubilization)起見而實施熱處理時，會殘留含有Mg之金屬間化合物，以致不能進行充分的均勻化及溶解化。因而，於熱處理後的冷間加工或熱間加工中，有發生裂紋(crack)之可能性。
因此種理由，將Mg的含量設定為超過1.0質量%未達4質量%。
再者，由於Mg係一種活性元素(active element)之故，因過剩添加之故，在熔化鑄造時，有混入經與氧氣反應所生成之Mg氧化物之可能性。為抑制此種Mg氧化物的混入起見，較佳為將Mg的含量作成超過1.0質量%未達3質量%。
(Sn)
Sn，係一種藉由固體溶解(solid dissolve)於銅的母相中而具有能提升強度之同時，升高再結晶溫度之作用效果之元素。在此，如Sn的含量為0.1質量%以下時，則不能獲得其作用效果。
另一方面，如Sn的含量為5質量%以上的情形，則導電率會大為降低。又，因Sn的凝析而含有Sn之低熔點的金屬間化合物會不均勻方式生成。因此，為均勻化及溶解化起見而實施熱處理時，會殘留含有Sn之低熔點的金屬間化合物，以致不能進行充分的均勻化及溶解化。因而，於熱處理後的冷間加工或熱間加工中將會發生裂紋。又，因Sn係一種比較高價的元素之故，如添加需要以上時，則將會升高製造成本。
因此種理由，將Sn的含量設定為超過0.1質量%未達5質量%。再者，為確實獲得前述的作用效果起見，較佳為將Sn含量作成超過0.1質量%未達2質量%。
(Mg/Sn)
如同時含有Mg與Sn之情形，則此等的化合物(Cu，Sn)2Mg或Cu4MgSn的沉澱物將分散於銅的母相中，而可藉由沉澱硬化而提升強度。
在此，如Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn為未達0.4之情形，則將含有較Mg的含量為多的Sn。在此情形，如前所述，容易生成低熔點的金屬間化合物，以致加工性會降低。
因此種理由，將Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn作成0.4以上，以確保加工性。
再者，為控制含有Sn之低熔點的金屬間化合物的殘留以確實確保加工性之同時，能確實獲得因Sn所引起之強度提升的效果起見，較佳為將Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn作成0.8以上10以下。
(Fe、Co、Al、Ag、Mn、Zn)
Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn，具有能提升銅合金的特性，如按照用途而選擇性含有，則能藉以提升特性。在此，如選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上的元素的含量為未達0.01質量%時，則不能獲得其作用效果。
另一方面，如選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上的元素的含量為超過5質量%時，則導電率將大為降低。
因此種理由，將選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上的元素的含量，設定為0.01質量%以上5質量%以下。
(B)
B，係一種能提升強度及耐熱性之元素。在此，如B的含量為未達0.001質量%之情形，則不能獲得其作用效果。
另一方面，如B的含量為超過0.5質量%之情形，則導電率將會大為降低。
因此種理由，將B的含量設定為0.001質量%以上0.5質量%以下。
(P)
P，係在熔化鑄造時，具有降低銅熔液的黏性之效果。因此，為容易進行鑄造作業起見，添加於銅合金中之情況較多。然而，由於P會與Mg起反應之結果，會降低Mg的效果。再者，P係一種會使導電率大為降低之元素。
因此，為能確實獲得Mg的效果之同時，抑制導電率的低落起見，將P的含量作成未達0.004質量%。
再者，不可避免不純物而言，可例舉：Ca(鈣)、Sr(鍶)、Ba(鋇)、Sc(鈧)、Y(釔)、稀土類元素、Zr(鋯)、Hf(鉿)、V(釩)、Nb(鈮)、Ta(鉭)、Cr(鉻)、Mo(鉬)、W(鎢)、Re(錸)、Ru(釕)、Os(鋨)、Se(硒)、Te(碲)、Rh(銠)、Ir(銥)、Pd(鈀)、Pt(鉑)、Au(金)、Cd(鎘)、Ga(鎵)、In(銦)、Li(鋰)、Si(矽)、Ge(鍺)、As(砷)、Sb(銻)、Ti(鈦)、Tl(鉈)、Pb(鉛)、Bi(鉍)、S(硫)、O(氧)、C(碳)、Be(鈹)、N(氮)、H(氫)、Hg(汞)等。此等不可避免不純物，以總量計，較佳為0.3質量%以下。
如採用具有如上述的化學成分之有關第1實施形態之高強度高導電性銅合金，則含有Mg及Sn，而Mg的含量作成超過1.0質量%未達4質量%、Sn的含量作成超過0.1質量%未達5質量%，此等Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn作成0.4以上。因此，由於同時含有Mg及Sn之故，能達成固體溶解硬化(solid dissolving hardening)及沉澱硬化所引起之強度的提升之同時，可抑制Mg、Sn的含量，而確保加工性。
又，含有選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上，且其含量作成0.01質量%以上5質量%以下。因此在不致於因選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上的元素而顯著降低導電率之下，能提升銅合金的特性。
再者，含有B，並其含量作成0.001質量%以上0.5質量%以下。因此，在抑制導電率的低落之下，能達成強度及耐熱性的提升。
又，由於P的含量作成未達0.004質量%之故，可抑制Mg與P的反應，而能確實獲Mg的效果。
再者，於第1實施形態中，抗張強度為750MPa以上，而導電率則在10%IACS以上。因此，如將有關第1實施形態之高強度高導電性銅合金適用於連接器端子或引線框架等時，則可實現此等連接器端子或引線框架等的薄壁化。
(第2實施形態)
有關第2實施形態之高強度高導電性銅合金，具有由含有Mg：超過1.0質量%未達4質量%、Sn：超過0.1質量%未達5質量%、Ni：超過0.1質量%未達7質量%、P及B之中任一或雙方：0.001質量%以上0.5質量%以下、Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之中的至少1種以上：0.01質量%以上5質量%以下、而餘量為Cu及不可避免不純物所成之組成。
並月，Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn為0.4以上、Ni的含量與Sn的含量的質量比Ni/Sn為0.2以上3以下。
第2實施形態中，再含有Ni之事實及P的含量為0.001質量%以上0.5質量%以下之事實，係與第1實施形態不相同之處。
以下，將此等元素的含量設定為前述的範圍之理由加以說明。
(Mg)
Mg，係一種在不致於大為降低導電率之下，具有能提升強度之同時，升高再結晶溫度之作用效果之元素。在此，如Mg的含量為1.0質量%以下時，則不能獲得其作用效果。
另一方面，如Mg的含量為4.0質量%以上的情形，為均勻化及溶解化起見而實施熱處理時，會殘留含有Mg之金屬間化合物，以致不能進行充分的均勻化及溶解化。因而，於熱處理後的冷間加工或熱間加工中，有發生裂紋之可能性。
因此種理由，將Mg的含量設定為超過1.0質量%未達4質量%。
再者，由於Mg係一種活性元素之故，因過剩添加之故，在熔化鑄造時，有混入經與氧氣反應所生成之Mg氧化物之可能性。為抑制此種Mg氧化物的混入起見，較佳為將Mg的含量作成超過1.0質量%未達3質量%。
(Sn)
Sn，係一種固體溶解於銅的母相中而具有能提升強度之同時，升高再結晶溫度之作用效果之元素。在此，如Sn的含量為0.1質量%以下時，則不能獲得其作用效果。
另一方面，如Sn的含量為5質量%以上的情形，則導電率會大為降低。又，因Sn的凝析而含有Sn之低熔點的金屬間化合物會不均勻之方式生成。因此，為均勻化及溶解化起見而實施熱處理時，會殘留含有Sn之低熔點的金屬間化合物，以致不能進行充分的均勻化及溶解化。因而，於熱處理後的冷間加工或熱間加工中將會發生裂紋。又，因Sn係一種比較高價的元素之故，如添加需要以上時，則將會升高製造成本。
因此種理由，將Sn的含量設定為超過0.1質量%未達5質量%。再者，為確實獲得前述的作用效果起見，較佳為將Sn含量作成超過0.1質量%未達2質量%。
(Ni)
Ni，係一種藉由與Mg及Sn同時含有，而具有提升強度之同時，升高再結晶溫度之作用效果之元素。又，Ni，具有升高於鑄塊內部凝析之金屬間化合物的熔點之作用。因此，具有可抑制爾後的熱處理過程中之金屬間化合物的熔融，以提升加工性之效果。在此，如Ni的含量為0.1質量%以下的情形，則不能獲得其作用效果。
另一方面，如Ni的含量為7質量%以上的情形，則導電率將會大為降低。
因此種理由，將Ni的含量設定為超過0.1質量%未達7質量%。
(Mg/Sn)
如同時含有Mg與Sn之情形，則此等的化合物之(Cu，Sn)2Mg或Cu4MgSn的沉澱物將分散於銅的母相中，而可藉由沉澱硬化而提升強度。
在此，如Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn為未達0.4之情形，則將含有較Mg的含量為多的Sn。在此情形，如前所述，將生成低熔點的金屬間化合物，以致加工性會惡化。因此，將Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn作成0.4以上，以確保加工性。
再者，為控制含有Sn之低熔點的金屬間化合物的殘留以確實確保加工性之同時，能確實獲得因Sn所引起之強度提升的效果起見，較佳為將Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn作成0.8以上10以下。
(Ni/Sn)
如Ni的含量與Sn的含量的質量比Ni/Sn為未達0.2之情形，將含有較Ni的含量為多的Sn。在此情形，如前所述，容易生成低熔點的金屬間化合物，以致加工性會降低。
又，如Ni的含量與Sn的含量的質量比Ni/Sn為超過3之情形，則Ni的含量將增多，以致導電率將大為降低。
因而，將Ni的含量與Sn的含量的質量比Ni/Sn作成0.2以上3以下，藉以確保加工性之同時，確保有導電率。
(B，P)
B及P，係能提升強度及耐熱性之元素。又，P；係在熔化鑄製時，具有降低銅熔液的黏性之效果。在此，如B、P的含量為未達0.001質量%的情形，則不能獲得其作用效果。
另一方面，如B，P的含量為超過0.5質量%之情形，則導電率將大為降低。
因此種理由，將B及P的任一或雙方的含量設定為0.001質量%以上0.5質量%以下。
(Fe、Co、Al、Ag、Mn、Zn)
Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn，具有能提升銅合金的特性之效果，如按照用途而選擇性含有，則能藉以提升特性。在此，如選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上的元素的含量為未達0.01質量%時，則不能獲得其作用效果。
另一方面，如含有選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上的元素超過5質量%之情形，則導電率將大為降低。
因此種理由，將選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上的元素的含量，設定為0.01質量%以上5質量%以下。
再者，不可避免不純物而言，可例舉：Ca、Sr、Ba、Sc、Y、稀土類元素、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Se、Te、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Ga、In、Li、Si、Ge、As、Sb、Ti、Tl、Pb、Bi、S、O、C、Be、N、H、Hg等。此等不可避免不純物，以總量計，較佳為0.3質量%以下。
如採用具有如上述的化學成分之有關第2實施形態之高強度高導電性銅合金，則含有Mg及Sn及Ni，而Mg的含量作成超過1.0質量%未達4質量%、Sn的含量作成超過0.1質量%未達5質量%、Ni的含量作成超過0.1質量%未達7質量%。因此，由於含有Mg、Sn以及Ni之全部之故，能達成因固體溶解硬化及沉澱硬化所引起之強度的提升之同 時，可抑制Mg、Sn的含量，而確保加工性及導電率。
又，含有P及B之中之任一或雙方，並其含量作成0.001質量%以上0.5質量%以下。因此，在抑制導電率的低落之下，能達成強度及耐熱性的提升。
再者，含有選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上，並其含量作成0.01質量%以上5質量%以下。因此，藉由選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上的元素，而在不致於顯著降低導電率之下，能提升銅合金的特性。
再者，於第2實施形態中，抗張強度為750MPa以上，而導電率為10%IACS以上。因此，如將有關第2實施形態之高強度高導電性銅合金適用於連接器端子或引線框架等時，則可實現此等連接器端子或引線框架等的薄壁化。
(高強度高導電性銅合金之製造方法)
其次，就有關第1、2實施形態之高強度高導電性銅合金之製造方法加以說明。
(熔化鑄製過程)
首先，於熔解銅原料所得之銅溶液中，添加前述的元素以實施成分調整，以製出銅合金熔液。在此，作為含有所添加之元素之原料，可採用元素單體(element simple substance)或母合金(mother alloy)等。又，亦可將含有此等元素之原料與銅原料一起加以熔解。亦可採用該合金的廢物回收材(recycle)及廢金屬材(scrap)。
在此，銅熔液，較佳為純度在99.99%以上的4N(規範(Norma))Cu。又，於熔化過程中，為抑制Mg等的氧化起見，較佳為採用真空爐、或作成惰性氣體氣氛或還原性氣氛之氣氛爐(atmospheric furnace)。
並且，將經成分調整之銅合金熔液注入鑄模中，以製出鑄塊。再者，如考慮量產時，較佳為採用連續鑄造法(continuous casting method)或半連續鑄造法(helf-continuous casting method)。
(1次熱處理過程)
其次，為所得鑄塊的均勻化及溶解化而實施1次熱處理。於凝固的過程中，因添加元素之凝析而濃縮之結果，會生成金屬間化合物等。於鑄塊內部，存在有此等金屬間化合物等。於是，對鑄塊實施1次熱處理，藉以鑄塊內，使均勻擴散添加元素、或使添加元素固體溶解於銅的母相中。由此，可使金屬間化合物等的凝析消失或減少、或使金屬間化合物本身消失或減少。
於該1次熱處理過程中之熱處理條件，並不特別加以限定，惟在500℃至800℃的溫度下，於非氧化性或還原性氣氛中實施1次熱處理為宜。
又，為粗加工(crude processing)的效率化及組織的均勻化起見，亦可於前述的1次熱處理後實施熱間加工(hot working)。加工方法並不特別加以限定，例如，最終形態為板狀或筋條狀的情形，則可採用軋製(rolling)、如最終形態為線狀或棒狀的情形，則可採用拉絲(wire drawing)、擠壓(extrading)、溝槽軋製(grove rolling)等。又，如最終形態為膨體形狀(bulky shape)的情形，則可採用鍛造(forging)或沖壓(press)。在此，該熱間加工的溫度，亦不特別加以限定，惟作成500℃至800℃為宜。
(加工過程)
為將經熱處理之鑄塊加以裁切之同時，去除在熱處理等中所生成之氧化膜起見實施表面磨削(surface grinding)。然後，為作成既定的形狀起見實施加工。
在此，加工方法並不特別加以限定，例如，最終形態為板狀或筋條狀的情形，可採用軋製、如最終形態為線狀或棒狀的情形，則可採用拉絲、擠壓、溝槽軋製。又，如最終形態為膨體形狀的情形，則可採用鍛造或沖壓。在此，該加工時的溫度條件並不特別加以限定，惟冷間加工(cold working)或溫間加溫(warm working)。又，加工率係按能近似最終形狀之方式適當加以選擇，惟作成20%以上為宜。
再者，於此加工過程之中，為促進溶解化起見，或者，為獲得再結晶組織起見、或為提升加工性起見，亦可適當實施熱處理。此種熱處理條件，並不特別加以限定，惟在500℃至800℃的溫度下，於非氧化性或還原性氣氛中實施熱處理為宜。
(2次熱處理過程)
其次，為實施低溫退火硬化(low temperature annealing hardening)及沉澱硬化起見，或者，為去除永久變形(permanent set)起見，對由加工過程所得之加工材，實施2次熱處理。該2次熱處理的條件，係按照對所製出之製品所要求之特性而適當加以設定。
在此，2次熱處理的條件並不特別加以限定，惟在150℃至600℃之下10秒鐘至24小時，在非氧化性或還原性氣氛中實施2次熱處理為宜。亦可實施複數次之2次熱處理前的加工與此種2次熱處理。
如此方式，可製出(製造)第1、2實施形態之高強度高導電性銅合金。
以上，經就本發明之實施形態之高強度高導電性銅合金加以說明，惟本發明並不因此等實施形態而有所限定，能在不逸脫本發明之技術性構想之範圍內適當加以變更。
例如，第1實施形態中，係以含有Mg、Sn以外的元素者加以說明者，惟並不因此而有所限定，就Mg、Sn以外的元素則按照需要而添加即可。
第2實施形態中，係以含有Mg、Sn以及Ni以外的元素者加以說明者，惟並不因此而有所限定，就Mg、Sn以及Ni以外的元素則按照需要而添加即可。
又，經就有關第1、2實施形態之高強度高導電性銅合金的製造方法的一例加以說明，惟製造方法並不因本實施形態而有所限定，亦可適當選擇既有的製造方法製造。
 [實施例]
以下，就為確認本實施形態的效果起見所實施之確認實驗的結果加以說明。
準備由純度99.99%以上的無氧銅所成之銅原料。將此銅原料裝入高純度石墨坩堝內，於作成Ar(氬)氣體氣氛之氣氛爐內進行高頻熔解(high frequency melting)。於所得銅熔液內，添加各種添加元素以調製為表1中所示之成分組成。接著，將銅合金熔液澆注(pouring)於石墨鑄模(carbon casting mold)以製出鑄塊。在此，鑄塊大小則作成厚度約20mm×寬幅約20mm×長度約100mm。
對所得鑄塊，於Ar氣體氣氛中實施715℃下4小時的熱處理(1次熱處理)。
為將熱處理後的鑄塊加以裁切之同時，去除氧化被膜起見實施表面磨削。由此，製出厚度約8mm×寬幅約18mm×長度約100mm的素體毛坯。
對此素體毛坯實施軋製率(rolling draft)為約92%至94%的冷間軋製以製出厚度約0.5mm×寬幅約20mm的筋條材。
對此筋條材，於Ar氣體氣氛中，在表1中所記載之溫度下實施1至4小時的熱處理(2次熱處理)，以製出特性評價用筋條材。
(加工性評價)
作為加工性的評價，觀察於前述的冷間軋製時之橫向裂紋(caracked edge)的有無。將以目視計全然或殆未能確認橫向裂紋者作成A(優(Excellent))，將發生有長度1mm以下的小的橫向裂紋者作成B(良、(Good))、將發生有長度1mm以上3mm以下的橫向裂紋者作成C(可(Fair))、將發生有長度3mm以上的大的橫向裂紋者作成D(不佳(Bad))，將因橫向裂紋而軋製當中破裂者作成E(甚為不佳(Very Bad))。
在此，橫向裂紋的長度，係指從軋製材的寬幅方向端部朝向寬幅方向中央部之橫向裂紋的長度之意。
又，依下述方法測定特定評價用筋條材的抗張強度及導電率。
(抗張強度)
從特性評價用筋條材，採取JIS Z2201中所規定之13B號試片，依照JIS Z2241的規定，以測定在室溫(25℃)下的試片的抗張強度。在此，試片，係按抗張試驗的拉張方向能對特性評價用筋條材的軋製方向成為平行之方式所採取者。
(導電率)
從特性評價用筋條材採取寬幅10mm×長度60mm的試片，依四端法(four terminal method)求出電阻。又，使用測微計(micrometer)實施試片的尺寸測定，以算出試片的體積。然後，從所測定之電阻值及體積的值，算出導電率。在此，試片，係按其長度方向能對特性評價用筋條材的軋製方向成為平行之方式所採取者。
將其結果，表示於表1至表3中。
於僅含有Mg，而Mg的含量為未達1質量%之比較例1-1中，抗張強度係如657MPa之低。
又，就含有Mg及Sn，而Mg的含量為未達1質量%之比較例1-2而言，抗張強度為735MPa。
再者，就含有Mg及Sn，而Mg的含量為未達1質量%、且Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn為未達0.4質量%之比較例1-3而言，抗張強度為645MPa。
又，於僅含有Mg，而Mg的含量為1質量%以上之比較例1-4而言，抗張強度係如663MPa之低。
再者，就含有Mg及Sn，而Sn的含量為5質量%以上、且Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn為未達0.4質量%之比較例1-5而言，橫向裂紋很厲害，在軋製途中即破裂。
又，於僅含有Mg，而Mg的含量為4質量%以上之比較例1-6中，發生有長度3mm以上的大的橫向裂紋。
再者，就含有Mg及Sn，而Mg的含量為4質量%以上之比較例1-7而言，橫向裂紋很厲害，在軋製途中即破裂。
於Mg的含量為1.0質量%以下之比較例2-1、未含有Sn及Ni之比較例2-2、未含有Sn之比較例2-3中，抗張強度均為未達750MPa。
又，於Ni的含量為7質量%以上之比較例2-4中，導電率顯示有9.6%IACS之低值。
於Sn的含量為5質量%以上之比較例2-5、2-7、2-8中，在冷間軋製時發生有大的橫向裂紋。於比較例2-7、2-8中，則在軋製的途中破裂。
又，於未含有Ni之比較例2-6中，在軋製時發生有大的橫向裂，在軋製的途中破裂。
再者，就Mg的含量為4質量%以上之比較例2-9、2-10而言，在冷間軋製時發生有大的橫向裂紋。於比較例2-10中，在軋製的途中破裂。
相對於此，於本發明例1-1至1-22及本發明例2-1至2-43中，經確認抗張強度為750MPa以上、且導電率為10%以上之事實。又，於冷間軋製中，未曾確認3mm以上的大的橫向裂紋。
可從以上的事實確認，如採用本發明例，則可在無因橫向裂紋等所引起之加工缺失之下，製出(製造)抗張強度為750MPa。且導電率為10%以上之高強度高導電性銅合金之事實。
[產業上之利用可能性]
如採用本發明，則可提供一種原料成本及製造成本低、且抗張強度、導電率、以及加工性優異的高強度高導電性銅合金。此種高強度高導電性銅合金，係很適合使用為電子設備或電氣設備等所使用連接器端子、引線框架等的電子電氣部件。

Claims (11)

  1. 一種高強度高導電性銅合金，其特徵為：含有Mg：超過1.0質量%未達4質量%、及Sn：超過0.1質量%未達2質量%、作為餘量，含有Cu及不可避免不純物，而Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn為0.92以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之高強度高導電性銅合金，其中Mg的含量與Sn的含量的質量比Mg/Sn為0.92以上10以下。
  3. 如申請專利範圍第1項之高強度高導電性銅合金，其中再含有選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上，其含量為0.01質量%以上5質量%以下。
  4. 如申請專利範圍第1項之高強度高導電性銅合金，其中再含有B：0.001質量%以上0.5質量%以下。
  5. 如申請專利範圍第1項之高強度高導電性銅合金，其中再含有P：未達0.004質量%。
  6. 如申請專利範圍第1項之高強度高導電性銅合金，其中抗張強度在750MPa以上，而導電率則在10%IACS以上。
  7. 如申請專利範圍第1項之高強度高導電性銅合金，其中再含有：Ni：超過0.1質量%未達7質量%。
  8. 如申請專利範圍第7項之高強度高導電性銅合金，其中Ni的含量與Sn的含量的質量比Ni/Sn為0.2以上3 以下。
  9. 如申請專利範圍第7項之高強度高導電性銅合金，其中再含有P及B之中任一或雙方，而其含量為0.001質量%以上0.5質量%以下。
  10. 如申請專利範圍第7項之高強度高導電性銅合金，其中再含有選自Fe、Co、Al、Ag、Mn、以及Zn之至少1種以上，其含量為0.01質量%以上5質量%以下。
  11. 如申請專利範圍第7項之高強度高導電性銅合金，其中抗張強度在750MPa以上，而導電率則在10%IACS以上。
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