WO2011093114A1 - 高強度高導電性銅合金 - Google Patents

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WO2011093114A1
WO2011093114A1 PCT/JP2011/050103 JP2011050103W WO2011093114A1 WO 2011093114 A1 WO2011093114 A1 WO 2011093114A1 JP 2011050103 W JP2011050103 W JP 2011050103W WO 2011093114 A1 WO2011093114 A1 WO 2011093114A1
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less
copper alloy
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PCT/JP2011/050103
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牧　一誠
優樹 伊藤
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三菱マテリアル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a high-strength, highly conductive copper alloy suitable for electronic and electrical parts such as connectors and lead frames.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-014398 filed in Japan on January 26, 2010 and Japanese Patent Application No. 2010-014399 filed on Japan on January 26, 2010. The contents are incorporated here.
  • Patent Document 1 provides a Cu—Be alloy containing Be as a copper alloy having excellent spring properties, strength, and electrical conductivity.
  • This Cu—Be alloy is a precipitation hardening type high-strength alloy, and the strength is improved without decreasing the conductivity by aging precipitation of CuBe in the parent phase of Cu.
  • Non-Patent Document 1 proposes a Cu—Sn—Mg alloy as a copper alloy that replaces the Cu—Be alloy.
  • This Cu—Sn—Mg alloy is obtained by adding Mg to a Cu—Sn alloy (bronze), and has high strength and excellent spring properties.
  • the Cu—Sn—Mg alloy described in Non-Patent Document 1 has a problem that cracks are likely to occur during processing. Since the Cu—Sn—Mg alloy described in Non-Patent Document 1 contains a relatively large amount of Sn, a low melting intermetallic compound is generated nonuniformly inside the ingot due to the segregation of Sn. . When the low melting point intermetallic compound is generated in this way, the low melting point intermetallic compound remains in the subsequent heat treatment. Thereby, it becomes easy to generate
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and does not contain Be, has low raw material costs and manufacturing costs, is excellent in tensile strength and conductivity, and has high workability and high strength.
  • An object is to provide a conductive copper alloy.
  • the high-strength, high-conductivity copper alloy according to the first aspect of the present invention contains Mg: more than 1.0% by mass and less than 4% by mass, and Sn: more than 0.1% by mass and less than 5% by mass
  • the balance includes Cu and inevitable impurities, and the mass ratio Mg / Sn of Mg content to Sn content is 0.4 or more.
  • the high-strength, high-conductivity copper alloy according to the first aspect is a copper alloy containing Mg and Sn, with the balance being substantially made of Cu and inevitable impurities, the Mg content, the Sn content, And the range of the mass ratio Mg / Sn of the Mg content and the Sn content is defined.
  • a copper alloy having such a component composition is excellent in tensile strength, conductivity, and workability, as shown below.
  • Mg and Sn are elements each having an action of improving the strength of copper and raising the recrystallization temperature.
  • the Mg content is more than 1.0 mass% and less than 4 mass%
  • the Sn content is more than 0.1 mass% and less than 5 mass%.
  • strength can be improved by precipitation hardening.
  • the mass ratio Mg / Sn is set to 0.4 or more, the content of Sn does not increase more than necessary compared to Mg, and it is possible to prevent the low-melting intermetallic compound from remaining. Sex can be secured.
  • the mass ratio Mg / Sn between the Mg content and the Sn content may be 0.8 or more and 10 or less.
  • the high-strength, high-conductivity copper alloy according to the first aspect further contains at least one selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn, and the content is 0.01% by mass or more. It may be 5% by mass or less.
  • Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn have the effect of improving the properties of the copper alloy, and the properties can be improved by selectively containing them according to the application.
  • B is an element that improves strength and heat resistance. However, if a large amount of B is contained, the conductivity is lowered. Therefore, by setting the B content to 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less, it is possible to improve strength and heat resistance while suppressing a decrease in conductivity.
  • the high strength and high conductivity copper alloy according to the first aspect may have a tensile strength of 750 MPa or more and a conductivity of 10% IACS or more. In this case, the strength and electrical conductivity are excellent, and a high-strength, high-conductivity copper alloy suitable for the above-described electronic / electrical component can be provided. For example, by applying this high-strength, high-conductivity copper alloy to connector terminals, lead frames, etc., it is possible to reduce the thickness of connector terminals, lead frames, etc.
  • the high-strength, high-conductivity copper alloy according to the second aspect of the present invention includes Mg: more than 1.0% by mass and less than 4% by mass, Sn: more than 0.1% by mass and less than 5% by mass, Ni: It contains more than 0.1% by mass and less than 7% by mass, the remainder includes Cu and inevitable impurities, and the mass ratio Mg / Sn of Mg content to Sn content is 0.4 or more.
  • the high-strength, high-conductivity copper alloy according to the second aspect is a high-strength, high-conductivity copper alloy according to the first aspect, further containing Ni in a content of more than 0.1% by mass and less than 7% by mass. It is.
  • the high-strength, high-conductivity copper alloy according to the second aspect is a copper alloy containing Mg, Sn, and Ni, and the balance is substantially made of Cu and inevitable impurities, and contains Mg and Sn.
  • the amount, the Ni content, and the mass ratio Mg / Sn range of Mg content and Sn content are defined.
  • a copper alloy having such a component composition is excellent in tensile strength, conductivity, and workability, as shown below.
  • Mg and Sn are elements each having an action of improving the strength of copper and raising the recrystallization temperature.
  • the Mg content is more than 1.0 mass% and less than 4 mass%
  • the Sn content is more than 0.1 mass% and less than 5 mass%.
  • the Sn content and the Sn content mass Mg / Sn are set to 0.4 or more, the Sn content does not increase more than necessary compared to Mg, and the low melting point intermetallic compound. Generation can be suppressed. Thereby, the effect of strength improvement by containing both Mg and Sn described above can be surely obtained, and processability can be ensured.
  • Ni When Ni is contained together with Mg and Sn, Ni has an effect of further improving the strength and the recrystallization temperature. This is presumed to be due to precipitates in which Ni is dissolved in (Cu, Sn) 2 Mg or Cu 4 MgSn. Moreover, Ni has the effect
  • the mass ratio Ni / Sn between the Ni content and the Sn content may be 0.2 or more and 3 or less. Since the mass ratio Ni / Sn between the Ni content and the Sn content is 0.2 or more, the Sn content is reduced. For this reason, the production
  • either or both of P and B are further contained, and the content thereof is 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less. Also good. P and B are elements that improve strength and heat resistance. Moreover, P has the effect of reducing the viscosity of the molten copper during melt casting. However, when a large amount of P and B is contained, the conductivity is lowered. For this reason, it becomes possible to aim at the improvement of intensity
  • the high-strength, high-conductivity copper alloy according to the second aspect further contains at least one selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn, and the content is 0.01% by mass or more. It may be 5% by mass or less. Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn have the effect of improving the properties of the copper alloy, and the properties can be improved by selectively containing them according to the application.
  • the tensile strength may be 750 MPa or more and the conductivity may be 10% IACS or more.
  • the strength and electrical conductivity are excellent, and a high-strength, high-conductivity copper alloy suitable for the above-described electronic / electrical component can be provided.
  • this high-strength, high-conductivity copper alloy to connector terminals, lead frames, etc., it is possible to reduce the thickness of connector terminals, lead frames, etc.
  • high-strength, high-conductivity copper that does not contain Be has low raw material costs and low manufacturing costs, is excellent in tensile strength and conductivity, and is excellent in workability.
  • Can provide alloys.
  • the high-strength, high-conductivity copper alloy according to the first embodiment includes Mg: more than 1.0% by mass and less than 4% by mass, Sn: more than 0.1% by mass and less than 5% by mass, Fe, Co, At least one of Al, Ag, Mn, and Zn: 0.01% by mass to 5% by mass, B: 0.001% by mass to 0.5% by mass, and P: 0.004% by mass And the balance is composed of Cu and inevitable impurities. And mass ratio Mg / Sn of content of Mg and content of Sn is 0.4 or more.
  • the tensile strength of the high-strength, high-conductivity copper alloy according to the first embodiment is 750 MPa or more, and the conductivity is 10% IACS or more. The reason why the contents of these elements are set in the above-described range will be described below.
  • Mg Mg is an element that has the effect of improving the strength and raising the recrystallization temperature without greatly reducing the electrical conductivity.
  • the Mg content is 1.0 mass% or less, the effect cannot be obtained.
  • the Mg content is 4.0% by mass or more, an intermetallic compound containing Mg remains when heat treatment is performed for homogenization and solution treatment, and sufficient homogenization and solution treatment is performed. Can no longer do. Thereby, there exists a possibility that a crack may generate
  • the Mg content is preferably more than 1.0 mass% and less than 3 mass%.
  • Sn is an element having the effect of improving the strength and increasing the recrystallization temperature by being dissolved in the copper matrix.
  • the content of Sn is 0.1% by mass or less, the effect cannot be obtained.
  • the Sn content is 5% by mass or more, the conductivity is greatly reduced.
  • Sn segregation generates non-uniform low melting intermetallic compounds containing Sn. For this reason, when heat treatment is performed for homogenization and solution formation, a low melting point intermetallic compound containing Sn remains, and sufficient homogenization and solution formation cannot be performed. Thereby, a crack generate
  • the Sn content is set to more than 0.1% by mass and less than 5% by mass. In order to surely obtain the above-described effects, the Sn content is preferably more than 0.1% by mass and less than 2% by mass.
  • the content of Mg and the content of Sn is preferably 0.8 or more and 10 or less.
  • Fe, Co, Al, Ag, Mn, Zn Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn have an effect of improving the characteristics of the copper alloy, and the characteristics can be improved by selectively containing them according to the application.
  • the content of at least one element selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn is less than 0.01% by mass, the effect cannot be obtained.
  • the content of at least one element selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn exceeds 5% by mass, the conductivity is greatly lowered.
  • the content of at least one element selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn is set to 0.01% by mass to 5% by mass.
  • (B) B is an element that improves strength and heat resistance.
  • the content of B is less than 0.001% by mass, the effect cannot be obtained.
  • the content of B exceeds 0.5% by mass, the electrical conductivity is greatly reduced. For this reason, the B content is set to 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less.
  • (P) P has the effect of reducing the viscosity of the molten copper during melt casting. For this reason, in order to make casting work easy, it is often added to the copper alloy. However, since P reacts with Mg, it reduces the effect of Mg. Furthermore, P is an element that greatly reduces the electrical conductivity. Therefore, the P content is less than 0.004% by mass in order to reliably obtain the effect of Mg and suppress the decrease in conductivity.
  • Inevitable impurities include Ca, Sr, Ba, Sc, Y, rare earth elements, 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, and the like. These inevitable impurities are preferably 0.3% by mass or less in total.
  • Mg and Sn are contained, and the Mg content exceeds 1.0 mass% and is less than 4 mass%.
  • the Sn content exceeds 0.1% by mass and is less than 5% by mass, and the mass ratio Mg / Sn of the Mg content to the Sn content is 0.4 or more.
  • At least 1 or more types selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn is contained, and the content is made into 0.01 mass% or more and 5 mass% or less. For this reason, it is possible to improve the characteristics of the copper alloy without significantly reducing the conductivity by at least one element selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn. Furthermore, it contains B, and the content thereof is set to 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less. Therefore, it is possible to improve the strength and heat resistance while suppressing the decrease in conductivity. Moreover, since the content of P is less than 0.004% by mass, the reaction between Mg and P can be suppressed, and the effect of Mg can be reliably obtained.
  • the tensile strength is 750 MPa or more, and the conductivity is 10% IACS or more.
  • the high-strength, high-conductivity copper alloy according to the second embodiment has Mg: more than 1.0% by mass and less than 4% by mass, Sn: more than 0.1% by mass and less than 5% by mass, Ni: 0.00%. More than 1 mass% and less than 7 mass%, one or both of P and B: 0.001 mass% or more and 0.5 mass% or less, Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn At least one or more types: 0.01 mass% or more and 5 mass% or less are included, and the remainder has a composition consisting of Cu and inevitable impurities.
  • the mass ratio Mg / Sn between the Mg content and the Sn content is 0.4 or more, and the mass ratio Ni / Sn between the Ni content and the Sn content is 0.2 or more and 3 or less.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that it further contains Ni and the content of P is 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less. The reason why the contents of these elements are set in the above-described range will be described below.
  • Mg Mg is an element that has the effect of improving the strength and raising the recrystallization temperature without greatly reducing the electrical conductivity.
  • the Mg content is 1.0 mass% or less, the effect cannot be obtained.
  • the Mg content is 4.0% by mass or more, an intermetallic compound containing Mg remains when heat treatment is performed for homogenization and solution treatment, and sufficient homogenization and solution treatment is performed. Can no longer do. Thereby, there exists a possibility that a crack may generate
  • the Mg content is preferably more than 1.0 mass% and less than 3 mass%.
  • Sn is an element having the effect of improving the strength and increasing the recrystallization temperature by being dissolved in the copper matrix.
  • the content of Sn is 0.1% by mass or less, the effect cannot be obtained.
  • the Sn content is 5% by mass or more, the conductivity is greatly reduced.
  • Sn segregation generates non-uniform low melting intermetallic compounds containing Sn. For this reason, when heat treatment is performed for homogenization and solution formation, a low melting point intermetallic compound containing Sn remains, and sufficient homogenization and solution formation cannot be performed. Thereby, a crack generate
  • the Sn content is set to more than 0.1% by mass and less than 5% by mass. In order to surely obtain the above-described effects, the Sn content is preferably more than 0.1% by mass and less than 2% by mass.
  • Ni is an element having an effect of improving the strength and increasing the recrystallization temperature by being contained together with Mg and Sn. Ni also has the effect of increasing the melting point of the intermetallic compound that segregates inside the ingot. For this reason, melting of the intermetallic compound in the subsequent heat treatment step can be suppressed, and the workability can be improved.
  • the Ni content is 0.1% by mass or less, the effect cannot be obtained.
  • the Ni content is 7% by mass or more, the electrical conductivity is greatly reduced. For these reasons, the Ni content is set to more than 0.1% by mass and less than 7% by mass.
  • the content of Mg and the content of Sn is preferably 0.8 or more and 10 or less.
  • Ni / Sn (Ni / Sn)
  • the mass ratio Ni / Sn of the Ni content and the Sn content is set to 0.2 or more and 3 or less, thereby ensuring workability and ensuring conductivity.
  • B and P are elements that improve strength and heat resistance. Moreover, P has the effect of reducing the viscosity of the molten copper during melt casting.
  • content of B and P is less than 0.001 mass%, the effect cannot be obtained.
  • the content of B and P exceeds 0.5% by mass, the conductivity is greatly reduced. For these reasons, the content of either one or both of B and P is set to 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less.
  • Fe, Co, Al, Ag, Mn, Zn Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn have an effect of improving the characteristics of the copper alloy, and the characteristics can be improved by selectively containing them according to the application.
  • the content of at least one element selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn is less than 0.01% by mass, the effect cannot be obtained.
  • at least one element selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn is contained in excess of 5% by mass, the electrical conductivity is greatly reduced.
  • the content of at least one element selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn is set to 0.01% by mass to 5% by mass.
  • Inevitable impurities include Ca, Sr, Ba, Sc, Y, rare earth elements, 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, and the like. These inevitable impurities are preferably 0.3% by mass or less in total.
  • the high-strength and high-conductivity copper alloy according to the second embodiment having the above chemical components it contains Mg, Sn, and Ni, and the Mg content exceeds 1.0 mass% and is 4 mass%.
  • the Sn content exceeds 0.1% by mass and is less than 5% by mass
  • the Ni content exceeds 0.1% by mass and is less than 7% by mass.
  • any one or both of P and B are contained, and the content is set to 0.001 mass% or more and 0.5 mass% or less. Therefore, it is possible to improve the strength and heat resistance while suppressing the decrease in conductivity. Furthermore, it contains at least one selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn, and the content is set to 0.01 mass% or more and 5 mass% or less. For this reason, it is possible to improve the characteristics of the copper alloy without significantly reducing the conductivity by at least one element selected from Fe, Co, Al, Ag, Mn, and Zn.
  • the tensile strength is 750 MPa or more, and the conductivity is 10% IACS or more.
  • strength highly conductive copper alloy which concerns on 1st, 2nd embodiment is demonstrated.
  • Melting casting process First, the above-described elements are added to a molten copper obtained by melting a copper raw material to adjust the components, thereby producing a molten copper alloy. Note that a single element, a mother alloy, or the like can be used as a raw material containing an element to be added. Moreover, you may melt
  • the molten copper is preferably 4NCu having a purity of 99.99% or more.
  • the melting step it is preferable to use a vacuum furnace or an atmosphere furnace having an inert gas atmosphere or a reducing atmosphere in order to suppress oxidation of Mg or the like. Then, the copper alloy molten metal whose components are adjusted is poured into a mold to produce an ingot. In consideration of mass production, it is preferable to use a continuous casting method or a semi-continuous casting method.
  • the heat treatment conditions in the primary heat treatment step are not particularly limited, but it is preferable to perform the primary heat treatment at a temperature of 500 ° C. to 800 ° C. in a non-oxidizing or reducing atmosphere.
  • hot working may be performed after the primary heat treatment described above.
  • the processing method is not particularly limited.
  • rolling can be adopted, and when the final form is a wire or bar, drawing, extrusion, groove rolling, or the like can be adopted.
  • the final form is a bulk shape, forging or pressing can be employed.
  • the temperature of the hot working is not particularly limited, but is preferably 500 ° C. to 800 ° C.
  • processing process In addition to cutting the heat-treated ingot, surface grinding is performed to remove an oxide film or the like generated by the heat treatment. Then, processing is performed to obtain a predetermined shape.
  • the processing method is not particularly limited. For example, when the final form is a plate or a strip, rolling can be adopted, and when the final form is a wire or a bar, drawing, extrusion, and groove rolling can be adopted. When the final form is a bulk shape, forging or pressing can be employed.
  • the temperature conditions at the time of this process are not specifically limited, It is preferable that it is cold or warm processing.
  • the processing rate is appropriately selected so as to approximate the final shape, but is preferably 20% or more.
  • heat treatment may be appropriately performed in order to promote solution formation, obtain a recrystallized structure, or improve workability.
  • the conditions for this heat treatment are not particularly limited, but it is preferable to carry out the heat treatment at a temperature of 500 ° C. to 800 ° C. in a non-oxidizing or reducing atmosphere.
  • a secondary heat treatment is performed on the workpiece obtained by the machining step in order to perform low-temperature annealing hardening and precipitation hardening, or to remove residual strain.
  • the conditions for the secondary heat treatment are appropriately set according to the characteristics required for the product to be produced.
  • the conditions for the secondary heat treatment are not particularly limited, but it is preferable to perform the secondary heat treatment in a non-oxidizing or reducing atmosphere at a temperature of 150 ° C. to 600 ° C. for 10 seconds to 24 hours. Further, the processing before the secondary heat treatment and the secondary heat treatment may be performed a plurality of times. In this way, the high-strength and highly-conductive copper alloy according to the first and second embodiments is produced (manufactured).
  • the high-strength and high-conductivity copper alloy as an embodiment of the present invention has been described.
  • the present invention is not limited to these, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.
  • the first embodiment has been described as including elements other than Mg and Sn
  • the present invention is not limited to this, and elements other than Mg and Sn may be added as necessary.
  • 2nd Embodiment although demonstrated as what contains elements other than Mg, Sn, and Ni, it is not limited to this, If elements other than Mg, Sn, and Ni are added as needed, it is. Good.
  • strength highly conductive copper alloy which concerns on 1st, 2 embodiment was demonstrated, a manufacturing method is not limited to this embodiment, The existing manufacturing method is selected suitably. May be manufactured.
  • a copper raw material made of oxygen-free copper having a purity of 99.99% or more was prepared.
  • the copper raw material was charged into a high-purity graphite crucible and melted at high frequency in an atmosphere furnace having an Ar gas atmosphere.
  • Various additive elements were added to the obtained copper melt to prepare component compositions shown in Table 1.
  • the molten copper alloy was poured into a carbon mold to produce an ingot.
  • the size of the ingot was about 20 mm thick ⁇ about 20 mm wide ⁇ about 100 mm long.
  • the obtained ingot was subjected to a heat treatment (primary heat treatment) at 715 ° C. for 4 hours in an Ar gas atmosphere.
  • the ingot after the heat treatment was cut and surface grinding was performed to remove the oxide film.
  • an element block having a thickness of about 8 mm, a width of about 18 mm, and a length of about 100 mm was produced.
  • the element block was subjected to cold rolling with a rolling rate of about 92% to 94% to produce a strip having a thickness of about 0.5 mm and a width of about 20 mm.
  • This strip was subjected to heat treatment (secondary heat treatment) for 1 to 4 hours at a temperature shown in Table 1 in an Ar gas atmosphere to produce a strip for characteristic evaluation.
  • the tensile strength and electrical conductivity of the strip for characteristic evaluation were measured by the following methods.
  • (Tensile strength) A No. 13B test piece defined in JIS Z 2201 was sampled from the strip for characteristic evaluation, and the tensile strength of the test piece at room temperature (25 ° C.) was measured in accordance with the provision of JIS Z 2241.
  • the test piece was extract
  • test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was taken from the strip for characteristic evaluation, and the electrical resistance was determined by a four-terminal method. Moreover, the dimension of the test piece was measured using the micrometer, and the volume of the test piece was calculated. Then, the electrical conductivity was calculated from the measured electrical resistance value and volume value. In addition, the test piece was extract
  • Comparative Example 1-1 which contains only Mg and the Mg content is less than 1% by mass, the tensile strength was as low as 657 MPa. Further, Comparative Example 1-2 containing Mg and Sn and containing less than 1% by mass had a tensile strength of 735 MPa. Further, Comparative Example 1-3 containing Mg and Sn, the Mg content being less than 1% by mass, and the mass ratio Mg / Sn of Mg content to Sn content being less than 0.4 Had a tensile strength of 645 MPa. In Comparative Example 1-4 containing only Mg and the Mg content was 1% by mass or more, the tensile strength was as low as 663 MPa.
  • Comparative Example 1-5 containing Mg and Sn, the Sn content being 5 mass% or more, and the mass ratio Mg / Sn of Mg content to Sn content being less than 0.4 Ruptured in the middle of rolling due to severe ear cracks.
  • Comparative Example 1-6 containing only Mg and the Mg content being 4% by mass or more, large ear cracks having a length of 3 mm or more occurred.
  • Comparative Example 1-7 containing Mg and Sn and having a Mg content of 4% by mass or more had severe ear cracks and broke during the rolling.
  • Comparative Example 2-1 in which the Mg content is 1.0% by mass or less, Comparative Example 2-2 not containing Sn and Ni, and Comparative Example 2-3 not containing Sn, all have tensile strength was less than 750 MPa. Further, in Comparative Example 2-4 in which the Ni content was 7% by mass or more, the conductivity was as low as 9.6% IACS.
  • the present invention it is possible to provide a high-strength, high-conductivity copper alloy that is low in raw material cost and manufacturing cost and excellent in tensile strength, conductivity, and workability.
  • This high-strength, high-conductivity copper alloy can be suitably applied to electronic and electrical parts such as connector terminals and lead frames used in electronic equipment and electrical equipment.

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Abstract

　この高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ：１．０質量％を超えて４質量％未満、及びＳｎ：０．１質量％を超えて５質量％未満を含有し、残部として、Ｃｕ及び不可避不純物を含み、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上である。この高強度高導電性銅合金は、Ｎｉ：０．１質量％を超えて７質量％未満を更に含有してもよい。

Description

高強度高導電性銅合金
　本発明は、コネクタやリードフレーム等の電子電気部品に適した高強度高導電性銅合金に関する。
　本願は、２０１０年１月２６日に、日本に出願された特願２０１０－０１４３９８号及び２０１０年１月２６日に、日本に出願された特願２０１０－０１４３９９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、電子機器や電気機器などの小型化に伴い、これら電子機器や電気機器などに使用されるコネクタ端子、リードフレームなどの電子電気部品の小型化及び薄肉化が図られている。このため、電子電気部品を構成する材料として、バネ性、強度、導電率の優れた銅合金が要求されている。
　そこで、バネ性、強度、導電率の優れた銅合金として、例えば特許文献１には、Ｂｅを含有したＣｕ－Ｂｅ合金が提供されている。このＣｕ－Ｂｅ合金は、析出硬化型の高強度合金であり、Ｃｕの母相中にＣｕＢｅを時効析出させることによって、導電率を低下させることなく強度を向上させている。
　しかしながら、このＣｕ－Ｂｅ合金は、高価な元素であるＢｅを含有しているため、原料コストが非常に高い。また、Ｃｕ－Ｂｅ合金を製造する際には、毒性のあるＢｅ酸化物が発生することになる。このため、製造工程において、Ｂｅ酸化物が誤って外部に放出されないように、製造設備を特別な構成とし、Ｂｅ酸化物を厳しく管理する必要がある。
　このように、Ｃｕ－Ｂｅ合金は、原料コスト及び製造コストがともに高く、非常に高価であるといった問題があった。また、前述のように、有害な元素であるＢｅを含有していることから、環境対策の面からも敬遠されていた。
　そこで、Ｃｕ－Ｂｅ合金を代替可能な材料が強く望まれていた。
　例えば非特許文献１には、Ｃｕ－Ｂｅ合金を代替する銅合金として、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｍｇ合金が提案されている。このＣｕ－Ｓｎ－Ｍｇ合金は、Ｃｕ－Ｓｎ合金（青銅）にＭｇが添加されたものであり、強度が高く、バネ性に優れた合金である。
　しかしながら、非特許文献１に記載されたＣｕ－Ｓｎ－Ｍｇ合金においては、加工時に割れが発生し易いといった問題があった。非特許文献１に記載されたＣｕ－Ｓｎ－Ｍｇ合金は、Ｓｎを比較的多く含んでいるため、Ｓｎの偏析により、鋳塊の内部に低融点の金属間化合物が不均一に生成してしまう。このように低融点の金属間化合物が生成すると、その後の熱処理の際に、低融点の金属間化合物が残存してしまう。これにより、その後の加工時において割れが発生し易くなる。
　また、Ｓｎは、Ｂｅよりは安価であるが、比較的高価な元素である。このため、やはり、原料コストが上昇してしまうことになる。
特開平０４－２６８０３３号公報
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
　本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、Ｂｅを含有することなく、原料コスト及び製造コストが低く、引張強度及び導電性に優れ、かつ加工性にも優れた高強度高導電性銅合金を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に係る高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ：１．０質量％を超えて４質量％未満、及びＳｎ：０．１質量％を超えて５質量％未満を含有し、残部として、Ｃｕ及び不可避不純物を含み、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上である。
　この第１の態様に係る高強度高導電性銅合金は、ＭｇとＳｎとを含有し、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物からなる銅合金であり、Ｍｇの含有量、Ｓｎの含有量、及びＭｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎの範囲が規定されている。このような成分組成を有する銅合金は、以下に示すように、引張強度、導電性及び加工性に優れている。
　すなわち、Ｍｇ及びＳｎは、それぞれ銅の強度を向上させ、かつ再結晶温度を上昇させる作用を有する元素である。しかしながら、Ｍｇ、Ｓｎを多量に含有すると、ＭｇやＳｎを含む金属間化合物に起因して加工性が悪くなる。よって、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて４質量％未満とし、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて５質量％未満とする。これにより、強度の向上及び加工性の確保を図ることが可能となる。
　さらに、ＭｇとＳｎとを共に含有することによって、これらの化合物である（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎの析出物が、銅の母相中に分散することになる。これにより、析出硬化によって強度を向上させることができる。ここで、質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．４以上とすることによって、Ｍｇに比較してＳｎの含有量が必要以上に多くならず、低融点の金属間化合物が残存することを防止でき、加工性を確保することができる。
　第１の態様に係る高強度高導電性銅合金では、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．８以上１０以下であってもよい。
　前述したＭｇとＳｎとを共に含有することによる強度向上の効果を確実に得ることができるとともに、Ｓｎの含有量がさらに抑えられ、加工性を確保することができる。
　第１の態様に係る高強度高導電性銅合金では、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上を更に含有し、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下であってもよい。
　Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎは、銅合金の特性を向上させる効果を有しており、用途にあわせて選択的に含有させることによって特性を向上させることが可能となる。
　第１の態様に係る高強度高導電性銅合金では、Ｂ：０．００１質量％以上０．５質量％以下を更に含有してもよい。
　Ｂは、強度及び耐熱性を向上させる元素である。しかしながら、Ｂを多量に含有すると導電率が低下することになる。よって、Ｂの含有量を０．００１質量％以上０．５質量％以下とすることによって、導電率の低下を抑えつつ、強度及び耐熱性の向上を図ることが可能となる。
　第１の態様に係る高強度高導電性銅合金では、Ｐ：０．００４質量％未満を更に含有してもよい。
　Ｐは、溶解鋳造時において、銅溶湯の粘性を低下させる効果がある。このため、鋳造作業を容易とするために、銅合金中に添加されることが多い。しかしながら、Ｐは、Ｍｇと反応することからＭｇの効果を低減してしまう。また、導電率を大きく低下させる元素である。このため、Ｐの含有量を０．００４質量％未満とすることによって、前述したＭｇの効果を確実に得て強度の向上を図ることができる。また、導電率の低下を抑制できる。
　第１の態様に係る高強度高導電性銅合金では、引張強度が７５０ＭＰａ以上であり、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上であってもよい。
　この場合、強度及び導電率に優れており、前述の電子電気部品に適した高強度高導電性銅合金を提供できる。例えば、この高強度高導電性銅合金をコネクタ端子やリードフレームなどに適用することによって、コネクタ端子やリードフレーム等の薄肉化を図ることが可能となる。
　本発明の第２の態様に係る高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ：１．０質量％を超えて４質量％未満、Ｓｎ：０．１質量％を超えて５質量％未満、Ｎｉ：０．１質量％を超えて７質量％未満を含有し、残部として、Ｃｕ及び不可避不純物を含み、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上である。
　この第２の態様に係る高強度高導電性銅合金は、０．１質量％を超えて７質量％未満の含有量でＮｉをさらに含有する第１の態様に係る高強度高導電性銅合金である。
　この第２の態様に係る高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ，Ｓｎ，及びＮｉを含有し、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物からなる銅合金であり、Ｍｇの含有量、Ｓｎの含有量、Ｎｉの含有量、及びＭｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎの範囲が規定されている。このような成分組成を有する銅合金は、以下に示すように、引張強度、導電性及び加工性に優れている。
　すなわち、Ｍｇ及びＳｎは、それぞれ銅の強度を向上させ、かつ、再結晶温度を上昇させる作用を有する元素である。しかしながら、Ｍｇ、Ｓｎを多量に含有すると、ＭｇやＳｎを含む金属間化合物に起因して加工性が悪くなる。よって、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて４質量％未満とし、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて５質量％未満とする。これにより、強度の向上及び加工性の確保を図ることが可能となる。
　詳述すると、ＭｇとＳｎとを共添加することで、（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎの析出物が銅の母相中に分散される。この析出物による析出硬化によって、強度及び再結晶温度が向上する。
　しかしながら、Ｍｇ、Ｓｎを多量に含有すると、Ｍｇ、Ｓｎの偏析により、鋳塊内部においてＭｇやＳｎを含有する金属間化合物が不均一に生成することになる。特に、Ｓｎを多く含む金属間化合物は融点が低く、その後の熱処理工程において溶解してしまうおそれがある。Ｓｎを多く含む金属間化合物が溶解すると、その後の熱処理の際に金属間化合物が残存し易くなる。このような金属間化合物の残存に起因して加工性が悪くなる。従って、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて４質量％未満とし、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて５質量％未満とする。
　さらに、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量Ｍｇ／Ｓｎを０．４以上とすることによって、Ｍｇに比較してＳｎの含有量が必要以上に多くならず、低融点の金属間化合物の生成を抑制することが可能となる。これによって、前述したＭｇとＳｎとを共に含有することによる強度向上の効果を確実に得ることができ、かつ加工性を確保できる。
　Ｎｉは、Ｍｇ及びＳｎとともに含有されることによって、強度と再結晶温度とを、さらに向上させる作用を有する。これは、（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎにＮｉが固溶した析出物によると推測される。また、Ｎｉは、鋳塊内部において生成される金属間化合物の融点を高くする作用を有している。このため、その後の熱処理工程において金属間化合物が溶融することが抑制され、この金属間化合物の残存に起因した加工性の悪化を抑制できる。一方、Ｎｉを多量に含有した場合には、導電率が低下することになる。
　以上のことから、Ｎｉの含有量を、０．１質量％を超えて７質量％未満とする。これにより、強度の向上、加工性の向上及び導電性の確保を図ることが可能となる。
　第２の態様に係る高強度高導電性銅合金では、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２以上３以下であってもよい。
　Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２以上とされているので、Ｓｎの含有量が少なくなる。このため、低融点の金属間化合物の生成を抑制でき、加工性を確保できる。さらに、質量比Ｎｉ／Ｓｎが３以下とされているので、過剰なＮｉが存在せず、導電率の低下を防止できる。
　第２の態様に係る高強度高導電性銅合金では、Ｐ及びＢのうち、いずれか一方又は両方を更に含有し、その含有量が０．００１質量％以上０．５質量％以下であってもよい。
　Ｐ，Ｂは、強度及び耐熱性を向上させる元素である。また、Ｐは、溶解鋳造時において、銅溶湯の粘性を低下させる効果がある。しかしながら、Ｐ、Ｂを多量に含有すると、導電率が低下することになる。このため、Ｐ、Ｂの含有量を０．００１質量％以上０．５質量％以下とすることによって、導電率の低下を抑えつつ、強度及び耐熱性の向上を図ることが可能となる。
　第２の態様に係る高強度高導電性銅合金では、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上を更に含有し、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下であってもよい。
　Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎは、銅合金の特性を向上させる効果を有しており、用途にあわせて選択的に含有させることによって特性を向上させることが可能となる。
　第２の態様に係る高強度高導電性銅合金では、引張強度が７５０ＭＰａ以上であり、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上であってもよい。
　この場合、強度及び導電率に優れており、前述の電子電気部品に適した高強度高導電性銅合金を提供できる。例えば、この高強度高導電性銅合金をコネクタ端子やリードフレームなどに適用することによって、コネクタ端子やリードフレーム等の薄肉化を図ることが可能となる。
　本発明の第１，２の態様によれば、Ｂｅを含有することなく、原料コスト及び製造コストが低く、引張強度及び導電性に優れ、かつ、加工性にも優れた高強度高導電性銅合金を提供できる。
　以下に、本発明の一実施形態である高強度高導電性銅合金について説明する。
（第１の実施形態）
　第１の実施形態に係る高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ：１．０質量％を超えて４質量％未満、Ｓｎ：０．１質量％を超えて５質量％未満、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎのうちの少なくとも１種以上：０．０１質量％以上５質量％以下、Ｂ：０．００１質量％以上０．５質量％以下、及びＰ：０．００４質量％未満を含み、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有している。
　そして、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上である。
　第１の実施形態に係る高強度高導電性銅合金の引張強度は７５０ＭＰａ以上であり、導電率は１０％ＩＡＣＳ以上である。
　以下に、これらの元素の含有量を前述の範囲に設定した理由について説明する。
（Ｍｇ）
　Ｍｇは、導電率を大きく低下させることなく、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｍｇの含有量が１．０質量％以下では、その作用効果を得ることはできない。
　一方、Ｍｇの含有量が４．０質量％以上の場合、均質化及び溶体化のために熱処理を行った際に、Ｍｇを含む金属間化合物が残存してしまい、十分な均質化及び溶体化を行うことができなくなる。これにより、熱処理後の冷間加工や熱間加工において割れが発生するおそれがある。
　このような理由から、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて４質量％未満に設定している。
　さらに、Ｍｇは活性元素であることから、過剰に添加されることによって、溶解鋳造時に、酸素と反応して生成されたＭｇ酸化物を巻きこむおそれがある。このＭｇ酸化物の巻きこみを抑制するためには、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて３質量％未満とすることが好ましい。
（Ｓｎ）
　Ｓｎは、銅の母相中に固溶することにより、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｓｎの含有量が０．１質量％以下では、その作用効果を得ることはできない。
　一方、Ｓｎの含有量が５質量％以上の場合、導電率が大きく低下することになる。また、Ｓｎの偏析により、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物が不均一に生成する。このため、均質化及び溶体化のために熱処理を行った際に、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物が残存してしまい、十分な均質化及び溶体化を行うことができなくなる。これにより、熱処理後の冷間加工や熱間加工において割れが発生することになる。また、Ｓｎは比較的高価な元素であることから、必要以上に添加した場合には、製造コストが上昇することになる。
　このような理由から、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて５質量％未満に設定している。なお、前述の作用効果を確実に得るためには、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて２質量％未満とすることが好ましい。
（Ｍｇ／Ｓｎ）
　ＭｇとＳｎとを共に含有する場合には、これらの化合物である（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎの析出物が銅の母相中に分散し、析出硬化によって強度を向上させることができる。
　ここで、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４未満である場合には、Ｍｇの含有量に比して多くのＳｎを含有することになる。この場合、前述のように、低融点の金属間化合物が生じ易くなり、加工性が低下してしまう。
　このような理由から、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．４以上とし、加工性を確保している。
　なお、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物の残存を抑制して加工性を確実に確保するとともに、Ｓｎによる強度向上の効果を確実に得るためには、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．８以上１０以下とすることが好ましい。
（Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎ）
　Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎは、銅合金の特性を向上させる効果を有しており、用途にあわせて選択的に含有させることによって、特性を向上させることが可能となる。ここで、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上の元素の含有量が０．０１質量％未満では、その作用効果を得ることはできない。
　一方、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上の元素の含有量が５質量％を超える場合には、導電率が大きく低下する。
　このような理由から、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上の元素の含有量を、０．０１質量％以上５質量％以下に設定している。
（Ｂ）
　Ｂは、強度及び耐熱性を向上させる元素である。ここで、Ｂの含有量が０．００１質量％未満の場合、その作用効果を得ることはできない。
　一方、Ｂの含有量が０．５質量％を超える場合には、導電率が大きく低下する。
　このような理由から、Ｂの含有量を、０．００１質量％以上０．５質量％以下に設定している。
（Ｐ）
　Ｐは、溶解鋳造時において、銅溶湯の粘性を低下させる効果がある。このため、鋳造作業を容易とするために、銅合金中に添加されることが多い。しかしながら、Ｐは、Ｍｇと反応することからＭｇの効果を低減してしまう。さらに、Ｐは導電率を大きく低下させる元素である。
　よって、Ｍｇの効果を確実に得るとともに、導電率の低下を抑制するために、Ｐの含有量を０．００４質量％未満としている。
　なお、不可避不純物としては、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，希土類元素，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等が挙げられる。これらの不可避不純物は、総量で０．３質量％以下であることが好ましい。
　以上の化学成分を有する第１の実施形態に係る高強度高導電性銅合金によれば、ＭｇとＳｎとを含有し、Ｍｇの含有量が１．０質量％を超えて４質量％未満とされ、Ｓｎの含有量が０．１質量％を超えて５質量％未満とされ、これらＭｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上とされている。このため、Ｍｇ及びＳｎを共に含有することによって、固溶硬化及び析出硬化による強度の向上を図ることが可能となるとともに、Ｍｇ、Ｓｎの含有量が抑制され、加工性を確保することができる。
　また、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上を含有し、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下とされている。このため、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上の元素によって、導電率を著しく低下させることなく、銅合金の特性を向上させることが可能となる。
　さらに、Ｂを含有し、その含有量が０．００１質量％以上０．５質量％以下とされている。このため、導電率の低下を抑えつつ、強度及び耐熱性の向上を図ることが可能となる。
　また、Ｐの含有量が０．００４質量％未満とされているので、ＭｇとＰとの反応を抑制でき、Ｍｇの効果を確実に得ることが可能となる。
　さらに、第１の実施形態では、引張強度が７５０ＭＰａ以上であり、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上である。このため、第１の実施形態に係る高強度高導電性銅合金をコネクタ端子やリードフレームなどに適用すると、これらコネクタ端子やリードフレームなどの薄肉化を実現できる。
（第２の実施形態）
　第２の実施形態に係る高強度高導電性銅合金は、Ｍｇ：１．０質量％を超えて４質量％未満、Ｓｎ：０．１質量％を超えて５質量％未満、Ｎｉ：０．１質量％を超えて７質量％未満、Ｐ及びＢのうちいずれか一方又は両方：０．００１質量％以上０．５質量％以下、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎのうちの少なくとも１種以上：０．０１質量％以上５質量％以下を含み、残部がＣｕと不可避不純物からなる組成を有している。
　そして、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上であり、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２以上３以下である。
　第２の実施形態は、Ｎｉを更に含有していること及びＰの含有量が０．００１質量％以上０．５質量％以下であることが、第１の実施形態とは異なる。
　以下に、これらの元素の含有量を前述の範囲に設定した理由について説明する。
（Ｍｇ）
　Ｍｇは、導電率を大きく低下させることなく、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｍｇの含有量が１．０質量％以下では、その作用効果を得ることはできない。
　一方、Ｍｇの含有量が４．０質量％以上の場合、均質化及び溶体化のために熱処理を行った際に、Ｍｇを含む金属間化合物が残存してしまい、十分な均質化及び溶体化を行うことができなくなる。これにより、熱処理後の冷間加工や熱間加工において割れが発生するおそれがある。
　このような理由から、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて４質量％未満に設定している。
　さらに、Ｍｇは活性元素であることから、過剰に添加されることによって、溶解鋳造時に、酸素と反応して生成されたＭｇ酸化物を巻きこむおそれがある。このＭｇ酸化物の巻きこみを抑制するためには、Ｍｇの含有量を、１．０質量％を超えて３質量％未満とすることが好ましい。
（Ｓｎ）
　Ｓｎは、銅の母相中に固溶することにより、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｓｎの含有量が０．１質量％以下では、その作用効果を得ることはできない。
　一方、Ｓｎの含有量が５質量％以上の場合、導電率が大きく低下することになる。また、Ｓｎの偏析により、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物が不均一に生成する。このため、均質化及び溶体化のために熱処理を行った際に、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物が残存してしまい、十分な均質化及び溶体化を行うことができなくなる。これにより、熱処理後の冷間加工や熱間加工において割れが発生することになる。また、Ｓｎは比較的高価な元素であることから、必要以上に添加した場合には、製造コストが増加することになる。
　このような理由から、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて５質量％未満に設定している。なお、前述の作用効果を確実に得るためには、Ｓｎの含有量を、０．１質量％を超えて２質量％未満とすることが好ましい。
（Ｎｉ）
　Ｎｉは、Ｍｇ及びＳｎと共に含有されることによって、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。また、Ｎｉは、鋳塊内部において偏析する金属間化合物の融点を高くする作用を有している。このため、その後の熱処理工程における金属間化合物の溶融を抑制でき、加工性を向上させる効果を有する。ここで、Ｎｉの含有量が０．１質量％以下の場合、その作用効果を得ることができない。
　一方、Ｎｉの含有量が７質量％以上の場合、導電率が大きく低下することになる。
　このような理由から、Ｎｉの含有量を、０．１質量％を超えて７質量％未満に設定している。
（Ｍｇ／Ｓｎ）
　ＭｇとＳｎとを共に含有する場合には、これらの化合物である（Ｃｕ，Ｓｎ）２ＭｇやＣｕ４ＭｇＳｎの析出物が銅の母相中に分散し、析出硬化によって強度を向上させることができる。
　ここで、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４未満である場合には、Ｍｇの含有量に比して多くのＳｎを含有することになる。この場合、前述のように、低融点の金属間化合物が生じ、加工性が悪化してしまう。従って、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．４以上とし、加工性を確保している。
　なお、Ｓｎを含有する低融点の金属間化合物の残存を抑制して加工性を確実に確保するとともに、Ｓｎによる強度向上の効果を確実に得るためには、Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎを０．８以上１０以下とすることが好ましい。
（Ｎｉ／Ｓｎ）
　Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２未満である場合には、Ｎｉの含有量に比して多くのＳｎを含有することになる。この場合、前述のように、低融点の金属間化合物が生じやすくなり、加工性が低下してしまう。
　また、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが３を超える場合には、Ｎｉの含有量が多くなり、導電率が大きく低下してしまう。
　従って、Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎを０．２以上３以下とし、これにより加工性を確保するとともに、導電率を確保している。
（Ｂ，Ｐ）
　Ｂ及びＰは、強度及び耐熱性を向上させる元素である。また、Ｐは、溶解鋳造時において、銅溶湯の粘性を低下させる効果がある。ここで、Ｂ，Ｐの含有量が０．００１質量％未満の場合、その作用効果を得ることはできない。
　一方、Ｂ，Ｐの含有量が０．５質量％を超える場合、導電率が大きく低下する。
　このような理由から、Ｂ及びＰのいずれか一方又は両方の含有量を、０．００１質量％以上０．５質量％以下に設定している。
（Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｚｎ）
　Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎは、銅合金の特性を向上させる効果を有しており、用途にあわせて選択的に含有させることによって、特性を向上させることが可能となる。ここで、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上の元素の含有量が０．０１質量％未満では、その作用効果を得ることはできない。
　一方、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上の元素を、５質量％を超えて含有する場合には、導電率が大きく低下する。
　このような理由から、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上の元素の含有量を、０．０１質量％以上５質量％以下に設定している。
　なお、不可避不純物としては、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，希土類元素，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等が挙げられる。これらの不可避不純物は、総量で０．３質量％以下であることが好ましい。
　以上の化学成分を有する第２の実施形態に係る高強度高導電性銅合金によれば、ＭｇとＳｎとＮｉとを含有し、Ｍｇの含有量が１．０質量％を超えて４質量％未満とされ、Ｓｎの含有量が０．１質量％を超えて５質量％未満とされ、Ｎｉの含有量が０．１質量％を超えて７質量％未満とされている。このため、Ｍｇ、Ｓｎ及びＮｉを全て含有することによって、固溶硬化及び析出硬化による強度の向上を図ることが可能となるとともに、Ｍｇ、Ｓｎ及びＮｉの含有量が抑制され、加工性及び導電率を確保することができる。
　また、Ｐ及びＢのうちいずれか一方又は両方を含有し、その含有量が０．００１質量％以上０．５質量％以下とされている。このため、導電率の低下を抑えつつ、強度及び耐熱性の向上を図ることが可能となる。
　さらに、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上を含有し、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下とされている。このため、Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上の元素によって、導電率を著しく低下させることなく、銅合金の特性を向上させることが可能となる。
　さらに、第２の実施形態では、引張強度が７５０ＭＰａ以上、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上である。このため、第２の実施形態に係る高強度高導電性銅合金をコネクタ端子やリードフレームなどに適用すると、これらコネクタ端子やリードフレーム等の薄肉化を実現できる。
（高強度高導電性銅合金の製造方法）
　次に、第１，２の実施形態に係る高強度高導電性銅合金の製造方法について説明する。
（溶解鋳造工程）
　まず、銅原料を溶解して得られた銅溶湯に、前述の元素を添加して成分調整を行い、銅合金溶湯を製出する。なお、添加する元素を含む原料として、元素単体や母合金等を用いることができる。また、これらの元素を含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。また、本合金のリサイクル材及びスクラップ材を用いてもよい。
　ここで、銅溶湯は、純度が９９．９９％以上の４ＮＣｕであることが好ましい。また、溶解工程では、Ｍｇ等の酸化を抑制するために、真空炉、あるいは、不活性ガス雰囲気又は還元性雰囲気とされた雰囲気炉を用いることが好ましい。
　そして、成分調整された銅合金溶湯を鋳型に注入して鋳塊を製出する。なお、量産を考慮する場合には、連続鋳造法又は半連続鋳造法を用いることが好ましい。
（１次熱処理工程）
　次に、得られた鋳塊の均質化及び溶体化のために１次熱処理を行う。凝固の過程において、添加元素が偏析して濃縮することによって、金属間化合物などが生成する。鋳塊の内部には、これら金属間化合物などが存在している。そこで、鋳塊に対して１次熱処理を行うことによって、鋳塊内において、添加元素を均質に拡散させたり、添加元素を銅の母相中に固溶させる。これにより、金属間化合物などの偏析を消失又は低減させたり、また金属間化合物自体を消失又は低減させる。
　この１次熱処理工程における熱処理条件は、特に限定されないが、５００℃～８００℃の温度にて、非酸化性又は還元性雰囲気中で１次熱処理を実施することが好ましい。
　また、粗加工の効率化と組織の均一化のために、前述の１次熱処理後に熱間加工を実施してもよい。加工方法は特に限定されず、例えば最終形態が板や条の場合には、圧延を採用でき、最終形態が線や棒の場合には、線引き、押出、溝圧延などを採用できる。また最終形態がバルク形状の場合には、鍛造やプレスを採用できる。なお、この熱間加工の温度も特に限定されないが、５００℃～８００℃とすることが好ましい。
（加工工程）
　熱処理された鋳塊を切断するとともに、熱処理などで生成された酸化膜などを除去するために表面研削を行う。そして、所定の形状とするために加工を行う。
　ここで、加工方法は特に限定されず、例えば最終形態が板や条の場合には、圧延を採用でき、最終形態が線や棒の場合には、線引き、押出、溝圧延を採用できる。また最終形態がバルク形状の場合には、鍛造やプレスを採用できる。なお、この加工時の温度条件は特に限定されないが、冷間又は温間加工であることが好ましい。また、加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されるが、２０％以上とすることが好ましい。
　なお、この加工工程の中で、溶体化を促進するために、あるいは、再結晶組織を得るため、また、加工性を向上させるために、適宜、熱処理を実施してもよい。この熱処理の条件は、特に限定されないが、５００℃～８００℃の温度にて、非酸化性又は還元性雰囲気中で熱処理を実施することが好ましい。
（２次熱処理工程）
　次に、加工工程によって得られた加工材に対して、低温焼鈍硬化及び析出硬化を行うために、又は、残留ひずみの除去のために、２次熱処理を実施する。この２次熱処理の条件は、製出される製品に求められる特性に応じて適宜設定される。
　なお、２次熱処理の条件は、特に限定されないが、温度が１５０℃～６００℃で、１０秒～２４時間、非酸化性又は還元性雰囲気中で２次熱処理を実施することが好ましい。また、２次熱処理前の加工とこの２次熱処理とを複数回実施してもよい。
　このようにして、第１，２の実施形態である高強度高導電性銅合金が製出（製造）される。
　以上、本発明の実施形態である高強度高導電性銅合金について説明したが、本発明はこれらに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、第１の実施形態では、Ｍｇ，Ｓｎ以外の元素も含有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｍｇ，Ｓｎ以外の元素については必要に応じて添加すればよい。
　第２の実施形態では、Ｍｇ，Ｓｎ及びＮｉ以外の元素を含有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｍｇ，Ｓｎ及びＮｉ以外の元素については必要に応じて添加すればよい。
　また、第１，２の実施形態に係る高強度高導電性銅合金の製造方法の一例について説明したが、製造方法は本実施形態に限定されることはなく、既存の製造方法を適宜選択して製造してもよい。
　以下に、本実施形態の効果を確認するために行った確認実験の結果について説明する。
　純度９９．９９％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備した。この銅原料を高純度グラファイト坩堝内に装入して、Ａｒガス雰囲気とされた雰囲気炉内において高周波溶解した。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成に調製した。次いで、銅合金溶湯をカーボン鋳型に注湯して鋳塊を製出した。なお、鋳塊の大きさは、厚さ約２０ｍｍ×幅約２０ｍｍ×長さ約１００ｍｍとした。
　得られた鋳塊に対して、Ａｒガス雰囲気中において７１５℃で４時間の熱処理（１次熱処理）を実施した。
　熱処理後の鋳塊を切断するとともに、酸化被膜を除去するために表面研削を実施した。これにより、厚さ約８ｍｍ×幅約１８ｍｍ×長さ約１００ｍｍの素体ブロックを製出した。
　この素体ブロックに対して、圧延率が約９２％から９４％の冷間圧延を実施し、厚さ約０．５ｍｍ×幅約２０ｍｍの条材を製出した。
　この条材に対して、Ａｒガス雰囲気中にて、表１に記載した温度で１～４時間の熱処理（２次熱処理）を実施し、特性評価用条材を作製した。
（加工性評価）
　加工性の評価として、前述の冷間圧延時における耳割れ（cracked edge）の有無を観察した。目視で耳割れが全くあるいはほとんど認められなかったものをＡ（Excellent）、長さ１ｍｍ未満の小さな耳割れが発生したものをＢ（Good）、長さ１ｍｍ以上３ｍｍ未満の耳割れが発生したものをＣ（Fair）、長さ３ｍｍ以上の大きな耳割れが発生したものをＤ（Bad）、耳割れに起因して圧延途中で破断したものをＥ（Very Bad）とした。
　なお、耳割れの長さとは、圧延材の幅方向端部から幅方向中央部に向かう耳割れの長さのことである。
　また、特性評価用条材の引張強度及び導電率を以下の方法により測定した。
（引張強度）
　特性評価用条材からＪＩＳ　Ｚ　２２０１に規定される１３Ｂ号試験片を採取し、ＪＩＳ　Ｚ　２２４１の規定に従って、室温（２５℃）での試験片の引張強度を測定した。なお、試験片は、引張試験の引張方向が特性評価用条材の圧延方向に対して平行になるように採取した。
（導電率）　
　特性評価用条材から幅１０ｍｍ×長さ６０ｍｍの試験片を採取し、４端子法によって電気抵抗を求めた。また、マイクロメータを用いて試験片の寸法測定を行い、試験片の体積を算出した。そして、測定した電気抵抗値と体積の値から、導電率を算出した。なお、試験片は、その長手方向が特性評価用条材の圧延方向に対して平行になるように採取した。
　評価結果を表１～３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　Ｍｇのみを含有し、Ｍｇの含有量が１質量％未満である比較例１－１では、引張強度が６５７ＭＰａと低かった。
　また、Ｍｇ及びＳｎを含有し、Ｍｇの含有量が１質量％未満である比較例１－２については、引張強度が７３５ＭＰａであった。
　さらに、Ｍｇ及びＳｎを含有し、Ｍｇの含有量が１質量％未満であり、かつＭｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４未満である比較例１－３については、引張強度が６４５ＭＰａであった。
　また、Ｍｇのみを含有し、Ｍｇの含有量が１質量％以上である比較例１－４では、引張強度が６６３ＭＰａと低かった。
　さらに、Ｍｇ及びＳｎを含有し、Ｓｎの含有量が５質量％以上であり、かつＭｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４未満である比較例１－５については、耳割れが激しく圧延途中で破断した。
　また、Ｍｇのみを含有し、Ｍｇの含有量が４質量％以上である比較例１－６では、長さ３ｍｍ以上の大きな耳割れが発生した。
　さらに、Ｍｇ及びＳｎを含有し、Ｍｇの含有量が４質量％以上である比較例１－７については、耳割れが激しく圧延途中で破断した。
　Ｍｇの含有量が１．０質量％以下である比較例２－１、Ｓｎ及びＮｉを含有していない比較例２－２，Ｓｎを含有していない比較例２－３では、いずれも引張強度が７５０ＭＰａ未満であった。
　また、Ｎｉの含有量が７質量％以上である比較例２－４においては、導電率が９．６％ＩＡＣＳと低い値を示した。
　Ｓｎの含有量が５質量％以上である比較例２－５，２－７，２－８においては、冷間圧延時に大きな耳割れが発生した。比較例２－７，２－８では、圧延の途中で破断した。
　また、Ｎｉを含有していない比較例２－６では、圧延時に大きな耳割れが発生し、圧延の途中で破断した。
　さらに、Ｍｇの含有量が４質量％以上である比較例２－９，２－１０についても、冷間圧延時に大きな耳割れが発生した。比較例２－１０では、圧延の途中で破断した。
　これに対して、本発明例１－１～１－２２及び本発明例２－１～２－４３においては、引張強度が７５０ＭＰａ以上であり、かつ導電率が１０％以上であることが確認された。また、冷間圧延において、３ｍｍ以上の大きな耳割れは確認されなかった。
　以上のことから、本発明例によれば、引張強度が７５０ＭＰａであり、かつ導電率が１０％以上である高強度高導電性銅合金を、耳割れ等による加工トラブルなく、製出（製造）できることが確認された。
　本発明によると、原料コスト及び製造コストが低く、かつ引張強度、導電性、及び加工性に優れた高強度高導電性銅合金を提供できる。この高強度高導電性銅合金は、電子機器や電気機器などに使用されるコネクタ端子、リードフレームなどの電子電気部品に好適に適用できる。

Claims (11)

  1. 　Ｍｇ：１．０質量％を超えて４質量％未満、及び
    　Ｓｎ：０．１質量％を超えて５質量％未満を含有し、
    　残部として、Ｃｕ及び不可避不純物を含み、
    　Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．４以上であることを特徴とする高強度高導電性銅合金。
  2. 　Ｍｇの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｍｇ／Ｓｎが０．８以上１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の高強度高導電性銅合金。
  3. 　Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上を更に含有し、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の高強度高導電性銅合金。
  4. 　Ｂ：０．００１質量％以上０．５質量％以下を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度高導電性銅合金。
  5. 　Ｐ：０．００４質量％未満を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度高導電性銅合金。
  6. 　引張強度が７５０ＭＰａ以上であり、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項１に記載の高強度高導電性銅合金。
  7. 　Ｎｉ：０．１質量％を超えて７質量％未満を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度高導電性銅合金。
  8. 　Ｎｉの含有量とＳｎの含有量の質量比Ｎｉ／Ｓｎが０．２以上３以下であることを特徴とする請求項７に記載の高強度高導電性銅合金。
  9. 　Ｐ及びＢのうち、いずれか一方又は両方を更に含有し、その含有量が０．００１質量％以上０．５質量％以下であることを特徴とする請求項７に記載の高強度高導電性銅合金。
  10. 　Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，及びＺｎから選択される少なくとも１種以上を更に含有し、その含有量が０．０１質量％以上５質量％以下であることを特徴とする請求項７に記載の高強度高導電性銅合金。
  11. 　引張強度が７５０ＭＰａ以上であり、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項７に記載の高強度高導電性銅合金。
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