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技術 高強度、高導電率および曲げ加工性に優れた銅合金

出願人 株式会社神戸製鋼所
発明者 有賀康博畚野章工藤健梶原桂
出願日 2006年9月22日 (14年3ヶ月経過) 出願番号 2006-257534
公開日 2008年4月3日 (12年8ヶ月経過) 公開番号 2008-075151
状態 特許登録済
技術分野 放射線を利用した材料分析 非鉄金属または合金の熱処理 接点(1) 導電材料
主要キーワード 平均原子数 平均数密度 基本合金 析出硬化型合金 ケイ化ニッケル 高抗張力 結晶粒毎 耐熱クリープ特性
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年4月3日)のものです。
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図面 (3)

課題

高強度化高導電率化とともに、優れた曲げ加工性兼備した銅合金を提供することを目的とする。

解決手段

強度と導電率とのバランスからNi、Si、Crを各々特定量含有する銅合金組織の、50〜200nmの特定サイズ析出物の数密度保証した上で、この範囲のサイズの析出物に含まれるCrの平均原子濃度を一定範囲に制御して、一定量のCr含有析出物を存在させ、このCr含有析出物による結晶粒成長抑制のピン止め効果によって、平均結晶粒径を30μm 以下に微細化させ、前記銅合金に高強度、高導電率および曲げ加工性を兼備させる。

概要

背景

電子機器の小型化及び軽量化の要請に伴い、電気電子部品の小型化及び軽量化が進んでいる。そして、この電気・電子部品の小型化及び軽量化が端子部品の小型化及び軽量化のために、これらに使用される銅合金材料板厚及び幅が小さくなり、ICにおいては、板厚が0 . 1 〜 0 .1 5 mmと薄い銅合金板も使用されるようになってきている。

その結果、これらの電気・電子部品に使用される銅合金材料には、より一層高い強度が求められるようになっている。例えば、自動車用コネクタなどでは、8 0 0 M P a以上の高強度銅合金板が求められるようになっている。

また、電気・電子部品の前記薄板化及び幅狭化の傾向は、銅合金材料の導電性部分断面積を減少させる。この断面積の減少による導電性の低下を補うためには、銅合金材料自体に、導電率が4 0 %I A C S 以上の良好な導電率が求められるようになっている。

さらに、これらコネクタ端子、スイッチ、リレーリードフレームなどに用いられる銅合金板は、前記高強度および高導電率はもちろんのこと、ノッチング後の90°曲げなど、厳しい曲げ加工性が要求されることが多くなってきている。

従来から、高強度な銅合金材料としては、4 2アロイ(Fe - 4 2質量%Ni合金)が知られている。この4 2アロイは約5 8 0 M P a程度の引張強さを有し、異方性も少なく、また曲げ加工性も良好である。しかしながら、この4 2アロイは8 0 0 M P a以上の高強度化の要求には応えられない。また、4 2アロイはNiを多量に含有するため、価格が高いという問題点もある。

このため、前記種々の特性に優れ、且つ安価なコルソン合金(Cu−Ni−Si系合金)が電気・電子部品用に使用されるようになった。このコルソン合金は、ケイ化ニッケル化合物(Ni2 Si)の銅に対する固溶限が温度によって著しく変化する合金で、焼入・焼戻によって硬化する析出硬化型合金であり、耐熱性高温強度も良好で、これまでも、導電用各種バネ高抗張力電線などに広く使用されている。

しかし、このコルソン合金においても、銅合金材料の強度を向上させると、導電性や曲げ加工性は低下する。即ち、高強度のコルソン合金において、良好な導電率及び曲げ加工性とすることは非常に困難な課題であり、更なる強度、導電性及び曲げ加工性の向上が求められている。

このコルソン合金の強度、導電性及び曲げ加工性の向上の方策は従来から提案されている。例えば、特許文献1によれば、Ni、Siに加えて、Sn、Zn、Fe、P、Mg、Pb量などを規定し、導電性に加え、曲げ部の耐はんだ剥離性耐熱クリープ特性、耐マイグレーション特性熱間加工性を維持しつつ強度及び打抜き加工性を向上させている。

特許文献2によれば、Ni、Siに加えてMg量合金中に存在する析出物及び介在物のうち粒径が10μm以上のものの単位面積あたりの個数を規定し、導電率、強度及び高温強度を向上させている。

特許文献3によれば、Ni、Siに加えてMgを含有し、同時にSの含有量を制限して好適な強度、導電性、曲げ加工性、応力緩和特性メッキ密着性を向上させている。

特許文献4によれば、Fe量を0.1%以下に制限し、強度、導電率、曲げ加工性及びを向上させている。

特許文献5によれば、介在物の大きさが10μm以下であり、かつ、5〜10μmの大きさの介在物個数を制限し、強度、導電率、曲げ加工性、エッチング性メッキ性を向上させている。

特許文献6によれば、Ni2 Si析出物の分散状態を制御し、強度、導電率、曲げ加工性を向上させている。

特許文献7によれば、銅板表面組織結晶粒延伸形状を規定する事で、耐磨耗性を向上させている。
特開平9−209061号公報
特開平8−225869号公報
特開2002−180161号公報
特開2001−207229号公報
特開2001−49369号公報
特開2005−89843号公報
特開平5−279825号公報

概要

高強度化、高導電率化とともに、優れた曲げ加工性を兼備した銅合金を提供することを目的とする。強度と導電率とのバランスからNi、Si、Crを各々特定量含有する銅合金組織の、50〜200nmの特定サイズの析出物の数密度保証した上で、この範囲のサイズの析出物に含まれるCrの平均原子濃度を一定範囲に制御して、一定量のCr含有析出物を存在させ、このCr含有析出物による結晶粒成長抑制のピン止め効果によって、平均結晶粒径を30μm 以下に微細化させ、前記銅合金に高強度、高導電率および曲げ加工性を兼備させる。

目的

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、高強度、高導電率であり、かつ優れた曲げ加工性を兼備したコルソン系銅合金を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

質量%で、Ni:0.4〜4.0%、Si:0.05〜1.0%、Cr:0.005〜1.0%を各々含有し、残部銅および不可避的不純物からなる銅合金であって、この銅合金組織の、倍率30000倍の電界放出型透過電子顕微鏡エネルギー分散分析装置とにより測定した、50〜200nmのサイズの析出物の数密度が平均で0.2〜20個/μm2 であり、この範囲のサイズの析出物に含まれるCrの平均原子濃度が0.1〜80at%であるとともに、電界放出型走査電子顕微鏡後方散乱電子回折像ステムを搭載した結晶方位解析法により測定した、結晶粒の数をn、それぞれの測定した結晶粒径をxとした時、(Σx)/nで表される平均結晶粒径が30μm 以下であることを特徴とする高強度、高導電率および曲げ加工性に優れた銅合金。

請求項2

前記銅合金組織の、前記電界放出型透過電子顕微鏡とエネルギー分散型分析装置とにより測定した、50〜200nmのサイズの析出物に含まれるCrとSiとの原子数比Cr/Siが平均で0.01〜10である請求項1に記載の銅合金。

請求項3

前記銅合金が、更に、質量%で、Zn:0.005〜3.0%を含有する請求項1または2のいずれか1項に記載の銅合金。

請求項4

前記銅合金板が、更に、質量%で、Sn:0.01〜5.0%を含有する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の銅合金。

請求項5

前記銅合金が、更に、質量%で、Ti、Fe、Mg、Co、Zrのうち一種または二種以上を合計で0.01〜3.0%を含有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の銅合金。

技術分野

0001

本発明は、高強度、高導電率であり、かつ曲げ加工性に優れた、コルソン系銅合金に関し、例えば、家電半導体装置用リードフレーム等の半導体部品プリント配線板等の電気電子部品材料開閉器部品ブスバー端子コネクタ等の機構部品産業用機器などに用いられる銅合金板条として好適な銅合金に関する。

背景技術

0002

電子機器の小型化及び軽量化の要請に伴い、電気・電子部品の小型化及び軽量化が進んでいる。そして、この電気・電子部品の小型化及び軽量化が端子部品の小型化及び軽量化のために、これらに使用される銅合金材料板厚及び幅が小さくなり、ICにおいては、板厚が0 . 1 〜 0 .1 5 mmと薄い銅合金板も使用されるようになってきている。

0003

その結果、これらの電気・電子部品に使用される銅合金材料には、より一層高い強度が求められるようになっている。例えば、自動車用コネクタなどでは、8 0 0 M P a以上の高強度銅合金板が求められるようになっている。

0004

また、電気・電子部品の前記薄板化及び幅狭化の傾向は、銅合金材料の導電性部分断面積を減少させる。この断面積の減少による導電性の低下を補うためには、銅合金材料自体に、導電率が4 0 %I A C S 以上の良好な導電率が求められるようになっている。

0005

さらに、これらコネクタ、端子、スイッチ、リレーリードフレームなどに用いられる銅合金板は、前記高強度および高導電率はもちろんのこと、ノッチング後の90°曲げなど、厳しい曲げ加工性が要求されることが多くなってきている。

0006

従来から、高強度な銅合金材料としては、4 2アロイ(Fe - 4 2質量%Ni合金)が知られている。この4 2アロイは約5 8 0 M P a程度の引張強さを有し、異方性も少なく、また曲げ加工性も良好である。しかしながら、この4 2アロイは8 0 0 M P a以上の高強度化の要求には応えられない。また、4 2アロイはNiを多量に含有するため、価格が高いという問題点もある。

0007

このため、前記種々の特性に優れ、且つ安価なコルソン合金(Cu−Ni−Si系合金)が電気・電子部品用に使用されるようになった。このコルソン合金は、ケイ化ニッケル化合物(Ni2 Si)の銅に対する固溶限が温度によって著しく変化する合金で、焼入・焼戻によって硬化する析出硬化型合金であり、耐熱性高温強度も良好で、これまでも、導電用各種バネ高抗張力電線などに広く使用されている。

0008

しかし、このコルソン合金においても、銅合金材料の強度を向上させると、導電性や曲げ加工性は低下する。即ち、高強度のコルソン合金において、良好な導電率及び曲げ加工性とすることは非常に困難な課題であり、更なる強度、導電性及び曲げ加工性の向上が求められている。

0009

このコルソン合金の強度、導電性及び曲げ加工性の向上の方策は従来から提案されている。例えば、特許文献1によれば、Ni、Siに加えて、Sn、Zn、Fe、P、Mg、Pb量などを規定し、導電性に加え、曲げ部の耐はんだ剥離性耐熱クリープ特性、耐マイグレーション特性熱間加工性を維持しつつ強度及び打抜き加工性を向上させている。

0010

特許文献2によれば、Ni、Siに加えてMg量合金中に存在する析出物及び介在物のうち粒径が10μm以上のものの単位面積あたりの個数を規定し、導電率、強度及び高温強度を向上させている。

0011

特許文献3によれば、Ni、Siに加えてMgを含有し、同時にSの含有量を制限して好適な強度、導電性、曲げ加工性、応力緩和特性メッキ密着性を向上させている。

0012

特許文献4によれば、Fe量を0.1%以下に制限し、強度、導電率、曲げ加工性及びを向上させている。

0013

特許文献5によれば、介在物の大きさが10μm以下であり、かつ、5〜10μmの大きさの介在物個数を制限し、強度、導電率、曲げ加工性、エッチング性メッキ性を向上させている。

0014

特許文献6によれば、Ni2 Si析出物の分散状態を制御し、強度、導電率、曲げ加工性を向上させている。

0015

特許文献7によれば、銅板表面組織結晶粒延伸形状を規定する事で、耐磨耗性を向上させている。
特開平9−209061号公報
特開平8−225869号公報
特開2002−180161号公報
特開2001−207229号公報
特開2001−49369号公報
特開2005−89843号公報
特開平5−279825号公報

発明が解決しようとする課題

0016

しかし、特許文献1はコルソン合金の各成分含有量を規定したのみであり、成分組成のみの制御では十分な強度が得られないし、実際にも、十分な強度が得られていない。

0017

特許文献2は、コルソン合金の組織に注目し、存在する析出物及び介在物の大きさ、個数を規定しているものの、それ以上に組織には踏み込んでおらず、また、溶体化工程も規定していないために、十分な強度が得られていない。

0018

特許文献3は、導電率が低く要求に達せず(実施例では29〜33%IACS)また、規定される量までSを減らすことによる製造コストの増大が懸念され、実用的では無い。

0019

特許文献4のようにFe量を0.1%以下に制限するだけでは、十分な導電率、強度及び曲げ性は得られない。

0020

特許文献5は、コルソン合金の組織に注目し、存在する介在物の大きさ、個数を規定しているものの、それ以上に組織には踏み込んでおらず、また、溶体化工程の制御も不十分であり、十分な強度が得られていない。

0021

特許文献6は、コルソン合金の組織に注目し、100万倍の透過型電子顕微鏡組織観察される、ケイ化ニッケル析出物(Ni2 Si)の平均粒径を3〜10nmにするとともに、間隔を25nm以下として、析出物の分散状態を制御している。しかし、基本的に、Ni、Siの含有量が多すぎるため、導電率が十分高くない。

0022

特許文献7は、銅板表面組織の結晶粒の延伸形状を規定しているものの、結晶粒の形状だけでは十分な強度が得られず、溶体化工程の制御も不十分であり、導電率が十分高くない。

0023

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、高強度、高導電率であり、かつ優れた曲げ加工性を兼備したコルソン系銅合金を提供することである。

課題を解決するための手段

0024

この目的を達成するために、本発明の高強度、高導電率および曲げ加工性に優れた銅合金の要旨は、質量%で、Ni:0.4〜4.0%、Si:0.05〜1.0%、Cr:0.005〜1.0%を各々含有し、残部銅および不可避的不純物からなる銅合金であって、この銅合金組織の、倍率30000倍の電界放出型透過電子顕微鏡エネルギー分散分析装置とにより測定した、50〜200nmのサイズの析出物の数密度が平均で0.2〜20個/μm2 であり、この範囲のサイズの析出物に含まれるCrの平均原子濃度が0.1〜80at%であるとともに、電界放出型走査電子顕微鏡後方散乱電子回折像ステムを搭載した結晶方位解析法により測定した、結晶粒の数をn、それぞれの測定した結晶粒径をxとした時、(Σx)/nで表される平均結晶粒径が30μm 以下であることとする。

0025

本発明の高強度および曲げ加工性に優れた銅合金は、更に、銅合金組織の前記電界放出型透過電子顕微鏡とエネルギー分散型分析装置とにより測定した、50〜200nmのサイズの析出物に含まれるCrとSiとの原子数比Cr/Siが平均で0.01〜10であることが好ましい。

0026

本発明の高強度および曲げ加工性に優れた銅合金は、更に、質量%で、Zn:0.005〜3.0%を含有しても良い。また、質量%で、Sn:0.01〜5.0%を含有しても良い。

0027

また、更に、質量%で、Ti、Fe、Mg、Co、Zrのうち一種または二種以上を合計で0.01〜3.0%を含有しても良い。

発明の効果

0028

本発明は、コルソン系銅合金組織中に含有させるCr含有析出物が、溶体化処理温度高温化しても、固溶しきらずに、組織中に析出物として存在(残存)し、結晶粒成長抑制のピン止め効果を発揮する特異な性質を利用することを特徴とする。

0029

即ち、Crを含有させた場合に、コルソン系銅合金組織中には、Ni−Si−Cr、Si−Cr等のCr含有析出物(Cr化物Cr化合物とも言う)が形成される。これらのCr含有析出物は、溶体化処理温度が例えば900℃程度の高温になっても、固溶しきらずに、組織中に析出物として存在(残存)し、結晶粒成長抑制のピン止め効果を発揮する特異な性質を有する。しかも、このCr含有析出物の結晶粒成長抑制のピン止め効果は、Cr乃至Cr含有析出物を含有しない、通常の(従来の)Ni2Si系析出物のみのピン止め効果に比して著しく大きい。

0030

勿論、溶体化処理温度の高温化により、Cr含有析出物もある程度は固溶し、結晶粒の成長自体も避けられない。しかしながら、Cr乃至Cr含有析出物を含有しない通常(従来)に比べれば、その結晶粒成長の程度は、平均結晶粒径で上記30μm 以下程度に、かなり抑制される。このため、溶体化処理温度のかなりの高温化が可能となって、Ni、Siの固溶量を大幅に増すことができ、後の時効硬化処理において、Ni−Siの微細析出物量を大幅に増すことができる。この結果、平均結晶粒径の粗大化によって曲げ加工性などを低下させることなく、銅合金のより高強度化を図ることが可能となる。

0031

このCr含有析出物のピン止め効果の大きさは、Cr含有析出物におけるCrの含有量(原子濃度)によっても大きく左右される。言い換えると、従来のコルソン系銅合金組織において、平均結晶粒径を微細化させることが、実質的に困難であった理由は、Crを含有しない通常のNi2Si系析出物だけでは、ピン止め効果には大きな限界があったためと推考される。

0032

ここで、合金成分としてCrを含有しても、銅合金組織において存在する析出物全てがCr含有析出物となる訳ではない。即ち、実際の銅合金組織においては、Cr含有析出物の他に、他のCrを含有しないNi2 Si系などの析出物が混在する。言い換えると、結晶粒成長抑制のピン止め効果が大きいCr含有析出物と、結晶粒成長抑制のピン止め効果が小さい、Crを含有しない他のNi2 Si系などの析出物が混在することとなる。

0033

このため、実際の結晶粒成長抑制のピン止め効果は、銅合金組織におけるCr含有析出物の量に依存する。言い換えると、銅合金組織の平均結晶粒径を30μm 以下に微細化させるためには、銅合金組織中に一定量以上のCr含有析出物を存在させることが必要である。

0034

この点、本発明では、銅合金組織中に存在するCr含有析出物の量を直接規定するのではなく、銅合金組織中に存在する上記特定サイズ(50〜200nm)の全析出物中のCrの原子濃度によって、Cr含有析出物の量を制御する。銅合金組織中に混在するCr含有析出物とCrを含有しない他の析出物の中から、Cr含有析出物だけをピックアップして分析、測定することは非効率で、かつ測定が不正確となるからである。

0035

したがって、本発明では、これら特定サイズの全析出物(Crを含有するか否かにかかわらない全析出物)を対象として、Crの原子濃度を測定し、この析出物中のCrの平均原子濃度によって、銅合金組織中におけるCr含有析出物の量を制御する。また、この前提として、本発明では、上記特定サイズの全析出物(化合物)の数密度を保証(規定)する。

0036

これによって、本発明では、結晶粒成長抑制の大きなピン止め効果を発揮させ、コルソン系銅合金組織における平均結晶粒径を30μm 以下に微細化させて、銅合金の曲げ加工性を向上させる。

0037

これら特定サイズの析出物(化合物)の数密度の保証と、析出物中のCrの平均原子濃度の制御は、前提として、Crなどの本発明範囲での含有量の制御と、溶体化処理時における昇温速度と溶体化処理後冷却速度の制御によって可能となる。そして、この析出物に含まれるCrの平均原子濃度の制御(Cr含有析出物量の制御)によらなければ、コルソン系銅合金組織における平均結晶粒径を30μm 以下、特に10μm 以下に微細化させることは難しい。

0038

この他、本発明では、導電率を高めに維持するために、基本合金成分であるNi、Siの含有量を比較的低く制御する。そして、前記したCr含有析出物やNi2 Siを含めた他の析出物を微細に析出させて強度を向上させ、Ni、Siの含有量を比較的低く制御しても高強度とする。

0039

これによって、本発明は、高強度、高導電率および優れた曲げ加工性をバランスよく備えた銅合金を得る。

発明を実施するための最良の形態

0040

(銅合金の成分組成)
先ず、前記各種用途用として、必要強度や導電率、更には、高い曲げ加工性や耐応力緩和特性を満たすための、本発明コルソン系合金における化学成分組成を、以下に説明する。

0041

本発明では、高強度、高導電率、また、高い曲げ加工性を達成するために、質量%で、Ni:0.4〜4.0%、Si:0.05〜1.0%、Cr:0.005〜1.0%を各々含有し、残部銅および不可避的不純物からなる銅合金からなる基本組成とする。この組成は、銅合金組織の結晶粒を微細化するとともに、析出物(Ni2 Si)に含まれるCrの平均原子濃度を制御するための、成分組成側からの重要な前提条件となる。なお、以下の各元素の説明において記載する%表示は全て質量%である。

0042

この基本組成に対し、更に、Zn:0.005〜3.0%を含有しても良い。また、Sn:0.01〜5.0%を含有しても良い。また、更に、Ti、Fe、Mg、Co、Zrのうち一種または二種以上を合計で0.01〜3.0%を含有しても良い。

0043

Ni:0.4〜4.0%
Niは、Siとの化合物(Ni2 Siなど)を晶出または析出させることにより、銅合金の強度および導電率を確保する作用がある。また、Crとの化合物も形成する。Niの含有量が0.4%未満と少な過ぎると、析出物の生成量が不十分であるため、所望の強度が得られないばかりか、銅合金組織の結晶粒が粗大化する。また、偏析しやすい晶出物の割合が高くなって最終製品の特性のばらつきが大きくなる。一方、Niの含有量が4.0%を越えて多過ぎると、導電率が低下するのに加えて、粗大な析出物の数が多くなりすぎ、曲げ加工性が低下する。したがって、Ni量は0.4〜4.0%の範囲とする。

0044

Si:0.05〜1.0%
Siは、Niとの化合物(Ni2 Siなど)を晶・析出させて銅合金の強度および導電率を向上させる。また、Crとの化合物も形成する。Siの含有量が0.05%未満と少な過ぎる場合は、析出物の生成が不十分であるため、所望の強度が得られないばかりか、結晶粒が粗大化する。また、偏析しやすい晶出物の割合が高くなって、最終製品の特性のばらつきが大きくなる。一方、Siの含有量が1.0%を越えて多過ぎると、粗大な析出物の数が多くなりすぎ、曲げ加工性が低下すると同時に、析出物に含まれるCrとSiの原子数比Cr/Siが低くなりすぎる。したがって、Si含有量は0.05〜1.0%の範囲とする。

0045

Cr:0.005〜1.0%
Crは、Cr含有析出物を生成させるとともに、Cr含有析出物中のCrの原子濃度を上記した特定範囲に制御するための重要元素である。Cr含有析出物を形成することで、強度、導電率が向上するとともに、Cr含有析出物の形成により結晶粒が微細化し、曲げ加工性が向上する。但し、これらの効果の内、特に曲げ加工性向上効果は、Cr含有析出物のCrの原子濃度を上記した特定範囲に制御することによって発揮される。

0046

Crの含有量が0.005%未満と少な過ぎる場合には、これらの作用、効果が有効に発揮されない。一方、Crの含有量が1.0%、より厳しくは0.6%を超えて多過ぎると、析出物が粗大になり、曲げ加工性を損なうとともに、析出物に含まれるCrの原子濃度が高くなりすぎる。したがって、Crの含有量は0.005〜1.0%、好ましくは0.005〜0.6%の範囲とする。

0047

ここで本発明で言うCr含有析出物とは、Ni−Si−Crの基本組成では、Ni−Si−Cr等のCr含有析出物である。これにFeやMgなどを含有すると、Ni−Si−Cr等のCr含有析出物とともに、あるいはこれに代わって、(Fe、Mg)−Si−Cr、Ni−Si−(Fe、Mg)−Cr等のCr含有析出物が生成する。また、Ti、Co、Zrなどを含有すると、これらFeやMgなどの部分が、一部乃至全部置換したCr含有析出物が生成する。

0048

Ti、Fe、Mg、Co、Zr:合計で0.01〜3.0%
これらの元素は、上記した通り、Cr含有析出物を形成することで、強度、導電率を向上させるとともに、結晶粒微細化にも効果がある。これらの効果を発揮させる場合には、選択的に、Ti、Fe、Mg、Co、Zrのうち一種または二種以上を合計で0.01%以上含有させる。しかし、これらの元素の合計含有量(総量)が3.0%を超えると、析出物が粗大になり、曲げ加工性を損なうとともに、析出物に含まれるCrの原子濃度が低くなりすぎる。したがって、選択的に含有させる場合のTi、Fe、Mg、Co、Zrの含有量は、合計で(総量で)0.01〜3.0%の範囲とする。

0049

Zn:0.005〜3.0%
Znは電子部品の接合に用いるSnめっきはんだ耐熱剥離性を改善し、熱剥離を抑制するのに有効な元素である。このような効果を有効に発揮させる場合には、選択的に0.005%以上含有させる。しかし、3.0%を越えて過剰に含有すると、却って溶融Snやはんだの濡れ広がり性劣化させ、また、含有量が多くなると、導電率も大きく低下させる。したがって、Znは、耐熱剥離性向上効果と導電率低下作用とを考慮した上で、選択的に含有させ、その場合のZn含有量は0.005〜3.0%の範囲、好ましくは0.005〜1.5%の範囲とする。

0050

Sn:0.01〜5.0%
Snは、銅合金中に固溶して強度向上に寄与する。このような効果を有効に発揮させる場合には、選択的に0.01%以上含有させる。しかし、5.0%を越えて過剰に含有すると、その効果が飽和し、また、含有量が多くなると導電率を大きく低下させる。したがって、Snは、強度向上効果と導電率低下作用とを考慮した上で、選択的に含有させ、その場合のSn含有量は0.01〜5.0%の範囲、好ましくは0.01〜1.0%の範囲とする。

0051

その他の元素含有量
その他の元素は、基本的に不純物であって、できるだけ少ないほうが好ましい。例えば、Mn、Ca、Ag、Cd、Be、Au、Pt、S、Pb、Pなどの不純物元素は、粗大な晶・析出物を生成しやすくなり、曲げ加工性が劣化するばかりか、導電率の低下も引き起こしやすくなる。したがって、これらの元素は総量で0.5%以下の極力少ない含有量にすることが好ましい。この他、銅合金中に微量に含まれるHf、Th、Li、Na、K、Sr、Pd、W、Nb、Al、V、Y、Mo、In、Ga、Ge、As、Sb、Bi、Te、B、C、ミッシュメタル等の元素も、導電率の低下を引き起こしやすくなるので、これらの総量で0.1%以下の極力少ない含有量に抑えることが望ましい。但し、これらの元素を低減するためには、地金使用や精錬などの製造コストが上昇しがちであり、製造コストの上昇を抑制するためには、これら元素の総量の各々上記した上限までの含有は許容する。

0052

(銅合金組織)
本発明では、以上のCu−Ni−Si−Cr系合金組成を前提に、この銅合金の組織を設計して、平均結晶粒径を30μm 以下、好ましくは10μm 以下に微細化させて、銅合金の曲げ加工性を向上させる。本発明では、この組織設計をCr含有析出物量の制御によって達成する。より具体的には、銅合金組織中に一定サイズの析出物の数密度を一定量以上確保するとともに、このサイズの析出物に含まれるCrの平均原子濃度を一定量確保する、制御によって達成する。

0053

このような制御によらなければ、結晶粒成長抑制のピン止め効果が大きいCr含有析出物を銅合金組織中に適正量確保できない。この結果、銅合金組織における平均結晶粒径を30μm 以下、好ましくは10μm 以下に微細化させることが困難となる。本発明におけるCr含有析出物は、前記した通り、溶体化処理温度が高温になっても、Cr含有析出物は、固溶しきらずに、組織中に析出物として存在(残存)し、結晶粒成長抑制の大きなピン止め効果を発揮する。しかし、このCr含有析出物のピン止め効果の大きさは、前記した通り、50〜200nmのサイズの析出物に含まれるCrの平均原子濃度や、このサイズの析出物の数密度によって大きく左右される。

0054

(析出物の数密度)
但し、この前提として、銅合金組織に存在する析出物の数密度を保証することが必要である。銅合金組織に存在する析出物の数密度が少な過ぎる、あるいは多過ぎると、これら析出物に含まれるCrの平均原子濃度、あるいはCrとSiとの平均原子濃度を制御したとしても、曲げ性の向上効果が十分に発揮できない場合も当然起こり得る。したがって、本発明では、析出物による結晶粒径微細化効果を保証するために、特定サイズの析出物の数密度を一定範囲とする。

0055

即ち、前記銅合金組織の、前記電界放出型透過電子顕微鏡とエネルギー分散型分析装置とにより測定した、50〜200nmのサイズの析出物の数密度が0.2〜20個/μm2 であることとする。ここで規定する特定サイズの析出物は、Crを含有するか否かにかかわりなく、各析出物のサイズ(最大径)のみを選別基準としている。

0056

この析出物の数密度が0.2個/μm2 より小さいと、析出物が少な過ぎる。このため、この析出物に含まれるCrあるいはCrとSiとの平均原子濃度を制御しても、結晶粒径微細化効果が十分に発揮できず、結晶粒が粗大化し、曲げ加工性が低下する可能性がある。

0057

一方、この析出物の数密度が20個/μm2 よりも大きいと、析出物が多過ぎ、曲げ加工時に、せん断帯の形成が促進され、却って曲げ加工性が低下する。したがって、50〜200nmのサイズの析出物の数密度は、0.2〜20個/μm2 、好ましくは0.5〜15個/μm2 の範囲とする。

0058

(析出物の数密度測定方法
析出物の数密度測定方法は、後述する、析出物に含まれるCrの平均原子濃度測定の前段となる。具体的には、製造された最終の銅合金(板など)から試料採取して、電解研磨によりTEM観察薄膜サンプルを作製する。そして、このサンプルを例えば日立製作所製:HF−2200電界放出型透過電子顕微鏡(FE-TEM)により、倍率×30000倍で明視野像を得る。この明視野像を焼付現像し、その写真より析出物の直径及び数を測定し、各析出物の最大の径が50〜200nmの範囲にあるサイズの析出物を特定する。この測定から50〜200nmの範囲にあるサイズの析出物の数密度(個/μm2 )を算出できる。

0059

(析出物に含まれるCrの平均原子濃度)
析出物の数密度を保証した上で、本発明では、銅合金組織における平均結晶粒径を30μm 以下に微細化させるために、銅合金組織の、倍率30000倍の電界放出型透過電子顕微鏡とエネルギー分散型分析装置とにより測定した、50〜200nmのサイズのNi−Si−Crなどの析出物に含まれるCrの平均原子濃度を0.1〜80at%の範囲に制御する。

0060

前記した通り、本発明では、銅合金組織中に存在するCr含有析出物の量を直接規定するのではなく、銅合金組織中に存在する上記特定サイズ(50〜200nm)の全析出物中のCrの平均原子濃度によって、Cr含有析出物の量を制御する。したがって、本発明では、これら特定サイズの全析出物(Crを含有するか否かにかかわらない析出物)を対象としてCrの原子濃度を測定し、これらの析出物中のCrの平均原子濃度によって、銅合金組織中におけるCr含有析出物の量を制御する。

0061

前記析出物内に含まれるCrの平均原子濃度が低過ぎて、0.1at%未満となると、銅合金組織の結晶粒が粗大化し、曲げ加工性が低下する。一方、前記析出物内に含まれるCrの平均原子濃度が高過ぎて、80at%を越えると、銅合金組織へのCr以外の固溶元素が多くなりすぎて、導電率が低下する。したがって、析出物に含まれるCrの平均原子濃度は0.1〜80at%の範囲、好ましくは0.5〜50at%の範囲とする。

0062

(析出物に含まれるCrとSiとの原子数比)
本発明では、銅合金の結晶粒径の微細化を保証するために、更に、銅合金組織の前記電界放出型透過電子顕微鏡とエネルギー分散型分析装置とにより測定した、50〜200nmのサイズの析出物に含まれるCrとSiとの原子数比Cr/Siが平均で0.01〜10であることが好ましい。

0063

析出物に含まれるCrとSiとの原子数比Cr/Siが平均で0.01よりも小さいと、結晶粒が粗大化し、曲げ加工性が低下する可能性が高くなる。一方、析出物に含まれるCrとSiとの原子数比Cr/Siが平均で10より大きいと、固溶Si量が多くなりすぎ、導電率が低下する可能性が高くなる。したがって、析出物に含まれるCrとSiとの原子数比Cr/Siは平均で、好ましくは0.01〜10、より好ましくは0.10〜5.0とする。

0064

(析出物内に含まれるCrの平均原子濃度測定方法
前記析出物の数密度を測定した、倍率30000倍の電界放出型透過電子顕微鏡による、同一の明視野像(同一の観察像)の各析出物に対して、例えばNoran社製NSSエネルギー分散型分析装置(EDX)により、各析出物の成分定量分析を実施する。この分析の際のビーム径は5nm以下で実施する。この分析を、前記最大の径が50〜200nmのサイズの各析出物(全析出物)に対してのみ実施し(これ以外のサイズの析出物に対しては実施せず)、視野内の各析出物(全析出物)内のCr及びSiの原子濃度(at%)をそれぞれ測定する。そして、明視野像内の、析出物内に含まれるCr及びSiの平均原子濃度を算出する。

0065

(析出物内に含まれるCrとSiとの原子数比測定方法)
この析出物内(析出物中)に含まれるCr及びSiの平均原子濃度の測定から、50〜200nmの範囲にあるサイズの析出物に含まれるCrとSiとの原子数比Cr/Siの平均も算出できる。

0066

これらの測定乃至算出の再現性と精度向上のために、銅合金から採取する測定用試料は任意の10箇所からの10個とし、上記析出物内に含まれるCr及びSiの平均原子濃度、CrとSiとの原子数比Cr/Si、析出物の数密度などの各数値は、これら10個の平均とする。

0067

(平均結晶粒径)
本発明では、これら銅合金組織の析出物制御によって微細化させた、銅合金組織の結晶粒径が、曲げ加工性を実質的に向上させる目安として、銅合金組織の平均結晶粒径を規定する。即ち、倍率10000倍の電界放出型走査電子顕微鏡に後方散乱電子回折像システムを搭載した結晶方位解析法により測定した、結晶粒の数をn、それぞれの測定した結晶粒径をxとした時、(Σx)/nで表される平均結晶粒径が30μm 以下、好ましくは10μm 以下であることとする。

0068

平均結晶粒径が30μm を越えて大きくなると、本発明が得ようとする曲げ加工性が得られない。したがって、平均結晶粒径は30μm 以下、好ましくは10μm 以下と、平均結晶粒径を小さくし、結晶粒径を微細化させる。

0069

(平均結晶粒径測定方法)
本発明で、これら平均結晶粒径の測定方法を、電界放出型走査電子顕微鏡(Field Emission Scanning Electron Microscope:FESEM)に、後方散乱電子回折像[EBSP: Electron Back Scattering (Scattered) Pattern]システムを搭載した結晶方位解析法と規定するのは、この測定方法が、高分解能ゆえに高精度であるためである。

0070

EBSP法は、FESEMの鏡筒内にセットした試料に電子線を照射してスクリーン上にEBSPを投影する。これを高感度カメラ撮影して、コンピュータに画像として取り込む。コンピュータでは、この画像を解析して、既知結晶系を用いたシミュレーションによるパターンとの比較によって、結晶の方位が決定される。算出された結晶の方位は3次元オイラー角として、位置座標(x、y)などとともに記録される。このプロセスが全測定点に対して自動的に行なわれるので、測定終了時には数万〜数十万点の結晶方位データが得られる。

0071

このように、EBSP法には、X線回折法や透過電子顕微鏡を用いた電子線回折法よりも、観察視野が広く、数百個以上の多数の結晶粒に対する、平均結晶粒径、平均結晶粒径の標準偏差、あるいは方位解析の情報を、数時間以内で得られる利点がある。また、結晶粒毎の測定ではなく、指定した領域を任意の一定間隔走査して測定するために、測定領域全体網羅した上記多数の測定ポイントに関する、上記各情報を得ることができる利点もある。なお、これらFESEMにEBSPシステムを搭載した結晶方位解析法の詳細は、神戸製鋼技報/Vol.52 No.2(Sep.2002)P66-70などに詳細に記載されている。

0072

これらFESEMにEBSPシステムを搭載した結晶方位解析法を用いて、本発明では、製品銅合金の板厚方向の表面部の集合組織を測定し、平均結晶粒径の測定を行なう。

0073

ここで、通常の銅合金板の場合、主に、以下に示す如きCube方位Goss方位、Brass方位(以下、B方位ともいう)、Copper方位(以下、Cu方位ともいう)、S方位等と呼ばれる多くの方位因子からなる集合組織を形成し、それらに応じた結晶面が存在する。これらの事実は、例えば、長島晋一編著、「集合組織」(丸善株式会社刊)や軽金属学会「軽金属」解説Vol.43、1993、P285-293などの記載されている。

0074

これらの集合組織の形成は同じ結晶系の場合でも加工、熱処理方法によって異なる。圧延による板材の集合組織の場合は、圧延面と圧延方向で表されており、圧延面は{ABC}で表現され、圧延方向は<DEF>で表現される(ABCDEFは整数を示す)。かかる表現に基づき、各方位は下記の如く表現される。

0075

Cube方位{001}<100>
Goss方位{011}<100>
Rotated-Goss方位 {011}<011>
Brass方位(B方位) {011}<211>
Copper方位(Cu方位) {112}<111>
(若しくはD方位{4 4 11}<11 11 8 >
S方位 {123}<634>
B/G方位 {011}<511>
B/S方位 {168}<211>
P方位 {011}<111>

0076

本発明においては、基本的に、これらの結晶面から±15°以内の方位のずれのものは同一の結晶面(方位因子)に属するものとする。また、隣り合う結晶粒の方位差が5°以上の結晶粒の境界結晶粒界と定義する。

0077

その上で、本発明においては、測定エリア300 ×300 μm に対して0.5 μm のピッチで電子線を照射し、上記結晶方位解析法により測定した結晶粒の数をn、それぞれの測定した結晶粒径をxとした時、上記平均結晶粒径を(Σx)/nで算出する。

0078

(製造条件)
次に、銅合金の組織を上記本発明規定の組織とするための、好ましい製造条件について以下に説明する。本発明銅合金は基本的に銅合金板であり、これを幅方向スリットした条や、これら板条コイル化したものが本発明銅合金の範囲に含まれる。

0079

本発明でも、一般的な製造工程と同様に、特定成分組成に調整した銅合金溶湯鋳造鋳塊面削、均熱熱間圧延、そして冷間圧延と、溶体化処理再結晶焼鈍)、時効硬化処理(析出焼鈍)、歪取り焼鈍などを含む工程により最終(製品)板が得られる。但し、上記製造工程の内でも、以下に説明する好ましい各製造条件を組み合わせて実施することで、本発明規定の組織、強度・高導電率及び曲げ加工性を得ることが可能となる。

0080

先ず、熱間圧延の終了温度は550〜850℃とすることが好ましい。この温度が550℃より低い温度域で熱間圧延を行うと、再結晶不完全なため不均一組織となり、曲げ加工性が劣化する。熱間圧延の終了温度が850℃より高いと、結晶粒が粗大化し、曲げ加工性が劣化する。この熱間圧延後は水冷することが好ましい。

0081

次に、この熱間圧延後で、溶体化処理(再結晶焼鈍)前の、冷間圧延における冷延率を70〜98%とすることが好ましい。冷延率が70%より低いと、再結晶核となるサイトが少なすぎる為に、本発明が得ようとする平均結晶粒径よりも必然的に大きくなり、曲げ加工性が劣化する可能性がある。一方、冷延率が98%より高いと、歪み量の分布ばらつきが大きくなるために、その後の再結晶後の結晶粒径が不均一となり、本発明が得ようとする曲げ加工性が劣化する可能性がある。

0082

(溶体化処理)
溶体化処理は、本発明における銅合金組織の析出物制御によって、結晶粒径を微細化させ、銅合金の曲げ加工性を向上させるために重要な工程である。特に、溶体化処理開始時における昇温速度と、溶体化処理後の溶体化処理温度からの冷却速度との制御は、銅合金組織の析出物制御のために重要となる。

0083

この点、本発明では、溶体化処理における400℃までの平均昇温速度を5〜100℃/hの範囲、400℃から溶体化処理温度までの平均昇温速度を100℃/s以上、溶体化処理温度を700℃以上、950℃未満とし、溶体化処理後の平均冷却速度を50℃/s以上と各々する。

0084

溶体化処理工程における昇温、冷却過程では、まず、室温から約600℃以下の比較的低温の領域では、Ni2 Siなどの析出が起こり、約600℃以上の高温の領域では、これら析出物が再固溶する。また、本発明銅合金の再結晶温度範囲は約500〜700℃であり、銅合金の結晶粒径はこの再結晶時の析出物の分散状態に大きく影響を受ける。

0085

溶体化昇温開始時より400℃到達までの平均昇温速度は、比較的小さくし、5〜100℃/hとする。但し、平均昇温速度がこの5℃/hより小さいと、析出した析出物が粗大化してしまい、平均結晶粒径が大きくなり、曲げ加工性が低下する。一方、平均昇温速度が100℃/hより大きいと、析出物の生成量が少なくなる。このため、析出物の数密度が不足して、平均結晶粒径が大きくなり、曲げ加工性が低下する。

0086

次に、上記400℃から溶体化温度までの平均昇温速度は、比較的大きくし、100℃/s以上とする。この昇温速度が100℃/s未満であると、本発明で規定する析出物の如何にかかわらず、再結晶粒成長が促進され、平均結晶粒径が大きくなり、曲げ加工性が低下する。

0087

溶体化処理温度は700℃以上、950℃未満の比較的高温とする。溶体化処理温度は700℃より低いと、溶体化が不十分となり、本発明が得ようとする高強度が得られないばかりか、曲げ性が低下する。一方、溶体化処理温度が950℃以上となると、Cr含有析出物の多くが固溶してしまい、析出物の数密度が小さくなりすぎるとともに、析出物に含まれるCrの原子濃度が低くなりすぎる。このため、Cr含有析出物による結晶粒成長抑制のピン止め効果が発揮されず、結晶粒が粗大化する。このため、本発明が得ようとする高強度で曲げ加工性及び高導電率が得られない。

0088

溶体化処理温度は上記比較的高温とする。前記した通り、溶体化処理温度が高温になっても、Cr含有析出物は、固溶しきらずに、組織中に析出物として存在(残存)し、結晶粒成長抑制の大きなピン止め効果を発揮する。しかも、前記した通り、溶体化処理温度の高温化によって、Ni、Siの固溶量を大幅に増すことができ、後の時効硬化処理において、Ni−Siの微細な析出物量を大幅に増すことができる。この結果、平均結晶粒径の粗大化によって曲げ加工性などを低下させることなく、銅合金のより高強度化を図ることが可能となる。

0089

溶体化処理後の平均冷却速度は50℃/s以上とする。この冷却速度が50℃/sより小さいと、本発明で規定する析出物の如何にかかわらず、結晶粒の成長が促進され、本発明が得ようとする平均結晶粒径より大きくなるとともに、曲げ加工性が低下する。

0090

(溶体化処理後の処理)
この溶体化処理後(再結晶焼鈍後)に、約300〜450℃の範囲の温度で析出焼鈍(中間焼鈍、二次焼鈍)を行ない、微細な析出物を形成させ、銅合金板の強度と導電率を向上(回復)させても良い。また、これら焼鈍後に、10〜30%の範囲で最終の冷間圧延を行なっても良い。

0091

以上説明した、これらの製造条件を適切に組み合わせて実施することで、本発明の前記要件を満たす高強度・高導電率及び曲げ加工性に優れた銅合金を得ることが可能となる。かくして得られる本発明の銅合金は高強度・高導電率及び曲げ加工性が優れているので、家電、半導体部品、産業用機器並びに、自動車用電機電子部品に幅広く有効に活用できる。

0092

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

0093

以下に、本発明の実施例を説明する。Cu合金組成と製造方法、特に溶体化処理条件を変えて、Cu合金組織中の析出物内のCr平均原子濃度などを種々変えて、得られたCu合金薄板の平均結晶粒径を変化させ、強度、導電率、曲げ性などの特性を各々評価した。

0094

具体的には、下記表1に示す化学成分組成の銅合金を、それぞれクリプトル炉において大気中で木炭被覆下で溶解し、鋳鉄ブックモールドに鋳造し、厚さが50mm、幅が75mm、長さが180mmの鋳塊を得た。そして、鋳塊の表面を面削した後、950℃の温度で厚さが20mmになるまで熱間圧延し、750℃以上の熱間圧延終了温度から水中に急冷した。次に、酸化スケールを除去した後、一次冷間圧延を行い、厚さが0.25mmの板を得た。

0095

続いて、塩浴炉を使用し、表2に示すように、昇温、冷却条件を種々変えて溶体化処理を行なった。なお、溶体化温度における板の保持時間は共通して30秒間とした。次に、仕上げ冷間圧延により、各々厚さが0.20mmの冷延板にした。この冷延板を450℃×4hの人工時効硬化処理して最終の銅合金板を得た。

0096

このようにして製造した銅合金板に対して、各例とも、上記最終銅合金板から切り出した試料を使用して、組織調査と、引張試験による強度(0.2%耐力)測定、導電率測定、曲げ性試験及び評価を実施した。これらの結果を表2に示す。

0097

ここで、表1に示す各銅合金とも、記載元素量を除いた残部組成はCuであり、表1 に記載以外の他の元素として、Mn、Ca、Ag、Cd、Be、Au、Pt、S、Pb、Pなどの不純物元素は総量で0.5%以下であった。この他、Hf、Th、Li、Na、K、Sr、Pd、W、Nb、Al、V、Y、Mo、In、Ga、Ge、As、Sb、Bi、Te、B、C、ミッシュメタル等の元素もこれらの総量で0.1%以下であった。

0098

(組織調査)
銅合金板試料の組織調査は、50〜200nmのサイズの析出物に含まれるCrの平均原子濃度(at%) 、同じく50〜200nmのサイズの析出物に含まれるCrとSiとの平均原子数比Cr/Si、同じく50〜200nmのサイズの析出物の平均数密度(個/μm2)を、各々前記した方法により測定した。

0099

また、銅合金試料組織の、結晶粒の数をn、それぞれの測定した結晶粒径をxとした時に、(Σx)/nで表される平均結晶粒径(μm)を、前記した電界放出型走査電子顕微鏡に後方散乱電子回折像システムを搭載した結晶方位解析法により測定した。具体的には、製品銅合金の圧延面表面を機械研磨し、更に、バフ研磨に次いで電解研磨して、表面を調整した試料を用意した。その後、日本電子社製FESEM(JEOL JSM5410)を用いて、EBSPによる結晶方位測定並びに結晶粒径測定を行った。測定領域は300μm×300μmの領域であり、測定ステップ間隔0.5 μmとした。EBSP測定・解析システムは、EBSP:TSL 社製 (OIM)を用いた。

0100

(引張試験)
引張試験は、試験片長手方向を圧延方向としたJIS13号B試験片を用いて、5882型インストロン社製万能試験機により、室温、試験速度10.0mm/min、GL=50mmの条件で、0.2%耐力(MPa) を測定した。同一条件の試験片を3本試験し、それらの平均値を採用した。

0101

(導電率測定)
導電率は、試験片の長手方向を圧延方向として、ミーリングにより、幅10mm×長さ300mm の短冊状の試験片を加工し、ダブルブリッジ抵抗測定装置により電気抵抗を測定して、平均断面積法により算出した。同一条件の試験片を3本試験し、それらの平均値を採用した。

0102

(曲げ加工性の評価試験
銅合金板試料の曲げ試験は、日本伸銅協会技術標準に従って行った。板材を幅10mm、長さ30mmに切出し、1000kgfの荷重をかけて曲げ半径0.15mmでGood Way(曲げ軸が圧延方向に直角)の曲げを行い、曲げ部における割れの有無を50倍の光学顕微鏡目視観察した。この際に、割れの無いものを○、割れが生じたものを×と評価した。この曲げ試験に優れていれば、前記密着曲げあるいはノッチング後の90°曲げなどの厳しい曲げ加工性にも優れていると言える。

0103

表2から明らかな通り、本発明組成内の銅合金である発明例1〜12は、溶体化処理が好ましい条件範囲内で行なわれて、製品銅合金板を得ている。

0104

このため、発明例1〜12の組織は、前記各測定方法による、50〜200nmのサイズの析出物の数密度が平均で0.2〜20個/μm2 の範囲であり、この範囲のサイズの析出物に含まれるCrの平均原子濃度が0.1〜80at%の範囲であり、平均結晶粒径が30μm 以下である。また、50〜200nmのサイズの析出物に含まれるCrとSiとの原子数比Cr/Siが平均で0.01〜10である。

0105

この結果、発明例1〜12は、0.2%耐力が800MPa以上、導電率が40%IACS以上の高強度、高導電率であって、かつ、曲げ加工性に優れている。

0106

これに対して、比較例13〜20の銅合金は、表1の通り、成分組成が本発明範囲から外れている。このため、溶体化処理(製造方法)は好ましい条件範囲内で行なわれているにもかかわらず、曲げ加工性が共通して劣り、強度や導電率も低くなっている。

0107

比較例13の銅合金はCrを含有していない。このため、50〜200nmのサイズの析出物(数密度)が少なく、平均結晶粒径が30μm を越えて粗大化している。このため、曲げ加工性とともに、強度が低い。

0108

比較例14の銅合金は、Crの含有量が上限を高めに外れている。このため、析出物が粗大になり、曲げ加工性が劣るとともに、析出物に含まれるCrの原子濃度やCr/Siが高くなりすぎ、導電率が低い。

0109

比較例15の銅合金は、Niの含有量が上限を高めに外れている。このため、曲げ加工性とともに、導電率が著しく低い。

0110

比較例16の銅合金は、Niの含有量が下限を低めに外れている。このため、50〜200nmのサイズの析出物(数密度)が少なく、平均結晶粒径が30μm を越えて粗大化している。この結果、曲げ加工性とともに、強度が著しく低い。

0111

比較例17の銅合金は、Siの含有量が上限を高めに外れている。このため、50〜200nmのサイズの析出物に含まれるCr/Siが低くなりすぎ、平均結晶粒径が30μm を越えて粗大化している。この結果、曲げ加工性とともに、導電率が著しく低い。

0112

比較例18の銅合金は、Siの含有量が下限を低めに外れている。このため、50〜200nmのサイズの析出物の数密度が少な過ぎ、このサイズの析出物に含まれるCr/Siが高くなりすぎ、平均結晶粒径が30μm を越えて粗大化している。この結果、曲げ加工性とともに、強度が低い。

0113

比較例19の銅合金は、Zr含有量が多すぎる。このため、平均結晶粒径が30μm を越えて粗大化している。この結果、曲げ加工性とともに、導電率が著しく低い。

0114

比較例20の銅合金は、Fe、Mg含有量の合計量が多すぎる。このため、平均結晶粒径が30μm を越えて粗大化している。この結果、曲げ加工性とともに、導電率が著しく低い。

0115

比較例21〜26の銅合金は、表1の例21〜26の通り、成分組成は本発明範囲内である。にもかかわらず、溶体化処理条件(製造方法)が好ましい条件範囲から外れている。この結果、曲げ加工性が共通して劣り、強度や導電率も低くなっている。

0116

比較例21は溶体化処理における400℃までの平均昇温速度が小さ過ぎる。このため、結晶粒の成長が促進され、平均結晶粒径が30μm を越えて粗大化している。この結果、曲げ加工性とともに、強度が著しく低い。

0117

比較例22は溶体化処理における400℃までの平均昇温速度が大き過ぎる。このため、析出物の数密度が不足して、平均結晶粒径が大きくなり、曲げ加工性が低い。

0118

比較例23は400℃から溶体化温度までの平均昇温速度が小さ過ぎる。このため、平均結晶粒径が大きくなり、曲げ加工性が低い。

0119

比較例24は溶体化処理温度が低過ぎる。このため、溶体化が不十分となり、強度が低く、曲げ性が低い。

0120

比較例25は溶体化処理温度が高過ぎる。このため、50〜200nmのサイズの析出物の数密度が少な過ぎ、平均結晶粒径が30μm を越えて粗大化している。この結果、曲げ加工性及び強度が低い。

0121

比較例26は、溶体化処理後の平均冷却速度が小さ過ぎる。このため、結晶粒の成長が促進され、平均結晶粒径が大きく、曲げ加工性が低い。また、強度も低い。

0122

図1に発明例1、図2に比較例13の各銅合金板であって、前記各900℃の溶体化処理後で、前記各仕上げ冷間圧延前の板の組織の50000倍のTEM(走査型電子顕微鏡)写真を示す。図1の発明例1には、前記EDXにより、Cr含有析出物と特定された(同定された)、1の矢印で示す黒い点々が存在する。一方、Crを含まない図2の比較例13には、このような析出物が一切存在していない。

0123

これらの事実から、前記した、本発明における、Cr含有析出物の作用、効果が裏付けられる。即ち、溶体化処理温度が高温になっても、Cr含有析出物は、固溶しきらずに、組織中に析出物として存在(残存)し、結晶粒成長抑制のピン止め効果を発揮する特異な性質を有する。しかも、このCr含有析出物の結晶粒成長抑制のピン止め効果は、Cr乃至Cr含有析出物を含有しない、通常の(従来の)Ni2Si系析出物のみのピン止め効果に比して著しく大きい。

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また、このCr含有析出物のピン止め効果の大きさが、50〜200nmのサイズの析出物に含まれるCrの平均原子濃度や、このサイズの析出物の数密度によって大きく左右されることも裏付けられる。

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したがって、以上の結果から、高強度、高導電率化させた上で、曲げ加工性にも優れさせるための、本発明銅合金板の成分組成、組織、更には、組織を得るための好ましい製造条件の意義が裏付けられる。

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以上説明したように、本発明によれば、高強度化、高導電率化とともに、優れた曲げ加工性を兼備した銅合金を提供することができる。この結果、小型化及び軽量化した電気電子部品用として、半導体装置用リードフレーム以外にも、リードフレーム、コネクタ、端子、スイッチ、リレーなどの、高強度高導電率化と、厳しい曲げ加工性が要求される用途に適用することができる。

図面の簡単な説明

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本発明銅合金板の組織を示す図面代用TEM写真である。
比較例銅合金板の組織を示す図面代用TEM写真である。

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