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技術 強度及び導電性に優れる銅合金板

出願人 JX金属株式会社
発明者 岡藤康弘
出願日 2016年3月30日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2016-069728
公開日 2017年10月5日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-179503
状態 特許登録済
技術分野 導電材料 非鉄金属または合金の熱処理 非絶縁導体
主要キーワード 材料表 集合度 X線回折法 高電流化 永久変形量 液晶フレーム 回折積分 曲げ軸
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(2017年10月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

本発明は、高強度、高導電性曲げ加工性および優れた応力緩和特性を兼ね備えた銅合金板を提供する。

解決手段

Crを0.1〜0.6質量%、ZrおよびTiのうちの一種または二種を合計で0.01〜0.30質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、材料表面のX線回折で求めたI(220)/I0(220)につき、3≦I(220)/I0(220)≦13を満たし、I(200)/I0(200)につき、0.2≦I(200)/I0(200)≦2を満たす銅合金板である。

概要

背景

電子機器端子コネクタ、スイッチ、ソケットリレーバスバーリードフレーム放熱板等の電気又は熱を伝えるための材料として、強度と導電率に優れた銅合金板が広く用いられている。ここで、電気伝導性熱伝導性比例関係にある。ところで、近年、電子機器のコネクタにおいて高電流化が進んでおり、良好な曲げ性を有し、80%IACS以上の導電率、600MPa以上の耐力を有することが必要と考えられている。また、発熱しても接触力が低下しないよう応力緩和特性により優れることも求められている。

一方、例えばスマートフォンタブレットPCの液晶には液晶フレームと呼ばれる放熱部品が用いられている。このような放熱用途の銅合金板においても、高熱伝導率化が進んでおり、良好な曲げ性を有し、高強度を有することが必要と考えられている。このため、放熱用途の銅合金板においても、80%IACS以上の導電率、600MPa以上の耐力を有することが必要と考えられている。

しかしながら、80%IACS以上の導電率をコルソン合金銅合金で達成することは難しく、Cu−Cr系やCu−Zr系の銅合金の開発が進められてきた。このCu−Cr−Zr系銅合金として、I(200)を高くすることで、曲げ加工性に優れた銅合金が開示されている(特許文献1)。

概要

本発明は、高強度、高導電性、曲げ加工性および優れた応力緩和特性を兼ね備えた銅合金板を提供する。Crを0.1〜0.6質量%、ZrおよびTiのうちの一種または二種を合計で0.01〜0.30質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、材料表面のX線回折で求めたI(220)/I0(220)につき、3≦I(220)/I0(220)≦13を満たし、I(200)/I0(200)につき、0.2≦I(200)/I0(200)≦2を満たす銅合金板である。なし

目的

本発明は、高強度、高導電性、曲げ加工性および優れた応力緩和特性を兼ね備えた銅合金板を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

Crを0.1〜0.6質量%、ZrおよびTiのうちの一種または二種を合計で0.01〜0.30質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、材料表面のX線回折で求めたI(220)/I0(220)につき、3≦I(220)/I0(220)≦13を満たし、I(200)/I0(200)につき、0.2≦I(200)/I0(200)≦2を満たす銅合金板

請求項2

圧延行方向の強度と圧延直角方向の強度の差が50MPa以下である請求項1記載の銅合金板。

請求項3

Ag、Fe、Co、Ni、Mn、Zn、Mg、Si、P、SnおよびBのうちの一種以上を合計1.0質量%以下含有する請求項1又は2記載の銅合金板。

請求項4

請求項1〜3の何れか1項に記載の銅合金板を用いた通電用電子部品

請求項5

請求項1〜3の何れか1項に記載の銅合金板を用いた放熱用電子部品。

技術分野

0001

本発明は電子材料などの電子部品の製造に好適に使用可能な銅合金板及び通電用又は放熱用電子部品に関し、特に、電機電子機器自動車等に搭載される端子コネクタリレー、スイッチ、ソケットバスバーリードフレーム放熱板等の電子部品の素材として使用される銅合金板、及び該銅合金板を用いた電子部品に関する。中でも、電気自動車ハイブリッド自動車等で用いられるコネクタや端子等の通電用電子部品の用途、又はスマートフォンタブレットPCで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に好適な銅合金板及び該銅合金板を用いた電子部品に関するものである。

背景技術

0002

電子機器の端子、コネクタ、スイッチ、ソケット、リレー、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電気又は熱を伝えるための材料として、強度と導電率に優れた銅合金板が広く用いられている。ここで、電気伝導性熱伝導性比例関係にある。ところで、近年、電子機器のコネクタにおいて高電流化が進んでおり、良好な曲げ性を有し、80%IACS以上の導電率、600MPa以上の耐力を有することが必要と考えられている。また、発熱しても接触力が低下しないよう応力緩和特性により優れることも求められている。

0003

一方、例えばスマートフォンやタブレットPCの液晶には液晶フレームと呼ばれる放熱部品が用いられている。このような放熱用途の銅合金板においても、高熱伝導率化が進んでおり、良好な曲げ性を有し、高強度を有することが必要と考えられている。このため、放熱用途の銅合金板においても、80%IACS以上の導電率、600MPa以上の耐力を有することが必要と考えられている。

0004

しかしながら、80%IACS以上の導電率をコルソン合金銅合金で達成することは難しく、Cu−Cr系やCu−Zr系の銅合金の開発が進められてきた。このCu−Cr−Zr系銅合金として、I(200)を高くすることで、曲げ加工性に優れた銅合金が開示されている(特許文献1)。

先行技術

0005

特許第5834528号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、Cu−Cr−Zr系銅合金は、比較的良好な応力緩和特性を有するとはいうものの、その応力緩和特性のレベル大電流通電する部品又は大熱量を放散する部品の用途として必ずしも十分とはいえなかった。また、特許文献1のように、強度を維持しつつ曲げ加工性を良好にするためには、応力緩和特性の低下が懸念される。

0007

そこで、本発明は、高強度、高導電性、曲げ加工性および優れた応力緩和特性を兼ね備えた銅合金板を提供することを目的とし、具体的には、曲げ加工性及び応力緩和特性が改善されたCu−Cr−Zr−Ti系合金板を提供することを課題とする。さらには、本発明は、該銅合金板の製造方法及び通電用途又は放熱用途に好適な電子部品を提供することをも目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明に係る銅合金板は一側面において、Crを0.1〜0.6質量%、ZrおよびTiのうちの一種または二種を合計で0.01〜0.30質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、材料表面のX線回折で求めたI(220)/I0(220)につき、3≦I(220)/I0(220)≦13を満たし、I(200)/I0(200)につき、0.2≦I(200)/I0(200)≦2を満たすことで与えられる。

0009

本発明に係る銅合金板は一実施態様において、圧延行方向の強度と圧延直角方向の強度の差が50MPa以下である。

0010

本発明に係る銅合金板は別の一実施態様において、Ag、Fe、Co、Ni、Mn、Zn、Mg、Si、P、SnおよびBのうちの一種以上を合計1.0質量%以下含有する。

0011

本発明は更に別の一側面において、上記銅合金板を用いた通電用電子部品である。

0012

本発明は更に別の一側面において、上記銅合金板を用いた放熱用電子部品である。

0013

本発明によれば、導電率や強度を維持しつつ、曲げ加工性や応力緩和特性に優れたCu−Cr−Zr−Ti系合金板、並びに通電用途又は放熱用途に好適な電子部品を提供することが可能である。この銅合金板は、端子、コネクタ、スイッチ、ソケット、リレー、バスバー、リードフレーム等の電子部品の素材として好適に使用することができ、特に大電流を通電する電子部品の素材又は大熱量を放散する電子部品の素材として有用である。

図面の簡単な説明

0014

応力緩和率測定原理を説明する図である。
応力緩和率の測定原理を説明する図である。

0015

以下、本発明の実施形態に係るCu−Cr−Zr−Ti系合金板について説明する。なお、本発明において%とは、特に断らない限り、質量%を示すものとする。

0016

成分濃度
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、Crを0.1〜0.6%、Zr及びTiのうちの一種又は二種を合計で0.01〜0.30%、より好ましくはCrを0.15〜0.3%、Zr及びTiのうちの一種又は二種を合計で0.05〜0.20%含有する。Crが0.6%を超えると曲げ加工性が低下し、0.1%未満になると600MPa以上の0.2%耐力を得ることが難しくなる。Zr及びTiのうちの一種又は二種の合計が0.3%を超えると曲げ加工性が低下し、0.01%未満になると、600MPa以上の0.2%耐力および15%以下の応力緩和率を得ることが難しくなる。

0017

さらに、本発明の実施の形態に係る銅合金板は、Ag、Fe、Co、Ni、Mn、Zn、Mg、Si、P、SnおよびBよりなる群から選ばれる一種以上を合計1.0%以下含有することが好ましい。これら元素は固溶強化析出強化等により強度上昇に寄与する。これら元素の合計量が1.0%を超えると導電率が低下する、或いは、熱間圧延割れる場合がある。なお、高強度および高導電性を有する銅合金板において、添加する添加元素の組み合わせによって個々の添加量が変更されることは当業者によって理解可能なものである。典型的な一実施態様においては、例えば、Agは1.0%以下添加することが好ましく、Feは0.1%以下、Coは0.1%以下、Niは0.2%以下、Mnは0.1%以下、Znは0.5%以下、Mgは0.1%以下、Siは0.1%以下、Pは0.05%以下、Snは0.1%以下、Bは0.05%以下添加することができるが、導電率が80%IACSを下回らない添加元素の組み合わせおよび添加量であれば、本発明の銅合金板は必ずしもこれらの上限値に限定されるものではない。

0018

本発明のCu−Cr−Zr−Ti系合金板の厚みは特に限定されないが、例えば0.03〜0.6mmとすることができる。

0019

圧延面結晶方位
圧延面に配向する結晶粒方位を制御することで、銅合金板の応力緩和特性がより改善される。本発明に係る銅合金板においては、製品の圧延面において、I(220)/I0(220)を3≦I(220)/I0(220)≦13に調整することにより、0.2%耐力、導電率、曲げ加工性、応力緩和特性のバランスが良好となる。ここで、I(220)はX線回折法を用いて銅合金板の厚み方向に求めた(220)面の回折積分強度であり、I0(220)はX線回折で求めた微粉末銅の(220)回折ピーク積分強度である。I(220)/I0(220)が13を超えると、曲げ加工性が低下する。I(220)/I0(220)が3未満となると、0.2%耐力が600MPaを下回る。

0020

また、製品の圧延面において、I(200)/I0(200)を0.2≦I(200)/I0(200)≦2に調整することにより、0.2%耐力、導電率、曲げ加工性、応力緩和特性のバランスが良好となる。ここで、I(200)はX線回折法を用いて銅合金板の厚み方向に求めた(200)面の回折積分強度であり、I0(200)はX線回折で求めた微粉末銅の(200)回折ピークの積分強度である。I(200)/I0(200)が2を超えると、0.2%耐力が600MPaを下回る。I(200)/I0(200)が0.2未満となると、曲げ加工性が低下する。

0021

(強度異方性
圧延平行方向と直角方向の強度差を制御することで、0.2%耐力を低下させることなく曲げ加工性が改善される。強度異方性を50MPa以下に調整することにより0.2%耐力、曲げ加工性のバランスが良好となる。圧延直角方向の強度が低く、強度異方性が50MPa以上ある場合には0.2%耐力が低くなり、圧延直角方向の強度が高く、強度異方性が50MPa以上ある場合には曲げ加工性が低下する。

0022

(用途)
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板などの電子部品の用途に好適に使用することができ、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車等で用いられるコネクタや端子等の通電用途、またはスマートフォンや他タブレットPCで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に有用である。

0023

(製造方法)
純銅原料として電気銅等を溶解し、カーボン脱酸等により酸素濃度を低減した後、Crと、Zr及びTiのうちの一種又は二種と、必要に応じて他の合金元素を添加し、厚み30〜300mm程度のインゴット鋳造する。このインゴットを例えば800〜1000℃の熱間圧延により厚み3〜30mm程度の板とした後、第1の冷間圧延溶体化処理、第2の冷間圧延、時効処理をこの順で行う。

0024

溶体化処理は、850〜900℃で5秒〜2分の保持後、水冷することで行う。850℃を下回ると、銅中に固溶する添加元素の量が低下し、固溶量不足すると(200)面の集合度が上昇し難く、その後の時効処理工程での析出量が少なくなり製品の0.2%耐力が低くなる。

0025

第2の冷間圧延は、加工度を75%以上とし、I(220)/I0(220)を高めるとともに、圧延直角方向の強度を上げる必要がある。冷間圧延加工度が85%以上となると、I(200)/I0(200)が低くなるとともに、圧延直角方向の強度が高くなりすぎて曲げ加工性が低下する。

0026

時効処理は、低温で長時間の実施が好ましく、300℃〜400℃で15〜20hが好ましい。従来のように400℃より高いと再結晶が進行し、I(220)/I0(220)が低下する。300℃より低いと時間が長くなりすぎ、非効率である。

0027

溶銅に合金元素を添加した後、厚みが200mmのインゴットに鋳造した。インゴットを950℃で3時間加熱し、熱間圧延により厚み15mmの板にした。熱間圧延板表面の酸化スケールグラインダー研削、除去した後、冷間圧延で0.5mmの厚みとした後、溶体化処理を行った。溶体化処理では、炉内温度を850〜900℃に調整し、5秒〜2分間保持後水冷した。その後、冷間圧延にて0.1mmとし、時効処理を300℃〜400℃で15〜20h実施した。

0028

比較例では、熱間圧延後の冷間圧延での板厚溶体化板厚)、溶体化温度時効処理温度時効処理時間を表1に示す条件に変化させて試料を作成した。

0029

0030

各試料につき、以下の評価を行った。
引張強度(TS)>
引張試験機により、JIS−Z2241に従い、圧延方向と平行な方向における引張強度(TS)を測定した。

0031

<強度異方性>
圧延平行方向と直角方向における引張強度を測定し、その差を強度異方性(MPa)とした。

0032

<0.2%耐力(YS)>
引張試験機により、JIS−Z2241に従い、圧延方向と平行な方向における0.2%耐力(YS)を測定した。0.2%耐力(YS)を降伏強度とした。

0033

<導電率(%IACS)(EC)>
試験片長手方向が圧延方向と平行になるように試験片を採取し、JIS H0505に準拠四端子法により20℃での導電率を測定した。

0034

積分強度比
株式会社リガク社製RINT−TTRを用いて、銅合金板表面の厚み方向のX線回折で(220)、(200)回折ピークの積分強度:I(220)、I(200)を評価し、さらに微粉末銅のX線回折で(220)、(200)回折ピークの積分強度:I0(220)、I0(200)を評価した。続いて、これらの比:I(220)/I0(220)、I(200)/I0(200)を算出した。

0035

<応力緩和率>
幅10mm、長さ100mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように採取した。図1のように、l=50mmの位置を作用点として、試験片にy0のたわみを与え、圧延方向の0.2%耐力(JIS−Z2241に準拠して測定)の80%に相当する応力(s)を負荷した。y0は次式により求めた。
y0=(2/3)・I2 ・s/(E・t)
ここで、Eは圧延方向のヤング率であり、tは試料の厚みである。150℃にて1000時間加熱後に除荷し、図2のように永久変形量(高さ)yを測定し、応力緩和率{[y(mm)/y0(mm)]×100(%)}を算出した。

0036

<曲げ加工性>
試料を幅10mm、長さ200mmに切り出したものを曲げ用試験片として用いた。試験片をW字型金型を用いて曲げ軸が圧延方向と平行となる方向のW曲げ試験を行い、曲げ部分に亀裂が発生しない最小曲げ半径(MBR)を板厚(t)で除した値であるMBR/tを求めた。

0037

各試験片の組成と得られた結果を表2に示す。なお、各実施例は、いずれもYSが600MPa以上、導電率が80%IACS以上、MBR/tが0、応力緩和率が15%以下であった。

0038

0039

表2から明らかなように、溶体化処理を850〜900℃で5秒〜2分間、第2の冷間圧加工度を80%、時効処理を300℃〜400℃で15〜20h実施した各実施例の場合、YSが600MPa以上、導電率が80%IACS以上、MBR/tが0、応力緩和率が15%以下と良好な特性を得ることができた。

0040

一方、Cr、Zr、Tiの成分濃度が高い比較例1、2の場合、曲げ加工性が劣った。

0041

Cr、Zr、Tiの成分濃度が低い比較例3、4の場合、0.2%耐力及び応力緩和特性が劣った。

0042

溶体化処理温度が低い比較例5の場合、固溶量が少なくI(220)/I0(220)が低く、I(200)/I0(200)が高くなり、0.2%耐力が劣った。

0043

第2の冷間圧延加工度が90%の比較例6の場合、I(220)/I0(220)が高くなりすぎ、I(200)/I0(200)が低くなり圧延直角方向の強度が高くなり強度異方性が生じ、曲げ加工性に劣った。

0044

第2の冷間圧延加工度が50%の比較例7の場合、I(200)/I0(200)が高くなり、圧延直角方向の強度が低くなり強度異方性が生じ、0.2%耐力に劣った。

0045

時効処理温度が高い比較例8や時効処理時間が長い比較例9の場合、I(220)/I0(220)が低く、0.2%耐力に劣った。

実施例

0046

時効処理時間が短い比較例10や時効処理温度が低い比較例11の場合、I(220)/I0(220)が高くなりすぎ、I(200)/I0(200)が低くなり、導電率、応力緩和特性(率)、曲げ加工性に劣った。

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