JP2008001937A - 端子・コネクタ用銅合金材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1〜5質量%のNi、0.2〜1質量%のSi、合計0.05〜0.5質量%のTi、Co、Feから選択した1種以上を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、引張強さが800N/mm2以上、0.2%耐力が700N/mm2以上で、かつ、平均結晶粒径が15μm以下であり、W曲げ試験で割れが発生しない曲げ半径の最小値Rと板厚tの比率R/tが1以下である端子・コネクタ用銅合金材を、銅合金素材の形成工程、800〜900℃に加熱後25℃/分以上の速度で300℃以下に冷却する第1の熱処理工程、加工率20%以下の冷間圧延工程、及び360〜460℃で1〜20時間加熱する第2の熱処理工程を経て製造する。
【選択図】図1
Description
本実施の形態における銅合金材は、1〜5質量%のNi、0.2〜1質量%のSiを含有すると共に、合計0.05〜0.5質量%のTi、Co、Feから選択した1種以上を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、引張強さが800N/mm2以上、0.2%耐力が700N/mm2以上で、かつ、平均結晶粒径が15μm以下であり、W曲げ試験で割れが発生しない曲げ半径の最小値Rと板厚tの比率R/tが1以下であることを特徴とする。
NiとSiは、Ni2Siで表される化合物を作って材料中に分散析出する。これによって材料の機械的強度やばね性が高まると共に良好な導電率を保つことができる。この含有量が少ないと十分な強度を得ることができず、含有量が多すぎると鋳造時に大きな晶出物を作るため、その後の熱処理を高温で実施しても十分に固溶させることが不可能になる。
Ti、Co、Feは、Cu−Ni−Si系合金において、800℃以上の高温の熱処理においても結晶粒の成長を抑え、微細な結晶粒を維持(本発明に規定する平均結晶粒径を実現)するために添加する。これらの添加量が少ない場合は結晶成長抑制効果が十分に得られず、添加量が多すぎる場合は導電率低下や曲げ加工性の悪化といった悪影響を引き起こす心配がある。
さらに上記の元素に加えて、2質量%以下のSnおよび5質量%以下のZnを含有させた場合、より高強度を実現しやすくなると共に、めっき密着性やはんだ濡れ性、耐マイグレーションといった端子・コネクタ用材料に要求される副次的な特性を向上させることができる。これらの添加量が多すぎる場合は導電率低下などの悪影響を引き起こす心配がある。
上記の組成からなる銅合金(素材)を用いて適切な条件で加工および熱処理することにより、800N/mm2以上の引張強さと700N/mm2以上の0.2%耐力を持ち、かつ、その平均結晶粒径が15μm以下で、W曲げ試験で割れが発生しない曲げ半径の最小値Rと試料の板厚tの比率R/tが1以下(0以上)になる材料を得ることができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る銅合金材の製造工程のフローを示す図である。上記本実施の形態の銅合金材は、上記の平均組成を有する銅合金を素材として形成した後、形成した銅合金素材を800〜900℃に加熱した後、25℃/分以上の速度で300℃以下まで冷却する第1の熱処理を行い、続いて加工率20%以下の冷間圧延を行い、その後360〜460℃で1〜20時間加熱する第2の熱処理を行うことにより製造される。なお、銅合金素材の形成工程は、合金鋳造工程と鋳造後の熱間加工工程からなる工程が1例として挙げられ、例えば、目的とする最終板厚の1.25倍以下の板厚まで材料を加工する。
第1の熱処理においては、合金元素を固溶させるために十分な高温で加熱すると共に、冷却過程で合金元素が再析出することを防ぐために速やかに冷却することが必要であることから、形成した銅合金素材をまず800〜900℃に加熱した後、25℃/分以上の速度で300℃以下まで冷却する。より望ましくは、850〜900℃に加熱昇温後、300℃以下まで150℃/分以上の速度で冷却する。これより低い加熱温度では合金元素の固溶が不十分になって最終的に高強度が得られず、これより高い加熱温度ではTi等を添加しても結晶粒の成長を抑制できなくなる。また、これより遅い冷却速度では冷却中の再析出を防ぐことができなくなる。なお、800〜900℃での保持時間は0.5分〜10分程度が望ましい。
第1の熱処理後の冷間圧延加工においては、目的とする最終板厚まで冷間圧延を行う。この冷間圧延加工の目的は、材料中に格子欠陥を適度に導入して耐力の向上を図ることにあり、また、格子欠陥は次の第2の熱処理において析出物発生の核として働くため、より均一に析出物を発生させるための工程としても有効である。
冷間圧延加工後の第2の熱処理においては、Ni2Siで表される化合物を微細な形状で均一かつ多量に析出させることが重要であることから、360〜460℃で1〜20時間加熱する。より望ましくは、400〜440℃で6〜12時間加熱する。これより高温長時間では析出物が大きく成長しやすく、これより低温短時間では十分な量の析出物を生成させることができない。
上記の本発明の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)800N/mm2以上の高い引張強さと700N/mm2以上の高い0.2%耐力を兼備し、かつ、優れた曲げ加工性を併せ持った端子・コネクタ用銅合金材を得ることができる。
(2)上記(1)の優れた性質を併せ持つため、本実施の形態に係る銅合金材を使用する端子・コネクタにおいては小型化への対応が容易となり、設計の自由度を大幅に広げることができる。
(3)上記(1)および(2)の優れた性質を兼備するにもかかわらず、従来材と同等のコストで製造することができるため、端子・コネクタ部品についてその製造技術の向上を安価で高特性の材料を供給するという面から支え、その発展に大きく寄与することが可能である。
表1に示す合金組成からなる試料No.1〜No.8(実施例1〜8)、および試料No.9〜No.22(比較例1〜14)を、表3に示す製造条件にて製造し、それらの特性の評価を行なった。以下、各々について説明する。なお、表1において、不可避不純物はCuに含めて表記した。
Ni:3.0質量%、Si:0.7質量%、Ti:0.1質量%を含有し、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金を無酸素銅を母材にして高周波溶解炉で溶製し、直径30mm、長さ250mmのインゴットに鋳造した。
次に、表1の実施例2〜8に示す組成の銅合金を同様に鋳造し、試料No.1と同じ工程で厚さ0.3mmの試料を製造した(試料No.2〜8)。ここで、実施例2はTiに替えてCoを添加した試料であり、実施例3はTiに替えてFeを添加した試料であり、実施例4〜6は実施例1〜3にさらにSn、Znを添加した試料である。また、実施例7および8は、実施例2について本発明の規定範囲内でNiとSiの量を増減した例である。
次に、本発明の材料について、その合金組成の限定理由を、比較例を挙げて説明する。
次に、本発明の銅合金材の製造条件についての限定理由を、比較例を挙げて説明する。
Claims (3)
- 1〜5質量%のNi、0.2〜1質量%のSiを含有すると共に、合計0.05〜0.5質量%のTi、Co、Feから選択した1種以上を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、引張強さが800N/mm2以上、0.2%耐力が700N/mm2以上で、かつ、平均結晶粒径が15μm以下であり、W曲げ試験で割れが発生しない曲げ半径の最小値Rと板厚tの比率R/tが1以下であることを特徴とする端子・コネクタ用銅合金材。
- 1〜5質量%のNi、0.2〜1質量%のSiを含有すると共に、合計0.05〜0.5質量%のTi、Co、Feから選択した1種以上を含有し、さらに2質量%以下のSn、5質量%以下のZnを含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、引張強さが800N/mm2以上、0.2%耐力が700N/mm2以上で、かつ、平均結晶粒径が15μm以下であり、W曲げ試験で割れが発生しない曲げ半径の最小値Rと板厚tの比率R/tが1以下であることを特徴とする端子・コネクタ用銅合金材。
- 請求項1又は請求項2に示す組成を有する銅合金を素材として形成した後、前記銅合金素材を800〜900℃に加熱した後、25℃/分以上の速度で300℃以下まで冷却する第1の熱処理を行い、続いて加工率20%以下の冷間圧延を行い、その後360〜460℃で1〜20時間加熱する第2の熱処理を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載した銅合金材の製造方法。
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