TWI703225B - 電子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金板條材、電子.電氣機器用零件、端子、匯流條、及中繼用可動片 - Google Patents
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Abstract
本發明之電子.電氣機器用銅合金之特徵為以0.15mass%以上、未達0.35mass%之範圍內含有Mg,以0.0005mass%以上、未達0.01mass%之範圍內含有P,其餘部分由Cu及不可避免雜質所成,且導電率超過75%IACS,並且於掃描型電子顯微鏡觀察中,粒徑0.1μm以上之含有Mg及P之化合物的平均個數為0.5個/μm2以下。
Description
本發明係有關適用於連接器或壓入配合等之端子、導線架、匯流條、中繼用可動片等之電子.電氣機器用零件之電子.電氣機器用銅合金、及由該電子.電氣機器用銅合金所成之電子.電氣機器用銅合金板條材、電子.電氣機器用零件、端子、匯流條、及中繼用可動片者。
本申請案係基於2016年3月30日於日本提出申請之日本特願2016-069080號及2017年3月28日於日本提出申請之日本特願2017-063418號而主張優先權,其內容援用於本文。
以往,連接器或壓入配合等之端子、中繼用
可動片、導線架、匯流條等等之電子.電氣機器用零件係使用導電性高的銅或銅合金。
此處,隨著電子機器或電氣機器等小型化,亦實現該等電子機器或電氣機器等所使用之電子.電氣機器用零件之小型化及薄片化。因此,對構成電子.電氣機器用零件之材料,要求高強度及良好彎曲加工性。且,對於於汽車等之引擎室等之高溫環境下使用之連接器之端子等亦要求耐應力緩和特性。
作為連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等之電子.電氣機器用零件所使用之材料,於例如專利文獻1、2中提案有Cu-Mg系合金。
[專利文獻1]日本專利第5045783號公報(B)
[專利文獻2]日本特開2014-114464號公報(A)
此處,專利文獻1中記載之Cu-Mg系合金中,由於Mg含量多,故導電性不充分,難以適用於要求高導電性之用途。
且,專利文獻2中記載之Cu-Mg系合金中,Mg含量設為0.01~0.5mass%及P含量設為0.01~0.5mass%,並未
針對冷加工性及彎曲加工性大為劣化之粗大化合物加以考慮,故冷加工性及彎曲加工性不充分。
再者,上述之Cu-Mg系合金中,由於Mg而使銅合金熔浴黏度上升,故未添加P時,會有鑄造性降低之問題。
且,最近,隨著電子.電氣機器之輕量化,而實現該等電子機器或電氣機器等所使用之連接器等之端子、中繼用可動片、導線架等之電子.電氣機器用零件之薄片化。因此,連接器等之端子中,為了確保壓接,有必要進行嚴格的彎曲加工,而要求比以往更增加之彎曲加工性。
本發明係鑑於前述情況者,其目的在於提供導電性、彎曲加工性優異之電子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金板條材、電子.電氣機器用零件、端子、匯流條、及中繼用可動片。
為了解決該課題,本發明一樣態之電子.電氣機器用銅合金(以下稱為「本發明之電子.電氣機器用銅合金」),其特徵係以0.15mass%以上、未達0.35mass%之範圍內含有Mg,以0.0005mass%以上、未達0.01mass%之範圍內含有P,其餘部分由Cu及不可避免雜質所成,且導電率超過75%IACS,並且於掃描型電子顯微鏡觀察中,粒徑0.1μm以上之含有Mg及P之化合物的平均個數為0.5個/μm2以下。
依據上述構成之電子.電氣機器用銅合金,由於Mg含量設為0.15mass%以上、未達0.35mass%之範圍內,故銅之母相中固熔Mg,因此不使導電率大幅降低,而可提高強度、耐應力緩和特性。具體而言,由於導電率超過75%IACS,故亦可適用於要求高導電性之用途。且,由於以0.0005mass%以上、未達0.01mass%之範圍內含有P,故可使包含Mg之銅合金熔浴黏度降低,可提高鑄造性。
而且,於掃描型電子顯微鏡觀察中,粒徑0.1μm以上之含有Mg及P之化合物的平均個數為0.5個/μm2以下,故母相中,成為龜裂起點之粗大含有Mg及P之化合物多數未分散,故成為彎曲加工性提高。因此,可成形複雜形狀之連接器等之端子、中繼用可動片、導線架等之電子.電氣機器用零件等。
此處,本發明之電子.電氣機器用銅合金中,較好Mg之含量[Mg](mass%)與P之含量[P](mass%)滿足下述之關係式:[Mg]+20×[P]<0.5。
該情況,可抑制含有Mg及P之粗大化合物之生成,可抑制冷加工性及彎曲加工性降低。
且,本發明之電子.電氣機器用銅合金中,較好Mg之含量[Mg](mass%)與P之含量[P](mass%)滿足下述之關係式:[Mg]/[P]≦400。
該情況,使鑄造性降低之Mg含量與使鑄造性提高之P含量之比率藉由如上述般規定,可確實提高鑄造性。
再者,本發明之電子.電氣機器用銅合金中,較好於對於壓延方向正交之方向進行拉伸試驗時之0.2%耐力為300MPa以上。
該情況下,由於於對於壓延方向正交之方向進行拉伸試驗時之0.2%耐力如上述般規定,故不容易變形,特別適合作為連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等之電子.電氣機器用零件之銅合金。
又,本發明之電子.電氣機器用銅合金中,較好殘留應力率於150℃、1000小時為50%以上。
該情況下,由於應力緩和率如上述般規定,故即使於高溫環境下使用時亦可將永久變形抑制為較小,例如可抑制連接器端子等之壓接降低。因此,可適用作為於引擎室等之高溫環境下使用之電子機器用零件之材料。
本發明之其他樣態之電子.電氣機器用銅合金板條材(以下稱為「本發明之電子.電氣機器用銅合金板條材」),其特徵係由上述之電子.電氣機器用銅合金所成。
依據該構成之電子.電氣機器用銅合金板條材,由於以上述之電子.電氣機器用銅合金所構成,故導電性、強度、彎曲加工性、耐應力緩和特性優異,特別適合作為連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等之電子.電氣機器用零件之材料。
又,本發明之電子.電氣機器用銅合金板條材,係包含板材即將其捲取為線圈狀之條材。
此處,本發明之電子.電氣機器用銅合金板條材中,較好表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
該情況下,由於表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層,故特別適合作為連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等之電子.電氣機器用零件之材料。又,本發明中,「Sn鍍敷」包含純Sn鍍敷或Sn合金鍍敷,「Ag鍍敷」包含純Ag鍍敷或Ag合金鍍敷。
本發明之其他樣態之電子.電氣機器用零件(以下稱為「本發明之電子.電氣機器用零件」),其特徵係由上述之電子.電氣機器用銅合金板條材所成。又,本發明之電子.電氣機器用零件係包含連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等者。該構成之電子.電氣機器用零件由於係使用上述之電子.電氣機器用銅合金板條材製造,故即使於小型化及薄片化時亦可發揮優異特性。
又,本發明之電子.電氣機器用零件中,表面亦可具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。又,Sn鍍敷層及Ag鍍敷層亦可預先形成於電子.電氣機器用銅合金板條材,亦可於成形電子.電氣機器用零件後形成。
本發明其他樣態之端子(以下稱為「本發明之端子」),其特徵係由上述之電子.電氣機器用銅合金板條材所成。
該構成之端子,由於係使用上述之電子.電氣機器用銅合金板條材製造,故即使於小型化及薄片化時亦可發揮
優異特性。
且,本發明之端子中,表面亦可具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。又,Sn鍍敷層及Ag鍍敷層亦可預先形成於電子.電氣機器用銅合金板條材,亦可於成形端子後形成。
本發明其他樣態之匯流條(以下稱為「本發明之匯流條」),其特徵係由上述之電子.電氣機器用銅合金板條材所成。
此構成之匯流條由於係使用上述之電子.電氣機器用銅合金板條材製造,故即使於小型化及薄片化時亦可發揮優異特性。
又,本發明之匯流條中,表面亦可具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。又,Sn鍍敷層及Ag鍍敷層亦可預先形成於電子.電氣機器用銅合金板條材,亦可於成形匯流條後形成。
本發明其他樣態之中繼用可動片(以下稱為「本發明之中繼用可動片」),其特徵係由上述之電子.電氣機器用銅合金板條材所成。
該構成之中繼用可動片由於係使用上述之電子.電氣機器用銅合金板條材製造,故即使於小型化及薄片化時亦可發揮優異特性。
又,本發明之中繼用可動片中,表面亦可具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。又,Sn鍍敷層及Ag鍍敷層亦可預先形成於電子.電氣機器用銅合金板條材,亦可於成形中繼用可動片後形成。
依據本發明,可提供導電性、彎曲加工性優異之電子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金板條材、電子.電氣機器用零件、端子、匯流條、及中繼用可動片。
圖1係本實施形態之電子.電氣機器用銅合金之製造方法之流程圖。
圖2A係顯示本實施例之化合物之觀察結果的一例之照片。
圖2B係顯示本實施例之化合物之觀察結果的一例之EDX分析結果。
以下,針對本發明一實施形態之電子.電氣機器用銅合金加以說明。
本實施形態之電子.電氣機器用銅合金具有如下組成:以0.15mass%以上、未達0.35mass%之範圍內含有Mg,以0.0005mass%以上、未達0.01mass%之範圍內含有P,其餘部分由Cu及不可避免雜質所成。
又,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,導電
率超過75%IACS。
而且,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,於掃描型電子顯微鏡觀察中,粒徑0.1μm以上之含有Mg及P之化合物的平均個數為0.5個/μm2以下。
又,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,Mg之含量[Mg](mass%)與P之含量[P](mass%)滿足下述之關係式:
[Mg]+20×[P]<0.5。
再者,本實施形態中,Mg之含量[Mg](mass%)與P之含量[P](mass%)滿足下述之關係式:
[Mg]/[P]≦400。
又,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,於對於壓延方向正交之方向進行拉伸試驗時之0.2%耐力為300MPa以上。亦即,本實施形態中,作成電子.電氣機器用銅合金之壓延材,於壓延之最終步驟中於對於壓延方向正交之方向進行拉伸試驗時之0.2%耐力係如上述般規定。
再者,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,殘留應力率於150℃、1000小時為50%以上。
此處,針對規定如上述之成分組成、化合物、各種特性之理由說明如下。
Mg係藉由固熔於銅合金之母相中,而不會使導電率
大幅降低,具有提高強度及耐應力緩和特性之作用的元素。
此處,Mg含量未達0.15mass%時,有無法充分發揮其作用效果之虞。另一方面Mg含量為0.35mass%以上時,導電率大幅降低同時銅合金熔浴黏度上升,而有鑄造性降低之虞。
基於以上,本實施形態中,將Mg含量設定於0.15mass%以上、未達0.35mass%之範圍內。
又,為了進一步提高強度及耐應力緩和特性,Mg含量之下限較好設為0.16mass%以上,又更好設為0.17mass%以上。且,為了確實抑制導電率降低及鑄造性降低,Mg含量之上限較好設為0.30mass%以下,又更好設為0.28mass%以下。
P係具有提高鑄造性之作用效果之元素。
此處,P含量未達0.0005mass%時,有其作用效果無法充分發揮之虞。另一方面P含量為0.01mass%以上時,由於容易生成含有Mg及P之粒徑0.1μm以上之粗大化合物,故有以該化合物為破壞起點,於冷加工時或彎曲加工時產生龜裂之虞。
基於以上,本實施形態中,P含量設定於0.0005mass%以上、未達0.01mass%之範圍內。又,為了確實提高鑄造性,P含量之下限較好為0.0007mass%以
上,又更好為0.001mass%以上。且,為了確實抑制粗大化合物之生成,P含量之上限較好未達0.009mass%,更好未達0.008mass%,又更好為0.0075mass%以下,再更好為0.0050mass%以下。
如上述,藉由Mg與P共存,而生成含有Mg及P之化合物。
此處,以質量比計,設定Mg之含量[Mg]與P之含量[P]時,於[Mg]+20×[P]為0.5以上時,Mg及P之總量較多,含有Mg及P之化合物粗大化並且高密度分佈,而有冷加工時或彎曲加工時易產生龜裂之虞。
基於以上,本實施形態中,[Mg]+20×[P]設定為未達0.5。又,為了確實抑制化合物粗大化及高密度分佈,且抑制冷加工時或彎曲加工時易產生龜裂之發生,較好[Mg]+20×[P]設定為未達0.48,更好未達0.46。又更好未達0.44。
由於Mg係具有使銅合金熔浴之黏度上升、使鑄造性降低之作用之元素,故為了確實提高鑄造性,有必要使Mg與P之含量適當化。
此處,以質量比計,設定Mg之含量[Mg]與P之含量[P]時,[Mg]/[P]超過400時,Mg含量相對於P變多,有
藉由添加P所致之鑄造性提高效果變小之虞。
基於以上,本實施形態中,將[Mg]/[P]設定為400以下。為了更提高鑄造性,[Mg]/[P]較好為350以下,更好為300以下。
又,[Mg]/[P]過度低時,Mg作為化合物被消耗,而有無法獲得Mg之固熔所致之效果之虞。為了抑制含有Mg及P之化合物之生成、確實實現藉由Mg之固熔所致之耐力、耐應力緩和特性之提高,較好[Mg]/[P]之下限超過20,更好超過25。
作為其他不可避免雜質,舉例為Ag、B、Ca、sr、Ba、Sc、Y、稀土類元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Se、Te、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Au、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Ge、Sn、As、Sb、Tl、Pb、Bi、Be、N、C、Si、Li、H、O、S等。該等不可避免雜質由於具有使導電率降低之作用,故總量為0.1mass%以下。
又,由於Ag、Zn、Sn容易混入銅中使導電率降低,故總量較好未達500massppm。尤其Sn使導電率大為減少,故較好單獨為未達50massppm。
再者,Si、Cr、Ti、Zr、Fe、Co尤其可使導電率大幅減少並且因形成化合物而使彎曲加工性劣化,故該等元素總量較好未達500massppm。
本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,於掃描型電子顯微鏡觀察中,粒徑0.1μm以上之含有Mg及P之化合物的平均個數為0.5個/μm2以下。該等尺寸較大之化合物若多量存在,則以該等化合物成為龜裂起點,而使彎曲加工性大幅劣化。
調查組織之結果,粒徑0.1μm以上之含有Mg及P之化合物的平均個數為0.5個/μm2以下時,亦即,不存在或少量存在含有Mg及P之化合物時,獲得良好之彎曲加工性。
再者,為了確實發揮上述作用效果,更好合金中之粒徑0.05μm以上之含有Mg及P之化合物的平均個數為0.5個/μm2以下。
又,含有Mg及P之化合物的平均個數係使用場射出型掃描電子顯微鏡,以倍率:5萬倍,視野:約4.8μm2進行10視野觀察,算出其平均值。
且,含有Mg及P之化合物之粒徑係設為化合物之長徑(於期間與粒界不相切之條件下於粒內拉出最長直線之長度)與短徑(於與長徑直角相交之方向,於期間與粒界不相切之條件下拉出最長直線之長度)之平均值。粒徑0.1μm以上之含有Mg及P之化合物的每單位面積之平均個數(個數密度)主要可藉由鑄造速度與中間熱處理溫度、熱處理時間而控制。為了減低上述化合物每單位面積
之平均個數(個數密度)時,可藉由將鑄造速度設定為快速、中間熱處理設定為高溫短時間而達成。鑄造速度與中間熱處理條件係適當選擇。
本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,藉由將導電率設為超過75%IACS,而可良好地使用作為連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等之電子.電氣機器用零件。
又,導電率較好超過76%IACS,更好超過77%IACS,又更好超過78%IACS,再更好超過80%IACS。
本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,藉由將0.2%耐力設為300MPa以上,成為特別適合作為連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等之電子.電氣機器用零件之材料。又,本實施形態中,對於壓延方向正交之方向進行拉伸試驗時之0.2%耐力設為300MPa以上。
此處,上述之0.2%耐力較好為325MPa以上,更好350MPa以上。
本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,如上述,殘留應力率於150℃、1000小時設為50%以上。
該條件下之殘留應力率高時,即使於高溫環境下使用時,亦可將永久變形抑制為較小,可抑制壓接之降低。因此,本實施形態之電子機器用銅合金可適合作為在如汽車之引擎室周圍之高溫環境下使用之端子。本實施形態中,對於壓延方向正交之方向進行應力緩和試驗時之殘留應力率於150℃、1000小時設為50%以上。
此處,上述殘留應力率較好於150℃、1000小時為60%以上,更好於150℃、1000小時為70%以上。
以下,針對如此構成之本實施形態之電子.電氣機器用銅合金之製造方法參考圖1所示之流程圖加以說明。
首先,於熔解銅原料所得之銅熔浴中,添加前述元素進行成分調整,製出銅合金熔浴。又,各種元素之添加中,可使用元素單體或母合金。且,亦可將含上述元素之原料作為銅原料並熔解。又,亦可使用本合金之回收材及廢料材。此處,銅熔浴較好為純度99.99mass%以上之所謂4NCu或99.999mass%以上之所謂5NCu。熔解步驟中,為了抑制Mg之氧化,且為了減低氫濃度,較好藉由H2O之蒸氣壓低的惰性環境(例如Ar氣體)進行環境熔解,熔解時之保持時間較好侷限於最小限度。
接著,將經成分調整之銅合金熔浴注入鑄模中製出鑄塊。又,考慮量產時,較好使用連續鑄造法或半連續鑄造法。
此時,熔浴凝固時,含有Mg及P之化合物作為晶析物而形成,故藉由加快凝固速度,可使含有Mg及P之化合物尺寸更微細。因此,熔浴之冷卻速度較好為0.5℃/sec以上,更好為1℃/sec以上,最好為15℃/sec以上。
其次,為了使所得鑄塊均質化及熔體化而進行加熱處理。鑄塊內部,存在有於凝固過程中因Mg偏析並濃縮而發生之以Cu及Mg為主成分之金屬間化合物等。因此,為了使該等偏析及金屬間化合物等消失或減低,而藉由進行將鑄塊加熱至300℃以上900℃以下之加熱處理,而於鑄塊內,使Mg均質擴散,使Mg固熔於母相中。又,該均質化/熔體化步驟S02較好在非氧化性或還原性環境中實施。
此處,加熱溫度未達300℃時,熔體化變不完全,有於母相中殘存較多以Cu及Mg為主成分之金屬間化合物之虞。另一方面,加熱溫度超過900℃時,銅材料之一部分成為液相,有組織或表面狀態變不均一之虞。因此,加熱溫度設定於300℃以上900℃以下之範圍。
又,為了後述之粗加工效率化與組織均一化,亦可於前述均質化/熔體化步驟S02之後進行熱加工。該情況,
加工方法並未特別限定,可採用例如壓延、拉線、擠出、溝槽壓延、鍛造、壓製等。且,熱加工溫度較好為300℃以上900℃以下之範圍內。
為了加工為特定形狀而進行粗加工。又,該粗加工步驟S03中之溫度條件並未特別限定,但為了抑制再結晶,或為了提高尺寸精度,較好設為冷加工或溫加工之-200℃至200℃之範圍內,特佳為常溫。關於加工率(壓延率),較好為20%以上,更好為30%以上。且關於加工方法並未特別限定,可採用例如壓延、拉線、擠出、溝槽壓延、鍛造、壓製等。
於粗加工步驟S03後,基於用以徹底熔體化、再結晶組織化或加工性提高之軟化為目的而實施熱處理。熱處理方法並未特別限定,但為了不使藉由晶析等所形成之上述化合物之粒徑增大,有必要為高溫、短時間之熱處理步驟,故較佳以400℃以上900℃以下之保持溫度、5秒以上1小時以下之保持時間,更好500℃以上900℃以下之保持溫度、5秒以上30分鐘以下之保持時間進行熱處理。且於非氧化環境或還原性環境中進行熱處理。
又,加熱後之冷卻方法並未特別限定,但較好採用水淬冷等之冷卻速度為200℃/min以上之方法。
又,粗加工步驟S03及中間熱處理步驟S04亦可重複實施。
為了將中間熱處理步驟S04後之銅材料加工為特定形狀,而進行整飾加工。又,該經整飾加工步驟S05中之溫度條件並未特別限定,但為了抑制再結晶,或為了抑制軟化,較好設為冷加工或溫加工之-200℃至200℃之範圍內,特佳為常溫。且,加工率雖適當選擇為近似於最終形狀,但為了於整飾加工步驟S05中藉由加工硬化而提高強度,加工率較好為20%以上。且於實現強度進一步提高時,更好加工率設為30%以上,又更好加工率設為40%以上,最好設為60%以上。且由於加工率增加而使彎曲加工性劣化,故較好設為99%以下。
其次,對於藉由整飾加工步驟S05所得之塑性加工材,為了提高耐應力緩和特性及低溫燒鈍硬化,且為了去除殘留變形,而實施整飾熱處理。
熱處理溫度較好設為100℃以上800℃以下之範圍內,更好為200℃以上700℃以下之範圍內。又,該整飾熱處理步驟S06中,有必要以避免因再結晶而使強度大幅降低之方式,設定熱處理條件(溫度、時間、冷卻速度)。
例如較好設為於300℃保持1秒至120秒左右。該熱處理較好於非氧化環境或還原性環境中進行。
熱處理方法並未特別限定,但基於製造成本減低之效果,較好為利用連續燒鈍爐之短時間熱處理。
再者,上述之整飾加工步驟S05及整飾熱處理步驟S06亦可重複實施。
如此,製出本實施形態之電子.電氣機器用銅合金板條材(板材或將其作成線圈形狀之條材)。又,該電子.電氣機器用銅合金板條材之板厚設為超過0.05mm且3.0mm以下之範圍內,較好設為超過0.1mm且未達3.0mm之範圍內。電子.電氣機器用銅合金板條材之板厚為0.05mm以下時,不利於使用作為大電流用途之導體,板厚超過3.0mm時,難以壓製沖壓加工。
此處,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金板條材可直接使用於電子.電氣機器用零件,但亦可於板面之一面或兩面上,形成膜厚0.1~100μm左右之Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。此時,電子.電氣機器用銅合金板條材之板厚較好為鍍敷層厚之10~1000倍。
再者,藉由將本實施形態之電子.電氣機器用銅合金(電子.電氣機器用銅合金板條材)作為材料,實施沖壓加工或彎曲加工等,而可成形例如連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條之電子.電氣機器用零件。
依據如以上構成之本實施形態的電子.電氣
機器用銅合金,由於Mg含量設為0.15mass%以上、未達0.35mass%之範圍內,故藉由Mg於銅之母相中固熔,而不使導電率大幅降低,可提高強度、耐應力緩和特性。又,由於P設為0.0005mass%以上、未達0.01mass%之範圍內,故可使含Mg之銅合金熔浴黏度降低,而可提高鑄造性。
且,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,由於導電率設為超過75%IACS,故亦可適用於要求高導電性之用途。
而且,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,由於於掃描型電子顯微鏡觀察中,粒徑0.1μm以上之含有Mg及P之化合物的平均個數設為0.5個/μm2以下,故於母相中,並未多數分散成為龜裂起點之粗大的含有Mg及P之化合物,而提高彎曲加工性。因此,可成形複雜形狀之連接器等之端子、中繼用可動片、導線架等之電子.電氣機器用零件。
又,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,由於Mg之含量[Mg](mass%)與P之含量[P](mass%)滿足[Mg]+20×[P]<0.5之關係式,故可抑制Mg及P之粗大化合物之生成,可抑制冷加工性及彎曲加工性降低。
再者,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,由於Mg之含量[Mg](mass%)與P之含量[P](mass%)滿足[Mg]/[P]≦400之關係式,故使鑄造性降低之Mg含量
與使鑄造性提高之P含量之比率適當化,藉由P之添加效果而可確實提高鑄造性。
又,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金中,由於0.2%耐力設為300MPa以上,殘留應力率於150℃、1000小時設為50%以上,故強度、耐應力緩和特性優異,特別適合作為連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等之電子.電氣機器用零件之材料。
又,本實施形態之電子.電氣機器用銅合金板條材,由於係以上述之電子.電氣機器用銅合金構成,故藉由對該電子.電氣機器用銅合金板條材進行彎曲加工等,可製造連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等之電子.電氣機器用零件。
又,於表面形成Sn鍍敷層或Ag鍍敷層時,特別適合作為連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等之電子.電氣機器用零件之材料。
再者,本實施形態之電子.電氣機器用零件(連接器或壓入配合等之端子、中繼用可動片、導線架、匯流條等),由於係以上述之電子.電氣機器用銅合金構成,故即使小型化及薄片化亦可發揮優異特性。
以上雖針對本發明實施形態之電子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金板條材、電子.電氣機器用零件(端子、匯流條等)加以說明,但本發明不限定於該等,在不脫離本發明技術思想之範圍內可適當變
更。
例如,上述實施形態係針對電子.電氣機器用銅合金之製造方法之一例加以說明,但電子.電氣機器用銅合金之製造方法不限於實施形態中記載者,亦可適當選擇既有製造方法製造。
以下,針對欲確認本發明效果而進行之確認實驗結果加以說明。
準備由純度99.99mass%以上之無氧銅(ASTM B152 C10100)所成銅原料,將其裝入高純度石墨坩鍋內,於設為Ar氣體環境之環境爐內進行高頻熔解。於所得銅熔浴內,添加各種添加元素調製為表1所示之成分組成,注液於鑄模中製出鑄塊。又,本發明例2、19、20係使用隔熱材(ISOWOOL)鑄模,本發明例21、22係使用碳鑄模,本發明例1、3~18、23~34、比較例1~3係使用具備水冷功能之銅合金鑄模,比較例4、5係使用具備加熱功能之附加熱器之鐵製鑄模作為鑄造用之鑄模。鑄塊大小設為厚約100mm×寬約150mm×長約300mm。
面研削該鑄塊之澆鑄表面附近,以成為最終製品板厚為0.5mm之方式,切出鑄塊並調整大小。
該塊體於Ar氣體環境中,以表2記載之溫度條件進行4小時加熱,進行均質化/熔體化處理。
隨後,以表2記載之條件實施粗壓延後,使
用鹽浴以表2記載之溫度條件進行熱處理。
進行熱處理之銅材料,為了作成適於適當最終形狀而實施切斷,並且為了去除氧化被膜而實施表面研削。隨後於常溫以表2記載之壓延率實施整飾壓延(整飾加工),製出厚0.5mm、寬約150mm、長200mm之薄板。
接著,於整飾壓延(整飾加工)後,以表2所示之條件,於Ar環境中實施整飾熱處理,隨後,進行水淬冷,作成特性評價用薄板。
作為鑄造性評價,觀察前述鑄造時有無表面粗糙。以目視幾乎完全未見到表面粗糙者記為A,發生深度未達1mm之小表面粗糙者記為B,發生深度1mm以上且未達2mm之表面粗糙者記為C。且發生深度2mm以上之大的表面粗糙者記為D,並於期間停止評價。評價結果示於表3。
又,所謂表面粗糙深度係指自鑄塊端部朝向中央之表面粗糙深度。
對於各試料之壓延面,進行鏡面研磨、離子蝕刻。為了確認含有Mg及P之化合物,使用FE-SEM(場射出型掃描電子顯微鏡),以1萬倍視野(約120μm2/視野)進行觀察。
其次,為了調查含有Mg及P之化合物之密度(個/μm2),選擇1萬倍視野(約120μm2/視野),於該區域,以5萬倍連續進行10視野(約4.8μm2/視野)之拍攝。關於金屬間化合物之粒徑,係設為金屬間化合物之長徑(於期間與粒界不相切之條件下於粒內拉出最長直線之長度)與短徑(於與長徑直角相交之方向,於期間與粒界不相切之條件下拉出最長直線之長度)之平均值。接著,求出粒徑0.1μm以上之含有Mg及P之化合物與粒徑0.05μm以上之含有Mg及P之化合物之密度(個/μm2)。化合物之觀察結果之一例示於圖2A及圖2B。
自特性評價用條材採取由JIS Z 2241所規定之13B號試驗片,藉由JIS Z 2241之支距法(offset method),測定0.2%耐力。又,試驗片係於與壓延方向正交方向採取。評價結果示於表3。
自特性評價用條材採取寬10mm×長150mm之試驗片,藉由4端子法求出電阻。且使用微米進行試驗片之尺寸測定,算出試驗片體積。接著,自所測定之電阻值與體積,算出導電率。又,試驗片係以其長度方向對於特定評價用條材之壓延方向垂直之方式採取。評價結果示於表3。
耐應力緩和特性試驗係藉由根據日本伸銅協會技術標準JCBA-T309:2004之單端螺固式之方法負荷應力,測定於150℃之溫度保持1000小時後之殘留應力率。評價結果示於表3。
作為試驗方法,係自特性評價用條材於對於壓延方向正交之方向採取試驗片(寬10mm),以將試驗片之表面最大應力成為耐力之80%之方式,將初期撓曲位移設定為2mm,調整跨距長。以下式決定上述表面最大應力。
表面最大應力(MPa)=1.5Etδ0/Ls 2
惟,
E:楊氏模數(MPa)
t:試料厚度(t=0.5mm)
δ0:初期撓曲位移(2mm)
Ls:跨距長(mm)
於150℃之溫度保持1000小時後之彎曲傾向後,測定殘留應力率,評價耐應力緩和特性。又使用下式算出殘留應力率。
殘留應力率(%)=(1-δt/δ0)×100
惟,
δt:於150℃之溫度保持1000小時後之永久撓曲位移(mm)-於常溫保持24小時後之永久撓曲位移(mm)
δ0:初期撓曲位移(mm)
根據日本伸銅協會技術標準JCBA-T307:2007之4試驗方法進行彎曲加工。以彎曲軸對於壓延方向成為正交方向之方式,自特性評價用薄板採取複數片寬10mm×長30mm之試驗片,使用彎曲角度為90度,且彎曲半徑於整飾壓延率超過85%時為0.5mm(R/t=1.0),於整飾壓延率為85%以下時彎曲半徑為0.3mm(R/t=0.6)之W型治具,進行W彎曲試驗。
以目視觀察彎曲部之外周部觀察到龜裂時記為「C」,觀察到較大皺褶時記為B,未見到斷裂或微細龜裂、較大皺褶時記為A進行判定。又,A及B係判斷為可容許之彎曲加工性。評價結果示於表3。
比較例1係Mg含量少於本發明範圍(0.15mass%以上、未達0.35mass%之範圍),耐力及耐應力緩和特性不充分。
比較例2係Mg含量多於本發明範圍(0.15mass%以上、未達0.35mass%之範圍),導電率低。
比較例3係P含量多於本發明範圍(0.0005mass%以上、未達0.01mass%之範圍),於中間壓延發生龜裂,無法評價。
比較例4、5係Mg及P含量較多,且鑄造時之冷卻速度慢,故化合物多,彎曲加工性差。
相對於此,本發明例中,確認鑄造性、強度(0.2%耐力)、導電率、耐應力緩和特性(殘留應力率)、彎曲加工性優異。基於以上,確認依據本發明例,可提供導電性、彎曲加工性優異之電子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金板條材。
本發明提供即使使用於伴隨小型化而薄片化之構件時,亦具備優異導電性及彎曲加工性之電子.電氣機器用銅合金、電子.電氣機器用銅合金板條材、電子.電氣機器用零件、端子、匯流條、及中繼用可動片。
Claims (15)
- 一種電子電氣機器用銅合金,其特徵為以0.15mass%以上、未達0.35mass%之範圍內含有Mg,以0.0005mass%以上、未達0.01mass%之範圍內含有P,其餘部分由Cu及不可避免雜質所成,且導電率超過75%IACS,並且於掃描型電子顯微鏡觀察中,粒徑0.1μm以上之含有Mg及P之化合物的平均個數為0.5個/μm2以下。
- 如請求項1之電子電氣機器用銅合金,其中Mg之含量[Mg](mass%)與P之含量[P](mass%)滿足下述之關係式:[Mg]+20×[P]<0.5。
- 如請求項1或2之電子電氣機器用銅合金,其中Mg之含量[Mg](mass%)與P之含量[P](mass%)滿足下述之關係式:[Mg]/[P]≦400。
- 如請求項1或2之電子電氣機器用銅合金,其中於對於壓延方向正交之方向進行拉伸試驗時之0.2%耐力為300MPa以上。
- 如請求項1或2之電子電氣機器用銅合金,其中殘留應力率於150℃、1000小時為50%以上。
- 一種電子電氣機器用銅合金板條材,其特徵係由如請求項1至5中任一項之電子電氣機器用銅合金所成。
- 如請求項6之電子電氣機器用銅合金板條材,其 表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
- 一種電子電氣機器用零件,其特徵係由如請求項6或7之電子電氣機器用銅合金板條材所成。
- 如請求項8之電子電氣機器用零件,其表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
- 一種端子,其特徵係由如請求項6或7之電子電氣機器用銅合金板條材所成。
- 如請求項10之端子,其表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
- 一種匯流條,其特徵係由如請求項6或7之電子電氣機器用銅合金板條材所成。
- 如請求項12之匯流條,其表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
- 一種中繼用可動片,其特徵係由如請求項6或7之電子電氣機器用銅合金板條材所成。
- 如請求項14之中繼用可動片,其表面具有Sn鍍敷層或Ag鍍敷層。
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