(57)【要約】【課題】高強度、高導電率の時効硬化型の銅合金板材の提供を目的とする。【解決手段】時効硬化性銅合金からなる冷間圧延材をＡＲＢ（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｒｏｌｌ−Ｂｏｎｄｉｎｇ）法を用いて強ひずみ加工を施した後に、時効熱処理及び冷間圧延加工を施すことにより、平均結晶粒径が２００ｎｍ以下であることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
時効硬化性銅合金からなる冷間圧延材をＡＲＢ（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｒｏｌｌ−Ｂｏｎｄｉｎｇ）法を用いて強ひずみ加工を施した後に、
時効熱処理及び冷間圧延加工を施すことにより、平均結晶粒径が２００ｎｍ以下であることを特徴とする銅合金板材。
【請求項２】
引張強さが７００ＭＰａ以上、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項１記載の銅合金板材。
【請求項３】
時効熱処理及び冷間圧延加工後に、さらに熱処理を施すことにより引張強さが６５０ＭＰａ以上で、導電率が７５％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項１記載の銅合金板材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時効硬化型の銅合金を用いた新規板材に関し、特に高強度で高い導電性を有し、電子機器のコネクター、リードフレーム等に適している。
【背景技術】
【０００２】
銅合金は、熱伝導性、電気伝導性に優れた材料であり、ＩＴ機器を含め多くの電子機器に使用されている。
近年、電子機器の軽量化、高速化に伴い、更なる高強度化、薄肉化、ファインピッチ化が求められているのみならず、電子機器が過酷な環境下で使用されるようになっているために、熱的安定性も求められている。
【０００３】
市販されている高強度のリードフレーム材に引張強さが６８０ＭＰａレベルのものがあるが、Ｎｉ等の第３元素の添加によるのもので、導電率が約５０％ＩＡＣＳと低い（古河電気工業，Ｃ７０２５０）。
このように、添加元素の増加による高強度化には限界があるのみならず、導電率の低下及びリサイクルにおける環境負荷の増大が問題になる。
【０００４】
本願発明者は、これまでに、ＡＲＢ（Ａｃｃｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｒｏｌｌ−Ｂｏｎｄｉｎｇ）プロセス（以下、ＡＲＢ加工ともいう。）により強ひずみ加工した銅合金の組織と機械的特性について報告している（非特許文献１）。
さらには、ＡＲＢ加工後に時効熱処理を施すことで導電率を改善できることを報告している（非特許文献２）。
【０００５】
非特許文献２にて報告したように、ＡＲＢ加工後の時効熱処理プロセスにより、平均結晶粒径が約２３０〜２６０ｎｍと微細化され、それまでの圧延材の平均結晶粒径約６０００ｎｍに比較して、約１／２５になった。
その結果として、引張強さが６２５ＭＰａと強度が高くなった。
今回、本願発明者は、さらに高強度でありながら、導電率の低下を抑えた新材料の開発を推進した結果、本発明に至った。
【０００６】
【非特許文献１】大竹祐輔，北川和夫，他４名，「ＡＲＢ法により強ひずみ加工したＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金の組織と機械的特性」，銅と銅合金第４６巻１号（２００７），Ｐ．１４２〜１４７
【特許文献２】鈴木大介，北川和夫，他４名，「ＡＲＢ法により強ひずみ加工したＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金の特性評価」，第４７回銅及び銅合金技術研究会講演大会講演概要集，２００７，Ｐ．７３〜７４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高強度、高導電率の時効硬化型の銅合金板材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る銅合金板材は、時効硬化性銅合金からなる冷間圧延材をＡＲＢ（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｒｏｌｌ−Ｂｏｎｄｉｎｇ）法を用いて強ひずみ加工を施した後に、時効熱処理及び冷間圧延加工を施すことにより、平均結晶粒径が２００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
冷間圧延材にＡＲＢ加工を施すと、板材の平均結晶粒径が２３０〜２６０ｎｍレベルまで微細化できたことは、非特許文献２にて報告したとおりであるが、本発明は、ＡＲＢ加工後に時効熱処理し、さらに冷間圧延加工を追加すると、平均結晶粒径が２００ｎｍ以下にまで微細化できた点に特徴がある。
【００１０】
本発明が適用される銅合金は、時効硬化型銅合金であれば各種銅合金に適用できる。
時効硬化型銅合金としては、Ｃｕ−Ｂｅ系合金，Ｃｕ−Ｆｅ系合金，Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金，Ｃｕ−Ｔｉ系合金，Ｃｕ−Ｚｒ系合金，Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金等がある。
その中でも、本発明は添加元素の割合が少ない希薄合金に適用するのが効果的である。
例えば、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金において、Ｃｒ成分が０．１〜１．０質量％，Ｚｒ成分が０．０１〜０．１質量％の範囲レベルの希薄合金に適用すると効果的である。
【００１１】
本発明において、ＡＲＢ加工後に所定の時効熱処理及び冷間圧延加工を施したことにより、引張強さが７００ＭＰａ以上で導電率が７０％ＩＡＣＳ以上の材料が得られる。
また、上記、時効熱処理及び冷間圧延加工後にさらに、所定の熱処理を施すと、引張強さを６５０ＭＰａ以上に維持しつつ、導電率を７５％ＩＡＣＳ以上に改善される。
【００１２】
本発明において、ＡＲＢ加工後の時効熱処理は、その材料の最高硬度が得られるレベルの熱処理条件が好ましく、冷間圧延は、圧下率５０％以上が好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、ＡＲＢ加工後に時効熱処理及び冷間圧延加工を施したことにより、平均結晶粒径が２００ｎｍ以下という超微細化材料が得られるとともに、高強度でありながら導電性の高い銅合金板材が得られる。
また、本発明の材料特性を後述するように本発明に係る板材は、硬度が１／２になる半軟化温度が４００℃以上という熱安定性にも優れていることが明らかになり、過酷な環境下にて使われる電子機器への適用にも優れる。
本発明を添加成分の少ない希薄合金にも適用できるのでリサイクル性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金を例に本発明の内容を説明するが本実施例に限定されるものではない。
図２に示した製造プロセスに従って以下説明する。
図３に示した化学組成例の銅合金を鋳造し、１０００℃×約２時間の溶体化処理をした。
続いて圧延率（圧下率）が約８０％の冷間圧延加工をし、板厚１ｍｍの試供材を製作した。
この試供材の材料特性を図１の表中、比較例ＮＯ．４として示す。
【００１５】
次に、ＡＲＢプロセスにてＡＲＢ加工を施したが、まず、ＡＲＢ加工のプロセスを図４に、模式的に示す。
上記にて得られた試供材をサイズが同じの２枚の試供材（ロール材）に切り出し、接合表面をアセトンによる脱脂とステンレス製（ＳＵＳ３０４）ワイヤブラシにてブラッシング処理する。
この２枚のロール材を積層固定し、５０％の圧下率で接合圧延をする。
接合圧延した材料を２等分に切断し、再度同様に接合圧延する工程を５回繰り返した。
圧延にはロール直径３１０ｍｍの二段式圧延機を用い、ロール周速２．０ｍ／ｍｉｎの条件にて実施した。
なお、接合圧延の実施回数は適宜選択されるが３回以上が好ましい。
【００１６】
次に、ＡＲＢ加工板材を時効熱処理するに当たり、時効による硬さ変化（図５）と時効による導電率変化（図６）の調査を実施した。
時効熱処理は塩浴を用い、塩浴から板材を取り出した後は直に水冷をした。
この調査に基づいて最も高い硬度を示した４５０℃×１ｋｓにて時効熱処理を実施した。
このようにして得られた板材の材料特性を図１の表中、比較例ＮＯ．３として示した。
【００１７】
ＡＲＢ加工材を４５０℃×１ｋｓ，時効熱処理をした後に圧下率６０％で冷間圧延加工を施した。
この冷間圧延加工材の材料特性を図１の表中、本発明ＮＯ．１として示した。
【００１８】
次に上記で得られた板材を４００℃×０．５ｋｓの熱処理をした板材の材料特性を図１の表中、本発明ＮＯ．２として示した。
【００１９】
次に材料特性の評価方法について説明する。
（平均結晶粒径）
平均結晶粒径は、原理を図７に示したようなＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）装置を用いて、結晶方位マッピング像（図８）を解析して測定した。
ＥＢＳＰ法は、ＳＥＭ中で、７０°前後と大きく傾斜した試料に電子線を照射し、発生したチャンネリングパターンをスクリーンを介して取り込み、その照射点の結晶方位を測定することで、結晶方位によるマッピングから組織解析に使用するものである。
図９に粒界マップを示し、図１０に粒界方位差分布を示す。
【００２０】
試験片を荷重軸が圧延方向と平行となるようにワイヤ放電加工機で切り出し、動的試験システム（Ｉｎｓｔｒｏｎ８５００ＰＬＵＳ）を用いて、初期ひずみ速度：１×１０−３ｓ−１にて破断するまで行い、０．２％耐力値、引張強さ、破断伸びを測定した。
【００２１】
（導電率測定）
試料表面を機械研磨及び電解研磨にて鏡面に仕上げ、渦電流式導電率計（Ｈｏｃｋｉｎｇ  ＮＤＴ社製オートシグマ３０００／ＤＬ）を使用し、室温で測定した。
【００２２】
これらの測定結果を図１の表に示した。
図１０の方位差分布から線分法により平均結晶粒径を測定したところ、板材ＮＯ．１は１３２ｎｍで板材ＮＯ．２は１３８ｎｍであった。
これに対して比較例ＮＯ．３（ＡＲＢ加工材）の平均結晶粒径が２６０ｎｍであることから、本発明に係る板材はＡＲＢ加工後に時効熱処理し、続いて冷間圧延加工したことにより平均結晶粒径が２００ｎｍ以下になっていることが分かる。
また、板材ＮＯ．１とＮＯ．２との平均結晶粒径に変化が少ないことから、冷間圧延加工後の熱処理にて粒成長を起こしていないことが分かる。
図９に示した粒界マップは濃い線が方位差１５°以上の大角粒界を示し、薄い線が方位差１５°未満の小角粒界を示す。
図９及び図１０に示したＮＯ．１とＮＯ．２とを比較すると、冷間圧延後の熱処理にて小角粒界の割合も平均方位差も殆ど変化していないことが分かる。
【００２３】
本発明による板材ＮＯ．１は引張強さが７４８ＭＰａとＡＲＢ加工後時効熱処理材（比較例ＮＯ．３）の引張強さ６２５ＭＰａに比較して、１００ＭＰａ以上も強度アップしている。
また、板材ＮＯ．１の導電率は７５％ＩＡＣＳであったが、その後に熱処理した板材ＮＯ．２は導電率が８１％ＩＡＣＳと向上し、破断伸びも向上していた。
次に、図１１に板材ＮＯ．１の加熱時間による硬さ変化を調査した結果を示す。
この調査結果から本発明に係る銅合金板材は熱安定性に優れていることが明らかになった。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】板材の材料特性を表に示す。
【図２】本発明に係る板材の製造プロセスを示す。
【図３】評価に供した板材の合金組成を示す。
【図４】ＡＲＢ法の説明図を示す。
【図５】ＡＲＢ加工材の時効による硬さ変化を示す。
【図６】ＡＲＢ加工材の時効による導電率変化を示す。
【図７】ＥＢＳＰ装置の説明図を示す。
【図８】方位マッピング像を示す。
【図９】粒界マップを示す。
【図１０】粒界方位差分布を示す。
【図１１】本発明に係る板材の加熱時間による硬さ変化を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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