(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１．５重量％から１１．０重量％の量のスズ、０．０１重量％から０．３５重量％の量のリン、０．０１重量％から０．８重量％の量の鉄、０．３重量％までの量の亜鉛、ニッケル、コバルトおよびこれらの混合物からなるグループから選択された材料を、０．００１重量％から０．５重量％、および残部の必須的な銅を必須的に含んでなり、マトリックス中に均一に分散されたリン化物の粒子を含んでおり、前記リン化物の粒子が、時間当たり２０°Ｆ（１１．１１１℃）から２００°Ｆ（１１１．１１１℃）の冷却速度で緩やかに冷却することで形成された微細な粒子と粗い粒子を含んでおり、前記微細な粒子が５０オングストロームから２５０オングストロームの粒径を有し、また前記粗い粒子が０．０７５ミクロンから０．５ミクロンの粒径を有することを特徴とする銅ベース合金。
【請求項２】
１．０重量％から４．０重量％までの量のスズ、０．０１重量％から０．２０重量％のリン、０．０１重量％から０．８０重量％の鉄、０．１重量％から１２．０重量％の亜鉛、ニッケル、コバルトおよびこれらの混合物からなるグループから選択された材料を、０．００１重量％から０．５重量％、および残部の必須的な銅を必須的に含んでなり、５０オングストロームから０．３ミクロンの粒径を有しマトリックス中に均一に分散されたリン化物の粒子を含んでおり、前記リン化物の粒子が、時間当たり２０°Ｆ（１１．１１１℃）から２００°Ｆ（１１１．１１１℃）の冷却速度で緩やかに冷却することで形成された微細な粒子と粗い粒子を含んでおり、前記微細な粒子が５０オングストロームから２５０オングストロームの粒径を有し、また前記粗い粒子が０．０７５ミクロンから０．３ミクロンの粒径を有することを特徴とする銅ベース合金。
【請求項３】
前記合金が、０．１重量％までの量のマグネシウムをさらに含み、また、前記リン化物の粒子が、鉄ニッケルリン化物の粒子、鉄マグネシウムのリン化物の粒子、鉄リン化物の粒子、マグネシウムニッケルリン化物の粒子、マグネシウムリン化物の粒子およびこれらの混合物からなるグループから選択されたものであることを特徴とする請求項１記載の銅ベース合金。
【請求項４】
０．０５重量％までの量の鉛をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の銅ベース合金。
【請求項５】
前記スズの含量が１．５重量％から１１．０重量％であり、前記リンの含量が０．０１重量％から０．１０重量％であり、また前記鉄の含量が０．０５重量％から０．２５重量％であることを特徴とする請求項１記載の銅ベース合金。
【請求項６】
前記スズの含量が１．０重量％から４．０重量％であり、前記リンの含量が０．０１重量％から０．２重量％であり、また前記合金がさらに、９．０重量％から１５．０重量％の量の亜鉛、およびニッケル、コバルトおよびこれらの混合物からなるグループから選択された材料を０．００１重量％から０．５重量％の量だけ含むことを特徴とする請求項１記載の銅ベース合金。
【請求項７】
前記スズの含量が１．５重量％から３．０重量％であることを特徴とする請求項１記載の銅ベース合金。
【請求項８】
前記スズの含量が３．０重量％から５．０重量％であることを特徴とする請求項１記載の銅ベース合金。
【請求項９】
前記スズの含量が５．０重量％から７．０重量％であることを特徴とする請求項１記載の銅ベース合金。
【請求項１０】
前記スズの含量が７．０重量％から９．０重量％であることを特徴とする請求項１記載の銅ベース合金。
【請求項１１】
前記スズの含量が９．０重量％から１１．０重量％であることを特徴とする請求項１記載の銅ベース合金。
【請求項１２】
前記スズの含量が２．５重量％から４重量％までであり、前記鉄の含量が０．０５重量％から０．８０重量％であり、また前記亜鉛の含量が０．３重量％から５．０重量％であることを特徴とする請求項２記載の銅ベース合金。
【請求項１３】
前記亜鉛の含量が０．１重量％から１重量％未満であり、また前記鉄の含量が０．０５重量％から０．８０重量％であることを特徴とする請求項２記載の銅ベース合金。
【請求項１４】
前記鉄の含量が０．０５重量％から０．８０重量％であり、前記亜鉛の含量が１．０重量％から６．０重量％であることを特徴とする請求項２記載の銅ベース合金。
【請求項１５】
前記鉄の含量が０．０５重量％から０．８０重量％であり、前記亜鉛の含量が６．０重量％から１２．０重量％であることを特徴とする請求項２記載の銅ベース合金。
【請求項１６】
前記鉄の含量が０．０１重量％から０．０５重量％であり、前記亜鉛の含量が１．０重量％から６．０重量％であることを特徴とする請求項２記載の銅ベース合金。
【請求項１７】
０．０１重量％から０．３重量％の量のニッケルを含むことを特徴とする請求項１または２記載の銅ベース合金。
【請求項１８】
１．０重量％から４．０重量％の量のスズ、９．０重量％から１５．０重量％の量の亜鉛、０．０１重量％から０．２重量％の量のリン、０．０１重量％から０．８重量％の量の鉄、０．００１重量％から０．５重量％のニッケル、コバルトおよびこれらの混合物からなるグループから選択された材料、および残部の必須的な銅、を必須的に含んでおり、前記リン化物の粒子が、時間当たり２０°Ｆ（１１．１１１℃）から２００°Ｆ（１１１．１１１℃）の冷却速度で緩やかに冷却することで形成された微細な粒子と粗い粒子を含んでおり、前記微細な粒子が５０オングストロームから２５０オングストロームの粒径を有し、また前記粗い粒子が０．０７５ミクロンから０．３ミクロンの粒径を有することを特徴とする銅ベース合金。
【請求項１９】
１．５重量％から１１．０重量％の量のスズ、０．０１重量％から０．３５重量％の量のリン、０．０１重量％から０．８重量％の量の鉄、０．３重量％までの量の亜鉛、ニッケル、コバルトおよびこれらの混合物からなるグループから選択された材料を、０．０１重量％から０．５重量％、および残部の必須的な銅を必須的に含んでなる銅ベース合金を鋳造するステップ、１０００°Ｆ（５３７．７７８℃）から１４５０°Ｆ（７８７．７７８℃）の温度で少なくとも２時間だけ少なくとも１回だけ均質化するステップ、６５０°Ｆ（３４３．３３３℃）から１２００°Ｆ（６４８．８８９℃）において少なくとも１時間だけ少なくとも１回だけ中間焼きなましを行い、次いで時間当たり２０°Ｆ（１１．１１１℃）から２００°Ｆ（１１１．１１１℃）の冷却速度で緩やかに冷却することを含み最終ゲージに圧延するステップ、および３００°Ｆ（１４８．８８９℃）から６００°Ｆ（３１５．５５６℃）において少なくとも１時間だけ最終ゲージで応力除去焼きなましをするステップを含んでなり、これにより、マトリックス中で均一に分散されたリン化物の粒子を含む銅ベース合金を得る方法であり、前記リン化物の粒子が微細な粒子と粗い粒子を含み、微細な粒子が５０オングストロームから２５０オングストロームの粒径を有し、また粗い粒子が０．０７５ミクロンから０．５ミクロンの粒径を有することを特徴とする銅ベース合金の製造方法。
【請求項２０】
１．０重量％から４．０重量％までの量のスズ、０．０１重量％から０．２０重量％のリン、０．０１重量％から０．８０重量％の鉄、０．１重量％から１２．０重量％の亜鉛、ニッケル、コバルトおよびこれらの混合物からなるグループから選択された材料を、０．００１重量％から０．５重量％、および残部の必須的な銅を必須的に含んでなる銅ベース合金を鋳造するステップ、１０００°Ｆ（５３７．７７８℃）から１４５０°Ｆ（７８７．７７８℃）の温度で少なくとも１時間だけ少なくとも１回だけ均質化するステップ、６５０°Ｆ（３４３．３３３℃）から１２００°Ｆ（６４８．８８９℃）において少なくとも１時間だけ少なくとも１回だけ中間焼きなましを行い、次いで時間当たり２０°Ｆ（１１．１１１℃）から２００°Ｆ（１１１．１１１℃）の冷却速度で緩やかに冷却することを含み最終ゲージに圧延するステップ、および３００°Ｆ（１４８．８８９℃）から６００°Ｆ（３１５．５５６℃）において少なくとも１時間だけ最終ゲージで応力除去焼きなましをするステップを含んでなり、これにより、マトリックス中に均一に分散されたリン化物の粒子を含む銅ベース合金を得る方法であり、前記リン化物の粒子が微細な粒子と粗い粒子を含み、微細な粒子が５０オングストロームから２５０オングストロームの粒径を有し、また粗い粒子が０．０７５ミクロンから０．３ミクロンの粒径を有することを特徴とする銅ベース合金の製造方法。
【請求項２１】
鋳造される前記銅ベース合金がマグネシウムを含み、前記リン化物の粒子が、鉄ニッケルリン化物の粒子、鉄マグネシウムリン化物の粒子、鉄リン化物の粒子、マグネシウムニッケルリン化物の粒子、マグネシウムリン化物の粒子およびこれらの混合物からなるグループから選択されたものであり、前記リン化物の粒子が５０オングストロームから０．５ミクロンの粒径を有することを特徴とする請求項１９または２０記載の方法。
【請求項２２】
前記均質化するステップが２つの均質化ステップを含み、前記２つの均質化ステップの少なくとも１つが圧延ステップの後に続いて行われ、また前記各均質化ステップが２時間から２４時間であることを特徴とする請求項１９または２０記載の方法。
【請求項２３】
前記中間焼きなましが１時間から２４時間であり、前記応力除去焼きなましが１時間から２０時間であることを特徴とする請求項１９または２０記載の方法。
【請求項２４】
１．０重量％から４．０重量％の量のスズ、９．０重量％から１５．０重量％の量の亜鉛、０．０１重量％から０．２重量％の量のリン、０．０１重量％から０．８重量％の鉄、０．００１重量％から０．５重量％のニッケル、コバルトおよびこれらの混合物からなるグループから選択された材料、および残部の必須的な銅を必須的に含んでなる銅ベース合金を鋳造するステップ、１０００°Ｆ（５３７．７７８℃）から１４５０°Ｆ（７８７．７７８℃）の温度で少なくとも２時間だけ少なくとも１回だけ均質化するステップ、６５０°Ｆ（３４３．３３３℃）から１２００°Ｆ（６４８．８８９℃）において少なくとも１時間だけ少なくとも１回だけ中間焼きなましを行い、次いで、時間当たり２０°Ｆ（１１．１１１℃）から２００°Ｆ（１１１．１１１℃）の冷却速度で緩やかに冷却することを含み最終ゲージに圧延するステップ、および３００°Ｆ（１４８．８８９℃）から６００°Ｆ（３１５．５５６℃）において少なくとも１時間だけ最終ゲージで応力除去焼きなましをするステップを含んでなり、これにより、マトリックス中に均一に分散されたリン化物の粒子を含む銅ベース合金を得る方法であり、前記リン化物の粒子が微細な粒子と粗い粒子を含み、微細な粒子が５０オングストロームから２５０オングストロームの粒径を有し、また粗い粒子が０．０７５ミクロンから０．３ミクロンの粒径を有することを特徴とする銅ベース合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気応用分野において有用である銅ベース合金、およびこの銅ベース合金を製造するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コネクタ、リードフレームおよび他の電気応用分野において多数の銅ベース合金が使用されている。これは、この種の合金がこれらの用途に適した特別な性質を有することによるものである。ところが、これらの合金があるにもかかわらず、８０から１５０ＫＳＩのオーダーの降伏強度が必要とされる用途において使用でき、また、１またはこれより小さいＲ／Ｔ比での１８０°のバッドウェイベンドを行うことができ、高い温度における応力緩和が小さく、応力腐食割れがなく、良好な成形特性を有する、銅ベース合金に対する必要性がある。現在入手可能な合金は、これらのすべての要求に合致しないものであるか、高価で市場における経済性が低いものか、あるいは他の大きな欠点を有しているものである。よって、上記の要求を満たす合金が強く望まれている。
なお、バッドウェイベンド（ｂａｄｗａｙ  ｂｅｎｄ  ）とは、材料片を所定方向に折曲し、次いで反対側の方向（バッドウェイ）に折曲する、合金材料の試験に使用されるテストである。
【０００３】
ベリリウム銅は強度および伝導率が非常に高く且つ良好な緩和特性を有している。しかしながら、この種の材料は成形能力が制限されるものである。このような制限の１つは、１８０°のバッドウェイベンドが困難であることである。さらに、これらの材料は非常に高価であり、また所望の部品に調整した後に余分な熱処理をしばしば必要とする。当然のことながら、これによってコストがさらに高くなる。
【０００４】
リン青銅材料は、良好な強度および優れた成形特性を備えた安価な合金である。これらの材料は電気および電気通信工業において広く使用されている。しかしながら、この種の材料は、例えば自動車用途のように、非常の高い温度において非常に大きな電流を伝導させる必要がある場合には、好ましくない。また、これらの材料は、この点および熱応力緩和率が高いことから、多くの用途において好ましくなくなる。
【０００５】
高純度の銅、高い電導性の合金は、多くの好ましい特性を有しているが、様々な用途において要求される機械的強度を一般的に備えていない。これらの合金としては、典型的には、銅合金１１０、１２２、１９２および１９４が含まれるが、これらに限定されない。
【０００６】
代表的な従来技術の特許としては、米国特許第４、６６６、６６７号、第４、６２７、９６０号、第２、０６２、４２７号、第４、６０５、５３２号、第４、５８６、９６７号および第４、８２２、５６２号などがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、所望の各特性を兼ね備えて多くの用途に非常に適した銅ベース合金を開発することが強く望まれている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の目的が容易に達成できることが知得された。
【０００９】
本発明の銅ベース合金は、約１．０％から１１．０％の量のスズ、約０．０１％から０．３５％、好ましくは約０．０１％から０．１％の量のリン、約０．０１％から０．８％、好ましくは約０．０５％から０．２５％の量の鉄、および残部の必須的な銅を必須的に含んでなる。ニッケルおよび／またはコバルトをそれぞれ約０．５％まで、好ましくは０．００１％から約０．５％の量だけ含むことが特に好ましい。本発明の合金はまた、約０．１％から１５％の量の亜鉛、０．０５％までの量の鉛、およびアルミニウム、銀、ホウ素、ベリリウム、カルシウム、クロム、インジウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、鉛、シリコン、アンチモン、チタンおよびジルコニウムをそれぞれ０．１％まで含ませることができる。
【００１０】
本発明の実施の形態においては、銅ベース合金に、約９．０％から１５．０％までの量の亜鉛を含ませることもできる。
【００１１】
本発明の合金において、鉄および／またはニッケルおよび／またはマグネシウムのリン化物の粒子あるいはこれらの組合わせを加え、これらをマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）内において均質に分散させることが望ましく、また好ましく、これらの粒子は合金の強度、伝導率、および応力緩和特性を高めるように機能する。リン化物の粒子は、５０オングストロームから約０．５ミクロンの粒径を有し、また微細な構成部分と粗い構成部分とを有している。微細な構成要素は、約５０オングストロームから２５０オングストローム、好ましくは約５０オングストロームから２００オングストロームの範囲の粒径を有している。粗い構成要素は、大体、０．０７５ミクロンから０．５ミクロン、好ましくは０．０７５ミクロンから０．１２５ミクロンの粒径を有している。
【００１２】
なお、本明細書において、％はすべて重量％を示している。
【００１３】
本発明の合金は、多くの優れた特性を享有しており、これにより、コネクタ、リードフレーム、スプリングおよび他の電気用途に非常に適したものである。この合金は機械的な強度、成形性、熱および電気伝導率、および応力緩和特性の優れた並外れた組合わせを具備している。
【００１４】
本発明の方法は、上記の組成を有する銅ベース合金を鋳造するステップ、１０００°Ｆから１４５０°Ｆの温度で少なくとも２時間だけ少なくとも１回だけ均質化するステップ、６５０°Ｆから１２００°Ｆにおいて少なくとも１時間だけ少なくとも１回だけ中間焼きなましを行うことを含み最終ゲージに圧延するステップ、時間当たり２０°Ｆから２００°Ｆで緩やかに冷却する随意的なステップ、および３００°Ｆから６００°Ｆの範囲において少なくとも１時間だけ応力除去焼きなましをするステップを含んでなり、これにより、マトリックス中に均一に分散されたリン化物の粒子を含む銅ベース合金を得るものである。ニッケルおよび／またはコバルトを上記の合金中に含めることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の合金は改良されたリン青銅である。この合金は、改良されないリン青銅における特性と比べて、より高い強度、より良い成形特性、より大きな伝導率、および顕著に改良された応力緩和特性によって特徴付けされるものである。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る改良されたリン青銅合金は、約１．５％から１１％の量のスズ、約０．０１％から０．３５％、好ましくは約０．０１％から０．１％の量のリン、約０．０１％から０．８％、好ましくは約０．０５％から０．２５％の鉄、および残部の必須的な銅から必須的に含んでなる、銅ベース合金を含んでいる。これらの合金は、典型的には、マトリックス中に均一に分散されたリン化物の粒子を有している。
【００１７】
これらの合金はまた、ニッケルおよび／またはコバルトをそれぞれ約０．５％まで、好ましくは一方または両方の組合わせを約０．００１％から０．５％の量だけ含ませることができ、また最大で約０．３％までの量の亜鉛、および最大で約０．０５％までの量の鉛を含ませることができる。合金の組成に、アルミニウム、銀、ホウ素、ベリリウム、カルシウム、クロム、インジウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、鉛、シリコン、アンチモン、チタン、およびジルコニウムなどの元素の１つまたは２つ以上を含ませることができる。これらの材料は、０．１％未満の量だけ、それぞれ大体０．００１％以上の量だけそれぞれ含ませることができる。これらの材料を１つまたは２つ以上使用することで、応力緩和特性のような機械的な特性が改善されるが、量が多すぎると伝導率および成形特性が影響を受ける。
【００１８】
上記のリンの添加により、金属を脱酸素（ｄｅｏｘｉｄｉｚｅ  ）状態に維持でき、リンに対して設定された限度内において、正常に金属を鋳造することができる。また合金の熱処理により、リンは、鉄および／または鉄とニッケルおよび／または鉄とマグネシウムおよび／またはこれらの元素の組合わせとリン化物を形成し、このリン化物が存在する場合、これら材料がマトリックス内において全体に固溶体である場合において、伝導率の損失を著しく低減できる。また、鉄リン化物の粒子をマトリックス中に均一に分散することが特に望ましく、これにより、転位移動の阻止が助長されて、応力緩和特性が改善される。
【００１９】
０．０１％から０．８％、特に０．０５％から０．２５％の範囲の鉄は、合金の強度を増大させ、粒の成長の抑制材として機能することにより、微細な粒子構造が助長され、またこの範囲内でリンと組合わせることにより、電気および熱の伝導率への悪影響なしに、応力緩和特性が改善される。
【００２０】
ニッケルおよび／またはコバルトをそれぞれ約０．００１％から０．５％の量だけ添加することで、伝導率への良い影響とともに、粒子の精製、およびマトリックス中の分布により応力緩和特性および強度が改善される。
【００２１】
これらの合金を作るための方法は、上記した通りの組成を有する合金を鋳造することを含んでいる。約０．５００インチから０．７５０インチの範囲内の厚さを有するストリップを形成するために、水平連続鋳造（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｓｔｉｎｇ  ）のような当業分野において公知の適当な鋳造技術を使用することができる。この方法は、少なくとも２時間の間、好ましくは約２時間から約２４時間の間の時間期間において、約１０００°Ｆから１４５０°Ｆの範囲の温度で、少なくとも１回の均質化を含んでいる。この少なくとも１回の均質化ステップは、圧延ステップの後に行われる。均質化の後、各面から約０．０２０インチから０．１００インチの材料を除去するため、上記のストリップは、１回または２回だけフライス削りされる。
【００２２】
この材料は、次いで、６５０°Ｆから１２００°Ｆにおいて少なくとも１時間だけ、好ましくは約１時間から２４時間だけ、少なくとも１回の中間焼きなましを含み、最終ゲージまで圧延され、続いて時間当たり２０°Ｆから２００°Ｆで大気中において緩やかに冷却される。
【００２３】
材料は、次いで、３００°Ｆから６００°Ｆの範囲の温度で少なくとも１時間だけ、好ましくは約１時間から２０時間の範囲の時間期間だけ、最終ゲージで応力除去焼きなましが行われる。これにより、成形特性と応力緩和特性が改善される。
【００２４】
この熱処理により、鉄および／またはニッケルおよび／またはマグネシウムの各リン化物の粒子あるいはこれらの組合わせを備えた本発明の合金が、マトリックス中に均一に分散されるようになる。これらのリン化物の粒子により、合金の強度、伝導率、および応力緩和特性が増大する。リン化物の粒子は、約５０オングストロームから約０．５ミクロンの粒径を有し、また微細な構成部分と粗い構成部分とを有している。微細な構成部分は約５０オングストロームから２５０オングストローム、好ましくは約５０オングストロームから２００オングストロームの粒径を有している。粗い構成部分は一般的に、０．０７５ミクロンから０．５ミクロン、好ましくは０．０７５ミクロンから０．１２５ミクロンの粒径を有している。
【００２５】
本発明の方法により形成され、上記の組成を有する合金は、約１２％から３５％ＩＡＣＳの電気伝導率を達成できる。上記のように所望の金属構造と結合することで、合金に高い応力保持能力が与えられ、例えば、圧延の方向と平行に切断したサンプル上にその降伏強度の７５％に等しい応力を加えた１０００時間後において１５０℃で６０％を超え、これにより、この合金は高い応力保持能力が必要とされる多様な用途に非常に適したものとなる。さらに、この合金は、スタンパによる別の処理が必要でない。
【００２６】
本発明の合金は、他の成分を上記の範囲内に維持したままで合金のスズ含量を変え、上記した方法で製造することで、所望の特性セットを備えるように仕上げられる。以下の表は異なるスズ含量により得られる各特性を例証したものである。
【００２７】
【表１】
0003626583.tif 000002
【００２８】
本発明による合金はまた、同様に、他の成分を上記の範囲内に維持したままで合金のスズ含量を変え、上記した方法で製造することで、非常に好適な機械的および成形特性を達成することができる。以下の表は、達成される特性のタイプを例証したものである。
【００２９】
【表２】
0003626583.tif 000003
【００３０】
上記の表から判るように、本発明の合金は、高い強度を有するだけでなく、強度と成形性の特に好ましい組合わせをも有している。これらの特性により、本発明の合金は、多くの用途において、ベリリウム銅のような合金およびニッケルシリコンを備えた銅合金、例えばＣＤＡ  ７０２５および７０２６と置き換えることができる。このことは、本発明の合金が置き換えられる合金に比べてコストが安いので、コネクタ製造業者にとっては、特に有用である。
【００３１】
本発明の改良されたリン青銅のさらに別の実施の形態は、約１．０％から４．０％の量のスズ、約９．０％から１５．０％の量の亜鉛、約０．０１％から０．２％の量のリン、約０．０１％から０．８％の量の鉄、約０．００１％から０．５％の量のニッケルおよび／またはコバルト、および残部の必須的な銅を必須的に含んでなる銅ベース合金から構成される。
【００３２】
上記のリンの添加により、金属を脱酸素されたままとでき、リンに対して設定された限度内において、無傷の金属を鋳造することができ、また合金の熱処理により、リンは、鉄および／または鉄とニッケルおよび／または鉄とマグネシウムおよび／またはこれらの元素の組合わせとリン化物を形成し、これが存在する場合において、これらの材料がマトリックス内において全体に固溶体である場合には、伝導率の損失を著しく低減できる。鉄リン化物の粒子をマトリックス中に均一に分散することが特に望ましく、これにより、転位移動を阻止することが助長されて応力緩和特性が改善される。
【００３３】
０．０１％から０．８％の範囲の鉄は，合金の強度を増大させ、粒の成長の抑制材として機能することにより，微細な粒子構造が助長され、またこの範囲内でのリンとの組合わせにより、電気および熱の伝導率への悪影響なしに、応力緩和特性が改善される。
【００３４】
９．０％から１５．０％の量の亜鉛は、金属の脱酸素を助長し、伝導率を損なう過剰のリンの使用なしに正常に鋳造することを助長する。亜鉛は同様に、メッキの際の良好な付着力のために金属が酸化されないでいることを助長し、また強度を増大する。
【００３５】
ニッケルおよび／またはコバルトをそれぞれ約０．００１％から０．５％の量だけ添加することは、これにより、伝導率への良い影響とともに、粒子の精製およびマトリックスにおける分布により、応力緩和特性および強度が改善されるので好ましい。
【００３６】
合金の組合わせにおいて、アルミニウム、銀、ホウ素、ベリリウム、カルシウム、クロム、コバルト、インジウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、ジルコニウム、鉛、シリコン、アンチモン、およびチタンなどの元素の１つまたは２つ以上を含ませることができる。これらの材料は、それぞれ０．１％未満より少ない量でそれぞれ大体０．００１％以上の量だけ含ませることができる。これらの材料を１つまたは２つ以上使用することで、応力緩和特性のような機械的な特性が改善されるが、量が多すぎると伝導率および成形特性が影響を受ける。
【００３７】
上記の別の合金は、上記した技術を使用して製造される。このような技術を使用することで、合金は、９０から１０５ｋｓｉの範囲内の引張り強度、０．２％オフセットにおいて８５から１００ｋｓｉの範囲内の降伏強度、５％から１０％の範囲内の伸び、および１に等しい半径：厚さの比のバッドウェイベンド（幅：厚さの比が１０：１まで）の曲げ特性のような特性を達成できる。
【００３８】
本発明のさらに別の合金および第３の実施の形態は、２．５％から４％のスズ、０．０１％から０．２０％のリン、０．０５％から０．８０％の鉄、０．３％から５％の亜鉛、残部の必須的な銅を含み、マトリックス中にリン化物の粒子が均一に分散しているものである。本発明のこれらの合金は、０．２％オフセットで８０から１００ＫＳＩの降伏強度を有し、合金ストリップの厚さ以下の半径において１８０°のバッドウェイベンドをする合金の機能を備えている。さらに、この合金は、約３０％  ＩＡＣＳあるいはこれより良好な電気電導性を達成し、これにより、合金が大きな電流用途に適したものとなる。上記のことと、７５  ＢＴＵ／ＳＱ  ＦＴ／ＦＴ／ＨＲ／ＤＥＧＲＥＥ  Ｆの良好な熱伝導率、および例えば、圧延の方向と平行に切断したサンプル上にその降伏強度の７５％に等しい応力を加えた１０００時間後において１５０℃で６０％を超える高い応力保持能力を合金に与えられる金属構造の結合により、この合金は自動車のフード下での高い温度条件のみならず、高い伝導率と高い応力保持能力が必要とされる他の用途に非常に適したものとなる。さらに、この合金は、スタンパによる別の処理が必要でなく、比較的安価なものである。
【００３９】
この第３の実施の形態の合金の変形例として、２．５％より多く４．０％までの量のスズを含み、リンは０．０１％から０．２％まで、特に０．０１％から０．０５％の量だけ存在しているものがある。リンによって、金属が脱酸素されたままとなり、リンに対して設定された限度内において、正常に金属を鋳造することができ、また合金の熱処理によってリンは、鉄および／または鉄とニッケルおよび／または鉄とマグネシウムまたはこれらの元素の組合わせとリン化物を形成し、これが存在する場合において、これらの材料がマトリックス内において全体に固溶体である場合には、伝導率の損失を著しく低減できる。鉄リン化物の粒子をマトリックス中に均一に分散することが特に望ましく、これにより、転位移動を阻止することが助長されて応力緩和特性が改善される。
【００４０】
鉄は、第３の実施の形態の合金に対して、０．０５％から０．８％、特に０．０５％から０．２５％の範囲内で添加されて、合金の強度を増大し、粒の成長の抑制材として機能することで微細な粒子構造が促進される。また、この範囲内でリンを組合わせることで、電気伝導率および熱伝導率への負の影響なしに応力緩和特性を改善できる。
【００４１】
亜鉛は、第３の実施の形態の合金に対して０．３％から５．０％の範囲内で添加されて、伝導率を害する過剰な燐の使用なしに、正常に鋳造することを助長する。亜鉛は同様に、メッキの際の良好な付着力のために金属が酸化されないことを助長する。伝導率を高く維持するために、上限の亜鉛のレベルを５．０％よりも下に、特に２．５％よりも下に制限することが好ましい。亜鉛がこの範囲よりも低い量であると伝導率がさらに高くなる。
【００４２】
ニッケルおよび／またはコバルトは、第３の実施の形態の合金に、それぞれ０．００１％から０．５％、好ましくはそれぞれ０．０１％から０．３％の量だけ添加される。これにより、伝導率への良い影響とともに、粒子の精製およびマトリックス中の分布により、応力緩和特性および強度が改善される。
【００４３】
合金の組合わせにおいて、アルミニウム、銀、ホウ素、ベリリウム、カルシウム、クロム、コバルト、インジウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、ジルコニウム、鉛、シリコン、アンチモン、およびチタンなどの元素の１つまたは２つ以上を含ませることができる。これらの材料は、それぞれ０．１％未満の量だけ、それぞれ大体０．００１％以上の量だけ、それぞれ含ませることができる。これらの材料を１つまたは２つ以上使用することで、応力緩和特性のような機械的な特性が改善されるが、量が多すぎると伝導率および成形特性が悪影響を受ける。
【００４４】
本発明の製造方法は、上記した組成を有する合金を鋳造することを含み、また１０００°Ｆから１４５０°Ｆにおいて、少なくとも１時間、好ましくは２時間から２０時間だけ少なくとも１回の均質化をすることを含んでいる。少なくとも１回の均質化ステップは、圧延ステップの後に行われる。鋳造プロセスによってスズ−銅合金化合物が形成され、また均質化処理により不安定なスズ−銅化合物が壊されてスズが溶体にされる。
【００４５】
この材料は、６５０°Ｆから１２００°Ｆで、少なくとも１時間、好ましくは２時間から２０時間だけ少なくとも１回だけ中間焼きなまし、次いで、時間当たり２０°Ｆから２００°Ｆで大気まで緩やかに冷却されることを含みステップにより、最終ゲージまで圧延される。
【００４６】
この材料は、少なくとも１時間、好ましくは２時間から１６時間だけ３００°Ｆから６００°Ｆにおいて最終ゲージで応力除去焼きなましされる。これにより、成形性および応力緩和特性が改善される。
【００４７】
この熱処理により、鉄またはニッケルまたはマグネシウムあるいはこれらの組合わせのリン化物の好適な粒子が形成され、またこれらがマトリックス中に均一に分散されて、本発明の合金の改善された特性が得られる。リン化物の粒子は５０オングストロームから０．３ミクロンの粒径を有し、また一般的に、微細な構成部分と粗い構成部分を含んでいる。微細な構成部分は約５０オングストロームから２５０オングストローム、好ましくは約５０オングストロームから２００オングストロームの粒径を有し、粗い構成部分は一般的に０．０７５ミクロンから０．３ミクロン、好ましくは０．０７５ミクロンから０．１２５ミクロンの粒径を有している。
【００４８】
他の、つまり第４の実施の形態として、本発明は、１．０％から４．０％までの量のスズ、０．１％から１％未満の亜鉛、残部の必須的な銅を含んでいる。リン化物および鉄の含量は第３の実施の形態と同じであり、またニッケルおよび／またはコバルトは第３の実施の形態と同様に、上記の通りリン化物の粒子とともに添加される。
【００４９】
上記の第４の実施の形態の合金は、第３の実施の形態の合金と同様に製造され、また約３３％  ＩＡＣＳあるいはこれより良好な電気電導性を達成することができ、これにより、合金が大きな電流用途に適したものとなる。このことと、８２  ＢＴＵ／ＳＱ  ＦＴ／ＦＴ／ＨＲ／ＤＥＧＲＥＥ  Ｆの良好な熱伝導率、および圧延の方向と平行に切断したサンプル上にその降伏強度の７５％に等しい応力を加えた１０００時間後において１５０℃で６０％を超える高い応力保持能力を合金に与える金属構造の結合により、この合金は従来の合金と比べて高い温度条件に適したものとなる。
【００５０】
この合金はまた、第３の実施の形態の合金と同様にリン化物を形成する。また、第３の実施の形態の合金において説明した別の合金成分はこの合金に対しても使用される。
【００５１】
この合金は以下の特性を達成することができる。
【００５２】
【表３】
0003626583.tif 000004
【００５３】
第５の実施の形態の合金として、本発明は、１．０％から４．０％までの量のスズ、１．０％から６．０％のスズおよび亜鉛、残部の必須的な銅を含んでいる合金を含む。リン化物および鉄の含量は、第３の実施の形態と同じであり、またニッケルおよび／またはコバルトがそれぞれ０．１１％から０．５０％の量だけ加えられ、またリン化物の粒子は第３の実施の形態と同じく存在する。
【００５４】
上記の第５の実施の形態の合金は、第３の実施の形態と同様に製造され、また約３２％あるいはこれより良い電気伝導率を達成できて、この合金が大きな電流の用途に対して適合したものとできる。上記のことと、８０  ＢＴＵ／ＳＱ  ＦＴ／ＦＴ／ＨＲ／ＤＥＧＲＥＥ  Ｆの良好な熱伝導率、および圧延の方向と平行に切断したサンプル上にその降伏強度の７５％に等しい応力を加えた１０００時間後において１５０℃で６０％を超える高い応力保持能力を合金に与えられる金属構造の結合により、この合金は従来の合金に比べて高い温度条件に適したものとなる。
【００５５】
この合金は以下の特性を達成することができる。
【００５６】
【表４】
0003626583.tif 000005
【００５７】
第６の実施の形態の合金として、本発明は、１．０％から４．０％までの量のスズ、６．０％から１２．０％の亜鉛、および残部の必須的な銅を含んでいる。リン化物および鉄の含量は、第３の実施の形態と同じであり、またニッケルおよび／またはコバルトは第３の実施の形態と同じく加えられ、またリン化物の粒子は第３の実施の形態と同じく存在する。
【００５８】
上記の合金は、第３の実施の形態と同様に製造され、また約３０％の電気伝導率を達成できて、この合金が大きな電流の用途に対して適合したものとできる。上記のことと、７５  ＢＴＵ／ＳＱ  ＦＴ／ＦＴ／ＨＲ／ＤＥＧＲＥＥ  Ｆの良好な熱伝導率、および圧延の方向と平行に切断したサンプル上にその降伏強度の７５％に等しい応力を加えた１０００時間後において１５０℃で６０％を超える高い応力保持能力を合金に与えられる金属構造の結合により、この合金は従来の合金に比べて高い温度条件に適したものとなる。
【００５９】
この合金はまた、第３の実施の形態の合金のようにリン化物を形成する。同様に、第３の実施の形態において説明した別の合金成分はこの合金に対しても使用される。
【００６０】
この合金は以下の特性を達成することができる。
【００６１】
【表５】
0003626583.tif 000006
【００６２】
第７の実施の形態の合金として、本発明は、１．０％から４．０％までの量のスズ、１．０％から６．０％の亜鉛、および０．０１％から０．０５％の鉄、残部の必須的な銅を含んでいる。リン化物の含量は、第３の実施の形態の合金と同じであり、またニッケルおよび／またはコバルトは第３の実施の形態と同じく加えられ、またリン化物の粒子は第３の実施の形態と同じく存在する。
【００６３】
上記の合金は、第３の実施の形態と同様に製造され、また約３３％の電気伝導率を達成できて、この合金が大きな電流の用途に対して適合したものとできる。上記のことと、８２  ＢＴＵ／ＳＱ  ＦＴ／ＦＴ／ＨＲ／ＤＥＧＲＥＥ  Ｆの良好な熱伝導率、および圧延の方向と平行に切断したサンプル上にその降伏強度の７５％に等しい応力を加えた１０００時間後において１５０℃で６０％を超える高い応力保持能力を合金に与えられる金属構造の結合により、この合金は従来の合金に比べて高い温度条件に適したものとなる。
【００６４】
この合金はまた、第３の実施の形態の合金のようにリン化物を形成する。同様に、第３の実施の形態において説明した別の合金成分はこの合金に対しても使用される。
【００６５】
この合金は以下の特性を達成することができる。
【００６６】
【表６】
0003626583.tif 000007
【００６７】
以下の実験例の考察によって本発明をより容易に理解することができる。
【００６８】
（実験例１）
スズ−２．７％、リン−０．０４％、鉄−０．０９％、亜鉛−２．２％、ニッケル−０．１２％、残部の必須的な銅からなる組成を有する合金を、水平連続鋳造装置を使用して厚さ０．６２０´´で幅が１５´´で鋳造した。この材料を１３５０°Ｆで１４時間だけ熱処理し、次いでフライス削りを行い各側において０．０２０´´だけ除去した。この合金は、次いで、０．３６０´´に冷間圧延し、次いで、１３５０°Ｆで１２時間の別の熱処理および表面に品質を高めるために各側において０．２０´´の別のフライス削りを行った。この材料は次に、材料加工に使用される特定タイプの圧延機である２−ハイミル（２−ｈｉｇｈ  ｍｉｌｌ  ）上で０．１２０´´まで冷間圧延され、次いで１０００°Ｆで１２時間だけベルアニール処理（ｂｅｌｌ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）された。この材料は、次いでさらに冷間加工され、また７５０°Ｆおよび６９０°Ｆにおいてそれぞれ８時間および１２時間だけ熱処理し、次に緩やかに冷却し、次いで０．００９８´´で最終ゲージまで仕上げ圧延した。材料サンプルは、最終的に、４２５°Ｆおよび５００°Ｆにおいて４時間だけそれぞれ応力除去焼きなましをした。
【００６９】
各材料は、異なる半径での１８０°までの角度における曲げを行う能力を決定するために、機械的な特性および成形特性がテストされた。結果は表７に示した。各サンプルは、マトリックス中に分散された鉄−ニッケル−リン化物の粒子の存在により特徴付けされる。
【００７０】
【表７】
0003626583.tif 000008
【００７１】
（実験例２）
実験例１の工程を、以下の組成を有する合金について、５００°Ｆの応力除去焼きなましを使用して繰り返した。
【００７２】
【表８】
スズ      −  ２．７％
リン      −  ０．０３％
鉄        −  ０．０９％
亜鉛      −  １．９％
ニッケル  −  ０．０８％
銅        −  必須的な残部
【００７３】
結果を以下の表９に示した。各サンプルは、マトリックス中に分散された鉄−ニッケル−リン化物の粒子により特徴付けされる。
【００７４】
【表９】
0003626583.tif 000009
【００７５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、その技術思想あるいは必須の特徴を逸脱することなく、他の形態で具現化し、あるいは他の方法で実施することができる。よって、本実施の形態は例示的なものであり、非限定的なものであり、本発明の範囲は添付の請求の範囲により画定され、これと均等なすべての変更は包含されるものである。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、所望の各特性を兼ね備え、多くの用途に非常に適した銅ベース合金を提供することができる。