(57)【要約】ベリリウムを含まず、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％のオフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する銅合金を開示する。銅合金は、ニッケル、ケイ素、クロム、マンガン、ジルコニウム、及び残余量の銅を含む。この合金は、冷間加工、溶体化焼鈍、及び時効処理によって製造する。この合金は、例えばヒートシンクとして使用することができる。【選択図】図３
2021531403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅合金であって：
約１．０重量％〜約４重量％のニッケル；
約０．２重量％〜約２重量％のケイ素；
約０．１重量％〜約１重量％のクロム；
約０．０５重量％〜約０．５重量％のマンガン；
約０．０１重量％〜約０．２重量％のジルコニウム；及び
残余量の銅；
を含み；
少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有する、前記銅合金。
【請求項２】
前記合金が、約１．２重量％〜約１．４重量％のニッケル；約０．３重量％〜約０．４重量％のケイ素；約０．３重量％〜約０．４重量％のクロム；約０．０８重量％〜約０．１２重量％のマンガン；約０．０２重量％〜約０．０６重量％のジルコニウム；及び残余量の銅；を含む、請求項１に記載の銅合金。
【請求項３】
前記合金が、ベリリウム、チタン、鉄、コバルト、マグネシウム、又はホウ素を含まない、請求項１に記載の銅合金。
【請求項４】
前記合金が、少なくとも８８ｋｓｉの極限引張強さを有する、請求項１に記載の銅合金。
【請求項５】
前記合金が少なくとも２０００万ｐｓｉの弾性率を有する、請求項１に記載の銅合金。
【請求項６】
前記合金が、少なくとも８％の全伸び％を有する、請求項１に記載の銅合金。
【請求項７】
前記合金が、少なくとも５％乃至約１５％の延性を有する、請求項１に記載の銅合金。
【請求項８】
前記合金が、０．４／１以下の成形性比を有する、請求項１に記載の銅合金。
【請求項９】
ケイ素、クロム、ニッケル、及びマンガンから形成されるケイ化物を含む、請求項１に記載の銅合金。
【請求項１０】
少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力、少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率、及び少なくとも８％の％ＴＥを有する、請求項１に記載の銅合金。
【請求項１１】
少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力、少なくとも４９％ＩＡＣＳの導電率、及び少なくとも９０ｋｓｉのＵＴＳを有する、請求項１に記載の銅合金。
【請求項１２】
ベリリウムを含まず、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％のオフセット耐力、及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有する銅合金を製造する方法であって、
銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金を、約８０％〜約９５％の冷間加工率（％ＣＷ）まで冷間加工すること；
冷間加工された前記銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金を溶体化焼鈍すること；及び
溶体化焼鈍した前記銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金を時効処理して、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有する前記銅合金を得ること；
を含む、前記方法。
【請求項１３】
前記溶体化焼鈍を、約９００℃〜約１０００℃の温度において約５分〜約２０分間の時間行う、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記時効処理を、約４００℃〜約４６０℃の温度において約６時間〜約６０時間の時間行う、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記時効処理を、約４００℃〜約４６０℃の温度において約６時間〜約１８時間の時間行う、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法によって形成される銅合金。
【請求項１７】
銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金から形成される物品であって、前記合金は、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有する、前記物品。
【請求項１８】
前記合金が、
約１．０重量％〜約４重量％のニッケル；
約０．２重量％〜約２重量％のケイ素；
約０．１重量％〜約１重量％のクロム；
約０．０５重量％〜約０．５重量％のマンガン；
約０．０１重量％〜約０．２重量％のジルコニウム；及び
残余量の銅；
を含む、請求項１７に記載の物品。
【請求項１９】
前記物品が、ヒートシンク；電気コネクタ；電子コネクタ；ワイヤリングハーネス端子；電気自動車充電器接点；高電圧／電流／電力端子接点；電力コネクタ接点；ミッドプレーンコネクタ；バックプレーンコネクタ；カードエッジコネクタ；、光起電システムコネクタ；電気器具電力接点；コンピュータ電力接点；ヒートスプレッダ；ブッシング若しくはベアリング表面；又は電子デバイス若しくは電気デバイス用の部品；である、請求項１７に記載の物品。
【請求項２０】
少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有する銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金を使用する方法であって、
前記銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金の片から物品を打抜加工すること；
を含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１８年７月１２日出願の米国仮特許出願第６２／６９６，９１５号（その全部を参照により本明細書中に組み込む）に対する優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]本発明は、高い耐力及び高い電気伝導率の組み合わせを有する銅合金に関する。また、かかる合金の製造及び使用方法、並びにそれから製造される物品も開示する。
【０００３】
[0003]比較的高い０．２％オフセット耐力及び高い電気／熱伝導率の組合せを有する銅合金は、達成するのが困難である。銅−ベリリウム合金はかかる特性を有するが、ベリリウムの存在が望ましくない多くの用途が存在する。したがって、中でもかかる所望の特性を有する更なる銅合金に対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]本発明においては、高い０．２％のオフセット耐力（オフセット降伏強度）（offset yield strength）及び高い電気／熱伝導率の組み合わせを有する銅−ニッケル−ケイ素合金を開示する。本合金は、少なくともニッケル、ケイ素、クロム、マンガン、ジルコニウム、及び銅を含む。望ましくは、本合金は、ベリリウム及び／又は他の特定の金属を含まない。本合金を冷間加工し、次に溶体化焼鈍して微細結晶粒径を形成し、次に時効処理してＮｉＳｉ及びＣｒＺｒＳｉ析出物のような種々の析出物を形成する。これにより、粒界上に析出する析出物を有する転位ネットワークが形成され、微細な結晶粒径に固定される。特定の実施形態において、本合金は、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する。かかる合金は、中でも、熱管理のような用途において、並びに高い強度及び性能の電気コネクタとして有用である。
【０００５】
[0005]種々の実施形態においては、本発明において、約１．０重量％〜約４重量％のニッケル；約０．２重量％〜約２重量％のケイ素；約０．１重量％〜約１重量％のクロム；約０．０５重量％〜約０．５重量％のマンガン；約０．０１重量％〜約０．２重量％のジルコニウム；及び残余量の銅；を含み、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有する銅合金が開示される。
【０００６】
[0006]特定の実施形態においては、本合金は、約１．２重量％〜約１．４重量％のニッケル；約０．３重量％〜約０．４重量％のケイ素；約０．２５又は約０．３重量％〜約０．４重量％のクロム；約０．０８重量％〜約０．１２重量％のマンガン；約０．０２重量％〜約０．０６重量％のジルコニウム；及び残余量の銅；を含む。
【０００７】
[0007]本銅合金は、一般に、ベリリウム、チタン、鉄、コバルト、マグネシウム、又はホウ素を含まない。
【０００８】
[0008]本銅合金は、少なくとも８８ｋｓｉの極限引張強さを有し得る。本銅合金は、少なくとも２，０００万ｐｓｉの弾性率を有し得る。本銅合金は、少なくとも８％の全伸びを有し得る。本銅合金は、少なくとも５％〜約１５％の延性を有し得る。本銅合金は、０．４／１以下の成形性比(formability ratio)を有し得る。本銅合金は、ケイ素、クロム、ニッケル、及びマンガンから形成されるケイ化物を含んでいてもよい。
【０００９】
[0009]幾つかの実施形態においては、本銅合金は、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力、少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率、及び少なくとも８％の％ＴＥを有する。
【００１０】
[0010]他の実施形態においては、本銅合金は、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力、少なくとも４９％ＩＡＣＳの導電率、及び少なくとも９０ｋｓｉの極限引張強さを有する。
【００１１】
[0011]また、ベリリウムを含まず、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％のオフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有する銅合金を製造する方法も、本発明において開示する。この方法は、銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金を約８０％〜約９５％の冷間加工率（％ＣＷ）まで冷間加工すること；冷間加工された銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金を溶体化焼鈍すること（solution annealing）；及び溶体化焼鈍された銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金を時効処理して、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有する銅合金を得ること；を含む。
【００１２】
[0012]溶体化焼鈍は、約９００℃〜約１０００℃の温度において約５分〜約２０分間の時間行うことができる。
【００１３】
[0013]時効処理は、約４００℃〜約４６０℃の温度において約６時間〜約６０時間の時間行うことができる。より具体的な実施形態においては、時効処理は、約４００℃〜約４６０℃の温度において約６時間〜約１８時間の時間行う。これらの方法によって形成される銅合金も開示する。
【００１４】
[0014]また、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有する、銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金から形成される物品も本発明において開示する。
【００１５】
[0015]中でも、本物品は、ヒートシンク；電気コネクタ；電子コネクタ；ワイヤリングハーネス端子；電気自動車充電器接点；高電圧／電流／電力端子接点；電力コネクタ接点；ミッドプレーンコネクタ；バックプレーンコネクタ；カードエッジコネクタ；光起電システムコネクタ；電気器具電力接点；コンピュータ電力接点；ヒートスプレッダ；ブッシング若しくはベアリング表面；又は電子デバイス若しくは電気デバイス用の部品であってよい。
【００１６】
[0016]また、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有する銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金を使用する方法であって、銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金の片から物品をスタンピングすることを含む上記方法も開示する。
【００１７】
[0017]本発明のこれら及び他の非限定的な特徴を、以下においてより詳細に開示する。
【００１８】
[0018]下記は、図面（本明細書に開示された代表的な実施形態を例示する目的で提示するものであって、それを限定する目的で提示されるものではない）の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】[0019]図１は、銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金の光学画像である。
【図２】[0020]図２は、後方散乱電子走査電子顕微鏡（ＢＳＥ−ＳＥＭ）によって得られた銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金の画像である。
【図３】[0021]図３は、８００°Ｆで時効処理した銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金の、左ｙ軸上に０．２％オフセット耐力（ｋｓｉ）、及び右ｙ軸上に国際焼鈍銅標準試料のパーセント（％ＩＡＣＳ）としての導電率を表すグラフである。試料は、ｘ軸上に示される３、６、１２、１８、及び２４時間の時間間隔で時効処理し、それぞれの時間間隔の間時効処理した後に測定を行った。左ｙ軸は、１０の間隔で０〜１００ｋｓｉである。右ｙ軸は、１０の間隔で０〜６０％ＩＡＣＳである。
【図４】[0022]図４は、８１５°Ｆで時効処理した銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金の、左ｙ軸上に０．２％オフセット耐力（ｋｓｉ）、及び右ｙ軸上に導電率（％ＩＡＣＳ）を表すグラフである。試料は、ｘ軸上に示される３、６、１２、及び１８時間の時間間隔で時効処理し、それぞれの時間間隔の間時効処理した後に測定を行った。左ｙ軸は、１０の間隔で０〜１００ｋｓｉである。右ｙ軸は、１０の間隔で０〜６０％ＩＡＣＳである。
【図５】[0023]図５は、８２５°Ｆで時効処理した銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム合金の、左ｙ軸上に０．２％オフセット耐力（ｋｓｉ）、及び右ｙ軸上に導電率（％ＩＡＣＳ）を表すグラフである。試料は、ｘ軸上に示される３、６、１２、及び１８時間の時間間隔で時効処理し、それぞれの時間間隔の間時効処理した後に測定を行った。左ｙ軸は、１０の間隔で０〜１００ｋｓｉである。右ｙ軸は、１０の間隔で０〜６０％ＩＡＣＳである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0024]本明細書において開示される部品、プロセス、及び装置のより完全な理解は、添付の図面を参照することによって得ることができる。これらの図面は、本発明を示す都合及び容易さに基づく単なる概略的な表現であり、したがって、装置又はその部品の相対的なサイズ及び寸法を示すこと、及び／又は代表的な実施形態の範囲を規定又は限定することは意図しない。
【００２１】
[0025]明確にするために、以下の説明においては特定の用語を使用するが、これらの用語は、図面における例示のために選択された実施形態の特定の構造のみをに関することを意図しており、本発明の範囲を規定又は限定することは意図していない。図面及び以下の説明においては、同様の数字表示は同様の機能の部品を指すことを理解すべきである。
【００２２】
[0026]単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に他に示していない限りにおいては、複数の指示物を包含する。
【００２３】
[0027]本明細書及び特許請求の範囲において用いる「含む」、「挙げられる」、「有し」、「有する」、「し得る」、「含有する」の用語、及びそれらの変形体は、言及された成分／工程の存在を必要とし、他の成分／工程の存在を容認する、非限定型の移行句、語、又は文言であることを意図している。しかしながら、かかる記載は、組成物又はプロセスを、列挙された成分／工程「から構成され（からなり）」及びそれら「から実質的に構成され（から実質的になり）」、言及された成分／工程のみが、それらからもたらされ得る不可避的不純物と共に存在することを容認し、他の成分／工程を排除する組成物又はプロセスを記載するものとしても解釈すべきである。
【００２４】
[0028]本出願の明細書及び請求の範囲における数値は、同じ有効数字数に縮小した場合に同じである数値、並びにその値を求めるための本明細書中に記載されているタイプの通常の測定技術の実験誤差未満だけ示されている値と異なる数値を包含すると理解すべきである。
【００２５】
[0029]本明細書に開示される全ての範囲は、示されている端点を包含し、独立して組み合わせることができる（例えば、「２グラム〜１０グラム」の範囲は、端点の２グラム及び１０グラム、並びに全ての中間値を包含する）。
【００２６】
[0030]「約」及び「実質的に」のような１つ又は複数の用語によって修飾されている値は、示されている正確な値に限定されない可能性がある。近似の語は、その値を測定するための装置の正確性に対応する可能性がある。「約」という修飾語はまた、２つの端点の絶対値によって規定される範囲を開示するものとも考えるべきである。例えば、「約２〜約４」という表現は、「２〜４」の範囲も開示する。「約」という用語は、示された数のプラス又はマイナス１０％を指し得る。
【００２７】
[0031]本開示は、特定のプロセス工程に関する温度を指すことがある。これらは、一般に熱源（例えば加熱炉）を設定する温度を指し、熱に曝露される材料によって達成されなければならない温度を必ずしも指さないことに留意されたい。
【００２８】
[0032]本発明は、ニッケル、ケイ素、クロム、マンガン、及びジルコニウムを含む銅合金に関する。かかる合金は、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有し、これは容易に達成できない強度と電気伝導率の組み合わせである。これにより、熱管理用途における使用が可能になる。望ましくは、本合金は成形可能であり、打抜加工可能であり、ベリリウムを含まない。
【００２９】
[0033]ニッケルは、約１．０重量％〜約４重量％のニッケル、例えば約１．０重量％〜約２．０重量％、又は約１．２重量％〜約１．４重量％のニッケルの量で銅合金中に存在させることができる。
【００３０】
[0034]ケイ素は、約０．２重量％〜約２重量％、例えば約０．２重量％〜約１重量％、又は約０．３重量％〜約０．４重量％の量で銅合金中に存在させることができる。
【００３１】
[0035]クロムは、約０．１重量％〜約１重量％、例えば約０．１重量％〜約０．４重量％、或いは約０．２５重量％又は約０．３重量％〜約０．４重量％の量で銅合金中に存在させることができる。
【００３２】
[0036]マンガンは、約０．０５重量％〜約０．５重量％、例えば約０．０５重量％〜約０．２重量％、又は約０．０８重量％〜約０．１２重量％の量で銅合金中に存在させることができる。
【００３３】
[0037]ジルコニウムは、約０．０１重量％〜約０．４重量％、例えば約０．０１重量％〜約０．１５重量％、又は約０．１０重量％〜約０．４重量％、或いは約０．０２重量％〜約０．０６重量％の量で銅合金中に存在させることができる。
【００３４】
[0038]銅合金の残余は、不純物を除いて銅である。言い換えれば、銅は、約９２．３重量％〜約９８．７重量％、或いは少なくとも９２重量％、少なくとも９４重量％、又は少なくとも９６重量％の量で存在する。それぞれの元素のこれらの量の任意の組み合わせが意図される。
【００３５】
[0039]幾つかの特定の実施形態においては、本銅合金は、約１．０重量％〜約４重量％のニッケル；約０．２重量％〜約２重量％のケイ素；約０．１重量％〜約１重量％のクロム；約０．０５重量％〜約０．５重量％のマンガン；約０．０１重量％〜約０．４重量％のジルコニウム；及び残余量の銅；を含む。
【００３６】
[0040]幾つかの特定の実施形態においては、本銅合金は、約１．０重量％〜約２重量％のニッケル；約０．２重量％〜約１重量％のケイ素；約０．１重量％〜約０．４重量％のクロム；約０．０５重量％〜約０．２重量％のマンガン；約０．１重量％〜約０．４重量％のジルコニウム；及び残余量の銅；を含む。
【００３７】
[0041]幾つかの特定の実施形態においては、本銅合金は、約１．２重量％〜約１．４重量％のニッケル；約０．３重量％〜約４重量％のケイ素；約０．３重量％〜約０．４重量％のクロム；約０．０８重量％〜約０．１２重量％のマンガン；約０．０２重量％〜約０．０６重量％のジルコニウム；及び残余量の銅；を含む。
【００３８】
[0042]他の具体的な実施形態においては、本銅合金は、約１．２重量％のニッケル；約０．４重量％のケイ素；約０．２５重量％のクロム；約０．０８重量％のマンガン；約０．０２重量％のジルコニウム；及び残余量の銅；を含む。
【００３９】
[0043]本銅合金はまた、多少の不純物を有していてもよいが、望ましくは有しない。不純物としては、ベリリウム、チタン、マグネシウム、及びホウ素が挙げられる。これらの元素の幾つかは、時には特定の目的のために加工中に加えられる。例えば、ホウ素及び鉄を使用して、等軸晶の形成を更に増大させ、また、溶体化熱処理中のマトリクス中のＮｉ及びＳｎの拡散速度の非類似性を減少させることもできる。マグネシウムは、脱酸剤として働かせることができる。本発明の製造方法においては、これらの元素は理想的には使用しない。本発明の目的のためには、これらの元素の０．０１重量％未満の量は不可避的不純物であるとみなすべきであり、即ちそれらの存在は意図されておらず、又は所望されていない。幾つかの実施形態は鉄及びコバルトを更に含んでいてよいが、望ましくは含まない。幾つかの実施形態は、０．０５重量％以下の鉄及び／又はコバルトを含んでいてよい。しかしながら、好ましい実施形態は、本明細書に開示されるように、これらの２つの元素の不存在下において性能及び特性特徴を満たす。。
【００４０】
[0044]本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、複数の強化機構を利用するために加工する。合金を冷間加工し、次に溶体化焼鈍して結晶粒を小さく且つ微細に保持する。次に、合金を時効処理して種々の析出物を形成させる。これらの析出物としては、Ｎｉ−Ｓｉ析出物、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｓｉ析出物、及び／又はＣｒ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ析出物を挙げることができる。冷間加工は、結晶粒界上に析出物を出現させる転位ネットワークを生成させ、これが微細な結晶粒度に固定される。本発明の方法は、概して（１）Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金を冷間加工すること；（２）冷間加工した合金を溶体化焼鈍すること；及び（３）溶体化焼鈍した合金を時効処理すること；を含む。
【００４１】
[0045]冷間加工は、通常は室温付近において行う金属成形プロセスであり、合金をロール、ダイに通すか、又は別の形態で冷間加工して、合金の断面を減少させ、断面寸法を均一にする。これにより合金の強度が増加する。実施する冷間加工の程度は、厚さの減少％又は面積の減少％で示され、本発明においては％ＣＷと呼ぶ。本方法においては、合金は初期鋳造状態で与えて、次に約８５％〜約９５％の％ＣＷまで冷間加工する。
【００４２】
[0046]溶体化焼鈍は、析出硬化性合金を、微細構造を単一相に変換するのに十分に高い温度に加熱することを含む。室温への急冷によって、合金が過飽和状態で維持され、これにより合金が軟質且つ延性になり、これによって結晶粒度の調節が促進されて、合金が時効処理に備えられる。その後に過飽和固溶体を加熱することによって、強化相の析出が可能になり、合金が硬化する。本方法においては、冷間加工の後に、冷間加工した合金を、約９００℃〜約１０００℃、又は約９００℃〜約９５０℃、又は約９２５℃〜約９７５℃、又は約９５０℃〜約１０００℃、又は約９２５℃〜約９５０℃、又は約９７５０℃〜約１０００℃の温度において溶体化焼鈍する。溶体化焼鈍は、約５分〜約２０分、又は約５分〜約１５分、又は約５分〜約１０分、又は約１０分〜約２０分、又は約１０分〜約１５分、又は約１５分〜約２０分の時間行うことができる。
【００４３】
[0047]時効処理は、結晶格子中の欠陥の移動を妨げる不純物相の規則化及び微粒子（即ち析出物）を生成する熱処理技術である。これによって合金が硬化する。本方法においては、溶体化焼鈍の後、合金を、約４００℃〜約４６０℃（約７５２°Ｆ〜約８６０°Ｆ）、又は約４１５℃〜約４６０℃、又は約４３０℃〜約４６０℃、又は約４１５℃〜約４４５℃、又は約４４５℃〜約４６０℃の温度で時効処理する。時効処理は、約６時間〜約６０時間、又は約６時間〜約３０時間、又は約６時間〜約２４時間、又は約４０時間〜約５６時間、又は約６時間〜約１２時間、又は約６時間〜約１８時間の時間行うことができる。時効処理は複数の工程で行うことができ、それぞれの工程の温度はこれらの記載された範囲内であり、複数の工程の合計時間はこれらの記載された範囲内であることに留意されたい。望ましくは、時効処理は１００％水素雰囲気中で行う。
【００４４】
[0048]得られる銅−ニッケル−ケイ素−クロム−マンガン−ジルコニウム（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ）合金は、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４８％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する。幾つかの実施形態においては、本合金は、少なくとも８２ｋｓｉの０．２％オフセット耐力及び少なくとも４９％ＩＡＣＳの電気伝導率の組み合わせを有する。０．２％オフセット耐力は、ＡＳＴＭ−Ｅ８にしたがって測定される。特定の実施形態においては、本合金は、少なくとも８０ｋｓｉ〜約９５ｋｓｉ、又は少なくとも８２ｋｓｉ、又は少なくとも８４ｋｓｉの０．２％オフセット耐力を有する。幾つかのより具体的な実施形態においては、本合金は、少なくとも４８％ＩＡＣＳ、又は少なくとも４９％ＩＡＣＳ、又は少なくとも５０％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する。他の実施形態においては、本合金は、少なくとも４８％ＩＡＣＳ〜約５５％ＩＡＣＳの電気伝導率を有する。
【００４５】
[0049]本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金はまた、少なくとも２０００万ｐｓｉ（２０Ｍｓｉ）の弾性率も有する。弾性率は、ＡＳＴＭ−Ｅ１１１−１７にしたがって測定される。弾性率は約２２Ｍｓｉ以下であってよい。本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金はまた、少なくとも８８ｋｓｉ、又は少なくとも９０ｋｓｉ、又は少なくとも９２ｋｓｉの極限引張強さ（ＵＴＳ）も有し得る。極限引張強さは、ＡＳＴＭ−Ｅ８にしたがって測定される。本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金はまた、少なくとも２００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率も有し得る。
【００４６】
[0050]本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金はまた、少なくとも５％、又は少なくとも６％、又は少なくとも８％、又は少なくとも１０％の％の全破断伸び（％ＴＥ）も有し得る。この値は、合金を破断する前にどれだけ多く延伸することができるかを測るものであり、成形性の大まかな指標である。％ＴＥもＡＳＴＭ−Ｅ８にしたがって測定される。或いは、本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、室温（２２℃）において測定して少なくとも５％の延性を有し得る。より具体的な実施形態においては、本合金は少なくとも５％乃至約１５％の延性を有する。
【００４７】
[0051]本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、或いは０．４／１以下の成形性比を有し得る。良好な成形性は、通常は成形性比又はＲ／ｔ比によって測定される。これは、破損のない厚さ（ｔ）の片において９０°の湾曲を形成するために必要な最小内側曲率半径（Ｒ）を規定し、即ち成形性比はＲ／ｔに等しい。良好な成形性を有する材料は低い成形性比（即ち低いＲ／ｔ）を有し、言い換えればより低いＲ／ｔがより良好である。成形性比は９０°Ｖブロック試験を使用して測定することができ、ここでは与えられた曲率半径を有するパンチを使用して、試験片を９０°ダイ中に強制的に押し込み、次に曲げの外半径を亀裂に関して検査する。成形性比はまた、縦方向（良好な方法）の成形性と横方向（悪い方法）の成形性との比、又はＧＷ／ＢＷとして報告することもできる。
【００４８】
[0052]本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金に関しては、上記で議論した０．２％オフセット耐力、電気伝導率、弾性率、極限引張強さ、％ＴＥ、延性、及び成形性比の任意の組合せが意図される。
【００４９】
[0053]特定の実施形態においては、本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力、少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率、少なくとも１０％の％ＴＥ、及び少なくとも２０Ｍｓｉの引張弾性率を有する。
【００５０】
[0054]特定の実施形態においては、本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力、少なくとも４９％ＩＡＣＳの導電率、及び少なくとも９０ｋｓｉのＵＴＳを有する。
【００５１】
[0055]特定の実施形態においては、本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、少なくとも８４ｋｓｉの０．２％オフセット耐力、少なくとも４９％ＩＡＣＳの導電率、少なくとも８％の％ＴＥ、及び少なくとも２０Ｍｓｉの引張弾性率を有する。
【００５２】
[0056]特定の実施形態においては、本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力、少なくとも５０％ＩＡＣＳの導電率、少なくとも１０％の％ＴＥ、及び少なくとも２０Ｍｓｉの引張弾性率を有する。
【００５３】
[0057]本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、良好な耐力及び高い電気伝導率の組み合わせを有する。本合金は、片、ワイヤ、ロッド、チューブ、及び棒材として与えることができる。本合金はまた、はんだ付け性が高く、他の材料で容易にメッキされる。例えば片を最終物品の所望の形状、又は最終物品の形状に曲げることができる中間形状に打抜加工することによって物品を形成することができる。物品は、形成前又は形成後のいずれかにおいて、例えばスズ又は金或いは他の材料でオーバーコートして、更なる所望の特性を与えることができる。
【００５４】
[0058]本合金は例えば、高い強度及び高い電気伝導性が望ましい、電気コネクタ；電子コネクタ；端子接点；又は電力接点を形成するために使用することができる。具体的な物品の例としては、携帯電話におけるヒートシンク；ワイヤリングハーネス端子；電気自動車充電器接点；高電圧／電流／電力端子接点；電力コネクタ接点；ミッドプレーンコネクタ；バックプレーンコネクタ；カードエッジコネクタ；光起電システムコネクタ；電気機器電力接点；コンピュータ電力接点；ヒートスプレッダ；ブッシング又はベアリング表面；及び電子装置又は電気装置の概して任意の部品を挙げることができる。
【実施例】
【００５５】
[0059]以下の実施例は、本発明の合金、方法、物品、及び特性を例示するために与える。実施例は単に例示的なものであり、本発明を、そこに示された材料、条件、又はプロセスパラメータに限定することは意図しない。
【００５６】
実施例１
[0060]Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金を鋳造し、上記に記載のように加工して、約１５インチの幅を有する片を得た。その特性を、内側及び外側ラップ(inner and outer wraps)の幅を横切る６つの位置において測定し、その後平均化した。これらの値は、８４．３ｋｓｉの０．２％オフセット耐力、１０．４％の％ＴＥ、２１Ｍｓｉの引張弾性率、及び５０．３％ＩＡＣＳの導電率であった。Ｒ／ｔ比は０．４／１であった。
【００５７】
[0061]図１は、加工後の合金の光学画像である。代表的な結晶粒及び幾つかの加工跡が視認される。幾つかのＮｉ−Ｃｒケイ化物が視認される。
【００５８】
[0062]図２は、ＢＳＥ−ＳＥＭ画像である。暗い点はＣｒ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉケイ化物である。これらのケイ化物は、約１００ナノメートル〜約２００ｎｍのオーダーの粒径を有する。それらの存在はユニークであり、それらの小さいサイズは通常ではない。これらのケイ化物は、図１においては視認されないことに留意されたい。
【００５９】
実施例２
[0063]Ｃｕ−１．２３Ｎｉ−０．３８Ｓｉ−０．２３Ｃｒ−０．０８Ｍｎ−０．０２Ｚｒ合金を鋳造し、約８５％〜約９５％の％ＣＷまで冷間加工し、約９００℃〜約１０００℃の温度において溶体化焼鈍した後、２回時効処理した。最初の時効処理は、８００°Ｆ、８１５°Ｆ、又は８２５°Ｆ（４２７℃、４３５℃、４４１℃）のいずれかにおいて２４時間行った。２回目の時効処理は、８００°Ｆ（４２７℃）において６時間行った。合金の０．２％オフセット耐力（ＹＳ）及び電気伝導率（％ＩＡＣＳ）を、２回目の時効処理中の種々の時点において測定し、３つのグラフにおいて示す。
【００６０】
[0064]図３は、１回目の時効処理が８００°Ｆ（４２７℃）の温度であった場合の、２回目の時効処理中に測定されたＹＳ及び％ＩＡＣＳを示す。２回目の時効処理中における約１２時間において、ＹＳは９０．２ｋｓｉであり、導電率は４５％ＩＡＣＳであった。１８時間後、ＹＳは６５．５ｋｓｉに減少したが、導電率は５２．８％ＩＡＣＳに増加した。
【００６１】
[0065]図４は、１回目の時効処理が８１５°Ｆ（４３５℃）の温度であった場合の、２回目の時効処理中に測定されたＹＳ及び％ＩＡＣＳを示す。１２時間において、ＹＳは８６．４ｋｓｉであり、導電率は４７．３％ＩＡＣＳと測定された。１８時間において、ＹＳは８６．６ｋｓｉであり、導電率は５１％ＩＡＣＳと測定された。
【００６２】
[0066]図５は、１回目の時効処理が８２５°Ｆ（４４１℃）の温度であった場合の、２回目の時効処理中に測定されたＹＳ及び％ＩＡＣＳを示す。１２時間において、ＹＳは７９ｋｓｉであり、導電率は４８．４％ＩＡＣＳと測定された。１８時間において、ＹＳは７３．５ｋｓｉであり、導電率は５０．５％ＩＡＣＳと測定された。
【００６３】
[0067]引張試験及び導電率試験の選択された結果を下表１に示す。８００°Ｆにおけるより長い時効処理は、％ＩＡＣＳによって測定されるように、より高い導電率をもたらし、０．２％オフセット耐力を減少させた。
【００６４】
【表１】
2021531403.tif 000003
【００６５】
実施例３
[0068]本発明において使用するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金の組成を求めるために化学分析を行った。分析は、＜０．０１重量％のベリリウム、０．０１重量％のコバルト、１．２２重量％のニッケル、０．０２重量％の鉄、０．３８重量％のケイ素、＜０．０１重量％のアルミニウム、＜０．０１重量％のスズ、＜０．０１重量％の亜鉛、０．２３重量％のクロム、＜０．０１重量％の鉛、０．０８重量％のマンガン、０．０２重量％のジルコニウム、及び残余量の銅の組成を示した。示される量は小数第２位まで報告されている。したがって、丸めによってここに示されるそれぞれの元素の報告された量が影響を受ける可能性がある。
【００６６】
実施例４
[0069]実施例３において記載したＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金の片を、約０．００８インチに圧延した。次に、この合金片を約８５０°Ｆにおいて３時間時効処理した。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金、並びに３種類の他の銅合金：Ｃ１８１５０（Ｃｕ−１．０Ｃｒ−０．２５Ｚｒ）；Ｃ１８１４０Ｍ（Ｃｕ−０．６Ｃｒ−０．１Ａｇ−０．１Ｎｉ−０．０７Ｓｉ）；及びＣ１８０７０（Ｃｕ−０．７Ｃｒ−０．１Ａｇ−０．０５Ｔｉ−０．０２Ｓｉ）について、極限引張強さ（ＵＴＳ）（ｋｓｉ）、０．２％オフセット耐力（ＹＳ）（ｋｓｉ）、破断伸び％（％ＴＥ）、導電率（％ＩＡＣＳ及び抵抗率によって測定）、及び硬度を評価した。結果を下表２に概説する。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、試験した他の合金と比較して、向上した引張強さ及び０．２％オフセット耐力を有していた。本発明の合金はまた、他の合金と比較して増加した抵抗率及び硬度も有していた。
【００６７】
【表２】
2021531403.tif 000004
【００６８】
実施例５
[0070]Ｃ１８１４０Ｍ（Ｃｕ−０．６Ｃｒ−０．１Ａｇ−０．１Ｎｉ−０．０７Ｓｉ）合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ（実施例３の組成量）、Ｃ１８０７０（Ｃｕ−０．７Ｃｒ−０．１Ａｇ−０．０５Ｔｉ−０．０２Ｓｉ）合金、及びＣ１８１５０（Ｃｕ−１．０Ｃｒ−０．５Ｚｒ）合金の試料を、約７０％の％ＣＷまで冷間加工した。極限引張強さ、０．２％オフセット耐力、及び％伸びを、室温において測定した。それぞれの合金は、コイル状にした長い片の形態であった。測定値は、それぞれの片の内径（ＩＤ）及び外径（ＯＤ）においてとり、これは鋳造運転の開始時（ＩＤ）及び鋳造運転の終了時（ＯＤ）に対応している。これらの試験の結果を下表３に示す。焼鈍の後、本発明の合金は、Ｃｕ−１．０Ｃｒ−０．５Ｚｒ−ＩＤ合金を除く他の合金のものよりも大きい極限引張強さを有していた。また、耐力及び％伸びは焼鈍後の他の合金と同等であった。
【００６９】
[0071]次に、合金を８５０°Ｆの加熱炉中で３時間時効処理した。試料は、加熱炉から取り出したら水で急冷した。強度及び導電率試験の結果を表３に示す。全ての合金は、圧延及び時効処理すると焼鈍後と比べて向上した極限引張強さを有していた。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、他の合金と比較して最も高い引張強さを有していた。この合金はまた、他の合金と比較して最も低い％ＩＡＣＳ及び最も高い抵抗率も有していた。本発明の合金は、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力を示した唯一の合金であった。
【００７０】
【表３】
2021531403.tif 000005
【００７１】
[0072]また、ロックウェル硬度１５Ｔ試験（１５Ｔ）及びビッカース硬度試験（ＨＶ）を使用して、それぞれの合金の硬度も評価した。結果を下表４に示す。焼鈍後は、本発明の合金は、ロックウェル１５Ｔスケールによって測定して、Ｃ１８１５０（Ｃｕ−１．０Ｃｒ−０．５Ｚｒ）合金と同等の平均硬度を有していた。ビッカース硬度試験によって測定して、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ合金は、（他の焼鈍後の合金と比較して）、並びに圧延及び時効処理後に（圧延及び時効処理後の他の合金と比較して）、最も高い平均高度を有していた。
【００７２】
【表４】
2021531403.tif 000006
【００７３】
実施例６
[0073]Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ（実施例３における組成量）合金の４つの試料を、８００°Ｆの加熱炉内に配置した。３時間後、試料の２つを加熱炉から取り出し、水で急冷した。他の２つの試料は、合計で６時間後に加熱炉から取り出し、次に水で急冷した。加工及び時効処理後に、極限引張強度さ、耐力、％ＴＥ、％ＩＡＣＳ、硬度、及び抵抗率を含む幾つかの特性を評価した。これらの試験の結果を下表５に示す。合金を６時間時効処理すると、９３．３及び９２．８ｋｓｉの極限引張強さ測定値、８７．５及び８７．２ｋｓｉの０．２％オフセット耐力測定値、及び１９８．９ＨＶの平均硬度が得られた。さらに、６時間の時効処理により、３．９１μΩ・ｃｍ及び３．８８μΩ・ｃｍの抵抗率測定値を有する合金が得られた。
【００７４】
【表５】
2021531403.tif 000007
【００７５】
実施例７
[0074]Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ（実施例３における組成量）合金の６つの試料を、８２５°Ｆの加熱炉内に配置した。３時間、６時間、及び１２時間の間隔のそれぞれにおいて２つの試料を取り出し、取り出したら水で急冷した。極限引張強さ、耐力、伸び、％ＩＡＣＳ、硬度、及び抵抗率を含む幾つかの特性を評価した。これらの試験の結果を下表６に示す。極限引張強さ及び耐力は、時効処理時間がより長いと減少する傾向があった。％ＩＡＣＳは、時効処理時間がより長いと増加する傾向があった。６時間の時効処理後に、合金は、ビッカース硬度試験によって測定して最も高い平均硬度を有していた。抵抗率は、時効処理時間がより長いと減少する傾向があった。
【００７６】
【表６】
2021531403.tif 000008
【００７７】
実施例８
[0075]Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｚｒ（実施例３の組成量）合金の４つの試料を冷間加工し、焼鈍した。試料を８２５°Ｆの加熱炉内に６時間配置した。次に、加熱炉の温度を８００°Ｆに低下させ、これには３０分〜６０分かかった。試料の２つは、８２５°Ｆでの加熱後に更に６時間加熱炉内に保持し、合計で１２時間の加熱炉内時間であった。残りの２つの試料は、８２５°Ｆでの加熱後に１２時間加熱炉内に保持し、合計で１８時間の加熱炉内時間であった。引張強さ、硬度（５回の測定値の平均）、及び導電率を評価し、その結果を下表７に示す。１２時間の時効処理においては、合金は、８３．１ｋｓｉ及び８３．３ｋｓｉの０．２％オフセット耐力測定値を有し；合金は、４９．３％ＩＡＣＳ及び４９．１％ＩＡＣＳの導電率を有していた。より長い時効処理は、極限引張強さ、耐力、及び硬度を低下させる傾向があった。１８時間の時効処理は、１２時間と比較して増加した抵抗率及び％伸びを与えた。１２時間及び１８時間の時効処理の両方において、合金は４８％より高い％ＩＡＣＳを有していた。
【００７８】
【表７】
2021531403.tif 000009
【００７９】
実施例９
[0076]Ｃ１８１４０Ｍ（Ｃｕ−０．Ｃｒ−０．１Ａｇ−０．１Ｎｉ−０．０７Ｓｉ）、Ｃ１８０７０（Ｃｕ−０．７Ｃｒ−０．１Ａｇ−０．０５Ｔｉ−０．０２Ｓｉ）、Ｃ１８１５０（Ｃｕ−１．０Ｃｒ−０．２５Ｚｒ）合金のそれぞれの４つの試料を切断した。受領したままの合金について、導電率及び引張りの測定を行った。次に、残りの試料を８２５°Ｆにおいて３時間加熱した。次に、これらの試料について引張強さと導電率の測定を行った。これらの試験の結果を下表８に示す。試験した合金のいずれも、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力を有していなかった。時効処理後のみに、合金は少なくとも４８％ＩＡＣＳの導電率を有していた。
【００８０】
【表８】
2021531403.tif 000010
【００８１】
実施例１０
[0077]厚さ約０．００８インチのＣ１８０７０（Ｃｕ−０．７Ｃｒ−０．１Ａｇ−０．０５Ｔｉ−０．０２Ｓｉ）合金の２つの試料を、６時間熱処理した。試料の１つは８２５°Ｆにおいて熱処理した。他方の試料は８００°Ｆにおいて熱処理した。加熱炉から取り出したら、両方を水で急冷し、それらの引張及び導電特性を評価した。
【００８２】
[0078]Ｃ１８１５０（Ｃｕ−１．０Ｃｒ−０．２５Ｚｒ）合金の８つの試料を取り、次のように熱処理した。２つは９００°Ｆにおいて１時間加熱して水で急冷し；２つは９００°Ｆにおいて２時間加熱して水で急冷し；２つは９２５°Ｆにおいて１時間加熱して水で急冷し；２つは９２５°Ｆにおいて２時間加熱して水で急冷した。導電率及び引張りの測定を行った。結果を下表９に示す。試験した合金のいずれも、少なくとも８０ｋｓｉの０．２％オフセット耐力を有していなかった。試験したすべての合金は、４８％ＩＡＣＳより高い導電率を有していた。
【００８３】
【表９】
2021531403.tif 000011
【００８４】
実施例１１
[0079]約１．２重量％〜約１．４重量％のニッケル；約０．３重量％〜約４重量％のケイ素；約０．３重量％〜約０．４重量％のクロム；約０．０８重量％〜約０．１２重量％のマンガン；約０．０２重量％〜約０．０６％のジルコニウム；及び残余量の銅；を含む片を、本発明にしたがって製造して試験した。
【００８５】
[0080]合金を冷間加工して焼鈍した。試料を８２５°Ｆの加熱炉内に６時間配置した。次に、加熱炉の温度を８００°Ｆに低下させ、これには３０分〜６０分かかった。次に、試料を、８２５°Ｆの加熱後に更に６時間加熱し、合計で１２時間の加熱炉内時間であった。極限引張強さ（ＵＴＳ）、０．２％オフセット耐力（ＹＳ）、全破断伸び（％ＴＥ）、弾性率（ＥＭ）、電気伝導率（％ＩＡＣＳ）の幾つかの特性を、（ＵＴＳ、耐力、及び成形性は、両方の方向（ＧＷ、ＢＷ）において）測定した。結果及びそれぞれの片に関するゲージを下表１０に示す。
【００８６】
【表１０】
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【００８７】
[0081]代表的な実施形態を参照して本発明を記載した。上述の詳細な説明を読み且つ理解すれば、修正及び変更が第三者に想到されるであろう。本発明は、添付の特許許請求の範囲又はその均等物の範囲内にある限りにおいて、かかるすべての修正及び変更を含むものと解釈されると意図される。
【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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【国際調査報告】
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