(57)【要約】【課題】Ｂｅ等の環境に有害な元素を用いないＣｕ合金であって、導電率、引張強度および高温強度の各種性能が良好なＣｕ合金の提供。【解決手段】（１）質量％で、Ｎｉ：２．０〜４．８％、Ｓｉ：０．２〜１．４％およびＭｇ：０．０５〜１．５％を含有し、１０μｍ以上の析出物および介在物の単位面積当たりの個数が合計で１００個／ｍｍ２以下であるＣｕ合金。このＣｕ合金は、更にＰ、Ｂ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｅ、Ｃｒ、Ａｇの１種以上を総量で０．００１〜２．０％含有してもよい。このＣｕ合金は、溶製、鋳造後、少なくとも鋳造直後の鋳片温度から４５０℃までの温度域において、０．５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することにより得られる。この冷却後、４５０℃以下の温度域で加工した後、２５０〜５５０℃の温度域で１０分〜７２時間保持する熱処理に供することが望ましく、この加工および熱処理を複数回行うことが更に望ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｎｉ：２．０〜４．８％、Ｓｉ：０．２〜１．４％およびＭｇ：０．０５〜１．５％を含有し、合金中に存在する析出物および介在物のうち粒径が１０μｍ以上のものの単位面積当たりの個数が合計で１００個／ｍｍ２以下であることを特徴とするＣｕ合金。
【請求項２】
請求項１に記載のＣｕ合金であって、合金成分として更に、下記の第１群から第３群までのうち少なくとも１つの群から選ばれた１種以上の成分を総量で０．００１〜２．０％含むことを特徴とするＣｕ合金。
第１群：質量％で、０．００１〜０．１５％のＰおよびＢ
第２群：質量％で、０．０１〜１．５％のＳｎ
第３群：質量％で、０．０１〜１．０％のＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｅ、ＣｒおよびＡｇ
【請求項３】
請求項１または２に記載のＣｕ合金であって、合金成分として更に、質量％で、Ｌｉ、Ｃａ、希土類金属元素およびミッシュメタルの１種以上を総量で０．００１〜２．０％含むことを特徴とするＣｕ合金。
【請求項４】
質量％で、Ｎｉ：２．０〜４．８％、Ｓｉ：０．２〜１．４％およびＭｇ：０．０５〜１．５％を含有するＣｕ合金を溶製し、鋳造して得た鋳片を、少なくとも鋳造直後の鋳片温度から４５０℃までの温度域において、０．５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することによって、合金中に存在する析出物および介在物のうち粒径が１０μｍ以上のものの単位面積当たりの個数を合計で１００個／ｍｍ２以下とすることを特徴とするＣｕ合金の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のＣｕ合金の製造方法であって、合金成分として更に、下記の第１群から第３群までのうち少なくとも１つの群から選ばれた１種以上の成分を総量で０．００１〜２．０％含むＣｕ合金を溶製することを特徴とするＣｕ合金の製造方法。
第１群：質量％で、０．００１〜０．１５％のＰおよびＢ
第２群：質量％で、０．０１〜１．５％のＳｎ
第３群：質量％で、０．０１〜１．０％のＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｅ、ＣｒおよびＡｇ
【請求項６】
請求項４または５に記載のＣｕ合金の製造方法であって、合金成分として更に、質量％で、Ｌｉ、Ｃａ、希土類金属元素およびミッシュメタルの１種以上を総量で０．００１〜２．０％含むＣｕ合金を溶製することを特徴とするＣｕ合金の製造方法。
【請求項７】
質量％で、Ｎｉ：２．０〜４．８％、Ｓｉ：０．２〜１．４％およびＭｇ：０．０５〜１．５％を含有するＣｕ合金を溶製し、鋳造して得た鋳片を、少なくとも鋳造直後の鋳片温度から４５０℃までの温度域において、０．５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却し、４５０℃以下の温度域で加工した後、２５０〜５５０℃の温度域で１０分〜７２時間保持する熱処理に供することによって、合金中に存在する析出物および介在物のうち粒径が１０μｍ以上のものの単位面積当たりの個数を合計で１００個／ｍｍ２以下とすることを特徴とするＣｕ合金の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のＣｕ合金の製造方法であって、合金成分として更に、下記の第１群から第３群までのうち少なくとも１つの群から選ばれた１種以上の成分を総量で０．００１〜２．０％含むＣｕ合金を溶製することを特徴とするＣｕ合金の製造方法。
第１群：質量％で、０．００１〜０．１５％のＰおよびＢ
第２群：質量％で、０．０１〜１．５％のＳｎ
第３群：質量％で、０．０１〜１．０％のＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｅ、ＣｒおよびＡｇ
【請求項９】
請求項７または８に記載のＣｕ合金の製造方法であって、合金成分として更に、質量％で、Ｌｉ、Ｃａ、希土類金属元素およびミッシュメタルの１種以上を総量で０．００１〜２．０％含むＣｕ合金を溶製することを特徴とするＣｕ合金の製造方法。
【請求項１０】
請求項７から９までのいずれかに記載のＣｕ合金の製造方法であって、４５０℃以下の温度域での加工および２５０〜５５０℃の温度域で１０分〜７２時間保持する熱処理を複数回行うことを特徴とするＣｕ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、例えば、リードフレーム、端子、コネクタ−、ばね等の電気電子部品に用いられるＣｕ合金およびその製造方法に係り、特に、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｅ等の環境に悪影響を及ぼす元素を用いず、導電率との関係において従来のものより高い引張強度を有し、且つ高温強度にも優れるＣｕ合金およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リードフレーム、端子、コネクタ−、ばね等の電気電子部品に用いられるＣｕ合金としては、Ｂｅの時効析出による強化を狙ったＣｕ−Ｂｅ合金が知られてる。
この合金は、引張強度と導電率において卓越した特性を具備するので、ばね用材料など多く分野で使用されている。しかしながら、Ｃｕ−Ｂｅ合金の製造工程およびこの合金を各種部品へ加工する工程においてＢｅ酸化物が生成する。
【０００３】
ＢｅはＰｂ、Ｃｄに次いで環境に有害な物質であり、上記の製造工程や加工工程においては、Ｂｅ酸化物の処理工程を設ける等、製造コストを上昇させ、さらに、電気電子部品のリサイクル過程でも問題となる。従って、Ｃｕ−Ｂｅ合金は、昨今の環境問題に照らしたときに非常に問題の多い材料である。このため、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｅ等の環境に有害な元素を用いず、様々な導電率を有し、且つ引張強度の高い材料の出現が待望されている。
【０００４】
元来、引張強さ〔ＴＳ（ＭＰａ）〕および導電率〔ＩＡＣＳ（％）〕とを同時に高めることは極めて困難であり、世の中の要求はいずれかの特性を重視するものが多い。このことは、例えば、実際に製造されている伸銅品の各種特性が記載された非特許文献１にも示されるところである。
【０００５】
図１は、非特許文献１に記載されたＢｅ等の有害元素を含まないＣｕ合金の引張強さと導電率との関係を整理したものである。図１に示すように、従来のＢｅ等の有害元素を含まないＣｕ合金は、例えば、導電率が６０％以上の領域では、その引張強度が２５０〜６５０ＭＰａ程度と低く、引張強度が８００ＭＰａ以上の領域では、その導電率が３０％未満と低い。このように、従来のＣｕ合金は、引張強さ（ＭＰａ）および導電率（％）のいずれか一方のみの性能が高いものがほとんどである。
【０００６】
例えば、特許文献１および２には、コルソン系と呼ばれるＮｉ２Ｓｉを析出させたＣｕ合金が提案されている。これらのコルソン系合金は、その引張強度が７５０〜８２０ＭＰａで導電率が４０％程度であり、Ｂｅ等の環境に有害な元素を含まない合金の中では、比較的、引張強度と導電率とのバランスがよいものである。このため、Ｃｕ−Ｂｅ合金を代替する材料として徐々に使用され始めている。
【０００７】
特許文献１の請求項１０〜１２および特許文献２の請求項１に記載されるように、これらの文献に記載されるＣｕ合金はいずれも、溶体化処理または更に熱間圧延を前提として製造されたものである。しかし、コルソン系合金に溶体化処理を施すと、粗大なＮｉ２Ｓｉの析出を避けることができないため、延性や疲労特性に限界がある。また、固溶Ｎｉおよび固溶Ｓｉが減少するため、時効熱処理時にＮｉ−Ｓｉ化合物の微細析出が妨げられて析出強化も不十分となる。即ち、コルソン系合金においては、凝固または熱間加工工程において一度粗大なＮｉ２Ｓｉが析出すると、融点直下までの溶体化温度を上げて熱処理を施しても析出物の分解固溶化を図ることができず、粗大化するのみである。
【０００８】
別の観点からいえば、熱間圧延は、熱間割れやスケール除去のための表面手入れによって歩留が低下し、また、大気中で加熱されることが多いため、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ等の活性な添加元素が酸化しやすく、粗大な内部酸化物として最終製品の特性劣化を招くなど問題が多い。さらに、熱間圧延や溶体化処理には、膨大なエネルギーを必要とする。このように、引用文献１および２に記載のＣｕ合金では、製造コストの低減および省エネルギー化等の観点からの問題があるとともに、粗大な酸化物の生成等に起因する製品特性（特に、引張強度および導電率）が劣化するという問題も招く。
【０００９】
図２から図４までは、それぞれＮｉ−Ｓｉ二元系状態図、Ｎｉ−Ｍｇ二元系状態図およびＳｉ−Ｍｇ二元系状態図である。図２からも明らかなように、Ｎｉ−Ｓｉ二元系のＣｕ合金では、凝固後の高温域でＮｉ−Ｓｉ化合物が生成しやすく、熱間圧延等の熱間プロセスを前提として製造されたＣｕ合金の場合、析出強化が不十分でかつ、延性や靱性に乏しい材料しか得られない。このことからも、特許文献１または２に記載されるＣｕ合金には製品特性上の問題がある。また、図３および図４に示すように、Ｎｉ−Ｍｇ化合物およびＳｉ−Ｍｇ化合物についてもＮｉ−Ｓｉ化合物と同様であり、これらの化合物が凝固後の高温域で生成して粗大化すると、延性や靱性を阻害するおそれがあるほか、Ｎｉ２Ｓｉによる析出強化を妨げるなど製品品質上の問題がある。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２５７２０４２号公報
【特許文献２】
特許第２６１７７０３号公報
【非特許文献１】
伸銅品データブック、平成９年８月１日、日本伸銅協会発行、３２８〜３５５頁
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、Ｂｅ等の環境に有害な元素を用いないＣｕ合金であって、導電率との関係において高い引張強度を有するとともに、高温強度にも優れるＣｕ合金を提供することである。本発明の第２の目的は、上記のＣｕ合金の製造方法を提供することである。
【００１２】
なお、「導電率との関係において高い引張強度を有する」とは、下記の（ａ）式を満足するような状態を意味する（以下、この状態を「引張強度と導電率のバランスがよい状態」と呼ぶこととする。）。但し、（ａ）式中のＴＳは引張強度（ＭＰａ）を意味し、ＩＡＣＳは純銅焼鈍材に対する導電率の比率（％）を意味する。
【００１３】
ＴＳ≧３８３．９１＋５６４．２０×ｅｘｐ（−０．０１０×ＩＡＣＳ）    …（ａ）
Ｃｕ合金には、上記のような引張強度および導電率の特性のほか、ある程度の高温強度も要求される。これは、例えば、自動車やコンピュータに用いられるコネクター材料は、２００℃以上の環境に曝されることがあるからである。ここで、純Ｃｕでは、２００℃以上に加熱されると強度が大幅に低下し、もはや所望のばね特性を維持できないが、上記のＣｕ−Ｂｅ系合金やコルソン系合金では、４００℃まで加熱された後でも室温強度はほとんど低下しない。
【００１４】
従って、高温強度としては、Ｃｕ−Ｂｅ系合金等と同等のレベルであることを目標とする。具体的には、硬度の曝露試験前後での低下率が５０％となる曝露温度を耐熱温度と定義し、耐熱温度が４００℃以上であることを高温強度が優れることとする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の（１）に示すＣｕ合金および（２）に示すＣｕ合金の製造方法を要旨とする。
【００１６】
（１）質量％で、Ｎｉ：２．０〜４．８％、Ｓｉ：０．２〜１．４％およびＭｇ：０．０５〜１．５％を含有し、合金中に存在する析出物および介在物のうち粒径が１０μｍ以上のものの単位面積当たりの個数が合計で１００個／ｍｍ２以下であることを特徴とするＣｕ合金。
【００１７】
上記の（１）に記載のＣｕ合金は、合金成分として更に、下記の第１群から第３群までのうち少なくとも１つの群から選ばれた１種以上の成分を総量で０．００１〜２．０％含んでもよく、また、質量％で、Ｌｉ、Ｃａ、希土類金属元素およびミッシュメタルの１種以上を総量で０．００１〜２．０％含んでもよい。
【００１８】
第１群：質量％で、０．００１〜０．１５％のＰおよびＢ
第２群：質量％で、０．０１〜１．５％のＳｎ
第３群：質量％で、０．０１〜１．０％のＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｅ、ＣｒおよびＡｇ
（２）上記の（１）に記載の合金を溶製し、鋳造して得た鋳片を、少なくとも鋳造直後の鋳片温度から４５０℃までの温度域において、０．５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することによって、合金中に存在する析出物および介在物のうち粒径が１０μｍ以上のものの単位面積当たりの個数を合計で１００個／ｍｍ２以下とすることを特徴とするＣｕ合金の製造方法。
【００１９】
上記の（２）に記載のＣｕ合金の製造方法は、冷却後、４５０℃以下の温度域で加工した後、２５０〜５５０℃の温度域で１０分〜７２時間保持する熱処理に供することが望ましい。また、４５０℃以下の温度域での加工および２５０〜５５０℃の温度域で１０分〜７２時間保持する熱処理を複数回行うことが更に望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、各元素の含有量についての「％」は「質量％」を意味する。
【００２１】
１．本発明のＣｕ合金について
（Ａ）  化学組成について
Ｎｉ：２．０〜４．８％
Ｎｉの含有量が２．０％を下回ると、強度が不十分となる。一方、Ｎｉを４．８％を超えて含有させると、高い導電性が得られなくなる。従って、Ｎｉの含有量を２．０〜４．８％とした。望ましいＮｉの含有量は２．１〜３．０％である。
【００２２】
Ｓｉ：０．２〜１．４％
Ｓｉの含有量が０．２％未満の場合、十分な強度が得られない。しかし、その含有量が１．４％を超えると、導電性が劣化する。従って、Ｓｉの含有量を０．２〜１．４％とした。望ましいＳｉの含有量は０．４〜０．７％である。特に、ＮｉおよびＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）は３．５〜４．５であるのが望ましい。これは、ＮｉおよびＳｉのいずれかの元素の含有量が過剰となって、この比が３．５未満となるか４．５を超えると、Ｎｉ２Ｓｉを生成しない固溶元素が増大し、導電率の上昇を妨げるからである。
【００２３】
Ｍｇ：０．０５〜１．５％
Ｍｇは、高温強度の向上に寄与する元素である。その含有量が０．０５％を下回ると十分な高温強度が得られないが、１．５％を超えると加工性が劣化して、例えば圧延時に割れや欠けを発生する。従って、Ｍｇの含有量を０．０５〜１．５％とした。
【００２４】
本発明のＣｕ合金は、上記の化学組成を有し、残部がＣｕおよび不純物からなるものであってもよく、また、合金成分として更に、下記の第１群から第３群までのうち少なくとも１つの群から選ばれた１種以上の成分を総量で０．００１〜２．０％含むものであってもよい。
【００２５】
第１群：質量％で、０．００１〜０．１５％のＰおよびＢ
第２群：質量％で、０．０１〜１．５％のＳｎ
第３群：質量％で、０．０１〜１．０％のＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｅ、ＣｒおよびＡｇ
これらの元素は、いずれも強度と導電率のバランスを維持しつつ、耐食性を向上させる効果を有する元素である。この効果は、ＰおよびＢが０．００１％以上含有されているとき、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｅ、ＣｒまたはＡｇがそれぞれ０．０１％以上含有されているときに発揮される。しかし、これらの含有量が過剰な場合には、導電率が低下する。従って、これらの元素を含有させる場合のそれぞれの元素の含有量を、ＰおよびＢについては０．００１〜０．１５％とし、Ｓｎについては０．０１〜１．５％とし、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｅ、ＣｒおよびＡｇについては０．０１〜１．０％とするのが望ましい。
【００２６】
さらに、これらの元素の含有量が上記の範囲内であっても、これらの元素の含有量の総量が０．００１％を下回ると、上記の効果が得られず、２．０％を超えると、導電性が劣化する。従って、上記の元素の一種以上を含有させる場合には、その総量を０．００１〜２．０％の範囲内に制限するのが望ましい。
【００２７】
本発明のＣｕ合金は、上記の化学組成に加えて、さらにまた、Ｌｉ、Ｃａ、希土類金属元素およびミッシュメタルの１種以上を総量で０．００１〜２．０％含有してもよい。
【００２８】
これらの元素は、いずれも酸素原子との結びつきが強いため、脱酸作用により固溶酸素量を低減させて合金を清浄化し、延性を向上させる作用があり、更に、ＭｇＯの生成を防ぐので、高温強度を確保するのにも有効である。しかし、これらの元素の一種以上の総量が０．００１％未満では上記の効果が得られず、２．０％を超えて含有させても効果が飽和するだけでなく、これらの元素の酸化物が介在物として合金中に残存して延性や疲労特性を害する。従って、これらの元素の一種以上を含有させる場合には、その総量を０．００１〜２．０％の範囲内に制限するのが望ましい。
【００２９】
（Ｂ）  析出物および介在物の個数について
本発明のＣｕ合金においては、合金中に存在する析出物および介在物のうち粒径が１０μｍ以上のものの単位面積当たりの個数が合計で１００個／ｍｍ２以下であることが必要である。
【００３０】
本発明のＣｕ合金では、Ｎｉ２Ｓｉを微細に析出させることによって、導電率を低下させることなく強度を向上させることができる。しかし、１０μｍ以上の粗大なＮｉ−Ｓｉ、Ｎｉ−Ｍｇ、Ｓｉ−Ｍｇ等の化合物が時効工程に至る前に存在すると、延性が低下してコネクターへの加工時の曲げ加工や打ち抜き時に割れや欠けが発生し易くなる。また、使用時に疲労特性や耐衝撃特性に悪影響を及ぼすことがある。特に、凝固後の冷却時に粗大なＮｉ−Ｓｉ化合物等が生成すると、その後の加工工程で割れや欠けが生じやすくなり、また、時効処理工程で硬さが増加しすぎるので、Ｎｉ２Ｓｉの微細析出を阻害し、Ｃｕ合金の高強度化が図れなくなる。このような問題は、１０μｍ以上の析出物および介在物が合金中に単位面積当たり１００個／ｍｍ２を超えて存在する場合に顕著となる。
【００３１】
このため、本発明では、合金中に存在する析出物および介在物のうち粒径が１０μｍ以上のものの単位面積当たりの個数が合計で１００個／ｍｍ２以下であることを必須要件として規定した。望ましい個数は、７０個／ｍｍ２以下であり、更に望ましいのは、５０個／ｍｍ２以下である。なお、これらの粒径および個数は、実施例に示す方法により求められる。
【００３２】
３．本発明のＣｕ合金の製造方法について
本発明のＣｕ合金においては、Ｎｉ２Ｓｉの微細析出を妨げるＮｉ−Ｓｉ化合物等の介在物が鋳片の凝固直後の時点で生成している。従って、このような介在物は、仮に、鋳造後に溶体化処理を施し、この溶体化温度を上げても固溶化は期待できない。
【００３３】
そこで、本発明のＣｕ合金の製造方法においては、上記の化学組成を有するＣｕ合金を溶製し、鋳造して得た鋳片を、少なくとも鋳造直後の鋳片温度から４５０℃までの温度域において、０．５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することによって、合金中に存在する析出物および介在物のうち粒径が１０μｍ以上のものの単位面積当たりの個数を合計で１００個／ｍｍ２以下とすることとした。この冷却後には、４５０℃以下の温度域で加工した後、２５０〜５５０℃の温度域で１０分〜７２時間保持する熱処理に供することが望ましく、４５０℃以下の温度域での加工および２５０〜５５０℃の温度域で１０分〜７２時間保持する熱処理を複数回行うことが更に望ましい。
【００３４】
（Ａ）  少なくとも鋳造直後の鋳片温度から４５０℃までの温度域における冷却速度を０．５℃／ｓ以上とすることについて
鋳造直後の鋳片温度から４５０℃までの温度域における冷却速度が遅いと、Ｎｉ−Ｓｉ化合物、Ｎｉ−Ｍｇ化合物、Ｓｉ−Ｍｇ化合物等が粗大に生成し、その粒径が１０μｍ以上、更には数百μｍに達することがある。このような粗大な析出物および介在物が生成した状態では、その後の加工時に割れや折れが発生する恐れがあるとともに、時効工程でのＮｉ２Ｓｉの析出硬化作用が損なわれ、合金を高強度化できなくなる。従って、少なくともこの温度域においては、０．５℃／ｓ以上の冷却速度で鋳片を冷却する必要がある。好ましい冷却速度は、２℃／ｓ以上であり、さらに好ましいのは１０℃／ｓ以上である。
【００３５】
（Ｂ）  冷却後の望ましい加工温度を４５０℃以下の温度域とすることについて
上記のように、本発明のＣｕ合金の製造方法においては、鋳造して得た鋳片は、所定の条件で冷却された後、熱間圧延や溶体化処理等の熱間プロセスを経ることなく、加工と時効熱処理の組み合わせのみによって最終製品に至る。
【００３６】
圧延、線引き等の加工は、４５０℃以下とするのが望ましく、室温で行ってもよい。また、連続鋳造後の冷却過程で行ってもよい。この温度を超える温度域で加工を行う場合には、加工時にＮｉ２Ｓｉが粗大に析出し、加工性を低下させる場合があり、さらに、最終製品の延性、耐衝撃性、疲労特性を低下させる場合がある。
また、加工時に上記の析出物が粗大に析出すると、時効処理でＮｉ２Ｓｉを微細に析出させることができなくなり、Ｃｕ合金の高強度化が不十分となる。
【００３７】
上記の温度域での加工は、その圧下率を２０％以上で行うことが望ましい。より好ましいのは５０％以上である。このような圧下率での加工を行えば、それによって導入された転位が時効処理時に析出核となるので、析出物の微細化をもたらし、また、析出に要する時間を短縮させ、導電性に有害な固溶元素の低減を早期に実現できるからである。
【００３８】
（Ｃ）  望ましい時効処理条件を２５０〜５５０℃の温度域で１０分〜７２時間保持とすることについて
時効処理は、Ｎｉ２Ｓｉを析出させてＣｕ合金を高強度化し、あわせて導電性に害を及ぼす固溶元素（Ｎｉ、Ｓｉ等）を低減して導電率を向上させるのに有効である。しかし、その処理温度が２５０℃未満の場合、析出元素の拡散に長時間を要し、生産性を低下させる場合がある。一方、処理温度が５５０℃を超えると、析出物が粗大になりすぎて、析出効果作用により高強度化が図れないばかりか、延性、耐衝撃性および疲労特性が低下するおそれがある。このため、時効処理を２５０〜５５０℃の温度域で行うことが望ましい。望ましい時効処理温度は３００〜４５０℃であり、更に望ましいのは、３５０〜４００℃である。
【００３９】
時効処理時間が１０分未満の場合、時効処理温度を高く設定しても所望の析出量を確保できず、７２時間を超えると、処理費用がかさむ。従って、２５０〜５５０℃の温度域で時効処理を１０分〜７２時間の範囲で行うのが望ましい。典型的な時効処理時間は、１〜２時間である。
【００４０】
なお、時効処理は、表面の酸化によるスケールの発生を防ぐために、還元性雰囲気中、不活性ガス雰囲気中または１３．３Ｐａ以下の真空中で行う。
【００４１】
上記の加工と時効処理は、必要に応じて、繰り返して行ってもよい。繰り返し行えば、１回の処理（加工および時効処理）で行うよりも、短い時間で所望の析出量を得ることができるとともに、固溶元素を低減させて導電性を向上できるからである。また、複数の時効処理の間に加工をすることにより、析出核としての転位を導入できる析出物の分散を微細にし易く、高強度化も図れるという利点もある。このとき、例えば、処理を２回繰り返して行う場合には、１回目の時効処理温度よりも２回目の時効処理温度を若干低くする（２０〜７０℃低くする）のがよい。
このような熱処理を行えば、２回目の時効処理温度の方が高い場合、１回目の時効処理の際に生成した析出物が粗大化するからである。３回目以降の時効処理においても、上記と同様に、その前に行った時効処理温度より低くすればよい。
【００４２】
（Ｄ）  その他
本発明のＣｕ合金の製造方法において、上記の製造条件以外の条件、例えば溶解、鋳造等の条件については特に限定はない。好ましくは、下記のように行うのがよい。
【００４３】
溶解は、非酸化ないしは還元雰囲気下で行うのがよい。これは、溶鋼中の固溶酸素が多くなると後工程で、水蒸気を発生してプリスターを生成する、いわゆる水素病が起こるなど好ましくない現象が起こるからである。
【００４４】
鋳片を得る方法は、生産性や凝固速度の点で連続鋳造が好ましいが、上述の条件を満たす方法であれば、他の方法、例えばインゴット法でも構わない。また、好ましい鋳込温度は、１２５０℃以上である。さらに好ましいのは１３５０℃以上である。この温度であれば、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｇ等を十分溶解させることができ、またＮｉ−Ｓｉ化合物、Ｎｉ−Ｍｇ化合物、Ｓｉ−Ｍｇ化合物等を生成させないからである。
【００４５】
連続鋳造により鋳片を得る場合には、銅合金で通常行われる黒鉛モールドを用いる方法が潤滑性がよいので推奨される。
【００４６】
【実施例】
（実施例１）
まず、化学組成、ならびに析出物および介在物の個数の影響を調査するために、表１および表２に示す化学組成を有するＣｕ合金を高周波溶解炉にて真空溶製し、セラミックス製の鋳型に深さ１５ｍｍまで鋳込み、鋳片を得た。
【００４７】
【表１】
2004307905.tif 000002
【００４８】
【表２】
2004307905.tif 000003
【００４９】
得られた鋳片を、９００〜４５０℃の温度域での平均冷却速度が１０℃／ｓとなるように冷却した後、切断と切削によって１０×８０×１５０ｍｍの圧延素材を得た。この圧延素材から下記のＡ〜Ｄの製造条件により各種の供試材を作製した。製造条件を表３および表４に示す。
【００５０】
＜製造条件Ａ＞
圧延素材に、室温で２ｍｍ（圧下率：８０％）までの圧延（１回目圧延）、４２５℃×２時間の時効（１回目時効）、室温で０．２ｍｍ（圧下率：９０％）までの圧延（２回目圧延）、３５０℃×５時間の時効（２回目時効）、室温で０．１ｍｍ（圧下率：５０％）までの圧延（３回目圧延）、および３００℃×２時間の時効（３回目時効）を施して供試材を作製した。
【００５１】
＜製造条件Ｂ＞
圧延素材に、上記の１回目圧延、１回目時効、２回目圧延および２回目時効を施して供試材を作製した。
【００５２】
＜製造条件Ｃ＞
圧延素材に、８５０℃×２時間の溶体化熱処理を施した後、上記の１回目圧延、１回目時効、２回目圧延、２回目時効、３回目圧延および３回目時効を施して供試材を作製した。
【００５３】
＜製造条件Ｄ＞
圧延素材に、８５０℃×２時間の溶体化熱処理を施した後、上記の１回目圧延、１回目時効、２回目圧延および２回目時効を施して供試材を作製した。
【００５４】
このようにして作製した供試材について、下記の手法により粒径が１０μｍ以上の析出物および介在物の単位面積当たりの個数、引張強度、導電率ならびに耐熱温度を求めた。これらの結果を表３および表４に併記する。
【００５５】
＜介在物の個数＞
各供試材の圧延面に垂直で、且つ圧延方向と平行な断面を鏡面研磨し、アンモニアおよび過酸化水素水を体積比９：１で混合した腐食液でエッチングした後、走査型電子顕微鏡により１００倍の倍率で１ｍｍ×１ｍｍの視野を観察し、析出物および介在物の長径（途中で粒界に接しない条件で粒内に最も長く引ける直線の長さ）を測定し、これを粒径と定義する。更に、粒径が１０μｍ以上の析出物および介在物のうち、１ｍｍ×１ｍｍ視野の枠線を交差するものを１／２個、枠線内にあるものを１個として算出し、任意に選んだ１０視野の平均値を個数と定義する。
【００５６】
＜引張強度＞
上記の供試材からＪＩＳ  Ｚ  ２２０１に規定される１３Ｂ号試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に規定される方法に従い、室温（２５℃）での引張強さ〔ＴＳ（ＭＰａ）〕を求めた。
【００５７】
＜導電率＞
上記の供試材から幅１０ｍｍ×長さ６０ｍｍの試験片を採取し、試験片の長手方向に電流を流して試験片の両端の電位差を測定し、４端子法により電気抵抗を求めた。続いてマイクロメータで計測した試験片の厚さから体積を求め、単位体積当たりの電気抵抗（抵抗率）を算出し、多結晶純銅を焼鈍した標準試料の抵抗率１．７２μΩ・ｃｍとの比から導電率〔ＩＡＣＳ（％）〕を求めた。
【００５８】
＜耐熱温度＞
上記の供試材から幅１０ｍｍ×長さ６０ｍｍの試験片を採取し、正四角錐のダイヤモンド圧子を荷重５０ｇで試験片に押し込み、荷重とくぼみの表面積との比から定義されるビッカース硬度を測定した。更に、これを所定の温度に２時間曝露し、室温まで冷却した後に、再びビッカース硬度を測定し、その硬度が暴露前の５０％になる曝露温度を耐熱温度として測定した。
【００５９】
【表３】
2004307905.tif 000004
【００６０】
【表４】
2004307905.tif 000005
【００６１】
図５は、各実施例の引張強度と導電率との関係を示す図である。なお、図５には、後段の実施例２における本発明例および比較例の値もプロットしている。
【００６２】
表３および４、ならびに図５に示すように、本発明例１〜５０では、化学組成および析出物および介在物の個数が本発明で規定される範囲にあるので、引張強度および導電率が前述の（ａ）式を満たす範囲内にある。また、耐熱温度においても、５００℃といずれも高い水準が維持されている。
【００６３】
一方、比較例１は化学組成が本発明で規定される範囲を外れる例であり、比較例２は化学組成、ならびに析出物および介在物の個数が本発明で規定される範囲を外れる例である。また、比較例３〜９は、化学組成は本発明で規定される範囲内にあるが、製造時に溶体化処理を施したので、析出物および介在物の個数が本発明で規定される範囲を外れていた。このため、いずれの比較例も前述の（ａ）式の範囲を外れ、強度及び導電率のバランスが悪い。
（実施例２）
次に、プロセスの影響を調査するために、表１に示すＮｏ．３の化学組成を有するＣｕ合金を高周波溶解炉で溶製し、セラミックス製の鋳型に深さ１５ｍｍまで鋳込み、厚み１５ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ１３０ｍｍの鋳片を得た後、９００℃から４５０℃までの温度域において噴霧冷却により所定の冷却速度で冷却した。この鋳片から表５に示す条件で供試材を作製した。得られた供試材について、上記と同様に、析出物および介在物の個数、引張強度、導電率ならびに耐熱温度を調査した。これらの結果も表５に併記する。
【００６４】
【表５】
2004307905.tif 000006
【００６５】
表５および図５に示すように、本発明例４１〜５８では、冷却条件、圧延条件および時効処理条件のいずれもが本発明で規定される範囲にあるので、析出物および介在物の個数が本発明で規定される範囲のＣｕ合金を製造することができた。このため、本発明例ではいずれも、引張強度および導電率が前述の（ａ）式を満たす範囲内にあり、引張強度および導電率のバランスが良好であった。また、耐熱温度においても、５００℃といずれも高い水準が維持されていた。
【００６６】
一方、比較例１０〜１３では、冷却速度が本発明で規定される範囲を下回る。比較例１４では１回目圧延温度が本発明で規定される範囲を外れ、比較例１５では１回目時効処理の条件が本発明で規定される範囲を外れ、さらに、これらの比較例では析出物および介在物の個数も本発明で規定される範囲を外れる。このため、比較例１０〜１５は、いずれも前述の（ａ）式を満足せず、引張強度と導電率のバランスが悪かった。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｂｅ等の環境に有害な元素を用いないＣｕ合金であって、引張強度と導電率とのバランスがよいとともに、高温強度にも優れるＣｕ合金およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非特許文献１に記載されたＢｅ等の有害元素を含まないＣｕ合金の引張強さと導電率との関係を整理したものである。
【図２】Ｎｉ−Ｓｉ二元系状態図である。
【図３】Ｎｉ−Ｍｇ二元系状態図である。
【図４】Ｓｉ−Ｍｇ二元系状態図である。
【図５】各実施例の引張強度と導電率との関係を示す図である。
【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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