(57)【要約】【課題】  毒性のベリリウムを含まない、高強度と高導電性を併せもつ銅合金およびその製造方法を提供すること。【解決手段】  質量％で、Ni：２．４％以上３．２%未満、Si：０．５％以上０．７%未満、Fe：０．０５％以上０．２%未満を含有し残部Cuおよび不可避不純物からなり、Ni／Si質量比が４．３以上５．２未満で、Ni／Fe質量比が１０以上４０未満であることを特徴とする高強度高導電性銅合金、およびその合金を溶体化処理後に、３０％以上７０％未満の圧下率の圧延加工を施し、４００℃以上５００℃以下の温度で３０分以上１０時間以下の時効処理を施す製造方法、およびその処理後に３００℃以上４５０℃以下で５時間以上３６時間以下の時効処理を行う製造方法を提供する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ni：２．４％以上３．２%未満、Si：０．５％以上０．７%未満、Fe：０．０５％以上０．２%未満を含有し残部Cuおよび不可避不純物からなり、Ni／Si質量比が４．３以上５．２未満で、Ni／Fe質量比が１０以上４０未満であることを特徴とする高強度高導電性銅合金。
【請求項２】
溶体化処理後に、３０％以上７０％未満の圧下率の圧延加工を施し、４００℃以上５００℃以下の温度で３０分以上１０時間以下の時効処理を施すことを特徴とする請求項１の高強度高導電性銅合金の製造方法。
【請求項３】
溶体化処理後に、３０％以上７０％未満の圧下率の圧延加工を施し、４００℃以上５００℃以下での温度で３０分以上１０時間以下の時効処理を施し、さらに３０以上７０％以下の圧下率の圧延加工を施し、３００℃以上４５０℃以下で５時間以上３６時間以下の時効処理により製造することを特徴とする請求項１の高強度高導電性銅合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コネクター、リレー、スイッチ等の導電性バネ材料に好適な、高強度で導電性に優れた時効硬化型の銅合金およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コネクター、リレー、スイッチ等の導電性バネ材料として、ベリリウム銅、チタン銅等の銅合金が使用されている。ベリリウム銅と呼ばれるCu-Be合金は、高い強度と導電性等の非常に優れた特性をもっている。また、チタン銅と呼ばれるＣｕ−Ｔｉ合金は、バネ材に重要な応力緩和特性に優れており、導電性バネ材としてはＴｉを２．０質量％から５．０質量％まで含有するＣｕ−Ｔｉ合金が用いられている。また、ＩＣなどの半導体装置等のリード材としても銅合金が広く用いられており、それらの銅合金も高い強度と導電率を兼ね備えている。それらの代表的な銅合金にはＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金があり、また約２質量％のFeを含んだＣｕ−Ｆｅ系合金も電子部品用に使用されている。
【０００３】
これらの銅合金は析出硬化型であり、８００℃程度以上の高温から急冷し時効処理によって合金元素をＣｕ母相中に析出させ、強度を向上させる。また、この合金元素の析出により、固溶状態にある合金に比較して導電性も向上する。これらの高強度で高導電性の銅合金およびその製造法に関する一般的な事項については、非特許文献１に記されている。また、改良したＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金については、特許文献１や特許文献２に、さらに改良したＣｕ−Ｆｅ系合金については、特許文献３や特許文献４に記されている。
【非特許文献１】「銅および銅合金の基礎と工業技術」、日本伸銅協会、（１９９５）p．４７１
【特許文献１】特開平９−２２７９７１
【特許文献２】特開平１０−１５２７３７
【特許文献３】特開平１０−２９８６７９
【特許文献４】特開２０００−１７３５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の合金の中で、ベリリウム銅に含まれるベリリウムは強い毒性があり、取り扱いにおいては特殊な設備を必要とすることから、高価であるなどの欠点を有している。また、Ｃｕ−Ｔｉ合金には時効硬化性がありベリリウム銅に匹敵する強度を有しているが、導電性が低いという欠点がある。特に、強度を高めるためにＴｉの含有量を増やすと、導電性が低下する問題がある。また、導電性を高めるために高温長時間の時効処理を行うと、過時効となって強度が低下する問題が生じる。
【０００５】
一方、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金やＣｕ−Ｆｅ系合金では、導電率がＣｕ−Ｔｉ系合金よりも高いが、７００ＭＰａという引張強度にとどまっており、その原因は、析出しきれずに固溶状態で残留する合金元素の量が多いためである。電子部品用の銅合金としては、さらなる強度上昇が求められが、十分に析出を起こさせるために時効処理時間を長くすると、導電率は向上するが、析出物が粗大になり強度が低下するという問題がある。そこで本発明は、毒性のベリリウムを含まない、高強度と高導電性を併せもつ銅合金およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、質量％で、Ni：２．４％以上３．２%未満、Si：０．５％以上０．７%未満、Fe：０．０５％以上０．２%未満を含有し残部Cuおよび不可避不純物からなり、Ni／Si質量比が４．３以上５．２未満で、Ni／Fe質量比が１０以上４０未満であることを特徴とする高強度高導電性銅合金が得られる。
【０００７】
また、本発明によれば、溶体化処理後に、３０％以上７０％未満の圧下率の圧延加工を施し、４００℃以上５００℃以下の温度で３０分以上１０時間以下の時効処理を施すことを特徴とする高強度高導電性銅合金の製造方法が得られる。
【０００８】
更に本発明によれば、溶体化処理後に、３０％以上７０％未満の圧下率の圧延加工を施し、４００℃以上５００℃以下での温度で３０分以上１０時間以下の時効処理を施し、さらに３０以上７０％以下の圧下率の圧延加工を施し、３００℃以上４５０℃以下で５時間以上３６時間以下の時効処理により製造することを特徴とする高強度高導電性銅合金の製造方法が得られる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の銅合金および銅合金材の製造方法によると、Ｎｉ−Ｓｉと適量なＦｅを含有し、残部がＣｕの組成から構成される銅合金とすることにより、高強度 ・高導電性の銅合金を得ることができる。また、時効、熱処理および冷間圧延を施こすことにより、従来のベリリウム銅合金に匹敵する高強度 ・高導電性をもつ銅合金を、低コストで製造することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明の実施例と比較礼とした合金の化学成分、Ｎｉ／ＳｉとＮｉ／Ｆｅの質量比を表１に示した。
【００１１】
【表１】
2007023313.tif 000002
表１に示した化学成分をもつＡからＦまでの合金を、不活性雰囲気溶解炉を用いて溶製した。これらのインゴットを圧延により厚さ０．５ｍｍから２ｍｍの板に加工した。その後、これらの合金を約９００℃において均一化焼鈍を施した。
【００１２】
次に、これらの合金に各種条件の時効処理を施し、導電率と引張強度を調べた。結果を表２に示した。まず、ＡからＦまでの合金を、９００℃において１時間焼鈍後に油中に急冷し、添加元素を合金中に固溶させた。その後に、室温において圧延加工により、合金に３０％以上７０％以下の圧下を加えた。また、これらの圧延加工を加えない合金も作製した。時効処理は、目標の特性に応じて一回目の時効処理１と二回目の時効処理２に分けて行った。時効処理１では、４５０℃において３時間の時効処理を施して添加元素の析出を起こさせた。時効処理１は、圧延加工を施さない合金についても処理を行った。次の時効処理２においては、さらに圧延を行い、一回目の時効処理１より低温の３６０℃で２４時間の二回目の時効処理２を施すことにより、添加元素の微細な析出を起こさせた。
【００１３】
【表２】
2007023313.tif 000003
表２に示したように、本発明に該当しない比較例のＡからＣまでの合金に一回目の時効処理１を施した試料（１）、（２）および（３）では、引張強度は７２０ＭＰａ未満であり、導電率（ＩＡＣＳ％：ＩＡＣＳ％は純銅の導電率を１００とした時、同条件で測定した銅合金の導電率の割合）は３０以下であった。また、これらの合金を時効する前に圧延を施した試料（４）、（５）および（６）でも、引張強度は７７０ＭＰａ未満であり、導電率（ＩＡＣＳ％）も３０以下であった。この時効前の圧延による引張強度や導電率向上の効果は、次に述べるＤからＦの合金での効果に及ばなかった。
【００１４】
一方、本発明に該当するＤからＦまでの合金においては、圧延を施さないで一回目の時効処理１を施した試料（７）、（８）および（９）では、引張強度は７４０ＭＰａ以上で、導電率は２９％以上であった。本発明に相当する圧延を施した後に時効処理１を施した試料（１０）、（１１）および（１２）では、引張強度は８００ＭＰａ以上であり、導電率（ＩＡＣＳ％）は３２を超えた。さらに、本発明に相当する時効処理１と時効処理２を施すことにより、引張強度は９５０ＭＰａ以上で、導電率（ＩＡＣＳ％）は４０以上になった。
【００１５】
なお、本実施例および比較例では表１に示す成分の銅合金の結果を示したが、合金の成分としては、質量％で、Ni：２．４以上３．２%未満、Si：０．５以上０．７%未満、Fe：０．０５以上０．２%未満を含有し残部Cuおよび不可避不純物からなり、Ni／Si質量比が４．３以上５．２未満で、Ni／Fe質量比が１０〜４０である銅合金であれば良い。これらの範囲以外の成分をもつ合金では、引張強度や導電率に影響する析出物の分散状態が最適でないため。引張強度が低下し導電率も低下する。
【００１６】
また、本実施例では一回目の時効処理前１の圧延加工として５０％あるいは３５％の圧下度を選んだが、この圧延加工は３０％以上７０％以下の圧下率であれば、その効果が得られる。さらに、二回目の時効処理前２の圧延加工として３５％の圧下度を選んだが、この圧延加工は３０％以上７０％以下の圧下率であれば効果が得られる。これらの圧下率が３０％未満あるいは７０％を超える圧延加工では、時効による析出物の微細分散が、有効に引張強度や導電率の上昇に寄与しないため、引張強度や導電率が低下する。
【００１７】
更に、本実施例および比較例においては、一回目の時効処理１の条件として、４５０℃で３時間の時効処理を施した結果を示したが、この時効処理は４００℃以上５００℃以下で３０分以上５時間以下の処理であれば効果が得られる。一回目の時効処理１の条件が、それ以外の温度や時間であると、時効で形成した析出物の微細分散により引張強度や導電率が向上する程度が低い。二回目の時効処理２の条件として、３６０℃で２４時間の時効処理を施した結果を示したが、この時効処理は３００℃以上４５０℃以下で３時間以上３６時間以下であれば効果が得られる。二回目の時効条件２がそれ以外の温度や時間である場合、時効による析出物の微細分散が有効に活用できない。特に、二回目の時効処理２の条件は一回目の時効処理１条件よりも低温で長時間であると効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明によれば、毒性のベリリウムを含まない、高強度と高導電性を併せもつ銅合金およびその製造方法を提供することが可能となり、高強度高導電性銅合金の安価な供給により、電子部品、たとえば小型のリードフレームやパッケージの製造などの発展に大きく寄与する。