(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを５〜３０質量％含有し、その金属組織において凝固時に晶出したＣｒがアスペクト比５以上のファイバー状であり、かつ、そのＣｒファイバー間のＣｕ母相に、粒径１００μｍ以下の、炭化物、酸化物、窒化物及びホウ化物からなる群から選ばれた少なくとも１種を０．０１〜１質量％の量分散させた組織を有してなり、残部がＣｕであることを特徴とする高Ｃｒ含有銅合金。
【請求項２】
Ｃｒを５〜３０質量％含有し、その金属組織において凝固時に晶出したＣｒがアスペクト比５以上のファイバー状であり、かつ、そのＣｒファイバー間のＣｕ母相に、粒径１００μｍ以下の、炭化物、酸化物、窒化物及びホウ化物からなる群から選ばれた少なくとも２種を０．０１〜１質量％の量分散させた組織を有してなり、残部がＣｕであることを特徴とする高Ｃｒ含有銅合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高強度、かつ高導電性の銅合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体リードフレーム、種々の電気電子機器、車載用端子・コネクター、リレースイッチ等の電子部品端子材、電極材、ヒートシンク材には、銅が有する高導電性に加えて高強度が必要とされるため、高強度、高導電性を有する銅合金の開発が要望されている。さらに、機器の小型化、高性能化などに伴い、高導電性と共にさらなる強度の向上及び耐熱性が要求されている。しかし、従来の固溶強化、析出強化を中心とした銅合金は、高導電率のものは強度が低く、高強度のものは導電率が低いという関係があった。
これに対し、特開平９−１０４９３５号には高Ｃｒ含有銅合金が提案されている。この銅合金は、Ｃｒを１０重量％以上含有し、凝固時に晶出したＣｒを冷間加工によりファイバー状にすることによって高強度高導電性を達成した銅合金（以下、Ｃｕ−Ｃｒ複相合金と称す）である。この銅合金は２相であるため、冷間加工時に加工歪みが多く蓄積され、冷間加工後の高強度を達成している。しかし、これは、導電率回復等のために熱処理を行うと、蓄積された加工歪み状態が一気に解放されるため、強度が落ちてしまうという問題がある。
また、Ｃｕ−Ｃｒ複相合金は２相であるため、合金材に高強度を発現させるには９９％以上の強加工を行い加工歪みを蓄積する必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明は、Ｃｕ−Ｃｒ複相合金において高温耐熱性の改善と所望の強度を得るために必要な冷間加工率を低減させ（以下、冷間加工の低減と称す）、実用上好適な高強度、高導電性の高Ｃｒ含有銅合金を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、
（１）Ｃｒを５〜３０質量％含有し、その金属組織において凝固時に晶出したＣｒがアスペクト比５以上のファイバー状であり、かつ、そのＣｒファイバー間のＣｕ母相に、粒径１００μｍ以下の、炭化物、酸化物、窒化物及びホウ化物からなる群から選ばれた少なくとも１種を０．０１〜１質量％の量分散させた組織を有してなることを特徴とする高Ｃｒ含有銅合金、および
（２）Ｃｒを５〜３０質量％含有し、その金属組織において凝固時に晶出したＣｒがアスペクト比５以上のファイバー状であり、かつ、そのＣｒファイバー間のＣｕ母相に、粒径１００μｍ以下の、炭化物、酸化物、窒化物及びホウ化物からなる群から選ばれた少なくとも２種を０．０１〜１質量％の量分散させた組織を有してなり、残部がＣｕであることを特徴とする高Ｃｒ含有銅合金
を提供するものである。
【０００５】
なお本明細書中、高温耐熱性とは熱処理後の強度が低下しないことをいい、アスペクト比とは、長さ／等価直径（晶出物と同じ断面積を有する円の直径）の比を表すものとする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の銅合金はＣｒを５〜３０質量％、好ましくは１０〜２０質量％含有する。その金属組織において、Ｃｒは、アスペクト比が５以上、好ましくは２０以上のファイバー状で含有される。Ｃｒの含有量が５質量％未満では良好なファイバー状態を得ることができず、また３０質量％を越えると健全な鋳塊組織が得られず、熱間加工で割れてしまう。
【０００７】
本発明の銅合金において、Ｃｒファイバー間のＣｕ母相には、炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物又はこれらのうち２種類以上の混合物が分散されている。この炭化物として好ましくは、Ｃｒ3Ｃ2、Ｃｒ7Ｃ3、ＳｉＣ、ＴｉＣ、酸化物として好ましくは、Ｃｒ2Ｏ3、Ａｌ3Ｏ3、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＭｇＯ、窒化物として好ましくは、ＣｒＮ、ＢＮ、Ｓｉ−Ｎ、ホウ化物として好ましくは、ＣｒＢ、ＢＮがある。これらは、粒径が通常１００μｍ以下である。径の下限は特に制限はない。０．１μｍ程度でも効果があり、それ以下でもよい。また、これらは、合金中に通常０．０１〜１質量％、好ましくは０．０５〜０．２質量％の割合で含有される。
【０００８】
これらの添加物はＣｕ母相側に分散されることによって、冷間加工時においてはＣｕ母相の動的回復を抑制し、また冷間加工によって導入される加工歪みを蓄積しやすくする。そのため本発明の銅合金は、低加工率でも高強度材とすることができる。また、熱処理時においては、前記添加物はＣｕ母相の再結晶を抑制することによって加工歪みを解放しにくくさせ、耐熱性を向上させる。これらの効果は添加物の粒径がＣｕ母相の銅の粒径以上では効果が小さいので、１００μｍ以下が効果的となる。
【０００９】
本発明で用いられる上記の添加物が合金中、０．０１質量％未満では加工率の低減及び耐熱性向上の効果が認められず、また含有率が１質量％を越えると冷間加工で変形するＣｒの変形に支障を及ぼすため、加工が困難になってしまう。なお、本発明で用いられる添加物の種類によるこれらの効果の差異はほとんどない。
【００１０】
本発明の高Ｃｒ含有銅合金の製造方法について説明する。
銅、高純度Ｃｒと所定の炭化物、酸化物、窒化物又はホウ化物の粉末を所定割合で溶製し、次いで鋳塊とする。
次いで例えば９００℃で再加熱後７０％以上の減面率で熱間加工、溶体化処理（例えば１０００℃、１時間）を行い、ついで冷間加工を行う。冷間加工率ならびに添加粒子量を適宜制御することによって、所望のアスペクト比にすることができる。また溶湯中に添加した粒子は、熱間加工により、均一に分散させる。
本発明の銅合金を加工して得られる加工材の形状としては特に制限はないが、例えば線材、板材、棒材が挙げられる。
【００１１】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
高周波真空溶解炉にて電気銅、高純度Ｃｒと所定の炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物又はこれらのうち２種類以上からなる混合物の粉末を銅箔に包んで添加して溶製し、４５ｍｍ×４５ｍｍ×１２０ｍｍの約２ｋｇの鋳塊を作製した。ここでは、Ｃｒ3 Ｃ2 、Ｃｒ7 Ｃ3 、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ａｌ3 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｒＮ、ＢＮ、ＳｉＮ、ＣｒＢのそれぞれ＃３２０メッシュ（＜４４μｍ）の粉体を準備した。これらの鋳塊を９００℃にて減面率７５％の熱間加工を行い、１０００℃、１時間の溶体化処理を施した後、２０ｍｍ×２０ｍｍ×４００ｍｍの試供材を作製した。試供材は溝ロールとダイスを用いて、後記の表１に示す冷間加工率で冷間加工を行い、線材へ加工した。ここで加工率は、加工限界に達する直前の加工率、すなわち、内径ｄ1 、ｄ2 、・・・ｄn 、ｄn+1 、・・・のダイスを順次通過させて冷間加工するに際して、ｄn+1 のダイス通過時に断線したとすると、ｄn のダイス通過時までの加工率である。この線材に４００〜６００℃で０．５〜３時間の熱処理（真空度：＜１０-4Ｔｏｒｒ）を加え試験材を作製した。
【００１２】
作製した試験材の組成及び各特性の評価結果を表１に示す。
表中、熱間加工性試験において、各試験材を熱間加工して、加工中に割れた場合を×、割れなかった場合を○と表記した。また、冷間加工性試験において、各試験材を冷間加工して、加工中に６０％以下の加工率で割れた場合を×、６０％以上９９％までの加工率で割れた場合を△、９９％以上の加工率での加工が可能であった場合を○と表記した。
また、冷間加工が６０％以上の加工率で可能であった試験材は加工限界直前の試験材から引張試験片を作製し、引張強さをＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じて測定した。また、真空焼鈍炉（真空度：＜１０-4Ｔｏｒｒ）で５００℃で１時間の等時時効を行った材料を準備し、各材料の導電率を四端子法を用いて端子間距離＝２００ｍｍ、２９３Ｋの恒温槽中で測定した。なお、Ｃｒ含有率、添加物の含有率及びアスペクト比を変えた以外は同様にして作製した比較例の組成及び各特性の評価結果も表１にあわせて示した。
【００１３】
【表１】
0004057162.tif 000002
【００１４】
表１において、Ｃｒ含有率を５質量％未満、かつ、アスペクト比を５未満とした試験材Ｎｏ．２６は熱間加工性、冷間加工性は良好であるが、冷間加工率が９９％以上であり、引張強さも劣っている。また、Ｃｒ含有率を３０質量％より大とした試験材Ｎｏ．２８はファイバー状の金属組織が得られず、熱間加工性及び冷間加工性に劣り、実用上使用できない。また、添加物含有率を０．０１質量％未満とした試験材Ｎｏ．２９は、添加物を添加していない試験材Ｎｏ．２７と比べても引張強さの改善はほとんど見られず、さらに、添加物を０．０１質量％以上添加した本発明の試験材（例えばＮｏ．６）と比べると、添加物を添加したことによる冷間加工率の低減及び引張強さの改善の効果がないことが明確にわかる。また、添加物含有率を１質量％より大とした試験材Ｎｏ．３０及びＮｏ．３１は、いずれも熱間加工性及び冷間加工性に劣り、実用上使用できない。一方、本発明の銅合金は、試験材Ｎｏ．１〜２５の結果からわかるように、冷間加工率を低減させ、高導電性かつ引張強さに優れた高Ｃｒ含有銅合金材に加工できる。
【００１５】
耐熱性を調べるために試験材Ｎｏ．１〜８、１０、１３、１６〜２５、２６、２７及び２９を不活性ガス雰囲気中で４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃で１時間焼鈍して、次いで湿式研磨により鏡面に仕上げて硬度測定を行った結果を表２に示す。硬度測定は、焼鈍を行っていない試験材（Ａｓ）と、それぞれの温度での焼鈍後材とをＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準じて荷重３００ｇｆで測定することにより行った。
【００１６】
【表２】
0004057162.tif 000003
【００１７】
表２において、試験材Ｎｏ．２６、２７及び２９と、本発明の銅合金を加工した試験材Ｎｏ．１〜８、１０、１３及び１６〜２５を比較すると、本発明の銅合金を加工した合金材は硬度に優れており、特に６００〜７００℃の熱処理による硬度の低下が効果的に抑制されることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の高強度、高導電性の高Ｃｒ含有銅合金材は、冷間加工率の低減ができるのでコスト面で有利であり、また低加工率で高強度材が得られることはサイズの大きい材料を提供できることになり、実際の生産上も極めて有利である。また本発明のＣｒ含有銅合金は、耐熱性の向上により、実用上必要な各種熱処理を加えることができる。さらに、銅合金材を熱条件下で使用しても、硬度の劣化が小さい。したがって、本発明の合金は半導体リードフレームや様々な電気電子機器及び車載用端子・コネクターあるいはリレースイッチ等の電子部品端子材にも好適である。