JP3856073B2

JP3856073B2 - Ｃｕ−Ａｇ合金の製造方法

Info

Publication number: JP3856073B2
Application number: JP21433699A
Authority: JP
Inventors: 清高宇都宮; 哲二丸山; 拓次大塚; 幸文千葉; 太一郎西川
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JP2001040439A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐屈曲性に優れた高強度・高導電性のCu-Ag合金及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器、例えばロボットやスピーカー等の内部で繰り返し開閉または回転するような可動部に使用される導体には、耐屈曲性が必要である。導体に耐屈曲性を持たせるには、強度（引張強度）を増せばよい。そこで上記可動部の導体には、錫を添加することで高強度にしたCu-Sn合金が使用されている。しかし、錫の添加量を増加すると強度は増すが、それに伴い導電率が急激に低下するため、錫の添加量と強度には上限があった。そのため、導体の導電率を良くすると、耐屈曲性は得られないことになる。
【０００３】
一方、上記導電率の低下を最小限にするために銀を添加したCu-Ag合金がある。このCu-Ag合金として例えば、特公平7-109027号公報、特開平6-103809号公報などに開示されたものがある。これらは、ロングパルスマグネットなどの高磁界発生用マグネットの導体材料に使用されているものである。
【０００４】
前者は、銅に対し銀を4〜32at％（6.6〜44.4wt％）含むCu-Ag合金の製造方法を記載している。この製造方法は、銀6.6〜44.4wt％含有のCu-Ag合金を鋳造後、急冷しロットを作製して、減面率80％以上で冷間加工し、300〜500℃で0.5〜５時間熱処理を施す。上記冷間加工と熱処理とは２回以上繰り返す。その後、場合により更に冷間加工を行うものである。この製造方法によるCu-Ag合金は、引張強さ85〜99kgf/mm^２、導電率78〜84％IACSである。
【０００５】
後者は、銅に対し銀を10〜20at％（15.8〜29.7wt％）含むCu-Ag合金の製造方法を記載している。この製造方法は、銀15.8〜29.7wt％含有のCu-Ag合金を鋳造後、急冷しロットを作製して、減面率95％以上で冷間加工し、450〜500℃で10〜20時間熱処理を施す。冷間加工と熱処理は２回以上繰り返す。その後減面率90％以上の冷間加工を行う。この製造方法によるCu-Ag合金は、鋳造径８mmで引張強さ95〜102kgf/mm^２、導電率80〜85％IACSである。
【０００６】
これらの数値より上記Cu-Sn合金に比較してCu-Ag合金は、耐屈曲性・導電性が優れていると言える。またCu-Ag合金はCu-Sn合金より細径にでき、連続稼動にも耐え得るので、これらCu-Ag合金はCu-Sn合金に代わって使用できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記Cu-Ag合金は、銀の含有量が多くコスト高である。また、銀の含有量が多いほど導電率が悪くなるため、導電率の改善をする必要がある。その対策として、上記Cu-Ag合金の製造方法のように、冷間加工と熱処理との工程を２回以上施して熱処理の作業工程を多くしているため、作業性が悪い。
【０００８】
加えて上記Cu-Ag合金では、耐屈曲性を向上させる方法として引張強さのみを検討しているが、耐屈曲性のもう一つの因子である伸びについては言及していない。
【０００９】
本発明は、製造における作業性が良く、コストを低減しても、引張強さ・伸びが共に高く、かつ導電率の良いCu-Ag合金及びその製造方法を提供しようとするものである。特に、伸びと引張強さとを向上させるのに、有効な製造方法を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、銅を主体として銀を含有したCu-Ag合金であって、銀を1.0〜15.0wt％含有し、引張強さ80kgf/mm^２以上、伸び0.2％以上、導電率60％IACS以上であることを特徴とする耐屈曲性に優れたCu-Ag合金である。更に伸びを良くするために好ましい銀の含有量は、1.0〜6.0wt％である。
【００１１】
上記のようなCu-Ag合金の製造は、▲１▼銅を主体として銀を1.0〜15.0wt％含有したCu-Ag合金を連続機で鋳造してロットを作製し、そこで得たロットに減面率70％以上の冷間加工した後、▲２▼400〜500℃の温度で１〜30時間熱処理を施し、次いで、▲３▼減面率95％以上の冷間加工を行うことによる。
【００１２】
更に導電率を向上させるために、熱処理を２回行っても良い。具体的には、上記▲２▼の後に、▲４▼減面率70％以上の冷間加工を行う工程と、▲５▼400〜500℃の温度で１〜30時間熱処理を施す工程とを加え、更に上記▲３▼減面率95％以上の冷間加工を行うCu-Ag合金の製造方法である。
【００１３】
上記Cu-Ag合金の製造方法において、凝固速度を速めることで伸びを向上させるために線材の鋳造径を小さくすることが望ましい。特に、線材の鋳造断面積は750mm^２以下で鋳造することが好適である。
【００１４】
また上記Cu-Ag合金の製造方法において、鋳造材に伸線加工することでCu-Ag合金の組織は極めて微細な繊維状にされ、導電率を損なうことなく、強度を高めることができる。
【００１５】
本発明Cu-Ag合金における合金成分の組成と導体サイズとを上記範囲に限定したのは、この範囲のものが最も伸びと引張強さとが良く、かつ導電率も高いからである。Ag含有量が1.0wt％未満であると、導電率は高いが引張強さが大きくない。また後述する特公平7-109027号公報、特開平6-103809号公報記載のCu-Ag合金のようにAg含有量が15.0wt％を超えると、高価になる上、引張強さは殆ど変わらないが、導電率を良くするために加工工程を増やす必要があり作業効率が悪い。なお銀の含有量が6.0wt％以下では、引張強さが特に大きい。
【００１６】
本発明Cu-Ag合金の製造工程において、冷間加工と熱処理とをそれぞれ1回ずつのみ施すのは、これ以上行っても伸びや引張強さに余り差はないからである。逆に、冷間加工のみ或いは熱処理のみだと所望の特性は得られない。更に初回冷間加工の減面率を70％以上、最終減面率を95％以上という範囲限定は、それらの値未満であると引張強さが極端に悪くなるためである。
【００１７】
なお、導電率とは、標準軟銅線を100％IACSとしたときの電気の流れ易さを表すものである。
また、本発明Cu-Ag合金において、不可避的不純物が含まれていることは言うまでも無い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
本発明Cu-Ag合金と比較例とを製造し、比較検討してみた。共に基本的製造工程は、ロット作製→冷間加工→熱処理→（冷間加工→熱処理）→冷間加工、という手順である。なお、括弧内は熱処理を２回施したものを示している。
以下、各Cu-Ag合金について、引張強さ・導電率・伸びを測定した。その測定結果を表１〜表３に示した。なお製造条件も併せて示す。また加工処理を施行していないところには、ハイフンを記入している。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【表３】

【００２２】
表１は、本発明Cu-Ag合金の実施例である。表１に表されているように、No.１〜３において鋳造径が小さいほど伸びが良くなっているのが分かる。次に、銀の含有量を変えたNo.１・８・10を比較すると、銀の含有量が多いほど伸びが悪くなっている。鋳造径が同じで冷間加工と熱処理とを２回施したものでは（No.２・４、６・７、８・９、10・11との比較）、加工処理が多いほど特性が良くなっているとは必ずしも言えず、加工処理が1回であるもの（No.２、６、８、10）の方が、比較的特性のバランスが取れている。
なお導電率はいずれの条件においても、殆ど差がなく72〜84％IACSという高い値である。
【００２３】
表２・３は、比較例を表す。
表２に示すCu-Ag合金は、種々の製造条件で製造したものである。表２に示すように、No.２の冷間加工のみ施したCu-Ag合金では、導電率が極端に悪く58％IACSである。また伸びも良くない。逆にNo.12に示すように鋳造後、冷間加工を行わず熱処理のみを施したものでは、伸びが極めて悪い。
【００２４】
No.３・６のCu-Ag合金は、熱処理温度を本発明の範囲限定外である各々350℃・550℃としたものである。これらは、導電率がよくても引張強さが小さい。減面率を本発明の範囲限定外にしたNo.４・５、７・８、10・11においても、同様である。No.１のように銀含有量が1.0％未満のものは、引張強さが小さい。またNo.９に示すように、鋳造断面積が750mm^２を超えると伸びが悪い。
【００２５】
表３に示すCu-Ag合金は、特公平7-109027号公報・特開平6-103809号公報・特開平6-93399号公報・特開平6-93398号公報・特許登録2566877号公報記載に該当するものである。
【００２６】
表３に示すように、導電率は実施例とほぼ同様であるが、引張強さは実施例よりもかなり小さくなっており、伸びとのバランスが取れていない。
【００２７】
（実施例２）
本発明Cu-Ag合金及びCu-0.3％Sn合金において、これら２つの特性を比較検討した。なお、評価線経は共にφ0.08mmである。
【００２８】
図１は、本発明Cu-Ag合金及びCu-Sn合金における、引張強さと導電率とを示すグラフである。本発明Cu-Ag合金及びCu-0.3％Sn合金において、同じ導電率（75％IACS）線材で比較すると、図1に示すように、引張強さは、Cu-0.3％Sn合金：80kgf/mm^２であるのに対し、本発明Cu-Ag合金は、125kgf/mm^２であり、引張強さが大きいことが分かる。
【００２９】
図２は、本発明Cu-Ag合金とCu-Sn合金及び軟銅・硬銅とにおける、引張強さと屈曲回数とを示すグラフである。図３に示すように、試験線材３に負荷荷重１を５gfかけ、マンドレル２径をφ２mmとして屈曲試験を行った。カウント方式は90°往復で1回とした。この結果、引張強さ140kgf/mm^２である本発明Cu-Ag合金は、軟銅の約70倍、Cu-0.3％Sn合金の約10倍の寿命を示し、耐屈曲性が良いことが分かる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明Cu-Ag合金の製造方法によれば、減面率、温度条件等の条件を範囲限定することで引張り強さ・伸びが共に高く且つ導電率が良いという優れた効果を奏すCu-Ag合金が得られる。特に銀の含有量を1.0〜15.0wt％に限定することで、上記の効果をより良いものにする。これにより、屈曲を繰り返すような部材に適用できる。
【００３１】
本発明Cu-Ag合金の製造方法において、鋳造断面積を小さくすることで凝固速度が速くなり、それが伸びを向上させている。それに伴い熱処理加工の回数を減少させることにもなる。また加工処理が少ないことで作業性も高い。
【００３２】
また本発明Cu-Ag合金のように銀の含有を低濃度とすることでコストを削減でき、経済性がよい。
更に、本発明は屈曲性に効く因子である伸びを良くしたことで、高強度でかつ撚加工性の良いCu-Ag合金を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明Cu-Ag合金とCu-Sn合金における、引張強さと導電率とを示すグラフである。
【図２】本発明Cu-Ag合金とCu-Sn合金及び軟銅・硬銅とにおける、引張強さと屈曲回数とを示すグラフである。
【図３】屈曲試験の様子を表す説明図である。
【符号の説明】
１負荷荷重２マンドレル３試験線材

Claims

Cu-Ag合金の製造方法において、
1. Agを1.0〜15.0mass ％含有し、残部が Cu 及び不可避的不純物からなるCu-Ag合金を鋳造して得たロットに減面率70％以上の冷間加工を行う工程、
2. 400〜500℃の温度で１〜30時間熱処理を施す工程、
3. 減面率95％以上の冷間加工を行う工程、
とを具えることを特徴とするCu-Ag合金の製造方法。
請求項 1 記載のCu-Ag合金の製造方法において、
製造工程2. と 3.との間に、
4. 減面率70％以上の冷間加工を行う工程、
5. 400〜500℃の温度で１〜30時間熱処理を施す工程、
とを有することを特徴とするCu-Ag合金の製造方法。
鋳造断面積は750mm^２以下で鋳造されることを特徴とする請求項 1 又は 2記載のCu-Ag合金の製造方法。