JP6879968B2 - 銅合金板、通電用電子部品、放熱用電子部品 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、Crを0.1〜0.6%、Zr及びTiのうちの一種又は二種を合計で0.01〜0.30%含み、残部が銅及び不可避的不純物からなる。一実施態様においては、Crを0.15〜0.3%含み、Zr及びTiのうちの一種又は二種を合計で0.05〜0.20%含有することが好ましい。Crが0.6%を超えると曲げ加工性が低下し、0.1%未満になると550MPa以上の0.2%耐力を得ることが難しくなる。Zr及びTiのうちの一種又は二種の合計が0.30%を超えると曲げ加工性が低下し、0.01%未満になると、550MPa以上の0.2%耐力を得ることが難しくなる。
なお、本明細書において「Cu−Cr−Zr−Ti系銅合金板」と称する場合、Cu、Cr、Zr及びTiをすべて含むことを意味せず、上記Crを0.1〜0.6%、Zr及びTiのうちの一種又は二種を合計で0.01〜0.30%含む銅合金板を総称する意味である。
本発明者は、良好な曲げ肌を作り込むことが困難な場合の多い、B.W.:Bad Way(曲げ軸が圧延方向と同一方向)の曲げ肌を改善することが重要であると考えた。
圧延垂直方向に対して引張の応力が負荷された場合のシュミットファクターの値を高くしたところ、良好な曲げ肌が得られることが分かった。この要因としてはシュミットファクターの値が大きいほどすべり面がすべりやすいことから(なお、シュミットファクターの最大値は0.5である)、上記方向のシュミットファクターを高くすることで、B.W.に曲げ負荷がかかった際にすべり変形が生じやすくなったためと推測される。
具体的に、図3は、シュミットファクターについて簡易的に説明するためのモデル図であり、単結晶の塑性変形を模式的に示した図である。すなわち、断面積Aの単結晶丸棒10を、単軸荷重Fで引っ張った場合、単結晶丸棒10の結晶粒内のすべり面20、すべり方向25に分解せん断応力が生じる。この分解せん断応力τがその材料特有の臨界せん断応力τcに達するとすべり変形(塑性変形)が生じる。分解せん断応力τは、軸応力をσ、負荷軸とすべり面の法線とのなす角をφ、負荷軸とすべり方向とのなす角をλとすると、τ=(F/A)・cosλ・cosφ=σ・cosλ・cosφで表される。これがシュミットの法則であり、cosλ・cosφがシュミットファクターである。シュミットファクターは、λ=φ=45°の時に最大値になる(なお、シュミットファクターについては、塑性加工技術シリーズ2「材料」日本塑性加工学会編,コロナ社,p.12を参照)。
なお、シュミットファクターは以下の式を用いて算出した。
(シュミットファクター)=cosλ・cosφ
cosλ=t・n/|t||n|
cosφ=t・s/|t||s|
ただし、
φ:負荷軸とすべり面の法線とのなす角
λ:負荷軸とすべり方向とのなす角
t:引張荷重負荷方向に平行な単位ベクトル
n:すべり面の法線ベクトルに平行な単位ベクトル
s:すべり方向に平行な単位ベクトル
曲げ肌の評価には曲げ部の表面粗さRaを用いる。Raの値が低いほど試料表面の凹凸は少なくなり、コネクタ等で用いる際に接触面積は大きくなるので、良好な通電性が確保される。本発明ではRaを2.0μm以下、望ましくは1.5μm以下とする。
本発明の一実施形態において、0.2%耐力(YS)と引張強度(TS)との比の値が0.95以上であることが好ましい。0.2%耐力/引張強度の値が0.95以上であれば、十分に圧延集合組織が形成されることになりピークの集積強度が大きくなる。ピークの集積強度が高いほど、ピークを示す方位のシュミットファクターが曲げ肌に与える影響が高くなるという利点がある。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は、端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板などの電子部品の用途に好適に使用することができ、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車等で用いられるコネクタや端子等の通電用途、またはスマートフォンやタブレットPCで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に有用である。
本発明の実施の形態に係る銅合金板は以下の製造工程により製造することができる。まず、純銅原料として電気銅等を溶解し、カーボン脱酸等により酸素濃度を低減した後、Crと、Zr及びTiのうちの一種又は二種と、必要に応じて他の合金元素を添加し、厚み30〜300mm程度のインゴットに鋳造する。このインゴットを例えば800〜1000℃の熱間圧延により厚み3〜30mm程度の板とした後、第1の冷間圧延、溶体化処理、第2の冷間圧延、時効処理をこの順で行う。
合計の加工度は、(熱間圧延前の厚み−熱間圧延後の厚み)/熱間圧延前の厚み×100%により計算される。
最終パスのひずみ速度は、以下の式を用いて計算することができる。
dε/dt=(2πn/60r1/2)・(R/H)1/2・ln(1/(1−r))
ここで、
dε/dt:最終パスのひずみ速度
n:ロールの回転数(rpm)
r:加工度(%)/100
R:ロール半径(mm)
H:最終パス前の板厚(mm)
を意味する。
前記熱間圧延工程における合計加工度を80%以上とし、最終パスのひずみ速度を1.0/s-1以上とすることを特徴とする銅合金板の製造方法である。
引張試験機により、JIS−Z2241に従い、圧延方向と平行な方向における引張強度(TS)を測定した。
引張試験機により、JIS−Z2241に従い、圧延方向と平行な方向における0.2%耐力(YS)を測定した。0.2%耐力(YS)を降伏強度とした。
試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように試験片を採取し、JIS−H0505に準拠し四端子法により20℃での導電率を測定した。
幅10mm、長さ100mmの短冊形状の試験片を、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように採取した。図1のように、l=50mmの位置を作用点として、試験片にy0のたわみを与え、圧延方向の0.2%耐力(JIS−Z2241に準拠して測定)の80%に相当する応力(s)を負荷した。y0は次式により求めた。
y0=(2/3)・l 2 ・s/(E・t)
ここで、Eは圧延方向のヤング率であり、tは試料の厚みである。150℃にて1000時間加熱後に除荷し、図2のように永久変形量(高さ)yを測定し、応力緩和率{[y(mm)/y0(mm)]×100(%)}を算出した。
曲げ肌の評価では、幅1mm、長さ20mmに切り出した試料を曲げ試験片として用いた。JIS−H3130に従ってB.W.(曲げ軸が圧延方向と同一方向)のW曲げ試験を行い、曲げ部の表面を共焦点レーザー顕微鏡で解析し、JIS−B0601(2013)に定められたRa(μm)を算出した。曲げ肌はRaが1.5μm以下であれば◎、1.5μmより大きく2.0μm以下であれば○、2.0μmより大きく3.0μm以下であれば△、3.0μmより大きければ×と表記した。
逆極点図はXRD測定を用いて求めた。XRD測定には株式会社リガク社製RINT−TTRを用いて、銅合金板表面の厚み方向のX線回折を測定した。さらに、微粉末銅のX線回折を測定した。ここでX線はKα線、管電圧30KV、管電流100mAとした。銅合金板の各方位における集積強度を微粉末銅の集積強度で除することで、規格化された圧延直角方向(TD)の逆極点図を作成した。求めた逆極点図から集積強度がピークを示す方位を決定した。
当成分の銅合金は面心立方構造(FCC)を有するため、その主すべり系は{111}<110>である。シュミットファクターはTDから見たときの集積強度がピークを示す方位に対して、圧延直角方向(TD)に平行に引張荷重を負荷した場合の主すべり系における値を算出した。
上記の通り具体的には以下の式を用いて、シュミットファクターを求めることができる。
(シュミットファクター)=cosλ・cosφ
cosλ=t・n/|t||n|
cosφ=t・s/|t||s|
ただし、
φ:負荷軸とすべり面の法線とのなす角
λ:負荷軸とすべり方向とのなす角
t:引張荷重負荷方向に平行な単位ベクトル
n:すべり面の法線ベクトルに平行な単位ベクトル
s:すべり方向に平行な単位ベクトル
主すべり系の中でも実際に活動するすべり系はシュミットファクターが最大値を取るものであるため、n、sは上式で規定されるシュミットファクターが最大値を取るような組み合わせを選択する必要がある。
20 単結晶丸棒の結晶粒内のすべり面
25 単結晶丸棒のすべり方向
30 すべり面の法線
Claims (5)
- Crを0.1〜0.6質量%、ZrおよびTiのうちの一種または二種を合計で0.01〜0.30質量%含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、XRD測定から得られる圧延直角方向(TD)の逆極点図における集積強度のピーク方位に対して、TDと平行方向に引張の応力が負荷された際のシュミットファクターが0.40以上であり、
0.2%耐力が550MPa以上であり、導電率が75%IACS以上であり、応力緩和率が15%以下である銅合金板。 - 0.2%耐力(MPa)/引張強度(MPa)の値が0.95以上である請求項1に記載の銅合金板。
- Ag、Fe、Co、Ni、Mn、Zn、Mg、Si、P、Sn、Al、Ca、Y、Nb、Mo、Hf、W、Pt、Au及びBからなる群から選ばれる少なくとも1種を合計で1.0質量%以下含有する請求項1又は2に記載の銅合金板。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の銅合金板を用いた通電用電子部品。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の銅合金板を用いた放熱用電子部品。
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