JP7512845B2 - Copper alloys, copper alloy plastic processing materials, electronic and electrical equipment parts, terminals, bus bars, lead frames, heat dissipation substrates - Google Patents
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Description
本発明は、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品に適した銅合金、この銅合金からなる銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板に関するものである。 The present invention relates to a copper alloy suitable for electronic and electrical equipment parts such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates, a copper alloy plastic processing material made of this copper alloy, electronic and electrical equipment parts, terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates.
従来、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品には、導電性の高い銅又は銅合金が用いられている。
ここで、電子機器や電気機器等の大電流化にともない、電流密度の低減およびジュール発熱による熱の拡散のために、これら電子機器や電気機器等に使用される電子・電気機器用部品においては、導電率に優れた無酸素銅等の純銅材が適用されている。
しかしながら、純銅材においては、高温での硬度低下のしにくさを表す耐熱性が不十分であり、高温環境下での使用ができないといった問題があった。
そこで、特許文献1には、Mgを0.005mass%以上0.1mass%未満の範囲で含む銅圧延板が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, highly conductive copper or copper alloys have been used for electronic and electric device components such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates.
Here, as electronic devices, electric devices, and the like use larger currents, pure copper materials such as oxygen-free copper, which have excellent electrical conductivity, are used in electronic and electric device parts to reduce current density and diffuse heat due to Joule heating.
However, pure copper materials have insufficient heat resistance, which indicates the resistance to a decrease in hardness at high temperatures, and therefore have the problem of being unable to be used in high-temperature environments.
Therefore, Patent Document 1 discloses a copper rolled sheet containing Mg in the range of 0.005 mass% or more and less than 0.1 mass%.
特許文献1に記載された銅圧延板においては、Mgを0.005mass%以上0.1mass%未満の範囲で含み、残部がCu及び不可避不純物からなる組成を有しているので、Mgを銅の母相中に固溶させることで、導電率を大きく低下させることなく、耐熱性を向上させることが可能であった。 The copper rolled sheet described in Patent Document 1 contains Mg in the range of 0.005 mass% or more and less than 0.1 mass%, with the remainder being Cu and unavoidable impurities. By dissolving Mg in the copper matrix, it was possible to improve heat resistance without significantly reducing electrical conductivity.
ところで、最近では、上述の電子・電気機器用部品を構成する銅材においては、大電流が流された際の発熱を十分に抑制するために、また、純銅材が用いられていた用途に使用可能なように、導電率をさらに向上させることが求められている。さらに、導電率を十分に向上させることにより、従来、純銅材が用いられていた用途においても良好に使用することが可能となる。
また、上述の電子・電気機器用部品は、エンジンルーム等の高温環境下で使用されることが多く、電子・電気機器用部品を構成する銅材においては、従来にも増して耐熱性を向上させる必要がある。
Recently, in the copper material constituting the above-mentioned electronic and electric device parts, there is a demand for further improving the electrical conductivity in order to sufficiently suppress heat generation when a large current flows through it and to enable use in applications in which pure copper materials have been used. Furthermore, by sufficiently improving the electrical conductivity, it becomes possible to use the copper material satisfactorily in applications in which pure copper materials have been used in the past.
Furthermore, the above-mentioned electronic and electric device parts are often used in high-temperature environments such as engine compartments, and the copper material constituting the electronic and electric device parts needs to have improved heat resistance compared to conventional copper materials.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、高い導電率、強度、優れた耐熱性を有するとともに強度と耐応力緩和特性を両立することができる銅合金、銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板を提供することを目的とする。 This invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and aims to provide copper alloys, copper alloy plastic processing materials, electronic and electrical device parts, terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates that have high electrical conductivity, strength, and excellent heat resistance, and that can simultaneously achieve both strength and stress relaxation resistance properties.
この課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、高い導電率と優れた耐熱性をバランス良く両立させるためには、Mgを微量添加するとともに、Mgと化合物を生成する元素の含有量を規制することが必要であることが明らかになった。すなわち、Mgと化合物を生成する元素の含有量を規制して、微量添加したMgを適正な形態で銅合金中に存在させることにより、従来よりも高い水準で導電率と耐熱性とをバランス良く向上させることが可能となるとの知見を得た。
さらに、粒界における小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率を規定することで強度が向上するとの知見を得た。
In order to solve this problem, the present inventors have conducted extensive research and have found that in order to achieve a good balance between high electrical conductivity and excellent heat resistance, it is necessary to add a small amount of Mg and to regulate the content of elements that form compounds with Mg. In other words, the inventors have found that by regulating the content of elements that form compounds with Mg and allowing the trace amount of Mg to exist in the copper alloy in an appropriate form, it is possible to improve electrical conductivity and heat resistance to a high level in a good balance compared to conventional levels.
Furthermore, it was found that strength can be improved by specifying the length ratio of low-angle grain boundaries and subgrain boundaries in the grain boundaries.
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の銅合金は、Mgの含有量が10massppm超え100massppm未満の範囲内、残部がCu及び不可避不純物とした組成を有し、前記不可避不純物のうち、Sの含有量が10massppm以下、Pの含有量が10massppm以下、Seの含有量が5massppm以下、Teの含有量が5massppm以下、Sbの含有量が5massppm以下、Biの含有量が5masppm以下、Asの含有量が5masppm以下とされるとともに、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量が30massppm以下とされており、Mgの含有量を〔Mg〕とし、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量を〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕とした場合に、これらの質量比〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕が0.6以上50以下の範囲内とされており、導電率が97%IACS以上とされ、EBSD法により、10000μm2以上の測定面積を、0.25μmの測定間隔のステップでCI値が0.1以下である測定点を除いて、各結晶粒の方位差の解析を行い、隣接する測定点間の方位差が15°以上となる測定点間を結晶粒界とし、Area Fractionにより平均粒径Aを求め、平均粒径Aの10分の1以下となる測定間隔のステップで測定して、総数1000個以上の結晶粒が含まれるように、複数視野で10000μm2以上となる測定面積で、データ解析ソフトOIMにより解析されたCI値が0.1以下である測定点を除いて解析し、隣接する測定点間の方位差が2°以上15°以下となる測定点間である小傾角粒界およびサブグレインバウンダリーの長さをLLB、隣接する測定点間の方位差が15°を超える測定点間である大傾角粒界の長さをLHBとしたときに、
LLB/(LLB+LHB)>20%
の関係を有することを特徴としている。
The present invention has been made based on the above-mentioned findings, and the copper alloy of the present invention has a composition in which the Mg content is in the range of more than 10 ppm by mass and less than 100 ppm by mass, with the balance being Cu and unavoidable impurities, and among the unavoidable impurities, the S content is 10 ppm by mass or less, the P content is 10 ppm by mass or less, the Se content is 5 ppm by mass or less, the Te content is 5 ppm by mass or less, the Sb content is 5 ppm by mass or less, the Bi content is 5 ppm by mass or less, and the As content is 5 ppm by mass or less. The content of S, P, Se, Te, Sb, Bi and As is 5 mass ppm or less, and the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi and As is 30 mass ppm or less. When the content of Mg is [Mg] and the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi and As is [S + P + Se + Te + Sb + Bi + As], the mass ratio [Mg] / [S + P + Se + Te + Sb + Bi + As] is in the range of 0.6 to 50. The electrical conductivity is 97% IACS or more, and the EBSD method is performed to obtain a value of 10,000 μm. The orientation difference of each crystal grain is analyzed for 2 or more measurement areas, excluding measurement points where the CI value is 0.1 or less at measurement intervals of 0.25 μm, and the measurement points between which the orientation difference between adjacent measurement points is 15° or more are defined as crystal grain boundaries. The average grain size A is calculated by Area Fraction, and measurements are performed at measurement intervals of 1/10 or less of the average grain size A. Analysis is performed in a measurement area of 10,000 μm2 or more in multiple visual fields so that a total of 1,000 or more crystal grains are included, excluding measurement points where the CI value analyzed by data analysis software OIM is 0.1 or less. When the length of the low-angle grain boundary and subgrain boundary between measurement points where the orientation difference between adjacent measurement points is 2° to 15° is defined as LLB , and the length of the high-angle grain boundary between measurement points where the orientation difference between adjacent measurement points exceeds 15° is defined as LHB ,
LLB /( LLB + LHB )>20%
The present invention is characterized in that the above relationship is satisfied.
この構成の銅合金によれば、Mgと、Mgと化合物を生成する元素であるS,P,Se,Te,Sb,Bi,Asの含有量が上述のように規定されているので、微量添加したMgが銅の母相中に固溶することで、導電率を大きく低下させることなく耐熱性を向上させることができ、具体的には導電率を97%IACS以上とすることができる。
そして、小傾角粒界およびサブグレインバウンダリーの長さをLLB、大傾角粒界の長さをLHBとしたときに、LLB/(LLB+LHB)>20%の関係を有しているので、転位密度の増加に伴う加工硬化により、強度(耐力)を向上させることが可能となる。
In the copper alloy having this configuration, the contents of Mg and the elements S, P, Se, Te, Sb, Bi, and As which form compounds with Mg are specified as described above. Therefore, the trace amount of Mg added is dissolved in the copper matrix to improve the heat resistance without significantly decreasing the electrical conductivity. Specifically, the electrical conductivity can be made 97% IACS or more.
In addition, when the length of the low-angle grain boundary and the subgrain boundary is LLB and the length of the high-angle grain boundary is LHB , the relationship LLB /( LLB + LHB )>20% is satisfied. This makes it possible to improve the strength (yield strength) by work hardening caused by the increase in dislocation density.
ここで、本発明の銅合金においては、Agの含有量が5massppm以上20massppm以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、Agを上述の範囲で含有しているので、Agが粒界近傍に偏析し、粒界拡散が抑制され、耐応力緩和特性をさらに向上させることが可能となる。
In the copper alloy of the present invention, the Ag content is preferably within the range of 5 ppm by mass or more and 20 ppm by mass or less.
In this case, since the Ag content is within the above range, Ag segregates near the grain boundaries, grain boundary diffusion is suppressed, and the stress relaxation resistance can be further improved.
また、本発明の銅合金においては、圧延方向に平行な方向における引張強度が200MPa以上であることが好ましい。
この場合、圧延方向に平行な方向における引張強度が十分に高く、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品の素材として特に適している。
In the copper alloy of the present invention, it is preferable that the tensile strength in a direction parallel to the rolling direction is 200 MPa or more.
In this case, the tensile strength in the direction parallel to the rolling direction is sufficiently high, making the material particularly suitable for use as a material for electronic and electric device parts such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates.
さらに、本発明の銅合金においては、半軟化温度が200℃以上であることが好ましい。
この場合、半軟化温度が200℃以とされているので、耐熱性に十分に優れており、高温環境下でも安定して使用することができる。
Furthermore, in the copper alloy of the present invention, it is preferable that the half-softening temperature is 200° C. or higher.
In this case, since the semi-softening temperature is set to 200° C. or higher, the heat resistance is sufficiently excellent and the material can be used stably even in a high-temperature environment.
本発明の銅合金塑性加工材は、上述の銅合金からなることを特徴としている。
この構成の銅合金塑性加工材によれば、上述の銅合金で構成されていることから、導電性、強度、耐熱性に優れており、大電流用途、高温環境下で使用される端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品の素材として特に適している。なお、本発明の銅合金塑性加工材としては、例えば、板条材、断面異形条材、棒材、線材、管材等が挙げられる。断面異形条材は、長手方向に直交する断面において、その厚さが幅方向で異なるような断面形状としたものを含む。
The plastically worked copper alloy material of the present invention is characterized by being made of the above-mentioned copper alloy.
The copper alloy plastically worked material of this configuration is excellent in electrical conductivity, strength, and heat resistance because it is composed of the above-mentioned copper alloy, and is particularly suitable as a material for electronic and electric device parts such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates used in large current applications and high temperature environments. Examples of the copper alloy plastically worked material of the present invention include plate strip material, cross-sectionally irregular strip material, bar material, wire material, and tube material. Cross-sectionally irregular strip material includes those having a cross-sectional shape in which the thickness varies in the width direction in a cross section perpendicular to the longitudinal direction.
ここで、本発明の銅合金塑性加工材においては、厚さが0.1mm以上10mm以下の範囲内の圧延板であってもよい。
この場合、厚さが0.1mm以上10mm以下の範囲内の圧延板であることから、この銅合金塑性加工材(圧延板)に対して打ち抜き加工や曲げ加工を施すことで、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品を成形することができる。
Here, the plastically worked copper alloy material of the present invention may be a rolled plate having a thickness in the range of 0.1 mm to 10 mm.
In this case, since the thickness of the rolled plate is within the range of 0.1 mm or more and 10 mm or less, this copper alloy plastically worked material (rolled plate) can be subjected to punching and bending to form electronic/electrical device parts such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates.
また、本発明の銅合金塑性加工材においては、表面にSnめっき層又はAgめっき層を有することが好ましい。
この場合、表面にSnめっき層又はAgめっき層を有しているので、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品の素材として特に適している。なお、本発明において、「Snめっき」は、純Snめっき又はSn合金めっきを含み、「Agめっき」は、純Agめっき又はAg合金めっきを含む。
In the plastically worked copper alloy material of the present invention, it is preferable that the surface has a Sn-plated layer or an Ag-plated layer.
In this case, since the surface has a Sn plating layer or an Ag plating layer, it is particularly suitable as a material for electronic/electrical device parts such as terminals, bus bars, lead frames, heat dissipation substrates, etc. In the present invention, "Sn plating" includes pure Sn plating or Sn alloy plating, and "Ag plating" includes pure Ag plating or Ag alloy plating.
本発明の電子・電気機器用部品は、上述の銅合金塑性加工材からなることを特徴としている。なお、本発明における電子・電気機器用部品とは、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等を含むものである。
この構成の電子・電気機器用部品は、上述の銅合金塑性加工材を用いて製造されているので、大電流用途、高温環境下においても、優れた特性を発揮することができる。
The electronic/electrical device part of the present invention is characterized in that it is made of the above-mentioned copper alloy plastically worked material. The electronic/electrical device part in the present invention includes terminals, bus bars, lead frames, heat dissipation substrates, etc.
The electronic/electrical device part having this configuration is manufactured using the above-mentioned plastically worked copper alloy material, and therefore can exhibit excellent characteristics even in large current applications and high temperature environments.
本発明の端子は、上述の銅合金塑性加工材からなることを特徴としている。
この構成の端子は、上述の銅合金塑性加工材を用いて製造されているので、大電流用途、高温環境下においても、優れた特性を発揮することができる。
The terminal of the present invention is characterized by being made of the above-mentioned plastically worked copper alloy material.
The terminal having this configuration is manufactured using the above-mentioned copper alloy plastically processed material, and therefore can exhibit excellent characteristics even in large current applications and high temperature environments.
本発明のバスバーは、上述の銅合金塑性加工材からなることを特徴としている。
この構成のバスバーは、上述の銅合金塑性加工材を用いて製造されているので、大電流用途、高温環境下においても、優れた特性を発揮することができる。
The bus bar of the present invention is characterized by being made of the above-mentioned plastically worked copper alloy material.
The busbar having this configuration is manufactured using the above-mentioned copper alloy plastically processed material, and therefore can exhibit excellent characteristics even in high current applications and high temperature environments.
本発明のリードフレームは、上述の銅合金塑性加工材からなることを特徴としている。
この構成のリードフレームは、上述の銅合金塑性加工材を用いて製造されているので、大電流用途、高温環境下においても、優れた特性を発揮することができる。
The lead frame of the present invention is characterized in that it is made of the above-mentioned plastically worked copper alloy material.
The lead frame having this configuration is manufactured using the above-mentioned copper alloy plastically processed material, and therefore can exhibit excellent characteristics even in high current applications and high temperature environments.
本発明の放熱基板は、上述の銅合金を用いて作製されたことを特徴としている。
この構成の放熱基板は、上述の銅合金を用いて作製されているので、大電流用途、高温環境下においても、優れた特性を発揮することができる。
The heat dissipation board of the present invention is characterized in that it is made of the above-mentioned copper alloy.
The heat dissipation board of this configuration is made of the above-mentioned copper alloy, and therefore can exhibit excellent characteristics even in large current applications and high temperature environments.
本発明によれば、高い導電率、強度、優れた耐熱性を有するとともに強度と耐応力緩和特性を両立することができる銅合金、銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板を提供することが可能となる。 The present invention makes it possible to provide copper alloys, copper alloy plastic processing materials, electronic and electrical device parts, terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates that have high electrical conductivity, strength, and excellent heat resistance, while also achieving both strength and stress relaxation resistance.
以下に、本発明の一実施形態である銅合金について説明する。
本実施形態である銅合金は、Mgの含有量が10massppm超え100massppm未満の範囲内、残部がCu及び不可避不純物とした組成を有し、不可避不純物のうち、Sの含有量が10massppm以下、Pの含有量が10massppm以下、Seの含有量が5massppm以下、Teの含有量が5massppm以下、Sbの含有量が5massppm以下、Biの含有量が5masppm以下、Asの含有量が5masppm以下とされるとともに、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量が30massppm以下とされている。
Hereinafter, a copper alloy according to one embodiment of the present invention will be described.
The copper alloy of this embodiment has a composition in which the Mg content is in the range of more than 10 ppm by mass and less than 100 ppm by mass, with the balance being Cu and inevitable impurities. Of the inevitable impurities, the S content is 10 ppm by mass or less, the P content is 10 ppm by mass or less, the Se content is 5 ppm by mass or less, the Te content is 5 ppm by mass or less, the Sb content is 5 ppm by mass or less, the Bi content is 5 ppm by mass or less, and the As content is 5 ppm by mass or less. The total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi, and As is 30 ppm by mass or less.
そして、Mgの含有量を〔Mg〕とし、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量を〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕とした場合に、これらの質量比〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕が0.6以上50以下の範囲内とされている。
なお、本実施形態である銅合金においては、Agの含有量が5massppm以上20massppm以下の範囲内であってもよい。
If the content of Mg is defined as [Mg] and the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi, and As is defined as [S+P+Se+Te+Sb+Bi+As], the mass ratio thereof, [Mg]/[S+P+Se+Te+Sb+Bi+As], is within the range of 0.6 or more and 50 or less.
In the copper alloy of this embodiment, the Ag content may be within the range of 5 ppm by mass or more and 20 ppm by mass or less.
また、本実施形態である銅合金においては、導電率が97%IACS以上とされている。
そして、本実施形態である銅合金においては、EBSD法により10000μm2以上の測定面積を、0.25μmの測定間隔のステップでCI値が0.1以下である測定点を除いて、各結晶粒の方位差の解析を行い、隣接する測定点間の方位差が15°以上となる測定点間を結晶粒界とし、Area Fractionにより平均粒径Aを求め、平均粒径Aの10分の1以下となる測定間隔のステップで測定して、総数1000個以上の結晶粒が含まれるように、複数視野で10000μm2以上となる測定面積で、データ解析ソフトOIMにより解析されたCI値が0.1以下である測定点を除いて解析し、隣接する測定点間の方位差が2°以上15°以下となる測定点間である小傾角粒界およびサブグレインバウンダリーの長さをLLB、隣接する測定点間の方位差が15°を超える測定点間である大傾角粒界の長さをLHBとしたときに、LLB/(LLB+LHB)>20%の関係を有している。
In addition, the copper alloy of this embodiment has a conductivity of 97% IACS or more.
In the copper alloy of this embodiment, the orientation difference of each crystal grain is analyzed by the EBSD method in a measurement area of 10,000 μm2 or more, excluding measurement points where the CI value is 0.1 or less at a measurement interval of 0.25 μm, and the measurement points between which the orientation difference between adjacent measurement points is 15° or more are defined as crystal grain boundaries. The average grain size A is obtained by Area Fraction, and measurements are performed at measurement intervals of 1/10 or less of the average grain size A. Analysis is performed in a measurement area of 10,000 μm2 or more in multiple visual fields so that a total of 1,000 or more crystal grains are included, excluding measurement points where the CI value analyzed by data analysis software OIM is 0.1 or less. When the length of the low-angle grain boundary and the subgrain boundary between measurement points where the orientation difference between adjacent measurement points is 2° to 15° is defined as LLB , and the length of the high-angle grain boundary between measurement points where the orientation difference between adjacent measurement points exceeds 15° is defined as LHB , /( LLB + LHB )>20%.
なお、本実施形態である銅合金においては、圧延方向に平行な方向における引張強度が200MPa以上であることが好ましい。
また、本実施形態である銅合金においては、半軟化温度が200℃以上であることが好ましい。
In the copper alloy of this embodiment, the tensile strength in a direction parallel to the rolling direction is preferably 200 MPa or more.
In addition, in the copper alloy of this embodiment, the half-softening temperature is preferably 200° C. or higher.
ここで、本実施形態の銅合金において、上述のように成分組成、組織、各種特性を規定した理由について以下に説明する。 Here, we will explain the reasons why the composition, structure, and various properties of the copper alloy of this embodiment are specified as described above.
(Mg)
Mgは、銅の母相中に固溶することで、導電率を大きく低下させることなく、強度および耐熱性を向上させる作用効果を有する元素である。また、Mgを母相中に固溶させることにより、耐応力緩和特性が向上することになる。
ここで、Mgの含有量が10massppm以下の場合には、その作用効果を十分に奏功せしめることができなくなるおそれがある。一方、Mgの含有量が100massppm以上の場合には、導電率が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Mgの含有量を10massppm超え100massppm未満の範囲内に設定している。
(Mg)
Mg is an element that has the effect of improving the strength and heat resistance without significantly decreasing the electrical conductivity by dissolving in the copper matrix. Furthermore, dissolving Mg in the copper matrix improves the stress relaxation resistance.
If the Mg content is 10 ppm by mass or less, the effect of the Mg may not be sufficiently exhibited, whereas if the Mg content is 100 ppm by mass or more, the electrical conductivity may decrease.
For the above reasons, in this embodiment, the Mg content is set within the range of more than 10 ppm by mass and less than 100 ppm by mass.
なお、耐熱性および強度をさらに向上させるためには、Mgの含有量の下限を20massppm以上とすることが好ましく、30massppm以上とすることがさらに好ましく、40massppm以上とすることがより好ましい。
また、導電率の低下をさらに抑制するためには、Mgの含有量の上限を90massppm未満とすることが好ましく、80massppm未満とすることがさらに好ましく、70massppm未満とすることがより好ましい。
In order to further improve the heat resistance and strength, the lower limit of the Mg content is preferably 20 ppm by mass or more, more preferably 30 ppm by mass or more, and even more preferably 40 ppm by mass or more.
In order to further suppress the decrease in electrical conductivity, the upper limit of the Mg content is preferably less than 90 ppm by mass, more preferably less than 80 ppm by mass, and even more preferably less than 70 ppm by mass.
(S,P,Se,Te,Sb,Bi,As)
上述のS,P,Se,Te,Sb,Bi,Asといった元素は、一般的に銅合金に混入しやすい元素である。そして、これらの元素は、Mgと反応し化合物を形成しやすく、微量添加したMgの固溶効果を低減するおそれがある。このため、これらの元素の含有量は厳しく制御する必要がある。
そこで、本実施形態においては、Sの含有量を10massppm以下、Pの含有量を10massppm以下、Seの含有量を5massppm以下、Teの含有量を5massppm以下、Sbの含有量を5massppm以下、Biの含有量を5masppm以下、Asの含有量を5masppm以下に制限している。
さらに、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量を30massppm以下に制限している。
(S, P, Se, Te, Sb, Bi, As)
The above-mentioned elements S, P, Se, Te, Sb, Bi, and As are generally elements that tend to be mixed into copper alloys. These elements tend to react with Mg to form compounds, which may reduce the solid solution effect of the trace amount of Mg added. For this reason, the contents of these elements need to be strictly controlled.
Therefore, in this embodiment, the S content is limited to 10 ppm by mass or less, the P content is limited to 10 ppm by mass or less, the Se content is limited to 5 ppm by mass or less, the Te content is limited to 5 ppm by mass or less, the Sb content is limited to 5 ppm by mass or less, the Bi content is limited to 5 ppm by mass or less, and the As content is limited to 5 ppm by mass or less.
Furthermore, the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi and As is limited to 30 mass ppm or less.
なお、Sの含有量は、9massppm以下であることが好ましく、8massppm以下であることがさらに好ましい。
Pの含有量は、6massppm以下であることが好ましく、3massppm以下であることがさらに好ましい。
Seの含有量は、4massppm以下であることが好ましく、2massppm以下であることがさらに好ましい。
Teの含有量は、4massppm以下であることが好ましく、2massppm以下であることがさらに好ましい。
Sbの含有量は、4massppm以下であることが好ましく、2massppm以下であることがさらに好ましい。
Biの含有量は、4massppm以下であることが好ましく、2massppm以下であることがさらに好ましい。
Asの含有量は、4massppm以下であることが好ましく、2massppm以下であることがさらに好ましい。
さらに、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量は、24massppm以下であることが好ましく、18massppm以下であることがさらに好ましい。
The S content is preferably 9 ppm by mass or less, and more preferably 8 ppm by mass or less.
The P content is preferably 6 mass ppm or less, and more preferably 3 mass ppm or less.
The Se content is preferably 4 mass ppm or less, and more preferably 2 mass ppm or less.
The content of Te is preferably 4 mass ppm or less, and more preferably 2 mass ppm or less.
The Sb content is preferably 4 mass ppm or less, and more preferably 2 mass ppm or less.
The Bi content is preferably 4 mass ppm or less, and more preferably 2 mass ppm or less.
The As content is preferably 4 mass ppm or less, and more preferably 2 mass ppm or less.
Furthermore, the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi and As is preferably 24 mass ppm or less, and more preferably 18 mass ppm or less.
(〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕)
上述のように、S,P,Se,Te,Sb,Bi,Asといった元素は、Mgと反応して化合物を形成しやすいことから、本実施形態においては、Mgの含有量と、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量との比を規定することで、Mgの存在形態を制御している。
Mgの含有量を〔Mg〕とし、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量を〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕とした場合に、これらの質量比〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕が50を超えると、銅中にMgが過剰に固溶状態で存在しており、導電率が低下するおそれがある。一方、質量比〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕が0.6未満では、Mgが十分に固溶しておらず、耐熱性および耐応力緩和特性が十分に向上しないおそれがある。
よって、本実施形態では、質量比〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕を0.6以上50以下の範囲内に設定している。
([Mg]/[S+P+Se+Te+Sb+Bi+As])
As described above, elements such as S, P, Se, Te, Sb, Bi, and As tend to react with Mg to form compounds, and therefore in this embodiment, the form of Mg is controlled by defining the ratio of the Mg content to the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi, and As.
When the content of Mg is [Mg] and the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi and As is [S+P+Se+Te+Sb+Bi+As], if the mass ratio [Mg]/[S+P+Se+Te+Sb+Bi+As] exceeds 50, Mg is present in the copper in an excessive solid solution state, and the electrical conductivity may decrease. On the other hand, if the mass ratio [Mg]/[S+P+Se+Te+Sb+Bi+As] is less than 0.6, Mg is not sufficiently dissolved, and the heat resistance and stress relaxation resistance properties may not be sufficiently improved.
Therefore, in this embodiment, the mass ratio [Mg]/[S+P+Se+Te+Sb+Bi+As] is set within the range of 0.6 or more and 50 or less.
なお、導電率の低下をさらに抑制するためには、質量比〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕の上限を35以下とすることが好ましく、25以下とすることがさらに好ましい。
また、耐熱性および耐応力緩和特性をさらに向上させるためには、質量比〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕の下限を0.8以上とすることが好ましく、1.0以上とすることがさらに好ましい。
In order to further suppress the decrease in electrical conductivity, the upper limit of the mass ratio [Mg]/[S+P+Se+Te+Sb+Bi+As] is preferably set to 35 or less, and more preferably set to 25 or less.
In order to further improve the heat resistance and stress relaxation resistance, the lower limit of the mass ratio [Mg]/[S+P+Se+Te+Sb+Bi+As] is preferably set to 0.8 or more, and more preferably set to 1.0 or more.
(Ag:5massppm以上20massppm以下)
Agは、250℃以下の通常の電子・電気機器の使用温度範囲ではほとんどCuの母相中に固溶することができない。このため、銅中に微量に添加されたAgは、粒界近傍に偏析することとなる。これにより粒界での原子の移動は妨げられ、粒界拡散が抑制されるため、耐熱性と耐応力緩和特性が向上することになる。
ここで、Agの含有量が5massppm以上の場合には、その作用効果を十分に奏功せしめることが可能となる。一方、Agの含有量が20massppm以下である場合には、導電率が確保されるとともに製造コストの増加を抑制することができる。
以上のことから、本実施形態では、Agの含有量を5massppm以上20massppm以下の範囲内に設定している。
(Ag: 5 mass ppm or more and 20 mass ppm or less)
Ag is hardly able to dissolve in the Cu matrix at temperatures below 250°C, which is the temperature range used for typical electronic and electrical equipment. Therefore, a small amount of Ag added to copper segregates near the grain boundaries. This prevents the movement of atoms at the grain boundaries and suppresses grain boundary diffusion, improving heat resistance and stress relaxation resistance.
When the Ag content is 5 ppm by mass or more, the effect of the composition can be sufficiently exhibited, whereas when the Ag content is 20 ppm by mass or less, the electrical conductivity is ensured and an increase in the manufacturing cost can be suppressed.
For the above reasons, in this embodiment, the Ag content is set within the range of 5 ppm by mass or more and 20 ppm by mass or less.
なお、耐熱性と耐応力緩和特性をさらに向上させるためには、Agの含有量の下限を6massppm以上とすることが好ましく、7massppm以上とすることがさらに好ましく、8massppm以上とすることがより好ましい。また、導電率の低下およびコストの増加を確実に抑制するためには、Agの含有量の上限を18massppm以下とすることが好ましく、16massppm以下とすることがさらに好ましく、14massppm以下とすることがより好ましい。
また、Agを意図的に含まずに不純物として含む場合には、Agの含有量が5massppm未満であってもよい。
In order to further improve the heat resistance and stress relaxation resistance, the lower limit of the Ag content is preferably 6 mass ppm or more, more preferably 7 mass ppm or more, and more preferably 8 mass ppm or more. In order to reliably suppress the decrease in electrical conductivity and the increase in cost, the upper limit of the Ag content is preferably 18 mass ppm or less, more preferably 16 mass ppm or less, and more preferably 14 mass ppm or less.
In addition, when Ag is not intentionally contained but is contained as an impurity, the Ag content may be less than 5 ppm by mass.
(その他の不可避不純物)
上述した元素以外のその他の不可避的不純物としては、Al,B,Ba,Be,Ca,Cd,Cr,Sc,希土類元素,V,Nb,Ta,Mo,Ni,W,Mn,Re,Ru,Sr,Ti,Os,Co,Rh,Ir,Pb,Pd,Pt,Au,Zn,Zr,Hf,Hg,Ga,In,Ge,Y,Tl,N,Si,Sn,Li等が挙げられる。これらの不可避不純物は、特性に影響を与えない範囲で含有されていてもよい。
ここで、これらの不可避不純物は、導電率を低下させるおそれがあることから、総量で0.1mass%以下とすることが好ましく、0.05mass%以下とすることがさらに好ましく、0.03mass%以下とすることがより好ましく、さらには0.01mass%以下とすることが好ましい。
また、これらの不可避不純物のそれぞれの含有量の上限は、10massppm以下とすることが好ましく、5massppm以下とすることがさらに好ましく、2massppm以下とすることがより好ましい。
(Other unavoidable impurities)
Examples of inevitable impurities other than the above-mentioned elements include Al, B, Ba, Be, Ca, Cd, Cr, Sc, rare earth elements, V, Nb, Ta, Mo, Ni, W, Mn, Re, Ru, Sr, Ti, Os, Co, Rh, Ir, Pb, Pd, Pt, Au, Zn, Zr, Hf, Hg, Ga, In, Ge, Y, Tl, N, Si, Sn, Li, etc. These inevitable impurities may be contained to the extent that they do not affect the characteristics.
Here, since these unavoidable impurities may reduce electrical conductivity, the total amount is preferably 0.1 mass% or less, more preferably 0.05 mass% or less, even more preferably 0.03 mass% or less, and further preferably 0.01 mass% or less.
The upper limit of the content of each of these unavoidable impurities is preferably 10 ppm by mass or less, more preferably 5 ppm by mass or less, and even more preferably 2 ppm by mass or less.
(小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率:LLB/(LLB+LHB))
粒界において、小傾角粒界およびサブグレインバウンダリーは加工時に導入された転位の密度が高い領域であるため、全粒界中の小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率LLB/(LLB+LHB)が20%を超えるように組織制御することで、転位密度の増加に伴う加工硬化により、強度(耐力)を向上させることが可能となる。
(Low angle grain boundary and subgrain boundary length ratio: LLB /( LLB + LHB ))
Since low-angle grain boundaries and subgrain boundaries are regions with a high density of dislocations introduced during processing, by controlling the structure so that the length ratio LLB /( LLB + LHB ) of low-angle grain boundaries and subgrain boundaries among all grain boundaries exceeds 20%, it is possible to improve strength (yield strength) through work hardening caused by an increase in dislocation density.
なお、小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率LLB/(LLB+LHB)は、上記の範囲内でも25%以上が好ましく、さらには30%以上が好ましい。一方、小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率LLB/(LLB+LHB)が高すぎると、転位を経路とした原子の高速拡散が起こりやすくなり、高温環境下での再結晶とそれに伴う軟化が起こりやすくなるため、耐熱性は損なわれるおそれがある。そのため、小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率LLB/(LLB+LHB)は80%以下とすることが好ましく、70%以下とすることがさらに好ましい。 In addition, the low angle grain boundary and subgrain boundary length ratio LLB /( LLB + LHB ) is preferably 25% or more, and more preferably 30% or more, even within the above range. On the other hand, if the low angle grain boundary and subgrain boundary length ratio LLB /( LLB + LHB ) is too high, high-speed diffusion of atoms through dislocations is likely to occur, and recrystallization and the associated softening in a high-temperature environment are likely to occur, which may impair heat resistance. Therefore, the low angle grain boundary and subgrain boundary length ratio LLB /( LLB + LHB ) is preferably 80% or less, and more preferably 70% or less.
(導電率:97%IACS以上)
本実施形態である銅合金においては、導電率が97%IACS以上とされている。導電率を97%IACS以上とすることにより、通電時の発熱を抑えて、純銅材の代替として端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品として良好に使用することが可能となる。
なお、導電率は97.5%IACS以上であることが好ましく、98.0%IACS以上であることがさらに好ましく、98.5%IACS以上であることがより好ましく、99.0%IACS以上であることがより一層好ましい。
(Conductivity: 97% IACS or higher)
In the copper alloy of this embodiment, the electrical conductivity is set to 97% IACS or more. By setting the electrical conductivity to 97% IACS or more, heat generation during energization can be suppressed, and the copper alloy can be favorably used as a substitute for pure copper material for electronic and electric device parts such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates.
The electrical conductivity is preferably 97.5% IACS or more, more preferably 98.0% IACS or more, even more preferably 98.5% IACS or more, and even more preferably 99.0% IACS or more.
(圧延方向に平行な方向における引張強度:200MPa以上)
本実施形態である銅合金において、圧延方向に平行な方向における引張強度が200MPa以上である場合には、端子、バスバー、リードフレーム等の電子・電気機器用部品の素材として特に適するものとなる。なお、特に圧延方向に平行な方向における引張強度の上限は定めないが、コイル巻きされた条材を用いる際のコイルの巻き癖による生産性低下を回避するため、圧延方向に平行な方向における引張強度は500MPa以下とすることが好ましい。
なお、圧延方向に平行な方向における引張強度の下限は、275MPa以上であることがさらに好ましく、300MPa以上であることがより好ましい。
(Tensile strength in a direction parallel to the rolling direction: 200 MPa or more)
In the copper alloy of this embodiment, when the tensile strength in the direction parallel to the rolling direction is 200 MPa or more, the alloy is particularly suitable as a material for electronic and electric device parts such as terminals, bus bars, lead frames, etc. Although there is no particular upper limit for the tensile strength in the direction parallel to the rolling direction, it is preferable that the tensile strength in the direction parallel to the rolling direction is 500 MPa or less in order to avoid a decrease in productivity due to the coil winding tendency when using a coil-wound strip material.
The lower limit of the tensile strength in the direction parallel to the rolling direction is more preferably 275 MPa or more, and even more preferably 300 MPa or more.
(半軟化温度:200℃以上)
本実施形態である銅合金において、半軟化温度が高い場合には、高温でも銅材の回復、再結晶による軟化現象が起きにくいことから、高温環境下で使用される通電部材への適用が可能となる。
このため、本実施形態においては、1時間の熱処理での半軟化温度が200℃以上とされていることが好ましい。本実施形態では、半軟化温度は、ビッカース硬度を測定することにより評価した。
なお、1時間の熱処理での半軟化温度は、225℃以上であることがさらに好ましく、250℃以上であることがより好ましく、275℃以上であることが一層好ましい。
(Semi-softening temperature: 200°C or higher)
In the copper alloy of this embodiment, when the semi-softening temperature is high, the softening phenomenon due to recovery and recrystallization of the copper material is unlikely to occur even at high temperatures, making it possible to apply the alloy to current-carrying members used in high-temperature environments.
For this reason, in this embodiment, it is preferable that the semi-softening temperature in the 1-hour heat treatment is equal to or higher than 200° C. In this embodiment, the semi-softening temperature was evaluated by measuring the Vickers hardness.
The semi-softening temperature in the 1-hour heat treatment is more preferably 225° C. or higher, even more preferably 250° C. or higher, and even more preferably 275° C. or higher.
次に、このような構成とされた本実施形態である銅合金の製造方法について、図1に示すフロー図を参照して説明する。 Next, the method for producing the copper alloy according to this embodiment will be described with reference to the flow diagram shown in FIG.
(溶解・鋳造工程S01)
まず、銅原料を溶解して得られた銅溶湯に、前述の元素を添加して成分調整を行い、銅合金溶湯を製出する。なお、各種元素の添加には、元素単体や母合金等を用いることができる。また、上述の元素を含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。また、本合金のリサイクル材およびスクラップ材を用いてもよい。
ここで、銅原料は、純度が99.99mass%以上とされたいわゆる4NCu、あるいは99.999mass%以上とされたいわゆる5NCuとすることが好ましい。
(Melting and casting process S01)
First, the copper raw material is melted, and the above-mentioned elements are added to the molten copper obtained to adjust the composition, thereby producing a molten copper alloy. In addition, the various elements can be added in the form of single elements or master alloys. In addition, raw materials containing the above-mentioned elements may be melted together with the copper raw material. In addition, recycled materials and scrap materials of this alloy may be used.
Here, the copper raw material is preferably so-called 4NCu having a purity of 99.99 mass% or more, or so-called 5NCu having a purity of 99.999 mass% or more.
溶解時においては、Mgの酸化を抑制するため、また水素濃度低減のため、H2Oの蒸気圧が低い不活性ガス雰囲気(例えばArガス)による雰囲気溶解を行い、溶解時の保持時間は最小限に留めることが好ましい。
そして、成分調整された銅合金溶湯を鋳型に注入して鋳塊を製出する。なお、量産を考慮した場合には、連続鋳造法または半連続鋳造法を用いることが好ましい。
During melting, in order to suppress oxidation of Mg and to reduce the hydrogen concentration, it is preferable to carry out atmospheric melting in an inert gas atmosphere (e.g., Ar gas) with a low vapor pressure of H 2 O, and to keep the holding time during melting to a minimum.
The molten copper alloy having the adjusted composition is then poured into a mold to produce an ingot. When mass production is taken into consideration, it is preferable to use a continuous casting method or a semi-continuous casting method.
(均質化/溶体化工程S02)
次に、得られた鋳塊の均質化および溶体化のために加熱処理を行う。鋳塊の内部には、凝固の過程においてMgが偏析で濃縮することにより発生したCuとMgを主成分とする金属間化合物等が存在することがある。そこで、これらの偏析および金属間化合物等を消失または低減させるために、鋳塊を300℃以上1080℃以下にまで加熱する加熱処理を行うことで、鋳塊内において、Mgを均質に拡散させたり、Mgを母相中に固溶させたりする。なお、この均質化/溶体化工程S02は、非酸化性または還元性雰囲気中で実施することが好ましい。
(Homogenization/solution process S02)
Next, a heat treatment is performed to homogenize and dissolve the obtained ingot. In the ingot, intermetallic compounds mainly composed of Cu and Mg may be present due to the segregation and concentration of Mg during the solidification process. In order to eliminate or reduce these segregations and intermetallic compounds, the ingot is heated to 300°C or higher and 1080°C or lower, thereby homogenizing Mg in the ingot or dissolving Mg in the parent phase. The homogenization/solution process S02 is preferably performed in a non-oxidizing or reducing atmosphere.
ここで、加熱温度が300℃未満では、溶体化が不完全となり、母相中にCuとMgを主成分とする金属間化合物が多く残存するおそれがある。一方、加熱温度が1080℃を超えると、銅素材の一部が液相となり、組織や表面状態が不均一となるおそれがある。よって、加熱温度を300℃以上1080℃以下の範囲に設定している。
なお、後述する粗圧延の効率化と組織の均一化のために、前述の均質化/溶体化工程S02の後に熱間加工を実施してもよい。この場合、加工方法に特に限定はなく、例えば圧延、引抜、押出、溝圧延、鍛造、プレス等を採用することができる。また、熱間加工温度は、300℃以上1080℃以下の範囲内とすることが好ましい。
Here, if the heating temperature is less than 300°C, the solution treatment is incomplete, and there is a risk that a large amount of intermetallic compounds mainly composed of Cu and Mg will remain in the parent phase. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1080°C, a part of the copper material will become liquid, and there is a risk that the structure and surface state will become non-uniform. Therefore, the heating temperature is set in the range of 300°C to 1080°C.
In order to improve the efficiency of the rough rolling and to homogenize the structure, hot working may be performed after the homogenization/solution treatment step S02. In this case, the processing method is not particularly limited, and for example, rolling, drawing, extrusion, groove rolling, forging, pressing, etc. can be adopted. In addition, the hot working temperature is preferably in the range of 300°C to 1080°C.
(粗加工工程S03)
所定の形状に加工するために、粗加工を行う。なお、この粗加工工程S03における温度条件は特に限定はないが、再結晶を抑制するために、あるいは寸法精度の向上のため、冷間または温間圧延となる-200℃から200℃の範囲内とすることが好ましく、特に常温が好ましい。加工率については、20%以上が好ましく、30%以上がさらに好ましい。また、加工方法については、特に限定はなく、例えば圧延、引抜、押出、溝圧延、鍛造、プレス等を採用することができる。
(Rough processing step S03)
In order to process the steel into a predetermined shape, rough processing is performed. The temperature conditions in the rough processing step S03 are not particularly limited, but in order to suppress recrystallization or to improve dimensional accuracy, it is preferable to set the temperature within the range of -200°C to 200°C, which is cold or warm rolling, and room temperature is particularly preferable. The processing rate is preferably 20% or more, and more preferably 30% or more. The processing method is not particularly limited, and for example, rolling, drawing, extrusion, groove rolling, forging, pressing, etc. can be adopted.
(中間熱処理工程S04)
粗加工工程S03後に、再結晶組織にするために熱処理を実施する。なお、中間熱処理工程S04と後述する上前加工工程S05を繰り返し実施してもよい。
ここで、この中間熱処理工程S04が実質的に最後の再結晶熱処理となるため、この工程で得られた再結晶組織の結晶粒径は最終的な結晶粒径にほぼ等しくなる。そのため、この中間熱処理工程S04では、平均結晶粒径が5μm以上となるように、適宜、熱処理条件を選定することが好ましい。例えば700℃では1秒から120秒程度保持することが好ましい。
(Intermediate heat treatment step S04)
After the rough processing step S03, a heat treatment is carried out to form a recrystallized structure. Note that the intermediate heat treatment step S04 and the upper pre-processing step S05 described later may be repeatedly carried out.
Here, since the intermediate heat treatment step S04 is substantially the last recrystallization heat treatment, the grain size of the recrystallized structure obtained in this step is almost equal to the final grain size. Therefore, in the intermediate heat treatment step S04, it is preferable to select the heat treatment conditions appropriately so that the average grain size becomes 5 μm or more. For example, it is preferable to hold at 700° C. for about 1 to 120 seconds.
(上前加工工程S05)
中間熱処理工程S04後の銅素材を所定の形状に加工するため、上前加工を行う。なお、この上前加工工程S05における温度条件は特に限定はないが、加工時の再結晶を抑制するため、または軟化を抑制するために冷間、または温間加工となる-200℃から200℃の範囲内とすることが好ましく、特に常温が好ましい。
また、加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されることになるが、上前加工工程S05において小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率を高め、加工硬化によって強度を向上させるためには、加工率を10%以上とすることが好ましい。また、さらなる強度の向上を図る場合には、加工率を15%以上とすることがより好ましく、加工率を20%以上とすることがさらに好ましい。一方、小傾角粒界およびサブグレインバウンダリーの過剰な増加による曲げ加工性の劣化を抑制させるため、加工率を95%以下とすることが好ましく、加工率を90%以下とすることがより好ましい。なお、一般に加工率は、圧延や伸線の減面率である。
(Upper processing step S05)
In order to process the copper material after the intermediate heat treatment step S04 into a predetermined shape, the copper material is subjected to upper pre-processing. The temperature conditions in this upper pre-processing step S05 are not particularly limited, but in order to suppress recrystallization during processing or to suppress softening, it is preferable to set the temperature within the range of -200°C to 200°C, which is cold or warm processing, and room temperature is particularly preferable.
The processing rate is appropriately selected so as to approximate the final shape, but in order to increase the length ratio of the low-angle grain boundaries and subgrain boundaries in the upper pre-processing step S05 and improve the strength by work hardening, the processing rate is preferably 10% or more. In order to further improve the strength, the processing rate is more preferably 15% or more, and even more preferably 20% or more. On the other hand, in order to suppress deterioration of bending workability due to an excessive increase in the low-angle grain boundaries and subgrain boundaries, the processing rate is preferably 95% or less, and more preferably 90% or less. In addition, the processing rate is generally the reduction rate of area in rolling or wire drawing.
(機械的表面処理工程S06)
上前加工工程S05後に、機械的表面処理を行う。機械的表面処理は、所望の形状がほぼ得られた後に表面近傍に圧縮応力を与える処理であり、耐応力緩和特性を向上させる効果がある。
機械的表面処理は、ショットピーニング処理、ブラスト処理、ラッピング処理、ポリッシング処理、バフ研磨、グラインダー研磨、サンドペーパー研磨、テンションレベラー処理、1パス当りの圧下率が低い軽圧延(1パス当たりの圧下率1~10%とし3回以上繰り返す)など一般的に使用される種々の方法が使用できる。
Mgを添加した銅合金に、この機械的表面処理を加えることで、耐応力緩和特性が大きく向上することになる。
(Mechanical surface treatment step S06)
After the upper pre-processing step S05, a mechanical surface treatment is performed. The mechanical surface treatment is a treatment for applying a compressive stress to the vicinity of the surface after the desired shape is almost obtained, and has the effect of improving the stress relaxation resistance characteristic.
As the mechanical surface treatment, various commonly used methods can be used, such as shot peening, blasting, lapping, polishing, buffing, grinder polishing, sandpaper polishing, tension leveler treatment, and light rolling with a low reduction rate per pass (a reduction rate per pass of 1 to 10%, repeated three or more times).
By subjecting a copper alloy containing Mg to this mechanical surface treatment, the stress relaxation resistance is significantly improved.
(仕上熱処理工程S07)
次に、機械的表面処理工程S06によって得られた塑性加工材に対して、含有元素の粒界への偏析および残留ひずみの除去のため、仕上熱処理を実施してもよい。
この際、熱処理温度が高すぎると小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率LLB/(LLB+LHB)が大きく低下することから、熱処理温度は、100℃以上800℃以下の範囲内とすることが好ましい。なお、この仕上熱処理工程S07においては、再結晶による強度の大幅な低下を避けるように、熱処理条件を設定する必要がある。例えば450℃では0.1秒から10秒程度保持、250℃では1分から100時間とすることが好ましい。この熱処理は、非酸化雰囲気または還元性雰囲気中で行うことが好ましい。熱処理の方法は特に限定はないが、製造コスト低減の効果から、連続焼鈍炉による短時間の熱処理が好ましい。
さらに、上述の上前加工工程S05、機械的表面処理工程S06、仕上熱処理工程S07を、繰り返し実施してもよい。
(Finishing heat treatment step S07)
Next, the plastically worked material obtained by the mechanical surface treatment step S06 may be subjected to a finish heat treatment in order to remove segregation of contained elements to grain boundaries and residual strain.
At this time, if the heat treatment temperature is too high, the low angle grain boundary and subgrain boundary length ratio LLB /( LLB + LHB ) will be significantly reduced, so the heat treatment temperature is preferably in the range of 100°C to 800°C. In addition, in this finish heat treatment step S07, it is necessary to set the heat treatment conditions so as to avoid a significant reduction in strength due to recrystallization. For example, it is preferable to hold at 450°C for about 0.1 to 10 seconds, and at 250°C for 1 minute to 100 hours. This heat treatment is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere. There is no particular limitation on the heat treatment method, but short-term heat treatment using a continuous annealing furnace is preferable in terms of the effect of reducing manufacturing costs.
Furthermore, the above-mentioned upper pre-processing step S05, the mechanical surface treatment step S06, and the finish heat treatment step S07 may be repeatedly performed.
このようにして、本実施形態である銅合金(銅合金塑性加工材)が製出されることになる。なお、圧延により製出された銅合金塑性加工材を銅合金圧延板という。
ここで、銅合金塑性加工材の板厚を0.1mm以上とした場合には、大電流用途での導体としての使用に適している。また、銅合金塑性加工材の板厚を10.0mm以下とすることにより、プレス機の荷重の増大を抑制し、単位時間あたりの生産性を確保することができ、製造コストを抑えることができる。
このため、銅合金塑性加工材(銅合金圧延材)の板厚は0.1mm以上10.0mm以下の範囲内とすることが好ましい。
なお、銅合金塑性加工材(銅合金圧延材)の板厚の下限は0.5mm以上とすることが好ましく、1.0mm以上とすることがより好ましい。一方、銅合金塑性加工材(銅合金圧延材)の板厚の上限は9.0mm未満とすることが好ましく、8.0mm未満とすることがより好ましい。
In this manner, the copper alloy (plastically worked copper alloy material) according to the present embodiment is produced. The plastically worked copper alloy material produced by rolling is called a rolled copper alloy sheet.
Here, when the thickness of the plastically worked copper alloy material is 0.1 mm or more, it is suitable for use as a conductor in large current applications. Also, when the thickness of the plastically worked copper alloy material is 10.0 mm or less, an increase in the load of a press machine can be suppressed, productivity per unit time can be ensured, and manufacturing costs can be reduced.
For this reason, the sheet thickness of the plastically worked copper alloy material (rolled copper alloy material) is preferably within a range of 0.1 mm to 10.0 mm.
The lower limit of the sheet thickness of the plastically worked copper alloy material (rolled copper alloy material) is preferably 0.5 mm or more, more preferably 1.0 mm or more, while the upper limit of the sheet thickness of the plastically worked copper alloy material (rolled copper alloy material) is preferably less than 9.0 mm, more preferably less than 8.0 mm.
以上のような構成とされた本実施形態である銅合金においては、Mgの含有量が10massppm超え100massppm未満の範囲内とされ、Mgと化合物を生成する元素であるSの含有量を10massppm以下、Pの含有量を10massppm以下、Seの含有量を5massppm以下、Teの含有量を5massppm以下、Sbの含有量を5massppm以下、Biの含有量を5masppm以下、Asの含有量を5masppm以下、さらに、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量を30massppm以下に制限しているので、微量添加したMgを銅の母相中に固溶させることができ、導電率を大きく低下させることなく、耐熱性を向上させることが可能となる。 In the copper alloy of this embodiment configured as described above, the Mg content is in the range of more than 10 mass ppm and less than 100 mass ppm, the S content, which is an element that forms a compound with Mg, is 10 mass ppm or less, the P content is 10 mass ppm or less, the Se content is 5 mass ppm or less, the Te content is 5 mass ppm or less, the Sb content is 5 mass ppm or less, the Bi content is 5 mass ppm or less, the As content is 5 mass ppm or less, and further, the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi, and As is limited to 30 mass ppm or less, so that the trace amount of added Mg can be dissolved in the copper matrix, and the heat resistance can be improved without significantly decreasing the electrical conductivity.
そして、Mgの含有量を〔Mg〕とし、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量を〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕とした場合に、これらの質量比〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕が0.6以上50以下の範囲内に設定しているので、Mgが過剰に固溶して導電率を低下させることなく耐熱性を十分に向上させることが可能となる。
よって、本実施形態の銅合金によれば、導電率を97%IACS以上とすることができ、高い導電率と優れた耐熱性とを両立することが可能となる。
Furthermore, when the content of Mg is [Mg] and the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi, and As is [S+P+Se+Te+Sb+Bi+As], the mass ratio [Mg]/[S+P+Se+Te+Sb+Bi+As] is set within the range of 0.6 or more and 50 or less, so it is possible to sufficiently improve the heat resistance without reducing the electrical conductivity due to excessive Mg dissolving in the material.
Therefore, according to the copper alloy of this embodiment, the electrical conductivity can be made 97% IACS or more, and it is possible to achieve both high electrical conductivity and excellent heat resistance.
そして、小傾角粒界およびサブグレインバウンダリーの長さをLLB、大傾角粒界の長さをLHBとしたときに、LLB/(LLB+LHB)>20%の関係を有しているので、転位密度の増加に伴う加工硬化により、強度(耐力)を向上させることが可能となる。
よって、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品の素材として特に適している。
In addition, when the length of the low-angle grain boundary and the subgrain boundary is LLB and the length of the high-angle grain boundary is LHB , the relationship LLB /( LLB + LHB )>20% is satisfied. This makes it possible to improve the strength (yield strength) by work hardening caused by the increase in dislocation density.
Therefore, it is particularly suitable as a material for electronic and electric device components such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates.
本実施形態において、Agの含有量が5massppm以上20massppm以下の範囲内とされている場合には、Agが粒界近傍に偏析し、粒界拡散が抑制され、耐応力緩和特性を向上させることが可能となる。 In this embodiment, when the Ag content is within the range of 5 ppm by mass or more and 20 ppm by mass or less, Ag segregates near the grain boundaries, suppressing grain boundary diffusion and improving stress relaxation resistance.
また、本実施形態において、圧延方向に平行な方向における引張強度が200MPa以上である場合には、圧延方向に平行な方向における引張強度が十分に高く、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品の素材として特に適している。
さらに、本実施形態において、半軟化温度が200℃以とされている場合には、耐熱性に十分に優れており、高温環境下でも安定して使用することができる。
Furthermore, in this embodiment, when the tensile strength in the direction parallel to the rolling direction is 200 MPa or more, the tensile strength in the direction parallel to the rolling direction is sufficiently high, and the material is particularly suitable as a material for electronic and electric device components such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates.
Furthermore, in this embodiment, when the semi-softening temperature is set to 200° C. or higher, the heat resistance is sufficiently excellent and the material can be stably used even in a high-temperature environment.
本実施形態である銅合金塑性加工材は、上述の銅合金で構成されていることから、導電率、強度、耐熱性、耐応力緩和特性に優れており、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品の素材として特に適している。
また、本実施形態である銅合金塑性加工材を、厚さが0.1mm以上10mm以下の範囲内の圧延板とした場合には、銅合金塑性加工材(圧延板)に対して打ち抜き加工や曲げ加工を施すことで、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品を比較的容易に成形することができる。
なお、本実施形態である銅合金塑性加工材の表面にSnめっき層又はAgめっき層を形成した場合には、端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等の電子・電気機器用部品の素材として特に適している。
The copper alloy plastically processed material of this embodiment is made of the copper alloy described above, and therefore has excellent electrical conductivity, strength, heat resistance, and stress relaxation resistance properties, and is particularly suitable as a material for electronic and electric device components such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates.
Furthermore, when the plastically worked copper alloy material of this embodiment is made into a rolled plate having a thickness in the range of 0.1 mm to 10 mm, the plastically worked copper alloy material (rolled plate) can be punched or bent to relatively easily form electronic/electrical device parts such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates.
In addition, when a Sn plating layer or an Ag plating layer is formed on the surface of the copper alloy plastically worked material of this embodiment, it is particularly suitable as a material for electronic and electric device parts such as terminals, bus bars, lead frames, and heat dissipation substrates.
さらに、本実施形態である電子・電気機器用部品(端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等)は、上述の銅合金塑性加工材で構成されているので、大電流用途、高温環境下においても、優れた特性を発揮することができる。 Furthermore, the electronic/electrical device components (terminals, bus bars, lead frames, heat dissipation substrates, etc.) of this embodiment are made of the above-mentioned copper alloy plastic processing material, so they can exhibit excellent characteristics even in high current applications and high temperature environments.
以上、本発明の実施形態である銅合金、銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品(端子、バスバー、リードフレーム、放熱基板等)について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、銅合金(銅合金塑性加工材)の製造方法の一例について説明したが、銅合金の製造方法は、実施形態に記載したものに限定されることはなく、既存の製造方法を適宜選択して製造してもよい。
The copper alloy, the copper alloy plastically worked material, and the electronic/electrical device parts (terminals, bus bars, lead frames, heat dissipation substrates, etc.) according to the embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited thereto, and appropriate modifications can be made without departing from the technical spirit of the invention.
For example, in the above-described embodiment, an example of a manufacturing method of a copper alloy (copper alloy plastically worked material) has been described, but the manufacturing method of the copper alloy is not limited to that described in the embodiment, and the copper alloy may be manufactured by appropriately selecting an existing manufacturing method.
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
帯溶融精製法により、純度99.999mass%以上の純銅からなる原料を高純度グラファイト坩堝内に装入して、Arガス雰囲気とされた雰囲気炉内において高周波溶解した。
The results of confirmation experiments carried out to confirm the effects of the present invention will be described below.
A raw material made of pure copper having a purity of 99.999 mass% or more, which was produced by a zone melting refining method, was placed in a high-purity graphite crucible and melted by high-frequency induction in an atmospheric furnace filled with an Ar gas atmosphere.
得られた銅溶湯内に、6N(純度99.9999mass%)以上の高純度銅と2N(純度99mass%)以上の純度を有する純金属を用いて作製した各種0.1mass%母合金を添加して成分調整し、断熱材(イソウール)鋳型に注湯することにより、表1,2に示す成分組成の鋳塊を製出した。なお、鋳塊の大きさは、厚さ約30mm×幅約60mm×長さ約150~200mmとした。 Various 0.1 mass% master alloys made from high purity copper of 6N or more (purity 99.9999 mass%) and pure metals with a purity of 2N or more (purity 99 mass%) were added to the obtained molten copper to adjust the composition, and the molten copper was poured into a mold made of insulating material (isowool) to produce ingots with the composition shown in Tables 1 and 2. The size of the ingot was approximately 30 mm thick x 60 mm wide x 150 to 200 mm long.
得られた鋳塊に対して、Mgの溶体化のため、Arガス雰囲気中において、900℃、1時間の加熱を行い、酸化被膜を除去するために表面研削を実施し、所定の大きさに切断を行った。
その後、適宜最終厚みになる様に厚みを調整して切断を行った。切断されたそれぞれの試料は表3,4に記載の条件で粗圧延を行った後、再結晶により結晶粒径が30μm程度となる条件で中間熱処理を実施した。
The obtained ingot was heated in an Ar gas atmosphere at 900° C. for 1 hour to dissolve the Mg, and the surface was ground to remove the oxide film, and then cut to a predetermined size.
The thickness was then adjusted appropriately to the final thickness and cut. Each cut sample was roughly rolled under the conditions shown in Tables 3 and 4, and then intermediate heat treatment was performed under conditions that would result in a crystal grain size of about 30 μm due to recrystallization.
次に、表3,4に記載された条件にて上前圧延(上前加工工程)を実施した。
そして、これらの試料に表3,4に記載された手法で機械的表面処理工程を施した。
なお、サンドペーパー研磨は♯320の研磨紙を用いて行った。
ラッピング処理は、アルミナ系の砥粒を用い、鋳鉄のラップを使用して実施した。
ショットピーニング処理は直径0.1mmのステンレスのショットを用い、投射速度5m/秒、投射時間10秒で実施した。
その後、表3,4に記載の条件で仕上熱処理を行い、それぞれ表3,4に記載された厚さ×幅約60mmの条材を製出した。
Next, upper pre-rolling (upper pre-processing step) was carried out under the conditions shown in Tables 3 and 4.
These samples were then subjected to a mechanical surface treatment process according to the methods described in Tables 3 and 4.
The sandpaper polishing was carried out using #320 abrasive paper.
The lapping process was carried out using alumina-based abrasive grains and a cast iron lap.
The shot peening treatment was carried out using stainless steel shots having a diameter of 0.1 mm at a projection speed of 5 m/sec for a projection time of 10 sec.
Thereafter, a final heat treatment was carried out under the conditions shown in Tables 3 and 4, and strip materials having the thickness and width of approximately 60 mm shown in Tables 3 and 4 were produced.
得られた条材について、以下の項目について評価を実施した。 The resulting strips were evaluated for the following items:
(組成分析)
得られた鋳塊から測定試料を採取し、Mgは誘導結合プラズマ発光分光分析法で、その他の元素はグロー放電質量分析装置(GD-MS)を用いて測定した。なお、測定は試料中央部と幅方向端部の2カ所で測定を行い、含有量の多い方をそのサンプルの含有量とした。その結果、表1,2に示す成分組成であることを確認した。
(Composition Analysis)
Measurement samples were taken from the resulting ingot, and Mg was measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, and other elements were measured using a glow discharge mass spectrometer (GD-MS). Measurements were performed at two locations, the center and the end in the width direction, and the content of the sample with the greater content was recorded. As a result, it was confirmed that the composition was as shown in Tables 1 and 2.
(導電率)
特性評価用条材から幅10mm×長さ60mmの試験片を採取し、4端子法によって電気抵抗を求めた。また、マイクロメータを用いて試験片の寸法測定を行い、試験片の体積を算出した。そして、測定した電気抵抗値と体積とから、導電率を算出した。なお、試験片は、その長手方向が特性評価用条材の圧延方向に対して平行になるように採取した。評価結果を表3,4に示す。
(conductivity)
A test piece with a width of 10 mm and a length of 60 mm was taken from the strip material for property evaluation, and the electrical resistance was measured by a four-terminal method. The dimensions of the test piece were measured using a micrometer, and the volume of the test piece was calculated. The electrical conductivity was calculated from the measured electrical resistance value and volume. The test piece was taken so that its longitudinal direction was parallel to the rolling direction of the strip material for property evaluation. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.
(小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率)
圧延面、すなわちND面(Normal direction)を観察面として、EBSD測定装置及びOIM解析ソフトによって、次のように小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率を求めた。
耐水研磨紙、ダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨を行った後、コロイダルシリカ溶液を用いて仕上げ研磨を行った。そして、EBSD測定装置(FEI社製Quanta FEG 450,EDAX/TSL社製(現 AMETEK社) OIM Data Collection)と、解析ソフト(EDAX/TSL社製(現 AMETEK社)OIM Data Analysis ver.7.3.1)によって、電子線の加速電圧15kV、10000μm2以上の測定面積を、0.25μmの測定間隔のステップでCI値が0.1以下である測定点を除いて、各結晶粒の方位差の解析を行い、隣接する測定点間の方位差が15°以上となる測定点間を結晶粒界とし、データ解析ソフトOIMを用いてArea Fractionによる平均粒径Aを求めた。その後、平均粒径Aの10分の1以下となる測定間隔のステップで測定して、総数1000個以上の結晶粒が含まれるように、複数視野で10000μm2以上となる測定面積で、データ解析ソフトOIMにより解析されたCI値が0.1以下である測定点を除いて解析し、隣接する測定点間の方位差が2°以上15°以下となる測定点間を小傾角粒界およびサブグレインバウンダリーとし、その長さをLLB、15°を超える測定点間を大傾角粒界としその長さをLHBとすることで、全粒界における小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率LLB/(LLB+LHB)を求めた。
(Low angle grain boundary and subgrain boundary length ratio)
The rolled surface, i.e., the ND (normal direction) surface, was used as the observation surface, and the length ratios of the low-angle grain boundaries and the subgrain boundaries were determined as follows using an EBSD measuring device and OIM analysis software.
After mechanical polishing using water-resistant polishing paper and diamond abrasive grains, finish polishing was performed using colloidal silica solution.Then, using an EBSD measuring device (Quanta FEG 450 manufactured by FEI, OIM Data Collection manufactured by EDAX/TSL (now AMETEK)) and analysis software (OIM Data Analysis ver.7.3.1 manufactured by EDAX/TSL (now AMETEK)), the accelerating voltage of the electron beam was 15 kV, the measurement area was 10,000 μm 2 or more, and the measurement points with CI value of 0.1 or less were excluded at the measurement interval of 0.25 μm, and the measurement points with the orientation difference between adjacent measurement points of 15° or more were regarded as grain boundaries, and the average grain size A was obtained by Area Fraction using data analysis software OIM. Thereafter, measurements were made at intervals of one-tenth or less of the average grain size A, and an analysis was performed over a measurement area of 10,000 μm2 or more in multiple visual fields so that a total of 1,000 or more crystal grains were included, excluding measurement points for which the CI value analyzed by the data analysis software OIM was 0.1 or less. Measurement points between which the orientation difference between adjacent measurement points was 2° or more and 15° or less were defined as low-angle grain boundaries and subgrain boundaries, with their length defined as LLB , and measurement points between which the orientation difference was more than 15° were defined as high-angle grain boundaries and their length defined as LHB , thereby determining the length ratio LLB /( LLB + LHB ) of the low-angle grain boundaries and subgrain boundaries among all grain boundaries.
(耐応力緩和特性)
耐応力緩和特性試験は、日本伸銅協会技術標準JCBA-T309:2004に準拠し、片持はりねじ式に準じた方法によって応力を負荷し、150℃の温度で1000時間保持後の残留応力率を測定した。評価結果を表3,4に示す。
試験方法としては、各特性評価用条材から圧延方向に対して平行な方向に試験片(幅10mm)を採取し、試験片の表面最大応力が耐力の80%となるよう、初期たわみ変位を2mmと設定し、スパン長さを調整した。上記表面最大応力は次式で定められる。
表面最大応力(MPa)=1.5Etδ0/Ls
2
ただし、
E:ヤング率(MPa)
t:試料の厚さ(mm)
δ0:初期たわみ変位(mm)
Ls:スパン長さ(mm)
である。
150℃の温度で、1000時間保持後の曲げ癖から、残留応力率を測定し、耐応力緩和特性を評価した。なお残留応力率は次式を用いて算出した。
残留応力率(%)=(1-δt/δ0)×100
ただし、
δt:150℃で1000時間保持後の永久たわみ変位(mm)-常温で24時間保持後の永久たわみ変位(mm)
δ0:初期たわみ変位(mm)
である。
(Stress relaxation resistance)
The stress relaxation resistance test was conducted in accordance with the Japan Copper and Brass Association technical standard JCBA-T309:2004, in which stress was applied using a method conforming to the cantilever screw method, and the residual stress rate was measured after holding for 1000 hours at a temperature of 150° C. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.
The test method was to cut test pieces (width 10 mm) from each strip material for property evaluation in a direction parallel to the rolling direction, set the initial deflection displacement to 2 mm, and adjust the span length so that the surface maximum stress of the test piece was 80% of the yield strength. The above surface maximum stress is determined by the following formula.
Maximum surface stress ( MPa ) = 1.5Etδ0 / Ls2
however,
E: Young's modulus (MPa)
t: thickness of sample (mm)
δ 0 : Initial deflection displacement (mm)
Ls : span length (mm)
It is.
Residual stress rate was measured from bending tendency after holding at 150° C. for 1000 hours, and stress relaxation resistance was evaluated. The residual stress rate was calculated using the following formula.
Residual stress rate (%) = (1 - δ t /δ 0 ) x 100
however,
δt : Permanent deflection displacement (mm) after 1000 hours at 150°C - Permanent deflection displacement (mm) after 24 hours at room temperature
δ 0 : Initial deflection displacement (mm)
It is.
(機械的特性)
特性評価用条材からJIS Z 2241に規定される13B号試験片を採取し、JIS Z 2241のオフセット法により、引張強度を測定した。なお、試験片は、圧延方向に平行な方向で採取した。評価結果を表3,4に示す。
(Mechanical properties)
A No. 13B test piece specified in JIS Z 2241 was taken from the strip material for property evaluation, and the tensile strength was measured by the offset method of JIS Z 2241. The test piece was taken in a direction parallel to the rolling direction. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.
(ビッカース硬度)
JIS-Z2244に規定されているマイクロビッカース硬さ試験方法に準拠し、特性評価用条材の表面すなわちND面(Normal Direction)で試験加重0.98Nでビッカース硬度を測定した。評価結果を表3,4に示す。
(Vickers hardness)
In accordance with the micro Vickers hardness test method specified in JIS-Z2244, the Vickers hardness was measured on the surface of the strip material for property evaluation, i.e., the ND surface (Normal Direction), with a test load of 0.98 N. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.
(半軟化温度)
半軟化温度は日本伸銅協会のJCBA T325:2013に準拠して、1時間の熱処理でのビッカース硬度による等時軟化曲線を取得することで評価した。なお、ビッカース硬度の測定面は圧延面とした。評価結果を表3,4に示す。
(half-softening temperature)
The semi-softening temperature was evaluated by obtaining an isochronal softening curve based on Vickers hardness after one hour of heat treatment in accordance with JCBA T325:2013 of the Japan Copper and Brass Association. The Vickers hardness was measured on the rolled surface. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.
比較例1は、Mgの含有量が本発明の範囲よりも少ないため、半軟化温度が低く、耐熱性が不十分であった。また、残留応力率が低く、耐応力緩和特性が不十分であった。
比較例2は、Mgの含有量が本発明の範囲を超えており、導電率が低くなった。
比較例3は、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量が30massppmを超えており、残留応力率が低く、耐応力緩和特性が不十分であった。また、半軟化温度が低く、耐熱性が不十分であった。
比較例4は、質量比〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕が0.6未満であり、残留応力率が低く、耐応力緩和特性が不十分であった。また、半軟化温度が低く、耐熱性が不十分であった。
比較例5は、小傾角粒界およびサブグレインバウンダリー長さ比率:LLB/(LLB+LHB)が本発明の範囲よりも低いため、引張強度、硬度が低くなった。
In Comparative Example 1, the Mg content was lower than the range of the present invention, and therefore the half-softening temperature was low and the heat resistance was insufficient. Also, the residual stress rate was low and the stress relaxation resistance characteristics were insufficient.
In Comparative Example 2, the Mg content exceeded the range of the present invention, resulting in low electrical conductivity.
In Comparative Example 3, the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi, and As exceeded 30 mass ppm, the residual stress rate was low, and the stress relaxation resistance was insufficient. In addition, the semi-softening temperature was low, and the heat resistance was insufficient.
In Comparative Example 4, the mass ratio [Mg]/[S+P+Se+Te+Sb+Bi+As] was less than 0.6, the residual stress rate was low, and the stress relaxation resistance was insufficient. In addition, the semi-softening temperature was low, and the heat resistance was insufficient.
In Comparative Example 5, the low angle grain boundary and subgrain boundary length ratio LLB /( LLB + LHB ) was lower than the range of the present invention, and therefore the tensile strength and hardness were low.
これに対して、本発明例1~24においては、導電率、強度、耐熱性および耐応力緩和特性がバランス良く向上されていることが確認された。
以上のことから、本発明例によれば、高い導電率、強度、優れた耐熱性を有するとともに強度と耐応力緩和特性を両立することができる銅合金を提供可能であることが確認された。
In contrast, it was confirmed that in Examples 1 to 24 of the present invention, the electrical conductivity, strength, heat resistance, and stress relaxation resistance were improved in a well-balanced manner.
From the above, it was confirmed that the present invention can provide a copper alloy having high electrical conductivity, strength, and excellent heat resistance, and also capable of achieving both strength and stress relaxation resistance.
Claims (12)
Mgの含有量を〔Mg〕とし、SとPとSeとTeとSbとBiとAsの合計含有量を〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕とした場合に、これらの質量比〔Mg〕/〔S+P+Se+Te+Sb+Bi+As〕が0.6以上50以下の範囲内とされており、
導電率が97%IACS以上とされ、
EBSD法により、10000μm2以上の測定面積を、0.25μmの測定間隔のステップでCI値が0.1以下である測定点を除いて、各結晶粒の方位差の解析を行い、隣接する測定点間の方位差が15°以上となる測定点間を結晶粒界とし、Area Fractionにより平均粒径Aを求め、平均粒径Aの10分の1以下となる測定間隔のステップで測定して、総数1000個以上の結晶粒が含まれるように、複数視野で10000μm2以上となる測定面積で、データ解析ソフトOIMにより解析されたCI値が0.1以下である測定点を除いて解析し、隣接する測定点間の方位差が2°以上15°以下となる測定点間である小傾角粒界およびサブグレインバウンダリーの長さをLLB、隣接する測定点間の方位差が15°を超える測定点間である大傾角粒界の長さをLHBとしたときに、
LLB/(LLB+LHB)>20%
の関係を有することを特徴とする銅合金。 The composition has a Mg content in the range of more than 10 ppm by mass and less than 100 ppm by mass, with the balance being Cu and unavoidable impurities, and among the unavoidable impurities, the S content is 10 ppm by mass or less, the P content is 10 ppm by mass or less, the Se content is 5 ppm by mass or less, the Te content is 5 ppm by mass or less, the Sb content is 5 ppm by mass or less, the Bi content is 5 ppm by mass or less, and the As content is 5 ppm by mass or less, and the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi, and As is 30 ppm by mass or less,
When the content of Mg is [Mg] and the total content of S, P, Se, Te, Sb, Bi and As is [S+P+Se+Te+Sb+Bi+As], the mass ratio thereof, [Mg]/[S+P+Se+Te+Sb+Bi+As], is within a range of 0.6 or more and 50 or less,
The electrical conductivity is 97% IACS or more.
By the EBSD method, the orientation difference of each crystal grain is analyzed in a measurement area of 10,000 μm2 or more, excluding measurement points where the CI value is 0.1 or less at measurement intervals of 0.25 μm, and the measurement points between which the orientation difference between adjacent measurement points is 15° or more are defined as crystal grain boundaries. The average grain size A is calculated by Area Fraction, and measurements are performed at measurement intervals of 1/10 or less of the average grain size A. Analysis is performed in a measurement area of 10,000 μm2 or more in multiple visual fields so that a total of 1,000 or more crystal grains are included, excluding measurement points where the CI value analyzed by data analysis software OIM is 0.1 or less. When the length of the low-angle grain boundary and subgrain boundary between measurement points where the orientation difference between adjacent measurement points is 2° to 15° is defined as LLB , and the length of the high-angle grain boundary between measurement points where the orientation difference between adjacent measurement points exceeds 15° is defined as LHB ,
LLB /( LLB + LHB )>20%
A copper alloy characterized in that:
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