专利名称：导电性优良的钛铜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种导电性优良的钛铜。
背景技术：
随着电子设备的小型化、轻量化，连接器等电气、电子部件的小型化、轻量化持续发展。由于当连接器薄壁化、窄间距化时连接器的截面积减少，所以为了补偿截面积减少而引起的接触压力和导电性的降低，对用于连接器的金属材料要求高的强度和电导率。
作为高强度的铜合金，近年来增加了时效固化型的铜合金的使用量，通过对经过了固溶处理的过饱和固溶体进行时效处理，使微细的析出物均匀地分散在合金中，提高了合金的强度。
即使在时效固化型合金中，由于以JIS C1990为代表的含有Ti的铜合金(以下称为钛铜)具有高的机械强度和优良的弯曲加工性，所以广泛地作为电子设备的各种端子和连接器使用。
作为与钛铜相同的时效固化型的高强度铜合金，有高铍铜(JISC1720)。钛铜与高铍铜相比，由于强度相等，耐应力衰减特性优良，所以作为例如烧进浇口等要求耐热性用途的原材料，钛铜比高铍铜更加合适。(例如参照专利文献1、2)专利文献1特开平7-258803号公报专利文献2特开2002-356726号公报但是，在专利文献1中，虽然提出了弯曲加工性和应力衰减特性优良的钛铜，但在这种情况下的电导率最大为15％IACS左右，在专利文献2中，虽然兼顾了钛铜的强度和弯曲加工性，但所获得的导电性最大为15％IACS左右。这样，现有的钛铜的电导率最大为15％IACS左右，劣于高铍铜的电导率(20％IACS)。这在要求高电导率的用途中采用钛铜以取代高铍铜时成为障碍。若能够获得与高铍铜近似的电导率，则可使用应力衰减特性更好、更廉价的钛铜。
本发明的目的在与不降低强度地改进钛铜的电导率。
发明内容
本发明以提供高强度、导电性优良的钛铜为目的，对其进行了锐意研究的结果，通过将Cu-Ti金属间化合物相的析出量调整到最佳范围，能够获得所希望的电导率。
即，本发明为(1)一种高强度、导电性优良的钛铜，其特征是，是含有2.5～4.5质量％的Ti，其余为Cu和不可避免的杂质构成的铜合金，电导率为16％IACS以上，0.2％耐力为800MPa以上，具有在垂直于轧制方向的截面上观察的Cu-Ti金属间化合物相的面积率(以下作为S(％))和Ti含有量(以下作为[Ti](质量％))为S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7的关系。
(2)上述(1)所述的高强度、导电性优良的钛铜的制造方法，顺序进行铸锭的热轧、冷轧、固溶处理、冷轧、时效处理，其特征是，①时效前的冷轧加工度为15％以上，②时效温度为350℃以上、450℃以下，③时效时间为5小时以上、20小时以下，④从时效后的时效温度到300℃的平均冷却速度为50℃/小时以下。
具体实施例方式
以下对本发明的限定理由加以说明。
(1)电导率和0.2％能力若提高电导率，则作为连接器使用时，接点的接触电阻、随着通电产生的发热量减少。当电导率为16％IACS以上时，接触电阻、发热量成为与高铍铜相同的水平。因此，将电导率规定在16％IACS以上。电导率更优选地为20％IACS以上。
若0.2％耐力降低，则作为连接器使用时，接点的接触压力降低，接触电阻增大。当0.2％耐力小于800MPa，由于即使将电导率调整到16％IACS以上，也得不到与高铍铜相同水平的接触电阻，所以将0.2％耐力规定在800MPa以上，(2)钛浓度当对钛铜合金进行时效处理时，产生聚偏分解，母材中生成钛浓度的调制结构，从而获得非常高的强度。在钛含有量小于2.5质量％的情况下，在为了获得后述的16％IACS以上的电导率而进行时效处理时，得不到800MPa以上的耐力。另一方面，当钛含有量超过4.5质量％时，不仅在轧制时产生破裂等制造性显著恶化，即使调整时效条件，也难以获得16％IACS以上的电导率。因此，使钛的含有量为2.5～4.5质量％。
(3)Cu-Ti金属间化合物相的面积率当溶质元素固溶在Cu中时，电导率降低，其中还可知Ti是使电导率显著降低的元素之一(G.Ghosh、J.Miyake、M.E.Fine、JOM、vol.49、No.3、March、1997、p.56-60)。为了使钛铜的电导率上升，重要的是通过使Ti充分地析出，尽量减少固溶Ti量。即、若增加Cu-Ti金属间化合物相的量，则电导率上升。而且，通过析出微细的Cu-Ti金属间化合物相，也实现了材料的高强度化。
本发明者发现，在直于轧制方向的截面观察的Cu-Ti金属间化合物相的面积率为S(％)，Ti含有量为[Ti](质量％)时，若满足下述的关系，则获得了超过16％IACS的电导率。
S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7另外，还发现在S(％)和[Ti](质量％)的关系满足下式的情况下，获得了20％IACS以上的电导率S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-12.7(4)时效条件为了调整Cu-Ti金属间化合物相的析出量，以满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7，在顺序进行热轧、冷轧、固溶处理、冷轧、时效处理的钛铜的制造工序中，重要的是选择适当的时效条件。为了增大S(％)，将时效条件调整成如下所述即可。
①提高时效温度。但是以450℃为时效温度的升限。
②延长时效时间。
③减缓时效时的冷却速度。在这种情况下，重要的是300℃以上的温度范围中的冷却速度。
④提高时效前的冷轧加工度，通过冷轧导入的应变，Cu-Ti金属间化合物相的析出速度增加。
另一方面，当时效中Cu-Ti金属间化合物相粗大化时，0.2％耐力降低。上述①和②的对策伴随着Cu-Ti金属间化合物相的粗大化。因此，时效温度和时间必须要在Cu-Ti金属间化合物相不太粗大化的范围(0.2％耐力不低于800MPa的范围)调整。但是，在上述③的对策中，不产生Cu-Ti金属间化合物相的粗大化。在这种情况下，仅留意S(％)的调整即可。
上述③、④的对策是在本发明中新发现的，通过组合①、②、③、④的对策，可制造电导率为16％IACS以上、并且0.2％耐力为800MPa以上的钛铜。具体地说，通过满足下述①、②、③、④，能够制造电导率为16％IACS以上、0.2％耐力为800MPa以上的钛铜。
①时效前的冷轧加工度为15％以上②时效温度为350℃以上、450℃以下③时效时间为5小时以上、20小时以下④从时效后的时效温度到300℃的平均冷却速度为50℃/小时以下实施例以电解铜为原料，在高频真空熔解炉中铸造表1所示的各种组成的坯料(宽度60mm×厚度30mm)，在850℃下热轧到8mm后，进行冷轧、固溶处理。在固溶处理中，在800℃下进行了1分钟的加热后，以大约1000℃/秒的速度冷却。之后，进行了冷轧、时效处理。使时效前的轧制加工度、时效条件改变，使Cu-Ti金属间化合物相的量改变。作为时效条件，使时效温度、时效时间、冷却速度变化。冷却速度是指以规定的温度和时间加热后的试料的冷却速度，在试料上装配热电耦进行温度测定，求出了从时效温度到300℃的冷却期间的平均冷却速度。
对于这样获得的各合金，测定0.2％耐力、电导率和Cu-Ti金属间化合物相的面积率。对于0.2％耐力，采用拉伸试验机，以JIS Z 2241为基准进行了测定。而且，电导率以JISH 0505为基准进行了测定。
以下表示Cu-Ti金属间化合物相的面积率的测定方法。材料的评价面为垂直于轧制方向的截面。在用#150的耐水研磨纸对切出的试料进行了研磨之后，用浑浊的精加工用研磨剂对粒径40nm的胶质二氧化硅进行了镜面研磨，然后蒸镀碳。采用FE-SEM，在两万倍的倍率下拍摄了500μm2的视野的反射电子图像照片。然后采用图像解析装置，在该照片上测定了Cu-Ti金属间化合物相的面积率。作为测定对象的Cu-Ti金属间化合物相的面积为5×10-4μm2以上。
表1
表1发明例和比较例
如表1可知，本发明例编号1～9均满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7，具有16％IACS以上的电导率，而且，表示出800MPa以上的0.2％耐力。特别是满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-12.7(表1中ΔS＝S-S’≥5)的发明例1、4和7的电导率超过了20％IACS。在这些发明例中时效后的冷却速度为50℃/小时以下。
另一方面，比较例10由于Ti含有量超过4.5质量％，所以在冷轧中产生破裂，未能够继续进行试验。比较例11由于Ti含有量小于2.5质量％，所以在获得16％IACS以上的电导率的条件下时效时的0.2％耐力小于800MPa。
而且，比较例12由于时效前的冷轧加工度低，比较例13由于时效温度低，比较例14由于时效时间短，比较例15～17由于时效时的冷却速度快，所以不满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7，未示出16％IACS以上的电导率。而且，比较例18～20满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7，示出了16％IACS％以上的电导率，但比较例18和19由于时效温度过高，比较例20由于时效时间过长，所以Cu-Ti金属间化合物相粗大化，0.2％耐力小于800MPa。
通过以上的说明可知，根据本发明，可能够通过可与近年来的电子设备小型化、薄壁化相对应的强度和电导率优良的铜合金。
权利要求
1.一种高强度、导电性优良的钛铜，其特征是，是含有2.5～4.5质量％的Ti，其余为Cu和不可避免的杂质构成的铜合金，电导率为16％IACS以上，0.2％耐力为800MPa以上，具有在垂直于轧制方向的截面上观察的Cu-Ti金属间化合物相的面积率(以下作为S(％))和Ti含有量(以下作为[Ti](质量％))为S(％)≥8.1×[Ti](质量％)-17.7的关系。
2.权利要求1所述的高强度、导电性优良的钛铜的制造方法，顺序进行铸锭的热轧、冷轧、固溶处理、冷轧、时效处理，其特征是，①时效前的冷轧加工度为15％以上，②时效温度为350℃以上、450℃以下，③时效时间为5小时以上、20小时以下，④从时效后的时效温度到300℃的平均冷却速度为50℃/小时以下。
全文摘要
本发明的目的在于提供在希望高强度、高电导率的用途中，强度高、导电性优良的钛铜。本发明的钛铜的特征是，含有2.5～4.5质量％的Ti，其余为Cu和不可避免的杂质构成，电导率为16％IACS以上，0.2％耐力为800MPa以上的高强度、导电性优良的钛铜，具有在垂直于轧制方向的截面上观察的Cu－Ti金属间化合物相的面积率(以下作为S(％))和Ti含有量(以下作为[Ti](质量％))满足S(％)≥8.1×[Ti](质量％)－17.7。
文档编号C22F1/00GK1534102SQ20041003998
公开日2004年10月6日 申请日期2004年3月22日 优先权日2003年3月20日
发明者泉千寻, 波多野隆绍, 隆绍 申请人:日矿金属加工株式会社