专利名称：铜合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在性能上得以提高的铜合金。
背景技术：
随着电气和电子器械及元件小型化和制造高性能电气和电子器械及元件的新趋势，已经要求如连接器(connector)等部件中使用的材料在各种性能方面作出了严格的改进。例如，具体地，在连接器弹簧的接触点使用的板厚度已经变得很薄，以至于难以确保足够的接触压力。即，在连接器弹簧的接触点，电连接所需要的接触压力是从预先挠曲板(弹簧板)得到的反作用力中获得的。因此，当该板变薄时，需要较大的挠曲程度来获得相同程度的接触压力。然而，当挠曲程度超过该板的弹性极限时，该板可能经受塑性变形。因此，已经要求进一步提高该板的弹性极限。
对于连接器的弹簧接触点的材料来说，也要求其它各种性能，如耐应力松弛性、导热性、弯曲性能、耐热性、电镀附着性能和耐电迁移性能。在各种性能当中，机械强度、耐应力松弛性、导热性和导电性以及弯曲性能是重要的。虽然磷青铜已经常常被用于连接器的弹簧接触点，但是它不能完全地满足上述要求。因此，在最近几年中正在以低铍铜合金(日本工业标准委员会1753规定的一种合金)替代磷青铜，其具有较高的机械强度和良好的耐应力松弛性，以及良好的电导率。
已知铜-镍-硅基合金是接触元件材料的例子，其具有比得上低铍铜合金的性能，并作为便宜且安全性高的材料具有相对高的强度。接触元件材料的另一个例子包括改进耐应力松弛性的铜合金，其是通过将镁加入到铜-镍-硅基合金中得到的。接触元件材料的再一个例子包括具有比得上低铍铜合金机械强度的铜合金，其是通过增加铜-镍-硅-基合金中镍和硅含量得到的。
然而，低铍铜合金(low beryllium copper)具有的问题是非常昂贵而且金属铍有毒性。已作了各种尝试来提高铜-镍-硅-基合金的强度。然而，过度增加铜合金中的镍和硅含量会降低弯曲性能，该弯曲性能是连接器所要求的性能之一，因此限制了连接器可能的应用。具体地说，在弯曲过程中出现铜合金的晶间脆化开裂(intergranular embrittlement cracking)，导致铜合金弯曲性能降低。因此，尚未发现具有比得上低铍铜合金的强度、电导率和弯曲性能的铜-镍-硅-基合金。而且，即使将镁加入到铜-镍-硅-基合金中，也不能得到具有比得上低铍铜合金性能的耐应力松弛性(stress relaxationresistance)。
本发明的其它和更进一步的特征和优点，将从下面的说明中更充分地体现。
发明内容
根据本发明，提供下列方案(1)用于电子器械及元件的铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍和0.3～1.0质量％的硅，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式(1)I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200})＜1.5…(1)其中，表达式(1)中，I{311}代表来自板表面(sheet surface)的{311}面(plane)的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小(crystal grain size)，以及其具有良好的弯曲性能。
(2)用于电子器械及元件的铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍、0.3～1.0质量％的硅和大于0且小于0.005质量％的硫，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式(1)I{311}×A/(I{311}+I{220}I{200})＜1.5…(1)其中，表达式(1)中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小，以及其具有良好的弯曲性能。
(3)根据上述项(1)或(2)的铜合金，还包含0.2～1.5质量％的锌。
(4)根据上述(1)～(3)任何一项的的铜合金，还包含0.01～0.2质量％的镁。
(5)根据上述(1)～(4)任何一项的铜合金，还包含0.05～1.5质量％的锡。
(6)用于电子器械及元件的铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍、0.3～1.0质量％的硅、0.01～0.2质量％的镁、0.05～1.5质量％的锡、0.2～1.5质量％的锌和小于0.005质量％的硫，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式(1)I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200})＜1.5…(1)其中，表达式(1)中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小，以及其具有良好的弯曲性能。
(7)根据上述(1)～(6)任何一项的铜合金，其还包含至少一种选自下列的元素0.005～0.3质量％的锆、0.05～2.0质量％的钴和0.001～0.02质量％的硼，其总含量为0.001～2.0质量％。
(8)一种铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍、0.3～1.0质量％的硅、0.1～0.5质量％的铬和小于0.005质量％的硫，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式(2)I{311}/(I{311}+I{220}+I{200})＜0.15…(2)其中，在表达式(2)中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度。
(9)一种铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍、0.3～1.0质量％的硅、0.1～0.5质量％的铬和小于0.005质量％的硫，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式(3)I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200})＜1.5…(3)其中，表达式(3)中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小。
(10)根据上述项(8)或(9)的铜合金，还包含0.2～1.5质量％的锌。
(11)根据上述(8)～(10)任何一项的的铜合金，还包含0.01～0.2质量％的镁。
(12)根据上述(8)～(11)任何一项的铜合金，还包含0.05～1.5质量％的锡。
(13)根据上述(8)～(12)任何一项的铜合金，还包含至少一种选自下列的元素0.005～0.3质量％的锆、0.05～2.0质量％的钴、0.005～0.3质量％的钛、0.005～0.3质量％的银和0.001～0.02质量％的硼。
在下文中，本发明第一实施方案是指包括上述项(1)～(7)所描述的所有铜合金。
本发明第二实施方案是指包括上述项(8)～(13)所描述的所有铜合金。
在这里，除非另作说明，本发明意思是包括上述第一和第二实施方案两者。
具体实施例方式
下面详细解释本发明。
根据第一实施方案，通过严格控制晶体取向的集成度(integration degree)和晶粒大小可以提高铜合金的弯曲性能，该铜合金含有析出在铜基体中的镍-硅化合物且具有适度的机械强度和电导率。
在下文中，将描述第一实施方案的铜合金(在下文中，简称为第一种铜合金)的晶体取向之间的关系。对于含有镍和硅的铜合金，本发明的发明人发现通过控制X射线衍射强度可以确定晶体取向的集成度，而通过满足由X射线衍射强度引出的表达式可以提高铜合金的弯曲性能和机械强度。即，当铜合金满足下列表达式(1)时，可以提高铜合金的弯曲性能和机械强度。
I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200})＜1.5…(1)其中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小。
在上述表达式(1)中，规定了晶体取向的集成度与晶粒大小之间的关系使其值小于1.5，优选小于1.2。该值的下限没有特别限制，但通常大于0.3。太大的值会抑制铜合金弯曲性能和机械强度两者的共同提高。含有镍和硅的铜合金再结晶并增大它的晶粒大小，从而增加相对于板表面，{200}面的集成比例(integration ratio)和{311}面的集成比例。该铜合金以较高的加工比率(reduction rate)经过冷轧，从而更进一步增大相对于板表面的{220}面的集成比例。晶体取向的集成度与X射线衍射强度之间的关系是，高X射线衍射强度提供晶体取向的高集成度。在这里，X射线衍射面的集成比例(晶体取向的集成度)是指在每个衍射面的方向上的晶体生长率之比，可以用每个衍射面的X射线衍射强度(I)的比率来作测定。在本发明中，用表达式(I)的左边表示X射线衍射面的集成比例(在这种情况下，A＝1)。例如，通过“热轧”、“冷轧”、“固溶处理”和“时效处理(aging treatment)”工序，以及如有必要的附加工序“精加工冷轧(finish cold rolling)”和“畸变消除退火(distortionelimination annealing)”可以生产第一种铜合金。晶体取向的集成度和晶粒大小随固溶处理之前的加工比率、固溶晶体取向的集成度和晶粒大小随固溶处理的条件和冷加工的加工比率的组合而变化。在本发明中，特别是当镍和硅含量增加时，通过抑制弯曲时铜合金的晶间脆化提高该铜合金的弯曲性能，本发明人提供用表达式(1)表示的适当范围来规定晶体取向集成度与晶粒大小之间的关系。
以下将描述第一种铜合金中的合金元素。
当将镍和硅加入到铜中时，镍-硅系列化合物(Ni2Si相)析出在铜基体中，提高了机械强度和电导率。镍的含量规定在2.0～4.5质量％的范围内。这是因为当镍含量小于2.0质量％时，不能获得与常规低铍铜合金相同的机械强度或优于常规低铍铜合金的机械强度。另一方面，当镍含量超过4.5质量％时，在浇铸或热加工过程中出现了无助于提高机械强度的析出，不仅不能获得与加入的镍含量相应的机械强度，而且引起对热加工性能和弯曲性能有不利影响的问题。镍含量优选是2.2～4.2质量％，更优选为3.0～4.0质量％。
因为硅与镍一起形成Ni2Si相，所以加入硅的含量由镍的含量确定。当硅含量小于0.3质量％时，不能获得与低铍铜合金相同的机械强度或优于低铍铜合金的机械强度，类似于镍含量太小时的情况。另一方面，当硅的含量超过1.0质量％时，与镍含量太大时的情况一样出现相同的问题。硅含量优选是0.5～0.95质量％，更优选为0.7～0.9质量％。
机械强度随镍和硅的含量而变化，而耐应力松弛性也随之变化。因此，镍和硅的含量应该严格地控制在该实施方式规定的范围内，以便获得与低铍铜合金相同的耐应力松弛性或优于低铍铜合金的耐应力松弛性。此外，也应该适当地控制随后将描述的镁、锡和锌的含量、晶粒直径和晶粒的形状。
镁、锡和锌是构成本发明铜合金的重要合金元素。为获得均衡的各种优良性能，合金中的这些元素彼此相关联。
镁主要提高耐应力松弛性，但它不利地影响弯曲性能。镁的含量越多，耐应力松弛性提高的越多，条件是镁含量是例如，0.01质量％或0.01质量％以上。然而，如果镁含量太大，所得到的弯曲性能不能满足所要求的水平。在加入镁的场合下，在本发明中优选的是严格控制镁的含量，因为与常规的铜-镍-硅系列合金相比较，Ni2Si相的析出大大有助于增强的程度，因此弯曲性能往往变差。镁的含量通常是0.01～0.2质量％，更优选为0.05～0.15质量％。
锡与镁相互关联更能提高耐应力松弛性。然而，锡的这种提高效果不如镁那么大。当锡含量太低时，加入锡的足够效果不能充分地呈现出来，而当锡含量太大时，显著地降低电导率。锡的含量通常是0.05～1.5质量％，更优选为0.1～0.7质量％。
锌可以少许提高弯曲性能。锌的含量通常在0.2～1.5质量％的范围内。当加入的锌在0.2～1.5质量％的规定范围内时，即使加入最大量0.20质量％的镁，也可以获得实际上没有问题程度(non-problematic level)的弯曲性能。此外，锌可以提高锡电镀或软焊电镀(solder plate)的附着性能，以及耐电迁移性能。当锌含量太低时，不能充分地获得锌加入的效果，而当锌含量太大时，降低电导率。锌的含量优选是0.3～1.0质量％。
在下文中将描述对提高机械强度有效的次组成元素，如钴和锆。
象镍一样，钴与硅形成化合物，提高机械强度。钴的含量通常是0.05～2.0质量％。当钴含量太小时，不能充分地获得钴加入的效果，而当钴含量太大时，往往会降低弯曲性能。钴的含量通常是0.05～2.0质量％，优选为0.1～1.0质量％。
锆微细地(finely)析出在铜中，因此有助于提高所得到的铜合金的机械强度，并提供降低表达式(1)表示的晶体取向集成度的效果。当锆含量太小时，不能充分地获得锆加入的效果，而当锆含量太大时，往往会降低弯曲性能。从上述观点，锆的含量通常是0.005～0.3质量％，优选为0.05～0.2质量％。
当合金中同时含有钴、锆和硼这些元素中的至少两种时，取决于所要求的性能，确定其总含量通常在0.001～2.0质量％范围之内，优选为0.005～2.0质量％。硼与镍形成化合物，因此降低表达式(1)表示的晶体取向的集成度。当硼含量太小时，不能充分地获得硼加入的效果，而当硼含量太大时，往往会降低热加工性。从上述观点，硼的含量通常是0.001～0.02质量％，优选为0.005～0.01质量％。
该铜合金通常含有微量的硫。当硫含量过高时，它导致降低热加工性。因此，硫含量优选规定为小于0.005质量％，特别优选小于0.002质量％。
在本发明中，在不降低基本性能如机械强度和电导率的范围内可以加入适当含量的其它元素，如铁、磷、锰、钛、钒、铅、铋和铝。例如，锰具有提高热加工性能的效果，而且在不至降低电导率的程度下加入0.01～0.5质量％范围内的锰是有效的。
含有镍和硅的铜合金再结晶并增大它的晶粒大小，从而增大相对于板表面的{200}和{311}面的集成比例。该铜合金经过滚轧，从而增大相对于板表面的{220}面的集成比例。
例如，通过热轧、冷轧、固溶处理和时效处理工序，根据需要，还附加精加工冷轧和畸变消除退火工序，可以生产第一种铜合金。例如，在生产工序中，热轧的条件(温度和时间周期)、接下来的冷轧和固溶处理的条件(温度和时间周期)以及接下来的冷轧的条件(加工率)被严格地控制在比一般条件更小的范围内。因此，可以控制该铜合金的集成比例和晶粒大小，从而满足表达式(1)。
在生产第一种铜合金中，具体地说，通过将热轧温度调节在900～1000℃范围内，热轧之后冷轧的加工率调节到90％或90％以上，固溶处理温度调节到820～930℃历时20秒或20秒以下，以及随后冷轧的加工比率调节到30％或30％以下，可以满足表达式(1)。
当滚轧是最后进行的塑性加工时，在这里使用的最终塑性加工的方向是指轧制方向，或当拉伸(线性拉伸)是最后进行的塑性加工时，最终塑性加工的方向是指拉伸方向。塑性加工指的是滚轧和拉伸，但是，例如为了平整(leveling)(垂直平整)目的的加工不包括在此塑性加工内，例如使用张力平整机。
根据第二个实施方案，通过下列方法改进铜-镍-硅-基合金以满足近来的需要，在铜基体中含有沉淀镍-硅化合物的铜合金的弯曲性能和机械强度可以通过控制铬含量和晶体取向的集成度来改进。
在下文中，将描述第二实施方案的铜合金(在下文中，简称为第二种铜合金)的各个组成元素。
众所周知，通过将镍和硅加入到铜中，在铜基体中沉淀镍-硅系列化合物(Ni2Si相)，来提高机械强度和电导率。在本发明中，镍的含量通常在2.0～4.5质量％的范围内，优选在2.2～4.2质量％的范围内，且更优选在3.0～4.0质量％的范围内。
镍的含量如以上所定义。这是因为当镍含量太低时，不能获得与常规铍-铜合金相同的机械强度或优于常规铍-铜合金的机械强度。另一方面，当镍含量过高时，在浇铸或热加工过程中析出了无助于提高机械强度的析出物，不仅不能获得与加入的镍含量相应的机械强度，而且引起对热加工性能和弯曲性能有不利影响的问题。
因为硅与镍一起形成Ni2Si相，所以加入硅的最佳含量是通过确定镍的含量来确定的。硅含量通常是0.3～1.0质量％，优选是0.5～0.95质量％，更优选为0.7～0.9质量％。当硅含量太小时，不能获得与铍-铜合金相同的机械强度或优于铍-铜合金的机械强度，类似于镍含量太小时的情况。另一方面，当硅的含量太大时，与镍含量太大时的情况一样出现相同的问题。
控制所形成的铜合金的铬含量和X射线衍射强度，从而提高合金板材的弯曲性能和机械强度。
即，通过调节铬含量为0.1～0.5质量％并满足如下所述的表达式(2)或(3)，提高该合金板材的弯曲性能和机械强度。
而且，铬以铬化合物如铬-硅系列或铬-镍-硅系列存在于该合金中，而且它在固溶处理期间具有抑制晶粒大小增加的效果和降低该表达式表示的晶体取向的集成度的效果。然而，太低的铬含量不能提供充分的效果，而太高的铬含量降低合金的弯曲性能。从这些观点，铬的含量通常是0.1～0.5质量％，优选为0.15～0.4质量％。
镁、锡和锌是构成本发明铜合金的重要的合金元素。合金中的这些元素彼此相关联，获得各种均衡的优良性能。
镁提高耐应力松弛性，但它对弯曲性能有不利影响。镁的含量越多，耐应力松弛性提高的越多，条件是镁含量是例如0.01质量％或0.01质量％以上。然而，如果镁含量太大，所得到的弯曲性能不能满足所要求的水平。在加入镁的场合下，在本发明中优选的是严格地控制镁的含量，因为与常规的铜-镍-硅系列合金相比较，Ni2Si相的析出远远有助于增强的程度，为此弯曲性能往往变差。镁的含量通常是0.01～0.2质量％，更优选为0.05～0.15质量％。
锡与镁相互关联更能提高耐应力松弛性。当锡含量太小时，加入锡的足够效果不能充分地呈现出来，而当锡含量太大时，显著地降低电导率。锡的含量通常是0.05～1.5质量％，更优选为0.1～0.7质量％。
锌可以提高弯曲性能。锌含量通常为0.2～1.5质量％，即使加入最大量为0.20质量％的镁，通过加入锌，也可以获得在实用程度上没有问题的弯曲性能。此外，锌提高锡电镀或软焊电镀的附着性能，以及耐电迁移性能。当锌含量太小时，不能充分地获得锌加入的效果，而当锌含量太大时，降低电导率。锌的含量优选是0.3～1.0质量％。
锆、钴、钛、银和硼每个都具有降低如下所述表达式任何一个表示的晶体取向的集成度的效果。
锆具有降低该表达式表示的晶体取向的集成度的效果，并同时有助于提高合金的强度。然而，太低的锆含量不能提供足够的效果，而太高的锆含量则降低合金的弯曲性能。从这些观点，锆的含量通常是0.005～0.3质量％，优选为0.05～0.2质量％。
与镍相似，钴与硅形成化合物以提高合金的强度，并具有降低该表达式表示的晶体取向的集成度的效果。钴的含量通常是0.05～2.0质量％。当钴含量太小时，不能充分地获得钴加入的效果，而当钴含量太大时，降低弯曲性能。钴的含量优选是0.1～1.0质量％。
与铬、锆、钛、银及其他元素相似，钴具有抑制晶粒大小增加和降低该表达式表示的晶体取向的集成度的效果。
硼具有降低该表达式表示的晶体取向的集成度的效果。太低的硼含量不能提供足够的效果，而太高的硼含量则降低热加工性。从这些观点，硼的含量通常是0.001～0.02质量％，优选为0.005～0.1质量％。
钛提高合金的耐热性和机械强度，并具有抑制晶粒大小增大和降低该表达式表示的晶体取向的集成度的效果。太低的钛含量不能提供足够的效果；而太高的钛含量则剩下未溶解的钛，无法提供效果，并对镀覆性能具有不利的影响等。从这些观点，钛的含量通常是0.005～0.3质量％，优选为0.05～0.2质量％。
银提高合金的耐热性和机械强度，并具有抑制晶粒大小增大和降低该表达式表示的晶体取向的集成度的效果。如果银的含量太小，则它无法足够产生加入银的效果；而如果银的含量太大，即使观察不到加入大量的银对所得到的性能有不利的影响，它也导致合金造价高。从上述观点，银的含量通常是0.005～0.3质量％，优选为0.05～0.2质量％。
更优选的是当钴、锆、钛、银和硼中至少两种元素同时包含在合金中时，取决于所要求的性能，其总含量规定在0.005～2.0质量％的范围之内。
该铜合金通常含有微量的硫。当硫含量过高时，它导致降低热加工性。因此，硫含量优选规定为小于0.005质量％，特别优选小于0.002质量％。
在本发明中，在不降低基本性能如机械强度和电导率的范围内可以加入适当含量的其它元素，如铁、磷、锰、钒、铅、铋和铝。例如，锰具有提高热加工性能的效果，而且加入0.01～0.5质量％范围内的锰是有效的，不会降低电导率。
下面，将描述第二种铜合金的晶体取向。
在含有镍和硅的铜合金中，所得到的晶体再结晶并增大它的晶粒大小，从而增大{200}和{311}面与板表面的集成比例。该铜合金经过滚轧，从而增大{220}面与板表面的集成比例。
例如，通过热轧、冷轧和时效处理工序，根据需要，还附加精加工冷轧和畸变消除退火工序，可以生产第二种铜合金。例如，在生产工序中，热轧的条件(温度和时间周期)、接下来的冷轧和固溶处理的条件(温度和时间周期)以及接下来的冷轧的条件(加工比率)被严格地控制在比一般条件更小的范围内，从而控制集成比例和晶粒大小。
本发明的发明人发现具有规定范围内的晶体取向的集成度的铜合金在弯曲性能和机械强度方面有改进，该集成度是由表示集成比例的X射线衍射强度确定的。在这里，X射线衍射面的集成比例(晶体取向的集成度)指的是在每个衍射面的方向上的晶体生长度比率，并且可以每个衍射面的X射线衍射强度(I)比率来测定。具体地说，满足下列表达式(2)并具有铬含量在上述特定范围内的铜合金可在弯曲性能和机械强度上得到改善I{311}/(I{311}+I{220}+I{200})＜0.15…(2)其中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；以及I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度。
在上述表达式(2)中，晶体取向的集成度值小于0.15，优选小于0.12。该值的下限没有特别限制，但通常大于0.03。如果此值大大，它会导致抑制铜合金的弯曲性能和机械强度两者提高。
而且，满足下列表达式(3)的铜合金可以在弯曲性能和抗拉强度上的到改善I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200})＜1.5…(3)其中，与上述相似，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小。
在上述表达式(3)中，规定晶体取向的集成度与晶粒大小之间的关系以得到小于1.5的值，优选该值小于1.2。该值的下限没有特别限制，但通常大于0.3。与上述类似，此值太大会抑制铜合金的弯曲性能和机械强度两者的提高。因此，该晶粒大小优选尽可能小，具体地说，晶粒大小优选是小于10μm，更优选5～8μm。
在生产第二种铜合金中，例如，通过将热轧温度调节在900～1000℃范围内，热轧之后冷轧的加工比率调节到90％或90％以上，固溶处理温度调节到820～930℃历时20秒或20秒以下，以及接下来的冷轧的加工比率调节到30％或30％以下，可以满足表达式(2)或(3)。
根据本发明，可以提供一种作为端子(terminal)、连接器、开关等材料的铜合金，其具有例如优良的机械强度、电导率和弯曲性能，有时除这些性能之外，还具有优良的耐应力松弛性和电镀附着力。
本发明铜合金具有例如，优良的机械强度、电导率和弯曲性能(上述第一个实施方案)，而且除上述性能之外还具有优良的耐应力松弛性(上述第二个实施方案)。通过加工铜合金获得的铜合金材料可以用于生产电气和电子器械及元件的小型高性能部件。例如，本发明的铜合金可以优选应用于端子、连接器或开关，以及引线框架、继电器等的通用传导材料。
实施例将基于如下实施例更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例。在下面实施例中，实施例1和2对应于第一个实施方案的例子，而实施例3和4对应于第二个实施方案的例子。
(实施例1)
铜合金每个具有如表1所示的组成(铸块(ingot)号A至V，WA至WH，X和Z)，将每种合金分别通过直流电方法在高频熔融炉中融化，铸成厚度30毫米、宽度100毫米和长度150毫米的铸块。然后，将这些铸块加热到1000℃。在将铸块在此温度下保持1小时后，将所得到的铸块各自热轧成厚度12毫米的板，接着快速冷却。
然后，对每个热轧板的两端面切削(斜切)1.5毫米，除去每个面的氧化膜。通过冷轧(a)将所得到的板加工成厚度0.15～0.25毫米的板。然后，该冷轧板经过热处理15秒，同时在825～925℃的范围内改变固溶处理温度，之后，立即以15℃/秒或15℃/秒以上的降温速度冷却。然后，在475℃下在惰性气体气氛中进行时效处理2小时，然后，取决于样品，如有必要，进行冷轧(c)作为最后的塑性加工，调整最后的板厚度为0.15毫米。在时效处理或最后的塑性加工后，该样品经过在375℃下低温退火2小时，从而分别制造铜合金板(样品1和5至41)。
(实施例2)在下面条件下，通过分别加工具有如表1所示组成的铜合金(铸块号J)，生产厚度为0.15毫米的铜合金板。即，从熔化开始到热轧后去除氧化膜，生产条件与实施例1的生产步骤相同。然后，通过冷轧(a)将所得到的板加工到厚度为0.15～0.5毫米，接着在825～925℃范围内的固溶处理温度下热处理15秒。此后，立即以15℃/秒或15℃/秒以上的降温速度冷却该板。
然后，取决于样品，如有必要，所得到的板以50％或50％以下的加工比率经过冷轧(b)，然后，在与实施例1相同的条件下，分别在惰性气体气氛中时效处理，最终塑性加工(冷轧(c)成最终板厚度为0.15毫米)，然后低温退火，从而生产铜合金板(样品2至4)。
表1
注每种合金的余量是铜和不可避免的杂质；″-″未加入。
试验和测定每种由此生产的铜合金板的(1)晶粒直径，(2)晶体取向，(3)抗拉强度，(4)电导率和(5)弯曲性能。
根据JIS H 0501(切割方法)测量晶粒直径(1)。
通过下列方法确定晶体取向(2)用X射线照射最终产品状态的铜合金板的表面(厚度为0.15毫米)；和测量来自衍射面的强度。其中，比较显示出与弯曲性能强相关性的{200}、{220}和{311}面各自的衍射强度，从而获得晶体取向强度比(I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200}))。X射线照射的条件是X射线源CuKα1；管电压40千伏；和管电流20毫安。
使用JIS Z 2201中描述的#5试验件，其由每一样品板形成，按照JIS Z2241确定抗拉强度(3)。
按照JIS H 0505确定电导率(4)。
以JIS H 3110中描述的方法为基础测定弯曲性能(5)。以1000千克力的负载弯曲宽度为10毫米的试件。在GW方向(与轧制方向垂直的弯曲轴)或BW方向(与轧制方向平行的弯曲轴)上切割试件。用比率R/t测定弯曲性能，其中R代表在裂缝形成极限(a limit of crack formation)下的最小弯曲半径，而t代表试件的厚度。
从表2所示的结果看，明显的是样品1、5至19(实施例1)和样品2至4(实施例2)各自具有优良的性能，满足弯曲性能(R/t)小于2，抗拉强度为800MPa或800MPa以上和电导率为35％IACS或35％IACS以上。而且，样品34至41具有稍微低的抗拉强度，但是各自具有优良的性能，满足弯曲性能(R/t)小于2和电导率为35％IACS或35％IACS以上。
相反，样品20至25(比较例)各自的表达式(1)的值不在本发明规定的范围内，并具有显著差的弯曲性能，其大概是因为固溶处理温度太高引起的。
因为镍和硅的含量太大，在热加工过程中出现裂缝，所以不能正常生产出样品26(比较例)。
样品27(关于上述权利要求项(3)的本发明比较例)满足表达式(1)的值，并具有优良的弯曲性能。然而，由于锌含量太高，所以此样品的电导率差。
由于镁含量太高，样品28(关于上述权利要求项(4)的本发明比较例)的弯曲性能差。
因为锡含量太高，在冷轧过程中出现边缘裂缝，所以不能生产出样品29(关于上述权利要求项(5)的本发明比较例)。
因为硼含量太高，在热加工过程中出现裂缝，所以不能正常生产出样品31(关于上述权利要求项(7)的本发明比较例)。
因为硫含量太高，在热加工过程中出现裂缝，所以停止生产样品32(关于上述权利要求项(2)的本发明比较例)。
33号样品提供的值在本发明表达式(1)的规定范围之外。此样品的镍和硅含量太小，机械强度差，而且远远达不到铍铜合金的性能。
表2
(实施例3)每种铜合金具有如表3所示的组成(铸块号2-A至2-O、2-PA至2-PH，2-Q至2-S，2-Z和2-A-1)，分别通过直流电方法将每种合金在高频熔融炉中融化，铸成厚度为30毫米、宽度为100毫米和长度为150毫米的铸块。然后，将这些铸块加热到1000℃。在将铸块在此温度下保持1小时后，将各个所得到的铸块热轧成厚度12毫米的板，接着快速冷却。
然后，对每个热轧板的两端面切削(斜切)1.5毫米，除去氧化膜。通过冷轧(2-a)将所得到的板加工成厚度0.15～0.25毫米的板。然后，在825～925℃的温度范围内改变固溶处理温度，将冷轧板热处理15秒，之后，接着立即以15℃/秒或15℃/秒以上的降温速度冷却。然后，在475℃下在惰性气体气氛中进行时效处理2小时，然后，如有必要，取决于样品，进行冷轧(2-c)作为最终塑性加工，调整最终板厚度为0.15毫米。在时效处理或最终塑性加工后，该样品在375℃下经过低温退火2小时，从而分别制造出铜合金板(样品号2-0至2-2、2-1-1和2-5至2-30)。
(实施例4)在下面条件下，通过分别加工具有如表3所示组成的铜合金(铸块号2-B)，生产厚度为0.15毫米的铜合金板。即，从熔化开始到热轧后去除氧化膜，生产条件与实施例3的生产工序相同。然后，通过冷轧(2-a)将所得到的板加工到厚度为0.15～0.5毫米，接着在825～925℃范围内的固溶处理温度下热处理15秒。此后，立即以15℃/秒或15℃/秒以上的降温速度冷却该板。然后，取决于样品，如有必要，所得到的板以50％或50％以下的加工比率经过冷轧(2-b)，然后，在与实施例3相同的条件下，在惰性气体气氛中时效处理，最终塑性加工(冷轧(2-c)成最终厚度为0.35毫米的板)，然后低温退火，从而分别生产铜合金板(样品2-3和2-4)。
表3
注每种合金的余量是铜和不可避免的杂质；″-″未加入。
试验和测定实施例3和4中各自生产的铜合金板的(1)晶粒直径，(2)晶体取向，(3)弯曲性能，(4)抗拉强度，(5)电导率和(6)耐应力松弛性。
(1)按照JIS H 0501(切片法)测量晶粒直径(大小)。
(2)通过下列方法确定晶体取向用X射线照射最终产品状态的铜合金板的表面(厚度为0.15毫米)；和测量来自衍射面的强度。其中，比较I{220}、I{200}、I{311}面的衍射强度，由此获得晶体取向的集成度(I{311}/(I{311}+I{220}+I{200}))和(I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200}))。X射线照射的条件是X射线源CuKα1；管电压40千伏；和管电流20毫安。
(3)基于JIS H 3110中描述的方法测定弯曲性能。以1000千克力的负载弯曲宽度为10毫米的试件。在GW方向(与轧制方向垂直的弯曲轴)或BW方向(与轧制方向平行的弯曲轴)上切断试件。用比率R/t测定弯曲性能，其中R代表在裂缝形成极限下的最小弯曲半径，而t代表试件的厚度。
(4)使用JIS Z 2201中描述的#5试件，按照JIS Z 2241确定抗拉强度。
(5)按照JIS H 0505确定电导率。
(6)作为耐应力松弛性的指标，通过应用日本标准电子学材料厂商协会(EMAS-3003)的单边固定分组方法(one-side holding block method)，确定应力松弛比率(S.R.R)，其中调节应力载荷，以便最大的表面应力为80％YS(80％的屈服强度，或0.2％的弹性极限应力(proof stress))，并将所得到的试件在150℃的恒温室中保持1000小时。
结果示于表4中。
表4
从表4所示的结果明显看出，样品2-0至2-2、2-1-1和2-5至2-11(实施例3)和样品2-3和2-4(实施例4)各自具有优良的性能，满足弯曲性能(R/t)小于2，抗拉强度为810MPa或810MPa以上，电导率为35％IACS或35％IACS以上和应力松弛率为10％或10％以下的所有性能。而且，样品2-23至2-30具有稍微低的抗拉强度，而且有的具有稍微低的应力松弛比例，但是各自都具有优良的性能，满足弯曲性能(R/t)小于2和电导率为35％IACS或35％IACS以上两者。
与上述相反，样品2-12和2-13(比较例)各自的表达式(2)或(3)的值不在本发明规定的范围内，并具有显著差的弯曲性能，其大概是因为固溶处理温度太高而引起的。
样品2-14(比较例)由于铬含量太大，其弯曲性能差。
因为镍和硅的含量太大，在热加工过程中出现裂缝，所以不能正常生产出样品2-15(比较例)。
由于锌含量太高，样品2-16(有关于上述权利要求项(10)的本发明比较例)的电导率差。
样品2-17(有关于上述权利要求项(11)的本发明比较例)的耐应力松弛性极好，但是由于镁含量太高，其弯曲性能显著地差。
因为锡含量太高，在冷加工过程中出现裂缝，所以不能正常生产出样品2-18(有关于上述权利要求项(12)的本发明比较例)。
因为样品2-19(比较例)的表达式(2)或(3)的值不在本发明规定的范围内，所以其弯曲性能显著地差。
因为硫的含量太大，在热加工过程中出现裂缝，所以不能正常生产出样品2-20(比较例)。
因为样品2-21(比较例)的表达式(2)或(3)的值不在本发明规定的范围内，所以其弯曲性能显著地差。
由于镍和硅含量太小，所以样品2-22(比较例)的机械强度和耐应力松弛性显著地差。
工业实用性本发明的铜合金优选作为用于端子、连接器和引线框架的材料，而且它也优选作为通用传导材料，例如用于开关和继电器。
虽然描述了与我们目前实施方案相关的发明，然而我们意图在于本发明不局限于说明书的任何细节，除非另作说明，而是广泛地解释为所附权利要求书陈述的精神和范围内。
权利要求
1.一种用于电子器械及元件的铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍和0.3～1.0质量％的硅，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式(1)I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200})＜1.5…(1)其中，在表达式(1)中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小，以及其具有良好的弯曲性能。
2.根据权利要求1的铜合金，其还包含选自0.2～1.5质量％的锌、0.01～0.2质量％的镁和0.05～1.5质量％的锡中的至少一种元素。
3.根据上述权利要求1的铜合金，其还包含至少一种选自下列的元素0.005～0.3质量％的锆、0.05～2.0质量％的钴和0.001～0.02质量％的硼，其总含量为0.001～2.0质量％。
4.一种用于电子器械及元件的铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍、0.3～1.0质量％的硅和大于0且小于0.005质量％的硫，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式(1)I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200})＜1.5…(1)其中，表达式(1)中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小，以及其具有良好的弯曲性能。
5.根据权利要求4的铜合金，其还包含选自0.2～1.5质量％的锌、0.01～0.2质量％的镁和0.05～1.5质量％的锡中的至少一种元素。
6.根据上述权利要求4的铜合金，其还包含至少一种选自下列的元素0.005～0.3质量％的锆、0.05～2.0质量％的钴和0.001～0.02质量％的硼，其总含量为0.001～2.0质量％。
7.一种用于电子器械及元件的铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍、0.3～1.0质量％的硅、0.01～0.2质量％的镁、0.05～1.5质量％的锡、0.2～1.5质量％的锌和小于0.005质量％的硫，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式(1)I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200})＜1.5…(1)其中，在表达式(1)中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小，以及其具有良好的弯曲性能。
8.根据权利要求7的铜合金，其还包含至少一种选自下列的元素0.005～0.3质量％的锆、0.05～2.0质量％的钴和0.001～0.02质量％的硼，其总含量为0.001～2.0质量％。
9.一种铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍、0.3～1.0质量％的硅、0.1～0.5质量％的铬和小于0.005质量％的硫，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式(2)I{311}/(I{311}+I{220}+I{200})＜0.15…(2)其中，表达式(2)中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；和I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度。
10.根据权利要求9的铜合金，其还包含选自0.2～1.5质量％的锌、0.01～0.2质量％的镁和0.05～1.5质量％的锡中的至少一种元素。
11.根据权利要求9的铜合金，还包含至少一种选自下列的元素0.005～0.3质量％的锆、0.05～2.0质量％的钴、0.005～0.3质量％的钛、0.005～0.3质量％的银和0.001～0.02质量％的硼。
12.一种铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍、0.3～1.0质量％的硅、0.1～0.5质量％的铬和小于0.005质量％的硫，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式(3)I{311}×A/(I{311}+I{220}+I{200})＜1.5…(3)其中，表达式(3)中，I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小。
13.根据权利要求12的铜合金，其还包含选自0.2～1.5质量％的锌、0.01～0.2质量％的镁和0.05～1.5质量％的锡中的至少一种元素。
14.根据权利要求12的铜合金，其还包含至少一种选自下列的元素0.005～0.3质量％的锆、0.05～2.0质量％的钴、0.005～0.3质量％的钛、0.005～0.3质量％的银和0.001～0.02质量％的硼。
全文摘要
一种用于电子器械及元件的铜合金，包含2.0～4.5质量％的镍和0.3～1.0质量％的硅，余量是铜和不可避免的杂质，其满足下列表达式I{311}×A/(I{311}+I{220}＋I{200})＜1.5，其中I{311}代表来自板表面的{311}面的X射线衍射强度；I{220}代表来自板表面的{220}面的X射线衍射强度；I{200}代表来自板表面的{200}面的X射线衍射强度；和A(μm)代表晶粒大小，以及其具有良好的弯曲性能。
文档编号C22C9/06GK1950525SQ20058001497
公开日2007年4月18日 申请日期2005年5月26日 优先权日2004年5月27日
发明者田中信行, 江口立彦, 三原邦照 申请人:古河电气工业株式会社