电子设备用铜合金、电子设备用铜合金的制造方法、电子设备用铜合金轧材及电子设备用组件的制作方法

电子设备用铜合金、电子设备用铜合金的制造方法、电子设备用铜合金轧材及电子设备用组件的制作方法
【专利摘要】本发明的电子设备用铜合金以3.3原子%以上且6.9原子%以下的范围含有Mg，且剩余部分实际上为Cu及不可避免的杂质，将Mg的浓度设为X原子%时，导电率σ（%IACS）在σ≤｛1.7241/（-0.0347×X2+0.6569×X+1.7）｝×100的范围内，且应力松弛率在150℃经过1000小时时为50%以下。
【专利说明】电子设备用铜合金、电子设备用铜合金的制造方法、电子设备用铜合金轧材及电子设备用组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适合于例如端子、连接器、继电器及引线框架等电子设备用组件的电子设备用铜合金、电子设备用铜合金的制造方法、电子设备用铜合金轧材及电子设备用组件。
[0002]本申请基于2011年10月28日在日本申请的日本专利申请第2011-237800号主张优先权，将其内容援用于本说明书中。
【背景技术】
[0003]以往，随着电子设备和电气设备等的小型化，谋求用于这些电子设备和电气设备等的端子、连接器、继电器及引线框架等电子设备用组件的小型化及薄壁化。因此，作为构成电子设备用组件的材料，要求弹性、强度、导电率优异的铜合金。尤其，如在非专利文献I中所记载，作为用作端子、连接器、继电器及引线框架等电子设备用组件的铜合金，优选屈服强度较高且拉伸弹性模量较低的铜合金。
[0004]其中，作为用作端子、连接器、继电器及引线框架等电子设备用组件的铜合金，例如如专利文献I所示，广泛使用含有Sn和P的磷青铜。
[0005]并且，例如在专利文献2中提供有Cu-N1-Si合金(所谓科森铜镍硅合金)。该科森铜镍硅合金为使Ni2Si析出物分散的析出固化型合金，其具有比较高的导电率、强度及耐应力松弛特性。因此，多用作汽车用端子和信号系统小型端子用途，近年来，积极地进行着开发。
[0006]另外，作为其他合金，开发出非专利文献2中所记载的Cu-Mg合金、及专利文献3中所记载的Cu-Mg-Zn-B合金等。
[0007]专利文献1:日本特开平01-107943号公报
[0008]专利文献2:日本特开平11-036055号公报
[0009]专利文献3:日本特开平07-018354号公报
[0010]非专利文献1:野村幸矢、「-才、々夕用高性能銅合金条O技術動向i当社O開発戦略」、神戸製鋼技報(野村幸矢，《连接器用高性能铜合金条的技术动向与本公司的开发战略》，神户制钢技报)Vol.54N0.1 (2004) 2?8
[0011]非专利文献2:掘茂徳、他2名、「C u —M g合金(二杉汁石粒界型析出」、伸銅技術研究会誌(掘茂德等3人，((Cu-Mg合金中的晶界型析出》，伸铜技术研究会杂志)Vol.19(1980) p.115 ?124
[0012]然而，专利文献I中所记载的磷青铜中，高温中的应力松弛率存在升高的倾向。其中，在插片上推雌型端子的弹簧接触部而被插入的结构的连接器中，若高温中的应力松弛率较高，则有可能在高温环境下的使用中引起接触压力下降，并产生通电不良。因此，无法在汽车的发动机室周边等高温环境下使用。
[0013]并且，专利文献2中所公开的科森铜镍硅合金中，拉伸弹性模量为相对较高的125~135Gpa。其中，在具有插片上推雌型端子的弹簧接触部而被插入的结构的连接器中，若构成连接器的材料的拉伸弹性模量较高，则有可能因插入时的接触压力急剧变动，进而容易超过弹性界限而塑性变形，因此不优选。
[0014]另外，非专利文献2及专利文献3中所记载的Cu-Mg合金中，与科森铜镍硅合金同样地使金属间化合物析出，因此存在拉伸弹性模量较高的倾向，如上述作为连接器并不优选。
[0015]并且，在Cu-Mg合金中，母相中分散有很多粗大的金属间化合物，因此在弯曲加工时这些金属间化合物易成为起点而产生裂纹等，因此存在无法成型形状复杂的电子设备用组件的问题。

【发明内容】
[0016]该发明是鉴于上述事实而完成的，其目的在于提供一种具有低拉伸弹性模量、高屈服强度、高导电性、优异的耐应力松弛特性及优异的弯曲加工性，且适合于端子、连接器、继电器及引线框架等电子设备用组件的电子设备用铜合金、电子设备用铜合金的制造方法、电子设备用铜合金的轧材及电子设备组件。
[0017]为了解决该课题，本发明的发明人进行深入研究的结果得到以下见解:在通过将Cu-Mg合金在固溶化之后进行骤冷而制作出的Cu-Mg过饱和固溶体的加工固化型铜合金中，显示出低拉伸弹性模量、高屈服强度、高导电性及优异的弯曲加工性。并且，通过对由该Cu-Mg过饱和固溶体构成的铜合金在精加工后实施适当的热处理，能够提高其耐应力松弛特性。
[0018]本发明是基于上述见解而完成的，其中，本发明的电子设备用铜合金由Cu和Mg的二元合金构成，且以3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，并且剩余部分实际上由Cu及不可避免的杂质构成，将Mg的浓度设为X原子％时，导电率σ (%IACS)在σ ({1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+l.7)} XlOO 的范围内，并且应力松弛率在 150°C下经过1000小时时为50%以下。
[0019]并且，本发明的电子设备用铜合金，由Cu和Mg的二元合金构成，且以3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，并且剩余部分实际上由Cu及不可避免的杂质构成，且通过扫描电子显微镜观察的粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/μ m2以下，并且应力松弛率在150°C下经过1000小时时为50%以下。
[0020]另外，本发明的电子设备用铜合金，由Cu和Mg的二元合金构成，且以3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，并且剩余部分实际上由Cu及不可避免的杂质构成，且将Mg的浓度设为X原子％时，导电率σ (%IACS)在σ≤{1.7241/(-0.0347ΧΧ2+0.6569ΧΧ+1.7)} X 100的范围内，并且通过扫描电子显微镜观察的粒径0.1llIii以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/μ m2以下,且应力松弛率在150°C下经过1000小时时为50%以下。
[0021]上述结构的电子设备用铜合金中，以固溶限度以上的3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，且将Mg的含量设为X原子％时，将导电率σ设定在上述公式的范围内，因此电子设备用铜合金为Mg在母相中过饱和固溶的Cu-Mg过饱和固溶体。
[0022]或者，以固溶限度以上的3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，并且通过扫描电子显微镜观察的粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/Pm2以下，因此能够抑制以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的析出，且电子设备用铜合金为Mg在母相中过饱和固溶的Cu-Mg过饱和固溶体。
[0023]另外，使用场发射式扫描电子显微镜以倍率:5万倍、视场:约4.8 μ m2观察10个视场来计算出粒径0.1 μ m以上且以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数。
[0024]并且，以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的粒径设为金属间化合物的长径(以在中途不与晶界接触为条件，在晶粒内能够引出的最长直线的长度)和短径(在与长径直角相交的方向上，以在中途不与晶界接触为条件，能够引出的最长直线的长度)的平均值。
[0025]由这种Cu-Mg过饱和固溶体构成的铜合金中，存在拉伸弹性模量降低的倾向，即使例如应用于具有插片上推雌型端子的弹簧接触部而被插入的结构的连接器等中，也可抑制插入时的接触压力的变动，并且，由于弹性界限较广，因此不会轻易塑性变形。因此，尤其适合于端子、连接器、继电器及引线框架等电子设备用组件。
[0026]并且，Mg过饱和固溶，因此在母相中未广泛分散有成为裂纹的起点的粗大的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物，弯曲加工性上升。因此，能够成型端子、连接器、继电器及引线框架等形状复杂的电子设备用组件等。
[0027]并且，由于使Mg过饱和固溶，因此能够通过加工固化来提高强度。
[0028]并且，本发明的电子设备用铜合金中，在150°C下经过1000小时的应力松弛率为50%以下，因此即使在高温环境下使用时也能够抑制因接触压力下降而产生的通电不良。因此，能够用作在发动机室等高温环境下使用的电子设备用组件的原材料。
[0029]另外，上述电子设备用铜合金中，优选拉伸弹性模量E设为125GPa以下，0.2%屈服强度0。2设为4001^以上。
[0030]当拉伸弹性模量E为125GPa以下，且0.2%屈服强度σ。2为400MPa以上时，弹性能量系数(σα22/2Ε)升高，不易塑性变形，因此尤其适合于端子、连接器、继电器及引线框架等电子设备用组件。
[0031]本发明的电子设备用铜合金的制造方法为制造上述电子设备用铜合金的电子设备用铜合金的制造方法，其中，该制造方法具备:精加工工序，在该工序中，将如下组成的铜材加工成预定的形状，即铜材由Cu和Mg的二元合金构成，且以3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有 Mg，并且剩余部分实际上由Cu及不可避免的杂质构成；及精热处理工序，在该精加工工序之后实施热处理。
[0032]根据该结构的电子设备用铜合金的制造方法，具备将上述组成的铜材加工成预定形状的精加工工序、及在该精加工工序之后实施热处理的精热处理工序，因此通过该精热处理工序，能够提高耐应力松弛特性。
[0033]其中，在所述精热处理工序中，优选以超过200°C且800°C以下的范围实施热处理。另外，优选以200°C /min以上的冷却速度将加热后的所述铜材冷却至200°C以下。
[0034]此时，能够通过精热处理工序提高耐应力松弛特性，且能够将在150°C下经过1000小时的应力松弛率设为50%以下。
[0035]本发明的电子设备用铜合金轧材，由上述电子设备用铜合金构成，且在与轧制方向平行的方向上的拉伸弹性模量E为125GPa以下，在与轧制方向平行的方向上的0.2%屈服强度oQ 2S 400MPa以上。[0036]根据该结构的电子设备用铜合金轧材，弹性能量系数(σα22/2Ε)较高，不易塑性变形。
[0037]并且，上述电子设备用铜合金轧材优选用作构成端子、连接器、继电器及引线框架等的铜材。
[0038]并且，本发明的电子设备用组件，由上述的电子设备用铜合金构成。
[0039]该结构的电子设备用组件(例如端子、连接器、继电器及引线框架)的拉伸弹性模量较低，且耐应力松弛特性优异，因此在高温环境下也能够使用。
[0040]根据本发明，能够提供一种具有低拉伸弹性模量、高屈服强度、高导电性、优异的耐应力松弛特性及优异的弯曲加工性，且适合于端子、连接器和继电器等电子设备用组件的电子设备用铜合金、电子设备用铜合金的制造方法、电子设备用铜合金轧材以及电子设备用组件。
【专利附图】

【附图说明】
[0041 ] 图1是Cu-Mg系状态图。
[0042]图2是本实施方式的电子设备用铜合金的制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0043]以下，对本发明的实施方式的电子设备用铜合金进行说明。 [0044]本实施方式的电子设备用铜合金为Cu和Mg的二元合金，所述二元合金以3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，且剩余部分仅由Cu及不可避免的杂质构成。
[0045]并且，将Mg的含量设为X原子％时，导电率σ (%IACS)在σ ^ {1.7241/(-0.0347ΧΧ2+0.6569ΧΧ+1.7)} XlOO 的范围内。
[0046]并且，通过扫描电子显微镜观察的粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/ μ m2以下。
[0047]并且，本实施方式的电子设备用铜合金的应力松弛率在150°C下经过1000小时时为50%以下。其中，应力松弛率通过以日本伸铜协会技术标准JCBA-T309:2004的悬臂梁螺纹式为基准的方法来负载应力而进行测定。
[0048]并且，该电子设备用铜合金的拉伸弹性模量E为125GPa以下，0.2%屈服强度σ α2为400MPa以上。
[0049](组成)
[0050]Mg是具有不会大幅降低导电率而提高强度并且提高再结晶温度的作用效果的元素。并且，通过使Mg在母相中固溶，拉伸弹性模量被抑制得较低，并且可获得优异的弯曲加工性。
[0051]其中，Mg的含量小于3.3原子％时，其作用效果无法奏效。另一方面，若Mg的含量超过6.9原子％，则为了固溶化而进行热处理时，导致残留有以Cu和Mg为主成分的金属间化合物，有可能导致在之后的加工等中产生裂纹。
[0052]从这种理由出发，将Mg的含量设定在3.3原子％以上且6.9原子％以下。
[0053]另外，若Mg的含量较少，则强度上升不充分，且无法将拉伸弹性模量抑制得足够低。并且，由于Mg为活性元素，有可能因过量添加而在熔解铸造时卷入与氧反应而生成的Mg氧化物。因此，更优选将Mg的含量设定为3.7原子％以上且6.3原子％以下的范围。
[0054]另外，作为不可避免的杂质，可举出Sn、Zn、Al、N1、Cr、Zr、Fe、Co、Ag、Mn、B、P、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、稀土类元素、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Ru、Os、Se、Te、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Ga、In、L1、S1、Ge、As、Sb、T1、Tl、Pb、B1、S、O、C、Be、N、H、Hg 等。这些不可避免的杂质在 Cu 与Mg的二元合金中，优选以总量计为0.3质量％以下。尤其,优选设为Sn小于0.1质量％,2]1小于0.01质量％。这是因为，若添加0.1质量％以上的Sn，则易引起以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的析出，并且若添加0.01质量％以上的Zn，则在熔解铸造工序中产生烟尘并附着在炉或模具的部件上，从而使铸块的表面品质劣化，并且使耐应力腐蚀裂纹性劣化。
[0055](导电率σ)
[0056]Cu和Mg的二兀合金中，若将Mg的含量设为X原子％时，导电率σ在σ <{ 1.7241/ (-0.0347ΧΧ2+0.6569XX+l.7)} X 100 的范围内时，几乎不存在以 Cu 和 Mg 为主成分的金属间化合物。
[0057]即，导电率σ超过上述公式的范围时，大量存在以Cu和Mg为主成分的金属间化合物,且尺寸也比较大，因此弯曲加工性大幅劣化。并且,生成以Cu和Mg为主成分的金属间化合物，且Mg的固溶量较少，从而还导致拉伸弹性模量上升。因此，调整制造条件以使导电率σ在上述公式的范围内。
[0058]另外，为了使上述作用效果可靠地奏效，优选将导电率σ (%IACS)设在σ≤{1.7241/ (-0.0300ΧΧ2+0.6763XX+1.7)} XlOO 的范围内。此时，以 Cu 和 Mg 为主成分的金属间化合物的量更少，因此弯曲加工性进一步提高。
[0059]为了使上述作用效果更加可靠地奏效，更优选将导电率σ (%IACS)设在σ≤{1.7241/ (-0.0292ΧΧ2+0.6797XX+1.7)} XlOO 的范围内。此时，以 Cu 和 Mg 为主成分的金属间化合物的量更加少，因此弯曲加工性进一步提高。
[0060](应力松弛率)
[0061]本实施方式的电子设备用铜合金中，如上所述，在150°C下经过1000小时时的应力松弛率为50%以下。
[0062]该条件中的应力松弛率较低时，即使在高温环境下使用也能够将永久变形抑制得较小，且能够抑制接触压力下降。因此，本实施方式的电子设备用铜合金能够用作在如汽车的发动机室周围的高温环境下使用的端子。
[0063]另外，应力松弛率优选设为在150°C下经过1000小时时为30%以下，更优选设为在150°C下经过1000小时时为20%以下。
[0064](组织)
[0065]本实施方式的电子设备用铜合金中，以扫描电子显微镜进行观察的结果，粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/ μ m2以下。即，几乎没有以Cu和Mg为主成分的金属间化合物析出，Mg固溶于母相中。
[0066]其中，若由于固溶化不完全或固溶化后有以Cu和Mg为主成分的金属间化合物析出，从而存在大量尺寸较大的金属间化合物，则这些金属间化合物成为裂纹的起点，在加工时产生裂纹或使弯曲加工性大幅劣化。并且，若以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的量较多，则拉伸弹性模量上升，因此不优选。
[0067]对组织进行调查的结果，粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物在合金中为I个/ μ m2以下时，即以Cu和Mg为主成分的金属间化合物不存在或少量存在时，可获得良好的弯曲加工性和低拉伸弹性模量。
[0068]另外，为了使上述作用效果可靠地奏效，更优选粒径0.05 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的个数在合金中为I个/ym2以下。另外，优选在本发明的铜合金中产生的金属间化合物的粒径的上限值为5 μ m，更优选为I μ m。
[0069]另外，对于以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数，使用场发射式扫描电子显微镜以倍率:5万倍、视场:约4.8 μ m2观察10个视场并计算出其平均值。
[0070]并且，以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的粒径，设为金属间化合物的长径(以在中途不与晶界接触为条件，在晶粒内能够引出的最长直线的长度)和短径(在与长径直角相交的方向上，以在中途不与晶界接触为条件，能够引出的最长直线的长度)平均值。
[0071](晶体粒径)
[0072]晶体粒径是对耐应力松弛特性有较大影响的因素，晶体粒径过小时耐应力松弛特性劣化。并且，晶体粒径过大时给弯曲加工性带来恶劣影响。因此，优选将平均晶体粒径设在I μ m以上且100 μ m以下的范围内。另外,更优选将平均晶体粒径设在2 μ m以上且50 μ m以下的范围内，进一步优选设在5 μ m以上且30 μ m以下的范围内。
[0073]另外，后述的精加工工序S06的加工率较高时，有时成为加工组织而无法测定晶体粒径。因此，优选将精加工工序S06之前(中间热处理工序S05之后)阶段中的平均晶体粒径设在上述范围内。
[0074]接着，参考图2所示的流程图对设为这种结构的本实施方式的电子设备用铜合金的制造方法进行说明。
[0075]另外，在下述制造方法中，作为加工工序而使用轧制时，加工率相当于轧制率。
[0076](熔解/铸造工序SOI)
[0077]首先，在熔解铜原料而获得的熔融铜中，添加所述元素来进行成分调整并制作出熔融铜合金。另外，添加Mg时能够使用Mg单质或Cu-Mg母合金等。并且,也可以将含有Mg的原料与铜原料一起熔解。并且，也可以使用本合金的再生材料及碎片材料。
[0078]其中，熔融铜优选设为纯度在99.99质量％以上的所谓4NCu。并且，在熔解工序中为了抑制Mg的氧化，优选使用真空炉或者设为惰性气体气氛或还原性气氛的气氛炉。
[0079]并且，将已进行成分调整的熔融铜合金注入到铸模中来制造铸块。另外，考虑批量生产时，优选使用连续铸造法或半连续铸造法。
[0080](加热工序S02)
[0081]接着，为了所获得的铸块的均匀化及固溶化而进行加热处理。在铸块内部存在在凝固过程中由于Mg偏析并浓缩而产生的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物等。因此，为了消除或减少这些偏析及金属间化合物等，进行将铸块加热至400°C以上且900°C以下的温度的加热处理，由此在铸块内使Mg均匀地扩散，并使Mg在母相中固溶。另外，该加热工序S02优选在非氧化性或还原性气氛中实施。
[0082]其中，加热温度小于400°C时，固溶化不完全，母相中有可能残留较多以Cu和Mg为主成分的金属间化合物。另一方面，若加热温度超过900°C，则存在铜材的一部分成为液相，组织或表面状态不均匀的可能性。因此，将加热温度设定在400°C以上且900°C以下的范围。更优选为500°C以上且850°C以下，进一步优选为520°C以上且800°C以下。[0083](骤冷工序S03)
[0084]并且，在加热工序S02中将已加热至400°C以上且900°C以下的温度的铜材以2000C /min以上的冷却速度冷却至200°C以下的温度。通过该骤冷工序S03抑制在母相中固溶的Mg作为以Cu和Mg为主成分的金属间化合物析出，且优选通过扫描电子显微镜进行观察的粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/ μ HI2以下。S卩，能够将铜材作为Cu-Mg过饱和固溶体。冷却工序Α03中，优选冷却温度的下限值为-100°C，优选冷却速度的上限值为10000°C /min。若冷却温度低于-100°C，则不仅效果不会提高，而且还导致成本上升，即使冷却速度超过10000°C /min，效果也不会提高且导致成本上升。
[0085]另外，为了粗加工的效率化和组织的均一化，也可以设为在前述加热工序S02之后实施热加工，并在该热加工之后实施上述骤冷工序S03的结构。此时，加工方法无特别限定，例如当最终形态为板或条时能够采用轧制，当为线或棒时能够采用拉丝、挤压或沟槽轧制等，当为块状时能够采用锻造或冲压。
[0086](中间加工工序S04)
[0087]根据需要对已经过加热工序S02及骤冷工序S03的铜材进行切断，并且为了去除在加热工序S02及骤冷工序S03等中生成的氧化膜等，根据需要进行表面磨削。并且，加工成预定形状。
[0088]另外，该中间加工工序S04中的温度条件无特别限定，但优选设定在成为冷加工或温加工的-200°C?200°C的范围内。并且，以接近于最终形状的方式适当选择加工率，但为了减少至获得最终形状为止的中间热处理工序S05的次数，优选设为20%以上。并且，更优选将加工率设为30%以上。对加工率的上限并无特别限定，但从防止裂边的观点考虑优选为99.9%。加工方法并无特别限定，但当最终形状为板或条时优选采用轧制。当为线或棒时优选采用挤压或沟槽轧制，当为块状时优选采用锻造或冲压。另外，为了彻底固溶化，也可以重复S02?S04。
[0089](中间热处理工序S05)
[0090]在中间加工工序S04之后，以彻底固溶化、再结晶组织化或用于提高加工性的软化为目的来实施热处理。
[0091]其中，热处理的方法无特别限定，但优选以400°C以上且900°C以下的条件，在非氧化气氛或还原性气氛中进行热处理。更优选为500°C以上且850°C以下，进一步优选为520°C以上且800°C以下。
[0092]其中，在中间热处理工序S05中，将已加热至400°C以上且900°C以下的铜材以2000C /min以上的冷却速度冷却至200°C以下的温度。中间热处理工序S05的冷却温度更优选为150°C以下，进一步优选为100°C以下。冷却速度更优选为300°C /min以上，更优选为1000°C/min以上。另一方面，中间热处理工序S05中，优选冷却温度的下限值为-100°C，优选冷却速度的上限值为10000°C /min。若冷却温度低于-100°C，则不仅效果不会提高，而且还导致成本上升，即使冷却速度超过10000°C /min，效果也不会提高且导致成本上升。
[0093]通过如此骤冷可抑制在母相中固溶的Mg作为以Cu和Mg为主成分的金属间化合物而析出，且能够使通过扫描电子显微镜观察的粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/μ m2以下。即，能够将铜材作为Cu-Mg过饱和固溶体。[0094](精加工工序S06)
[0095]将中间热处理工序S05之后的铜材精加工成预定形状。另外，该精加工工序S06中的温度条件无特别限定，但优选在常温下进行。并且，以接近于最终形状的方式适当选择加工率，但为了通过加工固化来提高强度，优选设为20%以上。并且，谋求强度的进一步提高时，更优选将加工率设为30%以上。对加工率的上限并无特别限定，但从防止裂边的观点考虑优选为99.9%。对加工方法并无特别限定，但当最终形状为板或条时优选采用轧制。当为线或棒时优选采用挤压或沟槽轧制，当为块状时优选采用锻造或冲压。
[0096](精热处理工序S07)
[0097]接着，对于通过精加工工序S06获得的加工材料，为了提高耐应力松弛特性、及进行低温退火固化，或为了去除残余应变，实施精热处理。
[0098]热处理温度优选设在超过200°C且800°C以下的范围内。另外，该精热处理工序S07中，需要设定热处理条件(温度、时间、冷却速度)，以免已固溶化的Mg析出。例如优选设为在250°C进行10秒钟~24小时左右、在300°C进行5秒钟~4小时左右、在500°C进行
0.1秒钟~60秒钟左右。优选在非氧化气氛或还原性气氛中进行。
[0099]并且，作为冷却方法可举出水淬等，优选将已加热的所述铜材以200°C /min以上的冷却速度冷却至200°C以下。冷却温度更优选为150°C以下，进一步优选为100°C以下。更优选冷却速度为300°C /min以上，更优选为1000°C /min以上。另一方面，优选冷却温度的下限值为_100°C，优选冷却速度的上限值为10000°C /min。若冷却温度低于_100°C，则不仅效果不会提高，而且还导致成本上升，即使冷却速度超过10000°C /min，效果也不会提高且导致成本上 升。
[0100]通过如此骤冷可抑制在母相中固溶的Mg作为以Cu和Mg为主成分的金属间化合物析出，且能够使通过扫描电子显微镜观察的粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/μ m2以下。即，能够将铜材作为Cu-Mg过饱和固溶体。
[0101]另外，也可以重复实施上述精加工工序S06和精热处理工序S07。
[0102]如此，制造本实施方式的电子设备用铜合金。并且，本实施方式的电子设备用铜合金，其拉伸弹性模量E为125GPa以下，0.2%屈服强度σ α2为400MPa以上。本实施方式的电子设备用铜合金的拉伸弹性模量E更优选为100~125GPa，0.2%屈服强度σ α2更优选为 500 ~900MPa。
[0103]并且，将Mg的含量设为X原子％时，导电率σ (%IACS)在σ≤{ 1.7241/(-0.0347ΧΧ2+0.6569ΧΧ+1.7)} XlOO 的范围内。
[0104]另外，通过精热处理工序S07，本实施方式的电子设备用铜合金在150°C下经过1000小时的应力松弛率为50%以下。
[0105]根据如上构成的本实施方式的电子设备用铜合金，在Cu和Mg的二元合金中，以固溶限度以上的3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，且将Mg的含量设为X原子％时，导电率 σ (%IACS)在 σ≤{1.7241/ (-(λ 0347ΧΧ2+0.6569XX+L 7)} X 100 的范围内。另外，通过扫描电子显微镜观察的粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/μ m2以下。
[0106]即，本实施方式的电子设备用铜合金为Mg在母相中过饱和固溶的Cu-Mg过饱和固溶体。[0107]由这种Cu-Mg过饱和固溶体构成的铜合金中，存在拉伸弹性模量降低的倾向，即使例如应用于具有插片上推雌型端子的弹簧接触部而被插入的结构的连接器等中，也可抑制插入时的接触压力变动，并且，由于弹性界限较广，因此不会轻易塑性变形。因此，尤其适合于端子、连接器、继电器及引线框架等电子设备用组件。
[0108]并且，Mg过饱和固溶，因此在母相中未广泛分散有成为裂纹的起点的粗大的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物，弯曲加工性上升。因此，能够成型端子、连接器、继电器及引线框架等形状复杂的电子设备用组件。
[0109]另外，由于使Mg过饱和固溶，因此强度通过加工固化而提高，能够具有比较高的强度。
[0110]并且，由于为由Cu、Mg和不可避免的杂质构成的Cu和Mg的二元金属，因此因其他元素引起的导电率的下降得到抑制，且能够使导电率变得较高。
[0111]并且，本实施方式的电子设备用铜合金中，在150°C下经过1000小时时的应力松弛率为50%以下，因此即使在高温环境下使用时也能够抑制因接触压力下降而产生的通电不良。因此，能够用作在发动机室等高温环境下使用的电子设备用组件的原材料。
[0112]并且，电子设备用铜合金中，拉伸弹性模量E为125GPa以下，0.2%屈服强度σ α2为400MPa以上，因此弹性能量系数(σ α22/2Ε)升高而不易塑性变形，因此尤其适合于端子、连接器、继电器及引线框架等电子设备用组件。
[0113]根据本实施方式的电子设备用铜合金的制造方法，能够通过将设为上述组成的Cu和Mg的二元合金的铸块或加工材料加热至400°C以上且900°C以下的温度的加热工序S02来进行Mg的固溶化。
[0114]并且，由于具备将通过加热工序S02加热至400°C以上且900°C以下的温度的铸块或加工材料以200°C /min以上的冷却速度冷却至200°C以下的骤冷工序S03，因此能够抑制以Cu和Mg为主成分的金属间化合物在冷却过程中析出，并能够将骤冷后的铸块或加工材料作为Cu-Mg过饱和固溶体。
[0115]另外，由于具备对骤冷材(Cu-Mg过饱和固溶体)进行加工的中间加工工序S04，因此能够轻松地获得接近于最终形状的形状。
[0116]并且，以彻底固溶化、再结晶组织化或用于提高加工性的软化为目的，在中间加工工序S04之后具备中间热处理工序S05，因此能够实现特性的提高及加工性的提高。
[0117]并且，在中间热处理工序S05中，将已加热至400°C以上且900°C以下的铜材以2000C /min以上的冷却速度冷却至200°C以下，因此能够抑制以Cu和Mg为主成分的金属间化合物在冷却过程中析出，并且能够将骤冷后的铜材作为Cu-Mg过饱和固溶体。
[0118]并且，在本实施方式的电子设备用铜合金的制造方法中，在用于通过加工固化来提闻强度及加工成预定形状的精加工工序S06之后，具备为了提闻耐应力松她特性及进行低温退火固化或为了去除残余应变而实施热处理的精热处理工序S07，因此能够将在150°C下经过1000小时的应力松弛率设为50%以下。并且，能够实现力学特性的进一步提闻。
[0119]在此，应力松弛率通过以日本伸铜协会技术标准JCBA_T309:2004的悬臂梁螺纹式为基准的方法来负载应力而进行测定。
[0120]并且，该电子设备用铜合金的拉伸弹性模量E为125GPa以下，0.2%屈服强度σ α2为400MPa以上。
[0121]以上，对本发明的实施方式的电子设备用铜合金进行了说明，但本发明不限定于此，在不脱离该发明的技术思想的范围内能够适当进行变更。
[0122]并且，上述实施方式中示出有满足“粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物在合金中为I个/μm2以下”的条件和“导电率σ ”两者的电子设备用铜合金，但也可以是满足任意一个的电子设备用铜合金。
[0123]例如，上述实施方式中，对电子设备用铜合金的制造方法的一例进行了说明，但制造方法并不限定于本实施方式，也可适当选择已有的制造方法来进行制造。
[0124]实施例
[0125]以下，对为了确认本发明的效果而进行的确认实验的结果进行说明。
[0126]准备由纯度99.99质量％以上的无氧铜(ASTM B152C10100)构成的铜原料，且将该铜原料装入高纯度石墨坩埚内，在设为Ar气体气氛的气氛炉内高频熔解。在所获得的熔融铜内添加各种添加元素来制备成表1、2所示的成分组成，并浇注到碳铸型中来制造铸块。另外，铸块的大小设为厚度约20mmX宽度约20mmX长度约100?120mm。
[0127]对于所获得的铸块，在Ar气体气氛中实施以表1、2所记载的温度条件进行4小时加热的加热工序，之后实施水淬(冷却温度20°C，冷却速度1500°C /min)。
[0128]对热处理后的铸块进行切断，并且实施用于去除氧化被膜的表面磨削。
[0129]之后，在常温下以表1、2所记载的轧制率实施中间轧制。并且，对于所获得的条材，以表1、2所记载的温度条件在盐浴中实施中间热处理。之后实施水淬(冷却温度20°C，冷却速度1500°C /min)ο
[0130]接着，以表1、2所示的轧制率实施精轧制，制造厚度0.25mm、宽度约20mm的条材。
[0131]并且，在精轧制后，以表中所示的条件在盐浴中实施精热处理，之后实施水淬(冷却温度20°C，冷却速度1500°C /min)，并制作出特性评价用条材。
[0132](中间热处理后的晶体粒径)
[0133]对于进行了表1、2所示的中间热处理后的试料进行晶体粒径的测定。对于各试料，进行镜面抛光及蚀刻，并利用光学显微镜以轧制方向成为照片的横向的方向进行拍摄，并且以1000倍的视场(约300 μ mX 200 μ m)进行观察。接着对晶体粒径根据JIS H0501的切断法，分别画出五条照片的纵、横向的预定长度的线段，并对被完全切断的晶粒数进行计数，将该切断长度的平均值设为平均晶体粒径。
[0134](加工性评价)
[0135]作为加工性的评价，观察前述冷轧时有无裂边。以肉眼完全或几乎确认不到裂边的设为A，产生了长度小于Imm的较小的裂边的设为B，产生了长度Imm以上且小于3mm的裂边的设为C，产生了长度3mm以上的较大的裂边的设为D，因裂边而在轧制过程中发生了断裂的设为E。
[0136]另外，裂边的长度为从轧材的宽度方向端部朝向宽度方向中央部的裂边的长度。
[0137]并且，利用前述特性评价用条材测定力学特性及导电率。
[0138](力学特性)
[0139]从特性评价用条材中提取JIS Z2201所规定的13B号试验片，并根据JIS Z2241的非比例延伸法测定出0.2%屈服强度σ α2。另外，以与轧制方向平行的方向从特性评价用条材提取试验片。
[0140]通过在前述试验片上粘贴应变计，并由荷载-伸展曲线的梯度来求出拉伸弹性模量E。
[0141]另外，以拉伸试验的拉伸方向与特性评价用条材的轧制方向平行的方式提取试验片。
[0142](导电率)
[0143]从特性评价用条材中提取宽度IOmmX长度60mm的试验片，并通过四端子法求出电阻。并且，利用千分尺测定试验片的尺寸，并计算出试验片的体积。并且，由所测定的电阻值和体积计算出导电率。另外，试验片以其长边方向与特性评价用条材的轧制方向平行的方式提取。
[0144](耐应力松弛特性)
[0145]关于耐应力松弛特性试验，通过以日本伸铜协会技术标准JCBA-T309:2004的悬臂梁螺纹式为基准的方法来负载应力，并测定以150°C的温度保持预定时间之后的残余应力率。
[0146]测定使用应力松弛测定机/KEYENCE公司制KL-30、LK-GD500、KZ-U3来进行。
[0147]详细而言，首先，使用悬臂梁螺纹式的挠曲变位负载用试验夹具来固定试验片的长边方向的一端(固定端)。
[0148]试验片(宽度IOmmX长度60mm)以从特性评价用条材以其长边方向与特性评价用条材的轧制方向平行的方式提取。
[0149]接着，使挠曲变位负载用螺栓的前端以铅垂方向接触试验片的长边方向的自由端(另一端)，并对试验片的长边方向的自由端施加负载。
[0150]此时，以使试验片的表面最大应力成为屈服强度的80%的方式，将初始挠曲变位设定为2mm,并调整Span长度。Span长度是指对试验片赋予初始挠曲时,从试验片的所述固定端到与挠曲变位负载用螺栓的前端的接触部分为止的、相对于挠曲变位负载用螺栓的负载方向垂直的方向的长度。上述表面最大应力以下式进行设定。
[0151 ]表面最大应力(MPa) =1.5Et δ 0/Ls2
[0152]其中，
[0153]E:挠曲系数(MPa)
[0154]t:试料厚度(t=0.25mm)
[0155]δ Q:初始挠曲变位(2mm)
[0156]Ls:Span 长度(mm)。
[0157]将初始挠曲变位设定为2mm的试验片，在恒温槽中以150°C的温度保持IOOOh之后，连同悬臂梁螺纹式的挠曲变位负载用试验夹具取出到常温中，且松开挠曲变位负载用螺检进行卸荷。
[0158]由以150°C的温度保持IOOOh后的弯曲特性来测定将试验片冷却至常温而残余的残余应力率(永久挠曲变位之差)，并对应力松弛率进行评价。另外应力松弛率利用下式进行计算。
[0159]应力松弛率(％)= ( δ t/ δ。)X 100
[0160]其中，[0161]St:以150°C保持IOOOh后的永久挠曲变位(mm)-在常温下保持24小时后的永久挠曲变位(mm)
[0162]δ。:初始挠曲变位(mm)
[0163](组织观察)
[0164]对于各试料的轧制面，进行镜面抛光、离子蚀刻。并且，为了确认以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的析出状态，利用FE-SEM (场发射式扫描电子显微镜)以I万倍的视场(约120 μ m2/视场)进行观察。
[0165]接着，为了调查以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的密度(个/ μ m2),选择金属间化合物的析出状态并不特别的I万倍的视场(约120 μ m2/视场)，在该区域中以5万倍拍摄连续的10个视场(约4.8 μ m2/视场)。对于金属间化合物的粒径，设为金属间化合物的长径(以在中途不与晶界接触为条件，在晶粒内能够引出的最长直线的长度)和短径(在与长径直角相交的方向上，以在中途不与晶界接触为条件，能够引出的最长直线的长度)的平均值。并且，求出粒径0.1 μ m以上且以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的密度(个/ μ m2)。
[0166](弯曲加工性)
[0167]依照日本伸铜协会技术标准JCBA-T307:2007的4试验方法进行弯曲加工。
[0168]以轧制方向与试验片的长边方向平行的方式，从特性评价用条材提取多个宽度IOmmX长度30mm的试验片，并利用弯曲角度为90度、弯曲半径为0.25mm的W型夹具进行W弯曲试验。
[0169]并且，以肉眼确认弯曲部的外周部，将断裂时设为D，仅有一部分引起断裂时设为C，未引起断裂而仅产生细微裂纹时设为B，无法确认断裂或细微裂纹时设为A，以此来进行判定。
[0170]将条件及评价结果示于表1、2、3、4。
[0171][表I]
[0172]
【权利要求】
1.一种电子设备用铜合金，其特征在于， 由Cu和Mg的二元合金构成,所述二元合金， 以3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，且剩余部分仅由Cu及不可避免的杂质构成， 将Mg的浓度设为X原子％时，导电率o%IACS在σ≤{1.7241/(-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlOO 的范围内， 应力松弛率在150°C经过1000小时时为50%以下。
2.—种电子设备用铜合金,其特征在于， 由Cu和Mg的二元合金构成,所述二元合金， 以3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，且剩余部分仅由Cu及不可避免的杂质构成， 通过扫描电子显微镜观察的粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/ μ m2以下， 应力松弛率在150°C经过1000小时时为50%以下。
3.—种电子设备用铜合金,其特征在于， 由Cu和Mg的二元合金构成,所述二元合金， 以3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，且剩余部分仅由Cu及不可避免的杂质构成， 将Mg的浓度设为X原子％时，导电率o%IACS在σ≤{1.7241/(-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlOO 的范围内， 通过扫描电子显微镜观察的粒径0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为I个/ μ m2以下， 应力松弛率在150°C经过1000小时时为50%以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子设备用铜合金，其特征在于， 拉伸弹性模量为125GPa以下，0.2%屈服强度。0.2为400MPa以上。
5.一种电子设备用铜合金的制造方法，其特征在于，其为制造权利要求1至4中任一项所述的电子设备用铜合金的方法，具备: 精加工工序，在该工序中，将如下组成的铜材加工成预定的形状，即铜材由Cu和Mg的二元合金构成，且以3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围含有Mg，并且剩余部分仅由Cu及不可避免的杂质构成；精热处理工序，在该精加工工序之后实施热处理。
6.根据权利要求5所述的电子设备用铜合金的制造方法，其特征在于， 在所述精热处理工序中，以超过200V且800°C以下的范围实施热处理。
7.根据权利要求6所述的电子设备用铜合金的制造方法，其特征在于， 在所述精热处理工序中，以超过200°C且800°C以下的范围实施热处理， 之后，以200°C /min以上的冷却速度将加热后的所述铜材冷却至200°C以下。
8.一种电子设备用铜合金轧材，其特征在于， 所述电子设备用铜合金轧材由权利要求1至4中任一项所述的电子设备用铜合金构成，且在与轧制方向平行的方向上的拉伸弹性模量E为125GPa以下，在与轧制方向平行的方向上的0.2%屈服强度σ。2为400MPa以上。
9.一种电子设备用铜合金轧材，其特征在于， 所述电子设备用铜合金轧材由权利要求1至4中任一项所述的电子设备用铜合金构成， 用作构成端子、连接器、继电器及引线框架等电子设备用组件的铜材。
10.一种电子设备用组件，其特征在于， 所述电子设备用组件由权利要求1至4中任一项所述的电子设备用铜合金构成。
【文档编号】C22C9/00GK103842551SQ201280047170
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2011年10月28日
【发明者】牧一诚, 伊藤优树 申请人:三菱综合材料株式会社