铜合金以及铜合金塑性加工材的制作方法
【专利摘要】本发明的第1至第3方式所涉及的铜合金含有3.3原子%以上且6.9原子%以下的Mg，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质，含氧量为500原子ppm以下。并且，具有以下条件（a）、（b）中的任一个或两个。（a）当设Mg的含量为X原子%时，导电率σ（%IACS）满足式（1）：σ≤{1.7241/（-0.0347×X2+0.6569×X+1.7）}×100。（b）粒径为0.1μm以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数为1个/μm2以下。本发明的第4方式所涉及的铜合金还含有总计0.01原子%以上且3.0原子%以下的范围的选自Al、Ni、Si、Mn、Li、Ti、Fe、Co、Cr以及Zr中的1种以上，且满足条件（b）。
【专利说明】铜合金以及铜合金塑性加工材
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种例如使用于机械零件、电子零件、日用品、建材等的铜合金以及通过对由该铜合金构成的铜原材料进行塑性加工而成型的铜合金塑性加工材。
[0002]本申请主张基于2011年11月14日于日本申请的日本专利申请2011-248731号的优先权，并将其内容援用于本说明书中。
【背景技术】
[0003]以往，作为机械零件、电子零件、日用品、建材等的原材料，使用了铜合金塑性加工材。该铜合金塑性加工材通过对铸块等进行轧制、拔丝、挤压、孔型轧制、锻造、冲压等塑性加工而成型。
[0004]尤其从制造的效率化的观点来看，使用铜合金的棒、线、管、板、条、带等长形物作为机械零件、电子零件、日用品、建材等的原材料。
[0005]棒例如被用作套筒、衬套、螺栓、螺母、轴、凸轮、柄、转轴、阀、引擎零件、电阻焊接用电极等的原材料。
[0006]线例如被用作接点、电阻、机器人用配线、汽车用配线、滑接导线、引脚、弹簧、焊接棒等的原材料。
[0007]管例如被用作供水管、燃气管、热交换器、热管、制动管、建材等的原材料。
[0008]板以及条例如被用作开关、继电器、连接器、引线框架、顶板、密封垫、齿轮、弹簧、印刷版、密封垫、散热器、隔板(diaphragm)、货币等的原材料。
[0009]带例如被用作太阳能电池用内互连器、磁线等的原材料。
[0010]在此，作为这些棒、线、管、板、条、带等长形物(铜合金塑性加工材)，根据各自的用途使用具有各种组成的铜合金。
[0011]例如，作为用于电子设备或电气设备等的铜合金，开发出了非专利文献I中记载的Cu-Mg合金以及专利文献I中记载的Cu-Mg-Zn-B合金等。
[0012]在这些Cu-Mg系合金中，由图1所示的Cu-Mg系状态图可知，当Mg的含量为3.3原子％以上时，能够通过进行固溶处理和析出处理来析出由Cu和Mg构成的金属间化合物。即，在这些Cu-Mg系合金中，通过析出硬化，能够具有比较高的导电率和强度。
[0013]并且，作为用于滑接导线等的铜合金塑性加工材，提出了专利文献2中记载的Cu-Mg合金的线坯。该Cu-Mg合金的Mg的含量为0.01质量％以上且0.70质量％以下。由图1所示的Cu-Mg系状态图可知，该Mg的含量比固溶极限小，专利文献2中记载的Cu-Mg合金为Mg固溶于铜的母相中的固溶强化型铜合金。
[0014]在此，在非专利文献I以及专利文献I中记载的Cu-Mg系合金中，母相中分散有大量的以Cu和Mg为主成分的粗大的金属间化合物。因此，在弯曲加工时，容易以这些金属间化合物为起点而发生破裂等。由此，存在无法成型复杂形状的产品的问题。
[0015]并且，在专利文献2中记载的Cu-Mg系合金中，Mg固溶于铜的母相中。因此，虽然加工性没有问题，但有时根据用途而强度不足。[0016]专利文献1:日本特开平07-018354号公报
[0017]专利文献2:日本特开2010-188362号公报
[0018]非专利文献1:掘茂徳、他2名、“ C u —M g合金(二杉It ^晶界型析出”、伸銅技術研究会誌V ο 1.19 (1980) P.115 - 124 (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) ρ.115-124)
【发明内容】
[0019]该发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种高强度且具有优异的加工性的铜合金以及由该铜合金构成的铜合金塑性加工材。
[0020]为了解决该课题，本发明人进行了深入研究并得出了以下见解。
[0021]对Cu-Mg合金进行固溶化之后进行骤冷而制作出的加工硬化型铜合金由Cu-Mg过饱和固溶体构成。该加工硬化型铜合金的强度高，且具有优异的加工性。并且，能够通过降低含氧量来提高铜合金的抗拉强度。
[0022]本发明是基于这种见解而完成的。
[0023]本发明的第I方式所涉及的铜合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质，含氧量为500原子ppm以下。
[0024]当设Mg的含量为X原子％时，导电率σ (%IACS)满足以下式(I)。
[0025]σ ^ {1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlO0......(I)
[0026]本发明的第2方式所涉及`的铜合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质，含氧量为500原子ppm以下。
[0027]通过扫描电子显微镜观察到的粒径为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。
[0028]本发明的第3方式所涉及的铜合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质，含氧量为500原子ppm以下。
[0029]当设Mg的含量为X原子％时，导电率σ (%IACS)满足以下式(I)。
[0030]σ ^ {1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlO0......(I)
[0031]通过扫描电子显微镜观察到的粒径为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。
[0032]本发明的第4方式所涉及的铜合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，还含有总计0.01原子％以上且3.0原子％以下的范围的选自Al、N1、S1、Μη、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I种以上，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质，含氧量为500原子ppm以下。
[0033]通过扫描电子显微镜观察到的粒径为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。
[0034]在上述第1、第3方式所涉及的铜合金中，如图1的状态图所示，含有固溶极限以上的3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，并且当设Mg的含量为X原子％时，导电率σ满足上述式(I)。因此，铜合金由Mg以过饱和状态固溶于母相中的Cu-Mg过饱和固溶体构成。
[0035]或者，在第2、第3、第4方式所涉及的铜合金中，含有固溶极限以上的3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，并且通过扫描电子显微镜观察到的粒径为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/μπι2以下。因此，抑制了金属间化合物的析出，铜合金由Mg以过饱和状态固溶于母相中的Cu-Mg过饱和固溶体构成。
[0036]另外，关于粒径为0.1 μπι以上且以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数，利用场发射型扫描电子显微镜以5万倍的倍率、约4.8μπι2的视场进行10个视场的观察而计算出。
[0037]并且，以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的粒径为金属间化合物的长径与短径的平均值。另外，长径为以在中途不与晶界接触为条件能够在粒子内画出最长的直线的长度，短径为在与长径垂直交叉的方向上以中途不与晶界接触为条件能够画出最长的直线的长度。[0038]在由这种Cu-Mg过饱和固溶体构成的铜合金中，母相中未大量分散有成为破裂起点的粗大的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物，加工性大幅提高。
[0039]并且，由于Mg以过饱和状态固溶，因此能够通过加工硬化来大幅提高强度。
[0040]并且，在本发明的第I~第4方式所涉及的铜合金中，含氧量为500原子ppm以下。因此，可以抑制Mg氧化物的发生量，能够大幅提高抗拉强度。并且，在加工时能够抑制发生以Mg氧化物为起点的断线或破裂，能够大幅提高加工性。
[0041 ] 另外，为了可靠地体现该作用效果，优选将含氧量设为50原子ppm以下，更优选将含氧量设为5原子ppm以下。
[0042]并且，在本发明的第I~第4方式所涉及的铜合金中，当含有总计0.01原子％以上且3.0原子％以下的范围的选自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I种以上时，能够通过这些元素的作用效果大幅提高机械强度。
[0043]本发明的一方式所涉及的铜合金塑性加工材通过对由前述铜合金构成的铜原材料进行塑性加工而成型。另外，在该说明书中，塑性加工材是指在任一制造工序中实施了塑性加工的铜合金。
[0044]如前所述，该一方式所涉及的铜合金塑性加工材由Cu-Mg过饱和固溶体构成，因此强度高，且具有优异的加工性。
[0045]本发明的一方式所涉及的铜合金塑性加工材优选通过具有如下工序的制造方法成型:制造具有本发明的第I~第4方式所涉及的铜合金的合金组成的铜原材料的熔解、铸造工序；将所述铜原材料加热至400°C以上且900°C以下的温度的加热工序；以200°C /min以上的冷却速度将已加热的所述铜原材料冷却至200°C以下的骤冷工序；以及对已骤冷的所述铜原材料进行塑性加工的塑性加工工序。
[0046]此时，通过熔解、铸造而制造具有本发明的第I~第4方式所涉及的铜合金的合金组成的铜原材料。并且，通过将所述铜原材料加热至400°C以上且900°C以下的温度的加热工序，能够进行Mg的固溶化。在此，若加热温度小于400°C，则导致固溶化不完全，有可能在母相中残留大量的以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9000C，则铜原材料的一部分呈液相，有可能导致组织或表面状态不均匀。因此，将加热温度设定为400°C以上且900°C以下的范围。另外，为了可靠地体现这种作用效果，优选将加热工序中的加热温度设在500°C以上且800°C以下的范围内。
[0047]并且，由于具备以200°C /min以上的冷却速度将加热后的所述铜原材料冷却至2000C以下的骤冷工序，因此能够抑制在冷却过程中析出以Cu和Mg为主成分的金属间化合物。因此,能够将铜合金塑性加工材设为Cu-Mg过饱和固溶体。
[0048]并且，由于具备对骤冷后的铜原材料(Cu-Mg过饱和固溶体)进行塑性加工的加工工序，因此能够通过加工硬化来提高强度。在此，加工方法无特别限定。例如在最终形态为板或条时，能够采用轧制。当最终形态为线或棒时，能够采用拔丝、挤压以及孔型轧制。当最终形态为块状时，能够采用锻造或冲压。加工温度也无特别限定，优选加工温度在成为冷加工或温加工的_200°C至200°C的范围，以免引起析出。加工率被适当地选择成接近最终形状，但考虑加工硬化时，加工率优选为20%以上，更优选为30%以上。
[0049]并且，本发明的一方式所涉及的铜合金塑性加工材优选为具有选自棒、线、管、板、条以及带中的形状的长形物。
[0050]此时，能够高效地制造高强度且加工性优异的铜合金塑性加工材。
[0051]根据本发明的方式，能够提供高强度且具有优异的加工性的铜合金以及由该铜合金构成的铜合金塑性加工材。
【专利附图】
【附图说明】
[0052]图1为Cu-Mg系状态图。
[0053]图2为本实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材的制造方法的流程图。
[0054]图3为表示对以往例2的析出物进行观察的结果(电子衍射图案)的图。
【具体实施方式】
[0055](第I实施方式)
[0056]以下，对本发明的第I实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材进行说明。另外，铜合金塑性加工材通过对由铜合金构成的铜原材料进行塑性加工而成型。
[0057]第I实施方式的铜合金的成分组成为如下:含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质，并且含氧量为500原子ppm以下。SP，本实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材为Cu和Mg的2元系合金。
[0058]并且，当设Mg的含量为X原子％时，导电率σ (%IACS)满足以下式(I)。
[0059]σ ^ {1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlO0......(I)
[0060]并且，通过扫描电子显微镜观察到的粒径为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。
[0061](组成)
[0062]Mg为具有不会大幅降低导电率而提高强度且使再结晶温度上升的作用效果的元素。并且，通过使Mg固溶于母相中，可以获得优异的弯曲加工性。
[0063]在此，若Mg的含量小于3.3原子％，则无法体现其作用效果。另一方面，若Mg的含量超过6.9原子％，则在为了固溶化而进行热处理时，会残留以Cu和Mg为主成分的金属间化合物。因此，有可能在之后的加工等中发生破裂。
[0064]根据这种理由，将Mg的含量设定为3.3原子％以上且6.9原子％以下。
[0065]进一步地，若Mg的 含量少，则强度不会充分提高。并且，由于Mg为活性元素，因此若添加过量的Mg，则在熔解铸造时，有可能卷入与氧反应而生成的Mg氧化物。因此，更优选将Mg的含量设为3.7原子％以上且6.3原子％以下的范围。
[0066]并且，氧为如上述与作为活性金属的Mg反应而产生大量的Mg氧化物的元素。当Mg氧化物混合存在于铜合金塑性加工材中时，抗拉强度大幅下降。并且，在加工时，Mg氧化物有可能成为断线或破裂的起点而明显阻碍加工性。
[0067]因此，在本实施方式中，将含氧量限制在500原子ppm以下。通过如此限制含氧量，能够提高抗拉强度且提高加工性。
[0068]并且，为了可靠地体现上述的作用效果，优选将含氧量设为50原子ppm以下，更优选将含氧量设为5原子ppm以下。另外，从制造成本的观点考虑，氧含量的下限为0.01原子 ppm。
[0069]另外，作为不可避免杂质，可以举出Sn、Zn、Fe、Co、Al、Ag、Mn、B、P、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、稀土类元素、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、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、C、N1、Be、N、H、Hg 等。这些不可避免杂质的总量优选
为0.3质量％以下。
[0070]尤其优选Sn含量小于0.1质量％,且Zn含量小于0.01质量％。当Sn含量为0.1质量％以上时，容易引起以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的析出。并且，当Zn含量为0.01质量％以上时，在熔解铸造工序中发生烟雾而附着于铸造炉或模具部件上。由此，铸块的表面质量劣化，并且耐应力腐蚀破裂性劣化。
[0071](导电率σ)
[0072]在Cu和Mg的2兀系合金中，若设Mg的含量为X原子％时导电率σ满足以下式(1)，则几乎不存在以Cu和Mg为主成分的金属间化合物。
[0073]σ ^ {1.7241/ (-0.0347ΧΧ2+0.6569ΧΧ+1.7)} XlO0......(1)
[0074]即，当导电率σ超过上述式(I)的右边值时，以Cu和Mg为主成分的金属间化合物大量存在，并且金属间化合物的尺寸也比较大。因此，弯曲加工性大幅劣化。因此，为了使导电率σ满足上述式(1)，调整制造条件。
[0075]另外，为了可靠地体现上述的作用效果，优选导电率σ (%IACS)满足以下式(2)。
[0076]σ ≤{1.7241/ (-0.0300XX2+0.6763XX+1.7)} XlO0......(2)
[0077]此时，由于以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的量更少，因此进一步提高弯曲加工性。
[0078]为了更可靠地体现上述的作用效果，优选导电率σ (%IACS)满足以下式(3)。
[0079]σ≤{1.7241/ (-0.0292XX2+0.6797XX+1.7)} XlO0......(3)
[0080]此时，由于以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的量更少，因此进一步提高弯曲加工性。
[0081](组织)
[0082]通过扫描电子显微镜进行观察的结果，在本实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材中，粒径为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1个/ μ m2以下。即，几乎未析出以Cu和Mg为主成分的金属间化合物，Mg固溶于母相中。
[0083]在此，当不完全固溶化或者固溶化之后析出以Cu和Mg为主成分的金属间化合物时，存在大量的大尺寸的金属间化合物。此时，这些金属间化合物成为破裂的起点，加工时发生破裂，或者弯曲加工性大幅劣化。另外，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优选为5 μ m,更优选为I μ m。
[0084]对组织进行调查的结果，当合金中粒径为0.1 μ m以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物为I个/ym2以下时，即，以Cu和Mg为主成分的金属间化合物不存在或者少量存在时，可以获得良好的弯曲加工性。
[0085]并且，为了可靠地体现上述的作用效果，更优选合金中粒径为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为I个/ μ HI2以下。
[0086]另外，利用场发射型扫描电子显微镜以5万倍的倍率、约4.8 μ m2的视场对以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数进行10个视场的观察，计算并求出其平均值。
[0087]并且，以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的粒径为金属间化合物的长径与短径的平均值。另外，长径为以在中途不与晶界接触为条件能够在粒内画出最长的直线的长度，短径为在与长径垂直交叉的方向上以中途不与晶界接触为条件能够画出最长的直线的长度。
[0088]在此，以Cu和Mg为主成分的金属间化合物具有以化学式MgCu2、原型(prototype)MgCu2、皮尔逊符号cF24、空间群编号Fd-3m表示的晶体结构。
[0089]具有这种特征的第I实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材例如通过图2的流程图所示的制造方法制造。
[0090](熔解、铸造工序S01)
[0091]首先，熔解铜原料而获得铜的熔融金属，接着向所获得的铜的熔融金属添加前述元素并进行成分调整，制出铜合金的熔融金属。另外，添加Mg时，能够利用Mg单质或Cu-Mg母合金等。并且，也可以与铜原料一同熔解含有Mg的原料。并且，也可以利用铜合金的回收材以及碎片材。
`[0092]在此，铜的熔融金属优选为纯度在99.9999质量％以上的铜，所谓的6NCu。并且，在熔解工序中，为了抑制Mg的氧化，优选利用真空炉或者惰性气体气氛或还原性气氛的气氛炉。
[0093]然后，将已调整成分的铜合金的熔融金属注入铸模中制出铸块。另外，当考虑批量生产时，优选利用连续铸造法或半连续铸造法。
[0094](加热工序S02)
[0095]接下来，为了实现所获得的铸块的均匀化以及固溶化，进行加热处理。在凝固过程中，由于Mg偏析而浓缩，因此生成以Cu和Mg为主成分的金属间化合物等。在铸块的内部存在该以Cu和Mg为主成分的金属间化合物等。因此，为了消除或者降低这些偏析以及金属间化合物等，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，或者使Mg固溶于母相中。另外，该加热工序S02优选在非氧化性气氛或还原性气氛中实施。
[0096]在此，若加热温度小于400°C，则不完全固溶化，有可能在母相中残留大量的以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，则铜原材料的一部分成液相，有可能导致组织或表面状态不均匀。因此，将加热温度设定为400°C以上且900°C以下的范围。加热温度更优选为500°C以上且850°C以下，进一步优选为520°C以上且800°C以下。
[0097](骤冷工序S03)[0098]然后，以200°C /min以上的冷却速度将在加热工序S02中加热至400°C以上且9000C以下的温度的铜原材料冷却至200°C以下的温度。通过该骤冷工序S03，抑制固溶于母相中的Mg作为以Cu和Mg为主成分的金属间化合物析出。因此，能够将通过扫描电子显微镜观察到的粒径为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设为1个/ym2以下。即，能够将铜原材料设为Cu-Mg过饱和固溶体。
[0099]另外，为了实现粗加工的效率化和组织的均匀化，也可以在前述加热工序S02之后实施热加工，且在该热加工之后实施上述的骤冷工序S03。此时，加工方法(热加工方法)无特别限定。例如在最终形态为板或条时，能够采用轧制。当最终形态为线或棒时，能够采用拔丝、挤压、孔型轧制等。当最终形态为块状时，能够采用锻造或冲压。
[0100](中间加工工序S04)
[0101]根据需要切断经加热工序S02以及骤冷工序S03的铜原材料。并且，为了去除在加热工序S02以及骤冷工序S03等中生成的氧化膜等，根据需要进行表面磨削。然后，塑性加工成预定的形状。
[0102]另外，该中间加工工序S04中的温度条件无特别限定，优选在成为冷加工或温加工的-200°C至200°C的范围内设定加工温度。并且，为了接近最终形状而适当地选择加工率，但为了减少获得最终形状之前的中间热处理工序S05的次数，优选将加工率设为20%以上。并且，更优选将加工率设为30%以上。
[0103]加工方法无特别限定，当最终形状为板、条时，优选采用轧制。当最终形状为线或棒时，优选采用挤压或孔型轧制。当最终形状为块状时，优选采用锻造或冲压。并且，为了彻底固溶化，也可以反复进行工序S02~S04。
[0104](中间热处理工序S05)
[0105]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实施热处理。
[0106]热处理方法无特别限定，优选在400°C以上且900°C以下的温度条件下，在非氧化气氛或还原性气氛中进行热处理。热处理温度更优选为500°C以上且850°C以下，进一步优选为520°C以上且800°C以下。
[0107]在此，在中间热处理工序S05中，以200°C /min以上的冷却速度将加热至400°C以上且900°C以下的温度的铜原材料冷却至200°C以下的温度。
[0108]通过如此骤冷,可以抑制固溶于母相中的Mg作为以Cu和Mg为主成分的金属间化合物析出。由此，能够将通过扫描电子显微镜观察到的粒径为0.1 μm以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数设为1个/Pm2以下。即，能够将铜原材料设为Cu-Mg过饱和固溶体。
[0109]另外，也可以反复实施中间加工工序S04以及中间热处理工序S05。
[0110](精加工工序S06)
[0111]将中间热处理工序S05后的铜原材料精加工为预定的形状。另外，该精加工工序S06中的温度条件无特别限定，优选在常温下进行。并且，为了接近最终形状而适当地选择塑性加工(精加工)的加工率，但为了通过加工硬化来提高强度，优选将加工率设为20%以上。并且，当谋求进一步提高强度时，更优选将加工率设为30%以上。塑性加工方法(精加工方法)无特别限定，当最终形状为板、条时，优选采用轧制。当最终形状为线或棒时，优选采用挤压或孔型轧制。当最终形状为块状时，优选采用锻造或冲压。并且，根据需要，也可以进行车床加工、铣削加工、钻孔加工之类的切削加工。
[0112]如此，制造出本实施方式的铜合金塑性加工材。另外,本实施方式的铜合金塑性加工材为具有选自棒、线、管、板、条以及带中的形状的长形物。
[0113]根据本实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材，该铜合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg,剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质,含氧量为500原子ppm以下。并且，当设Mg的含量为X原子％时，导电率σ (%IACS)满足以下式(1)。
[0114]σ ≤ {1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlO0......(1)
[0115]并且，通过扫描电子显微镜观察到的粒径为0.1 μπι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。
[0116]即，本实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材为Mg以过饱和状态固溶于母相中的Cu-Mg过饱和固溶体。
[0117]在由这种Cu-Mg过饱和固溶体构成的铜合金中，母相中未大量分散有成为破裂起点的以Cu和Mg为主成分的粗大的金属间化合物。因此，提高弯曲加工性。
[0118]而且，在本实施方式中，由于含氧量为500原子ppm以下，因此可以抑制Mg氧化物的发生量。因此，能够大幅提高抗拉强度。并且，加工时能够抑制发生Mg氧化物成为起点的断线或破裂，进而能够大幅提高加工性。
[0119]并且，根据本实施方式，Mg以过饱和状态固溶。因此，通过加工硬化来大幅提高强度，从而能够提供具有比较高的强度的铜合金塑性加工材。
[0120]并且，本实施方式的铜合金塑性加工材通过具有以下工序S02~S04的制造方法而成型。
[0121]在加热工序S02中，将铸块或加工材加热至400°C以上且900°C以下的温度。在骤冷工序S03中，以200°C /min以上的冷却速度将已加热的铸块或加工材冷却至200°C以下。在中间加工工序S04中，对骤冷材进行塑性加工。
[0122]因此，能够获得由Cu-Mg过饱和固溶体构成的铜合金塑性加工材。
[0123]即，能够通过将铸块或加工材加热至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。
[0124]并且，具备以200°C /min以上的冷却速度将通过加热工序S02加热至400°C以上且900°C以下的铸块或加工材冷却至200°C以下的骤冷工序S03。因此，能够抑制在冷却过程中析出以Cu和Mg为主成分的金属间化合物，能够将骤冷后的铸块或加工材设为Cu-Mg过饱和固溶体。
[0125]并且，具备对骤冷材(Cu-Mg过饱和固溶体)进行塑性加工的中间加工工序S04。因此，能够轻松地获得接近最终形状的形状。
[0126]并且，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具备中间热处理工序S05。因此，能够提高特性且提高加工性。
[0127]并且，在中间热处理工序S05中，以200°C /min以上的冷却速度将加热至400°C以上且900°C以下的温度的塑性加工材冷却至200°C以下。因此，能够抑制在冷却过程中析出以Cu和Mg为主成分的金属间化合物，能够将骤冷后的塑性加工材设为Cu-Mg过饱和固溶体。[0128]并且，具备用于将中间热处理工序S05后的塑性加工材塑性加工成预定的形状的精加工工序S06。因此，能够通过加工硬化来提高强度。
[0129](第2实施方式)
[0130]接着，对本发明的第2实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材进行说明。
[0131]第2实施方式的铜合金的成分组成为如下:含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，还含有总计0.01原子％以上且3.0原子％以下的范围的选自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I种以上，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质，并且含氧量为500原子ppm以下。
[0132]并且，在第2实施方式的铜合金中，通过扫描电子显微镜观察到的粒径为0.1 μπι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。
[0133](组成)
[0134]如第I实施方式中所记载，Mg为具有不会大幅降低导电率而提高强度且使再结晶温度上升的作用效果的元素。并且，通过使Mg固溶于母相中，可以获得优异的弯曲加工性。
[0135]因此，将Mg的含量设定在3.3原子％以上且6.9原子％以下。为了可靠地体现上述的作用效果，优选将Mg的含量设为3.7原子％以上且6.3原子％以下的范围。
[0136]并且，与第I实施方式相同，在本实施方式中，将含氧量限制在500原子ppm以下。由此，实现抗拉强度的提高以及加工性的提高。并且，优选将含氧量设为50原子ppm以下，并且更优选将含氧量设为10原子PPm以下。
[0137]另外，从制造成本 的观点考虑，氧含量的下限为0.01原子ppm。
[0138]并且，在第2实施方式的铜合金中，含有选自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I种以上。
[0139]Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr为具有进一步提高由Cu-Mg过饱和固溶体构成的铜合金的强度的作用效果的元素。
[0140]在此，若选自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I种以上元素的含量的总计小于0.1原子％，则无法体现其作用效果。另一方面，若选自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I种以上元素的含量的总计超过3.0原子％，则导电率大幅下降，因此不优选。
[0141]从这种理由考虑，将选自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I种以上元素的含量的总计设定在0.1原子％以上且3.0原子％以下的范围内。
[0142]另外，作为不可避免杂质，可以举出Sn、Zn、Ag、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、Ge、As、Sb、Tl、Pb、B1、
S、C、Be、N、H、Hg等。优选这些不可避免杂质的总量为0.3质量％以下。
[0143]尤其优选Sn含量小于0.1质量％,且Zn含量小于0.01质量％。当Sn含量为0.1质量％以上时，容易引起以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的析出。并且，当Zn含量为0.01质量％以上时，在熔解铸造工序中发生烟雾而附着于铸造炉或模具部件上。由此，铸块的表面质量劣化，并且耐应力腐蚀破裂性劣化。
[0144](组织)
[0145]通过扫描电子显微镜进行 观察的结果，在本实施方式的铜合金中，粒径为0.Ιμπι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/μπι2以下。即，几乎未析出以Cu和Mg为主成分的金属间化合物，Mg固溶于母相中。
[0146]在此，以Cu和Mg为主成分的金属间化合物具有以化学式MgCu2、原型MgCu2、皮尔逊符号cF24、空间群编号Fd_3m表不的晶体结构。
[0147]另外，利用场发射型扫描电子显微镜以5万倍的倍率、约4.8 μ m2的视场对以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的平均个数进行10个视场的观察，计算并求出其平均值。
[0148]并且，以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的粒径为金属间化合物的长径与短径的平均值。另外，长径为以在中途不与晶界接触为条件能够在粒内画出最长的直线的长度，短径为在与长径垂直交叉的方向上以中途不与晶界接触为条件能够画出最长的直线的长度。
[0149]关于该第2实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材，也通过与第I实施方式相同的方法进行制造。
[0150]根据具有这种特征的第2实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材，通过扫描电子显微镜观察到的粒径为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，含氧量为500原子ppm以下，因此与第I实施方式相同，大幅提
高加工性。
[0151]并且，在本实施方式中，含有总计0.01原子％以上且3.0原子％以下的范围的选自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I种以上。因此，通过这些元素的作用效果，能够大幅提高机械强度。
[0152]以上，对本实施方式的铜合金以及铜合金塑性加工材进行了说明，但本发明不限定于此，在不脱离权利要求中记载的条件的范围内可以进行适当的变更。
[0153]例如，在上述实施方式`中，示出了满足“合金中粒径为0.1 μπι以上的以Cu和Mg为主成分的金属间化合物为I个/ym2以下”的条件和“导电率σ ”所涉及的条件这两个条件的电子设备用铜合金，但也可以为只满足任一条件的电子设备用铜合金。
[0154]并且，在上述实施方式中，对铜合金塑性加工材的制造方法的一例进行了说明，但制造方法不限定于本实施方式，也可以适当地选择现有的制造方法来制造。
[0155]实施例
[0156]以下，对为了确认本实施方式的效果而进行的确认实验的结果进行说明。
[0157]将铜原料装入坩埚内，在Ν2气体气氛或者Ν2-02气体气氛的气氛炉内进行高频熔解，获得了铜的熔融金属。在所获得的铜的熔融金属内添加各种添加元素，制备成表1所示的成分组成，并浇注到碳模内而制出了铸块。另外，铸块的大小为厚度约50_Χ宽度约50mmX长度约300mm。并且，作为各种添加元素使用了氧含量为50质量ppm以下的元素。
[0158]另外，作为铜原料，使用了纯度在99.9999质量％以上的6N铜和含有预定量氧的韧铜(CllOO)中的任一个，或者适当地混合使用两者。由此，调整了氧含量。
[0159]另外，合金中的氧含量是通过惰性气体熔化-红外线吸收分析法而测定的。将测定的氧含量示于表1中。在此，氧含量还包括合金中所含有的氧化物的氧的量。
[0160]实施在Ar气体气氛中以表2、表3中记载的温度条件对所获得的铸块进行4小时的加热的加热工序，之后实施了水淬。
[0161]切断热处理后的铸块，并且为了去除氧化被膜而实施了表面磨削。之后，在常温下实施冷孔型轧制，将截面形状从50mm见方做成IOmm见方。如此对铸块实施中间加工，获得了中间加工材(方型棒材)。
[0162]并且，在盐浴中以表2、表3中记载的温度条件对所获得的中间加工材(方杆)实施中间热处理。之后，实施了水淬。
[0163]接着，作为精加工实施拉拔加工(拉丝加工)，制出了直径为0.5mm的精加工材(线材)。
[0164](加工性评价)
[0165]关于加工性的评价，根据在前述拉拔加工(拉丝加工)中有无断线来进行评价。将能够拉丝至最终形状的情况评价为A (好)。将在拉丝加工中经常发生断线而无法加工至最终形状的情况评价为B (坏)。
[0166]利用前述中间加工材(方型棒材)以及精加工材(线材)测定力学特性以及导电率。[0167](力学特性)
[0168]关于中间加工材(方型棒材)，选取JIS Z2201中规定的2号试验片，通过JISZ2241的拉伸试验方法测定了抗拉强度。
[0169]关于精加工材(线材)，选取JIS Z2201中规定的9号试验片，通过JIS Z2241的拉伸试验方法测定了抗拉强度。
[0170](导电率)
[0171]关于中间加工材(方型棒材)，通过JIS H0505(有色金属材料的体积电阻率以及导电率测定方法)计算出导电率。
[0172]关于精加工材(线材)，通过依照JIS C3001的四端子法以Im的测定长度测定电阻值。并且，根据试验片的线径以及测定长度计算出体积。并且，根据所测定的电阻值和体积求出体积电阻率并计算出导电率。
[0173](组织观察)
[0174]对中间加工材(方型棒材)的截面中心进行了镜面研磨和离子蚀刻。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 (场发射型扫描电子显微镜)以I万倍的视场(约120 μπι2/视场)进行了观察。
[0175]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没有异常的I万倍的视场(约120 μπι2/视场)，在该区域内以5万倍连续拍摄10个视场(约4.8 μ m2/视场)。金属间化合物的粒径为金属间化合物的长径与短径的平均值。另外，长径为以在中途不与晶界接触为条件能够在粒内画出最长的直线的长度，短径为在与长径垂直交叉的方向上以中途不与晶界接触为条件能够画出最长的直线的长度。并且，求出具有0.1 μ m以上的粒径且以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的密度(平均个数)以及具有0.05 μ m以上的粒径且以Cu和Mg为主成分的金属间化合物的密度(平均个数)。
[0176]关于成分组成、制造条件、评价结果示于表1~表3。
[0177][表1]
【权利要求】
1.一种铜合金，其特征在于， 所述铜合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质， 含氧量为500原子ppm以下， 当设Mg的含量为X原子％时，导电率σ %IACS满足以下式(I), σ ^ {1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlO0......(I)。
2.一种铜合金，其特征在于， 所述铜合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质， 含氧量为500原子ppm以下， 通过扫描电子显微镜观察到的粒径为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。
3.一种铜合金，其特征在于， 所述铜合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质， 含氧量为500原子ppm以下， 当设Mg的含量为X原子％时，导电率σ %IACS满足以下式(I), 通过扫描电子显微镜观察到的粒径为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，`
σ ^ {1.7241/ (-0.0347ΧΧ2+0.6569ΧΧ+1.7)} XlO0......(I)。
4.一种铜合金，其特征在于， 所述铜合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范围的Mg，还含有总计0.01原子％以上且3.0原子％以下的范围的选自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I种以上，剩余部分实际上为Cu以及不可避免杂质， 含氧量为500原子ppm以下， 通过扫描电子显微镜观察到的粒径为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。
5.一种铜合金塑性加工材，其特征在于， 所述铜合金塑性加工材通过对由权利要求1至4中任一项所述的铜合金构成的铜原材料进行塑性加工而成型。
6.根据权利要求5所述的铜合金塑性加工材，其特征在于， 所述铜合金塑性加工材通过具备如下工序的制造方法而成型:制造具有权利要求1至4中任一项所述的铜合金的合金组成的铜原材料的熔解、铸造工序；将所述铜原材料加热至400°C以上且900°C以下的温度的加热工序；以200°C /min以上的冷却速度将加热后的所述铜原材料冷却至200°C以下的骤冷工序；以及对骤冷后的所述铜原材料进行塑性加工的塑性加工工序。
7.根据权利要求5或6所述的铜合金塑性加工材，其特征在于， 所述铜合金塑性加工材为具有选自棒、线、管、板、条以及带中的形状的长形物。
【文档编号】C22C9/00GK103890205SQ201280049749
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年11月6日 优先权日:2011年11月14日
【发明者】牧一诚, 伊藤优树 申请人:三菱综合材料株式会社