專利名稱：延展性優(yōu)良的高強度高導電性銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于用在端子、連接器、繼電器、開關(guān)等中的導電性彈力材料、強度和導電性均優(yōu)良的高強度高導電性銅合金。
背景技術(shù)：
以往，作為在各種端子、連接器、繼電器、開關(guān)等中使用的導電性彈力材料，使用磷青銅。
另外，近年來，隨著部件的小型化、薄型化的要求，代替磷青銅的如Cu-Cr類和Cu-Cr-Zr類這種高強度高導電性銅合金正受到人們的矚目(例如可以參照專利文獻1、2)。Cu-Cr類銅合金和Cu-Cr-Zr類銅合金通過Cr和Cu-Zr的析出，提高了材料強度，因此和固溶硬化型的合金相比，可以提高導電性。但是，由Cr、Zr的析出引起的強度提高不夠充分，需要對上述合金進行冷軋使其同時進行析出硬化和加工硬化后才能實現(xiàn)高強度化。
然而，一般若對金屬材料進行加工硬化，則延展性降低，進而引起彎曲性等加工性與耐應力緩和特性惡化。出于這些原因，近年來，通過加工熱處理的方法對材料進行改性正受到人們的矚目。例如，在專利文獻3中，記載了通過冷軋后的(動態(tài))重結(jié)晶，在Cu-Cr-Zr類銅合金中形成細微的晶粒以提高延展性的技術(shù)。
特開平9-87814號公報[專利文獻2]特開平7-258804號公報[專利文獻3]特開2002-356728號公報發(fā)明內(nèi)容然而，在上述專利文獻3記載的技術(shù)的情況下，由于必須對晶粒間界的形狀和粒徑進行管理，因而存在實際生產(chǎn)中的分開操作、品質(zhì)管理困難的問題。另外，即使采用這種技術(shù)，延展性的提高仍然不充分。
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，目的在于提供一種強度和加工性都優(yōu)良、生產(chǎn)管理容易的高強度高導電性銅合金。
本發(fā)明的發(fā)明者們經(jīng)過各種研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過使晶粒間界中后述的對應間界(對応粒界)∑3的比例增加，材料即使進行加工硬化也不會降低其加工性，延展性顯著提高。也就是說，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的高強度高導電性銅合金的特征在于其包括Cr0.05～1.0質(zhì)量％、Zr0.05～0.25質(zhì)量％、其余為銅和不可避免的雜質(zhì)，當鄰接的結(jié)晶的方位差在5°以上時，將各結(jié)晶的間隙作為晶粒間界的場合，前述晶粒間界中的對應間界∑3的比例在10％以上。
還優(yōu)選含有總量為0.01～1.0質(zhì)量％的、選自Zn、P、Fe、Mg、Mn、Al、Co以及Ni中的一種以上的元素。
優(yōu)選使Cr含量為0.6％以下，顯示出8％以上的延伸率，更優(yōu)選使Cr含量為0.2％以下，顯示出10％以上的延伸率。
通過本發(fā)明的高強度高導電性銅合金，可以得到強度和加工性都優(yōu)良的銅合金。此外，由于對應間界∑3的測定簡單，因而生產(chǎn)管理也變得容易。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的高強度高導電性銅合金的實施方式進行說明。
首先，對本發(fā)明中規(guī)定各成分元素含量的理由進行說明。在本發(fā)明中，％若沒有特別的限制，均表示質(zhì)量％。
本發(fā)明為了確保導電性和強度，以Cu-Cr-Zr類銅合金為對象。其中，Cr和Zr是在固溶熱處理后經(jīng)過一定時間在Cu母相中析出，使強度提高的元素。Cr的含量為0.05～1.0％，Zr的含量為0.05～0.25％。這是因為若Cr含量不足0.05％，則強度提高不充分，而即使超過1.0％，其效果已經(jīng)達到飽和。規(guī)定Zr含量的上限和下限的理由也和上述Cr的理由一樣。另外，使Cr含量為0.6％以下，則可以得到8％以上的延伸率，而且，更優(yōu)選為0.2％以下，則可以得到10％以上的高延伸率。
下面對根據(jù)需要添加的添加元素進行說明。
這些元素可以在銅母相中固溶或析出而不使導電率大幅下降，從而提高強度，總計含有0.01～1.0％。這是因為含量若不足0.01％，則強度提高的效果較小，若超過1.0％，則導電率降低。
下面對本發(fā)明的高強度高導電性銅合金的組織進行說明。本發(fā)明作為提高Cu-Cr-Zr類銅合金的延展性的方法，著眼于晶粒界面的結(jié)構(gòu)，對對應間界∑3作出了限定。此處的對應間界是指，延長構(gòu)成晶粒間界的某一結(jié)晶的晶格點，觀察和其它結(jié)晶的晶格點的重合狀態(tài)時，具有周期地產(chǎn)生相重合的晶格點(對應晶格)的關(guān)系的晶粒間界。這時，將對應晶格點的密度的倒數(shù)定義為∑值?！?是指對應晶格點的密度為1/3，即相對于原來的3個晶格，呈現(xiàn)出1個對應晶格，這表示對應晶格周期出現(xiàn)的晶格間隔為每3個晶格一次?！浦翟叫?，則周期越短，可以認為晶粒間界的規(guī)則性越高。另外，∑3是最小的值。關(guān)于對應間界，記載在例如“講座·現(xiàn)代的金屬學 材料篇 第3卷 材料強度的原子論63～65頁”(社團法人 日本金屬學會 昭和60年發(fā)行)中。
另外，在本發(fā)明中，當鄰接的結(jié)晶的方位差在5°以上時，將各結(jié)晶的間隙作為晶粒間界的場合，晶粒間界中的對應間界∑3的比例在10％以上。這里在一般情況下，晶粒間的方位差形成15°以上的大角度晶粒間界以及15°以下的小角度晶粒間界。在本發(fā)明中，將方位差不到5°的認為是作為晶粒的下部組織的亞晶粒組織、胞狀組織，5°以上的認為是晶粒間界。
使晶粒間界中對應間界∑3的比例在10％以上的理由是，若∑3的比例不到10％，則不能期待延展性和加工性的提高?！?的比例在10％以上提高延展性的原因還不明確，認為是通過增加∑3的比例，使引起脆化的Cr和Zr的晶界偏析難以發(fā)生的緣故。
作為求出對應間界∑3的比例的方法，例如使用FESEM(場致發(fā)射掃描電子顯微鏡，F(xiàn)ield Emission Scanning Electron Microscope)的EBSP(電子反向散射衍射圖樣，electron Backscatter Diffraction Pattern)法。該方法是基于向樣品表面斜向照射電子射線時產(chǎn)生的反向散射電子衍射圖樣(菊地圖樣)，對結(jié)晶方位進行分析的方法。該方法通過下述的流程進行分析。首先，將測定材料的測定區(qū)域通常分割為六角形等區(qū)域，對于分割的各區(qū)域，將所得到的菊地圖樣和已知的結(jié)晶構(gòu)造的數(shù)據(jù)進行比較，求出該測定點的結(jié)晶方位。按照同樣的方法，求出和該測定點鄰接的測定點的結(jié)晶方位，如果兩者的結(jié)晶方位差為5°以上，則將其間隙(兩者的六角形相接的邊等)作為晶粒間界，若不到5°，則將兩者認為是同樣的結(jié)晶。如此求得樣品表面的晶粒間界的分布。然后按照一定的方法判定各晶粒是否為對應間界∑3，將(對應間界∑3的長度的總和)/(晶粒間界的長度的總和)乘以100，求得對應間界∑3的比例。另外，由于通常市售的FESEM/EBSP裝置含有識別對應間界∑3的模式，所以可以使用這種裝置。除此以外，還有利用由TEM(透射式電子顯微鏡)得到的菊地圖樣的方法，但是從測定的簡便性的角度出發(fā)，上述FESEM/EBSP法有利。
作為使對應間界∑3的比例在10％以上的方法，例如可以利用退火后的重結(jié)晶(靜態(tài)重結(jié)晶)。這時，成為壓延后進行應力消除退火的工序，使得通過壓延一旦上升的強度降低，或者得不到充分的延展性。
因此，更優(yōu)選利用不存在這些問題的、可以得到強度和延展性均優(yōu)良的材料的動態(tài)重結(jié)晶。一般，若使壓延加工率上升，則由于加工硬化而使得強度上升，但是若加工率過高，則不會引起更高的加工硬化，另外，伴隨著強度的上升，延展性下降。但是，加工率若進一步增大，則產(chǎn)生通過加工進行重結(jié)晶的稱為動態(tài)重結(jié)晶的行為，由此改善了組織，使得延展性回復。因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選在控制對應間界∑3的比例在10％以上的同時，采用動態(tài)重結(jié)晶法，從而可以使強度和延展性(加工性)同時以較高的水平提高。
具體的說，通過使材料的冷軋的壓延加工率上升，例如使最終冷軋中的全加工率在95％以上，可以發(fā)生上述的動態(tài)重結(jié)晶，生成對應間界∑3。這時，優(yōu)選地，如果使最終冷軋中各軋道的平均加工率(將各軋道的加工率平均后計算每1個軋道的加工率的值)在20％以上，可以促進對應間界∑3的生成。更優(yōu)選各軋道的平均加工率的差在±10％以下，最優(yōu)選上述差在±5％以下。另外，在對上述各軋道的加工率和加工率的差進行設(shè)定時，可以在壓延的初期軋道、中間軋道或者最終軋道后加入不會對壓延加工率產(chǎn)生過大影響的加工率低的軋道(例如加工率不到0.5％的軋道、表皮光軋)1個以上，這種軋道的設(shè)定也包含在本發(fā)明中。
另外，作為增大∑3的比例的方法，除了上述通過加工產(chǎn)生動態(tài)重結(jié)晶以外，也可以通過熱處理(例如應力消除退火)產(chǎn)生重結(jié)晶。
本發(fā)明的銅合金例如可以通過如下的方法進行制造。首先對電解銅或無氧銅混合上述組成的元素，在惰性氣氛或真空中鑄造鑄錠，進行適當?shù)臒崽幚砗螅M行熱軋、固溶熱處理、冷軋、時效處理，制造所希望厚度的合金板條或板材。然后，對這些板條或板材進行適當?shù)募庸?，成為彈力材料等產(chǎn)品。
下面通過列舉實施例對本發(fā)明進行更詳細的說明，但是本發(fā)明并不限定于此。
實施例1.樣品的造對電解銅混合一定的元素，將如表1所示的組成的合金在真空感應熔融爐(VIM)中熔融制造，在惰性氣氛或真空中鑄造鑄錠。得到的鑄錠在900℃以上的溫度進行300分鐘以上的均化退火后，進行熱軋，然后進行固溶熱處理，最后進行冷軋，制成板厚為0.15mm的材料。然后進行一定的時效處理，產(chǎn)生重結(jié)晶后，切出樣品。冷軋的壓延條件如表1所示。
其中，全加工率是{(冷軋前的板厚)-(全軋道壓延后的板厚)}×100/(冷軋前的板厚)所示的值。另外，各軋道的平均加工率是首先根據(jù){(該軋道的壓延前板厚)-(該軋道的壓延后板厚 )}/(該軋道的壓延前板厚)所示的值求出各軋道的加工率，將其對全部軋道進行平均的值。
2.∑3的比例的測定對各實施例以及比較例，通過使用肖特基(シヨツトキ一)型FESEM(日本電子株式會社制造JSM6500F)的EBSP法進行結(jié)晶方位的測定，求出晶粒間界中的對應間界∑3的比例。測定以最小0.01mm2以上的區(qū)域作為六角形的測定點，射線的供給間隔在50nm以下而進行。然后，若鄰接的測定點的方位差在5°以上，則將該測定點的間隙(各六角形相接的邊)作為晶粒間界。另外，將上述FESEM的模式設(shè)定在“EBSP系統(tǒng)テクセムラボラトリ-ブ OIM系統(tǒng)”中，識別對應間界∑3。然后由測定數(shù)據(jù)，求出{(對應間界∑3的長度的總和)/(晶粒間界的長度的總和)}×100所示的值，由此求出對應間界∑3的比例。
3.評價(1)延伸率根據(jù)JIS-Z 2241中規(guī)定的拉伸試驗法，用各樣品制成5號樣品片，測定進行拉伸試驗時的斷裂延伸率。
(2)加工性通過W彎曲實驗機，對樣品施以彎曲加工，用光學顯微鏡以50倍的倍數(shù)觀察彎曲部外側(cè)，目視評價有無破裂。
○看不到破裂△雖然看不到破裂，但有較大的表面粗糙×看到明顯的破裂
(3)抗拉強度在上述拉伸試驗中，測定抗拉強度。
(4)導電率通過4端子法，測定樣品的導電率。
得到的結(jié)果如表1所示。
表1

由表1可以看出，在各實施例的場合，∑3的比例在10％以上，顯示出8％以上的延伸率，加工性和抗拉強度中的任何一方都是優(yōu)良的。此外，導電率也較高，導電性優(yōu)良。特別是在Cr含量不足0.6％的實施例1、3、5～7的情況下，任何一個都顯示出超過10％的高延伸率。
另一方面，在∑3的比例不足10％的比較例1～7的情況下，任何一個的延伸率都不到8％，和各實施例相比都較差。特別是比較例2、以及4～7的情況下，除了延伸率，加工性也降低。另外，比較例1～3、以及5～7的情況下，雖然全加工率在95％以上，但是各軋道的平均加工率不足20％。另一方面，比較例4的情況下，雖然各軋道的平均加工率在20％以上，但是全加工率不足95％?；谶@些事實可以看出，要使∑3的比例在10％以上，優(yōu)選使全加工率在95％以上且各軋道的平均加工率在20％以上。
權(quán)利要求
1.一種高強度高導電性銅合金，其特征在于含有Cr0.05～1.0質(zhì)量％、Zr0.05～0.25質(zhì)量％、其余為銅和不可避免的雜質(zhì)，當鄰接的結(jié)晶的方位差在5°以上時，將各結(jié)晶的間隙作為晶粒間界的場合，前述晶粒間界中的對應間界∑3的比例在10％以上。
2.權(quán)利要求1中記載的高強度高導電性銅合金，其特征在于還含有總量為0.01～1.0質(zhì)量％的、選自Zn、P、Fe、Mg、Mn、Al、Co以及Ni中的一種以上的元素。
3.權(quán)利要求1或2中記載的高強度高導電性銅合金，其特征在于使Cr含量為0.6％以下，顯示出8％以上的延伸率。
4.權(quán)利要求1或2中記載的高強度高導電性銅合金，其特征在于使Cr含量為0.2％以下，顯示出10％以上的延伸率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種強度和加工性均優(yōu)良的、生產(chǎn)管理容易的高強度高導電性銅合金。該高強度高導電性銅合金含有Cr0.05～1.0質(zhì)量％、Zr0.05～0.25質(zhì)量％、其余為銅和不可避免的雜質(zhì)，當鄰接的結(jié)晶的方位差在5°以上時，將各結(jié)晶的間隙作為晶粒間界的場合，前述晶粒間界中的對應間界∑3的比例在10％以上。
文檔編號C22C9/00GK1598021SQ200410055300
公開日2005年3月23日 申請日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
發(fā)明者冠和樹, 深町一彥 申請人:日礦金屬加工株式會社