Cu-Ni-Si類銅合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供強(qiáng)度、導(dǎo)電率和撓曲變位系數(shù)均優(yōu)異的Cu-Ni-Si類銅合金。一種Cu-Ni-Si類銅合金，以質(zhì)量%計含有1.2～4.5%的Ni、0.25～1.0%的Si，剩余部分由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，以來自軋制面中的{111}面的X射線衍射強(qiáng)度為I{111}、以純銅粉末標(biāo)準(zhǔn)樣品中的{111}面的X射線衍射強(qiáng)度為I0{111}時，I{111}/I0{111}為0.15以上，以來自軋制面中的{200}面的X射線衍射強(qiáng)度為I{200}、以純銅粉末標(biāo)準(zhǔn)樣品中的{200}面的X射線衍射強(qiáng)度為I0{200}時，I{200}/I0{200}為0.5以下，以來自軋制面中的{220}面的X射線衍射強(qiáng)度為I{220}、以來自{311}面的X射線衍射強(qiáng)度為I{311}時，I{111}/(I{111}+I{200}+I{220}+I{311})為0.2以上，軋制直角方向的撓曲變位系數(shù)為130GPa以上，軋制直角方向的屈服強(qiáng)度YS滿足下式：YS≥-22×(Ni質(zhì)量%)2+215×(Ni質(zhì)量%)+422，軋制直角方向的導(dǎo)電率為30%IACS以上。
【專利說明】Cu-Ni-Si類銅合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合于例如連接器、端子、繼電器、開關(guān)等導(dǎo)電性彈性材料的Cu-Ni-Si 類銅合金。

【背景技術(shù)】
[0002] -直以來，作為端子或連接器的材料，使用作為固溶強(qiáng)化型合金的黃銅或磷青銅。 然而，隨著電子設(shè)備的輕量化和小型化，端子或連接器也發(fā)生薄壁化、小型化，對于其中所 使用的材料希望具有高強(qiáng)度和高撓曲性。而且，在汽車的發(fā)動機(jī)室附近等高溫環(huán)境下使用 的連接器中，因應(yīng)力緩和現(xiàn)象導(dǎo)致連接器接觸壓力降低，所以要求使用耐應(yīng)力緩和性良好 的材料。因此，正在開發(fā)通過析出強(qiáng)化而具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性的Cu-Ni-Si類銅合金（科 森銅合金）（專利文獻(xiàn)1)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1:國際公開第W0 2011/068134號（段落0004、0051、表2)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明所要解決的課題 然而，在連接器所使用的材料中，為了通過彈性以較小的位移產(chǎn)生較大的荷重（接觸 壓力），希望具有高撓曲變位系數(shù)。另一方面，為了降低連接器的制造成本，專利文獻(xiàn)1記載 的Cu-Ni-Si類銅合金特意將楊氏模量（相當(dāng)于撓曲變位系數(shù)）降低至llOGPa以下，無法 實現(xiàn)撓曲變位系數(shù)的提高。另外，在專利文獻(xiàn)1中，作為比較例2-2,記載著撓曲變位系數(shù) (楊氏模量）超過130GPa的例子（專利文獻(xiàn)1的表2)，但其強(qiáng)度（0? 2%耐力）低。認(rèn)為其 原因在于：固溶處理后的冷軋的總加工度低至50%以下（專利文獻(xiàn)1的段落0051)。
[0005] 本發(fā)明為了解決上述課題而設(shè)，目的在于提供一種強(qiáng)度、導(dǎo)電率和撓曲變位系數(shù) 均優(yōu)異的Cu-Ni-Si類銅合金。
[0006] 用于解決課題的方法 本發(fā)明人對制造條件進(jìn)行研究，通過提高作為使撓曲變位系數(shù)提高的方位的{111}面 的集成度、并降低作為使撓曲變位系數(shù)降低的方位的{200}面的集成度，成功地同時提高 了強(qiáng)度、導(dǎo)電率和撓曲變位系數(shù)。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的Cu-Ni-Si類銅合金含有以質(zhì)量％計為1.2?4.5% 的Ni、0. 25?1. 0%的Si，剩余部分由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，以來自軋制面中的{111} 面的X射線衍射強(qiáng)度為1{111}、以純銅粉末標(biāo)準(zhǔn)樣品中的{111}面的X射線衍射強(qiáng)度為 1。{111}時，1{111}/1。{111}為0. 15以上，以來自車L制面中的{200}面的X射線衍射強(qiáng)度 為I{200}、以純銅粉末標(biāo)準(zhǔn)樣品中的{200}面的X射線衍射強(qiáng)度為I。{200}時，I{200}/ I。{200}為0.5以下，以來自車L制面中的{220}面的X射線衍射強(qiáng)度為I{220}、以來自{311} 面的X射線衍射強(qiáng)度為 1{311}時，1{111}八1{111}+1{200}+1{220}+1{311})為 0. 2 以 上，乳制直角方向的撓曲變位系數(shù)為130GPa以上，乳制直角方向的屈服強(qiáng)度YS滿足下式： 丫5彡-22\(附質(zhì)量％)2+215\(附質(zhì)量％)+422，乳制直角方向的導(dǎo)電率為30%^^3以上。
[0008] 晶體粒徑優(yōu)選為20?100// m。
[0009] 優(yōu)選進(jìn)一步含有以總量計為0. 005?2. 5質(zhì)量％的選自Mg、Mn、Sn、Zn、Co和Cr 的至少一種以上，或者進(jìn)一步含有以總量計為0. 005?1. 0質(zhì)量％的選自P、B、Ti、Zr、Al、 Fe和Ag的至少一種以上。
[0010] 發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明，可得到強(qiáng)度、導(dǎo)電率和撓曲變位系數(shù)均優(yōu)異的CU-Ni-Si類銅合金。

【具體實施方式】
[0011] 以下，對本發(fā)明的實施方式所涉及的Cu-Ni-Si類銅合金進(jìn)行說明。需要說明的 是，在本發(fā)明中，只要沒有特別說明，則"％"是指"質(zhì)量％"。
[0012] (組成）
[Ni和Si] 使銅合金中的Ni濃度達(dá)到1. 2?4. 5%、Si濃度達(dá)到0. 25?1. 0%。Ni和Si通過施行 適當(dāng)?shù)臒崽幚矶纬山饘匍g化合物，不使導(dǎo)電率劣化而提高強(qiáng)度。
[0013] Ni和Si的含量若不足上述范圍，則無法得到提高強(qiáng)度的效果，若超過上述范圍， 則導(dǎo)電性降低，同時熱加工性降低。
[0014] [其他添加元素] 合金中還可以含有以總量計為0. 005?2. 5質(zhì)量％的選自Mg、Mn、Sn、Zn、Co和Cr的 至少一種以上。
[0015] Mg提高強(qiáng)度和耐應(yīng)力緩和特性。Mn提高強(qiáng)度和熱加工性。Sn提高強(qiáng)度。Zn提高 焊接部的耐熱性。由于Co和Cr與Ni同樣地與Si形成化合物，所以通過析出固化不使導(dǎo) 電率劣化而提高強(qiáng)度。
[0016] 另外，合金中還可以含有以總量計為0. 005?1.0質(zhì)量％的選自P、B、Ti、Zr、Al、 Fe和Ag的至少一種以上。含有這些元素時，導(dǎo)電率、強(qiáng)度、應(yīng)力緩和特性、電鍍性等產(chǎn)品特 性得到改善。
[0017] 需要說明的是，上述各元素的總量若不足上述范圍，則無法得到上述效果，若超過 上述范圍，則有時會導(dǎo)致導(dǎo)電率降低。
[0018] [X射線衍射強(qiáng)度] 以來自軋制面中的{111}面的X射線衍射強(qiáng)度為1{111}、以純銅粉末標(biāo)準(zhǔn)樣品中的 {111}面的X射線衍射強(qiáng)度為時，為0. 15以上，以來自軋制面 中的{200}面的X射線衍射強(qiáng)度為I{200}、以純銅粉末標(biāo)準(zhǔn)樣品中的{200}面的X射線 衍射強(qiáng)度為I。{200}時，1{200}/1。{200}為0.5以下，并且，以來自軋制面中的{220}面 的X射線衍射強(qiáng)度為I{220}、以來自{311}面的X射線衍射強(qiáng)度為I{311}時，I{111}/ (1{111}+1{200}+1{220}+1{311})為 0? 2 以上。
[0019] 反映{111}面的集成度，1{200}/1。{200}反映{200}面的集成度， IUIIVIJIII}不足0. 15時，作為提高撓曲變位系數(shù)的方位的{111}面的集成度變低，而 1(200}/%{200}超過0.5時，作為降低撓曲變位系數(shù)的方位的{200}面的集成度變高，所以 撓曲變位系數(shù)不會提高。
[0020] 另夕卜，若 1{111}八1{111}+1{200}+1{220}+1{311})不足 0? 2,則作為提高 撓曲變位系數(shù)的方位的{111}面的集成度變低，所以撓曲變位系數(shù)不會提高。需 要說明的是，（1{111}+1{200}+1{220}+1{311})是軋制面的主要方位，1{111}/ (1{111}+1{200}+1{220}+1{311})大致反映{111}面的集成度。
[0021] [撓曲變位系數(shù)、強(qiáng)度和導(dǎo)電率] 軋制直角方向的撓曲變位系數(shù)為130GPa以上，乳制直角方向的屈服強(qiáng)度YS滿足下式： 丫5彡-22\(附質(zhì)量％)2+215\(附質(zhì)量％)+422，乳制直角方向的導(dǎo)電率為30%^^3以上。
[0022] 撓曲變位系數(shù)依據(jù)日本伸銅協(xié)會技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JCBAT312:2002)來測定，屈服強(qiáng)度 YS依據(jù)JIS-Z2241來測定，并依據(jù)JIS-H0505通過四端子法測定導(dǎo)電率（%IACS)。需要說明 的是，作為類似于撓曲變位系數(shù)的指標(biāo)有楊氏模量，但楊氏模量采用拉伸試驗中得到的值， 相對于此，撓曲變位系數(shù)是指，在不超出彈性極限的范圍內(nèi)對懸臂梁施加荷重，由其荷重變 形量（t量）算出的值。因此，認(rèn)為撓曲變位系數(shù)更能反映連接器用彈簧接觸部的接 觸壓力，因此在本發(fā)明中采用撓曲變位系數(shù)。
[0023][晶體粒徑] 優(yōu)選使合金的晶體粒徑達(dá)到20?100//m。晶體粒徑不足20//m時，{111}面的集成度 不會變高，所以有時撓曲變位系數(shù)不會提高。若晶體粒徑超過100#m，則有時強(qiáng)度因粒徑的 粗大化而降低。
[0024] 需要說明的是，晶體粒徑依據(jù)JIS-H0501的切割法來測定。
[0025] 本發(fā)明的Cu-Ni-Si類銅合金，通常可以在將鑄錠熱軋和平面切削后，進(jìn)行第1冷 車U重結(jié)晶退火、第2冷軋、固溶處理、第3冷軋、時效處理、最終冷軋而制得。在最終冷軋之 后可以進(jìn)行去應(yīng)力退火。
[0026] 重結(jié)晶退火在650°C以上進(jìn)行。重結(jié)晶退火溫度不足650°C時，{111}面的集成度 不會變高，撓曲變位系數(shù)不會提高。重結(jié)晶退火溫度越高越好，但即使超過800°C，{111}面 的集成度變高的效果也會達(dá)到飽和，導(dǎo)致成本上升，所以優(yōu)選800°C以下。
[0027] 第2冷軋以超過50%的加工度進(jìn)行。若加工度不足50%，則{111}面的集成度不會 變高，而{200}面的集成度變高，所以撓曲變位系數(shù)不會提高。
[0028] 在800?1000°C下進(jìn)行固溶處理。固溶處理溫度不足800°C時，Ni和Si未充分 固溶而強(qiáng)度降低，同時晶體粒徑不足20//m。若固溶處理溫度超過1000°C，則晶體粒徑超過 100// m〇
[0029]不進(jìn)行第3冷軋（0%)、或者以50%以下的加工度進(jìn)行。若加工度超過50%，則撓曲 變位系數(shù)和強(qiáng)度的提高效果達(dá)到飽和。
[0030] 時效處理在400?550°C下進(jìn)行。
[0031] 最終冷軋以30?80%的加工度進(jìn)行。若加工度不足30%，則強(qiáng)度降低，而若加工度 超過80%，則撓曲變位系數(shù)和強(qiáng)度的提高效果達(dá)到飽和。
[0032] 以固溶處理后的冷軋（第3冷軋和最終冷軋）的總加工度超過50%來進(jìn)行。總加 工度為50%以下時，{111}面的集成度不會變高，撓曲變位系數(shù)不會提高，同時強(qiáng)度也不會 提_。
[0033] 需要說明的是，重結(jié)晶退火具有提高撓曲變位系數(shù)的效果，通過進(jìn)行第3冷軋和 最終冷軋的總加工度超過50%的強(qiáng)加工，使強(qiáng)度和撓曲變位系數(shù)同時提高。 實施例
[0034] 在大氣熔解爐中熔解電解銅，加入規(guī)定量的表1所示的添加元素，攪拌金屬溶液。 之后，在1l〇〇°C的澆鑄溫度下澆鑄到鑄模中，得到表1所示組成的銅合金鑄錠。對鑄錠進(jìn)行 平面切削后，依次進(jìn)行熱軋、第1冷軋、重結(jié)晶退火、第2冷軋、固溶處理、第3冷軋、時效處 理、最終冷軋，得到板厚為0.2mm的樣品。在最終冷軋后進(jìn)行去應(yīng)力退火（400°CX30秒）。
[0035] 需要說明的是，熱軋在1000°C下進(jìn)行3小時，時效處理在400°C?550°C下進(jìn)行 1?15小時。重結(jié)晶退火、第2冷軋、固溶處理、以及固溶處理以后的冷軋（第3冷軋和最 終冷軋）的條件見表1。
[0036] <評價> 對所得樣品進(jìn)行以下項目的評價。
[0037][平均晶體粒徑] 關(guān)于固溶處理后的樣品，對寬20mmX長20mm的樣品進(jìn)行電解研磨后，使用飛利浦公司 制造的FE-SEM觀察反射電子圖像。觀察倍率為500倍，對于5個視野的圖像，利用JISH0501 中規(guī)定的切割法求出晶體粒徑，算出平均值。
[0038] [X射線衍射強(qiáng)度] 使用X射線衍射儀（株式會社Rigaku制造的RINT2500)進(jìn)行各樣品的標(biāo)準(zhǔn)測定，利用 附帶軟件分別算出來自軋制面中的{111}面、{200}面、{220}面、{311}面的X射線衍射強(qiáng) 度的積分強(qiáng)度。另外，對純銅粉末標(biāo)準(zhǔn)樣品（325篩目）也進(jìn)行相同的測定，測定來自各面 的X射線衍射強(qiáng)度。需要說明的是，作為X射線照射條件，使用Cu靶，管電壓為25kV，管電 流為20mA。
[0039][撓曲變位系數(shù)和屈服強(qiáng)度] 對于各樣品沿軋制直角方向進(jìn)行拉伸試驗，依據(jù)JISZ2241求出屈服強(qiáng)度YS。撓曲變位 系數(shù)依據(jù)日本伸銅協(xié)會技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JCBAT312:2002)來測定。
[0040] [導(dǎo)電率] 對于各樣品，依據(jù)JISH0505,使用雙電橋裝置通過四端子法求出體積電阻率，再由體積 電阻率算出導(dǎo)電率（%IACS)。
[0041] 所得結(jié)果見表1、表2。
[0042] [表 1]

【權(quán)利要求】
1. Cu-Ni-Si類銅合金，其中， 以質(zhì)量％計含有1. 2?4. 5%的Ni、0. 25?1. 0%的Si，剩余部分由Cu和不可避免的雜 質(zhì)構(gòu)成， 以來自軋制面中的{111}面的X射線衍射強(qiáng)度為IU11}、以純銅粉末標(biāo)準(zhǔn)樣品中的 {111}面的X射線衍射強(qiáng)度為時，為0. 15以上， 以來自軋制面中的{200}面的X射線衍射強(qiáng)度為1{200}、以純銅粉末標(biāo)準(zhǔn)樣品中的 {200}面的X射線衍射強(qiáng)度為I。{200}時，I {200}/1。{200}為0.5以下， 以來自軋制面中的{220}面的X射線衍射強(qiáng)度為I {220}、以來自{311}面的X射線衍 射強(qiáng)度為 時，1{111}八1{111}+1{200}+1{220} +1{311})為 0· 2 以上， 軋制直角方向的撓曲變位系數(shù)為130GPa以上， 軋制直角方向的屈服強(qiáng)度YS滿足下式：YS彡-22X (Ni質(zhì)量％)2+215X (Ni質(zhì) 量％)+422， 軋制直角方向的導(dǎo)電率為30%IACS以上。
2. 權(quán)利要求1所述的Cu-Ni-Si類銅合金，其中，晶體粒徑為20?100// m。
3. 權(quán)利要求1或2所述的Cu-Ni-Si類銅合金，其中，還含有以總量計為0. 005?2. 5 質(zhì)量％的選自Mg、Mn、Sn、Zn、Co和Cr的至少一種以上。
4. 權(quán)利要求1或2所述的Cu-Ni-Si類銅合金，其中，還含有以總量計為0. 005?1. 0 質(zhì)量％的選自？、8、11、21'31、？6和48的至少一種以上。
【文檔編號】C22F1/00GK104271784SQ201380021696
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月24日
【發(fā)明者】桑垣寬 申請人:Jx日礦日石金屬株式會社