JPH0453945B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、強度、弾性、電気伝導性に優れ且つ
曲げ加工性、メツキ信頼性、応力緩和特性に優れ
た電気・電子部品の端子・コネクター用高強度銅
合金の製造法に関する。 〔従来の技術および発明の背景〕 プラグ側およびソケツト側の導電端子を構成す
る端子・コネクター用材料は、その形状や大きさ
を問わず、強度、弾性、応力緩和特性、耐食性等
の様々な諸特性を兼備したうえ、加工が容易で且
つ安価な材料であることが要求される。かような
端子・コネクター用材料として従来より最も普通
に使用されているものに黄銅およびリン青銅があ
る。 黄銅は成形加工性が容易で且つ安価であるとい
う長所を持つが、耐食性、耐応力腐食割れ性が悪
くて、急激な進歩を遂げている最近の電気・電子
工業における端子・コネクター用材料としては信
頼性に欠ける場合がある。一方、リン青銅は強
度、弾性、耐食性および耐応力腐食割れ性は良好
であるが、特に強度が要求される場合にはSnを
５％以上含有するために高価であり、また導電率
や応力緩和特性が悪いという欠点をもつ。 特開昭60−184655号公報、特開昭61−159541号
公報、特開昭62−50428号公報等には適量のTiと
Niを含有させた銅基合金が示されている。この
種の合金はTi−Ni系の化合物をマトリツクス中
に分散析出させることによつて強度と導電率の向
上を図ることができる。 本発明は最近の電気・電子部品の進歩に伴つて
端子・コネクター用材料に対しても厳しく要求さ
るようになつた諸特性を併せもつ材料の開発を目
的としたものであり、特にTi、Ni、Znを適量含
有させると共にその製造条件を適正に規制するこ
とによつて、強度、弾性および電気伝導性が共に
良好で且つ曲げ加工性、半田メツキ耐熱密着性、
応力緩和特性等が優れた端子・コネクター用高強
度銅合金を提供するものである。 〔発明の要旨〕 本発明合金は、重量％において、Ni：1.0〜4.0
％、Ti；0.5〜2.0％、ただし、Ni／Tiの重量百分
率の比率が1.2〜3.3の範囲、Zn：0.1〜3.0％、さ
らに場合によつては、Zr、Mg、Ｐ、Ｂのうち１
種または２種以上を単独または総計で0.01〜0.5
％含み、残部がCuおよび不可避的不純物からな
り、Ni−Ti系金属間化合物が均一微細にCuマト
リツクス中に析出した組織を有し、以下の製造法
によつて、端子・コネクター、リードフレームに
要求される諸特性を併せて具備する合金とするこ
とができる。 すなわち本発明によれば、重量％において
Ni：1.0〜4.0％、Ti；0.5〜2.0％、ただしNi／Ti
の重量百分率の比率が1.2〜3.3の範囲、Zn：0.1〜
3.0％を含み、場合によつては更にZr、Mg、Ｐ、
Ｂのうち１種または２種以上を単独または総計で
0.01〜0.5％含み、残部がCuおよび不可避的不純
物からなる銅合金の板素材を製造し、これを900
℃以上の温度で溶体化処理し、最終板厚まで冷間
圧延する途中で700〜800℃の温度で１〜60分間の
焼鈍を少なくとも１回挟んで冷間圧延し、次いで
400〜600℃の温度で５〜720分間の時効処理を行
なうことを特徴とする端子・コネクター用高強度
銅合金の製造法を提供する。特に本発明合金にお
いて冷間圧延の途中に行なう該焼鈍は、後記の実
施例で示すように時効後の特性に有利に作用し、
良好な導電率と成形加工性をバランスよく具備し
た材料とすることができる。 〔発明の詳述〕 以下に、本発明合金の添加元素の含有量の範囲
選定理由と製造条件について個別に説明する。 本発明の銅基合金はNi−Ti系金属間化合物に
よる析出強化および分散強化を図つた点に基本的
な特徴があり、このためにNiとTiは本発明合金
において不可欠の元素である。 Ti含有量は0.5％（重量％、以下同じ）未満で
はNiとの共存下でも強度、弾性の向上効果が少
ない。一方、Ti含有量が2.0％を超えると析出物
が過度に多くなつて合金の延性、曲げ加工性、メ
ツキ信頼性を低下させる。したがつて、本発明合
金のTi含有量は0.5〜2.0％の範囲とする。 Niは、Tiと化合物を形成し、強度、弾性の向
上に寄与する元素である。また、鋳造組織を微細
にし且つ溶体化処理時の結晶粒粗大化を防止する
効果がある。このような効果を発揮するには、
1.0％以上の含有が必要であるが、4.0％を超えて
含有すると、電気および熱の伝導性の低下が顕著
となる。したがつてNi含有量は1.0〜4.0％の範囲
とする。 また、NiとTiはNi−Ti系金属間化合物として
析出するときに本発明の目的が達成される。この
Ni−Ti系金属間化合物の析出による強化を十分
に発揮するには、Ni／Tiの重量百分率による比
率を1.2〜3.3の範囲にすることが必要であること
がわかつた。Ni／Ti比が1.2より小さい場合には
TiとCuとの化合物であるTi−Cu系金属間化合物
が時効析出する。このTi−Cu系金属間化合物が
析出しても電気および熱の伝導性の向上は少な
い。また、溶体化処理時に結晶粒が粗大化し易
く、従つて曲げ加工時に表面肌荒れを生じ易くな
る。このようなことからNi／Ti比は1.2以上とす
る必要がある。他方、Ni／Ti比が3.3より大きい
場合には、マトリツクスに残留するNi量が多く
なつて電気および熱の伝導性を低下させる。この
ような理由から本発明合金の特性を十分に発揮す
るにはNi／Ti比を1.2〜3.3の範囲にすることが必
要である。 Znは、本発明合金のメツキ信頼性を向上させ
る。具体的にはSnメツキやSn−Pbメツキの耐熱
密着性を向上させる。電気・電子部品に対するメ
ツキはSnメツキやSn−Pbメツキが一般である
が、本発明合金のようにNiやTiを含有する材料
にこのメツキを施した場合には、通電や環境によ
つて長時間加熱された場合にNiやTiがメツキ界
面に拡散し、メツキのSnと反応して反応拡散層
を形成することがある。この反応拡散層は脆弱で
あるのでこれが生成するとメツキが剥離し易くな
り、メツキ信頼性を低下させる。Znを適量添加
するとNiやTiのCu中での拡散が抑制され、界面
の反応拡散層の形成を効果的に抑制できる。した
がつて、本発明合金においてZnはメツキ信頼性
の向上に有益に機能する。また、Znは脱酸作用
があるので溶湯の脱酸剤にもなるし、さらに溶湯
の流れ性を良くするので鋳造性も向上させる。こ
のようなZnの添加効果を発揮するには0.1％以上
の含有が必要であるが、3.0％を超えて含有する
と伝気電導性の低下が著しくなり、また応力腐食
割れ感受性が高まり耐食性が低下する。このよう
な理由からZnの含有量は0.1〜3.0％の範囲とす
る。 Zr、Mg、Ｐ、Ｂは、本発明合金の溶製時にお
ける脱酸剤として有益である。十分な脱酸は添加
元素であるNiやTiの酸化防止にもなり、また合
金の材料特性を向上させることができる。例え
ば、ZrやMgは本発明合金の強度、弾性の改善効
果があり、ＰやＢは加工性の改善効果がある。こ
のような効果を得るには、これら元素の１種また
は２種以上を総計で0.01％以上添加すればよい。
しかし総計で0.5％を超えて含有すると電気伝導
性および曲げ加工性が低下してくる。したがつて
これらの１種または２種以上の元素の添加量は総
計で0.01〜0.5％の範囲とする。 このような成分組成に調整した本発明の銅基合
金はNi−Ti系金属間化合物を均一微細に分散析
出させることによつて近時の電気・電子部品の要
求を満足する諸特性を同時に具備した材料とする
ことができる。このような諸特性は加工の途中に
適切な熱処理条件を採用した製造法によつて有利
に発現させることができる。 以下にその製造法の詳細を説明する。 まず、Ni：1.0〜4.0％、Ti；0.5〜2.0％、ただ
し、Ni／Tiの重量百分率の比率が1.2〜3.3の範
囲、Zn：0.1〜3.0％、場合によつてはさらに、
Zr、Mg、Ｐ、Ｂのうち１種または２種以上を単
独または総計で0.01〜0.5％含み、残部がCuおよ
び不可避的不純物からなる鋳片を溶解鋳造によつ
て製造する。この溶解鋳造は不活性ガスあるいは
還元ガス雰囲気中で行なうのが望ましい。次いで
鋳片（鋳塊）を熱間圧延して熱延板を製造し、脱
スケールを行なう。 以下、この熱延板を900℃以上の温度で溶体化
処理し、最終板厚まで冷間圧延する途中で700〜
800℃の温度で１〜60分間の焼鈍を少なくとも１
回挟んで冷間圧延し、次いで400〜600℃の温度で
５〜720分間の時効処理を行なうのであるが、そ
の作用を順に説明する。 溶体化処理については900℃以上で行なうこと
が必要である。900℃未満の温度では十分に溶体
化せず、したがつて、熱延の工程で生じた粗大な
析出物が十分に消失しないので特性の向上が図れ
ない。また、900℃未満の温度では結晶粒の調整
も難しい。この溶体化処理の時期については、溶
体化処理によつて生じることもある板のうねり等
を消去し且つ適度の加工硬化を付与する意味で、
冷間圧延の前に実施するのがよい。 時効処理は、板材製造の最終工程で実施するの
であるが、これは400〜600℃の温度で５〜720分
間の条件で実施する。600℃を超える温度では析
出するNi−Ti系金属間化合物が凝集粗大化して
特性の向上が期待できなくなり、また400℃未満
の温度では析出するに要する時間が長くなり過ぎ
るので好ましくない。したがつて時効温度は400
〜600℃の範囲とする。時効時間については５分
未満では析出物の形成が不十分であり、720分を
超えるような長時間では析出物の成長のうえから
もまた経済性のうえからも好ましくない。 一方、冷間圧延では目標板厚にまで圧延するさ
いに、圧延途中で700〜800℃の温度で１〜60分間
の焼鈍を少なくとも１回挟んで冷間圧延すること
によつて、時効処理後の動電率および曲げ加工性
を一層向上させることができる。この中間焼鈍は
溶体化処理温度より低い温度で且つ時効処理温度
より高い温度で行う。すなわち700℃より低い温
度では時効析出が進んで材料が硬化しその後の圧
延性を低下させ且つ曲げ加工性が低下するので
700℃以上の温度で実施する。しかし800℃を超え
る温度では合金の軟化が著しくなり、また再結晶
しはじめることによる結晶粒の混粒が材料の曲げ
加工性を低下させる。したがつて焼鈍温度は700
〜800℃の範囲とする。焼鈍時間については１分
未満では導電率および曲げ加工性の向上効果が少
なく、60分を超えると合金の軟化が著しくなり適
度の硬さを維持できなくなるので１〜60分とす
る。 この中間焼鈍の効果は二段時効処理（一段目は
低い温度、二段目は高い温度で行なう時効処理）
の一段目のそれと似たところがあるが、組織挙動
や作用は基本的な違いがあると考えてよい。この
点は後記の実施例で説明する。 以上の熱処理を経ることによつて、Ni−Ti系
金属間化合物がCuマトリツクス中に微細且つ均
一に分散析出した組織の銅基合金の薄板が製造で
きる。この合金は、後記の実施例に示すように、
高強度、高弾性、高導電率を兼備し、且つ曲げ加
工性、メツキ信頼性、応力緩和特性等に優れるの
で、近年の電気・電子部品の軽薄短小化を可能に
する端子・コネクター用材料として好適なもので
ある。 実施例 １ 第１表にその化学成分値（重量％）を示す銅基
合金No.１〜No.11を高周波溶解炉を用いて溶製し、
40mm×40mm×140mmの鋳塊に鋳造した。溶解鋳造
雰囲気は完全に不活性ガスでシールドした。各鋳
塊を40mm×40mm×10mmの大きさに切断し、この鋳
片を950℃で熱間圧延し、厚さ３mmの熱延板を得
た。これを面削したあと１mmまで冷延し、950℃
の温度で30分間の溶体化処理を行つた。 これを水急冷、酸洗したあと、厚さ0.4mmまで
中間焼鈍なしで冷間圧延し、500℃の温度で60分
間の時効処理を施し、この処理を終えた材料を試
験材とした。なお、前述の各熱処理についてはそ
の雰囲気を不活性ガスまたは還元性ガス雰囲気と
して材料表面および内部の酸化をできるだけ抑制
した。 得られた試験材を用いて、硬度、引張強さ、ば
ね限界値、導電率、曲げ加工性、半田密着性を調
べた結果を第２表の中間焼鈍なしの欄に示した。 また、各銅基合金No.１〜No.11の板厚１mmの溶体
化処理材を板厚0.4mmまで冷間圧延するさいに、
0.6mmまで一段目の冷延を行い、次いで750℃×30
分の中間焼鈍を行つてから0.4mmまで二段目の冷
延を行つた以外は、前記例と同じ条件で時効処理
材を製造し、同様の試験を行つた結果を第２表の
中間焼鈍ありの欄に示した。 硬度、引張強さ、ばね限界値および導電率の測
定はそれぞれJISZ2244、JISZ2241、JISH3130お
よびJISH0505に従つて行つた。曲げ加工性は
90°W曲げ試験（CES−M0002−６、Ｒ＝0.4mm）
を行い、中央部山表面が良好なものを○、割れが
発生したものを×として評価した。半田密着性は
半田メツキ（デイツプ：Sn−40wt.％Pb、230℃
×5sec、弱活性ロジンフラツクス使用）をした
後、150℃の温度で720時間加熱保持後、密着曲げ
し、セロハンテープにてピーリングテストを行
い、メツキが剥離しないものを○、剥離したもの
を×として評価した。 第２表の結果から次のことが明らかである。 本発明によるNo.１〜No.７の合金は、硬度、引張
強さ、ばね限界値、導電率のバランスが優れ、且
つ曲げ加工性および半田密着性も良好である。し
たがつて端子・コネクター用高強度銅合金として
非常に優れた特性を有する合金であることがわか
る。 これに対し、Ni／Ti比が本発明で規定するよ
り大きい比較合金No.８は強度および弾性が低く、
またNi／Ti比が本発明で規定するより小さい比
較合金No.９は導電率が低い。したがつて、Niお
よびTiの量が本発明で規定する範囲にあつても
Ni／Ti比が本発明で規定する範囲外であれば材
料特性のバランスが悪くて本発明の目的が達成で
きない。 また、Znを添加していない比較合金No.10は半
田密着性が悪く、Ti含有量が本発明で規定する
量より多い比較合金No.11は曲げ加工性および半田
密着性が悪い。 そして、中間焼鈍を行なうと、行わない場合に
比べて導電率が非常に向上することが明らかであ
る。

【表】

【表】 また、第１表の本発明合金No.１と市販のリン青
銅（C5191H材 0.4mm^t）について応力緩和特性
の特定を行い、その結果を第３表に示した。その
試験は、試験片の中央部の応力が45Kgｆ／mm²にな
るようにＵ字曲げを行い、150℃の温度で500時間
保持後の曲げぐせを応力緩和率として次式により
算出した。 応力緩和率（％）＝｛（L₁−L₂）／（L₁−L₀）｝×
100 ただし、 L₀：治具の長さ（mm） L₁：開始時の試料長さ（mm） L₂：処理後の試料端間の水平距離（mm）

【表】 第３表からは、本発明合金は従来の代表的な端
子・コネクター用材料であるリン青銅に比べて応
力緩和率が低く、応力緩和特性が優れていること
がわかる。 実施例 ２ 第１表のNo.７の化学成分を有する合金を製造条
件を変えて製造した。各製造条件は次のとおりで
ある。 (1) 実施例１の中間焼鈍なしのものに同じ。 (2) 実施例１の中間焼鈍ありのものに同じ。すな
わち板厚１mmの溶体化処理材を板厚0.4mmまで
冷間圧延するさいに、0.6mmまで一段目の冷延
を行い、次いで中間焼鈍を行つてから0.4mmま
で二段目の冷延を行つた以外は実施例１と同じ
とした。そのさいの中間焼鈍は750℃×30分で
ある。 (3) 溶体化処理を850℃×30分とした以外は実施
例１の中間焼鈍なしのものと同じ（溶体化処理
温度が低い比較例）。 (4) 溶体化処理を900℃×30分とし、そして時効
処理を390℃×60分とした以外は実施例１の中
間焼鈍なしのものと同じとした（時効処理温度
が低い比較例）。 (5) 溶体化処理を900℃×30分とし、そして時効
処理を610℃×30分とした以外は実施例１の中
間焼鈍なしのものと同じとした（時効処理温度
が高い比較例）。 (6) 中間焼鈍の条件を820℃×30分とした以外は
前記の(2)と同じとした。 (7) 中間焼鈍の条件を680℃×30分とした以外は
前記の(2)と同じとした。 得られた各材料を実施例１と同じ測定法で試験
し、硬度、引張強さ、ばね限界値、導電率および
曲げ加工性を調べ、その結果を第４表に示した。

【表】 第４表から明らかなように、本発明法にしたが
つて製造した(2)の合金は、硬度、引張強さ、ばね
限界値および導電率のバランスに優れ且つ曲げ加
工性が良好であるのに対し、溶体化処理温度の低
い比較例(3)、時効温度の低い比較例(4)、時効温度
の高い比較例(5)のものは、強度、弾性、導電率の
バランスが悪く、また(3)と(5)のものは更に曲げ加
工性も悪いことがわかる。 そして、中間焼鈍温度の高い比較例(6)のもの
は、硬度、引張強さ、ばね限界値、曲げ加工性に
劣つている。これは、焼鈍温度が高すぎるために
Ni−Ti系化合物の析出核が生成せず、或いは生
成しても再固溶し、さらには再結晶が起こり始め
て混粒となり、強度や曲げ加工性に悪影響を及ぼ
していると考えられる。 他方、中間焼鈍温度の低い比較例(7)のもので
は、強度は優れるものの曲げ加工性が劣化してい
る。これは、焼鈍温度が低すぎ、Ni−Ti系化合
物が転位線上或いは粒界等に次々に析出し成長す
る温度域に入り、このため時効析出による内部ひ
ずみの上昇が過度に大きくなつてその後の冷間圧
延と時効処理によつても強度と導電率等は向上で
きても成形加工性は向上できないものと考えられ
る。なおこの比較例(7)とほぼ同等の温度を最終時
効温度とした場合にも、先の比較例(5)に見られる
ようにばね限界値と曲げ加工性が悪くなる。 このように溶体化処理後、時効処理前の冷間圧
延途中において本発明合金に700〜800℃×１〜60
分の中間焼鈍を行なうことは強度、弾性、電気伝
導性および成形加工性をバランス良く具備した端
子・コネクター材料を得る上で有益な作用を供す
る。かような作用が奏される理由としては、既に
900℃以上の温度で溶体化処理が行われているの
で、添加元素のNi、Ti等は十分に再固溶してお
り、また均一粒に結晶粒が調整されていること、
焼鈍前の過飽和固溶体の板材に圧延加工が加えら
れているので転位が導入され析出物の核生成場所
が多数存在すること、さらには、この焼鈍温度に
おいてNi−Ti系化合物の析出核の生成・析出・
成長が起きるが、引き続き行なう圧延加工と時効
処理によつて更に該化合物を均一且つ微細に析出
させることができ、このためマトリツクス中に固
溶するNi、Tiが可能な限り減少すること、等が
考えられる。 以上のように、本発明法によれば、高強度、高
弾性、高伝導性を有し、且つ曲げ加工性、メツキ
信頼性、応力緩和特性に優れた端子・コネクター
用高強度銅合金が得られ、近年の電気・電子部品
の軽薄短小化、回路の高密度化に十分に対応でき
る有益な材料を提供できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％において、Ni：1.0〜4.0％、Ti；0.5
   〜2.0％、ただし、Ni／Tiの重量百分率の比率が
   1.2〜3.3の範囲、Zn：0.1〜3.0％を含み、残部が
   Cuおよび不可避的不純物からなる銅合金の板素
   材を製造し、これを900℃以上の温度で溶体化処
   理し、最終板厚まで冷間圧延する途中で700〜800
   ℃の温度で１〜60分間の焼鈍を少なくとも１回挟
   んで冷間圧延し、次いで400〜600℃の温度で５〜
   720分間の時効処理を行なうことを特徴とする端
   子・コネクター用高強度銅合金の製造法。 ２ 重量％において、Ni：1.0〜4.0％、Ti；0.5
   〜2.0％、ただし、Ni／Tiの重量百分率の比率が
   1.2〜3.3の範囲、Zn：0.1〜3.0％を含み、更にZr、
   Mg、Ｐ、Ｂのうち１種または２種以上を単独ま
   たは総計で0.01〜0.5％含み、残部がCuおよび不
   可避的不純物からなる銅合金の板素材を製造し、
   これを900℃以上の温度で溶体化処理し、最終板
   厚まで冷間圧延する途中で700〜800℃の温度で１
   〜60分間の焼鈍を少なくとも１回挟んで冷間圧延
   し、次いで400〜600℃の温度で５〜720分間の時
   効処理を行なうことを特徴とする端子・コネクタ
   ー用高強度銅合金の製造法。