JPH10280073A - 耐食性銅材及びその製造方法 - Google Patents

耐食性銅材及びその製造方法

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JPH10280073A
JPH10280073A JP9100889A JP10088997A JPH10280073A JP H10280073 A JPH10280073 A JP H10280073A JP 9100889 A JP9100889 A JP 9100889A JP 10088997 A JP10088997 A JP 10088997A JP H10280073 A JPH10280073 A JP H10280073A
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atomic
corrosion
copper
silicon atoms
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JP9100889A
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Masachika Yoshino
正親 吉野
Toshio Shiobara
利夫 塩原
Naoya Noguchi
直也 野口
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 ケイ素原子を10〜50原子%含む銅合
金からなる10〜1000オングストローム厚さの表面
層を有する耐食性銅材。この銅材はケイ素原子を0.0
1〜5原子%含有する銅材を、水素含有量0.5体積%
以上の雰囲気ガスの存在下、100〜600℃の温度で
焼鈍処理を行って、銅材の表面にケイ素原子を10〜5
0原子%含む銅合金からなる10〜1000オングスト
ローム厚さの表面層を形成することによって得ることが
できる。 【効果】 本発明の耐食性銅材は、熱或いは経時による
表面の腐食が少ないため、耐熱性を必要とする自動車、
電気用として好ましく、更に電線として利用可能なばか
りか、半導体装置のリードフレームにも好適である。ま
た、本発明の製造方法によれば、かかる耐食性銅材を容
易かつ確実に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は経時変化や熱による
表面の腐食(酸化劣化)がほとんど起こらない耐食性銅
材及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
銅材は比較的安定で柔らかい金属であるため、神社仏閣
などの屋根材、オブジェ等の芸術作品などに用いられる
ほか、銀に次いで高い熱伝導性、電気電導性を有するた
め、電線、半導体装置のリードフレームなど電気用金属
材料としては欠くことのできない金属材料として用いら
れている。しかし、金銀に比べ反応し易い金属であるた
め、酸化され易く、経時変化や熱によって表面が腐食す
るという問題点があり、耐熱性が要求される自動車、電
気用途に用いられる場合は、ニッケル、パラジウム等で
メッキをして用いられるのが通常であった。しかし、ニ
ッケル等でメッキした場合、外観の点で本来銅が有して
いた赤味が失われたり、表面の加工が困難になったりし
ていた。
【0003】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
銅表面をメッキせずとも、経時変化や熱によって銅表面
が腐食されず、安定性がよい耐食性銅材及びその製造方
法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った
結果、銅材に表面層としてケイ素原子を10〜50原子
%含有する銅合金層を10〜1000オングストローム
厚さで形成した場合、この銅材はニッケルなどで表面に
メッキ層を形成しなくとも、経時変化や熱による腐食が
少なくなることを見出した。また、このような表面層を
有する銅材は、ケイ素原子を0.01〜5原子%含有す
る銅材を、水素を0.5体積%以上含有する雰囲気ガス
中において100〜600℃の温度で焼鈍処理を行うこ
とにより、容易に製造し得ることを知見し、本発明をな
すに至った。
【0005】即ち、本発明は、(1)ケイ素原子を10
〜50原子%含む銅合金からなる10〜1000オング
ストローム厚さの表面層を有することを特徴とする耐食
性銅材、及び、(2)ケイ素原子を0.01〜5原子%
含有する銅材を、水素含有量0.5体積%以上の雰囲気
ガスの存在下、100〜600℃の温度で焼鈍処理を行
って、銅材の表面にケイ素原子を10〜50原子%含む
銅合金からなる10〜1000オングストローム厚さの
表面層を形成することを特徴とする耐食性銅材の製造方
法を提供する。
【0006】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
【0007】本発明の耐食性銅材は、上述したようにケ
イ素原子を10〜50原子%、好ましくは12〜30原
子%含有する銅合金からなる厚さ10〜1000オング
ストロームの表面層が形成されたものである。
【0008】この表面層を形成する銅合金層中のケイ素
原子含有量が10原子%未満では銅材表面の腐食を防止
する効果が少なく、また、50原子%より多く含む銅合
金では、銅材としての性能(電気電導性、熱伝導性)を
低下させる。この表面のケイ素原子を10〜50原子%
含む銅合金層の厚さは銅材表面から少なくとも10オン
グストロームであることが必要であるが、好ましくは2
5オングストローム以上、更に好ましくは50オングス
トローム以上あるものが望ましい。なお、銅材表面の腐
食を防止することから1000オングストロームを超え
る厚さは必要ではない。
【0009】また、この表面層のケイ素原子を10〜5
0原子%含む銅合金層におけるケイ素原子含有濃度は必
ずしも均一である必要はなく、表面より中心に近くなる
ほどケイ素原子含有濃度は少なくてもよい。しかし、少
なくとも表面から10オングストロームまでの間は、ケ
イ素原子を10原子%以上含むことが必要である。
【0010】この場合、上記表面層以外の部分における
銅材の組成は、通常の銅を50原子%以上含有する純銅
又は銅合金からなる銅材組成とすることができ、銅以外
の他元素の含有量が50原子%未満、通常0〜45原子
%、特に0.001〜30原子%の組成とすることがで
きるが、ケイ素原子を0.01〜5原子%含有するCu
−Ni−Si(コルソン系)合金等の合金組成とするこ
とが有効である。なお、上記表面層における銅及びケイ
素以外の他元素含有量は0〜45原子%、特に0.00
01〜25原子%であることが好ましい。ここで、銅、
ケイ素以外の他元素としては、Ni,Ag,Au,S
n,Fe,P,Cr,Zn,Zr,Mg,Te,Ti,
Co等を挙げることができる。
【0011】本発明の耐食性銅材は、ケイ素原子を含ま
ない純銅或いは銅合金を金属ケイ素の液体にドーピング
して得られるが、市販しているCu−Ni−Si(コル
ソン系)銅合金のようなケイ素を有する銅材を、通常の
金属の焼鈍処理を行っている条件を通過させることによ
り容易に得ることができる。市販しているケイ素を有す
る銅材には、OMCL−1(三菱伸銅製)、KLF−1
(神戸製鋼社製)、KLF−116(神戸製鋼社製)、
KLF−125(神戸製鋼社製)、NK164(日本マ
イニング製)、C−7025(オーリンブラス製)など
がある。
【0012】これらのケイ素を含有する銅材はいずれも
通常ケイ素原子を0.01〜5原子%含有しているた
め、水素含有量0.5体積%以上の雰囲気ガス存在下、
100〜600℃の温度で焼鈍処理を行うことにより、
容易に銅材の表面に10〜1000オングストローム厚
さのケイ素原子を10〜50原子%含む銅合金の層を形
成することができる。従って、このような点から、本発
明の銅材を構成する銅基材としてはケイ素原子を0.0
1〜5原子%、特に0.05〜3原子%含む銅合金を用
いることが好ましい。
【0013】なお、上記焼鈍処理は、上述したように1
00〜600℃、好ましくは200〜500℃で行うも
ので、100℃より低いと銅材の表面のケイ素原子を多
く含む合金の層が十分に形成されない場合があり、60
0℃より高いと再結晶化が起こり、銅材の伸びなどの機
械的性質が低下する場合がある。
【0014】この焼鈍処理の時間は前記条件のもとで3
0秒〜2時間、より好ましくは1分〜1時間である。3
0秒未満では十分な焼鈍処理が行えず、2時間を超える
と表面層のケイ素原子濃度が高くなりすぎ、銅材として
の性能が低下する。銅材は通常、冷間加工による硬化を
除去するために焼鈍処理を行っているが、本発明におい
ては、この焼鈍処理をローラーハース式焼鈍炉、ベル型
焼鈍炉のような間接加熱方式又は電気加熱方式の熱処理
炉などにて行うことができ、この場合、雰囲気ガスを使
用して雰囲気制御することができる。雰囲気ガスとして
は上述したように、水素濃度が0.5体積%以上、好ま
しくは0.8体積%以上、より好ましくは1〜99.8
体積%のDXガス、NXガスのような発熱型雰囲気ガス
や、AXガス、SAXガスのような吸熱型雰囲気ガスを
使用することができ、場合によっては水素ガスが用いら
れる。
【0015】このように水素含有量0.5体積%以上の
雰囲気ガスの下で100〜600℃で0.5分〜2時間
焼鈍処理を行うことにより、銅材は表面から少なくとも
10オングストロームの間、ケイ素原子を10原子%以
上含む銅合金で覆われてしまうため、より簡便に本発明
の耐食性銅材を得ることができる。
【0016】
【発明の効果】本発明の耐食性銅材は、熱或いは経時に
よる表面の腐食が少ないため、耐熱性を必要とする自動
車、電気用として好ましく、更に電線として利用可能な
ばかりか、半導体装置のリードフレームにも好適であ
る。また、本発明の製造方法によれば、かかる耐食性銅
材を容易かつ確実に製造することができる。
【0017】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。
【0018】〔実施例1〕コルソン系銅材KLF−1
(神戸製鋼社製、Ni含有量3.4原子%、Si含有量
1.5原子%、Zn含有量0.3原子%)を水素ガス
8.2体積%含むDXガス(CO27.0体積%、CO
10.2体積%、CH40.5体積%、N274体積%)
の雰囲気下、350℃で10分間焼鈍処理を行った。
【0019】得られた銅材の表面をX線ワイドスキャン
スペクトルで表面分析を行ったところ、ケイ素原子量は
28原子%であった。
【0020】更に、この銅材をArスパッタしてその表
面25オングストロームを除去し、X線ワイドスキャン
スペクトルで同様に表面分析を行ったところ、ケイ素原
子量は15原子%であった。
【0021】この銅材の耐腐食性を見るため、大気中
(酸素の存在下)で200℃、4時間の酸化加速試験を
行った。その結果を表1に示す。
【0022】また、水蒸気飽和状態中での耐腐食性を見
るため、プレッシャークッカー120℃、湿度100%
で98時間の加速試験を行った。その結果を表1に示
す。
【0023】〔実施例2〜5〕実施例1と同じ銅材KL
F−1を水素ガス75体積%含むAXガス(N225体
積%)の雰囲気下、表1に示す温度、時間で焼鈍処理を
行った。
【0024】得られた銅材の表面をX線ワイドスキャン
スペクトルで表面分析を行った。更に、これらの銅材を
Arスパッタしてその表面25オングストロームを除去
し、X線ワイドスキャンスペクトルで同様に表面分析を
行った。その結果を表1に示す。
【0025】これらの銅材につき実施例1と同じ加速試
験を行い、耐腐食性を調べた。その結果を表1に示す。
【0026】〔実施例6〕コルソン系銅材NK164
(日本マイニング製、Ni含有量1.7原子%、Si含
有量0.9原子%、Zn含有量0.4原子%)を水素ガ
ス75体積%含むAXガス(N225体積%)の雰囲気
下、400℃で30分間焼鈍処理を行った。
【0027】得られた銅材の表面をX線ワイドスキャン
スペクトルで表面分析を行った。更に、この銅材をAr
スパッタしてその表面25オングストロームを除去し、
X線ワイドスキャンスペクトルで同様に表面分析を行っ
た。その結果を表1に示す。
【0028】この銅材につき実施例1と同じ加速試験を
行い、耐腐食性を調べた。その結果を表1に示す。
【0029】〔比較例1、2〕比較のために、焼鈍処理
を行わない実施例と同じ銅材KLF−1、NK164の
表面及びArスパッタしてその表面25オングストロー
ムを除去した銅材につき、X線ワイドスキャンスペクト
ルで同様に表面分析を行った。その結果を表1に示す。
【0030】これらの銅材につき実施例1と同じ加速試
験を行い、耐腐食性を調べた。その結果を表1に示す。
【0031】
【表1】 劣化せず・・・やや赤味を帯びた光沢のある表面で、加
速試験前の銅材と変化なかった。 黒褐色に変色・・・黒褐色になり光沢の無い表面で、腐
食している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 直也 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越化 学工業株式会社磯部工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケイ素原子を10〜50原子%含む銅合
    金からなる10〜1000オングストローム厚さの表面
    層を有することを特徴とする耐食性銅材。
  2. 【請求項2】 ケイ素原子を0.01〜5原子%含有す
    る銅材を、水素含有量0.5体積%以上の雰囲気ガスの
    存在下、100〜600℃の温度で焼鈍処理を行って、
    銅材の表面にケイ素原子を10〜50原子%含む銅合金
    からなる10〜1000オングストローム厚さの表面層
    を形成することを特徴とする耐食性銅材の製造方法。
JP9100889A 1997-04-03 1997-04-03 耐食性銅材及びその製造方法 Pending JPH10280073A (ja)

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