Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种具有稳定的高强度和良好的缓和特性，而且制造性好的Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｍｇ系铜合金条。所述Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｍｇ系铜合金条为含有１．０～４．５质量％的Ｎｉ、相对Ｎｉ的质量％浓度含有１／６～１／４的浓度的Ｓｉ、进一步含有Ｍｇ的铜合金，其特征在于，调整Ｍｇ浓度以及Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ和Ｂｉ的等效浓度（Ｔ）在２４Ｔ＋０．０１≤［％Ｍｇ］≤０．２０及Ｔ≤０．００５的范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铜合金，其具有高强度、耐应力松弛特性、导电性等，适合用作半导体仪器的引线架材料及连接器、端子、继电器、开关等的导电性弹簧材料。
技术介绍
对于引线架材料、端子、连接器等中使用的电子材料用铜合金，要求其合金的基本特性兼有高强度、高导电性或热传导性等。另外，在上述特性以外还要求其具有弯曲加工性、耐应力松弛特性、耐热性、与镀层的密合性、焊锡浸润性、蚀刻加工性、冲压性、耐腐蚀性等。专利文献1特开昭61-250134专利文献2特开平05-345941专利文献3特开平09-209062专利文献4特开昭63-297531专利文献5特开平05-059468一方面，随着近年来的电子部件的小型化、高集成化，在引线架、端子、连接器中，正在向引线数增加且间距窄化方向发展，部件形状也在复杂化。同时，对组装时及组装后可靠性的要求也在提高。在这样的背景条件下，对上述的铜合金原材料的特性要求水平正在日益提高。从高强度和高导电性的观点出发，近年来作为电子材料用铜合金，取代现有的磷青铜、黄铜等代表的固溶强化型铜合金，正在增加时效固化型铜合金的使用量。在时效固化型铜合金中，通过时效处理熔化处理过的过饱和固溶体，使微细的析出物均匀地分散，从而在合金的强度增高的同时，铜中固溶元素量减少，导电性提高。因此，可以得到强度、弹性等机械性能优良，且导电性、传热性良好的材料。在时效固化型铜合金中，Cu-Ni-Si系铜合金是一种兼有高强度和高导电性的代表性的铜合金，正在作为电子仪器用材料实用化。在该铜合金中，通过微细的Ni-Si系金属间化合物粒子析出在铜基质中，其强度和导电率得到提高。为了改善机械特性等，多数情况是在Cu-Ni-Si系铜合金中追加添加Ni和Si以外的元素。特别是添加Mg，其是添加在Cu-Ni-Si系铜合金中的代表性的元素。有报告提出Mg具有以下的添加效果(a)提高强度和耐应力松弛特性(特开昭61-250134)；(b)提高热加工性(特开平05-345941)；(c)Mg形成氧化物，捕集氧，这样可以阻止热处理时生成Si氧化物或其变得粗大(特开平09-209062)，等。工业上生产的代表性的Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条是C70250(CDA合金编号)，该合金Ni含量在2.2～4.2质量％的范围，Si含量在0.25～1.2质量％的范围，Mg含量在0.05～0.3质量％的范围。在一般的Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条制造工序中，首先使用空气熔炼炉，在木炭包敷下，熔化电工铜、镍、硅、镁等原料，得到特定组成的金属溶液。然后，将该金属溶液铸造成铸锭。之后，进行热轧、冷轧及热处理，精加工成特定厚度及特性的条或箔。如上所述，在Cu-Ni-Si系铜合金中添加Mg时，合金特性显著地提高，但是，正如特开昭63-297531中所报告的，当添加Mg时，铸造时的溶液流动性降低，在铸锭的铸面上容易出现凹凸。Mg添加量越多铸面的劣化越显著。当铸面上产生凹凸时，热轧中有时出现凹凸作为起点的表面裂纹，有时出现凹凸变成疮痂状的表面缺陷。这样的表面缺陷需要在下一工序中切削除去，为此，在Cu-Ni-Si系铜合金中添加Mg时，制造合格率降低。根据以上的技术背景，添加更少量的Mg，可以得到Mg添加对特性改善的效果，这是工业制造Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条时的课题。根据特开平05-59468，在Cu-Ni-Si系铜合金中添加Mg时，必须将O和S的浓度降低至0.0015质量％以下。这是因为当O或S超过0.0015％时，Mg形成大量的氧化物或硫化物，添加Mg的对应力松弛特性效果消失。本专利技术显示为了提高Mg添加特性的改善效果，重要的是控制O和S浓度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条，该合金条具有稳定的高强度和良好的应力松弛特性，且其生产性好。本专利技术者收集工业生产的Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条的含量组成和特性等数据，并进行了解析。结果发现，即使O和S浓度是0.0015％以下，在Ni、Si和Mg浓度相同的材料之间，也存在不可忽视的其强度和应力松弛特性的偏差。由此可知，为了有效体现Mg添加在Cu-Ni-Si系铜合金中的效果，只控制O和S浓度是不够的。之后，对通过添加少量的Mg来稳定地得到足够的特性改善效果的方法进行研究，发现不仅是O、S、Se、Te、P、As、Sb和Bi也需要控制其浓度。O、S、Se、Te、P、As、Sb和Bi是属于5B或6B族的非金属元素，分别与Mg之间形成MgO、MgS、MgSe、MgTe、Mg3P2、Mg3As2、Mg3Sb2和Mg3Bi2等非金属夹杂物。形成非金属夹杂物的Mg与提高Cu-Ni-Si系铜合金的特性无关，反而使弯曲加工性及拉伸性降低，使合金的制造性也降低。S、Se、Te、As、Sb和Bi是Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条的主要原料电工铜所含的代表性的杂质。在电解前的粗铜中含有相当的浓度，其中一部分残留在电工铜中。为了较低地抑制S、Se、Te、As、Sb和Bi的浓度，重要的是控制作为原料使用的电工铜中的杂质量。P是铜水脱氧中常用的元素，P脱氧使用的铜合金有磷脱氧铜及磷青铜。工业上制造的Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条的原料中，不仅使用Cu-Ni-Si-Mg的纯原料，也使用铜合金废料。为了较低地抑制P浓度，重要的是首先不对Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条进行P脱氧，且不使用含有P的废料。在熔炼Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条时，O除从空气中混入之外，也可以通过耐火物、金属溶液包敷剂等含有的水分被还原混入。为了将O浓度抑制得较低，重要的是通过木炭包敷或熔解焊剂等，避免金属溶液和大气接触，干燥与金属溶液接触的部件，充分减少其水分，控制原料的氧量，等。而且，本专利技术者发现C浓度和Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条的特性之间存在相关关系。也就是，即使O、S、Se、Te、P、As、Sb和Bi浓度相等，C浓度越高越能得到优良的强度和应力松弛特性。对其原因进行推测，认为是当金属溶液中存在C时，作为金属Mg在金属溶液中存在的Mg的比例增加。本专利技术是在上述研究的基础上完成的，涉及一种Cu-Ni-Si-Mg系铜合金条，为含有1.0～4.5质量％的Ni、相对Ni的质量％浓度含有1/6～1/4的浓度的Si、进一步含有Mg的铜合金，其特征在于，将Mg浓度和O、S、Se、Te、P、As、Sb和Bi的等效浓度(T)浓度调整在下式的范围内。24T+0.01≤≤0.20T≤0.005T＝/16+/32+/79+/128+1.5(/31+/75+/122+/209)其中，是元素i的质量％。附图说明图1是应力松弛试验法的说明图。图2是应力松弛试验法的永久变形量的说明图。图3是表示-24T和0.2％耐力的关系的图。图4是表示-24T和应力松弛率关系的图。图5是显示C浓度和0.2％耐力关系的图。图6是显示C浓度和应力松弛率关系的图。具体实施例方式(1)Ni和SiNi和Si通过进行时效处理形成以Ni2Si为主的金属间化合物的微细粒子。其结果，合金的强度显著增加，同时使电传导率也上升。Si的添加浓度(质量％)在Ni的添加浓度(质量％)的1/6～1/4的范围。当Si添加量超过该范围时，电导率降低。添加Ni在1.0～4.5质量％的范围。当N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｍｇ系铜合金条，为含有１．０～４．５质量％的Ｎｉ、相对Ｎｉ的质量％浓度含有１／６～１／４的浓度的Ｓｉ、进一步含有Ｍｇ的铜合金，其特征在于，将Ｍｇ浓度和Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ和Ｂｉ的等效浓度（Ｔ）浓度调整在下式的范围内，数１２４Ｔ＋０．０１≤［％Ｍｇ］≤０．２０Ｔ≤０．００５Ｔ＝［％Ｏ］／１６＋［％Ｓ］／３２＋［％Ｓｅ］／７９＋［％Ｔｅ］／１２８＋１．５（［％Ｐ］／３１＋［％Ａｓ］／７５＋［％Ｓｂ］／１２２＋［％ Ｂｉ］／２０９）其中，［％ｉ］是元素ｉ的质量％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：波多野隆绍，
申请(专利权)人：日矿金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]