專利名稱：Cu-Mg-P系銅合金條材及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適于連接器、引線架、繼電器、開關等電氣/電子部件的Cu-Mg-P系銅 合金條材，特別涉及拉伸強度和彈性極限值能夠以高水平取得平衡的Cu-Mg-P系銅合金條 材及其制造方法。
背景技術：
近年來，在手機或筆記本電腦等電子設備中，小型、薄型化及輕量化逐步發(fā)展，而 所使用的端子/連接器部件也變得使用更小型且電極間間距狹窄的材料?；谶@種小型 化，所使用的材料也變得更薄，但從盡管薄也需要確保連接信賴度考慮，更高強度且以高水 平與彈性極限值取得平衡的材料受到要求。另一方面，因伴隨設備的高性能化的電極數(shù)的增加或通電電流的增加所產(chǎn)生的焦 耳熱也變得極大的同時，對導電率高于以往的材料的要求不斷加強。這種高導電率材料，在 通電電流的增加正在迅速發(fā)展的汽車用端子/連接器材料中受到強烈要求。以往，作為這 種端子/連接器用的材料，通常使用黃銅或磷青銅。然而，以往廣泛使用的黃銅或磷青銅產(chǎn)生無法充分適應對所述連接器材料的要求 的問題。即，黃銅的強度、彈性及導電性不足，因此無法適應連接器的小型化及通電電流的 增加。并且，磷青銅雖然具有更高的強度和更高的彈性，但因?qū)щ娐实椭?0% IACS左右，所 以無法適應通電電流的增加。另外，磷青銅還有抗遷移性差的缺點。遷移性是指在電極間產(chǎn)生結(jié)露等時，陽極側(cè) 的Cu離子化而在陰極側(cè)析出，最終達到電極間的短路的現(xiàn)象，在如汽車般在高濕環(huán)境中使 用的連接器中成為問題，同時在因小型化而電極間間距變窄的連接器中也是需要注意的問題。作為改善這種黃銅或磷青銅所具有的問題的材料，例如，申請人提出以如專利文 獻1 2所示的Cu-Mg-P為主成分的銅合金。專利文獻1 日本特開平6-；340938專利文獻2 日本特開平9-157774專利文獻1中公開有如下銅合金條材其是以重量％計，含有Mg 0. 1 1. 0%、P 0. 001 0. 02%、余量由Cu及不可避免的雜質(zhì)組成的條材，其中，表面晶粒形成長圓形狀， 具有該長圓形狀晶粒的平均短徑為5 20 μ m，平均長徑/平均短徑的值為1. 5 6. 0的尺 寸，為了形成這種長圓形狀晶粒，在最終冷軋之前的最終退火中，調(diào)整成平均晶粒徑為5 20 μ m的范圍內(nèi)，接著在最終冷軋工序中將壓延率設為30 85%的范圍內(nèi)的沖壓時，沖壓 模具的磨損少。專利文獻2公開有如下見解在具有含有Mg :0. 3 2重量％、P :0. 001 0. 1重 量％、余量由Cu及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成的以往的銅合金薄板中，通過將P含量限 制至0. 001 0. 02重量％，進而將含氧量調(diào)整至0. 0002 0. 001重量％，將C含量調(diào)整 至0. 0002 0. 0013重量％而將分散于基體材料中的包含Mg的氧化物粒子的粒徑調(diào)整至3μπι以下，由此使得彎曲加工后的彈性極限值的下降比以往的銅合金薄板少，若從該銅合 金薄板制造連接器，則得到的連接器較以往顯示進一步優(yōu)異的連接強度，即使在汽車發(fā)動 機周圍那樣的高溫中在存在振動的環(huán)境下使用也不會脫離。通過上述專利文獻1、專利文獻2公開的發(fā)明，能夠獲得強度、導電性等優(yōu)異的銅 合金。但隨著電氣/電子設備的高功能化變得逐漸顯著，也進一步強烈要求這些銅合金的 性能提高。特別地，在用于連接器等的銅合金中，如何在使用狀態(tài)中不產(chǎn)生永久變形而能以 高應力使用變得重要，對拉伸強度和彈性極限值能夠以高水平取得平衡的Cu-Mg-P系銅合 金條材的要求越來越強烈。此外，在上述各專利文獻中，雖然對銅合金組成及表面晶粒的形狀進行了規(guī)定，但 對于深入晶粒的微細組織分析的拉伸強度和彈性極限值特性的關系并未觸及。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于這種狀況，本發(fā)明提供拉伸強度和彈性極限值能夠以高水平取得平衡的 Cu-Mg-P系銅合金條材及其制造方法。一直以來，晶粒的塑性變形通過表面的組織觀察來進行，作為能夠應用于晶粒的 應變評價的最近技術有背散射電子衍射(EBSD)法。該EBSD法是將試驗片設置于掃描型電 子顯微鏡(SEM)內(nèi)，從得自試樣表面的電子線的衍射像(菊池線)求出其晶體取向的手段， 只要是通常的金屬材料就能夠簡便地測量取向。隨著最近電子計算機處理能力的提高，即 使在多晶金屬材料中，只要是存在于數(shù)mm左右的對象區(qū)域中的100個左右的晶粒，也能夠 在實用的時間內(nèi)評價它們的取向，通過使用了計算機的圖像處理技術能夠從已評價的結(jié)晶 取向數(shù)據(jù)提取晶界。若從這樣提取的圖像檢索所希望條件的晶粒來選擇進行模型化的部位，則能夠進 行自動處理。此外由于結(jié)晶取向的數(shù)據(jù)與圖像的各部位(實際上是像素)對應，所以能夠 從文件提取與已選擇的部位的圖像對應的結(jié)晶取向數(shù)據(jù)。利用上述事實，本發(fā)明人等進行了精心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用EBSD法以帶有背散 射電子衍射像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡觀察Cu-Mg-P系銅合金的表面后，對測量范圍內(nèi)的 全部像素的取向進行測量，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的分界當作晶界時，晶粒內(nèi) 的全部像素間的平均取向差不到4°的晶粒的面積相對于總測量面積的比例與Cu-Mg-P系 銅合金的拉伸強度和彈性極限值特性具有緊密的關系。本發(fā)明的銅合金條材，是以質(zhì)量％計具有Mg :0. 3 2%、P :0. 001 0. 1%、余量 為Cu及不可避免的雜質(zhì)的組成的銅合金條材，其特征在于，以通過帶有背散射電子衍射像 系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡的EBSD法，以0. 5 μ m步長測量所述銅合金條材表面的測量面積 內(nèi)的全部像素的取向，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的分界當作晶界時的、晶粒內(nèi)的 全部像素間的平均取向差不到4°的晶粒的面積比例為所述測量面積的45 55%，拉伸強 度為641 708N/mm2，彈性極限值為472 503N/mm2。若所述晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差不到4°的晶粒的面積比例不到所述 測量面積的45%，或超過55%，則拉伸強度和彈性極限值都引起下降，若為適當值的45 55%，則拉伸強度為641 708N/mm2，彈性極限值成為472 503N/mm2，拉伸強度和彈性極 限值以高水平保持平衡。
另外，在本發(fā)明的銅合金條材中，可以以質(zhì)量％計含有0. 001 0. 03% &。Zr的0. 001 0. 03%添加有助于拉伸強度及彈性極限值的提高。本發(fā)明的銅合金條材的制造方法，其特征在于，在以依次包含熱軋、熔體化處理、 精冷軋、低溫退火的工序制造銅合金時，熱軋開始溫度為700°C 800°C，總熱軋率為90% 以上，將每1軋制道次的平均壓延率設為10% 35%來進行所述熱軋，將所述熔體化處理 后的銅合金板的維氏硬度調(diào)整至80 ΙΟΟΗν，以250 450°C實施所述低溫退火30 180 秒。為了使銅合金組織穩(wěn)定化，以高水平取得拉伸強度和彈性極限值的平衡，需要適 當?shù)卣{(diào)整熱軋、熔體化處理、冷軋的各種條件，以使熔體化處理后的銅合金板的維氏硬度成 為80 ΙΟΟΗν，另外，以通過帶有背散射電子衍射像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡的EBSD法，測 量所述銅合金條材表面的測量面積內(nèi)的全部像素的取向，將鄰接的像素間的取向差為5° 以上的分界當作晶界時的、晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差不到4°的晶粒的面積比例 為所述測量面積的45 55%，為了使拉伸強度為641 708N/mm2，使彈性極限值為472 503N/mm2,需要以250 450°C實施低溫退火30 180秒。根據(jù)本發(fā)明，能夠得到拉伸強度和彈性極限值能夠以高水平取得平衡的Cu-Mg-P 系銅合金條材。


圖1是表示以通過帶有背散射電子衍射像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡的EBSD法，測 量所述銅合金條材表面的測量面積內(nèi)的全部像素的取向，將鄰接的像素間的取向差為5° 以上的分界當作晶界時的、晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差不到4°的晶粒的相對于總 測量面積的面積比例(Area Fraction)和彈性極限值(Kb)的關系的圖。圖2是表示以通過帶有背散射電子衍射像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡的EBSD法，測 量所述銅合金條材表面的測量面積內(nèi)的全部像素的取向，將鄰接的像素間的取向差為5° 以上的分界當作晶界時的、晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差不到4°的晶粒的相對于總 測量面積的面積比例(Area Fraction)和拉伸強度的關系的圖。
具體實施例方式以下，對本發(fā)明的實施方式進行說明。本發(fā)明的銅合金條材以質(zhì)量％計具有Mg :0. 3 2 %、P :0. 001 0. 1 %、余量為Cu 及不可避免的雜質(zhì)的組成。Mg固熔于Cu的基體材料以不損害導電性而使強度提高。并且，P在熔解鑄造時有 脫氧作用，并以與Mg成分共存的狀態(tài)使強度提高。通過以上述范圍含有這些Mg、P，能夠有 效地發(fā)揮其特性。并且，也可以以質(zhì)量％計含有0. 001 0. 03% Zr，該范圍的&的添加有助于拉伸 強度和彈性極限值的提高。該銅合金條以通過帶有背散射電子衍射像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡的EBSD法， 測量所述銅合金條材表面的測量面積內(nèi)的全部像素的取向，將鄰接的像素間的取向差為 5°以上的分界當作晶界時的、晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差不到4°的晶粒的面積比例為所述測量面積的45 55%，拉伸強度為641 708N/mm2，彈性極限值為472 503N/ mm2 ο晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差不到4°的晶粒的面積比例如下求出。作為前處理，將IOmmX IOmm試樣浸漬于10%硫酸中10分鐘后，通過水洗、吹氣 散水后，用日立高新技術公司制造的平壓銑削(離子銑削)裝置，以加速電壓5kV、入射角 5°、照射時間1小時，對散水后的試樣施以表面處理。接著，用TSL公司制造的帶有EBSD系統(tǒng)的日立高新技術公司制造的掃描型電子顯 微鏡S-3400N觀察該試樣表面。觀察條件設為加速電壓25kV、測量面積150 μ mX 150 μ m。由觀察結(jié)果，晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差不到4°的晶粒的相對于總測量 面積的面積比例以以下的條件求出。以0. 5 μ m步長，對測量面積范圍內(nèi)的全部像素的取向進行測量，并將鄰接的像素 間的取向差為5°以上的分界當作晶界。其次，對由晶界包圍的各晶粒，由數(shù)1的式計算晶 粒內(nèi)的全部像素間的取向差的平均值(GOS :Grain Orientation Spread)，并算出平均值不 到4°的晶粒的面積，并將其除以總測量面積而求出總晶粒中所占的晶粒內(nèi)的平均取向差 不到4°的晶粒的面積的比例。應予說明，將連結(jié)有2像素以上的設為晶粒。[數(shù)1]
權利要求
1.銅合金條材，其是以質(zhì)量％計具有Mg:0. 3 2%、P :0. 001 0. 1%、余量為Cu及 不可避免的雜質(zhì)的組成的銅合金條材，其特征在于，以通過帶有背散射電子衍射像系統(tǒng)的 掃描型電子顯微鏡的EBSD法，以0. 5 μ m步長測量所述銅合金條材表面的測量面積內(nèi)的全 部像素的取向，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的分界當作晶界時的、晶粒內(nèi)的全部像 素間的平均取向差不到4°的晶粒的面積比例為所述測量面積的45 55%，拉伸強度為 641 708N/mm2，彈性極限值為472 503N/mm2。
2.如權利要求1所述的銅合金條材，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有0.001 0. 03%Zr。
3.銅合金條材的制造方法，其是權利要求1或2所述的銅合金條材的制造方法，其特征 在于，在以依次包含熱軋、熔體化處理、精冷軋、低溫退火的工序制造銅合金時，熱軋開始溫 度為700°C 800°C，總熱軋率為90%以上，將每1軋制道次的平均壓延率設為10% 35% 來進行所述熱軋，將所述熔體化處理后的銅合金板的維氏硬度調(diào)整至80 ΙΟΟΗν，以250 450°C實施所述低溫退火30 180秒。
全文摘要
本發(fā)明提供拉伸強度和彈性極限值能夠以高水平取得平衡的Cu-Mg-P系銅合金及其制造方法。銅合金條材，其以質(zhì)量％計具有Mg0.3～2％、P0.001～0.1％、余量為Cu及不可避免的雜質(zhì)的組成，以通過帶有背散射電子衍射像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡的EBSD法，測量所述銅合金條材表面的測量面積內(nèi)的全部像素的取向，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的分界當作晶界時的、晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差不到4°的晶粒的面積比例為所述測量面積的45～55％，拉伸強度為641～708N/mm2，彈性極限值為472～503N/mm2。
文檔編號C22C9/00GK102108457SQ20101022344
公開日2011年6月29日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權日2009年12月23日
發(fā)明者櫻井健, 阿部良雄, 龜山嘉裕 申請人:三菱伸銅株式會社