具有优异应力松弛性的铜合金制造技术

本发明专利技术提供Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｎ－Ｐ合金，所述Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｎ－Ｐ合金在垂直轧制方向的方向上具有优异的应力松弛性，并且具有高强度、高电导率和优异的可弯曲性。铜合金包含以质量百分比计分别为０．１至３．０％的Ｎｉ、０．１至３．０％的Ｓｎ和０．０１至０．３％的Ｐ并包含铜和不可避免的杂质；其中在根据ＸＡＦＳ分析法的Ｎｉ原子周围的径向分布函数中，第一峰位置在２．１６至２．３５＊的范围内，所述位置表示在Ｃｕ中的Ｎｉ原子与最靠近所述Ｎｉ原子的原子之间的距离。因此，相对增加Ｃｕ中Ｎｉ原子周围的原子的距离，所以改善了所述铜合金在垂直轧制方向的方向上的应力松弛性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有优异应力松弛性的铜合金，并特别涉及具有适合连接部件的应力松弛性的铜合金，所述连接部件如传动系统端子和连接器。
技术介绍
现在要求连接部件如传动系统端子和连接器具有在高温下如在发动机室中保证可靠性的性能。高温可靠性的最重要性能之一是保持接点配合力，所谓的应力松弛性。即，在对包含铜合金的弹簧状部件施加固定位移的情况下，例如在通过内凹端子的弹簧状接点将外凸端子的接头装配到内凹端子内的情况下，当将连接部件保持在高温下如发动机室中时，该部件随时间逐渐丧失接点配合力。所述应力松弛性指对这种情况的抵抗性。作为具有优异应力松弛性的铜合金，Cu-Ni-Si合金、Cu-Ti合金和Cu-Be合金的这些合金是广泛已知的。因为这些合金的任何一种均包含强氧化元素(Si，Ti，Be等)，所以在空气中不能将其熔融并铸造为锭，从而由于生产率降低而不可避免地增加成本。相反，在具有较少量的添加元素的Cu-Ni-Sn-P合金中，可以使用竖炉进行所谓铸锭，所以由于生产率高而可以实现成本的大幅降低。此外在Cu-Ni-Sn-P合金中，已经提出了多种改善应力松弛性的方法。例如，如下的专利文献1公开了制造具有优异应力松弛性的连接器用铜合金的方法。所述生产方法用于Cu-Ni-Sn-P合金，其中Ni-P金属间化合物均匀精细地分散于基体中以提高电导率，并另外改善应力松弛性等。根据该文献，为了获得适宜的性能，必须严格控制在热轧中冷却开始和结束的温度，冷却速度，和在随后的冷轧步骤中进行的5至720分钟热处理的温度和时间。作为具有应力松弛性的Cu-Ni-Sn-P合金和生产该合金的方法，如下的专利文献2和3公开了以固溶体型铜合金形成的Cu-Ni-Sn-P合金，其中通过最大限度地降低P含量控制Ni-P化合物的沉析。根据这一点，提供了这样的优势，即在不需要复杂的热处理技术的情况下，可以通过在极短时间内退火的热处理制造该合金。例如，在专利文件3中，在连续退火炉中250至850℃的温度范围内进行5秒至1分钟的最终冷轧后的稳定化退火，并且将所述退火中的每个加热速率和冷却速率设定为至少10℃/秒，从而改善应力松弛性。日本专利No.2,844,120日本专利公开No.H11-293367日本专利公开No.2002-294368
技术实现思路
关于应力松弛性，日本自动化工程师协会的标准JASO-C400规定在150℃保持1000小时后的应力松弛比率小于或等于15％。图3A至3B显示了应力松弛性的测试装置。通过使用该测试装置，将切成簧片形状的试样1的一端固定在刚性测试台2上，并且以悬臂的方式抬高另一端以使其翘曲(翘曲大小d)，然后在预定温度下保持预定时间，然后在室温下将其卸下，并获得卸下以后的翘曲(永久应变)大小δ。通过RS＝(δ/d)×100表示应力松弛比率(RS)。铜合金的应力松弛比率具有各向异性，因此所述比率根据试样纵向相对于铜合金板轧制方向的取向具有不同的值。通常，与垂直方向相比，在平行轧制方向的方向上的应力松弛比率小。然而，JASO标准没有规定这样的方向，因此认为在轧制方向的平行和垂直方向的一个上达到小于或等于15％的应力松弛比率是可接受的。然而近年来，据认为适宜的是铜合金板在该板轧制方向的垂直方向上具有优异应力松弛性。图4A显示了典型的盒状连接器(内凹端子3)的侧面结构，并且图4B显示了该连接器的截面结构。在图4B中，上固定器部分4以悬臂的方式支持挤压片5，并且在将外凸端子6插入到该连接器中时，挤压片5发生弹性变形，并且通过这种变形的反作用力固定外凸端子6。在图4B中，标记7是金属丝连接部分，并且8是用于固定的舌片。在此，在通过挤压铜合金板制造内凹端子3时，安排板的布局使得内凹端子3的纵向(挤压片5的纵向)朝向垂直轧制方向的方向。要求挤压片5具有特别适于在挤压片5的纵向上弯曲(弹性变形)的优异应力松弛性。因此，要求铜合金板在垂直轧制方向的方向上具有优异应力松弛性。相反，在专利文献2和3中公开的固溶体型铜合金中，尽管在轧制方向的平行方向上基本上实现了具有小于或等于15％的应力松弛比率的优异应力松弛性，但是在垂直方向上还没有实现。近年来，甚至从用户一方也要求这种固溶体型铜合金在轧制方向的垂直方向上具有与平行方向可比的优异应力松弛性。理想的是在Cu-Ni-Sn-P合金中实现在垂直轧制方向的方向上具有小于或等于15％的应力松弛比率的优异应力松弛性。对本专利技术的实施方案的具有优异应力松弛性的铜合金概述如下铜合金包含以质量百分比计分别为0.1至3.0％的Ni、0.1至3.0％的Sn和0.01至0.3％的P，并且包含铜和不可避免的杂质作为余量，其中在根据XAFS分析法的Ni原子周围的径向分布函数中，第一峰位置在2.16至2.35的范围内，所述位置指在Cu中的Ni原子与最靠近该Ni原子的原子之间的距离。优选在本专利技术的实施方案的铜合金中，如上所述的组成还包含以质量百分比计小于或等于0.5％的Fe、小于或等于1％的Zn、小于或等于0.1％的Mn、小于或等于0.1％的Si和小于或等于0.3％的Mg。此外，在上述和该组成中，Ca、Zr、Ag、Cr、Cd、Be、Ti、Co、Au和Pt的元素总含量优选为小于或等于1.0质量％。更进一步，在上述和这些组成中，Hf、Th、Li、Na、K、Sr、Pd、W、S、C、Nb、Al、V、Y、Mo、Pb、In、Ga、Ge、As、Sb、Bi、Te、B和混合稀土金属的元素总含量优选小于或等于0.1质量％。本专利技术的益处根据本专利技术的实施方案，在Cu-Ni-Sn-P合金中，在垂直轧制方向的方向上可以实现具有小于或等于15％的应力松弛比率的优异的应力松弛性。此外，可以得到具有适于端子和连接器的优异性能的铜合金，所述优异性能包括优异的可弯曲性、高电导率(大于等于约30％IACS)和高强度(大于等于约480MPa的屈服强度)。在
技术介绍
的控制Ni-P化合物沉析的固溶体型铜合金中，尽管在轧制方向的平行方向上基本上实现了具有小于或等于15％的应力松弛比率的优异应力松弛性，但是在垂直方向上还没有实现。本专利技术的专利技术人对其原因进行了研究。结果，本专利技术的专利技术人发现当控制大约具有一定大小或更大的Ni的粗粒氧化物、结晶物质和沉析物时，在垂直于轧制方向的方向上实现了具有小于或等于15％的应力松弛比率的优异应力松弛性，并已经申请专利，为日本专利公开No.2005-270694。在本专利技术的专利技术人进行连续研究之后，他们发现除这样控制Ni的氧化物、结晶物质和沉析物以外，在Cu中的Ni原子与在该Ni原子周围的原子如Cu原子之间的距离(原子距离)也显著地影响应力松弛性。即，当与在Ni原子周围的原子如Cu原子的距离在规定的范围以内时，得到了优异的应力松弛性。典型的结构观察方法如SEM和TEM，包含X-射线衍射法，不能直接测量在Cu中的Ni原子与在该Ni原子周围的原子如Cu原子之间的距离(以下称为与Ni原子的原子距离)。即，如后所述，在本专利技术的实施方案中提到的在Cu中的Ni原子指作为原子排列的Ni原子，而不是在典型的冶金表述中的在Cu中溶解或沉析的Ni。相反，根据XAFS(X-射线吸收精细结构)分析法，可以测量在Cu-Ni-Sn-P合金结构中与Ni原子的原子距离。稍后对XAFS的测量方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优异应力松弛性的铜合金，其包含以质量百分比计分别为０．１至３．０％的Ｎｉ、０．１至３．０％的Ｓｎ、０．０１至０．３％的Ｐ，以及铜和不可避免的杂质，　　　　其中在根据ＸＡＦＳ分析法的Ｎｉ原子周围的径向分布函数中，第一峰位置在２．１６至２．３５＊的范围内，所述位置表示在Ｃｕ中的Ｎｉ原子与最靠近所述Ｎｉ原子的原子之间的距离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：有贺康博，梶原桂，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]