[发明专利]Cu‑Ti系铜合金板材及其制造方法以及通电零件

说明书

技术领域

本发明涉及适用于连接器、引线框、继电器、开关等通电零件的Cu-Ti系铜合金板材，特别涉及显著改善了耐疲劳性的板材及其制造方法。另外，涉及使用该铜合金板材作为材料的通电零件。

背景技术

对构成电气·电子器件的连接器、引线框、继电器、开关等通电零件中所使用的材料，要求具有可耐受组装电气·电子设备时和/或工作时所承受的应力的高“强度”。另外，电气·电子器件通常通过弯曲加工而成形，因而要求具有优异的“弯曲加工性”。进而，为了确保电气·电子器件间的接触可靠性，还要求应对接触压力随时间下降的现象（应力松弛）的耐久性即“抗应力松弛性”优异。应力松弛是指如下的一种蠕变现象：构成电气·电子器件的通电零件的弹簧部的接触压力即使在常温下维持在恒定的状态，但在较高温度（例如100～200℃）的环境下，也会随着时间而下降。即，是指如下现象：在对金属材料赋予应力的状态下，通过构成基质的原子的自扩散和/或固溶原子的扩散，使位错移动，从而产生塑性变形，由此被赋予的应力得以松弛。如汽车用连接器那样，假设在零件温度上升的环境中使用的情况下，“抗应力松弛性”尤为重要。

这样，对用于电气·电子器件的材料，要求“强度”、“弯曲加工性”和“抗应力松弛性”均优异。另一方面，在继电器、开关等具有可动部分的通电零件中，作为可耐受重复的应力负荷的耐久性，也要求“耐疲劳性”优异。但是，通常“耐疲劳性”和“弯曲加工性”与“强度”之间存在权衡关系，对铜合金板材来说，不容易一边实现高强度化，一边同时提高“耐疲劳特性”和“弯曲加工性”。

在铜合金中，Cu-Ti系铜合金具有仅次于Cu-Be系铜合金的高强度，且具有超越Cu-Be系铜合金的抗应力松弛性。另外，从成本和环境负荷的方面考虑，比Cu-Be系铜合金更有利。因此，Cu-Ti系铜合金（例如，C1990;Cu-3.2质量%Ti合金）作为一部分Cu-Be系铜合金的替代材料用于连接器材料等。但是，Cu-Ti系铜合金与同等强度的Cu-Be系铜合金相比，一般“耐疲劳性”和“弯曲加工性”较差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2012-87343号公报

专利文献2：特开2012-97308号公报

发明内容

发明要解决的课题

众所周知，Cu-Ti系铜合金是能够利用Ti的调制结构（调幅结构）来提高强度的合金。调制结构是一边通过Ti溶质原子浓度的连续波动与母相保持完全的一致性而一边生成的结构。通过调制结构，材料会显著变硬，但由此耐疲劳性和弯曲加工性的损失较少。

另一方面，Cu-Ti系铜合金母相中的Ti形成与Cu的金属间化合物（β相）而作为第二相粒子析出于晶界和/或晶粒内。在本说明书中，将含有这种金属间化合物的粒状析出物统称为“粒状析出物”。在Cu-Ti系铜合金中观察到的粒状析出物的大部分均为上述β相粒子。另外，当母相中的Ti在晶界中与Cu反应时，条状的金属间化合物从晶界中析出而生长。将这种金属间化合物相称为“晶界反应型析出物”。

粒状析出物本身的硬化作用小，当大量析出时，就会招致构成调制结构的溶质Ti原子浓度减小，成为阻碍强度提高的主要原因。另外，晶界反应型析出物是比较弱的部分，易成为疲劳破坏的起点。在专利文献2中，公开了通过在Cu-Ti系铜合金中提高晶界反应型析出物占析出相的存在比例而改善强度、电导率和弯曲加工性的技术。通过生成晶界反应型析出物，能够抑制稳定相（粒状析出物）的粗大化，据说，其结果，能够抑制弯曲加工性的下降，同时能够实现850MPa以上的0.2%屈服强度。但是，根据本发明人等的研究，晶界反应型析出物本来就是较弱的部分，其本身就是强度和弯曲加工性下降的原因。特别是，为了改善耐疲劳性，需要抑制晶界反应型析出物的生成。

在Cu-Be系铜合金的情况下，通过添加Co和/或Ni，这些添加元素偏析于晶界，能够抑制晶界反应型析出。但是，在Cu-Ti系铜合金中，Ti是非常活跃的元素，所以添加元素易于与Ti生成化合物而被消耗，利用向晶界的偏析而抑制晶界反应型析出的效果小。另外，Cu-Ti系铜合金的主要的强化机制来自于固溶Ti的调制结构（调幅结构），所以第三种元素的大量添加会使固溶Ti量降低，抵消了Cu-Ti系铜合金的优势。