銅合金及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及銅合金及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，作為線材用的銅合金，已知有Cu-Zr系銅合金。例如，在專利文獻(xiàn)1中，提出 有在對(duì)含有0. 01~0. 50重量％的Zr的合金進(jìn)行熔體化處理，并進(jìn)行拉絲加工直至最終線 徑后，通過進(jìn)行規(guī)定的時(shí)效處理，從而提高了電導(dǎo)率和拉伸強(qiáng)度的銅合金線材。對(duì)于該銅合 金線材，使Cu3Zr析出至Cu母相內(nèi)來謀求達(dá)到730MPa的高強(qiáng)度化。此外，在專利文獻(xiàn)2中， 本發(fā)明人等提出有通過形成如下銅合金來謀求達(dá)到1250MPa的高強(qiáng)度化，所述銅合金含有 0. 05~8.Oat%的Zr，且由Cu母相、和Cu與Cu-Zr化合物的共晶相彼此形成層狀的組織 構(gòu)成，呈現(xiàn)為鄰接的Cu母相晶粒彼此斷續(xù)接觸的二相組織。此外，提出有：具備銅母相、以 及由銅-鋯化合物相與銅相構(gòu)成的復(fù)合相，銅母相與復(fù)合相構(gòu)成母相-復(fù)合相纖維狀組織 的銅合金線材（例如，專利文獻(xiàn)3);具備銅母相、以及由銅-鋯化合物相與銅相構(gòu)成的復(fù)合 相，銅母相與復(fù)合相構(gòu)成母相_復(fù)合相層狀組織的銅合金箔（例如、專利文獻(xiàn)4)等。該銅 合金通過形成雙重的致密纖維狀或?qū)訝罱M織，從而能夠提高拉伸強(qiáng)度。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2000-160311號(hào)公報(bào)
[0006] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2005-281757號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)3 :TO 2011/030898號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)4 :TO 2011/030899號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明所要解決的問題
[0010] 然而，對(duì)于Cu-Zr系銅合金，已知如果Zr含量增加，則金屬的柔軟性會(huì)下降，其加 工性會(huì)降低。例如，上述專利文獻(xiàn)1記載的銅合金中，雖然通過進(jìn)行時(shí)效處理提高了電導(dǎo)率 和拉伸強(qiáng)度，但沒有對(duì)更加提高Zr含量進(jìn)行研宄。
[0011] 本發(fā)明是為了解決這樣的問題而完成的，其主要目的在于，提供一種在Zr含量高 的銅合金中，能夠在更加提高導(dǎo)電性的同時(shí)更加提高機(jī)械強(qiáng)度的銅合金。
[0012] 用于解決課題的手段
[0013] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人等進(jìn)行了深入研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)將以5. Oat%以上 8. Oat%以下的范圍含有Zr的銅合金粉末化，對(duì)其進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，結(jié)果在Zr為 5. Oat%等Zr含量高的銅合金中，能夠在更加提高導(dǎo)電性的同時(shí)更加提高機(jī)械強(qiáng)度，以至 完成了本發(fā)明。
[0014]S卩，本發(fā)明的銅合金含有5.OOat%以上8.OOat%以下的Zr，且含有Cu和Cu-Zr化 合物，上述Cu與上述Cu-Zr化合物這2相不含共晶相，從截面觀察所述銅合金時(shí)，上述Cu 與上述Cu-Zr化合物具有大小為10ym以下的結(jié)晶分散而成的馬賽克狀的組織。
[0015] 本發(fā)明的銅合金的制造方法為含有Cu和Cu-Zr化合物的銅合金的制造方法，其包 含下述燒結(jié)工序：通過對(duì)平均粒徑為30ym以下且含有5.OOat%以上8.OOat%以下的Zr 的亞共晶組成的Cu-Zr二元系合金粉末，在0. 9Tm°C以下的溫度（Tm(°C)為上述合金粉末 的熔點(diǎn)）進(jìn)行直流脈沖通電，從而進(jìn)行放電等離子燒結(jié)。
[0016] 發(fā)明的效果
[0017] 根據(jù)該銅合金及其制造方法，在Zr含量高的銅合金中，能夠在更加提高導(dǎo)電性的 同時(shí)更加提高機(jī)械強(qiáng)度。能夠得到如此效果的理由可推測(cè)如下。例如，通過對(duì)Cu-Zr二元 系合金粉末進(jìn)行放電等離子燒結(jié)（SPS:SparkPlasma Sintering)，從而生成網(wǎng)絡(luò)狀連接的 Cu相、以及在其中分散成馬賽克狀的Cu-Zr化合物相的二相組織?？梢酝茰y(cè)為，通過存在該 網(wǎng)絡(luò)狀連接的Cu相，從而表現(xiàn)出更高的電導(dǎo)率。此外，可以推測(cè)為，通過存在楊氏模量、硬 度高的Cu-Zr化合物，從而具有更高的機(jī)械強(qiáng)度。進(jìn)一步，可以推測(cè)為，通過存在網(wǎng)絡(luò)狀連 接的Cu相，從而在后續(xù)的拉絲加工、乳制加工時(shí)利用變形而伸長，因此即使在Zr含量高的 銅合金中，也表現(xiàn)出更高的加工性。
【附圖說明】
[0018] 圖1為Cu-Zr二元相圖。
[0019] 圖2為Cu-5at% Zr合金粉末的截面SEM-BEI圖像。
[0020] 圖3為Cu-5at% Zr合金粉末的X射線衍射測(cè)定結(jié)果。
[0021] 圖4為對(duì)Cu-Zr合金粉末進(jìn)行了SPS而得的銅合金的SEM-BEI圖像。
[0022] 圖5為Cu-5at%Zr合金（實(shí)驗(yàn)例3的SPS材）的FE-SEM圖像。
[0023] 圖6為Cu-5at% Zr合金（實(shí)驗(yàn)例3的SPS材）的X射線衍射測(cè)定結(jié)果。
[0024] 圖7為Cu-Zr合金的SPS材的拉伸強(qiáng)度和電導(dǎo)率的測(cè)定結(jié)果。
[0025] 圖8為拉絲加工度n=4. 6的銅合金拉絲材的SEM-BEI圖像。
[0026] 圖9為拉絲加工度11=4.6的(：11-5&七％21'銅合金拉絲材的拉伸強(qiáng)度、0.2%屈服 強(qiáng)度和電導(dǎo)率的測(cè)定結(jié)果。
[0027] 圖10為Cu-Zr銅合金拉絲材的相對(duì)于拉絲加工度n和Zr含量X的拉伸強(qiáng)度和 電導(dǎo)率（EC)的測(cè)定結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本發(fā)明的銅合金含有5.OOat%以上8.OOat%以下的鋯（Zr)，且含有銅（Cu)和 Cu-Zr化合物，Cu與Cu-Zr化合物這2相不含共晶相，具有從截面觀察銅合金時(shí)大小為 10ym以下的結(jié)晶分散而成的馬賽克狀的組織。
[0029] Cu相為含有Cu的相，例如，可以為含有a-Cu的相。該Cu相通過其結(jié)晶而與Cu-Zr 化合物相一起形成馬賽克狀的組織。通過該Cu相能夠提高電導(dǎo)率，進(jìn)而能夠更加提高加工 性。該Cu相不含共晶相。在此，共晶相是指例如含有Cu和Cu-Zr化合物的相。該Cu相在 從截面觀察銅合金時(shí)由大小為10um以下的結(jié)晶形成。
[0030] 本發(fā)明的銅合金含有Cu-Zr化合物相。圖1為以橫軸為Zr含量、縱軸為溫度的 Cu-Zr二元相圖（來源：D.Arias和J.P.Abriata, Bull, Alloy phase diagram(合金相 圖）11 (1990)，452-459.)。作為Cu-Zr化合物相，可以舉出圖1所示的Cu-Zr二元相圖所示 出的各種化合物相。此外，也可以舉出雖然Cu-Zr二元相圖中未示出，但組成與&1921~2相非 常接近的化合物即Cu5Zr相。Cu-Zr化合物相例如可以為含有Cu5Zr相、Cu9Zr2相以及Cu8Zr3 相中至少1種。其中，優(yōu)選Cu5Zr相、Cu9ZivK。對(duì)于Cu5Zr相、Cu9Zrjg，可以期待高強(qiáng)度。 相的鑒定例如可以通過如下方法進(jìn)行，使用掃描型透射電子顯微鏡（STEM)進(jìn)行組織觀察， 接著，對(duì)進(jìn)行了組織觀察的視野，使用能量分散型X射線分析裝置（EDX)進(jìn)行組成分析，或 通過基于納米束電子衍射（NBD)的結(jié)構(gòu)解析來進(jìn)行。Cu-Zr化合物相可以為單相，也可以為 含有2種以上的Cu-Zr化合物的相。例如，可以為Cu9Zrjg單相、Cu5Zr相單相、Cu8Zr3相單 相，也可以為以Cu5Zr相為主相、以其他Cu-Zr化合物（CU9Zr2、CU8Zr3)為副相的相，還可以 為以Cu9ZrJg為主相、以其他Cu-Zr化合物（Cu5Zr、Cu8Zr3)為副相的相。予以說明的是，主 相是指Cu-Zr化合物相中存在比例（體積比）最多的相，副相是指Cu-Zr化合物相中主相 以外的相。該Cu-Zr化合物相在從截面觀察銅合金時(shí)由大小為10ym以下的結(jié)晶形成。該 Cu-Zr化合物相，例如由于楊氏模量、硬度高，因此通過該Cu-Zr化合物相的存在，能夠更加 提高銅合金的機(jī)械強(qiáng)度。
[0031] 本發(fā)明的銅合金中，該馬賽克狀的組織可以為均勻且致密的二相組織。Cu相以及 Cu-Zr化合物相不含共晶相，進(jìn)而也可以