リン青銅は、リンを加えることで青銅の利点を維持しながら高性能化した合金です。電子部品や機械部品などに広く利用され、特に有用なばね材として知られています。しかし、電子機器や機械の内部で用いられることが多いため、リン青銅について詳しくは知らないという方が多いことでしょう。金属製のばねを自社の製品に使用するという方は、リン青銅について知っておくことは必要かと思います。
リン青銅の特性
リン青銅は、銅とスズの合金である青銅にリンを加えることで、青銅内部に含まれる酸化銅を脱酸した金属です。サビとして存在する酸化銅を取り除くことで、強度や硬度が向上し、耐摩耗性や弾性が改良されます。そのため、リン青銅は、加工性が高く耐食性に優れた青銅をより優れた合金にしたものといえるでしょう。
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強度、耐摩耗性が高い |
具体的には、強度の指標である引張強さや耐摩耗性の指標である硬度については、リン青銅では鍛造やプレスによる加工硬化で3倍程度まで値に開きがあるものの、鉄鋼と同程度のリン青銅もあり、純銅と比べると約1.5～3倍です。 |
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耐疲労性に優れる |
耐疲労性については引張強さと相関があることから、鉄鋼と同程度で、純銅よりも優れているといえるでしょう。また、ばね用リン青銅という種類では、リン青銅に低温焼きなましを実施するため、金属内部の残留応力が取り除かれ、本来の耐疲労性能を発揮することができます。 |
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ばね性に優れる |
ばね性の指標となる靭性と弾性については、リン青銅の弾性は純銅と同程度ですが、靭性は純銅の1.5～3倍にもなります。 |
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導電性・熱伝導性が高い |
導電性や熱伝導性は、スズの含有量が少ない種類のリン青銅で、銅の1/2程度、真鍮の2倍程度となっており、強度の高い銅合金の中では比較的高い値を示します。 |
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化学的腐食に強い |
銅合金は鉄などの実用金属の中では耐食性が高いですが、リン青銅は、真鍮を腐食させる亜硫酸でも耐食性を示すなど、銅合金の中でも化学的腐食に強いです。 |
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非磁性である |
リン青銅を含む銅合金のほとんどは非磁性です。しかし、磁性金属である鉄やコバルトが不純物として混入してしまうと、わずかながらも磁性を示してしまいます。その場合、電子機器などに用いるとノイズなどの原因になってしまうので注意が必要です。 |
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曲げ・絞り加工性に優れる |
加工性については、切削、プレス、曲げ、絞りなどの加工が可能ですが、スズの含有量が多い種類ほど、強度や硬度が高まり、展延性も低くなります。またリン青銅は、銅合金の中では硬いため、真鍮などと比べると切削性が良いとは言えません。そのため、リン青銅では、プレスや鍛造、曲げ・絞りなどの加工方法を選択することが多いです。 |
リン青銅の用途
リン青銅は、電子部品や機械部品、日用品などに広く利用されています。電子部品では、非磁性であることや導電性の高さを活かし、スイッチ、コネクター、リレー端子、リード端子、リードフレーム（ICを外部配線と接続するための端子）などに。機械部品では、強度や耐摩耗性、耐食性に優れることから、ボルトやナット、軸受や歯車などに。また、優れたばね性を活かしたばね材として、電子機器用の非磁性電気伝導ばねや機械用のばねなどに用いられています。リン青銅は、日用品として、楽器や様々な金物などにも広く利用されています。
リン青銅の種類と材料記号
リン青銅の種類は、スズの含有割合とばね用として低温焼きなましを行ったか否かによって分類されます。材料記号では、C5〇〇〇のように、銅合金を表す頭文字Cと5を先頭とする4桁の数字で表記されます。
リン青銅の種類
ばね用リン青銅の種類
リン青銅は、傾向として、スズを多く含有するほど強度や耐摩耗性は高くなりますが、導電性や熱伝導性は低下します。そのため、ズズの含有量が1.0～2.3％と少ないC5050とC5071では、導電性が高いことから、端子やコネクターなどの電子部品に用いられています。
一方、ズズの含有量が3.5～9.0％に及ぶC5102、C5111、C5191、C5212では、強度や耐摩耗性に優れることから、電子部品のほか、機械部品、また、ばね材としても多く利用されています。
ただし、より高いばね性能を必要とする場合は、低温焼きなましによって弾性や疲労強度を向上させたC5210やC5240が選択されます。
まとめ
以上、リン青銅の特性や用途、種類について解説しました。
リン青銅は、青銅に比べて強度や耐摩耗性、弾性に優れ、電子機器や機械のばね部品に多く用いられています。その種類は、主にズズの含有量によって分けられますが、特にばね性能に優れたものとして、焼きなましを施したばね用リン青銅がJIS規格で規定されています。
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