銅合金材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種軟化溫度低、導(dǎo)電性、表面品質(zhì)優(yōu)異的銅合金材料。所述銅合金材料包含添加元素M、其余為銅和不可避免的雜質(zhì)，所述添加元素M為Ti，添加元素M與氧的原子數(shù)比為0.33≤M/O≤1.5的范圍。
【專利說明】銅合金材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及銅合金材料。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將電作為能源、信號(hào)源的設(shè)備日趨增加。并且，在這些設(shè)備中使用導(dǎo)線。作為導(dǎo)線所使用的材料，使用銅、銀等導(dǎo)電率高的金屬，考慮到成本等，使用了銅的銅合金材料等使用得很多。
[0003]另外，從對(duì)設(shè)備的多功能、高速、小型化的要求考慮，對(duì)設(shè)備內(nèi)部的導(dǎo)線等也要求小型化、細(xì)徑化。然而，因?yàn)閷?dǎo)線由于細(xì)徑化導(dǎo)致電阻上升，所以導(dǎo)線有必要使用導(dǎo)電率較高的材料。因此，正在進(jìn)行為了提高導(dǎo)線的導(dǎo)電率而減少了雜質(zhì)的銅合金材料等的開發(fā)。
[0004]另一方面，為了使導(dǎo)線等所使用的銅合金材料的性質(zhì)變化而廣泛進(jìn)行銅合金材料的熱處理，但從最近制造能量的成本降低的觀點(diǎn)考慮，要求性質(zhì)通過在較低溫度下的熱處理而變化的銅合金材料。
[0005]例如，在非專利文獻(xiàn)I中顯示如下結(jié)果:在電解銅(Cu99.996質(zhì)量％)中添加了 4~28質(zhì)量ppm的Ti的銅合金材料與未添加Ti的銅合金材料相比，通過低溫下的熱處理發(fā)生軟化。同一文獻(xiàn)還認(rèn)為，銅合金材料通過在低溫下的熱處理而軟化的原因是由于:Ti與作為不可避免的雜質(zhì)的硫化合而形成硫化物，導(dǎo)致銅合金材料中的固溶硫減少。
[0006]另外,在專利文獻(xiàn)I中記載了一種低濃度銅合金線，其為包含2~12質(zhì)量ppm的硫、2~30質(zhì)量ppm的氧以及4~55質(zhì)量ppm的Ti，其余為銅的導(dǎo)電率為98%IACS以上的低濃度銅合金線，通過添加Ti，使銅中作為不可避免的雜質(zhì)的硫析出，從而使低濃度銅合金線的軟化溫度降低至130~148°C。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特許第4809934號(hào)公報(bào)
[0010]非專利文獻(xiàn)
[0011]非專利文獻(xiàn)I 鐵和鋼(鉄i鋼)”鈴木壽、菅野干宏(1984) 15號(hào)1977-1983
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明要解決的問題
[0013]然而，在專利文獻(xiàn)I中，為了使Ti與硫切實(shí)地進(jìn)行反應(yīng)，在銅中添加比理論量過量的Ti，從而擔(dān)心過量的Ti會(huì)固溶在銅中。進(jìn)一步，由于Ti為活性元素，因此Ti與銅中的氧反應(yīng)而形成TiO2，還可預(yù)測(cè)該TiO2并不助于與硫的反應(yīng)。其結(jié)果為，預(yù)測(cè)硫在銅中固溶而不能有助于軟化溫度的進(jìn)一步降低。
[0014]因此，本發(fā)明的目的在于提供軟化溫度低、導(dǎo)電性、表面品質(zhì)優(yōu)異的銅合金材料。
[0015]解決問題的方法
[0016] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)提供以下的銅合金材料。[0017][1] 一種銅合金材料，其包含添加元素M、其余為銅和不可避免的雜質(zhì)，
[0018]所述添加元素M為Ti，上述添加元素M與氧的原子數(shù)比為0.33≤M/0≤1.5的范圍。
[0019][2]上述[1]所述的銅合金材料，半軟化溫度小于140°C。
[0020][3]上述[1]所述的銅合金材料，所述添加元素M與氧的原子數(shù)比為0.5≤M/O ≤1的范圍。
[0021][4]上述[3]所述的銅合金材料，半軟化溫度小于130°C。
[0022][5]上述[1]至[4]中任一項(xiàng)所述的銅合金材料，導(dǎo)電率為98%IACS以上。
[0023][6]上述[1]至[5]中任一項(xiàng)所述的銅合金材料，導(dǎo)入所述添加元素M前的熔銅的氧濃度為2~50質(zhì)量ppm以下。
[0024][7]上述[1]至[6]中任一項(xiàng)所述的銅合金材料，其為對(duì)通過連續(xù)鑄造得到的鑄造品實(shí)施熱軋而制造。
[0025]發(fā)明的效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種軟化溫度低、導(dǎo)電性、表面品質(zhì)優(yōu)異的銅合金材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是表示Ti/Ο原子數(shù)比與半軟化溫度的關(guān)系的特性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028][實(shí)施方式的概要]
[0029]本實(shí)施方式的銅合金材料為下述材料:在包含添加元素、其余為銅和不可避免的雜質(zhì)的銅合金材料中，添加為Ti的添加元素M，添加元素M與氧的原子數(shù)比為0.33 ( M/O ^ 1.5的范圍。
[0030][第I實(shí)施方式]
[0031]本實(shí)施方式的銅合金材料含有從T1、Zr、Ca、Mg、B、Cr、Nb以及V中選擇的I種以上的添加元素M，其余由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。另外，所謂不可避免的雜質(zhì)是指在制造工序中不可避免地混入的物質(zhì)。
[0032]本發(fā)明人等進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):為了降低銅合金材料的軟化溫度，不僅需要對(duì)添加元素M、氧以及不可避免的雜質(zhì)的濃度范圍進(jìn)行規(guī)定，也需要對(duì)添加元素M與氧的原子數(shù)比的范圍進(jìn)行規(guī)定。
[0033]即，在添加有為Ti的添加元素M的情況下，當(dāng)銅合金材料中存在的氧以與添加元素M的原子數(shù)比計(jì)為0.33 ≤ Ti/Ο ≤ 1.5的范圍時(shí)，銅合金材料的半軟化溫度小于140°C。
[0034]進(jìn)一步，當(dāng)添加元素M與氧的原子數(shù)比為0.5≤M/0≤1的范圍時(shí)，銅合金材料的半軟化溫度小于130°C。另外，關(guān)于氧與添加元素M的氧化物，在添加元素M為Ti和Zr的情況下形成MO2,在添加元素M為Ca和Mg的情況下形成MO，在添加元素M為B和Cr的情況下形成M2O3，在添加元素M為Nb和V的情況下形成M205。另外，如果考慮Ti以外的添加元素M，則優(yōu)選將氧化物MxOy的原子數(shù)比設(shè)為0.17 ≤ [Mx/0y] ≤ 0.75的范圍。
[0035]該銅合金材料具有98%IACS (International Annealed Copper Standard (國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)):以國際標(biāo)準(zhǔn)軟銅1.7241Χ10_8Ωπι作為100%的導(dǎo)電率)以上的導(dǎo)電率。[0036](添加元素Μ)
[0037]添加在銅合金材料中的從T1、Zr、Ca、Mg、B、Cr、Nb以及V中選擇的I種以上的添加元素M與作為不可避免的雜質(zhì)的硫化合而形成硫化物，從而使硫從銅合金材料析出。另外，之所以將T1、Zr、Ca、Mg、B、Cr、Nb以及V用作添加元素Μ，是因?yàn)檫@些元素是與硫等元素進(jìn)行化合的活性元素。
[0038]添加元素M使硫析出，從而銅合金材料中的硫減少，通過銅合金材料的銅的純度提高，銅合金材料的軟化溫度降低。另外，銅合金材料中也可以包含對(duì)銅合金材料的特性不產(chǎn)生影響的其它元素、雜質(zhì)。
[0039](熔銅的氧濃度)
[0040]如果在作為銅合金材料原料的熔銅中包含大量氧，則熔銅中的氧與熔銅加熱氣體所含的氫發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生水蒸汽，當(dāng)熔銅凝固時(shí)，該水蒸汽在熔銅表面或者熔銅中發(fā)生水蒸汽爆炸。由于該水蒸汽爆炸，銅合金材料中產(chǎn)生氣孔等，從而銅合金材料的表面品質(zhì)變差。
[0041]通過將添加元素M添加前的熔銅的氧濃度的上限設(shè)定為50質(zhì)量ppm以下，能夠抑制熔銅中的氧與熔銅加 熱氣體所含的氫的反應(yīng)。由此能夠抑制水蒸汽的產(chǎn)生，因而，銅合金材料的表面品質(zhì)提聞。進(jìn)一步，通過將添加兀素M添加如的溶銅的氧濃度設(shè)為20質(zhì)量ppm以下，能夠穩(wěn)定地制造提高了表面品質(zhì)的銅合金材料。
[0042]另一方面，將添加元素M添加前的熔銅的氧濃度設(shè)為小于2質(zhì)量ppm是困難的，因?yàn)橛斜匾蠓雀脑爝B續(xù)鑄造裝置。
[0043](熔銅的硫濃度)
[0044]優(yōu)選添加元素M添加前的熔銅的硫濃度小。作為銅合金材料原料的通常的電解銅，由于在硫酸銅溶液中進(jìn)行電解精制而制造，因此無法避免銅合金材料中硫的混入。
[0045]然而，通常的電解銅的硫濃度不會(huì)超過12質(zhì)量ppm，通過添加元素M的添加，能夠使硫從銅合金材料析出。
[0046](銅合金材料的制造方法)
[0047]接著，對(duì)作為銅合金材料的一例的銅線的制造方法的一例進(jìn)行說明。
[0048]首先，準(zhǔn)備添加元素M添加前的氧濃度為2~50質(zhì)量ppm、優(yōu)選為5~20質(zhì)量ppm的熔銅。接著，向準(zhǔn)備的熔銅中添加添加元素M，所述添加元素M為Ti。
[0049]接著,通過對(duì)使用SCR連鑄連軋法(South Continuous Rod System)將添加有添加元素M的熔銅連續(xù)鑄造而得到的鑄造品實(shí)施熱軋，制造加工度為90% (直徑30mm)~99.8%(直徑5_)的銅線。另外，對(duì)于通過熱軋進(jìn)行了軋制的銅線而言，由于在高溫下對(duì)鑄造品進(jìn)行軋制，因此即使加工度升高也不會(huì)產(chǎn)生固化。
[0050](銅合金材料的制造條件)
[0051]接著，關(guān)于制造銅合金材料的條件，以制造加工度99.3% (直徑8mm)、導(dǎo)電率為98%IACS以上的銅線的情況為一例進(jìn)行說明。
[0052]在熔爐內(nèi)熔解的熔銅的溫度優(yōu)選為1100~1320°C的范圍。如果熔銅的溫度高則熔銅中氣孔增多，從而有銅合金材料的表面品質(zhì)變差，同時(shí)銅合金材料的粒子尺寸變大的傾向，因此，將熔銅的溫度設(shè)為1320°C以下。另一方面，如果熔銅的溫度低則熔銅容易凝固，銅合金材料的制造不穩(wěn)定，但從能量成本的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選熔銅的溫度盡可能低，因此將熔銅溫度設(shè)為1100°c以上。
[0053]另外，關(guān)于對(duì)連續(xù)鑄造的鑄造品進(jìn)行熱軋的溫度，優(yōu)選最初軋輥的溫度為750~880°C的范圍、最終軋輥的溫度為550~750°C的范圍。
[0054]通過將熔銅的溫度設(shè)定在1100~1320°C的范圍、將軋輥的溫度設(shè)定在上述溫度而對(duì)鑄造品進(jìn)行熱軋，能夠減小銅合金材料中的硫的固溶極限。
[0055]另外，熔銅在熔爐中熔解，從而會(huì)由于銅氧化物的混入以及粒子尺寸的粗大化而使銅合金材料的品質(zhì)變差。因此，優(yōu)選在還原氣體(例如一氧化碳)氣氛下，一邊控制熔銅的硫濃度、Ti濃度、氧濃度一邊鑄造熔銅。
[0056](實(shí)施方式的效果)
[0057]根據(jù)本實(shí)施方式，實(shí)現(xiàn)以下效果。
[0058](I)通過將添加元素M與氧的原子數(shù)比設(shè)為0.33 ≤ M/0≤1.5的范圍，能夠使銅合金材料的軟化溫度小于140°C，同時(shí)使銅合金材料的導(dǎo)電率為98%IACS以上。
[0059](2)通過將添加元素M與氧的原子數(shù)比設(shè)為0.5≤M/0≤I的范圍，能夠使銅合金材料的軟化溫度小于130°C。
[0060](3)通過使用氧濃度為2~50質(zhì)量ppm的熔銅來制造銅合金材料，能夠提高銅合金材料的表面品質(zhì)。
[0061](4)通過降低銅合金材料的軟化溫度，銅合金材料的加工變得容易。另外，能夠降低制造銅合金材料的能量成本。
[0062]實(shí)施例
[0063]接著，參照?qǐng)D1和表1對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。圖1是表示Ti/Ο原子數(shù)比與銅合金材料的半軟化溫度的關(guān)系的特性圖。另外，表1表示Ti/o原子數(shù)比、半軟化溫度、導(dǎo)電率、鈦(Ti )濃度、氧(O)濃度、硫(S )濃度的關(guān)系以及各試樣的判定。
[0064]這里，將Ti/Ο原子數(shù)比為0.5的銅合金材料作為實(shí)施例1，將Ti/Ο原子數(shù)比為
0.93的銅合金材料作為實(shí)施例2，將Ti/Ο原子數(shù)比為0.042的銅合金材料作為比較例1，將Ti/o原子數(shù)比為2.08的銅合金材料作為比較例2。
[0065]測(cè)定銅合金材料的Ti/Ο原子數(shù)比、半軟化溫度、導(dǎo)電率、Ti濃度、O濃度以及S濃度的試樣使用如下銅線:使用各銅合金材料制作直徑8_的銅線，通過冷拔絲將其拉伸至直徑2.6mm (加工率89.4%)。
[0066]銅合金材料的導(dǎo)電率的測(cè)定使用將上述銅線切斷為70cm的銅線進(jìn)行。即，適用將電流端子間距離設(shè)定在60cm、電壓端子間距離設(shè)定在50cm的4端子法，使各銅線中流過4A的電流且在室溫下進(jìn)行測(cè)定。
[0067]銅合金材料的半軟化溫度的測(cè)定如下進(jìn)行。即，測(cè)定室溫下的拉伸強(qiáng)度的值以及在100~400°C的溫度下將各銅線退火I小時(shí)后的拉伸強(qiáng)度的值。然后，求出具有在室溫下的拉伸強(qiáng)度與退火后的拉伸強(qiáng)度中間的拉伸強(qiáng)度的值的銅線的熱處理溫度，將求出的熱處理溫度作為半軟化溫度。
[0068]Ti濃度以及Ti/Ο原子數(shù)比使用ICP發(fā)光分析儀來測(cè)定。銅合金材料的O濃度和S濃度使用紅外線發(fā)光分析儀(Leco:注冊(cè)商標(biāo))來測(cè)定。
[0069](實(shí)施例1)
[0070]在實(shí)施例1中，確認(rèn)到通過將Ti/Ο的原子數(shù)比設(shè)為0.5，半軟化溫度成為125°C，導(dǎo)電率成為101.8%IACS。這里，將具有半軟化溫度小于140度、而且導(dǎo)電率超過98%IACS的特性的試樣判定為〇，將除此以外的試樣判定為X。由于實(shí)施例1的銅合金材料具有半軟化溫度小于130°C、而且導(dǎo)電率超過98%IACS的特性，因此判定為〇。另外，實(shí)施例1的Ti濃度為12質(zhì)星ppm, O濃度為8質(zhì)星ppm, S濃度為4質(zhì)星ppm。
[0071](實(shí)施例2)
[0072]在實(shí)施例2中，確認(rèn)到通過將Ti/Ο的原子數(shù)比設(shè)為0.93，半軟化溫度成為126.2°C，導(dǎo)電率成為101.5%IACS。由于實(shí)施例2的銅合金材料具有半軟化溫度小于130°C、而且導(dǎo)電率超過98%IACS的特性，因此判定為〇。另外，實(shí)施例2的Ti濃度為25質(zhì)量ppm，O濃度為9質(zhì)星ppm, S濃度為3質(zhì)星ppm。
[0073](比較例I)
[0074]在比較例I中，確認(rèn)到通過將Ti/Ο的原子數(shù)比設(shè)為0.042，銅合金材料的半軟化溫度成為173.8°C，導(dǎo)電率成為102.0%IACS。由于比較例I的銅合金材料具有導(dǎo)電率超過98%IACS、但半軟化溫度超過140°C的特性，因此判定為X。另外，比較例I的Ti濃度為I質(zhì)量ppm, O濃度為8質(zhì)量ppm, S濃度為4質(zhì)量ppm。
[0075](比較例2)
[0076]在比較例2中，確認(rèn)到通過將Ti/Ο的原子數(shù)比設(shè)為2.08，銅合金材料的半軟化溫度成為150.(TC，導(dǎo)電率成為97.5%IACS。由于比較例2的銅合金材料具有導(dǎo)電率小于98%IACS、半軟化溫度超過140°C的特性，因此判定為X。另外，比較例2的Ti濃度為50質(zhì)量ppm, O濃度為8質(zhì)量ppm, S濃度為3質(zhì)量ppm。
[0077][表1]
[0078]
【權(quán)利要求】
1.一種銅合金材料，其包含添加元素M、其余為銅和不可避免的雜質(zhì)， 所述添加元素M為Ti， 所述添加元素M與氧的原子數(shù)比為0.33 ( M/Ο≤1.5的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金材料，半軟化溫度小于140°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金材料，所述添加元素M與氧的原子數(shù)比為0.5 < M/O ≤1的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅合金材料，半軟化溫度小于130°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任I項(xiàng)所述的銅合金材料，導(dǎo)電率為98%IACS以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任I項(xiàng)所述的銅合金材料，導(dǎo)入所述添加元素M前的熔銅的氧濃度為2~50質(zhì)量ppm以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任I項(xiàng)所述的銅合金材料，其為對(duì)通過連續(xù)鑄造得到的鑄造品實(shí)施熱軋而 制造。
【文檔編號(hào)】C22C9/00GK103938016SQ201310722547
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月18日
【發(fā)明者】藤戶啟輔, 青山正義, 鷲見亨, 佐川英之, 遠(yuǎn)藤裕壽 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社