專利名稱：銅合金導體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別關(guān)于一種強度和導電率良好的銅合金導體及其制造方法。
背景技術(shù)：
作為公知的銅合金導體的相關(guān)技術(shù)，在日本專利早期公開的特公昭46-32333號公報中記載有一種所謂的韌煉銅線。韌煉銅通常是一種含有不少于250ppm(0.025％)氧的銅，含有Ag、Ni、Sb、As、Fe、Sn、Pb、Bi、Si、S等雜質(zhì)。
另外，還有一種日本專利早期公開的特開昭57-1562號公報中所記載的，通過在銅中添加所定的元素以抑制拉絲時的斷線的技術(shù)。
但是，由上述的公知技術(shù)難以得到強度和導電率并存的導體。
當在韌煉銅等中添加錫時，能夠提高強度。但是在韌煉銅的氧含量大，而使所含的錫變成氧化錫的情況下，對強度提高的貢獻力降低。所以為了得到需要的強度，必須增大錫濃度。然而，當增大錫濃度時存在導電率下降且作為導體的電氣特性下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種兼具良好的強度和高導電率的銅合金導體及其制造方法。
本發(fā)明通過限定錫濃度，并特別規(guī)定存在于銅合金中的氧化錫和錫單質(zhì)的比例，從而達成上述目的。
即，本發(fā)明銅合金導體的特征在于含有0.05～0.80重量％的錫，殘余的部分由不可避免的雜質(zhì)和銅構(gòu)成，該錫以錫單質(zhì)和氧化錫的狀態(tài)存在，且氧化錫中的錫成分重量/錫單質(zhì)(SnO中的Sn/Sn)的重量不超過0.3。另外，這里所說的氧化錫中的錫成分重量(SnO中的Sn)是指在將銅合金導體以60％硝酸進行溶解時，作為不溶物留下的殘渣中(SnO)所含有的錫(Sn)。
如上所述，通過特別規(guī)定錫濃度及氧化錫中的錫成分和錫單質(zhì)的重量比，能夠形成強度和導電率并存的銅合金導體，特別是能夠適合作為電子機器用配線和汽車用配線的導體使用。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明進行更為詳細的說明。
當錫濃度小于0.05重量％時，難以得到足夠的拉伸強度。在本發(fā)明導體中，較佳的拉伸強度為550N/mm2以上，更佳為600N/mm2以上，特佳為700/mm2以上。
反之，當錫濃度大于0.08重量％時，難以得到所定的導電率。在本發(fā)明導體中，較佳的導電率為55％以上，更佳為70％以上，特佳為80％以上。該導電率以在20℃時對國際軟銅標準所規(guī)定的標準軟銅的導電率的百分比(％IACS)來表示。
在形成本發(fā)明的銅合金導體的化學成分中，也可含有不可避免的雜質(zhì)。不可避免的雜質(zhì)包括Ag、Ni、Sb、As、Fe、Pb、Bi、P、Si、Zn、S、Se、Te等。
而且，使氧化錫中的錫成分和錫單質(zhì)的重量比在0.3以下。當該比率超過0.3時，為了得到足夠的拉伸強度就要增大錫濃度，容易導致導電率的下降。SnO中的Sn和Sn的合計錫重量通過發(fā)光分光分析(Emission Spectro-photometric Analysis)進行測定。Sn單質(zhì)的重量是通過將銅合金導體的樣品溶解于60％硝酸中并使SnO沉淀分離，且對澄清部分施以原子吸光分析(Atimic Absorption Spectrometry)，從而對所溶解的Sn進行測定得到的。通過從合計錫重量中減去Sn單質(zhì)的重量，可求SnO中所含有的錫的重量。該SnO主要是在鑄造時的凝固過程中，通過與液態(tài)銅中所含的氧的結(jié)合而生成。
形成本發(fā)明的銅合金導體中的氧濃度不超過0.08重量％為佳。當氧濃度超過0.08重量％時，SnO的量增加，有時會對所得到的導體的拉絲加工性帶來障礙。更佳的氧濃度為0.04重量％以下。氧濃度的測定可利用例如紅外線吸收分析(Infrared Spectrum Absorbance)進行。
另外，形成本發(fā)明的銅合金導體中所含有的氧化錫的平均粒子直徑在10μm以下為佳。當平均粒子直徑超過10μm時，有時會對將所得到的導體拉絲至細徑時的加工性帶來障礙。氧化錫的平均粒子直徑可利用掃描型電子顯微鏡SEM(Scanning Electron Microscope)和能量分散型X線分析裝置EDX(Energy-dispersive X-ray Spectroscopy)進行測定。更佳的氧化錫的平均粒子直徑在5μm以下。
上述的銅合金導體適合利用以下的方法進行制造。即，本發(fā)明銅合金導體的制造方法包括將含有0.05～0.80重量％的錫、殘余的部分由不可避免的雜質(zhì)和銅構(gòu)成的原料進行熔解鑄造的工程和將所得到的鑄塊進行軋制的工程，其特征在于在前述鑄造工程中的熔解原料的凝固時，使冷卻速度不小于3℃/秒。
通過利用上述錫含有量的原料，并使熔解原料的凝固時的冷卻速度不小于3℃/秒，能夠得到氧化錫中的錫成分重量/錫單質(zhì)的重量不大于0.3的銅合金導體。當冷卻速度小于3℃/秒時，氧化錫的生成量增大，導致導電率的下降。通常該冷卻速度的上限是50℃/秒左右。
一般來說，銅合金導體可利用熔解→鑄造→熱(冷)軋的工程得到，再在后期工程中進行拉絲并加工成所定的線徑。這里，使凝固后的鑄塊經(jīng)熱軋達到200℃時的冷卻速度或在鑄造后進行冷軋前的冷卻速度不小于10℃/秒為佳。通過控制在這樣的冷卻速度，能夠使氧化錫的生成量在一個適當?shù)姆秶⒈３州^高的強度和導電率。當冷卻速度小于10℃/秒時，錫在銅中擴散使氧化錫的生成量增大，并導致導電率的下降。
形成本發(fā)明的銅合金導體具有足夠的強度，特別是可作為細徑的導體進行利用。例如能夠輕松地得到線徑不超過1.2mm，甚至不超過0.5mm的導體。
以下對本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明。
(實驗例1)準備含有0.075重量％的Sn、殘余的部分由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的銅合金，并利用“熔解→鑄造→熱軋→冷軋”的工程制作銅合金導體。在鑄造中利用雙皮帶式鑄造機。
由作業(yè)結(jié)果可知，凝固時的冷卻速度為5.77℃/秒，凝固后至200℃的冷卻速度(加工時的冷卻速度)為21℃/秒。
在工程進行的過程中，于軋制結(jié)束后取下樣品并利用發(fā)光分光分析(干式分析)求合金中的全Sn量。接著通過將該樣品溶解于60％硝酸中，并使不溶物沉淀，且對澄清部分進行原子吸光分析，從而求得溶解的Sn單質(zhì)量。由全Sn量減去Sn單質(zhì)量，為SnO中的Sn量。結(jié)果，SnO中的Sn/Sn的值為0.07。而且，當利用掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察軋制后的樣品斷面并求平均粒子直徑時，為4μm。
當采取另一樣品并利用紅外線吸收分析測定氧含量時，為0.0230重量％。
拉絲結(jié)束后的加工度為99.75％(斷面減小率)，最終線徑為0.4mm。另外，當將本實驗例、比較例進行綜合，對加工中的斷線率和在后期工程中細線化時的加工難易度進行綜合判斷作為加工性，并將評價分成5個層次，按好的為5、差的為1進行評分時，實驗例1得到5的評價。
當利用該銅合金導體求拉伸強度和導電率時，拉伸強度為552N/mm2，導電率為88.3％IACS。
(實驗例2)除了利用Sn含有量為0.624重量％的銅合金以外，由與實驗例1相同的工程制作銅合金導體。凝固時的冷卻速度為3.2℃/秒，加工時的冷卻速度為23℃/秒。
拉絲結(jié)束后的加工度為99.75％(斷面減小率)，得到0.4mm的最終線徑。
當與實驗例1同樣的，在工程進行中的軋制之后，采取樣品并測定SnO中的Sn/Sn時，為0.28，SnO的平均粒子直徑為12μm。而且，氧含量為0.0298重量％。
所得到的銅合金導體的拉伸強度為720N/mm2，導電率為62.5％IACS。加工性的評價為2，其理由是因為SnO的粒度變大。
而且，雖然該實驗例2與實驗例5和實驗例6相比，含有較多的Sn，但是拉伸強度不會為一個高值。這也是因為SnO的粒子直徑變大。
(實驗例3)除了利用Sn含有量為0.187重量％的銅合金以外，由與實驗例1相同的工程制作銅合金導體。凝固時的冷卻速度為3.9℃/秒，加工時的冷卻速度為18℃/秒。
拉絲結(jié)束后的加工度為99.75％(斷面減小率)，得到0.4mm的最終線徑。
當與實驗例1同樣的，在工程進行中的軋制之后，采取樣品并測定SnO中的Sn/Sn時，為0.18，SnO的平均粒子直徑為6μm。而且，氧含量為0.0820重量％。
所得到的銅合金導體的拉伸強度為595N/mm2，導電率為82.6％IACS。加工性的評價為4。
實驗例3與下一實驗例4相比，含有較多的Sn，但是由于氧含量較實驗例4多，所以SnO的存在量增加，且拉伸強度的值也小于實施例4。
(實驗例4)除了利用Sn含有量為0.177重量％的銅合金以外，由與實驗例1相同的工程制作銅合金導體。凝固時的冷卻速度為5.47℃/秒，加工時的冷卻速度為18℃/秒。
拉絲結(jié)束后的加工度為99.75％(斷面減小率)，得到0.4mm的最終線徑。
當與實驗例1同樣的，在工程進行中的軋制之后，采取樣品并測定SnO中的Sn/Sn時，為0.07，SnO的平均粒子直徑為6μm。而且，氧含量為0.0350重量％。
所得到的銅合金導體的拉伸強度為610N/mm2，導電率為82.8％IACS。形成非常平衡的材料。而且，加工性非常好，得到5的評價。
(實驗例5)除了利用Sn含有量為0.315重量％的銅合金以外，由與實驗例1相同的工程制作銅合金導體。凝固時的冷卻速度為5.47℃/秒，加工時的冷卻速度為8℃/秒。
拉絲結(jié)束后的加工度為99.75％(斷面減小率)，得到0.4mm的最終線徑。
當與實驗例1同樣的，在工程進行中的軋制之后，采取樣品并測定SnO中的Sn/Sn時，為0.11，SnO的平均粒子直徑為5μm。而且，氧含量為0.0410重量％。
所得到的銅合金導體的拉伸強度為700N/mm2，導電率為76.8％IACS。加工性的評價為3。這是因為加工時的冷卻速度。
而且，在該實驗例5中，盡管Sn的含有量較下一實驗例6稍小，但導電率并不比實施例6大。其理由是因為加工時的冷卻速度不超過10℃/秒，Sn在Cu中擴散形成SnO，從而使導電率下降。
(實驗例6)除了利用Sn含有量為0.338重量％的銅合金以外，由與實驗例1相同的工程制作銅合金導體。凝固時的冷卻速度為5.47℃/秒，加工時的冷卻速度為23℃/秒。
拉絲結(jié)束后的加工度為99.75％(斷面減小率)，得到0.4mm的最終線徑。
當與實驗例1同樣的，在工程進行中的軋制之后，采取樣品并測定SnO中的Sn/Sn時，為0.07，SnO的平均粒子直徑為4μm。而且，氧含量為0.0215重量％。
所得到的銅合金導體的拉伸強度為710N/mm2，導電率為78.0％IACS。加工性的評價為4。
(比較例1)除了利用Sn含有量為0.030重量％的銅合金以外，由與實驗例1相同的工程制作銅合金導體。凝固時的冷卻速度為5.47℃/秒，加工時的冷卻速度為18℃/秒。
拉絲結(jié)束后的加工度為99.75％(斷面減小率)，得到0.4mm的最終線徑。
當與實驗例1同樣的，在工程進行中的軋制之后，采取樣品并測定SnO中的Sn/Sn時，為0.03，SnO的平均粒子直徑為3μm。而且，氧含量為0.0240重量％。
所得到的銅合金導體的拉伸強度為535N/mm2，導電率為97.8％IACS。由于采用接近純銅的原料，導電率表現(xiàn)為較大的值，但是拉伸強度得不到足夠的強度。加工性沒有問題，評價為5。
(比較例2)除了利用Sn含有量為0.680重量％的銅合金以外，由與實驗例1相同的工程制作銅合金導體。凝固時的冷卻速度為2.1℃/秒，加工時的冷卻速度為23℃/秒。
拉絲結(jié)束后的加工度為99.75％(斷面減小率)，得到0.4mm的最終線徑。
當與實驗例1同樣的，在工程進行中的軋制之后，采取樣品并測定SnO中的Sn/Sn時，為0.37，SnO的平均粒子直徑較大，達到20μm。而且，氧含量為0.0850重量％。
所得到的銅合金導體的拉伸強度為710N/mm2，但導電率較低，為52.5％IACS。該原料由于Sn含量高，所以拉伸強度大，但是導電率稍有不足。而且，加工性由于在后期工程中的斷線率增大，評價為1?？紤]是由于SnO粒子直徑變大的緣故。
如上述實驗例及比較例所示，任一實驗例都同時具備高拉伸強度和導電率。而且，如比較例1所示，當原料本身中的Sn含量不在一個較佳范圍時，不管加工條件如何，都無法使拉伸強度和導電率并存。即使SnO中的Sn/Sn超過0.3，也同樣不能使拉伸強度和導電率并存。
如上述說明，形成本發(fā)明的銅合金導體通過減少氧化錫的比例，增大對拉伸強度的增加作出貢獻的有效錫量，并通過減少為得到所定的拉伸強度所需的總錫量而抑制導電率的下降。所以，能夠?qū)崿F(xiàn)使高強度和導電率并存的導體。
而且，形成本發(fā)明的銅合金導體的制造方法是一種適合用于制造本發(fā)明的銅合金導體的制造方法。
權(quán)利要求
1.一種銅合金導體，其特征在于含有0.05～0.80重量％的錫，殘余的部分由不可避免的雜質(zhì)和銅構(gòu)成，該錫以錫單質(zhì)和氧化錫的狀態(tài)存在，且氧化錫中的錫成分重量/錫單質(zhì)的重量不超過0.3。
2.如權(quán)利要求1所述的銅合金導體，其特征在于氧濃度不超過0.08重量％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的銅合金導體，其特征在于氧化錫的平均粒子直徑不超過10μm。
4.一種銅合金導體的制造方法，包括將含有0.05～0.80重量％的錫、殘余的部分由不可避免的雜質(zhì)和銅構(gòu)成的原料進行熔解鑄造的工程、將所得到的鑄塊進行軋制的工程，其特征在于在前述鑄造工程中的熔解原料的凝固時，使冷卻速度不小于3℃/秒。
5.如權(quán)利要求4所述的銅合金導體的制造方法，其特征在于使前述凝固后的鑄塊至200℃時的冷卻速度不小于10℃/秒。
全文摘要
本發(fā)明提供一種兼具良好的強度和高導電的銅合金導體及其制造方法，其中該銅合金導體含有0.05～0.80重量％的錫，殘余的部分由不可避免的雜質(zhì)和銅構(gòu)成，該錫以錫單質(zhì)和氧化錫的狀態(tài)存在，且氧化錫中的錫成分重量/錫單質(zhì)的重量不超過0.3。通過減少氧化錫的比例，增大對拉伸強度的增加作出貢獻的有效錫量，并通過減少為得到所定的拉伸強度所需的總錫量而抑制導電率的下降。所以，能夠?qū)崿F(xiàn)使高強度和導電率并存的導體。
文檔編號H01B1/02GK1501409SQ0315759
公開日2004年6月2日 申請日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月13日
發(fā)明者久保范明, 佐野忠德, 德 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社