专利名称：极细铜合金线及其制造方法
技术领域：
本发明涉及极细铜合金线及其制造方法，尤其涉及用于电子设备的信号线、电力供给线等的极细铜合金线。
背景技术：
对小型电子设备等为了信号的输入输出或电力供给而配线的极细铜合金线，要求优异的导电性、强度、耐弯曲性、拔丝性。过去，作为极细铜合金线的导体，使用强度优异的Cu-Sn系合金线或Cu-Sn-In系合金线。
近年来，在极细铜合金线中，导体的细径化正在进步。为了抑制伴随导体细径化的导体电阻的增大，要求导体的高电导率化。另外，伴随导体的细径化，轻微的荷重就会容易使线材切断，所以为了避免线材的断裂而要求导体的高强度化。作为高强度、高电导率的铜合金线优选的是Cu-Ag系合金线。作为Cu-Ag系合金线的制造方法，例如可举出以下的制造方法。
(1)对Cu-2～14重量％Ag合金的铸棒实施冷加工和热处理，得到高强度、高电导率的铜合金线的方法。热处理是在400～600℃的温度实施1～100小时(参照特开2000-199042号公报)。
(2)对Cu-1～10重量％Ag合金的铸锭实施冷加工和热处理，得到高强度、高电导率的铜合金线的方法。热处理分两个阶段进行，在700～950℃的温度实施0.5～5小时，在250～400(不含400)℃的温度实施0.5～40小时(参照特许第3325641号公报)。
(3)对Cu-1.0～4.5重量％Ag合金的铜合金软质坯料实施冷加工和热处理，得到高强度、高电导率的铜合金线的方法。热处理是在300～550℃的温度实施1秒～30分钟(参照特开平11-293431号公报)。
(4)对Cu-1.0～15.0重量％Ag合金的铸棒实施冷加工和热处理，得到高强度、高电导率的铜合金线的方法。热处理是在400～500℃的温度实施1～30小时(参照特开2001-40439号公报)。
发明内容
但是，利用上述(1)～(4)的方法得到的各铜合金线中的任意一种，在使线径达到0.008～0.05mm的极细线的情况下，就难以兼得大于或等于800MPa的高抗拉强度和大于或等于80％IACS的高电导率。
考虑以上的事实而创造的本发明的目的在于，提供兼具大于或等于800MPa的抗拉强度和大于或等于80％IACS的电导率的极细铜合金线及其制造方法。
为了达到上述目的，有关本发明的权利要求1的极细铜合金线是最终线径小于或等于0.05mm的极细铜合金线，其由化学组成为Cu-1.0～3.5重量％Ag、且占线材的全部体积的Cu和Ag的共晶相的体积比为3～20％的铜合金构成，并且抗拉强度大于或等于800MPa、电导率大于或等于80％IACS。
另外，有关本发明的权利要求2的极细铜合金线是最终线径小于或等于0.05mm的极细铜合金线，其在由化学组成为Cu-1.0～3.5重量％Ag、且占线材的全部体积的Cu和Ag的共晶相的体积比为3～20％的铜合金构成的本体部的周围设置Ag被膜，并且抗拉强度大于或等于800MPa、电导率大于或等于80％IACS。
另一方面，有关本发明的权利要求3的极细铜合金线的制造方法是最终线径小于或等于0.05mm的极细铜合金线的制造方法，其在杂质浓度的总和小于或等于10ppm的铜母材中把以1.0～3.5重量％的比例含有Ag的铜合金熔液浇注到铸型内进行铸造，以400～500(不含500)℃/min的冷却速度冷却浇注后的未凝固的铜合金熔液而形成铸造体，对该铸造体作为缩径加工实施冷加工的同时，对该冷加工后的拔丝材实施再结晶处理。
这里，作为再结晶处理，可以进行300～550℃×0.5～20小时的热处理。并且，优选对该热处理后的拔丝材实施急冷处理。
另外，作为再结晶处理也可以进行600～900℃×5～120秒的快速加热与急冷处理。优选对该快速加热与急冷处理后的拔丝材料实施镀Ag处理。
按照本发明，发挥能够得到高抗拉强度、高电导率的极细铜合金线这样的优异的效果。
图1是表示有关本发明的一种最佳实施方式的极细铜合金线的制造方法的流程图。
图2是表示有关本发明的另一种最佳实施方式的极细铜合金线的制造方法的流程图。
图中，10为铜合金熔液；11为高纯度Cu(铜母材)；12为Ag；20为铸造体；21为拔丝材；30为极细铜合金线。
具体实施例方式
以下，说明本发明的一种最佳实施方式。
有关本发明的一种最佳实施方式的极细铜合金线是最终线径小于或等于0.05mm、优选0.008～0.05mm的极细铜合金线，其由化学组成为Cu-1.0～3.5重量％Ag的铜合金单体构成。该铜合金单体的相组织为，纤维状(金属丝状)的Cu和Ag的共晶相以线材的全部体积的3～20％的比例分散在铜基体中。有关本实施方式的极细铜合金线具有大于或等于800MPa、优选840～1200MPa的抗拉强度，大于或等于80％IACS、优选大于或等于84％IACS的电导率。
在此，Ag浓度规定为1.0～3.5重量％，是因为Ag浓度如果超过3.5重量％，共晶相的体积率就超过20％，电导率降低。并且，是因为Ag浓度如果不到1.0重量％，Cu和Ag的共晶相的体积率就不到3％，强度提高效果不充分。
Cu和Ag的共晶相的体积率规定为3～20％，是因为体积率如果超过20％，Cu基体自身的体积率就减少，电导率将不到80％IACS。并且，是因为体积率如果不到3％，抗拉强度的提高效果将不充分，会不到800MPa。
抗拉强度规定为大于或等于800MPa、优选大于或等于840MPa，是因为和目前用于小型设备如医疗用探针电缆等导体的Cu-Sn系极细铜合金线的抗拉强度(大约大于或等于850MPa)大致同等或在其以上。
有关本实施方式的极细铜合金线，以原样的单线材或者绞合数根极细铜合金线的绞合线材的状态使用。
接着，根据
本实施方式的制造方法。
如图1所示，有关本实施方式的极细铜合金线30的制造方法是经过以下所示的顺序制造。
首先，使用杂质浓度的总和小于或等于10ppm、优选小于或等于1ppm的高纯度Cu(铜母材)11和Ag 12进行熔炼(步骤A)，制作铜合金熔液10。最初使高纯度Cu 11熔化后，在Cu熔液中添加Ag 12进行熔炼。在该熔炼时，为了使铜合金熔液10的化学组成成为Cu-1.0～3.5重量％Ag，调整高纯度Cu11和Ag 12的量。另外，优选高纯度Cu 11的熔化是在真空气氛中，并且Ag12的熔化是在惰性气体氛围如在Ar气氛围中进行。
接着，把该铜合金熔液10浇注在铸型内，进行铸造(浇注)(步骤B)。浇注后的未凝固的铜合金熔液10以400～500(不含500)℃/min的冷却速度进行冷却(步骤C)，形成铸造体20。作为铸造方法，可以是连续铸造法、间歇法的任意一种，但优选生产率优异的连续铸造法。
随后，对铸造体20作为缩径加工至少实施一次冷加工(步骤D)，得到拔丝材21。在此所说的冷加工，是拔丝加工、轧制加工、旋转锻造等各种断面收缩加工的总称。
接着，对该拔丝材21实施300～350℃×10～20小时、350～450℃×5～10小时、或者450～550℃×0.5～5小时的热处理(步骤E1)。在这些热处理条件中，最优选350～450℃×5～10小时。对热处理后的拔丝材21实施急冷处理。作为这种急冷处理，可举出水冷处理等。步骤E1的热处理适宜作为间歇法的热处理。例如，将卷取在卷筒等上的拔丝材21导入到加热炉内进行步骤E1的热处理。另外，该热处理优选在惰性气体氛围如在Ar气氛围中进行。
最后，对已急冷的拔丝材21再度实施冷加工(最终冷加工)(步骤D结束)，使最终线径小于或等于0.05mm、得到有关本实施方式的极细铜合金线30。
这里，铜合金熔液10中的Ag浓度是1.0～3.5重量％，小于或等于固溶限。因此，在把未凝固的铜合金熔液10缓慢地或者快速地冷却而形成铸造体时，Cu和Ag的共晶相不会在铸造体的Cu基体中结晶析出。因此，需要以给定冷却速度冷却未凝固的铜合金熔液10。
有关本实施方式的制造方法，在步骤C中，将形成铸造体20时的冷却速度调整在400～500(不含500)℃/min，最好是400～480℃/min的范围。由此，尽管铜合金熔液中的Ag浓度为小于或等于固溶限的1.0～3.5重量％，在铸造体20的Cu基体中，Cu和Ag的共晶相还是以网孔状结晶析出。该共晶相的结晶析出比例(体积百分比)是铸造体(线材)20的全部体积的3～20％。在上述的冷却速度范围，冷却速度越快，越能够减小共晶相的体积百分比。例如，在使用连续铸造机时，通过调整连续铸造片的拉制速度，就能够进行冷却速度的调整，拉制速度越快，越能够加快冷却速度。
通过对该铸造体20实施冷加工，形成拔丝材21，以网孔状结晶析出的共晶相沿着拔丝材21的纵向以纤维状延伸，作为Cu基体的强化纤维材料分散。通过该纤维强化和加工固化，拔丝材21、进而极细铜合金线30的抗拉强度显著提高。
另外，有关本实施方式的制造方法，在步骤E1中，对拔丝材21实施300～550℃×0.5～20小时的热处理。通过该热处理，拔丝材21中的Cu结晶发生再结晶而去除加工应变。另外，通过该热处理，固溶于拔丝材21的Cu基体和共晶相中的Cu固相中的Ag被析出的同时，固溶于拔丝材21的共晶相中的Ag固相中的Cu被析出。通过去除加工应变，拔丝材21的延伸特性变得良好，能够提高此后的冷加工时的加工率。另外，通过Ag析出和Cu析出，拔丝材21、进而极细铜合金线30的电导率提高。
把热处理温度规定为300～550℃，是因为如果不到300℃，拔丝材21的加工应变的去除效果就变得不充分。另外，是因为如果超过550℃，Ag析出相和Cu析出相会发生再固溶，拔丝材21、进而极细铜合金线30的电导率降低。在使热处理时间相同的情况下，热处理温度越高，加工应变的去除量就越增加(抗拉强度降低)，与此同时Ag析出相和Cu析出相进行再固溶(电导率降低)。另外，在使热处理温度相同的情况下，热处理时间越长，加工应变的去除量就越增加，与此同时Ag析出相和Cu析出相进行再固溶。
从以上可知，有关本实施方式的极细铜合金线30，尽管Ag浓度低到1.0～3.5重量％，也能够实现兼得大于或等于800MPa的高抗拉强度和大于或等于80％IACS的高电导率。从而，有关本实施方式的极细铜合金线30，随着昂贵的Ag的使用量减少，能够相应地廉价地得到高抗拉强度、高电导率的极细铜合金线。
另外，有关本实施方式的极细铜合金线30，因为延伸率也高到大于或等于1.1％，弯曲性也良好。从而，有关本实施方式的极细铜合金线30也能够作为要求耐弯曲性的极细线材应用。
另外，有关本实施方式的极细铜合金线30适宜作为小型电子设备如医疗用探针电缆、移动设备、机器人等的电力供给线或信号线。
接着，根据
有关本发明的另一最佳实施方式的极细铜合金线的制造方法。
如图2所示，有关本实施方式的极细铜合金线的制造方法和图1所示的有关前实施方式的极细铜合金线的制造方法，至拔丝材21的形成工序是相同的。因此，在本实施方式的极细铜合金线的制造方法中，从对拔丝材21的热处理工序开始说明。
在移动生产线移动拔丝材21的状态，对拔丝材21实施600～900℃×5～120秒，优选700～900℃×5～80秒，更优选750～850℃×5～40秒的热处理(步骤E2)。该热处理是如使移动的拔丝材21经过调节至600～900℃的均热带(均热区)来进行。加热时间可以通过调节拔丝材21的移动速度和/或均热带的长度来自由地调整。另外，该热处理，也可以通过对移动的拔丝材21通电加热来进行。此时，加热时间可以通过调节拔丝材21的移动速度和/或用于施加电压的电极间长度来自由地调整。另外，该热处理优选在惰性气体氛围如在Ar气氛围中进行。
最后，对已急冷的拔丝材21再度实施冷加工(最终冷加工)(步骤D结束)，使最终线径小于或等于0.05mm，得到有关本实施方式的极细铜合金线40。
由有关本实施方式的制造方法得到的极细铜合金线40，也能够得到和由有关前实施方式的制造方法得到的极细铜合金线30相同的作用效果。另外，有关本实施方式的制造方法能够以5～120秒这样的非常短的时间对拔丝材21进行热处理，因此得到的极细铜合金线40和极细铜合金线30相比，生产率更好。
由有关本实施方式的制造方法得到的极细铜合金线40和有关前实施方式的制造方法得到的极细铜合金线30同样地由铜合金单体构成。但是，极细铜合金线40的层结构，不限于单层结构，也可以是复层结构。例如，也可以是在由化学组成为Cu-1.0～3.5重量％Ag的铜合金构成的本体部的周围设置Ag被膜的结构。Ag被膜的膜厚为如极细铜合金线全体的直径的1～10％，优选为3～6％。
Ag被膜的形成是如在最终冷加工后进行。具体地说，对已急冷的拔丝材21实施最终冷加工后，对拔丝材21实施镀Ag处理。此时，进行镀膜厚度的调整，使最终线径小于或等于0.05mm。由此，在拔丝材21(本体部)的周围形成Ag被膜，得到双层结构的极细铜合金线40。通过形成Ag被膜，一面充分地确保极细铜合金线40的抗拉强度，一面能够进一步提高电导率。
以上，说明了本发明的具体实施方式
，但本发明并不限于上述的实施方式，不用说，除此之外也能够设想各种实施方式。
接着，根据实施例来说明本发明，但本发明并不限于该实施例。
实施例1作为用于制造铜合金的母材，使用Cu含有率为99.9999重量％、不可避免杂质的浓度总共为0.5ppm的高纯度Cu线材。对该线材的表面进行酸洗后，装填在固定并设置于真空室内的高纯度石墨坩埚内，进行高纯度Cu线材的真空熔化。在高纯度Cu线材完全熔化后，将室内的真空氛围置换成氩气氛围。此后，在高纯度石墨坩埚内装填纯Ag线材，进行铜合金熔液的熔炼。此时，进行纯Ag线材的装填量的调整，使铜合金熔液的化学组成为Cu-2.0重量％Ag。
把得到的铜合金熔液浇注到连续铸造设备的石墨制铸型中，进行直径8.0mm的粗轧线(铸造体)的连续铸造。铜合金熔液的冷却速度规定为450℃/min。
对该粗轧线实施一次拔丝加工(断面收缩率约89.4％)，形成拔丝材后，对该拔丝材实施剥皮处理、酸洗处理而形成为直径2.6mm。此后，实施把拔丝材在Ar气氛围中加热至400℃并保持10小时后再用冷水急冷这样的热处理。对这种热处理后的拔丝材实施二次拔丝加工(断面收缩率约99.9％)，制成直径0.016mm的极细铜合金线。
实施例2
把和实施例1相同的铜合金熔液浇注到连续铸造设备的石墨制铸型中，进行直径8.0mm的粗轧线(铸造体)的连续铸造。铜合金熔液的冷却速度规定为425℃/min。
对该粗轧线实施一次拔丝加工(断面收缩率约98.7％)形成拔丝材后，对该拔丝材实施剥皮处理、酸洗处理而形成为直径0.9mm。此后，实施把拔丝材在Ar气氛围中在800℃的均热带中移动20秒这样的热处理。对该热处理后的拔丝材实施二次拔丝加工(断面收缩率约99.9％)后，对该拔丝材实施镀Ag处理，制成直径0.016mm的极细铜合金线。
实施例3和实施例1同样地进行化学组成为Cu-1.5重量％Ag的铜合金熔液的熔炼。把得到的铜合金熔液浇注到连续铸造设备的石墨制铸型中，进行直径8.0mm的粗轧线(铸造体)的连续铸造。铜合金熔液的冷却速度规定为450℃/min。
对该粗轧线实施一次拔丝加工(断面收缩率约98.7％)形成拔丝材后，对该拔丝材实施剥皮处理、酸洗处理而形成为直径0.9mm。然后，实施把拔丝材在Ar气氛围中加热至400℃并保持5小时后再用冷水急冷这样的热处理。对该热处理后的拔丝材实施二次拔丝加工(断面收缩率约99.9％)，制成直径0.016mm的极细铜合金线。
实施例4和实施例1同样地进行化学组成为Cu-3.0重量％Ag的铜合金熔液的熔炼。把得到的铜合金熔液浇注到连续铸造设备的石墨制铸型中，进行直径8.0mm的粗轧线(铸造体)的连续铸造。铜合金熔液的冷却速度规定为450℃/min。
然后，除了把热处理时的加热温度规定为500℃以外，和实施例3同样地制作直径0.016mm的极细铜合金线。
比较例1和实施例1同样地进行化学组成为Cu-0.4重量％Ag的铜合金熔液的熔炼。把得到的铜合金熔液浇注到连续铸造设备的石墨制铸型中，进行直径8.0mm的粗轧线(铸造体)的连续铸造。铜合金熔液的冷却速度规定为450℃/min。
然后，除了把热处理时的保持时间规定为10小时以外，和实施例3同样地制作直径0.016mm的极细铜合金线。
比较例2和实施例1同样地进行化学组成为Cu-1.5重量％Ag的铜合金熔液的熔炼。把得到的铜合金熔液浇注到连续铸造设备的石墨制铸型中，进行直径8.0mm的粗轧线(铸造体)的连续铸造。铜合金熔液的冷却速度规定为500℃/min。
然后，除了把热处理时的保持时间规定为10小时以外，和实施例3同样地制作直径0.016mm的极细铜合金线。
比较例3和实施例1同样地进行化学组成为Cu-5.0重量％Ag的铜合金熔液的熔炼。把得到的铜合金熔液浇注到连续铸造设备的石墨制铸型中，进行直径8.0mm的粗轧线(铸造体)的连续铸造。铜合金熔液的冷却速度规定为450℃/min。
然后，除了把热处理时的加热温度规定为450℃、保持时间规定为10小时以外，和实施例3同样地制作直径0.016mm的极细铜合金线。
对得到的实施例1～4和比较例1～3的各极细铜合金线，进行共晶相占线材的全部体积的体积百分比(％)、抗拉强度(MPa)、延伸率(％)、电导率(％IACS)的评价。将其评价结果示于表1中。
表1
如表1所示，实施例1～4的各极细铜合金线，铜合金成分中的Ag浓度范围、冷却速度范围、及共晶相的体积百分比都被调整到规定范围内。因此，抗拉强度为840～1100MPa、延伸率为1.2～1.5％、电导率为81～90％IACS，均良好。
与此相比，比较例1的极细铜合金线，其延伸率(1.3％)和电导率(95％IACS)均良好。但是，比较例1的极细铜合金线，铜合金组成中的Ag浓度是不到规定范围(1.0～3.5重量％)的0.4重量％。由于Ag浓度过低，所以不能使共晶相充分地结晶析出，共晶相的体积百分比成为0％。其结果，不能期待由共晶相带来的强化，抗拉强度成为不到规定范围(大于或等于800MPa)的700MPa。
并且，比较例2的极细铜合金线，其延伸率(1.3％)和电导率(88％IACS)均良好。但是，比较例2的极细铜合金线，冷却速度为500℃/min，超过了规定范围(400～500(不含500)℃/min)。由于冷却速度过快，所以不能使共晶相充分地结晶析出，共晶相的体积百分比成为0.8％。其结果，不能期待由共晶相带来的强化，抗拉强度成为不到规定范围(大于或等于800MPa)的780MPa。
另外，比较例3的极细铜合金线，其抗拉强度(1300MPa)良好。但是，比较例3的极细铜合金线，其铜合金组成中的Ag浓度为5.0重量％，超过了规定范围。因为Ag浓度过高，所以共晶相的体积百分比过剩为25％。其结果，电导率降低至不到规定范围(大于或等于80％IACS)的72％IACS。并且，延伸率为1.0％，也稍低。
权利要求
1.一种极细铜合金线，其是最终线径小于或等于0.05mm的极细铜合金线，其特征在于，由化学组成为Cu-1.0～3.5重量％Ag、且占线材的全部体积的Cu和Ag的共晶相的体积比为3～20％的铜合金构成，并且抗拉强度大于或等于800MPa、电导率大于或等于80％IACS。
2.一种极细铜合金线，其是最终线径小于或等于0.05mm的极细铜合金线，其特征在于，在由化学组成为Cu-1.0～3.5重量％Ag、且占线材的全部体积的Cu和Ag的共晶相的体积比为3～20％的铜合金构成的本体部的周围设置Ag被膜而构成，并且抗拉强度大于或等于800MPa、电导率大于或等于80％IACS。
3.一种极细铜合金线的制造方法，其是制造最终线径小于或等于0.05mm的极细铜合金线的方法，其特征在于，在铸型内浇注在杂质浓度的总和小于或等于10ppm的铜母材中以1.0～3.5重量％的比例含有Ag的铜合金熔液来进行铸造，以400～500(不含500)℃/min的冷却速度冷却浇注后的未凝固的铜合金熔液而形成铸造体，在该铸造体上作为缩径加工实施冷加工的同时，对该冷加工后的拔丝材实施再结晶处理。
4.根据权利要求3所述的极细铜合金线的制造方法，其中，作为上述再结晶处理，进行300～550℃×0.5～20小时的热处理。
5.根据权利要求4所述的极细铜合金线的制造方法，其中，对上述热处理后的拔丝材实施急冷处理。
6.根据权利要求3所述的极细铜合金线的制造方法，其中，作为上述再结晶处理，进行600～900℃×5～120秒的快速加热与急冷处理。
7.根据权利要求6所述的极细铜合金线的制造方法，其中，对上述再结晶处理后的拔丝材实施镀Ag处理。
全文摘要
本发明提供兼具大于或等于800MPa的抗拉强度和大于或等于80％IACS的电导率的极细铜合金线及其制造方法。有关本发明的极细铜合金线的制造方法是制造最终线径小于或等于0.05mm的极细铜合金线(30)的方法，首先，在铸型内浇注在杂质浓度的总和小于或等于10ppm的铜母材(11)中以1.0～3.5重量％的比例含有Ag的铜合金熔液(10)来进行铸造。浇注后，以400～500(不含500)℃/min的冷却速度冷却未凝固的铜合金熔液(10)而形成铸造体(20)。对该铸造体(20)作为缩径加工实施冷加工的同时，对该冷加工后的拔丝材(21)实施300～550℃×0.5～20小时的热处理。
文档编号B22D11/12GK1702180SQ20051006606
公开日2005年11月30日 申请日期2005年4月20日 优先权日2004年5月24日
发明者青柳太贯, 冈田良平, 黑田洋光 申请人:日立电线株式会社