电线用导体的制作方法
【专利摘要】提供了一种具有高强度和高电导率的电线用导体。所述导体包括铜合金，在所述铜合金中大量两相物分散在由铜构成的母相中，所述两相物由金属晶体制成。所述金属晶体形成为针形，并定向在用于所述电线的所述导体的纵向方向上。所述导体能够减小直径和重量，并且可用于超细电线中。
【专利说明】电线用导体
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电线用导体，其具有高强度和高电导率，并且能够减小所述导体的直径及其重量。本发明的导体可用作在电线束中使用的超细导体。
【背景技术】
[0002]对于铜合金导体来说，需要提高导电材料的材料强度以便减少导电材料的耗费、电线的直径及其重量。
[0003]作为提高导电材料的强度的方法，主要存在5种方法，更具体来说，是指加工硬化(位错强化)、细晶强化、固溶强化、沉淀强化和弥散强化。
[0004]在这样的方法中，当将导体应用于需要高导电性能的领域时，由于电阻增加，一般认为不能使用固溶强化方法。此外，按照加工硬化和细晶强化，通过向材料提供大的应变来提高强度。因此，耐热性能低，并且在热环境中强度极大降低。结果，在电线领域中不能提供足够的强度以用于执行拉丝加工。此外，在专利文献I或专利文献2中公开的沉淀强化的情况下，通过在组织中的热处理来分散沉淀元素。因此可以获得相对高的导电特性，但是不能提供足够高的强度以便进行热处理。另外，在弥散强化的情况下，一般将被分散的非金属材料例如氧化铝(Al2O3)分散在由金属构成的母相中。然而，在超细导体的情况下，被分散材料是相对大的外来材料，并且它具有作为起始点从基本材料与被分散材料之间的界面产生破坏的高度风险。
[0005]门用文献 列表]
[0006][专利文献]
[0007][PTL1]
[0008]专利文献1:日本公开申请N0.2009-185320
[0009]专利文献2:日本公开申请N0.2001-295011
【发明内容】
[0010][技术问题]
[0011]本发明的目的是提供一种具有高强度和高电导率的电线用导体。在本发明的电线用导体中，可以改善上面描述的常规问题。因此，本发明的导体可以减少电线的直径及其重量，并且可以应用于超细电线。
[0012][解决问题的方案]
[0013]为了实现上述目的，本发明提供了一种电线用导体，包含铜合金，在所述铜合金中大量两相物分散在由铜构成的母相中，所述两相物由金属晶体制成。所述金属晶体形成为针形，并定向在用于所述电线的所述导体的纵向方向上。
[0014]此外，在本发明的电线用导体中，通过所述铜合金的拉丝，将当铸造所述铜合金时或当加热所述铜合金以便加工电线时分散在所述母相中的所述两相物形成为所述针形。
[0015]此外，在本发明的电线用导体中，所述电线用导体以下述方式获得:向铜中加入一与铜一起形成熔点比铜的熔点更高的低共熔晶体的元素和/或一熔点比铜的熔点更高的元素，对上述处理的铜进行铸造，然后通过拉丝进行加工。
[0016]此外，在本发明的电线用导体中，所述电线通过拉丝来形成，并且所述母相中的由所述金属晶体制成的所述针形两相物之间的距离为0.25微米以下。
[0017][本发明的有益效果]
[0018]根据本发明的电线用导体，其强度高并且电导率高。因此，可以提供一种可以减小直径和重量并且适用于超细电线的电线用导体。
[0019]此外，根据本发明的电线用导体，两相物形成为针形。因此，本发明的导体具有更
高强度。
[0020]另外，根据本发明的电线用导体，可以获得70% IACS(国际退火铜标准)的高电导率。
[0021]此外，由于本发明的电线用导体具有900MPa的抗拉强度，因此可以获得高强度。
[0022]附图简述
[0023]图1是铜和铬的二元合金的状态图。
[0024]图2A是示出了在合金中分散的两相物的模型图，在所述合金中大量两相物由金属晶体制成，并且在拉丝之前分散在由铜构成的母相中。
[0025]图2B是示出了电线用导体在纵向方向(图2B中示出的双头箭头方向)上定向的状态的模型图，所述导体包括合金，在所述合金中大量两相物由金属晶体制成，并分散在由铜构成的母相中，所述金属晶体在拉丝之后为针形。
[0026]图3A示出了本发明的电线用导体在纵向方向的横截面上的扫描电子显微镜照片，并且是由合金制成的电线用导体的扫描电子显微镜照片，大量由针形铬-铜合金晶体构成的两相物分散在所述合金中。
[0027]图3B示出了本发明的电线用导体在纵向方向的横截面上的扫描电子显微镜照片，并且是由合金制成的电线用导体的扫描电子显微镜照片，大量由针形铌-铜合金晶体构成的两相物分散在所述合金中。
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[0028]本发明的电线用导体可以用作常用电线的导体。特别的是，可以优选地使用超细导体，例如横截面积为0.05mm2(0.05Sq)以下(单线直径为0.25_)的导体。在这样的导体中，当使用电线时，要求极小的断裂强度。因此，理想的是抗拉强度为900MPa以上，并且导电性能为70% IACS以上。在一般技术中，由于电线的直径细，不能获得足够强度。然而，在本发明的电线用导体中，由于本发明的电线用导体由合金制成，在所述合金中由金属晶体制成的两相物分散在由铜构成的母相中，因此可以获得足够强度。所述金属晶体为针形，并定向在电线用导体的纵向方向上。因此，所述电线用导体可以对其要求做出响应。
[0029]母相可以通过使用诸如纯度为99.95wt％的C1020的普通纯铜来形成。
[0030]当铸造铜合金时或当加热铜合金以便加工电线时，两相物被分散。此时，所述两相物通过铜合金的拉丝而形成为针形。
[0031]这样的两相物可以通过向铜中添加与一铜一起形成熔点比铜的熔点更高的低共熔晶体的元素和/或一熔点比铜更高 的金属晶体，并通过铸造来获得。[0032]与铜一起形成熔点比铜的熔点更高的低共熔晶体的元素包括铬、钥;或银等。优选地，所述元素可以是铬和铌，因为可以形成实用的具有可行熔点范围的低共熔晶体。
[0033]此外，熔点比铜更高的、具有体心立方晶格结构的金属元素晶体包括铌、铬、钇、钽、钨、铁等。此外，在除了具有体心立方晶格结构的金属元素晶体之外的金属晶体，即具有面心立方晶格结构或密排六方品格结构的金属元素晶体中，针对铜的固溶度极限高，或者可能不能充分获得强度和导电性以便形成铜和金属互化物。
[0034]作为构成金属元素晶体的元素，优选地熔点尽可能高于铜的熔点，并且固溶体的量(amount ofsolid solution)小。此外，固溶体的量在高温下可以大,并且在低温下可以小。
[0035]在铬形成具有体心立方晶格结构的晶体的情况下，如图1中所述的铜和二元合金的状态图，铬的熔点高于1863摄氏度。也就是说，铬的熔点比铜的熔点1083摄氏度高出800摄氏度。此外，铜的固溶体的量低于lat%，并且铬和铜在800摄氏度下几乎不能被制造成固溶体。此外，铜针对铬的固溶体的量非常低。因此，如图2A中所示，当向铜添加铬并熔化时，在冷却后，在与纯铜相似的母相中形成一结构，该结构中分散有作为两相物的、与纯铬相似的组成的铬-铜合金。
[0036]对于两相物的分散量来说，优选地将其设定在从Iat %以上至IOat %以下的范围内，以便将电导率提高到满意范围并同时维持高强度。
[0037]另外，当添加与铜一起形成熔点比铜的熔点更高的低共熔品体的元素时，需要在高于产生低共熔晶体的温度下进行铸造。
[0038]铸造后的冷却可以以相对快的速度进行，例如30摄氏度/秒以上，因为容易形成作为两相物分散的结构。
[0039]在冷却后，进行拉丝`过程。这可以以常规方式使用模具来进行。通过拉丝，将母相中的两相物延伸成针形，并如图2B中所述定向。
[0040]相对于铜添加5at%的铬，并将它们在1600摄氏度下熔化。随后，以30摄氏度/秒的速度将合金冷却至室温。在断面收缩率(从拉丝前的电线到拉丝后的电线的横截面减小比率)为99.75%的情况下，对合金进行拉丝。结果，母相中由金属晶体制成的针形两相物之间的距离可以为0.25微米以下。此时，导体可以具有900MPa的抗拉强度以及70%IACS的电导率EC。
[0041][实施例]
[0042]下面将说明本发明的电线用导体的实施例。
[0043]使用C1020作为纯铜的基本材料。
[0044]分别向C1020添加金属元素铌和具有体心立方晶格结构的铬，直至它们变为1.8at%。接下来，将它们分别加热至1600摄氏度的温度并铸造。随后，将它们分别以30摄氏度/秒的速度冷却至室温。结果，获得直径为2cm并且长度为7cm的每种合金铸块。
[0045]随后，使用模具对每种合金铸块进行拉制，以使断面收缩率变为99.91%。获得横截面直径为0.14mm的每种导体。
[0046]根据使用扫描电子显微镜(SEM)对每种结构进行的观察，针形晶体(两相物)已在母相中形成。晶体的长度与直径的商(平均值)为100-150。针形两相物之间的距离为
0.25微米。[0047]图3A示出了在电线用导体的纵向方向上的横截丽扫描电子显微镜照片，所述电线用导体由其中分散有大量两相物的合金构成，所述两相物由针形铬-铜合金晶体制成。此外，图3B示出了在电线用导体的纵向方向上的横截面扫描电子显微镜照片，所述电线用导体由其中分散有大量两相物的合金构成，所述两相物由针形铌-铜合金晶体制成。
[0048]对于那些导体即铜-铌合金导体和铜-铬合金导体以及C1020来说，参考JIS (日本工业标准)Z2001和JIS Z2241分别测量抗拉强度和电导率。
[0049]此外，以与铜-铬合金导体相同的方式，通过使用镍和锡代替铜来已获得合金导体，以使包含镍的合金导体变为5at%，并且包含锡的合金导体变为0.5at%。通过与上面相同的方式分别对那些导体进行测量。那些结果示出在表1中。
[0050][表 I]
[0051]
【权利要求】
1.一种电线用导体，包含: 铜合金，在该铜合金中大量两相物分散在由铜构成的母相中，所述两相物由金属晶体制成， 其中，所述金属晶体形成为针形，并定向在用于所述电线的所述导体的纵向方向上。
2.根据权利要求1所述的电线用导体，其中，通过所述铜合金的拉丝，将当铸造所述铜合金时或当加热所述铜合金以便加工电线时分散在所述母相中的所述两相物形成为所述针形。
3.根据权利要求1所述的电线用导体，其中，所述电线用导体以下述方式获得:向铜中加入一与铜一起形成熔点比铜的熔点更高的低共熔晶体的元素和/或一熔点比铜的熔点更高的元素，对上述处理的铜进行铸造，然后通过拉丝进行加工。
4.根掘权利要求1所述的电线用导体，其中，所述电线通过拉丝而形成，并且所述母相中的由所述金属晶体制成的所述针形两相物之间的距离为0.25微米以下。
5.根据权利要求2所述的电线用导体，其中，所述电线通过拉丝而形成，并且所述母相中的由所述金属晶体制成的所述针形两相物之间的距离为0.25微米以下。
6.根据权利要求3所述的电线用导体，其中，所述电线通过拉丝而形成，并且所述母相中的由所述金属晶体制成的所述针形`两相物之间的距离为0.25微米以下。
【文档编号】H01B1/02GK103827329SQ201280047416
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月23日 优先权日:2011年7月28日
【发明者】渡边刚 申请人:矢崎总业株式会社