专利名称：凸焊特性优异的Cu-Ni-Si系铜合金及其制造方法
技术领域：
本发明涉及凸焊特性优异的Cu-N1-Si系铜合金，特别是涉及用于车载用的驱动电路或发动机装置内部的电路基板等的Cu-N1-Si系铜合金及其制造方法。
背景技术：
凸焊为电阻焊的一种，由于电流在凸出部集中流动，所以可进行良好的焊接，最近用于在车载用的驱动电路或发动机装置内部的电路基板中所使用的铜或铜合金部件的联结端子和引线端子的焊接等中。
专利文献I记载的驱动电路装置和具备其的发动机装置中，对联结端子的端部和引线端子的端部进行凸焊。联结端子使用纯铜、磷青铜等。自电路基板36延伸设置的联结端子22在联结端子折弯部22A折弯，与自控制IC44延伸设置的引线端子18 —起向上方延伸，进而，联结端子22的端部与引线端子18的端部在焊接点16通过电焊接合，联结端子22 在弯曲点22B以离开引线端子18的方式弯曲。因此，在电焊时，可抑制电流在焊接点16以外流动而分流，从而可抑制焊接强度的不均匀。
专利文献2记载的车辆用交流发电机的整流器中，电路板组件32的连接端子37 分支并在树脂体36的内周侧和外周侧露出，+侧二极管33的引线33d自外周侧通过凸焊与连接端子43分支的外周侧的露出部37b —体化接合，进而-侧二极管34的引线34d自内周侧通过凸焊与连接端子37分支的内周侧的露出部37a—体化接合。该引线由铜形成。
专利文献1:日本专利公开2009-123359号公报
专利文献2 :日本专利公开平成11-252877号公报
以往的需要凸焊的电路基板等使用的黄铜或磷青铜部件在耐腐蚀性上存在问题。 因此，作为该部件，正在研究耐腐蚀性、耐热性优异的铜镍硅系铜合金(Cu-N1-Si系铜合金)的使用，但凸焊特性存在缺点，故期待其解决对策。发明内容
本发明鉴于这些问题而作出，特别提供用于车载用的驱动电路或发动机装置内部的电路基板等的凸焊特性优异的Cu-N1-Si系铜合金及其制造方法。
本发明人等仔细研究的结果发现，使铜镍硅系铜合金含有最佳量的Zn，使结晶组织内用电子背散射衍射(EBSD)法测定的晶粒取向差(Grain Orientation Spread,G0S)的全部晶粒的平均值为2.5° 5.0°，用EBSD法测定的特殊晶界的总特殊晶界长度Lo相对于晶界的总晶界长度L的比例(Lo/L)为15 30%时，凸焊特性飞跃提高。
在提高凸焊特性上，具有导电性的金属的焊接容易性和可形成具有良好形状的突出部的加工性是重要的必要条件，本发明人等仔细研究的结果得出以下观点。
(I)Zn作为铜合金的添加组分，常常为了提高耐迁移性而含有它，也有助于焊接的容易性，但为低熔点，若超出最佳量，则在凸焊时常常蒸发而反过来使焊接性变差。
(2)铜合金组织中用EBSD法测定的GOS的全部晶粒中的平均值、特殊晶界的总特殊晶界长度L σ相对于晶界的总晶界长度L的比例(Lo/L)大大地有助于用于形成突出部的拉深加工性，若超出最佳值，拉深加工性变差，变得难以形成具有良好形状的突出部。
S卩，具有最佳的Zn含量、最佳的GOS的全部晶粒中的平均值、特殊晶界的总特殊晶界长度L σ相对于晶界的总晶界长度L的比例(Lo/L)的铜镍硅类铜合金可发挥极好的凸焊性。
此外，通常的铜镍硅系铜合金通过如下过程制造作为目标的最终板厚的板材用连续铸造等适当方法制作铸块，将该铸块加热至850 950°C左右进行均匀化退火，热轧后，用水冷却抑制N1-Si化合物的析出，接着对该热轧材实施(I)冷轧一(2)固溶处理 —(3)时效处理一(4)冷轧和热处理。此外，(4)的冷轧后，有时也进行以消除应力或变形矫正为目的的短时间加热、拉伸矫直等处理。特别是为了得到适宜特性，在⑵的固溶处理和(3)的时效处理上需要选择适宜条件。
本发明人等得出如下观点，为了制造具有适合凸焊的拉深加工性的铜镍硅系铜合金，在铜合金组织内尽量不使化合物粒子析出而以固溶状态存在很重要。
S卩，不进行以往的铜镍硅类铜合金 的制造所需的使化合物粒子析出的固溶处理和时效处理，通过对热轧、中间退火和低温退火选定最佳条件，可制造凸焊性优异的铜镍硅类铜合金，从而在成本上也可廉价制造。
本发明的铜合金的特征在于，具有由含有1.0 4.0重量％的附、0.1 1. O重量％的S1、0. 3 O. 7重量％的Ζη、0. 4 O. 8重量％的Sn，剩余为Cu和不可避免的杂质构成的组成，结晶组织内用EBSD法测定的GOS的全部晶粒中的平均值为2. 5° 5. 0°，用 EBSD法测定的特殊晶界的总特殊晶界长度Lo相对于晶界的总晶界长度L的比例(Lo/L) 为15 30%。
Zn的含量不到O. 3重量％时，不利于提高凸焊特性，若超出O. 7重量％，在凸焊时蒸发并反过来使焊接性变差。
GOS的全部晶粒中的平均值不到2. 5°时，结晶组织的各向异性变强，导致加工性降低，若超出5.0°，容易发生由晶界裂纹引起的断裂。
Lo/L不到15%时，轧制加工性变差，若超出30%，容易发生由晶界裂纹引起的断m ο
此外，本发明的铜合金可含有O. 01 O. 3重量％的由Zr和Cr组成的元素中的至少一种。
通过含有O. 01 O. 3重量％的由Zr和Cr组成的元素中的至少一种，凸焊性进一步提闻。
此外，本发明的铜合金可含有O. 001 O. 2重量％的Mg。
通过含有O. 001 O. 2重量％的Mg，冲压加工时的耐模具磨损性提高。
本发明铜合金的制造方法的特征在于，依次包括热轧、第一冷轧、中间退火、第二冷轧和低温退火，热轧时在厚度方向上的加工速度为13. O 28. O毫米/分钟，冷却开始温度为500 700°C，在500 700°C下实施中间退火20 60秒，在400 500°C下实施低温退火20 60秒。
S卩，本发明的凸焊特性优异的铜合金可通过不进行普通的铜镍硅系铜合金的制造所需的、使化合物粒子析出的固溶处理和时效处理，对热轧、中间退火和低温退火选定最佳条件而制造。
热轧时在厚度方向上的加工速度不到13. O毫米/分钟时，组织变得不均匀，还生成粗大的析出物，轧制加工性恶化，加工速度较大时，组织变得均匀，可抑制粗大析出物的成长，但超出28. O毫米/分钟时，在设备上无法实施。
冷却开始温度不到500°C时，组织变得不均匀，还生成粗大的析出物，轧制加工性恶化，冷却开始温度越高，组织变得越均匀，但超出700°C的设定的能量损耗变大，不经济。
中间退火时的温度不到500°C，时间不到20秒时，Lo /L上升并容易产生晶界裂纹，轧制加工性恶化，生产率降低。此外，析出时效发生，导电率上升，焊接性降低。
中间退火时的温度超出700°C，时间超出60秒时，组织固溶，导电率降低，但GOS的全部晶粒中的平均值降低，微细组织的各向异性变强，加工性降低。
低温退火时的温度不到400°C，时间不到20秒时，Lo /L上升并容易产生晶界裂纹，因而加工性降低。
低温退火时的温度超出500°C，时间超出60秒时，GOS的全部晶粒中的平均值降低，因而各向异性变强，加工性降低。
根据本发明，可得到适用于车载用的驱动电路或发动机装置内部的电路基板等的凸焊特性优异的Cu-N1-Si系铜合金。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
本实施方式的铜合金具有由含有1.0 4.0重量％的祖、0.1 1. O重量％的S1、 O. 3 O. 7重量％的Ζη、0. 4 O. 8重量％的Sn，剩余为Cu和不可避免的杂质构成的组成。
Ni和Si具有不使导电率大幅降低而提高强度的效果。Ni不到1. O重量％或Si 不到O.1重量％时，无该效果，Ni超出4. O重量％或Si超出1. O重量％时，热加工性显著降低。
Zn不到O. 3重量％时，不利于提高凸焊特性，若超出O. 7重量％，在凸焊时蒸发并反过来使焊接性恶化。
Sn为通过固溶强化而使强度提高的组分，不到O. 4重量％时，该效果不充分，超出 O. 8重量％时，该效果饱和的同时，热加工性和冷加工性劣化。
此外，该铜合金可含有O. 01 O. 3重量％的由Zr和Cr组成的元素中的至少一种， 通过含有O. 01 O. 3重量％的这些元素中的至少一种，有助于凸焊性的进一步提高。
此外，该铜合金可含有O. 001 O. 2重量％的Mg，通过含有O. 001 O. 2重量％的 Mg，有助于冲压加工时的耐模具磨损性。
进而，该铜合金在结晶组织内用EBSD法测定的GOS的全部晶粒中的平均值为 2.5° 5.0°，用EBSD法测定的特殊晶界的总特殊晶界长度1^相对于晶界的总晶界长度 L的比例(Lo /L)为15 30%以上。
GOS的全部晶粒中的平均值不到2. 5°时，结晶组织的各向异性变强，导致加工性降低，若超出5.0°，容易发生由晶界裂纹引起的断裂。
Lo/L不到15%时，轧制加工性变差，若超出30%，容易发生由晶界裂纹引起的断m ο
S卩，通过GOS的全部晶粒中的平均值和L σ /L在最佳的数值范围，可通过冲压加工形成具有良好形状的突出部。
GOS为通过安装于扫描型电子显微镜的结晶取向测定系统，测定各测定像素的取向，将测定像素间的取向差在15°以上视为晶界，计算晶粒内的某一像素与剩余的全部像素间的取向差的平均值，每个晶粒具有值。GOS的全部晶粒中的平均值为算出测定范围内的全部晶粒的GOS的平均值。
结晶组织内用EBSD法测定的特殊晶界的总特殊晶界长度L σ相对于晶界的总晶界长度L的比例(Lo/L)为通过电子背散射衍射进行的取向分析，将邻接的测定点间的取向差为15°以上的测定点间作为晶界，测定晶界的总晶界长度L，确定邻接的晶粒的界面构成特殊晶界的晶界位置，由特殊晶界的总特殊晶界长度Lo和测定的晶界的总晶界长度 L算出。
这样，本实施方式的铜合金的Zn含量为O. 3 O. 7重量％，用EBSD法测定的GOS 的全部晶粒中的平均值为2. 5° 5.0°，用EBSD法测定的特殊晶界的总特殊晶界长度Lo 相对于晶界的总晶界长度L的比例(Lo/L)为15 30%，具有极好的凸焊性。
以下，对本发明制造方法的实施方式进行说明。
本实施方式的铜合金的制造方法，在以依次包括热轧、第一冷轧、中间退火、第二冷轧和低温退火的工序制造铜合金时，使热轧时在厚度方向上的加工速度为13. O 28. O 毫米/分钟，冷却开始温度为500 700°C，在500 700°C下实施中间退火20 60秒，在 400 500°C下实施低温退火20 60秒而进行制造。
通常的铜镍硅系铜合金通过如下过程制造作为目标的最终板厚的板材用连续铸造等适当方法制作铸块 ，将该铸块加热至850 950°C左右进行均匀化退火，热轧后，用水冷却抑制N1-Si化合物的析出，接着对该热轧材实施冷轧一固溶处理一时效处理一冷轧加工和热处理。与此相对，本实施方式的制造方法可通过不进行使化合物粒子析出的固溶处理和时效处理，对热轧、中间退火和低温退火选定最佳条件而进行制造。
热轧在使厚度方向上的加工速度为13. O 28. O毫米/分钟，冷却开始温度为 500 700°C下实施。
热轧时的加工速度不到13. O毫米/分钟时，组织变得不均匀，还生成粗大的析出物，轧制加工性恶化，加工速度较大时，组织变得均匀，可抑制粗大析出物的成长，但超出 28. O毫米/分钟时，在设备上无法实施。
冷却开始温度不到500°C时，组织变得不均匀，还生成粗大的析出物，轧制加工性恶化，冷却开始温度越高，组织变得越均匀，但超出700°C的设定使能量损耗变大，不经济。
中间退火在500 700°C下实施20 60秒。
中间退火时的温度不到500°C，时间不到20秒时，Lo /L上升并容易产生晶界裂纹，轧制加工性劣化，生产率降低。此外，析出时效发生，导电率上升，焊接性降低。
中间退火时的温度超出700°C，时间超出60秒时，组织固溶，导电率降低，但GOS的全部晶粒中的平均值降低，微细组织的各向异性变强，加工性降低。
低温退火在400 500 V下实施20 60秒。
低温退火时的温度不到400°C，时间不到20秒时，Lo /L上升并容易产生晶界裂纹，因而加工性降低。
低温退火时的温度超出500°C，时间超出60秒时，GOS的全部晶粒中的平均值降低，各向异性变强，加工性降低。
根据这种制造方法制造的铜合金的Zn含量为O. 3 O. 7重量％，用EBSD法测定的GOS的全部晶粒中的平均值为2. 5° 5. 0°，用EBSD法测定的特殊晶界的总特殊晶界长度Lo相对于晶界的总晶界长度L的比例(Lo/L)为15 30%，具有极好的凸焊性。
[实施例]
以下，对本发明的实施例，包括比较例进行详细说明。
用电炉溶解下述表I所示组成的铜合金(添加元素以外的组分为Cu和不可避免的杂质)，制作厚度175mm、宽度500mm、长度4m的铸块。将该铸块加热至950°C后，以13. 6 27. 2毫米/分钟的厚度方向的加工速度进行热轧，从500 700°C进行急速水冷却，得到板厚12mm的轧制材。接着，用铣刀对其表面的氧化膜进行表面切削后，进行第一冷轧，在 500 700°C进行20 60秒的中间退火。进而，进行第二冷轧，精加工至厚度O. 25mm，在 400 500°C进行20 60秒的低温退火，得到表I的实施例1 9所示的铜合金薄板。另外，在比较例I 9改变组分组成、热轧条件、中间退火条件和低温退火条件进行制作。比较例9的低温退火栏表示未实施低温退火。
[表 I]
权利要求
1.一种铜合金，其特征在于，具有由含有1.0 4. O重量％的附、0.1 1.0重量％的Si,O. 3 O. 7重量％的Ζη、0. 4 O. 8重量％的Sn，剩余为Cu和不可避免的杂质构成的组成，结晶组织内用电子背散射衍射法测定的晶粒取向差的全部晶粒的平均值为2. 5° 5.0°，用电子背散射衍射法测定的特殊晶界的总特殊晶界长度1^相对于晶界的总晶界长度L的比例L σ/L为15 30%。
2.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，含有O.01 0.3重量％的由Zr和Cr组成的元素中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，含有O.001 O. 2重量％的Mg。
4.根据权利要求2所述的铜合金，其特征在于，含有O.001 O. 2重量％的Mg。
5.一种铜合金的制造方法，其特征在于，为权利要求1至4中任意一项所述的铜合金的制造方法，依次包括热轧、第一冷轧、中间退火、第二冷轧和低温退火，所述热轧时在厚度方向上的加工速度为13. O 28. O毫米/分钟，冷却开始温度为500 700°C，在500 700°C下实施所述中间退火20 60秒，在400 500°C下实施所述低温退火20 60秒。
全文摘要
本发明提供凸焊特性优异的Cu-Ni-Si系铜合金及其制造方法，用于车载用的驱动电路或发动机装置内部的电路基板等。本发明的铜合金具有由含有1.0～4.0重量％的Ni、0.1～1.0重量％的Si、0.3～0.7重量％的Zn、0.4～0.8重量％的Sn，剩余为Cu和不可避免的杂质构成的组成，结晶组织内用EBSD法测定的GOS的全部晶粒中的平均值为2.5°～5.0°，用EBSD法测定的特殊晶界的总特殊晶界长度Lσ相对于晶界的总晶界长度L的比例(Lσ/L)为15～30％。
文档编号C22C9/06GK103014409SQ20111028214
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者樱井健, 阿部良雄, 斋藤晃, 龟山嘉裕 申请人:三菱伸铜株式会社