专利名称：熔融焊料镀敷捻线的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种熔融焊料镀敷捻线的制造方法，尤其涉及一种可以省略最终线径的捻线加工后的退火工序的熔融焊料镀敷捻线的制造方法。
背景技术：
在近年来的科学技术中，作为动力源的电力以及电气信号等，在所有领域中使用电气，为了传导它们而使用线缆、引线等导线。而且作为在该导线中使用的素材，使用铜、银等导电率高的金属，特别地，考虑到成本等方面的因素，绝大多数使用铜线。通常泛指的铜中，根据其分子排列等，大致上可以分为硬质铜和软质铜。所以根据利用目的的不同而使用具有期望性质的种类的铜。在电子部件用引线中，多使用硬质铜线。但是例如医疗设备、产业用机器人、笔记本型电脑等电子设备等中使用的线缆，因为要在反复地施加有苛刻的弯曲、扭曲、拉伸等组合外力的环境下使用，硬直的硬质铜线是不合适的，所以使用软质铜线。例如，在专利文献I中记载了一种极细铜合金线的制造方法，该极细铜合金线用于电子设备例如笔记本型电脑、手机、数码摄像机等便携式信息、通信、记录终端等要求耐弯曲性的领域，具有圆形截面，其中，对于线径0.01 0.1mm的极细铜合金线而言，对于含有0. 05 0. 9质量％的Mg或In并且以铜和不可避免的杂质为剩余部分的铜合金，实施拉丝加工而形成极细铜线，对形成最终线径后的极细线实施热处理而调质成拉伸强度为343MPa以上、伸长率为5%以上、导电率为80%IACS以上。另外，例如在专利文献2中，关于电子设备用的柔性扁平电缆中使用的镀Sn系扁平导体，记载了这样的柔性扁平电缆用扁平导体的制造方法，即，制造导体尺寸为厚度0. 035mm、宽度0. 30m m的镀Sn系扁平导体之后，对该扁平导体，在最终工序的退火中改变退火温度条件以满足耐弯曲性等各种特性。另外，例如在专利文献3中，关于在太阳能电池用电极线材中使用的扁平导体的Cu单层有所记载，即，对无氧铜形成的轧制片进行切割，之后对得到的芯材实施500°C X I分钟的软化退火，然后在其上通过实施镀敷得到软质的太阳能电池用电极线材。如上所述在多种技术领域中均使用软质铜线，然而在上述专利文献记载的软质铜线的制造方法中，在其软质铜线的制造工序中，在形成最终线径之后，在其他工序为了得到软质特性而实施退火处理。但是就以得到这种软质特性为目的的含有在最终线径前的退火工序的制造工序而言，存在生产率低下而且制造成本升高的问题。因此，例如，在专利文献4中记载了虽然是与太阳能电池用电极线材相关，但是作为不设置软化退火工序而容易制造软质铜线的技术，即，把熔融焊料浴的浴温设定为250°C以上、380°C以下。在浴温为250°C以上、低于280°C的情况下，将芯材的浸溃时间设定为6 10秒；在浴温为280°C以上、350°C以下的情况下，将芯材的浸溃时间设定为3 10秒；在浴温为超过350°C、380°C以下的情况下，将芯材的浸溃时间设定为3 5秒。
专利文献1:日本特开2002-129262号公报专利文献2 :日本特开2003-86024号公报专利文献3 :国际公开第2005/114751号小册子专利文献4 :国际公开第2007/037184号小册子
发明内容
在该专利文献4中记载的制造方法中，虽然从能够省略在最终线径加工完成之后的退火工序方面来说是有效的技术，但是从广泛使用软质镀铜线的制品领域来说，为了进一步削减制造成本，镀敷生产线的增速化就成为重要的因素，要求进一步缩短铜裸线、铜捻线的浸镀时间。另外，在专利文献4中记载的制造方法中，使用的是使用由无氧铜形成的裸线进行高加工度后的裸线(实施例中，轧制压缩比率为95%)，可以理解为该制造方法利用了越是高加工度的线，在浸溃于焊料镀敷槽时，热处理状态下的软化温度越低的现象而达到了软化导线的目的。该制造方法在应用于高加工度的裸线的情况下表现出有效的效果，但对于加工度相对较低的裸线还未进行充分的研究，对于加工度相对较低的铜线在应用上述技术时自然有所限制，所以有待发现还可以应用于加工度低的制品品种的制造技术。因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种熔融焊料镀敷捻线的制造方法，其与使用无氧铜(OFC)的情 况相比，在制造软质铜捻线的过程中，能够缩短在焊料镀敷槽中的浸溃时间，而且能够进一步实现镀敷生产线的增速化。本发明是为了达到上述目的而发明的技术方案，第I项发明是一种熔融焊料镀敷捻线的制造方法，具有拉丝工序，对于含有含不可避免的杂质的铜、以及大于2质量ppm的氧、以及Mg、Zr、Nb、Ca、V、N1、Mn、T1、Cr中至少一种添加元素的低浓度铜合金材料,实施拉丝加工至最终线径而制作拉丝材料；捻线工序，准备多根该拉丝材料，将它们捻合而制成捻线；熔融焊料镀敷工序，通过将该捻线浸溃于熔融焊料镀敷槽中，在拉丝材料的表面形成镀层,其中,通过熔融焊料镀敷工序的热量,将拉丝材料改性为软质铜线。第2项发明是第I项发明所述的熔融焊料镀敷捻线的制造方法，所述添加元素为4质量ppm以上且55质量ppm以下的钛,所述低浓度铜合金材料含有2质量ppm以上且12质量ppm以下的硫和大于2质量ppm且30质量ppm以下的氧。第3项发明是第I项发明所述的熔融焊料镀敷捻线的制造方法，拉丝加工至前述最终线径时前述拉丝材料的加工度为50%以上，所述熔融焊料镀敷槽的镀敷温度为260°C 300°C，浸溃时间为2 5秒。第4项发明是第I项发明所述的熔融焊料镀敷捻线的制造方法，拉丝加工至前述最终线径时前述拉丝材料的加工度为50%以上，所述熔融焊料镀敷槽的镀敷温度为大于300°C且380°C以下，浸溃时间为I秒以上。第5项发明是第I项发明所述的熔融焊料镀敷捻线的制造方法，拉丝加工至前述最终线径时前述拉丝材料的加工度为小于50%，所述熔融焊料镀敷槽的镀敷温度为280°C 380°C，浸溃时间为I 10秒。本发明与使用无氧铜(OFC)的情况相比，在制造焊料镀敷软质铜捻线的过程中，发挥如下的优异的效果能够缩短在焊料镀敷槽中的浸溃时间，而且能够进一步实现镀敷生产线的增速化。
图1是说明本发明的熔融焊料镀敷捻线的制造方法的图。图2是说明现有的熔融焊料镀敷捻线的制造方法的图。附图标记说明I拉丝装置2 线材2a拉丝材料7捻线装置9 捻线11焊料镀敷装置16熔融焊料镀敷捻线
具体实施方式
以下，根据附图详细说明本发明的优选的实施方式。如图1所示，本发明的熔融焊料镀敷捻线的制造方法是，通过拉丝工序A，将由软质低浓度铜合金材料制作的线材2拉丝加工至最终线径而制成拉丝材料2a，所述软质低浓度铜合金材料含有从由T1、Mg、Zr、Nb、Ca、V、N1、Mn和Cr构成的组中选择的添加元素且剩余部分为铜和不可避免的杂质；接着,通过捻线工序B，将多根拉丝材料2a捻合而制成捻线9 ;在镀敷工序C，将捻线9通过焊料镀敷槽13而进行熔融焊料镀敷，并且以该焊料浴的温度对捻线9进行退火。在拉丝工序A中的拉丝装置I是这样的装置从送出线轴3，将线材2通过设置有多个模具4的拉丝机5拉丝加工至加工度50%以上而制成最终线径，将该拉丝材料2a卷取在卷取线轴6。捻线工序B中的捻线装置7是这样的装置将制成最终线径的拉丝材料2a从多个送出线轴8送出，将它们捻合而制成捻线9而卷取在卷取线轴10。在镀敷工序C中的镀敷装置11是这样的装置从送出线轴12，将捻线9通过多个导向辊13浸溃于焊料镀敷槽15内的焊料熔液14内，对捻线9进行熔融焊料镀敷而制成熔融焊料镀敷捻线16并卷取在卷取线轴17。在该过程中，焊料镀敷槽15的镀敷温度为260°C 300°C、捻线9的浸溃时间为2 5秒，或者温度为超过300°C且380°C以下、浸溃时间为I秒以上，在镀浴内同时进行捻线19的镀敷和退火。其次，对与本实施方式相关的捻线所使用的导体的构成进行说明。(I)关于添加元素与本实施方式相关的捻线所使用的导体为含有从由T1、Mg、Zr、Nb、Ca、V、N1、Mn和Cr组成的组中选择的添加元素且剩余部分为铜和不可避免的杂质的软质低浓度铜合金材料。作为添加元素，选择从由T1、Mg、Zr、Nb、Ca、V、N1、Mn和Cr组成的组中选择的元素的理由是，这些元素是容易与其他元素结合的活性元素，并且由于容易与S结合，可以捕获S，能够高纯度化铜母材(Matrix，基质)，从而减低素材硬度。添加元素可以含有一种以上。并且，合金中可以含有对合金性质没有坏影响的其他元素及杂质。此外，在以下说明的优选的实施方式中，说明了以氧含量超过2质量ppm且30质量ppm以下为适宜。但是根据添加元素的添加量及S含量的不同，只要在符合合金的性质的范围内，氧含量可以超过2质量ppm且在400质量ppm以下。(2)关于组成比例与本实施方式相关的捻线所使用的导体将用作为导电性材料，所以优选有较高的导电性。例如，与本实施方式相关的捻线优选使用如下的软质低浓度铜合金材料构成该软质低浓度铜合金材料是满足导电率为98%IACS (国际退火铜标准(InternationalAnnealed Copper Standard)以电阻率1. 7241 X 1(T8 Q m做为100%的导电率)以上，优选为100%IACS以上，更优选为102%IACS以上条件的软质型铜材。为得到导电率为98%IACS以上的软质铜材,作为含有不可避免的杂质的纯铜(基础素材)使用含有3质量ppm以上且12质量ppm以下的硫、超过2质量ppm且30质量ppm以下的氧以及4质量ppm以上55质量ppm以下的钛的软质低浓度铜合金材料,使用该软质低浓度铜合金材料制造线材(粗加工线)。如果为得到导电率为100%IACS以上的软质铜材，作为含有不可避免的杂质的纯铜(基础素材)使用含有2质量ppm以上且12质量ppm以下的硫、超过2质量ppm且30质量ppm以下的氧以及4质量ppm以上37质量ppm以下的钛的软质低浓度铜合金材料。
`0049]如果为得到导电率为102%IACS以上的软质铜材，作为含有不可避免的杂质的纯铜(基础素材)使用含有3质量ppm以上且12质量ppm以下的硫、超过2质量ppm且30质量ppm以下的氧以及4质量ppm以上25质量ppm以下的钛的软质低浓度铜合金材料。通常在纯铜的工业制造中，在制造电解铜时会在铜中进入硫，所以难以使硫在3质量ppm以下。通用电解铜的硫浓度上限为12质量ppm。因为含有超过2质量ppm且30质量ppm以下的氧，所以在本实施方式中，以所谓的低氧铜(LOC)为对象。氧浓度低时，捻线使用的导体的硬度难以降低，所以要控制氧浓度，使其超过2质量ppm。另外，氧浓度高时，在热轧工序中容易在导体表面发生损伤，所以要将氧浓度控制在30质量ppm以下。(3)关于分散物质关于分散于本实施方式的捻线所使用的导体内的分散粒子，优选其尺寸小，并且优选大量分布。其理由在于，分散粒子具有作为硫的析出位置的作用，而作为析出位置，则要求尺寸小、数量多，进而，分散粒子的形成及硫向分散粒子的析出还有助于提高铜母材的基质的纯度、降低材料硬度。具体来说，导体中所含的硫与钛以Ti0、Ti02、TiS、或具有Ti_0_S键的化合物的形式含有，或者以TiO、TiO2, TiS、或具有T1-O-S键的化合物的凝集物的形式含有，剩余部分的Ti和S以固溶体的形式含有。(本实施方式的捻线所使用的导体的制造方法)本实施方式的捻线所使用的导体的制造方法如下。以Ti作为添加元素为例进行说明。
首先准备含有Ti的软质低浓度铜合金材料作为捻线的原料(原料准备工序)。其次，将该软质低浓度铜合金材料在1100°C以上且1320°C以下的熔融铜温度制成熔液(熔液制造工序)。再次，由熔液制作线材(线材制作工序)。其次，将线材在880°C以下且550°C以上的温度进行热轧(热轧工序)。接下来，对进行热轧工序后的线材进行拉丝加工和热处理(拉丝加工、热处理工序)。作为热处理方法，可以适用使用管状炉的移动退火、利用阻抗发热的通电退火等。此外，间歇式子式)退火也可以。通过以上步骤可制造本实施方式的捻线所使用的导体。此外,优选使用上述含有2质量ppm以上且12质量ppm以下的硫、超过2质量ppm且30质量ppm以下的氧以及4质量ppm以上55质量ppm以下的钛的软质低浓度铜合金材料进行该导体的制造。这里，该发明的发明人为实现降低本实施方式的捻线所使用的导体的硬度，以及提高导体导电率，研究了以下两 个方案。并且，通过将这两个方案同时用于铜线材的制造，得到了本实施方式的捻线所使用的导体。首先，第一个方案是在氧浓度超过2质量ppm的Cu中添加钛(Ti)，制作Cu熔液。在该熔液中，可以认为形成有TiS和钛的氧化物(例如TiO2)和T1-O-S粒子。其次，第二个方案是通过把热轧工序的温度由通常铜的制造条件温度(即950°C 600°C )降低到更低的温度(880°C 550°C)，由此在铜中导入位错，使得硫(S)易于析出。这样设定温度，使得S在位错上析出，或以钛的氧化物(例如TiO2)为核析出S。通过以上的第一及第二方案，铜中所含的硫形成结晶并且析出，能够在冷拉丝加工后得到具有期望的软质特性和期望的导电率的铜线材。本实施方式的捻线所使用的导体使用SCR连铸设备，具有表面损伤少、制造范围广、能够稳定生产的特点。使用SCR连铸连轧以90% (30mm) 99. 8% (5mm)的铸锭加工度制作线材。例如，以99. 3%的加工度制造小8臟的线材。最好将溶解炉内的熔融铜温度控制在1100°C以上1320°C以下。熔融铜温度过高，将出现较多铸孔，在产生损伤的同时粒子尺寸有增大的倾向，所以要控制在1320°C以下。其次，将温度控制在1100°C以上是由于铜容易固化、导致制造不稳定，尽管这样，最好尽量降低熔融铜温度。对于热轧加工温度而言，优选把最初轧辊的温度控制在880°C以下，并且把最终轧辊的温度设定为550°C以上。与通常的纯铜制造条件不同，该铸造条件的目的是减小作为在熔融铜中的硫的结晶和在热轧中的硫的析出的驱动力的固溶极限。至于通常的热轧加工中的温度，最初轧辊的温度为950°C以下，最终轧辊的温度为600°C以上；但是为了进一步降低固溶极限，在本实施方式中最初轧辊的温度设定为880°C以下，最终轧辊的温度设定为550°C以上。最终轧辊的温度设定为550°C以上的理由在于，因为在小于550°C的温度下线材的损伤较多而不能够制成为制品。对于热轧加工中的温度而言，控制在最初轧辊的温度为880°C以下、最终轧辊的温度为550°C以上的范围内，并且优选尽可能低。通过这样的温度设定，导体的基质的硬度可以接近于高纯度铜(5N以上)。基础材料铜在竖炉('> ' 7卜炉)中熔解之后，控制其在还原状态下进入通道(樋)。即，优选在还原气体(例如CO)环境下，控制低浓度合金的硫浓度、钛浓度、氧浓度的同时进行铸造，并通过对材料进行轧制加工，稳定制造线材。这里，如果混入铜氧化物和/或粒子尺寸大于规定尺寸，会降低所制造的导体品质。根据以上步骤，可以得到比无氧铜(OFC)导体更软的软质低浓度铜合金材料作为本实施方式的捻线所使用的导体原料。可以在软质低浓度铜合金材料的表面形成镀层。并且，对软质低浓度铜合金材料的形状没有特殊要求，可以做成截面圆形、棒状或扁平导体状。此外，本实施方式中，在通过SCR连铸连轧法制作线材的同时通过热轧制作软质材料，但也可采用双辊式连铸连轧法或普洛佩罗奇式(7° D ^式)连铸连轧法。接下来，再通过图1对以该低浓度铜合金为素材的本发明的熔融焊料镀敷捻线的制造方法进行说明。该镀敷捻线是在其表面上具有镀层的熔融焊料镀敷捻线16。该熔融焊料镀敷捻线16是以上述低浓度铜合金材料为素材制作的捻线。另外，作为镀层，能够适用锡、镍、银为主要成分的物质，也可以使用所谓的无Pb镀。熔融焊料镀敷捻线16的制造方法具有对以上述低浓度铜合金材料为素材的线材2进行拉丝的拉丝工序A ;将拉丝至最终线径的 由硬铜线形成的拉丝材料2a捻合的捻线工序B ;在捻线9表面形成镀层的焊料镀敷工序C。图2表示现有制造熔融焊料镀敷捻线25的制造方法。该现有制造熔融焊料镀敷捻线25的制造工序包括镀敷工序D、拉丝退火工序E、捻线工序F。镀敷工序D中的镀敷装置11、拉丝退火工序E中的拉丝装置1、捻线工序F中的捻线装置7与图1中说明的镀敷装置11、拉丝装置1、捻线装置7基本相同，使用同一符号进行说明。图2所示现有制造熔融焊料镀敷捻线25的方法是这样的制造方法在最终线径前对线材(铜裸线)2利用镀敷装置11进行镀敷形成镀线18，对镀线18利用拉丝装置I进行拉丝加工至最终线径形成拉丝材料19，通过导向辊20、21、22卷取在卷取线轴24的过程中，在导向辊21、22间通电而进行通电退火制成软质铜线23。之后，利用捻线装置7捻合软质铜线23制成捻线25。但是存在这样的问题在捻线工序F中捻合的镀敷捻线25会在捻线工序F中发生加工硬化，虽然为软质捻线，但不能成为完全的软质捻线。与此相对，如上所述，如果使用本发明的熔融焊料镀敷捻线的制造方法，由于使用半软化温度低的素材，在制造时，可以将从加工工序经退火工序而制造的工序，变为从加工工序仅经过捻线工序和镀敷工序来制造制品，从而可以实现低成本且低能耗，同时提高生产率。另外，根据本发明，基于后述的表I和表2所示的数据，与使用无氧铜(OFC)的情况相比，在制造软质铜线的过程中，能够更短时间地进行在焊料镀敷槽中的浸溃，而且能够进一步实现镀敷生产线的增速化。表I
权利要求
1.一种熔融焊料镀敷捻线的制造方法，具有 拉丝工序,对于含有含不可避免的杂质的铜、以及大于2质量ppm的氧、以及Mg、Zr、Nb、Ca、V、N1、Mn、T1、Cr中至少一种添加元素的低浓度铜合金材料，实施拉丝加工至最终线径而制作拉丝材料； 捻线工序，准备多根该拉丝材料,将它们捻合而制成捻线； 熔融焊料镀敷工序，通过将该捻线浸溃于熔融焊料镀敷槽中，在拉丝材料的表面形成镀层， 其中,通过熔融焊料镀敷工序的热量,将拉丝材料改性为软质铜线。
2.根据权利要求1所述的熔融焊料镀敷捻线的制造方法，所述添加元素为4质量ppm以上且55质量ppm以下的钛,所述低浓度铜合金材料含有2质量ppm以上且12质量ppm以下的硫和大于2质量ppm且30质量ppm以下的氧。
3.根据权利要求1所述的熔融焊料镀敷捻线的制造方法，拉丝加工至前述最终线径时前述拉丝材料的加工度为50%以上，所述熔融焊料镀敷槽的镀敷温度为260°C 300°C，浸溃时间为2 5秒。
4.根据权利要求1所述的熔融焊料镀敷捻线的制造方法，拉丝加工至前述最终线径时前述拉丝材料的加工度为50%以上，所述熔融焊料镀敷槽的镀敷温度为大于300°C且380°C以下，浸溃时间为I秒以上。
5.根据权利要求1所述的熔融焊料镀敷捻线的制造方法，拉丝加工至前述最终线径时前述拉丝材料的加工度为小于50%，所述熔融焊料镀敷槽的镀敷温度为280°C 380°C，浸溃时间为I 10秒。
全文摘要
本发明提供熔融焊料镀敷捻线的制造方法，其与使用无氧铜的情况相比，在制造软质铜捻线的过程中能够以更短时间进行在焊料镀敷槽中的浸渍，而且能够进一步实现镀敷生产线的增速化。该方法具有对于含有含不可避免的杂质的铜、及超过2质量ppm的氧、及Mg、Zr、Nb、Ca、V、Ni、Mn、Ti、Cr中至少一种添加元素的低浓度铜合金材料，实施拉丝加工制作拉丝材料(2a)的拉丝工序(A)；准备多根拉丝材料(2a)，将它们捻合而制成捻线(9)的捻线工序(B)；通过将该捻线(9)浸渍于熔融焊料镀敷槽中，在拉丝材料(2a)的表面形成镀层的熔融焊料镀敷工序(C)；其中，通过熔融焊料镀敷工序(C)的热量，将拉丝材料(2a)改性为软质铜线。
文档编号C22C9/00GK103035338SQ20121029511
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者鹫见亨, 青山正义, 黑田洋光, 佐川英之, 藤户启辅, 增井信一 申请人:日立电线株式会社