专利名称：铜合金导体及其制造方法
技术领域：
本发明特别关于一种强度和导电率良好的铜合金导体及其制造方法。
背景技术：
作为公知的铜合金导体的相关技术，在日本专利早期公开的特公昭46-32333号公报中记载有一种所谓的韧炼铜线。韧炼铜通常是一种含有不少于250ppm(0.025％)氧的铜，含有Ag、Ni、Sb、As、Fe、Sn、Pb、Bi、Si、S等杂质。
另外，还有一种日本专利早期公开的特开昭57-1562号公报中所记载的，通过在铜中添加所定的元素以抑制拉丝时的断线的技术。
但是，由上述的公知技术难以得到强度和导电率并存的导体。
当在韧炼铜等中添加锡时，能够提高强度。但是在韧炼铜的氧含量大，而使所含的锡变成氧化锡的情况下，对强度提高的贡献力降低。所以为了得到需要的强度，必须增大锡浓度。然而，当增大锡浓度时存在导电率下降且作为导体的电气特性下降的问题。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种兼具良好的强度和高导电率的铜合金导体及其制造方法。
本发明通过限定锡浓度，并特别规定存在于铜合金中的氧化锡和锡单质的比例，从而达成上述目的。
即，本发明铜合金导体的特征在于含有0.05～0.80重量％的锡，残余的部分由不可避免的杂质和铜构成，该锡以锡单质和氧化锡的状态存在，且氧化锡中的锡成分重量/锡单质(SnO中的Sn/Sn)的重量不超过0.3。另外，这里所说的氧化锡中的锡成分重量(SnO中的Sn)是指在将铜合金导体以60％硝酸进行溶解时，作为不溶物留下的残渣中(SnO)所含有的锡(Sn)。
如上所述，通过特别规定锡浓度及氧化锡中的锡成分和锡单质的重量比，能够形成强度和导电率并存的铜合金导体，特别是能够适合作为电子机器用配线和汽车用配线的导体使用。
具体实施例方式
下面对本发明进行更为详细的说明。
当锡浓度小于0.05重量％时，难以得到足够的拉伸强度。在本发明导体中，较佳的拉伸强度为550N/mm2以上，更佳为600N/mm2以上，特佳为700/mm2以上。
反之，当锡浓度大于0.08重量％时，难以得到所定的导电率。在本发明导体中，较佳的导电率为55％以上，更佳为70％以上，特佳为80％以上。该导电率以在20℃时对国际软铜标准所规定的标准软铜的导电率的百分比(％IACS)来表示。
在形成本发明的铜合金导体的化学成分中，也可含有不可避免的杂质。不可避免的杂质包括Ag、Ni、Sb、As、Fe、Pb、Bi、P、Si、Zn、S、Se、Te等。
而且，使氧化锡中的锡成分和锡单质的重量比在0.3以下。当该比率超过0.3时，为了得到足够的拉伸强度就要增大锡浓度，容易导致导电率的下降。SnO中的Sn和Sn的合计锡重量通过发光分光分析(Emission Spectro-photometric Analysis)进行测定。Sn单质的重量是通过将铜合金导体的样品溶解于60％硝酸中并使SnO沉淀分离，且对澄清部分施以原子吸光分析(Atimic Absorption Spectrometry)，从而对所溶解的Sn进行测定得到的。通过从合计锡重量中减去Sn单质的重量，可求SnO中所含有的锡的重量。该SnO主要是在铸造时的凝固过程中，通过与液态铜中所含的氧的结合而生成。
形成本发明的铜合金导体中的氧浓度不超过0.08重量％为佳。当氧浓度超过0.08重量％时，SnO的量增加，有时会对所得到的导体的拉丝加工性带来障碍。更佳的氧浓度为0.04重量％以下。氧浓度的测定可利用例如红外线吸收分析(Infrared Spectrum Absorbance)进行。
另外，形成本发明的铜合金导体中所含有的氧化锡的平均粒子直径在10μm以下为佳。当平均粒子直径超过10μm时，有时会对将所得到的导体拉丝至细径时的加工性带来障碍。氧化锡的平均粒子直径可利用扫描型电子显微镜SEM(Scanning Electron Microscope)和能量分散型X线分析装置EDX(Energy-dispersive X-ray Spectroscopy)进行测定。更佳的氧化锡的平均粒子直径在5μm以下。
上述的铜合金导体适合利用以下的方法进行制造。即，本发明铜合金导体的制造方法包括将含有0.05～0.80重量％的锡、残余的部分由不可避免的杂质和铜构成的原料进行熔解铸造的工程和将所得到的铸块进行轧制的工程，其特征在于在前述铸造工程中的熔解原料的凝固时，使冷却速度不小于3℃/秒。
通过利用上述锡含有量的原料，并使熔解原料的凝固时的冷却速度不小于3℃/秒，能够得到氧化锡中的锡成分重量/锡单质的重量不大于0.3的铜合金导体。当冷却速度小于3℃/秒时，氧化锡的生成量增大，导致导电率的下降。通常该冷却速度的上限是50℃/秒左右。
一般来说，铜合金导体可利用熔解→铸造→热(冷)轧的工程得到，再在后期工程中进行拉丝并加工成所定的线径。这里，使凝固后的铸块经热轧达到200℃时的冷却速度或在铸造后进行冷轧前的冷却速度不小于10℃/秒为佳。通过控制在这样的冷却速度，能够使氧化锡的生成量在一个适当的范围，并保持较高的强度和导电率。当冷却速度小于10℃/秒时，锡在铜中扩散使氧化锡的生成量增大，并导致导电率的下降。
形成本发明的铜合金导体具有足够的强度，特别是可作为细径的导体进行利用。例如能够轻松地得到线径不超过1.2mm，甚至不超过0.5mm的导体。
以下对本发明的实施形态进行说明。
(实验例1)准备含有0.075重量％的Sn、残余的部分由Cu和不可避免的杂质构成的铜合金，并利用“熔解→铸造→热轧→冷轧”的工程制作铜合金导体。在铸造中利用双皮带式铸造机。
由作业结果可知，凝固时的冷却速度为5.77℃/秒，凝固后至200℃的冷却速度(加工时的冷却速度)为21℃/秒。
在工程进行的过程中，于轧制结束后取下样品并利用发光分光分析(干式分析)求合金中的全Sn量。接着通过将该样品溶解于60％硝酸中，并使不溶物沉淀，且对澄清部分进行原子吸光分析，从而求得溶解的Sn单质量。由全Sn量减去Sn单质量，为SnO中的Sn量。结果，SnO中的Sn/Sn的值为0.07。而且，当利用扫描型电子显微镜(SEM)观察轧制后的样品断面并求平均粒子直径时，为4μm。
当采取另一样品并利用红外线吸收分析测定氧含量时，为0.0230重量％。
拉丝结束后的加工度为99.75％(断面减小率)，最终线径为0.4mm。另外，当将本实验例、比较例进行综合，对加工中的断线率和在后期工程中细线化时的加工难易度进行综合判断作为加工性，并将评价分成5个层次，按好的为5、差的为1进行评分时，实验例1得到5的评价。
当利用该铜合金导体求拉伸强度和导电率时，拉伸强度为552N/mm2，导电率为88.3％IACS。
(实验例2)除了利用Sn含有量为0.624重量％的铜合金以外，由与实验例1相同的工程制作铜合金导体。凝固时的冷却速度为3.2℃/秒，加工时的冷却速度为23℃/秒。
拉丝结束后的加工度为99.75％(断面减小率)，得到0.4mm的最终线径。
当与实验例1同样的，在工程进行中的轧制之后，采取样品并测定SnO中的Sn/Sn时，为0.28，SnO的平均粒子直径为12μm。而且，氧含量为0.0298重量％。
所得到的铜合金导体的拉伸强度为720N/mm2，导电率为62.5％IACS。加工性的评价为2，其理由是因为SnO的粒度变大。
而且，虽然该实验例2与实验例5和实验例6相比，含有较多的Sn，但是拉伸强度不会为一个高值。这也是因为SnO的粒子直径变大。
(实验例3)除了利用Sn含有量为0.187重量％的铜合金以外，由与实验例1相同的工程制作铜合金导体。凝固时的冷却速度为3.9℃/秒，加工时的冷却速度为18℃/秒。
拉丝结束后的加工度为99.75％(断面减小率)，得到0.4mm的最终线径。
当与实验例1同样的，在工程进行中的轧制之后，采取样品并测定SnO中的Sn/Sn时，为0.18，SnO的平均粒子直径为6μm。而且，氧含量为0.0820重量％。
所得到的铜合金导体的拉伸强度为595N/mm2，导电率为82.6％IACS。加工性的评价为4。
实验例3与下一实验例4相比，含有较多的Sn，但是由于氧含量较实验例4多，所以SnO的存在量增加，且拉伸强度的值也小于实施例4。
(实验例4)除了利用Sn含有量为0.177重量％的铜合金以外，由与实验例1相同的工程制作铜合金导体。凝固时的冷却速度为5.47℃/秒，加工时的冷却速度为18℃/秒。
拉丝结束后的加工度为99.75％(断面减小率)，得到0.4mm的最终线径。
当与实验例1同样的，在工程进行中的轧制之后，采取样品并测定SnO中的Sn/Sn时，为0.07，SnO的平均粒子直径为6μm。而且，氧含量为0.0350重量％。
所得到的铜合金导体的拉伸强度为610N/mm2，导电率为82.8％IACS。形成非常平衡的材料。而且，加工性非常好，得到5的评价。
(实验例5)除了利用Sn含有量为0.315重量％的铜合金以外，由与实验例1相同的工程制作铜合金导体。凝固时的冷却速度为5.47℃/秒，加工时的冷却速度为8℃/秒。
拉丝结束后的加工度为99.75％(断面减小率)，得到0.4mm的最终线径。
当与实验例1同样的，在工程进行中的轧制之后，采取样品并测定SnO中的Sn/Sn时，为0.11，SnO的平均粒子直径为5μm。而且，氧含量为0.0410重量％。
所得到的铜合金导体的拉伸强度为700N/mm2，导电率为76.8％IACS。加工性的评价为3。这是因为加工时的冷却速度。
而且，在该实验例5中，尽管Sn的含有量较下一实验例6稍小，但导电率并不比实施例6大。其理由是因为加工时的冷却速度不超过10℃/秒，Sn在Cu中扩散形成SnO，从而使导电率下降。
(实验例6)除了利用Sn含有量为0.338重量％的铜合金以外，由与实验例1相同的工程制作铜合金导体。凝固时的冷却速度为5.47℃/秒，加工时的冷却速度为23℃/秒。
拉丝结束后的加工度为99.75％(断面减小率)，得到0.4mm的最终线径。
当与实验例1同样的，在工程进行中的轧制之后，采取样品并测定SnO中的Sn/Sn时，为0.07，SnO的平均粒子直径为4μm。而且，氧含量为0.0215重量％。
所得到的铜合金导体的拉伸强度为710N/mm2，导电率为78.0％IACS。加工性的评价为4。
(比较例1)除了利用Sn含有量为0.030重量％的铜合金以外，由与实验例1相同的工程制作铜合金导体。凝固时的冷却速度为5.47℃/秒，加工时的冷却速度为18℃/秒。
拉丝结束后的加工度为99.75％(断面减小率)，得到0.4mm的最终线径。
当与实验例1同样的，在工程进行中的轧制之后，采取样品并测定SnO中的Sn/Sn时，为0.03，SnO的平均粒子直径为3μm。而且，氧含量为0.0240重量％。
所得到的铜合金导体的拉伸强度为535N/mm2，导电率为97.8％IACS。由于采用接近纯铜的原料，导电率表现为较大的值，但是拉伸强度得不到足够的强度。加工性没有问题，评价为5。
(比较例2)除了利用Sn含有量为0.680重量％的铜合金以外，由与实验例1相同的工程制作铜合金导体。凝固时的冷却速度为2.1℃/秒，加工时的冷却速度为23℃/秒。
拉丝结束后的加工度为99.75％(断面减小率)，得到0.4mm的最终线径。
当与实验例1同样的，在工程进行中的轧制之后，采取样品并测定SnO中的Sn/Sn时，为0.37，SnO的平均粒子直径较大，达到20μm。而且，氧含量为0.0850重量％。
所得到的铜合金导体的拉伸强度为710N/mm2，但导电率较低，为52.5％IACS。该原料由于Sn含量高，所以拉伸强度大，但是导电率稍有不足。而且，加工性由于在后期工程中的断线率增大，评价为1。考虑是由于SnO粒子直径变大的缘故。
如上述实验例及比较例所示，任一实验例都同时具备高拉伸强度和导电率。而且，如比较例1所示，当原料本身中的Sn含量不在一个较佳范围时，不管加工条件如何，都无法使拉伸强度和导电率并存。即使SnO中的Sn/Sn超过0.3，也同样不能使拉伸强度和导电率并存。
如上述说明，形成本发明的铜合金导体通过减少氧化锡的比例，增大对拉伸强度的增加作出贡献的有效锡量，并通过减少为得到所定的拉伸强度所需的总锡量而抑制导电率的下降。所以，能够实现使高强度和导电率并存的导体。
而且，形成本发明的铜合金导体的制造方法是一种适合用于制造本发明的铜合金导体的制造方法。
权利要求
1.一种铜合金导体，其特征在于含有0.05～0.80重量％的锡，残余的部分由不可避免的杂质和铜构成，该锡以锡单质和氧化锡的状态存在，且氧化锡中的锡成分重量/锡单质的重量不超过0.3。
2.如权利要求1所述的铜合金导体，其特征在于氧浓度不超过0.08重量％。
3.如权利要求1或2所述的铜合金导体，其特征在于氧化锡的平均粒子直径不超过10μm。
4.一种铜合金导体的制造方法，包括将含有0.05～0.80重量％的锡、残余的部分由不可避免的杂质和铜构成的原料进行熔解铸造的工程、将所得到的铸块进行轧制的工程，其特征在于在前述铸造工程中的熔解原料的凝固时，使冷却速度不小于3℃/秒。
5.如权利要求4所述的铜合金导体的制造方法，其特征在于使前述凝固后的铸块至200℃时的冷却速度不小于10℃/秒。
全文摘要
本发明提供一种兼具良好的强度和高导电的铜合金导体及其制造方法，其中该铜合金导体含有0.05～0.80重量％的锡，残余的部分由不可避免的杂质和铜构成，该锡以锡单质和氧化锡的状态存在，且氧化锡中的锡成分重量/锡单质的重量不超过0.3。通过减少氧化锡的比例，增大对拉伸强度的增加作出贡献的有效锡量，并通过减少为得到所定的拉伸强度所需的总锡量而抑制导电率的下降。所以，能够实现使高强度和导电率并存的导体。
文档编号H01B1/02GK1501409SQ0315759
公开日2004年6月2日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年11月13日
发明者久保范明, 佐野忠德, 德 申请人:住友电气工业株式会社