專利名稱：凸焊特性優異的Cu-Ni-Si系銅合金及其制造方法
技術領域：
本發明涉及凸焊特性優異的Cu-N1-Si系銅合金，特別是涉及用于車載用的驅動電路或發動機裝置內部的電路基板等的Cu-N1-Si系銅合金及其制造方法。
背景技術：
凸焊為電阻焊的一種，由于電流在凸出部集中流動，所以可進行良好的焊接，最近用于在車載用的驅動電路或發動機裝置內部的電路基板中所使用的銅或銅合金部件的聯結端子和引線端子的焊接等中。
專利文獻I記載的驅動電路裝置和具備其的發動機裝置中，對聯結端子的端部和引線端子的端部進行凸焊。聯結端子使用純銅、磷青銅等。自電路基板36延伸設置的聯結端子22在聯結端子折彎部22A折彎，與自控制IC44延伸設置的引線端子18 —起向上方延伸，進而，聯結端子22的端部與引線端子18的端部在焊接點16通過電焊接合，聯結端子22 在彎曲點22B以離開引線端子18的方式彎曲。因此，在電焊時，可抑制電流在焊接點16以外流動而分流，從而可抑制焊接強度的不均勻。
專利文獻2記載的車輛用交流發電機的整流器中，電路板組件32的連接端子37 分支并在樹脂體36的內周側和外周側露出，+側二極管33的引線33d自外周側通過凸焊與連接端子43分支的外周側的露出部37b —體化接合，進而-側二極管34的引線34d自內周側通過凸焊與連接端子37分支的內周側的露出部37a—體化接合。該引線由銅形成。
專利文獻1:日本專利公開2009-123359號公報
專利文獻2 :日本專利公開平成11-252877號公報
以往的需要凸焊的電路基板等使用的黃銅或磷青銅部件在耐腐蝕性上存在問題。 因此，作為該部件，正在研究耐腐蝕性、耐熱性優異的銅鎳硅系銅合金(Cu-N1-Si系銅合金)的使用，但凸焊特性存在缺點，故期待其解決對策。發明內容
本發明鑒于這些問題而作出，特別提供用于車載用的驅動電路或發動機裝置內部的電路基板等的凸焊特性優異的Cu-N1-Si系銅合金及其制造方法。
本發明人等仔細研究的結果發現，使銅鎳硅系銅合金含有最佳量的Zn，使結晶組織內用電子背散射衍射(EBSD)法測定的晶粒取向差(Grain Orientation Spread,G0S)的全部晶粒的平均值為2.5° 5.0°，用EBSD法測定的特殊晶界的總特殊晶界長度Lo相對于晶界的總晶界長度L的比例(Lo/L)為15 30%時，凸焊特性飛躍提高。
在提高凸焊特性上，具有導電性的金屬的焊接容易性和可形成具有良好形狀的突出部的加工性是重要的必要條件，本發明人等仔細研究的結果得出以下觀點。
(I)Zn作為銅合金的添加組分，常常為了提高耐遷移性而含有它，也有助于焊接的容易性，但為低熔點，若超出最佳量，則在凸焊時常常蒸發而反過來使焊接性變差。
(2)銅合金組織中用EBSD法測定的GOS的全部晶粒中的平均值、特殊晶界的總特殊晶界長度L σ相對于晶界的總晶界長度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，拉深加工性變差，變得難以形成具有良好形狀的突出部。
S卩，具有最佳的Zn含量、最佳的GOS的全部晶粒中的平均值、特殊晶界的總特殊晶界長度L σ相對于晶界的總晶界長度L的比例(Lo/L)的銅鎳硅類銅合金可發揮極好的凸焊性。
此外，通常的銅鎳硅系銅合金通過如下過程制造作為目標的最終板厚的板材用連續鑄造等適當方法制作鑄塊，將該鑄塊加熱至850 950°C左右進行均勻化退火，熱軋后，用水冷卻抑制N1-Si化合物的析出，接著對該熱軋材實施(I)冷軋一(2)固溶處理 —(3)時效處理一(4)冷軋和熱處理。此外，(4)的冷軋后，有時也進行以消除應力或變形矯正為目的的短時間加熱、拉伸矯直等處理。特別是為了得到適宜特性，在⑵的固溶處理和(3)的時效處理上需要選擇適宜條件。
本發明人等得出如下觀點，為了制造具有適合凸焊的拉深加工性的銅鎳硅系銅合金，在銅合金組織內盡量不使化合物粒子析出而以固溶狀態存在很重要。
S卩，不進行以往的銅鎳硅類銅合金 的制造所需的使化合物粒子析出的固溶處理和時效處理，通過對熱軋、中間退火和低溫退火選定最佳條件，可制造凸焊性優異的銅鎳硅類銅合金，從而在成本上也可廉價制造。
本發明的銅合金的特征在于，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，剩余為Cu和不可避免的雜質構成的組成，結晶組織內用EBSD法測定的GOS的全部晶粒中的平均值為2. 5° 5. 0°，用 EBSD法測定的特殊晶界的總特殊晶界長度Lo相對于晶界的總晶界長度L的比例(Lo/L) 為15 30%。
Zn的含量不到O. 3重量％時，不利于提高凸焊特性，若超出O. 7重量％，在凸焊時蒸發并反過來使焊接性變差。
GOS的全部晶粒中的平均值不到2. 5°時，結晶組織的各向異性變強，導致加工性降低，若超出5.0°，容易發生由晶界裂紋引起的斷裂。
Lo/L不到15%時，軋制加工性變差，若超出30%，容易發生由晶界裂紋引起的斷m ο
此外，本發明的銅合金可含有O. 01 O. 3重量％的由Zr和Cr組成的元素中的至少一種。
通過含有O. 01 O. 3重量％的由Zr和Cr組成的元素中的至少一種，凸焊性進一步提聞。
此外，本發明的銅合金可含有O. 001 O. 2重量％的Mg。
通過含有O. 001 O. 2重量％的Mg，沖壓加工時的耐模具磨損性提高。
本發明銅合金的制造方法的特征在于，依次包括熱軋、第一冷軋、中間退火、第二冷軋和低溫退火，熱軋時在厚度方向上的加工速度為13. O 28. O毫米/分鐘，冷卻開始溫度為500 700°C，在500 700°C下實施中間退火20 60秒，在400 500°C下實施低溫退火20 60秒。
S卩，本發明的凸焊特性優異的銅合金可通過不進行普通的銅鎳硅系銅合金的制造所需的、使化合物粒子析出的固溶處理和時效處理，對熱軋、中間退火和低溫退火選定最佳條件而制造。
熱軋時在厚度方向上的加工速度不到13. O毫米/分鐘時，組織變得不均勻，還生成粗大的析出物，軋制加工性惡化，加工速度較大時，組織變得均勻，可抑制粗大析出物的成長，但超出28. O毫米/分鐘時，在設備上無法實施。
冷卻開始溫度不到500°C時，組織變得不均勻，還生成粗大的析出物，軋制加工性惡化，冷卻開始溫度越高，組織變得越均勻，但超出700°C的設定的能量損耗變大，不經濟。
中間退火時的溫度不到500°C，時間不到20秒時，Lo /L上升并容易產生晶界裂紋，軋制加工性惡化，生產率降低。此外，析出時效發生，導電率上升，焊接性降低。
中間退火時的溫度超出700°C，時間超出60秒時，組織固溶，導電率降低，但GOS的全部晶粒中的平均值降低，微細組織的各向異性變強，加工性降低。
低溫退火時的溫度不到400°C，時間不到20秒時，Lo /L上升并容易產生晶界裂紋，因而加工性降低。
低溫退火時的溫度超出500°C，時間超出60秒時，GOS的全部晶粒中的平均值降低，因而各向異性變強，加工性降低。
根據本發明，可得到適用于車載用的驅動電路或發動機裝置內部的電路基板等的凸焊特性優異的Cu-N1-Si系銅合金。
具體實施方式
以下，對本發明的實施方式進行說明。
本實施方式的銅合金具有由含有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，剩余為Cu和不可避免的雜質構成的組成。
Ni和Si具有不使導電率大幅降低而提高強度的效果。Ni不到1. O重量％或Si 不到O.1重量％時，無該效果，Ni超出4. O重量％或Si超出1. O重量％時，熱加工性顯著降低。
Zn不到O. 3重量％時，不利于提高凸焊特性，若超出O. 7重量％，在凸焊時蒸發并反過來使焊接性惡化。
Sn為通過固溶強化而使強度提高的組分，不到O. 4重量％時，該效果不充分，超出 O. 8重量％時，該效果飽和的同時，熱加工性和冷加工性劣化。
此外，該銅合金可含有O. 01 O. 3重量％的由Zr和Cr組成的元素中的至少一種， 通過含有O. 01 O. 3重量％的這些元素中的至少一種，有助于凸焊性的進一步提高。
此外，該銅合金可含有O. 001 O. 2重量％的Mg，通過含有O. 001 O. 2重量％的 Mg，有助于沖壓加工時的耐模具磨損性。
進而，該銅合金在結晶組織內用EBSD法測定的GOS的全部晶粒中的平均值為 2.5° 5.0°，用EBSD法測定的特殊晶界的總特殊晶界長度1^相對于晶界的總晶界長度 L的比例(Lo /L)為15 30%以上。
GOS的全部晶粒中的平均值不到2. 5°時，結晶組織的各向異性變強，導致加工性降低，若超出5.0°，容易發生由晶界裂紋引起的斷裂。
Lo/L不到15%時，軋制加工性變差，若超出30%，容易發生由晶界裂紋引起的斷m ο
S卩，通過GOS的全部晶粒中的平均值和L σ /L在最佳的數值范圍，可通過沖壓加工形成具有良好形狀的突出部。
GOS為通過安裝于掃描型電子顯微鏡的結晶取向測定系統，測定各測定像素的取向，將測定像素間的取向差在15°以上視為晶界，計算晶粒內的某一像素與剩余的全部像素間的取向差的平均值，每個晶粒具有值。GOS的全部晶粒中的平均值為算出測定范圍內的全部晶粒的GOS的平均值。
結晶組織內用EBSD法測定的特殊晶界的總特殊晶界長度L σ相對于晶界的總晶界長度L的比例(Lo/L)為通過電子背散射衍射進行的取向分析，將鄰接的測定點間的取向差為15°以上的測定點間作為晶界，測定晶界的總晶界長度L，確定鄰接的晶粒的界面構成特殊晶界的晶界位置，由特殊晶界的總特殊晶界長度Lo和測定的晶界的總晶界長度 L算出。
這樣，本實施方式的銅合金的Zn含量為O. 3 O. 7重量％，用EBSD法測定的GOS 的全部晶粒中的平均值為2. 5° 5.0°，用EBSD法測定的特殊晶界的總特殊晶界長度Lo 相對于晶界的總晶界長度L的比例(Lo/L)為15 30%，具有極好的凸焊性。
以下，對本發明制造方法的實施方式進行說明。
本實施方式的銅合金的制造方法，在以依次包括熱軋、第一冷軋、中間退火、第二冷軋和低溫退火的工序制造銅合金時，使熱軋時在厚度方向上的加工速度為13. O 28. O 毫米/分鐘，冷卻開始溫度為500 700°C，在500 700°C下實施中間退火20 60秒，在 400 500°C下實施低溫退火20 60秒而進行制造。
通常的銅鎳硅系銅合金通過如下過程制造作為目標的最終板厚的板材用連續鑄造等適當方法制作鑄塊 ，將該鑄塊加熱至850 950°C左右進行均勻化退火，熱軋后，用水冷卻抑制N1-Si化合物的析出，接著對該熱軋材實施冷軋一固溶處理一時效處理一冷軋加工和熱處理。與此相對，本實施方式的制造方法可通過不進行使化合物粒子析出的固溶處理和時效處理，對熱軋、中間退火和低溫退火選定最佳條件而進行制造。
熱軋在使厚度方向上的加工速度為13. O 28. O毫米/分鐘，冷卻開始溫度為 500 700°C下實施。
熱軋時的加工速度不到13. O毫米/分鐘時，組織變得不均勻，還生成粗大的析出物，軋制加工性惡化，加工速度較大時，組織變得均勻，可抑制粗大析出物的成長，但超出 28. O毫米/分鐘時，在設備上無法實施。
冷卻開始溫度不到500°C時，組織變得不均勻，還生成粗大的析出物，軋制加工性惡化，冷卻開始溫度越高，組織變得越均勻，但超出700°C的設定使能量損耗變大，不經濟。
中間退火在500 700°C下實施20 60秒。
中間退火時的溫度不到500°C，時間不到20秒時，Lo /L上升并容易產生晶界裂紋，軋制加工性劣化，生產率降低。此外，析出時效發生，導電率上升，焊接性降低。
中間退火時的溫度超出700°C，時間超出60秒時，組織固溶，導電率降低，但GOS的全部晶粒中的平均值降低，微細組織的各向異性變強，加工性降低。
低溫退火在400 500 V下實施20 60秒。
低溫退火時的溫度不到400°C，時間不到20秒時，Lo /L上升并容易產生晶界裂紋，因而加工性降低。
低溫退火時的溫度超出500°C，時間超出60秒時，GOS的全部晶粒中的平均值降低，各向異性變強，加工性降低。
根據這種制造方法制造的銅合金的Zn含量為O. 3 O. 7重量％，用EBSD法測定的GOS的全部晶粒中的平均值為2. 5° 5. 0°，用EBSD法測定的特殊晶界的總特殊晶界長度Lo相對于晶界的總晶界長度L的比例(Lo/L)為15 30%，具有極好的凸焊性。
[實施例]
以下，對本發明的實施例，包括比較例進行詳細說明。
用電爐溶解下述表I所示組成的銅合金(添加元素以外的組分為Cu和不可避免的雜質)，制作厚度175mm、寬度500mm、長度4m的鑄塊。將該鑄塊加熱至950°C后，以13. 6 27. 2毫米/分鐘的厚度方向的加工速度進行熱軋，從500 700°C進行急速水冷卻，得到板厚12mm的軋制材。接著，用銑刀對其表面的氧化膜進行表面切削后，進行第一冷軋，在 500 700°C進行20 60秒的中間退火。進而，進行第二冷軋，精加工至厚度O. 25mm，在 400 500°C進行20 60秒的低溫退火，得到表I的實施例1 9所示的銅合金薄板。另外，在比較例I 9改變組分組成、熱軋條件、中間退火條件和低溫退火條件進行制作。比較例9的低溫退火欄表示未實施低溫退火。
[表 I]
權利要求
1.一種銅合金，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，剩余為Cu和不可避免的雜質構成的組成，結晶組織內用電子背散射衍射法測定的晶粒取向差的全部晶粒的平均值為2. 5° 5.0°，用電子背散射衍射法測定的特殊晶界的總特殊晶界長度1^相對于晶界的總晶界長度L的比例L σ/L為15 30%。
2.根據權利要求1所述的銅合金，其特征在于，含有O.01 0.3重量％的由Zr和Cr組成的元素中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的銅合金，其特征在于，含有O.001 O. 2重量％的Mg。
4.根據權利要求2所述的銅合金，其特征在于，含有O.001 O. 2重量％的Mg。
5.一種銅合金的制造方法，其特征在于，為權利要求1至4中任意一項所述的銅合金的制造方法，依次包括熱軋、第一冷軋、中間退火、第二冷軋和低溫退火，所述熱軋時在厚度方向上的加工速度為13. O 28. O毫米/分鐘，冷卻開始溫度為500 700°C，在500 700°C下實施所述中間退火20 60秒，在400 500°C下實施所述低溫退火20 60秒。
全文摘要
本發明提供凸焊特性優異的Cu-Ni-Si系銅合金及其制造方法，用于車載用的驅動電路或發動機裝置內部的電路基板等。本發明的銅合金具有由含有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，剩余為Cu和不可避免的雜質構成的組成，結晶組織內用EBSD法測定的GOS的全部晶粒中的平均值為2.5°～5.0°，用EBSD法測定的特殊晶界的總特殊晶界長度Lσ相對于晶界的總晶界長度L的比例(Lσ/L)為15～30％。
文檔編號C22C9/06GK103014409SQ20111028214
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者櫻井健, 阿部良雄, 齋藤晃, 龜山嘉裕 申請人:三菱伸銅株式會社