CN104487600A - 高强度钛铜箔及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适合作为自动聚焦照相机模块等电子设备零件中使用的导电性弹簧材料的高强度钛铜箔。本发明涉及一种钛铜箔，其含有1.5~5.0质量%的Ti，余量由铜和不可避免的杂质构成，其中，与轧制方向平行的方向的0.2%屈服应力为1100MPa以上，并且，与轧制方向垂直的方向的算术平均粗糙度(Ra)为0.1μm以下。

Description

高强度钛铜箔及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种适合作为自动聚焦照相机模块等的导电性弹簧材料的具备优异的强度的Cu-Ti系合金箔。

背景技术

移动电话的照相机镜头部使用被称为自动聚焦照相机模块的电子零件。就移动电话的照相机的自动聚焦功能而言，通过自动聚焦照相机模块中使用的材料的弹力使镜头向一定方向移动，另一方面，通过使电流流过卷绕在周围的线圈产生的电磁力而使镜头向与材料的弹力所作用的方向相反的方向移动。通过这样的结构驱动照相机镜头，从而发挥自动聚焦功能(例如专利文献1、2)。

因此，对于自动聚焦照相机模块中使用的铜合金箔，承受由电磁力导致的材料变形的程度的强度是必要的。若强度低，则材料无法承受由电磁力导致的位移，产生永久变形(永久应变)。若产生永久应变，则在流过一定的电流时，镜头无法移动至所希望的位置而无法发挥自动聚焦功能。

自动聚焦照相机模块使用箔厚度为0.1mm以下、具有1100MPa以上的0.2%屈服应力的Cu-Ni-Sn系铜合金箔。但是，由于近年来的降低成本的要求，使用材料价格比Cu-Ni-Sn系铜合金低的钛铜箔，其需要逐渐增加。

另一方面，由于钛铜箔的强度比Cu-Ni-Sn系铜合金箔低，有产生永久应变的问题，所以希望其高强度化。作为改进钛铜强度的技术，在专利文献3中提出了：通过最终重结晶退火而调整平均结晶粒径，然后依次进行冷轧、时效处理的方法；在专利文献4中提出了：在固溶处理后依次进行冷轧、时效处理、冷轧的方法；在专利文献5中提出了：在进行热轧和冷轧后，进行在750~1000℃的温度范围内保持5秒~5分钟的固溶处理，接着，依次进行轧制率为0~50%的冷轧、300~550℃的时效处理、和轧制率为0~30%的最终冷轧，由此调整板面的{420}的X射线衍射强度的方法；在专利文献6中提出了：在规定的条件下依次进行第一固溶处理、中间轧制、最终的固溶处理、退火、最终的冷轧、和时效处理，由此调整轧制面的{220}的X射线衍射强度的半宽度的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-280031号公报

专利文献2：日本特开2009-115895号公报

专利文献3：日本特许4001491号公报

专利文献4：日本特许4259828号公报

专利文献5：日本特开2010-126777号公报

专利文献6：日本特开2011-208243号公报。

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献3~6的实施例和比较例中，也发现若干具有1100MPa以上的0.2%屈服应力的钛铜。但是，已知在上述现有技术的情况下，若箔厚度薄至0.1mm以下，则在对材料施加载重而使其变形后，除去载重后产生永久应变，若只是单纯的高强度材料，则无法用作自动聚焦照相机模块等的导电性弹簧材料。

因此，本发明的目的在于：提供一种适合作为自动聚焦照相机模块等电子设备零件中使用的导电性弹簧材料的高强度钛铜箔。另外，本发明的另一个目的在于：提供一种这样的钛铜箔的制备方法。

解决课题的手段

本发明人深入调查了钛铜箔的0.2%屈服应力与永久应变的关系和表面粗糙度与永久应变的关系，结果发现：0.2%屈服应力越高且表面粗糙度越小，则永久应变量越小。本发明以上述见解为背景而完成，通过以下进行限定。

(1) 一种钛铜箔，其含有1.5~5.0质量%的Ti，余量由铜和不可避免的杂质构成，其中，与轧制方向平行的方向的0.2%屈服应力为1100MPa以上，并且，与轧制方向垂直的方向的算术平均粗糙度(Ra)为0.1μm以下。

(2) (1)的钛铜箔，其中，上述0.2%屈服应力为1200MPa以上。

(3) (1)或(2)的钛铜箔，其中，箔厚度为0.1mm以下。

(4) (1)~(3)中任一项的钛铜箔，其中，以总量计含有0~1.0质量%的Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr和Zr中的1种以上。

(5) 一种钛铜箔的制备方法，所述方法包括：制备含有1.5~5.0质量%的Ti、余量由铜和不可避免的杂质构成的铸锭，对该铸锭依次进行热轧、冷轧，接着，依次进行于700~1000℃下5秒钟~30分钟的固溶处理、轧缩率为55%以上的冷轧、于200~450℃下2~20小时的时效处理、轧缩率为35%以上的最终冷轧，并且用具有0.1μm以下的算术平均粗糙度(Ra)的工作辊在最终冷轧的最终道次中进行轧制。

(6) (5)的钛铜箔的制备方法，其中，上述铸锭以总量计含有0~1.0质量%的Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr和Zr中的1种以上。

(7) 一种伸铜制品，其具备(1)~(4)中任一项的钛铜箔。

(8) 一种电子设备零件，其具备(1)~(4)中任一项的钛铜箔。

(9) (8)的电子设备零件，其中，电子设备零件为自动聚焦照相机模块。

(10) 一种自动聚焦照相机模块，其特征在于，具备镜头、将该镜头弹性施压至光轴方向的初始位置的弹簧部件、和产生抵抗该弹簧部件的弹压力的电磁力而可将上述镜头向光轴方向驱动的电磁驱动机构，上述弹簧部件为(1)~(4)中任一项所记载的钛铜箔。

发明的效果

可得到适合作为自动聚焦照相机模块等电子设备零件中使用的导电性弹簧材料的高强度Cu-Ti系合金箔。

附图说明

图1为示出本发明所涉及的自动聚焦照相机模块的截面图；

图2为图1的自动聚焦照相机模块的分解透视图；

图3为示出图1的自动聚焦照相机模块的工作的截面图；

图4为示出测定永久应变量的方法的示意图。

具体实施方式

(1) Ti浓度

在本发明所涉及的钛铜箔中，将Ti浓度设为1.5~5.0质量%。对于钛铜，通过固溶处理使Ti固溶于Cu基质中，通过时效处理使微小的析出物分散于合金中，由此使强度和导电率上升。

若Ti浓度低于1.5质量%，则析出物的析出不充分，得不到所希望的强度。若Ti浓度超过5.0质量%，则加工性劣化，在轧制时材料易破裂。考虑强度和加工性的平衡，优选Ti浓度为2.9~3.5质量%。

(2) 其它的添加元素

在本发明所涉及的钛铜箔中，通过以总量计含有0~1.0质量%的Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr和Zr中的1种以上，可使强度进一步提高。这些元素的总含量可为0，即可不含这些元素。将这些元素的总含量的上限设为1.0质量%的原因在于：若超过1.0质量%，则加工性劣化，在轧制时材料易破裂。考虑强度和加工性的平衡，优选以总量计含有0.005~0.5质量%的上述元素的1种以上。

(3) 0.2%屈服应力

当适合作为自动聚焦照相机模块的导电性弹簧材料的钛铜箔所需要的0.2%屈服应力为1100MPa以上时，在本发明所涉及的钛铜箔中，与轧制方向平行的方向的0.2%屈服应力可达到1100MPa以上。本发明所涉及的钛铜箔的0.2%屈服应力在优选的实施方式中为1200MPa以上，在进一步优选的实施方式中为1300MPa以上。

从本发明的目标强度方面出发，0.2%屈服应力的上限值无特殊限制，但由于耗费工夫和费用，所以本发明所涉及的钛铜箔的0.2%屈服应力一般为2000MPa以下，普遍为1600MPa以下。

在本发明中，钛铜箔的与轧制方向平行的方向的0.2%屈服应力依据JIS Z2241(金属材料拉伸试验方法)进行测定。

(4) 表面粗糙度(Ra)

通常，自动聚焦照相机模块等中使用的导电性弹簧材料的箔厚度为0.1mm以下。在对材料施加载重的情况下，该应力集中于材料的箔厚度最薄的部分。若材料的表面粗糙度大，即材料的箔厚度厚的部分和薄的部分局部地存在，则应力集中于箔厚度薄的部分，产生永久应变。另一方面，若材料的表面粗糙度小，则即使在对材料施加载重的情况下应力也难集中于特定的部位，因而难产生永久应变。

根据本发明人的研究结果可知，若将算术平均粗糙度(Ra)控制为0.1μm以下，则耐永久应变性显著提高。因此，本发明所涉及的钛铜箔的算术平均粗糙度(Ra)为0.1μm以下，优选为0.08μm以下，进一步优选为0.06μm以下。从本发明的目标强度方面出发，表面粗糙度的下限值无特殊限制。但是，由于制成极小的算术平均粗糙度(Ra)耗费工夫和费用，所以算术平均粗糙度(Ra)在普遍的实施方式中为0.01μm以上，在更普遍的实施方式中为0.02μm以上。

在本发明中，沿着与钛铜箔的轧制方向垂直的方向，选取基准长度为300μm的粗糙度曲线，依据JIS B 0601，由该曲线来测定算术平均粗糙度(Ra)。

(5) 铜箔的厚度

在本发明所涉及的钛铜箔的一个实施方式中，箔厚度为0.1mm以下，在普遍的实施方式中箔厚度为0.08~0.03mm，在更普遍的实施方式中箔厚度为0.05~0.03mm。

(6) 制备方法

在本发明所涉及的钛铜箔的制备方法中，首先用熔化炉将电解铜、Ti等原料熔化，得到所希望的组成的熔化液。然后，将该熔化液铸造为铸锭。为了防止钛的氧化磨损，优选在真空中或惰性气体气氛中进行熔化和铸造。然后，依次实施热轧、冷轧1、固溶处理、冷轧2、时效处理、冷轧3，精加工为具有所希望的厚度和特性的箔。

对于热轧及此后的冷轧1的条件，只要以在钛铜的制备中进行的常规条件进行即可，无特殊要求的条件。另外，对于固溶处理也可为常规条件，但例如可在700~1000℃且5秒钟~30分钟的条件下进行。

为了得到上述强度，优选将冷轧2的轧缩率规定为55%以上。更优选为60%以上，进一步优选为65%以上。若该轧缩率低于55%，则难得到1100MPa以上的0.2%屈服应力。从本发明的目标强度方面出发，轧缩率的上限无特殊规定，但在工业上不超过99.8%。

时效处理的加热温度为200~450℃，加热时间为2~20小时。若加热温度低于200℃或超过450℃，则难得到1100MPa以上的0.2%屈服应力。若加热时间低于2小时或超过20小时，则难得到1100MPa以上的0.2%屈服应力。

冷轧3的轧缩率优选规定为35%以上。更优选为40%以上，进一步优选为45%以上。若该轧缩率低于35%，则难得到1100MPa以上的0.2%屈服应力。从本发明的目标强度方面出发，轧缩率的上限无特殊规定，但在工业上不超过99.8%。

另外，为了得到上述表面粗糙度，重要的是在冷轧3的最终道次中使用算术平均粗糙度(Ra)为0.1μm以下、优选0.08μm以下、进一步优选0.06μm以下的工作辊。若工作辊的算术平均粗糙度超过0.1μm，则材料的表面粗糙度易超过0.1μm。但是，对工作辊形成极小的算术平均粗糙度(Ra)耗费工夫和费用，所以算术平均粗糙度(Ra)在普遍的实施方式中为0.01μm以上，在更普遍的实施方式中为0.02μm以上。

在本发明中，相对于长度方向，即相对于与上述材料的轧制方向垂直的方向所对应的方向，选取基准长度为400μm的粗糙度曲线，依据JIS B 0601测定工作辊的算术平均粗糙度(Ra)。

轧制的工作辊的粗糙度越小，轧制中的材料越容易滑动而发生断裂或卷绕偏移等异常，所以只要无特别的理由，轧制中使用的工作辊的粗糙度越大，在工业上越优选。因此，在本发明中，也优选只在冷轧3的最终道次中使用上述算术平均粗糙度(Ra)为0.1μm以下的工作辊。

如钛铜那样，在最终轧制后进行热处理、酸洗或抛光的制备方法的情况下，由于其表面品质依赖于抛光，所以轧制中使用的工作辊的算术平均粗糙度(Ra)通常为0.13μm以上。因此，根据本发明人所知，从来没有使用如上所述的低粗糙度的工作辊。

需说明的是，通常，在时效处理后，为了除去在时效时生成的表面氧化皮膜，进行表面的酸洗或研磨等。在本发明中也可在时效处理后进行表面的酸洗或研磨等。另外，也可在冷轧3之后进行低温退火，然后为了除去在低温退火时生成的表面氧化皮膜，也可进行表面的酸洗或研磨等。但是，在该情况下，若研磨后的表面粗糙度不在本发明的规定范围内，则无法发挥本发明的效果。在常规实施的用于除去氧化皮膜的研磨中，研磨所使用的抛光轮的粗糙度大，所以得不到本发明中规定水平的平滑表面。为了通过研磨得到本发明中规定的表面粗糙度，需要减小抛光轮的粗糙度等方法。

(7) 用途

本发明所涉及的钛铜箔无限定，可适合用作开关、连接器、插座、端子、继电器等电子设备用零件的材料，特别可适合用作自动聚焦照相机模块等电子设备零件中使用的导电性弹簧材料。在一个实施方式中，自动聚焦照相机模块具备镜头、将该镜头弹性施压至光轴方向的初始位置的弹簧部件、和产生抵抗该弹簧部件的弹压力的电磁力而可将上述镜头向光轴方向驱动的电磁驱动机构。电磁驱动机构可示例性地具备U字形圆筒状的磁轭、收容于磁轭的内周壁内侧的线圈、和在围绕线圈的同时收容于磁轭的外周壁内侧的磁铁。

图1为示出本发明所涉及的自动聚焦照相机模块的一个实例的截面图，图2为图1的自动聚焦照相机模块的分解透视图，图3为示出图1的自动聚焦照相机模块的工作的截面图。

自动聚焦照相机模块1具备：U字形圆筒状的磁轭2，安装于磁轭2的外壁的磁铁4，在中央位置具备镜头3的托架5，安装于托架5的线圈6，安装有磁轭2的基座7，支撑基座7的框架8，上下支持托架5的2个弹簧部件9a、9b，和覆盖它们上下方的2个盖10a、10b。2个弹簧部件9a、9b为相同制品，在以相同的位置关系上下夹持并支持托架5的同时，作为向线圈6供电的路径起作用。通过对线圈6施加电流，托架5向上方移动。需说明的是，在本说明书中酌情使用上和下的用语，是指图1中的上下，上表示从照相机朝向被拍摄物的位置关系。

磁轭2为软铁等磁体，形成上表面部封闭的U字形的圆筒状，具有圆筒状的内壁2a和外壁2b。在U字形的外壁2b的内表面安装(粘接)环状的磁铁4。

托架5为具有底面部的圆筒形结构的由合成树脂等形成的成形品，在中央位置支持镜头，在底面外侧上粘接并搭载预先成形的线圈6。在矩形树脂成形品的基座7的内周部嵌合装入磁轭2，进而用树脂成形品的框架8将磁轭2整体固定。

弹簧部件9a、9b均将最外周部分别夹持固定于框架8和基座7，内周部每隔120°的切口槽部嵌合于托架5，通过热填隙(thermal caulking)等固定。

弹簧部件9b与基座7和弹簧部件9a与框架8之间通过粘接和热填隙等固定，进而将盖10b安装于基座7的底面，将盖10a安装于框架8的上部，分别将弹簧部件9b夹入并固定于基座7与盖10b之间，将弹簧部件9a夹入并固定于框架8与盖10a之间。

线圈6的一侧的导线穿过设置于托架5的内周面的槽内向上延伸，焊接于弹簧部件9a。另一侧的导线穿过设置于托架5底面的槽内向下方延伸，焊接于弹簧部件9b。

弹簧部件9a、9b为本发明所涉及的钛铜箔的板簧。具有弹性，将镜头3弹性施压至光轴方向的初始位置。同时也作为向线圈6供电的路径起作用。弹簧部件9a、9b的外周部一处向外侧突出，作为馈电端子起作用。

将圆筒状的磁铁4在径向(直径)方向磁化，形成以U字形磁轭2的内壁2a、上表面部和外壁2b为路径的磁路，在磁铁4与内壁2a之间的间隙配置线圈6。

弹簧部件9a、9b为相同形状，如图1和2所示以相同的位置关系进行安装，所以可抑制托架5向上方移动时的轴偏移。由于线圈6是在卷线后进行加压成形而制备，所以最终外径的精度提高，可容易地配置于规定的狭窄间隙内。由于托架5在最下方的位置接触基座7，在最上方的位置接触磁轭2，所以使得在上下方向具备接触结构，防止脱落。

图3示出对线圈6施加电流，在自动聚焦用途中将具备镜头3的托架5向上方移动时的截面图。若对弹簧部件9a、9b的馈电端子施加电源，则电流流过线圈6，向上方的电磁力作用于托架5。另一方面，连结的2个弹簧部件9a、9b的恢复力向下方作用于托架5。因此，托架5向上方的移动距离为电磁力与恢复力平衡的位置。由此，通过对线圈6施加的电流量，可确定托架5的移动量。

由于上侧弹簧部件9a支持托架5的上表面，下侧弹簧部件9b支持托架5的下表面，所以恢复力在托架5的上表面和下表面均等地向下方起作用，可将镜头3的轴偏移抑制为小。

因此，在向托架5的上方移动时，无需且不使用由凸缘等形成的导轨。由于无导轨导致的滑动摩擦，所以托架5的移动量纯粹地由电磁力与恢复力的平衡来支配，实现顺利且精度良好的镜头3的移动。由此达成镜头摆动少的自动聚焦。

需说明的是，将磁铁4作为圆筒状进行说明，但并不限定于此，也可分割成3到4个部分并在径向方向磁化，将其贴附并固定于磁轭2的外壁2b的内表面。

实施例

以下将本发明的实施例与比较例一同示出，但这些实施例是为了更好地理解本发明及其优点而提供，并非旨在限定发明。

将含有表1所示的合金成分且余量由铜和不可避免的杂质构成的合金作为实验材料，调查合金成分和制备条件对0.2%屈服应力和永久应变造成的影响。

用真空熔化炉熔化2.5kg的电解铜，添加合金元素以得到表1所记载的合金组成。将该熔化液浇铸至铸铁制的铸模中，制备厚度为30mm、宽度为60mm、长度为120mm的铸锭。以下述工序顺序加工该铸锭，制备具有表1所记载的规定的箔厚度的制品样品：

(1) 热轧：将铸锭于950℃加热3小时，轧制至厚度为10mm；

(2) 研磨：用研磨机除去在热轧中生成的氧化皮膜。研磨后的厚度为9mm；

(3) 冷轧1：根据轧缩率轧制至规定的厚度；

(4) 固溶处理：在升温为800℃的电炉中装入样品，在保持5分钟后，将样品放入水槽中进行急剧冷却；

(5) 冷轧2：根据轧缩率轧制至规定的厚度；

(6) 时效处理：在表1所示的温度和时间、Ar气氛中进行加热。对该温度进行选择使时效后的拉伸强度最大；

(7) 酸洗·抛光：为了除去在时效处理中生成的氧化皮膜，在15vol.%硫酸-1.5vol.%过氧化氢溶液中进行抛光；

(8) 冷轧3：轧制至表1所示的箔厚度。进而，轧制的最终道次使用表1所示的粗糙度的工作辊。

对于制备的制品样品，进行以下评价。

(a) 0.2%屈服应力

使用拉伸试验机依据上述测定方法来测定与轧制方向平行的方向的0.2%屈服应力。

(b) 表面粗糙度

对于箔表面的算术平均粗糙度(Ra)，通过Lasertec公司制的共焦显微镜HD-100，用上述测定方法求得。测定相对于轧制方向垂直地进行。

(c) 永久应变

选取宽度为10mm的短条样品使长度方向为轧制平行方向，如图4那样，固定样品的一端，将前端加工为刀刃的冲压机以1mm/分钟的移动速度推撞距离该固定端为L的位置，在对样品赋予距离为d的弯曲后，将冲压机恢复至初始位置以去载。在去载后，求得永久应变量δ。

试验条件在样品的箔厚度为0.05mm以下的情况下为L=3mm、d=2mm，在箔厚度比0.05mm厚的情况下为L=5mm、d=4mm。另外，永久应变量以0.01mm的分辨率进行测定，在无法检出永久应变的情况下标记为＜0.01mm。

对于工作辊的算术平均粗糙度(Ra)，使用接触式粗糙度测定仪，用上述测定方法求得。

在表1中示出试验结果。对于未实施冷轧3的情况，记为“无”。

在本发明的规定范围内的发明例1~32得到1100MPa以上的0.2%屈服应力、0.1μm以下的表面粗糙度，它们的永久应变量小至0.1mm以下，得到良好的特性。

对于冷轧2的轧缩率低于55%的比较例1和2、时效处理的温度在200~450℃的范围外的比较例3和4、时效处理的时间在2~20小时的范围外的比较例5和6、冷轧3的轧缩率低于35%的比较例7和8，0.2%屈服应力低于1100MPa，它们的永久应变量超过0.1mm。

在冷轧3的最终道次中使用粗糙度超过0.1μm的工作辊的比较例9~11的表面粗糙度Ra超过0.1μm，它们的永久应变量超过0.1mm。

Ti浓度低于1.5质量%的比较例12的0.2%屈服应力低于1100MPa，其永久应变量超过0.1mm。另一方面，Ti浓度超过5.0质量%的比较例13、Ti以外的添加元素的总量超过1.0质量%的比较例14在轧制中发生断裂而无法进行评价。

另外，在时效处理后进行酸洗和抛光后未进行冷轧3的比较例15的0.2%屈服应力低于1100MPa，表面粗糙度超过0.1mm，其永久应变量超过0.1mm。

标记说明

1 自动聚焦照相机模块

2 磁轭

3 镜头

4 磁铁

5 托架

6 线圈

7 基座

8 框架

9a 上侧的弹簧部件

9b 下侧的弹簧部件

10a、10b 盖。

Claims (8)

1. 一种钛铜箔，其含有1.5~5.0质量%的Ti，以总量计含有0~1.0质量%的Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr和Zr中的1种以上，余量由铜和不可避免的杂质构成，其中，与轧制方向平行的方向的0.2%屈服应力为1100MPa以上，并且，与轧制方向垂直的方向的算术平均粗糙度(Ra)为0.1μm以下。

2. 权利要求1的钛铜箔，其中，上述0.2%屈服应力为1200MPa以上。

3. 权利要求1或2的钛铜箔，其中，箔厚度为0.1mm以下。

4. 一种钛铜箔的制备方法，所述方法包括：制备含有1.5~5.0质量%的Ti，以总量计含有0~1.0质量%的Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr和Zr中的1种以上，余量由铜和不可避免的杂质构成的铸锭，对该铸锭依次进行热轧、冷轧，接着，依次进行于700~1000℃下5秒钟~30分钟的固溶处理、轧缩率为55%以上的冷轧、于200~450℃下2~20小时的时效处理、轧缩率为35%以上的最终冷轧，并且用具有0.1μm以下的算术平均粗糙度(Ra)的工作辊在最终冷轧的最终道次中进行轧制。

5. 一种伸铜制品，其具备权利要求1~3中任一项的钛铜箔。

6. 一种电子设备零件，其具备权利要求1~3中任一项的钛铜箔。

7. 权利要求6的电子设备零件，其中，电子设备零件为自动聚焦照相机模块。

8. 一种自动聚焦照相机模块，其特征在于，具备镜头、将该镜头弹性施压至光轴方向的初始位置的弹簧部件、和产生抵抗该弹簧部件的弹压力的电磁力而可将所述镜头向光轴方向驱动的电磁驱动机构，所述弹簧部件为权利要求1~3中任一项的钛铜箔。