CN107267796A - 钛铜箔及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使是箔厚为0.1mm以下的薄的钛铜箔也能够在作为弹簧使用时松弛性小、适合作为自动调焦摄像机模块等的电子设备部件中使用的导电性弹簧材料而被应用的钛铜箔及其制造方法。本发明的钛铜箔为，含有1.5～5.0质量的Ti，余量由铜和不可避免的杂质构成，箔厚为0.1mm以下，在与轧制方向平行的方向以60mm的间隔并列的5个测量点中的箔厚变化为0.0μm～1.0μm。

Description

钛铜箔及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种适用于自动调焦摄像机模块等的导电性弹簧材料、且具备优异的强度的Cu-Ti系合金箔。

背景技术

一般手机的相机镜头部使用的是被称为自动调焦摄像机模块的电子部件。手机摄像头的自动调焦功能，一方面通过自动调焦摄像机模块中使用的材料的弹力，使镜头向一定方向移动，另一方面通过在卷绕在周围的线圈中流过电流，利用产生的电磁力使镜头向与材料的弹力作用方向相反的方向移动。通过类似上述的机构使摄像头驱动并发挥自动调焦功能(如专利文献1、2)。

因此，自动调焦摄像机模块中使用的铜合金箔需要有能承受因电磁力造成的材料变形程度的强度。如果强度低，则材料无法承受因电磁力造成的移位，发生永久变形(松弛)，卸载电磁力之后无法回到初始位置。一旦发生松弛，当一定的电流流过时，镜头无法移动到期望的位置从而无法发挥自动调焦功能。

自动调焦摄像机模块中使用了箔厚为0.1mm以下，具有抗拉强度1100MPa的抗拉强度或0.2％屈服强度的Cu-Ni-Sn系合金箔。但是随着近年来节约成本的要求，比起Cu-Ni-Sn系铜合金箔人们更愿意使用材料价格相对便宜的钛铜箔，这种需求正在日渐增多。

另一方面，钛铜箔的强度比Cu-Ni-Sn系铜合金箔低，存在松弛的问题，因此需要其高强度化。作为改善钛铜的强度的技术，可参考专利文献3～6中记载的内容等。专利文献3记载了在最终再结晶退火中调整平均结晶粒径，之后依次进行冷轧、时效处理的方法。专利文献4记载了固溶处理后，依次进行冷轧、时效处理、冷轧的方法。专利文献5记载了如下一种方法：进行热轧及冷轧之后，进行固溶处理，即在750～1000℃的温度区间内保持5秒～5分钟，之后，通过依次进行轧制率为0～50％的冷轧、300～550℃的时效处理、以及圧延率0～30％的精加工冷轧，调整板面中的{420}的X射线衍射强度。专利文献6提出了如下一种方法：通过在规定的条件下依次进行第一固溶处理、中间轧制、最终固溶处理、退货、最终冷轧、以及时效处理，调整轧制面中的{220}的X射线衍射强度的半值宽度。

此外，由于不仅要提高强度，还要抑制松弛的发生，因此专利文献7还提出了减小表面粗糙度、专利文献8提出了调整结晶方位、专利文献9提出了缩小杨氏模量。

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：日本特许第4001491号公报

专利文献4：日本特许第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

专利文献7：日本特许第5723849号公报

专利文献8：日本特许第5526212号公报

专利文献9：日本特开2014-074193号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献3～6的说明书中记载的实施例和比较例中，可以看到几个具有1100MPa以上的0.2％屈服强度的钛铜。但是，由这些专利文献3～6中提出的现有技术可知，增加负重使材料变形之后除去负重，会变得松弛，仅凭高强度无法作为自动调焦摄像机模块等的导电性弹簧材料使用。

而且，专利文献7～9中，分别提出了着眼于松弛课题、并抑制该松弛发生的方法。但是，专利文献7～9的技术方案中，关于箔厚在0.1mm以下时薄的钛铜箔无法发挥其所预期的程度的效果。即，尽管专利文献7～9的方案技术在箔厚超过0.1mm时能够发挥较大的效果，但是箔厚超过0.1mm的物质也不能发挥从箔厚超过0.1mm的物质所能预测到的那种程度的充分效果。

本发明旨在解决上述问题，目的是提供一种钛铜箔及其制造方法，即使是箔厚为0.1mm以下的薄的物质作为弹簧使用时其松弛性也较小，适合作为用于自动调焦摄像机模块等的电子设备部件的导电性弹簧材料使用。

解决问题的手段

发明人得出，即使使用类似现有技术的控制松弛的手段，箔厚较薄的钛铜箔中有无发生松弛也会受箔厚本身的影响，因此与厚度厚的物质相比，通过这种手段发挥的效果更小。因此，本发明人导出一种即使是厚度较薄的钛铜箔，通过减小箔厚的变化，在作为弹簧使用时能够将松弛的发生控制在最小限度。

另外还得出，这种箔厚变化小的钛铜箔，跟以前一样在依次进行热轧、第一冷轧、固溶处理和第二冷轧时，通过固溶处理使晶粒粗大化，同时固溶处理之后进行固溶后加热处理适当使其硬化，之后再进行第二冷轧而得到。

基于上述知识，本发明的钛铜箔含有1.5～5.0质量的Ti，余量由铜和不可避免的杂质构成，箔厚为0.1mm以下，在与轧制方向平行的方向以60mm的间隔并列的5个测量点的箔厚的变化为0.0μm～1.0μm。

因此，上述钛铜箔优选在与轧制方向平行的方向上的抗拉强度为1100MPa以上。

另外，上述钛铜箔，还含有总量为0～1.0质量％的选自Al、Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr以及Zr中的一种以上的元素。

而且本发明的钛铜箔的制造方法包括如下步骤：铸造含有1.5～5.0质量％的Ti且余量由铜和不可避免的杂质构成的铸锭，针对所述铸锭；以及，针对所述铸锭依次进行热轧、第一冷轧、将平均晶粒直径调整为100～160μm的固溶处理、将相对于固溶处理后的抗拉强度的抗拉强度的增量调整为100～240MPa的固溶后加热处理、第二冷轧、以200～450℃的温度加热2小时～20小时的时效处理。

而且，该制造方法中，优选将第二冷轧下的压下率设定为55％以上。

而且，该制造方法，还能够包括在时效处理后、使压下率设定为35％以上的第三冷轧。

发明效果

根据本发明，提供一种钛铜箔，其通过将在与轧制方向平行的方向上以60mm的间隔并列的5个测量点的箔厚的变化设定为0.0μm～1.0μm，即使是箔厚为0.1mm以下的薄物质，在作为弹簧使用时的松弛性也较小。这种钛铜箔，适合作为用于自动调焦摄像机模块等的电子设备部件中使用的导电性弹簧材料使用。

附图说明

图1是表示测量实施例的松弛量的方法的示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式进行详细说明。

本发明的一个实施方式中的钛铜箔含有1.5～5.0质量％的Ti，余量由铜和不可避免的杂质构成，在与轧制方向平行的方向上以60mm的间隔并列的5个测量点的箔厚的变化为0.0μm～1.0μm。

(Ti浓度)

在本发明涉及的钛铜箔中，设定Ti浓度为1.5～5.0质量％。钛铜通过固溶处理使Ti固溶到Cu基体中，通过时效处理使微细的析出物分散在合金中，由此提升强度和导电率。

如果Ti浓度不满1.5质量％，则析出物的析出会不充分从而难以得到期望的强度。如果Ti浓度超过5.0质量％，则加工性变差，在轧制时材料容易破损。考虑到强度及加工性的平衡，优选浓度为2.9～3.5质量％。

(其他添加元素)

本发明涉及的钛铜箔中，含有总量为0～1.0质量％的选自Al、Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr以及Zr中的一种以上的元素，以此能够进一步提高强度。上述元素的总含有量为0，也就是可以不包含上述元素。将上述元素的总含有量的上限设定为1.0质量％，是因为如果超过1.0质量％，则加工性变差，热轧时材料容易破损。

(抗拉强度)

作为自动调焦摄像机模块的导电性弹簧材料等优选的钛铜，所需要的抗拉强度为1100MPa以上，更优选1300MPa以上。在本发明中，测量与钛铜箔的轧制方向平行的方向上的抗拉强度，抗拉强度以JIS Z2241(金属材料抗拉试验方法)为基准进行测量。

(箔厚变化)

在本发明的钛铜箔中，在与轧制方向平行的方向上，以60mm的间隔连续地设定5个测量点，对所述5个测量点的箔厚进行测量时，其箔厚变化为0.0μm～1.0μm。

此处，箔厚变化的定义为，通过在轧制方向上以60mm间隔隔开且并列的5个测量点对箔厚进行测量，由此得到的5个箔厚数据的最大值和最小值的差。通过减小箔厚变化，能够提高耐松弛的特性。至少进行一次上述这样的在5个测量点进行的箔厚测量，通过该至少一次的测量，如果5个测量点的箔厚变化在0.0μm～1.0μm内，则包含于本发明中。

(铜箔的厚度)

在本发明的钛铜箔的一个实施方式中，箔厚为0.1mm以下，典型的实施方式中箔厚为0.018mm～0.08mm，更典型的实施方式中箔厚为0.02mm～0.05mm。

(制造方法)

当制造如上所述的钛铜箔时，首先在熔解炉中使电解铜、Ti等原料熔解，得到期望的组合熔液。然后将该熔液铸造为铸锭。为防止钛的氧化磨耗，优选在真空中或惰性气体氛围中进行熔解和铸造。之后，对于铸锭，典型地，按照热轧、第一冷轧、固溶处理、固溶后加热处理、第二冷轧、时效处理、第三冷轧、防锈处理，得到具有预期的箔厚和特性的箔。

热轧及之后的第一冷轧的条件为，在制造钛铜时采用的惯例条件进行即可，此处没有什么特别的要求。而且，关于固溶处理按照惯例条件进行即可，例如能够在700～1000℃下进行5秒～30分钟。

固溶处理中，为调整平均晶粒直径，优选温度范围为800℃～950℃，而且，优选时间范围为120秒(2分钟)～300秒(5分钟)。但是，作为能够调整平均晶粒直径的温度和时间，也可以脱离上述优选范围。

固溶处理中调整的平均晶粒直径为100～160μm。如果该平均晶粒直径低于100μm，则之后的冷轧中箔厚变化超过1.0μm。当平均晶粒直径超过160μm时，尽管之后的冷轧中的箔厚变化减小，但是表面会生成厚的氧化膜和内部氧化层，难以清除。另外，降低箔厚变化的效果为，当固溶处理中调整的平均晶粒直径超过160μm时饱和。

就平均晶粒直径而言，对板面(轧制面)抛光之后进行蚀刻，并通过光学显微镜观察上述面，通过JIS H0501的切断法对100个晶粒进行测量。

在固溶处理之后紧接着进行的固溶后加热处理中，调整抗拉强度的增量。固溶后加热处理是对进行过固溶处理的钛铜合金进行加热并使其时效硬化。从时效硬化的目的来看，固溶后加热处理在低于固溶处理温度的温度下进行。固溶后加热处理优选的温度范围为600～700℃，或者优选时间范围为120秒～300秒(5分钟)。但是，如果是能够调整抗拉强度的增量的温度和时间，也可以是优选范围之外的范围。

通过固溶后加热处理调整的抗拉强度的增量为100～240MPa。当抗拉强度的增量低于100MPa时，之后的冷轧中箔厚变化超过1.0μm。当抗拉强度的增量超过240MPa时，之后的冷轧中的箔厚变化变小，但由于加工硬化，冷轧持续进行本身就存在困难。另外，降低箔厚变化的效果为，通过固溶处理后进行的加热处理进行调整的抗拉强度的增量超过240MPa时饱和。

抗拉强度的增量为固溶后加热处理的前后的抗拉强度的增量，能够通过下面的公式算出。

抗拉强度的增量＝固溶后加热处理后的抗拉强度-固溶处理后(固溶后加热处理前)的抗拉强度

为得到上述强度，优选将第二冷轧的压下率设定为55％以上，更优选60％以上、更优选65％以上。当该压下率不满55％时，很难得到1100MPa以上的抗拉强度。从作为本发明的目的的强度的观点来看，压下率的上限没什么特别的规定，但是工业上不会超过99.8％。

时效处理的加热温度设定为200～450℃以上，加热时间设定为2小时～20小时。加热温度不满200℃或者超过450℃时，难以得到1100MPa以上的抗拉强度。加热时间不满2小时或超过20小时时，难以得到1100NPa以上的抗拉强度。

第三冷轧的压下率，优选设定为35％以上。更优选设定为40％以上，更优选设定为45％以上。该压下率不满35％时，难以得到1100MPa以上的抗拉强度。压下率的上限从作为目的的强度方面来看没有什么特别的规定，但是工业上不会超过99.8％。另外，第三冷轧在不追求那么高的强度使用时能够省略。

另外，一般热处理后除去在表面生成的氧化皮膜或氧化物层，对表面进行酸洗或抛光等。本发明中也能够在热处理后进行表面酸洗或抛光。

(用途)

本发明的钛铜箔没有限定，但是适合作为开关、连接器、插口、端子、继电器等电子设备部件的材料使用，特别是适合作为自动调焦摄像机模块等电子设备部件中使用的导电性弹簧材料使用。

【实施例】

接下来通过实际制作本发明的钛铜箔、并对其性能进行评价，以下对此进行说明。但是，此处的说明，仅仅是出于举例的目的，并非是要被其限制。

以含有规定的浓度的Ti，余量由铜和不可避免的杂质构成的合金作为实验材料，并调查此种材料的特性。

<制造条件>

试验品的制造按以下进行。首先在真空熔解炉中熔解电解铜，以规定的Ti浓度制造厚度为30mm的铸锭。

在950℃下对该铸锭加热3小时，进行热轧以轧制至厚度为10mm。通过磨床除去热轧时生成的氧化皮并进行研磨。另外，该研磨后的厚度为9mm。之后，实施第一冷轧，并轧制至厚度为1.5mm。之后的固溶处理中，向升温至800～950℃的电炉中装入试料，并保持120秒～300秒(5分钟)之后，向水槽放入样本并快速冷却。固溶处理后进行固溶处理后加热处理。在固溶处理后加热处理中，向升温至600～700℃的电炉中装入样本，并保持120秒～300秒(5分钟)之后，向水槽放入样本进行急速冷却。然后，进行第二冷轧，此处压下率98％时将箔厚轧制至0.03mm。之后，作为时效处理，在300℃下加热10小时。此处，时效处理的该温度可选择时效后的抗拉强度。另外，未进行第三冷轧。

针对按上面所制作的样本，以下分别对其进行评价。

<箔厚变化>

对以60mm间隔在轧制方向连续的5点进行箔厚测量，计算5个数据的最大值和最小值的差并将该值作为箔厚变化。作为测量箔厚的设备，使用厂商为株式会社尼康、产品名为数字微型(DIGIMICRO)，机型为Nikon MH-15M的产品。箔厚以亚微米(0.1μm单位)进行测量。

<松弛>

选取宽度为10mm的长方形样本，使长边方向与轧制方向平行。长方形样本选取在轧制方向以60mm间隔连续的5个部位，并作为5个长方形样本。然后，如图1所示，固定样本的一端，在距离该固定端L的位置，以1mm/分钟的移动速度对将尖端加工成刀刃的冲床进行按压，在赋予样本距离d的偏移之后使冲床回到初始位置并卸载。卸载之后，求取松弛量δ。分别对5个长方形样本进行上述测量，并得到5个松弛量δ。将5个松弛量δ中最高的松弛量δ作为测量值。

试验条件为：当样本的箔厚为0.05mm以下时，L＝3mm、d＝2mm；箔厚比0.05mm更厚时，L＝5mm、d＝4mm。而且，松弛量通过0.01mm的分辨率测量，未能检测出松弛量时记为＜0.01mm。

将上述评价结果与规定的制造条件同时显示在表1中。

【表1】

【表2】

本发明的范围内的发明例1～25的0.2％屈服强度为1100MPa以上，箔厚变化为0.0μm～1.0μm的小数值，松弛量为不满0.01mm的低数值，均显示了良好的特性。

另一方面，比较例1～3中，脱离了固溶处理的优选范围，因此平均晶粒直径不满100μm，原因是箔厚变化的增加，显示松弛量为0.02mm以上的高数值。

比较例4～6中，脱离了固溶话处理的优选范围，固溶后加热处理前后的抗拉强度的增量不满100MPa，箔厚变化为超过1.0μm的高数值，松弛量为0.02mm以上的高数值。

比较例7中，由于未进行固溶后加热处理，因此固溶后加热处理前后的抗拉强度的增量为零，箔厚变化为超过1.0μm的高数值，显示松弛量为0.06mm的高数值。

比较例8中，由于脱离了固溶处理优选的范围，以及未进行固溶后加热处理，因此箔厚变化为超过1.0μm的高数值，显示松弛量为0.08mm的高数值。

比较例9中，由于Ti成分脱离下限而使抗拉强度降低。

比较例10和11中，由于Ti成分或次要成分脱离上限，而在热轧中发生破损从而无法进行加工。

Claims (4)

1.一种钛铜箔，其特征在于，

含有1.5～5.0质量％的Ti，余量由铜和不可避免的杂质构成，箔厚为0.1mm以下，在与轧制方向平行的方向以60mm的间隔并列的5个测量点的箔厚变化为0.0μm～1.0μm。

2.根据权利要求1所述的钛铜箔，其特征在于，

在与轧制方向平行的方向上的抗拉强度为1100MPa以上。

3.根据权利要求1或2所述的钛铜箔，其特征在于，

还含有总量为0～1.0质量％的选自Al、Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr以及Zr中的一种以上的元素。

4.一种钛铜箔的制造方法，其特征在于，包括如下工序：

铸造含有1.5～5.0质量％的Ti、且余量由铜和不可避免的杂质组成的铸锭；以及

针对所述铸锭依次进行热轧、第一冷轧、将平均晶粒直径调整为100～160μm的固溶处理、将相对于固溶处理后的抗拉强度的抗拉强度增量调整为100～240MPa的固溶后加热处理、第二冷轧、以及以200～450℃的温度加热2小时～20小时的时效处理。