CN107532238A - 铜合金线、铜合金绞线、包覆电线和线束 - Google Patents

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Abstract

本发明提供高强度且耐冲击性优良的铜合金线、铜合金绞线、包覆电线和线束。一种铜合金线，其为用于导体的铜合金线，其中，0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比为0.87以下。拉伸强度优选为450MPa以上。另外，总伸长率优选为8％以上。铜合金绞线是将铜合金线多根绞合而构成的。包覆电线是将包含铜合金线的导体的外周利用绝缘包覆层进行包覆而构成的。线束是在包覆电线的导体上安装端子配件而构成的。

Description

铜合金线、铜合金绞线、包覆电线和线束
技术领域
本发明涉及适合作为电线的导体的铜合金线和铜合金绞线、以及使用它们作为导体的包覆电线和线束。
背景技术
在汽车领域中，正在推进电线的细径化。使电线细径化时，导体截面积减小，电线的强度降低。因此，提出了使用以高强度化为目的的铜合金线作为汽车用电线等电线的导体的方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-16284号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在为了提高强度而使用硬质的铜合金材料作为电线的导体的情况下，导体的韧性不足，耐冲击力弱，例如在短时间急剧施加载荷时，有可能容易发生断线。
本发明所要解决的问题在于提供高强度且耐冲击性优良的铜合金线、铜合金绞线、包覆电线和线束。
用于解决问题的方法
为了解决上述问题，本发明的铜合金线为用于导体的铜合金线，其主旨在于，0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比为0.87以下。
本发明的铜合金线优选拉伸强度为450MPa以上。另外，优选总伸长率为8％以上。
另外，本发明的铜合金绞线的主旨在于，其是将本发明的铜合金线多根绞合而形成的。
本发明的铜合金绞线可以在径向上进行了压缩成形。另外，本发明的铜合金绞线的截面积可以为0.22mm2以下。
另外，本发明的包覆电线的主旨在于，其是将包含本发明的铜合金线的导体的外周利用绝缘包覆层进行包覆而形成的。
另外，本发明的线束的主旨在于，其是在本发明的包覆电线的导体上安装端子配件而形成的。
发明效果
根据本发明的铜合金线，通过使屈服强度相对于拉伸强度减小，在强度优良的铜合金中提高金属的韧性，可以得到高强度且耐冲击性优良的铜合金线。
另外，根据本发明的铜合金绞线、包覆电线、线束，通过使铜合金线的屈服强度相对于拉伸强度减小，在强度优良的铜合金中提高金属的韧性，可以得到高强度且耐冲击性优良的铜合金绞线、包覆电线、线束。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的包覆电线的示意图(a)和A-A线截面图(b)。
图2是将图1(b)所示的铜合金绞线(导体)进行压缩成形而得到的包覆电线的截面图。
图3是对连接有端子配件时的冲击强度进行测定的试验方法的示意图。
具体实施方式
接着，对本发明的实施方式详细地进行说明。
本发明的铜合金线为用于导体的铜合金线，其中，0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比为0.87以下。通过如此使屈服强度相对于拉伸强度减小，在强度优良的铜合金中提高金属的韧性，可以得到高强度且耐冲击性优良的铜合金线。0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比更优选为0.85以下。0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比可以通过添加元素的种类、添加量、拉丝加工度、热处理的温度和时间等设定为特定的范围内。
铜合金线使用硬质材料时，金属的韧性消失，耐冲击性降低。因此，铜合金线的强化机制优选虽为高导电率但能够兼顾强度和伸长率的析出强化。作为析出物的种类，可以列举例如作为Fe、Ti的化合物的Fe2Ti析出物等。作为这样的铜合金，可以列举含有Fe和Ti、余量由Cu和杂质构成的铜合金等。
Fe通过固溶或析出于Cu中存在而有助于强度提高。从强度提高的观点出发，Fe的含量优选为0.4质量％以上。更优选为0.45质量％以上，进一步优选为0.5质量％以上。另一方面，从抑制Fe的添加所导致的拉丝加工性和导电率的降低的观点出发，Fe的含量优选为1.5质量％以下。更优选为1.3质量％以下，进一步优选为1.1质量％以下。
Ti通过与Fe共存而有助于导电率、强度的提高。从强度提高的观点出发，Ti的含量优选为0.1质量％以上。更优选为0.15质量％以上。另一方面，从抑制Ti的添加所导致的拉丝加工性和导电率的降低的观点出发，Ti的含量优选为1.0质量％以下。更优选为0.7质量％以下，进一步优选为0.5质量％以下。
在铜合金中，Fe2Ti析出物有助于强度提高。关于Fe2Ti析出物的量，优选在700×850nm的观察视野中使圆等效直径为10nm以上且90nm以下的析出物的个数为10个以上。更优选为15个以上。由此，能够在减小0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比的状态下提高强度，在导体截面积为0.22mm2以下的细径电线中也可以得到汽车用电线所需要的端子粘着力。Fe2Ti析出物的量可以通过添加元素的添加量、制造条件(热处理的温度等)设定为特定范围内。
在铜合金中，位错密度优选为1×106～1×108cm-2的范围内。位错密度有助于强度的提高，因此可得到高强度的铜合金线，但位错密度大时，伸长率降低，并且0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比变大，具有耐冲击性降低的倾向。位错密度可以通过热处理来减小。关于位错密度，可以利用透射型电子显微镜(TEM)对由铜合金线制作的薄膜进行观察，并利用Ham的公式算出。
本发明的铜合金线为高强度，优选拉伸强度满足450MPa以上。通过使拉伸强度为450MPa以上，在导体截面积为0.22mm2以下的细径电线中端子粘着力也达到50N以上，达到能够作为汽车用电线应用的强度。拉伸强度可以通过添加元素的种类、添加量、制造条件(拉丝加工度、热处理的温度)等设定为特定范围内。拉伸强度越高越好，但若考虑与伸长率的平衡，则拉伸强度的上限为约650MPa。
本发明的铜合金线的伸长率也优良，优选总伸长率满足8％以上。伸长率可以通过在拉丝加工后实施规定的热处理而设定为特定范围内。伸长率越高则耐冲击性越优良从而优选，但若考虑与强度的平衡，则伸长率的上限为约20％。
本发明的铜合金线的导电率优良，优选导电率满足60％IACS以上。导电率可以通过添加元素的种类、添加量、制造条件(拉丝加工度、热处理的温度和时间)等而设定为特定范围内。导电率越高越优选，但若考虑添加元素的析出所带来的导电率的增加的极限，则导电率的上限为约80％IACS。
拉伸强度和伸长率可以依据JIS Z 2241(金属材料拉伸试验方法、1998)使用通用的拉伸试验机来进行测定。拉伸强度和伸长率的值为室温下的测定值。伸长率为断裂时的伸长率。导电率(％IACS)可以利用电桥法进行测定。
本发明的铜合金线的强度和耐冲击性优良，可以制成线径为0.5mm以下的极细线。例如在用于汽车用电线的导体的情况下，线径可以设定为0.1mm以上且0.4mm以下。
对于本发明的铜合金线，可以将多根绞合而制成绞线(本发明的铜合金绞线)。制成这样的绞线时，弯曲性更为优良。另外，能够在提高弯曲性的状态下确保强度、冲击特性。另外，在制成线径为0.5mm以下的极细线的情况下，也能够确保强度、冲击特性。绞合根数没有特别限定。可以列举例如7根、11根、19根、37根、49根、133根等。
本发明的铜合金绞线中，作为构成绞线的线材的铜合金线的强度和耐冲击性优良，能够制成导体截面积为0.22mm2以下的细径电线。而且，在导体截面积为0.22mm2以下的细径电线中，也可以得到汽车用电线所需要的端子粘着力。
本发明的铜合金绞线可以在径向上进行压缩成形(圆形压缩成形)。由此，能够减小铜合金线之间的间隙，减小绞线整体的线径，能够有助于导体的小径化。
图1中示出本发明的一个实施方式的铜合金绞线的立体图(a)及其A-A线截面图(b)。图2中示出将图1(b)所示的导体进行压缩成形而得到的铜合金绞线的截面图。
如图1所示，铜合金绞线12是将多根(图1中为7根)铜合金线16绞合而形成的。如图2所示，铜合金绞线12可以在径向上进行压缩成形(圆形压缩成形)。
对于本发明的铜合金线，可以仅由1根构成电线的导体。另外，可以由2根以上构成电线的导体。另外，可以与其他金属线组合来构成电线的导体。另外，可以将包含本发明的铜合金线的本发明的铜合金绞线作为电线的导体。如此，能够将包含本发明的铜合金线的导体作为电线的导体。而且，通过将包含本发明的铜合金线的导体的外周利用绝缘包覆层进行包覆，可以得到本发明的包覆电线。
本发明的包覆电线中，作为绝缘包覆层，没有特别限定。可以列举氯乙烯树脂(PVC)、烯烃类树脂等绝缘材料。绝缘材料中，可以配合有氢氧化镁、溴系阻燃剂等阻燃剂。
图1中示出本发明的一个实施方式的包覆电线的立体图(a)及其A-A线截面图(b)。图2中示出将图1(b)所示的导体进行压缩成形而得到的包覆电线的截面图。
如图1、2所示，本发明的一个实施方式的包覆电线10是将由铜合金绞线12构成的导体的外周利用绝缘包覆层14进行包覆而形成的。
在本发明的包覆电线的导体上连接端子配件，可以构成本发明的线束。端子配件安装在导体末端。端子配件通过压接、焊接等各种连接方法与导体连接。端子配件与对象侧端子配件连接。
本发明的铜合金线例如可以使用铜合金材料经过溶体化工序、拉丝工序、热处理工序等而得到。
铜合金材料通过对规定组成的合金熔液进行铸造和塑性加工而得到。铸造可以适当利用连续铸造。作为用于形成在Cu中充分固溶有添加元素的过饱和固溶状态的固溶原材料作为铸造材料的的一个方式，可以列举在该连续铸造工序中进行骤冷的方式。铸造时的冷却速度可以适当选择，优选为5℃/秒以上。例如，使用具有水冷铜铸模、强制水冷机构等的连续铸造装置时，能够使以如上所述的冷却速度进行的骤冷变得容易。连续铸造可以列举使用带轮法等的活动铸模的方式、使用框状的固定铸模的方式。对于通过上述连续铸造得到的铸造材料，在铸造之后实施模锻加工、轧制加工等塑性加工。该塑性加工中，优选使加工温度为150℃以下、使加工度为50％以上且90％以下。
溶体化工序中，对通过铸造、塑性加工得到的铜合金材料进行溶体化处理。溶体化处理中，将铜合金材料加热至固溶限温度以上的温度，使合金成分(固溶元素、析出强化元素)充分固溶后，进行冷却而形成过饱和固溶状态。溶体化处理在能够将合金成分充分固溶的温度下进行。溶体化处理的温度可以设定为850℃以上。溶体化处理的温度优选为950℃以下。为了能够将合金成分充分固溶，保持时间优选为5分钟以上。另外，从生产率的观点出发，优选为3小时以内。
溶体化处理的加热过程后的冷却过程优选为骤冷过程。通过设定为骤冷，能够防止固溶元素的过度析出。冷却速度优选为10℃/秒以上。这样的骤冷可以通过在水等液体中浸渍、送风等强制冷却来进行。
溶体化处理可以在大气气氛、非氧化性气氛中的任意一种气氛下进行。非氧化性气氛可以列举真空气氛(减压气氛)、氮气或氩气等惰性气体气氛、含氢气体气氛、含二氧化碳气氛等。
溶体化处理可以通过连续处理和间歇处理(非连续处理)中的任意一种方式进行。若为连续处理，则容易在长尺寸线材的全长上以均匀的条件进行热处理，因此能够减小特性的波动。加热方法没有特别限定，可以为通电加热、感应加热、使用加热炉的加热中的任意一种。加热方法为通电加热或感应加热时，容易进行急速加热、急速冷却，因此容易在短时间内进行溶体化处理。加热方法为感应加热时，由于为非接触方式，因此能够防止铜合金材料的损伤。
拉丝工序中，对铜合金材料进行拉丝加工而形成电线线材。电线线材为构成电线导体的线材，构成单线或绞线。拉丝加工对进行溶体化处理后的铜合金材料进行。因此，拉丝工序为溶体化工序之后的工序。通过将期望根数的所得到的拉丝材料进行绞合，能够制成绞线。所得到的拉丝材料通常以单线状态或者以制成绞线后的状态卷绕到卷筒上，进行下一处理。若拉丝工序在溶体化工序之前，则在溶体化工序中线材彼此发生熔合，因此不满足制造性。
热处理工序中，对铜合金材料进行热处理。热处理中，通过进行加热，使溶体化处理后的铜合金的合金成分(固溶元素、析出强化元素)以化合物的形式析出。因此，热处理工序为溶体化工序之后的工序。另外，从拉丝加工容易性考虑，热处理工序优选设定为拉丝工序之后的工序。另外，通过在拉丝加工后进行热处理，能够除去由拉丝加工产生的应变，从而提高伸长率。
热处理中，通过使热处理温度为350℃以上且550℃以下、使保持时间为30分钟以上，能够使析出物充分析出。从制造性考虑，保持时间优选设定为40小时以下。热处理的保持时间越长，越能够使析出物更多地析出，因此有时能够提高导电率。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明。
将纯度99.99％以上的电解铜和含有各添加元素的母合金投入到高纯度碳制坩埚中，在连续铸造装置内进行真空熔化，制作混合熔液。使用所得到的混合熔液和高纯度碳制铸模，通过连续铸造，制造线径12.5mm的截面为圆形的铸造材料。对所得到的铸造材料进行挤出加工或轧制直至然后，拉丝至或用7根以14mm的绞合节距进行绞线、压缩后，进行热处理。
利用透射型电子显微镜(TEM)观察所制作的铜合金线的截面，对析出物的个数和位错密度进行评价。关于析出物的个数，在700×850nm的观察视野中，对析出物的大小为10nm以上且90nm以下的析出物进行计数。析出物的大小设定为对显微镜照片进行图像处理并将析出物的面积换算成圆时的直径。关于位错密度，利用FIB法由所得到的铜合金线形成厚度0.15μm的金属薄膜，使用透射型电子显微镜(TEM)观察该金属薄膜，对最能够确认到位错的部位的700×850nm的范围进行拍摄。在该照片上划出纵横各10条平行线，将该平行线的合计长度设为L、将平行线与位错的交点的数量设为N、将试样的厚度设为t，利用计算式ρ＝2N/(L×t)算出位错密度ρ。另外，对于铜合金线，依据JISZ 2241(金属材料拉伸试验方法、1998)使用通用的拉伸试验机以GL＝250mm、拉伸速度50mm/分钟实施拉伸试验，测定拉伸强度、总伸长率(夹头间的移动距离/GL)、0.2％屈服强度。
接着，将PVC绝缘材料以0.2mm的包覆厚度挤出至绞线材料上，然后在端部压接端子配件(C/H＝0.76)，对端子配件的粘着力和端子粘着部的耐冲击性进行评价。关于端子粘着力，在将端子部用夹头固定保持的状态下，以50mm/分钟的拉伸速度对电线部进行拉伸，将导体断裂时的最大载荷作为端子粘着力。关于耐冲击性，如图3所示，将在长度500mm的包覆电线1的导体(铜合金绞线)的一端压接端子配件2而形成的线束3的端子配件2用夹具4固定，并且将安装在线束3的另一端的砝码5提起至端子配件2的固定位置的高度，使砝码5自由落下。将不会因该落下试验而在端子配件2的压接部使包覆电线1的导体(铜合金绞线)产生断线的最大能量(J)作为耐冲击能量。以在汽车线束的组装中被认为实用上没有问题的耐冲击能量(1.5J)作为基准，判断耐冲击性是否优良。
比较例的铜合金线的0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比超过0.87，耐冲击性差。与此相对，实施例的铜合金线的0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比为0.87以下，耐冲击性优良。
通过含有0.4质量％以上且1.5质量％以下的Fe、并含有0.1质量％以上且1.0质量％以下的Ti，能够提高强度。通过在700×850nm的观察视野中使圆等效直径为10nm以上且90nm以下的析出物的个数为10个以上，能够在减小0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比的状态下提高强度，在导体截面积为0.22mm2以下的细径电线中也得到了所需要的端子粘着力。通过使位错密度为106～108cm-2，能够在减小0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比的状态下提高强度。位错密度大时，伸长率降低，并且0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比也变大，耐冲击性降低。
以上，对本发明的实施方式详细进行了说明，但本发明不受上述实施方式的任何限定，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改变。

Claims (8)

1.一种铜合金线，其为用于导体的铜合金线，其特征在于，0.2％屈服强度相对于拉伸强度的比为0.87以下。
2.如权利要求1所述的铜合金线，其特征在于，拉伸强度为450MPa以上。
3.如权利要求1或2所述的铜合金线，其特征在于，总伸长率为8％以上。
4.一种铜合金绞线，其特征在于，其是将权利要求1至3中任一项所述的铜合金线多根绞合而形成的。
5.如权利要求4所述的铜合金绞线，其特征在于，其是在径向上进行压缩成形而形成的。
6.如权利要求4或5所述的铜合金绞线，其特征在于，截面积为0.22mm2以下。
7.一种包覆电线，其特征在于，其是将包含权利要求1至3中任一项所述的铜合金线的导体的外周利用绝缘包覆层进行包覆而形成的。
8.一种线束，其特征在于，其是在权利要求7所述的包覆电线的导体上安装端子配件而形成的。
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