CN111971405B - 电阻器用电阻材料及其制造方法以及电阻器 - Google Patents

电阻器用电阻材料及其制造方法以及电阻器 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供兼具小的电阻温度系数和良好的加压成型性的铜合金板材及其制造方法以及电阻器用电阻材料。本发明的目的通过如下铜合金板材来达成，所述铜合金板材含有Mn 5.0～20.0质量％、Ni 0～5.0质量％、Sn 0～5.0质量％，并且Ni和Sn合计为0.1～10.0质量％，余量由Cu及不可避免的杂质构成，轧制平行方向与板宽方向的伸长率之差为10％以下，所述板宽方向即垂直于轧制平行方向的轧制垂直方向。

Description

电阻器用电阻材料及其制造方法以及电阻器
技术领域
本发明涉及铜合金板材及其制造方法以及电阻器用电阻材料。
背景技术
对于电阻器中使用的电阻材料的金属材料而言，为了使电阻器的电阻在环境温度变化时也稳定，要求电阻温度系数(以下有时也记为“TCR”)小。所谓电阻温度系数，是将由温度引起的电阻值变化的大小用平均每1℃的百万分率来表示的系数，其以TCR(×10-6/K)＝(R-R0)/R0×1/(T-T0)×106这一公式表示。
此处，式中的T表示试验温度(℃)，T0表示基准温度(℃)，R表示试验温度T下的电阻值(Ω)，R0表示试验温度T0下的电阻值(Ω)。Cu-Mn-Ni合金、Cu-Mn-Sn合金由于TCR非常小，因此作为构成电阻材料的金属材料被广泛使用(例如参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-69724号公报
发明内容
发明所要解决的课题
随着近年的电气电子部件的小型高集成化，电阻材料的小型化也正在进展。随着该小型化，对金属材料进行加压成型而制造电阻材料时的截面形状给电阻器的电阻值的波动带来的影响变大，要求具有在加压冲裁加工时产生的、电阻材料的塌边、飞边、凹陷得以减轻的断面形状的电阻材料的金属材料的加压成型性的改善。
本发明的目的在于提供兼具小的电阻温度系数和良好的加压成型性的铜合金板材及其制造方法以及电阻器用电阻材料。
用于解决课题的手段
本发明的目的通过以下来达成。
1)铜合金板材，其含有Mn 5.0～20.0质量％、Ni 0～5.0质量％、Sn 0～5.0质量％，并且Ni和Sn合计为0.1～10.0质量％，余量由Cu及不可避免的杂质构成，轧制平行方向与板宽方向的伸长率之差为10％以下，所述板宽方向即垂直于轧制平行方向的轧制垂直方向。
2)铜合金板材，其含有Mn 5.0～20.0质量％、Ni 0～5.0质量％、Sn 0～5.0质量％，并且Ni和Sn合计为0.1～10.0质量％，余量由Cu及不可避免的杂质构成，根据EBSD测定结果得到的τ-纤维的Φ＝20～35°的取向密度为4以上、且Φ＝40～80°的取向密度小于4。
3)如前述1或2所述的铜合金板材，其含有Fe 0.01～0.5质量％、Si 0.01～0.5质量％，并且Fe和Si合计为0.01～0.5质量％。
4)如前述1～3中任一项所述的铜合金板材，其中，前述轧制平行方向、轧制垂直方向上均是拉伸强度为400MPa以上、伸长率为20％以上、体积电阻率为20～70μΩcm。
5)前述1)～4)中任一项所述的铜合金板材的制造方法，所述铜合金板材的制造方法依次具有下述各工序：
铸造[工序1]；
均质化热处理[工序2]：以低于900℃的温度进行保持；
热轧[工序3]；
表面切削[工序4]；
冷轧1[工序5]；
修整(trimming)[工序6]；
退火1[工序7]；
表面研磨[工序8]；
冷轧2[工序9]；
退火2[工序10]：以10℃/分钟以上的升温速度加热、于400～850℃保持1秒～5小时之后，以20℃/分钟以上的冷却速度冷却至常温；
理直[工序11]；及
退火3[工序12]。
6)电阻器用电阻材料，其使用了前述1)～5)中任一项所述的铜合金板材。
发明的效果
根据本发明，能够提供兼具小的电阻温度系数和具有良好的断面形状的加压成型性的铜合金板材及其制造方法以及电阻器用电阻材料。
附图说明
[图1]为良好的塌边的概念图。
[图2]为不良的塌边的概念图。
具体实施方式
以下，详细地对本发明进行说明。
<铜合金板材>
本发明的特征在于，为下述铜合金板材，其含有Mn 5.0～20.0质量％、Ni 0～5.0质量％、Sn 0～5.0质量％，并且Ni和Sn合计为0.1～10.0质量％，余量由Cu及不可避免的杂质构成，轧制平行方向与板宽方向的伸长率之差为10％以下，所述板宽方向即垂直于轧制平行方向的轧制垂直方向；或者为下述铜合金板材，其含有Mn 5.0～20.0质量％、Ni 0～5.0质量％、Sn 0～5.0质量％，并且Ni和Sn合计为0.1～10.0质量％，余量由Cu及不可避免的杂质构成，根据EBSD测定结果得到的τ-纤维的Φ＝20～35°的取向密度为4以上、且Φ＝40～80°的取向密度小于4。
《成分组成》
对于本发明的铜合金板材而言，为了减小电阻温度系数，从近藤效应与晶格振动的相互作用的效果的观点出发，以5.0～20.0质量％含有Mn。另外，通过使Ni为0～5.0质量％、Sn为0～5.0质量％、并且Ni和Sn合计为0.1～10.0质量％，能够更有效地控制电阻温度系数。
优选Mn为5.5～19.0质量％、Ni和Sn合计为0.01～5.0质量％，更优选Mn为6.0～18.0质量％、Ni和Sn合计为1.0～5.0质量％。此外，由于为铜合金，所以包含特有的不可避免的杂质。
《任选添加成分》
本发明的铜合金板材中，优选含有Fe 0.01～0.5质量％、Si 0.01～0.5质量％，并且Fe和Si合计为0.01～0.5质量％。通过含有Fe及Si，能够提高拉伸强度，但过量的添加会使电阻上升，因此优选为0.01～0.5质量％。
需要说明的是，本发明的合金的成分组成中，有时也将“质量％”简单表示为“％”。合金的成分组成中含有范围的下限值被记载为“0％”的元素成分是指，根据需要适宜地任选添加至铜合金板材中的成分，元素成分为“0％”的情况下，是指铜合金板材中不包含该元素成分、或者该元素成分为小于检测限值的含量。需要说明的是，“～”包含两端的数值范围。
本发明中的不可避免的杂质是指，在熔化铸造时由原料、铸造炉的炉壁等不期望地混入的微量元素。不可避免的杂质的总量通常为50质量ppm以下，典型而言为30质量ppm以下，更典型而言为10质量ppm以下。
《伸长率之差》
本发明的铜合金板材的特征在于，通过减小轧制平行方向(以下也称为RD方向)与轧制垂直方向(以下也称为TD方向)的伸长率的各向异性，从而改善了加压时的断面形状，RD方向与TD方向的伸长率之差为10％以下。此处，伸长率之差是指RD方向与TD方向的伸长率之差的绝对值。
通过将RD方向与TD方向的伸长率之差设为10％以下，从而能够减小在向电阻器中组装前的加压冲裁加工的剪切加工时、直到断裂为止的变形量在轧制平行方向、轧制垂直方向上的各向异性，因此能够减小加压断面的塌边比率。更优选为8％以下，进一步优选为5％以下。
《拉伸强度、及伸长率》
本发明的铜合金板材中，为了抑制以电阻器形式组装时的变形、微小的裂纹，RD方向及TD方向上均是拉伸强度为400MPa以上、伸长率为20％以上。
RD方向及TD方向上均是拉伸强度优选为410MPa以上且800MPa以下、进一步优选为420MPa以上且750MPa以下。伸长率优选为22％以上且小于50％，更优选为25％以上且小于50％。通过使伸长率小于50％，从而能够减小在加压冲裁加工时直到断裂为止的伸长率，在轧制平行方向和轧制垂直方向上均能够将加压冲裁加工时的塌边控制为较小。
《体积电阻率》
其为在使用本发明的铜合金板材作为电阻器时对连接的电子电路内的电压降进行检测所需的电阻率，优选为25～70μΩcm。
《τ-纤维(τ-fiber)》
为了使本发明的铜合金板材的RD方向与TD方向的伸长率之差为10％以下，本发明的特征在于，进行控制以使通过EBSD测定得到的τ-纤维(φ1＝90°、φ2＝45°、Φ＝0～90°)的Φ＝20～35°的取向密度为4以上、且Φ＝40～80°的取向密度小于4。
此处，所谓τ纤维，是从{0 0 1}<-1 -1 0>(φ1＝90°、φ2＝45°、Φ＝0°)到{1 10}<0 0 1>(φ1＝90°、φ2＝45°、Φ＝90°)进行旋转的取向的总称，Φ＝20～35°的取向密度为4以上意味着{4 4 11}<11 11 -8>织构的发达，Φ＝40～80°为4以上意味着作为轧制织构的{1 1 0}<0 0 1>的残存。即，通过增加前者的取向密度并且兼顾后者的取向的降低，可进行塌边面的改善。
需要说明的是，对于τ-纤维而言，使用株式会社TSL Solutions制OIM5.0(商品名)作为EBSD法的测定装置，用附属于装置的OIM Analysis7.31(EBSD数据分析软件)算出该测定装置的数据。
通过将τ-纤维控制在上述的范围，从而使铜合金板材塑性变形时的变形电阻值发生变化，与未进行τ-纤维控制的状态相比，能够减小轧制平行方向和垂直方向上的、直到断裂为止的伸长率，其结果是，能以小的应力实现加压冲裁加工，能够减小断面形状中的塌边。
τ-纤维可以通过下述的制造方法来控制。
<铜合金板材的制造方法>
本发明的铜合金板材的制造方法的特征在于，依次具有下述各工序：
铸造[工序1]；
均质化热处理[工序2]：以低于900℃的温度保持10分钟～10小时；
热轧[工序3]；
表面切削[工序4]；
冷轧1[工序5]；
修整[工序6]；
退火1[工序7]；
表面研磨[工序8]；
冷轧2[工序9]；
退火2[工序10]：以10℃/分钟以上的升温速度加热、于400～850℃保持1秒～5小时之后，以20℃/分钟以上的冷却速度冷却至常温；
理直[工序11]；及
退火3[工序12]。
各工序自身为已知的工序或将其改善后的工序的组合，特别是工序2的均质化热处理工序、工序10的退火及冷却为用于控制本发明的τ-纤维的重要工序。
均质化热处理[工序2]中，通过以低于900℃的温度保持10分钟～10小时，抑制晶粒的粗大化，使之后的织构形成容易。于900℃以上进行热处理的情况下，难以得到期望的τ纤维。
退火2[工序10]中，通过以10℃/分钟以上的升温速度加热，于400～850℃保持1秒～5小时之后，以20℃/分钟以上的冷却速度冷却至常温，从而控制τ纤维的取向集聚度。特别是在升温速度慢的情况、保持时间在上述范围外的情况下，得不到规定的取向密度，产生伸长率的各向异性、塌边的各向异性。
本发明中，在相邻的工序与工序之间或最终再结晶退火工序之后，可以实施形状矫正、氧化膜除去、脱脂、防锈等处理。本发明的铜合金板材作为电阻器、例如分流电阻器用电阻材料极其有用。
需要说明的是，本实施方式示出了本发明的一例，本发明不限定于本实施方式。另外，本实施方式中可以施加各种变更或改良，这样的施加了变更或改良的方式也可包括在本发明中。
实施例
(实施例1)
以下示出实施例及比较例，更具体地对本发明进行说明。
依次实施下述工序从而得到厚度为0.2mm的板材，所述工序如下：通过铸造来制造具有表1记载的规定的合金组成(质量％)的铸锭[工序1]；热轧前的通过低于900℃下的10分钟～10小时保持来进行的均质化热处理[工序2]；为了破坏铸造组织及得到均匀的组织而以合计加工率50％以上进行轧制的热轧[工序3]；为了除去氧化皮而将两面的表层分别削除0.5mm以上的表面切削[工序4]；为了得到目标形状而以合计加工率60％以上进行轧制的冷轧1[工序5]；为了整理材料端部的形状而将板材的两端以小于总宽度的5％的尺寸除去的修整[工序6]；为了除去材料的应变而在300～600℃下保持10秒～1小时的退火1[工序7]；用于除去材料表面的氧化膜的表面研磨[工序8]；为了得到目标形状以及为了加工固化而以合计加工率10～80％进行轧制的冷轧2[工序9]；退火2[工序10]，为了释放应变及得到τ-纤维，以10℃/分钟以上的升温速度加热，在400～850℃下保持1秒～5小时，以20℃/分钟以上的冷却速度冷却至室温；为了矫正板材的翘曲、弯曲而对轧制平行方向施加100MPa以上的应力的理直[工序11]；为了除去材料的残余应力而在保持温度200～500℃下进行5秒～1小时的热处理的退火3[工序12]。
合金组成如表1所示，表1所示的合金成分以外的余量为铜及不可避免的杂质。另外，工序2、工序10的各条件如表2所示。对这样得到的试样进行下述的评价。对于测定而言，用对所制造的试样沿轧制方向以1m间隔从5个部位采集的试样进行，并采用其平均值。结果示于表3。需要说明的是，只要没有特别记载，则在23℃、50％RH的气氛下进行。
(基于EBSD测定的晶体取向的测定及分析)
通过EBSD法，在测定面积为64×104μm2(800μm×800μm)、扫描步长为0.1μm的条件下进行测定。对于扫描步长而言，为了对微细的晶粒进行测定，以0.1μm的步长来进行。在分析中，根据64×104μm2的EBSD测定结果，通过分析确认取向分布函数ODF(OrientationDetermination Function)。对于电子束而言，将场发射电子枪作为产生源。需要说明的是，测定时的探针直径为0.015μm。
EBSD法的测定装置使用株式会社TSL Solutions制OIM5.0(商品名)。对于板材而言，以30×30mm的尺寸切出，通过机械研磨而研磨至板厚的1/2后，通过电解研磨来进行应变去除及镜面加工。
(电阻温度系数及体积电阻率的测定)
对板材的板面实施镜面研磨，针对镜面研磨前后的各板材，通过以JIS C2525及JIS C2526中规定的方法为基准的方法(四端子法)，测定20℃～50℃的范围的电阻温度系数(TCR)。
将20℃～50℃的电阻温度系数TCR的绝对值为50ppm/K以下、并且20℃下的体积电阻率ρ为20～70μΩcm作为合格水平而记为○，将其以外的情况记为×。板材的板厚用测微计来测定。
(加压冲裁加工后的截面形状)
对于板材的加压冲裁加工后的形状而言，通过依据日本伸铜协会技术标准JCBAT310：2002中规定的铜及铜合金薄板条的剪切试验方法测定的塌边的比率，对板材的加压成型性进行评价。
即，使用加压机、方型模具等对板材进行冲裁，使板材的与轧制方向正交的截面(加压断面)露出，使用扫描电子显微镜进行截面的观察。需要说明的是，关于板材的冲裁中的条件，预先试行后，作为良好的条件，间隙设为10μm，加压速度设为200mm/s，润滑条件设为无润滑。
图1中，1为冲裁加工时的塌边，2为剪切面，3为断裂面。此处，1的板厚方向的塌边尺寸小于板厚整体的20％时，判断为塌边小、尺寸按所设计的那样得以实现。
(拉伸强度、伸长率)
针对沿板材的平行于轧制方向的方向(RD方向)以规定的试验片的尺寸切出的各试样材料(n＝3)，进行基于JIS Z 2241：2011的拉伸试验，根据由此得到的数据来算出。示出算出的拉伸强度和伸长率的平均值。需要说明的是，本实施例中，将400MPa以上作为合格水平。
[表1]
Mn Ni Sn Fe Si Cu Ni+Sn Fe+Si
实施例1 11.5 2.00 - - 0.10 余量 2.00 0.10
实施例2 13.5 1.00 - - - 余量 1.00 -
实施例3 12.0 4.90 - 0.15 - 余量 4.90 0.15
实施例4 19.5 3.00 - - 0.05 余量 3.00 0.05
实施例5 7.2 - 2.20 - - 余量 2.20 -
实施例6 15.0 - 4.80 - 0.10 余量 4.80 0.10
实施例7 5.3 - 0.50 - - 余量 0.50 -
实施例8 7.0 - 2.30 0.10 - 余量 2.30 0.10
实施例9 6.0 0.50 0.50 - - 余量 1.00 -
实施例10 5.0 2.50 2.50 0.40 0.10 余量 5.00 0.50
比较例1 5.0 0.05 - - 0.60 余量 0.05 0.60
比较例2 21.0 4.50 - 0.80 - 余量 4.50 0.80
比较例3 6.5 7.00 - - - 余量 7.00 -
比较例4 4.5 - 0.05 - - 余量 0.05 -
比较例5 6.5 - 5.50 - - 余量 5.50 -
比较例6 13.0 5.20 - 0.30 0.30 余量 5.20 0.60
比较例7 12.0 3.00 - - - 余量 3.00 -
比较例8 12.0 2.00 - - - 余量 2.00 -
比较例9 12.0 2.00 - - - 余量 2.00 -
比较例10 12.0 2.00 - - - 余量 2.00 -
比较例11 12.0 2.00 - - - 余量 2.00 -
比较例12 12.0 2.00 - - - 余量 2.00 -
比较例13 7.0 - 2.30 - - 余量 2.30 -
比较例14 7.0 - 2.30 - - 余量 2.30 -
比较例15 7.0 - 2.30 - - 余量 2.30 -
比较例16 7.0 - 2.30 - - 余量 2.30 -
[表2]
Figure BDA0002721183400000101
[表3]
Figure BDA0002721183400000111
根据上文可以确认，通过本发明的工序制造的铜合金板材具有小的电阻温度系数，并且还具有良好的加压成型性。
附图标记说明
1 塌边
2 剪切面
3 断裂面
4 飞边

Claims (7)

1.铜合金板材，其含有Mn 5.0～20.0质量％、Ni 0～5.0质量％、Sn·0～5.0质量％，并且Ni和Sn合计为0.1～10.0质量％，余量由Cu及不可避免的杂质构成，轧制平行方向与板宽方向的伸长率之差为10％以下，所述板宽方向即垂直于轧制平行方向的轧制垂直方向。
2.铜合金板材，其含有Mn 5.0～20.0质量％、Ni 0～5.0质量％、Sn·0～5.0质量％，并且Ni和Sn合计为0.1～10.0质量％，余量由Cu及不可避免的杂质构成，根据EBSD测定结果得到的τ-纤维的Φ＝20～35°的取向密度为4以上、且Φ＝40～80°的取向密度小于4。
3.如权利要求1或2所述的铜合金板材，其含有Fe 0.01～0.5质量％、Si 0.01～0.5质量％，并且Fe和Si合计为0.01～0.5质量％。
4.如权利要求1或2所述的铜合金板材，其中，所述轧制平行方向、轧制垂直方向上均是拉伸强度为400MPa以上、伸长率为20％以上、体积电阻率为20～70μΩcm。
5.如权利要求3所述的铜合金板材，其中，所述轧制平行方向、轧制垂直方向上均是拉伸强度为400MPa以上、伸长率为20％以上、体积电阻率为20～70μΩcm。
6.权利要求1～5中任一项所述的铜合金板材的制造方法，所述铜合金板材的制造方法依次具有下述各工序：
铸造[工序1]；
均质化热处理[工序2]：以低于900℃的温度进行保持；
热轧[工序3]；
表面切削[工序4]；
冷轧1[工序5]；
修整[工序6]；
退火1[工序7]；
表面研磨[工序8]；
冷轧2[工序9]；
退火2[工序10]：以10℃/分钟以上的升温速度加热、于400～850℃保持1秒～5小时之后，以20℃/分钟以上的冷却速度冷却至常温；
理直[工序11]；及
退火3[工序12]。
7.电阻器用电阻材料，其使用了权利要求1～5中任一项所述的铜合金板材。
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