DE112013006671T5

DE112013006671T5 - Kupferlegierungsdraht, Kupferlegierungs-Litzendrat, umhüllter elektrischer Draht und mit Endstücken versehener elektrischer Draht

Info

Publication number: DE112013006671T5
Application number: DE112013006671.8T
Authority: DE
Inventors: Akiko Inoue; Taichiro Nishikawa; Tetsuya Kuwabara; Misato Kusakari; Hiroyuki Kobayashi
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-10-29
Also published as: US20150371726A1; KR20150119185A; WO2014125677A1; JP5751268B2; CN104995322A; JP2014156617A; US9972411B2

Abstract

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines ultrafeinen Kupferlegierungsdrahtes mit hoher Festigkeit und Leitfähigkeit, der auch eine überlegene Dehnung aufweist, eines Kupferlegierungs-Litzendrahtes, eines umhüllten elektrischen Drahtes, der den Kupferlegierungsdraht oder Kupferlegierungs-Litzendraht einschließt, und eines mit (einem) Endstück(en) versehenen elektrischen Drahts. Ein Kupferlegierungsdraht wird als Leiter eingesetzt, wobei der Kupferlegierungsdraht größer oder gleich 0,4 Masse% und kleiner oder gleich 1,5 Masse% Fe, größer oder gleich 0,1 Masse% oder kleiner oder gleich 1,0 Masse% Ti enthält und der Restbetrag Cu und Verunreinigung einschließt.

Description

TITEL DER ERFINDUNG
Kupferlegierungsdraht, Kupferlegierungs-Litzendraht, umhüllter elektrischer Draht und mit Endstücken versehener elektrischer Draht.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kupferlegierungsdraht und einen Kupferlegierungs-Litzendraht, die beide als Leiter für einen elektrischen Draht eingesetzt werden, der in einem Automobil, etc., verlegt ist, sowie einen umhüllten elektrischen Draht, der den Kupferlegierungsdraht oder den Kupferlegierungs-Litzendraht als Leiter einschließt, und einen mit Endstücken versehenen elektrischen Draht, der den umhüllten elektrischen Draht einschließt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Kupferlegierungsdraht, der ultrafein ist, hohe Festigkeit und hohe Leitfähigkeit aufweist und im Hinblick auf die Dehnung überlegen ist.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Herkömmlicherweise werden die aufbauenden Materialien elektrischer Leitungsdrähte, die für die Verkabelung in Automobilen und ähnliches eingesetzt werden, von Materialien auf Kupferbasis dominiert, die im Hinblick auf die Leitfähigkeit überlegen sind, wie Kupfer und Kupferlegierungen. Es wurde ein beträchtliches Ausmaß an Arbeit durchgeführt, um die mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit zu verbessern (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-016284 (Patentdokument 1)).
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-016284 (Patentdokument 1) offenbart einen elektrischen Leitungsdraht für Automobile, der durch Litzenbildung aus mehr als einem Hartdraht hergestellt wird, dessen mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul in Längsrichtung und Leitfähigkeit durch Anwendung eines Drahtziehverfahrens mit einem Grad an Kaltarbeit von gleich oder größer als 99% mit einer Kupferlegierung, die irgendeines ausgewählt aus Mg, Ag, Sn und Zn in einem speziellen Gehaltsbereich enthält, verbessert wurde.
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT

PTD 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-016284

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Mit der jüngsten raschen Verbesserung der Leistung und Fähigkeiten von Automobilen und der daraus folgenden Zunahme an verschiedenen elektrischen On-Board-Geräten, Steuergeräten und ähnlichem neigt auch die Anzahl der für diese Geräte eingesetzten elektrischen Drähte dazu, zuzunehmen. Indessen wurde in den letzten Jahren verstärkte eine Gewichtsreduktion gewünscht, um die Treibstoffeffizienz eines Transportmittels, wie eines Automobils für den Zweck des Umweltschutzes zu verbessern.
Um eine Gewichtsreduktion eines elektrischen Drahtes zu erreichen, wird ein ultrafeiner elektrischer Draht, beispielsweise mit einem Drahtdurchmesser von weniger als 0,3 mm gewünscht. Ein ultrafeiner elektrischer Draht neigt zu Brüchen aufgrund von Aufschlag, der zum Zeitpunkt der Verlegung ausgeübt wird. Daher muss ein solcher Draht eine überlegene Schlagfestigkeit und Biegecharakteristika aufweisen, und es wird auch gewünscht, einen Kupferlegierungsdraht mit ausreichender Dehnung zu entwickeln. Während der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-016284 (Patentdokument 1) offenbarte elektrische Draht überlegen im Hinblick auf Zugfestigkeit ist, so besteht noch Raum für Verbesserung bei der Dehnung.
Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der oben erwähnen Umstände erarbeitet, und eines ihrer Ziele ist die Bereitstellung eines Kupferlegierungsdrahts, der ultrafein ist, hohe Festigkeit und hohe Leitfähigkeit aufweist, und auch bei der Dehnung überlegen ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Kupferlegierungs-Litzendrahtes, der durch Litzenbildung aus mehr als einem Kupferlegierungsdraht, wie oben beschrieben, erhalten wird. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines umhüllten elektrischen Drahtes, der den oben erwähnten Kupferlegierungsdraht oder Kupferlegierungs-Litzendraht als Leiter einschließt, und eines mit Endstücken versehenen elektrischen Drahtes, der den umhüllten elektrischen Draht einschließt.
LÖSUNG DER AUFGABE
Die hiesigen Erfinder fanden heraus, dass ein Kupferlegierungsdraht mit hoher Festigkeit und hoher Leitfähigkeit, der bei der Dehnung überlegen ist, durch Bildung einer Kupferlegierung mit einer speziellen Zusammensetzung und Anwendung einer speziellen Wärmebehandlung auf die Legierung nach dem Drahtziehen erhalten werden kann. Die vorliegende Erfindung basiert auf diesem Ergebnis.
Der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht ist ein Kupferlegierungsdraht, der als Leiter eingesetzt wird, und enthält Fe in einer Menge von größer oder gleich 0,4 Masse% und kleiner oder gleich 1,5 Masse%, Ti in einer Menge von größer oder gleich 0,1 Masse% und kleiner oder gleich 1,0 Masse%, wobei der Restbetrag Cu und Verunreinigungen einschließt.
Der oben erwähnte erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht hat eine hohe Festigkeit, da er aus einer Legierung auf Cu-Fe-Ti-Basis hergestellt wird, und der Draht hat eine hohe Leitfähigkeit, da die Additivelemente in einem bestimmten Gehaltsbereich enthalten sind. Während der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht nach dem Drahtziehen einer speziellen Wärmebehandlung unterzogen wird, um die Dehnung zu verbessern, so kann er eine hohe Festigkeit aufrechterhalten, selbst wenn er für eine lange Zeit bei einer hohen Temperatur gehalten wurde, weil die Kupferlegierung eine spezielle Zusammensetzung hat.
In einer Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht weiterhin ein oder mehrere Additivelemente ausgewählt aus Mg, Sn, Ag, In, Sr, Zn, Ni, Al und P in einer Menge von größer oder gleich 0,01 Masse% und kleiner oder gleich 0,5 Masse% insgesamt.
Wenn der Kupferlegierungsdraht ein oder mehrere der oben erwähnten Additivelemente enthält, kann die Zugfestigkeit erhöht werden. Speziell Mg und Sn bewirken eine geringfügige Abnahme der Leitfähigkeit und sind hoch wirksam beim Erhöhen der Zugfestigkeit.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdrahts ist das Fe/Ti-(Massenverhältnis) größer oder gleich 0,5 und kleiner oder gleich 5,5.
Die Zugfestigkeit und Leitfähigkeit eines Kupferlegierungsdrahts wird grundsätzlich durch die Präzipitation einer Verbindung aus Fe und Ti bestimmt. Daher ist das Masseverhältnis von Fe zu Ti wichtig, und die Verbesserung der Zugfestigkeit und Leitfähigkeit kann durch Verwendung des oben erwähnten Masseverhältnisses erreicht werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdrahts ist die Dehnung größer oder gleich 5%.
Da die Dehnung größer oder gleich 5% ist, kann der Kupferlegierungsdraht geeigneterweise als Leitermaterial eines elektrischen Drahtes eingesetzt werden, für den Schlagzähigkeit oder Biegecharakteristika erforderlich sind. Da die Dehnung 5% ist, wird der Kupferlegierungsdraht beim Verlegen des elektrischen Drahtes kaum gebrochen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdrahtes ist die Leitfähigkeit größer oder gleich 60% IACS, und die Zugfestigkeit ist größer oder gleich 450 MPa.
Da die Leitfähigkeit größer oder gleich 60% IACS ist und die Zugfestigkeit größer oder gleich 450 MPa ist, kann der Kupferlegierungsdraht geeigneterweise als Leitermaterial eines elektrischen Drahtes eingesetzt werden, für den Schlagfestigkeit oder Biegecharakteristika erforderlich sind.
Da die Zugfestigkeit größer oder gleich 450 MPa ist, treten kaum Brüche auf, und beim Krimpen der Endstücke kann der gekrimpte Zustand für eine lange Zeit aufrechterhalten werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdrahts ist der Drahtdurchmesser weniger als 0,3 mm.
Da der Drahtdurchmesser des Kupferlegierungsdrahts weniger als 0,3 mm ist und der Draht ultrafein ist, kann eine Gewichtsreduktion des Kupferlegierungsdrahts erreicht werden.
Während der erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdraht als Einzeldraht verwendet werden kann, so kann er auch als Elementardraht von Litzen verwendet werden. Beispielsweise schließt der erfindungsgemäße Kupferlegierungs-Litzendraht einen Aspekt ein, unter dem mehr als einer der erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdrähte zu einer Litze geformt ist.
Der erfindungsgemäße Kupferlegierungs-Litzendraht behält im wesentlichen die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdrahts, der dessen Elementardrähte bildet, so dass der erfindungsgemäße Kupferlegierungs-Litzendraht eine hohe Festigkeit und hohe Leitfähigkeit aufweist und auch bei der Dehnung überlegen ist. Da der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht bei der Dehnung überlegen ist, wird er kaum gebrochen, wenn Kupferlegierungsdrähte zu einer Litze geformt werden. Weiterhin können durch Litzenbildung aus mehr als einem der erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdrähte die mechanischen Eigenschaften wie Schlagfestigkeit und Biegecharakteristika des gesamten Litzendrahtes im Vergleich zu einem Einzeldraht verbessert werden.
Unter einem Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Kupferlegierungs-Litzendrahtes ist der Kupferlegierungs-Litzendraht komprimiert.
Da der Litzendraht vollständig komprimiert ist, kann die Formstabilität des Litzendrahtes erhöht werden. Weiterhin kann das Hohlraumverhältnis der Querschnittsfläche des Litzendrahtes reduziert werden.
Unter einem Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Kupferlegierungs-Litzendrahtes ist die Querschnittsfläche des Kupferlegierungs-Litzendrahtes größer als 0,03 mm² und kleiner oder gleich 0,5 mm².
Da die Querschnittsfläche des Litzendrahtes größer oder gleich 0,03 mm² ist, kann das Krimpen der Endstücke mit Sicherheit erreicht werden. Da indessen die Querschnittsfläche des Litzendrahtes kleiner oder gleich 0,5 mm² ist, kann eine Gewichtsreduktion des Litzendrahtes erreicht werden.
Der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht und der erfindungsgemäße Kupferlegierungs-Litzendraht können geeigneterweise als Leiter eines elektrischen Drahtes eingesetzt werden. Unter einem beispielhaften Gesichtspunkt weist der erfindungsgemäße umhüllte elektrische Draht eine umhüllende Isolierschicht außerhalb eines Leiters auf, und der Leiter ist der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht oder der erfindungsgemäße Kupferlegierungs-Litzendraht.
Da der erfindungsgemäße umhüllte elektrische Draht als Leiter den erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdraht oder den erfindungsgemäßen Kupferlegierungs-Litzendraht einschließt, die hohe Festigkeit und Leitfähigkeit aufweisen und auch bei der Dehnung überlegen sind, wie oben beschrieben, weist der umhüllte elektrische Draht eine hohe Festigkeit und Leitfähigkeit, überlegene Dehnung und auch überlegene Schlagfestigkeit und überlegene Biegecharakteristika auf.
Der erfindungsgemäße umhüllte elektrische Draht kann geeigneterweise für einen mit (einem) Endstück(en) versehenen elektrischen Draht verwendet werden. Unter einem beispielhaften Gesichtspunkt schließt der mit Endstück(en) versehene erfindungsgemäße elektrische Draht den erfindungsgemäßen umhüllten elektrischen Draht sowie ein Endstück, das am Endeabschnitt des umhüllten elektrischen Drahtes angebracht ist, ein. Da der mit Endstück(en) versehene erfindungsgemäße elektrische Draht den erfindungsgemäßen umhüllten elektrischen Draht einschließt, der eine hohe Festigkeit und Leitfähigkeit aufweist und auch bei der Dehnung überlegen ist, wie oben beschrieben, weist der mit Endstück(en) versehen elektrische Draht eine hohe Festigkeit und Leitfähigkeit, überlegene Dehnung und auch überlegene Schlagzähigkeit und überlegene Biegecharakteristika auf.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Der Kupferlegierungsdraht, der Kupferlegierungs-Litzendraht, der umhüllte elektrische Draht und der mit Endstück(en) versehene elektrische Draht der vorliegenden Erfindung weist jeweils eine hohe Festigkeit und Leitfähigkeit und auch eine überlegene Dehnung auf.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben. Der Gehalt eines Elements wird als Masse% angegeben.
[Kupferlegierungsdraht]
<<Zusammensetzung>>
Die Kupferlegierung, die den erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdraht aufbaut, enthält reines Kupfer als Hauptkomponente (Basismaterial), und enthält auch 0,4 bis 1,5% Fe und 0,1% bis 1,0% Ti.
Da der Gehalt an Fe größer oder gleich 0,4% ist, wird ein Kupferlegierungsdraht mit überlegener Festigkeit erhalten. Wenn der Gehalt an Fe zunimmt, so nimmt die Festigkeit des Kupferlegierungsdrahtes zu, doch nimmt die Leitfähigkeit ab, oder der Draht bricht leichter während des Drahtziehens oder ähnlichem. Daher ist der Gehalt an Fe auf kleiner oder gleich 1,5% beschränkt. Der Gehalt an Fe ist vorzugsweise größer oder gleich 0,45% oder kleiner oder gleich 1,3%, stärker bevorzugt größer oder gleich 0,5% und kleiner oder gleich 1,1%.
Wenn Ti mit Fe koexistiert, so wird die Leitfähigkeit und die Festigkeit erhöht. Da der Gehalt an Ti größer oder gleich 0,1% ist, wird ein Kupferlegierungsdraht mit überlegener Festigkeit erhalten. Wenn der Gehalt an Ti zunimmt, so nimmt die Festigkeit des Kupferlegierungsdrahts zu, doch nimmt die Leitfähigkeit ab, oder der Draht bricht leichter während des Drahtziehens. Daher ist der Gehalt an Ti auf kleiner oder gleich 1,0% beschränkt. Der Gehalt an Ti ist vorzugweise größer oder gleich 0,1% und kleiner oder gleich 0,7%, stärker bevorzugt größer oder gleich 0,1% und kleiner oder gleich 0,5%.
Da Fe und Ti zum Präzipitieren gebracht werden und in Form einer Verbindung im Cu vorliegen, weist der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht eine überlegene Festigkeit und Leitfähigkeit auf. Durch Begrenzen des Masseverhältnisses von Fe zu Ti (Fe/Ti) auf größer oder gleich 0,5 kann eine Verbindung von Fe und Ti in moderatem Ausmaß zum Präzipitieren gebracht werden, und die Leitfähigkeit erhöht sich. Da die Leitfähigkeit abnimmt, wenn überschüssiges Fe vorliegt, ist Fe/Ti auf kleiner oder gleich 5,5 begrenzt. Fe/Ti ist vorzugweise größer oder gleich 0,7 und kleiner oder gleich 5,3, stärker bevorzugt größer oder gleich 0,9 und kleiner oder gleich 5,1.
Wenn der Kupferlegierungsdraht ein oder mehrere Additivelemente ausgewählt aus Mn, Sn, Ag, In, Sr, Zn, Ni, Al und P zusätzlich zu Fe und Ti enthält, so kann die Festigkeit verbessert werden. Mg und Sn induzieren eine geringere Abnahme der Leitfähigkeit und können die Festigkeit verbessern. Die anderen Elemente induzieren eine deutliche Abnahme der Leitfähigkeit, doch sind sie hoch wirksam beim Verbessern der Festigkeit. Diese Additivelemente können einzeln oder in Kombination enthalten sein, und ihr Gehalt ist vorzugsweise größer oder gleich 0,1% und kleiner oder gleich 0,5%. Wenn der Gehalt dieser Elemente 0,5% übersteigt, so nimmt die Festigkeit des Kupferlegierungsdrahtes zu, doch nimmt die Leitfähigkeit ab, oder der Draht bricht leichter während des Drahtziehens oder ähnlichem. Wenn der Gesamtgehalt dieser Elemente weniger als 0,01% ist, kann die Wirkung der Erhöhung der Festigkeit, die durch Zugabe dieser Elemente bewirkt wird, nicht ausreichend erhalten werden.
Was den bevorzugten Gehalt dieser Elemente betrifft, so ist der von Mg vorzugsweise größer oder gleich 0,01% und kleiner oder gleich 0,3%, stärker bevorzugt größer oder gleich 0,01% und kleiner oder gleich 0,15%. Weiterhin zu nennen ist Sn: größer oder gleich 0,02% und kleiner oder gleich 0,3%, Ag: größer oder gleich 0,002% und kleiner oder gleich 0,15%, In: größer oder gleich 0,01% und kleiner oder gleich 0,15%, Sr: größer oder gleich 0,005% und kleiner oder gleich 0,08%, Zn: größer oder gleich 0,005% und kleiner oder gleich 0,15%, Ni: größer oder gleich 0,005% und kleiner oder gleich 0,15%, Al: größer oder gleich 0,005% und kleiner oder gleich 0,15%, und P: größer oder gleich 0,002% und kleiner oder gleich 0,008%. Wenn der Kupferlegierungsdraht beispielsweise Sn und Ag in Kombination enthält, so kann deren Gesamtgehalt größer oder gleich 0,025% und kleiner oder gleich 0,3% sein.
<<Mechanische Eigenschaften>>
Der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht weist eine hohe Festigkeit und eine hohe Leitfähigkeit auf und erfüllt vorzugsweise eine Zugfestigkeit von größer oder gleich 450 MPa und eine Leitfähigkeit von größer oder gleich 60% IACS. Die Zugfestigkeit und die Leitfähigkeit können mit der Art und dem Gehalt der Additivelemente und den Herstellungsbedingungen (Grad des Drahtziehens, Temperatur bei der Wärmebehandlung, etc.) variieren. Wenn beispielsweise Additivelemente in einer größeren Menge zugegeben werden oder der Grad des Drahtziehens erhöht wird (der Drahtdurchmesser wird reduziert), so tendiert die Zugfestigkeit dazu, anzusteigen, und die Leitfähigkeit tendiert dazu, kleiner zu werden. Obgleich eine größere Zugfestigkeit und eine größere Leitfähigkeit bevorzugt sind, ist unter Berücksichtigung des Ausgleichs zwischen Dehnung und Festigkeit die Obergrenze der Zugfestigkeit etwa 650 MPa, und unter Berücksichtigung der inkrementellen Grenze der Leitfähigkeit aufgrund der Präzipitation der Additivelemente ist die Obergrenze der Leitfähigkeit etwa 80% IACS.
Der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht ist auch im Hinblick auf die Dehnung überlegen und erfüllt vorzugsweise eine Dehnung von größer oder gleich 5%. Die Dehnung kann mittels Durchführung einer speziellen Wärmebehandlung nach dem Drahtziehen verändert werden. Beispielsweise tendiert die Dehnung dazu, größer zu werden, wenn ein Tempern als Wärmebehandlung durchgeführt wird und die Temperatur des Temperns erhöht wird, oder die Dauer des Temperns verlängert wird. Spezielle Temperbedingungen werden später beschrieben. Obgleich eine höhere Dehnung bevorzugt ist, da sie zu überlegener Schlagfestigkeit oder überlegener Biegecharakteristik führt, ist unter Berücksichtigung des Ausgleichs zwischen Dehnung und Festigkeit die Obergrenze der Dehnung etwa 20%.
<<Drahtdurchmesser>>
Durch geeignetes Einstellen des Grades des Drahtziehens (Reduktionsverhältnis der Querschnittsfläche) ist es möglich, den Drahtdurchmesser des erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdrahts zu variieren. Wenn er beispielsweise als Leiter für einen elektrischen Draht für ein Automobil eingesetzt wird, so kann der Draht ein Ultrafein-Draht mit einem Drahtdurchmesser von weniger als 0,3 mm sein. Der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht ist, wie oben erwähnt, in der Zugfestigkeit, Leitfähigkeit und Dehnung überlegen, selbst wenn es sich um einen ultrafeinen Draht mit einem Drahtdurchmesser von weniger als 0,3 mm handelt.
<<Querschnittsform>>
Der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht kann eine beliebige transversale Querschnittsform aufweisen, in Abhängigkeit von der Düsenform zur Zeit des Drahtziehens. Ein kreisförmiger Runddraht im transversalen Querschnitt ist repräsentativ. Weiterhin kann die transversale Querschnittsfläche eine beliebige aus verschiedenen Formen sein, wie eine elliptische Form und eine polygonale Form einschließlich einer rechteckigen Form und einer hexagonalen Form. Im Fall einer unregelmäßigen Form, wie der elliptischen Form oder der polygonalen Form, ist der Drahtdurchmesser als die maximale Länge über den transversalen Querschnitt definiert (die größere Achse im Fall einer Ellipse, die Diagonale im Fall einer Rechtecks oder eines Hexagons).
[Kupferlegierungs-Litzendraht]
Litzenbildung aus mehr als einem erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdraht zu einem Litzendraht (erfindungsgemäßer Kupferlegierungs-Litzendraht) führt zu einem Leiter, der in der Schlagfestigkeit und Biegecharakteristik noch stärker überlegen ist. Die Anzahl der zu einer Litze geformten Drähte ist nicht speziell beschränkt. Durch Komprimieren des Kupferlegierungs-Litzendrahts, um einen komprimierten Draht zu bilden, wird die Stabilität der Litzenform erhöht. Weiterhin kann das Hohlraumverhältnis der Querschnittsfläche des Litzendrahtes reduziert werden, und der Durchmesser kann kleiner gemacht werden als der bei der Litzenbildung, und dadurch kann eine Gewichtsreduktion des Litzendrahtes erreicht werden. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche des Litzendrahtes nicht weniger als 0,03 mm² und nicht mehr als 0,5 mm².
[Umhüllter elektrischer Draht]
Der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht und der erfindungsgemäße Kupferlegierung-Litzendraht können als Leiter für einen elektrischen Draht verwendet werden. Sie können auch in Form eines umhüllten elektrischen Drahtes eingesetzt werden, der eine Isolierung aufweist, die eine Schicht außerhalb des Leiters bedeckt. Beispiele des Isoliermaterials, das die isolierende Hüllschicht bildet, schließen Polyvinylchlorid (PVC), nicht-halogeniertes Harz und Materialien mit überlegener Flammhemmeigenschaft ein. Die Dicke der isolierende Umhüllungsschicht kann geeignet ausgewählt werden in Abhängigkeit von der gewünschten Isolierungsstärke, und ist nicht speziell beschränkt.
[Mit Endstück(en) versehener elektrischer Draht]
Der oben erwähnte erfindungsgemäße umhüllte elektrische Draht kann geeigneterweise für einen mit einem Endstück(en) versehenen elektrischen Draht verwendet werden. Typischerweise ist der erfindungsgemäße mit Endstück(en) versehene elektrische Draht mit einem elektrischen Draht oder Drähten versehen, der/die ein oder mehrere erfindungsgemäße elektrische Drähte einschließ(t/en), und ein Endstück wird an einen Endabschnitt jeden elektrischen Drahtes angebracht. Jeder der oben erwähnten elektrischen Drähte ist mit einem Gegenstand, wie einem elektrischen Gerät, durch das Endstück verbunden. Zusätzlich zum Aspekt des mit Endstück(en) versehenen erfindungsgemäßen elektrischen Drahtes, in dem ein Endstück jeweils an jedes Ende der elektrischen Drähte angebracht ist, ist auch ein weiterer Aspekt verfügbar, in dem mehr als ein elektrischer Draht kollektiv als eine Gruppe von elektrischen Drähten mit einem Endabschnitt verbunden ist. Beispiele der Form des Endabschnitts schließen eine männliche Form und eine weibliche Form ein, und Beispiele der Art der Verbindung des Endabschnitts mit dem Leiter des umhüllten elektrischen Drahtes schließen einen Krimptyp, um den Leiter zu krimpen, und einen Schmelztyp, um einen geschmolzenen Leiter zu verbinden, ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Bündeln einer Mehrzahl der elektrischen Drähte, die im mit Endstücken versehenen elektrischen Draht enthalten sind, durch Verwendung eines Bündelungselements oder ähnlichem, stellt eine überlegene Handhabbarkeit bereit.
[Herstellungsverfahren]
Typischerweise kann der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht durch das folgende Herstellungsverfahren hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kupferlegierungsdrahtes, der als Leiter eingesetzt wird, und es schließt den folgenden kontinuierlichen Gießschritt, Lösungsschritt, Drahtziehschritt und Wärmebehandlungsschritt ein.
Kontinuierlicher Gießschritt: ein Schritt, in dem ein gegossenes Material durch kontinuierliches Gießen einer geschmolzenen Kupferlegierung mit der oben erwähnten speziellen Zusammensetzung hergestellt wird.
Lösungsschritt: ein Schritt der Bildung eines Festkörperlösungs-Drahtmaterials mittels Durchführung einer Lösungsbehandlung mit dem gegossenen Material.
Drahtziehschritt: ein Schritt, in dem ein zum Draht gezogenes Material hergestellt wird mittels Durchführung einer Drahtziehbehandlung mit dem oben erwähnten Festkörperlösungs-Drahtmaterial.
Wärmebehandlungsschritt: ein Schritt der Durchführung einer später beschriebenen speziellen Wärmebehandlung mit dem zum Draht gezogenen Material.
<<Kontinuierlicher Gussschritt>>
Als erstes wird ein Gussmaterial, das aus der Kupferlegierung mit der oben beschriebenen speziellen Zusammensetzung besteht, hergestellt. Für die Herstellung des Gussmaterials kann ein kontinuierliches Gießen geeigneterweise eingesetzt werden. Die Durchführung einer schnellen Kühlung in diesem kontinuierlichen Gussschritt kann ein Aspekt zum Bilden eines Festkörperlösungs-Basismaterials als Gussmaterial im Zustand einer übersättigten Festkörperlösung, worin die Additivelemente vollständig in Cu aufgelöst sind, sein. Obgleich die Abkühlungsgeschwindigkeit während des Gießens geeignet ausgewählt werden kann, ist sie vorzugsweise größer oder gleich 5°C/Sek. Beispielsweise kann eine schnelle Kühlung bei der oben erwähnten Abkühlgeschwindigkeit einfach durchgeführt werden, indem eine kontinuierliche Gussvorrichtung eingesetzt wird, die mit einer wassergekühlten Kupferform, einem zwangsweisen Wasserkühlungsmechanismus, usw., ausgestattet ist. Das kontinuierliche Gießen kann unter einem beliebigen Aspekt unter Einsatz einer beweglichen Form vom Band- und Rad-Typ oder ähnlichem, oder einer stationären Rahmenform durchgeführt werden.
Nach dem Gießen wird nachfolgend das gegossene Material, das aus dem oben erwähnten kontinuierlichen Gussschritt erhalten wurde, einer plastischen Verarbeitung unterzogen, wie Stauchen und Walzen. Bei diesem plastischen Verarbeiten ist es bevorzugt, die Verarbeitungstemperatur auf kleiner oder gleich 150°C einzustellen und den Grad der Verarbeitung auf größer oder gleich 50% und kleiner oder gleich 90%.
<<Lösungsschritt>>
Ein Gesichtspunkt zum Bilden des oben erwähnten Festkörperlösungs-Basismaterials kann die Herstellung eines Festkörperlösungs-Drahtmaterials mittels Durchführung einer Lösungsbehandlung mit einem Gussmaterial aus dem oben erwähnten kontinuierlichen Gussschritt (dies kann entweder ein schnell abgekühltes, wie oben beschrieben, oder eines ohne schnelle Abkühlung sein) oder ein plastisch verarbeitetes Drahtmaterial sein. Bei der Lösungsbehandlung ist es bevorzugt, die Heiztemperatur auf größer oder gleich 850°C und kleiner oder gleich 950°C, die Haltezeit auf größer oder gleich 5 Minuten und kleiner oder gleich 3 Stunden und die Abkühlungsgeschwindigkeit auf größer oder gleich 10°C/Sek. einzustellen.
<<Drahtziehschritt>>
Das im oben beschriebenen kontinuierlichen Gussschritt schnell abgekühlte Festkörperlösungs-Basismaterial oder das Festkörperlösungs-Basismaterial, das einer Lösungsbehandlung unterzogen wurde, wird einem Drahtziehen unterzogen, wodurch ein zum Draht gezogenes Material hergestellt wird, das einen feinen Drahtdurchmesser aufweist. Das Drahtziehen (typischerweise Kaltbearbeitung) wird über eine Mehrzahl von Durchgängen durchgeführt, bis der End-Drahtdurchmesser erreicht wird. Vorzugsweise wird der Grad der Verarbeitung bei jedem Durchgang geeignet eingestellt, unter Berücksichtigung der Zusammensetzung, des endgültigen Drahtdurchmessers usw.
<<Wärmebehandlungsschritt>>
Das zum Draht gezogene Material, das bis zum Enddurchmesser zum Draht gezogen wurde, wird einer speziellen Wärmebehandlung unterzogen, wodurch eine Verbindung aus Fe und Ti aus einem übersättigten Festkörperlösungszustand präzipitiert wird. Bei der Wärmebehandlung kann ein Präzipitat vollständig gebildet werden, indem die Wärmebehandlungstemperatur auf größer oder gleich 350°C und kleiner oder gleich 550°C eingestellt wird, und die Haltezeit auf länger oder gleich 30 Minuten eingestellt wird. Die Wärmebehandlungstemperatur kann in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften ausgewählt werden. Stärker bevorzugt ist die Wärmebehandlungstemperatur größer oder gleich 400°C und kleiner oder gleich 500°C, und die Haltezeit ist länger oder gleich 30 Minuten oder kürzer oder gleich 40 Stunden. Je länger die Haltezeit bei der Wärmebehandlung ist, desto größer die Menge des Präzipitats, die gebildet werden kann. Daher kann eine lange Haltezeit helfen, die Leitfähigkeit zu verbessern. Es ist bevorzugt, die Wärmebehandlung nach Durchführung des Drahtziehens durchzuführen, denn wenn sie vor dem Drahtziehen durchgeführt wird, so besteht die Möglichkeit, dass das durch die Wärmebehandlung gebildete Präzipitat als Startpunkt für Brüche des Drahtmaterials zum Zeitpunkt des Drahtziehens fungieren kann. Durch Anwendung der Wärmebehandlung auf das zum Draht gezogene Material, wodurch die durch das Drahtziehen verursachte Spannung entfernt wird, kann die Dehnung verbessert werden.
Der oben erwähnte Wärmebehandlungsschritt kann den erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdraht liefern, der die oben erwähnte spezielle Zusammensetzung hat und eine Leitfähigkeit von größer oder gleich 60% IACS, eine Zugfestigkeit von größer oder gleich 450 MPa und eine Dehnung von größer oder gleich 5% aufweist.
<<Litzenbildungsschritt>>
Der erfindungsgemäße Kupferlegierungs-Litzendraht kann durch Litzenbildung mit mehr als einem der erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdrähte hergestellt werden. Der Kupferlegierungs-Litzendraht kann zu einem komprimierten Drahtmaterial komprimiert werden. Wenn eine Litzendrahtstruktur gebildet wird, in der mehr als ein Draht zu einer Litze geformt ist, ist es bevorzugt, den oben erwähnten Wärmebehandlungsschritt mit dem Litzendraht durchzuführen, da die Behandlung die Bündelung des Litzendrahtes weniger anfällig zur Freisetzung macht. Speziell werden mehr als ein zum Draht gezogene Materialien, die im Drahtziehschritt auf dem Enddurchmesser zum Draht gezogen wurden, zur Litze geformt, um einen Litzendraht zu bilden, und dann wird die oben erwähnte Wärmebehandlung mit dem Litzendraht durchgeführt. Es können mehr als ein Kupferlegierungsdraht, der einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, zu einer Litze geformt werden, und nach der Litzenbildung kann die Wärmebehandlung weiter durchgeführt werden.
<<Umhüllungsschritt>>
Der erfindungsgemäße umhüllte elektrische Draht kann durch Bilden der oben erwähnten Isolier-Hüllschicht, die aus einem isolierenden Material hergestellt ist, an einem äußeren Umfang des oben erwähnten erfindungsgemäßen Kupferlegierungsdrahtes oder des erfindungsgemäßen Kupferlegierungs-Litzendrahtes hergestellt werden. Beispiele für ein Verfahren zur Herstellung der isolierenden Hüllschicht schließen eine Extrusionsbeschichtung und eine Umhüllung durch Pulverbeschichtung ein.
<<Schritt des Anbringens des Endstücks bzw. der Endstücke>>
Ein mit Endstück(en) versehener erfindungsgemäßer elektrischer Draht kann durch Anbringen eines Endstücks an einem Endabschnitt des oben erwähnten erfindungsgemäßen umhüllten elektrischen Drahtes und dann typischerweise Bündeln mit mehr als einem mit Endstücken versehenen elektrischen Drähten hergestellt werden. Der Leiter kann durch Abisolieren eines Teils der isolierenden Hüllschicht des umhüllten elektrischen Drahtes, um den Leiter freizulegen, gefolgt von Krimpen, mit dem Endstück verbunden werden.
[Testbeispiel]
Es wurde ein Kupferlegierungsdraht hergestellt, und dann wurden die mechanischen Eigenschaften des Kupferlegierungsdrahtes untersucht.
Der Kupferlegierungsdraht wurde in den folgenden Verfahren hergestellt. Elektrolytisches Kupfer mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr und eine Basislegierung, die Additivelemente enthält, wurden hergestellt. Sie wurden in einen Kohlenstofftiegel hoher Reinheit eingebracht, und dann in einer kontinuierlichen Gussvorrichtung im Vakuum geschmolzen, wodurch ein gemischtes geschmolzenes Metall mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung hergestellt wurde. Unter Verwendung des resultierenden gemischten geschmolzenen Materials und einer Kohlenstoffform hoher Reinheit wurde ein gegossenes Material mit kreisförmigem Querschnitt und einem Drahtdurchmesser von 16 mm durch kontinuierliches Gießen hergestellt. Das resultierende gegossene Material wurde auf einen Drahtdurchmesser von 12 mm gestaucht (Verarbeitungstemperatur: Raumtemperatur, Verarbeitungsgrad: 25%) und dann einer Lösungsbehandlung bei 950°C über 1 Stunde unterzogen, wodurch ein Festkörperlösungs-Drahtmaterial hergestellt wurde. Dann wurde das Festkörperlösungs-Drahtmaterial einem Drahtziehen auf einem Drahtdurchmesser von 0,16 mm unterzogen, und die in Tabelle 2 gezeigte Wärmebehandlung (Tempern) wurde durchgeführt.

Für den erhaltenen Kupferlegierungsdraht wurde die Zugfestigkeit (MPa), Leitfähigkeit (% IACS) und Dehnung (Dehnung bis zum Bruch (%)) untersucht. Die Zugfestigkeit (MPa) und die Dehnung (%, Dehnung beim Bruch) wurden unter Verwendung einer allgemeinen Zugtestmaschine gemäß JIS Z 2241 (Zugtestverfahren für metallische Materialien, 1998) gemessen. Die Leitfähigkeit (% IACS) wurde durch das Brückenverfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]

Probe Nr.	Wärmebehandlung	Charakteristika
Probe Nr.	Wärmebehandlung	Zugfestigkeit (MPa)	Leitfähigkeit (% IACS)	Dehnung (%)
1-1	Vor der Wärmebehandlung	752	17	2
1-2	450°C × 8 h	520	76	10
2	450°C × 8 h	507	65	10
3	450°C × 8 h	556	65	8
4	450°C × 8 h	510	67	5
5	450°C × 8 h	510	64	10
6	450°C × 8 h	505	65	10
7	450°C × 8 h	510	62	10
8-1	Vor der Wärmebehandlung	826	18	2
8-2	450°C × 8 h	561	74	8
9-1	Vor der Wärmebehandlung	855	17	2
9-2	500°C × 8 h	546	65	9
10-1	Vor der Wärmebehandlung	912	15	2
10-2	500°C × 8 h	597	66	9
11-1	Vor der Wärmebehandlung	869	15	2
11-2	500°C × 8 h	556	73	6
12	550°C × 8 h	498	72	10
13	450°C × 8 h	452	68	12
14	500°C × 8 h	500	60	8
101-1	Vor der Wärmebehandlung	663	21	2
101-2	450°C × 8 h	300	66	19
102	nicht verarbeitbar
103	450°C × 8 h	370	85	15
104	nicht verarbeitbar
105	450°C × 8 h	380	82	12
106-1	Vor der Wärmebehandlung	792	77	1
106-2	450°C × 8 h	250	83	16

Wie in Tabelle 1 und 2 gezeigt, wissen die Proben Nr. 1-2, 2 bis 7, 8-2, 9-2, 10-2, 11-2 und 12 bis 14, die jeweils aus einer Kupferlegierung mit einer speziellen Zusammensetzung hergestellt sind und einer speziellen Wärmebehandlung (Tempern) nach dem Drahtziehen unterzogen wurden, eine Zugfestigkeit von größer oder gleich 450 MPa, eine Leitfähigkeit von größer oder gleich 60% IACS und eine Dehnung von größer oder gleich 5% auf, d. h., sie haben hohe Festigkeit und Leitfähigkeit und sind auch überlegen bei der Dehnung. Für die Proben Nr. 1 und 8 bis 11, die in Tabelle 1 angegeben sind, im Vergleich vor und nach der Wärmebehandlung, wie in Tabelle 2 gezeigt, ist die Zugfestigkeit durch Durchführung einer speziellen Wärmebehandlung (Tempern) im Vergleich zu vor der Wärmebehandlung verringert, doch ist die Dehnung verbessert. Selbst wenn die Zugfestigkeit verringert ist, weisen sie genug Festigkeit auf, dass sie geeigneterweise als Leitermaterial für einen elektrischen Draht, für den Schlagfestigkeit und Biegecharakteristik erforderlich ist, verwendet werden können. D. h., da die Kupferlegierung spezielle Zusammensetzungen haben, können die Proben eine hohe Festigkeit aufrechterhalten und sind überlegen in der Dehnung, während sie eine hohe Festigkeit und Leitfähigkeit selbst dann haben, wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, und dass geeignete Modifikationen durchgeführt werden, ohne vom Bereich des Kerns der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die Zusammensetzung der Kupferlegierung, der Drahtdurchmesser des Kupferlegierungsdrahtes, die Lösungsbehandlungsbedingungen und die Wärmebehandlungsbedingungen usw. innerhalb spezieller Bereiche modifiziert werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Der erfindungsgemäße Kupferlegierungsdraht und der erfindungsgemäße Kupferlegierungs-Litzendraht können geeigneterweise für Einsatzzwecke verwendet werden, die Gewichtsreduktion, hohe Festigkeit und hohe Leitfähigkeit sowie überlegene Schlagzähigkeit und Biegecharakteristik erfordern, wie beispielsweise einen elektrischen Drahtleiter in der Verkabelungsstruktur verschiedener elektrischer Vorrichtungen einschließlich Transportvorrichtungen, wie ein Automobil und ein Flugzeug, und eine Steuervorrichtung, wie einen Industrieroboter. Der erfindungsgemäße umhüllte elektrische Draht und der erfindungsgemäße mit Endstücken versehene elektrische Draht können geeigneterweise in elektrischen Vorrichtungen verschiedener Bereiche eingesetzt werden, die Gewichtsreduktion erfordern, und insbesondere in der Verkabelungsstruktur eines Automobils, wo eine Gewichtsreduktion erforderlich ist, um die Treibstoffeffizienz zu verbessern.

Claims

Kupferlegierungsdraht, der als Leiter eingesetzt wird, wobei der Kupferlegierungsdraht umfasst: Fe in einer Menge von größer oder gleich 0,4 Masse% und kleiner oder gleich 1,5 Masse%; Ti in einer Menge von größer oder gleich 0,1 Masse% und kleiner oder gleich 1,0 Masse%; wobei der Restbetrag Cu und Verunreinigungen einschließt.
Kupferlegierungsdraht gemäß Anspruch 1, der weiterhin ein oder mehrere Additivelemente umfasst, ausgewählt aus Mg, Sn, Ag, In, Sr, Zn, Ni, Al und P, in einer Menge von größer oder gleich 0,01 Masse% und kleiner oder gleich 0,5 Masse% insgesamt.
Kupferlegierungsdraht gemäß Anspruch 1 oder 2, der ein Fe/Ti (Massenverhältnis) von größer oder gleich 0,5 und kleiner oder gleich 5,5 aufweist.
Kupferlegierungsdraht gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, der eine Dehnung von größer oder gleich 5% aufweist.
Kupferlegierungsdraht gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, der eine Leitfähigkeit von größer oder gleich 60% IACS und eine Zugfestigkeit größer oder gleich 450 MPa aufweist.
Kupferlegierungsdraht gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, der einen Drahtdurchmesser von weniger als 0,3 mm aufweist.
Kupferlegierungs-Litzendraht, der durch Litzenbildung aus mehr als einem Kupferlegierungsdraht gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 erhalten wird.
Kupferlegierungs-Litzendraht gemäß Anspruch 7, worin der Kupferlegierungs-Litzendraht komprimiert ist.
Kupferlegierungs-Litzendraht gemäß Anspruch 7 oder 8, worin die Querschnittsfläche des Kupferlegierungs-Litzendrahtes größer oder gleich 0,03 mm² und kleiner oder gleich 0,5 mm² ist.
Umhüllter elektrischer Draht, der eine Isolier-Hüllschicht außerhalb eines Leiters aufweist, worin der Leiter der Kupferlegierungsdraht gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 oder der Kupferlegierungs-Litzendraht gemäß irgendeinem der Ansprüche 7 bis 9 ist.
Mit (einem) Endstück(en) versehener elektrischer Draht, der den umhüllten elektrischen Draht gemäß Anspruch 10 sowie ein Endstück umfasst, das an einem Endabschnitt des umhüllten elektrischen Drahtes angebracht ist.