DE112016001847T5

DE112016001847T5 - Kupferlegierungsdraht und verdrillter Kupferlegierungsdraht, umhüllter elektrischer Draht und Kabelbaum

Info

Publication number: DE112016001847T5
Application number: DE112016001847.9T
Authority: DE
Inventors: Ryoma Uegaki; Akiko Inoue; Tetsuya Kuwabara; Hiroyuki Kobayashi; Kinji Taguchi; Yasuyuki Ootsuka
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: 2015-04-21
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2018-01-11
Also published as: WO2016170992A1; JP6686293B2; US10515738B2; CN107532238A; JP2016204702A; US20180102199A1

Abstract

Bereitgestellt werden ein Kupferlegierungsdraht, ein verdrillter Kupferlegierungsdraht, ein umhüllter elektrischer Draht und ein Kabelbaum, die hohe Festigkeit und ausgezeichnete Schlagbeständigkeit aufweisen.
Ein Kupferlegierungsdraht zur Verwendung als Leiter weist ein Verhältnis von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit auf, das 0,87 oder weniger ist. Es ist bevorzugt, dass der Kupferlegierungsdraht eine Zugfestigkeit von 450 MPa oder mehr aufweisen sollte. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass der Kupferlegierungsdraht eine Gesamtdehnung von 8% oder mehr aufweisen sollte. Ein verdrillter Kupferlegierungsdraht enthält eine Vielzahl der verdrillten Kupferlegierungsdrähte. Ein umhüllter elektrischer Draht enthält einen Leiter, der den Kupferlegierungsdraht und eine Isolierungsumhüllung enthält, die eine äußere Peripherie des Leiters abdeckt. Ein Kabelbaum enthält den umhüllten elektrischen Draht und einen Anschlussmetallbeschlag, der an dem Leiter des umhüllten elektrischen Drahts befestigt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Kupferlegierungsdrähte und verdrillte Kupferlegierungsdrähte, die als Leiter von elektrischen Drähten geeignet sind, und umhüllte elektrische Drähte und Kabelbäume unter Verwendung derselben als deren Leiter.
Technischer Hintergrund
Auf dem Kraftfahrzeuggebiet wurden elektrische Drähte im Durchmesser zunehmend vermindert. Im Durchmesser verminderte elektrische Drähte weisen eine verminderte Leiter-Querschnittsfläche auf, was verminderte Festigkeit ergibt. Um dieses Problem zu lösen, wurde vorgeschlagen, als Leiter von elektrischen Drähten, wie elektrischen Drähten für Kraftfahrzeuge, Kupferlegierungsdrähte für den Zweck hoher Festigkeit zu verwenden.
Zitatenliste
Patent-Literatur

Patent-Dokument 1: Patent JP 2008-16284

Kurzdarstellung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Wenn ein hartes Kupferlegierungsmaterial als Leiter von elektrischen Drähten verwendet wird, um die Festigkeit zu verbessern, weisen die Leiter unzureichende Zähigkeit auf und sind gegen Stoßkraft schwach und könnten leicht zerbrochen werden, zum Beispiel, wenn eine Last in einer kurzen Zeit drastisch darauf angewendet wird.
Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der vorstehenden Probleme ausgeführt und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kupferlegierungsdraht, einen verdrillten Kupferlegierungsdraht, einen umhüllten elektrischen Draht und einen Kabelbaum bereitzustellen, die hohe Festigkeit und ausgezeichnete Schlagbeständigkeit aufweisen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Zum Lösen der Aufgaben und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung weist ein Kupferlegierungsdraht zur Verwendung als Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verhältnis von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit auf, das 0,87 oder weniger ist.
Es ist bevorzugt, dass der Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung eine Zugfestigkeit von 450 MPa oder mehr aufweisen sollte. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass der Kupferlegierungsdraht eine Gesamtdehnung von 8% oder mehr aufweisen sollte.
Ein verdrillter Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Vielzahl der verdrillten Kupferlegierungsdrähte gemäß der vorliegenden Erfindung.
Es ist bevorzugt, dass der verdrillte Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung in radialer Richtung formgepresst werden sollte. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass der verdrillte Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung eine Querschnittsfläche von 0,22 mm² oder weniger aufweisen sollte.
Ein umhüllter elektrischer Draht gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Leiter, der den Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, und eine Isolierungsumhüllung, die eine äußere Peripherie des Leiters abdeckt.
Ein Kabelbaum gemäß der vorliegenden Erfindung enthält den umhüllten elektrischen Draht gemäß der vorliegenden Erfindung, und einen Anschlussmetallbeschlag, der an dem Leiter des umhüllten elektrischen Drahts befestigt ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Bei dem Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert das Vermindern der Dehngrenze hinsichtlich der Zugfestigkeit die metallische Zähigkeit in der Kupferlegierung, die in der Festigkeit ausgezeichnet ist und somit kann der Kupferlegierungsdraht hohe Festigkeit und ausgezeichnete Schlagbeständigkeit aufweisen.
Bei dem verdrillten Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung, dem umhüllten elektrischen Draht gemäß der vorliegenden Erfindung und dem Kabelbaum gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert das Vermindern der Dehngrenze des Kupferlegierungsdrahts hinsichtlich der Zugfestigkeit die metallische Zähigkeit der Kupferlegierung, die in der Festigkeit ausgezeichnet ist und somit können der verdrillte Kupferlegierungsdraht, der umhüllte elektrische Draht und der Kabelbaum hohe Festigkeit und ausgezeichnete Schlagbeständigkeit aufweisen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A ist eine schematische Ansicht von einem umhüllten elektrischen Draht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1B ist eine Schnittzeichnung derselben, genommen entlang der Linie A-A von 1A.
2 ist eine Schnittzeichnung von dem umhüllten elektrischen Draht, in dem ein verdrillter Kupferlegierungsdraht (Leiter), veranschaulicht in 1B, formgepresst worden ist.
3 ist eine schematische Ansicht von einem Testverfahren zum Messen der Schlagfestigkeit, wenn ein Anschlussmetallbeschlag verbunden wird.
Beschreibung der Ausführungsformen
Nun werden Beschreibungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen bereitgestellt.
Ein Kupferlegierungsdraht zur Verwendung als ein Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verhältnis von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit auf, das 0,87 oder weniger ist. Das Vermindern der Dehngrenze hinsichtlich der Zugfestigkeit verbessert die metallische Zähigkeit in der Kupferlegierung, die in der Festigkeit ausgezeichnet ist, und somit weist der Kupferlegierungsdraht hohe Festigkeit und ausgezeichnete Schlagbeständigkeit auf. Das Verhältnis von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit ist vorzugsweise 0,85 oder weniger. Das Verhältnis von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit kann so gestaltet werden, dass es in einen speziellen Bereich in Abhängigkeit von den Arten und den zugesetzten Mengen von Hilfsstoffelementen, dem Grad von Drahtziehen und der Temperatur und der Zeit der Wärmebehandlung fällt.
Wenn ein hartes Material für den Kupferlegierungsdraht verwendet wird, verschwindet die metallische Zähigkeit unter Vermindern der Schlagbeständigkeit. Aus diesem Grund ist Ausscheidungs-Verfestigung als ein Verfestigungsmechanismus für den Kupferlegierungsdraht bevorzugt, weil sowohl Festigkeit als auch Dehnung erzielt werden können, während der Kupferlegierungsdraht eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Beispiele von Ausscheidungen umfassen Fe₂Ti-Ausscheidungen, die Verbindungen von Fe und Ti sind. Beispiele von dieser Kupferlegierung umfassen eine Kupferlegierung, die Fe, Ti und als Rest Cu mit Verunreinigungen enthält.
Fe trägt zur Verbesserung von Festigkeit bei, indem es von Cu gelöst oder darin ausgeschieden wird. Der Gehalt von Fe ist vorzugsweise 0,4 Masse-% oder mehr, bevorzugter 0,45 Masse-% oder mehr, und stärker bevorzugt 0,5 Masse-% oder mehr vom Standpunkt der Verbesserung der Festigkeit. Andererseits ist der Gehalt von Fe vorzugsweise 1,5 Masse-% oder weniger, bevorzugter 1,3 Masse-% oder weniger, und stärker bevorzugt 1,1 Masse-% oder weniger vom Standpunkt des Unterdrückens der Verschlechterung von Drahtziehbarkeit und elektrischer Leitfähigkeit, verursacht durch Zugabe von Fe.
Ti trägt zur Verbesserung von elektrischer Leitfähigkeit und Festigkeit durch Vorliegen mit Fe bei. Der Gehalt von Ti ist vorzugsweise 0,1 Masse-% oder mehr und bevorzugter 0,15 Masse-% oder mehr vom Standpunkt der Verbesserung der Festigkeit. Andererseits ist der Gehalt von Ti vorzugsweise 1,0 Masse-% oder weniger, bevorzugter 0,7 Masse-% oder weniger und stärker bevorzugt 0,5 Masse-% oder weniger bezüglich des Unterdrückens einer durch Zugabe von Ti verursachten Verschlechterung von Drahtziehbarkeit und elektrischer Leitfähigkeit.
In einer Kupferlegierung tragen Fe₂Ti-Ausscheidungen zur Verbesserung der Festigkeit bei. Die Zahl von Fe₂Ti-Ausscheidungen mit einem Kreisäquivalent-Durchmesser von 10 nm bis 90 nm ist vorzugsweise 10 oder mehr, und bevorzugter 15 oder mehr in einem visuellen Beobachtungsfeld von 700 × 850 nm. Somit kann die Festigkeit verbessert werden, während das Verhältnis von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit gering gehalten wird, so dass auch ein elektrischer Draht mit kleinem Durchmesser mit einer Leiter-Querschnittsfläche von 0,22 mm² oder weniger Krimpfestigkeit für einen Anschluss, der für elektrische Drähten für Kraftfahrzeuge erforderlich ist, erhalten werden kann. Die Menge von Fe₂Ti-Ausscheidungen kann so gestaltet werden, dass sie in einen speziellen Bereich in Abhängigkeit von den zugesetzten Mengen der Hilfsstoffelemente und Herstellungsbedingungen (z. B. der Temperatur der Wärmebehandlung) fällt.
Eine Kupferlegierung weist vorzugsweise eine Versetzungsdichte im Bereich von 1 × 10⁶ bis 1 × 10⁸ cm^–2 auf. Da die Versetzungsdichte zur Verbesserung von Festigkeit beiträgt, kann ein Kupferlegierungsdraht von hoher Festigkeit erhalten werden; wenn jedoch die Versetzungsdichte hoch ist, ist die Dehnung vermindert, während das Verhältnis von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit hoch wird, und sich die Schlagbeständigkeit in der Regel vermindert. Die Versetzungsdichte kann durch Wärmebehandlung verringert werden. Die Versetzungsdichte kann unter Verwendung der Gleichung von Ham durch Beobachten eines Dünnfilms, hergestellt aus einem Kupferlegierungsdraht, unter einem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) berechnet werden.
Der Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung weist hohe Festigkeit auf, und weist vorzugsweise eine Zugfestigkeit auf, die 450 MPa oder mehr genügt. Mit einer Zugfestigkeit von 450 MPa oder mehr, weist auch ein elektrischer Draht mit kleinem Durchmesser mit einer Leiter-Querschnittsfläche von 0,22 mm² oder weniger eine Krimpfestigkeit zu einem Anschluss von 50 N oder mehr auf, und weist somit eine solche Festigkeit auf, die für einen elektrischen Draht für Kraftfahrzeuge anwendbar ist. Die Zugfestigkeit kann in Abhängigkeit von den Arten und den zugesetzten Mengen von Hilfsstoffelementen, Herstellungsbedingungen (dem Grad des Drahtziehens und der Temperatur der Wärmebehandlung), und dergleichen, so gestaltet werden, dass sie in einen speziellen Bereich fällt. Es ist bevorzugt, dass der Kupferlegierungsdraht eine höhere Zugfestigkeit aufweist; jedoch ist die obere Grenze der Zugfestigkeit hinsichtlich des Ausgleichs zwischen Zugfestigkeit und Dehnung etwa 650 MPa.
Der Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung weist ausgezeichnete Dehnung auf, und weist vorzugsweise eine Gesamtdehnung auf, die 8% oder mehr genügt. Die Dehnung kann so gestaltet werden, dass sie durch Unterziehen des Kupferlegierungsdrahts bestimmter Wärmebehandlung nach Drahtziehen in einen speziellen Bereich fällt. Es ist bevorzugt, dass der Kupferlegierungsdraht eine höhere Dehnung aufweist, da bessere Schlagbeständigkeit erreicht werden kann; jedoch ist die obere Grenze der Dehnung etwa 20% hinsichtlich des Ausgleichs zwischen Dehnung und Festigkeit.
Der Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung weist ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und vorzugsweise eine elektrische Leitfähigkeit auf, die 60% IACS oder mehr genügt. Die elektrische Leitfähigkeit kann so gestaltet werden, dass sie in Abhängigkeit von den Arten und den zugesetzten Mengen von Hilfsstoffelementen, Herstellungsbedingungen (dem Grad von Drahtziehen und der Temperatur und der Zeit der Wärmebehandlung), und dergleichen in einen speziellen Bereich fällt. Es ist bevorzugt, dass der Kupferlegierungsdraht eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist; jedoch ist die obere Grenze der elektrischen Leitfähigkeit etwa 80% IACS bezüglich der Begrenzung der Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit auf Grund der Ausscheidung der Hilfsstoffelemente.
Die Zugfestigkeit und die Dehnung können gemäß dem JIS Z 2241 (ein Verfahren zum Zugversuch für metallische Materialien, 1998) mit der Verwendung einer üblichen Zugtestvorrichtung gemessen werden. Die Werte der Zugfestigkeit und der Dehnung definieren gemessene Werte bei Raumtemperatur. Die Dehnung definiert die Bruchdehnung. Die elektrische Leitfähigkeit (% IACS) kann durch ein Brückenverfahren gemessen werden.
Der Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung weist ausgezeichnete Festigkeit und Schlagbeständigkeit auf und kann als ein sehr feiner Draht mit einem Durchmesser von 0,5 mm oder kleiner gestaltet werden. Wenn zum Beispiel für einen Leiter eines elektrischen Drahts für Kraftfahrzeuge verwendet, kann der Kupferlegierungsdraht einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,4 mm aufweisen.
Der Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein verdrillter Draht, hergestellt durch Verdrillen einer Vielzahl von Drähten (verdrillter Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung), sein. Der Kupferlegierungsdraht in Form eines verdrillten Drahts wie dieser weist ausgezeichnete Biegsamkeit auf. Zusätzlich können, obwohl die Biegsamkeit in dem Kupferlegierungsdraht hoch gehalten wird, Festigkeit und Schlageigenschaften gesichert werden. Wenn zudem der Kupferlegierungsdraht auch als ein sehr feiner Draht mit einem Durchmesser von 0,5 mm oder kleiner hergestellt wird, können Festigkeit und Schlageigenschaften gesichert werden. Die Anzahl der verdrillten Drähte ist zum Beispiel 7, 11, 19, 37, 49, und 133, jedoch ist dies nicht besonders darauf begrenzt.
Der verdrillte Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus elementaren Drähten von Kupferlegierungsdrähten, die in der Festigkeit und Schlagbeständigkeit ausgezeichnet sind, und können ein elektrischer Draht mit kleinem Durchmesser mit einer Leiter-Querschnittsfläche von 0,22 mm² oder weniger sein. Auch der elektrische Draht mit kleinem Durchmesser mit einer Leiter-Querschnittsfläche von 0,22 mm² oder weniger kann Krimpfestigkeit zu einem Anschluss, der für elektrische Drähte für Kraftfahrzeuge erforderlich ist, erhalten.
Der verdrillte Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung kann in radialer Richtung (kreisförmig formgepresst) formgepresst werden. Somit können die Lücken unter den Kupferlegierungsdrähten vermindert werden und folglich kann der Draht-Durchmesser von dem gesamten verdrillten Draht vermindert werden, was zur Verminderung des Draht-Durchmessers des Leiters beitragen kann.
1A ist eine perspektivische Ansicht von einem verdrillten Kupferlegierungsdraht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 1B ist eine Schnittzeichnung von demselben, genommen entlang der Linie A-A von 1A. 2 ist eine Schnittzeichnung von dem verdrillten Kupferlegierungsdraht, in dem der Leiter, veranschaulicht in 1B, formgepresst ist.
Wie in 1 veranschaulicht, wird ein verdrillter Kupferlegierungsdraht 12 durch Verdrillen einer Vielzahl von Kupferlegierungsdrähten 16 (sieben Drähte in 1) hergestellt. Wie in 2 gezeigt, kann der verdrillte Kupferlegierungsdraht 12 in radialer Richtung (kreisförmig formgepresst) formgepresst werden.
Nur ein Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen Leiter von einem elektrischen Draht ausmachen. Alternativ können zwei oder mehr Kupferlegierungsdrähte gemäß der vorliegenden Erfindung einen Leiter von einem elektrischen Draht ausmachen. Alternativ kann in Kombination mit einem anderen metallischen elektrischen Draht der Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung einen Leiter von einem elektrischen Draht ausmachen. Alternativ kann ein verdrillter Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung, der Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, einen Leiter von einem elektrischen Draht ausmachen. Wie vorstehend beschrieben, kann ein Leiter, der den Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, einen Leiter von einem elektrischen Draht ausmachen. Der umhüllte elektrische Draht gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Umhüllen der äußeren Peripherie des Leiters, der den Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, erhalten werden.
In dem umhüllten elektrischen Draht gemäß der vorliegenden Erfindung schließen Beispiele von einem Isolierungsmaterial für die Isolierungsumhüllung ein Vinylchlorid-Harz (PVC) und ein Olefin-Harz, jedoch nicht besonders darauf begrenzt, ein. Ein Flammverzögerungsmittel, wie Magnesiumhydroxid und ein bromiertes Flammverzögerungsmittel, können in dem Isolierungsmaterial enthalten sein.
1A ist eine perspektivische Ansicht von einem umhüllten elektrischen Draht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1B ist eine Schnittzeichnung von demselben genommen entlang der Linie A-A von 1A. 2 ist eine Schnittzeichnung von dem umhüllten elektrischen Draht, in dem der Leiter, veranschaulicht in 1B, formgepresst ist.
Wie in 1 und 2 veranschaulicht, schließt ein umhüllter elektrischer Draht 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Leiter, der aus dem verdrillten Kupferlegierungsdraht 12 besteht, und eine Isolierungsumhüllung 14, die die äußere Peripherie des Leiters abdeckt, ein.
Ein Kabelbaum gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Verbinden des Leiters von dem umhüllten elektrischen Draht gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Anschlussmetallbeschlag hergestellt werden. Der Anschlussmetallbeschlag wird an einem Leiter-Anschluss befestigt. Der Anschlussmetallbeschlag wird mit dem Leiter durch eine Vielzahl von Verbindungsverfahren, wie Krimpen und Schweißen, verbunden. Der Anschlussmetallbeschlag wird mit einem Gegenstück-Anschlussmetallbeschlag verbunden.
Der Kupferlegierungsdraht gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel aus einem Kupferlegierungsmaterial durch einen Lösungsschritt, einen Drahtziehschritt, einen Wärmebehandlungsschritt oder dergleichen hergestellt werden.
Das Kupferlegierungsmaterial kann durch Unterziehen einer geschmolzenen Legierung mit vorbestimmter Zusammensetzung zum Gießen und Kunststoffverarbeiten erhalten werden. Als das Gießen kann kontinuierliches Gießen geeignet verwendet werden. Eine übersättigte feste Lösung, in der Hilfsstoffelemente in Cu ausreichend gelöst sind, kann als ein Gehäusematerial durch schnelles Kühlen in dem kontinuierliches Gieß-Schritt gebildet werden. Die Kühlrate während des Gießens, die geeignet ausgewählt werden kann, ist vorzugsweise 5°C/s oder mehr. Zum Beispiel kann mit einer kontinuierlichen Gieß-Einrichtung mit einer Wasser-gekühlten Kupferform, einem Wasserzwangskühlungs-Mechanismus oder dergleichen schnelles Kühlen bei der wie vorstehend beschriebenen Kühlrate leicht ausgeführt werden. Beispiele von dem kontinuierlichen Gießen umfassen kontinuierliches Gießen unter Verwendung einer beweglichen Form, wie ein Belt-and-Wheel-Verfahren oder dergleichen, und kontinuierliches Gießen unter Verwendung einer rahmenförmigen fixierten Form. Das durch das kontinuierliche Gießen erhaltene Gießmaterial wird plastischem Verarbeiten, wie Gesenkformverarbeiten und Walzverarbeiten, anschließend an das Gießen unterzogen. Das plastische Verarbeiten wird vorzugsweise bei der Verarbeitungstemperatur von 150°C oder weniger bei dem Verarbeitungsgrad von 50% bis 90% ausgeführt.
In dem Lösungsschritt wird das durch das Gießen/plastische Verarbeiten erhaltene Kupferlegierungsmaterial Lösungsbehandlung unterzogen. Bei der Lösungsbehandlung wird das Kupferlegierungsmaterial auf die Feststoff-Lösungsgrenztemperatur oder höher erhitzt, um die Legierungs-Komponente (Feststoff-Lösungselemente, Ausscheidungs-Verfestigungselemente) ausreichend zu lösen und wird dann gekühlt, um in einen übergesättigten festen Lösungszustand gebracht zu werden. Die Lösungsbehandlung wird bei einer Temperatur ausgeführt, bei der die Legierungs-Komponente ausreichend gelöst werden kann. Die Temperatur der Lösungsbehandlung ist vorzugsweise 850°C oder mehr. Die Temperatur der Lösungsbehandlung ist vorzugsweise 950°C oder weniger. Die Retentionszeit bzw. Haltezeit ist vorzugsweise fünf Minuten oder mehr, so dass die Legierungs-Komponente ausreichend gelöst werden kann. Die Retentionszeit ist vorzugsweise drei Stunden oder weniger vom Standpunkt der Produktivität.
Als Kühlverfahren nach dem Heizverfahren der Lösungsbehandlung ist ein schnelles Kühlverfahren bevorzugt. Durch schnelles Kühlen des Materials kann zu starke Ausscheidung von gelösten Elementen verhindert werden. Die Kühlrate ist vorzugsweise 10°C/s oder mehr. Das schnelle Kühlen kann durch Zwangskühlen, zum Beispiel durch Eintauchen des Materials in eine Flüssigkeit, wie Wasser, oder Kühlen des Materials durch Wind, ausgeführt werden.
Die Lösungsbehandlung kann unter entweder einer Luftatmosphäre oder einer nicht-oxidierenden Atmosphäre ausgeführt werden. Beispiele der nicht-oxidierenden Atmosphäre umfassen eine Vakuum-Atmosphäre (Atmosphäre mit vermindertem Druck), eine Inertgas-Atmosphäre unter Verwendung von Stickstoff oder Argon, eine Wasserstoff-enthaltende Gasatmosphäre und eine Kohlendioxidgas-enthaltende Atmosphäre.
Die Lösungsbehandlung kann in entweder kontinuierlicher Behandlung oder Chargen-Behandlung (nicht-kontinuierliche Behandlung) ausgeführt werden. Wenn die kontinuierliche Behandlung verwendet wird, ist es leicht, einen langen Draht Wärmebehandlung über die gesamte Länge unter gleichförmigen Bedingungen zu unterziehen, was Variationen der Eigenschaften des Drahts vermindern kann. Ein Heizverfahren kann ein elektrisches Heizverfahren, ein Induktions-Heizverfahren oder ein Heizverfahren unter Verwendung eines Heizofens sein, ist jedoch nicht besonders darauf begrenzt. Wenn das elektrische Heizen oder das Induktions-Heizen als Heizverfahren verwendet wird, ist es leicht, schnelles Heizen/schnelles Kühlen auszuführen, und es ist folglich leicht, die Lösungsbehandlung in einem kurzen Zeitraum auszuführen. Wenn das Induktions-Heizen, das eine Nicht-Kontakt-Weise ist, als das Heizverfahren verwendet wird, kann das Kupferlegierungsmaterial daran gehindert werden, zerkratzt zu werden.
In dem Drahtzieh-Schritt wird das Kupferlegierungsmaterial einem Drahtzieh-Verarbeiten zur Herstellung elementarer Drähte unterzogen. Der elementare Draht definiert einen Draht, der einen Draht-Leiter ausmacht, und einen einzelnen Draht oder einen verdrillten Draht ausmacht. Das Kupferlegierungsmaterial, das der Lösungsbehandlung unterzogen wurde, wird dem Drahtzieh-Verarbeiten unterzogen. Das heißt, der Drahtzieh-Schritt definiert einen Schritt, der nach dem Lösungsschritt ausgeführt werden soll. Eine gewünschte Anzahl der erhaltenen gezogenen Drähte werden verdrillt, um einen Litzendraht zu bilden. Die erhaltenen gezogenen Drähte werden um eine Trommel gewöhnlich in einem Einzeldrahtzustand oder in einem verdrillten Drahtzustand gewickelt und werden der nächsten Behandlung unterzogen. Wenn der Drahtzieh-Schritt vor dem Lösungsschritt ausgeführt wird, werden die elementaren Drähte in dem Lösungsschritt aneinander geschweißt, was dem Fertigungsvermögen nicht genügt.
Beim Wärmebehandlungsschritt wird das Kupferlegierungsmaterial Wärmebehandlung unterzogen. Bei der Wärmebehandlung wird die Legierungs-Komponente (Feststoff-Lösungselemente, Ausscheidungs-Verfestigungselemente) der Kupferlegierung, die der Lösungsbehandlung unterzogen wurde, erhitzt, um als eine Verbindung ausgeschieden zu werden. Das heißt, der Wärmebehandlungsschritt definiert einen nach dem Lösungsschritt auszuführenden Schritt. Der Wärmebehandlungsschritt wird vorzugsweise nach dem Drahtzieh-Schritt vom Standpunkt von leichtem Drahtzieh-Verarbeiten ausgeführt. Durch Unterziehen des Kupferlegierungsmaterials der Wärmebehandlung nach dem Drahtzieh-Verarbeiten kann bei dem Drahtzieh-Verarbeiten erzeugte Verwerfung während der Wärmebehandlung entfernt werden, was zur Verbesserung in der Dehnung führt.
Bei der Wärmebehandlung kann die Ausscheidung bei der Wärmebehandlungs-Temperatur von 350°C bis 550°C für eine Haltezeit von 30 Minuten oder mehr ausreichend ausgeschieden werden. Vom Standpunkt des Fertigungsvermögens ist die Haltezeit vorzugsweise 40 Stunden oder weniger. Die Ausscheidung kann stärker ausgeschieden werden, wenn die Haltezeit der Wärmebehandlung länger ist. So kann die Leitfähigkeit verbessert werden, wenn die Haltezeit der Wärmebehandlung länger beibehalten wird.
Beispiel
Hierin anschließend wird eine Beschreibung von einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.
Eine Masterlegierung, enthaltend elektrolytisches Kupfer mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr und Hilfsstoffelemente, wurde in einen aus hoch reinem Kohlenstoff hergestellten Schmelztiegel gegeben und in einer kontinuierlichen Gieß-Einrichtung Vakuum-geschmolzen, um ein gemischtes geschmolzenes Metall herzustellen. Jedes der erhaltenen gemischten geschmolzenen Metalle wurde kontinuierlich unter Verwendung einer aus hoch reinem Kohlenstoff hergestellten Form gegossen, um ein Gießmaterial mit einem kreisförmigen Querschnitt mit einem Draht-Durchmesser von 12,5 mm herzustellen. Jedes der erhaltenen Gießmaterialien wurde Extrusions-Verarbeiten unterzogen oder auf 8 mm im Durchmesser gewalzt. Dann wurde jedes der Gießmaterialien auf 0,165 mm oder 0,215 mm im Durchmesser gezogen, und sieben Drähte von jedem der Gießmaterialien wurden mit einer Steigung von 14 mm verdrillt/zusammengepresst und wurden dann Wärmebehandlung unterzogen.
Der Querschnitt von jedem der hergestellten Kupferlegierungsdrähte wurde unter einem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) beobachtet und die Anzahl der Ausscheidungen und die Versetzungsdichte wurden für jeden der hergestellten Kupferlegierungsdrähte bewertet. Die Anzahl der Ausscheidungen mit einer Größe von 10 nm bis 90 nm wurde in dem visuellen Beobachtungsfeld von 700 × 850 nm gezählt. Die Mikroskopaufnahme von jeder Ausscheidung wurde einer Bildbearbeitung unterzogen, um die Fläche von jeder Ausscheidung zu einem Kreis umzuwandeln, und der Durchmesser von dem Kreis wurde als die Größe von jeder Ausscheidung definiert. Hinsichtlich der Versetzungsdichte wurde ein Metall-Dünnfilm mit einer Dicke von 0,15 μm in einem FIB-Verfahren aus jedem der erhaltenen Kupferlegierungsdrähte gebildet, um unter einem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) beobachtet zu werden, und ein Fleck, an dem am meisten Versetzungen gefunden wurden, wurde im Bereich von 700 × 850 nm aufgenommen. Zehn vertikale Parallellinien und zehn horizontale Parallellinien wurden auf jeder Aufnahme gezogen und L gibt die Gesamtlänge der Parallellinien wieder, N gibt die Anzahl von Zwischenraumpunkten der Parallellinien und der Versetzungen wieder, und t gibt die Dicke von einer Probe wieder, und die Versetzungsdichte p wurde durch den Ausdruck: p = 2N/(L × t) berechnet. Jeder der Kupferlegierungsdrähte wurde einem Zugversuch mit GL = 250 mm bei einer Zuggeschwindigkeit von 50 mm/min gemäß dem JIS Z 2241 (Verfahren zum Zugversuch für metallische Materialien, 1998) unter Verwendung einer üblichen Zugtestvorrichtung unterzogen, und die Zugfestigkeit, die Gesamtdehnung (die Wanderungslänge zwischen den Spannbacken/GL) und die 0,2% Dehngrenze von jedem der Kupferlegierungsdrähte wurden gemessen.
Dann wurde eine PVC-Isolierung extrudiert und jeder von den verdrillten Drähten wurde mit der PVC-Isolierung mit einer Dicke von 0,2 mm umhüllt und dann wurde ein Anschlussmetallbeschlag auf einen Anschluss von jedem der verdrillten Drähte (C/H = 0,76) gekrimpt, um die Krimpfestigkeit von jedem der Anschlussbeschläge und die Schlagbeständigkeit bei dem Abschnitt von jedem der verdrillten Drähte, auf den die Anschlussbeschläge gekrimpt waren, zu bewerten. Die Krimpfestigkeit an dem Anschluss definiert die maximale Last, die zu der Zeit erhalten wurde, wenn der Leiter zerbrochen war, wenn der Drahtabschnitt bei einer Zuggeschwindigkeit von 50 mm/min mit dem Anschlussabschnitt gezogen wurde, der zum Halten durch die Spannbacken befestigt wird. Hinsichtlich der Schlagbeständigkeit war, wie in 3 veranschaulicht, in jedem der Kabelbäume 3, in denen der Anschlussmetallbeschlag 2 auf ein Ende des Leiters (verdrillter Kupferlegierungsdraht) von dem umhüllten elektrischen Draht 1 mit einer Länge von 500 mm gekrimpt war, der Anschlussmetallbeschlag 2 an der Vorrichtung 4 befestigt, während die Spindel 5, befestigt an dem anderen Ende des Kabelbaums 3, zu einer fixierten Position hoch gezogen wurde und dann frei fiel. Die maximale Energie (J), mit der ein Bruch in dem Leiter (verdrillter Kupferlegierungsdraht) von dem umhüllten elektrischen Draht 1 bei diesem Falltest an dem Abschnitt von dem Kabelbaum 3, auf welchen der Anschlussmetallbeschlag 2 gekrimpt war, nicht stattfand, wurde als die Schlagbeständigkeitsenergie definiert. Einschätzungen, ob die Kabelbäume in der Schlagbeständigkeit ausgezeichnet waren oder nicht, wurden mit Bezug auf die Schlagbeständigkeitsenergie (1,5 J) vorgenommen, von der angenommen wurde, dass sie kein praktisches Problem beim Aufbau eines Kraftfahrzeugkabelbaums darstellt.
[Tabelle 1]
Die Kupferlegierungsdrähte gemäß den Vergleichsbeispielen hatten Verhältnisse von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit, die mehr als 0,87 waren, und waren folglich in der Schlagbeständigkeit verschlechtert. Im Gegensatz dazu hatten die Kupferlegierungsdrähte gemäß den Beispielen Verhältnisse von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit, die 0,87 oder weniger waren, und waren folglich ausgezeichnet in der Schlagbeständigkeit.
Die Kupferlegierungsdrähte, die Fe von 0,4 Masse-% bis 1,5 Masse-% und Ti von 0,1 Masse-% bis 1,0 Masse-% enthielten, konnten verbesserte Festigkeit aufweisen. Die Kupferlegierungsdrähte, von denen die Anzahl der Ausscheidungen mit einem Kreisäquivalent-Durchmesser von 10 nm bis 90 nm zehn oder mehr in dem visuellen Beobachtungsfeld von 700 × 850 nm waren, konnten verbesserte Festigkeit aufweisen, während mit Verhältnissen von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit, die gering gehalten wurden, und auch die elektrischen Drähte mit kleinem Durchmesser mit einer Leiter-Querschnittsfläche von 0,22 mm² oder weniger, erforderliche Krimpfestigkeit zu einem Anschluss erhalten konnten. Die Kupferlegierungsdrähte mit Versetzungsdichten von 10⁶ bis 10⁸ cm^–2 konnten verbesserte Festigkeit aufweisen, während sie Verhältnisse von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit aufweisen, die gering gehalten wurden. Die Kupferlegierungsdrähte mit hohen Versetzungsdichten hatten verminderte Dehnung und höhere Verhältnisse von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit, was zu geringer Schlagbeständigkeit führte.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend-beschriebenen Ausführungsformen begrenzt und verschiedene Modifizierungen können vorgenommen werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Kupferlegierungsdraht zur Verwendung als Leiter, wobei der Draht ein Verhältnis von 0,2% Dehngrenze zu Zugfestigkeit aufweist, das 0,87 oder weniger ist.
Kupferlegierungsdraht nach Anspruch 1, wobei der Draht eine Zugfestigkeit von 450 MPa oder mehr aufweist.
Kupferlegierungsdraht nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Draht eine Gesamtdehnung von 8% oder mehr aufweist.
Verdrillter Kupferlegierungsdraht, umfassend eine Vielzahl der verdrillten Kupferlegierungsdrähte nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Verdrillter Kupferlegierungsdraht nach Anspruch 4, wobei der Draht in eine radiale Richtung formgepresst ist.
Verdrillter Kupferlegierungsdraht nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Draht eine Querschnittsfläche von 0,22 mm² oder weniger aufweist.
Umhüllter elektrischer Draht, umfassend einen Leiter, der den Kupferlegierungsdraht nach einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst, und eine Isolierungsumhüllung, die eine äußere Peripherie des Leiters abdeckt.
Kabelbaum, umfassend den umhüllten elektrischen Draht nach Anspruch 7, und einen Anschlussmetallbeschlag, der an dem Leiter des umhüllten elektrischen Drahts befestigt ist.