铜合金材料、电动汽车用的配电部件以及混合动力汽车用的配电部件

摘要

本发明提供一种铜合金材料、电动汽车用的配电部件以及混合动力汽车用的配电部件，该铜合金材料在维持高导电率的同时进一步提高了耐热性。该铜合金材料至少含有0.003质量%以上且0.01质量%以下的Zr和0.03质量%以上且0.1质量%以下的Ag，氧的含量为0.001质量%以下，导电率为95%IACS以上，维氏硬度为120Hv以上。

说明书

技术领域

本发明涉及铜合金材料，特别涉及维持高导电率的同时具有优异的耐热性 的铜合金材料。

背景技术

以往，作为例如半导体引线框、连接器端子等电气、电子部件的材料等， 广泛使用铜合金材料。近年来，这样的铜合金材料有时也在例如电动汽车、混 合动力汽车的配电部件等流过大电流的部件中使用。因此，对于铜合金材料要 求具有高导电率。

另外，在铜合金材料用于例如电动汽车等的情况下，铜合金材料多数在长 时间暴露于较高温度中的苛刻的环境下使用。因此，对于铜合金材料要求即使 在这样苛刻的环境下使用时强度也不降低且维持高的可靠性。即，对于铜合金 材料要求具有耐热性。

通常作为具有高导电率的铜合金材料，例如提出了使用具有优异的导电性 和热传导性的韧铜（C1100）、无氧铜（C1020）而形成的铜合金材料。这样的 铜合金材料具有100%IACS左右的导电率。然而，这种使用了韧铜、无氧铜 的铜合金材料的耐热性低，因此，如果在上述的苛刻环境下使用，则有强度降 低的情况。

因此，提出了通过添加例如少量的锡（Sn）、少量的铁（Fe）、少量的锆（Zr） 来提高强度、提高耐热性的铜合金材料。即，提出了使用含有少量锡（Sn）的 铜合金（C1441）、含有少量铁（Fe）的铜合金（C1921）、含有少量锆（Zr） 的铜合金（C1510）等而形成的铜合金材料（例如参照专利文献1～4）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4495251号公报

专利文献2：日本特开平9-118943号公报

专利文献3：日本特开2008-248275号公报

专利文献4：日本特开2007-92176号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，虽然上述的例如添加了少量Fe等的铜合金材料具有优异的耐热性， 但是大多数的导电率降低至90%IACS左右。因此，这样的铜合金材料有时难 以用作需要流过大电流的例如电动汽车的配线部件等。另外，如果考虑到近年 来的电动汽车等所要求的使用环境，则对于铜合金材料要求进一步在高温度区 域中的可靠性，即进一步高的耐热性。

因此，本发明的目的在于，解决上述课题，提供一种维持高导电率的同时 进一步提高了耐热性的铜合金材料。

解决问题的方法

为了解决上述课题，本发明如下构成。

根据本发明的第1实施方式，提供一种铜合金材料，其至少含有0.003质 量%以上且0.01质量%以下的Zr和0.03质量%以上且0.1质量%以下的Ag， 氧的含量为0.001质量%以下，导电率为95%IACS以上，维氏硬度为120Hv 以上。

根据本发明的第2实施方式，提供第1实施方式的铜合金材料，其导电率 为97%IACS以上。

根据本发明的第3实施方式，提供第1或第2实施方式的铜合金材料，在 400℃加热5分钟后的维氏硬度为100Hv以上。

根据本发明的第4实施方式，提供第1至第3实施方式中任一项的铜合金 材料，在450℃加热5分钟后的维氏硬度为98Hv以上。

根据本发明的第5实施方式，提供第1至第4实施方式中任一项的铜合金 材料，在150℃加热1000小时后的应力缓和率为30%以下。

根据本发明的第6实施方式，提供一种电动汽车用的配电部件，使用第1 至第5实施方式中任一项的铜合金材料而形成。

根据本发明的第7实施方式，提供一种混合动力汽车用的配电部件，使用 第1至第5实施方式中任一项的铜合金材料而形成。

发明的效果

根据本发明的铜合金材料、电动汽车用的配电部件以及混合动力汽车用的 配电部件，能够在维持高的导电率的同时进一步提高耐热性。

具体实施方式

下面对本发明的铜合金材料的一实施方式进行说明。

（1）铜合金材料的构成

本实施方式的铜合金材料至少含有0.003质量%以上且0.01质量%以下的 锆（Zr）和0.03质量%以上且0.1质量%以下的银（Ag）。即，使用以铜（Cu） 为母材，在其母材中至少添加有0.003质量%以上且0.01质量%以下的Zr和 0.03质量%以上且0.1质量%以下的Ag的铜合金而形成铜合金材料。由此， 铜合金材料在维持95%IACS以上的高导电率（优异的导电性）的同时具有优 异的耐热性。即，通过利用Zr和Ag成分之间的相互作用，从而能够将导电 率的降低抑制在最小限度，同时提高耐热性。

因此，本实施方式的铜合金材料可以适宜地用于在长时间暴露于较高温度 中的苛刻环境下，流过大电流而使用的例如电动汽车、混合动力汽车等的配电 部件。这样的配电部件能够流过大电流，同时即使在配电部件的温度上升的情 况下也可以抑制强度降低。

仅含有Zr的铜合金材料虽然可以提高耐热性，但是不能避免导电率会降 低，有难以维持高导电率的情况。

仅含有Ag的铜合金材料可以在抑制导电率的降低的同时期待耐热性的提 高。然而，由于Ag高价，因此为了抑制制造成本的上升，需要将含量抑制在 微量。因此，在仅含有Ag的铜合金材料中，有不能提高到所希望的耐热性的 情况。

如果Zr的含量小于0.003质量%，则耐热性的提高效果低，有不能得到所 希望的耐热性的情况。如果Zr的含量超过0.01质量%，则虽然可以得到所希 望的耐热性，但是有导电率降低的情况。即，铜合金材料有难以维持95%IACS 以上的高导电率的情况。特别地，优选Zr的含量为0.003质量%以上且0.006 质量%以下，这种情况下，易于获得良好的导电率。

如果Ag的含量小于0.03质量%，则与上述Zr的情况同样地耐热性的提 高效果低，有不能得到所希望的耐热性的情况。如果Ag的含量超过0.1质量%， 则导电率降低，有难以维持95%IACS以上的导电率的情况。另外，如果高价 的Ag的添加量增多，则制造成本上升。特别地，优选Ag的含量为0.03质量% 以上且0.06质量%以下，这种情况下，易于获得良好的特性与制造成本的平衡。

铜合金材料中的氧（O）的含量为0.001质量%以下。作为妨碍Zr、Ag所 具有的耐热性的提高效果的主要原因，可列举在铜合金材料中含有的氧的存 在。在铜合金材料中含有的氧与Zr、Ag反应而形成氧化物。特别是Zr容易与 氧反应而形成氧化物（ZrO₂）。如果Zr变为氧化物，则提高耐热性的效果显著 降低。因此，在本实施方式的铜合金材料中，将氧的含量调整为0.001质量% 以下。由此，可以进一步发挥含有Zr和Ag所带来的耐热性的提高效果。因 此，可以将Zr和Ag的含量抑制为最小限度，因而可抑制导电率的降低。其 结果是，铜合金材料可以在维持高导电率的同时提高耐热性。

如果氧的含量超过0.001质量%，则有无法得到所希望的耐热性的情况。 即，特别是由于Zr与氧反应而形成氧化物会使能量损耗变大，因此有不能充 分地提高耐热性的情况。

如后所述，制造铜合金材料时，反复进行规定次数的冷轧处理和热处理。 通常，如果进行冷轧处理，则铜合金材料的硬度增大，但导电率降低。这时， 通过如上述那样设定至少Zr以及Ag的含量和氧的含量，可以使铜合金材料 在维持95%IACS以上、优选97%IACS以上的导电率的同时，使维氏硬度为 120Hv以上。即，铜合金材料即使在通过冷轧处理而硬化至维氏硬度为120Hv 以上后，也可以维持95%IACS以上、优选97%IACS以上的高导电率。

与此相对，在以往的通过例如添加锡（Sn）、铁（Fe）等而使耐热性提高 的铜合金材料中，有难以使硬化至维氏硬度为120Hv左右后的导电率为 95%IACS以上的情况。

这里，供参考，例如使用韧铜、无氧铜形成的铜合金材料在热处理后的软 化状态下的导电率为102%IACS左右，通过冷轧处理硬化至维氏硬度为120Hv 左右后的导电率为100%IACS左右。

另外，本实施方式的铜合金材料在400℃加热5分钟后的维氏硬度为 100Hv以上。在450℃加热5分钟后的维氏硬度可以为98Hv以上。即本实施 方式的铜合金材料在维持95%IACS以上的高导电率的同时具有优异的耐热 性。与此相对，在以往的例如使用韧铜、无氧铜形成的铜合金材料中，如果在 300℃左右加热5分钟，则有产生软化而使维氏硬度显著降低的情况。

另外，本实施方式的铜合金材料在150℃加热1000小时后的应力缓和率 为30%以下。即，本实施方式的铜合金材料从应力缓和率的观点考虑也具有优 异的耐热性。另外，应力缓和率为使用日本电子材料工业会标准规格 EMAS-1011和日本伸铜协会技术标准JCBA-T309所规定的悬臂梁方式来测定 的值。

如上所述，本实施方式的铜合金材料在维持高的导电率的同时具有优异的 耐热性。因此，即使在长时间暴露于较高温度中的苛刻环境下流过大电流而使 用的情况下，也可抑制强度降低，确保充分的可靠性。其结果是，本实施方式 的铜合金材料可以在例如电动汽车、混合动力汽车等中适宜地用于配电部件。

（2）铜合金材料的制造方法

下面，对本实施方式的铜合金材料的制造方法的一实施方式进行说明。

铜合金的铸造工序

在本实施方式的铜合金材料的制造方法中，首先铸造具有规定组成的铜合 金。即，首先使用例如高频熔化炉等将作为母材的铜（Cu）熔化而制造熔液。 在该熔液中，添加0.003质量%以上且0.01质量%以下的锆（Zr）和0.03质量% 以上且0.1质量%以下的银（Ag），从而形成铜合金的熔液。这时，按照使铜 合金的熔液中的氧（O）的含量为0.001质量%以下的方式进行调整。然后， 将该铜合金的熔液供给至铸模而制造规定形状的铸锭。需说明的是，上述的氧 含量的调整可以通过调整制作熔液时的气氛中的氧分压来进行控制，在需降低 氧含量时，可以通过例如在气氛中混入一氧化碳、氢气等还原性气体来控制。

热轧工序

铸造工序结束后，通过例如连续铸造轧制方式，将铸造的铸锭加热至规定 温度（例如950℃）而进行热轧处理，形成规定厚度的铜合金板材。热轧结束 后，可以尽快地将铜合金板材冷却。

冷轧、热处理工序

热轧处理结束后，对铜合金的板材进行冷轧处理和加热至规定温度（例如 700℃）的热处理（退火处理），形成规定厚度的铜合金材料。冷轧处理和热处 理可以分别反复进行规定次数。这时，可以在规定的加工度（例如60%）下进 行最终冷轧处理。如果最终冷轧处理的加工度过高，则铜合金材料容易蓄积应 变。由于该应变成为应力缓和的能量源，因此如果对铜合金材料加热（铜合金 材料变为高温），则有产生应力缓和，强度容易降低的情况。即，有铜合金材 料的耐热性降低的情况。另外，可以各进行1次冷轧处理和热处理。热处理可 以是间歇处理，也可以是连续处理。由此，可制造本实施方式的铜合金材料， 结束其制造工序。

（3）本实施方式的效果

根据本实施方式，具有以下所示的1个或多个效果。

（a）根据本实施方式，铜合金材料至少含有0.003质量%以上且0.01质 量%以下的Zr和0.03质量%以上且0.1质量%以下的Ag。另外，铜合金材料 中的氧（O）的含量调整为0.001质量%以下。由此，铜合金材料可以在维持 高导电率的同时提高耐热性。即，铜合金材料在维持与使用纯铜作为母材的铜 合金材料同等程度的高导电率的同时，具有即使在高温下也不会引起强度降低 的优异耐热性。即，可以维持95%IACS以上、优选97%IACS以上的导电率， 同时使维氏硬度为120Hv以上。因此，本实施方式的铜合金材料可以在长时 间暴露于较高温度中的苛刻环境下使用，可适宜地用作流过大电流的例如电动 汽车、混合动力汽车等的配电部件。此外，例如可以在需要各种环境下的可靠 性的例如电源组件等中使用。

（b）根据本实施方式，铜合金材料在400℃加热5分钟后的维氏硬度为 100Hv以上。优选在450℃加热5分钟后的维氏硬度为98Hv以上。即，本实 施方式的铜合金材料可以在维持95%IACS以上的高导电率的同时具有优异的 耐热性。

（c）根据本实施方式，铜合金材料在150℃加热1000小时后的应力缓和 率为30%以下。即，本实施方式的铜合金材料从应力缓和率的观点考虑，也具 有优异的耐热性。

实施例

下面说明本发明的实施例，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在实施例1中，使用无氧铜作为母材。然后，使用高频熔化炉，在氮气氛 下熔化无氧铜而制作（熔炼）熔液。在氮气氛下，在该熔液中添加0.004质量% 的锆（Zr）、0.05质量%的银（Ag），制作铜合金的熔液。之后，将制作的铜合 金的熔液供给至铸模，铸造厚度25mm、宽度30mm、长度150mm的铸锭。

在规定的温度（950℃）下将该铸锭加热而进行热轧处理，制作厚度为8mm 的铜合金板材。接着，对厚度为8mm的铜合金板材进行冷轧处理而制作厚度 为0.5mm的铜合金的板材，对厚度为0.5mm的铜合金板材在700℃进行1分 钟的热处理（退火处理）。之后，在60%的加工度下进行最终冷轧处理，制作 厚度为0.2mm的铜合金材料。将其作为实施例1的试样。

实施例2～8和比较例1～10

在实施例2～8和比较例1～10中，在铜合金的熔液中添加的Zr和Ag的添 加量如表1所示。其它与上述的实施例1同样地操作而制作铜合金材料。将它 们分别作为实施例2～8和比较例1～10的试样。

对如上述那样制作的实施例1～8和比较例1～10的各试样，分析氧（O） 的含量。将其结果示于表1中。

表1

如表1所记载，确认到实施例1～8和比较例1～10的各试样任一个的氧的 含量均为0.001质量%以下。

对如上述那样制作的实施例1～8和比较例1～10的各试样，分别测定导电 率、加热前的维氏硬度、在400℃加热5分钟后的维氏硬度、在450℃加热5 分钟后的维氏硬度、在150℃加热1000小时后的应力缓和率。将其结果示于 表2中。

应力缓和率的测定使用日本电子材料工业会标准规格EMAS-1011和日本 伸铜协会技术标准JCBA-T309所规定的悬臂梁方式而进行。即，首先从各试 样切出规定大小的试验片。使各试验片形成悬臂梁的状态而保持在试验台上， 施加作为0.2%屈服强度值的80%的值的弯曲应力（初期的表面最大应力）来 作为负荷。测定这时试验片上产生的挠曲量（初期挠曲量）。在对试验片施加 负荷的状态下，在将各试验片加热至150℃的例如加热机构（例如烘箱）内保 持1000小时。之后，从加热机构取出试验片，测定卸载弯曲应力时的永久应 变（由永久变形产生的挠曲量）。然后，由应力缓和率=（由永久变形产生的挠 曲量/初期挠曲量）×100的式子算出应力缓和率。

表2

如表2所记载，确认到实施例1的试样的导电率为97.9%IACS，加热前 的维氏硬度为126Hv。即，确认到实施例1的试样在通过冷轧处理硬化至维氏 硬度为126Hv后的状态下维持了97%IACS以上的高导电率。由此，确认到实 施例1的试样具有与使用纯铜作为母材形成的铜合金材料同等程度的高导电 率。

另外，确认到实施例1的试样在400℃加热5分钟后的维氏硬度为114Hv、 在450℃加热5分钟后的维氏硬度为110Hv。即，确认到实施例1的试样即使 在450℃加热5分钟后，也维持了100Hv以上的维氏硬度。另外，确认到实施 例1的试样的应力缓和率为20.4%，维持了30%以下的值。由这些结果确认到 实施例1的试样具有良好的耐热性。

确认到实施例2～8的各试样任一个在通过冷轧处理硬化至维氏硬度为 120Hv以上后的状态下维持了95%IACS以上的导电率。确认到特别是使Zr 的添加量更少量的实施例4～5的试样维持了97%IACS以上的高导电率。

确认到实施例2～8的各试样任一个在400℃加热5分钟后都维持了100Hv 以上的维氏硬度。确认到特别是使Zr的添加量更多的实施例6～8的试样在 450℃加热5分钟后也维持了100Hv以上的维氏硬度。即，确认到实施例2～8 的各试样任一个均具有较优异的耐热性。

另外，确认到实施例2～8的各试样任一个的应力缓和率都被抑制在30% 以下，从应力缓和率方面考虑也具有优异的耐热性。

由以上的结果确认到实施例1～8的各试样任一个均兼具高导电率和优异 的耐热性。

确认到：未添加Zr仅添加了Ag的比较例1～2的各试样和Zr的添加量小 于0.003质量%的比较例3～4的各试样，与实施例1～8的各试样相比耐热性差。 即，确认到：比较例1～4的各试样在400℃加热5分钟时进行软化，从而使维 氏硬度大大低于100Hv。

确认到：Zr的添加量超过0.1质量%的比较例5～7的各试样与实施例1～8 的各试样相比虽然具有优异的耐热性，但是导电率的降低大，不能维持 95%IACS以上的导电率。

确认到：未添加Ag仅添加了Zr的比较例8的试样与实施例1～8的各试 样相比耐热性差。即，确认到：比较例8的试样在400℃加热5分钟时进行软 化，从而使维氏硬度大大低于100Hv。

确认到：Ag的添加量小于0.03质量%的比较例9的试样与实施例1～8的 各试样相比耐热性差。即，确认到：比较例9的试样在400℃加热5分钟时进 行软化，从而使维氏硬度低于100Hv。

确认到：Ag的添加量超过0.1质量%的比较例10的试样与实施例1～8的 各试样相比导电率降低，不能维持95%IACS以上的导电率。另外，确认到： 通过增加高价的Ag的添加量，也产生制造成本增加这样的问题。

实施例9

在实施例9中，使用高频熔化炉制作熔液时，混合氮和氧，在调整至规定 的氧分压的气氛下制作熔液，在该气氛下，在熔液中添加规定量的Zr（0.004 质量%）和Ag（0.050质量%）而制作铜合金的熔液。其它与上述实施例1同 样地操作而制作铜合金材料。将其作为实施例9的试样。

实施例10和比较例11～13

在实施例10和比较例11～13中除了分别变更了氧分压以外，与上述实施 例9同样地添加0.004质量%的Zr和0.050质量%的Ag来制作铜合金材料。 将它们分别作为实施例10和比较例11～13的试样。

比较例14

在比较例14中，对进行了热轧处理而形成的厚度为8mm的铜合金板材进 行冷轧处理而制作厚度为1mm的铜合金板材。对厚度为1mm的铜合金板材 在700℃进行1分钟的热处理（退火处理）。之后，在80%的加工度下进行最 终冷轧处理。其它与上述实施例1同样地操作而制作厚度为0.2mm的铜合金 材料。将其作为比较例14的试样。

对如上述那样制作的实施例9～10和比较例11～14的各试样，分析氧（O） 的含量。另外，对实施例9～10和比较例11～14的各试样，分别测定导电率、 加热前的维氏硬度、在400℃加热5分钟后的维氏硬度、在450℃加热5分钟 后的维氏硬度、在150℃加热1000小时后的应力缓和率。将这些结果集中示 于表3中。

表3

如表3所记载可知：如果铜合金材料中的氧的含量增加，则有耐热性降低 的倾向。由实施例9和实施例10确认到：如果铜合金材料中的氧的含量为0.001 质量%以下，则在400℃加热5分钟后的维氏硬度为100Hv以上，具有优异的 耐热性。另外，确认到实施例9和实施例10的试样的应力缓和率也可以维持 30%以下。与此相对，确认到：氧含量超过0.001质量%的比较例11～13的试 样在400℃加热5分钟后的维氏硬度小于100Hv，同时应力缓和率超过30%。 由该结果确认到：为了在400℃加热5分钟后维持100Hv以上的维氏硬度，必 须将铜合金材料中的氧含量调整为0.001质量%以下。

另外，由比较例14确认到：如果使最终冷轧处理的加工度变大，则即使 在添加了规定量的Zr和Ag的情况下，耐热性也降低。

由以上的结果确认到：使用至少含有0.003质量%以上且0.01质量%以下 的Zr和0.03质量%以上且0.1质量%以下的Ag、且将氧的含量调整为0.001 质量%以下的铜合金而得到的本实施例的铜合金材料，导电率为95%IACS以 上，维氏硬度为120Hv以上，具有高导电率。进一步，确认到：这样的本发 明的实施例的铜合金材料在400℃加热5分钟后的维氏硬度为100Hv以上，同 时在150℃加热1000小时后的应力缓和率为30%以下，具有优异的耐热性。 即确认到：本发明的实施例的铜合金材料在维持高导电率的同时具有优异的耐 热性。