铜合金线、铜合金绞合线、包覆电线、线束以及铜合金线的制造方法

摘要

一种在机动车用电线的导体中使用的铜合金线，含有Fe：0.4质量％以上2.5质量％以下、Ti：0.01质量％以上1.0质量％以下、从Mg、Sn、Ag、Ni、In、Zn、Cr、Al、P中选择的一种或者两种以上的元素：合计0.01质量％以上2.0质量％以下，剩余部分由Cu以及不可避免的杂质构成。O的含量优选为20ppm以下。抗拉强度优选为450MPa以上。线材伸长率优选为5％以上。导电率优选为62％IACS以上。

说明书

技术领域

本发明涉及铜合金线、铜合金绞合线、包覆电线以及铜合金线的 制造方法，特别是，涉及优选在机动车用电线中使用的铜合金线、铜 合金绞合线、包覆电线以及铜合金线的制造方法。

背景技术

作为机动车的轻量化要求的一部分，要求将机动车用电线轻量化。 机动车用电线的轻量化能够通过将该导体细径化而进行。然而，在单 纯地将导体细径化的情况下，也会产生无法具备强度的特性等要求的 情况。

例如，为了电线的分岔，存在通过超声波焊接将多个电线的导体 彼此接合的情况，要求在该超声波焊接部分具有较高的强度以使在使 用中不会剥落。作为评价超声波焊接部分的强度的方法，存在后述的 剥离力的测定。需要该剥离力不会下降。

在专利文献1中提出将多根金属线材绞合而成的导体中的剥离力 的提高方法。具体来说，提出通过将绞合的根数设为三根，与使用比 此更多的金属线材的情况相比，提高一根金属线材的线材直径，使每 根线材的强度提高以及限制各金属线材的表面氧化膜的厚度，从而使 超声波焊接性提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-146431号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述专利文献1中，虽然考虑为对剥离力的提高具有一定的效 果，但没有公开机动车用电线所要求的耐冲击性的应对。并且，专利 文献1是将金属线材的绞合根数限定为三根的技术方案，还残留无法 向通常的7根绞合线的用途应用这样的问题。

为了提高强度，在采用由铜合金构成的金属线材的电线中，由于 与将韧铜等软质材料采用为线材的情况相比，线材自身的伸长率较小， 因此耐冲击能量较小，例如当载荷在短时间内快速施加时存在断线的 可能性。因此，在将铜合金作为金属线材而使用的情况下，也要求实 现耐冲击性的提高。

本发明想要提供一种即使是导体截面积比较小的电线，也具有高 强度以及高伸长率，剥离力较高，而且在耐冲击性方面优异的铜合金 绞合线、包覆电线、线束以及用于它们的铜合金线以及其制造方法。

用于解决课题的技术方案

在第一方式中，一种在机动车用电线的导体中使用的铜合金线， 其特征在于，所述铜合金线含有Fe：0.4质量％以上2.5质量％以下、 Ti：0.01质量％以上1.0质量％以下、从Mg、Sn、Ag、Ni、In、Zn、 Cr、Al、P中选择的一种或者两种以上的元素：合计0.01质量％以上 2.0质量％以下，剩余部分由Cu以及不可避免的杂质构成。

在其他方式中，铜合金绞合线的特征在于，将7根上述铜合金线 绞合而构成。

而且，在其他方式中，包覆电线的特征在于，具有导体线和绝缘 包覆层，所述导体线由铜合金绞合线或者对该铜合金绞合线进行压缩 成形而成的压缩线材构成，所述铜合金绞合线将多根上述铜合金线绞 合而构成，所述绝缘包覆层覆盖该导体线的外周。

而且，在其他方式中，线束的特征在于，具有上述包覆电线和安 装于该包覆电线的端部的端子部。

而且，在其他方式中，一种在机动车用电线的导体中使用的铜合 金线的制造方法，其特征在于，所述铜合金线的制造方法具有：形成 铸造材料的工序，所述铸造材料含有Fe：0.4质量％以上2.5质量％以 下、Ti：0.01质量％以上1.0质量％以下、从Mg、Sn、Ag、Ni、In、 Zn、Cr、Al、P中选择的一种或者两种以上的元素：合计0.01质量％ 以上2.0质量％以下，剩余部分由Cu以及不可避免的杂质构成；通过 对上述铸造材料实施塑性加工而形成锻件的工序；通过对上述锻件实 施拔丝加工而形成拔丝线材的工序；以使上述拔丝线材的抗拉强度达 到450MPa以上且伸长率达到5％以上的方式对上述拔丝线材实施热处 理的工序。

发明效果

上述铜合金线的化学成分主动地限定在上述特定的范围内。由此， 能够抑制拔丝加工性、导电性的下降且实现强度、韧性、耐冲击性的 提高。

即，以往的将提高强度作为目的的铜合金几乎都是在实现强度提 高的同时会使拔丝加工性、导电性、韧性、耐冲击性中的任一个较大 地下降的铜合金，满足所有这些特性的铜合金还未开发。与此相对地， 上述铜合金线是通过Fe以及Ti的适量的添加以及从Mg、Sn、Ag、 Ni、In、Zn、Cr、Al、P中选择的一种或者两种以上的元素的适量的添 加，在将因各添加元素的过量添加引起的特性恶化的影响减小而满足 上述的所有特性方面成功的铜合金线。

并且，根据上述制造方法，能够容易地制造这样的优异的铜合金 线。

并且，能够通过将上述的优异的铜合金线作为线材而使用，得到 即使轻量化也能够有效地利用于机动车的铜合金绞合线、包覆电线以 及线束。

附图说明

图1是示出实施例2中的包覆电线的结构的说明图。

图2是示出实施例2中的包覆电线的结构的另一例的说明图。

图3是示出实施例2中的将端子部与包覆电线的一端接合的状态 的说明图。

图4是示出实施例2中的粘着部的压接高度(C/H)的说明图。

图5是示出实施例2中的剥离力测定方法的说明图。

图6是示出实施例2中的耐冲击性的测定方法的说明图。

具体实施方式

对上述铜合金线的化学成分的限定理由进行说明。

Fe：0.4质量％以上2.5质量％以下

Fe(铁)是对铜材料的强度提高有效的元素，为了获得其效果需 要添加0.4质量％以上，优选为0.5质量％以上。另一方面，如果过量 添加Fe，则引起拔丝加工性、导电性的下降，因此Fe含量需要限制在 2.5％以下，优选为1.5质量％以下。

Ti：0.01质量％以上1.0质量％以下

Ti(钛)与Fe同样地是对铜材料的强度提高有效的元素，为了获 得其效果需要添加0.01质量％，优选为0.1质量％以上。另一方面，如 果过量添加Ti，则引起拔丝加工性和导电性的下降，因此Ti含量需要 限制在1.0％以下，优选为0.5质量％。

从Mg、Sn、Ag、Ni、In、Zn、Cr、Al、P中选择的一种或者两种 以上的元素：合计0.01质量％以上2.0质量％以下

Mg(镁)、Sn(锡)、Ag(银)、Ni(镍)、In(铟)、Zn(锌)、 Cr(铬)、Al(铝)、P(磷)都是对铜材料的强度、韧性、耐冲击性 的提高有效的元素，添加合计0.01质量％以上的一种或者两种以上的 元素。另一方面，如果过量添加这些各元素，则由于存在使其他特性 降低的可能性，因此合计含量限制在2.0质量％以下。Mg、Sn、Ni、In、 Cr、Al、P的强度提高效果较高，另一方面存在过量的添加引起导电率 的下降的可能性。Ag、Zn的导电率的下降较小，但可以预见强度提高 效果，但存在过量添加引起铸造时的损伤等缺陷的可能性。

如果更详细地说明，则在添加Mg的情况下，其单独的添加量优 选为0.01质量％以上0.5％以下，更优选为0.01质量％以上0.2％以下。 由此，能够显现基于Mg添加的强度提高效果，并且能够防止由过量添 加引起的导电率和韧性的下降以及拔丝加工性的下降。

在添加Sn的情况下，其单独的添加量优选为0.01质量％以上0.7％ 以下，更优选为0.01质量％以上0.3％以下。由此，能够显现基于Sn 添加的强度提高效果，并且能够防止由过量添加引起的导电率的下降。

在添加Ag的情况下，其单独的添加量优选为0.01质量％以上1％ 以下，更优选为0.01质量％以上0.2％以下。由此，能够显现基于Ag 添加的强度提高效果，并且能够防止由过量添加引起的铸造时的损伤 等缺陷。

在添加Ni、In、Zn、Cr、Al或者P的情况下，合计含量优选为 0.01质量％以上0.3质量％以下，合计含量更优选为0.01质量％以上0.2 质量％以下。由此，能够显现基于这些元素的添加的强度提高效果，并 且能够防止由过量添加引起的导电率和韧性的下降以及拔丝加工性的 下降。

并且，上述铜合金线在上述的化学成分中O(氧)的含量优选为 20ppm以下。通过将O的含量限制在上述范围内，能够抑制与其他添 加元素的氧化物例如钛氧化物(TiO₂)等的生成，能够有效地显现各添 加元素的效果。O含量更优选为10ppm以下。

并且，通过上述化学成分的采用和后述的制造方法的采用，上述 铜合金线能够容易地具备以下的特性。即，上述铜合金能够将抗拉强 度设为450MPa以上。由此，即使将由上述铜合金线构成的电线的导体 截面积减小而轻量化，也能够将电线整体的强度维持在足够应用于机 动车的范围内。

并且，上述铜合金线能够将线材伸长率设为5％以上。由此，即使 将由上述铜合金线构成的电线的导体截面积减小而轻量化，也能够将 电线整体的耐冲击能量维持在足够应用于机动车的范围内。

并且，上述铜合金线能够将导电率设为62％IACS以上。由此，即 使将由上述铜合金线构成的电线的导体截面积减小而轻量化，也能够 将电线整体的导电性维持在足够应用于机动车的范围内。

并且，上述铜合金线能够将线径设为0.3mm以下，进一步能够设 为0.25mm以下，更进一步能够设为0.20mm以下。由此，能够容易地 降低由使用多个该铜合金线的绞合线构成的电线的导体截面积。

接着，能够在将7根上述铜合金线绞合而成的铜合金绞合线中将 其导体截面积设为0.22mm²以下。能够在上述铜合金线的线径设为 0.3mm以下的情况下实现它。

并且，上述铜合金绞合线通过将上述铜合金线作为线材而使用， 能够将总伸长率设为10％以上，能够将剥离力设为13N以上，还能够 将耐冲击能量设为5J/m以上。

并且，上述铜合金线能够以包覆电线的形态使用，所述包覆电线 具有导体线和绝缘包覆层，所述导体线由铜合金绞合线或者对该铜合 金绞合线进行压缩成形而成的压缩线材构成，所述铜合金绞合线将多 根上述铜合金线绞合而构成，所述绝缘包覆层覆盖该导体线的外周。 作为该情况的绝缘包覆层，能够使用公知的各种树脂材料。例如，存 在PVC(聚氯乙烯)、各种工程塑料、各种无卤素材料。上述绝缘包 覆层的厚度能够设为0.1mm以上0.4mm以下。

将端子部压接固定于上述包覆电线的端部从而能够制造线束。作 为端子部，能够采用各种端子配件。

而且，在上述线束中，具备由上述铜合金线构成的高强度的导体， 从而能够将上述端子部相对于上述包覆电线的端子粘着力设为50N以 上。

接着，在上述铜合金线的制造方法中，如上所述，首先，进行形 成上述化学成分的铸造材料的工序。在该工序中，对例如电解铜、由 铜和添加元素构成的母合金等进行溶解，并且投入还原性气体或木材 等还原剂，制作以上述化学成分为目标的无氧铜熔融金属溶液，其后， 对该熔融金属溶液进行铸造。

铸造也能够利用使用动模或者框状定模的连续铸造、使用箱状定 模的模具铸造等中的任一种铸造方法。特别是由于连续铸造能够将熔 融金属溶液快速凝固，能够将添加元素固溶，因此不需要在之后实施 固溶化处理。

获得的铸造材料通过实施塑性加工而形成为锻件。作为塑性加工， 例如能够采用热轧、冷轧或者热挤压、冷挤压。另外，在利用连续铸 造以外的方法制造铸造材料时，优选为在实施上述塑性加工之前实施 固溶化处理、或者在实施上述塑性加工之后实施固溶化处理、或者在 实施上述塑性加工之前和之后都实施固溶化处理。

获得的锻件通过实施拔丝加工而形成为拔丝线材。拔丝加工度能 够根据所希望的线径而适当地选择。并且，获得的拔丝线材能够通过 绞合所希望的根数而形成为绞合线。而且，也能够通过对绞合线进行 压缩成形而形成为压缩线材。

这之后的热处理以使上述拔丝线材(线材)的抗拉强度达到 450MPa以上且伸长率达到5％以上的方式进行。该热处理能够对上述 拔丝线材、绞合线或者压缩线材进行。也可以在拔丝后和绞合后这两 方的定时进行。该热处理是使因结晶组织的小型化以及加工固化而提 高的线材的强度软化至没有极端地下降的程度且提高韧性的处理。优 选为，通过该热处理，在绞合线或者压缩线材的状态下总伸长率达到 10％以上。

上述热处理的具体的条件虽然严格来说最佳的范围根据化学成分 而不同，但例如能够设为在400℃～500℃的温度保持4个小时～16个小 时的条件。在处理温度小于400℃的情况或者处理时间小于4个小时的 情况下，上述效果无法充分得到，得到所希望的伸长率变得困难。并 且，在处理温度超过500℃的情况下，存在析出物粗大化引起强度不足 的可能性。在处理时间超过16个小时的情况下，存在处理时间变长引 起高成本化的可能性。

实施例

(实施例1)

与比较例一起说明上述铜合金线以及其制造方法所涉及的实施 例。在本例中，制作并评价具有表1所示的化学成分组成的铜合金线。 试样1-1～1-17是含有Fe：0.4质量％以上2.5质量％以下、Ti：0.01质 量％以上1.0质量％以下、从Mg、Sn、Ag、Ni、In、Zn、Cr、Al、P 中选择的一种或者两种以上的元素：合计0.01质量％以上2.0质量％以 下，剩余部分具有由Cu以及不可避免的杂质构成的化学成分的铜合金 线。另一方面，作为比较例的试样C101是仅将Fe以及少量的Ti作为 合金元素而添加的铜合金，试样C102是仅将Mg作为合金元素而添加 的铜合金。

在铜合金线的制造时，首先，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质坩埚中，在连续铸造装置内使 其真空溶解，制作表1所示的组成的混合熔融金属溶液。

使用高纯度碳铸模对获得的混合熔融金属溶液进行连续铸造，制 造线径16mm的截面圆形状的铸造材料。在将获得的铸造材料模锻加 工至后，进行在950℃的温度下保持一个小时的固溶化处理。 其后，在拔丝至或者后，进行表1所记载的条件 的热处理，从而获得铜合金线。

获得的铜合金线的特性评价如下所述地进行。首先，以标距GL ＝250mm、拉伸速度50mm/min实施拉伸试验，测定抗拉强度(MPa) 和伸长率(线材伸长率)(％)。并且，测定标距GL＝1000mm之间 的电阻并算出导电率。将获得的结果在表1中一并示出。

【表1】

如从表1中可知地，关于试样1-1～1-17，示出在抗拉强度以及伸 长率这两方优异且导电率也足够高的优异的特性。另一方面，可知试 样C101的伸长率非常高，但抗拉强度较低，不适合作为实现基于高强 度化的轻量化的电线材料。并且，试样C102的抗拉强度非常高，但伸 长率较低，存在耐冲击性下降等担忧。

(实施例2)

在本例中，在制作了具有表2所示的化学成分组成的铜合金线之 后，制作并评价7根铜合金线绞合而成的绞合线。试样2-1～2-15是含 有Fe：0.4质量％以上2.5质量％以下、Ti：0.01质量％以上1.0质量％ 以下、从Mg、Sn、Ag、Ni、In、Zn、Cr、Al、P中选择的一种或者两 种以上的元素：合计0.01质量％以上2.0质量％以下，剩余部分具有由 Cu以及不可避免的杂质构成的化学成分的绞合线。另一方面，作为比 较例的试样C201是仅将Fe以及少量的Ti作为合金元素而添加的铜合 金，试样C202是仅将Mg作为合金元素而添加的铜合金。

在铜合金线的制造时，首先，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质坩埚中并在连续铸造装置内使 其真空溶解，制作表2所示的组成的混合熔融金属溶液。

使用高纯度碳铸模对获得的混合熔融金属溶液进行连续铸造，制 造线径12.5mm的截面圆形状的铸造材料。对获得的铸造材料进行挤压 加工(也可以是轧制加工)至其后，拔丝至或者 而得到铜合金线。作为以绞合间距16mm将7根铜合金线绞 合而成的绞合线，在进行压缩成形之后，以表2所记载的条件实施热 处理而得到铜合金绞合线。

接着，通过挤压而制作包覆电线，该包覆电线通过表3所记载的 0.2mm厚度的绝缘包覆层包覆由获得的铜合金绞合线构成的导体线的 外周而成。如图1所示，获得的包覆电线5具有由绝缘包覆层3包覆 铜合金绞合线2的周围的截面形状，所述铜合金绞合线2在将7根铜 合金线1绞合后进行圆形压缩而构成。另外，也能够省略压缩加工， 并如图2所示地形成为通过绝缘包覆层32包覆将7根铜合金线12绞 合的状态的铜合金绞合线22的周围的截面形状的包覆电线52。

接着，如图3所示，将端子部6与包覆电线5的一端连接，制作 线束。端子部6具有绝缘筒61和线筒62，所述绝缘筒61将包覆电线 5的绝缘包覆层3固定，所述线筒62将剥去绝缘包覆层3而露出的导 体线(铜合金绞合线2)固定。基于这些筒61、62的包覆电线5的粘 着是使用未图示的预定形状的模具来使筒61、62塑性变形从而进行的。 在本例中，如图4所示，以全部压接高度(C/H)达到0.76的设定使端 子部6粘着于包覆电线5而得到线束7。

在本例中得到的铜合金绞合线的特性评价如下所述地进行。首先， 以标距GL＝250mm、拉伸速度50mm/min实施拉伸试验，测定抗拉强 度(MPa)和伸长率(总伸长率)(％)。并且，测定标距GL＝1000mm 之间的电阻并算出导电率。将得到的结果在表2中示出。

耐冲击性以如图6所示的试验方法实施。将重锤w装配于试样S (标距L：1m)的前端(图6(a))，在将该重锤w向上方提起1m 后(图6(b))，使其自由下落(图6(c))。并且，利用下述步骤 测定并评价耐冲击能量，所述步骤是测定试样S不断线的最大的重锤w 的重量(kg)，将该重量与重力加速度(9.8m/s²)和下落距离1m相乘 的乘积除以下落距离而得到的值评价为耐冲击性(J/m或者(N·m) /m)这样的步骤。将得到的结果在表2中示出。

剥离力如下所述地测定，如图5(a)所示，准备三根切断成150mm 的长度的包覆电线5，将各包覆电线5的一端的绝缘包覆层3从端部开 始剥去15mm而使导体线(铜合金绞合线2)露出，如图5(b)所示， 在通过对这三根导体线进行超声波焊接而形成焊接部25后，如图5(c) 所示，通过实施拉伸试验而测定。超声波焊接使用Schunk公司制[Minic IV]，并以压力1.2bar、能量100Ws、65％的条件进行。并且，如图5 (c)所示，在拉伸试验中，拉拽三根包覆电线5中的两根，一根设为 自由状态，并以拉伸速度10mm/min进行，将直到焊接部25损坏为止 的最大载荷作为剥离力。并且，测定进行10次，将其平均值作为评价 用的剥离力。将得到的结果在表2中示出。

并且，关于线束的端子粘着力，在固定端子部6的状态下，测定 以100mm/min的拉伸速度拉拽包覆电线5时端子部6未脱落的最大载 荷，并将其作为粘着力。并且，对于导体和端子之间的接触电阻也进 行测定。这是在粘着部分流动20mV、10mA的低电压定电流而测定的。 将得到的结果在表3中示出。

【表2】

【表3】

(表3)

如从表2中可知地，关于试样2-1～2-15，示出在抗拉强度以及总 伸长率这两方优异且在导电率、剥离力以及耐冲击性中的所有方面优 异的特性。另一方面，试样C201的总伸长率非常高，但抗拉强度较低， 在剥离力以及耐冲击性方面也较差。并且，试样C202的抗拉强度非常 高，但总伸长率较低，耐冲击性是非常低的结果。

如从表3中可知地，关于试样2-1～2-15，端子部的粘着力以及接 触电阻共同地达到非常好的结果。并且，关于试样C202，端子部的粘 着力以及接触抵抗也都是良好。另一方面，对于试样C201，粘着力是 非常低的结果。