[发明专利]铜合金热锻件及铜合金热锻件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜合金热锻件及铜合金热锻件的制造方法。尤其涉及一种强度、耐力、热传导性、电传导性及蠕变特性优异的铜合金热锻件及其铜合金热锻件的制造方法。

背景技术

铜发挥较高的热传导性和电传导性，可用于散热片、散热器、短路环、端子、底座、连接器、电极、传感器组件、模型、压力容器等各种各样的产业领域。然而，以韧铜、无氧铜及磷脱氧铜为代表的具有99.9％以上的铜浓度的所谓纯铜由于强度较低，所以为了确保强度而每单位面积的铜使用量变多且成本变高，容积和重量也变大。

并且，随着半导体元件的高集成化/大容量化，对使用于汽车的高输出马达控制装置用半导体元件等并用于放出半导体中产生的热的散热片或散热器要求通过风扇部等扩展整个散热片或散热器的表面积并有效地放出半导体中产生的热的较高的热传导性。

另外，关于散热片等，为了放出更多的热可以考虑通过水冷方式进一步提高其效率来使用，但此时，需要耐水压的强度，尤其需要初始变形强度，即耐力较大。并且，这些散热片需要优异的放热性，但需要使强度或硬度不会因组装工序时或封装时被施加的焊接或硬钎焊时的温度而下降。而且，需要即使在使用中温度上升也能够承受其温度的较高的蠕变特性。

并且，关于使用于马达的短路环，通过硬钎焊进行与转子铜条的接合，即使在钎焊之后也需要较高的强度和较高的热传导性及电传导性。而且，由于在使用中存在超过100℃的温度上升，因此要求排热(热传导)性优异。并且，若以高速运行，则会产生较大的离心力，因此要求能够承受其离心力的较高的强度，即超过100℃的环境下的较高的蠕变特性。散热片或连接器、电极等也相同，要求能够连续长时间使用中承受的较高的蠕变特性。

这样，对用于如上所述用途的铜合金要求较高的强度、耐力、热传导性、电传导性及蠕变特性。

对上述的散热片等的加工方法进行说明，为了加工如为了扩大表面积而表面上设置有突起部的散热片、大型端子或连接器、电极、传感器组件外形复杂的形状或如马达的短路环为环状形状，能够通过热锻或切削、冲压及冷锻加工。然而，切削加工能够将材料加工成各种各样的形状，但由于铜浓度较高的铜合金的切削性很差，所以加工时需要大量工作量，并且成品率较差，因此不具有经济性。若欲通过冲压或冷锻成型，则铜要加工固化，所以无法施加较大的加工度，并无法加工复杂的形状。为了通过冲压或冷锻加工复杂的形状，必须在达到加工界限之后，进行退火/酸洗，然后再次通过冲压和冷锻作出复杂的形状，因此成本较大。

因此，优选作为在1个工序中制作至同时复合成型的方法通过热锻制造。若为热锻，则即使为冲压能力较小的锻造机也能够成型为复杂的形状，成本较低。

然而，一般的铜及铜合金的热锻一般在700℃或800℃的高温下进行加工，所以存在热锻之后的铜及铜合金的强度非常变低之类的问题。因此，可以考虑使用作为溶体化-时效析出型合金的Cr-Zr铜(lmass％Cr-0.lmass％Zr-C u)，而不是一般的铜及铜合金。但是，该合金由于包含活性元素Zr，所以溶解/铸造成本较大，通常在热锻之后将材料再次加热到950℃以上(950～1000℃)，其后马上施以骤冷，而且经过时效之类的热处理工艺来制造。950℃这种高温的再加热会增加成本，若在大气中进行加热，则产生氧化损耗，因此在复杂的形状中还存在尺寸上的问题。并且，因高温的再加热而锻件会容易变形，并且在材料之间产生粘着。因此，在惰性气体或真空中以950℃进行热处理，虽然防止氧化损耗，但成本变高，还存在变形或粘着问题。

并且，提出有限定Al、Si、Ni等的组成的热锻用铜合金(参考专利文献1)。

然而，专利文献1中记载的铜合金需要特别的溶体化处理且存在电/热传导性较差之类的问题。

专利文献1：日本专利公开2002-80924号公报

发明内容

本发明是为了解决这种现有技术的问题而完成的，其课题在于提供一种强度、耐力、热传导性及电传导性优异的铜合金热锻件及铜合金热锻件的制造方法。

为了解决所述课题，本发明人等对铜合金的组成或金属组织进行了研究。其结果，得知以下见解，即在预定组成的铜合金中，可通过在预定条件下进行热锻，并将平均结晶粒径在预定范围内的再结晶晶粒组所占的比例和未再结晶晶粒所占的比例设在预定范围内来得到强度、耐力、热传导性、电传导性等优异的铜合金热锻件。