TWI625402B - Titanium copper foil and manufacturing method thereof - Google Patents

Abstract

本發明提供一種即使是箔厚為0.1mm以下的薄的鈦銅箔也能夠在作為彈簧使用時鬆弛性小、適合作為自動調焦攝影機模組等電子設備部件中使用之導電性彈簧材料用的鈦銅箔及其製造方法。本發明的鈦銅箔為，含有1.5~5.0質量的Ti，餘量由銅和不可避免的雜質構成，箔厚為0.1mm以下，在與軋製方向平行的方向以60mm的間隔並列的5個測量點中的箔厚變化為0.0μm~1.0μm。

Description

鈦銅箔及其製造方法

本發明係關於一種適用於自動調焦攝影機模組等的導電性彈簧材料、且具備優異的強度的Cu-Ti系合金箔。

一般手機的相機鏡頭部使用的是被稱為自動調焦攝影機模組的電子部件。手機攝影鏡頭的自動調焦功能，一方面藉由自動調焦攝影機模組中使用的材料的彈力，使鏡頭向一定方向移動，另一方面藉由在捲繞在周圍的線圈中流過電流，利用產生的電磁力使鏡頭向與材料的彈力作用方向相反的方向移動。藉由類似上述的機構使攝影頭驅動並發揮自動調焦功能(如專利文獻1、2)。

因此，自動調焦攝影機模組中使用的銅合金箔需要有能承受因電磁力造成的材料變形程度的強度。如果強度低，則材料無法承受因電磁力造成的位移，發生永久變形(鬆弛)，卸載電磁力之後無法回到初始位置。一旦發生鬆弛，當一定的電流流過時，鏡頭無法移動到期望的位置從而無法發揮自動調焦功能。

自動調焦攝影機模組中使用了箔厚為0.1mm以下，具有抗拉強度1100MPa的抗拉強度或0.2%降伏強度的Cu-Ni-Sn系合金箔。但是隨著近年來節約成本的要求，比起Cu-Ni-Sn系銅合金箔人們更願意使用材料價格相對便宜的鈦銅箔，這種需求正在日漸增多。

另一方面，鈦銅箔的強度比Cu-Ni-Sn系銅合金箔低，存在鬆弛的問題，因此需要其高強度化。作為改善鈦銅的強度的技術，可參考專利文獻3~6中所記載的內容等。專利文獻3記載了在最終再結晶退火中調整平均結晶 粒徑，之後依次進行冷軋、時效處理的方法。專利文獻4記載了固溶處理後，依次進行冷軋、時效處理、冷軋的方法。專利文獻5記載了如下一種方法：進行熱軋及冷軋之後，進行固溶處理，即在750~1000℃的溫度區間內保持5秒~5分鐘，之後，藉由依次進行軋製率為0~50%的冷軋、300~550℃的時效處理、以及圧延率0~30%的精加工冷軋，調整板面中的{420}的X射線衍射強度。專利文獻6提出了如下一種方法：藉由在規定的條件下依次進行第一固溶處理、中間軋製、最終固溶處理、退火、最終冷軋、以及時效處理，調整軋製面中的{220}的X射線衍射強度的半值寬度。

此外，由於不僅要提高強度，還要抑制鬆弛的發生，因此專利文獻7還提出了減小表面粗糙度、專利文獻8提出了調整結晶方位、專利文獻9提出了縮小楊氏模量。

[習知技術文獻]

專利文獻1：日本專利公開第2004-280031號公報。

專利文獻2：日本專利公開第2009-115895號公報。

專利文獻3：日本發明專利第4001491號。

專利文獻4：日本發明專利第4259828號。

專利文獻5：日本專利公開第2010-126777號公報。

專利文獻6：日本專利公開第2011-208243號公報。

專利文獻7：日本發明專利第5723849號。

專利文獻8：日本發明專利第5526212號。

專利文獻9：日本專利公開第2014-074193號公報。

在專利文獻3~6的說明書中記載的實施例和比較例中，可以看到幾個具有1100MPa以上的0.2%降伏強度的鈦銅。但是，由這些專利文獻3~6中提出的現有技術可知，增加負重使材料變形之後除去負重，會變得鬆弛，僅憑高強度無法作為自動調焦攝影機模組等的導電性彈簧材料使用。

而且，專利文獻7~9中，分別提出了著眼於鬆弛課題、並抑制該鬆弛發生的方法。但是，專利文獻7~9的技術方案中，關於箔厚在0.1mm以下時薄的鈦銅箔無法發揮其所預期的程度的效果。即，儘管專利文獻7~9的方案技術在箔厚超過0.1mm時能夠發揮較大的效果，但是箔厚超過0.1mm的物質也不能發揮從箔厚超過0.1mm的物質所能預測到的那種程度的充分效果。

本發明旨在解決上述問題，目的是提供一種鈦銅箔及其製造方法，即使是箔厚為0.1mm以下的薄的物質作為彈簧使用時其鬆弛性也較小，適合作為用於自動調焦攝影機模組等電子設備部件的導電性彈簧材料來使用。

發明人得出，即便使用類似現有技術的控制鬆弛的手段，箔厚較薄的鈦銅箔中有無發生鬆弛也會受箔厚本身的影響，因此與厚度厚的物質相比，藉由這種手段發揮的效果更小。因此，本發明人導出一種即使是厚度較薄的鈦銅箔，藉由減小箔厚的變化，在作為彈簧使用時能夠將鬆弛的發生控制在最小限度。

另外還得出，這種箔厚變化小的鈦銅箔，跟以前一樣在依次進行熱軋、第一冷軋、固溶處理和第二冷軋時，藉由固溶處理使晶粒粗大化，同時固溶處理之後進行固溶後加熱處理適當使其硬化，之後再進行第二冷軋後能得到。

基於上述知識，本發明的鈦銅箔含有1.5~5.0質量的Ti，餘量由銅和不可避免的雜質構成，箔厚為0.1mm以下，在與軋製方向平行的方向以60mm的間隔並列的5個測量點的箔厚的變化為0.0μm~1.0μm。

因此，上述鈦銅箔較佳在與軋製方向平行的方向上的抗拉強度為1100MPa以上。

另外，上述鈦銅箔，還含有總量為0~1.0質量%之選自Al、Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr以及Zr中的一種以上的元素。

而且本發明的鈦銅箔的製造方法包括如下步驟：鑄造含有1.5~5.0質量%的Ti且餘量由銅和不可避免的雜質構成的鑄錠；以及針對所述鑄錠依次進行熱軋、第一冷軋、將平均晶粒直徑調整為100~160μm的固溶處理、將相 對於固溶處理後的抗拉強度的抗拉強度的增量調整為100~240MPa的固溶後加熱處理、第二冷軋、以200~450℃的溫度加熱2小時~20小時的時效處理。

而且，該製造方法中，較佳將第二冷軋下的壓下率設定為55%以上。

而且，該製造方法，還能夠包括在時效處理後、使壓下率設定為35%以上的第三冷軋。

根據本發明，提供一種鈦銅箔，其藉由將在與軋製方向平行的方向上以60mm的間隔並列的5個測量點的箔厚的變化設定為0.0μm~1.0μm，即使是箔厚為0.1mm以下的薄物質，在作為彈簧使用時的鬆弛性也較小。這種鈦銅箔，適合作為用於自動調焦攝影機模組等之電子設備部件中使用的導電性彈簧材料來使用。

第1圖為表示測量實施例的鬆弛量的方法的示意圖。

以下對本發明的實施方式進行詳細說明。

本發明一實施方式中的鈦銅箔含有1.5~5.0質量%的Ti，餘量由銅和不可避免的雜質構成，在與軋製方向平行的方向上以60mm的間隔並列的5個測量點的箔厚的變化為0.0μm~1.0μm。

[Ti濃度]

在本發明涉及的鈦銅箔中，設定Ti濃度為1.5~5.0質量%。鈦銅藉由固溶處理使Ti固溶到Cu基體中，藉由時效處理使微細的析出物分散在合金中，由此提升強度和導電率。

如果Ti濃度不滿1.5質量%，則析出物的析出會不充分從而難以得到期望的強度。如果Ti濃度超過5.0質量%，則加工性變差，在軋製時材料容易破損。考慮到強度及加工性的平衡，較佳濃度為2.9~3.5質量%。

[其他添加元素]

本發明涉及的鈦銅箔中，含有總量為0~1.0質量%之選自Al、Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr以及Zr中的一種以上的元素，以此能夠進一步提高強度。上述元素的總含有量為0，也就是可以不包含上述元素。將上述元素的總含有量的上限設定為1.0質量%，是因為如果超過1.0質量%，則加工性變差，熱軋時材料容易破損。

[抗拉強度]

作為自動調焦攝影機模組的導電性彈簧材料等較佳的鈦銅，所需要的抗拉強度為1100MPa以上，更佳1300MPa以上。在本發明中，測量與鈦銅箔的軋製方向平行的方向上的抗拉強度，抗拉強度以JIS Z2241(金屬材料抗拉試驗方法)標準為基準進行測量。

[箔厚變化]

在本發明的鈦銅箔中，在與軋製方向平行的方向上，以60mm的間隔連續地設定5個測量點，對所述5個測量點的箔厚進行測量時，其箔厚變化為0.0μm~1.0μm。

此處，箔厚變化的定義為，藉由在軋製方向上以60mm間隔隔開且並列的5個測量點對箔厚進行測量，由此得到的5個箔厚數據的最大值和最小值的差。藉由減小箔厚變化，能夠提高耐鬆弛的特性。至少進行一次上述這樣的在5個測量點進行的箔厚測量，藉由該至少一次的測量，如果5個測量點的箔厚變化在0.0μm~1.0μm內，則包含於本發明中。

[銅箔的厚度]

在本發明的鈦銅箔的一個實施方式中，箔厚為0.1mm以下，典型的實施方式中箔厚為0.018mm~0.08mm，更典型的實施方式中箔厚為0.02mm~0.05mm。

[製造方法]

當製造如上所述的鈦銅箔時，首先在熔解爐中使電解銅、Ti等原料熔解，得到期望的組合溶液。然後將該熔液鑄造為鑄錠。為防止鈦的氧化磨耗，較佳在真空中或惰性氣體氛圍中進行熔解和鑄造。之後，對於鑄錠，典型地，按照 熱軋、第一冷軋、固溶處理、固溶後加熱處理、第二冷軋、時效處理、第三冷軋、防銹處理，得到具有預期的箔厚和特性的箔。

熱軋及之後的第一冷軋的條件為，在製造鈦銅時採用慣例條件進行即可，此處沒有什麽特別的要求。而且，關於固溶處理按照慣例條件進行即可，例如能夠在700~1000℃下進行5秒~30分鐘。

固溶處理中，為調整平均晶粒直徑，較佳溫度範圍為800℃~950℃，而且，較佳時間範圍為120秒(2分鐘)~300秒(5分鐘)。但是，作為能夠調整平均晶粒直徑的溫度和時間，較佳也可以脫離上述範圍。

固溶處理中調整的平均晶粒直徑為100~160μm。如果該平均晶粒直徑低於100μm，則之後的冷軋中箔厚變化超過1.0μm。當平均晶粒直徑超過160μm時，儘管之後的冷軋中的箔厚變化減小，但是表面會生成厚的氧化膜和內部氧化層，難以清除。另外，降低箔厚變化的效果為，當固溶處理中調整的平均晶粒直徑超過160μm時飽和。

就平均晶粒直徑而言，對板面(軋製面)拋光之後進行蝕刻，並藉由光學顯微鏡觀察上述面，藉由JIS H0501標準的切斷法對100個晶粒進行測量。

在固溶處理之後緊接著進行的固溶後加熱處理中，調整抗拉強度的增量。固溶後加熱處理是對進行過固溶處理的鈦銅合金進行加熱並使其時效硬化。從時效硬化的目的來看，固溶後加熱處理在低於固溶處理溫度的溫度下進行。固溶後加熱處理較佳的溫度範圍為600~700℃，或者較佳時間範圍為120秒~300秒(5分鐘)。但是，如果是能夠調整抗拉強度的增量的溫度和時間，較佳也可以是範圍之外的範圍。

藉由固溶後加熱處理調整的抗拉強度的增量為100~240MPa。當抗拉強度的增量低於100MPa時，之後的冷軋中箔厚變化超過1.0μm。當抗拉強度的增量超過24-0MPa時，之後的冷軋中的箔厚變化變小，但由於加工硬化，冷軋持續進行本身就存在困難。另外，降低箔厚變化的效果為，藉由固溶處理後進行的加熱處理進行調整的抗拉強度的增量超過240MPa時飽和。

抗拉強度的增量為固溶後加熱處理的前後的抗拉強度的增量，能夠藉由下面的公式算出。

抗拉強度的增量=固溶後加熱處理後的抗拉強度-固溶處理後(固溶後加熱處理前)的抗拉強度

為得到上述強度，較佳將第二冷軋的壓下率設定為55%以上，更佳60%以上、再更佳65%以上。當該壓下率不滿55%時，很難得到1100MPa以上的抗拉強度。從作為本發明的目的的強度的觀點來看，壓下率的上限沒什麽特別的規定，但是工業上不會超過99.8%。

時效處理的加熱溫度設定為200~450℃以上，加熱時間設定為2小時~20小時。加熱溫度不滿200℃或者超過450℃時，難以得到1100MPa以上的抗拉強度。加熱時間不滿2小時或超過20小時時，難以得到1100MPa以上的抗拉強度。

第三冷軋的壓下率，較佳設定為35%以上。更佳設定為40%以上，再更佳設定為45%以上。該壓下率不滿35%時，難以得到1100MPa以上的抗拉強度。壓下率的上限從作為目的的強度方面來看沒有什麽特別的規定，但是工業上不會超過99.8%。另外，在不追求那麽高的強度使用時能夠省略第三冷軋。

另外，一般熱處理後除去在表面產生的氧化皮膜或氧化物層，對表面進行酸洗或拋光等。本發明中也能夠在熱處理後進行表面酸洗或拋光。

[用途]

本發明的鈦銅箔沒有限定，但是適合作為開關、連接器、插口、端子、繼電器等電子設備部件的材料使用，特別是適合作為自動調焦攝影機模組等電子設備部件中使用的導電性彈簧材料來使用。

[實施例]

接下來藉由實際製作本發明的鈦銅箔、並對其性能進行評價，以下對此進行說明。但是，此處的說明，僅僅是出於舉例的目的，並非是要被其限制。

以含有規定的濃度的Ti，餘量由銅和不可避免的雜質構成的合金作為實驗材料，並調查此種材料的特性。

[製造條件]

試驗品的製造按以下進行。首先在真空熔解爐中熔解電解銅，以規定的Ti濃度製造厚度為30mm的鑄錠。

在950℃下對該鑄錠加熱3小時，進行熱軋以軋製至厚度為10mm。藉由磨床除去熱軋時生成的氧化皮並進行研磨。另外，該研磨後的厚度為9mm。之後，實施第一冷軋，並軋製至厚度為1.5mm。之後的固溶處理中，向升溫至800~950℃的電爐中裝入試料，並保持120秒~300秒(5分鐘)之後，向水槽放入樣本並快速冷却。固溶處理後進行固溶處理後加熱處理。在固溶處理後加熱處理中，向升溫至600~700℃的電爐中裝入樣本，並保持120秒~300秒(5分鐘)之後，向水槽放入樣本進行急速冷却。然後，進行第二冷軋，此處壓下率98%時將箔厚軋製至0.03mm。之後，作為時效處理，在300℃下加熱10小時。此處，時效處理的該溫度可選擇時效後的抗拉強度。另外，未進行第三冷軋。

針對按上面所製作的樣本，以下分別對其進行評價。

[箔厚變化]

對以60mm間隔在軋製方向連續的5點進行箔厚測量，計算5個數據的最大值和最小值的差並將該值作為箔厚變化。作為測量箔厚的設備，使用廠商為尼康股份有限公司、產品名為數字微型(DIGIMICRO)，機型為Nikon MH-15M的產品。箔厚以微奈米(0.1μm單位)進行測量。

[鬆弛]

選取寬度為10mm的長方形樣本，使長邊方向與軋製方向平行。長方形樣本選取在軋製方向以60mm間隔連續的5個部位，並作為5個長方形樣本。然後，如第1圖所示，固定樣本的一端，在距離該固定端L的位置，以1mm/分鐘的移動速度對將尖端加工成刀刃的沖床進行按壓，在賦予樣本距離d的偏移之後使衝床回到初始位置並卸載。卸載之後，求取鬆弛量δ。分別對5個長方形樣本進行上述測量，並得到5個鬆弛量δ。將5個鬆弛量δ中最高的鬆弛量δ作為測量值。

試驗條件為：當樣本的箔厚為0.05mm以下時，L=3mm、d=2mm；箔厚比0.05mm更厚時，L=5mm、d=4mm。而且，鬆弛量藉由0.01mm的分辨率測量，未能檢測出鬆弛量時記為<0.01mm。

將上述評價結果與規定的製造條件同時顯示在表1中。

[表1]

本發明範圍內的發明例1~25的0.2%降伏強度為1100MPa以上，箔厚變化為0.0μm~1.0μm的小數值，鬆弛量為不滿0.01mm的低數值，均顯示了良好的特性。

另一方面，比較例1~3中，脫離了固溶處理的較佳範圍，因此平均晶粒直徑不滿100μm，原因是箔厚變化的增加，顯示鬆弛量為0.02mm以上的高數值。

比較例4~6中，脫離了固溶處理的較佳範圍，固溶後加熱處理前後的抗拉強度的增量不滿100MPa，箔厚變化為超過1.0μm的高數值，鬆弛量為0.02mm以上的高數值。

比較例7中，由於未進行固溶後加熱處理，因此固溶後加熱處理前後的抗拉強度的增量為零，箔厚變化為超過1.0μm的高數值，顯示鬆弛量為0.06mm的高數值。

比較例8中，由於脫離了固溶處理的較佳範圍，以及未進行固溶後加熱處理，因此箔厚變化為超過1.0μm的高數值，顯示鬆弛量為0.08mm的高數值。

比較例9中，由於Ti成分脫離下限而使抗拉強度降低。

比較例10和11中，由於Ti成分或次要成分脫離上限，而在熱軋中發生破損從而無法進行加工。

Claims (4)

1. 一種鈦銅箔，其特徵在於：含有1.5~5.0質量%的Ti，餘量由銅和不可避免的雜質構成，箔厚為0.1mm以下，在與軋製方向平行的方向以60mm的間隔並列的5個測量點的箔厚變化為0.0μm~1.0μm。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鈦銅箔，其中在與軋製方向平行的方向上的抗拉強度為1100MPa以上。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之鈦銅箔，其中還含有總量為0.01~1.0質量%之選自Al、Ag、B、Co、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Si、Cr以及Zr中的一種以上的元素。
4. 一種鈦銅箔的製造方法，其特徵在於，包括如下工序：鑄造含有1.5~5.0質量%的Ti、且餘量由銅和不可避免的雜質組成的鑄錠；以及針對該鑄錠依次進行熱軋、第一冷軋、將平均晶粒直徑調整為100~160μm的固溶處理、將相對於固溶處理後之抗拉強度的抗拉強度增量調整為100~240MPa的固溶後加熱處理、第二冷軋、以及以200~450℃的溫度加熱2小時~20小時的時效處理。