JP5247584B2

JP5247584B2 - Ａｌ合金及びＡｌ合金導電線

Info

Publication number: JP5247584B2
Application number: JP2009117519A
Authority: JP
Inventors: 辰規篠田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: JP2010265509A

Description

本発明は、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等の導電体に好適に用いられるＡｌ合金導電線に関する。

従来、導電線にはＣｕが用いられてきたが、近年、導電線の軽量化、コストダウンのために、Ｃｕの代替として、純Ａｌ或いはＡｌ合金が提案されており、純Ａｌ或いはＡｌ合金で高強度、高導電の導電線が求められるため、ＪＩＳの１０００系又は６０００系のＡｌ合金が用いられている。

ここで、導電線として使用するため、Ａｌ合金導電線には、可撓性、加工性が必要であり、高導電で、引張強さと伸びの両立が必要である。

しかし、ＪＩＳの１０００系又は６０００系のＡｌ合金を使用した導電線では、導電率は満たすことが出来る場合があるが、引張強さと伸びの両立は困難であった。

そこで、ＪＩＳの６０００系のＡｌ合金の改善が提案され（特許文献１、２参照）、又、ＪＩＳの１０００系の強度と伸びを改善した合金として、ＪＩＳの８０００系のＡｌ合金、例えばＪＩＳの８０２１や８０７９がある。

特許第３３７８８１９号公報特開２０００−２１２６６４号公報

しかし、上記特許文献に記載されている改善した６０００系のＡｌ合金或いは上記８０００系のＡｌ合金を使用した導電線でも、引張強さと伸びの両立は困難であった。

そこで、本発明は、導電線を形成するためのＡｌ合金であって、そのＡｌ合金で形成される導電線が、可撓性、加工性を備え、高導電で、引張強さと伸びが両立するＡｌ合金を提供すること、当該Ａｌ合金を使用した導電線、導電体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、Ｓｉ：０．２〜０．８質量％、Ｆｅ：０．３６〜１．５質量％、Ｍｇ：０．４５〜０．９質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とするＡｌ合金である。

又、前記Ａｌ合金には、更に、Ｃｕを含み、Ｃｕ：０．２質量％以下であることを特徴とするＡｌ合金である。

又、上記のＡｌ合金で形成されたことを特徴とするＡｌ合金導電線である。このＡｌ合金導電線は、ＪＩＳＴ５、ＪＩＳＴ６、ＪＩＳＴ８又はＪＩＳＴ１０のうち何れかの調質処理を行い形成されることが好ましい。

更に、上記のＡｌ合金導電線を用いて形成したことを特徴とする導電体であり、導電体としてワイヤハーネスやバッテリーケーブル等が含まれる。

以上のような本発明によれば、Ａｌ合金を使用した導電線において、可撓性、加工性を備え、高導電で、引張強さと伸びが両立するＡｌ合金及びＡｌ合金導電線を提供することが可能となった。又、Ａｌ合金を使用した導電線において、可撓性、加工性を備え、高導電で、引張強さと伸びが両立するＡｌ合金導電体を提供することが可能となった。

以下本発明の実施の形態を説明する。本発明のＡｌ合金は、Ｓｉ（珪素）：０．２〜０．８質量％、Ｆｅ（鉄）：０．３６〜１．５質量％、Ｍｇ（マグネシウム）：０．４５〜０．９質量％、Ｔｉ（チタン）：０．００５〜０．０３質量％を含み、残部がＡｌ（アルミニウム）及び不可避的不純物からなる。又、本発明のＡｌ合金は、更に、０．２質量％以下の範囲でＣｕを含んでもよい。本発明のＡｌ合金は、様々な用途に使用することが出来るが、特に導電線用として、好適に用いることが出来る。

本発明のＡｌ合金は、Ｓｉを０．２〜０．８質量％含有する。Ｓｉの含有量を０．２〜０．８質量％とするのは、Ｓｉの含有量が０．２質量％より少ないと、引張強度と伸びの両立が出来ず、０．８質量％より多いと、導電線への加工時に、割れや断線が発生する虞があるからである。

本発明のＡｌ合金は、Ｆｅを０．３６〜１．５質量％含有する。Ｆｅの含有量を０．３６〜１．５質量％とするのは、Ｆｅの含有量が０．３６質量％より少ないと、引張強度と伸びの両立が出来ず、１．５質量％より多いと、導電率が低下するからである。

本発明のＡｌ合金は、Ｍｇを０．４５〜０．９質量％含有する。Ｍｇの含有量を０．４５〜０．９質量％とするのは、Ｍｇの含有量が０．４５質量％より少ないと、引張強度と伸びの両立が出来ず、０．９質量％より多いと、導電線への加工時に、割れや断線が発生する虞があるからである。

本発明のＡｌ合金は、Ｔｉを０．００５〜０．０３質量％含有する。Ｔｉの含有量を０．００５〜０．０３質量％とするのは、Ｔｉの含有量が０．００５質量％より少ないと、引張強度と伸びの両立が出来ず、０．０３質量％より多いと、導電率が低下するからである。

又、本発明のＡｌ合金は、Ｃｕを含有しなくてもよいが、含有することが好ましい。Ｃｕを含有することにより、引張強さを向上させることが出来る。Ｃｕを含有する場合には、０．２質量％以下を含有する。Ｃｕの含有量を０．２質量％以下とするのは、Ｃｕの含有量が０．２質量％より多いと、導電線への加工時に、割れや断線が発生する虞があるからである。

又、残部はＡｌ及び不可避的不純物が含有されている。Ａｌは、導電線の導電率を良好にするために高い純度が望ましく、純度９９．９５％以上が好ましい。又、不可避的不純物は、導電性を低下させる原因となるので、その含有量は出来るだけ少なくすることが好ましい。

次に、本発明のＡｌ合金導電線の、上述のような本発明のＡｌ合金を用いた製造について説明する。先ず、上述のような範囲の組成のＳｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＡｌ、或いは更にＣｕを溶解し、連続鋳造機にて鋳造して、キャストバーを作製する。そして、キャストバーを熱間圧延してワイヤロッドを作製する。通常は連続鋳造機に熱間圧延機がタンデムに接続されている。このワイヤロッドの線径は特に限定されないが、９．０〜１０．０ｍｍ程度とすることが出来る。

このワイヤロッドを冷間伸線加工し、線径を５．０〜６．０ｍｍ程度まで伸線し、次いで溶体化処理を行う。この溶体化処理は、添加元素を均質に多く固溶させるために行うもので、５００〜５８０℃で行うことが好ましい。５００℃より低い温度で溶体化処理を行うと、固溶量が少なく、添加元素の均質化が不充分となる場合があり、５８０℃より高いと、線が部分的に溶解してしまう虞があるからである。尚、好ましい処理時間としては、５５０℃で行なう場合には、２時間３０分〜３時間３０分、より好ましくは３時間である。この溶体化処理の後、線を水冷することが好ましい。この水冷により、添加元素を多く固溶した状態に保つことが出来、水冷を行なわない場合には、固溶していた元素が冷却中に析出してしまうからである。

次に、更に冷間伸線加工を行い、所望の線径の素線を作製する。素線の線径としては、通常、０．３〜０．４ｍｍ程度である。

そして、時効硬化処理を行う。この時効硬化処理は、過剰に固溶した添加元素を微細に析出させる処理である。この時効硬化処理により、Ｍｇ_２Ｓｉが析出する。この時効硬化処理は、２００〜２５０℃で行うことが好ましい。２００℃より低い温度で時効硬化処理を行うと、析出が不充分であり、２５０℃より高い温度で時効硬化処理を行うと、粗大粒子が析出してしまうからである。尚、好ましい時効硬化処理時間としては、２時間３０分〜３時間３０分、より好ましくは３時間である。

尚、Ａｌ合金導電線の製造工程は、上述の方法に限定されず、圧延加工でもよいが、押出加工でもよく、又、伸線加工は、冷間加工でなくてもよい等、公知の他の方法を採用することが出来、特に調質処理としてもその処理方法は特に限定されないが、引張強度と伸び更には導電率をより高めるために、溶体化処理後に冷間加工を行い、更に人工時効硬化処理を施す方法（ＪＩＳＴ８）、溶体化処理後に冷間加工を行わずに人工時効硬化処理を施す方法（ＪＩＳＴ６）、高温加工から冷却後冷間加工を行い、更に人工時効硬化処理を施す方法（ＪＩＳＴ１０）、高温加工から冷却後に冷間加工を行わずに人工時効硬化処理を施す方法（ＪＩＳＴ５）が好ましい。

このように作製された導電線は、例えば、複数本撚り合わせて撚線としたり、複数本の撚線を更に撚り合わせた撚線としたり、これらの撚線を円形に圧縮した圧縮導体として使用することが出来、これらの撚線や圧縮導体に、合成樹脂を被覆する等の加工が施され、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等の導電体を形成することが出来る。

Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＡｌを表１の組成で溶解し、連続鋳造機にて鋳造して、線径２５ｍｍのキャストバーを作製し、キャストバーを熱間圧延して線径９．５ｍｍのワイヤロッドを作製し、このワイヤロッドを冷間伸線加工し、線径を５．５ｍｍまで伸線し、５５０℃で３時間溶体化処理を行い、この溶体化処理の後、線を水冷し、更に０．３３ｍｍまで冷間伸線加工を行った。このＡｌ合金線を２００〜２５０℃で３時間の時効硬化処理を施した。

このようにして作製したＡｌ合金導電線の特性評価として、ＪＩＳＣ３００２に準拠して、２０℃での引張試験と、２０℃での導電率測定を行なった。結果を表１に示す。判定は、引張強さが１４０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上、導電率が５５％ＩＡＣＳ以上の総てを満たすものを合格（表中「○」で示す。）とし、１つでも満たさないものは不合格（表中「×」で示す。）とした。ここで、引張強さを１４０ＭＰａ以上で合格としたのは、軟銅線と同等の引張強さ（約２１０ＭＰａ）を断面積１．５倍のＡｌ合金線で実現するための引張強さは、２１０ＭＰａ×２／３＝１４０ＭＰａであるからである。尚、断面積を１．５倍にしても、アルミニウムの密度は２．７ｇ／ｃｍ^３、銅の密度は８．９ｇ／ｃｍ^３なので、軽量化が可能である。

本発明のＡｌ合金導電線は、実施例１〜１２に示すように、引張強さが１４０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上、導電率が５５％ＩＡＣＳ以上の総てを満たし、判定は、合格であった。一方、本発明の条件を満たさないＡｌ合金導電線は、比較例１〜１６に示すように、引張強さ、伸び、或いは導電率のいずれかが目標値に達せず、或いは加工時に割れが発生し、判定は、不合格であった。又、比較例では、時効硬化処理の温度が高いと伸びは向上するが、引張強さが低下し、時効硬化処理の温度が低いと引張強さは向上するが、伸びが低下してしまうが、実施例では、時効硬化処理の温度に関係なく、引張強さと伸びが目標値に達している。尚、比較例１及び２のＡｌ合金は、ＪＩＳ６０６３であり、比較例３及び４のＡｌ合金は、特許文献１に記載の合金であり、比較例５及び６のＡｌ合金は、特許文献２に記載の合金である。

本発明のＡｌ合金は、導電線の軽量化、コストダウンを図れ、更に、可撓性、加工性を備え、高導電で、引張強さと伸びが両立するので、導電線に好適に使用でき、更に、本発明のＡｌ合金で形成されたＡｌ合金導電線は、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等の導電体に好適に用いることが出来る。

Claims

Ｓｉ：０．２〜０．８質量％、Ｆｅ：０．３６〜１．５質量％、Ｍｇ：０．４５〜０．９質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金で、２００〜２５０℃で２．５〜３．５時間の熱処理を行い形成されたことを特徴とするＡｌ合金導電線。
前記Ａｌ合金には、更に、Ｃｕを含み、Ｃｕ：０．２質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＡｌ合金導電線。
ＪＩＳＴ８又はＪＩＳＴ１０のうち何れかの調質処理を行い形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＡｌ合金導電線。
請求項１から３のうちいずれか１項に記載のＡｌ合金導電線を用いて形成したことを特徴とする導電体。