JPS6040501B2 - 導電性アルミニウム合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、アルミニウム合金に関するものである。

さらに詳細には、この発明は、線、荒引線、その他の高
強度あるいは軽量導電性材料の製造に適したアルミニウ
ム合金に関するものである。

この発明のアルミニウム合金は、電気を伝導するワイヤ
一、荒引線、ケーブル、母線、管状接続器具、端子、プ
ラグ、その他の電気後続具として好適である。アルミニ
ウム合金は、軽量で低廉であるから、現今では各種の用
途に用いられている。

このアルミニウム合金の用途が増大しつつある分野の１
つに電線製造があり、銅の代りにアルミニウム合金を用
いるものである。通常の導電性アルミニウム合金ワイヤ
−（ＥＣと呼ばれる）は、純アルミニウムの他に少量の
不純物として、珪素、バナジウム、鉄、銅、マンガン、
マグネシウム、亜鉛、棚素、チタンなどを含有している
。アルミニウム合金は、重量および価格の点で望ましい
ものであるが、導電性材料市場で全面的に受け入れられ
るまでにはほど遠い状態である。

完全に受け入れられない理由の１つとしては、通常のＥ
Ｃアルミニウム合金導電性材料の物理的質によるものが
ある。もし、製品の導電率を劣化させずに、熱安定性、
抗張力、延伸率、延性、降伏強度などの物理的性質を実
質的に改良することができるならば、相当の進歩を遂げ
ることができる。しかし、他のアルミニウム合金におい
て判明しているように、合金成分を添加すると物理的性
質は向上するが、導電率は低下するということが定説に
なっている。したがって、有用な製品を製造するには、
物理的性質は改善するが、導軍率は実質的に低下させな
いような合金成分しか添加することができない。したが
って、この発明の目的は、物理的性質が良好で、かつ導
電率の良いアルミニウム合金導電性材料を提供すること
にある。

この発明のその他の目的、特徴および利点は、以下の実
施例についてさらに詳細に説明する。この発明のアルミ
ニウム合金は、ニッケル−鉄−珪素−ジルコニウムーア
ルミニウム合金に関するもので、ニッケル、鉄、珪素、
ジルコニウムを、炉中でアルミニウムに混合することに
よって、所定の成分含有率の熔融物を得るものである。

まず、ニッケル−鉄−珪素−アルミニウム合金について
説明すると、このアルミニウム合金は、０．２０〜０．
４０Ｗｔ％のニッケル、０．３０〜１．３０ｗｔ％の鉄
、ｏ．ｏ５〜１．０肌ｔ％の珪素および残余が痕跡量の
通常の不純物を含むアルミニウムよりなる合金である。

このアルミニウム合金におけるアルミニウムの含有量は
、約９６．００〜９９．４肌ｔ％であり、アルミニウム
の含有量が９７．８０〜９９．２０ｗｔ％の場合にはさ
らに良好である。アルミニウム含有量の最大値と最少値
は、合金成分の最大値と最小値に対応しないが、すべて
の合金成分の最大含有量を用いた場合には良好な結果を
得られないことは明らかである。このアルミニウム合金
の溶融物を調整するために、市販のアルミニウムを用い
る場合には、炉に入れる前のアルミニウムの徴量不純物
の量は、０．皿Ｗｔ％以下であることが望ましい。ここ
で、ニッケル、鉄および珪素の含有量を限定した理由に
ついて説明すると、まずニッケルの含有量を０．２０〜
ｏ．４肌ｔ％の範囲内に限定した理由は、ニッケルはア
ルミニウムに対して固溶度をもたず、アルミニウム中に
微細な粒子として分散し、導電率をあまり低下せしめる
ことなく強度を向上し得る効果があるが、０．２肌ｔ％
以下では効果が少なく、０．４肌ｔ％を超えた含有量で
は強度の改善効果が飽和するからである。つぎに、鉄の
含有量を０．３０〜１．３肌ｔ％の範囲内に限定した理
由は、０．３肌ｔ％以下では強度の向上、耐熱性の向上
等の効果が少なく、また１．３仇れ％を超えた含有量で
は、鉄の初晶が強度に悪影響を及ぼすようになり、さら
に導電率を低下するからである。つぎに、珪素の含有量
をｏ．ｏ５〜１．０肌ｔ％の範囲内に限定した理由は、
０．０５ｗｔ％以下では熱処理効果が小さく、強度の向
上効果が期待できず、また１．０肌ｔ％を超えた含有量
では、導電率を低下するからである。つぎに、この発明
のニッケル−鉄−珪素ージルコニウムーアルミニウム合
金について説明すると、このアルミニウム合金は、耐熱
性を向上し、かつ機械的強度を向上す・るために、前記
のニッケル一鉄−珪素−アルミニウム合金に０．０１〜
１．０仇ｖｔ％のジルコニウムをさらに添加した合金で
ある。

ここで、ジルコニウムの含有量をｏ．ｏｌ〜１．０肌ｔ
％の範囲内に限定した理由は、０．０１ｗｔ％以下では
耐熱性および機械的強度の向上の効果が少なく、また１
．０岬ｔ％を超えた含有量では、導電率を低下するから
である。ところで、所定の成分含有率の溶融物を調製し
た合金の以後の製造方法を説明すると、合金の溶融物を
調整した場合、連続鋳造機によって連続的に鋳造して、
連続の錆塊にすることが望ましい。

そして、その直後に圧延機によって熱間加工を旋し、連
続のアルミニウム合金の荒引線を形成する。そこで、連
続の荒引線を連続鋳造および圧延操作で製造する例を以
下に示す。

他の方法によっても良好な結果を得ることができるが、
連続操作の方がさらに良好な結果を得ることができる。
他の方法としては、通常の押出法、あるいは液圧押出法
で、直接荒引線や線を製造する方法、アルミニウム合金
粉末を凝結して直接荒引線や線を得る方法、溶融アルミ
ニウム合金から直接荒引線や線を鋳造する方法、および
通常のアルミニウム合金ビレットを鋳造して、熱間加工
によって荒引線を製造し、ついで中間焼鈍を施しつつ引
抜きによって線製造する方法などがある。連続鋳造およ
び圧延操作 アルミニウム合金溶融物を固化して鋳造棒を作る連続鋳
造機を用いる。

鋳造した鋳造榛は、固化した状態のまま連続鋳造機から
圧延機に送られる。圧延機は、多数の圧延軸に沿って鋳
造綾の金属を移動させて、鋳造榛に熱間加工を加え、荒
引線その他の熱間加工製品を製造する機械である。連続
鋳造機は、たとえば周囲に鋳造溝を設けた鋳造輪を有す
る通常の形式のものでよく、鋳造溝は鋳造論とアイドル
ローラーに張談した無端ベルトにより部分的に閉止され
ている。鋳造輪および濠端ベルトは連動し、片側に溶融
金属を注入して固化し、他端から鏡塊を取り出すように
なっている。また、圧延機は通常の型式で、鋳造榛に一
連の変形を加えて熱間加工を施すように配置した多数の
ロールスタンドからなっている。

連続鋳造機および圧延機の関係位置は、鋳造綾が固化す
ると直ちに固化した状態のまま圧延機に送り込まれるよ
うに配置されている。この状態では、鋳造棒は熱間加工
温度になっており、連続鋳造機と圧延機との中間で加熱
する必要はない。通常の熱間加工温度に鋳造棒を厳密に
調整したい場合には、この発明の範囲内で、連続鋳造機
と圧延機との間に鋳造棒の温度を調節する装置ご入れる
ことがさる。各〇ールスタンドは、鋳造棒に係合する複
数のロールを有する。各ロールスタンドのロールは、２
個以上で互に対向してあるか、あるいは圧延パスの中心
線のまわりに等間隔に配置されている。圧延機の各ロー
ルスタンドのロールは、１台あるいはそれ以上のモータ
などの動力源によって、所定の速度で回転され、また鋳
造輪は運転状態によって定まる速度で回転される。圧延
機は、鋳造榛を熱間加工し、圧延機に入る鋳造榛の断面
積よりも遥かに断面積の小さい荒引線を形成する。圧延
機の各隣接するロールスタンドのロールの外周面は、順
次異なった形状をしている。すなわち、鋳造棒は、一連
のロールスタンドの順次異なる外周形状のロールに、異
なる方向から係合される。このように、表面形状の異な
るロールの各〇ールスタンドに鋳造榛を孫合させること
によって、鋳造棒を鍛練し、各ロールスタンドで加工を
加え、同時に断面形状を変化させ、その断面積を減少さ
せて荒引線に加工する。各ロールスタンドに鋳造榛を挿
入する場合、ロールスタンドのロールが鋳造綾金属に有
効な加工を施すように、ロールの間に区画された空隙を
満たすに足るだけの量の鋳造樺が単位時間当りに送られ
ることが望ましい。

しかし、また各ロールスタンドのロールに区画された空
隙がオーバーフィルになり、ロールギャップに鋳造榛が
はみ出すのは望ましくない。したがって、鋳造綾は、各
ロールスタンドのロールに区画された空隙を充分に満た
すが、オーバーフィルにならない程度の単位時間当りの
量で供給することが望ましい。鋳造棒が連続鋳造機から
出て釆るときには、鋳造綾は通常無端ベルトの面に対応
する平坦な面と、鋳造論の溝に対応する内側に斜復した
側面とを有している。

鋳造棒をロールスタンドのロールで圧縮すると、鋳造榛
は変形して、接触している各ロールの外周面形状によっ
て定まる断面形状を有するようになる。したがって、こ
の装置によれば、溶融したアルミニウム合金を同時に鋳
造し、鋳造棒を熱間加工し圧延することによって、各種
の異なる長さのアルミニウム合金の荒引線を製造するこ
とができる。

この連続荒引線は、ＩＡＣＳ（国際競なまし鋼規格）の
５７％の最小導電率を有しており、導電性材料として用
いたり、あるいはさらに引抜きを施して、断面積を小さ
くし、電線を製造することができる。各種の太さの線を
製造するには、鋳造および圧延操作で製造した連続荒引
線に引抜きを施す。

焼なまししてない荒引線、すなわち圧延されたままのｆ
テンパー線材を徐々に細くなる一連のダイスを適して中
間焼鈍を施ささず袷間引抜きを行ない、所望の径の連続
した線を製造する。蛾鈍を施こしてない荒引線の引抜き
中に、中間燐鈍を行なわない方が、物理的性質の良好な
線を得ることができることを見出した。物理的性質が多
少低下してもよい場合には、事前または中間焼錨を行な
って加工してもよい。硬引線の導電率は、少なくとも５
７％ＩＡＣＳの価を有する。さらに良好な導電率や延伸
率を得たい場合には、所望の寸法の線を形成し、冷却し
た後に暁鈍または部分鱗錨を施こせばよい。完全嬢錨を
施した線材、すなわち軟線は、少なくとも５８％ＩＡＣ
Ｓの導軍率を有する。

引抜きを施こし、場合によっては暁錨を施した合金線は
、この発明の指定する良好な抗張力、降伏強度、熱安定
性、最大延伸率、延性および疲労強度を有する。競錨操
作は、連続炉による抵抗競鎚、誘導燐鈍、対流暁銘、幅
射焼錨などの連続式でもよく、またバッチ炉によるバッ
チ式にする方がよいこともある。連続的に蛾鈍を施す場
合には、温度は約２３０ｑｏ〜６５０ｑｏ（約４５００
Ｆ〜１２０００Ｆ）、時間は約５分〜１／１００００分
の範囲にする。しかし、通常は連続燐鈍操作の温度条件
は、所望の物理的性質が得られる限り、装置の運転条件
に合わせる。バッチ競錨では、温度は約２００午０〜４
００００（約４０００Ｆ〜７５０Ｔ）で、時間は約３０
分から２岬時間の範囲が用いられる。連続齢雛と同様バ
ッチ齢鈍の時間と温度も所望の物理的性質が得られる限
り、運転条件に合わせて定めれば良い。たとえば、この
発明のアルミニウム合金よりなる１拍電線（米国電線規
格、直径２．６帆）の完全競鈍した線材、すなわち軟線
の性質は、つぎのとおりである。

つぎに、この発明の実施例を示す。

実施例 １ 不純物０．１肌ｔ％以下の溶融アルミニウム１８１６夕
に所定量の合金成分を添力ｏし、合金溶融物を調製した
。

その組成は、重量で以下のとおりであった。ニッケル
０．２４％鉄
０．４１％珪素
０．２４％アルミニウム
残余合金成分で炭素化合物を生成するものは、酸
化アルミニウムのルッボを用い、その他はグラフアィト
のルッポを用いた。

基金属のアルミニウム中に合金成分がよく溶解するよう
に、溶融物は充分な温度で充分な時間保持された。アル
ゴン雰囲気で溶融物を覆い酸化を防止した。溶融物は、
連続鋳造機で連続鋳造し、その後直ちに圧延機で熱間圧
延し、９．５柳（３／８インチ）の荒引線を調製した。
つぎに、圧延した硬荒引線を引抜き、３４３℃（６５０
０Ｆ）で５時間燐鈍を施し、軟線を調整した。この線の
最終の直径は、２．６肌（０．１０２インチ）、すなわ
ち米国電線規格の１抗爵線であった。この線の物理的特
性は、以下のとおりであった。最大抗張力
１４．２０のｓｉ（９職．４ｋ９／嫌）最大延
伸率 ２３．７％導電率
６１．９０％ＩＡＣＳ実施例 ２実施例
１と同様にして、他の合金溶融物を調整した。

その組成は、重量で以下のとおりであった。ニッケル
０．２５％鉄
０．８５％珪素
０．８２％アルミニウム 残
余この溶融物から１伍番線（直径２．６肋）の軟線を調
製した。

この線の物理的特性は、以下のとおりであった。最大抗
張力 １６．８０肋ｓｉ（１１８１
．２ｋ９／地）穣大延伸率 ３０
．０％導電率 ６０．１０％ＩＡ
ＣＳ実施例 ３実施例１と同様にして、他の合金溶融物
を調製した。

その組成は、重量で以下のとおりであった。ニッケル
０．３０％鉄
０．９０％珪素
０．４０％アルミニウム
残余この溶融物から１疎蟹線（直径２．６側）の軟
線を調整した。

この線の物理的特性は、以下のとおりであった。最大抗
張力 １８２０蛇ｓｉ（１２７９．
６ｋ９／仇）最大延伸率 ２５．
２％導電率 ５９．１０％ＩＡＣ
Ｓ実施例 ４実施例１と同様にして、他の合金溶融物を
調製した。

その組成は、重量で以下のとおりであった。ニッケル
０．４０％鉄
１．１０％珪素
０．２０％アルミニウム
残余この溶融物から１抗蚤線（直径２．６柳）の軟線を
調製した。

この線の物理的特性は、以下のとおりであった。最大抗
張力 １７９０のｓｉ（１２５８．
５ｋ９／地）最大延伸率 ２６．
１％導電率 ５９．９７％実
施例 ５実施例１と同様にして、他の合金溶融物を調製
した。

その組成は、重量で以下のとおりであった。ニッケル
０．３０％鉄
１．００％珪素
０．８０％アルミニウム 残
余この溶融物から１抗電線（直径２．６帆）の軟線を調
製した。

その線の物理的特性は、以下のとおりであった。最大抗
張力 １７８５のＳｉ（１２５５ｋ
９／仇）最大延伸率 ２３．６％
導電率 ５９．８０％ＩＡＣＳ実
施例 ６ ，実施例１
と同様にして、他の合金溶融物を調製した。

その組成は、重量で以下のとおりであった。ニッケル
０．２８％鉄
０．７８％珪素
０．１６％ジルコニウム
０．３０％アルミニウム
残余この溶融物から１巧電線（直径２．６肋）の軟線
を調製した。

この線の物理的特性は、以下のとおりであった。最大抗
張力 ２１５０ゆｓｉ（１５１１６
ｋ９／地）最大延伸率 １８．
０％導電率 ５９．６０％ＩＡＣ
Ｓ実施例 ７実施例１と同様にして、他の合金溶融物を
調製した。

その組成は、重量で以下のとおりであった。ニッケル
０．斑％鉄
０．鮒％珪素
０．０７８％ジルコニウム
０．８０％アルミニウム 残余
この溶融物から１戊電線（直径２．６凧）の軟線を調製
した。

この線の物理的特性は、以下のとおりであった。最大抗
張力 ２０９０ゆｓｉ（１４６９．
４ｋ９／ご）最大延伸率 １８４
％導電率 蛾７０％ＩＡＣＳこの
発明のアルミニウム合金の試験および分析を行なった結
果、この発明のアルミニウム合金は、冷間加工の後に、
金属間化合物析出物を含有していることを見出した。

また、その化合物の内、１、つはアルミニウムニッケル
金属間化合物（ＮｉＡそ３）であり、他はアルミニウム
鉄間化合物（ＦｅＡそ３）であることを確認した。ニッ
ケルの金属間化合物は、非常に安定であり、とくに高温
においても安定であることを見出した。このニッケル化
合物は、合金製品の燐鈍の間に合体する煩向は少なく、
通常はアルミニウム基体とは分離状態にある。この合金
強化作用の機構は、ニッケルの金属間化合物がアルミニ
ウム基体に広くゆきわたって析出物として分散している
ことに、一部起因している。析出物は、この合金からつ
くられた線の冷間加工中に発生するディスロケーション
（ｄｉｓｌＭａｔｉｏｎ）の生長を阻止し、それをくぎ
付けして抗張力を高める働きをする。袷間引抜線の析出
ニッケル金属間化合物を調べ、この析出粒子は引抜きの
方向に向いていることを見出した。さらに、この析出粒
子は、綾状、板状あるいは球状のいずれでも存在し得る
ことが分った。溶融物の成分および合金成分の含有量に
よってはその他の金属間化合物も形成され得る。これら
の金属間化合物としてはつぎのものがある。Ｎｉ２Ａ〆
３ ，Ｆｅ２Ａそ５ ，Ｚｒ３Ａそ，Ｚｒ２Ａ〆．Ａそ
３Ｎｉ２，Ａそ３Ｆｅ５，Ｆｅ３ＮｉＡそ，。，ＦｅＮ
ｉＡ〆３アルミニウム鉄金属間化合物もまた線の冷間加
工中デイスロケーション？ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）の
生長を阻止してくぎ付けする。冷間引抜線中の鉄の金属
間化合物の析出物を試験した結果、この析出物は合金全
体に均一に分布しており、その粒度は１ミクロン以下で
あった。もし、中間燐鈍を施さずに線を引き抜いた場合
には、鉄の金属化合物の粒径は、２０００オングストロ
ーム以下である。通常行なわれて来た抗張力、延伸率、
導電率のテストで示されない高導電性アルミニウム合金
線材の特性の１つは、線の温度の上昇、降下、変動の結
果、どのようにその特性が変化するかということである
。線および撚り線の最高実用温度は、これらの温度特性
に影響されることは明らかである。各種の絶縁工程は、
高温硬化を必要とするので、製造上の観点からも重要な
意味をもつ。この発明のアルミニウム合金線は、従来の
アルミニウム合金線にまさる熱安定性を有することが分
った。以下にこの発明の説明中で使用した用語を説明し
、その意義を明らかにする。

「アルミニウム合金荒引線」−断面に比較して長さの長
い固体製品。

通常９．５〜７６．２帆（０．３７５〜３インチ）の径
を有する。「アルミニウム合金線」−断面に比較して長
さの長い固体の製品で、断面は鋭いあるいは丸めた角部
を有する正方形、矩形、あるいは円形、正六角形または
正八角形であり、その直径または平行面間の垂直最大距
離は、９．５〜０．０８肌（０．３７５〜０．００３１
インチ）である。

以上に、この発明の特定の実施例について説明したが「
この発明の範囲で、各種の変更を加えることは可能で
ある。

実施態様 特許請求の範囲に記載の導電性アルミニウム合金にして
、粒度２０００オングストローム以下のアルミニウム鉄
粒子を含有することを特徴とする導電性アルミニウム合
金。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ０．２０〜０．４０ｗｔ％のニツケル、０．３０〜
   １．３０ｗｔ％の鉄、０．０５〜１．００ｗｔ％の珪素
   および０．０１〜１．００ｗｔ％のジルコニウムを含有
   し、残余が痕跡量の通常の不純物を含むアルミニウムよ
   りなり、軟線に処理したときは最低５８％ＩＡＣＳの導
   電率を有する導電性アルミニウム合金。