CN102471837A - 电线或电缆 - Google Patents

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Abstract

提供一种用作为配线材料具有满意水平的导电率和拉伸强度而且具有优异拉丝可加工性的铝合金材料，以及使用该铝合金材料的电线或电缆。该电线或电缆包括包含铝合金的铝合金线，其中该铝合金包含不少于0.1质量％并且少于1.0质量％的Fe，0至0.08质量％的Zr，0.02至2.8质量％的Si，以及0.05至0.63质量％的Cu与0.04至0.45质量％的Mg中的至少一者，并且剩余物是铝和不可避免的杂质。

Description

电线或电缆
技术领域
本发明涉及一种用于导线的铝合金，使用该铝合金的铝合金股线，以及使用该股线的电线或电缆。
背景技术
铜已经主要用作为在汽车的线束中所使用的电线(即，导线)的导体材料，但是从减轻导体重量的需求来看，铝也已经引起了注意。尽管铜作为所述材料在拉伸强度和导电率方面是优异的，但是具有重量大(即，密度大)的问题。另一方面，铝重量轻但是存在强度不足的问题。
作为用于导线的铝合金材料，专利文献1中已经公开了一种铝合金配线材料，其中将铁(Fe)、锆(Zr)和其他元素混合到由具有99.95％以上的纯度的高纯铝形成的母材中；专利文献2中已经公开了一种铝合金配线材料，其中在由具有99.95％以上的纯度的高纯铝形成的母材中含有铜(Cu)和/或镁(Mg)和Zr和/或硅(Si)；在专利文献3和4中已经公开了分别包含规定量的Fe、Mg和Si的铝合金配线材料；并且专利文献5中公开了一种含有规定量的钛(Ti)等的铝合金配线材料。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2008-38207
专利文献2：JP-A-2006-176832
专利文献3：JP-A-2006-19163
专利文献4：JP-A-2004-134212
专利文献5：JP-A-2003-13162
发明内容
技术问题
要成为导体的股线通常是通过铸造并滚轧合金材料以形成盘条而后对该盘条重复热处理(即，退火)和拉丝。
例如，在上述专利文献1至4中所述的铝合金的情况下，可以使电线变细直到成为期望的粗度，同时通过在拉丝加工和拉丝加工之间进行热处理来防止电线断裂。然而，以分批或其他方式进行多次热处理步骤就时间以及成本两方面来说都不是优选的。
另一方面，在上述专利文献5中，在拉丝之前热处理之后进行连续的拉丝。然而，当在拉丝之前进行热处理时，由于接下来的拉丝导致的硬化，电线易于变硬，从而存在导电率和延展性降低的问题。此外，存在由于加入了规定量的Ti而使电线的导电率显著降低的担心。
因此，本发明的目的是提供一种具有足够的导电率和拉伸强度并且拉丝特性优异的铝合金材料来作为配线材料，以及一种使用该铝合金材料的导线或电缆。
解决问题的手段
本发明的第一方面提供一种包括由铝合金形成的铝合金股线的电线或电缆，该铝合金包含：
Fe：0.1质量％以上至小于1.0质量％；
Zr：0至0.08质量％；
Si：0.02至2.8质量％；
Cu：0.05至0.63质量％与Mg：0.04至0.45质量％的至少其中一种；并且
剩余物是铝和不可避免的杂质。
本发明的第二方面提供一种用于导线的铝合金，包含：
Fe：0.1质量％以上至小于1.0质量％；
Zr：0至0.08质量％；
Si：0.02至2.8质量％；
Cu：0.05至0.63质量％与Mg：0.04至0.45质量％的至少其中一种；并且
剩余物是铝和不可避免的杂质。
本发明的第三方面提供一种用于制造铝合金股线的方法，该方法包括步骤：
(1)利用权利要求4所限定的用于导线的铝合金来形成盘条；
(2)将所述盘条拉丝，直到成为期望的最终线径；以及
(3)将已被拉丝的盘条连续退火或分批退火。
发明的有益效果
根据本发明的用于导线的铝合金具有能够提供用于电线或电缆的导体所需的导电率和拉伸强度的组分，以及拉丝特性优异并且能够将盘条拉丝直到成为股线的最终线径而不在期间退火(热处理)的组分。因此，通过利用铝合金，变得可以通过在拉丝之后连续退火或分批退火来制造铝合金股线，并且省去了在拉丝之前和拉丝期间要进行的热处理。从而，能够实现成本降低和生产率提高。
根据本发明的电线或电缆包括导电率、拉伸强度以及延展特性优异的铝合金股线，同时股线是轻量化的。
具体实施方式
本发明中使用的铝合金含有添加到要成为母材的铝基底金属的规定元素。
作为铝基底金属，优选使用具有99.7质量％以上的纯度的纯铝。即，在JIS H 2012中所定义的纯铝基底金属之中，能够优选使用那些具有第一类铝基底金属以上的纯度的那些纯铝基底金属。具体地，可以提及具有99.7质量％以上的纯度的第一类铝基底金属、具有99.85质量％以上的纯度的特二类铝基底金属、具有99.90质量％以上的纯度的特一类铝基底金属。从而，在本发明中，一个特征是，不仅能够使用例如特一类和特二类铝基底金属这样的昂贵的高纯铝基底金属，而且能够使用价钱合理的具有99.7质量％的纯度的铝基底金属。
由纯铝形成的母材(即，铝基材)中所要添加的元素是铁(Fe)、锆(Zr)、硅(Si)以及铜(Cu)和/或镁(Mg)。
Fe是具有低固溶度极限并且能够利用析出强化作为主要强化机构来提高强度而不降低导电率的元素。为了优选获得该效果，铝合金中所含有的Fe的量为0.1质量％以上至小于1.0质量％，优选0.4至0.9质量％。在这点上，在说明书中“a至b质量％”的表述的情况下，意思是a质量％以上至b质量％以下。
Zr是对于提高耐热性有效的元素，并且是能够通过析出强化来提高强度的元素。为了优选获得该效果，铝合金中所含有的Zr的量为0至0.08质量％，优选0至0.05质量％。此外，实际上，该量可以是0.02至0.08质量％。
Si是对于提高强度有效的元素。为了优选获得该效果，铝合金中所含有的Si的量为0.02至2.8质量％，优选0.02至1.8质量％，更优选0.02至0.25质量％。
Cu和Mg是能够通过析出强化来提高强度的元素。为了优选获得该效果，铝合金中所含有的Cu的量为0.05至0.63质量％，优选0.2至0.5质量％。此外，实际上，该量可以是0.06至0.49质量％。铝合金中所含有的Mg的量为0.03至0.45质量％，优选0.04至0.45质量％，更优选0.15至0.3质量％。此外，实际上，该量可以是0.03至0.36质量％。在含有Cu和Mg二者的情况下，这两种金属在铝合金中的总量优选为0.04至0.6质量％，更优选0.1至0.4质量％。
各元素的含量包括作为木材的基底金属本身所含有的Si、Fe、Cu和Mg的各个量，而不一定是指添加的量。
由于当以超过上述范围的多量包含所述各元素时，各元素使铝合金的导电率降低，所以这些情况不是优选的。具体地，为了实现汽车的电线所需的58％IACS的导电率，所包含的Zr、Si、Cu和Mg的范围分别是0.08质量％以下、2.8质量％以下、0.63质量％以下以及0.45质量％以下。
作为铝合金中可能包含的不可避免的杂质，可以提到锌(Zn)、镍(Ni)、锰(Mn)、铷(Pb)、铬(Cr)、钛(Ti)、锡(Sn)、钒(V)、镓(Ga)、硼(B)、钠(Na)等。在不抑制本发明的效果并且本发明的铝合金的特性不受特别影响的范围内不可避免的含有这些杂质，并且这里所提到的不可避免的杂质中也包含要使用的纯铝基底金属中先前所含有的元素。
在合金中，所述不可避免的杂质的量优选为总计0.07％以下、更优选0.05％以下。
在将规定的元素添加到铝基底金属之后，能够根据通常的制造方法来铸造铝合金。
根据本发明的电线或电缆包括由上述的用于导线的铝合金所形成的股线。这里，包括铝合金股线是指包括这样一种股线，该股线是作为通过将多根股线(3至1500根，例如，11根)绞合在一起而形成的绞合线(即，绞合线导体)的单线，并且通常，以绞合线(也称为芯线)的形式包含该股线。
电线是被覆电线，其中作为裸线的绞合线被任意绝缘树脂层覆盖，并且通过捆束多根所述电线而形成单根屏蔽线所获得的线是电缆或线束。
即，根据本发明的电线或电缆是足够的，其具有包含了由上述铝合金形成的股线的导体(即，绞合线)以及设置在该导体的外周上的覆盖层。其他具体构造和形状以及制造方法不受特别限制。
构成了所述导体的铝合金股线的形状等也不受特别限制，但是在股线是例如圆导线并且用于汽车的电线的情况下，直径(即，最终线径)优选是大约0.07至1.5mm，更优选是大约0.14至0.5mm。
关于所述覆盖层所使用的树脂的种类，能够任意使用例如交联聚乙烯、聚丙烯等的烯烃树脂以及氯乙烯这样的已知绝缘树脂，并且适当地确定覆盖厚度。
所述电线或电缆能够用于各种用途，例如电气或电子元件、机械部件、汽车部件以及建筑材料。其中，可以将所述电线或电缆优选用作为汽车的电线或电缆。
构成所述电线或电缆的导体的铝合金股线是通过根据通常的制造方法制造盘条并将其拉丝而制成的。在拉丝时，可以恰当地进行热处理(退火)，但是在热处理之前，股线优选是被拉丝直到成为最终线径的铝合金股线。通过进行拉丝而不在拉丝之前以及拉丝当中进行热处理，抑制了加工硬化，而且通过在拉丝之后进行退火，还能够提高例如导电率和延展性的特性。
因此，作为铝合金股线的优选制造方法，可以提及根据本发明的包括下列步骤的制造方法。即，所述各步骤是：(1)利用上述用于导线的铝合金来形成盘条的步骤(滚轧步骤)，(2)将所得的盘条拉丝直到成为最终线径的步骤(缩径加工步骤)，以及(3)将已被拉丝的盘条连续退火或者分批退火的步骤。这里，拉丝的步骤(2)是指缩径加工并且不包括热处理的步骤。因此，在不热处理的情况下进行步骤(2)中的拉丝。
从而，根据本发明的制造方法，当所述方法被描述为涉及合金的铸造步骤时，能够按照铸造、滚轧、拉丝和热处理的步骤的流程来制造股线。因此，与铸造、滚轧、拉丝、热处理、拉丝、和热处理的步骤相比，本发明涉及一种就时间和成本两方面而言都显著高效的制造方法。
能够通过已知的方法来进行各个步骤，并且除了上述(1)至(3)之外，还可以包含用于股线制造的其他步骤，例如削面步骤(facingstep)。
在上述(1)中对盘条的上述加工可以通过连续的铸造滚轧法、挤压法等来进行。滚轧可以是热滚轧或冷滚轧的其中任意一种。
利用干拉丝机或湿拉丝机来进行上述(2)中的拉丝，并且其条件不受特别限制。
由于上述用于导线的铝合金在拉丝特性方面是优异的，所以例如，可以在不热处理的情况下将具有9.5mm直径的盘条拉丝，直到成为大约0.3mm的最终直径。
在上述(3)的退火步骤中，能够利用连续退火炉来进行连续退火，并且例如，能够以规定的速度搬运铝线而通过加热炉，并且在规定的区域被加热来进行退火。作为加热装置，可以提及高频加热炉等。而且，还可以适当地使用分批退火。搬运速度、退火时间、退火温度等不受特别限制，并且在退火后的冷却条件也不受特别限制。
如上所述，在本发明中，可以利用具有上述组分的铝合金在热处理之前进行拉丝，并且之后进行退火。通过在拉丝后进行热处理，能够提高股线的导电率和延展特性，但是在另一方面，由于通过拉丝而硬化的合金要被软化，所以该处理导致了强度(拉伸强度)的降低。然而，上述铝合金具有即使当强度降低时也能满足包含强度在内的各种需要的特性的组分，从而能够得到一种具有作为铝的特征的轻量化、保持了良好的导电率并且具有良好的延展率和足够的拉伸强度的铝合金股线。
关于所述铝合金股线的特性，优选：拉伸强度是80MPa以上，导电率是58％IACS以上，并且延展率是10％以上。拉伸强度优选是80至150MPa，更优选110至130MPa。延展率优选是10至30％，更优选15至20％。导电率是纯铝的64％IACS以下。此外，关于拉丝特性，在从1吨的盘条制造股线时，作为大致的标准，优选发生5次以下/吨的断线。
实例
下面将参照实例来详细说明本发明，但是本发明不局限于此。
<实例和比较例>
使用JIS H 2102的第一类铝基底金属，向其加入规定量的Fe、Zr、Si和Cu或Mg，以得到具有表1所示的成分组成每种铝合金。通过通常的方法使所述每种铝合金熔融，并且通过连续铸造滚轧法将其加工成具有9.5mm直径的盘条。
然而，利用连续拉丝机将盘条拉丝，以得到具有0.32mm直径的线材(细线)。使该线材经受连续退火而制造铝合金股线。
对于所得的具有0.32mm的线径的铝合金股线，根据JIS C 3002来评价下列特性。关于导电率，利用四端子法在保持于20℃(±0.5℃)的恒温池内测量其电阻率，并且计算出导电率。端子之间的距离是1000mm。以50mm/分钟的拉伸速率来测量拉伸强度和延展率。
此外，当评价拉丝特性时，在由1吨的盘条制造股线的情况下，对断线的次数计数，并且如下来评价断线特性：将5次/吨以下的情况标注为“良好”，并将6至9次/吨的情况标注为“中等”，而将10次/吨以上的情况标注为“不良”。
所得结果如表1所示。
[表1]
各实例的铝合金股线在导电率、拉伸强度、延展特性以及拉丝特性的所有方面是优异的。从而，确认了能够优选将它们用作为汽车的电线或电缆。
另一方面，比较例的铝合金股线不能实现期望的导电率。此外发现：相比于各实例，延展特性是低的。此外，由于比较例的铝合金股线在拉丝特性上差，所以在制造过程期间发生了10次/吨以上的断线。
本申请基于2009年7月6日提交的日本专利申请No.2009-159549，其内容通过引用结合于此。
工业实用性
由于本发明的电线或电缆包含尽管股线重量轻但是导电率、拉伸强度和延展特性优异的铝合金股线，所以能够特别地适当用于汽车的线束。

Claims (5)

1.一种包括由铝合金形成的铝合金股线的电线或电缆，所述铝合金包含：
Fe：0.1质量％以上至小于1.0质量％；
Zr：0至0.08质量％；
Si：0.02至2.8质量％；
Cu：0.05至0.63质量％与Mg：0.04至0.45质量％的至少其中一种；并且
剩余物是铝和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的电线或电缆，其中，通过在没有热处理的情况下将盘条拉丝直到成为最终线径来获得所述铝合金股线。
3.根据权利要求1或2所述的电线或电缆，其中，所述铝合金股线具有80MPa以上的拉伸强度、58％IACS以上的导电率以及10％以上的延展率。
4.一种用于导线的铝合金，包含：
Fe：0.1质量％以上至小于1.0质量％；
Zr：0至0.08质量％；
Si：0.02至2.8质量％；
Cu：0.05至0.63质量％与Mg：0.04至0.45质量％的至少其中一种；并且
剩余物是铝和不可避免的杂质。
5.一种用于制造铝合金股线的方法，该方法包括步骤：
(1)利用权利要求4所限定的用于导线的铝合金来形成盘条；
(2)将所述盘条拉丝，直到成为期望的最终线径；以及
(3)将已被拉丝的盘条连续退火或分批退火。
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