CN103052729A - 铝合金导体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题为提供一种铝合金导体，其显示出充分的拉伸强度、柔软性、导电率，并显示出较高的耐挠曲疲劳特性、耐应力松弛特性，而且加工性优异。用于解决上述课题的铝合金导体为以下铝合金导体。一种铝合金导体，该铝合金导体含有0.01质量%～0.4质量%的Fe、0.1质量%～0.5质量%的Cu、0.04质量%～0.3质量%的Mg、0.02质量%～0.3质量%的Si、进一步合计含有0.001质量%～0.01质量%的Ti和V，其余由Al和不可避免的杂质构成，垂直于拉丝方向的截面上的结晶粒径为1μm～20μm，具有10nm～200nm的尺寸的第2相的分布密度为1～102个/μm2。

Description

铝合金导体及其制造方法
技术领域
本发明涉及用作电配线体的导体的铝合金导体及其制造方法。
背景技术
以往，使用被称作线束(wire harness)的部件作为汽车、电车、飞行器等移动体的电配线体，这种部件在含有铜或铜合金导体的电线上安装有铜或铜合金(例如黄铜)制的端子(连接器)，但近年来，在移动体的轻量化中，正在进行使用比铜或铜合金更轻量的铝或铝合金作为电配线体的导体的研究。
铝的比重约为铜的1/3，铝的导电率约为铜的2/3(以纯铜作为100%IACS的基准的情况下，纯铝约为66%IACS)，为了在纯铝的导体线材中流通与纯铜的导体线材相同的电流，需要使纯铝导体线材的截面积为纯铜导体线材的约1.5倍，但即使这样，仍然具有重量约为铜的一半这样的优势。
需要说明的是，上述的%IACS表示以国际标准软铜(International AnnealedCopper Standard)的电阻率1.7241×10-8Ωm作为100%IACS时的导电率。
为了将该铝用作移动体的电配线体的导体，存在着几个课题。其中一个课题为提高耐挠曲疲劳特性。其原因是安装于门等的线束因门的开关而反复承受弯曲应力。对于铝等金属材料来说，若如门的开关那样反复对其施加、解除负荷，即使是在一次的负荷下不会发生断裂的这样的低负荷，也会在某一反复次数下发生断裂(疲劳破坏)。若所述铝导体用于开关部时，耐挠曲疲劳特性差，则在其使用中可能发生导体断裂，缺乏耐久性、可靠性。
一般来说，强度越高的材料，疲劳特性越好。因此，只要采用强度高的铝线材即可，但要求线束在进行其设置时要易于进行处理(车体上的安装作业)，因此一般来说大多使用能够确保10%以上的伸长率的韧材(退火材)。
第二个课题为改善耐应力松弛特性。一般来说，在金属材料中有时会产生作用于材料的应力减少的应力松弛现象。如果在铝导体与端子的连接部处，铝导体产生应力松弛现象，则连接部处的接触压力降低，导致无法确保电连接。越是高温越容易产生应力松弛现象，举出汽车作为移动体的例子的情况下，人和行李所载乘的驾驶室(キヤビン)部分约为80℃，在发动机室(エンジンル一ム)和驱动用发动机的部分，若考虑它们的发热，则局部可达约120℃，因而是容易产生应力松弛现象的环境，是非常严重的问题。
第三个课题为提高加工性。铜和铝的线材可以使用各种各样的方法制造得到。一般来说，可以通过对铜和铝的铸造体进行塑性加工来得到线材，但是在塑性加工中要求具有不发生断线等问题的优异加工性。所述铝导体的加工性差时，在塑性加工中发生断线，无法提高其生产性，不仅如此，在作为电配线体使用时有可能发生导体断裂，存在着耐久性、信赖性欠缺这样的问题。
由此，对于移动体的电配线体所使用的铝导体，除在处理和安装时所需的强度和柔软性、为流通较多的电流所需的导电率之外，还要求该材料的耐挠曲疲劳特性、耐应力松弛特性和加工性优异。
对于具有如此要求的用途，以输电线用铝合金线材(JIS A1060和JIS A1070)为代表的纯铝系无法充分满足所要求的特性。另外，加入了各种各样的添加元素从而合金化的材料虽然在强度方面优异，但存在下述情况：因向铝中所添加的元素的固溶现象而招致导电率的下降；因在铝中形成过剩的金属间化合物而在拉丝加工中发生金属间化合物所致的断线。为此，需要对添加元素进行限定、选择以防止导电率下降，提高强度、耐挠曲疲劳特性和耐应力松弛特性，并且必须不发生断线。
作为用于移动体的电配线体的铝导体，代表性的有专利文献1～3所述的铝导体。但是，专利文献1所记载的电线导体，其拉伸强度过高，难以进行车体上的安装作业。对于专利文献2中具体记载的铝导线，其没有进行过最终退火。而对于车体上的安装作业来说期望为柔软性高的材料。专利文献3中公开了轻量、柔软且耐挠曲疲劳特性优异的铝导线，但是期望其特性进一步提高。需要说明的是，在专利文献3所记载的发明的合金中，Si是不可避免的杂质而并非积极添加的合金成分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-112620号公报
专利文献2：日本特开2006-19163号公报
专利文献3：日本特开2006-253109号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的课题为提供一种铝合金导体，其具有充分的拉伸强度、柔软性、导电率，并显示出较高的耐挠曲疲劳特性和耐应力松弛特性，而且加工性优异。
用于解决问题的手段
本发明人反复进行了各种各样的研究，发现通过对铝合金的组成及制造条件进行控制从而可以对结晶粒径及第2相的分散密度进行控制，可以制造出显示较高的耐挠曲疲劳特性和耐应力松弛特性、加工性优异且具备充分的强度、柔软性及导电率的铝合金导体，从而基于该见解完成了本发明。
即，本发明提供以下的解决手段。
(1)一种铝合金导体，该铝合金导体含有0.01质量%～0.4质量%的Fe、0.1质量%～0.5质量%的Cu、0.04质量%～0.3质量%的Mg、0.02质量%～0.3质量%的Si，进一步合计含有0.001质量%～0.01质量%的Ti与V，其余由Al和不可避免的杂质构成，其特征在于，垂直于拉丝方向的截面上的结晶粒径为1μm～20μm，具有10nm～200nm的尺寸的第2相的分布密度为1～102个/μm2。
(2)一种铝合金导体，该铝合金导体含有0.4质量%～1.2质量%的Fe，合计含有0.02质量%～0.5质量%的选自Cu、Mg及Si的1种以上的添加元素，进一步合计含有0.001质量%～0.01质量%的Ti与V，其余由Al和不可避免的杂质构成，其特征在于，垂直于拉丝方向的截面上的结晶粒径为1μm～20μm，具有10nm～200nm的尺寸的第2相的分布密度为1～102个/μm2。
(3)如(1)或(2)项所记载的铝合金导体，其特征在于，铝合金导体的铸造工序的冷却速度为1～20℃/秒，垂直于拉丝方向的截面上的结晶粒径为1μm～5μm。
(4)如(1)～(3)任一项所记载的铝合金导体，其特征在于，上述铝合金导体的拉伸强度为100MPa以上，导电率为55%IACS以上，并且拉伸断裂伸长率为10%以上。
(5)一种铝合金导体的制造方法，其是制造(1)～(4)任一项所述的铝合金导体的方法，所述制造方法的特征在于，其包含第1拉丝工序、中间退火程序、第2拉丝工序以及最终退火工序，在所述中间退火工序中，以温度300℃～450℃、时间10分钟～6小时的热处理条件对加工度1～6的导体进行热处理。
(6)如第(5)项所述的铝合金导体的制造方法，其特征在于，进一步以温度300℃～450℃、时间10分钟～6小时的热处理条件对第1拉丝工序前的棒材进行热处理。
(7)如(1)～(4)任一项所述的铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体可以用作电配线体。
(8)如(1)～(4)以及第(7)项的任一项所述的铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体可以用作移动体内的电池缆线、线束或发动机用导线，或者它们的端子材料。(9)如第(8)项所述的铝合金导体，其特征在于，所述移动体为汽车、电车或飞行器。
发明效果
本发明的铝合金导体的强度、柔软性和导电率优异，作为电配线体或移动体所搭载的电池缆线、线束或者发动机用导线是有用的。进一步，本发明的铝合金导体具有较高的耐挠曲疲劳特性和耐应力松弛特性，因而追求该特性的移动体用途自不必说，也可以合适地用在门或箱、发动机罩、发动机室内等。而且，本发明的铝合金导体的加工性优异，因此在塑性加工中难以产生断线等问题，能够使生产性提高。
对于本发明的上述及其它的特征和优点，适当参照附图，由下述记载而能够更加清楚。
附图说明
图1是实施例中所进行的对反复断裂次数进行测定的试验的说明图。
图2是后述的实施例No.5中的第1相(母相)以及第2相(照片中点状的影)的说明图(TEM照片)。对于标度来说，照片下方所示的白线的长度相当于250nm。
图3是在室温对拉伸试验后的试验片(后述的实施例No.5)进行拍照而得到的图。
具体实施方式
对于本发明的铝合金导体来说，通过对合金组成、结晶粒径以及第2相的分散密度进行限定，可以制造具备优异的耐挠曲疲劳特性、耐应力松弛特性、加工性、强度、柔软性以及导电率的铝合金导体。以下，就本发明优选的实施方式进行详细说明。
[第1实施方式]
(合金组成)
本发明优选的第1实施方式的成分构成为：含有0.01质量%～0.4质量%的Fe、0.1质量%～0.5质量%的Cu、0.04质量%～0.3质量%的Mg、0.02质量%～0.3质量%的Si，进一步合计含有0.001质量%～0.01质量%的Ti与V，其余由Al和不可避免的杂质构成。(本说明书中质量%也记为mass%)
·Fe
在本实施方式中，使Fe的含量为0.01质量%～0.4质量%主要是为了利用由Al-Fe系的金属间化合物产生的各种各样的效果。在655℃，仅有0.05质量%的Fe在铝中固溶，在室温下更少。剩余成分以Al-Fe、Al-Fe-Si、Al-Fe-Si–Mg、Al-Fe-Cu-Si等金属间化合物的形式结晶或析出。该结晶物或析出物作为结晶粒的微细化材而发挥作用，同时使强度以及耐挠曲疲劳特性提高。另一方面，强度也会因Fe的固溶而上升。在本实施方式中，若Fe的含量为其下限值以上，则上述的效果充分；若为其上限值以下，则不会成为过饱和固溶状态，导电率不会过度降低。Fe的含量优选为0.15质量%～0.3质量%，进一步优选为0.18质量%～0.25质量%。
·Cu
在本实施方式中，使Cu的含量为0.1质量%～0.5质量%是因为Cu在铝母材中固溶而对其进行强化。另外，还有助于耐蠕变性、耐挠曲疲劳特性、耐热性的提高。若Cu的含量为其下限值以上，则效果充分；若为其上限值以下，则不会导致耐蚀性以及导电率过度地降低。Cu的含量优选为0.20质量%～0.45质量%，进一步优选为0.25质量%～0.40质量%。
·Mg
在本实施方式中，使Mg的含量为0.04质量%～0.3质量%是因为Mg在铝母材中固溶从而对其进行强化，同时其中的一部分与Si形成析出物从而使强度、耐挠曲疲劳特性和耐热性提高。若Mg的含量为其上限值以上，则效果充分；若为其上限值以下，则不会使导电率过度降低。另外，若Mg的含量过多，则屈服强度过剩，使成型性、绞股性劣化，加工性变差。Mg的含量优选为0.15质量%～0.3质量%，进一步优选为0.2质量%～0.28质量%。
·Si
在本实施方式中，使Si的含量为0.02质量%～0.3质量%是因为Si在铝母材中固溶从而使其强化，同时其中的一部分与Fe或者Mg等形成析出物从而能够提高强度、耐挠曲疲劳特性以及耐应力松弛特性。Si的含量为其下限值以上，则效果充分；若为其上限值以下，则导电率不会过度降低。Si的含量优选为0.06质量%～0.25质量%，进一步优选为0.10质量%～0.25质量%。
·Ti，V
在本实施方式中，Ti和V均作为熔融铸造时的铸块的微细化材而发挥作用。若铸块的组织并未过分粗大化，则在线材加工工序中不会发生破裂，这在工业上是期望的。Ti和V的含量为其下限值以上，则效果充分；若为其上限值以下，则不会使导电率大幅降低，因而优选。Ti和V的总含量优选为0.002质量%～0.008质量%，进一步优选为0.003质量%～0.006质量%。
[第2实施方式]
(合金组成)
本发明优选的第2实施方式的成分构成为：含有0.4质量%～1.2质量%的Fe，合计含有0.02质量%～0.5质量%的选自Cu、Mg及Si的1种以上的添加元素，进一步合计含有0.001质量%～0.01质量%的Ti与V，其余由Al和不可避免的杂质构成。
·Fe
在本实施方式中，与第1实施方式同样，使Fe的含量为0.4质量%～1.2质量%主要是为了利用由Al-Fe系的金属间化合物产生的各种各样的效果。通过含有比第1实施方式更多的Fe，从而为使强度和耐挠曲疲劳特性大幅提高的设定。相应地，对于后述的Cu、Mg、Si，也在符合上述设定的范围对组成进行设定。若Fe的含量为其下限值以上，则它们的效果充分；若为其上限值以下，则不会导致因结晶物的粗大化而引起的拉丝加工性的恶化，能够得到目标耐挠曲疲劳特性。并且，不会为过饱和固溶状态，导电率也不会降低。Fe的含量优选为0.4质量%～0.9质量%，进一步优选为0.6质量%～0.9质量%。
·Cu，Mg，Si
在本实施方式中，使选自Cu、Mg、Si的1种以上的添加元素合计为0.02质量%～0.5质量%，这是为了在如上所述含有特定量的Fe的本实施方式中，发挥本发明所期望的效果而设定的范围。若该量为其下限值以上，则可以得到充分的提高强度、耐挠曲疲劳特性以及耐应力松弛特性的效果；若为其上限值以下，则导电率不会过度降低。选自Cu、Mg、Si的1种以上的添加元素的总含量优选为0.1质量%～0.5质量%，进一步优选为0.15质量%～0.4质量%。
需要说明的是，对于其他的合金组成(成分)及其作用来说，与上述第1实施方式相同。
(结晶粒径)
在本发明中，使铝线材的垂直于拉丝方向的截面上的结晶粒径为1μm～20μm。若结晶粒径为其下限值以上，则不会残存有未再结晶组织，伸长率充分得到提高。结晶粒径的尺寸为其上限值以下，则变形举动均匀，强度及柔软性充分得到提高。并且在本发明中规定：优选为1μm～15μm的粒径，特别优选为1μm～5μm的粒径。这是因为在如此粒径小的区域中，耐挠曲疲劳特性进一步得到提高。需要说明的是，本发明中的“结晶粒径”为通过光学显微镜进行观察从而利用交叉法进行粒径测定而得到的平均粒径，为50个～100个晶粒的平均值。需要说明的是，本发明中只要无特别声明，则结晶粒径的具体测定方法以及测定步骤依照实施例所记载的示例。
(第2相的尺寸和分散密度)
如所述第1和第2实施方式所示的那样，本发明以规定的分散密度含有第2相。此处，第2相是指存在于对象的导体材料内部的结晶物、析出物等颗粒。主要为例如Al-Fe、Al-Fe-Si、Al-Fe-Si-Cu、Mg-Si等颗粒，构成第2相的结晶物在熔融铸造时形成、析出物在中间退火及最终退火中形成。与此相对，第1相表示作为上述结晶粒径的测定对象的Al(母材的晶粒)。在该铝中固溶有添加元素和/或不可避免的杂质的一部分。一般来说，第1相被称为母相。需要说明的是，上述分散密度是通过将对象导体材料中所含有的第2相的数量换算为每μm2的数量而得到的结果，可以基于利用TEM观察到的照片算出。需要说明的是，本发明中只要没有特别声明，分散密度的具体的测定方法及测定步骤依照实施例所记载的示例。
本发明着眼于粒径10nm～200nm的第2相。如上所述，其主要由Al-Fe、Al-Fe-Si、Al-Fe-Cu、Al-Fe-Si-Cu、Mg-Si等构成。这些第2相作为晶粒的微细化材而发挥作用，同时使强度以及耐挠曲疲劳特性提高。使第2相的分散密度为1～102个/μm2，这是因为若分散密度为其下限值以上则所述效果充分，若为其上限值以下则在线材加工中不会成为断线的原因。第2相的分散密度优选为1～80个/μm2，更优选为10～60个/μm2。
在本发明的第1及第2实施方式中，为了得到具有上述结晶粒径以及第2相的分散密度的铝合金导体，将各自的合金组成设定为上述范围。并且，通过适当控制铸造冷却速度、中间退火条件、最终退火条件等而能够实现。以下叙述优选的制造方法。
(制造方法)
本发明的铝合金导体可以通过下述制造方法制造得到，所述制造方法包含第1拉丝加工、热处理(中间退火)、第2拉丝加工以及热处理(最终退火)，进一步具体来说可以经由[1]熔融、[2]铸造、[3]热加工或者冷加工(槽纹辊加工等)、[4]第1拉丝加工、[5]热处理(中间退火)、[6]第2拉丝加工、[7]热处理(最终退火)的各工序来制造所述铝合金导体。
对于熔融来说，按照使所述的铝合金组成分别为实施方式的浓度的分量进行铸锭。
接着，使用组合有铸造轮和传送带的普罗佩兹式的连续铸造压延机，一边以进行了水冷的铸模连续地对熔液进行铸造一边进行压延，得到约
Figure BDA00002772947000081
的棒材。此时的铸造冷却速度为1～50℃/秒。另外，通过使铸造冷却速度为1～20℃/秒，大量的第二相可以抑制之后的再结晶成长，得到具有1μm～5μm的粒径的铝合金导体。铸造以及热压延也可以通过坯料铸造和挤出法等进行。另外，优选以温度为300℃～450℃、时间为10分钟～6小时的热处理条件对第1拉丝加工前的棒材(例如约
Figure BDA00002772947000082
)进行热处理。若该棒材的热处理的温度和时间为下限值以上，则生成析出物所需的温度、时间充分；若为上述上限值以下，则能够防止析出物生成量的饱和，因而能够减少制造时间的损失。优选的是，温度为300℃～400℃、时间为1小时～4小时。
接着，实施表面的去皮，形成
Figure BDA00002772947000083
的棒材，对其进行拉丝加工。加工度优选为1以上且6以下。此处，将拉丝加工前的线材截面积记为A0、拉丝加工后的线材截面积记为A1，则加工度η由η=ln(A0/A1)表示。若此时的加工度为上述下限值以上，则在下一工序的热处理时，再结晶粒不会粗大化，强度和伸长率充分，能够防止断线。若为上限值以下，则强度不会过高，在拉丝加工中不需要过剩的力，因而能够防止拉丝加工中的断线。
对进行了冷拉丝(第1拉丝)的加工材实施中间退火。中间退火主要是为了恢复在拉丝加工中变硬的线材的柔软性而进行的。通过使中间退火温度为规定的温度范围，能够使在之后的拉丝加工中不发生断线。从所述观点出发，中间退火温度优选为300℃～450℃，更优选为300℃～400℃。中间退火的时间优选为10分钟～6小时。若为该下限值以上，则再结晶粒形成以及成长所需要的时间充足，因此能够恢复线材的柔软性。若为上述上限值以下，则恢复线材的柔软性的效果达到饱和，因而能够防止制造时间的损失。另外，可以防止因过度退火而导致的强度及伸长率的降低，防止断线。优选为1小时～4小时。另外，对于从中间退火时的热处理温度到100℃为止的平均冷却速度没有特别规定，期望为0.1～10℃/分钟。
进一步实施了拉丝加工(第2拉丝)。为了得到如上所述的结晶粒径，使此时的加工度(最终退火前的加工度)为1以上且6以下。加工度会对再结晶粒的形成以及成长带来很大的影响。若加工度为上述下限值以上，则下一工序的热处理时，再结晶粒不会粗大化，强度及伸长率充分，能够防止断线。若为上限值以下，则强度不会过高，在拉丝加工中不需要过剩的力，因此可以防止拉丝加工中的断线。加工度优选为2以上且6以下。
利用连续通电热处理对进行了冷拉丝的加工材进行最终退火。连续通电热处理是指通过在连续通过2个电极轮的线材中流通电流，从而利用自身所产生的焦耳热来进行退火。连续通电热处理包含急热、急冷工序，能够在控制线材温度和退火时间的条件下对线材进行退火。冷却是通过在急热后，使线材连续通过水中或者氮气气氛中而进行的。在线材温度过低或者退火时间过短的一种或两种的情况下，无法得到车载安装时所需要的柔软性；另一方面，在线材温度过高或者退火时间过长的一种或两种的情况下，再结晶粒粗大化从而无法充分确保强度和伸长率，进而耐挠曲疲劳特性也会变差。由此，若在满足以下关系的条件下进行，则可以得到所述的结晶粒径。
对于连续通电热处理，将线材温度表示为y(℃)、退火时间表示为x(秒)，则以满足0.03≤x≤0.55且26x-0.6+377≤y≤19x-0.6+477的方式进行。
需要说明的是，线材温度y(℃)表示作为线材而达到最高且即将通过冷却工序之前的温度。y(℃)通常在414(℃)～633(℃)的范围内。
(拉伸强度)
使本发明的铝合金导体的拉伸强度为100MPa以上，这是为了在车体安装时或者安装后不发生断线。若拉伸强度在其之上，则能够耐受对线进行拉伸时的力。拉伸强度更优选为100MPa～180MPa。
(导电率)
使本发明的铝合金导体的导电率为55%以上，这是为了确保充分的导电性。导电率更优选为58%IACS～62%IACS。
(拉伸断裂伸长率)
使本发明的铝合金导体的拉伸断裂伸长率为10%以上，这是为了在车体安装时或者安装后能够具有充分的柔软性，提高处理性。若拉伸断裂伸长率在其之上，则处理性充分，在车体安装时不需要很大的力量。并且也不容易断线。拉伸断裂伸长率更优选为10%～30%。
如上所述，通过适当实施热处理而制作得到的本发明的铝合金导体不仅具有上述规定的结晶粒径和第2相的分散状态(分散密度)，还具有再结晶组织。再结晶组织是指由下述结晶粒构成的组织状态，所述结晶粒是由塑性加工而导入的位移等的晶格缺陷少的结晶粒。通过具有再结晶组织，拉伸断裂伸长率、导电率恢复，并且能够得到充分的柔软性。
实施例
基于以下的实施例详细说明本发明。需要说明的是，本发明并不限于以下所示的实施例。
实施例1～20、比较例1～18
Fe、Cu、Mg、Si、Ti、V以及Al按照表1和表2所示的量(质量%)，使用普罗佩兹式的连续铸造压延机，一边以进行了水冷的铸模连续地对熔液进行铸造一边进行压延，得到约
Figure BDA00002772947000101
的棒材。此时的铸造冷却速度为1～50℃/秒(比较例中包含0.1℃/秒、70℃/秒)。在实施例19中对约
Figure BDA00002772947000102
的棒材实施350℃、2小时的热处理；在实施例20中对约的棒材实施了400℃、1小时的热处理。
接着，实施表面的去皮，使其约为
Figure BDA00002772947000104
对其进行拉丝加工以得到规定的加工度。接着，如表1、表2所示，在300℃～450℃的温度(比较例中包含250℃、550℃)对该进行了冷拉丝的加工材实施0.17小时～4小时的中间退火，进一步进行拉丝加工直至规定的线径。
需要说明的是，实施例和比较例中进行的拉丝加工历程如下。
Figure BDA00002772947000111
最后，在温度为458℃～625℃、时间为0.03秒～0.54秒的条件下进行连续通电热处理作为最终退火。对于温度，使用光纤型放射温度计(Japan Sensor公司制)对线材的温度达到最高时且即将通过水中之前的温度进行测定。
比较例19
如后述的表2所示，按照规定量比(质量%)使用Fe、Cu、Mg和Al，利用通常方法进行熔融，浇铸进25.4mm见方的铸模中从而得到铸块。接着在400℃将铸块保持1小时，利用槽纹辊进行热压延，加工为线径9.5mm的粗制引线。
接着，对该粗制引线进行拉丝加工直至线径为0.9mm，然后施加在350℃保持2小时的热处理并进行淬火(焼き入れ)后，进一步继续拉丝加工从而制作线径为0.32mm的铝合金素线。
最后，对制作的线径为0.32mm的铝合金素线施加在350℃保持2小时的热处理并缓慢冷却。
比较例20
如后述的表2所示，按照规定量比(质量%)使用Fe、Mg、Si和Al，利用通常方法进行熔融，利用连续铸造压延法将其加工为线径为9.5mm的粗制引线。
接着，对该粗制引线进行拉丝加工直至线径为2.6mm后，施加在350℃保持2小时的热处理以使热处理后的拉伸强度为150MPa以下，进一步继续拉丝加工从而制作线径为0.32mm的铝合金素线。
比较例21
如后述的表2所示，按照规定量比(质量%)使用Fe、Mg、Si和Al，利用连续铸造机对熔融制造后的合金熔液进行铸造，由此制作得到铸造棒(キヤストバ一)。接着，利用热压延机制作为9.5mm的线材(ワイヤロツド)，对所得到的线材实施冷拉丝加工从而使
Figure BDA00002772947000122
为2.6mm，进行软化处理，进一步实施冷拉丝加工，由此制作
Figure BDA00002772947000123
为0.26mm的电线素线。
接着，将7条电线素线捻合在一起，制成绞线。其后，进行熔体化处理、冷却、时效热处理，得到电线导体。此时的熔体化处理温度为550℃，时效热处理的回火温度为170℃，回火时间为12小时。需要说明的是，表2中所示的RA值以外的各种特性是将绞线拆散而以1条素线进行评价的。
对于所制作的各实施例、比较例的线材，根据以下所述的方法进行各种特性的测定。其结果示于表1、表2。
(a)结晶粒径(GS)
将在拉丝方向上垂直切割得到的试验材的横截面埋入树脂中，进行机械研磨后，进行电解研磨。电解研磨条件如下：研磨液为高氯酸20%的乙醇溶液、液温为0℃～5℃、电压为10V、电流为10mA、时间为30秒～60秒。接着，为了得到结晶粒衬度，使用2%氟硼酸，在电压为20V、电流为20mA、时间为2分钟～3分钟的条件下进行阳极氧化精制。利用200倍～400倍的光学显微镜对该组织进行拍照，基于交叉法进行粒径测定。具体来说，在所拍照的照片上任意画出直线，对该直线的长度和晶粒边界交叉的数量进行测定，从而求出平均粒径。需要说明的是，改变直线的长度和条数以便能够数出50个～100个粒径，从而进行评价。
(b)第2相的尺寸(粒径)和分散密度
使用FIB法将实施例以及比较例的线材制作为薄膜，使用透射电子显微镜(TEM)，以1万倍～6万倍的倍率对任意的范围进行观察。第2相的尺寸由拍照得到的照片的标度来判断，并将形状换算为相当于等面积的圆，从而计算出直径。第2相的分散密度是通过下述方法算出的：设定为能够数出10个～30个第2相颗粒的范围，并利用第2相的分散密度(个/μm2)=第2相的个数(个)/计数对象范围(μm2)的公式，算出第2相的分散密度算出。
对于第2相的分散密度来说，以0.15μm为基准厚度算出上述薄膜的试料厚度。试料厚度与基准厚度不同的情况下，将试料厚度换算为基准厚度、即通过使基于拍照得到的照片而算出的分散密度乘以(基准厚度/试料厚度)，由此算出分散密度。在本实施例和比较例中，试料厚度是通过对由照片观察得到的等厚条纹的间隔进行观察而算出的，确认到所有的试料几乎与0.15μm相同。
(c)拉伸强度(TS)及柔软性(拉伸断裂伸长率、El)
基于JIS Z2241，各自选取3条进行试验，求出其平均值。拉伸强度以100MPa以上作为合格。对于柔软性来说，以拉伸断裂伸长率为10%以上为合格。
(d)导电率(EC)
在保持于20℃(±0.5℃)的恒温槽中，对于长度为300mm的试验片，各自选取3条使用四端法来测定电阻率，算出其平均导电率。端子间距离为200mm。导电率以55%IACS以上为合格，以58%IACS以上为更好。
(e)反复断裂次数
以常温时的应变幅度为±0.17%作为耐挠曲疲劳特性的基准。耐挠曲疲劳特性因应变幅度而变化。应变幅度大的情况下，疲劳寿命变短；应变幅度小的情况下，疲劳寿命变长。应变幅度可以通过图1所述的线材1的线径和弯曲治具2、3的曲率半径来决定，因此可以通过任意设定线材1的线径和弯曲治具2、3的曲率半径来实施挠曲疲劳试验。
使用藤井精机株式会社(现株式会社Fujii)制造的交变挠曲疲劳试验机，使用能够给予±0.17%的弯曲应变的治具，实施反复弯曲，由此测定反复断裂次数。反复断裂次数是通过各自选取4条来进行测定，求出其平均值。如图1的说明图所示，使弯曲治具2和3之间隔开1mm，插入线材1，使其以沿着治具2和3的方式进行反复运动。为了能够实施反复弯曲，线材的一端固定于按压治具5，另一端上悬挂有约10g的重物4。试验中，由于按压治具5摆动，因此固定于其上的线材1也摆动，从而能够实施反复弯曲。采用了下述结构：在1.5Hz(1秒内往返1.5次)的条件下进行反复，线材的试验片1断裂时，重物4落下，停止计数。反复断裂次数以80000次以上为合格。
(f)耐应力松弛特性(拉伸强度变化率)
作为耐应力松弛特性的指标，测定160℃、120小时热处理后的拉伸强度变化率。具体而言，在最终退火之后，在管理为160℃(±5℃)的恒温槽中(大气中)对赋予了5%～50%的加工率的铝合金导体进行120小时的热处理，自然冷却(放置冷却)。其后，进行与上述(c)同样的拉伸试验。测定热处理前的拉伸强度和热处理后的拉伸强度，求出拉伸强度变化率(%)。各选取3条进行试验，求出其平均值。
利用Larson-Miller parameter(LM：参照式1)的评价方法作为评价耐应力松弛特性的方法。
(LM)=(温度+273)×(20+Log(时间))    (式1)
对于单位来说，温度为℃，时间为h。这是考虑到在改变温度和时间的实验中等价地评价所受到的热能。若将160℃、120小时的试验替换为车的发动机室的最大温度120℃，则等价于120℃、21200小时。但是，在车的发动机室中不会连续维持120℃，在停止发动机时温度会降低。若假定1天的使用中维持在120℃的时间合计为2小时，则160℃、120小时的试验等价于120℃、29年的使用，为了确保20年以上的寿命，采用160℃、120小时作为热处理条件。
赋予5%～50%的铝合金导体的加工率的理由是，设想如上所述那样铝合金导体与铜制端子(连接器)相接合的情况，小于5%的情况下，无法满足接合强度因而无法满足电连接；若超过50%，则存在铝合金导体断裂的风险。
拉伸强度变化率以-5%以上为合格。只要拉伸强度的劣化不超过5%(作为变化率只要不小于-5%)，通常在铝合金导体和端子的连接部处接触压力不会过低，能够维持良好的电连接。
(g)加工性(RA值)
使用拉伸试验前后的截面面积之比、即截面减少率(RA值)作为评价加工性的指标。所谓RA值是拉伸试验前后的垂直于拉伸试验方向的截面面积之比，表示为
RA值(%)={1-(拉伸试验后的截面面积/拉伸试验前的截面面积)}×100。
在本试验中，使用在[6]拉丝加工过程中的截面为圆形且初期的截面面积约为1.5mm2(直径1.4mm)的试验片。其理由是，若在评价冷加工性时，截面面积为1.2mm2以下则无法正确地测定RA值，并且若在[4]拉丝加工过程中，则无法得到反映中间退火影响的结果。比较例19中虽然没有得到反映中间退火影响的结果，但是使用约1.5mm2(直径1.4mm)的试验片进行了测定作为参考值。在与上述(c)同样的试验条件下，各选取3条在室温(20℃)和200℃(误差±5℃)的试验温度下进行了测定。对于试验后的截面面积来说，使用扫描型电子显微镜(SEM)观察拉伸断裂面，使用图像解析装置对于每条线材的2个断裂面算出平均值，进而求出三条线材的试验的平均值。图3示出了室温下拉伸试验后的实施例No.5的试验片。若所得到的RA值为80%以上，则可以判断加工性为良好。RA值优选为90%以上。
表1
(实施例)
表2
Figure BDA00002772947000161
※1利用再现了日本特开2006-253109的实施例2的方法进行制作。详细内容参照说明书原文。
※2利用再现了日本特开2006-19163的实施例6的方法进行制作。详细内容参照说明书原文。
※3利用再现了日本特开2008-112620的实施例3的方法进行制作。详细内容参照说明书原文。
首先，观察比较例的结果，在与第1实施方式对应的比较例1～15中，在合金组成为范围外的比较例1～5、9的情况下，(e)挠曲断裂次数和(f)拉伸强度变化率无法维持充分的水平(比较例9中(d)导电率的结果也过低)。在比较例6～8的情况下，尽管合金的成分组成在规定的范围内，但(a)结晶粒径并非特定的范围，且(c)拉伸强度、(c)拉伸断裂伸长率、(e)挠曲断裂次数、(f)拉伸强度变化率的任一项或者全部均未达到满意的水平。比较例10～15在制造条件方面不满足所期望的合金特性(上述各性能)、或者在其制造阶段产生了断线。比较例16～18为对应于第2实施方式的比较例，在为特定的合金组成的范围外的情况下，(e)挠曲断裂次数和(f)拉伸强度变化率、或其他项目在实用性方面不充分。比较例19再现了日本特开2006-253109的实施例2，但颗粒密度不在本发明的范围内，(e)挠曲断裂次数和(f)拉伸强度变化率无法维持充分的水平。比较例No.20再现了日本特开2006-19163的实施例6，但结晶粒径和颗粒密度不在本发明的范围内，(c)拉伸断裂伸长率和(f)拉伸强度变化率无法维持充分的水平。比较例No.21再现了日本特开2008-112620的实施例3，该发明的结晶粒径不在本发明的范围内，(c)拉伸断裂伸长率和(d)导电率无法维持充分的水平。
与此相对，本发明的第1实施方式和第2实施方式的合金导体(实施例1～20)具有特定范围的结晶粒径和第2相的分散密度，显示出优异的耐挠曲疲劳特性和耐应力松弛特性，且加工性优异，具备充分的强度、柔软性和导电率。由该结果可知，本发明的合金导体能够适合用作移动体等的电池缆线、线束或者发动机用导线，或者它们的端子材料。
以上将本发明与其实施方式一同进行了说明，但是我们认为，只要没有特别指定，则我们的发明并不限定于说明的任何细节中，应该可以在不违反所附的权利要求书所示的发明的精神和范围的前提下作出宽泛的解释。
本申请要求基于2010年7月20日在日本进行了专利申请的日本特愿2010-163415的优先权，以参考的形式将其内容引入作为本说明书记载的一部分。
1试验片(线材)
2、3弯曲治具
4重物
5按压治具

Claims (9)

1.一种铝合金导体，该铝合金导体含有0.01质量%～0.4质量%的Fe、0.1～0.5质量%的Cu、0.04质量%～0.3质量%的Mg、0.02质量%～0.3质量%的Si，进一步合计含有0.001质量%～0.01质量%的Ti与V，其余由Al和不可避免的杂质构成，其特征在于，垂直于拉丝方向的截面上的结晶粒径为1μm～20μm，具有10nm～200nm的尺寸的第2相的分布密度为1～102个/μm2。
2.一种铝合金导体，该铝合金导体含有0.4质量%～1.2质量%的Fe，合计含有0.02质量%～0.5质量%的选自Cu、Mg及Si的1种以上的添加元素，进一步合计含有0.001质量%～0.01质量%的Ti与V，其余由Al和不可避免的杂质构成，其特征在于，垂直于拉丝方向的截面上的结晶粒径为1μm～20μm，具有10nm～200nm的尺寸的第2相的分布密度为1～102个/μm2。
3.如权利要求1或权利要求2所述的铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体的铸造工序的冷却速度为1～20℃/秒，垂直于拉丝方向的截面上的结晶粒径为1μm～5μm。
4.如权利要求1～3任一项所述的铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体的拉伸强度为100MPa以上，导电率为55%IACS以上，拉伸断裂伸长率为10%以上。
5.一种铝合金导体的制造方法，其是制造权利要求1～4任一项所述的铝合金导体的方法，所述制造方法的特征在于，其包含第1拉丝工序、中间退火工序、第2拉丝工序以及最终退火工序，在所述中间退火工序中，以温度300℃～450℃、时间10分钟～6小时的热处理条件对加工度为1～6的导体进行热处理。
6.如权利要求5所述的铝合金导体的制造方法，其特征在于，进一步以温度300℃～450℃、时间10分钟～6小时的热处理条件对第1拉丝工序前的棒材进行热处理。
7.如权利要求1～4任一项所述的铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体可以用作电配线体。
8.如权利要求1～4以及权利要求7的任一项所述的铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体可以用作移动体内的电池缆线、线束或发动机用导线，或者它们的端子材料。
9.如权利要求8所述的铝合金导体，其特征在于，所述移动体为汽车、电车或飞行器。
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