CN103958711A

CN103958711A - 母线用板状导电体及由其形成的母线

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Publication number: CN103958711A
Application number: CN201380004118.5A
Authority: CN
Inventors: 中西英贵; 浅野峰生; 田中宏树
Original assignee: UACJ Corp
Current assignee: UACJ Corp
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: US20140209350A1; WO2014057738A1; KR20140080546A; EP2907884B1; CN103958711B; JPWO2014057738A1; KR101599653B1; US9362014B2; EP2907884A4; JP5558639B1; EP2907884A1

Abstract

本发明提供导电性及强度优异、且弯曲加工性也优异的母线用板状导电体以及由这样的导电体形成的母线。母线用板状导电体如下构成：使用Al合金板，所述Al合金板是将含有Fe：0.05～2.0质量％、Si：0.05～0.6质量％及Cu：0.01～0.35质量％、剩余部分由Al及不可避免的杂质形成的Al合金热轧得到的、板厚(T)为0.5～12mm的Al合金板，所述母线用板状导电体具有如下特性：在室温下的轧制状态下的导电率为55～60％IACS、拉伸强度为170MPa以上、屈服强度为155MPa以上、且在内侧弯曲半径为板厚(T)时的90°弯曲下不产生裂缝；并且在温度140～160℃下的1000小时以内的保持时间的热处理后，室温下的导电率为55～60％IACS、拉伸强度为160MPa以上、屈服强度为145MPa以上。

Description

母线用板状导电体及由其形成的母线

技术领域

本发明涉及母线用板状导电体及由其形成的母线，特别涉及具有优异的导电性、并且强度及弯曲特性也优异的母线用板状导电体及由这样的导电体形成的母线(bus bar)。

背景技术

一直以来，新干线、线性电动机车、混合动力车等动力控制单元(PCU)中采用的母线用导电体使用了具有优异的导电性的无氧铜、韧铜、磷脱氧铜等纯铜板，另外，需要强度的情况下，使用对导电性高的铜合金板实施了电解镀Ni的合金板。然而，铜、铜合金受到近年来的资源涨价的波及，其价格升高，而且重量大，因此作为用于改善燃油消耗而要求轻质化的汽车用构件等而不优选，迫切要求代替其的轻质、且廉价的导电材料。另外，镀Ni也存在成本高之类的问题。

因此，作为这样的母线用导电体的材料，关注了廉价、且有望轻质化的铝(Al)，在工业纯度的Al中，作为导电性优异的纯Al，在日本特开2011-19385号公报等中，JIS标准的A1060材料以导电率计可以得到61％IACS，因此，可以特别有效地使用，另外，需要强度时使用作为Al合金的如JIS标准或ISO标准的A6061那样的6000系材料，这也在上述日本特开2011-19385号公报以及日本特开2009-238831号公报等中有明确记载。

然而，最近，要求这样的母线能够成形为用于应对设置有该母线的周围环境的复杂的形状，因此，在导电性的基础上，还要求具有高强度、并且弯曲加工性也优异。然而，此前提出的由纯Al或Al合金形成的母线用导电体，即使能够一定程度地满足导电性、弯曲加工性，也存在强度不充分的问题，而且即使能够一定程度地满足导电性、强度，也存在弯曲加工性不充分等问题，不是上述导电性、强度及弯曲加工性均能够满足的母线。其原因在于，存在下述相反的要求，即，为了实现高导电率和高弯曲加工性，期望使Al或Al合金中的固溶成分尽量地析出，而为了得到高强度，期望发挥固溶体效果而不使Al或Al合金中的固溶成分尽量地析出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-19385号公报

专利文献2：日本特开2009-238831号公报

发明内容

发明要解决的问题

此处，本发明是以上述情况为背景而完成的，本发明要解决的课题在于，提供导电性及强度优异、且弯曲加工性也优异的母线用板状导电体以及由这样的导电体形成的母线。

用于解决问题的方案

而且，本发明为了解决上述课题，其主旨在于一种母线用板状导电体，其特征在于，其由Al合金板形成，所述Al合金板是使用含有Fe：0.05～2.0质量％、Si：0.05～0.6质量％及Cu：0.01～0.35质量％、剩余部分由Al及不可避免的杂质形成的Al合金以在轧制状态下的室温下的导电率为55～60％IACS的方式进行热轧得到的、板厚(T)为0.5～12mm的Al合金板，所述母线用板状导电体具有以下特性：在轧制状态下的室温下的拉伸强度为170MPa以上、屈服强度为155MPa以上、且在内侧弯曲半径为所述板厚(T)时的90°弯曲下不产生裂缝；并且在温度140～160℃下的1000小时以内的保持时间的热处理后，室温下的导电率为55～60％IACS、拉伸强度为160MPa以上、屈服强度为145MPa以上。

需要说明的是，根据这样本发明的母线用板状导电体的优选方案之一，前述Al合金中的Fe含量为0.1～1.6质量％，根据其他优选的方案之一，前述Al合金中的Si含量为0.05～0.5质量％，根据另外的优选的方案之一，前述Al合金中的Cu含量为0.05～0.30质量％。

另外，根据上述本发明的优选方案之一，前述Al合金中的不可避免的杂质的总含量为0.15质量％以下。

进而，本发明的其他优选的方案之一中，前述Al合金板具有0.5～8mm的板厚。

进而，本发明的对象还为一种母线，其特征在于，其由上述板状导电体形成。

发明的效果

如上所述，对于本发明的母线用板状导电体，通过使用含有特定量的Fe、Si及Cu的Al合金、以室温下的在轧制状态下的导电率为55～60％IACS的方式进行热轧制成规定厚度的Al合金板，从而可以谋求固溶成分的析出状态和固溶状态的平衡，由此有利于实现室温下的在轧制状态下的拉伸强度及屈服强度高、而且在内侧弯曲半径T为板厚T时的90°弯曲下也不会产生裂缝的优异特性，并且可以有利于确保即使在作为母线连续使用的情况下受到基于焦耳热的放热作用，也具有优异的导电率、拉伸强度及屈服强度的特性，由此可以实现导电性、强度及弯曲加工性均优异的板状导电体、和由其形成的母线。

而且，上述本发明的母线用板状导电体基本上由Al合金形成，因此与现有铜材质的母线用材料相比，当然为轻质、且廉价的材料。

另外，本发明的母线用板状导电体，在其制造时，通过在规定的条件下对由特定的Al合金形成的铸锭进行热轧，从而可以平衡性良好地实现Al合金中的固溶成分的析出状态与固溶状态，由此可以对所得母线用板状导电体有效地赋予如上所述的优异的特性。

具体实施方式

在此，本发明的对象的母线用板状导电体由Al合金板形成，所述Al合金板是使用含有0.05～2.0质量％的Fe(铁)、0.05～0.6质量％的Si(硅)、及0.01～0.35质量％的Cu(铜)、剩余部分由Al(铝)及不可避免的杂质形成的Al合金而得到的、板厚(T)为0.5～12mm的Al合金板。

而且，作为得到这样的Al合金板的Al合金中的必需成分的Fe为提高强度、且发挥使晶粒微细化作用的元素，其含量小于0.05％(质量基准、以下相同)时，无法得到提高强度的效果，另外，超过2.0％时，引起形成Al-Fe-Si系、Al-Fe系的结晶物、析出物、降低弯曲加工性等问题。因此，Fe的含量必须为0.05～2.0％、优选为0.1～1.6％。

另外，Si与上述Fe同样地为提高强度、发挥使晶粒微细化作用的元素，其含量小于0.05％时，难以得到提高其强度的效果。另外，为超过0.6％这样的含量时，引起形成Al-Fe-Si系的结晶物、Si的析出物、弯曲加工性降低等问题。因此，作为Si的含量，为0.05～0.6％，优选为0.05～0.5％的范围内。

进而，Cu也为提高强度的元素，且为发挥用作母线时的、抑制经受基于焦耳热的高温的热历程后的强度降低作用的元素，其含量小于0.01％时，引起无法得到充分提高强度的效果、难以抑制经受高温的热历程后的强度降低等问题。另一方面，其含量超过0.35％时，引起导电率降低、且弯曲加工中易于形成剪切带从而弯曲加工性降低等问题。因此，作为上述Cu的含量，必须为0.01～0.35％，优选为0.05～0.30％的范围内。

而且，本发明的Al合金含有上述规定量的Fe、Si及Cu，且剩余部分由Al及不可避免的杂质形成。需要说明的是，作为不可避免的杂质，为Mn、Mg、Cr、Zn、Ni、Ga、V、Ti等公知的元素，对它们进行调整使其为尽量低的含量。通常这些元素的各自的含量优选为0.05％以下，另外期望进行调整使包含这些元素的不可避免的杂质的总含量通常为0.15％以下、优选为0.10％以下。

本发明的母线用板状导电体是使用上述Al合金通过热轧制成板厚(T)为0.5～12mm的Al合金板而得到的，以在室温下的、在轧制状态下的导电率为55～60％IACS的方式实施此时的热轧操作。通过以得到这样的导电率的方式进行热轧，从而可以有效地实现Al合金中的固溶成分的析出状态与固溶状态的平衡，可以实现优异的特性。需要说明的是，上述导电率小于55％IACS时，引起无法得到充分的通电性，难以发挥作为母线的功能，而且弯曲加工性也变得不充分等问题。另外，上述导电率超过60％IACS时，虽然导电性、弯曲加工性良好，但是强度等特性恶化。此处导电率以20℃下的IACS(国际退火铜标准(International Annealed Copper Standard))值表示，具体而言，退火后的软铜的电阻率为1.7241μΩcm，以此为标准并将其定义为100％IACS，然后与其进行比较，用百分率(％IACS)表示。

另外，如上所述所得Al合金板的板厚(T)对母线所需的通电性和其重量产生影响，因此为0.5～12mm、优选为0.5～8mm的范围内的厚度。需要说明的是，该板厚T小于0.5mm时，每单位宽度的截面面积变小，因此存在通电性恶化、难以发挥作为母线的功能等问题，另外，超过12mm时，每单位宽度的重量变大，因此难以得到用作现有铜制母线的代替的效果(轻质化效果)。

而且，对于如上所述得到的由Al合金板形成的母线用板状导电体，具有下述特征：其在轧制状态下的拉伸强度在室温下为170MPa以上、屈服强度为155MPa以上、且在内侧弯曲半径为板厚(T)时的90°弯曲下不产生裂缝，这样的特性为刚刚开始作为母线使用后所需的材料特性，另外，为用于有效地进行作为母线而产品化时采用的弯曲加工的材料特性，上述在轧制状态下的拉伸强度在室温下小于170MPa、或者屈服强度在室温下小于155MPa时，难以作为现有铜制母线的代替来使用。而且，这样的Al合金板(板状导电体)在内侧弯曲半径(T)与其板厚(T)相等时的90°弯曲下不产生裂缝，相反地，在这样的90°弯曲下产生裂缝时，担心无法作为母线而产品化。

进而，上述由Al合金板形成的母线用板状导电体在考虑到作为母线连续使用时所经受的、基于焦耳热的放热时的高温的热历程的促进试验之后的特性方面，也具有优异的特征。即，作为母线使用时，基于焦耳热的放热变为100℃～120℃左右，因此作为用于确认这样的由热历程产生的特性劣化的促进试验，采用选择140℃～160℃的温度、保持1000小时以内(不包括0小时)的在该温度范围内的加热处理的手法，而且实施了该促进试验后的板状导电体具有以下特征：其室温下的导电率具有55～60％IACS、且拉伸强度为160MPa以上、屈服强度为145MPa以上。

需要说明的是，实施了该140℃～160℃×1000小时以内的热处理(促进试验)后的导电率变得过低时，无法得到充分的通电性，难以发挥作为母线的功能，另一方面，变得过高时，强度降低明显，作为母线的连续使用中引起问题，进而，上述促进试验后的拉伸强度、屈服强度变得过低时也不能作为现有铜制母线的代替来使用。

然而，如上所述那样限定的、本发明的Al-Fe-Si-Cu系合金中，为了实现在轧制状态下及140℃～160℃的热处理后的高导电率，而且为了实现高弯曲加工性，需要尽量使Al合金中的固溶成分析出，另一方面，为了实现在轧制状态下及140℃～160℃的热处理后的高强度，需要尽量不使Al合金中的固溶成分析出而实现由固溶体效果带来的强度提高。因此，为了确保上述两种特性需要实现相反的行为，而通过取得其平衡，即，使Al合金中的固溶成分一定程度析出、而且该一定程度为固溶状态，从而可以得到如上所述限定的优异的特性。

而且，为了实现这样的特性，本发明中，适合采用例如以下那样的制造方法。

即，对于通常通过DC铸造等制造的Al合金铸锭，通常在450℃～630℃的温度下实施了均质化热处理、所谓均质化处理后，实施在450℃左右(±50℃)的温度下起始的热轧，本发明的以含有前述规定量的Fe、Si及Cu的Al合金的铸锭为对象的情况下，在450℃左右的温度区域内，最易产生Al-Fe系、Al-Fe-Si系化合物的析出，因此，在通常的温度条件下析出变得过多时，虽然可以实现导电率，但是难以得到充分的强度。

因此，为了得到本发明中限定的导电率与强度的平衡，作为避开上述Al-Fe系、Al-Fe-Si系化合物易析出的温度区域的方法，本发明中适当地采用下述制造方法：将Al合金铸锭的热轧温度降低到能够热轧的范围，另外，在这样的热轧之前优选实施的铸锭的均质化处理温度也设为热轧起始温度以下，得到目标Al合金板。

因此，本发明的由Al合金形成的铸锭的热轧工序中，作为该热轧的起始温度，采用400℃以下、优选350℃以下的温度，通过进行热轧、而且在重结晶温度以下、例如250℃左右的温度下结束，从而可以制造目标板厚的Al合金板。需要说明的是，热轧起始温度的下限通常为250℃左右，另外，作为热轧的结束温度的下限，通常为100℃左右，优选为150℃左右。其原因在于，上述结束温度变得过低时，热轧中的延性不足，从而导致易于产生边裂(earcracking)等不良情况。

需要说明的是，在上述热轧之前对Al合金铸锭实施均质化处理的情况下，在上述热轧起始温度以下的温度下实施，通常采用保持1小时～24小时左右之间的条件。另外，也可以不实施这样的均质化处理而将通过DC铸造等得到的Al合金铸锭直接供给到热轧工序。

另外，制造得到本发明的母线用板状导电体的规定厚度的Al合金板时，仅通过上述热轧就制成目标厚度的最终板，除此之外，在上述热轧后、以50％以下的压下率实施冷轧，也可以制成目标板厚的Al合金板，由此产品的板厚的自由度增加。需要说明的是，上述冷轧时的压下率超过50％时，较多地导入加工组织，结果担心导致弯曲加工性的降低。需要说明的是，上述冷轧优选以1道次进行精加工，以超过1道次的道次数进行冷轧的情况下，导致材料的成本提高。

需要说明的是，代替本发明的由Al合金的铸锭通过热轧制造目标Al合金板(板状导电体)的方法，采用连续铸造轧制法作为铸造方法直接制造目标厚度的Al合金板的情况下，可以加快Al合金熔液的凝固速度，因此可以在铸造状态下得到固溶度大的材料，这样虽然可以实现高强度，但是难以确保导电率，因此与上述制造方法相反地，对所得Al合金的板材实施促进Al合金中的固溶成分的析出的热处理。通常这样促进析出的热处理优选在400～500℃的温度范围内进行，另外，作为保持时间，适合采用5小时以上。需要说明的是，该保持时间超过24小时时，难以期待析出效果有大的变化，因此，保持时间的最高限设为24小时。

以上对本发明的实施方式进行了详细描述，这些只不过是示例，可以理解为本发明不受这样的实施方式的具体记载的任何限定性解释。另外，本发明可以在基于本领域技术人员的知识加以各种变更、修正、改良等的方案下实施，而且不言而喻的是，这样的实施方式只要不脱离本发明的主旨均属于本发明的范畴。

实施例

以下给出本发明的代表性的实施例，进一步具体地阐明本发明，但也可以理解为，本发明不受这些实施例的记载的任何限制。

-实施例1-

首先，通过DC铸造，将具有下述表1所示的化学成分的各种Al合金A～N铸锭，分别得到厚：550mm、宽：1000mm的铸锭。

[表1]

接着，对这些Al合金A～N的铸锭在350℃的温度下分别实施2小时的均质化处理后，实施起始温度：350℃、结束温度：200℃的热轧，得到板厚：2.0mm的各种热轧板。然后，对该所得各种热轧板在室温下分别测定在轧制状态下的导电率、拉伸强度及屈服强度，另一方面，考察在轧制状态下的弯曲加工性，将这些结果示于下述表2。另外，作为用于确认基于焦耳热的放热的特性降低的促进试验，在150℃的温度下对各热轧板进行保持1000小时的热处理后，在室温下，测定各导电率、拉伸强度及屈服强度，将其结果示于下述表2。

需要说明的是，各热轧板的导电率使用磁感应测定线圈装置(SIGMATESTER)进行测定，另外，拉伸强度及屈服强度通过拉伸试验分别评价。进而，对于弯曲加工性，由于各热轧板的板厚为2.0mm，所以对各热轧板实施内侧弯曲半径为2.0mm的90°弯曲试验，将在该弯曲角部产生裂缝的情况设为×、不产生裂缝的情况设为○，判定是否合格。

[表2]

由上述表2的结果可知，使用具有本发明的化学成分的Al合金A～F得到的试验材料1～6的热轧板中，均具有导电率：55～60％IACS、拉伸强度：170MPa以上、屈服强度：155MPa以上，且在90°弯曲试验中也没有产生裂缝的优异的特性。而且可知，对这些试验材料1～6的热轧板实施模拟基于焦耳热的放热的促进试验后，也具有导电率：55～60％IACS、拉伸强度：160MPa以上、屈服强度：145MPa以上的优异的特性。其结果，将全部试验材料1～6在综合判定中均评价为○(良)。

相对于此，试验材料7～14的热轧板中，得到这些热轧板的Al合金中的化学成分的含量过少或过多，因此，导电率、拉伸强度及屈服强度及弯曲加工性的至少任意一者存在问题，因而在综合判定中评价为×(不良)。

具体而言，对于试验材料7，由于使用Si含量小于0.05％的Al合金G，所以无法得到强度提高的效果，拉伸强度小于170MPa，屈服强度小于155MPa，特性均低。另外，对于促进试验的热处理后的特性，拉伸强度小于160MPa、屈服强度小于145MPa，为低的特性。

另外，对于试验材料8，由于使用Si含量超过0.6％的Al合金H，所以形成Al-Fe-Si系的结晶物及Si的析出物，弯曲加工性降低，在90゜弯曲试验中产生裂缝。

进而，对于试验材料9，由于使用Fe含量小于0.05％的Al合金I，所以无法得到强度提高的效果，为拉伸强度小于170MPa、屈服强度小于155MPa的低特性。而且，在促进试验的热处理后的拉伸强度也小于160MPa、屈服强度也小于145MPa，为低的特性。此外，对于试验材10，由于使用Fe含量超过2.0％的Al合金J，所以形成Al-Fe-Si系及Al-Fe系的结晶物、析出物，弯曲加工性降低，在90゜弯曲试验中引起裂缝。

进而，对于试验材料11，由于使用Cu含量小于0.01％的Al合金K，所以无法得到强度提高的效果，为拉伸强度小于170MPa、屈服强度小于155MPa的低的特性。而且，在促进试验的热处理后中，也为拉伸强度小于160MPa、屈服强度小于145MPa的特性。另外，对于试验材12料，由于使用Cu含量超过0.35％的Al合金L，所以导电性降低，为53％IACS。进而，易于形成剪切带，因此弯曲加工性降低，在90°弯曲试验中产生裂缝。

另外，对于试验材料13，由于使用Mn含量为1.1％的Al合金M(相当于A3003合金)，所以导电性降低，小于55％IACS。此外，形成Al-Mn-Si系的结晶物及析出物，弯曲加工性降低，在90°弯曲试验中产生裂缝。

进而，对于试验材料14，由于使用Mg含量为0.61％的Al合金N(相当于A6063合金)，所以形成Mg-Si系的结晶物及析出物，弯曲加工性降低，在90°弯曲试验中产生裂缝。

-实施例2-

首先，准备组成为Si：0.45％、Fe：0.72％、Cu：0.25％及剩余部分为Al+不可避免的杂质的Al合金熔液，通过DC铸造，铸造与实施例1同样的厚：550mm、宽：1000mm的铸锭。

接着，对上述得到的Al合金铸锭在下述表3所示的各种均质化处理条件、热轧条件及冷轧条件下进行轧制，分别得到板厚为2.0mm的各种试验材料(板材)。然后，对该得到的各种试验材料与实施例1同样地分别考察在热轧状态下的、或促进试验的热处理后的导电率、拉伸强度、屈服强度及弯曲加工性，将其结果示于下述表4。

[表3]

[表4]

由上述表3及表4的结果可知，在采用本发明的均质化处理条件、热轧条件、冷轧条件的情况下，所得试验材料均显示出优异的导电率、拉伸强度、屈服强度及弯曲加工性，另外，其特性在作为促进试验的热处理后也保持为本发明中限定的特性。

相对于此，确认了均质化处理温度、热轧起始温度及结束温度变高、或冷轧时的压下率变大时，无法充分地实现本发明的目标特性。

Claims

1.一种母线用板状导电体，其特征在于，其由Al合金板形成，所述Al合金板是使用含有Fe：0.05～2.0质量％、Si：0.05～0.6质量％及Cu：0.01～0.35质量％、剩余部分由Al及不可避免的杂质形成的Al合金以在轧制状态下的室温下的导电率为55～60％IACS的方式进行热轧得到的、板厚(T)为0.5～12mm的Al合金板，所述母线用板状导电体具有以下特性：在轧制状态下的室温下的拉伸强度为170MPa以上、屈服强度为155MPa以上、且在内侧弯曲半径为所述板厚(T)时的90°弯曲下不产生裂缝；并且在温度140～160℃下的1000小时以内的保持时间的热处理后，室温下的导电率为55～60％IACS、拉伸强度为160MPa以上、屈服强度为145MPa以上。

2.根据权利要求1所述的母线用板状导电体，其中，所述Al合金中的Fe含量为0.1～1.6质量％。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的母线用板状导电体，其中，所述Al合金中的Si含量为0.05～0.5质量％。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的母线用板状导电体，其中，所述Al合金中的Cu含量为0.05～0.30质量％。

5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的母线用板状导电体，其中，所述Al合金中的不可避免的杂质的总含量为0.15质量％以下。

6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的母线用板状导电体，其中，所述Al合金板具有0.5～8mm的板厚。

7.一种母线，其特征在于，其由权利要求1至权利要求6中任一项所述的板状导电体形成。