CN104616715A - 铝合金线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有高韧性和高导电率的铝合金、铝合金线、铝合金绞合线、包覆电线和束线，以及一种制造铝合金线的方法。所述铝合金线包含：大于或等于0.005质量％且小于或等于2.2质量％的Fe，并且余量为Al和杂质。该铝合金线还可以包含总量大于或等于0.005质量％且小于或等于1.0质量％的选自Mg、Si、Cu、Zn、Ni、Mn、Ag、Cr和Zr中的至少一种添加元素。所述铝合金线的导电率不低于58％IACS，并且伸长率不低于10％。所述铝合金线是通过铸造、轧制、拉丝以及软化处理这些连续的步骤而制成的。进行软化处理以提供优异的韧性(例如，伸长率和耐冲击性)，从而使得在安装束线时，电线在端子部附近处的断裂情况得以减轻。

Description

铝合金线
本申请是申请日为2009年6月11日、申请号为200980131397.5、发明名称为“铝合金线”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用作电线导体的铝合金线和铝合金绞合线、具有该合金线或合金绞合线作为导体的包覆电线、包括该包覆电线的束线(wire harness)、制造该合金线的方法、以及铝合金。本发明特别涉及具有均衡的特性(强度、韧性、导电率)因而适合用作束线中电线的导体的铝合金线，其中所述束线用于诸如机动车辆之类的运输设备。
背景技术
传统上，人们已经使用被称作束线的结构体作为运输设备(例如机动车和飞机)以及工业设备(例如机器人)的布线结构，其中所述束线包括与端子连接的多根电线。传统上，构成束线中电线导体的材料主要为具有优异导电率的铜或者诸如铜合金之类的铜基材料。
随着最近机动车辆在性能和功能方面的快速增强，以及安装在车辆上的各种电气设备、控制设备等的增多，用于这些设备的电线也趋向于增加。与此同时，近来人们为了保护环境，一直期望提高(例如)机动车辆和飞机的燃油经济性。降低重量能够提高燃油经济性。鉴于此，为了降低电线的重量，人们一直研究了使用比重约为铜的1/3的铝作为导体。例如，在一个例子中，使用了纯铝作为10mm2或更粗的电线(例如机动车辆的电池电缆)的导体。但是，与铜基材料相比，纯铝的强度和抗疲劳性较低，因此，纯铝难以应用于常用的电线导体，例如导体横截面积为1.5mm2或更小的导体。与此相反，专利文献1则公开了一种用作导体的铝合金线，其用于机动车辆的束线中的电 线，其中所述铝合金线由强度高于纯铝的强度的铝合金制成。
现有技术文献 
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2005-336549
发明内容
本发明要解决的问题
然而，常规的铝合金线并不完全具备配置于运输设备(例如，机动车辆)中的束线所需的特性。
电线中的导体需要具有较高的导电率。然而，专利文献1中所公开的铝合金线不具有足够高的导电率。
此外，具有高强度的铝合金电线(例如，专利文献1中所公开的铝合金电线)的韧性不足。传统上，人们在研究用于形成运输设备的束线中的电线导体的铝合金时，主要目的是提高其强度，而在韧性(如耐冲击性和伸长率)方面的研究尚不充分。本发明人通过研究发现，当将使用了专利文献1中所披露的高强度铝合金电线的束线安装在设备等中时，导体可能会在导体与端子部之间的边界附近发生断裂。换句话说，传统上人们虽然对电线自身性能进行了研究，却没有对在将电线应用于包括端子部的束线中时的性能方面进行研究。目前还没有研制出具有安装时所需的足够高的韧性的束线。
通常以能够维持所需导电状态的方式来连接端子部。然而却发现了如下现象。在常规的铝合金线中，连接时应力会松弛(应力随时间而减小)，这导致电线与端子部之间的固定强度下降，并可能会导致端子部从电线上脱落下来。即，对于使用了常规铝合金线的电线来说，所连接的端子部会松开。因此，需要开发一种在电线与端子部之间具有高的固定强度的束线。
鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供具有高强度、高韧性和高导电率并适合用于束线中电线导体的铝合金线和铝合金绞合线，并提供适合用于束线的包覆电线。本发明的另一目的是提供一种包括高强度、高韧性和高导电率的电线的束线。本发明的再一目的是提供 一种制造本发明上述铝合金线的方法。
解决问题的手段
本发明人在对充分具有束线所需特性(特别是，如耐冲击性以及在电线和端子部之间的固定强度)、并适于用作电线导体的高导电率铝合金线进行研究后发现，优选使用一种在拉丝后经过软化处理(无需在拉丝后立即进行软化处理)的软化材料。该软化处理通过去除因塑性加工(例如，拉丝)而导致的张力，从而不仅能够提高线的伸长率，而且还能提高线的导电率。本发明人还发现：通过进行软化处理、并另外将铝合金限定为具有特定的组成，并且具体将铝合金限定为含有特定量的Fe，从而可获得具有更高的耐冲击性以及更高的线与端子部之间的固定强度、并具有优异的强度的铝合金线。基于上述发现进行了本发明。
本发明铝合金线的制造方法包括以下步骤：
1.通过对熔融铝合金进行铸造来形成铸造材料的步骤，其中所述熔融铝合金含有大于或等于0.005质量％且小于或等于2.2质量％的Fe，并且余量为Al；
2.通过对所述铸造材料进行轧制来形成轧制材料的步骤；
3.通过对所述轧制材料进行拉丝来形成拉丝材料的步骤；以及
4.通过对所述拉丝材料进行软化处理来形成软化材料的步骤。
本发明的制造方法对拉丝材料进行了软化处理，使得软化处理后的线材的伸长率不低于10％。将由此得到的铝合金线用作导体。
上述制造方法提供了本发明的铝合金线。将本发明的铝合金线用作导体，该铝合金线包含：大于或等于0.005质量％且小于或等于2.2质量％的Fe，并且余量为Al和杂质。该铝合金线(下文称为Al合金线)的导电率不低于58％IACS、并且伸长率不低于10％。
由于本发明的Al合金线为经过软化处理的软化材料，因此该Al合金线具有优异的导电率和韧性，并且与端子部之间具有高的连接强度。此外，由于本发明的Al合金线具有特定组成，因此其也具有高强度。因此，本发明的铝合金线完全具备束线所需的导电率、耐冲击性、强度以及与端子部的连接性，因而适合用作束线中电线的导体。下文 将对本发明详细说明。在本文中，元素的含量以质量％表示。
[铝合金线]
<<组成>>
构成本发明铝合金线的本发明铝合金为含有大于或等于0.005％且小于或等于2.2％的Fe的Al-Fe基合金。含有不低于0.005％的Fe可以使铝合金线具有优异的强度。尽管提高Fe的含量使得Al合金的强度得以增加，但同时也使得Al合金的导电率和韧性降低，并使得(例如)在拉丝过程中容易发生断裂。因此Fe的含量设定为不高于2.2％。尽管Fe能够提高强度而不会显著降低导电率，但是添加过高含量的Fe导致(例如)拉丝的可操作性降低。Fe的含量更优选为大于或等于0.9％且小于或等于2.0％。
除了Fe以外，可以含有选自Mg、Si、Cu、Zn、Ni、Mn、Ag、Cr和Zr中的至少一种添加元素，以提高强度、韧性和耐冲击性。虽然Mn、Ni、Zr和Cr会导致导电率的大幅降低，但是它们在提高强度方面非常有效。Ag和Zn会使导电率小幅降低，并且在一定程度上有效地提高强度。Cu可导致导电率小幅降低，并可提高强度。虽然Mg会导致导电率的大幅降低，但是Mg在提高强度方面非常有效。特别地，同时含有Mg和Si能够进一步提高强度。在这些添加元素中，可以含有单一一种元素或者至少2种元素的组合，并且优选的是，总含量为大于或等于0.005质量％且小于或等于1.0质量％。优选含有大于或等于0.05％且小于或等于0.5％的Mg，总量为大于或等于0.005％且小于或等于0.2％的Mn、Ni、Zr、Zn、Cr和Ag，大于或等于0.05％且小于或等于0.5％的Cu，以及大于或等于0.05％且小于或等于0.3％的Si。更优选含有大于或等于0.05％且小于或等于0.4％的Mg(特别是，大于或等于0.1％且小于或等于0.4％的Mg)，总量为大于或等于0.005％且小于或等于0.15％的Mn、Ni、Zr、Zn、Cr和Ag，大于或等于0.05％且小于或等于0.4％的Cu，以及大于或等于0.05％且小于或等于0.2％的Si。当Mg的含量超过0.5％，Mn、Ni、Zr、Zn、Cr和Ag的总含量超过0.2％，并且Cu的含量超过0.5％时，虽然使铝合金具有更高的强度，但是它们还会降低导电率和韧性从而导致(例如) 在拉丝过程中线材更容易发生断裂。Si的含量超过0.3％会导致导电率和韧性的降低。
关于构成本发明铝合金线的铝合金，除了Fe之外还含有上述添加元素的铝合金的特定组成的例子可包括下述(1)到(4)。
(1)含有大于或等于0.90质量％且小于或等于1.20质量％的Fe，大于或等于0.10质量％且小于或等于0.25质量％的Mg，并且余量为Al和杂质的组成；
(2)含有大于或等于1.01质量％且小于或等于2.2质量％的Fe，大于或等于0.05质量％且小于或等于0.5质量％的Mg，总量大于或等于0.005质量％且小于或等于0.2质量％的选自Mn、Ni、Zr、Zn、Cr和Ag中的至少一种元素，并且余量为Al和杂质的组成；
(3)含有大于或等于1.01质量％且小于或等于2.2质量％的Fe，大于或等于0.05质量％且小于或等于0.5质量％的Cu，并且余量为Al和杂质的组成；
(4)含有大于或等于1.01质量％且小于或等于2.2质量％的Fe，大于或等于0.05质量％且小于或等于0.5质量％的Cu，大于或等于0.1质量％且小于或等于0.5质量％的Mg以及大于或等于0.05质量％且小于或等于0.3质量％的Si中的至少一者，并且余量为Al和杂质的组成。
此外，含有Ti和B中的至少一种元素的上述Al合金的强度可得到进一步提高。Ti和B具有在铸造时使Al合金的晶体结构细化的效果。微细晶体结构可使强度得以增加。尽管可仅含有B，但是仅含有Ti或者尤其是同时含有B和Ti会使细化晶体结构的效果得以增强。为了具有充分的晶体结构细化效果，优选的是，所包含的Ti含量为大于或等于100ppm且小于或等于500ppm(大于或等于0.01质量％且小于或等于0.05质量％)，B含量为大于或等于10ppm且小于或等于50ppm(大于或等于0.001质量％且小于或等于0.005质量％)。Ti含量高于500ppm以及B含量高于50ppm时会使上述细化效果饱和，或造成导电率降低。
<<特性>>
本发明的Al合金线由具有特定组成的本发明铝合金形成，并且本 发明的Al合金线为软化材料，因此，该Al合金线具有优异的导电性和韧性，其导电率不低于58％IACS、并且伸长率不低于10％。本发明的Al合金线还可满足导电率不低于59％IACS、并且伸长率不低于25％的条件，不过这些会受到添加元素的种类和含量以及软化条件的影响。
本发明人进行了研究并发现：根据软化条件(方法)的不同，导电率和韧性可得以增加，并且耐腐蚀性会提高。具体来说，当采用后文所述的分批处理(光处理)的方式进行软化处理时，导电率和伸长率趋于提高，而采用后文所述的连续处理的方式进行软化处理时，耐腐蚀性趋于提高。分别对经过这些软化处理的铝合金线进行检测。这些铝合金线在析出物的存在状态方面存在差异。在进行连续软化处理的情况下，非常微细(不超过100nm)的析出物的数量比较少。在进行分批软化处理的情况下，与连续软化处理相比，析出物的数量较多。具体来说，所获得的铝合金线如下所述。
连续软化处理：在将被用作导体的铝合金线(其含有大于或等于0.005质量％且小于或等于2.2质量％的Fe并且余量为Al和杂质)中，从该铝合金线的横截面中选取2400nm×2600nm的观察视野。该观察视野中存在的圆当量直径小于或等于100nm的析出物的数量小于或等于10个。
分批软化处理：在将被用作导体的铝合金线(其含有大于或等于0.005质量％且小于或等于2.2质量％的Fe并且余量为Al和杂质)中，从该铝合金线的横截面中选取2400nm×2600nm的观察视野。该观察视野中存在的圆当量直径小于或等于100nm的析出物的数量大于10个。
除了Fe以外，还可以含有上述范围内的上述添加元素(Mg、Si、Cu、Zn、Ni、Mn、Ag、Cr、Zr)，并且进一步还可以含有Ti和/或B。
导致析出物存在状态不同的原因被认为是这样的。在连续软化处理的情况下，经过软化处理的工件可能具有较高的温度。所以，(例如)在铸造过程中或者在铸造过程后的轧制过程中析出的Fe可能以固体状态被再混合，以及/或者软化处理后的降温速度(冷却速度)较快(即，很容易被快速冷却)使得以固体状态被混合的Fe不容易 析出。与连续软化处理相比，在分批软化处理的情况下，经过软化处理的工件不容易具有较高的温度。因此，不容易发生固体状态的Fe被再混合的现象，以及/或者与连续软化处理相比，软化处理后的慢速冷却(降温速度较慢)更容易使Fe析出。
主要在铸造过程中产生晶体析出物。在拉丝之后，进行连续软化处理以减少微细析出物。因此，由于固体状态的Fe被充分地混合在基材中，因此连续软化处理能够提供具有优异强度的铝合金线，以及优异的抗腐蚀性。与此相反，虽然分批软化处理比连续软化处理产生更多的微细析出物，但每个析出物的尺寸均小于或等于100nm并且析出物的存在数量为最多100个析出物/上述观察视野。可通过调节软化条件来改变微细析出物的大小和数量。例如，可以提高软化处理的加热温度和降温速度(冷却速度)以减少析出物的大小和析出物的存在数量。因此，根据分批软化处理的条件，例如，可以获得这样的铝合金线，其中析出物的尺寸小于或等于80nm，或者进一步为小于或等于50nm，并且析出物的存在数量小于或等于50个，或者进一步为小于或等于20个。即使进行了分批软化处理，基材中的以固体状态混合的Fe使得铝合金线具有高强度，并且其中上述微细析出物均匀分散的结构使得铝合金线具有高韧性。另外，与连续软化处理相比，固体状态混合的Fe的量较少使得铝合金线具有高导电率。
本发明的Al合金线的拉伸强度优选为大于或等于110MPa并且小于或等于200MPa。本发明人发现：仅具有高强度但韧性不足的电线导体不适合用于束线。通常情况下，强度的提高会导致韧性降低。满足上述范围的拉伸强度则可同时提供高韧性和高强度。另外，本发明铝合金线的0.2％弹性极限应力优选为不低于40MPa。在电线具有同样拉伸强度的情况下，0.2％弹性极限应力较高的电线往往与端子部具有更高的固定强度。
可适当调整添加元素(种类和含量)以及制造条件(如软化条件)，以使生产出的Al合金线具有满足前述各特定范围的导电率、伸长率、拉伸强度和0.2％弹性极限应力。当减少添加元素、或者提高软化处理的加热温度并随后降低降温速度时，导电率和韧性趋于升高。当增加添 加元素、或者降低软化处理的加热温度时，则强度和0.2％弹性极限应力趋于增加。例如，拉伸强度可设定为大于或等于120MPa。
<<形状>>
对于本发明的Al合金线，可适当调整线材被拉伸的程度(横截面减小率)，以使该线材具有各种线直径(直径)。例如，当将Al合金线用作机动车辆束线中电线的导体时，线直径优选为大于或等于0.2mm且小于或等于1.5mm。
根据拉丝所用模具形状的不同，本发明的Al合金线可具有各种不同的横截面形状。典型的横截面形状为圆形。此外，横截面形状也可为椭圆形、多边形(例如，矩形和六边形)等。横截面形状并不局限于特定的某一种形状。
[铝合金绞合线]
本发明的上述Al合金线可为由多根线绞合在一起而制成的绞合线。即使线材的直径较小，但这些线材可绞合在一起而构成高强度的线材(绞合线)。对绞合在一起的线材的根数没有特别的限制。线材的根数的例子可为7、11、19和37根。此外，本发明的Al合金绞合线也可以为压缩线，其中该压缩线是通过将线材绞合在一起、随后进行压缩成型而形成的，这样，这种线材的直径小于仅将线材绞合在一起而形成的绞合线的直径。
[包覆电线]
可将上面所述的本发明Al合金线、本发明Al合金绞合线及压缩线合适地用作电线导体。根据预期的用途，可将其直接用作导体、或者用作包覆电线，该包覆电线包括由绝缘材料形成的、位于导体外周的绝缘包覆层。可适当地选择绝缘材料。绝缘材料的例子可包括聚氯乙烯(PVC)、无卤素树脂、具有优异阻燃性的材料等。可根据所需的绝缘强度来适当地选择绝缘包覆层的厚度，而对绝缘层的厚度没有特别的限制。
[束线]
上述包覆电线可适合用于束线。此时，将端子部连接在包覆电线的末端，从而可使电线与目标物(例如，设备)相连接。端子部可为 各种形式，例如公型、母型、压接型、焊接型，对端子部的形式没有特别的限制。上述束线还可以包括一组电线，其中多根包覆电线共用一个端子。此外，该束线中所包括的多根包覆电线可被捆绑工具等绑在一起，以便获得优异的操作性。这种束线适用于要求轻量化的各种领域，特别是用于为了提高燃油经济性而希望进一步减轻重量的机动车辆中。
[制备方法]
<<铸造步骤>>
根据本发明的制造方法，首先形成由上述具有特定组成的铝合金制成的铸造材料。所用的铸造方法可为使用动模或框形定模的连续铸造、以及使用箱形定模的模具铸造(以下称为方坯铸造)中的任意一者。连续铸造可将熔融金属快速固化，从而提供具有微细晶体结构的铸造材料。此外，快速固化可使晶体析出物细化，由此使得在所提供的铸造材料中，均匀分散有微细的晶体析出物。使用这样的铸造材料作为基材有利于制造出具有微细晶体结构的Al合金线，并且能够通过晶体的微细化而提高强度，并且通过微细晶体析出物的分散而提高韧性。可适当地选择冷却速度，冷却速度优选为1℃/秒或更高，更优选为4℃/秒或更高。更优选的是，在固态和液态的溶融金属共存的温度范围(600℃至700℃)内，冷却速度为20℃/秒或更高。例如，可使用具有水冷铜模具和/或强制水冷却装置等的连续铸造机，以实现上述冷却速度下的快速固化。对于连续铸造而言，可调节冷却速度以提供快速固化从而降低铸造后所获得的铸造材料的枝晶间距(DAS)。DAS优选为不大于50μm，更优选为不大于40μm。
在加入Ti和/或B的情况下，优选在将溶融金属倾注到模具中之前立即加入Ti和/或B，以避免(例如)Ti的局部分布，从而制备(例如)Ti均匀混合的铸造材料。
<<轧制步骤>>
接下来，上述铸造材料经过(热)轧制从而形成轧制材料。特别是，当使用方坯浇铸材料时，优选的是，浇铸之后的材料可以进行均匀化处理。
可连续地进行上述铸造步骤和轧制步骤，以通过利用铸造材料中累积的热量来促进热轧，从而实现高能率，与间歇式铸造方法相比，这种方式的铸造轧制材料的生产性更优异。
<<拉丝步骤>>
接下来，对上述轧制材料、或者经连续铸造及轧制的材料进行(冷)拉丝，以形成拉丝材料。可根据所需的线直径来适当地选择材料被拉丝的程度。由此可制得所需数量的拉丝材料、并将这些拉丝材料绞合在一起以形成绞合线。
《软化处理(最终热处理)步骤》
接下来，使上述拉丝材料或绞合线经过软化处理。在这样的条件下进行软化处理，使得经过软化处理后的线材(单线或绞合线)的伸长率达到10％或更高。软化处理可在拉丝后以及绞合后进行，以使得最终的绞合线的伸长率为10％以上。进行软化处理以使线材软化，并在不过分降低线材强度的情况下提高线材的韧性，其中线材的强度已通过晶体结构的细化和加工硬化而得以增强。
关于软化处理，可使用连续处理或者分批处理。关于软化处理过程中的气氛，为了避免因处理过程中的加热而在线材表面上形成氧化膜，所述气氛优选为空气或者氧含量较低的气氛(例如，非氧化气氛)。非氧化气氛的例子可包括真空气氛(减压气氛)、惰性气体气氛(例如氮气(N2)或氩气(Ar))以及诸如含有氢气的气体(例如，纯氢气(H2)，诸如N2、Ar或氦气(He)之类的惰性气体与氢气(H2)的混合气体)、以及含有碳酸气的气体(例如，一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的混和气体)。
<分批处理>
分批处理(光软化处理)是指对位于加热容器(例如，气氛炉(如，箱形炉))中的待加热工件进行加热的处理方法。尽管每次处理的生产量有限，但是这种处理方法易于控制整体工件的加热状态。分批处理中可将加热温度设置为250℃或更高，以使得线材的伸长率达到10％以上。优选的条件为：加热温度为大于或等于300℃且小于或等于500℃，保持时间为大于或等于0.5小时且小于或等于6小时。当加热温度低于 250℃时，则难以提高韧性和导电率，而当加热温度高于500℃或保持时间超过6小时时，则强度会下降。另外，分批处理时，加热温度的降低速度(即，加热后的降温速度)优选为小于或等于50℃/秒。降温速度可被设定得相对较低以实现慢速冷却，从而导致相对大量的微细析出物。可通过将加热后的工件继续保持在炉中，而不是在加热工件后立即将工件从炉中取出，从而满足上述降温速度。
<连续处理>
连续处理是指将待加热工件连续地送入加热容器中、并对该工件连续加热的处理方法，其优点包括：1.线材可被连续加热，因此可加工性优异。2.线材在长度方向上受热均匀，因此可避免线材在长度方向上的性能发生变化。特别是，在使尺寸较长的线材(例如，用作电线导体的尺寸较长的线)进行软化处理的情况中，适合使用连续处理的方法。连续处理的例子可包括：直接通电加热法，其通过电阻加热来对待加热的工件进行加热(利用电能进行连续软化处理)；间接通电加热法，其通过高频电磁感应来对待加热工件进行加热(利用高频感应加热进行连续软化处理)；以及炉式加热法，其将待加热的工件送入具有加热气氛的加热容器(管道软化炉)中，并通过热传递对工件进行加热。可通过(例如)如下方式的连续处理来获得伸长率为10％以上的线材。对样品进行软化处理，在该软化处理过程中，适当改变可对所需特性(此处为伸长率)产生影响的控制参数，测量此时样品的特性(伸长率)，并得到参数值与测量值之间的相关数据。基于该相关数据对参数加以调整，以获得所需特性(伸长率)。利用电能的方法的控制参数可包括：(例如)工件送入容器中的速度(线材速度)、待加热工件的尺寸(线直径)以及电流值。炉式方法的控制参数可包括(例如)：工件送入容器中的速度(线材速度)、待加热工件的尺寸(线直径)以及炉子的尺寸(管道软化炉的直径)。在将软化装置置于拉丝机排出拉丝材料这一侧时，可将线材速度设置为数百米/分钟以上，例如设置为400m/min以上，以得到伸长率为10％以上的线材。另外，对于连续处理，优选的是，加热处理后的降温速度大于或等于50℃/秒。相对较低的降温速度可以抑制微细析出物的生成，并使得析出物的数量相对较小。例如可通 过调节上述的线材速度来调节降温速度。
《其他步骤》 
本发明的制造方法还可包括：通过将多根上述拉丝材料或软化材料绞合在一起而形成绞合线的步骤；以及通过对该绞合线进行压缩成型而形成具有预定线直径的压缩线，由此制得压缩线的步骤。在绞合线的情况中，可仅在绞合之前对拉丝材料进行软化处理，或者在绞合之前以及之后对拉丝材料进行软化处，或者不在绞合之前对拉丝线材进行软化处理、而是仅对绞合线或压缩线进行软化处理。当在绞合之前制得具有预定伸长率的软化材料，并通过使用该软化材料来形成具有一定伸长率的压缩线、或者通过使用经过绞合的绞合线(软化材料)来形成具有一定伸长率的压缩线时，在压缩之后可不进行软化处理。可在得到的压缩线上形成上述绝缘包覆层，以制得包覆电线。可在所得包覆电线的末端上连接端子部，并将多根具有端子部的包覆电线捆绑在一起以制得束线。本发明的效果
本发明的Al合金线、本发明的Al合金绞合线、本发明的包覆电线以及本发明的Al合金具有高强度、高韧性和高的导电率。此外，本发明的束线具有均衡的强度、韧性和导电率，并且重量轻。本发明的制造方法可以高产率地制备本发明的上述Al合金线。
附图说明
图1示出了Al-Fe-Mg-(Mn、Ni、Zr、Ag)基合金线的软化处理温度与导电率和拉伸强度之间的关系的曲线图。
图2示出了Al-Fe-Cu基合金线的软化处理温度与导电率和拉伸强度之间的关系的曲线图。
图3为铝合金线的横截面的显微照片，其中图3(1)示出了经过分批软化处理的样品，图3(2)示出了经过连续软化处理的样品。
图4为示出了耐冲击性试验的试验方法的图。
图5为示出了端子部固定强度试验的试验方法的图。
具体实施方式
制备Al合金线，并将该Al合金线用于进一步制备包覆电线。检测Al合金线和包覆电线的各种特性。包覆电线的制备步骤依次为：铸造、轧制、拉丝、制备绞合线、压缩、软化、形成绝缘包覆层。
[Al合金线的特性]
首先，制备Al合金线。作为基本成分，准备纯铝(铝含量不低于99.7质量％)并熔化。按照表1所示的添加量，向所得的熔融金属(熔融铝)中加入表1所示的添加元素，以制得熔融Al合金。优选的是，对于成分经过调节的熔融Al合金，适当地进行氢气除去处理和/或异物除去处理。
使用皮带轮式连铸连轧机对准备好的熔融Al合金连续进行浇铸和热轧，以制得φ9.5mm的线棒(连铸连轧材料)。关于上述连续铸造，对冷却装置等进行调节使得冷却速度为4.5℃/秒。借助于结构照片来测量所获得的铸造材料的DAS，并且所测得的DAS为约20μm。或者，将上述熔融Al合金倒入到预定的固定模中并冷却，以制得方坯铸造材料，并对该方坯铸造材料进行均匀化处理随后进行热轧以制得φ9.5mm的线棒(轧制材料)。对于包含Ti或包含Ti和B的样品，将Ti颗粒或TiB2线材在铸造前立即加入到熔融Al合金中，以达到表1中所示的含量。
对上述线棒进行冷拉丝，以制备线直径为φ0.3mm的拉丝材料。将所得的拉丝材料进行如表1所示的软化处理，以制得软化材料(Al合金线)。关于软化处理，使用箱型炉，并且在表1所示的气氛中和加热温度下进行分批处理(每个软化处理的保持时间为3小时，降温速度：0.02℃/秒)，或者采用高频感应加热法在表1所示的气氛中进行连续处理(线速：500m/min，电流值：200A，降温速度：500℃/秒)。此处，对样品1-2和样品1-3进行连续处理，对除了样品1-2和样品1-3之外的其它的、并且已进行过软化处理的样品进行分批处理。用非接触式红外测温仪测量连续处理时的温度。为了进行比较，也制备了拉丝后未经软化处理的未处理材料(样品1-102、1-112)。
表1
(Al-Fe-Mg)
(Al-Fe-Mg-(Mn，Ni，Zr，Ag))
(Al-Fe-Cu)
对于所获得的线直径为φ0.3mm的软化材料以及未处理材料，测量了拉伸强度(MPa)、伸长率(％)、0.2％弹性极限应力(MPa)和导电率(％IACS)。结果如表2所示。
按照JIS Z 2241(金属材料拉伸试验方法，1998)，利用通用的拉伸试验机对拉伸强度(MPa)和伸长率(％，断裂伸长率)以及0.2％弹性极限应力(MPa)进行测量。通过电桥法测定导电率(％IACS)。
表2
(Al-Fe-Mg)
(Al-Fe-Mg-(Mn,Ni,Zr,Ag))
(Al-Fe-Cu)
如表1所示，样品1-1至样品1-4、样品1-11至样品1-16以及样品1-21至样品1-26均由具有特定组成的Al-Fe基合金构成、并且经过软化处理，其导电率不低于58％IACS、伸长率不低于10％、0.2％弹性极限应力不低于40MPa并且拉伸强度不低于110MPa。也就是说，样品1-1至样品1-4、样品1-11至样品1-16以及样品1-21至样品1-26不仅具有高导电率和高韧性，而且还具有高强度。特别是，除了含有Fe外还含有选自Mg、Si、Cu、Zn、Ni、Mn、Ag、Cr和Zr中的至少一种添加元素可以使得强度更高。通过含有Mg之外还 含有Mn、Ni、Zr、Ag，或者除了含有Cu之外还含有Mg或Si或Mg和Si这二者，可以使得强度进一步提高。通过对比具有相同组成的样品可以看出，与进行方坯铸造的样品相比，进行连铸连轧的样品倾向于具有更高的伸长率。根据组成，伸长率大于或等于25％意味着韧性优异。
与此相对的是，未进行软化处理的样品1-102和样品1-112具有高强度，但是其伸长率非常低，从而导致其韧性低并且其导电率也低。关于那些经过软化处理但不具有特定组成的样品，特别是Fe和其他添加元素的含量较高的样品1-101和样品1-111具有高强度，但是其伸长率和导电率都较低。
[软化处理条件(温度)和特性]
制备了在不同条件下进行软化处理的样品，并测定了所得样品的导电率(％)和拉伸强度(MPa)。结果示于图1和图2中。此处，对具有样品1-12(图1)和样品1-22(图2)的组成并且线直径为φ0.3mm的拉丝材料进行了软化处理。利用箱型炉(还原气体气氛，降温速度：0.02℃/秒)，在从200℃至400℃的范围内恰当选择的加热温度(软化温度)(保持时间：3小时)下，对拉丝材料进行分批软化处理。
从图1和2中可看出，可以在250℃以上的加热温度下进行软化处理，以得到导电率不低于58％IACS且拉伸强度不低于120MPa的软化材料。200℃的温度看起来会使拉伸强度过高，从而导致伸长率较小以及韧性较低。
[软化材料的结构]
图3为制得的软化材料的横截面的透射电子显微镜(TEM)照片(×45000)。样品1-1(分批软化处理)示于图3(1)中，样品1-2(连续软化处理)示于图3(2)中。在图3中，小的黑灰点表示析出物，相对较大的黑点(圆当量直径超过200nm的点)为结晶物(crystallization)。从图3(2)可以看到，经过连续软化处理的样品中，圆当量直径小于或等于100nm的微细析出物较少。从图3(1)还可以看到，与经过连续软化处理的样品相比，经过分批软化处理的 样品中，圆当量直径小于或等于100nm的微细析出物较多。从一个横截面中选取三个2400nm×2600nm的观察视野，测量每个观察视野中存在的圆当量直径小于或等于100nm的析出物的数量。发现在经过连续软化处理的样品中，上述观察视野中小于或等于100nm的析出物的数量(三个观察视野的平均值)为3个(小于10个)，并且在经过分批软化处理的样品中，该数量为18个(大于10个且不大于20个)。析出物的尺寸(圆当量直径)为在图像处理后的显微镜照片中析出物的面积换算成圆后的直径。
[包覆电线的特性]
可以预见，由具有特定组成的Al-Fe基合金制成、并且经过上述软化处理的Al合金线适宜用作束线中电线的导体。因此，制备包覆电线以检测其机械特性。
将由上述方法制得的、线直径为φ0.3mm的多根拉丝材料(组成参见表1)绞合在一起以制备绞合线。在此，将由3根内侧线和8根外侧线构成的总计11根拉丝线绞合在一起，之后进行压缩加工以使其横截面为圆形，由此得到0.75mm2的压缩线。在表1所示的气氛中和加热温度下，在基本上与上述的对φ0.3mm的拉丝材料进行的软化处理相似的条件下，对所得压缩线进行软化处理(利用箱型炉进行的分批处理，或者利用高频感应加热法进行的连续处理)。使用绝缘材料(此处为无卤素绝缘材料)以在所得的软化材料的外周上形成绝缘包覆层(厚度为0.2mm)，由此制得包覆电线。作为对照，将拉丝材料绞合在一起、并将绞合线压缩成压缩线，未对该压缩线进行软化处理，由此制得未处理材料(样品2-102、样品2-112)。
检测所得到的包覆电线的耐冲击性(J/m)和端子固定强度(N)。结果示于表3中。
按照以下方式来评价耐冲击性(J/m或(N·m)/m)。图4为示出耐冲击性试验的试验方法的示意图。在样品S(待评价的两点间距离L：1m)的末端上连接重物w(图4(1))，将该重物w升高1m，而后使其自由降落(图4(2))。然后，测量不会导致样品S断裂的重物w的最大重量(kg)，将所测得的重量与重力加速度(9.8m/s2)以及 下落距离1m相乘，将该乘积除以下落距离，将所得值用于评价耐冲击性(J/m或(N·m)/m)。
按照如下方式评价端子固定强度(N)。图5为示出端子固定强度试验的试验方法的示意图。对于由周围覆盖有绝缘层2的绞合线1所形成的样品S，将其相对的两端的绝缘层2剥去，从而暴露出绞合线1。将端子部3连接在绞合线1的一端上，并将该端子部3固定在端子夹头20上。绞合线1的另一端固定在线夹头21上。使用通用的拉伸试验机来测量样品S(其两端被夹头20、21固定)断裂时的最大负荷(N)，将该最大负荷(N)用于评价端子固定强度(N)。
表3
(Al-Fe-Mg)
(Al-Fe-Mg-(Mn,Ni,Zr,Ag))
(Al-Fe-Cu)
如表3所示，可以看出，样品2-1至样品2-4、样品2-11至样品2-16和样品2-21至样品2-26的包覆电线具有优异的耐冲击性，并且线材与端子部之间的连接强度高，其中这些样品使用了由具有特定组成的Al-Fe基合金制成的、并经过软化处理的绞合线。
[软化处理条件(方法)和特性]
关于软化处理，对铝合金线进行分批处理并且对铝合金线进行连续处理。对所获得的铝合金线的耐腐蚀性和机械特性进行检测。
按照与上述φ0.3mm的铝合金线相似的方式制备铝合金线。具体来说，向与上述类似的熔融纯铝中，按照表4中所示的各含量添加表4中所示的添加元素以制备熔融铝合金。使用皮带轮式连铸连轧机制得φ9.5mm的线棒(铸造时的冷却速度：4.5℃/秒，铸造材料的DAS：约20μm)。将该线棒进行冷拉丝处理以制备线直径为φ0.3mm的拉丝材料，将该拉丝材料在表4所示的条件下进行软化处理(分批处理(光软化处理)或连续处理)，以制备φ0.3mm的软化材料(单线)。此时的分批处理条件与样品1-1或样品1-11的基本类似，连续处理的条件与样品1-2的基本类似。将11条所获得的线直径为φ0.3mm的拉丝材料绞合在一起以制备0.75mm2的压缩线。在表4所示的条件下对所获得的压缩线进行软化处理(分批处理或连续处理)以获得0.75mm2的软化材料(压缩线)。此时的分批处理条件与样品2-1或样品2-11的基本类似，连续处理的条件与样品2-2的基本类似。
对于所获得的软化材料，按照与上述类似的方式测定拉伸强度(MPa)、0.2％弹性极限应力(MPa)、伸长率(％，断裂伸长率)、导电率(％IACS)、耐冲击性(J/m)和端子固定强度(N)。结果如表5所示。
按照与对φ0.3mm的软化材料进行的软化处理类似的方法，对在上述的制备线直径为φ0.3mm的拉丝材料的工艺中获得的线直径为φ1.0mm的拉丝材料进行表4所示的软化处理，从而制备软化材料。该软化材料用作测量点蚀电位(V)和保护电位(V)的样品。结果如表5所示。
点蚀电位和保护电位按照下列方式进行测量。首先，将样品浸入到5质量％的NaOH水溶液(60℃)中达一定时间(1分钟)以除去钝化膜。然后，将样品浸入到55质量％的HNO3水溶液中达一定时间(约10秒)，洗涤并中和，之后用水洗涤。将洗涤后的样品浸入到电解液(5质量％的NaCl水溶液)中达一定时间，施加一定的电压使其发生还原(-1.5V，5分钟)。此后，清除电位以测量点蚀电位和保护电位。通过形成三电极式电化学测量电池来进行测量。该电池包括：注入有电解液的容器、浸在电解液中的参比电极(RE)：Ag/AgCl、对电极(CE)：Pt以及待测样品。RE、CE和样品的末端分别连接到市售可得的稳压器/恒流器设备上，并且如上所述施加一定的电势以测量电流的变化。这里，点蚀电位是指电流达到100μA/cm2后继续增大时的电位。关于保护电位，当电流为1mA/cm2时，电位在相反方向上(这里为阴极方向)被清除。电流变为零时的电位为保护电位。点蚀电位的绝对值越小并且保护电位的绝对值越小，点蚀越少，即，耐腐蚀性优异。
表5
如表5所示，由具有特定组成的Al-Fe基合金制成的、并且经过软化处理的铝合金线，其导电率不低于58％IACS、伸长率不低于10％、0.2％弹性极限应力不低于40MPa、并且拉伸强度不低于110MPa，因此具有高导电率、高韧性和高强度，还具有优异的耐冲击性，并且与端子部间的连接强度高。特别是，通过对比组成相同的样品可以看出，在导电率和机械特性(如伸长率、强度和耐冲击性)方面，经过分批软化处理的样品优于经过连续软化处理的样品。与此形成对比的是，通过比较组成相同的样品可以看出，与经过分批软化处理的样品相比，经过连续软化处理的样品的点蚀电位的绝对值和保护电位的绝对值较小，并且耐腐蚀性优异。另外，例如，通过表5中的样品15与样品16之间的比较可以看出，拉伸强度基本相同的样品中，0.2％ 弹性极限应力较高的样品趋于具有较高的端子固定强度。
如上所述，使用了由具有特定组成的Al-Fe基合金制成的、并经过软化处理的Al合金线的包覆电线，具有高导电率、高韧性、高强度、以及优异的与端子部间的连接强度和优异的耐冲击性。因此，可以预见这种包覆电线适宜用于束线，特别是机动车辆用束线。
需要注意的是，在不超出本发明范围的情况下，可以对上述实施方案进行恰当地修改，并且上述实施方案并不局限于上述结构。例如，可在特定范围内改变Fe、Cu、Mg、Si、Zn、Ni、Mn、Ag、Cr、Zr的含量。此外，可以改变线材的尺寸和形状、并且可以改变用以形成绞合线的线材的根数。
工业实用性 
本发明的束线适用于需要质量轻、高强度、高韧性和高导电性的用途，特别是(例如)机动车辆用的布线。本发明的包覆电线、本发明的铝合金线、或本发明的铝绞合线适合用作这种束线的电线或电线的导体。此外，本发明的铝合金线制造方法适用于制造本发明的上述铝合金线。
符号说明
1 绞合线；2 绝缘包覆层；3 端子部；S 样品；w 重物；20 端子夹头；21 线材夹头。 

Claims (7)

1.一种束线用电线，其用作机动车用束线的电线，
所述电线包括由单根或多根铝合金线形成的电导体、以及设置在所述导体的外周上的绝缘覆层，
所述铝合金线含有：大于或等于0.90质量％小于或等于1.20质量％的Fe，大于或等于0.05质量％小于或等于0.5质量％的Mg，以及Ti和B中的至少一种元素，并且余量为Al和杂质，其中Ti的含量为大于或等于0.01质量％小于或等于0.05质量％并且B的含量为大于或等于0.001质量％小于或等于0.005质量％，
所述铝合金线的线直径为大于或等于0.2mm小于或等于1.5mm，
所述铝合金线的导电率不低于58％IACS，
所述铝合金线的按照JIS Z 2241测量的断裂伸长率不低于10％，并且所述铝合金线的端子固定强度大于或等于58N。
2.权利要求1所述的电线，其中
在从所述铝合金线的横截面中选取的2400nm×2600nm的观察视野中，该观察视野中存在的圆当量直径不大于100nm的析出物的数量不大于10个。
3.权利要求1或2所述的电线，其中
在从所述铝合金线的横截面中选取的2400nm×2600nm的观察视野中，该观察视野中存在的圆当量直径不大于100nm的析出物的数量超过10个。
4.权利要求1至3中任意一项所述的电线，其中
所述铝合金线的0.2％弹性极限应力不低于40MPa。
5.权利要求1至4中任意一项所述的电线，其中
所述铝合金线的拉伸强度大于或等于110MPa小于或等于200MPa。
6.权利要求1所述的电线，其中
所述导体为通过将多根所述铝合金线绞合在一起而形成的铝合金绞合线、或者为通过将所述铝合金绞合线压缩而形成的压缩线。
7.一种用于机动车的束线，包括权利要求1所述的电线、以及与所述电线的末端连接的端子部。
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