CN105917013A - 母线用铝合金板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种母线用铝合金板，其含有Mg：0.3～0.9质量％、Si：0.2～1.2质量％、Cu：0.2质量％以下、Fe：0.5质量％以下，并且剩余部分由Al及不可避免的杂质构成。另外，在Al母相中，含有Mg及Si的针状粒子存在900～4000个/μm²。另外，存在于Al母相中的Fe系粒子的平均当量圆直径为5μm以下，并且具有超过2μm的当量圆直径的粒子的数量为10000个/m m²以下。

Description

母线用铝合金板及其制造方法

技术领域

本发明涉及母线用铝合金板及其制造方法。

背景技术

在例如新干线、磁悬浮列车、混合动力汽车、电动汽车等输送机械中，作为PCU(Power Control Unit)等配线用导电部件，使用了无氧铜、韧铜、磷脱氧铜等具有优异的导电性和强度的纯铜板构成的母线(bus bar)。另外，在需要比纯铜板高的强度的情况下，使用对导电性高的铜合金板实施了电解镀Ni的母线等。

近年来，从提高输送机械的能量效率的观点出发，迫切期望构成部件的轻量化。但是，由于铜在用作导电部件的金属中比重较大，因此使用铜的母线的轻量化存在局限性。另外，铜还具有材料成本高这样的问题。

作为该问题的对策，比铜廉价且比重小的铝合金制的母线正在被得到考虑。作为母线用的铝材的例子，提出了例如导电性优异的JIS A 1060材料(专利文献1)、强度优异的JIS A 6101材料(专利文献2)等。

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

发明要解决的课题

通常，母线为对条材或板材实施弯曲加工，并成形为与配线空间一致的形状。因此，对于用作母线的素材的铝材而言，需要具有优异的弯曲加工性。然而，例如，1000系铝材等具有优异的弯曲加工性的材料难以满足母线所要求的强度特性。另一方面，例如6000系铝材等具有高强度的材料虽然通过固溶处理和人工时效处理能够满足强度方面及导电性的要求，但却存在弯曲加工性低并且容易发生开裂这样的问题。

本发明是鉴于上述的背景而完成的，其目的是提供强度及导电性高并且具有优异的弯曲加工性的母线用铝合金板及其制造方法。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式在于一种母线用铝合金板，其特征在于，含有Mg：0.3～0.9质量％、Si：0.2～1.2质量％、Cu：0.2质量％以下、Fe：0.5质量％以下且剩余部分由Al及不可避免的杂质构成，

在Al母相中，含有Mg及Si的针状粒子存在900～4000个/μm²，

存在于所述Al母相中的Fe系粒子的平均当量圆直径为5μm以下，并且具有超过2μm的当量圆直径的粒子的数量为10000个/m m²以下。

本发明的另一方式在于母线用铝合金板的制造方法，其特征在于，

准备含有Mg：0.3～0.9质量％、Si：0.2～1.2质量％、Cu：0.2质量％以下、Fe：0.5质量％以下且剩余部分由Al及不可避免的杂质构成的板材，

对该板材实施固溶处理之后，

以1～10％的压下率对所述板材进行平整，

之后，对所述板材实施人工时效处理。

发明效果

上述母线用铝合金板(以下，称作“铝合金板”)具有上述特定的化学成分。因此，上述铝合金板能够比较容易地满足母线所要求的强度特性及导电性。

另外，在上述铝合金板中，在上述Al母相中必须包含含有Mg及Si的上述针状粒子，上述针状粒子的数量被控制在上述特定的范围内。另外，在源于Fe的上述Fe系粒子被包含于上述Al母相中的情况下，上述Fe系粒子的粒径分布被限制在上述特定的范围。如此，上述铝合金板在具备上述特定的化学成分的基础上，还具备如上所述被精细控制的金属组织，因此，与以往的6000系铝合金板相比，弯曲加工时难以开裂，具有优异的弯曲加工性。

如上所述，上述铝合金板其强度和导电性高，具有优异的弯曲加工性。

另外，上述铝合金板的制造方法包括以下工序，该工序对实施过固溶处理的上述板材以上述特定的范围的压下率实施了平整之后，实施人工时效处理。如此，通过依次进行固溶处理、平整以及人工时效处理，能够将获得的铝合金板的金属组织控制为期望的状态。其结果，能够容易制作强度和导电性高并且弯曲加工性优异的上述铝合金板。

附图说明

图1是表示在固溶处理后进行平整，之后进行人工时效处理后的铝合金板的金属组织的例子的附图代用照片。

图2是表示在固溶处理后，不进行平整而进行人工时效处理后的铝合金板的金属组织的例子的附图代用照片。

具体实施方式

以下对上述铝合金板进行详细说明。

＜化学成分＞

Mg：0.3～0.9质量％

Mg(镁)具有通过与Si共存使针状粒子析出并通过析出强化来提高铝合金板的强度的作用。另一方面，未作为针状粒子析出的Mg由于与Al母相固溶，因此当Mg的固溶量过度增多时，存在导电率下降的倾向。

通过将Mg的含量设为0.3～0.9质量％，能够提高铝合金板的强度特性、导电性以及弯曲加工性。出于相同的观点，优选将Mg的含量设为0.35～0.85质量％。当Mg的含量小于0.3质量％时，针状粒子的数量过少，铝合金板的强度降低。另一方面，当Mg的含量超过0.9质量％时，针状粒子的数量变得过多，因此，弯曲加工性降低，铝合金板容易发生开裂。另外，当Mg的含量超过0.9质量％时，难以满足母线所要求的导电性。

Si：0.2～1.2质量％

Si(硅)具有通过与Mg共存使针状粒子析出并提高铝合金板的强度的作用。通过使Si的含量为0.2～1.2质量％的范围，能够提高铝合金板的强度特性及弯曲加工性。出于相同的观点，优选将Si的含量设为0.25～1.1质量％。

当Si的含量小于0.2质量％时，针状粒子的数量过少，铝合金板的强度降低。另一方面，当Si的含量超过1.2质量％时，针状粒子的数量过多，因此弯曲加工性降低，铝合金板容易发生开裂。

Cu：0.2质量％以下

根据所使用的原料的种类的不同，有可能混入一定程度的Cu(铜)。Cu具有在弯曲加工时促进剪切带形成的作用。当存在剪切带时，弯曲加工时产生的微小的开裂使剪切带传播并扩大，铝合金板容易发生开裂。因此，当Cu的含量过度增多时，会导致弯曲加工性的下降。另外，当Cu的含量增多时，存在导电率降低的倾向。因此，通过将Cu的含量限制在0.2质量％以下，能够避免上述的问题，并提高铝合金板的导电性及弯曲加工性。出于相同的观点，优选将Cu的含量限制在0.1质量％以下。

Fe：0.5质量％以下

与Cu同样地，根据所使用的原料的种类的不同，有可能混入一定程度的Fe(铁)。当Fe的含量增多时，在Al母相中容易产生粗大的Fe系粒子。粗大的Fe系粒子有可能在弯曲加工时成为开裂的起点，因此，当Fe的含量过度增多时，会导致弯曲加工性的下降，铝合金板容易产生开裂。因此，通过将Fe的含量限制在0.5质量％以下，能够避免上述的问题并提高铝合金板的弯曲加工性。出于相同的观点，优选将Fe的含量限制在0.4质量％以下。

＜金属组织＞

针状粒子

将Al母相中所含的第二相粒子中的含有Mg及Si并且呈针状的粒子称作针状粒子。针状粒子具有通过人工时效处理析出并且通过析出强化提高铝合金板的强度的作用。另外，针状粒子越多地析出，则Al母相中的Mg固溶量就相对减小，因此，存在针状粒子的数量越多则导电率越高的倾向。因此，通过将针状粒子的数量设为900个/μm²以上，能够提高铝合金板的强度及导电性。

另一方面，当针状粒子的数量过度增多时，会导致弯曲加工性的下降，铝合金板容易发生开裂。从避免这样的问题的观点出发，将针状粒子的数量设为4000个/μm²以下。因此，通过将针状粒子的数量控制在900～4000個/μm²的范围，能够提高铝合金板的强度特性、导电性及弯曲加工性。此外，在Al母相中，有含有包含Mg及Si并且呈针状以外的形状的析出物和结晶物的情况，这些析出物等不具有提高铝合金板的强度特性、导电性以及弯曲加工性的效果。

Fe系粒子

将Al母相中所含的第二相粒子中的由Al－Fe－Si系、Al－Fe系的结晶物和析出物构成的粒子称作Fe系粒子。Fe系粒子在铝合金板中包含有Fe的情况下形成。当Al母相中存在有粗大的Fe系粒子时，会成为弯曲加工时的开裂的起点，会导致弯曲加工性的下降。因此，为了获得弯曲加工性优异的铝合金板，将Fe系粒子的平均当量圆直径限制在5μm以下，并且将具有超过2μm的当量圆直径的粒子的数量限制在10000个/mm²以下。此外，铝合金板例如也可以通过形成为不包含Fe的化学成分等的方法，构成为不包含Fe系粒子。即使在Al母相中不存在Fe系粒子的情况下，铝合金板的强度特性、导电性以及弯曲加工性也不会下降。

＜导电率及拉伸强度＞

铝合金板优选具有170MPa以上的拉伸强度及55％IACS以上的导电率。具有这种特性的铝合金板充分满足母线所要求的强度特性及导电性，因此适合作为母线的素材。

接下来，对上述铝合金板的制造方法进行详细说明。

首先，准备具有上述特定的化学成分的板材。对板材的制作工序及条件没有特别限定，但是，通常，可通过对铸块依次实施均匀化处理及热轧来制作板材，也可以在热轧之后根据需要追加冷轧。均匀化处理中的加热温度例如优选从450～580℃的范围适当进行选择。另外，热轧优选以如下方式进行，例如，在板材的温度为400～550℃期间开始热轧，使热轧结束时的温度为200～350℃。在热轧后进行冷轧的情况下，可在板材的温度小于200℃的期间开始冷轧。上述冷轧中的压下率优选采用在固溶处理中晶粒不发生粗大化的条件。

接下来，对板材实施固溶处理。在固溶处理中，首先，对板材进行加热直到达到规定的温度。此时的板材的达到温度优选设定在480～600℃的范围内。可以在板材达到规定的温度之后，立即结束加热，也可以在保持规定的温度一定时间之后结束加热。保持板材的温度的情况下的保持时间优选设为5分钟以下。

固溶处理之后，对板材以1～10％的压下率实施平整。通过以上述特定范围的压下率实施平整，能够改善获得的铝合金板的弯曲加工性。这是由于以下的原因。

针状粒子通常容易在人工时效处理中在晶粒内高密度且细微地析出。而且，由于针状粒子高密度地分布，因此，随着弯曲加工，促进了剪切带的形成，在弯曲加工时容易产生开裂。另一方面，当对板材实施上述的平整时，在通过平整所导入的转移位置上针状粒子优先析出，因此，与不实施上述的平整的情况相比，能够降低针状粒子的密度。其结果，弯曲加工性提高，能够抑制开裂的产生。

在平整时的压下率小于1％的情况下，上述的转移位置的导入不充分，由此针状粒子的密度过度增大，因此弯曲加工性下降。另一方面，在压下率超过10％的情况下，加工硬化量过度增大，因此弯曲加工性下降，铝合金板容易产生开裂。因此，从避免过度的加工硬化同时提高弯曲加工性的观点出发，将压下率设为1～10％。出于相同的观点，优选将压下率设为1.5～9％。

平整后，对板材实施人工时效处理。人工时效处理中的处理条件只要是能够获得上述特定的金属组织的条件即可，优选是在能够获得上述特定的金属组织的基础上，还能够获得上述特定的范围的拉伸强度及导电率的条件。具体而言，可采用以下的处理条件。首先，对板材进行加热直到达到规定的温度。此时的板材的达到温度优选设定在160～210℃的范围内。可以在板材达到规定的温度之后，立即结束加热，也可以在保持规定的温度一定时间之后结束加热。保持板材的温度的情况下的保持时间优选设为30小时以下。

实施例

(实施例1)

以下对上述铝合金板的实施例进行说明。在本实施例中，制作具有表1所示的化学成分(合金A～M)的铝合金轧制板(试验材料1～13)，对拉伸强度、导电率以及弯曲加工性进行了评价。

试验材料的制作按照以下的步骤进行。首先，通过DC铸造，制作具有表1所示的化学成分的厚500mm、宽500mm的铸块。将获得的铸块在550℃下加热12小时进行均匀化处理之后，进行热轧，制作厚6.0mm的粗轧制板。此外，热轧开始时的铸块的温度设为550℃。另外，热轧结束时的粗轧制板的温度为350℃。之后，对粗轧制板实施冷轧，准备厚2.1mm的板材。

接下来，对板材进行加热进行固溶处理。固溶处理中的板材的达到温度设为550℃，达到550℃后的保持时间设为1分钟。在固溶处理后，以5％的压下率进行平整，使板材的厚度为2.0mm。之后，对板材进行加热进行人工时效处理。人工时效处理中的板材的达到温度设为170℃，达到170℃后的保持时间设为8小时。由此，获得了铝合金板(试验材料1～13)。

使用获得的试验材料，进行金属组织观察、拉伸试验、导电率测量以及180度紧贴弯曲试验。以下对各试验的详细情况进行说明。

＜金属组织观察＞

针状粒子的数量的评价

从厚度方向上的试验材料的中心部采集与板面平行的薄片状样本。使用透射型电子显微镜，获取了以倍率50000倍观察到的薄片状样本的电子显微镜像。进行所获得的电子显微镜像的图像解析，测量存在于视野内的针状粒子的个数。然后，将针状粒子的个数用视野面积相除，换算成每单位面积的个数(个/μm²)。此外，上述的方法一般是作为细微的第二相粒子的观察方法，但是基于上述方法测量针状粒子的粒子直径是比较困难的。

在图1及图2中，表示了电子显微镜像的一例。图1是由含有Mg：0.6质量％、Si：0.5质量％的铝合金构成并在固溶处理后以9％的压下率进行平整之后，进一步进行过人工时效处理的铝合金板的电子显微镜像。图2是在上述说明中在固溶处理后不进行平整而进行人工时效处理后的铝合金板的电子显微镜像。图1和图2中均可确认到在Al母相中存在有向图的斜向延伸的针状粒子(附图标记P)。另外，可以理解的是，与未进行平整的铝合金板(图2)相比，进行了平整的铝合金板(图1)存在于视野内的针状粒子的数量较少。

Fe系粒子的粒径分布评价

在厚度方向上的试验材料的中心部，露出与板面平行的剖面。使用扫描型电子显微镜，获取了以倍率500倍观察到的该剖面的电子显微镜像。进行所获得的电子显微镜像的图像解析，计算存在于视野内的Fe系粒子的当量圆直径，制作出了频数分布。然后，基于该频数分布，计算Fe系粒子的平均当量圆直径以及具有超过2μm的当量圆直径的Fe系粒子的数量。

＜拉伸试验＞

按照JIS Z 2241所规定的试验方法进行拉伸试验，测量了试验材料的拉伸强度。此外，拉伸试验片以长度方向与轧制方向平行的方式进行采集。另外，在拉伸试验中，将拉伸强度为170MPa以上的试验材料判定为合格。

＜导电率测量＞

使用导电率测量器(日本FOERSTER公司制造的“SIGMATEST2.069”)测量25℃下的试验材料的导电率。此外，在导电率测量中，将导电率为55％IACS以上的试验材料判定为合格。

＜180度紧贴弯曲试验＞

按照JIS Z 2248规定的试验方法，使用从试验材料采集的条材进行180度紧贴弯曲试验，通过目视确认试验后有无开裂。此外，180度紧贴弯曲试验以使预备弯曲时的内侧弯曲半径为2.0mm的方式进行。另外，在180度紧贴弯曲试验中，将试验后无开裂的试验材料判定为合格。

在表2中示出了各评价的结果。此外，在各评价中未判定为合格的项目在表2中标注下划线示出。

【表1】

【表2】

由表1及表2可知，试验材料1～7具有上述特定的化学成分(合金A～G)并且具有上述特定的金属组织。因此，试验材料1～7表现出优异的拉伸强度、导电率以及弯曲加工性。试验材料1～7满足母线所要求的特性，适合用作母线的素材。

试验材料8由于使用了Mg的含量少的合金H，因此针状粒子的数量过少。其结果，在拉伸试验中被判定为不合格。

试验材料9由于使用了Mg的含量多的合金I，因此针状粒子的数量过多。其结果，在180度紧贴弯曲试验中被判定为不合格。另外，由于Mg的含量多，因此在导电率测量中被判定为不合格。

试验材料10由于使用了Si的含量少的合金J，因此针状粒子的数量过少。其结果，在拉伸试验中被判定为不合格。

试验材料11由于使用了Si的含量多的合金K，因此针状粒子的数量过多。其结果，在180度紧贴弯曲试验中被判定为不合格。

试验材料12由于使用了Cu的含量多的合金L，因此在导电率测量及180度紧贴弯曲试验中被判定为不合格。

试验材料13由于使用了Fe的含量超过0.5质量％的合金M，因此粗大的Fe系粒子的数量过多。其结果，在180度紧贴弯曲试验中被判定为不合格。

(实施例2)

本实施例是变更实施平整时的压下率而制作出的铝合金板的实施例。在本实施例中，首先，通过DC铸造，制作含有Mg：0.65质量％、Si：0.40质量％、Cu：0.02质量％、Fe：0.25质量％且剩余部分由Al及不可避免的杂质构成并且具有厚500mm、宽500mm的尺寸的铸块。将获得的铸块在560℃下加热10小时进行均匀化处理之后，进行热轧从而制作出厚4.0mm的粗轧制板。此外，热轧开始时的铸块的温度设为560℃。另外，热轧结束时的粗轧制板的温度为330℃。接下来，以表3所示的压下率对粗轧制板进行冷轧，准备板材。

接下来，对板材进行加热进行固溶处理。固溶处理中的板材的达到温度设为560℃，达到560℃后的保持时间设为30秒。在固溶处理后，以表3所示的压下率进行平整，使板材的厚度为2.0mm。之后，对板材进行加热进行人工时效处理。人工时效处理中的板材的达到温度设为180℃，达到180℃后的保持时间设为6小时。由此，得到铝合金板(试验材料21～25)。

使用获得的试验材料，与实施例1同样地实施各种评价。其结果示于表4。此外，在各评价中未判定为合格的项目在表4中标注下划线示出。

【表3】

【表4】

由表3及表4可知，试验材料21～23由于以上述特定的范围的压下率进行平整，因此表现出拉伸强度、导电率以及弯曲加工性都很优异的特性。试验材料21～23满足母线所要求的特性，因此适合用作母线的素材。

另一方面，试验材料24由于平整时的压下率小于1％，因此在180度紧贴弯曲试验中被判定为不合格。

试验材料25由于平整时的压下率超过10％，因此加工硬化量过度增大，在180度紧贴弯曲试验中被判定为不合格。

Claims (3)

1.一种母线用铝合金板，其特征在于，含有Mg：0.3～0.9质量％、Si：0.2～1.2质量％、Cu：0.2质量％以下、Fe：0.5质量％以下，并且剩余部分由Al及不可避免的杂质构成，

在Al母相中，含有Mg及Si的针状粒子存在900～4000个/μm²，

存在于所述Al母相中的Fe系粒子的平均当量圆直径为5μm以下，并且具有超过2μm的当量圆直径的粒子的数量为10000个/mm²以下。

2.根据权利要求1所述的母线用铝合金板，其特征在于，所述母线用铝合金板具有170MPa以上的拉伸强度及55％IACS以上的导电率。

3.一种母线用铝合金板的制造方法，其特征在于，

准备含有Mg：0.3～0.9质量％、Si：0.2～1.2质量％、Cu：0.2质量％以下、Fe：0.5质量％以下且剩余部分由Al及不可避免的杂质构成的板材，

对该板材实施固溶处理之后，

以1～10％的压下率对所述板材进行平整，

之后，对所述板材实施人工时效处理。