CN108538426B

CN108538426B - 铝合金导体、使用了该导体的绝缘电线和该绝缘电线的制造方法

Info

Publication number: CN108538426B
Application number: CN201810169554.2A
Authority: CN
Inventors: 西和也; 鹫见亨; 秦昌平
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2020-03-10
Anticipated expiration: 2038-03-01
Also published as: CN108538426A; US10192649B2; JP6432619B2; JP2018145457A; US20180254118A1

Abstract

本发明涉及铝合金导体、使用了该导体的绝缘电线和该绝缘电线的制造方法。提供在确保与以往的Al系材料同等的导电率的同时机械特性和耐热性在比以往高的水平上均衡的Al合金导体、使用了该导体的绝缘电线和该绝缘电线的制造方法。本发明涉及的Al合金导体是由Al合金构成的导体，其特征在于，上述Al合金具有下述化学组成：含有0.1质量％以上且1质量％以下的Co，还含有0.1质量％以上且0.5质量％以下的Sc和0.2质量％以上且0.5质量％以下的Zr中的1种以上，余量由Al和不可避免的杂质构成，上述导体中，上述Sc或上述Zr中的1种以上与上述Al的化合物的微粒在母相内分散析出。

Description

铝合金导体、使用了该导体的绝缘电线和该绝缘电线的制造方法

技术领域

本发明涉及铝系导体的技术，特别涉及在确保与以往的铝系导体同等的导电率的同时使机械特性和耐热性在比以往高的水平上均衡的铝合金导体、使用了该导体的绝缘电线和该绝缘电线的制造方法。

背景技术

近年来，在汽车、电车、航空器等移动体中，用于提高舒适性、安全性的电气·电子控制的机构·装置在急剧地增加，与其相伴，在该移动体中配设的电气·电子配线的量日益增加。另一方面，从近来的地球环境保护的要求出发，以减少能量消耗量为目标，正在付出与该移动体的轻质化有关的巨大的努力。

作为电气·电子配线的原材料，目前为止广泛使用了铜材(例如J IS C1100)，但如上所述，电气·电子配线量的增加导致的重量增加已经不再是可以忽视的水平。因此，为了应对这些矛盾的事件，正在进行将电气·电子配线的导体从比重大的铜材变为比重小的铝材的研究。

不过，纯铝材(例如JIS A1060)与铜材相比，机械特性、耐热性差，因此从电气·电子配线所要求的耐久性·可靠性的观点出发，单纯的置换是困难的。因此，进行了各种在维持导电率的同时机械特性、耐热性优异的铝合金的开发。

例如，专利文献1(日本特开2012-229485)中公开了铝合金线，其为用于导体中的铝合金线，其特征在于，用质量％表示，含有0.03％以上且1.5％以下的Mg、0.02％以上且2.0％以下的Si、合计0.1％以上且1.0％以下的选自Cu、Fe、Cr、Mn和Zr中的至少一种元素，余量由Al和杂质构成，导电率为40％IACS以上，拉伸强度为150MPa以上，伸长率为5％以上，线径为0.5mm以下，并且最大结晶粒径为50μm以下。

专利文献2(日本特开2016-108617)中公开了铝合金线材，其特征在于，包含Mg：0.1～1.0质量％、Si：0.1～1.2质量％、Fe：0.01～1.40质量％、Ti：0～0.100质量％、B：0～0.030质量％、Cu：0～1.00质量％、Ag：0～0.50质量％、Au：0～0.50质量％、Mn：0～1.00质量％、Cr：0～1.00质量％、Zr：0～0.50质量％、Hf：0～0.50质量％、V：0～0.50质量％、Sc：0～0.50质量％、Co：0～0.50质量％、Ni：0～0.50质量％、余量：Al和不可避免的杂质，外周部中的含有Mg和/或Si的直径1μm以下的析出物的数N_外比内部中的含有Mg和/或Si的直径1μm以下的析出物的数N_内多。

另外，专利文献3(WO 2016/088888)中公开了铝合金线材，其特征在于，具有以下组成，Mg：0.10～1.00质量％、Si：0.10～1.00质量％、Fe：0.01～1.40质量％、Ti：0～0.100质量％、B：0～0.030质量％、Cu：0～1.00质量％、Ag：0～0.50质量％、Au：0～0.50质量％、Mn：0～1.00质量％、Cr：0～1.00质量％、Zr：0～0.50质量％、Hf：0～0.50质量％、V：0～0.50质量％、Sc：0～0.50质量％、Sn：0～0.50质量％、Co：0～0.50质量％、Ni：0～0.50质量％、余量：Al和不可避杂质，(铝合金线材的结晶粒径的标准偏差)/(铝合金线材的平均结晶粒径)之比为0.57以下，并且(铝合金线材的直径)/(铝合金线材的平均结晶粒径)之比为10以上。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-229485号公报

专利文献2：日本特开2016-108617号公报

专利文献3：国际公开第2016/088888号

发明内容

发明要解决的课题

根据专利文献1，记载了该铝合金线为高强度·高导电率，伸长率也优异，具有优异的抗冲击性、弯曲特性。另外，记载了高温强度、耐热性也优异。根据专利文献2，记载了该铝合金线材被高强度化以致能够利用于细径线，柔软、处理容易，并且轻质、弯曲疲劳特性也高。另外，根据专利文献3，记载了得到具有高强度和优异的抗冲击性、也可用于细径线的不易断线的用作电气配线体线材的铝合金线材。

在此，铝(Al)系材料(纯Al、Al合金)由于容易在其表面形成化学稳定的氧化被膜，焊料润湿性差，因此通常在电接合时多进行铆接接合。但是，据报道从长期可靠性的观点出发，Al系材料的铆接接合与铜(Cu)系材料(纯Cu、Cu合金)的焊接接合相比具有弱点。据报道这起因于：Al系材料与Cu系材料相比熔点低，因此容易软化，铆接接合部的密合性容易经时性下降。

例如，在将由Al系材料构成的导体用于大电力动力装置用的电源配线或者配置于高温设备的附近的情况下，设想使用中的导体温度上升至200℃左右。这样的情况下，Al系材料容易软化，铆接接合部的密合性降低。其结果认为产生接合部处的实效接合面积减少(接合部的电阻增大)这样的问题。

换言之，为了扩大由Al系材料构成的导体的利用范围，需要在维持作为导体的基本特性(例如导电率等)的同时具有比以往高的耐热性的Al系材料。因此，本发明的目的在于提供在确保与以往的Al系材料同等的导电率的同时机械特性和耐热性在比以往高的水平上均衡的Al合金导体、使用了该导体的电线、使用了该导体的绝缘电线和它们的制造方法。

用于解决课题的手段

(I)本发明的一实施方式提供Al合金导体，是由Al合金构成的导体，其特征在于，上述Al合金具有下述化学组成：含有0.1质量％以上且1质量％以下的钴(Co)，还含有0.1质量％以上且0.5质量％以下的钪(Sc)和0.2质量％以上且0.5质量％以下的锆(Zr)中的1种以上，余量由Al和不可避免的杂质构成，上述导体中，上述Sc和上述Zr中的1种以上与上述Al的化合物的微粒在母相内分散析出。

(II)本发明的另一实施方式提供Al合金绝缘电线，其为使用了Al合金导体的绝缘电线，其特征在于，上述Al合金导体由Al合金构成，该Al合金具有下述化学组成：含有0.1质量％以上且1质量％以下的Co，还含有0.1质量％以上且0.5质量％以下的Sc和0.2质量％以上且0.5质量％以下的Zr中的1种以上，余量由Al和不可避免的杂质构成，上述Sc和上述Zr中的1种以上与上述Al的化合物的微粒在母相内分散析出，上述绝缘电线在多根由上述Al合金导体构成的捻线的外周具有绝缘被覆层。

本发明在上述的Al合金导体(I)和Al合金绝缘电线(I I)中能够加入以下这样的改进、改变。

(i)上述化合物的微粒的平均粒径为100nm以下。

(ii)上述Al合金的上述化学组成还含有0.01质量％以上且0.2质量％以下的镁(Mg)。

(iii)上述Al合金的上述化学组成还含有0.02质量％以上且0.09质量％以下的硅(Si)和0.02质量％以上且0.09质量％以下的铁(Fe)。

(iv)上述导体的导电率为57％IACS以上，拉伸强度为115MPa以上，拉伸伸长率为15％以上，10万小时耐热温度为200℃以上。

(v)上述导体的线径为1mm以下。

应予说明，本发明中，“％IACS”是指将国际上采用的退火标准软铜的导电率设为100％IACS时的比率，“拉伸强度”和“拉伸伸长率”是指室温下的测定值，“10万小时耐热温度”是指连续使用了10万小时时维氏硬度降低10％的温度。

(III)本发明的另一实施方式提供Al合金电线的制造方法，是使用了Al合金导体的绝缘电线的制造方法，其特征在于，上述Al合金导体由Al合金构成，该Al合金具有下述化学组成：含有0.1质量％以上且1质量％以下的Co，还含有0.1质量％以上且0.5质量％以下的Sc和0.2质量％以上且0.5质量％以下的Zr中的1种以上，余量由Al和不可避免的杂质构成，上述Sc和上述Zr中的1种以上与上述Al的化合物的微粒在母相内分散析出；上述绝缘电线在将多根上述Al合金导体捻合而成的捻线的外周具有绝缘被覆层；具有以下工序：以成为上述化学组成的方式将Al合金的原料混合·熔解从而准备熔融金属的原料混合熔解工序，使上述熔融金属凝固从而形成铸块的铸造工序，对上述铸块实施机械加工从而形成棒状材料的粗成型工序，对上述棒状材料实施拉丝加工从而形成Al合金芯线的拉丝工序，实施用于缓和上述拉丝加工伴随的加工应变的退火热处理的中间退火工序，对上述Al合金芯线实施时效热处理使上述化合物的微粒分散析出从而形成上述Al合金导体的时效热处理工序，将多根上述Al合金导体捻合从而形成上述捻线的捻线工序，和在上述捻线的外周形成上述绝缘被覆层的绝缘被覆工序；上述铸造工序采用可进行急冷凝固的连续铸造法进行；上述退火热处理为250℃以上且420℃以下的温度范围的热处理；上述时效热处理为270℃以上且440℃以下的温度范围并且比上述退火热处理的温度高20℃以上的温度的热处理。

发明的效果

根据本发明，能够提供在确保与以往的Al系材料同等的导电率的同时机械特性和耐热性在比以往高的水平上均衡的Al合金导体、使用了该导体的绝缘电线和该绝缘电线的制造方法。本发明涉及的Al合金导体和使用了该导体的Al合金绝缘电线具有比以往的Al系材料高的耐热性，因此即使在比以往高的温度环境下也能够利用，能够对移动体中的电气·电子配线的轻质化作出贡献。

附图说明

图1为表示本发明涉及的Al合金绝缘电线的一例的立体示意图。

图2为表示本发明涉及的Al合金绝缘电线的制造方法的一例的工序图。

附图标记说明

10 Al合金导体

11 母相

12 Al-Sc化合物相或Al-Zr化合物相

20 捻线

30 绝缘被覆层

100 Al合金绝缘电线

具体实施方式

作为应用于汽车、电车、航空器等移动体中的Al合金绝缘电线的导体，本发明人以即使在比以往高的温度环境下也能够利用的Al合金导体为目标，对于构成Al合金导体的Al合金的元素平衡和制造方法进行了锐意研究。其结果发现：在本发明规定的化学组成下，得到导电率、机械特性和耐热性在比以往高的水平上均衡的Al合金导体。本发明基于该发现而完成。

以下对本发明的实施方式详细地说明。不过，本发明并不限定于在此所举出的实施方式，在不脱离此发明的技术构思的范围内可与公知技术适当地组合或者基于公知技术进行改进。

[Al合金的化学组成]

首先，对本发明中的Al合金的化学组成进行说明。本发明的Al合金在作为主成分的Al中含有Co，进而含有Sc和Zr中的1种以上和不可避免的杂质。该Al合金可进一步含有由Mg、Si和Fe组成的任选副成分的1种以上。应予说明，本发明中，任选副成分是指可含有也可不含有的成分。

(Co：0.1质量％以上且1质量％以下)

Co成分是本Al合金的副成分之一，是有助于合金的延展性提高的成分。Co成分的作用效果的详细机理尚不清楚，但随着含有率的增加，导电率降低，因此认为Co成分可能过饱和固溶于母相(Al相)结晶中。

Co含有率优选为0.1质量％以上且1质量％以下。如果Co含有率不到0.1质量％，则延展性的提高效果不充分。另一方面，如果Co含有率超过1质量％，则合金的导电率大幅度地降低。Co含有率更优选为0.2质量％以上且1质量％以下，进一步优选为0.3质量％以上且0.8质量％以下。

(Sc：0.1质量％以上且0.5质量％以下)

Sc成分为本Al合金的副成分之一，是有助于合金的耐热性提高的成分。Sc成分形成与Al成分的化合物相(Al-Sc化合物相，例如Al₃Sc相)，在母相内(在母相晶粒内、母相晶界上)微细分散析出。认为该化合物相的微粒成为晶界移动、位错移动的钉扎点，因此提高了本Al合金的耐热性。

Sc含有率优选为0.1质量％以上且0.5质量％以下。如果Sc含有率不到0.1质量％，则耐热性的提高效果不充分。另一方面，如果Sc含有率超过0.5质量％，则合金的延展性降低。Sc含有率更优选为0.2质量％以上且0.4质量％以下。

(Zr：0.2质量％以上且0.5质量％以下)

Zr成分为本Al合金的副成分之一，是有助于合金的耐热性提高的成分。Zr成分形成与Al成分的化合物相(Al-Zr化合物相，例如Al₃Zr相)，在母相内微细分散析出。认为该化合物相的微粒成为晶界移动、位错移动的钉扎点，因此提高了本Al合金的耐热性。

Zr含有率优选为0.2质量％以上且0.5质量％以下。如果Zr含有率不到0.2质量％，则耐热性的提高效果不充分。另一方面，如果Zr含有率超过0.5质量％，则合金的延展性降低。Zr含有率更优选为0.3质量％以上且0.4质量％以下。

(Mg：0.01质量％以上且0.2质量％以下)

Mg成分为本Al合金的任选副成分之一，是有助于合金的机械强度提高的成分。认为Mg成分的作用效果起因于向母相结晶中的固溶(固溶强化)。予以说明，如上所述，任选副成分是指可含有也可不含有的成分。

在含有Mg成分的情况下，Mg含有率优选为0.01质量％以上且0.2质量％以下。如果Mg含有率不到0.01质量％，则只是Mg成分产生的作用效果不充分(不产生特别的不利情形)。另一方面，如果Mg含有率超过0.2质量％，则合金的延展性和导电率降低。Mg含有率更优选为0.02质量％以上且0.1质量％以下，进一步优选为0.02质量％以上且0.09质量％以下。

(Si：0.02质量％以上且0.09质量％以下)

Si成分是本Al合金的任选副成分之一，是有助于合金的机械强度提高的成分。认为Si成分的作用效果起因于向母相结晶中的固溶(固溶强化)。不过，如果过剩地含有Si成分，则合金的延展性降低，因此认为可能阻碍Co成分的作用效果。

含有Si成分的情况下，Si含有率优选为0.02质量％以上且0.09质量％以下。如果Si含有率不到0.02质量％，则只是Si成分产生的作用效果不充分(不产生特别的不利情形)。另一方面，如果Si含有率超过0.09质量％，则合金的延展性降低。Si含有率更优选为0.04质量％以上且0.08质量％以下。

(Fe：0.02质量％以上且0.09质量％以下)

Fe成分为本Al合金的任选副成分之一，是有助于合金的机械强度提高的成分。认为Fe成分的作用效果起因于母相晶粒的细化。不过，如果过剩地含有Fe成分，则合金的延展性降低，因此认为可能阻碍Co成分的作用效果。

含有Fe成分的情况下，Fe含有率优选为0.02质量％以上且0.09质量％以下。如果Fe含有率不到0.02质量％，则只是Fe成分产生的作用效果不充分(不产生特别的不利情形)。另一方面，如果Fe含有率超过0.09质量％，则合金的延展性降低。Fe含有率更优选为0.04质量％以上且0.08质量％以下。

(余量：Al和不可避免的杂质)

如上所述，化学组成的余量由作为主成分含有的Al和由上述成分以外的成分组成的不可避免的杂质构成。不可避免的杂质是制造工序上极其难以避免的杂质，是想要尽可能抑制其含有率的杂质(例如，想要抑制到合计0.8质量％以下的杂质)。作为不可避免的杂质，例如可列举出铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)、钛(Ti)、氧(O)等。

从导电率的观点出发，Al含有率优选为97质量％以上，更优选为98质量％以上，进一步优选为98.5质量％以上。

[使用了Al合金导体的绝缘电线]

图1为表示本发明涉及的Al合金绝缘电线的一例的立体示意图。如图1中所示那样，本发明的Al合金绝缘电线100具有将多根Al合金导体10捻合而成的捻线20和在捻线20的外周形成的绝缘被覆层30。

另外，本发明的Al合金导体10具有在母相11(Al相)内Al-Sc化合物相或Al-Zr化合物相12的微粒分散析出的微细组织。为了充分地享有耐热性提高的作用效果，Al-Sc化合物相或Al-Zr化合物相12的微粒的平均粒径优选为100nm以下，更优选为80nm以下，进一步优选为50nm以下。如果该微粒的平均粒径超过100nm，则析出粒子数过度减少，因此对于晶界、位错的移动的钉扎点这样的作用效果(即，耐热性提高的作用效果)不充分。

对Al合金导体10的线径并无特别的限定，从可挠性的观点出发，优选为1mm以下。对捻线20和Al合金绝缘电线100的外径也无特别的限定，可根据所要求的通电电流量、绝缘耐压特性适当地设计。

再有，为了在最终的Al合金导体中的母相内实现Al-Sc化合物相或Al-Zr化合物相12的微粒的分散析出，优选在其以前的阶段(例如，铸块、粗加工材料、拉丝加工中途材料)中抑制Al-Sc化合物相或Al-Zr化合物相12的过度的析出、粗化。

[Al合金绝缘电线的制造方法]

对本发明涉及的Al合金绝缘电线的制造方法进行说明。图2为表示本发明涉及的Al合金绝缘电线的制造方法的一例的工序图。如图2中所示那样，首先，进行以成为所期望的化学组成(主成分+副成分+根据需要任选的副成分)的方式将Al合金的原料混合·熔解从而准备熔融金属的原料混合熔解工序(步骤1：S1)。对原料的混合方法、熔解方法并无特别的限定，能够利用Al合金材料制造中的从前的方法。

接下来，进行使熔融金属凝固从而形成铸块的铸造工序(步骤2：S2)。对铸造方法并无特别的限定，能够利用Al合金材料制造中的从前的方法。再有，从母相晶粒的细化、抑制副成分元素(Co、Sc、Zr)的偏析的观点出发，更优选可进行急冷凝固的铸造方法(例如连续铸造法)。换言之，通过使熔融金属急冷凝固，能够抑制副成分元素的偏析(包含在铸块的阶段中不希望的Al-Sc化合物相、Al-Zr化合物相的析出)。另外，优选在该阶段分析铸块的化学组成，确认铸块的化学组成在所期望的范围内。

接下来，进行对铸块实施机械加工从而形成棒状材料的粗成型工序(步骤3：S3)。只要得到适于下一工序的拉丝加工工序的棒状材料(例如，直径5～50mm左右)，对机械加工方法并无特别的限定，能够利用Al合金材料制造中的从前的方法(例如轧制加工、镦锻加工、拉拔加工)。

接下来，进行对棒状材料实施拉丝加工从而形成Al合金芯线的拉丝工序(步骤4：S4)。只要得到具有所期望的线径(例如，直径1mm以下)的Al合金芯线，对机械加工方法并无特别的限定，能够利用Al合金材料制造中的从前的方法(例如拉拔拉丝加工)。另外，在拉丝工序S4的中途，根据需要可进行实施用于缓和Al合金材料的加工应变的退火热处理的中间退火工序(步骤5：S5)。

在中间退火工序S5中，在Al合金材料为Al-Co-Sc系合金材料的情况下，退火热处理优选在250～330℃的温度范围将保持时间控制为1小时以内。由此能够抑制中间退火工序S5中的Al-Sc化合物相的过度的析出和粗化。

另一方面，在Al合金材料为Al-Co-Zr系合金材料的情况下，退火热处理优选在300～420℃的温度范围将保持时间控制为2小时以内。由此能够抑制中间退火工序S5中的Al-Zr化合物相的过度的析出和粗化。

接下来，进行对Al合金芯线实施时效热处理从而使Al-Sc化合物相或Al-Zr化合物相微细分散析出的时效热处理工序(步骤6：S6)。如上述那样，通过Al-Sc化合物相或Al-Zr化合物相12的微粒的分散析出，能够呈现本Al合金的耐热性。

在时效热处理工序S6中，Al合金材料为Al-Co-Sc系合金材料的情况下，时效热处理优选控制为在270～350℃的温度保持2～6小时。另一方面，Al合金材料为Al-Co-Zr系合金材料的情况下，时效热处理优选控制为在320～440℃的温度范围保持10～60小时。另外，时效热处理温度优选比前面的退火热处理温度高20℃以上。

通过以上的工序，得到本发明的Al合金导体。再有，在时效热处理工序S6之后，为了调整Al合金导体的尺寸·形状·硬度，可进行追加的拉丝加工。

接下来，准备所期望的根数的上述得到的Al合金导体，进行将它们捻合从而形成捻线的捻线工序(步骤7：S7)。对捻合方法并无特别的限定，能够利用捻线形成中的从前的方法。通过本工序，得到没有绝缘被覆的Al合金电线(所谓的裸电线)。

接下来，进行在捻线的外周形成绝缘被覆层的绝缘被覆工序(步骤8：S8)。对绝缘被覆方法并无特别限定，能够利用绝缘电线的制造中的以往的方法(例如，绝缘涂料的涂布·烧结、绝缘树脂的挤出被覆)。通过本工序，得到本发明的Al合金绝缘电线。

再有，以所期望的长度将上述得到的Al合金绝缘电线切断，将多根捆扎后，在该电线的两端安装连接端子，从而能够制造轻质·耐热的线束。

实施例

以下通过实施例和比较例对本发明更具体地进行说明。应予说明，本发明并不限定于这些实施例。

[实验1]

(实施例A-1～A-16和比较例A-1～A-14的Al合金导体的制作)

按照图2中所示的制造步骤制作了由具有后述的表1～表2中所示的名义化学组成的Al合金(Al-Co-Sc系合金)构成的导体的试样(实施例A-1～A-16和比较例A-1～A-14)。首先，将Al合金的原料混合，使用高频熔解炉进行大气中熔解，准备了熔融金属(原料混合熔解工序S1)。

然后，使用在辊的中央部形成了沟槽的水冷双辊，采用将熔融金属注入该沟槽的双辊连续铸造法，形成了铸块(直径20mm)(铸造工序S2)。另外，从得到的铸块中选取小片，进行电感耦合等离子体发光分光分析(ICP-AES)，确认了各铸块具有各自预定的化学组成。

接下来，对切断成适当长度的铸块实施镦锻加工，形成了棒状材料(直径9.5mm)(粗成型工序S3)。

接下来，对该棒状材料实施拉拔拉丝加工，形成了Al合金芯线(直径0.6mm)(拉丝工序S4)。在拉丝工序S4的中途，进行了数次用于缓和Al合金材的加工应变的退火热处理(中间退火工序S5)。此时的退火热处理条件规定为在大气中300℃下保持30分钟。

接下来，对Al合金芯线实施时效热处理，制作了Al合金导体(时效热处理工序S6)。此时的时效热处理条件规定为在大气中320℃下保持3小时。

最后，对得到的Al合金导体，作为设想了铆接接合产生的塑性变形量的加工，实施减面率30％的最终拉拔拉丝加工，准备了试验评价用的试样(直径0.5mm)。

[实验2]

(基准例的纯Al导体的制作)

准备市售的纯Al线材(纯度4N、直径1.5mm)，进行与实验1同样的拉丝工序S4～最终拉拔拉丝加工，准备了成为基准例的试验评价用的试样(直径0.5mm)。

[实验3]

(实施例B-1～B-11和比较例B-1～B-11的Al合金导体的制作)

与实验1同样地操作制作了由具有后述的表3～表4中所示的名义化学组成的Al合金(Al-Co-Zr系合金)构成的导体的试样(实施例B-1～B-11和比较例B-1～B-11)。不过，退火热处理条件规定为在大气中350℃下保持30分钟，时效热处理条件规定为在大气中400℃下保持40小时。

[实验4]

(Al合金导体和纯Al导体的试验评价)

对于实验1～实验3中准备的各试样(实施例A-1～A-16、比较例A-1～A-14、基准例、实施例B-1～B-11和比较例B-1～B-11)，进行了采用四端子测定法的电特性评价(导电率、％IACS)、采用室温的拉伸试验的机械特性评价(拉伸强度、拉伸伸长率)和热特性评价(10万小时耐热温度)。

10万小时耐热温度的测定如下所述进行。首先，对于Al合金导体的各种试样，一边改变加热温度和加热保持时间一边测定该试样的维氏硬度的变化。本测定中，使用显微维氏硬度计，在试样侧面(Al合金导体的外周面)在长度方向上计量5点，采用其平均作为维氏硬度。

接下来，根据加热温度、加热保持时间和维氏硬度作成了各个温度下的等温软化曲线。接下来，由该等温软化曲线求出了通过加热维氏硬度从初期值降低10％所需的时间。接下来，通过将10％软化的温度和时间进行阿累尼乌斯作图，求出连续使用了10万小时时的10％软化温度，将该温度规定为10万小时耐热温度。应予说明，在本测定中，将10％以下的软化现象假定为全部由相同的活化能引发的现象。

在电特性评价中，将57％IACS以上的导电率判定为合格，将不到该值判定为不合格。在机械特性评价中，将115MPa以上的拉伸强度判定为合格，将15％以上的拉伸伸长率判定为合格，将不到这些值判定为不合格。在热特性评价中，将200℃以上的10万小时耐热温度判定为合格，将不到该值判定为不合格。将结果一并示于表1～表4中。

表1

表1实施例A-1～A-16的名义化学组成与试验评价结果

名义化学组成中的余量由AI和不可避免的杂质构成

表2

表2基准例和比较例A-1～A-14的名义化学组成与试验评价结果

名义化学组成中的余量由AI和不可避免的杂质构成

如表1中所示那样，确认了本发明的Al合金导体的实施例A-1～A-16兼具59％IACS以上的导电率、115MPa以上的拉伸强度、15％以上的拉伸伸长率和200℃以上的10万小时耐热温度。

与它们相比，如表2中所示那样，纯Al导体的基准例虽然显示出高的导电率和高的拉伸伸长率，但拉伸强度和10万小时耐热温度不合格。另外，在本发明的规定以外的Al合金导体的比较例A-1～A-14的拉伸强度、拉伸伸长率和10万小时耐热温度中的一个以上为不合格。

表3

表3实施例B-1～B-11的名义化学组成与试验评价结果

名义化学组成中的余量由AI和不可避免的杂质构成

表4

表4比较例B-1～B-11的名义化学组成与试验评价结果

名义化学组成中的余量由AI和不可避免的杂质构成

如表3中所示那样，确认了本发明的Al合金导体的实施例B-1～B-11兼具57％IACS以上的导电率、115MPa以上的拉伸强度、15％以上的拉伸伸长率和200℃以上的10万小时耐热温度。

与它们相比，如表4中所示那样，在本发明的规定以外的Al合金导体的比较例B-1～B-11的拉伸强度、拉伸伸长率和10万小时耐热温度中的一个以上为不合格。

[实验5]

(Al合金导体的微细组织观察)

对于实施例A-1和实施例B-1的试样，使用透射型电子显微镜(TEM)进行了微细组织观察。其结果，在实施例A-1中，确认了粒径10～50nm左右的微粒在母相内(在母相晶粒内、母相晶界上)分散析出。母相晶粒内的TEM观察图像(视场0.5μm×0.5μm)中的析出粒子数为120个。另外，对于析出粒子，对采用选区电子束衍射的衍射图案进行解析，其结果，判明该分散粒子为Al₃Sc相。

同样地，在实施例B-1中，也确认了粒径10～80nm左右的微粒在母相内分散析出。母相晶粒内的TEM观察图像(视场0.5μm×0.5μm)中的析出粒子数为90个。另外，对于析出粒子，对采用选区电子束衍射的衍射图案进行解析，其结果，判明该分散粒子为Al₃Zr相。

上述的实施方式、实施例是为了帮助理解本发明而说明的，本发明并不只限定于记载的具体的构成。例如，可将实施方式的构成的一部分替换为本领域技术人员的技术常识的构成，另外，也可在实施方式的构成中加入本领域技术人员的技术常识的构成。即，在不脱离发明的技术构思的范围内，本发明可对于本说明书的实施方式、实施例的构成的一部分进行删除·向其他构成的替换·其他构成的追加。

Claims

1.铝合金导体，是由铝合金构成的导体，其特征在于，所述铝合金具有下述化学组成：含有0.1质量％以上且1质量％以下的钴、0.02质量％以上且0.09质量％以下的硅和0.02质量％以上且0.09质量％以下的铁，还含有0.1质量％以上且0.5质量％以下的钪或0.2质量％以上且0.5质量％以下的锆，余量由铝和不可避免的杂质构成，

所述导体中，在所述铝合金含有所述钪的情形下，粒径10nm以上且100nm以下的Al₃Sc相的微粒在母相内分散析出，在所述铝合金含有所述锆的情况下，粒径10nm以上且100nm以下的Al₃Zr相的微粒在母相内分散析出。

2.根据权利要求1所述的铝合金导体，其特征在于，所述铝合金的所述化学组成还含有0.01质量％以上且0.2质量％以下的镁。

3.根据权利要求1或2所述的铝合金导体，其特征在于，所述导体的导电率为57％IACS以上，拉伸强度为115MPa以上，拉伸伸长率为15％以上，10万小时耐热温度为200℃以上。

4.根据权利要求1或2所述的铝合金导体，其特征在于，所述导体的线径为1mm以下。

5.铝合金绝缘电线，是使用了铝合金导体的绝缘电线，其特征在于，所述铝合金导体由铝合金构成，该铝合金具有下述化学组成：含有0.1质量％以上且1质量％以下的钴、0.02质量％以上且0.09质量％以下的硅和0.02质量％以上且0.09质量％以下的铁，还含有0.1质量％以上且0.5质量％以下的钪或0.2质量％以上且0.5质量％以下的锆，余量由铝和不可避免的杂质构成，在所述铝合金含有所述钪的情形下，粒径10nm以上且100nm以下的Al₃Sc相的微粒在母相内分散析出，在所述铝合金含有所述锆的情况下，粒径10nm以上且100nm以下的Al₃Zr相的微粒在母相内分散析出，

所述绝缘电线在将多根所述铝合金导体捻合而成的捻线的外周具有绝缘被覆层。

6.根据权利要求5所述的铝合金绝缘电线，其特征在于，所述铝合金的所述化学组成还含有0.01质量％以上且0.2质量％以下的镁。

7.根据权利要求5或6所述的铝合金绝缘电线，其特征在于，所述铝合金导体的导电率为57％IACS以上，拉伸强度为115MPa以上，拉伸伸长率为15％以上，10万小时耐热温度为200℃以上。

8.根据权利要求5或6所述的铝合金绝缘电线，其特征在于，所述导体的线径为1mm以下。

9.铝合金绝缘电线的制造方法，是使用了铝合金导体的绝缘电线的制造方法，其特征在于，所述铝合金导体由铝合金构成，该铝合金具有下述化学组成：含有0.1质量％以上且1质量％以下的钴、0.02质量％以上且0.09质量％以下的硅和0.02质量％以上且0.09质量％以下的铁，还含有0.1质量％以上且0.5质量％以下的钪，余量由铝和不可避免的杂质构成，粒径10nm以上且100nm以下的Al₃Sc相的化合物的微粒在母相内分散析出；

所述绝缘电线在将多根所述铝合金导体捻合而成的捻线的外周具有绝缘被覆层；

具有以下工序：

以成为所述化学组成的方式将铝合金的原料混合·熔解从而准备熔融金属的原料混合熔解工序，

使所述熔融金属凝固从而形成铸块的铸造工序，

对于所述铸块实施机械加工从而形成棒状材料的粗成型工序，

对于所述棒状材料实施拉丝加工从而形成铝合金芯线的拉丝工序，

实施用于缓和所述拉丝加工伴随的加工应变的退火热处理的中间退火工序，

对于所述铝合金芯线实施时效热处理使所述Al₃Sc相的微粒分散析出从而形成所述铝合金导体的时效热处理工序，

将多根所述铝合金导体捻合从而形成所述捻线的捻线工序，和

在所述捻线的外周形成所述绝缘被覆层的绝缘被覆工序；

所述铸造工序采用可进行急冷凝固的连续铸造法进行；

所述退火热处理为250℃以上且330℃以下的温度范围保持1小时以内的热处理；

所述时效热处理为270℃以上且350℃以下的温度范围并且比所述退火热处理的温度高20℃以上的温度下保持2小时以上且6小时以下的热处理。

10.铝合金绝缘电线的制造方法，是使用了铝合金导体的绝缘电线的制造方法，其特征在于，所述铝合金导体由铝合金构成，该铝合金具有下述化学组成：含有0.1质量％以上且1质量％以下的钴、0.02质量％以上且0.09质量％以下的硅和0.02质量％以上且0.09质量％以下的铁，还含有0.2质量％以上且0.5质量％以下的锆，余量由铝和不可避免的杂质构成，粒径10nm以上且100nm以下的Al₃Zr相的化合物的微粒在母相内分散析出；

具有以下工序：

使所述熔融金属凝固从而形成铸块的铸造工序，

对于所述铝合金芯线实施时效热处理使所述Al₃Zr相的微粒分散析出从而形成所述铝合金导体的时效热处理工序，

在所述捻线的外周形成所述绝缘被覆层的绝缘被覆工序；

所述铸造工序采用可进行急冷凝固的连续铸造法进行；

所述退火热处理为300℃以上且420℃以下的温度范围保持2小时以内的热处理；

所述时效热处理为320℃以上且440℃以下的温度范围并且比所述退火热处理的温度高20℃以上的温度下保持10小时以上且60小时以下的热处理。