CN110468306B

CN110468306B - 铝合金线材及其制造方法

Info

Publication number: CN110468306B
Application number: CN201811368025.1A
Authority: CN
Inventors: 鹫见亨; 西和也; 秦昌平; 早坂孝; 宇佐美威
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: US20190345594A1; CN110468306A; US10920306B2

Abstract

本发明提供高水平且均衡地具有强度、伸长率、电导率和耐热性的铝合金线材。该线材由具有下述化学组成的铝合金形成：0.1～1.0质量％Co、0.2～0.5质量％Zr、0.02～0.09质量％Fe、0.02～0.09质量％Si、0～0.2质量％Mg、0～0.10质量％Ti、0～0.03质量％B、0～1.00质量％Cu、0～0.50质量％Ag、0～0.50质量％Au、0～1.00质量％Mn、0～1.00质量％Cr、0～0.50质量％Hf、0～0.50质量％V、0～0.50质量％Sc、0～0.50质量％Ni、余部为Al和不可避免的杂质，且具有含Al晶粒、Al‑Co‑Fe化合物和Al‑Zr化合物的金属组织。

Description

铝合金线材及其制造方法

技术领域

本发明涉及铝合金线材及其制造方法。

背景技术

在铁路车辆、汽车、其他电气设备等用途中，作为配线材，使用具备由铜或铜合金形成的导体的电线、电缆。从减少汽车等的能量消耗量的观点出发，对于这些电线、电缆，轻量化的需求很大。因此，近年来，正在研究在用于这些用途的电线、电缆中使用由比重小于铜或铜合金的铝或铝合金形成的导体。

例如，专利文献1中，提出了在铝合金中添加镁(Mg)、锆(Zr)等合金元素，使这些元素时效析出的方法。专利文献1中认为，通过采用这样的铝合金作为导体，能够提高导体的强度、伸长率、电导率和耐热性。其中，专利文献1中的耐热性，是指在室温至150℃的温度下保持1000小时时，强度为150MPa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

发明内容

发明所要解决的课题

另外，在用于铁路车辆等的电线、电缆中，将铝或铝合金用于导体时，导体的截面积与应用铜时相比变大。在铁路车辆等移动体中，将电线、电缆布线的布线空间受到限制，因此，期望尽可能减小由铝或铝合金形成的导体的截面积，在与以往同等程度的布线空间中将电线、电缆布线。可是，如果减小由铝或铝合金形成的导体的截面积，则难以高水平且均衡地获得强度、伸长率、电导率和耐热性。

本发明的目的在于，提供高水平且均衡地具有强度、伸长率、电导率和耐热性的铝合金线材。

用于解决课题的方法

根据本发明的一个方式，提供一种铝合金线材，

其为由铝合金形成的线材，

前述铝合金具有下述的化学组成，即包含Co：0.1～1.0质量％、Zr：0.2～0.5质量％、Fe：0.02～0.09质量％、Si：0.02～0.09质量％、Mg：0～0.2质量％、Ti：0～0.10质量％、B：0～0.03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％、Hf：0～0.50质量％、V：0～0.50质量％、Sc：0～0.50质量％、Ni：0～0.50质量％、余部：Al和不可避免的杂质，并且

具有含有Al晶粒以及Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物的金属组织。

在本发明的铝合金线材中的前述金属组织中，晶体粒径为10μm以下的前述Al晶粒所占的区域按面积比计可为90％以上。

本发明的铝合金线材的拉伸强度可为150MPa以上，电导率可为55％IACS以上，以200℃加热10年时的强度可为初始状态强度的90％以上。

根据本发明的另一方式，提供一种铝合金线材的制造方法，

其为由铝合金形成的线材的制造方法，具有：

准备工序，准备具有下述化学组成的熔融金属，所述化学组成包含Co：0.1～1.0质量％、Zr：0.2～0.5质量％、Fe：0.02～0.09质量％、Si：0.02～0.09质量％、Mg：0～0.2质量％、Ti：0～0.10质量％、B：0～0.03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％、Hf：0～0.50质量％、V：0～0.50质量％、Sc：0～0.50质量％、Ni：0～0.50质量％、余部：Al和不可避免的杂质；

铸造工序，通过将前述熔融金属以抑制Zr析晶且使Co析晶那样的冷却速度骤冷而进行铸造，从而形成含有Al-Co-Fe化合物的铸造材料；

拉丝工序，对前述铸造材料进行拉丝而形成拉丝材料；以及

时效处理工序，对前述拉丝材料实施时效处理，使固溶在前述Al相中的Zr以Al-Zr化合物的形态析出，

将前述铝合金构成为具有前述化学组成，且具有含有Al晶粒、Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物的金属组织。

本发明的由铝合金形成的线材的制造方法中，可以以晶体粒径为10μm以下的前述Al晶粒所占的区域按面积比计为90％以上的方式构成前述金属组织。

本发明的由铝合金形成的线材的制造方法中，可以以拉伸强度为150MPa以上、电导率为55％IACS以上、以200℃加热10年时的强度为初始状态强度的90％以上的方式构成前述线材。

发明的效果

根据本发明，能够获得高水平且均衡地具有强度、伸长率、电导率和耐热性的铝合金线材。

附图说明

图1为实施例4的铝合金线材的与长度方向垂直的截面的SIM(二次离子显微镜)图像。

图2为实施例4的铝合金线材的与长度方向垂直的截面的利用STEM(扫描型电子显微镜)得到的暗场图像。

图3为图2的放大图。

图4为比较例1的铝合金线材的与长度方向垂直的截面的SIM(二次离子显微镜)图像。

图5为比较例1的铝合金线材的与长度方向垂直的截面的利用STEM(扫描型电子显微镜)得到的暗场图像。

图6为图5的放大图。

具体实施方式

为了解决上述课题，本发明人等对适当地改变合金元素的种类、制造条件等而使铝合金的化学组成变化时的各项特性的变化进行了研究。其结果发现，通过使用Co和Zr作为合金元素，从而在最终得到的铝合金线材中，能够高水平且均衡地获得强度、伸长率、电导率和耐热性。本发明是基于该见解完成的。

＜铝合金线材＞

以下对本发明的一个实施方式涉及的铝合金线材进行说明。其中，本说明书中使用“～”表示的数值范围是指包括记载于“～”前后的数值作为下限值和上限值的范围。

(化学组成)

首先，对构成铝合金线材(以下也简称为合金线材)的铝合金(以下也简称为合金)的化学组成进行说明。

合金的化学组成包含Co：0.1～1.0质量％、Zr：0.2～0.5质量％、Fe：0.02～0.09质量％、Si：0.02～0.09质量％、Mg：0～0.2质量％、Ti：0～0.10质量％、B：0～0.03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％、Hf：0～0.50质量％、V：0～0.50质量％、Sc：0～0.50质量％、Ni：0～0.50质量％、余部：Al和不可避免的杂质。

Co是添加于合金线材的必须成分。如下所述，Co在合金线材的制造过程(铸造、凝固时)中，其大部分与Al反应形成析晶物(Al-Co化合物)，在最终得到的合金线材中以化合物相的形态存在。实际上，Al-Co化合物以将铝合金中不可避免地存在的Fe吸收而成的Al-Co-Fe化合物的形式存在。Al-Co-Fe化合物有助于合金的Al再结晶粒的微细化，同时，提高合金线材的伸长率。虽然Co存在使合金的电导率降低的可能性，但通过将Co的含量设为0.1质量％～1.0质量％，能够在合金线材中抑制由Co导致的电导率降低的同时，获得高水平且均衡地具有由Co带来的强度、伸长率、耐热性的效果。Co的含量优选为0.2质量％～1.0质量％，更优选为0.3质量％～0.8质量％。

与Co同样地，Zr是在制造合金线材时添加的必须成分。如下所述，Zr在铸造后的锭(铸造材料)中以固溶状态存在，在时效热处理后的合金线材中以Al-Zr化合物的形态析出。Al-Zr化合物主要有助于提高合金线材的耐热性。如果Zr的含量过多，则存在在合金线材的制造过程中使合金的延性降低，妨碍合金线材的细径化的可能性。在这一点上，通过将Zr的含量设为0.2质量％～0.5质量％，能够在将合金的延性维持得高的同时在合金线材中获得期望的耐热性。Zr的含量更优选为0.3质量％～0.4质量％。

Fe来自铝原料，是不可避免地混入的成分。Fe有助于提高合金强度。当Fe在铸造时以FeAl₃的形态析晶的时，或者在时效热处理中以FeAl₃的形态析出的时，存在使合金的延性降低，在制造时妨碍合金线材的细径化的可能性。本实施方式中，通过配合Co，从而在使Al-Co化合物析晶时吸收Fe，由此形成了Al-Co-Fe化合物。由此，通过使Fe形成Al-Co-Fe化合物，从而抑制了FeAl₃的形成。作为其结果，能够在抑制合金的延性降低的同时，提高合金的强度。从被吸收至Al-Co化合物中的观点出发，将Fe的含量设为Co的含量以下为好，设为0.02质量％～0.09质量％。由此，能够在使合金线材细径化的同时，获得高强度。Fe的含量优选为0.04质量％～0.09质量％。其中，也可以以成为预定含量的方式添加Fe。

Si与Fe同样地来自铝原料，也是不可避免地混入的成分。Si通过固溶于合金的Al晶粒中或与Fe一起析出，从而有助于提高合金强度。Si与Fe同样地存在使合金的伸长率降低或妨碍合金线材的细径化的可能性，但通过将Si的含量设为0.02质量％～0.09质量％，从而能够在抑制合金伸长率的降低的同时提高强度。Si的含量优选为0.04质量％～0.08质量％。其中，也可以以成为预定的含量的方式添加Si。

Mg、Ti、B、Cu、Ag、Au、Mn、Cr、Hf、V、Sc和Ni是来自铝原料而混入、或者根据需要适当添加的任选成分。这里，任选成分是指可以含有也可以不含的成分。各合金元素在合金线材中抑制Al相晶粒的粗大化，有助于提高其强度。其中，Cu、Ag和Au在晶粒边界析出，还能够使粒界强度提高。通过将各合金元素的含量分别设为上述范围，能够在抑制合金的伸长率降低的同时，得到由各合金元素带来的效果。

上述成分以外的余部为Al和不可避免的杂质。这里，不可避免的杂质是在合金线材的制造工序中会不可避免地混入的物质，指不会对合金线材的特性产生影响的程度的低含量的物质。作为不可避免的杂质，可列举例如Ga、Zn、Bi、Pb等。

从合金线材的电导率的观点出发，Al的含量优选为97质量％以上，更优选为98质量％以上，进一步优选为98.4质量％以上。

(金属组织)

接下来，对铝合金所具有的金属组织进行说明。

含有Al晶粒、以及由析晶物或析出物形成的Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物，这些化合物微细地分散而构成合金的金属组织。

这里，析晶物是指铸造铝合金时，在通过冷却使熔融金属凝固的阶段或凝固后使高温铸造材料冷却至接近室温的阶段所形成的化合物。即，析晶物是在铸造材料的阶段形成于铝合金中的化合物。

此外，析出物是指在通过时效处理将冷却至室温的铸造材料在熔点以下的高温气氛下加热保持的阶段所形成的化合物。具体而言，其是固溶于铸造材料的Al相中的金属元素通过时效处理而在Al相中扩散凝聚，从而才开始形成的化合物。即，析出物在铸造材料的阶段不存在于Al合金中，在时效处理后的合金线材的阶段才存在。

从以更高水平实现合金的强度、伸长率、电导率和耐热性的观点出发，合金的金属组织优选为上述化合物微细地分散的、微细的晶体组织。

具体而言，合金的金属组织在线材的与长度方向平行的截面中，晶体粒径的最大值为10μm以下的Al晶粒所占的区域按面积比计优选为90％以上。具有这样的面积比的金属组织中，Al晶粒的大部分为10μm以下的微细的晶体，因此在其晶粒间形成的晶粒边界形成细微的网络结构。通过在这样的晶粒边界和其附近区域存在Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物这两种化合物，使得化合物在金属组织中微细且均匀地分散。

其中，晶体粒径是指，在金属组织中存在Al晶粒以及Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物的铝合金线材的沿长度方向的截面中，Al晶粒的粒径的最大值。

金属组织中，合金线材的与长度方向垂直的截面中，Al-Co-Fe化合物的每单位面积的数量(以下也简称为数量密度)优选为50个/100μm²以上。通过按这样的数量密度使Al-Co-Fe化合物分散，能够使化合物在金属组织中微细地分散，能够以更高水平且均衡地获得合金线材的各项特性。

金属组织中，合金线材的与长度方向垂直的截面中，Al-Zr化合物的每单位面积的数量(数量密度)优选为500个/100μm²。通过按这样的数量密度使Al-Zr化合物分散，能够使化合物在金属组织中微细地分散，能够以更高水平且均衡地获得合金线材的各项特性。

金属组织中，Al-Zr化合物的大小优选为5nm以上100nm以下。通过使析出物小，从而即使在减少了合金元素的含量的情况下也能够增加析出物的个数，能够均衡地获得析出物所带来的效果。此外，能够将合金的延性维持得高，因而能够在拉丝工序中提高加工度，能够使合金线材进一步细径化。

此外，金属组织中，Al-Co-Fe化合物的大小优选为20nm以上500nm以下。Al-Co-Fe化合物也与Al-Zr化合物同样地优选使粒子尺寸小。其中，Co原子在Al组织中以比Zr原子更快的速度扩散，因此Al-Co-Fe化合物的大小也比Al-Zr化合物增大。如下所述，Al-Co-Fe化合物的作用是在时效热处理的初始阶段抑制再结晶粒的生长。因此在时效热处理结束后的金属组织中，不存在由于Al-Co-Fe化合物的尺寸超过Al-Zr化合物而引起的问题。

此外，化合物的形状没有特别限制，Al-Co-Fe化合物优选为球形状或者旋转椭球体形状。Al-Zr化合物优选为球形状，但即使为无定形状也没有问题。其中，旋转椭球体形状是指在线材的与长度方向垂直的方向上为圆形状，在线材的与长度方向平行的方向上为椭圆形状的形状。

(铝合金线材的特性)

本实施方式的铝合金线材由具有上述化学组成和金属组织的铝合金形成，高水平且均衡地具有强度、伸长率、电导率和耐热性。具体而言，合金线材具有室温下的拉伸强度为150MPa以上的强度和8％以上的拉伸伸长率。此外，具有50％IACS以上的电导率。此外，具有以200℃加热10年时的强度为初始状态强度的90％以上的耐热性。其中，这里所说的“以200℃加热10年时的强度为初始状态强度的90％以上的耐热性”的意思是：基于通过将铝合金线材以特定的温度和时间加热而得到的拉伸强度的等温软化曲线，对于铝合金线材的拉伸强度比加热前的拉伸强度(初始拉伸强度)降低10％的温度(例如300℃～400℃范围的任意温度)和时间(例如600sec～3000000sec范围的任意时间)进行阿利纽斯作图(Arrheniusplot)时，该阿利纽斯作图中的温度为200℃时的时间(拉伸强度降低10％时的时间)为10年以上。具体而言，可以通过后述实施例中的耐热性评价方法来获得。

合金线材的线径没有特别限制，从挠性的观点出发，优选为2mm以下，更优选为0.3mm～1mm。本实施方式中，通过将合金设为预定的构成，从而即使在使线径为2mm以下的情况下，也能够高水平且均衡地获得各项特性。

＜铝合金线材的制造方法＞

接下来，对上述铝合金线材的制造方法进行说明。本实施方式的铝合金线材可以通过依次进行熔融金属的准备工序、铸造工序、成型工序、拉丝工序和时效处理工序的各工序来制造。以下，对各工序进行详述。

(准备工序)

首先，准备用于形成铝合金线材的熔融金属。本实施方式中，以熔融金属成为上述化学组成的方式将Al原料、Co原料和Zr原料、以及根据需要的其他合金原料混合、熔化。原料的混合方法、熔化方法没有特别限定，可以通过以往公知的方法进行。

(铸造工序)

接下来，将熔融金属铸造，形成铸造材料。本实施方式中，使熔融金属以抑制Zr析晶且使Co析晶那样的冷却速度骤冷而使其凝固。由此，使Al-Co-Fe化合物析晶，形成分散有Al-Co-Fe化合物的铸造材料。

这里，关于铸造阶段中由骤冷引起的Co与Zr的行为的差异，说明本发明人等获得的见解。

根据本发明人等的研究，发现Co和Zr由于在铝固相中的扩散速度不同，因此析晶、析出的容易性(析出速度)不同。

具体而言，Al固相中的Co的扩散速度与Al的自扩散速度等同或者为其以上。而且，Co在热平衡状态下在Al相中的固溶度非常小，最大也为小于0.05％。因此，Co即使在由熔融金属铸造、凝固之后也容易在Al组织中凝聚而析晶。通过析晶，大部分Co在铸造后的锭(铸造材料)阶段在Al组织中以化合物的形态析晶。

此外，刚凝固后的Al相中，除了析晶的化合物以外，还存在固溶的Co原子。在刚凝固后，在Al相中固溶有比热平衡的固溶度多的过饱和的Co原子。但是，Co原子由于在Al相中高速扩散，因此过饱和地固溶的Co原子在较短的时间内凝聚，形成化合物相。作为结果，直到铸造、凝固后将铸造材料冷却至室温时为止，所添加的Co原子几乎全部以与Al的化合物相的形态存在，在Al相中固溶的Co原子只会存在少至接近热平衡浓度即小于0.1％的量。

另一方面，Al相中的Zr的扩散速度显著比Al的自扩散速度小，与Co相比，在Al组织中的析出速度小。而且，Zr在热平衡状态下在Al相中的最大固溶度为0.3～0.4％左右，比Co大数倍。因此，Zr在铸造后的铸造材料阶段难以析晶，其大部分在Al组织中以过饱和地固溶的状态存在。此外，Zr的扩散显著比Co慢，因此，在将铸造后的铸造材料在室温下长时间保存的情况下，过饱和固溶状态也被维持原状。可以通过时效处理(例如以300℃以上的温度加热)使过饱和固溶状态的Zr析出。

本发明人等着眼于该析出速度的差异而进行了研究。其结果发现，使熔融金属冷却的速度越大，则得到的铸造材料中，越能够在使大部分Co以Al-Co-Fe化合物的形态析晶的同时抑制Zr的析晶，使Zr维持固溶的状态。若利用这样的铸造材料，则与析出Zr晶体的铸造材料相比，即使以高加工度进行拉丝也能够抑制断线，能够制造细线径的合金线材。

铸造材料中，通过Co与熔融金属中的Fe形成Al-Co-Fe化合物，从而成为电导率降低的主要原因的固溶状态的Fe少，且成为伸长率降低的主要原因的析出物(FeAl₃)少。另一方面，形成于铸造材料中的Al-Co-Fe化合物通过在Al组织中分散从而发挥在后述时效热处理阶段抑制Al晶粒由于再结晶而粗大化的作用。本实施方式中，通过使Al-Co-Fe化合物微细地分散，能够进一步抑制时效处理工序中晶粒的粗大化，将晶粒的晶体粒径维持得更小。

需要说明的是，Al-Co-Fe化合物不像FeAl₃化合物那样使Al合金的延性降低，因此不会妨碍合金线材的细径化。另外，Al-Co-Fe化合物是至少含有Al、Co、Fe的化合物，也可以含有其他金属元素。此外，Al-Co-Fe化合物在铸造后的锭中成为细长的形状。

铸造工序中，优选将冷却速度设为1℃/s～60℃/s，更优选设为20℃/s～50℃/s。

此外，本实施方式中，从抑制Al-Co-Fe化合物的微细化和抑制固溶Zr的偏析的观点出发，优选使用能够使熔融金属骤冷而铸造的普洛佩兹连续铸造机或者双辊铸造机等来进行钢坯铸造或连续铸造。

(成型工序)

接下来，根据需要，将铸造材料成型为棒状(所谓粗加工线)以使铸造材料容易拉丝。这里，例如以线径成为5mm～50mm的方式对铸造材料实施机械加工。作为机械加工，例如可以进行轧制加工、模锻加工、拉丝加工等以往公知的方法。

(拉丝工序)

接下来，对棒状铸造材料实施冷拉丝加工，加工成预定线径的拉丝材料。该拉丝加工中，分散于铸造材料中的Al-Co-Fe化合物被细微地粉碎，同时，在平板上，在拉丝方向上被拉伸。通过使Al-Co-Fe化合物更微细且致密地分散，能够更切实地抑制后述时效处理工序中的晶粒的粗大化。作为拉丝加工，例如可以通过使用模具的拔丝拉丝加工等以往公知的方法来进行。其中，加工度是拉丝材料的截面积相对于铸造材料的截面积的比率，表示拉丝工序中的面积减少率。

本实施方式中，铸造材料由于Zr的析晶受到抑制而具有高延性，因而能够提高拉丝加工的加工度。从将Al-Co-Fe化合物更细微地粉碎而使其在拉丝材料中更微细地分散的观点出发，优选对铸造材料以截面积成为0.01倍以下的方式进行拉丝，使拉丝材料的线径为2.0mm以下。通过设为这样的加工度，从而容易将拉丝结束后的Al-Co-Fe化合物的大小控制在20nm～500nm。此外，在后述时效处理工序中使Zr析出时，也容易将Al-Zr化合物的大小控制在5nm～100nm。而且，最终的合金线材中，能够使析出物更加分散而析出。

需要说明的是，本实施方式中，由于铸造材料具有高延性，因而可以省略用于缓和拉丝时的加工形变的退火处理(所谓中间退火处理)。由此，能够进一步抑制由Al晶粒的再结晶导致的粗大化。

(时效处理工序)

接下来，对拉丝材料实施时效处理。作为时效处理，例如可以以270℃～440℃的温度范围对拉丝材料进行加热，将处理时间设为10小时以上为好。通过时效处理，使拉丝材料中固溶在Al相中的Zr以Al-Zr化合物的形态析出。Al-Zr化合物是至少含有Al和Zr的化合物，也可以含有其他金属元素。其中，时效处理时，有时固溶于构成拉丝材料的Al合金中的Co也析出，形成Al-Co-Fe化合物。

时效处理时，Al晶粒由于加热而再结晶，但本实施方式中，由于拉丝材料中微细地分散有Co的化合物，因而能够利用该粒子而抑制Al晶粒的粗大化，使大部分Al晶粒维持微小的尺寸(例如10μm以下的晶体粒径)。从以更高水平且均衡地获得各项特性的观点出发，优选将Al晶粒的大小维持微细，以使晶体粒径为10μm以下的Al晶粒所占的区域按面积比计为90％以上。

此外，时效处理时，固溶于Al相中的Zr移动至晶粒边界而析出，本实施方式中，Al晶粒微小，形成于其间的晶粒边界具有细微的网络结构，因而Zr从Al相向晶粒边界移动的距离短，能够促进Zr在晶粒边界的析出。因此，能够使Zr的析出物以微小尺寸(例如10nm～100nm)在拉丝材料中微细地分散而析出。

如上，对拉丝材料进行时效处理，得到本实施方式的合金线材。

＜本实施方式涉及的效果＞

根据本实施方式，实现以下所示的一种或多种效果。

本实施方式中，将具有上述化学组成的熔融金属以抑制Zr析晶且使Co析晶那样的冷却速度进行骤冷。由此，在使熔融金属凝固时，使Co以Al-Co-Fe化合物的形态分散于凝固组织中。此外，使Zr成为固溶于Al相中的状态而抑制了析晶。通过对该铸造材料进行拉丝，从而形成Al-Co-Fe化合物被粉碎而微细化且均匀分散的拉丝材料。然后，通过对该拉丝材料实施时效处理，从而使固溶于Al相中的Zr以Al-Zr化合物的形态析出。时效处理中，在Zr析出的同时，Al晶粒通过加热而再结晶，但在拉丝材料中微细地分散的Al-Co-Fe化合物能够抑制Al晶粒由于再结晶而粗大化，能够将Al再结晶粒维持得小。此外，大量Zr在微小的Al再结晶粒彼此之间的晶粒边界以及粒界附近的晶粒内析出，因而成为微细地分散的状态。如上所示，本实施方式中，通过对以预定的冷却速度骤冷的铸造材料实施拉丝加工和时效处理，能够获得Al再结晶粒小且Al-Co-Fe和Al-Zr各化合物微细地分散的合金线材。

所得到的合金线材具有上述化学组成，且具有含有Al晶粒以及作为分散粒子的Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物的金属组织。金属组织中，大量存在微细的Al晶粒，形成于其晶粒间的晶粒边界具有细微的网络结构，在其晶粒边界上分散有化合物。即，化合物在金属组织中均匀且微细地分散。

具有这样的金属组织的合金线材具有以下所示的特性。即，由于使Fe以Al-Co-Fe化合物的形态分散而不是以FeAl₃化合物的形态，因而抑制了由FeAl₃导致的强度和伸长率的降低。此外，通过使化合物吸收Fe，使得固溶在Al相中的Fe少，能够维持高电导率。此外，由于析出了Al-Zr化合物，因而能够获得高耐热性。进而，通过使Al晶粒为微小尺寸，使Al-Co-Fe和Al-Zr各化合物在合金中微细地分散，能够高水平且均衡地获得由各化合物粒子带来的效果。因此，根据本实施方式的合金线材，能够高水平且均衡地获得强度、伸长率、电导率和耐热性。

具体而言，根据本实施方式的合金线材，其拉伸强度为150MPa以上、拉伸伸长率为8％以上、电导率为55％IACS以上、以200℃加热10年时的强度为初始状态强度的90％以上，能够高水平且均衡地获得强度、伸长率、电导率和耐热性。

此外，合金线材优选具有在合金线材的与长度方向平行的截面中，晶体粒径为10μm以下的Al晶粒所占的区域按面积比计为90％以上的金属组织。面积比越大，则金属组织中越大量地存在微细的Al晶粒，在其晶粒间形成的晶粒边界具有越细的网络结构。本实施方式中，通过以使10μm以下的Al晶粒按面积比计为90％以上的方式构成金属组织，能够使晶粒边界的网络结构更加细微，能够使存在于晶粒边界的化合物更加分散地存在。由此，能够以更高水平且均衡地获得强度、伸长率、电导率和耐热性。

此外，对于合金线材，在与长度方向垂直的截面中，Al-Co-Fe化合物的每单位面积的数量(数密度)优选为50个/100μm²以上。合金线材通过以成为这样的数密度的方式微细地分散有Al-Co-Fe化合物，从而能够以更高水平满足合金线材的各项特性。

此外，对于合金线材，在与长度方向垂直的截面中，Al-Zr化合物的每单位面积的数量(数密度)优选为500个/100μm²以上。合金线材通过以成为这样的数密度的方式微细地分散有Al-Zr化合物，从而能够以更高水平满足合金线材的各项特性。

此外，合金线材中，Al-Zr化合物的大小优选为5nm以上100nm以下。通过Al-Zr化合物的大小变小，使得合金线材的伸长率进一步提高，能够减少制造过程中的断线率。其结果是，能够提高合金线材的良品率。

此外，合金线材中，Al-Co-Fe化合物的大小优选为20nm以上500nm以下。通过Al-Co-Fe化合物的大小在该范围，能够有效抑制Al晶粒的粗大化。

此外，本实施方式中，抑制了铸造材料中的Zr析晶，将其延性维持得高。因此，拉丝工序中，能够以高加工度进行拉丝，对于合金线材，能够在高水平地维持各项特性的平衡的同时进行细径化。具体而言，能够使线径为2mm以下。

此外，本实施方式中，抑制了铸造材料中的Zr析晶，将其延性维持得高，因而能够减少拉丝材料的由加工形变导致的断线。此外，拉丝材料的延性也高，因而可以省略用于缓和加工形变的退火处理。

此外，本实施方式中，析出物优选为球形状。通过析出物为球形状，从而在由于变形而应力集中在合金线材的一部分时，能够抑制在Al相与析出物的界面的龟裂，因而能够提高合金线材的延性。

此外，本实施方式中，对拉丝材料实施时效处理时，Co的析晶物抑制Al晶粒的再结晶，使Al晶粒维持小的粒径。因此，Al晶粒间的晶粒边界呈细微的网络结构，因而能够缩短所固溶的Zr从Al相移动至晶粒边界并析出的时间。其结果是，能够缩短时效处理，提高合金线材的生产效率。

此外，铸造熔融金属时，优选将冷却速度设为1℃/s～60℃/s，更优选设为20℃/s～50℃/s。通过以这样的条件使熔融金属骤冷，能够更切实地抑制Zr的析晶而使Co更微细地分散并析晶。由此，能够以更高水平获得各项特性的平衡。

此外，拉丝时，优选对铸造材料以截面积成为0.01倍以下那样的加工度进行拉丝。通过以这样的加工度进行拉丝，能够将在铸造材料中析晶的Al-Co-Fe化合物更细微地粉碎、微细化，同时使其均匀地分散。其结果是，能够在时效处理中使Al-Zr化合物更微细地分散而析出，能够以更高水平获得各项特性的平衡。

实施例

接下来，基于实施例，进一步详细地对本发明进行说明，但本发明不限定于这些实施例。

＜合金线材的制作＞

(实施例1)

实施例1中，以Co、Zr、Fe和Si为下述表1所示组成的方式配合纯度99.9％的铝、Co和Zr，使用高频熔化炉在氩气气氛中使其熔化。通过将所得到的熔融金属在铜制水冷坩埚中进行铸造，得到具有预定化学组成的铸造材料。铸造时的凝固速率设为25℃/SEC(秒)。铸造材料的尺寸是外径

长度150mm的圆柱形。通过模锻加工将该铸造材料制成

的粗加工线后，通过重复实施使用模具进行拉丝的拉丝加工，将其细线化至

未实施使用模具进行的拉丝加工中的中间热处理。通过将所得到的

线材在加热保持于300℃的盐浴中保持20小时以上来进行时效热处理，制作实施例1的合金线材。

[表1]

(实施例2～12)

实施例2～12中，将Co、Zr、Fe和Si的化学组成如表1所示那样变更，除此以外，与实施例1同样地制作合金线材。

(实施例13～15)

实施例13～15中，将冷却速度如表1所示那样变更，除此以外，与实施例4同样地制作合金线材。

(比较例1～9)

比较例1～9中，将Co、Zr、Fe和Si的化学组成如下述表2所示那样变更，除此以外，与实施例1同样地制作合金线材。

[表2]

＜评价方法＞

对于所制作的合金线材，通过以下方法对金属组织、分散于金属组织中的化合物的形态、伸长率、拉伸强度、电导率和耐热性进行评价。

(金属组织)

对于合金线材的金属组织，基于Al晶粒的粒径分布对其微细性进行评价。具体而言，首先将合金线材埋入树脂后，通过研磨使与长度方向垂直的截面露出。接下来，利用SIM(Scanning Ion Microscope：二次离子显微镜)对该截面进行观察，同时，对得到的SIM图像进行图像解析。然后，由得到的图像解析结果求出10μm以下的Al晶粒、超过10μm的Al晶粒各自在截面中所占的面积比，测定粒径分布。本实施例中，如果10μm以下的Al晶粒的面积比为90％以上，则评价为金属组织具有微细的晶体组织，标注为○。另一方面，如果小于90％，则评价为不具有微细的晶体组织，标注为×。

(化合物的形态)

对于分散于合金线材的金属组织中的化合物的形态，通过研磨使与长度方向垂直的截面露出，利用STEM(扫描透射型电子显微镜)对该截面进行观察。观察使用具有场发射(FE)型电子射线源的STEM装置，拍摄广角环形暗场图像(High Angle Annular Dark Fieldimage，HAADF)，对含有Co、Fe、Zr的微细的化合物粒子进行观察。本实施例中，测定Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物的有无及其数密度。关于数密度的测定，对合金线材在长度方向上的五个不同的截面分别测定数密度，算出其平均。本实施例中，关于Al-Co-Fe化合物，如果数密度为50个/100μm²以上则设为○，如果小于50个则设为×。关于Al-Zr化合物，如果为500个/100μm²以上则设为○，如果小于500个则设为×。

(伸长率和拉伸强度)

合金线材的伸长率和拉伸强度通过合金线材的拉伸试验来测定。本实施例中，如果伸长率为8％以上则评价为伸长率性良好。此外，如果拉伸强度为150MPa以上则评价为强度高。

(电导率)

对于合金线材的电导率，通过直流四端子法测定所制作的合金线材在20℃时的电阻，算出电导率。本实施例中，如果电导率为55％IACS以上，则评价为具有高电导率。

(耐热性)

对于合金线材的耐热性，通过以下方法来评价是否具有以200℃加热10年时的强度为初始状态强度的90％以上这样的耐热性。首先，对于合金线材，实施改变了加热温度和加热时间的时效处理，基于时效处理后的线材的拉伸试验测定拉伸强度。对于5根化学组成和时效条件相同的线材实施拉伸试验，采用5根线材的试验结果的平均值作为拉伸强度。接下来，基于加热温度、加热时间和拉伸强度的值制作各种温度下的拉伸强度的等温软化曲线。接下来，由该等温软化曲线求出由于加热而导致拉伸强度从初始值(加热前的拉伸强度的值)降低10％的时间。接下来，将拉伸强度从初始值降低10％时的温度和时间(以300℃、350℃和400℃的温度加热时，拉伸强度从初始值降低10％的时间)进行阿利纽斯作图，求出该阿利纽斯作图中的温度为200℃时的时间(拉伸强度降低10％时的时间)。此时，如果阿利纽斯作图中的温度为200℃时的时间为10年以上，则视为具有所期望的耐热性，判定为合格(○)；如果200℃时的时间少于10年，则视为未获得所期望的耐热性，判定为不合格(×)。需要说明的是，本测定中，将10％以下的软化现象全部假想为由相同的活化能引起的现象。

＜评价结果＞

关于实施例4的合金线材，将SIM图像示于图1。图1中，横向相当于合金线材的长度方向(拉丝方向)。根据图1，确认到形成了大量Al晶粒。确认到几乎所有Al晶粒为宽高比小的等轴晶粒。此外，对于图1所示SIM图像，通过图像解析处理测定晶粒尺寸的分布，结果，虽然也在一部分确认到了长度方向的长度超过10μm的粗大的晶粒，但粗大晶粒所占的面积比低至3.3％，大部分为尺寸小于10μm的微细晶粒。

关于实施例4的合金线材，将STEM图像示于图2。根据图2，确认到圆形状粒子(白色)的分散。圆形状粒子的尺寸在数十～数百nm的范围，主要分布在晶粒边界上。图2的金属组织中也存在比这些圆形状粒子微细的粒子。将图2的STEM图像的一部分放大而得到的金属组织示于图3。根据图3，确认到尺寸为数十μm的粒子分散于晶粒边界、粒内双方的情形。还可知图3中确认到的粒子的形状为点状、棒状、带状等无定形状。

此外，图2中，通过能量分散分析(EDS)测定了分散粒子的化学组成，结果，除了Al以外，从圆形状粒子还检测到Co和Fe。由对EDS谱进行定量解析的结果可知，粒子中的Fe含量比Co含量少。该结果暗示了如下的可能性：图2的圆形状粒子为Al₉Co₇相所代表的AlCo化合物，是将Co的一部分用Fe置换的Al-Co-Fe化合物。此外，未确认到Al₃Fe化合物等不含Co而仅含Fe的Al-Fe化合物相。

此外，对于在图3中确认到的微细的无定形状粒子进行EDS分析，结果，除了Al以外，还检测到了Zr，未检测到Co、Fe。由该结果可知，这些无定形状微细粒子为Al₃Zr所代表的Al-Zr化合物。

此外，实施例4的合金线材中，圆形状的Al-Co-Fe化合物的粒子数按5个位置的平均计是每100μm²中210个。此外，无定形状的Al-Zr化合物的粒子数按5个位置的平均计是每100μm²中2800个。

此外，如表1所示，确认到实施例4的合金线材以高水平且均衡地具有各项特性。具体而言，确认到伸长率为8％、拉伸强度为179MPa、电导率为56％IACS。此外，确认到实施例4的合金线材即使在以200℃加热10年的情况下，因加热而导致的强度降低程度也处于从初始状态为10％之内，能够维持初始状态强度的90％以上，确认到具有高耐热性。推测这是由于合金线材的金属组织中，Al再结晶粒小且Al-Co-Fe和Al-Zr各化合物微细地分散。

实施例1～3和5～12中，确认到晶体粒径为10μm以下的Al晶粒所占的区域按面积比计为90％以上，形成了微细的晶体组织。具体而言，晶体粒径超过10μm的粗大晶粒所占的区域按面积比计均为小于10％的值。此外，对于各实施例，研究了STEM暗场图像的结果是，其中全部确认到分散有Al-Co-Fe化合物、Al-Zr化合物。此外，与实施例4同样地，确认到高水平且均衡地具有各项特性。

实施例13～15是对于与实施例4相同的化学组成的合金，将铸造时的凝固速率由25℃/SEC(秒)设为8、12、20℃/SEC时的结果。随着凝固速率变慢，拉伸强度逐渐降低。另一方面，确认到电导率具有随着凝固速率变慢而增加的倾向。认为这是由于，如果凝固速率加快，则铸造时Zr的析晶受到抑制，Zr的过饱和固溶量增加，促进了时效处理中的Al-Zr化合物的析出，拉伸强度增加。

而相对于此，比较例1的合金线材中，如图4～6所示，确认到并没有形成实施例1那样的金属组织。图4为比较例1的铝合金线材的与长度方向垂直的截面的SIM(二次离子显微镜)图像。图5为比较例1的铝合金线材的与长度方向垂直的截面的利用STEM(扫描型电子显微镜)得到的暗场图像。图6为图5的放大图。

根据图4，比较例1的合金线材中，大部分Al晶粒呈沿长度方向伸长的、宽高比大的形状。在图4的一部分中，确认到在长度方向上超过10μm的粗大尺寸的晶粒。这些在长度方向上伸长的晶粒被认为是由于在时效热处理中的再结晶阶段，晶粒边界容易在长度方向上移动而形成的。

此外，对于图4所示的SIM图像，通过图像解析处理测定了晶粒尺寸的分布，结果确认到长度超过10μm的粗大晶粒按面积比计占观察区域整体的44.7％，与实施例1相比，Al晶粒容易粗大化。

此外，根据图5所示的比较例1的STEM图像，确认到不存在实施例1那样的圆形状粒子(Al-Co-Fe化合物)，晶粒边界分散有100nm以下的微细的粒子的情形。根据图6，与实施例1的图3同样地，确认到尺寸为数十～100μm左右的无定形状粒子分散于晶粒边界、粒内双方的情形。

对图6的无定形状粒子进行EDS分析，结果，除了Al以外还检测到Zr，未检测到Co、Fe。由该结果可知，这些无定形状粒子是Al₃Zr所代表的Al-Zr化合物。此外，虽然数量少，但也确认到存在除了Al以外仅能检测到Fe的、尺寸数百μm左右的更加粗大的粒子。可推测该仅含Fe的粗大粒子很有可能是Al₃Fe等Al-Fe化合物。即，比较例1的合金线材中，作为分散于金属组织的化合物，推测是Al-Zr化合物和少量的Al-Fe化合物。其中，Al-Zr化合物的数密度按5个位置的平均计是每100μm²中3300个。

此外，对于比较例1的合金线材，确认到伸长率为4％、拉伸强度为149MPa、无法得到所期望的机械特性。推测这是因为，由于未配合Co，从而未形成Al-Co-Fe化合物。需要说明的是，比较例1的耐热性判定为合格。

比较例2、3中，对于SIM图像，通过图像解析处理测定了晶粒尺寸的分布，结果确认到长度超过10μm的粗大晶粒按面积比计超过观察区域整体的20％。比较例2中未添加Zr，因此没有形成Al-Zr化合物。因此，确认到虽然伸长率高，但拉伸强度显著降低。另一方面，比较例3中虽然添加了Zr但低至0.1质量％，因此未确认到Al-Zr化合物的形成。因此，与比较例2同样地，确认到无法得到所期望的机械特性。此外，对于比较例2、3的合金线材，以200℃加热时的强度成为小于初始状态强度的90％为止的时间(因加热导致的强度降低程度成为10％以上为止的时间)少于10年，确认到耐热性不合格。认为这是由于未形成Al-Zr化合物，从而导致耐热性降低。

对于比较例4～9，确认到虽然存在晶体粒径为10μm以下的Al晶粒，但其面积比为80％左右，小于90％。此外，确认到虽然形成了Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物，但Co、Zr、Fe和Si并不是适宜的含量，因此各项特性的平衡不好。各实施例的耐热性均判定为合格。

＜本发明的优选方式＞

以下，对本发明的优选方式进行附记。

[附记1]

根据本发明的一个方式，提供一种铝合金线材，

其为由铝合金形成的线材，

前述铝合金具有下述化学组成，即包含Co：0.1～1.0质量％、Zr：0.2～0.5质量％、Fe：0.02～0.09质量％、Si：0.02～0.09质量％、Mg：0～0.2质量％、Ti：0～0.10质量％、B：0～0.03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％、Hf：0～0.50质量％、V：0～0.50质量％、Sc：0～0.50质量％、Ni：0～0.50质量％、余部：Al和不可避免的杂质，

且前述铝合金具有含有Al晶粒以及Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物的金属组织。

[附记2]

附记1的铝合金线材中，优选前述金属组织中，晶体粒径为10μm以下的前述Al晶粒所占的区域按面积比计为90％以上。

[附记3]

附记1的铝合金线材中，优选拉伸强度为150MPa以上，电导率为55％IACS以上，以200℃加热10年时的强度为初始状态强度的90％以上。

[附记4]

附记1～3中任选的铝合金线材中，优选在与长度方向垂直的截面中，前述Al-Zr化合物的每单位面积的数量为500个/100μm²以上。

[附记5]

附记1～4中任选的铝合金线材中，优选在与长度方向垂直的截面中，前述Al-Co-Fe化合物的每单位面积的数量为50个/100μm²以上。

[附记6]

附记1～5中任选的铝合金线材中，优选前述Al-Co-Fe化合物的大小为20nm以上500nm以下。

[附记7]

附记1～6中任选的铝合金线材中，优选前述Al-Zr化合物各自的大小为5nm以上100nm以下。

[附记8]

附记1～7中任选的铝合金线材中，优选线径为2.0mm以下。

[附记9]

附记1～8中任选的铝合金线材中，优选前述Al-Co-Fe化合物和前述Al-Zr化合物具有球形状。

[附记10]

根据本发明的另一方式，提供一种铝合金线材的制造方法，

其为由铝合金形成的线材的制造方法，具有：

拉丝工序，对前述铸造材料进行拉丝而形成拉丝材料；以及

前述铝合金具有前述化学组成，且具有含有Al晶粒以及Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物的金属组织。

[附记11]

附记10的铝合金线材的制造方法中，优选以晶体粒径为10μm以下的前述Al晶粒所占的区域按面积比计成为90％以上的方式构成前述金属组织。

[附记12]

附记10的铝合金线材的制造方法中，优选以拉伸强度成为150MPa以上、电导率成为55％IACS以上、以200℃加热10年时的强度成为初始状态强度的90％以上的方式构成前述线材。

[附记13]

附记10～12中任选的铝合金线材的制造方法中，优选在前述铸造工序中，将冷却速度设为1℃/s以上60℃/s以下。

[附记14]

附记10～13中任选的铝合金线材的制造方法中，优选在前述拉丝工序中，对前述铸造材料以截面积成为0.01倍以下的加工度进行拉丝。

[附记15]

附记10～14中任选的铝合金线材的制造方法中，优选在前述拉丝工序中，使前述拉丝材料的线径为2.0mm以下。

Claims

1.一种铝合金线材，其为由铝合金形成的线材，

所述铝合金具有下述化学组成，即包含Co：0.1～1.0质量％、Zr：0.2～0.5质量％、Fe：0.02～0.09质量％、Si：0.02～0.09质量％、Mg：0～0.2质量％、Ti：0～0.10质量％、B：0～0.03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％、Hf：0～0.50质量％、V：0～0.50质量％、Sc：0～0.50质量％、Ni：0～0.50质量％、余部：Al和不可避免的杂质，并且，

具有含有Al晶粒以及Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物的金属组织，

所述铝合金线材的电导率为55％IACS以上。

2.根据权利要求1所述的铝合金线材，所述金属组织中，晶体粒径为10μm以下的所述Al晶粒所占的区域按面积比计为90％以上。

3.根据权利要求1所述的铝合金线材，所述铝合金线材的拉伸强度为150MPa以上，以200℃加热10年时的强度为初始状态强度的90％以上。

4.根据权利要求1或2所述的铝合金线材，在与长度方向垂直的截面中，所述Al-Zr化合物的每单位面积的数量为500个/100μm²以上。

5.根据权利要求1或2所述的铝合金线材，在与长度方向垂直的截面中，所述Al-Co-Fe化合物的每单位面积的数量为50个/100μm²以上。

6.根据权利要求1或2所述的铝合金线材，所述Al-Co-Fe化合物的大小为20nm以上500nm以下。

7.根据权利要求1或2所述的铝合金线材，所述Al-Zr化合物各自的大小为5nm以上100nm以下。

8.根据权利要求1或2所述的铝合金线材，线径为2.0mm以下。

9.根据权利要求1或2所述的铝合金线材，所述Al-Co-Fe化合物和所述Al-Zr化合物具有球形状。

10.一种铝合金线材的制造方法，其为由铝合金形成的线材的制造方法，具有：

准备工序，准备具有下述化学组成的熔融金属，所述化学组成包含Co：0.1～1.0质量％、Zr：0.2～0.5质量％、Fe：0.02～0.09质量％、Si：0.02～0.09质量％、Mg：0～0.2质量％、Ti：0～0.10质量％、B：0～0.03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％、Hf：0～0.50质量％、V：0～0.50质量％、Sc：0～0.50质量％、Ni：0～0.50质量％，余部：Al和不可避免的杂质；

铸造工序，通过将所述熔融金属以抑制Zr析晶且使Co析晶那样的冷却速度骤冷而进行铸造，从而形成含有Al-Co-Fe化合物的铸造材料；

拉丝工序，对所述铸造材料进行拉丝而形成拉丝材料；以及

时效处理工序，对所述拉丝材料实施以270℃～440℃的温度加热10小时以上的时效处理，使固溶在所述Al相中的Zr以Al-Zr化合物的形态析出，

所述铝合金具有所述化学组成，且具有含有Al晶粒以及Al-Co-Fe化合物和Al-Zr化合物的金属组织。

11.根据权利要求10所述的铝合金线材的制造方法，以晶体粒径为10μm以下的所述Al晶粒所占的区域按面积比计成为90％以上的方式构成所述金属组织。

12.根据权利要求10所述的铝合金线材的制造方法，以拉伸强度成为150MPa以上、电导率成为55％IACS以上、以200℃加热10年时的强度成为初始状态强度的90％以上的方式构成所述线材。

13.根据权利要求10所述的铝合金线材的制造方法，在所述铸造工序中，将冷却速度设为1℃/s以上60℃/s以下。

14.根据权利要求10或11所述的铝合金线材的制造方法，在所述拉丝工序中，对所述铸造材料以截面积成为0.01倍以下的加工度进行拉丝。

15.根据权利要求10或11所述的铝合金线材的制造方法，在所述拉丝工序中，使所述拉丝材料的线径为2.0mm以下。