CN110475884A - 铝合金材料及使用该材料的导电构件、导电部件、弹簧用构件、弹簧用部件、半导体模块用构件、半导体模块用部件、结构用构件和结构用部件 - Google Patents

铝合金材料及使用该材料的导电构件、导电部件、弹簧用构件、弹簧用部件、半导体模块用构件、半导体模块用部件、结构用构件和结构用部件 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种高强度的铝合金材料、以及使用该铝合金材料的导电构件、导电部件、弹簧用构件、弹簧用部件、半导体模块用构件、半导体模块用部件、结构用构件及结构用部件，所述铝合金材料具有带形状且可以代替具有带形状的铜系材料及铁系材料。本发明的铝合金材料具有如下所述的合金组成：Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成，所述铝合金材料的维氏硬度(HV)为90以上且190以下，所述铝合金材料具有带形状。

Description

铝合金材料及使用该材料的导电构件、导电部件、弹簧用构 件、弹簧用部件、半导体模块用构件、半导体模块用部件、结构 用构件和结构用部件
技术领域
本发明涉及具有带形状的高强度的铝合金材料。
背景技术
近年来，具有带形状的金属材料被用于所有用途。例如，在专利文献1中，作为适用于信号传输用电缆等的箔导体，公开了由电导率为80％IACS以上且抗拉强度为700N/mm2以上的Cu－Ag系合金构成的铜箔体。此外，在专利文献2中，公开了具有由包含铜在内的金属构成的带状导体的同轴电缆。
如专利文献1及专利文献2中所公开的那样，作为具有带形状的金属材料，铜系材料被广泛地使用。然而，伴随新兴国家的需求的急剧增大，铜的贮藏量正在减少。此外，存在铜矿石中砷等杂质的含量增加等、铜矿石的质量下降的倾向。进而，在汽车领域、便携式电子设备领域以及可穿戴设备等领域中，特别要求部件的轻量化，将铜系材料替代为低比重的材料的需求很高。此外，在使用铜系材料的情况下，需要针对铜害采取措施。铜害是指由于铜离子所具有的促进聚合物的自动氧化反应(氧化还原反应)的催化剂的作用而导致聚合物劣化的现象。会引起橡胶、塑料与铜之间的密合性的下降，可能会产生绝缘不良、铜的腐蚀。作为针对铜害的措施，一般将螯合材料混入聚合物中，但在高温条件下，效果较小。在伴随大电流化等的更高温条件的使用环境中，需要采取新的措施。
此外，对于铁系材料，与铜同样地，也不能解决轻量化的问题。另外，铁系材料具有耐腐蚀性较差，导电性以及导热性较低的问题。
由此，作为克服上述的铜系材料及铁系材料所具有的问题点的方法，研究了使用铝系材料代替铜系材料及铁系材料的技术。铝的贮藏量丰富，与铜系材料及铁系材料相比，比重较小，导电性良好。此外，铝具有促进聚合物的自动氧化反应的作用较小的优点。另一方面，铝具有与铜系材料及铁系材料相比强度较低，疲劳寿命特性较差这样的问题。具体而言，具有当对具有带形状的铝系材料施加拉伸、扭转或者弯曲这样的外力时，容易产生变形，会导致作为构件、部件的功能下降这样的问题。此外，具有对具有带形状的铝系材料通过外部的振动、热膨胀和收缩而施加反复的变形时，会导致在使用过程中产生疲劳损坏的问题。因此，以往，具有带形状的铝系材料仅能够用于有限的用途。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2000-282157号公报
专利文献2：特开2000-353435号公报
发明内容
发明要解决的问题
由此，本发明的目的在于提供一种高强度的铝合金材料、以及使用该铝合金材料的导电构件、导电部件、弹簧用构件、弹簧用部件、半导体模块用构件、半导体模块用部件、结构用构件及结构用部件，所述铝合金材料具有带形状且能够代替具有带形状的铜系材料及铁系材料。
用于解决问题的手段
本发明人反复进行锐意研究的结果，发现通过使铝合金材料具有规定的合金组成，并且维氏硬度(HV)在规定的范围内，从而能够得到与铜系材料及铁系材料匹敌的具有带形状的高强度的铝合金材料，本发明是基于上述发现而完成的。
即，本发明的主要结构如下所述。
[1]一种铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料具有如下合金组成：Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成，所述铝合金材料的维氏硬度(HV)为90以上且190以下，所述铝合金材料具有带形状。
[2]一种铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料具有如下所述的合金组成：Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、选自Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr以及Sn中的至少一种：合计为0.00～2质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成，所述铝合金材料的维氏硬度(HV)为90以上且190以下，所述铝合金材料具有带形状。
[3]一种铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料具有如下所述的合金组成：Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、选自Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中的至少一种：合计为0.02～2质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成，所述铝合金材料的维氏硬度(HV)为90以上且190以下，所述铝合金材料具有带形状。
[4]根据上述[1]至[3]中任一项所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料的维氏硬度(HV)为115以上且190以下。
[5]根据上述[1]至[4]中任一项所述的铝合金材料，其特征在于，宽度方向端面由凸曲面形成。
[6]根据上述[1]至[5]中任一项所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料被选自由Cu、Ni、Ag、Sn、Au及Pd构成的组中的至少一种金属覆盖。
[7]一种导电构件，其使用上述[1]至[6]中任一项所述的铝合金材料。
[8]一种导电部件，其包括上述[7]所述的导电构件。
[9]一种弹簧用构件，其使用上述[1]至[6]中任一项所述的铝合金材料。
[10]一种弹簧用部件，其包括上述[9]所述的弹簧用构件。
[11]一种半导体模块用构件，其使用上述[1]至[6]中任一项所述的铝合金材料。
[12]一种半导体模块用部件，其包括上述[11]所述的半导体模块用构件。
[13]一种结构用构件，其使用上述[1]至[6]中任一项所述的铝合金材料。
[14]一种结构用部件，其包括上述[13]所述的结构用构件。
发明效果
根据本发明，通过使铝合金材料具有规定的合金组成，并且维氏硬度(HV)在规定的范围内，从而能够得到与铜系材料及铁系材料匹敌的具有带形状的高强度的铝合金材料、以及使用该铝合金材料的导电构件、导电部件、弹簧用构件、弹簧用部件、半导体模块用构件、半导体模块用部件、结构用构件及结构用部件。
附图说明
图1为示出实施例1中制作的本发明的铝合金材料的照片。
图2为示出实施例17中制作的本发明的铝合金材料的照片。
具体实施方式
以下，对本发明的铝合金材料的优选的实施方式进行详细说明。
本发明的铝合金材料的特征在于，具有如下所述的合金组成：即，该合金组成由Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、余量：Al及不可避免的杂质构成，并且铝合金材料的维氏硬度(HV)为90以上且190以下，铝合金材料具有带形状。
(1)合金组成
示出了本发明的铝合金材料的合金组成及其作用。
＜Mg：0.2～1.8质量％＞
Mg(镁)具有在铝母材中固溶并强化的作用，并且具有通过与Si的协同效应而使抗拉强度提高的作用。然而，当Mg含量小于0.2质量％时，上述作用效果不充分。此外，当Mg含量超过1.8质量％时，形成结晶物，加工性(拉丝加工性、弯曲加工性等)下降。因此，Mg含量为0.2～1.8质量％，优选为0.4～1.0质量％。
＜Si：0.2～2.0质量％＞
Si(硅)具有在铝母材中固溶并强化的作用，并且具有通过与Mg的协同效应而使抗拉强度、耐弯曲疲劳特性提高的作用。然而，当Si含量小于0.2质量％时，上述作用效果不充分。此外，当Si含量超过2.0质量％时，形成结晶物，加工性下降。因此，Si含量为0.2～2.0质量％，优选为0.4～1.0质量％。
＜Fe：0.01～1.50质量％＞
Fe(铁)主要通过形成Al－Fe系的金属间化合物从而有助于晶粒的微细化，并且使抗拉强度提高。在此，金属间化合物是指由2种以上的金属构成的化合物。Fe在655℃条件下在Al中仅能固溶0.05质量％，在室温条件下固溶量更少，因此，在Al中不能固溶的剩余的Fe作为Al－Fe系、Al－Fe－Si系、Al－Fe－Si－Mg系等金属间化合物结晶或者析出。在本说明书将这种主要由Fe和Al构成的金属间化合物称为Fe系化合物。该金属间化合物有助于晶粒的微细化，并且使抗拉强度提高。此外，在Al中固溶后的Fe也具有使抗拉强度提高的作用。当Fe含量小于0.01质量％时，这些作用效果不充分。此外，当Fe含量超过1.50质量％时，结晶物变多，加工性下降。在此，结晶物是指在合金的铸造凝固时产生的金属间化合物。因此，Fe含量为0.01～1.50质量％，优选为0.05～0.80质量％。另外，在铸造时的冷却速度较慢的情况下，Fe系化合物的分散疏松，可能会产生不良影响。因此，优选Fe含量小于1.00质量％，更优选为小于0.60质量％。
＜余量：Al及不可避免的杂质＞
上述成分以外的余量为Al(铝)及不可避免的杂质。在此所谓的不可避免的杂质是指在制造工序上不可避免地可含有的含有水平的杂质。由于不可避免的杂质根据其含量可能成为使电导率下降的原因，因此考虑到电导率的下降而优选将不可避免的杂质的含量抑制在某种程度。作为不可避免的杂质的成分，例如，可列举Cr(铬)、Mn(锰)、Cu(铜)、Ni(镍)、Zn(锌)、Zr(锆)、Bi(铋)、Pb(铅)、Ga(镓)、Sn(锡)、Sr(锶)等。另外，对于这些成分的含量，按照每个上述成分为0.05质量％以下且上述成分的总量为0.15质量％以下即可。
此外，本发明的铝合金材料可以被选自Cu、Ni、Ag、Sn、Au及Pd的至少一种金属覆盖。所述金属中也包含将Cu、Ni、Ag、Sn、Au和/或Pd作为主要构成元素的合金、金属间化合物。通过在本发明的铝合金材料上包覆所述金属，从而能够提高接触电阻、焊料浸润性、耐腐蚀性等。
对由所述金属包覆本发明的铝合金材料的方法没有特别限定，列举了置换式镀覆、电解镀覆、包覆(压接)、喷涂等的方法。对于所述金属的包覆，从轻量化等的观点出发，优选厚度较薄，因此，特别优选这些方法中的置换式镀覆、电解镀覆。另外，在铝合金材料上形成所述金属的包覆之后，可以进行拉丝加工和/或轧制加工。此外，在通过X射线等测量被所述金属包覆的本发明的铝合金材料的结晶方位的情况下，在去除金属的包覆之后，在铝合金材料的表面进行测量。
此外，本发明的铝合金材料的特征在于具有如下所述的合金组成：即，该合金组成由Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、从Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中选择的至少一种：合计0.00～2质量％、余量：Al及不可避免的杂质构成，并且维氏硬度(HV)为90以上且190以下，具有带形状。另外，本发明的铝合金材料的特征还在于，具有如下所述的合金组成：Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、从Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中选择的至少一种：合计为0.02～2质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成，并且维氏硬度(HV)为90以上且190以下，具有带形状。另外，“从Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中选择的至少一种：合计为0.00质量％”表示实质上不包含从Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中选择的至少一种。
(1)合金组成
示出本发明的铝合金材料的合金组成及其作用。
＜Mg：0.2～1.8质量％＞
Mg(镁)具有在铝母材中固溶并强化的作用，并且具有通过与Si的协同效应而使抗拉强度提高的作用。然而，当Mg含量小于0.2质量％时，上述作用效果不充分。此外，当Mg含量超过1.8质量％时，形成结晶物，加工性(拉丝加工性、弯曲加工性等)下降。因此，Mg含量为0.2～1.8质量％，优选为0.4～1.0质量％。
＜Si：0.2～2.0质量％＞
Si(硅)具有在铝母材中固溶并强化的作用，并且具有通过与Mg的协同效应而使抗拉强度、耐弯曲疲劳特性提高的作用。然而，当Si含量小于0.2质量％时，上述作用效果不充分。此外，当Si含量超过2.0质量％时，形成结晶物，加工性下降。因此，Si含量为0.2～2.0质量％，优选为0.4～1.0质量％。
＜Fe：0.01～1.50质量％＞
Fe(铁)主要通过形成Al－Fe系的金属间化合物从而有助于晶粒的微细化，并且使抗拉强度提高。金属间化合物是指由2种以上的金属构成的化合物。Fe在655℃条件下在Al中仅能固溶0.05质量％，在室温条件下固溶量更少，因此在Al中不能固溶的剩余的Fe作为Al－Fe系、Al－Fe－Si系、Al－Fe－Si－Mg系等的金属间化合物结晶或者析出。在本说明书将这些主要由Fe和Al构成的金属间化合物称为Fe系化合物。该金属间化合物有助于晶粒的微细化，并且使抗拉强度提高。此外，在Al中固溶后的Fe也具有使抗拉强度提高的作用。当Fe含量小于0.01质量％时，这些作用效果不充分。此外，当Fe含量超过1.50质量％时，结晶物变多，加工性下降。在此，结晶物是指在合金的铸造凝固时产生的金属间化合物。因此，Fe含量为0.01～1.50质量％，优选为0.05～0.23质量％。特别是在重视针对带形状的成形性的情况下，特别优选为0.05～0.17质量％。
＜选自Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中的至少一种：合计为0.00～2质量％＞
Ti(钛)、B(硼)、Cu(铜)、Ag(银)、Zn(锌)、Ni(镍)、Co(钴)、Au(金)、Mn(锰)、Cr(铬)、V(钒)、Zr(锆)、Sn(锡)均为使耐热性提高的元素。对于这些成分，可以仅单独包含1种，也可以组合包含2种以上。特别是当考虑在腐蚀环境中使用的情况下的耐腐蚀性时，优选包含从Zn、Ni、Co、Mn、Cr、V、Zr及Sn中选择的至少一种。另外，上述“包含”是指大于0.00质量％。
上述成分作为提高耐热性的机构，例如，可列举如下机构：由于使上述成分的原子半径与铝的原子半径的差较大而使晶界的能量减小的机构；由于使上述成分的扩散系数较大而在进入晶界的情况下使晶界的迁移率下降的机构；由于使与空穴的相互作用变大且捕获空穴而使扩散现象延迟的机构等，也可以考虑这些机构协同地发挥作用。
当上述成分的含量的合计小于0.02质量％时，耐热性不充分。此外，当这些成分的含量超过2质量％时，加工性下降。因此，优选从Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中选择的至少一种的含量的合计为0.02～2质量％，更优选为0.06～2质量％，特别优选为0.3～1.2质量％。
＜余量：Al及不可避免的杂质＞
上述成分以外的余量为Al(铝)及不可避免的杂质。在此所谓的不可避免的杂质是指在制造工序上不可避免地可含有的含有水平的杂质。由于不可避免的杂质依其含量可能成为使电导率下降的原因，因此考虑到电导率的下降，而优选将不可避免的杂质的含量抑制在某种程度。作为不可避免的杂质的成分，例如，可列举Bi(铋)、Pb(铅)、Ga(镓)、Sr(锶)等。另外，对于这些成分的含量，按照每个上述成分为0.05质量％以下、且上述成分的总量为0.15质量％以下即可。
此外，本发明的铝合金材料可以被选自Cu、Ni、Ag、Sn、Au及Pd的至少一种金属覆盖。所述金属中也包含将Cu、Ni、Ag、Sn、Au和/或Pd作为主要构成元素的合金、金属间化合物。通过在本发明的铝合金材料上包覆所述金属，从而能够提高接触电阻、焊料浸润性、耐腐蚀性等。
对由所述金属包覆本发明的铝合金材料的方法没有特别限定，列举了置换式镀覆、电解镀覆、包覆(压接)、喷涂等的方法。对于所述金属的包覆，从轻量化等的观点出发，优选厚度较薄，因此，特别优选这些方法中的置换式镀覆、电解镀覆。另外，当在铝合金材料上形成所述金属的包覆之后，可以进行拉丝加工和/或轧制加工。此外，在通过X射线等测量被所述金属包覆的本发明的铝合金材料的结晶方位的情况下，在去除金属的包覆之后，在铝合金材料的表面进行测量。
可以通过组合控制合金组成、制造方法而实现这种铝合金材料。下面，对本发明的铝合金材料的优选的制造方法进行说明。
(2)本发明的一个实施例的铝合金材料的制造方法
以往，一般采用通过固溶热处理与时效析出热处理的组合而使Al－Mg－Si系合金等铝合金析出固化的方法来制造Al－Mg－Si系合金等铝合金。该制造方法也称为T6处理。然而，采用该制造方法得到的强度水平相对于铜系材料、铁系材料的强度水平是不充分的。因此，本发明的制造方法与通常采用以往的铝合金材料进行的、使Mg－Si化合物析出固化的制造方法在针对高强度化的方法上显著不同。
在本发明的铝合金材料的优选的制造方法中，对具有规定的合金组成的铝合金材料进行拉丝加工[1]及轧制加工[2]。下面，进行详细说明。
对于在拉丝加工[1]中使用的铝合金材料没有特别限定，只要具有上述合金组成即可，例如，可以根据使用目的适当地选择挤压材料、锭材料、热轧材料、冷轧材料等。在拉丝加工[1]中，加工度η优选为5以上，更优选为6以上，进一步优选为7以上。此外，对加工度的上限没有特别规定，但通常为15。
另外，在将加工前的截面积设为s1，将加工后的截面积设为s2(s1＞s2)时，如下述式(1)所示，通过面积比的对数表示加工度η。
加工度(量纲为1)：η＝ln(s1/s2)·····(1)
此外，作为加工率R，优选为98.2％以上，更优选为99.8％以上。另外，利用上述s1及s2将加工率R表示为下述式(2)。
加工率(％)：R＝{(s1－s2)/s1}×100·····(2)
在本发明中，不进行以往在拉丝加工[1]之前进行的时效析出热处理[0]。这种时效析出热处理[0]通常为如下处理：在160～240℃条件下保持铝合金材料1分钟～20小时，从而促进Mg－Si化合物的析出。但是，在已经对铝合金材料实施这种时效析出热处理[0]的情况下，当进行上述较高加工度的拉丝加工[1]以及之后的轧制加工[2]时，会导致在材料内部发生加工断裂。
在拉丝加工[1]之后，进行轧制加工[2]。进行轧制加工[2]，以使通过拉丝加工[1]得到的线材成为带形状。另外，作为得到具有带形状的铝合金材料的方法，还包括对宽幅的板进行狭缝加工的方法。狭缝加工是指在设置有微小的间隙的工具之间对材料施加剪切变形而切断的方法。对于该间隙，材料的厚度越薄，越要求精密的控制。并且，当间隙过窄时，被切断的材料的塌边变大。当塌边较大时，会导致导电特性、机械特性不充分。相反，当间隙过宽时，导致产生毛刺。毛刺可能会引起电气部件内部的短路(short)。因此，在本发明中，优选通过在拉丝加工[1]之后，进行轧制加工[2]的方法，来制造具有带形状的铝合金材料。
在轧制加工[2]中，宽度扩展率S优选为1.4～6.0，更优选为1.7～5.0，进一步优选为2.0～4.0，最优选为2.3～3.5。另外，在将拉丝加工[1]后的铝合金材料(线材)的直径设为D，将轧制加工[2]后的具有带形状的铝合金材料的宽度设为W时，通过下述式(3)来表示宽度扩展率S。
宽度扩展率S＝W/D·····(3)
在本发明中，可以在轧制加工[2]之后，进行拉拔加工[3]。使轧制加工后的铝合金材料通过模而进行拉拔，从而进行拉拔加工[3]。另外，在本发明中，为了释放残留应力、提高延伸，可以在轧制加工[2]或者拉拔加工[3]之后进行调质退火[4]。优选按照处理温度为50～160℃、保持时间为1～48小时来进行调质退火[4]。在调质退火[4]的处理温度低于50℃的情况下，难以得到释放残留应力、提高延伸的效果，当高于160℃时，存在由于恢复、再结晶而引起晶粒的生长，强度下降的倾向。另外，可以根据不可避免的杂质的种类、含量以及所使用的铝合金材料的固溶、析出状态适当地调节这种热处理的各种条件。
在本发明中，如上所述，对铝合金材料进行高加工度的加工。因此，结果能够得到具有长条的带形状的铝合金材料。另一方面，在粉末烧结、压缩扭转加工、高压扭转(Highpressure torsion，HPT)、锻造加工、等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing，ECAP)等以往的铝合金材料的制造方法中，难以得到这种形状。本发明的铝合金材料的长度优选为10m以上。另外，对制造时的铝合金材料的长度的上限没有特别设置，但考虑到作业性等，优先设为6000m。
此外，对于本发明的铝合金材料，由于如上所述增大加工度是有效的，因此厚度越薄，越容易实现本发明的结构。其厚度优选为1mm以下，更优选为0.5mm以下，进一步优选为0.1mm以下，特别优选为0.07mm以下。另外，对厚度的上限没有特别设置，但优选为30mm。
此外，如上所述，本发明的铝合金材料被加工为较薄，但也可以准备多个这种铝合金材料并进行接合，使其加厚，然后用于目标的用途。接合的方法可以使用公知的方法，例如，可列举压接、焊接、使用粘合剂的接合、摩擦搅拌接合等。
此外，为了改良耐腐蚀性、焊料浸润性，本发明的铝合金材料可以通过铜、镍、锡、银、金等其它的金属包覆表面。作为包覆方法，可列举压接、镀敷等。通过包覆铝合金材料，从而也具有使疲劳寿命提高的作用。
(3)本发明的铝合金材料的特征
本发明的铝合金材料具有带形状。“带形状”是指平坦且细长的形状，也可以称为条带状、带状。优选具有带形状的本发明的铝合金材料的宽度为厚度的1.5倍以上。可以在铝合金材料的多处测量宽度和厚度，使用宽度的平均值和厚度的平均值，来计算宽度相对于厚度的比率。在此，宽度是指与铝合金材料的长度方向垂直的方向的长度。如下所述，有时本发明所涉及的铝合金材料的宽度方向端面由凸曲面形成，但在该情况下，将两端面中的凸曲面的顶点的间隔设为宽度。当宽度相对于厚度的比率小于1.5倍时，在宽度方向端面由凸曲面形成的情况下，通过该形状得到的后述的效果不充分。宽度相对于厚度的比率优选为4倍以上，更优选为8倍以上，最优选为12倍以上。对比率的上限值没有特别设置，通常为30倍。
如图1、2所示，本发明的铝合金材料优选宽度方向端面由凸曲面形成。宽度方向端面是指与长度方向垂直的方向上的端面。具体而言，优选宽度方向端面形成为向外侧凸出的弯曲形状。另外，凸曲面可以是由具有一定曲率的1个圆弧构成的圆弧状曲面，也可以多个圆弧连接而成的曲面。如上述的制造方法所示，当通过拉丝加工[1]和轧制加工[2]来制造具有带形状的铝合金材料时，铝合金材料的宽度方向端面由凸曲面形成。另一方面，在通过对宽幅的板进行狭缝加工的方法制造具有带形状的铝合金材料的情况下，宽度方向端面具有与板表面垂直的平面形状，不会形成为弯曲形状。该宽度方向端面的弯曲形状具有使施加在材料的端面的弯曲、扭曲的应力分散，防止产生由应力集中引起的疲劳破坏的作用。
(4)本发明的铝合金材料的特性
[维氏硬度(HV)]
本发明的铝合金材料的维氏硬度(HV)为90～190。维氏硬度(HV)为90是指与铜系材料及铁系材料同等的强度的情况。即，本发明的铝合金材料具有与铜系材料及铁系材料同等以上的强度。铝合金材料的维氏硬度(HV)优选为105以上，更优选为115以上，进一步优选为130以上，进一步更优选为145以上，最优选为160以上。当维氏硬度(HV)超过190时，容易发生加工断裂，生产性下降，因此不优选。
具有90以上的维氏硬度(HV)是为了得到与铜系材料同等以上的疲劳寿命。另外，具有115以上的维氏硬度(HV)是为了与铜系材料相比能够得到2倍以上的疲劳寿命。这相当于抗拉强度为约430MPa以上。因此，具有115以上的维氏硬度(HV)的铝合金材料例如适用于由于反复弯曲而容易引起变形的可穿戴设备用的构件、由于振动而容易引起变形的发动机或者电动机周边的构件。
维氏硬度(HV)设为依据JIS Z 2244：2009而测量出的值。另外，在测量已经成为构件或者部件的加工品的维氏硬度(HV)的情况下，可以对加工品进行分解，对截面进行镜面研磨，对该截面进行测量。
[电导率]
具有Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成的合金组成、维氏硬度(HV)为90以上且190以下、且具有带形状的本发明的铝合金材料，优选电导率为40％IACS以上。更优选为45％IACS以上，进一步优选为50％IACS以上，最优选为55％IACS以上。可以通过四端子法来测量电导率。
(5)本发明的铝合金材料的用途
本发明的铝合金材料能够适用于使用铁系材料、铜系材料及铝系材料的任意的构件以及部件。构件是对铝合金材料进行一次加工(例如，冲压加工、弯曲加工、镀敷等)而得到的，部件是使用构件组装而得到的。具体而言，本发明的铝合金材料能够用于导电构件、导电部件、弹簧用构件、弹簧用部件、半导体模块用构件、半导体模块用部件、结构用构件以及结构用部件。
作为导电构件，例如，可列举电线、电缆等。作为具有导电构件的导电部件，例如，可列举架空输电线、OPGW(光纤复合架空地线)、地下电线、海底电缆等电力用电线、电话用电缆、同轴电缆等通信用电线、有线无人机用电缆、橡胶绝缘软电缆、EV/HEV用充电电缆、海上风力发电用扭转电缆、电梯电缆、控制电缆、机器人电缆、电车用架线、架空线等设备用电线、汽车用线束、船舶用电线、飞机用电线等运输用电线、母线、引线框、柔性扁平电缆、避雷针、天线、连接器、端子等。
作为弹簧用构件，例如，可列举螺旋弹簧、板簧等。作为具有弹簧用构件的弹簧用部件，例如，可列举连接器、开关、端子、发条等。
作为半导体模块用构件，例如，可列举导体。作为具有半导体模块用构件的半导体模块用部件，例如，可列举粘接扁线(bonding flat wire)。
作为结构用构件，例如，可列举结构用板材、结构用角材、结构用不规则件。作为具有结构用构件的结构用部件，例如，可列举建筑工地的脚手架、输送网带、服装用的金属纤维、锁子甲、挡板、驱虫网、拉链、拉链带、夹具、铝棉、刹车线、辐条等自行车用部件、强化玻璃的加强线材、管道密封件、金属包装件、电缆的保护强化构件、风扇带的金属芯、致动器驱动用线、链条、吊架、隔音网、棚板等。
近年来，伴随高度信息化社会的发展，在数据传输用电缆中，作为屏蔽线而使用编织结构的铜线。通过使这些屏蔽线为具有带形状的本发明的铝合金材料，从而能够实现轻量化。
此外，具有带形状的本发明的铝合金材料可以根据需要形成绞线结构，该绞线结构通过与铜、铜合金、铝、铝合金、铁、铁合金等其它材料的线材捻合而形成。
另外，上述内容仅例示了该发明的一些实施方式，能够在权利要求书的范围内进行各种变更。
实施例
下面，根据实施例对本发明进行详细说明，但本发明不限于此。
(实施例1～13、比较例1～6)
首先，在实施例1～13及比较例2～6中，准备具有表1所示的合金组成的的各棒材。在比较例1中，准备由99.99质量％的Al构成的的棒材。接下来，使用各棒材，按照表1所示的制造条件，制作具有带形状的铝合金材料。
另外，表1所示的制造条件A～J具体如下所示。加工度及宽度扩展率S如上述式(1)及式(3)所示。
＜制造条件A＞
对准备的棒材进行加工度为5.5的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为3.0的轧制加工[2]。另外，未进行精拉拔加工[3]及调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为15倍。
＜制造条件B＞
除了将拉丝加工[1]的加工度设为6.5以外，按照与制造条件A相同的条件来进行。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为10倍。
＜制造条件C＞
对准备的棒材进行加工度为7.5的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为2.5的轧制加工[2]。另外，未进行精拉拔加工[3]及调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为6倍。
＜制造条件D＞
对准备的棒材进行加工度为10.0的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为2.0的轧制加工[2]。另外，未进行精拉拔加工[3]及调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为3倍。
＜制造条件E＞
对准备的棒材进行加工度为5.5的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为3.0的轧制加工[2]。未进行精拉拔加工[3]，在155℃的条件下进行40小时的调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为15倍。
＜制造条件F＞
对准备的棒材进行加工度为6.5的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为3.0的轧制加工[2]。接下来，进行精拉拔加工[3]，并在140℃的条件下进行1小时的调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为10倍。
＜制造条件G＞
对准备的棒材进行加工度为7.5的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为2.5的轧制加工[2]。未进行精拉拔加工[3]，在80℃的条件下进行24小时的调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为6倍。
＜制造条件H＞
对准备的棒材进行加工度为10的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为2.0的轧制加工[2]。未进行精拉拔加工[3]，在100℃的条件下进行24小时的调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为3倍。
＜制造条件I＞
除了将拉丝加工[1]的加工度设为2.0以外，按照与制造条件E相同的条件来进行。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为15倍。
＜制造条件J＞
对准备的棒材进行处理温度为180℃、保持时间为5小时的时效析出热处理[0]，之后，进行加工度为5.5的拉丝加工[1]和宽度扩展率S为3.5的轧制加工[2]。在比较例6中，在轧制加工[2]的过程中频繁地发生加工断裂，所以停止作业。
＜制造条件K＞
对准备的棒材进行拉丝加工[1]。在比较例3、4中，在拉丝加工[1]的过程中频繁地发生加工断裂，所以停止作业。
[评价]
使用上述实施例及比较例所涉及的铝合金材料，进行如下所示的特性评价。各特性的评价条件如下所述。表1示出结果。
[1]合金组成
根据JIS H 1305：2005，通过发光分光分析法进行。另外，使用发光分光分析装置(日立高新科技制作株式会社制造)来进行测量。
[2]维氏硬度(HV)
根据JIS Z 2244：2009使用微小硬度试验机HM－125(明石株式会社(现三丰株式会社)制造)，来测量维氏硬度(HV)。此时，测试力为0.1kgf(0.98N)，保持时间为15秒。此外，测量位置在所制作的铝合金材料的与长度方向平行的截面中为中心和表层的中间附近的位置(从表层侧起向中心侧约1/4的位置)，计算出5处的测量值的平均值。另外，在测量值的最大值和最小值的差为10以上的情况下，进一步增加测量数量，计算出10处的测量值的平均值。优选维氏硬度(HV)越大越好，在本实施例中，将90以上设为合格水平。
[3]抗拉强度
根据JIS Z 2241：2011，使用精密万能试验机(岛津制作所制造)，来进行拉伸试验，测量抗拉强度(MPa)。另外，按照将评点间距离设为10cm，将变形速度设为10mm/分钟的条件来实施上述试验。此外，关于各铝合金材料，各测量3根，计算出其平均值。优选抗拉强度越大越好，但在本实施例中，将350MPa以上设为合格水平。
[4]疲劳次数
根据日本伸铜协会技术标准JCBA-T308(2002)，进行对称交变试验。试验片的设置长度L使用对具有125GPa的杨氏模量的铜系材料赋予300MPa的弯曲应力的条件。使用板厚t的平方根，表示为下述式。
对于所制作的铝合金材料，求出在该条件下至材料断裂为止的反复次数NA。接下来，对于具有带形状的韧铜，按照相同的条件进行测量，求出了反复次数NC。并且，通过下述式(5)求出两者之比P。对构成比较的韧铜使用宽度及厚度与所制作的铝合金材料相同者。
P＝NA÷Nc······(5)
优选相对于作为比较的铜系材料之比P越大越好，但在本实施例中，将1.0以上设为合格水平。
[5]电导率
根据JIS-K6271：2015，通过四端子方法在20℃的条件下测量出电阻值。将测量出的电阻值除以所制作的铝合金材料的截面积，从而计算出电导率。优选电导率越高越好，但在本实施例中，将40％IACS以上设为合格水平。
表1
通过表1的结果可知实施例1～13所涉及的铝合金材料具有特定的合金组成，并且维氏硬度(HV)为90以上且190以下，铝合金材料具有带形状，因此具有与铁系材料、铜系材料匹敌的高强度(具体而言，抗拉强度为350MPa以上，疲劳次数中与铜的比为1.0以上)，并且电导率显示较高的值，为40％IACS以上。
而在比较例1中，金属成分中未包含Mg、Si、Fe，因此维氏硬度(HV)为50，抗拉强度为162MPa，较低，与铜相比疲劳次数较差。
在比较例2中，Mg的含量及Si的含量均为0.17质量％，较少，因此维氏硬度(HV)为83，抗拉强度为302MPa，较低，与铜相比疲劳次数较差。
在比较例3中，Mg的含量为1.82质量％，Si的含量为2.11质量％，较多，因此在拉丝加工[1]的过程中发生加工断裂，不能制作具有带形状的铝合金材料。
在比较例4中，Fe的含量为1.62质量％，较多，在拉丝加工[1]的过程中发生加工断裂，不能制作具有带形状的铝合金材料。
在比较例5中，进行加工度为2.0的拉丝加工[1]，因此维氏硬度(HV)为86。抗拉强度为314MPa，较低，与铜相比疲劳次数较差。
在比较例6中，在拉丝加工[1]之前进行时效析出热处理[0]，因此在轧制加工[2]的过程中发生加工断裂，不能制造具有带形状的铝合金材料。
如上所述，本发明的铝合金材料为具有如下所述的合金组成的铝合金材料：Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成，维氏硬度(HV)为90以上且190以下，具有带形状，因此具有与铁系材料、铜系材料匹敌的高强度，并且具有高电导率。因此，本发明的铝合金材料能够用于导电构件、导电部件、弹簧用构件、弹簧用部件、半导体模块用构件、半导体模块用部件、结构用构件及以及结构用部件等。
(实施例14～29、比较例7～14)
首先，在实施例14～29及比较例8～14中，准备具有表2所示的合金组成的的各棒材。在比较例7中，准备由99.99质量％的Al构成的的棒材。接下来，使用各棒材，按照表2所示的制造条件，制作具有带形状的铝合金材料。
另外，表2所示的制造条件A～J具体如下所述。加工度及宽度扩展率S如上述式(1)及式(3)所示。
＜制造条件A＞
对准备的棒材进行加工度为5.5的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为3.0的轧制加工[2]。另外，未进行精拉拔加工[3]及调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为15倍。
＜制造条件B＞
除了将拉丝加工[1]的加工度设为6.5以外，按照与制造条件A相同的条件进行。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为10倍。
＜制造条件C＞
对准备的棒材进行加工度为7.5的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为2.5的轧制加工[2]。另外，未进行精拉拔加工[3]及调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为6倍。
＜制造条件D＞
对准备的棒材进行加工度为10.0的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为2.0的轧制加工[2]。另外，未进行精拉拔加工[3]及调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为3倍。
＜制造条件E＞
对准备的棒材进行加工度为5.5的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为3.0的轧制加工[2]。未进行精拉拔加工[3]，在155℃的条件下进行40小时的调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为15倍。
＜制造条件F＞
对准备的棒材进行加工度为6.5的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为3.0的轧制加工[2]。接下来，进行精拉拔加工[3]，在140℃条件下进行了1小时的调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为10倍。
＜制造条件G＞
对准备的棒材进行加工度为7.5的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为2.5的轧制加工[2]。未进行精拉拔加工[3]，在80℃条件下进行24小时的调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为6倍。
＜制造条件H＞
对准备的棒材进行加工度为10的拉丝加工[1]。之后，进行宽度扩展率S为2.0的轧制加工[2]。未进行精拉拔加工[3]，在100℃的条件下进行24小时的调质退火[4]。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为3倍。
＜制造条件I＞
除了将拉丝加工[1]的加工度设为2.0以外，按照与制造条件E相同的条件进行。所制作的铝合金材料的宽度相对于厚度的比率为15倍。
＜制造条件J＞
对准备的棒材进行处理温度为180℃、保持时间为5小时的时效析出热处理[0]，之后，进行加工度为5.5的拉丝加工[1]和宽度扩展率S为3.5的轧制加工[2]。在比较例13中，在轧制加工[2]的过程中频繁地发生加工断裂，因此停止作业。
＜制造条件K＞
对准备的棒材进行了拉丝加工[1]。在比较例9～11中，在拉丝加工[1]的过程中频繁地发生加工断裂，因此停止作业。
[评价]
使用上述实施例及比较例所涉及的铝合金材料，进行了如下所示的特性评价。各特性的评价条件如下所述。结果示于表2。
[1]合金组成
根据JIS H1305：2005，通过发光分光分析法进行。另外，使用发光分光分析装置(日立高新科技制作株式会社制造)进行测量。
[2]维氏硬度(HV)
根据JIS Z 2244：2009使用微小硬度试验机HM－125(明石株式会社(现三丰株式会社)制造)，来测量维氏硬度(HV)。此时，测试力为0.1kgf(0.98N)，保持时间为15秒。此外，测量位置在所制作的铝合金材料的与长度方向平行的截面中，为中心和表层的中间附近的位置(从表层侧起向中心侧约1/4的位置)，计算出5处的测量值的平均值。另外，在测量值的最大值和最小值的差为10以上的情况下，进一步增加测量数量，计算出10处的测量值的平均值。优选维氏硬度(HV)越大越好，在本实施例中，将90以上设为合格水平。
[3]抗拉强度
根据JIS Z 2241：2011，使用精密万能试验机(岛津制作所制造)，来进行拉伸试验，测量出了抗拉强度(MPa)。另外，按照将评点间距离设为10cm、将变形速度设为10mm/分钟的条件来实施上述试验。对于所制作的铝合金材料、以及在制作后在120℃条件下进行30分钟加热的铝合金材料，各测量3根，计算出其平均值。优选抗拉强度越大越好，但在本实施例中，对于加热前的铝合金材料，将350MPa以上设为合格水平。对于加热后的铝合金材料，将抗拉强度相对于加热前的铝合金材料为90％以上的情况设为合格「○」，小于90％的情况设为不合格「×」。
[4]疲劳次数
根据日本伸铜协会技术标准JCBA-T308(2002)，进行对称交变试验。试验片的设置长度L使用对具有125GPa的杨氏模量的铜系材料赋予300MPa的弯曲应力的条件。使用板厚t的平方根，表示为下述式。
对于所制作的铝合金材料，求出在该条件下至材料断裂为止的反复次数NA。接下来，对于具有带形状的韧铜，按照相同的条件进行测量，求出了反复次数NC。并且，通过下述式(5)求出两者之比P。对构成比较的韧铜使用宽度及厚度与所制作的铝合金材料相同者。
P＝NA÷Nc······(5)
优选相对于构成比较的铜系材料的比P越大越好，但在本实施例中，将1.0以上设为合格水平。
表2
根据表2的结果可知，实施例14～29所涉及的铝合金材料具有特定的合金组成，并且维氏硬度(HV)为90以上且190以下，具有带形状，因此具有与铁系材料、铜系材料匹敌的高强度(具体而言，抗拉强度为350MPa以上，疲劳次数中与铜的比为1.0以上)。此外，可知实施例14～29所涉及的铝合金材料含有规定量的选自Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中的至少一种，因此在加热后也维持较高的抗拉强度，耐热性也优异。
而在比较例7中，作为金属成分，未包含Mg、Si、Fe，所以，维氏硬度(HV)为43，抗拉强度为150MPa，较低，与铜相比疲劳次数较差。此外，耐热性也较差。
在比较例8中，Mg的含量及Si的含量均为0.17质量％，较少，因此，维氏硬度(HV)为85，抗拉强度为325MPa，与铜相比疲劳次数较差。此外，耐热性也较差。
在比较例9中，Mg的含量为1.82质量％，Si的含量为2.11质量％，较多，因此在拉丝加工[1]的过程中发生加工断裂，不能制作具有带形状的铝合金材料。
在比较例10中，Fe的含量为1.62质量％，较多，在拉丝加工[1]的过程中发生加工断裂，不能制作具有带形状的铝合金材料。
在比较例11中，从Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中选择的至少一种的合计含量为2.09质量％，较多，因此在拉丝加工[1]的过程中发生加工断裂，不能制作具有带形状的铝合金材料。
在比较例12中，进行加工度为2.0的拉丝加工[1]，因此维氏硬度(HV)为87，抗拉强度为330MPa，较低，与铜相比疲劳次数较差。
在比较例13中，在拉丝加工[1]之前进行了时效析出热处理[0]，因此在轧制加工[2]的过程中发生加工断裂，不能制作具有带形状的铝合金材料。
在比较例14中，未包含从Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中选择的至少一种，因此耐热性较差。
如上所述，本发明的铝合金材料为具有如下所述合金组成的铝合金材料：Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、从Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中选择的至少一种：合计为0.00～2质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成，维氏硬度(HV)为90以上且190以下，铝合金材料具有带形状，因此，具有与铁系材料、铜系材料匹敌的高强度，并且具有耐热性。因此，本发明的铝合金材料能够用于导电构件、导电部件、弹簧用构件、弹簧用部件、半导体模块用构件、半导体模块用部件、结构用构件及结构用部件等。

Claims (14)

1.一种铝合金材料，其特征在于，具有如下合金组成：Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成，
所述铝合金材料的维氏硬度HV为90以上且190以下，
所述铝合金材料具有带形状。
2.一种铝合金材料，其特征在于，具有如下合金组成：Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、选自Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr以及Sn中的至少一种：合计为0.00～2质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成，
所述铝合金材料的维氏硬度HV为90以上且190以下，
所述铝合金材料具有带形状。
3.一种铝合金材料，其特征在于，具有如下合金组成：Mg：0.2～1.8质量％、Si：0.2～2.0质量％、Fe：0.01～1.50质量％、选自Ti、B、Cu、Ag、Zn、Ni、Co、Au、Mn、Cr、V、Zr及Sn中的至少一种：合计为0.02～2质量％、余量：由Al及不可避免的杂质构成，
所述铝合金材料的维氏硬度HV为90以上且190以下，
所述铝合金材料具有带形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的铝合金材料，其特征在于，
维氏硬度HV为115以上且190以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的铝合金材料，其特征在于，
宽度方向端面由凸曲面形成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的铝合金材料，其特征在于，
所述铝合金材料被选自由Cu、Ni、Ag、Sn、Au及Pd构成的组中的至少一种金属覆盖。
7.一种导电构件，其使用权利要求1至6中任一项所述的铝合金材料。
8.一种导电部件，其具有权利要求7所述的导电构件。
9.一种弹簧用构件，其使用权利要求1至6中任一项所述的铝合金材料。
10.一种弹簧用部件，其具有权利要求9所述的弹簧用构件。
11.一种半导体模块用构件，其使用权利要求1至6中任一项所述的铝合金材料。
12.一种半导体模块用部件，其具有权利要求11所述的半导体模块用构件。
13.一种结构用构件，其使用权利要求1至6中任一项所述的铝合金材料。
14.一种结构用部件，其具有权利要求13所述的结构用构件。
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