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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung betrifft einen Aluminiumlegierungsdraht, der als Leiter für einen elektrischen Draht verwendet wird, einen Aluminiumlegierungs-Litzendraht, einen bedeckten elektrischen Draht, umfassend den Legierungsdraht oder den Litzendraht als Leiter, einen Kabelbaum, umfassend den bedeckten elektrischen. Draht, ein Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsdrahtes und ein Verfahren zur Herstellung des abgedeckten elektrischen Drahtes. Mehr spezifisch betrifft diese Erfindung einen Aluminiumlegierungsdraht mit ausgezeichneten Biegeeigenschaften, Festigkeit und elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften.
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Hintergrund der Erfindung
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Konventionell wird für eine Leiterstruktur einer Transportausrüstung wie Automobil oder Flugzeug, oder einer industriellen Anlage wie Roboter eine Form verwendet, die als Kabelbaum bezeichnet wird, worin eine Vielzahl von elektrischen Drähten mit Enden gebunden sind. Ein Material, das einen Leiter für einen elektrischen Draht eines solchen Kabelbaums ausmacht, ist hauptsächlich Kupfer mit ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften oder ein Material auf Kupferbasis wie Kupferlegierung.
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Mit der jüngsten schnellen Verstärkung der Leistung und der Fähigkeit von Automobilen und demzufolge mit einer erhöhten Anzahl von verschiedenen elektrischen Vorrichtungen an Bord, Kontrollvorrichtungen und dgl. neigt die Anzahl der elektrischen Drähte, die für diese Vorrichtungen verwendet werden, zur Erhöhung. In den letzten Jahren ist eine Gewichtsreduktion stark gewünscht, um die Brennstoffeffizienz eines Automobils, Flugzeuges oder dgl. aus Umweltschutzgründen zu verbessern.
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Zur Erzielung einer Gewichtsreduktion bei elektrischen Drähten werden Studien bezüglich elektrischer Aluminiumdrähte durchgeführt, die als Leiter Aluminium umfassen, dessen spezifisches Gewicht ungefähr ein Drittel zu dem von Kupfer ist. Reines Aluminium ist bezüglich der Biegeeigenschaften schlechter als Materialien auf Kupferbasis. Wenn beispielsweise der oben beschriebene elektrische Aluminiumdraht für ein Teil verwendet wird, das sich öffnet oder schließt, wie eine Tür, wird es in einem frühen Stadium gebrochen und ist daher schwierig für ein solches Teil anzuwenden. Das offengelegte
japanische Patent 2004-134212 (PTL1) offenbart auf der anderen Seite einen elektrischen Draht für einen Automobil-Kabelbaum, der einen Leiter aus Aluminiumlegierung mit einer Festigkeit umfasst, die höher ist als die von reinem Aluminium.
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Liste der Druckschriften
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Patentliteratur
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- PTL1: offengelegtes japanisches Patent 2004-134212
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Der oben beschriebene konventionelle elektrische Aluminiumlegierungsdraht hat jedoch nicht notwendigerweise ausreichende Biegeeigenschaften. Demzufolge ist die Entwicklung eines elektrischen Aluminiumlegierungsdrahtes mit weiter verbesserten Biegeeigenschaften gewünscht. Weil ein Leiter für einen elektrischen Draht weiterhin gewünschterweise ausgezeichnete elektrisch leitende Eigenschaften und Festigkeit hat, gibt es ein Bedürfnis für die Entwicklung eines Aluminiumlegierungsdrahtes mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit und Festigkeit zusätzlich zu den Biegeeigenschaften.
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Demzufolge liegt ein Ziel dieser Erfindung darin, einen Aluminiumlegierungsdraht mit ausgezeichneten Biegeeigenschaften, Festigkeit und elektrisch leitenden Eigenschaften, der als Leiter für einen elektrischen Draht geeignet ist, und einen Aluminiumlegierungs-Litzendraht anzugeben.
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Ein anderes Ziel dieser Erfindung liegt darin, einen bedeckten elektrischen Draht mit ausgezeichneten Biegeeigenschaften, Festigkeit und elektrisch leitenden Eigenschaften, der als Kabelbaum geeignet ist, und einen Kabelbaum anzugeben.
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Ein noch weiteres Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Aluminiumlegierungsdrahtes und ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen bedeckten elektrischen Drahtes anzugeben.
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Lösung des Problems
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Diese Erfinder fanden, dass ein Aluminiumlegierungsdraht mit ausgezeichneten Biegeeigenschaften erhalten werden kann, indem mit einem drahtgezogenen Material nach (nicht notwendigerweise unmittelbar nach) dem Drahtziehen, das repräsentativ ein drahtgezogenes Material mit einem Enddrahtdurchmesser darstellt, eine Lösungswärmebehandlung durchgeführt wird. Es wurde insbesondere festgestellt, dass ein Aluminiumlegierungsdraht mit hoher Festigkeit und elektronischer Leitfähigkeit und ausgezeichneten Biegeeigenschaften erzielt werden kann, wenn eine Aluminiumlegierung mit spezifischer Zusammensetzung verwendet wird. Spezifisch wurde festgestellt, dass durch Durchführen der Lösungswärmebehandlung ein zugegebenes Element in der Aluminiumlegierung ausreichend in dem Aluminium als Basismaterial aufgelöst und die Festigkeit durch Festlösungshärtung verbessert werden kann, wodurch die Biegeeigenschaften verbessert werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass durch Durchführen einer Alterungsbehandlung nach der oben beschriebenen Lösungswärmebehandlung die Festigkeit weiterhin durch Alterungshärtung verbessert werden kann, wodurch weiterhin die Biegeeigenschaften verbessert werden. Es wurde auch festgestellt, dass durch Einstellen eines Gehaltes des oben erwähnten zugegebenen Elementes in einem spezifischen Bereich die Erniedrigung der elektrischen Leitfähigkeit durch Auflösung des zugegebenen Elementes reduziert werden kann, wodurch ein Aluminiumlegierungsdraht mit hoher elektrischer Leitfähigkeit erzielt wird. Weiterhin wurde festgestellt, dass durch Einschränken der Festigkeit in gewissem Ausmaß ein Aluminiumlegierungsdraht mit guter Ausgewogenheit von Festigkeit und Zähigkeit erzielt werden kann. Diese Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Feststellungen vollendet.
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Ein Verfahren zur Erzeugung eines Aluminiumlegierungsdrahtes gemäß dieser Erfindung umfasst folgende Schritte.
- 1. Den Schritt der Bildung eines Gussmaterials durch Gießen einer geschmolzenen Aluminiumlegierung, umfassend nicht weniger als 0,1 und nicht mehr als 1,5 Massen-% Mg, nicht weniger als 0,03 und nicht mehr als 2,0% Si, nicht weniger als 0,05 und nicht mehr als 0,5% Cu, wobei der Rest Al umfasst.
- 2. Den Schritt der Bildung eines gewalzten Materials durch Walzen des oben beschriebenen Gussmaterials.
- 3. Den Schritt der Bildung eines drahtgezogenen Materials durch Drahtziehen des oben beschriebenen gewalzten Materials.
- 4. Den Schritt der Bildung eines wärmebehandelten Materials durch Durchführen einer Lösungswärmebehandlung mit dem oben beschriebenen drahtgezogenen Material.
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Durch die oben gezeigten Schritte 1 bis 4 wird ein Aluminiumlegierungsdraht mit einer elektrischen Leitfähigkeit von nicht weniger als 35% IACS und weniger als 58% IACS, einer Zugfestigkeit von nicht weniger als 150 MPa und nicht mehr als 400 MPa und einer Dehnung von nicht weniger als 2% durch das Herstellungsverfahren gemäß dieser Erfindung hergestellt. Der erhaltene Aluminiumlegierungsdraht wird als Leiter verwendet.
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Ein Aluminiumlegierungsdraht gemäß dieser Erfindung wird durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren erhalten. Der Aluminiumlegierungsdraht gemäß dieser Erfindung wird als Leiter verwendet und umfasst nicht weniger als 0,1 und nicht mehr als 1,5 Massen-% Mg, nicht weniger als 0,03 und nicht mehr als 2,0% Si, nicht weniger als 0,05 und nicht mehr als 0,5% Cu und Rest Al und Verunreinigungen. Ein Massenverhältnis Mg/Si von Mg zu Si erfüllt 0,8 ≤ Mg/Si 3,5. Dieser Aluminiumlegierungsdraht (nachfolgend als Al-Legierungsdraht bezeichnet) hat eine elektrische Leitfähigkeit von nicht weniger als 35% IACS und weniger als 58% IACS, eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 150 MPa und nicht mehr als 400 MPa und eine Dehnung von nicht weniger als 2%.
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Weil der Al-Legierungsdraht dieser Erfindung ein Draht ist, mit dem eine Lösungswärmebehandlung wie oben beschrieben durchgeführt ist, hat er eine ausgezeichnete Festigkeit und Biegeeigenschaften aufgrund der Festlösungshärtung. Darüber hinaus hat der Al-Legierungsdraht gemäß dieser Erfindung einen Gehalt der zugegebenen Elemente in spezifischen Bereichen und daher ausgezeichnete elektrisch leitende Eigenschaften.
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Weiterhin haben diese Erfinder festgestellt, dass beim Befestigen eines Kabelbaumes an eine Vorrichtung oder dgl. eine übermäßig hohe Festigkeit eines Leiters einen Bruch des Leiters in der Nähe der Grenze zwischen dem Leiter und einem Endbereich verursachen kann. Somit ist es gewünscht, dass ein Draht, der einen Leiter für einen elektrischen Draht eines Kabelbaumes ausmacht, nicht nur ausgezeichnet bezüglich der Festigkeit, sondern ebenfalls bezüglich der Zähigkeit ist. Der Al-Legierungsdraht dieser Erfindung hat eine Festigkeit in dem spezifischen Bereich wie oben beschrieben, unter Unterdrückung der Erniedrigung der Zähigkeit aufgrund einer erhöhten Festigkeit und ebenfalls einer erhöhten Zähigkeit.
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Wie oben beschrieben hat, weil der Al-Legierungsdraht dieser Erfindung ausgezeichnete Biegeeigenschaften, Festigkeit, elektrisch leitende Eigenschaften und Zähigkeit hat, er ausreichend Eigenschaften, die für einen Kabelbaum gewünscht sind, und kann geeignet als Leiter für einen elektrischen Draht eines Kabelbaumes verwendet werden. Insbesondere ist es unwahrscheinlich, dass ein elektrischer Draht mit dem Al-Legierungsdraht dieser Erfindung als Leiter bricht, selbst wenn er auf einem Teil, das gebogen wird, angeordnet ist.
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Diese Erfindung wird nachfolgend detailliert beschrieben. Die Gehalte der Elemente sind in Massen-% ausgedrückt.
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Al-Legierungsdraht
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Zusammensetzung
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Eine Al-Legierung, die den Al-Legierungsdraht dieser Erfindung ausmacht, ist eine Legierung auf Basis von Al-Mg-Si-Cu, umfassend 0,1 bis 1,5% Mg (Magnesium), 0,03 bis 2,0% Si (Silizium) und 0,05 bis 0,5% Cu (Kupfer). Der Al-Legierungsdraht gemäß dieser Erfindung umfasst nicht weniger als 0,1% Mg, nicht weniger als 0,03% Si und nicht weniger als 0,05% Cu, wobei diese Elemente in Al aufgelöst oder ausgefällt sind, und somit entfaltet er ausgezeichnete Biegeeigenschaften und Festigkeit. Obwohl sich die Biegeeigenschaften und Festigkeit des Al-Legierungsdrahtes verbessern, wenn die Mg-, Si- und Cu-Gehalte sich erhöhen, vermindern sich die elektrische Leitfähigkeit und Zähigkeit und der Bruch des Drahtes kann beispielsweise beim Drahtziehen auftreten. Somit wird Mg auf nicht mehr als 1,5%, Si auf nicht mehr als 2,0% und Cu auf nicht mehr als 0,5% eingestellt.
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Obwohl Mg stark die elektrische Leitfähigkeit des Al-Legierungsdrahtes erniedrigen kann, ist es ein Element, das für die Verbesserung der Biegeeigenschaften und Festigkeit besonders effektiv ist. Insbesondere ist Si in dem spezifischen Bereich zusammen mit Mg enthalten, wodurch effektiv eine verbesserte Festigkeit aufgrund einer Alterungshärtung erzielt wird. Cu ist in der Lage, die Biegeeigenschaften und Festigkeit zu verbessern, ohne signifikant die elektrische Leitfähigkeit des Al-Legierungsdrahtes zu erniedrigen. Mehr bevorzugte Gehalte sind nicht weniger 0,2% und nicht mehr als 1,5% Mg, nicht weniger als 0,1% und nicht mehr als 1,5% Si und nicht weniger als 0,1% und nicht mehr als 0,5% Cu. Das Massenverhältnis von Mg/Si von Mg zu Si erfüllt ebenfalls 0,8 ≤ Mg/Si ≤ 3,5. Wenn Mg/Si weniger als 0,8 ist, können die Biegeeigenschaften und Festigkeit des Al-Legierungsdrahtes nicht ausreichend effektiv verbessert werden, und wenn Mg/Si über 3,5 ist, vermindert sich die elektrische Leitfähigkeit signifikant. Mehr bevorzugt ist 0,8 ≤ Mg/Si ≤ 3.
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Weiterhin kann die oben beschriebene Al-Legierung zumindest eines von Fe (Eisen) und Cr (Chrom) enthalten. Während Fe die Biegeeigenschaften und Festigkeit verbessern kann, ohne signifikant die elektrische Leitfähigkeit zu erniedrigen, verursacht die Zugabe von überschüssigem Fe die Verschlechterung der Verarbeitbarkeit z. B. beim Drahtziehen. Somit ist ein bevorzugter Fe-Gehalt nicht weniger als 0,1 und nicht mehr als 1,0% und besonders nicht weniger als 0,2 und nicht mehr als 2,9%. Obwohl Cr stark die elektrische Leitfähigkeit erniedrigen kann, ist es ein Element, das für die Verbesserung der Biegeeigenschaften und Festigkeit stark effektiv ist. Ein bevorzugter Cr-Gehalt ist nicht weniger als 0,01 und nicht mehr als 0,5% und besonders nicht weniger als 0,05% und nicht mehr als 0,4%.
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Weiterhin enthält die oben beschriebene Al-Legierung bevorzugt zumindest eines von Ti (Titan) und B (Bor). Ti und B sind wirksam, um die Kristallstruktur der Al-Legierung beim Gießen feiner zu machen. Eine feine Kristallstruktur kann die Festigkeit verbessern. Während die Al-Legierung B alleine enthalten kann, wird die Wirkung, um die Kristallstruktur feiner zu machen, weiter verbessert, wenn die Al-Legierung Ti alleine enthält oder insbesondere Ti und B enthält. Für die Erzielung der Wirkung, die Kristallstruktur feiner zu machen, ist es bevorzugt, dass der Massenanteil von Ti nicht weniger als 100 ppm und der Massenanteil von B nicht weniger als 10 ppm ist. Wenn jedoch der Anteil von Ti über 500 ppm und der Anteil von B über 50 ppm ist, wird die oben beschriebene Wirkung, um die Kristallstruktur feiner zu machen, gesättigt, oder die elektrische Leitfähigkeit vermindert sich, und daher ist der Anteil von Ti bevorzugt nicht mehr als 500 ppm und der Anteil von B nicht mehr als 50 ppm.
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Eigenschaften
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Der Al-Legierungsdraht dieser Erfindung, der aus der Al-Legierung mit der spezifischen Zusammensetzung wie oben beschrieben erzeugt ist und mit dem die Lösungswärmebehandlung durchgeführt ist, hat nicht nur eine hohe Festigkeit, sondern ebenfalls hohe elektrische Leitfähigkeit und Dehnung und erfüllt die Bedingungen einer elektrischen Leitfähigkeit von nicht weniger als 35% IACS, eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 150 MPa und eine Dehnung von nicht weniger als 2%. Jedoch umfasst der Al-Legierungsdraht dieser Erfindung die zugegebenen Elemente, die aktiv in dem Basismaterial Al aufgelöst sind, und daher ist das Ausmaß, in dem die elektrisch leitenden Eigenschaften verbessert werden können, begrenzt, und der Al-Legierungsdraht hat eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 58% IACS. Während eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 200 MPa mehr bevorzugt sein kann, ist ein Leiter für einen elektrischen Draht, der lediglich eine hohe Festigkeit und geringe Zähigkeit hat, nicht für einen Kabelbaum geeignet, und aus diesem Grund hat der Al-Legierungsdraht gemäß dieser Erfindung eine Zugfestigkeit von nicht mehr als 400 MPa. Wenn die Zugfestigkeit innerhalb des oben beschriebenen Bereiches fällt, kann der Al-Legierungsdraht gemäß dieser Erfindung eine gute Ausgewogenheit von Zähigkeit und Festigkeit entfalten.
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Die elektrische Leitfähigkeit, Zugfestigkeit und Dehnung des Al-Legierungsdrahtes kann in Abhängigkeit von dem Typ oder der Menge der zugegebenen Elemente, den Bedingungen für das Drahtziehen, den Bedingungen für das Lösungserwärmen, ob die Alterungsbehandlung, die weiter unten beschrieben wird, durchgeführt wird oder nicht und den Bedingungen für die Alterungsbedingung variieren. Wenn beispielsweise die Menge der zugegebenen Elemente klein ist, kann die elektrische Leitfähigkeit und Zähigkeit verbessert werden, und wenn die Menge der zugegebenen Elemente groß ist, kann die Festigkeit und Biegeeigenschaft verbessert werden. Ein Beispiel des Al-Legierungsdrahtes gemäß dieser Erfindung kann ein Al-Legierungsdraht sein, der eine elektrische Leitfähigkeit von nicht weniger als 40% IACS und eine Dehnung von nicht weniger als 10% erfüllt.
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Form
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Der Al-Legierungsdraht dieser Erfindung kann irgendeine von verschiedenen Drahtdurchmessern (Durchmesser) durch angemessenes Einstellen der Ziehreduktion (Rate der Verminderung des Querschnittes) zum Zeitpunkt des Drahtziehens aufweisen. Wenn beispielsweise der Al-Legierungsdraht als Leiter für einen elektrischen Draht eines Automobil-Kabelbaumes verwendet wird, hat er bevorzugt einen Drahtdurchmesser von nicht weniger als 0,1 und nicht mehr als 1,5 mm.
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Der Al-Legierungsdraht dieser Erfindung kann ebenfalls irgendeine von verschiedenen Querschnittsformen in Abhängigkeit von der Düsenform zum Zeitpunkt des Drahtziehens haben. Die Querschnittsform ist repräsentativ kreisförmig, aber Beispiele von anderen Querschnittsformen umfassen ovale, polygonale Formen wie rechteckige und hexagonale Formen und dgl. Die Querschnittsform ist nicht besonders beschränkt.
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Al-Legierungs-Litzendraht
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Ein Litzendraht kann durch Verseilen einer Vielzahl der oben beschriebenen Al-Legierungsdrähte gemäß dieser Erfindung gebildet werden. Selbst bei Drähten mit einem kleinen Durchmesser kann ein Draht (Litzendraht) mit hohen Biegeeigenschaften und Festigkeit durch Litzenherstellung erhalten werden. Die Anzahl der Litzendrähte ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise 7, 11, 19 oder 37 sein. Nach Litzenbildung der Drähte kann der Al-Legierungs-Litzendraht gemäß dieser Erfindung zu einem komprimierten Draht kompressionsgeformt werden. Auf diese Weise kann der Drahtdurchmesser kleiner gemacht werden als bei dem Litzendraht, wodurch eine Größenverminderung im Leiter beigetragen wird.
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Bedeckter elektrischer Draht
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Der Al-Legierungsdraht dieser Erfindung, der Al-Legierungs-Litzendraht dieser Erfindung und der komprimierte Draht, wie oben beschrieben, können geeignet als Leiter für elektrische Leitungen verwendet werden. In Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung können sie jeweils so wie sie sind als Leiter verwendet werden oder als bedeckter elektrischer Draht dieser Erfindung, der eine Isolationsabdeckschicht umfasst, die auf einer äußeren Umgebung des Leiters vorgesehen ist. Ein Isolationsmaterial, das die oben beschriebene Isolationsabdeckschicht ausmacht, kann angemessen ausgewählt werden. Beispiele des Isolationsmaterials können Polyvinylchlorid (PVC), Nicht-Halogenharz, Material mit ausgezeichneter Flammwidrigkeit und dgl. enthalten. Die Dicke der Isolationsabdeckschicht kann angemessen unter Berücksichtigung der gewünschten Isolationsfestigkeit ausgewählt werden und ist nicht besonders beschränkt.
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Kabelbaum
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Der oben beschriebene abgedeckte elektrische Draht kann geeignet als ein Teil verwendet werden, das den Kabelbaum gemäß dieser Erfindung ausmacht. Der Kabelbaum gemäß dieser Erfindung umfasst den oben beschriebenen abgedeckten elektrischen Draht und einen Endbereich, der an einen Endbereich des abgedeckten elektrischen Drahtes gebunden ist. Der abgedeckte elektrische Draht wird über diesen Endbereich an ein Objekt gebunden, mit dem es verbunden wird, beispielsweise mit einer Vorrichtung. Der Kabelbaum kann ebenfalls eine Gruppe von elektrischen Drähten umfassen, worin ein einzelner Stecker durch eine Vielzahl von abgedeckten elektrischen Drähten geteilt wird, die jeweils einen daran gebundenen Endbereich haben. Der Endbereich kann in irgendeiner von verschiedenen Formen vorliegen wie Male-Typ, Fernale-Typ, Krumpf-Typ, Schweiß-Typ und dgl. und ist nicht besonders beschränkt. Darüber hinaus kann eine Vielzahl von abgedeckten elektrischen Drähten, die in dem oben beschriebenen Kabelbaum enthalten sind, zusammen mit einem Bindewerkzeug oder dgl. gebunden sein, um hierdurch eine ausgezeichnete Handhabbarkeit zu erzielen. Weiterhin kann dieser Kabelbaum geeignet auf verschiedenen Gebieten verwendet werden, wo die Gewichtsreduktion gewünscht ist, insbesondere bei einen Automobil, bei dem eine weitere Gewichtsreduktion gewünscht ist, um die Brennstoffökonomie zu verstärken.
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Herstellungsverfahren
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Gießschritt
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Beim Herstellungsverfahren gemäß dieser Erfindung wird zunächst ein Gussmaterial auf einer Al-Legierung mit der oben beschriebenen spezifischen Zusammensetzung gebildet. Beim Gießen kann irgendeines von einem kontinuierlichen Gießen, bei dem eine bewegbare Form oder eine rahmenförmige, fixierte Form verwendet wird, oder ein Barrenguss, bei dem eine boxförmige fixierte Form verwendet wird (nachfolgend als Bolzengießen bezeichnet) verwendet werden. Das kontinuierliche Gießen kann insbesondere schnell ein geschmolzenes Material verfestigen und daher ein Gussmaterial mit einer feinen Kristallstruktur ergeben. Die Verwendung eines solchen Gussmaterials als Ausgangsmaterial erleichtert die Herstellung eines Al-Legierungsdrahtes mit einer feinen Kristallstruktur, wodurch verbesserte Biegeeigenschaften und Festigkeit aufgrund des feineren Kristalls erzielt werden. Während die Kühlrate angemessen ausgewählt werden kann, ist die sie bevorzugt nicht weniger als 20°C/s bei einer Temperatur in einem Bereich von 600–700°C, worin das geschmolzene Material sowohl in fester als auch in flüssiger Form vorliegt. Beispielsweise kann eine kontinuierliche Gussmaschine mit einer wassergekühlten Kupferform, einem erzwungenen Wasserkühlmechanismus oder dgl. verwendet werden, um die schnelle Verfestigung bei der Kühlrate wie oben beschrieben zu erzielen.
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Wenn Ti und/oder B zugegeben werden, ist es bevorzugt, dass Ti und/oder B zugegeben wird, unmittelbar bevor das geschmolzene Metall in eine Form gegossen wird, um so das Absetzen von Ti und/oder dgl. in einem lokalen Bereich zu unterdrücken, um hierdurch ein Gussmaterial herzustellen, worin Ti und/oder B gleichmäßig gemischt ist, was bevorzugt ist.
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Walzenschritt
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Dann wird das oben beschriebene Gussmaterial (heiß) gewalzt, unter Bildung eines gewalzten Materials. Insbesondere wenn der oben beschriebene Gussschritt und Walzenschritt aufeinanderfolgend durchgeführt werden, kann das Heißwalzen durch Verwendung der in dem Gussmaterial akkumulierten Wärme erleichtert werden, eine hohe Energieeffizienz wird erzielt und eine ausgezeichnete Produktivität des gewalzten Materials (kontinuierlich gegossenes und gewalztes Material) wird erzielt im Vergleich zu einem Fall, bei dem ein gewalztes Material durch Walzen eines Gussmaterials hergestellt wird, das durch ein absatzweise betriebenes Gussverfahren erzeugt ist. Wenn das Gussmaterial ein kontinuierlich gegossenes Material ist, wird das Walzen anschließend mit dem Gussmaterial mit einer feinen Kristallstruktur durchgeführt, um hierdurch ebenfalls das resultierende gewalzte Material (kontinuierlich gegossenes und gewalztes Material) mit einer feinen Kristallstruktur zu erzeugen, was bevorzugt ist.
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Drahtziehschritt
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Dann wird mit dem oben beschriebenen gewalzten Material oder kontinuierlich gegossenen und gewalzten Material ein (Kalt-)Drahtziehen durchgeführt, unter Bildung eines drahtgezogenen Materials. Die Ziehreduktion kann in Abhängigkeit von dem gewünschten Drahtdurchmesser angemessen ausgewählt werden.
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Im Verlaufe des Drahtziehens kann eine Zwischenwärmebehandlung durchgeführt werden, wenn es angemessen ist, um irgendwelche Spannungen zu entfernen, die durch die Verarbeitung vor der Zwischenwärmebehandlung verursacht ist, wodurch die Verarbeitbarkeit beim Drahtziehen nach der Zwischenwärmebehandlung verbessert wird. Die Bedingungen für die Zwischenwärmebehandlung können beispielsweise eine Erwärmungstemperatur von 150–400°C und eine Erwärmungszeit von nicht weniger als 0,5 h sein. Die Bedingungen für die Zwischenwärmebehandlung können die gleichen sein wie die Bedingungen für die Lösungswärmebehandlung, wie unten beschrieben.
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Litzenherstellungsschritt
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Während das resultierende drahtgezogene Material mit einem Enddrahtdurchmesser als Einzeldraht in einer Form des Herstellungsverfahrens gemäß dieser Erfindung verwendet werden kann, kann ein Litzendraht weiterhin durch Herstellung einer Vielzahl der oben beschriebenen drahtgezogenen Materialien und Bildung eines Litzendrahtes durch Litzenherstellung dieser drahtgezogenen Materialien gebildet werden. Weiterhin kann in einer Form des Herstellungsverfahrens gemäß dieser Erfindung ein komprimierter Draht durch den Schritt des Kompressionsformens des oben beschriebenen Litzendrahtes zur Bildung eines komprimierten Drahtes mit einem bestimmten Drahtdurchmesser gebildet werden. Bei der Bildung des oben beschriebenen Litzendrahtes oder komprimierten Drahtes kann der Litzendraht oder komprimierte Draht einer Lösungswärmebehandlung wie unten beschrieben unterworfen werden, oder der oben beschriebene Litzendraht kann weiter gebildet werden, nachdem mit dem oben beschriebenen drahtgezogenen Material die Lösungswärmebehandlung durchgeführt ist, oder nachdem das drahtgezogene Material einer Alterungsbehandlung unterworfen ist, wenn die Alterungsbehandlung zusätzlich zu der Lösungswärmebehandlung durchgeführt ist.
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Lösungswärmeschritt
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Dann wird die Lösungswärmebehandlung mit dem oben beschriebenen drahtgezogenen Material mit einem endgültigen Drahtdurchmesser oder bei der Bildung eines Litzendrahtes mit den drahtgezogenen Materialien vor der Litzenherstellung oder einem Litzendraht nach der Litzenherstellung oder bei der Bildung eines komprimierten Drahtes mit einem Litzendraht vor dem Komprimieren oder bei einem komprimierten Draht nach dem Komprimieren durchgeführt. Diese Lösungswärmebehandlung bezweckt hauptsächlich, eine Härtung der festen Lösung zu erzielen und wird durchgeführt, um die Biegeeigenschaften und Festigkeit durch die Feststoff-Lösungshärtung zu verbessern. Wenn ein Barrenmaterial als Gussmaterial verwendet wird, kann die Lösungswärmebehandlung sowohl nach dem Gießen als auch nach dem oben beschriebenen Drahtziehen durchgeführt werden. Durch Durchführen der Lösungswärmebehandlung mit dem Barrenmaterial werden die zugegebenen Elemente ausreichend aufgelöst, wodurch die anschließende plastische Verarbeitung wie Walzen und Drahtziehen erleichtert werden. Darüber hinaus können durch weiteres Durchführen der Lösungswärmebehandlung und Alterungsbehandlung nach dem Drahtziehen eine verbesserte Festigkeit und Biegeeigenschaften erzielt werden.
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Die Lösungswärmebehandlung wird unter Bedingungen durchgeführt, die ermöglichen, dass die oben beschriebenen spezifischen zugegebenen Elemente sich in dem Basismaterial Al auflösen, unter Bildung einer supergesättigten festen Lösung. Beispielsweise wird das drahtgezogene Material mit einem endgültigen Drahtdurchmesser, der Litzendraht, der komprimierte Draht oder dgl., wie oben beschrieben, auf nicht weniger als 450°C erwärmt und dann schnell gekühlt. Spezifisch kann das Kühlen bei einer Kühlrate von nicht weniger als beispielsweise 50°C/min durchgeführt werden. Durch Einstellen der Erwärmungstemperatur auf nicht weniger als 450°C können die zugegebenen Elemente ausreichend in dem Basismaterial Al, in der Al-Legierung aus der spezifischen oben beschriebenen Zusammensetzung aufgelöst werden. Durch Durchführen des schnellen Kühlens bei der hohen Kühlrate wie oben beschrieben ist es zusätzlich möglich, die Ausfällung der Elemente, die in dem Basismaterial aufgelöst sind, im Kühlschritt zu unterdrücken. Die oben erwähnte Kühlrate kann realisiert werden durch Verwendung eines flüssigen Kühlmittels wie Wasser oder flüssigem Stickstoff oder durch erzwungene Kühlung wie Luftblasen. Insbesondere wird der Kühlzustand bevorzugt so eingestellt, dass die Kühlrate nicht weniger als 100°C/min ist.
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Ein repräsentatives Beispiel einer Atmosphäre während der Lösungswärmebehandlung ist die Umgebungsatmosphäre. Bei Verwendung von anderen Atmosphären mit niedrigerem Sauerstoffgehalt, beispielsweise einer nicht-oxidierenden Atmosphäre ist es möglich, die Bildung eines Oxidfilmes auf der Oberfläche des zu behandelnden Drahtes aufgrund der Wärme während der Lösungswärmebehandlung zu unterdrücken. Beispiele der nicht-oxidierenden Atmosphäre umfassen eine Vakuumatmosphäre (Atmosphäre mit vermindertem Druck), eine Inertgasatmosphäre wie Stickstoff (N2) oder Argon (Ar), ein wasserstoffhaltiges Gas (z. B. Wasserstoff (H2) alleine oder ein gemischtes Gas aus Wasserstoff (H2) und einem Inertgas wie N2, Ar oder Helium (He)) und eine Reduktionsgasatmosphäre wie kohlendioxidhaltiges Gas (beispielsweise ein gemischtes Gas aus Kohlenmonoxid (Co) und Kohlendioxid (Co2)).
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Weiterhin kann eine kontinuierliche oder absatzweise betriebene Wärmebehandlung in der Lösungswärmebehandlung verwendet werden.
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Absatzweise betriebene Wärmebehandlung
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Die absatzweise betriebene Wärmebehandlung ist ein Behandlungsverfahren, bei dem das Erwärmen mit einem zu erwärmenden Objekt durchgeführt wird, das in einem Heizkessel eingeschlossen ist (atmosphärischer Ofen wie boxförmiger Ofen). Obwohl der Durchgang pro Behandlung begrenzt ist, kann das Behandlungsverfahren leicht die Temperatur steuern und den Wärmezustand des gesamten zu erwärmenden Objektes managen. Bei der absatzweise betriebenen Wärmebehandlung kann die Temperatur der Atmosphäre in dem Heizkessel so eingestellt sein, dass das zu erwärmende Objekt auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird.
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Kontinuierliche Wärmebehandlung
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Die kontinuierliche Wärmebehandlung ist ein Behandlungsverfahren, bei dem ein zu erwärmendes Objekt kontinuierlich erwärmt wird, indem Objekte kontinuierlich in einen Heizkessel geführt werden. Das Behandlungsverfahren hat beispielsweise die folgenden Vorteile: 1. Das Objekt kann kontinuierlich erwärmt werden und somit wird ein ausgezeichneter Betrieb erzielt; und 2. der zu erwärmende Draht kann gleichmäßig in der Längsrichtung erwärmt werden, wodurch Variationen der Eigenschaften in der longitudinalen Richtung des Drahtes unterdrückt werden. Insbesondere kann die kontinuierliche Wärmebehandlung geeignet verwendet werden, wenn die Lösungswärmebehandlung bei einem langen Draht angewandt wird, wie er für einen Leiter für einen elektrischen Draht eingesetzt wird.
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Beispiele der oben beschriebenen kontinuierlichen Wärmebehandlung können ein direktes elektrisches Wärmeverfahren, bei dem ein zu erwärmendes Objekt durch Resistenzwärmen (kontinuierliche elektrische Wärmebehandlung) erwärmt wird, ein indirektes elektrisches Heizverfahren, bei dem ein zu erwärmendes Objekt durch elektromagnetische Hochfrequenzinduktion (kontinuierliche Wärmebehandlung durch Hochfrequenzinduktion) erwärmt wird, und ein Ofenverfahren umfassen, bei dem ein zu erwärmendes Objekt in einen Heizkessel (Rohrofen) eingeführt wird, der auf eine Heizatmosphäre eingestellt ist, und bei dem das Objekt durch Wärmetransfer erwärmt wird.
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Bei der oben beschriebenen kontinuierlichen Wärmebehandlung wird beispielsweise eine Probe der Lösungswärmebehandlung durch angemessenes Variieren einer Vielzahl von Steuerparametern unterworfen, und Eigenschaften (hier Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Dehnung) der Probe, und eine Temperatur der Probe (gemessen beispielsweise durch Verwendung einer Temperaturmessvorrichtung vom Nichtkontakttyp) zu diesem Zeitpunkt werden gemessen. Vorher werden Korrelationsdaten zwischen den Parameterwerten und den gemessenen Daten kreiert. Auf der Basis dieser Korrelationsdaten ist es möglich, die oben erwähnten Steuerparameter einzustellen, unter Erhalt eines lösungswärmebehandelten Materials mit gewünschten Eigenschaften (hierzu Festigkeit: 150–400 MPa, elektrische Leitfähigkeit: 35–58% IACS und Dehnung: nicht weniger als 2%) und die Temperatur zu steuern, wodurch die Lösungswärmebehandlung durch Anwendung der kontinuierlichen Wärmebehandlung leicht durchgeführt wird. Beispiele der Steuerparameter für das elektrische Erwärmungsverfahren umfassen eine Zufuhrrate in den Behälter (Drahtgeschwindigkeit), eine Größe des zu erwärmenden Objektes (Drahtdurchmesser), einen Stromwert und dgl. Beispiele der Steuerparameter für das Ofenverfahren umfassen die Zufuhrrate in den Behälter (Drahtgeschwindigkeit), eine Größe des zu erwärmenden Objektes (Drahtdurchmesser), eine Ofengröße (Durchmesser eines Rohrerweichungsofens) und dgl.
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Alterungsbehandlung
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Das Herstellungsverfahren gemäß dieser Erfindung kann weiterhin den Schritt der Bildung eines wärmebehandelten Materials (alterungsbehandeltes Material) beinhalten, indem mit dem lösungswärmebehandelten Material (wärmebehandelte Material), mit dem die beschriebene Lösungswärmebehandlung durchgeführt ist, eine Alterungsbehandlung durchgeführt wird. Durch Durchführen der Alterungsbehandlung nach der Lösungswärmebehandlung werden die zugegebenen Elemente in der Al-Legierung ausgefällt, was ermöglicht, dass das Präzipitat in der Al-Legierung ausfällt. Die Festigkeit kann durch Ausfälldispersionshärtung, d. h. Alterungshärtung verbessert werden, und die elektrische Leitfähigkeit kann durch Reduktion der aufgelösten Elemente verbessert werden. Insbesondere wenn die Al-Legierung eine feine Struktur wie oben beschrieben aufweist, kann eine Struktur, bei der das Präzipitat gleichmäßig dispergiert ist, leicht gebildet werden. Dies verbessert weiter die Festigkeit, unter Erhalt eines Al-Legierungsdrahtes mit hoher Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit.
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Während die kontinuierliche Wärmebehandlung, wie oben beschrieben, als beschriebene Alterungsbehandlung angewandt werden kann, kann ebenfalls die Wärmebehandlung vom absatzweise betriebenen Typ verwendet werden, wobei eine ausreichende Wärmebehandlungszeit aufrecht erhalten werden kann, wodurch ein Präzipitat ausreichend gebildet werden kann. Bei der Durchführung der Alterungsbehandlung durch die absatzweise betriebene Wärmebehandlung können spezifische Bedingungen beispielsweise eine Erwärmungstemperatur sein, die nicht niedriger als 100°C ist, und eine Erwärmungszeit, die nicht kürzer als 0,5 h ist, und bevorzugt eine Erwärmungstemperatur von 100–250°C und eine Erwärmungszeit von 1–24 h. Die Alterungsbehandlung kann ebenfalls in Umgebungsatmosphäre oder der oben beschriebenen Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt durchgeführt werden.
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Bedeckungsschritt
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Der bedeckte elektrische Draht gemäß dieser Erfindung kann hergestellt werden durch den Schritt zur Herstellung des wärmebehandelten Materials (eines von dem Einzeldraht, Litzendraht und komprimierten Draht), mit dem die oben beschriebene Lösungswärmebehandlung und gegebenenfalls die Altersbehandlung durchgeführt ist, und der Bildung der oben beschriebenen Isolationsabdeckschicht aus einem Isolationsmaterial auf einer äußeren Umgebung des wärmebehandelten Materials.
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Weiterhin kann ein Kabelbaum hergestellt werden durch Binden eines Endbereiches an einen Endbereich des erhaltenen oben beschriebenen bedeckten elektrischen Drahtes und durch Zusammenbinden einer Vielzahl der bedeckten elektrischen Drähte jeweils mit einem Endbereich.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Der Al-Legierungsdraht, der Al-Legierungslitzendraht, der abgedeckte elektrische Draht und der Kabelbaum gemäß dieser Erfindung entfalten ausgezeichnete Biegeeigenschaften, Festigkeit und elektrisch leitende Eigenschaften. Das Herstellungsverfahren gemäß dieser Erfindung ist in der Lage, den oben beschriebenen Al-Legierungsdraht oder abgedeckten elektrischen Draht dieser Erfindung herzustellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines abgedeckten elektrischen Drahtes, der einen Aliminium-Legierungsdraht gemäß der Erfindung umfasst.
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie II-II gemäß 1.
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3 ist ein Fließdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des abgedeckten elektrischen Drahtes gemäß den 1 und 2.
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4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines abgedeckten elektrischen Drahtes, der einen Aluminiumlegierungs-Litzendraht dieser Erfindung umfasst.
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5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine erste Modifizierung des elektrischen abgedeckten Drahtes gemäß 4 zeigt.
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6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine zweite Modifizierung des abgedeckten elektrischen Drahtes gemäß 4 zeigt.
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7 ist ein Fließdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des abgedeckten elektrischen Drahtes gemäß 4.
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8 ist ein schematisches Diagramm, das einen Kabelbaum zeigt, der den abgedeckten elektrischen Draht dieser Erfindung umfasst.
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9 ist ein erläuterndes Diagramm, zur Erläuterung eines Testverfahrens zur Untersuchung der Biegeeigenschaften.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiele dieser Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den unten gezeigten Zeichnungen werden identische oder entsprechende Teile durch identische Bezugszeichen angegeben, und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird ein abgedeckter elektrischer Draht, der einen Aluminiumlegierungsdraht gemäß dieser Erfindung umfasst, beschrieben.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst ein abgedeckter elektrischer Draht 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung einen Aluminiumlegierungsdraht 2 (nachfolgend Al-Legierungsdraht 2 bezeichnet) und eine Isolationsabdeckschicht 3 aus einem Isolationsmaterial, die eine äußere Umgebung des Aluminiumlegierungsdrahtes 2 bedeckt. Der Al-Legierungsdraht 2 setzt sich aus einer Legierung auf Basis von Al-Mg-Si-Cu zusammen, umfassend 0,1–1,5% Mg, 0,03–2,0% Si und 0,05–0,5% Cu. Weiterhin ist in einem Al-Legierungsdraht 2 das Massenverhältnis Mg/Si von Mg zu Si 0,8 ≤ Mg/Si ≤ 3,5, die elektrische Leitfähigkeit ist nicht weniger als 35% IACS und weniger als 58% IACS, die Zugfestigkeit ist nicht weniger als 150 MPa und nicht mehr als 400 MPa und die Dehnung ist nicht weniger als 2%. Der Al-Legierungsdraht 2 gemäß dieser Erfindung umfasst nicht weniger als 0,1% Mg, nicht weniger als 0,03% Si und nicht weniger als 0,05% Cu, wobei diese Elemente in Al aufgelöst oder ausgefällt sind, und entfaltet somit ausgezeichnete Biegeeigenschaften und Festigkeit. Obwohl die Biegeeigenschaften und Festigkeit des Al-Legierungsdrahtes sich erhöhen mit Zunahme der Mg-, Si- und Cu-Gehalte, vermindern sich die elektrische Leitfähigkeit und Zähigkeit und der Bruch des Drahtes kann beispielsweise beim Drahtziehen auftreten. Daher ist es bevorzugt, Mg auf nicht mehr als 1,5%, Si auf nicht mehr als 2,0% und Cu auf nicht mehr als 0,5% einzustellen.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des bedeckten elektrischen Drahtes 10, dargestellt in den 1 und 2, unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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Beim Verfahren zur Herstellung des bedeckten elektrischen Drahtes 10 gemäß dieser Erfindung wird zunächst ein Gussschritt (S10) durchgeführt, wie in 3 gezeigt ist. Spezifisch wird ein Gussmaterial aus einer Al-Legierung mit der oben beschriebenen Zusammensetzung gebildet. Das Gussmaterial kann unter Anwendung von irgendeinem konventionell bekannten Verfahren wie kontinuierliches Gießen, das eine bewegbare Form oder eine rahmenförmige fixierte Form verwendet, Formgießen, das eine boxförmige fixierte Form verwendet (nachfolgend als Stranggießen bezeichnet) und dgl. gebildet werden.
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Nachfolgend wird ein Walzenschritt (S20) durchgeführt, wie in 3 gezeigt ist. Bei diesem Schritt (S20) wird das oben beschriebene Gussmaterial (heiß) gewalzt, unter Bildung eines gewalzten Materials. Bevorzugt werden der oben beschriebene Gussschritt (S10) und Walzenschritt (S20) aufeinanderfolgend durchgeführt.
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Dann wird ein Drahtziehschritt (S30) durchgeführt, wie in 3 gezeigt ist. Bei diesem Schritt (S30) wird das oben beschriebene gewalzte Material (oder kontinuierlich gegossene ungewalzte Material) einem (Kalt-)Drahtziehen unterworfen, zur Bildung eines drahtgezogenen Materials. Irgendein konventionell bekanntes Verfahren kann als Verfahren zum Drahtziehen verwendet werden.
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Dann wird ein Lösungserwärmungsschritt (S40) durchgeführt, wie in 3 gezeigt ist. Bei diesem Schritt (S40) wird mit dem oben beschriebenen drahtgezogenen Material eine Lösungswärmebehandlung durchgeführt. Beispielsweise wird das drahtgezogene Material auf nicht weniger als 450°C in der Umgebungsatmosphäre erwärmt und dann schnell gekühlt (beispielsweise bei einer Kühlrate von nicht weniger als 50°C/min gekühlt), so dass die zugegebenen Elemente in Al aufgelöst werden, das das Basismaterial des drahtgezogenen Materials ist, und eine übersättigte Feststofflösung wird gebildet.
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Dann wird ein Alterungsbehandlungsschritt (S50) durchgeführt, wie in 3 gezeigt ist. Bei diesem Schritt (S50) wird eine Alterungsbehandlung beispielsweise für eine Erwärmungszeit von nicht kürzer als 0,5 h bei einer Erwärmungstemperatur von nicht weniger als 100°C durchgeführt.
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Nachfolgend wird ein Abdeckschritt (S60) durchgeführt, wie in 3 gezeigt ist. Bei diesem Schritt (S60) wird eine Isolationsabdeckschicht aus einem Isolationsmaterial auf dem wärmebehandelten Material (alterungsbehandeltes Material) gebildet, mit dem die oben beschriebene Alterungsbehandlung durchgeführt ist. Irgendein konventionelles, gut bekanntes Verfahren kann als Verfahren zum Bilden der Isolationsabdeckschicht verwendet werden. Auf diese Weise kann ein abgedeckter elektrischer Draht 10, der in den 1 und 2 gezeigt ist, erhalten werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Unter Bezugnahme auf 4 wird ein abgedeckter elektrischer Draht, der einen Aluminiumlegierungsdraht dieser Erfindung umfasst, beschrieben.
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Wie in 4 gezeigt ist, umfasst ein abgedeckter elektrischer Draht 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung einen Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20, gebildet durch Litzenherstellung einer Vielzahl von Al-Legierungsdrähten 2 dieser Erfindung, und eine Isolationsabdeckschicht, die auf einer äußeren Umgebung eines Aluminiumlegierungs-Litzendrahtes 20 gebildet ist. Bei dem Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20 erstreckt sich die Vielzahl der Al-Legierungsdrähte 2 entlang einer Richtung senkrecht zu der Blattoberfläche, die in 4 dargestellt ist, die zusammen verdrillt sind. Während eine isolierende Abdeckschicht 3 auf der äußeren Umgebung des Aluminiumlegierungs-Litzendrahtes 20 angeordnet wird, kann die isolierende Abdeckschicht 3 in innigem Kontakt mit einer äußeren Umgebungsoberfläche des Aluminiumlegierungs-Litzendrahtes 20 gebildet werden, wie in 4 gezeigt ist, oder kann mit einem Abstand gebildet werden, der zwischen der äußeren Umgebungsoberfläche und einer inneren Umgebungsoberfläche der Isolationsabdeckschicht 3 gebildet ist. Ein solcher abgedeckter elektrischer Draht 10 kann ebenfalls ausgezeichnete Biegeeigenschaften und Festigkeit ergeben, wie bei dem abgedeckten elektrischen Draht 10, der in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
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Wie in 4 gezeigt ist, kann selbst bei Drähten mit einem kleinen Durchmesser (Al-Legierungsdrähte 2) ein Draht (Litzendraht) mit hohen Biegeeigenschaften und Festigkeit durch Verdrillen der Drähte miteinander erhalten werden. Die Anzahl der Al-Legierungsdrähte 2, die verdrillt sind, ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise können, wie in 4 gezeigt ist, sieben Al-Legierungsdrähte 2 miteinander verdrillt werden, unter Bildung eines Aluminiumlegierungs-Litzendrahtes 20. Die Anzahl der Al-Legierungsdrähte, die miteinander zu einem Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20 verdrillt sind, kann auch 11, 19 oder 37 sein. Nachdem die Drähte miteinander verdrillt sind, kann der Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20 dieser Erfindung auch zu einem komprimierten Draht, wie unten beschrieben, kompressionsgeformt werden. Auf diese Weise kann der Drahtdurchmesser kleiner gemacht werden als bei dem verdrillten, wodurch zu einer Größenverminderung beim Leiter beigetragen wird. Während der Al-Legierungsdraht 2 eine kreisförmige Querschnittsform aufweisen kann, wie in 4 dargestellt ist, kann er ebenfalls irgendeine andere Form haben. Beispielsweise kann der Al-Legierungsdraht 2 eine polygonale Querschnittsform haben (beispielsweise eine rechteckige, dreieckige oder trapezförmige Form). Während die Vielzahl der Al-Legierungsdrähte 2, die den Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20 ausmachen, den gleichen Durchmesser haben können, können darüber hinaus Al-Legierungsdrähte 2 mit unterschiedlichen Durchmessern kombiniert werden, unter Erhalt des Aluminiumlegierungs-Litzendrahtes 20. Beispielsweise kann ein zentral positionierter Al-Legierungsdraht einen Durchmesser haben, der von dem der anderen Al-Legierungsdrähte 2 (die um den zentral angeordneten Draht herum angeordnet sind) verschieden ist (beispielsweise kann der Durchmesser des zentral positionierten Al-Legierungsdrahtes in Bezug auf den der anderen erhöht oder vermindert sein). In dem Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20 werden die Al-Legierungsdrähte 2 bevorzugt zentrosymmetrisch im Querschnitt, dargestellt in 4, angesichts der Stabilität der Festigkeit und dgl. angeordnet.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird eine erste Modifizierung eines abgedeckten elektrischen Drahtes 10, dargestellt in 4, beschrieben. Unter Bezugnahme auf 5 unterscheidet sich der abgedeckte elektrische Draht 10, obwohl er grundsätzlich die gleiche Struktur wie der abgedeckte elektrische Draht 10 gemäß 4 hat, von dem abgedeckten elektrischen Draht 10 gemäß 4 bezüglich der Zahl der Al-Legierungsdrähte 2, die den Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20 ausmachen. Das heißt, der Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20, der den abgedeckten elektrischen Draht 10 ausmacht, dargestellt in 5, wird gebildet durch Verdrillen von 19 Al-Legierungsdrähten 2. Der abgedeckte elektrische Draht 10 mit einer solchen Struktur kann ebenfalls die gleichen Wirkungen ergeben wie sie durch den abgedeckten elektrischen Draht 10 gemäß 4 erhalten werden.
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Unter Bezugnahme auf 6 wird eine zweite Modifizierung des abgedeckten elektrischen Drahtes 10, dargestellt in 4, beschrieben. Unter Bezugnahme auf 6 hat der abgedeckte elektrische Draht 10 grundsätzlich die gleiche Struktur wie der abgedeckte elektrische Draht 10, dargestellt in 4, obwohl er sich von dem abgedeckten elektrischen Draht 10 gemäß 4 dahingehend unterscheidet, dass der Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20 zur Mitte in einer radialen Richtung komprimiert ist. Spezifisch hat der zentral positionierte Al-Legierungsdraht 2 in einem Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20 eine im Wesentlichen hexagonale Form im Querschnitt. Darüber hinaus hat eine Vielzahl von (sechs gemäß 6) Al-Legierungsdrähten 2, die um eine äußere Umgebung eines zentral positionierten Al-Legierungsdrahtes 2 angeordnet sind, eine im Wesentlichen trapezförmige Querschnittsform, dessen Länge einer Seite, die der Mitte des Aluminiumlegierungslitzendrahtes 20 gegenüberliegt, kürzer ist als die Länge einer Seite, die einer äußeren Umgebung davon gegenüberliegt. In jeder der Vielzahl von Al-Legierungsdrähten 2, die auf der äußeren Umgebung angeordnet sind, hat eine Oberfläche, die so positioniert ist, dass sie der äußeren Umgebung eines Aluminiumlegierungs-Litzendrahtes 20 gegenüberliegt (die Oberfläche, die die verhältnismäßig längere Seite des Trapezes bildet), die Form einer gekrümmten Oberfläche, die konvex auswärts von einer zentralen Seite des Aluminiumlegierungs-Litzendrahtes 20 liegt. Weiterhin erstreckt sich ein Bereich, bei dem benachbarte von der Vielzahl der Al-Legierungsdrähte 2, die an der äußeren Peripherie angeordnet sind, miteinander in Kontakt stehen, im Wesentlichen linear, radial auswärts von der Mitte des Aluminiumlegierungs-Litzendrahtes 20 im Querschnitt. Auf diese Weise kann zusätzlich zu den gleichen Wirkungen wie solche, die durch das abgedeckte Drahtmaterial 10, dargestellt in 4, erhalten werden, der Drahtdurchmesser des abgedeckten Drahtmaterials 10 kleiner gemacht werden als beim bloßen Verdrillen von Al-Legierungsdrähten 2 mit einem kreisförmigen Querschnitt, wodurch zu einer Größenreduktion beim Leiter beigetragen wird. Wenn der Druchmesser des abgedeckten Drahtmaterials 10 der gleiche ist, kann der Anteil der Querschnitte der Al-Legierungsdrähte 2 im Querschnitt des abgedeckten Drahtmaterials 10 weiter erhöht werden.
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Unter Bezugnahme auf 7 wird ein Verfahren zur Herstellung des abgedeckten elektrischen Drahtes 10, dargestellt in 4, beschrieben. Unter Bezugnahme auf 7 werden von dem Gussschritt (S10) bis zum Drahtziehschritt (S30) bei 7 die gleichen Schritte wie beim Gussschritt (S10) bis zum Drahtziehschritt (S30) gemäß 3 durchgeführt. Ein Verarbeitungsschritt (S70) wird anschließend durchgeführt, wie in 7 gezeigt ist. Spezifisch werden bei diesem Schritt (S70) die drahtgezogenen Materialien, erhalten im oben beschriebenen Schritt (S30), hergestellt, und ein Litzendraht wird durch Verdrillen dieser drahtgezogenen Materialien miteinander gebildet. Auf diese Weise kann ein Aluminiumlegierungs-Litzendraht 20 erhalten werden. In einer Form des Verfahrens zur Herstellung eines abgedeckten elektrischen Drahts dieser Erfindung kann der oben beschriebene Litzendraht kompressionsgeformt werden, unter Bildung eines komprimierten Drahtes mit einem vorbestimmten Drahtdurchmesser.
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Von dem Lösungserwärmungsschritt (S40) bis zum Abdeckschritt (S60), dargestellt in 7, werden die gleichen Behandlungen wie jene vom Schritt (S40) bis zum Schritt (S60), dargestellt in 3, bei dem oben beschriebenen Litzendraht (oder komprimierten Draht) angewandt. Auf diese Weise kann ein abgedeckter elektrischer Draht 10, dargestellt in 4, erhalten werden.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Unter Bezugnahme auf 8 wird ein Kabelbaum gemäß dieser Erfindung beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 8 umfasst ein Kabelbaum 30 bei einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung eine Vielzahl von abgedeckten elektrischen Drähten 10 dieser Erfindung und einen Endbereich 31, der an einen Endbereich eines jeden abgedeckten elektrischen Drahtes 10 gebunden ist. Der Endbereich 31 kann gebildet sein durch Binden eines individuellen Endteils an einen Endbereich eines jeden individuellen abgedeckten elektrischen Drahtes 10 und anschließendes Fixieren einer Vielzahl der Endteile miteinander. Alternativ kann der Endbereich 31 durch Bilden einer Vielzahl von Verbindungsbereichen gebildet werden, an die die jeweiligen Endbereiche der abgedeckten elektrischen Drähte 10 gebunden werden können. Weiterhin kann eine Vielzahl von Kabelbäumen 30, wie in 8 gezeigt ist, aneinander gebunden werden, unter Bildung eines größeren Kabelbaumes. Eine ausreichende Härtbarkeit kann ebenfalls in einem solchen Kabelbaum erzielt werden, wegen der ausgezeichneten Biegeeigenschaften und Festigkeit der abgedeckten elektrischen Drähte 10 dieser Erfindung.
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(Beispiele)
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Ein Al-Legierungsdraht wurde hergestellt und verschiedene Eigenschaften des Al-Legierungsdrahtes untersucht. Der Al-Legierungsdraht wird entsprechend folgendem Vorgang hergestellt: Schmelzen → kontinuierliches Gießen und Walzen → Drahtziehen (mit einer Zwischenwärmebehandlung, falls gewünscht) → Bildung eines Litzendrahtes → Lösungserwärmen (→ mit einer Alterungsbehandlung, falls gewünscht).
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[Eigenschaften des Al-Legierungsdrahtes]
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Der Al-Legierungsdraht wird zunächst hergestellt. Reines Aluminium (Al-Gehalt nicht weniger als 99,7 Massen-%) wird als Basis hergestellt und geschmolzen. Zum erhaltenen geschmolzenen Metall (geschmolzenes Aluminium) werden die Additivelemente, dargestellt in Tabelle 1, zugegeben, unter Erhalt der Gehalte gemäß Tabelle 1, unter Erzeugung einer geschmolzenen Al-Legierung. Die geschmolzene Al-Legierung, bei der die Komponenten eingestellt sind, wird wünschenswert beispielsweise einer Behandlung zur Entfernung von Wasserstoffgas und/oder einer Behandlung zur Entfernung von Fremdsubstanzen, wie angemessen, unterworfen. Tabelle 1
| Probe Nr. | zugegebenes Element [Massen-%] |
| Mg | Si | Cu | Fe | Cr | Ti | B | Mg/Si |
| 1 | 0,55 | 0,32 | 0,1 | - | - | 0,02
(200 ppm) | - | 1,7 |
| 2 | 0,2 | 0,25 | 0,1 | - | - | 0,05
(500 ppm) | - | 0,8 |
| 3 | 0,9 | 0,6 | 0,2 | 0,28 | 0,14 | 0,02
(200 ppm) | 0,005
(50 ppm) | 1,5 |
| 4 | 0,9 | 0,6 | 0,2 | - | 0,3 | 0,02
(200 ppm) | 0,005
(50 ppm) | 1,5 |
| 5 | 1,5 | 1 | 0,5 | 0,8 | - | 0,02
(200 ppm) | 0,005
(50 ppm), | 1,5 |
| 101 | 0,05 | 0,01 | 0,01 | - | - | 0,02
(200 ppm) | 0,005
(50 ppm) | 5,0 |
| 102 | 2 | 0,1 | 0,1 | - | - | - | - | 20,0 |
| 103 | 0,9 | 0,6 | 1 | - | - | 0,02
(200 ppm) | 0,005
(50 ppm) | 1,5 |
| 104 | 2,5 | 3 | 0,2 | - | - | 0,02
(200 ppm) | 0,005
(50 ppm) | 0,8 |
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Eine Riemen-Rad-artige kontinuierliche Guss- und Walzmaschine wird zum Durchführen des kontinuierlichen Gießens und Walzens durch kontinuierliches Gießen und Heißwalzen der hergestellten geschmolzenen Al-Legierung verwendet, unter Erzeugung eines Drahtstabes mit ϕ 9,5 mm (kontinuierlich gegossenes und gewalztes Material). Für eine Probe, umfassend Ti oder Ti und B, werden Ti-Teilchen oder ein TiB2-Draht zur geschmolzenen Al-Legierung unmittelbar vor dem Gießen geführt, unter Erhalt der Gehalte gemäß Tabelle 1.
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Der oben beschriebene Drahtstab wird einem Kaltdrahtziehen unterworfen, unter Erzeugung eines drahtgezogenen Materials mit einem Enddrahtdurchmesser von ϕ 0,3 mm oder ϕ 1 mm. Eine Probe, gezeigt mit ”Zwischenwärmebehandlung” bei Tabelle 2, wird der Zwischenwärmebehandlung (3 h bei 300°C oder unter den gleichen Bedingungen wie bei der Lösungswärmebehandlung), wie es angemessen ist, während des Drahtziehens unterworfen. Das erhaltene drahtgezogene Material mit einem Enddrahtdurchmesser von ϕ 0,3 mm oder ϕ 1 mm wird einer Lösungswärmebehandlung und gegebenenfalls einer Alterungsbehandlung unter den Wärmebehandlungsbedingungen gemäß Tabelle 2 unterworfen, unter Erzeugung eines wärmebehandelten Materials (Al-Legierungsdraht).
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Bei der Lösungswärmebehandlung gemäß Tabelle 2 betrifft elektrisches Heizen eine kontinuierliche Wärmebehandlung, worin ein Erwärmen durch Resistenzheizen durch direktes elektrisches Heizen des oben beschriebenen drahtgezogenen Materials durchgeführt wird, und ”Induktionserwärmen” betrifft eine kontinuierliche Wärmebehandlung, worin das oben beschriebene drahtgezogene Material durch elektromagnetische Hochfrequenzinduktion erwärmt wird. Die absatzweise Wärmebehandlung unter Verwendung eines Heizkessels wird bei Proben angewandt, für die die Heiztemperaturen und Heizzeiten in Tabelle 2 angegeben sind. Bei den kontinuierlichen Wärmebehandlungen werden die oben beschriebenen Korrelationsdaten zwischen Kontrollparameterwerten und gemessenen Daten zuvor kreiert, die Kontrollparameter (lineare Geschwindigkeit, Stromwert, etc.) werden auf der Basis dieser Korrelationsdaten eingestellt, unter Erhalt der gewünschten Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit, etc.) und die Wärmebehandlung wird bei jeder Probe angewandt. Als Alterungsbedingung wird die absatzweise Wärmebehandlung unter Verwendung eines Heizkessels angewandt.
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Die Zugfestigkeit (MPa), elektrische Leitfähigkeit (% IACS), Dehnung (%) und Biegeeigenschaften wurden für jedes erhaltene wärmebehandelte Material mit einem Enddrahtdurchmesser von ϕ 1,0 mm gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
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Zugfestigkeit (MPa) und Dehnung (%, Bruchdehnung) wurden entsprechend JIS Z 2241 (Zugtestverfahren für metallische Materialien, 1998) unter Verwendung einer universellen Zugfestigkeits-Testmaschine gemessen. Die elektrische Leitfähigkeit (% IACS) wurde durch das Brückenverfahren gemessen.
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Die Biegeeigenschaften wurden wie folgt gemessen. Wie in
9 gezeigt ist wurde eine Probe S (Durchmesser: ϕ 0,3 mm) zwischen ein Paar von gegenüberliegenden Bolzen m angeordnet. Mit einem Gewicht w (auferlegte Beladung: 100 g), das an ein Ende der Probe S auferlegt war, wobei das andere Ende mit einem Hebel
1 der Testmaschine eingespannt war, wurde das Biegen mit einem Biegeradius R (= 15 mm) auf die Probe S entlang der Umgebung der Dorne m auferlegt. Die Anzahl der Dehnungen bis zum Bruch der Probe S wurde gemessen. Die Anzahl der Biegungen wurde gezählt, wobei eine Biegung um 90° und die Rückbiegung als einmal definiert wurde. Wenn beispielsweise die Probe wie durch den Pfeil gemäß
9 angezeigt gebogen wird, ist die Anzahl der Biegungen
2. Tabelle 3
| Probe Nr. | Zugfestigkeit
[MPa] | elektrische Leitfähigkeit
[% IACS] | Dehnung
[%] | Biegeeigenschaften
[Anzahl] |
| 1 | 291 | 54 | 3 | 28898 |
| 2 | 246 | 44 | 10 | 28762 |
| 3 | 313 | 42 | 15 | 38596 |
| 4 | 287 | 40 | 18 | 30256 |
| 5 | 305 | 42 | 12 | 35491 |
| 101 | 80 | 61 | 28 | 9543 |
| 102 | 200 | 32 | 30 | 21225 |
| 103 | 330 | 38 | 1 | 40592 |
| 104 | 380 | 30 | 1 | 41275 |
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Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, wird beobachtet, dass ein Al-Legierungsdraht mit ausgezeichneter Biegeeigenschaft erhalten werden kann durch Durchführen der Lösungswärmebehandlung. Die Proben 1 bis 5 insbesondere, die sich jeweils aus einer Legierung auf Basis von Al-Mg-Si-Cu mit der spezifischen Zusammensetzung zusammensetzten und mit denen die Lösungswärmebehandlung durchgeführt war, entfalteten ausgezeichnete Biegeeigenschaften und Festigkeit. Jede der Proben 1 bis 5 entfaltete ebenfalls eine hohe elektrische Leitfähigkeit und hohe Dehnung und erfüllte die Bedingungen einer elektrischen Leitfähigkeit von nicht weniger als 35% IACS und einer Dehnung von nicht weniger als 2%. Es wird besonders beobachtet, dass Proben mit einer Zugfestigkeit von nicht weniger als etwa 250 MPa erhalten wurden, während diese eine elektrische Leitfähigkeit von nicht weniger als 40% IACS und eine Dehnung von nicht weniger als 10% haben. Dann wird beobachtet, dass die Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit zur Verbesserung neigen, wenn die Alterungsbehandlung nach der Lösungswärmebehandlung durchgeführt wird.
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Im Gegensatz dazu wird beobachtet, dass jede der Proben 101 und 102, die sich nicht aus einer Legierung auf Al-Mg-Si-Cu-Basis mit der spezifischen Zusammensetzung zusammensetzen, schlechter bezüglich der Biegeeigenschaften und Festigkeit waren, obwohl das drahtgezogene Material mit einem Enddrahtdurchmesser der Lösungswärmebehandlung und Alterungsbehandlung unterworfen war. Auf der anderen Seite wird beobachtet, dass obwohl die Proben 103 und 104, die eine große Menge Mg oder Cu aufwiesen, eine hohe Festigkeit und exzellente Biegeresistenz haben, diese eine niedrige Dehnung und ebenfalls niedrige elektrische Leitfähigkeit besitzen.
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Wie oben beschrieben sind Al-Legierungsdrähte, die sich jeweils aus einer Legierung auf Basis von Al-Mg-Si-Cu mit der spezifischen Zusammensetzung zusammensetzen und durch Durchführen einer Lösungswärmebehandlung mit dem drahtgezogenen Material mit einem Enddrahtdurchmesser erhalten sind und die gegebenenfalls einer Alterungsbehandlung unterworfen sind, nicht nur bezüglich der Biegeeigenschaften, sondern ebenfalls bezüglich der Festigkeit, elektrisch leitenden Eigenschaft und Zähigkeit ausgezeichnet. Demzufolge wird erwartet, dass diese Al-Legierungsdrähte geeignet als Leiter für elektrische Drähte für Kabelbäume, insbesondere als Leiter für elektrische Drähte von Automobil-Kabelbäumen verwendet werden, bei denen ein leichtes Gewicht gewünscht ist.
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Es ist zu beachten, dass die zuvor genannten Ausführungsbeispiele und Beispiele angemessen modifiziert werden können, ohne das Ziel dieser Erfindung zu verlassen, und dass sie nicht auf die oben beschriebenen Strukturen beschränkt sind. Beispielsweise können die Zusammensetzung der Al-Legierung, der Drahtdurchmesser des Al-Legierungsdrahtes, die Bedingungen für die Lösungswärmebehandlung und dgl. innerhalb spezifischer Bereiche variiert werden. Darüber hinaus können die Al-Legierungsdrähte zu einem Litzendraht oder komprimierten Draht umgewandelt werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Der abgedeckte elektrische Draht gemäß dieser Erfindung kann geeignet bei Anwendungen verwendet werden, bei denen ein leichtes Gewicht ebenso wie ausgezeichnete Biegeeigenschaften und Festigkeiten gewünscht sind, beispielsweise als elektrische Drähte für Automobil-Kabelbäume. Jeder Aluminiumlegierungsdraht und der Aluminiumlegierungs-Litzendraht gemäß dieser Erfindung kann geeignet als Leiter des oben beschriebenen bedeckten elektrischen Drahtes verwendet werden. Der Kabelbaum gemäß dieser Erfindung kann geeignet beispielsweise bei der Leitung eines Automobils verwendet werden. Jedes Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes gemäß dieser Erfindung und Verfahren zur Herstellung eines abgedeckten elektrischen Drahtes gemäß dieser Erfindung kann geeignet bei der Herstellung des Aluminiumlegierungsdrahtes oder des abgedeckten elektrischen Drahtes gemäß dieser Erfindung wie oben beschrieben verwendet werden.
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Liste der Bezugszeichen
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- 2: Aluminiumlegierungsdraht, 3: Isolationsabdeckschicht, 10: abgedeckter elektrischer Draht, 20: Aluminiumlegierungs-Litzendraht, 30: Kabelbaum, 31: Ende, 1: Hebel, S: Probe, w: Gewicht, m: Dorn, r: Biegeradius.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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