JP2019099865A

JP2019099865A - 引き抜き加工性に優れたアルミニウム合金素線

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Publication number: JP2019099865A
Application number: JP2017231325A
Authority: JP
Inventors: 雅人足達; Masahito Adachi; 日出男藤本; Hideo Fujimoto; 慎司矢島; Shinji Yajima; 親士武田; Chikashi Takeda
Original assignee: OKB CO Ltd; SHINSHO CORP
Current assignee: OKB CO Ltd; SHINSHO CORP
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2019-06-24

Abstract

【課題】ダイスとの摩擦を低減し、引き抜き加工性の優れたアルミ細線用素線を提供する。【解決手段】表面に亜鉛或いは亜鉛基合金が被覆されたことを特徴とする、引き抜き加工により製造されるアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線。尚、表面に被覆される亜鉛或いは亜鉛基合金が９０％以上のＺｎを含有し、残部がアルミ及び不可避的不純物よりなるようにしても良い。また、表面に被覆される亜鉛或いは亜鉛基合金の付着量が２ｇ／ｍ２から２０ｇ／ｍ２の範囲としても良い。また、表面に被覆される亜鉛或いは亜鉛基合金が素線の熱間押出し時に溶射により形成すると更に良い。【選択図】図１

Description

本発明はアルミ細線、特に自動車などの電気配線に使用されるワイヤーハーネス用アルミ細線の元となる引き抜き加工性に優れたアルミニウム合金素線に関する。

近年、自動車の電気配線に使用されるワイヤーハーネスは、コストや軽量化などの観点から銅に代わってアルミ線材（アルミ合金線材も含む。）の使用が検討され始めている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−２２４２９０号公報

一方でアルミ細線を製造する引き抜き加工においては、引き抜きダイスとの摩擦抵抗が大きく、且つアルミ合金の強度が低いため、１回の引き抜き加工での加工率を大きくすることが出来ず、生産性低下やコストアップの要因となっていた。

そこで、本発明は、このような問題に着目してなされたもので、ダイスとの摩擦を低減し、引き抜き加工性の優れたアルミ細線用素線を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、鋭意研究を進め、アルミニウム合金素線表面に、密着性に優れた亜鉛或いは亜鉛基合金被膜を被覆することで引き抜き加工時のダイスとの摩擦抵抗を大幅に低減でき、引き抜き加工における、加工率を大きくでき、生産性向上とコストダウンに繋がることを見出した。
本発明に係るアルミ合金素線は、アルミニウム或いはアルミニウム合金であれば合金系、種類が限定されるものではないが、電気抵抗を小さくする目的に対しては純アルミや６０００系合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ）の使用が好ましい。
特に素材にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（例えばＡ６１０１，Ａ６０６３)を用い、素線の押出し時に、溶射により亜鉛あるいは亜鉛基合金を被覆、その後更に急速に冷却し、溶体化処理を施すことで、被覆された亜鉛或いは亜鉛基合金の密着性の向上が図れ、さらに、その後に時効析出処理を施すことで、素材強度が向上し、電気抵抗の低減も可能となる。
表面に被覆される亜鉛や亜鉛基合金も亜鉛含有量が９０％以上で残部がアルミと不純物であれば組成が限定されるものでは無い。
つまり、本発明に係る引き抜き加工により製造されるアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線の第１の特徴は、表面に亜鉛或いは亜鉛基合金が被覆されたことである。
また、本発明に係る引き抜き加工により製造されるアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線の第２の特徴は、表面に被覆される亜鉛或いは亜鉛基合金が90％以上のＺｎを含有し、残部がアルミ及び不可避的不純物よりなることである。
また、本発明に係る引き抜き加工により製造されるアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線の第３の特徴は、表面に被覆される亜鉛或いは亜鉛基合金の付着量が２ｇ／ｍ^２から
０ｇ／ｍ^２の範囲である。
また、本発明に係る引き抜き加工により製造されるアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線の第４の特徴は、表面に被覆される亜鉛或いは亜鉛基合金が素線の熱間押出し時に溶射により形成されることである。
また、本発明に係る引き抜き加工により製造されるアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線の第５の特徴は、Ｓｉを１．０％以下、Ｍｇを１．０％以下含み、残部がＡｌ及び不純物よりなるアルミニウム合金を熱間押出しにより直径５〜２０ｍｍの線に形成し、押出し直後の４２０℃以上の高温時に亜鉛或いは亜鉛基合金皮膜を溶射により皮膜形成する工程と、続いて急冷する工程とを有することである（Ｔｉ，Ｚｒなどの組織制御を目的とした合金元素はおのおの０．２％添加してもよい。）。

本発明に係る引き抜き加工性に優れたアルミニウム合金素線によれば、表面に亜鉛或いは亜鉛基合金が被覆されたことを特徴とするので、ダイスとの摩擦が低減し、引き抜き加工性の優れたアルミ細線用素線を提供できる。
そのため、アルミ素線を抽伸ダイスから引出してアルミ細線に成形する際、アルミ細線を確実に製造することができる。

本発明に係る実施形態の引き抜き加工性に優れたアルミニウム合金素線を使用したアルミ細線の製造方法を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施の形態の引き抜き加工性に優れたアルミニウム合金素線を製造するまでの製造方法、および本発明に係る実施形態の引き抜き加工性に優れたアルミニウム合金素線を使用してアルミ細線を製造する製造方法の一例を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、下記に説明する実施形態はその寸法等も含めあくまで本発明の一例であり、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で適宜変更可能である。

図１は、本発明に係る実施形態のアルミ細線の製造方法を示すフローチャートである。

本発明に係る実施形態のアルミ細線の製造方法の一例を図1に示す。以下図1に沿って詳細に説明する。なお本発明はこの例に限定されるものではなく、素線の抽伸前までの工程に亜鉛が被覆される工程を有しておればよい。

アルミ細線の製造工程は、大きく分類すると、アルミ素線の製造工程と、その後の荒線圧延加工およびアルミ細線引き抜き加工とよりなっている。以下、各工程を説明する。

１．素線製造工程
（１）素材ビレット準備直径１５０〜３００ｍｍ長さ４００〜１０００ｍｍ
（２）熱間押出し線径５〜２０ｍｍ温度４６０℃以上
（３）亜鉛（Ｚｎ）溶射
溶射条件アルミ素線線径５〜２０ｍｍ温度４２０℃以上
溶射材純亜鉛亜鉛９０％以上の亜鉛アルミ合金
溶射方向線の長さ方向に垂直に２方向以上
被膜生成量５〜２０ｇ／ｍ^２
（４）急冷線径５〜２０ｍｍ温度６０℃以下
冷却方法水冷、空冷
（５）巻取り線径５〜２０ｍｍ温度６０℃以下
ボビンに巻取り好ましくは１００ｋｇ以上／ボビン

２．荒線圧延加工
（１）冷間線材圧延線径３〜１ｍｍ
（２）巻き取り線径３〜１ｍｍ温度６０℃以下
ボビンに巻取り好ましくは１００ｋｇ以上／ボビン

３．細線引き抜き加工
（１）調質焼鈍
１５０℃〜３５０℃ １〜８時間電導度加工性向上のため適宜実施
（２）線引き加工線径０．５〜０．０１ｍｍ）
ボビンに巻取り

＜素線製造工程（Ｓ１００）＞
実施形態では、アルミ線材の母材であるアルミ合金ビレットＢを溶製する。例えば、純アルミ(１０００系) アルミ（Ａｌ）にマグネシウム（Ｍｇ）とシリコン（Ｓｉ）を添加した高強度導体用合金である６０００系のＡｌ−Ｍｇ―Ｓｉ系合金、またはアルミ（Ａｌ）にＺｎ（亜鉛）とＭｇ（マグネシウム）を添加した７０００系のＡｌ−Ｚｎ―Ｍｇ系合金などの組成を選定することが出来る。

例えば、１０００系純アルミではアルミニウム純度が９９．５％以上のA１０５０、
６０００系ではＡ６１０１やＡ６０６３のアルミ合金を選定、使用する。

６０００系、７０００系という熱処理アルミ合金を用いる場合は、押し出し、冷却後に
高温時効処理を施して更なる強度アップと電気抵抗を減少させることが可能である。

尚、本発明は、本質的に素材に影響しないので、目的によっては２０００〜５０００系のアルミ合金を使用しても良い。

＜アルミ素線押出し工程（ステップＳ２００）＞
４５０℃〜５８０℃に加熱されたアルミ合金ビレットを、押出し機搬送して、５ｍｍ〜２０ｍｍのアルミ素線を押出す。押し出し時、ダイスをでた直後のアルミ素線表面に溶射によって亜鉛を被覆し、その後、水冷或いは空冷により冷却する。６０００系、７０００系などの熱処理型合金の場合には合わせて溶体化処理も行わる。押出し直後のアルミ素線の温度は、合金成分によっても異なるが、溶体化処理に必要な温度、例えば６０００系合金では５００℃以上の温度になるように加熱温度を調整する。

＜亜鉛溶射工程（ステップＳ３００）＞
押出し工程（ステップＳ２００）によって押圧ダイス２１から押出された線径のアルミ素線に対し、例えば、以下の条件で、亜鉛（Ｚｎ）或いは亜鉛基合金を溶射して、アルミ素線表面に亜鉛を被覆する。
・亜鉛（Ｚｎ）の噴射方向は均一性を高めるため、少なくとも２方向以上から行い、３−４方向からの溶射が好ましい。
・亜鉛（Ｚｎ）の溶射時の素線温度は溶射亜鉛が溶融し密着性を向上させるため、亜鉛の融点；４１９℃以上とする。
・溶射された亜鉛（Ｚｎ）の皮膜の厚さ；１−２０ｇ／ｍ^２以上。ただし、好ましくは５−１５ｇ／ｍ^２とする。

尚、表面に被覆される亜鉛（Ｚｎ）或いは亜鉛基合は、９０％以上の亜鉛（Ｚｎ）を含有し、残部がアルミ及び不可避的不純物よりなる組成物を用いる。

＜アルミ素線冷却工程（ステップＳ４００）＞
冷却工程（ステップＳ４００）では、亜鉛溶射工程（ステップＳ３００）によって亜鉛が溶射されたアルミ素線を冷却槽に通して冷却する。

例えば、このアルミ素線冷却工程（ステップＳ４００）では、亜鉛が溶射されたアルミ素線を冷却槽４０へ搬送し、４１９℃以上あるアルミ素線の温度を、１００℃以下、望ましくは、室温まで急冷させて、次工程の巻取りが容易に行なえる温度まで冷却する。また、６０００系、７０００系などの熱処理合金に対しては溶体化処理を行うこともできる。

尚、押出し工程（ステップＳ２００）から冷却工程（ステップＳ４００）までの時間は３０秒以内とするのが望ましい。

尚、次の工程は、アルミ素線Ｒｍを巻取る巻取り工程（ステップＳ５００）であり、コイル状にしたアルミ素線Ｒｍを得る。このコイル状態で保管や搬送する。

＜アルミ圧延工程（ステップＳ６００）＞
圧延工程（ステップＳ６００）では、巻取り工程（ステップＳ５００）によってコイル状に巻き取られたアルミ素線を、複数の線材圧延ロールに通し。線径を１〜３mmになるように圧延する。圧延による線径は素線の径や次工程の抽伸工程により、適宜調整される。また必要により素線を突き合わせ溶接し、コイルの大型化が図られる

＜アルミ熱処理工程（ステップＳ７００）＞
圧延された潜在は、次工程の抽伸に適した強度にするために熱処理が施される。時効処理を行なう場合には以下に示す条件が好ましい。
・時効処理の温度；１５０℃〜２２０℃
・時効処理の時間；１時間〜８時間

また、抽伸条件によっては装置に投入するときに更に軟質材が好まれることもあり、この場合には温度を３５０℃付近まで上げて焼鈍軟化させても問題はない。

＜アルミ細線抽伸工程（ステップＳ８００）＞
抽伸工程（ステップＳ８００）では、荒線材圧延および必要により熱処理を行ったアルミ線材を抽伸機へ搬送し、所定内径の抽伸ダイスを介して抽伸することにより線径を減少させていき所定の線径まで加工する。抽伸工程は所定の線径が得られるまで複数回行っても問題はない。

＜アルミ細線（最終）巻取り工程（ステップＳ９００）＞
（最終）巻取り工程（ステップＳ９００）では、抽伸工程（ステップＳ８００）によって抽伸され所定の線径が得られたアルミ細線をアルミ細線巻取り機よってコイル状に巻き取る。

以上説明したように、本発明に係る実施形態のアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線は、表面に亜鉛或いは亜鉛基合金が被覆されているため、ダイスとの摩擦が低減し、引き抜き加工性の優れたアルミ細線用素線を提供できる。

そのため、表面に亜鉛或いは亜鉛基合金が被覆されたアルミ素線を抽伸ダイスを用いてアルミ細線に成形する際、アルミ素線と抽伸ダイスとの摩擦抵抗が低減するので、アルミ細線を安定してかつ低コストで製造することができる。

尚、上記実施形態の説明では、アルミ素線Ｒｍに亜鉛を溶射して亜鉛コーティングしたが、本発明では、これに限らず、亜鉛溶射以外の方法によってアルミ素線Ｒｍに亜鉛コーティングするようにしても良い。

以下実施例により更に詳細に説明する

A6101の組成を有する175mmφx500mmLのビレットを準備し、４８０℃に加熱したあと１８００トン押出しプレスで６mmφの線材を押し出した。
押し出した線材は、押し出しダイスの出口から３m離れた亜鉛溶射装置に導かれ純亜鉛が溶射され、その後、水冷装置で室温まで冷却されコイルに巻き取られた。
溶射直前の線材表面温度は、５４０℃、表面に被覆された亜鉛の皮膜量は実測で１３．０g／ｍ^２であった。
巻き取られた素線は、別の圧延、抽伸装置に送られ、圧延により直径2mmまで加工され、続いて直径１mmまで連続抽伸された。
この中間材を用いて直径０．１ｍｍまでの抽伸を試みたところ、本実施例に掛かる中間材は破断することなく０．１ｍｍまで加工できた。一方、比較に試作した亜鉛被覆を行なわなかった線材は同じ条件で加工しても線径０．１５ｍｍで破断し、０．１ｍｍの線径加工は断念した。

実施例1で試作した亜鉛被覆材と、比較の亜鉛被覆なし「裸材」の摺動抵抗の測定を行なった。
鋼製平板で挟み、押さえ荷重２０００Nのときの引き抜き荷重の変化を表１に示す。

本発明に掛かる亜鉛被覆材は初期に若干高い負荷が掛かるが、その後の負荷はほぼ一定の値を示した。一方の亜鉛被覆を行なっていない線材は摺動距離が長くなると、荷重が増大した。本件かでも明らかなように亜鉛被覆による摺動抵抗の抑制効果は顕著で安定していることが確認された。

実施例1で試作した亜鉛被覆材の表面亜鉛を硝酸で除去し、断面を電子線マイクロアナライザーで分析した。結果を表２に示す。

硝酸により表面亜鉛を除去した表面には、硝酸で溶解されないアルミ中に拡散した亜鉛が残留していることが確認され、アルミ線材と亜鉛皮膜の密着性が抽伸加工に耐えられる密着性を有していることが確認された。

実施例１と同じ条件で溶射亜鉛の皮膜量を変化させた亜鉛被覆線材を試作し、実施例と同じ条件で摺動試験をおこなった。亜鉛付着量と30mm引き抜いた時点での引き抜き荷重を表３に示す。

亜鉛被覆量が２g／ｍ^２未満では十分な摺動抵抗抑制効果は見られないがそれ以上の皮膜量では安定した摺動抵抗値が得られた。摺動抵抗からの亜鉛被覆量の上限はないものの、２０g／ｍ^２以上では効果が飽和し、コスト的にも好ましくないので被覆量の上限は２０ｇ／ｍ^２とした。

亜鉛被覆されるアルミ合金組成と、亜鉛皮膜組成の影響を確認する目的で、３ｘ２０ｘ１２０ｍｍの表面に９５%Ｚｎ−５％Ａｌよりなる合金を溶融塗布方で被覆した。夫々の亜鉛塗布量と摺動抵抗を比較した。（実施例２と同じ条件）
結果を表５に示す。

亜鉛被覆はアルミ合金によらず、また亜鉛が９０%以上あれば十分摺動抵抗を抑制できることが確認できた。

Claims

表面に亜鉛或いは亜鉛基合金が被覆されたことを特徴とする、引き抜き加工により製造されるアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線。
表面に被覆される亜鉛或いは亜鉛基合金が９０％以上のＺｎを含有し、残部がアルミ及び不可避的不純物よりなる請求項１に記載のアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線。
表面に被覆される亜鉛或いは亜鉛基合金の付着量が２ｇ／ｍ^２から２０ｇ／ｍ^２の範囲である請求項１に記載のアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線。
表面に被覆される亜鉛或いは亜鉛基合金が素線の熱間押出し時に溶射により形成されることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線。
Ｓｉを１．０％以下、Ｍｇを１．０％以下含み、残部がＡｌ及び不純物よりなるアルミニウム合金を熱間押出しにより直径５〜２０ｍｍの線に形成し、押出し直後の４２０℃以上の高温時に亜鉛或いは亜鉛基合金皮膜を溶射により皮膜形成する工程と、続いて急冷する工程とを有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム及びアルミニウム合金線材用の素線。（Ｔｉ，Ｚｒなどの組織制御を目的とした合金元素はおのおの０．２％添加してもよい。）