JPWO2019188451A1 - アルミニウム合金材ならびにこれを用いた導電部材、電池用部材、締結部品、バネ用部品および構造用部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)Fe:0.05〜1.50質量%と、Si:0.01〜0.15質量%、Cu:0.01〜0.3質量%およびMg:0.01〜1.5質量%の少なくとも1種とを含有し、残部:Alおよび不可避不純物からなる合金組成を有するアルミニウム合金材であって、結晶粒が一方向に揃って延在した繊維状の金属組織を有し、前記一方向に平行な断面において、前記結晶粒の長手方向に垂直な寸法の平均値が800nm以下であり、前記アルミニウム合金材の主表面は、X線極点図法により求められた、前記長手方向へ<100>が配向した結晶に起因する回折強度の和をK100、長手方向へ<111>が配向した結晶に起因する回折強度の和をK111、K100とK111の比(K100/K111)をHとするとき、前記比(H)が0.15以上となる結晶方位分布を有することを特徴とする、アルミニウム合金材。
(2)Fe:0.05〜1.50質量%と、Si:0.01〜0.15質量%、Cu:0.01〜0.3質量%およびMg:0.01〜1.5質量%の少なくとも1種とを含有するとともに、RE、Ag、Ni、Mn、Cr、Zr、TiおよびBの群から選択される1種以上:合計で0.3質量%以下を含有し、残部:Alおよび不可避不純物からなる合金組成を有するアルミニウム合金材であって、結晶粒が一方向に揃って延在した繊維状の金属組織を有し、前記一方向に平行な断面において、前記結晶粒の長手方向に垂直な寸法の平均値が800nm以下であり、前記アルミニウム合金材の主表面は、X線極点図法により求められた、前記長手方向へ<100>が配向した結晶に起因する回折強度の和をK100、長手方向へ<111>が配向した結晶に起因する回折強度の和をK111、K100とK111の比(K100/K111)をHとするとき、前記比(H)が0.15以上となる結晶方位分布を有することを特徴とする、アルミニウム合金材。
(3)ビッカース硬さ(HV)が、60〜250である、上記(1)または(2)に記載のアルミニウム合金材。
(4)Cu、Ni、Ag、Au、PdおよびSnの群から選択される1種以上の金属または合金で表面が被覆されている上記(1)、(2)または(3)に記載のアルミニウム合金材。
(5)上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いた導電部材。
(6)上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いた電池用部材。
(7)上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いた締結部品。
(8)上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いたバネ用部品。
(9)上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いた構造用部品。
(10)上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いたキャブタイヤケーブル。
本発明のアルミニウム合金材の合金組成とその作用について示す。
本発明のアルミニウム合金材は、基本組成として、Fe:0.05〜1.50質量%と、Si:0.01〜0.15質量%、Cu:0.01〜0.3質量%およびMg:0.01〜1.5質量%の少なくとも1種とを含有し、さらに、RE、Ag、Ni、Mn、Cr、Zr、TiおよびBの群から選択される1種以上:合計で0.30質量%以下を適宜含有させたものである。
Fe(鉄)は、結晶粒の微細化に寄与する元素である。Fe含有量が0.05質量%未満だと、これらの作用効果が不十分であり、また、Fe含有量が1.50質量%を超えると、晶出物が多くなり、加工性が低下する。ここで、晶出物とは、合金の鋳造凝固時に生じる金属間化合物をいう。したがって、Fe含有量は0.05〜1.50質量%とし、好ましくは0.08〜0.80質量%であり、より好ましくは0.10〜0.22質量%である。
Si(ケイ素)、Cu(銅)、Mg(マグネシウム)は、アルミニウム母材の微細な結晶粒を安定化する作用を有する元素である。これらは、単独で添加するよりも2種以上を複合添加することによって、結晶粒の微細化に有効に作用する。さらに、結晶粒が微細な状況で材料の強度を高める作用がある。しかしながら、Si含有量が0.15質量%超え、Cu含有量が0.3質量%超え、Mg含有量が1.5質量%超えの場合には、強度が高めるメリット以上に、導電率が低下してしまうデメリットが顕在化するため、好ましくない。Siを含有させる場合のより好ましい範囲は0.10質量%以下、更に好ましくは、0.06質量%以下である。Cuを含有させる場合のより好ましい範囲は0.22質量%以下、更に好ましくは、0.16質量%以下である。Mgを含有させる場合のより好ましい範囲は1.00質量%以下、更に好ましくは、0.30質量%以下である。
また、これらの元素は後述する本発明のプロセスと相乗的に作用して、結晶方位を制御するために有効に作用する。
RE(希土類元素)、Ag(銀)、Ni(ニッケル)、Mn(マンガン)、Cr(クロム)、Zr(ジルコニウム)、Ti(チタン)およびB(ホウ素)はいずれも、結晶粒の微細化の効果があるため、必要に応じて適宜添加することができる任意添加元素である。これらの元素は後述する本発明のプロセスと相乗的に作用して、結晶方位を制御するために有効に作用する。なお、REは、希土類元素を意味し、ランタン、セリウム、イットリウムなどの17種類の元素が含まれ、これらの17種類の元素は同等の効果を有し、化学的に単元素の抽出が難しいため、本発明では総量として規定する。
これらの成分の含有量は、上記作用効果を得る点で、合計で0.0001質量%以上とし、0.03質量%以上とすることが好ましい。一方、前記成分の含有量の合計が0.30質量%超だと、導電率が低下するおそれがある。したがって、RE、Ag、Ni、Mn、Cr、Zr、TiおよびBの群から選択される1種以上を含有する場合には、それらの含有量の合計は、0.0001〜0.3質量%とし、好ましくは、0.03〜0.30質量%とし、さらに好ましくは0.03〜0.23質量%、より導電率を重視する場合は0.03〜0.15質量%とする。これらの成分は、1種のみの単独で含まれていてもよいし、2種以上の組み合わせで含まれていてもよい。
上述した成分以外の残部は、Al(アルミニウム)および不可避不純物である。ここでいう不可避不純物は、製造工程上、不可避的に含まれうる含有レベルの不純物を意味する。不可避不純物は、含有量によっては導電率を低下させる要因にもなりうるため、導電率の低下を考慮して不可避不純物の含有量をある程度抑制することが好ましい。不可避不純物として挙げられる成分としては、例えば、Bi(ビスマス)、Pb(鉛)、Ga(ガリウム)、Sr(ストロンチウム)等が挙げられる。なお、これらの成分含有量の上限は、上記成分毎に0.03質量%、上記成分の総量で0.10質量%とすればよい。
このような本発明の一実施例によるアルミニウム合金材は、特にAl−Fe−(Si、Cu、Mg)系合金の内部に結晶粒界を高密度で導入することにより、高強度化と高曲げ性化を図ることを特徴とする。すなわち、延伸加工の間に所定の条件で安定化熱処理を組み込むことにより、合金の内部の格子欠陥の再配列を促し、安定化させることを特徴としている。
本発明では、高強度化の観点から、最終的な加工度(合計加工度)が3.0以上となるように冷間加工[1]を行うと共に、曲げ加工性の維持・向上の観点から、1回あたりの冷間加工[1]の加工度を1.2以下とし、さらに冷間加工[1]の後には、処理温度70〜160℃、保持時間2〜10時間の安定化熱処理を行う。すなわち、加工度1.2以下の冷間加工[1]と、処理温度70〜160℃、保持時間2〜10時間の安定化熱処理[2]とからなる処理セットを1セットとして、この順番で、繰り返し3セット以上行い、冷間加工[1]の合計加工度を3.0以上とする。
特に、合計加工度を大きくすることにより、金属組織の変形に伴う金属結晶の分裂を促すことができ、アルミニウム合金材の内部に結晶粒界を高密度で導入できる。その結果、アルミニウム合金材の強度が大幅に向上する。このような合計加工度は、好ましくは4.5以上、より好ましくは6.0以上、さらに好ましくは7.5以上、最も好ましくは8.5以上とする。また合計加工度の上限は特に規定されないが、通常は15である。
加工度(無次元):η=ln(s1/s2) ・・・(1)
<金属組織>
上述のような製造方法によって製造される本発明のアルミニウム合金材は、金属組織内に結晶粒界が高密度で導入されたものである。このような本発明のアルミニウム合金材は、結晶粒が一方向に揃って延在した繊維状の金属組織を有し、上記一方向に平行な断面において、上記結晶粒の長手方向に垂直な寸法の平均値が800nm以下である。このようなアルミニウム合金材は、従来にはない特有の金属組織を有することにより、特に優れた強度を発揮し得る。
また、上述のような製造方法によって製造される本発明のアルミニウム合金材の主表面は、LD//<111>の結晶配向が抑制され、LD//<100>の結晶配向が増加するように、結晶方位分布が制御された集合組織を有する。このような本発明のアルミニウム合金材の主表面は、X線極点図法により求められた、結晶粒の長手方向へ<100>が配向した結晶に起因する回折強度の和:K100と、長手方向へ<111>が配向した結晶に起因する回折強度の和:K111の比H(=K100/K111)が0.15以上となる結晶方位分布を有している。このようなアルミニウム合金材の主表面は、従来にはない特有の集合組織を有することにより、特に優れた曲げ加工性を発揮し得る。
結晶方位分布の測定は、(200)X線極点図に基づく。Schulzの反射法を採用し、{001}面のBragg回折角である44.72°を満足するように、X線源と検出器を固定した。測定系を図4に示す。X線源には、CuKα線を用いた。そして、図4に示すように、測定する試料面のα回転、β回転に伴う回折X線強度を5°おきに測定した。α回転は、試料面の法線を傾けるような回転であって、0〜85°の範囲であり、β回転は、試料面の法線を軸とした回転であって0〜355°の範囲である。試料は、25mmの長さに切断した複数の線材を、ガラス板の上に敷き詰めるように並べて張り付けて作製した。並べた後の全幅は20〜30mmとなるようにした。測定された回折X線強度は、極点図と呼ばれる。α及びβの回転角度をそれぞれ(α、β)のように()に入れて表示する。円の中心を(0、0)、3時の方向を(90、0)とする。極点図の表示方法を図5に示す。この極点図上で、LD//<111>の結晶方位群による回折強度は、図6において+印で示したαとβの組み合わせで検出される。また、LD//<100>の結晶方位群による回折強度は、図6において×印で示したαとβの組み合わせで検出される。αとβの角度を2軸とした表を図7に示す。LD//<111>の結晶方位群による回折強度の和をK111、LD//<100>の結晶方位群による回折強度の和をK100とした。そして、これらの比H(=K100/K111)を算出した。LD//<100>の結晶方位群が多く、LD//<111>の結晶方位群が少ないほど、ピーク強度比H(K100/K111)は大きくなる。そして、本発明のアルミニウム合金材は、Hが0.15以上であることが必要であり、より好ましくは、0.30以上、更に好ましくは、0.45以上である。上限は特に限定されないが、6以下である。
[引張強度]
引張強度は、JIS Z2241:2011に準拠して測定された値とする。詳しい測定条件は、後述する実施例の欄にて説明する。
本発明のアルミニウム合金材は、特に線棒材である場合に、好ましくは引張強度が220MPa以上である。このような引張強度は、ASTM INTERNATIONALに示されている導電用アルミニウムA1350の引張強度である160〜200MPaを1割以上も上回る。(規格名:B230/B230M−07)。従って、例えば、本発明のアルミニウム合金線棒材をケーブルに適用した場合には、ケーブルの高張力を維持したまま、ケーブルの導体の断面積および重量を1割低減する効果がある。また、本発明のより好ましい引張強度は260MPa以上、さらに好ましい引張強度は300MPa以上である。さらにより好ましい引張強度は、340MPa以上である。このような引張強度は、ASTM INTERNATIONALに示されている6000系アルミニウム合金のA6201の引張強度である305〜330MPaを上回る。(規格名:B398/B398M−14)。最も好ましい引張強度は380MPa以上である。
ビッカース硬さ(HV)は、JIS Z2244:2009に準拠して測定された値とする。詳しい測定条件は、後述する実施例の欄にて説明する。なお、すでに部品となった加工品のビッカース硬さ(HV)を測定する場合には、加工品を分解して、断面を鏡面研磨し、その断面について測定を行うこともできる。
本発明のアルミニウム合金材は、特に線棒材である場合に、好ましくはビッカース硬さHVが60以上である。このようなHVは、ASTM INTERNATIONALに示されている導電用アルミニウムA1350のHvである54を1割上回る。従って、例えば、本発明のアルミニウム合金線棒材をケーブルに適用した場合には、ケーブルの高張力を維持したまま、ケーブルの導体の断面積および重量を1割低減する効果がある。また、本発明のより好ましいHvは70以上、さらに好ましいHvは80以上である。さらにより好ましいHvは、90以上である。このような引張強度は、ASTM INTERNATIONALに示されている6000系アルミニウム合金のA6201の引張強度である85を上回る。最も好ましいHvは100以上である。なお、本発明のアルミニウム合金材のビッカース硬さ(HV)の上限は、特に限定されないが、例えば250である。
冒頭に示した、撚る、編む、織る、結ぶなどの加工性や成形性の指標として、JIS Z 2248(2014)に準拠して、W曲げ加工により評価した。線径の2倍の半径で曲げ加工を行って、試料表面の割れや断線が発生してしまった場合、加工性が良好でないと判断し、表中に×印で示した。それらの欠陥がなく、曲げ加工が出来た場合は、曲げ加工性が良好であり、〇1印で示した。線径と同じ半径で曲げ加工が出来た場合は、更に良好であり〇2印で、線径の半分の半径で曲げ加工が出来た場合は最も良好であり、〇3印で示した。
用途や強度帯によって、好ましい導電率は異なる。引張強度が220〜340MPaの強度帯では、導電が基本機能となるため、導電率は55%IACS以上が好ましい。より好ましくは57%IACS以上である。一方、引張強度が340MPa以上の強度帯では、機械的特性が基本機能となるため、導電率は45%IACS以上が好ましい。より好ましくは、48%IACS以上である。
本発明のアルミニウム合金材は、裸材、すなわちそれ自体で引張強度、ビッカース硬さ、曲げ加工性、導電率の特性を十分に備えている。また、本発明のアルミニウム合金材は、裸材として用いるだけでなく、めっきやクラッドなどの方法によって、他の金属で被覆した場合に、良好な接合特性を有するとともに、裸材の場合と同様に良好な強度、曲げ加工性、導電性を両立する効果を発揮する。被覆する金属の種類は、Cu、Ni、Ag、Pd、Au、Snなどが挙げられる。接触抵抗の低減、耐食性の向上などの効果がある。被覆率は、長手方向に垂直な断面において、全面積の25%程度までとするのが良い。被覆率が多すぎると、軽量化効果が低減してしまうためである。好ましくは、15%以下、より好ましくは10%以下、更に好ましくは5%以下である。
X線極点図法によって結晶方位を測定する場合は、酸でこれらの被覆金属を溶解してアルミニウム合金の表面を露出させた後に、裸のアルミニウム合金と同様に測定する。
金属を被覆した後に塑性加工を行う場合は、加工発熱によって被覆した金属と基材のアルミニウム合金が反応し、金属間化合物を形成する場合がある。従って、例えば伸線加工速度を50m/min以下まで低速にする、潤滑材を強制冷却して被加工材を冷却する能力を高める、などの方法が必要となる。
本発明のアルミニウム合金材は、鉄系材料、銅系材料およびアルミニウム系材料が用いられているあらゆる用途が対象となり得る。具体的には、電線やケーブル等の導電部材、集電体用のメッシュや網等の電池用部材、ねじや、ボルト、リベット等の締結部品、コイルバネ等のバネ用部品、コネクタや端子等の電気接点用バネ部材、シャフトやフレーム等の構造用部品、ガイドワイヤー、半導体用のボンディングワイヤー、発電機やモータに用いられる巻線等として好適に用いることができる。
導電部材のより具体的な用途例としては、架空送電線、OPGW、地中電線、海底ケーブルなどの電力用電線、電話用ケーブルや同軸ケーブルなどの通信用電線、有線ドローン用ケーブル、キャブタイヤケーブル、EV/HEV用充電ケーブル、洋上風力発電用捻回ケーブル、エレベータケーブル、アンビリカルケーブル、ロボットケーブル、電車用架線、トロリ線などの機器用電線、自動車用ワイヤーハーネス、船舶用電線、飛行機用電線などの輸送用電線、バスバー、リードフレーム、フレキシブルフラットケーブル、避雷針、アンテナ、コネクタ、端子、ケーブルの編組、掃除機用ケーブル、ウェアラブルデバイス用導体などが挙げられる。
電線やケーブルで、撚り線として用いる場合に、本発明のアルミニウム合金と汎用的な銅やアルミニウムなどの導体とを混合させて撚り線としても良い。
電池用部材には、太陽電池の電極、リチウムイオン電池の電極などが挙げられる。
構造用部品(部材)のより具体的な用途例としては、建築現場の足場、コンベアメッシュベルト、衣料用の金属繊維、鎖帷子、フェンス、虫除けネット、ジッパー、ファスナー、クリップ、アルミウール、ブレーキワイヤーやスポークなどの自転車用部品、強化ガラスの補強線、パイプシール、メタルパッキン、ケーブルの保護強化材、ファンベルトの芯金、アクチュエータ駆動用ワイヤー、チェーン、ハンガー、防音用メッシュ、棚板、水素タンクなどの高圧タンクの強度補強線、ケーブルのテンションメンバ、スクリーン印刷用メッシュなどが挙げられる。
締結部品(部材)のより具体的な用途例としては、いもねじ、ステープル、画鋲などが挙げられる。
バネ用部品(部材)のより具体的な用途例としては、バネ電極、端子、コネクタ、半導体プローブ用バネ、板バネ、ぜんまい用バネなどが挙げられる。
また、樹脂系材料、プラスチック材料、布などに導電性を持たせたり、強度や弾性率を制御したりするために添加する金属繊維としても好適である。
また、メガネフレーム、時計用ベルト、万年筆のペン先、フォーク、ヘルメット、注射針などの民生部材や医療部材にも好適である。
いずれの用途についても、本発明によるアルミニウム合金材を、別の材料と適宜組み合わせて複合化したり、あるいは、混合したりして用いてもよい。
まず、表1に示す合金組成を有する10mmφの各棒材を準備した。次に、各棒材を用いて、表1に示す製造条件にて、それぞれのアルミニウム合金線材(0.21〜1.93mmφ)を作製した。
<製造条件A>
加工度が1.1の伸線加工と100℃で5時間保持する安定化熱処理の組み合わせを合計3セット行った。なお、調質焼鈍[3]は行わなかった。
<製造条件B>
加工度が1.1の伸線加工と100℃で5時間保持する安定化熱処理の組み合わせを合計5セット行った。なお、調質焼鈍[3]は行わなかった。
<製造条件C>
加工度が1.1の伸線加工と100℃で5時間保持する安定化熱処理の組み合わせを合計7セット行った。なお、調質焼鈍[3]は行わなかった。
<製造条件D>
製造条件Aの後、処理温度100℃、保持時間36時間の条件で調質焼鈍[3]を行った。
<製造条件E>
製造条件Bの後、処理温度100℃、保持時間36時間の条件で調質焼鈍[3]を行った。
<製造条件F>
製造条件Cの後、処理温度100℃、保持時間36時間の条件で調質焼鈍[3]を行った。
比較例1では、99.99質量%−Alからなる10mmφの棒材を用い、表1に示す製造条件にて、アルミニウム線材(0.24mmφ)を作製した。
比較例2〜4では、表1に示す合金組成を有する10mmφの各棒材を用い、表1に示す製造条件にて、それぞれのアルミニウム合金線材(0.07〜2.0mmφ)を作製した。
<製造条件H>
加工度が1.1の伸線加工と100℃で5時間保持する安定化熱処理の組み合わせを合計2セット行った。なお、調質焼鈍[3]は行わなかった。
<製造条件I>
製造条件Bにおける安定化熱処理を行わずに、合計加工度が7.7の伸線加工を行った。なお、調質焼鈍[3]は行わなかった。
<製造条件J>
製造条件Bにおける安定化熱処理を200℃で5時間とした。
<製造方法K>
グラファイトルツボ内に、純度が99.95質量%のアルミニウム、純度が99.95質量%のマグネシウム、純度が99.99質量%のケイ素、純度が99.95質量%の鉄、TiとBをそれぞれ所定量投入し、高周波誘導加熱により720℃で撹拌溶融して、Al−0.06Si−0.24Fe−0.21Cu−0.11Mg(質量%)の合金組成を有する溶湯を製造し、これをグラファイトダイスが設けられた容器に移し、水冷したグラファイトダイスを介して、約300mm/分の鋳造速度で10mmφ、長さが100mmのワイヤーを連続鋳造した。そして、ECAP法によって4.0の累積相当ひずみを導入した。この段階の再結晶化温度は300℃と求められた。そして、不活性ガス雰囲気中で、250℃にて2時間の事前加熱を行った。次に、加工率29%(加工度0.34)の第1の伸線処理を施した。この段階の再結晶温度は300℃と求められた。そして、不活性ガス雰囲気中で、260℃にて2時間の1次熱処理を行った。その後、水冷した伸線ダイス内を500mm/分の引き抜き速度で通過させて、加工度9.3の第2の伸線処理を行った。この段階の再結晶化温度は280℃と求められた。そして、不活性ガス雰囲気中で、220℃にて1時間の2次熱処理を行って、アルミニウム合金線材(0.08mmφ)を得た。伸線では、ダイス半角が5°、1パスあたりの加工率が16%の条件とした。
上記実施例および比較例に係るアルミニウム系線材を用いて、下記に示す特性評価を行った。各特性の評価条件は下記の通りである。結果を表1に示す。
JIS H1305:2005に準じて、発光分光分析法によって行った。なお、測定は、発光分光分析装置(株式会社日立ハイテクサイエンス製)を用いて行った。
金属組織の観察は、透過電子顕微鏡(JEM−2100PLUS、日本電子株式会社製)を用い、TEM(Transmission Electron Microscopy)観察により行った。加速電圧は200kVで観察した。
観察用試料は、上記線材の長手方向(伸線方向X)に平行な断面について、FIB(Focused Ion Beam)により厚さ100nm±20nmで切断し、イオンミリングで仕上げたものを用いた。
TEM観察では、グレーコントラストを用い、コントラストの違いを結晶の方位として、コントラストが不連続に異なる境界を結晶粒界として認識した。なお、電子線の回折条件によっては、結晶方位が異なっていてもグレーコントラストに差がない場合があるので、その場合には、電子顕微鏡の試料ステージ内における直交する2本の試料回転軸によって±3°ずつ傾けて電子線と試料の角度を変えて、複数の回折条件で観察面を撮影し、粒界を認識した。なお観察視野は、(15〜40)μm×(15〜40)μmとし、上記断面において、線径方向(長手方向に垂直な方向)に対応する線上の、中心と表層の中間付近の位置(表層側から線径の約1/4中心側の位置)で観察を行った。観察視野は、結晶粒の大きさに応じて、適宜調整した。
そして、TEM観察を行った際に撮影した画像から、線材の長手方向(伸線方向X)に平行な断面において、繊維状の金属組織の有無を判断した。図8は、TEM観察を行った際に撮影した、本発明例28の線材の長手方向(伸線方向X)に平行な断面のTEM画像の一部である。本実施例では、図8に示すような金属組織が観察された場合に、繊維状の金属組織が「有」と評価した。
さらに、それぞれの観察視野において、結晶粒のうち任意の100個を選択し、それぞれの結晶粒の長手方向に垂直な寸法と、結晶粒の長手方向に平行な寸法を測定し、その結晶粒のアスペクト比を算出した。さらに、結晶粒の長手方向に垂直な寸法とアスペクト比については、観察した結晶粒の総数から、平均値を算出した。なお、観察された結晶粒が400nmよりも明らかに大きい場合には、各寸法を測定する結晶粒の選択数を減らして、それぞれの平均値を算出した。また、結晶粒の長手方向に平行な寸法が、明らかに結晶粒の長手方向に垂直な寸法の10倍以上のものについては、一律にアスペクト比10以上と判断した。
図4に示すように、線材をガラス板の上に敷き詰めて、X線測定用のサンプルとした。そして、2θ=44.72°の条件で(200)X線極点図を測定した。LD//<111>の結晶方位群による回折強度の和をK111、LD//<100>の結晶方位群による回折強度の和をK100、とした。そして、それらの比H(=K100/K111)を算出した。
JIS Z2241:2001に準じて、精密万能試験機(株式会社島津製作所製)を用いて、引張試験を行い、引張強度(MPa)を測定した。なお、上記試験は、評点間距離を100mm、変形速度を10mm/分の条件で実施した。本実施例では、加熱前の線材については、220MPa以上を合格レベルとした。
JIS Z 2244:2009に準じて、微小硬さ試験機 HM−125(株式会社アカシ(現株式会社ミツトヨ)製)を用いて、ビッカース硬さ(HV)を測定した。このとき、試験力は0.1kgf、保持時間は15秒とした。また、測定位置は、線材の長手方向に平行な断面において、線径方向(長手方向に垂直な方向)に対応する線上の、中心と表層の中間付近の位置(表層側から線径の約1/4中心側の位置)とし、測定値(N=5)の平均値を、各線材のビッカース硬さ(HV)とした。なお、測定値の最大値および最小値の差が10以上であった場合には、さらに測定数を増やし、測定値(N=10)の平均値をその線材のビッカース硬さ(HV)とした。ビッカース硬さ(HV)は大きいほど好ましく、本実施例では、60以上を合格レベルとした。
冒頭に示した、撚る、編む、織る、結ぶなどの加工性や成形性の指標として、JIS Z 2248(2014)に準拠して、W曲げ加工により評価した。1か所だけを曲げるL曲げとは異なって、W曲げ試験では引張りながら曲げられるため、L曲げよりも厳しい評価となる。線径の2倍の半径で曲げ加工を行って、試料表面の割れや断線が発生してしまった場合、加工性が良好でないと判断し、表中に×印で示した。それらの欠陥がなく、曲げ加工が出来た場合は、曲げ加工性が良好であり、〇1印で示した。線径と同じ半径で曲げ加工が出来た場合は、更に良好であり〇2印で、線径の半分の半径で曲げ加工が出来た場合は最も良好であり、〇3印で示した。
[7]導電率
導電率は、20±1℃にて、4端子法により測定した。本実施例では、引張強度が220〜340MPaの強度帯では、導電が基本機能となるため、導電率は55%IACS以上を合格レベルとした。また、引張強度が340MPa以上の強度帯では、機械的特性が基本機能となるため、導電率は45%IACS以上を合格レベルとした。なお、熱伝導率は導電率と比例関係にあるため、良否の判定を導電率の評価によって代用した。
比較例2のアルミニウム合金線材は、Siの含有量が本発明の適正範囲よりも多いため、導電率が合格レベルを下回った。
比較例3のアルミニウム合金線材は、Feの含有量が本発明の適正範囲よりも多いため、断線が多発し、伸線加工によって試験片を作製することができなかった。
比較例4のアルミニウム合金線材は、Cuの含有量が本発明の適正範囲よりも多いため、導電率が合格レベルを下回った。
比較例5のアルミニウム合金線材は、Mgの含有量が本発明の適正範囲よりも多いため、導電率が合格レベルを下回った。
比較例6のアルミニウム合金線材は、Ti、BおよびMnの合計含有量が、本発明の適正範囲よりも多いため、導電率が合格レベルを下回った。
比較例7〜13は、合金組成が本発明の適正範囲内であるものの、製造条件が本発明の範囲外であって、いずれも前記寸法tの平均値および前記比Hの少なくとも一方が本発明の範囲外であるため、引張強度、ビッカース硬さおよび加工性の少なくとも一つが合格レベルを下回っていた。
図9は、本発明例28から得られた(200)X線極点図であり、また、図10は、比較例9から得られた(200)X線極点図である。図9および図10の結果から、本発明例28は、LD//<100>の結晶方位群が発達しており、LD//<111>の結晶方位群も見られた。一方、比較例9は、LD//<111>の結晶方位群のみが強く集積しているのがわかる。
10 結晶粒
t 結晶粒の長手方向に垂直な寸法
X 結晶粒の長手方向
W アルミニウム合金(線)材
M 測定試料
I X線発生装置
C 検出器
ND 試料面の法線方向
Claims (10)
- Fe:0.05〜1.50質量%と、Si:0.01〜0.15質量%、Cu:0.01〜0.3質量%およびMg:0.01〜1.5質量%の少なくとも1種とを含有し、残部:Alおよび不可避不純物からなる合金組成を有するアルミニウム合金材であって、
結晶粒が一方向に揃って延在した繊維状の金属組織を有し、
前記一方向に平行な断面において、前記結晶粒の長手方向に垂直な寸法の平均値が800nm以下であり、
前記アルミニウム合金材の主表面は、X線極点図法により求められた、前記長手方向へ<100>が配向した結晶に起因する回折強度の和をK100、長手方向へ<111>が配向した結晶に起因する回折強度の和をK111、K100とK111の比(K100/K111)をHとするとき、前記比(H)が0.15以上となる結晶方位分布を有することを特徴とする、アルミニウム合金材。 - Fe:0.05〜1.50質量%と、Si:0.01〜0.15質量%、Cu:0.01〜0.3質量%およびMg:0.01〜1.5質量%の少なくとも1種とを含有するとともに、RE、Ag、Ni、Mn、Cr、Zr、TiおよびBの群から選択される1種以上:合計で0.3質量%以下を含有し、残部:Alおよび不可避不純物からなる合金組成を有するアルミニウム合金材であって、
結晶粒が一方向に揃って延在した繊維状の金属組織を有し、
前記一方向に平行な断面において、前記結晶粒の長手方向に垂直な寸法の平均値が800nm以下であり、
前記アルミニウム合金材の主表面は、X線極点図法により求められた、前記長手方向へ<100>が配向した結晶に起因する回折強度の和をK100、長手方向へ<111>が配向した結晶に起因する回折強度の和をK111、K100とK111の比(K100/K111)をHとするとき、前記比(H)が0.15以上となる結晶方位分布を有することを特徴とする、アルミニウム合金材。 - ビッカース硬さ(HV)が、60〜250である、請求項1または2に記載のアルミニウム合金材。
- Cu、Ni、Ag、Au、PdおよびSnの群から選択される1種以上の金属または合金で表面が被覆されている請求項1、2または3に記載のアルミニウム合金材。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いた導電部材。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いた電池用部材。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いた締結部品。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いたバネ用部品。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いた構造用部品。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金材を用いたキャブタイヤケーブル。
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