JPWO2020158682A1

JPWO2020158682A1 - アルミニウム合金材およびこれを用いた、導電部材、電池用部材、締結部品、バネ用部品、構造用部品、キャブタイヤケーブル

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Publication number: JPWO2020158682A1
Application number: JP2020528067A
Authority: JP
Inventors: 洋金子
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2040-01-27
Also published as: EP3919642A1; CN113039301A; EP3919642A4; US20220127700A1; KR20210077694A; JP6858310B2; CN113039301B; WO2020158682A1; KR102613707B1

Abstract

高い耐力、電気や熱の優れた導電性、および細い径でも一定の破断伸びを具備したアルミニウム合金材を提供すること。本発明のアルミニウム合金材は、Ｆｅ：０．０５〜１．５０質量％と、Ｓｉ：０．０１〜０．１５質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３０質量％およびＭｇ：０．０１〜１．５０質量％の少なくとも１種とを含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる合金組成を有し、複数の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、一方向に平行な断面において、複数の結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が８００ｎｍ以下であり、かつ、断面を厚さ方向に見て、中央部で観察したとき、長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が存在しないか、または、特定空隙の存在個数が１００００μｍ２あたり１０個以下であることを特徴としている。

Description

本発明は、アルミニウム合金材、特に高強度と加工性に優れたアルミニウム合金材に関する。このようなアルミニウム合金材は、幅広い用途（例えば、導電部材、電池用部材、締結部品、バネ用部品、構造用部品、キャブタイヤケーブル等）に用いられる。

近年、金属製の細線を撚る、編む、織る、結ぶ、繋げる、接続する等の手法により、三次元の構造物を造形する技術が開発されている。このような手法は、例えばＷｉｒｅ−ＷｏｖｅｎＣｅｌｌｕｌａｒＭａｔｅｒｉａｌｓとして検討が進められており、電池用の部品や、ヒートシンク、衝撃吸収部材等への応用が期待されている。

また、上記のような金属製の細線としては、鉄系や銅系の線材が広く用いられてきたが、最近では、鉄系や銅系の金属材料に比べて、比重が小さく、さらに熱膨張係数が大きい他、電気や熱の伝導性も比較的良好で、耐食性に優れ、特に弾性係数が小さく、しなやかに弾性変形するアルミニウム系材料への代替が検討されている。

しかし、純アルミニウム材は、鉄系や銅系の金属材料に比べて耐力（材料に応力を負荷したときに塑性変形を開始する応力をいい、降伏応力とも呼ばれる。）が低いという問題があった。アルミニウム合金の中でも、２０００系（Ａｌ−Ｃｕ系）や７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）は、耐力が比較的高いが、導電性、耐食性、耐応力腐食割れ性、加工性等が十分ではない。

そのため、最近では、ＭｇとＳｉを含有し、電気や熱の伝導性および耐食性に優れる６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）のアルミニウム合金材が広く用いられている。しかし、このような６０００系のアルミニウム合金材の耐力は十分ではなく、また導電性が劣る等の問題もあり、更なる高強度化、高伝導化が望まれている。

このようなアルミニウム合金材の高強度化の方法としては、非晶質相を備えたアルミニウム合金素材の結晶化による方法（特許文献１）や、ＥＣＡＰ法による微細結晶粒形成方法（特許文献２）、室温以下の温度で冷間加工を施すことによる微細結晶粒形成方法（特許文献３）、カーボンナノファイバーを分散させる方法（特許文献４）等が知られている。しかし、これらの方法は、いずれも製造されるアルミニウム合金材の大きさが小さく、工業的な実用化が難しかった。

また、特許文献５には、圧延温度の制御によって微細組織を有するＡｌ−Ｍｇ系合金を得る方法が開示されている。この方法は、工業量産性に優れるが、得られるＡｌ−Ｍｇ系合金の更なる高強度化が課題だった。また、このような方法で高強度化を図ると、強度と相反する導電性が低下する問題があった。

また、一般的に、材料の断面積が小さい場合、材料の破断伸びは低下する。一つの例として、軟銅線の破断伸びについて説明する。軟銅線の降伏強度は線径によらず、ほぼ一定である。軟銅線は、あらゆる金属材料の中でも、最も破断伸びが高い材質の一つである。下記表１に、ＡＳＴＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＢ３−１３ “ＳｔａｎｄａｒｄＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＳｏｆｔｏｒＡｎｎｅａｌｅｄＣｏｐｐｅｒＷｉｒｅ”から引用した、軟銅線における線径と破断伸びの下限値の関係を示す。

この表１から分かるように、破断伸びの規定値は、線径が８．２５２ｍｍ以上では３５％と高いのに対し、同２．９０６ｍｍ以上７．３４８ｍｍ以下では３０％、同０．５７４ｍｍ以上２．５８８ｍｍ以下では２５％、同０．２８７ｍｍ以上０．５１１ｍｍ以下では２０％、同０．０７９ｍｍ以上０．２５４ｍｍ以下では１５％と、線径が細いほど小さい。特に１ｍｍ以下の線径では、細径化に伴う破断伸びの低下が著しい。そこで、例えば１ｍｍ以下のような細い線径において、特に破断伸びを高めることが求められている。

また、例えば上述のような三次元の構造体を造形するための細線として、アルミニウム合金材を用いる場合には、耐力、導電性及び破断伸びのいずれをも向上することが望まれる。しかしながら、この破断伸びと耐力や導電性とは、通常、相反する特性であるため、耐力、導電性及び破断伸びのいずれをも向上させることは容易ではない。

特開平５−３３１５８５号公報特開平９−１３７２４４号公報特開２００１−１３１７２１号公報特開２０１０−１５９４４５号公報特開２００３−０２７１７２号公報

本発明は、高い耐力、電気や熱の優れた導電性、および細い径でも一定の破断伸びを具備した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、構造用部品およびキャブタイヤケーブルを提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム合金材が、所定の合金組成を有するとともに、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方向の最大寸法の平均値が８００ｎｍ以下であり、かつ、前記断面を厚さ方向に見て、中央部で観察したとき、前記長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が存在しないか、または、前記特定空隙の存在個数が１００００μｍ^２あたり１０個以下であることによって、高い耐力、電気や熱の優れた伝導性、および優れた破断伸びを兼ね備えたアルミニウム合金材が得られることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）Ｆｅ：０．０５〜１．５０質量％と、Ｓｉ：０．０１〜０．１５質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３０質量％およびＭｇ：０．０１〜１．５０質量％の少なくとも１種とを含有し、残部が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、複数の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、複数の前記結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が８００ｎｍ以下であり、かつ、前記断面を厚さ方向に見て、中央部で観察したとき、前記長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が存在しないか、または、前記特定空隙の存在個数が１００００μｍ^２あたり１０個以下であ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：０．０１〜０．３０質量％およびＭｇ：０．０１〜１．５０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からなる群から選択される少なくとも１種以上：合計で０．３０質量％以下を含有し、残部が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、複数の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、複数の前記結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が８００ｎｍ以下であり、かつ、前記断面を厚さ方向に見て、中央部で観察したとき、前記長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が存在しないか、または、前記特定空隙の存在個数が１００００μｍ^２あたり１０個以下であることを特徴とする、アルミニウム合金材。
（３）複数の前記結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値に対する、複数の前記特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が２〜１０である、上記（１）または（２）に記載のアルミニウム合金材。
（４）表面がＣｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｕ、ＰｄおよびＰｔからなる群から選択される少なくとも１種以上の金属で被覆されている、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。

本発明によれば、アルミニウム合金材が、所定の合金組成を有するとともに、複数の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、複数の前記結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が８００ｎｍ以下であり、かつ、前記断面を厚さ方向に見て、中央部で観察したとき、前記長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が存在しないか、または、前記特定空隙の存在個数が１００００μｍ^２あたり１０個以下であることによって、高い耐力、電気や熱の優れた伝導性、および細い径でも一定の破断伸びを有するアルミニウム合金材並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、構造用部品およびキャブタイヤケーブルが得ることができる。

「中央部」を説明するための図である。本発明に係るアルミニウム合金材の金属組織の様子を概略的に示す斜視図である。アルミニウム合金材中の空隙に印加される応力の模式図である。アルミニウム合金材中の空隙の模式図である。ＴＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＴＥＭ画像の一部である。比較例８のＦＥ−ＳＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＳＥＭ画像の一部である。本発明例３のＦＥ−ＳＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＳＥＭ画像の一部である。

以下、本発明のアルミニウム合金材の好ましい実施形態について、詳細に説明する。本発明に従うアルミニウム合金材は、Ｆｅ：０．０５〜１．５０質量％と、Ｓｉ：０．０１〜０．１５質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３０質量％およびＭｇ：０．０１〜１．５０質量％の少なくとも１種とを含有し、さらに必要に応じて、ＲＥ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＴｉおよびＢからなる群から選択される少なくとも１種以上：合計で０．３０質量％以下、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる合金組成を有し、複数の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するアルミニウム合金材であって、前記一方向に平行な断面において、複数の前記結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が８００ｎｍ以下であり、かつ、前記断面を厚さ方向に見て、中央部で観察したとき、前記長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が存在しないか、または、前記特定空隙の存在個数が１００００μｍ^２あたり１０個以下であることを特徴とするものである。

ここで、本明細書において、「結晶粒」とは方位差境界で囲まれた部分をいう。ここで「方位差境界」とは、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）等を用いて金属組織を観察した場合に、コントラスト（チャネリングコントラスト）が不連続に変化する境界をいう。また、結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法は、方位差境界の間隔のうち最大のものに対応する。

また、本明細書において、「断面」とはアルミニウム合金材を特定の方向に切断した場合に露出される切断面のことをいう。

さらに、本明細書において、「加工方向」とは、延伸加工（伸線、圧延）の進行方向をいう。例えば、アルミニウム合金材が線棒材の場合、線棒材の長手方向（線径に垂直な方向）が伸線方向に対応する。また、アルミニウム合金材が板材の場合には、圧延加工したままの状態での長手方向が圧延方向に対応する。なお、板材の場合、圧延加工後に所定の大きさに裁断され、小片化されることがあるが、この場合、裁断後の長手方向は必ずしも加工方向に一致しないが、この場合であっても板材表面の加工面から圧延方向を確認することができる。

そして、本明細書において、「厚さ方向」とは、アルミニウム合金材が線棒材の場合には線径方向、アルミニウム合金材が板材の場合には厚さ方向をいう。ここで、「中央部」を説明するための図を、図１に示す。図１は、紙面の左右方向に加工方向を有するアルミニウム合金材の断面を示している。なお、アルミニウム合金材の形状としては、例えば線棒材や板材が挙げられるが、いずれの形状であっても、加工方向と平行な断面は図１のようになる。図１に示すように、このアルミニウム合金材は、厚さｈの矩形の断面を有している。このような板材において、「中央部」とは、板材表面から、板材厚さｈの２分の１の寸法ｈ／２だけ厚さ方向に移動した位置を中心とする部分をいう。そして、以上の図１に示す断面において、「中央部」を含む１００００μｍ^２の範囲（観察視野（観察領域）：長手方向（９８〜１４８μｍ）×厚さ方向（７３〜１１０μｍ））において、含まれる長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙の数を求める。同様の観察を、無作為に選択した計５つの視野において行い、特定空隙の数の平均値を求める。このようにして求めた特定空隙の数の平均値を「特定空隙の存在個数」とする。

本発明に係るアルミニウム合金材は、複数の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する。ここで、本発明に係るアルミニウム合金材の金属組織の様子を概略的に示す斜視図を、図２に示す。この図２に示されるように、本発明のアルミニウム合金材は、複数の細長形状の結晶粒１０が一方向、図２では長手方向Ｘに揃って延在状態となった繊維状組織を有している。このような細長形状の結晶粒は、従来の微細な結晶粒や、単にアスペクト比が大きい扁平な結晶粒とは大きく異なる。すなわち、本発明の結晶粒は、繊維のような細長い形状で、複数の結晶粒の長手方向Ｘに垂直な方向の最大寸法ｔの平均値が８００ｎｍ以下である。このような微細な結晶粒が一方向に揃って延在した繊維状の金属組織は、従来のアルミニウム合金材には存在しなかった新規な金属組織と言える。

上記金属組織を有する本発明のアルミニウム合金材はＡＳＴＭで規定されている導電性アルミニウムであるＡ１３５０の引張強度である１６０〜２００ＭＰａを上回る高強度（例えば、引張強度２１０ＭＰａ以上、ビッカース硬さ（ＨＶ）６０以上）と、優れた導電性と、優れた破断伸び（例えば、アルミニウム合金材が線材である場合には、２．０％以上）とのいずれをも実現し得る。

結晶粒径を微細にすることは、強度を高める以外にも、粒界腐食を改善する作用、繰り返し変形に対する疲労特性を改善する作用、塑性加工した後の表面の肌荒れを低減する作用、せん断加工した際のダレやバリを低減する作用等に直結し、材料の機能を全般的に高める効果がある。

また、本発明に係るアルミニウム合金材は、その断面において、アルミニウム合金材の中央部１００００μｍ^２の範囲を観察した場合に、結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙の数が、１０個以下である。アルミニウム合金材中に、長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が多数存在すると、破断伸びが著しく低下する。図３は、アルミニウム合金材中の空隙（特定空隙を含む）に印加される応力の模式図である。アルミニウム合金材に対し、長手方向に引っ張ると、長手方向に垂直な方向に延びた空隙では、その端部に応力が集中する。このような空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法（ａ）が１．０μｍ以上であると空隙の端部に印加される応力が特に大きくなり、アルミニウム合金材の破壊の起点となる。

空隙の数を低減させることは、電気や熱の伝導性を向上させる作用、叩き加工等を受けても割れが発生しにくいような展性を向上させる作用、ねじり加工性を向上させる作用等に直結し、材料の機能を全般的に高める効果がある。破断伸びを向上させるにとどまらない効果・作用がある。

特に複数の結晶粒が一方向に揃って延在した繊維状組織が転位の運動を妨げることにより高い強度を示す材料では、従来の非繊維状組織とは異なり、延性向上へのメカニズムとその作用効果の程度が全く異なる。繊維状の金属組織を有し高強度を実現する場合には、転位が動きにくいためにクラックの先端の応力が開放されず、わずかな材料内部の不均一点が、変形時の応力集中点となり、繊維状結晶の破壊の起点となり得る。このために繊維状の結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法が小さいほど、特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法を小さくすることが好ましい。このような観点から、複数の繊維状の結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値に対する、複数の特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値は２〜１０であることが好ましく、５〜８であることがより好ましい。なお、どのような寸法の空隙をどの程度低減すれば、その作用効果を最適化し強度特性との両立を図れるのかは、非繊維状組織からは類推できない。

なお、「複数の特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値」は、次のようにして算出する。図１に示す断面において、「中央部」を含む１００００μｍ^２の範囲（観察視野：長手方向（９８〜１４８μｍ）×厚さ方向（７３〜１１０μｍ））において、１つの視野に含まれる全ての特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法を測定する。同様の観察を無作為に選択した計５つの視野において行い、５つの視野で観察された全ての特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法について、その平均値を求める。

（１）合金組成
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：０．０１〜０．３０質量％およびＭｇ：０．０１〜１．５０質量％の少なくとも１種とを含有し、さらに、任意添加成分として、ＲＥ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＴｉおよびＢからなる群から選択される少なくとも１種以上を合計で０．３０質量％以下を適宜含有させたものである。

＜Ｆｅ：０．０５〜１．５０質量％＞
Ｆｅ（鉄）は、本発明のアルミニウム合金材において必須の元素であり、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：０．０１〜０．１５質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３質量％、Ｍｇ：０．０１〜１．５質量％の少なくとも１種＞
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、空隙を制御するために有効に作用する。

＜ＲＥ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＴｉおよびＢの群から選択される少なくとも１種以上：合計で０．３０質量％以下＞
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、結晶粒を微細化するとともに、特定空隙の発生数を少なくする効果があるため、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、空隙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。

＜ＲＥ：０．００〜０．３０質量％＞
ＲＥは、鋳造時の結晶粒を微細化させ、また、特定空隙の数を低減させ、さらに、耐熱性を向上させる作用を有する元素である。このような作用を十分に発揮させるには、ＲＥの含有量を０．００５質量％以上とすることが好ましく、０．０１質量％以上とすることがより好ましい。他方で、ＲＥの含有量を０．３０質量％超とすると、加工性が低下する。したがって、ＲＥの含有量は、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２７質量％以下、さらに好ましくは０．２５質量％以下とする。なお、ＲＥは、任意添加元素成分であるので、ＲＥを添加しない場合には、不純物レベルの含有も考慮して、ＲＥ含有量の下限値は０．００質量％とする。

＜Ａｇ：０．００〜０．３０質量％＞
Ａｇは、鋳造時の結晶粒を微細化させ、また、特定空隙の数を低減させ、さらに、耐熱性を向上させる作用を有する元素である。このような作用を十分に発揮させるには、Ａｇの含有量を０．００５質量％以上とすることが好ましく、０．０１質量％以上とすることがより好ましい。他方で、Ａｇの含有量を０．３０質量％超とすると、加工性が低下する。したがって、Ａｇの含有量は、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２７質量％以下、さらに好ましくは０．２５質量％以下とする。なお、Ａｇは、任意添加元素成分であるので、Ａｇを添加しない場合には、不純物レベルの含有も考慮して、Ａｇ含有量の下限値は０．００質量％とする。

＜Ｎｉ：０．００〜０．３０質量％＞
Ｎｉは、鋳造時の結晶粒を微細化させ、また、特定空隙の数を低減させ、さらに、耐熱性と、腐食環境で使用される場合の耐食性を向上させる作用を有する元素である。このような作用を十分に発揮させる観点から、Ｎｉの含有量を０．００５質量％以上とすることが好ましく、０．０１質量％以上とすることがより好ましい。他方で、Ｎｉの含有量を０．３０質量％超とすると、加工性が低下する。したがって、Ｎｉの含有量は、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２７質量％以下、さらに好ましくは０．２５質量％以下とする。なお、Ｎｉは、任意添加元素成分であるので、Ｎｉを添加しない場合には、不純物レベルの含有も考慮して、Ｎｉ含有量の下限値は０．００質量％とする。

＜Ｍｎ：０．００〜０．３０質量％＞
Ｍｎは、鋳造時の結晶粒を微細化させ、また、特定空隙の数を低減させ、さらに、耐熱性と、腐食環境で使用される場合の耐食性を向上させる作用を有する元素である。このような作用を十分に発揮させるには、Ｍｎの含有量を０．００５質量％以上とすることが好ましく、０．０１質量％以上とすることがより好ましい。他方で、Ｍｎの含有量を０．３０質量％超とすると、加工性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量は、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２７質量％以下、さらに好ましくは０．２５質量％以下とする。なお、Ｍｎは、任意添加元素成分であるので、Ｍｎを添加しない場合には、不純物レベルの含有も考慮して、Ｍｎ含有量の下限値は０．００質量％とする。

＜Ｃｒ：０．００〜０．３０質量％＞
Ｃｒは、鋳造時の結晶粒を微細化させ、また、特定空隙の数を低減させ、さらに、耐熱性と、腐食環境で使用される場合の耐食性を向上させる作用を有する元素である。このような作用を十分に発揮させるには、Ｃｒの含有量を０．００５質量％以上とすることが好ましく、０．０１質量％以上とすることがより好ましい。他方で、Ｃｒの含有量を０．３０質量％超とすると、加工性が低下する。したがって、Ｃｒの含有量は、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２７質量％以下、さらに好ましくは０．２５質量％以下とする。なお、Ｃｒは、任意添加元素成分であるので、Ｃｒを添加しない場合には、不純物レベルの含有も考慮して、Ｃｒ含有量の下限値は０．００質量％とする。

＜Ｚｒ：０．００〜０．３０質量％＞
Ｚｒは、鋳造時の結晶粒を微細化させ、また、特定空隙の数を低減させ、さらに、耐熱性と、腐食環境で使用される場合の耐食性を向上させる作用を有する元素である。このような作用を十分に発揮させるには、Ｚｒの含有量を０．００５質量％以上とすることが好ましく、０．０１質量％以上とすることがより好ましい。他方で、Ｚｒの含有量を０．３０質量％超とすると、加工性が低下する。したがって、Ｚｒの含有量は、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２７質量％以下、さらに好ましくは０．２５質量％以下とする。なお、Ｚｒは、任意添加元素成分であるので、Ｚｒを添加しない場合には、不純物レベルの含有も考慮して、Ｚｒ含有量の下限値は０．００質量％とする。

＜Ｔｉ：０．００〜０．３０質量％＞
Ｔｉは、鋳造時の結晶粒を微細化させ、また、特定空隙の数を低減させ、さらに、耐熱性と、腐食環境で使用される場合の耐食性を向上させる作用を有する元素である。鋳造時の結晶粒を微細化させ、また、耐熱性を向上させる作用を十分に発揮させるには、Ｔｉの含有量を０．００５質量％以上とすることが好ましい。これに加えて、腐食環境で使用される場合の耐食性を向上させる作用も十分に発揮させるには、Ｔｉの含有量を０．０１質量％以上とすることがより好ましく、０．０５質量％以上とすることがさらに好ましい。他方で、Ｔｉの含有量を０．３０質量％超とすると、加工性が低下する。したがって、Ｔｉの含有量は、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２７質量％以下、さらに好ましくは０．２５質量％以下とする。なお、Ｔｉは、任意添加元素成分であるので、Ｔｉを添加しない場合には、不純物レベルの含有も考慮して、Ｔｉ含有量の下限値は０．００質量％とする。

＜Ｂ：０．００〜０．３０質量％＞
Ｂは、鋳造時の結晶粒を微細化させ、また、特定空隙の数を低減させ、さらに、耐熱性と、腐食環境で使用される場合の耐食性を向上させる作用を有する元素である。鋳造時の結晶粒を微細化させ、また、耐熱性を向上させる作用を十分に発揮させるには、Ｂの含有量を０．００５質量％以上とすることが好ましい。これに加えて、腐食環境で使用される場合の耐食性を向上させる作用も十分に発揮させるには、Ｂの含有量を０．００７質量％以上とすることがより好ましく、０．０１質量％以上とすることがさらに好ましい。他方で、Ｂの含有量を０．３０質量％超とすると、加工性が低下する。したがって、Ｂの含有量は、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２７質量％以下、さらに好ましくは０．２５質量％以下とする。なお、Ｂは、任意添加元素成分であるので、Ｂを添加しない場合には、不純物レベルの含有も考慮して、Ｂ含有量の下限値は０．００質量％とする。

＜残部：Ａｌおよび不可避不純物＞
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。

このようなアルミニウム合金材は、合金組成や製造プロセスを組み合わせて制御することにより実現できる。以下、本発明のアルミニウム合金材の好適な製造方法について説明する。

（２）本発明の一実施例によるアルミニウム合金材の製造方法
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。

以下、本発明のアルミニウム合金材の好ましい製造方法を詳しく説明する。この製造方法は、少なくとも界面強度増加熱処理［１］と、冷間加工［２］とを含むものである。

＜界面強度増加熱処理［１］＞
アルミニウム合金材の空隙を低減させるための製法として、後述する冷間加工［２］の前、または複数回の冷間加工を行う場合には少なくとも最終の冷間加工の前に、界面強度増加熱処理［１］を行う。

空隙は、冷間加工において、母相であるアルミニウム合金と第二相であるＦｅ系化合物との界面が剥離し、その剥離部が拡大することによって発生することが多い。したがって、このようにして形成された空隙の周囲にはＦｅ系化合物が存在している。図４は、アルミニウム合金材中の空隙の模式図である。

このような空隙の形成を防止するため、冷間加工［２］の前、または複数回の冷間加工を行う場合には少なくとも最終の冷間加工の前に、アルミニウム合金に対して、熱処理を施す。このような熱処理によって、界面およびその周辺の原子拡散を促して界面強度を高め、アルミニウム合金とＦｅ系化合物との界面を剥離し難い状態にすることができる。加熱処理は、１８０℃〜２８０℃で１０分〜２４時間保持することが好ましい。これよりも温度が低い、もしくは短時間だと、原子拡散が不十分となり効果が不十分となる。また、これよりも温度が高い、もしくは長時間だと、かえって脆性のある金属間化合物が形成したり、熱処理中に母相とＦｅを含む金属間化合物の線膨張係数の違いから界面の欠陥が生成したりする。

アルミニウム合金原料は、上記合金組成を有するものであれば特に限定はなく、例えば、押出材、鋳塊材、熱間加工材（例えば、熱間圧延材）、冷間加工材（例えば、冷間圧延材等）等を、使用目的に応じて適宜選択して用いることができる。

＜冷間加工［２］＞
通常、金属材に変形の応力が加わると、金属結晶の変形の素過程として、結晶すべりが生じる。このような結晶すべりが生じ易い金属材ほど、変形に要する応力は小さく、低強度と言える。そのため、金属材の高強度化にあたっては、金属組織内で生じる結晶すべりを抑制することが重要となる。このような結晶すべりの阻害要因としては、金属組織内の結晶粒界の存在が挙げられる。このような結晶粒界は、金属材に変形の応力が加わった際に、結晶すべりが金属組織内で伝播することを防止でき、その結果、金属材の強度は高められる。

そのため、金属材の高強度化にあたっては、金属組織内に結晶粒界を高密度で導入することが望ましいと考えられる。ここで、結晶粒界の形成機構としては、例えば、次のような金属組織の変形に伴う、金属結晶の分裂が考えられる。

通常、多結晶材料の内部は、隣接する結晶粒同士の方位の違いや、加工工具と接する表層近傍とバルク内部との間の歪みの空間分布に起因して、応力状態は、複雑な多軸状態となっている。これらの影響により、変形前に単一方位であった結晶粒が、変形に伴って複数の方位に分裂していき、分裂した結晶同士の間には結晶粒界が形成される。添加しているＭｇとＳｉは、加工時に形成される結晶粒界を安定化させる作用がある。

冷間加工［２］は１回のみ行っても、複数回行ってもよい。本発明では、冷間加工［２］の合計の加工度（合計加工度）を２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２．５以上、より好ましくは３以上、さらに好ましくは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。

なお、加工度ηは、加工前の断面積をｓ１、加工後の断面積をｓ２（ｓ１＞ｓ２）とするとき、下記式（１）で表される。
加工度（無次元）：η＝ｌｎ（ｓ１／ｓ２）・・・（１）

なお、この加工度の算出にあたり、複数回の冷間加工［２］を行う場合において、ｓ１は界面強度増加熱処理［１］後の冷間加工［２］を施していないアルミニウム合金の断面積、ｓ２は界面強度増加熱処理［１］後の全ての冷間加工［２］を施したアルミニウム合金の断面積とする。また、界面強度増加熱処理［１］よりも前に行う冷間加工を考慮せず、界面強度増加熱処理［１］後の冷間加工［２］のみを考慮する。

また、加工方法は、目的とするアルミニウム合金材の形状（線棒材、板材、条、箔等）に応じて適宜選択すればよく、例えばカセットローラーダイス、溝ロール圧延、丸線圧延、ダイス等による引抜き加工、スエージング等が挙げられる。いずれの加工方法においても、工具と材料の間の摩擦を高めて、付加的せん断歪みを積極的に導入することによって、本発明の金属組織が得られる。

また、本発明では、上述のように、アルミニウム合金素材に対し、ダイスによる引抜きや圧延等の方法により、高い加工度の加工が行われる。そのため、結果として、長尺のアルミニウム合金材が得られる。一方、粉末焼結、圧縮ねじり加工、Ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｔｏｒｓｉｏｎ（ＨＰＴ）、鍛造加工、ＥｑｕａｌＣｈａｎｎｅｌＡｎｇｕｌａｒＰｒｅｓｓｉｎｇ（ＥＣＡＰ）等のような従来のアルミニウム合金材の製造方法では、このような長尺のアルミニウム合金材を得ることは難しい。このような本発明のアルミニウム合金材は、好ましくは１０ｍ以上の長さで製造される。なお、製造時のアルミニウム合金材の長さの上限は特に設けないが、作業性等を考慮し、６０００ｍとすることが好ましい。

また、本発明のアルミニウム合金材は、上述のように結晶粒の微細化のために加工度を大きくすることが有効であるため、特に線棒材として作製する場合には、細径にするほど、また、板材や箔として作製する場合には、薄厚にするほど、本発明の構成を実現し易い。

特に、本発明のアルミニウム合金材が線棒材である場合には、その線径は、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．４５ｍｍ以下、特に好ましくは０．４ｍｍ以下、最も好ましくは０．３５ｍｍ以下である。なお、下限は特に設けないが、作業性等を考慮し、０．０１ｍｍとすることが好ましい。本発明のアルミニウム合金線棒材は、細線であっても高い強度を有するため、単線で細くして使用できることが利点の一つである。

また、本発明のアルミニウム合金材が板材である場合には、その板厚は、好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下、さらに好ましくは０．４ｍｍ以下、特に好ましくは０．２ｍｍ以下である。なお、下限は特に設けないが、０．０１ｍｍとすることが好ましい。本発明のアルミニウム合金板材は、薄板や箔の形状でも高い強度を有するため、薄厚の単層として使用できることが利点の一つである。

また、上述のように本発明のアルミニウム合金材は、細くまたは薄く加工されるが、このようなアルミニウム合金材を複数用意して接合し、太くまたは厚くして、目的の用途に使用することもできる。なお、接合の方法は、公知の方法を用いることができ、例えば圧接、溶接、接着剤による接合、摩擦攪拌接合等が挙げられる。また、アルミニウム合金材が線棒材である場合には、複数本束ねて撚り合わせ、アルミニウム合金撚線として、目的の用途に使用することもできる。なお、後述する調質焼鈍［３］の工程は、上記冷間加工［２］を行ったアルミニウム合金材を、接合あるいは撚り合わせによる加工を行った後に、行ってもよい。

＜調質焼鈍［３］＞
必須の態様ではないが、残留応力の解放や伸びの向上を目的として、アルミニウム合金への最終処理として調質焼鈍［３］を行ってもよい。調質焼鈍［３］を行う場合には、処理温度を５０〜１３０℃とする。調質焼鈍［３］の処理温度が５０℃未満の場合には、上記のような効果が得られにくく、１３０℃を超えると回復や再結晶によって結晶粒の成長が起き、強度が低下する。また、調質焼鈍［３］の保持時間は好ましくは２４〜４８時間である。なお、このような熱処理の諸条件は、不可避不純物の種類や量およびアルミニウム合金素材の固溶・析出状態によって、適宜調節することができる。

（３）本発明のアルミニウム合金材の組織的な特徴
＜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、複数の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、複数の上記結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が８００ｎｍ以下である。このようなアルミニウム合金材は、従来のアルミニウム合金材には存在しない特有の金属組織を有することにより、従来のアルミニウム合金材（ただし、耐食性、加工性等が劣る２０００系や７０００系の高強度アルミニウム合金材は除く。）に比べて格段に高い強度を有している。

本発明のアルミニウム合金材の金属組織は繊維状組織を有しており、細長形状の結晶粒が一方向に揃って繊維状に延在した状態になっている。ここで、「一方向」とは、アルミニウム合金材の加工方向（延伸方向）に対応し、アルミニウム合金材が、線棒材である場合には例えば伸線方向に、板材や箔である場合には例えば圧延方向に、それぞれ対応する。また、本発明のアルミニウム合金材は、特にこのような加工方向に平行な引張応力に対して、特に優れた強度特性を発揮する。

また、上記一方向は、好ましくはアルミニウム合金材の長手方向に対応する。すなわち、通常アルミニウム合金材は、その加工方向に垂直な方向の寸法よりも短い寸法に個片化されていない限り、その延伸方向は、その長手方向に対応する。

また、上記一方向に平行な断面において、複数の結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値は、８００ｎｍ以下であり、より好ましくは７４０ｎｍ以下、さらに好ましくは６４０ｎｍ以下、特に好ましくは６００ｎｍ以下、より一層好ましくは５７０ｎｍ以下、最も好ましくは５５０ｎｍ以下である。このような径（結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法）の細い結晶粒が一方向に延在した繊維状の金属組織では、結晶粒界が高密度に形成されており、このような金属組織によれば、変形に伴う結晶すべりが生じないように効果的に抑制できる結果、従来のアルミニウム系材料では達成できなかった高強度を実現し得るアルミニウム合金材の開発に成功した。また、結晶粒が微細であることによって、曲げ変形における不均一な変形を抑制する作用がある。なお、複数の結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値は、高強度を実現する上で小さいほど好ましいが、製造上または物理上の限界としての下限は、例えば２０ｎｍである。

また、上記結晶粒の長手方向の最大寸法の平均値は、必ずしも特定されないが、１２００ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１７００ｎｍ以上であり、さらに好ましくは２２００ｎｍ以上である。また、上記結晶粒のアスペクト比では、１０以上であることが好ましく、より好ましくは２０以上である。

また、アルミニウム合金材の中央部において、１００００μｍ^２の範囲を断面観察した場合に、長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙の数は、１０個以下であり、より好ましくは９個以下であり、さらに好ましくは８個以下である。上述したとおり、上記所定の特定空隙の数が１０個以下であることにより、当該アルミニウム合金材に応力が印加された場合における破壊を抑制することができる。また、このような特定空隙は、アルミニウム合金材の破壊を抑制する観点から、理想的には存在しないことが好ましい。ただし、アルミニウム合金材中に特定空隙が存在しないように製造すると、量産コストが大幅に上がるため、特定空隙の数は１個以上１０個以下の範囲であればよい。

（４）本発明のアルミニウム合金材の特性
［引張強度］
引張強度は、ＪＩＳＺ２２４１：２０１１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２１０ＭＰａ以上である。このような引張強度は、ＡＳＴＭＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ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、ＡＳＴＭＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ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）］
ビッカース硬さ（ＨＶ）は、ＪＩＳＺ２２４４：２００９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、ＡＳＴＭＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ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、ＡＳＴＭＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ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。

［破断伸び］
破断伸びは、ＪＩＳＺ２２４１：２００１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、破断伸びが、好ましくは２．０以上であり、より好ましくは３．０以上であり、さらに好ましくは３．５以上であり、特に好ましくは４．０以上である。また、破断伸びは、好ましくは１２．０以下であり、より好ましくは１０．０以下であり、さらに好ましくは８．０以下である。

［導電率］
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２１０〜３４０ＭＰａの強度帯では、導電が基本機能となるため、導電率は５５．０％ＩＡＣＳ以上が好ましい。より好ましくは５７．０％ＩＡＣＳ以上である。一方、引張強度が３４０ＭＰａ超の強度帯では、機械的特性が基本機能となるため、導電率は４５．０％ＩＡＣＳ以上が好ましい。より好ましくは、４８．０％ＩＡＣＳ以上である。

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、めっきやクラッド等の方法によって、他の金属でアルミニウム合金材の表面を被覆してもよい。この場合にも、上記の効果を発揮することができる。被覆する金属の種類は、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｕ、ＰｄおよびＰｔからなる群から選択される１種以上の金属または合金等が挙げられる。接触抵抗の低減、耐食性の向上等の効果がある。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％以下である。

（５）本発明のアルミニウム合金材の用途
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、海底ケーブル等の電力用電線、電話用ケーブルや同軸ケーブル等の通信用電線、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、トロリ線等の機器用電線、自動車用ワイヤーハーネス、船舶用電線、飛行機用電線等の輸送用電線、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、ケーブルの編粗等が挙げられる。

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等が挙げられる。

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等の自転車用部品、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、棚板等が挙げられる。

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、画鋲等が挙げられる。

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、ぜんまい用バネ等が挙げられる。

また、樹脂系材料、プラスチック材料、布等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、注射針等の民生部材や医療部材にも好適である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

次に、本発明の効果をさらに明確にするために、本発明例および比較例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（本発明例１〜３４）
まず、表２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２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。

なお、表２に示す製造条件Ａ〜Ｆは、具体的には以下のとおりである。

＜製造条件Ａ＞
冷間伸線を行って、線径を１．５６ｍｍとし、２２０℃で２時間保持する界面強度増加熱処理［１］を行った後、加工度が３．３の冷間伸線［２］を行って、線径を０．３ｍｍとした。

＜製造条件Ｂ＞
冷間伸線を行って、線径を４．６９ｍｍとし、２２０℃で２時間保持する界面強度増加熱処理［１］を行った後、加工度が５．５の冷間伸線［２］を行って、線径を０．３ｍｍとした。

＜製造条件Ｃ＞
２２０℃で２時間保持する界面強度増加熱処理［１］を行った後、加工度が７．７の冷間伸線［２］を行って、線径を０．２４ｍｍとした。

＜製造条件Ｄ＞
製造条件Ａの後、１００℃で３６時間保持する調質焼鈍［３］を行った。

＜製造条件Ｅ＞
製造条件Ｂの後、１００℃で３６時間保持する調質焼鈍［３］を行った。

＜製造条件Ｆ＞
製造条件Ｃの後、１００℃で３６時間保持する調質焼鈍［３］を行った。

（比較例１）
比較例１では、９９．９９質量％−Ａｌからなる１０ｍｍφの棒材を用い、表２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２〜６）
比較例２〜６では、表２に示す合金組成を有する１０ｍｍφの棒材を用い、表２に示す製造条件にて、アルミニウム合金線材（０．０７〜２．０ｍｍφ）を作製した。

（比較例７、９）
表２に示す合金組成を有する１０ｍｍφの各棒材に対して、以下の製造条件Ｈを施した。

＜製造条件Ｈ＞
界面強度増加熱処理［１］を行わずに、加工度が２．２の冷間伸線［２］を行って、線径を３．１６ｍｍとした。

（比較例８、１０）
表２に示す合金組成を有する１０ｍｍφの各棒材に対して、以下の製造条件Ｉを施した。

＜製造条件Ｉ＞
界面強度増加熱処理［１］を行わずに、合計加工度が７．７の冷間伸線［２］を行って、線径を０．２４ｍｍとした。

［評価］
上記本発明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２に示す。

［１］合金組成
ＪＩＳＨ１３０５：２００５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。

［２］結晶サイズの観察
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（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）観察により行った。加速電圧は２００ｋＶで観察した。

観察用試料としては、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（ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍ）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、金属組織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、長手方向（１５〜４０）μｍ×厚さ方向（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、厚さ方向の中間部、すなわち中心と表層の中間付近の位置（表層側から線直径の約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。また、観察倍率は１０００倍とした。

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５は、ＴＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＴＥＭ画像の一部である。本発明例では、図５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方向の最大寸法ｔ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方向の最大寸法ｔ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、観察された結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法ｔが８００ｎｍ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方向の最大寸法ｔ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。

［３］特定空隙の個数および複数の特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値
特定空隙の個数および複数の特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値測定は、走査電子顕微鏡（日本電子株式会社製ＪＳＭ−７００１ＦＡ、日本電子株式会社製）を用い、ＦＥ−ＳＥＭ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）観察により行った。加速電圧は２５．０ｋＶで観察した。

観察用試料としては、アルミニウム合金材を樹脂に埋めてその樹脂を硬化させた後、上記線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面が露出するよう機械研磨し、露出した断面をイオンミリングで仕上げ、さらにカーボンを蒸着したものを用いた。

観察視野は、長手方向（９８〜１４８μｍ）×厚さ方向（７３〜１１０μｍ）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、厚さ方向の中間部、すなわち２つの表層の中央部（表層側から線直径の約１／２だけに移動した中心の位置）で観察を行った。同様の観察を、無作為に選択した計５つの視野において行い、特定空隙の数の平均値（特定空隙の存在個数）および特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値を求めた。

そして、ＦＥ−ＳＥＭ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、特定空隙の有無およびその個数と、特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値を計測した。図６は、比較例８のＦＥ−ＳＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＳＥＭ画像の一部である。図６より、線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が確認された。この図６においては、線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙の横位置に星印（★）を付した。図６の視野においては、線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が１３個確認された。図７は、本発明例３のＦＥ−ＳＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＳＥＭ画像の一部である。図７では、線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が２個確認された。

［４］引張強度
ＪＩＳＺ２２４１：２００１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。本発明例では、加熱前の線材については、２１０ＭＰａ以上を合格レベルとした。

［５］ビッカース硬さ（ＨＶ）
ＪＩＳＺ２２４４：２００９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、本発明例では、６０以上を合格レベルとした。

［６］破断伸び
ＪＩＳＺ２２４１：２００１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、破断伸びを測定した。破断がチャック間で起きた試験のみを採用し、その中でｎ＝４の平均値を求めた。評点間距離を１００ｍｍ、変形速度を１０ｍｍ／分の条件で実施した。破断伸びは、２．０％以上を合格レベルとした。

［７］導電率
導電率は、２０±１℃にて、４端子法により測定した。本発明例では、引張強度が２１０〜３４０ＭＰａの強度帯では、導電が基本機能となるため、導電率は５５．０％ＩＡＣＳ以上を合格レベルとした。また、引張強度が３４０ＭＰａ超の強度帯では、機械的特性が基本機能となるため、導電率は４５．０％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。

表２の評価結果から、本発明例１〜３４のアルミニウム合金線材は、合金組成が本発明の適正範囲内であり、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、結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が８００ｎｍ以下であり、長手方向に平行な断面において、アルミニウム合金材の厚さ方向の中央部１００００μｍ^２の範囲を観察した場合に、前記長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙の数が、１０個以下であることが確認された。

このような特有の金属組織を有することにより、本発明例１〜３４に係るアルミニウム合金線材は、いずれも引張強度が２１０ＭＰａ以上、ビッカース硬さが６０以上、破断伸びが２％以上であり、引張強度が２１０〜３４０ＭＰａでは、導電率が５５．０％ＩＡＣＳ以上、引張強度が３４０ＭＰａ超では、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上であった。

これに対し、比較例１の純アルミニウム線材は、組成が本発明の適正範囲外であり、また、結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法ｔの平均値が８００ｎｍよりも大きいため、引張強度が低く、ビッカース硬さおよび破断伸びのいずれもが劣っていた。

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、導電率が劣っていた。

比較例３のアルミニウム合金は、Ｆｅの含有量が本発明の適正範囲よりも多いため、Ｆｅ系化合物が析出し、冷間伸線［２］の際に断線が多発した。

比較例４のアルミニウム合金は、Ｃｕの含有量が本発明の適正範囲よりも多いため、導電率が劣っていた。

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、導電率が劣っていた。

比較例６のアルミニウム合金は、任意成分Ｍｎの含有量および任意成分の合計含有量が本発明の適正範囲よりも多いため、導電率が劣っていた。

比較例７、９のアルミニウム合金線材は、合金組成が本発明の適正範囲内であるものの、界面強度増加熱処理［１］を行わなかったため、結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法ｔの平均値がそれぞれ１μｍ以上および９００ｎｍとなり、引張強度およびビッカース硬さが劣っていた。

比較例８、１０のアルミニウム合金線材は、合金組成が本発明の適正範囲内であるものの、界面強度増加熱処理［１］を行わなかったため、特定空隙の個数が１０個超となり、破断伸びが劣っていた。

１アルミニウム合金材
１０結晶粒
ｔ結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法
Ｘ結晶粒の長手方向

「中央部」を説明するための図である。本発明に係るアルミニウム合金材の金属組織の様子を概略的に示す斜視図である。アルミニウム合金材中の空隙の模式図である。ＴＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＴＥＭ画像の一部である。比較例８のＦＥ−ＳＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＳＥＭ画像の一部である。本発明例３のＦＥ−ＳＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＳＥＭ画像の一部である。

また、本発明に係るアルミニウム合金材は、その断面において、アルミニウム合金材の中央部１００００μｍ^２の範囲を観察した場合に、結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙の数が、１０個以下である。アルミニウム合金材中に、長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が多数存在すると、破断伸びが著しく低下する。このような空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法（ａ）が１．０μｍ以上であると空隙の端部に印加される応力が特に大きくなり、アルミニウム合金材の破壊の起点となる。

空隙は、冷間加工において、母相であるアルミニウム合金と第二相であるＦｅ系化合物との界面が剥離し、その剥離部が拡大することによって発生することが多い。したがって、このようにして形成された空隙の周囲にはＦｅ系化合物が存在している。図３は、アルミニウム合金材中の空隙の模式図である。

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４は、ＴＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＴＥＭ画像の一部である。本発明例では、図４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。

そして、ＦＥ−ＳＥＭ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、特定空隙の有無およびその個数と、特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値を計測した。図５は、比較例８のＦＥ−ＳＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＳＥＭ画像の一部である。図５より、線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が確認された。この図５においては、線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙の横位置に星印（★）を付した。図５の視野においては、線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が１３個確認された。図６は、本発明例３のＦＥ−ＳＥＭ観察を行った際に撮影した線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に平行な断面のＳＥＭ画像の一部である。図６では、線材の長手方向（伸線方向Ｘ）に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が２個確認された。

Claims

Ｆｅ：０．０５〜１．５０質量％と、Ｓｉ：０．０１〜０．１５質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３０質量％およびＭｇ：０．０１〜１．５０質量％の少なくとも１種とを含有し、残部が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、
複数の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、
複数の前記結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が８００ｎｍ以下であり、かつ、
前記断面を厚さ方向に見て、中央部で観察したとき、前記長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が存在しないか、または、前記特定空隙の存在個数が１００００μｍ^２あたり１０個以下であ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：０．０１〜０．３０質量％およびＭｇ：０．０１〜１．５０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からなる群から選択される少なくとも１種以上：合計で０．３０質量％以下を含有し、残部が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、
複数の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、
複数の前記結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が８００ｎｍ以下であり、かつ、
前記断面を厚さ方向に見て、中央部で観察したとき、前記長手方向に垂直な方向の最大寸法が１．０μｍ以上である特定空隙が存在しないか、または、前記特定空隙の存在個数が１００００μｍ^２あたり１０個以下であることを特徴とする、アルミニウム合金材。
複数の前記結晶粒の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値に対する、複数の前記特定空隙の長手方向に垂直な方向の最大寸法の平均値が２〜１０である、請求項１または２に記載のアルミニウム合金材。
表面がＣｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｕ、ＰｄおよびＰｔからなる群から選択される少なくとも１種以上の金属で被覆されている、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。