KR101898321B1

KR101898321B1 - 알루미늄 합금 도체, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 와이어 하네스 및 알루미늄 합금 도체의 제조방법

Info

Publication number: KR101898321B1
Application number: KR1020157031068A
Authority: KR
Inventors: 시게키 세키야; 쇼 요시다; 교타 스사이; 겐고 미토세
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤; 후루카와 에이에스 가부시키가이샤
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2018-09-12
Also published as: KR20150140710A; CN107254611B; EP2896706A4; JP5607855B1; CN104781433B; EP2896706A1; EP3266891B1; US9324471B2; CN104781433A; US20150279499A1; CN107254611A; WO2014155817A1; JPWO2014155817A1; EP3266891A1; EP2896706B1

Abstract

특히, 소선의 직경이 0.5 mm 이하인 극세선으로서 사용했을 경우라도, 종래품과 동등 레벨의 강도, 연신 및 도전율을 확보하면서, 내충격성, 내굴곡 피로 특성을 향상시킨, 전기 배선체의 도체로서 이용되는 알루미늄 합금 도체 등을 제공한다. 본 발명의 알루미늄 합금 도체는, Mg: 0.1 ~ 1.0 질량%, Si: 0.1 ~ 1.0 질량%, Fe: 0.01 ~ 1.40 질량%, Ti: 0.000 ~ 0.100 질량%, B: 0.000 ~ 0.030 질량%, Cu: 0.00 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.00 ~ 0.50 질량%, Au: 0.00 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.00 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.00 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.00 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.00 ~ 0.50 질량%, V: 0.00 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.00 ~ 0.50 질량%, Co: 0.00 ~ 0.50 질량%, Ni: 0.00 ~ 0.50 질량%, 잔부: Al 및 불가피 불순물인 조성을 가지고, 입자 지름 0.5 ~ 5.0㎛의 Mg₂Si 화합물의 분산 밀도가 3.0×10^-3개/㎛² 이하이며, 모상의 결정립끼리의 결정립계에 있어서의 Si 및 Mg의 농도가 모두 2.00 질량% 이하이다.

Description

알루미늄 합금 도체, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 와이어 하네스 및 알루미늄 합금 도체의 제조방법{ALUMINUM ALLOY CONDUCTOR, ALUMINUM ALLOY TWISTED WIRE, COATED ELECTRIC WIRE, WIRE HARNESS, AND PRODUCTION METHOD FOR ALUMINUM ALLOY CONDUCTORS}

본 발명은, 전기 배선체의 도체로서 이용되는 알루미늄 합금 도체, 알루미늄 합금 연선(twisted wire), 피복 전선, 와이어 하네스(wire harness) 및 알루미늄 합금 도체의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 소선 지름(strand diameter)이 0.5 mm 이하인 극세선으로서 사용했을 경우라도, 종래품과 동등 레벨의 강도, 연신 및 도전율을 확보하면서, 내충격성 및 내굴곡 피로 특성을 향상시킨 알루미늄 합금 도체에 관한 것이다.

종래, 자동차, 전철, 항공기 등의 이동체의 전기 배선체, 또는 산업용 로보트의 전기 배선체로서, 구리 또는 구리 합금의 도체를 포함하는 전선에, 구리 또는 구리 합금(예를 들면, 황동)제의 단자(커넥터)를 장착한, 이른바 와이어 하네스로 칭해지는 부재가 이용되어 왔다. 최근에는, 자동차의 고성능화나 고기능화가 급속히 진행되고 있고, 이것에 수반하여, 차에 탑재되는 각종 전기 기기, 제어 기기 등의 배치수가 증가됨과 함께, 이들 기기에 사용되는 전기 배선체의 배치수도 증가하는 경향이 있다. 또한, 한편으로는, 환경 대응을 위해서 자동차 등의 이동체의 연비를 향상시키기 위해서, 이동체의 경량화가 강력히 요망되고 있다.

이러한 이동체의 경량화를 달성하기 위한 수단의 하나로서, 예를 들면 전기 배선체의 도체를, 종래로부터 이용되고 있는 구리 또는 구리 합금 대신에, 보다 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 하는 검토가 진행되고 있다. 알루미늄의 비중은 구리의 비중의 약 1/3, 알루미늄의 도전율은 구리의 도전율의 약 2/3(순동을 100%IACS의 기준으로 했을 경우, 순알루미늄은 약 66%IACS)이며, 알루미늄의 도체선재에, 구리의 도체선재와 동일한 전류를 흘리기 위해서는, 알루미늄의 도체선재의 단면적을, 구리의 도체선재의 단면적의 약 1.5배로 크게 할 필요가 있는데, 이와 같이 단면적을 크게 한 알루미늄의 도체선재를 이용했다고 해도, 알루미늄의 도체선재의 질량은, 순동의 도체선재의 질량의 반 정도이기 때문에, 알루미늄의 도체선재를 사용하는 것은, 경량화의 관점에서 유리하다. 또한, 상기 %IACS란, 국제 연동 표준(International Annealed Copper Standard)의 저항율 1.7241×10^- ⁸Ωm를 100%IACS로 했을 경우의 도전율을 나타낸 것이다.

그러나, 송전선용 알루미늄합금 선재(JIS 규격에 의한 A1060나 A1070)를 대표로 하는 순알루미늄 선재에서는, 일반적으로 인장 내구성, 내충격성, 굴곡 특성 등이 떨어지는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 예를 들면, 차체에의 장착 작업시에 작업자나 산업 기기 등에 의해서 뜻밖에 부하되는 하중이나, 전선과 단자의 접속부에 있어서의 압착부에서의 인장이나, 도어부 등의 굴곡부에서 부하되는 반복 응력 등을 견딜 수 없다. 또한, 여러가지 첨가 원소를 더하여 합금화한 재료는 인장 강도를 높이는 것은 가능하나, 알루미늄 중에의 첨가 원소의 고용(固溶) 현상에 의해 도전율의 저하를 초래하거나, 알루미늄 중에 과잉의 금속간화합물을 형성하여 신선 가공 중에 금속간화합물에 기인하는 단선이 생기는 일이 있었다. 이 때문에, 첨가 원소를 한정 내지 선택하는 것으로써, 충분한 연신 특성을 가지는 것으로 단선되지 않는 것을 필수로 하고, 또한 종래 레벨의 도전율과 인장 강도를 확보하면서, 내충격성, 굴곡 특성을 향상시킬 필요가 있었다.

또한, 고강도 알루미늄합금 선재로서는, 예를 들면 Mg와 Si를 함유하는 알루미늄합금 선재가 알려져 있고, 이 알루미늄합금 선재의 대표예로서는, 6000계 알루미늄합금(Al-Mg-Si계 합금) 선재를 들 수 있다. 6000계 알루미늄합금 선재는, 일반적으로, 용체화 처리 및 시효 처리를 실시하는 것으로 고강도화를 도모할 수 있다. 그러나, 6000계 알루미늄합금 선재를 이용하여 선 지름 0.5 mm 이하 등의 극세선을 제조하는 경우, 용체화 처리 및 시효 처리를 실시하는 것으로 고강도화는 달성할 수 있지만, 연신이 부족한 경향이 있었다.

이동체의 전기 배선체에 이용되는 종래의 6000계 알루미늄 합금선으로서는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재의 알루미늄 합금선은, 극세선이며, 고강도·고도전율을 가지면서, 연신도 우수한 알루미늄 합금선을 실현하는 것이다. 또한, 특허문헌 1에는, 양호한 연신을 가지기 때문에, 우수한 굴곡 특성을 가지는 취지가 기재되어 있지만, 예를 들면 도어부 등에 장착되는 와이어 하네스로서 알루미늄 합금선을 이용하고, 도어의 개폐에 의해 반복 굽힘 응력이 작용하여 피로 파괴가 발생하기 쉬운 사용 환경 하에서의 내충격성이나 내굴곡 피로 특성에 대해서는 어떠한 개시도 시사도 하고 있지 않다.

일본 공개특허공보 2012-229485호

본 발명의 목적은, Mg와 Si를 함유하는 알루미늄 합금을 이용하는 것을 전제로 하고, Mg 성분과 Si 성분에 기인한 입계 편석을 억제하는 것으로써, 특히, 소선 지름이 0.5 mm 이하인 극세선으로서 사용했을 경우라도, 종래품(특허문헌 1 기재의 알루미늄 합금선)과 동등 레벨의 강도, 연신 및 도전율을 확보하면서, 내충격성, 내굴곡 피로 특성을 향상시킨, 전기 배선체의 도체로서 이용되는 알루미늄 합금 도체, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 와이어 하네스를 제공하는 것, 및 알루미늄 합금 도체의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, Mg와 Si를 함유하는 종래의 알루미늄 합금 도체의 마이크로 조직을 관찰했는데, 결정립계에 Si 원소의 농화 부분 및 Mg 원소의 농화 부분이 형성되어 있는 것이 판명되었다. 이 때문에, 본 발명자들은, 결정립계에 Si 원소의 농화 부분 및 Mg 원소의 농화 부분이 존재하는 것에 의해서, 이들 농화 부분과 알루미늄 모상과의 계면 결합이 약해지는 결과, 인장 강도, 연신, 내충격성 및 내굴곡 피로 특성이 열화된다는 가정 하에 예의 검토를 행했다. 그리고, 본 발명자들은, 성분 조성과 제조 프로세스의 제어에 의해, 결정립계에 존재하는, Si 원소의 농화 부분 및 Mg 원소의 농화 부분의 농도를 변화시킨 여러 가지 알루미늄 합금 도체를 제작하여 비교 검토를 행한 결과, 결정립계에 Si 원소의 농화 부분 및 Mg 원소의 농화 부분이 형성되지 않는 경우에, 종래품(특허문헌 1 기재의 알루미늄 합금선)과 동등 레벨의 강도, 연신 및 도전율을 확보하면서, 내충격성, 내굴곡 피로 특성이 향상되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

(1) Mg: 0.1 ~ 1.0 질량%, Si: 0.1 ~ 1.0 질량%, Fe: 0.01 ~ 1.40 질량%, Ti: 0.000 ~ 0.100 질량%, B: 0.000 ~ 0.030 질량%, Cu: 0.00 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.00 ~ 0.50 질량%, Au: 0.00 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.00 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.00 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.00 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.00 ~ 0.50 질량%, V: 0.00 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.00 ~ 0.50 질량%, Co: 0.00 ~ 0.50 질량%, Ni: 0.00 ~ 0.50 질량%, 잔부: Al 및 불가피 불순물인 조성을 가지고, 입자 지름 0.5 ~ 5.0㎛의 Mg₂Si 화합물의 분산 밀도가 3.0×10^-3개/㎛² 이하이며, 모상의 결정립끼리의 결정립계에 있어서의 Si 및 Mg의 농도가 모두 2.00 질량% 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 도체.

(2) 상기 화학 조성이, Ti: 0.001 ~ 0.100 질량% 및 B: 0.001 ~ 0.030 질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 상기 (1)에 기재된 알루미늄 합금 도체.

(3) 상기 화학 조성이, Cu: 0.01 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.01 ~ 0.50 질량%, Au: 0.01 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.01 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.01 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.01 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.01 ~ 0.50 질량%, V: 0.01 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.01 ~ 0.50 질량%, Co: 0.01 ~ 0.50 질량% 및 Ni: 0.01 ~ 0.50 질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 알루미늄 합금 도체.

(4) Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co, Ni의 함유량의 합계가 0.01 ~ 2.00 질량%인 상기 (1)에 기재된 알루미늄 합금 도체.
또한, Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co, Ni의 함유량의 합계가 0.011 ~ 2.00 질량%인 상기 (2)에 기재된 알루미늄 합금 도체.

(5) 충격 흡수 에너지가 5 J/㎟ 이상인 (1) ~ (4) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 도체.

(6) 굴곡 피로 시험에 의해서 측정한 파단까지의 반복 회수가 20만회 이상인 상기 (1) ~ (5) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 도체.

(7) 소선 지름이 0.1 ~ 0.5 mm인 알루미늄 합금선인 상기 (1) ~ (6) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 도체.

(8) 상기 (7)에 기재된 알루미늄 합금선을 복수개 서로 꼬아서 얻어지는 알루미늄 합금 연선.

(9) 상기 (7)에 기재된 알루미늄 합금선 또는 상기 (8)에 기재된 알루미늄 합금 연선의 외주에 피복층을 가지는 피복 전선.

(10) 상기 (9)에 기재된 피복 전선과, 상기 피복 전선의, 상기 피복층을 제거한 단부에 장착된 단자를 구비하는 와이어 하네스.

(11) 용해, 주조 후에, 열간 가공을 거쳐서 황인선(荒引線)을 형성하고, 그 후, 제1 신선 가공, 제1 열처리, 제2 신선 가공, 제2 열처리 및 시효 열처리의 각 공정을 순차적으로 행하는 것을 포함하는 알루미늄 합금 도체의 제조방법으로서, 제1 열처리는, 480 ~ 620℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열한 후, 적어도 150℃의 온도까지는 10℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 상기 제2 열처리는, 300℃ 이상 480℃ 미만의 범위 내의 소정 온도에서 2분간 미만 가열한 후, 적어도 150℃의 온도까지는 9℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) ~ (7) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 도체의 제조방법.

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, Mg와 Si를 함유하는 알루미늄 합금을 이용하는 것을 전제로 하고, Mg 성분과 Si 성분에 기인한 입계 편석을 억제하는 것으로써, 특히, 소선 지름이 0.5 mm 이하인 극세선으로서 사용했을 경우라도, 종래품(특허문헌 1 기재의 알루미늄 합금선)과 동등 레벨의 강도, 연신 및 도전율을 확보하면서, 내충격성 및 내굴곡 피로 특성을 향상시킨, 전기 배선체의 도체로서 이용되는 알루미늄 합금 도체, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 와이어 하네스를 제공하는 것 및 알루미늄 합금 도체의 제조방법을 제공하는 것이 가능해지고, 이동체에 탑재되는 배터리 케이블, 하네스 혹은 모터용 도선, 산업용 로보트의 배선체로서 유용하다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금 도체는, 인장 강도가 높기 때문에 종래의 전선보다 전선 지름을 가늘게 하는 것도 가능하고, 또한, 높은 내충격성이나 내굴곡 피로 특성이 요구되는 도어나 트렁크, 보닛 등에도 적절하게 이용할 수 있다.

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, Mg: 0.10 ~ 1.00 질량%, Si: 0.10 ~ 1.00 질량%, Fe: 0.01 ~ 1.40 질량%, Ti: 0.000 ~ 0.100 질량%, B: 0.000 ~ 0.030 질량%, Cu: 0.00 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.00 ~ 0.50 질량%, Au: 0.00 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.00 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.00 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.00 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.00 ~ 0.50 질량%, V: 0.00 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.00 ~ 0.50 질량%, Co: 0.00 ~ 0.50 질량%, Ni: 0.00 ~ 0.50 질량%, 잔부: Al 및 불가피 불순물인 조성을 가지고, 입자 지름 0.5 ~ 5.0㎛의 Mg₂Si 화합물의 분산 밀도가 3.0×10^-3개/㎛² 이하이며, 모상의 결정립끼리의 결정립계에 있어서의 Si 및 Mg의 농도가 모두 2.00 질량% 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 도체이다.

이하에, 본 발명의 알루미늄 합금 도체의 화학 조성 등의 한정 이유를 나타낸다.

(1) 화학 조성

<Mg: 0.10 ~ 1.00 질량%>

Mg(마그네슘)는, 알루미늄 모재 중에 고용되어 강화하는 작용을 가짐과 함께, 그 일부는 Si와 화합(化合)되어 석출물을 형성하여 인장 강도, 내굴곡 피로 특성 및 내열성을 향상시키는 작용을 가지는 원소이다. 그러나, Mg 함유량이 0.10 질량% 미만이면, 상기 작용 효과가 불충분하고, 또한, Mg 함유량이 1.00 질량%를 초과하면, 결정립계에 Mg 농화 부분을 형성할 가능성이 높아지고, 인장 강도, 연신, 내굴곡 피로 특성이 저하됨과 함께, Mg 원소의 고용량이 많아지는 것에 의해서 도전율도 저하된다. 따라서, Mg 함유량은 0.10 ~ 1.00 질량%로 한다. 또한, Mg 함유량은, 고강도를 중시하는 경우에는 0.50 ~ 1.00 질량%로 하는 것이 바람직하고, 또한, 도전율을 중시하는 경우에는 0.10 ~ 0.50 질량%로 하는 것이 바람직하고, 이러한 관점에서 종합적으로 0.30 ~ 0.70 질량%가 바람직하다.

<Si: 0.10 ~ 1.00 질량%>

Si(규소)는, Mg와 화합되어 석출물을 형성하여 인장 강도, 내굴곡 피로 특성, 및 내열성을 향상시키는 작용을 가지는 원소이다. Si 함유량이 0.10 질량% 미만이면, 상기 작용 효과가 불충분하고, 또한, Si 함유량이 1.00 질량%를 초과하면, 결정립계에 Si 농화 부분을 형성할 가능성이 높아지고, 인장 강도, 연신, 내굴곡 피로 특성이 저하됨과 함께, Si 원소의 고용량이 많아지는 것에 의해서 도전율도 저하된다. 따라서, Si 함유량은 0.10 ~ 1.00 질량%로 한다. 또한, Si 함유량은, 고강도를 중시하는 경우에는 0.50 ~ 1.00 질량%로 하는 것이 바람직하고, 또한, 도전율을 중시하는 경우에는 0.10 ~ 0.50 질량%로 하는 것이 바람직하고, 이러한 관점에서 종합적으로 0.30 ~ 0.70 질량%가 바람직하다.

<Fe: 0.01 ~ 1.40 질량%>

Fe(철)는, 주로 Al-Fe계의 금속간화합물을 형성하는 것에 의해서 결정립의 미세화에 기여함과 함께, 인장 강도 및 내굴곡 피로 특성을 향상시키는 원소이다. Fe는, Al 중에 655℃에서 0.05 질량% 밖에 고용되지 못하고, 실온에서는 더 적기 때문에, Al 중에 고용되지 못하는 나머지의 Fe는, Al-Fe, Al-Fe-Si, Al-Fe-Si-Mg 등의 금속간화합물로서 정출 또는 석출한다. 이 금속간화합물은, 결정립의 미세화에 기여함과 함께, 인장 강도 및 내굴곡 피로 특성을 향상시킨다. 또한, Fe는, Al 중에 고용한 Fe에 의해서도 인장 강도를 향상시키는 작용을 가진다. Fe 함유량이 0.01 질량% 미만이면, 이들 작용 효과가 불충분하고, 또한, Fe 함유량이 1.40 질량% 초과이면, 정출물 또는 석출물의 조대화에 의해 신선 가공성이 악화되고, 그 결과, 목적으로 하는 내굴곡 피로 특성이 얻어지지 않게 되는 것 외에, 도전율도 저하된다. 따라서, Fe 함유량은 0.01 ~ 1.40 질량%로 하고, 바람직하게는 0.15 ~ 0.90 질량%, 더 바람직하게는 0.15 ~ 0.45 질량%로 한다.

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, Mg, Si 및 Fe를 필수의 함유 성분으로 하지만, 필요에 대응하여, 또한, Ti 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 1종 또는 2종 이상을 함유시킬 수 있다.

<Ti: 0.001 ~ 0.100 질량%>

Ti는, 용해 주조시의 주괴의 조직을 미세화시키는 작용을 가지는 원소이다. 주괴의 조직이 조대하면, 주조에 있어서 주괴 균열이나 선재 가공 공정에 있어서 단선이 발생하여 공업적으로 바람직하지 않다. Ti 함유량이 0.001 질량% 미만이면, 상기 작용 효과를 충분히 발휘하지 못하고, 또한, Ti 함유량이 0.100 질량% 초과이면 도전율이 저하되는 경향이 있기 때문이다. 따라서, Ti 함유량은 0.001 ~ 0.100 질량%로 하고, 바람직하게는 0.005 ~ 0.050 질량%, 보다 바람직하게는 0.005 ~ 0.030 질량%로 한다.

<B: 0.001 ~ 0.030 질량%>

B는, Ti와 같이, 용해 주조시의 주괴의 조직을 미세화시키는 작용을 가지는 원소이다. 주괴의 조직이 조대하면, 주조에 있어서 주괴 균열이나 선재 가공 공정에 있어서 단선이 발생하기 쉬워지기 때문에 공업적으로 바람직하지 않다. B 함유량이 0.001 질량% 미만이면, 상기 작용 효과를 충분히 발휘하지 못하고, 또한, B 함유량이 0.030 질량% 초과이면 도전율이 저하되는 경향이 있다. 따라서, B 함유량은 0.001 ~ 0.030 질량%로 하고, 바람직하게는 0.001 ~ 0.020 질량%, 보다 바람직하게는 0.001 ~ 0.010 질량%로 한다.

<Cu: 0.01 ~ 1.00 질량%>, <Ag: 0.01 ~ 0.50 질량%>, <Au: 0.01 ~ 0.50 질량%>, <Mn: 0.01 ~ 1.00 질량%>, <Cr: 0.01 ~ 1.00 질량%> 및 <Zr: 0.01 ~ 0.50 질량%>, <Hf: 0.01 ~ 0.50 질량%>, <V: 0.01 ~ 0.50 질량%>, <Sc: 0.01 ~ 0.50 질량%>, <Co: 0.01 ~ 0.50 질량%>, <Ni: 0.01 ~ 0.50 질량%>의 1종 또는 2종 이상을 함유시키는 것

Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni는, 모두 결정립을 미세화시키는 작용을 가지는 원소이며, 또한, Cu, Ag 및 Au는, 입계에 석출하는 것으로 입계 강도를 높이는 작용도 가지는 원소이며, 이들 원소의 적어도 1종을 0.01 질량% 이상 함유하고 있으면, 상술한 작용 효과가 얻어지고, 인장 강도, 연신, 내굴곡 피로 특성을 향상시킬 수 있다. 한편, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 함유량 중 어느 하나가, 각각 상기의 상한치를 초과하면, 상기 원소를 함유하는 화합물이 조대하게 되고, 신선 가공성을 열화시키기 때문에, 단선이 생기기 쉽고, 또한, 도전율이 저하되는 경향이 있다. 따라서, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 함유량의 범위는, 각각 상기의 범위로 했다.

또한, Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni는, 많이 함유할수록 도전율이 저하되는 경향과 신선 가공성이 열화되는 경향이 있다. 따라서, 이들 원소의 함유량의 합계는, 2.00 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 알루미늄 합금 도체에서는 Fe는 필수 원소이므로, Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 함유량의 합계는 0.01 ~ 2.00 질량%로 한다. 이들 원소의 함유량은, 0.10 ~ 2.00 질량%로 하는 것이 더 바람직하다. 단, 이들 원소를 단독으로 첨가하는 경우는, 함유량이 많을수록 상기 원소를 함유하는 화합물이 조대하게 되는 경향이 있고, 신선 가공성을 열화시키고, 단선이 생기기 쉬워지는 것으로부터, 각각의 원소에 있어서 상기의 규정의 함유 범위로 했다.

또한, 고도전율을 유지하면서, 인장 강도나 연신, 내충격성, 내굴곡 피로 특성을 향상시키기 위해서는, Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 함유량의 합계는, 0.10 ~ 0.80 질량%가 특히 바람직하고, 0.20 ~ 0.60 질량%가 더 바람직하다. 한편, 도전율은 약간 저하하지만 인장 강도, 연신, 내충격성, 내굴곡 피로 특성을 더 향상시키기 위해서는, 0.80 초과 ~ 2.00 질량%가 특히 바람직하고, 1.00 ~ 2.00 질량%가 더 바람직하다.

<잔부: Al 및 불가피 불순물>

상술한 성분 이외의 잔부는 Al(알루미늄) 및 불가피 불순물이다. 여기서 말하는 불가피 불순물은, 제조공정상, 불가피하게 포함될 수 있는 함유 레벨의 불순물을 의미한다. 불가피 불순물은, 함유량에 따라서는 도전율을 저하시키는 요인으로도 될 수 있기 때문에, 도전율의 저하를 가미하여 불가피 불순물의 함유량을 어느 정도 억제하는 것이 바람직하다. 불가피 불순물로서 들 수 있는 성분으로서는, 예를 들면, Ga, Zn, Bi, Pb 등을 들 수 있다.

(2) 입자 지름 0.5 ~ 5.0㎛의 Mg₂Si 화합물의 분산 밀도가 3.0×10^-3개/㎛² 이하일 것

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, 알루미늄 모상의 결정립 내에 존재하는 특정 크기의 Mg₂Si 화합물의 밀도를 규정한다. 0.5 ~ 5.0㎛의 Mg₂Si 화합물은, 주로, 후술하는 제1 열처리가 480℃ 미만에서 2분 이상 열처리되었을 경우나, 제1 열처리의 냉각 속도가 10℃/s 미만의 경우, 제2 열처리 온도가 480℃ 미만에서 2분간 이상 열처리되었을 경우, 제2 열처리의 냉각 속도가 9℃/s 미만의 경우 등에 형성한다. 0.5 ~ 5.0㎛의 Mg₂Si 화합물의 분산 밀도가 3.0×10^-3개/㎛²을 초과하여 형성하면, 시효 열처리시에 형성하는 침상의 Mg₂Si 석출물이 적어지고, 인장 강도나, 내충격성, 내굴곡 피로 특성, 도전율의 향상폭이 작아진다. 0.5 ~ 5㎛의 Mg₂Si 화합물의 분산 밀도는, 작을수록 바람직하다. 즉, 0에 가까울수록 바람직하다. 또한, Mg₂Si 화합물에 한정하지 않고, Mg-Si계를 주성분으로 하는 화합물의 밀도가 상기한 규정 범위 외에 있어도 시효 열처리시에 형성하는 침상의 Mg₂Si 석출물이 적어지고, 인장 강도나 내충격성, 내굴곡 피로 특성, 도전율의 향상폭이 작아지기 때문에, Mg-Si계를 주성분으로 하는 화합물의 밀도도 마찬가지로 상기한 규정 범위에서 설정된다.

(3) 모상의 결정립끼리의 결정립계에 있어서의 Si 및 Mg의 농도가 모두 2.00 질량% 이하일 것

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, 알루미늄 모상의 결정립계에 있어서의 Si 원소와 Mg 원소의 농화 부분에서의 각각 농도를 이하와 같이 규정하는 것으로써, 종래품(특허문헌 1 기재의 알루미늄 합금선)과 동등 레벨의 강도, 연신 및 도전율을 확보하면서, 내충격성 및 내굴곡 피로 특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은, 알루미늄 모상의 결정립계에 있어서의 Si 및 Mg의 농도를 모두 2.00 질량% 이하로 하는 것을 필수의 발명 특정 사항으로 한다. 결정립계에 있어서 Si 및 Mg의 농도의 적어도 한쪽이 2.00 질량%보다 높은 농화 부분이 형성되면, 이것에 의해, Si 및 Mg의 농화 부분과 알루미늄 모상과의 계면이 약해지고, 인장 강도, 연신, 내충격성 및 내굴곡 피로 특성이 저하되고, 또한, 신선 가공성도 떨어지는 경향이 있기 때문이다. 결정립계에 있어서의 Si 및 Mg의 농도는, 각각 1.50 질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 각각 1.20 질량% 이하로 한다.

또한, Si 및 Mg의 농도의 측정은, 광학 현미경이나 전자 현미경, 전자 프로브 마이크로 애널라이저(EPMA)를 이용하여 행한다. 우선, 결정립 콘트라스트가 보이도록 시료 준비를 한 후, 광학 현미경 등에서 결정립 및 결정립계의 관찰을 행하면서, 관찰 시야 내에 있어서, 예를 들면 120㎛×120㎛의 정사각형의 꼭짓점 4개소에 압흔을 형성하여 관찰 장소를 특정한다. 다음에, EPMA에서, 4개소의 압흔을 포함하는 120㎛×120㎛의 시야에서 면(面) 분석을 행한다. 그리고, 본 발명에서 규정하는 결정립계에 존재하는 1㎛ 이상의 길이의 선상(線狀)의 Mg 또는 Si의 농화 부분과 화합물로부터 기인된 입상(粒狀)의 Mg 또는 Si의 농화 부분을 구별하고, 화합물로부터 기인된 입상의 농화 부분은 측정 대상 외로 한다. 다음에, 본 발명에서 규정하는 상기 선상의 Mg 또는 Si의 농화 부분이 관찰되었을 경우에 있어서는, 결정립계의 농화 부분을 가로지르도록 선 분석의 길이를 임의로 설정하여 선 분석을 행하고, 상기 선상의 농화 부분의 Si 원소와 Mg 원소의 최대 농도를 측정한다. 한편, 상기 선상의 농화 부분이 관찰되지 않는 경우에는, 결정립계에 있어서의 Mg 또는 Si의 각각의 농도는 0 질량%로 간주하여 선 분석은 행하지 않아도 좋다. 이러한 측정 방법에 의해 선상의 농화 부분을 임의로 10개소 선택하여 농도를 측정한다. 1 시야에서 10개소를 측정할 수 없는 경우에는, 다른 시야에서와 마찬가지로 관찰하여 합계 10개소의 선상의 농화 부분을 측정한다. 또한, 본 발명에서는, 알루미늄 모상의 결정립계에 있어서의 Si 및 Mg의 농도를 모두 2.00 질량% 이하로 하는 것이므로, 결정립계를 가로지르는 측정시에는, 입계에 대해서 수직인 방향으로 가로지를 필요는 없다. 입계에 대해서 경사지게 가로질렀을 경우라도, Si 및 Mg의 농도가 모두 2.00 질량% 이하라면 좋다.

이러한 Si 원소 및 Mg 원소 농화 부분을 억제한 알루미늄 합금 도체는, 합금 조성이나 제조 프로세스를 조합하여 제어하는 것으로써 실현될 수 있다. 이하, 본 발명의 알루미늄 합금 도체의 적절한 제조방법에 대해서 설명한다.

(본 발명의 알루미늄 합금 도체의 제조방법)

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, [1] 용해, [2] 주조, [3] 열간 가공(홈 롤 가공 등), [4] 제1 신선 가공, [5] 제1 열처리(용체화 열처리), [6] 제2 신선 가공, [7] 제2 열처리, 및 [8] 시효 열처리의 각 공정을 순차적으로 행하는 것을 포함하는 제조방법에 따라서 제조할 수 있다. 또한, 제2 열처리 전후, 또는 시효 열처리의 후에, 연선으로 하는 공정이나 전선에 수지 피복을 행하는 공정을 마련해도 좋다. 이하, [1] ~ [8]의 공정에 대해서 설명한다.

[1] 용해

용해는, 상술한 알루미늄 합금 조성이 되도록 각 성분의 분량을 조정하여 용융 제조한다.

[2] 주조 및 [3] 열간 가공(홈 롤 가공 등)

다음에, 주조륜(鑄造輪)과 벨트를 조합한 프로펠치식의 연속 주조 압연기를 이용하여, 용탕을 수냉한 주형으로 주조하고, 연속하여 압연을 행하고, 예를 들면 직경 5 ~ 13 mmφ의 적당한 굵기의 봉재로 한다. 이 때의 주조시의 냉각 속도는, Fe계 정출물의 조대화의 방지와 Fe의 강제 고용에 의한 도전율 저하의 방지의 관점에서, 바람직하게는 1 ~ 20℃/s이지만, 이것에 제한되는 것은 아니다. 주조 및 열간 압연은, 빌렛 주조 및 압출법 등에 의해 행해도 좋다.

[4] 제1 신선 가공

다음에, 표면의 스케일링을 실시하여, 예를 들면 직경 5 ~ 12.5mmφ의 적당한 굵기의 봉재로 하고, 이것을 냉간에서 신선 가공한다. 가공도 η는, 1 ~ 6의 범위인 것이 바람직하다. 여기서 가공도 η는, 신선 가공 전의 선재 단면적을 A₀, 신선 가공 후의 선재 단면적을 A₁로 하면, η=ln(A₀/A₁)로 나타난다. 가공도 η가 1 미만이면, 다음 공정의 열처리시, 재결정립이 조대화되고, 인장 강도 및 연신이 현저하게 저하되고, 단선의 원인이 될 우려가 있다. 또한, 가공도 η가 6보다 크면 신선 가공이 곤란해지고, 신선 가공 중에 단선되는 등 품질의 면에서 문제를 일으킬 우려가 있기 때문이다. 표면의 스케일링은, 행하는 것에 의해서 표면의 청정화가 이루어지지만, 행하지 않아도 좋다.

[5] 제1 열처리(용체화 열처리)

냉간 신선한 가공재에 제1 열처리를 행한다. 본 발명의 제1 열처리는, 랜덤하게 함유되어 있는 Mg와 Si의 화합물을 알루미늄 모상 중에 용입시키기 위해서 행하는 용체화 열처리이다. 용체화 처리는, 종래, 시효 열처리의 직전에 행하고 있었지만, 본 발명에서는, 제2 신선 가공 전에 행하는 것에 의해서, 가공 중에 Mg나 Si의 농화 부분을 고르게 할(균질화할) 수 있고, 최종적인 시효 열처리 후에서의 Mg와 Si의 화합물의 입계 편석의 억제로 연결된다. 즉, 본 발명의 제1 열처리는, 종래의 제조방법에 있어서 신선 가공 도중에 통상 행해지는 중간 열처리와는 다른 열처리이다. 제1 열처리는, 구체적으로는, 480 ~ 620℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열한 후, 적어도 150℃의 온도까지는 10℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하는 열처리이다. 제1 열처리의 가열시의 소정 온도가 620℃보다 높으면 첨가 원소를 포함하고 있는 알루미늄 합금선은 부분적으로 용융되어 버리고, 인장 강도, 연신, 내충격성 및 내굴곡 피로 특성이 저하되고, 또한, 소정 온도가 480℃보다 낮으면 용체화를 충분히 달성하지 못하고, 그 후의 시효 열처리 공정에서의 인장 강도의 향상 효과를 충분히 얻지 못하고, 인장 강도가 저하된다. 따라서, 제1 열처리에 있어서의 가열시의 소정 온도는 480 ~ 620℃의 범위로 하고, 바람직하게는 500 ~ 600℃의 범위, 더 바람직하게는 520 ~ 580℃의 범위로 한다.

제1 열처리를 행하는 방법으로서는, 예를 들면 배치식 열처리라도 좋고, 고주파 가열, 통전(通電) 가열, 주간(走間) 가열 등의 연속 열처리라도 좋다.

고주파 가열이나 통전 가열을 이용했을 경우, 통상은 선재에 전류를 계속 흘리는 구조로 되어 있기 때문에, 시간의 경과와 함께 선재 온도가 상승한다. 이 때문에, 전류를 계속 흘리면 선재가 용융되어 버릴 가능성이 있으므로, 적정한 시간 범위에서 열처리를 행할 필요가 있다. 주간 가열을 이용했을 경우에 있어서도, 단시간의 소둔이기 때문에, 통상, 주간 소둔로의 온도는 선재 온도보다 높게 설정된다. 장시간의 열처리에서는 선재가 용융되어 버릴 가능성이 있기 때문에, 적정한 시간 범위에서 열처리를 행할 필요가 있다. 또한, 모든 열처리에 있어서 피가공재에 랜덤하게 함유되어 있는 Mg, Si 화합물을 알루미늄 모상 중에 용입시키게 하는 소정의 시간 이상이 필요하다. 이하, 각 방법에 의한 열처리를 설명한다.

고주파 가열에 의한 연속 열처리는, 고주파에 의한 자장 속을 선재가 연속적으로 통과하는 것으로, 유도 전류에 의해서 선재 자체로부터 발생하는 주울 열에 의해 열처리하는 것이다. 급열, 급랭의 공정을 포함하고, 선재 온도와 열처리 시간으로 제어하여 선재를 열처리할 수 있다. 냉각은, 급열 후, 수중 또는 질소 가스 분위기 중에 선재를 연속적으로 통과시키는 것에 의해서 행한다. 이 열처리 시간은 0.01 ~ 2 s, 바람직하게는 0.05 ~ 1 s, 보다 바람직하게는 0.05 ~ 0.5 s로 행한다.

연속 통전 열처리는, 2개의 전극링을 연속적으로 통과하는 선재에 전류를 흘리는 것에 의해서 선재 자체로부터 발생하는 주울 열에 의해 열처리하는 것이다. 급열, 급랭의 공정을 포함하고, 선재 온도와 열처리 시간으로 제어하여 선재를 열처리할 수 있다. 냉각은, 급열 후, 수중, 대기중 또는 질소 가스 분위기 중에 선재를 연속적으로 통과시키는 것에 의해서 행한다. 이 열처리 시간은 0.01 ~ 2 s, 바람직하게는 0.05 ~ 1 s, 보다 바람직하게는 0.05 ~ 0.5 s로 행한다.

연속 주간 열처리는, 고온으로 유지한 열처리로 내를 선재가 연속적으로 통과하여 열처리시키는 것이다. 급열, 급랭의 공정을 포함하고, 열처리로 내 온도와 열처리 시간으로 제어하여 선재를 열처리할 수 있다. 냉각은, 급열 후, 수중, 대기중 또는 질소 가스 분위기 중에 선재를 연속적으로 통과시키는 것에 의해서 행한다. 이 열처리 시간은 0.5 ~ 120 s, 바람직하게는 0.5 ~ 60 s, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 20 s로 행한다.

배치식 열처리는, 소둔로 중에 선재를 투입하고, 소정의 설정 온도, 설정 시간으로 열처리되는 방법이다. 선재 자체가 소정의 온도에서 수 10초 정도 가열되면 좋지만, 공업 사용상, 대량의 선재를 투입하게 되기 때문에, 선재의 열처리 얼룩을 억제하기 위해서 30분 이상은 행하는 것이 바람직하다. 열처리 시간의 상한은, 결정립이 선재의 반경 방향으로 세어서 5개 이상 있으면 특별히 제한은 없지만, 단시간에 행하는 것이 결정립이 선재의 반경 방향으로 세어서 5개 이상이 되기 쉽고, 공업 사용상, 생산성도 좋기 때문에, 10시간 이내, 바람직하게는 6시간 이내에서 열처리된다.

선재 온도 또는 열처리 시간의 한쪽 또는 양쪽 모두가 상기에서 정의되는 조건보다 낮은 경우는, 용체화가 불완전하게 되어서 후속 공정의 시효 열처리시에 석출되는 Mg₂Si 석출물이 적어지고, 인장 강도, 내충격성, 내굴곡 피로 특성, 도전율의 향상폭이 작아진다. 선재 온도 또는 소둔 시간의 한쪽 또는 양쪽 모두가 상기에서 정의되는 조건보다 높은 경우는, 결정립이 조대화됨과 함께, 알루미늄 합금 도체 중의 화합물상(化合物相)의 부분 용융(공정 융해(共晶融解))이 일어나고, 인장 강도, 연신이 저하되고, 도체의 취급시에 단선이 일어나기 쉬워진다.

제1 열처리에 있어서의 냉각은, 적어도 150℃의 온도까지는 10℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 행하는 것을 필수의 발명 특정 사항으로 한다. 상기 평균 냉각 속도가 10℃/s 미만이면, 냉각 중에 Mg, Si 등의 석출물이 생겨 버리고, 용체화가 충분히 되지 않고, 그 후의 시효 열처리 공정에서의 인장 강도의 향상 효과가 제한되고, 충분한 인장 강도를 얻을 수 없기 때문이다. 또한, 상기 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 50℃/s 이상이며, 더 바람직하게는 100℃/s 이상이다.

또한, 본 발명의 제1 열처리에 있어서의 냉각은, 상술한 어느 하나의 열처리 방법에 있어서도, 제1 신선 가공 후의 알루미늄합금 선재를, 소정 온도로 가열 후, 수중에 통과시켜서 행하는 것이 바람직하지만, 이와 같은 경우, 냉각 속도의 정확한 측정을 할 수 없다. 여기서, 이와 같은 경우에는, 어느 열처리 방법에 있어서도, 가열 후의 수냉에 의한 평균 냉각 속도를, 수냉 직후에 알루미늄합금 선재가 수온(약 20℃)으로 냉각되어 있다고 추정한 후, 각 열처리 방법에 있어서, 이하와 같이 하여 산출한 냉각 속도를 상기 평균 냉각 속도로 했다. 즉, 배치식 열처리에서는, 냉각 속도는 냉각 개시로부터 150℃ 이상으로 유지되고 있는 시간을 40초 이내로 억제하는 것이 중요하다는 관점에서, 500℃로 열처리되었을 경우에는, (500-150)/40에서 8.75℃/s 이상이며, 600℃로 열처리되었을 경우에는 (600-150)/40에서 11.25℃/s 이상으로 한다. 고주파 가열에 의한 연속 열처리에서는, 가열 후, 알루미늄합금 선재를, 선 속도: 100 ~ 1500 m/min로 수미터 선을 통과시킨 후에 수냉하는 기구(mechanism)이므로 100℃/s 이상이며, 통전 가열에 의한 연속 열처리에서는, 가열 직후에 알루미늄합금 선재를 수냉하는 기구이므로, 100℃/s 이상이며, 그리고, 주간 가열에 의한 연속 열처리에서는, 가열 직후에, 알루미늄합금 선재를, 선 속도: 10 ~ 500 m/min로 수냉하는 기구의 경우에는 100℃/s 이상이며, 가열 후, 수 m ~ 수십 미터 선을 통과시키는 중에 공냉하는 기구의 경우에는, 알루미늄합금 선재를 드럼에 권취한 직후에 실온(약 20℃)으로 냉각되어 있는 것으로 하여 산출하면, 공냉 중의 구간 길이를 10 m, 냉각 개시 온도를 500℃로 하여, 약 6 ~ 292℃/s의 냉각이 이루어지고 있는 것이 된다. 따라서, 10℃/s 이상의 냉각 속도는 충분히 가능하다. 단, 어느 열처리 방법이라도, 용체화 열처리의 목적을 달성시킨다고 하는 관점에서는, 적어도 150℃까지 급랭되면 좋다.

또한, 제1 열처리에 있어서의 냉각은, 적어도 250℃의 온도까지는 20℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 행하는 것은, Mg 및 Si의 석출 억제에 의한 그 후의 시효 열처리 공정에서의 인장 강도 향상 효과를 발휘하는데 있어서 바람직하다. Mg 및 Si의 석출 온도대의 피크는 300 ~ 400℃에 위치하기 때문에, 냉각 중에서 Mg 및 Si의 석출을 억제하기 위해서는 적어도 상기 온도에서 냉각 속도를 빠르게 하는 것이 바람직하다.

[6] 제2 신선 가공

상기 제 1 열처리의 후, 냉간에서 신선 가공을 더 실시한다. 이 때의 가공도 η는 1 ~ 6의 범위가 바람직하다. 가공도 η는, 재결정립의 형성 및 성장에 영향을 미친다. 가공도 η가 1보다 작으면, 다음 공정의 열처리시, 재결정립이 조대화되고, 인장 강도 및 연신이 현저하게 저하되는 경향이 있고, 또한, 가공도 η가 6보다 크면 신선 가공이 곤란해지고, 신선 가공 중에 단선되는 등 품질의 면에서 문제를 일으키는 경향이 있기 때문이다.

[7] 제2 열처리

냉간 신선한 가공재에 제2 열처리를 행한다. 제2 열처리는, 상술한 제1 열처리나 후술하는 시효 열처리와는 다른 열처리이다. 제2 열처리는, 제1 열처리와 같이, 배치식 소둔으로 행해도 좋고, 또한, 고주파 가열, 통전 가열, 주간 가열 등의 연속 소둔으로 행해도 좋다. 그러나, 단시간에 행할 필요가 있다. 장시간 열처리를 실시하면, Mg 및 Si의 석출이 생겨 버리고, 그 후의 시효 열처리 공정에서의 인장 강도의 향상 효과가 얻어지지 않고, 인장 강도가 저하되기 때문이다. 즉, 제2 열처리는 150℃로부터의 승온, 유지, 150℃까지의 강온(降溫) 과정을 2분 이내로 행할 수 있는 제법으로 실시할 필요가 있다. 이 때문에 통상 장시간의 유지로 실시되는 배치식 소둔의 경우는 현실적으로 실시가 어렵고, 바람직하게는 고주파 가열, 통전 가열, 주간 가열 등의 연속 소둔이다.

제2 열처리는, 제1 열처리와 같은 용체화 열처리가 아니고, 선재의 유연성을 되찾고, 연신을 향상시키기 위해서 행하는 열처리이다. 제2 열처리의 가열 온도는, 300℃ 이상 480℃ 미만으로 한다. 제2 열처리의 가열 온도가 300℃ 미만이면, 재결정이 이루어지지 않고, 연신의 향상 효과가 얻어지지 않는 경향이 있고, 또한, 상기 가열 온도가 480℃ 이상이면, Mg나 Si 원소의 농화가 생기기 쉬워지고, 인장 강도, 연신, 내충격성, 내굴곡 피로 특성이 저하되는 경향이 있기 때문이다. 또한, 제2 열처리의 가열 온도는, 바람직하게는 300 ~ 450℃, 더 바람직하게는 325 ~ 450℃이다. 또한, 제2 열처리의 가열 시간은, 2분간 이상이면, 0.5 ~ 5.0㎛의 Mg₂Si 화합물이 형성되기 쉬워지고, 0.5 ~ 5.0㎛의 Mg₂Si 화합물의 분산 밀도가 3.0×10^-3개/㎛²을 초과하는 경향이 있기 때문에, 2분간 미만으로 한다.

또한, 제2 열처리에 있어서의 냉각은, 적어도 150℃의 온도까지는 9℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 행하는 것을 필수의 발명 특정 사항으로 한다. 상기 평균 냉각 속도가 9℃/s 미만이면, 냉각 중에 Mg₂Si를 비롯한 Mg, Si 등의 석출물이 생겨 버리고, 그 후의 시효 열처리 공정에서의 인장 강도의 향상 효과가 제한되고, 충분한 인장 강도가 얻어지지 않는 경향이 있기 때문이다. 또한, 상기 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 50℃/s 이상이며, 더 바람직하게는 100℃/s 이상이다.

또한, 제2 열처리에 있어서의 냉각에 있어서, 적어도 250℃의 온도까지는 20℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 행하면, Mg 및 Si의 석출 억제에 의한 그 후의 시효 열처리 공정에서의 인장 강도 향상 효과를 발휘하는데 있어서 바람직하다. Mg 및 Si의 석출 온도대의 피크는 300 ~ 400℃에 위치하기 때문에, 냉각 중에서 Mg 및 Si의 석출을 억제하기 위해서는 적어도 상기 온도에서 냉각 속도를 빠르게 하는 것이 바람직하다.

[8] 시효 열처리

다음에, 시효 열처리를 행한다. 시효 열처리는, 침상의 Mg₂Si 석출물을 석출시키기 위해서 행한다. 시효 열처리에 있어서의 가열 온도는, 바람직하게는 140 ~ 250℃이다. 상기 가열 온도가 140℃ 미만이면, 침상의 Mg₂Si 석출물을 충분히 석출시키지 못하고, 강도, 내충격성, 내굴곡 피로 특성 및 도전율이 부족해지기 쉽다. 또한, 상기 가열 온도가 250℃보다 높으면 Mg₂Si 석출물의 사이즈가 커지기 때문에, 도전율은 상승하지만, 강도, 내충격성 및 내굴곡 피로 특성이 부족해지기 쉽다. 시효 열처리에 있어서의 가열 온도는, 내충격성이나 고내굴곡 피로 특성을 중시하는 경우에는, 바람직하게는 160 ~ 200℃이며, 또한, 도전율을 중시하는 경우에는, 바람직하게는 180 ~ 220℃이다. 또한, 가열 시간은, 온도에 따라서 최적의 시간이 변화한다. 저온에서는 장시간, 고온에서는 단시간의 가열이 강도, 내충격성, 내굴곡 피로 특성을 향상시키는데 있어서 바람직하다. 생산성을 고려하면 단시간이 좋고, 바람직하게는 15시간 이하, 더 바람직하게는 10시간 이하이다. 또한, 시효 열처리에 있어서의 냉각은, 특성의 편차를 방지하기 위해서, 가능한 한 냉각 속도를 빠르게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 제조공정상, 빠르게 냉각할 수 없는 경우에는, 냉각 중에 침상의 Mg₂Si 석출물의 증가나 감소가 일어나는 일도 고려하여 시효 조건을 적절히 설정할 수 있다.

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, 소선 지름을, 특별히 제한은 없고, 용도에 대응하여 적절히 정할 수 있는데, 세선의 경우는 0.1 ~ 0.5mmφ, 중간 세선의 경우는 0.8 ~ 1.5mmφ가 바람직하다. 본 발명의 알루미늄 합금 도체는, 알루미늄 합금선으로서, 단선(單線)으로 가늘게 하여 사용할 수 있는 것이 이점의 하나이지만, 복수개 묶어서 서로 꼬아서 얻어지는 알루미늄 합금 연선으로서 사용할 수도 있고, 본 발명의 제조방법을 구성하는 상기 [1] ~ [8]의 공정 중, [1] ~ [6]의 각 공정을 차례로 행한 알루미늄 합금선을 복수개로 묶어서 서로 꼬은 후에, [7] 제2 열처리 및 [8] 시효 열처리의 공정을 행해도 좋다.

또한, 본 발명에서는, 더 추가하는 공정으로서, 연속 주조 압연 후에, 종래법에서 행해지고 있는 균질화 열처리를 행하는 것도 가능하다. 균질화 열처리는, 첨가 원소의 석출물(주로 Mg-Si계 화합물)을 균일하게 분산시킬 수 있기 때문에, 그 후의 제1 열처리에서 균일한 결정 조직이 얻어지기 쉬워지는 결과, 인장 강도, 연신, 내충격성, 내굴곡 피로 특성의 향상이 보다 안정적으로 얻어진다. 균질화 열처리는, 가열 온도를 450℃ ~ 600℃, 가열 시간을 1 ~ 10시간으로 행하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 500 ~ 600℃이다. 또한, 균질화 가열 처리에 있어서의 냉각은, 0.1 ~ 10℃/분의 평균 냉각 속도로 서랭하는 것이, 균일한 화합물이 얻어지기 쉬워지는 점에서 바람직하다.

또한, 상술한 바는, 이 발명의 실시형태의 예를 나타내는 것에 지나지 않고, 특허 청구의 범위에 있어서 여러 가지 변경을 가할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 알루미늄 합금 도체는, 충격 흡수 에너지가 5 J/㎟ 이상이며, 우수한 내충격성을 달성할 수 있다. 또한, 굴곡 피로 시험에 의해서 측정한 파단까지의 반복 회수가 20만회 이상이며, 우수한 내굴곡 피로 특성을 달성할 수 있다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금 도체는, 알루미늄 합금선으로서 또는 복수개의 알루미늄 합금선을 서로 꼬아서 얻어지는 알루미늄 합금 연선으로서 사용할 수 있음과 함께, 또한, 알루미늄 합금선 또는 알루미늄 합금 연선의 외주에 피복층을 가지는 피복 전선으로서 사용할 수도 있고, 이에 더하여, 피복 전선과 이 피복 전선의, 피복층을 제거한 단부에 장착된 단자를 구비하는 와이어 하네스(그룹 전선)로서 사용하는 것도 가능하다.

[실시예]

본 발명을 이하의 실시예에 근거하여 상세하게 설명한다. 또한 본 발명은, 이하에 나타내는 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예, 비교예]

Mg, Si, Fe 및 Al과, 선택적으로 첨가하는 Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co, Ni를, 표 1 및 표 2에 나타내는 함유량(질량%)이 되도록 프로펠치식의 연속 주조 압연기를 이용하여, 용탕을 수냉한 주형으로 연속적으로 주조하면서 압연을 행하고, 약 9.5mmφ의 봉재로 했다. 이 때의 주조시의 냉각 속도는 약 15℃/s로 했다. 이것을 소정의 가공도가 얻어지도록 제1 신선 가공을 실시했다. 다음에, 이 제1 신선 가공을 실시한 가공재에, 표 3 및 표 4에 나타내는 조건으로 제1 열처리를 실시하고, 또한 0.31mmφ의 선 지름까지 제2 신선 가공을 실시했다. 다음에, 표 3 및 표 4에 나타내는 조건으로 제2 열처리를 실시했다. 제1 및 제2 열처리 모두, 배치식 열처리에서는, 선재에 열전대를 감아서 선재 온도를 측정했다. 연속 통전 열처리에서는, 선재의 온도가 가장 높아지는 부분에서의 측정이 설비상 곤란하기 때문에, 파이버(fiber)형 방사온도계(Japan Sensor Corporation 제품)로 선재의 온도가 가장 높아지는 부분의 직전의 위치에서 온도를 측정하고, 주울 열과 방열을 고려하여 최고 도달 온도를 산출했다. 고주파 가열 및 연속 주간 열처리에서는, 열처리 구간 출구 부근의 선재 온도를 측정했다. 제2 열처리 후에, 표 3 및 표 4에 나타내는 조건으로 시효 열처리를 실시하고, 알루미늄 합금선을 제조했다. 또한, 비교예 12는, 특허문헌 1 기재의 표 1의 시료 No. 2의 조성을 가지고, 동일 문헌에서 개시하는 것과 동등의 제법에 따라서 알루미늄 합금선을 제조했으므로, 함께 평가했다.

제작한 각각의 실시예 및 비교예의 알루미늄 합금선에 대해서 이하에 나타내는 방법에 의해 각 특성을 측정했다. 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타낸다.

(A) Mg₂Si 화합물의 분산 밀도의 관찰 및 평가방법

실시예 및 비교예의 선재를 집속 이온빔(FIB)법으로 박막으로 하고, 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여, 임의의 범위를 관찰했다. Mg₂Si 화합물은, EDX에서 조성 분석을 행하고, 화합물종을 동정(同定)했다. 또한, Mg₂Si 화합물은, 판 형상의 화합물로서 관찰되었기 때문에, 촬영된 사진으로부터 판 형상 화합물의 변에 해당하는 부분이 0.5 ~ 5.0㎛인 화합물을 카운트했다. 화합물이 측정 범위 외에 걸쳐질 때, 화합물이 0.5㎛ 이상 관찰되고 있으면, 화합물수에 카운트했다. Mg₂Si 화합물의 분산 밀도는 20개 이상을 카운트할 수 있는 범위를 설정하여, Mg₂Si 화합물의 분산 밀도(개/㎛²) = Mg₂Si 화합물의 개수(개)/카운트 대상 범위(㎛²)의 식을 이용하여 산출했다. 카운트 대상 범위는 경우에 따라서는 복수매의 사진을 이용했다. 20개 이상 카운트되지 않을 정도로 화합물이 적은 경우는, 1000㎛²를 지정하여 그 범위의 분산 밀도를 산출했다.

Mg₂Si 화합물의 분산 밀도는, 상기 박막의 시료 두께를, 0.15㎛를 기준 두께로 하여 산출하고 있다. 시료 두께가 기준 두께와 다른 경우, 시료 두께를 기준 두께로 환산하고, 즉, (기준 두께/시료 두께)를 촬영된 사진에 기초하여 산출한 분산 밀도에 곱하는 것에 의해서, 분산 밀도를 산출할 수 있다. 본 실시예 및 비교예에서는, FIB법에 의해 모든 시료에 있어서 시료 두께를 약 0.15㎛로 설정하여 제작했다. Mg₂Si 화합물의 분산 밀도가 0 ~ 3.0×10^-3개/㎛²의 범위에 포함되는 경우에는, Mg₂Si 화합물의 분산 밀도가 적정한 범위에 있는 것으로 하여 「○」, 0 ~ 3.0×10^-3개/㎛²의 범위에 포함되지 않는 경우에는, Mg₂Si 화합물의 분산 밀도가 부적정한 범위에 있는 것으로 하여 「×」로 했다.

(B) 결정립계에 있어서의 Si 및 Mg의 농도의 측정

Si 및 Mg의 농도는, 광학 현미경 및 EPMA를 이용하여 측정했다. 또한, Si 및 Mg의 농도의 측정은, 광학 현미경이나 전자 현미경, 전자 프로브 마이크로 애널라이저(EPMA)를 이용하여 행한다. 우선, 결정립 콘트라스트가 보이도록 시료 준비를 한 후, 광학 현미경 등에서 결정립 및 결정립계의 관찰을 행하면서, 관찰 시야 내에 있어서 예를 들면 120㎛×120㎛의 정사각형의 꼭짓점 4개소에 압흔을 형성하여 관찰 장소를 특정한다. 다음에, EPMA에서, 4개소의 압흔을 포함하는 120㎛×120㎛의 시야에서 면 분석을 행하고, 본 발명에서 규정하는 1㎛ 이상 길이의 선상의 Mg 또는 Si의 농화 부분과 화합물로부터 기인된 입상의 Mg 또는 Si의 농화 부분을 구별하고, 본 발명에서는, 상기 선상의 농화 부분이 있는 경우에는, 그 선상의 농화 부분을 최초로 관찰한 광학 현미경 등의 관찰 결과를 참고하여 결정립계로 하고, 화합물로부터 기인된 입상의 농화 부분은 측정 대상 외로 했다. 다음에, 결정립계의 농화 부분을 가로지르도록 선 분석을 행하고, 상기 선상의 농화 부분의 Si 원소와 Mg 원소의 최대 농도를 측정했다. 이러한 측정 방법에 의해 선상의 농화 부분을 임의로 10개소 선택하여 농도를 측정했다. 1 시야에서 10개소를 측정할 수 없는 경우에는, 다른 시야에서와 마찬가지로 관찰하여 합계 10개소의 선상의 농화 부분을 측정했다. 또한, 선 분석의 길이는 50㎛로 했다. 한편, 상기 선상의 농화 부분이 관찰되지 않는 경우에는, 결정립계에 있어서의 Mg 또는 Si의 각각의 농도는 0 질량%로 간주하여 선 분석은 행하지 않았다. 표 3 및 표 4에는, 선 분석의 모든 범위에 있어서 Si 및 Mg의 농도가 각각 2.00 질량% 이하인 경우 또는 상기 선상의 농화 부분이 관찰되지 않는 경우에 대해서는, 입계 편석이 생기지 않거나 혹은 입계 편석의 정도가 낮기 때문에 합격으로 하여 「○」로 기재하고, 또한, Si 및 Mg의 농도가 각각 2.00 질량% 초과인 경우는, 입계 편석이 생기고 있기 때문에 불합격으로 하여 「×」로 기재했다.

(C) 인장 강도(TS) 및 유연성(인장 파단 연신)의 측정

JIS Z2241에 준하여 각 3개씩의 공시재(供試材)(알루미늄 합금선)에 대해서 인장 시험을 행하고, 그 평균치를 구했다. 인장 강도는 전선과 단자의 접속부에 있어서의 압착부의 인장 강도를 유지하기 위해서, 또한, 차체에의 장착 작업시에 뜻밖에 부하되는 하중을 견딜 수 있게 하기 위해서도 150 MPa 이상을 합격 레벨로 했다. 연신은 5% 이상을 합격으로 했다.

(D) 도전율(EC)

길이 300 mm의 시험편을 20℃(±0.5℃)로 유지한 항온조 중에서, 4단자법을 이용하여 각 3개씩의 공시재(알루미늄 합금선)에 대해서 비저항을 측정하고, 그 평균 도전율을 산출했다. 단자간 거리는 200 mm로 했다. 도전율은 특별히 한정하지 않지만, 40%IACS 이상을 합격 레벨로 했다.

(E) 충격 흡수 에너지

알루미늄 합금 도체가 어느 정도의 충격을 견딜 수 있을지의 지표이며, 알루미늄 합금 도체가 단선되기 직전의 (추의 위치 에너지)/(알루미늄 합금 도체의 단면적)으로 산출했다. 구체적으로는, 알루미늄 합금 도체선의 한쪽 단에 추를 달고, 추를 300 mm의 높이로부터 자유낙하시켰다. 추를 무거운 것으로 순차적으로 변경하고, 단선되기 직전의 추의 무게로부터 충격 흡수 에너지를 계산했다. 충격 흡수 에너지가 클수록, 높은 충격 흡수성을 가지고 있다고 말할 수 있다. 충격 흡수 에너지는, 5 J/㎟ 이상을 합격 레벨로 했다.

(F) 파단까지의 반복 회수

내굴곡 피로 특성의 기준으로서 상온에 있어서의 변형 진폭은 ±0.17%로 했다. 내굴곡 피로 특성은 변형 진폭에 의해서 변화된다. 변형 진폭이 큰 경우, 피로 수명은 짧아지고, 변형 진폭이 작은 경우, 피로 수명은 길어진다. 변형 진폭은, 선재의 선 지름과 굽힘 지그의 곡률반경에 의해 결정할 수 있기 때문에, 선재의 선 지름과 굽힘 지그의 곡률반경은 임의로 설정하여 굴곡 피로 시험을 실시하는 것이 가능하다. 후지이세이미츠기카이 가부시키가이샤(현 가부시키가이샤 후지이(Fujii Co.,Ltd.)) 제품의 양진 굴곡(兩振屈曲) 피로시험기를 이용하고, 0.17%의 굽힘 변형이 부여될 수 있는 지그를 사용하여, 반복 굽힘을 실시하는 것으로써, 파단까지의 반복 회수를 측정했다. 본 발명에서는, 파단까지의 반복 회수는, 20만회 이상을 합격으로 했다.

표 3 및 표 4의 결과로부터, 다음의 사항이 명백하다. 발명예 1 ~ 57의 알루미늄 합금선은, 모두 종래품(특허문헌 1 기재의 알루미늄 합금선, 비교예 12에 상당)과 동등 레벨의 인장 강도, 연신 및 도전율을 가짐과 함께, 내충격성 및 내굴곡 피로 특성이 우수했다. 이것에 비하여, 비교예 1 ~ 19의 알루미늄 합금선은, 모두 파단까지의 반복 회수가 18만회 이하로 적고, 내굴곡 피로 특성이 떨어지고 있었다. 비교예 10 및 16 외에는, 내충격성도 떨어지고 있었다. 또한, 비교예 5 ~ 9는, 모두 신선 공정 중에 단선되었다. 본 발명의 범위에 포함되는 화학 조성을 가지지만, 결정립계에 있어서의 Si 및 Mg의 농도가 모두 2.00 질량% 초과하고 본 발명의 적정 범위 외인 비교예 12 ~ 15, 18의 알루미늄 합금선은, 모두 내굴곡 피로 특성 및 내충격성이 떨어지고 있었다.

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, Mg와 Si를 함유하는 알루미늄 합금을 이용하는 것을 전제로 하고, Mg 성분과 Si 성분에 기인한 입계 편석을 억제하는 것으로써, 특히, 소선 지름이 0.5 mm 이하인 극세선으로서 사용했을 경우라도, 종래품(특허문헌 1 기재의 알루미늄 합금선)과 동등 레벨의 강도, 연신 및 도전율을 확보하면서, 내충격성, 내굴곡 피로 특성을 향상시킨, 전기 배선체의 도체로서 이용되는 알루미늄 합금 도체, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 와이어 하네스를 제공하는 것, 및 알루미늄 합금 도체의 제조방법을 제공하는 것이 가능해지고, 이동체에 탑재되는 배터리 케이블, 하네스 혹은 모터용 도선, 산업용 로보트의 배선체로서 유용하다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금 도체는, 인장 강도가 높은 것으로부터 종래의 전선보다 전선 지름을 가늘게 하는 것도 가능하고, 또한, 높은 내굴곡 피로 특성이 요구되는 도어나 트렁크, 보닛 등의 배선에도 적절하게 이용할 수 있다.

Claims

Mg: 0.1 ~ 1.0 질량%, Si: 0.1 ~ 1.0 질량%, Fe: 0.01 ~ 1.40 질량%, Ti: 0.000 ~ 0.100 질량%, B: 0.000 ~ 0.030 질량%, Cu: 0.00 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.00 ~ 0.50 질량%, Au: 0.00 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.00 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.00 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.00 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.00 ~ 0.50 질량%, V: 0.00 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.00 ~ 0.50 질량%, Co: 0.00 ~ 0.50 질량%, Ni: 0.00 ~ 0.50 질량%, 잔부: Al 및 불가피 불순물인 조성을 가지고,
입자 지름 0.5 ~ 5.0㎛의 Mg₂Si 화합물의 분산 밀도가 3.0×10^-3개/㎛² 이하이며,
모상의 결정립끼리의 결정립계에 있어서의 Si 및 Mg의 농도가 모두 2.00 질량% 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 도체.
제 1 항에 있어서,
상기 조성이, Ti: 0.001 ~ 0.100 질량% 및 B: 0.001 ~ 0.030 질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 알루미늄 합금 도체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조성이, Cu: 0.01 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.01 ~ 0.50 질량%, Au: 0.01 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.01 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.01 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.01 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.01 ~ 0.50 질량%, V: 0.01 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.01 ~ 0.50 질량%, Co: 0.01 ~ 0.50 질량%, 및 Ni: 0.01 ~ 0.50 질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 알루미늄 합금 도체.
제 1 항에 있어서,
Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co, Ni의 함유량의 합계가 0.01 ~ 2.00 질량%인, 알루미늄 합금 도체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
충격 흡수 에너지가 5 J/㎟ 이상인 알루미늄 합금 도체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
굴곡 피로 시험에 의해서 측정한 파단까지의 반복 회수가 20만회 이상인 알루미늄 합금 도체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
소선의 직경이 0.1 ~ 0.5 mm인 알루미늄 합금선인 알루미늄 합금 도체.
제 7 항에 기재된 알루미늄 합금선을 복수개 서로 꼬아서 얻어지는 알루미늄 합금 연선(撚線).
제 7 항에 기재된 알루미늄 합금선의 외주에 피복층을 가지는 피복 전선.
제 9 항에 기재된 피복 전선과, 상기 피복 전선의, 상기 피복층을 제거한 단부에 장착된 단자를 구비하는 와이어 하네스.
용해, 주조 후에, 열간 가공을 거쳐서 황인선(荒引線)을 형성하고, 그 후, 제1 신선 가공, 제1 열처리, 제2 신선 가공, 제2 열처리 및 시효 열처리의 각 공정을 순차적으로 행하는 것을 포함하는 알루미늄 합금 도체의 제조방법으로서,
상기 제1 열처리는, 480 ~ 620℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열한 후, 적어도 150℃의 온도까지는 10℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하고,
상기 제2 열처리는, 300℃ 이상 480℃ 미만의 범위 내의 소정 온도에서 2분간 미만 가열한 후, 적어도 150℃의 온도까지는 9℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 알루미늄 합금 도체의 제조방법.
제 8 항에 기재된 알루미늄 합금 연선의 외주에 피복층을 가지는 피복 전선.
제 2 항에 있어서,
Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co, Ni의 함유량의 합계가 0.011 ~ 2.00 질량%인, 알루미늄 합금 도체.