KR102589529B1 - 알루미늄 합금재 및 이를 사용한 편조 실드선, 도전 부재, 전지용 부재, 체결 부품, 스프링용 부품, 구조용 부품 및 캡타이어 케이블 - Google Patents

Abstract

철계나 구리계 금속 재료의 대체가 될 수 있는 고강도와 우수한 내마모성을 갖는 알루미늄 합금재 등을 제공한다.
알루미늄 합금재는 Mg: 0.05∼1.80질량%, Si: 0.01∼2.00질량% 및 Fe: 0.01∼1.50질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금재로서, 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 대략 일방향으로 평행한 단면에서 보아, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚이하이고, 또한, 상기 알루미늄 합금재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1,000㎛이하이다.

Description

알루미늄 합금재 및 이를 사용한 편조 실드선, 도전 부재, 전지용 부재, 체결 부품, 스프링용 부품, 구조용 부품 및 캡타이어 케이블

본 발명은 알루미늄 합금재, 특히, 내마모성이 우수한 알루미늄 합금재에 관한 것이다. 이러한 알루미늄 합금재는 폭넓은 용도, 예를 들면, 편조 실드선, 도전 부재, 전지용 부재, 체결 부품, 스프링용 부품, 구조용 부품 및 캡타이어 케이블등, 반복 마찰을 받는 용도로 사용된다.

종래부터, 엘리베이터 케이블이나 로봇 케이블, 캡타이어 케이블 등, 전력 혹은 신호를 전송하는 가동 케이블의 도체나 편조 실드선 등의 도전 부재에는, 필요에 따라 도금 처리를 한 구리계 금속 선재가 널리 사용되어 왔지만, 최근에는, 구리계 금속 재료에 비하여 비중이 작고, 더욱 열팽창계수가 큰 것 외에, 전기나 열의 전도성도 비교적 양호하고, 내식성이 우수한 알루미늄계 재료로의 대체가 검토되고 있다.

도전 부재에서는, 예를 들면, 엘리베이터나 로봇을 가동시킬 때나, 캡타이어 케이블에 의해서 전력을 공급하고 있는 전기 제품을 이동시킬 때, 도체나 편조 실드선을 구성하는 금속 선재끼리의 접촉에 따른 마모에 의해서 단선되기 어려운 것이 요구된다.

또한, 최근에는, 예를 들면, 금속제 세선을 꼬는, 뜨는, 짜는, 잇는, 묶는, 접속하는 등의 수법으로 3차원 구조물을 조형하는 기술이 개발되고 있다. 이러한 수법은 예를 들면, Wire-Woven　Cellular　Materials로서 검토가 진행되고 있으며, 전지용 부품이나 히트 싱크, 충격 흡수 부재 등에 대한 응용이 기대되고 있다.

이 중, 전지용 부재에서는, 예를 들면, 망상 전극으로서 활물질을 그 간극에 매우는 새로운 구조가 검토되고 있다. 활물질의 팽창·수축이나 제조 공정 중의 외력에 의해서도 단선되지 않기 위해서, 양호한 강도 특성과 높은 내마모성이 요구된다.

체결 부품에서도, 내마모성이 높은 재질이 요구되고 있다. 최근, 각종 케이스나 광체(筐體)의 재질이 종래의 철계 재료로부터 알루미늄 합금, 티탄 합금, 마그네슘 합금 및 플라스틱 등의 경량 재료로 변하고 있다. 이들 재료로 이루어지는 광체를 나사, 볼트, 스테이플, 결속선 등의 체결 부품으로 체결할 경우, 체결 부품의 광체 재료에 대한 내마모성이 낮으면, 체결의 느슨함으로 직결되기 때문이다. 또한, 통상의 알루미늄 합금은 강도가 불충분하기 때문에, 상응하는 강도를 갖는 것도 요구되고 있다.

스프링용 부품에서는, 예를 들면, 소형의 정밀 코일 스프링으로 할 때에, 강도 특성 뿐만 아니라, 코일 스프링을 수축시켰을 때의 코일끼리의 접촉에 의해서도 마모되기 어려운 것이 요구된다.

그러나, 이러한 각종 부품에 대한 순알루미늄재의 사용을 검토할 경우, 순알루미늄재는 철계나 구리계 금속 재료에 비하여 내마모성이 낮아, 예를 들면, 케이블 용도에서는, 가동중에 부하되는 마모에 견디지 못하고, 단면적이 감소하여 전기 저항이 상승하고, 나아가서는 단선되는 문제가 있었다.

또한, 이러한 각종 부품에 대한 알루미늄 합금재의 사용을 검토할 경우, 예를 들면, 석출 강화를 이용하고 있으며, 내굴곡 피로 특성이 비교적 높은 알루미늄 합금재인 2000계(Al-Cu계)나 7000계(Al-Zn-Mg계) 알루미늄 합금재의 사용을 고려할 수 있지만, 이들 알루미늄 합금재는 전기나 열의 전도성, 내식성, 내응력 부식 균열성이 떨어지는 등의 문제가 있었다. 전기나 열의 전도성 및 내식성이 비교적 우수한 6000계(Al-Mg-Si계)를 사용할 경우에도, 여전히 내마모성은 충분하지 않아서, 예를 들면, 케이블 용도에서는, 케이블이 반복 변형을 받을 때의 마모에 의해서 전기 저항이 상승하는 문제가 있었다.

한편, 알루미늄 합금재의 내마모성을 향상시키는 방법으로서는, 알루미늄 모상의 매트릭스 결정립경을 미세하게 함과 동시에, 경질의 제2상 입자(세라믹스 입자, Si 입자)를 분산시키는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1, 2). 그러나, 이 방법에서는, 첨가 원소의 농도가 높기 때문에, 기계적 강도가 낮고 도전성도 낮기 때문에, 상술한 용도, 특히 전선이나 편조 실드의 용도에 적용할 수 없다.

일본공개특허공보 평8-120378호 일본공개특허공보 평5-222478호

본 발명의 목적은 고강도 및 높은 내마모성을 구비한 알루미늄 합금재 및 이를 사용한 편조 실드선, 도전 부재, 전지용 부재, 체결 부품, 스프링용 부품, 구조용 부품 및 캡타이어 케이블을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은 열심히 연구를 거듭한 결과, 알루미늄 합금재가 소정의 합금 조성을 가짐과 동시에, 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 대략 일방향으로 평행한 단면에서 보아, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚이하이고, 또한, 상기 알루미늄 합금재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하임으로 인해서, 고강도 및 높은 내마모성을 겸비한 알루미늄 합금재를 얻을 수 있는 것을 알아내서, 이러한 지견에 근거하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

(1) Mg: 0.05∼1.80질량%, Si: 0.01∼2.00질량% 및 Fe: 0.01∼1.50질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금재로서, 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 대략 일방향으로 평행한 단면에서 보아, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚이하이고, 또한, 상기 알루미늄 합금재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하인 알루미늄 합금재.

(2) Mg: 0.05∼1.80질량%, Si: 0.01∼2.00질량% 및 Fe: 0.01∼1.50질량%를 함유함과 동시에, 추가로 Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상을 합계 2.00질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금재로서, 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 대략 일방향으로 평행한 단면에서 보아, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚이하이고, 또한, 상기 알루미늄 합금재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하인 알루미늄 합금재.

(3) 상기 알루미늄 합금재의 상기 단면에서 보아, 상기 결정립의 장변 방향으로 평행한 장변 방향 치수(L1)의 평균치와, 상기 결정립의 상기 단변 방향 치수(L2)의 평균치의 종횡비(L1/L2)가 10이상인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 알루미늄 합금재.

(4) 상기 알루미늄 합금재의 상기 단면에서 보아, 상기 알루미늄 합금재의 주표면 라인과, 해당 주표면 라인으로부터 깊이 방향으로 10㎛만큼 떨어진 위치를 지나는 10㎛ 깊이 라인으로 구획되는 표층부에 존재하는 상기 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 평균치가 1000㎚이상 500000㎚이하의 범위인, 상기 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재.

(5) 상기 알루미늄 합금재의 상기 단면에서 보아, 상기 알루미늄 합금재의 두께 중심 라인을 중심으로 하는 중심부에 존재하는 상기 결정립의 장변 방향 치수(BL1)의 평균치가 1500㎚이상 1000000㎚이하의 범위인, 상기 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재.

(6) 상기 알루미늄 합금재의 상기 단면에서 보아, 상기 알루미늄 합금재의 주표면 라인과, 해당 주표면 라인으로부터 깊이 방향으로 10㎛만큼 떨어진 위치를 지나는 10㎛ 깊이 라인으로 구획되는 표층부에 존재하는 상기 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 평균치에 대한, 상기 알루미늄 합금재의 두께 중심 라인을 중심으로 하는 중심부에 존재하는 상기 결정립의 장변 방향 치수(BL1)의 평균치의 비(BL1/AL1)가 1.2이상 4.0이하의 범위인, 상기 (1)∼(5) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재.

(7) 상기 알루미늄 합금재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.005㎛이상인, 상기 (1)∼(6) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재.

(8) 상기 알루미늄 합금재가 선재인, 상기 (1)∼(7) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재.

(9) 상기 선재의 선경이 0.01∼0.65㎜의 범위인, 상기 (8)에 기재된 알루미늄 합금재.

(10) 상기 (1)∼(9) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 편조 실드선.

(11) 상기 (1)∼(9) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 도전 부재.

(12) 상기 (1)∼(9) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 전지용 부재.

(13) 상기 (1)∼(9) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 체결 부품.

(14) 상기 (1)∼(9) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 스프링용 부품.

(15) 상기 (1)∼(9) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 구조용 부품.

(16) 상기 (1)∼(9) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 캡타이어 케이블.

본 발명에 따르면, 알루미늄 합금재가 소정의 합금 조성을 가짐과 동시에, 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 대략 일방향으로 평행한 단면에서 보아, 장변 방향으로 수직인 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚이하이고, 또한, 상기 알루미늄 합금재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하임으로 인해서, 고강도 및 높은 내마모성을 겸비한 알루미늄 합금재 및 이를 사용한 편조 실드선, 도전 부재, 전지용 부재, 체결 부품, 스프링용 부품, 구조용 부품 및 캡타이어 케이블을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련되는 알루미늄 합금재의 금속 조직의 모습을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명과 관련되는 알루미늄 합금재에서 결정립의 연장 방향으로 평행한 단면을 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 도 2 중 알루미늄 합금재의 표층부를 구성하는 부분(P)에 대한 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명예 8의 알루미늄 합금 선재의 장변 방향으로 평행한 단면에 대하여 금속 조직의 모습을 나타내는 SIM 화상이다.
도 5는 바우덴 마찰 시험기에 의해서, 알루미늄계 선재를 예로 하여, 알루미늄 합금재의 동마찰계수 및 마모량을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이 중, 도 5(a)는 피검체인 알루미늄계 선재와 부하 치구의 관계를 나타낸 평면도로서, 부하 치구는 가상선의 테두리로 나타낸다. 또한, 도 5(b)는 도 5(a)의 D-D'선 상의 단면도이다.

이하, 본 발명의 알루미늄 합금재의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 알루미늄 합금재는 Mg: 0.05∼1.80질량%, Si: 0.01∼2.00질량% 및 Fe: 0.01∼1.50질량%를 함유하고, 추가로 필요에 따라, Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상을 합계 2.00질량% 이하를 함유하고, 잔부: Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금재로서, 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 가지며, 상기 대략 일방향으로 평행한 단면에서 보아, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚이하이고, 또한, 상기 알루미늄 합금재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하이다.

본 명세서에 있어서, 「결정립」이란, 방위차 경계로 둘러싸인 부분을 가리키며, 여기서 「방위차 경계」란, 투과 전자현미경(TEM)이나 주사 투과 전자현미경(STEM), 주사 이온 현미경(SIM) 등을 이용하여 금속 조직을 관찰한 경우에, 콘트라스트(채널링 콘트라스트)가 불연속으로 변하는 경계를 가리킨다. 또한, 결정립의 장변 방향으로 평행한 치수(장변 방향 치수(L1)라고도 함)와, 결정립의 장변 방향으로 수직인 치수(단변 방향 치수(L2)라고도 함)는 모두 방위차 경계의 간격과 대응한다.

또한, 「주표면」이란, 알루미늄 합금재의 가공 방향(연신 방향)으로 평행한 면으로, 직접적으로 공구(압연 롤이나 드로잉 다이스)와 접하여, 연신 가공(두께 감소 가공)이 실시된 면(이하, 가공면이라 함)을 말한다. 예를 들면, 알루미늄 합금재가 선봉재인 경우의 주표면(가공면)은 선봉재의 신선 방향(장변 방향)으로 평행한 면(외주면)이고, 알루미늄 합금재가 판재인 경우의 주표면(가공면)은 판재의 압연 방향으로 평행한 면 중, 압연 롤러 등이 접한 면(표리 2면)이다.

여기서, 가공 방향이란, 연신 가공의 진행 방향을 가리킨다. 예를 들면, 알루미늄 합금재가 선봉재인 경우, 선봉재의 장변 방향(선경과 수직인 방향)이 신선 방향과 대응한다. 또한, 알루미늄 합금재가 판재인 경우에는, 압연 가공된 채인 상태에서의 장변 방향이 압연 방향과 대응한다. 또한, 판재의 경우, 압연 가공 후에 소정의 크기로 재단되어, 소편화되는 경우가 있지만, 이 경우, 재단 후의 판재의 장변 방향은 반드시 가공 방향과 일치하지는 않지만, 이 경우에도 판재 표면의 가공면으로부터 가공 방향은 확인 가능하다.

본 발명과 관련되는 알루미늄 합금재는 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 갖는다. 여기서, 본 발명과 관련되는 알루미늄 합금재의 금속 조직의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도를 도 1에 나타낸다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 합금재는 세장 형상의 결정립(10)이 대략 일방향, 도 1에서는 장변 방향(X)으로 가지런히 연장 상태가 된 섬유형 조직을 갖고 있다. 이러한 세장 형상의 결정립은 종래의 미세한 결정립이나, 단지 종횡비가 큰 편평한 결정립과는 크게 다르다. 즉, 본 발명의 결정립은 섬유와 같이 세장 형상이며, 그 장변 방향(X)으로 수직인 단변 방향(Y)에 대한 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚이하이다. 이러한 미세한 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직은 종래의 알루미늄 합금재에는 존재하지 않았던 신규 금속 조직이라 할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 알루미늄 합금재의 주표면은 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하이다. 상기 금속 조직을 갖는 알루미늄 합금재는 강도가 높아, 알루미늄 합금재끼리를 접촉시켜도 접촉 면적이 작다. 더욱이, 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)를 작게 함으로써, 알루미늄 합금재의 주표면끼리가 접촉하면서 상대적으로 운동하더라도, 요철에 의해서 깎이는 일이 적어진다. 더욱이, 이러한 상승 효과에 의해서, 마모에 의해서 형성되는 마모 입자가 미세화되기 때문에, 알루미늄 합금재를 접촉시켰을 때의 윤활 효과를 높일 수 있다. 그 때문에, 알루미늄 합금재에 있어서 원하는 강도를 유지하면서 내마모성을 높이고, 마모에 의한 단선을 저감시킬 수 있다.

또한, 결정립을 미세하게 하는 것은 알루미늄 합금재끼리를 접촉시켰을 때의 접촉 면적을 저감시키는 작용 이외에, 결정 슬립이 분산됨으로써, 굽힘 가공 등의 소성 가공을 실시한 후의 표면의 거칠기를 저감시키는 작용, 전단 가공하였을 때의 언더컷이나 버를 저감시키는 작용, 립계 부식을 개선하는 작용 등으로 직결되기 때문에, 더욱 내마모성을 향상시키는 효과가 있다.

(1) 합금 조성

본 발명의 알루미늄 합금재의 합금 조성과 그 작용에 대해서 나타낸다.

본 발명의 알루미늄 합금재는 기본 조성으로서 Mg: 0.05∼1.80질량%, Si: 0.01∼2.00질량% 및 Fe: 0.01∼1.50질량%를 함유하고, 추가로 필요에 따라, Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상을 합계 2.00질량% 이하를 적절히 함유시킨 것이다.

<Mg: 0.05∼1.80질량%>

Mg(마그네슘)은 알루미늄 모재의 결정립의 미세화에 기여하며, 또한, 미세한 결정립을 안정화시키는 작용을 갖는 원소이다. 상기 작용 효과를 얻는 점에서, Mg함유량은 0.05질량% 이상으로 하고, 0.10질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그렇지만, Mg 함유량이 1.80질량% 초과인 경우에는, 강도가 저하되어 단선되는 디메리트가 표면화되기 때문에, 바람직하지 않다. 따라서, Mg 함유량은 1.80질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.00질량% 이하이다.

<Si: 0.01∼2.00질량%>

Si(규소)는 알루미늄 모재의 결정립의 미세화에 기여하며, 또한, 미세한 결정립을 안정화시키는 작용을 갖는 원소이다. 상기 작용 효과를 얻는 점에서, Si 함유량은 0.01질량% 이상으로 하고, 0.03질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.10질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Si 함유량이 2.00질량% 초과인 경우에는, 강도가 저하되어 단선되는 디메리트가 표면화되기 때문에, 바람직하지 않다. 따라서, Si 함유량은 2.00질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.00질량% 이하이다.

<Fe: 0.01∼1.50질량%>

Fe(철)은 섬유형 결정립의 형성과 결정립의 미세화에 기여하는 원소이다. 상기 작용 효과를 얻는 점에서, Fe 함유량은 0.01질량% 이상으로 하고, 0.05질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.10질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Fe 함유량이 1.50질량%를 초과하면, 창출물이 많아지고, 강도가 저하된다. 여기서, 창출물이란, 합금의 주조 응고 시에 생기는 금속간 화합물을 말한다. 따라서, Fe 함유량은 1.50질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 1.00질량% 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.80질량% 이하이다.

<Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상: 합계 0.00∼2.00질량%>

Cu(구리), Ag(은), Zn(아연), Ni(니켈), Ti(티탄), Co(코발트), Au(금), Mn(망간), Cr(크롬), V(바나듐), Zr(지르코늄) 및 Sn(주석)은 모두 결정립의 미세화 효과가 있기 때문에, 필요에 따라 적절히 첨가할 수 있는 임의 첨가 원소 성분이다. 이들 원소는 후술하는 본 발명의 제조 방법과 상승적으로 작용하며, 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)를 제어하기 위해서 유효하게 작용한다.

이들 임의 첨가 원소 성분의 함유량은 상기 작용 효과를 얻는 점에서, 합계 0.0001질량% 이상으로 하고, 0.01질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.03질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.05질량% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 상기 임의 첨가 원소 성분의 함유량의 합계가 2.00질량% 초과이면, 강도가 저하되어 단선이 일어나기 쉬워진다. 따라서, Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn의 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유할 경우에는, 그들 함유량의 합계는 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.00질량% 이하, 보다 도전율을 중시할 경우에는 0.50질량% 이하로 한다. 이들 임의 첨가 원소 성분은 1종만인 단독으로 포함되어 있을 수 있고, 2종 이상의 조합으로 포함되어 있을 수 있다. 또한, 이들 임의 첨가 원소 성분의 함유량이나 그 하한은 0.00질량%로 할 수 있다.

<Cu: 0.00∼2.00질량%>

Cu는 특히 내열성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Cu의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Cu의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하됨과 동시에, 내부식성이 저하된다. 따라서, Cu의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, Cu는 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Cu를 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Cu 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Ag: 0.00∼2.00질량%>

Ag은 특히 내열성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Ag의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Ag의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Ag의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, Ag은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Ag을 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Ag 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Zn: 0.00∼2.00질량%>

Zn은 특히 내열성과, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Zn의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Zn의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Zn의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, Zn은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Zn을 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Zn 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Ni: 0.00∼2.00질량%>

Ni은 특히 내열성과, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키는 관점에서, Ni의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Ni의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Ni의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, Ni은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Ni을 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Ni 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Ti: 0.000∼2.000질량%>

Ti은 주조 시의 결정을 미세화시키며, 또한, 내열성을 향상시키고, 더욱이, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 주조 시의 결정을 미세화시킴과 동시에, 내열성을 향상시키는 작용을 충분히 발휘시키려면, Ti의 함유량을 0.005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이와 더불어, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 향상시키는 작용도 충분히 발휘시키려면, Ti의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, Ti의 함유량을 2.000질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Ti의 함유량은 바람직하게는 2.000질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.500질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.200질량% 이하로 한다. 또한, Ti은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Ti을 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Ti 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Co: 0.00∼2.00질량%>

Co는 특히 내열성과, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Co의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Co의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Co의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, Co는 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Co를 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Co 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Au: 0.00∼2.00질량%>

Au은 특히 내열성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Au의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Au의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Au의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, Au은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Au을 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Au 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Mn: 0.00∼2.00질량%>

Mn은 특히 내열성과, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Mn의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Mn의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Mn의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, Mn은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Mn을 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Mn 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Cr: 0.00∼2.00질량%>

Cr은 특히 내열성과, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Cr의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Cr의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Cr의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, Cr은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Cr을 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Cr 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<V: 0.00∼2.00질량%>

V은 특히 내열성과, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, V의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, V의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, V의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, V은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, V을 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, V 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Zr: 0.00∼2.00질량%>

Zr은 특히 내열성과, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Zr의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Zr의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Zr의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, Zr은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Zr을 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Zr 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Sn: 0.00∼2.00질량%>

Sn은 특히 내열성과, 부식 환경에서 사용되는 경우의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Sn의 함유량을 0.06질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.30질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Sn의 함유량을 2.00질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Sn의 함유량은 바람직하게는 2.00질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.20질량% 이하로 한다. 또한, Sn은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Sn을 첨가하지 않을 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Sn 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<잔부: Al 및 불가피 불순물>

상술한 성분 이외의 잔부는 Al(알루미늄) 및 불가피 불순물이다. 여기서 말하는 불가피 불순물은 제조 공정상 불가피하게 포함될 수 있는 함유 레벨의 불순물을 의미한다. 불가피 불순물은 함유량에 따라서는 도전율을 저하시키는 요인도 될 수 있기 때문에, 도전율의 저하를 고려하여 불가피 불순물의 함유량을 어느 정도 억제하는 것이 바람직하다. 불가피 불순물로서 들 수 있는 성분으로서는, 예를 들면, Bi(비스무스), Pb(납), Ga(갈륨), Sr(스트론튬) 등을 들 수 있다. 또한, 이러한 성분 함유량의 상한은 상기 성분마다 0.03질량%, 상기 성분의 총량으로 0.10질량%으로 하면 좋다.

이러한 알루미늄 합금재는 합금 조성이나 제조 프로세스를 조합하여 제어함으로써 실현 가능하다. 이하, 본 발명의 알루미늄 합금재의 적합한 제조 방법에 대해서 설명한다.

(2) 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금재의 제조 방법

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금재는 예를 들면 Al-Mg-Si-Fe계 합금의 내부에 결정립계를 고밀도로 도입함으로써, 내마모성을 높일 수 있다. 여기서, 알루미늄 합금재에 냉간 가공(연신 가공)을 실시함으로써, 합금 내부의 격자 결함의 재배열을 재촉하여, 안정화시킬 수 있기 때문에, 결정립계를 고밀도로 도입할 수 있다.

본 발명의 알루미늄 합금재의 바람직한 제조 방법에서는, 상기 소정의 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금 소재에 대하여, 최종적인 가공도(합계 가공도)가 3.0이상이 되도록 냉간 가공 [1]을 실시한다.

합계 가공도를 크게 함으로써, 금속 조직의 변형에 따르는 금속 결정의 분열을 재촉할 수 있으며, 알루미늄 합금재의 내부에 결정립계를 고밀도로 도입할 수 있다. 그 결과, 알루미늄 합금재의 강도를 높일 수 있으며, 또한, 내마모성이 대폭 향상한다. 이러한 합계 가공도는 바람직하게는 5.5이상, 보다 바람직하게는 6.5이상, 더욱 바람직하게는 7.5이상, 가장 바람직하게는 8.5이상으로 한다. 또한, 합계 가공도의 상한은 특별히 규정되지 않지만, 통상은 15이다.

또한, 가공도(η)는 가공 전의 단면적을 s1, 가공 후의 단면적을 s2(s1>s2)라 할 때, 하기 식 (1)로 나타난다.

가공도(무차원): η=In(s1/s2) ···(1)

냉간 가공의 수단은 목적으로 하는 알루미늄 합금재의 형상(선봉재, 판재, 조, 박 등)과 원하는 표면 거칠기에 따라서 적절히 선택하면 되며, 예를 들면 카세트 롤러 다이스, 홈 롤 압연, 환선 압연, 다이스 등에 의한 드로잉 가공, 스웨이징 등을 들 수 있다. 어느 가공 수단에 있어서도, 알루미늄 합금재의 내부에 결정립계를 적극적으로 도입함과 동시에, 가공 조건에서 표면 거칠기를 작게 함으로써, 높은 강도와 우수한 내마모성을 얻을 수 있다. 또한, 상기와 같은 가공에서 제조건(윤활유의 종류, 가공 속도, 가공 발열 등)은 공지의 범위에서 적절히 조정하면 된다.

알루미늄 합금 소재로서는, 상기 합금 조성을 갖는 것이면 특별히 한정은 없으며, 예를 들면, 압출재, 주괴재, 열간 압연재, 냉간 압연재 등을 사용 목적에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 알루미늄 합금 소재에 대하여, 다이스에 의한 드로잉이나 압연 등의 방법에 의해서, 높은 가공도의 가공이 실시된다. 그 때문에, 결과적으로, 길이가 긴 알루미늄 합금재를 얻을 수 있다. 한편, 분말 소결, 압축 비틀기 가공, High　pressure　torsion(HPT), 단조 가공, Equal　Channel Angular　Pressing(ECAP) 등과 같은 종래의 알루미늄 합금재의 제조 방법에서는, 이러한 길이가 긴 알루미늄 합금재를 얻기는 어렵다. 이러한 본 발명의 알루미늄 합금재는 바람직하게는 10m이상의 길이로 제조된다. 또한, 제조 시의 알루미늄 합금재 길이의 상한은 특별히 두지 않지만, 작업성 등을 고려하여, 6000m로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 알루미늄 합금재는 상술한 바와 같이, 결정립의 미세화를 위해서 가공도를 크게 하는 것이 유효하기 때문에, 특히 선봉재로서 제작할 경우에는, 세경으로 할수록, 또, 판재나 박으로서 제작할 경우에는, 얇은 두께로 할수록, 본 발명의 구성을 실현하기 쉽다.

특히, 본 발명의 알루미늄 합금재가 선재인 경우에는, 그 선경은 바람직하게는 0.65㎜이하, 보다 바람직하게는 0.40㎜이하, 더욱 바람직하게는 0.25㎜이하, 더욱 바람직하게는 0.15㎜이하이다. 또한, 하한은 특별히 두지 않지만, 작업성 등을 고려하여, 0.01㎜로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 알루미늄 합금으로 이루어지는 선재는 세선이라도 높은 강도를 갖기 때문에, 단선으로 가늘게 하여 사용할 수 있는 것이 이점 중 하나이다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금은 선재를 복수 개 묶어서 합쳐 꼬았을 때에, 세선끼리의 접촉에 의한 마모나, 그에 따른 단선이 일어나기 어려운 것도 이점 중 하나이다.

또한, 본 발명의 알루미늄 합금재가 판재인 경우에는, 그 판 두께는 바람직하게는 2.0㎜이하, 보다 바람직하게는 1.0㎜이하, 더욱 바람직하게는 0.4㎜이하, 특히 바람직하게는 0.2㎜이하이다. 또한, 하한은 특별히 두지 않지만, 0.01㎜로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 알루미늄 합금으로 이루어지는 판재는 박판이나 박의 형상이라도 높은 강도를 갖기 때문에, 얇은 두께의 단층으로서 사용할 수 있는 것이 이점 중 하나이다.

또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 합금재는 가늘게 또는 얇게 가공되지만, 이러한 알루미늄 합금재를 다수 준비하여 접합하고, 굵게 또는 두껍게 해서, 목적하는 용도로 사용할 수도 있다. 또한, 접합 방법으로서는, 공지의 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들면 압접, 용접, 접착제에 의한 접합이나 마찰 교반 접합 등을 들 수 있다. 또한, 알루미늄 합금재가 선봉재인 경우에는, 선봉재를 복수 개 묶어서 합쳐 꼬아 알루미늄 합금 연선으로 하여, 목적하는 용도로 사용할 수도 있다. 본 발명의 알루미늄 합금재는 특히, 이렇게 다수를 접합시킨 경우라도, 이러한 접촉에 의한 마모가 일어나기 어렵기 때문에, 우수한 내구성을 발휘한다.

또한, 잔류 응력의 해방이나 신장 향상을 목적으로 하여, 냉간 가공 [1] 후에 안정화 열처리 [2]를 실시할 수 있다. 냉간 가공을 실시한 알루미늄 합금재에 대한 안정화 열처리의 처리 온도는 70∼160℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 안정화 열처리의 유지 시간은 2∼10시간으로 하는 것이 바람직하다. 안정화 열처리의 처리 온도가 70℃ 미만인 경우나, 유지 시간이 2시간 미만인 경우에는, 상기와 같은 작용을 얻기 어렵다. 또한, 처리 온도가 160℃를 넘는 경우나, 유지 시간이 10시간을 넘는 경우에는, 금속 결정의 성장에 의해서 결정립계의 밀도가 저하되고, 강도가 저하되는 경향이 있다. 또한, 안정화 열처리의 제조건은 불가피 불순물의 종류나 양 및 알루미늄 합금재의 고용·석출 상태에 따라서 적절히 조절할 수 있다. 또한, 안정화 열처리 [2]는 실시하지 않을 수 있으며, 이 경우에도 원하는 높은 강도와 높은 내마모성을 갖는 알루미늄 합금재를 얻을 수 있다.

(3) 본 발명의 알루미늄 합금재의 조직적인 특징

<금속 조직>

도 2는 본 발명과 관련되는 알루미늄 합금재(1)에서 결정립의 연장 방향으로 평행한 단면을 나타내는 개략 단면도이다. 도 2에서는, 도 1과 마찬가지로, 결정립이 장변 방향(X)으로 가지런히 연장된 경우에 대해서 나타낸다. 또한, 도 3은 도 2 중, 알루미늄 합금재의 표층부(A)를 구성하는 부분(P)에 대한 확대 단면도이다.

상술한 바와 같은 제조 방법으로 제조되는 본 발명의 알루미늄 합금재는 금속 조직 내에 결정립계가 고밀도로 도입된 것이다. 이러한 본 발명의 알루미늄 합금재는 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 가지며, 이 대략 일방향(결정립의 연장 방향)으로 평행한 단면에 있어서, 두께 중심 라인과 주표면 라인의 사이에 있는 중간 라인(M) 근방의 영역(보다 구체적으로는, 도 2에 기재되는, 알루미늄 합금재(1)의 주표면 라인(H1, H2)으로부터 두께 중심 라인(O)을 향하여 두께(t)의 1/4배만큼 떨어진 위치에 있는 중간 라인(M)과, 이 중간 라인(M)으로부터 알루미늄 합금재(1)의 두께 방향을 따라 두께(t)의 20% 이내에 있는 영역)에서, 상기 결정립의 장변 방향(X)으로 수직인 단변 방향 치수(도 1의 치수(L2))의 평균치가 500㎚이하이다. 이러한 알루미늄 합금재는 종래에는 없는 특유의 금속 조직을 가짐으로써, 특히 높은 강도와 우수한 내마모성을 발휘할 수 있다.

본 발명의 알루미늄 합금재의 금속 조직은 섬유형 조직이며, 세장 형상의 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 섬유형으로 연장된 상태로 되어 있다.

여기서, 결정립이 연장되는 「일방향」은 결정립의 장변 방향(X)으로서, 알루미늄 합금재의 가공 방향(연신 방향)과 대응하고, 알루미늄 합금재가 선봉재인 경우에는 예를 들면 신선 방향과, 판재나 박인 경우에는 예를 들면 압연 방향과 각각 대응한다. 이 「일방향」은 바람직하게는 알루미늄 합금재의 장변 방향과 대응한다. 즉, 통상 알루미늄 합금재는 그 가공 방향으로 수직인 치수보다 짧은 치수로 개편화되어 있지 않는 한, 그 연장 방향은 그 장변 방향과 대응한다.

또한, 섬유형 금속 조직에 포함되는 결정립이 「대략 일방향으로 가지런히 연장된다」란, 알루미늄 합금재(1)에서 결정립이 연장된 방향으로 평행한 단면에 있어서, 결정립(10)의 장변 방향(X)과, 알루미늄 합금재(1)의 주표면(H1, H2)과 평행한 방향이 이루는 각도가 0°이상 15°이하인 상태를 말한다. 또한, 알루미늄 합금재의 기계적 강도 향상의 관점에서, 이 각도는 바람직하게는 0°이상 10°이하, 보다 바람직하게는 0°이상 7°이하, 가장 바람직하게는 0°이상 5°이하이다. 이 때, 결정립의 장변 방향(X)은 도 3에 기재되는 바와 같이, 결정립(10)의 좌단에서의 단변 방향(Y)에 대한 중점(m1)과, 결정립(10)의 우단에서의 단변 방향(Y)에 대한 중점(m2)을 지나는 직선(n)의 방향으로 할 수 있다.

또한, 알루미늄 합금재에서 상기 대략 일방향으로 평행한 단면에 있어서, 결정립의 단변 방향 치수(L2)의 평균치는 500㎚이하이고, 보다 바람직하게는 400㎚이하, 더욱 바람직하게는 350㎚이하, 특히 바람직하게는 300㎚이하, 한층 더 바람직하게는 200㎚이하이다. 이러한 지름(결정립의 단변 방향 치수(L2))이 가는 결정립이 대략 일방향으로 연장된 섬유형 금속 조직에서는, 결정립계가 고밀도로 형성되어 있으며, 이러한 금속 조직에 의하면, 변형에 따르는 결정 슬립을 효과적으로 저해할 수 있으며, 또한, 마모편이 미세해짐으로 인한 윤활 효과에 의해서, 종래에 없는 높은 강도나 높은 내마모성을 실현할 수 있다. 또한, 알루미늄 합금재가 보다 강고한 것이 되어, 마모의 원인이 되는 접촉이 일어나기 어려워지는 관점에서도, 내마모성을 높일 수 있다. 또한, 결정립의 단변 방향 치수(L2)의 평균치는 높은 강도나 높은 내마모성을 실현함에 있어서 작을수록 바람직하지만, 제조상 또는 물리상의 한계로서의 하한은 예를 들면 50㎚이다.

또한, 상기 결정립의 장변 방향 치수(L1)의 평균치는 반드시 특정되지는 않지만, 1200㎚이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1700㎚이상이며, 더욱 바람직하게는 2200㎚이상이다. 또한, 상기 장변 방향 치수(L1)의 평균치 및 단변 방향 치수(L2)의 평균치의 범위를 고려하면, 상기 결정립의 장변 방향 치수(L1)의 평균치와 단변 방향 치수(L2)의 평균치의 종횡비(L1/L2)는 10이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20이상이다.

도 2에 나타내는 알루미늄 합금재(1)의 단면에 있어서, 주표면(주표면 라인(H1, H2))의 근방에 있는 표층부(A)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 평균치와, 두께 중심 라인(O)을 중심으로 하는 중심부(B)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(BL1)의 평균치가 다른 것이 바람직하다. 이로써, 알루미늄 합금재(1)는 주표면(H1, H2) 각각부터 두께 중심 라인(O)까지의 사이에서, 결정립의 장변 방향(X)에 대한 치수에 기울기가 있는 금속 조직을 갖기 때문에, 종래의 알루미늄 합금재에 없는 새로운 금속 조직을 얻을 수 있다.

여기서, 표층부(A)는 도 2에 나타내는 알루미늄 합금재(1)에서 결정립의 연장 방향으로 평행한 단면에서 보아, 알루미늄 합금재(1)의 주표면 라인(H1, H2)과, 주표면 라인(H1, H2)으로부터 깊이 방향(알루미늄 합금재의 두께 방향)으로 10㎛만큼 떨어진 위치를 지나는 10㎛ 깊이 라인(d1, d2)으로 구획되는 영역이다. 또한, 중심부(B)는 상기 단면에서 보아, 알루미늄 합금재(1)의 두께 방향에 대하여, 알루미늄 합금재(1)의 주표면(H1)까지의 거리와, 주표면(H2)까지의 거리가 같아지는 두께 중심 라인(O)을 중심으로 하는 영역이고, 이 두께 중심 라인(O)으로부터 양측으로 알루미늄 합금재(1)의 두께 방향에 대하여, 두께(t)의 2/10배만큼 떨어진 위치(도 2의 두께 라인(c1, c2))까지의 영역이다. 여기서, 알루미늄 합금재가 선재인 경우, 두께(t)는 선재의 선경에 해당함과 동시에, 중심부(B)는 두께 중심 라인(O)으로부터 선경 방향으로 선경(두께(t))의 2/10배만큼 떨어진 위치를 지나는 선(도 2의 두께 라인(c1, c2))에 의해서 구획된다.

특히, 도 2에 나타내는 바와 같은 상기 단면에 있어서, 표층부(A)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 평균치는 바람직하게는 1000㎚이상 500000㎚이하, 보다 바람직하게는 2000㎚이상 100000㎚이하이다. 표층부(A)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 평균치를 상기 범위 내로 함으로써, 알루미늄 합금재(1)의 주표면(H1, H2)에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하의 범위 내로 제어하기 쉽기 때문에, 알루미늄 합금재의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같은 상기 단면에 있어서, 중심부(B)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(BL1)의 평균치는 바람직하게는 1500㎚이상 1000000㎚이하, 보다 바람직하게는 3000㎚이상 100000㎚이하이다. 중심부(B)에 존재하는 결정립(BL1)의 평균치를 상기 범위 내로 함으로써, 알루미늄 합금재의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같은 상기 단면에 있어서, 표층부(A)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 평균치에 대한, 중심부(B)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(BL1)의 평균치의 비(BL1/AL1)는 바람직하게는 1.2이상 4.0이하, 바람직하게는 1.5이상 3.5이하, 보다 바람직하게는 1.8이상 3.0이하, 더욱 바람직하게는 2.1이상 2.5이하이다. 이로써, 알루미늄 합금재의 내마모성 및 기계적 강도를 동시에 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 알루미늄 합금재(1)에서는, 중심부(B)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(BL1)의 평균치가, 표층부(A)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 평균치보다 큰 것이 바람직하며, 이 때, 두께 중심 라인(O)으로부터 주표면 라인(H1, H2)을 향하여 결정립의 장변 방향 치수(L1)의 평균치가 작아지는 기울기를 갖는다.

표층부(A)에 존재하는 결정립에서, 장변 방향 치수(AL1)의 평균치와 단변 방향 치수(AL2)의 평균치의 종횡비(AL1/AL2)나, 중심부(B)에 존재하는 결정립에서, 장변 방향 치수(BL1)의 평균치와 단변 방향 치수(BL2)의 평균치의 종횡비(BL1/BL2)는 각각 상술한 종횡비(L1/L2)와 마찬가지로, 10이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20이상이다.

이러한 섬유형 금속 조직의 관찰은 투과 전자현미경(TEM)이나 주사 투과 전자현미경(STEM), 주사 이온 현미경(SIM) 등을 이용하여 실시할 수 있다. 그 중에서도, 주사 이온 현미경(SIM)을 이용하여 실시하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 알루미늄 합금재의 장변 방향(신선 방향)을 결정립의 연장 방향(장변 방향(X))과 근사시킬 수 있으며, 그 경우에는, 알루미늄 합금재의 신선 방향으로 평행한 단면에 대하여, FIB(Focused　Ion　Beam)을 이용하여 이온 밀링을 실시해서 완성한 것을 관찰용 시료로 할 수 있다.

이 중, SIM 관찰에서는, 그레이 콘트라스트를 이용하는 것이 바람직하고, 이 때, 콘트라스트의 차이를 결정 방위의 차이로서, 콘트라스트가 불연속으로 다른 경계를 결정립계로서 인식할 수 있다. 또한, 이온선의 침입 깊이에 따라서는, 결정 방위가 달라도 그레이 콘트라스트에 차이가 없는 경우가 있다. 그 경우에는, 주사 이온 현미경의 시료 스테이지 내에서 직교하는 2개의 시료 회전 축에 의해서 ±3°∼6°씩 기울여서 전자선과 시료의 각도를 바꾸어서, 복수의 이온 침입 깊이 조건에서 관찰면을 촬영하여, 립계를 인식한다.

예를 들면, 중간 라인(M)과 그 근방에 대하여 SIM 관찰할 때에는, 관찰 시야는 세로 (15∼40)㎛×가로 (15∼40)㎛로 하고, 도 2에 나타나는 결정립의 연장 방향(장변 방향(X))으로 평행한 단면에 있어서, 단변 방향(Y)(장변 방향(X)과 수직인 방향)에 대하여, 두께 중심 라인(O)과 주표면 라인 H1 또는 H2와의 거리가 같아지는 위치(알루미늄 합금재(1)의 주표면 H1 또는 H2로부터, 두께 중심 라인(O)을 향하여 두께(t)의 1/4배만큼 떨어진 위치)를 중간 라인(M)으로 하고, 이 중간 라인(M)으로부터 알루미늄 합금재의 두께 방향을 따라 두께(t)의 20% 이내에 있는 영역)에서 관찰을 실시한다. 그리고, 관찰된 결정립 중, 임의의 100개를 선택하여, 각각의 결정립의 장변 방향(X)(결정립이 연장되는 대략 일방향)에 대한 장변 방향 치수(L1)와, 단변 방향(Y)에 대한 단변 방향 치수(L2)를 측정하여, 이들 치수(L1, L2)의 평균치를 산출한다.

또한, 표층부(A) 중, 주표면 라인(H1) 측의 표층부(A1)에 대하여 SIM 관찰할 때에는, 관찰 시야를 세로 10㎛×가로 1000㎛로 하고, 도 2에 나타나는 결정립의 장변 방향(X)과 평행한 단면에 있어서, 알루미늄 합금재(1)의 주표면 라인(H1)으로부터 깊이 방향(알루미늄 합금재의 두께 방향)으로 5㎛만큼 떨어진 위치를 지나는 선을 중심으로 하여, 이 선으로부터 깊이 방향을 따라 양측으로 5㎛만큼 떨어진 위치까지의 영역에 대하여 관찰을 실시한다. 이로써, 주표면 라인(H1)과, 주표면 라인(H1)으로부터 깊이 방향으로 10㎛만큼 떨어진 위치를 지나는 10㎛ 깊이 라인(d1)으로 구획되는 영역에서 관찰을 실시할 수 있다. 표층부(A) 중, 주표면 라인(H2) 측의 표층부(A2)에 대하여 SIM 관찰할 때에도, 마찬가지로 주표면 라인(H2)으로부터 깊이 방향으로 5㎛만큼 떨어진 위치를 지나는 선을 중심으로 하여, 이 선으로부터 깊이 방향을 따라 양측으로 5㎛만큼 떨어진 위치까지의 영역에 대하여 관찰을 실시한다. 이렇게 하여 관찰된 결정립 중, 임의의 100개를 선택하고, 각각의 결정립에 대하여, 장변 방향(X)(결정립이 연장되는 방향)에 관한 장변 방향 치수(AL1)와, 단변 방향(Y)에 관한 단변 방향 치수(AL2)를 측정하여, 이들 치수(AL1, AL2)의 평균치를 산출한다.

또한, 중심부(B)에 대하여 SIM 관찰할 때에는, 관찰 시야를 세로 10㎛×가로 1000㎛로 하고, 도 2에 나타내는 바와 같은 결정립의 장변 방향(X)으로 평행한 단면에 있어서, 알루미늄 합금재(1)의 두께 방향에 대하여, 알루미늄 합금재(1)의 주표면 라인(H1)까지의 거리와, 주표면 라인(H2)까지의 거리가 같아지는 두께 중심 라인(O)을 중심으로 한 영역에 대하여 관찰을 실시한다. 보다 구체적으로는, 이 두께 중심 라인(O)을 중심으로 하여, 알루미늄 합금재의 두께 방향의 양측에 대하여, 두께(t)의 2/10배만큼 떨어진 위치를 지나는 선(도 2의 두께 라인(c1, c2))에 의해서 구획되는 영역 내에서 관찰을 실시한다. 그리고, 관찰된 결정립 중, 임의의 100개를 선택하고, 각각의 결정립에 대하여, 장변 방향(X)(결정립이 연장되는 방향)에 관한 장변 방향 치수(BL1)와, 단변 방향(Y)에 관한 단변 방향 치수(BL2)를 측정하여, 이들 치수(BL1, BL2)의 평균치를 산출한다. 또한, 장변 방향 치수(AL1)의 평균치와, 장변 방향 치수(BL1)의 평균치로부터 BL1/AL1비를 산출한다.

주사 이온 현미경(SIM)을 이용하여 섬유형 금속 조직을 관찰할 때, 촬영된 화상에 차지하는 상기 섬유형 금속 조직의 면적 비율(a)은 20%이상이면, 상기 알루미늄 합금재의 기계적 강도 및 내마모성을 향상시키는 효과가 발휘되기 쉬워진다. 알루미늄 합금재에 있어서 고강도 및 고내마모성을 얻기 쉽게 하는 관점에서, 이 면적 비율(a)은 바람직하게는 50%이상, 보다 바람직하게는 60%이상, 더욱 바람직하게는 70%이상, 더욱 바람직하게는 80%이상이다.

<표면 성상>

또한, 상술한 바와 같은 제조 방법으로 제조되는 본 발명의 알루미늄 합금재는 주표면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하이다. 이러한 알루미늄 합금재는 종래에는 없는 미세한 결정 조직과 조합함으로써, 원하는 강도를 가지면서도, 마모로 인해서 형성되는 마모 입자를 미세화해서 윤활 효과를 높이는 작용이나, 알루미늄 합금재의 주표면끼리가 접촉하면서 상대적으로 운동할 때에, 요철에 의해서 깎이기 어려워지는 작용이 나타나기 때문에, 특히 우수한 내마모성을 발휘할 수 있다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금재에서 주표면의 산술 평균 거칠기(Ra)는 바람직하게는 0.800㎛이하, 보다 바람직하게는 0.500㎛이하, 더욱 바람직하게는 0.300㎛이하, 더욱 바람직하게는 0.100㎛이하, 더욱 바람직하게는 0.050㎛이하이다. 한편, 제조상의 비용을 저감함과 동시에 측정 장치의 정밀도를 적정하게 하는 관점에서, 본 발명의 알루미늄 합금재에서 주표면의 산술 평균 거칠기(Ra)는 바람직하게는 0.005㎛이상, 보다 바람직하게는 0.01㎛이상으로 할 수 있다.

(4) 본 발명의 알루미늄 합금재의 특성

[동마찰계수 및 마모량]

동마찰계수 및 마모량은 바우덴 마찰 시험기를 이용하여 측정된 값으로 한다. 자세한 측정 조건은 후술하는 실시예 란에서 설명한다.

본 발명의 알루미늄 합금재는 바람직하게는 동마찰계수가 0.80이하이다. 이러한 동마찰계수를 가짐으로써, 알루미늄 합금재에 동종의 재료나 다른 재료가 접촉하더라도, 알루미늄 합금재에 마모가 생기기 어렵다. 따라서, 예를 들면, 본 발명의 알루미늄 합금 선봉재를 케이블의 편조 실드선에 적용한 경우에는, 케이블의 굴곡에 의해서 편조 실드선끼리에 마찰이 생겨도, 그러한 마모를 저감시킬 수 있기 때문에, 케이블의 장기 수명화를 도모하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 보다 바람직한 동마찰계수는 0.70이하, 더욱 바람직한 동마찰계수는 0.60이하이다.

또한, 본 발명의 알루미늄 합금재는 바우덴 마찰 시험기를 이용한 시험에서의 마모량이 바람직하게는 100㎛이하, 보다 바람직하게는 80㎛이하, 더욱 바람직하게는 60㎛이하이다.

[다른 금속에 의한 피복]

본 발명의 알루미늄 합금재는 나재로서 이용할 뿐만 아니라, 도금이나 클래드 등의 방법에 의해서 다른 금속으로 피복해도 좋다. 피복하는 금속으로서는, 접촉 저항의 저감, 내식성 향상 등의 효과가 있는 Cu, Ni, Ag, Pd, Au, Sn 등을 들 수 있다. 다른 금속에 의한 피복율은 알루미늄 합금재의 장변 방향으로 수직인 단면에 있어서, 전체 면적의 25% 정도까지로 하는 것이 바람직하다. 피복율이 너무 높으면, 경량화 효과가 저감되어버리기 때문이다. 상기 피복율은 바람직하게는 15%이하, 보다 바람직하게는 10%이하, 더욱 바람직하게는 5%이하이다.

금속을 피복한 후에 소성 가공을 실시할 경우에는, 가공 발열에 의해서 피복한 금속과 기재의 알루미늄 합금이 반응하여, 금속간 화합물을 형성하는 경우가 있다. 따라서, 예를 들면, 신선 가공 속도를 50m/min 이하까지 저속으로 하는 윤활재를 강제 냉각하여 피가공재를 냉각하는 능력을 높이는 등의 방법이 필요하다.

(5) 본 발명의 알루미늄 합금재의 용도

본 발명의 알루미늄 합금재는 철계 재료, 구리계 재료 및 알루미늄계 재료가 사용되고 있는 모든 용도가 대상이 될 수 있다. 특히, 본 발명의 알루미늄 합금재는 고강도 및 고내마모성을 겸비하고 있기 때문에, 알루미늄 합금재의 복수 개를 묶어서 합쳐 꼬아 알루미늄 합금 연선으로 하여 목적하는 용도로 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 전선이나 편조 실드선, 케이블 등의 도전 부재, 집전체용 메쉬나 그물 등의 전지용 부재, 나사나 볼트, 리벳 등의 체결 부품, 코일 스프링 등의 스프링용 부품, 커넥터나 단자 등의 전기 접점용 스프링 부재, 샤프트나 프레임 등의 구조용 부품, 가이드 와이어, 반도체용 본딩 와이어, 발전기나 모터에 사용되는 코일 등으로서 적합하게 이용할 수 있다.

이 중, 도전 부재의 보다 구체적인 용도예로서는, 가공 송전선, OPGW, 지중 전선, 해저 케이블 등의 전력용 전선, 전화용 케이블이나 동축 케이블 등의 통신용 전선, 유선 드론용 케이블, 캡타이어 케이블, EV/HEV용 충전 케이블, 해상 풍력 발전용 트위스팅 케이블, 엘리베이터 케이블, 엄빌리컬 케이불, 로봇 케이블, 전차용 가선, 트롤리선 등의 기기용 전선, 자동차용 와이어하네스, 선박용 전선, 비행기용 전선 등의 수송용 전선, 버스 바, 리드 프레임, 플렉시블 플랫 케이블, 피뢰침, 안테나, 커넥터, 단자, 케이블의 편조 등을 들 수 있다.

특히, 전선이나 케이블에서 연선으로서 사용할 경우에는, 본 발명의 알루미늄 합금과 범용적인 구리나 알루미늄 등의 도체를 조합하여 연선으로 할 수도 있다.

전지용 부재로서는, 태양 전지의 전극, 리튬 이온 전지의 전극 등을 들 수 있다.

구조용 부품(부재)의 보다 구체적인 용도예로서는, 건축 현장의 발판, 컨베이어 메쉬 벨트, 의료용 금속 섬유, 쇠사슬 홑옷(갑옷 속에 받쳐 입는 작은 미늘로 엮어 만든 속옷), 펜스, 제충 넷, 지퍼, 파스너, 클립, 알루미늄 울, 브레이크 와이어나 스포크 등의 자전거용 부품, 강화 유리의 보강선, 파이프 실링, 메탈 패킹, 케이블의 보호 강화재, 팬 벨트의 심금(芯金), 액츄에이터 구동용 와이어, 체인, 행거, 방음용 메쉬, 선반용 판 등을 들 수 있다.

체결 부품(부재)의 보다 구체적인 용도예로서는, 멈춤 나사, 스테이플, 압정 등을 들 수 있다.

스프링용 부품(부재)의 보다 구체적인 용도예로서는, 스프링 전극, 단자, 커넥터, 반도체 프로브용 스프링, 판 스프링, 태엽용 스프링 등을 들 수 있다.

또한, 수지계 재료, 플라스틱 재료, 천 등에 도전성을 띠게 하거나, 강도나 탄성률을 제어하거나 하기 위해서 첨가하는 금속 섬유로서도 적합하다.

또한, 안경 프레임, 시계용 벨트, 만년필의 펜촉, 포크, 헬멧, 주사바늘 등의 민생 부재나 의료 부재에도 적합하다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 개념 및 특허 청구의 범위에 포함되는 모든 양태를 포함하며, 본 발명의 범위 내에서 각종 개변할 수 있다.

[실시예]

다음으로, 본 발명의 효과를 더욱 명확하게 하기 위해서, 본 발명예 및 비교예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(본 발명예 1∼28)

우선, 표 1에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 각 봉재를 준비하였다. 다음으로, 각 봉재를 사용하여, 표 2에 나타내는 제조 조건에서, 각각의 알루미늄 합금 선재를 제작하였다.

여기서, 본 발명예 1∼9에서는, 동일한 조성을 갖는 알루미늄 합금 선재에 대하여, 신선 가공에 있어서의 가공도와, 신선 가공의 조건을 바꿈으로써, 결정립의 단변 방향 치수(L2)와, 주표면의 산술 평균 거칠기(Ra)의 크기를 조정하였다. 보다 구체적으로는, 신선 가공에서의 가공도를 바꿈으로써, 결정립의 단변 방향 치수(L2)를 조정하였다. 또한, 결정립의 단변 방향 치수(L2)를 조정하거나, 신선 가공의 조건을 바꾸거나 함으로써, 주표면의 산술 평균 거칠기(Ra)를 조정하였다.

또한, 본 발명예 10∼11, 12∼13, 14∼17, 18∼19에서는, 각각 알루미늄 합금 선재의 조성을 조정하고, 또, 신선 가공의 조건을 바꿈으로써 주표면의 산술 평균 거칠기(Ra)의 크기를 조정하였다.

또한, 표 2에 나타내는, 전체 제조 조건에 대한 알파벳 A∼G 및 신선 가공에 사용한 다이스의 조건(신선 조건)에 대한 숫자 1∼4는 구체적으로는 이하와 같다.

<제조 조건 A>

준비한 봉재에 대하여, 가공도의 합계가 5.5가 되도록 신선 가공을 실시하고, 이어서 100℃에서 5시간 유지하는 안정화 열처리를 실시하였다.

<제조 조건 B>

준비한 봉재에 대하여, 가공도의 합계가 6.5가 되도록 신선 가공을 실시하고, 이어서 100℃에서 5시간 유지하는 안정화 열처리를 실시하였다.

<제조 조건 C>

준비한 봉재에 대하여, 가공도의 합계가 7.5가 되도록 신선 가공을 실시하고, 이어서 100℃에서 5시간 유지하는 안정화 열처리를 실시하였다.

<제조 조건 D>

준비한 봉재에 대하여, 가공도의 합계가 8.5가 되도록 신선 가공을 실시하고, 이어서 100℃에서 5시간 유지하는 안정화 열처리를 실시하였다.

<제조 조건 E>

준비한 봉재에 대하여, 가공도의 합계가 2.0이 되도록 신선 가공을 실시하고, 이어서 100℃에서 5시간 유지하는 안정화 열처리를 실시하였다.

<제조 조건 F>

가공도의 합계가 7.5가 되도록 신선 가공을 실시한 후, 200℃에서 소둔을 실시해서, 섬유형 금속 조직을 소실시켰다.

<제조 조건 G>

가공도의 합계가 7.5가 되도록 신선 가공을 실시한 후, 300℃에서 소둔을 실시해서, 섬유형 금속 조직을 소실시켰다.

<신선 조건 1>

천연 다이아몬드로 이루어지는 칩을 사용한 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시한 후, 완성에 작은 스텝형 천연 다이아몬드 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시하였다.

<신선 조건 2>

천연 다이아몬드로 이루어지는 칩을 사용한 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시하였다.

<신선 조건 3>

소결 다이아몬드로 이루어지는 칩을 사용한 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시하였다.

<신선 조건 4>

초경 합금으로 이루어지는 칩을 사용한 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시하였다.

(비교예 1, 2)

비교예 1, 2에서는, 표 1에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 봉재를 사용하고, 신선 가공의 조건을 조정해서, 주표면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛보다 큰 알루미늄계 선재를 제작하였다.

(비교예 3, 4)

비교예 3, 4에서는, 표 1에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 봉재를 사용하고, 다이스를 이용한 신선 가공 시의 가공도를 조정해서, 결정립의 단변 방향 치수의 평균치가 500㎚보다 큰 알루미늄계 선재를 제작하였다.

(비교예 5)

비교예 5에서는, 표 1에 나타내는 바와 같이, Mg과 Si를 모두 포함하지 않는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 봉재를 사용하고, 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시해서, 결정립의 단변 방향 치수의 평균치가 500㎚보다 큰 알루미늄계 선재를 제작하였다.

(비교예 6)

비교예 6에서는, 표 1에 나타내는 바와 같이, Fe을 포함하지 않는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 봉재를 사용하고, 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시해서, 섬유형 금속 조직을 갖고 있지 않고, 결정립의 단변 방향 치수의 평균치가 500㎚보다 큰 알루미늄계 선재를 제작하였다.

(비교예 7)

비교예 7에서는, 표 1에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 봉재를 사용하고, 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시한 후, 300℃에서 소둔을 실시해서, 섬유형 금속 조직을 소실시킨 알루미늄계 선재를 제작하였다.

(비교예 8)

비교예 8에서는, 표 1에 나타내는 바와 같이, Fe을 1.50질량%보다 많이 함유 시킨 10㎜φ의 봉재를 사용하고, 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시해서, 알루미늄계 선재를 제작하였다.

(비교예 9)

비교예 9에서는, 표 1에 나타내는 바와 같이, Mg을 1.80질량%보다 많이 함유시키고, 또, Si를 2.00질량%보다 많이 함유시킨 10㎜φ의 봉재를 사용하고, 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시해서, 알루미늄계 선재를 제작하였다.

(비교예 10)

비교예 10에서는, 표 1에 나타내는 바와 같이, Cu와 Cr을 합계 2.00질량%보다 많이 함유시킨 10㎜φ의 봉재를 사용하고, 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시해서, 알루미늄계 선재를 제작하였다.

(종래예 1)

종래예 1에서는, 순동으로 이루어지는 10㎜φ의 봉재를 사용하고, 다이스를 이용하여 신선 가공을 실시한 후, 200℃에서 소둔을 실시해서, 등축형 금속 조직인 구리 선재를 제작하였다.

[평가]

상기한 본 발명예, 비교예 및 종래예와 관련되는 알루미늄계 선재를 사용하여, 하기에 나타내는 특성 평가를 실시하였다. 각 특성의 평가 조건은 하기와 같다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다. 또한, 비교예 8∼10의 알루미늄계 선재는 신선 가공중에 단선되었기 때문에, 이들의 특성 평가는 실시하지 않았다.

[1] 합금 조성

JIS　H1305:2005에 준하여, 발광 분광 분석법에 따라서 실시하였다. 또한, 측정은 발광 분광 분석 장치(주식회사 히다치 하이테크 사이언스제)를 이용하여 실시하였다.

[2] 조직 관찰

금속 조직의 관찰은 주사 이온 현미경(SMI3050TB, 세이코 인스툴 주식회사제)을 이용하여 SIM(Scanning　Ion　Microscope) 관찰에 의해서 실시하였다. 가속 전압은 30㎸에서 관찰하였다.

관찰용 시료로서는, 상기 선재의 장변 방향(신선 방향)으로 평행한 단면에 대하여, FIB(Focused　Ion　Beam)을 이용하여 이온 밀링을 실시해서 완성한 것을 사용하였다.

SIM 관찰에서는, 그레이 콘트라스트를 이용하여 콘트라스트의 차이를 결정 방위의 차이로서, 콘트라스트가 불연속으로 다른 경계를 결정립계로서 인식하였다. 또한, 이온선의 이온 침입 깊이 조건에 따라서는, 결정 방위가 달라도 그레이 콘트라스트에 차이가 없는 경우가 있기 때문에, 그 경우에는, 주사 이온 현미경의 시료 스테이지 내에서 직교하는 2개의 시료 회전 축에 의해서 ±3°∼6°씩 기울여서 전자선과 시료의 각도를 바꿔서, 복수의 이온 침입 깊이 조건에서 관찰면을 촬영하여, 립계를 인식하였다.

(1) 중간 라인(M) 근방에서의 평균 결정립경의 측정과, 섬유형 조직에 대한 평가

여기서, SIM 관찰에서 관찰 시야를 (15∼40)㎛×(15∼40)㎛로 하고, 상기 단면에 있어서, 선경 방향(장변 방향으로 수직인 방향)과 대응하는 선상의 중심에 있는 두께 중심 라인과, 표층을 구성하는 주표면 라인과의 중간 부근 위치(선재의 주표면 라인 측으로부터 두께 중심 라인 측을 향하여 선경(두께(t))의 1/4만큼 떨어진 위치에 있는 중간 라인(M)과, 이 중간 라인(M)으로부터 선경 방향(알루미늄 합금재의 두께 방향)을 따라 두께(t)의 20% 이내에 있는 영역)에서 관찰을 실시하였다. 관찰 시야는 결정립의 크기에 따라서 적절히 조정하였다.

그리고, SIM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 화상으로부터, 선재의 장변 방향(신선 방향)과 평행한 단면에서, 섬유형 금속 조직의 유무를 판단하였다. 도 4는 SIM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 본 발명예 8의 선재의 장변 방향(신선 방향)과 평행한 단면의 TEM 화상의 일부이다. 본 발명예에서는, 도 4에 나타내는 금속 조직이 관찰된 경우, 섬유형 금속 조직에 대하여 「유」라고 평가하였다.

더욱이, 각각의 관찰 시야에 있어서, 결정립 중 임의의 100개를 선택하고, 각각의 결정립의 장변 방향(X)(결정립이 연장되는 대략 일방향)과 평행한 장변 방향 치수(L1)와, 결정립의 장변 방향(X)에 대하여 수직인 단변 방향(Y)에 대한 단변 방향 치수(L2)를 측정하여, 결정립 100개의 평균치를 산출함과 동시에, 이들 평균치로부터 결정립의 종횡비(L1/L2)를 구하였다. 또한, 일부 비교예에 대해서는, 관찰된 결정립의 평균 입경이 500㎚보다 분명히 컸기 때문에, 각 치수를 측정하는 결정립의 선택수를 줄여서, 각각의 평균치를 산출하였다. 또한, 결정립의 장변 방향 치수(L1)가 분명하게 결정립의 단변 방향 치수(L2)의 10배 이상인 것에 대해서는, 일률적으로 종횡비 10이상이라 판단하였다. 또한, 중간 라인(M) 근방의 상기 관찰 시야에 대하여 SIM 관찰을 실시하였을 때에 촬영되는 화상으로부터, 섬유형 금속 조직의 면적 비율(a)을 구하였다.

(2) 표층부(A)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 측정

또한, SIM 관찰에서 관찰 시야를 10㎛×1000㎛로 하고, 알루미늄 합금재(1)의 주표면 라인 H1 또는 H2로부터 깊이 방향(알루미늄 합금재의 두께 방향)으로 5㎛만큼 떨어진 위치를 지나는 선을 중심으로 하여, 이 선으로부터 깊이 방향을 따라 양측으로 5㎛만큼 떨어진 위치까지의 영역에 대하여, SIM 관찰을 실시하였다.

그리고, 관찰된 결정립 중, 임의의 100개를 선택해서, 각각의 결정립경의 장변 방향(결정립이 연장되는 대략 일방향)과 평행한 장변 방향 치수(AL1)의 평균치를 산출하였다.

(3) 중심부(B)에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(BL1)의 측정

또한, SIM 관찰에서 관찰 시야를 10㎛×1000㎛로 하고, 알루미늄 합금재(1)의 두께 방향에 대한 알루미늄 합금재(1)의 주표면 라인(H1)까지의 거리와, 주표면 라인(H2)까지의 거리가 같아지는 두께 중심 라인(O)을 구하였다. 그리고, 이 두께 중심 라인(O)을 중심으로 하여, 알루미늄 합금재의 두께 방향의 양측으로 두께의 2/10배만큼 떨어진 위치까지의 영역 내에서 SIM 관찰을 실시하였다.

그리고, 관찰된 결정립 중, 임의의 100개를 선택해서, 각각의 결정립경의 장변 방향(결정립이 연장되는 대략 일방향)과 평행한 장변 방향 치수(BL1)의 평균치를 산출하였다. 또한, 장변 방향 치수(BL1)의 평균치에 대한 장변 방향 치수(AL1)의 평균치의 비(AL1/BL1)를 산출하였다.

[3] 표면 성상 평가

알루미늄계 선재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)의 측정은 레이저 현미경(주식회사 키엔스제 VK-8500)을 이용하여, ISO 규격(ISO　25178)에 따른 산술 평균 거칠기(Ra)를 계측하였다. 레이저 현미경의 측정 조건은 알루미늄계 선재의 선경과 주표면의 표면 거칠기에 따라서, 배율을 100배, 300배, 1000배로부터 적절히 선택함과 동시에, 컷오프값을 80㎛, 250㎛, 800㎛로부터 적절히 선택하여, 둘레 방향 20㎛×장변 방향 30∼100㎛의 직사각형 영역에 대하여, 레이저를 조사하는 측정을 실시하였다. 산술 평균 거칠기는 임의의 10개소에 대해서 동일하게 측정하고, 그 평균치(N=10)를 본 시험에서 주표면의 산술 평균 거칠기(Ra)로 하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

[4] 특성 평가

알루미늄계 선재에서의 동마찰계수 및 마모량의 측정은 바우덴 마찰 시험기를 이용하여 실시하였다. 본 발명예 1∼28, 비교예 1∼10 및 종래예 1의 알루미늄계 선재에 접동시키는 상대재로서는, 피검체인 알루미늄계 선재과 같은 것을 사용하였다. 알루미늄계 선재 표면의 동마찰계수 및 마모량의 측정은 구체적으로는 이하와 같이 실시하였다.

도 5는 바우덴 마찰 시험기에 의해서, 알루미늄계 선재를 예로 하여, 알루미늄 합금재의 동마찰계수 및 마모량을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이 중, 도 5(a)는 피검체인 알루미늄계 선재와 부하 치구의 관계를 나타낸 평면도로서, 부하 치구는 가상선의 테두리로 나타낸다. 또한, 도 5(b)는 도 5(a)의 D-D'선상의 단면도이다.

여기서, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 피검체인 알루미늄계 선재의 한쪽인 제1 피검체(11)를, 아래가 볼록해지도록 부하 치구(21)에 고정시켰다. 또한, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 알루미늄계 선재의 다른 한쪽인 제2 피검체(12)를 고정 치구(22, 23)로 재치대(20)에 고정시켰다. 이어서, 제2 피검체(12)의 표면에, 제1 피검체(11)가 볼록해진 부분을 선재의 장변 방향이 직각과 교차하도록 접촉시켜서, 하중 0.78N(80gf)을 부하하면서 10㎜의 접동 거리를 상대 이동시키고, 왕복 100회 접동시켰다. 이 때의 접동 속도는 100㎜/분으로 하였다. 그리고, 접동 종료 후의 제1 피검체(11) 및 제2 피검체(12)에서의 동마찰계수 및 마모량의 평균치를 본시험에서의 알루미늄계 선재의 동마찰계수 및 마모량으로 하였다. 그들 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

표 1 및 표 2의 평가 결과로부터, 본 발명예 1∼28의 알루미늄 합금 선재는 합금 조성이 본 발명의 적정 범위 내이며, 결정립이 대략 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 가지며, 결정립의 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚이하이고, 결정립의 단변 방향 치수(L2)에 대한 장변 방향 치수(L1)의 종횡비(L1/L2)가 10이상인 것이 확인되었다. 도 4는 본 발명예 8과 관련되는 알루미늄 합금 선재의 신선 방향으로 평행한 단면의 SIM 화상이다. 또한, 본 발명예 1∼7 및 9∼28과 관련되는 알루미늄 합금 선재의 장변 방향으로 평행한 단면에 대해서도, 도 4와 동일한 금속 조직이 확인되었다.

이러한 특유의 금속 조직을 가짐과 동시에, 주표면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하인 본 발명예 1∼28과 관련되는 알루미늄 합금 선재는 모두 동마찰계수가 0.80이하, 마모량이 100㎛이하이며, 또한, 단선되지 않았다.

더불어, 본 발명예 1∼28의 알루미늄 합금 선재는 알루미늄 합금재의 주표면 라인과, 이 주표면 라인으로부터 깊이 방향으로 10㎛만큼 떨어진 위치를 지나는 10㎛ 깊이 라인으로 구획되는 표층부에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 평균치가 1000㎚이상 500000㎚이하의 범위에 있다. 또한, 본 발명예 1∼28의 알루미늄 합금 선재는 장변 방향 치수(BL1)의 평균치에 대한 장변 방향 치수(AL1)의 평균치의 비(AL1/BL1)가 1.2이상 4.0이하의 범위에 있는 것이 확인되었다. 그 중에서도, 본 발명예 1∼26, 28의 알루미늄 합금 선재는 알루미늄 합금재의 두께 중심 라인을 중심으로 하는 중심부에 존재하는 결정립의 장변 방향 치수(BL1)의 평균치가 1500㎚이상 1000000㎚이하의 범위에 있는 것이 확인되었다.

더불어, 본 발명예 1∼28의 알루미늄 합금 선재는 중간 라인(M)의 근방에 대하여 SIM 관찰을 실시하였을 때에 촬영되는 화상에 차지하는 섬유형 금속 조직의 면적 비율(a)은 모두 20%이상이었다.

이에 대하여, 비교예 1, 2의 알루미늄 합금 선재는 주표면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛를 초과하였기 때문에, 동마찰계수 및 마모량이 크다는 점에서 합격 레벨을 만족하지 않았다.

비교예 3, 4의 알루미늄 합금 선재는 결정립의 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚를 초과하였기 때문에, 동마찰계수 및 마모량이 크다는 점에서 합격 레벨을 만족하지 않았다.

비교예 5의 알루미늄 합금 선재는 Mg과 Si를 포함하지 않는 것으로서, 결정립의 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚를 초과하였기 때문에, 동마찰계수 및 마모량이 크다는 점에서 합격 레벨을 만족하지 않았다.

비교예 6의 알루미늄 합금 선재는 Fe을 포함하지 않는 것으로서, 섬유형 금속 조직을 갖고 있지 않고, 결정립의 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚를 초과하였기 때문에, 동마찰계수 및 마모량이 크다는 점에서 합격 레벨을 만족하지 않았다.

비교예 7의 알루미늄 합금 선재는 섬유형 금속 조직을 갖고 있지 않고, 결정립의 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚를 초과하였기 때문에, 동마찰계수 및 마모량이 크다는 점에서 합격 레벨을 만족하지 않았다.

비교예 8의 알루미늄 합금 선재는 Fe의 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많기 때문에, 강도가 저하되어 단선되었다.

비교예 9의 알루미늄 합금 선재는 Mg과 Si의 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많기 때문에, 강도가 저하되어 단선되었다.

비교예 10의 알루미늄 합금 선재는 Cu 및 Cr의 합계 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많기 때문에, 강도가 저하되어 단선되었다.

종래예 1의 순동재는 섬유형 금속 조직을 갖고 있지 않고, 결정립의 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚를 초과하였기 때문에, 동마찰계수 및 마모량이 크다는 점에서 합격 레벨을 만족하지 않았다.

1　알루미늄 합금재
10　결정립
11　제1 피검체
12　제2 피검체
20　재치대
21　부하 치구
22, 23 고정 치구
L1　장변 방향 치수
L2　단변 방향 치수
A, A1, A2　표층부
B　중심부
M　중간 라인
O　두께 중심 라인
H1, H2　주표면 라인
c1, c2　두께 라인
d1, d2　10㎛ 깊이 라인
m1, m2　중점
X　결정립의 장변 방향
Y　결정립의 단변 방향

Claims (16)

1. Mg: 0.05∼1.80질량%, Si: 0.01∼2.00질량% 및 Fe: 0.01∼1.50질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금재로서,
   결정립이 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 가지며,
   상기 일방향으로 평행한 단면에서 보아, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚이하이고, 또한,
   상기 알루미늄 합금재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하인 알루미늄 합금재.
2. Mg: 0.05∼1.80질량%, Si: 0.01∼2.00질량% 및 Fe: 0.01∼1.50질량%를 함유함과 동시에, 추가로 Cu, Ag, Zn, Ni, Ti, Co, Au, Mn, Cr, V, Zr 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상을 합계 2.00질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금재로서,
   결정립이 일방향으로 가지런히 연장된 섬유형 금속 조직을 가지며,
   상기 일방향으로 평행한 단면에서 보아, 상기 결정립의 장변 방향으로 수직인 단변 방향 치수(L2)의 평균치가 500㎚이하이고, 또한,
   상기 알루미늄 합금재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1.000㎛이하인 알루미늄 합금재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 알루미늄 합금재의 상기 단면에서 보아, 상기 결정립의 장변 방향으로 평행한 장변 방향 치수(L1)의 평균치와, 상기 결정립의 상기 단변 방향 치수(L2)의 평균치의 종횡비(L1/L2)가 10이상인, 알루미늄 합금재.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 알루미늄 합금재의 상기 단면에서 보아, 상기 알루미늄 합금재의 주표면 라인과, 해당 주표면 라인으로부터 깊이 방향으로 10㎛만큼 떨어진 위치를 지나는 10㎛ 깊이 라인으로 구획되는 표층부에 존재하는 상기 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 평균치가 1000㎚이상 500000㎚이하의 범위인, 알루미늄 합금재.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 알루미늄 합금재의 상기 단면에서 보아, 상기 알루미늄 합금재의 두께 중심 라인을 중심으로 하는 중심부에 존재하는 상기 결정립의 장변 방향 치수(BL1)의 평균치가 1500㎚이상 1000000㎚이하의 범위인, 알루미늄 합금재.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 알루미늄 합금재의 상기 단면에서 보아, 상기 알루미늄 합금재의 주표면 라인과, 해당 주표면 라인으로부터 깊이 방향으로 10㎛만큼 떨어진 위치를 지나는 10㎛ 깊이 라인으로 구획되는 표층부에 존재하는 상기 결정립의 장변 방향 치수(AL1)의 평균치에 대한, 상기 알루미늄 합금재의 두께 중심 라인을 중심으로 하는 중심부에 존재하는 상기 결정립의 장변 방향 치수(BL1)의 평균치의 비(BL1/AL1)가 1.2이상 4.0이하의 범위인, 알루미늄 합금재.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 알루미늄 합금재의 주표면에서의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.005㎛이상인, 알루미늄 합금재.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 알루미늄 합금재가 선재인 알루미늄 합금재.
9. 제8항에 있어서,
   상기 선재의 선경이 0.01∼0.65㎜의 범위인 알루미늄 합금재.
10. 제1항 또는 제2항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 편조 실드선.
11. 제1항 또는 제2항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 도전 부재.
12. 제1항 또는 제2항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 전지용 부재.
13. 제1항 또는 제2항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 체결 부품.
14. 제1항 또는 제2항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 스프링용 부품.
15. 제1항 또는 제2항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 구조용 부품.
16. 제1항 또는 제2항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한 캡타이어 케이블.