KR20190077365A - 알루미늄 합금선, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 및 단자 장착 전선 - Google Patents

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Abstract

알루미늄 합금으로 구성되는 알루미늄 합금선으로서, 상기 알루미늄 합금은, Fe를 0.005질량% 이상 2.2질량% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지고, 상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 50㎛까지의 표층 영역으로부터, 단변 길이가 50㎛이며 장변 길이가 75㎛인 장방형의 표층 정출 측정 영역을 취하고, 상기 표층 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 3㎛2 이하인 알루미늄 합금선.

Description

알루미늄 합금선, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 및 단자 장착 전선
본 발명은 알루미늄 합금선, 알루미늄 합금 연선(aluminum alloy strand wire), 피복 전선, 및 단자 장착 전선(terminal-equipped electrical wire)에 관한 것이다.
본 출원은, 2016년 10월 31일자의 일본 특허 출원 제 2016-213157 호에 근거하는 우선권, 및 2017년 04월 04일자의 일본 특허 출원 제 2017-074232 호에 근거하는 우선권을 주장하고, 상기 일본 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.
전선용 도체에 적절한 선재로서, 특허문헌 1은, 알루미늄 합금을 특정 조성으로 하는 동시에 연화함으로써, 고강도이고 고인성이며, 도전율도 높고, 단자부와의 고착성도 뛰어난 알루미늄 합금선을 개시한다.
일본 특허 공개 특개2010-067591호 공보
본 개시의 알루미늄 합금선은,
알루미늄 합금으로 구성되는 알루미늄 합금선으로서,
상기 알루미늄 합금은, Fe를 0.005질량% 이상 2.2질량% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지고,
상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 50㎛까지의 표층 영역으로부터, 단변 길이가 50㎛이며 장변 길이가 75㎛인 장방형의 표층 정출 측정 영역을 취하고, 상기 표층 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 3㎛2 이하이다.
본 개시의 알루미늄 합금 연선은,
상기의 본 개시의 알루미늄 합금선을 복수개 꼬아 합쳐서 이루어진다.
본 개시의 피복 전선은,
도체와, 상기 도체의 외주를 덮는 절연 피복을 구비하는 피복 전선으로서,
상기 도체는, 상기의 본 개시의 알루미늄 합금 연선을 구비한다.
본 개시의 단자 장착 전선은,
상기의 본 개시의 피복 전선과, 상기 피복 전선의 단부에 장착된 단자부를 구비한다.
도 1은 실시형태의 알루미늄 합금선을 도체에 포함하는 피복 전선을 도시하는 개략 사시도이다.
도 2는 실시형태의 단자 장착 전선에 대해서, 단자부 근방을 도시하는 개략 측면도이다.
도 3은 정출물의 측정 방법 등을 설명하는 설명도이다.
도 4는 정출물의 측정 방법 등을 설명하는 다른 설명도이다.
도 5는 동마찰계수의 측정 방법을 설명하는 설명도이다.
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
전선에 구비되는 도체 등에 이용되는 선재로서, 내충격성이 뛰어날 뿐만 아니라, 피로 특성도 뛰어난 알루미늄 합금선이 요망되고 있다.
자동차나 비행기 등의 기기에 탑재되는 와이어 하네스, 산업용 로봇 등과 같은 각종 전기 기기의 배선, 건축물 등의 배선과 같은 각종 용도의 전선에는, 기기의 사용시나 포설시 등에 충격이나 반복 굽힘 등이 가해지는 경우가 있다. 구체적으로는 이하의 (1) 내지 (3) 등을 들 수 있다.
(1) 자동차용 와이어 하네스에 구비되는 전선에서는, 전선을 접속 대상에 장착할 때 등에 단자부 근방에 충격이 가해지는 것(특허문헌 1), 그 외에, 자동차의 주행 상태에 따라서 돌발적인 충격이 가해지는 것, 자동차의 주행시의 진동에 의해서 반복 굽힘이 가해지는 것 등을 생각할 수 있다.
(2) 산업용 로봇에 배선되는 전선에서는, 반복 굽힘이나 비틀림 등이 가해지는 것 등을 생각할 수 있다.
(3) 건축물에 배선되는 전선에서는, 포설시에 작업자가 돌발적으로 강하게 인장하거나, 잘못해 낙하시키거나 하여 충격이 가해지는 것, 코일 형상으로 권취된 선재로부터 컬(curl)을 제거하기 위해서 물결치도록 흔듦으로써 반복 굽힘이 가해지는 것 등을 생각할 수 있다.
따라서, 전선에 구비되는 도체 등에 이용되는 알루미늄 합금선에는, 충격뿐만 아니라, 반복 굽힘이 가해진 경우에도, 단선되기 어려운 것이 바람직하다.
그래서, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어난 알루미늄 합금선을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다. 또한, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어난 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 단자 장착 전선을 제공하는 것을 다른 하나의 목적으로 한다.
[본 개시의 효과]
상기의 본 개시의 알루미늄 합금선, 상기의 본 개시의 알루미늄 합금 연선, 상기의 본 개시의 피복 전선, 상기의 본 개시의 단자 장착 전선은, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다.
본 발명자들은, 여러 가지 조건으로 알루미늄 합금선을 제조하고, 내충격성, 피로 특성(반복 굽힘에 대한 단선되기 어려움)이 뛰어난 알루미늄 합금선을 검토했다. Fe를 특정 범위로 포함한다고 하는 특정 조성의 알루미늄 합금으로 구성되고, 연화 처리가 실시된 선재는, 고강도(예컨대, 인장 강도나 0.2% 내력이 높음) 또한 고인성이며(예컨대, 파단 연신(breaking elongation)이 높음), 내충격성도 뛰어날 뿐만 아니라, 도전율이 높아 도전성도 뛰어나다. 이 선재에 있어서, 특히 표층에 미세한 정출물이 어느 정도 존재하면, 내충격성이 뛰어날 뿐만 아니라, 반복 굽힘에 의해서도 단선되기 어렵다는 지견을 얻었다. 표층에 미세한 정출물이 존재하는 알루미늄 합금선은, 예컨대 주조 과정에서 특정 온도역의 냉각 속도를 특정 범위로 제어함으로써 제조할 수 있다는 지견을 얻었다. 본원 발명은 이러한 지견에 근거하는 것이다. 최초로 본원 발명의 실시형태의 내용을 열기해서 설명한다.
(1) 본원 발명의 일 태양에 따른 알루미늄 합금선은,
알루미늄 합금으로 구성되는 알루미늄 합금선으로서,
상기 알루미늄 합금은, Fe를 0.005질량% 이상 2.2질량% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지고,
상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 50㎛까지의 표층 영역으로부터, 단변 길이가 50㎛이며 장변 길이가 75㎛인 장방형의 표층 정출 측정 영역을 취하고, 상기 표층 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 3㎛2 이하이다.
알루미늄 합금선의 횡단면이란, 알루미늄 합금선의 축방향(길이 방향)에 직교하는 면에서 절단한 단면을 말한다.
정출물이란, 대표적으로는 첨가 원소인 Fe 등과 Al을 포함하는 화합물로서, 여기에서는 알루미늄 합금선의 횡단면에서 0.05㎛2 이상의 면적을 갖는 것(동일 면적에 있어서의 원 상당 직경(equivalent circle diameter)으로는 0.25㎛ 이상을 갖는 것)으로 한다. 상기 화합물 중, 0.05㎛2 미만의 면적을 갖는 것, 대표적으로는 원 상당 직경으로 0.2㎛ 이하, 나아가 0.15㎛ 이하의 보다 미세한 것을 석출물로 한다.
상기의 알루미늄 합금선(이하, Al 합금선으로 부르는 경우가 있음)은, 특정 조성의 알루미늄 합금(이하, Al 합금으로 부르는 경우가 있음)으로 구성되어 있고, 제조 과정에서 연화 처리 등이 실시됨으로써, 고강도, 고인성이며, 내충격성도 뛰어나다. 고강도, 고인성이기 때문에, 굽힘 등도 매끄럽게 실행할 수 있을 뿐만 아니라, 반복 굽힘이 가해진 경우라도 단선되기 어렵고, 피로 특성도 뛰어나다. 특히, 상기의 Al 합금선은, 표층에 존재하는 정출물이 미세하다. 그 때문에, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우 등에도, 조대한 정출물이 균열의 기점이 되기 어려워서 표면 균열이 생기기 어렵다. 또한, 조대한 정출물을 거친 균열의 진전도 저감하기 쉬워서, 선재의 표면으로부터 내부로 균열이 진전하거나 파단에 이르거나 하는 것도 저감할 수 있다. 따라서, 상기의 Al 합금선은 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다. 또한, 상기의 Al 합금선은 미세하지만 어느 정도의 크기의 정출물이 존재함으로써, Al 합금의 결정립의 성장 억제 등에 기여하는 경우가 있다. 결정립이 미세한 것에서도, 내충격성 및 피로 특성의 향상을 기대할 수 있다. 나아가, 상기의 Al 합금선은, 정출물에 기인하는 균열이 생기기 어렵기 때문에, 조성이나 열처리 조건 등에도 의하지만, 인장 시험을 실시한 경우에 인장 강도, 0.2% 내력, 및 파단 연신으로부터 선택되는 적어도 하나가 보다 높은 경향이 있어서, 기계적 특성도 뛰어나다.
(2) 상기의 Al 합금선의 일 예로서,
상기 표층 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 개수가 10개 초과 400개 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, Al 합금선의 표층에 존재하는 상술의 미세한 정출물의 개수가 상술의 특정 범위를 만족함으로써, 정출물이 균열의 기점이 되기 어려울 뿐만 아니라, 정출물에 기인하는 균열의 진전도 저감하기 쉬워서, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다.
(3) 상기의 Al 합금선의 일 예로서,
상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 단변 길이가 50㎛이며 장변 길이가 75㎛인 장방형의 내부 정출 측정 영역을 이 장방형의 중심이 상기 알루미늄 합금선의 중심에 겹치도록 취하고, 상기 내부 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 40㎛2 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, Al 합금선의 내부에 존재하는 정출물도 미세하기 때문에, 정출물에 기인하는 파단을 보다 저감하기 쉬어서, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다.
(4) 상기의 Al 합금선의 일 예로서,
상기 알루미늄 합금의 평균 결정립 직경이 50㎛ 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 정출물이 미세한 것에 더하여, 결정립이 미세하고 유연성이 뛰어나기 때문에, 내충격성 및 피로 특성이 보다 뛰어나다.
(5) 상기의 Al 합금선의 일 예로서,
상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 30㎛까지의 표층 영역으로부터, 단변 길이가 30㎛이며 장변 길이가 50㎛인 장방형의 표층 기포 측정 영역을 취하고, 상기 표층 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적이 2㎛2 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, Al 합금선의 표층에 존재하는 정출물이 미세한 것에 더하여, 기포가 적기 때문에, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우 등에도, 기포가 균열의 기점이 되기 어려워서, 기포에 기인하는 균열이나 균열의 진전을 저감하기 쉽다. 따라서, 상기의 Al 합금선은 내충격성 및 피로 특성이 보다 뛰어나다.
(6) 기포의 함유량이 특정 범위인 상기 (5)의 Al 합금선의 일 예로서,
상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 단변 길이가 30㎛이며 장변 길이가 50㎛인 장방형의 내부 기포 측정 영역을 이 장방형의 중심이 상기 알루미늄 합금선의 중심에 겹치도록 취하고, 상기 표층 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적에 대한 상기 내부 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적의 비가 1.1 이상 44 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 상술의 합계 단면적의 비가 1.1 이상이기 때문에, Al 합금선의 표층과 비교해서 내부에 존재하는 기포가 많기는 하지만, 상술의 합계 단면적의 비가 특정 범위를 만족하기 때문에, 내부도 기포가 적다고 말할 수 있다. 따라서, 상기 형태는, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우 등에도, 기포를 거쳐서 선재의 표면으로부터 내부로 균열이 진전하기 어려워서, 보다 파단되기 어렵기 때문에, 내충격성 및 피로 특성이 보다 뛰어나다.
(7) 기포의 함유량이 특정 범위인 상기 (5) 또는 (6)의 Al 합금선의 일 예로서,
수소의 함유량이 4.0㎖/100g 이하인 형태를 들 수 있다.
본 발명자들은, 기포를 함유하는 Al 합금선에 대해 함유 가스 성분을 조사했는데, 수소를 포함한다는 지견을 얻었다. 따라서, Al 합금선 내의 기포의 한 요인은 수소인 것으로 생각할 수 있다. 상기 형태는, 수소의 함유량이 적은 것으로부터도 기포가 적다고 할 수 있어서, 기포에 기인하는 단선이 생기기 어려워, 내충격성 및 피로 특성이 보다 뛰어나다.
(8) 상기의 Al 합금선의 일 예로서,
가공 경화 지수가 0.05 이상인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 가공 경화 지수가 특정 범위를 만족하기 때문에, 단자부를 압착 등을 해서 장착한 경우에 가공 경화에 의한 단자부의 고착력의 향상을 기대할 수 있다. 따라서, 상기 형태는, 단자 장착 전선 등의 단자부가 장착되는 도체에 적합하게 이용할 수 있다.
(9) 상기의 Al 합금선의 일 예로서,
동마찰계수가 0.8 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태의 Al 합금선으로 예컨대 연선을 구성하면, 굽힘 등을 실행한 경우에 소선끼리가 미끄러지기 쉽고, 매끄럽게 움직일 수 있어서, 각 소선이 단선되기 어렵다. 따라서, 상기 형태는, 피로 특성이 보다 뛰어나다.
(10) 상기의 Al 합금선의 일 예로서,
표면 조도가 3㎛ 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 표면 조도가 작기 때문에, 동마찰계수가 작아지기 쉬워서, 특히 피로 특성이 보다 뛰어나다.
(11) 상기의 Al 합금선의 일 예로서,
상기 알루미늄 합금선의 표면에 윤활제가 부착되어 있으며, 이 윤활제에 유래하는 C의 부착량이 0질량% 초과 30질량% 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태에 있어서 Al 합금선의 표면에 부착되는 윤활제란, 제조 과정에 있어서의 신선시나 연선시 등에 이용되는 윤활제가 잔존한 것이라고 생각할 수 있다. 이러한 윤활제는 대표적으로는 탄소(C)를 포함하기 때문에, 여기에서는 윤활제의 부착량을 C의 부착량으로 나타낸다. 상기 형태는, Al 합금선의 표면에 존재하는 윤활제에 의해서, 동마찰계수의 저감을 기대할 수 있어서, 피로 특성이 보다 뛰어나다. 또한, 상기 형태는, 윤활제에 의해서 내식성도 뛰어나다. 또한, 상기 형태는, Al 합금선의 표면에 존재하는 윤활제량(C량)이 특정 범위를 만족함으로써, 단자부를 장착한 경우에 단자부와의 사이에 개재하는 윤활제량(C량)이 적어서, 과도한 윤활제의 개재에 의한 접속 저항의 증대를 방지할 수 있다. 따라서, 상기 형태는, 단자 장착 전선 등의 단자부가 장착되는 도체에 적합하게 이용할 수 있다. 이 경우, 특히 피로 특성이 뛰어날 뿐만 아니라, 저저항으로 내식성도 뛰어난 접속 구조를 구축할 수 있다.
(12) 상기의 Al 합금선의 일 예로서,
상기 알루미늄 합금선의 표면 산화막의 두께가 1㎚ 이상 120㎚ 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 표면 산화막의 두께가 특정 범위를 만족함으로써, 단자부를 장착한 경우에 단자부와의 사이에 개재하는 산화물(표면 산화막을 구성하는 것)이 적어서, 과도한 산화물의 개재에 의한 접속 저항의 증대를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 내식성도 뛰어나다. 따라서, 상기 형태는, 단자 장착 전선 등의 단자부가 장착되는 도체에 적합하게 이용할 수 있다. 이 경우, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어날 뿐만 아니라, 저저항으로 내식성도 뛰어난 접속 구조를 구축할 수 있다.
(13) 상기의 Al 합금선의 일 예로서,
인장 강도가 110㎫ 이상 200㎫ 이하이며, 0.2% 내력이 40㎫ 이상이며, 파단 연신이 10% 이상이며, 도전율이 55%IACS 이상인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 인장 강도, 0.2% 내력, 파단 연신이 모두 높고, 기계적 특성이 뛰어나 내충격성 및 피로 특성이 보다 뛰어날 뿐만 아니라, 높은 도전율을 가져서 전기적 특성도 뛰어나다. 0.2% 내력이 높기 때문에, 상기 형태는 단자부와의 고착성도 뛰어나다.
(14) 본원 발명의 일 태양에 따른 알루미늄 합금 연선은,
상기 (1) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선을 복수개 꼬아 합쳐서 이루어진다.
상기의 알루미늄 합금 연선(이하, Al 합금 연선으로 부르는 경우가 있음)을 구성하는 각 소선은, 상술한 바와 같이 특정 조성의 Al 합금으로 구성되는 동시에, 표층에 존재하는 정출물이 미세하기 때문에, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다. 또한, 연선은, 일반적으로, 동일한 도체 단면적을 갖는 단선과 비교해서 가요성이 뛰어나, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우 등에도, 각 소선이 파단되기 어려워서, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다. 이러한 점으로부터, 상기의 Al 합금 연선은 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다. 각 소선이 상술한 바와 같이 기계적 특성이 뛰어나므로, 상기의 Al 합금 연선은, 인장 강도, 0.2% 내력, 및 파단 연신으로부터 선택되는 적어도 하나가 보다 높은 경향이 있어서, 기계적 특성도 뛰어나다.
(15) 상기의 Al 합금 연선의 일 예로서,
꼬임 피치가 상기 알루미늄 합금 연선의 층심 직경의 10배 이상 40배 이하인 형태를 들 수 있다.
층심 직경이란, 연선이 다층 구조인 경우, 각 층에 포함되는 모든 소선의 중심을 잇는 원의 직경을 말한다.
상기 형태는, 꼬임 피치가 특정 범위를 만족함으로써, 굽힘 등을 실행했을 때에 소선끼리가 비틀리기 어렵기 때문에 파단되기 어려울 뿐만 아니라, 단자부를 장착하는 경우에는 흩어지기 어렵기 때문에 단자부를 장착하기 쉽다. 따라서, 상기 형태는, 특히 피로 특성이 뛰어날 뿐만 아니라, 단자 장착 전선 등의 단자부가 장착되는 도체에 적합하게 이용할 수 있다.
(16) 본원 발명의 일 태양에 따른 피복 전선은,
도체와, 상기 도체의 외주를 덮는 절연 피복을 구비하는 피복 전선으로서,
상기 도체는, 상기 (14) 또는 (15)에 기재된 알루미늄 합금 연선을 구비한다.
상기의 피복 전선은, 상술의 내충격성 및 피로 특성이 뛰어난 Al 합금 연선에 의해서 구성되는 도체를 구비하기 때문에, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다.
(17) 본원 발명의 일 태양에 따른 단자 장착 전선은,
상기 (16)에 기재된 피복 전선과, 상기 피복 전선의 단부에 장착된 단자부를 구비한다.
상기의 단자 장착 전선은, 상술의 내충격성 및 피로 특성이 뛰어난 Al 합금선이나 Al 합금 연선에 의해서 구성되는 도체를 구비하는 피복 전선을 구성요소로 하기 때문에, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다.
[본원 발명의 실시형태의 상세]
이하, 적절히, 도면을 참조하여, 본원 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 도면중, 동일 부호는 동일 명칭물을 나타낸다. 이하의 설명에 있어서 원소의 함유량은 질량%를 나타낸다.
[알루미늄 합금선]
(개요)
실시형태의 알루미늄 합금선(Al 합금선)(22)은, 알루미늄 합금(Al 합금)으로 구성되는 선재이며, 대표적으로는, 전선의 도체(2) 등에 이용된다(도 1). 이 경우, Al 합금선(22)은, 단선, 또는 복수의 Al 합금선(22)이 꼬아 합쳐져서 이루어지는 연선(실시형태의 Al 합금 연선(20)), 또는 연선이 소정의 형상으로 압축 성형되어서 이루어지는 압축 연선(실시형태의 Al 합금 연선(20)의 다른 예)의 상태로 이용된다. 도 1에서는 7개의 Al 합금선(22)이 꼬아 합쳐진 Al 합금 연선(20)을 예시한다. 실시형태의 Al 합금선(22)은, Al 합금이 Fe를 특정 범위로 포함한다고 하는 특정 조성을 갖는 동시에, Al 합금선(22)의 표층에 미세한 정출물이 어느 정도 존재한다고 하는 특정 조직을 갖는다. 상세하게는, 실시형태의 Al 합금선(22)을 구성하는 Al 합금은, Fe를 0.005% 이상 2.2% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 Al-Fe계 합금이다. 또한, 실시형태의 Al 합금선(22)은, 그 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 50㎛까지의 표층 영역으로부터 취한 이하의 영역(표층 정출 측정 영역이라고 함)에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 3㎛2 이하이다. 표층 정출 측정 영역은, 단변 길이가 50㎛이며 장변 길이가 75㎛인 장방형의 영역으로 한다. 상술의 특정 조성을 갖는 동시에 특정 조직을 갖는 실시형태의 Al 합금선(22)은, 제조 과정에서 연화 처리 등을 받음으로써, 고강도, 고인성이며, 내충격성도 뛰어날 뿐만 아니라, 조대한 정출물에 기인하는 파단도 저감할 수 있기 때문에, 내충격성이 보다 뛰어나고, 피로 특성도 뛰어나다.
이하, 보다 상세하게 설명한다. 또한, 정출물의 크기 등과 같은 각 파라미터의 측정 방법의 상세, 상술의 효과의 상세는 시험예로 설명한다.
(조성)
실시형태의 Al 합금선(22)은 Fe를 0.005% 이상 함유하는 Al 합금으로 구성됨으로써, 도전율의 저하를 그다지 초래하는 일이 없이 강도를 높일 수 있다. Fe의 함유량이 높을수록, Al 합금의 강도를 높일 수 있다. 또한, Al 합금선(22)은, Fe를 2.2% 이하의 범위로 포함하는 Al 합금으로 구성됨으로써, Fe의 함유에 기인하는 도전율이나 인성의 저하를 초래하기 어려워서, 높은 도전율이나 높은 인성 등을 가지거나, 신선 가공시에 단선되기 어렵고, 제조성도 뛰어나다. 강도, 인성, 도전율의 밸런스를 고려하여, Fe의 함유량을 0.1% 이상 2.0% 이하, 나아가 0.3% 이상 2.0% 이하, 0.9% 이상 2.0% 이하로 할 수 있다.
실시형태의 Al 합금선(22)을 구성하는 Al 합금은, Fe에 추가해서, 이하의 첨가 원소를 바람직하게는 후술하는 특정 범위로 포함하면, 강도나 인성과 같은 기계적 특성의 향상을 기대할 수 있어서, 내충격성 및 피로 특성이 보다 뛰어나다. 첨가 원소는, Mg, Si, Cu, Mn, Ni, Zr, Ag, Cr, 및 Zn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 들 수 있다. Mg, Mn, Ni, Zr, Cr은, 도전율의 저하가 크기는 하지만, 강도의 향상 효과가 높다. 특히 Mg와 Si를 동시에 함유하면, 강도를 보다 향상시킬 수 있다. Cu는, 도전율의 저하가 적고, 강도를 향상시킬 수 있다. Ag, Zn은, 도전율의 저하가 적고, 강도의 향상 효과를 어느 정도 갖는다. 강도의 향상에 의해, 연화 처리 등의 열처리를 실행한 다음에도, 높은 인장 강도 등을 가지면서, 높은 파단 연신 등을 가질 수 있어서, 내충격성, 피로 특성의 향상에도 기여한다. 열거한 각 원소의 함유량은 0% 이상 0.5% 이하, 열거한 원소의 합계 함유량은 0% 이상 1.0% 이하를 들 수 있다. 특히, 열거한 원소의 합계 함유량이 0.005% 이상 1.0% 이하이면, 상술의 강도의 향상 효과, 내충격성, 피로 특성의 향상 효과 등을 얻기 쉽다. 각 원소의 함유량은, 예컨대 이하를 들 수 있다. 상기의 합계 함유량의 범위, 및 이하의 각 원소의 함유량의 범위에 있어서, 많을수록 강도를 향상하기 쉽고, 적을수록 도전율을 높이기 쉬운 경향이 있다.
(Mg) 0% 초과 0.5% 이하, 나아가 0.05% 이상 0.5% 미만, 0.05% 이상 0.4% 이하, 0.1% 이상 0.4% 이하
(Si) 0% 초과 0.3% 이하, 나아가 0.03% 이상 0.3% 미만, 나아가 0.05% 이상 0.2% 이하
(Cu) 0.05% 이상 0.5% 이하, 나아가 0.05% 이상 0.4% 이하
(Mn, Ni, Zr, Ag, Cr, 및 Zn, 이하, 통합해서 원소 α라고 부르는 경우가 있음) 합계로 0.005% 이상 0.2% 이하, 나아가 합계로 0.005% 이상 0.15% 이하
또한, 원료에 이용하는 순알루미늄의 성분 분석을 실행하고, 원료에 불순물로서 Fe, 상술의 Mg 등의 첨가 원소 등을 포함하는 경우, 이러한 원소의 함유량이 소망의 양이 되도록 각 원소의 첨가량을 조정하면 좋다. 즉, Fe 등의 각 첨가 원소에 있어서의 함유량은, 원료에 이용하는 알루미늄 지금 자체에 포함되는 원소를 포함하는 합계량이며, 반드시 첨가량을 의미하지는 않는다.
실시형태의 Al 합금선(22)을 구성하는 Al 합금은, Fe에 추가해서, Ti 및 B 중 적어도 한쪽의 원소를 함유할 수 있다. Ti나 B는, 주조 시에, Al 합금의 결정을 미세하게 하는 효과가 있다. 미세한 결정 조직을 갖는 주조재를 소재로 함으로써, 주조 이후에 압연이나 신선 등의 가공이나 연화 처리를 포함하는 열처리 등을 받아도, 결정립이 미세해지기 쉽다. 미세한 결정 조직을 갖는 Al 합금선(22)은, 조대한 결정 조직을 갖는 경우와 비교하여, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우 등에 파단되기 어려워서, 내충격성이나 피로 특성이 뛰어나다. B 단독의 함유, Ti 단독의 함유, Ti 및 B의 쌍방의 함유라고 하는 순서로 미세화 효과가 높은 경향이 있다. Ti를 포함하는 경우, 그 함유량이 0% 이상 0.05% 이하, 나아가 0.005% 이상 0.05% 이하이면, B를 포함하는 경우, 그 함유량이 0% 이상 0.005% 이하, 나아가 0.001% 이상 0.005% 이하이면, 결정 미세화 효과를 얻을 수 있는 동시에, Ti나 B의 함유에 기인하는 도전율의 저하를 저감할 수 있다. 결정 미세화 효과와 도전율과의 밸런스를 고려하여, Ti의 함유량을 0.01% 이상 0.04% 이하, 나아가 0.03% 이하, B의 함유량을 0.002% 이상 0.004% 이하로 할 수 있다.
Fe에 추가해서, 상술의 원소를 함유하는 조성의 구체적인 예를 이하에 나타낸다.
(1) Fe를 0.01% 이상 2.2% 이하, Mg를 0.05% 이상 0.5% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물.
(2) Fe를 0.01% 이상 2.2% 이하, Mg를 0.05% 이상 0.5% 이하, Si를 0.03% 이상 0.3% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물.
(3) Fe를 0.01% 이상 2.2% 이하, Mg를 0.05% 이상 0.5% 이하, Mn, Ni, Zr, Ag, Cr, 및 Zn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0.005% 이상 0.2% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물.
(4) Fe를 0.1% 이상 2.2% 이하, Cu를 0.05% 이상 0.5% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물.
(5) Fe를 0.1% 이상 2.2% 이하, Cu를 0.05% 이상 0.5% 이하, 0.05% 이상 0.5% 이하의 Mg 및 0.03% 이상 0.3% 이하의 Si 중 적어도 한쪽의 원소를 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 0.005% 이상 0.05% 이하의 Ti 및 0.001% 이상 0.005% 이하의 B 중 적어도 한쪽의 원소를 함유한다.
(조직)
·정출물
실시형태의 Al 합금선(22)은, 표층에 미세한 정출물이 어느 정도 존재한다. 구체적으로는 Al 합금선(22)의 횡단면에 있어서, 도 3에 도시하는 바와 같이 그 표면으로부터 깊이 방향으로 50㎛까지의 표층 영역(220), 즉 두께 50㎛의 환상의 영역을 취한다. 이 표층 영역(220)으로부터, 단변 길이 S가 50㎛이며 장변 길이 L이 75㎛인 장방형의 표층 정출 측정 영역(222)(도 3에서는 파선으로 도시함)을 취한다. 단변 길이 S는 표층 영역(220)의 두께에 상당한다. 상세하게는, Al 합금선(22)의 표면의 임의의 점(접점 P)에 대해 접선 T를 취한다. 접점 P로부터 Al 합금선(22)의 내부를 향해서, 표면의 법선 방향으로 길이가 50㎛인 직선 C를 취한다. Al 합금선(22)이 환선이면, 이 원의 중심을 향해 직선 C를 취한다. 직선 C와 평행한 직선으로서 길이가 50㎛의 직선을 단변(22S)으로 한다. 접점 P를 지나고, 접선 T에 따른 직선으로서, 접점 P가 중간점이 되도록 길이가 75㎛인 직선을 취하고, 이 직선을 장변(22L)으로 한다. 표층 정출 측정 영역(222)에 Al 합금선(22)이 존재하지 않는 미소한 공극(해칭 부분) g가 생기는 것을 허용한다. 이 표층 정출 측정 영역(222)에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 3㎛2 이하이다. 표층에 복수의 정출물이 존재해도, 각 정출물의 평균 크기가 3㎛2 이하이기 때문에, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우 등에 각 정출물을 기점으로 하는 균열을 저감하기 쉽고, 나아가서는 표층으로부터 내부로의 균열의 진전도 저감할 수 있어서, 정출물에 기인하는 파단을 저감할 수 있다. 그 때문에, 실시형태의 Al 합금선(22)은 내충격성이나 피로 특성이 뛰어나다. 한편, 정출물의 평균 면적이 크면, 균열의 기점이 되는 조대한 정출물을 포함하기 쉽고, 내충격성이나 피로 특성이 뒤떨어진다. 다른 한편, 각 정출물의 평균 크기가 0.05㎛2 이상이기 때문에, Fe 등의 첨가 원소의 고용(固溶)에 기인하는 도전율의 저하를 저감하거나 결정립의 성장을 억제하거나 하는 등의 효과를 기대할 수 있다. 상기 평균 면적은 작을수록 균열을 저감하기 쉬워서, 2.5㎛2 이하, 나아가 2㎛2 이하, 1㎛2 이하인 것이 바람직하다. 정출물을 어느 정도 존재시키는 관점에서는, 상기 평균 면적을 0.08㎛2 이상, 나아가 0.1㎛2 이상으로 할 수 있다. 정출물은, 예컨대, Fe 등의 첨가 원소를 줄이거나 주조 시의 냉각 속도를 높이거나 하면 작아지기 쉽다. 특히, 주조 과정에 있어서의 특정 온도역의 냉각 속도를 조정함으로써, 정출물을 적절히 존재시킬 수 있다(자세한 것은 후술함).
Al 합금선(22)이 환선인 경우나 실질적으로 환선으로 간주할 수 있는 경우 등에는, 상술의 표층에 있어서의 정출물의 측정 영역을 도 4에 나타내는 바와 같은 부채꼴로 할 수 있다. 도 4에서는 정출 측정 영역(224)을 알기 쉽게 굵은 선으로 도시한다. 도 4에 도시하는 바와 같이 Al 합금선(22)의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 50㎛까지의 표층 영역(220), 즉 두께 t가 50㎛인 환상의 영역을 취한다. 이 표층 영역(220)으로부터, 3750㎛2의 면적을 갖는 부채꼴의 영역(정출 측정 영역(224)이라고 함)을 취한다. 환상의 표층 영역(220)의 면적과 정출 측정 영역(224)의 면적 3750㎛2를 이용하여, 면적 3750㎛2인 부채꼴의 영역의 중심각 θ를 구함으로써, 환상의 표층 영역(220)으로부터 부채꼴의 정출 측정 영역(224)을 추출할 수 있다. 이 부채꼴의 정출 측정 영역(224)에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 3㎛2 이하이면, 상술한 이유에 의해, 내충격성이나 피로 특성이 뛰어난 Al 합금선(22)으로 할 수 있다. 상술의 장방형의 표층 정출 측정 영역과 부채꼴의 정출 측정 영역의 쌍방을 취하고, 이 쌍방에 존재하는 정출물의 평균 면적이 모두 0.05㎛2 이상 3㎛2 이하이면, 내충격성이나 피로 특성이 뛰어난 선재로서의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
표층에 존재하는 정출물이 상술의 특정 크기를 만족하는 것에 더하여, 장방형의 표층 정출 측정 영역 및 상술의 부채꼴의 정출 측정 영역 중 적어도 한쪽에 있어서, 해당 측정 영역에 존재하는 정출물의 개수가 10개 초과 400개 이하인 것이 바람직하다. 상술의 특정 크기를 만족하는 정출물이 400개 이하로 너무 많지 않음으로써, 정출물이 균열의 기점이 되기 어려울 뿐만 아니라, 정출물에 기인하는 균열의 진전도 저감하기 쉽다. 그 때문에, 이 Al 합금선(22)은, 내충격성이나 피로 특성이 보다 뛰어나다. 상기 개수는, 적을수록 균열의 발생을 저감하기 쉽고, 이 점으로부터 350개 이하, 나아가 300개 이하, 250개 이하, 200개 이하인 것이 바람직하다. 상술의 특정 크기를 만족하는 정출물이 10개 초과 존재하면, 상술한 바와 같이 도전율의 저하의 억제, 결정립의 성장 억제 등의 효과를 기대할 수 있다. 이 점으로부터, 상기 개수를 15개 이상, 나아가 20개 이상으로 할 수도 있다.
또한, 표층에 존재하는 정출물 중, 그 대부분이 3㎛2 이하이면, 미세하기 때문에 균열의 기점이 되기 어려울 뿐만 아니라, 정출물이 균일적인 크기로 존재하는 것에 의한 분산 강화를 기대할 수 있다. 이 점으로부터, 장방형의 표층 정출 측정 영역 및 상술의 부채꼴의 정출 측정 영역 중 적어도 한쪽에 있어서, 해당 측정 영역에 존재하는 정출물 중, 면적이 3㎛2 이하인 것의 합계 면적은, 해당 측정 영역에 존재하는 모든 정출물의 합계 면적에 대하여 50% 이상인 것이 바람직하고, 나아가 60% 이상, 70% 이상인 것이 보다 바람직하다.
실시형태의 Al 합금선(22)의 일 예로서, Al 합금선(22)의 표층뿐만 아니라 내부에서도, 미세한 정출물이 어느 정도 존재하는 것을 들 수 있다. 구체적으로는 Al 합금선(22)의 횡단면에 있어서, 단변 길이가 50㎛이며 장변 길이가 75㎛인 장방형의 영역(내부 정출 측정 영역이라고 함)을 취한다. 이 내부 정출 측정 영역은, 이 장방형의 중심이 Al 합금선(22)의 중심에 겹치도록 취한다. Al 합금선(22)이 이형선인 경우에는, 내접원의 중심을 Al 합금선(22)의 중심으로 한다(이하 같음). 내부 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 40㎛2 이하이다. 여기서, 정출물은, 주조 과정에서 형성되며, 주조 이후에 소성 가공을 받아 분단될 가능성이 있지만, 주조재 중에 존재하는 크기가 최종 선경의 Al 합금선(22)에서도 실질적으로 유지되기 쉽다. 또한, 주조 과정에서는, 일반적으로, 금속의 표층으로부터 내부로 향해서 응고가 진행되기 때문에, 금속의 내부는 표층보다 온도가 높은 상태가 길게 유지되어 쉬워서, Al 합금선(22)의 내부에 존재하는 정출물은 표층의 정출물보다 커지기 쉽다. 이에 대하여, 이 형태의 Al 합금선(22)은, 내부에 존재하는 정출물도 미세하기 때문에, 정출물에 기인하는 파단을 보다 저감하기 쉬워서, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다. 상술의 표층의 경우와 마찬가지로, 파단 저감의 관점으로부터 상기 평균 면적은 작은 것이 바람직하고, 20㎛2 이하, 나아가 10㎛2 이하, 특히 5㎛2 이하, 2.5㎛2 이하인 것이 바람직하다. 정출물을 어느 정도 존재시키는 관점으로부터 상기 평균 면적을 0.08㎛2 이상, 나아가 0.1㎛2 이상으로 할 수 있다.
·결정립 직경
실시형태의 Al 합금선(22)의 일 예로서, Al 합금의 평균 결정립 직경이 50㎛ 이하인 것을 들 수 있다. 미세한 결정 조직을 갖는 Al 합금선(22)은 굽힘 등을 실행하기 쉽고, 유연성이 뛰어나서, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우 등에 파단되기 어렵다. 실시형태의 Al 합금선(22)은, 그 표층에 존재하는 정출물이 작은 것, 바람직하게는 기포도 적은 것(후술)도 더불어서, 이 형태는 내충격성, 피로 특성이 뛰어나다. 상기 평균 결정립 직경은, 작을수록 굽힘 등을 실행하기 쉽고, 내충격성, 피로 특성이 뛰어나므로, 45㎛ 이하, 나아가 40㎛이하, 30㎛ 이하인 것이 바람직하다. 결정립 직경은 조성이나 제조 조건에도 의하지만, 예컨대 상술한 바와 같이 Ti나 B를 포함하면, 미세해지기 쉽다.
·기포
실시형태의 Al 합금선(22)의 일 예로서, 그 표층에 존재하는 기포가 적은 것을 들 수 있다. 구체적으로는 Al 합금선(22)의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 30㎛까지의 표층 영역, 즉 두께 30㎛의 환상의 영역으로부터, 단변 길이가 30㎛이며 장변 길이가 50㎛인 장방형의 영역(표층 기포 측정 영역이라고 함)을 취한다. 단변 길이는 표층 영역의 두께에 상당한다. 이 표층 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적이 2㎛2 이하이다. Al 합금선(22)이 환선인 경우나 실질적으로 환선으로 간주할 수 있는 경우 등에는, Al 합금선(22)의 횡단면에 있어서, 상술의 두께 30㎛의 환상의 영역으로부터, 1500㎛2의 면적을 갖는 부채꼴의 영역(기포 측정 영역이라고 함)을 취하고, 이 부채꼴의 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적이 2㎛2 이하이다. 장방형의 표층 기포 측정 영역이나 부채꼴의 기포 측정 영역은, 상술의 표층 정출 측정 영역(222)이나 부채꼴의 정출 측정 영역(224)과 마찬가지로 하고, 단변 길이 S를 30㎛, 장변 길이 L을 50㎛로 바꾸거나, 두께 t를 30㎛, 면적을 1500㎛2로 바꾸거나 해서 취하면 좋다. 상술의 장방형의 표층 기포 측정 영역과 부채꼴의 기포 측정 영역의 쌍방을 취하고, 이 쌍방에 존재하는 기포의 합계 면적이 모두 2㎛2 이하이면, 내충격성이나 피로 특성이 뛰어난 선재로서의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 표층에 기포가 적음으로써, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우 등에 기포를 기점으로 하는 균열을 저감하기 쉽고, 나아가서는 표층으로부터 내부로의 균열의 진전도 저감할 수 있어서, 기포에 기인하는 파단을 저감할 수 있다. 그 때문에, 이 Al 합금선(22)은 내충격성이나 피로 특성이 뛰어나다. 한편, 기포의 합계 면적이 크면, 조대한 기포가 존재하거나 미세한 기포가 다수 존재하거나 해서, 기포가 균열의 기점이 되거나 균열이 진전하기 쉬워져서, 내충격성이나 피로 특성에 뒤떨어진다. 다른 한편, 기포의 합계 단면적은, 작을수록 기포가 적어서, 기포에 기인하는 파단을 저감하여 내충격성이나 피로 특성이 뛰어나므로, 1.5㎛2 미만, 나아가 1㎛2 이하, 0.95㎛2 이하인 것이 바람직하고, 0에 가까울수록 바람직하다. 기포는, 예컨대, 주조 과정에서 탕온을 낮게 하면 적어지기 쉽다. 게다가, 주조시의 냉각 속도, 특히 후술하는 특정 온도역의 냉각 속도를 높이면 보다 적고, 작아지기 쉽다.
실시형태의 Al 합금선(22)의 일 예로서, 표층에 더하여 내부에 존재하는 기포도 적은 것을 들 수 있다. 구체적으로는 Al 합금선(22)의 횡단면에 있어서, 단변 길이가 30㎛이며 장변 길이가 50㎛인 장방형의 영역(내부 기포 측정 영역이라고 함)을 취한다. 이 내부 기포 측정 영역은, 이 장방형의 중심이 Al 합금선(22)의 중심에 겹치도록 취한다. 장방형의 표층 기포 측정 영역 및 상술의 부채꼴의 기포 측정 영역 중 적어도 한쪽에 있어서, 해당 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적 Sfb에 대한 내부 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적 Sib의 비(Sib/Sfb)가 1.1 이상 44 이하이다. 상술한 바와 같이 주조 과정에서는 금속의 표층으로부터 내부로 향해서 응고가 진행되기 때문에, 용탕에 분위기 중의 가스가 용해하면, 금속의 표층에서는 가스가 금속 외부로 빠져나가기 쉽지만, 금속의 내부에서는 가스가 갇혀 잔존하기 쉽다. 이러한 주조재를 소재에 이용하여 제조된 선재에서는, 그 표층과 비교해서 내부에 존재하는 기포가 많아지기 쉽다고 생각할 수 있다. 상술한 바와 같이 표층의 기포의 합계 단면적 Sfb가 작으면, 상기 비(Sib/Sfb)가 작은 형태는 내부에 존재하는 기포도 적다. 따라서, 이 형태는, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우 등에 균열의 발생이나 균열의 진전 등을 저감하기 쉬워서, 기포에 기인하는 파단을 저감하여, 내충격성이나 피로 특성이 뛰어나다. 상기 비(Sib/Sfb)는, 작을수록 내부에 존재하는 기포가 적어, 내충격성이나 피로 특성이 뛰어나므로, 40 이하, 나아가 30 이하, 20 이하, 15 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 비(Sib/Sfb)가 1.1 이상이면, 탕온을 과도하게 낮게 하지 않아도, 기포가 적은 Al 합금선(22)을 제조할 수 있어서, 양산에 적합하다고 생각할 수 있다. 상기 비(Sib/Sfb)가 1.3 내지 6.0 정도이면, 양산하기 쉽다고 생각할 수 있다.
(수소 함유량)
실시형태의 Al 합금선(22)의 일 예로서, 수소의 함유량이 4.0㎖/100g 이하인 것을 들 수 있다. 기포의 한 요인은, 상술한 바와 같이 수소라고 생각할 수 있다. Al 합금선(22)에 대해 질량 100g 당에 대한 수소의 함유량이 4.0㎖ 이하이면, 이 Al 합금선(22)은 기포가 적어서, 상술한 바와 같이 기포에 기인하는 파단을 저감할 수 있다. 수소의 함유량은 낮을수록, 기포가 적다고 생각할 수 있기 때문에, 3.8㎖/100g 이하, 나아가 3.6㎖/100g 이하, 3㎖/100g 이하인 것이 바람직하고, 0에 가까울수록 바람직하다. Al 합금선(22) 중의 수소는, 대기 분위기 등의 수증기를 포함하는 분위기에서 주조를 실행함으로써 분위기 중의 수증기가 용탕에 용해하여, 이 용존 수소가 잔존하고 있다고 생각할 수 있다. 그 때문에, 수소의 함유량은, 예컨대, 탕온을 낮게 해서 분위기로부터의 가스의 용해를 저감하면 적어지기 쉽다. 또한, 수소의 함유량은, Cu 및 Si 중 적어도 한쪽을 함유하면 적어지는 경향이 있다.
(표면 성상)
·동마찰계수
실시형태의 Al 합금선(22)의 일 예로서, 동마찰계수가 0.8 이하인 것을 들 수 있다. 동마찰계수가 이와 같이 작은 Al 합금선(22)을 예컨대 연선의 소선에 이용하고, 이 연선에 반복 굽힘을 가한 경우에 소선(Al 합금선(22)) 간의 마찰이 작아서 소선끼리가 미끄러지기 쉬워서, 각 소선이 매끄럽게 움직일 수 있다. 여기서, 동마찰계수가 크면, 소선 간의 마찰이 커서, 반복 굽힘을 받았을 경우, 이 마찰에 기인하여 소선이 파단되기 쉬워져, 결과적으로 연선이 단선되기 쉬워진다. 동마찰계수가 0.8 이하인 Al 합금선(22)은, 특히 연선에 이용된 경우에 소선 간의 마찰을 작게 할 수 있어서, 반복 굽힘을 받아도 파단되기 어려워, 피로 특성이 뛰어나다. 동마찰계수는 작을수록, 마찰에 기인하는 파단을 저감할 수 있어서, 0.7 이하, 나아가 0.6 이하, 0.5 이하인 것이 바람직하다. 동마찰계수는, 예컨대, Al 합금선(22)의 표면을 평활하게 하거나, Al 합금선(22)의 표면에 윤활제를 부착하거나, 이들 쌍방을 충족시키거나 하면, 작아지기 쉽다.
·표면 조도
실시형태의 Al 합금선(22)의 일 예로서, 표면 조도가 3㎛ 이하인 것을 들 수 있다. 표면 조도가 이와 같이 작은 Al 합금선(22)은, 동마찰계수가 작아지는 경향이 있어서, 상술한 바와 같이 연선의 소선에 이용한 경우에 소선 간의 마찰을 작게 할 수 있어서, 피로 특성이 뛰어나다. 표면 조도는 작을수록, 동마찰계수가 작아지기 쉽고, 상기 소선 간의 마찰을 작게 하기 쉽기 때문에, 2.5㎛ 이하, 나아가 2㎛ 이하, 1.8㎛ 이하인 것이 바람직하다. 표면 조도는, 예컨대, 신선 다이스의 표면 조도가 3㎛ 이하인 것을 이용하거나 신선시의 윤활제량을 넉넉하게 조정하거나 하는 등, 평활한 표면을 갖도록 제조함으로써, 작아지기 쉽다. 표면 조도의 하한을 0.01㎛, 나아가 0.03㎛로 하면, 공업적으로 양산하기 쉬울 것으로 기대된다.
·C량
실시형태의 Al 합금선(22)의 일 예로서, Al 합금선(22)의 표면에 윤활제가 부착되어 있으며, 이 윤활제에 유래하는 C의 부착량이 0질량% 초과 30질량% 이하인 것을 들 수 있다. Al 합금선(22)의 표면에 부착되는 윤활제란, 상술한 바와 같이 제조 과정에서 이용하는 윤활제(대표적으로는 유제)가 잔존한 것이라고 생각할 수 있다. C의 부착량이 상기 범위를 만족하는 Al 합금선(22)은, 윤활제의 부착에 의해서 동마찰계수가 작아지기 쉬워서, 상기 범위에서 많을수록, 동마찰계수가 작아지는 경향이 있다. 동마찰계수가 작음으로써, 상술한 바와 같이 Al 합금선(22)을 연선의 소선에 이용한 경우에 소선 간의 마찰을 작게 할 수 있어서, 피로 특성이 뛰어나다. 또한, 윤활제의 부착에 의해서 내식성도 뛰어나다. 상기 범위에서 적을수록, Al 합금선(22)으로 구성되는 도체(2)의 단부에 단자부(4)(도 2)를 장착한 경우에, 도체(2)와 단자부(4) 사이에 개재하는 윤활제를 줄일 수 있다. 이 경우, 과도한 윤활제의 개재에 수반하는 도체(2)와 단자부(4) 사이의 접속 저항의 증대를 방지할 수 있다. 마찰 저감과 접속 저항의 증대 억제를 고려하면, C의 부착량을 0.5질량% 이상 25질량% 이하, 나아가 1질량% 이상 20질량% 이하로 할 수 있다. C의 부착량이 소망의 양이 되도록, 예컨대, 신선시나 연선시에 있어서의 윤활제의 사용량이나, 열처리 조건 등을 조정하는 것을 들 수 있다. 열처리 조건에 따라서는 윤활제가 저감, 제거되기 때문이다.
·표면 산화막
실시형태의 Al 합금선(22)의 일 예로서, Al 합금선(22)의 표면 산화막의 두께가 1㎚ 이상 120㎚ 이하인 것을 들 수 있다. 연화 처리 등의 열처리가 실시되면, Al 합금선(22)의 표면에 산화막이 존재할 수 있다. 표면 산화막의 두께가 120㎚ 이하로 얇은 것에 의해, Al 합금선(22)으로 구성되는 도체(2)의 단부에 단자부(4)(도 2)를 장착한 경우에 도체(2)와 단자부(4) 사이에 개재되는 산화물을 줄일 수 있다. 도체(2)와 단자부(4) 사이에 전기 절연물인 산화물의 개재량이 적음으로써, 도체(2)와 단자부(4) 사이의 접속 저항의 증대를 저감할 수 있다. 한편, 표면 산화막이 1㎚ 이상이면, Al 합금선(22)의 내식성을 높일 수 있다. 상기 범위에서 얇을수록 상기 접속 저항의 증대를 저감할 수 있고, 두꺼울수록 내식성을 높일 수 있다. 접속 저항의 증대 억제와 내식성을 고려하면, 표면 산화막은, 2㎚ 이상 115㎚ 이하, 나아가 5㎚ 이상 110㎚ 이하, 나아가 100㎚ 이하로 할 수 있다. 표면 산화막의 두께는, 예컨대, 열처리 조건에 의해서 조정할 수 있다. 예컨대, 분위기 중의 산소 농도가 높으면(예컨대 대기 분위기) 표면 산화막을 두껍게 하기 쉽고, 산소 농도가 낮으면(예컨대 불활성 가스 분위기, 환원 가스 분위기 등) 표면 산화막을 얇게 하기 쉽다.
(특성)
·가공 경화 지수
실시형태의 Al 합금선(22)의 일 예로서, 가공 경화 지수가 0.05 이상인 것을 들 수 있다. 가공 경화 지수가 0.05 이상으로 큼으로써, 예컨대 복수의 Al 합금선(22)을 꼬아 합친 연선을 압축 성형한 압축 연선으로 하거나, Al 합금선(22)으로 구성되는 도체(2)(단선, 연선, 압축 연선 중 어느 하나라도 좋음)의 단부에 단자부(4)를 압착하거나 하는 등의 소성 가공을 실시한 경우에, Al 합금선(22)은 가공 경화하기 쉽다. 압축 성형이나 압착 등의 소성 가공에 의해서 단면적이 감소한 경우라도, 가공 경화에 의해서 강도를 높일 수 있어서, 도체(2)에 단자부(4)를 강고하게 고착할 수 있다. 이와 같이 가공 경화 지수가 큰 Al 합금선(22)은 단자부(4)의 고착성이 뛰어난 도체(2)를 구성할 수 있다. 가공 경화 지수는 클수록, 가공 경화에 의한 강도의 향상을 기대할 수 있기 때문에, 0.08 이상, 나아가 0.1 이상이 바람직하다. 가공 경화 지수는 파단 연신이 클수록 커지기 쉽다. 그 때문에, 가공 경화 지수를 크게 하려면, 예컨대 첨가 원소의 종류나 함유량, 열처리 조건 등을 조정해서 파단 연신을 높이는 것을 들 수 있다. 정출물의 크기가 상술의 특정 범위를 만족하는 동시에, 평균 결정립 직경이 상술의 특정 범위를 만족한다고 하는 특정 조직을 갖는 Al 합금선(22)은, 가공 경화 지수가 0.05 이상을 만족하기 쉽다. 그 때문에, Al 합금의 조직을 지표로 하여, 첨가 원소의 종류나 함유량, 열처리 조건 등을 조정하는 것으로도, 가공 경화 지수를 조정할 수 있다.
·기계적 특성, 전기적 특성
실시형태의 Al 합금선(22)은, 상술한 특정 조성의 Al 합금으로 구성되고, 대표적으로는 연화 처리 등의 열처리를 실시함으로써, 인장 강도나 0.2% 내력이 높아 강도가 뛰어나고, 파단 연신이 높아 인성이 뛰어나며, 또한 도전율이 높아 도전성도 뛰어나다. 정량적으로는, Al 합금선(22)은, 인장 강도가 110㎫ 이상 200㎫ 이하인 것, 0.2% 내력이 40㎫ 이상인 것, 파단 연신이 10% 이상인 것, 도전율이 55%IACS 이상인 것으로부터 선택되는 하나 이상을 만족하는 것을 들 수 있다. 열거하는 사항 중 두 개의 사항, 나아가 세 개의 사항, 특히 네 개의 모든 사항을 만족하는 Al 합금선(22)은, 기계적 특성이 뛰어나고, 내충격성 및 피로 특성이 보다 뛰어나거나, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어날 뿐만 아니라 도전성도 뛰어나거나 해서 바람직하다. 이러한 Al 합금선(22)은 전선의 도체로서 적합하게 이용할 수 있다.
인장 강도가 상기 범위에서 높을수록 강도가 뛰어나고, 상기의 범위에서 낮을수록 파단 연신이나 도전율을 높이기 쉽다. 이러한 점에서, 상기 인장 강도를 110㎫ 이상 180㎫ 이하, 나아가 115㎫ 이상 150㎫ 이하로 할 수 있다.
파단 연신이 상기 범위에서 높을수록 가요성, 인성이 뛰어나 굽힘 등을 실행하기 쉽기 때문에, 상기 파단 연신을 13% 이상, 나아가 15% 이상, 20% 이상으로 할 수 있다.
Al 합금선(22)은, 대표적으로는 도체(2)에 이용되기 때문에 도전율이 높을수록 바람직하고, 56%IACS 이상, 나아가 57%IACS 이상, 58%IACS 이상인 것이 보다 바람직하다.
Al 합금선(22)은 0.2% 내력도 높은 것이 바람직하다. 인장 강도가 동일한 경우, 0.2% 내력이 높을수록 단자부(4)와의 고착성이 뛰어난 경향이 있기 때문이다. 0.2% 내력을 45㎫ 이상, 나아가 50㎫ 이상, 55㎫ 이상으로 할 수 있다.
Al 합금선(22)은, 인장 강도에 대한 0.2% 내력의 비가 0.4 이상이면, 0.2% 내력이 충분히 크고, 고강도로 파단되기 어려울 뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 단자부(4)와의 고착성도 뛰어나다. 이 비는 클수록, 고강도로, 단자부(4)와의 고착성도 뛰어나므로, 0.42 이상, 나아가 0.45 이상인 것이 바람직하다.
인장 강도, 0.2% 내력, 파단 연신, 도전율은, 예컨대, 첨가 원소의 종류나 함유량, 제조 조건(신선 조건, 열처리 조건 등)을 조정함으로써 변경할 수 있다. 예컨대, 첨가 원소가 많으면 인장 강도나 0.2% 내력이 높아지는 경향이 있고, 첨가 원소가 적으면 도전율이 높아지는 경향이 있으며, 열처리시의 가열 온도를 높게 하면, 파단 연신이 높아지는 경향이 있다.
(형상)
실시형태의 Al 합금선(22)의 횡단면 형상은 용도 등에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 횡단면 형상이 원형인 환선을 들 수 있다(도 1 참조). 그 외에, 횡단면 형상이 장방형 등의 사각형인 각선 등을 들 수 있다. Al 합금선(22)이 상술의 압축 연선의 소선을 구성하는 경우에는, 대표적으로는 원형이 눌려서 찌그러진 이형 형상이다. 상술의 정출물이나 기포를 평가할 때의 측정 영역은, Al 합금선(22)이 각선 등이면 장방형의 영역이 이용하기 쉽고, Al 합금선(22)이 환선 등이면 장방형의 영역으로도 부채꼴의 영역으로도 어느 것을 이용해도 좋다. Al 합금선(22)의 횡단면 형상이 소망의 형상이 되도록, 신선 다이스의 형상, 압축 성형용의 다이스의 형상 등을 선택하면 좋다.
(크기)
실시형태의 Al 합금선(22)의 크기(횡단면적, 환선의 경우에는 선경(직경) 등)는 용도 등에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 자동차용 와이어 하네스 등의 각종 와이어 하네스에 구비되는 전선의 도체에 이용하는 경우, Al 합금선(22)의 선경은 0.2㎜ 이상 1.5㎜ 이하인 것을 들 수 있다. 예컨대, 건축물 등의 배선 구조를 구축하는 전선의 도체에 이용하는 경우, Al 합금선(22)의 선경은 0.2㎜ 이상 3.6㎜ 이하인 것을 들 수 있다.
[Al 합금 연선]
실시형태의 Al 합금선(22)은, 도 1에 도시하는 바와 같이 연선의 소선에 이용할 수 있다. 실시형태의 Al 합금 연선(20)은 복수의 Al 합금선(22)을 꼬아 합쳐서 이루어진다. Al 합금 연선(20)은, 동일한 도체 단면적을 갖는 단선의 Al 합금선과 비교해서 단면적이 작은 복수의 소선(Al 합금선(22))을 꼬아 합쳐서 구성되기 때문에, 가요성이 뛰어나 굽힘 등을 실행하기 쉽다. 또한, 꼬아 합쳐짐으로써, 각 소선인 Al 합금선(22)이 가늘어도, 연선 전체적으로 강도가 뛰어나다. 또한, 실시형태의 Al 합금 연선(20)은, 미세한 정출물이 존재한다고 하는 특정 조직을 갖는 Al 합금선(22)을 소선으로 한다. 이러한 점에서 Al 합금 연선(20)은, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우 등에도, 각 소선인 Al 합금선(22)이 파단되기 어려워서, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다. 각 소선인 Al 합금선(22)은, 상술한 정출물의 개수, 기포의 함유량, 수소의 함유량, 결정립 직경의 크기, 동마찰계수의 크기, 표면 조도, 및 C의 부착량으로부터 선택되는 적어도 하나의 사항이 상술의 특정 범위를 만족하면, 내충격성, 피로 특성에 더욱 뛰어나다. 특히, 동마찰계수가 작으면, 상술한 바와 같이 소선 끼리의 마찰을 작게 하여, 피로 특성이 보다 뛰어난 Al 합금 연선(20)으로 할 수 있다.
Al 합금 연선(20)의 꼬아 합침 개수는 적절히 선택할 수 있고, 예컨대, 7, 11, 16, 19, 37개 등을 들 수 있다. Al 합금 연선(20)의 꼬임 피치는 적절히 선택할 수 있지만, 꼬임 피치를 Al 합금 연선(20)의 층심 직경의 10배 이상으로 하면, Al 합금 연선(20)으로 구성되는 도체(2)의 단부에 단자부(4)를 장착할 때에 흩어지기 어려워서, 단자부(4)의 설치 작업성이 뛰어나다. 한편, 꼬임 피치를 상기 층심 직경의 40배 이하로 하면, 굽힘 등을 실행했을 때에 소선끼리가 비틀리기 어렵기 때문에 파단되기 어려워서, 피로 특성이 뛰어나다. 흩어짐 방지와 비틀림 방지를 고려하면, 꼬임 피치는 상기 층심 직경의 15배 이상 35배 이하, 나아가 20배 이상 30배 이하로 할 수 있다.
Al 합금 연선(20)은, 또한 압축 성형이 실시된 압축 연선으로 할 수 있다. 이 경우, 단지 꼬아 합친 상태보다 선경을 작게 하거나, 외형을 소망의 형상(예컨대 원형)으로 하거나 할 수 있다. 각 소선인 Al 합금선(22)의 가공 경화 지수가 상술한 바와 같이 큰 경우에는, 강도의 향상, 나아가서는 내충격성, 피로 특성의 향상도 기대할 수 있다.
Al 합금 연선(20)을 구성하는 각 Al 합금선(22)의 조성, 조직, 표면 산화막의 두께, 수소의 함유량, C의 부착량, 표면 성상, 기계적 특성 및 전기적 특성 등의 사양은, 꼬아 합침 전에 이용한 Al 합금선(22)의 사양을 실질적으로 유지한다. 꼬아 합침 시에 윤활제를 이용하거나, 꼬아 합침 후에 열처리를 실행하거나 하는 등의 이유에 의해서는, 표면 산화막의 두께, C의 부착량, 기계적 특성 및 전기적 특성이 변화하는 경우가 있다. Al 합금 연선(20)의 사양이 소망의 값이 되도록, 꼬아 합침 조건을 조정하면 좋다.
[피복 전선]
실시형태의 Al 합금선(22)이나 실시형태의 Al 합금 연선(20)(압축 연선이라도 좋음)은 전선용 도체에 적합하게 이용할 수 있다. 절연 피복을 구비하지 않은 나도체(bare conductor), 절연 피복을 구비하는 피복 전선의 도체의 어느 것에도 이용할 수 있다. 실시형태의 피복 전선(1)은, 도체(2)와, 도체(2)의 외주를 덮는 절연 피복(3)을 구비하고, 도체(2)로서 실시형태의 Al 합금선(22), 또는 실시형태의 Al 합금 연선(20)을 구비한다. 이 피복 전선(1)은, 내충격성, 피로 특성이 뛰어난 Al 합금선(22)이나 Al 합금 연선(20)으로 구성되는 도체(2)를 구비하기 때문에, 내충격성, 피로 특성이 뛰어나다. 절연 피복(3)을 구성하는 절연 재료는 적절히 선택할 수 있다. 상기 절연 재료는, 예컨대, 폴리염화비닐(PVC)이나 논할로겐 수지, 난연성이 뛰어난 재료 등을 들 수 있고, 공지의 것을 이용할 수 있다. 절연 피복(3)의 두께는 소정의 절연 강도를 갖는 범위에서 적절히 선택할 수 있다.
[단자 장착 전선]
실시형태의 피복 전선(1)은, 자동차나 비행기 등의 기기에 탑재되는 와이어 하네스, 산업용 로봇 등과 같은 각종 전기 기기의 배선, 건축물 등의 배선 등, 각종 용도의 전선에 이용할 수 있다. 와이어 하네스 등에 구비되는 경우, 대표적으로는, 피복 전선(1)의 단부에는 단자부(4)가 장착된다. 실시형태의 단자 장착 전선(10)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 실시형태의 피복 전선(1)과, 피복 전선(1)의 단부에 장착된 단자부(4)를 구비한다. 이 단자 장착 전선(10)은, 내충격성, 피로 특성이 뛰어난 피복 전선(1)을 구비하기 때문에, 내충격성, 피로 특성이 뛰어나다. 도 2에서는, 단자부(4)로서, 일단에 암형 또는 수형의 감합부(42)를 구비하고, 타단에 절연 피복(3)을 파지하는 인슐레이션 배럴부(44)를 구비하고, 중간부에 도체(2)를 파지하는 와이어 배럴부(40)를 구비하는 압착 단자를 예시한다. 그 외의 단자부(4)로서, 도체(2)를 용융해서 접속하는 용융형의 것 등을 들 수 있다.
압착 단자는, 피복 전선(1)의 단부에서 절연 피복(3)이 제거되어 노출된 도체(2)의 단부에 압착되고, 도체(2)와 전기적 및 기계적으로 접속된다. 도체(2)를 구성하는 Al 합금선(22)이나 Al 합금 연선(20)이, 상술한 바와 같이 가공 경화 지수가 높은 것이면, 도체(2)에 있어서의 압착 단자의 설치 개소는, 그 단면적이 국소적으로 작아져 있지만, 가공 경화에 의해서 강도가 뛰어나다. 그 때문에, 예컨대 단자부(4)와 피복 전선(1)의 접속 대상과의 접속시 등에 충격을 받아도, 나아가 접속 후에 반복 굽힘을 받아도, 도체(2)가 단자부(4) 근방에서 파단되는 것을 저감할 수 있어서, 이 단자 장착 전선(10)은 내충격성, 피로 특성이 뛰어나다.
도체(2)를 구성하는 Al 합금선(22)이나 Al 합금 연선(20)이, 상술한 바와 같이 C의 부착량이 적거나, 표면 산화막이 얇거나 하면, 도체(2)와 단자부(4) 사이에 개재되는 전기 절연물(C를 포함하는 윤활제나 표면 산화막을 구성하는 산화물 등)을 저감할 수 있어서, 도체(2)와 단자부(4) 사이의 접속 저항을 작게 할 수 있다. 따라서, 이 단자 장착 전선(10)은 내충격성, 피로 특성이 뛰어날 뿐만 아니라, 접속 저항도 작다.
단자 장착 전선(10)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 피복 전선(1)마다 하나의 단자부(4)가 장착된 형태 이외에, 복수의 피복 전선(1)에 대해서 하나의 단자부(도시하지 않음)를 구비하는 형태를 들 수 있다. 복수의 피복 전선(1)을 결속구 등에 의해서 묶으면, 단자 장착 전선(10)을 취급하기 쉽다.
[Al 합금선의 제조 방법, Al 합금 연선의 제조 방법]
(개요)
실시형태의 Al 합금선(22)은, 대표적으로는, 주조, (열간) 압연이나 압출, 신선과 같은 기본 공정에 추가해서, 적당한 시기에 열처리(연화 처리를 포함함)를 실행함으로써 제조할 수 있다. 기본 공정이나 연화 처리의 조건 등은 공지의 조건 등을 참조할 수 있다. 실시형태의 Al 합금 연선(20)은 복수의 Al 합금선(22)을 꼬아 합침으로써 제조할 수 있다. 꼬아 합침 조건 등은 공지의 조건을 참조할 수 있다.
(주조 공정)
특히, 표층에 미세한 정출물이 어느 정도 존재하는 실시형태의 Al 합금선(22)은, 예컨대, 주조 과정의 냉각 속도, 특히 탕온으로부터 650℃까지와 같은 특정 온도역의 냉각 속도를 어느 정도 빠르게 하면 제조하기 쉽다. 상기의 특정 온도역은, 주로 액상역이며, 액상역에서의 냉각 속도를 빠르게 하면, 응고시에 생성되는 정출물을 작게 하기 쉽기 때문이다. 그러나, 후술하는 바와 같이 탕온을 낮게 한 경우에 상기 냉각 속도가 너무 빠르면, 특히 25℃/초 이상이면, 정출물이 생성되기 어려워져, 첨가 원소의 고용량이 많아져서 도전율의 저하를 초래하거나, 정출물에 의한 결정립의 핀 멈춤 효과(pinning effect)를 얻기 어려워지거나 한다고 생각할 수 있다. 이에 대하여, 탕온을 낮게 하고, 또한 상기 온도역의 냉각 속도를 어느 정도 빠르게 함으로써, 조대한 정출물을 포함하기 어렵고, 미세하고 비교적 균일적인 크기의 정출물을 어느 정도의 양 포함하기 쉽다. 최종적으로, 표층에 미세한 정출물을 어느 정도 포함하는 Al 합금선(22)을 제조할 수 있다.
상기의 특정 온도역에서의 냉각 속도로서는, Fe 등의 첨가 원소의 함유량 등에도 의하지만, 예컨대, 1℃/초 이상, 나아가 2℃/초 이상, 4℃/초 이상이면 정출물을 미세하게 하기 쉽고, 30℃/초 이하, 나아가 25℃/초 미만, 20℃/초 이하, 20℃/초 미만, 15℃/초 이하, 10℃/초 이하이면 적당량의 정출물을 생성하기 쉽다. 상기 냉각 속도가 너무 빠르지 않음으로써, 양산에도 적합하다.
상술한 바와 같이 탕온을 낮게 함으로써, 상술의 기포가 적은 Al 합금선(22)을 제조할 수 있다는 지견을 얻었다. 탕온을 낮게 하면, 용탕에 분위기 중의 가스가 용해하는 것을 저감할 수 있어서, 용존 가스가 적은 용탕으로 주조재를 제조할 수 있다. 용존 가스로서는, 상술한 바와 같이 수소를 들 수 있으며, 이 수소는 분위기 중의 수증기가 분해한 것, 분위기 중에 포함되어 있던 것이라고 생각할 수 있다. 용존 수소 등의 용존 가스가 적은 주조재를 소재로 함으로써, 압연이나 신선 등의 소성 가공, 연화 처리 등의 열처리를 실행해도, 주조 이후에 있어서 Al 합금에 용존 가스에 기인하는 기포가 적은 상태를 유지하기 쉽다. 그 결과, 최종 선경의 Al 합금선(22)의 표층이나 내부에 존재하는 기포를 상술의 특정 범위로 할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 수소의 함유량이 적은 Al 합금선(22)을 제조할 수 있다. 주조 과정 이후의 공정, 예컨대, 박피(stripping), 소성 변형을 수반하는 가공(압연, 압출, 신선 등)을 실시함으로써, Al 합금의 내부에 갇힌 기포의 위치가 변화하거나, 기포의 크기가 어느 정도 작아지거나 한다고 생각할 수 있다. 그러나, 주조재에 존재하는 기포의 합계 함유량이 많으면, 위치 변동이나 크기 변동이 있어도, 최종 선경의 Al 합금선에 있어서, 표층이나 내부에 존재하는 기포의 합계 함유량이나, 수소의 함유량이 많아지기 쉽다(실질적으로 유지된 채로 있음)고 생각할 수 있다. 이에 대하여, 탕온을 낮게 하여, 주조재 자체에 포함되는 기포를 충분히 줄임으로써, 기포가 적은 Al 합금선(22)을 제조할 수 있다. 탕온이 낮을수록 용존 가스를 저감할 수 있어서, 주조재의 기포를 저감할 수 있다. 또한, 탕온을 낮게 함으로써, 대기 분위기 등의 수증기를 포함하는 분위기에서 주조를 실행해도, 용존 가스를 적게 할 수 있고, 나아가서는 용존 가스에 기인하는 기포의 합계 함유량이나, 수소의 함유량을 저감할 수 있다. 탕온을 낮게 하는 것에 더하여, 주조 과정에 있어서의 상술한 특정 온도역의 냉각 속도를 상술한 바와 같이 어느 정도 빠르게 하면, 분위기 중으로부터의 용존 가스의 증대를 방지하기 쉽고, 너무 빠르지 않음으로써, 응고 도중의 금속 내부의 용존 가스를 외부인 분위기 중에 배출하기 쉽다고 생각할 수 있다. 결과적으로, 용존 가스에 기인하는 기포의 합계 함유량이나, 수소의 함유량을 보다 저감할 수 있다.
구체적인 탕온으로서, 예컨대 Al 합금에 있어서의 액상선 온도 이상 750℃ 미만을 들 수 있다. 탕온이 낮을수록 용존 가스를 저감할 수 있어서, 주조재의 기포를 저감할 수 있기 때문에, 748℃ 이하, 나아가 745℃ 이하가 바람직하다. 한편, 탕온이 어느 정도 높으면, 첨가 원소를 고용하기 쉽기 때문에, 탕온을 670℃ 이상, 나아가 675℃ 이상으로 할 수 있으며, 강도나 인성 등이 뛰어난 Al 합금선을 얻기 쉽다. 탕온을 낮게 하면서, 상술한 특정 온도역의 냉각 속도를 특정 범위로 하면, 상술한 바와 같이 미세한 정출물을 어느 정도 포함할 수 있는 것에 더하여, 주조재의 기포도 작게 줄이기 쉽다. 상술한 650℃까지의 온도역은 수소 등이 용해하기 쉬워서, 용존 가스가 증대하기 쉽지만, 상기 냉각 속도를 상술의 특정 범위로 하면, 용존 가스의 증대를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 너무 빠르지 않음으로써, 응고 도중의 금속 내부의 용존 가스를 외부인 분위기 중에 배출하기 쉽기 때문이다. 이상으로부터, 탕온을 670℃ 이상 750℃ 미만, 또한 탕온으로부터 650℃까지의 냉각 속도를 20℃/초 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 주조 과정의 냉각 속도를 상술의 범위에서 빠르게 하면, 미세한 결정 조직을 갖는 주조재를 얻기 쉽고, 첨가 원소를 어느 정도 고용시키기 쉽고, DAS(Dendrite Arm Spacing)를 작게 하기 쉬운 것(예컨대, 50㎛ 이하, 나아가 40㎛ 이하)과 같은 효과도 기대할 수 있다.
주조는 연속 주조, 금형 주조(빌릿 주조) 모두 이용할 수 있다. 연속 주조는 장척인 주조재를 연속적으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 냉각 속도를 빠르게 하기 쉬워서, 상술한 바와 같이 조대한 정출물의 억제, 기포의 저감, 결정립이나 DAS의 미세화, 첨가 원소의 고용 등의 효과를 기대할 수 있다.
(신선까지의 공정)
주조재에, 대표적으로는 (열간) 압연이나 압출 등의 소성 가공(중간 가공)을 실시한 중간 가공재를 신선에 제공하는 것을 들 수 있다. 연속 주조에 연속해서 열간 압연을 실행하고, 연속 주조 압연재(중간 가공재의 일 예)를 신선에 제공할 수도 있다. 상기 소성 가공의 전후에 박피나 열처리를 실행할 수 있다. 박피를 실행함으로써, 기포나 표면 상처 등이 존재할 수 있는 표층을 제거할 수 있다. 여기서의 열처리는, 예컨대 Al 합금의 균질화 등을 목적으로 하는 것을 들 수 있다. 균질화 처리의 조건은, 가열 온도를 450℃ 이상 600℃ 이하 정도, 보지 시간을 0.5시간 이상 5시간 이하 정도로 하는 것을 들 수 있다. 이 조건으로 균질화 처리를 실행하면, 편석 등에 의한 불균일이며 조대한 정출물을 어느 정도 미세하고 균일적인 크기로 하기 쉽다. 빌릿 주조재를 이용하는 경우, 주조 후에 균질화 처리를 실행하는 것이 바람직하다.
(신선 공정)
상술의 압연 등의 소성 가공을 거친 소재(중간 가공재)에, 소정의 최종 선경이 될 때까지 (냉간) 신선 가공을 실시하여, 신선재를 형성한다. 신선 가공은, 대표적으로는 신선 다이스를 이용하여 실행한다. 또한, 윤활제를 이용하여 실행한다. 상술한 바와 같이 신선 다이스의 표면 조도가 작은 것, 예컨대 3㎛ 이하의 것을 이용함으로써, 나아가 윤활제의 도포량을 조정함으로써, 표면 조도가 3㎛ 이하에 이르는 평활한 표면을 갖는 Al 합금선(22)을 제조할 수 있다. 표면 조도가 작은 신선 다이스로 적절히 교환함으로써, 평활한 표면을 갖는 신선재를 연속해서 제조할 수 있다. 신선 다이스의 표면 조도는, 예컨대 신선재의 표면 조도를 대체값으로서 이용하면, 측정이 용이하다. 윤활제의 도포량을 조정하거나, 후술의 열처리 조건 등을 조정하거나 함으로써, Al 합금선(22)의 표면에 있어서의 C의 부착량이 상술의 특정 범위를 만족하는 Al 합금선(22)을 제조할 수 있다. 나아가서는, 동마찰계수가 상술의 특정 범위를 만족하는 Al 합금선(22)을 제조할 수 있다. 신선 가공도는 최종 선경에 따라서 적절히 선택하면 좋다.
(꼬아 합침 공정)
Al 합금 연선(20)을 제조하는 경우에는, 복수의 선재(신선재, 또는 신선 후에 열처리를 실행한 열처리재)를 준비하고, 이들을 소정의 꼬임 피치(예컨대, 층심 직경의 10배~40배)로 꼬아 합친다. 꼬아 합침 시에 윤활제를 이용해도 좋다. Al 합금 연선(20)을 압축 연선으로 하는 경우에는, 꼬아 합침 후에 소정의 형상으로 압축 성형한다.
(열처리)
신선 도중 및 신선 공정 이후의 임의의 시기의 신선재 등에 열처리를 실행할 수 있다. 특히, 파단 연신 등의 인성의 향상을 목적으로 하는 연화 처리를 가하면, 고강도 및 고인성으로, 내충격성, 피로 특성도 뛰어난 Al 합금선(22)이나 Al 합금 연선(20)을 제조할 수 있다. 열처리를 실행하는 시기는, 신선 도중, 신선 후(연선 전), 연선 후(압축 성형 전), 압축 성형 후 중 적어도 하나의 시기를 들 수 있다. 복수의 시기에 열처리를 실행해도 좋다. 최종 제품인 Al 합금선(22)이나 Al 합금 연선(20)이 소망의 특성을 만족하도록, 예컨대 파단 연신이 10% 이상을 만족하도록 열처리 조건을 조정하고, 열처리를 실행하는 것을 들 수 있다. 파단 연신이 10% 이상을 만족하도록 열처리(연화 처리)를 실행함으로써, 가공 경화 지수가 상술의 특정 범위를 만족하는 Al 합금선(22)을 제조할 수도 있다. 또한, 신선 도중이나 연선 전에 열처리를 실행하면, 가공성을 높일 수 있어서, 신선 가공이나 꼬아 합침 등을 실행하기 쉽다.
열처리는, 파이프 노(爐)나 통전 노 등의 가열 용기에 열처리 대상을 연속적으로 공급해서 가열하는 연속 처리에서도, 분위기 노 등의 가열 용기에 열처리 대상을 봉입한 상태로 가열하는 배치 처리에서도 모두 이용할 수 있다. 배치 처리의 조건은, 예컨대 가열 온도가 250℃ 이상 500℃ 이하 정도, 보지 시간이 0.5시간 이상 6시간 이하 정도로 하는 것을 들 수 있다. 연속 처리에서는, 열처리 후의 선재가 소망의 특성을 만족하도록 제어 파라미터를 조정하면 좋다. 열처리 대상의 크기(선경이나 단면적 등)에 따라서, 소망의 특성을 만족하도록, 특성과 파라미터값과의 상관 데이터를 미리 작성해 두면(특허문헌 1 참조), 연속 처리의 조건을 조정하기 쉽다. 또한, 열처리 전의 윤활제량을 측정해두고, 열처리 후의 잔존량이 소망의 값이 되도록 열처리 조건을 조정할 수도 있다. 가열 온도가 높을수록, 또는 보지 시간이 길수록, 윤활제의 잔존량이 적어지는 경향이 있다.
열처리 중의 분위기는, 예컨대, 대기 분위기와 같은 산소 함유량이 비교적 많은 분위기, 또는 산소 함유량이 대기보다 적은 저산소 분위기를 들 수 있다. 대기 분위기로 하면, 분위기 제어가 불필요하지만, 표면 산화막이 두껍게 형성되기 쉽다(예컨대, 50㎚ 이상). 그 때문에, 대기 분위기로 하는 경우에는, 보지 시간을 짧게 하기 쉬운 연속 처리로 하면, 표면 산화막의 두께가 상술의 특정 범위를 만족하는 Al 합금선(22)을 제조하기 쉽다. 저산소 분위기는 진공 분위기(감압 분위기), 불활성 가스 분위기, 환원 가스 분위기 등을 들 수 있다. 불활성 가스는 질소나 아르곤 등을 들 수 있다. 환원 가스는 수소 가스, 수소와 불활성 가스를 포함하는 수소 혼합 가스, 일산화탄소와 이산화탄소의 혼합 가스 등을 들 수 있다. 저산소 분위기에서는 분위기 제어가 필요하지만, 표면 산화막을 얇게 하기 쉽다(예컨대, 50㎚ 미만). 그 때문에, 저산소 분위기로 하는 경우에는, 분위기 제어를 실행하기 쉬운 배치 처리로 하면, 표면 산화막의 두께가 상술의 특정 범위를 만족하는 Al 합금선(22), 바람직하게는 표면 산화막의 두께가 보다 얇은 Al 합금선(22)을 제조하기 쉽다.
상술한 바와 같이 Al 합금의 조성을 조정하는 동시에(바람직하게는 Ti 및 B의 쌍방을 첨가), 연속 주조재 또는 연속 주조 압연재를 소재로 이용하면, 결정립 직경이 상술의 범위를 만족하는 Al 합금선(22)을 제조하기 쉽다. 특히, 연속 주조재에 압연 등의 소성 가공을 실시한 소재 또는 연속 주조 압연재로부터 최종 선경의 신선재가 될 때까지의 신선 가공도를 80% 이상으로 하고, 최종 선경의 신선재, 또는 연선, 또는 압축 연선에 파단 연신이 10% 이상이 되도록 열처리(연화 처리)를 실행하면, 결정립 직경이 50㎛ 이하인 Al 합금선(22)을 더욱 제조하기 쉽다. 이 경우에, 신선 도중에도 열처리를 실행해도 좋다. 이러한 결정 조직의 제어 및 파단 연신의 제어를 실행함으로써, 가공 경화 지수가 상술의 특정 범위를 만족하는 Al 합금선(22)을 제조할 수도 있다.
(그 외의 공정)
그 외에, 표면 산화막의 두께의 조정 방법으로서, 최종 선경의 신선재를 고온 고압의 열수의 존재 하에 노출하는 것, 최종 선경의 신선재에 물을 도포하는 것, 대기 분위기의 연속 처리에서 열처리 후에 수냉하는 경우에 수냉 후에 건조 공정을 마련하는 것 등을 들 수 있다. 열수에 노출하거나 물을 도포하거나 함으로써 표면 산화막이 두꺼워지는 경향이 있다. 상기의 수냉 후에 건조시킴으로써, 수냉에 기인하는 베마이트(boehmite)층의 형성을 방지하여, 표면 산화막이 얇아지는 경향이 있다. 수냉의 냉매로서, 물에 에탄올을 첨가한 것을 이용하면, 냉각과 동시에 탈지도 실행할 수 있다.
상술의 열처리에 의해서, 또는 탈지 처리 등을 실시하는 것에 의해서, Al 합금선(22)의 표면에 부착되는 윤활제량이 적은 경우 또는 실질적으로 없는 경우에는, 소정의 부착량이 되도록, 윤활제를 도포할 수 있다. 이때, C의 부착량이나 동마찰계수를 지표로 하여, 윤활제의 부착량을 조정할 수 있다. 탈지 처리는 공지의 방법을 이용할 수 있으며, 상술한 바와 같이 냉각과 겸할 수도 있다.
[피복 전선의 제조 방법]
실시형태의 피복 전선(1)은, 도체(2)를 구성하는 실시형태의 Al 합금선(22) 또는 Al 합금 연선(20)(압축 연선이라도 좋음)을 준비하고, 도체(2)의 외주에 절연 피복(3)을 압출 등에 의해서 형성함으로써 제조할 수 있다. 압출 조건 등은 공지의 조건을 참조할 수 있다.
[단자 장착 전선의 제조 방법]
실시형태의 단자 장착 전선(10)은, 피복 전선(1)의 단부에서, 절연 피복(3)을 제거하여 도체(2)를 노출시키고, 단자부(4)를 장착함으로써 제조할 수 있다.
[시험예 1]
Al 합금선을 여러 가지 조건으로 제작하고 특성을 조사했다. 또한, 이 Al 합금선을 이용하여 Al 합금 연선을 제작하고, 또한 이 Al 합금 연선을 도체로 하는 피복 전선을 제작하고, 그 단부에 압착 단자를 장착해서 얻어진 단자 장착 피복 전선의 특성을 조사했다.
Al 합금선은 이하와 같이 해서 제작한다.
베이스로서 순알루미늄(99.7질량% 이상 Al)을 준비해서 용해하고, 얻어진 용탕(용융 알루미늄)에 표 1 내지 표 4에 나타내는 첨가 원소의 함유량이, 표 1 내지 표 4에 나타내는 양(질량%)이 되도록 투입하고, Al 합금의 용탕을 제작한다. 성분 조정을 실행한 Al 합금의 용탕은, 수소 가스 제거 처리나 이물 제거 처리를 실행하면, 수소의 함유량을 저감하거나, 이물을 저감하거나 하기 쉽다.
준비한 Al 합금의 용탕을 이용하여, 연속 주조 압연재 또는 빌릿 주조재를 제작한다. 연속 주조 압연재는, 벨트-휠식의 연속 주조 압연기와, 준비한 Al 합금의 용탕을 이용하여 주조 및 열간 압연을 연속적으로 실행해서 제작하고, φ9.5㎜의 와이어 로드로 한다. 빌릿 주조재는 소정의 고정 주형에 Al 합금의 용탕을 주탕하고 냉각해서 제작한다. 빌릿 주조재에 균질화 처리를 실시한 후, 열간 압연을 실행해서, φ9.5㎜의 와이어 로드(압연재)를 제작한다. 표 5 내지 표 8에, 주조법의 종별(연속 주조 압연재는 「연속」, 빌릿 주조재는 「빌릿」으로 나타냄), 용탕 온도(℃), 주조 과정의 냉각 속도(탕온으로부터 650℃까지의 평균 냉각 속도, ℃/초)를 나타낸다. 냉각 속도는 수냉 기구 등을 이용하여 냉각 상태를 조정함으로써 변화시켰다.
상기의 와이어 로드에 냉간 신선 가공을 실시하여, 선경 φ0.3㎜의 신선재, 선경 φ0.37㎜의 신선재, 선경 φ0.39㎜의 신선재를 제작한다. 여기에서는, 신선 다이스, 시판의 윤활제(탄소를 포함하는 유제)를 이용하여 신선 가공을 실행한다. 사용하는 신선 다이스는, 표면 조도가 상이한 것을 준비해서 적절히 변경하는 동시에, 윤활제의 사용량을 조정함으로써, 각 시료의 신선재의 표면 조도를 조정한다. 시료 No. 3-10은 그 이외의 시료보다 표면 조도가 큰 신선 다이스를 이용하고, 시료 No. 2-208, No. 3-307은 표면 조도가 가장 큰 신선 다이스를 이용한다.
얻어진 선경 φ0.3㎜의 신선재에, 표 5 내지 표 8에 나타내는 방법, 온도(℃), 분위기로 연화 처리를 실시하여 연재(Al 합금선)를 제작한다. 표 5 내지 표 8에 나타내는 방법이 「광휘 연화」란, 상형로(箱型爐)를 이용한 배치 처리이며, 모두 보지 시간은 3시간으로 한다. 표 5 내지 표 8에 나타내는 방법이 「연속 연화」란, 고주파 유도 가열 방식 또는 직접 통전 방식의 연속 처리이며, 표 5 내지 표 8에 나타내는 온도(비접촉식의 적외 온도계로 측정)가 되도록 통전 조건을 제어한다. 선속은 50m/min 내지 3,000m/min의 범위로부터 선택한다. 시료 No. 2-202는 연화 처리를 실시하지 않았다. 시료 No. 2-204는 다른 시료와 비교해서 고온, 장시간의 열처리 조건: 550℃×8시간으로 한다(표 8에서는 온도의 란에 「*1」를 부기하고 있음). 시료 No. 2-209는 대기 분위기에서의 연화 처리 후에 베마이트 처리(100℃×15분)를 실행한다(표 8에서는 분위기의 란에 「*2」를 부기하고 있음).
[표 1]
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[표 2]
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[표 3]
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[표 4]
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[표 5]
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[표 6]
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[표 7]
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[표 8]
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(기계적 특성, 전기적 특성)
얻어진 선경 φ0.3㎜의 연재 및 비열처리재(시료 No. 2-202)에 대해서, 인장 강도(㎫), 0.2% 내력(㎫), 파단 연신(%), 가공 경화 지수, 도전율(%IACS)을 측정했다. 또한, 인장 강도에 대한 0.2% 내력의 비 「내력/인장」을 구했다. 이러한 결과를 표 9 내지 표 12에 나타낸다.
인장 강도(㎫), 0.2% 내력(㎫), 파단 연신(%)은, JIS Z 2241(금속 재료 인장 시험 방법, 1998년)에 준거하고, 범용의 인장 시험기를 이용하여 측정했다. 가공 경화 지수란, 인장 시험의 시험력을 단축방향으로 적용했을 때의 소성 변형역에 있어서의 진응력 σ와 진변형 ε과의 식 σ=C×εn에서, 진변형 ε의 지수 n으로서 정의된다. 상기 식에서, C는 강도 정수이다. 상기의 지수 n은, 상기의 인장 시험기를 이용하여 인장 시험을 실행해서 S-S 곡선을 작성함으로써 구할 수 있다(JIS G 2253, 2011년도 참조). 도전율(%IACS)은 브릿지법에 의해 측정했다.
(피로 특성)
얻어진 선경 φ0.3㎜의 연재 및 비열처리재(시료 No. 2-202)에 대해서, 굴곡 시험을 실시하고, 파단까지의 횟수를 측정했다. 굴곡 시험은 시판의 반복 굽힘 시험기를 이용하여 측정했다. 여기에서는, 각 시료의 선재에 0.3%의 굽힘 변형을 가할 수 있는 지그를 사용하여, 12.2㎫의 부하를 인가한 상태에서 반복 굽힘을 실행한다. 시료마다 3개 이상의 굴곡 시험을 실행하고, 그 평균(회)을 표 9 내지 표 12에 나타낸다. 파단까지의 횟수가 높을수록, 반복 굽힘에 의해서 파단되기 어려워서, 피로 특성이 뛰어나다고 말할 수 있다.
[표 9]
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[표 10]
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[표 11]
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[표 12]
Figure pct00012
얻어진 선경 φ0.37㎜ 또는 선경 φ0.39㎜의 신선재(상술의 연화 처리를 실시하지 않은 것)를 이용하여 연선을 제작한다. 꼬아 합침에는, 시판의 윤활제(탄소를 포함하는 유제)를 적절히 이용한다. 여기에서는, 선경 φ0.37㎜의 선재를 7개 이용한 연선을 제작한다. 또한, 선경 φ0.39㎜의 선재를 7개 이용한 연선을 더욱 압축 성형한 압축 연선을 제작한다. 연선의 단면적 및 압축 연선의 단면적은 모두 0.75㎜2(0.75sq)이다. 꼬임 피치는 25㎜(층심 직경의 약 33배)이다.
얻어진 연선, 압축 연선에, 표 5 내지 표 8에 나타내는 방법, 온도(℃), 분위기로 연화 처리를 실시한다(시료 No. 2-204, No. 2-209의 *1, *2는 상술 참조). 얻어진 연화 연선을 도체로 하고, 도체의 외주에 절연 재료(여기에서는, 할로겐 프리 절연 재료)에 의해서 절연 피복(두께 0.2㎜)을 형성하여, 피복 전선을 제작한다. 연화 처리 후에 윤활제가 어느 정도 잔존하도록, 신선시의 윤활제 및 꼬아 합침 시의 윤활제 중 적어도 한쪽의 사용량을 조정한다. 시료 No. 1-20은, 그 외의 시료보다 윤활제를 넉넉하게 이용하고, 시료 No. 1-109는, 윤활제의 사용량이 가장 많다. 시료 No. 1-108, No. 2-207은 연화 처리 후에 탈지 처리를 실행한다. 시료 No. 2-202는 신선재 및 연선 중 어느 것에도 연화 처리를 실시하지 않았다.
얻어진 각 시료의 피복 전선, 또는 이 피복 전선에 압착 단자를 장착한 단자 장착 전선에 대해서, 이하의 항목을 조사했다. 이하의 항목은, 상기 피복 전선의 도체를 연선으로 하는 것과 압축 연선으로 하는 것의 쌍방에 대해서 조사했다. 표 13 내지 표 20에는, 도체를 연선으로 하는 경우의 결과를 나타내지만, 도체를 압축 연선으로 하는 경우의 결과와 비교하여, 양자에 큰 차이가 없는 것을 확인한다.
(조직 관찰)
·정출물
얻어진 각 시료의 피복 전선에 대해서, 횡단면을 취하고, 도체(Al 합금선으로 구성되는 연선 또는 압축 연선, 이하 동일)를 금속 현미경으로 관찰하여, 표층 및 내부의 정출물을 조사했다. 여기에서는, 도체를 구성하는 각 Al 합금선에 대해서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 50㎛까지의 표층 영역으로부터, 단변 길이 50㎛×장변 길이 75㎛인 장방형의 표층 정출 측정 영역을 취한다. 즉, 하나의 시료에 대해서, 연선을 구성하고 있던 7개의 Al 합금선의 각각으로부터, 하나의 표층 정출 측정 영역을 취해서, 합계 7개의 표층 정출 측정 영역을 취한다. 그리고, 각 표층 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 면적 및 개수를 각각 구한다. 표층 정출 측정 영역마다, 정출물의 면적의 평균을 구한다. 즉, 하나의 시료에 대해서, 합계 7개의 측정 영역에 있어서의 정출물의 면적의 평균을 구한다. 그리고, 시료마다, 이 합계 7개의 측정 영역에 있어서의 정출물의 면적의 평균을 추가로 평균한 값을 평균 면적 A(㎛2)로 하고, 표 13 내지 표 16에 나타낸다.
또한, 시료마다, 합계 7개의 표층 정출 측정 영역에 있어서의 정출물의 개수를 조사하고, 합계 7개의 측정 영역에 있어서의 정출물의 개수를 평균한 값을 개수 A(개)로 하여, 표 13 내지 표 16에 나타낸다.
또한, 각 표층 정출 측정 영역에 존재하는 정출물 중, 면적이 3㎛2 이하인 것의 합계 면적을 조사하고, 각 표층 정출 측정 영역에 존재하는 모든 정출물의 합계 면적에 대한 면적이 3㎛2 이하인 것의 합계 면적의 비율을 구한다. 시료마다, 합계 7개의 표층 정출 측정 영역에 있어서의 상기 합계 면적의 비율을 조사한다. 이 합계 7개의 측정 영역에 있어서의 상기 합계 면적의 비율을 평균한 값을 면적 비율 A(%)로 하고, 표 13 내지 표 16에 나타낸다.
상술의 장방형의 표층 정출 측정 영역 대신에, 두께 50㎛의 환상의 표층 영역으로부터, 면적이 3750㎛2인 부채꼴의 정출 측정 영역을 취하고, 상술의 장방형의 표층 정출 측정 영역에서 평가한 경우와 마찬가지로 하여, 부채꼴의 정출 측정 영역에 있어서의 정출물의 평균 면적 B(㎛2)를 구했다. 또한, 상술의 장방형의 표층 정출 측정 영역에서 평가한 경우와 마찬가지로 하여 부채꼴의 정출 측정 영역에 있어서의 정출물의 개수 B(개), 면적이 3㎛2 이하인 정출물의 합계 면적의 면적 비율 B(%)를 구했다. 이러한 결과를 표 13 내지 표 16에 나타낸다.
또한, 정출물의 면적의 측정은, 관찰상에 2치화 처리 등의 화상 처리를 실시하고, 처리상으로부터 정출물을 추출하면 용이하게 실행할 수 있다. 후술하는 기포에 대해서도 마찬가지이다.
상기 횡단면에 있어서, 도체를 구성하는 각 Al 합금선에 대해서, 단변 길이 50㎛×장변 길이 75㎛인 장방형의 내부 정출 측정 영역을 취한다. 내부 정출 측정 영역은, 상기 장방형의 중심이 각 Al 합금선의 중심에 겹치도록 취한다. 그리고, 각 내부 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 면적의 평균을 구한다. 시료마다, 합계 7개의 내부 정출 측정 영역에 있어서의 정출물의 면적의 평균을 조사한다. 이 합계 7개의 측정 영역에 있어서의 상기 면적의 평균을 추가로 평균한 값을 평균 면적(내부)으로 한다. 시료 No. 1-5, No. 2-5, No. 3-1의 평균 면적(내부)은 순차로, 2㎛2, 3㎛2, 1.5㎛2였다. 이들 시료를 제외한, 시료 No. 1-1 내지 No. 1-23, No. 2-1 내지 No. 2-23, No. 3-1 내지 No. 3-12의 평균 면적(내부)에 대해서도 0.05㎛2 이상 40㎛2 이하이며, 대부분은 4㎛2 이하였다.
·기포
얻어진 각 시료의 피복 전선에 대해서, 횡단면을 취하고, 도체를 주사형 전자현미경(SEM)으로 관찰하여, 표층 및 내부의 기포, 결정립 직경을 조사했다. 여기에서는, 도체를 구성하는 각 Al 합금선에 대해서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 30㎛까지의 표층 영역으로부터, 단변 길이 30㎛×장변 길이 50㎛인 장방형의 표층 기포 측정 영역을 취한다. 즉, 하나의 시료에 대해서, 연선을 구성하고 있던 7개의 Al 합금선의 각각으로부터, 하나의 표층 기포 측정 영역을 취해서, 합계 7개의 표층 기포 측정 영역을 취한다. 그리고, 각 표층 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적을 구한다. 시료마다, 합계 7개의 표층 기포 측정 영역에 있어서의 기포의 합계 단면적을 조사한다. 이 합계 7개의 측정 영역에 있어서의 기포의 합계 단면적을 평균한 값을 합계 면적 A(㎛2)로 하고, 표 13 내지 표 16에 나타낸다.
상술의 장방형의 표층 기포 측정 영역 대신에, 두께 30㎛의 환상의 표층 영역으로부터, 면적이 1500㎛2인 부채꼴의 기포 측정 영역을 취하고, 상술의 장방형의 표층 기포 측정 영역에서 평가한 경우와 마찬가지로 해서, 부채꼴의 기포 측정 영역에 있어서의 기포의 합계 면적 B(㎛2)를 구했다. 그 결과를 표 13 내지 표 16에 나타낸다.
상기 횡단면에 있어서, 도체를 구성하는 각 Al 합금선에 대해서, 단변 길이 30㎛×장변 길이 50㎛인 장방형의 내부 기포 측정 영역을 취한다. 내부 기포 측정 영역은 상기 장방형의 중심이 각 Al 합금선의 중심에 겹치도록 취한다. 그리고, 표층 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적에 대한 내부 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적의 비 「내부/표층」을 구한다. 시료마다, 합계 7개의 표층 기포 측정 영역 및 내부 기포 측정 영역을 취해서 비 「내부/표층」을 구한다. 이 합계 7개의 측정 영역에 있어서의 비 「내부/표층」을 평균한 값을 비 「내부/표층 A」로 하고, 표 13 내지 표 16에 나타낸다. 상술의 장방형의 표층 기포 측정 영역에서 평가한 경우와 마찬가지로 해서, 상술의 부채꼴의 기포 측정 영역으로 한 경우의 상기 비 「내부/표층 B」를 구하고, 그 결과를 표 13 내지 표 16에 나타낸다.
·결정립 직경
또한, 상기 횡단면에 있어서, JIS G 0551(강-결정립도의 현미경 시험 방법, 2013년)에 준거하여, SEM 관찰상에 시험선을 긋고, 각 결정립에 있어서, 시험선을 분단하는 길이를 결정립 직경으로 한다(절단법). 시험선의 길이는, 이 시험선에 의해서 10개 이상의 결정립이 분단되는 정도로 한다. 하나의 횡단면에 대해서, 3개의 시험선을 그어, 각 결정립 직경을 구하고, 이들 결정립 직경을 평균한 값을 평균 결정립 직경(㎛)으로 하여, 표 13 내지 표 16에 나타낸다.
(수소 함유량)
얻어진 각 시료의 피복 전선에 대해서, 절연 피복을 제거해서 도체만으로 하고, 도체 100g당의 수소의 함유량(㎖/100g)을 측정했다. 그 결과를 표 13 내지 표 16에 나타낸다. 수소의 함유량은 불활성 가스 용융법에 따라 측정한다. 상세하게는, 아르곤 기류 중에서 흑연 도가니 중에 시료를 투입하고, 가열 용융해서 수소를 다른 가스와 함께 추출한다. 추출한 가스를 분리 칼럼에 통과시켜 수소를 다른 가스와 분리하고, 열전도도 검출기로 측정하여, 수소의 농도를 정량함으로써 수소의 함유량을 구한다.
(표면 성상)
·동마찰계수
얻어진 각 시료의 피복 전선에 대해서, 절연 피복을 제거해서 도체만으로 하고, 도체를 구성하는 연선 또는 압축 연선을 풀어 소선으로 분해하고, 각 소선(Al 합금선)을 시료로서, 이하와 같이 해서 동마찰계수를 측정했다. 그 결과를 표 17 내지 표 20에 나타낸다. 도 5에 도시하는 바와 같이 직방체 형상의 대좌(100)를 준비하고, 대좌(100)의 표면 중, 장방형의 일면의 단변 방향에 평행하도록 상대재(150)가 되는 소선(Al 합금선)을 탑재하고, 상대재(150)의 양단을 고정한다(고정 개소는 도시하지 않음). 상대재(150)에 직교하도록, 또한 대좌(100)의 상기 일면의 장변 방향에 평행하도록, 시료(S)가 되는 소선(Al 합금선)을 상대재(150) 위에 수평으로 배치한다. 시료(S)와 상대재(150)의 교차 개소 위에 소정 질량의 추(110)(여기에서는 200g)를 배치하여, 교차 개소가 어긋나지 않게 한다. 이 상태에서, 시료(S)의 도중에 활차를 배치하고, 활차를 따라서 시료(S)의 일단을 상방으로 인장하고, 오토그래프 등에 의해서 인장력(N)을 측정한다. 시료(S)와 상대재(150)가 상대 어긋남 운동(relative deviation movement)을 개시한 후로부터 100㎜까지 이동했을 때의 평균 하중을 동마찰력(N)으로 한다. 이 동마찰력을, 추(110)의 질량에 의해서 생기는 법선력(여기에서는 2N)으로 나눈 값(동마찰력/법선력)을 동마찰계수로 한다.
·표면 조도
얻어진 각 시료의 피복 전선에 대해서, 절연 피복을 제거해서 도체만으로 하고, 도체를 구성하는 연선 또는 압축 연선을 풀어 소선으로 분해하고, 각 소선(Al 합금선)을 시료로서, 시판의 삼차원 광학 프로파일러(예컨대, ZYGO사제 NewView7100)를 이용하여 표면 조도(㎛)를 측정했다. 여기에서는, 각 소선(Al 합금선)에 대해서, 85㎛×64㎛의 장방형의 영역에 대하여, 산술 평균 조도 Ra(㎛)를 구한다. 시료마다, 합계 7개의 영역에 있어서의 산술 평균 조도 Ra를 조사하고, 합계 7개의 영역에 있어서의 산술 평균 조도 Ra를 평균한 값을 표면 조도(㎛)로 하여, 표 17 내지 표 20에 나타낸다.
·C의 부착량
얻어진 각 시료의 피복 전선에 대해서, 절연 피복을 제거해서 도체만으로 하고, 도체를 구성하는 연선 또는 압축 연선을 풀어서, 중심 소선의 표면에 부착되는 윤활제에 유래하는 C의 부착량을 조사했다. C의 부착량(질량%)은, SEM-EDX(에너지 분산형 X선 분석) 장치를 이용하고, 전자총의 가속 전압을 5kV로 하여 측정했다. 그 결과를 표 13 내지 표 16에 나타낸다. 또한, 피복 전선에 구비되는 도체를 구성하는 Al 합금선의 표면에 윤활제가 부착되어 있는 경우, 절연 피복을 제거할 때에, Al 합금선에 있어서의 절연 피복과의 접촉 개소에서는, 윤활제가 절연 피복에 부착해서 제거되어, C의 부착량을 적절히 측정할 수 없을 가능성이 있다. 한편, 피복 전선에 구비되는 도체를 구성하는 Al 합금선에 대해서, 그 표면에 있어서의 C의 부착량을 측정하는 경우, Al 합금선에 있어서의 절연 피복과 접촉하고 있지 않은 개소를 대상으로 하면, C의 부착량을 정밀도 좋게 측정 가능하다고 생각할 수 있다. 그래서, 여기에서는 7개의 Al 합금선이 동심 꼬임되어 이루어지는 연선 또는 압축 연선에 있어서, 절연 피복에 접촉하고 있지 않은 중심 소선을 측정 대상으로 한다. 중심 소선의 외주를 둘러싸는 외주 소선 중, 절연 피복에 접촉하고 있지 않은 개소를 측정 대상으로 할 수도 있다.
·표면 산화막
얻어진 각 시료의 피복 전선에 대해서, 절연 피복을 제거해서 도체만으로 하고, 도체를 구성하는 연선 또는 압축 연선을 풀어서, 각 소선의 표면 산화막을 이하와 같이 해서 측정했다. 여기에서는, 각 소선(Al 합금선)의 표면 산화막의 두께를 조사한다. 시료마다 합계 7개의 소선에 있어서의 표면 산화막의 두께를 조사하고, 이 합계 7개의 소선에 있어서의 표면 산화막의 두께를 평균한 값을 표면 산화막의 두께(㎚)로 하여, 표 17 내지 표 20에 나타낸다. 크로스 섹션 폴리셔(CP) 가공을 실시하고, 각 소선의 단면을 취하여, 단면을 SEM 관찰한다. 50㎚ 정도를 넘는 비교적 두꺼운 산화막에 대해서는, 이 SEM 관찰상을 이용하여 두께를 측정한다. SEM 관찰에 있어서, 50㎚ 정도 이하의 비교적 얇은 산화막을 갖는 경우에는, 별도로, X선 광전자 분광 분석(ESCA)에 의해 깊이 방향의 분석(스패터링과 에너지 분산형 X선 분석(EDX)에 의한 분석을 반복함)을 실행해서 측정한다.
(내충격성)
얻어진 각 시료의 피복 전선에 대해서, 특허문헌 1을 참조하여, 내충격성(J/m)을 평가했다. 개략을 말하면, 평점 간 거리가 1m인 시료의 선단에 추를 장착하고, 이 추를 1m 상방으로 들어 올린 후, 자유 낙하시켜, 시료가 단선되지 않는 최대의 추의 질량(㎏)을 측정한다. 이 추의 질량에 중력 가속도(9.8m/s2)와 낙하 거리(1m)를 곱한 곱셈값을 낙하 거리(1m)로 나눈 값을 내충격성의 평가 파라미터(J/m 또는 (N·m)/m)로 한다. 구한 내충격성의 평가 파라미터를 도체 단면적(여기에서는 0.75㎜2)으로 나눈 값을 단위면적 당의 내충격성의 평가 파라미터(J/m·㎜2)로 하여, 표 17 내지 표 20에 나타낸다.
(단자 고착력)
얻어진 각 시료의 단자 장착 전선에 대해서, 특허문헌 1을 참조하여, 단자 고착력(N)을 평가했다. 개략을 말하면, 단자 장착 전선의 일단에 장착된 단자부를 단자 척으로 협지하고, 피복 전선의 타단의 절연 피복을 제거하고, 도체 부분을 도체 척으로 협지한다. 양 척으로 양단을 협지한 각 시료의 단자 장착 전선에 대해서, 범용의 인장 시험기를 이용하여 파단 시의 최대 하중(N)을 측정하고, 이 최대 하중(N)을 단자 고착력(N)으로서 평가한다. 구한 최대 하중을 도체 단면적(여기에서는 0.75㎜2)으로 나눈 값을 단위면적 당의 단자 고착력(N/㎜2)으로 하고, 표 17 내지 표 20에 나타낸다.
(내식성)
얻어진 각 시료의 피복 전선에 대해서, 절연 피복을 제거해서 도체만으로 하고, 도체를 구성하는 연선 또는 압축 연선을 풀어 소선으로 분해하고, 임의의 1개의 소선을 시료로서 염수 분무 시험을 실행해서, 부식의 유무를 육안 확인에 의해 조사했다. 그 결과를 표 21에 나타낸다. 염수 분무 시험의 조건은, 5질량% 농도의 NaCl 수용액을 이용하고, 시험 시간을 96시간으로 한다. 표 21에는, C의 부착량이 8질량%인 시료 No. 1-5, C의 부착량이 0질량%이며, 윤활제가 실질적으로 부착되지 않은 시료 No. 2-207, C의 부착량이 40질량%이며, 윤활제가 과잉으로 부착되어 있는 시료 No. 1-109에 대해서, 발췌해 나타낸다. 또한, 시료 No. 1-5를 제외한, 시료 No. 1-1 내지 No. 1-23, No. 2-1 내지 No. 2-23, No. 3-1 내지 No. 3-12에 대해서도, 시료 No. 1-5과 동일한 결과였다.
[표 13]
Figure pct00013
[표 14]
Figure pct00014
[표 15]
Figure pct00015
[표 16]
Figure pct00016
[표 17]
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[표 18]
Figure pct00018
[표 19]
Figure pct00019
[표 20]
Figure pct00020
[표 21]
Figure pct00021
Fe를 특정 범위로 포함하고, 적당한 특정 원소(Mg, Si, Cu, 원소 α)를 특정 범위로 포함한다고 하는 특정 조성의 Al-Fe계 합금으로 구성되고, 연화 처리가 실시된 시료 No. 1-1 내지 No. 1-23, No. 2-1 내지 No. 2-23, No. 3-1 내지 No. 3-12(이하, 합쳐서, 연재 시료군으로 부르는 경우가 있음)의 Al 합금선은, 특정 조성 외인 시료 No. 1-101 내지 No. 1-104, No. 2-201, No. 3-301(이하, 합쳐서, 비교 시료군으로 부르는 경우가 있음)의 Al 합금선과 비교하여, 표 17 내지 표 19에 나타내는 바와 같이 내충격성의 평가 파라미터값이 높아서, 10J/m 이상이다. 또한, 연재 시료군의 Al 합금선은, 표 9 내지 표 11에 도시하는 바와 같이 강도도 뛰어나고, 굴곡 횟수도 높은 수준에 있다. 이것으로부터, 연재 시료군의 Al 합금선은, 비교 시료군의 Al 합금선과 비교하여, 뛰어난 내충격성과 뛰어난 피로 특성을 균형 있게 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 연재 시료군의 Al 합금선은, 기계적 특성이나 전기적 특성이 뛰어난 것, 즉 인장 강도도 파단 연신도 높고, 여기에서는 0.2% 내력도 높을 뿐만 아니라, 도전율도 높다. 정량적으로는, 연재 시료군의 Al 합금선은, 인장 강도가 110㎫ 이상 200㎫ 이하, 0.2% 내력이 40㎫ 이상(여기에서는 45㎫ 이상, 많은 시료는 50㎫ 이상), 파단 연신이 10% 이상(여기에서는 11% 이상, 많은 시료는 15% 이상, 나아가 20% 이상), 도전율이 55%IACS 이상(많은 시료는 57%IACS 이상, 나아가 58%IACS 이상)을 만족한다. 게다가, 연재 시료군의 Al 합금선은 인장 강도와 0.2% 내력과의 비 「내력/인장」도 높아서, 0.4 이상이다. 또한, 연재 시료군의 Al 합금선은, 표 17 내지 표 19에 나타내는 바와 같이 단자부와의 고착성도 뛰어난 것을 알 수 있다(40N 이상). 이 이유 중 하나로서, 연재 시료군의 Al 합금선은, 가공 경화 지수가 0.05 이상으로 크기 때문에(많은 시료는 0.07 이상, 나아가 0.10 이상, 표 9 내지 표 11), 압착 단자를 압착했을 때의 가공 경화에 의한 강도 향상 효과를 양호하게 얻을 수 있었기 때문인 것으로 생각할 수 있다.
이하의 정출물에 관한 사항, 후술의 기포에 관한 사항에 대해서는, 장방형의 측정 영역 A를 이용한 평가 결과, 부채꼴의 측정 영역 B를 이용한 평가 결과를 참조한다.
특히, 표 13 내지 표 15에 나타내는 바와 같이, 연재 시료군의 Al 합금선은 표층에 미세한 정출물이 어느 정도 존재한다. 정량적으로는, 평균 면적이 3㎛2 이하이고, 많은 시료는 2㎛2 이하, 나아가 1.5㎛2 이하, 1.0㎛2 이하이다. 또한, 이러한 미세한 정출물의 개수가 10개 초과 400개 이하, 여기에서는 350개 이하, 많은 시료는 300개 이하이며, 200개 이하나 100개 이하의 시료도 있다. 동일한 조성인 시료 No. 1-5(표 9, 표 17)와 시료 No. 1-107(표 12, 표 20)과의 비교, 시료 No. 2-5(표 10, 표 18)와 시료 No. 2-206(표 12, 표 20)과의 비교, 시료 No. 3-3(표 11, 표 19)과 시료 No. 3-306(표 12, 표 20)과의 비교를 실행하면, 표층에 미세한 정출물이 어느 정도 존재하는 시료 No. 1-5, No. 2-5, No. 3-3이 굴곡 횟수가 많아, 내충격성의 파라미터값이 높다. 이것으로부터, 표층에 존재하는 정출물이 미세함으로써, 균열의 기점이 되기 어려워서, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다고 생각할 수 있다. 미세한 정출물이 어느 정도 존재하는 것은, 결정의 성장을 억제하여 굽힘 등을 실행하기 쉽게 해서, 피로 특성의 향상의 한 요인이 되었다고 생각할 수 있다.
이 시험으로부터, 상기 정출물을 미세하게 하는 동시에 어느 정도 존재시키려면, 특정 온도역에서의 냉각 속도를 어느 정도 빠르게 하는 것(여기에서는 0.5℃/초 초과, 나아가 1℃/초 이상 30℃/초 이하, 바람직하게는 25℃/초 미만, 나아가 20℃/초 미만)이 효과적이라고 할 수 있다.
또한, 이 시험으로부터 이하의 것을 말할 수 있다.
(1) 표 13 내지 표 15의 「면적 비율」에 나타내는 바와 같이 표층에 존재하는 정출물의 대부분(여기에서는 70% 이상, 많게는 80% 이상, 나아가 85% 이상)이 3㎛2 이하이며, 미세하고 균일적인 크기의 정출물인 것으로부터도, 균열의 기점이 되기 어려웠다고 생각할 수 있다.
또한, 이 시험에서는, 상술한 바와 같이 표층뿐만 아니라 내부에 존재하는 정출물도 작은 것으로부터도(40㎛2 이하), 정출물이 균열의 기점이 되거나, 정출물을 거쳐서 표층으로부터 내부로 균열이 진전하거나 하는 것을 저감할 수 있어서, 내충격성 및 피로 특성이 뛰어나다고 생각할 수 있다.
(2) 표 13 내지 표 15에 나타내는 바와 같이 연재 시료군의 Al 합금선은, 표층에 존재하는 기포의 합계 면적이 2.0㎛2 이하이며, 표 16에 나타내는 시료 No. 1-105, No. 2-205, No. 3-305의 Al 합금선과 비교해서 적다. 이 표층의 기포에 주목해서, 동일 조성인 시료끼리 (No. 1-5, No. 1-105), (No. 2-5, No. 2-205), (No. 3-3, No. 3-305)를 비교한다. 기포가 적은 시료 No. 1-5가, 내충격성이 뛰어날 뿐만 아니라(표 17, 표 20), 굴곡 횟수가 많고 피로 특성도 뛰어난 것을 알 수 있다(표 9, 표 12). 기포가 적은 시료 No. 2-5, No. 3-3에 대해서도 마찬가지이다. 이 이유 중 하나로서, 표층에 기포가 많은 시료 No. 1-105, No. 2-205, No. 3-305의 Al 합금선에서는, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우에 기포가 균열의 기점이 되어 파단되기 쉬워졌다고 생각할 수 있다. 이것으로부터, Al 합금선의 표층에서, 기포를 저감함으로써, 내충격성 및 피로 특성을 향상시킬 수 있다고 말할 수 있다. 또한, 표 13 내지 표 15에 나타내는 바와 같이 연재 시료군의 Al 합금선은, 수소의 함유량이 표 16에 나타내는 시료 No. 1-105, No. 2-205, No. 3-305의 Al 합금선과 비교해서 적다. 이것으로부터, 기포의 한 요인은 수소라고 생각할 수 있다. 시료 No. 1-105, No. 2-205, No. 3-305에서는 탕온이 높고, 용탕 중의 용존 가스가 많이 존재하기 쉽다고 생각할 수 있고, 이 용존 가스에 유래하는 수소가 많아졌다고 생각할 수 있다. 이러한 점에서, 상기 표층의 기포를 저감하려면, 주조 과정에서 탕온을 낮게 하는 것(여기에서는 750℃ 미만)이 효과적이라고 할 수 있다.
그 외에, 시료 No. 1-3과 시료 No. 1-10과의 비교(표 13), 시료 No. 1-5와 시료 No. 3-3(표 15)과의 비교에 의해서, Si나 Cu를 함유하면, 수소를 저감하기 쉬운 것을 알 수 있다.
표 13 내지 표 15에 나타내는 바와 같이, 연재 시료군의 Al 합금선은 표층뿐만 아니라 내부에 존재하는 기포도 적다. 정량적으로는, 기포의 합계 면적의 비 「내부/표층」이 44 이하, 여기에서는 20 이하, 나아가 15 이하이고, 많은 시료가 10 이하이며, 시료 No. 2-205(표 16)보다 작다. 동일 조성인 시료 No. 1-5와 시료 No. 1-107을 비교하면, 비 「내부/표층」이 작은 시료 No. 1-5가 굴곡 횟수가 많고(표 9, 표 12), 내충격성의 파라미터값이 높다(표 17, 표 20). 이 이유 중 하나로서, 내부에 기포가 많은 시료 No. 1-107의 Al 합금선에서는, 충격이나 반복 굽힘을 받았을 경우에 기포를 거쳐서, 표층으로부터 내부로 균열이 진전하여 파단되기 쉬워졌다고 생각할 수 있다. 시료 No. 2-205의 굴곡 횟수가 적고(표 12), 내충격성의 파라미터값이 낮은(표 20) 것으로부터도, 비 「내부/표층」이 크면, 내부에 균열이 진전하여 파단되기 쉽다고 말할 수 있다. 이것으로부터, Al 합금선의 표층 및 내부에서, 기포를 저감함으로써, 내충격성 및 피로 특성을 향상시킬 수 있다고 말할 수 있다. 또한, 이 시험으로부터, 냉각 속도가 클수록 비 「내부/표층」이 작아지기 쉽다고 말할 수 있다. 따라서, 상기 내부의 기포를 저감하려면, 주조 과정에서 탕온을 낮게 하는 동시에 650℃까지의 온도역에 있어서의 냉각 속도를 어느 정도 빠르게 하는 것(여기에서는 0.5℃/초 이상, 나아가 1℃/초 이상 30℃/초 이하, 바람직하게는 25℃/초 미만, 나아가 20℃/초 미만)이 효과적이라고 할 수 있다.
(3) 표 17 내지 표 19에 나타내는 바와 같이, 연재 시료군의 Al 합금선은, 동마찰계수가 작다. 정량적으로는, 동마찰계수가 0.8 이하이고, 많은 시료는 0.5 이하이다. 이와 같이 동마찰계수가 작음으로써, 연선을 구성하는 소선끼리가 미끄러지기 쉬워서, 반복 굽힘을 실행한 경우에 단선되기 어렵다고 생각할 수 있다. 그래서, 시료 No. 2-5의 조성의 단선(선경 0.3㎜)과, 시료 No. 2-5의 조성의 Al 합금선을 이용하여 제작한 이하의 연선에 대해서, 상술의 반복 굽힘 시험기를 이용해서 파단까지의 횟수를 조사했다. 시험 조건은, 굽힘 변형: 0.9%, 부하 하중: 12.2㎫로 한다. 선경 0.3㎜φ의 단선의 Al 합금선과 마찬가지로 해서 제작한 선경 φ0.4㎜의 소선을 준비하고, 16개의 소선을 꼬아 합친 후에 압축하여, 단면적 1.25㎜2(1.25sq)의 압축 연선으로 하고, 연화 처리(표 6, 시료 No. 2-5의 조건)를 실시한다. 시험의 결과, 단선에 있어서의 파단까지의 횟수는 1268회이고, 연선에 있어서의 파단까지의 횟수는 3252회여서, 굴곡 횟수가 크게 상승하고 있었다. 이것으로부터, 동마찰계수가 작은 소선을 연선으로 함으로써, 피로 특성의 향상 효과를 기대할 수 있다. 또한, 표 17 내지 표 19에 나타내는 바와 같이, 연재 시료군의 Al 합금선은, 표면 조도가 작다. 정량적으로는, 표면 조도가 3㎛ 이하이고, 많은 시료는 2㎛ 이하이며, 1㎛ 이하의 시료도 있다. 동일 조성인 시료 No. 1-5(표 17, 표 9)과 시료 No. 1-108(표 20, 표 12)과의 비교, 시료 No. 2-5(표 18, 표 10)와 시료 No. 2-208(표 20, 표 12)과의 비교, 시료 No. 3-3(표 19, 표 11)과 시료 No. 3-307(표 20, 표 12)과의 비교를 실행하면, 시료 No. 1-5, 시료 No. 2-5, No. 3-3이 동마찰계수가 작을 뿐만 아니라, 굴곡 횟수가 많고, 내충격성도 뛰어난 경향이 있다. 이것으로부터, 동마찰계수가 작은 것은 피로 특성의 향상, 내충격성의 향상에 기여한다고 생각할 수 있다. 또한, 동마찰계수를 저감하려면, 표면 조도를 작게 하는 것이 효과적이라고 할 수 있다.
표 13 내지 표 15에 나타내는 바와 같이, 연재 시료군의 Al 합금선은, 표면에 윤활제가 부착되어 있으면, 특히 C의 부착량이 1질량% 이상이면(표 14, 표 18의 시료 No. 2-8과의 비교 참조), 표 17 내지 표 19에 나타내는 바와 같이 동마찰계수가 작아지기 쉽다고 말할 수 있다. 표면 조도가 비교적 큰 경우라도 C의 부착량이 보다 많은 것에 의해 동마찰계수가 작아지기 쉽다고 말할 수 있다(예컨대, 시료 No. 3-10(표 15, 표 19) 참조). 또한, 표 21에 나타내는 바와 같이, Al 합금선의 표면에 윤활제가 부착되어 있음으로써 내식성이 뛰어난 것을 알 수 있다. 윤활제의 부착량(C의 부착량)이 너무 많으면, 단자부와의 접속 저항의 증대를 초래하기 때문에, 어느 정도 적은 것, 특히 30질량% 이하가 바람직하다고 생각할 수 있다.
(4) 표 13 내지 표 15에 나타내는 바와 같이, 연재 시료군의 Al 합금선은, 결정립 직경이 작다. 정량적으로는, 평균 결정립 직경이 50㎛ 이하이고, 많은 시료는 35㎛ 이하, 나아가 30㎛ 이하이며, 시료 No. 2-204(표 16)보다 작다. 동일 조성인 시료 No. 2-5와 시료 No. 2-204를 비교하면, 시료 No. 2-5가 내충격성의 평가 파라미터값이 클 뿐만 아니라(표 18, 표 20), 굴곡 횟수도 많다(표 10, 표 12). 따라서, 결정립 직경이 작은 것은 내충격성이나 피로 특성의 향상에 기여한다고 생각할 수 있다. 그 외에, 이 시험으로부터, 열처리 온도를 낮게 하거나, 보지 시간을 짧게 하거나 하면, 결정립 직경을 작게 하기 쉽다고 말할 수 있다.
(5) 표 17 내지 표 19에 나타내는 바와 같이, 연재 시료군의 Al 합금선은 표면 산화막을 갖지만 얇고(표 20의 시료 No. 2-209와 비교 참조), 120㎚ 이하이다. 그 때문에, 이들 Al 합금선은, 단자부와의 접속 저항의 증대를 저감할 수 있어서, 저저항인 접속 구조를 구축할 수 있다고 생각할 수 있다. 또한, 표면 산화막을 적절한 두께로 구비하는 것(여기에서는 1㎚ 이상)은, 상술의 내식성의 향상에 기여한다고 생각할 수 있다. 그 외에, 이 시험으로부터, 연화 처리 등의 열처리를 대기 분위기로 하거나, 베마이트층이 형성될 수 있는 조건으로 하거나 하면 표면 산화막이 두꺼워지기 쉽고, 저산소 분위기로 하면 얇아지기 쉽다고 말할 수 있다.
상술한 바와 같이 특정 조성의 Al-Fe계 합금으로부터 이루어지고, 연화 처리를 실시한 Al 합금선으로서, 표층에 미세한 정출물이 어느 정도 존재하는 것은, 고강도, 고인성, 고도전율이며, 단자부와의 접속 강도도 뛰어날 뿐만 아니라, 내충격성 및 피로 특성도 뛰어나다. 이러한 Al 합금선은, 피복 전선의 도체, 특히 단자부가 장착되는 단자 장착 전선의 도체에 적합하게 이용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명은 이러한 예시에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 의해서 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
예컨대, 시험예 1의 합금의 조성, 선재의 단면적, 연선의 꼬아 합침 수, 제조 조건(탕온, 주조 시의 냉각 속도, 열처리 시기, 열처리 조건 등)을 적절히 변경할 수 있다.
[부기]
내충격성 및 피로 특성이 뛰어난 알루미늄 합금선으로서, 이하의 구성으로 할 수 있다. 내충격성 및 피로 특성이 뛰어난 알루미늄 합금선의 제조 방법으로서, 예컨대, 이하를 들 수 있다.
[부기 1]
알루미늄 합금으로 구성되는 알루미늄 합금선으로서,
상기 알루미늄 합금은, Fe를 0.005질량% 이상 2.2질량% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지고,
상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 50㎛까지의 환상의 표층 영역으로부터, 3750㎛2의 부채꼴의 정출 측정 영역을 취하고, 상기 부채꼴의 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 3㎛2 이하인 알루미늄 합금선.
[부기 2]
상기 부채꼴의 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 개수가 10개 초과 400개 이하인 [부기 1]에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 3]
상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 단변 길이가 50㎛이며 장변 길이가 75㎛인 장방형의 내부 정출 측정 영역을 이 장방형의 중심이 상기 알루미늄 합금선의 중심에 겹치도록 취하고, 상기 내부 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 40㎛2 이하인 [부기 1] 또는 [부기 2]에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 4]
상기 알루미늄 합금의 평균 결정립 직경이 50㎛ 이하인 [부기 1] 내지 [부기 3] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 5]
상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 30㎛까지의 환상의 표층 영역으로부터, 1500㎛2의 부채꼴의 기포 측정 영역을 취하고, 상기 부채꼴의 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적이 2㎛2 이하인 [부기 1] 내지 [부기 4] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 6]
상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 단변 길이가 30㎛이며 장변 길이가 50㎛인 장방형의 내부 기포 측정 영역을 이 장방형의 중심이 상기 알루미늄 합금선의 중심에 겹치도록 취하고, 상기 부채꼴의 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적에 대한 상기 내부 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적의 비가 1.1 이상 44 이하인 [부기 5]에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 7]
수소의 함유량이 4.0㎖/100g 이하인 [부기 5] 또는 [부기 6]에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 8]
가공 경화 지수가 0.05 이상인 [부기 1] 내지 [부기 7] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 9]
동마찰계수가 0.8 이하인 [부기 1] 내지 [부기 8] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 10]
표면 조도가 3㎛ 이하인 [부기 1] 내지 [부기 9] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 11]
상기 알루미늄 합금선의 표면에 윤활제가 부착되어 있으며, 이 윤활제에 유래하는 C의 부착량이 0질량% 초과 30질량% 이하인 [부기 1] 내지 [부기 10] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 12]
상기 알루미늄 합금선의 표면 산화막의 두께가 1㎚ 이상 120㎚ 이하인 [부기 1] 내지 [부기 11] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 13]
상기 알루미늄 합금은, 또한, Mg, Si, Cu, Mn, Ni, Zr, Ag, Cr, 및 Zn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0질량% 이상 1.0질량% 이하 함유하는 [부기 1] 내지 [부기 12] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 14]
상기 알루미늄 합금은, 또한, 0질량% 이상 0.05질량% 이하의 Ti 및 0질량% 이상 0.005질량% 이하의 B 중 적어도 한쪽의 원소를 함유하는 [부기 1] 내지 [부기 13] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 15]
인장 강도가 110㎫ 이상 200㎫ 이하인 것, 0.2% 내력이 40㎫ 이상인 것, 파단 연신이 10% 이상인 것, 도전율이 55%IACS 이상인 것부터 선택되는 하나 이상을 만족하는 [부기 1] 내지 [부기 14] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선.
[부기 16]
[부기 1] 내지 [부기 15] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선을 복수개 꼬아 합쳐서 이루어지는 알루미늄 합금 연선.
[부기 17]
꼬임 피치가 상기 알루미늄 합금 연선의 층심 직경의 10배 이상 40배 이하인 [부기 16]에 기재된 알루미늄 합금 연선.
[부기 18]
도체와, 상기 도체의 외주를 덮는 절연 피복을 구비하는 피복 전선으로서,
상기 도체는, [부기 16] 또는 [부기 17]에 기재된 알루미늄 합금 연선을 구비하는 피복 전선.
[부기 19]
[부기 18]에 기재된 피복 전선과, 상기 피복 전선의 단부에 장착된 단자부를 구비하는 단자 장착 전선.
[부기 20]
Fe를 0.005질량% 이상 2.2질량% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금의 용탕을 주조하여, 주조재를 형성하는 주조 공정과,
상기 주조재에 소성 가공을 실시하여 중간 가공재를 형성하는 중간 가공 공정과,
상기 중간 가공재에 신선 가공을 실시하여 신선재를 형성하는 신선 공정과,
상기 신선 가공의 도중 또는 상기 신선 공정 이후에 열처리를 실시하는 열처리 공정을 구비하고,
상기 주조 공정에 있어서, 상기 용탕의 온도를 액상선 온도 이상 750℃ 미만으로 하는 동시에, 상기 용탕의 온도로부터 650℃까지의 온도역의 냉각 속도를 1℃/초 이상 25℃/초 미만으로 하는 알루미늄 합금선의 제조 방법.
[부기 21]
알루미늄 합금으로 구성되는 알루미늄 합금선으로서,
상기 알루미늄 합금은, Fe를 0.005질량% 이상 2.2질량% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지고,
상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 30㎛까지의 환상의 표층 영역으로부터, 1500㎛2의 부채꼴의 기포 측정 영역을 취하고, 상기 부채꼴의 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적이 2㎛2 이하인 알루미늄 합금선.
상기 [부기 21]에 기재된 알루미늄 합금선은, 또한, [부기 1] 내지 [부기 15] 중 적어도 하나의 기재사항을 만족하면, 내충격성 및 피로 특성이 보다 뛰어나다. 또한, 상기 [부기 21]에 기재된 알루미늄 합금선은, [부기 16] 내지 [부기 19] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 또는 단자 장착 전선에 이용할 수 있다.
1: 피복 전선 10: 단자 장착 전선
2: 도체 20: 알루미늄 합금 연선
22: 알루미늄 합금선(소선) 220: 표층 영역
222: 표층 정출 측정 영역 224: 정출 측정 영역
22S: 단변 22L: 장변
P: 접점 T: 접선
C: 직선 g: 공극
3: 절연 피복 4: 단자부
40: 와이어 배럴부 42: 감합부
44: 인슐레이션 배럴부 S: 시료
100: 대좌 110: 추
150: 상대재

Claims (17)

  1. 알루미늄 합금으로 구성되는 알루미늄 합금선에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은, Fe를 0.005질량% 이상 2.2질량% 이하 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지고,
    상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 50㎛까지의 표층 영역으로부터, 단변 길이가 50㎛이며 장변 길이가 75㎛인 장방형의 표층 정출 측정 영역을 취하고, 상기 표층 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 3㎛2 이하인
    알루미늄 합금선.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표층 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 개수가 10개 초과 400개 이하인
    알루미늄 합금선.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 단변 길이가 50㎛이며 장변 길이가 75㎛인 장방형의 내부 정출 측정 영역을 이 장방형의 중심이 상기 알루미늄 합금선의 중심에 겹치도록 취하고, 상기 내부 정출 측정 영역에 존재하는 정출물의 평균 면적이 0.05㎛2 이상 40㎛2 이하인
    알루미늄 합금선.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금의 평균 결정립 직경이 50㎛ 이하인
    알루미늄 합금선.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 방향으로 30㎛까지의 표층 영역으로부터, 단변 길이가 30㎛이며 장변 길이가 50㎛인 장방형의 표층 기포 측정 영역을 취하고, 상기 표층 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적이 2㎛2 이하인
    알루미늄 합금선.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금선의 횡단면에 있어서, 단변 길이가 30㎛이며 장변 길이가 50㎛인 장방형의 내부 기포 측정 영역을 이 장방형의 중심이 상기 알루미늄 합금선의 중심에 겹치도록 취하고, 상기 표층 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적에 대한 상기 내부 기포 측정 영역에 존재하는 기포의 합계 단면적의 비가 1.1 이상 44 이하인
    알루미늄 합금선.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    수소의 함유량이 4.0㎖/100g 이하인
    알루미늄 합금선.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가공 경화 지수가 0.05 이상인
    알루미늄 합금선.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동마찰계수가 0.8 이하인
    알루미늄 합금선.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면 조도가 3㎛ 이하인
    알루미늄 합금선.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금선의 표면에 윤활제가 부착되어 있으며, 이 윤활제에 유래하는 C의 부착량이 0질량% 초과 30질량% 이하인
    알루미늄 합금선.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금선의 표면 산화막의 두께가 1㎚ 이상 120㎚ 이하인
    알루미늄 합금선.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인장 강도가 110㎫ 이상 200㎫ 이하이고, 0.2% 내력이 40㎫ 이상이며, 파단 연신이 10% 이상이고, 도전율이 55%IACS 이상인
    알루미늄 합금선.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금선을 복수개 꼬아 합쳐서 이루어지는
    알루미늄 합금 연선.
  15. 제 14 항에 있어서,
    꼬임 피치가 상기 알루미늄 합금 연선의 층심 직경의 10배 이상 40배 이하인
    알루미늄 합금 연선.
  16. 도체와, 상기 도체의 외주를 덮는 절연 피복을 구비하는 피복 전선에 있어서,
    상기 도체는, 제 14 항 또는 제 15 항에 기재된 알루미늄 합금 연선을 구비하는
    피복 전선.
  17. 제 16 항에 기재된 피복 전선과, 상기 피복 전선의 단부에 장착된 단자부를 구비하는
    단자 장착 전선.
KR1020197012432A 2016-10-31 2017-08-28 알루미늄 합금선, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 및 단자 장착 전선 KR102361777B1 (ko)

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JP2016213157 2016-10-31
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