KR20210077694A

KR20210077694A - 알루미늄 합금재 및 이를 사용한 도전 부재, 전지용 부재, 체결 부품, 스프링용 부품, 구조용 부품, 캡타이어 케이블

Info

Publication number: KR20210077694A
Application number: KR1020217012385A
Authority: KR
Inventors: 히로시 카네코
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2021-06-25
Also published as: US20220127700A1; CN113039301B; CN113039301A; JPWO2020158682A1; JP6858310B2; EP3919642A1; WO2020158682A1; EP3919642A4; KR102613707B1

Abstract

높은 내력, 전기나 열이 우수한 도전성 및 가는 지름에서도 일정한 파단 신장을 구비한 알루미늄 합금재를 제공하는 것.
본 발명의 알루미늄 합금재는 Fe: 0.05∼1.50질량%와, Si: 0.01∼0.15질량%, Cu: 0.01∼0.30질량% 및 Mg: 0.01∼1.50질량% 중 적어도 1종을 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지며, 복수의 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 갖고, 일방향으로 평행인 단면에 있어서, 복수의 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 800㎚ 이하이고, 또, 단면을 두께 방향으로 봐서, 중앙부에서 관찰하였을 때, 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 존재하지 않거나, 또는, 특정 공극의 존재 개수가 10000㎛²당 10개 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

Description

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

본 발명은 알루미늄 합금재, 특히 고강도와 가공성이 우수한 알루미늄 합금재에 관한 것이다. 이러한 알루미늄 합금재는 폭넓은 용도(예를 들면, 도전 부재, 전지용 부재, 체결 부품, 스프링용 부품, 구조용 부품, 캡타이어 케이블 등)로 사용된다.

최근, 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 등에의 응용이 기대되고 있다.

또한, 상기와 같은 금속제 세선으로서는, 철계나 구리계 선재가 널리 사용되어 왔지만, 최근에는 철계나 구리계 금속 재료에 비하여 비중이 작고, 더욱 열팽창계수가 큰 것 외에, 전기나 열의 전도성도 비교적 양호하고, 내식성이 우수하며, 특히 탄성 계수가 작아서, 유연하게 탄성 변형하는 알루미늄계 재료로의 대체가 검토되고 있다.

그러나, 순알루미늄재는 철계나 구리계 금속 재료에 비하여 내력(재료에 응력을 부하하였을 때에 소성 변형을 개시하는 응력을 말하며, 항복 응력이라고도 부른다.)이 낮다는 문제가 있었다. 알루미늄 합금 중에서도, 2000계(Al-Cu계)나 7000계(Al-Zn-Mg계)는 내력이 비교적 높지만, 도전성, 내식성, 내응력 부식 균열성, 가공성 등이 충분하지 않다.

그 때문에, 최근에는 Mg과 Si를 함유하고, 전기나 열의 전도성 및 내식성이 우수한 6000계(Al-Mg-Si계) 알루미늄 합금재가 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 6000계 알루미늄 합금재의 내력은 충분하지 않고, 또, 도전성이 떨어지는 등의 문제도 있어서, 추가적 고강도화, 고전도화가 기대되고 있다.

이러한 알루미늄 합금재의 고강도화 방법으로서는, 비정질상을 구비한 알루미늄 합금 소재의 결정화에 의한 방법(특허문헌 1)이나, ECAP법에 의한 미세 결정립 형성 방법(특허문헌 2), 실온 이하의 온도에서 냉간 가공을 실시함에 따른 미세 결정립 형성 방법(특허문헌 3), 카본 나노 파이버를 분산시키는 방법(특허문헌 4) 등이 알려져 있다. 그러나, 이들 방법은 모두 제조되는 알루미늄 합금재의 크기가 작아서, 공업적인 실용화가 어려웠다.

또한, 특허문헌 5에는 압연 온도의 제어에 의해서 미세 조직을 갖는 Al-Mg계 합금을 얻는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 공업 양산성이 우수하지만, 얻어지는 Al-Mg계 합금의 추가적 고강도화가 과제였다. 또한, 이러한 방법으로 고강도화를 도모하면, 강도와 상반되는 도전성이 저하되는 문제가 있었다.

또한, 일반적으로, 재료의 단면적이 작을 경우, 재료의 파단 신장은 저하된다. 일예로서, 연동선의 파단 신장에 대해서 설명한다. 연동선의 항복 강도는 선경에 의존하지 않고 거의 일정하다. 연동선은 모든 금속 재료 중에서도, 가장 파단 신장이 높은 재질 중 하나이다. 하기 표 1에 ASTM　International B3-13 "Standard Specification　for　Soft　or　Annealed　Copper　Wire"로부터 인용한, 연동선에서의 선경과 파단 신장의 하한치의 관계를 나타낸다.

[표 1]

이 표 1로부터 알 수 있듯이, 파단 신장의 규정치는 선경이 8.252㎜ 이상에서는 35%로 높은데 비하여, 동일 2.906㎜ 이상 7.348㎜ 이하에서는 30%, 동일 0.574㎜ 이상 2.588㎜ 이하에서는 25%, 동일 0.287㎜ 이상 0.511㎜ 이하에서는 20%, 동일 0.079㎜ 이상 0.254㎜ 이하에서는 15%로 선경이 가늘수록 작다. 특히, 1㎜ 이하의 선경에서는, 세경화에 따른 파단 신장 저하가 현저하다. 그래서, 예를 들면 1㎜ 이하와 같은 가는 선경에 있어서, 특히 파단 신장을 높이는 것이 요구되고 있다.

또한, 예를 들면, 상술한 바와 같은 3차원 구조체를 조형하기 위한 세선으로서, 알루미늄 합금재를 사용할 경우에는, 내력, 도전성 및 파단 신장 모두를 향상시키는 것이 바람직하다. 그렇지만, 이 파단 신장과 내력이나 도전성은 통상적으로 상반되는 특성이기 때문에, 내력, 도전성 및 파단 신장 모두를 향상시키는 것은 용이하지 않다.

일본 특허공보 특개평 5-331585호 일본 특허공보 특개평 9-137244호 일본 공개특허공보 특개 2001-131721호 일본 공개특허공보 특개 2010-159445호 일본 공개특허공보 특개 2003-027172호

본 발명은 높은 내력, 전기나 열에 우수한 도전성 및 가는 지름에서도 일정한 파단 신장을 구비한 알루미늄 합금재 및 이를 사용한 도전 부재, 전지용 부재, 체결 부품, 스프링용 부품, 구조용 부품 및 캡타이어 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 열심히 연구를 거듭한 결과, 알루미늄 합금재가 소정의 합금 조성을 가짐과 동시에, 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에 있어서, 상기 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 800㎚ 이하이고, 또, 상기 단면을 두께 방향으로 봐서, 중앙부에서 관찰하였을 때, 상기 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 존재하지 않거나, 또는, 상기 특정 공극의 존재 개수가 10000㎛²당 10개 이하임으로 인해서, 높은 내력, 전기나 열이 우수한 전도성 및 우수한 파단 신장을 겸비한 알루미늄 합금재를 얻을 수 있는 것을 찾아내서, 이러한 지견에 근거하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

(1) Fe: 0.05∼1.50질량%와, Si: 0.01∼0.15질량%, Cu: 0.01∼0.30질량% 및 Mg: 0.01∼1.50질량% 중 적어도 1종을 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금재로서, 복수의 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에 있어서, 복수의 상기 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 800㎚ 이하이고, 또, 상기 단면을 두께 방향으로 봐서, 중앙부에서 관찰하였을 때, 상기 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 존재하지 않거나, 또는, 상기 특정 공극의 존재 개수가 10000㎛²당10개 이하인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금재.

(2) Fe: 0.05∼1.50질량%와, Si: 0.01∼0.15질량%, Cu: 0.01∼0.30질량% 및 Mg: 0.01∼1.50질량% 중 적어도 1종을 함유함과 동시에, RE, Ag, Ni, Mn, Cr, Zr, Ti 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상: 합계 0.30질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금재로서, 복수의 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에 있어서, 복수의 상기 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 800㎚ 이하이고, 또, 상기 단면을 두께 방향으로 봐서, 중앙부에서 관찰하였을 때, 상기 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 존재하지 않거나, 또는, 상기 특정 공극의 존재 개수가 10000㎛²당 10개 이하인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금재.

(3) 복수의 상기 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치에 대한, 복수의 상기 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 2∼10인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 알루미늄 합금재.

(4) 표면이 Cu, Ni, Ag, Sn, Au, Pd 및 Pt으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 금속으로 피복되어 있는, 상기 (1), (2) 또는 (3)에 기재된 알루미늄 합금재.

(5) 상기 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 도전 부재.

(6) 상기 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 전지용 부재.

(7) 상기 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 체결 부품.

(8) 상기 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 스프링용 부품.

(9) 상기 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 구조용 부품.

(10) 상기 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 캡타이어 케이블.

본 발명에 따르면, 알루미늄 합금재가 소정의 합금 조성을 가짐과 동시에, 복수의 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에 있어서, 복수의 상기 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 800㎚ 이하이고, 또, 상기 단면을 두께 방향으로 봐서, 중앙부에서 관찰하였을 때, 상기 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 존재하지 않거나, 또는, 상기 특정 공극의 존재 개수가 10000㎛²당 10개 이하임으로 인해서, 높은 내력, 전기나 열에 우수한 전도성 및 가는 지름에서도 일정한 파단 신장을 갖는 알루미늄 합금재 및 이를 사용한 도전 부재, 전지용 부재, 체결 부품, 스프링용 부품, 구조용 부품 및 캡타이어 케이블을 얻을 수 있다.

도 1은 「중앙부」를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명과 관련되는 알루미늄 합금재의 금속 조직의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 알루미늄 합금재 중 공극에 인가되는 응력의 모식도이다.
도 4는 알루미늄 합금재 중 공극의 모식도이다.
도 5는 TEM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면의 TEM 화상의 일부이다.
도 6은 비교예 8의 FE-SEM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면의 SEM 화상의 일부이다.
도 7은 본 발명예 3의 FE-SEM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면의 SEM 화상의 일부이다.

이하, 본 발명의 알루미늄 합금재의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 알루미늄 합금재는 Fe: 0.05∼1.50질량%와, Si: 0.01∼0.15질량%, Cu: 0.01∼0.30질량% 및 Mg: 0.01∼1.50질량% 중 적어도 1종을 함유하고, 추가로 필요에 따라, RE, Ag, Ni, Mn, Cr, Zr, Ti 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상: 합계 0.30질량% 이하, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지며, 복수의 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 갖는 알루미늄 합금재로서, 상기 일방향으로 평행인 단면에 있어서, 복수의 상기 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 800㎚ 이하이고, 또, 상기 단면을 두께 방향으로 봐서, 중앙부에서 관찰하였을 때, 상기 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 존재하지 않거나, 또는, 상기 특정 공극의 존재 개수가 10000㎛²당 10개 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 본 명세서에 있어서, 「결정립」이란 방위차 경계로 둘러싸인 부분을 말한다. 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 말한다. 또한, 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수는 방위차 경계의 간격 중 최대인 것과 대응한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「단면」이란 알루미늄 합금재를 특정 방향으로 절단한 경우에 노출되는 절단면인 것을 말한다.

더욱이, 본 명세서에 있어서, 「가공 방향」이란, 연신 가공(신선, 압연)의 진행 방향을 말한다. 예를 들면, 알루미늄 합금재가 선봉재인 경우, 선봉재의 길이 방향(선경과 수직인 방향)이 신선 방향과 대응한다. 또한, 알루미늄 합금재가 판재인 경우에는, 압연 가공한 채인 상태에서의 길이 방향이 압연 방향과 대응한다. 또한, 판재의 경우, 압연 가공 후에 소정의 크기로 재단되어, 소편화되는 경우가 있지만, 이 경우, 재단 후의 길이 방향은 반드시 가공 방향과 일치하지는 않지만, 이 경우라도 판재 표면의 가공면으로부터 압연 방향을 확인할 수 있다.

그리고, 본 명세서에 있어서, 「두께 방향」이란, 알루미늄 합금재가 선봉재인 경우에는 선경 방향, 알루미늄 합금재가 판재인 경우에는 두께 방향을 말한다. 여기서, 「중앙부」를 설명하기 위한 도면을 도 1에 나타낸다. 도 1은 지면의 좌우 방향으로 가공 방향을 갖는 알루미늄 합금재의 단면을 나타내고 있다. 또한, 알루미늄 합금재의 형상으로서는, 예를 들면 선봉재나 판재를 들 수 있지만, 어느 형상이라도, 가공 방향과 평행인 단면은 도 1과 같이 된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 알루미늄 합금재는 두께(h)의 직사각형 단면을 갖고 있다. 이러한 판재에 있어서, 「중앙부」란, 판재 표면으로부터 판재 두께(h)의 2분의 1의 치수(h/2) 만큼 두께 방향으로 이동한 위치를 중심으로 하는 부분을 말한다. 그리고, 이상의 도 1에 나타내는 단면에 있어서, 「중앙부」를 포함하는 10000㎛²의 범위(관찰 시야(관찰 영역): 길이 방향(98∼148㎛)×두께 방향(73∼110㎛))에 있어서, 포함되는 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극의 수를 구한다. 동일한 관찰을, 무작위로 선택한 총 5개의 시야에서 실시하여, 특정 공극수의 평균치를 구한다. 이렇게 해서 구한 특정 공극수의 평균치를 「특정 공극의 존재 개수」라 한다.

본 발명과 관련되는 알루미늄 합금재는 복수의 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 갖는다. 여기서, 본 발명과 관련되는 알루미늄 합금재의 금속 조직의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도를 도 2에 나타낸다. 이 도 2에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 합금재는 복수의 세장 형상의 결정립(10)이 일방향, 도 2에서는 길이 방향(X)으로 가지런하게 연장 상태가 된 섬유상 조직을 갖고 있다. 이러한 세장 형상의 결정립은 종래의 미세한 결정립이나, 단지 종횡비가 큰 편평한 결정립과는 크게 다르다. 즉, 본 발명의 결정립은 섬유와 같은 세장 형상이며, 복수의 결정립의 길이 방향(X)으로 수직인 방향의 최대 치수(t)의 평균치가 800㎚ 이하이다. 이러한 미세한 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직은 종래의 알루미늄 합금재에는 존재하지 않았던 신규 금속 조직이라 할 수 있다.

상기 금속 조직을 갖는 본 발명의 알루미늄 합금재는 ASTM에서 규정되어 있는 도전성 알루미늄인 A1350의 인장 강도인 160∼200MPa를 웃도는 고강도(예를 들면, 인장 강도 210MPa 이상, 비커스 경도(HV) 60이상)와, 우수한 도전성과, 우수한 파단 신장(예를 들면, 알루미늄 합금재가 선재인 경우에는, 2.0% 이상) 모두를 실현할 수 있다.

결정립 지름을 미세하게 하는 것은 강도를 높이는 것 이외에도, 입계 부식을 개선하는 작용, 반복 변형에 대한 피로 특성을 개선하는 작용, 소성 가공한 후 표면이 거칠어지는 것을 저감시키는 작용, 전단 가공하였을 때의 처짐이나 버를 저감시키는 작용 등으로 직결되어, 재료의 기능을 전반적으로 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명과 관련되는 알루미늄 합금재는 그 단면에 있어서, 알루미늄 합금재의 중앙부 10000㎛²의 범위를 관찰한 경우에, 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극의 수가 10개 이하이다. 알루미늄 합금재 중에, 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 다수 존재하면, 파단 신장이 현저하게 저하된다. 도 3은 알루미늄 합금재 중 공극(특정 공극을 포함함)에 인가되는 응력의 모식도이다. 알루미늄 합금재에 대하여, 길이 방향으로 인장하면, 길이 방향으로 수직인 방향으로 연장된 공극에서는, 그 단부에 응력이 집중된다. 이러한 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수(a)가 1.0㎛ 이상이면, 공극의 단부에 인가되는 응력이 특히 커져서, 알루미늄 합금재의 파괴 기점이 된다.

공극의 수를 저감시키는 것은 전기나 열의 전도성을 향상시키는 작용, 다듬질 가공 등을 받아도 균열이 발생하기 어려운 전성(展性)을 향상시키는 작용, 비틀림 가공성을 향상시키는 작용 등으로 직결되어, 재료의 기능을 전반적으로 높이는 효과가 있다. 파단 신장을 향상시키는 것에 그치지 않는 효과·작용이 있다.

특히, 복수의 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 조직이 전위(轉位)의 운동을 방해함으로써 높은 강도를 나타내는 재료에서는, 종래의 비섬유상 조직과는 달리, 연성 향상에의 메커니즘과 그 작용 효과의 정도가 완전히 다르다. 섬유상 금속 조직을 갖고 고강도를 실현할 경우에는, 전위가 움직이기 어렵기 때문에 크랙의 선단 응력이 개방되지 않고, 약간의 재료 내부의 불균일점이 변형 시의 응력 집중점이 되어, 섬유상 결정의 파괴 기점이 될 수 있다. 이 때문에, 섬유상 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 작을수록, 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수를 작게 하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 복수의 섬유상 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치에 대한, 복수의 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치는 2∼10인 것이 바람직하고, 5∼8인 것이 보다 바람직하다. 또한, 어떠한 치수의 공극을 어느 정도 저감시키면, 그 작용 효과를 최적화하여 강도 특성과의 양립을 도모할 수 있는지는, 비섬유상 조직으로부터는 유추할 수 없다.

또한, 「복수의 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치」는 다음과 같이 해서 산출한다. 도 1에 나타내는 단면에 있어서, 「중앙부」를 포함하는 10000㎛²의 범위(관찰 시야: 길이 방향(98∼148㎛)×두께 방향(73∼110㎛))에 있어서, 하나의 시야에 포함되는 모든 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수를 측정한다. 동일한 관찰을 무작위로 선택한 총 5개의 시야에서 실시하여, 5개의 시야에서 관찰된 모든 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수에 대해서 그 평균치를 구한다.

(1) 합금 조성

본 발명의 알루미늄 합금재의 합금 조성과 그 작용에 대해서 나타낸다.

본 발명의 알루미늄 합금재는 기본 조성으로서, Fe: 0.05∼1.50질량%와, Si: 0.01∼0.15질량%, Cu: 0.01∼0.30질량% 및 Mg: 0.01∼1.50질량% 중 적어도 1종을 함유하고, 추가로 임의 첨가 성분으로서, RE, Ag, Ni, Mn, Cr, Zr, Ti 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 합계 0.30질량% 이하를 적절히 함유시킨 것이다.

<Fe: 0.05∼1.50질량%>

Fe(철)은 본 발명의 알루미늄 합금재에 있어서 필수 원소이며, 결정립의 미세화에 기여하는 원소이다. Fe 함유량이 0.05질량% 미만이면, 이들의 작용 효과가 불충분하고, 또, Fe 함유량이 1.50질량%를 넘으면, 창출물이 많아져서, 가공성이 저하된다. 여기서, 창출물이란, 합금의 주조 응고 시에 생기는 금속간 화합물을 말한다. 따라서, Fe 함유량은 0.05∼1.50질량%로 하고, 바람직하게는 0.08∼0.80질량%이며, 보다 바람직하게는 0.10∼0.22질량%이다.

<Si: 0.01∼0.15질량%, Cu: 0.01∼0.3질량%, Mg: 0.01∼1.5질량% 중 적어도 1종>

Si(규소), Cu(구리), Mg(마그네슘)은 알루미늄 모재의 미세한 결정립을 안정화시키는 작용을 갖는 원소이다. 이것들은 단독으로 첨가하는 것보다 2종 이상을 복합 첨가함으로써, 결정립의 미세화에 유효하게 작용한다. 더욱이, 결정립이 미세한 상황에서 재료의 강도를 높이는 작용이 있다. 그렇지만, Si 함유량이 0.15질량% 초과, Cu 함유량이 0.3질량% 초과, Mg 함유량이 1.5질량% 초과인 경우에는, 강도를 높이는 메리트 이상으로, 도전율이 저하되어버리는 디메리트가 표면화되기 때문에, 바람직하지 않다. Si를 함유시키는 경우의 보다 바람직한 범위는 0.10질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.06질량% 이하이다. Cu를 함유시키는 경우의 보다 바람직한 범위는 0.22질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.16질량% 이하이다. Mg을 함유시키는 경우의 보다 바람직한 범위는 1.00질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.30질량% 이하이다. 또한, 이들 원소는 후술하는 본 발명의 프로세스와 상승적으로 작용하여, 공극을 제어하기 위해서 유효하게 작용한다.

<RE, Ag, Ni, Mn, Cr, Zr, Ti 및 B의 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상: 합계 0.30질량% 이하>

RE(희토류 원소), Ag(은), Ni(니켈), Mn(망간), Cr(크롬), Zr(지르코늄), Ti(티타늄) 및 B(붕소)는 모두 결정립을 미세화함과 동시에, 특정 공극의 발생수를 줄이는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라 적절히 첨가할 수 있는 임의 첨가 원소이다. 이들 원소는 후술하는 본 발명의 프로세스와 상승적으로 작용하여, 공극을 제어하기 때문에 유효하게 작용한다. 또한, RE는 희토류 원소를 의미하며, 란탄, 세륨, 이트륨 등 17종류의 원소가 포함되며, 이들 17종류의 원소는 동등한 효과를 갖고, 화학적으로 단원소 추출이 어렵기 때문에, 본 발명에서는 총량으로서 규정한다.

이들 성분의 함유량은 상기 작용 효과를 얻는 점에서, 합계 0.0001질량% 이상으로 하고, 0.03질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 성분의 함유량의 합계가 0.30질량% 초과이면, 도전율이 저하될 우려가 있다. 따라서, RE, Ag, Ni, Mn, Cr, Zr, Ti 및 B의 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유할 경우에는, 그들 함유량의 합계는 0.0001∼0.3질량%로 하고, 바람직하게는 0.03∼0.30질량%로 하고, 더욱 바람직하게는 0.03∼0.23질량%, 보다 도전율을 중시할 경우에는 0.03∼0.15질량%로 한다. 이들 성분은 1종만의 단독으로 포함되어 있을 수 있고, 2종 이상의 조합으로 포함되어 있을 수 있다.

<RE: 0.00∼0.30질량%>

RE는 주조 시의 결정립을 미세화시키고, 또, 특정 공극의 수를 저감시키며, 더욱이, 내열성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, RE의 함유량을 0.005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.01질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, RE의 함유량을 0.30질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, RE의 함유량은 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.27질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.25질량% 이하로 한다. 또한, RE는 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, RE를 첨가하지 않는 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, RE 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Ag: 0.00∼0.30질량%>

Ag은 주조 시의 결정립을 미세화시키고, 또, 특정 공극의 수를 저감시키며, 더욱이, 내열성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Ag의 함유량을 0.005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.01질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Ag의 함유량을 0.30질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Ag의 함유량은 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.27질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.25질량% 이하로 한다. 또한, Ag은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Ag을 첨가하지 않는 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Ag 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Ni: 0.00∼0.30질량%>

Ni은 주조 시의 결정립을 미세화시키고, 또, 특정 공극의 수를 저감시키며, 더욱이, 내열성과, 부식 환경에서 사용될 경우 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키는 관점에서, Ni의 함유량을 0.005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.01질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Ni의 함유량을 0.30질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Ni의 함유량은 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.27질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.25질량% 이하로 한다. 또한, Ni은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Ni을 첨가하지 않는 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Ni 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Mn: 0.00∼0.30질량%>

Mn은 주조 시의 결정립을 미세화시키고, 또, 특정 공극의 수를 저감시키며, 더욱이, 내열성과, 부식 환경에서 사용될 경우 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Mn의 함유량을 0.005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.01질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Mn의 함유량을 0.30질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Mn의 함유량은 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.27질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.25질량% 이하로 한다. 또한, Mn은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Mn을 첨가하지 않는 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Mn 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Cr: 0.00∼0.30질량%>

Cr은 주조 시의 결정립을 미세화시키고, 또, 특정 공극의 수를 저감시키며, 더욱이, 내열성과, 부식 환경에서 사용될 경우 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Cr의 함유량을 0.005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.01질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Cr의 함유량을 0.30질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Cr의 함유량은 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.27질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.25질량% 이하로 한다. 또한, Cr은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Cr을 첨가하지 않는 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Cr 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Zr: 0.00∼0.30질량%>

Zr은 주조 시의 결정립을 미세화시키고, 또, 특정 공극의 수를 저감시키며, 더욱이, 내열성과, 부식 환경에서 사용될 경우 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키려면, Zr의 함유량을 0.005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.01질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Zr의 함유량을 0.30질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Zr의 함유량은 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.27질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.25질량% 이하로 한다. 또한, Zr은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Zr을 첨가하지 않는 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Zr 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<Ti: 0.00∼0.30질량%>

Ti은 주조 시의 결정립을 미세화시키고, 또, 특정 공극의 수를 저감시키며, 더욱이, 내열성과, 부식 환경에서 사용될 경우 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 주조 시의 결정립을 미세화시키고, 또, 내열성을 향상시키는 작용을 충분히 발휘시키려면, Ti의 함유량을 0.005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이와 더불어, 부식 환경에서 사용될 경우 내식성을 향상시키는 작용도 충분히 발휘시키려면, Ti의 함유량을 0.01질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.05질량% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, Ti의 함유량을 0.30질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, Ti의 함유량은 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.27질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.25질량% 이하로 한다. 또한, Ti은 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, Ti을 첨가하지 않는 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, Ti 함유량의 하한치는 0.00질량%로 한다.

<B: 0.00∼0.30질량%>

B는 주조 시의 결정립을 미세화시키고, 또, 특정 공극의 수를 저감시키며, 더욱이, 내열성과, 부식 환경에서 사용될 경우 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 주조 시의 결정립을 미세화시키고, 또, 내열성을 향상시키는 작용을 충분히 발휘시키려면, B의 함유량을 0.005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이와 더불어, 부식 환경에서 사용될 경우 내식성을 향상시키는 작용도 충분히 발휘시키려면, B의 함유량을 0.007질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.01질량% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, B의 함유량을 0.30질량% 초과로 하면, 가공성이 저하된다. 따라서, B의 함유량은 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.27질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.25질량% 이하로 한다. 또한, B는 임의 첨가 원소 성분이기 때문에, B를 첨가하지 않는 경우에는, 불순물 레벨의 함유도 고려하여, B 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, 도전율 저하를 고려하여 불가피 불순물의 함유량을 어느 정도 억제하는 것이 바람직하다. 불가피 불순물로서 들 수 있는 성분으로서는, 예를 들면, Bi(비스무트), Pb(납), Ga(갈륨), Sr(스트론튬) 등을 들 수 있다. 또한, 이들 성분 함유량의 상한은 상기 성분마다 0.03질량%, 상기 성분의 총량 0.10질량%로 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 일실시예에 의한 알루미늄 합금재의 제조 방법

이러한 본 발명의 일실시예에 의한 알루미늄 합금재는 특히 Al-Fe-(Si, Cu, Mg)계 합금의 내부에 결정립계를 고밀도로 도입함으로써, 고강도화와 높은 굽힘성화를 도모하는 것을 특징으로 한다. 즉, 연신 가공 동안에 소정의 조건으로 안정화 열처리를 편입시킴으로써, 합금 내부의 격자 결함의 재배열을 재촉하여, 안정화시키는 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 본 발명의 알루미늄 합금재의 바람직한 제조 방법을 상세하게 설명한다. 이 제조 방법은 적어도 계면 강도 증가 열처리 [1]과, 냉간 가공 [2]를 포함하는 것이다.

<계면 강도 증가 열처리 [1]>

알루미늄 합금재의 공극을 저감시키기 위한 제법으로서, 후술하는 냉간 가공 [2] 전, 또는 수차례의 냉간 가공을 실시할 경우에는 적어도 최종 냉간 가공 전에 계면 강도 증가 열처리 [1]을 실시한다.

공극은 냉간 가공에 있어서, 모상인 알루미늄 합금과 제2상인 Fe계 화합물과의 계면이 박리되어, 그 박리부가 확대됨으로써 발생하는 경우가 많다. 따라서, 이렇게 해서 형성된 공극 주위에는 Fe계 화합물이 존재하고 있다. 도 4는 알루미늄 합금재 중 공극의 모식도이다.

이러한 공극 형성을 방지하기 위해서, 냉간 가공 [2] 전 또는 수차례의 냉간 가공을 실시할 경우에는 적어도 최종 냉간 가공 전에, 알루미늄 합금에 대하여 열처리를 실시한다. 이러한 열처리에 의해서, 계면 및 그 주변의 원자 확산을 재촉하여 계면 강도를 높이고, 알루미늄 합금과 Fe계 화합물과의 계면을 박리하기 어려운 상태로 할 수 있다. 가열 처리는 180℃∼280℃에서 10분∼24시간 유지하는 것이 바람직하다. 이것보다 온도가 낮거나 혹은 단시간이면, 원자 확산이 불충분해져서 효과가 불충분해진다. 또한, 이것보다 온도가 높거나 혹은 장시간이면, 오히려 취성이 있는 금속간 화합물이 형성되거나, 열처리 중에 모상과 Fe을 포함하는 금속간 화합물의 선팽창 계수의 차이로부터 계면 결함이 생성되거나 한다.

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

<냉간 가공 [2]>

통상적으로, 금속재에 변형 응력이 가해지면, 금속 결정 변형의 기본 과정으로서, 결정 슬립이 생긴다. 이러한 결정 슬립이 생기기 쉬운 금속재일수록, 변형에 요하는 응력은 작아서, 저강도라 할 수 있다. 그 때문에, 금속재의 고강도화에 있어서는, 금속 조직 내에서 생기는 결정 슬립을 억제하는 것이 중요해진다. 이러한 결정 슬립의 저해 요인으로서는, 금속 조직 내의 결정립계의 존재를 들 수 있다. 이러한 결정립계는 금속재에 변형 응력이 가해졌을 때에, 결정 슬립이 금속 조직 내에서 전파하는 것을 방지 가능하며, 그 결과, 금속재의 강도는 높아진다.

그 때문에, 금속재의 고강도화에 있어서는, 금속 조직 내에 결정립계를 고밀도로 도입하는 것이 바람직하다고 생각된다. 여기서, 결정립계의 형성 기구로서는, 예를 들면, 다음과 같은 금속 조직의 변형에 따르는 금속 결정의 분열을 생각할 수 있다.

통상적으로, 다결정 재료의 내부는 인접하는 결정립끼리의 방위 차이나, 가공 공구와 접하는 표층 근방과 벌크 내부 사이의 왜곡 공간 분포에서 기인하며, 응력 상태는 복잡한 다축 상태로 되어 있다. 이러한 영향에 의해서, 변형 전에 단일 방위였던 결정립이 변형에 따라 복수의 방위로 분열되어가, 분열된 결정끼리의 사이에는 결정립계가 형성된다. 첨가되어 있는 Mg과 Si는 가공 시에 형성되는 결정립계를 안정화시키는 작용이 있다.

냉간 가공 [2]는 1회만 실시해도, 수차례 실시해도 좋다. 본 발명에서는, 냉간 가공 [2]의 합계인 가공도(합계 가공도)를 2이상으로 한다. 특히, 합계 가공도를 크게 함으로써, 금속 조직의 변형에 따르는 금속 결정의 분열을 재촉할 수 있으며, 알루미늄 합금재의 내부에 결정립계를 고밀도로 도입 가능하다. 그 결과, 알루미늄 합금재의 강도가 대폭 향상한다. 이러한 합계 가공도는 바람직하게는 2.5이상, 보다 바람직하게는 3이상, 더욱 바람직하게는 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=ln(s1/s2) ···(1)

또한, 이 가공도 산출에 있어서, 수차례의 냉간 가공 [2]를 실시하는 경우에 있어서, s1은 계면 강도 증가 열처리 [1] 후의 냉간 가공 [2]를 실시하지 않은 알루미늄 합금의 단면적, s2는 계면 강도 증가 열처리 [1] 후의 모든 냉간 가공 [2]를 실시한 알루미늄 합금의 단면적으로 한다. 또한, 계면 강도 증가 열처리 [1]보다 전에 실시하는 냉간 가공을 고려하지 않고, 계면 강도 증가 열처리 [1] 후의 냉간 가공 [2]만을 고려한다.

또한, 가공 방법은 목적으로 하는 알루미늄 합금재의 형상(선봉재, 판재, 조, 박 등)에 따라 적절히 선택하면 되며, 예를 들면, 카세트 롤러 다이스, 홈 롤 압연, 환선(丸線) 압연, 다이스 등에 의한 인발 가공, 스웨이징 등을 들 수 있다. 어느 가공 방법에 있어서도, 공구와 재료 사이의 마찰을 높이고, 부가적 전단 왜곡을 적극적으로 도입함으로써, 본 발명의 금속 조직을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 알루미늄 합금 소재에 대하여, 다이스에 의한 인발이나 압연 등의 방법에 의해서, 높은 가공도의 가공이 실시된다. 그 때문에, 결과적으로, 길이가 긴 알루미늄 합금재를 얻을 수 있다. 한편, 분말 소결, 압축 비틀림 가공, High　pressure　torsion(HPT), 단조 가공, Equal Channel　Angular　Pressing(ECAP) 등과 같은 종래의 알루미늄 합금재의 제조 방법으로는, 이러한 길이가 긴 알루미늄 합금재를 얻기는 어렵다. 이러한 본 발명의 알루미늄 합금재는 바람직하게는 10m 이상의 길이로 제조된다. 또한, 제조 시의 알루미늄 합금재의 길이 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 선봉재인 경우에는, 그 선경은 바람직하게는 1㎜ 이하, 보다 바람직하게는 0.5㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 0.45㎜ 이하, 특히 바람직하게는 0.4㎜ 이하, 가장 바람직하게는 0.35㎜ 이하이다. 또한, 하한은 특별히 두지 않지만, 작업성 등을 고려하여, 0.01㎜로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 알루미늄 합금 선봉재는 세선이라도 높은 강도를 갖기 때문에, 단선으로 가늘게 하여 사용 가능한 것이 이점 중 하나이다.

또한, 본 발명의 알루미늄 합금재가 판재인 경우에는, 그 판 두께는 바람직하게는 2㎜ 이하, 보다 바람직하게는 1㎜ 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 합금 판재는 박판이나 박의 형상이라도 높은 강도를 갖기 때문에, 얇은 두께의 단층으로서 사용 가능한 것이 이점 중 하나이다.

또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 합금재는 가늘게 또는 얇게 가공되지만, 이러한 알루미늄 합금재를 복수 준비하여 접합하고, 굵게 또는 두껍게 해서, 목적하는 용도로 사용할 수도 있다. 또한, 접합 방법은 공지의 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들면 압접, 용접, 접착제에 의한 접합, 마찰 교반 접합 등을 들 수 있다. 또한, 알루미늄 합금재가 선봉재인 경우에는, 복수 개 묶어 합쳐 꼬고, 알루미늄 합금 연선으로서, 목적하는 용도로 사용할 수도 있다. 또한, 후술하는 조질 소둔 [3]의 공정은 상기 냉간 가공 [2]를 실시한 알루미늄 합금재를 접합 혹은 합쳐 꼬는 가공을 실시한 후에 실시할 수 있다.

<조질 소둔 [3]>

필수 양태는 아니지만, 잔류 응력의 해방이나 신장 향상을 목적으로 하여, 알루미늄 합금에의 최종 처리로서 조질 소둔 [3]을 실시할 수 있다. 조질 소둔 [3]을 실시할 경우에는, 처리 온도를 50∼130℃로 한다. 조질 소둔 [3]의 처리 온도가 50℃ 미만인 경우에는, 상기와 같은 효과를 얻기 어렵고, 130℃를 넘으면 회복이나 재결정에 의해서 결정립 신장이 일어나, 강도가 저하된다. 또한, 조질 소둔 [3]의 유지 시간은 바람직하게는 24∼48시간이다. 또한, 이러한 열처리의 제조건은 불가피 불순물의 종류나 양 및 알루미늄 합금 소재의 고용·석출 상태에 따라 적절히 조절할 수 있다.

(3) 본 발명의 알루미늄 합금재의 조직적 특징

<금속 조직>

상술한 바와 같은 제조 방법에 따라 제조되는 본 발명의 알루미늄 합금재는 금속 조직 내에 결정립계가 고밀도로 도입된 것이다. 이러한 본 발명의 알루미늄 합금재는 복수의 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 가지며, 상기 일방향으로 평행인 단면에 있어서, 복수의 상기 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 800㎚ 이하이다. 이러한 알루미늄 합금재는 종래의 알루미늄 합금재에는 존재하지 않는 특유의 금속 조직을 가짐으로써, 종래의 알루미늄 합금재(다만, 내식성, 가공성 등이 떨어지는 2000계나 7000계의 고강도 알루미늄 합금재는 제외함.)에 비하여 현격히 높은 강도를 갖고 있다.

본 발명의 알루미늄 합금재의 금속 조직은 섬유상 조직을 갖고 있으며, 세장 형상의 결정립이 일방향으로 가지런하게 섬유상으로 연장된 상태로 되어 있다. 여기서, 「일방향」이란, 알루미늄 합금재의 가공 방향(연신 방향)과 대응하며, 알루미늄 합금재가 선봉재인 경우에는 예를 들면 신선 방향과, 판재나 박인 경우에는 예를 들면 압연 방향과 각각 대응한다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금재는 특히 이러한 가공 방향으로 평행인 인장 응력에 대하여, 특히 우수한 강도 특성을 발휘한다.

또한, 상기 일방향은 바람직하게는 알루미늄 합금재의 길이 방향과 대응한다. 즉, 통상 알루미늄 합금재는 그 가공 방향으로 수직인 방향의 치수보다 짧은 치수로 개편화되어 있지 않는 한, 그 연신 방향은 그 길이 방향과 대응한다.

또한, 상기 일방향으로 평행인 단면에 있어서, 복수의 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치는 800㎚ 이하이고, 보다 바람직하게는 740㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 640㎚ 이하, 특히 바람직하게는 600㎚ 이하, 보다더 바람직하게는 570㎚ 이하, 가장 바람직하게는 550㎚ 이하이다. 이러한 지름(결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수)의 가는 결정립이 일방향으로 연장된 섬유상 금속 조직에서는, 결정립계가 고밀도로 형성되어 있으며, 이러한 금속 조직에 의하면, 변형에 따르는 결정 슬립이 생기지 않도록 효과적으로 억제 가능한 결과, 종래의 알루미늄계 재료로는 달성 불가능하였던 고강도를 실현할 수 있는 알루미늄 합금재 개발에 성공하였다. 또한, 결정립이 미세함에 따라, 굽힘 변형에 있어서의 불균일한 변형을 억제하는 작용이 있다. 또한, 복수의 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치는 고강도를 실현하는데 있어서 작을수록 바람직하지만, 제조상 또는 물리상의 한계로서의 하한은 예를 들면 20㎚이다.

또한, 상기 결정립의 길이 방향의 최대 치수의 평균치는 반드시 특정되지는 않지만, 1200㎚ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1700㎚ 이상이며, 더욱 바람직하게는 2200㎚ 이상이다. 또한, 상기 결정립의 종횡비에서는, 10이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20이상이다.

또한, 알루미늄 합금재의 중앙부에 있어서, 10000㎛²의 범위를 단면 관찰한 경우, 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극의 수는 10개 이하이고, 보다 바람직하게는 9개 이하이며, 더욱 바람직하게는 8개 이하이다. 상술한 바와 같이, 상기 소정의 특정 공극의 수가 10개 이하임으로 인해서, 해당 알루미늄 합금재에 응력이 인가된 경우에 있어서의 파괴를 억제할 수 있다. 또한, 이러한 특정 공극은 알루미늄 합금재의 파괴를 억제하는 관점에서, 이상적으로는 존재하지 않는 것이 바람직하다. 다만, 알루미늄 합금재 중에 특정 공극이 존재하지 않도록 제조하면, 양산 비용이 대폭 오르기 때문에, 특정 공극의 수는 1개 이상 10개 이하의 범위이면 좋다.

(4) 본 발명의 알루미늄 합금재의 특성

[인장 강도]

인장 강도는 JIS　Z2241:2011에 준거하여 측정된 값으로 한다. 자세한 측정 조건은 후술하는 실시예 란에서 설명한다.

본 발명의 알루미늄 합금재는 특히 선봉재인 경우에, 바람직하게는 인장 강도가 210MPa 이상이다. 이러한 인장 강도는 ASTM　INTERNATIONAL에 나타나 있는 도전용 알루미늄 A1350의 인장 강도인 160∼200MPa를 1할 이상이나 웃돈다(규격명: B230/B230M-07). 따라서, 예를 들면, 본 발명의 알루미늄 합금 선봉재를 케이블에 적용한 경우에는, 케이블의 높은 장력을 유지한 채, 케이블 도체의 단면적 및 중량을 1할 저감시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 보다 바람직한 인장 강도는 260MPa 이상, 더욱 바람직한 인장 강도는 300MPa 이상이다. 더욱더 바람직한 인장 강도는 340MPa 이상이다. 이러한 인장 강도는 ASTM　INTERNATIONAL에 나타나 있는 6000계 알루미늄 합금의 A6201의 인장 강도인 305∼330MPa를 웃돈다(규격명: B398/B398M-14). 가장 바람직한 인장 강도는 380MPa 이상이다.

[비커스 경도(HV)]

비커스 경도(HV)는 JIS　Z2244:2009에 준거하여 측정된 값으로 한다. 자세한 측정 조건은 후술하는 실시예 란에서 설명한다. 또한, 이미 부품이 된 가공품의 비커스 경도(HV)를 측정할 경우에는, 가공품을 분해하여, 단면을 경면 연마하고, 그 단면에 대하여 측정을 실시할 수도 있다.

본 발명의 알루미늄 합금재는 특히 선봉재인 경우에, 바람직하게는 비커스 경도(HV)가 60이상이다. 이러한 HV는 ASTM　INTERNATIONAL에 나타나 있는 도전용 알루미늄 A1350의 HV인 54를 1할 웃돈다. 따라서, 예를 들면, 본 발명의 알루미늄 합금 선봉재를 케이블에 적용한 경우에는, 케이블의 높은 장력을 유지한 채, 케이블 도체의 단면적 및 중량을 1할 저감시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 보다 바람직한 HV는 70이상, 더욱 바람직한 HV는 80이상이다. 더욱더 바람직한 HV는 90이상이다. 이러한 인장 강도는 ASTM　INTERNATIONAL에 나타나 있는 6000계 알루미늄 합금인 A6201의 인장 강도인 85를 웃돈다. 가장 바람직한 HV는 100이상이다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금재의 비커스 경도(HV)의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 250이다.

[파단 신장]

파단 신장은 JIS　Z2241:2001에 준하여, 정밀 만능 시험기(주식회사 시마즈 제작소 제조)를 이용하여 인장 시험을 실시해서 측정된 값으로 한다. 자세한 측정 조건은 후술하는 실시예 란에서 설명한다.

본 발명의 알루미늄 합금재는 특히 선봉재인 경우에, 파단 신장이 바람직하게는 2.0이상이고, 보다 바람직하게는 3.0이상이고, 더욱 바람직하게는 3.5이상이고, 특히 바람직하게는 4.0이상이다. 또한, 파단 신장은 바람직하게는 12.0이하이고, 보다 바람직하게는 10.0이하이며, 더욱 바람직하게는 8.0이하이다.

[도전율]

용도나 강도대에 따라 바람직한 도전율은 다르다. 인장 강도가 210∼340MPa인 강도대에서는, 도전이 기본 기능이 되기 때문에, 도전율은 55.0% IACS 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 57.0% IACS 이상이다. 한편, 인장 강도가 340MPa 초과인 강도대에서는, 기계적 특성이 기본 기능이 되기 때문에, 도전율은 45.0% IACS 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 48.0% IACS 이상이다.

또한, 본 발명의 알루미늄 합금재는 라재로서 사용할 뿐만 아니라, 도금이나 클래드 등의 방법에 의해서, 타금속으로 알루미늄 합금재의 표면을 피복할 수 있다. 이 경우에도, 상기 효과를 발휘할 수 있다. 피복하는 금속의 종류는 예를 들면, Cu, Ni, Ag, Sn, Au, Pd 및 Pt으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 합금 등을 들 수 있다. 접촉 저항의 저감, 내식성 향상 등의 효과가 있다. 피복율은 길이 방향으로 수직인 단면에 있어서, 전체 면적의 25% 정도까지로 하는 것이 좋다. 피복율이 너무 많으면, 경량화 효과가 저감되어버리기 때문이다. 바람직하게는 15% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하이다.

(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. 구체적으로는, 전선이나 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 사용할 수 있다.

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 케이블, 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.

전선이나 케이블에서, 연선으로서 사용할 경우, 본 발명의 알루미늄 합금과 범용적 구리나 알루미늄 등의 도체를 혼합시켜서 연선으로 할 수 있다.

전지용 부재로는 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), 액추에이터 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 탄성율을 제어하거나 하기 위해서 첨가하는 금속 섬유로서도 적합하다.

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

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 개념 및 특허청구의 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∼34)

우선, 표 2에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 각 봉재를 준비하였다. 다음으로, 각 봉재를 사용하여, 표 2에 나타내는 제조 조건으로, 각각의 알루미늄 합금 선재(0.21∼1.93㎜φ)를 제작하였다.

또한, 표 2에 나타내는 제조 조건 A∼F는 구체적으로는 이하와 같다.

<제조 조건 A>

냉간 신선을 실시해서, 선경을 1.56㎜로 하고, 220℃에서 2시간 유지하는 계면 강도 증가 열처리 [1]을 실시한 후, 가공도가 3.3인 냉간 신선 [2]를 실시해서, 선경을 0.3㎜로 하였다.

<제조 조건 B>

냉간 신선을 실시해서, 선경을 4.69㎜로 하고, 220℃에서 2시간 유지하는 계면 강도 증가 열처리 [1]을 실시한 후, 가공도가 5.5인 냉간 신선 [2]를 실시해서, 선경을 0.3㎜로 하였다.

<제조 조건 C>

220℃에서 2시간 유지하는 계면 강도 증가 열처리 [1]을 실시한 후, 가공도가 7.7인 냉간 신선 [2]를 실시해서, 선경을 0.24㎜로 하였다.

<제조 조건 D>

제조 조건 A 이후, 100℃에서 36시간 유지하는 조질 소둔 [3]을 실시하였다.

<제조 조건 E>

제조 조건 B 이후, 100℃에서 36시간 유지하는 조질 소둔 [3]을 실시하였다.

<제조 조건 F>

제조 조건 C 이후, 100℃에서 36시간 유지하는 조질 소둔 [3]을 실시하였다.

(비교예 1)

비교예 1에서는, 99.99질량%-Al으로 이루어지는 10㎜φ의 봉재를 사용하여, 표 2에 나타내는 제조 조건으로 알루미늄 선재(0.24㎜φ)를 제작하였다.

(비교예 2∼6)

비교예 2∼6에서는, 표 2에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 봉재를 사용하여, 표 2에 나타내는 제조 조건으로 알루미늄 합금 선재(0.07∼2.0㎜φ)를 제작하였다.

(비교예 7, 9)

표 2에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 각 봉재에 대하여, 이하의 제조 조건 H를 실시하였다.

<제조 조건 H>

계면 강도 증가 열처리 [1]을 실시하지 않고, 가공도가 2.2인 냉간 신선 [2]를 실시해서, 선경을 3.16㎜로 하였다.

(비교예 8, 10)

표 2에 나타내는 합금 조성을 갖는 10㎜φ의 각 봉재에 대하여, 이하의 제조 조건 I를 실시하였다.

<제조 조건 I>

계면 강도 증가 열처리 [1]을 실시하지 않고, 합계 가공도가 7.7인 냉간 신선 [2]를 실시해서, 선경을 0.24㎜로 하였다.

[평가]

상기 본 발명예 및 비교예와 관련되는 알루미늄계 선재를 사용하여, 하기에 나타내는 특성 평가를 실시하였다. 각 특성의 평가 조건은 하기와 같다. 결과를 표 2에 나타낸다.

[1] 합금 조성

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

[2] 결정 사이즈 관찰

금속 조직의 관찰은 투과 전자현미경(JEM-2100PLUS, 일본전자 주식회사 제조)을 이용하여, TEM(Transmission　Electron　Microscopy) 관찰에 의해서 실시하였다. 가속 전압은 200kV로 관찰하였다.

관찰용 시료로서는, 상기 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면에 대하여, FIB(Focused　Ion　Beam)에 의해서 두께 100㎚±20㎚로 절단하여, 이온 밀링으로 마무리한 것을 사용하였다.

TEM 관찰에서는, 그레이 콘트라스트를 이용하고, 콘트라스트 차이를 결정의 방위로 하여, 콘트라스트가 불연속으로 다른 경계를 결정립계로서 인식하였다. 또한, 전자선의 회절 조건에 따라서는, 금속 조직이 달라도 그레이 콘트라스트에 차이가 없는 경우가 있기 때문에, 그 경우에는, 전자현미경의 시료 스테이지 내에서 직교하는 2개의 시료 회전 축에 의해서 ±3°씩 기울여서 전자선과 시료의 각도를 바꾸고, 복수의 회절 조건으로 관찰면을 촬영하여, 입계를 인식하였다. 또한, 관찰 시야는 길이 방향(15∼40)㎛×두께 방향(15∼40)㎛로 하여, 상기 단면에 있어서, 선경 방향(길이 방향으로 수직인 방향)과 대응하는 선상의 두께 방향의 중간부, 즉, 중심과 표층의 중간 부근 위치(표층 측으로부터 선 직경의 약 1/4 중심 측 위치)에서 관찰을 실시하였다. 관찰 시야는 결정립의 크기에 따라 적절히 조정하였다. 또한, 관찰 배율은 1000배로 하였다.

그리고, TEM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 화상으로부터, 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면에 있어서, 섬유상 금속 조직의 유무를 판단하였다. 도 5는 TEM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면의 TEM 화상의 일부이다. 본 발명예에서는, 도 5에 나타내는 바와 같은 금속 조직이 관찰된 경우에, 섬유상 금속 조직이 「유」라고 평가하였다.

더욱이, 각각의 관찰 시야에 있어서, 결정립 중 임의의 100개를 선택하여, 각각의 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수(t)와, 결정립의 길이 방향으로 평행인 치수를 측정해서, 그 결정립의 종횡비를 산출하였다. 더욱이, 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수(t)와 종횡비에 대해서는, 관찰한 결정립의 총수로부터 평균치를 산출하였다. 또한, 관찰된 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수(t)가 800㎚보다 명백하게 큰 경우에는, 각 치수를 측정하는 결정립의 선택수를 줄여서, 각각의 평균치를 산출하였다. 또한, 결정립의 길이 방향으로 평행인 치수가 명백하게 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수(t)의 10배 이상인 것에 대해서는, 일률적으로 종횡비 10이상이라 판단하였다.

[3] 특정 공극의 개수 및 복수의 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치

특정 공극의 개수 및 복수의 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치 측정은 주사 전자현미경(일본전자 주식회사 제조　JSM-7001FA, 일본전자 주식회사 제조)를 이용하여, FE-SEM(Field　Emission　Scanning　Electron Microscopy) 관찰에 의해서 실시하였다. 가속 전압은 25.0kV로 관찰하였다.

관찰용 시료로서는, 알루미늄 합금재를 수지에 채우고 그 수지를 경화시킨 후, 상기 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면이 노출되도록 기계 연마하여, 노출된 단면을 이온 밀링으로 마무리하고, 추가로 카본을 증착한 것을 사용하였다.

관찰 시야는 길이 방향(98∼148㎛)×두께 방향(73∼110㎛)으로 하고, 상기 단면에 있어서, 선경 방향(길이 방향으로 수직인 방향)과 대응하는 선상의 두께 방향의 중간부, 즉, 2개 표층의 중앙부(표층 측으로부터 선 직경의 약 1/2인만큼 이동한 중심의 위치)에서 관찰을 실시하였다. 동일한 관찰을 무작위로 선택한 총 5개의 시야에서 실시하여, 특정 공극수의 평균치(특정 공극의 존재 개수) 및 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치를 구하였다.

그리고, FE-SEM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 화상으로부터, 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면에 있어서, 특정 공극의 유무 및 그 개수와. 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치를 계측하였다. 도 6은 비교예 8의 FE-SEM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면의 SEM 화상의 일부이다. 도 6으로부터, 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 확인되었다. 이 도 6에 있어서는, 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극의 가로 위치에 별표(★)를 붙였다. 도 6의 시야에 있어서는, 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 13개 확인되었다. 도 7은 본 발명예 3의 FE-SEM 관찰을 실시하였을 때에 촬영한 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 평행인 단면의 SEM 화상의 일부이다. 도 7에서는, 선재의 길이 방향(신선 방향(X))으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 2개 확인되었다.

[4] 인장 강도

JIS　Z2241:2001에 준하여, 정밀 만능 시험기(주식회사 시마즈 제작소 제조)를 이용하여, 인장 시험을 실시해서, 인장 강도(MPa)를 측정하였다. 또한, 상기 시험은 평점간 거리를 100㎜, 변형 속도를 10㎜/분의 조건으로 실시하였다. 본 발명예에서는, 가열 전의 선재에 대해서는 210MPa 이상을 합격 레벨로 하였다.

[5] 비커스 경도(HV)

JIS　Z　2244:2009에 준하여, 미소 경도 시험기　HM-125(주식회사 아카시(현주식회사 미츠토요) 제조)를 이용하여 비커스 경도(HV)를 측정하였다. 이 때, 시험력은 0.1kgf, 유지 시간은 15초로 하였다. 또한, 측정 위치는 선재의 길이 방향으로 평행인 단면에 있어서, 선경 방향(길이 방향으로 수직인 방향)과 대응하는 선상의 중심과 표층의 중간 부근 위치(표층 측으로부터 선경의 약 1/4 중심 측 위치)로 하고, 측정치(N=5)의 평균치를 각 선재의 비커스 경도(HV)로 하였다. 또한, 측정치의 최대치 및 최소치의 차이가 10이상인 경우에는, 추가로 측정수를 늘려서, 측정치(N=10)의 평균치를 그 선재의 비커스 경도(HV)로 하였다. 비커스 경도(HV)는 클수록 바람직하며, 본 발명예에서는, 60이상을 합격 레벨로 하였다.

[6] 파단 신장

JIS　Z2241:2001에 준하여, 정밀 만능 시험기(주식회사 시마즈 제작소 제조)를 이용하여, 인장 시험을 실시해서, 파단 신장을 측정하였다. 파단이 척 사이에 일어난 시험만을 채택하여, 그 중에 n=4의 평균치를 구하였다. 평점간 거리를 100㎜, 변형 속도를 10㎜/분의 조건으로 실시하였다. 파단 신장은 2.0% 이상을 합격 레벨로 하였다.

[7] 도전율

도전율은 20±1℃에서 4단자법으로 측정하였다. 본 발명예에서는, 인장 강도가 210∼340MPa인 강도대에서는, 도전이 기본 기능이 되기 때문에, 도전율은 55.0% IACS 이상을 합격 레벨로 하였다. 또한, 인장 강도가 340MPa 초과인 강도대에서는, 기계적 특성이 기본 기능이 되기 때문에, 도전율은 45.0% IACS 이상을 합격 레벨로 하였다. 또한, 열 전도율은 도전율과 비례 관계에 있기 때문에, 양부 판정을 도전율의 평가에 의해서 대용하였다.

[표 2]

표 2의 평가 결과로부터, 본 발명예 1∼34의 알루미늄 합금 선재는 합금 조성이 본 발명의 적정 범위 내이고, 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 가지며, 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 800㎚ 이하이고, 길이 방향으로 평행인 단면에 있어서, 알루미늄 합금재의 두께 방향의 중앙부 10000㎛²의 범위를 관찰한 경우에, 상기 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극의 수가 10개 이하인 것이 확인되었다.

이러한 특유의 금속 조직을 가짐으로써, 본 발명예 1∼34와 관련되는 알루미늄 합금 선재는 모두 인장 강도가 210MPa 이상, 비커스 경도가 60이상, 파단 신장이 2% 이상이고, 인장 강도가 210∼340MPa에서는, 도전율이 55.0% IACS 이상, 인장 강도가 340MPa 초과에서는, 도전율이 45.0% IACS 이상이었다.

이에 대하여, 비교예 1의 순알루미늄 선재는 조성이 본 발명의 적정 범위 밖이고, 또, 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수(t)의 평균치가 800㎚보다 크기 때문에, 인장 강도가 낮고, 비커스 경도 및 파단 신장 모두가 떨어졌다.

비교예 2의 알루미늄 합금 선재는 Si의 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많기 때문에, 도전율이 떨어졌다.

비교예 3의 알루미늄 합금은 Fe의 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많기 때문에, Fe계 화합물이 석출되어, 냉간 신선 [2]일 때에 단선이 다발하였다.

비교예 4의 알루미늄 합금은 Cu의 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많기 때문에, 도전율이 떨어졌다.

비교예 5의 알루미늄 합금 선재는 Mg의 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많기 때문에, 도전율이 떨어졌다.

비교예 6의 알루미늄 합금은 임의 성분 Mn의 함유량 및 임의 성분의 합계 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 많기 때문에, 도전율이 떨어졌다.

비교예 7, 9의 알루미늄 합금 선재는 합금 조성이 본 발명의 적정 범위 내이지만, 계면 강도 증가 열처리 [1]을 실시하지 않았기 때문에, 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수(t)의 평균치가 각각 1㎛ 이상 및 900㎚가 되어, 인장 강도 및 비커스 경도가 떨어졌다.

비교예 8, 10의 알루미늄 합금 선재는 합금 조성이 본 발명의 적정 범위 내이지만, 계면 강도 증가 열처리 [1]을 실시하지 않았기 때문에, 특정 공극의 개수가 10개 초과가 되어, 파단 신장이 떨어졌다.

1　알루미늄 합금재
10　결정립
t　결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수
X　결정립의 길이 방향

Claims

Fe: 0.05∼1.50질량%와, Si: 0.01∼0.15질량%, Cu: 0.01∼0.30질량% 및 Mg: 0.01∼1.50질량% 중 적어도 1종을 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금재로서,
복수의 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 가지며,
상기 일방향으로 평행인 단면에 있어서,
복수의 상기 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 800㎚ 이하이고, 또,
상기 단면을 두께 방향으로 봐서, 중앙부에서 관찰하였을 때, 상기 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 존재하지 않거나, 또는, 상기 특정 공극의 존재 개수가 10000㎛²당 10개 이하인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금재.
Fe: 0.05∼1.50질량%와, Si: 0.01∼0.15질량%, Cu: 0.01∼0.30질량% 및 Mg: 0.01∼1.50질량% 중 적어도 1종을 함유함과 동시에, RE, Ag, Ni, Mn, Cr, Zr, Ti 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상: 합계 0.30질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 알루미늄 합금재로서,
복수의 결정립이 일방향으로 가지런하게 연장된 섬유상 금속 조직을 가지며,
상기 일방향으로 평행인 단면에 있어서,
복수의 상기 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 800㎚ 이하이고, 또,
상기 단면을 두께 방향으로 봐서, 중앙부에서 관찰하였을 때, 상기 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수가 1.0㎛ 이상인 특정 공극이 존재하지 않거나, 또는, 상기 특정 공극의 존재 개수가 10000㎛²당 10개 이하인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
복수의 상기 결정립의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치에 대한, 복수의 상기 특정 공극의 길이 방향으로 수직인 방향의 최대 치수의 평균치가 2∼10인, 알루미늄 합금재.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
표면이 Cu, Ni, Ag, Sn, Au, Pd 및 Pt으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 금속으로 피복되어 있는, 알루미늄 합금재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 도전 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 전지용 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 체결 부품.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 스프링용 부품.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 구조용 부품.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금재를 사용한, 캡타이어 케이블.