WO2017077929A1 - レーザー溶接性に優れたバスバー用アルミニウム合金板 - Google Patents

レーザー溶接性に優れたバスバー用アルミニウム合金板 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy plate for a bus bar used for, for example, an automobile bus bar, and more particularly to an aluminum alloy plate for a bus bar excellent in laser weldability.
  • Patent Document 1 describes that external terminals having different polarities of a rectangular secondary battery such as a lithium ion secondary battery are connected by a bus bar made of an aluminum material.
  • the bus bar made of an aluminum material is welded to an external terminal made of an aluminum material by laser welding or electron beam welding.
  • Patent Document 2 describes a bus bar made of an aluminum material for connecting a positive electrode and a negative electrode terminal of a secondary battery such as a lithium ion secondary battery.
  • the bus bar is welded to the positive electrode and the negative electrode terminal by laser welding.
  • the aluminum material is Fe: 0.50 mass% or less, Si: 0.5 mass% or less, Ti and B are each 0.01 to 0.10 mass%, and Ti and B are 0.15 mass% or less in total. Contains pure aluminum or aluminum alloy.
  • JIS standards 1050, 1080, 1100, 2024, 5052, and 7N71 are specifically listed as aluminum materials.
  • Ti and B are added in order to improve the bonding strength (compensate for the decrease in bonding strength caused by suppressing Fe and Si low).
  • Patent Document 3 describes that an aluminum alloy is used as an electrical connection member (for example, a bus bar) that is mechanically fastened (bolt tightening, rivet tightening, etc.) to a fastened member.
  • JIS standard 6101-T6 material and 1100-H24 material are specifically mentioned as aluminum alloys.
  • Si 0.15 mass% or less
  • Fe 1.00 to 1.60 mass%
  • Ti 0.005 to 0.02 mass%
  • Zr 0.0005 to 0.03 mass%
  • Aluminum materials have a relatively high conductivity and are lighter than copper materials, so application to bus bars for automobiles is being studied.
  • an aluminum material for an automobile bus bar is bent as necessary, and laser welding or mechanical fastening (bolt fastening, etc.) to an external terminal such as a lithium ion secondary battery.
  • the former Connected by Comparing laser welding and mechanical fastening, the former can reduce the electrical resistance between the bus bar and the terminal, does not require other fastening members (bolts, nuts, etc.), and also for reducing the number of parts and weight It is advantageous.
  • the present invention was made in view of the above problems when laser welding a bus bar made of an aluminum material to an external terminal or the like of a lithium ion secondary battery, and has a relatively high conductivity, laser weldability and An object of the present invention is to provide an aluminum alloy plate for a bus bar excellent in bending workability.
  • the aluminum alloy plate for a bus bar according to the present invention has Si: 0.35 mass% or less, Fe: 0.15 to 0.60 mass%, Ti: 0.10 mass% or less, B: 1 to 6 ppm, and the balance is Al. And the number density of the intermetallic compound consisting of unavoidable impurities and having a maximum length of 1 ⁇ 4 ⁇ m of the cross-sectional plate thickness of 2 ⁇ m or more is 400 to 1500 / mm 2 and the conductivity is 58 to 62% IACS.
  • the aluminum alloy may contain one or more of Cu: 0.10% by mass or less, Mn: 0.05% by mass or less, and Mg: 0.05% by mass or less as an inevitable impurity or additive element.
  • the aluminum alloy plate according to the present invention has a relatively high conductivity, is excellent in bending workability and laser weldability, for example, for an automobile bus bar joined by laser welding to an external terminal of a lithium ion secondary battery, etc. It can be used suitably.
  • the aluminum alloy according to the present invention has Si: 0.35 mass% or less, Fe: 0.15 to 0.60 mass%, Ti: 0.10 mass% or less, B: 1 to 6 ppm (mass ppm), and the balance It consists of Al and inevitable impurities.
  • the aluminum purity is desirably 99.0% by mass or more from the viewpoint of conductivity.
  • Si has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by dissolving in the matrix, and the effect is improved as the Si content increases.
  • Si forms Al, Fe and Al—Fe—Si intermetallic compounds.
  • the Si content exceeds 0.35 mass%, the Al—Fe—Si intermetallic compounds increase in size and increase. As a result, the bending workability of the aluminum alloy plate is reduced.
  • the Si content exceeds 0.35 mass%, while electroconductivity falls, it becomes easy to generate
  • Fe has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by dissolving in the matrix.
  • the Fe content is less than 0.15% by mass, the effect of increasing the strength is insufficient, the conductivity is improved, the penetration amount (penetration depth) in laser welding is reduced, and the bonding strength is lowered.
  • Fe forms Al, Si and Al-Fe-based and Al-Fe-Si-based intermetallic compounds.
  • the coarse intermetallic compound has a maximum length of 2 ⁇ m or more. This increases the bending workability of the aluminum alloy plate. Therefore, the Fe content is 0.15 to 0.6% by mass.
  • Ti has the effect of refining and homogenizing (stabilizing) the aluminum alloy cast structure and preventing casting cracks, and is preferably added in an amount of 0.003 mass% or more.
  • the Ti content is more preferably 0.005% by mass or more.
  • B is an element commonly used with Ti as a Ti—B master alloy for the purpose of preventing casting cracks during slab ingot formation of an aluminum alloy. B is usually contained as an impurity in an aluminum raw metal in an amount of 1 ppm or more.
  • the B content exceeds 6 ppm, an abnormal part with deeper penetration than necessary or an undercut may occur in the solidification beads of laser welding (such as CW (continuous oscillation) laser welding).
  • porosity defects may remain in the solidified beads.
  • the bead width is widened at the place where the abnormal portion is generated, and as a result, the bead width becomes non-uniform in the length direction. Therefore, the B content is 1 to 6 ppm.
  • the aluminum alloy according to the present invention may contain one or more of Cu, Mn, and Mg as inevitable impurities or as an additional element as necessary.
  • Cu has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by solid solution strengthening.
  • the Cu content increases, the weld cracking property in laser welding tends to deteriorate.
  • material cost will increase when Cu is added. Therefore, the Cu content is restricted to 0.10% by mass or less (including 0% by mass).
  • Mn has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by dissolving in the matrix.
  • the addition of Mn increases the material cost. Therefore, the Mn content is regulated to 0.05% by mass or less (including 0% by mass).
  • Mg has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by dissolving in the matrix.
  • the content of Mg is increased, in laser welding (CW (continuous oscillation type) laser welding or the like), the shape of the weld bead is disturbed or a defect is easily generated inside.
  • material cost will increase if Mg is added. Therefore, the Mg content is restricted to 0.05% by mass or less (including 0% by mass).
  • the aluminum alloy according to the present invention may contain elements other than those described above as inevitable impurities.
  • Zn has a low vapor pressure, so it is scattered during laser welding, easily contaminates the surroundings, and deteriorates the laser weldability of the aluminum alloy plate. Therefore, the Zn content is restricted to 0.1% by mass or less (including 0% by mass).
  • the content of inevitable impurity elements other than Zn is regulated within the range specified in the column of other elements of alloy number 1100 of JISH4000: 2014. Specific examples of the inevitable impurity elements include Cr, Zr, V, Ni, Sn, In, and Ga. The contents of these elements are individually 0.05% by mass or less and 0.15 in total. It is regulated to less than mass%. If these elements are within this range, the effect of the present invention is not hindered not only when they are contained as inevitable impurities but also when they are actively added.
  • the main intermetallic compounds are Al—Fe and Al—Fe—Si compounds.
  • the number density of coarse intermetallic compounds having a maximum length of 2 ⁇ m or more is less than 400 / mm 2 , the amount of solid solution of Fe, Si, etc. is large, and the aluminum alloy plate The conductivity of the is reduced.
  • the number density of intermetallic compounds may become less than 400 pieces / mm ⁇ 2 > because Fe content is insufficient. In this case, the solid solution amount of Fe, Si, etc.
  • the number density of intermetallic compounds having a maximum length of 2 ⁇ m or more exceeds 1500 pieces / mm 2 , the bendability of the aluminum alloy plate is lowered. Accordingly, the number density of intermetallic compounds having a maximum length of 2 ⁇ m or more is set to 400 to 1500 / mm 2 .
  • the electrical conductivity of the aluminum alloy plate according to the present invention if the electrical conductivity is 62% IACS or less, the penetration depth in laser welding becomes deep, and high joint strength can be obtained. On the other hand, when the content of alloy elements other than the aluminum alloy is large and the electrical conductivity is low, the electrical conductivity as a bus bar that is an electrical connection component is poor. If the electrical conductivity of the aluminum alloy plate is 58% IACS or higher, the electrical conductivity as a bus bar is sufficient. Therefore, the electrical conductivity of the aluminum alloy plate is in the range of 58 to 62% IACS.
  • the method for producing an aluminum alloy plate according to the present invention may be a conventional method, and includes, for example, semi-continuous casting (DC (direct chill) casting), homogenization treatment, hot rolling, cold rolling, and finish annealing. .
  • the number density of intermetallic compounds having a maximum length of 2 ⁇ m or more decreases as the cooling rate during casting increases.
  • the cooling rate during casting should be 0.1 to 1.0 ° C./second. Is preferred.
  • a more preferable cooling rate is 0.1 to 0.5 ° C./second.
  • the electrical conductivity of the aluminum alloy plate was measured according to the provisions of JISH0505: 1975 using an eddy current conductivity measuring device (trade name Sigma Test, model number 2.068) manufactured by Forster. When the conductivity is 58% IACS or more and 62% IACS or less, the conductivity is evaluated as “good”, and when the conductivity is less than 58% IACS or more than 62% IACS, the conductivity is evaluated as “poor”. .
  • a JIS No. 5 test piece JIS Z2201: 2009 was cut out from the aluminum alloy plate so that the tensile direction was parallel to the rolling direction. Using this test piece, a tensile test based on JISZ2241: 2009 was performed, and tensile strength, proof stress (0.2% proof stress) and elongation were measured.
  • a test piece having a size of 30 mm ⁇ 100 mm was cut out from an aluminum alloy plate, and a bead with a weld length of 90 mm was used using a welding machine with a continuous wave fiber laser (IPG Photonics Japan, model: YLR-10000) as a heat source. Welded on plate.
  • the welding conditions were a laser output of 2.0 kW, a welding speed of 10.0 m / min, and a forward angle of 5 deg. I went there.
  • About the weld bead part, the presence or absence of a weld crack, the uniformity of the weld bead width, the presence or absence of an undercut, and the presence or absence of welding spatter adhesion were observed.
  • the weld bead portion has no cracks, the weld bead width is uniform, the weld bead portion has no undercut, bumped portion, and spatter adhesion with a diameter of 1 mm or more, and the weld appearance is good. “” was evaluated, and all other than that, the weld appearance was evaluated as “bad”.
  • the penetration depth of the weld bead was measured using the same specimen.
  • the test piece is cut along a cross section perpendicular to the welding direction, and the cross section of the weld bead portion is observed with an optical microscope.
  • the penetration depth was measured by observation. When the penetration depth was 700 ⁇ m or more, it was evaluated as good “ ⁇ ”, and when it was less than 700 ⁇ m, it was evaluated as defective “x”.
  • the alloy composition, the number density of intermetallic compounds having a maximum length of 2 ⁇ m or more at 1 ⁇ 4 of the thickness of the cross section, and the electrical conductivity satisfying the provisions of the present invention are No. Nos. 1 to 18 were evaluated to have good laser weldability and bending workability. No. Nos. 1 to 18 have mechanical properties that can be used for automobile bus bars.
  • No. 1 in which any one or more of the alloy composition, the number density of the intermetallic compound, and the electrical conductivity does not satisfy the provisions of the present invention.
  • Nos. 19 to 28 were evaluated as having poor laser weldability and / or bending workability. Specifically, it is as follows. No. In No. 19, since the Si content is excessive, the conductivity is low, weld cracking occurs, and the weld appearance is poor. No. No. 19 has an excessive number density of intermetallic compounds and is inferior in bending workability. No. No. 20 has an insufficient Fe content, and therefore has high conductivity, a low number density of intermetallic compounds, and a lack of penetration depth in laser welding.
  • the cooling rate during casting was in the range of 0.1 to 1.0 ° C./second.
  • the number density of the intermetallic compound is within the range specified in the present invention, the conductivity is good (58% IACS or more and 62% IACS or less), and the laser weldability and bending workability are good. It is good.
  • the mechanical properties are at a level that can be used for automobile bus bars.
  • the cooling rate during casting was 0.05 ° C./second. 2-1 has an excessive number density of intermetallic compounds, poor conductivity (exceeding 62% IACS), lack of penetration depth, and bending workability is poor. No.
  • the aluminum alloy plate of the present invention has a relatively high electrical conductivity and is excellent in bending workability and laser weldability, and is useful, for example, for an automobile bus bar that is joined to an external terminal of a lithium ion secondary battery by laser welding. It is.

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Abstract

本発明のバスバー用アルミニウム合金板は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＢをそれぞれ特定量含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、かつ、断面の板厚の１／４における最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度が４００～１５００個／ｍｍ２であり、導電率が５８～６２％ＩＡＣＳである。

Description

レーザー溶接性に優れたバスバー用アルミニウム合金板
　本発明は、例えば自動車のバスバーに用いられるバスバー用アルミニウム合金板に関し、特にレーザー溶接性に優れたバスバー用アルミニウム合金板に関する。
　自動車のリチウムイオン二次電池等の外部端子同士を電気的に接続するバスバーとして、軽量なアルミニウム材が検討されている。
　特許文献１には、リチウムイオン二次電池等の角型二次電池の異なる極性の外部端子同士を、アルミニウム材からなるバスバーで接続することが記載されている。アルミニウム材からなるバスバーは、レーザー溶接又は電子ビーム溶接により、アルミニウム材からなる外部端子に溶接される。
　特許文献２には、リチウムイオン二次電池等の二次電池の正極及び負極端子を接続する、アルミニウム材からなるバスバーが記載されている。このバスバーは、レーザー溶接により、前記正極及び負極端子に溶接される。アルミニウム材は、Ｆｅ：０．５０質量％以下、Ｓｉ：０．５質量％以下、ＴｉとＢをそれぞれ０．０１～０．１０質量％、かつＴｉとＢを合計で０．１５質量％以下含む純アルミニウム又はアルミニウム合金である。同文献の段落００１５には、アルミニウム材として、具体的にＪＩＳ規格の１０５０，１０８０，１１００，２０２４，５０５２，７Ｎ７１が挙げられている。このアルミニウム材において、ＴｉとＢは接合強度を向上させる（ＦｅとＳｉを低く抑制することに伴う接合強度の低下を補う）ために添加される。
　特許文献３には、被締結部材と機械締結（ボルト締め、リベット締め等）される電気接続用部材（例えばバスバー）として、アルミニウム合金が用いられることが記載されている。同文献の段落００１５には、アルミニウム合金として、具体的にＪＩＳ規格の６１０１－Ｔ６材及び１１００－Ｈ２４材が挙げられている。
　特許文献４には、Ｓｉ：０．１５質量％以下、Ｆｅ：１．００～１．６０質量％、Ｔｉ：０．００５～０．０２質量％、Ｚｒ：０．０００５～０．０３質量％、及び必要に応じてＭｎ：０．０１～０．５０質量％を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、熱伝導性（導電性）に優れたアルミニウム合金板材が記載されている。
日本国再表２０１３／０６５５２３号公報 日本国特開２０１１－１７１０８０号公報 日本国特開２０１５－６５１０５号公報 日本国特開２０１５－１２７４４９号公報
　アルミニウム材は比較的高い導電率を有し、銅材に比べて軽量であるため、例えば自動車用のバスバーへの適用が検討されている。特許文献１～３に記載されているように、自動車のバスバー用アルミニウム材は、必要に応じて曲げ加工され、リチウムイオン二次電池等の外部端子に、レーザー溶接又は機械締結（ボルト締め等）により接続される。レーザー溶接と機械締結を比較すると、前者はバスバーと端子間の電気抵抗を減少させることができ、他の締結部材（ボルト、ナット等）を必要とせず、部品点数低減及び軽量化のためにも有利である。
　しかし、アルミニウム材をレーザー溶接する場合、溶け込み深さが浅くなって必要な接合強度が得られない、あるいは局部的にビード異常部が発生する（例えば日本国特開２００９－２８７１１６号公報、日本国特開２０１３－０８７３０４号公報参照）等の問題が生じる。またアルミニウム材の組成及び曲げ加工の程度によっては、曲げ部分に肌荒れや割れが発生する。
　本発明は、アルミニウム材からなるバスバーを、リチウムイオン二次電池の外部端子等にレーザー溶接する場合の上記問題点に鑑みてなされたもので、比較的高い導電率を有し、レーザー溶接性及び曲げ加工性に優れたバスバー用アルミニウム合金板を提供することを目的とする。
　本発明に係るバスバー用アルミニウム合金板は、Ｓｉ：０．３５質量％以下、Ｆｅ：０．１５～０．６０質量％、Ｔｉ：０．１０質量％以下、Ｂ：１～６ｐｐｍ、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、断面の板厚の１／４における最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度が４００～１５００個／ｍｍ２であり、導電率が５８～６２％ＩＡＣＳであることを特徴とする。上記アルミニウム合金は、不可避不純物として又は添加元素として、Ｃｕ：０．１０質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ：０．０５質量％以下の１種以上を含み得る。
　本発明に係るアルミニウム合金板は、比較的高い導電率を有し、曲げ加工性及びレーザー溶接性に優れ、例えばリチウムイオン二次電池の外部端子等にレーザー溶接により接合される自動車バスバー用として、好適に用いることができる。
走査型電子顕微鏡による金属間化合物の観察視野を示す図である。
　以下、本発明に係るバスバー用アルミニウム合金板について、より詳細に説明する。
＜アルミニウム合金の組成＞
　本発明に係るアルミニウム合金は、Ｓｉ：０．３５質量％以下、Ｆｅ：０．１５～０．６０質量％、Ｔｉ：０．１０質量％以下、Ｂ：１～６ｐｐｍ（質量ｐｐｍ）、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる。本発明に係るアルミニウム合金において、アルミニウム純度は、導電性の観点から９９．０質量％以上が望ましい。
　Ｓｉは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Ｓｉ含有量の増加に伴いその効果が向上する。一方、ＳｉはＡｌ、ＦｅとＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系金属間化合物を形成し、Ｓｉ含有量が０．３５質量％を超えると、このＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系金属間化合物が粗大化かつ増加して、アルミニウム合金板の曲げ加工性が低下する。また、Ｓｉ含有量が０．３５質量％を超えると、導電性が低下するとともに、レーザー溶接での溶接割れが発生しやすくなる。従って、Ｓｉ含有量は０．３５質量％以下であり、好ましくは０．２０質量％以下、更に好ましくは０．０８質量％以下である。
　Ｆｅは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果がある。しかし、Ｆｅ含有量が０．１５質量％未満であると強度を高める効果が不足し、また導電性が向上してレーザー溶接における溶込み量（溶け込み深さ）が小さくなり、接合強度が低下する。一方、ＦｅはＡｌ、ＳｉとＡｌ－Ｆｅ系及びＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系金属間化合物を形成し、Ｆｅ含有量が０．６質量％を超えると、最大長が２μｍ以上の粗大な金属間化合物の数が増え、アルミニウム合金板の曲げ加工性が低下する。従って、Ｆｅ含有量は、０．１５～０．６質量％とする。
　Ｔｉは、アルミニウム合金鋳造組織を微細化、均質化（安定化）し、鋳造割れを防止する効果があり、好ましくは０．００３質量％以上添加される。Ｔｉ含有量は、より好ましくは０．００５質量％以上である。一方、Ｔｉを過剰に含有すると粗大な金属間化合物が形成され、アルミニウム合金板の曲げ加工性が低下する。従って、Ｔｉ含有量は０．１質量％以下とする。
　Ｂは、アルミニウム合金のスラブ造塊時の鋳造割れ防止を目的に、Ｔｉ－Ｂ母合金としてＴｉと共に常用されている元素である。またＢは、アルミニウムの原料地金に不純物として通常１ｐｐｍ以上含有される。一方、Ｂ含有量が６ｐｐｍを超えると、レーザー溶接（ＣＷ（連続発振式）レーザー溶接など）の凝固ビードに、必要以上に溶込みが深くなった異常部が発生したり、アンダーカットが生じる場合があり、また、凝固ビード内にポロシティ欠陥が残留する場合がある。前記異常部が発生した箇所ではビード幅が広がり、その結果、ビード幅が長さ方向で不均一になる。従って、Ｂ含有量は１～６ｐｐｍとする。
　本発明に係るアルミニウム合金は、不可避不純物として又は必要に応じて添加元素として、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇの１種以上を含み得る。
　このうちＣｕは、固溶強化によりアルミニウム合金板の強度を高める効果を有する。一方、Ｃｕの含有量が増加するとともにレーザー溶接における溶接割れ性が劣化する傾向がある。また、Ｃｕを添加すると材料コストが高まる。従って、Ｃｕ含有量は０．１０質量％以下（０質量％を含む）に規制する。
　Ｍｎは、母相内に固溶してアルミニウム合金板の強度を高める効果がある。一方、Ｍｎを添加すると材料コストが高まる。従って、Ｍｎ含有量は０．０５質量％以下（０質量％を含む）に規制する。
　Ｍｇは、母相内に固溶してアルミニウム合金板の強度を高める効果がある。一方、Ｍｇの含有量を増加させると、レーザー溶接（ＣＷ（連続発振式）レーザー溶接など）において、溶接ビードの形状に乱れが生じたり、内部に欠陥を生じやすくなる。また、Ｍｇを添加すると材料コストが高まる。従って、Ｍｇ含有量は０．０５質量％以下（０質量％を含む）に規制する。
　また、本発明に係るアルミニウム合金は、上記以外の元素を不可避不純物として含み得る。
　不可避不純物のうちＺｎは、蒸気圧が低いため、レーザー溶接時に飛散し、周囲を汚染しやすく、アルミニウム合金板のレーザー溶接性を劣化させる。従って、Ｚｎ含有量は０．１質量％以下（０質量％を含む）に規制する。
　Ｚｎ以外の不可避不純物元素の含有量は、ＪＩＳＨ４０００：２０１４の合金番号１１００のその他元素の欄に規定される範囲内に規制される。この不可避不純物元素として、具体的には、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｇａ等が挙げられ、これらの元素の含有量は個々に０．０５質量％以下、合計で０．１５質量％以下に規制される。これらの元素は、この範囲内であれば、不可避不純物として含有される場合だけではなく、積極的に添加された場合であっても、本発明の効果を妨げない。
＜最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度＞
　本発明に係るアルミニウム合金板において、主たる金属間化合物はＡｌ－Ｆｅ系及びＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物である。本発明に係るアルミニウム合金板の組成において、最大長が２μｍ以上の粗大な金属間化合物の個数密度が４００個／ｍｍ２未満の場合は、Ｆｅ，Ｓｉ等の固溶量が多く、アルミニウム合金板の導電性が低下する。なお、Ｆｅ含有量が不足することで、金属間化合物の個数密度が４００個／ｍｍ２未満となる場合もある。この場合は、Ｆｅ，Ｓｉ等の固溶量も少なく、アルミニウム合金板の導電性が良く、レーザー溶接における溶込み量（溶け込み深さ）が小さくなり、接合強度が低下する。一方、最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度が１５００個／ｍｍ２を超える場合は、アルミニウム合金板の曲げ加工性が低下する。従って、最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度は、４００～１５００個／ｍｍ２とする。
＜アルミニウム合金板の導電率＞
　アルミニウム合金板は鋼板やステンレス板に比べて熱伝導性、すなわち導電性が良好であるため、レーザー溶接において同じ深さの溶込みを得るためには、大きいレーザーエネルギーが必要である。アルミニウム以外の合金元素（Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ等）の含有量が多いと、それら元素が固溶することにより導電性及び熱伝導性が低下し、レーザー溶接における溶込み深さが深くなる。逆に、アルミニウム以外の合金元素の含有量が少なく、アルミニウムの純度が高いと、導電性及び熱伝導性が高く、溶込み深さが浅くなりやすい。本発明に係るアルミニウム合金板において、導電率が６２％ＩＡＣＳ以下であれば、レーザー溶接における溶込み深さが深くなり、高い継手強度を得ることができる。一方、アルミニウム合金以外の合金元素の含有量が多く、導電性が低い場合、電気接続部品であるバスバーとしての通電性が劣るものとなる。アルミニウム合金板の導電率が５８％ＩＡＣＳ以上であれば、バスバーとしての通電性は十分である。従って、アルミニウム合金板の導電率は、５８～６２％ＩＡＣＳの範囲内とする。
＜アルミニウム合金板の製造方法＞
　本発明に係るアルミニウム合金板の製造方法は、常法でよく、例えば、半連続鋳造（ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ　ｃｈｉｌｌ）鋳造）、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延及び仕上げ焼鈍の各工程からなる。最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度は、鋳造時の冷却速度が大きいほど小さくなる。本発明の組成のアルミニウム合金板において、最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度を上記範囲内に収めるには、鋳造時の冷却速度を０．１～１．０℃／秒とすることが好ましい。より好ましい冷却速度は０．１～０．５℃／秒である。
　以下、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
　表１に示す組成のアルミニウム合金（Ｎｏ．１～２８）を溶解し、鋳造して鋳塊スラブを製作し、面削処理をした。鋳造時の冷却速度は０．４℃／秒とした。このスラブに対し、５７０℃にて均質化処理を行った後、熱間圧延を施して、厚さ５ｍｍの熱間圧延板とした。その後冷間圧延を施し、厚さ２ｍｍの冷間圧延板を製作した。この冷間圧延板に対し、さらに３５０℃にて焼鈍を施し、アルミニウム合金板のＯ材（焼鈍材）とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　Ｎｏ．１～２８の各アルミニウム合金板について、最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度、導電率、機械的性質、レーザー溶接性（溶け込み深さと溶接外観）、曲げ加工性を、下記要領で測定した。その結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度の測定）
　アルミニウム合金板から試験片を切り出し、圧延方向と板厚方向を含む断面が観察面となるように樹脂埋めし、前記観察面を研磨して鏡面とした。走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製のＪＳＭ－７００１Ｆ）を用い、観察面を加速電圧２０ｋＶで、５００倍の倍率で２０視野（合計０．４ｍｍ２）観察し、ＣＯＭＰＯ像（組成像）を得た。観察視野として、図１に示すように、観察面１の板厚の１／４の部位（板厚の１／４の位置（ライン２，３）を中心とした幅０．２５ｍｍの範囲内）から、板厚の中心（ライン４）を挟んで上下１０視野ずつ（計２０視野）を選択した。ＣＯＭＰＯ像において母相より白く写る部分をＡｌ－Ｆｅ系又はＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系金属間化合物の粒子とみなし、走査型電子顕微鏡に内蔵された粒子解析ソフトＥＸ－３５１１０を用い、絶対最大長が２μｍ以上の粒子の個数をカウントし、個数密度を算出した。なお、絶対最大長とは、粒子の輪郭線上の任意の２点間の距離の最大値を意味する。
（導電率の測定）
　アルミニウム合金板の導電率は、フェルスター社製の渦流導電率測定装置（商品名シグマテスト、型番２．０６８）を用い、ＪＩＳＨ０５０５：１９７５の規定に準じて測定した。導電率が５８％ＩＡＣＳ以上６２％ＩＡＣＳ以下の場合、導電性が良好「○」と評価し、導電率が５８％ＩＡＣＳ未満又は６２％ＩＡＣＳ超の場合、導電性が不良「×」と評価した。
（機械的性質の測定）
　アルミニウム合金板から、引張方向が圧延方向と平行になるように、ＪＩＳ５号試験片（ＪＩＳＺ２２０１：２００９）を切り出した。この試験片を用いて、ＪＩＳＺ２２４１：２００９に準拠する引張試験を実施し、引張強さ、耐力（０．２％耐力）及び伸びを測定した。
（溶接外観）
　アルミニウム合金板から３０ｍｍ×１００ｍｍのサイズの試験片を切り出し、連続発振式ファイバーレーザー（ＩＰＧフォトニクスジャパン株式会社製、型式：ＹＬＲ－１００００）を熱源とした溶接加工機を用いて、９０ｍｍ溶接長でビードオンプレート溶接した。溶接条件は、レーザー出力２．０ｋＷ、溶接速度１０．０ｍ／分、前進角５ｄｅｇ．で行った。溶接ビード部について、溶接割れの有無、溶接ビード幅の均一性、アンダーカットの有無、及び溶接スパッタ付着の有無を観察した。その結果、溶接ビード部に割れの発生無く、溶接ビード幅が均一で、溶接ビード部にアンダーカット、突沸部、及び径が１ｍｍ以上のスパッタ付着が見られなかったものを、溶接外観が良好「○」と評価し、それ以外は全て溶接外観が不良「×」と評価した。
（溶け込み深さ）
　溶接外観の観察後、同じ試験片を用いて溶接ビードの溶け込み深さを測定した。溶接ビード長さの中央位置（中央位置に異常部が発生している場合は該異常部の近傍）で、試験片を溶接方向に垂直な断面で切断し、溶接ビード部の断面を光学顕微鏡で観察して溶込み深さを測定した。溶け込み深さが７００μｍ以上の場合に良好「○」と評価し、７００μｍ未満の場合は不良「×」と評価した。
＜曲げ加工性＞
　各アルミニウム合金板から、長手方向が圧延方向と垂直になるように、５個のＪＩＳ３号試験片（ＪＩＳＺ２２０４：２００９）を切り出した。この試験片（幅３０ｍｍ）に対し、ＪＩＳＺ２２４８：２００６に準拠し、Ｖブロック法により先端角度６０度の押金具を用いて曲げ角度１２０度の曲げ加工を行った後、平金具で押しつぶし、曲げ角度１８０度の密着曲げを行った。密着曲げ後の曲げ部（湾曲部）外側を全幅３０ｍｍにわたり観察し、５個全ての試験片において肌荒れ及び割れが発生しなかったものを良好「○」と評価し、１個でも肌荒れ又は割れが発生したものを不良「×」と評価した。
　表１，２に示すように、合金組成、断面の板厚の１／４における最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度、及び導電率が本発明の規定を満たすＮｏ．１～１８は、レーザー溶接性及び曲げ加工性が共に良好と評価された。また、Ｎｏ．１～１８は、機械的性質も自動車バスバー用として用い得る水準にある。
　これに対し、合金組成、金属間化合物の個数密度及び導電率のいずれか１つ以上が本発明の規定を満たさないＮｏ．１９～２８は、レーザー溶接性又は／及び曲げ加工性が不良と評価された。具体的には下記のとおりである。
　Ｎｏ．１９は、Ｓｉ含有量が過剰なため、導電性が低く、溶接割れが発生して溶接外観が劣る。また、Ｎｏ．１９は金属間化合物の個数密度が過剰であり、曲げ加工性が劣る。
　Ｎｏ．２０は、Ｆｅ含有量が不足するため、導電性が高く、金属間化合物の個数密度が低く、レーザー溶接の溶け込み深さが不足する。
　Ｎｏ．２１は、Ｆｅ含有量が過剰なため、金属間化合物の個数密度が高すぎ、曲げ加工性が劣る。
　Ｎｏ．２２～２４，２６～２８は、Ｂ含有量が過剰なため、溶接ビードに異常部が発生し、溶接ビード幅が不均一になり、溶接ビードにアンダーカットが生じた。Ｎｏ．２５，２６はＳｉ含有量が過剰なため導電性が低く、Ｎｏ．２５は溶接割れも発生した。また、Ｎｏ．２２はＴｉ含有量が過剰なため、曲げ加工性が劣る。Ｎｏ．２５，２６はＳｉ及びＦｅ含有量が過剰なため、Ｎｏ．２７はＦｅ含有量が過剰なため、いずれも金属間化合物の個数密度が過剰となり、曲げ加工性が劣る。
　表１のＮｏ．２の組成のアルミニウム合金を溶解し、表３に示す種々の冷却速度で鋳造して鋳塊スラブを製作した。このスラブに対し、実施例１と同じ製造工程及び条件で厚さ２ｍｍの冷間圧延板を製作した後、さらに３５０℃にて焼鈍を施し、アルミニウム合金板のＯ材（焼鈍材）とした。
　表３に示すアルミニウム合金板（Ｎｏ．２－１～２－５）について、実施例１と同じ要領で、最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度、導電率及び曲げ加工性を測定した。その結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示すように、鋳造時の冷却速度が０．１～１．０℃／秒の範囲内であったＮｏ．２－２，２－３は、金属間化合物の個数密度が本発明の規定の範囲内で、導電性は良好（５８％ＩＡＣＳ以上６２％ＩＡＣＳ以下）であり、レーザー溶接性及び曲げ加工性が良好である。また、Ｎｏ．２－２，２－３は、機械的性質も自動車バスバー用として用い得る水準にある。
　一方、鋳造時の冷却速度が０．０５℃／秒であったＮｏ．２－１は金属間化合物の個数密度が過剰で、導電性は不良（６２％ＩＡＣＳ超）であり、溶け込み深さが不足し、曲げ加工性が劣る。Ｎｏ．２－１の導電性が不良（６２％ＩＡＣＳ超）であったのは、Ｆｅ，Ｓｉ等の固溶量が少なくなったためと考えられる。
　鋳造時の冷却速度が１．３℃／秒であったＮｏ．２－４及び５．０℃／秒であったＮｏ．２－５は、金属間化合物の個数密度が少なく、導電性は不良（５８％ＩＡＣＳ未満）であった。Ｎｏ．２－４及びＮｏ．２－５の導電性が不良（５８％ＩＡＣＳ未満）であったのは、Ｆｅ、Ｓｉ等の固溶量が多くなったためと考えられる。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０１５年１１月５日出願の日本特許出願（特願２０１５－２１７３９２）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明のアルミニウム合金板は、比較的高い導電率を有し、曲げ加工性及びレーザー溶接性に優れるため、例えばリチウムイオン二次電池の外部端子等にレーザー溶接により接合される自動車バスバー用として有用である。
１　観察面
２，３　板断面において板厚の１／４の位置を示すライン
４　板断面において板厚の中心位置を示すライン

Claims (2)

  1. 　Ｓｉ：０．３５質量％以下、Ｆｅ：０．１５～０．６０質量％、Ｔｉ：０．１０質量％以下、Ｂ：１～６ｐｐｍ、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、断面の板厚の１／４における最大長が２μｍ以上の金属間化合物の個数密度が４００～１５００個／ｍｍ２であり、導電率が５８～６２％ＩＡＣＳであることを特徴とするレーザー溶接性に優れたバスバー用アルミニウム合金板。
  2. 　Ｃｕ：０．１０質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ：０．０５質量％以下の１種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載されたレーザー溶接性に優れたバスバー用アルミニウム合金板。
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