KR20150140709A

KR20150140709A - 알루미늄 합금 도체, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 와이어하네스 및 알루미늄 합금 도체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150140709A
Application number: KR1020157031012A
Authority: KR
Inventors: 쇼 요시다; 시게키 세키야; 교타 스사이; 겐고 미토세
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤; 후루카와 에이에스 가부시키가이샤
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2015-12-16
Also published as: EP2896708B1; KR101813772B1; EP2896708A1; US9263167B2; EP3260563B1; WO2014155819A1; JP5607853B1; CN104781431A; EP2896708A4; CN104781431B; US20150213913A1; JPWO2014155819A1; EP3260563A1

Abstract

고도전율, 높은 내굴곡 피로 특성을 가지고, 또한 적절한 내력과 높은 연신성을 동시에 실현하는 알루미늄 합금 도체를 제공한다.
본 발명의 알루미늄 합금 도체는, Mg: 0.10 ~ 1.00 질량%, Si: 0.10 ~ 1.00 질량%, Fe: 0.01 ~ 2.50 질량%, Ti: 0.000 ~ 0.100 질량%, B: 0.000 ~ 0.030 질량%, Cu: 0.00 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.00 ~ 0.50 질량%, Au: 0.00 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.00 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.00 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.00 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.00 ~ 0.50 질량%, V: 0.00 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.00 ~ 0.50 질량%, Co: 0.00 ~ 0.50 질량%, Ni: 0.00 ~ 0.50 질량%, 잔부: Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 알루미늄 합금 도체로서, 상기 알루미늄 합금 도체의 외주부에서의 평균 결정입경이 1 ~ 35μm이다.

Description

알루미늄 합금 도체, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 와이어하네스 및 알루미늄 합금 도체의 제조 방법{ALUMINUM ALLOY CONDUCTOR, ALUM1INUM ALLOY STRANDED WIRE, SHEATHED WIRE, WIRE HARNESS, AND METHOD FOR MANUFACTURING ALUMINUM ALLOY CONDUCTOR}

본 발명은, 전기 배선체의 도체로서 이용되는 알루미늄 합금 도체에 관한 것이다. 특히, 극세선이면서도, 고도전율, 높은 내굴곡 피로 특성, 적절한 내력, 나아가서는 높은 연신성을 실현하는 알루미늄 합금 도체에 관한 것이다.

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

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

그러나, 송전선용 알루미늄 합금 도체(JIS 규격에 의한 A1060나 A1070)를 대표로 하는 순알루미늄에서는, 일반적으로 인장(引張) 내구성, 내충격성, 굴곡 특성 등이 떨어지는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 예를 들면, 차체에의 장착 작업시에 작업자나 산업 기기 등에 의해서 불시에 부하되는 하중이나, 전선과 단자의 접속부에 있어서의 압착부에서의 인장이나, 도어부 등의 굴곡부에서 부하되는 반복 응력 등을 견딜 수 없다. 또한, 여러가지 첨가 원소를 더하여 합금화한 재료는 인장 강도를 높이는 것은 가능하나, 알루미늄 중에의 첨가 원소의 고용(固溶) 현상에 의해 도전율의 저하를 초래하는 것, 알루미늄 중에 과잉의 금속간 화합물을 형성하는 것으로 신선(wire drawing) 가공 중에 금속간 화합물에 기인하는 단선이 생기는 일이 있었다. 이 때문에, 첨가 원소를 한정 내지 선택하는 것으로써, 충분한 연신 특성을 가져 단선되지 않는 것을 필수로 하고, 또한 종래 레벨의 도전율과 인장 강도를 확보하면서, 내충격성, 굴곡 특성을 향상할 필요가 있었다.

이동체의 전기 배선체에 이용되는 알루미늄 도체로서 대표적인 것에는 특허문헌 1에 기재한 것이 있다. 이것은 극세선으로서, 고강도·고도전율을 가지면서, 연신도 우수한 알루미늄 합금 도체, 및 알루미늄 합금 연선을 실현하는 것이다. 또한, 특허문헌 1에는, 충분한 연신을 가지기 때문에, 우수한 굴곡 특성을 가지는 취지가 기재되어 있다. 그러나, 예를 들면 도어부 등에 장착되는 와이어하네스로서 알루미늄 합금선을 이용하여 도어의 개폐에 의해 반복 굽힘 응력이 작용하는 것으로 고사이클 피로 파괴가 발생하기 쉬운 사용 환경 하에서의 내굴곡 피로 특성에 대해서는, 어떠한 개시도 시사도 하고 있지 않다.

최근, 자동차에 이용되는 알루미늄 합금 도체, 특히 φ0.1 mm ~ φ1.5 mm정도의 알루미늄 합금 도체를 제조할 때에, 이하의 3개의 과제가 생기는 것이 확인되고 있다. 제1의 과제는, 상술한 바와 같이, 자동차의 도어부와 같이 반복하여 굴곡부에 이용되는 경우에 높은 내굴곡 피로 특성이 요구된다. 알루미늄의 굴곡 피로 특성은, 현재 사용되고 있는 구리에 비해 떨어지기 때문에, 사용 개소가 한정되어 있다. 제2의 과제는, 내력이 높기 때문에 와이어하네스 장착시에 큰 힘을 필요로 하고, 작업 효율이 낮은 것이다. 제3의 과제는, 연신성이 낮기 때문에, 와이어하네스 장착시나 탑재 후의 충격을 견디지 못하고, 단선이나 균열의 발생이 생기는 것이다. 이들의 과제를 모두 해결하기 위해서는, 높은 도전율을 전제로 하여, 높은 내굴곡 피로 특성을 가지고, 또한 적절한 내력, 높은 연신성을 가지는 알루미늄 합금선이 필요하다.

고강도와 고도전율을 겸비하는 알루미늄 합금으로서는, Mg나 Si, Cu, Mn 등을 첨가한 합금이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 2에서는, 이들 원소를 첨가하는 것으로 150 MPa 이상의 인장 강도와 40% 이상의 도전율을 실현하고 있다. 또한, 본특허문헌 2에서는, 최대 결정입경이 50μm 이하의 선재를 제작하는 것으로 5% 이상의 연신성도 동시에 실현되고 있다.

일본 공개 특허 공보 2012-229485호 일본 특허 공보 5155464호

그러나, 특허문헌 2의 알루미늄 합금 도체에서는, 고도전율과 높은 연신성에 더하여, 높은 내굴곡 피로 특성과 적절한 내력을 겸비하지 못하고, 상기 3개의 과제를 동시에 해결할 수 없다.

본 발명의 목적은, 종래제품과 동등 이상의 연신성 및 도전율을 유지하면서, 적절한 내력과 높은 내굴곡 피로 특성을 양립한 알루미늄 합금 도체, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 와이어하네스를 제공하는 것, 및 알루미늄 합금 도체의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 알루미늄 합금 도체를 굴곡시켰을 때, 상기 도체의 외주부에 발생하는 응력이 중심부에 발생하는 응력보다 크고, 외주면에 균열이 발생하기 쉽다는 것을 발견했다. 여기서, 본 발명자들은, 알루미늄 합금의 결정입경이 작은 경우, 균열이 결정입계에 충돌하는 회수가 많아져서 진행 속도가 작아지는 것에 착안하여, 예의 연구를 행한 결과, 알루미늄 합금 도체의 외주부에서의 평균 결정입경을 소정 범위 내의 값으로 하는 것으로, 고도전성은 확보한 채로, 내굴곡 피로 특성이 향상되고, 나아가서는 적절한 내력, 높은 연신성을 실현할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 상기 과제는 이하의 발명에 의해 달성된다.

(1) Mg: 0.10 ~ 1.00 질량%, Si: 0.10 ~ 1.00 질량%, Fe: 0.01 ~ 2.50 질량%, Ti: 0.000 ~ 0.100 질량%, B: 0.000 ~ 0.030 질량%, Cu: 0.00 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.00 ~ 0.50 질량%, Au: 0.00 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.00 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.00 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.00 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.00 ~ 0.50 질량%, V: 0.00 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.00 ~ 0.50 질량%, Co: 0.00 ~ 0.50 질량%, Ni: 0.00 ~ 0.50 질량%, 잔부: Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 알루미늄 합금 도체로서,

상기 알루미늄 합금 도체의 외주부에서의 평균 결정입경이 1 ~ 35μm인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 도체.

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

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

(4) Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co, Ni의 함유량의 합계가 0.01 ~ 2.50 질량%인, (1) ~ (3) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 도체.

(5) 내부의 평균 결정입경이, 상기 외주부의 평균 결정입경의 1.1배 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) ~ (4) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 도체.

(6) 굴곡 피로 시험에 의해서 측정한 파단까지의 반복 회수가 10만회 이상이며, 도전율이 45 ~ 55%IACS인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) ~ (5) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 도체.

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

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

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

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

(11) 용해 처리, 주조 처리, 열간 혹은 냉간 가공 처리, 제1 신선 가공 처리, 중간 열처리, 제2 신선 가공 처리, 용체화 열처리 및 시효 열처리를, 이 순서로 실행하여 얻어지는 알루미늄 합금 도체의 제조 방법으로서,

상기 제1 신선 가공 처리에 있어서, 이용되는 다이스의 다이스 반각을 10 ~ 30°로 하고, 또한 1 패스당의 가공률을 10% 이하로 하고,

상기 제2 신선 가공 처리에 있어서, 이용되는 다이스의 다이스 반각을 10 ~ 30°로 하고, 또한 1 패스당의 가공률을 10% 이하로 하는 것을 특징으로 하는, (1) ~ (7) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 도체의 제조 방법.

(12) 상기 시효 열처리 전에, 피가공재의 외주부에 저스트레인의 가공을 하는 스트레인 가공 처리를 행하는 것을 특징으로 하는, 상기 (11)에 기재된 제조 방법.

(13) 상기 스트레인 가공 처리를 상기 용체화 열처리 중에 행하는 것을 특징으로 하는, 상기 (12)에 기재된 제조 방법.

본 발명의 알루미늄 합금 도체에 의하면, 종래와 동등 이상의 도전율을 가지기 때문에, 이동체에 탑재되는 배터리 케이블, 하네스 혹은 모터용 도선으로서 유용하다. 특히, 높은 내굴곡 피로 특성을 가지므로, 도어부나 트렁크 등의, 높은 내굴곡 피로 특성이 요구되는 굴곡부에 이용할 수 있다. 또한, 적절한 내력을 가지므로, 작은 외력으로 와이어하네스를 장착할 수 있고, 작업 효율이 향상한다. 또한, 종래와 동등 이상의 연신성을 가지므로, 와이어하네스 장착시나 탑재 후의 충격을 견딜 수 있고, 단선이나 균열의 발생을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 있어서의 제1 신선 가공 처리 및 제2 신선 가공 처리를 설명하는 도이다.
도 2는 본 실시형태에 관한 알루미늄 합금 도체에 대해서, 신선 방향에 대해서 수직인 단면을 나타내는 단면도이다.

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, Mg: 0.10 ~ 1.00 질량%, Si: 0.10 ~ 1.00 질량%, Fe: 0.01 ~ 2.50 질량%, Ti: 0.000 ~ 0.100 질량%, B: 0.000 ~ 0.030 질량%, Cu: 0.00 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.00 ~ 0.50 질량%, Au: 0.00 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.00 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.00 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.00 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.00 ~ 0.50 질량%, V: 0.00 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.00 ~ 0.50 질량%, Co: 0.00 ~ 0.5 질량%, Ni: 0.00 ~ 0.50 질량%, 잔부: Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 알루미늄 합금 도체이며, 알루미늄 합금 도체의 외주부에서의 평균 결정입경이 1 ~ 35μm 이다.

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

(1) 화학 조성

<Mg: 0.10 ~ 1.00 질량%>

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

<Si: 0.10 ~ 1.00 질량%>

Si(규소)는, Mg와 화합되어 석출물을 형성하여 인장 강도, 내굴곡 피로 특성, 및 내열성을 향상시키는 작용을 가지는 원소이다. Si 함유량이 0.10 질량% 미만이면, 상기 작용 효과가 불충분하고, 또한, Si 함유량이 1.00 질량%를 초과하면, 결정입계에 Si 농화 부분을 형성할 가능성이 높아지고, 인장 강도, 연신, 내굴곡 피로 특성이 저하됨과 함께, Si 원소의 고용량이 많아지는 것에 의해서 도전율도 저하된다. 따라서, Si 함유량은 0.10 ~ 1.00 질량%로 한다. 또한, Si 함유량은, 고강도를 중시하는 경우에는 0.5 ~ 1.0 질량%로 하는 것이 바람직하고, 또한, 도전율을 중시하는 경우에는 0.10 ~ 0.50 질량%로 하는 것이 바람직하고, 이러한 관점에서 종합적으로 0.30 ~ 0.70 질량%가 바람직하다.

<Fe: 0.01 ~ 2.50 질량%>

Fe(철)는, 주로 Al-Fe계의 금속간 화합물을 형성하는 것에 의해서 결정립의 미세화에 기여함과 함께, 인장 강도 및 내굴곡 피로 특성을 향상시키는 원소이다. Fe는, Al 중에 655℃에서 0.05 질량% 밖에 고용되지 못하고, 실온에서는 더 적기 때문에, Al 중에 고용되지 못하는 나머지의 Fe는, Al-Fe, Al-Fe-Si, Al-Fe-Si-Mg 등의 금속간 화합물로서 정출(晶出) 또는 석출한다. 이 금속간 화합물은, 결정립의 미세화에 기여함과 함께, 인장 강도 및 내굴곡 피로 특성을 향상시킨다. 또한, Fe는, Al 중에 고용한 Fe에 의해서도 인장 강도를 향상시키는 작용을 가진다. Fe 함유량이 0.01 질량% 미만이면, 이들 작용 효과가 불충분하고, 또한, Fe 함유량이 2.50 질량% 초과이면, 정출물 또는 석출물의 조대화(粗大化)에 의해 신선 가공성이 악화되고, 신선 중에 단선이 발생하기 쉬워지는 것 외에, 목적으로 하는 내굴곡 피로 특성이 얻어지지 않게 되고, 도전율도 저하된다. 따라서, Fe 함유량은 0.01 ~ 2.50 질량%로 하고, 바람직하게는 0.15 ~ 0.90 질량%, 더 바람직하게는 0.15 ~ 0.45 질량%로 한다. 또한, Fe가 너무 많으면 정출물 또는 석출물의 조대화에 의해 신선 가공성이 악화되고, 그 결과, 단선이 발생하기 쉬워지는 경향이 있지만, 본 발명에서는 1 패스 당의 가공률을 10% 이하로 작게 하고 있기 때문에, 신선시의 인장력이 억제되어 단선이 발생하기 어렵다. 따라서, Fe는 많이 함유할 수 있고, 2.50 질량%까지 함유할 수 있다.

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

<Ti: 0.001 ~ 0.100 질량%>

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

<B: 0.001 ~ 0.030 질량%>

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

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

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

또한, Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni는, 많이 함유할수록 도전율이 저하되는 경향과 신선 가공성이 열화(劣化)되는 경향이 있다. 따라서, 이들 원소의 함유량의 합계는, 2.50 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 알루미늄 합금 도체에서는 Fe는 필수 원소이기 때문에, Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 함유량의 합계는 0.01 ~ 2.50 질량%로 한다. 이들 원소의 함유량은, 0.10 ~ 2.50 질량%로 하는 것이 더 바람직하다.

또한, 고도전율을 유지하면서, 인장 강도나 연신, 내굴곡 피로 특성을 향상시키기 위해서는, Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 함유량의 합계는, 0.10 ~ 0.80 질량%가 특히 바람직하고, 0.20 ~ 0.60 질량%가 더 바람직하다. 한편, 도전율은 약간 저하하지만 인장 강도, 연신, 내굴곡 피로 특성을 더 향상시키기 위해서는, 0.80초 ~ 2.50 질량%가 특히 바람직하고, 1.00 ~ 2.50 질량%가 더 바람직하다.

<잔부: Al 및 불가피 불순물>

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

(2) 알루미늄 합금 도체의 외주부에서의 평균 결정입경이 1 ~ 35μm인 것

본 발명에서 말하는 외주부란, 알루미늄 합금 도체 중, 상기 알루미늄 합금 도체의 바깥가장자리를 포함하는 바깥가장자리 근방의 영역을 나타낸다. 신선 방향에 대해서 수직인 단면이 원형인 알루미늄 합금 도체의 경우, 외주부는, 상기 알루미늄 합금 도체의 바깥가장자리를 포함하고, 바깥가장자리로부터 상기 알루미늄 합금 도체의 직경의 1/10의 폭의 영역(도 2 참조)을 말한다. 압축 연선 등 단면이 원형이 아닌 알루미늄 합금 도체의 경우에는, 우선, 상기 알루미늄 합금 도체의 단면적으로부터 원에 상당하는 직경을 구한다. 그리고, 상기 알루미늄 합금 도체의 바깥가장자리를 포함하고, 바깥가장자리로부터 상기 알루미늄 합금 도체의 원에 상당하는 직경의 1/10의 폭의 영역을 외주부로 한다.

본 발명에서는, 외주부에서의 평균 결정입경을 1 ~ 35μm로 한다. 평균 결정입경이 1μm 미만이면, 내력이 과잉됨과 함께 연신이 저하된다. 평균 결정입경이 35μm보다 크면 내굴곡 피로 특성 및 내력이 저하된다. 따라서, 외주부에서의 평균 결정입경을 1 ~ 35μm로 하고, 바람직하게는 3 ~ 30μm, 보다 바람직하게는 5 ~ 20μm로 한다.

또한, 알루미늄 합금 도체의 상기 외주부 이외의 부분, 즉 내부에서의 평균 결정입경은 1 ~ 90μm이다. 내부의 평균 결정입경이 1μm 미만이면, 내력이 과잉됨과 함께 연신이 저하되고, 내부의 결정입경이 90μm보다 크면 충분한 연신, 내력을 얻을 수 없다. 본 발명의 평균 결정입경은, 광학 현미경에 의해 관찰하고, 공차법(公差法)을 이용하여 측정을 행했다.

(본 발명에 관한 알루미늄 합금 도체의 제조 방법)

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, [1] 용해 처리, [2] 주조 처리, [3] 열간 또는 냉간 가공, [4] 제1 신선 가공 처리, [5] 중간 열처리, [6] 제2 신선 가공 처리, [7] 용체화 열처리 및 제1 스트레인 가공 처리, [8] 시효 열처리 및 제2 스트레인 가공 처리의 각 공정을 거쳐서 제조할 수 있다. 또한, 용체화 열처리 및 제1 스트레인 가공 처리의 전후, 또는 시효 열처리 후에, 연선으로 하는 공정이나 전선에 수지 피복을 행하는 공정을 마련해도 좋다. 이하, [1] ~ [8]의 공정에 대해서 설명한다.

[1] 용해 처리

용해는, 후술하는 알루미늄 합금 조성의 각각의 실시형태의 농도가 되는 분량으로 용융 제조한다.

[2] 주조 처리, [3] 열간 또는 냉간 가공

주조축과 벨트를 조합한 프로펠치식의 연속 주조 압연기를 이용하여, 용탕을 수냉한 주형으로 연속적으로 주조하면서 압연을 행하여 봉재로 한다. 이 때 봉재는 예를 들면, φ5.0 ~ 13.0 mm정도로 한다. 이 때의 주조시의 냉각 속도는, Fe계 정출물의 조대화의 방지와 Fe의 강제 고용에 의한 도전율 저하의 방지의 관점에서, 바람직하게는 1 ~ 20℃/초이지만, 이것에 제한되는 것은 아니다. 주조 및 열간 압연은, 빌릿(billet) 주조 및 압출법 등에 의해 행해도 좋다.

[4] 제1 신선 가공 처리

다음에, 표면의 스켈링을 실시하여, 예를 들면 φ5.0 ~ 12.5 mm의 봉재로 하고, 도 1에 나타내는 다이스(21)를 이용하여, 다이스 당기기에 의해서 신선 가공한다. 이 신선 가공에 의해, 피가공재의 직경이 예를 들면 φ2.0 mm로 지름축소 된다. 다이스(21)의 다이스 반각(α)은 10 ~ 30°, 1 패스 당의 가공률은, 10% 이하인 것이 바람직하다. 가공률은, 신선 가공 전후의 단면적의 차이를 원래의 단면적으로 나누고 100을 곱한 것이다. 그러나, 가공률이 극단적으로 작아지면, 목표의 선 지름으로 가공하기 위한 신선 회수가 많아지고 생산성이 저하하기 때문에 1% 이상이 바람직하고, 또한, 가공률이 10%보다 크면 신선 가공이 선재의 내외에서 균일해지기 쉽기 때문에, 외주부와 내부에서 결정입경의 차이가 생기기 어렵고, 내력을 적절히 저하시키고, 또한 연신을 향상시킬 수 없게 되는 경향이 있다. 또한, 다이스(21)의 테이퍼 면(21a)에 있어서 적절한 표면 거칠기를 가지게 하면, 본 신선 가공시에 피가공재의 표면에 가공을 할 수 있는 점에서 유리하다. 또한, 본 제1 신선 가공 처리에서는 최초에 봉재 표면의 스켈링을 행하고 있는데, 봉재 표면의 스켈링을 행하지 않아도 좋다.

[5] 중간 열처리

다음에, 냉간 신선(wire drawing)한 피가공재에 중간 열처리를 실시한다. 본 발명의 중간 열처리에서는, 중간소둔에 있어서의 가열 온도는 250 ~ 450℃, 가열 시간은, 10분 ~ 6시간이다. 가열 온도가 250℃보다 낮으면 충분히 연화되지 못하고 변형 저항이 커져서 신선시에 단선이나 표면상처가 발생하기 쉽다. 450℃보다 높으면 결정립 조대화가 일어나기 쉬워져서 연신, 강도(내력이나 인장 강도등)가 저하된다.

[6] 제2 신선 가공 처리

또한, 피가공재를 도 1에 나타내는 다이스(22)를 이용하여, 다이스 당기기에 의해서 신선 가공한다. 이 신선 가공에 의해, 피가공재의 외경이 예를 들면 φ0.31 mm로 지름축소 된다. 다이스(22)의 다이스 반각(β)은 10 ~ 30°, 1 패스 당의 가공률은, 10% 이하인 것이 바람직하다. 다이스 반각을 상기 범위와 같이 하면, 표면 가공률이 커지는 점에서 유리하고, 외주부만을 가공할 수 있다. 또한, 제1 신선 공정에서는 테이퍼 면을 거칠게 하는 것으로 표면에 가해지는 응력을 크게 하고, 제2 신선 공정에서는 표면상처나 크랙의 발생을 막기 위해서 테이퍼 면을 매끄럽게 하는 것이 바람직하다. 따라서 테이퍼 면(22a)의 표면 거칠기를, 테이퍼 면(21a)의 표면 거칠기보다 작게 하는 것은, 표면상처를 발생시키지 않고 외주부의 입경만을 작게 할 수 있는 점에서 유리하다.

[7] 용체화 열처리(제1 열처리) 및 제1 스트레인 가공 처리

다음에, 피가공재에, 용체화 열처리를 실시함과 함께 제1 스트레인 가공 처리를 실시한다. 이 용체화 열처리는, 피가공재에 랜덤하게 함유되어 있는 Mg, Si 화합물을 알루미늄 합금의 모상 중에 용해하게 하기 위하는 등을 목적으로 하여 행한다. 제1 열처리는, 480 ~ 620℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열한 후, 적어도 150℃의 온도까지는 10℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하는 열처리이다. 용체화 열처리 온도가 480℃보다 낮으면 용체화가 불완전하게 되어서 후속 공정의 시효 열처리시에 석출하는 침상의 Mg₂Si 석출물이 적어지고, 내력, 인장 강도, 내굴곡 피로 특성, 도전율의 향상폭이 작아진다. 용체화 열처리가 620℃보다 높으면 결정립이 조대화하는 문제가 발생하고, 내력, 인장 강도, 연신, 내굴곡 피로 특성이 저하할 가능성이 있다. 또한, 순알루미늄에 대해서 알루미늄 이외의 원소가 많이 포함되어 있기 때문에 융점이 내려가고, 부분적으로 융해해 버릴 가능성이 있다. 상기 용체화 열처리 온도는, 바람직하게는 500 ~ 600℃의 범위, 더 바람직하게는 520 ~ 580℃의 범위로 한다.

제1 열처리를 행하는 방법으로서는, 예를 들면 배치식 열처리라도 좋고, 고주파 가열, 통전(通電) 가열, 주간(走間) 가열 등의 연속 열처리라도 좋지만, 고주파 가열이나 통전 가열과 같은, 선재 자체로부터 발생하는 줄 열에 의해 열처리되는 연속 열처리를 이용했을 경우, 외주부의 결정입경이 내부의 결정입경보다 작아지는 경향이 보다 크기 때문에 유리하다.

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

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

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

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

배치식 열처리는, 소둔로 중에 선재를 투입하고, 소정의 설정 온도, 설정 시간으로 열처리되는 방법이다. 선재 자체가 소정의 온도에서 수 10초 정도 가열되면 좋은데, 공업 사용상, 대량의 선재를 투입하게 되기 때문에, 선재의 열처리 얼룩을 억제하기 위해서 30분 이상은 행하는 것이 바람직하다. 열처리 시간의 상한은, 결정립 조대화가 발생하지 않으면 특별히 제한은 없지만, 공업 사용상, 단시간에 행하는 것이 생산성이 좋기 때문에, 10시간 이내, 바람직하게는 6시간 이내에서 열처리된다.

또한, 상기 용체화 열처리 전, 용체화 열처리 중 또는 그 양쪽 모두에서 행해지는 제1 스트레인 가공 처리는, 피가공재의 외주부에 저스트레인을 일으키게 하는 것이다. 이 때문에 외주부에는 보다 가공이 행해진 상태가 되고, 용체화 후에 외주부의 결정입경이 작아진다. 이 제1 스트레인 가공 처리는, 직경 10 ~ 50 cm의 풀리의 하나 또는 복수를 개재하여, 피가공재를 풀리에 따르게 하여 변형시키는 처리이며, 이 때의 피가공재의 스트레인량은, 0.0006 ~ 0.0150이다. 스트레인량은, 피가공재의 반경을, 풀리 반경의 2배와 피가공재의 반경과의 합으로 나눈 것이다.

[8] 서로 꼬음 처리

용체화 열처리 및 제1 스트레인 가공 처리를 행한 선재를, 복수개 묶어서 서로 꼰다. 이 공정은 용체화 열처리 전후, 또는 시효 열처리 후라도 좋다. 본 실시형태에서는 서로 꼬음 처리를 실시하지만, 본 서로 꼬음 처리를 행하지 않고, 용체화 열처리 및 제1 스트레인 가공 처리를 행한 선재의 단선(單線)에, 이하의 시효 열처리를 실시해도 좋다.

[9] 시효 열처리(제2 열처리) 및 제2 스트레인 가공 처리

그리고, 선재의 연선에, 시효 열처리를 실시함과 함께 제2 스트레인 가공 처리를 실시한다. 시효 열처리는, 침상의 Mg₂Si 석출물을 석출시키기 위하는 등을 목적으로 하여 행한다. 시효 열처리에 있어서의 가열 온도는, 140 ~ 250℃이다. 상기 가열 온도가 140℃ 미만이면, 침상의 Mg₂Si 석출물을 충분히 석출시키지 못하고, 강도, 내굴곡 피로 특성 및 도전율이 부족해지기 쉽다. 또한, 상기 가열 온도가 250℃보다 높으면 Mg₂Si 석출물의 사이즈가 커지기 때문에, 도전율은 상승하지만, 강도 및 내굴곡 피로 특성이 부족해지기 쉽다. 가열 시간은, 온도에 따라서 최적의 시간이 변화한다. 저온에서는 장시간, 고온에서는 단시간의 가열이 강도, 내굴곡 피로 특성을 향상시키는 데 있어 바람직하다. 생산성을 고려하면 단시간이 좋고, 바람직하게는 15시간 이하, 더 바람직하게는 10시간 이하이다.

또한, 상기 시효 열처리 전에 행해지는 제2 스트레인 가공 처리는, 선재의 외주부에 저스트레인을 일으키게 하는 것이다. 이 때문에 찌그러지는 등의 변형에 의해, 외주부의 결정입경이 작아진다. 가공 스트레인이 너무 크면 가공이 너무 행해져서 연신의 저하에 연결된다. 제2 스트레인 가공 처리는, 직경 30 ~ 60 cm의 보빈 혹은 스풀의 1개, 또는 복수를 개재하여, 선재를 보빈 혹은 스풀에 따르게 하여 변형시키는 처리이며, 이 때의 선재의 스트레인량은, 0.0005 ~ 0.0050이다. 스트레인량은, 선재의 반경을, 보빈(스풀) 반경의 2배와 선재의 반경과의 합으로 나눈 것이다. 또한, 여기서 말하는 보빈 혹은 스풀이란, 원통 형상의 바깥가장자리를 가지고, 선재를 그 바깥가장자리에 따르게 하여 권취하는 부재이다.

(본 발명에 관한 알루미늄 합금 도체)

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, 소선 지름이, 특별히 제한은 없고, 용도에 대응하여 적절히 정할 수 있는데, 세선(細物線)의 경우는 φ0.1 ~ 0.5 mm, 중간 세선(中細物線)의 경우는 φ0.8 ~ 1.5 mm가 바람직하다. 본 알루미늄 합금 도체는, 도 2의 단면도에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 합금 도체(30)에 형성되는 외주부(31)와 상기 외주부 이외의 나머지의 부분인 내부(32)로 이루어지는 선재로서 나타낼 수 있다. 또한, 외주부(31)의 폭의 값은 반드시 직경의 1/10일 필요는 없고, 본 발명의 기술 사상에 근거하여 상기 값에 어느 정도의 범위를 가지게 할 수 있다.

외주부(31)에서의 평균 결정입경을 보다 작게 하는 것, 다시 말하자면, 외주부(31)에서의 평균 결정입경만을 작게 하는 것으로, 고도전율, 높은 내굴곡 피로 특성, 적절한 내력 및 높은 연신성을 동시에 실현할 수 있다. 또한, 외주부(31)에서의 평균 결정입경을 상기 범위 내의 소정치로 하고, 내부(32)에서의 평균 결정입경을 증대시키는 등, 외주부(31)에서의 평균 결정입경을 내부(32)에서의 평균 결정입경보다 작게 하면, 도전율 및 파단까지의 반복 회수는 그다지 변화시키지 않고, 내력을 적절히 저하시키고, 또한 연신을 향상시키는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 내부(32)의 평균 결정입경이, 외주부(31)의 평균 결정입경의 1.1배 이상인 것이 바람직하고, 이것에 의해 상기 효과를 확실히 가질 수 있다.

이상, 상기 실시형태에 관한 알루미늄 합금 도체 및 알루미늄 합금 연선에 대해서 기술했지만, 본 발명은 기술의 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상에 근거하여 각종 변형 및 변경이 가능하다.

예를 들면, 상기 알루미늄 합금 도체 또는 알루미늄 합금 연선을, 그 외주에 피복층을 가지는 피복 전선에 적용할 수 있다. 또한, 피복 전선과 그 단부에 장착된 단자로 이루어지는 구조체의 복수로 구성되는 와이어하네스(그룹 전선)에 적용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 실시형태에 관한 알루미늄 합금 도체의 제조 방법은, 기술의 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상에 근거하여 각종 변형 및 변경이 가능하다.

예를 들면, 제1 신선 가공 처리에 있어서의 다이스 반각의 범위는, 제2 신선 가공 처리에 있어서의 다이스 반각의 범위와 같지만, 제1 신선 가공 처리의 다이스 반각을 제2 신선 가공 처리의 다이스 반각보다 크게 해도 좋고, 혹은 작게 해도 좋다. 또한, 제1 신선 가공 처리에 있어서의 가공률의 범위는, 제2 신선 가공 처리에 있어서의 가공률의 범위와 같지만, 제1 신선 가공 처리의 가공률을 제2 신선 가공 처리의 가공률보다 크게 해도 좋고, 혹은 작게 해도 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는 제1 저스트레인 가공 처리를 용체화 열처리 중에 행하고 있지만, 이것에 한정하지 않고, 용체화 열처리 전에 행해도 좋다. 또한, 제2 저스트레인 가공 처리를 시효 열처리 중에 행하고 있지만, 이것에 한정하지 않고, 제2 저스트레인 가공 처리를 행하지 않아도 좋다.

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

Mg, Si, Fe 및 Al과, 선택적으로 첨가하는 Cu, Zr, Ti 및 B를, 표 1에 나타내는 함유량(질량%)이 되도록 프로펠치식의 연속 주조 압연기를 이용하여, 용탕을 수냉한 주형으로 연속적으로 주조하면서 압연을 행하고, 약 φ9.5 mm의 봉재로 했다. 이 때의 주조 냉각 속도는 1 ~ 20℃/초로 했다. 다음에, 표 2에 나타내는 가공률이 얻어지도록 제1 신선 가공을 행했다. 다음에, 이 제1 신선 가공을 실시한 가공재에 중간 열처리를 행하고, 그 후, 제1 신선 가공과 마찬가지의 가공률로, φ0.3 mm의 선 지름까지 제2 신선 가공을 행했다. 다음에, 표 2에 나타내는 조건으로 용체화 열처리(제1 열처리)를 실시했다. 또한, 용체화 열처리에 있어서, 배치식 열처리에서는, 선재에 열전대를 감아서 선재 온도를 측정했다. 연속 통전 열처리에서는, 선재의 온도가 가장 높아지는 부분에서의 측정이 설비상 곤란하기 때문에, 파이버(fiber)형 방사온도계(재팬센서 코포레이션(Japan Sensor Corporation)제)로 선재의 온도가 가장 높아지는 부분의 직전의 위치에서 온도를 측정하고, 줄 열과 방열(放熱)을 고려하여 최고 도달 온도를 산출했다. 고주파 가열 및 연속 주간 열처리에서는, 열처리 구간 출구 부근의 선재 온도를 측정했다. 용체화 열처리 후에, 표 2에 나타내는 조건으로 시효 열처리(제2 열처리)를 실시하고, 알루미늄 합금선을 제조했다.

Mg, Si, Fe 및 Al과, 선택적으로 첨가하는 Cu, Mn, Cr, Zr, Au, Ag, Hf, V, Ni, Sc, Co, Ti 및 B를, 표 3에 나타내는 함유량(질량%)이 되도록 배합한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 주조, 압연을 행하고, 약 φ9.5 mm의 봉재로 했다. 다음에, 표 4에 나타내는 가공률이 얻어지도록 제1 신선 가공을 행했다. 다음에, 이 제1 신선 가공을 실시한 가공재에 중간 열처리를 행하고, 그 후, 제1 신선 가공과 마찬가지의 가공률로, φ0.3 mm의 선 지름까지 제2 신선 가공을 행했다. 다음에, 표 4에 나타내는 조건으로 용체화 열처리(제1 열처리)를 실시했다. 그리고, 용체화 열처리 후에, 표 4에 나타내는 조건으로 시효 열처리(제2 열처리)를 실시하고, 알루미늄 합금선을 제조했다.

제작한 각각의 발명예 및 비교예의 알루미늄 합금선에 대해서 이하에 나타내는 방법에 의해 각 특성을 측정했다. 그 결과를 표 2, 표 4에 나타낸다.

(a) 평균 결정입경

신선 방향으로 자른 공시재의 종단면을 수지로 매립하고, 기계 연마 후, 전해 연마를 행했다. 이 조직을 200 ~ 400배의 광학 현미경으로 촬영하고, JISH0501, H0502에 준하여 공차법에 의한 입경 측정을 행했다. 구체적으로는, 촬영된 사진에 신선 방향으로 평행한 직선을 긋고, 그 직선과 교차하는 입계의 수를 측정했다. 이 측정을, 알루미늄 합금 도체의 외주부 및 내부에 대해서 각각 50개 정도의 결정입계와 교차하도록 측정하고, 외주부 및 내부의 평균 결정입경으로 했다. 직선 길이는 길수록 바람직하지만, 작업성의 관점에서, 50개 정도의 결정입경을 측정할 수 있도록, 또한 직선이 길면 광학 현미경의 촬영 범위에서 벗어나 버리기 때문에 복수개의 직선을 이용하는 등 하여, 직선의 길이와 개수를 조절하여 측정했다.

(b) 파단까지의 반복 회수

내굴곡 피로 특성의 기준으로서 상온에 있어서의 스트레인(strain) 진폭은 ±0.17%로 했다. 내굴곡 피로 특성은 스트레인 진폭에 의해서 변화된다. 스트레인 진폭이 큰 경우, 피로 수명은 짧아지고, 스트레인 진폭이 작은 경우, 피로 수명은 길어진다. 스트레인 진폭은, 선재의 선 지름과 굽힘 지그의 곡률반경에 의해 결정할 수 있기 때문에, 선재의 선 지름과 굽힘 지그의 곡률반경은 임의로 설정하여 굴곡 피로 시험을 실시하는 것이 가능하다. 후지이세이미츠기카이 가부시키가이샤(현 가부시키가이샤 후지이(Fujii Co.,Ltd.))제의 양진굴곡(兩振屈曲) 피로시험기를 이용하고, 0.17%의 굽힘 스트레인이 주어지는 지그를 사용하여, 반복 굽힘을 실시하는 것으로써, 파단까지의 반복 회수를 측정했다. 본 실시예에서는, 파단까지의 반복 회수가 10만회 이상을 합격으로 했다.

(c) 내력(0.2% 내력) 및 유연성(인장 파단 연신)의 측정

JISZ2241에 준하여 각 3개씩의 공시재(알루미늄 합금선)에 대해서 인장 시험을 행하고, 오프셋법에 의해 0.2%의 규정의 영구 연신을 이용하여 0.2% 내력을 산출하고, 그 평균치를 구했다. 내력은, 차체에의 장착 작업시에 불시에 부하되는 하중을 견딜 수 있고, 또한, 와이어하네스 장착시의 작업 효율을 저하시키지 않기 위하여, 50 MPa 이상 320 MPa 이하를 합격으로 했다. 연신은, 인장 파단 연신이 5% 이상을 합격으로 했다.

(d) 도전율(EC)

길이 300 mm의 시험편을 20℃(±0.5℃)로 유지한 항온조 중에서, 4단자법을 이용하여 비저항을 각 3개씩의 공시재(알루미늄 합금선)에 대해서 측정하고, 그 평균 도전율을 산출했다. 단자간 거리는 200 mm로 했다. 도전율은 특별히 규정하지 않지만, 35% 이상을 합격으로 했다. 또한, 도전율은 45%IACS 이상이면 특히 바람직하다.

표 2의 결과로부터, 다음의 사항이 명백하다.

발명예 1 ~ 31의 알루미늄 합금선은, 모두 고도전성, 높은 내굴곡 피로 특성, 적절한 내력 및 높은 연신성을 동시에 실현할 수 있었다.

이것에 비하여, 비교예 1에서는, 1 패스 당의 가공률 및 외주부의 평균 결정입경이 본 발명의 범위 외에 있고, 이 조건에서는, 파단까지의 반복 회수가 부족했다. 비교예 2에서는, 다이스 반각 및 외주부의 평균 결정입경이 본 발명의 범위 외에 있고, 파단까지의 반복 회수가 부족했다. 비교예 3에서는, 1 패스 당의 가공률, 다이스 반각 및 외주부의 평균 결정입경이 본 발명의 범위 외에 있고, 파단까지의 반복 회수가 부족했다. 비교예 4에서는, 다이스 반각 및 외주부의 평균 결정입경이 본 발명의 범위 외에 있고, 파단까지의 반복 회수 및 내력이 부족했다.

또한, 표 4의 결과로부터, 다음의 사항이 명백하다.

발명예 32 ~ 54의 알루미늄 합금선은, 모두 고도전성, 높은 내굴곡 피로 특성, 적절한 내력 및 높은 연신성을 동시에 실현할 수 있었다.

이것에 비하여, 비교예 5(순알루미늄)에서는, Mg, Si 함유량, 1 패스 당의 가공률 및 다이스 반각이 본 발명의 범위 외에 있고, 이 조건에서는, 파단까지의 반복 회수가 부족했다. 또한, 비교예 6에서는, 1 패스 당의 가공률, 다이스 반각 및 외주부의 평균 결정입경이 본 발명의 범위 외에 있고, 파단까지의 반복 회수가 부족했다. 비교예 7에서는, Mg, Si 함유량이 본 발명의 범위 외에 있고, 파단까지의 반복 회수 및 연신이 부족하고, 내력이 과잉이 되었다.

비교예 8에서는, 함유되는 Ni 함유량이 본 발명의 범위 외에 있고, 파단까지의 반복 회수 및 연신이 부족하고, 내력이 과잉이 되었다. 비교예 9에서는, Mn 함유량이 본 발명의 범위 외에 있고, 파단까지의 반복 회수 및 도전율이 부족하고, 내력이 과잉이 되었다. 비교예 10에서는, Zr 함유량이 본 발명의 범위 외에 있고, 파단까지의 반복 회수 및 연신이 부족하고, 내력이 과잉이 되었다.

또한, 비교예 11에서는, Mg, Cr 함유량이 본 발명의 범위 외에 있고, 이 조건에서는, 신선 중에 단선이 생겼다. 비교예 12에서는, 1 패스 당의 가공률, 다이스 반각 및 외주부의 평균 결정입경이 본 발명의 범위 외에 있고, 파단까지의 반복 회수가 부족하고, 내력이 과잉이 되었다. 또한, 비교예 12는, 특허문헌 2 중의 시료 No. 18의 실시예를 모방한 것이다.

본 발명의 알루미늄 합금 도체는, Al-Mg-Si계 합금, 예를 들면 6000계 알루미늄 합금에 있어서, 외주부에 있어서의 평균 결정입경을 소정 범위의 값으로 하는 것으로써, 특히, 직경이 φ0.5 mm 이하인 극세선으로서 사용했을 경우라도, 고도전성, 높은 내굴곡 피로 특성, 적절한 내력 및 높은 연신성을 나타내는, 전기 배선체의 선재로서 이용할 수 있다. 또한, 알루미늄 합금 연선, 피복 전선, 와이어하네스 등에 사용할 수 있고, 이동체에 탑재되는 배터리 케이블, 하네스 혹은 모터용 도선, 산업용 로보트의 배선체로서 유용하다. 또한, 높은 내굴곡 피로 특성이 요구되는 도어나 트렁크, 보닛 등에 적절하게 이용할 수 있다.

21: 다이스
21a: 테이퍼 면
22: 다이스
22a: 테이퍼 면

Claims

Mg: 0.10 ~ 1.00 질량%, Si: 0.10 ~ 1.00 질량%, Fe: 0.01 ~ 2.50 질량%, Ti: 0.000 ~ 0.100 질량%, B: 0.000 ~ 0.030 질량%, Cu: 0.00 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.00 ~ 0.50 질량%, Au: 0.00 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.00 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.00 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.00 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.00 ~ 0.50 질량%, V: 0.00 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.00 ~ 0.50 질량%, Co: 0.00 ~ 0.50 질량%, Ni: 0.00 ~ 0.50 질량%, 잔부: Al 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 알루미늄 합금 도체로서,
상기 알루미늄 합금 도체의 외주부에서의 평균 결정입경이 1 ~ 35μm인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 도체.
제 1 항에 있어서,
상기 화학 조성이, Ti: 0.001 ~ 0.100 질량% 및 B: 0.001 ~ 0.030 질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는, 알루미늄 합금 도체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 화학 조성이, Cu: 0.01 ~ 1.00 질량%, Ag: 0.01 ~ 0.50 질량%, Au: 0.01 ~ 0.50 질량%, Mn: 0.01 ~ 1.00 질량%, Cr: 0.01 ~ 1.00 질량%, Zr: 0.01 ~ 0.50 질량%, Hf: 0.01 ~ 0.50 질량%, V: 0.01 ~ 0.50 질량%, Sc: 0.01 ~ 0.50 질량%, Co: 0.01 ~ 0.50 질량% 및 Ni: 0.01 ~ 0.50 질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 알루미늄 합금 도체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co, Ni의 함유량의 합계가 0.01 ~ 2.50 질량%인, 알루미늄 합금 도체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
내부의 평균 결정입경이, 상기 외주부의 평균 결정입경의 1.1배 이상인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 도체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
굴곡 피로 시험에 의해서 측정한 파단까지의 반복 회수가 10만회 이상이며, 도전율이 45 ~ 55%IACS인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 도체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
소선의 직경이 0.1 ~ 0.5 mm인 알루미늄 합금선인, 알루미늄 합금 도체.
제 7 항에 기재된 알루미늄 합금 도체를 복수개 서로 꼬아서 얻어지는 알루미늄 합금 연선.
제 7 항에 기재된 알루미늄 합금 도체 또는 제 8 항에 기재된 알루미늄 합금 연선의 외주에 피복층을 가지는 피복 전선.
제 9 항에 기재된 피복 전선과, 상기 피복 전선의, 상기 피복층을 제거한 단부에 장착된 단자를 구비하는 와이어하네스.
용해 처리, 주조 처리, 열간 혹은 냉간 가공 처리, 제1 신선 가공 처리, 중간 열처리, 제2 신선 가공 처리, 용체화 열처리 및 시효 열처리를, 이 순서로 실행하여 얻어지는 알루미늄 합금 도체의 제조 방법으로서,
상기 제1 신선 가공 처리에 있어서, 이용되는 다이스의 다이스 반각(半角)이 10 ~ 30°로 하고, 또한 1 패스당의 가공률이 10% 이하로 하고,
상기 제2 신선 가공 처리에 있어서, 이용되는 다이스의 다이스 반각을 10 ~ 30°로 하고, 또한 1 패스당의 가공률을 10% 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 도체의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 시효 열처리 전에, 피가공재의 외주부에 저스트레인의 가공을 하는 스트레인 가공 처리를 행하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 스트레인 가공 처리를 상기 용체화 열처리 중에 행하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.