JP6678579B2 - アルミニウム合金線及びアルミニウム合金線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気配線体の導体として用いられるアルミニウム合金導体線、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスおよびアルミニウム合金導体線の製造方法に関する。

従来、自動車、電車、航空機等の移動体の電気配線体、または産業用ロボットの電気配線体として、銅又は銅合金の導体を含む電線に、銅又は銅合金（例えば、黄銅）製の端子（コネクタ）を装着した、いわゆるワイヤーハーネスと呼ばれる部材が用いられてきた。昨今では、自動車の高性能化や高機能化が急速に進められており、これに伴い、車載される各種の電気機器、制御機器などの配設数が増加するとともに、これら機器に使用される電気配線体の配設数も増加する傾向にある。また、その一方で、環境対応のために自動車等の移動体の燃費を向上させるため、移動体の軽量化が強く望まれている。

こうした移動体の軽量化を達成するための手段の一つとして、例えば電気配線体の導体を、従来から用いられている銅又は銅合金に代えて、より軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金にする検討が進められている。アルミニウムの比重は銅の比重の約１／３、アルミニウムの導電率は銅の導電率の約２／３（純銅を１００％ＩＡＣＳの基準とした場合、純アルミニウムは約６６％ＩＡＣＳ）である。アルミニウムの導体線材に、銅の導体線材と同じ電流を流すためには、アルミニウムの導体線材の断面積を、銅の導体線材の断面積の約１．５倍と大きくする必要があるが、そのように断面積を大きくしたアルミニウムの導体線材を用いたとしても、アルミニウムの導体線材の質量は、純銅の導体線材の質量の半分程度である。よって、アルミニウムの導体線材を使用することは、軽量化の観点から有利である。なお、上記の％ＩＡＣＳとは、万国標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）の抵抗率１．７２４１×１０^−８Ωｍを１００％ＩＡＣＳとした場合の導電率を表したものである。

しかし、送電線用アルミニウム合金線材（ＪＩＳ規格によるＡ１０６０やＡ１０７０）を代表とする純アルミニウム線材では、一般に引張耐久性、耐衝撃性、屈曲特性などが劣ることが知られている。そのため、例えば、車体への取付け作業時に作業者や産業機器などによって不意に負荷される荷重や、電線と端子の接続部における圧着部での引張や、ドア部などの屈曲部で負荷される繰り返し応力などに耐えることができない。また、種々の添加元素を加えて合金化した材料は引張強度を高めることは可能であるものの、アルミニウム中への添加元素の固溶現象により導電率の低下を招くこと、アルミニウム中に過剰な金属間化合物を形成することで伸線加工中に金属間化合物に起因する断線が生じることがあった。そのため、添加元素を限定ないし選択することにより、十分な伸び特性を有することで断線しないことを必須とし、さらに、従来レベルの導電率と引張強度を確保する必要があった。

高強度アルミニウム合金線材としては、例えばＭｇとＳｉを含有するアルミニウム合金線材が知られており、このアルミニウム合金線材の代表例としては、６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）線材が挙げられる。６０００系アルミニウム合金線材は、一般に、溶体化処理及び時効処理を施すことにより高強度化を図ることができるため、６０００系アルミニウム合金線材を用いて線径１．５ｍｍ以下といった細線を製造する場合にも、溶体化処理及び時効処理を施すことで高強度化を達成することができる。

移動体の電気配線体に用いられる従来の６０００系アルミニウム合金線及びその製法は、例えば特許文献１〜４に開示されている。特許文献１では、鋳造・圧延、伸線、中間熱処理、伸線及び溶体化（再結晶）熱処理の各工程をこの順に実行する６０００系アルミニウム合金線の製造方法において、鋳造・圧延時に冷却速度１〜２０℃／ｓで１０ｍｍφの棒材を作製し、中間熱処理時に３００〜４５０℃、０．５〜４時間で中間焼鈍を行い、その後の溶体化熱処理時に４３７〜６４１℃、０．０３〜０．５４時間で仕上げ焼鈍を行うことが開示されている。また、特許文献２では、上記と同様の工程を実行する６０００系アルミニウム合金線の製造方法において、鋳造・圧延時に冷却速度１〜２０℃／ｓで１０ｍｍφの棒材を作製し、中間熱処理時に３００〜４５０℃、０．１７〜４時間で中間焼鈍を行い、その後の溶体化熱処理時に４１５〜６３３℃、０．０３〜０．５４時間で仕上げ焼鈍を行うことが開示されている。

特許文献３では、鋳造、伸線、中間熱処理、伸線及び溶体化（再結晶）熱処理の各工程をこの順に実行する６０００系アルミニウム合金線の製造方法において、鋳造時に冷却速度１０〜３００℃／ｓで鋳塊を製造し、中間熱処理時に３００〜４５０℃、１〜４時間で熱処理を施し、更に溶体化熱処理時に３００〜４５０℃、１〜４時間で熱処理を施すことが開示されている。また、特許文献４では、鋳造、伸線、中間熱処理及び伸線の各工程をこの順に実行する６０００系アルミニウム合金線の製造方法において、鋳造時に冷却速度１０〜３００℃／ｓで鋳塊を製造することが開示されている。

特許第４９８６２５２号公報 特許第４９８６２５１号公報 特開２０１０−１６３６７７号公報 特開２０１０−１６３６７６号公報

しかしながら、上記特許文献１〜４のアルミニウム合金線では、製造工程中の熱処理時に結晶粒が局所的に異常成長する場合があり、その結果圧着時における電線の塑性変形量にばらつきが生じ、端子などの被着体と圧着する際の圧着信頼性が十分でないといった問題がある。

本発明の目的は、素線径が１．５ｍｍφ以下である細線として使用した場合であっても、良好な強度を確保しつつ、圧着信頼性を向上させた電気配線体の導体として用いられるアルミニウム合金導体線、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスを提供すること、およびアルミニウム合金導体線の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅを含有するアルミニウム合金を用いることを前提とし、成分組成と製造プロセスの制御により、粒子ピンニング効果を用いて再結晶時における結晶粒の異常成長を均一に抑制し、良好な強度を確保しつつ圧着信頼性が向上する製法と組織を見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）Ｍｇを０．１〜１．０質量％、Ｓｉを０．１〜１．２０質量％およびＦｅを０．０１〜１．４０質量％、Ｔｉを０〜０．１００質量％、Ｂを０〜０．０３０質量％、Ｃｕを０〜１．００質量％、Ａｇを０〜０．５０質量％、Ａｕを０〜０．５０質量％、Ｍｎを０〜１．００質量％、Ｃｒを０〜１．００質量％、Ｚｒを０〜０．５０質量％、Ｈｆを０〜０．５０質量％、Ｖを０〜０．５０質量％、Ｓｃを０〜０．５０質量％、Ｃｏを０〜０．５０質量％およびＮｉを０〜０．５０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物である組成（ただし、上記Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、ＣｏおよびＮｉは、いずれか１成分以上含有させてもよいし、いずれの成分とも含有させなくてもよい任意添加成分である。）を有し、粒径が０．５〜５．０μｍであり、且つＦｅを含有する化合物の密度が、１〜３００個／１００００μｍ^２であることを特徴とするアルミニウム合金導体線。
（２）前記化学組成が、Ｔｉ：０．００１〜０．１００質量％およびＢ：０．００１〜０．０３０質量％からなる群から選択された１種または２種を含有する上記（１）に記載のアルミニウム合金導体線。
（３）前記化学組成が、Ｃｕ：０．０１〜１．００質量％、Ａｇ：０．０１〜０．５０質量％、Ａｕ：０．０１〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．０１〜１．００質量％、Ｃｒ：０．０１〜１．００質量％、Ｚｒ：０．０１〜０．５０質量％、Ｈｆ：０．０１〜０．５０質量％、Ｖ：０．０１〜０．５０質量％、Ｓｃ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃｏ：０．０１〜０．５０質量％およびＮｉ：０．０１〜０．５０質量％からなる群から選択された１種または２種以上を含有する上記（１）または（２）に記載のアルミニウム合金導体線。
（４）前記化学組成が、Ｎｉ：０．０１〜０．５０質量％を含有する上記（１）〜（３）のいずれかに記載のアルミニウム合金導体線。
（５）Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ｎｉの含有量の合計が０．０１〜２．００質量％である（１）〜（４）のいずれか1項に記載のアルミニウム合金導体線。
（６）素線径が０．１〜１．５ｍｍであるアルミニウム合金線である上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のアルミニウム合金導体線。
（７）上記（６）に記載のアルミニウム合金線を複数本撚り合わせて得られるアルミニウム合金撚線。
（８）上記（６）に記載のアルミニウム合金線または上記（７）に記載のアルミニウム合金撚線の外周に被覆層を有する被覆電線。
（９）上記（８）に記載の被覆電線と、該被覆電線の、前記被覆層を除去した端部に装着された端子とを具えるワイヤーハーネス。
（１０）溶解、鋳造後に、熱間加工を経て荒引線を形成し、その後、少なくとも伸線加工、溶体化熱処理および時効熱処理の各工程を行うアルミニウム合金導体線の製造方法であって、前記鋳造時の冷却速度を０．１〜５℃／ｓとすることを特徴とする、上記（１）〜（６）のいずれかに記載のアルミニウム合金導体線の製造方法。
（１１）溶解、鋳造後に、熱間加工を経て荒引線を形成し、その後、少なくとも伸線加工、溶体化熱処理および時効熱処理の各工程を行うアルミニウム合金導体線の製造方法であって、前記鋳造時の冷却速度を５℃／ｓを超える値とし、且つ前記溶体化熱処理時の昇温温度を、室温〜５５０℃の間で２０℃／ｓ以下とすることを特徴とする、上記（１）〜（６）のいずれかに記載のアルミニウム合金導体線の製造方法。

本発明のアルミニウム合金導体線は、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅを含有するアルミニウム合金を用いることを前提とし、少なくとも鋳造時の冷却速度又は溶体化熱処理時の昇温温度を制御し、所定範囲内の粒径を有するＦｅ系化合物を結晶組織に均一に分散させることで、再結晶時における異常粒成長の発生を均一に抑制することができ、母材の強度向上及び結晶粒径の均質化を実現することができる。よって、素線径が１．５ｍｍφ以下である細線として使用した場合であっても、圧着時におけるアルミニウム電線導体の塑性変形量を安定化することができ、良好な強度を確保しつつ、端子などの被着体と圧着する際の信頼性を向上させることができる。したがって本発明のアルミニウム合金導体線、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスは、移動体に搭載されるバッテリーケーブル、ハーネスあるいはモータ用導線、産業用ロボットの配線体として有用である。

本発明のアルミニウム合金導体線は、Ｍｇを０．１〜１．０質量％、Ｓｉを０．１〜１．２０質量％およびＦｅを０．０１〜１．４０質量％、Ｔｉを０〜０．１００質量％、Ｂを０〜０．０３０質量％、Ｃｕを０〜１．００質量％、Ａｇを０〜０．５０質量％、Ａｕを０〜０．５０質量％、Ｍｎを０〜１．００質量％、Ｃｒを０〜１．００質量％、Ｚｒを０〜０．５０質量％、Ｈｆを０〜０．５０質量％、Ｖを０〜０．５０質量％、Ｓｃを０〜０．５０質量％、Ｃｏを０〜０．５０質量％およびＮｉを０〜０．５０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物である組成（ただし、上記Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、ＣｏおよびＮｉは、いずれか１成分以上含有させてもよいし、いずれの成分とも含有させなくてもよい任意添加成分である。）を有し、粒径が０．５〜５．０μｍであり、且つＦｅを含有する化合物の密度が、１〜３００個／１００００μｍ^２であることを特徴とするアルミニウム合金導体線である。

本発明のアルミニウム合金導体線は、アルミニウム合金線として、または複数本のアルミニウム合金線を撚り合わせて得られるアルミニウム合金撚線として使用することができるとともに、さらに、アルミニウム合金線またはアルミニウム合金撚線の外周に被覆層を有する被覆電線として使用することもでき、加えて、被覆電線と、この被覆電線の、被覆層を除去した端部に装着された端子とを具えるワイヤーハーネス（組電線）として使用することもまた可能である。

以下に、本発明のアルミニウム合金導体線の化学組成等の限定理由を示す。
（１）化学組成
＜Ｍｇ：０．１０〜１．００質量％＞
Ｍｇ（マグネシウム）は、アルミニウム母材中に固溶して強化する作用を有するとともに、その一部はＳｉと一緒に析出物ないしは、Ｍｇ−Ｓｉクラスタを形成して引張強度、耐屈曲疲労特性および耐熱性を向上させる作用を有する元素である。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．１０質量％未満だと、上記作用効果が不十分であり、また、Ｍｇ含有量が１．００質量％を超えると、結晶粒界にＭｇ濃化部分を形成する可能性が高まり、引張強度、伸び、耐屈曲疲労特性が低下するとともに、Ｍｇ元素の固溶量が多くなることによって導電率も低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０．１０〜１．００質量％とする。なお、Ｍｇ含有量は、高強度を重視する場合には０．５０〜１．００質量％にすることが好ましく、また、導電率を重視する場合には０．１０〜０．５０質量％とすることが好ましく、このような観点から総合的に０．３０〜０．７０質量％が好ましい。

＜Ｓｉ：０．１０〜１．２０質量％＞
Ｓｉ（ケイ素）は、Ｍｇと一緒に析出物ないしは、Ｍｇ−Ｓｉクラスタを形成して引張強度、耐屈曲疲労特性、及び耐熱性を向上させる作用を有する元素である。Ｓｉ含有量が０．１０質量％未満だと、上記作用効果が不十分であり、また、Ｓｉ含有量が１．２０質量％を超えると、結晶粒界にＳｉ濃化部分を形成する可能性が高まり、引張強度、伸び、耐屈曲疲労特性が低下するとともに、Ｓｉ元素の固溶量が多くなることによって導電率も低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．１０〜１．２０質量％とする。なお、Ｓｉ含有量は、高強度を重視する場合には０．５０〜１．００質量％にすることが好ましく、また、導電率を重視する場合には０．１０〜０．５０質量％とすることが好ましく、このような観点から総合的に０．３０〜０．７０質量％が好ましい。

＜Ｆｅ：０．０１〜１．４０質量％＞
Ｆｅ（鉄）は、主にＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物を形成することによって結晶粒の微細化に寄与するとともに、引張強度および耐屈曲疲労特性を向上させる元素である。Ｆｅは、Ａｌ中に６５５℃で０．０５質量％しか固溶できず、室温では更に少ないため、Ａｌ中に固溶できない残りのＦｅは、Ａｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇなどの金属間化合物として晶出又は析出する。この金属間化合物は、結晶粒の微細化に寄与するとともに、引張強度および耐屈曲疲労特性を向上させる。また、Ｆｅは、Ａｌ中に固溶したＦｅによっても引張強度を向上させる作用を有する。Ｆｅ含有量が０．０１質量％未満だと、これらの作用効果が不十分であり、また、Ｆｅ含有量が１．４０質量％超えだと、晶出物または析出物の粗大化により圧着時の塑性変形量が所定範囲の値とならず、圧着時の導体圧着性が低下する。したがって、Ｆｅ含有量は０．０１〜１．４０質量％とし、好ましくは０．１５〜０．９０質量％、更に好ましくは０．１５〜０．４５質量％とする。

本発明のアルミニウム合金導体線は、Ｍｇ、ＳｉおよびＦｅを必須の含有成分とするが、必要に応じて、さらに、ＴｉおよびＢからなる群から選択された１種または２種、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、ＣｏおよびＮｉの１種または２種以上を含有させることができる。

＜Ｔｉ：０．００１〜０．１００質量％＞
Ｔｉは、溶解鋳造時の鋳塊の組織を微細化する作用を有する元素である。鋳塊の組織が粗大であると、鋳造において鋳塊割れや線材加工工程において断線が発生して工業的に望ましくない。Ｔｉ含有量が０．００１質量％未満であると、上記作用効果を十分に発揮することができず、また、Ｔｉ含有量が０．１００質量％超えだと導電率が低下する傾向があるからである。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１〜０．１００質量％とし、好ましくは０．００５〜０．０５０質量％、より好ましくは０．００５〜０．０３０質量％とする。

＜Ｂ：０．００１〜０．０３０質量％＞
Ｂは、Ｔｉと同様、溶解鋳造時の鋳塊の組織を微細化する作用を有する元素である。鋳塊の組織が粗大であると、鋳造において鋳塊割れや線材加工工程において断線が発生しやすくなるため工業的に望ましくない。Ｂ含有量が０．００１質量％未満であると、上記作用効果を十分に発揮することができず、また、Ｂ含有量が０．０３０質量％超えだと導電率が低下する傾向がある。したがって、Ｂ含有量は０．００１〜０．０３０質量％とし、好ましくは０．００１〜０．０２０質量％、より好ましくは０．００１〜０．０１０質量％とする。

＜Ｃｕ：０．０１〜１．００質量％＞、＜Ａｇ：０．０１〜０．５０質量％＞、＜Ａｕ：０．０１〜０．５０質量％＞、＜Ｍｎ：０．０１〜１．００質量％＞、＜Ｃｒ：０．０１〜１．００質量％＞および＜Ｚｒ：０．０１〜０．５０質量％＞、＜Ｈｆ：０．０１〜０．５０質量％＞、＜Ｖ：０．０１〜０．５０質量％＞、＜Ｓｃ：０．０１〜０．５０質量％＞、＜Ｃｏ：０．０１〜０．５０質量％＞＜Ｎｉ：０．０１〜０．５０質量％＞の１種または２種以上を含有させること
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、ＣｏおよびＮｉは、いずれも結晶粒を微細化する作用と異常な粗大成長粒の生成を抑制する元素であり、さらに、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕは、粒界に析出することで粒界強度を高める作用も有する元素であって、これらの元素の少なくとも１種を０．０１質量％以上含有していれば、上述した作用効果が得られ、引張強度、伸び、耐屈曲疲労特性を向上させることができる。一方、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、ＣｏおよびＮｉの含有量のいずれかが、それぞれ上記の上限値を超えると、該元素を含有する化合物が粗大になり、伸線加工性を劣化させるため、断線が生じやすく、また、導電率が低下する傾向がある。したがって、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、ＣｏおよびＮｉの含有量の範囲は、それぞれ上記の範囲とした。なお、この元素群の中で、特にＮｉを含有するのが好ましい。Ｎｉを含有すると、結晶粒微細化効果と異常粒成長抑制効果が顕著になり引張強度と伸びが向上する。また、導電率の低下と伸線加工中の断線をより抑制しやすくなる。この効果が顕著になるので、Ｎｉの含有量は０．０５〜０．３質量％であるのが更に好ましい。

また、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、ＣｏおよびＮｉは、多く含有するほど導電率が低下する傾向と伸線加工性が劣化する傾向がある。したがって、これらの元素の含有量の合計は、２．００質量％以下とするのが好ましい。本発明のアルミニウム合金導体線ではＦｅは必須元素なので、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、ＣｏおよびＮｉの含有量の合計は０．０１〜２．００質量％とする。これらの元素の含有量の合計は、０．１０〜２．００質量％とするのが更に好ましい。ただし、これらの元素を単独で添加する場合は、含有量が多いほど該元素を含有する化合物が粗大になる傾向にあり、伸線加工性を劣化させ、断線が生じやすくなることから、それぞれの元素において上記の規定の含有範囲とした。

なお、高導電率を保ちつつ、引張強度や伸び、耐力値を向上させるには、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、ＣｏおよびＮｉの含有量の合計は、０．０１〜０．８０質量％が特に好ましく、０．０５〜０．６０質量％が更に好ましい。一方で、導電率はやや低下するが更に引張強度、伸び、耐力値を向上させるためには、０．８０超〜２．００質量％が特に好ましく、１．００〜２．００質量％が更に好ましい。

＜残部：Ａｌおよび不可避不純物＞
上述した成分以外の残部はＡｌ（アルミニウム）および不可避不純物である。ここでいう不可避不純物は、製造工程上、不可避的に含まれうる含有レベルの不純物を意味する。不可避不純物は、含有量によっては導電率を低下させる要因にもなりうるため、導電率の低下を加味して不可避不純物の含有量をある程度抑制することが好ましい。不可避不純物として挙げられる成分としては、例えば、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂなどが挙げられる。

このようなアルミニウム合金導体線は、合金組成や製造プロセスを組み合わせて制御することにより実現できる。以下、本発明のアルミニウム合金導体線の好適な製造方法について説明する。

（２）Ａｌ母相中の化合物
本発明のアルミニウム合金導体線には、粒径が０．５〜５．０μｍであり、かつＦｅを含有する化合物が、１〜３００個／１００００μｍ^２の密度で存在する。この化合物の粒径は、好ましくは、１．０〜５．０μｍである。この化合物の密度は、好ましくは、１０〜１００個／１００００μｍ^２である。すなわち所定範囲内の粒径を有するＦｅ系化合物を均一に分散させることで、結晶粒の異常成長を均一に抑制することができ、この結果圧着時の塑性変形量が安定化する。したがって、良好な強度を実現するとともに被着体と圧着する際の圧着信頼性を達成することができ、機械的、電気的な接続信頼性の高いワイヤーハーネス用のアルミニウム合金導体線を提供することができる。Ｆｅを含有する粒径０．５〜５．０μｍである化合物の密度が１個／１００００μｍ^２未満であると、ピンニング効果が小さいことから粗大粒が発生しやすくなり、耐衝撃性が低下する。また、粒径０．５〜５．０μｍであるＦｅを含有する化合物の密度が３００個／１００００μｍ^２を超えると、強度が低下しやすくなる。なお、化合物がＦｅを含有するか否かの判定は、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）を用いて行ない、また、粒子の粒径は、アルミニウム合金導体線の断面にて観察された粒子の面積を、フリーソフト「ImageJJ」を用いて測定し、円等価に換算した際の直径（円相当径）で評価した値である。また、粒径０．５〜５．０μｍであるＦｅを含有する化合物の個数密度（個／１００００μｍ^２）は、イオンミリング法によって、アルミニウム合金導体線の断面中心が観察できるまで加工し、加工した断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察し、視野サイズ（１０００μｍ^２）内に存在する、粒径０．５〜５．０μｍのＦｅ系化合物の個数を測定し、測定したＦｅ系化合物の個数を１０倍して１００００μｍ^２当たりに換算することにより求めた。なお、前記化合物の個数密度の数値は、アルミニウム合金導体線の長手方向に沿って間隔をおいて位置する、異なる３つの断面位置、具体的には、第１の断面位置を任意に決めた位置とし、第２の断面位置を、第１の断面位置から１０００ｍｍ以上（例えば１０００ｍｍ）離れた位置とし、第３の断面位置を、第１の断面位置から２０００ｍｍ以上（例えば２０００ｍｍ）離れた位置でかつ第２の断面位置から１０００ｍｍ以上（例えば１０００ｍｍ）離れた位置とし、これら第１〜第３の断面位置で求めた前記化合物の個数密度の平均値を意味する。

（３）本発明のアルミニウム合金導体線の製造方法
本発明のアルミニウム合金導体線は、［１］溶解、［２］鋳造、［３］熱間加工（溝ロール加工など）、［４］第１伸線加工、［５］第１熱処理(中間熱処理)、［６］第２伸線加工、［７］第２熱処理（溶体化熱処理）、および［８］第３熱処理（時効熱処理）の各工程を順次行うことを含む製造方法によって製造することができる。なお、第２熱処理前後、または時効熱処理の後に、撚り線とする工程や電線に樹脂被覆を行う工程を設けてもよい。以下、［１］〜［８］の工程について説明する。

［１］溶解
溶解は、上述したアルミニウム合金組成になるように各成分の分量を調整して溶製する。

［２］鋳造および［３］熱間加工（溝ロール加工など）
次いで、鋳造輪とベルトを組み合わせたプロペルチ式の連続鋳造圧延機を用いて、溶湯を水冷した鋳型で鋳造し、連続して圧延を行い、例えば直径５〜１３ｍｍφの適宜の太さの棒材とする。このときの鋳造時の冷却速度は、０．１〜５．０℃／ｓであり、好ましくは０．１〜１．０℃／である。鋳造時の冷却速度が０．１℃／ｓ未満であると、鋳造時冷却速度が遅すぎるため、所定面積中に存在する粒径０．５〜５．０μｍのＦｅ系化合物数（個／１００００μｍ^２）が多くなり過ぎて、強度が低下する。一方、鋳造時の冷却速度が５．０℃／ｓを超える場合には、後述する溶体化熱処理（第２熱処理）時の昇温速度が、室温〜５５０℃までの間で２０℃／ｓよりも大きいと、鋳造時の冷却速度および溶体化熱処理時の昇温速度が速すぎるため、所定面積中に存在する粒径０．５〜５．０μｍのＦｅ系化合物数が少なくなり、結晶粒が粗大化して異常成長粒が生成しやすくなる結果、衝撃耐久性や、圧着部の電線圧着性が低下する。このため、本発明では、鋳造時の冷却速度が５．０℃／ｓを超える場合には、第２熱処理時の昇温速度を、室温〜５５０℃までの間で２０℃／ｓ以下に制限することとした。この鋳造及び熱間圧延は、ビレット鋳造及び押出法などにより行ってもよい。

［４］第１伸線加工
次いで、表面の皮むきを実施して、例えば直径５ｍｍ〜１２．５ｍｍφの適宜の太さの棒材とし、これを冷間で伸線加工する。加工度ηは、１〜６の範囲であることが好ましい。ここで加工度ηは、伸線加工前の線材断面積をＡ_０、伸線加工後の線材断面積をＡ_１とすると、η＝ｌｎ（Ａ_０／Ａ_１）で表される。加工度ηが１未満だと、次工程の熱処理時、再結晶粒が粗大化し、引張強度及び伸びが著しく低下し、断線の原因になるおそれがある。また、加工度ηが６よりも大きいと、伸線加工が困難となり、伸線加工中に断線するなど品質の面で問題を生ずるおそれがあるからである。表面の皮むきは、行うことによって表面の清浄化がなされるが、行わなくてもよい。

［５］第１熱処理（中間熱処理）
次に、冷間伸線した被加工材に第１熱処理を施す。この第１熱処理は、具体的には、３００〜４８０℃の範囲内で所定温度まで加熱し、保持時間０．０５〜６時間で保持する。本発明の第１熱処理は、被加工材の柔軟性を取り戻し、伸線加工性を高めるために行うものである。伸線加工性が十分であり、断線が生じなければ第１熱処理は行わなくてもよい。

［６］第２伸線加工
上記第１熱処理の後、さらに冷間で伸線加工を施す。この際の加工度ηは１〜６の範囲が好ましい。加工度ηは、再結晶粒の形成及び成長に影響を及ぼす。加工度ηが１よりも小さいと、次工程の熱処理時、再結晶粒が粗大化し、引張強度及び伸びが著しく低下する傾向があり、また、加工度ηが６よりも大きいと、伸線加工が困難となり、伸線加工中に断線するなど品質の面で問題を生ずる傾向があるからである。なお、第１熱処理を行わない場合、第１伸線加工と第２伸線加工は連続で行ってもよい。

［７］第２熱処理（溶体化熱処理）
伸線加工した加工材に第２熱処理を施す。本発明の第２熱処理は、ランダムに含有されているＭｇとＳｉの化合物をアルミニウム母相中に溶け込ませるために行う溶体化熱処理である。溶体化処理は、加工中にＭｇやＳｉの濃化部分をならす（均質化する）ことができ、最終的な時効熱処理後でのＭｇとＳｉの化合物の粒界偏析の抑制につながる。第２熱処理は、具体的には、上記鋳造時の冷却速度が５℃／ｓを超える場合、室温〜５５０℃までの間では昇温速度２０℃／ｓ以下で、４８０〜６２０℃の範囲内の所定温度まで加熱し、保持し、その後、急冷する熱処理である。鋳造時の冷却速度が５℃／ｓを超え、且つ第２熱処理における昇温速度が２０℃／ｓを超える場合、鋳造時冷却速度あるいは溶体化熱処理時の昇温速度が速すぎるため、所定面積中に存在する粒径０．５〜５．０μｍのＦｅ系化合物数が少なくなり、結晶粒が粗大化して異常成長粒が生成し、衝撃耐久性が低下する。また、第２熱処理の加熱時の所定温度が６２０℃よりも高いと、結晶粒が粗大化し、同所定温度が４８０℃よりも低いと、Ｆｅ系化合物を分散して析出させることができない。なお、本発明における異常成長粒とは、線径に対して１〜２個程度の粗大化した結晶粒であり、直径が５０μｍ以上であるものを指す。したがって、第２熱処理における加熱時の所定温度は４８０〜６２０℃の範囲とし、好ましくは５２０〜５８０℃の範囲とする。一方、上記鋳造時の冷却速度が０．１〜５℃／ｓである場合、第２熱処理時における昇温速度の範囲は特に制限されないが、例えば５〜８０℃／ｓである。

第２熱処理を行う方法としては、例えば、高周波加熱でも、通電加熱、走間加熱などの連続熱処理でもよい。

高周波加熱や通電加熱を用いた場合、通常は線材に電流を流し続ける構造になっているため、時間の経過とともに線材温度が上昇する。そのため、電流を流し続けると線材が溶融してしまう可能性があるので、適正な時間範囲にて熱処理を行う必要がある。走間加熱を用いた場合においても、短時間の焼鈍であるため、通常、走間焼鈍炉の温度は線材温度より高く設定される。長時間の熱処理では線材が溶融してしまう可能性があるため、適正な時間範囲にて熱処理を行う必要がある。以下、各方法による熱処理を説明する。

高周波加熱による連続熱処理は、高周波による磁場中を線材が連続的に通過することで、誘導電流によって線材自体から発生するジュール熱により熱処理するものである。急熱、急冷の工程を含み、線材温度と熱処理時間で制御し線材を熱処理することができる。冷却は、急熱後、水中又は窒素ガス雰囲気中に線材を連続的に通過させることによって行う。この熱処理時間は０．０１〜２ｓ、好ましくは０．０５〜１ｓ、より好ましくは０．０５〜０．５ｓで行う。

連続通電熱処理は、２つの電極輪を連続的に通過する線材に電流を流すことによって線材自体から発生するジュール熱により熱処理するものである。急熱、急冷の工程を含み、線材温度と熱処理時間で制御し線材を熱処理することができる。冷却は、急熱後、水中、大気中又は窒素ガス雰囲気中に線材を連続的に通過させることによって行う。この熱処理時間は０．０１〜２ｓ、好ましくは０．０５〜１ｓ、より好ましくは０．０５〜０．５ｓで行う。

連続走間熱処理は、高温に保持した熱処理炉中を線材が連続的に通過して熱処理させるものである。急熱、急冷の工程を含み、熱処理炉内温度と熱処理時間で制御し線材を熱処理することができる。冷却は、急熱後、水中、大気中又は窒素ガス雰囲気中に線材を連続的に通過させることによって行う。この熱処理時間は好ましくは０．５〜３０ｓで行う。

線材温度又は熱処理時間の一方又は両方が上記で定義される条件より低い場合は、溶体化が不完全になりＦｅ系化合物の析出が少なくなり、引張強度、耐衝撃性の向上幅が小さくなる。線材温度又は焼鈍時間の一方又は両方が上記で定義される条件より高い場合は、結晶粒が粗大化するとともに、アルミニウム合金導体中の化合物相の部分溶融（共晶融解）が起こり、引張強度、伸びが低下し、導体線の取り扱い時に断線が起こりやすくなる。

［８］第３熱処理（時効熱処理）
次いで、第３熱処理を施す。この第３熱処理は、針状のＭｇ_２Ｓｉ析出物を析出させ、引張強度を向上させるために行う。時効熱処理における加熱温度は、１００〜２５０℃、加熱時間は、０．５〜１５時間である。前記加熱温度が１００℃未満であると、針状のＭｇ_２Ｓｉ析出物を十分に析出させることができず、強度、耐屈曲疲労特性および導電率が不足しがちである。また、前記加熱温度が２５０℃よりも高いと、Ｍｇ_２Ｓｉ析出物のサイズが大きくなるため、導電率は上昇するが、強度および耐屈曲疲労特性が不足しがちである。

本発明のアルミニウム合金導体線は、素線径を、特に制限はなく用途に応じて適宜定めることができるが、細物線の場合は０．１〜０．５ｍｍφ、中細物線の場合は０．８〜１．５ｍｍφが好ましい。本発明のアルミニウム合金導体線は、アルミニウム合金線として、単線で細くして使用できることが利点の一つであるが、複数本束ねて撚り合わせて得られるアルミニウム合金撚線として使用することもでき、本発明の製造方法を構成する上記［１］〜［８］の工程のうち、［１］〜［６］の各工程を順次行ったアルミニウム合金線を複数本に束ねて撚り合わせた後に、［７］第２熱処理および［８］時効熱処理の工程を行ってもよい。

また、本発明では、さらに追加の工程として、連続鋳造圧延後に、従来法で行われているような均質化熱処理を行なうことも可能である。均質化熱処理は、添加元素の析出物(主にＭｇ−Ｓｉ系化合物)を均一に分散させることができるため、その後の第１熱処理にて均一な結晶組織が得られやすくなる結果、引張強度、伸び、耐力値の向上がより安定して得られる。均質化熱処理は、加熱温度を４５０℃〜６００℃、加熱時間を１〜１０時間にて行なうことが好ましく、より好ましくは５００〜６００℃である。また、均質化加熱処理における冷却は、０．１〜１０℃／分の平均冷却速度で徐冷することが、均一な化合物が得られやすくなる点で好ましい。

本発明を以下の実施例に基づき詳細に説明する。なお本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。

（実施例、比較例）
Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＡｌと、選択的に添加するＴｉ、Ｂ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｏ、ＮｉおよびＺｒを、表１に示す含有量（質量％）になるようにプロペルチ式の連続鋳造圧延機を用いて、溶湯を水冷した鋳型で連続的に鋳造しながら圧延を行い、約９．５ｍｍφの棒材とした。このときの鋳造時の冷却速度はそれぞれ表２に示す値とした。これを所定の伸線度が得られるように第１伸線加工を施した。次に、この第１伸線加工を施した加工材に、３００〜４８０℃、０．０５〜６時間で第１熱処理を施し、さらに０．３１ｍｍφの線径まで第２伸線加工を行った。次に、それぞれ表２に示す昇温温度、最高到達温度４８０〜６２０℃で第２熱処理を施した。第１熱処理における、バッチ式熱処理では、線材に熱電対を巻きつけて線材温度を測定した。第１、第２熱処理における連続走間熱処理では、熱処理区間出口付近の線材温度を測定した。第２熱処理後に、１００〜２５０℃、０．０５〜１２時間で時効熱処理を施し、仕上げ径０．１〜１．５ｍｍφのアルミニウム合金線を製造した。

作製した各々の実施例及び比較例のアルミニウム合金線について以下に示す方法により各特性を測定した。その結果を表２に示す。なお、表２における「合金Ｎｏ．」の欄に記載されている数字は、表１における合金Ｎｏ．１〜１７に対応している。

（Ａ）粒径が０．５〜５．０μｍであり、かつＦｅを含有する化合物の密度の測定
実施例及び比較例のアルミニウム合金導体線をＦＩＢ法にて薄膜にし、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、観察倍率５００〜５０００倍で、１００００μｍ^２の範囲を観察した。この観察範囲において、粒径が０．５〜５．０μｍであり、かつＦｅを含有する化合物の個数を数えて密度（個／μｍ^２）とした。なお、粒子の粒径は、観察された粒子の面積を円等価に換算した際の直径（円相当径）で評価した。

（Ｂ）圧着部の電線圧着性の評価
アルミニウム合金線の端部に端子を圧着し、圧着前に対する圧着後のアルミニウム合金導体線の塑性変形量を測定し、塑性変形量が５５〜６５％である場合を合格レベルとし、５５％未満、あるいは６５％を超えた場合を不合格レベルとした。

（Ｃ）強度（ＹＳ）（０．２％耐力）の測定
ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて各３本ずつの供試材（アルミニウム合金線）について引張試験を行い、その後、０．２％耐力を算出し、その平均値を求めた。強度は、電線と端子の接続部における圧着部の強度を保つため、８０ＭＰａ以上を合格レベルとし、８０ＭＰａ未満を不合格レベルとした。

表２の結果より、次のことが明らかである。発明例１〜２５のアルミニウム合金線は、いずれも良好な強度を有するとともに、電線圧着性が優れていた。これに対し、比較例１〜４、６〜９、１３〜１６、１８および２０〜２３のアルミニウム合金線は、いずれも鋳造時の冷却速度が０．１℃／ｓ未満と本発明の範囲外であり、粒径０．５〜５．０μｍであるＦｅ系化合物の密度が本発明の範囲外となり、強度が劣っていた。また、比較例５、１０〜１２、１７および１９のアルミニウム合金線は、いずれも鋳造時の冷却速度が１５℃／ｓ以上でかつ溶体化熱処理時の昇温温度が５０℃／ｓ以上であって本発明の範囲外であり、前記Ｆｅ系化合物の密度が本発明の範囲外となり、圧着部の電線圧着性が劣っていた。

本発明のアルミニウム合金導体線は、良好な強度を確保しつつ、電線圧着性を向上させた、電気配線体の導体として用いられるアルミニウム合金導体線、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスを提供すること、およびアルミニウム合金導体線の製造方法を提供することが可能になり、移動体に搭載されるバッテリーケーブル、ハーネスあるいはモータ用導線、産業用ロボットの配線体として有用である。さらに、本発明のアルミニウム合金導体線は、強度が高いことから従来の電線よりも電線径を細くすることが可能である。

Claims (9)

1. Ｍｇを０．４０〜０．６０質量％、Ｓｉを０．３５〜０．８０質量％およびＦｅを０．２０〜１．０質量％、Ｔｉを０．００１〜０．１００質量％、Ｂを０．００１〜０．０３０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物である組成を有し、粒径が０．５〜５．０μｍであり、且つＦｅを含有する化合物の密度が、１〜３００個／１００００μｍ^２である、
   ことを特徴とするアルミニウム合金線。
2. 前記化学組成が、Ｍｎ：０．０４〜０．０５質量％、およびＮｉ：０．０５〜０．１０質量％からなる群から選択された１種または２種を更に含有する請求項１に記載のアルミニウム合金線。
3. 仕上げ径が０．１〜１．５ｍｍである、請求項１又は２に記載のアルミニウム合金線。
4. 請求項３に記載のアルミニウム合金線を複数本撚り合わせて得られるアルミニウム合金撚線。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金線または請求項４に記載のアルミニウム合金撚線の外周に被覆層を有する被覆電線。
6. 請求項５に記載の被覆電線と、該被覆電線の、前記被覆層を除去した端部に装着された端子とを具えるワイヤーハーネス。
7. 溶解、鋳造後に、熱間加工を経て荒引線を形成し、その後、少なくとも伸線加工、溶体化熱処理および時効熱処理の各工程を行うアルミニウム合金導体線の製造方法であって、
   前記鋳造時の冷却速度を０．１〜５℃／ｓとすること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
8. 溶解、鋳造後に、熱間加工を経て荒引線を形成し、その後、少なくとも伸線加工、溶体化熱処理および時効熱処理の各工程を行うアルミニウム合金線の製造方法であって、
   前記鋳造時の冷却速度を５℃／ｓを超える値とし、且つ前記溶体化熱処理時の昇温温度を、室温〜５５０℃の間で２０℃／ｓ以下とすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
9. 溶解、鋳造後に、熱間加工を経て荒引線を形成し、その後、少なくとも伸線加工、溶体化熱処理および時効熱処理の各工程を行うアルミニウム合金線の製造方法であって、
   前記鋳造時の冷却速度を０．１〜５℃／ｓとするものであり、
   前記アルミニウム合金線が、
   Ｍｇを０．４０〜０．６０質量％、Ｓｉを０．３５〜０．８０質量％およびＦｅを０．２０〜１．０質量％、Ｔｉを０．００１〜０．１００質量％、Ｂを０．００１〜０．０３０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物である組成を有し、粒径が０．５〜５．０μｍであり、且つＦｅを含有する化合物の密度が、１〜３００個／１００００μｍ^２であること、
   を特徴とするアルミニウム合金線の製造方法。