本發(fā)明涉及鋁合金電線以及使用該鋁合金電線的線束。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有高的導(dǎo)電率、強度和伸長率的鋁合金電線以及使用該鋁合金電線的線束。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的用于車輛的線束的電線中的導(dǎo)體材料通常包含銅。為了應(yīng)對對電線的重量減輕的要求，近年來更多地將鋁用于導(dǎo)體材料。為了進一步減輕電線的重量，在減小鋁電線的直徑方面也已經(jīng)取得了進展。

隨著鋁電線的直徑減小，該鋁電線必要的承受載荷不可避免地降低。為了吸收在線束的制造或組裝期間施加于電線末端的端子連接部或電線自身的沖擊，要求用于電線的材料具有高的強度和伸長率。此外，當(dāng)使用鋁電線代替銅電線時，優(yōu)選地，使得用于導(dǎo)體的材料具有高的導(dǎo)電率。

為了滿足上述要求，在傳統(tǒng)的鋁電線中，已經(jīng)將預(yù)定量的元素與鋁混合。專利文獻1公開了一種鋁合金電線，該鋁合金電線以質(zhì)量計由以下構(gòu)成：0.2％～1.5％的mg；0.1％～2.0％的si；0.1％～1.0％的fe，或者總共0.1％～1.0％的fe和選自cu、cr、mn、和zr中的至少一種元素；0.08％以下的ti；0.016％以下的b；以及包括al和雜質(zhì)的余量。該鋁合金電線具有40％iacs以上的導(dǎo)電率、150mpa以上的拉伸強度、5％以上的伸長率、0.5mm以下的線徑、和50μm以下的最大顆粒尺寸。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：日本專利no.5155464

技術(shù)實現(xiàn)要素：

專利文獻1要求在提高鋁合金電線的強度的同時提高鎂和硅的量，但是產(chǎn)生這樣的問題：隨著添加的mg和si的量增加，導(dǎo)電率降低。

鑒于上述傳統(tǒng)問題，已經(jīng)做出了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供實現(xiàn)高的導(dǎo)電率以及強度和伸長率的鋁合金電線以及使用該鋁合金電線的線束。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面的鋁合金電線包括鋁合金股線，該鋁合金股線由鋁合金構(gòu)成，所述鋁合金包含：0.11～1.03原子％的范圍內(nèi)的鎂；0.10～0.90原子％的范圍內(nèi)的硅；0.005～0.25原子％的范圍內(nèi)的鎳；以及作為余量的鋁和不可避免的雜質(zhì)。該鋁合金股線具230mpa以上的拉伸強度、44％iacs以上的導(dǎo)電率、和10％以上的伸長率。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面的鋁合金電線是根據(jù)第一方面的鋁合金電線，其中，所述鋁合金股線由鋁合金構(gòu)成，所述鋁合金包含：0.11～0.91原子％的范圍內(nèi)的鎂；0.10～0.80原子％的范圍內(nèi)的硅；0.005～0.2原子％的范圍內(nèi)的鎳；以及作為余量的鋁和不可避免的雜質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面的線束包括根據(jù)第一或第二方面的鋁合金電線。

附圖說明

[圖1]圖1是示出鋁合金的導(dǎo)電率與鋁合金中的與鋁混合的各種元素的比例之間的關(guān)系的曲線。

具體實施方式

下面將詳細描述本發(fā)明的實施方式。

[鋁合金電線和線束]

根據(jù)本實施方式的鋁合金電線包括鋁合金的股線，所述鋁合金的股線包含作為基材的鋁和與鋁混合的預(yù)定元素。

當(dāng)將鋁與鎂和硅混合時，這些元素結(jié)合并且沉積在鋁母相中，從而提高了鋁合金的強度。同時，隨著添加的鎂和硅的量增加，諸如伸長率的韌性和導(dǎo)電率降低。本實施方式檢驗了第四元素，該第四元素用于提高導(dǎo)電率、強度和伸長率，同時有助于降低與鋁混合的鎂和硅的量。

首先，作為第四元素，選擇當(dāng)固溶在鋁母相中時能夠促進沉積反應(yīng)從而使晶格扭曲，即能夠隨著沉積密度的增加而提高強度的元素。特別地，選擇具有均處于鋁的原子半徑的±15％的范圍內(nèi)的原子半徑的元素。使用的元素的原子半徑是由高希米特(goldschmidt)定義的離子半徑(金屬鍵半徑)。表1示出元素的原子半徑以及鋁與各種元素之間的原子半徑的差。根據(jù)表1，具有鋁的原子半徑的±15％的范圍內(nèi)的原子半徑的元素是鉻(cr)、鐵(fe)、鎳(ni)、銅(cu)、鋅(zn)、和銀(ag)。

[表1]

*高希米特半徑＝金屬鍵半徑

接著，研究了當(dāng)與鋁混合時對導(dǎo)電率產(chǎn)生影響的元素。圖1是示出鋁與各種元素混合的鋁合金的導(dǎo)電率與添加的各種元素的比例之間的關(guān)系的曲線(出處：具有高的導(dǎo)電率以及控制的拉伸強度和伸長率的鋁合金導(dǎo)體的開發(fā)，日立電線(hitachicablereview)，第25卷，31～34頁)。如圖1所示，銻(sb)、錫(sn)和鎳(ni)是優(yōu)選的，這是由于當(dāng)這些元素量增加時幾乎不會使導(dǎo)電率降低。然而，由于銻是對環(huán)境有害的物質(zhì)，所以考慮到鋁與元素之間的原子半徑的差以及對環(huán)境的影響，選擇鎳作為第四元素。因此，通過分析能夠在不使導(dǎo)電率惡化的情況下增加鎳的量的同時實現(xiàn)更高的強度的鋁合金的組成而完成了本發(fā)明。

本實施方式的鋁合金電線包括鋁合金股線。鋁合金股線由包含鎂(mg)、硅(si)、鎳(ni)、以及作為余量的鋁和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金構(gòu)成。優(yōu)選地，鋁合金股線由鎂(mg)、硅(si)、鎳(ni)、以及鋁和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

優(yōu)選地，作為基材的鋁是具有99.7質(zhì)量％以上的純度的純鋁。在jish2102中描述的鋁錠之中，優(yōu)選地使用al99.70以上。具有99.7質(zhì)量％以上的純度的鋁錠的具體實例包括al99.70、al99.94、al99.97、al99.98、al99.99、al99.990、和al99.995。本實施方式不僅可以使用具有高價格和高純度的al99.995的鋁錠，而且可以使用具有合理價格的具有99.7質(zhì)量％的純度的鋁錠。

鎂(mg)結(jié)合到硅，并且沉積在鋁母相中，從而提高鋁合金股線的強度。然而，隨著鎂的量增加，得到的鋁合金的導(dǎo)電率和韌性趨向于降低。鑒于此，鋁合金優(yōu)選地包括0.11～1.03原子％的范圍內(nèi)，更加優(yōu)選地，0.11～0.91原子％的范圍內(nèi)的鎂。

硅(si)結(jié)合于鎂，并且沉積在鋁母相中，從而提高鋁合金股線的強度。隨著硅的量增加，得到的鋁合金的導(dǎo)電率和韌性趨向于降低。因此，鋁合金優(yōu)選地包括0.10～0.90原子％的范圍內(nèi)，更加優(yōu)選地，0.10～0.80原子％的范圍內(nèi)的硅。

本實施方式使用了在沉積密度增加時能夠?qū)崿F(xiàn)更高的強度、同時有助于降低添加的鎂和硅的量的鎳(ni)。如上所述，鎳的量的增加幾乎不會使得到的鋁合金的導(dǎo)電率降低，但是趨向于使韌性降低。因此，鋁合金優(yōu)選地包括0.005～0.25原子％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，0.005～0.2原子％的范圍內(nèi)的鎳。

上述的鎂、硅、和鎳的量包括初始包含在作為基材的鋁錠中的各種元素的量，并且不必然意指添加的各種元素的量。

除了上述的鎂、硅、和鎳之外，在本實施方式中使用的鋁合金還包括包含鋁和不可避免的雜質(zhì)的余量。可能包含在鋁合金中的不可避免的雜質(zhì)的實例包括：鐵(fe)、銅(cu)、鈦(ti)、鎵(ga)、鋅(zn)、硼(b)、釩(v)、鋯(zr)、錳(mn)、鉛(pb)、鈣(ca)、和鈷(co)。這些元素不可避免地包括在鋁合金中，而不抑制本實施方式的效果、或者對本實施方式的鋁合金的特性不產(chǎn)生任何影響。不可避免的雜質(zhì)包括初始包含在使用的純鋁錠中的元素。包含在鋁合金中的不可避免的雜質(zhì)的總量優(yōu)選地是0.15原子％以下，更加優(yōu)選地是0.12原子％以下。

包含在根據(jù)本實施方式的鋁合金電線中的鋁合金股線優(yōu)選地具有230mpa以上的拉伸強度、44％iacs以上的導(dǎo)電率、和10％以上的伸長率。具有上述拉伸強度和伸長率的鋁合金股線提高了機械強度，并且在安裝至車輛期間或安裝之后難以使得電線損壞，并且還使得能夠?qū)㈦娋€安裝在諸如車門上的鉸鏈這樣的電線重復(fù)彎曲的位置周圍。具有44％iacs以上的導(dǎo)電率的電線適于在車輛中使用?？梢愿鶕?jù)日本工業(yè)標準jisc3002(電氣用銅線和鋁線的試驗方法)來測量拉伸強度、導(dǎo)電率和伸長率。

根據(jù)本實施方式的鋁合金電線包括由鋁合金構(gòu)成的鋁合金股線作為導(dǎo)體。作為本文所使用的，術(shù)語“包括鋁合金股線”是指不僅包括包含單根導(dǎo)體的范圍(inclusion)，而且還包括包含其中多個股線(3～1500個股線，例如，7個股線)編織在一起的絞合導(dǎo)體的范圍。通常，鋁合金電線包括處于絞合導(dǎo)體形態(tài)的多個鋁合金股線。

本文使用的電線是裸絞合導(dǎo)體由任意的絕緣聚合物層覆蓋的被覆電線。得到使得將多個線束編織在一起并且與外護套組裝的線束。僅要求根據(jù)本實施方式的鋁合金電線包括包含由上述鋁合金構(gòu)成的股線的導(dǎo)體和覆蓋該導(dǎo)體的被覆層(絕緣聚合物層)。其它具體結(jié)構(gòu)、形狀和制造方法不受特別限制。

用于被覆層的聚合物可以是任意選擇的已知的電絕緣聚合物，并且其實例包括諸如交聯(lián)聚乙烯和聚丙烯的烯烴聚合物，以及偏氯乙烯?？梢赃m當(dāng)?shù)卮_定被覆層的厚度。鋁合金電線可以應(yīng)用于各種用途，諸如電氣或電子部件、機械部件、車輛部件、以及建筑材料。鋁合金電線特別優(yōu)選地用于車輛。

根據(jù)本實施方式的線束包括上述的鋁合金電線。如上所述，根據(jù)本實施方式的鋁合金電線能夠確保比傳統(tǒng)電線顯著更高的強度和導(dǎo)電率，從而實現(xiàn)鋁電線的直徑的減小并且拓寬了在各個部分的應(yīng)用。包括鋁合金電線的線束能夠?qū)崿F(xiàn)重量的減輕并且確保高的強度、耐久性和導(dǎo)電率，并且因此，適于在車輛中使用。

[鋁合金電線的制造方法]

下面將描述根據(jù)本實施方式的鋁合金電線的制造方法。

<鋁合金盤條>

鋁合金盤條是通過使鋁合金自身或其原材料經(jīng)受熔融/壓鑄并且粗拉絲鋁合金而得到的線材。使用的鋁合金可以與包括在根據(jù)本實施方式的鋁合金電線中的鋁合金股線中使用的鋁合金具有相同的組成?？梢酝ㄟ^任意已知方法進行鋁合金的粗拉絲。

鋁合金盤條通常具有圓形或者諸如三角形和方形的多邊形形狀的截面。截面尺寸，例如，當(dāng)盤條具有圓形截面時的直徑處于5mm～30mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地處于7mm～15mm的范圍內(nèi)。

在下面的固溶處理步驟中，將鋁合金用作原材料。

<固溶處理步驟>

固溶處理是將在進行固溶處理之前包含在線材中的并且尚未充分地溶解在鋁母相中的元素均勻地溶解在鋁母相內(nèi)的步驟?？梢栽谌我庖阎獥l件下進行固溶處理。

<最終拉絲步驟>

最終拉絲是對通過固溶處理得到的線材進行拉絲處理從而具有最終線徑的步驟。通過已知的干拉絲法或濕拉絲法進行最終拉絲步驟中的拉絲。如此得到的最終拉絲的線材通常具有圓形的截面。最終拉絲的線材的線徑(φ)處于例如0.1mm～0.5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地處于0.15mm～0.35mm的范圍內(nèi)。

<電線絞合步驟>

電線絞合是將通過最終拉絲得到的多個最終拉絲的線材編織在一起的步驟。

<通電退火步驟>

通電退火是對通過電線絞合而得到的絞合導(dǎo)體以12000j/sec·cm²通電0.3秒的步驟。

該步驟中的退火是用于使移動的絞合導(dǎo)體經(jīng)受退火處理的連續(xù)退火。在根據(jù)本實施方式的鋁合金電線的制造方法中，連續(xù)退火是在非常短的時間內(nèi)進行退火的關(guān)鍵步驟，從而制造具有微細晶粒的過飽和固溶體，從而使經(jīng)受下面描述的時效處理的鋁合金股線的拉伸強度和伸長率提高。由于退火的時間短至0.3秒，所以在該步驟中能夠應(yīng)用連續(xù)退火。

例如，連續(xù)退火是連續(xù)通電熱處理。連續(xù)通電熱處理是使絞合導(dǎo)體連續(xù)地通過兩個盤狀電極，并且將電流導(dǎo)入絞合導(dǎo)體中以產(chǎn)生焦耳熱，從而利用產(chǎn)生的熱使絞合導(dǎo)體連續(xù)地退火的步驟。

如此得到的退火絞合導(dǎo)體與退火之前的絞合導(dǎo)體具有大致相同的組成，但是去除了其內(nèi)部的部分或全部的處理應(yīng)變以制造再結(jié)晶顆粒，從而對絞合導(dǎo)體提供了適當(dāng)?shù)娜嵝浴Ｔ谙旅娴臅r效處理步驟中，將退火的絞合導(dǎo)體用作原材料。

<時效處理步驟>

時效處理是使通過通電退火得到的絞合導(dǎo)體在175℃經(jīng)受兩個小時的時效處理的步驟。時效處理引起鋁合金中的晶粒中形成沉積物，從而使退火的絞合導(dǎo)體時效硬化。經(jīng)受時效處理的絞合導(dǎo)體得到(resultin)包含在根據(jù)本實施方式的鋁合金電線中的鋁合金絞合導(dǎo)體。包括在鋁合金絞合導(dǎo)體中的各個股線是包括在根據(jù)本實施方式的鋁合金電線中的鋁合金股線。

通常地，鋁合金絞合導(dǎo)體的制造方法以拉絲、固溶處理、和時效處理的順序?qū)嵤８鶕?jù)本實施方式的鋁合金電線的制造方法以固溶處理、最終拉絲、電線絞合、通電退火、和時效處理的順序?qū)嵤?。即，根?jù)本實施方式的鋁合金電線的制造方法包括在固溶處理步驟之后的最終拉絲步驟、電線絞合步驟、和通電退火步驟。通過經(jīng)過上述步驟的鋁合金電線的制造方法得到鋁合金絞合導(dǎo)體，使得包括在鋁合金絞合導(dǎo)體中的鋁合金股線具有適當(dāng)?shù)膹姸群蜕扉L率。

將如此得到的鋁合金絞合導(dǎo)體用作鋁合金電線的原材料。使用通過根據(jù)本實施方式的制造方法制造的鋁合金絞合導(dǎo)體完成鋁合金電線的方法可以是任意已知方法。

根據(jù)本實施方式的鋁合金電線包括鋁合金股線，該鋁合金股線由包含0.11～1.03原子％的范圍內(nèi)的mg、0.10～0.90原子％的范圍內(nèi)的si、0.005～0.25原子％的范圍內(nèi)的ni、以及作為余量的鋁和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金構(gòu)成。鋁合金股線具有230mpa以上的拉伸強度、44％iacs以上的導(dǎo)電率、和10％以上的伸長率。根據(jù)本實施方式的鋁合金電線包括作為添加于al-mg-si合金的第四元素的鎳。因此，該鋁合金電線能夠在不使導(dǎo)電率惡化的情況下實現(xiàn)比al-mg-si合金電線高的強度。如上所述，鋁合金股線具有230mpa以上的拉伸強度和10％的伸長率。由于上述的拉伸強度和伸長率，能夠得到具有對線束的制造或組裝期間施加的過載荷的耐性和對門的打開和關(guān)閉時的彎曲變形的耐性的鋁合金電線。

更加優(yōu)選地，根據(jù)本實施方式的鋁合金電線中的鋁合金股線包括包含0.11～0.91原子％的范圍內(nèi)的mg、0.10～0.80原子％的范圍內(nèi)的si、0.005～0.2原子％的范圍內(nèi)的ni、以及作為余量的鋁和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金。如果將鎂、硅和鎳超過固溶極限地過量添加于鋁母相，則在鋁合金中產(chǎn)生粗糙的晶粒，即，添加的元素的凝聚物，這將導(dǎo)致伸長率的降低。包括處于上述范圍內(nèi)的鎂、硅和鎳的鋁合金能夠提高伸長特性。

下面將參考實例和比較例更加詳細地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這些實施例。

[試樣的制備]

通過使用以表2所示的量添加了鎂、硅和鎳的jish2102中描述的al99.7而得到具有如表2所示的組成的各種鋁合金。通過常規(guī)方法熔融各種鋁合金，并且粗拉絲，以通過連續(xù)鑄軋法制備具有9.5mm的線徑的盤條。

使鋁合金盤條在550℃經(jīng)受0.5小時的固溶處理，以得到固溶處理的線材(固溶處理步驟)。接著，通過連續(xù)拉絲機拉絲固溶處理的線材，以得到具有φ0.32mm的最終直徑的最終拉絲線材(最終拉絲步驟)。通過電線絞合機絞合所得到的多個最終拉絲線材，以得到具有0.5mm²的截面積的絞合導(dǎo)體(電線絞合步驟)。隨后，使絞合導(dǎo)體以12000j/sec·cm²經(jīng)受0.3秒的通電退火，以得到退火的絞合線(通電退火步驟)。其后，使退火的絞合導(dǎo)體在175℃經(jīng)受兩個小時的時效處理(時效處理步驟)，從而得到各個實施例的鋁合金絞合導(dǎo)體。

[評價]

拆解如此得到的鋁合金絞合導(dǎo)體，以取出鋁合金股線，并且根據(jù)jisc3002來測量鋁合金股線的拉伸強度(ts)、伸長率(el)和導(dǎo)電率(％iacs)。通過利用四點探頭法測量20℃(±0.5℃)恒溫的恒溫槽中的比電阻來計算導(dǎo)電率。將探頭之間的距離設(shè)定為1000mm。以50mm/min的拉伸速度測量拉伸強度。將具有230mpa以上的拉伸強度、44％iacs以上的導(dǎo)電率、和10％以上的伸長率的試樣評價為“a”。將具有小于230mpa的拉伸強度、小于44％iacs的導(dǎo)電率、和小于10％的伸長率的試樣評價為“b”。表2概括了如此得到的結(jié)果。

[表2]

根據(jù)表2，試樣no.2～5、7和8表現(xiàn)出優(yōu)選的拉伸強度、伸長率、和導(dǎo)電率。包含極少量的鎳的試樣no.1導(dǎo)致不充分的拉伸強度。過量地包含鎂和硅的試樣no.6導(dǎo)致不充分的導(dǎo)電率。過量地包含鎳的試樣no.9導(dǎo)致不充分的伸長率。

雖然以上已經(jīng)通過參考實例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于其描述，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的各種修改是顯而易見的。例如，上述的鋁合金股線不僅可以應(yīng)用于電線，而且可以應(yīng)用于電纜的導(dǎo)體。

日本專利申請no.p2014-246422(2014年12月5日提交)的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

工業(yè)實用性

根據(jù)本發(fā)明的鋁合金電線包括其中添加鎳作為al-mg-si合金的第四元素的鋁合金股線。因此，該鋁合金電線能夠在不使導(dǎo)電率惡化的情況下實現(xiàn)比al-mg-si合金電線更高的強度。相比傳統(tǒng)股線，該鋁合金股線展現(xiàn)出了顯著更高的強度和導(dǎo)電率，從而實現(xiàn)了鋁電線的直徑的減小以及在各個部分的應(yīng)用的拓寬，并且還有助于線束的重量的減輕。