(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ：０．０３乃至０．５質量％、Ｍｎ：０．００５乃至０．３質量％、Ｆｅ：０．０５乃至１．０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｓｉ：０．２質量％以下に規制した組成を有し、圧延率３０乃至８０％にて冷間圧延を施し、加熱速度２０℃／時以上で３００℃以上に加熱した後、２０℃／時以上の冷却速度で冷却したものであって、結晶粒径が３５乃至３００μｍであり、表面に形成された酸化皮膜の平均膜厚が１０ｎｍ以下であると共に、導電率が５８％ＩＡＣＳ以上、１６０℃における応力緩和率が６０％以下であることを特徴とするかしめ加工用アルミニウム合金板。
【請求項２】
アルミニウム合金を溶解し、鋳造し、均質化熱処理し、熱間圧延し、その後、圧延率３０乃至８０％にて冷間圧延を施し、加熱速度２０℃／時以上で３００℃以上に加熱した後、２０℃／時以上の冷却速度で冷却することにより、Ｃｕ：０．０３乃至０．５質量％、Ｍｎ：０．００５乃至０．３質量％、Ｆｅ：０．０５乃至１．０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｓｉ：０．２質量％以下に規制した組成を有し、結晶粒径が３５乃至３００μｍであり、表面に形成された酸化皮膜の平均膜厚が１０ｎｍ以下であると共に、導電率が５８％ＩＡＣＳ以上、１６０℃における応力緩和率が６０％以下であるかしめ加工用アルミニウム合金板を製造することを特徴とするかしめ加工用アルミニウム合金板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、かしめ加工用アルミニウム合金板及びその製造方法に関し、特に１２０乃至１６０℃の温度域でも応力緩和することなく使用できるかしめ加工用アルミニウム合金板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金は軽量で強度が高く、熱及び電気伝導性、並びに耐食性に優れていることから、飲料缶及び鍋等の日用品、エンジン及びその周辺部品、並びに電線等の幅広い分野で使用されている。
【０００３】
その一方で、アルミニウム合金は、例えば、ボルト形状に加工した後にネジ止めに供した場合、１２０乃至１６０℃程度の温度環境下で長期間使用すると、応力緩和により締結強度が低下しやすいため、この温度域で使用されることはなかった。
【０００４】
また、かしめ加工に際しても同様で、１２０乃至１６０℃の温度範囲では応力緩和が顕著であるため、アルミニウム合金はかしめ部を有する部品にも使用されることはなかった。
【０００５】
上述したように、アルミニウム合金は、１２０乃至１６０℃程度の温度条件下ではクリープ又は応力緩和現象が顕著となるため、単独で使用されることはほとんどなく、ボルト止め又はねじ切り等においてはＳＵＳ等の他の金属と併用され、また多少の変形が許容できる用途のみで使用されているのが現状である。
【０００６】
なお、電気自動車の電池群、電気機器（インバータ、モータ等）間を電気的に接続したり、各電池間の接続、インバータ内の回路等の大電流を通電するための導電体（端子類）に、従来の銅に比べて軽量なアルミニウム合金を使用することが提案されている（特許文献１：特開２０００−２０７９４０号公報）。この公報には、ＪＩＳ規格Ｈ４１８０において規定されるアルミニウム又はアルミニウム合金の１０６０、６１０１、６０６３及び６０６１合金等を比較し、アルミニウム導体としては、強度と導電率が優れた６１０１合金相当材が最も適していると記載されている。
【０００７】
一方、銅合金は導電性が優れていることから、電線及び端子類に使用されており、その多くの部分でかしめ加工が施され、応力緩和は一般的な評価試験となっている（非特許文献１参照）。
【０００８】
また、１２０乃至１６０℃の温度下での銅合金の応力緩和特性は、ＪＩＳ規格Ｈ３２５０において規定されるＣ２６００（７０％Ｃｕ−Ｚｎ合金）を１６０℃の温度に１０００時間保持した場合、残存応力２０％以下（応力緩和８０％強）であることが開示されている（非特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２０７９４０号公報
【非特許文献１】
村上陽太郎編、「銅および銅合金の基礎と工業技術」、第１版、日本伸銅協会、昭和６３年５月２５日、ｐ．３８４
【非特許文献２】
村上陽太郎編、「伸銅品データブック」、第１版、日本伸銅協会、平成９年８月１日、ｐ．１８７
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、変形が許容されない部品においても、軽量化の要求が強くなれば、アルミニウム合金を単独で使用する必要性が生じる。
【００１１】
この場合に、アルミニウム合金を端子材に使用することは既に提案されているが（特許文献１）、従来のアルミニウム合金は、かしめ加工用としては性能的に不十分である。従って、クリープ及び応力緩和が少なく、アルミニウム合金を単独で使用しても、変形しにくく、変形が許容されない部品への適用を可能とするアルミニウム合金の開発が強く要望されている。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高い導電性を有し、初期に強い応力でボルト締め及びかしめが可能であり、また１２０乃至１６０℃の温度下に長時間放置されても強度低下が少なく、１２０乃至１６０℃の温度域において応力緩和が少ないアルミニウム合金板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るかしめ加工用アルミニウム合金板は、Ｃｕ：０．０３乃至０．５質量％、Ｍｎ：０．００５乃至０．３質量％、Ｆｅ：０．０５乃至１．０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｓｉ：０．２質量％以下に規制した組成を有し、圧延率３０乃至８０％にて冷間圧延を施し、加熱速度２０℃／時以上で３００℃以上に加熱した後、２０℃／時以上の冷却速度で冷却したものであって、結晶粒径が３５乃至３００μｍであり、表面に形成された酸化皮膜の平均膜厚が１０ｎｍ以下であると共に、導電率が５８％ＩＡＣＳ以上、１６０℃における応力緩和率が６０％以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るかしめ加工用アルミニウム合金板の製造方法は、アルミニウム合金を溶解し、鋳造し、均質化熱処理し、熱間圧延し、その後、圧延率３０乃至８０％にて冷間圧延を施し、加熱速度２０℃／時以上で３００℃以上に加熱した後、２０℃／時以上の冷却速度で冷却することにより、上記構成のかしめ加工用アルミニウム合金を製造することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、具体的に説明する。本発明者らは、アルミニウム合金と前記応力緩和特性との関係を前述した応力緩和試験により鋭意実験研究し、その結果、高い導電性を有し、且つ、応力緩和が少ないアルミニウム合金板を開発するに至った。なお、応力緩和が少ない場合に応力緩和性が向上し、逆に、応力緩和が大きい場合に応力緩和性が低下したものとなることはいうまでもない。
【００１６】
以下に、本発明のアルミニウム合金板の成分添加理由及び組成限定理由について詳細に説明する。
【００１７】
Ｃｕ：０．０３乃至０．５質量％
本発明のかしめ加工用アルミニウム合金板に含まれるＣｕは、材料強度及び応力緩和特性に影響する元素である。Ｃｕ含有量が０．０３質量％未満では、材料強度が低下し、応力緩和が大きくなる。逆に、Ｃｕ含有量が０．５質量％を超えると、耐食性が低下すると共に、かしめ加工性が低下する。このため、Ｃｕ含有量は、０．０３乃至０．５質量％とする。
【００１８】
Ｍｎ：０．００５乃至０．３質量％
Ｍｎは、Ｃｕと同様に材料強度及び応力緩和特性に影響を及ぼす元素である。Ｍｎ含有量が０．００５質量％未満では、応力緩和が大きくなり、Ｍｎ含有量が０．３質量％を超えると、かしめ加工性が低下し、同時に応力緩和も大きくなる。このため、Ｍｎ含有量は、０．００５乃至０．３質量％とする。
【００１９】
Ｆｅ：０．０５乃至１．０質量％
Ｆｅ含有量が０．０５質量％未満では、材料強度が低下し、応力緩和が大きくなる。また、Ｆｅが１．０質量％を超えると、かしめ加工性が低下し、同時に、応力緩和も大きくなる。従って、Ｆｅ含有量は、０．０５乃至１．０質量％とする。
【００２０】
不可避的不純物
Ｓｉ：０．２質量％以下
不可避的不純物であるＳｉの含有量が０．２質量％を超えると、かしめ加工性が低下し、応力緩和が大きくなる。従って、Ｓｉ含有量は０．２％以下に規制する。なお、Ｓｉは、スクラップ等を原材料として使用した場合に、不可避的にアルミニウム合金中に混入する。
【００２１】
なお、固溶したＣｕ、Ｍｎ、Ｆｅ及びＳｉが転位を捕獲して転位の移動を抑制し、応力緩和性を向上させる。このため、固溶可能な範囲で上記各元素を増加させた方が、応力緩和性の向上に及ぼす効果は大きい。
【００２２】
その他の不可避的不純物
Ｃｒは、結晶粒を微細化し易いため、その含有量を０．３質量％以下に規制する。Ｚｎは、含有量が０．３質量％を超えると応力緩和性が低下するため、０．３質量％以下に規制する。Ｔｉは、鋳塊組織微細化に寄与するが、含有量が０．１質量％を超えると応力緩和性が低下するため、０．１質量％以下に規制する。Ｚｒは、含有量が０．１５質量％を超えると巨大化合物Ａｌ３Ｚｒを生成し易くなり、かしめ加工性を劣化させるため、０．１５質量％以下に規制する。
【００２３】
結晶粒径：３５乃至３００μｍ
結晶粒径が３５μｍ未満になると、転位の消滅サイトである粒界までの距離が短くなり、且つ粒界の面積も大きくなるため、応力緩和特性が低下する。また、結晶粒径を大きくすると、転位の消滅サイトである粒界までの距離が長くなり、且つ粒界の面積も小さくなり、応力緩和性が向上する。一方、結晶粒径が３００μｍを超えると、かしめ加工時に肌割れ又は割れの原因となる。従って、本発明においては、結晶粒径は３５乃至３００μｍとする。
【００２４】
酸化皮膜の平均膜厚が１０ｎｍ以下
アルミニウム合金板の表面に形成される酸化皮膜の平均膜厚が１０ｎｍを超えると、例えば、銅製端子材で求められているＮｉメッキ処理をアルミニウム合金に適用した場合に、Ｎｉメッキ膜の密着性を高めるために行う前処理が不十分なときに、前処理において酸化皮膜を完全に除去できず、接触抵抗が大きくなる。また、酸化皮膜が厚すぎると、ＮｉＰメッキ膜の密着性も低下する。このため、酸化皮膜の平均膜厚は、１０ｎｍ以下とする。
【００２５】
導電率：５８％ＩＡＣＳ以上
導電率が５８％ＩＡＣＳ未満では、導電体としての用途に適用できない。従って、かしめ加工用アルミニウム合金板の導電率は５８％ＩＡＣＳ以上とする。ここで、ＩＡＣＳとは、International Annealed Copper Standardのことであり、純銅焼鈍材の導電率を１００％としたときの導電率をいう。
【００２６】
１６０℃における応力緩和率：６０％以下
１６０℃における応力緩和率が６０％を超えると、強度が低下し、ボルト締め及びかしめ加工が困難になり、自動車部品等として使用に供し得ない。このため、１６０℃における応力緩和率は６０％以下とする。
【００２７】
次に、本発明のかしめ加工用アルミニウム合金板の製造方法の各条件の数値限定理由について説明する。
冷間圧延率３０乃至８０％
冷間圧延率が３０％未満では、アルミニウム合金の結晶粒径が大きくなり、かしめ加工時に肌荒れ又は割れの原因となる。また、冷間圧延率が８０％を超えると、結晶粒径が小さくなり応力緩和性が低下する。従って、冷間圧延率は３０乃至８０％とする。
【００２８】
焼鈍条件
２０℃／時未満の加熱速度では、Ｃｕ及びＭｎの析出が進行し、応力緩和性が低下する。３００℃未満の保持では、圧延組織が残り、再結晶化せず、かしめ加工性が低下する。また、５７０℃を超えるとバーニングの懸念がある。更に、５５０℃以上で加熱時間が１時間より長くなると結晶粒径が粗大化し過ぎる。２０℃／時未満の冷却速度では、Ｃｕ及びＭｎの析出が進行し、応力緩和性が低下する。従って、冷間圧延後の焼鈍の条件は、加熱速度２０℃／時以上で３００℃以上に加熱し、冷却速度２０℃／時以上で冷却を施す必要がある。
【００２９】
前記冷却速度とすることにより、アルミニウム合金板の表面に形成される酸化皮膜の平均膜厚を１０ｎｍ以下とすることができる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の特許請求の範囲を満たす実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
【００３１】
先ず、本発明の実施例及び比較例として、表１に示す組成のアルミニウム合金及び製造条件により、板厚が１．５ｍｍのアルミニウム合金板を作製した。
【００３２】
【表１】
0003728697.tif 000002
【００３３】
【表２】
0003728697.tif 000003
【００３４】
次に、上記工程により作製した各アルミニウム合金板に対して、下記の方法により、各種特性の評価を行った。
【００３５】
〔結晶粒径〕
結晶粒径の測定は、アルミニウム合金板の圧延表面をバーカー法によりエッチングし、光学顕微鏡観察により切断法にて行った。
【００３６】
〔酸化皮膜の平均膜厚〕
酸化皮膜の平均膜厚の測定は、前記各アルミニウム合金板に対して、オージェ電子分析装置（ＶＧ  ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ社製、型式３１０Ｄ）を用いて、アルミニウム合金板の表面から深さ方向について酸素濃度分布を測定し、相対的な酸素濃度が２０％になる深さを測定し、その深さを酸化皮膜の厚さとみなした。これを、各試料片に対して場所を変えて５箇所で測定し、平均したものを酸化皮膜の平均膜厚とした。
【００３７】
〔導電率〕
導電率の測定は、フェルスター社製シグマテスタ（型番２．０６８）を用いて各アルミニウム合金板について行った。
【００３８】
〔耐力〕
各アルミニウム合金板について、引張り方向が圧延方向と平行になるようにＪＩＳ５号による引張り試験片を作製した。その後、引張り試験を実施し、耐力を求めた。
【００３９】
なお、かしめ加工用アルミニウム合金板の実用化に当っては、３５Ｎ／ｍｍ２以上の耐力が求められる。
【００４０】
〔かしめ加工性〕
かしめ加工性の判定は、各アルミニウム合金板について９０°曲げ試験（Ｒ＝０．５）により行い、肌荒れ及び割れが発生しなかったものをかしめ加工性が良好として「○」とし、発生したものを不良として「×」と判定した。
【００４１】
〔応力緩和性〕
図１は、応力緩和試験の模式図である。先ず、各アルミニウム合金板に、かしめ加工を想定して圧延率３０％の冷間圧延を行い、幅１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの試験片に切り出した。
【００４２】
その後、図１に示すように、日本電子材料工業会標準規格ＥＭＡＳ−３００３に記載の片持ち梁式により、試験片に耐力の８０％の応力を付加し変形させて試験片の変形量（δ０）を測定した後、その状態のまま１６０℃で１００時間保持し、応力を除去した後再度試験片の変形量（ε）を測定した。
【００４３】
下記数式１より、εとδ０との比から応力緩和率を求め、応力緩和率の値が６０％以下のものを合格として「○」とし、６０％を超えるものを不合格として「×」とした。
【００４４】
【数１】
応力緩和率＝（ε／δ０）×１００  （％）
【００４５】
以上の評価結果を下記表２示す。表２に示すように、本発明の請求項１又は２を満足する実施例１乃至実施例５は、アルミニウム合金板の組成、結晶粒径、酸化皮膜の平均膜厚、導電率及び応力緩和率が全て本発明で規制した範囲内にあるため、優れたかしめ加工性及び応力緩和特性を示している。
【００４６】
一方、本発明の請求項１又は２を満足しない比較例１乃至比較例１２は、かしめ加工性及び／又は応力緩和性が劣るものであった。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、アルミニウム合金の含有成分Ｃｕ、Ｍｎ及びＦｅの含有量を適正化し、不可避的不純物であるＳｉの含有量を規制し、更に、アルミニウム合金結晶粒径、酸化皮膜の平均膜厚と、冷間圧延率、冷間圧延後の焼鈍条件（加熱速度、加熱温度及び冷却速度）とを適正化したことにより、１７０℃程度以下、特に、１２０乃至１６０℃の使用環境温度下における応力緩和が抑制され、かしめ加工部を有する部品に使用された場合においても、所定の強度と応力緩和性を有するアルミニウム合金板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアルミニウム合金板における応力緩和試験を示す模式図である。
【符号の説明】
１；アルミニウム合金板
【図１】
0003728697.tif 000004