(57)【要約】【課題】  強度に優れ且つ導電率が高い線材用アルミニウム合金、アルミニウム合金線材及びその製造方法を提供する。【解決手段】  線材用アルミニウム合金は、Ｆｅを２．０質量％以上３．５質量％以下、Ｓｉを１．０質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる。線材用アルミニウム合金の被加工材に、冷間加工を施すことにより線材とする冷間加工工程を行う。更に、冷間加工工程の後には、３００〜５００℃で１０分間以上１０時間以下の条件で熱処理を施す熱処理工程を行うとよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅを２．０質量％以上３．５質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる線材用アルミニウム合金。
【請求項２】
更に、Ｓｉを０質量％を超過し且つ１．０質量％以下含む請求項１記載の線材用アルミニウム合金。
【請求項３】
更に、Ｚｒを０質量％を超過し且つ〔(３．０−Ｆｅの質量％)×０．２〕質量％以下含む請求項１又は２に記載の線材用アルミニウム合金。 
【請求項４】
更に、Ｍｇを０質量％を超過し且つ０．０５質量％以下含む請求項１又は２に記載の線材用アルミニウム合金。 
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の線材用アルミニウム合金に、冷間加工を施してなるアルミニウム合金線材。
【請求項６】
前記線材用アルミニウム合金に前記冷間加工工程を行った後に、更に熱処理を施してなる請求項５に記載のアルミニウム合金線材。
【請求項７】
導電率が５８％ＩＡＣＳ以上、引張強さ１５０ＭＰａ以上、伸び３％以上である請求項５又は６に記載のアルミニウム合金線材。
【請求項８】
アルミニウム結晶粒と、アルミニウム及び鉄を含む化合物からなるＡｌ−Ｆｅ化合物あるいはＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子とを有する組織をもち、
前記アルミニウム結晶粒の内部又は粒界に、平均サイズ１０００ｎｍ以下の前記Ａｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子が分散してなる請求項５〜７のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材。
【請求項９】
前記Ａｌ−Ｆｅ化合物の粒子は、Ａｌ６Ｆｅ、Ａｌ２Ｆｅ、Ａｌ８２Ｆｅ１８、及びＡｌ３．２Ｆｅの群から選ばれる１種以上からなる請求項８に記載のアルミニウム合金線材。
【請求項１０】
前記アルミニウム結晶粒は、面心立方格子をもつ請求項８又は９に記載のアルミニウム合金線材。
【請求項１１】
請求項５〜１０のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材を製造する方法であって、
Ｆｅを２．０質量％以上３．５質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる線材用アルミニウム合金をもつ被加工材に、冷間加工を施すことにより前記被加工材の断面積を減少させる冷間加工工程を行うアルミニウム合金線材の製造方法。
【請求項１２】
前記線材用アルミニウム合金は、更に、Ｓｉを０質量％を超過し且つ１．０質量％以下含む請求項１１記載のアルミニウム合金線材の製造方法。
【請求項１３】
前記冷間加工工程による前記被加工材の断面減少率は７５％以上である請求項１１又は１２に記載のアルミニウム合金線材の製造方法。
【請求項１４】
前記冷間加工工程による前記被加工材の断面減少率は９０％以上である請求項１１又は１２に記載のアルミニウム合金線材の製造方法。
【請求項１５】
前記冷間加工工程の後の前記被加工材に、３００〜５００℃で１０分間以上１０時間以下の条件で熱処理を施す熱処理工程を行う請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材の製造方法。
【請求項１６】
前記熱処理は、３５０〜４５０℃で４０分間以上５時間以下の条件で行う請求項１５に記載のアルミニウム合金線材の製造方法。
【請求項１７】
前記冷間加工工程と前記熱処理工程とを複数回繰り返す請求項１５又は１６に記載のアルミニウム合金線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線材用アルミニウム合金、アルミニウム合金線材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネットワイヤーやハーネス用線材として、銅や銅合金が一般的に用いられている。銅は線材のベースメタルであるが、電気自動車やハイブリッド自動車の普及及び制御の電動化によりその使用量の増加が見込まれ、資源の枯渇或いは値段の高騰が予想されている。マグネットワイヤーやハーネス用線材の銅又は銅合金の代替・削減が望まれている。
【０００３】
導体である銅又は銅合金の代替材として、アルミニウムが挙げられる。アルミニウムを線材に用いた場合には、軽量化を図ることができる。例えば、自動車の燃費向上などの効果がある。
【０００４】
しかしながら、導電率の高い純アルミニウムからなる線材では、銅又は銅合金からなる線材に比較して、引張強さが低い。線材を絶縁材で被覆するときや、マグネットワイヤーのコイル形成（巻線）のときに、線材は張力を受ける。端子部をかしめるときに、線材と端子部との接合部や線材に負荷がかかる。純アルミニウムからなる線材は、張力に耐えきれず、破断のおそれがあった。
【０００５】
また、線材を自動車用のワイヤーハーネスとして用いる場合には、線材と端子との接続部では、カシメやハンダ付けがなされる。この接続部が、組み付け作業中及び振動により破断しないためには、所定以上（例えば１５０ＭＰａ以上）の引張強さを有する必要がある。
【０００６】
これに対して、特許文献１〜５には、引張強さを高めるために他の元素を添加して合金としたアルミニウム合金線材が開示されている。
【０００７】
特許文献１に開示されたアルミニウム合金線材の製造方法は、次のようである。Ｚｒ：０．２５〜０．４５質量％、Ｓｉ：０．０３〜０．３質量％、Ｆｅ：０．１〜０．３質量％、Ｔｉ：０．０１〜０．０５質量％、残部Ａｌ及び通常の不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造することによって、ワイヤーロッドとする。これを、３５０〜５００℃の温度で２０〜１００時間熱処理した後、断面積減少率６５％以上の冷間加工を加える。更に、これに１５０〜３００℃の温度で１〜２０時間熱処理を施す。
【０００８】
特許文献２に開示されたアルミニウム合金線材は、化学組成が、Ｆｅ：０．２〜１．０重量％、Ｚｒ：０．０１〜０．１０重量％であり、残余がＡｌ及び不可避不純物からなる。引張強さ２００ＭＰａ以上、伸び１．０％以上、かつ導電率が５８％ＩＡＣＳ（国際焼きなまし銅線標準）以上の特性を有し、電気音響変換器のボイスコイルとして利用される。
【０００９】
特許文献３に開示されたアルミニウム合金線材は、Ｆｅ：０．６〜１．５質量％、Ｍｇ：０．０５〜０．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不純物からなる。このＡｌ合金線は、伸線材に軟化処理を施すことで製造される。アルミニウム合金線材は、引張強さ：１１０ＭＰａ以上、０．２％耐力：４０ＭＰａ以上、導電率：５８％ＩＡＣＳ以上、伸び：１０％以上である。
【００１０】
非特許文献１に開示されたアルミニウム合金は、Ｆｅ：０．６質量％、Ｚｒ：０．０２質量％含有し、残部がＡｌ及び不純物からなる。アルミニウム合金線材は、調質することで、引張強さ：１３０ＭＰａ以上、導電率：５８％ＩＡＣＳ以上、伸び：５％以上である。
【００１１】
特許文献４に開示されたアルミニウム合金導電線は、Ｆｅ、Ｓｉ、及びＣｕを含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｆｅ：０．８〜３．０質量％含む。アルミニウム合金導電線は、Ｆｅを多く含む領域が複数存在し、且つ、領域の長軸方向の長さＷが全て５μｍ以下である。
【００１２】
特許文献５に開示された自動車用ワイヤーハーネス用アルミ電線は、Ｆｅ：０．６wt％以下、Ｓｉ：０．２〜１．０wt％、Ｍｇ：０．２〜１．０wt％の成分を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミ細線を素材とし、７〜６５本の素線を撚り合わせてなる。
【００１３】
特許文献６に開示されたアルミ導電線は、Ｆｅ：０．１５〜０．４０mass％、Ｃｕ：０．０５〜０．２５mass％、Ｍｇ：０．０５〜０．２０mass％からなり、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミ細線を素線とし、この素線を撚り合わせ、更に被覆加工を施してなり、引張強さは４０Ｎ以上である。
【００１４】
特許文献７に開示されたアルミ導電線は、Ｆｅ：１．１０〜１．５０mass％、Ｍｇ：０．０３〜０．２５mass％、Ｓｉ：０．０２〜０．０６mass％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる０．０７〜１．５０ｍｍのアルミ合金素線を撚り合わせて形成した撚線と、撚線を被覆する樹脂層とからなる。このアルミ導電線の引張強さは１４０ＭＰａ以上であり、屈曲性及び導電性に優れる。
【００１５】
特許文献８に開示されたアルミニウム合金線材は、Ｆｅ：０．１〜０．４mass％、Ｃｕ：０．１〜０．３mass％、Ｍｇ：０．０２〜０．２mass％、Ｓｉ：０．０２〜０．２mass％含有し、更にＴｉとＶを合わせて０．００１〜０．０１mass％含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる。このアルミニウム合金線材は、移動車体に搭載されて用いられる線材であり、その伸線方向の垂直断面における結晶粒径が５〜２５μｍ、且つ、常温におけるひずみ振幅±０．１５％の繰り返し疲労を与えたときの疲労寿命が５００００回以上であり、引張強さは８０MＰａ以上である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平４−３１１５４９号公報（特願平３−１０４６２３号）
【特許文献２】特開２００６−０８６６９４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６２８２６号公報（特願２０１０−２５８０１号）
【特許文献４】特開２０１１−２５２１８５号公報
【特許文献５】特開２００４−１３４２１２号公報
【特許文献６】特開２００５−１７４５５４号公報
【特許文献７】特開２００６−１９１６３号公報
【特許文献８】特開２０１０−１６３６７５号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】日立電線技報  No.２５（２００６−１）、p３１−３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献１，２及び非特許文献１では、レアメタルであるＺｒを含むため、資源の枯渇、高コストが問題となる。特許文献１，２では、強度が高いが伸びが低く、靭性が低いため、断線を生じやすい。
【００１９】
また、マグネットワイヤーを磁性コアに巻く場合、特に、車載用モータなどにマグネットワイヤーを巻く場合に、９０ＭＰａから１２０ＭＰａの張力を負荷しながら分布巻きなど複雑に巻く。このため、線材として１５０ＭＰａ以上の引張強さが必要である。特許文献３、４及び非特許文献１に開示されたアルミニウム合金線材をマグネットワイヤーとして用いる場合には、引張強さが不十分である。
【００２０】
導電線材は、電子機器の高度化が進むにつれて、高導電性であることが求められる。また、設置スペースや軽量化の観点から、線径を太くすることができず、その導電率は５８％ＩＡＣＳ以上であることが望まれている。
【００２１】
また、自動車用ワイヤーハーネスにはスライドドア等、繰り返し曲げられる或いは曲げ応力がかかり疲労を受ける。このため、使用中に導体の破断が懸念される。信頼性の確保のためには、耐屈曲性に優れた導体が必要である。これまでの銅は、疲労特性に優れているため十分な耐屈曲性があった。しかし、純アルミニウム線では、繰り返される屈曲に耐えることができない。
【００２２】
特許文献５，６，７に開示されるアルミ導電線は、アルミ細線を素材とし、７〜６５本の素線を撚り合わせてなる。このアルミ導電線は、高い引張強さをもつ。しかし、アルミ導電線の伸びは３％以下と低く、また、靭性が低いため、断線を生じやすい。
【００２３】
また、特許文献８のアルミニウム合金線材では、引張強さが１５０ＭＰａ未満であり、引張強さが不足している。
【００２４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、強度に優れ且つ導電率が高いアルミニウム合金線材を得ることができる線材用アルミニウム合金、アルミニウム合金線材及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
（１）本発明の線材用アルミニウム合金は、Ｆｅを２．０質量％以上３．５質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とする。
（２）更に、Ｓｉを０質量％を超過し且つ１．０質量％以下含むことが好ましい。
（３）更に、Ｚｒを０質量％を超過し且つ〔(３．０−Ｆｅの質量％)×０．２〕質量％以下含むことが好ましい。 
（４）更に、Ｍｇを０質量％を超過し且つ０．０５質量％以下含むことが好ましい。
（５）本発明のアルミニウム合金線材は、上記記載の線材用アルミニウム合金に、冷間加工を施してなることを特徴とする。
（６）前記線材用アルミニウム合金に前記冷間加工工程を行った後に、更に熱処理を施してなることが好ましい。
（７）導電率が５８％ＩＡＣＳ以上、引張強さ１５０ＭＰａ以上、伸び３％以上であることが好ましい。
（８）アルミニウム結晶粒と、アルミニウム及び鉄を含む化合物からなるＡｌ−Ｆｅ化合物あるいはＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子とを有する組織をもち、
前記アルミニウム結晶粒の内部又は粒界に、平均サイズ１０００ｎｍ以下の前記Ａｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子が分散してなることが好ましい。
（９）前記Ａｌ−Ｆｅ化合物の粒子は、Ａｌ６Ｆｅ、Ａｌ２Ｆｅ、Ａｌ８２Ｆｅ１８、及びＡｌ３．２Ｆｅの群から選ばれる１種以上からなることが好ましい。
（１０）前記アルミニウム結晶粒は、面心立方格子をもつことが好ましい。
（１１）本発明のアルミニウム合金線材の製造方法は、上記記載のアルミニウム合金線材を製造する方法であって、
Ｆｅを２．０質量％以上３．５質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる線材用アルミニウム合金をもつ被加工材に、冷間加工を施すことにより前記被加工材の断面積を減少させる冷間加工工程を行うことを特徴とする。
（１２）前記線材用アルミニウム合金は、更に、Ｓｉを０質量％を超過し且つ１．０質量％以下含むことが好ましい。
（１３）前記冷間加工工程による前記被加工材の断面減少率は７５％以上であることが好ましい。
（１４）前記冷間加工工程による前記被加工材の断面減少率は９０％以上であることが好ましい。
（１５）前記冷間加工工程の後の前記被加工材に、３００〜５００℃で１０分間以上１０時間以下の条件で熱処理を施す熱処理工程を行うことが好ましい。
（１６）前記熱処理は、３５０〜４５０℃で４０分間以上５時間以下の条件で行うことが好ましい。
（１７）前記冷間加工工程と前記熱処理工程とを複数回繰り返すことが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の線材用アルミニウム合金は、上記の組成からなる。このため、冷間加工を施すことにより、強度に優れ且つ導電率が高いアルミニウム合金線材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１の左上図は試料３のＳＥＭ像を示し、図１の右上図はＥＤＸによる試料３のＡｌ面内分布図を示し、図１の左下図はＥＤＸによる試料３のＦｅ面内分布図を示し、図１の右下図はＥＤＸによる試料３のＯ（酸素）面内分布図を示す。
【図２】試料３のアルミニウム合金線材のＸＲＤスペクトルを示す。
【図３】耐屈曲性試験の方法を示す説明図であって、図３（ａ）は線材の基本位置を示し、図３（ｂ）は線材の基本位置に対して右側に９０°屈曲させた状態を示し、図３（ｃ）は線材の基本位置に対して左側に９０°屈曲させた状態を示す。
【図４】試料１の組成をもつ線材の熱処理温度と屈曲回数を示す図である。
【図５】試料２の組成をもつ線材の熱処理温度と屈曲回数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態に係る線材用アルミニウム合金、アルミニウム合金線材及びその製造方法について説明する。
【００２９】
（１．線材用アルミニウム合金）
線材用アルミニウム合金は、Ｆｅ（鉄）を２．０質量％以上３．５質量％以下含有し、残部がＡｌ（アルミニウム）及び不可避不純物からなる。
【００３０】
線材用アルミニウム合金は、２．０質量％以上３．５質量％以下のＦｅを含有する。このため、冷間加工を施すことにより、高い強度のアルミニウム合金線材を得ることができる。アルミニウム合金中のＦｅの含有量が多いと、線材の強度は高まるが、導電率は低下する。また、アルミニウム合金がＦｅを２．０〜３．５質量％含むことで、冷間加工を施したときに動的再結晶が起こり、断面減少率を９０％以上とすることが可能である。即ち、冷間加工により、塑性変形しやすくなり、断面減少率を大きくすることが可能である。
【００３１】
一方、アルミニウム合金におけるＦｅの含有量が２．０質量％未満の場合には、線材の強度が不足するおそれがある。Ｆｅの含有量が３．５質量％を超える場合には、線材の導電率が低下するおそれがある。
【００３２】
更に好ましくは、線材用アルミニウム合金に含まれるＦｅの含有量の下限は、２．２質量％であり、更には、２．４質量％であることが好ましい。Ｆｅの含有量の上限は、３.０質量％、更には、２．８質量％であることが好ましい。この場合には、線材としたときの強度が高く、また導電率も更に高くなる。
【００３３】
線材用アルミニウム合金は、更に、Ｓｉを１．０質量％以下含むことが好ましい。アルミニウム合金がＳｉを含むことで、鋳造での欠陥の減少、冷間加工での断面減少率の向上および線材の伸び、導電性を向上させることができる。アルミニウム合金に含まれるＳｉの含有量が１．０質量％を超える場合には、線材の導電率が低下するおそれがある。
【００３４】
更に好ましくは、線材用アルミニウム合金に含まれるＳｉの含有量の下限は０．１質量％、更には、０．２質量％であるとよく、Ｓｉの含有量の上限は、０．８質量％、更には、０．４質量％であるとよい。この場合には、線材の伸び率、導電率が高くなり、強度を保持する。
【００３５】
更に、線材用アルミニウム合金は、Ｚｒを０質量％を超過し且つ〔(３．０−Ｆｅの質量％)×０．２〕質量％以下含むことが好ましい。ＺｒとＦｅは、線材用アルミニウム合金に加えたときに、線材の抵抗を上げて導電率を低くする傾向にある。ＦｅよりもＺｒの方が、線材の抵抗を高くする影響が低い。その一方で、Ｚｒを添加すると、線材の強度を更に向上させることができる。このため、Ｚｒの含有量の上限は、〔(３．０−Ｆｅの質量％)×０．２〕質量％がよいとした。Ｚｒを〔(３．０−Ｆｅの質量％)×０．２〕質量％を超えて含む場合には、線材の導電率が低下するおそれがある。Ｚｒの上限は、０．２質量％であることがよく、更には０．１質量％であることが好ましい。
【００３６】
線材用アルミニウム合金は、更に、Ｍｇを０質量％を超過し且つ０．０５質量％以下含むことができる。アルミニウム合金は、Ｍｇを添加元素として含むことにより、線材の強度をさらに向上させることができる。Ｍｇを０．０５質量％を超えて含む場合には、線材の導電率が低下するおそれがある。
【００３７】
更に好ましくは、線材用アルミニウム合金においてＭｇの含有量の上限は、０．０３質量％、更には、０．０２質量％であることが好ましい。この場合には、線材の強度が更に高くなり、導電率を保持する。
【００３８】
（２．アルミニウム合金線材）
アルミニウム合金線材は、上記の線材用アルミニウム合金に冷間加工を施してなる。Ｆｅを２．０〜３．５質量％含むアルミニウム合金は、冷間加工すると動的再結晶を生じ、アルミニウム合金を塑性変形しやすくし、伸線化を容易にする。
【００３９】
アルミニウム合金線材は、更に、Ｓｉを０質量％を超過し且つ１．０質量％以下含むことがよい。更に、Ｓｉを０質量％を超過し且つ０．８質量％以下含むことが好ましい。これにより、アルミニウムに固溶していたＦｅの粒界への析出を促進して導電率を向上させるとともに強度向上を抑え、伸びを向上させて伸線化を容易にする。
【００４０】
また、Ｆｅを２．０〜３．５質量％含むアルミニウム合金では、動的再結晶により、結晶粒が微細化になる。添加したＦｅがＡｌと化合物を形成し、微細なＡｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子が析出する。Ａｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子は、主としてＡｌ結晶粒界及び／粒内に析出物として微細に分散する。このため、得られたアルミニウム合金線材は強度に優れる。
【００４１】
したがって、アルミニウム合金線材は、引張り力を付加しても破断しにくい。絶縁被膜形成時やマグネットワイヤーのコイル形成（巻線）時に破断しない。また、端子等の接合部に接続した線材は、張力の負荷によっても破断せず、張力に耐えることができる。
【００４２】
さらには、曲げや張力あるいは曲げ応力による疲労にも耐えることができる。ゆえに、ワイヤーハーネスにも好適に用いることができる。
【００４３】
また、アルミニウム合金線材は、アルミニウムをベース元素としている。本発明のアルミニウム合金線材のほとんどはアルミニウムからなるため、アルミニウム合金線材は、アルミニウム自体の比重と強度と導電率があると仮定して、アルミニウム合金線材の質量と強度と導電率について銅線材と比較する。
【００４４】
アルミニウムの引張強さは銅のそれに対して０．６倍である。銅と同じ引張強さの線材をアルミニウムで形成する場合には、断面積が銅線材の１．６７倍（１／０．６）のアルミニウム線材とするとよい。アルミニウムの比重は銅の比重の１／３である。このため、銅線材の１．６７倍の断面積にしたアルミニウム線材の単位長さ当たりの質量は、銅線材に比べて、１／２倍（１／３×１．６７）になる。銅と同じ引張強さとするために、アルミニウム合金線材の断面積を銅線材の１．６７倍にしたとしても、銅線材の１／２程度の質量ですむ。
【００４５】
アルミニウムの導電率は、銅の導電率の約０．６倍であり、同じ電流を流すためにはアルミニウム線材の断面積を銅線材の１．６７倍にする必要がある。このときのアルミニウム線材の質量は銅線材に比べて約１／２である。
【００４６】
以上のように、本発明のアルミニウム合金線材は、銅線材と同じ引張強さ及び導電率にするために断面積を増やしたとしても、単位長さ当たりの質量を銅線材よりも軽くすることができる。よって、本発明のアルミニウム合金線材は、車両用のワイヤーハーネスなどとして有用である。
【００４７】
アルミニウム合金線材は、線材用アルミニウム合金に冷間加工をした後に、更に熱処理を施してなることが好ましい。熱処理により、加工時に加わった歪みが緩和され、伸び率が大きくなる。また、熱処理により、Ａｌ結晶粒内に固溶していた鉄およびシリコンが粒界に移動し、Ａｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子が、更に多く生成する。また、Ａｌ粒子の中に生成したＡｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子の多くは、Ａｌ結晶粒の粒界に移動する傾向にある。このため、Ａｌ結晶粒の導電性が更に高くなり、加工硬化による強度は低下するが、Ａｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の析出分散効果により強度が向上する。また、熱処理により線材の残留歪が軽減され,伸び率が大きくなる。ゆえに、線材の耐屈曲性が向上する。
【００４８】
アルミニウム合金線材は、アルミニウムからなるアルミニウム結晶粒と、アルミニウム及び、鉄およびシリコンを含む化合物からなるＡｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子とを有する組織をもち、前記Ａｌ結晶粒粒子の内部又は粒界に、平均サイズ１０００ｎｍ以下の前記Ａｌ−Ｆｅ化合物粒子が分散してなることが好ましい。
【００４９】
線材用アルミニウム合金に冷間加工後熱処理を行うことで、Ａｌ結晶粒界あるいは粒内に、平均サイズ１０００ｎｍ以下のアルミニウム及び鉄を含むＡｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子が分散してなる組織が形成される。Ａｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子は、Ａｌ結晶粒界あるいは粒内に球状、層状などの形状で微細に分散する。Ａｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子の微細分散により、組織が強化される。
【００５０】
Ａｌ結晶粒は、面心立方格子をもつことが好ましい。即ち、Ａｌ結晶粒は不純物あるいは格子欠陥の少ないfcc（面心立方格子）−Ａｌであることが好ましい。この場合には、線材の導電率が更に高くなる。
【００５１】
アルミニウム合金線材におけるＡｌの結晶粒の平均粒径は、０．１〜数１００μｍであるとよく、更には０．１〜１００μｍであることが好ましい。この場合には、結晶粒微細化による高強度の効果が得られる。
【００５２】
アルミニウム合金線材は、導電率が５８％ＩＡＣＳ以上、引張強さ１５０ＭＰａ以上、伸び３％以上であることが好ましい。この場合には、通電用線材として優れた性能を発揮することができる。
【００５３】
（３．アルミニウム合金線材の製造方法）
本発明のアルミニウム合金線材の製造方法は、上記に記載の線材用アルミニウム合金線材を製造する方法であって、Ｆｅを２．０質量％以上３．５質量％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる線材用アルミニウム合金をもつ被加工材に、冷間加工を施すことにより前記被加工材の断面積を減少させる冷間加工工程を行う。
【００５４】
冷間加工工程では、冷間加工により線材用アルミニウム合金の被加工材の断面積を減少させて線状にして線材とする。また、冷間加工では、線材用アルミニウム合金の結晶粒を加工方向に延伸化、さらには結晶粒径を微細化させる。Ｆｅを２．０〜３．５質量％含むアルミニウム合金は、冷間加工により動的再結晶が生じる。また，Ｓｉを０質量％を超過し且つ１．０質量％以下添加することにより、強度向上を抑え、伸びを向上させて、塑性変形しやすくなり、容易に伸線化する。また、析出した微細なＡｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子も加工方向に延伸化、微細化して加工方向に並ぶ。結晶を冷間加工により加工方向に延伸させ，これを再結晶させる。冷間加工では、被加工材の断面減少率が７５％以上であることがよい。
【００５５】
本発明の線材では、Ｆｅを２．０〜３．５質量％含むアルミニウム合金からなるため、冷間加工により動的再結晶が生じて、塑性変形しやすくなる。
【００５６】
冷間加工工程による被加工材の断面減少率が７５％未満では、Alの結晶の微細化およびＡｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子の延伸化、微細化が起こり難い。
【００５７】
ここで、断面減少率は、熱処理することなく、冷間加工工程を行う前の被加工材の断面に対して、冷間加工後の被加工材の断面の減少率の百分率をいう。
【００５８】
更に、冷間加工工程による被加工材の断面減少率は９０％以上であることが好ましい。この場合には、Ａｌの結晶の微細化およびＡｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子の延伸化、微細化が起こり易い。
【００５９】
冷間加工は、非加熱状態で行われる塑性加工法をいう。冷間加工での線材の加工温度は、常温〜１００℃程度であるとよい。冷間加工としては，例えば、スエージング加工，圧延加工，引抜加工等がある。また、1回の加工での断面減少率は線径および加工法に応じて適宜選択する。
【００６０】
冷間加工工程の後に、加熱温度３００〜５００℃で加熱時間１０分間以上１０時間以下の条件で熱処理を施す熱処理工程を行うことがよい。熱処理により、Ａｌ結晶粒内に固溶していたＦｅおよびＳｉが粒界に移動して、Ａｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子を更に析出させる。また、結晶粒内に析出したＡｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子も粒界に移行する。このため、Ａｌ結晶粒内の不純物や欠陥が少なくなり、線材の導電率が更に高くなる。また、熱処理により線材の残留歪が軽減され,伸び率が大きくなる。ゆえに、線材の耐屈曲性が向上する。
【００６１】
熱処理の温度範囲が低すぎたり熱処理時間が短すぎたりする場合には、熱処理をしたことによる導電率の向上度合いが低下し、伸び率も大きくならないおそれがある。熱処理の温度範囲が高すぎたり熱処理時間が高すぎたりする場合には、結晶粒が成長し、強度低下のおそれがある。また、生産性の低下、コスト高となる。
【００６２】
更に、熱処理は、３５０〜４５０℃で４０分間以上５時間以下の条件で行うことが好ましい。この場合には、線材の伸び率が高くなり、耐屈曲性が更に高くなる。
【００６３】
熱処理工程の雰囲気は、一般的には大気雰囲気が挙げられる。その他、Ａｒなどの不活性ガスを含む雰囲気で行うと、線材表面の酸化膜の生成が抑制できる。
【００６４】
冷間加工工程と熱処理工程とを複数回繰り返すことも可能で、目的に応じて導電率と強度あるいは伸びを調整することができる。
【００６５】
冷間加工工程と熱処理工程の組み合わせの例としては、例えば、１）冷間加工工程のみ、２）冷間加工工程→熱処理工程、３）第１回目の冷間加工工程→第１回目の熱処理工程→第２回目の冷間加工工程、４）第１回目の冷間加工工程→第１回目の熱処理工程→第２回目の冷間加工工程→第２回目の熱処理工程、５）第１回目の冷間加工工程→第１回目の熱処理工程→第２回目の冷間加工工程→第２回目の熱処理工程→第３回目の冷間加工工程、６）第１回目の冷間加工工程→第１回目の熱処理工程→第２回目の冷間加工工程→第２回目の熱処理工程→第３回目の冷間加工工程→第３回目の熱処理工程などがある。
【００６６】
本発明のアルミニウム合金線材は、車載用モータ、ワイヤーハーネス、家庭用機器などの、銅及び銅合金の代替として利用することができる。
【００６７】
また、アルミニウム合金線材は、導電率が高いので、熱伝導性も高い。したがって、熱伝導性、放熱性及び強度が求められるヒートシンクなどの製品にも応用できる。
【実施例】
【００６８】
アルミニウム合金線材を各種作製し、物性を評価した。
【００６９】
（試料１）
アルミニウム合金からなる被加工材を作製し、これに冷間加工工程及び、必要に応じて熱処理工程を行うことで、アルミニウム合金線材を作製した。
【００７０】
まず、Ｆｅ：２．０質量％及び残部Ａｌの組成となるように元素を配合してアルミニウム溶湯を作製した。アルミニウム溶湯を金型を用いて鋳造して、直径１５ｍｍのビレット（被加工材）を作製した。
【００７１】
次に、冷間加工工程において、ビレットに冷間加工を施した。冷間加工では、ビレット（常温〜８０℃程度）の径方向断面を減少させて、直径０．５ｍｍの線材とした。このときの断面減少率は９９．９％であった。冷間加工では、スエージング、溝ロール加工及び引き抜き加工を組み合わせて行った。
【００７２】
次に、熱処理工程において、アルゴンガスを含む雰囲気炉の中で、線材に熱処理を行った。本試料での熱処理は、昇温速度約２０℃／分で所定の温度まで加熱し、所定の熱処理温度で２時間保持した。本試料１では、熱処理温度は３５０℃であった。その後、炉冷して、線材を作製した。
【００７３】
冷却後の線材の表面に、絶縁材料の塗布、乾燥、焼き付けにより絶縁層を形成した。これにより、アルミニウム合金線材からなるマグネットワイヤーを作製した。
【００７４】
（試料２）
本試料２は、アルミニウム合金線材の中のＦｅの含有量を３．０質量％とした。また、熱処理での熱処理温度は４００℃とした。その他は、試料１と同様である。
【００７５】
（試料３）
本試料３は、アルミニウム合金線材の中のＦｅの含有量を２．０質量％とし、更にＳｉの含有量を０．５０質量％とした。熱処理温度は３５０℃であった。その他は、試料１と同様である。
【００７６】
（試料４）
本試料４は、アルミニウム合金線材の中のＦｅの含有量を２．５質量％とし、Ｓｉの含有量を０．７５質量％とした。熱処理温度は４００℃とした。その他は、試料１と同様である。
【００７７】
（試料５）
本試料５は、アルミニウム合金線材の中のＦｅの含有量を２．０質量％とし、Ｓｉの含有量を０．５０質量％とし、更にＭｇの含有量を０．０２質量％とした。熱処理温度は３５０℃とした。その他は、試料１と同様である。
【００７８】
（試料６）
本試料６は、アルミニウム合金線材の中のＦｅの含有量を２．０質量％とし、Ｓｉの含有量を０．５０質量％とし、更にＺｒの含有量を０．２０質量％とした。熱処理温度は４００℃とした。その他は、試料１と同様である。
【００７９】
（試料７）
本試料7は、アルミニウム合金線材の中のＦｅの含有量を２．４質量％とし、Ｓｉの含有量を０．５０質量％とし、更にＺｒの含有量を０．１０質量％とした。熱処理温度は４００℃とした。その他は、試料１と同様である。
【００８０】
（試料８）
本試料８は、アルミニウム合金線材の中のＦｅの含有量を２．０質量％とし、更にＳｉの含有量を０．５０質量％とした。
【００８１】
本試料８では、冷間加工工程と熱処理工程とを繰り返した。第１回目の冷間加工工程では、直径１５ｍｍのビレット（被加工材）に冷間加工を行って、直径２．０ｍｍの線材に引き延ばした。第１回目の冷間加工工程によるビレットの断面減少率は、９８．２％であった。この線材に第１回目の熱処理工程を行った。
【００８２】
第２回目の冷間加工工程では、直径２．０ｍｍの線材を引き延ばして直径０．５ｍｍの線材とした。第２回目の冷間加工工程によるビレットの断面減少率は、９３．８％であった。熱処理については、熱処理温度を４００℃とした以外は試料１と同様とした。
【００８３】
その後、得られた線材を、試料１と同様に絶縁材料で被覆して、マグネットワイヤーとした。
【００８４】
（試料Ｃ１）
本試料Ｃ１は、アルミニウム線材の中のＦｅの含有量を０．６質量％とした。熱処理温度は３５０℃とした。その他は、試料１と同様である。
【００８５】
（試料Ｃ２）
本試料Ｃ２は、アルミニウム線材の中のＦｅの含有量を４．２質量％とした。熱処理温度は４５０℃とした。その他は、試料１と同様である。
【００８６】
（試料Ｃ３）
本試料Ｃ３は、アルミニウム合金線材の中のＦｅの含有量を３．６質量％とし、更にＳｉの含有量を０．５０質量％とした。熱処理温度は４５０℃であった。その他は、試料１と同様である。
【００８７】
（試料Ｃ４）
本試料Ｃ４は、アルミニウム合金線材の中のＦｅの含有量を１．９質量％とし、Ｓｉの含有量を０．５０質量％とし、更にＭｇの含有量を０．１０質量％とした。熱処理温度は３５０℃とした。その他は、試料１と同様である。
【００８８】
（試料Ｃ５）
本試料Ｃ５は、アルミニウム合金線材の中のＦｅの含有量を２．０質量％とし、Ｓｉの含有量を０．５０質量％とし、熱処理を行っていない。その他は、試料１と同様である。
【００８９】
上記試料１〜８及び試料Ｃ１〜Ｃ５の組成及び製造条件を表１にまとめた。
【００９０】
＜構造分析＞
試料３のアルミニウム線材についてＥＤＸ（エネルギー分散型X線分析）及びＸＲＤ（Ｘ線回折）による構造分析を行った。
【００９１】
ＥＤＸによる試料１のアルミニウム合金線材の元素分析（面分析）を行った。その結果を図１に示した。図１の左上図は試料３のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像を示し、図１の右上図はＥＤＸによる試料３のＡｌ面内分布図を示し、図１の左下図はＥＤＸによる試料３のＦｅ面内分布図を示し、図１の右下図はＥＤＸによる試料３のＯ（酸素）面内分布図を示す。図１の左上図に示すように、線材の中には多数の結晶粒がみられ、各結晶粒の中又は結晶粒界に黒い像がみられた。Ａｌは均一に分布しており、ＦｅはSEM像の黒い像に相当する位置に見られた。Ｏはほぼなかった。このことから、多数の結晶粒はＡｌ粒子であり、黒い像はＦｅとＡｌとを含むＡｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子であることがわかった。Ａｌの平均結晶粒径は約０．８μｍであり、Ａｌ−Ｆｅ化合物又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物の粒子の粒子径は数ｎｍから数１００ｎｍ（平均粒子径は約１００ｎｍ）であった。
【００９２】
また、ＸＲＤによる試料３のアルミニウム合金線材の構造解析を行い、その結果を図２に示した。図２に示すように、Ａｌに由来する強いピークが認められた。また、Ａｌ６Ｆｅ、Ａｌ２Ｆｅ、Ａｌ８２Ｆｅ１８、及びＡｌ３．２Ｆｅに由来するピークも認められた。このことから、図１の左上図に認められた黒い像（ＦｅとＡｌとを含むＡｌ−Ｆｅ化合物粒子）は、Ａｌ６Ｆｅ、Ａｌ２Ｆｅ、Ａｌ８２Ｆｅ１８、及びＡｌ３．２Ｆｅ等の化合物であることがわかった。
【００９３】
＜線材の物性＞
試料１〜８及び試料Ｃ１〜Ｃ５について、導電率、引張強さ及び伸びを測定した。導電率は、４端子法により測定した。引張強さ及び伸びは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠して測定した。測定結果を表２に示した。
【００９４】
表２に示すように、本発明の試料１〜８の線材は、導電率が５８％ＩＡＣＳ以上であり、引張強さが１５０ＭＰａ以上であって、伸びは３％以上であった。試料１〜８のＦｅの含有量は、２．０〜３．０質量％である。試料１〜８の線材は、試料Ｃ１〜Ｃ５に比べて高い導電率及び引張強さを有しており、また、大きな伸び率をもっていた。なお、試料Ｃ５の引張強さは、試料１〜７、Ｃ１〜Ｃ４よりも大きかった。
【００９５】
冷間加工工程の後に熱処理工程を行った試料１〜６の線材は、導電率が５８％ＩＡＣＳ以上であり、引張強さが１５０ＭＰａ以上であって、伸びは３％以上であった。熱処理工程を行うと、線材の導電率が向上することがわかった。
【００９６】
試料１，３はいずれもＦｅを２．０質量％含む点では共通する。Ｓｉを０．５０質量％含む試料３は、Ｓｉを含まない試料１に比べて、導電率及び伸び率が大きかった。
【００９７】
試料５のＦｅ及びＳｉの含有量は、試料３と同じである。Ｍｇの添加量が０．０２質量％である試料５は、Ｍｇを含まない試料３に比べて引張強さが大きかった。一方、試料５の線材は、試料３の線材に比べて導電率と伸び率が低かった。このことから、アルミニウム合金にＭｇを添加すると、線材の強度が増し、伸びにくく、また、導電率が低くなることがわかった。
【００９８】
Ｍｇ含有量が０．０２質量％である試料４は、Ｍｇ含有量が０．１０質量％である試料Ｃ４よりも、導電率が高かった。
【００９９】
試料６のＦｅ及びＳｉの含有量は、試料３と同じである。Ｚｒの添加量が０．２０質量％である試料６は、Ｚｒを含まない試料３に比べて引張強さが大きかった。一方、試料６の線材は、試料３の線材に比べて導電率と伸び率が低かった。このことから、アルミニウム合金にＺｒを添加すると、線材の強度が増し、伸びにくく、また、導電率が低くなることがわかった。
【０１００】
熱処理を行った試料１〜５の引張強さは１５０〜１７０ＭＰａであった。熱処理後再加工した試料６の引張強さは、２００ＭＰａ以上であり、試料１〜５に比べて更に高かった。これは、再加工により、加工硬化が生じるためである。
【０１０１】
本発明の試料１〜８のアルミニウム合金線材をエナメルの絶縁材料で被覆し、車載用モータ電機子に巻回することで、良好なマグネットコイルが形成された。
【０１０２】
これに対して、参考用の試料Ｃ１〜Ｃ４は、強度が低かったり、導電率が低かったりした。強度の低かった試料Ｃ１のマグネットワイヤーでは、マグネットコイル形成時に断線した。
【０１０３】
＜耐屈曲性試験＞
試料２，３と同様の組成のアルミニウム合金を用いてアルミニウム合金線材を作製した。アルミニウム合金線材を製造するときに、熱処理工程での熱処理温度と熱処理時間を変えた。試料１１〜２９、Ｃ１１〜Ｃ１３の各種アルミニウム合金線材を作製した。
【０１０４】
試料１１〜１８、２１〜２４，２６〜２９、Ｃ１１〜Ｃ１３は、冷間加工工程と熱処理工程を１回ずつ行った。試料２０、２５は冷間加工工程のみを行い、熱処理工程は行わなかった。冷間加工工程による試料１１〜１８、２０〜２９、Ｃ１１〜Ｃ１３の断面減少率は９９．９％であった。
【０１０５】
試料１９は、試料３の組成をもつアルミニウム合金を溶解・鋳造して、直径１５ｍｍのビレット（被加工材）を得た。このビレットに第１回目の冷間加工工程を施して、直径１ｍｍまで延伸した。次に、第１回目の熱処理工程で、昇温速度２０℃／分で加熱して４００℃で１０分間熱処理した。次に、第２の冷間加工工程を行い、直径０．５ｍｍまで延伸した。その後、第１の熱処理工程での熱処理条件と同条件で、第２の熱処理工程を行った。試料１９の第１回目の冷間加工工程の断面減少率は、９９．６％であり、第２回目の冷間加工工程の断面減少率は７５％であった。
【０１０６】
試料Ｃ１１，Ｃ１２は純アルミニウム系の線材であり、試料Ｃ１１はＡ１０５０であって、試料Ｃ１２はＡ１１００である。試料Ｃ１３は軟銅からなる線材である。なお、耐屈曲性試験を行う各試料は、絶縁材料の被覆はしていない。すべての線材の直径は０．５ｍｍであった。
【０１０７】
各種試料の耐屈曲性試験を行った。屈曲性試験の方法を図３に示した。図３の（ａ）に示すように、線材１を一対のマンドレル２（直径２．０ｍｍ）で挟んだ。一対のマンドレル２の間は、１ｍｍの間隔をあけた。線材１の一端側は、保持板５に形成した振れ防止用の貫通孔５０を挿通させた。線材１の一端は、２００ｇの錘３で下方に引っ張った。線材１の他端はチャック４で保持した。チャック４を可動させることで、図１の（ａ）の状態から（ｂ）の状態に紙面上で右側に９０°折り曲げた。続いて、線材１を、（ｂ）の状態から（ｃ）の状態に紙面上で左側に９０°折り曲げた。（ａ）→（ｂ）→（ｃ）を１回と数え、これを繰り返した。この繰り返し回数を屈曲回数と称する。折り曲げの速度は、３０回／分とした。この試験は通電なしで行った。屈曲回数は、各試料とも５回以上行った平均値である。比較用の試料Ｃ１２，Ｃ１３では、それぞれ３．５回、４．５回で破断した。
耐屈曲性試験の結果を表３に示した。また、図４，図５には、それぞれ試料２の組成の線材、試料３の組成の線材の熱処理温度と屈曲回数との関係を示した。
【０１０８】
表３に示すように、試料Ｃ１１〜Ｃ１３に比べて、試料１１〜２９は屈曲回数が多く、耐屈曲性に優れていた。図４、図５に示すように、試料２，３のいずれの組成の線材においても、熱処理温度が３００〜５００℃、更には３５０〜４５０℃の場合に、屈曲回数が７回以上と多くなり、耐屈曲性が高かった。
【０１０９】
【表１】
2014224290.tif 000003
【０１１０】
【表２】
2014224290.tif 000004
【０１１１】
【表３】
2014224290.tif 000005
【符号の説明】
【０１１２】
１：線材、２：マンドレル、３：錘。
【図２】
2014224290.tif 000006
【図３】
2014224290.tif 000007
【図４】
2014224290.tif 000008
【図５】
2014224290.tif 000009
【図１】
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