(57)【要約】      （修正有）【課題】特に航空宇宙、たとえば人工衛星に用いることができる、太陽電池用のコネクタに好適なスカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金から構成される金属フォイルを製造する方法、および、それによって製造される金属フォイルの提供。【解決手段】スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金の中間生成物を用意するステップＳ１と、熱間および／または冷間圧延によって、前記中間生成物を５〜５０μｍの厚さまで圧延するステップＳ２と、を含む方法により金属フォイルを製造する。前記圧延するステップが複数のステップで行われ、２つの圧延ステップの間に、少なくとも１回、中間熱処理Ｓ３が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金から構成される金属フォイルを製造する方法であって、
スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金の中間生成物を用意するステップと、
熱間および／または冷間圧延によって、前記中間生成物を５〜５０μｍの厚さまで圧延するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記中間生成物を前記圧延するステップが、複数のステップで行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
２つの前記圧延ステップの間に少なくとも１回、温度２００〜４５０℃でかつ／または１〜１０時間の中間熱処理が行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記圧延後に、２５０〜３５０℃の温度での熱処理をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記圧延ステップが、５０ｍ／ｍｉｎ未満の圧延速度で行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
スカンジウムおよびジルコニウムを含む前記アルミニウム−ジルコニウム合金が、グループＡＡ５０２４および／またはＡＡ５０２８のアルミニウム合金から選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記金属フォイルが、前記圧延ステップおよび任意選択で熱処理後に、打抜き加工および／または型押し加工される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法によって製造される金属フォイル。
【請求項９】
太陽電池用の電池コネクタの形態の、請求項８に記載の金属フォイル。
【請求項１０】
電池コネクタの形態の、請求項８または９に記載の金属フォイルを備える太陽電池アレイ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の太陽電池アレイを備える人工衛星。
【請求項１２】
太陽電池アレイにおける請求項８または９に記載の金属フォイルの使用。
【請求項１３】
航空宇宙における、請求項８または９に記載の金属フォイルの使用。
【請求項１４】
前記金属フォイルが人工衛星に使用される、請求項１３に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金から構成する金属フォイルを製造する方法、その方法によって製造される金属フォイル、ならびに太陽電池アレイおよび／または航空宇宙でのその合金の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星を運用するために、太陽電池は、現今通常的に使用されている。複数の太陽電池を相互に直列に接続し、それによって、得られる直列系を人工衛星の必要な作動電圧に適合させるために、電池コネクタが使用される。軌道内で、これらコネクタは、太陽電池自体と同じ環境影響に常時曝されているので、劣化を被り得る。太陽電池は人工衛星の真の「心臓部」に相当するので、太陽電池を結合して接続するコネクタまたは電池コネクタの損傷は、性能の低下に至り、したがって人工衛星および／またはその搭載物のミッションを危険に曝すこととなる。
【０００３】
銀、金、モリブデン、およびＭｏＡｇなどの材料から製作される現在のコネクタは、約１２〜３８μｍの厚さを有する薄いフォイルから打ち抜かれ、溶接によって電池に接続される。しかし、将来大幅に採用されるであろうキセノン作動式イオン推進装置が用いられるとき、現在のコネクタ材料は、ＡｇおよびＡｕがキセノン・イオン浸蝕に関して不安定であり、さらにＡｇが原子状酸素（ＡＴＯＸ）に関してやはり不安定なので、人工衛星で作動中に環境の影響によって損傷する可能性がある。
【０００４】
特許文献１は、アルミニウムにスカンジウムおよびジルコニウムが添加された、金属フォイルを製造するための新規材料を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２８７１６４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この背景に対して、本発明の目的は、スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム金属合金に基づいて金属フォイルを製造する改良された方法、およびそのような金属フォイルを使用する、人工衛星の太陽電池用の改良されたコネクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する方法、請求項８の特徴を有する金属フォイル、請求項１０の特徴を有する太陽電池アレイ、請求項１１の特徴を有する人工衛星、および請求項１２から１４の使用によって、達成される。本発明は、より具体的には、たとえばＡＡ５０２４／ＡＡ５０２８のＳｃａｌｍａｌｌｏｙ（登録商標）グループなど、スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金から構成される、たとえば１μｍまで、または約１０μｍまでの最終厚さを有する薄い金属フォイルを実現する材料技術、および関連するプロセス技術、ならびにさらに、特に宇宙用途用のコネクタとしての特に太陽電池への当該フォイルの使用に関する。
【０００８】
有利な実施形態および発展形態が、さらに別の従属請求項、および図面を参照する説明からも明らかになる。
【０００９】
本発明が基づく考えは、スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金から構成される金属フォイルの、目標とする製造法によって、たとえば薄板など、元となる中間生成物に存在する有利な特性を、フォイル自体に維持することができることである。
【００１０】
したがって、本発明の方法によって、特にＸｅイオンに対する高い安定性、ならびに全体として高サイクル安定性およびイオン浸蝕耐性を有し、さらに原子状酸素（ＡＴＯＸ）に対して高い耐性のある金属フォイルを製造することが可能になる。さらに、同時に、これらフォイルは、導電性、ならびに、たとえば抵抗スポット溶接、超音波スポット溶接、レーザ溶接、および摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）による、極めて良好な溶接性を有する。特に宇宙航行、たとえば人工衛星に要求される、約−１９０℃〜２００℃の温度範囲内で、この金属フォイルの材料は、熱応力の急激な変化に対して安定であり、安定して機械的特性を有する。これは、静止軌道（ＧＥＯ）および低地球軌道（ＬＥＯ）での両方のミッションにとって重要である。さらに、特に航空宇宙で用いられる人工衛星および他の物体におけるコネクタにとって、これらコネクタ要素が、ロケットの発進中に生じる機械的および音響的震動によって生じる応力および振動に耐えることが欠かせない。具体的には、これは、本発明の方法により、目標とする製造工程によって製造された金属フォイルにおいて、確保することができる。
【００１１】
スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金から構成される金属フォイルを製造する本発明の方法において、第１のステップは、スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金の中間生成物を用意することである。この中間生成物には、スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金から構成されていれば、特定の制約はない。この場合、中間生成物の形に特定の制約はなく、中間生成物は、たとえば、薄板または厚板、異形材、ビレット、ロッド、棒材、管材などでもよく、特に薄板がよい。
【００１２】
本発明によれば、中間生成物は、スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウムから構成されることが有利である。これら材料は、航空宇宙での使用に著しく適しており、また、特に、これら材料では、本方法の結果としての材料のいかなる変化も実質的に防止することが可能なので、特に本発明の方法の一連のステップから利益を得る。スカンジウムおよびジルコニウムを含有するＡｌ−Ｍｇ合金が有する特性には、これら合金では、アルミニウムでのＭｇの固溶強化による付加的強度増加効果もあるので、より良好な機械的特性が含まれる。さらに、元素スカンジウムおよびジルコニウムによって、厚さを薄く圧延していく際に、微細構造を安定化させることができ、それによって、たとえば、過飽和混合物中の比較的高濃度のＭｇおよび比較的高い温度において生じ得るような再結晶が起こらない。したがって、その結果は、高い機械的特性を有する微細結晶粒構造である。これの別の効果は、より多数の結晶粒界であり、それが、Ｍｇ相のより細かな分布を促進し、耐蝕性を向上させる。さらに、スカンジウムおよびジルコニウムを含有するＡｌ−Ｍｇ合金は、溶接可能であり、ＡＴＯＸに対する安定性が良好である。このように、高い機械的特性を有する微細な結晶粒構造が達成され、さらに、Ｍｇ相のより微細な分布に有利に働き、より良好な耐蝕性にも寄与するより多数の結晶粒界が存在する。
【００１３】
ある実施形態によれば、中間生成物、たとえば薄板は、０．１〜１０ｍｍ、たとえば約０．４〜６ｍｍの厚さを有する。
【００１４】
中間生成物の材料は、特に宇宙飛行におけるコネクタ材料の要件に基づいて選択され、様々な材料が検討されてきた。この場合、コネクタまたは電池コネクタは、少なくとも２つの太陽電池を相互に結合することができ、かつ／または太陽電池を、たとえば人工衛星など、太陽電池と共に搭載する装置への適切な結合を実現することができる要素である。
【００１５】
コネクタの材料が従うべき考慮事項および、さらにある程度の要件には下記が含まれる。すなわち、まず、人工衛星運用のための温度状況を考慮して、熱機械的相互作用を伴う、−１９６℃（極低温）から少なくとも２００℃までの十分な熱安定性を確保する必要がある。さらに、これら材料は、既に上記で考察したように、ＡＴＯＸおよびイオン浸蝕に対して耐えるべきである。さらに、効果的結合のために、要求温度範囲内で、十分な導電性および熱安定性が必要である。さらに、結合するために、たとえばレーザ溶接性や超音波溶接性などの優れた溶接性、およびさらに耐蝕性が、有利である。
【００１６】
さらに、人工衛星用などの宇宙航行に使用するために、高い機械的および動的特性を有する低比重の材料、および低熱膨張率（ＣＴＥ）が有利である。さらに、製造するために、材料が、５〜５０μｍ、好ましくは８〜３０μｍ、より具体的には１０〜２６μｍの範囲の厚さを有するフォイルの形態で利用可能であり、かつ製造工程を短移動時間によって自動化することができれば、有利である。導電性を確立し、かつ／または溶接性および防蝕性を確保するために、製造されたフォイルが追加のコーティングを必要とすることがなければ、さらに有利である。コバール（ＮｉＦｅＣｏ合金）やモリブデンなど、今まで人工衛星のコネクタ用に使用されている材料は、通常、上記の理由で、銀による追加のコーティングを必要とする。
【００１７】
さらに、フォイルは、有利には、打抜き加工および／または型押し加工によって容易に所望の形にすることができるべきであり、所望の形状を形成するために、費用が掛かり面倒なエッチング工程を必要とするべきでない。
【００１８】
アルミニウム合金は、キセノン・イオン浸蝕に対して高い安定性を有することが知られており、そこで、このグループの材料を、特にマグネシウムとの関連で、より綿密に調べた。しかし、そのグループの材料の全てが、高温で十分な強度を有する訳ではなく、たとえば、通常のアルミニウム材料は、最大で約１５０℃までの熱安定性しか持たないので、より綿密な調査を、たとえば約０．４〜６ｍｍの材料厚さを有する中間生成物として利用可能な、たとえばＡＡ５０２４／ＫＯ８２４２など、特にスカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム合金で行った。スカンジウムおよびジルコニウムは、熱的に安定なＡｌＳｃＺｒの析出による強力な粒子強化に加えて、鋳造構造内により微細な結晶粒を生成し、圧延中の再結晶を防止する効果を有する。その析出物は、４００℃までの温度での材料の特性を安定化させることができ、また溶接性を向上させることができる。スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金は、Ａｌ中のＭｇによる固溶硬化をＡｌならびにＳｃおよびＺｒによる析出硬化と組み合わせるので、冶金分野では新奇である。
【００１９】
スカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金が、ある実施形態によれば、グループＡＡ５０２４および／またはＡＡ５０２８（ＥＮ５７３−３／４による）のアルミニウム合金から選択され、より具体的にはスカルマロイ（登録商標）グループから選択され、その合金は、特に、上記の有利な材料特性を有し、その合金では、それら特性を、本発明の方法を用いて維持することができる。これら合金は、特に、太陽電池コネクタ用に好適であり、それらコネクタの自動製造に適しており、さらに、好ましくは溶接による、太陽電池への想定される組込みにも適している。グループＡＡ５０２４および／またはＡＡ５０２８からのアルミニウム合金、ならびに特にスカルマロイ（登録商標）電池コネクタ技術による電池コネクタは、約２００℃から約４００℃までの温度範囲における熱安定性によって、ソーラ・パネルの寿命時間を数倍に延ばすことができ、それによって、多大な経済的利点、およびソーラ・パネル技術、特に宇宙用途に関する、より優れた競争力がもたらされる。グループＡＡ５０２４および／またはＡＡ５０２８からのアルミニウム合金、および特にスカルマロイ（登録商標）合金によって、具体的には、本材料技術は、約４００℃まで用いることができる。
【００２０】
そのアルミニウム合金が用意されると、中間生成物、たとえば薄板が、熱間および／または冷間圧延、特に冷間圧延によって、５〜５０μｍ、好ましくは８〜３０μｍ、より具体的には１０〜２６μｍに圧延される。ここで、冷間圧延とは、具体的には、たとえば約２０〜２５℃、たとえば約２５℃の室温で、すなわち材料を加熱することなく、機械的装置を用いてその再結晶温度以下で、中間生成物、たとえば薄板または厚板などの平らな幅広い製品を成形することである。それに対応して、熱間圧延は、より高い温度で行われる。
【００２１】
この場合、圧延は、１ステップまたは複数のステップで行われ得るが、ある種の実施形態によれば、複数のステップで行われる。さらに、圧延は、圧延装置および／または圧延速度に関して、いかなる特定の制約も受けない。ある実施形態によれば、圧延は、５０ｍ／ｍｉｎ未満、好ましくは４０ｍ／ｍｉｎ未満、より好ましくは３０ｍ／ｍｉｎ未満、より具体的には、２０ｍ／ｍｉｎ未満、たとえば２〜１８ｍ／ｍｉｎ、たとえば５〜１５ｍ／ｍｉｎ、たとえば５〜８ｍ／ｍｉｎまたは１０〜１５ｍ／ｍｉｎの圧延速度で行われる。この場合、目的は、特に、高品質および再現性に焦点を当てて製造することにあった。それゆえ、全体的に低い圧延速度で加工することが選択される。その理由は、そのような速度が圧延中のベルト張力のより有効な測定および制御を可能にし、同時に、成形熱の散逸によって生じるロール・ニップでの制御不能な加熱を防止するからである。この加熱防止が、既述された本件で使用される合金の構造およびその結果として生じる利点を維持するために、当該合金にとって特に有益であることが示されている。
【００２２】
一発展形態によれば、２つの圧延ステップの間に少なくとも１回、温度２００〜４５０℃かつ／または１〜１０時間の中間熱処理を行うことが可能である。ただし、ある種の実施形態によれば、２ステップより多い圧延、すなわち３回以上、たとえば３回、４回、５回、６回、７回、８回、９回、１０回、１１回、あるいはそれ以上の圧延が行われ、また、圧延ステップの間に複数の中間熱処理が行われ、たとえば、２回、３回、４回、５回、６回、７回、８回、９回、１０回、あるいはそれ以上の中間熱処理が実施される。この場合の複数の圧延ステップは、複数の圧延パスを有する圧延作業に組み込むこともでき、すなわち、たとえば２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、あるいはそれ以上のロールを通過させ、中間熱処理をそれぞれの圧延作業の間に行うことができる。ある種の実施形態によれば、中間熱処理は、たとえば２つの圧延作業、たとえば３つの圧延作業を含め、どの場合も２つの圧延ステップの間で常に行われる。Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｃ、およびＺｒを含有する圧延し難い材料から、厚さが５〜５０μｍ、好ましくは８〜３０μｍ、より具体的には１０〜２６μｍの範囲の薄いフォイルを製造するために、複数の中間熱処理を含むシーケンスを有する冷間圧延による製造法が特に適しており、その製造法が、その材料を要求厚さに処理することを具体的に可能にする。
【００２３】
１回または複数回の中間熱処理が、２００〜４５０℃の温度かつ／または１〜１０時間、たとえば２２０〜３５０℃、好ましくは２９０〜３３０℃、たとえば約３２５℃の温度かつ／または２〜８時間、より具体的には３〜６時間、たとえば４時間、行われ得る。たとえば、加熱によって適切に達成することができる中間熱処理の特性に特定の制約はない。時間−温度の態様に関しては、１つまたは複数の中間熱処理は、具体的には、圧延工程の結果として生じる硬化作用が、相組成、相分率などのような微細構造全体に全く実質的な影響なしに、除去されるように設定される。この場合、シーケンス全体およびさらに中間熱処理の数は、個別的に、利用可能な開始厚さおよび／または要求される最終厚さに適合させることができる。
【００２４】
一発展形態によれば、本発明の方法は、圧延後に、２５０〜３５０℃、好ましくは２７５℃〜３２５℃での熱処理をさらに含み得る。この場合もやはり、熱処理に特定の制約はなく、熱処理は、同様に、適切な加温および／または加熱を含み得る。たとえば最終熱処理における任意選択の熱処理によって、微細構造に狙い通りの影響を与えることができる。
【００２５】
一実施形態によれば、圧延され、かつ、たとえば中間熱処理および／または最終熱処理のおのおので、任意選択で１回または複数回熱処理された後、金属フォイルは、打ち抜かれかつ／または型押しされる。打抜き加工および／または型押し加工は、いかなる特定の制約も受けず、たとえば航空宇宙や、太陽電池用のコネクタに適した形状を製造することを可能にする。
【００２６】
本発明のさらに別の態様は、本発明の方法によって製造される金属フォイルに関する。厚さは別として、フォイルの形態にそれ以上の制約はない。たとえば、金属フォイルは、太陽電池用の電池コネクタの形態とすることができ、その場合には、発展形態において、このコネクタは、そのような太陽電池に通例である追加の構成要素をさらに備えることとしてもよい。
【００２７】
さらに開示されるのは、電池コネクタの形態の金属フォイルを備える太陽電池アレイである。その太陽電池アレイには、その太陽電池アレイが、太陽電池を備え、特に金属フォイルを電池コネクタの形態で太陽電池に溶接することが可能であり、適切に製造することができれば、その他に特定の制約はない。太陽電池アレイは、たとえば相当な高度、たとえば高山での機器用、ただし特に航空宇宙、具体的にはたとえば地球を周る軌道に置かれる人工衛星や同様な装置の機器用を含めて、そのようなエネルギー再生が望まれる多くの様々な分野に亘って使用することができる。それに対応してさらに本発明によって開示されるのは、本発明の太陽電池アレイを備える人工衛星であり、人工衛星の他の構成要素は特定の制約を受けない。
【００２８】
また、太陽電池アレイおよび／または航空宇宙、特に人工衛星における、本発明の金属フォイルの使用が、開示される。
【００２９】
材料から最終製品までの本発明による革新的なバリュー・チェーンは、特に太陽電池、太陽電池パネル、および人工衛星ミッションに関する実質的により長い製品寿命を確保し、同様に、自動製造技術に関して経済性の向上を確保する。
【００３０】
上記の実施形態および発展形態は、あらゆる所望の合理的な態様で互いに組み合わせることができる。本発明のさらに可能な実施形態、発展形態、実行形態もまた、明言せずとも、上記、または例示的実施形態に関して以降に説明される本発明の特徴の組合せを包含する。具体的には、当業者は、ここでの本発明のそれぞれの基本的形態に、改良形態または追加形態として、個々の態様を追加することができる。
【００３１】
概略図に示される例示的実施形態を参照して、本発明がより詳細に以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の方法の概略図である。
【図２】電池コネクタの形態の、本発明の金属フォイルによって接続された２つの太陽電池の概略図である。
【図３】本発明の金属フォイルによって達成された引張強度の実験結果を示す図である。
【図４】本発明による標本における引張試験のための実験配置の概略図である。
【図５】本発明の金属フォイルと従来技術の金属フォイルとを用いたＸｅイオンの垂直入射によるスパッタ・レートの結果を示す図である。
【図６】従来技術のフォイルと比較した、本発明のフォイルのＳ−ｎ曲線の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
添付図面は、本発明の実施形態をさらに理解し易くするためのものである。それら図面は、実施形態を例示し、本記述と相俟って本発明の原理および思想を説明する役割を果たす。他の実施形態および多くの言及される利点は、図面との関連で明らかになる。図面中の要素は、相互の関連において必ずしも真の縮尺では示されていない。
【００３４】
図面の諸図において、同一であり、同じ機能を有し、かつ同じ効力を有する要素、特徴、および構成部分は、別途言及のない限り、同じ参照記号によってそれぞれ表記されている。
【００３５】
図１は、スカンジウムおよびジルコニウムを含有する５×××グループの合金から、たとえば約１０μｍの最終厚さまで減らすことによる、本発明による薄い金属フォイルを製造する方法を概略的に示しており、その方法は以下のステップを含む。
−  たとえば５０２４（ＫＯ８２４２）または５０２８（ＫＯ８５４２）など、スカンジウムおよびジルコニウムを含有する合金グループ５×××、さもなければスカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウムおよびマグネシウムのさらに別の同様な合金から、たとえば厚さが約０．２ｍｍ〜６ｍｍ、最長寸法での長さが少なくとも１０００ｍｍの中間生成物、たとえば薄板を用意するステップＳ１、
−  中間生成物に熱間圧延および／または冷間圧延を行う少なくとも１つのステップＳ２、および
−  その後再び中間生成物を圧延する場合に、中間生成物に中間熱処理を行う、任意選択での少なくとも１つのステップＳ３
【００３６】
したがって、金属フォイルは、複数の圧延ステップの場合には中間熱処理を伴うことのある熱間圧延／冷間圧延による複数のステップでの、ただし最少では１ステップでの中間生成物から形成することができ、その中間生成物は、たとえば、従来の鋳造法（ＩＭ）もしくは粉末冶金（ＰＭ）、または様々なテープ・キャスティング法によってまず製造し、場合によってはさらに圧延棒を形成するように機械加工する。
【００３７】
たとえば、約２００〜４５０℃の温度範囲で約１〜１０時間、１回または複数回の中間熱処理によって、圧延工程およびさらに析出硬化による材料の強化を緩和することができる。それにより、複数のステップ、最小では１ステップで、最終厚さ（５〜５０μｍ、たとえば１０、１８、２０μｍまたはそれを超えるμｍ）までに圧延することができる。
【００３８】
圧延の直後には、材料は、３００ＭＰａを超え、好ましくは３５０ＭＰａを超え、またはさらに高い引張強度／降伏点を有し、破壊点の伸びの値は、０％より大きく、好ましくは０．１０％を超える範囲にすることができる。
【００３９】
材料の特性は、２５０〜３５０℃の温度範囲の任意選択の熱後処理によってさらに改善することができる。
【００４０】
その後、たとえば直列接続の場合に、たとえば２つの太陽電池１を接続することができる、図２に概略的に示されたコネクタ２を形成するために、金属フォイルを打ち抜きかつ／または型押しすることができる。このため、コネクタは、たとえば、太陽電池に溶接することができる。そして、太陽電池を伴うこのコネクタを、たとえば、人工衛星を運用するために使用することができる。
【００４１】
本発明の技術的解法は、たとえば最大５μｍの厚さ、たとえば最大約１０μｍまでの厚さの薄いフォイルの製造に関し、さらに、これら薄いフォイルから製作されたコネクタを、溶接技法を用いてソーラ・パネルに適用する際に適切なバリュー・チェーンに関する。この溶接可能で耐蝕性の薄い金属フォイルは、原子状酸素（ＡＴＯ）に耐性がある。さらに、マイナス１９６℃から約プラス４００℃までの温度範囲で、この材料は、高い導電性、熱安定性、イオン耐性、および優れた疲労特性を有する。したがって、特に人工衛星用のソーラ・パネルに関してより優れた長期安定性を実現することが可能である。
【００４２】
薄いフォイルの形態におけるＳｃａｌｍａｌｌｏｙ（登録商標）材料技術、すなわちスカンジウムおよびジルコニウムを含有するアルミニウム−マグネシウム合金が、太陽電池コネクタに対する良好な選択肢になり、将来の人工衛星パネル用に好適であることが、具体的に明らかになってきた。コネクタに関するこの新規技術を用いると、ＧＥＯ（静止軌道）ミッションに関して−１９０℃〜＋２００℃の温度範囲で２，０００サイクルより多くを確保し、ＬＥＯ（低地球軌道）ミッションに関して約−１６０℃〜＋１５０℃の温度範囲で最大約１００，０００サイクルを確保することが可能になる。
【００４３】
本発明が、以下に、例示的実施形態を用いてさらに説明される。この例示的実施形態は本発明を限定するものではない。
【００４４】
実施例
厚さ１１μｍの金属フォイルを、冷間圧延および３２５℃で４時間の複数回の中間熱処理によって、０．４ｍｍの厚さを有するＫＯ８２４２薄板から製造した。この事例では、５〜８ｍ／ｍｉｎの速度での複数の圧延パスによる第１の圧延作業において、薄板を８０μｍまで圧延し、次いで、中間熱処理を行い、５〜８ｍ／ｍｉｎの速度での複数の圧延パスによる第２の圧延作業において、８０μｍから１８μｍまで圧延し、次いで、再び中間熱処理を行い、その後、薄板を、１０〜１５ｍ／ｍｉｎの速度での複数のパスによる第３の圧延作業において、１８μｍから１１μｍまで圧延した。これら工程において生じた硬度［ＨＶ０１］は以下の通りであった。すなわち、第１の圧延作業後は１７０、第１の中間熱処理後は１１０、第２の圧延作業後は１３０、第２の中間熱処理後は１００、第３の圧延作業後は１００であった。これに関して、第２の圧延作業において２６μｍまで、第３の圧延作業において２０μｍまで圧延が行われる場合にも同じ結果が得られることを指摘することができる。
【００４５】
引張試験
１１μｍフォイルを用いて引張試験を行った。１１μｍのＫＯ８２４２フォイルでの引張試験の結果が図３に示され、９回の繰返し実施に対して平均引張強度Ｒｍが３７８ＭＰａである。図３は、繰返し測定の結果３、平均値４、標準偏差５を示す。
【００４６】
ＡＴＯＸ安定性
さらに、使用の際のフォイルのＡＴＯＸ安定性に注目した。ＫＯ８２４２は、たとえば低地球軌道において発生する原子状酸素（ＡＴＯＸ）に対する優れた耐性が顕著である。この合金の秀でた機械的特性は、ｎｍサイズの整合析出物によって形成されるので、ＫＯ８２４２の表面は、規模の大きな析出物のない純粋なＡｌＭｇ合金の機械的特性に相当し、それを、本金属フォイルにそのまま移行することができる。たとえば、５００ｋｍ軌道における原子状酸素の影響は、３．６Ｅ２０酸素原子／ｃｍ２である。したがって、ＫＯ８２４２に関しては、ＡＴＯＸによる測定可能な腐蝕はなく、他方Ａｇは、同じ条件下で、３８μｍの腐蝕を受ける（全てのデータ源は、ＳＰＥＮＶＩＳ、ｗｗｗ．ｓｐｅｎｖｉｓ．ｏｍａ．ｂｅ／ｓｐｅｎｖｉｓである）。
【００４７】
溶接性試験
溶接性を試験するために、ＫＯ８２４２金属フォイルの細片を、超音波溶接によって、たとえば薄い金の層を有する銀から構成される太陽電池の溶接接点に、太陽電池コネクタとして冷間圧接した。
【００４８】
この試験用の太陽電池コネクタは、溶接個所において、４本の個々の「指」、すなわち１．２５ｍｍの幅を有する平行な細片から構成されていた。各指は、電池の７×１ｍｍ２の溶接パッド上に、測定値０．３×０９．９ｍｍ２の溶接スポットによって固定された。太陽電池コネクタの４本の個々の指は、６．２５ｍｍ幅の共通基部を終端とし、その共通基部を引張試験のためにクランプした。したがって、引張試験では、張力を４本全ての指に同時に掛けた。
【００４９】
コネクタ６、接点７、太陽電池８を伴う図４に概略的に示された、引張角度０°でのこの試験で得られた引張強度は、５Ｎより大きかった。
【００５０】
熱サイクル試験
１１μｍのＫＯ８２４２フォイルから製造された太陽電池コネクタの疲労耐性を、その後の軌道でのそれらコネクタの使用に可能な限り近い条件下で試験するために、３組の７つの基板がいずれの場合も６つのコネクタを用いて溶接によって接続されている熱サイクル試験を立案した。この場合のコネクタは、２ｍｍ幅の平行な金属片の対から構成し、それらコネクタを、いずれの場合も個々に基板に溶接した。実際の溶接個所の寸法は、０．３×０．９ｍｍ２であった。それぞれ７つの基板による３つの「直列系」を、カーボン・ファイバのサンドイッチ構造に接着し、温度調節可能なチャンバに垂直に入れた。温度で太陽電池が膨張し収縮することによってコネクタに作用する熱機械的荷重を、この場合、金属性ゲルマニウム基板を用いてシミュレートした。温度の変化によって、材料の線膨張係数から生じるサイクル的荷重成分、およびさらに材料変化のあらゆる可能性も、シミュレートした。個々のゲルマニウム基板の大きさは４×５ｃｍであった。ここで、重要な寸法は、幅の４ｃｍ（コネクタの方向に平行）であり、この幅がサイクル荷重の大きさを決定するからである。温度範囲は−１７５℃〜＋１３０°をカバーした。総計１２，０００サイクルを実行した。比較のために、銀および純粋アルミニウムなど、他の材料も同一の構成で試験した。
【００５１】
太陽電池コネクタを、クラックや破損について目視で検査した。銀のコネクタは部分的なクラックを発生していたが、ＫＯ８２４２によるコネクタは無傷であった。比較すると、通常使用される銀のコネクタに対し、また、予想通り、純粋アルミニウムに対しても、ＫＯ８２４２コネクタの顕著に高い疲労耐性が判明した。すなわち、２４個のＫＯ８２４２コネクタはどれも損傷せず、他方、銀の場合２４個のうち１０個にクラックが入り、アルミニウムの場合２４個のうち１９個にクラックが入った。
【００５２】
浸蝕試験
たとえば人工衛星の位置制御推進装置によって噴射されるようなＸｅイオンによる浸蝕への耐性を判定するために、相当エネルギー場Ｅ＜１０００ｅＶでのＸｅの直交／垂直入射の下でのＫＯ８２４２のスパッタ・レートを確認し、Ａｇのスパッタ・レートと比較した。Ｘｅイオンは、定められたエネルギーを有する標準的イオン源から、平行ビームで、標的材料としてのフォイル上に発射した。全ての測定を真空化で行った。基板に対する入射角、およびさらにイオン・ビームのエネルギーを変化させることによって、スパッタ・レートの全般的なエネルギーおよび角度依存性を測定することが可能になった。スパッタ・レートは、それぞれの場合、標的フォイルの重量の減少を測定することによって求めた。
【００５３】
図５から分かるように、１イオン当たりの原子でのスパッタ・レートＹｓは、Ａｇに関するよりＫＯ８２４２に関する方が比率約３だけ優れている。このより優れた耐浸蝕性は、たとえば、南北方向での位置制御推進装置のより効果的な配向のために役立てることができ、その結果、より良好な効率およびＸｅのより低い消費量に繋がる。
【００５４】
シェイク・テスト
ＫＯ８２４２コネクタの大幅に改良された疲労耐性を定量化するために、実際に使用される形状（４３０μｍの面外ループ）にコネクタを型押し加工し、専用装置で＋／−６０μｍ〜＋／−１００μｍのサイクル的な機械的荷重を掛けた。複数のコネクタを１つの装置に同時にクランプし、軌道での２つの太陽電池の距離の変化をシミュレートした。このために、一方のクランプされた部分（たとえば電池の裏面に対応する）が位置を固定して保持され、他方が、圧電性結晶を使用して静止位置から所期のサイクル的荷重によって動かされる。こちら側のコネクタのクランプは、実際のソーラ・パネルでのコネクタの実際の高さの偏倚も考慮に入れている。電流を全てのコネクタを通して個々に送り、電圧の低下を測定することによってコネクタの破損を検出することを可能にしている。
【００５５】
これら負荷段階のそれぞれについて、１６個のコネクタのそれぞれに関する破損点に対してサイクル的荷重の数（Ｎ；サイクル数）を求めた。有限要素モデリング（ＦＥＭ）を使用して、それぞれのサイクル的負荷段階中にコネクタ・ループに生じる最大応力（σ）を計算した。このデータを使用して、ＫＯ８２４２に関する実際のデータ１１およびさらに近似曲線プロフィール１２を有する、ＫＯ８２４２について図６に示される標準的Ｓ−ｎ曲線、ならびに比較のために、近似曲線プロフィール１３および実際の値１４を有する銀、すなわち従来技術によるコネクタ材料の標準的Ｓ−ｎ曲線を作成することができる。広い電圧範囲における優れたサイクル安定性が極めて明らかである。
【符号の説明】
【００５６】
Ｓ１  中間生成物を用意するステップ
Ｓ２  冷間／熱間圧延を行うステップ
Ｓ３  中間熱処理を行うステップ
１  太陽電池
２  コネクタ
３  標本における引張強度
４  平均引張強度
５  標準偏差
６  コネクタ
７  接点
８  太陽電池
９  ＫＯ８２４２のスパッタ・レート
１０  Ａｇのスパッタ・レート
１１  シェイク・テストにおけるＫＯ８２４２の実際の値
１２  シェイク・テストにおけるＫＯ８２４２の近似曲線
１３  シェイク・テストにおけるＡｇの近似曲線
１４  シェイク・テストにおけるＡｇの実際の値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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