(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ：０．７質量％以上１．７質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｃｕ０．０１質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、箔の厚さ方向における結晶粒の直径が０．５μｍ以下であることを特徴とするアルミニウム合金箔。
【請求項２】
アルミニウム合金箔の厚さが５〜２０μｍであって、引張強さ１６０ＭＰａ以上、伸びが５．０％以上であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金箔。
【請求項３】
アルミニウム合金箔の厚さが５〜２０μｍであって、Ｆｅ：０．７質量％以上１．７質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｃｕ０．０１質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、引張強さ１６０ＭＰａ以上、伸びが５．０％以上であることを特徴とするアルミニウム合金箔。
【請求項４】
Ｆｅ：０．７質量％以上１．７質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするアルミニウム合金箔。
【請求項５】
アルミニウム合金箔の厚さが５〜２０μｍであって、引張強さ２００ＭＰａ以上、伸びが４．０％以上であることを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム合金箔。
【請求項６】
ＦｅとＣｒの含有比率：Ｆｅ／Ｃｒが３．０以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金箔。
【請求項７】
厚さが５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１、４、６のいずれか１項に記載のアルミニウム合金箔。
【請求項８】
請求項１または４に記載の組成を有し、冷間圧延が行われたアルミニウム箔に対し、圧延後に１００〜２００℃で１〜１０時間以上の熱処理を行うことで、引張強さを１０％以上向上させることを特徴とするアルミニウム合金箔の製造方法。
【請求項９】
前記冷間圧延の冷間圧延率が９５．０％以上であることを特徴とする請求項８に記載のアルミニウム合金箔の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルミニウム箔およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コストダウンやリチウムイオン電池用電極箔における容量向上などを目的として、アルミニウム箔を使用する製品における箔の薄肉化が進んでいる。箔を高速で巻きだし、塗工や樹脂のラミネートなどを行うラインにおいては、箔の破断は生産性を低下させる。そのため箔を薄肉化する際は、破断が抑制されるように高強度化や高伸び化が求められる。
箔の高強度化は、組成中にＣｕやＭｇ、Ｍｎ等を添加すれば容易に達成できるが、伸びを上げる手法は公知とはいえず、未だ研究・開発が行われている段階である。
例えば、特許文献１では、Ｆｅ（０．３〜１．０質量％）とＣｒ（０．０２〜０．４１質量％）を含有し、冷間圧延後に、３００〜４５０℃の温度で焼鈍することで薄肉で強度が高いアルミニウム合金箔地が提案されている。
また、特許文献２では、Ｍｎ：０．８〜１．５質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．２０質量％、Ｆｅ：０．３〜０．７質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる電池集電体用アルミニウム合金硬質箔が提案されている。
さらに、特許文献３では、Ｓｉ：０．０１％以上０．４％以下、Ｆｅ：０．０１％以上０．９％以下、Ｍｇ：０．１％以上１．５％未満を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、厚みが２０μｍ以下であり、引張強さが１９０ＭＰａ以上である集電体用アルミニウム合金箔が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３３３６４４号公報
【特許文献２】特開２０１１−８９１９６号公報
【特許文献３】特開２０１３−１０８１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの従来技術においては、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇなどの強度向上に寄与する元素を添加することにより、専ら薄箔とした場合の抗張力を高めることにより製造ラインでの破断を抑えようとするものであり、このような高強度化のみの手段では限界がある。また、今後さらに薄肉化が進めば、高強度というだけでは、むしろライン張力変動などの影響を受けやすく、そのような場合、局部で起きた軽微な破断が一気に全体に進みやすくなることも懸念される。
【０００５】
本願発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、強度を一定以上に保持しながら、かつ伸び特性に優れた箔を製造可能とするため、適切な合金成分、組織などについて研究をさらに進め、知得することができた成果について開示するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明のアルミニウム合金箔のうち、第１の形態の本発明は、
Ｆｅ：０．７質量％以上１．７質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｃｕ０．０１質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、箔の厚さ方向における結晶粒の直径が０．５μｍ以下であることを特徴とする。
第２の形態の本発明は、アルミニウム合金箔の厚さが５〜２０μｍであって、引張強さ１６０ＭＰａ以上、伸びが５．０％以上であることを特徴とする。
第３の形態の本発明は、アルミニウム合金箔の厚さが５〜２０μｍであって、Ｆｅ：０．７質量％以上１．７質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｃｕ０．０１質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有し、引張強さ１６０ＭＰａ以上、伸びが５．０％以上であることを特徴とする。
第４の形態の本発明は、Ｆｅ：０．７質量％以上１．７質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【０００７】
他の形態のアルミニウム合金箔の発明は、前記形態の本発明において、ＦｅとＣｒの含有比率：Ｆｅ／Ｃｒが３．０以上であることを特徴とする。
【００１０】
他の形態のアルミニウム合金箔の発明は、前記形態の本発明において、アルミニウム合金箔の厚さが５〜２０μｍであって、引張強さ２００ＭＰａ以上、伸びが４．０％以上であることを特徴とする。
【００１１】
他の形態のアルミニウム合金箔の発明は、前記形態の本発明において、厚さが５〜２０μｍであることを特徴とする。
【００１２】
本発明のアルミニウム合金箔の製造方法のうち、第１の形態は、第１または第４の発明に記載の組成を有し、冷間圧延が行われたアルミニウム箔に対し、圧延後に１００〜２００℃で１〜１０時間以上の熱処理を行うことで、引張強さを１０％以上向上させることを特徴とする。
【００１３】
他の形態のアルミニウム合金箔の製造方法の発明は、前記形態の本発明において、前記冷間圧延の冷間圧延率が９５．０％以上であることを特徴とする。
【００１４】
以下に、本発明で規定する成分の作用および限定理由について説明する。なお、以下の成分含有量はいずれも質量で示されている。
【００１５】
・Ｆｅ：０．７％〜１．７％
Ｆｅは材料の結晶粒組織を微細化し、伸びを向上させることのできる元素である。０．７％未満では微細化による帯の向上効果が低く、１．７％以上では粗大なＡｌ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物が粗大化し、圧延性や機械的性質を低下させてしまう。このため、Ｆｅを上記範囲で含有する。同様の理由で、下限を１．０％とするのが望ましく、上限を１．５％とするのが望ましい。
【００１６】
・Ｃｒ：０．１％〜０．５％
Ｃｒ添加による高伸び化のメカニズムは、完全に把握出来ていないが結晶粒組織の微細化が要因の一つであると考えられる。０．１％未満では伸びへの影響が明瞭でなく、上限理由としては導電率の低下、晶出物の粗大化、また均質化処理なしでは中間焼鈍時の再結晶を抑制してしまう等がある。このため、Ｃｒを上記範囲で含有する。同様の理由で、下限を０．１％とするのが望ましく、上限を０．３％とするのが望ましい。
【００１７】
・Ｍｎ：０．１％以下
Ｍｎは箔の強度を向上させ、またＦｅと共に用いた場合に伸びも増加させる元素である。ＭｎはＣｒと同様にＦｅと共に用いることでＦｅ単独の添加よりも結晶粒組織を微細化出来るためと考えられるが、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の晶出相の粗大化を招く為、箔を薄肉化した際に圧延中や、実際に箔製品を負荷するラインで破断を生じるリスクが高まる。０．１％以下に規制することで上記のリスクを回避できる。
【００１８】
・Ｆｅ／Ｃｒ比率：３．０以上
本合金の高延性は結晶粒の微細化による影響が大きく、その結晶粒の微細化にはＦｅとＣｒの含有量比率が重要である。Ｆｅ／Ｃｒ比率３．０未満でも、ＦｅとＣｒの成分範囲を厳守すれば高延性箔を得ることはできるが、結晶粒径がやや粗大化してしまう。本合金系の特性をより発揮するにはＦｅ／Ｃｒ比率を３．０以上にするのが望ましい。
【００１９】
・箔の厚さ方向における結晶粒の直径が０．５μｍ以下
我々は箔において厚さ方向の結晶粒界が多くなることで、延性が向上する事を見出している。なお、ここでいう結晶粒とはサブグレインではなく、結晶粒間の方位差が１５°以上の大傾角粒である。０．５μｍを境として伸びが極端に低下することはないが、厚さ方向の結晶粒の直径が０．５μｍ以下であることで、より高い延性が得られる。
【００２０】
・冷間圧延率９５．０％以上
アルミニウムは冷間圧延を行うことで、結晶粒が微細化される。そのため、箔においては圧延率が高い程伸びが向上する。なお、ここでいう冷間圧延率とは熱処理工程後から最終の箔までの圧延率を指す。つまり中間焼鈍を行うのであれば中間焼鈍時の板厚が、行わないのであれば熱間圧延時の板厚が出発材となる。本合金はいかなる圧延率でも従来品より高い伸びを得られるが、例えばリチウムイオン電池の集電体のように特に高い伸びが必要な場合は９５．０％以上が望ましい。上限は特に規定しないが、圧延性を考慮すると９９．８％以下が現実的である。
【００２１】
・Ｃｕ：０．０５％〜０．２０％
Ｃｕは箔の強度を向上させることのできる元素であり、所望により含有させる。高強度を必要とする場合は添加することで高強度化を達成できるが、伸びはやや低下してしまう。０．０５％未満のＣｕでは強度向上の効果はなく、０．２０％を超えてＣｕを含有すると、強度向上による圧延性の低下、伸びの低下が顕著となり薄箔の圧延が困難となる。なお、同様の理由で、下限を０．０５％、上限を０．１０％とするのが望ましい。なお、Ｃｕは、不可避不純物として０．０１％以下含有していてもよい。
【００２２】
・圧延後に１００〜２００℃で１〜１０時間以上の熱処理を行うことで、引張強さを１０％以上向上させる
我々はＡｌ−Ｆｅ−Ｃｒ合金について圧延後に１００〜２００℃以下の温度で熱処理を行うことで強度が増加する「低温焼鈍硬化」と呼ばれる特性を有することを発見している。圧延後に強度を増加させることができるので、圧延性を落とすことなく箔の高強度化を達成できる。詳細なメカニズムは、現在不明であるが、強度増加の度合いはＦｅとＣｒの添加量と添加割合、冷間圧延率、熱処理条件がすべて複雑に絡み合った上で決定される。強度増加として有効と考えられる引張強さ１０％以上の向上を達成するには、冷間圧延率９５％以上、圧延後の熱処理は１００〜２００℃で１〜１０時間以上が必要である。熱処理についてより具体的に示すと、２００℃の場合は最低１時間、１００℃の場合は最低１０時間である。
また、上記の強度向上効果をより高めるには、冷間圧延率９５．０％以上とすることがより望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、強度に優れ、なおかつ伸び特性に優れるアルミニウム箔を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本発明の組成としたアルミニウム合金は常法により溶製することができ、既知の半連続鋳造法や連続鋳造圧延法を採用することができる。
半連続鋳造により得られる鋳塊は、所望により均質化処理を行うことができる。均質化処理をする場合、均質温度４２０〜６２０℃、保持時間１〜１２時間に制御することが望ましい。これにより、鋳造時の合金元素の偏析を解消し、組織を均一化することで薄箔の圧延により好適な状態とすることができる。
均質温度が４２０℃未満であると、局部的な偏析を解消しきれない恐れがあり、不均一な加工硬化により圧延が困難になる。一方、均質温度が６２０℃を超えると、局部溶解が起こる場合がある。このため、均質温度は４２０〜６２０℃が望ましい。均質時間は、１時間未満ではその効果が十分でなく、やはり不均一な加工硬化により圧延が困難になる。一方、１２時間を超えると、析出物が肥大化し、圧延時に破断しやすくなる。このため、均質時間は、１〜１２時間とするのが望ましい。
【００２５】
その後、熱間圧延を行ってアルミニウム合金材を得る。熱間圧延は常法により行うことができるが、仕上り温度を２００〜２９０℃にするのが望ましく、２４０〜２８０℃にするのが一層望ましい。
上記アルミニウム合金材は、冷間圧延に供され、中間焼鈍を経て、再度冷間圧延、最終冷間圧延が行われる。中間焼鈍は、バッチ式焼鈍炉または連続焼鈍炉を使用し常法により行うことができる。
また、本実施形態では、中間焼鈍は行わないものとしてもよい。
【００２６】
冷間圧延における圧下率は、９５．０〜９９．９８％が望ましく、９８．０〜９９．７％とするのが一層望ましい。
冷間圧延、最終冷間圧延を経て、厚さが５〜２０μｍであるアルミニウム合金硬質箔を得ることができる。該アルミニウム合金硬質箔は、Ｃｕを積極添加しない場合、引張強度が１６０ＭＰａ以上である。また、箔の厚さ１２μｍにおいて伸びが５．０％以上である。また、Ｃｕを積極添加する場合、引張強度が２００ＭＰａ以上であり、箔の厚さ１２μｍにおいて４．０％以上が一層望ましい。
【００２７】
なお、圧下率は、熱処理後の圧下率を示しており、冷間圧延中に中間焼鈍を行うのであれば中間焼鈍時の板厚が、行わないのであれば熱間圧延時の板厚が出発材となる。
【００２８】
得られたアルミニウム合金硬質箔は、各種用途に使用することができるが、リチウムイオン二次電池正極集電体用アルミニウム合金箔として、リチウムイオン二次電池の電極材に好適に用いることができる。
【実施例１】
【００２９】
以下に、本発明の実施例を説明する。
半連続鋳造により、表１に示す成分（残部がＡｌと不可避不純物）で材料を鋳造した。
鋳塊には、５５０℃で４時間の均質化処理した後に、仕上がり温度２６０℃での熱間圧延にて４．５ｍｍの板材とした。その後、冷間圧延、中間焼鈍、最終冷間圧延を経て、厚み１０〜２０μｍ、幅１２００ｍｍのアルミニウム合金箔の試料を作製した。中間焼鈍は連続焼鈍ライン（ＣＡＬ）又はバッチ焼鈍を用いて行った。ＣＡＬの条件は昇温速度：７０℃／秒、加熱温度：５００℃、保持時間：３秒、冷却速度：５０℃／秒とし、バッチ焼鈍は３６０℃×５時間とした。なお、結晶粒の微細化にはＣＡＬが有利である。また圧延後に１５０℃×１０時間の熱処理を実施し、引張強さの変化を確認した。
【００３０】
（引張り強度、伸び率）
引張り強度と伸び率は、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準拠し、試料からＪＩＳ５号試験片を採取し、万能引張試験機（島津製作所製）で引張り速度２ｍｍ／秒にて測定を行った。
【００３１】
(厚さ方向の結晶粒径)
箔の平行断面をＣＰ（Cross section polisher）にて切断し、SEM-EBSDにて方位マッピングを実施した。結晶粒間の角度差が１５°以上である粒界を表示し、高倍の像から線分法で箔の厚み方向における結晶粒径を算出した。
【００３２】
（圧延性）
圧延性は、幅１２００ｍｍを超える広幅の圧延において、最終パス（圧下率）で破断することなく圧延できたものを○、最終パスで１コイル（約１００００ｍ）につき３回以下の破断が生じた場合は△、３回を超える破断もしくは硬過ぎる等の理由で圧延継続が難しいと判断されたものについては×とした。○が好ましいが、△以上（約１００００ｍの最終パスで破断が３回以内）であれば製造上は問題ない。  測定結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0006699993.tif 000002