鋁合金線材、鋁合金絞線、包覆電線、線束以及鋁合金線材的制造方法與流程
本發明涉及用作電氣布線體的導體的鋁合金線材、鋁合金絞線、包覆電線、線束(wireharness)以及鋁合金線材的制造方法。
背景技術：
以往，作為汽車、電車、飛機等移動體的電氣布線體或者工業用機器人的電氣布線體，一直使用在包括銅或銅合金的導體的電線上安裝有銅或銅合金(例如黃銅)制的端子(連接器)的被稱為線束的部件。近年來，汽車的高性能化、高功能化迅速發展，與此相伴，存在以下傾向：車載的各種電氣設備、控制設備等的配設數量增加，并且這些設備所用的電氣布線體的配設數量也增加。此外，另一方面，為了環保要提高汽車等移動體的燃耗性，因此強烈期望移動體的輕量化。
作為用于實現這種移動體的輕量化的手段之一，例如在不斷研究代替以往所用的銅或銅合金，將電氣布線體的導體替換成更輕量的鋁或鋁合金的技術。鋁的比重是銅的比重的大約1/3，鋁的電導率是銅的電導率的大約2/3(在設純銅為100％iacs的基準時，純鋁大約為66％iacs)，為了使鋁導體線材流過與銅導體線材相同的電流，需要將鋁導體線材的截面積增大到銅導體線材的截面積的大約1.5倍，但就算是使用這樣增大了截面積的鋁導體線材，鋁導體線材的質量也才是純銅的導體線材的質量的一半左右，因此，從輕量化的觀點考慮，使用鋁導體線材是有利的。另外，上述的“％iacs”表示設國際退火銅標準(internationalannealedcopperstandard)的電阻率1.7241×10－8ωm為100％iacs時的電導率。
但是，已知在以電線用鋁合金線材(jis基準的a1060、a1070)為代表的純鋁線材中，通常抗拉強度、耐沖擊性、彎曲特性等較差。因此，純鋁線材例如在向車身進行安裝作業時，無法經受住由于操作者、工業設備等而意外受到的負荷、電線和端子的連接部的壓接部處的拉伸、在門部等彎曲部受到的彎曲疲勞等。此外，如果使用加入各種添加元素而合金化的線材，雖然能夠提高抗拉強度、彎曲疲勞特性，但是存在由于添加元素向鋁中固溶的現象會導致電導率降低，并且由于硬質化而導致線束安裝時的操作性下降，從而導致生產率下降的問題。因此，需要在不會使電導率下降的范圍內限定或選擇添加元素，此外需要使其同時具備彎曲疲勞特性和柔軟性。
此外，作為高強度鋁合金線材，例如公知有含有mg和si的鋁合金線材，作為該鋁合金線材的代表例，可舉出6000系鋁合金(al－mg－si系合金)線材。6000系鋁合金線材通常可以通過實施固溶處理和時效處理來謀求高強度化。但是，在使用6000系鋁合金線材制造線徑為0.5mm以下的極細線時，通過實施固溶處理和時效處理，雖然能夠實現高電導率和高彎曲疲勞特性，但是屈服強度(0.2％屈服強度)也提高，塑性變形需要很大的力，存在向車身安裝的作業效率下降的傾向。
作為用于移動體的電氣布線體的現有的6000系鋁合金線，例如在專利文獻1中有所記載。專利文獻1是本發明人基于研發結果提出的專利申請，其規定了線材外周部和內部的平均結晶粒徑的大小，維持了與現有制品同等以上的伸長性和電導率，并且同時實現了適當的屈服強度和高耐彎曲疲勞特性。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特許第5607853號公報
技術實現要素：
但是，在將鋁合金線材用在會受到來自包括發動機等在內的發動機部的振動的場所或其附近時，要求高抗振性。此外，在將鋁合金線材用在門部時，伴隨門的開閉等在鋁合金線材上反復作用有彎曲動作，因此，要求柔軟性(耐彎曲性)。由于門部處的彎曲和發動機部處的振動所導致的作用于鋁線材的應變互不相同，因此，為了在這兩種部位使用鋁合金線材，需要具有至少能充分耐受這兩種應變的特性，這就需要對合金組成和組織進行重新研究。此外，專利文獻1是為了強化線材表層，而使外周粒徑細化從而優先在外周析出的發明，對于固溶之前的溫度變化過程、拉絲工序中的線張力的制造條件未進行考慮，此外，對于鋁合金線材中的空隙(void)、fe系結晶物也未進行任何控制。
本發明的目的在于，提供即使在用作極細線(例如，線料直徑為0.5mm以下)的情況下，也能既確保高電導率和適度的低屈服強度，又同時實現高抗振特性和高耐彎曲疲勞特性的鋁合金線材、鋁合金絞線、包覆電線和線束，并且提供鋁合金線材的制造方法。
本發明人發現，在此前反復研究的能獲得高強度、高電導率的析出型的al－mg－si系合金中，母相中存在的空隙會促進因振動而產生的裂紋的傳播，該裂紋的傳播會成為導致使用壽命縮短的主要原因。此外，本發明人還發現，在拉絲時的模具中的摩擦力(拉拔力)的作用下，尤其是在粗大的fe系化合物周邊容易產生空隙。而且，已知在通常的批量生產過程中會使用10個～20個模具連續地進行拉絲，因此，所有的摩擦力都會集中于即將卷取前的線材上。對此，已知通過限制最終線徑附近的模具使用個數，或者在模具間配置用于減小線張力的滑輪，能夠減小線材所受的應力。此外，由于若降低所有的線張力，則批量生產性會顯著降低，因此，本發明人發現了效果較大的僅在最終線徑附近降低線張力的方法。此外還發現，為了減少粗大的fe系化合物，通過增大鑄造冷卻速度，并縮短其他熱處理時間來實現fe系化合物的微細疏密化。但是，當使fe系化合物過度地微細疏密化時，抑制合金晶粒粗大化的效果會有一定程度的損失，因此，本發明人重新研究了合金的添加成分和制造工藝，找出了能夠同時抑制空隙的生成和晶粒的粗大化的方法，從而完成了本發明。
即，本發明的主旨結構如下。
(1)一種鋁合金線材，其具有如下組成：mg：0.1質量％～1.0質量％、si：0.1質量％～1.2質量％、fe：0.10質量％～1.40質量％、ti：0質量％～0.100質量％、b：0質量％～0.030質量％、cu：0質量％～1.00質量％、ag：0質量％～0.50質量％、au：0質量％～0.50質量％、mn：0質量％～1.00質量％、cr：0質量％～1.00質量％、zr：0質量％～0.50質量％、hf：0質量％～0.50質量％、v：0質量％～0.50質量％、sc：0質量％～0.50質量％、co：0質量％～0.50質量％、ni：0質量％～0.50質量％以及余量由al和不可避免的雜質構成，在與線材長度方向平行的包含線材的中心線的截面中，不存在面積超過20μm2的空隙，或者即使存在這樣的空隙，每1000μm2中的所述空隙的存在比例也在平均為1個/1000μm2以下的范圍內。
(2)根據上述(1)所述的鋁合金線材，其中，在所述截面中，不存在面積超過1μm2的空隙，或者即使存在這樣的空隙，每1000μm2中的所述空隙的存在比例也在平均為1個/1000μm2以下的范圍內。
(3)根據上述(1)或(2)所述的鋁合金線材，其中，在所述截面中，不存在面積超過4μm2的fe系化合物，或者即使存在這樣的fe系化合物，每1000μm2中的所述fe系化合物的存在比例也在平均為1個/1000μm2以下的范圍內。
(4)根據上述(1)～(3)中任一項所述的鋁合金線材，其中，在所述截面中，面積為0.002μm2～1μm2的fe系化合物的存在比例在平均為1個/1000μm2以上的范圍內。
(5)根據上述(1)～(4)中任一項所述的鋁合金線材，其中，在金相組織中觀察隨機選擇的至少1000個晶粒時，線材直徑方向上的最大尺寸為所述線材的直徑的一半以上的晶粒的平均存在概率小于0.10％。
(6)根據上述(1)～(5)中任一項所述的鋁合金線材，其振動疲勞次數為200萬次以上，彎曲疲勞次數為20萬次以上，以及電導率為40％iacs以上。
(7)根據上述(1)～(6)中任一項所述的鋁合金線材，其中，所述化學組成含有ti：0.001質量％～0.100質量％和b：0.001質量％～0.030質量％中的兩種或任一種。
(8)根據上述(1)～(7)中任一項所述的鋁合金線材，其中，所述化學組成含有cu：0.01質量％～1.00質量％、ag：0.01質量％～0.50質量％、au：0.01質量％～0.50質量％、mn：0.01質量％～1.00質量％、cr：0.01質量％～1.00質量％、zr：0.01質量％～0.50質量％、hf：0.01質量％～0.50質量％、v：0.01質量％～0.50質量％、sc：0.01質量％～0.50質量％、co：0.01質量％～0.50質量％和ni：0.01質量％～0.50質量％中的至少一種。
(9)根據上述(1)～(8)中任一項所述的鋁合金線材，其中，所述化學組成含有ni：0.01質量％～0.50質量％。
(10)根據上述(1)～(9)中任一項所述的鋁合金線材，其中，fe、ti、b、cu、ag、au、mn、cr、zr、hf、v、sc、co和ni的合計含量為0.10質量％～2.00質量％。
(11)根據上述(1)～(10)中任一項所述的鋁合金線材，其中，該鋁合金線材是線料直徑為0.1mm～0.5mm的鋁合金線。
(12)一種鋁合金絞線，其通過捻合多條上述(11)所述的鋁合金線而得到。
(13)一種包覆電線，其在上述(11)所述的鋁合金線或上述(12)所述的鋁合金絞線的外周具有包覆層。
(14)一種線束，其包括上述(13)所述的包覆電線和安裝在該包覆電線的去除了所述包覆層的端部上的端子。
(15)一種鋁合金線材的制造方法，該制造方法是將鋁合金原料熔解、鑄造之后，經熱加工形成粗軋線，然后，至少進行拉絲加工、固溶熱處理以及時效熱處理的各工序，所述鋁合金原料具有如下組成：mg：0.1質量％～1.0質量％、si：0.1質量％～1.2質量％、fe：0.10質量％～1.40質量％、ti：0質量％～0.100質量％、b：0質量％～0.030質量％、cu：0質量％～1.00質量％、ag：0質量％～0.50質量％、au：0質量％～0.50質量％、mn：0質量％～1.00質量％、cr：0質量％～1.00質量％、zr：0質量％～0.50質量％、hf：0質量％～0.50質量％、v：0質量％～0.50質量％、sc：0質量％～0.50質量％、co：0質量％～0.50質量％、ni：0質量％～0.50質量％以及余量由al和不可避免的雜質構成，該制造方法的特征在于，在所述拉絲加工中，在從最終線徑的2倍的線徑至達到該最終線徑的期間，以50n以下的最大線張力進行拉絲，所述固溶熱處理以450℃～580℃的范圍內的規定溫度進行加熱，并保持規定時間，然后，以10℃/s以上的平均冷卻速度至少冷卻到150℃的溫度，所述時效熱處理以20℃～250℃的范圍內的規定溫度進行加熱。
(16)根據上述(15)所述的鋁合金線材的制造方法，其中，在所述鑄造時從熔融金屬溫度冷卻到400℃的平均冷卻速度為20℃/sec～50℃/sec，在所述鑄造之后、所述拉絲加工之前進行再熱處理，該再熱處理是加熱到400℃以上的規定溫度，在該規定溫度下保持的時間為30分鐘以下。
另外，在上述化學組成中例舉了含量范圍的元素中，含量范圍的下限值記載為“0質量％”的元素均是表述可根據需要任意添加的選擇添加元素。即，在規定的添加元素為“0質量％”時，表示不含該添加元素。
本發明的鋁合金線材是即使用作細徑線也能實現高強度、高電導率的線材，此外，柔軟而容易處理，并且，耐彎曲疲勞特性和抗振性都較高。因此，能夠搭載于門彎曲部和發動機部那樣會受到不同應變作用的場所，無需準備特性不同的多條線材，能夠讓1種線材兼具上述特性，作為電池線纜、線束或電機用導線、工業用機器人的布線體是有用的。
附圖說明
圖1是說明制造本發明的實施方式的鋁合金線材時的拉絲加工的示意圖，(a)表示現有的拉絲加工，(b)表示本發明的拉絲加工。
圖2是用掃描電子顯微鏡(sem)拍攝現有制法下的鋁合金線材的與線材長度方向平行的截面時的截面圖像，(a)表示以1000倍的倍率拍攝的情況，(b)表示以5000倍的倍率拍攝的情況。
圖3是用掃描電子顯微鏡(sem)拍攝本實施方式的鋁合金線材的與線材長度方向平行的截面時的截面圖像(倍率：1000倍)。
圖4是說明用于評價本實施方式的鋁合金線材的抗振性試驗和彎曲疲勞試驗的圖。
圖5是為了說明用光學顯微鏡拍攝本實施方式的鋁合金線材的與線材長度方向平行的截面來測定結晶粒徑的方法而示出的截面圖像。
具體實施方式
以下，列出本發明的化學組成等的限定理由。
(1)化學組成
＜mg：0.1質量％～1.0質量％＞
mg(鎂)能固溶于鋁母材中而具有強化作用，且其一部分能與si一起以β”相(betadoubleprime，貝塔兩撇相)等的形態析出而具有提高抗拉強度的作用。此外，在作為溶質原子團簇而形成了mg－si團簇時，具有提高抗拉強度以及伸長率的作用。但是，當mg含量不足0.1質量％時，上述作用效果不充分，此外，當mg含量超過1.0質量％時，在晶界處形成mg富集部分的可能性高，會使抗拉強度和伸長率下降。此外，mg元素的固溶量變多會導致0.2％屈服強度變高，從而導致電線的操作性下降，且電導率也下降。因此，mg含量設定為0.1質量％～1.0質量％。另外，對于mg含量，在重視高強度的情況下優選設定為0.5質量％～1.0質量％，此外，在重視電導率的情況下優選設定為大于等于0.1質量％且小于0.5質量％，基于這樣的觀點綜合考慮優選設定為0.3質量％～0.7質量％。
＜si：0.1質量％～1.2質量％＞
si(硅)能固溶于鋁母材中而具有強化作用，且其一部分能與mg一起以β”相等的形態析出而具有提高抗拉強度、耐彎曲疲勞特性的作用。此外，si在作為溶質原子團簇而形成了mg－si團簇、si－si團簇時，具有提高抗拉強度以及伸長率的作用。當si含量不足0.1質量％時，上述作用效果不充分，此外，當si含量超過1.2質量％時，在晶界處形成si富集部分的可能性高，抗拉強度以及伸長率會下降。此外，si元素的固溶量變多會導致0.2％屈服強度變高，從而導致電線的操作性下降，且電導率也下降。因此，si含量設定為0.1質量％～1.2質量％。另外，對于si含量，在重視高強度的情況下優選設定為0.50質量％～1.2質量％，此外，在重視電導率的情況下優選設定為大于等于0.1質量％且小于0.5質量％，基于這樣的觀點綜合考慮優選設定為0.3質量％～0.7質量％。
＜fe：0.10質量％～1.40質量％＞
fe(鐵)是主要通過形成al－fe系的金屬間化合物而有助于晶粒細化，并且提高抗拉強度的元素。fe在655℃時在al中只能固溶0.05質量％，在室溫下則更少，因此，未能固溶于al中的剩余的fe以al－fe、al－fe－si、al－fe－si－mg等的金屬間化合物的形態結晶或析出。在本說明書中，將這樣主要由fe和al構成的金屬間化合物稱為fe系化合物。該金屬間化合物有助于晶粒細化，并且能提高抗拉強度。此外，fe還通過固溶于al中的fe而具有提高抗拉強度的作用。當fe含量不足0.10質量％時，這些作用效果不充分，此外，當fe含量超過1.40質量％時，由于結晶物或析出物的粗大化，拉絲加工性會變差，而且0.2％屈服強度會上升，從而導致電線的操作性下降，并且導致伸長率下降。因此，fe含量設定為0.10質量％～1.40質量％，優選設定為0.15質量％～0.70質量％，更優選設定為0.15質量％～0.45質量％。
本發明的鋁合金線材如上述那樣以mg、si及fe為必須的含有成分，但根據需要還可以含有ti和b中的兩種或任一種、cu、ag、au、mn、cr、zr、hf、v、sc、co和ni中的至少一種。
＜ti：0.001質量％～0.100質量％＞
ti(鈦)是具有使熔解鑄造時的鑄錠的組織細化的作用的元素。當鑄錠的組織粗大時，在鑄造中會發生鑄錠開裂，在線材加工工序中會發生斷線，這在工業上是不希望出現的。當ti含量不足0.001質量％時，不能充分發揮上述作用效果，此外，當ti含量超過0.100質量％時，存在電導率下降的傾向。因此，ti含量設定為0.001質量％～0.100質量％，優選設定為0.005質量％～0.050質量％，更優選設定為0.005質量％～0.030質量％。
＜b：0.001質量％～0.030質量％＞
b(硼)與ti一樣是具有使熔解鑄造時的鑄錠的組織細化的作用的元素。當鑄錠的組織粗大時，在鑄造中易發生鑄錠開裂，在線材加工工序中易發生斷線，這在工業上是不希望出現的。當b含量不足0.001質量％時，不能充分發揮上述作用效果，此外，當b含量超過0.030質量％時，存在電導率下降的傾向。因此，b含量設定為0.001質量％～0.030質量％，優選設定為0.001質量％～0.020質量％，更優選設定為0.001質量％～0.010質量％。
含有＜cu：0.01質量％～1.00質量％＞、＜ag：0.01質量％～0.50質量％＞、＜au：0.01質量％～0.50質量％＞、＜mn：0.01質量％～1.00質量％＞、＜cr：0.01質量％～1.00質量％＞、＜zr：0.01質量％～0.50質量％＞、＜hf：0.01質量％～0.50質量％＞、＜v：0.01質量％～0.50質量％＞、＜sc：0.01質量％～0.50質量％＞、＜co：0.01質量％～0.50質量％＞以及＜ni：0.01質量％～0.50質量％＞中的至少一種
cu(銅)、ag(銀)、au(金)、mn(錳)、cr(鉻)、zr(鋯)、hf(鉿)、v(釩)、sc(鈧)、co(鈷)以及ni(鎳)均是具有使晶粒細化的作用和抑制生成異常粗大的成長粒的元素，此外，cu、ag以及au還具有通過在晶界處析出而提高晶界強度的作用，只要含有0.01質量％以上的這些元素中的至少1種，即可獲得上述作用效果，從而能夠提高抗拉強度以及伸長率。另一方面，cu、ag、au、mn、cr、zr、hf、v、sc、co以及ni中的任一元素的含量超過各自的上述上限值時，含有該元素的化合物會變得粗大，從而使拉絲加工性變差，因此容易發生斷線，此外，存在電導率下降的傾向。因此，cu、ag、au、mn、cr、zr、hf、v、sc、co以及ni的含量的范圍分別設定為上述所規定的范圍。另外，在這些元素的組中，特別優選含有ni。當含有ni時，晶粒細化效果和異常粒成長抑制效果變得顯著，抗拉強度和伸長率提高，此外，易于進一步抑制電導率的下降和拉絲加工中的斷線。從均衡良好地滿足這些效果的觀點考慮，ni含量更優選設定為0.05質量％～0.30質量％。
此外，fe、ti、b、cu、ag、au、mn、cr、zr、hf、v、sc、co和ni在這些元素的合計含量大于2.00質量％時，電導率和伸長率會下降，拉絲加工性變差，而且還存在由于0.2％屈服強度提高而導致電線操作性下降的傾向。因此，這些元素的合計含量優選設定為2.00質量％以下。在本發明的鋁合金線材中，fe是必須元素，因此，優選fe、ti、b、cu、ag、au、mn、cr、zr、hf、v、sc、co以及ni的合計含量設定為0.10質量％～2.00質量％。但是，在單獨添加這些元素時，含量越多，越是存在含有該元素的化合物變得粗大的傾向，使得拉絲加工性變差，容易發生斷線，因此，對于各元素，設定了上述所規定的含量范圍。
另外，為了既保持高電導率，又適度降低屈服強度值，fe、ti、b、cu、ag、au、mn、cr、zr、hf、v、sc、co和ni的合計含量特別優選為0.10質量％～0.80質量％，更優選為0.15質量％～0.60質量％。另一方面，雖然會使電導率有些許下降，但為了進一步提高抗拉強度和伸長率，并使相對于抗拉強度的屈服強度值適度降低，所述合計含量特別優選大于0.80質量％且小于等于2.00質量％，更優選為1.00質量％～2.00質量％。
＜余量：al和不可避免的雜質＞
上述成分以外的余量為al(鋁)和不可避免的雜質。這里所說的不可避免的雜質是指在制造工序上不可避免地會含有的含有級別的雜質。不可避免的雜質根據含量也可能會成為使電導率下降的要因，因此，優選要考慮電導率的下降而將不可避免的雜質的含量抑制到某種程度。作為不可避免的雜質而列舉的成分，例如可舉出ga(鎵)、zn(鋅)、bi(鉍)、pb(鉛)等。
這樣的鋁合金線材能夠通過組合并控制合金組成、制造工藝來實現。以下，說明本發明的鋁合金線材的優選的制造方法。
(2)本發明的一實施例的鋁合金線材的制造方法
本發明的一實施例的鋁合金線材能夠通過如下制造方法來制造，該制造方法包括依次進行[1]熔解、[2]鑄造、[3]熱加工(槽輥加工等)、[4]第1拉絲加工、[5]第1熱處理(中間熱處理)、[6]第2拉絲加工、[7]第2熱處理(固溶熱處理)以及[8]第3熱處理(時效熱處理)的各工序。另外，也可以在固溶熱處理的前后或時效熱處理之后設置制作絞線的工序、對電線進行樹脂包覆的工序。以下，說明[1]～[8]的工序。
[1]熔解
在熔解工序中，準備各成分的分量被調整成上述的鋁合金組成的材料，將它們熔解。
[2]鑄造以及[3]熱加工(槽輥加工等)
接下來，在鑄造工序中增大冷卻速度，適度減少fe系化合物的結晶，使組織細化。優選鑄造時從熔融金屬溫度冷卻到400℃的平均冷卻速度為20℃/s～50℃/s，如果使用組合鑄造輪和帶而成的普洛佩茲式連續鑄軋機，則能夠獲得例如直徑為5mm～15mm的棒材。此外，如果使用水中紡絲法，在30℃/s以上的平均冷卻速度下可以獲得直徑為1mm～13mm的棒材。鑄造和熱加工(軋制)也可以通過錠坯鑄造和擠出法等來進行。此外，也可以在上述鑄造之后、熱加工之后實施再熱處理，在實施該再熱處理的情況下，保持在400℃以上的時間優選為30分鐘以下。
[4]第1拉絲加工
接下來，實施表面的去皮，做成例如直徑為
[5]第1熱處理(中間熱處理)
接下來，對冷拉絲后的被加工件實施第1熱處理。本發明的第1熱處理是為了使被加工件恢復柔軟性，提高拉絲加工性而進行的。若拉絲加工性充分，不會發生斷線，也可以不進行第1熱處理。
[6]第2拉絲加工
在上述第1熱處理之后，再次實施冷拉絲加工。此時的加工度η優選為1～6的范圍。加工度η會影響再結晶晶粒的形成和成長。當加工度η小于1時，在后續工序的熱處理時，存在再結晶晶粒粗大化、抗拉強度和伸長率顯著下降的傾向，此外，當加工度η大于6時，拉絲加工困難，存在產生在拉絲加工中斷線等品質方面的問題的傾向。另外，在不進行第1熱處理的情況下，也可以連續進行第1拉絲加工和第2拉絲加工。
此外，需要使從具有最終線徑的2倍的線徑的加工件到獲得具有該最終線徑的線材期間被施加的線張力為50n以下。在通常的現有技術的批量生產中，會使用10個～20個左右的模具進行連續拉絲，在該情況下，即將卷取前的線材，即從最終模具到卷取機之間的線材會產生很大的應力，成為在母相中生成空隙的原因。因此，在本發明的第2拉絲加工中，在從最終線徑的2倍的線徑達到該最終線徑期間，線材以50n以下的最大線張力進行拉絲。通過使線張力為50n以下，能夠減小作用于線材的應力，從而能夠抑制空隙的生成。當超過50n時，作用于線材的應力變大，因此，會導致母相中的fe系化合物附近的空隙增加，因此不優選。
例如，為了方便，使用4個模具進行說明時，在現有的拉絲加工中，如圖1的(a)所示，模具11、12、13、14分別對線材1施加張力t1、t2、t3、t4，從作為最終模具的模具14到卷取機20之間的線材1’被施加了很大的張力(t1+t2+t3+t4)。因此，在本實施方式的拉絲加工中，采用了如圖1的(b)所示那樣，通過在模具12和模具13之間配置驅動式的滑輪30，而在從模具14到卷取機20之間施加較小張力(t3+t4)的方法。另外，最大線張力為50n以下的拉絲可以在第2拉絲加工時的部分加工或整個加工過程進行，此外，不僅是第2拉絲加工時，也可以在第1拉絲加工時和第2拉絲加工時都進行。此外，也可以通過增大模具中的每1道次的加工率等方法限制模具的使用個數，由此來抑制在fe系化合物周邊形成空隙。
[7]第2熱處理(固溶熱處理)
對拉絲加工后的加工件實施第2熱處理。本實施方式的第2熱處理是為了使隨機含有的mg、si化合物溶到鋁母相中而進行的。固溶處理在加工中能夠使mg、si的富集部分均勻(均質化)，從而抑制最終的時效熱處理后的mg和si的化合物的晶界偏析。具體而言，第2熱處理是在450℃～580℃的范圍內的規定溫度進行加熱，并保持規定時間，然后，以10℃/s以上的平均冷卻速度至少冷卻到150℃的溫度的熱處理。當第2熱處理的加熱時的規定溫度高于580℃時，結晶粒徑會粗大化而生成異常成長粒，當所述規定溫度低于450℃時，不能使mg2si充分固溶。因此，第2熱處理中的加熱時的規定溫度設定為450℃～580℃的范圍，雖然也可根據mg和si的含量而有所變化，但優選設定為450℃～540℃，更優選設定為480℃～520℃的范圍。此外，對于第2熱處理中在所述規定溫度下保持的時間，在進行再熱處理、中間熱處理的情況下，優選和再熱處理、中間熱處理共計在30分鐘以內。
作為進行第2熱處理的方法，例如可以是分批式退火、鹽浴(saltbath)，也可以是高頻加熱、通電加熱、移動加熱等連續熱處理。
但是，采用高頻加熱、通電加熱時，通常是使線材持續流過電流的構造，因此，線材溫度隨著時間經過而上升。因此，當持續流過電流時，線材可能會熔融，因此需要在適當的時間范圍內進行熱處理。在采用移動加熱的情況下也是一樣的，由于是短時間的退火，因此通常移動退火爐的溫度要設定得比線材溫度高。若進行長時間的熱處理，則線材可能會熔融，因此，需要在適當的時間范圍內進行熱處理。此外，在所有的熱處理中，都需要用于使被加工件中隨機含有的mg、si化合物溶到鋁母相中的規定的時間以上。以下，說明各方法的熱處理。
利用高頻加熱的連續熱處理利用焦耳熱進行熱處理，該焦耳熱是通過使線材從高頻的磁場中連續通過，由線材自身在感應電流的作用下而產生的。包括急熱、急冷工序，可以在線材溫度和熱處理時間上進行控制而對線材進行熱處理。冷卻是在急熱之后通過使線材從水中或氮氣氣氛中連續通過來進行的。該熱處理中的加熱保持時間優選設定為0.01s～2s，更優選設定為0.05s～1s，進一步優選為0.05s～0.5s。
連續通電熱處理利用焦耳熱來進行熱處理，該焦耳熱是通過使連續通過2個電極滾輪的線材中流過電流而由線材自身產生的。包括急熱、急冷工序，可以通過控制線材溫度和熱處理時間而對線材進行熱處理。冷卻是在急熱之后通過使線材從水中、大氣中或氮氣氣氛中連續通過來進行的。該熱處理中的加熱保持時間優選設定為0.01s～2s，更優選設定為0.05s～1s，進一步優選為0.05s～0.5s。
連續移動熱處理是通過使線材從保持高溫的熱處理爐中連續通過來進行熱處理的。包括急熱、急冷工序，可以在熱處理爐內溫度和熱處理時間上進行控制而對線材進行熱處理。冷卻是在急熱之后通過使線材從水中、大氣中或氮氣氣氛中連續通過來進行的。該熱處理中的加熱保持時間優選為0.5s～30s。
當線材溫度和熱處理時間這兩項中的一項或兩項的數值小于上述規定的條件時，固溶不完全，會導致在后工序的時效熱處理時生成的溶質原子團簇、β”相、mg2si析出物變少，從而使抗拉強度、耐沖擊性、耐彎曲疲勞特性、電導率的提高幅度變小。當線材溫度和熱處理時間這兩項中的一項或兩項的數值高于上述規定的條件時，會導致晶粒粗大化，且會引起鋁合金線材中的化合物相的部分熔融(共晶熔化)，從而導致抗拉強度、伸長率下降，處理導體時容易引起斷線。
[8]第3熱處理(時效熱處理)
接下來，實施第3熱處理。該第3熱處理是為了生成mg、si化合物或溶質原子團簇而進行的時效熱處理。時效熱處理在20℃～250℃的范圍內的規定溫度下進行加熱。當時效熱處理中的所述規定溫度低于20℃時，溶質原子團簇的生成變慢，為了獲得所需的抗拉強度和伸長率比較耗費時間，因此不利于批量生產。此外，當所述規定溫度高于250℃時，除了對強度最有助益的mg2si針狀析出物(β”相)之外，還會生成粗大的mg2si析出物，導致強度下降。因此，對于所述規定溫度，在生成具有進一步提高伸長率的效果的溶質原子團簇時，優選設定為20℃～70℃，此外，在使β”相也同時析出，以取得抗拉強度和伸長率的均衡時，優選設定為100℃～150℃。
此外，時效熱處理中的加熱/保持時間的最佳時間根據溫度而變化。低溫下長時間、高溫下短時間的加熱在提高抗拉強度、伸長率方面是優選的。長時間的加熱例如為10日以內，短時間的加熱優選為15小時以下，更優選為8小時以下。另外，對于時效熱處理中的冷卻，為了防止特性不均，優選盡可能加快冷卻速度。當然，當在制造工序上不能快速冷卻時，只要時效條件能充分生成溶質原子團簇，也可以適當設定。
本實施方式的鋁合金線材對線料直徑沒有特別限制，可根據用途適當設定，但在細線的情況下優選為
此外，在本實施方式中，作為進一步追加的工序，也可以在鑄造工序之后、熱加工之后進行在以往方法中進行的那種均質化熱處理。均質化熱處理能夠使添加元素均勻分散，因此，通過其后的第3熱處理容易均勻地生成溶質原子團簇、β”析出相，從而能夠更穩定地獲得抗拉強度、伸長率的提高以及相對于抗拉強度的適度的低屈服強度值。均質化熱處理優選在450℃～600℃的加熱溫度下進行，更優選為500℃～600℃。此外，對于均質化加熱處理中的冷卻，以0.1℃/分鐘～10℃/分鐘的平均冷卻速度進行慢慢冷卻的方式在容易獲得均勻的化合物方面是優選的。
(3)本發明的鋁合金線材的組織的特征
通過上述那樣的制造方法制造出的本發明的鋁合金線材具有如下特征：在與線材長度方向平行的截面中，不存在面積超過20μm2的空隙，或者即使存在這樣的空隙，每1000μm2中的所述空隙的存在比例也在平均為1個/1000μm2以下的范圍內。若面積超過20μm2的空隙以多于1個/1000μm2的所述存在比例存在，則在振動時空隙會成為應力集中源，容易產生裂紋，此外，還會促進裂紋的傳播，導致壽命下降。此外，本發明的鋁合金線材優選形成如下組織：在所述截面中，將面積超過1μm2的空隙的存在比例限制在每1000μm2中為1個以下的范圍。此外，本發明的鋁合金線材更優選形成如下組織：在所述截面中，不存在面積超過4μm2的fe系化合物，或者即使存在這樣的fe系化合物，每1000μm2中的所述fe系化合物的存在比例也在平均為1個/1000μm2以下的范圍內。若面積超過4μm2的fe系化合物多于1個/1000μm2地存在，則容易在fe系化合物的周邊產生空隙，存在使壽命下降的傾向。再有，本發明的鋁合金線材進一步優選形成如下組織：在所述截面中，面積為0.002μm2～1μm2的fe系化合物的存在比例在平均為1個/1000μm2以上的范圍內，除此之外，特別優選的是，觀察在金相組織中隨機選擇的相鄰且連續的至少1000個晶粒時，線材的直徑方向上的最大尺寸為所述線材的直徑的一半以上的晶粒的平均存在概率小于0.10％(更具體而言，觀察1000個晶粒時，線材的直徑方向上的最大尺寸為所述線材的直徑的一半以上的晶粒的數量平均小于1個)。若面積為0.002μm2～1μm2的fe系化合物以1個/1000μm2以上的存在比例存在，則fe系化合物容易發揮成為晶核的效果或者填塞(pinning)粒界的效果，其結果是，難以生成不期望的粗大的晶粒。此外，當觀察上述晶粒時存在具有線徑的一半以上的直徑的晶粒時，可以想到會使彎曲疲勞特性和抗振性顯著下降，因此，優選盡可能避免生成這樣的晶粒。
(4)本發明的鋁合金線材的特性
對于抗振性，為了能經受發動機的振動，達到斷裂為止的反復振動次數優選在200萬次以上，更優選為400萬次以上。
對于耐彎曲疲勞特性，為了能經受門部處的反復彎曲，達到斷裂為止的反復彎曲次數優選為20萬次以上，更優選為40萬次以上。
對于電導率，為了防止由焦耳熱導致的發熱，優選為40％iacs以上，更優選為45％iacs以上。此外，電導率進一步優選為50％iacs以上，此時能夠實現進一步的細徑化。
對于0.2％屈服強度，為了避免使安裝線束時的作業性下降，優選為250mpa以下。
本發明的鋁合金線材可以作為鋁合金線，或者捻合多條鋁合金線所得的鋁合金絞線來使用，并且，還可以作為在鋁合金線或鋁合金絞線的外周具有包覆層的包覆電線來使用，除此之外，還可以作為包括包覆電線和安裝在該包覆電線的去除了包覆層的端部上的端子的線束(鎧裝線)來使用。
實施例
(實施例、比較例)
準備使作為必須含有成分的mg、si、fe和al以及作為選擇性添加成分的ti、b、cu、ag、au、mn、cr、zr、hf、v、sc、co和ni中的至少1種成分成為表1所示的化學組成(質量％)的合金原料，針對該合金原料，使用普洛佩茲式連續鑄軋機，用水冷后的鑄模在表2所示的條件下對熔融金屬一邊連續進行鑄造，一邊進行軋制，制成
對于制作出的各實施例和比較例的鋁合金線，通過以下所示方法測定各特性。
(a)抗振性試驗
使用藤井精機(現名fujii)公司生產的裝置名為“彎曲疲勞試驗機”的裝置，假想由于發動機處的振動導致鋁線受到負荷時的應變，使用可在線材外周部施加0.09％的彎曲應變的夾具，測定了抗振性能。在圖4中示出了測定裝置的示意圖。在設線材外周部應變為0.09％時，對于
(b)電導率(ec)
對于長度為300mm的試驗片，在保持于20℃(±0.5℃)的恒溫漕中，使用四端子法對各3條試樣(鋁合金線)測定了比電阻，算出了其平均電導率。端子間距離設定為200mm。在本實施例中，電導率以45％iacs以上為合格級別。
(c)耐彎曲疲勞特性的測定方法
為了用上述的抗振性試驗所用的裝置(藤井精機(現名fujii)公司生產、裝置名為“彎曲疲勞試驗機”)對線材外周部施加0.17％的彎曲應變，這次使用半徑90mm的彎曲夾具32和33，在環境溫度為25±5℃的情況下，評價了耐彎曲疲勞特性。這相當于作為耐彎曲疲勞特性的基準將應變振幅設定為±0.17％。耐彎曲疲勞特性根據應變振幅而變化。通常，存在應變振幅大則疲勞壽命短，應變振幅小則疲勞壽命長的傾向。應變振幅能夠由線材的線徑和彎曲夾具的曲率半徑來決定，因此，可以通過任意設定線材的線徑和彎曲夾具的曲率半徑來實施彎曲疲勞試驗。使用該裝置，通過圖4所示那樣的方法，如上述那樣使用能施加0.17％的彎曲應變的夾具實施反復彎曲，由此測定了直到斷裂為止的反復彎曲次數。各測定了4條，求出反復彎曲次數的平均值。在本實施例中，直到斷裂為止的反復彎曲次數為20萬次以上時視為合格。
(d)空隙的測定方法
通過離子蝕刻將制作出的鋁合金線材加工到能夠觀察到中心為止，使用掃描型電子顯微鏡(sem)測定了與線材長度方向平行的截面中存在的空隙的面積(μm2)和存在比例(個/1000μm2)。如下計算空隙的面積：使用(株式會社)日立sciencesystems生產的semedxtypen，在20kv的電子束加速電壓下以1000倍～10000倍進行觀察，根據觀察到的圖像，使用freesoftimajejj指定邊界，計算出了面積。具體而言，在所述截面中，通過以下方法測定了面積超過1μm2或面積超過20μm2的空隙的存在比例(分散密度)。第一個點在線材的任意位置上，在所述截面的1000μm2的面積范圍內進行觀察。第二個點在線材沿線材長度方向距離第一個點1000mm以上的位置上，在所述截面的1000μm2的面積范圍內進行觀察。第三個點在線材沿線材長度方向上距離第一個點2000mm以上且距離第二個點1000mm以上的位置上，在所述截面的1000μm2的面積范圍內進行觀察，算出了所述截面中面積超過1μm2或者面積超過20μm2的空隙的存在比例(個/1000μm2)。
(e)fe系化合物的測定方法
通過離子蝕刻將制作出的鋁合金線材加工到能夠觀察到中心為止，使用掃描型電子顯微鏡(sem)測定了與線材長度方向平行的截面中存在的fe系化合物的面積(μm2)和存在比例(個/1000μm2)。具體而言，通過以下方法測定了所述截面中存在的、面積超過4μm2或者面積為0.002μm2～1μm2的fe系化合物的存在比例。第一個點在線材的任意位置上，在所述截面的1000μm2的面積范圍內進行觀察。第二個點在線材沿線材長度方向距離第一個點1000mm以上的任意位置上，在所述截面的1000μm2的面積范圍內進行觀察。第三個點在線材沿線材長度方向上距離第一個點2000mm以上且距離第二個點1000mm以上的位置上，在所述截面的1000μm2的面積范圍內進行觀察，計算出了所述截面中存在的、面積超過4μm2或者面積為0.002μm2～1μm2的fe系化合物的存在比例(個/1000μm2)。
對于fe系化合物的確定，使用(株)日立sciencesystems生產的semedxtypen在20kv的電子束加速電壓下進行了元素分析。
在fe的計數超過了背景的2倍時確定為fe系化合物。此外，對于fe系化合物的面積，使用上述semedxtypen以1000倍～10000倍進行觀察，根據觀察到的圖像，使用freesoftimajejj指定邊界，計算出面積。
上述測定空隙和評價fe系化合物時得到的現有鋁合金線材的sem圖像示于圖2的(a)和(b)，此外，本實施方式的一例的鋁合金線材的sem圖像示于圖3。對于這樣的截面圖像如上述那樣進行了評價。
(f)晶粒尺寸測定方法
對所得的各線材以能夠觀察到包含其中心線且與線材長度方向(拉絲方向)平行的截面的方式進行切割，埋于樹脂中，進行機械拋光、電解拋光，用200倍～400倍的光學顯微鏡使用偏振片進行拍攝，獲得了圖5所示那樣的圖像。在拍攝圖像中，將晶粒的與線材長度方向(拉絲方向)垂直的方向的面內的長度方向最大長度(線材徑方向長度)定義為晶粒的直徑，觀察隨機選擇的相鄰且連續的至少1000個晶粒，確認了是否存在具有線徑的一半以上的直徑的晶粒。
線材的直徑方向上的最大尺寸(晶粒的直徑)為所述線材的直徑(線徑)的一半以上的晶粒的存在概率p(％)用以下的算式數值化。
p(％)＝(具有線徑的一半以上的直徑的晶粒的數量/所測的晶粒的數量)×100
通過上述方法綜合判定線材特性的結果示于表2。另外，表2中的判定欄中所記載的“a”表示反復振動次數為400萬次以上、電導率為45％iacs以上、反復彎曲次數為40萬次以上以及0.2％屈服強度小于200mpa的情況，“b”表示反復振動次數為200萬次以上且小于400萬次、電導率為40％iacs以上、反復彎曲次數為20萬次以上以及0.2％屈服強度小于200mpa的情況，而且，“c”表示屬于反復振動次數小于200萬次、電導率小于40％iacs、彎曲疲勞次數小于20萬次以及0.2％屈服強度為250mpa以上中的至少一項的情況。
[表1]
[表2]
根據表2的結果，得到了在各鋁合金線材中與空隙或fe化合物等相關的各種條件同所評價的特性的相關關系。由此可知如下內容。實施例1～9的鋁合金線材均表現出高電導率、適度的低屈服強度，并且表現出了高抗振特性和高耐彎曲疲勞特性。
與此相對，在比較例1中，fe含量大于本發明的范圍，因此，抗振特性和耐彎曲疲勞特性都較差，并且，0.2％屈服強度的數值也較大，電線操作性也較差。在比較例2中，fe含量小于本發明的范圍，因此，存在具有線徑的一半以上的直徑的大晶粒，抗振特性和耐彎曲疲勞特性都較差。比較例3～5中，即將卷取前的線張力為53n～60n，均大于50n，表2所示的、面積超過20μm2的空隙的存在比例為2～3個/1000μm2，在本發明的范圍外，因此，抗振特性和耐彎曲疲勞特性都較差。此外，在與專利文獻1的發明例1相當的條件下進行的比較例6，即將卷取前的線張力為70n，大于50n，表2所示的、面積超過20μm2的空隙的存在比例為2個/1000μm2，在本發明的范圍外，因此，抗振特性和耐彎曲疲勞特性都較差。此外，如作為現有鋁合金線材的sem圖像的圖2的(a)和(b)以及作為本實施方式的一例的鋁合金線材的sem圖像的圖3所示，在以現有制造方法進行了拉絲的鋁合金線材中，在面積超過4μm2的粗大的fe系化合物的附近產生了空隙。另一方面，在以本發明的制造方法進行了拉絲的鋁合金線材中，雖然存在fe系化合物，但不存在面積超過4μm2的粗大的fe系化合物，此外，在存在的微細的fe系化合物的附近未產生空隙，因此，通過以本發明的制造方法進行拉絲，從而抑制在微細的fe系化合物周邊形成空隙。
本發明的鋁合金線材以使用含有mg和si的鋁合金為前提，即使在用作線料直徑為0.5mm以下的細徑線時，也能既確保高電導率和適度的低屈服強度，并且提高電線操作性，此外，還能同時實現高抗振特性和高耐彎曲疲勞特性。因此，作為搭載于移動體的電池線纜、線束或者電機用導線、工業用機器人的布線體是有用的。此外，本發明的鋁合金線材由于耐彎曲疲勞特性高，因此，還能夠使電線直徑小于現有電線的直徑。此外，由于能夠同時實現高抗振特性和高耐彎曲疲勞特性，因此，能夠以1種線材應用于各種場所，例如能夠在門部、發動機部等會受到不同應變的場所使用相同的線材，在謀求零件通用化方面，作為批量生產車等的零件是極其有用的。
附圖標記說明
1：線材；1’：線材；11、12、13、14：模具；20：卷取機；30：滑輪；31：線材；32、33：彎曲夾具；34：砝碼；35：按壓夾具。
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