Title:
Elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung und Leitungssatz
Kind Code:
A1


Abstract:

Eine elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung schließt eine Litze aus einer Aluminiumlegierung ein. Die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung enthält Aluminium und Mangan und schließt Kristallkörner (30) ein, deren mittlere Korngröße 3,1 µm oder kleiner ist, und intermetallische Verbindungen (2), die Aluminium und Mangan enthalten, sind in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung auf und in der Nähe der Korngrenzen (31) der Kristallkörner (30) dispergiert.




Inventors:
Yamamoto, Yuki (Shizuoka, Susono-shi, JP)
Application Number:
DE102016223430A
Publication Date:
06/01/2017
Filing Date:
11/25/2016
Assignee:
Yazaki Corporation (Tokyo, JP)
International Classes:



Foreign References:
JPS4927266A1974-03-11
JP4330005B22009-09-09
JPS4927366A1974-03-11
Other References:
(JIS) C3108
JIS H2102
JIS H0501
ISO 2624
JIS Z2241
JIS H0505
JIS G0567
Attorney, Agent or Firm:
HOFFMANN - EITLE Patent- und Rechtsanwälte PartmbB, 81925, München, DE
Claims:
1. Elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung, umfassend eine Litze aus einer Aluminiumlegierung, wobei die Litze aus einer Aluminiumlegierung Aluminium und Mangan enthält und Kristallkörner einschließt, deren mittlere Korngröße 3,1 µm oder kleiner ist, und intermetallische Verbindungen, die Aluminium und Mangan enthalten, in der Litze aus einer Aluminiumlegierung auf oder in der Nähe der Korngrenzen der Kristallkörner dispergiert sind.

2. Elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine Isolatorschicht, die einen Umfang der Litze aus einer Aluminiumlegierung bedeckt.

3. Leitungssatz, umfassend die elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung aus Anspruch 1 oder 2.

4. Elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung, umfassend eine Litze aus einer Aluminiumlegierung, wobei die Litze aus einer Aluminiumlegierung aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, die folgendes umfasst:
Mg in einer Menge von 2,2 bis 4,2 Masse-%;
Mn in einer Menge von x Masse-%; und
Cr in einer Menge von y Masse-%, wobei der Rest
Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen ist,
x und y y ≥ –0,55x + 0,18 und y ≤ –0,55x + 0,55 erfüllen und
die Litze aus einer Aluminiumlegierung Kristallkörner einschließt, deren mittlere Korngröße 3,1 µm oder kleiner ist, und eine Zugfestigkeit von 230 MPa oder höher bei gewöhnlicher Temperatur, eine Bruchdehnung von 10 % oder höher bei gewöhnlicher Temperatur und eine elektrische Leitfähigkeit von 30 % IACS oder höher aufweist.

5. Elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 4, ferner umfassend eine Isolatorschicht, die einen Umfang der Litze aus einer Aluminiumlegierung bedeckt.

6. Leitungssatz, umfassend die elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 4 oder 5.

Description:
HINTERGRUNDTECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung und einen Leitungssatz und insbesondere eine elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und elektrischer Leitfähigkeit und einen Leitungssatz, der dieselbe einschließt.

STAND DER TECHNIK

Mit dem neuen Trend zu leichtgewichtigen Automobilen gibt es einen steigenden Bedarf an dünneren elektrischen Leitungen aus Aluminiumlegierungen. Dünnere und leichtere elektrische Leitungen aus Aluminiumlegierungen sind erwünscht, da es in den letzten Jahren mehr und mehr Stellen in einem Automobil gibt, an denen elektrische Leitungen aus Aluminiumlegierungen angebracht werden, und demzufolge wird durch die Leitungen mehr Platz eingenommen. Erwünscht ist außerdem auch eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der elektrischen Leitungen aus Aluminiumlegierungen, nachdem sie in einem Automobil installiert wurden.

Üblicherweise sind Aluminiumdrähte, die als solche dünnen elektrischen Leitungen verwendet werden, hauptsächlich hart-gezogene Aluminiumdrähte für die Elektrotechnik, wie in der japanischen Industrienorm (JIS) C3108 angegeben wird. Verglichen mit Kupferdrähten weisen Aluminiumdrähte allerdings eine extrem geringe Biegbarkeit auf und sind daher für Stellen, wo die Drähte mehrmals gebogen werden müssen, wie z.B. um ein Türscharnier für ein Automobil herum, schwierig zu verwenden.

Aus diesem Grund wurde herkömmlich ein Versuch unternommen, die Biegbarkeit eines Aluminiumdrahts durch Hinzufügen von anderen Metallelementen zu Aluminium zu erhöhen. Z.B. offenbart das japanische Patent 4,927,266 einen Aluminiumleiterdraht für elektrische Leitungen eines Automobils, der vorbestimmte Mengen an Fe, Cu und Mg mit einem Rest aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen enthält und einen Drahtdurchmesser von 0,07 mm bis 1,50 mm aufweist. Das japanische Patent 4,330,005 offenbart einen Aluminiumleiterdraht für Automobilleitungssätze, der vorbestimmte Mengen an Fe, Zr und Cu mit einem Rest aus Aluminium und vermeidbaren Verunreinigungen enthält, unter Verwendung eines bestimmten Verfahrens hergestellt wird und einen Drahtdurchmesser von 0,07 mm bis 1,50 mm aufweist.

ZUSAMMENFASSUNG

Die elektrischen Leitungen sowohl die des japanischen Patents 4,927,366 als auch die des japanischen Patents 4,330,005 sind allerdings hinsichtlich ihrer Zugfestigkeit unzureichend und daher schwerlich als elektrische Leitung einzusetzen, deren Querschnittsfläche kleiner als 0,75 Quadratmillimeter (mm2) ist, wie z.B. 0,5 mm2, 0,35 mm2 oder kleiner, einzusetzen. Außerdem sind die elektrischen Leitungen des japanischen Patents 4,927,366 und des japanischen Patents 4,330,005 nicht für die Verwendung unter hohen Temperaturen bestimmt. Somit ist eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften unter hohen Temperaturen erwünscht.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf solche Probleme bei der herkömmlichen Technologie gemacht und zielt darauf ab, eine elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und verringertem Durchmesser sowie einen Leitungssatz, der diese einschließt, bereitzustellen.

Eine elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt schließt eine Litze aus einer Aluminiumlegierung ein. Die Litze aus einer Aluminiumlegierung enthält Aluminium und Mangan und schließt Kristallkörner ein, deren mittlere Korngröße 3,1 µm oder kleiner ist. Intermetallische Verbindung, die Aluminium und Mangan enthalten, sind in der Litze aus einer Aluminiumlegierung auf und in der Nähe der Korngrenzen der Kristallkörner dispergiert.

Die elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß dem ersten Aspekt kann ferner eine Isolatorschicht einschließen, die einen Umfang der Litze aus einer Aluminiumlegierung bedeckt.

Ein Leitungssatz gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt schließt die elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß dem ersten Aspekt ein.

Eine elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Aspekt schließt eine Litze aus einer Aluminiumlegierung ein. Die Litze aus einer Aluminiumlegierung wird aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, die Mg in einer Menge von 2,2 bis 4,2 Masse-%, Mn in einer Menge von x Masse-% und Cr in einer Menge von y Masse-% enthält, wobei der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen ist, worin x und y y ≥ –0,55x + 0,18 und y ≤ –0,55x + 0,55 erfüllen. Die Litze aus der Aluminiumlegierung schließt Kristallkörner ein, deren mittlere Korngröße 3,1 µm oder kleiner ist, und weist eine Zugfestigkeit von 230 MPa oder höher bei gewöhnlicher Temperatur, eine Bruchdehnung von 10 % oder höher bei gewöhnlicher Temperatur und eine elektrische Leitfähigkeit von 30 % IACS oder höher aufweist.

Die elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß dem dritten Aspekt kann ferner eine Isolatorschicht einschließen, die einen Umfang der Litze aus einer Aluminiumlegierung bedeckt.

Ein Leitungssatz gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Aspekt schließt die elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß dem dritten Aspekt ein.

Gemäß einer erfindungsgemäßen elektrischen Leitung aus einer Aluminiumlegierung werden Kristallkörner daran gehindert, während der Wärmebehandlung einer Aluminiumlegierung zu wachsen. Dies ermöglicht die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der elektrischen Leitung und die Verringerung des Durchmessers der elektrischen Leitung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Kristallstruktur in einer Litze aus einer Aluminiumlegierung zeigt;

2 ist eine schematische Darstellung, die die vorteilhaften Wirkungen veranschaulicht, welche durch ein Additivelement in Aluminium in der Litze aus einer Aluminiumlegierung erzeugt werden;

3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;

4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel der elektrischen Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;

5 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel für ein Kabel gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;

6 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehungen zwischen einem Magnesiumgehalt und einem Chromgehalt in Teststücken der Beispiele zeigt;

7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehungen zwischen einem Magnesiumgehalt und der Zugfestigkeit bei gewöhnlicher Temperatur für die Teststücke Nr. 20 bis 24 der Beispiele zeigt;

8 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehungen zwischen einem Magnesiumgehalt und der elektrischen Leitfähigkeit für die Teststücke Nr. 20 bis 24 der Beispiele zeigt;

9 ist eine mikroskopische Aufnahme eines Schnitts des Teststücks 14, betrachtet unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops;

10 ist eine Vergrößerung eines Bereichs A in der transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahme von 9;

11 ist eine Vergrößerung eines Bereichs B in der transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahme von 9;

12 ist eine Vergrößerung eines Bereichs C in der transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahme von 9;

13 ist ein Spektrum, das die Ergebnisse der Analyse im Punkt P1 in 11 unter Verwendung von energiedispersiver Röntgenspektroskopie zeigt.

14 ist eine Spektrum, das die Ergebnisse der Analyse im Punkt P2 in 12 unter Verwendung von energiedispersiver Röntgenspektroskopie zeigt.

15A und 15B zeigen ein Ergebnis der Betrachtung eines Schnitts des Teststücks 14 der Beispiele unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops, wobei 15A eine mikroskopische Aufnahme ist, die das Betrachtungsergebnis zeigt, und 15B eine schematische Querschnittsansicht ist, die die Position veranschaulicht, die in dem Schnitt des Teststücks betrachtet wurde und

16A bis 16E sind jeweils mikroskopische Aufnahmen, die ein Ergebnis einer Messung eines Bereichs D in 15 bezüglich der Elementenverteilung (Elementen-Mapping) unter Verwendung von energiedispersiver Röntgenspektroskopie zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Unter Verwendung der Zeichnungen wird eine elektrischen Leitung aus einer Aluminiumlegierung und eines Leitungssatzes gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ausführlich beschrieben. Zu beachten ist, dass die Maßverhältnisse in den Zeichnungen der Anschaulichkeit halber übertrieben sind und sich von den tatsächlichen Verhältnissen unterscheiden können.

(Elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung)

Üblicherweise nimmt die Festigkeit eines metallischen Materials bei der Verarbeitung aufgrund der Umformung (work hardening) zu, jedoch nimmt die Duktilität beträchtlich ab. Ein metallisches Material mit geringer Duktilität ist schwierig zu verarbeiten. Um einen dünnen metallischen Draht, der durch Drahtziehen gefertigt wurde, in der Praxis zu verwenden ist somit ein Glühen notwendig. Das Glühen stellt die Verarbeitbarkeit des metallischen Materials wieder her, verringert jedoch den Verfestigungseffekt, der durch die Umformung (work hardening) erzielt wurde. Aus diesem Grund ist es für ein metallisches Material schwierig, gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit und eine hohe Duktilität aufzuweisen.

Im Allgemeinen beginnt Aluminium mit der Erholung und Rekristallisation bei 100°C bis 200°C, beispielsweise begleitet durch eine Annihilation von Punktdefekten und eine Umordnung von Versetzungen. Mit dem Fortschreiten der Erholung und Rekristallisation nimmt die durch Umformung (work hardening) erhöhte Festigkeit eines Materials üblicherweise ab (d.h., das Material erweicht). Somit ist Aluminium nicht für Anwendungen geeignet, die eine hohe Festigkeit unter Temperaturen von 100°C bis 200°C erfordern.

Um die Festigkeit und Wärmebeständigkeit von Aluminium zu verbessern, ist es folglich erforderlich, dass die Kristallkörner, welche die Mikrostruktur bilden, fein sind und dass benachbarte Kristallkörner daran gehindert werden, sich aufgrund der durch das Glühen herbeigeführten Rekristallisation zu vereinigen und größer zu werden. Mögliche grundsätzliche Mittel zur Verbesserung der Festigkeit von Aluminium schließen das Legieren von Aluminium ein, um eine Mischkristallhärtung und Ausscheidungshärtung zu erhalten. Wenn Aluminium unter hohen Temperaturen verwendet wird, funktionieren diese Härtungsmechanismen allerdings nicht notwendigerweise wirkungsvoll. Um die Wärmebeständigkeit von Aluminium sicherzustellen sind Mittel zur thermischen Stabilisierung der Kristallkörner einer Matrixphase zusätzlich zu den grundsätzlichen Härtungsmechanismen erforderlich.

In Anbetracht der vorstehenden Erwägungen erzielt eine elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verbesserte mechanische Eigenschaften, indem sie eine Al-Mg-Legierung als Basismaterial enthält und mindestens eines der folgenden Maßnahmen angewendet wird.

  • 1. Wie in 1 gezeigt wird, sind als sekundäre Phase eine thermisch stabile intermetallische Verbindung (2) oder dergleichen als feine Ausscheidungen auf den Korngrenzen und innerhalb der Kristallkörner einer Matrixphase (1) aus der Aluminiumlegierung ausgeschieden.
  • 2. Wie in 1 und 2 dargestellt wird, wird ein Additivelement (3) mit einem niedrigem Diffusionskoeffizienten in der Nähe der Rekristallisationstemperatur des Basiselements der Legierung zu der Matrixphase (1) der Aluminiumlegierung hinzugefügt.

Wenn die Maßnahme 1 angenommen wird, d.h., wenn sich die thermisch stabile intermetallische Verbindung (2) auf den Korngrenzen und innerhalb der Kristallkörner befindet, wirkt die intermetallische Verbindung (2) als Barriere während der Wärmebehandlung, wobei das Wachstum von benachbarten Kristallkörnern verhindert wird. Dadurch kann die Matrixphase (1) aus der Aluminiumlegierung ihre feinen Kristallkörner beibehalten.

Repräsentative Beispiele für das Additivelement zur Bildung einer intermetallischen Verbindung mit Aluminium und zur Bildung von feinen Ausscheidungen auf den Korngrenzen und innerhalb der Kristallkörner schließen Mangan (Mn), Zirkonium (Zr), Titan (Ti), Eisen (Fe) und Nickel (Ni) ein. Wie in Tabelle 1 dargestellt wird, benötigen diese Elemente außer Mangan eine Lösungsbehandlung (erzwungene Mischkristallbehandlung mittels Wärmebehandlung), um eine intermetallische Verbindung mit Aluminium zu bilden und feine Ausscheidungen zu bilden. Somit erhöht die Verwendung eines der Elemente außer Mangen die Anzahl der Herstellungsschritte. Wie des Weiteren in Tabelle 1 dargestellt wird, ist der Potentialunterschied zwischen Aluminium und einer intermetallischen Verbindung aus Aluminium und einen der Elemente außer Mangen 0,05 V oder größer. Je größer der Potentialunterschied zwischen Aluminium und einer intermetallischen Verbindung ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass galvanische Korrosion auftritt, die die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumlegierung verringert. Da Mangan eine intermetallische Verbindung mit Aluminium bilden kann, ohne dass eine Lösungsbehandlung erforderlich ist, und außerdem die Verringerung der Korrosionsbeständigkeit verhindern kann, verwendet die vorliegende Ausführungsform Mangan, um die vorteilhafte Wirkung der Maßnahme 1 zu erzielen. TABELLE 1

Potentialunterschied (V) zwischen intermetallischer Verbindung und Aluminium LösungsbehandlungAl3Mn 0,00 nicht erforderlichAl3Zr 0,05 erforderlichAl3Ti 0,05 erforderlichAl3Fe 0,3 erforderlichAl3Ni 0,34 erforderlich

Darüberhinaus können Kristallkörner thermisch stabilisiert werden, wenn die Maßnahme 2 angewendet wird, d.h., wenn das Additivelement (3) mit einem kleinen Diffusionskoeffizienten in der Nähe der Rekristallisationstemperatur, nämlich 250°C bis 300°C, zu der Matrixphase (1) der Aluminiumlegierung hinzugefügt wird. Wenn Atome des Additivelements (3) mit einem kleinen Diffusionskoeffizienten eine feste Lösung mit den die Matrixphase (1) bildenden Aluminiumatomen (4) bilden, unterdrücken die Atome des Additivelements (3) die Kristallumordnung der Aluminiumatome (4) in der Nähe der Rekristallisationstemperatur und hindern daher die Kristallkörner an der Vergröberung aufgrund der Umordnung, wie in 2 dargestellt wird.

Das Additivelement (3) zur Unterdrückung der Kristallumordnung der Aluminiumatome (4) ist vorzugsweise ein Element mit einem kleinen Diffusionskoeffizienten in der Nähe der Rekristallisationstemperatur der Aluminiumatome (4). Beispiele für solch ein Element schließen Chrom (Cr), Zirkonium (Zr), Vanadium (V), Niob (Nb), Zinn (Sn), Kobalt (Co) und Beryllium (Be) ein. Unter diesen Elementen ist Chrom das Element mit dem kleinsten Diffusionskoeffizienten bei 250°C, wie in Tabelle 2 dargestellt wird. Aus diesem Grund verwendet die vorliegende Ausführungsform Chrom zur Erzielung der vorteilhaften Wirkung der Maßnahme 2. TABELLE 2

Diffusionskoeffizient bei 250°C in Al (m2/Sek.)Chrom 9,6 × 10–27Zirkonium 4,8 × 10–26Vanadium 3,9 × 10–20Niob 9,9 × 10–20Zinn 1,1 × 10–19Kobalt 1,9 × 10–19Beryllium 2,7 × 10–19

Aufgrund der Ergebnisse der obigen Erwägungen weist die elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung auf, wie in 3 dargestellt wird. Um mindestens eine der Maßnahmen 1 und 2 anzuwenden, ist die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, die Mg in einer Menge von 2,2 bis 4,2 Masse-%, Mn in einer Menge von x Masse-% und Cr in einer Menge von y Masse-% enthält, wobei der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen ist. Die folgenden Beziehungen (1) und (2) werden von x und y erfüllt: y ≥ 0,55x + 0,18 und(1)y ≤ 0,55x + 0,55(2)

In den Ausdrücken (1) und (2) gilt x ≥ 0 und y ≥ 0.

Eine Aluminiumlegierung, aus der die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, wird durch Zugabe von Magnesium (Mg) zu einem Aluminiumbasismetall, welches das Basismetall der Aluminiumlegierung ist, hinzugefügt. Magnesium erhöht die Festigkeit von Aluminium durch Mischkristallhärtung. Somit kann die Verwendung einer Al-Mg-Legierung als Matrixphase (1) die elektrische Leitung (10) aus einer Alulegierung hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit, Streckgrenze und Beständigkeit gegenüber Langzeitermüdung verbessern.

Die Menge an hinzugefügtem Magnesium in einer Aluminiumlegierung, aus der die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, beträgt vorzugsweise 2,2 bis 4,2 Masse-%. Wenn die Menge an hinzugefügtem Magnesium weniger als 2,2 Masse-% beträgt, kann die Mischkristallhärtung nicht in einem ausreichenden Maße vonstattengehen, was zu einer möglichen Abnahme der Festigkeit der Aluminiumlegierung führt. Wenn die Menge an hinzugefügtem Magnesium mehr als 4,2 Masse-% beträgt, kann aufgrund der Abnahme des Standardelektrodenpotentials der Aluminiumlegierung Lochfraßkorrosion auftreten. Mit anderen Worten, wenn die Menge an hinzugefügtem Magnesium mehr als 4,2 Masse-% beträgt, kann sich die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumlegierung verringern. Es ist besonders bevorzugt, dass die Menge an hinzugefügtem Magnesium in der Aluminiumlegierung 2,4 bis 3,2 Masse-% beträgt, um den Mischkristallhärtungseffekt zu erzielen und gleichzeitig eine Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit verhindern.

Das Aluminiumbasismetall, zu dem das Magnesium hinzugefügt wird, ist nicht besonders beschränkt, es ist allerdings bevorzugt, reines Aluminium mit einer Reinheit von 99,7 Masse-% oder höher zu verwenden. Von den reinen Aluminiumbasismetallen, die von JIS H2102 (Aluminium in Massen) spezifiziert sind, wird insbesondere ein Aluminiumbasismetall, dessen Reinheit der Klasse I oder höher entspricht, bevorzugt verwendet. Um genauer zu sein, können ein Aluminiumbasismaterial der Klasse I mit einer Reinheit von 99,7 Masse-%, ein Aluminiumbasismetall der Sonderklasse II mit einer Reinheit von 99,85 Masse-% oder höher, ein Aluminiumbasismaterial der Sonderklasse I mit einer Reinheit von 99,90 Masse-% oder höher verwendet werden.

In einer binären Al-Mg-Legierung wachsen Kristallkörner während des Glühens schnell an, was zu einer Verringerung der Festigkeit führt. Die Aluminiumlegierung enthält daher mindestens eines von Mangan und Chrom gemäß mindestens einer der Maßnahmen 1 und 2, um die Kristallkörner daran zu hindern, sich durch Rekristallisation während des Glühens zu vereinigen und zu vergröbern.

Wie oben beschreiben, liegt in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung die Additivmenge an Mangan, ausgedrückt als x Masse-%, vorzugsweise in dem durch die Ausdrücke (1) und (2) spezifizierten Bereich. Wenn die Additivmenge an Mangan innerhalb eines solchen Bereichs liegt, können feine intermetallische Al-Mn-Verbindungen in der Aluminiumlegierung durch den Reaktionsbeschleunigungseffekt gebildet sind, der durch die während des Walzens und Drahtziehens anliegende Druckbeanspruchung verursacht wird, und die Verbindungen sind innerhalb der Kristallkörner und auf den Korngrenzen dispergiert. Beispiele für eine solche intermetallische Al-Mn-Verbindung schließen Al12Mn, Al6Mn und Verbindungen mit gleichwertigen Verhältnissen zu diesen sein.

Eine diesbezüglich ausführlichere Beschreibung wird hiermit angegeben. Wie später beschrieben wird, werden sowohl ein Walzen als auch ein Ziehen in der Herstellung der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung durchgeführt. Diese Prozesse beziehen das Anlegen eines Drucks radial zum axialen Zentrum eines Aluminiumlegierungsdrahts und die anschließende Erwärmung des Drahts ein. Diese Wärmebehandlung erleichtert eine Reaktion, in der sich eine feste Lösung der Aluminiumlegierung zu der oben beschriebenen intermetallischen Verbindung verändert, selbst in einer Al-Mn-Legierung in einem Zustand einer verdünnten erzwungenen festen Lösung, die stark von einer stöchiometrischen Zusammensetzung abweicht. Dann sind die so gebildeten intermetallischen Verbindungen auf den Korngrenzen und innerhalb der Kristallkörner dispergiert und weisen den Pinning-Effekt auf, um die Kristallkörner daran zu hindern, zu wachsen, wenn die Aluminiumlegierung erwärmt wird.

Wenn Mangan im Überschuss in einer Menge, die die obere Grenze des durch die Ausdrücke (1) und (2) definierten Bereichs überschreitet, hinzugefügt wird, vergröbern sich die intermetallischen Verbindungen und die Anzahl an intermetallischen Verbindungspartikeln würde relativ zu den Korngrenzen klein werden. Als Folge kann der Pinning-Effekt nicht in einem ausreichenden Maße ausgeübt werden. Die Vergröberung der intermetallischen Verbindungen kann außerdem die Duktilität der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung verringern. Somit ist ein Mangangehalt in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung vorzugsweise 0,18 Masse-% oder höher im Hinblick auf die Erzeugung einer ausreichenden Menge an intermetallischen Verbindungen, die zur Ausübung des Pinning-Effekts erforderlich ist. Darüber hinaus ist der Mangangehalt in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung vorzugsweise 0,8 Masse-% oder niedriger im Hinblick auf die Verhinderung der Vergröberung der intermetallischen Verbindungen und, durch die Ausdehnung, der Abnahme der Duktilität der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung.

Die Additivmenge an Chrom in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung, ausgedrückt als y Masse-%, liegt vorzugsweise innerhalb des durch die Ausdrücke (1) und (2) definierten Bereichs. Wenn die Additivmenge an Chrom innerhalb dieses Bereichs liegt, bilden Chromatome eine feste Lösung in der Aluminiumlegierung in der Matrixphase und verhindern dadurch die Vergröberung der Kristallkörner während der Wärmebehandlung der Aluminiumlegierung. Wenn Chrom im Überschuss in einer Menge, die die obere Grenze des durch die Ausdrücke (1) und (2) definierten Bereichs übersteigt, hinzugefügt wird, bilden Chrom und Aluminium eine intermetallische Verbindung, die die Duktilität der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung verringern kann. Somit ist ein Chromgehalt in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung vorzugsweise 0,05 Masse-% oder höher im Hinblick auf eine effektive Verhinderung der Vergröberung der Kristallkörner der Aluminiumlegierung und ist vorzugsweise 0,25 Masse-% oder niedriger im Hinblick auf die Verhinderung der Abnahme der Duktilität der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung.

Es ist außerdem bevorzugt, dass die Additivmenge an Mangan in er Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung 0,55 Masse-% oder niedriger ist. Es ist außerdem bevorzugt, dass die Additivmenge an Chrom in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung 0,4 Masse-% oder niedriger ist. Die Einstellung der Additivmengen an Mangan und Chrom innerhalb dieser Bereiche erleichtert es, eine elektrische Leitfähigkeit von 30 % IACS oder höher zu erreichen und somit eine Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit zu erzielen.

Vorzugsweise ist die mittlere Korngröße der Kristallkörner in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung 3,1 µm oder kleiner. Insbesondere in der in 1 dargestellten metallographischen Struktur ist die mittlere Korngröße der Kristallkörner, die von den intermetallischen Verbindungen (2) umgeben sind, vorzugsweise 3,1 µm oder kleiner. Wenn die mittlere Korngröße innerhalb dieses Bereichs liegt, kann die Litze hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber Langzeitermüdung und der Vibrationsbeständigkeit weiter verbessert werden. Die mittlere Korngröße der Kristallkörner in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung ist vorzugsweise 2 µm oder kleiner und noch bevorzugter 1,5 µm oder kleiner. Die mittlere Korngröße der Kristallkörner kann unter Verwendung des durch JIS H0501 spezifizierten Schneidverfahrens (Verfahren zur Bestimmung der mittleren Korngröße von Knetkupfer und Kupferlegierungen, ISO 2624) gemessen werden.

Es ist bevorzugt, dass in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Atome des Additivelements (3), das Chrom ist, innerhalb der Matrixphase (1) der Aluminiumlegierung dispergiert sind, wie in 1 dargestellt wird. Es ist außerdem bevorzugt, dass jedes Kristallkorn in der Matrixphase (1), innerhalb dem die Chromatome dispergiert sind, gänzlich durch die intermetallischen Verbindungen (2) als sekundäre Phase umgeben sind. Dadurch, durch die vorteilhaften Wirkungen der Maßnahmen 1 und 2, wird das Kristallwachstum verhindert und feine Kristallkörner werden selbst unter hohen Temperaturen beibehalten. Es ist allerdings zu erwähnen, dass die Kristallkörner in der vorliegenden Ausführungsform nicht gänzlich durch die intermetallischen Verbindungen (2) umgeben sein müssen und dass die intermetallischen Verbindungen (2) lediglich zumindest auf den Korngrenzen der Kristallkörner vorhanden sein müssen. Die Verhinderung des Kristallwachstums wird in diesem Fall durch die vorteilhafte Wirkung der Maßnahme 1 immer noch erzielt.

Wie beschrieben, wenn lediglich die Maßnahme 1 angewendet wird, kann die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der intermetallischen Verbindung (2) immer noch das Wachstum von benachbarten Kristallkörnern verhindern. Als mögliche Struktur kann die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung Aluminium und Mangan enthalten, die die intermetallische Verbindung (2) bilden, welche auf und in der Nähe der Korngrenzen der Kristallkörner in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung dispergiert ist. Mit einer solchen Struktur befinden sich intermetallische Verbindungen (2) zwischen benachbarten Kristallkörnern und wirken als Barriere, um die Kristallkörner daran zu hindern, während der Wärmebehandlung der Aluminiumlegierung zu wachsen. Somit kann die Matrixphase (1) der Aluminiumlegierung feine Kristallkörner beibehalten.

Beispiele für unvermeidbare Verunreinigungen, die möglicherweise in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Aluminiumlegierung enthalten sind, schließen Zink (Zn), Nickel (Ni), Zinn (Sn), Vanadium (V), Gallium (Ga), Bor (B) und Natrium (Na) ein. Diese sind unvermeidlich in der Aluminiumlegierung innerhalb eines Mengenbereichs enthalten, der die durch die vorliegende Erfindung zu erzielenden vorteilhaften Wirkungen nicht behindert und die Eigenschaften der Aluminiumlegierung nicht besonders beeinträchtigt. Die unvermeidbaren Verunreinigungen schließen auch ein Element ein, das ursprünglich in einem verwendeten reinen Aluminiumbasismetall enthalten ist.

Der Leiter in der elektrischen Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung der vorliegenden Ausführungsform kann ein einzelner Draht, der aus einer einzelnen Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist, oder ein verseilter Draht sein, der aus mehreren zusammen verdrillten Litzen (11) aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist. Der verseilte Draht kann jegliche/r von einem konzentrischen verseilten Draht, in der die Litzen konzentrisch um eine einzelne oder mehrere Litzen im Zentrum verdrillt sind, einer Anordnung eines verseilten Drahts, in der mehrere Litzen zusammen in derselben Richtung verdrillt sind und einem Verbund von verseilten Drähten, in dem mehrere Anordnungen eines verseilten Drahts konzentrisch verdrillt sind, sein.

Wie in 3 dargestellt wird, kann die elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung als blanker Draht gebildet sein. Alternativ kann die elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung der vorliegenden Ausführungsform die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung und eine Isolatorschicht (12) als Beschichtungsmaterial, das den Umfang der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung beschichtet, einschließen.

Das Material und die Dicke der Isolatorschicht (12), die den äußeren Umfang der elektrischen Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung bedeckt, sind nicht besonders beschränkt, so lange die Isolatorschicht (12) die elektrische Isolierung der elektrischen Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung sicherstellen kann. Beispiele für ein Harzmaterial, das für die Isolatorschicht (12) verwendbar ist, schließen Vinylchlorid, wärmebeständiges Vinylchlorid, vernetztes Vinylchlorid, Polyethylen, vernetztes Polyethylen, geschäumtes Polyethylen, vernetztes geschäumtes Polyethylen, chlorierten Polyethylen, Polypropylen, Polyamid (Nylon), Polyvinylidenfluorid, ein Ethylen-Ethylen-Tetrafluorid-Copolymer, ein Ethylentetrafluorid-Propylenhexafluorid-Copolymer, Ethylentetrafluorid, Perfluoralkoxyalkan, natürlicher Kautschuk, Chloroprenkautschuk, Butylkautschuk, Ethylenpropylenkautschuk, chlorsulfonierten Polyethylenkautschauk und Silikonkautschuk ein. Jegliches dieser Materialien kann allein oder in Kombination mit einem oder mehreren dieser Materialien verwendet werden.

Vorzugsweise weist die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung in der elektrischen Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung der vorliegenden Ausführungsform bei gewöhnlicher Temperatur (5°C bis 35°C) eine Zugfestigkeit von 230 MPa oder höher und eine Bruchdehnung von 10 % oder höher auf und weist außerdem eine elektrische Leitfähigkeit von 30 % IACS oder höher auf. Wenn die Zugfestigkeit und Bruchdehnung der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung bei solchen Werten liegt, verbessert sich die mechanische Festigkeit der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung, was das Brechen der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung während oder nach der Installation in einem Fahrzeug erschwert. Die elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung kann daher an Stellen verwendet werden, wo die elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung mehrmals gebogen wird, wie z.B. in der Nähe von Türanschlägen eines Automobils, oder an Stellen, die Vibrationen ausgesetzt sind, wie z.B. einen Motorraum. Wenn die elektrische Leitfähigkeit der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung 30 % IACS oder höher beträgt, kann die elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung darüber hinaus als elektrische Leitung für Automobile verwendet werden. Die Zugfestigkeit und Bruchdehnung bei gewöhnlicher Temperatur kann in Übereinstimmung mit JIS Z2241 (Zugfestigkeitsprüfverfahren für metallische Materialien bei Raumtemperatur) gemessen werden. Die elektrische Leitfähigkeit kann in Übereinstimmung mit JIS H0505 (Verfahren zur Messung der elektrischen Resistivität und elektrischen Leitfähigkeit von nicht-eisenhaltigen Materialien) gemessen werden.

Vorzugsweise weist die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung der elektrischen Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung der vorliegenden Ausführungsform eine Zugfestigkeit von 180 MPa oder höher bei 120°C auf. Wenn die Zugfestigkeit der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung bei hohen Temperaturen bei einem solchen Wert liegt, kann die elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung vorteilhaft an Stellen in einem Automobil verwendet werden, die einer hohen Temperatur und Vibrationen ausgesetzt sind. Die Zugfestigkeit bei hohen Temperaturen kann in Übereinstimmung mit JIS G0567 (Zugversuchsverfahren für Stähle und wärmebeständige Legierungen bei erhöhter Temperatur) gemessen werden.

Der Drahtenddurchmesser der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung in einer elektrischen Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung der vorliegenden Ausführungsform ist nicht beschränkt, da jedoch die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgezeichnete mechanische Eigenschaften z.B. hinsichtlich Zugfestigkeit und Dehnrate aufweist und einen kleinen Durchmesser ermöglicht, kann der Drahtenddurchmesser beispielsweise 0,1 mm bis 1,0 mm betragen.

Wie bislang beschrieben wurde, weist die elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung der vorliegenden Ausführungsform eine Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung auf. Die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung enthält Aluminium und Mangan und schießt Kristallkörner ein, die mittlere Korngröße 3,1 µm oder kleiner ist. Aus Aluminium und Mangan gebildete intermetallische Verbindungen sind auf oder in der Nähe der Korngrenzen der Kristallkörner in der Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung dispergiert.

Die elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung der vorliegenden Ausführungsform weist die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung auf. Die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, die Mg in einer Menge von 2,2 bis 4,2 Masse-%, Mn in einer Menge von x Masse-% und Cr in einer Menge von y Masse-% enthält, wobei der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen ist. Die folgenden Beziehungen (1) und (2) werden durch x und y erfüllt: y ≥ 0,55x + 0,18 und(1)y ≤ 0,55x + 0,55(2).

Die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung schließt Kristallkörner ein, deren mittlere Korngröße 3,1 µm oder kleiner ist. Die Litze (11) aus einer Aluminiumlegierung weist eine Zugfestigkeit von 230 MPa oder höher und eine Bruchdehnung von 10 % oder höher bei gewöhnlicher Temperatur und weist außerdem eine elektrische Leitfähigkeit von 30 % IACS oder höher auf.

Solch eine elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung weist gute mechanische Eigenschaften auf und kann daher als elektrische Leitung verwendet werden, deren Querschnittsfläche kleiner als 0,75 mm2 ist. Insbesondere kann die elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung der vorliegenden Ausführungsform als elektrische Leitung mit einer Querschnittsfläche von beispielsweise 0,5 mm2, 0,35 mm2 oder kleiner verwendet werden. Mit einer Beständigkeit gegenüber Langzeitermüdung, Festigkeit bei hohen Temperaturen und Hochtemperatur-Kriechbeständigkeit kann die elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung darüber hinaus vorteilhaft an Stellen in einem Automobil verwendet werden, die einer hohen Temperatur und Vibrationen ausgesetzt sind.

(Verfahren zur Herstellung der Litze aus einer Aluminiumlegierung)

Als nächstes wird ein Verfahrens zur Herstellung der Litze aus einer Aluminiumlegierung zur Verwendung in der elektrischen Leitung aus einer Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Als erstes wird eine Aluminiumlegierung gegossen und zu einem Walzdraht mit einem vorbestimmten Durchmesser durch ein Verfahren wie Stranggießen und Walzen gebildet. Der Durchmesser des Walzdrahtes ist nicht beschränkt und kann irgendein Durchmesser, wie z.B. ∅ 3 mm oder ∅ 8 mm, sein. Die Aluminiumlegierung kann durch Zugabe von vorbestimmten Mengen an Magnesium, Mangan und Chrom zu dem oben beschriebenen Aluminiumbasismetall hergestellt werden und unter Verwendung eines gewöhnlichen Verfahrens gegossen werden.

Der Walzdraht wird einem Zwischenglühen unterzogen, um durch Umformung (work hardening) verursachte innere Spannungen abzubauen und die Metallstruktur zu erweichen, wodurch die Verarbeitbarkeit des Walzdrahtes beim Drahtziehen verbessert wird. Das Glühen wird unter Verwendung eines Haubenglühofens durchgeführt. Die Glühtemperatur beträgt vorzugsweise 200°C bis 400°C und besonders bevorzugt 250°C bis 350°C. Die bevorzugte Glühdauer beträgt eine Stunde oder länger. Die Eigenschaften des Walzdrahtes werden nicht nachteilig beeinträchtigt, selbst wenn der Walzdraht für eine längere Dauer geglüht wird, so lange die Glühtemperatur innerhalb des oben beschriebenen Bereiches liegt. Die Bedingungen zum Abkühlen nach dem Glühen sind nicht beschränkt.

Für das Zwischenglühen kann ein Durchlaufglühen eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Walzdraht geglüht werden, indem er bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch einen Ofen transportiert und in einem vorbestimmten Abschnitt erwärmt wird. Für dieses Erwärmen kann beispielsweise ein Hochfrequenzofen verwendet werden.

Das oben beschriebene Walzen legt Druckspannungen an den Walzdraht an. Wenn das Zwischenglühen an dem Walzdraht mit den Druckspannungen durchgeführt wird, kommt es zu einer Reaktion im Walzdraht, wobei sich eine feste Lösung aus Al und Mn zu einer intermetallischen Al-Mn-Verbindung (Al12Mn, Al6Mn und Verbindungen mit Verhältnissen die gleichwertig zu diesen sind) verändert. Als Ergebnis sind die so gebildeten intermetallischen Verbindungen auf den Korngrenzen und innerhalb der Kristallkörner dispergiert. Die intermetallischen Verbindungen üben den Pinning-Effekt aus und verhindern das Wachstum der Kristallkörner während der letzten Wärmebehandlung, die später zu beschreiben ist.

Nach dem Zwischenglühen wird der Walzdraht einem Drahtziehen unterzogen. Insbesondere wird der Walzdraht durch (eine) Düse(n) gezogen und zu einer Litze gebildet. Der Durchmesser der Litze ist je nach Bedarf einstellbar, z.B. innerhalb eines Bereiches von ∅ 0,1 mm bis ∅ 1,0 mm. Die Bedingungen für das Drahtziehen werden anhand der Festigkeit des Aluminiums, des erhaltenen Grads der Umformung (work hardening), der Form der Düse(n) und der Schmierfähigkeit des verwendeten Schmiermittels festgelegt.

Nach dem Drahtziehen wird eine letzte Wärmebehandlung an der Litze durchgeführt, um die Kristallstruktur zu kontrollieren und durch Umformung (work hardening) verursachte innere Spannungen abzubauen. Die Bedingungen für die letzte Wärmebehandlung müssen in Abhängigkeit vom Durchmesser der Litze und der Metallzusammensetzung der Litze eingestellt werden, jedoch wird die letzte Wärmebehandlung vorzugsweise für eine Stunde bei einer Temperatur von 250°C bis 350°C durchgeführt. Ein Durchlaufglühen kann für die letzte Wärmebehandlung eingesetzt werden. Z.B. kann die Litze der letzten Wärmebehandlung unterzogen werden, indem sie bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch einen Ofen transportiert und in einem vorbestimmten Abschnitt erwärmt wird. Beispielsweise kann ein Hochfrequenzofen für dieses Erwärmen verwendet werden. Mit der letzten Wärmebehandlung wird die Litze aus einer Aluminiumlegierung der vorliegenden Ausführungsform erhalten.

(Kabel)

Als nächstes wird ein Kabel gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Ein Kabel (20) gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt, wie in 5 dargestellt wird, ein Bündel elektrischer Leitungen (10) (10a, 10b und 10c)) aus einer Aluminiumlegierung und einen Mantel (21) als Beschichtungsmaterial, der den Umfang des Bündels aus elektrischen Leitungen (10) aus einer Aluminiumlegierung beschichtet. Das Material für den Mantel (21) ist nicht beschränkt, und jegliches der im Zusammenhang mit der Isolatorschicht (12) beschriebenen Materialien kann verwendet werden. Die beschriebene elektrische Leitung (10) aus einer Aluminiumlegierung und das beschriebene Kabel (20) werden vorzugsweise in einem Leitungssatz für Automobile verwendet, für den erforderlich ist, dass er eine hohe Festigkeit, Haltbarkeit und elektrische Leitfähigkeit aufweist.

BEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Verwendung von Beispielen genauer beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.

(Fertigung von Teststücken)

Aluminiumlegierungen mit den in Tabelle 3 dargestellten Zusammensetzungen wurden durch Zugabe von vorbestimmten Mengen an Magnesium, Mangan und Chrom zu einem Aluminiumbasismetall mit einer Reinheit von 99,70 % (Al99.7 in JIS H2102) hergestellt. Unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens wurde jede der Legierungen geschmolzen und gegossen, so dass ein Gussstück mit 25 mm im Durchmesser und 200 mm in der Länge erhalten wurde.

Das so erhaltene Gussstück wurde gewalzt und einem Zwischenglühen unterzogen, indem das Gussstück für eine Stunde bei 350°C erwärmt wurde. Das Gussstück nach dem Zwischenglühen wurde als nächstes unter Verwendung einer kontinuierlichen Drahtziehmaschine gezogen und zu einem Drahtmaterial mit einem Drahtenddurchmesser von ∅ 0,32 mm gebildet. Das Drahtmaterial wurde dann einer letzten Wärmebehandlung für eine Stunde bei einer entsprechenden Temperatur unterzogen, die in Tabelle 3 dargestellt ist. Dadurch wurde jeder der dünnen Aluminiumlegierungsdrähte (Teststücke) Nr. 1 bis Nr. 19 erhalten. Die graphische Darstellung in 6 zeigt die Beziehungen zwischen einem Mangangehalt und einem Chromgehalt in jedem der Teststücke Nr. 1 bis 19.

Zusätzlich wurden Aluminiumlegierungen mit den in Tabelle 4 dargestellten Zusammensetzungen durch Zugabe von vorbestimmten Mengen an Magnesium, Mangan und Chrom zu einem Aluminiumbasismetall mit einer Reinheit von 99,70 % (Al99.7 in JIS H2102) hergestellt. Unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens wurde jede der Legierungen geschmolzen und gegossen, so das ein Gussstück mit 25 mm im Durchmesser und 200 mm in der Länge erhalten wurde.

Das so erhaltene Gussstück wurde gewalzt und einem Zwischenglühen unterzogen, indem das Gussstück für eine Stunde bei 275°C erwärmt wurde. Das Gussstück nach dem Zwischenglühen wurde als nächstes unter Verwendung einer kontinuierlichen Drahtziehmaschine gezogen und zu einem Drahtmaterial mit einem Drahtenddurchmesser von ∅ 0,32 mm gebildet. Das Drahtmaterial wurde dann einer letzten Wärmebehandlung für eine Stunde bei einer entsprechenden Temperatur unterzogen, die in Tabelle 4 dargestellt ist. Dadurch wurde jeder der dünnen Aluminiumlegierungsdrähte (Teststücke) Nr. 20 bis Nr. 24 erhalten.

(Auswertung der mechanischen Eigenschaften und elektrischen Leitfähigkeit)

Die erhaltenen dünnen Aluminiumlegierungsdrähte wurden hinsichtlich ihrer Zugfestigkeit bei gewöhnlicher Temperatur, Zugfestigkeit bei hoher Temperatur (120°C), 0,2 %-Dehngrenze bei gewöhnlicher Temperatur, 0,2 %-Dehngrenze bei hoher Temperatur (120°C), Bruchdehnung bei gewöhnlicher Temperatur und Bruchdehnung bei hoher Temperatur (120°C) gemessen. Die Zugfestigkeit, 0,2 %-Dehngrenze und Bruchdehnung bei gewöhnlicher Temperatur wurden in Übereinstimmung mit JIS Z2241 gemessen, und die Zugfestigkeit, 0,2 %-Dehngrenze und Bruchdehnung bei hoher Temperatur wurden in Übereinstimmung mit JIS G0567 gemessen. Die erhaltenen dünnen Aluminiumlegierungsdrähte wurden außerdem hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit in Übereinstimmung mit JIS H0505 gemessen. Darüber hinaus wurde die mittlere Korngröße der Kristallkörner in jedem der erhaltenen dünnen Aluminiumlegierungsdrähte in Übereinstimmung mit dem in JIS H0501 definierten Schneidverfahren gemessen. Die Tabellen 3 und 4 zeigen alle diese Messwerte. Als Referenz zeigt Tabelle 3 außerdem die Messergebnisse für geglühte Kupferdrähte hinsichtlich ihrer Zugfestigkeit bei gewöhnlicher Temperatur und bei hoher Temperatur, 0,2 %-Dehngrenze bei gewöhnlicher Temperatur und hoher Temperatur und Bruchdehnung bei gewöhnlicher Temperatur und hoher Temperatur.

Die Spalte "Auswertung" in den Tabellen 3 und 4 zeigt einen Kreis (ο), wenn der dünne Aluminiumlegierungsdraht eine Zugfestigkeit von 230 MPa oder höher, eine Bruchdehnung von 10 % oder höher und eine elektrische Leitfähigkeit von 30 % IACS oder höher aufwies, und zeigt ein Kreuz (×), wenn der dünne Aluminiumlegierungsdraht eine von einer Zugfestigkeit von niedriger als 230 MPa, einer Bruchdehnung von niedriger als 10 % und einer elektrischen Leitfähigkeit von niedriger als 30 % IACS aufwies. TABELLE 4

Nr. Mg (Masse-%) Mn (Masse-%) Cr (Masse-% Temperatur der Wärmebehandlung (°C) Zugfestigkeit (MPa) 0,2%-Dehn grenze (MPa) Bruch dehnung (%) elektrische Leitfähig keit (% IACS)20 2,5 0,3 0,15 300 258 194 13,9 33,521 2,6 0,3 0,15 300 260 198 13,2 33,322 2,7 0,3 0,15 300 275 224 12,1 33,023 2,8 0,3 0,15 300 280 227 12,3 32,924 2,9 0,3 0,15 300 280 240 11 32,7

Wie Tabelle 3 veranschaulicht, wiesen die Teststücke Nr. 3, 4 und 7 bis 18 gemäß den Beispielen vorteilhafte Werte für die Zugfestigkeit, Bruchdehnung und elektrische Leitfähigkeit bei gewöhnlicher Temperatur auf. Im Gegensatz dazu wiesen die Teststücke Nr. 1, 2, 5 und 6, die zu wenig Mangan und Chrom enthielten, eine unzureichende Zugfestigkeit auf. Das Teststück Nr. 19, das zu viel Mangan und Chrom enthielt, wies eine schlechte elektrische Leitfähigkeit auf. Die mittlere Korngröße der Kristallkörner war größer als 10 µm in Teststück Nr. 1, das weder Mangan noch Chrom enthielt, jedoch 3,1 µm oder kleiner in den Teststücken Nr. 3, 7, 9 und 12 gemäß den Beispielen.

Die obigen Ergebnisse veranschaulichen, dass, wenn eine elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung Mangan und Chrom in den Mengen enthält, die die Beziehungen der Ausdrücke (1) und (2) erfüllen, die elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung feine Kristallkörner, gute mechanische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Bruchdehnung, und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen kann. Darüber hinaus wiesen die Teststücke gemäß den Beispielen eine Zugfestigkeit von 200 MPa oder höher bei 120°C auf, was auf eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit hinweist.

Wie in Tabelle 4 veranschaulicht wird, wiesen die Teststücke Nr. 20 bis 24 gemäß den Beispielen vorteilhafte Werte für die Zugfestigkeit, Bruchdehnung und elektrische Leitfähigkeit bei gewöhnlicher Temperatur auf.

7 zeigt die Beziehungen zwischen einem Magnesiumgehalt und der Zugfestigkeit bei gewöhnlicher Temperatur für die Teststücke Nr. 20 bis 24. Wie 7 mit der durch die Methode des kleinsten Quadrats erhaltenen Näherungsgrade veranschaulicht, ist die Zugfestigkeit 230 MPa oder höher, wenn der Magnesiumgehalt 2,2 Masse-% oder höher ist.

8 zeigt die Beziehungen zwischen einem Magnesiumgehalt und der elektrischen Leitfähigkeit für die Teststücke Nr. 20 bis 24. Wie 8 mit der durch die Methode des kleinsten Quadrats erhaltenen Näherungsgrade veranschaulicht, ist die elektrische Leitfähigkeit 30 % IACS oder höher, wenn der Magnesiumgehalt 4,2 Masse-% oder niedriger ist.

Wie durch 7 und 8 veranschaulicht wird, kann eine elektrische Leitung aus einer Aluminiumlegierung gute mechanische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Bruchdehnung, und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wenn sie Mangan und Chrom in den Mengen enthält, die die Beziehungen der Ausdrücke (1) und (2) erfüllen, und Magnesium in einer Menge von 2,2 bis 4,2 Masse-% enthält. Zu beachten ist, dass eine Litze aus einer Aluminiumlegierung eine Zugfestigkeit von 250 MPa oder höher bei gewöhnlicher Temperatur und eine elektrische Leitfähigkeit von 32 % IACS oder höher aufweisen kann, wenn sie Magnesium in einer Menge von 2,4 bis 3,2 Masse-% enthält.

(Mikroskopische Betrachtung)

Ein Schnitt des Teststücks Nr. 14 wurde unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM-EDX) betrachtet. 9 zeigt eine Aufnahme eines Transmissionselektronenmikroskops des Schnitts des Teststücks Nr. 14, und 10 ist eine Vergrößerung eines Bereichs A in der Aufnahme des Transmissionselektronenmikroskops in 9. 11 ist eine Vergrößerung eines Bereichs B in der Aufnahme des Transmissionselektronenmikroskops in 10, und 12 ist eine Vergrößerung eines Bereichs C in der Aufnahme des Transmissionselektronenmikroskops in 10.

Wie in 9 dargestellt wird, enthält das Teststück Nr. 14 mehrere aneinandergepackte Kristallkörner (30). Wie in 10 gezeigt wird, sind Ausscheidungen (32) auf und in der Nähe der Korngrenzen (31) der Kristallkörner (30) dispergiert.

Ein Punkt P1 in 11 und ein Punkt P2 in 12 wurden unter Verwendung von energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) analysiert. 13 ist ein Spektrum, das die Analyseergebnisse für Punkt P1 zeigt, und 14 ist ein Spektrum, das die Analyseergebnisse für Punkt P2 zeigt. Wie durch 13 und 14 veranschaulicht wird, besteht die Ausscheidung (32) an jedem der Punkte P1 und P2 hauptsächlich aus Aluminium und enthält zusätzlich Mangan, Magnesium und Chrom.

15A zeigt ein Ergebnis der Betrachtung des Schnitts des Teststücks Nr. 14 unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM-EDX). Insbesondere ist 15A das Ergebnis der Betrachtung eines Bereichs, der ungefähr 35 µm tief von dem äußeren Umfang des Teststücks ausgehend liegt, wie in 15B gezeigt wird. 15A veranschaulicht, dass die nanometergroße Ausscheidung (32) entlang der Korngrenze (31) des Kristallkorns (30) vorliegt.

16A bis 16E zeigen jeweils ein Messergebnis der Elementenverteilung (Elementen-Mapping) in einem Bereich D in 15, erhalten durch EDX. 16A ist eine Aufnahme eines Rastertransmissionselektronenmikroskops (STEM). 16B zeigt das Elementen-Mapping von Magnesium, 16C zeigt das Elementen-Mapping von Aluminium, 16D zeigt das Elementen-Mapping von Chrom und 16E zeigt das Elementen-Mapping von Mangan. 16A, 16D und 16E veranschaulichen, dass der Kontrast in dem STEM der Ausscheidung eindeutig dem Elementkontrast von Chrom und dem Elementkontrast von Mangan entspricht.

16B veranschaulicht, dass es für Magnesium keinen Kontrast zwischen dem Kristallkorn (Matrixphase) und der Ausscheidung gibt, was darauf hinweist, dass es keinen Unterschied im Magnesiumgehalt zwischen dem Kristallkorn (Matrixphase) und der Ausscheidung gibt. 16C veranschaulicht, dass Aluminium weniger in der Ausscheidung als in dem Kristallkorn enthalten ist. 16D veranschaulicht, dass sich Chrom in einer festen Lösung in dem Kristallkorn (Mutterphase) bildet und außerdem in der Ausscheidung enthalten ist. 16E veranschaulicht, dass Mangan in der Ausscheidung in einer großen Menge enthalten ist und eine Hauptkomponente der Additive in der Ausscheidung ist. Nach den obigen Ergebnissen zu urteilen, ist die Ausscheidung eine Al-Mn-Cr-Verbindung, und diese Verbindung übt den Pinning-Effekt aus, um das Wachstum der Kristallkörner zu verhindern. Außerdem behindert Chrom durch Bildung einer festen Lösung in der Matrixphase der Aluminiumlegierung die Kristallumordnung der Aluminiumatome, so dass eine Vergröberung der Kristallkörner verhindert wird.

Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend unter Verwendung der Beispiele beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt und kann in verschiedener Art und Weise modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • JP 4927266 [0004]
  • JP 4330005 [0004, 0005, 0005]
  • JP 4927366 [0005, 0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • (JIS) C3108 [0003]
  • JIS H2102 [0043]
  • JIS H0501 [0050]
  • ISO 2624 [0050]
  • JIS Z2241 [0057]
  • JIS H0505 [0057]
  • JIS G0567 [0058]
  • JIS H2102 [0072]
  • JIS H2102 [0074]
  • JIS Z2241 [0076]
  • JIS G0567 [0076]
  • JIS H0505 [0076]
  • JIS H0501 [0076]