Title:
Aluminiumlegierungsblech für Sammelschienen, das eine hervorragende Laserschweissbarkeit aufweist
Kind Code:
T5


Abstract:

Dieses Aluminiumlegierungsblech für Sammelschienen enthält Si, Fe, Ti bzw. B in spezifischen Mengen, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammengesetzt ist. Bezüglich dieses Aluminiumlegierungsblechs für Sammelschienen beträgt die Anzahldichte von intermetallischen Verbindungen mit maximalen Längen von 2 µm oder mehr 400 bis 1500 Verbindungen/mm2 in einem Querschnitt von 1/4 der Blechdicke und die elektrische Leitfähigkeit beträgt 58 bis 62 % IACS. embedded image




Inventors:
Kobayashi, Kazunori (Tochigi, Moka-shi, JP)
Application Number:
DE112016005108T
Publication Date:
08/02/2018
Filing Date:
10/27/2016
Assignee:
KABUSHIKI KAISHA KOBE SEIKO SHO (Kobe Steel, Ltd.) (Hyogo, Kobe-shi, JP)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Müller-Boré & Partner Patentanwälte PartG mbB, 80639, München, DE
Claims:
Aluminiumlegierungsblech für eine Sammelschiene mit hervorragender Laserschweißbarkeit, wobei das Aluminiumlegierungsblech Si: 0,35 Massen-% oder weniger, Fe: 0,15 bis 0,60 Massen-%, Ti: 0,10 Massen-% oder weniger und B: 1 bis 6 ppm, wobei es sich bei dem Rest um Al und unvermeidbare Verunreinigungen handelt, umfasst, wobei die Anzahldichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr 400 bis 1500 Verbindungen/mm2 bei 1/4 einer Blechdicke davon im Querschnitt beträgt und die elektrische Leitfähigkeit 58 bis 62 % IACS beträgt.

Aluminiumlegierungsblech für eine Sammelschiene mit hervorragender Laserschweißbarkeit nach Anspruch 1, wobei das Aluminiumlegierungsblech eine oder mehrere Art(en) von Cu: 0,10 Massen-% oder weniger, Mn: 0,05 Massen-% oder weniger und Mg: 0,05 Massen-% oder weniger umfasst.

Description:
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aluminiumlegierungsblech für z.B. eine Sammelschiene zur Verwendung als Sammelschiene eines Kraftfahrzeugs, und sie betrifft insbesondere ein Aluminiumlegierungsblech für eine Sammelschiene, das eine hervorragende Laserschweißbarkeit aufweist.

Stand der Technik

Ein Aluminiumlegierungsmaterial mit einem geringen Gewicht wurde zur Verwendung als Sammelschiene zum elektrischen Verbinden von äußeren Anschlüssen einer Lithiumionensekundärbatterie für ein Kraftfahrzeug oder dergleichen untersucht.

Das Patentdokument 1 schlägt vor, äußere Anschlüsse mit unterschiedlicher Polarität einer rechteckigen Sekundärbatterie, wie z.B. einer Lithiumionensekundärbatterie, durch eine aus einem Aluminiummaterial hergestellte Sammelschiene miteinander zu verbinden. Die aus dem Aluminiummaterial hergestellte Sammelschiene wird mit den äußeren Anschlüssen, die aus einem Aluminiummaterial hergestellt sind, durch Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen verschweißt.

Das Patentdokument 2 offenbart eine Sammelschiene, die aus einem Aluminiummaterial hergestellt ist und positive und negative Anschlüsse einer Sekundärbatterie, wie z.B. einer Lithiumionensekundärbatterie, verbindet. Die Sammelschiene wird durch Laserschweißen mit den positiven und negativen Anschlüssen verbunden. Das Aluminiummaterial ist reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, die Fe: 0,50 Massen-% oder weniger, Si: 0,5 Massen-% oder weniger und 0,01 bis 0,10 Massen-% von jedem von Ti und B umfasst und der Gesamtgehalt von Ti und B 0,15 Massen-% oder weniger beträgt. Im Absatz 0015 desselben Dokuments sind spezifisch Aluminiummaterialien 1050, 1080, 1100, 2024, 5052 und 7N71 gemäß dem JIS-Standard angegeben. Ti und B werden einem solchen Aluminiummaterial zur Verbesserung der Verbindungsfestigkeit zugesetzt (zur Kompensation der Verminderung der Verbindungsfestigkeit, die durch ein Vermindern der Gehalte von Fe und Si auf niedrige Werte verursacht wird).

Das Patentdokument 3 legt nahe, dass eine Aluminiumlegierung als elektrisches Verbindungselement (wie z.B. eine Sammelschiene) verwendet werden kann, um mechanisch mit einem zu verbindenden Element verbunden zu werden (durch Schrauben, Nieten oder dergleichen). In dem Absatz 0015 desselben Dokuments werden die Materialien 6101-T6 und 1100-H24 gemäß dem JIS-Standard als spezifische Beispiele für die Aluminiumlegierung angegeben.

Das Patentdokument 4 offenbart ein Aluminiumlegierungsblechmaterial mit einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit (elektrischen Leitfähigkeit). Das Aluminiumlegierungsblechmaterial enthält gegebenenfalls Si: 0,15 Massen-% oder weniger, Fe: 1,00 bis 1,60 Massen-%, Ti: 0,005 bis 0,02 Massen-%, Zr: 0,0005 bis 0,03 Massen-% und Mn: 0,01 bis 0,50 Massen-%, wobei es sich bei dem Rest um Al und unvermeidbare Verunreinigungen handelt.

DokumentenlistePatentdokumente

  • Patentdokument 1: Inländische Neuveröffentlichung der PCT-Anmeldung 2013/065523
  • Patentdokument 2: JP 2011-171080 A
  • Patentdokument 3: JP 2015-65105 A
  • Patentdokument 4: JP 2015-127449 A

Zusammenfassung der ErfindungProblem, das die Erfindung lösen soll

Ein Aluminiummaterial weist eine vergleichsweise hohe elektrische Leitfähigkeit auf und ist leichter als ein Kupfermaterial. Daher wurde das Aluminiummaterial z.B. als Anwendung auf eine Sammelschiene für ein Kraftfahrzeug untersucht. Wie es in den Patentdokumenten 1 bis 3 gezeigt ist, wird ein Aluminiummaterial für eine Kraftfahrzeugsammelschiene je nach Erfordernis gebogen und mit äußeren Anschlüssen einer Lithiumionensekundärbatterie oder dergleichen durch Laserschweißen oder ein mechanisches Verbinden (wie z.B. Schrauben) verbunden. Im Vergleich zwischen dem Laserschweißen und dem mechanischen Verbinden kann das Erstgenannte den elektrischen Widerstand zwischen der Sammelschiene und jedem der Anschlüsse ohne irgendein anderes Verbindungselement (Schraube, Mutter, usw.) vermindern. Folglich ist das Laserschweißen zur Verminderung der Anzahl von Komponenten und zur Verminderung des Gewichts vorteilhaft.

Wenn jedoch das Aluminiummaterial dem Laserschweißen unterzogen wird, entsteht das Problem, dass die Eindringtiefe des Aluminiummaterials so gering ist, dass die erforderliche Verbindungsfestigkeit nicht erhalten werden kann, oder lokal ein Schweißnahtdefektabschnitt auftritt (vgl. z.B. JP 2009-287116 A, JP 2013-087304 A, usw.). Darüber hinaus verursacht eine bestimmte Zusammensetzung des Aluminiummaterials oder ein gewisser Grad des Biegens ein Aufrauen oder Reißen der Oberfläche in dem gebogenen Teil.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Probleme in dem Fall entwickelt, bei dem eine aus einem Aluminiummaterial hergestellte Sammelschiene an äußere Anschlüsse einer Lithiumionensekundärbatterie oder dergleichen lasergeschweißt wird. Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Aluminiumlegierungsblechs für eine Sammelschiene mit einer vergleichsweise hohen elektrischen Leitfähigkeit und einer hervorragenden Laserschweißbarkeit sowie einem hervorragenden Biegevermögen.

Ein Aluminiumlegierungsblech für eine Sammelschiene gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Si: 0,35 Massen-% oder weniger, Fe: 0,15 bis 0,60 Massen-%, Ti: 0,10 Massen-% oder weniger und B: 1 bis 6 ppm, wobei es sich bei dem Rest um Al und unvermeidbare Verunreinigungen handelt, wobei die Anzahldichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr 400 bis 1500 Verbindungen/mm2 bei 1/4 einer Blechdicke davon im Querschnitt beträgt, und dessen elektrische Leitfähigkeit 58 bis 62 % IACS beträgt. Das Aluminiumlegierungsblech kann eine oder mehrere Art(en) von Cu: 0,10 Massen-% oder weniger, Mn: 0,05 Massen-% oder weniger und Mg: 0,05 Massen-% oder weniger als unvermeidbare Verunreinigungen oder Additivelemente enthalten.

Vorteil der Erfindung

Ein Aluminiumlegierungsblech gemäß der Erfindung weist eine vergleichsweise hohe elektrische Leitfähigkeit und ein hervorragendes Biegevermögen sowie eine hervorragende Laserschweißbarkeit auf. Das Aluminiumlegierungsblech kann zweckmäßig als Kraftfahrzeugsammelschiene verwendet werden, die z.B. mit äußeren Anschlüssen einer Lithiumionensekundärbatterie oder dergleichen durch Laserschweißen verbunden wird.

Figurenliste

  • [1] 1 ist eine Ansicht, die Untersuchungsfelder einer intermetallischen Verbindung durch ein Rasterelektronenmikroskop zeigt.

Modus zur Ausführung der Erfindung

Ein Aluminiumlegierungsblech für eine Sammelschiene gemäß der Erfindung wird nachstehend detaillierter beschrieben.

<Zusammensetzung der Aluminiumlegierung>

Eine Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung enthält Si: 0,35 Massen-% oder weniger, Fe: 0,15 bis 0,60 Massen-%, Ti: 0,10 Massen-% oder weniger und B: 1 bis 6 ppm (ppm bezogen auf die Masse), wobei es sich bei dem Rest um Al und unvermeidbare Verunreinigungen handelt. In der Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung beträgt die gewünschte Aluminiumreinheit 99,0 Massen-% oder mehr bezogen auf die elektrische Leitfähigkeit.

Si, das als feste Lösung in einer Matrix vorliegt, ist zur Verbesserung der Festigkeit des Aluminiumlegierungsblechs effektiv. Der Effekt wird mit zunehmendem Si-Gehalt verbessert. Andererseits bildet Si eine intermetallische Al-Fe-Si-Verbindung mit Al und Fe. Wenn der Si-Gehalt 0,35 Massen-% übersteigt, wird die intermetallische Al-Fe-Si-Verbindung gröber und nimmt zu, so dass das Biegevermögen des Aluminiumlegierungsblechs vermindert wird. Wenn darüber hinaus der Si-Gehalt 0,35 Massen-% übersteigt, wird die elektrische Leitfähigkeit vermindert und Schweißrisse werden beim Laserschweißen leicht erzeugt. Daher beträgt der Si-Gehalt 0,35 Massen-% oder weniger, vorzugsweise 0,20 Massen-% oder weniger und mehr bevorzugt 0,08 Massen-% oder weniger.

Fe, das als feste Lösung in der Matrix vorliegt, ist zur Verbesserung der Festigkeit des Aluminiumlegierungsblechs effektiv. Wenn der Fe-Gehalt jedoch niedriger als 0,15 Massen-% ist, ist der Effekt der Verbesserung der Festigkeit unzureichend und die elektrische Leitfähigkeit wird verbessert, so dass das Eindringausmaß (Eindringtiefe) beim Laserschweißen vermindert wird. Folglich verschlechtert sich die Verbindungsfestigkeit. Andererseits bildet Fe eine intermetallische Al-Fe-Si-Verbindung mit Al und Si. Wenn der Fe-Gehalt 0,6 Massen-% übersteigt, nimmt die Anzahl von groben intermetallischen Verbindungen mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr zu, so dass das Biegevermögen des Aluminiumlegierungsblechs vermindert wird. Daher wird der Fe-Gehalt auf 0,15 bis 0,6 Massen-% eingestellt.

Ti ist zur Mikronisierung und Homogenisierung (Stabilisierung) einer gegossenen Struktur der Aluminiumlegierung effektiv und verhindert Gießrisse. Vorzugsweise werden 0,003 Massen-% oder mehr Ti zugesetzt. Der Ti-Gehalt beträgt mehr bevorzugt 0,005 Massen-% oder mehr. Wenn andererseits Ti übermäßig enthalten ist, wird eine grobe intermetallische Verbindung gebildet, so dass das Biegevermögen des Aluminiumlegierungsblechs vermindert wird. Daher wird der Ti-Gehalt auf 0,1 Massen-% oder weniger eingestellt.

B ist ein Element, das üblicherweise zusammen mit Ti als Ti-B-Basislegierung verwendet wird, um Gießrisse während der Bildung eines Blocks aus der Aluminiumlegierung zu verhindern. Darüber hinaus sind normalerweise 1 ppm oder mehr B als Verunreinigung in einem Aluminium-Ausgangsmaterialmetall enthalten. Wenn andererseits der B-Gehalt 6 ppm übersteigt, kann in einer erstarrten Schweißnaht, die durch Laserschweißen (wie z.B. ein CW (kontinuierlicher Oszillationstyp (CW))-Laserschweißen) erhalten worden ist, ein Defektabschnitt erscheinen, bei dem das Eindringen tiefer als erforderlich ist, oder in der erstarrten Schweißnaht kann eine Einbrandkerbe auftreten. Ferner kann in der erstarrten Schweißnaht ein Porositätsdefekt zurückbleiben. An einer Stelle, bei welcher der Defektabschnitt auftritt, ist die Schweißnahtbreite erweitert, so dass die Schweißnahtbreite in der Längsrichtung ungleichmäßig wird. Daher wird der B-Gehalt auf 1 bis 6 ppm eingestellt.

Die Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung kann gegebenenfalls eine oder mehrere Art(en) von Cu, Mn und Mg als unvermeidbare Verunreinigungen oder Additivelemente enthalten.

Von diesen ist Cu zur Verbesserung der Festigkeit des Aluminiumlegierungsblechs durch eine Mischkristallhärtung effektiv. Andererseits neigt mit zunehmendem Cu-Gehalt die Schweißrissbildungsbeständigkeit beim Laserschweißen zu einer Verschlechterung. Darüber hinaus werden, wenn Cu zugesetzt wird, die Materialkosten erhöht. Daher ist der Cu-Gehalt auf 0,10 Massen-% oder weniger (einschließlich 0 Massen-%) beschränkt.

Mn, das in der Matrix in fester Lösung vorliegt, ist zur Verbesserung der Festigkeit des Aluminiumlegierungsblechs effektiv. Wenn andererseits Mn zugesetzt wird, werden die Materialkosten erhöht. Daher ist der Mn-Gehalt auf 0,05 Massen-% oder weniger (einschließlich 0 Massen-%) beschränkt.

Mg, das in der Matrix in fester Lösung vorliegt, ist zur Verbesserung der Festigkeit des Aluminiumlegierungsblechs effektiv. Wenn andererseits der Mg-Gehalt erhöht wird, kann die Form einer Schweißnaht beim Laserschweißen (wie z.B. einem CW (kontinuierlicher Oszillationstyp (CW))-Laserschweißen) beeinträchtigt werden oder ein Defekt kann leicht im Inneren erzeugt werden. Darüber hinaus werden, wenn Mg zugesetzt wird, die Materialkosten erhöht. Daher ist der Mg-Gehalt auf 0,05 Massen-% oder weniger (einschließlich 0 Massen-%) beschränkt.

Darüber hinaus kann die Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung als unvermeidbare Verunreinigungen Elemente enthalten, die von den vorstehend genannten Elementen verschieden sind.

Von den unvermeidbaren Verunreinigungen weist Zn einen niedrigen Dampfdruck auf. Demgemäß neigt Zn, das während des Laserschweißens verteilt wird, zu einer Verunreinigung der Umgebung, so dass dadurch die Laserschweißbarkeit des Aluminiumlegierungsblechs verschlechtert wird. Daher ist der Zn-Gehalt auf 0,1 Massen-% oder weniger (einschließlich 0 Massen-%) beschränkt.

Die Gehalte von unvermeidbaren Verunreinigungselementen, die von Zn verschieden sind, sind innerhalb von Bereichen beschränkt, die in dem Bereich von anderen Elementen der Legierungsnummer 1100 in JIS H4000:2014 festgelegt sind. Spezifische Beispiele für die unvermeidbaren Verunreinigungselemente, die von Zn verschieden sind, können Cr, Zr, V, Ni, Sn, In, Ga, usw., umfassen. Der Gehalt von jedem der Elemente ist auf 0,05 Massen-% oder weniger beschränkt und der Gesamtgehalt der Elemente ist auf 0,15 Massen-% oder weniger beschränkt. Wenn die Elemente innerhalb dieser Bereiche vorliegen, wird der Effekt der Erfindung durch die Elemente nicht nur dann nicht beeinträchtigt, wenn sie als unvermeidbare Verunreinigungen enthalten sind, sondern sogar auch dann nicht, wenn sie positiv zugesetzt werden.

<Anzahldichte der intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr>

In dem Aluminiumlegierungsblech gemäß der Erfindung ist eine Al-Fe- und Al-Fe-Si-Verbindung eine vorwiegend intermetallische Verbindung. In der Zusammensetzung des Aluminiumlegierungsblechs wird dann, wenn die Anzahldichte der groben intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr weniger als 400 Verbindungen/mm2 beträgt, die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsblechs aufgrund einer großen Menge von Fe, Si, usw., in fester Lösung vermindert. Es gibt einen Fall, bei dem die Anzahldichte der groben intermetallischen Verbindung weniger als 400 Verbindungen/mm2 beträgt, da der Fe-Gehalt unzureichend ist. In diesem Fall ist auch die Menge von Fe, Si, usw., in fester Lösung gering und das Aluminiumlegierungsblech weist eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Folglich wird das Eindringausmaß (Eindringtiefe) beim Laserschweißen vermindert, so dass sich die Verbindungsfestigkeit verschlechtert. Wenn andererseits die Anzahldichte der intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr mehr als 1500 Verbindungen/mm2 beträgt, verschlechtert sich das Biegevermögen des Aluminiumlegierungsblechs. Daher wird die Anzahldichte der intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr auf 400 bis 1500 Verbindungen/mm2 eingestellt.

<Elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsblechs>

Das Aluminiumlegierungsblech weist eine bessere Wärmeleitfähigkeit, d.h., elektrische Leitfähigkeit, auf als ein Stahlblech oder ein rostfreies Stahlblech. Demgemäß ist eine größere Laserenergie erforderlich, um dieselbe Eindringtiefe beim Laserschweißen zu erhalten. Wenn der Gehalt von anderen Legierungselementen (Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Ti, usw.), die von Aluminium verschieden sind, groß ist, verschlechtern sich die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit aufgrund einer festen Lösung dieser Elemente. Folglich wird die Eindringtiefe beim Laserschweißen erhöht. Wenn im Gegensatz dazu der Gehalt der anderen Legierungselemente, die von Aluminium verschieden sind, gering ist und die Reinheit von Aluminium hoch ist, sind die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit so hoch, dass die Eindringtiefe dazu neigt, gering zu sein. In dem Aluminiumlegierungsblech gemäß der Erfindung kann dann, wenn die elektrische Leitfähigkeit 62 % IACS oder weniger beträgt, die Eindringtiefe beim Laserschweißen tief genug gemacht werden, um eine hohe Verbindungsfestigkeit zu erhalten. Wenn andererseits der Gehalt der anderen Legierungselemente, die von Aluminium verschieden sind, hoch ist, und die elektrische Leitfähigkeit niedrig ist, verschlechtert sich die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsblechs als Sammelschiene, die eine elektrische Verbindungskomponente ist. Wenn die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsblechs 58 % IACS oder mehr beträgt, kann eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit als Sammelschiene sichergestellt werden. Daher wird die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsblechs innerhalb von 58 bis 62 % IACS eingestellt.

<Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsblechs>

Ein übliches Verfahren kann als Verfahren zur Herstellung des Aluminiumlegierungsblechs gemäß der Erfindung verwendet werden. Beispielsweise umfasst das Verfahren die Schritte des halbkontinuierlichen Gießens (DC (direktes Kühlen)-Gießen), Homogenisierens, Warmwalzens, Kaltwalzens und Fertigglühens. Die Anzahldichte der intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr wird vermindert, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit während des Gießens erhöht wird. In dem Aluminiumlegierungsblech, das die Zusammensetzung gemäß der Erfindung aufweist, ist es bevorzugt, die Abkühlungsgeschwindigkeit während des Gießens auf 0,1 bis 1,0 °C/s einzustellen, um die Anzahldichte der intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr innerhalb des vorstehend genannten Bereichs einzustellen. Die Abkühlungsgeschwindigkeit beträgt mehr bevorzugt 0,1 bis 0,5 °C/s.

Beispiel 1

Beispiele, in denen der Effekt der Erfindung bestätigt wurde, werden nachstehend im Gegensatz zu Vergleichsbeispielen spezifisch beschrieben, welche die Anforderungen der Erfindung nicht erfüllten. Die Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt.

Jede der Aluminiumlegierungen (Nr. 1 bis 28) mit den in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen wurde zur Herstellung eines Blocks geschmolzen und gegossen und der Block wurde geschält. Beim Gießen wurde die Abkühlungsgeschwindigkeit auf 0,4 °C/s eingestellt. Der Block wurde bei 570 °C homogenisiert und dann zu einem warmgewalzten Blech mit einer Dicke von 5 mm gewalzt. Danach wurde das warmgewalzte Blech einem Kaltwalzen zur Herstellung eines kaltgewalzten Blechs mit einer Dicke von 2 mm unterzogen. Das kaltgewalzte Blech wurde ferner bei 350 °C angelassen, so dass ein angelassenes Material des Aluminiumlegierungsblechs erhalten wurde.
[Tabelle 1] Tabelle 1

Nr.Komponentenzusammensetzung des Materials (Massen-%, ppm für B)SiFeCuMnMgTiBAl10,020,30---0,012Rest20,050,30-0,010,010,013Rest30,150,300,01-0,010,014Rest40,320,300,010,01-0,015Rest50,050,180,010,010,010,013Rest60,050,450,010,010,010,014Rest70,050,560,010,010,010,015Rest80,050,300,040,010,010,013Rest90,050,300,080,010,010,013Rest100,050,300,010,040,010,014Rest110,050,30--0,040,013Rest120,050,300,01--0,014Rest130,050,30-0,01-0,045Rest140,050,300,010,010,010,085Rest150,050,300,010,010,010,015Rest160,030,240,030,020,030,024Rest170,200,350,020,030,020,013Rest180,080,280,020,010,020,055Rest190,40*0,300,010,010,010,013Rest200,050,12*0,010,010,010,015Rest210,050,65*0,010,010,010,015Rest220,050,300,010,010,010,13*150*Rest230,050,300,010,010,010,017*Rest240,050,300,010,010,010,0210*Rest250,45*0,75*0,030,020,030,015Rest260,38*0,70*0,060,030,07*0,0212*Rest270,150,62*0,12*0,08*0,020,039*Rest280,200,300,030,030,07*0,038*Rest*Gegenstand außerhalb des Bereichs, der durch die Erfindung festgelegt ist

Für jedes der Aluminiumlegierungsbleche der Nr. 1 bis 28 wurden die Anzahldichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr, die elektrische Leitfähigkeit, die mechanischen Eigenschaften, die Laserschweißbarkeit (Eindringtiefe und Aussehen der Schweißung) und das Biegevermögen in der folgenden Weise gemessen. Die Ergebnisse der Messungen sind in der Tabelle 2 gezeigt.
[Tabelle 2] Tabelle 2

Nr.Mechanische EigenschaftenAnzahldichte der intermetallischen Verbindung (Verbindungen /mm2)Elektrische LeitfähigkeitLaserschweißbarkeitBiegevermögenZugfestigkeit (MPa)Dehngrenze (MPa)Dehnung (%)EindringtiefeAussehen der Schweißung17931435402823342820384344010304873537125058031427106853535129078737331430884354085098638398701084354186011863640830128333418401383344283014853540820158234418301680324375017863438105018793242920198535391580*×××20782843370*××218936351570*×22853441810××23833442830×24833243830×258937352020*×x×269243381960*×××279344381980*××28903938920×*Gegenstand außerhalb des Bereichs, der durch die Erfindung festgelegt ist

(Messung der Anzahldichte der intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr)

Ein Prüfkörper wurde aus jedem der Aluminiumlegierungsbleche ausgeschnitten und so in ein Harz eingebettet, dass ein Querschnitt, der die Walzrichtung und die Blechdickenrichtung umfasst, eine zu untersuchende Oberfläche war. Die zu untersuchende Oberfläche wurde zu einer Spiegelglanzoberfläche poliert. Mittels eines Rasterelektronenmikroskops (JSM-7001F, hergestellt von JEOL Ltd.) wurden 20 Sichtfelder (insgesamt 0,4 mm2) der zu untersuchenden Oberfläche bei 500-facher Vergrößerung und mit einer Beschleunigungsspannung von 20 kV untersucht, so dass ein COMPO-Bild (Zusammensetzungsbild) erhalten wurde. Als untersuchte Sichtfelder wurden, wie es in der 1 gezeigt ist, 10 Sichtfelder (insgesamt 20 Sichtfelder) aus jedem von oberen und unteren Bereichen oberhalb und unterhalb der Mitte (Linie 4) der Blechdicke der zu untersuchenden Oberfläche 1 ausgewählt. Jeder Bereich entsprach 1/4 der Blechdicke (d.h., innerhalb eines Bereichs einer Breite von 0,25 mm um eine Position (Linie 2 oder 3), die 1/4 der Blechdicke entsprach). Jeder Teil, bei dem festgestellt wurde, dass er weißer war als die Matrix in dem COMPO-Bild, wurde als Teilchen einer intermetallischen Al-Fe- oder Al-Fe-Si-Verbindung festgestellt. Mittels der Teilchenanalysesoftware Ex-3511, die in das Rasterelektronenmikroskop einbezogen war, wurde die Anzahl der Teilchen mit einer absoluten maximalen Länge von 2 µm oder mehr gezählt, um die Anzahldichte zu berechnen. Die absolute maximale Länge steht für einen maximalen Wert eines Abstands zwischen jedweden zwei Punkten auf dem Umriss jedes Teilchens.

(Messung der elektrischen Leitfähigkeit)

Mittels einer Wirbelstromleitfähigkeitsmessvorrichtung, die durch das Institut Dr. Foerster GmbH & Co. KG (Handelsbezeichnung SIGMATEST, Modell Nummer 2.068) hergestellt worden ist, wurde die elektrische Leitfähigkeit jedes Aluminiumlegierungsblechs gemäß den Vorgaben von JIS H0505:1975 gemessen. Wenn die elektrische Leitfähigkeit 58 % IACS oder mehr und 62 % IACS oder weniger betrug, wurde die elektrische Leitfähigkeit als gut „O“ bewertet. Wenn die elektrische Leitfähigkeit niedriger als 58 % IACS oder höher als 62 % IACS war, wurde die elektrische Leitfähigkeit als nicht gut „ד bewertet.

(Messung der mechanischen Eigenschaften)

Ein Prüfkörper gemäß JIS Nr. 5 (JIS Z2201:2009) wurde so aus jedem Aluminiumlegierungsblech ausgeschnitten, dass die Zugrichtung parallel zur Walzrichtung war. Mittels des Prüfkörpers wurde ein Zugtest gemäß JIS Z2241:2009 durchgeführt, um die Zugfestigkeit, die Dehngrenze (0,2 %-Dehngrenze) und die Dehnung zu messen.

(Aussehen der Schweißung)

Ein Prüfkörper mit der Abmessung 30 mm × 100 mm wurde aus jedem Aluminiumlegierungsblech herausgeschnitten und einer Blindnahtschweißung mit einer Schweißlänge von 90 mm mittels eines Schweißgeräts mit einem Faserlaser des kontinuierlichen Oszillationstyps (Modell: YLR-1000, hergestellt von IPG Photonics Japan Limited) als Wärmequelle unterzogen. Das Schweißen wurde mit Schweißbedingungen einer Laserausgangsleistung von 2,0 kW, einer Schweißgeschwindigkeit von 10,0 m/min und einem Vorschubwinkel von 5 Grad durchgeführt. Jeder Schweißnahtabschnitt wurde bezüglich des Vorliegens eines Schweißnahtreißens, der Einheitlichkeit der Schweißnahtbreite, des Vorliegens einer Einbrandkerbe und des Vorliegens einer Schweißspritzeranhaftung untersucht. Als Ergebnis wurde das Aussehen der Schweißung für ein Blech als gut „O“ bewertet, bei dem eine Rissbildung in dem Schweißnahtabschnitt nicht auftrat, die Schweißnahtbreite einheitlich war und in dem Schweißnahtabschnitt keine Einbrandkerbe, kein Dellenabschnitt („bumping portion“) und keine Spritzeranhaftung mit einem Durchmesser von 1 mm oder mehr festgestellt wurden. Ansonsten wurde das Aussehen der Schweißung für jedwedes Blech als nicht gut „ד bewertet.

(Eindringtiefe)

Nach der Untersuchung des Aussehens der Schweißung wurde die Eindringtiefe der Schweißnaht mit demselben Prüfkörper gemessen. Der Prüfkörper wurde in einem Querschnitt senkrecht zur Schweißrichtung und an einer zentralen Position der Schweißnahtlänge (oder in der Nähe eines defekten Abschnitts, wenn ein solcher defekter Abschnitt in der zentralen Position vorlag) geschnitten. Der Querschnitt des Schweißnahtabschnitts wurde durch ein optisches Mikroskop zur Messung der Eindringtiefe untersucht. Ein Blech mit einer Eindringtiefe von 700 µm oder mehr wurde als gut „O“ bewertet. Ein Blech mit einer Eindringtiefe von weniger als 700 µm wurde als nicht gut „ד bewertet.

<Biegevermögen>

Fünf Prüfkörper gemäß JIS Nr. 3 (JIS Z2204:2009) wurden so aus jedem Aluminiumlegierungsblech herausgeschnitten, dass die Längsrichtung senkrecht zur Walzrichtung war. Jeder Prüfkörper (30 mm breit) wurde bei einem Biegewinkel von 120 Grad mittels eines Metallpresswerkzeugs mit einem vorderen Endwinkel von 60 Grad durch ein V-Block-Verfahren gemäß JIS Z2248:2006 gebogen. Danach wurde der Prüfkörper durch ein flaches Metallwerkzeug gequetscht. Folglich wurde ein Biegen mit engem Kontakt bei einem Biegewinkel von 180 Grad durchgeführt. Die Außenseite eines gebogenen Abschnitts (gekrümmten Abschnitts) des Prüfkörpers, der dem Biegen mit engem Kontakt unterzogen worden ist, wurde über die gesamte Breite von 30 mm untersucht. Ein Blech, bei dem ein Aufrauen oder eine Rissbildung der Oberfläche in allen Prüfkörpern nicht auftrat, wurde als gut „O“ bewertet, und ein Blech, bei dem ein Aufrauen oder eine Rissbildung der Oberfläche in mindestens einem der Prüfkörper auftrat, wurde als nicht gut „ד bewertet.

Wie es in den Tabellen 1 und 2 gezeigt ist, wurden die Bleche von Nr. 1 bis 18, welche die Vorgabe der Erfindung bezüglich der Legierungszusammensetzung, der Anzahldichte der intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr bei 1/4 der Blechdicke im Querschnitt und der elektrischen Leitfähigkeit erfüllten, sowohl bezüglich der Laserschweißbarkeit als auch des Biegevermögens als gut bewertet. Darüber hinaus wies auch jedes der Bleche von Nr. 1 bis 18 mechanische Eigenschaften auf, mit denen das Blech als Kraftfahrzeugsammelschiene verwendet werden kann.

Andererseits wurden die Bleche von Nr. 19 bis 28, welche die Vorgabe der Erfindung bezüglich mindestens einem der Legierungszusammensetzung, der Anzahldichte der intermetallischen Verbindung und der elektrischen Leitfähigkeit nicht erfüllten, bezüglich der Laserschweißbarkeit und/oder des Biegevermögens als nicht gut bewertet. Spezifische Ergebnisse sind nachstehend gezeigt.

Das Blech von Nr. 19 wies aufgrund des übermäßigen Si-Gehalts eine schlechte elektrische Leitfähigkeit auf. Folglich traten Schweißrisse auf, wodurch das Aussehen der Schweißung beeinträchtigt wurde. Darüber hinaus wies das Blech von Nr. 19 aufgrund der übermäßigen Anzahldichte der intermetallischen Verbindung ein schlechtes Biegevermögen auf.

Das Blech von Nr. 20 wies einen unzureichenden Fe-Gehalt auf. Daher wies das Blech von Nr. 20 eine hohe elektrische Leitfähigkeit, eine geringe Anzahldichte der intermetallischen Verbindung und eine unzureichende Eindringtiefe während des Laserschweißens auf.

Das Blech von Nr. 21 wies einen übermäßigen Fe-Gehalt auf. Daher wies das Blech von Nr. 21 eine zu hohe Anzahldichte der intermetallischen Verbindung und ein schlechtes Biegevermögen auf.

In jedem der Bleche von Nr. 22 bis 24 und 26 bis 28 trat ein Defektabschnitt in einer Schweißnaht aufgrund des übermäßigen B-Gehalts auf. Folglich wurde die Schweißnahtbreite ungleichmäßig und in der Schweißnaht trat eine Einbrandkerbe auf.

Die Bleche von Nr. 25 und 26 wiesen aufgrund des übermäßigen Si-Gehalts eine niedrige elektrische Leitfähigkeit auf und in dem Blech von Nr. 25 traten auch Schweißrisse auf. Das Blech von Nr. 22 wies aufgrund des übermäßigen Ti-Gehalts ein schlechtes Biegevermögen auf. Jedes der Bleche von Nr. 25 bis 27 wies eine übermäßige Anzahldichte der intermetallischen Verbindung und ein schlechtes Biegevermögen aufgrund der übermäßigen Si- und Fe-Gehalte in jedem der Bleche von Nr. 25 und 26 und aufgrund des übermäßigen Fe-Gehalts in dem Blech von Nr. 27 auf.

Beispiel 2

Die Aluminiumlegierung mit der als Nr. 2 in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurde zur Herstellung von Blöcken geschmolzen und bei verschiedenen Abkühlungsgeschwindigkeiten, die in der Tabelle 3 gezeigt sind, gegossen. Jeder der Blöcke wurde denselben Herstellungsschritten mit denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 unterzogen, so dass ein kaltgewalztes Stahlblech mit einer Dicke von 2 mm hergestellt wurde. Ferner wurde das kaltgewalzte Blech bei 350 °C angelassen, so dass ein angelassenes Material eines Aluminiumlegierungsblechs erhalten wurde.

Für jedes der Aluminiumlegierungsbleche (Nr. 2-1 bis 2-5), die in der Tabelle 3 gezeigt sind, wurden die Anzahldichte einer intermetallischen Verbindung mit einer maximalen Länge von 2 µm oder mehr, die elektrische Leitfähigkeit und das Biegevermögen in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 gemessen. Ergebnisse der Messungen sind in der Tabelle 3 gezeigt.
[Tabelle 3] Tabelle 3

Nr.Abkühlungsgeschwindigkeit beim Gießen (°C/sec)Mechanische EigenschaftenAnzahldichte der intermetallischen Verbindung (Verbindungen /mm2)Elektrische LeitfähigkeitLaserschweißbarkeitBiegevermögenZugfestigkeit (MPa)Dehngrenze (MPa)Dehnung (%)EindringtiefeAussehen der Schweißung2-10,057830441550×××2-20,1580324213202-30,48233428202-41,3843442380×2-55,0863541290××

Wie es in der Tabelle 3 gezeigt ist, lag in jedem der Bleche von Nr. 2-2 und 2-3, bei denen die Abkühlungsgeschwindigkeit beim Gießen innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 1,0 °C/s lag, die Anzahldichte der intermetallischen Verbindung innerhalb des Bereichs, der durch die Erfindung festgelegt ist, die elektrische Leitfähigkeit war gut (58 % IACS oder höher und 62 % IACS oder niedriger) und die Laserschweißbarkeit und das Biegevermögen waren gut. Darüber hinaus wies jedes der Bleche von Nr. 2-2 und 2-3 mechanische Eigenschaften auf, mit denen das Blech als Kraftfahrzeugsammelschiene verwendet werden kann.

Andererseits war bei dem Blech von Nr. 2-1, bei dem die Abkühlungsgeschwindigkeit beim Gießen 0,05 °C betrug, die Anzahldichte der intermetallischen Verbindung übermäßig, die elektrische Leitfähigkeit war nicht gut (höher als 62 % IACS), die Eindringtiefe war unzureichend und das Biegevermögen war schlecht. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Grund dafür, warum die elektrische Leitfähigkeit in dem Blech von Nr. 2-1 nicht gut war (höher als 62 % IACS), darin lag, dass die Menge von Fe, Si, usw., in fester Lösung vermindert war.

In jedem des Blechs von Nr. 2-4, bei dem die Abkühlungsgeschwindigkeit beim Gießen 1,3 °C/s betrug, und des Blechs Nr. 2-5, bei dem die Abkühlungsgeschwindigkeit 5,0 °C/s betrug, war die Anzahldichte der intermetallischen Verbindung niedrig und die elektrische Leitfähigkeit war nicht gut (niedriger als 58 % IACS). Es kann davon ausgegangen werden, dass der Grund dafür, warum die elektrische Leitfähigkeit in jedem der Bleche von Nr. 2-4 und 2-5 nicht gut war (niedriger als 58 % IACS), darin lag, dass die Menge von Fe, Si, usw., in fester Lösung erhöht war.

Die Erfindung wurde detailliert und unter Bezugnahme auf deren spezifische Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen oder Modifizierungen mit der Erfindung durchgeführt werden können, ohne von dem Wesen und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Die vorliegende Anmeldung beruht auf einer japanischen Patentanmeldung (japanische Patentanmeldung Nr. 2015-217392), die am 5. November 2015 eingereicht worden ist und deren Inhalt unter Bezugnahme hierin einbezogen ist.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Ein Aluminiumlegierungsblech gemäß der Erfindung weist eine vergleichsweise hohe elektrische Leitfähigkeit und ein hervorragendes Biegevermögen und eine hervorragende Laserschweißbarkeit auf. Demgemäß ist das Aluminiumlegierungsblech als Kraftfahrzeugsammelschiene geeignet, die z.B. mit äußeren Anschlüssen einer Lithiumionensekundärbatterie durch Laserschweißen verbunden werden soll.

Bezugszeichenliste

1
Zu untersuchende Oberfläche
2, 3
Linie, die eine Position bezeichnet, die 1/4 der Blechdicke in einem Blechquerschnitt entspricht
4
Linie, die eine zentrale Position der Blechdicke in dem Blechquerschnitt bezeichnet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • JP 2011171080 A [0006]
  • JP 2015065105 A [0006]
  • JP 2015127449 A [0006]
  • JP 2009287116 A [0008]
  • JP 2013087304 A [0008]
  • JP 2015217392 [0050]