專利名稱：：電線導體及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種電線導體及其制造方法，更具體而言，本發(fā)明涉及一種適用于汽車電線的導體及其制造方法。
背景技術：
：在提供高架電力線的電力工業(yè)領域中，因為鋁導體具有輕的重量和優(yōu)良的導電性，所以在傳統(tǒng)上使用由鋁基材料制成的鋁導體。在汽車、OA設備以及家電領域中，由具有優(yōu)良導電性的銅基材料制成的銅導體被用作信號線和電力線。在汽車領域中，已經快速地提高了汽車的性能和功能。因此，在汽車中安裝的電氣裝置、控制裝置以及其它裝置的數目在增加，并且據此用于汽車中的銅導體的數目也在增加。近來，特別地在汽車領域中，對于鋁導體加以關注，在鋁導體中，其比重大約是銅的三分之一的鋁被用作導體，其目的在于降低重量(作為信息，鋁的密度是2.70g/cr^并且銅的密度是8.89g/cm3)。雖然純鋁(純度為99%或者更高)被用作具有10mn^或者更大的截面面積的導體例如在汽車領域中的電池電纜，但是純鋁的強度低并且耐疲勞性低劣，并且據此難以用作具有1.5mn^或者更小的截面面積的普通導體。因此，已經作出嘗試以提高這種鋁導體的強度和耐疲勞性。例如，由Al-Mg-Si合金制成汽車電線(見日本專利申請未審定公開No.2004-134212)。通過捆束含有0.6wt。/。或者更低的Fe、0.2到1.0wt。/。的Si、0.2到1.0wt。/。的Mg以及包括鋁和不可避免的雜質的剩余部分的多根鋁合金線而制備這種導體，并且通過在生產導體的過程中利用熱處理在Al基體中析出Mg2Si和其它元素而提高鋁合金的強度。
發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的問題然而，在于日本專利申請未審定公開No.2004-134212中披露的電線中，雖然鋁合金導體被硬化并且因此強度提高，但是伸長率低并且在高應變狀態(tài)中的耐疲勞性和抗沖擊性低劣。因此，存在以下問題，即該導體難以用作具有例如0.75mm2或者更小的截面面積的小直徑導體。本發(fā)明的一個目的在于克服上述問題并且在于提供一種具有優(yōu)良的抗拉強度、斷裂伸長率、抗沖擊性、導電性和耐疲勞性的導體，及其生產方法。解決問題的手段為了實現該目的并且根據本發(fā)明的意圖，一種導體包括由鋁合金制成的多根基線，所述鋁合金含有質量含量為0.3到1.2%的Si、含量使得Mg/Si重量比率在0.8到1.8的范圍中的Mg，以及主要包括Al和不可避免的雜質的剩余部分，其中所述導體具有240MPa或者更高的抗拉強度、10%或者更高的斷裂伸長率、8J/m或者更高的沖擊吸收能，以及40%IACS或者更高的導電率。所述鋁合金還可含有從包括Fe、Cu、Cr和Mn的組選擇的一種或者多種元素，其中所述一種或者多種元素的總質量含量是0.5%或者更鋁合金還可含有從包括不大于500卯m的Ti和不大于50ppm的B的組選擇的一種或者兩種元素。該導體適用于其導體具有0.75mi^或者更小的截面面積的電線。根據本發(fā)明的一種生產導體的方法包括通過捆束由鋁合金制成的多根基線而制備線束的步驟，所述鋁合金含有質量含量為0.3到1.2%的Si、含量使得Mg/Si重量比率在0.8到1.8的范圍中的Mg，和主要包括Al和不可避免的雜質的剩余部分；以及對所述線束進行固溶處理，然后對所述線束進行淬火，并且然后對所述線束進行時效熱處理的步驟。當對所述線束進行固溶處理時的加熱溫度優(yōu)選地為500到580°C，并且當對所述線束進行時效熱處理時的加熱溫度優(yōu)選地為150到220。C。在固溶處理期間的加熱優(yōu)選地是高頻感應加熱。本發(fā)明的效果因為根據本發(fā)明的導體由利用具有以上規(guī)定范圍的A1-Mg-Si合金制成的基線構成并且具有240MPa或者更高的抗拉強度、10%或者更高的斷裂伸長率、8J/m或者更高的沖擊吸收能，以及40y。IACS或者更高的導電率，所以它具有優(yōu)良的抗拉強度、斷裂伸長率、抗沖擊性、導電率，以及耐疲勞性，并且能夠用作小直徑電線。如果所述鋁合金進一步含有從包括Fe、Cu、Cr和Mn的組選擇的一種或者多種元素，其中所述一種或者多種元素的總質量含量是0.5%或者更低，則導體強度被進一歩提高。如果所述鋁合金進一步含有從包括不大于500ppm的Ti和不大于650ppm的B的組選擇的一種或者兩種元素，則導體強度和伸長率被進一步提高。因為這些元素具有微細的晶體結構的優(yōu)點，所以設想獲得了這些優(yōu)點。因為所述導體可以用作其導體具有0.75mn^或者更小的截面面積的電線，所以能夠擴大鋁導體的應用范圍，并且在汽車領域能夠實現電線的重量降低。在根據本發(fā)明的導體生產方法中，在通過捆束鋁合金基線制備線束之后的固溶處理由于恢復伸長率而提高了沖擊吸收能。另外，隨后的時效熱處理提供了由于改進了析出而提高強度的優(yōu)點以及由于降低被溶解的元素數量而提高導電率的優(yōu)點。據此，根據本發(fā)明的導體具有優(yōu)良的抗拉強度、斷裂伸長率、抗沖擊性、導電率，和耐疲勞性。如果當對線束進行固溶處理時的加熱溫度是500到580°C并且當對線束進行時效熱處理時的加熱溫度是150到220°C，則能夠適當地執(zhí)行固溶處理和時效熱處理。通過高頻感應加熱的固溶處理允許執(zhí)行局部加熱，并且據此能夠緊鄰加熱區(qū)地安置淬火區(qū)。因此，不僅能夠在具有較大熱容量的結構部件上而且能夠在具有較小熱容量例如金屬絲的結構部件上緊接在固溶處理之后執(zhí)行淬火，在所述金屬絲中，緊接在停止加熱之后開始緩慢冷卻。另外，允許連續(xù)加熱和淬火的根據本發(fā)明的生產方法適用于長的結構部件例如金屬絲。具體實施方式現在將給出本發(fā)明的詳細說明。通過將由鋁合金制成的多根基線(elementalwire)形成為線束而制備根據本發(fā)明的導體，所述鋁合金含有Si、Mg以及主要包括Al和不可避免的雜質的剩余部分。該導體具有240MPa或者更高的抗拉強度、10%或者更高的斷裂伸長率、8J/m或者更高的沖擊吸收能，以及40%IACS或者更高的導電率。給出對于如上所述規(guī)定合金組分的原因的說明。在下面的說明中，每一種構成元素的含量均以單位質量％表達。Si與Mg結合以在Al基體中微細地析出Mg2Si粒子以及其它粒子，并且有助于提高鋁合金基線的強度。為了獲得提高強度的優(yōu)點，Si的含量優(yōu)選地為0.3到1.2%。如果Si含量小于0.3%，則提高強度的優(yōu)點較小，并且難以使得該導體具有240MPa或者更高的抗拉強度。在另一方面，如果Si的含量大于1.2%，則難以使得該導體具有40%IACS或者更高的導電率。Mg與Si結合以在Al基體中微細地析出Mg2Si粒子以及其它粒子，并且有助于提高鋁合金基線的強度。為了獲得提高強度的優(yōu)點，Mg/Si重量比率優(yōu)選地在從0.8到1.8的范圍中，更加優(yōu)選地在從1.0到1.4的范圍中。如果Mg/Si重量比率小于0.8，則Mg2Si化合物的數量較小，提高強度的優(yōu)點較小，并且據此難以使得該導體具有240MPa或者更高的抗拉強度。另外，過量的Si轉變成結晶物質，并且由于結晶物質的影響，難以使得該導體具有10%或者更高的斷裂伸長率以及8J/m或者更高的沖擊吸收能。在另一方面，如果Mg/Si重量比率大于1.8,則過量Mg的溶液數量變大，并且難以使得該導體具有40%IACS或者更高的導電率。除了上述構成元素，構成根據本發(fā)明的導體的鋁合金可以含有從包括Fe、Cu、Cr和Mn的組選擇的一種或者多種添加劑元素。這些添加劑元素有助于提高鋁合金的強度。為了獲得提高強度的優(yōu)點，添加劑元素的總含量優(yōu)選地為0.5%或者更低。另外，添加劑元素的數目優(yōu)選地是兩種或者更少。較大的添加劑元素含量能夠易于降低斷裂伸長率和沖擊吸收能并且易于增加導體電阻。除了上述構成元素，根據本發(fā)明的導體可以含有從包括Ti和B的組選擇的一種或者兩種添加劑元素。這些添加劑元素具有更微細的結晶結構的優(yōu)點并且有助于提高強度以及提高鋁合金的伸長率。為了獲得更微細的結晶結構的優(yōu)點，Ti優(yōu)選地不大于500ppm，并且B優(yōu)選地不大于50ppm。這些添加劑元素的更大含量能夠易于增加導體電阻。因為根據本發(fā)明的導體具有優(yōu)良的抗拉強度、斷裂伸長率、抗沖擊性、導電率，和耐疲勞性，所以它適用于小直徑電線。根據本發(fā)明的導體適用于其導體具有優(yōu)選的0.75mm2或者更小并且更加優(yōu)選的0.22到0.75mn^的截面面積的電線。因此，擴大了鋁導體的應用范圍，并且優(yōu)選地在汽車領域中能夠實現電線的重量降低。應該指出，該導體可以是被壓縮的導體。下面，給出根據本發(fā)明的導體生產方法的實例的說明。根據本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的--種導體生產方法包括通過捆束由具有上述合金組分的鋁合金制成的多根基線而制備線束的歩驟，以及對所述線束進行固溶處理、然后對所述線束進行淬火、并且然后對所述線束進行時效熱處理的步驟。在制造鋁合金基線時，熔融給定含量的A1、Mg和Si以便獲得具有所期濃度的熔融金屬。在必要時，Fe、Cu、Cr和Mn被添加于此以便獲得具有所期濃度的熔融金屬。下面，利用連續(xù)鑄造機鑄造熔融金屬以制備鑄棒。然后，通過使用串聯(lián)連接的熱軋機將鑄棒制成為線材?？梢酝ㄟ^如上所述的連續(xù)鑄造軋制方法或者通過錠坯鑄造和擠出方法制成線材。在錠坯鑄造和擠出方法的情形中，優(yōu)選地在錠坯鑄造之后執(zhí)行均質化處理。有利的是，緊接在鑄造之前添加形成精煉劑的Ti和B。然后對線材進行拉拔從而具有用于基線的所期直徑。如果線材由于拉拔極限而斷裂，則適當的話優(yōu)選地執(zhí)行退火。在捆束過程中，如上所述制備的所期數目的基線被捆束成線束。然后，該線束經歷熱處理過程。在熱處理過程中，在固溶處理期間的加熱溫度優(yōu)選地是500到580°C。通過執(zhí)行固溶處理，在鋁合金中的Mg2Si化合物被溶解。如果在固溶處理期間的加熱溫度低于500。C，則Mg2Si化合物難以溶解從而產生粗大的化合物粒子，并且不能容易地獲得提高強度的優(yōu)點。另外，在捆束過程之前由于冷加工引起的加工硬化難以消除，并且不能容易地獲得提高伸長率的優(yōu)點。在另一方面，如果在固溶處理期間的加熱溫度高于580。C，則在鋁合金中的低熔點相再次熔融，并且容易發(fā)生變形和由于Mg被氧化而引起的顏色變化。在熱處理步驟中，優(yōu)選地通過使用冷卻水執(zhí)行淬火。通過執(zhí)行淬火，在固溶處理期間己在合金中被溶解的Mg2Si化合物不被析出并且在溶解狀態(tài)中被固定于合金中。如果在加熱和淬火之間存在時間間隔，則被溶解的Mg2Si化合物易于析出以產生粗大的化合物粒子，并且不能容易地獲得提高強度的優(yōu)點。因此，優(yōu)選地緊接在加熱之后執(zhí)行淬火。優(yōu)選地通過使用帶有淬火池的連續(xù)退火機以下述方式執(zhí)行固溶處理和淬火，即，使得線束被加熱部分加熱到給定溫度并且然后通過被輸送通過靠近加熱部分放置的淬火池而被冷卻。連續(xù)退火機的實例包括電式連續(xù)退火機、管式爐連續(xù)退火機，和高頻感應加熱連續(xù)退火機。在它們之中，高頻感應加熱連續(xù)退火機是特別優(yōu)選的。在使用高頻感應加熱連續(xù)退火機的情形中，通過高頻感應加熱執(zhí)行固溶處理，并且據此允許進行局部加熱。因此，能夠緊鄰加熱區(qū)地安置淬火區(qū)。例如，在具有較大熱容量的結構部件中，在停止加熱之后能夠保持高溫狀態(tài)。相反，在具有較小熱容量的結構部件例如金屬絲中，緊接在停止加熱之后，緩慢冷卻開始。然而，甚至在其中緊接在停止加熱之后緩慢冷卻易于開始的具有較小熱容量的結構部件例如金屬絲上，如上所述緊鄰加熱區(qū)地安置淬火區(qū)也允許從高溫狀態(tài)執(zhí)行淬火。另外，緊鄰加熱區(qū)地安置淬火區(qū)允許連續(xù)地執(zhí)行加熱和淬火，并且特別地適用于長結構部件例如金屬絲。連續(xù)加熱和淬火提高了導體生產率。在熱處理步驟中，時效熱處理能夠析出在固溶處理和淬火期間已在合金中溶解的Mg2Si化合物。因此，能夠提高強度和導電率。在時效熱處理期間的加熱溫度優(yōu)選地是150到220°C。時效熱處理的持續(xù)時間優(yōu)選地是4到20個小時。如果在時效熱處理期間的加熱溫度低于150°C，則已在合金中溶解的Mg2Si化合物難以析出，并且不能容易地獲得提高強度的優(yōu)點。在另一方面，如果在時效熱處理期間的加熱溫度高于220。C，則析出的Mg2Si化合物易于增長成為粗大的粒子，并且不能容易地獲得提高強度的優(yōu)點。另外，如果時效熱處理的持續(xù)時間短于4個小時，貝ijMg2Si化合物的析出不充分，并且不能容易地獲得提高強度的優(yōu)點，并且導體電阻易于增加。在另一方面，如果時效熱處理的持續(xù)時間長于20個小時，則析出的Mg2Si化合物容易地增長成為粗大的粒子，并且不能容易地獲得提高強度的優(yōu)點。優(yōu)選地在導體被纏繞在巻軸上時執(zhí)行時效熱處理。雖然可以在通常氣氛中執(zhí)行時效熱處理，但是優(yōu)選地在還原性氣體氣氛或者惰性氣體氣氛中執(zhí)行時效熱處理以避免表面氧化。由于如上所述的生產方法，能夠獲得根據本發(fā)明的導體的性能。利用絕緣體包覆的如此獲得的導體形成絕緣電線。實例在下文中通過參考實例給出本發(fā)明的詳細說明。(實例1到4)利用連續(xù)鑄造機鑄造具有表1所示的合金組分的熔融合金以制備鑄棒。然后，利用熱軋機將每一個鑄棒制成為具有9.5mm直徑的線材，并且對所獲得的每一個線材進行拉拔以制備具有0.26mm直徑的基線。然后，捆束七根基線以制備每一根線束。隨后，在表l所示的條件下，對線束進行固溶處理、淬火和時效熱處理。結果，獲得了根據實例1到4的導體。(比較例1到8)以與實例1到4相同的方式利用表1所示的合金組分和條件獲得根據比較例1到8的導體。(比較例9和10)除了在通過捆束基線制備每一根線束之后不執(zhí)行固溶處理、淬火和時效熱處理之外，以與實例1到4相同的方式獲得根據比較例9和10的導體。(評價試驗)在給定應變振幅(As)下關于抗拉強度、斷裂伸長率、沖擊吸收能、導電率和耐疲勞性對每一個導體進行測量。另外，測量每一個導體的表面形貌。其結果在表1中示出。在合金組分中的每一種構成元素的含量均被表達成相對于整個鋁合金的單位質量％。(測量方法和評價方法)抗拉強度利用通用抗拉強度測試器測量抗拉強度。240MPa或者更高的抗拉強度被視為通過。斷裂伸長率利用通用抗拉強度測試器測量斷裂伸長率。10%或者更高的斷裂伸長率被視為通過。沖擊吸收能通過向在標記之間具有1米距離的每一個導體的端部聯(lián)結重物，并且提升1米然后使得重物自由地下落，從而測量沖擊吸收能。進行如下定義當使得導體不會斷裂的重物的最大重量是W(N)時，沖擊吸收能是WU/m)。8J/m或者更高的在斷裂之前的沖擊吸收能被視為通過。導電率利用電橋方法測量導i乜率。40%IACS(國際退火銅標準)或者更高的導電率被視為通過。耐疲勞性利用并不施加拉伸載荷的反向彎曲疲勞湖U試器測量通過利用絕緣體覆蓋每一個導體制備的電線的耐疲勞性。在10—2的應變振幅As下為900次或者更高的耐疲勞性以及在10—4的應變振幅As下10X10"欠或者更高的耐疲勞性被視為通過。表面形貌在視覺上檢查顏色變化和變形的存在。利用"o"示意不存在顏色變化和變形，并且利用"x"示意存在顏色變化和變形。[表1]13<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>參考表1，因為構成根據實例1到4的導體的鋁合金每一個均含有含量為0.3到1.2%的Si以及含量使得Mg/Si重量比率在0.8到1.8的范圍中的Mg，每一個導體均具有240MPa或者更高的抗拉強度、10%或者更高的斷裂伸長率、8J/m或者更高的沖擊吸收能，以及40y。IACS或者更高的導電率。另外，每一個導體在高應變振幅下均具有900次或者更高的耐疲勞性。另外，在導體的表面上沒有探測到顏色變化和變形。據此，表中顯示在實例1到4中的導體具有優(yōu)良的抗拉強度、斷裂伸長率、抗沖擊性、導電率和耐疲勞性。作為對照，在根據比較例1到4的導體中，因為每一個鋁合金的Si含量和Mg含量均不在以上規(guī)定的范圍中，所以抗拉強度、斷裂伸長率、沖擊吸收能、導電率和在高應變振幅下的耐疲勞性并非全部滿足以上規(guī)定的范圍。據此，表中顯示根據比較例1到4的導體具有低劣的抗拉強度、斷裂伸長率、抗沖擊性、導電率和耐疲勞性。更加具體地，當Si含量小于0.3。/。時(比較例l)，抗拉強度小于240MPa，并且當Si含量大于1.2%時(比較例2)，導電率小于40%IACS。另夕卜，當Mg/Si重量比率小于0.8時(比較例3)，抗拉強度小于240MPa。當Mg/Si重量比率大于1.8時(比較例4)，斷裂伸長率小于10%，沖擊吸收能小于8J/m，并且導電率小于40%IACS。在根據比較例5到8的導體中，因為沒有執(zhí)行具有500到580°C的加熱溫度的固溶處理以及具有150到220°C的加熱溫度和4到20個小時的持續(xù)時間的時效熱處理，所以抗拉強度、斷裂伸長率、沖擊吸收能、導電率和在高應變振幅下的耐疲勞性并非全部滿足以上規(guī)定的范圍。據此，表中顯示在比較例5到8中的導體具有低劣的抗拉強度、斷裂伸長率、抗沖擊性和耐疲勞性。更加具體地，當在固溶處理期間的加熱溫度低于500°C時(比較例5)，斷裂伸長率小于10%，并且沖擊吸收能小于8J/m。當在固溶處理期間的加熱溫度高于580°C時(比較例6)，抗拉強度小于240MPa，斷裂伸長率小于10%,并且沖擊吸收能小于8J/m。另外地，在導體的表面上探測到顏色變化和變形。當在時效熱處理期間的加熱溫度低于150。C并且時效熱處理的持續(xù)時間短于4個小時時(比較例7)，抗拉強度小于240MPa。當在時效熱處理期間的加熱溫度高于220°C并且時效熱處理的持續(xù)時間長于20個小時時(比較例8)，抗拉強度小于240MPa。在根據比較例9和IO的導體中，如在傳統(tǒng)的鋁導體的情形中那樣，在通過捆束基線制備線束之后沒有執(zhí)行固溶處理、淬火和時效熱處理。因此，在捆束步驟之前由于冷加工引起的加工硬化難以被充分地消除，并且伸長率較低。結果，斷裂伸長率小于10%，并且沖擊吸收能小于8J/m。據此，發(fā)現根據比較例9和IO的導體具有低劣的斷裂伸長率和抗沖擊性。對本發(fā)明優(yōu)選實施例的前述說明并非旨在具有窮盡性或者將本發(fā)明限制為所被披露的精確形式，而是根據以上教導可以進行修改和變化或者可以從實施本發(fā)明獲取修改和變化。例如，在上述實例中的導體每一個均被布置成將七根基線形成為線束；然而，本發(fā)明不限于此。工業(yè)適用性根據本發(fā)明的導體例如適用于汽車電線。權利要求1.一種導體，包括由鋁合金制成的多根基線，所述鋁合金含有Si，其含量為0.3到1.2質量％；Mg，其含量使得Mg/Si重量比率在0.8到1.8的范圍中；和剩余部分，主要包括Al和不可避免的雜質，其中，所述導體具有240MPa或者更高的抗拉強度、10％或者更高的斷裂伸長率、8J/m或者更高的沖擊吸收能和40％IACS或者更高的導電率。2.根據權利要求l的導體，其中，所述鋁合金還含有從包括Fe、Cu、Cr和Mn的組中選擇的一種或者多種元素，其中所述一種或者多種元素的總含量是0.5質量％或者更低。3.根據權利要求1或2的導體，其中，所述鋁合金還含有從包括500ppm以下的Ti和50ppm以下的B的組中選擇的一種或者兩種元素。4.根據權利要求1到3中任何一項的導體，其中，所述導體具有0.75mn^或者更小的截面面積。5.—種導體的制造方法，所述方法包括以下步驟通過對由鋁合金制成的多根基線進行捆束而制備線束，所述鋁合金含有含量為0.3到1.2質量％的Si、含量使得Mg/Si重量比率在0.8到1.8的范圍中的Mg、以及主要包括Al和不可避免的雜質的剩余部分；和對所述線束進行固溶處理，然后對所述線束進行淬火，然后對所述線束進行時效熱處理。6.根據權利要求5的方法，其中，對所述線束進行固溶處理時的加熱溫度為500到580。C,對所述線束進行時效熱處理時的加熱溫度為150至U220。C。7.根據權利要求5或6的方法，其中，在所述固溶處理期間的加熱是高頻感應加熱。全文摘要一種具有優(yōu)良的抗拉強度、斷裂伸長率、抗沖擊性、導電率和耐疲勞性的導體及其生產方法。該導體包括由鋁合金制成的基線，所述鋁合金含有質量含量為0.3-1.2％的Si、含量使得Mg/Si重量比率在0.8到1.8的范圍中的Mg，以及主要包括Al和不可避免的雜質的剩余部分。該導體具有240MPa或者更高的抗拉強度、10％或者更高的斷裂伸長率、8J/m或者更高的沖擊吸收能，和40％IACS或者更高的導電率。該生產方法包括通過捆束具有以上組分的基線而制備線束的步驟，和對線束進行固溶處理、淬火以及時效熱處理的步驟。固溶處理溫度是500-580℃，并且時效熱處理溫度是150-220℃。在固溶處理時的加熱是高頻感應加熱。文檔編號H01B1/02GK101536112SQ20078004076公開日2009年9月16日申請日期2007年10月30日優(yōu)先權日2006年10月30日發(fā)明者中井由弘,大塚保之,西川太一郎申請人:株式會社自動網絡技術研究所;住友電裝株式會社;住友電氣工業(yè)株式會社