母線用板狀導(dǎo)電體及由其形成的母線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供導(dǎo)電性及強(qiáng)度優(yōu)異、且彎曲加工性也優(yōu)異的母線用板狀導(dǎo)電體以及由這樣的導(dǎo)電體形成的母線。母線用板狀導(dǎo)電體如下構(gòu)成：使用Al合金板，所述Al合金板是將含有Fe：0.05～2.0質(zhì)量％、Si：0.05～0.6質(zhì)量％及Cu：0.01～0.35質(zhì)量％、剩余部分由Al及不可避免的雜質(zhì)形成的Al合金熱軋得到的、板厚(T)為0.5～12mm的Al合金板，所述母線用板狀導(dǎo)電體具有如下特性：在室溫下的軋制狀態(tài)下的導(dǎo)電率為55～60％IACS、拉伸強(qiáng)度為170MPa以上、屈服強(qiáng)度為155MPa以上、且在內(nèi)側(cè)彎曲半徑為板厚(T)時的90°彎曲下不產(chǎn)生裂縫；并且在溫度140～160℃下的1000小時以內(nèi)的保持時間的熱處理后，室溫下的導(dǎo)電率為55～60％IACS、拉伸強(qiáng)度為160MPa以上、屈服強(qiáng)度為145MPa以上。
【專利說明】母線用板狀導(dǎo)電體及由其形成的母線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及母線用板狀導(dǎo)電體及由其形成的母線，特別涉及具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、并且強(qiáng)度及彎曲特性也優(yōu)異的母線用板狀導(dǎo)電體及由這樣的導(dǎo)電體形成的母線(busbar)。
【背景技術(shù)】
[0002]一直以來，新干線、線性電動機(jī)車、混合動力車等動力控制單元(PCU)中采用的母線用導(dǎo)電體使用了具有優(yōu)異的導(dǎo)電性的無氧銅、韌銅、磷脫氧銅等純銅板，另外，需要強(qiáng)度的情況下，使用對導(dǎo)電性高的銅合金板實(shí)施了電解鍍Ni的合金板。然而，銅、銅合金受到近年來的資源漲價的波及，其價格升高，而且重量大，因此作為用于改善燃油消耗而要求輕質(zhì)化的汽車用構(gòu)件等而不優(yōu)選，迫切要求代替其的輕質(zhì)、且廉價的導(dǎo)電材料。另外，鍍Ni也存在成本高之類的問題。[0003]因此，作為這樣的母線用導(dǎo)電體的材料，關(guān)注了廉價、且有望輕質(zhì)化的鋁(Al)，在工業(yè)純度的Al中，作為導(dǎo)電性優(yōu)異的純Al，在日本特開2011-19385號公報(bào)等中，JIS標(biāo)準(zhǔn)的A1060材料以導(dǎo)電率計(jì)可以得到61% IACS，因此，可以特別有效地使用，另外，需要強(qiáng)度時使用作為Al合金的如JIS標(biāo)準(zhǔn)或ISO標(biāo)準(zhǔn)的A6061那樣的6000系材料，這也在上述日本特開2011-19385號公報(bào)以及日本特開2009-238831號公報(bào)等中有明確記載。
[0004]然而，最近，要求這樣的母線能夠成形為用于應(yīng)對設(shè)置有該母線的周圍環(huán)境的復(fù)雜的形狀，因此，在導(dǎo)電性的基礎(chǔ)上，還要求具有高強(qiáng)度、并且彎曲加工性也優(yōu)異。然而，此前提出的由純Al或Al合金形成的母線用導(dǎo)電體，即使能夠一定程度地滿足導(dǎo)電性、彎曲加工性，也存在強(qiáng)度不充分的問題，而且即使能夠一定程度地滿足導(dǎo)電性、強(qiáng)度，也存在彎曲加工性不充分等問題，不是上述導(dǎo)電性、強(qiáng)度及彎曲加工性均能夠滿足的母線。其原因在于，存在下述相反的要求，即，為了實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電率和高彎曲加工性，期望使Al或Al合金中的固溶成分盡量地析出，而為了得到高強(qiáng)度，期望發(fā)揮固溶體效果而不使Al或Al合金中的固溶成分盡量地析出。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-19385號公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開2009-238831號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

_9] 發(fā)明要解決的問題
[0010]此處，本發(fā)明是以上述情況為背景而完成的，本發(fā)明要解決的課題在于，提供導(dǎo)電性及強(qiáng)度優(yōu)異、且彎曲加工性也優(yōu)異的母線用板狀導(dǎo)電體以及由這樣的導(dǎo)電體形成的母線。
[0011]用于解決問題的方案[0012]而且，本發(fā)明為了解決上述課題，其主旨在于一種母線用板狀導(dǎo)電體，其特征在于，其由Al合金板形成，所述Al合金板是使用含有Fe:0.05~2.0質(zhì)量％、S1:0.05~0.6質(zhì)量％及Cu:0.01~0.35質(zhì)量％、剩余部分由Al及不可避免的雜質(zhì)形成的Al合金以在軋制狀態(tài)下的室溫下的導(dǎo)電率為55~60% IACS的方式進(jìn)行熱軋得到的、板厚(T)為0.5~12mm的Al合金板，所述母線用板狀導(dǎo)電體具有以下特性:在軋制狀態(tài)下的室溫下的拉伸強(qiáng)度為170MPa以上、屈服強(qiáng)度為155MPa以上、且在內(nèi)側(cè)彎曲半徑為所述板厚⑴時的90°彎曲下不產(chǎn)生裂縫；并且在溫度140~160°C下的1000小時以內(nèi)的保持時間的熱處理后，室溫下的導(dǎo)電率為55~60% IACS、拉伸強(qiáng)度為160MPa以上、屈服強(qiáng)度為145MPa以上。
[0013]需要說明的是，根據(jù)這樣本發(fā)明的母線用板狀導(dǎo)電體的優(yōu)選方案之一，前述Al合金中的Fe含量為0.1~1.6質(zhì)量％，根據(jù)其他優(yōu)選的方案之一，前述Al合金中的Si含量為0.05~0.5質(zhì)量％，根據(jù)另外的優(yōu)選的方案之一，前述Al合金中的Cu含量為0.05~0.30質(zhì)量％。
[0014]另外，根據(jù)上述本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，前述Al合金中的不可避免的雜質(zhì)的總含量為0.15質(zhì)量％以下。
[0015]進(jìn)而，本發(fā)明的其他優(yōu)選的方案之一中，前述Al合金板具有0.5~8_的板厚。
[0016]進(jìn)而，本發(fā)明的對象還為一種母線，其特征在于，其由上述板狀導(dǎo)電體形成。
[0017]發(fā)明的效果
[0018]如上所述，對于本發(fā)明的母線用板狀導(dǎo)電體，通過使用含有特定量的Fe、Si及Cu的Al合金、以室溫下的在軋制狀態(tài)下的導(dǎo)電率為55~60% IACS的方式進(jìn)行熱軋制成規(guī)定厚度的Al合金板，從而可 以謀求固溶成分的析出狀態(tài)和固溶狀態(tài)的平衡，由此有利于實(shí)現(xiàn)室溫下的在軋制狀態(tài)下的拉伸強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度高、而且在內(nèi)側(cè)彎曲半徑T為板厚T時的90°彎曲下也不會產(chǎn)生裂縫的優(yōu)異特性，并且可以有利于確保即使在作為母線連續(xù)使用的情況下受到基于焦耳熱的放熱作用，也具有優(yōu)異的導(dǎo)電率、拉伸強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度的特性，由此可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性、強(qiáng)度及彎曲加工性均優(yōu)異的板狀導(dǎo)電體、和由其形成的母線。
[0019]而且，上述本發(fā)明的母線用板狀導(dǎo)電體基本上由Al合金形成，因此與現(xiàn)有銅材質(zhì)的母線用材料相比，當(dāng)然為輕質(zhì)、且廉價的材料。
[0020]另外，本發(fā)明的母線用板狀導(dǎo)電體，在其制造時，通過在規(guī)定的條件下對由特定的Al合金形成的鑄錠進(jìn)行熱軋，從而可以平衡性良好地實(shí)現(xiàn)Al合金中的固溶成分的析出狀態(tài)與固溶狀態(tài)，由此可以對所得母線用板狀導(dǎo)電體有效地賦予如上所述的優(yōu)異的特性。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 在此，本發(fā)明的對象的母線用板狀導(dǎo)電體由Al合金板形成，所述Al合金板是使用含有0.05~2.0質(zhì)量％的Fe (鐵)、0.05~0.6質(zhì)量％的Si (硅)、及0.01~0.35質(zhì)量％的Cu(銅)、剩余部分由Al(鋁)及不可避免的雜質(zhì)形成的Al合金而得到的、板厚(T)為0.5~12mm的Al合金板。
[0022]而且，作為得到這樣的Al合金板的Al合金中的必需成分的Fe為提高強(qiáng)度、且發(fā)揮使晶粒微細(xì)化作用的元素，其含量小于0.05% (質(zhì)量基準(zhǔn)、以下相同)時，無法得到提高強(qiáng)度的效果，另外，超過2.0 %時，引起形成Al-Fe-Si系、Al-Fe系的結(jié)晶物、析出物、降低彎曲加工性等問題。因此，F(xiàn)e的含量必須為0.05~2.0 %、優(yōu)選為0.1~1.6%。[0023]另外，Si與上述Fe同樣地為提高強(qiáng)度、發(fā)揮使晶粒微細(xì)化作用的元素，其含量小于0.05%時，難以得到提高其強(qiáng)度的效果。另外，為超過0.6%這樣的含量時，引起形成Al-Fe-Si系的結(jié)晶物、Si的析出物、彎曲加工性降低等問題。因此，作為Si的含量，為
0.05~0.6%，優(yōu)選為0.05~0.5%的范圍內(nèi)。
[0024]進(jìn)而，Cu也為提高強(qiáng)度的元素，且為發(fā)揮用作母線時的、抑制經(jīng)受基于焦耳熱的高溫的熱歷程后的強(qiáng)度降低作用的元素，其含量小于0.01%時，引起無法得到充分提高強(qiáng)度的效果、難以抑制經(jīng)受高溫的熱歷程后的強(qiáng)度降低等問題。另一方面，其含量超過0.35%時，引起導(dǎo)電率降低、且彎曲加工中易于形成剪切帶從而彎曲加工性降低等問題。因此，作為上述Cu的含量，必須為0.01~0.35 %，優(yōu)選為0.05~0.30 %的范圍內(nèi)。
[0025]而且，本發(fā)明的Al合金含有上述規(guī)定量的Fe、Si及Cu，且剩余部分由Al及不可避免的雜質(zhì)形成。需要說明的是，作為不可避免的雜質(zhì)，為Mn、Mg、Cr、Zn、N1、Ga、V、Ti等公知的元素，對它們進(jìn)行調(diào)整使其為盡量低的含量。通常這些元素的各自的含量優(yōu)選為0.05%以下，另外期望進(jìn)行調(diào)整使包含這些元素的不可避免的雜質(zhì)的總含量通常為0.15%以下、優(yōu)選為0.10%以 下。
[0026]本發(fā)明的母線用板狀導(dǎo)電體是使用上述Al合金通過熱軋制成板厚(T)為0.5~12mm的Al合金板而得到的，以在室溫下的、在軋制狀態(tài)下的導(dǎo)電率為55~60% IACS的方式實(shí)施此時的熱軋操作。通過以得到這樣的導(dǎo)電率的方式進(jìn)行熱軋，從而可以有效地實(shí)現(xiàn)Al合金中的固溶成分的析出狀態(tài)與固溶狀態(tài)的平衡，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的特性。需要說明的是，上述導(dǎo)電率小于55% IACS時，引起無法得到充分的通電性，難以發(fā)揮作為母線的功能，而且彎曲加工性也變得不充分等問題。另外，上述導(dǎo)電率超過60% IACS時，雖然導(dǎo)電性、彎曲加工性良好，但是強(qiáng)度等特性惡化。此處導(dǎo)電率以20°C下的IACS(國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)(International Annealed Copper Standard))值表示，具體而言，退火后的軟銅的電阻率為1.7241 μ Qcm,以此為標(biāo)準(zhǔn)并將其定義為100% IACS，然后與其進(jìn)行比較，用百分率IACS)表示。
[0027]另外，如上所述所得Al合金板的板厚(T)對母線所需的通電性和其重量產(chǎn)生影響，因此為0.5~12mm、優(yōu)選為0.5~8mm的范圍內(nèi)的厚度。需要說明的是，該板厚T小于
0.5mm時，每單位寬度的截面面積變小，因此存在通電性惡化、難以發(fā)揮作為母線的功能等問題，另外，超過12mm時，每單位寬度的重量變大，因此難以得到用作現(xiàn)有銅制母線的代替的效果(輕質(zhì)化效果)。
[0028]而且，對于如上所述得到的由Al合金板形成的母線用板狀導(dǎo)電體，具有下述特征:其在軋制狀態(tài)下的拉伸強(qiáng)度在室溫下為170MPa以上、屈服強(qiáng)度為155MPa以上、且在內(nèi)側(cè)彎曲半徑為板厚(T)時的90°彎曲下不產(chǎn)生裂縫，這樣的特性為剛剛開始作為母線使用后所需的材料特性，另外，為用于有效地進(jìn)行作為母線而產(chǎn)品化時采用的彎曲加工的材料特性，上述在軋制狀態(tài)下的拉伸強(qiáng)度在室溫下小于170MPa、或者屈服強(qiáng)度在室溫下小于155MPa時，難以作為現(xiàn)有銅制母線的代替來使用。而且，這樣的Al合金板(板狀導(dǎo)電體)在內(nèi)側(cè)彎曲半徑(T)與其板厚(T)相等時的90°彎曲下不產(chǎn)生裂縫，相反地，在這樣的90°彎曲下產(chǎn)生裂縫時，擔(dān)心無法作為母線而產(chǎn)品化。
[0029]進(jìn)而，上述由Al合金板形成的母線用板狀導(dǎo)電體在考慮到作為母線連續(xù)使用時所經(jīng)受的、基于焦耳熱的放熱時的高溫的熱歷程的促進(jìn)試驗(yàn)之后的特性方面，也具有優(yōu)異的特征。即，作為母線使用時，基于焦耳熱的放熱變?yōu)?00°c~120°C左右，因此作為用于確認(rèn)這樣的由熱歷程產(chǎn)生的特性劣化的促進(jìn)試驗(yàn)，采用選擇140°C~160°C的溫度、保持1000小時以內(nèi)(不包括O小時)的在該溫度范圍內(nèi)的加熱處理的手法，而且實(shí)施了該促進(jìn)試驗(yàn)后的板狀導(dǎo)電體具有以下特征:其室溫下的導(dǎo)電率具有55~60% IACS、且拉伸強(qiáng)度為160MPa以上、屈服強(qiáng)度為145MPa以上。
[0030]需要說明的是，實(shí)施了該140°C~160°C X1000小時以內(nèi)的熱處理(促進(jìn)試驗(yàn))后的導(dǎo)電率變得過低時，無法得到充分的通電性，難以發(fā)揮作為母線的功能，另一方面，變得過高時，強(qiáng)度降低明顯，作為母線的連續(xù)使用中引起問題，進(jìn)而，上述促進(jìn)試驗(yàn)后的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度變得過低時也不能作為現(xiàn)有銅制母線的代替來使用。
[0031]然而，如上所述那樣限定的、本發(fā)明的Al-Fe-S1-Cu系合金中，為了實(shí)現(xiàn)在軋制狀態(tài)下及140°C~160°C的熱處理后的高導(dǎo)電率，而且為了實(shí)現(xiàn)高彎曲加工性，需要盡量使Al合金中的固溶成分析出，另一方面，為了實(shí)現(xiàn)在軋制狀態(tài)下及140°C~160°C的熱處理后的高強(qiáng)度，需要盡量不使Al合金中的固溶成分析出而實(shí)現(xiàn)由固溶體效果帶來的強(qiáng)度提高。因此，為了確保上述兩種特性需要實(shí)現(xiàn)相反的行為，而通過取得其平衡，即，使Al合金中的固溶成分一定程度析出、而且該一定程度為固溶狀態(tài)，從而可以得到如上所述限定的優(yōu)異的特性。
[0032]而且，為了實(shí)現(xiàn)這樣的特性，本發(fā)明中，適合采用例如以下那樣的制造方法。
[0033]即，對于通常通過DC鑄造等制造的Al合金鑄錠，通常在450°C~630°C的溫度下實(shí)施了均質(zhì)化熱處理、所謂均質(zhì)化處理后，實(shí)施在450°C左右(±50°C)的溫度下起始的熱車L，本發(fā)明的以含有前述規(guī)定量的Fe、Si及Cu的Al合金的鑄錠為對象的情況下，在450°C左右的溫度區(qū)域內(nèi)，最易 產(chǎn)生Al-Fe系、Al-Fe-Si系化合物的析出，因此，在通常的溫度條件下析出變得過多時，雖然可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電率，但是難以得到充分的強(qiáng)度。
[0034]因此，為了得到本發(fā)明中限定的導(dǎo)電率與強(qiáng)度的平衡，作為避開上述Al-Fe系、Al-Fe-Si系化合物易析出的溫度區(qū)域的方法，本發(fā)明中適當(dāng)?shù)夭捎孟率鲋圃旆椒?將Al合金鑄錠的熱軋溫度降低到能夠熱軋的范圍，另外，在這樣的熱軋之前優(yōu)選實(shí)施的鑄錠的均質(zhì)化處理溫度也設(shè)為熱軋起始溫度以下，得到目標(biāo)Al合金板。
[0035]因此，本發(fā)明的由Al合金形成的鑄錠的熱軋工序中，作為該熱軋的起始溫度，采用400°C以下、優(yōu)選350°C以下的溫度，通過進(jìn)行熱軋、而且在重結(jié)晶溫度以下、例如250°C左右的溫度下結(jié)束，從而可以制造目標(biāo)板厚的Al合金板。需要說明的是，熱軋起始溫度的下限通常為250°C左右，另外，作為熱軋的結(jié)束溫度的下限，通常為100°C左右，優(yōu)選為150°C左右。其原因在于，上述結(jié)束溫度變得過低時，熱軋中的延性不足，從而導(dǎo)致易于產(chǎn)生邊裂(ear cracking)等不良情況。
[0036]需要說明的是，在上述熱軋之前對Al合金鑄錠實(shí)施均質(zhì)化處理的情況下，在上述熱軋起始溫度以下的溫度下實(shí)施，通常采用保持I小時~24小時左右之間的條件。另外，也可以不實(shí)施這樣的均質(zhì)化處理而將通過DC鑄造等得到的Al合金鑄錠直接供給到熱軋工序。
[0037]另外，制造得到本發(fā)明的母線用板狀導(dǎo)電體的規(guī)定厚度的Al合金板時，僅通過上述熱軋就制成目標(biāo)厚度的最終板，除此之外，在上述熱軋后、以50%以下的壓下率實(shí)施冷車L，也可以制成目標(biāo)板厚的Al合金板，由此產(chǎn)品的板厚的自由度增加。需要說明的是，上述冷軋時的壓下率超過50%時，較多地導(dǎo)入加工組織，結(jié)果擔(dān)心導(dǎo)致彎曲加工性的降低。需要說明的是，上述冷軋優(yōu)選以I道次進(jìn)行精加工，以超過I道次的道次數(shù)進(jìn)行冷軋的情況下，導(dǎo)致材料的成本提高。
[0038]需要說明的是，代替本發(fā)明的由Al合金的鑄錠通過熱軋制造目標(biāo)Al合金板(板狀導(dǎo)電體)的方法，采用連續(xù)鑄造軋制法作為鑄造方法直接制造目標(biāo)厚度的Al合金板的情況下，可以加快Al合金熔液的凝固速度，因此可以在鑄造狀態(tài)下得到固溶度大的材料，這樣雖然可以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度，但是難以確保導(dǎo)電率，因此與上述制造方法相反地，對所得Al合金的板材實(shí)施促進(jìn)Al合金中的固溶成分的析出的熱處理。通常這樣促進(jìn)析出的熱處理優(yōu)選在400~500°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，另外，作為保持時間，適合采用5小時以上。需要說明的是，該保持時間超過24小時時，難以期待析出效果有大的變化，因此，保持時間的最高限設(shè)為24小時。
[0039]以上對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)描述，這些只不過是示例，可以理解為本發(fā)明不受這樣的實(shí)施方式的具體記載的任何限定性解釋。另外，本發(fā)明可以在基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識加以各種變更、修正、改良等的方案下實(shí)施，而且不言而喻的是，這樣的實(shí)施方式只要不脫離本發(fā)明的主旨均屬于本發(fā)明的范疇。
[0040]實(shí)施例
[0041]以下給出本發(fā)明的代表性的實(shí)施例，進(jìn)一步具體地闡明本發(fā)明，但也可以理解為，本發(fā)明不受這些實(shí)施例的記載的任何限制。
[0042]-實(shí)施例1-
[0043]首先，通過DC鑄造，將具有下述表1所示的化學(xué)成分的各種Al合金A~N鑄錠，分別得到厚:550mm、寬:1000mm的鑄錠。
[0044][表 I]
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種母線用板狀導(dǎo)電體，其特征在于，其由Al合金板形成，所述Al合金板是使用含有Fe:0.05~2.0質(zhì)量％、S1:0.05~0.6質(zhì)量％及&1:0.01~0.35質(zhì)量％、剩余部分由Al及不可避免的雜質(zhì)形成的Al合金以在軋制狀態(tài)下的室溫下的導(dǎo)電率為55~60% IACS的方式進(jìn)行熱軋得到的、板厚⑴為0.5~12mm的Al合金板，所述母線用板狀導(dǎo)電體具有以下特性:在軋制狀態(tài)下的室溫下的拉伸強(qiáng)度為170MPa以上、屈服強(qiáng)度為155MPa以上、且在內(nèi)側(cè)彎曲半徑為所述板厚(T)時的90°彎曲下不產(chǎn)生裂縫；并且在溫度140~160°C下的1000小時以內(nèi)的保持時間的熱處理后，室溫下的導(dǎo)電率為55~60% IACS、拉伸強(qiáng)度為160MPa以上、屈服強(qiáng)度為145MPa以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的母線用板狀導(dǎo)電體，其中，所述Al合金中的Fe含量為0.1~1.6質(zhì)量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的母線用板狀導(dǎo)電體，其中，所述Al合金中的Si含量為0.05~0.5質(zhì)量％。
4.根據(jù)權(quán) 利要求1至權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的母線用板狀導(dǎo)電體，其中，所述Al合金中的Cu含量為0.05~0.30質(zhì)量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的母線用板狀導(dǎo)電體，其中，所述Al合金中的不可避免的雜質(zhì)的總含量為0.15質(zhì)量％以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任一項(xiàng)所述的母線用板狀導(dǎo)電體，其中，所述Al合金板具有0.5~8mm的板厚。
7.一種母線，其特征在于，其由權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項(xiàng)所述的板狀導(dǎo)電體形成。
【文檔編號】C22F1/00GK103958711SQ201380004118
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月11日
【發(fā)明者】中西英貴, 淺野峰生, 田中宏樹 申請人:株式會社Uacj