本申請基于2015年6月1日提交的在先日本專利申請?zhí)?015-111070并且要求其優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及一種鋁電線和一種線束。更具體地，涉及具有提高的機(jī)械性質(zhì)的鋁電線和線束。

背景技術(shù)：

近來減輕車輛重量的趨勢增加了對于更細(xì)的鋁電線的需求。具體地，近年來，鋁電線在車輛中的配線日益增多，并且在每個車輛中占據(jù)了更大的比例。需要更細(xì)并且輕量化的鋁電線。另外，需要提高鋁電線在車載環(huán)境下的可靠性。

通常作為細(xì)電線使用的鋁電線主要是JIS C3108規(guī)定的電氣用冷拉鋁線。然而，鋁線的彎曲性明顯低于銅線。所以難以將鋁線應(yīng)用于反復(fù)彎折的部分，諸如車輛的門鉸鏈附近的部分。

因此，已經(jīng)進(jìn)行了多種向鋁中添加金屬元素以提高彎曲性的嘗試。例如，日本專利號4927366公開了一種用于車輛布線的鋁導(dǎo)體，其包含預(yù)定含量的Fe、Cu和Mg，其余還包含鋁以及不可避免的雜質(zhì)，并且具有0.07～1.50mm的直徑。日本專利號4330005公開了一種用于車輛線束的鋁導(dǎo)體，其通過預(yù)定方法獲得，并且包含預(yù)定含量的Fe、Zr和Cu。其余還包含鋁以及不可避免的雜質(zhì)。該鋁導(dǎo)體具有0.07～1.50mm的直徑。

發(fā)明概述

但是，專利文獻(xiàn)1和2的電線的拉伸強(qiáng)度不足。因此難以將專利文獻(xiàn)1和2應(yīng)用于徑向截面積小于0.75sq(mm²)，例如0.5sq或0.35sq，的電線尺寸。

鑒于傳統(tǒng)技術(shù)的問題，作出本發(fā)明。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種鋁電線，該鋁電線具有提高的機(jī)械性質(zhì)和耐彎折性并且能夠做得更細(xì)，以及提供一種使用該鋁電線的線束。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面的鋁電線包括鋁線。在鋁線的垂直于其縱向截面的徑向截面中，鋁線中心的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸大于外周的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面的鋁電線是根據(jù)第一方面所述的鋁電線，其中，鋁線包括大晶粒區(qū)域和小晶粒區(qū)域，并且在鋁線的垂直于其縱向截面的徑向截面中，大晶粒區(qū)域位于中心，同時小晶粒區(qū)域位于大晶粒區(qū)域的周圍。構(gòu)成大晶粒區(qū)域的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸大于構(gòu)成小晶粒區(qū)域的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面的鋁電線是根據(jù)第二方面所述的鋁電線，其中，在鋁線的垂直于其縱向截面的徑向截面中，小晶粒區(qū)域的徑向截面積(A_small)相對于大晶粒區(qū)域的徑向截面積(A_large)和小晶粒區(qū)域的徑向截面積(A_small)的總和(A_total)滿足以下關(guān)系：

0.10≤A_small/A_total≤0.99。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面的鋁電線是根據(jù)第一至第三方面的任一項(xiàng)所述的鋁電線，其中，構(gòu)成鋁線的外周的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒主要具有與垂直于鋁電線的縱向截面的鋁電線的橫向截面平行的(111)、(211)和(311)紋理(textures)。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面的鋁電線是根據(jù)第二或第三方面的所述的鋁電線，其中構(gòu)成小晶粒區(qū)域的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒主要具有與垂直于鋁電線的縱向截面的鋁電線的橫向截面平行的(111)、(211)和(311)紋理。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面的線束包括根據(jù)第一方面所述的鋁電線。

本發(fā)明的鋁電線包括鋁線，其中中心的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸大于外周的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸，并且具有高機(jī)械性質(zhì)和耐彎折性。因此，該鋁電線適用于截面積小于0.75sq(mm²)的電線尺寸，例如0.5sq、0.35sq或者更細(xì)的尺寸。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的鋁電線的實(shí)例的示意性徑向截面圖。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的鋁電線的另一實(shí)例的示意性徑向截面圖。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的線纜的實(shí)例的示意性截面圖。

圖4A至4C是通過觀察實(shí)施例1的通過在250℃、300℃和350℃下的最終熱處理后獲得的鋁電線的徑向截面獲得的SEM(掃描電子顯微鏡)圖像。

圖5是實(shí)施例1的圖表，示出：通過在300℃和350℃下的最終熱處理后獲得的鋁電線的截面的SEM圖像；以及小晶粒區(qū)域的截面積與每個鋁線的徑向截面積的比率。

圖6是實(shí)施例1的圖表，示出通過在300℃的最終熱處理后獲得的鋁電線的SEM圖像，以及金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸與徑向位置之間的關(guān)系。

圖7A是實(shí)施例1的圖表，示出通過電子背散射衍射(EBSD)測定通過在250℃、300℃和400℃下的最終熱處理后獲得的鋁電線的徑向截面中金屬微結(jié)構(gòu)的定向的結(jié)果。

圖7B是以立體投影三角形(反極圖)示出實(shí)施例1中的位置和晶體定向之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。

圖8A至8C是通過觀察實(shí)施例2的通過在200℃、250℃和300℃下的最終熱處理后度獲得的鋁電線的徑向截面獲得的SEM圖像。

圖9是實(shí)施例2的圖表，示出通過在300℃下的最終熱處理后獲得的鋁電線的徑向截面的SEM圖像，以及小晶粒區(qū)域的徑向截面積和鋁線的徑向截面積的比率。

圖10是示出實(shí)施例1的鋁線的最終熱處理溫度和電導(dǎo)率之間的關(guān)系的圖表。

圖11A至11C是用于解釋彎折試驗(yàn)方法的示意性圖表。

圖12是示出實(shí)施例1的鋁線的彎折應(yīng)變和彎折循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系的圖表。

圖13是示出實(shí)施例1的鋁線的最終熱處理溫度與拉伸強(qiáng)度或0.2％保證應(yīng)力之間的關(guān)系的圖表。

圖14是示出實(shí)施例1的鋁線的最終熱處理溫度和斷裂伸長率之間的關(guān)系的圖表。

具體實(shí)施方式

在下文的詳細(xì)描述中，出于解釋的目的陳述了大量的具體細(xì)節(jié)，以提供本公開的實(shí)施方式的深入了解。但是顯然可以在不包含這些具體細(xì)節(jié)的情況下，實(shí)施一個以上實(shí)施方式。在其他情況下，為了簡化附圖，示意性地示出公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備。

在下文中，將通過參考附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。需要注意，在附圖中相同或相似的部分和部件以相同或相似的參考標(biāo)記標(biāo)注，將省略或簡化對這樣的部分和部件的描述。除此之外，需要注意附圖是示意性的，因此可以與實(shí)際不同。

[鋁電線]

一般來說，材料強(qiáng)度和斷裂伸長率呈負(fù)相關(guān)。據(jù)稱，強(qiáng)度更高的材料更能耐受高頻疲勞，而延展性更高的材料更能耐受低頻疲勞?；旧想y以同時實(shí)現(xiàn)高延展性和高頻疲勞耐性兩者。另外，鋁和鋁合金一般在100℃～200℃顯著地發(fā)生高溫形變(蠕變)。為了提高室溫下的電線強(qiáng)度，通常使電線材料的晶粒更精細(xì)。然而，由精細(xì)晶粒組成的電線材料在蠕變方面是不利的。

為了提高上述材料特性，根據(jù)本實(shí)施方式的鋁電線10包括鋁線1，如圖1所示。在鋁線1的垂直于其縱向截面的徑向截面中，金屬微結(jié)構(gòu)中心處的平均晶粒尺寸大于其周部的平均晶粒尺寸。

優(yōu)選地，鋁線1包括大晶粒區(qū)域2和小晶粒區(qū)域3。在鋁線1的垂直于縱向截面的徑向截面中，大晶粒區(qū)域2位于其中心，并且小晶粒區(qū)域3位于大晶粒區(qū)域2的周圍。構(gòu)成大晶粒區(qū)域2的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸大于構(gòu)成小晶粒區(qū)域3的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸。

圖1所示的鋁線1具有同心結(jié)構(gòu)，其中垂直于縱向截面的徑向截面的微觀結(jié)構(gòu)由作為內(nèi)層的大晶粒區(qū)域2和作為外層的小晶粒區(qū)域3組成。具體來說，大晶粒區(qū)域2位于截面中心，大體上為圓形。小晶粒區(qū)域3與大晶粒區(qū)域2相接觸，并且以環(huán)狀形式圍繞大晶粒區(qū)域2的整個圓周。

高頻疲勞是金屬材料在彈性范圍內(nèi)反復(fù)形變時發(fā)生的疲勞現(xiàn)象。在金屬材料反復(fù)形變的過程中，內(nèi)部形成的滑移帶從材料表面擠出或擠入材料表面，從而開始由于高頻疲勞的斷裂。因此，通過減少滑移帶的形成，能夠使高頻疲勞不易于發(fā)生。

還能夠通過減少金屬材料內(nèi)的位錯(dislocation)的增加，來使高頻疲勞不易于發(fā)生。一般地，在由小晶粒組成的金屬材料中，位錯不容易在外場(應(yīng)力場)下移動。

在本實(shí)施方式的鋁線1中，金屬微結(jié)構(gòu)具有小平均晶粒尺寸的小晶粒區(qū)域3形成為外層。在小晶粒區(qū)域3中，如上所述，由能夠造成高頻疲勞的位錯運(yùn)動導(dǎo)致的滑移帶不容易產(chǎn)生。因此，小晶粒區(qū)域3對鋁線的保證應(yīng)力和高頻疲勞耐性做出貢獻(xiàn)。

從金屬的高溫疲勞特性的觀點(diǎn)來看，由小晶粒區(qū)域組成的金屬微結(jié)構(gòu)在高溫形變時發(fā)生晶粒邊界滑移，因此蠕變耐性低。因此當(dāng)金屬材料用于高溫及振動環(huán)境等時，需要晶粒達(dá)到特定的尺寸。

因此，在本實(shí)施方式的鋁線1中，金屬微結(jié)構(gòu)具有大平均晶粒尺寸的大晶粒區(qū)域2形成為內(nèi)層。大晶粒區(qū)域2對鋁線1的延展性和蠕變耐性做出貢獻(xiàn)。由此，大晶粒區(qū)域2能夠補(bǔ)償小晶粒區(qū)域3的低蠕變耐性。

如上所述，在本實(shí)施方式的鋁線1中，其中心的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸大于其外周的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸。另外，鋁線1包括作為內(nèi)層的大晶粒區(qū)域2和作為外層的小晶粒區(qū)域3。作為中心的金屬微結(jié)構(gòu)的大晶粒區(qū)域2提高了鋁線1的延展性和蠕變耐性，同時作為外周的金屬微結(jié)構(gòu)的小晶粒區(qū)域3提高了鋁線1的保證應(yīng)力和高頻疲勞耐性。因此，鋁線1整體上具有高機(jī)械強(qiáng)度和良好的斷裂伸長率，以及對高頻疲勞和高溫蠕變的耐性。鋁線1還發(fā)揮了高耐熱性、高耐彎折性和高耐振動性。

在一些情況下，鋁線1中大晶粒區(qū)域2和小晶粒區(qū)域3之間的邊界沒有明確的區(qū)分。但是，在本實(shí)施方式中，僅需要將鋁線1構(gòu)造為使得鋁線1中心的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸大于其外周的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸。當(dāng)大晶粒尺寸的金屬微結(jié)構(gòu)位于鋁線1的中心并且小晶粒尺寸的金屬微結(jié)構(gòu)位于鄰近鋁線1的表面1a的外周時，中心的金屬微結(jié)構(gòu)能夠提高延展性和蠕變耐性，同時外周的金屬微結(jié)構(gòu)能夠提高保證應(yīng)力和高頻疲勞耐性。

本文中，對鋁線1中心的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸沒有特別限定，但是舉例來說，優(yōu)選為2～50μm，并且更優(yōu)選為2～10μm。對構(gòu)成大晶粒區(qū)域2的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸沒有特別限定，但是舉例來說，優(yōu)選為2～50μm，并且更優(yōu)選為2～10μm。將晶粒尺寸設(shè)定在上述范圍內(nèi)能夠進(jìn)一步提高鋁線1的低頻疲勞耐性、耐熱性和延展性。

對鋁線1外周的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸沒有特別限定，但是舉例來說，優(yōu)選為10μm以下，并且更優(yōu)選為0.5～5μm。對構(gòu)成小晶粒區(qū)域3的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸沒有特別限定，只要其小于構(gòu)成大晶粒區(qū)域2的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸即可。例如，構(gòu)成小晶粒區(qū)域3的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸優(yōu)選為10μm以下，并且更優(yōu)選為0.5～5μm。將晶粒尺寸設(shè)定在上述范圍內(nèi)能夠進(jìn)一步提高鋁線1的高頻疲勞耐性和耐振動性。金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸是在面積比的基礎(chǔ)上通過加權(quán)求積法計(jì)算的。

一般來說，由于在拉絲工藝中的壓縮應(yīng)力，許多由具有面心立方晶格(fcc)結(jié)構(gòu)的金屬或合金組成的電線材料傾向于具有原子緊密堆積的、平行于每條電線材料的徑向截面的(111)。通過拉絲工藝中的壓縮應(yīng)力獲得的具有與徑向截面平行的(111)的晶粒，由于壓縮應(yīng)力而在徑向截面中變得精細(xì)。但是，這樣的晶粒的表面能不穩(wěn)定，因此在外部熱量下是不穩(wěn)定的。由此，包含具有與徑向截面平行的(111)紋理的晶粒的鋁線材料能夠由于熱量而改變紋理。為使電線材料的具有與徑向截面平行的(111)紋理的精細(xì)晶粒熱穩(wěn)定，有效的是，在具有與徑向截面平行的(111)紋理的晶粒及其晶粒邊界內(nèi)分散許多高機(jī)械強(qiáng)度的顆粒(釘扎顆粒)。

如上所述，(001)晶面比(111)晶面更加熱穩(wěn)定。由此，在鋁線1中優(yōu)選的是，構(gòu)成對高溫蠕變耐性做出貢獻(xiàn)的構(gòu)成大晶粒區(qū)域2的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒具有平行于徑向截面的(001)紋理。另外，優(yōu)選的是，構(gòu)成鋁線1的外周和小晶粒區(qū)域3的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒主要具有平行于徑向截面的(111)、(211)或(311)紋理。在下文中，分別將具有平行于徑向截面的(001)、(111)、(211)或(311)紋理的晶粒也稱作(001)、(111)、(211)或(311)定向晶粒。換句話說，優(yōu)選的是，鋁線1具有同心結(jié)構(gòu)，該同心結(jié)構(gòu)包括晶粒主要為(001)定向的大晶粒區(qū)域2和晶粒主要為(111)、(211)或(311)定向的小晶粒區(qū)域3。(111)、(211)和(311)定向晶粒區(qū)域?yàn)樘岣咪X線1的高頻疲勞耐性和保證應(yīng)力做出貢獻(xiàn)，同時(001)定向晶粒區(qū)域?yàn)樘岣咪X線1的蠕變耐性做出貢獻(xiàn)。通過上述晶體狀態(tài)，鋁線1整體上具有高機(jī)械強(qiáng)度和良好的斷裂伸長率，以及對高頻疲勞和高溫蠕變的耐性。

本文中，優(yōu)選的是，在鋁線1的垂直于其縱向截面的徑向截面中，小晶粒區(qū)域3的徑向截面積(A_small)相對于大晶粒區(qū)域2的徑向截面積(A_large)和小晶粒區(qū)域3的徑向截面積(A_small)的總和(A_total)滿足式(1)的關(guān)系：

0.10≤A_small/A_total≤0.99 (1)

如上所述，由于拉絲結(jié)構(gòu)的等軸晶粒，大晶粒區(qū)域2為提高耐熱性和延展性做出貢獻(xiàn)，同時小晶粒區(qū)域3為提高高頻疲勞耐性和耐振動性做出貢獻(xiàn)。由此，控制大晶粒區(qū)域2和小晶粒區(qū)域3的比率能夠成功地平衡上述相互矛盾的特性。通過使小晶粒區(qū)域3的截面積比率滿足上述關(guān)系，能夠提高鋁線1的高頻特性、延展性和耐熱性。

更優(yōu)選地，小晶粒區(qū)域3的徑向截面積(A_small)相對于大晶粒區(qū)域2的徑向截面積(A_large)和小晶粒區(qū)域3的徑向截面積(A_small)的總和(A_total)滿足式(2)的關(guān)系：

0.34≤A_small/A_total≤0.99 (2)

對本實(shí)施方式的鋁電線10的鋁線1的金屬微結(jié)構(gòu)的組成沒有特別限定，只有鋁線1包括大晶粒區(qū)域2和小晶粒區(qū)域3即可。但是，優(yōu)選的是，構(gòu)成鋁線1的鋁合金由作為基體的鋁錠和加入其中的預(yù)定元素組成。

鋁錠優(yōu)選為純度為99.7質(zhì)量％以上的純鋁。具體地，鋁錠優(yōu)選為純度在JIS H2102(重熔鋁錠)規(guī)定的純鋁錠中的1級以上的鋁錠。其具體實(shí)例為純度為99.7質(zhì)量％的1級鋁錠、純度為99.85質(zhì)量％以上的特2級鋁錠、以及純度為99.90質(zhì)量％以上的特1級鋁錠。

優(yōu)選地，向鋁錠組成的基體中添加選自由鈦(Ti)、鐵(Fe)、鋯(Zr)、銅(Cu)和硅(Si)所組成的組中的至少一種元素。包含鈦使鋁合金的晶粒細(xì)微化，并且減小晶粒尺寸分布，從而提高強(qiáng)度和伸長率。通過在鋁合金中包含鈦，從而提高鋁合金的加工性，并且減少了制造時鋁合金線的斷裂。固溶性限度低的鐵用作主要強(qiáng)化晶粒邊界的強(qiáng)化機(jī)制。因此包含鐵能夠提高鋁線1的強(qiáng)度而不使電導(dǎo)率下降。鋯對于提高耐熱性是有效的，并且通過強(qiáng)化晶粒邊界提高鋁線1的強(qiáng)度。包含銅能夠通過沉淀硬化來提高強(qiáng)度。硅與鋁形成固溶體，從而提高鋁線1的強(qiáng)度。

本實(shí)施方式中使用的鋁合金中能夠包含的不可避免的雜質(zhì)為鋅(Zn)、鎳(Ni)、錫(Sn)、釩(V)、鎵(Ga)、硼(B)和鈉(Na)等。本發(fā)明的鋁合金不可避免地包含這些雜質(zhì)，但是雜質(zhì)少到不能損害本發(fā)明的效果、以及不特別地影響鋁合金的特性的程度。不可避免的雜質(zhì)包括在所使用的純鋁錠中已經(jīng)包含的元素。

本實(shí)施方式的鋁電線10可以包括由一條鋁線1組成的單線作為導(dǎo)體，或者也可以包括由多條絞合的鋁線1組成的線股。線股可以是下列中的任一種：同心線股，包括圍繞一條或幾條鋁線同心放置的鋁線；集合線股，包括在同一方向絞合在一起的多條鋁線；或者復(fù)合線股，包括圍繞一條或幾條集合線股同心放置的多條集合線股。

根據(jù)本實(shí)施方式的鋁電線10可以是包括如圖1所示的鋁線1的裸線。如圖2所示，本實(shí)施方式的鋁電線10可以包括鋁線1和絕緣層11，該絕緣層11作為覆蓋鋁線1的圓周的包覆材料。

對覆蓋鋁電線10的圓周的絕緣層11的材料和厚度沒有特別限定，只要絕緣層11確保鋁電線10的電氣絕緣即可。構(gòu)成樹脂層11的樹脂材料的實(shí)例為：氯乙烯、耐熱氯乙烯、交聯(lián)氯乙烯、聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯、聚乙烯泡沫、交聯(lián)聚乙烯泡沫、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龍)、聚偏二氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯、全氟烷氧基烷烴、天然橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠、乙烯丙烯橡膠、氯磺酸聚乙烯橡膠和硅酮橡膠。絕緣體11可以由上述物質(zhì)中的任一種或者兩種以上的組合而組成。

優(yōu)選地，本實(shí)施方式的鋁電線10的鋁線1的拉伸強(qiáng)度為230MPa以上、0.2-保證應(yīng)力為150MPa以上、電導(dǎo)率為30％IACS以上、并且伸長率為7％以上。具有這樣的拉伸強(qiáng)度、0.2-保證應(yīng)力和伸長率的鋁線的機(jī)械強(qiáng)度提高，并且在安裝至車體期間或安裝之后不容易斷裂。由此，本實(shí)施方式的鋁電線10適用于反復(fù)彎折的部分，諸如車輛的門鉸鏈附近的部分，以及振動部分，諸如發(fā)動機(jī)艙。另外，本實(shí)施方式的鋁電線10的電導(dǎo)率為30％IACS以上，因此適用于車輛用電線。根據(jù)JIS Z2241(金屬材料拉伸測試)來測量拉伸強(qiáng)度、0.2-保證應(yīng)力和伸長率(斷裂伸長率)。根據(jù)JIS H0505(非鐵材料電阻率和電導(dǎo)率的測量方法)來測量電導(dǎo)率。

對本實(shí)施方式的鋁電線10的鋁線1的最終直徑?jīng)]有特別限定。根據(jù)本實(shí)施方式的鋁線具有高機(jī)械性質(zhì)，包括拉伸強(qiáng)度和伸長率，并且能夠做成細(xì)的。例如，最終直徑能夠設(shè)定為0.1～1.0mm。

本實(shí)施方式的鋁電線10包括鋁線1。在鋁線1的垂直于其縱向截面的徑向截面中，其中心的金屬微結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸大于其外周。由此構(gòu)造的鋁電線10的機(jī)械性質(zhì)為拉伸強(qiáng)度為230MPa以上并且伸長率為7％以上。因此，鋁電線10適用于徑向截面積小于0.75sq(mm²)的電線。例如，本實(shí)施方式的鋁電線適用于0.5sq、0.35sq或者更細(xì)的尺寸。本實(shí)施方式的鋁電線10具有高頻疲勞耐性、延展性和高溫蠕變耐性，因此適合用于車輛中的高溫振動部分。

[鋁電線的制造方法]

對根據(jù)本實(shí)施方式的鋁電線10中使用的鋁線1的制造方法進(jìn)行描述。首先，通過連續(xù)鑄造和輥軋等將鋁合金鑄造為具有預(yù)定直徑的盤條。對盤條的直徑?jīng)]有特別限定，并且可以是例如φ3mm或φ8mm的任意直徑。能夠通過向鋁錠添加預(yù)定元素，按照常用工藝來鑄造鋁合金。

接下來，對盤條進(jìn)行細(xì)線化處理。具體地，使用模具對盤條進(jìn)行拉絲，以產(chǎn)生鋁線。例如，鋁線的直徑能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)整至φ0.1mm～φ1.0mm的范圍內(nèi)。細(xì)線化處理的條件取決于鋁合金的強(qiáng)度、加工硬化程度、模具的形狀以及拉絲油的潤滑性。

對進(jìn)行了細(xì)線化處理的鋁線進(jìn)行最終熱處理。通過控制最終熱處理的溫度和時間，能夠改變大晶粒區(qū)域2和小晶粒區(qū)域3的比率。需要取決于期望的大晶粒區(qū)域2和小晶粒區(qū)域3的比率、鋁線直徑和鋁線的金屬組成，來調(diào)整最終熱處理的條件。但是，最終熱處理優(yōu)選為在260℃～340℃進(jìn)行一小時以上。通過進(jìn)行如上所述的最終熱處理，所獲得的鋁線具有位于中心的大晶粒區(qū)域和位于周邊的小晶粒區(qū)域。

為了提高細(xì)線化處理的加工性，可以在細(xì)線化處理之前對盤條進(jìn)行退火?？梢允褂眠B續(xù)退火爐進(jìn)行退火。例如，以預(yù)定速度將盤條輸送通過加熱爐，從而在預(yù)定區(qū)域加熱進(jìn)行退火。例如，加熱方式為高頻加熱爐。能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分批退火。對輸送速度、退火溫度和時間等沒有特別限定，并且對退火后的冷卻條件也沒有特別限定。退火溫度優(yōu)選為260℃～340℃，退火時間優(yōu)選為1～10小時。

[線纜]

接下來，對根據(jù)本實(shí)施方式的線纜進(jìn)行描述。如圖3所示，根據(jù)本實(shí)施方式的線纜20包括：成束的多條鋁電線10(10a、10b和10c)；以及護(hù)套21，其作為包裹成束的多條鋁電線10的包覆材料。對護(hù)套21的材料沒有特別限定，并且可以是與上述絕緣層11的材料類似的物質(zhì)。鋁電線10和線纜20優(yōu)選地用于需要高強(qiáng)度、高耐久性和高電導(dǎo)率的車輛用線束。

在下文中，使用實(shí)施例的方式更具體地描述本發(fā)明。本發(fā)明不限于下列實(shí)施例。

[鋁線的制備]

(實(shí)施例1)

熔化高純鋁(4N)并且添加預(yù)定量的鎂、錳和鉻用于鑄造，生成包含2.6質(zhì)量％鎂、0.28質(zhì)量％錳和0.096質(zhì)量％鉻并且直徑為25mm、長度為20cm的鋁合金。

接下來，將每個鋁合金輥軋成直徑為8mm的盤條。將所獲得的盤條在350℃退火一小時。然后使用模具將盤條細(xì)線化為直徑為0.32mm的鋁線。

對所獲得的鋁線在150℃、200℃、250℃、300℃、350℃和400℃的溫度加熱一小時而進(jìn)行最終熱處理，得到六種作為測試件的鋁線。

(實(shí)施例2)

熔化高純鋁(4N)并且添加預(yù)定量的鎂和錳用于鑄造，生成包含2.5質(zhì)量％鎂和0.41質(zhì)量％錳并且直徑為25mm、長度為20cm的鋁合金。

接下來，將每個鋁合金輥軋成直徑為8mm的盤條。將所獲得的盤條在350℃退火一小時。然后使用模具將盤條細(xì)線化為直徑為0.32mm的鋁線。

對所獲得的鋁線在200℃、250℃和300℃的溫度加熱一小時而進(jìn)行最終熱處理，得到三種作為測試件的鋁線。

[評價(jià)]

(觀察徑向截面)

用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察實(shí)施例1中的在250℃、300℃和350℃下的最終熱處理后獲得的測試件的截面。其結(jié)果在圖4A至4C、圖5和圖6中示出。如圖4A所示，當(dāng)最終熱處理溫度為250℃時，測試件的整個截面上的晶粒小，并且沒有形成大晶粒區(qū)域。另一方面，如圖4B所示，當(dāng)最終熱處理溫度為300℃時，晶粒從截面的中心開始生長，并且中心的平均晶粒尺寸大于外周的平均晶粒尺寸。另外，顯示了在中心形成了大晶粒區(qū)域2，并且在外周形成了小晶粒區(qū)域3。圖4C示出當(dāng)最終熱處理溫度為350℃時，中心的晶粒生長增加，并且大晶粒區(qū)域2的面積增加。

圖5示出在300℃和350℃下的最終熱處理后獲得的測試件的徑向截面的SEM圖像，以及小晶粒區(qū)域的徑向截面積(A_small)與大晶粒區(qū)域的徑向截面積(A_large)和小晶粒區(qū)域的徑向截面積(A_small)的總和(A_total)的比率。如圖5所示，在這些測試件中，同心地形成了位于中心的大晶粒區(qū)域和位于外周的小晶粒區(qū)域。隨著最終熱處理溫度的增加，中心的晶粒生長進(jìn)行的更多，由此減少了小晶粒區(qū)域的比率。另外，顯示了大晶粒區(qū)域與小晶粒區(qū)域的比率是受最終熱處理溫度控制的。

圖6示出在300℃下的最終熱處理后獲得的測試件的徑向截面的SEM圖像，以及金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸與徑向位置之間的關(guān)系。在圖6的圖表中，徑向位置以鋁線的中心設(shè)定為0μm而定義。如圖6所示，大晶粒區(qū)域的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸為約7～14μm，并且特別地在大晶粒區(qū)域的中心為最大。小晶粒區(qū)域的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸為約2～5μm。圖6示出金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸隨著從測試件的中心向外周的距離而下降。

(測定金屬微結(jié)構(gòu)的定向)

使用電子背散射衍射(EBSD)，測量在250℃、300℃和400℃下的最終熱處理后獲得的測試件的徑向截面的金屬微結(jié)構(gòu)定向。其結(jié)果在圖7A中示出。如圖7A和7B所示，在250℃下的最終熱處理后獲得的測試件中，晶粒整體上主要為(111)定向。在400℃下的最終熱處理后獲得的測試件沒有整體定向。

關(guān)于在300℃下的最終熱處理后獲得的測試件，在外周的小晶粒區(qū)域中保持了(111)定向、(211)定向或者(311)定向，同時在中心的大晶粒區(qū)域中(001)定向的晶粒增加并且成為主要的。大晶粒區(qū)域的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒與小晶粒區(qū)域相比，主要為(001)定向。小晶粒區(qū)域的金屬微結(jié)構(gòu)的晶粒與大晶粒區(qū)域相比，更多為(111)定向、(211)定向和(311)定向。在fcc結(jié)構(gòu)的晶面的熱穩(wěn)定性方面，(111)定向的晶粒在低溫范圍內(nèi)穩(wěn)定，而(001)定向的晶粒在高溫范圍內(nèi)穩(wěn)定。

用SEM觀察觀察實(shí)施例2中的在200℃、250℃和300℃下的最終熱處理后獲得的測試件的徑向截面。其結(jié)果在圖8A至8C和圖9中示出。如圖8A和8B所示，當(dāng)最終熱處理溫度為200℃和250℃時，每個測試件的整個徑向截面上的晶粒小，并且沒有形成大晶粒區(qū)域。如圖8C所示，當(dāng)最終熱處理溫度為300℃時，晶粒從徑向截面的中心開始生長，并且在中心形成大晶粒區(qū)域2同時在外周形成小晶粒區(qū)域3。

圖9示出在300℃下的最終熱處理后獲得的測試件的徑向截面的SEM圖像，以及小晶粒區(qū)域的徑向截面積(A_small)與大晶粒區(qū)域的徑向截面積(A_large)和小晶粒區(qū)域的徑向截面積(A_small)的總和(A_total)的比率。如圖9所示，確認(rèn)了該測試件以與實(shí)施例1相似的方式，同心地形成了位于中心的大晶粒區(qū)域和位于外周的小晶粒區(qū)域。

(測定電導(dǎo)率)

根據(jù)JIS J0505測量實(shí)施例1的在150℃、200℃、250℃、300℃、350℃和400℃下的最終熱處理后獲得的測試件的電導(dǎo)率。測量結(jié)果在圖10和表1中示出。以相似的方式測量實(shí)施例1中的未進(jìn)行最終熱處理的鋁線的電導(dǎo)率，并且其結(jié)果在圖10和表1中示出。如圖10所示，全部測試件的電導(dǎo)率都為30％IACS以上，并且顯示了電導(dǎo)率隨著最終熱處理溫度的增加而增加。在250℃以上的最終熱處理后獲得的測試件的電導(dǎo)率為32.50％IACS以上。

表1

根據(jù)JIS J0505測量實(shí)施例2的在300℃下的最終熱處理后獲得的測試件的電導(dǎo)率。測量結(jié)果在表2中示出。同樣顯示了實(shí)施例2的在300℃下的最終熱處理后獲得的測試件的電導(dǎo)率為32.50％IACS以上。

表2

(彎折試驗(yàn))

對實(shí)施例1和2的測試件進(jìn)行如圖11A至11C所示的彎折試驗(yàn)，以測量每個測試件的彎折應(yīng)變和測試件折斷時的彎折循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系。具體地，首先，如圖11A所示，將直線的測試件10A置于彎折R夾具30的一側(cè)。其次，如圖11B所示，將彎折R夾具30繞著符號O旋轉(zhuǎn)，使測試件10A向一側(cè)彎折90度。然后將彎折R夾具30繞著符號O旋轉(zhuǎn)回初始位置，使測試件10A回復(fù)直線位置。對測試件10A重復(fù)進(jìn)行圖11A至11C所示的循環(huán)，測定測試件10A折斷時的循環(huán)次數(shù)。每個彎折的測試件的彎折應(yīng)變能夠通過改變彎折R夾具30的直徑來控制。

圖12和表3示出實(shí)施例1的在300℃、350℃和400℃下的最終熱處理后獲得的測試件的彎折應(yīng)變和彎折循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系。圖12顯示，當(dāng)彎折應(yīng)變?yōu)?％以下時，包括大晶粒區(qū)域2和小晶粒區(qū)域3的在300℃和350℃下的最終熱處理后獲得的測試件的彎折循環(huán)次數(shù)多，彎曲性優(yōu)秀。由于這些測試件的截面積滿足式(2)的關(guān)系，確認(rèn)了滿足該關(guān)系能夠提高彎曲性。

表3

表4示出實(shí)施例2的最終熱處理溫度為300℃時獲得的測試件的彎折應(yīng)變和彎折循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系。表4顯示，當(dāng)彎折應(yīng)變?yōu)?％以下時彎折循環(huán)次數(shù)多，測試件具有優(yōu)秀的彎曲性。

表4

(測定拉伸強(qiáng)度和0.2％保證應(yīng)力)

根據(jù)JIS Z2241測量實(shí)施例1的在150℃、200℃、250℃、300℃、350℃和400℃下的最終熱處理后獲得的測試件的拉伸強(qiáng)度和0.2％保證應(yīng)力。測量結(jié)果在圖13和表1中示出。以相似的方式測量實(shí)施例1中的未進(jìn)行最終熱處理的鋁線的拉伸強(qiáng)度和0.2％保證應(yīng)力，并且其結(jié)果在圖13和表1中示出。如圖13所示，隨著最終熱處理溫度增加，拉伸強(qiáng)度和0.2％保證應(yīng)力趨向于降低。但是，顯示了當(dāng)鋁線包括大晶粒區(qū)域和小晶粒區(qū)域兩者時，保持了高強(qiáng)度。

據(jù)JIS Z2241測量實(shí)施例2的在300℃下的最終熱處理后獲得的測試件的拉伸強(qiáng)度和0.2％保證應(yīng)力。測量結(jié)果在表2中示出。表2顯示了實(shí)施例2也能夠保持高強(qiáng)度。

(測定斷裂伸長率)

根據(jù)根據(jù)JIS Z2241測量實(shí)施例1的在150℃、200℃、250℃、300℃、350℃和400℃下的最終熱處理后獲得的測試件的斷裂伸長率。測量結(jié)果在圖14和表1中示出。以相似的方式測量實(shí)施例1中的未進(jìn)行最終熱處理的鋁線的斷裂伸長率，并且其結(jié)果在圖14和表1中示出。如圖14所示，隨著最終熱處理溫度增加，斷裂伸長率趨向于降低。在250℃、300℃、350℃和400℃下的最終熱處理后獲得的測試件的斷裂伸長率(伸長百分率)為7％以上。這些結(jié)果顯示，隨著大晶粒區(qū)域的比率增加，伸長百分率提高，并且彎曲性提高。

根據(jù)JIS Z2241測量實(shí)施例2的最終熱處理溫度300℃時獲得的測試件的斷裂伸長率。其結(jié)果在表2中示出。表2顯示了實(shí)施例2的斷裂伸長率(伸長百分率)也為7％以上。

以上描述了本發(fā)明的實(shí)施方式。但是，本發(fā)明可以體現(xiàn)為其他特定形式而不背離其精神和本質(zhì)特征。因此，上述實(shí)施例在所有方面視為說明性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由隨附的權(quán)利要求書而不是由前面的描述指明，并且意圖將進(jìn)入權(quán)利要求書的意義和等同范圍之內(nèi)的所有變化涵蓋在本發(fā)明中。

另外，本發(fā)明的實(shí)施方式中描述的效果僅列出本發(fā)明所能實(shí)現(xiàn)的最佳效果。因此，本發(fā)明的效果不限于本發(fā)明的實(shí)施方式中描述的效果。