アルミニウム合金製導電体及びその製造方法
【課題】従来よりも低コストで、かつ従来と同等の耐食性及び接続部での低接触抵抗を有するアルミニウム合金製導電体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｓｉ０．３〜０．８ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．３５〜１．００ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．１〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｕ０．１２〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらにＭｎ０．１〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｒ０．１〜０．３ｍａｓｓ％の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金材２と、当該アルミニウム合金材２の表面に形成され、厚さ０．１〜１．５μｍで皮膜中のＡｌ以外の金属元素の合計が平均１．０ｍａｓｓ％以下であるベーマイト皮膜３とを含むことを特徴とするアルミニウム合金製導電体１、ならびに、その製造方法。
【解決手段】Ｓｉ０．３〜０．８ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．３５〜１．００ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．１〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｕ０．１２〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらにＭｎ０．１〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｒ０．１〜０．３ｍａｓｓ％の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金材２と、当該アルミニウム合金材２の表面に形成され、厚さ０．１〜１．５μｍで皮膜中のＡｌ以外の金属元素の合計が平均１．０ｍａｓｓ％以下であるベーマイト皮膜３とを含むことを特徴とするアルミニウム合金製導電体１、ならびに、その製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器のブレーカーの接続等、電流を通電するために用いられるアルミニウム合金製導電体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器のブレーカーの接続等、電流を通電するために用いられる導電体としては、純銅製にかわり、軽量なアルミニウム合金製のものが使用されている。アルミニウム合金製の導電体は、アルミニウム合金材の表面にＮｉとＳｎめっき皮膜を設けたもの（特許文献１）がある。めっき皮膜は、アルミニウム製導電体の耐食性を高める目的と、接続部の低接触抵抗を確保する目的がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５５７１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、変圧器の製造メーカからは、導電体の低コスト化の要求がある。一方、Ｎｉなどの希少金属は高価であり、Ｎｉめっきを設けた従来のアルミニウム合金製導電体は低コスト化の要求に反する。さらに、希少金属は資源の枯渇が懸念されている。そのため、従来のめっき皮膜を廃止し、低コストの導電体を提供する必要がある。そこで本発明は、めっき皮膜を設けることなく、従来よりも低コストで、かつ従来と同等の耐食性及び接続部での低接触抵抗を有するアルミニウム合金製導電体及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者ら鋭意検討の結果、従来よりも低コストで、かつ従来と同等の耐食性及び接続部での低接触抵抗を有するアルミニウム合金製導電体及びその製造方法を見出した。
【０００６】
すなわち、本発明は請求項１において、Ｓｉ０．３〜０．８ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．３５〜１．００ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．１〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｕ０．１２〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらにＭｎ０．１〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｒ０．１〜０．３ｍａｓｓ％の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金材と、当該アルミニウム合金材の表面に形成され、厚さ０．１〜１．５μｍで皮膜中のＡｌ以外の金属元素の合計が平均１．０ｍａｓｓ％以下であるベーマイト皮膜とを含むことを特徴とするアルミニウム合金製導電体とした。
【０００７】
また、本発明は請求項２において、請求項１に記載のアルミニウム合金製導電体の製造方法において、アルミニウム合金材の表面を脱脂処理した後に、当該アルミニウム合金材の表面に、導電率１０μＳ／ｃｍ以下で温度８０〜１００℃の水を平均圧力０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上で３〜１２０分間の累積時間で接触させることを特徴とするアルミニウム合金製導電体の製造方法とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来のアルミニウム合金材を適用することで導電体としての性能を確保する一方、従来のめっき皮膜を廃止しベーマイト皮膜を設けることで、導電体として低コスト化が可能となる。ベーマイト皮膜は、厚さ０．１〜１．５μｍで、皮膜中に含有するＡｌ以外の金属元素の合計を平均１．０ｍａｓｓ％以下とすることで、従来のめっき皮膜と同等以上の耐食性と接続部での低接触抵抗を備える。このベーマイト皮膜は、アルミニウム合金材を脱脂処理を施した後に、導電率１０μＳ／ｃｍ以下で温度８０〜１００℃の水を０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上で３〜１２０分間の累積時間でアルミニウム合金材表面に接触させることで得られる。以上により、従来よりも低コストで、かつ従来と同等の耐食性及び接続部での低接触抵抗を有するアルミニウム合金製導電体とその製造方法を提供することができる。本発明に係るアルミニウム合金製導電体は、特に変圧器のブレーカーの接続用途として優れた性能を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るアルミニウム合金製導電体の模式図である。
【図２】本発明に用いるアルミニウム合金材の模式図である。
【図３】本発明に係るアルミニウム合金製導電体の模式図である。
【図４】本発明に係るアルミニウム合金製導電体の製造方法の一例を示す模式図である。
【図５】本発明に係るアルミニウム合金製導電体と純銅製板材との接続方法の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
Ａ．アルミニウム合金材
一般的に使用されている導電体用のアルミニウム合金としては、材料強度が高く、導電率の高いＪＩＳ ６１０１合金が知られている。さらに、ボルト締め付け部の変形が小さい（耐クリープ性が良好な）合金が、本発明には好適に適用できる。
【００１１】
材料強度や成形性に関する機械的性質は、ＪＩＳ ６１０１合金の規格を基準とし、基準以上であることが好ましい。例えば板厚ｔが５ｍｍの板材の場合、引張試験において、引張強度は１９５Ｎ／ｍｍ２以上、耐力は１６５Ｎ／ｍｍ２以上、伸びは１０％以上、曲げ試験において、内側半径１０ｍｍ（２ｔ）を満足することが好ましい。導電率は、ＪＩＳ ６１０１合金の規格以上が好ましく、具体的には５５％ＩＡＣＳ以上である。なお、導電率は高ければ高いほど、導電体の断面積を小さくでき、軽量化できるのでよいが、導電率が３０％ＩＡＣＳを超える程度の値であれば、銅製の導電率に対して軽量化が可能となる。
【００１２】
次に、合金組成について説明する。合金組成はＳｉ０．３〜０．８ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．３５〜１．００ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．１〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｕ０．１２〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらにＭｎ０．１〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｒ０．１〜０．３ｍａｓｓ％の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなる。
【００１３】
ＳｉとＭｇは材料強度を高めるために添加される。Ｓｉが０．３ｍａｓｓ％未満又はＭｇが０．３５ｍａｓｓ％未満では、材料強度が低下し導電体として不適切となる。Ｓｉが０．８ｍａｓｓ％を超えるか又はＭｇが１．００ｍａｓｓ％を超えると、導電率が低下し、また成形性が低下するので不適切である。
【００１４】
ＦｅとＣｕは耐クリープ性を高めるために添加される。Ｆｅが０．１ｍａｓｓ％未満又はＣｕが０．１２ｍａｓｓ％未満では、耐クリープ性が低下するため不適切である。Ｆｅが０．６ｍａｓｓ％を超えるか又はＣｕが０．５０ｍａｓｓ％を超えると、成形性が低下するので不適切である。
【００１５】
ＭｎとＺｒは耐クリープ性をさらに高めるために添加される。ＭｎとＺｒの１種又は２種が０．１ｍａｓｓ％未満では、耐クリープ性が不足するため不適切である。ＭｎとＺｒの１種又は２種が０．３ｍａｓｓ％を超えると、成形性が低下するので不適切である。
【００１６】
アルミニウム合金材の形態は、圧延材または押出材のいずれも好適に用いられる。熱処理は、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ８のいずれも好適に用いられる。
【００１７】
次に製造方法について説明する。圧延材の場合には、アルミニウム合金のスラブを鋳造し、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、溶体化処理を行い、その後時効硬化処理（Ｔ６）又は冷間圧延と時効硬化処理（Ｔ８）を行う。
鋳造は、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）、電磁場鋳造法、水平連続鋳造法等が好適に適用できる。均質化処理は、鋳造時に生成したミクロ偏析を解消する等の目的で行う。５００〜５５０℃で１〜２４時間程度保持するのが好ましい。５００℃未満ではミクロ偏析の解消が不十分となる場合があり、５５０℃を超えるとアルミニウム合金が熔融する危険がある。熱間圧延と冷間圧延により、所望の厚さの板材にする。なお、冷間圧延前又は冷間圧延中に、圧延により加工硬化したアルミニウム合金を軟化させる等の目的で、中間焼鈍を行ってもよい。３００〜５５０℃で１秒〜３時間程度保持する。３００℃未満ではアルミニウム合金の軟化が不十分となる場合があり、５５０℃を超えるとアルミニウム合金が熔融する危険がある。
【００１８】
溶体化処理は、アルミニウム合金中に析出したＭｇ２Ｓｉ等の化合物を固溶させる等の目的で行う。５００〜５５０℃で１秒〜１時間程度保持し、その後２００℃まで１℃／秒以上の速度で冷却する。５００℃未満では固溶が不十分となる場合があり、５５０℃を超えるとアルミニウム合金が熔融する危険がある。冷却速度が１℃／秒未満ではＭｇ２Ｓｉ等の化合物が析出し固溶が不十分となる場合がある。時効硬化処理は、Ｍｇ２Ｓｉ等の化合物を析出させアルミニウム合金の強度を高める等の目的で行う。１５０〜２５０℃で１０分〜２４時間程度保持する。１５０℃未満では析出が不十分となる場合があり、２５０℃を超えると析出する化合物が粗大となり強度が低下する場合がある。
【００１９】
押出材の場合には、アルミニウム合金のビレットを鋳造し、均質化処理、熱間押出、溶体化処理、時効硬化処理（Ｔ６）を行う。或いは、鋳造、均質化処理、熱間押出、溶体化処理、冷間引抜、時効硬化処理（Ｔ８）を行う。これらに代えて、鋳造後、均質化処理、熱間押出、冷却、時効硬化処理（Ｔ５）を行う。
【００２０】
Ｔ６材とＴ８材の場合には、鋳造、均質化処理、溶体化処理、時効硬化処理は圧延材と同様に行う。Ｔ５材の場合には、鋳造、均質化処理、時効硬化処理は圧延材と同様に行うが、溶体化処理は省略する。熱間押出時の発熱によりアルミニウム合金中の化合物を固溶させることができるためである。熱間押出時の温度は５００〜５５０℃が好ましい。熱間押出後は２００℃まで１℃／秒以上の速度で冷却する。理由は前記溶体化処理と同様である。
【００２１】
Ｂ．ベーマイト皮膜
ベーマイト皮膜は、主にＡｌＯＯＨとＡｌ以外の金属元素から構成される。アルミニウム合金材２の表面にベーマイト皮膜３を形成したアルミニウム合金製導電体１を、図１（ａ）及び（ｂ）に示す。ベーマイト皮膜３は、基層３１と呼ばれる緻密な層と、上層３２と呼ばれる針状の層とからなる。この基層３１と上層３２を合計した厚さを、ベーマイト皮膜３の皮膜厚とする。また、ベーマイト皮膜３中のＡｌ以外の金属元素４は、アルミニウム合金材２中に添加されている金属元素、ならびに、外部からベーマイト皮膜３に侵入する金属元素に由来する。ベーマイト皮膜３は、耐食性向上の目的からアルミニウム合金材２の両面に形成される。図１、ならびに、後述する図３においては、簡略化のためアルミニウム合金材２と一方の表面に形成したベーマイト皮膜３のみを示す。
【００２２】
本発明に用いるベーマイト皮膜は、０．１〜１．５μｍの皮膜厚を有し、皮膜中のＡｌ以外の金属元素の合計を平均１．０ｍａｓｓ％以下とする。皮膜厚を０．１〜１．５μｍとする理由は、接続部で皮膜が割れることがなく耐食性が良好であり、かつ、接続部での電気的接触抵抗が小さく導電体として使用できるからである。皮膜厚が０．１μｍ未満では、接続部で皮膜が割れて耐食性が劣る。１．５μｍを超えて厚くなると接続部での電気的接触抵抗が大きくなり、導電体として使用できない。
【００２３】
次に、皮膜中のＡｌ以外の金属元素の合計を平均１．０ｍａｓｓ％以下とする理由は次の通りである。ベーマイト皮膜３中、特に基層３１にＡｌ以外の金属元素４が混入するとこの混入金属元素に起因する局所的な欠陥５が生じ、これを起点として割れ６（図１（ｂ））が進行し易くなる。割れ６がベーマイト皮膜３中に進行すると電気抵抗が大きくなり、ベーマイト皮膜３中を割れ６が貫通して皮膜表面及びアルミニウム合金材２に達すると耐食性が劣り導電体としての性能も満足できない。ベーマイト皮膜３中のＡｌ以外の金属元素４の合計を平均１．０ｍａｓｓ％以下とすることで、皮膜中の局所的な欠陥５が減少し皮膜割れ６を抑制できる。その結果、耐食性が良好で、かつ接続部での電気的接触抵抗が小さくなる。なお、耐食性及び電気的接触抵抗を悪化させる金属元素としては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ等が挙げられる。
【００２４】
Ｃ．ベーマイト皮膜の生成方法
Ｃ−１．脱脂処理
アルミニウム合金材に、まず前処理として脱脂処理を施す。前処理方法は特に限定されるものではないが、市販のアルカリ系脱脂剤や水酸化ナトリウム水溶液などが好適に用いられる。また、脱脂処理後に市販の酸系処理剤や硝酸水溶液などを用いて酸洗浄を施してもよい。脱脂処理後や酸洗浄後には、水洗浄を行うのが好ましい。
【００２５】
Ｃ−２．アルミニウム合金材表面への水の接触
前処理を施したアルミニウム合金材表面に、導電率１０μＳ／ｃｍ以下で温度８０〜１００℃の水を平均圧力０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上で３〜１２０分間の累積時間で接触させることによって、ベーマイト皮膜を生成する。接触させる水の導電率を１０μＳ／ｃｍ未満とする理由は、ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素を平均１．０ｍａｓｓ％以下に抑制するためである。接触させる水の導電率が１０μＳ／ｃｍを超えると、すなわち接触させる水中に含有する金属元素が増加すると、ベーマイト皮膜中に取り込まれる金属元素も増加し、ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素を平均１．０ｍａｓｓ％以下に抑制することができない。
【００２６】
接触させる水の温度を８０〜１００℃とする理由は、耐食性が良好で、かつ電気的接触抵抗が小さいベーマイト皮膜を形成するためである。接触させる水の温度が８０℃未満では、欠陥や割れの多い皮膜となり、耐食性と電気的接触抵抗を満足しないので不適当である。一方、接触させる媒体は、アルミニウム以外の金属元素がベーマイト皮膜中に取り込まれるのを抑制するための水流を発生させる必要がある。そのため、液体であることが必要であり、１００℃を超えることができない。
【００２７】
接触させる水の平均圧力を０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上とする理由は、ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素を平均１．０ｍａｓｓ％以下に抑制するためである。図２に示すように、アルミニウム合金材２に水７を接触させると、アルミニウム合金材２中に固溶又は晶析出物として存在する金属元素４は、溶出してアルミニウム合金材２表面に浮上する。図３（ａ）に示すアルミニウム合金製導電体１のように、水の平均圧力が０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２未満の場合には、溶出してアルミニウム合金材２表面に浮上した金属元素４は、その後、ベーマイト３皮膜中に取り込まれてしまう。図３（ｂ）に示すように、水の平均圧力が０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上の場合にも、アルミニウム合金材２中に固溶又は晶析出物として存在する金属元素４は、溶出してアルミニウム合金材２表面に浮上する。しかしながら、水圧が高いので発生する水流により金属元素４はベーマイト皮膜３の表面から離脱してベーマイト皮膜中３に取り込まれ難くなる。そのため、ベーマイト皮膜３中のＡｌ以外の金属元素４が平均１．０ｍａｓｓ％以下に抑制されることになる。
【００２８】
すなわち、水の平均圧力が０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２未満の場合には、ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素の平均が１．０ｍａｓｓ％を超えるため不適当である。水の平均圧力が０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上であれば、ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素の平均を１．０ｍａｓｓ％以下とすることができる。水の平均圧力が０．２ｋｇｆ／ｃｍ２を超えるとその効果が飽和する。
【００２９】
水に接触させる累積時間を３〜１２０分とする理由は、適切な処理時間でベーマイト皮膜の皮膜厚を０．１〜１．５μｍとするためである。適切な処理時間とは、基準とする一般的なＮｉめっきの処理時間である１２０分以下となることである。１２０分を超える処理時間は生産効率が悪く不適当である。さらに、ベーマイト皮膜厚が１．５μｍを超え不適当である。接触させる累積時間が３分未満では皮膜厚が０．１μｍに達しないので不適当である。
【００３０】
Ｃ−３．アルミニウム合金材表面への水の接触方法
上記条件でベーマイト皮膜を生成するための水の接触方法について説明する。導電率１０μＳ／ｃｍ以下の水としては、イオン交換水、蒸留水、限外ろ過水、逆浸透水が好適に使用できる。
【００３１】
温度８０〜１００℃の水を平均圧力０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上で３〜１２０分間の累積時間でアルミニウム合金材に接触させる方法として、水槽にアルミニウム合金材を浸漬してバッチ処理する方法が挙げられる。すなわち、電熱ヒーターやガスバーナー等の加熱装置を備えた水槽に、導電率１０μＳ／ｃｍ以下の水を所定深さとなるように収容し、水底にアルミニウム合金材を所定時間浸漬するものである。水温は加熱装置によって８０〜１００℃に調整される。アルミニウム合金材表面の水圧は水ヘッドにより、すなわち、アルミニウム合金材表面における水の深さによって適当な圧力に調整される。水圧付加は、水槽を密閉型にして外部から加圧する方式を用いてもよい。一方、水槽中に複数本のロールを設置した巻取り方式の連続処理も可能である。この場合には、アルミニウム合金材の所定水圧における滞留時間を３〜１２０分間とすればよい。但し、これら水槽で処理を行う場合、処理開始から終了までの間、アルミニウム合金材表面に導電率が１０μＳ／ｃｍ以下の水を供給する必要がある。その手段として、水の供給口と排出口を供えた水槽が好適に使用できる。
【００３２】
上記の方法に代わって、スプレー処理を用いてもよい。スプレー処理には、市販のスプレーノズルが好適に使用できる。特に、アルミニウム合金材表面に均一にベーマイト皮膜を生成させるためには、アルミニウム合金材表面に均一に水を噴射可能なフルコーンタイプのスプレーノズルが好ましい。スプレー処理の模式図を図４に示す。温度８０〜１００℃の水をスプレーノズル８から、噴射圧力Ｐ０、噴射角度θ、アルミニウム合金材２表面までの垂直距離Ｌで噴射させた場合、アルミニウム合金材２表面に加わる平均圧力は、Ｐ＝Ｐ０／[π{（Ｌｔａｎ（θ／２）}２）]で得られる。このようなスプレー処理も、バッチ処理と連続処理が可能である。連続処理では、アルミニウム合金材２の移動速度を調整してスプレー処理されている時間を３〜１２０分間とすればよい。なお、図４では、アルミニウム合金材２の一方の表面にスプレー処理されている例を示したが、片面ずつ又は両面同時にスプレー処理が行なわれる。
【００３３】
なお、いずれの処理方法においても、処理時間は累積時間で３〜１２０分である。すなわち、間断なく処理してもよいし、１回以上の中断をもって全処理時間を複数に分けて処理してもよい。
【実施例】
【００３４】
以下に、本発明の実施例及び比較例について詳細に説明する。
【００３５】
実施例１〜１２及び比較例１３〜２３
実施例及び比較例で用いた１４種類のアルミニウム合金材（合金Ａ〜合金Ｎ）の組成を、表１に示す。アルミニウム合金材をＤＣ鋳造後に５４０℃で４時間均質化処理し、熱間圧延により板厚１０ｍｍの板材とした。次いで、冷間圧延により板厚５ｍｍの板材とし、５４０℃で１０秒間溶体化処理を施した。更に、２００℃まで２０℃／秒の冷却速度で冷却し、その後２００℃で２時間の時効硬化処理を施した。このようにしてアルミニウム合金材を調製した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
上記アルミニウム合金材について、本発明に係るアルミニウム合金製導電体自体の機械的特性である引張性能及び曲げ性能、ならびに、電気的特性である導電率を測定した。
引張試験においては、引張強度が１９５Ｎ／ｍｍ２以上、耐力が１６５Ｎ／ｍｍ２以上、伸びが１０％以上のものを合格（○）、これらのうちいずれか１項目でも満たなかったものを不合格（×）と判定した。
【００３８】
曲げ試験においては、内側半径１０ｍｍで割れが発生しなかったものを合格（○）、割れが発生したものを不合格（×）と判定した。
【００３９】
導電率測定においては、導電率が５５％ＩＡＣＳ以上のものを合格（○）、５５％ＩＡＣＳ未満のものを不合格（×）と判定した。
【００４０】
表１に示す合金Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｊ、Ｌは、上記機械的特性と電気的特性のいずれも満足した。合金ＤはＳｉ、合金ＦはＭｇが本発明の範囲に満たず、引張性能が劣った。合金ＥはＳｉ、合金Ｇは、Ｍｇが本発明の範囲を超え、曲げ性能と導電率が劣った。合金ＩはＦｅ、合金ＫはＣｕ、合金ＭとＮはそれぞれＭｎとＺｒが本発明の範囲を越え、曲げ性能が劣った。上記機械的特性及び電気的特性の少なくともいずれかを満足しなかった合金Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｋ、Ｍ、Ｎについては、アルミニウム合金製導電体自体の性能を満たさなかったのでこの時点で不適切と判断し、次の試験に供さなかった。
【００４１】
合金性能を満足した合金Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｊ、Ｌについて、アルミニウム合金材を１００ｍｍ×３０ｍｍに切り出し、径８ｍｍのボルト用穴をあけた。更に、表２に示す条件でアルミニウム合金材の両面にベーマイト皮膜を形成して試料とした。
【００４２】
【表２】
【００４３】
実施例１〜１２及び比較例１３〜２０では、市販のフルコーンタイプのスプレーノズルを用いてバッチ方式で試料の片面ずつを間断なくスプレー処理を行なった。実施例１〜４、７〜１２及び比較例１３〜２０では、噴射角度を４５℃、スプレーノズルとアルミニウム合金材表面までの垂直距離を１５ｃｍとし、ノズルの噴射圧力を１〜５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で調整した。実施例５、６では、噴射角度を３０°、スプレーノズルとアルミニウム合金材表面までの垂直距離を１０ｃｍとし、ノズルの噴射圧力を３．５〜５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で調整した。比較例２１では、ガラスビーカー中で水圧０．００５ｋｇｆ／ｃｍ２となるよう水深５ｃｍの位置で、バッチ方式の浸漬処理を間断なく行なって試料の両面を処理した。比較例２２、２３では、ベーマイト皮膜に代えて、試料の両面に一般的な方法によってめっき皮膜をそれぞれ形成した。
【００４４】
ここで、上記試料のベーマイト皮膜厚と、皮膜中のＡｌ以外の金属元素含有量を測定した。皮膜厚は、ミクロトームで断面切片を作製してＳＥＭ観察して直読した。ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素含有量は、グロー放電発光分析（ＧＤＳ）法で測定した。
【００４５】
上記試料について、他の部材と接続した際における接続部の機械的特性としての耐クリープ性、電気的特性としての接触抵抗、耐性としての耐食性を測定し、コストについても評価した。図５に示すように、試料１と純銅製１００ｍｍ×４０ｍｍ×厚さ５ｍｍの板材９を、合わせ部ＯＬ（２０ｍｍ幅）で重ね合わせ、フランジボルト１０と不図示のナットでトルク５０Ｎ・ｍで締め付けた。フランジボルト１０はＣｒめっきが施されたステンレス製で、ボルト径６ｍｍ、フランジ径１２ｍｍである。ボルト締め付け後、１２０℃で３時間保持し、室温まで冷却した後、接続部におけるＥＲ間の電気的な接触抵抗を測定した。接触抵抗２．９ｍΩ以下を合格（○）、２．９ｍΩを超えるものを不合格（×）と判定した。
【００４６】
次に、フランジボルト１０とナットの接合を外し、ボルト締め付け部の試料厚さを測定して耐クリープ性の指標としての変形率を求めた。変形率が０．３％以下の場合を合格（○）とし、０．３％より大きい場合を不合格（×）と判定した。ここで、変形率とは、試料１のボルト締め付け前における締め付け部厚さに対する、締め付け後における締め付け部厚さの減少割合を％で示したものである。
【００４７】
さらに、接続部と接続部以外の耐食性を測定した。接触抵抗を測定した試料について、塩水噴霧試験９６時間を行い、接続部と接続部以外の腐食状況を観察した。腐食が認められない場合を合格（○）、腐食が認められた場合を不合格（×）で判定した。
【００４８】
コストの評価では、一般的なＮｉめっき処理の場合を基準として、それよりも低コストの場合を合格（○）、それ以上となるコストの場合を不合格（×）で判定した。
【００４９】
以上の結果を表２に示す。実施例１〜１２では、導電率、耐クリープ性、接触抵抗、耐食性、コストのいずれも合格であった。
【００５０】
比較例１３〜１５では、合金組成が本発明の範囲外であり、耐クリープ性が劣った。
比較例１６では、水との接触時間が短いので膜厚が薄くなった。その結果、接続部で皮膜が割れて耐食性が劣った。
比較例１７では、水との接触時間が長いので膜厚が厚くなった。その結果、接続部での接触抵抗が大きくなった。
比較例１８では、水の導電率が大きくＡｌ以外の金属元素の含有量が多くなった。その結果、接触抵抗と接続部および接続部以外の耐食性が劣った。
比較例１９では、水温が低く欠陥や割れの多い皮膜が形成された。その結果、接触抵抗と接続部および接続部以外の耐食性が劣った。
比較例２０では、水圧が低くＡｌ以外の金属元素の含有量が多くなった。その結果、接触抵抗と接続部および接続部以外の耐食性が劣った。
比較例２１では、水圧が低くＡｌ以外の金属元素の含有量が多くなった。その結果、接触抵抗と接続部および接続部以外の耐食性が劣った。
比較例２２と２３では、ベーマイト皮膜に代えてめっき皮膜を用いたのでコストにおいて劣った。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のベーマイト皮膜を設けることで、従来のめっき皮膜を設けたアルミニウム製導電体と同等の耐食性と導電率を実現できる。すなわち、従来のめっき皮膜が不要となり、低コスト化が可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１……アルミニウム合金製導電体
２……アルミニウム合金材２
３……ベーマイト皮膜３
３１……基層
３２……上層
４……Ａｌ以外の金属元素
５……欠陥
６……割れ
７……水
８……スプレーノズル
９……純銅製板材
１０……フランジボルト
ＯＬ……合わせ部
ＥＲ……接触抵抗測定部
Ｐ……アルミニウム合金材表面に加わる平均圧力
Ｐ０……噴射圧力
θ……噴射角度θ
Ｌ……スプレーノズルとアルミニウム合金材表面までの垂直距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器のブレーカーの接続等、電流を通電するために用いられるアルミニウム合金製導電体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器のブレーカーの接続等、電流を通電するために用いられる導電体としては、純銅製にかわり、軽量なアルミニウム合金製のものが使用されている。アルミニウム合金製の導電体は、アルミニウム合金材の表面にＮｉとＳｎめっき皮膜を設けたもの（特許文献１）がある。めっき皮膜は、アルミニウム製導電体の耐食性を高める目的と、接続部の低接触抵抗を確保する目的がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５５７１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、変圧器の製造メーカからは、導電体の低コスト化の要求がある。一方、Ｎｉなどの希少金属は高価であり、Ｎｉめっきを設けた従来のアルミニウム合金製導電体は低コスト化の要求に反する。さらに、希少金属は資源の枯渇が懸念されている。そのため、従来のめっき皮膜を廃止し、低コストの導電体を提供する必要がある。そこで本発明は、めっき皮膜を設けることなく、従来よりも低コストで、かつ従来と同等の耐食性及び接続部での低接触抵抗を有するアルミニウム合金製導電体及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者ら鋭意検討の結果、従来よりも低コストで、かつ従来と同等の耐食性及び接続部での低接触抵抗を有するアルミニウム合金製導電体及びその製造方法を見出した。
【０００６】
すなわち、本発明は請求項１において、Ｓｉ０．３〜０．８ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．３５〜１．００ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．１〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｕ０．１２〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらにＭｎ０．１〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｒ０．１〜０．３ｍａｓｓ％の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金材と、当該アルミニウム合金材の表面に形成され、厚さ０．１〜１．５μｍで皮膜中のＡｌ以外の金属元素の合計が平均１．０ｍａｓｓ％以下であるベーマイト皮膜とを含むことを特徴とするアルミニウム合金製導電体とした。
【０００７】
また、本発明は請求項２において、請求項１に記載のアルミニウム合金製導電体の製造方法において、アルミニウム合金材の表面を脱脂処理した後に、当該アルミニウム合金材の表面に、導電率１０μＳ／ｃｍ以下で温度８０〜１００℃の水を平均圧力０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上で３〜１２０分間の累積時間で接触させることを特徴とするアルミニウム合金製導電体の製造方法とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来のアルミニウム合金材を適用することで導電体としての性能を確保する一方、従来のめっき皮膜を廃止しベーマイト皮膜を設けることで、導電体として低コスト化が可能となる。ベーマイト皮膜は、厚さ０．１〜１．５μｍで、皮膜中に含有するＡｌ以外の金属元素の合計を平均１．０ｍａｓｓ％以下とすることで、従来のめっき皮膜と同等以上の耐食性と接続部での低接触抵抗を備える。このベーマイト皮膜は、アルミニウム合金材を脱脂処理を施した後に、導電率１０μＳ／ｃｍ以下で温度８０〜１００℃の水を０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上で３〜１２０分間の累積時間でアルミニウム合金材表面に接触させることで得られる。以上により、従来よりも低コストで、かつ従来と同等の耐食性及び接続部での低接触抵抗を有するアルミニウム合金製導電体とその製造方法を提供することができる。本発明に係るアルミニウム合金製導電体は、特に変圧器のブレーカーの接続用途として優れた性能を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るアルミニウム合金製導電体の模式図である。
【図２】本発明に用いるアルミニウム合金材の模式図である。
【図３】本発明に係るアルミニウム合金製導電体の模式図である。
【図４】本発明に係るアルミニウム合金製導電体の製造方法の一例を示す模式図である。
【図５】本発明に係るアルミニウム合金製導電体と純銅製板材との接続方法の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
Ａ．アルミニウム合金材
一般的に使用されている導電体用のアルミニウム合金としては、材料強度が高く、導電率の高いＪＩＳ ６１０１合金が知られている。さらに、ボルト締め付け部の変形が小さい（耐クリープ性が良好な）合金が、本発明には好適に適用できる。
【００１１】
材料強度や成形性に関する機械的性質は、ＪＩＳ ６１０１合金の規格を基準とし、基準以上であることが好ましい。例えば板厚ｔが５ｍｍの板材の場合、引張試験において、引張強度は１９５Ｎ／ｍｍ２以上、耐力は１６５Ｎ／ｍｍ２以上、伸びは１０％以上、曲げ試験において、内側半径１０ｍｍ（２ｔ）を満足することが好ましい。導電率は、ＪＩＳ ６１０１合金の規格以上が好ましく、具体的には５５％ＩＡＣＳ以上である。なお、導電率は高ければ高いほど、導電体の断面積を小さくでき、軽量化できるのでよいが、導電率が３０％ＩＡＣＳを超える程度の値であれば、銅製の導電率に対して軽量化が可能となる。
【００１２】
次に、合金組成について説明する。合金組成はＳｉ０．３〜０．８ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．３５〜１．００ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．１〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｕ０．１２〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらにＭｎ０．１〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｒ０．１〜０．３ｍａｓｓ％の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなる。
【００１３】
ＳｉとＭｇは材料強度を高めるために添加される。Ｓｉが０．３ｍａｓｓ％未満又はＭｇが０．３５ｍａｓｓ％未満では、材料強度が低下し導電体として不適切となる。Ｓｉが０．８ｍａｓｓ％を超えるか又はＭｇが１．００ｍａｓｓ％を超えると、導電率が低下し、また成形性が低下するので不適切である。
【００１４】
ＦｅとＣｕは耐クリープ性を高めるために添加される。Ｆｅが０．１ｍａｓｓ％未満又はＣｕが０．１２ｍａｓｓ％未満では、耐クリープ性が低下するため不適切である。Ｆｅが０．６ｍａｓｓ％を超えるか又はＣｕが０．５０ｍａｓｓ％を超えると、成形性が低下するので不適切である。
【００１５】
ＭｎとＺｒは耐クリープ性をさらに高めるために添加される。ＭｎとＺｒの１種又は２種が０．１ｍａｓｓ％未満では、耐クリープ性が不足するため不適切である。ＭｎとＺｒの１種又は２種が０．３ｍａｓｓ％を超えると、成形性が低下するので不適切である。
【００１６】
アルミニウム合金材の形態は、圧延材または押出材のいずれも好適に用いられる。熱処理は、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ８のいずれも好適に用いられる。
【００１７】
次に製造方法について説明する。圧延材の場合には、アルミニウム合金のスラブを鋳造し、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、溶体化処理を行い、その後時効硬化処理（Ｔ６）又は冷間圧延と時効硬化処理（Ｔ８）を行う。
鋳造は、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）、電磁場鋳造法、水平連続鋳造法等が好適に適用できる。均質化処理は、鋳造時に生成したミクロ偏析を解消する等の目的で行う。５００〜５５０℃で１〜２４時間程度保持するのが好ましい。５００℃未満ではミクロ偏析の解消が不十分となる場合があり、５５０℃を超えるとアルミニウム合金が熔融する危険がある。熱間圧延と冷間圧延により、所望の厚さの板材にする。なお、冷間圧延前又は冷間圧延中に、圧延により加工硬化したアルミニウム合金を軟化させる等の目的で、中間焼鈍を行ってもよい。３００〜５５０℃で１秒〜３時間程度保持する。３００℃未満ではアルミニウム合金の軟化が不十分となる場合があり、５５０℃を超えるとアルミニウム合金が熔融する危険がある。
【００１８】
溶体化処理は、アルミニウム合金中に析出したＭｇ２Ｓｉ等の化合物を固溶させる等の目的で行う。５００〜５５０℃で１秒〜１時間程度保持し、その後２００℃まで１℃／秒以上の速度で冷却する。５００℃未満では固溶が不十分となる場合があり、５５０℃を超えるとアルミニウム合金が熔融する危険がある。冷却速度が１℃／秒未満ではＭｇ２Ｓｉ等の化合物が析出し固溶が不十分となる場合がある。時効硬化処理は、Ｍｇ２Ｓｉ等の化合物を析出させアルミニウム合金の強度を高める等の目的で行う。１５０〜２５０℃で１０分〜２４時間程度保持する。１５０℃未満では析出が不十分となる場合があり、２５０℃を超えると析出する化合物が粗大となり強度が低下する場合がある。
【００１９】
押出材の場合には、アルミニウム合金のビレットを鋳造し、均質化処理、熱間押出、溶体化処理、時効硬化処理（Ｔ６）を行う。或いは、鋳造、均質化処理、熱間押出、溶体化処理、冷間引抜、時効硬化処理（Ｔ８）を行う。これらに代えて、鋳造後、均質化処理、熱間押出、冷却、時効硬化処理（Ｔ５）を行う。
【００２０】
Ｔ６材とＴ８材の場合には、鋳造、均質化処理、溶体化処理、時効硬化処理は圧延材と同様に行う。Ｔ５材の場合には、鋳造、均質化処理、時効硬化処理は圧延材と同様に行うが、溶体化処理は省略する。熱間押出時の発熱によりアルミニウム合金中の化合物を固溶させることができるためである。熱間押出時の温度は５００〜５５０℃が好ましい。熱間押出後は２００℃まで１℃／秒以上の速度で冷却する。理由は前記溶体化処理と同様である。
【００２１】
Ｂ．ベーマイト皮膜
ベーマイト皮膜は、主にＡｌＯＯＨとＡｌ以外の金属元素から構成される。アルミニウム合金材２の表面にベーマイト皮膜３を形成したアルミニウム合金製導電体１を、図１（ａ）及び（ｂ）に示す。ベーマイト皮膜３は、基層３１と呼ばれる緻密な層と、上層３２と呼ばれる針状の層とからなる。この基層３１と上層３２を合計した厚さを、ベーマイト皮膜３の皮膜厚とする。また、ベーマイト皮膜３中のＡｌ以外の金属元素４は、アルミニウム合金材２中に添加されている金属元素、ならびに、外部からベーマイト皮膜３に侵入する金属元素に由来する。ベーマイト皮膜３は、耐食性向上の目的からアルミニウム合金材２の両面に形成される。図１、ならびに、後述する図３においては、簡略化のためアルミニウム合金材２と一方の表面に形成したベーマイト皮膜３のみを示す。
【００２２】
本発明に用いるベーマイト皮膜は、０．１〜１．５μｍの皮膜厚を有し、皮膜中のＡｌ以外の金属元素の合計を平均１．０ｍａｓｓ％以下とする。皮膜厚を０．１〜１．５μｍとする理由は、接続部で皮膜が割れることがなく耐食性が良好であり、かつ、接続部での電気的接触抵抗が小さく導電体として使用できるからである。皮膜厚が０．１μｍ未満では、接続部で皮膜が割れて耐食性が劣る。１．５μｍを超えて厚くなると接続部での電気的接触抵抗が大きくなり、導電体として使用できない。
【００２３】
次に、皮膜中のＡｌ以外の金属元素の合計を平均１．０ｍａｓｓ％以下とする理由は次の通りである。ベーマイト皮膜３中、特に基層３１にＡｌ以外の金属元素４が混入するとこの混入金属元素に起因する局所的な欠陥５が生じ、これを起点として割れ６（図１（ｂ））が進行し易くなる。割れ６がベーマイト皮膜３中に進行すると電気抵抗が大きくなり、ベーマイト皮膜３中を割れ６が貫通して皮膜表面及びアルミニウム合金材２に達すると耐食性が劣り導電体としての性能も満足できない。ベーマイト皮膜３中のＡｌ以外の金属元素４の合計を平均１．０ｍａｓｓ％以下とすることで、皮膜中の局所的な欠陥５が減少し皮膜割れ６を抑制できる。その結果、耐食性が良好で、かつ接続部での電気的接触抵抗が小さくなる。なお、耐食性及び電気的接触抵抗を悪化させる金属元素としては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ等が挙げられる。
【００２４】
Ｃ．ベーマイト皮膜の生成方法
Ｃ−１．脱脂処理
アルミニウム合金材に、まず前処理として脱脂処理を施す。前処理方法は特に限定されるものではないが、市販のアルカリ系脱脂剤や水酸化ナトリウム水溶液などが好適に用いられる。また、脱脂処理後に市販の酸系処理剤や硝酸水溶液などを用いて酸洗浄を施してもよい。脱脂処理後や酸洗浄後には、水洗浄を行うのが好ましい。
【００２５】
Ｃ−２．アルミニウム合金材表面への水の接触
前処理を施したアルミニウム合金材表面に、導電率１０μＳ／ｃｍ以下で温度８０〜１００℃の水を平均圧力０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上で３〜１２０分間の累積時間で接触させることによって、ベーマイト皮膜を生成する。接触させる水の導電率を１０μＳ／ｃｍ未満とする理由は、ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素を平均１．０ｍａｓｓ％以下に抑制するためである。接触させる水の導電率が１０μＳ／ｃｍを超えると、すなわち接触させる水中に含有する金属元素が増加すると、ベーマイト皮膜中に取り込まれる金属元素も増加し、ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素を平均１．０ｍａｓｓ％以下に抑制することができない。
【００２６】
接触させる水の温度を８０〜１００℃とする理由は、耐食性が良好で、かつ電気的接触抵抗が小さいベーマイト皮膜を形成するためである。接触させる水の温度が８０℃未満では、欠陥や割れの多い皮膜となり、耐食性と電気的接触抵抗を満足しないので不適当である。一方、接触させる媒体は、アルミニウム以外の金属元素がベーマイト皮膜中に取り込まれるのを抑制するための水流を発生させる必要がある。そのため、液体であることが必要であり、１００℃を超えることができない。
【００２７】
接触させる水の平均圧力を０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上とする理由は、ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素を平均１．０ｍａｓｓ％以下に抑制するためである。図２に示すように、アルミニウム合金材２に水７を接触させると、アルミニウム合金材２中に固溶又は晶析出物として存在する金属元素４は、溶出してアルミニウム合金材２表面に浮上する。図３（ａ）に示すアルミニウム合金製導電体１のように、水の平均圧力が０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２未満の場合には、溶出してアルミニウム合金材２表面に浮上した金属元素４は、その後、ベーマイト３皮膜中に取り込まれてしまう。図３（ｂ）に示すように、水の平均圧力が０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上の場合にも、アルミニウム合金材２中に固溶又は晶析出物として存在する金属元素４は、溶出してアルミニウム合金材２表面に浮上する。しかしながら、水圧が高いので発生する水流により金属元素４はベーマイト皮膜３の表面から離脱してベーマイト皮膜中３に取り込まれ難くなる。そのため、ベーマイト皮膜３中のＡｌ以外の金属元素４が平均１．０ｍａｓｓ％以下に抑制されることになる。
【００２８】
すなわち、水の平均圧力が０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２未満の場合には、ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素の平均が１．０ｍａｓｓ％を超えるため不適当である。水の平均圧力が０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上であれば、ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素の平均を１．０ｍａｓｓ％以下とすることができる。水の平均圧力が０．２ｋｇｆ／ｃｍ２を超えるとその効果が飽和する。
【００２９】
水に接触させる累積時間を３〜１２０分とする理由は、適切な処理時間でベーマイト皮膜の皮膜厚を０．１〜１．５μｍとするためである。適切な処理時間とは、基準とする一般的なＮｉめっきの処理時間である１２０分以下となることである。１２０分を超える処理時間は生産効率が悪く不適当である。さらに、ベーマイト皮膜厚が１．５μｍを超え不適当である。接触させる累積時間が３分未満では皮膜厚が０．１μｍに達しないので不適当である。
【００３０】
Ｃ−３．アルミニウム合金材表面への水の接触方法
上記条件でベーマイト皮膜を生成するための水の接触方法について説明する。導電率１０μＳ／ｃｍ以下の水としては、イオン交換水、蒸留水、限外ろ過水、逆浸透水が好適に使用できる。
【００３１】
温度８０〜１００℃の水を平均圧力０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上で３〜１２０分間の累積時間でアルミニウム合金材に接触させる方法として、水槽にアルミニウム合金材を浸漬してバッチ処理する方法が挙げられる。すなわち、電熱ヒーターやガスバーナー等の加熱装置を備えた水槽に、導電率１０μＳ／ｃｍ以下の水を所定深さとなるように収容し、水底にアルミニウム合金材を所定時間浸漬するものである。水温は加熱装置によって８０〜１００℃に調整される。アルミニウム合金材表面の水圧は水ヘッドにより、すなわち、アルミニウム合金材表面における水の深さによって適当な圧力に調整される。水圧付加は、水槽を密閉型にして外部から加圧する方式を用いてもよい。一方、水槽中に複数本のロールを設置した巻取り方式の連続処理も可能である。この場合には、アルミニウム合金材の所定水圧における滞留時間を３〜１２０分間とすればよい。但し、これら水槽で処理を行う場合、処理開始から終了までの間、アルミニウム合金材表面に導電率が１０μＳ／ｃｍ以下の水を供給する必要がある。その手段として、水の供給口と排出口を供えた水槽が好適に使用できる。
【００３２】
上記の方法に代わって、スプレー処理を用いてもよい。スプレー処理には、市販のスプレーノズルが好適に使用できる。特に、アルミニウム合金材表面に均一にベーマイト皮膜を生成させるためには、アルミニウム合金材表面に均一に水を噴射可能なフルコーンタイプのスプレーノズルが好ましい。スプレー処理の模式図を図４に示す。温度８０〜１００℃の水をスプレーノズル８から、噴射圧力Ｐ０、噴射角度θ、アルミニウム合金材２表面までの垂直距離Ｌで噴射させた場合、アルミニウム合金材２表面に加わる平均圧力は、Ｐ＝Ｐ０／[π{（Ｌｔａｎ（θ／２）}２）]で得られる。このようなスプレー処理も、バッチ処理と連続処理が可能である。連続処理では、アルミニウム合金材２の移動速度を調整してスプレー処理されている時間を３〜１２０分間とすればよい。なお、図４では、アルミニウム合金材２の一方の表面にスプレー処理されている例を示したが、片面ずつ又は両面同時にスプレー処理が行なわれる。
【００３３】
なお、いずれの処理方法においても、処理時間は累積時間で３〜１２０分である。すなわち、間断なく処理してもよいし、１回以上の中断をもって全処理時間を複数に分けて処理してもよい。
【実施例】
【００３４】
以下に、本発明の実施例及び比較例について詳細に説明する。
【００３５】
実施例１〜１２及び比較例１３〜２３
実施例及び比較例で用いた１４種類のアルミニウム合金材（合金Ａ〜合金Ｎ）の組成を、表１に示す。アルミニウム合金材をＤＣ鋳造後に５４０℃で４時間均質化処理し、熱間圧延により板厚１０ｍｍの板材とした。次いで、冷間圧延により板厚５ｍｍの板材とし、５４０℃で１０秒間溶体化処理を施した。更に、２００℃まで２０℃／秒の冷却速度で冷却し、その後２００℃で２時間の時効硬化処理を施した。このようにしてアルミニウム合金材を調製した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
上記アルミニウム合金材について、本発明に係るアルミニウム合金製導電体自体の機械的特性である引張性能及び曲げ性能、ならびに、電気的特性である導電率を測定した。
引張試験においては、引張強度が１９５Ｎ／ｍｍ２以上、耐力が１６５Ｎ／ｍｍ２以上、伸びが１０％以上のものを合格（○）、これらのうちいずれか１項目でも満たなかったものを不合格（×）と判定した。
【００３８】
曲げ試験においては、内側半径１０ｍｍで割れが発生しなかったものを合格（○）、割れが発生したものを不合格（×）と判定した。
【００３９】
導電率測定においては、導電率が５５％ＩＡＣＳ以上のものを合格（○）、５５％ＩＡＣＳ未満のものを不合格（×）と判定した。
【００４０】
表１に示す合金Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｊ、Ｌは、上記機械的特性と電気的特性のいずれも満足した。合金ＤはＳｉ、合金ＦはＭｇが本発明の範囲に満たず、引張性能が劣った。合金ＥはＳｉ、合金Ｇは、Ｍｇが本発明の範囲を超え、曲げ性能と導電率が劣った。合金ＩはＦｅ、合金ＫはＣｕ、合金ＭとＮはそれぞれＭｎとＺｒが本発明の範囲を越え、曲げ性能が劣った。上記機械的特性及び電気的特性の少なくともいずれかを満足しなかった合金Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｋ、Ｍ、Ｎについては、アルミニウム合金製導電体自体の性能を満たさなかったのでこの時点で不適切と判断し、次の試験に供さなかった。
【００４１】
合金性能を満足した合金Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｊ、Ｌについて、アルミニウム合金材を１００ｍｍ×３０ｍｍに切り出し、径８ｍｍのボルト用穴をあけた。更に、表２に示す条件でアルミニウム合金材の両面にベーマイト皮膜を形成して試料とした。
【００４２】
【表２】
【００４３】
実施例１〜１２及び比較例１３〜２０では、市販のフルコーンタイプのスプレーノズルを用いてバッチ方式で試料の片面ずつを間断なくスプレー処理を行なった。実施例１〜４、７〜１２及び比較例１３〜２０では、噴射角度を４５℃、スプレーノズルとアルミニウム合金材表面までの垂直距離を１５ｃｍとし、ノズルの噴射圧力を１〜５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で調整した。実施例５、６では、噴射角度を３０°、スプレーノズルとアルミニウム合金材表面までの垂直距離を１０ｃｍとし、ノズルの噴射圧力を３．５〜５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で調整した。比較例２１では、ガラスビーカー中で水圧０．００５ｋｇｆ／ｃｍ２となるよう水深５ｃｍの位置で、バッチ方式の浸漬処理を間断なく行なって試料の両面を処理した。比較例２２、２３では、ベーマイト皮膜に代えて、試料の両面に一般的な方法によってめっき皮膜をそれぞれ形成した。
【００４４】
ここで、上記試料のベーマイト皮膜厚と、皮膜中のＡｌ以外の金属元素含有量を測定した。皮膜厚は、ミクロトームで断面切片を作製してＳＥＭ観察して直読した。ベーマイト皮膜中のＡｌ以外の金属元素含有量は、グロー放電発光分析（ＧＤＳ）法で測定した。
【００４５】
上記試料について、他の部材と接続した際における接続部の機械的特性としての耐クリープ性、電気的特性としての接触抵抗、耐性としての耐食性を測定し、コストについても評価した。図５に示すように、試料１と純銅製１００ｍｍ×４０ｍｍ×厚さ５ｍｍの板材９を、合わせ部ＯＬ（２０ｍｍ幅）で重ね合わせ、フランジボルト１０と不図示のナットでトルク５０Ｎ・ｍで締め付けた。フランジボルト１０はＣｒめっきが施されたステンレス製で、ボルト径６ｍｍ、フランジ径１２ｍｍである。ボルト締め付け後、１２０℃で３時間保持し、室温まで冷却した後、接続部におけるＥＲ間の電気的な接触抵抗を測定した。接触抵抗２．９ｍΩ以下を合格（○）、２．９ｍΩを超えるものを不合格（×）と判定した。
【００４６】
次に、フランジボルト１０とナットの接合を外し、ボルト締め付け部の試料厚さを測定して耐クリープ性の指標としての変形率を求めた。変形率が０．３％以下の場合を合格（○）とし、０．３％より大きい場合を不合格（×）と判定した。ここで、変形率とは、試料１のボルト締め付け前における締め付け部厚さに対する、締め付け後における締め付け部厚さの減少割合を％で示したものである。
【００４７】
さらに、接続部と接続部以外の耐食性を測定した。接触抵抗を測定した試料について、塩水噴霧試験９６時間を行い、接続部と接続部以外の腐食状況を観察した。腐食が認められない場合を合格（○）、腐食が認められた場合を不合格（×）で判定した。
【００４８】
コストの評価では、一般的なＮｉめっき処理の場合を基準として、それよりも低コストの場合を合格（○）、それ以上となるコストの場合を不合格（×）で判定した。
【００４９】
以上の結果を表２に示す。実施例１〜１２では、導電率、耐クリープ性、接触抵抗、耐食性、コストのいずれも合格であった。
【００５０】
比較例１３〜１５では、合金組成が本発明の範囲外であり、耐クリープ性が劣った。
比較例１６では、水との接触時間が短いので膜厚が薄くなった。その結果、接続部で皮膜が割れて耐食性が劣った。
比較例１７では、水との接触時間が長いので膜厚が厚くなった。その結果、接続部での接触抵抗が大きくなった。
比較例１８では、水の導電率が大きくＡｌ以外の金属元素の含有量が多くなった。その結果、接触抵抗と接続部および接続部以外の耐食性が劣った。
比較例１９では、水温が低く欠陥や割れの多い皮膜が形成された。その結果、接触抵抗と接続部および接続部以外の耐食性が劣った。
比較例２０では、水圧が低くＡｌ以外の金属元素の含有量が多くなった。その結果、接触抵抗と接続部および接続部以外の耐食性が劣った。
比較例２１では、水圧が低くＡｌ以外の金属元素の含有量が多くなった。その結果、接触抵抗と接続部および接続部以外の耐食性が劣った。
比較例２２と２３では、ベーマイト皮膜に代えてめっき皮膜を用いたのでコストにおいて劣った。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のベーマイト皮膜を設けることで、従来のめっき皮膜を設けたアルミニウム製導電体と同等の耐食性と導電率を実現できる。すなわち、従来のめっき皮膜が不要となり、低コスト化が可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１……アルミニウム合金製導電体
２……アルミニウム合金材２
３……ベーマイト皮膜３
３１……基層
３２……上層
４……Ａｌ以外の金属元素
５……欠陥
６……割れ
７……水
８……スプレーノズル
９……純銅製板材
１０……フランジボルト
ＯＬ……合わせ部
ＥＲ……接触抵抗測定部
Ｐ……アルミニウム合金材表面に加わる平均圧力
Ｐ０……噴射圧力
θ……噴射角度θ
Ｌ……スプレーノズルとアルミニウム合金材表面までの垂直距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ０．３〜０．８ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．３５〜１．００ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．１〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｕ０．１２〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらにＭｎ０．１〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｒ０．１〜０．３ｍａｓｓ％の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金材と、当該アルミニウム合金材の表面に形成され、厚さ０．１〜１．５μｍで皮膜中のＡｌ以外の金属元素の合計が平均１．０ｍａｓｓ％以下であるベーマイト皮膜とを含むことを特徴とするアルミニウム合金製導電体。
【請求項２】
請求項１に記載のアルミニウム合金製導電体の製造方法において、アルミニウム合金材の表面を脱脂処理した後に、当該アルミニウム合金材の表面に、導電率１０μＳ／ｃｍ以下で温度８０〜１００℃の水を平均圧力０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上で３〜１２０分間の累積時間で接触させることを特徴とするアルミニウム合金製導電体の製造方法。
【請求項１】
Ｓｉ０．３〜０．８ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．３５〜１．００ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．１〜０．６ｍａｓｓ％、Ｃｕ０．１２〜０．５０ｍａｓｓ％を含有し、さらにＭｎ０．１〜０．３ｍａｓｓ％、Ｚｒ０．１〜０．３ｍａｓｓ％の１種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金材と、当該アルミニウム合金材の表面に形成され、厚さ０．１〜１．５μｍで皮膜中のＡｌ以外の金属元素の合計が平均１．０ｍａｓｓ％以下であるベーマイト皮膜とを含むことを特徴とするアルミニウム合金製導電体。
【請求項２】
請求項１に記載のアルミニウム合金製導電体の製造方法において、アルミニウム合金材の表面を脱脂処理した後に、当該アルミニウム合金材の表面に、導電率１０μＳ／ｃｍ以下で温度８０〜１００℃の水を平均圧力０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２以上で３〜１２０分間の累積時間で接触させることを特徴とするアルミニウム合金製導電体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１５７６０７（Ｐ２０１１−１５７６０７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１７０１（Ｐ２０１０−２１７０１）
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【Ｆターム（参考）】
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