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  • 特開-アルミニウムクラッド箔 図1
  • 特開-アルミニウムクラッド箔 図2
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024116630
(43)【公開日】2024-08-28
(54)【発明の名称】アルミニウムクラッド箔
(51)【国際特許分類】
   C22C 21/00 20060101AFI20240821BHJP
   C22F 1/00 20060101ALN20240821BHJP
   C22F 1/04 20060101ALN20240821BHJP
【FI】
C22C21/00 E
C22F1/00 604
C22F1/00 622
C22F1/00 627
C22F1/00 630A
C22F1/00 630K
C22F1/00 673
C22F1/00 682
C22F1/00 683
C22F1/00 685Z
C22F1/00 686A
C22F1/00 691B
C22F1/00 691C
C22F1/00 694A
C22F1/00 694B
C22F1/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023022330
(22)【出願日】2023-02-16
(71)【出願人】
【識別番号】522160125
【氏名又は名称】MAアルミニウム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091926
【弁理士】
【氏名又は名称】横井 幸喜
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 貴史
(57)【要約】
【課題】強度と成形性に優れたアルミニウムクラッド箔を得る。
【解決手段】アルミニウムクラッド箔は、質量%で、Fe:0.1~1.8%、Si:0.01~0.20%を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる第一アルミニウム箔層と、Mn:0.1~2.0%、Cu:0.1~5.0%、Mg:0.1~5.0%のうち1種類以上を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる第二アルミニウム箔層が積層されている。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、Fe:0.1~1.8%、Si:0.01~0.20%を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる第一アルミニウム箔層と、Mn:0.1~2.0%、Cu:0.1~5.0%、Mg:0.1~5.0%のうち1種類以上を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる第二アルミニウム箔層が積層されているアルミニウムクラッド箔。
【請求項2】
前記第一アルミニウム箔層の平均結晶粒径が25μm以下である請求項1に記載のアルミニウムクラッド箔。
【請求項3】
前記第一アルミニウム箔層および前記第二アルミニウム箔層の一方または両方が他のアルミニウム箔層と隣接する複数の層を有する請求項1または2に記載のアルミニウムクラッド箔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、強度と成形性に優れたアルミニウム合金クラッド箔に関する。
【背景技術】
【0002】
食品やリチウムイオン二次電池等の電池用の包材に用いられるアルミニウム箔は、プレス成型等により大きな変形が加えられる。その為従来伸びが高い材料が求められており、1N30等の1000系合金や8079、8021等のAl-Fe系合金の軟質箔が使用されている。しかし伸びに優れる1000系合金やAl-Fe合金の軟質箔は一般的に強度が低い為、例えば箔を薄肉化した場合にはシワや折れ曲がりなどによるハンドリング性の低下や、衝撃でアルミニウム箔にクラックやピンホールを生じる恐れがある。
このため、強度に優れるAl-CuやAl-Mn、Al-Mg合金が提案されている。例えば、特許文献1では、Mnを積極的に含有したAl-Fe-Mn合金の高強度箔が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2016-079487号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、強度に優れるAl-CuやAl-Mn、Al-Mg合金は伸びが低く、またその高い強度により成形性は低いという問題がある。
本発明品は、上記事情を鑑み強度と成形性の両立するアルミニウムクラッド箔を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
そこで、本発明者等は、本発明のアルミニウムクラッド箔のうち、第1の形態は、質量%で、Fe:0.1~1.8%、Si:0.01~0.20%を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる第一アルミニウム箔層と、Mn:0.1~2.0%、Cu:0.1~5.0%、Mg:0.1~5.0%のうち1種類以上を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる第二アルミニウム箔層が積層されている。
【0006】
他の形態のアルミニウムクラッド箔の発明は、前記形態の発明において、前記第一アルミニウム箔層の平均結晶粒径が25μm以下である。
【0007】
他の形態のアルミニウムクラッド箔の発明は、前記形態の発明において、前記第一アルミニウム箔層および前記第二アルミニウム箔層の一方または両方が他のアルミニウム箔層に隣接する複数の層を有する。
【0008】
次に、本発明で規定する内容について説明する。
【0009】
第一アルミニウム箔層
第一アルミニウム箔層;Fe:0.1~1.8%、Si:0.01~0.20%を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる。
【0010】
第二アルミニウム箔層
Mn:0.1~2.0%、Cu:0.1~5.0%、Mg:0.1~5.0%のうち1種類以上を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる。
なお、本願明細書に記載の数値範囲において「~」を用いて上限値と下限値を規定した場合、特に表記しない限り、以上、以下を意味する。よって、例えば、0.1~1.8%は0.1%以上1.8%以下を意味する。
以下に組成規定の理由を説明する。
【0011】
合金種類
第一アルミニウム箔層および第二アルミニウム箔層の合金種類は、上記特性を満たせば、特定の合金種類に限定されないが、以下の合金種類、組成とすることができる。
第一アルミニウム箔をJIS A1000系または8000系(Al-Fe)合金とする事で低強度と高延性を達成することが出来る。1000系であれば1N30や1100、8000系であれば8079や8021が挙げられる。
第二アルミニウム箔をJIS A2000系や3000系、または5000系とする事で高強度を達成することが出来る。2000系であれば2014や2017、3000系であれば3003や3004、そして5000系であれば5005や5052が挙げられる。
【0012】
組成成分
第一及び第二アルミニウム箔層ともに以下のような化学組成とすることで、クラッド箔としての特性を一層向上させることが出来る。
第一アルミニウム箔層;Fe:0.1~1.8%、Si:0.01~0.20%を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる。
第二アルミニウム箔層;Mn:0.1~2.0%、Cu:0.1~5.0%、Mg:0.1~5.0%のうち1種類以上を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる。
以下に組成規定の理由を説明する。
【0013】
第一アルミ箔層
・Fe:0.1~1.8%
Feは、鋳造時にAl-Fe系金属間化合物として晶出し、サイズが大きい場合は焼鈍時に再結晶のサイトとなって再結晶粒を微細化し、アルミニウム箔の伸びを向上させる事が出来る。0.1%未満では粗大な金属間化合物の分布密度が低くなり結晶粒微細化と伸び向上の効果が低い。1.8%超では結晶粒微細化の効果が飽和もしくは低下し、さらに鋳造時に生成されるAl-Fe系金属間化合物のサイズが非常に大きくなり、箔の伸びと圧延性が低下する。好ましい範囲の下限は0.8%、上限は1.8%であり、特に好ましい下限は1.2%、上限は1.6%である。
【0014】
・Si:0.01~0.20%
SiはFeと共に金属間化合物を形成するが、添加量が多い場合には金属間化合物のサイズの粗大化による伸びの低下を招く。0.20%を超えると粗大な晶出物による圧延性、伸び特性の低下、さらには最終焼鈍後の再結晶粒サイズ粗大化を招く。これらの理由からSiは少ない方が好ましいが0.01%未満となると高純度の地金を使用する必要があり、製造コストが大幅に増加する。同様の理由で、上限は0.15%とするのが好ましい。
【0015】
第二アルミニウム箔層
・Mn:0.1~2.0%
Mnはアルミニウム合金の強度の向上させる効果がある。0.1%未満では強度向上の効果が得られず、また2.0%を超えると鋳造時に粗大な金属間化合物が生成し、圧延性や成形性が低下する。好ましい範囲は下限1.0%、上限2.0%である。Mnを添加しない場合でも、0.1%未満を不可避不純物として含むものであっても良く、0.05%以下である事が望ましい。
【0016】
・Cu:0.1~5.0%
Cuはアルミニウム合金の強度を向上させる効果がある。0.1%未満では効果不十分、5.0%を超えると圧延性や成形性が低下する。Cuを添加しない場合でも、0.1%未満を不可避不純物として含むものであっても良く、0.05%以下である事が望ましい。
【0017】
・Mg:0.1~5.0%
Mgはアルミニウム合金の強度を向上させる効果がある。0.1%未満では効果不十分、5.0%を超えると圧延性や成形性が低下する。Mgを添加しない場合でも、0.1%未満を不可避不純物として含むものであっても良く、0.05%以下である事が望ましい。
【0018】
第一、第二アルミニウム箔層では、不可避不純物を含有することができる。不可避不純部としては、Zn、Cr、Tiが挙げられる。その添加量はそれぞれ0.05%以下とするのが望ましい。また第二アルミニウム箔層ではSiとFeを不可避不純物として含有してもよく、含有量を0.1%以下とするのが望ましい。第二アルミニウム箔層でSi量が多いと、MnやMgは析出が促進され、アルミニウムマトリックスへの固溶量が低下し強度向上の効果が低下する傾向にあり、Fe量が多い場合にはAl-Fe-Mn系の粗大な金属間化合物形成による成形性低下の懸念が増す傾向があるので、0.1%を望ましい上限とする。同様の理由でSiとFeはそれぞれ0.05%以下である事がさらに望ましい。
【0019】
第一アルミニウム箔層の平均結晶粒径が25μm以下
第一アルミニウム箔層における平均結晶粒径を25μm以下とするのが望ましい。これにより、より高い成形性が得られる。平均結晶粒径が25μm超であると成形性が低下する懸念がある。
第一アルミニウム箔層の平均結晶粒径は、構成する合金の組成選定や製造条件などにより達成することができる。結晶粒微細化の為の具体的な製造条件としては均質化処理条件と熱間圧延仕上がり温度、そして最終冷間圧延率が大きく影響する。
【0020】
第一アルミニウム箔層と第二アルミニウム箔層とは積層されてクラッド箔が構成される。これらの箔層の一方または両方は、一層の他、複数の層が他の箔層に隣接するように、複数の層を有するものであってもよい。
この場合、複数の箔層は同一の合金組成を有するものであってもよいが、これらのうち、少なくとも1つの箔層が、本願発明の合金組成範囲内において、複数の箔層における他の箔層と合金組成が異なるものとしてもよい。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、高い強度と優れた成形性を有しているアルミニウムクラッド箔が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】本発明の実施形態におけるアルミニウムクラッド箔の拡大断面図である。
図2】本発明の実施例における限界成形高さ試験で用いる角型ポンチの平面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
【0024】
以下に製造過程について説明する。
本発明の組成範囲内である第一アルミニウム箔層用アルミニウム合金および第二アルミニウム箔層用アルミニウム合金をそれぞれ用意する。なお、第一アルミニウム箔層または第二アルミニウム箔層を複数層とする場合、それぞれの層用にアルミニウム合金を用意するものとしてもよい。
これらの合金は、常法により溶製することができる。第一アルミニウム箔層用アルミニウム合金については、Fe:0.1~1.8%、Si:0.01~0.20%を含有し、残りがAlと不可避不純物からなるものが挙げられる。
第二アルミニウム箔層用アルミニウム合金については、Mn:0.1~2.0%、Cu:0.1~5.0%、Mg:0.1~5.0%のうち1種類以上を含有し、残部がAlと不可避不純物からなるものが挙げられる。
【0025】
これらの合金は、溶製した後、所望により均質化処理を施すことができる。
スラブ鋳造後に偏析など不均質な組織を除去することを目的に均質化処理を実施する。
具体的な条件としては温度450~550℃、4時間以上の保持が挙げられる。450℃未満の温度では第一アルミニウム箔層用スラブのFeの析出が不十分となり、Feの固溶量が高くなり、且つ再結晶の核生成サイトとなる粒径1μm以上3μm未満の粗大な金属間化合物の密度が低下する為、結晶粒が粗大になりやすい。また550℃を超えると、金属間化合物の密度が低下する為、結晶粒が微細になり難い。温度500~550℃で6時間以上である事が好ましい。
【0026】
鋳塊は熱間圧延を経て板材とされる。また連続鋳造圧延を経て板材とするものであってもよい。熱間圧延を行う場合には仕上がり温度250~300℃が望ましい。これは熱間圧延を低温で仕上げる事で再結晶を抑制し、中間焼鈍板厚までに蓄積されるひずみ量が大きくなり、中間焼鈍時に微細な再結晶粒組織を得ることが出来る。中間焼鈍時の再結晶粒を微細化する事は、最終焼鈍後の再結晶粒を微細化する事にもつながる。温度250℃未満では熱間圧延時にサイドクラック等による圧延性の低下が懸念され、温度300℃を超えると熱間圧延後に再結晶が促進し、中間焼鈍や最終焼鈍後の再結晶粒が粗大化する。
これら板材は、構成する層に応じて配置し、重ね合わせた状態で適宜のクラッド率でクラッドされる。
クラッド箔の厚みに対する第一アルミニウム箔層と第二アルミニウム箔層の厚みの比率、あるいは図1に示すように二層(片面貼り合わせ)や三層(両面貼り合わせ)等のクラッド構成は特に限定するものではない。第一アルミニウム箔層の比率が高くなれば強度は低下するが成形性は向上し、逆に第二アルミニウム箔層の比率が高くなれば強度が増加し成形性は低下する。強度と成形性の両立を目的する場合には、クラッド箔の厚みに対して第一アルミニウム箔層の厚みが50~70%、第二アルミニウム箔層の厚みが30~50%である事が好ましい。
【0027】
図1のA図では、第一アルミニウム箔層2と第二アルミニウム箔層3とがクラッドされてクラッド箔1が構成されている。B図では、第一アルミニウム箔層2の表裏面に、第二アルミニウム箔層3Aと第二アルミニウム箔層3Bとがクラッドされてクラッド箔1Aが構成されている。この際に、第二アルミニウム箔層3Aと第二アルミニウム箔層3Bとが、同一の合金組成を有するものであってもよく、また、第二アルミニウム箔層3Aと第二アルミニウム箔層3Bとで、合金種別、合金組成が異なるものであってもよい。
C図では、第二アルミニウム箔層3の表裏面に、第一アルミニウム箔層2Aと第一アルミニウム箔層2Bとがクラッドされてクラッド箔1Bが構成されている。この際に、第一アルミニウム箔層2Aと第一アルミニウム箔層2Bとが、同一の合金組成を有するものであってもよく、また、第一アルミニウム箔層2Aと第一アルミニウム箔層2Bとで、合金種別、合金組成が異なるものであってもよい。
【0028】
クラッド材の製造では、一般に熱間圧延が行われ、その後、さらに冷間圧延を行うことで所望の厚みのアルミニウム合金ブレージングシートが得られる。ただし、この方法を採用することなく、冷間圧延途中に貼り合わせても良い。
【0029】
次に所定の厚みにするために冷間圧延を行うが、冷間圧延の途中で圧延性を回復させるために中間焼鈍を行っても良い。そして中間焼鈍後から最終厚みまでの冷間圧延は最終冷間圧延に相当し、その最終冷間圧延の圧延率が80%以上である事が望ましく、90%以上が特に望ましい。圧延率が80%未満の場合には最終焼鈍後の再結晶粒が粗大化し、成形性が低下する懸念がある。
【0030】
最終冷間圧延を行うことで、総厚みが10~120μmのアルミニウム合金クラッド箔を得ることができる。
ただし、本発明としては、最終箔厚が特定のものに限定されるものではない。
【0031】
得られたクラッド箔では、第一アルミニウム箔層がFe:0.1~1.8%、Si:0.01~0.20%を含有し、残りがAlと不可避不純物からなり、第二アルミニウム箔層では、Mn:0.1~2.0%、Cu:0.1~5.0%、Mg:0.1~5.0%のうち1種類以上を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる。
【0032】
得られたアルミニウムクラッド箔は、プレス成形等によって変形を行うことができ、食品やリチウムイオン電池の包材などとして好適に用いることができる。なお、本発明としては、アルミニウムクラッド箔の用途が上記に限定されるものではなく、適宜の用途に利用することができる。
【実施例0033】
表1と表2に示す組成(残部がAlと不可避不純物)を有する第一アルミニウム箔層用及び第二アルミニウム箔層用のアルミニウム合金の鋳塊を半連続鋳造法により作製した。その後、得られた鋳塊に片面1/2インチずつ面削した後、表3の条件で均質化処理を行った。均質化処理後の第一アルミニウム箔層にあたる鋳塊と第二アルミニウム箔層にあたる鋳塊を温度500℃で1時間の条件で均熱処理した後重ね合わせ、熱間圧延を行う事で貼り合わせた。その後冷間圧延を行った後、中間焼鈍として温度350℃で3時間のバッチ焼鈍を行った。さらに厚み40μmまで最終冷間圧延を行った後、300℃×10時間のバッチ式最終焼鈍を施しアルミニウム合金箔を製造した。尚、クラッド箔総厚みに占める第一アルミニウム箔層の厚みは60%、第二アルミニウム箔層の厚みは40%とした。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
クラッド箔に対して、以下の測定および評価を行った。
【0037】
・第一アルミニウム箔層の結晶粒径
クラッド箔の圧延方向平行断面(RD―ND面)をCP(Cross Section Polisher)にて加工し、第一アルミニウム箔層をSEM(Scanning Electron Microscope)-EBSDにて結晶方位解析を行い、結晶粒間の方位差が15°以上の結晶粒界をHAGBs(大角粒界)と規定し、HAGBsで囲まれた結晶粒の大きさを測定した。倍率×1000で視野サイズ45×90μmを3視野測定し、平均結晶粒径を算出した。一つ一つの結晶粒径は円相当径にて算出し、平均結晶粒径の算出にはEBSDのArea法(Average by Area Fraction Method)を用いた。尚、解析にはTSL Solutions社のOIM Analysisを使用した。
【0038】
・突き刺し強度
第一アルミニウム箔層と第二アルミニウム箔層を積層したアルミニウムクラッド箔に対し、直径1.0mm、先端形状半径0.5mmの針を50mm/minの速度で突き刺し、針が箔を貫通するまでの最大荷重(N)を測定した。ここでは突き刺し強度10.0N以上を耐突き刺し性良好と見なし◎、8.0N以上10.0N未満を○、8.0N未満×と判定した。
【0039】
角筒張出し高さ
成型高さは角筒成形試験にて評価した。試験は万能薄板成形試験器(ERICHSEN社製 モデル142/20)にて行い、厚み40μmのアルミニウムクラッド箔を図2に示す形状を有する角型ポンチ4(一辺の長さL=37mm、角部の面取り径R=4.5mm)を用いて行った。試験条件として、シワ抑え力は10kN、ポンチの上昇速度(成形速度)の目盛は1とし、そして箔の片面(ポンチが当たる面)に鉱物油を潤滑剤として塗布した。箔に対し装置の下部から上昇するポンチが当たり、箔が成形されるが、3回連続成形した際に割れやピンホールがなく成形できた最大のポンチの上昇高さをその材料の限界成型高さ(mm)と規定した。ポンチの高さは0.5mm間隔で変化させた。ここでは張出高さ9.0mm以上を成形性良好と見なし◎、8.0mm以上9.0未満を○、8.0未満を×と判定した。
測定結果は表3に示した。
【0040】
【表3】
【符号の説明】
【0041】
1 アルミニウムクラッド箔
1A アルミニウムクラッド箔
1B アルミニウムクラッド箔
2 第一アルミニウム箔層
2A 第一アルミニウム箔層
2B 第一アルミニウム箔層
3 第二アルミニウム箔層
3A 第二アルミニウム箔層
3B 第二アルミニウム箔層
4 角形ポンチ
図1
図2