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CN105369077A - 一种铝合金导体材料及其制备方法 - Google Patents

一种铝合金导体材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金生产技术领域，具体涉及一种铝合金导体材料及其制备方法，该铝合金以重量百分比计，其成分为：硅0.06-0.1wt％、铁0.4-0.6wt％、铜0.15-0.3wt％、镁0.01-0.03wt％、锌0.01-0.03wt％、硼0.02-0.03wt％、镓0.03-0.05wt％、稀土金属0.08-0.13wt％、总量为0.05-0.08wt％，其余为铝，本发明方法通过控制退火温度、降温速率及其冷热轧工艺，并配合物料成分，改善了应力作用对导体组织的不利影响，使得铝合金导体的强度、导电率、耐热率、耐挠曲疲劳性、耐腐蚀和耐蠕变性能提高。

Description

一种铝合金导体材料及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金生产技术领域，具体涉及一种铝合金导体材料及其制备方法。
背景技术
如今，随着我国电力需求的快速增长，电力能源在传输过程中的要求也日益增高，优质的输电线路应具备输电距离远，输电容量大，低于自然灾害能力的强的特点，然后随着需求的提高，进一步从电导率、耐热性、抗弧垂特性对输电线提出了优质功能性的要求。
目前，用普通铝制造的铝导体材料，其导电性能和耐热性能表现不佳，并且生产过程中常出现断线现象，进而增加了铝合金导体材料的生产成本和使用成本。采用重熔用铝锭制备的铝导体材料，重熔用铝锭中含有铁、硅、铜等杂质，利用铁、硅、铜等杂质，有利于实现合金强化，但是这些元素常形成固强化，难以形成细小弥散强化，进而造成铝合金导体材料的强度上升而导电性下降、柔软性下降，进而降低了耐挠曲疲劳特性，进而使得纯铝系材料无法承受反复的弯曲应力。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种导电性能优良的铝合金导体及其工艺简单、安全性高的制备方法。
具体通过以下方案得以实现：
一种铝合金导体材料，该铝合金以重量百分比计，其成分为：硅0.06-0.1wt％、铁0.4-0.6wt％、铜0.15-0.3wt％、镁0.01-0.03wt％、锌0.01-0.03wt％、硼0.02-0.03wt％、镓0.03-0.05wt％、稀土金属0.08-0.13wt％，其余为铝和不可避免杂质。
进一步的，该铝合金以重量百分比计，其成分为：硅0.08wt％、铁0.5wt％、铜0.23wt％、镁0.02wt％、锌0.02wt％、硼0.025wt％、镓0.04wt％、稀土金属0.1wt％，其余为铝和不可避免杂质。
进一步的，所述稀土金属包括钪、钐、铒、钇、镧、铈之一或两种。
进一步的，所述不可避免杂质总量为0.05-0.08wt％。
其制备方法，包括以下步骤：
(1)取工业纯铝锭，铁、镁、硅的中间合金，将工业纯铝锭熔化，向熔体中加入铝铁合金、铝镁硅合金，于770-780℃保温，待中间完全熔化后，将合金熔液温度降低至560-600℃，然后添加铜、锌、硼、镓、稀土元素的中间合金进行保温1-2h，以氮气由炉底输送精炼剂对熔体进行精炼后，经浇铸，得铸锭；
(2)将铸锭进行切割铣面，在温度为480-500℃下热轧，然后经冷轧至出口物料温度为280℃，再置于温度为330-360℃下退火处理1-3h，获得铝合金导体材料。
所述降温，其速率为5-7℃/min。
所述浇铸温度为710-740℃。
所述精炼剂由质量百分比为5-15％的氯化钠、5-15％氯化钾和、70-90％的Na3Al·F6组成。
本发明的有益效果
本发明使得铁含量为0.4-0.6wt％，其余含铁成分以Al-Fe、Al-Fe-Si、Al-Fe-Si、-Mg等金属化合物的形式结晶或析出，该结晶物或析出物作为结晶粒的微细化材而发挥作用，同时使强度和耐挠曲疲劳特性提高，同时使得部分铁固溶，而提升强度。
本发明使得镁含量为0.01-0.03wt％和硅含量为0.06-0.1wt％，其余含镁成分与含硅成分相互形成析出物，而提高合金强度、耐热性能。
本发明使得铜含量为0.15-0.3wt％，一方面使得其固溶而对铝合金进行强化，另一方面，有助于提高合金耐蠕变性和热稳定性。
本发明使得镓含量为0.03-0.05wt％，一方面使得其固溶而对铝合金进行强化，另一方面，有助于提高合金耐热性和耐腐蚀性。
本发明使得锌含量为0.01-0.03wt％，一方面使得其固溶而对铝合金进行强化，另一方面，有助于提高合金耐腐蚀性和热稳定性。
本发明中稀土金属能降低铝固溶体中硅的含量，从而降低铁、硅、镓等对铝合金导电率的影响，同时改善了铝合金材料中晶体的组织结构，提高了铝合金的加工性能和耐腐蚀性能。
本发明中硼元素可与Ti、V、Mn、Cr等杂质元素反应，有利于杂质的排出，从而降低杂质对铝合金导电率的影响，有利于改善合金柔软性的不利发展。
本发明方法通过控制退火温度、降温速率及其冷热轧工艺，改善了应力作用对导体组织的不利影响，使得铝合金导体的性能提高，其中，拉伸强度约为175MPa，导电率约为63％IACS，耐热温度约为230℃。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
取工业纯铝锭熔化，向熔体中加入铝铁合金、铝镁硅合金，于770℃保温，待中间完全熔化后，将合金熔液温度以5℃/min的速率降温至590℃，然后添加铜、锌、硼、镓、镧的中间合金进行保温1h，以氮气由炉底依次输送5％的氯化钠、5％氯化钾和、90％的Na3Al·F6组成的精炼剂进行精炼后，在温度为740℃下浇铸，得铸锭；将铸锭进行切割铣面，在温度为495℃下热轧，然后经冷轧至出口物料温度为280℃，再置于温度为348℃下退火处理1.5h，获得铝合金导体材料。
对该材料成分分析，各元素的重量百分比为：硅0.1wt％、铁0.4wt％、铜0.2wt％、镁0.02wt％、锌0.03wt％、硼0.02wt％、镓0.05wt％、稀土金属0.08-0.13wt％、不可避免杂质总量为0.08wt％，其余为铝。
实施例2
取工业纯铝锭熔化，向熔体中加入铝铁合金、铝镁硅合金，于772℃保温，待中间完全熔化后，将合金熔液温度以7℃/min的速率降温至570℃，然后添加铜、锌、硼、镓、以钪、钐为混合稀土的中间合金进行保温1h，以氮气由炉底依次输送8％的氯化钠、5％氯化钾和、87％的Na3Al·F6组成的精炼剂进行精炼后，在温度为735℃下浇铸，得铸锭；将铸锭进行切割铣面，在温度为480℃下热轧，然后经冷轧至出口物料温度为280℃，再置于温度为330℃下退火处理2.5h，获得铝合金导体材料。
对该材料成分分析，各元素的重量百分比为：硅0.07wt％、铁0.6wt％、铜0.26wt％、镁0.01wt％、锌0.01wt％、硼0.028wt％、镓0.05wt％、稀土金属0.08-0.13wt％、不可避免杂质总量为0.06wt％，其余为铝。
实施例3
取工业纯铝锭熔化，向熔体中加入铝铁合金、铝镁硅合金，于780℃保温，待中间完全熔化后，将合金熔液温度以5℃/min的速率降温至600℃，然后添加铜、锌、硼、镓、以铒、镧为混合稀土的中间合金进行保温2h，以氮气由炉底依次输送10％的氯化钠、10％氯化钾和、80％的Na3Al·F6组成的精炼剂进行精炼后，在温度为725℃下浇铸，得铸锭；将铸锭进行切割铣面，在温度为486℃下热轧，然后经冷轧至出口物料温度为280℃，再置于温度为355℃下退火处理2h，获得铝合金导体材料。
对该材料成分分析，各元素的重量百分比为：硅0.08wt％、铁0.5wt％、铜0.23wt％、镁0.02wt％、锌0.02wt％、硼0.025wt％、镓0.04wt％、稀土金属0.1wt％、不可避免杂质总量为0.07wt％，其余为铝。
实施例4
取工业纯铝锭熔化，向熔体中加入铝铁合金、铝镁硅合金，于776℃保温，待中间完全熔化后，将合金熔液温度以6℃/min的速率降温至580℃，然后添加铜、锌、硼、镓、钇的中间合金进行保温1.5h，以氮气由炉底依次输送15％的氯化钠、5％氯化钾和、80％的Na3Al·F6组成的精炼剂进行精炼后，在温度为710℃下浇铸，得铸锭；将铸锭进行切割铣面，在温度为500℃下热轧，然后经冷轧至出口物料温度为280℃，再置于温度为360℃下退火处理3h，获得铝合金导体材料。
对该材料成分分析，各元素的重量百分比为：硅0.06wt％、铁0.58wt％、铜0.3wt％、镁0.01wt％、锌0.01wt％、硼0.02wt％、镓0.03wt％、稀土金属0.08-0.13wt％、不可避免杂质总量为0.05wt％，其余为铝。
实施例5
取工业纯铝锭熔化，向熔体中加入铝铁合金、铝镁硅合金，于778℃保温，待中间完全熔化后，将合金熔液温度以7℃/min的速率降温至560℃，然后添加铜、锌、硼、镓、以钐、铈为混合稀土的中间合金进行保温1.8h，以氮气由炉底依次输送5％的氯化钠、10％氯化钾和85％的Na3Al·F6组成的精炼剂进行精炼后，在温度为724℃下浇铸，得铸锭；将铸锭进行切割铣面，在温度为489℃下热轧，然后经冷轧至出口物料温度为280℃，再置于温度为340℃下退火处理1h，获得铝合金导体材料。
对该材料成分分析，各元素的重量百分比为：硅0.08wt％、铁0.49wt％、铜0.18wt％、镁0.03wt％、锌0.03wt％、硼0.021wt％、镓0.04wt％、稀土金属0.08-0.13wt％、不可避免杂质总量为0.07wt％，其余为铝。
试验例1
将实施例1-5制备的铝合金导体材料进行室温拉伸实验，按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，在拉伸速度为0.5mm/min，英斯特朗30KN拉力试验机上拉伸，测量长度为50mm，测定抗拉强度、延伸率，其结果如表1所示：
表1
样品 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
抗拉强度(MPa) 168 178 181 175 171
延伸率(％) 17 19 21 18 17
试验例2
将实施例1-5制备的铝合金导体材料进行导电率实验，按照国标GB/T12966-2008《铝合金电导率我留测试方法》进行检测，其结果如表2所示：
表2
样品 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
导电率(％IACS) 60 67 64 63 62
试验例3
将实施例1-5制备的铝合金导体材料进行耐热性能测试，分别用230℃保温200小时、250℃保温2小时的样品的抗拉强度与未保温样品的抗拉强度的比值，其结果如表3所示：
表3
样品 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
230℃耐热性％ 95.1 94.6 95.5 94.1 94.7
250℃耐热性％ 94.8 95.0 94.9 93.2 93.9

Claims (8)

1.一种铝合金导体材料，其特征在于，该铝合金以重量百分比计，其成分为：硅0.06-0.1wt％、铁0.4-0.6wt％、铜0.15-0.3wt％、镁0.01-0.03wt％、锌0.01-0.03wt％、硼0.02-0.03wt％、镓0.03-0.05wt％、稀土金属0.08-0.13wt％，其余为铝和不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的铝合金导体材料，其特征在于，该铝合金以重量百分比计，其成分为：硅0.08wt％、铁0.5wt％、铜0.23wt％、镁0.02wt％、锌0.02wt％、硼0.025wt％、镓0.04wt％、稀土金属0.1wt％，其余为铝和不可避免杂质。
3.如权利要求1或2所述的铝合金导体材料，其特征在于，所述稀土金属包括钪、钐、铒、钇、镧、铈之一或两种。
4.如权利要求1或2所述的铝合金导体材料，其特征在于，所述不可避免杂质总量为0.05-0.08wt％。
5.如权利要求1或2所述的铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取工业纯铝锭，铁、镁、硅的中间合金，将工业纯铝锭熔化，向熔体中加入铝铁合金、铝镁硅合金，于770-780℃保温，待中间完全熔化后，将合金熔液温度降低至560-600℃，然后添加铜、锌、硼、镓、稀土元素的中间合金进行保温1-2h，以氮气由炉底输送精炼剂对熔体进行精炼后，经浇铸，得铸锭；
(2)将铸锭进行切割铣面，在温度为480-500℃下热轧，然后经冷轧至出口物料温度为280℃，再置于温度为330-360℃下退火处理1-3h，获得铝合金导体材料。
6.如权利要求5所述的铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，所述降温，其速率为5-7℃/min。
7.如权利要求5所述的铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，所述浇铸温度为710-740℃。
8.如权利要求5所述的铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，所述精炼剂由质量百分比为5-15％的氯化钠、5-15％氯化钾和、70-90％的Na3Al·F6组成。
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