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CN107868893A - 一种中强度高耐热高导电率的铝基导线及制备方法 - Google Patents

一种中强度高耐热高导电率的铝基导线及制备方法 Download PDF

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CN107868893A CN201710917685.XA CN201710917685A CN107868893A CN 107868893 A CN107868893 A CN 107868893A CN 201710917685 A CN201710917685 A CN 201710917685A CN 107868893 A CN107868893 A CN 107868893A
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aluminium
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陈亮维
李平安
杨钢
吴云峰
全琪
刘状
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Kunming University of Science and Technology
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Abstract

本发明涉及一种中强度高耐热高导电率的铝基导线及制备方法，属于材料技术领域。本发明的中强度高耐热高导电率的铝基导线由以下金属元素和非金属元素制得：铝的质量计为1，镁0.5~0.6%、硅0.25~0.3%、铒0.1~0.3%、铈0.2~0.6%、铪0.02~0.3%、硼0.1~0.3%；本发明在铝中加入铒、铪、硼、镁、硅等元素，能够去气除杂、细化合金，防止偏析和改善组织，提高合金的耐热性；能使组织均匀化、促进更多Mg2Si强化相的形成，提高铝合金强度；改善铝合金微观组织，细化晶粒，使粗大的第二相变的细小且分布更加均匀，避免局部点蚀的蚀坑长大，増强合金的耐腐蚀性能；使杂质元素由固溶体形式转变为析出态沉于熔体底部，减少导体内部的晶格畸变，降低电子传输过程中与畸变晶格原子的碰撞，提高合金的电导率。

Description

一种中强度高耐热高导电率的铝基导线及制备方法
技术领域
本发明涉及一种中强度高耐热高导电率的铝基导线及制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
近年来，电力需求不断提高，电力能源在传输中有更高的要求，建设以高压线路为基础的电网备受关注。但是，从资源节约角度考虑，传统铝线的强度成了最大的阻碍，因此提高输电导线的强度迫不及待。然而铝合金导体材料的强度和导电率是一对矛盾体，如何较好的兼顾两者的指标成为了当前导电铝合金发展的关键。
发明内容
本发明的目的是公开一种中强度高耐热高导电率的铝基导线，由以下金属元素和非金属元素制得：铝的质量计为1，镁0.5~0.6%、硅0.25~0.3%、铒0.1~0.3%、铈0.2~0.6%、铪0.02~0.3%、硼0.1~0.3%。
本发明的另一目的是提供该中强度高耐热高导电率的铝基导线的制备方法，具体步骤如下：
（1）将铝锭加热熔化成铝水；
（2）在高于铝熔点的温度条件下，步骤（1）所得铝水中添加硅、铝锗中间合金、铝铈中间合金、铝铪中间合金、铝硼中间合金并分散均匀，保温10~15min后加入镁，再保温10~15min，依次加入打渣剂、精炼剂搅拌5~10min后通入氮气，静置扒渣得到铝合金液；
（3）将步骤（2）所得铝合金液静置，在温度为700~750℃条件下浇注得到铝基材料；
（4）将步骤（3）所得铝基材料依次置于温度为470~550℃的条件下均匀化处理8~12h，温度为500~555℃的条件下固溶处理1~3h得到热处理铝基材料；
（5）将步骤（4）所得热处理铝基材料进行多道次顺序轧制变形得到铝基材料圆杆，再经常温多道次拉拔得到铝基导线单丝，然后置于温度为170~ 180℃的条件下时效处理5~ 8h即得中强度高耐热高导电率的铝基导线；
所述步骤（2）中打渣剂的加入量为5~10g，精炼剂的加入量为5~10g，打渣剂、精炼剂均为市售产品；
所述步骤（5）中多道次顺序轧制变形的入轧温度为500~580℃，出轧温度为350~400℃。
本发明的有益效果是：
（1）本发明在铝中加入铒、铪、硼、镁、硅等元素，能够去气除杂、细化合金，防止偏析和改善组织，提高合金的耐热性；能使组织均匀化、促进更多Mg2Si强化相的形成，提高铝合金强度；改善铝合金微观组织，细化晶粒，使粗大的第二相变的细小且分布更加均匀，避免局部点蚀的蚀坑长大，随着腐蚀在合金表面富集稀土铈还能在合金表面形成一层纯化膜，阻止Cl-离子对铝基体的侵蚀，从而减少点腐蚀破坏，増强合金的耐腐蚀性能；使铝合金熔体中的Cr、Ti、Zr、V 等杂质元素由固溶体形式转变为析出态沉于熔体底部，减少导体内部的晶格畸变，降低电子传输过程中与畸变晶格原子间的相互碰撞作用，提高合金的电导率；
（2）本发明对铝基体进行高温保温时效处理，将产生的过饱和固溶体的溶质原子，减少晶格扭曲，使合金的导电性提高；经过时效处理以后，其会产生加工硬化， 但部分加工硬化现象会被动态回复现象抵消，而硬化机制产生的效果大于软化机制，使抗拉强度明显升高；
（3）本发明所述的中强度高耐热高导电率的铝基导线制备的铝合金线具有中等抗拉强度、较高的导电性能和耐热性能，可应用于大跨越等输电线路。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：本实施例的中强度高耐热高导电率的铝基导线，由以下金属元素和非金属元素制得：铝的质量计为1，镁0.5%、硅0.25%、铒0.2%、铈0.3%、铪0.1%、硼0.2%；
一种中强度高耐热高导电率的铝基导线的制备方法，具体步骤如下：
（1）将铝锭置于熔炼设备中加热至温度为860℃熔化成铝水；
（2）在高于铝熔点的温度（温度为860℃）条件下，步骤（1）所得铝水中依次添加硅、铝锗中间合金、铝铈中间合金、铝铪中间合金、铝硼中间合金并分散均匀，待金属全部熔化并保温10min后加入镁，再保温15min，依次加入7g打渣剂、8g精炼剂搅拌10min后通入氮气，氮气的流量为0.5Nm3/h，通氮时间为15min，静置扒渣得到铝合金液；其中铝合金液中铝、硅、铒、铈、铪、硼、镁的质量比为100:0.25:0.2:0.3:0.1:0.2:0.5；
（3）将步骤（2）所得铝合金液静置10min，在温度为700℃条件下浇注即得铝基材料；
（4）将步骤（3）所得铝基材料依次置于温度为480℃的条件下均匀化处理8h，温度为520℃的条件下固溶处理2h得到热处理铝基材料；
（5）将步骤（4）所得热处理铝基材料进行多道次顺序轧制（入轧530℃，出轧 350℃）变形成为准9.5mm 的铝基材料圆杆，再经过常温多道次拉拔成直径为2mm铝基导线单丝，然后置于温度为170℃的条件下时效处理5h即得中强度高耐热高导电率的铝基导线；
本实施例制备的中强度高耐热高导电率的铝基导线的性能测试结果如表1所示，从表1可知，本实施例制备的中强度高耐热高导电率的铝基导线的导电率为59%IACS，抗拉强度为242.76MPa，热导率为302 W‧(m‧K)-1，伸长率为10%。
实施例2：本实施例的中强度高耐热高导电率的铝基导线，由以下金属元素和非金属元素制得：铝的质量计为1，镁0.6%、硅0.3%、铒0.2%、铈0.5%、铪0.2%、硼0.3%；
一种中强度高耐热高导电率的铝基导线的制备方法，具体步骤如下：
（1）将铝锭置于熔炼设备中加热至温度为860℃熔化成铝水；
（2）在高于铝熔点的温度（温度为860℃）条件下，步骤（1）所得铝水中依次添加硅、铝锗中间合金、铝铈中间合金、铝铪中间合金、铝硼中间合金并分散均匀，待金属全部熔化并保温12min后加入镁，再保温10min，依次加入10g打渣剂、5g精炼剂搅拌5min后通入氮气，氮气的流量为0.8Nm3/h，通氮时间为10min，静置扒渣得到铝合金液；其中铝合金液中铝、硅、铒、铈、铪、硼、镁的质量比为100:0.3:0.2:0.5:0.2:0.3:0.6；
（3）将步骤（2）所得铝合金液静置30min，在温度为710℃条件下浇注即得铝基材料；
（4）将步骤（3）所得铝基材料依次置于温度为490℃的条件下均匀化处理10h，温度为530℃的条件下固溶处理3h，得到热处理铝基材料；
（5）将步骤（4）所得热处理铝基材料进行多道次顺序轧制（入轧500℃，出轧 350℃）变形成为准9.5mm 的铝基材料圆杆，再经过常温多道次拉拔成直径为2mm铝基导线单丝，然后置于温度为180℃的条件下时效处理6h即得中强度高耐热高导电率的铝基导线；
本实施例制备的中强度高耐热高导电率的铝基导线的性能测试结果如表1所示，从表1可知，本实施例制备的中强度高耐热高导电率的铝基导线的导电率为59.5%IACS，抗拉强度为251.64MPa，热导率为314 W‧(m‧K)-1，伸长率为9%。
实施例3：本实施例的中强度高耐热高导电率的铝基导线，由以下金属元素和非金属元素制得：铝的质量计为1，镁0.6%、硅0.3%、铒0.3%、铈0.2%、铪0.2%、硼0.3%；
一种中强度高耐热高导电率的铝基导线的制备方法，具体步骤如下：
（1）将铝锭置于熔炼设备中加热至温度为900℃熔化成铝水；
（2）在高于铝熔点的温度（温度为890℃）条件下，步骤（1）所得铝水中依次添加硅、铝锗中间合金、铝铈中间合金、铝铪中间合金、铝硼中间合金并分散均匀，待金属全部熔化并保温15min后加入镁，再保温12min，依次加入5g打渣剂、10g精炼剂搅拌8min后通入氮气，氮气的流量为0.5Nm3/h，通氮时间为15min，静置扒渣得到铝合金液；其中铝合金液中铝、硅、铒、铈、铪、硼、镁的质量比为100:0.3:0.3:0.2:0.2:0.3:0.6；
（3）将步骤（2）所得铝合金液静置25min，在温度为720℃条件下浇注即得铝基材料；
（4）将步骤（3）所得铝基材料依次置于温度为480℃的条件下均匀化处理10h，温度为520℃的条件下固溶处理1h，得到热处理铝基材料；
（5）将步骤（4）所得热处理铝基材料进行多道次顺序轧制（入轧580℃，出轧400℃）变形成为准9.5mm 的铝基材料圆杆，再经过常温多道次拉拔成直径为2mm铝基导线单丝，然后置于温度为170℃的条件下时效处理8h即得中强度高耐热高导电率的铝基导线；
本实施例制备的中强度高耐热高导电率的铝基导线的性能测试结果如表1所示，
从表1可知，本实施例制备的中强度高耐热高导电率的铝基导线的导电率为60%IACS，抗拉强度为245.82MPa，热导率为310 W‧(m‧K)-1，伸长率为10%。
实施例4：本实施例的中强度高耐热高导电率的铝基导线，由以下金属元素和非金属元素制得：铝的质量计为1，镁0.55%、硅0.28%、铒0.1%、铈0.6%、铪0.02%、硼0.1%；
一种中强度高耐热高导电率的铝基导线的制备方法，具体步骤如下：
（1）将铝锭置于熔炼设备中加热至温度为880℃熔化成铝水；
（2）在高于铝熔点的温度（温度为880℃）条件下，步骤（1）所得铝水中依次添加硅、铝锗中间合金、铝铈中间合金、铝铪中间合金、铝硼中间合金并分散均匀，待金属全部熔化并保温12min后加入镁，再保温13min，依次加入7g打渣剂、6g精炼剂搅拌6min后通入氮气，氮气的流量为0.5Nm3/h，通氮时间为15min，静置扒渣得到铝合金液；其中铝合金液中铝、硅、铒、铈、铪、硼、镁的质量比为100:0.28:0.1:0.6:0.02:0.1:0.55；
（3）将步骤（2）所得铝合金液静置35min，在温度为730℃条件下浇注即得铝基材料；
（4）将步骤（3）所得铝基材料依次置于温度为550℃的条件下均匀化处理8h，温度为500℃的条件下固溶处理3h，得到热处理铝基材料；
（5）将步骤（4）所得热处理铝基材料进行多道次顺序轧制（入轧550℃，出轧 380℃）变形成为准9.5mm 的铝基材料圆杆，再经过常温多道次拉拔成直径为2mm铝基导线单丝，然后置于温度为175℃的条件下时效处理7h即得中强度高耐热高导电率的铝基导线；
本实施例制备的中强度高耐热高导电率的铝基导线的性能测试结果如表1所示，
从表1可知，本实施例制备的中强度高耐热高导电率的铝基导线的导电率为60.5%IACS，抗拉强度为244.28MPa，热导率为312 W‧(m‧K)-1，伸长率为10%。
实施例5：本实施例的中强度高耐热高导电率的铝基导线，由以下金属元素和非金属元素制得：铝的质量计为1，镁0.55%、硅0.27%、铒0.15%、铈0.4%、铪0.3%、硼0.2%；
一种中强度高耐热高导电率的铝基导线的制备方法，具体步骤如下：
（1）将铝锭置于熔炼设备中加热至温度为890℃熔化成铝水；
（2）在高于铝熔点的温度（温度为890℃）条件下，步骤（1）所得铝水中依次添加硅、铝锗中间合金、铝铈中间合金、铝铪中间合金、铝硼中间合金并分散均匀，待金属全部熔化并保温10min后加入镁，再保温14min，依次加入6g打渣剂、8g精炼剂搅拌9min后通入氮气，氮气的流量为0.5Nm3/h，通氮时间为15min，静置扒渣得到铝合金液；其中铝合金液中铝、硅、铒、铈、铪、硼、镁的质量比为100:0.27:0.15:0.4:0.3:0.2:0.55；
（3）将步骤（2）所得铝合金液静置25min，在温度为750℃条件下浇注即得铝基材料；
（4）将步骤（3）所得铝基材料依次置于温度为470℃的条件下均匀化处理12h，温度为555℃的条件下固溶处理1h得到热处理铝基材料；
（5）将步骤（4）所得热处理铝基材料进行多道次顺序轧制（入轧560℃，出轧 370℃）变形成为准9.5mm 的铝基材料圆杆，再经过常温多道次拉拔成直径为2mm铝基导线单丝，然后置于温度为170℃的条件下时效处理8h即得中强度高耐热高导电率的铝基导线；
本实施例制备的中强度高耐热高导电率的铝基导线的性能测试结果如表1所示，
表1
从表1可知，本实施例制备的中强度高耐热高导电率的铝基导线的导电率为60.2%IACS，抗拉强度为244.28MPa，热导率为312 W‧(m‧K)-1，伸长率为10%。

Claims (4)

1.一种中强度高耐热高导电率的铝基导线，其特征在于，由以下金属元素和非金属元素制得：铝的质量计为1，镁0.5~0.6%、硅0.25~0.3%、铒0.1~0.3%、铈0.2~0.6%、铪0.02~0.3%、硼0.1~0.3%。
2.如权利要求1所述的中强度高耐热高导电率的铝基导线的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将铝锭加热熔化成铝水；
（2）在高于铝熔点的温度条件下，步骤（1）所得铝水中添加硅、铝锗中间合金、铝铈中间合金、铝铪中间合金、铝硼中间合金并分散均匀，保温10~15min后加入镁，再保温10~15min，依次加入打渣剂、精炼剂搅拌5~10min后通入氮气，静置扒渣得到铝合金液；
（3）将步骤（2）所得铝合金液静置，在温度为700~750℃条件下浇注得到铝基材料；
（4）将步骤（3）所得铝基材料依次置于温度为470~550℃的条件下均匀化处理8~12h，温度为500~555℃的条件下固溶处理1~3h得到热处理铝基材料；
（5）将步骤（4）所得热处理铝基材料进行多道次顺序轧制变形得到铝基材料圆杆，再经常温多道次拉拔得到铝基导线单丝，然后置于温度为170~ 180℃的条件下时效处理5~ 8h即得中强度高耐热高导电率的铝基导线。
3.根据权利要求2所述中强度高耐热高导电率的铝基导线的制备方法，其特征在于：步骤（2）中打渣剂的加入量为5~10g，精炼剂的加入量为5~10g。
4.根据权利要求2所述中强度高耐热高导电率的铝基导线的制备方法，其特征在于：步骤（5）中多道次顺序轧制变形的入轧温度为500~580℃，出轧温度为350~400℃。
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