一种稀土掺杂高导耐热铝合金导电杆及其制备方法与流程

本发明涉及一种稀土掺杂高导耐热铝合金导电杆及其制备方法，特别是一种基于含铝量高于99.7%的铝锭熔炼制得的同时具备高电导率和高耐热性的铝合金材料的制备方法。

背景技术：

由于铜导体的出色导电性能，大部分高压输电工程采用铜芯电力电缆作为供电系统的主干道，但是铜价格较为高昂，导致输电成本居高不下。20世纪60年代，我们国家就已经提出以铝代铜，并且已经开始实施，但是由于当时的技术落后，矿石的纯度不高，导致实施的效果很不理想。到目前为止，由于耐热铝合金导线的电导率低，我国生产的大部分耐热铝合金导线还仅用于城网线路增容改造。只有将耐热铝合金导线的电导率提高到硬铝导线的水平，改变它的增容导线属性，才能用于长距离架空输电线路，其制作原料采用铝合金导电杆进行拉丝制得，现有的铝合金导电杆的导电性差、耐热性不好、制备工艺复杂、且造价高以及不易进行批量化生产。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种稀土掺杂高导耐热铝合金导电杆及其制备方法，该导电杆利用含铝量高于99.7%的铝锭，加入合金元素熔炼制得，制备工艺简单，且造价低廉，容易进行批量化的生产。

本发明采取的技术方案为：一种稀土掺杂高导耐热铝合金导电杆，其质量分数百分比为，Si≤0.1%，Fe：0.3-0.8%，Cu：0.25-0.55%，Mg≤0.05%，Zn≤0.05%，B：0.001-0.04%，Zr：0.1-0.2%，La：0.1-0.3%，余量为Al。

优选的，上述按质量百分比计，在铝水中加入混合稀土氧化物La₂O₃及Cu，加入量按重量百分比计分别为La：0.1-0.3%，Cu：0.25-0.55%。

优选的，上述熔炼过程中所添加的La、Cu、Fe、B、Zr需以中间合金形式加入。

一种稀土掺杂高导耐热铝合金导电杆的制备方法，该方法包括以下步骤：

①将含铝量高于99.7%的铝锭350-400℃温度下预热1h；

②将预热后的铝锭在650-750℃温度下加热融化；

③在步骤②所得的铝合金溶液中加入Al-La、Al-Cu、Al-Fe、Al-B、Al-Zr中间合金，充分搅拌；

④在步骤③所得的铝合金溶液中加入精炼剂，充分搅拌，用漏瓢去除表面杂质；

⑤将步骤④所得的铝合金溶液在650-750℃温度下保温10-20 min后，浇注10-20 min后将铝合金锭取出；

⑥将步骤⑤中所得铝合金锭在450-550℃温度下保温2-3 h后进行热挤压，制得所需规格铝合金导电杆。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明在熔炼过程中以中间合金形式在含铝量高于99.7%的铝水中加入一定量的La、 Cu、Fe、B、Zr，浇注得铝合金锭，再对其进行热挤压，得到所需规格的铝合金导电杆。该铝合金导电杆连续使用温度可以达到90摄氏度，满足大部分输电线路要求，电导率可达63%IACS，制备工艺简单，且造价低廉，容易进行批量化的生产。

为了进一步说明本发明的有益效果，发明人做了如下实验：

材料的微观组织分析，将本发明制备得到的铝合金导电杆制成金相试样，利用扫描电镜对其微观组织进行观测，如图1所示的铝合金导电杆的显微组织，由图可知，铝合金晶粒较为细小，这对材料的热稳定性起着非常重要的作用，晶粒细小的原因是：稀土元素的加入能与合金中杂质元素反应，生成高熔点的中间化合物，能够在在扒渣中除去，使杂质含量减少，充分净化铝基体，同时，在熔体凝固过程中，这些中间化合物在晶内弥散分布，起到非自发行核的作用，细化了晶粒，另外，铝是面心立方结构，稀土为密排六方结构，晶体结构的不同使稀土元素在铝合金中固溶度较小，大部分富集在晶界处。

材料的物相组成，利用X射线衍射仪对本铝合金导电杆进行分析，如图2所示的铝合金导电杆的XRD图谱，由图可知，铝合金主要由Al、Al2Cu、AlCuFeSi、Cu5Si等相组成，稀土元素的加入，使得晶内的第二相粒子也开始增多并粗化，这对铝合金导电杆强度的提升起着重要作用。

材料的导电率，将本发明制备的铝合金导电杆进行导电率测试，本发明制备的铝合金导电杆电导率为63.2%IACS。

综合分析可得，本发明制备的铝合金导电杆力学性能良好，耐热性能优异，导电率约可达63.2%。

附图说明

图1是铝合金导电杆的显微组织；

图2是铝合金导电杆的XRD图谱。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1-如图2所示，一种稀土掺杂高导耐热铝合金导电杆，其质量分数百分比为，Si≤0.1%，Fe：0.3%，Cu：0.25%，Mg≤0.05%，Zn≤0.05%，B：0.001%，Zr：0.1%，La：0.1%，余量为Al，其制备方法包括以下步骤：

①将含铝量高于99.7%的铝锭350-400℃温度下预热1h；

②将预热后的铝锭在650-750℃温度下加热融化；

③在步骤②所得的铝合金溶液中加入Al-La、Al-Cu、Al-Fe、Al-B、Al-Zr中间合金，充分搅拌；

④在步骤③所得的铝合金溶液中加入精炼剂，充分搅拌，用漏瓢去除表面杂质；

⑤将步骤④所得的铝合金溶液在650-750℃温度下保温10-20 min后，浇注10-20 min后将铝合金锭取出；

⑥将步骤⑤中所得铝合金锭在450-550℃温度下保温2-3 h后进行热挤压，制得所需规格铝合金导电杆。

优选的，上述按质量百分比计，在铝水中加入稀土氧化物La₂O₃及Cu，加入量按重量百分比计分别为La：0.1%，Cu：0.25%。

优选的，上述熔炼过程中所添加的La、Cu、Fe、B、Zr需以中间合金形式加入。

实施例2：一种稀土掺杂高导耐热铝合金导电杆，其质量分数百分比为，Si≤0.1%，Fe： 0.5%，Cu：0.35%，Mg≤0.05%，Zn≤0.05%，B：0.02%，Zr：0.15%，La：0.2%，余量为Al，其制备方法包括以下步骤：

①将含铝量高于99.7%的铝锭350-400℃温度下预热1h；

②将预热后的铝锭在650-750℃温度下加热融化；

③在步骤②所得的铝合金溶液中加入Al-La、Al-Cu、Al-Fe、Al-B、Al-Zr中间合金，充分搅拌；

④在步骤③所得的铝合金溶液中加入精炼剂，充分搅拌，用漏瓢去除表面杂质；

⑤将步骤④所得的铝合金溶液在650-750℃温度下保温10-20 min后，浇注10-20 min后将铝合金锭取出；

⑥将步骤⑤中所得铝合金锭在450-550℃温度下保温2-3 h后进行热挤压，制得所需规格铝合金导电杆。

优选的，上述按质量百分比计，在铝水中加入稀土氧化物La₂O₃及Cu，加入量按重量百分比计分别为La：0.2%，Cu：0.35%。

优选的，上述熔炼过程中所添加的La、Cu、Fe、B、Zr需以中间合金形式加入。

实施例3：一种稀土掺杂高导耐热铝合金导电杆，其质量分数百分比为，Si≤0.1%，Fe：0.8%，Cu：0.55%，Mg≤0.05%，Zn≤0.05%，B：0.04%，Zr：0.2%，La：0.3%，余量为Al，其制备方法包括以下步骤：

①将含铝量高于99.7%的铝锭350-400℃温度下预热1h；

②将预热后的铝锭在650-750℃温度下加热融化；

③在步骤②所得的铝合金溶液中加入Al-La、Al-Cu、Al-Fe、Al-B、Al-Zr中间合金，充分搅拌；

④在步骤③所得的铝合金溶液中加入精炼剂，充分搅拌，用漏瓢去除表面杂质；

⑤将步骤④所得的铝合金溶液在650-750℃温度下保温10-20 min后，浇注10-20 min后将铝合金锭取出；

⑥将步骤⑤中所得铝合金锭在450-550℃温度下保温2-3 h后进行热挤压，制得所需规格铝合金导电杆。

优选的，上述按质量百分比计，在铝水中加入稀土氧化物La₂O₃及Cu，加入量按重量百分比计分别为La： 0.3%，Cu：0.55%。

优选的，上述熔炼过程中所添加的La、Cu、Fe、B、Zr需以中间合金形式加入。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。