本发明属于铝合金导线制造领域，具体是涉及一种耐热稀土铝合金导线及其制造方法。
背景技术：
：随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对电力的需求急剧增长，输电线路日益向超高压大容量方向发展，城市和农村电网也迫切需要进行增容扩容改造，以增加输电容量。耐热铝合金导线是指在温度和载荷的长时间作用下具有抵抗塑性变形和破坏能力的铝合金导线，其耐热性能通常采用在某一高温加热后的强度保持率大于90%来表征。提高铝合金导线的强度、导电率和耐热性能是提高输电线路输电容量的重要措施。但目前我国的输电导线主要还是传统的钢芯铝绞线，这种钢芯铝绞线虽然强度高，但导电率低、电能损耗大，耐热性差，导致输电容量受到很大的限制。因此，为了满足城市和农村电网增容扩容改造以及长距离大容量输电工程的建设，迫切需要开发新型的高强度、高导电率和耐热性能优良的铝合金导线。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种高强度、高导电率和耐热性能好的耐热稀土铝合金导线及其制造方法。本发明的技术方案是这样实现的：本发明所述的耐热稀土铝合金导线，其特点是由以下质量百分比的成分组成：Fe0.3～0.6%，Si0.1～0.2%，Cu0.04～0.08%，Li0.03～0.05%，Zr0.005～0.015%，B0.001～0.003%，Re0.01～0.03%，Zn≤0.05%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.01%，总量≤0.05%。优选的，本发明所述的耐热稀土铝合金导线，由以下质量百分比的成分组成：Fe0.5%，Si0.15%，Cu0.06%，Li0.04%，Zr0.01%，B0.002%，Re0.02%，Zn≤0.05%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.01%，总量≤0.05%。其中，所述Re的成分及质量百分比为：La14.3%，Ce15.6%，Pr15.4%，Ho18.5%，Tm16.8%，Lu19.4%。本发明所述的耐热稀土铝合金导线的制造方法，其特点是包括以下步骤：第一步：选用速溶硅、Al-20Fe合金、Al-10Cu合金、Al-10Li合金、Al-5Zr-1B合金、混合稀土Re和铝含量为99.7～99.85%的工业纯铝锭作为原材料；第二步：在740～780℃将工业纯铝锭加热熔化，并加入占原材料总重量0.25～2.5%的Al-20Fe合金、0～0.1%的速溶硅、0～0.7%的Al-10Cu合金和0.3～0.5%的Al-10Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：对铝合金液进行炉内精炼除气除杂处理，扒渣后，加入占原材料总重量0.1～0.3%的Al-5Zr-1B合金和0.01～0.03%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液依次流过设置在流槽上的石墨转子旋转速度为90～120转/分钟、氩气压力为30～60KPa的除气箱和孔隙度为30～60ppi的陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理；第五步：将铝合金液流入铝液注入口设置有超声波振动杆的连铸连轧机，在结晶轮转动线速度为12～18米/分钟、超声波输出频率为20～40kHz、终轧速度为10～15米/秒条件下，将铝合金液连铸连轧成直径9.5毫米的铝合金圆杆；第六步：在道次拉拔变形量为2～5%、拉拔速度为4～8米/秒的条件下，将铝合金圆杆拉拔成直径为1～3毫米的铝合金线，得到耐热稀土铝合金导线。本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明铝合金导线的室温抗拉强度大于200MPa，导电率大于60%IACS，在230℃持续加热1小时后的强度保持率大于92%，具有强度高、导电率高和耐热性能好的特点，适合于制造城市和农村电网增容扩容改造和长距离大容量输电工程建设用铝合金电缆，具有广阔的市场应用前景。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明作进一步的详细说明。本发明所述的耐热稀土铝合金导线，由以下质量百分比的成分组成：Fe0.3～0.6%，Si0.1～0.2%，Cu0.04～0.08%，Li0.03～0.05%，Zr0.005～0.015%，B0.001～0.003%，Re0.01～0.03%，Zn≤0.05%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.01%，总量≤0.05%。其中，最优的成分及质量百分比为：Fe0.5%，Si0.15%，Cu0.06%，Li0.04%，Zr0.01%，B0.002%，Re0.02%，Zn≤0.05%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.01%，总量≤0.05%。其中，所述Re的成分及质量百分比为：La14.3%，Ce15.6%，Pr15.4%，Ho18.5%，Tm16.8%，Lu19.4%。其中，Fe在铝合金导线中可形成热稳定性极好的Al3Fe、Al2FeSi、FeSiAl3、Fe2SiAl8等过剩相，增强铝合金导线的强度和耐热性能。Fe含量越高，过剩相的数量也越多，铝合金导线的强度和耐热性越好。但Fe含量太高也会降低铝合金的塑性、抗应力腐蚀性能和疲劳性能。因此，铝合金导线中Fe含量选择为0.3～0.6%，优选的，铝合金导线中Fe含量为0.5%。Si在铝合金导线中除了具有固溶强化作用外，最重要的是Si可与铝合金导线中的Fe形成热稳定性极好的Al2FeSi、FeSiAl3、Fe2SiAl8等过剩相，增强铝合金导线的强度和耐热性能。Si含量太高也会降低铝合金导线的塑形和导电性能，因此，为了确保铝合金导线获得足够的强度、耐热性和导电性能，Si含量选择在0.1～0.2%，最优的Si含量为0.15%。Cu在铝合金导线中除了具有固溶强化作用外，还可形成强化效果极为明显的CuAl2相，增强铝合金导线的强度。Cu含量越高，CuAl2相的数量越多，铝合金导线的强度越高。但Cu含量太高也会降低铝合金导线的耐腐蚀性能，并且Cu的价格较贵，Cu含量太高会增加铝合金导线的生产成本。因此，Cu含量选择在0.04～0.08%，最优的Cu含量为0.06%。Li在铝合金导线中可析出热稳定性极好的纳米尺寸Al3Li强化相，Al3Li强化相可以钉扎位错、亚晶和晶界，提高铝合金导线的强度和耐热性能。添加0.03～0.05%的Li即可对铝合金导线产生明显的强化效果，优选的，Li添加量为0.04%。Zr、B是以Al-5Zr-1B合金的形式加入到铝合金导线中，Al-5Zr-1B合金是由氟钛酸钾和氟硼酸钾的混合物与铝液反应得到，内部含有大量的ZrB2粒子。发明人的大量实验研究证明，Al-5Zr-1B合金比现有的Al-5Ti-1B合金和Al-5Ti-1C合金都具有更强的晶粒细化能力，添加0.1～0.3%的Al-5Zr-1B合金，铝合金导线中含有0.005～0.015%的Zr和0.001～0.003%的B，可显著细化铝合金的晶粒，改善铝合金导线的组织均匀性，提高铝合金导线的强度和塑性。优选的，Al-5Zr-1B合金添加量为0.2%，铝合金中含有0.01%的Zr和0.002%的B。Re是含有La、Ce、Pr三种轻稀土元素和Ho、Tm、Lu三种重稀土元素的混合稀土，稀土元素的物理化学性质活泼，能与铝合金液中的氢、氧、锰、锌、铬等杂质元素反应生成高熔点、高稳定性的稀土化合物，对铝合金液有深度净化作用，可以消除杂质元素对力学性能和导电性能的有害影响。另外，形成的稀土化合物具有熔点高、硬度高和热稳定性好的特点，稀土化合物偏聚在相界和晶界可提高相界和晶界的强度和抗蠕变能力，提高铝合金导线的强度和耐热性。发明人的大量实验研究证明，对于提高铝合金导线的强度、导电率和耐热性而言，添加含有La、Ce、Pr三种轻稀土元素和Ho、Tm、Lu三种重稀土元素的混合稀土的效果比添加一种或少数几种稀土元素的效果都更好，并且添加轻、重混合稀土的效果比添加一种或几种轻稀土元素或一种或几种重稀土元素的效果也都更好，并且添加轻、重混合稀土还能降低稀土的添加量，有利于降低铝合金导线的生产成本。因此，选择添加0.01～0.03%的混合稀土Re，优选的，混合稀土Re添加量为0.02%。本发明还提供了该耐热稀土铝合金导线的制造方法，具体由以下步骤组成：第一步：选用速溶硅、Al-20Fe合金、Al-10Cu合金、Al-10Li合金、Al-5Zr-1B合金、混合稀土Re和铝含量为99.7～99.85%的工业纯铝锭作为原材料；第二步：在740～780℃将工业纯铝锭加热熔化，并加入占原材料总重量0.25～2.5%的Al-20Fe合金、0～0.1%的速溶硅、0～0.7%的Al-10Cu合金和0.3～0.5%的Al-10Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：对铝合金液进行炉内精炼除气除杂处理，扒渣后，加入占原材料总重量0.1～0.3%的Al-5Zr-1B合金和0.01～0.03%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液依次流过设置在流槽上的石墨转子旋转速度为90～120转/分钟、氩气压力为30～60KPa的除气箱和孔隙度为30～60ppi的陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理；第五步：将铝合金液流入铝液注入口设置有超声波振动杆的连铸连轧机，在结晶轮转动线速度为12～18米/分钟、超声波输出频率为20～40kHz、终轧速度为10～15米/秒条件下，将铝合金液连铸连轧成直径9.5毫米的铝合金圆杆；第六步：在道次拉拔变形量为2～5%、拉拔速度为4～8米/秒的条件下，将铝合金圆杆拉拔成直径为1～3毫米的铝合金线，得到耐热稀土铝合金导线。由于铝含量为99.7～99.85%的工业纯铝锭中含有0.1～0.25%的Fe、0.1～0.2%的Si和0.01～0.04%的Cu，因此，选择添加0.25～2.5%的Al-20Fe合金、0～0.1%的速溶硅和0～0.7%的Al-10Cu合金。本发明耐热稀土铝合金导线的制造方法，选用工业纯铝锭、Al-20Fe合金、速溶硅、Al-10Cu合金、Al-10Li合金、Al-5Zr-1B合金和混合稀土Re作为原材料，通过优化Fe、Si、Cu、Li的含量，首先经过炉内精炼除气除杂处理后，再加入Al-5Zr-1B合金和混合稀土Re，有利于充分发挥Al-5Zr-1B合金对铝合金液的晶粒细化和混合稀土Re对铝合金液的深度净化作用，最后再经过流槽在线除气和过滤处理，可以确保获得高洁净的铝合金液，使铝合金导线获得高强度、高导电率和耐热性能好的特点。为了更详尽的描述本发明的耐热稀土铝合金导线及制造方法，以下列举几个实施例作更进一步的说明。实施例1：本发明所述耐热稀土铝合金导线的成分及质量百分比为：Fe0.3%，Si0.1%，Cu0.04%，Li0.03%，Zr0.005%，B0.001%，Re0.01%，Zn≤0.05%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.01%，总量≤0.05%，其中所述Re的成分及质量百分比为：La14.3%，Ce15.6%，Pr15.4%，Ho18.5%，Tm16.8%，Lu19.4%。该耐热稀土铝合金导线的制造方法如下：第一步：选用Al-20Fe合金、Al-10Cu合金、Al-10Li合金、Al-5Zr-1B合金、混合稀土Re和铝含量为99.85%的工业纯铝锭作为原材料；第二步：在740℃将工业纯铝锭加热熔化，并加入占原材料总重量1%的Al-20Fe合金、0.3%的Al-10Cu合金和0.3%的Al-10Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液进行炉内精炼除气除杂处理，扒渣后，加入占原材料总重量0.1%的Al-5Zr-1B合金和0.01%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液依次流过设置在流槽上的石墨转子旋转速度为90转/分钟、氩气压力为60KPa的除气箱和孔隙度为30ppi的陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理；第五步：将铝合金液流入铝液注入口设置有超声波振动杆的连铸连轧机，在结晶轮转动线速度为18米/分钟、超声波输出频率为20kHz、终轧速度为15米/秒条件下，将铝合金液连铸连轧成直径9.5毫米的铝合金圆杆；第六步：在道次拉拔变形量为5%、拉拔速度为8米/秒的条件下，将铝合金圆杆拉拔成直径为3毫米的铝合金线，得到耐热稀土铝合金导线。实施例2：本发明所述耐热稀土铝合金导线的成分及质量百分比为：Fe0.5%，Si0.15%，Cu0.06%，Li0.04%，Zr0.01%，B0.002%，Re0.02%，Zn≤0.05%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.01%，总量≤0.05%，其中所述Re的成分及质量百分比为：La14.3%，Ce15.6%，Pr15.4%，Ho18.5%，Tm16.8%，Lu19.4%。该耐热稀土铝合金导线的制造方法如下：第一步：选用Al-20Fe合金、Al-10Cu合金、Al-10Li合金、Al-5Zr-1B合金、混合稀土Re和铝含量为99.8%的工业纯铝锭作为原材料；第二步：在760℃将工业纯铝锭加热熔化，并加入占原材料总重量1.75%的Al-20Fe合金、0.3%的Al-10Cu合金和0.4%的Al-10Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液进行炉内精炼除气除杂处理，扒渣后，加入占原材料总重量0.2%的Al-5Zr-1B合金和0.02%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液依次流过设置在流槽上的石墨转子旋转速度为100转/分钟、氩气压力为50KPa的除气箱和孔隙度为40ppi的陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理；第五步：将铝合金液流入铝液注入口设置有超声波振动杆的连铸连轧机，在结晶轮转动线速度为15米/分钟、超声波输出频率为30kHz、终轧速度为13米/秒条件下，将铝合金液连铸连轧成直径9.5毫米的铝合金圆杆；第六步：在道次拉拔变形量为3%、拉拔速度为6米/秒的条件下，将铝合金圆杆拉拔成直径为2毫米的铝合金线，得到耐热稀土铝合金导线。实施例3：本发明所述耐热稀土铝合金导线的成分及质量百分比为：Fe0.6%，Si0.2%，Cu0.08%，Li0.05%，Zr0.015%，B0.003%，Re0.03%，Zn≤0.05%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.01%，总量≤0.05%，其中所述Re的成分及质量百分比为：La14.3%，Ce15.6%，Pr15.4%，Ho18.5%，Tm16.8%，Lu19.4%。该耐热稀土铝合金导线的制造方法如下：第一步：选用Al-20Fe合金、Al-10Cu合金、Al-10Li合金、Al-5Zr-1B合金、混合稀土Re和铝含量为99.7%的工业纯铝锭作为原材料；第二步：在780℃将工业纯铝锭加热熔化，并加入占原材料总重量1.75%的Al-20Fe合金、0.4%的Al-10Cu合金和0.5%的Al-10Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液进行炉内精炼除气除杂处理，扒渣后，加入占原材料总重量0.3%的Al-5Zr-1B合金和0.03%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液依次流过设置在流槽上的石墨转子旋转速度为120转/分钟、氩气压力为30KPa的除气箱和孔隙度为60ppi的陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理；第五步：将铝合金液流入铝液注入口设置有超声波振动杆的连铸连轧机，在结晶轮转动线速度为12米/分钟、超声波输出频率为40kHz、终轧速度为10米/秒条件下，将铝合金液连铸连轧成直径9.5毫米的铝合金圆杆；第六步：在道次拉拔变形量为2%、拉拔速度为4米/秒的条件下，将铝合金圆杆拉拔成直径为1毫米的铝合金线，得到耐热稀土铝合金导线。实施例4：本发明所述耐热稀土铝合金导线的成分及质量百分比为：Fe0.6%，Si0.2%，Cu0.08%，Li0.05%，Zr0.015%，B0.003%，Re0.03%，Zn≤0.05%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.01%，总量≤0.05%，其中所述Re的成分及质量百分比为：La14.3%，Ce15.6%，Pr15.4%，Ho18.5%，Tm16.8%，Lu19.4%。该耐热稀土铝合金导线的制造方法如下：第一步：选用速溶硅、Al-20Fe合金、Al-10Cu合金、Al-10Li合金、Al-5Zr-1B合金、混合稀土Re和铝含量为99.85%的工业纯铝锭作为原材料；第二步：在780℃将工业纯铝锭加热熔化，并加入占原材料总重量2.5%的Al-20Fe合金、0.1%的速溶硅、0.7%的Al-10Cu合金和0.5%的Al-10Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液进行炉内精炼除气除杂处理，扒渣后，加入占原材料总重量0.3%的Al-5Zr-1B合金和0.03%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液依次流过设置在流槽上的石墨转子旋转速度为120转/分钟、氩气压力为30KPa的除气箱和孔隙度为60ppi的陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理；第五步：将铝合金液流入铝液注入口设置有超声波振动杆的连铸连轧机，在结晶轮转动线速度为12米/分钟、超声波输出频率为40kHz、终轧速度为10米/秒条件下，将铝合金液连铸连轧成直径9.5毫米的铝合金圆杆；第六步：在道次拉拔变形量为2%、拉拔速度为4米/秒的条件下，将铝合金圆杆拉拔成直径为1毫米的铝合金线，得到耐热稀土铝合金导线。实施例5：本发明所述耐热稀土铝合金导线的成分及质量百分比为：Fe0.3%，Si0.2%，Cu0.04%，Li0.04%，Zr0.01%，B0.002%，Re0.02%，Zn≤0.05%，Mn≤0.03%，Mg≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.01%，总量≤0.05%，其中所述Re的成分及质量百分比为：La14.3%，Ce15.6%，Pr15.4%，Ho18.5%，Tm16.8%，Lu19.4%。该耐热稀土铝合金导线的制造方法如下：第一步：选用Al-20Fe合金、Al-10Li合金、Al-5Zr-1B合金、混合稀土Re和铝含量为99.7%的工业纯铝锭作为原材料；第二步：在750℃将工业纯铝锭加热熔化，并加入占原材料总重量0.25%的Al-20Fe合金和0.4%的Al-10Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液进行炉内精炼除气除杂处理，扒渣后，加入占原材料总重量0.2%的Al-5Zr-1B合金和0.02%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液依次流过设置在流槽上的石墨转子旋转速度为110转/分钟、氩气压力为40KPa的除气箱和孔隙度为50ppi的陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理；第五步：将铝合金液流入铝液注入口设置有超声波振动杆的连铸连轧机，在结晶轮转动线速度为13米/分钟、超声波输出频率为30kHz、终轧速度为12米/秒条件下，将铝合金液连铸连轧成直径9.5毫米的铝合金圆杆；第六步：在道次拉拔变形量为3%、拉拔速度为5米/秒的条件下，将铝合金圆杆拉拔成直径为1.5毫米的铝合金线，得到耐热稀土铝合金导线。在实施例1-5的铝合金导线上取样，在DNS200型电子拉伸机上进行室温拉伸，拉伸速度是2mm/min，检测铝合金导线的室温抗拉强度，结果如表1所示。在QJ44型直流双臂电桥上测定铝合金导线的导电率，结果如表1所示。将铝合金导线在230℃持续加热1小时，然后冷却至室温，在DNS200型电子拉伸机上进行室温拉伸，拉伸速度是2mm/min，检测铝合金导线的抗拉强度，用该抗拉强度值与初始值进行比较，检测铝合金导线的强度保持率，如表1所示。表1实施例1-5铝合金导线的拉伸力学性能、导电率和强度保持率抗拉强度/MPa导电率/%IACS强度保持率/%实施例1201.161.592.5实施例2216.560.892.9实施例3235.760.593.4实施例4242.161.393.6实施例5233.460.692.8从表1检测结果可看到，本发明铝合金导线的室温抗拉强度大于200MPa，导电率大于60%IACS，在230℃持续加热1小时后的强度保持率大于92%。具有强度高、导电率高和耐热性能好的优点，适合于制造城市电网增容扩容改造和长距离大容量输电工程建设用铝合金电缆，具有广阔的市场应用前景。本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。当前第1页1 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