本发明涉及铝合金导体材料
技术领域：
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背景技术：
：随着电网负荷的增加，电力输送朝高压化、大容量化、远距离化方向发展，对输电导线提出了苛刻的要求，一方面要求输电导线具有较高的导电率，降低输送线损，提高输送效率，另一方面要求输电导线具有良好的耐热性能和抗弧垂特性，减少线路建设成本，节约紧张的走廊资源。但是，铝导体材料的导电性和耐热性能是一对矛盾体，两者往往陷入此消彼长的困境，是开发耐热铝导体材料的技术瓶颈。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种架空用耐热铝合铝合金导体材料及其制备方法，该铝合金导体材料具有高导电性及良好的耐高温性能，该制备方法无需热处理，节省能耗，降低了生产成本。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种架空用耐热铝合金导体材料，各元素的质量百分比如下：锆：0.10-0.45%，钇：0.01-0.10%，钪：0.01-0.10%，镧和铈：0.3-1.0%，铁：0.05-0.18%，硅：≤0.05%，镍：≤0.05%，镁：≤0.02%，锌：≤0.04%，硼：≤0.01%，其余为铝及不可避免的杂质。优选的，镧和铈的质量比为7-8：3-2。上述架空用耐热铝合金导体材料的制备方法，包括如下步骤：（1）按各元素的质量百分比选取原料后，将回炉料、铝锭和Al-Fe中间合金坯料放入熔炼炉中，加热至熔化后，得到的熔体转入保温炉中；（2）向保温炉中再加入Al-Zr中间合金，Al-Sc中间合金，Al-Y中间合金，Al-RE中间合金，得到铝合金熔体；（3）对铝合金熔体进行精炼，得到精炼熔体；（4）对精炼熔体进行除渣，得到精质合金熔体；（5）采用连铸连轧工艺，先将精质合金熔体浇成铝合金铸件，再将铝合金铸件导入轧机，轧制成所需规格的铝合金杆。优选的，步骤（2）中，调整保温炉中熔体温度为720-780℃，再加入Al-Zr中间合金，Al-Sc中间合金，Al-Y中间合金，Al-RE中间合金，期间进行2-3次搅拌，得到铝合金熔体。优选的，步骤（3）中，对铝合金熔体进行精炼，精炼剂伴随氮气一起通入铝合金熔体当中，得到精炼熔体。优选的，步骤（4）中，对精炼熔体进行除渣并调整精炼熔体温度为720-760℃，静置15-30min，得到精质合金熔体。优选的，步骤（5）中，控温440-520℃条件下将铝合金铸件导入轧机，轧制成所需规格的铝合金杆。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1）本发明在铝合金中添加Zr元素能够与Al形成稳定的Al3Zr相，产生的Al3Zr相可以有效钉扎位错、亚晶界与晶界，阻碍晶粒的再结晶，提高铝合金的再结晶温度。在研究中发现，将Sc、Zr复合添加到铝合金中，能够形成热稳定性更高的Al3(Sc,Zr)相，且Al3(Sc,Zr)相的强化效果优于Al3Zr相。随着Zr含量的增加，会引起Al晶体点阵畸变，增加合金内部的电子散射，降低其电阻率，因此在耐热性能一定的前提下尽量减少Zr元素的添加量。2）本发明添加的La元素、Ce元素能够降低合金中氢的活度，以及氢在合金中的溶解度，故而可以净化熔体，减少针孔率；同时也可促进Si等元素的合金化，生成十分稳定的金属间化合物，降低杂质元素在铝基体中的浓度，提高合金的导电性。添加的Y元素能可以与铝基体形成金属间化合物Al3Y，提高合金的机械性能和耐腐蚀性能；同时Y元素在铝合金中的微合金化作用与Sc元素相似，可提高合金的结晶温度，从而达到提高耐热性的目的，且不降低或少降低合金导电率，价格相对于Sc更加低廉。3）本发明添加的铁元素与铝基体作用形成细小针状和针点状的Al3Fe相，而这种相主要分布在晶界位置处，影响合金的力学性能，可以有效提高材料的强度，耐腐蚀性，耐高温蠕变性能。4）本发明中其它元素含量不变的情况下，通过调节Zr元素的含量来控制铝合金的耐热性能，满足耐热铝合金杆和超耐热铝合金杆要求；Zr元素含量为0.10-0.28%时，长时间运行温度为150℃；Zr元素含量为0.28-0.35%时，长时间运行温度为210℃；Zr元素含量为0.35-0.45%时，长时间运行温度为230℃。5）本发明中导体成分中所添加的元素之间不相互作用和反应，多种元素协同作用，使铝合金的耐热性和导电率均明显提高。6）本发明通过上述配比制备的铝合金杆，导电率≥60.5%IACS，抗拉强度≥125MPa，伸长率≥9%，长期耐热温度为150℃-230℃。本方法制备的架空用耐热铝合金导体材料无需热处理，熔铸后直接轧制。无需热处理，因此可以节省热处理所需的能耗，节约生产成本，广泛用于架空导线，具有显著的经济效益。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的说明。实施例1一种架空用耐热铝合金导体材料，各元素的质量百分比如下：锆：0.10%，钇：0.05%，钪：0.10%，镧和铈：0.75%，铁：0.18%，硅：0.05%，镍：0.03%，镁：0.01%，锌：0.04%，硼：0.005%，其余为铝及不可避免的杂质。其中，镧和铈的质量比为7：3。上述架空用耐热铝合金导体材料的制备方法，包括如下步骤：（1）按各元素的质量百分比选取原料后，将回炉料、铝锭和Al-Fe中间合金坯料放入熔炼炉中，加热至熔化后，得到的熔体转入保温炉中；（2）调整保温炉中熔体温度为720-780℃，再加入Al-Zr中间合金，Al-Sc中间合金，Al-Y中间合金，Al-RE中间合金，调节合金成分到设定质量百分比范围，期间进行2-3次搅拌，得到铝合金熔体；（3）对铝合金熔体进行精炼，精炼剂伴随氮气一起通入铝合金熔体当中，得到精炼熔体；（4）对精炼熔体进行除渣并调整精炼熔体温度为720-760℃，静置15-30min，得到精质合金熔体；（5）采用连铸连轧工艺，先将精质合金熔体浇成铝合金铸件，控温440-520℃条件下将铝合金铸件导入轧机，轧制成所需规格的铝合金杆。实施例2一种架空用耐热铝合金导体材料，各元素的质量百分比如下：锆：0.3%，钇：0.10%，钪：0.01%，镧和铈：1.0%，铁：0.05%，硅：0.02%，镍：0.02%，镁：0.02%，锌：0.01%，硼：0.01%，其余为铝及不可避免的杂质。其中，镧和铈的质量比为8：2。上述架空用耐热铝合金导体材料的制备方法同时实施例1。实施例3一种架空用耐热铝合金导体材料，各元素的质量百分比如下：锆：0.45%，钇：0.01%，钪：0.06%，镧和铈：0.3%，铁：0.12%，硅：0.04%，镍：0.05%，镁：0.01%，锌：0.03%，硼：0.01%，其余为铝及不可避免的杂质。其中，镧和铈的质量比为7.5：2.5。上述架空用耐热铝合金导体材料的制备方法同时实施例1。实施例4一种架空用耐热铝合金导体材料，各元素的质量百分比如下：锆：0.15%，钇：0.03%，钪：0.03%，镧和铈：0.5%，铁：0.08%，硅：0.03%，镍：0.04%，镁：0.015%，锌：0.02%，硼：0.002%，其余为铝及不可避免的杂质。其中，镧和铈的质量比为7.2：2.8。上述架空用耐热铝合金导体材料的制备方法同时实施例1。实施例5一种架空用耐热铝合金导体材料，各元素的质量百分比如下：锆：0.4%，钇：0.07%，钪：0.08%，镧和铈：0.9%，铁：0.15%，硅：0.01%，镍：0.01%，镁：0.005%，锌：0.005%，硼：0.008%，其余为铝及不可避免的杂质。其中，镧和铈的质量比为7.7：2.3。上述架空用耐热铝合金导体材料的制备方法同时实施例1。表1为本发明的实施例测试结果：表1检测项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5导电率/%IACS60.661.060.660.861.1抗拉强度/MPa132127138130135伸长率/%1113101211长期耐热温度/℃150210230150230本方法制备的架空用耐热铝合金导体材料无需热处理，熔铸后直接轧制，即可获得导电率≥60.5%IACS，抗拉强度≥125MPa，伸长率≥9%，长期耐热温度为150℃-230℃的导体材料。该架空用耐热铝合金导体材料采用连铸连轧的方式生产，无需热处理，因此可以节省热处理所需的能耗，节约生产成本，广泛用于架空导线，具有显著的经济效益。当前第1页1 2 3