一种高导电率铝合金杆材及其制备方法与流程

本发明涉及一种高导电率铝合金杆材及其制造方法，具体地说是一种导电率≥63.5％iacs，抗拉强度≥83mpa，屈服强度≥52mpa，伸长率≥42％的铝合金导体及其制造技术，属于铝合金制备加工领域。

背景技术：

铝及铝合金具有质量轻、耐腐蚀、比强度高以及优异的导电性等优点，在电力运输方面具有极大的应用前景。19世纪末20世纪初，随着铝材冶炼技术走向成熟，铝材逐渐被人们认识并应用于电力电讯行业中。1910年，日本率先使用全铝导线；随后，美、德等国也纷纷将铝合金导线应用于高压输电线路中；我国对于铝导电材料的研究始于20世纪60年代，经过几十年的发展也取得了一定的成就。近年来，随着电力运输的发展，对铝合金导线的导电性能不断提高。因此，开发高导电铝合金材料，从而满足电力行业对高导电铝合金材料的需求，具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高导电率铝合金材料及其制备方法，以满足工业生产中对高导电铝合金材料的需求。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高导电率铝合金杆材，按重量百分比计，其配方比例如下：铁0.4～1.0％，稀土元素0.02～0.2％，钛0.01～0.04％，硼0.002～0.008％，硅≤0.08％，铜≤0.08％，镓≤0.08％，镁≤0.08％，锌≤0.08％，锰≤0.08％，余量为铝。

所述的高导电率铝合金杆材，高导电率铝合金杆材具有优异的导电性能及力学性能，其导电率≥63.5％iacs，抗拉强度≥83mpa，屈服强度≥52mpa，伸长率≥42％。

所述的高导电率铝合金杆材，高导电率铝合金杆材中稀土元素为镧。

所述的高导电率铝合金杆材的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)将工业纯铝放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至740℃～780℃，加入除了钛、硼之外的其他合金元素，对合金熔体进行搅拌；

(2)对熔体成分进行测试分析及调整，使各元素含量为：铁0.4～1.0％，稀土元素镧0.02～0.2％，硅≤0.08％，铜≤0.08％，镓≤0.08％，镁≤0.08％，锌≤0.08％，锰≤0.08％，余量为铝；

(3)以高纯氮气为载体，向铝合金熔体底部吹入重量占铝合金熔体总重量0.2％～0.6％的精炼剂对熔体进行净化处理，净化处理时间为10～15min；

(4)铝合金熔体进行净化处理结束后，控制温度在740℃～780℃，静置10～15min，让铝渣漂浮致铝合金熔体表面，并用扒渣器将铝合金熔体表面的渣去除；

(5)在740℃～780℃对铝溶液进行保温静置处理，保温时间在30min以上；

(6)倾斜炉体，使铝合金熔体经由流槽流向结晶器，并在流槽中部加入占铝合金熔体总重量0.2％～0.8％的al-5ti-1b合金杆对铝合金熔体进行在线细化处理，同时通过所述al-5ti-1b合金杆进一步调整铝合金熔体中的钛、硼成分为：钛0.01～0.04％，硼0.002～0.008％；

(7)对铝合金熔体进行轮式连铸；

(8)将铝合金连铸锭轧制成直径为9～10mm的杆材，铝合金锭的进轧温度控制在450℃～550℃，出轧温度控制在300℃～350℃；

(9)对铝合金杆在300℃～400℃进行退火处理，处理时间为2～4h。

所述的高导电率铝合金杆材的制备方法，在铝合金熔炼过程中，严格控制铝合金熔体中氢含量，将稀土金属加入铝合金熔体前，熔体中氢含量在0.2ml/100gal以下。

所述的高导电率铝合金杆材的制备方法，稀土元素镧的纯度≥99.5wt％。

本发明的原理如下：

本发明所述铝合金中加入了稀土元素镧，可通过以下几方面来提高合金的性能。1)对合金熔体能够起到净化作用，去除熔体中氢以及部分杂质元素，减小氢及杂质元素对电子的散射以及材料中的缺陷(如气孔)，从而提高材料的电导率和力学性能；2)对合金中的析出相起到变质作用，分析发现，稀土元素的添加能够改变改变合金中析出相的形态、抑制针状化合物的形成，从而进一步提高材料的电导率和力学性能。3)对基体晶粒起到细化作用，适当稀土元素的添加能够降低α-al与al熔体间的界面能，提高α-al的形核率，从而细化基体晶粒、提高材料的力学性能。

由于稀土元素通常具有较高的活性，在其加入铝合金熔体后易与氢、夹杂物等反应，从而减弱稀土的作用。为了减弱熔体中的氢和夹杂与稀土间的反应，在合金制备过程中选用纯度≥99.5wt％的稀土元素镧，且将稀土金属加入铝合金熔体前，确保熔体中氢含量在0.2ml/100gal以下。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明制得的铝合金材料具有优异的导电性能和力学性能，其导电率≥63.5％iacs，抗拉强度≥83mpa，屈服强度≥52mpa，伸长率≥42％，在电力运输方面具有极大的应用前景。

附图说明

图1为按实施例1方法制备的铝合金连铸锭的宏观形貌。

图2为按对比例所述方法制备的铝合金连铸锭的宏观形貌。

图3为按实施例1方法制备的铝合金连铸锭的基体组织形貌。

图4为按对比例所述方法制备的铝合金连铸锭的基体组织形貌。

图5为按实施例1方法制备的铝合金中析出相的形貌。

图6为按对比例所述方法制备的铝合金中析出相的形貌。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明合金材料由以下重量百分比的元素组成：铁0.4～1.0％，稀土元素镧0.02～0.2％，钛0.01～0.04％，硼0.002～0.008％，硅≤0.08％，铜≤0.08％，镓≤0.08％，镁≤0.08％，锌≤0.08％，锰≤0.08％，余量为铝。本发明所述铝合金杆的制备方法为：将铝合金锭熔化→调节熔体温度至740℃～780℃→加入其他合金元素→充分搅拌熔体后进行净化处理→在线细化→轮式连铸→轧制成杆→对合金杆材进行退火处理。

以下结合附图及实施例详述本发明，但本发明的保护范围和应用范围不限于以下实施例。

实施例1

本实施例中，高导电率铝合金材料的制备方法，其步骤如下：

(1)将工业纯铝放入熔炼炉熔化，然后调节熔体温度至760℃，加入除了钛、硼之外的其他合金元素，对合金熔体进行搅拌；其中，添加稀土元素镧的纯度为99.8wt％。

(2)对熔体成分进行测试分析及调整；按重量百分比计，高导电率铝合金材料的配方比例如下：铁0.45％，稀土元素镧0.04％，硅0.08％，铜0.06％，镓0.06％，镁0.08％，锌0.06％，锰0.06％，余量为铝；

(3)以高纯氮气(体积纯度99.99％)为载体，向铝合金熔体底部吹入重量占铝合金熔体总重量0.2％的精炼剂(按重量百分比计，精炼剂由45％氯化钾+20％氯化钠+34％氟铝酸钾+1％六氯乙烷均匀混合而成)对熔体进行净化处理，净化处理时间为10min；

(4)铝合金熔体进行净化处理结束后，控制温度在760℃，静置12min，让铝渣漂浮致铝合金熔体表面，并用扒渣器将铝合金熔体表面的渣去除；

(5)在760℃对铝溶液进行保温静置处理，保温时间35min；

(6)倾斜炉体，使铝合金熔体经由流槽流向结晶器，并在流槽中部加入占铝合金熔体总重量0.2％的al-5ti-1b合金杆对铝合金进行在线细化处理，同时通过所述al-5ti-1b合金杆进一步调整铝合金熔体中的钛、硼成分为：钛0.01％，硼0.002％；

(7)对合金熔体进行轮式连铸，铸造速度为0.2m/s；

(8)将铝合金连铸锭轧制成直径约为9.5mm的杆材，铝合金锭的进轧温度控制在500℃，出轧温度控制在330℃。

(9)对铝合金杆在400℃进行退火处理，处理时间为2h。

在铝合金熔炼过程中，严格控制铝合金熔体中氢含量，将稀土金属加入铝合金熔体前，熔体中氢含量为0.18ml/100gal。

本实施例中，所述高导电率铝合金材料导电率为63.6％iacs，抗拉强度为84mpa，屈服强度为52mpa，伸长率为45％。

实施例2

本实施例中，高导电率铝合金材料的制备方法，其步骤如下：

(1)将工业纯铝放入熔炼炉熔化，然后调节熔体温度至750℃，加入除了钛、硼之外的其他合金元素，对合金熔体进行搅拌；其中，添加稀土元素镧的纯度为99.7wt％。

(2)对熔体成分进行测试分析及调整；按重量百分比计，高导电率铝合金材料的配方比例如下：铁0.6％，稀土元素镧0.06％，硅0.06％，铜0.05％，镓0.01％，镁0.04％，锌0.08％，锰0.07％，余量为铝；

(3)以高纯氮气(体积纯度99.99％)为载体，向铝合金熔体底部吹入重量占铝合金熔体总重量0.6％的精炼剂(按重量百分比计，精炼剂由45％氯化钾+20％氯化钠+34％氟铝酸钾+1％六氯乙烷均匀混合而成)对熔体进行净化处理，净化处理时间为15min；

(4)铝合金熔体进行净化处理结束后，控制温度在750℃，静置10min，让铝渣漂浮致铝合金熔体表面，并用扒渣器将铝合金熔体表面的渣去除；

(5)在750℃对铝溶液进行保温静置处理，保温时间40min；

(6)倾斜炉体，使铝合金熔体经由流槽流向结晶器，并在流槽中部加入占铝合金熔体总重量0.8％的al-5ti-1b合金杆对铝合金进行在线细化处理，同时通过所述al-5ti-1b合金杆进一步调整铝合金熔体中的钛、硼成分为：钛0.04％，硼0.008％；

(7)对合金熔体进行轮式连铸，铸造速度为0.2m/s；

(8)将铝合金连铸锭轧制成直径约为9.5mm的杆材，铝合金锭的进轧温度控制在450℃，出轧温度控制在300℃。

(9)对铝合金杆在300℃进行退火处理，处理时间为4h。

在铝合金熔炼过程中，严格控制铝合金熔体中氢含量，将稀土金属加入铝合金熔体前，熔体中氢含量为0.2ml/100gal。

本实施例中，所述高导电率铝合金材料导电率为63.50％iacs，抗拉强度为88mpa，屈服强度为60mpa，伸长率为42％。

实施例3

本实施例中，高导电率铝合金材料的制备方法，其步骤如下：

(1)将工业纯铝放入熔炼炉熔化，然后调节熔体温度至770℃，加入除了钛、硼之外的其他合金元素，对合金熔体进行搅拌；其中，添加稀土元素镧的纯度为99.6wt％。

(2)对熔体成分进行测试分析及调整；按重量百分比计，高导电率铝合金材料的配方比例如下：铁0.5％，稀土元素镧0.1％，硅0.01％，铜0.02％，镓0.03％，镁0.06％，锌0.07％，锰0.05％，余量为铝；

(3)以高纯氮气(体积纯度99.99％)为载体，向铝合金熔体底部吹入重量占铝合金熔体总重量0.4％的精炼剂(按重量百分比计，精炼剂由45％氯化钾+20％氯化钠+34％氟铝酸钾+1％六氯乙烷均匀混合而成)对熔体进行净化处理，净化处理时间为12min；

(4)铝合金熔体进行净化处理结束后，控制温度在770℃，静置15min，让铝渣漂浮致铝合金熔体表面，并用扒渣器将铝合金熔体表面的渣去除；

(5)在770℃对铝溶液进行保温静置处理，保温时间45min；

(6)倾斜炉体，使铝合金熔体经由流槽流向结晶器，并在流槽中部加入占铝合金熔体总重量0.4％的al-5ti-1b合金杆对铝合金进行在线细化处理，同时通过所述al-5ti-1b合金杆进一步调整铝合金熔体中的钛、硼成分为：钛0.02％，硼0.004％；

(7)对合金熔体进行轮式连铸，铸造速度为0.2m/s；

(8)将铝合金连铸锭轧制成直径约为9.5mm的杆材，铝合金锭的进轧温度控制在550℃，出轧温度控制在350℃。

(9)对铝合金杆在400℃进行退火处理，处理时间为2h。

在铝合金熔炼过程中，严格控制铝合金熔体中氢含量，将稀土金属加入铝合金熔体前，熔体中氢含量为0.2ml/100gal。

本实施例中，所述高导电率铝合金材料导电率为63.56％iacs，抗拉强度为86mpa，屈服强度为55mpa，伸长率为43％。

对比例

本对比例中，不含稀土元素的铝合金材料的制备方法，其步骤如下：

(1)将工业纯铝放入熔炼炉熔化，然后调节熔体温度至760℃，加入除了钛、硼之外的其他合金元素，对合金熔体进行搅拌；

(2)对熔体成分进行测试分析及调整；按重量百分比计，不含稀土元素的铝合金材料配方比例如下：铁0.45％，硅0.06％，铜0.03％，镓0.02％，镁0.04％，锌0.05％，锰0.08％，余量为铝；

(3)以高纯氮气(体积纯度99.99％)为载体，向铝合金熔体底部吹入重量占铝合金熔体总重量0.2％的精炼剂(按重量百分比计，精炼剂由45％氯化钾+20％氯化钠+34％氟铝酸钾+1％六氯乙烷均匀混合而成)对熔体进行净化处理，净化处理时间为10min；

(4)铝合金熔体进行净化处理结束后，控制温度在760℃，静置12min，让铝渣漂浮致铝合金熔体表面，并用扒渣器将铝合金熔体表面的渣去除；

(5)在760℃对铝溶液进行保温静置处理，保温时间40min；

(6)倾斜炉体，使铝合金熔体经由流槽流向结晶器，并在流槽中部加入占铝合金熔体总重量0.2％的al-5ti-1b合金杆对铝合金进行在线细化处理，同时通过所述al-5ti-1b合金杆进一步调整铝合金熔体中的钛、硼成分为：钛0.01％，硼0.002％；

(7)对合金熔体进行轮式连铸，铸造速度为0.2m/s；

(8)将铝合金连铸锭轧制成直径约为9.5mm的杆材，铝合金锭的进轧温度控制在500℃，出轧温度控制在330℃。

(9)对铝合金杆在400℃进行退火处理，处理时间为2h。

本对比例中，所述铝合金材料导电率为61.9％iacs，抗拉强度为83mpa，屈服强度为50mpa，伸长率为40％。

图1和图2分别给出了按实施例1和对比例制备的铝合金连铸锭的宏观形貌，可见：实施例1制备的铸锭内部无可见气孔，而对比例制备的连铸锭中心部位存在一个明显的气孔，即适当稀土元素镧的添加能起到明显的净化作用。

图3和图4分别给出了按实施例1和对比例制备的铝合金连铸锭的基体组织形貌，可见：实施例1所制备的铝合金连铸锭的晶粒尺寸更小，即适当稀土元素镧的添加能起到晶粒细化作用。

图5和图6分别给出了按实施例1和对比例制备的铝合金中alfe析出相的形貌，可见：实施例1制备的合金中alfe析出相呈短棒状或近球形，而对比例制备的合金中alfe析出相成针状，即适当稀土元素镧的添加能对合金中alfe析出相起到明显的变质作用。