专利名称：一种制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形方法
技术领域：
本发明属于有色金属加工技术领域，特别是涉及ー种制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形方法。
背景技术：
电カ在国民经济中处于基础和战略地位。我国是电カ大国，但是电カ装备制造业与之很不相称。架空输电导线作为输送电カ的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。随着国民经济的快速发展，对电力的需求大幅度攀升，特别是西部大开发的战略实施和国家电カ发展的战略调整，三峡输电工程线路的不断延伸，西电东送、南北互通、全国联网、新线路输电容量不断増大、老线路增容改造使铝导线需求量大幅度増加，潜在市场巨大，高强铝导线拥有更广阔的市场。架空输电导线要求具有良好的电导率，并具有较高的强度以支持 自重、风载荷和冰载荷等。我国多高山峡谷，在大跨距高压架空输电线路上，使用最多的是钢芯铝合金绞线，这种导线生产エ艺落后，导线耐热性能、抗腐蚀能力相对较差，线路的输电容量受到一定限制。随着经济技术的快速发展，采用高强耐热铝合金绞线代替钢芯铝合金绞线受到国际普遍关注。目前国内高强铝合金绞线的生产和应用还处于起步阶段，高强铝合金导线材料仍需进ロ，因此开发低成本的高强铝合金导线新材料及其制备技术对电カ行业乃至国民经济的发展具有重要意义。目前，西欧、北欧、北美、日本等国家广泛采用全铝合金绞线，法国高达80%以上。国外在全铝合金导线生产上实现了标准化，如美国材料试验标准ASTM (ASTM399-81，53% IACS, Rm295 304MPa)、英国标准 BS(BS3242-1970，53%IACS，Rm295 MPa)、德国标准DIN(DIN48201-6，55%IACS，Rm279 MPa)、法国标准 NF (NFC34-125，53%IACS，Rm330 MPa)，以及国际电エ委员会标准IEC等。国内生产エ艺与国外相比还存在较大差距，全铝合金导线应用比例不足全部架空导线的5%。目前国产铝合金导线性能不理想，存在以下问题需要解决①铝合金导线的力学性能与导电性能往往不能很好的兼顾。Al-Mg-Si合金导线强度较高(300MPa)，但是导电率较低(52. 5-55. 0%IACS)，而Al-Zr合金导线等效导电率高(可达60%IACS)，但其强度较低(225-245MPa)。②生产エ艺比较单ー铝合金的熔炼与净化——铝合金杆连铸连轧——铝合金杆固溶处理——淬火——铝合金线材拉伸——绞线成电缆。③高强耐热Al-Zr导线研究仍不成熟，要求强度和导电性能分别达到295MPa和60%IACS以上，是铝导线开发的重要方向。
发明内容
针对如上问题，本发明开发了ー种制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形方法，具有短流程、节能环保、加工效率高、产品质量优良、容易产业化等优点。本发明采用以下技术方案
一种制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形方法，其特征在于包括如下步骤 第一歩，制备及熔炼Al-Zr-Sc-Er合金，将纯度大于99. 9%的纯铝在加热炉中加热熔化后，在温度为680 720°C吋，向熔化的纯铝熔体中加入Al-Zr、Al-Sc, Al-Er中间合金，并进行搅拌，熔体温度为680 720°C时保温10 20min ；
第二步，合金液温度为700°C时向合金熔体中加入除渣剂，进行除渣除气，熔体在700°C静置20min后扒渣，并向熔化炉内通入氩气精炼30min，其压カ为I I. 515MPa，流量为 I 4L/min ；
第三步，精炼后的合金熔体在700°C时导入到中间包保温；
第四歩，将中间包中的合金液在670 700°C时注入到振动的冷却倾斜板上，设定倾斜板的倾斜角度为20°，倾斜板长度为650mm，振动频率为150 200Hz，倾斜板冷却系统冷却水流量为I 10L/min,合金液通过振动的冷却倾斜板后形成半固态金属衆料；
第五歩，将制备的半固态金属浆料注入到连续半固态挤压机，制备出直径为2 15mm的高强铝合金导线，制备铝合金导线时半固态连续挤压机挤压辊转速为20 50m/min，挤 压辊中冷却水流量为50 60L/min。作为优选，所述Al-Zr-Sc-Er合金中各成分的质量分数为Zr O. 01% 2. 00%, Sc
0.01% 3. 00%, Er O. 01% 3. 00%，余量为Al，杂质含量低于O. 03%。作为优选，所述步骤ニ中加入的除渣剂为占熔体质量分数1%的C2C16。本发明首先进行合金成分设计与合金熔炼，然后将熔炼的合金液注入到振动的冷却倾斜板上，合金液流过振动的冷却倾斜板后形成半固态金属浆料，之后将制备的半固态金属浆料注入到连续半固态挤压机，通过半固态连续挤压制备出高强铝合金导线。本发明的有益效果为
1、本发明设计了ー种新型合金成分，通过添加強化元素来提高铝导线的力学性能和导电性能;
2、本发明将振动冷却倾斜板制备半固态金属浆料与连续半固态挤压有机结合，实现了振动冷却倾斜板制备的半固态金属浆料直接连续挤压成形，该技术实现了半固态浆料的制备和半固态连续挤压成形的一体化和连续化；
3、本发明首先进行合金成分设计与合金熔炼，然后将熔炼的合金液注入到振动的冷却倾斜板上，合金液流过振动的冷却倾斜板后形成半固态金属浆料，之后将制备的半固态金属浆料注入到连续半固态挤压机，通过半固态连续挤压制备出高强铝合金导线，具有短流程、节能环保、加工效率高、产品质量优良、容易产业化等优点；
4、利用该技术制备的高强铝合金导线其力学性能和导线性能为300 310MPa和60 60. 5%IACS，达到了国际先进水平。
图I为本发明制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形装置示意 图2为本发明挤压模具示意 图3为本发明制备的高强铝合金导线及其内部组织。
具体实施例方式 下面结合实施例对本发明作进ー步描述
如图I、图2、图3所示，制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形装置包括熔炼炉
1、中间包2、波浪型倾斜板流变铸造装置3、液压装置4、轴5、挤压辊6、轴7、固定螺栓8、底座9、机架10、挤压模具11、挤压靴12、液压装置13、卷取装置14。波浪型倾斜板流变铸造装置3主要包括冷却倾斜板、振动机构、弹簧和机架，冷却倾斜板为波浪形。冷却倾斜板经弹簧固定在机架上，振动机构的输出端连接冷却倾斜板。振动机构采用电磁振动器。冷却倾斜板(即倾斜板冷却系统)为中空结构，冷却水通过进水口和出水ロ在中空部分流动，对倾斜板进行冷却。挤压机包括液压装置4、轴5、挤压辊6、轴7、固定螺栓8、底座9、机架10、挤压模具
11、挤压靴12和液压装置13。实施例中的挤压机为连续半固态挤压机。机架10通过固定螺栓8和底座9固定在地上。挤压辊6通过轴5固定在机架10上。挤压靴12通过轴7、液压装置4、液压装置13固定在机架10上。液压装置4固定在机架10上。液压装置13固定在底座9上。挤压模具11安装在挤压靴12上。在使用时，首先进行合金的制备及熔炼，然后将熔炼的合金液注入到振动的冷却 倾斜板3上，合金液流过振动的冷却倾斜板3后形成半固态金属浆料，之后将制备的半固态金属浆料注入到连续半固态挤压机，通过半固态连续挤压制备出高强铝合金导线。本发明将振动冷却倾斜板制备半固态金属浆料与连续半固态挤压机有机结合，实现了振动冷却倾斜板制备的半固态金属浆料直接连续挤压成形。实施例I :
第一歩，进行Al-Zr-Sc-Er合金设计与熔炼，以高纯铝(纯度大于99. 9%)为基础，高纯铝在加热炉中加热熔化后，在温度为720°C吋，向熔化的高纯铝熔体中加入Al-Zr、Al-Sc,Al-Er中间合金，合金中各成分所占的质量分数为Zr O. 01%, Sc O. 10%, Er I. 00%，余量为Al，杂质含量低于O. 03%，加入中间合金后对熔体进行搅拌，在700°C时保温20min。第二步，合金液温度为700°C时向合金熔体中加入熔体质量分数的1%的C2Cl6进行除渣除气，熔体在700°C静置20min后扒渣，井向熔化炉内通入氩气精炼30min，其压カ为IMPa，流量为 2L/min。第三步，精炼后的合金熔体在700°C时导入到中间包保温。第四歩，将中间包中的合金液在690°C注入到振动的冷却倾斜板上，设定倾斜板的倾斜角度为20°，倾斜板长度为650mm，振动频率为150 200Hz，倾斜板冷却系统冷却水流量为2L/min，合金液通过振动的冷却倾斜板后形成半固态金属浆料。第五步,将制备的半固态金属衆料注入到连续半固态挤压机,制备出直径为5mm的高强铝合金导线，制备铝合金导线时半固态连续挤压机挤压辊转速为40m/min，挤压辊中冷却水流量为50L/min。该高强铝合金导线的力学性能和导线性能分别为300MPa和60%IACS。实施例2:
第一歩，制备及熔炼Al-Zr-Sc-Er合金，将纯度大于99. 9%的纯铝在加热炉中加热熔化后，在温度为720°C吋，向熔化的高纯铝熔体中加入Al-Zr、Al-Sc, Al-Er中间合金，合金中各成分所占的质量分数为Zr 2. 00%, Sc O. 01%, Er O. 01%，余量为Al，杂质含量低于
O.03%，加入中间合金后对熔体进行搅拌，在700°C时保温20min。第二步，合金液温度为700°C时向合金熔体中加入熔体质量分数的1%的C2Cl6进行除渣除气，熔体在700°C静置20min后扒渣，井向熔化炉内通入氩气精炼30min，其压カ为IMPa，流量为 2L/min。
第三步，精炼后的合金熔体在700°C时导入到中间包保温。第四歩，将中间包中的合金液在690°C注入到振动的冷却倾斜板上，设定倾斜板的倾斜角度为20°，倾斜板长度为650mm，振动频率为200Hz，倾斜板冷却系统冷却水流量为lL/min,合金液通过振动的冷却倾斜板后形成半固态金属衆料。第五歩，将制备的半固态金属浆料注入到连续半固态挤压机，制备出直径为2mm的高强铝合金导线，制备铝合金导线时半固态连续挤压机挤压辊转速为50m/min，挤压辊中冷却水流量为60L/min。该高强铝合金导线的力学性能和导线性能分别为310MPa和60.2%IACS。实施例3
第一歩，制备及熔炼Al-Zr-Sc-Er合金，将纯度大于99. 9%的纯铝在加热炉中加热熔 化后，在温度为720°C吋，向熔化的高纯铝熔体中加入Al-Zr、Al-Sc, Al-Er中间合金，合金中各成分所占的质量分数为Zr I. 00%, Sc 2. 00%, Er I. 50%，余量为Al，杂质含量低于
0.03%，加入中间合金后对熔体进行搅拌，在700°C时保温20min。第二步，合金液温度为700°C时向合金熔体中加入熔体质量分数的1%的C2Cl6进行除渣除气，熔体在700°C静置20min后扒渣，井向熔化炉内通入氩气精炼30min，其压カ为
1.IMPa，流量为 I. 8L/min。第三步，精炼后的合金熔体在700°C时导入到中间包保温。第四歩，将中间包中的合金液在690°C注入到振动的冷却倾斜板上，设定倾斜板的倾斜角度为20°，倾斜板长度为650mm，振动频率为150Hz，倾斜板冷却系统冷却水流量为IOL/min,合金液通过振动的冷却倾斜板后形成半固态金属衆料。第五歩，将制备的半固态金属浆料注入到连续半固态挤压机，制备出直径为15mm的高强铝合金导线，制备铝合金导线时半固态连续挤压机挤压辊转速为20m/min，挤压辊中冷却水流量为50L/min。该高强铝合金导线的力学性能和导线性能分别为310MPa和60.5%IACS。实施例4
第一歩，制备及熔炼Al-Zr-Sc-Er合金，将纯度大于99. 9%的纯铝在加热炉中加热熔化后，在温度为720°C吋，向熔化的高纯铝熔体中加入Al-Zr、Al-Sc, Al-Er中间合金，合金中各成分所占的质量分数为Zr O. 05%, Sc 3. 00%, Er O. 06%，余量为Al，杂质含量低于
O.03%，加入中间合金后对熔体进行搅拌，在700°C时保温20min。第二步，合金液温度为700°C时向合金熔体中加入熔体质量分数的1%的C2Cl6进行除渣除气，熔体在700°C静置20min后扒渣，井向熔化炉内通入氩气精炼30min，其压カ为IMPa，流量为 2L/min。第三步，精炼后的合金熔体在700°C时导入到中间包保温。第四歩，将中间包中的合金液在690°C注入到振动的冷却倾斜板上，设定倾斜板的倾斜角度为20°，倾斜板长度为650mm，振动频率为200Hz，倾斜板冷却系统冷却水流量为2L/min,合金液通过振动的冷却倾斜板后形成半固态金属衆料。第五歩，将制备的半固态金属浆料注入到连续半固态挤压机，制备出直径为3mm的高强铝合金导线，制备铝合金导线时半固态连续挤压机挤压辊转速为50m/min，挤压辊中冷却水流量为60L/min。该高强铝合金导线的力学性能和导线性能分别为305MPa和60.2%IACS。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普 通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形方法，其特征在于包括如下步骤 第一步，制备及熔炼Al-Zr-Sc-Er合金，将纯度大于99. 9%的纯铝在加热炉中加热熔化后，在温度为680 720°C时，向熔化的纯铝熔体中加入Al-Zr、Al-Sc, Al-Er中间合金，并进行搅拌，熔体温度为680 720°C时保温10 20min ； 第二步，合金液温度为700°C时向合金熔体中加入除渣剂，进行除渣除气，熔体在700°C静置20min后扒渣，并向熔化炉内通入氩气精炼30min，其压力为I I. 515MPa，流量为 I 4L/min ； 第三步，精炼后的合金熔体在700°C时导入到中间包保温； 第四步，将中间包中的合金液在670 700°C时注入到振动的冷却倾斜板上，设定倾斜板的倾斜角度为20°，倾斜板长度为650mm，振动频率为150 200Hz，倾斜板冷却系统冷却水流量为I 10L/min,合金液通过振动的冷却倾斜板后形成半固态金属衆料； 第五步，将制备的半固态金属浆料注入到连续半固态挤压机，制备出直径为2 15mm的高强铝合金导线，制备铝合金导线时半固态连续挤压机挤压辊转速为20 50m/min，挤压辊中冷却水流量为50 60L/min。
2.根据权利要求I所述的一种制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形方法，其特征在于所述Al-Zr-Sc-Er合金中各成分的质量分数为Zr 0. 01% 2. 00%, Sc 0. 01% .3.00%, Er 0. 01% 3. 00%，余量为Al，杂质含量低于0. 03%。
3.根据权利要求I或2所述的一种制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形方法，其特征在于所述步骤二中加入的除渣剂为占熔体质量分数1%的C2C16。
全文摘要
本发明公开了一种制备高强铝合金导线的连续半固态挤压成形方法，包括如下步骤第一步，制备及熔炼Al-Zr-Sc-Er合金；第二步，合金液温度为700℃时向合金熔体中加入除渣剂，进行除渣除气，熔体在700℃静置20min后扒渣，并向熔化炉内通入氩气精炼30min，其压力为1～1.515MPa，流量为1～4L/min；第三步，精炼后的合金熔体在700℃时导入到中间包保温；第四步，将中间包中的合金液在670～700℃时注入到振动的冷却倾斜板上，合金液通过振动的冷却倾斜板后形成半固态金属浆料；第五步，将制备的半固态金属浆料注入到连续半固态挤压机，制备出直径为2～15mm的高强铝合金导线。本发明具有短流程、节能环保、加工效率高、产品质量优良、容易产业化等优点。
文档编号H01B1/02GK102856009SQ201210357149
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者管仁国, 左良, 赵占勇, 钞润泽, 赵红亮, 胡芳友 申请人:东北大学