一种环保型铝合金电缆芯及其电缆芯线和制备的制作方法

本发明具体涉及一种环保型铝合金电缆芯及其电缆芯线和制备。

背景技术

电缆是传输电能、电信号和实现电磁能转换的线材产品，通常是由几根或几组导线(每组至少两根)绞合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。电缆具有内通电，外绝缘的特征。

现有的电缆内填充材料耗材量大、且线性电阻高，同时内部多跟电缆芯线的设计，长期使用下，容易导致磨损，及散热效果差的问题，而现有的电缆芯线多是采用铜合金制成，其散热性较差，且硬度与强度较低，难以满足现今的使用需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种环保型铝合金电缆芯及其电缆芯线和制备，以达到节约成本和经由耐用的目的。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现。

一种环保型铝合金电缆芯，包括有护套层、填充层和电缆层，所述护套层包括有增强编织层、外屏蔽层和耐高温层，所述填充层包括有阻燃条和填充绳，所述电缆层由三根电缆芯线绞合而成，各个电缆芯线之间设有限位隔条，所述限位隔条上设有三个呈螺旋状设置的容纳槽，各个所述电缆芯线皆卡入于容纳槽内固定。

进一步的，所述电缆层外还套有铝套，所述铝套紧贴于电缆芯线与限位隔条外的圆弧段处。

进一步的，所述增强编织层、外屏蔽层和耐高温层为同轴心设置。

进一步的，所述外屏蔽层为铁基合金，所述增强编织层由柔性乙烯基树脂编织而成，所述电缆芯线外涂覆有硅油。

进一步的，所述容纳槽在限位隔条上呈等距排列。

进一步的，所述电缆芯线由下列质量百分比数计的原料制成：mg：1.5-2.5％、cu：4.5-6.5％、fe：0.25-0.35％、ga：0.15-0.35％、zr：1.25-2.25％、sc：0.03-0.05％、sb：0.005-0.015％、ti：0.14-0.26％、b：0.35-0.55％、ag：0.005-0.015％、co：1.25-1.55％、tm：0.07-0.15％、y：0.04-0.06％、w：0.03-0.04％、v：0.12-0.22％、cr：0.55-0.65％、bi：0.001-0.003％、pb≤0.003％，余量为al及不可避免杂质。

进一步的，所述电缆芯线由下列质量百分比数计的原料制成：mg：1.5％、cu：4.5％、fe：0.25％、ga：0.15％、zr：1.25％、sc：0.03％、sb：0.005％、ti：0.14％、b：0.35％、ag：0.005％、co：1.25％、tm：0.07％、y：0.04％、w：0.03％、v：0.12％、cr：0.55％、bi：0.001％、pb≤0.003％，余量为al及不可避免杂质。

进一步的，所述电缆芯线由下列质量百分比数计的原料制成：mg：2.5％、cu：6.5％、fe：0.35％、ga：0.35％、zr：2.25％、sc：0.05％、sb：0.015％、ti：0.26％、b：0.55％、ag：0.015％、co：1.55％、tm：0.15％、y：0.06％、w：0.04％、v：0.22％、cr：0.65％、bi：0.003％、pb≤0.003％，余量为al及不可避免杂质。

进一步的，所述电缆芯线由下列质量百分比数计的原料制成：mg：2％、cu：5.5％、fe：0.3％、ga：0.2％、zr：1.75％、sc：0.04％、sb：0.01％、ti：0.2％、b：0.45％、ag：0.01％、co：1.4％、tm：0.1％、y：0.05％、w：0.035％、v：0.18％、cr：0.6％、bi：0.002％、pb≤0.003％，余量为al及不可避免杂质。

进一步的，所述电缆芯线的制备方法包括以下步骤：

1)配料及熔炼：按照质量百分比配料投入mg：1.5-2.5％、cu：4.5-6.5％、fe：0.25-0.35％、ga：0.15-0.35％、zr：1.25-2.25％、sc：0.03-0.05％至熔炼炉，并升温至600℃时，保持5-10min；接着按照质量百分比配料投sb：0.005-0.015％、ti：0.14-0.26％、b：0.35-0.55％、ag：0.005-0.015％、co：1.25-1.55％、tm：0.07-0.15％至熔炼炉，并升温至800℃时，保持10-15min；然后按照质量百分比配料投入y：0.04-0.06％、w：0.03-0.04％、v：0.12-0.22％、cr：0.55-0.65％、bi：0.001-0.003％、pb≤0.003％至熔炼炉，并升温至900℃时，保持5-10min，最后投入al至质量百分比达到100％，并撒上一层覆盖剂覆盖，当炉料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔炼炉内温度为900-940℃，搅拌熔体15-20min，得到铝合金熔液。

2)铸造：将得到的铝合金溶液在温度为800℃，铸造速度为90mm/min的条件下铸造成为铸棒，切断成长度为500mm的短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；

3)退火:将得到的铝合金铸锭在惰性气体中加温到485℃，保持1-1.5h，然后加温至500℃，保持0.5-1h，然后在退火温度为465℃的条件下进行均匀化退火15h；

4)热处理:将铝合金铸锭放入电阻加热炉中进行双级加热，将铝合金铸锭加热至380℃保温45min，风冷后，继续加热到480℃保温4h.得到处理后的铝合金铸锭；

5)拉拔减径:将铝合金铸锭放入挤压机内挤压成φ10mm棒材，挤压速度为4-4.5m/min，将铝合金棒材放入拉丝机进行拉拔减径，在拉丝机上用12m/min的速度、10-15％的减径率分别拉拔铜线坯和铝合金线坯，直到直径为0.8-1.2mm，得到铝合金线材；

6)时效:将铝合金线材进行双级时效，其中，第一级时效加热至温度为450-520℃，保持1-2h，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，第二级时效加热至温度为240-260℃，保温4-6h，再空冷至室温，得到时效电缆芯；

7)成型：将时效电缆芯重新固溶淬火后15分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金电缆芯，其中，冷处理温度为-150℃～-130℃，保温时间为1-2h。

进一步的，在步骤3)中，所采用的惰性气体为氮气。

本发明的有益效果是：通过铝套的设计来减少了填充材料的耗费及线性电阻小，铝套与电缆缆芯的接触由线状变弧面，不再为空气所隔绝，散热效果大为改善，且在内部搭配了限位隔条，避免铝套内各个电缆芯线的接触，抑制因电缆的弯曲引起的磨损断线，另，还采用了特制的电缆芯线，其在al的基础上，又添加了微量的cu、mg、ga、y、w、v这几种元素，形成弥散分布的特殊碳化物时，从而显著增加电缆芯线的硬度、强度与耐磨性，同时，mn、co、tm的溶入，可形成晶格畸变，进一步的增加电缆芯线的强度、硬度，而通过控制型材挤出速度和挤压压力，在水冷状态下，增加了铝材料的内部组织的均匀性与晶粒的细化，改善了铝合金电缆芯的质量与加工性能。

附图说明

图1为本发明一种环保型铝合金电缆芯的结构图；

图2为本发明一种环保型铝合金电缆芯的限位隔条结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参阅图1-2所示，一种环保型铝合金电缆芯，包括有护套层1、填充层2和电缆层3，所述护套层1包括有增强编织层11、外屏蔽层12和耐高温层13，所述填充层2包括有阻燃条21和填充绳22，所述电缆层3由三根电缆芯线31绞合而成，各个电缆芯线31之间设有限位隔条32，所述限位隔条上32设有三个呈螺旋状设置的容纳槽33，各个所述电缆芯线31皆卡入于容纳槽33内固定，所述电缆层3外还套有铝套34，所述铝套34紧贴于电缆芯线31与限位隔条32外的圆弧段处，所述增强编织层11、外屏蔽层12和耐高温层13为同轴心设置，所述外屏蔽层12为铁基合金，所述增强编织层11由柔性乙烯基树脂编织而成，所述电缆芯线31外涂覆有硅油，所述容纳槽33在限位隔条32上呈等距排列。

一种电缆芯线，由下列质量百分比数计的原料制成：mg：2.5％、cu：6.5％、fe：0.35％、ga：0.35％、zr：2.25％、sc：0.05％、sb：0.015％、ti：0.26％、b：0.55％、ag：0.015％、co：1.55％、tm：0.15％、y：0.06％、w：0.04％、v：0.22％、cr：0.65％、bi：0.003％、pb≤0.003％，余量为al及不可避免杂质。

一种电缆芯线的制备方法，包括以下步骤：

1)配料及熔炼：按照质量百分比配料投入mg：2.5％、cu：6.5％、fe：0.35％、ga：0.35％、zr：2.25％、sc：0.05％至熔炼炉，并升温至600℃时，保持5-10min；接着按照质量百分比配料投sb：0.015％、ti：0.26％、b：0.55％、ag：0.015％、co：1.55％、tm：0.15％至熔炼炉，并升温至800℃时，保持10-15min；然后按照质量百分比配料投入y：0.06％、w：0.04％、v：0.22％、cr：0.65％、bi：0.003％、pb≤0.003％至熔炼炉，并升温至900℃时，保持5-10min，最后投入al至质量百分比达到100％，并撒上一层覆盖剂覆盖，当炉料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔炼炉内温度为900-940℃，搅拌熔体15-20min，得到铝合金熔液；

2)铸造：将得到的铝合金溶液在温度为800℃，铸造速度为90mm/min的条件下铸造成为铸棒，切断成长度为500mm的短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；

3)退火:将得到的铝合金铸锭在惰性气体中加温到485℃，保持1-1.5h，然后加温至500℃，保持0.5-1h，然后在退火温度为465℃的条件下进行均匀化退火15h；

4)热处理:将铝合金铸锭放入电阻加热炉中进行双级加热，将铝合金铸锭加热至380℃保温45min，风冷后，继续加热到480℃保温4h.得到处理后的铝合金铸锭；

5)拉拔减径:将铝合金铸锭放入挤压机内挤压成φ10mm棒材，挤压速度为4-4.5m/min，将铝合金棒材放入拉丝机进行拉拔减径，在拉丝机上用12m/min的速度、10-15％的减径率分别拉拔铜线坯和铝合金线坯，直到直径为0.8-1.2mm，得到铝合金线材；

6)时效:将铝合金线材进行双级时效，其中，第一级时效加热至温度为450-520℃，保持1-2h，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，第二级时效加热至温度为240-260℃，保温4-6h，再空冷至室温，得到时效电缆芯；

7)成型：将时效电缆芯重新固溶淬火后15分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金电缆芯，其中，冷处理温度为-150℃～-130℃，保温时间为1-2h。

在步骤3)中，所采用的惰性气体为氮气。

实施例2

参阅图1-2所示，一种环保型铝合金电缆芯，包括有护套层1、填充层2和电缆层3，所述护套层1包括有增强编织层11、外屏蔽层12和耐高温层13，所述填充层2包括有阻燃条21和填充绳22，所述电缆层3由三根电缆芯线31绞合而成，各个电缆芯线31之间设有限位隔条32，所述限位隔条上32设有三个呈螺旋状设置的容纳槽33，各个所述电缆芯线31皆卡入于容纳槽33内固定，所述电缆层3外还套有铝套34，所述铝套34紧贴于电缆芯线31与限位隔条32外的圆弧段处，所述增强编织层11、外屏蔽层12和耐高温层13为同轴心设置，所述外屏蔽层12为铁基合金，所述增强编织层11由柔性乙烯基树脂编织而成，所述电缆芯线31外涂覆有硅油，所述容纳槽33在限位隔条32上呈等距排列。

一种电缆芯线，由下列质量百分比数计的原料制成：mg：1.5％、cu：4.5％、fe：0.25％、ga：0.15％、zr：1.25％、sc：0.03％、sb：0.005％、ti：0.14％、b：0.35％、ag：0.005％、co：1.25％、tm：0.07％、y：0.04％、w：0.03％、v：0.12％、cr：0.55％、bi：0.001％、pb≤0.003％，余量为al及不可避免杂质。

一种电缆芯线的制备方法，包括以下步骤：

1)配料及熔炼：按照质量百分比配料投入mg：1.5％、cu：4.5％、fe：0.25％、ga：0.15％、zr：1.25％、sc：0.03％至熔炼炉，并升温至600℃时，保持5-10min；接着按照质量百分比配料投sb：0.005％、ti：0.14％、b：0.35％、ag：0.005％、co：1.25％、tm：0.07％至熔炼炉，并升温至800℃时，保持10-15min；然后按照质量百分比配料投入y：0.04％、w：0.03％、v：0.12％、cr：0.55％、bi：0.001％、pb≤0.003％至熔炼炉，并升温至900℃时，保持5-10min，最后投入al至质量百分比达到100％，并撒上一层覆盖剂覆盖，当炉料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔炼炉内温度为900-940℃，搅拌熔体15-20min，得到铝合金熔液；

2)铸造：将得到的铝合金溶液在温度为800℃，铸造速度为90mm/min的条件下铸造成为铸棒，切断成长度为500mm的短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；

3)退火:将得到的铝合金铸锭在惰性气体中加温到485℃，保持1-1.5h，然后加温至500℃，保持0.5-1h，然后在退火温度为465℃的条件下进行均匀化退火15h；

4)热处理:将铝合金铸锭放入电阻加热炉中进行双级加热，将铝合金铸锭加热至380℃保温45min，风冷后，继续加热到480℃保温4h.得到处理后的铝合金铸锭；

5)拉拔减径:将铝合金铸锭放入挤压机内挤压成φ10mm棒材，挤压速度为4-4.5m/min，将铝合金棒材放入拉丝机进行拉拔减径，在拉丝机上用12m/min的速度、10-15％的减径率分别拉拔铜线坯和铝合金线坯，直到直径为0.8-1.2mm，得到铝合金线材；

6)时效:将铝合金线材进行双级时效，其中，第一级时效加热至温度为450-520℃，保持1-2h，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，第二级时效加热至温度为240-260℃，保温4-6h，再空冷至室温，得到时效电缆芯；

7)成型：将时效电缆芯重新固溶淬火后15分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金电缆芯，其中，冷处理温度为-150℃～-130℃，保温时间为1-2h。

在步骤3)中，所采用的惰性气体为氮气。

实施例3

参阅图1-2所示，一种环保型铝合金电缆芯，包括有护套层1、填充层2和电缆层3，所述护套层1包括有增强编织层11、外屏蔽层12和耐高温层13，所述填充层2包括有阻燃条21和填充绳22，所述电缆层3由三根电缆芯线31绞合而成，各个电缆芯线31之间设有限位隔条32，所述限位隔条上32设有三个呈螺旋状设置的容纳槽33，各个所述电缆芯线31皆卡入于容纳槽33内固定，所述电缆层3外还套有铝套34，所述铝套34紧贴于电缆芯线31与限位隔条32外的圆弧段处，所述增强编织层11、外屏蔽层12和耐高温层13为同轴心设置，所述外屏蔽层12为铁基合金，所述增强编织层11由柔性乙烯基树脂编织而成，所述电缆芯线31外涂覆有硅油，所述容纳槽33在限位隔条32上呈等距排列。

一种电缆芯线，由下列质量百分比数计的原料制成：mg：2％、cu：5.5％、fe：0.3％、ga：0.2％、zr：1.75％、sc：0.04％、sb：0.01％、ti：0.2％、b：0.45％、ag：0.01％、co：1.4％、tm：0.1％、y：0.05％、w：0.035％、v：0.18％、cr：0.6％、bi：0.002％、pb≤0.003％，余量为al及不可避免杂质。

一种电缆芯线的制备方法，包括以下步骤：

1)配料及熔炼：按照质量百分比配料：mg：2％、cu：5.5％、fe：0.3％、ga：0.2％、zr：1.75％、sc：0.04％、sb：0.01％、ti：0.2％、b：0.45％、ag：0.01％、co：1.4％、tm：0.1％、y：0.05％、w：0.035％、v：0.18％、cr：0.6％、bi：0.002％、pb≤0.003％，余量为al及不可避免杂质，加入熔炼炉，升温至800℃时，撒上一层覆盖剂覆盖，当炉料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔炼炉内温度为900-940℃，搅拌熔体15-20min，得到铝合金熔液；

2)铸造：将得到的铝合金溶液在温度为800℃，铸造速度为90mm/min的条件下铸造成为铸棒，切断成长度为500mm的短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；

3)退火:将得到的铝合金铸锭在惰性气体中加温到485℃，保持1-1.5h，然后加温至500℃，保持0.5-1h，然后在退火温度为465℃的条件下进行均匀化退火15h；

4)热处理:将铝合金铸锭放入电阻加热炉中进行双级加热，将铝合金铸锭加热至380℃保温45min，风冷后，继续加热到480℃保温4h.得到处理后的铝合金铸锭；

5)拉拔减径:将铝合金铸锭放入挤压机内挤压成φ10mm棒材，挤压速度为4-4.5m/min，将铝合金棒材放入拉丝机进行拉拔减径，在拉丝机上用12m/min的速度、10-15％的减径率分别拉拔铜线坯和铝合金线坯，直到直径为0.8-1.2mm，得到铝合金线材；

6)时效:将铝合金线材进行双级时效，其中，第一级时效加热至温度为450-520℃，保持1-2h，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，第二级时效加热至温度为240-260℃，保温4-6h，再空冷至室温，得到时效电缆芯；

7)成型：将时效电缆芯重新固溶淬火后15分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金电缆芯，其中，冷处理温度为-150℃～-130℃，保温时间为1-2h。

在步骤3)中，所采用的惰性气体为氮气。

实验例

对本实施例1-3制备而得的铝合金性能参数与现有的6061铝合金性能参数进行比对，其中电阻率检测标准为gbt1410-2006，导电率检测标准为gb11007-1989，断裂伸长率检测标准为fz/t60005-1991，抗拉强度检测标准为gb8403.5-1987，屈服强度检测标准为gb/t228-2002，检测结果如下表所示：

由上表可得，本实施例中所制成的铝合金电缆芯相比于现有的6061铝合金明显具有着更低的电阻率和更高的导电率，同时，其断裂伸长率、抗拉强度、屈服强度也明显由于现有的铝合金，综合性能相比于现有的铝合金有了显著性的提高。

本发明的有益效果是：通过铝套的设计来减少了填充材料的耗费及线性电阻小，铝套与电缆缆芯的接触由线状变弧面，不再为空气所隔绝，散热效果大为改善，且在内部搭配了限位隔条，避免铝套内各个电缆芯线的接触，抑制因电缆的弯曲引起的磨损断线，另，还采用了特制的电缆芯线，其在al的基础上，又添加了微量的cu、mg、ga、y、w、v这几种元素，形成弥散分布的特殊碳化物时，从而显著增加电缆芯线的硬度、强度与耐磨性，同时，mn、co、tm的溶入，可形成晶格畸变，进一步的增加电缆芯线的强度、硬度，而通过控制型材挤出速度和挤压压力，在水冷状态下，增加了铝材料的内部组织的均匀性与晶粒的细化，改善了铝合金电缆芯的质量与加工性能。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。