Al-Fe-Sr-RE铝合金电缆铜铝过渡端子及其制备方法_2

文档序号:9923100阅读:来源:国知局
在铝合金中添加有高活性元素钴,钴与铝反应生成A1C0、A13C02、A1C02等多种弥散性高温强化相;钴与铁共存时在枝晶间形成Al4(CoFe)等复杂的强化相,阻碍位错、阻止晶粒滑移,有效提高了合金室温和高温下的抗疲劳和抗蠕变性能,从而提高铝合金的耐热性。铬在合金中形成细小的弥散强化相,达到高温强化作用,提高合金在高温运行下的热稳定性。稀土元素作为表面活性元素,可集中分布在晶界上,降低相与相之间的拉力,从而使晶粒细化。本发明通过对合金元素的选择及含量的控制,有利于铝合金综合性能的提高,从而保证了电缆导体向铝合金连接管和铜铝过渡件的平稳过渡。
[0027]本发明中通过控制Cr-T1-Mn-RE的用量比例,将其加入到铝合金中,能够显著细化晶粒、抑制再结晶,使多边化组织的稳定性上升,并使铝合金晶内和晶界沉淀相更加细小、均匀,有利于减小晶界与晶内的电极电位差,使腐蚀均匀,降低晶界腐蚀倾向,从而提高铜铝过渡端子的耐腐蚀性能,在保持铝合金优良导电性的同时,显著提高了铜铝过渡端子的强度抗蚀性能及焊接性能。
[0028]在招基中添加了Fe、Mg、Co、Ca、Sr元素,能显著降低焊接裂纹倾向性,结合Cr-T1-Mn-RE能有效抑制热影响区的再结晶,由基体的亚晶组织直接过渡到焊缝的铸态区,使本应具有再结晶组织的焊缝过渡区或热影响区不具有再结晶组织,铝合金中添加Fe、Mg、Co、Ca、Sr元素之后,在基体中析出大量细小、弥散分布、与基体共格的粒子,共格粒子具有较高的热稳定性,在合金的热影响区中仍然存在,而热影响区是焊接接头的薄弱部位,因此Fe、Mg、Co、Ca、Sr能显著降低铝合金的热裂缝敏感性,提高铜铝过渡端子的可焊性与焊缝强度以及其抗应力腐蚀性。
[0029]在铝基中添加铜、锰、锶、钴,大大提高了铜铝之间的扩散互溶,有效阻止铜铝之间形成的脆性相,使铝合金与铜端面摩擦焊接时冶金结合,从而改善铜铝过渡端子的综合性能。在招基中同时加入Be、Zn、Mn,可显著提高招合金的抗腐蚀性,进一步改善铜招过渡端子的综合性能。
[°03°]在铜招过渡件的化学成分中还添加了 Ag、B1、Sb、As、N1、Pb,这些元素的加入使得铜铝过渡件与铝合金连接管成分大致相同的情况下,接近铜的成分,保证电流从铝合金连接管向铜鼻子的平稳过渡,其中镍与铜能无限固溶,在铝合金中添加镍,端子铜头的Cu向铝部分的Ni扩散互溶,同时铝部分所含的Ni向铜头一侧中的Cu扩散互溶,进一步有效阻止铝铜之间形成脆性相,大大提高了铝铜互溶,使铝合金与铜端面在摩擦焊时冶金结合,从而改善接头的综合性能,在招合金中添加适量的镍,还能在招表面形成一层一定厚度的致密腐蚀保护膜,减缓外界对其的腐蚀,进一步增加其抗腐蚀性能。银的导热、导电性能很好,并且富有延展性,将其加入到合金中,可显著提高合金的导电性;铋为稳定的金属,在空气中稳定,铺在室温下的空气中是稳定的,但加热时能与氧气反应生成三氧化二铺,防止形成电池效应,避免合金表面产生电气化腐蚀,防止铜、铝过渡连接处的接触电阻增大发热氧化,甚至断裂,进一步保证铜铝过渡端子在温度变化时的稳定性;铅是具有强的延展性,可提高合金的延展性。
【附图说明】
[0031]图1是实施例1的结构示意图。
[0032]图2是图1的A-A向剖视图
[0033]图3是实施例2的结构示意图。
[0034]图4是图3的A-A向剖视图。
[0035]图5是实施例3的结构示意图。
[0036]图6是图5的A-A向剖视图。
[0037]附图中,I代表铝合金连接管,2代表铜鼻子,3代表铜铝过渡件,4代表底板,5代表连接柱。
【具体实施方式】
[0038]本发明主要从以下方面对铜铝过渡端子进行创造性改进:1、改善环境污染(电化学效应),从而提高铜铝过渡端子的寿命,铜铝两种金属的接触面与空气中的水分、二氧化碳和其他杂质的作用下易形成电解液,产生电池效应,产生电化腐蚀,造成铜、铝过渡连接处的电阻增大发热氧化,甚至断裂;2、结合部位电流承载能力的提高,保证工作的稳定性;
3、加工工艺的改进,保证铜铝过渡端子的质量;4、铜铝过渡端子结构的改变(铜铝过渡件的设计),提高了结构强度,避免了断裂损坏现象的发生下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0039]实施例1
[0040]如图1-2所示,一种Al-Fe-Sr-RE铝合金电缆铜铝过渡端子,包括与电缆导体连接的铝合金连接管1、与铝合金连接管I另一端连接的铜鼻子2,所述铝合金连接管I为堵油型结构,内置导电膏体,铝合金连接管I设置有内连接孔,电缆导体插入内连接孔中,所述的内连接孔截面形状为圆形、扇形、瓦形、半圆形或与电缆截面相对应的形状,所述的铜鼻子2为L型,包括与断路器连接的底板4和与底板4连接的连接柱5,连接柱5的另一端与铜铝过渡件3连接,连接柱5与底板4呈100-120°夹角设计,该设计是由于铜铝过渡端子通过长时间的导线牵引力以及自然等环境因素的影响,焊接面将承受弯曲内力,为了进一步提高承压能力,避免铜铝过渡区焊缝因外力压迫而造成断裂,在铝合金连接管I与铜鼻子2之间设置有铜铝过渡件3,所述铜铝过渡件3为柱状实心结构的铝合金,铜铝过渡件的直径小于铝合金连接管的直径。
[0041]所述的铜铝过渡件按重量百分比包含:Si 0.015%,Fe 0.15%,Cu 0.5%,Mg0.25%、Ζη 0.09% ^Mn 0.08%、Ti 0.15%、Co 0.08%、Be 0.05%、Ca 0.09%、Sr 0.25%、RE 0.1% ^Cr 0.001% ^Ag 0.01%、Bi 0.0005%、Sb 0.001%、As 0.001%、Ni 0.001%、Pb0.001%、余量为铝。
[0042]铝合金连接管的材质成分与所连接的电缆导体的材质成分相同。
[0043]所述的铜鼻子的材质为T2纯铜。
[0044]将上述实施例的铜铝过渡端子进行1000次热循环测试、端子与电缆导体的拉力测试、100小时抗压蠕变性能测试,经检测性能远高于GB/T9327-2008和IEC61238-1:2003的标准,具体检测参数如下:
[0045]铝合金连接管的IACS与铝合金电缆导体相同。
[0046]铜铝过渡件:导电率2 65% IACS,高于铝合金电缆导体,断裂伸长率2 30%,抗拉强度2 130MPa,长期运行耐热温度2 230°C,耐热试验强度残存率2 93%,400h耐腐蚀性能质量损失小于0.25g/m2.1^,20°(:电阻率(Ω.mm2/m):平均值 < 0.027356。
[0047]实施例2
[0048]如图3-4所示,一种Al-Fe-Sr-RE铝合金电缆铜铝过渡端子,包括与电缆导体连接的铝合金连接管1、与铝合金连接管I另一端连接的铜鼻子2,所述铝合金连接管I为堵油型结构,内置导电膏体,铝合金连接管I设置有内连接孔,电缆导体插入内连接孔中,所述的内连接孔截面形状为圆形、扇形、瓦形、半圆形或与电缆截面相对应的形状,所述的铜鼻子2为L型,包括与断路器连接的底板4和与底板4连接的连接柱5,连接柱5的另一端与铜铝过渡件3连接,连接柱5与底板4呈90°夹角设计,该设计夹角太小,不利于接线鼻子I的固定,夹角太大,连接处接触面积小,容易断裂,为了进一步提高承压能力,避免铜铝过渡区焊缝因外力压迫而造成断裂,在铝合金连接管I与铜鼻子2之间设置有铜铝过渡件3,所述铜铝过渡件3为柱状实心结构的铝合金,铜铝过渡件的直径小于铝合金连接管的直径,连接柱5的直径大于铜铝过渡件3的直径。所述的铜鼻子的材质为T2纯铜。
[0049]所述的铜铝过渡件按重量百分比包含:Si 0.015%,Fe 0.15%,Cu 0.5%,Mg0.25%、Ζη 0.09% ^Mn 0.08%、Ti 0.15%、Co 0.08%、Be 0.05%、Ca 0.09%、Sr 0.25%、RE 0.1% ^Cr 0.001% ^Ag 0.01%、Bi 0.0005%、Sb 0.001%、As 0.001%、Ni 0.001%、Pb0.001%、余量为铝。
[0050]所述铝合金连接管按重量百分比包含:Si 0.03% ,Fe 2.3% ,Cu 0.13% ,Mg0.6%、Ζη 0.27%、Μη 0.18%、Ti 0.26%、Co 0.12%、Be 0.09%、Ca 0.28%、Sr 0.33%、RE 0.6%、Cr 0.005%、余量为铝。
[0051]将上述实施例的铜铝过渡端子进行1000次热循环测试、端子与电缆导体的拉力测试、100小时抗压蠕变性能测试,经检测性能远高于GB/T9327-2008和IEC61238-1:2003的标准,具体检测参数如下:
[0052]铝合金连接管:导电率2 63% IACS,高于铝合金电缆导体,断裂伸长率2 30%,抗拉强度2 120MPa,长期运行耐热温度2 230°C,耐热试验强度残存率2 93%,400h耐腐蚀性能质量损失小于0.3g/m2.1^,20°(:电阻率(Ω.mm2/m):平均值< 0.027356。
[0053]铜铝过渡件:铜铝过渡件:导电率2 65% IACS,高于铝合金电缆导体,断裂伸长率>30%,抗拉强度2 130MPa,长期运行耐热温度2 230°C,耐热试验强度残存率2 93%,400h耐腐蚀性能质量损失小于0.25g/m2.1^,20°(:电阻率(Ω.mm2/m):平均值< 0.027182。
[0054]实施例3
[0055]如图5-6所示,一种Al-Fe-Sr-RE铝合金电缆铜铝过渡端子,包括与电缆导体连接的铝合金连接管1、与铝合金连接管I另一端连接的铜鼻子2,所述铝合金连接管I为堵油型结构,内置导电膏体,铝合金连接管I设置有内连接孔,电缆导体插入内连接孔中,所述的内连接孔截面形状为圆形、扇形、瓦形、半圆形或与电缆截面相对应的形状,所述的铜鼻子2为L型,包括与断路器连接的底板4和与底板4连接的连接柱5,连接柱5的另一端与铜铝过渡件3连接,连接柱5与底板4呈90°夹角设计,该设计夹角太小,不利于接线鼻子I的固定,夹角太大,连接处接触面积小,容易断裂,为了进一步提高承压能力,避免铜铝过渡区焊缝因外力压迫而造成断裂,在铝合金连接管I与铜鼻子2之间设置有铜铝过渡件3,所述铜铝过渡件3为柱状实心结构的铝合金,铜铝过渡件的直径小于铝合金连接管的直径,连接柱5的直径等于铜铝过渡件3的直径。所述的铜鼻子的材质为T2纯铜。
[0056]所述的铜铝过渡件按重量百分比包含:Si 0.018%,Fe 1.13%,Cu 1.43%,Mg0.33%、Ζη 0.17%、Μη 0.11%、Ti 0.26%、Co 0.1%、Be 0.09%、Ca 0.16%、Sr 0.33%、RE 0.6%、Cr 0.003% ^Ag 0.05% ^Bi 0.0008% ^Sb 0.0015% ^As 0.0015% ^Ni0.0015%、Pb 0.0015%、余量为铝。
[0057]所述铝合金连接管按重量百分比包含:Si 0.013%,Fe 0.05%,Cu 0.05%,Mg0.15%、Ζη 0.05% ^Mn 0.07%、Ti 0.15%、Co 0.06%、Be 0.05%、Ca 0.05%、Sr 0.25%、RE0.1%Xr 0.003%、余量为铝。
[0058]将上述实施例的铜铝过渡端子进行1000次热循环测试、端子与电缆导体的拉力测试、100小时抗压蠕变性能测试,经检测性能远高于GB/T9327-2008和IEC61238-1:2003的标准,具体检测参数如下:
[0059]铝合金连接管:导电率2 64% IACS,高于铝合金电缆导体,断裂伸长率2 31 %,抗拉强度2 130MPa,长期运行耐热温度2 250°C,耐热试验强度残存率达到96%,400h耐腐蚀性能质量损失小于0.29g/m2.hr,20°C电阻率(Ω.mm2/m):平均值< 0.027556。
[0060]铜铝过渡件:导电率2 67% IACS,高于铝合金电缆导体,断裂伸长率2 30%,抗拉强度2 150MPa,长期运行耐热温度2 230°C,耐热试验强度残存率达到95%,400h耐腐蚀性能质量损失小于0.25g/m2.1^,20°(:电阻率(Ω.mm2/m):平均值< 0.026656。
[0061 ] 实施例4
[0062]一种Al-Fe-Sr-RE铝合金电缆铜铝过渡端子,包括与电缆导体连接的铝合金连接管1、与铝合金连接管I另一端连接的铜鼻子2,所述铝合金连接管I为堵油型结构,内置导电膏体,铝合金连接管I设置有内连接孔,电缆导体插入内连接孔中,所述的内连接孔截面形状为圆形、扇形、瓦形、半圆形或与电缆截面相对应的形状,所述的铜鼻子2
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