专利名称：一种高强、高导电率、耐热铝合金导体材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电线电缆用的高强高导电率耐热铝合金导体材料，属于合金材料技术领域。
背景技术：
高强耐热电工铝合金是具有较高抗拉强度，又有很好耐热性能的铝合金导体材料，制成导线后具有使用温度高、耐热性好、载流量大、抗拉强度较高、质量轻、弧垂特性好以及焊接性能、耐蚀性能优良等突出优点，因此在输电线路上使用高强耐热铝合金绞线能显著增加线路容量，且能够避免钢芯铝绞线所带来的腐蚀问题和磁滞损耗，已在国际上受到普遍关注。但是据IEC 62004标准，目前所用的强度在220MPa以上的高强耐热铝合金导线AT2的导电率仅55% IACS，而高导电率耐热铝合金强度不高，导电率大于60% IACS的两种耐热铝合金ATl和AT3强度只有170MPa左右。并没有一种铝合金导线材料既有高强度和耐热性，同时具有高导电率，限制了耐热招合金导线作为增容导线的应用范围。这是因为强度和导电率提高之间存在相互矛盾之处，提高强度必然要提高合金元素的含量或者提高加工变形量，而合金元素含量的提高和加工量的提高都将使电导率下降。同时，一般耐热合金导线中ττ的添加虽然能够提高合金的耐热性能，但是^ 含量较低的A1-&合金的时效强化效果较差，其对强度提高的作用并不明显；增加ττ元素的含量能够起到一定的析出强化作用，但合金的导电率显著下降。这意味着强度和耐热性的提高都将使电导率相应下降。因此要得到高强度、高耐热性能、高导电率三者结合的铝合金导体材料，则必须要找到一种新的导向合金成分及其制备方法，在添加很少量的合金元素的条件下就能析出大量均勻弥散分布、且具有热稳定性的强化相。研究表明Er的添加能够增加合金的强度，而对电导率的影响却很小，而且Er、Zr 的复合添加能够进一步提高合金从析出相的数量，从而提高合金的强度和耐热性能。中国专利CN102230113A公布了一种Al-Er-^ 合金导体，由于其成分配比的问题，其导电率和耐热性能较好，但是强度较低。本发明在纯铝中添加适量的Er、&微合金化元素，并通过合适的制备方法，以得到高强、高电导率、耐热铝合金导体材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有耐热铝合金导体材料技术的不足，通过Er、Zr复合微合金化的方法，寻找一种可以同时达到高强、高电导率、耐热的铝合金导体材料及其制备方法。本发明所提供的高强、高导电率、耐热Al-Er-^ 合金导体材料，其特征在于，包括以下质量百分含量组份Zr 0. 2 0. 3% ；ErO. 15 0. 25% ；杂质含量< 0. 3% ；余量为
ο本发明上述高强、高导电率、耐热Al-Er-^ 合金导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤在熔炼铝的过程中加入AlEr和A1&中间合金，熔炼温度为780士 10°C，到达熔炼温度保温30分钟后浇铸；随后依次对铸锭进行均勻化处理、轧制、热处理，以获得高强、高电导率耐热铝合金导体。本发明所提供的高强、高导电率、耐热Al-Er-^ 合金导体材料的制备方法中，均勻化处理优选温度为635士 10°C，时间为20小时，处理结束后水淬。本发明所提供的高强、高导电率、耐热Al-Er-^ 合金导体材料的制备方法中，优选轧制采用冷轧方式，变形量为70% ；优选轧制后的热处理温度范围为200 300°C之间， 时间为3小时。本发明所提供的高强、高导电率、耐热Al-Er-^ 合金导体材料的制备方法中所用的纯铝杂质含量< 0. 3%，所加入的AlEr和A1&中间合金分别为A16% Er和A14% Zr中间合金。本发明由于采用了上述成分配比的Er和ττ复合微合金化，通过上述的工艺过程可以析出大量弥散分布的析出相，同时变形组织能够大量保存，所以在保持合金的高电导率的同时(电导率在59. 6 60% IACS之间)，能够同时具有较高的强度(硬度在维氏硬度62. 5 66. 5之间)和耐热性能(短时耐热375°C，长期耐热225°C )。本发明中采用合适的^ 添加量，并通过与Er的复合，使合金元素能够充分的析出，所以合金能够保持高电导率。同时大量弥散析出相能够起到强化和稳定组织的作用，使合金导体的强度和耐热性能都能得到极大的提高。同时由于采用Er、Zr复合和变形相结合的方式，可以使得热处理时间相比只含ττ的耐热铝合金导体极大的缩短，从而减低能耗，节约成本。
图1 :A10. 25ErO. 2Zr不同温度下热处理3h后的硬度变化曲线；图2 :A10. 25ErO. 3Zr不同温度下热处理3h后的硬度变化曲线；图3 :A10. 15ErO. 28Zr不同温度热处理汕后的硬度变化曲线；图4 各成份合金的短时(Ih)耐热性能曲线；图5 各成份合金的长时(500h)耐热性能曲线。
具体实施例方式实例1 采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备合金铸锭，所用原料为纯铝和Al-6Er 和A1-4&中间合金，熔炼温度为780士 10°C。到达熔炼温度后保温30分钟，然后用铁模浇铸。各元素的质量百分比为0. 20% Zr,0. 25% Er,Fe, Si及其他杂质含量< 0. 3%，余量为铝。对铸锭在635士 10°C均勻化处理20小时，水淬到室温，然后采用冷轧方式轧制变形量为 70% ；轧制后在温度范围为200 500°C之间进行热处理，时间为3小时。图1给出了不同温度下热处理的硬度曲线，表明轧制后在200 300°C热处理3小时即能达到最高的硬度， 更高温度的处理则使得合金的强度下降。合金在热处理后的电导率均在60% IACS以上，具有较高的导电性能。实例2 采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备合金铸锭，所用原料为纯铝和Al-6Er 和A1-4&中间合金，熔炼温度为780士 10°C。到达熔炼温度后保温30分钟，然后用铁模浇铸。各元素的质量百分比为0. 30% Zr，0. 25% Er，Fe, Si及其他杂质含量< 0. 3%，余量为铝。对铸锭在635士 10°C均勻化处理20小时，水淬到室温，然后采用冷轧方式轧制变形量为70%;轧制后在温度范围为200 500°C之间进行热处理，时间为3小时。图2给出了不同温度下热处理的硬度曲线。表明轧制后在200 300°C热处理3小时即能达到最高的硬度，更高温度的处理则使得合金的强度下降。合金在热处理后的电导率均在59. 5% IACS 以上，具有较高的导电性能。实例3 采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备合金铸锭，所用原料为纯铝和Al-6Er 和A1-4&中间合金，熔炼温度为780士 10°C。到达熔炼温度后保温30分钟，然后用铁模浇铸。各元素的质量百分比为0. 28%Zr,0. 15% Er，Fe，Si及其他杂质含量<0.3%，余量为铝。对铸锭在635士 10°C均勻化处理20小时，水淬到室温，然后采用冷轧方式轧制变形量为 70% ；轧制后在温度范围为200 500°C之间进行热处理，时间为3小时。图3给出了不同温度下热处理的硬度曲线，表明轧制后在200 300°C热处理3小时即能达到最高的硬度， 更高温度的处理则使得合金的强度下降。合金在热处理后的电导率均在59. 8% IACS以上， 具有较高的导电性能。实例4 对实例1到3中各成份合金在635士 10°C均勻化处理20小时，水淬到室温，然后采用冷轧方式轧制变形量为70%;轧制后在温度范围为250°C热处理3小时。对上述处理的合金在250 575°C退火1小时，其硬度变化如图4所示，可见在250 375°C温度范围内，合金的硬度几乎没有明显下降，375°C以上温度合金硬度才有显著的下降，这表明合金的短期耐热温度能够达到375°C。实例5 对实例1到3中各成份合金635士 10°C均勻化处理20小时，水淬到室温， 然后采用冷轧方式轧制变形量为70% ；轧制后在温度范围为250°C热处理3小时。对上述处理的合金在150 350°C退火500小时，其硬度变化如图5所示，可见在150 225°C温度范围内，合金的硬度几乎没有明显下降(小于10%)，225°C以上温度合金硬度才有显著的下降，这表明合金的长期耐热温度能够达到225°C。
权利要求
1.一种高强、高导电率、耐热铝合金导体材料，其特征在于，包括下述质量百分比含量组份0. 2 0. 3% Zr，0. 15 0. 25% Er，杂质含量< 0. 3%，余量为铝。
2.权利要求1所述的铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤在熔炼铝的过程中加入AlEr和A1&中间合金，熔炼温度为780士 10°C，到达熔炼温度后保温30分钟后浇铸；随后依次对铸锭进行均勻化处理、轧制、热处理。
3.按照权利要求2所述的铝合金导体材料的制备方法，其特征在于所述的铸锭均勻化处理温度为635士 10°C，时间为20小时，处理结束后水淬。
4.按照权利要求2所述的铝合金导体材料的制备方法，其特征在于所述轧制采用冷轧方式，变形量为70% ；所述的轧制后的热处理温度范围为200 300°C之间，时间为3小时。
5.按照权利要求2所述的铝合金导体材料的制备方法，其特征在于所用的纯铝杂质含量< 0. 3%，所加入的AlEr和A1&中间合金分别为A16% Er和A14% Zr中间合金。
全文摘要
一种高强、高导电率、耐热铝合金导体材料及其制备方法，属于合金材料技术领域。按重量百分比组成Zr 0.2～0.3％，Er 0.15～0.25％，杂质含量＜0.3％，余量为铝。制备方法是在熔炼铝的过程中加入AlEr和AlZr中间合金，熔炼温度为780±10℃，到达熔炼温度后保温30分钟后浇铸；随后依次对铸锭进行均匀化处理、轧制、热处理。本发明采用了上述成分配比的Er和Zr复合微合金化，通过上述的工艺过程可以析出大量弥散分布的析出相，同时变形组织能够大量保存，在同时保持合金的高电导率(59.6～60％IACS)、高强度(维氏硬度62.5～66.5)和耐热性(短时耐热375℃，长期耐热225℃)。
文档编号C22C21/00GK102534318SQ201210076890
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者文胜平, 李燕, 聂祚仁, 高坤元, 黄晖 申请人:北京工业大学