专利名称：Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于材料加工工艺，具体是一种Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺。主要应用领域为架空绞线，电力电缆，电力金具，变压器母线，汽车用导电合金，传统家用电器等需要超耐热、高强和高电导率铝合金以及高温抗蠕变铝合金等领域。
背景技术：
众所周知，Sc是铝及其合金最好的变质剂[1，2]。在铝及其合金中加入微量Sc， 热处理可显著提高合金再结晶温度、室温强度和高温抗蠕变性[3]。国际上对含Sc铝合金的力学性能进行了大量研究，主要是在各种牌号铝合金中加入微量Sc，并对其力学性能进行优化。发现Sc都能明显提高合金强度和热稳定性，这与Al3Sc弥散沉淀相的形成有关 [4，5]。在含Sc铝合金中加入微量Zr，由于Zr能置换Al3Sc沉淀相中的Sc，形成Al3(ScZr) 沉淀相。相对于Al3Sc沉淀相，Al3(ScZr)沉淀相具有更高的热稳定性,形成的颗粒尺寸更小，具有更好的沉淀强化效果。为了深入阐明Al3 (ScZr)沉淀相对Al合金的沉淀强化效果， 人们在纯Al加入微量Sc和Zr，并对其沉淀尺寸、分布及其演化规律进行了深入研究，发现 Zr聚集在a-AVAl3(ScZr)界面处，当Sc含量较低时，沉淀相的长大主要受Zr原子的体扩散控制；而当Sc含量较高时，则受Sc原子的体扩散所控制[6，7]。相对于Al-Sc-Zr合金的基础研究而言，其应用研究很少。2009年我们(本案申请人)发现在纯Al中加入微量Sc和Zr，人工时效在显著提高合金力学性能的同时，合金导电性也得到显著改善，并首次提出Al-Sc-Zr合金在导电材料领域具有潜在应用价值[8-10]。 我们通过组分优化，发现Al-0. 2Sc-0. 04Zr (重量百分比，下同)合金兼具最佳的室温抗拉强度( 150 MPa)和导电性(58-62%IACS，IACS :国际退火纯铜标准，依赖原料铝纯度)。结果表明含微量Sc和Zr的Al-Sc-Zr合金除了在传统结构材料方面具有应用价值，在超耐热导电材料领域同样具有重要意义。本专利申请拟在前期工作基础上，通过时效和冷轧复合处理，以期进一步提高 Al-0. 2Sc-0. 04Zr合金的室温拉伸性能和导电性。
发明内容
本发明正是基于上述现有技术状况而提出的一种Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺，本发明通过对时效和冷轧条件的综合控制，在保持合金足够韧性的基础上，进一步提高Al-0. 2Sc-0. 04Zr合金室温拉伸性能和导电性。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
本发明的Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺，是由重量百分比为 Al-0. 2Sc-0. 04Zr的合金组分制备，其具体工艺步骤如下(1)利用工业或高纯Al，Al-Sc和Al-Zr中间合金，采用熔配法制备合金；
(2)将所得合金在650°C进行5-100小时(本发明实施例采用48小时)均匀化处理后水
淬；
(3)将均匀后合金在330°C进行189分钟人工时效；
(4)将时效后样品在室温进行不同程度的冷轧，即进行面积减缩比分别为79.6%和 88. 5%的冷轧。(5)将冷轧后样品在330°C进行60分钟人工时效，从而获得最佳强度和导电性。本发明的步骤(I)中，原料纯Al，Al-Sc, Al-Zr和Al-B中间合金需用适当浓度为 10-20%的NaOH腐蚀液去除表面氧化膜，并用清水清洗干净后晾干。此外若是在空气中进行熔炼，则必须充分搅拌，并利用惰性气体除气净化和拔渣。总之，该步骤中必需尽可能地避免杂质引入和气泡产生。本发明的步骤(2 )中，需在炉子达到均匀化温度后，方可放入样品。此外均匀化温度越高、均匀化时间越长，效果越好。本发明所用的高纯Al或工业纯Al ,Al-Sc和Al-Zr中间合金组分如表I所示。将高纯铝(或工业纯铝)、Al-Sc和Al-Zr中间合金原料按97. 7:10.8:1的比例(不计原料自身杂质含量)加入石墨坩埚中加热到720°C，待全部熔化后充分搅拌，通入氩气除气并静置20 分钟后扒渣，然后浇铸到预热铁模中得到所需的Al-0.2Sc-0.04Zr (质量百分比)合金。将所得合金在650°C进行48h均匀化固溶处理后水淬。按照以前优化得到的工艺，将部分均匀化合金在330°C进行189分钟预时效处理。将均匀化处理和预时效处理合金进行面积减缩比分别为79. 6%和88. 5%的冷轧，并对冷轧后的合金进行时效优化实验。
表I纯铝及其合金化学组分(wt. %)
权利要求
1.一种Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺，其特征在于由重量百分比为 A1-0. 2Sc-0. 04Zr的合金组分制备，其具体工艺步骤如下(1)利用工业或高纯Al，Al-Sc和Al-Zr中间合金，采用熔配法制备合金；(2)将所得合金在650°C进行5-100小时均匀化处理后水淬，时间越长均匀化效果越好；(3)将均匀后合金在330°C进行189分钟人工时效；(4)将时效后样品在室温进行不同程度的冷轧；(5)将冷轧后样品在330°C进行60分钟人工时效，从而获得最佳强度和导电性。
2.根据权利要求I所述的Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺，其特征在于步骤(4)中所述的进行不同程度的冷轧是进行面积减缩比分别为79. 6%和88. 5%的冷轧。
3.根据权利要求I所述的Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺，其特征在于在步骤(I)中，原料纯Al,Al-Sc和Al-Zr中间合金需用浓度为10-20%的NaOH腐蚀液去除表面氧化膜，并用清水清洗干净后晾干；此外若是在空气中进行熔炼，则必须充分搅拌，并利用惰性气体除气净化和拔渣；该步骤中尽可能地避免杂质引入和气泡产生。
4.根据权利要求I所述的Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺，其特征在于步骤(2 )中，需在炉子达到均匀化温度后，方可放入样品。
5.根据权利要求I所述的Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺，其特征在于高纯铝或工业纯铝、Al-Sc和Al-Zr原料按97. 7:10.8:1的比例。
全文摘要
一种Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺，其特征在于由重量百分比为Al-0.2Sc-0.04Zr的合金组分制备，其具体工艺步骤如下(1)利用工业或高纯Al，Al-Sc和Al-Zr中间合金，采用熔配法制备合金；(2)将所得合金在650oC进行48小时均匀化处理后水淬；(3)将均匀后合金在330oC进行189分钟人工时效；(4)将时效后样品在室温进行不同程度的冷轧；(5)将冷轧后样品在330oC进行60分钟人工时效，从而获得最佳强度和导电性。本发明通过对时效和冷轧条件的综合控制，在保持合金足够韧性的基础上，进一步提高了Al-0.2Sc-0.04Zr合金室温拉伸强度和导电性。
文档编号C22C21/00GK102586655SQ20121008402
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者刘忠侠, 周伟伟, 宋天福, 杨昇, 王晓霞, 苏金瑞, 蔡彬 申请人:郑州大学