本发明涉及一种铝合金导线，具体地，涉及一种应用在架空输电线路上所使用的高强高导的耐热铝合金导线及其制备方法。
背景技术：
随着国民经济的发展，大跨越输电线路向着高压化，大容量化以及远距离化发展，传统铝合金导线已经不能满足西电东送、南北互供、全国联网的战略部署以及大跨越输电线路的要求。我国目前城乡输电线路普遍使用的钢芯铝绞线，其铝导线的耐热温度一般不超过150℃，且电导率在60％iacs以下，导电率低导致线损较大。铝导线上的小突破，往往带来巨大的经济效益。因此，如何获得高强高导且具有良好耐热性能的铝合金导线，成为了当前电力能源行业的当务之急。
然而传统的耐热铝合金设计多采用微合金化，一般情况下，通过微合金化提高强度的同时，必然损失其电导率，且仅仅依靠弥散析出相来提高合金耐热性其效果是有限的。
经检索，中国发明专利cn201210189763.6，公开了一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法，其导线由下列重量百分比的元素组成:锆zr为0.15～0.60％，镧la为0.03～0.30％，铈ce为0.03～0.30％，钇y为0.01～0.30％，铁fe为0.05～0.20％，硅si为0.01～0.10％，其他杂质元素含量≤0.10％，其余为铝。该专利中稀土含量为常规设计，其中铈ce含量为0.03～0.30％。
经检索，中国发明专利cn201210189763.6，公开了一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法，其导线由下列重量百分比的元素组成:锆zr为0.15～0.60％，镧la为0.03～0.30％，铈ce为0.03～0.30％，钇y为0.01～0.30％，铁fe为0.05～0.20％，硅si为0.01～0.10％，其他杂质元素含量≤0.10％，其余为铝。该专利中报道的耐热铝合金是基于析出强化的，其强化效果来自于热处理后形成的l12结构的al3zr弥散强化相。该弥散强化相与铝基体具有共格关系，钉扎在晶界处，起到抑制再结晶粗化的作用。zr在铝中的扩散系数很低，一方面保证了al3zr弥散强化相的热稳定性与抗粗化能力。但是，热处理所用的时间就会变长。另外，zr具有较大的偏析系数，易产生无析出带，对材料的强度造成了一定有害影响。微量y的加入起到了促进al3zr形核析出的作用，微量la,ce的加入在铝基体中形成了al11(la,ce)3颗粒相，起到增加耐热相的作用。fe和si属于不可避免的杂质含量。
本发明旨在突破传统的仅仅依靠弥散析出相来提高合金耐热性的合金设计思路，获得一种高强高导的耐热铝合金导线，从而推动我国的电力能源行业的发展。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有铝合金导线强度不足，耐热性能欠佳，电导率偏低等缺点，提供一种高强高导的耐热铝合金导线及其制备方法。
根据本发明的第一方面，提供一种高强高导的耐热铝合金导线，由下列重量百分含量的元素组成：锆zr为0.2～2％，铈ce为5％～12％，铁fe为0.05～0.2％，硅si为0.05～0.1％，其他杂质含量小于0.10％，其余为铝。
优选地，所述铝合金导线，由下列重量百分含量的元素组成：锆zr为1～2％，铈ce为10％～12％，铁fe为0.05～0.2％，硅si为0.05～0.1％，其他杂质含量小于0.10％，其余为铝。
根据本发明的第二方面，提供一种高强高导的耐热铝合金导线的制备方法，该方法根据化学配比称量原料、升温熔化、除渣除气、连铸连轧成耐热铝合金杆材、热处理、拉丝机拉制成耐热铝合金单线。
具体地，所述方法包括如下步骤：
所述方法包括如下步骤：
将工业纯铝锭置于电阻炉中熔化，熔化后铝液温度为720℃～750℃；
然后向铝液中加入铝锆以及铝铈中间合金，待中间合金熔化后，充分搅拌、用高纯氩气精炼除气、除渣静置，再在750℃～780℃进入连铸连轧生产线，铸成铝合金铸条；
将铝合金铸条在热轧机上热轧，通过铝连铸连轧生产线生产出耐热铝合金杆材；
对铝合金杆材进行热处理，将经过热处理的铝合金杆材，进行拉丝、绞线生产出高强高导耐热铝合金导线。
优选地，所述将铝合金铸条在热轧机上热轧，其中进轧温度为530℃～550℃。
优选地，所述对铝合金杆材进行热处理，其中热处理温度为280℃～500℃，时间为5h～10h。
本发明所述的铝合金导线，在包含的元素种类上与背景技术中的cn201210189763.6看似类似，但是实际上属于两种完全不同的合金设计思路：
首先，本发明中的稀土主要作为合金元素添加，而不仅仅是微量添加。
其次，本发明所述铝合金导线，在铸态下组织组成物为枝晶状的α-al基体以及沿晶界连续分布的网状共晶体，其中共晶体是由α-al与与al11ce3组成的，因此该合金的高强度来源于共晶体中al11ce3相的第二相强化，而不是通过纳米级弥散析出相的强化。
再次，由al-ce二元相图可知，al11ce3是高熔点的金属间化合物，具有良好的耐热性，所以该合金即使不通过后续热处理也可以达到高强耐热的目标。这是目前为止报道的耐热铝所不具备的突出特点(包括上述的cn201210189763.6)。通过进一步热处理可以提升性能，而且，热处理所用的时间只需要6～10小时。
最后，本发明铝合金导线中，由于ce稀土在铝中的固溶度几乎可以忽略，所以不会降低合金的电导率，这是本发明的第二个突出特点，zr的加入进一步提高了al11re3相的耐热性。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明铝合金导线突破传统的合金设计思路，其中采用稀土ce的添加量多达5％～12％，这是现有技术中从未有报道过的。
本发明中采用铈ce为5％～12％，由于ce在al中几乎没有固溶，在凝固的过程中会与al形成了al11ce3共晶相。在后续的轧制与拉丝过程中微米级的共晶al11ce3相破碎成颗粒状，可起到钉扎晶界，提高强度，抑制再结晶软化的作用。
3.本发明中锆zr的添加降低了铸态下α-al-al11ce3共晶的层片间距。另外，扫描电镜能谱结果显示，zr主要存在于al11ce3中，提高了al11ce3的热稳定性与合金在高温下的力学性能。
4.由于稀土ce在al中的固溶度极低，加之其净化晶界的作用，极大的提高了合金的电导率。
5.相比现有的导电率不足60％iacs的耐热铝导线，极大地缩短了后续热处理所用的时间，提高了生产效率，节约了能源。
综上，本发明上述导线同时具有高强度、高导电率和高耐热性，运行线损低，耐热铝导线的抗拉强度大于280mpa，可达到322mpa，导电率达到62％iacs，长期运行温度可达210℃，短期耐热性试验280℃加热1小时后，强度不仅没有降低，反倒有所升高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例中的高强高导的耐热铝合金导线，由下列重量百分含量的元素组成：锆zr为1％，铈ce为5％，铁fe为0.1％，硅si为0.08％，其他杂质含量小于0.10％，其余为铝。
上述成分的高强高导的耐热铝合金导线制备方法，由以下步骤构成：
选择al99.7％工业纯铝置于熔炼炉中熔化成铝液，将铝液升温至720℃～750℃；
按配方zr1％，ce5％，fe0.1％，si0.08％分别称取中间合金放入铝液中；待中间合金熔化后放入除气剂除气，并使用石墨棒缓慢充分搅拌；用高纯氩气精炼除气、除渣静置；在750℃下将铝液进入铝杆连铸连轧机里形成铝合金铸条；
将铝合金铸条在热轧机上热轧，进轧温度为530℃～550℃，通过铝连铸连轧生产线生产出直径10mm的耐热铝合金杆材；
将铝合金杆材在热处理炉中进行热处理，热处理温度为300℃，时间为3小时；
待铝杆冷却后，在铝合金拉丝机上拉丝，经过12道拉丝得到直径为4mm的铝合金线；绞合成高强高导的耐热铝合金导线。
本实施例制备得到的高强高导的耐热铝合金导线，经测试其抗拉强度为283mpa，导电率为60.5％，短期280℃加热1小时后强度不降反升。
实施例2：
本实施例中的高强高导的耐热铝合金导线，由下列重量百分含量的元素组成：锆zr为1.5％，铈ce为10％，铁fe为0.2％，硅si为0.05％，其他杂质含量小于0.10％，其余为铝。
上述成分的高强高导的耐热铝合金导线制备方法，由以下步骤构成：
选择al99.7％工业纯铝置于熔炼炉中熔化成铝液，将铝液升温至720℃～750℃；
按配方zr1.5％，ce10％，fe0.2％，si0.05％分别称取中间合金放入铝液中；待中间合金熔化后放入除气剂除气，并使用石墨棒缓慢充分搅拌。用高纯氩气精炼除气、除渣静置；在750℃下将铝液进入铝杆连铸连轧机里形成铝合金铸条；
将铝合金铸条在热轧机上热轧，进轧温度为530～550℃，得到直径10mm的耐热铝合金杆材；
将铝合金杆材在热处理炉中进行热处理，热处理温度为300℃，时间为5小时；
待铝杆冷却后，在铝合金拉丝机上拉丝，经过12道拉丝得到直径为4mm的铝合金线；绞合成高强高导的耐热铝合金导线。
本实施例制备得到的高强高导的耐热铝合金导线，经测试其抗拉强度为300mpa，导电率为60.8％，短期280℃加热1小时后强度不降反升。
实施例3：
本实施例中的高强高导的耐热铝合金导线，由下列重量百分含量的元素组成：锆zr为2％，铈ce为12％，铁fe为0.05％，硅si为0.05％，其他杂质含量小于0.10％，其余为铝。
上述成分的高强高导的耐热铝合金导线制备方法，包括如下步骤：
选择al99.7％工业纯铝置于熔炼炉中熔化成铝液，将铝液升温至720℃～750℃；
按配方zr2％，ce12％，fe0.05％，si0.05％分别称取中间合金放入铝液中；待中间合金熔化后放入除气剂除气，并使用石墨棒缓慢充分搅拌。用高纯氩气精炼除气、除渣静置；在750℃下将铝液进入铝杆连铸连轧机里形成铝合金铸条；
将铝合金铸条在热轧机上热轧，进轧温度为530℃～550℃，通过铝连铸连轧生产线生产出直径10mm的耐热铝合金杆材；
将铝合金杆材在热处理炉中进行热处理，热处理温度为300℃，时间为8小时；
待铝杆冷却后，在铝合金拉丝机上拉丝，经过12道拉丝得到直径为4mm的铝合金线；绞合成高强高导的耐热铝合金导线。
本实施例制备得到的高强高导的耐热铝合金导线，经测试其抗拉强度为322mpa，导电率为61.6％，短期280℃加热1小时后强度不降反升。
实施例4：
本实施例中的高强高导的耐热铝合金导线，由下列重量百分含量的元素组成：锆zr为0.22％，铈ce为8％，铁fe为0.05％，硅si为0.05％，其他杂质含量小于0.10％，其余为铝。其制备方法与上述实施例中相同。
实施例5：
本实施例中的高强高导的耐热铝合金导线，由下列重量百分含量的元素组成：锆zr为0.8％，铈ce为9％，铁fe为0.05％，硅si为0.05％，其他杂质含量小于0.10％，其余为铝。其制备方法与上述实施例中相同。
综上，本发明所述的高强高导的耐热铝合金导线，采用含量5％～12％的铈ce，同时具有高强度、高导电率和高耐热性，运行线损低，耐热铝导线的抗拉强度大于280mpa，可达到322mpa，导电率达到62％iacs，长期运行温度可达210℃，短期耐热性试验280℃加热1小时后，强度不仅没有降低，反倒有所升高。根据国际电工组织关于耐热铝合金的衡量标准，该合金可以在210℃下稳定运行30年。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，变化本发明中的元素含量以及参数条件，可以得到不同的实施例，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。