本发明涉及铝合金
技术领域：
，尤其涉及一种高导电率和高强度的铝合金制备工艺及其铝合金。
背景技术：
：目前已知的导电材料中，铜及铜合金因为其优良的导电性能,一直被看作是制造导电材料的首选,但是随着全球铜资源储量的急剧减少和日趋殆尽,铜的交易价格开始飞速上涨。根据最新资料显示,目前每吨铜的交易价格达7000美元左右,如此高额的投资成本致使铜导线等产品价格飞涨,使得世界电力工作者清醒地认识到改善或者寻找一种新的电力输送线路的重要性和紧迫性。而且铜价的飞涨,也使得国内外众多大中型制造加工企业纷纷开始寻找铜及其合金的替代品。相比之下,目前每吨工业铝的市场交易价格仅为2800美元左右,因此,寻求一种替代铜合金的铝合金材料成为世界瞩目的焦点。目前，铝合金导电材料主要运用于两个方向，城市轨道交通导电轨和铝合金母线，根据《cj/t414-2012城市轨道交通钢铝复合导电轨技术要求》中铝合金电导率在30.92-31.57ms/m，抗拉强度≥215mpa，屈服强度≥160mpa，拉伸率≥8％即可满足要求；在《gb5585.2-2005-t电工用铜、铝及其合金母线第2部分：铝和铝合金母线》中(铝含量≥99.5％)，对于lmr和lhmr电导率要求≥35.38ms/m，抗拉强度≥68.6mpa，拉伸率≥20％；对于lmy和lhmy电导率要求≥34.51ms/m，抗拉强度≥118mpa，拉伸率≥3％(lmr：软态铝母线、lhmr：软态铝合金母线、lmy：硬态铝母线、lhmy：硬态铝合金母线)。由此可见，铝合金在具有较高电导率时往往强度较低，而强度较高时电导率往往不高。技术实现要素：本发明的目的在于提出一种高导电率和高强度的铝合金制备工艺，该工艺控制硅、镁、铁、铜、锰和锌的比例，能制备出高导电率和高强度的铝合金。本发明还提出一种高导电率和高强度的铝合金，该铝合金的导电率为33.0～34.5ms/m和拉伸强度为170～200mpa。为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种高导电率和高强度的铝合金制备工艺，包括以下步骤：(1)把将固态纯铝至于熔炼炉熔化，成液态纯铝；(2)向所述步骤(1)中的熔炼炉加入硅、镁、铁、铜、锰和锌；按质量分数，各组分的比例控制为：硅0.15～0.3％、铁≤0.2％、铜≤0.1％、锰0.04～0.06％、镁0.3～0.5％、锌0.08～0.12％及余量铝；充分混合后获得铝合金液；将铝合金液浇注并冷却后，获得初级铝合金；(3)将所述步骤(2)的初级铝合金挤压成型，获得次级铝合金；(4)将步骤(3)的次级铝合金送至时效炉，使时效炉内部温度均匀，启动加热电源；时效后冷却，获得高导电率和高强度的加工铝合金。更进一步说明，所述步骤(4)中，时效的温度为180～190℃。更进一步说明，所述步骤(4)中，时效的保温时间为15～22h。更进一步说明，所述步骤(4)中，时效所用的炉为二级炉，温度均匀性为±6℃，升温速率2～3℃/min，进炉前停放时间不能大于20小时。更进一步说明，所述步骤(3)中，将所述步骤(2)中初级铝合金挤压前，先将初级铝合金预加热处理。更进一步说明，所述步骤(4)中，将次级铝合金至于带轮子的时效炉料车，并该时效炉料车推至时效炉内。更进一步说明，所述步骤(4)中，使用循环风机确保时效炉内部温度均匀。更进一步说明，所述步骤(2)中，熔炼炉还带有填充物料，且所述填充物料的含量不大于0.1％；所述填充物料包括：单质和杂质。一种高导电率和高强度的铝合金，按质量分数，包括：硅0.15～0.3％、铁≤0.2％、铜≤0.1％、锰0.04～0.06％、镁0.3～0.5％、锌0.08～0.12％、填充物料≤0.1％及余量铝。更进一步说明，所述铝合金的导电率为33.0～34.5ms/m。更进一步说明，所述铝合金的拉伸强度为170～200mpa。本发明的有益效果：1、本设计包括熔铸、挤压和时效工艺，而产品的合金成分主要是控制mg和si的含量，使其充分结合成mg2si，同时经过时效处理后，能mg2si完全析出，这样既能保证性能，又能够保证电导率；同时将附加的镁、铁、铜和锌进行调配，使附加物具有协同作用。2、本设计通过配合时效的温度为185℃和时效的保温时间为20h，能制备出导电率为34.2ms/m和拉伸强度为176mpa的铝合金。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。一种高导电率和高强度的铝合金制备工艺，包括以下步骤：(1)把将固态纯铝至于熔炼炉熔化，成液态纯铝；(2)向所述步骤(1)中的熔炼炉加入硅、镁、铁、铜、锰和锌；按质量分数，各组分的比例控制为：硅0.15～0.3％、铁≤0.2％、铜≤0.1％、锰0.04～0.06％、镁0.3～0.5％、锌0.08～0.12％、填充物料≤0.1％及余量铝；其中，填充物料包括单质和不可避免的化合物或混合物。充分混合后获得铝合金液；将铝合金液浇注并冷却后，获得初级铝合金；(3)将所述步骤(2)的初级铝合金挤压成型，获得次级铝合金；(4)将步骤(3)的次级铝合金送至时效炉，使时效炉内部温度均匀，启动加热电源；时效后冷却，获得高导电率和高强度的加工铝合金。更进一步说明，所述步骤(4)中，时效的温度为180～190℃。更进一步说明，所述步骤(4)中，时效的保温时间为15～22h。更进一步说明，所述步骤(4)中，时效所用的炉为二级炉，温度均匀性为±6℃，升温速率2～3℃/min，进炉前停放时间不能大于20小时。挤压之后到产品进时效炉之前，这段时间不能超过20小时，如果停放时间过长，会发生自然时效，对人工时效的最终结果产生影响，力学性能和电导率偏低10％左右。更进一步说明，所述步骤(3)中，将所述步骤(2)中初级铝合金挤压前，先将初级铝合金预加热处理；首先预热能减小铝棒挤压过程变形抗力，另一方面保证挤压后型材温度足够高，能够达到淬火温度。。更进一步说明，所述步骤(4)中，将次级铝合金至于带轮子的时效炉料车，并该时效炉料车推至时效炉内。更进一步说明，所述步骤(4)中，使用循环风机确保时效炉内部温度均匀。更进一步说明，所述步骤(2)中，熔炼炉还带有填充物料，且所述填充物料的含量不大于0.1％；所述填充物料包括：单质和杂质。单质可以对拉伸强度和电导率有帮助，如ag、au或c等微量单质都会对导电性有帮助；另一部分就是杂质，限定含量减少对性能的影响，而少量的杂质可以提供填充的作用，节省了成本。一种高导电率和高强度的铝合金，按质量分数，包括：硅0.15～0.3％、铁≤0.2％、铜≤0.1％、锰0.04～0.06％、镁0.3～0.5％、锌0.08～0.12％、填充物料≤0.1％及余量铝。更进一步说明，所述铝合金的导电率为33.0～34.5ms/m。更进一步说明，所述铝合金的拉伸强度为170～200mpa。性能测试：电导率测试：严格按照《gb/t12966-2008》使用电导仪按要求对仪器进行预热，并对电导仪进行校准；按试件大小、形状及测试面的状态，至少选择3个以上的测试点进行测量，并在每个测试点附近测2-3次，读取各部位的电导率测试值，取平均值。拉伸强度测试：严格按照《gb/t16865-2013》,将测试件的两端用拉伸夹夹住并置于试验机，由试验机对测试件的两端进行拉伸，每个实施例测试3次，取平均值。实施例a(185℃×16h)：表1-实施例a1～a6的配比将实施例a1～a6测试导电率和拉伸强度，并制得表2。表2实施例a1～a6的的导电率和拉伸强度结论：随着si含量增多，实施例的导电率依次增大，且当si的含量达到0.25kg时，铝合金有最大的导电率，为33.9ms/m，且其拉伸强度为173mpa；当达到导电率最大值后，随着si含量增多，导电率依次减少至31.2ms/m；因此本设计在硅0.15～0.3％时，能达到最优的导电率和拉伸强度的范围。实施例b(185℃×16h)：表3-实施例b1～b6的配比表4实施例b1～b6的的导电率和拉伸强度导电率(ms/m)拉伸强度(mpa)实施例b130.6183实施例b232.3177实施例b333.3174实施例b433.4173实施例b534.2169实施例b634.1164结论：随着mg含量增多，实施例的导电率依次增大，且当mg的含量达到0.45kg时，铝合金有最大的导电率，为33.4ms/m，且其拉伸强度为173mpa；当达到导电率最大值后，随着mg含量增多，导电率提高不明显；因此本设计mg在0.3～0.5％时，能达到最优的导电率和拉伸强度的范围。实施例c(185℃×16h)：表5-实施例c1～c6的配比表6实施例c1～c6的的导电率和拉伸强度导电率(ms/m)拉伸强度(mpa)实施例c132.4165实施例c232.7171实施例c333.3174实施例c433.5176实施例c533.0174实施例c631.9166结论：对比实施例c1和实施例c2可知，实施例c2中带有0.05kg的fe，该含量能使导电率提高了0.3ms/m的导电率及6mpa的拉伸强度，因此fe在本体系中提供导电率和拉伸强度。随着fe含量增多，实施例的导电率依次增大，且当fe的含量达到0.15kg时，铝合金有最大的导电率，为33.5ms/m，且其拉伸强度为176mpa；当达到导电率最大值后，随着fe含量增多，导电率反而降低；因此本设计需控制fe≤0.2％时，能使铝合金有提升作用。实施例d(185℃×16h)：表7-实施例d1～d7的配比表8实施例d1～d6的的导电率和拉伸强度导电率(ms/m)拉伸强度(mpa)实施例d132.3170实施例d232.6173实施例d333.0176实施例d433.2176实施例d533.6176实施例d633.3174实施例d733.3174结论：对比实施例d1和实施例d2可知，实施例d2中带有0.05kg的cu，该含量能使导电率提高了0.3ms/m的导电率及3mpa的拉伸强度，因此cu在本体系中提供导电率和拉伸强度。随着cu含量增多，实施例的导电率和拉伸强度依次增大，且当cu的含量达到0.10kg时，铝合金有最大的导电率33.6ms/m，且其拉伸强度为176mpa；当达到导电率最大值后，随着cu含量增多，导电率提高不明显；且当cu的含量超过0.10kg时，拉伸强度开始降低；因此本设计铜≤0.1％时，能达到最优的导电率。实施例e(185℃×16h)：表9-实施例e1～e6的配比表10实施例e1～e6的的导电率和拉伸强度导电率(ms/m)拉伸强度(mpa)实施例e131.3168实施例e231.7169实施例e332.9175实施例e433.3174实施例e533.0170实施例e633.0170结论：对比实施例e1～e3，mn在含量为0.04kg时，导电率和拉伸强度的提高幅度大，即实施例e2比实施例e1相比，0.01kg只提高了0.4ms/m和1mpa；而实施例e3比实施例实施例e2相比，0.01kg反而提高了1.2ms/m和6mpa。随着mn含量增多，实施例的导电率依次增大，且当mn的含量达到0.06kg时，mn的含量不会再影响铝合金的性能；因此本设计mn的0.04～0.06％时，能达到最优的导电率和拉伸强度。实施例f(185℃×16h)：表11-实施例f1～f8的配比表12实施例f1～f6的的导电率和拉伸强度对比实施例f2和实施例f1，实施例f2比实施例f1多了0.02kg的zn，而实施例f2比实施例f1多出1.3ms/m的导电率和3mpa的拉伸强度，因此本设计中铝合金体系中加入zn可提高导电率和拉伸强度；且当zn的含量达到0.12时，继续增加zn的含量使导电率和拉伸强度不再变化；因此本设计铝合金的zn在0.08～0.12％时有最优性能。实施例h：将实施例h1按实施例a～f最好的性能进行配比，而现有技术的6063铝合金作为实施例h2，制得表13；并对实施例h和实施例h2进行性能对比，制得表14；表13实施例h1和实施例h2的配比成份实施例h1(kg)实施例h2(kg)si0.250.30mg0.450.70fe0.150.35cu0.080.10mn0.050.10zn0.100.10cr-0.10ti-0.10填充物料0.10.15al99.2098.00表12不同时效工艺对实施例h的影响说明：通过对比表12，实施例h2的合金所能达到的最高电导率为32ms/m，本专利所研究的合金实施例h1所能达到的最高电导率为34.2ms/m，抗拉强度都随时效时间的延长而降低，延伸率都随时效时间的延长而增大。同时对比还发现，随着时效时间的延长，实施例h1和的h2电导率均出现一个峰值，当出现峰值后，电导率也不会随时效时间的延长而发生变化，因此，本专利研究的最佳非常规时效工艺为185℃×20h。以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。当前第1页12