本发明具体涉及一种用于铜包铝材料的铝合金杆及其制备方法。
背景技术：
铜包铝线是由铝芯线和紧密包覆其外的铜层构成的双金属线，这就使得在一根导线上发挥了两种金属材料的特点，使铜的优良导电性和铝的重量轻的特点结合在一起，克服了铝导线的缺点，形成具有导电性好、密度小、柔软、耐腐蚀、易焊接、价钱低廉等特点的铜包铝线，从而发展成为一种新的金属导电材料。
铜包铝材料首先是由欧美一些发展国家研究和开发的，并最早制定了导体标准。美国、英国、日本等国家已经把铜包铝作为继铜、铝后的第三种导体。铜包铝电线电缆在欧美进入实用化阶段，广泛应用在建筑、钢铁、冶金、石油、化工、电力、煤炭、通讯等领域。我国除了需要向国外进口铜包铝材料外，也在着手研发试制铜包铝材料。目前国内已有多个厂家生产铜包铝电线电缆，但相比于国外产品存在强度较低、电阻率较高的问题，主要原因是国内生产原料铝合金杆性能偏低。
现有专利《低电阻率铝合金杆》，公开一种低电阻率铝合金杆，所述低电阻率铝合金杆由以下重量份的组分组成：铝100份、硅0.04-0.06份、铁1-1.3份、铜0.18-0.28份、稀土元素0.08-0.1份、硼0.015-0.03份、钛0.01-0.02份；所述稀土元素由镧、铈和钪组成，且所述镧、铈和钪按照14：6：1重量份比例混合形成所述稀土元素；将各个组分投入熔炉中，加热使之熔化并在750-780℃下保温，充分搅拌至均匀，搅拌时间≥30min，静置保温，获得合金熔体；浇铸经过铝合金液得到铝合金铸锭，控制浇铸温度690-700℃；进行感应加热，温度升到520-540℃下进行轧制，在进轧之前进行温度的提升。该发明低电阻率铝合金杆金属组织结构明显好转，经过生产试验以及后续拉丝时抗拉强度、伸长率大大改善，降低电阻率6-10％。但是，此专利涉及低电阻合金杆的生产，按其成分及工艺生产的合金杆电阻率较高。
现有专利《耐腐蚀低电阻率铝杆》，公开了一种耐腐蚀低电阻率铝杆，由以下重量份的组分组成：铝100份、硅0.045份、铁1份、铜0.25份、稀土元素0.085份、硼0.018份、钛0.02份；所述稀土元素由镧、铈和钪组成，且所述镧、铈和钪按照14：6：1重量份比例混合形成所述稀土元素；将各个组分投入熔炉中，加热使之熔化并在750-780℃下保温，充分搅拌至均匀，搅拌时间≥30min，静置保温，获得合金熔体；浇铸经过铝合金液得到铝合金铸锭；进行感应加热，温度升到520-540℃下进行轧制，在进轧之前进行温度的提升。该发明耐腐蚀低电阻率铝杆提高铝合金的强度，改善加工性能，还能改善铝合金的耐热性、可塑性及可锻性，提高硬度、增加强度和韧性。但是，此专利涉及低电阻合金杆的生产，按其成分及工艺生产的合金杆电阻率较高。
现有专利《高导电率合金线材》，公开了一种高导电率合金线材，由以下重量份的组分组成：铝、硅、铁、铜、稀土元素、硼、钛；所述稀土元素由镧、铈和钪组成，且所述镧、铈和钪按照14：6：1重量份比例混合形成所述稀土元素；将各个组分投入熔炉中，加热使之熔化并在750-780℃下保温，充分搅拌至均匀，搅拌时间≥30min，静置保温，获得合金熔体；浇铸经过铝合金液得到铝合金铸锭，控制浇铸温度690-700℃；进行感应加热，温度升到520-540℃下进行轧制，在进轧之前进行温度的提升。该发明高导电率合金线材金属组织结构明显好转，经过生产试验以及后续拉丝时抗拉强度、伸长率大大改善，也满足阶段性、长时间的大用电量要求。虽然此专利涉及高导电率合金杆的生产，但其成分配比与我司8030c合金杆相似，按其成分及工艺生产的合金杆电阻率还是较高。
有鉴于此，本发明提出一种用于铜包铝材料的铝合金杆及其制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于铜包铝材料的铝合金杆，该铝合金杆性能稳定，低电阻，同时保持高的抗拉强度。
为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
一种用于铜包铝材料的铝合金杆，所述的铝合金杆中，硅含量不大于0.10％，铁含量为0.80-1.0％，铒含量为0.03-0.15％，钛含量不大于0.03％，其他单个元素含量不大于0.01％。
进一步的，所述的其他元素总含量不大于0.15％。
本发明的另一个目的在于提供上述铝合金杆的制备方法，该制备方法适用于工业批量化生产。
为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
上述的铝合金杆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料铝加热熔融后，加入铁剂，并充分搅拌，得熔体1；
(2)在720-750℃下，向熔体1中加入精炼剂进行精炼，扒渣，得熔体2；
(3)在740-760℃下，向熔体2加入铝铒中间合金，并使其完全熔解，精炼，得熔体3；
(4)向熔体3中加入铝钛硼合金杆进行细化晶粒处理后，在线精炼、过滤，得熔体4；
(5)将熔体4在670-700℃下浇铸，出锭后进行轧制，轧制温度480-540℃，得所述的铝合金杆。
进一步的，所述的步骤(1)中，所述的铁剂为75％铁剂。
进一步的，所述的步骤(2)中，所述的精炼剂的用量为5-8‰，精炼时间不少于30min。
进一步的，所述的步骤(3)中，所述的精炼过程在氩气条件下进行。
进一步的，所述的步骤(4)中，所述的铝钛硼合金杆中，钛含量为5％，硼含量为1％。
再进一步的，所述的铝钛硼合金杆的加入速度为0.5-1.2m/min。
进一步的，所述的步骤(4)中，所述的在线精炼除气效率大于50％；
过滤片规格不小于50ppi。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
本发明加入稀土aler中间合金改善合金性能，优化合金元素配比减少对电阻率的影响，提高铝液纯净度，采用12机架两辊轧机进行轧制，在生产过程中控制好轧制温度波动。即本发明通过合金杆成分配比及生产工艺的合理搭配，生产的铜包铝用的铝合金杆具有成分均匀、性能稳定，电阻率低，低于29nω·m，同时保持高的抗拉强度，拉伸强度为130-139mpa的优点，可以用于制备铜包铝材料，用于大容量通讯网络信号传输、控制信号电缆、轻体车辆电缆、焊接电缆、紧急移动电缆、电视机激励线圈、偏转线圈、镇流器线圈等的生产原材料，市场容量较大。
并且该制备方法适用于工业批量生产。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明一种用于铜包铝材料的铝合金杆及其制备方法，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于铜包铝材料的铝合金杆及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
在详细阐述本发明一种用于铜包铝材料的铝合金杆及其制备方法之前，有必要对本发明中提及的原料和方法等做进一步说明，以达到更好的效果。
制备铜包铝材料的关键技术有以下几点：
(1)铝合金成分优化设计研究：高性能铜包铝用合金杆性能与成分关系比较密切，因此需要对产品主要元素、微量元素、杂质元素、成分控制进行研究，最终优化并确定出主要元素合适的成分范围；
(2)铝合金熔体净化工艺研究：为了保证铝合金杆的物理性能，铝合金的熔体要求较低的含氢量、较少的夹渣缺陷，对铝熔体除气精炼采取特殊工艺处理方案，要求在保温炉内进行精炼剂+喷粉+高纯氩气除气精炼，再到炉外采用连续除气和过滤装置进行连续除气精炼、除渣。氢的含量最好控制在<0.12ml/100g范围之内。因此，需要研究摸索确定好的除气、除渣方法和精炼剂；
(3)铸造工艺过程、轧制过程工艺研究：为保证后续加工性能，连铸时要求铸坯含气量很少、不允许有缩孔、疏松、夹杂等缺陷，保证成分均匀无偏析。因此需要对铸造冷却工艺、轧制工艺进行研究摸索，对铸造成型的坯料进行高低倍组织、金相组织进行检验，确保轧制出的合金杆内外质量、物理性能满足客户使用要求。
本发明主要技术关键点是本发明所阐述的铝合金杆的成分配比和生产工艺方法。
主要保护点是①成分配比：si：≤0.10％，fe：0.80-1.0％，er：0.03-0.15％，ti≤0.03％，其它单个≤0.01％，其它合计≤0.15％。②生产工艺：进铝后将计算、称量好的铁剂加入铝液中，充分搅拌熔化完毕后控制温度在720-750℃进行精炼，精炼剂用量为5-8‰，时间不少于30min，精炼完毕后将表面熔渣扒除干净，静置20min以上。合金液成分满足要求后，在740-760℃范围内加入称量好的aler中间合金，用氩气吹匀；开炉眼后在铝液进在线除气设备前的位置喂直径9.5mm的al-ti-b杆进行细化晶粒处理，加入速度0.5-1.2m/min。铝液经过在线精炼和过滤设备进行除气除渣，保证在线精炼除气效率50％以上，过滤片规格≥50ppi；浇铸温度670-700℃，出锭后进入连轧机组进行轧制，轧制温度480-540℃，最终生产出直径9.5mm左右的铝合金杆。
本发明中的原料要求为：①al99.70普铝，质量满足gb/t1196标准要求；②75％铁剂，质量满足yst492中对75％铁剂的质量要求；③aler5中间合金，质量满足gb/t27677标准要求；④al-ti-b合金杆，含ti约5％，含b约1％，质量满足gb/t27677标准要求；⑤精炼剂，质量满足ys/t491标准中对rj1精炼剂的要求。
本发明实施例中设备要求：主要设备为熔保炉和12机架两辊连铸连轧机组，并需配备除气效率50％以上的在线精炼设备，以及过滤片规格≥50ppi的过滤设备。
在了解了上述原料和方法等之后，下面将结合具体实施例对本发明一种用于铜包铝材料的铝合金杆及其制备方法做进一步的详细介绍：
实施例1.
具体操作步骤如下：
(1)进铝20t后，加75％铁剂200kg，充分搅拌使其完全熔化，搅拌20min，得熔体1。
(2)控制熔体1的温度达到730℃进行精炼，精炼剂用量为6‰，时间35min，精炼完毕后将表面熔渣扒除干净，静置25min取样，合金液成分满足要求，得熔体2。
(3)向740℃的熔体2中加入5％aler中间合金200kg，使其完全熔解，使用氩气吹匀，精炼10min，得熔体3。
(4)开炉眼后，在熔体3，即铝液进在线除气设备前的位置喂直径9.5mm的al-5ti-b杆(al-5ti-b杆指该合金杆中含ti约5％，含b约1％)进行细化晶粒处理，加入速度0.9m/min；铝液经过在线精炼和过滤设备进行除气除渣，经检测在线精炼除气效率52％，过滤片规格50ppi，得熔体4。
由于铝铁易形成粗大的晶粒，因此，本申请加入铝钛硼合金，使晶粒变小，起到细化晶粒的作用。
通过多次精炼，提高熔体，即铝液的纯净度，从而提高制品的性能。
(5)将熔体4铸轧，整个铸轧过程保证浇铸温度675-690℃；出锭后进入连轧机组进行轧制，轧制温度480-510℃，最终生产出直径9.5mm左右的铝合金杆。
将实施例1制备的铝合金杆进行成分、性能测试，其各成分满足硅量不大于0.10％，铁含量为0.80-1.0％，铒含量为0.03-0.15％，钛含量不大于0.03％，其他单个元素含量不大于0.01％，其他元素总含量不大于0.15％的要求，电阻为28.95nω·m，拉伸强度为139mpa。
本发明实施例所述的一种用于铜包铝材料的铝合金杆及其制备方法，采用本发明的成分配比和生产工艺，生产的铜包铝用的铝合金杆成分均匀、性能稳定，电阻率低，低于29nω·m，同时保持高的抗拉强度。并且该制备方法适用于工业批量生产。
实施例2.
具体操作步骤如下：
(1)进铝20吨，而后加入75％铁剂230kg，搅拌25min，得熔体1。
(2)控制熔体1的温度达到723℃进行精炼，精炼剂用量为5‰，时间32min，精炼完毕后将表面熔渣扒除干净，静置20min取样，合金液成分满足要求，得熔体2。
(3)向750℃的熔体2中加入5％aler中间合金300kg，使其完全熔解，使用氩气精炼10min，得熔体3。
(4)开炉眼后，在在熔体3，即铝液进在线除气设备前的位置喂直径9.5mm的al-5ti-b杆进行细化晶粒处理，加入速度1.2m/min；铝液经过在线精炼和过滤设备进行除气除渣，经检测在线精炼除气效率50％，过滤片规格50ppi，得熔体4。
(5)将熔体4铸轧，整个铸轧过程保证浇铸温度680-695℃；出锭后进入连轧机组进行轧制，轧制温度510-540℃，最终生产出直径9.5mm左右的铝合金杆。
将实施例1制备的铝合金杆进行成分、性能测试，其各成分满足硅量不大于0.10％，铁含量为0.80-1.0％，铒含量为0.03-0.15％，钛含量不大于0.03％，其他单个元素含量不大于0.01％，其他元素总含量不大于0.15％的要求，电阻为28.90nω·m，拉伸强度为136mpa。
本发明实施例所述的一种用于铜包铝材料的铝合金杆及其制备方法，采用本发明的成分配比和生产工艺，生产的铜包铝用的铝合金杆成分均匀、性能稳定，电阻率低，低于29nω·m，同时保持高的抗拉强度。并且该制备方法适用于工业批量生产。
实施例3.
具体操作步骤如下：
(1)进铝20吨，而后加入75％铁剂250kg，搅拌20min，得熔体1。
(2)控制熔体1的温度达到750℃进行精炼，精炼剂用量为8‰，时间35min，精炼完毕后将表面熔渣扒除干净，静置20min取样，合金液成分满足要求，得熔体2。
(3)向760℃的熔体2中加入5％aler中间合金350kg，使其完全熔解，使用氩气精炼10min，得熔体3。
(4)开炉眼后，在在熔体3，即铝液进在线除气设备前的位置喂直径9.5mm的al-5ti-b杆进行细化晶粒处理，加入速度0.5m/min；铝液经过在线精炼和过滤设备进行除气除渣，经检测在线精炼除气效率50％，过滤片规格50ppi，得熔体4。
(5)将熔体4铸轧，整个铸轧过程保证浇铸温度670-690℃；出锭后进入连轧机组进行轧制，轧制温度510-530℃，最终生产出直径9.5mm左右的铝合金杆。
将实施例1制备的铝合金杆进行成分、性能测试，其各成分满足硅量不大于0.10％，铁含量为0.80-1.0％，铒含量为0.03-0.15％，钛含量不大于0.03％，其他单个元素含量不大于0.01％，其他元素总含量不大于0.15％的要求，电阻为28.86nω·m，拉伸强度为132mpa。
本发明实施例所述的一种用于铜包铝材料的铝合金杆及其制备方法，采用本发明的成分配比和生产工艺，生产的铜包铝用的铝合金杆成分均匀、性能稳定，电阻率低，低于29nω·m，同时保持高的抗拉强度。并且该制备方法适用于工业批量生产。
实施例4.
具体操作步骤如下：
(1)进铝20吨，而后加入75％铁剂260kg，搅拌25min，得熔体1。
(2)控制熔体1的温度达到720℃进行精炼，精炼剂用量为7‰，时间35min，精炼完毕后将表面熔渣扒除干净，静置20min取样，合金液成分满足要求，得熔体2。
(3)向750℃的熔体2中加入5％aler中间合金400kg，使其完全熔解，使用氩气精炼10min，得熔体3。
(4)开炉眼后，在在熔体3，即铝液进在线除气设备前的位置喂直径9.5mm的al-5ti-b杆进行细化晶粒处理，加入速度0.9m/min；铝液经过在线精炼和过滤设备进行除气除渣，经检测在线精炼除气效率53％，过滤片规格50ppi，得熔体4。
(5)将熔体4铸轧，整个铸轧过程保证浇铸温度685-700℃；出锭后进入连轧机组进行轧制，轧制温度510-530℃，最终生产出直径9.5mm左右的铝合金杆。
将实施例1制备的铝合金杆进行成分、性能测试，其各成分满足硅量不大于0.10％，铁含量为0.80-1.0％，铒含量为0.03-0.15％，钛含量不大于0.03％，其他单个元素含量不大于0.01％，其他元素总含量不大于0.15％的要求，电阻为28.82nω·m，拉伸强度为131mpa。
本发明实施例所述的一种用于铜包铝材料的铝合金杆及其制备方法，采用本发明的成分配比和生产工艺，生产的铜包铝用的铝合金杆成分均匀、性能稳定，电阻率低，低于29nω·m，同时保持高的抗拉强度。并且该制备方法适用于工业批量生产。
以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。