本发明属于铝合金材料技术领域，具体涉及一种添加铼元素的耐热铝合金及其制备方法和应用。
背景技术：
目前配电网中多应用铜作为导电材料，但铜资源日渐匮乏，价格较高，铜的大量使用，造成配电网建设投资成本巨大，也不利于资源保护。金属材料中，铝的导电性仅次于银、铜和金，是具备最优经济性的导体材料，并且具有质量轻、价格低廉、储量丰富等特性，更适合作为生产高压电力控制组件的导电材料。近年来随着特高压电网建设的不断加快，电缆工业中以铝代铜已是大势所趋，变电站大口径厚壁铝合金架空管型母线得到广泛应用，铝合金材料的需求量得到大幅增加，同时也对铝合金材料的综合性能也提出了更高的要求。
高压电力控制组件首先要求导电材料具有较高的导电率，同时具备一定的力学性能，如较强的抗拉强度、屈服强度和延伸率等，并且要求其具有优良的铸造性能，如流动性好、收缩率低以及热裂倾向性小。而普通6063或者6005a铝合金管材有着导电率低、性能强度低、扒口开裂、恒电流下温升大等一系列问题，不能同时满足高压电力控制组件在力学性能和导电性能的要求。
技术实现要素：
针对现有的铝合金材料导电率低、耐热能力差等问题，本发明提供了一种添加铼元素的耐热铝合金的制备方法，通过添加相应的稀土元素细化组织晶粒，改进金属强化相，使铝合金强度更高、导电性能更好、伸长率更大。
本发明提供的添加铼元素的耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)选择铝合金材料，将其进行熔炼、保温精炼、铸造，得铝合金铸棒；
(2)对铝合金铸棒进行固溶时效热处理，使其成为完全固溶状态的铝合金铸棒；
(3)对步骤(2)得到的铝合金铸棒进行470℃-490℃加热，再依次进行挤压成型、风冷淬火、牵引、张力拉伸后得到铝合金成品，取试样进行性能检验、硬度、弯曲、导电率、金相。
进一步的，所述步骤(1)中，铝合金材料包括：90％铝锭和中间合金，10％冷料；所述中间合金包括：铝硅合金、铝锆合金、铝钛合金、镁锭、铝铼合金。
进一步的，所述步骤(1)中，铝合金铸棒中的元素及其质量百分比为：si：0.40％-0.45％，fe≤0.2％，cu≤0.1％，mn≤0.1％，mg：0.63％-0.68％，cr≤0.1％，zn≤0.1％，ti≤0.1％，zr：0.08％-0.20％，re：0.07％-0.18％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为al。
进一步的，所述步骤(1)中，熔炼步骤为：将加料车吹扫干净，先加入冷料(冷料提前分析化学成分)，再加入铝锭，最后加入铝硅合金，在熔化过程中开启电磁搅拌器加强搅拌，熔化至745-755℃时，扒净熔体表面浮渣，依次加入铝锆合金、铝钛合金、镁锭，铝铼合金，从加料至熔化完成控制在6小时以内；保温精炼步骤为：采用液体扒渣、电磁搅拌和炉底除气工艺；铸造步骤为：采用在线除气装置，铸造时采用50目叠加60目过滤板进行过滤，保证铝液纯净，铸造盘采用油气滑铸造盘，保证铸棒表面质量，得到的铸棒直径为200-600mm。
进一步的，所述步骤(1)中，铝合金铸棒的规格为90mn铸棒φ515mm×6000mm或75mn铸棒φ454mm×6000mm；对铸棒切头、切尾、切定尺、车皮，其中定尺尺寸：φ454mm×720-1550mm或φ515mm×750-1750mm。
进一步的，所述步骤(2)中，固溶时效热处理采用570±5℃保温，保温时间为16小时；铸棒质量控制晶粒度1级，疏松1级，铸棒低倍无偏析、无裂纹、无氧化膜、无夹杂缺陷。
进一步的，所述步骤(3)中，挤压成型时，挤压系数小于20，变形程度大于90％，挤压质量控制淬火速度在60秒之内达到完全冷却；张力拉伸时，拉伸率在0.8-1.5％。
上述添加铼元素的耐热铝合金的制备方法所制备的铝合金可应用于高压电力管材。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的添加铼元素的耐热铝合金的制备方法，铸造工艺设计合理，引入了电磁搅拌、炉底除气等铸造工艺，采用强化固溶时效工艺使材料发挥出最大潜力，采用挤压定型使材料内部组织更加紧密，采用风冷淬火保证了淬火透性和材料强度，添加铼元素能有效控制产品显微晶粒，使其细小且均匀，降低材料的电阻热效应，铝合金材料通电发热温度降低20％-25％，可适用于更高电流的工作使用环境。
2.本发明得到的铝合金可以达到以下技术指标要求：平均晶粒尺寸≤120μm，最大晶粒尺寸≤250μm，金属间化合物≤12μm，粗晶层深度≤400μm，晶粒等级≥3级。
3.本发明得到的铝合金可用于高压电力管材，与其它材料相比，在不降低性能、伸长率的条件下大大提高了管材的导电率，并且扒口以及焊接效果优良，恒电流下温升低等特点。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例提供的添加铼元素的耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)选择铝合金材料，将其进行熔炼、保温精炼、铸造，得75mn铝合金铸棒φ454mm×6000mm，对铸棒切头、切尾、切定尺、车皮，其中定尺尺寸：φ454mm×1200mm。
(2)铝合金材料包括：90％铝锭和中间合金，10％冷料；所述中间合金包括：铝硅合金、铝锆合金、铝钛合金、镁锭，铝铼合金。
熔炼步骤为：将加料车吹扫干净，先加入冷料(冷料提前分析化学成分)，再加入铝锭，最后加入铝硅合金，在熔化过程中开启电磁搅拌器加强搅拌，熔化至748℃±3℃时，扒净熔体表面浮渣，依次加入铝锆合金、铝钛合金、镁锭、铝铼合金，从加料至熔化完成控制在6小时以内；保温精炼步骤为：采用液体扒渣、电磁搅拌和炉底除气工艺；铸造步骤为：采用在线除气装置，铸造时采用50目叠加60目过滤板进行过滤，保证铝液纯净，铸造盘采用油气滑铸造盘，保证铸棒表面质量，得到的铸棒直径为454mm，铝合金铸棒的规格为75mn铸棒φ454mm×6000mm。
其中，铝合金铸棒中的元素及其质量百分比为：si：0.41％，fe:0.11％，cu:0.001％，mn:0.003％，mg:0.64％，cr:0.002％，zn:0.004％，ti:0.01％，zr:0.10％，re:0.105％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为al。
(2)对铝合金铸棒进行固溶时效热处理，采用570±5℃保温，保温时间为16小时，使其成为完全固溶状态的铝合金铸棒，铸棒质量控制晶粒度1级，疏松1级，铸棒低倍无偏析、无裂纹、无氧化膜、无夹杂缺陷。
(3)对步骤(2)得到的铝合金铸棒进行475℃±5℃加热，再依次进行挤压管材φ512×8成型、淬火、牵引、张力拉伸后得到铝合金管材；其中，挤压成型时，挤压系数13.12，变形程度大于90％，挤压质量控制淬火速度在60秒之内达到完全冷却；张力拉伸时，拉伸率在1.2％。
上述添加铼元素的耐热铝合金的制备方法所制备的铝合金可应用于高压电力管材。
对比例1
该对比例的铝合金铸棒中不含有re元素，其它制备步骤及参数均与实施例1相同。
实施例2
本发明实施例提供的添加铼元素的耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)选择铝合金材料，将其进行熔炼、保温精炼、铸造，得90mn铝合金铸棒φ515mm×6000mm铸棒，对铸棒切头、切尾、切定尺、车皮，其中定尺尺寸：φ515mm×1500mm。
铝合金材料包括：90％铝锭和中间合金，10％冷料；所述中间合金包括：铝硅合金、铝锆合金、铝钛合金、镁锭、铝铼合金。
熔炼步骤为：将加料车吹扫干净，先加入冷料(冷料提前分析化学成分)，再加入铝锭，最后加入铝硅合金，在熔化过程中开启电磁搅拌器加强搅拌，熔化至752℃±3℃时，扒净熔体表面浮渣，依次加入铝锆合金、铝钛合金、镁锭、铝铼合金，从加料至熔化完成控制在6小时以内；保温精炼步骤为：采用液体扒渣、电磁搅拌和炉底除气工艺；铸造步骤为：采用在线除气装置，铸造时采用50目叠加60目过滤板进行过滤，保证铝液纯净，铸造盘采用油气滑铸造盘，保证铸棒表面质量，得到的铸棒直径为515mm，铝合金铸棒的规格为90mn铸棒φ515mm×6000mm。
其中，铝合金铸棒中的元素及其质量百分比为：si：0.44％，fe:0.12％，cu:0.001％，mn:0.003％，mg:0.67％，cr:0.002％，zn:0.004％，ti:0.01％，zr:0.10％，re:0.15％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为al。
(2)对铝合金铸棒进行固溶时效热处理，采用570±5℃保温，保温时间为16小时，使其成为完全固溶状态的铝合金铸棒，铸棒质量控制晶粒度1级，疏松1级，铸棒低倍无偏析、无裂纹、无氧化膜、无夹杂缺陷。
(3)对步骤(2)得到的铝合金铸棒进行480℃±5℃加热，再依次进行挤压管材材φ600×8成型、淬火、牵引、张力拉伸后得到铝合金成品；其中，挤压成型时，挤压系数14.27，变形程度大于90％，挤压质量控制淬火速度在60秒之内达到完全冷却；张力拉伸时，拉伸率在1.5％。
上述添加铼元素的耐热铝合金的制备方法所制备的铝合金可应用于高压电力管材。
对比例2
该对比例的铝合金铸棒中不含有re元素，其它制备步骤及参数均与实施例2相同。
分别对实施例1-2、对比例1-2的铝合金成品取试样按照gb/t228.1进行母材纵向力学性能试验、按照gb/t232进行弯曲试验、按照gb/t3246.1进行金相测试以及进行恒电流热效应温度测试，测试结果如表1所示。
表1-铝合金性能测试结果
由表1可见，实施例1-2的铝合金的拉伸强度、屈服强度、断裂伸长率、硬度、导电率等性能均比对比例1-2的铝合金优异，并且实施例1-2的铝合金平均晶粒尺寸≤120μm、最大晶粒尺寸≤250μm、金属间化合物≤12μm、粗晶层深度≤400μm、晶粒等级≥3级，而对比例1-2的铝合金不能达到以上性能指标。因此，re的添加可以提高铝合金材料的伸长率、硬度、导电率、恒电流下温升低等性能。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。