一种耐热铝合金导线及其制备方法与流程

1.本发明属于合金材料领域，具体涉及一种耐热铝合金导线及其制备方法。


背景技术：

2.特耐热铝合金导线可以在230℃下长期运行，短时温度可以实现310℃而材料强度变化率不足10％，极大的提高了载流量，很大程度的降低了电力传输过程中的损耗，但是目前大多数的耐热铝合金导线只能做到在210℃以下长期运行，即使部分做到了可以在230℃下长期运行但是导电率也仅仅达到58％，增大了电力在传输过程中的电能的损耗，为了符合节约能源的方案，需要制备一种具有高电导率且抗拉强度高的导线。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提供一种耐热铝合金导线的制备方法，包括如下步骤：
4.s1：将铝合金熔化后，加入alb3和除钠精炼剂，一次精炼，得到铝液a；
5.s2：向所述铝液a中加入中间合金和除钠精炼剂，二次精炼，得到铝液b；所述中间合金包括alsi20、alli3、alre10、aler10和alzr10；
6.s3：将所述铝液b通过在线加入铝硼丝处理后进行除杂，得到铝液c；
7.s4：将所述铝液c浇铸后轧制，得到铝杆；
8.s5：将所述铝杆双级热处理，冷拉拔后得到所述耐热铝合金导线；
9.所述双级热处理的方法为：4-5h内升温至560-590℃，保温20-50h后降温至475-490℃，保温120-150h后降至室温(25
±
5℃)；
10.所述冷拉拔的方法为：将双级热处理后的铝杆经过6道次拉拔至5-6mm后，于250-270℃保温15-25h后降至室温，经过5道次拉拔至3.0-3.5mm；
11.所述耐热铝合金导线，由以下重量百分比的组分组成：si：0.10-0.15％，fe≤0.20％，zr： 0.55-0.70％，li：1.0-1.3％，er：0.10-0.20％，la和ce的总量：0.06-0.12％；cr、mn、v和 ti的总量＜0.004％，余量为al和其他不可避免的杂质。
12.优选的，所述铝合金的纯度不小于99.90％。
13.优选的，所述步骤s1中，熔化的温度为920-960℃。
14.优选的，所述步骤s1中，铝合金和alb3质量比为1000：3-5。
15.优选的，所述步骤s1中，一次精炼的方法为：于920-960℃，静置40-50min。
16.优选的，所述步骤s2中，铝液a降温至900-920℃后加入中间合金和除钠精炼剂。
17.优选的，所述步骤s2中，二次精炼的方法为：于900-920℃，闷炉20-30min后静置 30-40min。
18.优选的，所述步骤s3中，除杂的方法为：通过除气箱除气后采用过滤箱进行双级过滤；所述过滤箱包括40目的过滤板和60目的过滤板。
19.优选的，所述步骤s3中，铝硼丝的型号为alb
3-9.5丝，购买自徐州金龙；
20.所述铝硼丝与铝水中的锆元素反应生成化合物bzr2，以化合物的形式存在组织中，达到减少细化晶粒以及提高锆元素析出态存在量的目的，可以有效的提高导电率。
21.优选的，所述步骤s4中，浇铸的条件为：温度840-860℃，速度为5.0-5.5t/h，出坯温度 450-470℃。
22.优选的，所述步骤s4中，轧制的条件为：进轧温度520-580℃，终轧温度100-200℃。
23.优选的，每次拉拔的变形量均为15-20％。
24.本发明还提供一种上述制备方法制备得到的耐热铝合金导线。
25.本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
26.本发明提供的高强高导特耐热铝合金导线，通过高温熔炼，使材料中的zr元素和li元素充分溶解扩散到铝水中，促使成分均匀；通过高温浇铸，减小zr元素形成化合物形式存在，提高zr元素固溶量，如果浇铸温度低，虽然也是液体，但是已经有部分zr元素以析出态形式出现，影响固溶量；采用高温冷却水，减少冷却强度，可以使合金缓慢冷却，促使成分均匀。
27.本发明的配方：zr元素可以很好的提高材料的耐热性能，但是固溶在基体中的zr对电阻率的影响大，通过热处理后析出al3zr，可以达到在降低电阻的情况下提高强度，li元素具有很好的高温稳定性，同时可以通过时效强化组织，提高材料强度，硅元素可以促进锆和锂的析出，使其成弥散分布在基体中，减少偏析的出现，fe元素可以提高材料的抗蠕变性能，稀土元素er和铼铈稀土可以净化基体，减少气孔和杂质，细化晶粒，促进各元素的析出，同时er可以和zr元素形成化合物提高材料耐热性。
28.本发明通过(1)双级退火，于560-590℃热处理，可以使组织均匀化，同时促使各元素充分地固溶在基体中，再经过475-490℃热处理后，可以把固溶在基体中的zr元素进行析出，通过快速降温防止li元素析出；(2)冷加工变形后时效，通过对单丝半成品进行250-270℃保温，可以使li元素析出，形成第二相，降低电阻，提升强度和材料韧性，同时可以防止单丝退火表面的油膜被碳化，使后续绞线出现干涩的情况。
29.本发明的材料导电率高，耐热性好，应用在架空导线上时可以有效的减少电能在传输过程中的损耗，提高载流量，且因强度高，密度轻，可以有效的减少导线在空中的弧垂。
具体实施方式
30.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
31.实施例1
32.一种耐热铝合金导线的制备方法。
33.将纯度不小于99.90％的铝合金加入熔炼炉中加热融化，在940℃下保温，按每吨铝水4 kg的alb3加入熔炉中进行硼化，吹入除钠颗粒精炼剂，用氩气进行一次精炼，静置45min 后得到第一铝液。
34.在保温炉中向第一铝液中加入中间合金，搅拌30min，得到第二铝液；其中，保温炉的温度为910℃，中间合金为alsi20、alli3、alre10、aler10、alzr10。
35.第二铝液的成分检验合格后，吹入除钠颗粒精炼剂，用氩气进行二次精炼，静置后进行扒渣，静置后得到第三铝液；其中，二次精炼时，吹入除钠精炼剂后闷炉20-30min，精炼
温度为910℃，静置时间35min。
36.第三铝液通过保温炉倾倒，之后在溜槽中进行在线喂铝硼丝处理，之后铝液通过除气箱和过滤箱进行除气和双级过滤，得到第四铝液。
37.对第四铝液进行连续浇铸；其中，浇铸温度为850℃，浇铸速度为5.2t/h，冷却水温为 63℃，出坯温度为460℃。
38.对连续浇铸得到的铸坯进行轧制，得到铝杆；其中，进轧温度为550℃，终轧温度为 150℃。
39.将收线后的铝杆降温至室温后进行双级热处理，在4.5h内升温至575℃，保温35h，之后降温至485℃，保温135h后喷液氮快速降温至室温得特耐热铝合金杆。
40.将得到的铝杆进行冷拉拔。每次变形量15％，经过6道次拉拔至5.5mm，得到特耐热铝合金单丝半成品。
41.对得到的半成品进行260℃保温20h处理后降至室温，将降至室温的半成品进行冷拉拔。每次变形量15％，经过5道次拉拔至3.25mm，得到耐热铝合金导线。
42.所述耐热铝合金导线，由以下重量百分比的组分组成：si：0.12％，fe≤0.20％，zr：0.60％， li：1.2％，er：0.15％，la和ce的总量：0.09％；cr、mn、v和ti的总量＜0.004％，余量为al 和其他不可避免的杂质。
43.实施例2
44.一种耐热铝合金导线的制备方法。
45.将纯度不小于99.90％的铝合金加入熔炼炉中加热融化，在920℃下保温，按每吨铝水 3kg的alb3加入熔炉中进行硼化，吹入除钠颗粒精炼剂，用氩气进行一次精炼，静置40-50min 后得到第一铝液。
46.在保温炉中向第一铝液中加入中间合金，搅拌30min，得到第二铝液；其中，保温炉的温度为900℃，中间合金为alsi20、alli3、alre10、aler10、alzr10。
47.第二铝液的成分检验合格后，吹入除钠颗粒精炼剂，用氩气进行二次精炼，静置后进行扒渣，静置后得到第三铝液；其中，二次精炼时，吹入除钠精炼剂后闷炉20min，精炼温度为900℃，静置时间30min。
48.第三铝液通过保温炉倾倒，之后在溜槽中进行在线喂铝硼丝处理，之后铝液通过除气箱和过滤箱进行除气和双级过滤，得到第四铝液。
49.对第四铝液进行连续浇铸；其中，浇铸温度为840℃，浇铸速度为5.0t/h，冷却水温为 60℃，出坯温度为470℃。
50.对连续浇铸得到的铸坯进行轧制，得到铝杆；其中，进轧温度为520℃，终轧温度为 100℃。
51.将收线后的铝杆降温至室温后进行双级热处理，在4-5h内升温至560℃，保温20h，之后降温至47℃，保温120h后喷液氮快速降温至室温得特耐热铝合金杆。
52.将得到的铝杆进行冷拉拔。每次变形量15％，经过6道次拉拔至5mm，得到特耐热铝合金单丝半成品。
53.对得到的半成品进行250℃保温15h处理后降至室温，将降至室温的半成品进行冷拉拔。每次变形量15％，经过5道次拉拔至3mm，得到耐热铝合金导线。
54.所述耐热铝合金导线，由以下重量百分比的组分组成：si：0.10％，fe≤0.20％，
zr：0.55％， li：1.0％，er：0.10％，la和ce的总量：0.06％；cr、mn、v和ti的总量＜0.004％，余量为al 和其他不可避免的杂质。
55.实施例3
56.一种耐热铝合金导线的制备方法。
57.将纯度不小于99.90％的铝合金加入熔炼炉中加热融化，在960℃下保温，按每吨铝水 5kg的alb3加入熔炉中进行硼化，吹入除钠颗粒精炼剂，用氩气进行一次精炼，静置50min 后得到第一铝液。
58.在保温炉中向第一铝液中加入中间合金，搅拌35min，得到第二铝液；其中，保温炉的温度为920℃，中间合金为alsi20、alli3、alre10、aler10、alzr10。
59.第二铝液的成分检验合格后，吹入除钠颗粒精炼剂，用氩气进行二次精炼，静置后进行扒渣，静置后得到第三铝液；其中，二次精炼时，吹入除钠精炼剂后闷炉30min，精炼温度为920℃，静置时间40min。
60.第三铝液通过保温炉倾倒，之后在溜槽中进行在线喂铝硼丝处理，之后铝液通过除气箱和过滤箱进行除气和双级过滤，得到第四铝液。
61.对第四铝液进行连续浇铸；其中，浇铸温度为860℃，浇铸速度为5.5t/h，冷却水温为 65℃，出坯温度为470℃。
62.对连续浇铸得到的铸坯进行轧制，得到铝杆；其中，进轧温度为580℃，终轧温度为 200℃。
63.将收线后的铝杆降温至室温后进行双级热处理，在5h内升温至590℃，保温50h，之后降温至490℃，保温150h后喷液氮快速降温至室温得特耐热铝合金杆。
64.将得到的铝杆进行冷拉拔。每次变形量20％，经过6道次拉拔至6mm，得到特耐热铝合金单丝半成品。
65.对得到的半成品进行270℃保温25h处理后降至室温，将降至室温的半成品进行冷拉拔。每次变形量20％，经过5道次拉拔至3.5mm，得到耐热铝合金导线。
66.所述耐热铝合金导线，由以下重量百分比的组分组成：si：0.15％，fe≤0.20％，zr：0.70％， li：1.3％，er：0.20％，la和ce的总量：0.12％；cr、mn、v和ti的总量＜0.004％，余量为al 和其他不可避免的杂质。
67.对比例1
68.所述耐热铝合金导线的组分中，不加入si，其他步骤与实施例1相同。
69.对比例2
70.所述耐热铝合金导线的组分中，不加入zr，其他步骤与实施例1相同。
71.对比例3
72.所述耐热铝合金导线的组分中，不加入er，其他步骤与实施例1相同。
73.对比例4
74.所述耐热铝合金导线的组分中，不加入la和ce，其他步骤与实施例1相同。
75.对比例5
76.所述耐热铝合金导线的组分中，不加入li，其他步骤与实施例1相同。
77.对比例6
78.所述耐热铝合金导线的组分中，不加入si和li，其他步骤与实施例1相同。
79.对比例7
80.所述耐热铝合金导线的组分中，不加入er+la+ce，其他步骤与实施例1相同。
81.效果评价1
82.表1实施例1的耐热铝合金导线性能项目测试
[0083][0084]
表2铝合金导线对比例性能项目测试
[0085][0086]
本发明的耐热铝合金导线成品的抗拉强度：275-280mpa；导电率：60.5-60.8％，伸长率： 5-6％；310℃保温400h后抗拉强度残余96％以上，400℃保温1h抗拉强度残余率在 97.5-99.3％，余量非常的大，可以高于标准要求310℃达到360℃运行400h抗拉强度残存率在92％以上，如表1所示。
[0087]
从表2中可以看出zr和li元素对产品的耐热性影响最大，这两个元素是保证材料耐热性的主要元素，未添加这两个元素耐热性均降低到了90％以下，且这两个元素对材料的抗拉强度也是有着决定性的影响，两种元素通过两次退火配合稀土元素及si元素实现时效强化，促使材料强度达到275mpa以上，同时er元素对耐热性和导电率影响，er和zr元素的配合可以很好的提高耐热性，且er元素和la+ce元素相互随电性能和耐热性也有着很大的影响耐热性也是由98.6％降到了89.7％，si元素可以很好的促进zr和li元素的析出，起到提高弥散强化的作用，来提高强度。
[0088]
金属锂(li)作为密度最低的金属，添加在铝中每1％就会降低铝3％的密度，本发
明的铝合金材料添加1-1.3％的li元素，所以可以很好的降低材料密度。
[0089]
国标普通特耐热抗拉强度要求≥162mpa，本发明可以达到275mpa以上，主要是通过高的熔炼温度促使成分均匀分布，再高温浇铸配合高温退火来实现充分固溶zr元素和li元素，之后通过低温长时间热处理配合si和稀土元素将zr元素充分析出，实现弥散强化的目的，最后经过冷变形后再低温时效，促使li元素的析出球形的al3li相，最终实现高抗拉强度，高导电率的目的。
[0090]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。