一种高导电率超耐热铝合金导体材料及其制备方法与流程

本发明涉及电工导体材料技术，具体讲涉及一种高导电率超耐热铝合金导体材料及其制备方法。

背景技术：

1、新能源装机及消费占比逐年提升，新能源的波动性、随机性、间隙性对电网架空输电线路的安全高效输送能力提出了重大挑战，需要导线具有导电性能好、输送容量裕度大、高温弧垂低等特性。

2、现有部分输电线路主要采用以硬铝作为导体材料的普通钢芯铝绞线，其耐热性能差、输送容量裕度小，仍采用现有的钢芯铝绞线必须增大导线截面，同时需要更换全部杆塔，技术经济性差。

3、超耐热铝合金导线是一种性能良好的特种增容导线，最高允许运行温度达210℃，无需更换杆塔，直接替换原有导线既可实现增容1倍以上。但是，现役超耐热铝合金导线的导电率为60％iacs，导电性能差、输电线损高。所以需要开发出一种高导电率的超耐热铝合金导体材料，提高导电率，实现大容量、低损耗电力传输来满足现有技术的需要。

技术实现思路

1、本发明目的在于以纯度≥99.7％的工业铝锭为原材料，开发出一种al-zr-sc-ce(la)-b高导电率超耐热铝合金导体材料，解决一种高导电率超耐热铝合金导体材料，实现本发明目的的技术方案如下：

2、本发明提供了一种高导电率超耐热铝合金导体材料，所述高导电率超耐热铝合金导体材料包括下述组份：zr、sc、ce(la)和b合金元素以及fe和si原材料中的杂质元素；按质量百分比计，各组份的含量分别为：zr:0.08～0.15％，sc:0.05～0.1％，ce(la):0.1～0.2％，b:0.01～0.15％，si≤0.06％，fe≤1.4％，其余为铝和不可避免的其它杂质。

3、优选的：所述铝合金导体材料包括zr、sc、ce(la)和b组份，添加的所述各组份的量，按质量百分比计：zr：0.10～0.15％；sc：0.08～0.1％；ce(la)：0.15～0.2％；b：0.01～0.02％。

4、优选的：所述铝合金导体材料包括zr、sc、ce(la)和b组份，添加的所述各组份的量，按质量百分比计：zr:0.08％；sc:0.10％；ce(la):0.10％；b:0.02％；si:0.06％；fe:1.50％。

5、优选的：所述铝合金导体材料包括zr、sc、ce(la)和b组份，添加的所述各组份的量，按质量百分比计：zr:0.15％；sc：0.05％；ce(la)：0.2％；b：0.01％；si：0.05％；fe:1.20％。

6、优选的：所述铝合金导体材料包括zr、sc、ce(la)和b组份，添加的所述各组份的量，按质量百分比计：zr:0.10％；sc：0.08％；ce(la)：0.15％；b：0.015％；si:0.04％；fe:1.0％。

7、优选的：所述铝合金导体材料包括zr、sc、ce(la)和b组份，添加的所述各组份的量，按质量百分比计：zr：0.12％；sc：0.09％；ce(la)：0.12％；b：0.012％；si:0.03％；fe:1.3％。

8、优选的：所述铝合金导体材料包括zr、sc、ce(la)和b组份，添加的所述各组份的量，按质量百分比计：zr：0.13％；sc：0.06％；ce(la)：0.17％；b：0.017％；si:0.05％；fe:1.4％。

9、基于同一发明构思，本技术还提供了一种高导电率超耐热铝合金导体材料的制备方法，所述方法包括下述步骤：

10、在温度为710～730℃时，对冶炼后的铝合金液吹入氮气(n2)，吹气时间10～15min；或在冶炼后的铝合金液中加入0.3％～0.5％的六氯乙烷(c2cl6)进行除气精炼，保温静置10-20min后扒渣；

11、将精炼后的铝合金液依次经过浇铸、轧制和拉拔后得到铝合金单丝；

12、将所述铝合金单丝在90～120℃下保温0.5～2h后空冷，得到铝合金导体材料。

13、优选的：其中，所述冶炼的熔炼温度为：730～750℃。

14、优选的：其中，所述浇铸的温度为：700～720℃。

15、优选的：所述将精炼后的铝合金液依次经过浇铸、轧制和拉拔后得到铝合金单丝，包括：

16、将所述精炼后的铝合金液浇入经过预热的金属型模具，浇铸成铝合金锭；

17、将所述铝合金锭保温1～4h后进行轧制，经过多道次轧制成的铝合金圆杆。

18、优选的：所述铝合金圆杆经过多道次拉拔，获得φ3～4mm铝合金单丝。

19、优选的：其中，所述铝合金圆杆的拉拔变形量为1.2～1.3。

20、较之最接近的现有技术，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

21、本发明中，以量及其组份共同表征的各合金元素的作用及机理如下：

22、锆zr：适量锆的加入能明显改善铝合金的耐热性能，这主要是由于，锆原子半径比铝原子半径略大，锆在铝中以置换方式进行扩散，其扩散激活能高，向亚结晶晶粒边界析出细微的al3zr相，它不易聚集长大，稳定性高，能防止再结晶的产生，在较高的温度下仍可有效的钉扎位错与晶界，阻碍变形与晶内及晶界滑移，使蠕变抗力得以提高，从而使铝合金的耐热性能得到了改善。与sc同时添加时，热处理后的zr可与al、sc反应生成al3(zrx，sc1-x)，从而提高合金综合性能。

23、钪(sc)：按本发明中加入稀土sc的量可以显著提高铝合金的导电率、强度和耐热性。在铝合金中只需添加微量sc元素，就可以对材料的结构和性能产生较大影响使铝合金强度、热稳定性等得到很大的提高。sc对铝具有很好的析出强化作用，通过热处理sc与al反应生成al3sc相，从而提高合金强度；al3sc析出相可以提高铝合金的再结晶温度，因此可保证合金的耐热性能；与zr同时添加时，热处理后sc可与al、zr反应生成al3(zrx，sc1-x)相，从而提高合金综合性能。sc还可与杂质元素fe、si反应生成化合物，降低杂质元素对导电性能的不利影响，提高导电率，并有利于强度和耐热性的提升。

24、铈(镧)(ce(la))：按本发明中的量加入la、ce或la-ce混合稀土中的一种，可以对微观组织起到变质作用，有效改善共晶组织的形貌。一方面，这些稀土元素能够与al、杂质元素fe、si等形成高熔点的化合物，在凝固过程中，高熔点的化合物首先析出，提供大量的非均质形核点。另一方面，稀土元素在固液界面偏聚，可以在增加界面附近的成分起伏，使固液界面的成份过冷度增加。有利于非自发形核，从而到达到细化晶粒的效果。同时，铈(镧)还可以细化铸态组织中的alfesi等粗大微米级颗粒，改变其形貌，有利于提高合金的导电率和延性。

25、硼(b)：在众多的影响因素中，化学成分及其量表征的化学组分是影响铝导体电导率最基本的因素，因此降低杂质元素对电导率的影响是提高铝导体导电率的关键之举。杂质元素如果以溶质原子状态存在，对导电性能的影响更大。硼化处理是降低铝合金导体材料有害杂质含量的一种有效方法，即在铝合金中加入一定量的b元素后，能够和过渡族杂质元素cr、mn、v、ti等发生反应，使之由溶质原子态转变为化合态并沉积于熔体底部，从而提高铝合金的导电性能。

26、硅(si)：硅是工业铝中的主要杂质元素之一，按本发明表征的si及其量可与al、fe、re元素反应生成第二相，降低晶格畸变，对铝合金导体材料的导电性能、力学性能和耐热性能起到有益作用。

27、铁(fe)：铝中含有一定量的铁，是工业铝中的一种主要杂质。铁对铸造铝的力学性能是有害的，因为其通常以粗大的一次晶体出现，或以铝-铁-硅化合物形式存在，它们一定程度上都提高了铝的强度，但使铝的延性降低。按本发明表征的量及其铁可以提高铝导体强度，其导电性并无显著降低。

28、本发明提供的技术方案通过zr、sc和ce(la)共同表征元素的复合添加，结合制备工艺生成高温稳定性较好的al3(zrx，sc1-x)析出相，起到了析出强化、提高耐热性能的作用，由于固溶原子转变为析出相降低了晶格畸变从而提高了导电性能；稀土sc、ce(la)与al、杂质元素fe、si等形成尺寸细小的高熔点的化合物，，起到了第二相强化、提高耐热性能的作用；由于稀土元素具有晶粒细化的效果，降低了晶粒尺寸，提高了强度，经过上述三种作用的耦合提高了材料的综合性能，与现役60％iacs超耐热铝合金导线所用单丝相比，在保证强度和耐热性的基础之上提高导电率至61％iacs以上。由此制备出的超耐热铝合金单丝导电率≥61％iacs(20℃)，抗拉强度≥165mpa，延伸率≥1.9％，280℃保温1h后的室温强度残存率≥90％。