一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 我国电力工业正在进行巨大的发展变革，随着"西电东送、南北互供、全国联网" 的战略部署，输电线路向远距离化、高压化、大容量化发展，因此对于输电导线提出了更高 的要求。传统的高强系铝合金导线导电率较低、耐热性不足，而耐热系铝合金导线抗垂弧性 能差的缺点逐渐显现。新型的高强高导耐热铝合金导线研制显得日益重要。
[0003] 经检索，公开号为102758107A的中国发明专利，该发明涉及一种高强高导耐 热铝合金导线及其制备方法，其中："该导线由下列重量百分比的元素组成：锆Zr为 0·15~0·60%，镧La 为0·03~0·30%，铈Ce 为0·03~0·30%，钇 Y 为0·01~0·30%，铁 Fe 为 0. 05~0. 20%，硅Si为0. 01~0. 10%，其他杂质元素含量彡0. 10%，其余为铝。"该导线的制备 方法为："配制原材料放入熔炼炉中、升温除气熔炼、造渣、除渣、连铸连乳成耐热铝合金杆 材、热处理、拉丝机拉制成耐热铝合金单线。"该耐热铝合金导线的抗拉强度达到160MPa， 导电率可达到61%IACS以上，长期运行温度可达到180°C，且经得起280°C下加热1小时考 核运行，强度残存率大于90%。该专利公开的合金中Fe含量在0.05~0. 20% (质量百分比） 之间，研究表明，Fe在铝中的固溶度很低，极易形成粗大的片状Al3Fe相和针状AlFeSi相， 降低合金的力学性能。
【发明内容】
[0004] 综上所述，为了解决以上问题，本发明提供了一种高强高导耐热铝合金导线及其 制备方法。该铝合金导线长期耐热温度达到180°c，抗拉强度在275MPa以上，并且电导率 保持在58%IACS以上。
[0005] -种高强高导耐热铝合金导线，其组分质量百分比为：1%:0.60~0.90%;51: 0· 50~0· 80% ;B :0· 03~0· 09% ;混合稀土 RE :0· 10~0· 50% ;Zr :0· 03~0· 09% ;Y :0· 03~0· 09% ; 其余为铝。
[0006] 进一步，所述的混合稀土 RE由下列元素组成：Ce: 20~30% ;La: 70~80%。
[0007] -种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，包括如下步骤： 一、恪炼： ① 将石墨坩埚置于电阻炉中，升温至400°C，加入纯铝； ② 将电阻炉升温至720°C，待纯铝全部熔化后，扒去熔体表面氧化渣； ③ 将电阻炉升温至760°C，加入预热好的纯镁和Al-Si中间合金，并保温30~50min，每 IOmin搅拌一次；之后加入预热好的Al-B中间合金，并保温10-20分钟，每IOmin搅拌一次； 扒去浮渣后加入预热好的Al-Zr、Al-RE和Al-Y中间合金，并保温15~40min，每IOmin搅拌 一次； ④ 将电阻炉降温至720°C，取出坩埚，通入干燥氩气对熔体精炼3~5min ; ⑤再将坩埚放入电阻炉中，静置lOmin，除去熔体表面的氧化物，将石墨电极垂直插入 熔体中，对熔体施加脉冲电流，之后浇铸到预热好的金属型中制成铸棒； 二、挤压与拉拔： ① 用立式挤压机对铸棒进行挤压；挤压前铸棒直径为39mm ;挤压后的直径为8mm，挤 压温度为420~460°C，金属流出模孔速度为I. 5~3m/min，制成棒材，之后对挤出的棒材进行 固溶处理制成合金棒； ② 用拉丝机将合金棒拉制成直径为2. 5mm的铝合金线，之后对铝合金线进行时效处 理。
[0008] 进一步，所述的 Al-Si、Al-B、Al-Zr、Al-RE 和 Al-Y 中间合金分别为 Al-20Si、 A1-4B、Al-4Zr、A1-10RE、Al-IlY 中间合金。
[0009] 进一步，所述的固溶处理工艺为540°C ~560°C下保温0. 5~2h，水淬。
[0010] 进一步，所述的时效处理为185~230°C下保温6~9h。
[0011] 本发明的有益效果是： 1、本发明在高强系Al-Mg-Si合金的基础上加入B、RE、Zr和Y，利用B、RE与杂质元素 的相互作用，减少杂质元素含量，实现熔体净化；Zr、Y元素在熔体凝固过程中能够形成Al3 (Zr, Y)相，Al3 (Zr, Y)相作为合金有效耐热相的同时，还能作为异质形核核心细化晶粒。再 通过合金固溶时效温度和时间进一步优化，实现对时效析出相的有效控制，从而制备出强 度大于275MPa，导电率大于58%IACS，长期运行温度达到180°C的铝合金导线。
[0012] 2、本发明在合金施加脉冲电流，脉冲电流作用于金属熔体时，能降低结晶的临界 形核功，同时增大熔体内的能量起伏和结构起伏，使较小的晶胚成为晶核，提高形核率，从 而使晶粒细化。脉冲电流还能使溶质场趋于均匀，还能减少熔体形成气孔和缺陷的几率，提 高组织致密性。对熔体施加脉冲电流对改善合金的组织结构，提高合金性能具有明显效果， 操作方便快捷，具有显著的经济效益和环保意义。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0014] 实施例1: 一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法： 以下列组分质量百分比为例：镁MgO. 80%，硅SiO. 80%，硼B0. 03%，混合稀土 RE0. 30%，锆 Zr0.0 5%，钇Y0. 09%，其他杂质元素含量彡0. 10%，其余为铝。
[0015] 一、熔炼： ①将石墨坩埚置于电阻炉中，升温至400°C，加入纯铝。
[0016] ②将电阻炉升温至720°C，待纯铝全部熔化后，扒去熔体表面氧化渣。
[0017] ③将电阻炉升温至760°C，加入预热好的纯镁和Al_20Si中间合金，并保温 30~50min，每IOmin搅拌一次；之后加入预热好的A1-4B中间合金，并保温10-20分钟，每 IOmin搅拌一次，扒去浮渣后加入预热好的Al-4Zr、Al-IORE和Al-IlY中间合金，并保温 15~40min，每 IOmin 揽摔一次。
[0018] ④将电阻炉降温至720°C，取出坩埚，通入干燥氩气对熔体精炼3~5min ;⑤将坩 埚放入电阻炉，静置lOmin，除去熔体表面的氧化物，将石墨电极垂直插入金属熔体中，对熔 体施加脉冲电流(脉冲电流参数为：电压300V，频率IOHz )，之后浇铸到预热好的金属型中， 制成铸棒。
[0019] 二、挤压与拉拔： ①用立式挤压机对铸棒进行挤压；挤压前铸棒直径为39mm ;挤压后的直径为8mm，挤 压温度为430°C，金属流出模孔速度为I. 5m/min，之后对挤出的棒材进行固溶处理（550°C 下保温lh，水淬）制成合金棒。
[0020] ②用拉丝机将合金棒拉制成直径为2. 5mm的铝合金线，之后对铝合金线进行时效 处理（210°C下保温8h)。
[0021] 实施例2: 一种高强高导耐热铝合金导线的其制备方法： 以下列组分质量百分比为例：镁MgO. 90%，硅SiO. 60%，硼B0. 06%混合稀土 RE0. 20%，锆 Zr0.0 6%，钇Y0. 06%，其他杂质元素含量彡0. 10%，其余为铝。
[0022] 熔炼、挤压拉拔步骤同实施例1，其中脉冲电流工艺参数为：400V，IOHz ;挤压工艺 参数为：挤压温度450°C，金属流出模孔速度为2m/min ;固溶工艺参数为：540°C下保温lh， 水淬；时效工艺参数为：225°C下保温6h。
[0023] 实施例3: 一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法： 以下列组分质量百分比为例：镁MgO. 60%，硅SiO. 50%，硼B0. 09%混合稀土 RE0. 30%，锆 Zr0.0 8%，钇Y0. 09%，其他杂质元素含量彡0. 10%，其余为铝。
[0024] 熔炼、挤压拉拔步骤同实施例1，其中脉冲电流工艺参数为：200V，15Hz ;挤压工艺 参数为：挤压温度460°C，金属流出模孔速度为3m/min ;固溶工艺参数为：560°C下保温lh， 水淬；时效工艺参数为：235°C下保温6h。
[0025] 本专利采用D60K型数字金属电导率测量仪测出试样的电导率，每个状态试样测 5次取其平均值；采用岛津SHIMADZU/50KN电子万能拉伸试验机分别测试各试样的拉伸性 能，测定的拉伸强度取5个试样的平均值；耐热性能测试采用180°C保温100小时后恢复到 室温的成品试样的抗拉强度与未保温的成品试样的抗拉强度的比值。三种实例性能测试结 果如表1所示。
[0026] 表1三种铝合金导线性能对比
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术 人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精 神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种高强高导耐热铝合金导线，其特征在于，所述的高强高导耐热铝合金导线 的组分质量百分比为 Mg :0. 60~0. 90% ;Si :0. 50~0. 80% ;B :0. 03~0. 09% ;混合稀土 RE : 0? 10~0. 50% ;Zr :0? 03~0. 09% ;Y :0? 03~0. 09% ;其余为铝。2. 根据权利要求1所述的一种高强高导耐热铝合金导线，其特征在于：所述的混合稀 土 RE 由下列元素组成：Ce:20~30% ;La:70~80%。3. -种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于包括如下步骤： 一、 恪炼： ① 将石墨坩埚置于电阻炉中，升温至400°C，加入纯铝； ② 将电阻炉升温至720°C，待纯铝全部熔化后，扒去熔体表面氧化渣； ③ 将电阻炉升温至760°C，加入预热好的纯镁和Al-Si中间合金，并保温30~50min，每 IOmin搅拌一次；之后加入预热好的Al-B中间合金，并保温10-20分钟，每IOmin搅拌一次； 扒去浮渣后加入预热好的Al-Zr、Al-RE和Al-Y中间合金，并保温15~40min，每IOmin搅拌 一次； ④ 将电阻炉降温至720°C，取出坩埚，通入干燥氩气对熔体精炼3~5min ; ⑤ 再将坩埚放入电阻炉中，静置l〇min，除去熔体表面的氧化物，将石墨电极垂直插入 熔体中，对熔体施加脉冲电流，之后浇铸到预热好的金属型中制成铸棒； 二、挤压与拉拔： ① 用立式挤压机对铸棒进行挤压；挤压前铸棒直径为39mm ;挤压后的直径为8mm，挤 压温度为420~460°C，金属流出模孔速度为I. 5~3m/min，制成棒材，之后对挤出的棒材进行 固溶处理制成合金棒； ② 用拉丝机将合金棒拉制成直径为2. 5mm的铝合金线，之后对铝合金线进行时效处 理。4. 根据权利要求3所述的一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于所述 的 Al-Si、Al-B、Al-Zr、Al-RE 和 Al-Y 中间合金分别为 Al-20Si、A1-4B、Al-4Zr、A1-10RE、 Al-IlY中间合金。5. 根据权利要求3所述的一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于所述 的固溶处理工艺为540°C ~560°C下保温0. 5~2h，水淬。6. 根据权利要求3所述的一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于所述 的时效处理为185~230°C下保温6~9h。
【专利摘要】本发明公开了一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法，其中，其组分质量百分比为：镁Mg0.60~0.90%，硅Si0.50~0.80%，硼B0.03~0.09%,混合稀土RE0.10~0.50%，锆Zr0.03~0.09%，钇Y0.03~0.09%，其余为铝。其制备方法是将工业纯铝熔化，向熔体中依次加入其他原料，于720℃保温，进行精炼、静置、扒渣、施加脉冲电流、铸造，得到铸棒；将铸棒挤压成铝合金杆材，固溶处理，拉丝机拉制成铝合金单线，时效处理，最终得到导线成品。本发明所制备出的铝合金导线强度大于275Mpa，导电率大于58%IACS，长期运行温度达到180℃。
【IPC分类】C22F1/047, C22C21/08, C22C1/03, C22C21/02, C22F1/043
【公开号】CN105018801
【申请号】CN201510549731
【发明人】郑信理, 赵红亮, 常玉琳, 毛孝丹, 刘翠英, 刘志鹏, 马双山
【申请人】河南胜华电缆集团有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年8月28日