专利名称：铝铁锌镁稀土合金电线及其制造方法
技术领域：
本发明涉及铝合金电缆领域，具体涉及一种铝铁锌镁稀土合金电线及其制造方 法。
背景技术：
现在的民用、商业及工业用电线电缆导体，特别是民用布线，使用的都是铜导体。 上世纪80、90年代，由于当时铜价高涨，铜资源处于紧张状况，国家提出以铝节铜的经济政 策，当时铝导体电线电缆使用比较普通，使用的也较为广泛，但随着时间的推移，人们在使 用过程中发现纯铝导体在使用过程中出现各种各样的情况，其中常见的有，纯铝导体在使 用弯曲过程中易开裂或折断现象，易发生氧化以及电化学腐蚀，特别是在连接头部位以及 铝电线与铜电线的直接连接部位，这些质量问题容易导致断路、短路或过载，引发质量事 故。由于铝导体在使用过程中存在着种种问题，因而人们对于纯铝的印象逐渐变差，纯铝电 线也逐渐远离人们的视线，纯铝导体的应用局限于以架空导线为主。在新版的GB/T3956-2008中明确规定，铝或铝合金导体只适用于IOmm2以上的截 面，对于IOmm2以下的只适宜采用铜导体。这一标准的规定，是建立在对铝导体应用实际情 况总结的基础上得出的，并且由于技术上的不足，用作更细的导体性能上得不到保障，因而 也大大限制了铝导体推广。
发明内容
本发明提供一种导电性好、力学性能高、耐腐蚀性高的铝铁锌镁稀土合金电线及 其制造方法。本发明采用如下技术方案一种铝铁锌镁稀土合金电线，组成及百分含量为 0. 3-1. 2wt% 的铁，0. 01-0. 3wt% 的锌，0. 01-0.镁以及 0. 1-1.稀土元素，其 余为铝及不可避免的杂质。上述技术方案中所述的稀土元素为铈、镧、钕、钇中的一种或几种。所述的合金硅的含量彡0. Iwt %，钒、钛、铬、锰重金属总重量百分含量 彡0. Olwt%。稀土元素优选为镧，其占铝合金的重量百分含量为0. 9wt%。本发明提供的一种铝铁锌镁稀土合金电线的制造方法为，将所述配比的铝合金， 经熔炼、铸轧成铝合金杆，再在240-320°C下进行10-20小时的保温处理，再拉丝、挤包绝 缘。本发明提供的另一种铝铁锌镁稀土合金布电线的制造方法为，将所述成分的铝合 金，经熔炼、铸轧成铝合金杆，由铝合金杆拉制成铝合金线，再在340-380°C下进行5-10小 时的半退火处理，最后挤包绝缘。本发明获得如下技术效果本发明还通过控制硅等杂质的含量，提高了铝合金的导电性，使其符合标准。由于 硅及重金属钒、钛、铬、锰对导体的导电性能影响较大，为了尽量减小这些杂质元素的影响，使影响减小至最低，本发明对硅的重量百分含量控制在0. 以内，钒、钛、铬、锰等重金属 元素总百分含量控制在0. 01 %以内。所述合金中加入0. 3-1. 2%的重量百分含量的铁，铁可以起到对铝合金增强作用， 而过多对铝合金导电性能造成影响，同时加入适量的铁有利于提高连接的热稳定性及减小 蠕变的效果，本发明中铁的含量太小会起不到预期的效果，太大会导致电阻过多增大，导电 率达不到61% IACS，且影响耐腐蚀性能。所述合金中加入0.01-0. 3%的重量百分含量的锌，锌可以起到提高铝合金在空气 中的抗氧化能力，减小空气环境对铝合金的腐蚀，同时也可以减小连接头部位的电化学腐 蚀；锌的加入也可以增加铝合金的强度。更低的含量影响实现效果，更高影响电导率，也容 易导致加工性能变差以及密度的增加。适量的锌加入还将使得铝合金的强度增加。由于高 空风力的扰动，容易使得铝合金导线会产生较大的振动，从而加速连接处的疲劳破坏，若引 起共振，还容易使得铝合金电缆断裂。形成的一些与铝基体硬度差异较大的相能够在一定 程度上增加铝合金线本身材料的阻尼性能，使得铝锌合金导线能够消减振动，从而提高导 线的可靠性。加入0.01-0. 4%的重量百分含量的镁，在本发明中，少量镁元素的加入能够与锌 一起综合提高铝合金的强度，同时镁可以进一步提高合金的耐腐蚀性能；镁的加入还能够 与少量杂质硅形成硅镁化合物，进一步增加铝合金的强度。在上述铝合金中锌的含量下，过 多的镁的加入容易导致合金的塑性等其它性能下降。稀土元素是一组化学性能极其相似的17种金属元素的通称，是一种极活泼的金 属元素。如果数量较少，不出现稀土相，因而作用效果不明显，加入过大成本高且可能产生 负面作用。本发明加入0. 1-1. 5%的重量百分含量的稀土，稀土主要包含铈、镧、钕、钇中的 一种或多种，实验证明该四种稀土元素能起到除杂作用，特别是硅的含量。稀土元素能俘获 铁，细化FeAl3晶粒结构，降低粗大FeAl3晶粒对合金机械性能和电性能的影响。且稀土能 有效优化晶体结构，改善铝合金的强度和提高延伸性能。由于稀土元素能形成致密氧化膜 结构，对于提高合金的氧化性和耐电化学腐蚀起到极好的效果。锌和镁的加入通常容易导 致合金流动性下降，稀土的加入使得合金的流动性增加，能够进一步改善锌、镁在铝合金熔 体中的分布，从而避免因比重偏析等因素引起的成分不均勻，使得合金性能均勻化。尤其是 适量镧的加入，使得锌镁等元素分布均勻，能够达到耐腐蚀性、强度、韧性、阻尼性能的良好 匹配。本发明合金材料的制造方法是在竖炉中加入铝锭，使温度保持在730 780°C，在 熔铝中加入上述合金元素，合金元素是以中间合金的形式加入，经搅拌、精炼、除■，40分钟 后进行进行炉前取样分析，在轧机中铸成铝合金铸条。将铝合金铸条导入轧机，导入轧机的 温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆的终轧温度为260 330°C。将铝合金杆放入带加热装置的保温罩中，在240_320°C下、10-20小时的保温处 理，再拉丝；经过上述处理，能够减少铝合金组织中的缺陷，获得更均勻的性能。或将铝合金 杆冷拉制成铝合金线，在退火炉中340-380°C下、5-10小时的半退火处理，经过退火处理， 铝合金中间能够析出弥散的锌、镁、稀土等形成的弥散相，降低缺陷密度，使得铝合金能够 得到更良好的强度和韧性的匹配，并能够增加导电性。由此制备的铝合金电线电导率能达 到61% IACS，断裂伸长率超过10%，抗拉强度不低于130Mpa，且具有优异的柔韧性及耐腐蚀性，可用于电线电缆导体，特别适用作布线导体。
具体实施例方式实施例1一种铝铁锌镁稀土合金电线，组成及重量百分含量为0. 3-1. 2%的铁，例如可 以选取为 0. 4%，0. 5%，0. 6%，0. 7%，0. 9%，1. 1 % ;0. 01-0. 3 % 的锌，例如可以选取为 0. 05%,0. 1%,0. 2%,0. 22% ；0. 01-0. 4% 的镁，例如镁可以选取为 0. 05%,0. 1%,0. 2%, 0. 22%,0. 3%,0. 35 ；0. 1-1. 5 % 的稀土元素，稀土可以选取为 0. 3%,0. 5%,0.8%,1. 2%, 1.4%，其余为铝及不可避免的杂质。所述的稀土元素为铈、镧、钕、钇中的一种或几种，如果 是混合物，可以是任意配比。所述的合金硅的含量<0. 1%，钒、钛、铬、锰重金属总重量百分 含量< 0.01%。实施例21、一种铝铁锌镁稀土合金布电线的制造方法，将实施例1所述配比，将铝锭加入 竖炉熔融，铝合金液体流入保温炉时温度控制在710-750°C。2、将熔炉温度升至750-780°C，依次加入铝铁中间合金、铝锌中间合金、铝镁，采用 电动搅拌10分钟，使其分布均勻。3、加入铝稀土中间合金，前10分钟加入2/3的铝稀土中间合金，搅拌5分钟，10分 钟后再加入1/3的铝稀土中间合金，搅拌10分钟，充分搅拌是为了使合金成分及稀土尽可 能的分布均勻，使稀土处理的效果达到最佳。4、当铝合金液体充满炉后，通过管道由高纯度氮气将2. 1-5. 6kg的粉末精炼剂 (23% Na3Al · F6+47% KCl+30% NaCl)吹入铝合金液体底部，吹入口应在铝合金液体的底 部移动，使气体及夹渣物沿铝合金液体的表面均勻地上浮，时间为3 5分钟。上浮的氧化 铝渣应全部扒出炉外，以尽量减少精炼剂所引入的新杂质。扒渣后静置时间30 40分钟。 40分钟后进行炉前取样分析，符合后进行进入下道工序。5、连铸连轧工艺控制5. 1温度控制5. 1. 1 上浇包温度730 750°C5. 1. 2进轧机铸条温度450 500°C5. 1.3铝杆终轧温度260_330°C左右5. 2连铸机冷却水的控制连铸轮内外水量之比3 2，二次冷却水量根据铸条温度作适当调整。5. 3铸机电压60 90V5. 4 轧机电流200 280A ；轧机速度7. 5 8. 5m/min。6、铝合金杆出来后成圈，将铝合金杆放入带加热装置的保温罩中，再在240-320°C 下进行10-20小时的保温处理，再拉丝、挤包绝缘。实施例3一种铝铁锌镁稀土合金布电线的制造方法，按实施例1所述成分配比，按实施例 2所述的工艺方法轧制成铝合金，由铝合金杆冷拉制成铝合金线，再在340-380°C下进行 5-10小时的半退火处理，最后挤包绝缘，例如温度可以选取为350°C，360°C，365°C，处理时间可以选取为6小时，7. 5小时，9小时。实施例4在竖炉中加入纯度大于99. 70的铝，加热至710 750°C熔化，再加热至730 780°C保温，保温20分钟后；加入0. 3-1. Owt %的铁，0. 01-0. 3wt%的锌，0. 01-0. 4wt%的镁 以及0. 1-1. 5衬％的稀土元素，其中合金元素分别以铝铁合金、铝锌合金、铝镁合金以及稀 土合金的形式加入，其合金配方如表1所示。随后投加0. 04wt%的精炼剂精炼8 20分钟，再加入0. 02wt%的硼铝合金，然 后静置保温20 40分钟后，进行铸造；将铝合金铸条导入轧机，导入轧机的温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆的终轧温度为260 330°C。将铝合金杆放入带加热装置的保 温罩中，在240-320°C下、10-20小时的保温处理，例如温度可以分别选取为260，275，290， 310，时间可以选取为12小时，14小时，18小时，19小时，再拉丝，其制造工艺及对应的性能 对比如表2、3所示。或将铝合金杆拉制成铝合金线，再在退火炉中340-380°C下、5-10小时的半退火 处理，其制造工艺及对应的性能对比如表2、3所示。表1铝合金线配方 表2铝合金线制造工艺及性能 表3铝合金线与纯铝耐腐蚀性能比较
权利要求
一种铝铁锌镁稀土合金电线，其特征在于合金组成及重量百分含量为0.3-1.2wt％的铁，0.01-0.3wt％的锌，0.01-0.4wt％的镁以及0.1-1.5wt％的稀土元素，其余为铝及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的铝铁锌镁稀土合金电线，其特征在于所述的稀土元素为铈、 镧、钕、钇中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的铝铁锌镁稀土合金电线，其特征在于所述的合金硅的含量 ^ 0. lwt%，钒、钛、铬、锰重金属总重量百分含量彡0.01wt%。
4.根据权利要求1所述的铝铁锌镁稀土合金电线，所述的稀土元素为镧，其占铝合金 的重量百分含量为0.9%。
5.一种根据权利要求1所述的铝铁锌镁稀土合金电线的制造方法，其特征在于将所述 配比的铝合金，经熔炼、铸轧成铝合金杆，再在240-320°C下进行10-20小时的保温处理，再 拉丝、挤包绝缘。
6.一种根据权利要求1所述的铝铁锌镁稀土合金电线的制造方法，其特征在于将所述 配比的铝合金，经熔炼、铸轧成铝合金杆，由铝合金杆拉制成铝合金线，再在340-380°C下进 行5-10小时的半退火处理，最后挤包绝缘。
7.根据权利要求5或6所述的铝铁锌镁稀土合金电线的制造方法，其特征在于合金中 加入的元素铁、锌、镁、稀土都是以铝铁中间合金、铝锌中间合金、铝镁中间合金和铝稀土中 间合金的形式加入熔炉中熔炼而成。
8.根据权利要求1所述的铝铁锌镁稀土合金电线的制造方法，其特征在于在熔炼过程 中采用电动搅拌方式，持续搅拌20分钟。
全文摘要
本发明公开一种铝铁锌镁稀土合金电线及其制造方法，该铝合金包含合金元素及百分含量为0.3-1.2wt％的铁，0.01-0.3wt％的锌，0.01-0.4wt％的镁以及稀土元素，稀土元素由铈、镧、钕、钇中的一种或几种组成，总含量0.1-1.5wt％，其余为铝及不可避免的杂质。该铝合金线的制造方法为，经熔炼、铸轧成铝合金杆，再在保温罩中240-320℃下、10-20小时的保温处理，再拉丝、挤包绝缘，或经熔炼、铸轧成铝合金杆，由铝合金杆拉制成铝合金线，再在退火炉中340-380℃下、5-10小时的半退火处理，最后挤包绝缘。由此制备的铝合金电线具有优异的电性能、机械性能及耐腐蚀性，可用于电线电缆导体。
文档编号H01B5/02GK101880799SQ201010225398
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者林泽民 申请人:安徽欣意电缆有限公司