专利名称：一种高导电铝合金线材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及有色金属线材领域，特别是涉及一种高导电铝合金线材及其制备方法。
背景技术：
铜是一种优良的线材，但是由于其资源匮乏且价格过高，很大程度上限制了铜芯线材的应用。而铝资源相对于铜资源，虽然在导电率等电性能上略逊于铜，但是铝线材也具有诸多优点，尤其是其重量轻、成本低的双重优势。因此，近年来大量的研究者致力于通过对铝线材中掺杂元素含量的调整，并引入其他掺杂元素，对铝线材的性能进行改进，以获得一种具有优良电性能的铝合金线材。在我国，铝合金线材的研制受到国家的高度重视，高导电铝合金导体研制曾经是 “八五”的重要科技攻关项目。而在诸多铝合金种类中，稀土铝合金是一种优良的品种。稀土招合金(RE containing aluminium alloy)泛指含稀土金属的招合金,主要指Al-RE系合金。稀土元素非常活泼，极易与气体(如氢)、非金属(如硫)及金属作用，生成相应的稳定化合物。稀土元素的原子半径大于常见的金属如铅、镁等，在这些金属中的固溶度极低，几乎不能形成固溶体。一般认为，稀土元素加入到铝合金中可起到微合金化的作用；此外，它与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力，能生成熔点高的化合物，故它有一定的除氢、精炼、净化作用；同时，稀土元素化学活性极强，它可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，结果导致晶粒细化，有变质的作用。所以近年来这一领域受到人们的广泛关注。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高导电铝合金线材，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种高导电铝合金线材，按重量百分比，包括如下组分硅0. 03-0. 15wt% ；铁0. 4-1. 0wt% ；镁0. 1-0. 4wt% ；锌0. 05-0. lwt% ；锑0. 01-0. 03wt% ;镍0. 05-0. 08wt% ;锰0. 05-0. 09wt% ;银0. 01-0. 03wt% ;稀土0. 05-0. 06wt% ;余量为铝及不可避免的杂质。
优选的，所述高导电铝合金线材中，其铝的含量> 98. lwt%。优选的，所述稀土组分，以铝合金中稀土总重量为基准，组成如下轻稀土70_80wt%;中稀土5_10wt%;重稀土15_20wt%。所述轻稀土选自镧La、铈Ce、镨P r、钕Nd和钷Pm中的一种或多种，其中La、Ce、P、Nd的重量之和占轻稀土总重量的90wt%以上。优选的，所述轻稀土为镧La、铈Ce、镨Pr和钕Nd的混合，其中镧La、铈Ce、镨Pr和钕 Nd 的重量比为 30-39. 98 :60-69. 98 :0. 01-0.1 :0. 01-0.1。所述中稀土选自钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb和镝Dy中的一种或多种。优选的,所述中稀土为Eu。所述重稀土选自钦Ho、铒Er、钱Tm、镱Yb、镥Lu、乾Y和钪Sc中的一种或多种,其中Sc占重稀土重量的50wt%以上。优选的，所述重稀土为Sc。本发明第二方面提供所述高导电铝合金线材的制备方法，包括如下步骤I)熔炼先按配比将铝和铝-铁合金在720_730°C下熔化，再升温至780_790°C下按配比加入镁、锌、锑、镍、锰、银；充分混合后，在760-770°C下按配比加入轻稀土 ；充分混合后，在730-740°C下按配比加入中稀土 ；充分混合后，在780-790°C下按配比加入重稀土 ；充分混合后通入精炼剂进行精炼、扒渣；再对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料；2)保温将步骤I所得铝液在720_730°C下保温15_20min ；3)连铸连轧将步骤2所得铝液进行连铸连轧工艺，各项指标的控制范围为浇铸温度为700-710°C，烧铸速度为7. 5-7. 7m/min，冷却速度为21_23°C /s，轧区的进轧温度为485-495°C，出轧温度为 260-270°C ；优选的，所述镁、锌、锑、镍、锰、银、轻稀土、中稀土、重稀土均以该物质与铝的中间合金的方式加入。在中间合金加入时，应尽可能在铝液的不同位置进行投料，使得中间合金的成分能够更快速、均匀地在铝液中分散。此外，由于生产所用铝锭及铝合金中均不可避免的含有少量硅，因此硅无需额外加入。优选的，所述步骤I中精炼剂由NaCl、KCl和Na3AlF6组成，精炼剂的导入温度为775-785°C，精炼剂与铝液的重量比为2-3:6000，所述精炼剂中各组分的重量百分比为NaC130-45wt %、KC130_45wt %、Na3AlF625_35wt %。优选的，所述精炼剂中各组分的重量百分比为NaC135wt %、KC135wt %、Na3AlF630wt %。所述精炼剂的加入时应压入铝液面下。优选的，所述步骤I中，精炼剂加入后，采用永磁搅拌的方式搅动铝液，使其均匀溶化，分散于招液内，以提闻精炼剂的精炼效果。优选的，所述步骤I中，精炼剂的反应时间为15分钟以上，即在精炼剂加入15分钟以后再进行扒洛操作。
在进行扒渣操作时，应尽量扒除表面浮渣，以减少精炼剂引入所带来的杂质。整个精炼过程中无需外加覆盖剂。制备本发明的铝合金线材，在熔炼时无需加入覆盖剂，且相比添加覆盖剂工艺所得线材的电性能无不良影响，所得铝杆与单丝不会起皮，杂质去除更加容易，整体操作步骤大大简化。其具体体现在铝液在精炼扒渣以后，不再需要外加覆盖剂，直接静置后即可进行连铸连轧操作。本发明免去覆盖剂的使用，不仅减少了操作步骤，节省了时间和原材料成本，更避免了覆盖剂加入时可能引入其他杂质的可能。所述炉前化学快速分析按照ASTM B800-2005的规定执行，其具体方法为在靠近铝液中央位置用专用工具取样，取好试样后及时用水冷却成型，对两个端面进行打磨后直接用光谱仪进行成分检测分析。优选的，所述步骤3中，轧区的长度为51m，机架数为15，轧制速度为3. 5-3. 7m/s, 出杆直径为9. 5-10. 5mm。所述步骤3中，连铸连轧工艺中连铸轮机内外冷却水量之比为3 :2，冷却水温低于50°C。铸机电压为60-90V。当铝液进行上下浇包操作时，要保持铝液表面稳定，并保持平稳连续，不得抖动和停顿，另外无需对铝液表面的氧化皮进行挑除。本发明所提供的高导电铝合金线材，通过对线材中稀土元素含量的调整，并引入其他掺杂元素，所制得的铝合金线材其电导率高达到62. 3%IACS以上，且伸长率均达到28%以上，拉伸强度以及抗蠕变性质也得到改善，综合电性能得到明显提高。另外，本发明所提供的铝合金线材在制备铝合金单丝导线时，在冷拉丝过程中很少出现起皮现象，使得铝合金单丝导线的质量以及生产效率都得到了大幅提高，尤其是其高电导率的特点，使其成为一种优良的招合金线材。本发明第三方面提供一种稀土铝合金绞合导体，其制备方法包括如下步骤I)冷拉丝由所述高导电铝合金线材通过冷拉丝工艺制备稀土铝合金单丝导线；2)绞合由多根所述铝合金单丝导线，通过同心层绞工艺绞合；3)退火将步骤2所得的铝合金绞合导体装盘后进行退火处理。所述步骤2中，退火的方法为三段式退火，所述三段式退火具体指将步骤I所得的铝合金绞合导体盘和后，置于退火装置中，所述退火装置分为上、中、下三个温区，其中上温区的温度最低，且下温区的温度不低于中温区，所述上温区的温度范围为340-360°C，所述中温区的温度范围为350-370°C，所述下温区的温度范围为360-370°C，退火的时间为
4-10h。优选的，所述上、中、下三个温区为退火装置中，自上而下等分其中回火炉工艺盘的三个温区。所述退火工艺可使铝合金绞合导体中各单丝之间更加紧密地结合，减少单丝之间的空隙，大大提高了铝合金绞合导体的致密度，填充系数达到92%以上。所得的铝合金绞合导体可直接包覆用于均衡电场的屏蔽层，且所包覆的屏蔽层不会出现渗入铝合金绞合导体的现象，保证了屏蔽层的均匀分布，确保了导体的优良性能。所得包覆有屏蔽层的铝合金绞合导体可根据需要，进一步包覆绝缘层和保护层，从而获得所需的铝合金电缆。本发明第四方面提供一种稀土铝合金异形绞合导体，为由多根铝合金单丝导线同心层绞而成，除绞线中心外，各层均由多根异形铝合金单丝导线同心绞合而成，所述异形铝合金单丝导线的横截面为异形等腰梯形，所述异形等腰梯形为长底边替换为圆弧的等腰梯形，所述圆弧的圆心与所述异形等腰梯形的腰线的延长线的交点重合，所述异形铝合金绞合导体的绞线中心由多根扇形铝合金单丝导线绞合而成，或者由多根所述异形铝合金单丝导线绞合而成，或者为单根圆形铝合金单丝导线。所述各铝合金单丝导线由所述高导电铝合金线材制备。具体的，所述各异形铝合金单丝导线由圆形铝合金单丝导线挤压生成，所述圆形铝合金单丝导线由所述高导电铝合金线材通过冷拉丝工艺制备。所述圆形铝合金单丝导线的横截面为圆形。
所述扇形铝合金单丝导线的横截面为扇形。进一步的，所述异形等腰梯形的四个角均为圆角。进一步的,所述扇形的三个角均为圆角。所述异形等腰梯形除长底边外，其余各边的主体部分基本呈直线。进一步的，同一层所用异形铝合金单丝导线的横截面形状一致。各层所用异形铝合金单丝导线的数量n为
360
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'L 8 _其中，0为该层所用异形铝合金单丝导线的横截面中，所述异形等腰梯形两腰的夹角。进一步的，所述0满足下列条件<■；; 0
R ..-K所述h为所述异形铝合金单丝导线所在层的厚度；所述R为所述异形铝合金单丝导线所在层的外半径。各层所用异形铝合金单丝导线的横截面中，所述异形等腰梯形的高h’与该层厚度h基本相当，考虑到绞合可能产生的微量变形，优选等于或略高于该层厚度h，如为该层厚度h的1-1. 05倍。各层所用异形铝合金单丝导线的横截面中，所述异形等腰梯形的圆弧半径R’略大于该层的外半径R。较佳的，所述圆弧半径R’为该层的外半径R的1. 02-1. 05倍。h的值可根据实际需要设定，如1. 6mm彡h彡3. 7mm。R的值也根据常规绞合导线的实际需要设定，如2. 4mm彡R彡12mm。进一步的，所述9还同时满足下列条件
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LeJ 360满足上述条件时，各同层的异形铝合金单丝导线之间配合得更为密切。
更佳的，所述0还同时满足的条件为
权利要求
1.一种高导电铝合金线材，按重量百分比，包括如下组分娃 O.03-0. 15wt% ；铁 O. 4-1. 0wt% ；镁 O. 1-0. 4wt% ；锌 O. 05-0. lwt% ；铺 O.01-0. 03wt% ；镍 O.05-0. 08wt% ；猛 O.05-0. 09wt% ；银 O.01-0. 03wt% ；稀土 O. 05-0. 06wt% ；余量为铝及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种高导电铝合金线材，其特征在于，所述稀土组分，以铝合金中稀土总重量为基准，组成如下轻稀土 70-80wt% ；中稀土 5_10wt% ；重稀土 15-20wt%。
3.如权利要求2所述的一种高导电铝合金线材，其特征在于，所述轻稀土选自镧、铈、 镨、钕和钷中的一种或多种，其中镧、铈、镨、钕的重量之和占轻稀土总重量的90wt%以上。
4.如权利要求2所述的一种高导电铝合金线材，其特征在于，所述中稀土选自钐、铕、 钆、铽和镝中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的一种高导电铝合金线材，其特征在于，所述中稀土为铕。
6.如权利要求2所述的一种高导电铝合金线材，其特征在于，所述重稀土选自钦、铒、 铥、镱、镥、钇和钪中的一种或多种,其中钪占重稀土重量的50wt%以上。
7.如权利要求6所述的一种高导电铝合金线材，其特征在于，所述重稀土为钪。
8.如权利要求1-7任一权利要求所述的高导电铝合金线材的制备方法，包括如下步骤1)熔炼先按配比将铝和铝-铁合金在720-730°C下熔化，再升温至780-790°C下按配比加入镁、锌、铺、镍、猛、银；充分混合后，在760-770°C下按配比加人轻稀土 ；充分混合后， 在730-740°C下按配比加入中稀土 ；充分混合后，在780-790°C下按配比加入重稀土 ；充分混合后通入精炼剂进行精炼、扒渣；再对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料；2)保温将步骤I所得铝液在720-730°C下保温15_20min；3)连铸连轧将步骤2所得铝液进行连铸连轧工艺，各项指标的控制范围为浇铸温度为700-710°C，烧铸速度为7. 5-7. 7m/min，冷却速度为21-23°C /s，轧区的进轧温度为 485-495°C，出轧温度为 260-270°C ；
9.一种稀土铝合金绞合导体，其制备方法包括如下步骤1)冷拉丝由权利要求1-7任一权利要求所述的高导电铝合金线材通过冷拉丝工艺制备稀土铝合金单丝导线；2)绞合由多根所述铝合金单丝导线，通过同心层绞工艺绞合；3)退火将步骤2所得的铝合金绞合导体装盘后进行退火处理。
10. 一种稀土铝合金异形绞合导体，为由多根铝合金单丝导线同心层绞而成，除绞线中心外，各层均由多根异形铝合金单丝导线同心绞合而成，所述异形铝合金单丝导线的横截面为异形等腰梯形，所述异形等腰梯形为长底边替换为圆弧的等腰梯形，所述圆弧的圆心与所述异形等腰梯形的腰线的延长线的交点重合，所述异形铝合金绞合导体的绞线中心由多根扇形铝合金单丝导线绞合而成，或者由多根所述异形铝合金单丝导线绞合而成，或者为单根圆形铝合金单丝导线，所述各铝合金单丝导线由权利要求1-7任一权利要求所述高导电铝合金线材制备。
全文摘要
本发明涉及有色金属线材领域，特别是涉及一种高导电铝合金线材及其制备方法。一种高导电铝合金线材，按重量百分比，包括如下组分硅0.03-0.15wt%；铁0.4-1.0wt%；镁0.1-0.4wt%；锌0.05-0.1wt%；锑0.01-0.03wt%；镍0.05-0.08wt%；锰0.05-0.09wt%；银0.01-0.03wt%；稀土0.05-0.06wt%；余量为铝及不可避免的杂质。本发明所提供的铝合金线材其电导率、伸长率、拉伸强度以及抗蠕变性质均得到改善，综合电性能得到明显提高，尤其是其高电导率的特点，使其成为一种优良的铝合金。
文档编号H01B1/02GK103014424SQ20121051249
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者黄诚, 王业山, 王永海 申请人:安徽太平洋电缆股份有限公司