一种Al-Fe-Cu-Mg铝合金及其制备的电线的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种Al-Fe-Cu-Mg铝合金及其制备的电线，包括以下成分：Fe含量为0.2~0.4wt%，Cu+Mg含量为0.3~0.5wt%，余量为Al和杂质，其中铝合金电阻率不大于0.02800Ω·mm2/m，断裂伸长率不低于10%，温度120℃、120MPa压应力条件下，1~100小时的平均蠕变速度为5×10-2（%/h）或更低。本发明的铝合金杆在冷拔微拉加工过程中不会出现应力集中而发生断裂，拉丝后铝合金导体单丝直径可以达到0.3mm。
【专利说明】—种Al-Fe-Cu-Mg铝合金及其制备的电线
【技术领域】
[0001]本发明涉及电线电缆领域，确切地说是一种Al-Fe-Cu-Mg铝合金及其制备的电线。
【背景技术】
[0002]铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中得到广泛应用。随着科学技术以及工业经济的飞速发展，铝合金的需求日益增多，则铝合金的研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金在电力行业的发展，同时电力行业的发展又拓展了铝合金的应用领域。
[0003]电力电缆是用来输送和分配电能的资源，其基本结构由线芯、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。其中，线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，其是电力电缆的主要部分；绝缘层将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气间彼此隔离，保证电能输送，其是电力电缆结构中不可缺少的组成部分；保护层是保护电力电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。由于铜具有良好的导电性，铜广泛用于电力电缆的线芯。但是随着铜资源的日益匮乏，而铝的含量很丰富，以铝代替铜受到了研究者的关注，因此铝合金作为电缆导体成为了研究的热点。
[0004]铝合金电线电缆替代铜缆逐渐成为一种趋势，并得到了广泛应用。现有技术中的铝合金导体材料，在电性能、耐腐蚀性能和机械性能等方面较为优异，但是在抗疲劳和高温蠕变性能方面还是比较差，从而容易出现质量问题，影响铝合金材料的使用寿命或带来安全隐患，因此，铝合金电力电缆综合性能仍较差。
[0005]如专利文献1、2、3等列举的合金，虽然铝合金的延展性能得到了改善，但是抗疲劳性能没有得到改善，且虽然也提到了抗蠕变性能得到了提高，但是改善的具体指标没有明确。
[0006]又如专利文献4列举的合金，抗疲劳性能和抗蠕变性能得到了改善，特别是抗疲劳性能有显著改善，但抗蠕变性能改善具体技术效果也没有。
[0007]又如专利文献5列举的合金，虽然抗蠕变性能得到了显著改善，但在延展性和抗疲劳性能没有很好的体现出改善的效果，因而依然存在不足。
[0008]又如日本专利文献6列举的合金，在强度和延展性方面得到了提高，且具有较好的弹性极限应力和耐冲击性能，但是抗疲劳性能和抗蠕变性能没有得到提高。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献1:申请公布号:CN101525709A
[0011]专利文献2:申请公布号:CN101914708A
[0012]专利文献3:申请公布号:CN102222546A
[0013]专利文献4:申请公布号:CN103103390A
[0014]专利文献5:申请公布号:CN102360624A
[0015]专利文献6:申请公布号:CN102119233A
【发明内容】
[0016]本发明的目的一种综合性能较好的一种Al-Fe-Cu-Mg铝合金及其制备的电线。
[0017]上述目的通过以下方案实现:
[0018]一种Al-Fe-Cu-Mg招合金,其特征在于:包括以下成分:
[0019]Fe，含量为 0.2 ~0.4wt%，
[0020]Cu+Mg,含量为 0.3 ~0.5wt %，
[0021]余量为Al和杂质。
[0022]所述的一种Al-Fe-Cu-Mg铝合金，电阻率不大于0.02800 Ω断裂伸长率不低于10%，温度120°C、120MPa压应力条件下，I~100小时的平均蠕变速度为5Χ10-2(% /h)或更低。
[0023]进一步地,所述Al-Fe-Cu-Mg招合金中Si的含量不超过0.1wt %。
[0024]进一步地，所述Al-Fe-Cu-Mg铝合金中还含有不超过0.3?七％的B。
[0025]更进一步地，所述Al-Fe-Cu-Mg铝合金中还含有0.1-0.3wt%的RE，其中Ce、La占稀土总量的50%以上。
[0026]一种由所述Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线，其制造过程为:将铝合金通过熔炼、铸造、轧制而成铝合金杆，再经拉制、回火而成铝合金导体线芯，导体线芯外挤包一层绝缘。
[0027]进一步地，所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线，导体采用实芯或束绞合导体。
[0028]更进一步地，所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线，导体线芯的截面积从Imm2到 50mm2。
[0029]进一步地，所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线的最小弯曲半径为3倍电缆外
径
[0030]进一步地，所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线可用作照明、家用电器、仪器设备线路用电线。
[0031]进一步地，所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线可以用于_40°C~90°C环境下。
[0032]更进一步地，所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线在90°C长期运行条件下的载流量能达到不低于相同截面铜电缆的78%。
[0033]本发明铝合金导体制造方法包括以下步骤:
[0034]按配方比例加入Al锭、Al-Fe锭、Al-Cu锭、Al-Mg锭或纯金属锭在700°C或更高的温度下熔炼处理；
[0035]熔炼后的金属液在750°C保温炉中按比例加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以20转/分钟的速率搅拌10分钟，搅拌结束后升温至820°C静置保温30分钟；
[0036]c)合金液在680°C以下的温度进行铸造；
[0037]d)将步骤c)得到的铸锭进行固溶处理和时效处理，再轧制成合金杆。
[0038]优选的，本发明铝合金导体制造方法包括以下步骤:
[0039]按配方比例加入Al锭、Al-Fe锭、Al-Cu锭、Al-Mg锭、Al-B锭或纯金属锭在700°C或更高的温度下熔炼处理；
[0040]b)熔炼后的金属液在750°C保温炉中按比例加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以20转/分钟的速率搅拌10分钟，搅拌结束后升温至820°C静置保温30分钟；[0041]c)合金液在680°C以下的温度进行铸造；
[0042]d)将步骤c)得到的铸锭进行固溶处理和时效处理，再轧制成合金杆。
[0043]更优选的，本发明铝合金导体制造方法包括以下步骤:
[0044]a)按配方比例加入Al锭、Al-Fe锭、Al-Cu锭、Al-Mg锭、Al-B锭、Al-RE锭或纯金属锭在700°C或更高的温度下熔炼处理；
[0045]b)熔炼后的金属液在750°C保温炉中按比例加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以20转/分钟的速率搅拌10分钟，搅拌结束后升温至820°C静置保温30分钟；
[0046]c)合金液在680°C以下的温度进行铸造；
[0047]d)将步骤c)得到的铸锭进行固溶处理和时效处理，再轧制成合金杆。
[0048]优选的，所述步骤d)所述的铸锭固溶处理和时效处理温度分别为480?600°C、350 ?450O。
[0049]本发明的铝合金电线制造方法包括以下步骤:
[0050]a)本发明的铝合金杆经过冷拔拉丝成直径不小于0.3mm的导电单丝；
[0051]b)导电单丝经过束绞或复绞形成横截面积为Imm2?50mm2的导电线芯；
[0052]c)导电线芯在真空环境或惰性气体保护环境中退火处理3?5h ;
[0053]d)在退火处理后的导电线芯外挤包一层绝缘层而形成本发明所述的铝合金电线。
[0054]优选的，所述步骤c)所述的退火温度为250°C?350°C。
[0055]优选的，所述步骤d)所述的绝缘层采用105°C低烟无卤阻燃聚烯烃材料。
[0056]上述所述的铝合金线芯还可以采用单根实心导体。
[0057]经过上述步骤所制得的电线在安全工作温度为-40°C?90°C，可以达到61.5%IACS或更高的导电率。在高导电率的同时，本发明的铝合金电线具有更好的柔韧弯曲性能，在安全安装前提下，本发明电线的最小弯曲半径为3倍的电线半径，安装使用较为方便。
[0058]经过上述步骤所制得的电线可用作照明电路、家用电器、仪器设备线路用电线。
[0059]本发明的铝合金电线在90 °C长期运行载流量能达到不低于相同截面铜电缆的78%。
[0060]本发明的有益效果为:本发明优选Fe、Cu、Mg、B、RE作为合金的添加元素，通过加AFe元素，可以改善合金的机械强度和拉伸性能，Fe在合金中能明显的提高导体高温时的抗蠕变性能，以及提高合金的抗疲劳性能，CiuMg的加入可以提高合金的强度以及高温蠕变性能，并能改善抗疲劳性能。合金中加入B可以明显改善铝合金的冷加工性能，使得本发明的铝合金杆在冷拔微拉加工过程中不会出现应力集中而发生断裂，拉丝后铝合金导体单丝直径可以达到0.3mm。本发明对Si的含量作了限定，是因为过多的Si会导致拉伸性能降低，影响到电缆的加工性能，并且可能会降低导体的疲劳弯曲性能，且过多的Si还会降低电性能。本发明还优选RE元素，其中Ce、La占RE总含量中的50 %以上，稀土可以显著提高合金的电性能，本发明中稀土还能起到提高合金抗疲劳弯曲性能的效果，延长了电缆的使用寿命，优选Ce和La，是因为这两种元素在本发明中效果较其他稀土元素改善效果更明显。同时铝合金材料通过熔炼、铸造、固溶与时效处理、轧制工艺后，使得合金具有61.5% IACS或更高的导电率，断裂伸长率不低于10%，温度120°C、120MPa压应力条件下，I?100小时的平均蠕变速度为5X10_2(% /h)或更低。具体实施例
[0061]实施例1
[0062]—种Al-Fe-Cu-Mg招合金，其中组分和组分含量如下表所不
【权利要求】
1.一种Al-Fe-Cu-Mg招合金,其特征在于:包括以下成分:
Fe，含量为 0.2~0.4wt%,
Cu+Mg，含量为 0.3~0.5wt%, 余量为Al和杂质， 其中铝合金电阻率不大于0.02800Ω.mm2/m，断裂伸长率不低于10%，温度120°C、120MPa压应力条件下，f 100小时的平均蠕变速度为5X10_2 (%/h)或更低。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Fe-Cu-Mg铝合金，其特征在于:铝合金中Si的含量不超过0.lwt%。
3.根据权利要求1或2所述的一种Al-Fe-Cu-Mg铝合金，其特征在于:铝合金中还含有不超过0.3wt%的B。
4.根据权利要求3所述的一种Al-Fe-Cu-Mg铝合金，其特征在于:铝合金中还含有.0.1-0.3wt%的RE，其中Ce、La占稀土总量的50%以上。
5.一种如权利要求1或4所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线，其特征在于，制备方法为:将所述的铝合金通过熔炼、铸造、轧制而成铝合金杆，再经拉制、回火而成铝合金导体线芯，导体线芯外挤包一层绝缘。
6.根据权利要求5所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线，其特征在于，铝合金导体线芯的截面积lmm2、0mm2 ;招合金导体线芯单丝直径为0.3mm或更大的单丝。
7.根据权利要求6所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线，其特征在于该电线的最小弯曲半径为3倍电缆外径。
8.根据权利要求7所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线，其特征在于:该铝合金电线可用作照明、家用电器、仪器设备线路用电线。
9.根据权利要求7所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线，其特征在于:铝合金电线可以用于_40°C~90°C环境下。
10.根据权利要求5所述的Al-Fe-Cu-Mg铝合金制得的电线，其特征在于:90°C长期运行载流量能达到不低于相同截面铜电缆的78%。
【文档编号】H01B1/02GK103730185SQ201310733089
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】林泽民 申请人:安徽欣意电缆有限公司