BR102020009216A2

BR102020009216A2 - Fios de liga de alumínio com alta resistência e alta condutividade elétrica

Info

Publication number: BR102020009216A2
Application number: BR102020009216-2A
Authority: BR
Inventors: Shenjia Zhang; Richard Stephen Baker; Janusz Stanislaw Sekunda; Nhon Q. Vo; Francisco U. Flores
Original assignee: General Cable Technologies Corporation; NanoAl, LLC
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2020-05-08
Publication date: 2020-12-01
Also published as: US20200357535A1; EP3736349A1; US20230197309A1

Abstract

são divulgados fios de liga de alumínio com condutividade elétrica melhorada e resistência à tração final melhorada. as ligas de alumínio incluem magnésio, silício e cobre e são formadas sem tratamento térmico em solução. os fios de liga de alumínio são úteis como condutores para linhas de transmissão aéreas. métodos para preparar os fios de liga de alumínio são adicionalmente divulgados.

Description

FIOS DE LIGA DE ALUMÍNIO COM ALTA RESISTÊNCIA E ALTA CONDUTIVIDADE ELÉTRICA

DIREITOS DE LICENÇA DO GOVERNO

[001] Esta invenção foi feita com o apoio do governo sob o Prêmio Federal N° DE-SC0015232, concedido pelo Departamento de Energia dos EUA. O governo tem certos direitos na invenção.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente divulgação refere-se geralmente a fios de liga de alumínio que exibem alta resistência e alta condutividade elétrica. A presente divulgação refere-se adicionalmente a condutores para linhas de transmissão aéreas formadas por esses fios de liga de alumínio.

ANTECEDENTES

[003] As linhas de transmissão aéreas são úteis para conduzir energia elétrica a grandes distâncias e são formadas por condutores suspensos no ar. Os metais usados para formar os condutores das linhas de transmissão aéreas são necessários para equilibrar várias propriedades. Por exemplo, esses metais devem exibir alta condutividade elétrica para maximizar a amplitude da linha de transmissão e minimizar as perdas de resistência elétrica e aquecimento ôhmico. Os metais também devem exibir alta resistência para permitir que os condutores percorram grandes distâncias entre torres de linhas de transmissão aéreas adjacentes. Convencionalmente, esses condutores são formados em liga de alumínio.

[004] A Pub. Do Pedido de Patente EP. N° 3375899 A1 descreve um material de liga de alumínio que inclui: zinco cuja porcentagem em massa é de 4,5% a 12,0%, magnésio cuja porcentagem em massa é de 0,7% a 3,0%, cobre cuja porcentagem em massa é menor ou igual a 0,6%, titânio cuja a porcentagem em massa é de 0,001% a 0,5%, boro cuja porcentagem em massa é de 0,00011% a 0,2%, manganês cuja porcentagem em massa é menor ou igual a 0,01%, cromo cuja porcentagem em massa é menor ou igual a 0,2%, zircônio cuja a porcentagem em massa é menor ou igual a 0,2%, silício cuja porcentagem em massa é menor ou igual a 0,3%, ferro cuja porcentagem em massa é menor ou igual a 0,3%, alumínio e outras impurezas inevitáveis.

[005] A Patente U.S. N° 3.418.177 descreve um processo para a preparação de ligas à base de alumínio na forma forjada, especialmente condutores, em que a liga contém magnésio e silício, incluindo as etapas de retenção a uma temperatura elevada, laminação a quente com uma taxa de resfriamento durante a laminação a quente maior que 100 °F (37,78°C) por minuto e resfriando abaixo de 250 °F (121,11°C) em uma taxa maior que 100 °F (37,78°C) por minuto com atraso menor que 20 segundos entre o referido resfriamento e a referida laminação a quente.

[006] A Patente U.S. N° 3.842.185 descreve um fio condutor de liga de alumínio que consiste em 98,0 e 99,5% em peso de alumínio, entre 0,3 e 1,0 (de preferência 0,4 a 0,6)% em peso de ferro, entre 0,08 e 1,0 (de preferência 0,2 a 0,4)% em peso de cobre, um máximo de 0,15 (de preferência 0,05 a 0,08)% em peso de silício, e quantidades vestigiais de impurezas convencionais. O fio condutor é especialmente adequado para uso como um condutor de um cabo de telecomunicações ou como elemento componente de um condutor elétrico aéreo.

[007] A Patente U.S. N° 9.564.254 descreve um fio de liga de alumínio (Al) , que é um fio extra fino tendo um diâmetro de fio de 0,5 mm ou menor, contém, em % em massa, Mg em 0,03% a 1,5%, Si de 0,02% a 2,0%, pelo menos um elemento selecionado de Cu, Fe, Cr, Mn e Zr em um total de 0,1% a 1,0% e o restante sendo Al e impurezas, e tem uma condutividade elétrica de 40% IACS ou mais, a resistência à tração igual de 150 MPa ou maior e alongamento de 5% ou maior. Ao produzir o fio extra fino a partir de uma liga de Al de uma composição específica contendo Zr, Mn e outros elementos específicos, embora o fio extra fino seja extra fino, ele possui uma estrutura fina com um tamanho máximo de grão de 50 μm ou menor e é superior em alongamento.

SUMÁRIO

[008] De acordo com uma modalidade, um fio de liga de alumínio inclui cerca de 0,6% a cerca de 0,9% em peso de magnésio, cerca de 0,5% a cerca de 0,9% em peso de silício, cerca de 0,05% a cerca de 1,0% em peso de cobre e o restante é de alumínio. A liga de alumínio inclui eutéticos alongados de Mg2Si.

[009] De acordo com outra modalidade, um processo de formar um fio de liga de alumínio inclui formar uma haste de liga de alumínio e executar um tratamento térmico T8 ou um tratamento térmico T9 na haste de liga de alumínio para formar um fio de liga de alumínio de acordo com o Sistema de Designação de Ligas e Têmperas do Instituto Nacional Americano de Padrões ("ANSI") para alumínio H35.1 e H35.1M (2017). A liga de alumínio inclui cerca de 0,6% a cerca de 0,9% em peso de magnésio, cerca de 0,5% a cerca de 0,9% em peso de silício, cerca de 0,05% a cerca de 1,0% em peso de cobre, e o restante é alumínio. Nenhum tratamento térmico da solução é realizado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] A FIG. 1 representa uma vista em seção transversal de um condutor de acordo com certas modalidades.

[0011] A FIG. 2 representa uma vista em seção transversal de um condutor de acordo com certas modalidades.

[0012] A FIG. 3 representa uma vista em seção transversal de um condutor de acordo com certas modalidades.

[0013] A FIG. 4 representa uma vista em seção transversal de um condutor de acordo com certas modalidades.

[0014] A FIG. 5 representa um gráfico que ilustra a condutividade elétrica e a resistência à tração final de exemplos de fios de liga de alumínio.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0015] Os condutores para linhas de transmissão aéreas tipicamente são fabricados com alumínio ou uma liga de alumínio, como consequência dos benefícios associados ao peso, à resistência, à condutividade e ao custo do alumínio em comparação com outros metais, tal como cobre. A formação de ligas de alumínio que exibem condutividade elétrica melhorada e resistência melhorada foi atualmente descoberta. O aumento da condutividade e resistência elétricas torna as ligas de alumínio melhoradas particularmente adequadas para os condutores de linhas de transmissão aéreas.

[0016] Geralmente, as ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento são ligas de alumínio termotratáveis forjadas, incluindo quantidades otimizadas de magnésio, silício e cobre. Vantajosamente, as ligas de alumínio melhoradas podem ser formadas sem um tratamento térmico em solução.

[0017] Especificamente, verificou-se que ligas de alumínio melhoradas, incluindo, em peso, cerca de 0,6% a cerca de 0,9% de magnésio, cerca de 0,5% a cerca de 0,9% de silício e cerca de 0,05% a cerca de 1,0% de cobre podem ser usadas para formar fios de liga de alumínio que exibem condutividade elétrica melhorada e resistência à tração final aumentada quando processados usando um tratamento térmico adequado.

[0018] Como pode ser apreciado, as ligas de alumínio melhoradas podem incluir quaisquer quantidades de magnésio, silício e cobre entre as faixas descritas. Por exemplo, em certas modalidades, as ligas de alumínio melhoradas podem incluir cerca de 0,6% a cerca de 0,8% em peso de magnésio ou cerca de 0,65% a cerca de 0,70% de magnésio. Em certas modalidades, as ligas de alumínio melhoradas podem incluir cerca de 0,50% a cerca de 0,70% em peso de silício, ou cerca de 0,50% a cerca de 0,60% em peso de silício. Em certas modalidades, as ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento podem incluir, em peso, cerca de 0,05% a cerca de 1% de cobre, incluindo quantidades entre cerca de 0,05% e 1% de cobre, como 0,05% a cerca de 0,5% de cobre e cerca de 0,05% a cerca de 0,10% de cobre.

[0019] Ligas tendo níveis mais altos de carga de cobre, tal como cerca de 0,05% ou mais, em peso, foram inesperadamente encontradas para facilitar o aumento da condutividade elétrica e da resistência mecânica das ligas de alumínio descritas nesse documento quando processadas com um tratamento térmico adequado. Acredita-se que pequenas adições de cobre possam modificar a cinética de precipitação da fase de Mg2Si, permitindo assim melhorias desejáveis.

[0020] Como pode ser apreciado, essas quantidades de carregamento de magnésio, silício e cobre podem ser vantajosas por várias razões. Por exemplo, quantidades de carga de magnésio relativamente baixas (por exemplo, cerca de 0,6% a cerca de 0,8% em peso) podem facilitar a formação e o processamento da liga em comparação com ligas semelhantes, incluindo maiores quantidades de magnésio. Adicionalmente, a inclusão das quantidades descritas de magnésio, silício e cobre pode permitir a formação de quantidades desejáveis de eutéticos de Mg2Si e precipitados na liga de alumínio melhorada.

[0021] Em certas modalidades, as ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento podem adicionalmente incluir elementos adicionais. Por exemplo, em certas modalidades, o ferro pode ser incluído. O ferro pode ser útil para prover resistência à tração melhorada sem diminuir a condutividade elétrica da liga. Em tais modalidades, o ferro pode ser incluído em cerca de 0,01% a cerca de 0,50% em peso, pois altos níveis de carga podem prejudicar o desempenho da trefilagem. Em certas modalidades, as ligas de alumínio melhoradas podem incluir cerca de 0,10% a cerca de 0,35% em peso de ferro ou cerca de 0,15% a cerca de 0,20% em peso de ferro.

[0022] Adicionalmente, ou alternativamente, inoculantes e refinadores de precipitados podem ser incluídos para modificar adicionalmente a liga de alumínio melhorada, influenciando as características dos grãos e precipitados na matriz de alumínio. Em tais modalidades, os inoculantes e refinadores de precipitados podem geralmente ser selecionados de elementos metaloides, tal(tais) como um ou mais de estanho, bismuto, estrôncio, índio, chumbo e antimônio.

[0023] Como pode ser apreciado, vários tipos de liga de alumínio foram padronizados pelo Comitê de Normas de Acreditação H35 da Associação do Alumínio. Os tipos de alumínio padronizados são definidos por suas composições elementares com os vários tipos geralmente destinados a aplicações e indústrias específicas. Ligas específicas de alumínio e magnésio de interesse foram publicadas pela Associação do Alumínio em janeiro de 2015 nas "Designações Internacionais de Ligas e Limites de Composição Química para Alumínio Forjado e Ligas de Alumínio Forjado", incluindo ligas de alumínio da série 6000.

[0024] Em certas modalidades, as ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento podem ser formadas por modificação de ligas de alumínio conhecidas da série 6000, incluindo, por exemplo, ligas de alumínio AA6101 e AA6201.

[0025] As ligas de alumínio AA6201 são definidas pelo sistema de número unificado ("UNS") padrão AA6201 e incluem, em peso, 0,6% a 0,9% de magnésio, 0,50% a 0,90% de silício, 0,50% ou menos de ferro, 0,10% ou menos de cobre, 0,03% ou menos de manganês, 0,03% ou menos de cromo, 0,10% ou menos de zinco, 0,06% ou menos de boro e 0,03% ou menos de outro elemento com um total menor que 0,10% de cada outro elemento e o restante alumínio.

[0026] Como pode ser apreciado, quantidades relativamente pequenas de outros elementos inadvertidos também podem estar presentes nas ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento devido a, por exemplo, impurezas de processamento e refinamento. Exemplos de tais elementos podem incluir manganês, cromo, zinco e boro. Em certas modalidades, esses elementos podem estar presentes nos níveis encontrados em uma liga de alumínio AA6201 típica. Por exemplo, o manganês pode ser encontrado em cerca de 0,002% em peso; o cromo pode ser encontrado em cerca de 0,003% em peso; o zinco pode ser encontrado em cerca de 0,002% em peso; e boro pode ser encontrado em 0,005% em peso, em várias modalidades.

[0027] Em certas modalidades, quaisquer elementos que não sejam alumínio, magnésio, silício, ferro, cobre, manganês, cromo, zinco e boro podem ser incluídos em cerca de 0,03% em peso ou menos, com todos esses elementos incluídos coletivamente em cerca de 0,10% em peso ou menos.

[0028] Verificou-se vantajosamente que os fios formados a partir das ligas de alumínio descritas nesse documento exibem condutividade elétrica melhorada e resistência à tração final sem a necessidade de um tratamento térmico em solução. Antes da presente descoberta, acreditava-se que o tratamento térmico da solução seria necessário para melhorar a condutividade elétrica e a resistência à tração final de um fio de alumínio convencional, incluindo as quantidades atuais de magnésio e silício (por exemplo, cerca de 0,6% a cerca de 0,8% em peso de magnésio e cerca de 0,50% a cerca de 0,70% em peso de silício).

[0029] Como pode ser apreciado, um tratamento térmico em solução pode ser indesejável devido à considerável energia e equipamentos especiais de tratamento térmico exigidos por esses processos. Em vez disso, as ligas de alumínio melhoradas podem ser formadas usando um tratamento térmico T8, um tratamento de espiralação a quente seguido de um tratamento térmico T8 subsequente ou um tratamento térmico T9. Todos os processos de tratamento térmico estão em conformidade com o Sistema de Designação de Ligas e Têmperas do Instituto Nacional Americano de Padrões ("ANSI") para o padrão de alumínio ANSI H35.1 e H35.1M (2017).

[0030] Como usado nesse documento, um "tratamento térmico T8" geralmente se refere a um processo que inclui as etapas de trefilação de fio a frio de uma haste de alumínio, e então envelhecimento artificial do fio trefilado a uma temperatura de cerca de 150°C a cerca de 190°C por cerca de 2 a cerca de 24 horas, para melhorar a resistência à tração final e a condutividade elétrica. As ligas de alumínio processadas com um tratamento térmico T8 podem exibir grãos de cristal equiaxiais tendo razões de aspecto de cerca de 5 ou menos.

[0031] Como usado nesse documento, as razões podem ser determinadas como conhecidas na técnica usando, por exemplo, microscopia óptica ou microscopia eletrônica e medindo o diâmetro e o comprimento dos grãos de cristal.

[0032] Em certas modalidades, um processo T8 pode ser precedido por um processo de espiralação a quente. Geralmente, nesses processos, uma liga de alumínio laminada a quente é temperada em um processo controlado a uma temperatura entre 170°C a 250°C e, em seguida, mantendo essa temperatura, enrola diretamente e sem interrupção na forma de enrolamento (por exemplo, um mandril). A haste espiralada é então deixada resfriar no ar ou em um ambiente aquecido, tal como um forno, antes de o tratamento térmico T8 (por exemplo, trefilação de fio a frio seguido de envelhecimento artificial de 150°C a 190°C) ser realizado.

[0033] Como usado nessa invenção, um "tratamento térmico T9" geralmente se refere a um processo no qual uma haste de alumínio é envelhecida artificialmente a uma temperatura de cerca de 180°C a cerca de 250°C antes de ser estirada para um fio. Em certas modalidades, o tratamento térmico T9 pode ser realizado por cerca de 16 a cerca de 24 horas. O fio trefilado não envelhece em temperaturas elevadas. As ligas de alumínio processadas com um tratamento térmico T9 exibem grãos alongados com uma razão de aspecto de cerca de 10 ou maior.

[0034] Como usado nessa invenção, um tratamento térmico em solução geralmente refere-se ao processo realizado em uma haste de alumínio antes de qualquer trefilagem de fio em um processo T8, qualquer envelhecimento artificial em um processo T9 ou qualquer espiralação a quente. Em um processo de tratamento térmico em solução, uma haste de alumínio é aquecida e mantida a uma temperatura de 500°C a 600°C por 30 minutos a 4 horas e, em seguida, rapidamente resfriada a uma temperatura menor que 130°C.

[0035] Como pode ser apreciado, em um processo de tratamento térmico em solução, os eutéticos de Mg2Si e outros precipitados são dissolvidos a uma temperatura elevada desejada e permanecem superssaturados na matriz de alumínio após o resfriamento rápido. Outras mudanças também podem ocorrer. O crescimento de grãos de alumínio também é observado. A ausência de eutéticos alongados de Mg2Si e outros precipitados indica que foi realizado um tratamento térmico em solução, pois essas mudanças na matriz de alumínio permanecerão mesmo após o processamento subsequente com um tratamento térmico T8, um tratamento térmico T9 ou um processo de espiralação a quente.

[0036] Em certas modalidades, as ligas de alumínio melhoradas nesse documento descritas podem reter eutéticos alongados de Mg2Si, pois as ligas são processadas apenas com um tratamento térmico T8, um tratamento térmico T9 e espiralação a quente. Como usado nesse documento, um eutético alongado ou precipitado pode se referir a um eutético ou precipitado tendo uma razão de aspecto maior que 1. Como pode ser apreciado, esses recursos são normalmente destruídos por tratamento térmico em solução que dissolveria os eutéticos de Mg2Si e outros precipitados e abaixaria razão de aspecto para cerca de 1.

[0037] As ligas de alumínio melhoradas podem exibir condutividade elétrica melhorada e resistência à tração final quando comparadas às ligas de alumínio AA6201 conhecidas. Por exemplo, as ligas de alumínio melhoradas podem exibir um aumento na condutividade elétrica de cerca de 2,5% de IACS em certas modalidades. Como usado nesse documento, a condutividade é medida comparando a condutividade da liga de alumínio melhorada com a condutividade do cobre usando a Norma Internacional de Cobre Recozido ("IACS"). O valor da IACS para a condutividade do cobre foi adotado pela Comissão Eletrotécnica Internacional ("IEC") em 1913 e é definido como 1/58 Ω·mm2/m a 20°C para 100% de condutividade da IACS. Em certas modalidades, os fios formados a partir das ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento podem exibir uma condutividade elétrica de cerca de 54,5% IACS a cerca de 60% IACS. Em certas modalidades, esses fios podem exibir uma condutividade elétrica de cerca de 55,0% IACS a cerca de 59,5% IACS, uma condutividade elétrica de cerca de 55,5% IACS a cerca de 58% IACS, ou cerca de 56,0% a cerca de 57,0% IACS.

[0038] Em certas modalidades, os fios formados a partir das ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento podem exibir uma resistência à tração final de cerca de 250 MPa ou maior, uma resistência à tração final de cerca de 275 MPa ou maior, uma resistência à tração final de cerca de 300 MPa ou maior, ou uma resistência à tração final de 330 MPa ou maior.

[0039] Os fios formados a partir das ligas de alumínio melhoradas podem exibir uma combinação de alta condutividade elétrica e alta resistência à tração final. Por exemplo, em certas modalidades, os fios podem exibir uma condutividade elétrica de cerca de 54,5% IACS a cerca de 60% IACS e uma resistência à tração final de cerca de 250 MPa ou maior. Como pode ser apreciado, a condutividade elétrica e a resistência à tração final de um fio podem estar relacionadas a melhorias em uma propriedade, diminuindo a outra. Em certas modalidades, um fio formado a partir de uma liga de alumínio melhorada descrita nesse documento pode ser otimizado para condutividade elétrica e resistência à tração final.

[0040] Em certas modalidades, as ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento podem atender ou exceder os requisitos da ASTM Internacional B398 AA6201-T81 (2015) ou AA6201-T83 (2015). Em certas modalidades, as ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento também podem, ou adicionalmente, atender ou exceder os requisitos das normas EN 50183 A12, A13, A14, A15, A16, A17 ou A18, como publicado pelo Comitê Europeu de Normalização Eletrotécnica (doravante, "CENELEC") em janeiro de 2000. Como pode ser apreciado, atendendo ou excedendo, anteriormente se pensava que os requisitos de A14, A16, A17 ou A18 exigiam um tratamento térmico em solução.

[0041] Como pode ser apreciado, as características das ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento podem conferir múltiplas vantagens quando usadas como condutor para uma linha de transmissão aérea. Por exemplo, a condutividade aumentada pode permitir a ampacidade da linha de transmissão aumentada sem aumentar o tamanho ou o peso dos condutores. Adicionalmente, o aumento da resistência à tração final pode permitir que os condutores percorram distâncias maiores entre torres de suporte e operem em temperaturas mais altas devido à diminuição da deformação.

[0042] Como pode ser apreciado, as ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento podem ser formadas em condutores aéreos tendo uma variedade de configurações, incluindo cabos reforçados com aço de condutor de alumínio ("ACSR"), cabos com suporte de aço condutores de alumínio ("ACSS"), cabos de núcleo compósito condutores de alumínio ("ACCC") e todos os cabos condutores de liga de alumínio ("AAAC"). Os cabos ACSR, ACSS, ACCC e AAAC podem ser usados como cabos aéreos para linhas aéreas de distribuição e transmissão.

[0043] Os cabos ACSR são condutores filamentados de alta resistência e incluem filamentos condutores externos e filamentos centrais de suporte. Os fios condutores externos podem ser formados pelas ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento. Os fios de suporte centrais podem ser de aço e podem ter a resistência necessária para suportar os filamentos condutores externos mais dúcteis. Os cabos ACSR podem ter alta resistência à tração. Os cabos ACSS são cabos filamentados em camada concêntrica e incluem um núcleo central de aço em torno do qual é(são) filamentada(s) uma ou mais de camadas da liga de alumínio melhorada descrita nesse documento.

[0044] Os cabos ACCC, ao contrário, são reforçados por um núcleo central formado a partir de um ou mais de materiais de carbono, fibra de vidro ou polímero. Um núcleo compósito pode oferecer uma variedade de vantagens em relação a um cabo convencional reforçado todo com alumínio ou aço, pois a combinação do núcleo compósito de alta resistência à tração e baixa deformação térmica permite vãos mais longos. Os cabos ACCC podem permitir a construção de novas linhas com menos estruturas de suporte.

[0045] Os cabos AAAC podem ser formados com as ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento. Os cabos AAAC podem ter uma melhor resistência à corrosão, devido ao fato de serem em grande parte, ou completamente, alumínio.

[0046] As FIGs. 1, 2, 3 e 4 ilustram seções transversais de vários condutores aéreos nus adequados para linhas de transmissão aéreas de acordo com certas modalidades.

[0047] Como representado na FIG. 1, certos condutores aéreos nus 100 podem geralmente incluir um núcleo 110 feito de um ou mais fio(s), uma pluralidade de fios condutores de seção transversal redonda 120 localizados ao redor do núcleo 110 e uma camada de revestimento opcional 130. A camada de revestimento 130 pode ser qualquer revestimento de proteção como conhecido na técnica. O núcleo 110 pode ser de aço, fibra de carbono compósita, invar de aço, fibra de carbono compósita ou qualquer outro material que possa prover resistência ao condutor. Os fios condutores 120 podem ser formados das ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento.

[0048] Como representado na FIG. 2, certos condutores aéreos nus 200 podem geralmente incluir fios condutores redondos 210 e uma camada de revestimento opcional 220. Os fios condutores 210 podem ser formados pelas ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento.

[0049] Como visto na FIG 3, certos condutores aéreos nus 300 podem geralmente incluir um núcleo 310 de um ou mais fio(s), uma pluralidade de fios condutores em forma de trapézio 320 em torno de um núcleo 310, e uma camada de revestimento opcional 330. A camada de revestimento 330 pode ser revestida em fios condutores 320 ou pode ser revestida apenas na porção exterior exposta do cabo 300. O núcleo 310 pode ser de aço, invar de aço, fibra de carbono compósita ou qualquer outro material que proveja resistência ao condutor. Os fios condutores 320 podem ser formados das ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento.

[0050] Como representado na FIG. 4, certos condutores aéreos nus 400 podem geralmente incluir fios condutores em forma trapezoidal 410 e uma camada de revestimento opcional 420. Os fios condutores 410 podem ser formados pelas ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento.

[0051] Em certas modalidades, as ligas de alumínio melhoradas descritas nesse documento podem, em alternativa, ser usadas para acessórios de linha de transmissão, incluindo transformadores, isolantes, produtos de extremidade cega/ de terminação, emendas/juntas, produtos, produtos de suspensão e suporte, produtos de controle/vibração de movimento "amortecedores", produtos de preensão, produtos de proteção e obstrução da vida selvagem, peças de reparo de encaixe para condutores e acessórios de compressão, produtos de subestação, braçadeiras e outros acessórios de transmissão e distribuição. Alternativamente, as ligas de alumínio melhoradas também podem ser usadas para qualquer outra aplicação conhecida para a qual uma liga de alumínio da série 6000 é útil.

[0052] Em certas modalidades, a composição elementar das ligas de alumínio descritas nesse documento pode ser formada através de um processo de fundição. Por exemplo, alumínio substancialmente puro pode ser fundido a uma temperatura de cerca de 537°C a 704°C (1000°F a cerca de 1300°F) e, em seguida, elementos adicionais, tais como, magnésio, silício e cobre podem ser adicionados de acordo com sua porcentagem em peso desejada. Em certas modalidades, certos elementos podem opcionalmente ser adicionados usando um refinador de grãos para controlar adicionalmente a estrutura microcristalina. Uma vez que todos os elementos estejam presentes de acordo com a porcentagem em peso desejada, a mistura de alumínio fundido pode ser lingotada. Alternativamente, uma liga de alumínio existente pode ser fundida e elementos adicionais podem ser incorporados. Em certas modalidades, um processo de lingotamento pode ser usado como conhecido na técnica.

[0053] Como pode ser observado, são conhecidas muitas variações no processo de lingotamento de uma liga de alumínio. Por exemplo, várias etapas de agitação podem ser realizadas em uma mistura de alumínio fundido para melhorar a homogeneidade. Adicionalmente, ou alternativamente, uma mistura de alumínio fundido pose ser deixada assentar por um período de tempo para permitir que partículas de inclusão indesejadas sejam depositadas como sedimentos e sejam removidas. Em certa modalidade, uma mistura de alumínio fundido também pode ser refinada para remover impurezas usando, por exemplo, constituintes de liga e controle preciso da temperatura para precipitar impurezas indesejadas da mistura fundida.

[0054] Em certas modalidades, uma vez lingotada, uma liga de alumínio melhorada pode ser formada por laminação a quente para formar uma haste e, em seguida, usando um tratamento térmico apropriado na haste. Por exemplo, a haste pode ser processada usando um tratamento térmico T8, laminação a quente e tratamento térmico T8, ou um tratamento térmico T9, como descrito anteriormente nesse documento.

[0055] Em certas modalidades, todo o processo pode ser contínuo. Por exemplo, a liga de alumínio descrita nesse documento pode ser lingotada continuamente, laminada a quente continuamente em uma haste, e assim processada continuamente usando um ou mais dos processos de laminação a quente, tratamento térmico T8 e tratamento térmico T9. Alternativamente, uma ou mais etapa(s) pode(m) ser intermitente(s) em outras modalidades.

EXEMPLOS

[0056] A Tabela 1 mostra vários fios de exemplo de ligas de alumínio que foram formadas para avaliar o efeito da modificação da fórmula composicional de uma liga de alumínio e o uso de diferentes tratamentos térmicos. Os exemplos 1 e 5 a 12 são fios comparativos de liga de alumínio AA6201 contendo 0,002% em peso de cobre. Os exemplos 1A e 1B foram preparados com um tratamento térmico T8. Os exemplos 5 a 12 representam fios padronizados preparados de acordo com a CENELEC EN 50183 (2000) (exemplos 5 a 10) ou ASTM B398 (2015) (exemplos 11 e 12). Como pode ser apreciado, os fios de alumínio CENELEC EN 50183 A14, A15 e A16 (exemplos 5, 6 e 9) requerem um tratamento térmico em solução ("S").

[0057] Os exemplos 2 a 4 são fios formados por uma liga de alumínio incluindo 0,10% em peso de cobre. Os exemplos 2A a 2E foram preparados usando uma combinação de espiralação a quente ("HC") e um tratamento térmico T8 com temperaturas e tempo de envelhecimento variados (indicados na Tabela 1). Os exemplos 3A e 3B foram preparados usando um tratamento térmico T8, mas sem um processo de espiralação a quente, com as temperaturas e tempos de envelhecimento indicados na Tabela 1. Os exemplos 4A e 4B foram preparados usando um tratamento térmico T9 com as temperaturas e tempos de envelhecimento indicados na Tabela 1.

[0058] A Tabela 1 ilustra adicionalmente a condutividade elétrica e a resistência à tração final de cada um dos exemplos 1 a 12.
TABELA 1

[0059] Como representado na Tabela 1, os exemplos inventivos 2 a 4, representando fios formados a partir de ligas de alumínio, incluindo, em peso, 0,64% de magnésio, 0,50% de silício, 0,18% de ferro e 0,10% de cobre, exibiram condutividade elétrica desejável e resistência à tração final quando processados com um processo de tratamento térmico T8 ou T9, mesmo sem o uso de um tratamento térmico em solução.

[0060] A FIG. 5 representa um gráfico comparando os exemplos da invenção 2A a 2E aos exemplos comparativos 5 a 12. Como representado na FIG. 5, os exemplos da invenção 2A a 2E superaram os exemplos comparativos demonstrando níveis elevados de condutividade elétrica e resistência à tração final.

[0061] Deve ser entendido que todas as limitações numéricas máximas fornecidas ao longo desse relatório descritivo incluem todas as limitações numéricas inferiores, como se essas limitações numéricas inferiores fossem expressamente escritas nesse documento. Toda limitação numérica mínima dada ao longo desse relatório descritivo incluirá toda limitação numérica superior, como se essas limitações numéricas superiores fossem expressamente escritas nesse documento. Toda faixa numérica fornecida através deste relatório descritivo incluirá toda a faixa numérica mais estreita que se enquadre em uma faixa numérica mais ampla, como se essas faixas numéricas mais estreitas fossem todos expressamente escritas nesse documento.

[0062] Todo documento citado nesse documento, incluindo qualquer patente ou pedido relacionado ou com referência cruzada, é incorporado nesse documento por referência em sua totalidade, a menos que seja expressamente excluído ou de outra forma limitado. A citação de qualquer documento não é uma admissão de que é técnica anterior em relação a qualquer invenção divulgada ou reivindicada nesse documento ou que sozinha, ou em qualquer combinação com qualquer outra referência ou referências, ensina, sugere ou divulga qualquer invenção. Além disso, à medida em que qualquer significado ou definição de um termo nesse documento conflite com qualquer significado ou definição do mesmo termo em um documento incorporado por referência, o significado ou a definição atribuído(a) a esse termo no documento prevalecerá.

[0063] A descrição anterior de modalidades e exemplos foi apresentada para fins de descrição. Não se destina a ser exaustivo ou limitativo às formas descritas. Numerosas modificações são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Algumas dessas modificações foram discutidas e outras serão entendidas pelos técnicos no assunto. As modalidades foram escolhidas e descritas para ilustração dos técnicos no assunto. Em vez disso, pretende-se que o escopo seja definido pelas reivindicações anexadas a várias modalidades. O escopo não é, obviamente, limitado aos exemplos ou modalidades nessa invenção estabelecidos, mas pode ser empregado em qualquer número de aplicações e artigos equivalentes pelos descritos nesse documento.

Claims

Fio de liga de alumínio, caracterizado pelo fato de que compreende:
cerca de 0,6% a cerca de 0,9% em peso de magnésio;
cerca de 0,5% a cerca de 0,9% em peso de silício;
cerca de 0,05% a cerca de 1,0% em peso de cobre; e
o restante é alumínio; e
em que a liga de alumínio compreende eutéticos de Mg2Si alongados.
Fio de liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os eutéticos de Mg2Si alongados têm uma razão de aspecto de cerca de 10 ou maior.
Fio de liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os eutéticos de Mg2Si alongados têm uma razão de aspecto de maior que 1 a cerca de 5.
Fio de liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende cerca de 0,05% a cerca de 0,1% em peso de cobre.
Fio de liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente cerca de 0,01% a cerca de 0,50% em peso de ferro.
Fio de liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que apresenta uma condutividade elétrica de cerca de 54,5% a cerca de 60%, Norma Internacional de Cobre Recozido ("IACS").
Fio de liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que apresenta uma resistência à tração final ("UTS") de cerca de 250 MPa ou maior.
Fio de liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que apresenta:
uma condutividade elétrica de cerca de 54,5% a cerca de 60%, Norma Internacional de Cobre Recozido ("IACS"); e
uma resistência à tração final ("UTS") de cerca de 250 MPa ou maior.
Fio de liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que apresenta:
uma condutividade elétrica de cerca de 55,5% a cerca de 60%, Norma Internacional de Cobre Recozido ("IACS"); e
uma resistência à tração final ("UTS") de cerca de 300 MPa ou maior.
Fio de liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que atende ou excede os requisitos de um ou mais dos seguintes:
Norma Internacional ASTM B398 AA6201-T81 e AA6201-T83 (2015); e
Comitê Europeu de Normalização Eletrotécnica ("CENELEC") EN 50183 (2000) para um ou mais dos padrões A12, A13, A14, A15, A16, A17 e A18.
Fio de liga de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que atende ou excede os requisitos de um ou mais dos padrões do Comitê Europeu de Normalização Eletrotécnica ("CENELEC") EN 50183 (2000) para um ou mais dos A14, A15 e A16.
Condutor aéreo, caracterizado pelo fato de ser formado a partir do fio de liga de alumínio, conforme definido na reivindicação 1.
Processo para formar um fio de liga de alumínio, caracterizado pelo fato de que compreende:
formar uma haste de liga de alumínio, a liga de alumínio que compreende:
cerca de 0,6% a cerca de 0,9% em peso de magnésio;
cerca de 0,5% a cerca de 0,9% em peso de silício;
cerca de 0,05% a cerca de 1,0% em peso de cobre; e
o restante é alumínio; e
realizar um tratamento térmico T8 ou um tratamento térmico T9 para formar um fio de liga de alumínio, de acordo com o Sistema de Designação de Ligas e Têmperas do Instituto Nacional Americano de Padrões ("ANSI") para o alumínio H35.1 e H35.1M (2017); e
em que nenhum tratamento térmico em solução é realizado.
Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico T8 compreende:
trefilagem de fio a frio da haste de liga de alumínio para formar um fio não envelhecido; e
envelhecer artificialmente o fio não envelhecido a uma temperatura de cerca de 150°C a cerca de 190°C durante cerca de 2 horas a cerca de 24 horas.
Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de espiralação a quente da haste de liga de alumínio a uma temperatura de cerca de 170°C a cerca de 250°C.
Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico T9 compreende:
envelhecimento artificial da haste de liga de alumínio a uma temperatura de cerca de 180°C a cerca de 250°C para formar uma haste de liga de alumínio tratada termicamente; e
trefilagem da haste de liga de alumínio tratada termicamente para formar um fio.
Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a formação da haste de liga de alumínio compreende o lingotamento a quente da haste de liga de alumínio a partir de uma mistura fundida.
Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de ser contínuo.
Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o fio de liga de alumínio exibe um ou mais de:
uma condutividade elétrica de cerca de 52,5% a cerca de 60%, Norma Internacional de Cobre Recozido ("IACS"); e
uma resistência à tração final ("UTS") de cerca de 250 MPa ou maior.
Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o fio de liga de alumínio compreende eutéticos de Mg2Si alongados.