CN101921932A

CN101921932A - 电焊机电缆用导电线芯铝合金及其制造方法

Info

Publication number: CN101921932A
Application number: CN201010259845.4A
Authority: CN
Inventors: 林泽民
Original assignee: Anhui Joy Sense Cable Co Ltd
Current assignee: Anhui Joy Sense Cable Co Ltd
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: CN101921932B

Abstract

本发明公开一种电焊机电缆用导电线芯铝合金及其制造方法，该导电线芯采用铝合金材料，铝合金包含如下成分：0.4～1.0wt％的Fe或Co，0.1～0.5wt％的Cu，0.1～0.5wt％的Mg，0.005～0.1wt％的Be，0.05～1wt％的稀土。该合金通过熔炼、铸条、轧制、中间退火、拉制、束绞、退火，获得铝合金线束，该铝合金线芯具有较好的导电率、抗疲劳性能、柔软性、弯曲性能和耐腐蚀性能，适用于电焊机电缆导电线芯。

Description

电焊机电缆用导电线芯铝合金及其制造方法

技术领域

本发明属于电线电缆制造工艺设计领域，尤其涉及一种电焊机电缆用导电线芯铝合金及其制造方法。

背景技术

电焊机电缆是一种用于特殊设备及场合的电缆，由于电机引接线电缆频繁地移动，扭绕和施放，要求电缆具有柔软，弯曲性能好、重量轻、外径小等特性，因而单丝直径要求很细，最大不超过0.21mm。并且电焊机电缆的使用环境条件较复杂，如日晒、水沸、接触泥水、机油、酸碱液体等，因而要求有一定的耐气候性和耐油、耐溶剂性。

由于电焊机电缆的要求比苛刻，因而对导电线芯的要求比较高，国内基本上都选择镀锡的退火软铜，这是由于铜的各方面性能都能较好的满足该电缆的需求。但出于降低成本以及减轻电缆重量等因素考虑，以铝合金替代铜芯用于电焊机电缆也在开发之中，纯铝是肯定无法满足要求的，采用铝合金线不仅要考虑到柔软性，即能拉制成很细的单丝，还要考虑到抗疲劳性能及机械强度，以保证在频繁的移动过程中不会受损，同时还要保证电性能和耐腐蚀性能等满足要求，因而面临着许多要解决的技术难题。

发明内容

本发明目的是提供一种柔韧性、抗疲劳、耐腐蚀性、综合力学性能好的电焊机电缆用导电线芯铝合金。

本发明的另一目的是提供一种电焊机电缆用导电线芯铝合金的制造方法。

本发明是通过以下技术方案是实现的：

一种电焊机电缆用导电线芯铝合金，该铝合金材料包含如下成分：Fe和Co中的至少一种，其总质量分数占铝合金总质量的0.4～1.0wt％，Cu占0.1～0.5wt％的，Mg占0.1～0.5wt％的，Be占0.005～0.1wt％，稀土占0.05～1wt％，其余为铝及不可避免的杂质。

上述技术方案中，所述Fe和Co占所述铝合金质量百分含量为0.6～0.8wt％。稀土元素由铈、镧、钪中的一种或多种组成。该铝合金材料还包含Ti、Sr中的一种或两种，总百分含量至少不超过所述铝合金的0.05wt％。

一种电焊机电缆用导电线芯铝合金的制造方法，包括以下步骤：

在竖炉中加入纯度为99.7wt％的铝锭，升温使其熔化，然后将温度升至760～800℃，依次加入Fe和Co中的一种或两种，以及Cu、Mg、Be、Ti、Sr，其中上述合金元素以其与铝的中间合金的形式加入，再加入稀土元素，调节成分符合上述技术方案设定范围后进行浇铸。

将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500℃，终轧温度为250-330，铝合金杆成圈。

将铝合金杆放入退火炉中，在500～550℃下保温处理3～5h，停止加热，在炉中使其自然冷却。

铝合金杆先经过大拉、中拉、微拉得到所需的单丝直径，最后在束绞机上进行束绞。

将导电线芯放入退火炉中，在360～420℃下进行退火处理10～20h，自然冷却至室温。

上述技术方案中，在依次加入Al、Fe、Co、Cu、Mg、Be、Ti、Sr以及稀土后，采用电动搅拌装置搅拌，使搅拌充分均分。将铝合金杆放入退火炉中，在500～550℃下保温处理1.3～3h，停止加热，在炉中使其自然冷却。将所述导电线芯放入退火炉中，在360～420℃下进行退火处理10～20h，再自然冷却至室温。

本发明获得如下技术效果：

1由于铁在铝中固熔度相对于其他金属元素较小的一种，加入一定量的铁对铝导电率影响不大，且铁可以起到对铝基的增强作用，提高铝的抗拉强度和屈服极限，有好的延展性，因而可以拉制成很细的单丝。铁还能提高合金的连接热稳定性，减小蠕变作用。

2钴具有铁类似的性质，它在铝中的固熔度相对较小，因而一定量的加入一定量的钴对铝的电导率影响不大，加入钴可以明显细化铝-铁合金组织，使粗大的组织结构变成短小的板条状组织，能明显起到增加抗拉强度和屈服极限，而又不会恶化延伸率，因而可以拉制成0.3mm或更细的单丝，可大大减少电缆在生产过程中线径被拉细的现象，以防止在电气上的不对称性。钴可以提高铝的耐热性能，蠕变作用很小。

3铜是Al-Cu合金中的基本强化元素，它与铝形成θ(Al₂Cu)相起固溶强化和弥散强化作用，对于提高铝的拉伸强度和屈服强度能起到很好的效果。

4由于铝能与铁形成Al₃Fe，析出的Al₃Fe弥散粒子抑制了合金的蠕变变形，提高连接的稳定性，而且由于添加了原子半径比较大的镁，镁引起结晶格子产生畸变，引起固溶硬化。镁还可以起到提高铝合金的耐腐蚀性和耐热性能。

5当0.005～0.1wt％的Be加入铝基合金熔体时，引起表面上形成一层保护性氧化镀薄膜。这种薄膜减少浮渣，提高台金产量与纯度，并改善流动性。由于Be对氧和氮有高度亲合力，它在熔体脱气时是高效的。这就得到表面光拮度较好，强度较高和延展性得到改善的较纯净优质铸件。在铸造时，Be还有助于减少金属与砂型起反应，并防止镁优先氧化，因为BeO薄膜对Mg含量很好的控制。没有Be提供的保护，则因Mg对氧易高度反应，可能出现大量的Mg损失，氧化镁单独并不形成防止或减少连续不断的Mg损失的保护层，因而在随保温时间变化的无保护加热时造成Mg损失。

6Be能使脆性Fe金属间晶体由大的针状形和层状形转变成小的等轴晶体。这就改善强度和延展性，并允许有较高的Fe含量。Be使Al-Si共晶允许有较高的Si含量，以此提高流动性。

7Be还能改善Al-Cu-Co合金的流动性，使熔体的流动性增加，并能提高合金的抗拉强度和屈服极限。

8Be加入铝基中，能细化晶粒，形成细小的弥散析出相，由于合金中大量的这些弥散相，晶粒的长大也受到阻碍，因而能显著提高再结晶温度，延长再结晶孕育期，降低再结晶速度。显著提高强度和延伸性能，保证合金至少能拉制成0.3mm的单丝，并使得合金具有较好抗疲劳强度，保证导体线芯在反复移动过程中不易出现开裂或断裂的现象。

9加入Ti、Sr中的一种或两种，百分含量至少不超过0.05wt％，Ti在高温浇铸下具有抑制铸造缺陷和结晶细化剂的作用，Sr可防止于由于高温浇铸引起的铸条开裂，获得细化铸条组织，在拉细丝时不易断线。

10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0.05-1％的重量百分含量的混合稀土，稀土主要包含铈、镧、钪，实验证明该稀土元素能起到除杂作用，特别是硅的含量。铈、镧、钪等元素均能与铝形成共晶型化合物(αAl-化合物)，共晶温度大约在635-640℃之间，它们促使出生相在不大的过冷度下能大量析出，细化了初晶。另一方面，铈、镧、钪都能使铝液表面张力降低，从而破坏相态平衡，促使初晶快速的扩张，并细化了晶体。因而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。

11在本发明中，稀土元素与氢、氧、氮、硅、锰、钒、铬等元素的亲和力比铝更大，形成多种化合物。因而稀土是铝合金中一种十分理想的除气、脱氮、造渣、中和微量低熔点杂质、改变杂质状态的净化剂。可以起到很好的精炼作用、使得铝合金变得更加纯净，因而能使导电率得到很大的提高。

12稀土元素与铝合金中不同合金元素的交互作用不同，对于与稀土元素交互作用大的元素，如铁、镁、铜、钴，稀土元素的加入将产生强烈的交互作用，减少其固溶量，增大化合物形成的趋势和能力。而这些高熔点的难熔金属间化合物相强度较高，分布在铝组织中，起到了强化作用，提高合金的韧性和减小对导电性能的影响。

13将铝合金杆放入退火炉中，在500～550℃×1.5～3h下保温处理。在高温下对铝合金杆进行中间处理，退火处理是为了使铝合金发生恢复、再结晶过程。这不仅可以消除合金在铸造过程中产生的残余应力，改善铝杆随后的机械加工性能，而且可以消除铸造、轧制过程中造成的晶格畸变、位错等晶体缺陷，析出铁、镁、铜、钴等元素，减小在铝中的固熔。同时合金元素与铍、钛、锶、稀土在热处理过程中形成的弥散化合物能够提高合金的综合力学性能，还能够提高它的蠕变性能。进而提高合金导体的导电性能和力学性能。另外，中间退火处理可以使得铝合金在冷却过程中收缩均匀，综合性能较好，从而在后面的冷加工拉丝过程中不容易断裂。

14铝合金杆先经过大拉、中拉、微拉得到所需的单丝直径，最后在束绞机上进行束绞，经过这些尺寸逐渐变小的步骤，铝合金杆将不容易断裂，成品率更高。最后将导电线芯放入退火炉中，在360～420℃×10～20h下进行退火处理，自然冷却，使得铝合金具有更好的强度和塑性的匹配。

15铝合金导体线芯经退火处理，其中的铁起到提高强度和抗蠕变作用，使铝合金线具有较好的拉伸性能和抗蠕变性能，同时退火再结晶消除了冷拉和绞制过程中产生的内应力和改善了合金的组织结构，使合金具有较高的导电率，且具有极佳柔韧性和弯曲性能。

具体实施方式

实施例1

一种电焊机电缆用导电线芯铝合金，该铝合金材料包含如下成分：Fe和Co中的至少一种，其总质量分数占铝合金总质量的0.4～1.0wt％，例如可以选取为0.5％，0.6％，0.8％，0.9％，Cu占0.1～0.5wt％的，例如可以选取为：0.2％，0.3％，0.4％，Mg占0.1～0.5wt％的，例如可以选取为：0.2％，0.3％，0.4％，Be占0.005～0.1wt％，例如可以选取为：0.008％，0.01％，0.05％，0.08％，稀土占0.05～1wt％，例如可以选取为0.09％，0.2％，0.5％，0.9％，其余为铝及不可避免的杂质。

上述技术方案中，所述Fe和Co占所述铝合金质量百分含量优选为0.6～0.8wt％。稀土元素由铈、镧、钪中的一种或多种组成。该铝合金材料还包含Ti、Sr中的一种或两种，总百分含量至少不超过所述铝合金的0.05wt％。

其具体合金元素配比见表1。

实施例2

该导电线芯铝合金材料包含如下成分：0.4～1.0wt％的Fe或和Co，0.1～0.5wt％的Cu，0.1～0.5wt％Mg，0.005～0.1wt％的Be，0.05～1wt％的混合稀土，其余为铝及不可避免的杂质。

该铝合金材料还包含钛、锶中的一种或两种，百分含量不超过0.05wt％。

铝合金材料包含Fe、Co中的一种或两种，含量为0.4～1.0wt％，最优选择为0.6～0.8wt％。

稀土元素由铈、镧、钪中的一种或多种组成。

电焊机用铝合金导电线芯是通过以下方法制造的：

1)按照以上合金元素设定的范围进行配比，在竖炉中加入纯度为99.7wt％的铝锭，升温至710～760℃，例如可以选取为750℃，使其熔化，然后将温度升至760～800℃，例如可以选取为780℃，依次加入Fe、Co、Cu、Mg、Ti、Sr，充分搅拌均匀5min后，最后加入Be。合金元素以铝中间合金的形式加入。

2)在760～800℃保温20min，加入稀土元素，搅拌均匀，保温30min，做炉前分析，成分符合设定范围后进行浇铸。

3)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500℃，终轧温度为250-330，铝合金杆成圈。

4)将铝合金杆放入退火炉中，在500～550℃下保温3～5h处理，例如可以在540℃下保温3.5小时，可以在520℃下保温4小时，再停止加热，在炉中使其自然冷却。

5)铝合金杆先经过大拉、中拉、微拉得到所需的单丝直径，最后在束绞机上进行束绞，

6)将导电线芯放入退火炉中，在300～340℃下进行退火处理6～10h，例如可以在330℃下保温7小时，在310℃下保温9小时，再自然冷却至室温。

由此制备的合金导体线芯的性能见表2。评价试验及其测试方法：导电率：利用电桥法测量导体导电率，导体导电率达到或超过58％IACS视为合格。

拉伸性能：利用拉力试验机对导体的抗拉强度及断裂伸长率进行测试，抗拉强度达到或超过170Mpa，断裂伸长率达到或超过10％，则视为合格。最小单丝直径可拉制成0.3mm。

耐疲劳性：利用在不施加拉伸载荷的反向弯曲疲劳测试仪测量通过挤包绝缘的铝合金电线的耐疲劳性能。在10^-2的应变振幅Δε下超过900次的疲劳性以及在10^-4的应变振幅Δε下超过100000次视为合格

耐腐蚀性：盐水喷雾试验条件：NaCl：CuCl，50±5g/L：0.26±0.2g/L，PH＝3.1-3.3，试验温度50±1℃，试验周期96小时，腐蚀失重率小于1.5g/m²·hr视为合格。

表1合金元素组成

表2合金导体线芯的性能对比

实施例1～8中合金元素的成分均符合专利中的要求，因而各项性能满足要求，对比例1和2中合金元素的成分高于或低于要求范围，因而性能无法满足要求，对比例3中Fe、Co的含量低于要求范围，因而拉伸性能不是很好，对比例4中Cu、Mg的含量低于要求，拉伸性能不是很好，对比例5中没有添加稀土，电性能和耐腐蚀均比较差，对比例6中没有添加Be，影响到耐疲劳性能，对比例7中无Ti、Sc，拉伸性能受到影响。

由于本实施例未详尽所有情况，对于本领域的技术人员来说，在本发明构思的启示下，你能够从本专利公开的内容联想出一些变形，或现有技术中常用公知技术的替代，只要未对本专利做实质性该进而实现相同的功能和效果的均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电焊机电缆用导电线芯铝合金，其特征在于该铝合金材料包含如下成分：Fe和Co中的至少一种，其总质量分数占铝合金总质量的0.4～1.0wt％，Cu占0.1～0.5wt％的，Mg占0.1～0.5wt％的，Be占0.005～0.1wt％，稀土占0.05～1wt％，其余为铝及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的电焊机电缆用导电线芯铝合金，其特征在于所述Fe和Co占所述铝合金质量百分含量为0.6～0.8wt％。

3.根据权利要求1所述的电焊机电缆用导电线芯铝合金，其特征在于稀土元素由铈、镧、钪中的一种或多种组成。

4.根据权利要求1所述的电焊机电缆用导电线芯铝合金，其特征在于该铝合金材料还包含Ti、Sr中的一种或两种，总百分含量至少不超过所述铝合金的0.05wt％。

5.一种根据权利要求1所述的电焊机电缆用导电线芯铝合金的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在竖炉中加入纯度为99.7wt％的铝锭，升温使其熔化，然后将温度升至760～800℃，依次加入Fe和Co中的一种或两种，以及Cu、Mg、Be、Ti、Sr，其中上述合金元素以其与铝的中间合金的形式加入，再加入稀土元素，调节成分符合设定范围后进行浇铸；

2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500℃，终轧温度为250-330，铝合金杆成圈；

3)将铝合金杆放入退火炉中，在500～550℃下保温处理3～5h，停止加热，在炉中使其自然冷却；

4)铝合金杆先经过大拉、中拉、微拉得到所需的单丝直径，最后在束绞机上进行束绞；

5)将导电线芯放入退火炉中，在360～420℃下进行退火处理10～20h，自然冷却至室温。

6.根据权利要求1所述的一种电焊机电缆用导电线芯铝合金的制造方法，其特征在于在依次加入Al、Fe、Co、Cu、Mg、Be、Ti、Sr以及稀土后，采用电动搅拌装置搅拌，使搅拌充分均分。

7.根据权利要求6所述的一种电焊机电缆用导电线芯铝合金的制造方法，其特征在于将铝合金杆放入退火炉中，在500～550℃下保温处理3～5h，停止加热，在炉中使其自然冷却。

8.根据权利要求6所述的一种电焊机电缆用导电线芯铝合金的制造方法，其特征在于将所述导电线芯放入退火炉中，在360～420℃下进行退火处理10～20h，再自然冷却至室温。