CN101923909B - 电缆用铝铁钴稀土合金导体材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种电缆用铝铁钴稀土合金导体材料及其制造方法，合金成分含量：Fe，Co，富镧稀土，Si，其它单个杂质＜0.01wt％，且总量＜0.15wt％，其余为铝及不可避免的杂质。制造方法为：将纯度大于99.70wt％的铝锭加入竖炉中，在不同温度阶段加入铝铁中间合金、铝钴中间合金和铝稀土中间合金进行熔炼，对熔体净化处理后，进行铸条轧制成合金。由此制造的铝合金导体导电率≥60％IACS，硬态合金线的抗拉强度可达到240Mpa，软态合金线的抗拉强度和延伸率分别可达到120MPa和30％，屈服极限为100-115Mpa，可拉制成0.3mm或更细的铝合金线。
Description
技术领域
本发明属于电线电缆行业领域，具体涉及一种电缆用铝铁钴稀土合金导体材料及其制造方法。
背景技术
中国每年的用铜量超过500万吨，而电线电缆领域用铜量占总用铜量的约70％，是用铜大户，随着中国铜矿资源的枯竭，中国铜矿80％需要依赖进口，以及随着铜价的不断攀升，以铝节铜是中国有色金属发展的必然趋势。由于以单纯的以纯铝导体代替铜导体被实践证明在很多场合是不可行的，因此获得技术上的突破是解决这一问题的关键。
过去纯铝用作电线电缆导体存在很多不足，因而也很少用于绝缘线芯，对于拉制成更细的线材，用作布线、电磁线以及通信电缆，更是不可行的，由于铝的强度和延伸率满足不了要求，要拉制成0.5mm或更细的很困难，除非在材质和工艺上很好的控制，才能做到。所以以铝节铜在技术上存在很大的问题，想获得突破面临巨大的困难。
虽然国内有很多关于铝合金的专利，但基本上都是用作架空导线，很少用于绝缘线芯的铝合金方面的专利，关于Co元素用在合金上的报道的更少。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电性、抗拉强、延伸率和屈服极限高的电缆用铝铁钴稀土合金导体材料。
本发明的另一目的是提供一种电缆用铝铁钴稀土合金导体材料的制造方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电缆用铝铁钴稀土合金导体材料，配比为：Fe：0.4-1.2wt％，Co：0.4-1.2wt％，稀土：0.01-1.5wt％，Si的含量小于0.1wt％，其它单个杂质小于0.01wt％，且杂质总量小于0.15wt％，其余为铝及不可避免的杂质。
上述技术方案中：
所述稀土至少含有一种或多种稀土元素，其中镧至少占混合稀土总质量的70％。Fe的含量控制在在0.4-0.8wt％。Co的含量控制在在0.4-0.8wt％。所述稀土的含量控制在0.3-1.0wt％。
一种电缆用铝铁钴稀土合金导体材料的制造方法如下：
1)按合金成分及重量百分含量：Fe 0.4-1.2wt％，Co 0.4-1.2wt％，混合稀土0.01-1.5wt％，其余为Al，进行配料，其中Fe、Co分别选取纯Fe(纯度大于99.7％)、Co(纯度大于99.7％)或铝铁中间合金、铝钴中间合金形式，混合稀土选择铝稀土中间合金形式，铝作为原材料，选取纯度大于99.70wt％的铝锭；
2)将配置好的高纯铝加入竖炉中，升温至710-750℃，待温度升至730-760℃加入纯铁或铝铁中间合金，温度继续升至750-800℃，加入纯钴或铝钴中间合金，利用电动搅拌装置搅拌均匀，待全部融化后，在720-760℃保温20min，加入铝稀土中间合金，搅拌10分钟，充分搅拌均匀；
3)保温30min后，进行炉前分析，看成分控制是否符合要求；
4)加入精炼剂对熔体进行精炼，以消除熔体内的气体、氧化膜以及非金属杂质，使熔体净化均匀后，扒渣后进行静止20min，准备铸造；
5)采用连续铸造机进行铸造，铸造温度为660-690℃；
6)对铸锭进行均匀化热处理；
7)对铸锭先进行粗轧，粗轧温度为580-610℃，然后再进行细轧，细轧温度为470-500℃铝合金杆终轧温度为330-340℃；
8)铝合金杆成圈后放入保温地窖中在200-280℃下进行保温处理，处理时间为10h；
9)将铝合金杆进行冷拉制成铝合金线，如果要用于制造布线、电磁线或通信电缆，可以在大拉、中拉的基础上，再在微拉设备上拉制成特细的铝合金线。导体线芯可以用作实心导体或绞合线芯。
10)实心导体或绞合线芯在280-360℃下，15-30h的热处理。
本发明获得如下技术效果：
1.本发明采用了适量的铁元素。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。可用于电力电缆、布线、电磁线及通信电缆等绝缘线芯。
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局部拉细的现象，以防止在电气上的不对称性。钴还可以提高铝的耐热性能，蠕变作用很小。
3.为了使铝合金的电性能、机械性能与耐热性能同时达到最佳的效果，铁最优选择为0.4-0.8wt％，钴最优选择为0.4-0.8wt％。
4.铝液中的气体主要是氢，其次是氧和氮。氢在铝铸锭中产生针孔，在变形铝合金中会引起各种裂纹，加入富镧稀土能起到除气作用，消除气体对电性能和机械性能的不利影响。
5.富镧稀土与氢、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。
6.稀土元素的原子半径在与
之间，比铝的原子半径
大。它很容易填充在生长中新相的表面缺陷上，生成阻碍品粒继续生长的膜，从而是品粒细化，因而起到体改强度和改善延伸性能的目的。
7.由此制造的铝合金导体导电率≥60％IACS，硬态合金线的抗拉强度可达到240Mpa，软态合金线的抗拉强度和延伸率分别可达到120MPa和30％，屈服极限为100-115Mpa，可拉制成0.3mm或更细的铝合金线。
具体实施方式
实施例1
一种电缆用铝铁钴稀土合金导体材料，配比为：Fe：0.4-1.2wt％，例如0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、1.1wt％；Co：0.4-1.2wt％，例如0.5wt％、0.7wt％、0.8wt％、1.0wt％、1.1wt％；稀土：0.01-1.5wt％，例如0.05wt％、0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％、0.8wt％、1.0wt％、1.2wt％、1.4wt％；Si的含量小于0.1wt％，其它单个杂质小于0.01wt％，且杂质总量小于0.15wt％，其余为铝及不可避免的杂质。
上述技术方案中：所述稀土至少含有一种或多种稀土元素，其中镧至少占混合稀土总质量的70％。优选方案Fe的含量控制在在0.4-0.8wt％。Co的含量控制在在0.4-0.8wt％。所述稀土的含量控制在0.05-1.0wt％。
实施例2
铝合金中各元素重量百分含量按如下配料：Fe 0.43wt％，Co 0.45wt％，富镧稀土0.03wt％，纯度大于99.70wt％的铝锭。将配置好的高纯铝的加入竖炉中，升温至710-750℃，待温度升至730-760℃加入纯铁(纯度大于99.wt％)，温度继续升至750-800℃，加入纯钴(纯度大于99.wt％)，利用电动搅拌装置搅拌均匀，待全部融化后，在720-760℃保温20min，加入铝稀土中间合金，搅拌10分钟，充分搅拌均匀。
保温30min后，进行炉前分析，看成分控制是否符合要求。加入精炼剂对熔体进行精炼，以消除熔体内的气体、氧化膜以及非金属杂质，使熔体净化均匀后，扒渣后进行静止20min，准备铸造。
采用连续铸造机进行铸造，铸造温度为660-690℃。对铸锭进行均匀化热处理。对铸锭先进行粗轧，粗轧温度为580-610℃，然后再进行细轧，细轧温度为470-500℃铝合金杆终轧温度为330-340℃。
铝合金杆成圈后放入保温地窖中在200-250℃下进行保温处理，处理时间为10h。
将铝合金杆进行冷拉制成铝合金线，拉制成2.5mm的合金单丝，在280-320℃下，进行15h的热处理。
在常温下制得的本铝合金线测得：
导电率＞61％IACS，硬态合金线的抗拉强度可达到245MPa，软态合金线的抗拉强度和延伸率分别可达到124MPa和33％，屈服极限为112Mpa。
实施例3
铝合金中各元素重量百分含量按如下配料：Fe 0.6wt％，Co 0.75wt％，富镧稀土0.8wt％，纯度大于99.70wt％的铝锭。将配置好的高纯铝的加入竖炉中，升温至710-750℃，待温度升至730-760℃加入铝铁中间合金，温度继续升至750-800℃，加入铝钴中间合金，利用电动搅拌装置搅拌均匀，待全部融化后，在720-760℃保温20min，加入铝稀土中间合金，搅拌10分钟，充分搅拌均匀。
保温30min后，进行炉前分析，看成分控制是否符合要求。加入精炼剂对熔体进行精炼，以消除熔体内的气体、氧化膜以及非金属杂质，使熔体净化均匀后，扒渣后进行静止20min，准备铸造。
采用连续铸造机进行铸造，铸造温度为660-690℃。对铸锭进行均匀化热处理。对铸锭先进行粗轧，粗轧温度为580-610℃，然后再进行细轧，细轧温度为470-500℃铝合金杆终轧温度为330-340℃。
铝合金杆成圈后放入保温地窖中在250-280℃下进行保温处理，处理时间为10h。
将铝合金杆进行冷拉制成铝合金线，拉制成2.5mm的合金单丝，在340-360℃下，进行20h的热处理。
在常温下制得的本铝合金线测得：导电率＞61％IACS，硬态合金线的抗拉强度可达到244MPa，软态合金线的抗拉强度和延伸率分别可达到120MPa和35％，屈服极限为110Mpa。
实施例4
铝合金中各元素重量百分含量按如下配料：Fe 0.45wt％，Co 1.1wt％，富镧稀土1.32wt％，纯度大于99.70wt％的铝锭。将配置好的高纯铝的加入竖炉中，升温至710-750℃，待温度升至730-760℃加入纯铁(纯度大于99.wt％)，温度继续升至750-800℃，加入纯钴(纯度大于99.wt％)，利用电动搅拌装置搅拌均匀，待全部融化后，在720-760℃保温20min，加入铝稀土中间合金，搅拌10分钟，充分搅拌均匀。
保温30min后，进行炉前分析，看成分控制是否符合要求。加入精炼剂对熔体进行精炼，以消除熔体内的气体、氧化膜以及非金属杂质，使熔体净化均匀后，扒渣后进行静止20min，准备铸造。
采用连续铸造机进行铸造，铸造温度为660-690℃。对铸锭进行均匀化热处理。对铸锭先进行粗轧，粗轧温度为580-610℃，然后再进行细轧，细轧温度为470-500℃铝合金杆终轧温度为330-340℃。
铝合金杆成圈后放入保温地窖中在250-280℃下进行保温处理，处理时间为10h。
将铝合金杆进行冷拉制成铝合金线，拉制成1.2mm的合金单丝，在320-340℃下，进行25h的热处理。
在常温下制得的本铝合金线测得：
导电率＞60％IACS，硬态合金线的抗拉强度可达到250MPa，软态合金线的抗拉强度和延伸率分别可达到122MPa和35％，屈服极限为115Mpa。
实施例5
铝合金中各元素重量百分含量按如下配料：Fe 1.15wt％，Co 0.51wt％，富镧稀土0.35wt％，纯度大于99.70wt％的铝锭。将配置好的高纯铝的加入竖炉中，升温至710-750℃，待温度升至730-760℃加入铝铁中间合金，温度继续升至750-800℃，加入铝钴中间合金，利用电动搅拌装置搅拌均匀，待全部融化后，在720-760℃保温20min，加入铝稀土中间合金，搅拌10分钟，充分搅拌均匀。
保温30min后，进行炉前分析，看成分控制是否符合要求。加入精炼剂对熔体进行精炼，以消除熔体内的气体、氧化膜以及非金属杂质，使熔体净化均匀后，扒渣后进行静止20min，准备铸造。
采用连续铸造机进行铸造，铸造温度为660-690℃。对铸锭进行均匀化热处理。对铸锭先进行粗轧，粗轧温度为580-610℃，然后再进行细轧，细轧温度为470-500℃铝合金杆终轧温度为330-340℃。
铝合金杆成圈后放入保温地窖中在250-280℃下进行保温处理，处理时间为10h。
将铝合金杆进行冷拉制成铝合金线，拉制成0.3mm的合金单丝，在280-320℃下，进行30h的热处理。
在常温下制得的本铝合金线测得：
导电率＞60％IACS，硬态合金线的抗拉强度可达到245MPa，软态合金线的抗拉强度和延伸率分别可达到122MPa和30％，屈服极限为115Mpa。
实施例6
本发明的一种适用于电线电缆线芯的铝铁钴稀土合金导体材料的制造方法，包括如下步骤：(1)按合金成分及重量百分含量：Fe 0.4-1.2wt％，例如可以选取0.6％，0.8％，0.9％，1.1％，Co 0.4-1.2wt％，例如可以选取：0.6％，0.9％，1.0％，混合稀土0.01-1.5wt％，例如可以选取0.1％，0.6％，0.9％，1.1％，1.2％，1.4％，其余为Al，进行配料，其中Fe、Co分别选取纯Fe(纯度大于99.7％)、Co(纯度大于99.7％)或铝铁中间合金、铝钴中间合金形式，混合稀土选择铝稀土中间合金形式，铝作为原材料，选取纯度大于99.70wt％的铝锭。
(2)将配置好的高纯铝的加入竖炉中，升温至710-750℃，待温度升至730-760℃加入纯铁或铝铁中间合金，温度继续升至750-800℃，加入纯钴或铝钴中间合金，利用电动搅拌装置搅拌均匀，待全部融化后，在720-760℃保温20min，加入铝稀土中间合金，搅拌10分钟，充分搅拌均匀。
(3)保温30min后，进行炉前分析，看成分控制是否符合要求。
(4)加入精炼剂对熔体进行精炼，以消除熔体内的气体、氧化膜以及非金属杂质，使熔体净化均匀后，扒渣后进行静止20min，准备铸造。
(5)采用连续铸造机进行铸造，铸造温度为660-690℃。
(6)对铸锭进行均匀化热处理。
(7)对铸锭先进行粗轧，粗轧温度为580-610℃，然后再进行细轧，细轧温度为470-500℃铝合金杆终轧温度为330-340℃。
(8)铝合金杆成圈后放入保温地窖中在200-280℃下进行保温处理，处理时间为10h。
(9)将铝合金杆进行冷拉制成铝合金线，如果要用于制造布线、电磁线或通信电缆，可以在大拉的基础上，在微拉设备上拉制成特细的铝合金线。导体线芯可以用作实心导体或绞合线芯。
(10)实心导体或绞合线芯在280-360℃下，15-30h的热处理。
步骤(7)中进行粗轧和细致，是为了减少粗枝晶粒的形成，使晶粒细化，提高强度和延伸率。
步骤(8)中的保温处理是为了保证在合金线在细拉时具有足够的强度和延伸率。
步骤(10)中的热处理使为了消除拉制过程中产生的冷硬化，减小对电阻的影响以及提高铝合金导体线芯的柔韧性。
通过本发明制造的铝合金导体线芯具有如下优点：
导体导电率≥61％IACS，硬态合金线的抗拉强度可达到240MPa，软态合金线的抗拉强度和延伸率分别可达到120MPa和30％，屈服极限为100-115MPa，可拉制成0.3mm或更细的铝合金线，导体连接热稳定性好，使铝的蠕变性能显著提高，因而可用于电力电缆导体，布线，电磁线以及通信电缆导体。
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 (2)
1.一种电缆用铝铁钴稀土合金导体材料的制造方法，其特征在于：
1)按照成分配比要求进行配料，将Fe、Co，以及混合稀土加入A1中，进行配料，其中Fe、Co分别选取纯度大于99.7％纯Fe、纯度大于99.7％Co或铝铁中间合金、铝钴中间合金形式，混合稀土选择铝稀土中间合金形式，铝作为原材料，选取纯度大于99.70wt％的铝锭；
其中，所述成分配比为：Fe：0.4-1.2wt％，Co：0.4-1.2wt％，稀土：0.01-1.5wt％，Si的含量小于0.1wt％，其它单个杂质小于0.01wt％，且杂质总量小于0.15wt％，其余为铝及不可避免的杂质，
2)将配置好的高纯铝加入竖炉中，升温至710-750℃，待温度升至730-760℃加入纯铁或铝铁中间合金，温度继续升至750-800℃，加入纯钴或铝钴中间合金，利用电动搅拌装置搅拌均匀，待全部融化后，在720-760℃保温20min，加入铝稀土中间合金，搅拌10分钟，充分搅拌均匀；
3)保温30min后，进行炉前分析，看成分控制是否符合要求；
4)加入精炼剂对熔体进行精炼，以消除熔体内的气体、氧化膜以及非金属杂质，使熔体净化均匀后，扒渣后进行静止20min，准备铸造；
5)采用连续铸造机进行铸造，铸造温度为660-690℃；
6)对铸锭进行均匀化热处理；
7)对铸锭先进行粗轧，粗轧温度为580-610℃，然后再进行细轧，细轧温度为470-500℃铝合金杆终轧温度为330-340℃；
8)铝合金杆成圈后放入保温地窖中在200-280℃下进行保温处理，处理时间为10h；
9)将铝合金杆进行冷拉制成铝合金线，如果要用于制造布线、电磁线或通信电缆，在大拉、中拉的基础上，再在微拉设备上拉制成特细的铝合金线，所述铝合金线用作实心导体或绞合线芯；
10)实心导体或绞合线芯在280-360℃下，15-30h的热处理。
2.根据权利要求1所述的电缆用铝铁钴稀土合金导体材料的制造方法，其特征在于铝合金杆成圈后，放入保温窖中自退火10h，用于电线电缆导体线芯。
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