CN101948971B

CN101948971B - 电缆用耐热型铝合金导体材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101948971B
Application number: CN 201010286764
Authority: CN
Inventors: 林泽民
Original assignee: ANHUI YANAN CABLE FACTORY
Current assignee: Jixi Xinyi Thick Cable Co ltd
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: CN101948971A

Abstract

电缆用耐热型铝合金导体材料及其制备方法，该铝合金的组成及重量百分含量为：0.3～1.0wt％的Fe、0.01～0.3wt％的Cu、0.01～0.3wt％的Mg，Ca、Mo、Sb中的一种、两种或三种，总量为0.01～0.3wt％，0.05～0.8wt％的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一种或多种组成，Si≤0.1wt％，其它杂质总含量≤0.15wt％，其余为Al。该铝合金材料不仅具有优异的导电性、拉伸性能、柔韧性能，还具有优异的耐热性，可用于电线电缆绝缘线芯，特别适用于架空绝缘导体线芯。

Description

电缆用耐热型铝合金导体材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电线电缆及其制造工艺技术领域，具体涉及电缆用耐热型铝合金导体材料及其制备方法。

背景技术

在输电领域，铝质轻、价廉，且导电性较好、比强度高、耐磨损性好，因而在电工领域占据优势地位。在架空输电线路，尤其是超高压线路和大跨越线路上，铝合金电缆线一直是架空输电电缆线的主体材料。目前所用的耐热型的铝合金导体虽用于架空导线，但是对于电线电缆绝缘线芯用的导体没有耐热性的要求，一方面是由于铝合金导体在电线电缆导体线芯方面应用不是很广，另一方面是由于开发电缆用耐热型铝合金的技术还没取得突破，对耐热性方面要求不是很高，因而没有这方面的报道，随着铜资源的紧缺，以铝代铜是电线电缆发展的趋势，具有多功能特性的铝合金导体线芯是电线电缆发展的必然要求。中国专利申请CN101587757A公开了一种含稀土元素Y的铝合金电缆线及其制备方法，其在合金中添加了稀土元素钇，但其只解决了电缆线强度和电导率之间的平衡，即在提高电导率的同时具有良好的合金强度。虽然其提及添加稀土元素Y后能对线缆的热稳定性有所提高，但在长期耐热条件下的强度残存率仍无法满足实际要求。

发明内容

发明目的：本发明提供电缆用耐热型铝合金材料及其制备方法，由该方法制备得到的铝合金材料不仅具有优异的导电性、拉伸性能、柔韧性能，还具有优异的耐热性，可用于电线电缆绝缘线芯，特别适用于架空绝缘导体线芯。

技术方案：电缆用耐热型铝合金导体材料，该铝合金的组成及重量百分含量为(数值范围包括端点值)：0.3～1.0wt％的Fe、0.01～0.3wt％的Cu、0.01～0.3wt％的Mg，0.01～0.2wt％的Zr，0.01～0.4wt％的Ca，0.05～0.8wt％的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一种或多种组成，Si≤0.1wt％，其它杂质总含量≤0.15wt％，其余为Al。

电缆用耐热型铝合金导体材料，该铝合金的组成及重量百分含量为(数值范围包括端点值)：0.3～1.0wt％的Fe、0.01～0.3wt％的Cu、0.01～0.3wt％的Mg，0.01～0.2wt％的Zr，0.01～0.2wt％的Mo，0.05～0.8wt％的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一种或多种组成，Si≤0.1wt％，其它杂质总含量≤0.15wt％，其余为Al。

电缆用耐热型铝合金导体材料，该铝合金的组成及重量百分含量为(数值范围包括端点值)：0.3～1.0wt％的Fe、0.01～0.3wt％的Cu、0.01～0.3wt％的Mg，0.01～0.2wt％的Zr，0.01～0.4wt％的Sb，0.05～0.8wt％的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一种或多种组成，Si≤0.1wt％，其它杂质总含量≤0.15wt％，其余为Al。

电缆用耐热型铝合金导体材料，该铝合金的组成及重量百分含量为(数值范围包括端点值)：0.3～1.0wt％的Fe、0.01～0.3wt％的Cu、0.01～0.3wt％的Mg，Ca、Mo、Sb中的两种或三种，总量为0.01～0.3wt％，0.05～0.8wt％的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一种或多种组成，Si≤0.1wt％，其它杂质总含量≤0.15wt％，其余为Al。

制备上述电缆用耐热铝合金导体材料的方法，制备步骤为：在竖炉中加入铝锭，温度升至710～760℃，使铝锭熔化，将温度升高至740～800℃，加入Fe、Cu、Mg、Zr和稀土元素，以及Ca、Mo或Sb中的至少一种，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围；在720～780℃下保温30min，再加入0.1～0.3wt％的铝合金精炼剂(由佛山市南海区科发实业有限公司生产)，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件；将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450～500℃，导出轧机成铝合金杆的终轧温度为280～300℃；将铝合金杆进行冷拉制加工成铝合金线，将拉制成的铝合金线进行多股绞合，制备成导体线芯；将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为340～380℃，时间为8～16h，停止对炉体加热，在退火炉中让其自然冷却，24h后从炉中取出得到电缆用耐热型铝合金导体材料。

有益效果：

1)本发明加入0.2～1.0wt％的Fe，Fe可以提高铝基的抗蠕变性、抗张强度、屈服极限以及耐热性能，同时还可以提高合金的提高塑性，特别是冷加工性能，经高温退火处理，合金具备较高的延展性。用连铸连轧法生产，合金中有些Fe以Al3Fe的形式析出，通过高温退火处理，再自然冷却，Fe在铝基中的固溶更小，因而Fe对合金的电性能影响很小，在1.0wt％以下不会对电性能造成很大的影响。

2)本发明中加入0.01～0.4wt％的Cu，对于提高合金的抗拉强度和屈服极限起到较好的效果，有利于提高的合金的冷加工性能。合金中铜的含量超过0.4wt％就会对合金的导电性能影响较大，也会导致强度太大，降低了延展性能，所以应控制。

3)本发明中加入0.01～0.4wt％的Mg，适量的Mg可以提高合金的耐热性，过多会导致耐热性和导电性降低。适量的镁还可以起到提高合金的强度作用。

4)本发明中加入0.01～0.5wt％的Ca，Ca可以提高合金的耐热性能，且不会明显降低导电率。

5)本发明中加入Mo，适量的Mo可以有效的改善合金的耐热性，但Mo的含量超过0.2wt％会导致导电率下降。

6)锑加入合金中，锑和铝形成高熔点化合物在合金凝固过程中呈弥散质点首先析出，其质点的晶体结构可作为异质晶核，大量的弥散晶核促使晶粒得以细化，提高合金的屈服极限，并提高合金的耐热性。

7)稀土元素具有类似的性质，能与起到除气、除杂的作用，净化合金成分，细化晶粒，提高合金的导电性能和机械性能。本发明加入0.1～0.8wt％的稀土元素，加入适量的Y能提高合金的结晶温度，从而达到提高耐热性的目的，且不降低或少降低合金导电率。Er具有与Y相似的性质，加入合金中同样可以起到改善导电率和耐热性的目的。Sc能与Al形成Al₃Zr析出物，Al₃Zr分散于合金中，改善耐热性。

8)本发明由上述合金元素组成的合金成分，经连铸连轧制成的铝合金杆，再经拉制、绞合，并经退火等工序的加工处理，由此得到的铝合金导体线芯具有以下特点：导电率达到或超过60％IACS，延伸率达超过10％，耐热性较好，导体的长期运行温度可以提高到150℃，长期耐热150℃时强度残存率不小于90％，柔韧性较优，便于弯曲。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述，但不构成对本发明的限定。

实施例1

1)在竖炉中加入纯度大于99.70wt％的铝锭，温度升至710～760℃，使铝锭熔化，将温度升高至740～800℃，依次加入0.35wt％的Fe、0.19wt％的Cu、0.22wt％的Mg、0.12wt％的Zr、0.15wt％的Ca、0.18wt％的Y，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；

2)在720～780℃下保温30min，再加入0.1wt％的精炼剂(由佛山市南海区科发实业有限公司生产)，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度

3)将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450～500℃，导出轧机成铝合金杆的终轧温度为280～300℃；

4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ1.5mm的铝合金线，将19根拉制成的铝合金线进行绞合，制备成导体线芯；

5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为320～340℃，时间为10h，停止对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。

经测试，导电率为61％IACS，抗拉强度139Mpa，断裂伸长率21％，长期耐热150℃时强度残存率为93％。

实施例2

1)在竖炉中加入纯度大于99.70wt％的铝锭，温度升至710～760℃，使铝锭熔化，将温度升高至740～800℃，依次加入0.45wt％的Fe、0.09wt％的Cu、0.12wt％的Mg、0.05wt％的Zr、0.11wt％的Ca、0.08wt％的Sc，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；

2)在720～780℃下保温30min，再加入0.3wt％的精炼剂，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度

4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ2.5mm的铝合金线，将19根拉制成的铝合金线进行绞合，制备成导体线芯；

5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为340～360℃，时间为8h，停止对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。

经测试，导电率为61.3％IACS，抗拉强度149Mpa，断裂伸长率17％，长期耐热150℃时强度残存率为93％。

实施例3

1)在竖炉中加入纯度大于99.70wt％的铝锭，温度升至710～760℃，使铝锭熔化，将温度升高至740～800℃，依次加入0.75wt％的Fe、0.25wt％的Cu、0.08wt％的Mg、0.08wt％的Zr、0.09wt％的Ca、0.43wt％的Er，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；

2)在720～780℃下保温30min，再加入0.13wt％的精炼剂，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度

4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ3.5mm的铝合金线，将7根拉制成的铝合金线进行绞合，制备成导体线芯；

5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为360～380℃，时间为14h，停止对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。

经测试，导电率为60.6％IACS，抗拉强度155Mpa，断裂伸长率13％，长期耐热150℃时强度残存率为94％。

实施例4

1)在竖炉中加入纯度大于99.70wt％的铝锭，温度升至710～760℃，使铝锭熔化，将温度升高至740～800℃，依次加入0.86wt％的Fe、0.11wt％的Cu、0.15wt％的Mg、0.13wt％的Zr、0.29wt％的Ca、0.13wt％的Sc、0.33wt％的Y、0.23wt％的Er，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；

2)在720～780℃下保温30min，再加入0.15wt％的精炼剂，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度

4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ3.0mm的铝合金线，将7根拉制成的铝合金线进行绞合，制备成导体线芯；

5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为360～380℃，时间为12h，停止对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。

经测试，导电率为60.3％IACS，抗拉强度135Mpa，断裂伸长率21％，长期耐热150℃时强度残存率为92％。

实施例5

1)在竖炉中加入纯度大于99.70wt％的铝锭，温度升至710～760℃，使铝锭熔化，将温度升高至740～800℃，依次加入0.60wt％的Fe、0.15wt％的Cu、0.10wt％的Mg、0.18wt％的Zr、0.13wt％的Mo、0.21wt％的Sc、0.43wt％的Er，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；

2)在720～780℃下保温30min，再加入0.20wt％的精炼剂，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度

经测试，导电率为60.8％IACS，抗拉强度125Mpa，断裂伸长率23％，长期耐热150℃时强度残存率为95％。

实施例6

1)在竖炉中加入纯度大于99.70wt％的铝锭，温度升至710～760℃，使铝锭熔化，将温度升高至740～800℃，依次加入0.42wt％的Fe、0.12wt％的Cu、0.05wt％的Mg、0.18wt％的Zr、0.20wt％的Sb、0.06wt％的Y、0.08wt％的Er，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；

2)在720～780℃下保温30min，再加入0.23wt％的精炼剂，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度

5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为350～370℃，时间为13h，停止对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。

经测试，导电率为61.2％IACS，抗拉强度145Mpa，断裂伸长率18％，长期耐热150℃时强度残存率为91％。

实施例7

1)在竖炉中加入纯度大于99.70wt％的铝锭，温度升至710～760℃，使铝锭熔化，将温度升高至740～800℃，依次加入0.52wt％的Fe、0.15wt％的Cu、0.11wt％的Mg、0.11wt％的Zr、0.08wt％的Ca、0.09wt的Mo、0.07wt％的Sb、0.06wt％的Y、0.08wt％的Er，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；

2)在720～780℃下保温30min，再加入0.26wt％的精炼剂，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度

5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为350～370℃，时间为9h，停止对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。

经测试，导电率为60.4％IACS，抗拉强度149Mpa，断裂伸长率15％，长期耐热150℃时强度残存率为93％。

Claims

1.电缆用耐热型铝合金导体材料，其特征在于该铝合金的组成及重量百分含量为：0.3～1.0wt％的Fe、0.01～0.3wt％的Cu、0.01～0.3wt％的Mg，0.01～0.3wt％的Ca+Mo+Sb，0.05～0.8wt％的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er组成，Si≤0.1wt％，其它杂质总含量≤0.15wt％，其余为Al。

2.权利要求1所述电缆用耐热铝合金导体材料的制备方法，其特征在于：

a.在竖炉中加入纯度大于99.70wt％的铝锭，温度升至710～760℃，使铝锭熔化，将温度升高至740～800℃，依次加入上述比例的Fe、Cu、Mg、Ca、Mo、Sb、Sc、Y、Er，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；

b.在720～780℃下保温30min，再加入0.13wt％的精炼剂，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件；

c.将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450～500℃，导出轧机成铝合金杆的终轧温度为280～300℃；

d.将铝合金杆进行冷拉制加工成铝合金线，将拉制成的铝合金线进行多股绞合，制备成导体线芯；

e.将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为360～380℃，时间为14h，停止对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出得到电缆用耐热型铝合金导体材料。