CN102127666B - 一种稀土铝合金导体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种稀土铝合金导体及其制备方法。所述稀土铝合金杆含有重量百分比为0.20～0.35％的铜，0.12～0.20％的稀土元素，0.05～0.15％的铁，0.02～0.10％的硅，其余为铝以及不可避免的杂质。所述稀土铝合金导体由原料经过熔炼工艺和连铸连轧工艺而制成。本发明中制备的稀土铝合金导体改善了拉制、绞制过程中应力作用对导体组织结构的不利影响，本发明的稀土铝合金导体的强度增加10％，延伸率达到30％，抗腐蚀能力提高1.5倍，而电阻率保持在0.02810Ω·mm2/m之内。
Description
技术领域
本发明属于电线电缆导体材料领域，具体涉及一种稀土铝合金导体及其制备方法。
背景技术
在电工圆铝杆的生产中，有几项质量指标是非常重要的：其一是电阻率，电阻率的大小直接影响到最终产品-电线电缆的导电效果，决定电阻率的因素主要和原材料的化学成分相关，特别是在铝合金中，如果增加铜、铁等其它杂质元素，将会使电线电缆的导电效果变差；其二是力学性能，普通电工铝作为导体时电线电缆的延伸率、柔韧性和抗蠕变性能都较差，且使用安全稳定性低；其三是抗腐蚀能力，普通的电工铝抗腐蚀性不强，使用寿命相对较短。由上述可知，开发耐腐蚀的稀土铝合金杆是电线电缆发展的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种稀土铝合金导体，采用本发明中的稀土铝合金导体制成的电线电缆具有较好的机械性能和优越的导电性能，且使用安全稳定性高，抗腐能力强。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种稀土铝合金杆，按重量百分比含量，其包括下列组分：0.20～0.35％的铜，0.12～0.20％的稀土元素，0.05～0.15％的铁，0.02～0.10％的硅，余量为铝以及不可避免的杂质。
本发明的另外一个目的是提供一种制备稀土铝合金导体的方法，包括如下步骤：
1)向冲天炉中加入91～97重量份的铝、0.1～0.85重量份的铁铝合金、0.75～3.50重量份的铜铝合金以及0.8～2.8重量份的稀土铝合金，加热熔化流入保温炉，提升铝液温度750～800℃。
2)向保温炉炉内加入0.25～0.55重量份的硼铝合金并充分搅拌。
3)向保温炉投加0.04～0.06重量份的粉末精炼剂，精炼8～12分钟。
4)静置保温25～35分钟后，进行连铸连轧。
本发明所得的稀土铝合金导体为新型的Al-Cu系耐腐蚀合金材料，具有如下优点：
1)本发明中铜的含量控制在0.20～0.35％之间，能提高铝合金的抗拉强度，同时提高伸长率，易于拉制加工。
2)本发明中铁元素含量控制在0.05～0.15％之间，能提高铝合金的强度，同时还提高了铝合金的抗蠕变性和热稳定性。
3)本发明中硅的含量控制在0.02％-0.10％之间，保证了一定量的硅对铝合金强度的增强作用。
4)本发明中的稀土元素能降低铝固溶体中硅的含量，从而将铁，尤其是硅对铝合金导电率的影响减小至非常低的水平，同时稀土元素的加入还改善了铝合金材料中晶体的组织结构，提高了铝合金的工艺性能，有利于铝合金的加工处理。再者极大提高了铝合金的抗腐蚀能力，增加了使用寿命。
5)本发明中的稀土元素以铈和镧为主，能够良好的实现4)中的性能。
6)本发明中的硼元素可与Ti、V、Mn、Cr等杂质元素反应，形成化合物后被沉淀排除，从而降低Ti、V、Mn、Cr等杂质元素对铝合金导电率的影响，有利于提高铝合金的导电率。
7)本发明中制备的稀土铝合金导体改善了拉制、绞制过程中应力作用对导体组织结构的不利影响，本发明的稀土铝合金杆强度提高10％，延伸率达到30％，抗腐蚀能力提高1.5倍，而电阻率保持在0.02810Ω·mm2/m之内。
具体实施方式
实施例1：
一、熔铸工艺
1、配料
8480kg的铝锭(99.70％铝含量、0.05％Si含量、0.07％Fe含量)、80Kg铜铝合金(26％Cu含量)、117kg稀土铝合金(10％稀土含量)、28kg硼铝合金(3.5％B含量)、10kg精炼剂(NaCl·KCl·Na3AlF6·ZnCl2)。
本实施例中铝锭中的铁含量已足以使制备得到的稀土铝合金导体中的铁含量满足要求，故本实施例不再另行添加铁铝合金。
2、加料方式
加料时铜铝合金、稀土铝合金随铝锭搭配均匀分批地从冲天炉加入，以保证成分尽可能的均匀。
3、保温工艺
由铝锭、铜铝合金以及稀土铝合金熔化后得到的铝合金液体流入保温炉时温度控制在720～750℃；所述的进入保温炉中的铝合金液体的容积为其铝合金液体总容积的一半时加入三分之一重量的硼铝合金，当所述的铝合金液体全部进入保温炉中后，向前述铝合金液体中加入另外三分之二的硼铝合金时温度应提升至750～800℃，此时升高温度有利于硼铝合金的熔融，从而提高了硼化处理效果。
4、硼化处理
4.1保温炉铝合金液体充满一半时加入10kg硼铝合金。
4.2保温炉铝合金液体充满后加入其余18kg硼铝合金。在不同时间段内加入硼铝合金是为了使硼元素能充分发挥作用，提高其作用效果。
4.3硼铝合金投加的位置在保温炉内均匀的分布。
5、精炼(除渣、除气、搅拌、扒渣)
5.1为了保证整炉铝合金液体的成份分布均匀，应对铝合金液体进行搅拌，并搅拌到炉的边角。
5.2当铝合金液体充满炉后，通过管道由高纯度氮气将10kg的粉末 精炼剂(NaCl·KCl·Na3AlF6·ZnCl2)吹入铝合金液体底部，吹入口应在铝合金液体的底部移动，使气体及夹渣物沿铝合金液体的表面均匀地上浮，时间为5～10分钟。上浮的氧化铝渣应全部扒出炉外，以尽量减少精炼剂所引入的新杂质。
6、炉前快速分析及静置保温
当扒渣后的铝合金液体通过“炉前样品”分析确定Cu、Fe、Si及稀土含量符合要求时，静置时间25～35分钟。
7、连铸连轧工艺控制
7.1温度控制
7.1.1浇包铝水温度：710～740℃
7.1.2入轧温度：460～500℃
7.1.3终轧温度：300℃
7.1.4轧制乳液温度：50℃
7.2浇铸冷却水的控制
冷却水温度为25～30℃，压力为0.3MPa。
7.3铸机电压：70～90V
7.4轧机速度：7.5～8.5m/s；轧制乳液的压力为0.16MPa。
由此获得的稀土铝合金杆，按照重量百分含量，包含下述组分：Cu0.20％、稀土元素0.12％、Fe0.07％、Si0.05％、Al99％，其余为杂质。
本实例稀土铝合金杆的性能为：抗拉强度134Mpa、延伸率30％、抗蠕变相对电工用铝提高310％，抗腐蚀能力提高1.5倍。
实施例2
一、熔铸工艺
1、配料
6390kg的铝锭(99.70％铝含量、0.06％Si含量、0.10％Fe含量)、78Kg铜铝合金(24％Cu含量)、121kg稀土铝合金(10％稀土含量)、21kg硼铝 合金(3.5％B含量)、8kg精炼剂(NaCl·KCl·Na3AlF6·ZnCl2)。
本实施例中铝锭中的铁含量已足以使制备得到的稀土铝合金导体中的铁含量满足要求，故本实施例不再另行添加铁铝合金。
2、加料方式
加料时铜铝合金、稀土铝合金随铝锭搭配均匀分批地从冲天炉加入，以保证成分尽可能的均匀。
3、保温工艺
由铝锭、铜铝合金以及稀土铝合金熔化后得到的铝合金液体流入保温炉时温度控制在720～750℃；所述的进入保温炉中的铝合金液体的容积为其铝合金液体总容积的一半时加入三分之一重量的硼铝合金，当所述的铝合金液体全部进入保温炉中后，向前述铝合金液体中加入另外三分之二的硼铝合金时温度应提升至750～800℃，此时升高温度有利于硼铝合金的熔融，从而提高了硼化处理效果。
4、硼化处理
4.1保温炉铝合金液体充满一半时加入7kg硼铝合金。
4.2保温炉铝合金液体充满后加入其余14kg硼铝合金。
在不同时间段内加入硼铝合金是为了使硼元素能充分发挥作用，提高其作用效果。
4.3硼铝合金投加的位置在保温炉内均匀的分布。
5、精炼(除渣、除气、搅拌、扒渣)
5.1为了保证整炉铝合金液体的成份分布均匀，应对铝合金液体进行搅拌，并搅拌到炉的边角。
5.2当铝合金液体充满炉后，通过管道由高纯度氮气将8kg的粉末精炼剂(NaCl·KCl·Na3AlF6·ZnCl2)吹入铝合金液体底部，吹入口应在铝合金液体的底部移动，使气体及夹渣物沿铝合金液体的表面均匀地上浮，时间为5～10分钟。上浮的氧化铝渣应全部扒出炉外，以尽量减少精炼剂所引入的新杂质。
6、炉前快速分析及静置保温
当扒渣后的铝合金液体通过“炉前样品”分析确定Cu、Fe、Si及稀土含量符合要求时，静置时间25～35分钟。
7、连铸连轧工艺控制
7.1温度控制
7.1.1浇包铝水温度：710～740℃
7.1.2入轧温度：460～500℃
7.1.3终轧温度：300℃
7.1.4轧制乳液温度：50℃
7.2浇铸冷却水的控制
冷却水温度为25～30℃，压力为0.3MPa。
7.3铸机电压：70～90V
7.4轧机速度：7.5～8.5m/s；轧制乳液的压力为0.16MPa。
由此获得的稀土铝合金杆，按照重量百分含量，包含下述组分：Cu0.28％、稀土元素0.16％、Fe0.10％、Si0.10％、Al99％，其余为杂质。
本实例稀土铝合金杆的性能为：抗拉强度124Mpa、延伸率31％、抗蠕变相对电工铝提高330％，抗腐蚀能力提高1.5倍。
实施例3
一、熔铸工艺
1、配料
8520kg的铝锭(0.07％Si含量，0.12％Fe含量)、395kg铝铁合金(21％Fe含量)、139Kg铝铜合金(26％Cu含量)、126kg稀土铝合金(9.8％稀土含量)、28kg硼铝合金(3.5％B含量)、10kg精炼剂(NaCl·KCl·Na3AlF6·ZnCl2)。
2、加料方式
加料时铝铁合金、铝铜合金随铝锭搭配均匀分批地从冲天炉加入， 以保证成分尽可能的均匀。
3、保温工艺
由铝锭、铜铝合金、铝铁合金以及稀土铝合金熔化后得到的铝合金液体流入保温炉时温度控制在720～750℃；所述的进入保温炉中的铝合金液体的容积为其铝合金液体总容积的一半时加入三分之一重量的硼铝合金，当所述的铝合金液体全部进入保温炉中后，向前述铝合金液体中加入另外三分之二的硼铝合金时温度应提升至750～800℃，此时升高温度有利于硼铝合金的熔融，从而提高了硼化处理效果。
4、稀土处理和硼化处理
4.1保温炉铝合金液体充满一半时10kg硼铝合金。
4.2保温炉铝合金液体充满后加入其余18kg硼铝合金。
在不同时间段内加入硼铝合金是为了使硼元素能充分发挥作用，提高其作用效果。
4.3硼铝合金投加的位置在保温炉内均匀的分布。
5、精炼(除渣、除气、搅拌、扒渣)
5.1为了保证整炉铝合金液体的成分分布均匀，应对铝合金液体进行搅拌，并搅拌到炉的边角。
5.2当铝合金液体充满炉后，通过管道由高纯度氮气将10kg的粉末精炼剂(NaCl·KCl·Na3AlF6·ZnCl2)吹入铝合金液体底部，吹入口应在铝合金液体的底部移动，使气体及夹渣物沿铝合金液体的表面均匀地上浮，时间为5～10分钟。上浮的氧化铝渣应全部扒出炉外，以尽量减少精炼剂所引入的新杂质。
6、炉前快速分析及静置保温
当扒渣后的铝合金液体通过“炉前样品”分析确定Cu、Fe、Si含量符合要求时，静置时间25～35分钟。
7、连铸连轧工艺控制
7.1温度控制
7.1.1浇包铝水温度：710～740℃
7.1.2入轧温度：460～500℃
7.1.3终轧温度：300℃
7.1.4轧制乳液温度：50℃
7.2浇铸冷却水的控制
冷却水温度为25～30℃，压力为0.3MPa。
7.3铸机电压：70～90V
7.4轧机速度：7.5～8.5m/s；轧制乳液的压力为0.16MPa。
由此获得的铝合金材料，按照重量百分含量，包含下述组分：Cu0.30％、稀土元素0.12％、Fe0.15％、Si0.10％、Al99％，其余为杂质。
本实例稀土铝合金杆的性能为：抗拉强度132Mpa、延伸率33％、导电率61.0％IACS、7倍弯曲半径后局部放电试验合格、抗蠕变相对电工铝提高330％，抗腐蚀能力提高1.5倍。
Claims (3)
1.一种制备稀土铝合金导体的方法，其特征在于：
稀土铝合金导体按重量百分比包括以下组分：0.20～0.35%的铜，0.12～0.20%的稀土元素，0.05～0.15%的铁，0.02～0.10%的硅，余量为铝以及不可避免的杂质，所述的稀土元素包括铈和镧；
步骤如下：
1）向冲天炉中加入91～97重量份的铝、0.1～0.85重量份的铁铝合金、0.75～3.50重量份的铜铝合金以及0.8～2.8重量份的稀土铝合金，加热熔化流入保温炉，提升铝液温度750～800℃；
2）向保温炉炉内加入0.25～0.55重量份的硼铝合金并充分搅拌；
3）向保温炉投加0.04～0.06重量份的粉末精炼剂，精炼8～12分钟；
4）静置保温25～35分钟后，进行连铸连轧；
所述的铝、铜铝合金、稀土铝合金及铁铝合金熔化后得到的铝合金液体流入保温炉，此时温度为720～750℃；当向保温炉中投加硼铝合金时，温度应提升至750～800℃；进入保温炉中的铝合金液体的容积为其铝合金液体总容积的一半时加入三分之一重量的硼铝合金，当所述的铝合金液体全部进入保温炉中后加入剩余的硼铝合金；所述的粉末精炼剂为Na3AlF6、KCl、NaCl和ZnCl2组成的混合物。
2.根据权利要求1所述的制备稀土铝合金导体的方法，其特征在于：所述的铜铝合金中铜的含量为23～27%，稀土铝合金中稀土的含量在9～10%，所述的铁铝合金中铁的含量为18～22%，硼铝合金中硼的含量为2.5～3.5%。
3.根据权利要求1所述的制备稀土铝合金导体的方法，其特征在于：连铸连轧时，浇包铝水温度为710～740℃，入轧温度为460～500℃，终轧温度为300℃，轧制乳化液的温度为50℃。
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