CN102230113A

CN102230113A - 一种耐热铝合金导体材料及其制备方法

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Publication number: CN102230113A
Application number: CN2011102019545A
Authority: CN
Inventors: 李红英; 宾杰; 巫荣海
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2031-07-18
Also published as: CN102230113B

Abstract

一种耐热铝合金导体材料及其制备方法。包括下述组分组成：锆0.06-0.15％；铒0.15-0.30％；铁0.10-0.20％；硅小于0.05％；钛、钒、铬、锰等不可避免杂质总和小于0.01％；铝为余量。其制备方法是将各组分熔铸后直接轧制即可。该导体材料不需进行热处理即可实现导电率在59.5～60.5％IACS之间，长期耐热温度达到180℃，短期耐热温度达到210℃，是一种极具潜力的电线电缆用导体材料。该导体材料可广泛用于电力工程的建设和扩容改造，大幅提高输电线容量，减少输送线损，同时可以增加输电线路塔杆间距，减少线路建设成本，节约紧张的走廊资源，具有显著的经济效益和节能环保意义。本发明组分配比合理、制备工艺简单，便于实现连续生产，可有效减低耐热铝合金的生产成本以及能源消耗，适于工业化应用。

Description

一种耐热铝合金导体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电线电缆用导体材料，具体是指一种耐热铝合金导体材料及其制备方法，属于合金材料技术领域。

背景技术

随着电网负荷的增加，电力输送朝高压化、大容量化、远距离化方向发展，对输电导线提出了苛刻的要求，一方面要求输电导线具有较高的导电率，降低输送线损，提高输送效率，另一方面要求输电导线具有良好的耐热性能和抗弧垂特性，减少线路建设成本，节约紧张的走廊资源。但是，铝导体材料的导电性和耐热性能是一对矛盾体，两者往往陷入此消彼长的困境，是开发耐热铝导体材料的技术瓶颈。

微合金化是改善铝导体材料综合性能的最有效手段之一。Er是铝合金微合金化研究的热点，中国专利CN 101418401B公开发明了一种Al-Er合金导线材料，表明纯铝中添加适量Er可在保持较高导电率的前提下提高合金的硬度，然而该专利并未证实Er对耐热性能的有益作用。Zr是耐热铝导体材料中最常用的微合金化元素，中国专利CN 1924053A公开发明了一种含Zr的高导电超耐热铝合金导线，其Zr添加量数倍于普通耐热合金导线，Zr添加量过高时会显著减低导电率，采用长时间热处理能使部分固溶态Zr析出，在基体中形成弥散的Al₃Zr金属化合物，减小Zr对导电率的有害影响并提高耐热性能，因此该高导电超耐热铝合金导线生产时必须在一定温度下进行长时间的热处理，能耗较高且不易实现连续生产。Zr、Er具有相近的物理、化学性质，两者复合添加可对铝合金的耐热性能产生积极的影响，《稀有金属材料与工程》2009年第38卷发表论文“微量Zr、Er对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响”，表明Er、Zr复合添加能显著抑制Al-Zn-Mg合金的再结晶行为，大幅提高合金的耐热性能。本发明在工业纯铝中复合添加Zr、Er，并控制合理的Fe含量，无需热处理即获得一种耐热温度达到180℃的铝合金导体材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、制备工艺简单，铸造后直接轧制即获得具有较高电导率以及较好耐热性能的耐热铝合金导体材料及其制备方法。

本发明一种耐热铝合金导体材料，包括下述组份按重量百分比组成：

锆 0.06-0.15％；

铒 0.15-0.30％；

铁 0.10-0.20％；

硅＜0.05％；

钛、钒、铬、锰元素总含量小于0.01％；余量为铝。

本发明一种耐热铝合金导体材料的导电率在59.5～60.5％IACS，长期耐热温度达到180℃，短期耐热温度达到210℃。

本发明一种耐热铝合金导体材料的制备方法，是取纯度大于99.7％的工业纯铝锭熔化，向熔体中加入锆、铒、铁的中间合金，于750℃-760℃保温，待中间合金完全熔化后，搅拌，将合金熔液降至730℃保温，依次进行精炼、静置、扒渣，然后通过连铸连轧获得耐热铝合金导体材料。

本发明一种耐热铝合金导体材料的制备方法中，所述纯度大于99.7％的工业纯铝锭中，含铁、硅的质量百分比为：铁＜0.15％，硅＜0.05％。

本发明一种耐热铝合金导体材料的制备方法中，所述加入锆、铒、铁的中间合金，控制合金熔液中各元素的质量百分比为：锆0.06-0.15％；铒0.15-0.30％；铁0.10-0.20％；硅＜0.05％；钛、钒、铬、锰元素总量小于0.01％；余量为铝。

本发明一种耐热铝合金导体材料的制备方法中，所述锆的中间合金为Al-11.34％Zr；所述铒的中间合金为Al-4.7％Er；所述铁的中间合金为Al-5.0％Fe。

本发明一种耐热铝合金导体材料的制备方法中，所述连铸连轧工序中进轧温度为480℃-530℃，终轧温度为200℃-280℃，轧制的总变形量为96.4％。

本发明由于采用上述组份配比，制备的耐热铝合金导体材料无需热处理，熔铸后直接轧制，即可获得导电率介于59.5～60.5％IACS之间，长期耐热温度为180℃，短期耐热温度为210℃的导体材料。本发明组份中采用了Zr、Er复合微合金化和控铁处理，其中Zr的添加量限制在较低水平，目的是在提高耐热性能的前提下尽量降低对导电率的影响，同时与Er复合添加进一步提高了耐热性能，此外，Fe对铝导体材料导电率的影响很小，控铁处理也有益于耐热性能的提高。按照本发明组份配比的合金液，通过连铸连轧就能使铝基体形成弥散分布的纳米级第二相，相比于固溶态，微合金化元素的这种存在形式对导电率的影响小得多，且纳米级的第二相还能有效钉扎位错和晶界，抑制变形组织发生再结晶，大幅度提高铝导体材料的耐热性能。该耐热铝合金导体材料采用连铸连轧的方式生产，无需对合金锭进行长时间的热处理，因此可以节省热处理所需的能耗，减低生产成本，并且可以实现连续生产。该耐热铝导体材料是一种潜力巨大的电线电缆用导体材料，用于架空导线将大大减少输电线损，增大输电线路塔杆间距，降低线路建设成本，节约紧张的走廊资源，具有显著的经济效益和环保意义。

综上所述，本发明组分配比合理、制备工艺简单，铸造后直接轧制即获得具有较高电导率以及较好耐热性能的耐热铝合金导体材料；便于实现连续生产，可有效减低耐热铝合金的生产成本以及能源消耗，适于工业化应用。

附图说明

附图1：为本发明实施例2制备的合金的透射电镜观察组织。

由图可知，合金材料的基体上分布有纳米级的第二相。

具体实施方式

实施例1：

以纯度大于99.7％的工业纯铝锭(其中Fe＜0.15％，Si＜0.05％)、Al-11.34％Zr中间合金、Al-4.7％Er中间合金和Al-5.0％Fe中间合金为原料，先将工业纯铝放入熔炉中熔化，合金液在750℃-760℃保温，加入铝锆中间合金、铝铒中间合金和铝铁中间合金，使各元素的质量百分比为：锆为0.06％，铒为0.29％，铁为0.12％，硅为0.03％，钛、钒、铬、锰等杂质元素总和为0.0058％，铝为余量。待中间合金完全熔化后，搅拌，将合金熔液降至730℃保温，依次进行搅拌、精炼、静置、扒渣，通过连铸连轧获得耐热铝合金导体材料，其中进轧温度为530℃，终轧温度为280℃，轧制的总变形量为96.4％。对铝导体材料进行导电率和耐热性能测试，结果如表1所示。

表1耐热铝合金导体材料综合性能评价表

实施例2：

以纯度大于99.7％的工业纯铝锭(其中Fe＜0.15％，Si＜0.05％)、Al-11.34％Zr中间合金、Al-4.7％Er中间合金和Al-5.0％Fe中间合金为原料，先将工业纯铝放入熔炉中熔化，合金液在750℃-760℃保温，加入铝锆中间合金、铝铒中间合金和铝铁中间合金，使各元素的质量百分比为：锆为0.11％，铒为0.22％，铁为0.19％，硅为0.04％，钛、钒、铬、锰等杂质元素总和为0.071％，铝为余量。待中间合金完全熔化后将，将合金熔液降至730℃保温，依次进行搅拌、精炼、静置、扒渣，通过连铸连轧获得耐热铝合金导体材料，其中进轧温度为500℃，终轧温度为240℃，轧制的变形量为96.4％。对铝导体材料进行导电率和耐热性能测试，结果如表2所示。图1为实施例2合金的透射电镜观察组织，由图可知，合金材料的基体上分布有纳米级的第二相，相比于固溶态，微合金化元素以这种形式存在对合金导电率的影响要小得多，同时能较大幅度提高材料的耐热性能。

表2耐热铝合金导体材料综合性能评价表

实施例3：

以纯度大于99.7％的工业纯铝锭(其中Fe＜0.15％，Si＜0.05％)、Al-11.34％Zr中间合金、Al-4.7％Er中间合金和Al-5.0％Fe中间合金为原料，先将工业纯铝放入熔炉中熔化，合金液在750℃-760℃保温，加入铝锆中间合金、铝铒中间合金和铝铁中间合金，使各元素的质量百分比为：锆为0.15％，铒为0.15％，铁为0.16％，硅为0.03％，钛、钒、铬、锰等杂质元素总和为0.063％，铝为余量。待中间合金完全熔化后，搅拌，将合金熔液降至730℃保温，依次进行搅拌、精炼、静置、扒渣，通过连铸连轧获得耐热铝合金导体材料，其中进轧温度为480℃，终轧温度为200℃，轧制的总变形量为96.4％。对铝导体材料进行导电率和耐热性能测试，结果如表3所示。

表3耐热铝合金导体材料综合性能评价表

Claims

1.一种耐热铝合金导体材料，包括下述组份按重量百分比组成：

锆 0.06-0.15％；

铒 0.15-0.30％；

铁 0.10-0.20％；

硅＜0.05％；

钛、钒、铬、锰元素总含量小于0.01％；余量为铝。

2.制备如权利要求1所述的一种耐热铝合金导体材料的方法，是取纯度大于99.7％的工业纯铝锭熔化，向熔体中加入锆、铒、铁的中间合金，于750℃-760℃保温，待中间合金完全熔化后，搅拌，将合金熔液降至730℃保温，依次进行精炼、静置、扒渣，然后通过连铸连轧获得耐热铝合金导体材料。

3.根据权利要求2所述的一种耐热铝合金导体材料的制备方法，其特征在于：所述纯度大于99.7％的工业纯铝锭中，含铁、硅的质量百分比为：铁＜0.15％，硅＜0.05％。

4.根据权利要求3所述的一种耐热铝合金导体材料的制备方法，其特征在于：所述向熔体中加入锆、铒、铁的中间合金，控制合金熔液中各元素的质量百分比为：锆0.06-0.15％；铒0.15-0.30％；铁0.10-0.20％；硅＜0.05％；钛、钒、铬、锰元素总量小于0.01％；余量为铝。

5.根据权利要求4所述的一种耐热铝合金导体材料的制备方法，其特征在于：所述锆的中间合金为Al-11.34％Zr；所述铒的中间合金为Al-4.7％Er；所述铁的中间合金为Al-5.0％Fe。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的一种耐热铝合金导体材料的制备方法，其特征在于：所述连铸连轧工序中，进轧温度为480℃-530℃，终轧温度为200℃-280℃，轧制的总变形量为96.4％。