CN102703770A - 一种用于电线电缆的铝铁铜镁稀土合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电线电缆的铝铁铜镁稀土合金材料及其制备方法，其中用于电线电缆的铝铁铜镁稀土合金材料的原料按质量百分比构成为：铁0.10-1.00%，铜0.01-0.40%，镁0.005-0.20%，铈0.01-0.50%，硼0.006-0.01%，余量为铝；其制备方法是各原料经过熔炼后铸造成铝合金试棒，铝合金试棒经多次旋锻成铝合金杆，对所得铝杆进行退火处理，退火后进行拉制，对拉制成的铝线进行退火处理。本发明制备的铝合金电线具有优异的电性能和机械性能，可应用于电线电缆导体。

Description

一种用于电线电缆的铝铁铜镁稀土合金材料及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种电线电缆导体用材料及其制备方法，特别涉及一种铝铁铜镁稀土合金材料及其制备方法。

二、背景技术

目前电缆导体大部分采用铜导线，由于铜资源紧张，铜价居高不下，铜导体占铜缆线成本的约70%，制造铜电缆的成本太大，但使用纯铝，长期运行或电流过载后发生较大的蠕变，导致接触电阻太大，易引起事故，且弯曲性能不好，易开裂或折断，同样易引发事故。

目前广泛使用的铝合金电线电缆的导电率为61%IACS，如果铝合金电线电缆的导电率能从61%IACS升高到62%IACS及以上时，则线路的损耗可以减少1.5%以上，这对于我国这样一个能耗大国来说，对能源的节约则是相当客观的，因此，开发研制新型的高强高导电率铝合金导体材料并加以推广应用将具有很大的社会和经济意义。

三、发明内容

本发明旨在提供一种用于电线电缆的铝铁铜镁稀土合金材料及其制备方法，所要解决的技术问题是提高材料的导电性能和机械性能。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明用于电线电缆的铝铁铜镁稀土合金材料，其特征在于其原料按质量百分比构成为：

铁0.10-1.00%，铜0.01-0.40%，镁0.005-0.20%，铈0.01-0.50%，余量为铝以及一些不可避免的杂质。

本发明用于电线电缆的铝铁铜镁稀土合金材料的制备方法，包括熔炼、精炼、浇注、旋锻、退火和拉制各单元过程：

所述熔炼是将铝加入熔炼炉中于720-750℃熔炼，熔炼至铝液出现时加入常规覆盖剂，防止铝液氧化和吸气，将铝全部熔化后保温5min得到铝液；将铝液表面的覆盖剂除去，加入铁剂和铝铜合金以及常规覆盖剂，保温20min；随后升温至750-780℃，去除覆盖剂后加入镁、铝硼合金和铝铈合金，加入常规覆盖剂后保温30min得到合金液；

所述精炼是将合金液降温至740-760℃，去除表面覆盖剂，搅拌均匀后加入精炼剂和六氯乙烷对合金液进行精炼4-6min；精炼剂的添加量为合金液质量的0.06-0.10%，六氯乙烷的添加量为合金液质量的0.40-0.60%；

精炼结束后将合金液降温至700-730℃静置30-60min，去除合金液表面的精炼剂和浮渣后浇注得到铝合金试棒，将铝合金试棒旋锻，每次旋锻的截面缩减率均小于25%，得到直径12mm的铝杆；

对铝杆进行退火处理，退火温度250-350℃，时间为12-30h，随后经拉制得到直径2.5-3mm的铝线，对铝线进行退火处理，退火温度350-380℃，时间为20-40min。

所述铁剂中铁的质量百分含量为70-80%；

所述铝铜合金中铜的质量百分含量为48-52%；

所述铝的纯度不低于99.7%；

所述镁的纯度不低于99.95%；

所述铝硼合金中硼的质量百分含量为2.5-3.5%；

所述铝铈合金中铈的质量百分含量为9-10%。

所述精炼剂为NaCl、KCl和Na₃AlF₆组成的混合物，其中NaCl的质量占精炼剂质量的25-35%，KCl质量占精炼剂质量的45-50%，余量为Na₃AlF₆。

本发明所得的铝铁铜镁稀土合金材料，具有如下优点：

1、本发明中铁元素含量控制在0.10~1.00%之间，铁可以提高铝合金的强度，同时还提高了铝合金的抗蠕变性和热稳定性，而过多会对铝合金的导电性能造成影响。

2、本发明中铜元素含量控制在0.01~0.40%之间，铜可以提高铝合金的抗拉强度，同时提高伸长率，易于后续加工，铜还可以提高铝合金的高温时电阻的热稳定性，而过多会对铝合金的导电性能造成影响。

3、本发明中镁元素含量控制在0.005~0.20%之间，镁可以提高铝合金的强度，同时镁能提高合金的耐腐蚀性能，镁还能够与少量杂质硅形成硅镁化合物，进一步增加铝合金的强度，镁的加入会影响铝合金的导电率，但当镁的含量低于0.005%时，合金导线的耐弯曲性能变差。

4、本发明中的硼元素可与Ti、V、Mn、Cr等杂质元素反应，形成化合物后被浮渣捞除，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。

5、本发明中的铈是一种极活泼的稀土元素，如果数量较少，不出现稀土铈相，因而作用效果不明显，加入过大成本高而且可能产生负面作用。本发明铈元素含量控制在0.01~0.50%之间，铈可以降低铝固溶体中硅的含量，从而将硅对铝合金导电率的影响减少至较小的水平，同时铈元素的加入还改善了铝合金材料中晶体的组织结构，提高了铝合金的力学性能，有利于铝合金的加工处理。

6、本发明中制备铝铁铜镁稀土合金材料对铝线进行了退火处理，改善了拉制过程中应力作用对导体组织结构的不利影响，使其导电率达到甚至超过62%IACS、抗拉强度和延伸率分别达到125MPa和15%。

四、具体实施方式

铝铁铜镁稀土合金材料的原料成分见表1，制备成直径为2.55mm的铝合金单线。

表1铝铁铜镁稀土合金材料成分，单位wt%

	Fe	Cu	Mg	Ce	Al
						实施例1	0.138	0.1	0.075	0.2	余量
实施例2	0.138	0.2	0.075	0.2	余量
						实施例3	0.3	0.1	0.05	0.4	余量

*由于B的含量很少并被与Ti、V、Mn、Cr等杂质元素反应后捞除，制备的材料中检测不到B，故表1未见B。

实施例1：

按表1中实施例1的合金成分通过以下步骤制备：

1、纯铝的熔炼：将纯铝（纯度99.70%）加入熔炼炉中于720-750℃熔炼，熔炼至铝液出现时加入RF1-1覆盖剂，防止铝液氧化和吸气，将铝全部熔化后保温5min得到铝液；。

2、铝液合金化：去除铝液表面覆盖剂，加入铁剂（铁的质量百分含量为70-80%）及铝铜合金（铜的质量百分含量为48-52%），加入RF1-1覆盖剂，保温20min。

3、铝液合金化、硼化处理及稀土优化处理：升温至750-780℃，去除表面覆盖剂，搅拌后，分别加入镁（纯度不低于99.95%）、铝硼合金（硼的质量百分含量为2.5-3.5%）和铝铈合金（铈的质量百分含量为9-10%），加入RF1-1覆盖剂保温30min得到合金液。

4、铝液的精炼：将合金液降温至740~760℃，去除表面覆盖剂，搅拌后，对合金液进行精炼，加入精炼剂和六氯乙烷，精炼剂的添加量为合金液质量的0.08%，六氯乙烷的添加量为合金液质量的0.5%，精炼时间为5min。精炼剂为NaCl、KCl和Na₃AlF₆组成的混合物，其中NaCl的质量占精炼剂质量的30%，KCl质量占精炼剂质量的47%，余量为Na₃AlF₆。

5、静置保温与铸造：精炼结束后，降温至700-730℃静置30-60min，然后将合金液表面的精炼剂和浮渣除去，浇注成铝合金试棒。

6、旋锻：将铝合金试棒进行多次旋锻，每次旋锻的截面缩减率均小于25%，最终锻成直径为12mm的铝杆。

7、退火处理：对铝杆进行退火处理，退火温度250-350℃，时间为12-30h。

8、拉制及退火处理：铝杆经多道次拉制成直径为2.55mm的铝线，对铝线进行退火处理，退火温度350-380℃，时间为20-40min。

实施例2：

按表1中实施例2的合金成分，制备方法与实施例1相同。

实施例3

按表1中实施例3的合金成分，制备方法与实施例1相同。

表2为实施例1-3制备的直径为2.55mm铝线的性能测试结果。

	电阻率Ω.m	导电率（IACS）	抗拉强度MPa	延伸率%
					实施例1	2.772×10-8	62.2%	126	15.0
实施例2	2.780×10-8	62.0%	132	14.2
					实施例3	2.794×10-8	61.7%	138	12.5

从表2中可以看出，实施例1、2及3的铝铁铜镁稀土合金材料导电率都能达到61.7%IACS，抗拉强度不小于126MPa，断裂延伸率不小于12.5%，由此制备的铝导线具有优异的电性能和机械性能，可应用于电线电缆导体。

Claims (4)

1.一种用于电线电缆的铝铁铜镁稀土合金材料，其特征在于其原料按质量百分比构成为：

铁0.10-1.00%，铜0.01-0.40%，镁0.005-0.20%，铈0.01-0.50%，硼0.006-0.01%，余量为铝。

2.一种权利要求1所述的用于电线电缆的铝铁铜镁稀土合金材料的制备方法，包括熔炼、精炼、浇注、旋锻、退火和拉制各单元过程，其特征在于：

所述熔炼是将铝加入熔炼炉中于720-750℃熔炼，熔炼至铝液出现时加入常规覆盖剂，将铝全部熔化后保温5min得到铝液；将铝液表面的覆盖剂除去，加入铁剂和铝铜合金以及常规覆盖剂，保温20min；随后升温至750-780℃，去除覆盖剂后加入镁、铝硼合金和铝铈合金，加入常规覆盖剂后保温30min得到合金液；

所述精炼是将合金液降温至740-760℃，去除表面覆盖剂，搅拌均匀后加入精炼剂和六氯乙烷对合金液进行精炼4-6min；精炼剂的添加量为合金液质量的0.06-0.10%，六氯乙烷的添加量为合金液质量的0.40-0.60%；

精炼结束后将合金液降温至700-730℃静置30-60min，去除合金液表面的精炼剂和浮渣后浇注得到铝合金试棒，将铝合金试棒旋锻得到直径12mm的铝杆；

对铝杆进行退火处理，退火温度250-350℃，时间为12-30h，随后经拉制得到直径2.5-3mm的铝线，对铝线进行退火处理，退火温度350-380℃，时间为20-40min。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

所述铁剂中铁的质量百分含量为70-80%；

所述铝铜合金中铜的质量百分含量为48-52%；

所述铝的纯度不低于99.7%；

所述镁的纯度不低于99.95%；

所述铝硼合金中硼的质量百分含量为2.5-3.5%；

所述铝铈合金中铈的质量百分含量为9-10%。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述精炼剂为NaCl、KCl和Na₃AlF₆组成的混合物，其中NaCl的质量占精炼剂质量的25-35%，KCl质量占精炼剂质量的45-50%，余量为Na₃AlF₆。