CN102903415B - 一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线，其是由异型铝合金单丝和复合碳纤维绞合紧压制成，其中，所述的异型铝合金单丝是由以下质量百分含量的成分组成：0.10~0.80%的铁、0.15~0.30%的铜、0.05~0.10%的硅、0.05~0.10%的锌、0.01~0.05%的镁、0.02~0.12%的稀土元素、98-99%的铝，余量为杂质。本发明所得的铝合金为新型的Al-Cu-Fe系合金材料，其抗拉强度高，伸长率较高，易于拉制加工，最后制成的导线的电阻率小，伸长率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线及制造方法。
背景技术
对于铝合金导体，有两大质量指标是至关重要的：其一是电阻率，电阻率的大小直接影响到铝合金导体的导电效果，电阻率主要由原材料的化学成分所决定，特别是在铝合金中，如果增加铜、铁、锌、镁等其它杂质元素，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。对于碳纤维作为承载导线的主体将取代传统的镀锌钢绞线，同样起到耐腐蚀的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线及制造方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线，其是由异型铝合金单丝和复合碳纤维绞合紧压制成，其中，所述的异型铝合金单丝是由以下质量百分含量的成分组成：0.10~0.80%的铁、0.15~0.30%的铜、0.05~0.10%的硅、0.05~0.10%的锌、0.01~0.05%的镁、0.02~0.12%的稀土元素、98-99%的铝，余量为杂质。
紧压系数为95%或以上。
所述的稀土元素为铈和镧。
制造一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线的方法，包括以下步骤：
1）熔铸：向熔化炉中加入91～97重量份的铝、0.75～3.50重量份的铝铜合金以及0.8～2.8重量份的铝铁合金，加热熔化后得到的金属液体的一部分流入720～750℃的保温炉中；升温至750～800℃，再向金属液体中投加一部分稀土铝合金，以及一部分的硼铝合金并搅拌；再将保温炉的温度控制在720～750℃，将剩余的金属液体流入保温炉中，再升温至750～800℃，再投加剩余的稀土铝合金、剩余的硼铝合金、1-2.20重量份的铝锌合金，0.5-2.00重量份的铝镁合金，随后投加0.04～0.06重量份精炼剂精炼8～12分钟；然后静置保温25～35分钟后，进行铸造；其中，稀土铝合金的总用量为1～2.50重量份，硼铝合金的总用量为0.25～0.55重量份；
2）调质处理：铸造所得铝合金杆在255～415℃下保温4～9个小时，然后取出自然冷却至环境温度；
3）异型拉拔、绞合及紧压：将调质处理好的铝合金杆经过铝合金拉丝机拉拔成异型铝合金单丝，然后用绞丝机把异型铝合金单丝及复合碳纤维进行绞合及紧压。
所述的铝铜合金中铜的含量为23～27%，所述的铝铁合金中铁的含量为18～22%，铝硼合金中硼的含量为2.5～3.5%，稀土铝合金中稀土的含量为9～10%，铝锌合金中锌含量为10-12%，铝镁合金中镁的含量为8-10%。
所述的稀土铝合金和硼铝合金是分批加入的。
所述的精炼剂为NaCl·KCl·Na3AlF6·ZnCl2。
步骤1）中，硼铝合金是分两批加入的，第一批加入的硼铝合金的量为硼铝合金加入总量的1/3-1/2。
步骤1）中，稀土铝合金是分两批加入的，第一批加入的稀土铝合金的量为稀土铝合金加入总量的1/3-1/2。
本发明的有益效果是：本发明所得的铝合金为新型的Al-Cu-Fe系合金材料，其抗拉强度高，伸长率较高，易于拉制加工，最后制成的导线的电阻率小，伸长率高。
具体说来：
1）本发明中铜的含量控制在0.15～0.30%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0.10～0.80%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；而且铁还能使铝合金的韧性增强，保证了铝合金在紧压绞制过程中的紧压系数达到较高的水平。
3）本发明中硅的含量控制在0.05%-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，提高了耐氧化程度，同时也提高了铝合金的工艺性能，有利于铝合金的加工处理。
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）本发明中的锌元素控制在0.05-0.10%，镁元素控制在0.01-0.05%能保证铝合金的强度增加作用。
8）本发明中制备铝合金时对铝合金进行了调质处理，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，使导电率达到甚至超过63%IACS（普通电工用铝导体的导电率标准是61%IACS），延伸率较高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
实施例1：
一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线的制造方法，包括以下步骤：
1）配料：8480kg的铝锭（0.05wt%Si含量，0.08%Fe含量）、65kg铝铁合金（22wt%Fe含量）、85kg铝铜合金（26wt%Cu含量）、42kg稀土铝合金（l0wt%稀土含量，稀土为镧和铈）、28kg硼铝合金（3.5wt%B含量)、30kg铝锌合金（11wt%锌含量）、26kg（9wt%镁含量）铝镁合金。
2）加料：加料时铝铁合金、铝铜合金随铝锭搭配均匀，分三批等量从冲天炉加入；
3）将铝锭、铝铁合金以及铝铜合金熔化后得到的铝合金液体流入720～750℃的保温炉中，当流入的铝合金液体为自身总量的一半时，将保温炉的温度提升至750～800℃，再加入22kg稀土铝合金和14kg硼铝合金；再将保温炉的温度控制在720～750℃，剩余的另一半铝合金液体再流入保温炉中，再依次加入20kg稀土铝合金、14kg硼铝合金、30kg铝锌合金和26kg铝镁合金；在此步骤中，为使得各成份分散均匀，不断对保温炉中的金属液体进行搅拌混合；
4）再通过管道由高纯度氮气（纯度为99.9996%）将10kg的粉末精炼剂（NaCl·KCl·Na3AlF6·ZnCl2）吹入铝合金液体底部，管道吹入口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，上浮的氧化铝渣全部扒出炉外，以尽量减少精炼剂所引入的新杂质。
5）静置保温，保温时间为25～35分钟。
6）连铸连轧成铝合金杆，连铸连轧的工艺条件参数为：
温度控制：
浇包铝水温度：710～740℃
入轧温度：460～500℃；
终轧温度：300℃；
轧制乳液温度：50℃；
浇铸冷却水的控制：
冷却水温度为25～30℃，压力为0.3MPa。
铸机电压：70～90V；
轧机速度：7.5～8.5m/s；轧制乳液的压力为0.16MPa。
7）由铝合金材料轧制成的铝合金杆放置于退火炉中，于270℃～400℃下保温7个小时，然后取出自然冷却至环境温度；
由此获得的铝合金杆，按照重量百分含量，由以下成分组成：Fe0.10%、Cu0.15%、Si0.06%、稀土元素镧和铈总量0.02%、Zn0.07%、Mg0.01%,Al99%,其余为杂质。
经测试，铝合金杆的性能为：抗拉强度134Mpa、延伸率30%、导电率63.0%IACS。
8）所得到的铝合金杆经铝合金高速拉丝机拉拔成截面为Z型的异型线，然后用绞丝机把异型铝合金单丝(即截面为Z型的异型线)及复合碳纤维进行绞合及紧压，并使紧压系数达到95%以上，所制得的导线的中心为复合碳纤维。
实施例2：
一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线的制造方法，包括以下步骤：
1）配料：8520kg的铝锭（0.07wt%Si含量，0.12wt%Fe含量）、395kg铝铁合金（21wt%Fe含量）、139Kg铝铜合金（26wt%Cu含量）、126kg稀土铝合金（9.8wt%稀土含量，稀土为镧和铈）、28kg硼铝合金（3.5wt%B含量)、31Kg铝锌合金（10wt%Zn含量）、27Kg铝镁合金（10wt%Mg含量）。
2）加料：加料时铝铁合金、铝铜合金随铝锭搭配均匀，分三批等量从冲天炉加入；
3）将铝锭、铝铁合金以及铝铜合金熔化后得到的铝合金液体流入720～750℃的保温炉中，当流入的铝合金液体为自身总量的一半时，将保温炉的温度提升至750～800℃，再加入60kg稀土铝合金和14kg硼铝合金；再将保温炉的温度控制在720～750℃，剩余的另一半铝合金液体再流入保温炉中，再依次加入66kg稀土铝合金、14kg硼铝合金、31kg铝锌合金和27kg铝镁合金；在此步骤中，为使得各成份分散均匀，不断对保温炉中的金属液体进行搅拌混合；
4）再通过管道由高纯度氮气（纯度为99.9996%）将10kg的粉末精炼剂（NaCl·KCl·Na3AlF6·ZnCl2）吹入铝合金液体底部，管道吹入口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，上浮的氧化铝渣全部扒出炉外，以尽量减少精炼剂所引入的新杂质；
5）静置保温，保温时间为25～35分钟；
6）连铸连轧成铝合金杆，连铸连轧的工艺条件参数为：
温度控制：
浇包铝水温度：710～740℃
入轧温度：460～500℃；
终轧温度：300℃；
轧制乳液温度：50℃；
浇铸冷却水的控制：
冷却水温度为25～30℃，压力为0.3MPa。
铸机电压：70～90V；
轧机速度：7.5～8.5m/s；轧制乳液的压力为0.16MPa。
7）由铝合金材料轧制成的铝合金杆放置于退火炉中，于270℃～400℃下保温8个小时，然后取出自然冷却至环境温度；
由此获得的铝合金杆，按照重量百分含量，包含下述组分：Fe0.80%、Cu0.30%、Si0.10%、稀土元素镧和铈总量0.12%、Zn0.06%、Mg0.01%、Al98%,其余为杂质。
经测试，铝合金杆的性能为：抗拉强度132Mpa、延伸率33%、导电率63%IACS。
8）所得到的铝合金杆经铝合金高速拉丝机拉拔成截面为Z型的异型线，然后用绞丝机把异型铝合金单丝及复合碳纤维进行绞合及紧压，并使紧压系数达到95%以上，所制得的导线的中心为复合碳纤维。
本实施例制成的导线的延伸率达到28%。
Claims (3)
1.一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）熔铸：向熔化炉中加入91～97重量份的铝、0.75～3.50重量份的铝铜合金以及0.8～2.8重量份的铝铁合金，加热熔化后得到的金属液体的一部分流入720～750℃的保温炉中；升温至750～800℃，再向金属液体中投加一部分稀土铝合金，以及一部分的硼铝合金并搅拌；再将保温炉的温度控制在720～750℃，将剩余的金属液体流入保温炉中，再升温至750～800℃，再投加剩余的稀土铝合金、剩余的硼铝合金、1-2.20重量份的铝锌合金，0.5-2.00重量份的铝镁合金，随后投加0.04～0.06重量份精炼剂精炼8～12分钟；然后静置保温25～35分钟后，进行铸造；其中，稀土铝合金的总用量为1～2.50重量份，硼铝合金的总用量为0.25～0.55重量份；
2）调质处理：铸造所得铝合金杆在255～415℃下保温4～9个小时，然后取出自然冷却至环境温度；
3）异型拉拔、绞合及紧压：将调质处理好的铝合金杆经过铝合金拉丝机拉拔成异型铝合金单丝，然后用绞丝机把异型铝合金单丝及复合碳纤维进行绞合及紧压；
所述的铝铜合金中铜的含量为23～27%，所述的铝铁合金中铁的含量为18～22%，铝硼合金中硼的含量为2.5～3.5%，稀土铝合金中稀土的含量为9～10%，铝锌合金中锌含量为10-12%，铝镁合金中镁的含量为8-10%；所述的稀土铝合金和硼铝合金是分批加入的；步骤1）中，硼铝合金是分两批加入的，第一批加入的硼铝合金的量为硼铝合金加入总量的1/3-1/2；步骤1）中，稀土铝合金是分两批加入的，第一批加入的稀土铝合金的量为稀土铝合金加入总量的1/3-1/2；
其中，所制备的异型铝合金单丝是由以下质量百分含量的成分组成：0.10~0.80%的铁、0.15~0.30%的铜、0.05~0.10%的硅、0.05~0.10%的锌、0.01~0.05%的镁、0.02~0.12%的稀土元素、98-99%的铝，余量为杂质；紧压系数为95%或以上；所述的稀土元素为铈和镧。
2.一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线，其特征在于：其是由异型铝合金单丝和复合碳纤维绞合紧压制成，其中，所述的异型铝合金单丝按照权利要求1的方法制备的，所述的异型铝合金单丝是由以下质量百分含量的成分组成：0.10~0.80%的铁、0.15~0.30%的铜、0.05~0.10%的硅、0.05~0.10%的锌、0.01~0.05%的镁、0.02~0.12%的稀土元素、98-99%的铝，余量为杂质；紧压系数为95%或以上；所述的稀土元素为铈和镧。
3.根据权利要求1所述的一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线的制造方法，其特征在于：所述的精炼剂为NaCl·KCl·Na3AlF6·ZnCl2。
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