CN102965550B - 一种高强高导耐热铝导体材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强高导耐热铝导体材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102965550B
CN102965550B CN201210517408.7A CN201210517408A CN102965550B CN 102965550 B CN102965550 B CN 102965550B CN 201210517408 A CN201210517408 A CN 201210517408A CN 102965550 B CN102965550 B CN 102965550B
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductor material
aluminium
heat resistance
strength
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210517408.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102965550A (zh
Inventor
李红英
高兆和
刘蛟蛟
韩茂盛
鲁晓超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201210517408.7A priority Critical patent/CN102965550B/zh
Publication of CN102965550A publication Critical patent/CN102965550A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102965550B publication Critical patent/CN102965550B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

一种高强高导耐热铝导体材料，包括下述组分：锆，铥，铁，硅，不可避免杂质；余量为铝。其制备方法是将工业纯铝锭熔化，向熔体中加入锆、铥、铁的中间合金，于730℃保温，依次进行精炼、静置、扒渣、铸造，得到铸锭；铸锭水冷至280～320℃后，在320℃～380℃进行等温析出退火。本发明由于采用了Zr、Tm和Fe复合微合金化，运用等温析出退火工艺，得到了细小颗粒状的Al(Tm，Fe)相和弥散分布的壳核结构的Al3(Tm，Zr)第二相，大幅提高了铝导体材料的强度、耐热性。该导体材料长期耐热温度达到210℃，抗拉强度在185MPa以上，电导率保持在60%IACS以上。可大幅提高输电线容量，增加输电线路塔杆间距，具有显著的节能环保和经济效益意义。

Description

一种高强高导耐热铝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，具体是指一种高强高导耐热铝导体材料及其制备方法，属于金属合金技术领域。
背景技术
随着我国电力需求的快速增长，电力能源在传输中的要求也越来越高。特别是在“西电东送、南北互供、全国联网”的战略部署中，输电线路存在着输电距离远，输电容量大，抵御自然灾害能力强的特点，因此对于输电导线提出了更高的要求。一方面要求输电导线具有较高的电导率，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地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。近年来，国内外大量学者探索了提高铝导体材料性能的方法，其中微合金化是改善铝导体材料综合性能的最有效手段之一。资料显示，稀土为微合金化常用添加元素，稀土添加到工业纯铝中，能够明显地细化晶粒，净化基体和晶界，提高铝合金的导电性能及抗拉强度。中国专利CN 102230113A公开了一种耐热铝合金导体材料及其制备方法，采用Zr、Er复合微合金化，获得电导率介于59.5～60.5%IACS之间，抗拉强度最大为157MPa，长期耐热温度为180℃的铝导体材料。该专利公开的合金中Fe含量控制在0.10~0.20%（质量百分比）之间，其目的在于降低合金的生产成本，这是由于原材料铝锭中通常固含0.10~0.15%的Fe，要进一步降低原材料铝锭中的Fe含量，成本将大幅度增加；研究表明，Fe在铝中的固溶度很低，即使很微量的Fe也极易形成粗大的片状Al3Fe相，降低合金的力学性能，对于力学性能要求高的合金一般应避免粗大片状Al3Fe相的形成。
发明内容
本发明的目的是提供一种组分配比合理、强度高、耐热性能好、导电性能优异的高强高导耐热铝导体材料及其制备方法；该导体材料长期耐热温度达到210℃，抗拉强度在185MPa以上，并且电导率保持在60%IACS以上。
本发明一种高强高导耐热铝导体材料，包括下述组分按质量百分比组成：
锆 0.15~0.40%；
铥 0.50~0.80%；
铁 0.50~0.95%；
硅＜0.05%；
钛、钒、铬、锰杂质元素总和小于0.01%；余量为铝。
本发明一种高强高导耐热铝导体材料的制备方法，包括下述步骤：
按设计的铝导体材料组分配比分别取硅的质量百分含量＜0.05%的工业纯铝锭，锆、铥、铁的中间合金；将工业纯铝锭熔化，向熔体中加入铝锆合金、铝铥合金和铝铁合金，于750℃~760℃保温，待中间合金完全熔化后，将合金熔液温度降至730℃保温，依次进行精炼、静置、扒渣、铸造，得到铸锭；铸锭水冷至280~320℃后，在320℃~380℃进行等温析出退火。
本发明一种高强高导耐热铝导体材料的制备方法，所述精炼采用精炼剂和N2气进行复合精炼，精炼剂由质量百分比为5~15%的NaCl与85~95%的C2Cl6组成。
本发明一种高强高导耐热铝导体材料的制备方法，等温析出退火保温4~8h后出炉空冷。
与现有技术相比，本发明的优势在于：采用Zr、Tm和Fe复合微合金化，铝液凝固过程中Tm与Fe相互影响，形成细小颗粒状的Al(Tm,Fe)相，避免了粗大Al3Fe相的出现；这主要是由于Fe在α-Al中的溶解度极小，因而容易在α-Al结晶前沿的液相中富集；此时富集在固-液界面前沿的Tm电负性较高，是一类表面活性元素，将会吸附固-液界面前沿同时存在的Fe，从而影响富铁相的成分和形貌，得到细小颗粒状的Al(Tm,Fe)相，由于这种细小Al(Tm,Fe)强化相的存在，铝导体材料的强度得到大幅提高。Tm影响Fe相的富聚、长大，使Al3Fe有害相变为Al(Tm,Fe)有益相，同时大量Fe的加入，促使较多细小Al(Tm,Fe)强化相的形成，提高了合金力学性能，并且放宽了原材料铝锭中Fe含量的要求，从而降低生产成本。运用短流程热处理技术，形成弥散分布的壳核结构的Al3(Tm,Zr)第二相，从而获得一种长期耐热温度为210℃，抗拉强度在185MPa，电导率在60%IACS以上的高强高导耐热铝导体材料。热处理过程中，Zr和Tm相互影响，相比Zr在铝合金中的扩散速度（～10-20m2s-1）Tm的扩散速度（～10-18m2s-1）较快，会优先从铝基体中析出形成弥散分布的Al3Tm相，Al3Tm充当Zr的形核点，促进Zr在Al3Tm相的外层形核，从而形成壳核结构的Al3(Tm,Zr)相。由于Al3(Tm,Zr)相的析出密度和热稳定性能高于Al3Zr、Al3Tm相，从而保证了合金具有较高强度和较好的耐热性能。该铝导体材料抗拉强度在185MPa以上，长期耐热温度为210℃，明显高于现有技术水平。该铝合金导体材料采用短流程低能耗热处理技术，无需对合金锭进行长时间的固溶处理，利用铸造铸锭余热直接进行析出退火，因此可以节省热处理所需的能耗，降低生产成本。该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。
附图说明
附图1为实施例1制备的合金的透射电镜观察组织。
附图2（a）为实施例2制备的合金的扫描电镜观察组织。
附图2（b）为实施例2制备的合金的能谱分析图。
由图1可知，基体中分布着弥散的壳核结构的Al3(Tm,Zr)第二相，核心为Tm，外层为Zr，这种第二相热稳定性相当好，从而保证了合金的高强度和耐热性。
由图2（a）可知，基体中出现了细小颗粒状的Al(Tm,Fe)相，避免了粗大AlFe相的形成，改善了合金的组织及性能。
由图2（b）可知，基体中出现的颗粒状Al(Tm,Fe)相中含有Tm和Fe元素，证明了Tm与Fe相互影响。
具体实施方式
实施例1：
取工业纯铝锭（其中Si＜0.05%）熔化，向熔体中加入铝锆中间合金、铝铥中间合金和铝铁中间合金，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15%的NaCl与85%的C2Cl6组成的精炼剂和N2气的复合精炼、静置、扒渣、铸造、320℃×4h等温析出退火，然后通过挤压拉拔得到高强高导耐热铝导体材料。对该材料进行成分分析，各元素的质量百分比为：锆为0.39%，铥为0.79%，铁为0.94%，硅为0.03%，钛、钒、铬、锰等杂质元素总和为0.0058%，铝为余量。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。由图1可知，基体中分布着弥散的壳核结构的Al3(Tm,Zr)第二相，核心为Tm，外层为Zr，这种第二相热稳定性相当好，从而保证了合金的高强度和耐热性。本专利采用QJ19型单双臂两用电桥先测出试样的电阻值，然后换算成电阻率，每个状态试样测5次取其平均值；力学性能测试在MTS858材料试验机上进行，测定的拉伸强度取5个试样的平均值；耐热性能测试采用210℃保温400小时的成品试样的抗拉强度与未保温的成品试样的抗拉强度的比值。
表1耐热铝合金导体材料综合性能评价表（实施例1）
实施例2：
取工业纯铝锭（其中Si＜0.05%）熔化，向熔体中加入铝锆中间合金、铝铥中间合金和铝铁中间合金，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10%的NaCl与90%的C2Cl6组成的精炼剂和N2气的复合精炼、静置、扒渣、铸造、350℃×6h等温析出退火，然后通过挤压拉拔得到高强高导耐热铝导体材料。对该材料进行成分分析，各元素的质量百分比为：锆为0.16%，铥为0.65%，铁为0.80%，硅为0.03%，钛、钒、铬、锰等杂质元素总和为0.0058%，铝为余量。按照实施例1所提供的方法，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2（a）、（b）为实施例2合金的扫描电镜观察组织，由图可知，基体中出现了细小颗粒状的Al(Tm,Fe)相，避免了粗大AlFe相的形成，改善了合金的组织及性能。
表2耐热铝合金导体材料综合性能评价表（实施例2）
实施例3：
取工业纯铝锭（其中Si＜0.05%）熔化，向熔体中加入铝锆中间合金、铝铥中间合金和铝铁中间合金，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5%的NaCl与95%的C2Cl6组成的精炼剂和N2气的复合精炼、静置、扒渣、铸造、380℃×8h等温析出退火，然后通过挤压拉拔得到高强高导耐热铝导体材料。对该材料进行成分分析，各元素的质量百分比为：锆为0.40%，铥为0.5%，铁为0.5%，硅为0.03%，钛、钒、铬、锰等杂质元素总和为0.0058%，铝为余量。按照实施例1所提供的方法，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（实施例3）

Claims (5)

1.一种高强高导耐热铝导体材料，包括下述组分按质量百分比组成：
锆 0.15~0.40%；
铥 0.50~0.80%；
铁 0.50~0.95%；
硅 ＜0.05%；
钛、钒、铬、锰杂质元素总和小于0.01%；余量为铝。
2.如权利要求1所述的一种高强高导耐热铝导体材料的制备方法，包括下述步骤：
按设计的铝导体材料组分配比分别取工业纯铝锭，锆、铥、铁的中间合金；将工业纯铝锭熔化，向熔体中加入铝锆合金、铝铥合金和铝铁合金，于750℃~760℃保温，待中间合金完全熔化后，将合金熔液温度降至730℃保温，依次进行精炼、静置、扒渣、铸造，得到铸锭；铸锭水冷至280~320℃后，在320℃~380℃进行等温析出退火。
3.根据权利要求2所述的一种高强高导耐热铝导体材料的制备方法，其特征在于：所述工业纯铝锭中含硅的质量百分含量＜0.05%。
4.根据权利要求2所述的一种高强高导耐热铝导体材料的制备方法，其特征在于：所述精炼采用精炼剂和N2气进行复合精炼，精炼剂由质量百分比为5~15%的NaCl与85~95%的C2Cl6组成。
5.根据权利要求2所述的一种高强高导耐热铝导体材料的制备方法，其特征在于：等温析出退火保温4~8h后出炉空冷。
CN201210517408.7A 2012-12-06 2012-12-06 一种高强高导耐热铝导体材料及其制备方法 Active CN102965550B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210517408.7A CN102965550B (zh) 2012-12-06 2012-12-06 一种高强高导耐热铝导体材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210517408.7A CN102965550B (zh) 2012-12-06 2012-12-06 一种高强高导耐热铝导体材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102965550A CN102965550A (zh) 2013-03-13
CN102965550B true CN102965550B (zh) 2014-08-06

Family

ID=47795985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210517408.7A Active CN102965550B (zh) 2012-12-06 2012-12-06 一种高强高导耐热铝导体材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102965550B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105821253B (zh) 2016-03-25 2017-06-23 中南大学 一种加铁的轻质高导耐热铝导线及其制备工艺
CN109385561B (zh) * 2018-11-30 2020-10-23 黄冈师范学院 一种Al-Mg-Si-Zr铝合金管型母线的生产工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1045222A (en) * 1974-08-01 1978-12-26 Roger J. Schoerner Aluminum alloy composite electrical conductor
CN101121978A (zh) * 2007-09-29 2008-02-13 深圳市富亿通精密科技有限公司 一种高导电导热、高强度铝合金材料、其制备方法及其应用
EP2241644A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-20 United Technologies Corporation Heat treatable L12 aluminum alloys
CN102230113A (zh) * 2011-07-18 2011-11-02 中南大学 一种耐热铝合金导体材料及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01283335A (ja) * 1988-05-10 1989-11-14 Showa Alum Corp 真空用アルミニウム合金

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1045222A (en) * 1974-08-01 1978-12-26 Roger J. Schoerner Aluminum alloy composite electrical conductor
CN101121978A (zh) * 2007-09-29 2008-02-13 深圳市富亿通精密科技有限公司 一种高导电导热、高强度铝合金材料、其制备方法及其应用
EP2241644A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-20 United Technologies Corporation Heat treatable L12 aluminum alloys
CN102230113A (zh) * 2011-07-18 2011-11-02 中南大学 一种耐热铝合金导体材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP平1-283335A 1989.11.14

Also Published As

Publication number Publication date
CN102965550A (zh) 2013-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101974709B (zh) 特软铝合金导体及其制备方法
CN108220693B (zh) 一种大稀土含量的高强高导耐热铝合金导线及其制备方法
CN101914708B (zh) 一种Al-Fe-Cu合金材料及其制备方法
CN101413079B (zh) 一种含钴的铝合金材料及其制备方法
CN102021444B (zh) 一种高导电耐热铝合金导线及其制备方法
CN102230113B (zh) 一种耐热铝合金导体材料及其制备方法
US20120211130A1 (en) High-elongation rate aluminum alloy material for cable and preparation method thereof
CN101880799A (zh) 铝铁锌镁稀土合金电线及其制造方法
CN101921932B (zh) 电焊机电缆用导电线芯铝合金及其制造方法
CN102760508B (zh) 含Hf和Ce的高电导率抗蠕变铝合金电缆导体及制备方法
CN105821253A (zh) 一种加铁的轻质高导耐热铝导线及其制备工艺
CN106893897B (zh) 一种耐热稀土铝合金导线及其制造方法
CN101629254A (zh) 一种多元复合微合金化的高强高导铜合金及其制备
CN106148786A (zh) 高强度铸造镁锂合金及其制备方法
CN105063433A (zh) 一种高导耐热铝合金单丝及其制备方法
CN108559874B (zh) 一种高强高导的耐热铝合金导线及其制备方法
CN101768688A (zh) 铝合金管型导体及其生产工艺
CN105274397A (zh) 一种高强特耐热铝合金导线及其制备方法
CN104975211A (zh) 一种高导电率热处理型中强铝合金导电单丝
CN105695808A (zh) 一种铝合金导线
CN104532074A (zh) 一种高导电率硬铝导线及其制造方法
CN103255319A (zh) 一种Al-Yb-Zr耐热铝合金及其热处理工艺
CN105369077A (zh) 一种铝合金导体材料及其制备方法
CN102965550B (zh) 一种高强高导耐热铝导体材料及其制备方法
CN109295346A (zh) 一种高导电率的柔软铝合金及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant