CN103160714B - 一种含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线的制备方法。通过回收NdFeB磁性废品废料并将其制备成中间合金，利用Nd、Fe、B三种元素作为铝合金导线的微合金化元素，在铝合金导线制备过程的熔炼中将Al-Nd-Fe-B中间合金加入铝液，起微合金化强化的作用。本发明与现有技术相比，含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线具有优良的综合性能，同时更好地综合利用NdFeB磁性废品废料，降低回收成本，节约资源，减少工业垃圾，保护环境。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金导线，尤其涉及一种含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线的制备，实现了利用Nd、Fe、B微合金化元素制备高性能铝合金导线和对NdFeB磁废料的更有效利用，适用于材料制备技术领域。
背景技术
稀土钕加入铝中,可细化晶粒,改变夹杂物的形态，取得很好的变质效果。硼可细化晶粒，改善晶粒形貌，净化杂质，提高铝合金成分稳定性。利用Nd、Fe、B产生的微合金化作用，可使铝合金导线具有优良的导电率和抗拉强度，改善其耐热性、抗蠕变性和抗腐蚀性，提高铝合金导线的综合性能。
钕属于“贵族”稀土元素，目前，已有一些工艺方法可对NdFeB永磁体废料中有价成分特别是Nd、Fe、B成分进行回收。永磁体是具有高磁性能和高性价比的新一代稀土永磁材料，广泛应用于各种技术领域。在其生产过程中，从原料预处理到最后产品检测每一道工序都不可避免地产生废品或废料。但是现有回收工艺方法复杂，回收率不稳定，回收成本较高。如何最大限度地综合利用NdFeB磁性废品废料和数量可观的磁性元件废品，是一项重要课题。
本发明通过回收NdFeB磁性废品废料，直接熔炼制成中间合金，将其用于高性能铝合金导线的制备，回收工艺简单稳定，可以在大幅度降低NdFeB废料回收成本的同时利用Nd、Fe、B微合金化元素制备高性能铝合金导线。并且更好地综合利用NdFeB磁性废品废料，节约资源，减少工业垃圾，保护环境，产生显著的社会效益和可观的经济效益。
在本发明完成之前，尚未见到与本发明制备方法相同的NdFeB磁性废品废料的应用，未见到有用与本发明相同的铝合金导线的制备方法制备的产品有销售，也未见到有与本发明相同的含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线的制备方法在文献中有记载。
发明内容
本发明立足于NdFeB磁性废品废料的回收以及Nd、Fe、B三种微合金化元素在铝合金导线制备中的应用，提供一种制备含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线的方法。
实现上述目的的技术解决方案如下：
一种含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线，其特征在于，所述铝合金导线按重量百分比包含如下元素：铁Fe0.8%，铜Cu0.15%，钕Nd0.01%-0.04%，硼B0.004%，硅Si0.06%，铝Al及其他不可避免的杂质。
铝合金导线电阻率为2.77-2.95×10-8Ω·m，即58.5-62.2IACS；抗拉强度σ为110-131MPa，延伸率δ为25-37%。
一种含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：Al-Nd-Fe-B中间合金制备
将NdFeB磁性废料在感应炉中熔化，熔化温度为1500℃，浇铸成Al-Nd-Fe-B中间合金，备用；
步骤二：铝合金配料
按重量百分比：铁Fe0.72%-0.78%，铜Cu0.15%，硼B0.003%-0.004%，硅Si0.06%，余量为铝配料；
步骤三：铝合金熔炼
将99.7%的工业纯铝锭放入中频感应电炉中熔化，再加入各元素的中间合金，搅拌，保温；
步骤四：Al-Nd-Fe-B中间合金添加
向中频炉内铝合金液体中加入Al-Nd-Fe-B中间合金液体，搅拌除杂质；精炼、除气；除渣，静置30分钟，温度控制在750℃-800℃之间；期间对炉内成分进行分析和调整；
步骤五：连铸连轧
轧机进口温度为：480℃-560℃，出口温度为：270℃-320℃；
步骤六：拉丝
多道次小变形量拉拔，圆铝杆经14道拉丝得到铝线；
步骤七：退火处理
拉丝后退火处理，退火温度为360℃-420℃，退火时间为30分钟；自然冷却得到含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线。
Nd、Fe、B是通过磁性材料回收获得，以Al-Nd-Fe-B中间合金形式加入铝合金。
熔炼NdFeB废料时，采用真空熔炼，待炉料全部熔化后，用大功率电磁搅拌少许时间，以保证合金成分均匀。
浇铸所得Al-Nd-Fe-B中间合金含Nd、Fe、B总量为15%。
制备的Al-Nd-Fe-B中间合金经过熔化以液体形式加入铝合金液。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
本发明通过制备Al-Nd-Fe-B中间合金，综合利用NdFeB磁性废品废料，简化回收工艺，降低回收成本。
本发明利用Nd、Fe、B在铝合金中的微合金化作用，通过控制熔炼，添加Al-Nd-Fe-B中间合金，连铸连轧工艺，拉丝变形工艺，退火处理等工艺措施，制备高性能铝合金导线。
本发明与现有技术相比，含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线在具有优良综合性能的同时，更好地综合利用NdFeB磁性废品废料，节约资源，减少工业垃圾，保护环境。
具体实施方式
通过以下实施例对比，更好的阐述本发明所述的铝合金导线制备方法。
实施例1：
1.Al-Nd-Fe-B中间合金制备：将NdFeB磁性废料在真空熔化，熔化温度为1500℃，浇铸成含Nd、Fe、B总量15%的Al-Nd-Fe-B中间合金，备用；
2.铝合金配料：100kg A99.7工业纯铝锭添加:3.9kg的Al-Fe（含Fe20%）中间合金，1kg的Al-Cu（含Cu20%）中间合金，0.12kg的Al-B(含B3.5%)中间合金，0.5kg的Al-Si（含Si12%）中间合金。
3.铝合金熔炼：将纯铝锭加入中频感应电炉中熔化，待铝液温度升至800℃，加入3.9kg的Al-Fe（含Fe20%）中间合金，1kg的Al-Cu中间合金，0.5kg的Al-Si（含Si12%）中间合金，搅拌，保温；
4.Al-Nd-Fe-B中间合金添加：保温，温度控制在750℃-800℃之间，添加0.3Kg的Al-Nd-Fe-B中间合金（含Nd、Fe、B总量15%）液体，除杂；精炼、除气；除渣，静置30分钟，期间对炉内成分进行分析与调整。
5.连铸连轧：将温度为750℃-800℃的铝合金液注入结晶器进行连铸连轧。控制铸坯进入轧机的温度为510℃-600℃，轧机出口处圆铝杆温度为310℃-360℃。
6.拉丝：多道次小变形量拉拔，圆铝杆经14道拉丝得到铝线。
7.退火处理：拉丝后对含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线进行退火处理，退火温度360℃，退火时间30分钟，自然冷却。
8.产品成分的重量百分比为：铁Fe0.79%、铜Cu0.13%、硅Si0.062%、钕Nd0.01%、硼B0.0038%，余量为铝Al。
9.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试，其电阻率为2.9472×10-8Ω·m，相当于58.5IACS；抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试，σ=110MPa，延伸率δ=37%。
实施例2：
1.Al-Nd-Fe-B中间合金制备：将NdFeB磁性废料真空熔化，熔化温度为1500℃，浇铸成含Nd、Fe、B总量15%的Al-Nd-Fe-B中间合金，备用；
2.铝合金配料：100kg A99.7工业纯铝锭添加:3.8kg的Al-Fe（含Fe20%）中间合金，1kg的Al-Cu（含Cu20%）中间合金，0.09kg的Al-B(含B3.5%)中间合金，0.5kg的Al-Si（含Si12%）中间合金。
3.铝合金熔炼：将纯铝锭加入中频感应电炉中熔化，待铝液温度升至800℃，加入3.8kg的Al-Fe（含Fe20%）中间合金，1kg的Al-Cu中间合金，0.5kg的Al-Si（含Si12%）中间合金，搅拌，保温；
4.Al-Nd-Fe-B中间合金添加：保温，温度控制在750℃-800℃之间，添加0.5Kg的Al-Nd-Fe-B中间合金（含Nd、Fe、B总量15%）液体，除杂；精炼、除气；除渣，静置30分钟，期间对炉内成分进行分析与调整。
5.连铸连轧：将温度为750℃-800℃的铝合金液注入结晶器进行连铸连轧。控制铸坯进入轧机的温度为510℃-600℃，轧机出口处圆铝杆温度为310℃-360℃。
6.拉丝：多道次小变形量拉拔，圆铝杆经14道拉丝得到铝线。
7.退火处理：拉丝后对含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线进行退火处理，退火温度360℃，退火时间30分钟，自然冷却。
8.产品成分的重量百分比为：铁Fe0.81%、铜Cu0.13%、硅Si0.061%、钕Nd0.02%、硼B0.0039%，余量为铝Al。
9.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试，其电阻率为2.8640×10-8Ω·m，相当于60.2IACS；抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试，σ=117MPa，延伸率δ=31%。
实施例3：（最佳实施例）
1.Al-Nd-Fe-B中间合金制备：将NdFeB磁性废料真空熔化，熔化温度为1500℃，浇铸成含Nd、Fe、B总量15%的Al-Nd-Fe-B中间合金，备用；
2.铝合金配料：100kg A99.7工业纯铝锭添加:3.7kg的Al-Fe（含Fe20%）中间合金，1kg的Al-Cu（含Cu20%）中间合金，0.09kg的Al-B(含B3.5%)中间合金，0.5kg的Al-Si（含Si12%）中间合金。
3.铝合金熔炼：将纯铝锭加入中频感应电炉中熔化，待铝液温度升至800℃，加入3.7kg的Al-Fe（含Fe20%）中间合金，1kg的Al-Cu中间合金，0.5kg的Al-Si（含Si12%）中间合金，搅拌，保温；
4.Al-Nd-Fe-B中间合金添加：保温，温度控制在750℃-800℃之间，添加0.7Kg的Al-Nd-Fe-B中间合金（含Nd、Fe、B总量15%）液体，除杂；精炼、除气；除渣，静置30分钟，期间对炉内成分进行分析与调整。
5.连铸连轧：将温度为750℃-800℃的铝合金液注入结晶器进行连铸连轧。控制铸坯进入轧机的温度为510℃-600℃，轧机出口处圆铝杆温度为310℃-360℃。
6.拉丝：多道次小变形量拉拔，圆铝杆经14道拉丝得到铝线。
7.退火处理：拉丝后对含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线进行退火处理，退火温度360℃，退火时间30分钟，自然冷却。
8.产品成分的重量百分比为：铁Fe0.80%、铜Cu0.15%、硅Si0.06%、钕Nd0.03%、硼B0.0039%，余量为铝Al。
9.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试，其电阻率为2.7719×10-8Ω·m，相当于62.2IACS；抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试，σ=128MPa，延伸率δ=26%。
实施例4：
1.Al-Nd-Fe-B中间合金制备：将NdFeB磁性废料真空熔化，熔化温度为1500℃，浇铸成含Nd、Fe、B总量15%的Al-Nd-Fe-B中间合金，备用；
2.铝合金配料：100kg A99.7工业纯铝锭添加:3.6kg的Al-Fe（含Fe20%）中间合金，1kg的Al-Cu（含Cu20%）中间合金，0.09kg的Al-B(含B3.5%)中间合金，0.5kg的Al-Si（含Si12%）中间合金。
3.铝合金熔炼：将纯铝锭加入中频感应电炉中熔化，待铝液温度升至800℃，加入3.6kg的Al-Fe（含Fe20%）中间合金，1kg的Al-Cu中间合金，0.5kg的Al-Si（含Si12%）中间合金，搅拌，保温；
4.Al-Nd-Fe-B中间合金添加：保温，温度控制在750℃-800℃之间，添加0.9Kg的Al-Nd-Fe-B中间合金（含Nd、Fe、B总量15%）液体，除杂；精炼、除气；除渣，静置30分钟，期间对炉内成分进行分析与调整。
5.连铸连轧：将温度为750℃-800℃的铝合金液注入结晶器进行连铸连轧。控制铸坯进入轧机的温度为510℃-600℃，轧机出口处圆铝杆温度为310℃-360℃。
6.拉丝：多道次小变形量拉拔，圆铝杆经14道拉丝得到铝线。
7.退火处理：拉丝后对含有Nd、Fe、B铝合金导线进行退火处理，退火温度360℃，退火时间30分钟，自然冷却。
8.产品成分的重量百分比为：铁Fe0.82%、铜Cu0.13%、硅Si0.061%、钕Nd0.04%、硼B0.004%，余量为铝Al。
9.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试，其电阻率为2.9472×10-8Ω·m，相当于61.7IACS；抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试，σ=131MPa，延伸率δ=25%。
Claims (10)
1.一种含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线，其特征在于，所述铝合金导线按重量百分比包含如下元素：铁Fe 0.8％，铜Cu 0.15％，钕Nd 0.01％-0.04％，硼B 0.004％，硅Si 0.06％，铝Al及其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线，其特征在于，所述铝合金导线电阻率为2.77-2.95×10-8Ω·m，即58.5-62.2IACS；抗拉强度σ为110-131MPa，延伸率δ为25-37％。
3.根据权利要求1-2所述的一种含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：Al-Nd-Fe-B中间合金制备
将NdFeB磁性废料在感应炉中熔化，熔化温度为1500℃，浇铸成Al-Nd-Fe-B中间合金，备用；
步骤二：铝合金配料
按重量百分比：铁Fe 0.72％-0.78％，铜Cu 0.15％，硼B 0.003％-0.004％，硅Si 0.06％，余量为铝配料；
步骤三：铝合金熔炼
将99.7％的工业纯铝锭放入中频感应电炉中熔化，再加入各元素的中间合金，搅拌，保温；
步骤四：Al-Nd-Fe-B中间合金添加
向中频炉内铝合金液体中加入Al-Nd-Fe-B中间合金液体，搅拌除杂质；精炼、除气；除渣，静置30分钟，温度控制在750℃-800℃之间；期间对炉内成分进行分析和调整；
步骤五：连铸连轧
轧机进口温度为：480℃-560℃，出口温度为：270℃-320℃；
步骤六：拉丝
多道次小变形量拉拔，圆铝杆经14道拉丝得到铝线；
步骤七：退火处理
拉丝后退火处理，退火温度为360℃-420℃，退火时间为30分钟；自然冷却得到含有Nd、Fe、B元素的铝合金导线。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，Nd、Fe、B是通过磁性材料回收获得，以Al-Nd-Fe-B中间合金形式加入铝合金。
5.根据权利要求3-4任一项所述制备方法，其特征在于，熔炼NdFeB废料时，采用真空熔炼，待炉料全部熔化后，用大功率电磁搅拌少许时间，以保证合金成分均匀。
6.根据权利要求3-4任一项所述制备方法，其特征在于，浇铸所得Al-Nd-Fe-B中间合金含Nd、Fe、B总量为15％。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，浇铸所得Al-Nd-Fe-B中间合金含Nd、Fe、B总量为15％。
8.根据权利要求3-4任一项所述制备方法，其特征在于，制备的Al-Nd-Fe-B中间合金经过熔化以液体形式加入铝合金液。
9.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，制备的Al-Nd-Fe-B中间合金经过熔化以液体形式加入铝合金液。
10.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，制备的Al-Nd-Fe-B中间合金经过熔化以液体形式加入铝合金液。
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