CN103526080A - 一种新型耐热高导铝合金导线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型耐热高导铝合金导线及其制备方法，其组分及重量百分数为：Zr：0.05-0.5%，B：0.01-0.05%，Ti：0.01-0.08%，其余为Al。本发明在含Zr铝合金中加入B、Ti，B优先和杂质结合，最后与Al反应，净化了熔体，提高了其导电性；Ti很容易取代ZrB2中的部分Zr，形成（Ti，Zr）B2复合粒子，这种复合粒子熔点高，硬度高，有更好的热稳定性，进一步提高合金的耐热性能。

Description

一种新型耐热高导铝合金导线及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金，特别是涉及一种新型耐热高导铝合金导线及其制备方法。
背景技术
架空输电线的导体材料除了要求有良好的导电性外，还要有一定的强度和耐热性能。铝合金导线具有导电性良好、质量轻、价格便宜等优点，能满足大容量、远距离输电的要求，在电力行业应用非常广泛。应用研究表明，采用耐热铝合金导线的新建线路，既可以大幅增加线路的输送容量，同时较普通导线线路可以节省5％~8％的投资。传统的耐热铝合金导线是通过加入锆元素提高合金耐热性，但是锆元素的加入会降低铝合金导电性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型耐热高导铝合金导线及其制备方法，在铝锆合金中加入B、Ti，提高了铝合金了导电性和耐热性。 
一种新型耐热高导铝合金导线，其组分及重量百分数为：Zr ：0.05-0.5%， B：0.01-0.05%， Ti：0.01-0.08%，其余为Al。
一种新型耐热高导铝合金导线的制备方法，包括如下步骤：
第一步，准备；
1）预处理步骤； 
2）预热；中间合金预热：将Al-B、Al-Zr和Al-Ti中间合金在烘干箱中150~250℃温度下预热20~60min；采用金属型模具，模具及工业纯铝在电阻炉中250℃预热；
第二步，熔炼；
1）坩埚电阻炉中，720℃熔化工业纯铝，待纯铝全部熔化后，扒去熔体表面氧化渣；
2）升温至750℃，同时加入预热好的Al-B、Al-Zr和Al-Ti中间合金并保温10~50min，期间每10min搅拌一次；
3）降温至720℃，取出坩埚，通入干燥氩气对熔体精炼3~5min；
4）将坩埚放入电阻炉，静置10min，除去熔体表面的氧化物，浇铸到预热好的金属模具中；
第三步，挤压与拉拔；
1）在挤压机上对Al-Zr-B-Ti合金进行挤压；
2）将挤压后的合金棒，在拉丝机上，拉制成直径5mm的铝合金线；然后进行中间退火，温度300~500℃，时间30~100min，以消除加工硬化，恢复合金塑性；再拉制成直径3mm的铝合金导线。
作为优选，所述第三步中，挤压温度为420~480℃，金属流出模孔速度为1~3m/min。
作为优选，所述第三步中，挤压筒内径为58mm，坯料直径为56mm；挤压后的直径为10mm。
作为优选，所述预处理步骤为：将模具内壁、扒渣及精炼工具除锈并涂上氧化铝涂料。
本发明的有益效果为：
1、在含Zr铝合金中加入B，提高了其导电性：研究表明，B优先和杂质结合，最后与Al反应，净化了熔体。同时，加入的B与合金中的部分Zr发生反应，生成ZrB2 以细小板片状第二相粒子的形态存在于晶粒内部和晶界处；B的加入使合金中的部分Zr 由固溶态转变为析出态，减少了Al 基体的晶格畸变，增加了基体的有序性，从而使电子散射几率减少，这会对合金导电性的改善产生有益影响。
2、加入Ti，形成（Ti，Zr）B2复合粒子。一般导电铝合金中，Ti 是作为杂质处理的，但Ti和Zr同是IVB族元素，核外电子结构相近，原子半径相近，电负性相近，而且形成的第二相结构也相近。Ti很容易取代ZrB2中的部分Zr，形成（Ti，Zr）B2复合粒子。这种复合粒子熔点高，硬度高，有更好的热稳定性，进一步提高合金的耐热性能。另外，（Ti，Zr）B2晶格常数较ZrB2小，铝基体畸变能小，有序性增加，铝合金的电导率提高。
附图说明
    图1为Al-Zr和Al-Zr-B-Ti的显微组织；a为Al-Zr的显微组织；b为Al-Zr-B-Ti的显微组织。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：以Al-0.05Zr-0.01B-0.01Ti合金为例
第一步，准备：
1）采用金属型模具，直径为56mm。用Al(OH)3、水、偏硅酸钠配制成氧化铝涂料，配比为：3:1:200。模具内壁、扒渣及精炼工具除锈并涂上氧化铝涂料；炉料应除去油、水和表面的氧化物等。
2）中间合金预热：将Al-3B、Al-4Zr和Al-5Ti中间合金在烘干箱中150~250℃温度下预热20~60min；采用金属型模具，模具及工业纯铝在电阻炉中250℃预热；  
选择Al-4Zr中间合金，其成分为：Al96%，Zr4%，用量为炉料重量的1.25％；
选择Al-3B中间合金，其成分为：Al97％，B3％，用量为炉料重量的0.33％；
选择Al-5Ti中间合金，其成分为：Al95％，Ti5％，用量为炉料重量的0.20％。
3）准备坩埚：先用熔剂熔8小时以上，如果不漏，用来熔化铝合金。
第二步，熔炼；
     (1)坩埚电阻炉中，720℃熔化工业纯铝，待纯铝全部熔化后，扒去熔体表面氧化渣；
(2)升温至750℃，同时将预热好的Al-3B、Al-4Zr和Al-5Ti中间合金分别按0.33%、1.25%和0.20%的比例加入铝液，保温静置30min，期间每10min搅拌一次；
(3)降温至720℃，取出坩埚，通入干燥氩气对熔体精炼3min；
(4)将坩埚放入电阻炉，静置10min，除去熔体表面的氧化物，浇注到预热好的金属模具中。浇注时，浇口尽量靠近模具口，浇注时应平稳，避免涡流和飞溅。 
第三步，挤压与拉拔；
(1) 在挤压机上对Al-Zr-B-Ti合金进行挤压；挤压筒内径为58mm，坯料直径为56mm；挤压后的直径为10mm。挤压温度为420℃；金属流出模孔速度为1m/min；
(2)将挤压后的合金棒在拉丝机上，拉制成直径5mm的铝合金线。然后进行中间退火，温度350℃，时间60min，以消除加工硬化，恢复合金塑性。再拉制成直径3mm的铝合金导线。
经检测，其电导率为61.5%，抗拉强度为168MPa，强度残存率95.8%。
由图1可知，加入B和Ti后，晶粒为细小等轴晶，直径在60~100                                               。在晶界和晶粒内部均有不规则块状相ZrB2和（Ti，Zr）B2。
实施例2：以Al-0.5Zr-0.05B-0.08Ti合金为例
中间合金预热温度为250℃，时间60min。Al-3B中间合金加入铝液的比例为1.65%，Al-4Zr和Al-5Ti的加入比例分别为12.5%和1.60%。精炼时间为5min。挤压温度为480℃。金属流出模孔速度为3m/min。其余准备、熔炼和挤压与拉拔加工工艺同实施例1。
经检测，其电导率为60.5%，抗拉强度为178MPa，强度残存率96.8%。
实施例3：以Al-0.08Zr-0.03B-0.02Ti合金为例
中间合金预热温度为180℃，时间40min。Al-3B中间合金加入铝液的比例为1 %，Al-4Zr和Al-5Ti的加入比例分别为12.5%和1.60%。精炼时间为4min。中挤压温度为460℃。金属流出模孔速度为2m/min。其余准备、熔炼和挤压与拉拔加工工艺同实施例1。
经检测，其电导率为61.1%，抗拉强度为171MPa，强度残存率93.8%。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种新型耐热高导铝合金导线，其组分及重量百分数为：Zr ：0.05-0.5%， B：0.01-0.05%， Ti：0.01-0.08%，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的一种新型耐热高导铝合金导线的制备方法，包括如下步骤：
第一步，准备；
1）预处理步骤； 
2）预热；中间合金预热：将Al-B、Al-Zr和Al-Ti中间合金在烘干箱中150~250℃温度下预热20~60min；采用金属型模具，模具及工业纯铝在电阻炉中250℃预热；
第二步，熔炼；
1）坩埚电阻炉中，720℃熔化工业纯铝，待纯铝全部熔化后，扒去熔体表面氧化渣；
2）升温至750℃，同时加入预热好的Al-B、Al-Zr和Al-Ti中间合金并保温10~50min，期间每10min搅拌一次；
3）降温至720℃，取出坩埚，通入干燥氩气对熔体精炼3~5min；
4）将坩埚放入电阻炉，静置10min，除去熔体表面的氧化物，浇铸到预热好的金属模具中；
第三步，挤压与拉拔；
1）在挤压机上对Al-Zr-B-Ti合金进行挤压；
2）将挤压后的合金棒，在拉丝机上，拉制成直径5mm的铝合金线；然后进行中间退火，温度300~500℃，时间30~100min，以消除加工硬化，恢复合金塑性；再拉制成直径3mm的铝合金导线。
3.根据权利要求2所述的一种新型耐热高导铝合金导线的制备方法，其特征在于：所述第三步中，挤压温度为420~480℃，金属流出模孔速度为1~3m/min。
4.根据权利要求3所述的一种新型耐热高导铝合金导线的制备方法，其特征在于：所述第三步中，挤压筒内径为58mm，坯料直径为56mm；挤压后的直径为10mm。
5.根据权利要求2所述的一种新型耐热高导铝合金导线的制备方法，其特征在于：所述预处理步骤为：将模具内壁、扒渣及精炼工具除锈并涂上氧化铝涂料。
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