CN103556016A - 一种中强度高导电率电工铝导线材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中强度高导电率电工铝导线材料及其制备方法，采用合金成分优化，挤压制备与时效工艺相结合的方法，使得Al-Mg-Si合金导线致密度高，缺陷少，合格率高。解决了采用传统方法制备Al-Mg-Si合金导线导电率与强度两者不能兼顾的问题。采用本发明方法制备的Al-Mg-Si合金导线的导电率达到62%IACS以上，抗拉强度达到220MPa以上，实施容易，成本较低，具有显著的社会和经济效益，应用前景广阔。

Description

一种中强度高导电率电工铝导线材料及其制备方法

技术领域

本发明内容属于电工材料与制备领域，具体公开了一种中强度高导电率电工铝导线材料及其制备方法。

背景技术

由于铜资源短缺，铝导线作为架空材料已经成为世界性课题，美、日等国家在铝导线作为架空导线用量在50%以上，法国更是高达80%。而我国由于此方面技术力量不足，产品科技含量不高，严重制约了铝导线的发展和应用。目前我国架空导线仍以钢芯铝绞线为主，成本高，远距离送电损耗大。根据全国电力联网的政策，过去十年中，西电东送成为实现全国资源优化配置、继续推动东部工业继续发展的有效手段，随着铺设电网范围的扩大，提高铝导线性能，使之符合架空导线对强度和导电率的要求成为噩待解决的问题。

由于Al-Mg-Si合金导线具有较高的强度和导电率，已经逐渐被应用于架空输电线路上。目前，Al-Mg-Si合金导线生产主要采用连铸连轧工艺，但由于成分配比以及制备方法的制约，使得Al-Mg-Si合金导线产品强度和导电率仍不能满足应用要求。中国专利（CN102162050A）公布了一种制造59%导电率的中强度铝合金线方法，一定程度上提高了合金线抗拉强度，但导电性能指标偏低。中国专利（CN102634695A）公布了一种高导电非热处理型中强度铝合金线及其制造方法，制造得到的合金线导电率仅为60%IACS，在实际架空应用中会耗费大量电能，浪费能源。为此，本发明在成分和制备工艺上进行创新，使得Al-Mg-Si合金导线导电率达到62%IACS以上，抗拉强度达到220MPa以上，本发明实施容易，成本较低，具有显著的社会和经济效益，应用前景广阔。

发明内容

发明目的

本发明是一种解决架空导线对材料的导电性能和强度要求，对合金成分进行优化，利用挤压工艺，并结合时效处理制备中强度高导电率的电工铝导线的方法。制造的铝导线，致密度高，缺陷少，合格率高。

技术方案

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种中强度高导电率电工铝导线材料，其特征在于：铝导线材料的合金成分按质量分数计为：Si：0.35%-0.44%，Mg：0.56%-0.64%，Fe：0.09%-0.13%，Cu：0.04%-0.06%，（Ti+V+Cr+Mn）<0.01%，余量为纯度为99.7%的工业纯铝，并使Mg/Si比为1.45～1.6。

一种如上所述中强度高导电率电工铝导线材料的制备方法，该方法步骤如下：

（1）合金熔炼与浇注：首先将纯度为99.7%Al放置坩埚中进行熔化，熔化温度设置为690-710℃，待Al熔化后依次加入Al-26%Si、Al-50%Fe、Al-50%Cu中间合金与纯镁；待合金全部熔化后，提高熔化温度至720-740℃进行吹氩精炼，精炼后静置5-10分钟扒渣，并进行电磁搅拌，搅拌时间为20-30分钟，搅拌后静置5-10分钟；之后采用陶瓷过滤器进行过滤净化并浇注成挤压坯锭；

（2）合金挤压：

1）对挤压坯锭进行500-520℃固溶预处理，保温1-2小时，取出空冷；

2）在卧室挤压机上将坯锭挤压为Φ10mm铝杆，挤压工艺参数为挤压温度320-350℃，挤压速度5-8mm/s，风冷，挤压比为110；

（3）时效处理：对铝杆进行时效处理，时效温度为165-185℃，时效时间为4-6h；

（4）拉拔：对Φ10mm铝杆进行8-10次冷拉拔，最终得到Φ4mm的铝线。

最终得到的铝导线导电率大于62%IACS，抗拉强度大于220MPa。

优点及效果

本发明具有如下优点及有益效果：

本发明制备的铝导线强度最高达到229MPa，导电率达到62%IACS以上，超过国家纯铝导线标准（61.5%IACS）和国际纯铝导线标准（61.9%IACS），同时本发明所制备的铝导线在强度上实现了高导电率铝导线从低强度到中强度的跨越。

本发明在合金成分设计上充分考虑Mg/Si比，使得合金成分调整更加容易，并保证合金性能更加优异、稳定。

本发明中采用的挤压法使铝锭在挤压成杆过程中受到三向压应力，从而增加产品的致密度，能有效地减少疏松，气孔等缺陷，有助于后续拉拔工序的进行，并能够增加导线的实际载流面积，从而提高导线的强度和导电率。

本发明利用在挤压过程中产生的大形变能，对挤压铝杆进行时效处理，可以在较低的温度和较短的时间内，有效地减少晶体缺陷，提高导线的导电率，同时也可以使得Mg₂Si强化相弥散析出分布于合金组织中，提高导线的强度。

本发明得到的铝导线具有组织性能稳定，导电率和强度高的特点，相对于传统方法可以有效的节约成本，提高产品质量，满足架空导线对强度和导电率的要求，投产可获得可观的经济效益和显著的社会效益。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的说明：

一种中强度高导电率电工铝导线材料，其特征在于：铝导线材料的合金成分按质量分数计为：Si：0.35%-0.44%，Mg：0.56%-0.64%，Fe：0.09%-0.13%，Cu：0.04%-0.06%，杂质（Ti+V+Cr+Mn）<0.01%，余量为纯度为99.7%的工业纯铝，并使Mg/Si比为1.45～1.6。

一种如上所述中强度高导电率电工铝导线材料的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：

（1）合金熔炼与浇注：首先将纯度为99.7%Al放置坩埚中进行熔化，熔化温度设置为690-710℃，待Al熔化后依次加入Al-26%Si、Al-50%Fe、Al-50%Cu中间合金与纯镁；待合金全部熔化后，提高熔化温度至720-740℃进行吹氩精炼，精炼后静置5-10分钟扒渣，并进行电磁搅拌，搅拌时间为20-30分钟，搅拌后静置5-10分钟；之后采用陶瓷过滤器进行过滤净化并浇注成挤压坯锭；

（2）合金挤压：

1）对挤压坯锭进行500-520℃固溶预处理，保温1-2小时，取出空冷；

2）在卧室挤压机上将坯锭挤压为Φ10mm铝杆，挤压工艺为挤压温度320-350℃，挤压速度5-8mm/s，风冷，挤压比为110；

（3）时效处理：对铝杆进行时效处理，时效温度为165-185℃，时效时间为4-6h；

（4）拉拔：对Φ10mm铝杆进行8-10次冷拉拔，最终得到Φ4mm的铝线。

最终制造出的铝导线（Al-Mg-Si合金导线）导电率大于62%IACS，抗拉强度大于220MPa，可以满足架空导线对材料强度和导电率的要求，成为未来代替钢芯铝绞线的架空导线。

对Φ4mm铝线进行拉伸强度以及导电率测试。

实施例1

一种中强度高导电率电工铝导线材料的制备方法，步骤如下：

（1）合金熔炼与浇注：首先将纯度为99.7%Al放置坩埚中进行熔化，熔化温度设置为690℃，待Al熔化后依次加入Al-26%Si、Al-50%Fe、Al-50%Cu中间合金与纯镁；待合金全部熔化后，提高熔化温度至720℃进行吹氩精炼，精炼后静置5分钟扒渣，并进行电磁搅拌，搅拌时间为20分钟，搅拌后静置5分钟；之后采用陶瓷过滤器进行过滤净化并浇注成挤压坯锭；

（2）合金挤压：

1）对挤压坯锭进行500℃固溶预处理，保温2小时，取出空冷；

2）在卧室挤压机上将坯锭挤压为Φ10mm铝杆，挤压工艺为挤压温度320℃，挤压速度5mm/s，风冷，挤压比为110；

（3）时效处理：对铝杆进行时效处理，时效温度为165℃，时效时间为6h；

（4）拉拔：对Φ10mm铝杆进行8次冷拉拔，最终得到Φ4mm的铝线。

实施例2

一种如上所述中强度高导电率电工铝导线材料的制备方法，步骤如下：

（1）合金熔炼与浇注：首先将纯度为99.7%Al放置坩埚中进行熔化，熔化温度设置为710℃，待Al熔化后依次加入Al-26%Si、Al-50%Fe、Al-50%Cu中间合金与纯镁；待合金全部熔化后，提高熔化温度至740℃进行吹氩精炼，精炼后静置10分钟扒渣，并进行电磁搅拌，搅拌时间为30分钟，搅拌后静置10分钟；之后采用陶瓷过滤器进行过滤净化并浇注成挤压坯锭；

（2）合金挤压：

1）对挤压坯锭进行520℃固溶预处理，保温1小时，取出空冷；

2）在卧室挤压机上将坯锭挤压为Φ10mm铝杆，挤压工艺为挤压温度350℃，挤压速度8mm/s，风冷，挤压比为110；

（3）时效处理：对铝杆进行时效处理，时效温度为185℃，时效时间为4h；

（4）拉拔：对Φ10mm铝杆进行10次冷拉拔，最终得到Φ4mm的铝线。

实施例3

一种如上所述中强度高导电率电工铝导线材料的制备方法，步骤如下：

（1）合金熔炼与浇注：首先将纯度为99.7%Al放置坩埚中进行熔化，熔化温度设置为700℃，待Al熔化后依次加入Al-26%Si、Al-50%Fe、Al-50%Cu中间合金与纯镁；待合金全部熔化后，提高熔化温度至730℃进行吹氩精炼，精炼后静置8分钟扒渣，并进行电磁搅拌，搅拌时间为25分钟，搅拌后静置8分钟；之后采用陶瓷过滤器进行过滤净化并浇注成挤压坯锭；

（2）合金挤压：

1）对挤压坯锭进行510℃固溶预处理，保温1.5小时，取出空冷；

2）在卧室挤压机上将坯锭挤压为Φ10mm铝杆，挤压工艺为挤压温度330℃，挤压速度7mm/s，风冷，挤压比为110；

（3）时效处理：对铝杆进行时效处理，时效温度为170℃，时效时间为5h；

（4）拉拔：对Φ10mm铝杆进行9次冷拉拔，最终得到Φ4mm的铝线。

表1为实验合金成分；表2为导线性能测试结果。

表1实验合金成分（质量分数，%）

编号\成分	Mg	Si	Fe	Cu	（Ti+V+Cr+Mn)	Al
							实施方案一	0.56	0.35	0.13	0.047	0.008%	余量
实施方案二	0.640	0.41	0.09	0.04	0.007%	余量
							实施方案三	0.638	0.44	0.12	0.06	0.006%	余量

表2导线性能测试结果

编号	导电率（%IACS）	抗拉强度（MPa）
			实施方案一	62.55	223.1
实施方案二	62.32	224.1
			实施方案三	62.07	229.6

Claims (3)

1.一种中强度高导电率电工铝导线材料，其特征在于：铝导线材料的合金成分按质量分数计为：Si：0.35%-0.44%，Mg：0.56%-0.64%，Fe：0.09%-0.13%，Cu：0.04%-0.06%，（Ti+V+Cr+Mn）<0.01%，余量为纯度为99.7%的工业纯铝，并使Mg/Si比为1.45~1.6。

2.一种如权利要求1所述中强度高导电率电工铝导线材料的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：

（1）合金熔炼与浇注：首先将纯度为99.7%Al放置坩埚中进行熔化，熔化温度设置为690-710℃，待Al熔化后依次加入Al-26%Si、 Al-50%Fe、Al-50%Cu中间合金与纯镁；待合金全部熔化后，提高熔化温度至720-740℃进行吹氩精炼，精炼后静置5-10分钟扒渣，并进行电磁搅拌，搅拌时间为20-30分钟，搅拌后静置5-10分钟；之后采用陶瓷过滤器进行过滤净化并浇注成挤压坯锭；

（2）合金挤压：

1）对挤压坯锭进行500-520℃固溶预处理，保温1-2小时，取出空冷；

2）在卧室挤压机上将坯锭挤压为Φ10mm铝杆，挤压工艺参数为挤压温度320-350℃，挤压速度5-8mm/s，风冷，挤压比为110；

（3）时效处理：对铝杆进行时效处理，时效温度为165-185℃，时效时间为4-6h；

（4）拉拔：对Φ10mm铝杆进行8-10次冷拉拔，最终得到Φ4mm的铝线。

3.根据权利要求1所述的中强度高导电率电工铝导线材料，其特征在于：最终得到的铝导线导电率大于62%IACS，抗拉强度大于220MPa。