CN104087770B

CN104087770B - 一种高导电率耐热铝合金的制备方法

Info

Publication number: CN104087770B
Application number: CN201410302769.9A
Authority: CN
Inventors: 黄晖; 姜雯; 文胜平; 高坤元; 吴晓蓝; 李红梅; 王为; 聂祚仁
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2014-06-28
Filing date: 2014-06-28
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2034-06-28
Also published as: CN104087770A

Abstract

本发明属于有色金属技术领域，涉及一种具有高电导率和耐热性的铝合金的制备方法.其特征在于：确定铝合金铸锭成分的重量百分比：铒0.12％，锆0.4％，硅<0.1％，铁<0.1％，其余为铝和不可避免的杂质；其熔炼方式为：在熔融的铝液中加入Er的中间合金，搅拌均匀、扒渣后，加入锆的中间合金，搅拌均匀、静置、扒渣；在钢模中浇注成锭，浇铸温度为700-750℃；将浇铸后的铝合金在475℃下保温20-25小时得到铝合金铸锭；将铝合金铸锭铣面加工，冷变形，变形量40-80％。得到的变形合金在25℃下的电导率在60％以上。将这些合金在400℃保温1小时，310℃保温400小时后，硬度的下降率不超过10％，能够满足耐热导体的标准要求。

Description

一种高导电率耐热铝合金的制备方法

技术领域

本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种高导电率、高工作温度的耐热铝合金的制备方法。本发明的内容包括Al-Er-Zr三元合金中Er和Zr元素的添加量及变形铝合金的制备工艺。

背景技术

耐热铝合金的工作原理是：通过热处理，使过饱和固溶的铝锆合金析出大量弥散的Al₃Zr沉淀，达到钉扎位错、亚晶界、晶界的效果，防止再结晶的发生，从而提高合金的耐热性。由于Zr的析出比较困难，常在铝锆合金中添加其他元素，作为异质形核的核心来促进其析出。Sc、Li、Yb、Er等元素都可以做到这一点。其中，Er元素由于其优异的效果和相对低廉的价格，成为非常有潜力的耐热铝导体合金元素。

提高耐热导体的工作温度始终是一项重要的工作目标。目前国内工业上比较成熟的技术以150℃和180℃居多，工作温度200℃以上的耐热导线近几年研究得较多，部分专利也报导过Er在耐热铝合金中的应用。与Ce、Ln等稀土元素的净化作用不同，Er在铝合金中的作用于Zr类似，主要形成与基体共格弥散的Al₃Er沉淀相，起到弥散强化的作用。铝基体中同时添加Er和Zr元素，在时效后会形成具有核壳结构的Al₃(Er，Zr)复合析出相，核心富Er，外层则富Zr。这种复合析出相呈L1₂结构，与基体共格，具有良好的抗粗化能力。文胜平等研究发现，在Al-Er-Zr合金中，Zr与Er之间有协调作用，能够有效地抑制析出相Al₃(Er，Zr)的粗化过程，使合金具有良好的高温稳定性。

在以往的研究和发明中，对于低Er低Zr(元素含量远低于平衡固溶度)、高Er高Zr(元素含量远高于平衡固溶度)、高Er低Zr、以及Er、Zr含量在平衡固溶度附近的铝合金在导体上的应用已经有了相关报道。低Er高Zr合金的相关研究虽然也曾有过报道，但利用其制备高电导率(25℃下60％IACS以上)、高工作温度(210℃以上)的导体的相关工艺还未有具体说明。这也是本发明的中心内容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高电导率、高工作温度的耐热铝导体。通过Er和Zr的复合加入，使铸态铝合金在热处理过程中析出大量弥散且共格的Al₃(Er，Zr)粒子，提高合金的强度和电导率。这些粒子于随后的冷轧过程中沿位错和亚晶界排列，在导体工作时起到钉扎位错、亚晶界和晶界的作用，阻碍再结晶现象的发生。如果导体的工作温度较高，则合金还能在工作的过程中析出更加细小的二次相，进一步提高其耐热性。

本发明所提供的一种具有高电导率和耐热性的铝合金的制备方法，其特征在于：

确定铝合金铸锭成分的重量百分比：铒0.12％，锆0.4％，硅<0.1％，铁<0.1％，其余为铝和不可避免的杂质；其熔炼方式为：在熔融的铝液中加入Er的中间合金，搅拌均匀、扒渣后，加入锆的中间合金，搅拌均匀、静置、扒渣；在钢模中浇注成锭，浇铸温度为700-750℃；待合金凝固后，取出铸锭，水淬；

将浇铸后的铝合金在475℃下保温20-25小时得到铝合金铸锭；

将铝合金铸锭铣面加工，冷变形，变形量40-80％。

本发明通过在铝合金中添加Er和Zr元素，经过热处理，使基体中析出细小弥撒的Al₃(Er，Zr)的第二相粒子，有效地钉扎位错，从而使变形后的合金在温度较高(310℃下400h、400℃下1h)的工作环境中保持良好的性能。本发明中不同成分的铸态三元合金经过热处理后，电导率最大值几乎相同，能够达到60％以上。相比于其他三元Al-Er-Zr变形合金，硬度最高的铝合金成份含量为：Al-0.12wt.％Er-0.4wt.％Zr。将该成份的铝合金在475℃保温25小时后进行40％或80％的冷轧变形，可以得到硬度在43kg/mm²以上，25℃电导率在60％IACS以上的变形合金。将这些合金在400℃保温1小时，310℃保温400小时后，硬度的下降率不超过10％，能够满足耐热测试标准^[14]。

附图说明

图1a)为上述实施例1、实施例2和对比例1、对比例2在耐热性测试(310℃/400h等温时效)过程中的硬度对比图。

图1b)为上述实施例1、实施例2和对比例1、对比例2在耐热性测试(310℃/400h等温时效)过程中的电导率对比图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例、对比例对本发明作进一步阐述，但本发明不限于以下实施例。

实施例1

1)在熔融的铝液中加入中间合金，使熔体中元素含量为：铒0.12％，锆0.4％，硅<0.1％，铁<0.1％。其余为铝和不可避免的杂质。制备该合金时，使用的原材料是高纯铝锭，加热至780-800℃。在熔铝中加入Al-6wt.％Er中间合金和Al-4wt.％Zr中间合金，搅拌、除渣，静置冷却到金属液温度为750℃。搅拌至反应结束，静置、扒渣。在钢模中浇铸，铸锭凝固后取出铸锭水冷至室温。

2)对步骤1)中的铸锭进行475℃下25h的热处理。处理完毕后水淬。

3)将步骤2)的铝合金进行冷轧变形。变形量为80％。

实施例2

步骤1)同实施例1。步骤2)：对步骤1)中的铸锭进行475℃下20h的热处理。处理完毕后水淬。步骤3)同实施例1,其中不同的是变形量为40％。

对比例1

步骤1)同实施例1，不同的是合金中铒成分含量为0.05％。步骤2)同实施例1。步骤3)同实施例1。

对比例2

步骤1)同实施例1。步骤2)同实施例1的步骤3)。不同的是本例中的合金在冷轧前不进行热处理。

根据表1和图1可以得出，实施例中的铝合金有较好的综合性能。通过表1可以看出，Al-0.12Er-0.4Zr合金在经过热处理+冷变形后，具有较好的耐热性及电导率。虽然轧前未经过热处理的Al-0.12Er-0.4Zr合金比经过热处理的同成分合金在耐热性测试(等温时效)后具有更高的硬度，但其电导率却远远不及后者。在图1中可以更直观地发现这一点。轧前经过热处理的Al-0.12Er-0.4Zr合金，不论变形量为多少，在整个耐热性测试的过程中电导率都在60％IACS以上，而经过310℃保温400h后，其硬度降低也没有超过10％，满足耐热导体的标准。而Al-0.05Er-0.4Zr合金虽然在高温短时的测试中，硬度下降为9％，达到了标准的规定，但低温长时测试为10％，不满足标准要求。由此可见，较对比例1、2而言，实施例1、2的综合性能(力学性能，电导率，耐热性)都更好。即，本发明中提出的合金成分和加工工艺均是最优化的结果。

综上分析，本发明通过对Al-Er-Zr三元合金的热处理+变形工艺，制备了高电导率、高工作温度的耐热铝导体。从实施例和对比例的比较，得出了最佳的Er和Zr成份含量，为：Er0.12％，Zr0.4％。相应的制备工艺为：铸态合金+475℃/25h热处理+变形量40-80％的冷变形。在该成份含量及相应的制备工艺下的铝合金表现出了优良的力学性能、电导率和耐热性。

表1为实施例1(Al-0.12Er-0.4Zr合金475℃/25h热处理+80％冷变形)，实施例2(Al-0.12Er-0.4Zr合金475℃/25h热处理+40％冷变形)和对比例1(Al-0.05Er-0.4Zr合金475℃/25h热处理+80％冷变形)，对比例2(Al-0.12Er-0.4Zr合金80％冷变形)的耐热性测试结果。

表1被测铝合金的耐热性测试结果

Claims

1.一种具有高电导率和耐热性的铝合金的制备方法，其特征在于：

铝合金铸锭成分的重量百分比：铒0.12％，锆0.4％，硅<0.1％，铁<0.1％，其余为铝和不可避免的杂质；其熔炼方式为：在熔融的铝液中加入Er的中间合金，搅拌均匀、扒渣后，加入锆的中间合金，搅拌均匀、静置、扒渣；在钢模中浇注成锭，浇铸温度为700-750℃，待凝固后取出水淬；

将铝合金铸锭在475℃下保温20-25小时得到铝合金；

将上述铝合金铣面加工，冷变形，变形量40-80％。