CN104233009A - 一种高电导率铝合金导体材料及其退火工艺 - Google Patents
一种高电导率铝合金导体材料及其退火工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种高电导率铝合金导体材料及其退火工艺通过加入微量合金化元素Fe、Cu、Sn、Sr、Sc，控制各个成分的含量，并且，控制退火过程中的温度和时间，调整导体材料的微观组织，提高了铝合金导体材料的导电率和抗拉强度。实验结果表明，本发明退火后的铝合金导体材料的导电率为64％IACS(20℃)、抗拉强度为264MPa。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种高电导率铝合金导体材料及其退火工艺。
背景技术
对于铝合金导体，有两大质量指标是至关重要的 ：其一是电阻率，电阻率的大小直接影响到铝合金导体的导电效果，电阻率主要由原材料的化学成分所决定；其二是力学性能，铝合金导体的延伸率、柔韧性和抗蠕变性能决定了电线电缆的安全稳定性。
与以往纯铝电缆相比，铝合金电缆一定程度上弥补了导电性能、弯曲性能、抗蠕变性能和耐磨性能等方面的不足，能够保证电缆在长时间过载和过热时保持连续性能稳定，特别是加入稀土元素后，可以细化金属导体中的晶体结构，从而大大提高导体的导电率、耐高温性同时解决了导体电化学腐蚀等问题。
目前很多厂家已经开发出了多种导电铝合金电缆线，但仍然不能满足复杂自然条件、雨雪冰冻以及远距离阔海架线的需要，仍需进一步改善其性能。而在国内，生产工艺、产品性能、大跨距架空电缆线应用技术等与国外相比还存在较大差距，随着我国电力需求的不断增长，输电线路输送容量不断增大，对架空输电电缆线提出了更高的要求，发展高强度高导电性铝合金电缆线很有现实意义。申请号为201110216825.3的中国专利文献报道了一种铝合金电缆的退火方法，所述电缆材料的组合物按重量百分比的组分为：Fe 0.4-0.8％，Mg 0.3-0.5％，Ti 0.02-0.04％，B 0.001-0.002％，Zn 0.002-0.0035％，余量是铝和不可避免的杂质，在氩气气氛下，400-600℃下，退火处理 6-7h。申请号为201310305703.0的中国专利文献报道了一种铝合金电缆导体退火工艺，包括如下步骤：1）升温步骤 ：将绞合后的铝合金电缆导体放入退火炉中，以 255℃ -275℃的温度升温 1.5 小时；2）保温步骤 ：将步骤1）中完成升温的铝合金电缆导体在 247℃ -253℃的温度下保温 3 小时 ；所述的退火工艺为将紧压绞合后的铝合金电缆导体整盘置于退火炉中进行退火处理。
但是，现有技术报道的铝合金导体的导电性能还没得到最大发挥，其导电性能和抗拉性能有待进一步提高。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种高电导率铝合金导体材料及其退火工艺，退火后的铝合金导体材料的导电率为64%IACS，抗拉强度为264MPa。
有鉴于此，本发明提供了一种高电导率铝合金导体材料，包括以下成分：
Fe 0.01-0.1wt％；
Cu 0.1-0.2 wt％；
Sn 0.15-0.3 wt％；
Sr 0.004-0.009 wt％；
Sc 0.02-0.08 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
优选的，包括以下成分：
Fe 0.03-0.08wt％；
Cu 0.12-0.16 wt％；
Sn 0.18-0.26 wt％；
Sr 0.005-0.008 wt％；
Sc 0.03-0.07 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
优选的，包括以下成分：
Fe 0.04-0.07wt％；
Cu 0.13-0.165 wt％；
Sn 0.20~0.25 wt％；
Sr 0.006-0.007 wt％；
Sc 0.04-0.06 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
相应的，本发明还提供一种上述技术方案所述的高电导率铝合金导体材料的退火工艺，包括以下步骤：
步骤a）将上述技术方案所述的高电导率铝合金导体材料放入退火炉中，升温至190~230℃保温60~120min；
步骤b）升温至260~290℃保温20~40min；
步骤c）升温至360~410℃保温5~15min；
步骤d）降温至250~280℃保温60~150min。
优选的，步骤a）的升温速度为0.5~2℃ /min。
优选的，步骤a）的保温温度为200~220℃。
优选的，步骤b）的升温速度为1~3℃ /min。
优选的，步骤b）的保温温度为270~280℃。
优选的，步骤c）的保温温度为380~400℃。
优选的，步骤d）的保温温度为260~270℃。
本发明提供了一种高电导率铝合金导体材料及其退火工艺，包括以下步骤：步骤a）将高电导率铝合金导体材料放入退火炉中，升温至190~230℃保温60~120min；步骤b）升温至260~290℃保温20~40min；步骤c）升温至360~410℃保温5~15min；步骤d）降温至250~280℃保温60~150min。与现有技术相比，本发明通过加入微量合金化元素Fe、Cu、Sn、Sr、Sc，控制各个成分的含量，并且，控制退火过程中的温度和时间，调整导体材料的微观组织，提高了铝合金导体材料的导电率和抗拉强度。实验结果表明，本发明退火后的铝合金导体材料的导电率为64％ IACS(20℃)、抗拉强度为264MPa。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种高电导率铝合金导体材料，包括以下成分：
Fe 0.01-0.1wt％；
Cu 0.1-0.2 wt％；
Sn 0.15-0.3 wt％；
Sr 0.004-0.009 wt％；
Sc 0.02-0.08 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
作为优选方案，所述高电导率铝合金导体材料包括以下成分：
Fe 0.03-0.08wt％；
Cu 0.12-0.16 wt％；
Sn 0.18-0.26 wt％；
Sr 0.005-0.008 wt％；
Sc 0.03-0.07 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
更优选的，所述高电导率铝合金导体材料包括以下成分：
Fe 0.04-0.07wt％；
Cu 0.13-0.165 wt％；
Sn 0.20~0.25 wt％；
Sr 0.006-0.007 wt％；
Sc 0.04-0.06 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
其中，铝中含有一定量的铁，一定程度上提高了铝的硬度，但使铝的塑性降低。最新研究表明，铁可以提高铝导体强度，并不显著降低其导电性。但是，铁含量过高则会使其电阻率显著升高，所以也应该注意控制铁的含量。
本发明中铜的含量控制在 0.1-0.2 wt％之间，能提高铝合金的抗拉强度，同时提高伸长率，易于拉制加工。并且，Cu的加入可以提高合金的强度以及高温蠕变性能，并能改善抗疲劳性能。
本发明中采用合适的Sn、Sr、Sc添加量，通过相互之间的复合，使合金元素能够充分的析出，所以合金能够保持高电导率。同时大量弥散析出相能够起到强化和稳定组织的作用，使合金导体的强度和耐热性能都能得到极大的提高。
相应的，本发明还提供一种上述技术方案所述的高电导率铝合金导体材料的退火工艺，包括以下步骤：
步骤a）将上述技术方案所述的高电导率铝合金导体材料放入退火炉中，升温至190~230℃保温60~120min；
步骤b）升温至260~290℃保温20~40min；
步骤c）升温至360~410℃保温5~15min；
步骤d）降温至250~280℃保温60~150min。
作为优选方案，步骤a的升温速度为0.5~2℃ /min，更优选为0.5~1.5℃ /min，更优选为1℃ /min；步骤a的保温温度优选为200~220℃，更优选为210~220℃，更优选为215~220℃；步骤a的保温时间优选为80~100min，更优选为85~95min，更优选为90min。
然后，将步骤a得到的高导电率铝合金导体材料升温至260~290℃保温20~40min。步骤b的升温速度为1~3℃ /min，更优选为2~3℃ /min，更优选为2.5~3℃ /min；步骤b的保温温度优选为270~280℃，更优选为272~276℃，更优选为273~275℃；步骤b的保温时间优选为25~35min，更优选为28~32min，更优选为30min。
在步骤c中，升温速度优选为1~3℃ /min，更优选为1~2℃ /min，更优选为1~1.5℃ /min；步骤c的保温温度优选为380~400℃，更优选为390~400℃，更优选为390~395℃；步骤c的保温时间优选为8~14min，更优选为9~13min，更优选为10~12min。
然后，降温至250~280℃保温60~150min。步骤d的降温速度优选为1~4℃ /min，更优选为2~4℃ /min，更优选为3~4℃ /min；步骤d的保温温度优选为260~280℃，更优选为260~270℃，更优选为260~265℃；步骤d的保温时间优选为70~140min，更优选为80~140min，更优选为100~140min。
从以上方案可以看出，本发明通过加入微量合金化元素Fe、Cu、Sn、Sr、Sc，控制各个成分的含量，并且，控制退火过程中的温度和时间，调整导体材料的微观组织，提高了铝合金导体材料的导电率和抗拉强度。对本发明退火工艺处理后的高导电率铝合金导体材料的性能进行检测，实验结果表明，本发明退火后的铝合金导体材料的导电率为64％ IACS(20℃)、抗拉强度为264MPa。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
本发明实施例采用的原料和化学试剂均为市购。
实施例1
本实施例退火工艺采用的高导电率铝合金导体材料包括以下成分：
Fe 0.05wt％；
Cu 0.18 wt％；
Sn 0.2 wt％；
Sr 0.006 wt％；
Sc 0.05 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
退火工艺如下：
步骤a）将高导电率铝合金导体材料放入退火炉中，升温至220℃保温80min，升温速度为1℃ /min；
步骤b）升温至275℃保温30min，升温速度为3℃ /min；
步骤c）升温至400℃保温10min，升温速度为1℃ /min；
步骤d）降温至260℃保温100min，降温速度为3℃ /min。
对本实施例退火处理后的高导电率铝合金导体材料进行性能检测，结果显示：导电率为64％ IACS(20℃)、抗拉强度为265MPa，延伸率为3.0％。
实施例2
本实施例退火工艺采用的高导电率铝合金导体材料包括以下成分：
Fe 0.09wt％；
Cu 0.11 wt％；
Sn 0.25 wt％；
Sr 0.004 wt％；
Sc 0.03 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
退火工艺如下：
步骤a）将高导电率铝合金导体材料放入退火炉中，升温至210℃保温80min，升温速度为1℃ /min；
步骤b）升温至260℃保温30min，升温速度为3℃ /min；
步骤c）升温至410℃保温10min，升温速度为1℃ /min；
步骤d）降温至260℃保温100min，降温速度为3℃ /min。
对本实施例退火处理后的高导电率铝合金导体材料进行性能检测，结果显示：导电率为65％ IACS(20℃)、抗拉强度为263MPa，延伸率为3.0％。
实施例3
本实施例退火工艺采用的高导电率铝合金导体材料包括以下成分：
Fe 0.02wt％；
Cu 0.18 wt％；
Sn 0.29 wt％；
Sr 0.006 wt％；
Sc 0.04wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
退火工艺如下：
步骤a）将高导电率铝合金导体材料放入退火炉中，升温至230℃保温80min，升温速度为1℃ /min；
步骤b）升温至280℃保温30min，升温速度为3℃ /min；
步骤c）升温至380℃保温10min，升温速度为1℃ /min；
步骤d）降温至270℃保温100min，降温速度为3℃ /min。
对本实施例退火处理后的高导电率铝合金导体材料进行性能检测，结果显示：导电率为66％ IACS(20℃)、抗拉强度为268MPa，延伸率为2.8％。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种高电导率铝合金导体材料，其特征在于，包括以下成分：
Fe 0.01-0.1wt％；
Cu 0.1-0.2 wt％；
Sn 0.15-0.3 wt％；
Sr 0.004-0.009 wt％；
Sc 0.02-0.08 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高电导率铝合金导体材料，其特征在于，包括以下成分：
Fe 0.03-0.08wt％；
Cu 0.12-0.16 wt％；
Sn 0.18-0.26 wt％；
Sr 0.005-0.008 wt％；
Sc 0.03-0.07 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的高电导率铝合金导体材料，其特征在于，包括以下成分：
Fe 0.04-0.07wt％；
Cu 0.13-0.165 wt％；
Sn 0.20~0.25 wt％；
Sr 0.006-0.007 wt％；
Sc 0.04-0.06 wt％；
余量是铝和不可避免的杂质。
4.一种权利要求1~3任意一项所述的高电导率铝合金导体材料的退火工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a）将权利要求1~3任意一项所述的高电导率铝合金导体材料放入退火炉中，升温至190~230℃保温60~120min；
步骤b）升温至260~290℃保温20~40min；
步骤c）升温至360~410℃保温5~15min；
步骤d）降温至250~280℃保温60~150min。
5.根据权利要求4所述的退火工艺，其特征在于，步骤a）的升温速度为0.5~2℃ /min。
6.根据权利要求4所述的退火工艺，其特征在于，步骤a）的保温温度为200~220℃。
7.根据权利要求4所述的退火工艺，其特征在于，步骤b）的升温速度为1~3℃ /min。
8.根据权利要求4所述的退火工艺，其特征在于，步骤b）的保温温度为270~280℃。
9.根据权利要求4所述的退火工艺，其特征在于，步骤c）的保温温度为380~400℃。
10.根据权利要求4所述的退火工艺，其特征在于，步骤d）的保温温度为260~270℃。
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