CN104263983A - 一种制备高强高导耐热铝合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备高强高导耐热铝合金的方法，其步骤为：将纯铝粉装入到球磨机中进行球磨，然后将球磨之后的铝粉装入到冷等静压包套中进行冷等静压。将冷等静压之后的压坯放入保护性气氛中进行烧结致密化，烧结温度为600-640℃。对烧结之后的铝棒进行热挤压和冷拉拔，即可得到高强高导耐热铝合金。本发明制备的高强高导耐热铝合金中不含有其他的合金元素，仅含有纳米级的细小的氧化物质点作为强化相，该强化相细小均匀，提高材料的强度的同时，对材料的导电性影响小。并且该氧化物强化相在高温下也能稳定存在，可以显著阻碍材料的回复再结晶，阻止晶粒长大，因此其强度在高温下也可以维持，显著提高材料的耐热性。

Description

一种制备高强高导耐热铝合金的方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，涉及采用粉末冶金的方法制备出性能优异的高强度高导电导热高耐热性铝合金的方法。适用于各类要求高强高导铝合金的生产。

背景技术

铜是电线电缆的常用材质，具有良好的导电性和强度，但是我国铜资源十分稀缺，价格十分昂贵。铝也是良好的导电金属材料，纯铝的导电率为64IACS％，并且价格、低廉加工方便，因此在电缆工业中受到广泛关注。但是纯铝的质地较软，抗拉强度仅为60-70MPa，屈服强度为20MPa，难以满足使用需求。目前通用的做法是向纯铝里加入少量的合金元素，起到固溶强化和时效强化的作用，以提高纯铝的强度。但是加入的合金元素会大大影响铝的导电性，比如6061铝合金，其中Mg含量为0.8-1.2％，Si含量为0.4-0.8％，其抗拉强度可达到160MPa，但是其导电性仅有57IACS％，相对于纯铝的64IACS％下降了11％。并且其耐热性较差，输电时温度升高，其强度下降较快，会产生安全隐患。因此目前我国铝合金高压架空远距离输电线主要采用钢芯铝绞线，在铝绞线芯部增加钢丝以起到支撑的作用，但是这种做法增加了电线的质量，提高了架设成本。随着我国“西电东送、南北互供、全国联网”的输电战略部署的形成，输电距离越来越远，输电容量也越来越大，对输电线提出了更高的要求。一方面要求输电线有较高的导电率，降低输送损耗，提高输送效率，另一方面要求输电线具有良好的耐热性能和抗弧垂特性，减少线路建设成本，节省资源。

本发明采用粉末冶金的方法，以纯铝粉为原料，通过球磨、冷等静压、烧结以及挤压拉拔，得到高强度高导电性耐热性良好的纯铝。本发明通过将纯铝粉表面的氧化物薄膜破碎并通过烧结、挤压以及拉拔使之进入到基体中去，形成细小得到氧化物质点，起到很好的强化作用。该氧化物质点能显著阻碍晶粒长大，并且在高温下也不会溶解到基体中去，因此材料的耐热性十分优异。由于基体为纯铝，不含有其他的合金元素，而且其中的氧化物质点细小均匀，因此该材料的导电性十分优异。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备高强高导耐热铝合金的方法，该材料的室温抗拉强度可达200MPa，延伸率为20％，并且其导电性为61IACS％以上，其长期使用温度可达200℃。该材料可以广泛用于制备高压架空输电线以及铝母排等输电设施，提高输电容量，减少电力损耗。其具体制备工艺如下：

1)将纯铝粉和钢球按球料体积比为3:1的比例放入球磨罐中，并向球磨罐中加入铝粉质量1％的球磨助剂硬脂酸。

2)对装好的料进行球磨，其球磨时间为5-10h，球磨机转速为30-50rpm。

3)将球磨之后的铝粉取出，装入包套进行冷等静压，冷等静压压力为150-200MPa，保压时间为2min。

4)将冷等静压之后得到的坯料放入保护气氛炉中进行烧结，其烧结温度为600-640℃。

5)对烧结之后得到的铝棒进行热挤压，其挤压比为4-40。

6)对挤压之后得到的棒材进行冷拉拔成所需尺寸的丝材即可。

本发明所使用的铝粉的纯度在99.9％以上。烧结时所用的保护气氛为N₂、Ar、H₂、NH₃中的任一一种或者混合气体。

与现有技术相比，本发明制备的高强高导耐热铝合金中不含有其他的合金元素，仅含有纳米级的细小的氧化物质点作为强化相，该强化相细小均匀，提高材料的强度的同时，对材料的导电性影响小。并且该氧化物强化相在高温下也能稳定存在，可以显著阻碍材料的回复再结晶，阻止晶粒长大，因此其强度在高温下也可以维持，显著提高材料的耐热性。该材料的室温抗拉强度可达200MPa，延伸率为20％，并且其导电性为61IACS％以上，其长期使用温度可达200℃。该材料可以广泛用于制备高压架空输电线以及铝母排等输电设施，提高输电容量，减少电力损耗。

附图说明

附图1为实施例3所制备的高强高导耐热铝合金的透射电镜组织。

附图2为实施例3所制备的高强高导耐热铝合金的透射电镜高倍组织。

由图1可以看出，采用该方法制备的材料的晶粒十分细小，晶粒仅为200-400nm。

由图2可以看出，材料中存在有细小的第二相，该第二相的大小仅为10nm，因此材料的强度高，并且对导电性的影响较小。

具体实施方式

实施例1：

1)将纯铝粉和钢球按球料体积比为3:1的比例放入球磨罐中，并向球磨罐中加入铝粉质量1％的球磨助剂硬脂酸。

2)对装好的料进行球磨，其球磨时间为5h，球磨机转速为30rpm。

3)将球磨之后的铝粉取出，装入包套进行冷等静压，冷等静压压力为150MPa，保压时间为2min。

4)将冷等静压之后得到的坯料放入气氛炉中进行烧结，其烧结温度为600℃。

5)对烧结之后得到的铝棒进行热挤压，其挤压比为4。

6)对挤压之后得到的棒材进行冷拉拔成所需尺寸的丝材即可。

实施例2：

1)将纯铝粉和钢球按球料体积比为3:1的比例放入球磨罐中，并向球磨罐中加入铝粉质量1％的球磨助剂硬脂酸。

2)对装好的料进行球磨，其球磨时间为8h，球磨机转速为40rpm。

3)将球磨之后的铝粉取出，装入包套进行冷等静压，冷等静压压力为180MPa，保压时间为2min。

4)将冷等静压之后得到的坯料放入气氛炉中进行烧结，其烧结温度为620℃。

5)对烧结之后得到的铝棒进行热挤压，其挤压比为20。

6)对挤压之后得到的棒材进行冷拉拔成所需尺寸的丝材即可。

实施例3：

1)将纯铝粉和钢球按球料体积比为3:1的比例放入球磨罐中，并向球磨罐中加入铝粉质量1％的球磨助剂硬脂酸。

2)对装好的料进行球磨，其球磨时间为10h，球磨机转速为50rpm。

3)将球磨之后的铝粉取出，装入包套进行冷等静压，冷等静压压力为200MPa，保压时间为2min。

4)将冷等静压之后得到的坯料放入气氛炉中进行烧结，其烧结温度为600-640℃。

5)对烧结之后得到的铝棒进行热挤压，其挤压比为40。

6)对挤压之后得到的棒材进行冷拉拔成所需尺寸的丝材即可。

Claims (3)

1.一种制备高强高导耐热铝合金的方法，其特征在于具体工艺为：

1)将纯铝粉和钢球按球料体积比为3:1的比例放入球磨罐中，并向球磨罐中加入铝粉质量1％的球磨助剂硬脂酸；

2)对装好的料进行球磨，其球磨时间为5-10h，球磨机转速为30-50rpm；

3)将球磨之后的铝粉取出，装入包套进行冷等静压，冷等静压压力为150-200MPa，保压时间为2min；

4)将冷等静压之后得到的坯料放入保护气氛炉中进行烧结，其烧结温度为600-640℃；

5)对烧结之后得到的铝棒进行热挤压，其挤压比为4-40；

6)对挤压之后得到的棒材进行冷拉拔成所需尺寸的丝材即可。

2.如权利要求1所述制备高强高导耐热铝合金的方法，其特征在于，所用的铝粉的纯度在99.9％以上。

3.如权利要求1所述制备高强高导耐热铝合金的方法，其特征在于，烧结时所用的保护气氛为N₂、Ar、H₂、NH₃中的任意一种或者混合气体。