CN104264007A - 一种高导电率的中强铝合金单丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高导电率的中强铝合金单丝及其制备方法，通过加入微量合金化元素Si、Fe、Mn、Mo、La、Be，并且控制合金中杂质元素含量，并通过热处理工艺来调整合金的微观组织，制备得到具有高导电率的中强铝合金单丝。实验结果表明，本发明制备的高导电率的中强铝合金单丝导电率为60％IACS(20℃)、抗拉强度为245MPa，延伸率为3.5％。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种高导电率的中强铝合金单丝及其制备方法。
背景技术
随着我国经济建设的快速发展以及电力需求逐年攀升，如何充分利用现有线路走廊及线路设施，尽可能多输送电量、降低线损，提高输电效率已成为电力运行部门必须考虑的问题。
目前，我国高压、超高压和特高压架空输电线路常用钢芯铝绞线，该种钢芯铝绞线的生产和应用技术基本成熟，但其输电线损高、耐腐蚀性能差，载流量低。在输电线路上采用全铝合金导线（AAAC）较常规钢芯铝导线（ACSR）具有如下优点：线路损耗小，拉重比大、弧垂特性好，表面耐划伤、施工即简单又方便，耐蚀性能好、线路服役生命长，尤其是在沿海地区或重工业污染区等特点。美、日、澳、欧洲等发达国家多用全铝合金导线，如日本输电线路应用AAAC在50%以上，法国、澳大利亚、瑞典更高达80%。我国在20世纪60 年代开始研制和开发高强度全铝合金导线。
现有技术中，武汉电缆集团、杭州电缆有限公司、上海中天铝线有限公司等七、八家企业可生产高强度全铝合金导线，并在国内输电线路上获得应用，如山东500 kV 淄博-黄河北线路大跨越段、220kV和±500kV天广线局部地段等。深圳城网改造工程上也采用了高强全铝合金导线。但我国导线标准GB/T 1179-2008《圆线同心绞架空导线》中的2种铝合金线种LHA1和LHA2为高强铝合金，导电率分别为52.5％IACS和53％IACS，与钢芯铝绞线采用的硬铝线LY9的导电率61％IACS相比，在相同导线截面时，其直流电阻要增大15％左右；在通过相同电流时，其电阻损耗也相应增大15％左右。
申请号为201210076890.5的中国专利文献报道了一种用于高压电缆的铝合金导体及其制备方法，组成及质量百分含量为 ：铁 0.35％ -0.6％、硼 0.5％ -1％，稀土0.5％-1.5％，其余为铝及不可避免的杂质。但是，上述报道的铝合金在生产工艺、产品性能与稳定性上与发达国家的铝合金导线存在一定差距，制约了国内全铝合金导线的应用。因此，线损小、拉重比大且耐蚀性好的导电率较高的中强全铝合金导线的开发和应用近年来受到国内外的高度关注。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种高导电率的中强铝合金单丝及其制备方法，该中强铝合金单丝的导电率为60％ IACS(20℃)、抗拉强度为245MPa，延伸率为3.5％。
有鉴于此，本发明提供了一种高导电率的中强铝合金单丝，包括以下成分：
Si 0.1 wt％~ 0.3 wt％；
Fe 0.2wt％~0.4 wt％；
Mn 0.1 wt％~ 0.2 wt％；
Mo 0.01 wt％~0.1wt％；
La 0.01 wt％~0.15 wt％；
Be 0.01 wt％~0.2wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
优选的，包括以下成分：
Si 0.2 wt％~ 0.3 wt％；
Fe 0.2wt％~0.3 wt％；
Mn 0.1 wt％~ 0.15 wt％；
Mo 0.03 wt％~0.08wt％；
La 0.05 wt％~0.1 wt％；
Be 0.02 wt％~0.15wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
优选的，包括以下成分：
Si 0.2 wt％~ 0.25 wt％；
Fe 0.22wt％~0.28 wt％；
Mn 0.11 wt％~ 0.14 wt％；
Mo 0.04 wt％~0.06wt％；
La 0.06 wt％~0.09 wt％；
Be 0.05 wt％~0.1wt％；
余量为 Al 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导电率的中强铝合金单丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤a）将铝锭熔化后在 680 ～ 730℃下依次加入Si、Fe、Mn、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在680 ～ 730℃下合金化 60 ～ 80min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 230 ～ 250℃后保温，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到高导电率的中强铝合金单丝。
优选的，步骤a中搅拌时间为3~10min。
优选的，步骤a中合金化温度为690 ～ 730℃。
优选的，步骤a中合金化温度为700 ～ 730℃。
优选的，步骤a中合金化时间为70 ～ 80min。
优选的，步骤b中模具的预热温度为230 ～ 240℃。
优选的，步骤b中保温时间为5~20min。
本发明提供了一种高导电率的中强铝合金单丝及其制备方法，包括以下步骤：步骤a）将铝锭熔化后在 680 ～ 730℃下依次加入Si、Fe、Mn、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在680 ～ 730℃下合金化 60 ～ 80min，得到混合液；步骤b）将模具预热至 230 ～ 250℃后保温，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到高导电率的中强铝合金单丝。与现有技术相比，本发明通过加入微量合金化元素Si、Fe、Mn、Mo、La、Be，并且控制合金中杂质元素含量，并通过热处理工艺来调整合金的微观组织，制备得到具有高导电率的中强铝合金单丝。实验结果表明，本发明制备的高导电率的中强铝合金单丝导电率为60％ IACS(20℃)、抗拉强度为245MPa，延伸率为3.5％。
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提供一种高导电率的中强铝合金单丝，包括以下成分：
Si 0.1 wt％~ 0.3 wt％；
Fe 0.2wt％~0.4 wt％；
Mn 0.1 wt％~ 0.2 wt％；
Mo 0.01 wt％~0.1wt％；
La 0.01 wt％~0.15 wt％；
Be 0.01 wt％~0.2wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
作为优选方案，所述中强铝合金单丝包括以下成分：
Si 0.2 wt％~ 0.3 wt％；
Fe 0.2wt％~0.3 wt％；
Mn 0.1 wt％~ 0.15 wt％；
Mo 0.03 wt％~0.08wt％；
La 0.05 wt％~0.1 wt％；
Be 0.02 wt％~0.15wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
更优选的，所述中强铝合金单丝包括以下成分：
Si 0.2 wt％~ 0.25 wt％；
Fe 0.22wt％~0.28 wt％；
Mn 0.11 wt％~ 0.14 wt％；
Mo 0.04 wt％~0.06wt％；
La 0.06 wt％~0.09 wt％；
Be 0.05 wt％~0.1wt％；
余量为 Al 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导电率的中强铝合金单丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤a）将铝锭熔化后在 680 ～ 730℃下依次加入Si、Fe、Mn、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在680 ～ 730℃下合金化 60 ～ 80min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 230 ～ 250℃后保温，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到高导电率的中强铝合金单丝。
从上述技术方案可以看出，本发明通过加入微量合金化元素Si、Fe、Mn、Mo、La、Be，并且控制合金中杂质元素含量，并通过热处理工艺来调整合金的微观组织，制备得到具有高导电率的中强铝合金单丝。
其中，硅是铝合金的最普通的合金元素之一，硅能提高铝合金的铸造性能及焊接流动性，还能使铝合金有较高的力学性能，由于其在合金中能形成一些化合物，使合金成为可热处理强化的。随着 Si 含量升高，合金的电导率下降。这是由于提高合金中 Si 含量，铝基体中游离 Si 数量增加，Si 是半导体，较铝基体的电阻率高得多，因此 Si 含量的提高减少铝基体的有效导电截面积，降低合金的电导率。
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。
Mn具有细化晶粒、提高铝合金室温抗拉强度及改善耐热性的效果。
Mo具有高温强度好、硬度高、密度大、抗腐蚀能力强、热膨胀系数小、良好的导电和导热等特性。
稀土镧 La 在铝合金单丝中起到良好的净化除杂作用，在加入稀土前杂质多以游离状态存在，加入稀土后，稀土与固溶于铝中的有害杂质形成了稳定的金属间化合物，并在晶界析出，降低了杂质元素在基体中的固溶度，从而提高铝的导电性。但稀土含量的增加会使母线材料的抗拉强度先升高后降低，为了达到最大的抗拉强度及最良的导电性，将稀土镧 La 控制在0.06 wt％~0.09 wt％之间。
Mo与其他微量元素共同作用，提高了铝合金单丝的机械性能，且抗腐蚀性好，还保持有很高的导电性。
在制备高导电率的中强铝合金单丝的过程中，步骤a中搅拌时间优选为3~10min，更优选为5~8min，更优选为6~7min；合金化温度优选为690 ～ 730℃，更优选为700 ～ 730℃，更优选为710 ～ 730℃；合金化时间优选为70 ～ 80min，更优选为72 ～78min，更优选为74 ～76min。
步骤b中模具的预热温度优选为230 ～ 240℃，更优选为232 ～ 238℃，优选为235 ～ 238℃；保温时间优选为5~20min，更优选为10~20min，更优选为12~18min。
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
本实施例制备的高导电率的中强铝合金单丝的成分如下：
Si 0.2 wt％；
Fe 0.25 wt％；
Mn 0.12 wt％；
Mo 0.05wt％；
La 0.08wt％；
Be 0.08％；
余量为 Al。
制备方法如下：
步骤a）将铝锭熔化后在700℃下依次加入Si、Fe、Mn、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在700℃下合金化 70min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 240℃后保温20min，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到高导电率的中强铝合金单丝。
对本实施例制备的高导电率的中强铝合金单丝进行性能检测，结果显示：导电率为60％ IACS(20℃)、抗拉强度为245MPa，延伸率为3.5％。
实施例2
本实施例制备的高导电率的中强铝合金单丝的成分如下：
Si 0.25 wt％；
Fe 0.20 wt％；
Mn 0.15 wt％；
Mo 0.08wt％；
La 0.02wt％；
Be 0.05％；
余量为 Al。
制备方法如下：
步骤a）将铝锭熔化后在700℃下依次加入Si、Fe、Mn、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在700℃下合金化 70min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 240℃后保温20min，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到高导电率的中强铝合金单丝。
对本实施例制备的高导电率的中强铝合金单丝进行性能检测，结果显示：导电率为60％ IACS(20℃)、抗拉强度为244MPa，延伸率为3.5％。
实施例3
本实施例制备的高导电率的中强铝合金单丝的成分如下：
Si 0.3 wt％；
Fe 0.3 wt％；
Mn 0.18wt％；
Mo 0.01wt％；
La 0.06wt％；
Be 0.02％；
余量为 Al。
制备方法如下：
步骤a）将铝锭熔化后在720℃下依次加入Si、Fe、Mn、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在720℃下合金化 70min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 250℃后保温20min，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到高导电率的中强铝合金单丝。
对本实施例制备的高导电率的中强铝合金单丝进行性能检测，结果显示：导电率为60％ IACS(20℃)、抗拉强度为243MPa，延伸率为3.51％。
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)
1.一种高导电率的中强铝合金单丝，其特征在于，包括以下成分：
Si 0.1 wt％~ 0.3 wt％；
Fe 0.2wt％~0.4 wt％；
Mn 0.1 wt％~ 0.2 wt％；
Mo 0.01 wt％~0.1wt％；
La 0.01 wt％~0.15 wt％；
Be 0.01 wt％~0.2wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的中强铝合金单丝，其特征在于，包括以下成分：
Si 0.2 wt％~ 0.3 wt％；
Fe 0.2wt％~0.3 wt％；
Mn 0.1 wt％~ 0.15 wt％；
Mo 0.03 wt％~0.08wt％；
La 0.05 wt％~0.1 wt％；
Be 0.02 wt％~0.15wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的中强铝合金单丝，其特征在于，包括以下成分：
Si 0.2 wt％~ 0.25 wt％；
Fe 0.22wt％~0.28 wt％；
Mn 0.11 wt％~ 0.14 wt％；
Mo 0.04 wt％~0.06wt％；
La 0.06 wt％~0.09 wt％；
Be 0.05 wt％~0.1wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
4.一种权利要求1~3任意一项所述的高导电率的中强铝合金单丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a）将铝锭熔化后在 680 ～ 730℃下依次加入Si、Fe、Mn、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在680 ～ 730℃下合金化 60 ～ 80min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 230 ～ 250℃后保温，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到高导电率的中强铝合金单丝。
5.如权利要求 4 所述的制备方法，其特征在于，步骤a中搅拌时间为3~10min。
6.如权利要求 4 所述的制备方法，其特征在于，步骤a中合金化温度为690 ～ 730℃。
7.如权利要求 6 所述的制备方法，其特征在于，步骤a中合金化温度为700 ～ 730℃。
8.如权利要求 4 所述的制备方法，其特征在于，步骤a中合金化时间为70 ～ 80min。
9.如权利要求 4 所述的制备方法，其特征在于，步骤b中模具的预热温度为230 ～ 240℃。
10.如权利要求 4 所述的制备方法，其特征在于，步骤b中保温时间为5~20min。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160805 Address after: Zhoukou City, Henan province 466000 taeho Road No. 1 Applicant after: Zhoukou Power Supply Company of State Grid Henan Electric Power Company Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: Zhoukou City, Henan province 466000 taeho Road No. 1 Applicant before: Zhoukou Power Supply Company of State Grid Henan Electric Power Company |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |