CN104561674A - 导电率为百分之六十二耐热铝合金导体材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
导电率为百分之六十二耐热铝合金导体材料及制备方法，属于架空输电导线用导体材料技术领域。材料包括铝、铒、钇和硼，各种元素的质量百分比为：铒0.31～0.50％，钇0.20～0.40％，硼0.02～0.05％，且10≤铒/硼质量比≤15，杂质硅≤0.06％，杂质铁≤0.20％，杂质铬、锰、钒、钛之和≤0.012％，余量为铝。本发明的铝合金导体材料，采用熔炼、铸造、冷热加工制备所需规格的导线。本发明铝合金导体材料的抗拉强度≥160MPa、延伸率≥2.0％、导电率≥62％IACS。常温力学性能和电学性能方面达到甚至超过LY9-L2高导电硬铝导体材料，在耐热性方面达到耐热铝合金导体材料的耐热性要求，与60％IACS耐热铝合金导线相比，可减低线损3％，取得显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于架空输电导线用导体材料技术领域，特别涉及一种导电率为百分之六十二耐热铝合金导体材料及制备方法，适用于大容量输电。
背景技术
在国家电网“西电东送、南北互供、全国联网”形势下，长距离、大容量、高电压输电线路越来越多，输电损耗越来越受关注，节能导线越来越受重视。采用耐受较高电流密度的耐热铝合金导线提高输送容量的优点是对杆塔、金具的强度要求较低，施工较容易。存在的问题是现有耐热铝合金导线的导电率为58％IACS和60％IACS，比硬铝导线低1～3％IACS，增加了输电损耗。如果将耐热铝合金导线的导电率提高至硬铝导线水平，则可解决耐热铝合金导线输电损耗大的问题，传输相同容量的电能其直径比硬铝导线的直径小，可减轻随风舞动，降低材料消耗，既提高安全性又带来显著的经济效益。
发明内容
本发明的目的就是提供一种导电率为百分之六十二耐热铝合金导体材料及制备方法，即可在150℃下长期运行的导电率大于62％IACS的耐热铝合金导体材料及其制备方法。
本发明提供一种大容量高导电耐热铝合金导体材料，该耐热铝合金导体材料包括铝、铒、钇和硼。各元素的质量百分比分别为：铒0.31～0.50％，钇0.20～0.40％，硼0.02～0.05％，且10≤铒/硼质量比≤15，杂质硅≤0.06％，杂质铁≤0.20％，杂质铬、锰、钒、钛之和≤0.012％，余量为铝。
上述大容量高导电耐热铝合金导体材料，采用的制备工艺为：先将纯度为99.7wt％以上的工业纯铝锭放在熔炉中熔化，铝液温度为720～750℃，进行炉前化学分析，控制杂质硅含量≤0.06％，杂质铁含量≤0.20％，杂质铬、锰、钒、钛之和(Cr+Mn+Ti+V)≤0.012％，然后在保温炉温度为740～760℃时添加铝-铒合金、铝-钇合金、铝-硼合金，使元素铒、钇、硼分别占熔体总质量的0.31～0.50％、0.20～0.40％、0.02～0.05％，且控制10≤铒/硼质量比≤15，经精炼除气后再保温30～45min，然后浇铸成棒，轧制成杆，并对该铝合金杆进行300～350℃保温1～10h的退火处理，拉拔成线，得到高导电耐热铝合金导体材料。
本发明所述的铝-铒合金、铝-钇合金和铝-硼合金，为采用精选Al 99.7工业纯铝与纯度为99.9％的铒、钇和化学纯氟硼酸钾制备的铝-铒、铝-钇、铝-硼中间合金。
本发明大容量高导电耐热铝合金导体材料中的铒、钇、硼经退火处理后析出的第二相，用来提高该导电铝合金的耐热性、导电性并保证强度要求。
本发明的有益效果为：使用本发明的材料制造大容量导线时，可以采用连铸连轧方式生产，不需要对合金锭材或合金棒材进行均匀化处理，也不需要对合金线材进行时效处理。仅对铝合金杆进行300～350℃的退火处理，就可达到抗拉强度大于160MPa、延伸率大于2.0％、导电率大于62％IACS。在常温力学性能和电学性能方面达到甚至超过LY9-L2高导电硬铝导体材料，在耐热性方面达到耐热铝合金导体材料的耐热性要求，可以替代硬铝导体材料，制备较小直径的大容量输电导线，减轻导线的随风舞动。与60％IACS耐热铝合金导线相比，可减低线损3.0％，取得显著的经济效益。
本发明主要通过加入铝-铒合金辅之于加入铝-钇、铝-硼合金，控制10≤铒/硼质量比≤15，并经300～350℃退火来提高铝合金的导电性、耐热性，使之达到大于62％IACS的导电率要求，同时满足可在150℃下长期运行的耐热性要求。本发明的高导电耐热铝合金可以取代硬铝导体材料，在相同的输送容量条件下，使导线的线径更小，减轻随风舞动，提高输电线路的安全性，有效解决大容量输电和新老线路的增容问题。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种大容量高导电耐热铝合金导体材料，该高导电耐热铝合金导体材料主要由铝、铒、钇、硼组成。各种元素的质量百分比为：铒0.32％，钇0.21％，硼0.025％，杂质元素硅0.06％，杂质元素铁0.20％，杂质元素铬、锰、钒、钛之和为0.012％，其余为铝。
上述大容量高导电耐热铝合金导体材料，采用的工艺制备为：先将纯度为99.7wt％的铝锭放在熔炉中熔化，铝液温度为720℃，进行炉前化学分析，杂质元素硅为0.06％，杂质元素铁为0.20％，杂质元素铬、锰、钒、钛之和(Cr+Mn+Ti+V)为0.012％，然后在保温炉铝液温度为740℃时添加铝-铒合金，铝-钇合金和铝-硼中间合金，使元素铒、钇、硼分别占熔体总质量的0.32％、0.21％、0.025％。中间合金熔化后搅拌、精炼，再保温30min，然后浇铸、轧制成Φ9.5mm杆，对铝杆在300℃退火3h，冷拔成Φ2.3mm导线，得大容量高导电耐热铝合金导体材料。
所制的大容量高导电率耐热铝合金导体材料，导电率62.2％IACS，抗拉强度184MPa，延伸率2.1％，耐热性93.2％。
实施例2
一种大容量高导电耐热铝合金导体材料，该高导电耐热铝合金导体材料主要由铝、铒、钇、硼组成。各种元素的质量百分比为：铒0.35％，钇0.30％，硼0.035％，杂质元素硅0.05％，杂质元素铁0.16％，杂质元素铬、锰、钒、钛之和为0.011％，其余为铝。
上述大容量高导电耐热铝合金导体材料，采用的工艺制备为：先将纯度为99.7wt％的铝锭放在熔炉中熔化，铝液温度为730℃，进行炉前化学分析，杂质元素硅为0.05％，杂质元素铁为0.16％，杂质元素铬、锰、钒、钛之和(Cr+Mn+Ti+V)为0.011％，然后在保温炉铝液温度为750℃时添加铝-铒合金，铝-钇合金和铝-硼中间合金，使元素铒、钇、硼分别占熔体总质量的0.35％、0.30％、0.035％。中间合金熔化后搅拌、精炼，再保温45min，然后浇铸、轧制成Φ9.5mm杆，对铝杆在350℃退火1h，冷拔成Φ3.2mm导线，得大容量高导电耐热铝合金导体材料。
所制的大容量高导电率耐热铝合金导体材料，导电率62.5％IACS，抗拉强度186MPa，延伸率2.3％，耐热性94.1％。
实施例3
一种大容量高导电耐热铝合金导体材料，该高导电耐热铝合金导体材料主要由铝、铒、钇、硼组成。各种元素的质量百分比为：铒0.40％，钇0.20％，硼0.04％，杂质元素硅为0.06％，杂质元素铁为0.18％，杂质元素铬、锰、钒、钛之和为0.012％，其余为铝。
上述大容量高导电耐热铝合金导体材料，可采用如下工艺制备：先将纯度为99.7wt％的铝锭放在熔炉中熔化，铝液温度为735℃，进行炉前化学分析，杂质元素硅为0.06％，杂质元素铁为0.18％，杂质元素铬、锰、钒、钛之和(Cr+Mn+Ti+V)为0.012％，然后在保温炉铝液温度为740℃时添加铝铒合金，铝钇合金和铝硼中间合金，使元素铒、钇、硼分别占熔体总质量的0.40％、0.20％、0.04％。中间合金熔化后搅拌、精炼，再保温35min，然后浇铸、轧制成Φ9.5mm杆，对铝杆在350℃退火5h，冷拔成Φ3.9mm导线，得大容量高导电耐热铝合金导体材料。
所制的大容量高导电率耐热铝合金导体材料，导电率62.4％IACS，抗拉强度182MPa，延伸率2.2％，耐热性95.0％。
Claims (3)
1.一种导电率为百分之六十二耐热铝合金导体材料，其特征在于：包括铝、铒、钇和硼，各种元素的质量百分比为：铒0.31～0.50％，钇0.20～0.40％，硼0.02～0.05％，且10≤铒/硼质量比≤15，杂质硅≤0.06％，杂质铁≤0.20％，杂质铬、锰、钒、钛之和≤0.012％，余量为铝。
2.一种权利要求1所述的耐热铝合金导体材料的制备方法，其特征在于：工艺步骤及控制的技术参数如下：
(1)将纯度为99.7wt％以上的工业纯铝锭放在熔炉中熔化，铝液温度为720～750℃，进行炉前化学分析，控制杂质硅含量≤0.06％，杂质铁含量≤0.20％，杂质(Cr+Mn+Ti+V)≤0.012％；
(2)在保温炉温度为740～760℃时添加铝-铒合金、铝-钇合金、铝-硼合金，使元素铒、钇、硼分别占熔体总质量的0.31～0.50％、0.20～0.40％、0.02～0.05％，且10≤铒/硼质量比≤15；
(3)经精炼除气后再保温30～45min，然后浇铸成棒，轧制成杆，并对铝合金杆进行300～350℃保温1～10h的退火处理，拉拔成线，得到高导电耐热铝合金导体材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的铝-铒合金、铝-钇合金和铝-硼合金，为采用Al 99.7工业纯铝与纯度为99.9％的铒、钇和化学纯氟硼酸钾制备的铝-铒、铝-钇、铝-硼中间合金。
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