CN104561678A - 一种含硼高铁铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于有色金属材料技术领域，涉及一种高导电率含硼高铁铝合金材料及其制备方法，其原料组份包括硼、铁、硅、铜和铝，其制备工艺为：先选取原料，将回炉料、铝锭和铝铁中间合金坯料放入熔炼炉中加热后转入保温炉中，再调整保温炉中熔体温度加入铝硼中间合金，调节合金成分到设定配方范围后，通入氧气进行精炼得精炼熔体，然后对精炼熔体进行除渣并调整熔体温度静置并搅拌，得精质合金熔体，最后采用连铸连轧工艺，先将精质合金熔体浇成铝合金铸件，控温条件下将铝合金铸件导入轧机，轧制成所需规格的铝合金杆，用于制备实心导体或多股绞合导体；其制备工艺成熟，熔炼控制简单，精度高，产品导电性能好，应用范围广。

Description

一种含硼高铁铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于有色金属材料技术领域，涉及一种高导电率含硼高铁铝合金材料及其制备方法，采用现代热熔技术高温炼成后加工成导电体。

背景技术：

铜材因具有导电率高、综合力学性能好且冶炼、制造技术成熟等优点，一直是电缆行业优先选用的材料。随着我国电缆行业的快速发展，尤其是对大容量、大跨度电缆的需求量连年攀升；加之国际铜价长期保持高位运转，给铜资源依赖进口的我国电缆工业带来了很大的负担，使寻找代替铜作为电缆的材料成为迫切需要。铝和铝合金材料早已作为电缆材料导电体使用，且同等重量的铝导体相对于铜有更高的载流量。但常规铝及其合金存在强度低、弯曲性能和抗蠕变性能差等问题，需要对铝及其合金进行改良，提高铝合金的综合性能，以推动“以铝节铜”的国际进程。国内欣意电缆集团已经大量生产的稀土高铁铝合金就是一种弯曲性能和抗蠕变性能好、机械性能高、具有高导电率的电工材料。一般的多元微合金化过程会在提高力学性能的同时降低导电率；而稀土和硼元素是目前最常用的两类可同时提高铝合金力学性能和电导率的材料，可以除去铝中的Ti、V、Mn、Cr等杂质，还可部分固溶在铝基体中或形成分布于晶界的化合物起到增强的作用。铁元素的添加可起到提高强度，特别起到提高抗蠕变性能的作用，使铝合金具有较好的拉伸性能、柔韧性和抗蠕变性能。金属在温度、外力和自重的作用下，随着时间的推移，将迟缓的产生不能恢复的永世变形，这种现象称为蠕变。蠕变使得电缆接头的接触电阻增大，接头处温度升高而过热，如果不定期维护，就会引发断路、火灾事故；铁元素的加入，可大幅度提高铝合金的抗蠕变性能，避免蠕变引起接触电阻增大导致事故的风险。

在现有技术中，铜和硅两种元素都是铝合金中重要的合金元素，在铝中起到固溶强化作用；硅还可以与铁和铝形成金属间化合物起到强化作用，同时硅还可提高合金的柔韧性能和耐腐蚀性能；硼元素与铝中的铁和硅等元素可形成多种稳定的金属间化合物析出到晶界上，即硼元素可使铝中固溶的铁和硅等元素析出，改变了铝及其合金的物相组成及它们的形貌、尺寸和分布状态，致使铝及其合金的电阻率降低、强度提高。据此，“硼化处理”成为净化铝及铝合金液，提高电工用铝及其合金的必要工艺。需要强调的是硼化处理还可以细化晶粒，而细化晶粒是控制金属材料组织的最重要、最基本的方法；晶粒细化既能提高材料的强度，又能提高材料的塑性和韧性，所以硼化处理能显著提高铝及其合金的综合力学性能。中国发明专利“电缆用高导电率铝合金材料及其制备方法”(申请号201010225391.9)公开了铝合金材料含有重量百分比为0.25-0.80％的铁元素，0.02-0.15％的硼元素和0.1％-1.5％的稀土元素，其制成的铝合金导体同普通电工铝导体相比，具有更加优异的导电性能，导电率能达到或超过62.5％IACS，且经过特殊工艺处理的铝合金导体具有优异的柔韧性和抗蠕变性能；但由于采用了稀土元素，其成本相对提高，而且难以适应更高要求导电性场合的导体需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求提供一种机械性能好、导电率高的高铁铝合金材料及其制备方法，其制备的材料中不添加稀土元素，减少了铁和硼元素的添加比例，同时控制硅和铜的含量，通过一定的熔铸工艺实现高电导率、优异柔韧性、抗蠕变性能和耐腐蚀性能电工用铝合金材料的制备。

为了实现上述目的，本发明中涉及的高导电率含硼高铁铝合金材料的重量百分比组份为：硼0.02-0.12％，铁0.40-0.75％，硅0.05-0.15％，铜小于0.2％，其余为铝，总量为100％；其中硼和铁元素的添加通过在铝熔体中加入Al-B中间合金和Al-Fe中间合金实现。

本发明涉及的高导电率含硼高铁铝合金材料的制备工艺为：

(1)、按重量百分比选取各原料后，将回炉料、铝锭和Al-Fe中间合金坯料放入熔炼炉中，加热至所有原料熔化后转入保温炉中；

(2)、调整保温炉中熔体温度为720-800℃，再加入Al-B中间合金，调节合金成分到设定配方范围通入氧气进行精炼后，得精炼熔体；

(3)、对精炼熔体进行除渣并调整熔体温度为690-780℃，静置5-30min，期间搅拌2-3次，得精质合金熔体；

(4)、采用连铸连轧工艺，先将精质合金熔体浇成铝合金铸件，控温440-520℃条件下将铝合金铸件导入轧机，轧制成所需规格的铝合金杆，用于制备实心导体或多股绞合导体。

本发明与现有技术相比，其制备工艺成熟，熔炼控制简单，精度高，产品导电性能好，应用范围广，可替代现有的铝合金导电材料。

具体实施方式：

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的高导电率高铁铝合金材料，其原料成份按重量百分配比为:B0.02-0.04％，Si0.05-0.10％，Fe0.65-0.75％，Cu和不可避免微量杂质小于0.08％，其余为Al，总量为100％；其制备方法为：

(1)先按重量百分比选取各原料，将铝和铝铁合金坯料放入氧化铝坩埚中，用坩埚电阻炉加热到730-750℃至熔化，得铝铁熔体；

(2)将铝铁熔体转入740-760℃保温炉中，加入含B的重量分数为3％的Al-B中间合金，静置20min，期间搅拌3次，得混合熔体；

(3)保持混合熔体的温度在740-760℃，通入氩气精炼5min，得精炼熔体；

(4)将精炼熔体除渣后静置15-20min，得精质熔体；

(5)将精质熔体降温至730-740℃时浇入连铸机中，使铸件温度达到440-460℃时导入轧机，轧制成直径为10-12mm的铝合金杆材料，该材料用于制备高压电缆，其导电率为61.7％IACS，高于美标要求的61％IACS。

实施例2：

本实施例的合金材料重量百分比组成为：硼为0.04-0.12％，硅为0.10-0.15％，铁为0.4-0.65％，铜和不可避免杂质小于0.2％，其余为铝，总重量份100％；其制备工艺同实施例1；其制备的合金材料用于制备普通电线芯材，其导电率为61.8％IACS，高于美标要求的61％IACS。

Claims (2)

1.一种含硼高铁铝合金材料，其特征在于各原料的重量百分比组份为：硼0.02-0.12％，铁0.40-0.75％，硅0.05-0.15％，铜小于0.2％，其余为铝，总量为100％；其中硼和铁元素的添加通过在铝熔体中加入铝硼中间合金和铝铁中间合金实现。

2.一种根据权利要求1所述的含硼高铁铝合金材料的制备方法，其特征在于制备工艺为：

(1)、按重量百分比选取各原料后，将回炉料、铝锭和铝铁中间合金坯料放入熔炼炉中，加热至所有原料熔化后转入保温炉中；

(2)、调整保温炉中熔体温度为720-800℃，再加入铝硼中间合金，调节合金成分到设定配方范围通入氧气进行精炼后，得精炼熔体；

(3)、对精炼熔体进行除渣并调整熔体温度为690-780℃，静置5-30min，期间搅拌2-3次，得精质合金熔体；

(4)、采用连铸连轧工艺，先将精质合金熔体浇成铝合金铸件，控温440-520℃条件下将铝合金铸件导入轧机，轧制成所需规格的铝合金杆，用于制备实心导体或多股绞合导体。