CN106435288A - 一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体及制备方法，涉及铝合金材料技术领域，按重量百分比，包括以下组分：Fe、0.1～0.6wt％；Si、0.05～0.1wt％；Zr、0.5～1.0wt％；Er、0.01～0.5wt％；Cu、0.01～0.3wt％；Mg、0.01～0.03wt％；B、0.01～0.03wt％；Y、0.05～0.5wt％、其余为Al和不可避免的杂质，本发明铝合金导体不仅具有很高的机械强度，伸长率大以及电阻率小等优良特征，制备方法通过精细的熔炼、连铸连轧及拉丝退火，通过多种微量元素的改善使制得的铝合金导体抗拉强度达到了170MPa，电阻率不小于61％IACS，完全能达到汽车甚至绿色环保的电动汽车内高压铝合金电缆的特殊使用环境。

Description

一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体及制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体及制备方法。
背景技术
近年来有色金属，特别是轻金属及其合金的应用得到了越来越多人的关注，其中铝及铝合金的应用最为引人注目，目前我国电线电缆的导体材料大部分采用是铜导体，但由于我国铜资源紧张，铜价居高不下，铜导体材料占据铜电线电缆成本的约70％。另外全球气温升高大气污染备受各国关注，工业发达国家对于汽车燃油制品和排放标准规定越发严格，节能减排及汽车轻量化变得十分重要。
铜和铝是电缆传输用最好的材料，而铝机械强度差容易折断，容易腐蚀，当短路过载发热时容易产生氧化而导致接触电阻增大，在汽车内使用显然是不合适的。
铝合金是在铝的基础上增加了相关的微量元素，不但降低了纯铝的电阻率提高了其导电性能，更重要的是提高了拉伸强度、看弯曲抗压蠕变等多种机械性能，在相同的电气性能和机械性能要求下采用铝合金更具有加大的经济优势及绿色环保性。因此铝合金导体材料的研究势在必行。
发明内容
本发明提供了一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体及制备方法，具有很高的机械强度，伸长率大以及电阻率小等优良特征。
一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体及制备方法，按重量百分比，包括以下组分：
Fe、0.1～0.6wt％；Si、0.05～0.1wt％；Zr、0.5～1.0wt％；Er、0.01～0.5wt％；Cu、0.01～0.3wt％；Mg、0.01～0.03wt％；B、0.01～0.03wt％；Y、0.05～0.5wt％、其余为Al和不可避免的杂质。
进一步的，所述的杂质总量小于0.06％。
进一步的，按重量百分比，包括以下组分：
Fe、0.2～0.4wt％；Si、0.05～0.08wt％；Zr、0.6～0.8wt％；Er、0.02～0.4wt％；Cu、0.1～0.2wt％；Mg、0.01～0.03wt％；B、0.01～0.03wt％；Y、0.1～0.3wt％、其余为Al和不可避免的杂质。
进一步的，按重量百分比，包括以下组分：
Fe、0.3wt％；Si、0.05wt％；Zr、0.6wt％；Er、0.03wt％；Cu、0.1wt％；Mg、0.02wt％；B、0.02wt％；Y、0.2wt％、其余为Al和不可避免的杂质。
一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体的制备方法，包括以下步骤：
1)将铝锭进行熔化，升温至700～750℃将铝锭熔化并进行保温，然后向铝溶液中加入铝铁合金、铝镁硅合金，升温至750～780℃保温2小时，待全部熔化后，将合金溶液的温度降低到600～650℃，然后添加铜、硼、锆、铒及稀土金属钇并进行充分搅拌，保证铝合金溶液的均匀性；
2)合金溶液全部熔融经充分搅拌均匀后，加入精炼剂、除渣剂4.5-5.5g进行精炼、除渣工作，并将废渣处理后对铝合金溶液进行保温30～60分钟，进入铸造机进行铸造得到铝合金锭；
3)将得到的铝合金锭经过连续轧制制成9.5mm铝合金杆，在经过拉丝制成铝合金单线，并通过绞合成铝合金绞线，将绞合后的铝合金绞线放置在时效退火炉中300～340℃的温度下退火5～10h，即可得到高强度高导电汽车电线用铝合金导体。
进一步的，步骤1)中熔化铝锭时保持温度在720℃，加入铝铁合金、铝镁硅合金，升温至770℃保温2小时。
进一步的，步骤2)中放入的除渣剂5g进行除渣。
进一步的，步骤3)中，将绞合后的铝合金绞线放置在时效退火炉中320℃的温度下退火8h。
本发明的优点在于：本发明在合金中加入了少量的铁主要起到了强化铝合金强度的作用，特别是增加了铝合金的拉伸强度、屈服极限以及抗压蠕变性能，而且铁对铝的电导率影响较小；
本发明在合金中加入了少量的铜，改善了铝合金的加工性能，提高铝合金的耐蠕变性及和热稳定性，但加入的含量均应控制在一定的范围内；本发明在合金中加入了少量的硅，加工过程中形成的硅化铁(二硅化铁)会极大的增加铝合金的抗氧化和导电性能，硅酸铝也可在一定程度上增加铝合金的抗氧化性和导电性及耐候性能；
本发明在合金中加入了少量的硼、锆和铒，硼可以有效的提高铝合金的导电性能；锆和铒可以有效的细化铝合金晶粒，提高铝合金的耐热性能并净化铝合金基体；
本发明的有益效果：本发明是通过多种微量元素的添加，改善铝合金导体的内部组织结构，使其内部形成稳定的机体组织和稳定不易分解的晶界，通过多组元的协同作用，提高了铝合金的高温抗蠕变性能，提高了铝合金的电导率并增加了铝合金的拉伸强度及热稳定性。所制备的铝合金导体材料导电率达到了62％IACS，抗拉强度不小于170MPa。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体及制备方法，按重量百分比，包括以下组分：
Fe、0.3wt％；Si、0.05wt％；Zr、0.6wt％；Er、0.1wt％；Cu、0.02wt％；Mg、0.02wt％；B、0.02wt％；Y、0.2wt％、其余为Al和不可避免的杂质。
加入了少量的铁主要起到了强化铝合金强度的作用，特别是增加了铝合金的拉伸强度、屈服极限以及抗压蠕变性能，而且铁对铝的电导率影响较小；
在合金中加入了少量的铜，改善了铝合金的加工性能，提高铝合金的耐蠕变性及和热稳定性，但加入的含量均应控制在一定的范围内；
加入了少量的硅，加工过程中形成的硅化铁(二硅化铁)会极大的增加铝合金的抗氧化和导电性能，硅酸铝也可在一定程度上增加铝合金的抗氧化性和导电性及耐候性能；
加入了少量的硼、锆和铒，硼可以有效的提高铝合金的导电性能；锆和铒可以有效的细化铝合金晶粒，提高铝合金的耐热性能并净化铝合金基体。
一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体的制备方法，包括以下步骤：
1)将铝锭进行熔化，升温至720℃将铝锭熔化并进行保温，然后向铝溶液中加入铝铁合金、铝镁硅合金，升温至760℃保温2小时，待全部熔化后，将合金溶液的温度降低到620℃，然后添加铜、硼、锆、铒及稀土金属钇并进行充分搅拌，保证铝合金溶液的均匀性；
2)合金溶液全部熔融经充分搅拌均匀后，加入精炼剂、除渣剂5g进行精炼、除渣工作，并将废渣处理后对铝合金溶液进行保温45分钟，进入铸造机进行铸造得到铝合金锭；
3)将得到的铝合金锭经过连续轧制制成9.5mm铝合金杆，在经过拉丝制成铝合金单线，并通过绞合成铝合金绞线，将绞合后的铝合金绞线放置在时效退火炉中340℃的温度下退火6h，即可得到高强度高导电汽车电线用铝合金导体。
实施例2
一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体及制备方法，按重量百分比，包括以下组分：
Fe、0.3t％；Si、0.05wt％；Zr、0.8wt％；Er、0.05wt％；Cu、0.1wt％；Mg、0.02wt％；B、0.02wt％；Y、0.35wt％、其余为Al和不可避免的杂质。
一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体的制备方法，包括以下步骤：
1)将铝锭进行熔化，升温至720℃将铝锭熔化并进行保温，然后向铝溶液中加入铝铁合金、铝镁硅合金，升温至780℃保温2小时，待全部熔化后，将合金溶液的温度降低到650℃，然后添加铜、硼、锆、铒及稀土金属钇并进行充分搅拌，保证铝合金溶液的均匀性；
2)合金溶液全部熔融经充分搅拌均匀后，加入精炼剂、除渣剂5g进行精炼、除渣工作，并将废渣处理后对铝合金溶液进行保温30分钟，进入铸造机进行铸造得到铝合金锭；
3)将得到的铝合金锭经过连续轧制制成9.5mm铝合金杆，在经过拉丝制成铝合金单线，并通过绞合成铝合金绞线，将绞合后的铝合金绞线放置在时效退火炉中340℃的温度下退火5h，即可得到高强度高导电汽车电线用铝合金导体。
由上述实施例一和实施例二得到的铝合金导体的性能参数详见下表：
由上述可知，根据与GB/T30552-2014《电缆导体用铝合金线》标准规定相比较，上表中R表示标准中规定的退火后软态的状态表示。本发明实施例所得
一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体具有优良的拉伸性能及抗压缩蠕变性能，且有较高的导电率，在长期使用过程中安全、可靠性高，同时大大提高了铝合金电缆产品的应用范围和使用寿命。
实施例3
一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体及制备方法，按重量百分比，包括以下组分：
Fe、0.3wt％；Si、0.05wt％；Zr、0.6wt％；Er、0.03wt％；Cu、0.1wt％；Mg、0.02wt％；B、0.02wt％；Y、0.2wt％、其余为Al和不可避免的杂质。
一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体的制备方法，包括以下步骤：
1)将铝锭进行熔化，升温至720℃将铝锭熔化并进行保温，然后向铝溶液中加入铝铁合金、铝镁硅合金，升温至770℃保温2小时，待全部熔化后，将合金溶液的温度降低到600℃，然后添加铜、硼、锆、铒及稀土金属钇并进行充分搅拌，保证铝合金溶液的均匀性；
2)合金溶液全部熔融经充分搅拌均匀后，加入精炼剂、除渣剂5g进行精炼、除渣工作，并将废渣处理后对铝合金溶液进行保温45分钟，进入铸造机进行铸造得到铝合金锭；
3)将得到的铝合金锭经过连续轧制制成9.5mm铝合金杆，在经过拉丝制成铝合金单线，并通过绞合成铝合金绞线，将绞合后的铝合金绞线放置在时效退火炉中320℃的温度下退火7h，即可得到高强度高导电汽车电线用铝合金导体。
本发明的有益效果：本发明是通过多种微量元素的添加，改善铝合金导体的内部组织结构，使其内部形成稳定的机体组织和稳定不易分解的晶界，通过多组元的协同作用，提高了铝合金的高温抗蠕变性能，提高了铝合金的电导率并增加了铝合金的拉伸强度及热稳定性。所制备的铝合金导体材料导电率达到了62％IACS，抗拉强度不小于170MPa。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体，其特征在于，按重量百分比，包括以下组分：
Fe、0.1～0.6wt％；Si、0.05～0.1wt％；Zr、0.5～1.0wt％；Er、0.01～0.5wt％；Cu、0.01～0.3wt％；Mg、0.01～0.03wt％；B、0.01～0.03wt％；Y、0.05～0.5wt％、其余为Al和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体及，其特征在于，所述的杂质总量小于0.06％。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体，其特征在于，按重量百分比，包括以下组分：
Fe、0.2～0.4wt％；Si、0.05～0.08wt％；Zr、0.6～0.8wt％；Er、0.02～0.4wt％；Cu、0.1～0.2wt％；Mg、0.01～0.03wt％；B、0.01～0.03wt％；Y、0.1～0.3wt％、其余为Al和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体，其特征在于，按重量百分比，包括以下组分：
Fe、0.3wt％；Si、0.05wt％；Zr、0.6wt％；Er、0.03wt％；Cu、0.1wt％；Mg、0.02wt％；B、0.02wt％；Y、0.2wt％、其余为Al和不可避免的杂质。
5.一种根据权利要求1-4任一所述的一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将铝锭进行熔化，升温至700～750℃将铝锭熔化并进行保温，然后向铝溶液中加入铝铁合金、铝镁硅合金，升温至750～780℃保温2小时，待全部熔化后，将合金溶液的温度降低到600～650℃，然后添加铜、硼、锆、铒及稀土金属钇并进行充分搅拌，保证铝合金溶液的均匀性；
2)合金溶液全部熔融经充分搅拌均匀后，加入精炼剂、除渣剂4.5-5.5g进行精炼、除渣工作，并将废渣处理后对铝合金溶液进行保温30～60分钟，进入铸造机进行铸造得到铝合金锭；
3)将得到的铝合金锭经过连续轧制制成9.5mm铝合金杆，在经过拉丝制成铝合金单线，并通过绞合成铝合金绞线，将绞合后的铝合金绞线放置在时效退火炉中300～340℃的温度下退火5～10h，即可得到高强度高导电汽车电线用铝合金导体。
6.一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体的制备方法，其特征在于，步骤1)中熔化铝锭时保持温度在720℃，加入铝铁合金、铝镁硅合金，升温至770℃保温2小时。
7.一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体的制备方法，其特征在于，步骤2)中放入的除渣剂5g进行除渣。
8.一种高强度高导电汽车电线用铝合金导体的制备方法，其特征在于，步骤3)中，将绞合后的铝合金绞线放置在时效退火炉中320℃的温度下退火8h。
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