CN106521250B - 一种大载流耐热铝合金导线的制备方法 - Google Patents

一种大载流耐热铝合金导线的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种大载流耐热铝合金导线的制备方法，所述铝合金导线的成分由Se,Ru,Zr,Sc,Ni,Si等元素构成,其在室温下其维氏硬度不小于70HV,室温抗拉强度不小于200Mpa,伸长率不小于10％,20℃时导电率不小于58％IACS,连续使用温度不低于165℃。所述的方法，通过熔炼、铸造、轧制、搅拌摩擦加工、切片、叠加、挤压、拉拔、热处理等步骤处理获得，最终实现具有优良物化性能的产品。本发明采用普通工业级铝锭为原料生产，与现有的技术相比，能获导电率、强度更高，耐热性更好的产品性能，具有较好的发展前景。

Description

一种大载流耐热铝合金导线的制备方法
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，主要应用于架空绞线，电力电缆，汽车用导电合金，甚至在生活电器需要的高强高导铝合金的应用领域。具体是一种铝合金高强高导耐热导线的制备方法。
背景技术
近些年来，随着我国经济持续快速的发展，电力行业作为国民经济的保障发展十分迅速，逐渐形成“西电东送、南北互供、全国联网”的战略格局，远距离、大容量输电线路的新建与改造也势在必行。架空输电导线及其基础设施作为输送电路的载体，在输电线路中占有十分重要的地位。然而我国目前现有架空输电线路所使用的导线大部分仍旧是传统的钢芯铝绞线，除了存在拉重比较低、弧垂性能差、耐腐蚀性能差等缺点外,还存在耐热性能较差、载流量小的等非常明显的劣势。对于输电线路而言，在同等水平的导电率条件下，输送电流量越大，其运行温度越高，因而除了导电性能外，输电导线的耐热性能决定着导线的输送能力。目前使用较为广泛的耐热铝合金导线,一般由Al-Zr系合金制备,然而由于Zr在铝基体中的固溶度较小,其合金化程度难以提高,除了耐热性能的提高幅度有限外，也限制了材料强度的提高,同时由于Zr元素在铝里面的扩散速率较小,熔炼过程中容易聚集成较大的含Zr相,造成宏观的偏析,这会对导线材料的后续的加工性能产生不利影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种大载流耐热铝合金导线及其制备方法。
一种大载流耐热铝合金导线，由 0.05-0.1wt％Se,0.02-0.3wt％Ru,0.02-0.3wt％Zr,0.02-0.1wt％Sc,0.02-0.1wt％Ni ,0.05-0.1wt％Si,平衡余量为Al的元素成分组成,在室温下其维氏硬度不小于 70HV,抗拉强度不小于200Mpa,伸长率不小于10％,20℃时导电率不小于58％IACS。在230℃下连续加热1小时后,本铝合金导线的强度残存率不低于85％。
本铝合金导线在通电工作状态下，稳定输电的耐热值不低于165℃,采用 400/35结构的本导线产品的载流量不低于1700A。
一种大载流耐热铝合金导线的制备方法，按如下步骤进行：
步骤1：将工业用铝与Al2(SeO3)3粉末、金属Ru块、Al-Zr中间合金、Al-Sc 中间合金、Al-Si中间合金、金属Ni粉，均匀混合后，装入熔炼炉，加热炉体使物料充分熔化并保温，得到铝合金熔体。随后，将铝合金熔体浇铸成平板铸锭。其中，每300Kg的工业用铝添加：0.28-0.55kgAl2(SeO3)3粉末、0.06-0.9kg金属Ru块、1.2-18kgAl-Zr中间合金、3-15kgAl-Sc中间合金、0.06-0.3kg金属 Ni粉、0.75-1.5kgAl-Si中间合金。
步骤2：将步骤1所得平板铸锭进行均匀化处理后自然冷却，得到均匀化板材。
步骤3：将步骤2所得将均匀化板材，加热到500-550℃，保温30-35分钟后，立即在二辊轧机进行三道次轧制，获得10.0-15.0mm轧制板材。
步骤4：对步骤3所得轧制板材的表面进行搅拌摩擦加工处理，得到搅拌摩擦加工板材。
步骤5：将步骤4所得搅拌摩擦加工板材表面的摩擦加工区域切割下来，得到搅拌摩擦加工片。该搅拌摩擦加工片的厚度为3.0-3.5mm。
步骤6：将步骤5所得厚度为3.0-3.5mm的搅拌摩擦加工片，切割得到摩擦加工圆片。该摩擦加工圆片的直径为150mm-160mm。
步骤7：获取60块以上由步骤6所得搅拌摩擦加工圆片，并清洗干净，对齐后叠放成高度不小于180mm的圆柱体，得到片层柱锭。
步骤8：用夹具固定由步骤7所得片层柱锭，加热到500-550℃后，保温30-35 分钟，取出后拆卸夹具，放入卧式挤压机的挤压筒内，挤压后得到热挤压杆料。
步骤9：将步骤8所得热挤压杆料，在室温下进行拉拔，得到冷拉拔线材。
步骤10：将步骤9所得冷拉拔线材放入低温时效炉内，在100-250℃条件下保温2-6小时，取出后置于空气中自然冷却，得到成品。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
本发明通过成分的优化设计,利用Se,Ru,Sc,Zr,Ni,Si等多元素复合微合金化方式,解决常规耐热Al-Zr导线中固溶度较低,耐热性能有限,强度较低的缺点, 同时进一步提高了材料的耐热性能和强度。
发明通过摩擦搅拌加工的方式,对主要合金元素Zr以及其他微合金化元素进行强制固溶,利用搅拌摩擦加工的大塑性变形特性,细化原始晶粒,提高材料的强度,是所有合金元素均匀分布。
本发明采用多层搅拌摩擦片叠加成片层柱锭,通过层状结构限制主要合金元素Zr的轴向偏析,解决传统熔炼铸造方式所不可避免的Zr元素宏观偏析,和粗大富Zr偏析相的形成,是最终产品性能具有良好的稳定性和成分均匀性。
采用本发明所述的一种大载流耐热铝合金导线制备方法获得的产物，由 0.05-0.1wt％Se,0.02-0.3wt％Ru,0.02-0.3wt％Zr,0.02-0.1wt％Sc,0.02-0.1wt％Ni,0.05-0.1wt％Si,平衡余量为Al的元素成分组成,在室温下其维氏硬度不小于 70HV,抗拉强度不小于200Mpa,伸长率不小于10％,20℃时导电率不小于58％IACS。在230℃下连续加热1小时后,本铝合金导线的强度残存率不低于85％。本铝合金导线在通电工作状态下，稳定输电的耐热值不低于165℃,采用400/35结构的本导线产品的载流量不低于1700A。
由本发明产物采用400/35结构绞制截面积为400mm2、长度为2m的导线，两端加电，令该导线逐渐升温，直至其温度稳定在165℃时，此时该导线的载流量不小于1700A。
具体实施方式
现进一步说明本发明的技术细节。
一种大载流耐热铝合金导线，由0.05-0.1wt％Se,0.02-0.3wt％ Ru,0.02-0.3wt％Zr,0.02-0.1wt％Sc,0.02-0.1wt％Ni,0.05-0.1wt％Si,平衡余量为Al的元素成分组成,在室温下其维氏硬度不小于70HV,抗拉强度不小于 200Mpa,伸长率不小于10％,20℃时导电率不小于58％IACS。
在230℃下连续加热1小时后,强度残存率不低于85％。本铝合金导线稳定输电的耐热值不低于165℃。由本铝合金导线采用400/35结构绞制而成的产品的载流量不低于1700A。
采用本发明的导线长期使用温度不低于165℃,比传统钢芯铝绞线耐热温度提高不低于80℃,载流量提高2.5倍以上。
制备一种大载流耐热铝合金导线的方法，按如下步骤进行：
步骤1：将工业用铝与Al2(SeO3)3粉末、金属Ru块、Al-Zr中间合金、Al-Sc 中间合金、Al-Si中间合金、金属Ni粉，均匀混合后，装入熔炼炉，加热炉体使物料充分熔化并保温，得到铝合金熔体。随后，将铝合金熔体浇铸成平板铸锭。其中，每300Kg的工业用铝添加：0.28-0.55kg Al2(SeO3)3粉末、0.06-0.9kg金属Ru块、1.2-18kg Al-Zr中间合金、3-15kgAl-Sc中间合金、0.06-0.3kg金属Ni粉、0.75-1.5kg Al-Si中间合金。
步骤2：将步骤1所得平板铸锭进行均匀化处理后自然冷却，得到均匀化板材。
步骤3：将步骤2所得将均匀化板材，加热到500-550℃，保温30-35分钟后，立即在二辊轧机进行三道次轧制，获得10.0-15.0mm轧制板材。
步骤4：对步骤3所得轧制板材的表面进行搅拌摩擦加工处理，得到搅拌摩擦加工板材。
步骤5：将步骤4所得搅拌摩擦加工板材表面的摩擦加工区域切割下来，得到搅拌摩擦加工片。该搅拌摩擦加工片的厚度为3.0-3.5mm。
步骤6：将步骤5所得厚度为3.0-3.5mm的搅拌摩擦加工片，切割得到摩擦加工圆片。该摩擦加工圆片的直径为150mm-160mm。
步骤7：获取60块以上由步骤6所得摩擦加工圆片，并清洗干净，对齐后叠放成高度不小于180mm的圆柱体，得到片层柱锭。
步骤8：用夹具固定由步骤7所得片层柱锭，加热到500-550℃后，保温30-35 分钟，取出后去除夹具，将片层柱锭放入卧式挤压机的挤压筒内，挤压后得到热挤压杆料。
步骤9：将步骤8所得热挤压杆料，在室温下进行拉拔，得到冷拉拔线材。
步骤10：将步骤9所得冷拉拔线材放置进低温时效炉，在100-250℃条件下保温2-6小时后，取出后置于空气中自然冷却，得到成品。
进一步说，一种大载流耐热铝合金导线制备方法的具体步骤为：
步骤1：将300.0Kg工业用铝、0.28-0.55kg Al2(SeO3)3粉末、0.06-0.9kg 金属Ru块、1.2-18kg Al-Zr中间合金、3-15kg Al-Sc中间合金、0.06-0.3kg 金属Ni粉、0.75-1.5kgAl-Si中间合金均匀混合后，装入熔炼炉炉膛，加热炉体使物料充分熔化，并将铝合金熔体加热到700-750℃，保温1-1.5小时后，停止加热，得到铝合金熔体。随后，将所有铝合金熔体浇铸成平板铸锭。平板铸锭的数量不少于20块，厚度Z方向为35mm-40mm,长度X方向为500-510mm,宽度Y 方向为250-260mm。
步骤2：将步骤1所得平板铸锭放入加热炉,在500-600℃温度下，进行均匀化保温处理2-4小时，取出后放置于室温中自然冷却，再利用铣床加工成厚度Z 方向为30-35mm,长度X方向为500mm,宽度Y方向为250mm的块体,得到均匀化板材。
步骤3：将步骤2所得将均匀化板材放入加热炉，在500-550℃温度下，保温2-3小时后取出,轧制成轧制板材。轧制是在二辊轧机上进行的：沿着均匀化板材的宽度Y方向,分三道次轧制而成的，获得的轧制板材的厚度Z方向为 12-15mm,长度X方向不小于500mm,宽度Y方向不小于500mm。
步骤4：利用搅拌摩擦焊接设备，对步骤3所得轧制板材的表面进行搅拌摩擦处理，得到搅拌摩擦加工板材。
进行搅拌摩擦处理时，轧制板材的表面被搅拌加工区域大于400mm*400mm。
步骤5：将步骤4所得搅拌摩擦加工板材表面处切割，得到厚度为3-3.5mm 的搅拌摩擦加工片。
步骤6：从步骤5所得搅拌摩擦加工片的摩擦加工区域中，切割出直径为 150mm-160mm的圆片，得到摩擦加工圆片。
步骤7：将60块以上由步骤6所得摩擦加工圆片清洗干净，对齐后叠放成高度不小于180mm的圆柱体，得到片层柱锭。
步骤8：用夹具固定由步骤7所得片层柱锭放入加热炉，加热到500-550℃后，保温30-35分钟，取出后去除夹具，并将片层柱锭立即放入卧式挤压机的挤压筒内，经挤压后得到直径16.0mm的热挤压杆料。
步骤9：将步骤8所得热挤压杆料，在室温下进行拉拔，得到冷拉拔线材。
步骤10：将步骤9所得冷拉拔线材放置进低温时效炉，在100-250℃条件下保温2-6小时，取出后置于空气中自然冷却，得到成品。
进一步说，在步骤1中，工业用铝的纯度为99.7％。Al-Si中间合金的成分为20wt％Si和80wt％Al。Al-Sc中间合金的成分为2wt％Sc和98wt％Al。Al-Zr中间合金的成分为5wt％Zr和95wt％Al。
进一步说，在步骤1中，平板铸锭的初始厚度为35-40mm。在步骤3中，轧制方向为沿着均匀化板材的宽度Y方向,进行三道次轧制的厚度变化依次为 30.0～35mm→20.0mm→17mm→12～15mm。
进一步说，在步骤4中，采用轴肩宽度为15～20mm,搅拌头高度为4.0～5.0mm 的搅拌头。搅拌头压入深度4.2-5.2mm,X轴行进速度为5-10mm/分钟,转速500 转/分钟,进行多道次搅拌摩擦加工。选择X，Y轴零点位置后，开始沿X轴方向进行第一道次搅拌摩擦加工，每道次搅拌摩擦加工均采用固定Y轴数值，沿X 轴方向进行搅拌摩擦加工的方式，沿X轴行进速度为5-10mm/分钟，X轴行进距离400-410mm。第1道次X轴行进完成后，搅拌头升起，回到X值设置为0.0mm,Y 值设置为15.0mm的位置，搅拌头重新压入板材，沿X轴方向进行第2道次搅拌摩擦加工,搅拌头沿X方向行进400-410mm后,搅拌头再次升起，回到X值设置为 0，Y值设置为30.0mm的位置,重新压入板材,进行第三道次搅拌摩擦加工。依次往返,直至完成27道次搅拌摩擦加工后,搅拌头升起，并回到X值设置为0，Y 值设置为0的位置,取下板材,放置于室温下自然冷却,得到搅拌摩擦加工区域尺寸不小于400mm*400mm搅拌摩擦加工板材。
进一步说，在步骤8中，卧式挤压机的最大输出载荷不小于1800吨。
进一步说，在步骤8中，通过卧式挤压机获得的热挤压杆料的直径为16.0mm。
在步骤9中，利用连续拉拔机经过6道次，在室温下经过多道次拉拔制备成直径为4.0-5.0mm的线材，其拉拔过程中的直径变化为16mm→13mm→11mm→9mm→ 8mm→6mm→4.0～5.0mm。
实施例1
步骤1：合金配料，进行合金化熔炼,并浇铸成平板铸锭：
将300Kg工业用铝、0.28kgAl2(SeO3)3粉末、0.06kg金属Ru块、1.2kgAl-Zr中间合金、3kgAl-Sc中间合金、0.1kg金属Ni粉、0.75kgAl-Si中间合金均匀混合后，装入熔炼炉炉膛，加热炉体使物料充分熔化，并将铝合金熔体加热到750℃，保温1小时后，停止加热，得到铝合金熔体。随后，将所有铝合金熔体浇铸成不少于20块厚度Z方向为35mm-40mm,长度X方向为500-510mm,宽度Y方向为250-260mm 的平板铸锭。
步骤2：对步骤1所得平板铸锭进行均匀化处理，得到均匀化板材：
将15块由步骤1所得平板铸锭放入马弗炉进行加热,设定温度550℃温度，升温速率设定为10℃/分钟,待测温热电偶显示温度达到550℃后,保温2小时,取出 15块平板铸锭,放置于室温中自然冷却后，再利用铣床加工成厚度为厚度Z方向为30mm,长度X方向为500mm,宽度Y方向为250mm的块体,得到均匀化板材。
步骤3：对步骤2所得均匀化板材进行轧制，得到轧制板材：
将步骤2所得将均匀化板材，放入马弗炉进行加热,设定温度为500℃，升温速率设定为10℃/分钟,待测温热电偶显示温度达到500℃后,保温2小时取出第一块板材,并立即在二辊轧机上沿着均匀化板材的宽度Y方向,分三道次轧制成厚度为12mm的轧制板材,轧制后置于室温下自然冷却,三道次轧制的厚度变化分别为 30mm-20.0mm-17mm-12mm。轧制完第一块板材后,取出第二块板材,按照与第一块板材相同的轧制工艺,轧制成12mm板材。依次进行,直至将15块步骤3所得均匀化板材全部轧制成12mm轧制板材,待自然冷却后,得到轧制板材。
步骤4：对步骤3所得轧制板材进行搅拌摩擦加工，得到搅拌摩擦加工板材：
将第一块轧制板材固定在搅拌摩擦焊接设备上，选择轴肩宽度为15.0mm,搅拌高度为5.0mm的搅拌头，搅拌头压入深度5.1-5.2mm,X轴行进速度为6mm/分钟, 转速500转/分钟,进行多道次搅拌摩擦加工。
选择X，Y轴零点位置后，开始沿X轴方向进行第一道次搅拌摩擦加工，每道次搅拌摩擦加工均采用固定Y轴数值，沿X轴方向进行搅拌摩擦加工的方式，沿X 轴行进速度为6mm/分钟，X轴行进距离400mm。第1道次X轴行进完成后，搅拌头升起，回到X值设置为0.0mm,Y值设置为15.0mm的位置，搅拌头重新压入板材，沿X 轴方向进行第2道次搅拌摩擦加工,搅拌头沿X方向行进400mm后,搅拌头再次升起，回到X值设置为0，Y值设置为30.0mm的位置,重新压入板材,进行第三道次搅拌摩擦加工。依次往返,直至完成27道次搅拌摩擦加工后,搅拌头升起，并回到X值设置为0，Y值设置为0的位置,取下板材,放置于室温下自然冷却,得到搅拌摩擦加工区域尺寸不小于400mm*400mm的搅拌摩擦加工板材。按以上工艺对所有15块板材进行相同工艺的搅拌摩擦加工,待自然冷却后,得到搅拌摩擦加工板材。
步骤5：对步骤4中所得搅拌摩擦加工板材进行表面切割，得到搅拌摩擦加工片：利用电火花切割机，将步骤4中所得的15块搅拌摩擦加工板材表面厚度为3mm，面积为400mm*400mm的搅拌摩擦区域切割成下来，得到15块搅拌摩擦加工片。
步骤6：将步骤5所得的15块搅拌摩擦加工片切割成60块厚度为3mm,直径为 150mm的圆片。
步骤7：将步骤6所得的60块摩擦加工圆片叠放成圆柱体，得到片层柱锭：
利用超声波清洗机，将由步骤6所得的60块摩擦加工圆片清洗干净并烘干后，对齐叠放成高度为直径150mm,高度不小于180mm的圆柱体，得到片层柱锭。
步骤8：将步骤7所得片层柱锭挤压成16.0mm杆料：
用夹具固定由步骤7所得片层柱锭，放入马弗炉中，设定温度为500℃，升温速率设定为10℃/分钟,待测温热电偶显示温度达到500℃后,保温30分钟，取出后拆卸夹具，并立即放置进1800吨卧式挤压机的挤压筒内，在6m/分钟的挤压速度下,挤压得到直径16mm的热挤压杆料,待自然冷却后,得到16mm挤压杆料。
步骤9：将步骤8所得16mm热挤压杆料，在室温下拉拔成线材：
利用连续拉拔机经过6道次，在室温下拉拔制备成直径为4mm的线材，其拉拔过程中的直径变化为16mm→13mm→11mm→9mm→8mm→6mm→4mm,得到冷拉拔线材
步骤10：对步骤9所得冷拉拔线材进行热时效处理,得到成品：
将步骤9所得冷拉拔线材放置进低温时效炉，设定温度为200℃，升温速率设定为10℃/分钟,待测温热电偶显示温度达到200℃后,保温3小时，取出后置于空气中自然冷却，得到成品。
经原子发射光谱仪,直读光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜等设备的检测与相互验证，由实施例1所得到的产物的成分为：0.0512wt％Se,0.0224wt％Ru,0.0218wt％Zr,0.0221wt％Sc,0.0326wt％Ni,0.0556wt％Si, 平衡余量为Al的元素成分组成。
再经维氏显微硬度计、万能力学性能试验机、电导率测试仪的检测，在室温下其维氏硬度平均值72HV,室温抗拉强度平均值205Mpa,伸长率平均值10.5％,20℃时导电率平均值58.1％IACS。
产品长时间使用温度不小于165℃，通过230℃连续加热1小时后,强度残存率88％。
选用上述产品采用400/35结构绞制截面积为400mm2、长度为2m的导线，通电直至导线自身的温度上升并稳定在165℃时，其载流量约为1750A。
实施例2
步骤1：合金配料，进行合金化熔炼,并浇铸成平板铸锭：
将300Kg工业用铝、0.5kg Al2(SeO3)3粉末、0.8kg金属Ru块、15kg Al-Zr中间合金、10kg Al-Sc中间合金、0.2kg金属Ni粉、1.3kg Al-Si中间合金均匀混合后，装入熔炼炉炉膛，加热炉体使物料充分熔化，并将铝合金熔体加热到730℃，保温1.5小时后，停止加热，得到铝合金熔体。随后，将所有铝合金熔体浇铸成不少于20块厚度Z方向为40mm,长度X方向为510mm,宽度Y方向为260mm的平板铸锭。
步骤2：对步骤1所得平板铸锭进行均匀化处理，得到均匀化板材：
将15块步骤1所得平板铸锭放入马弗炉进行加热,设定温度500℃温度，升温速率设定为10℃/分钟,待测温热电偶显示温度达到500℃后,保温3小时,取出15 块平板铸锭,放置于室温中自然冷却后，再利用铣床加工成厚度为厚度Z方向为 35mm,长度X方向为500mm,宽度Y方向为250mm的块体,得到均匀化板材。
步骤3：对步骤2所得均匀化板材进行轧制，得到轧制板材：
将步骤2所得将均匀化板材，放入马弗炉进行加热,设定温度为550℃，升温速率设定为10℃/分钟,待测温热电偶显示温度达到550℃后,保温3小时取出第一块板材,并立即在二辊轧机上沿着均匀化板材的宽度Y方向,分三道次轧制成厚度为14mm的轧制板材,轧制后置于室温下自然冷却,三道次轧制的厚度变化分别为 35mm→20.0mm→17mm→14mm。轧制完第一块板材后,取出第二块板材,按照与第一块板材相同的轧制工艺,轧制成14mm板材。依次进行,直至将15块步骤3所得均匀化板材全部轧制成14mm轧制板材,待自然冷却后,得到轧制板材。
步骤4：对步骤3所得轧制板材进行搅拌摩擦加工，得到搅拌摩擦加工板材：
将第一块轧制板材固定在搅拌摩擦焊接设备上，选择轴肩宽度为15.0mm,搅拌高度为4.0mm的搅拌头，搅拌头压入深度4.2-4.3mm,X轴行进速度为9mm/分钟, 转速500转/分钟,进行多道次搅拌摩擦加工。
选择X，Y轴零点位置后，开始沿X轴方向进行第一道次搅拌摩擦加工，每道次搅拌摩擦加工均采用固定Y轴数值，沿X轴方向进行搅拌摩擦加工的方式，沿X 轴行进速度为9mm/分钟，X轴行进距离400mm。第1道次X轴行进完成后，搅拌头升起，回到X值设置为0.0mm,Y值设置为15.0mm的位置，搅拌头重新压入板材，沿X 轴方向进行第2道次搅拌摩擦加工,搅拌头沿X方向行进400mm后,搅拌头再次升起，回到X值设置为0，Y值设置为30.0mm的位置,重新压入板材,进行第三道次搅拌摩擦加工。依次往返,直至完成27道次搅拌摩擦加工后,搅拌头升起，并回到X值设置为0，Y值设置为0的位置,取下板材,放置于室温下自然冷却,得到搅拌摩擦加工区域尺寸不小于400mm*400mm的搅拌摩擦加工板材。按以上工艺对所有15块板材进行相同工艺的搅拌摩擦加工,待自然冷却后,得到搅拌摩擦加工板材。
步骤5：对步骤4中所得搅拌摩擦加工板材进行表面切割，得到搅拌摩擦加工片：利用电火花切割机，将步骤4中所得的15块搅拌摩擦加工板材表面厚度为3mm，面积为400mm*400mm的搅拌摩擦区域切割成下来，得到15块搅拌摩擦加工片。
步骤6：将步骤5所得的15块搅拌摩擦加工片切割成60块厚度为3mm,直径为 150mm的圆片。
步骤7：将步骤6所得的60块摩擦加工圆片叠放成圆柱体，得到片层柱锭：
利用超声波清洗机，将由步骤6所得的60块摩擦加工圆片清洗干净并烘干后，对齐叠放成高度为直径150mm,高度不小于180mm的圆柱体，得到片层柱锭。
步骤8：将步骤7所得片层柱锭挤压成16.0mm杆料：
用夹具固定由步骤7所得片层柱锭，放入马弗炉中，设定温度为550℃，升温速率设定为10℃/分钟,待测温热电偶显示温度达到550℃后,保温35分钟，取出后拆卸夹具，并立即放入1800吨卧式挤压机的挤压筒内，在9m/分钟的挤压速度下, 挤压得到直径16mm的热挤压杆料,待自然冷却后,得到16mm挤压杆料。
步骤9：将步骤8所得16mm热挤压杆料，在室温下拉拔成线材：
利用连续拉拔机经过6道次，在室温下拉拔制备成直径为5mm的线材，其拉拔过程中的直径变化为16mm→13mm→11mm→9mm→8mm→6mm→5mm,得到冷拉拔线材。
步骤10：对步骤9所得冷拉拔线材进行热时效处理,得到成品：
将步骤9所得冷拉拔线材放置进低温时效炉，设定温度为180℃，升温速率设定为10℃/分钟,待测温热电偶显示温度达到180℃后,保温5小时，取出后置于空气中自然冷却，得到成品。
经原子发射光谱仪,直读光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜等设备的检测与相互验证，由实施例1所得到的产物的成分为：0.0913wt％Se,0.271wt％ Ru,0.228wt％Zr,0.0776wt％Sc,0.0716wt％Ni,0.0923wt％Si,平衡余量为Al的元素成分组成。
再经维氏显微硬度计、万能力学性能试验机、电导率测试仪的检测，在室温下其维氏硬度平均值75HV,室温抗拉强度平均值210Mpa,伸长率平均值10.2％,20℃时导电率平均值58.2％IACS。
产品长时间使用温度不小于165℃，通过230℃连续加热1小时后,强度残存率88％。
选用上述产品采用400/35结构绞制截面积为400mm2、长度为3m的导线，通电直至导线自身的温度上升并稳定在165℃时，其载流量约为1800A。

Claims (8)

1.一种大载流耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤1：将工业用铝与Al2(SeO3)3粉末、金属Ru块、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Si中间合金、金属Ni粉，均匀混合后，装入熔炼炉，加热炉体使物料充分熔化并保温，得到铝合金熔体；随后，将铝合金熔体浇铸成平板铸锭；其中，每300Kg的工业用铝添加：0.28-0.55kg Al2(SeO3)3粉末、0.06-0.9kg金属Ru块、1.2-18kg Al-Zr中间合金、3-15kg Al-Sc中间合金、0.06-0.3kg金属Ni粉、0.75-1.5kg Al-Si中间合金；
步骤2：将步骤1所得平板铸锭进行均匀化处理后自然冷却，得到均匀化板材；
步骤3：将步骤2所得将均匀化板材，加热到500-550℃，保温30-35分钟后，立即在二辊轧机进行三道次轧制，获得10.0-15.0mm轧制板材；
步骤4：对步骤3所得轧制板材的表面进行搅拌摩擦加工处理，得到搅拌摩擦加工板材；
步骤5：将步骤4所得搅拌摩擦加工板材表面的摩擦加工区域切割下来，得到搅拌摩擦加工片；该搅拌摩擦加工片的厚度为3.0-3.5mm；
步骤6：将步骤5所得厚度为3.0-3.5mm的搅拌摩擦加工片，切割得到摩擦加工圆片；该摩擦加工圆片的直径为150mm-160mm；
步骤7：获取60块以上由步骤6所得搅拌摩擦加工圆片，并清洗干净，对齐后叠放成高度不小于180mm的圆柱体，得到片层柱锭；
步骤8：用夹具固定由步骤7所得片层柱锭，加热到500-550℃后，保温30-35分钟，取出后去除夹具，将片层柱锭放入卧式挤压机的挤压筒内，挤压后得到热挤压杆料；
步骤9：将步骤8所得热挤压杆料，在室温下进行拉拔，得到冷拉拔线材；步骤10：将步骤9所得冷拉拔线材放入低温时效炉内，在100-250℃条件下保温2-6小时，取出后置于空气中自然冷却，得到成品；该成品由0.05-0.1wt％Se,0.02-0.3wt％Ru,0.02-0.3wt％Zr,0.02-0.1wt％Sc,0.02-0.1wt％Ni,0.05-0.1wt％Si,平衡余量为Al的元素成分组成；在室温下其维氏硬度不小于70HV,抗拉强度不小于200Mpa,伸长率不小于10％,20℃时导电率不小于58％IACS；在230℃下连续加热1小时后,本铝合金导线的强度残存率不低于85％。
2.根据权利要求1所述的一种大载流耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于具体步骤为：
步骤1:将300Kg工业用铝、0.28-0.55kg Al2(SeO3)3粉末、0.060-0.900kg金属Ru块、1.200-18.000kg Al-Zr中间合金、3.000-15.000kg Al-Sc中间合金、0.060-0.300kg金属Ni粉、0.750-1.500kg Al-Si中间合金均匀混合后，装入熔炼炉炉膛，加热炉体使物料充分熔化，并将铝合金熔体加热到700-750℃，保温1-1.5小时后，停止加热，得到铝合金熔体；随后，将所有铝合金熔体浇铸成平板铸锭；平板铸锭的数量不少于20块，厚度Z方向为35mm-40mm,长度X方向为500-510mm,宽度Y方向为250-260mm；
步骤2：将步骤1所得平板铸锭放入加热炉,在500-600℃温度下，进行均匀化保温处理2-4小时，取出后放置于室温中自然冷却，再利用铣床加工成厚度Z方向为30-35mm,长度X方向为500mm,宽度Y方向为250mm的块体,得到均匀化板材；
步骤3：将步骤2所得将均匀化板材放入加热炉，在500-550℃温度下保温2-3小时后取出,轧制成轧制板材；轧制是在二辊轧机上进行的：沿着均匀化板材的宽度Y方向,分三道次轧制而成，获得的轧制板材的厚度Z方向为12-15mm,长度X方向不小于500mm,宽度Y方向不小于500mm；
步骤4：利用搅拌摩擦焊接设备，对步骤3所得轧制板材的表面进行搅拌摩擦加工处理，得到搅拌摩擦加工板材；搅拌加工区域大于400mm*400mm；
步骤5：将步骤4所得搅拌摩擦加工板材表面处切割，得到厚度为3-3.5mm的搅拌摩擦加工片；
步骤6：从步骤5所得搅拌摩擦加工片的摩擦加工区域中，切割出直径为150mm-160mm的圆片，得到摩擦加工圆片；
步骤7：将60块以上由步骤6所得摩擦加工圆片清洗干净并烘干，对齐后叠放成高度不小于180mm的圆柱体，得到片层柱锭；
步骤8：用夹具固定由步骤7所得片层柱锭放入加热炉，加热到500-550℃后，保温30-35分钟，取出后去除夹具,立即放入卧式挤压机的挤压筒内，经挤压后得到直径16.0mm的热挤压杆料；
步骤9：将步骤8所得热挤压杆料，在室温下进行拉拔，得到冷拉拔线材；
步骤10：将步骤9所得冷拉拔线材放入低温时效炉内，在100-250℃条件下保温2-6小时，取出后置于空气中自然冷却，得到成品。
3.根据权利要求1所述的一种大载流耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：在步骤1中，工业用铝的纯度为99.7％。
4.根据权利要求1所述的一种大载流耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：Al-Si中间合金的成分为20wt％Si和80wt％Al。
5.根据权利要求1所述的一种大载流耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：Al-Sc中间合金的成分为2wt％Sc和98wt％Al。
6.根据权利要求1所述的一种大载流耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：Al-Zr中间合金的成分为5wt％Zr和95wt％Al。
7.根据权利要求1或2所述的一种大载流耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：在步骤1中，平板铸锭的初始厚度为35-40mm。
8.根据权利要求1所述的一种大载流耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：在步骤3中，轧制方向为沿着均匀化板材的宽度Y方向。
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