CN108292538B - 具有由改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线和线材 - Google Patents

具有由改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线和线材 Download PDF

Info

Publication number
CN108292538B
CN108292538B CN201680059500.XA CN201680059500A CN108292538B CN 108292538 B CN108292538 B CN 108292538B CN 201680059500 A CN201680059500 A CN 201680059500A CN 108292538 B CN108292538 B CN 108292538B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
wire
cable
zirconium alloy
astm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680059500.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108292538A (zh
Inventor
S.西里普拉普
C.A.穆奥杰克乌
J.S.塞孔达
R.S.贝克
N.J.杜尔
N.Q.沃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Cable Technologies Corp
NanoAL LLC
Original Assignee
General Cable Technologies Corp
NanoAL LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Cable Technologies Corp, NanoAL LLC filed Critical General Cable Technologies Corp
Publication of CN108292538A publication Critical patent/CN108292538A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108292538B publication Critical patent/CN108292538B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0227—Rods, wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286—Al as the principal constituent
    • B23K35/288—Al as the principal constituent with Sn or Zn
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/40—Making wire or rods for soldering or welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/25—Hardening, combined with annealing between 300 degrees Celsius and 600 degrees Celsius, i.e. heat refining ("Vergüten")
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/023—Alloys based on aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/298—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the wiring of battery packs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/521—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the material
    • H01M50/522—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

由改进的铝‑锆合金形成的缆线或线材的导电元件。所述铝‑锆合金进一步包括变质剂。所述铝‑锆合金呈现优异的极限抗张强度值和耐热性。还描述了由呈现一定的极限抗张强度值、抗疲劳性和/或蠕变速率的改进的铝‑锆合金形成的接合线材。也进一步公开了形成缆线和线材的方法。

Description

具有由改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线和线材
相关申请的引用
本申请要求于2015年10月14日提交的名称为CABLES HAVING CONDUCTIVEELEMENTS FORMED FROM IMPROVED ALUMINUM-ZIRCONIUM ALLOYS的美国临时申请序列号62/241,543的优先权，并且在此通过引用将该申请以其整体并入本文。
技术领域
总的来说，本公开涉及包括由改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线和线材(电线，金属丝，wire)的构造。所述铝-锆合金呈现改进的电和机械性质。
背景技术
用于电力缆线(电缆)和线材的导电元件可基于该缆线或线材的预期用途连同实现该缆线或线材的预期用途所需要的必要的电和机械性质来选择。例如，已知的是，在需要相对轻质缆线的缆线应用中，由于铝的相对低的密度以及通常令人满意的电和机械性质的缘故，使用铝或铝合金作为导电元件。然而，铝和一些铝合金诟病于有损它们在一些缆线应用中作为导电元件的用途的多个害处。例如，一些铝导体可诟病于费时和能量密集的加工步骤且当用作导电元件时或当在高温使用时可呈现差的电或机械性质。因此，制作如下改进的铝合金将是合乎需要：其制造更简易，同时还提供改进的电和机械性质。
发明内容
根据一实施方式，接合线材(焊线，bonding wire)是由铝-锆合金形成的。所述铝-锆合金包含变质剂(孕育剂，inoculant)。所述接合线材呈现如下的至少两者：当根据ASTMB941测试时，未时效的极限抗张强度值的约90％或更大的在280℃热时效1小时之后的极限抗张强度值；当根据ASTM E466测试时，至少约106次循环的在85MPa的外加应力下的抗疲劳失效性；当根据ASTM E139测试时，一小时约500％或更小的在50MPa外加应力和约185℃温度下的蠕变速率。
根据另一实施方式，缆线包括由铝-锆合金形成的至少一个导电元件。所述铝-锆合金进一步包括变质剂。所述至少一个导电元件具有约120MPa或更大的在400℃热时效48小时之后的极限抗张强度，且呈现在持续时间上为不使用变质剂形成的类似铝-锆合金的约2倍长的当根据ASTM E328测量时的达到初始应力的约85％的应力弛豫时间。
根据另一实施方式，制造缆线的方法包括：连续铸造由铝-锆合金形成的铸态(as-cast)成型体(shape)，热轧所述铸态成型体以形成再拉拔(redraw)棒；将所述再拉拔棒拉拔成线材；和使所述线材退火以形成缆线。所述铝-锆合金进一步包含变质剂。所述导电元件呈现以下的至少两者：当根据ASTM B941测试时，未时效的极限抗张强度值的约90％或更大的在280℃热时效1小时之后的极限抗张强度值；当根据ASTM E466测试时，至少约106次循环的在85MPa的外加应力下的抗疲劳失效性；当根据ASTM E139测试时，一小时约50％或更小的在50MPa外加应力和约185℃温度下的蠕变速率。
附图说明
图1描绘了说明根据一个实施方式的改进的铝-锆合金的室温应力弛豫时间和常规的铝-锆合金的室温应力弛豫时间的图。
图2描绘了说明根据一个实施方式的改进的铝-锆合金的室温疲劳性质和常规的8000系列的铝-锆合金的室温疲劳性质的图。
图3描绘了说明展示根据一个实施方式的改进的铝-锆合金的接合性能的20密耳(0.508mm)剪切测试的结果的图。
具体实施方式
当在缆线和线材中用作导电元件时，在高温下呈现改善的导电性和机械性质的铝合金可以提供大量益处。在一些实施方式中，呈现这样的特征的改进的铝合金可以是包含变质剂的铝-锆合金，该变质剂增大锆在铝中的扩散性。根据一些实施方式，适宜的变质剂的实例可以包括如下的任意金属或类金属：其相比于在不含变质剂的α-Al基体中扩散所需的活化能，该金属或类金属降低在α-Al基体中扩散需要的活化能。这样的变质剂的非限制实例可包括第3A族、第4A族和第5A族的金属和类金属以及锌。例如，可提高在α-Al基体中锆扩散的动力学的适宜的变质剂可以包括锡、铟、锑、镁、锌、镓、锗，以及在一些实施方式中与其它变质剂硅的组合。
在不受理论约束的情况下，据信在铝-锆合金中包含适宜的变质剂提高锆在铝合金中的扩散性，这导致锆的过饱和与锆的沉淀温度下降两者。如可领会的，这样的扩散性可容许与不含这样的变质剂的类似铝-锆合金相比采用较低的温度和/或较少的时间使大密度的相对小的沉淀物沉淀。例如，包含变质剂的铝-锆合金的热时效，对于时间恒定(相同)的热时效可以在比不含变质剂的类似铝-锆合金低的温度(例如，在一些实施方式中低约45℃的温度)下进行和/或对于温度恒定的热时效可进行比不含变质剂的类似铝-锆合金短的持续时间(例如，根据一些实施方式的短约50小时的持续时间)。如可领会的，具有较大量的较小沉淀物的铝-锆合金可以呈现比具有较大沉淀物的类似合金高的强度。在一些实施方式中，纳米级沉淀物可包括在α-Al(f.c.c.)基体中具有L12-结构的Al3Zr沉淀物以及Al-Zr-变质剂沉淀物。
在一些实施方式中，改进的铝合金可主要由铝(例如，约99％重量或更多的铝)以及少量的锆和变质剂形成。例如，适宜的铝合金可包括以重量百分比计约0.1％至约0.4％的锆和约0.01％至约0.2％的变质剂，其中铝合金的余下部分为铝和微量的另外元素。这样的微量元素可以为铝合金的约1％或更少。例如，在一些铝合金中可以找到或包括铁、硅、铜、锰、镁、铬、锌、钛、硼、镓、钒、镍、锑、钪或其他元素的一种或多种。在包括这样的其他元素或杂质的一些实施方式中，可包括以重量百分比计约0.3％至约0.7％的铁；可包括以重量百分比计约0.06％或更少的硅；可包括以重量百分比计约0.007％或更少的铜；可包括以重量百分比计约0.005％或更少的锰；可包括以重量百分比计约0.015％或更少的镁；可包括以重量百分比计约0.002％或更少的铬；可包括以重量百分比计约0.04％或更少的锌；可包括以重量百分比计约0.008％或更少的钛；可包括以重量百分比计约0.001％至约0.006％重量的硼；可包括以重量百分比计约0.03％或更少的镓；可包括以重量百分比计约0.004％或更少的钒；可包括以重量百分比计约0.03％或更少的镍；以及可包括以重量百分比计单独的约0.03％或更少或总共的约0.1％的任何其它微量元素(痕量元素，traceelement)。铝、锆和变质剂可构成这样的铝合金的余下部分。
与其他已知的具有纳米级铝-锆沉淀物的铝-锆合金相比，将变质剂包含于铝-锆合金中可以容许用于促进沉淀的多个热时效步骤的持续时间减少。例如，在铝-锆合金中包含锡作为变质剂可容许热时效步骤的总持续时间在一些实施方式中为约24小时或更短，在一些实施方式中为约12小时或更短；或者在一些实施方式中为约8小时或更短。另外，将变质剂包含于铝-锆合金还可促进如下沉淀物的形成：其具有比在不使用这样的变质剂形成的铝-锆合金上形成的相当的沉淀物小的直径。还可观察到因包含变质剂所导致的其他益处。例如，由不含变质剂的铝-锆合金形成的线材样品在热时效方案(protocol)期间可逐渐变得更弱(weak)。相反地，包含这样的变质剂的类似样品在热时效方案期间可变强。这两种样品之间的强度区别据信是一直由不含变质剂的铝-锆合金样品不能产生小如在具有锆和变质剂的铝合金中发现的沉淀物一样小的沉淀物而导致的。
包含锆和变质剂两者的铝合金的纳米级沉淀物可具有在一些实施方式中的约100纳米(“nm”)或更小的平均直径；在一些实施方式中的约20nm或更小的平均直径；在一些实施方式中的约10nm或更小的平均直径；或者在一些实施方式中的约3nm至约7nm的平均直径。如可领会的。这样的平均直径可以给予优于具有较大沉淀物的铝合金的很多益处。例如，较小沉淀物可导致改善的强度和耐热性/抗蠕变性，同时维持良好的电性质和展延性。这些性质也可以通过高密度的沉淀物而增强。在一些实施方式中，纳米级沉淀物可以高的数量密度在铝-锆合金上找到并且可具有例如约1021个纳米级沉淀物/m3或更大的数量密度。
在一些实施方式中，改进的铝-锆合金可包含铁。适量的铁可以在合金上形成有利的微米级沟道(channel)。例如，约0.3％至约0.7％的铁可导致在包含变质剂的铝-锆合金中微米级沟道的形成。这样的微米级沟道与纳米级沉淀物的组合可以形成有利的多级(分级，hierarchical)显微结构。
例如，作为Al-Fe的金属间沟道及高的和低的两种密度的Al-Zr-Sn纳米级沉淀物的区域的结果，Al99％Fe0.55％Zr0.34％Sn0.1％呈现对于蠕变高度抵抗的多级显微结构。由多个纳米级沉淀物和沟道限定的这样的显微结构可容许铝-锆合金在较长的时期内甚至在相对较高温度下也维持强度。例如，当根据ASTM B941测试时，形成有这样的显微结构的铝-锆合金缆线加热至280℃约1小时可保留在耐热测试之前的初始温度抗张强度的大于90％的抗张强度。
如可领会的，在铝-锆合金上形成具有纳米级沉淀物的显微结构还可允许铝-锆合金呈现对其机械和电性质的多种改善。例如，在一些实施方式中，包含少量变质剂的铝-锆合金可呈现大于12％或大于14.5％的断裂伸长率，在一些实施方式中的约140MPa或更大、在一些实施方式中的约130MPa或更大和在一些实施方式中的约120MPa或更大的在约450℃热时效48小时之后的极限抗张强度。铝-锆合金可呈现约56％或更大的相较于铜的如根据国际退火铜标准(International Annealed Copper Standard，“IACS”)测量的电导率。在一些实施方式中，改进的铝-锆合金也可呈现约55％或更大的IACS电导率，以及在一些实施方式中，呈现约58％或更大的IACS电导率。
另外，在一些实施方式中，本文所述的改进的铝-锆合金可呈现相比于不具有纳米级沉淀物的类似铝合金大幅改进的蠕变性能。如可领会的，改进的蠕变性能可便于将此改进的铝-锆合金用于之前难以将纯铝或已知的铝合金用于其中的应用中。
如本文描述的改进的铝-锆合金也可呈现改善的抗应力弛豫性。如可领会的，应力弛豫是在电接触设计中最重要的关注事项之一且定义为在经历恒定应变时的应力下降。例如，由改进的铝-锆合金Al99％Fe(0.4-0.5)％Zr(0.25-0.3)％Sn(0.05-0.1)％形成的导电元件(例如，线材)可呈现在持续时间上为不使用变质剂形成的铝-锆合金的约2倍长的当根据ASTM E328标准测量时的用于达到初始应力的约85％的应力弛豫时间。向两种导电元件先外加应力到它们各自的屈服强度值的75％。如可领会的，改善的抗应力弛豫性可实现抵抗变形更强的缆线或改进的电连接器。
除了改善的抗应力弛豫性，改进的铝-锆合金还可呈现比例如由ASTMSpecification B800记载且具有化学式AlFe0.430％Zn0.020％Si0.40％的对比性8000系列铝合金高约40％的屈服应力。如可领会的，屈服强度和应力弛豫时间的这样的改善可容许该改进的铝-锆合金更好地经受较高的卷曲或终止(末端，terminating)力。
根据一些实施方式，本文描述的改进的铝-锆合金可经由一个或多个线材加工步骤成形为电缆线的导电元件。例如，在一些实施方式中，制造导电元件的工艺可包括如下步骤：铸造铸态成型体(例如，棒)，将铸态成型体热轧成再拉拔棒，和然后将该再拉拔棒拉拔成导电元件，例如线材。此工艺可连续进行。
在一些实施方式中，改进的铝-锆合金的铸态成型体可以使用任何已知的铸造方法铸造。例如，Al99％Fe(0.4-0.5)％Zr(0.25-0.3)％Sn(0.05-0.1)％合金可通过将合金在空气中在约800℃熔融并且对铸态成型体进行连续铸造而铸造。如将会领会的，可以采用本领域已知的其他铸造技术。在一些实施方式中，随后，可在线材拉拔之前将铸态成型体进行加工或使用热轧技术进一步成形为再拉拔棒。仅作为说明，对于再拉拔棒适宜的直径可为在直径上约9.525mm(0.375”)。
所述再拉拔棒可经历线材拉拔工艺以制造导电线材或元件。通常，可以利用冷线材拉拔工艺来制造具有优异的电和机械性质的线材。如可领会的，导电线材的直径可以取决于对于任何特定缆线应用所必须的电和机械性质进行选择。例如，旨在用于架空导体缆线的导电线材可以在直径上相对厚，而用于较小型应用的导电线材可以较薄。在一些实施方式中，也可以使用多于一个线材拉拔步骤来制造规格特别高(直径小)的线材。如本领域已知的，也可通过已知的线材拉拔和其他成形技术制造具有非圆形横截面形状的导电元件。
在一些实施方式中，通过在线材加工操作期间采用一些另外步骤可增强纳米级沉淀物在改进的铝-锆合金上的形成。所述另外步骤通常可包括各种热处理工艺，例如峰值时效(peak aging)和退火工艺。热处理和随后的冷却可以促进纳米级沉淀物的沉淀。如可领会的，所述另外步骤也可改善铝-锆合金的机械和电性质。有利地，相比于用于其他常规铝合金的已知的类似热处理应用，用于促进本发明纳米级沉淀物的沉淀的热处理步骤在持续时间上可更短并且可在更低的温度下进行。
峰值时效步骤(有时称为沉淀硬化过程)通常可指使用升高的(高温)热量在合金中制造二次相的细小粒子。在本文描述的改进的铝-锆合金的情形中，可在峰值时效期间形成期望的纳米级沉淀物。峰值时效可作为独立存在(stand-alone)的热处理在再拉拔棒上进行，或者与中间或完成的拉拔线材的退火步骤组合。峰值时效可使用任何适宜的加热系统如电阻炉、感应炉或煤气燃烧炉进行。对于由Al99％Fe(0.4-0.5)％Zr(0.25-0.3)％Sn(0.05-0.1)％形成的铝-锆合金，峰值时效工艺可以包括在热轧之后将再拉拔棒加热至在一些实施方式中约400℃到约450℃和在一些实施方式中约425℃到约450℃的高温。峰值时效步骤的持续时间可为在一些实施方式中约24小时至约48小时和在一些实施方式中约24小时。在一些实施方式中，再拉拔棒的峰值时效可在较低的时效温度下略微增加抗张强度或者在较高的时效温度下略微降低抗张强度，并且可将导电性从约52％IACS增加至约58％IACS。在400℃热时效48小时之后，本文所述的铝-锆合金的维氏(Vickers)硬度可为约475MPa或更大。
根据一些实施方式，峰值时效步骤可与中间或完成的拉拔线材的退火步骤相结合。将峰值时效步骤和退火步骤结合为单个步骤可促进纳米级沉淀物的形成，同时还起到改善展延性、较低的强度和/或硬度的作用，以及恢复可在线材拉拔过程期间发生的加工(冷作)-硬化期间损失的导电性。结合的退火和峰值时效步骤可在空气中发生。在一些实施方式中，结合的退火和峰值时效步骤可在约300℃至约450℃下发生约3小时到约24小时的持续时间。在一些实施方式中，退火步骤可在再拉拔棒的峰值时效之后接着线材拉拔后进行。在这样的实施方式中，退火步骤可用于改善展延性、较低的强度和/或硬度，以及恢复在线材拉拔过程期间发生的加工-硬化的期间损失的导电性。任选的峰值时效步骤可影响任何退火步骤的温度和持续时间两者。例如，如果峰值时效工艺在再拉拔棒上进行，则之后的退火步骤与在不进行峰值时效步骤的情况下退火的线材相比，可在更低的温度下发生和/或进行更短的持续时间。例如，经历峰值时效和退火两者的Al99％Fe(0.4-0.5)％Zr(0.25-0.3)％Sn(0.05-0.1)％导电线材对于退火步骤可采用约300℃到约400℃的温度，而不是在经历结合的退火和峰值时效步骤的相当的缆线中所采用的大于400℃的温度。如可领会的，如果进行多个线材拉拔步骤，则在每个这样的步骤之后可进行退火工艺以改善展延性、较低的强度和/或硬度，以及恢复在这样的线材拉拔过程期间发生的加工-硬化期间损失的导电性。
公开了适宜的线材拉拔工艺的非限制性实例。在线材拉拔工艺实例中，可连续铸造具有约3,710mm2(5.75in2)截面积的梯形铸态棒。然后可将梯形铸态棒热轧成9.525mm(0.375”)的再拉拔棒。所述9.525mm再拉拔棒在线材拉拔到1.6mm(0.063”)中间线材之前可在约420℃下进行约48小时的峰值时效以形成适宜的纳米级沉淀物。然后可将该拉拔的1.6mm中间线材在约400℃退火约6小时以改善用于进一步线材拉拔所需的展延性。所述中间线材然后可被线材拉拔至约0.3mm(0.0118”)直径的线材。随后将该拉拔的0.3mm的线材退火以进一步改善展延性、较低的强度和/或硬度，以及恢复在与最终线材拉拔步骤有关的加工-硬化期间损失的导电性。
在美国专利公布No.2015/0259773A1中公开适宜的铝-锆合金和热处理步骤的其他细节，该专利公布通过引用以其全部并入本文。
包含由本文所述的改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线可用于各种各样的应用中，其包括例如汽车应用、航空应用、电力传输应用、家用缆线应用、和要求轻质缆线的任何其他应用。例如，本文所述的改进的铝-锆合金可具体地用作汽车和航空电力系统中的电力缆线，包括例如作为在电动车辆中的电池线材。可将由本文所述的改进的铝-锆合金形成的导电元件用于在一些实施方式中直径小至约1μm、或者在一些实施方式中直径大至约25.4mm(1”)英寸的线材中。例如，在一些实施方式中，可形成直径小至约18μm(0.7密耳)的铝接合线材，以及在一些实施方式中，可形成直径大至约4/0(11.68mm或0.46”)英寸的线材。
通常，本发明的铝-锆合金导电线材或元件可以类似于由已知铝合金例如耐热铝-锆合金和8000系列铝合金制成的导电线材或元件来利用。耐热铝-锆合金的一些常规实例描述于ASTM B941测试方案的说明书中且可具有例如化学式AlZr0.287％Fe0.206％Si0.045％。然而，如将会领会的，本文所述的改进的铝-锆合金的改善的耐蠕变性和抗应力弛豫性可实现缆线的性能改进和新的用途。
包含由本文所述的改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线通常可使用已知技术和缆线几何形状通过用由改进的铝-锆合金形成的导电元件替代现有的导电元件构建。例如，通过将铝-锆合金导电元件绞合(成股，strand)且然后用绝缘层和/或外壳层包覆该导电元件可形成简单的动力缆线。如本领域已知的可以利用任何已知的绝缘层或外壳层。
在一些实施方式中，包含由本文所述的改进的铝-锆合金形成的导电元件可包含于架空导电缆线中。如可领会的，高架导体可以多种构造形成，所述构造包括铝导体钢增强的(“ACSR”)缆线、铝导体钢支撑的(“ACSS”)缆线、铝导体复合芯(“ACCC”)缆线和全铝合金导体(“AAAC”)缆线。ACSR缆线是高强度的绞合导体并且包括外部导电股线和支撑性中心股线。外部导电股线可由本文所述的改进的铝-锆合金形成。所述中心支撑性股线可为钢，并且可具有用于支撑更具延展性的外部导电股线所需的强度。ACSR缆线可具有整体上高的抗张强度。ACSS缆线为同心铺设绞合的缆线，并且包括将一层或多层所述改进的铝-锆合金线材围绕其绞合的中心钢芯。作为对比，ACCC缆线通过由碳、玻璃纤维或聚合物材料的一种或多种形成的中心芯增强。复合芯相对于全铝或钢增强的常规缆线可提供多种优势，因为复合芯的高的抗张强度和低的热下垂的组合使得实现较宽的跨度(工作范围，span)。ACCC缆线可使得能够用较少的支撑结构体建造新的线路。AAAC缆线用所述改进的铝-锆合金线材制成。AAAC缆线由于它们大部分地或完全地是铝的事实而可具有较好的耐腐蚀性。ACSR、ACSS、ACCC和AAAC缆线可用作用于高架配送线的高架缆线。
复合芯导体由于其在较高的操作温度下较低的下垂和其较高的强度对重量的比率而是有用的。复合芯的非限制性实例可参见美国专利No.7,015,395、美国专利No.7,438,971、美国专利No.7,752,754、美国专利申请No.2012/0186851、美国专利No.8371028、美国专利No.7,683,262和美国专利申请No.2012/0261158，其各自通过引用并入本文。
本文所述的改进的铝-锆合金的有利性质也可便于由所述合金形成接合线材。如可领会的，使用接合线材以促进一个或多个组件横跨相对短的距离的电互连。例如，接合线材可用于将微处理器(微电子设备)互连到微处理器包或印刷电路板、将电池单元(电池组电池，battery cell)互连到另外的电池单元，或者可用在向下钻孔的电子装置中。在美国专利No.7,671,565和美国专利No.4,580,713中公开线材接合的实例，其各自通过引用并入本文。适宜的接合线材由呈现多种有用性质例如对基板良好的接合强度以及对于热、疲劳和蠕变的抗性的金属或金属合金形成。本文所述的改进的铝-锆合金可呈现这些性质的良好平衡且由改进的合金形成的线材比纯铝形成的线材可呈现更好的持久性能。
例如，由本文所述的改进的铝-锆合金形成的接合线材在根据ASTM B941描述的热时效工艺进行测试时可展现良好结果，当根据ASTM E466测试时可抵抗至少约106次循环的在85MPa的外加应力下的疲劳失效，以及当根据ASTM E139测试时可呈现一小时约50％或更小的在185℃的温度经受50MPa外加应力时的蠕变速率。在一些实施方式中，所述接合线材当根据ASTM E466测试时可抵抗至少约107次循环的在85MPa外加应力下的疲劳失效。在一些实施方式中，所描述的接合线材当根据ASTM E139测试时可呈现一小时约25％或更小的当在185℃的温度下经受50MPa外加应力时的蠕变速率，以及在一些实施方式中，可呈现一小时约15％或更小的蠕变速率。
ASTM B941标准提供关于样品制备和用于耐热铝-锆圆形线材的热时效测试方案的指导。本文所述的缆线展现，当根据ASTM B941测试时，未时效的极限抗张强度值的约90％或更大的在280℃热时效1小时之后的极限抗张强度值。在一些实施方式中，未时效的极限抗张强度的约95％或更大得以保留。在一些实施方式中，所述极限抗张强度的约99％或更大得以保留。
此外，387μm直径且由所述铝-锆合金形成的接合线材需要当根据ASTM F459测试时1000cN的拉力来断裂线材、和当用20密耳(0.508mm)线材根据JESD22-B116剪切力实验进行测试时大于2,500克力来断裂该线材。这些结果证实了线材的接合强度(结合强度)。如可领会的，这些性质可容许由所述铝-锆合金形成的接合线材用在使所述接合线材经历高温和机械应力、例如用于电动汽车中电池单元的互连中的各种条件中。
作为对比，由99.99％纯铝形成的接合线材呈现不利的性质，例如通过呈现小于时效前的极限抗张强度的约75％的极限抗张强度的差的关于ASTM B941测试的结果。而且，纯铝线材当根据ASTM E466测试时在少于105次循环后未通过在施加85MPa的外加应力下的疲劳测试。
取决于由接合线材实现的特定互连，适宜的接合线材可具有约1μm至约1,000μm的直径。在一些实施方式中，本文所述的改进的铝-锆合金形成的接合线材的直径在一些实施方式中可为约1μm至约1,000μm，在一些实施方式中可为约100μm至约700μm，以及在一些实施方式中可为约300μm至约500μm。在一些实施方式中，本文所述的接合线材可具有约1mm至约50mm的长度。如可领会的，接合线材的尺寸可按照线材的长度和直径之间的比率描述。本文所述的接合线材的长度和直径之间的适宜的比率在一些实施方式中可包括约100:1的比率；在一些实施方式中可包括约50:1；在一些实施方式中可包括约20:1；在一些实施方式中可包括约12:1；在一些实施方式中可包括约10:1；在一些实施方式中可包括约5:1；在一些实施方式中可包括约3:1；以及在一些实施方式中可包括约1:1。
所述接合线材可接合到的适宜的金属基板可包括镍基板、钯基板、金基板、银基板、和由这样的金属的任何合金形成的基板。
如可领会的，通常可使用本领域已知的技术将接合线材接合至金属基板。将接合线材接合至基板所用的技术可包括，例如热压接合、热超声球-楔接合、和超声楔-楔接合。当采用由所述铝-锆合金形成的接合线材时，热超声接合是特别有用的。
实施例
表1列出几种实例铝合金的组成。对比例1和2分别是8000系列铝合金和耐热铝-锆合金。本发明实施例3和4描绘包含锡变质剂的铝-锆合金。将表1中列出的实例合金加工成线材以评价所述合金呈现的多种物理和电性质。
表1
Figure BDA0001625077840000111
表2列出测试由对比例1和本发明实施例3的铝合金形成的3.175mm线材的结果。评价各实例铝合金的线材的断裂伸长率、极限抗张强度(“UTS”)、导电率和室温应力弛豫。根据ASTM E328测量应力弛豫时间。根据ASTM E8测量UTS和断裂伸长率。
表2
Figure BDA0001625077840000112
如表2和图1中描绘的，相比于由对比例1的铝合金形成的线材，由本发明实施例3的合金形成的线材呈现更优的极限抗张强度和应力弛豫。
图1进一步描绘表2中评价的由对比例1和本发明实施例3形成的线材的室温应力弛豫结果。如图1所示，由本发明实施例3形成的线材耗时长达由对比例1形成的线材的约2倍才弛豫到初始应力的85％(5.5小时，相比于2.7小时)。在每种情况下，将初始应力设定为屈服应力的75％。应力弛豫时间的差异随着时间延长而变大。例如，本发明实施例3形成的线材耗时长达对比例1形成的线材的约4倍才弛豫到初始应力的80％(通过外推法得到59.7小时，相比于15.1小时)。
表3描绘由对比例2和本发明实施例4的铝合金形成的9.525mm再拉拔棒的热时效性能。所述热时效性能详细说明了在约400℃温度下热时效8小时、24小时和48小时之后再拉拔棒的UTS和IACS导电率。通过如下测定极限抗张强度：根据ASTM E92测量维氏硬度，且然后由维氏硬度值通过乘以约三分之一(1/3)与极限抗张强度建立关联。
表3
Figure BDA0001625077840000121
如表3中描绘的，由本发明实施例4的铝合金形成的再拉拔棒呈现改善的在热时效之后的性质，且该再拉拔棒相当于(比得上)或者超出由对比例2的铝合金形成的再拉拔棒的性质。例如，由本发明实施例4的铝合金形成的再拉拔棒在热时效之后呈现在绝对值和改进两者上均更优的UTS。由本发明实施例4形成的再拉拔棒在48小时热时效之后的IACS导电率也相当于由对比例2的铝合金形成的再拉拔棒。
等时的时效性能
表4描绘由对比例5和本发明实施例6的铝合金形成的38.1mm(1.5”)铸态棒在热时效恒定时间之后在峰值时效性质方面的变动。由对比例5和本发明实施例6形成的铸态棒的区别在于它们的锡变质剂的包含。对比例5的铝合金为AlFe0.55Zr0.34，而本发明实施例6的铝合金为AlFe0.55Zr0.34Sn0.1。通过如下测定极限抗张强度：根据ASTM E92测量维氏硬度，然后由该维氏硬度值通过乘以约三分之一(1/3)与极限抗张强度建立关联。
表4
对比例5 本发明实施例6
峰值时效温度(℃) 475 430
UTS(MPa)
初始的 92 110
在峰值时效温度下的 153 165
导电率(IACS％)
初始的 50 51.5
在峰值时效温度下的 57 57.5
如表4所述的，相比于对比例5形成的铸态棒，本发明实施例6形成的铸态棒呈现在热时效之前较高的初始UTS(110Mpa对92MPa)、在热时效之后较高的峰值UTS(165Mpa对153MPa)，以及在较低的热时效温度获得该峰值UTS(430℃对475℃)。本发明实施例6形成的铸态棒在热时效之后呈现50.0％的UTS增幅。对于由本发明实施例6形成的铸态棒的导电率，也看到类似的趋势。
恒温的时效性能
表5描绘由对比例5和本发明实施例6的合金形成的38.1mm(1.5”)铸态棒在经历450℃恒定温度下的热时效之后的UTS和导电率。如表5所示，与由对比例5形成的铸态棒相比，由本发明实施例6形成的铸态棒呈现较高的初始UTS和导电率，并且以较短的热时效持续时间获得这些益处。在热时效之后，本发明实施例6形成的铸态棒呈现30.4％的UTS增幅。通过如下测定极限抗张强度：根据ASTM E92测量维氏硬度，然后由该维氏硬度值通过乘以约三分之一(1/3)与极限抗张强度建立关联。
表5
对比例5 本发明实施例6
峰值时效时间 80小时 30小时
UTS(MPa)
初始的 87 115
在峰值时效时间时的 127 150
导电率(IACS％)
初始的 49 51.5
在峰值时效温度下的 59 59.5
表6描绘锡对9.5mm再拉拔棒在400℃热时效几个时间段之后的UTS&导电率的影响。表6包括由对比例7和本发明实施例8形成的再拉拔棒。对比例7的铝合金为AlFe0.43Zr0.3，而本发明实施例8的铝合金为AlFe0.43Zr0.3Sn0.072。通过如下测定极限抗张强度：根据ASTM E92测量维氏硬度，然后由维氏硬度值通过乘以约三分之一(1/3)与极限抗张强度建立关联。
表6
Figure BDA0001625077840000141
如表6所描述的，本发明实施例8的包含0.072％锡的再拉拔棒使得UTS峰能够在约24小时的热时效之后出现。对比例7的不使用锡形成的再拉拔棒仅使UTS峰在48小时的热时效之后出现。此外，0.072％锡的添加在48小时时效之后在仅微小的电导率变化的情况下使UTS增加约29％。
表7描绘由纯铝(最少99.99％的铝，标记为对比例9)和由本发明实施例4的铝合金形成的0.3mm直径的接合线材的断裂伸长率、极限抗张强度、导电率和蠕变。如表7所示，由本发明实施例4形成的线材呈现改善的UTS、断裂伸长率、和由99.99％纯铝形成的线材的蠕变速率的21倍慢或更慢的当根据ASTM E139测量时在30-70MPa外加应力下在185℃的蠕变速率。
表7
Figure BDA0001625077840000151
如表8中描绘的，使用99.99％纯铝(对比例9)和本发明实施例4的铝合金形成的线材评价另外的接合线材性能。由对比例9形成的线材直径为380μm，而由本发明实施例4形成的线材直径为392μm。
表8
Figure BDA0001625077840000152
热时效性能
表9描绘由本发明实施例4的铝合金和99.99％纯铝(对比例9)形成的300μm直径的线材在300℃热时效之后的UTS。如表9所说明的，本发明实施例4形成的线材在热时效24小时之后呈现约4％的UTS降幅，而纯铝形成的线材呈现约25％的UTS降幅。
表9
Figure BDA0001625077840000153
当根据ASTM B941耐热标准测试时，由本发明实施例4形成的300μm直径的线材还展现优异的结果。ASTM B941标准记载，将样品在280℃进行1小时的热时效、和然后将样品冷却至室温。由本发明实施例4形成的300μm直径的线材当根据ASTM B941测试时保留大于99％的室温UTS。
疲劳性能
图2描绘由对比例1和本发明实施例4的铝合金形成的1.6mm线材的室温疲劳性质。如图2所描绘的，与由对比例1的铝合金形成的线材相比，由本发明实施例4的铝合金形成的线材呈现较优的当根据ASTM E466测量时的疲劳性能。
用于接合线材应用的接合性能
使用工业重型-铝线材楔接合机(Hesse Mechatronics BJ939)评估由实施例铝合金形成的接合线材的接合性能。评估通过2步超声电压施加制成的约1000个接合点(bond)，评价所述性能。发现，由本发明实施例4的铝合金形成的线材的接合性能相当于或超出由纯铝和其它典型的铝接合线材合金(例如Al-1％Si&Al-Mg)形成的相同线材的性能。通过适当地设定相关的接合参数(超声功率、接合力、超声持续时间和活套(环)高度)，由本发明实施例4形成的线材没有呈现任何接合失败(包括任何根部裂纹、反常的尾长、接耳(bond ear)或变形区域)。而且，所述接合点在标准拉伸测试和剪切测试中表现得非常好。例如，通过由本发明实施例4形成的387μm线材制成的接合点经受住根据ASTM F459进行的1000cN拉力测试和在根据JESD22-B116A进行的20密耳(0.508mm)剪切测试中的大于2500克力。图3中描绘剪切测试的结果。
应理解，在整个该说明书中给出的每个最大数值极限包括每个较低的数值极限，好像这样的较小的数值极限明确地写入本文中一样。在整个该说明书中给出的每个最小数值极限将包括每个较高的数值极限，好像这样的较高的数值极限明确地写入本文中一样。在整个该说明书中给出的每个数值范围包括落在这样的较宽的数值范围内的每个较窄的数值范围，好像这样的较窄的数值范围均明确地写入本文中一样。
本文所引用的每篇文献，包括任何交叉参考的或相关的专利或申请，在此以其整体并入本文作为参考，除非明确地排除或另有限制。任何文献的引用并非承认，其相对于在本文所公开或要求保护的任何发明而言是现有技术，或者其单独地、或以与任何其它参考文献(一篇或多篇)的任何组合地教导、暗示或公开任何这样的发明。此外，就本文件中的术语的任何含义或定义与通过参考并入的文献中的相同术语的任何含义或定义相冲突的情况下，以本文件中赋予该术语的含义或定义为准。
已经出于描述目的而呈现实施方式和实施例的前述描述。不意图是穷尽性的或者限于所描述的形式。按照以上教导，很多改动是可行的。已经讨论了那些改动的一些，并且其它将被本领域技术人员所理解。选择和描述所述实施方式以说明本领域的普通技术。相反，在此意图是，由所附的权利要求限定范围的各种实施方式。当然，范围不限于本文所阐述的实施例或实施方式，而是可被本领域普通技术人员用于许多应用和等同制品。

Claims (20)

1.由铝-锆合金形成的接合线材，所述铝-锆合金包含以重量计0.01％至0.2％的作为变质剂的锡，其中所述接合线材呈现以下的至少两者：
当根据ASTM B941测试时，在280℃热时效1小时之后的极限抗张强度值是未时效的极限抗张强度值的90％或更大；
当根据ASTM E466测试时，在85MPa外加应力下至少106次循环的抗疲劳失效性；和
当根据ASTM E139测试时，在50MPa外加应力和185℃温度下一小时50％或更小的蠕变速率。
2.如权利要求1所述的接合线材，其进一步包含作为变质剂的铟、锑和镁的一种或多种。
3.如权利要求1所述的接合线材，其中所述铝-锆合金包含：
以重量计99％的铝；
以重量计0.2％至0.4％的锆；和
以重量计0.3％至0.5％的铁。
4.如权利要求1所述的接合线材，其具有300μm至500μm的直径。
5.如权利要求4所述的接合线材，其中当所述接合线材具有387μm的直径时，根据ASTMF459的用于使所述接合线材断裂需要的拉力为1,000cN或更大；和根据JESD22-B116A的用于使所述接合线材断裂需要的剪切力为2,500克力或更大。
6.如权利要求1所述的接合线材，其具有100:1至1:1的长径比。
7.车辆用的电池系统，所述电池系统包含至少两个电池单元和权利要求1的接合线材，其中所述至少两个电池单元通过所述接合线材连接。
8.包含权利要求1的接合线材的微电子设备。
9.缆线，其包含：
由铝-锆合金形成的至少一个导电元件，所述铝-锆合金包含以重量计0.01％至0.2％的作为变质剂的锡；和
其中所述至少一个导电元件在于400℃热时效48小时之后具有120MPa或更大的极限抗张强度；并且呈现当根据ASTM E328测量时在持续时间上为不使用变质剂形成的类似铝-锆合金的2倍长的达到初始应力的85％的应力弛豫时间。
10.如权利要求9所述的缆线，其进一步包含作为变质剂的铟、锑和镁的一种或多种。
11.如权利要求9所述的缆线，其中所述铝-锆合金进一步包含铁和硅的一种或多种。
12.如权利要求9所述的缆线，其中所述铝-锆合金包含0.1％至0.5％的锆。
13.如权利要求9所述的缆线，其中所述至少一个导电元件具有55％或更大的根据国际退火铜标准的电导率。
14.如权利要求9所述的缆线，其中所述至少一个导电元件具有7％或更大的断裂伸长率。
15.如权利要求9所述的缆线，其为接合线材。
16.制造缆线的方法，所述方法包括：
连续铸造由铝-锆合金形成的铸态成型体，所述铝-锆合金包含以重量计0.01％至0.2％的作为变质剂的锡，
热轧所述铸态成型体以形成再拉拔棒；
将所述再拉拔棒拉拔成线材；和
使所述线材退火以形成缆线；以及
其中导电元件呈现以下的至少两者：
当根据ASTM B941测试时，在280℃热时效1小时之后的极限抗张强度值是未时效的极限抗张强度值的90％或更大；
当根据ASTM E466测试时，在85MPa外加应力下至少106次循环的抗疲劳失效性；
当根据ASTM E139测试时，在50MPa外加应力和185℃温度下一小时50％或更小的蠕变速率。
17.如权利要求16所述的方法，其进一步包括切割所述缆线以形成具有100:1至1:1的长径比的接合线材的步骤。
18.如权利要求16所述的方法，其进一步包括在拉拔之前对所述再拉拔棒进行峰值时效的步骤，该峰值时效步骤包括将所述再拉拔棒加热到400℃-450℃的温度6小时-12小时范围内的时间段。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述峰值时效步骤的时间段在持续时间上比不使用变质剂形成的类似铝-锆合金的峰值时效步骤的时间段短10小时或更多。
20.如权利要求16所述的方法，其中使预线材产物退火的步骤包括将线材加热到300℃-450℃的温度6小时至24小时范围内的时间段。
CN201680059500.XA 2015-10-14 2016-10-14 具有由改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线和线材 Active CN108292538B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562241543P 2015-10-14 2015-10-14
US62/241,543 2015-10-14
PCT/US2016/057142 WO2017066638A1 (en) 2015-10-14 2016-10-14 Cables and wires having conductive elements formed from improved aluminum-zirconium alloys

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108292538A CN108292538A (zh) 2018-07-17
CN108292538B true CN108292538B (zh) 2020-10-23

Family

ID=58517965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680059500.XA Active CN108292538B (zh) 2015-10-14 2016-10-14 具有由改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线和线材

Country Status (9)

Country Link
US (3) US10450637B2 (zh)
EP (2) EP3362581B1 (zh)
CN (1) CN108292538B (zh)
BR (1) BR112018006233A2 (zh)
CA (1) CA2997017C (zh)
CL (1) CL2018000935A1 (zh)
ES (1) ES2908777T3 (zh)
MX (1) MX2018004492A (zh)
WO (2) WO2017066638A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10450637B2 (en) 2015-10-14 2019-10-22 General Cable Technologies Corporation Cables and wires having conductive elements formed from improved aluminum-zirconium alloys
TWI581273B (zh) * 2015-11-30 2017-05-01 財團法人金屬工業研究發展中心 鋁合金導線及其製造方法
US10465270B1 (en) * 2017-01-30 2019-11-05 General Cable Technologies Corporation Cables having conductive elements formed from aluminum alloys processed with high shear deformation processes
EP3713688A4 (en) * 2017-11-22 2021-06-30 General Cable Technologies Corporation WIRE SHAPED FROM IMPROVED 8000 SERIES ALUMINUM ALLOY
JP7398315B2 (ja) 2020-03-30 2023-12-14 電源開発株式会社 アルミニウム合金線および電線
CN112556752B (zh) * 2020-12-01 2022-07-12 国网浙江省电力有限公司经济技术研究院 在役碳纤维复合芯导线力学性能测试方法、装置及系统
CN113702204B (zh) * 2021-08-23 2023-09-19 华能国际电力股份有限公司 一种高参数电站用先进高温合金持久强度的预测方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102191423A (zh) * 2011-04-14 2011-09-21 湖南长高新材料股份有限公司 一种适应于耐磨铁基合金的稀土-合金复合变质剂
CN102610293A (zh) * 2011-01-20 2012-07-25 Ls电线有限公司 具有高导电率和高强度的铝合金线及其制造方法
WO2015003897A1 (de) * 2013-07-10 2015-01-15 Robert Bosch Gmbh Elektrischer zellverbinder für ein batteriemodul
CN104299673A (zh) * 2014-09-15 2015-01-21 安徽欣意电缆有限公司 煤矿电缆用Al-Fe-Mg-Zr铝合金及铝合金电缆及制备方法

Family Cites Families (67)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3551143A (en) 1963-10-10 1970-12-29 Showa Denko Kk Aluminum base alloys having improved high temperature properties and method for their production
US3807969A (en) 1970-07-13 1974-04-30 Southwire Co Aluminum alloy electrical conductor
US3958987A (en) 1975-03-17 1976-05-25 Southwire Company Aluminum iron cobalt silicon alloy and method of preparation thereof
JPS525290B2 (zh) * 1973-02-14 1977-02-12
JPS5963737A (ja) 1982-10-04 1984-04-11 Hitachi Ltd 布線の接続方法
US4845543A (en) 1983-09-28 1989-07-04 Hitachi, Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
JPH0674479B2 (ja) 1986-10-09 1994-09-21 スカイアルミニウム株式会社 リードフレーム、コネクタもしくはスイッチ用導電圧延材料
AU615265B2 (en) 1988-03-09 1991-09-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Aluminum alloy composite material with intermetallic compound finely dispersed in matrix among reinforcing elements
US5087301A (en) 1988-12-22 1992-02-11 Angers Lynette M Alloys for high temperature applications
US5198045A (en) 1991-05-14 1993-03-30 Reynolds Metals Company Low density high strength al-li alloy
JP2965774B2 (ja) 1992-02-13 1999-10-18 ワイケイケイ株式会社 高強度耐摩耗性アルミニウム合金
US5327955A (en) 1993-05-04 1994-07-12 The Board Of Trustees Of Western Michigan University Process for combined casting and heat treatment
ATE231927T1 (de) 1994-04-14 2003-02-15 Sumitomo Electric Industries Gleitstück aus gesinterter aluminiumlegierung
JP4080013B2 (ja) 1996-09-09 2008-04-23 住友電気工業株式会社 高強度高靱性アルミニウム合金およびその製造方法
US5976278A (en) 1997-10-03 1999-11-02 Reynolds Metals Company Corrosion resistant, drawable and bendable aluminum alloy, process of making aluminum alloy article and article
US6592687B1 (en) 1998-09-08 2003-07-15 The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Aluminum alloy and article cast therefrom
WO2001004369A1 (fr) 1999-07-09 2001-01-18 Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha Alliage d'aluminium, feuille en alliage d'aluminium, procede de fabrication de recipient et de feuille en alliage d'aluminium
EP1124235B1 (en) 2000-02-08 2008-10-15 W. Brandt Goldsworthy & Associates, Inc. Composite reinforced electrical transmission conductor
EP1158063A1 (en) * 2000-05-22 2001-11-28 Norsk Hydro A/S Corrosion resistant aluminium alloy
WO2002044432A1 (en) * 2000-11-30 2002-06-06 Phelps Dodge Industries, Inc. Creep resistant cable wire
US6918970B2 (en) 2002-04-10 2005-07-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High strength aluminum alloy for high temperature applications
US7438971B2 (en) 2003-10-22 2008-10-21 Ctc Cable Corporation Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture
AT413035B (de) * 2003-11-10 2005-10-15 Arc Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen Gmbh Aluminiumlegierung
WO2007080938A1 (ja) 2006-01-12 2007-07-19 Furukawa-Sky Aluminum Corp. 高温高速成形用アルミニウム合金材及びその製造方法、並びにアルミニウム合金成形品の製造方法
US7671565B2 (en) 2006-02-13 2010-03-02 Tesla Motors, Inc. Battery pack and method for protecting batteries
US8323373B2 (en) 2006-10-27 2012-12-04 Nanotec Metals, Inc. Atomized picoscale composite aluminum alloy and method thereof
FR2909481B1 (fr) 2006-12-01 2009-01-23 Nexans Sa Conducteur de transport electrique pour ligne aerienne
US8017072B2 (en) 2008-04-18 2011-09-13 United Technologies Corporation Dispersion strengthened L12 aluminum alloys
US7811395B2 (en) 2008-04-18 2010-10-12 United Technologies Corporation High strength L12 aluminum alloys
CN101418401B (zh) 2008-12-05 2010-09-08 北京工业大学 一种Al-Er合金导线材料及其制备方法
US8778099B2 (en) 2008-12-09 2014-07-15 United Technologies Corporation Conversion process for heat treatable L12 aluminum alloys
US20100143177A1 (en) 2008-12-09 2010-06-10 United Technologies Corporation Method for forming high strength aluminum alloys containing L12 intermetallic dispersoids
US20100252148A1 (en) 2009-04-07 2010-10-07 United Technologies Corporation Heat treatable l12 aluminum alloys
CN101770828B (zh) 2010-02-03 2011-06-08 华北电力大学 一种高导电非热处理型稀土耐热铝合金导体材料
WO2011122958A1 (en) 2010-03-30 2011-10-06 Norsk Hydro Asa High temperature stable aluminium alloy
BR112012025191A2 (pt) 2010-04-07 2016-06-21 Rheinfelden Alloys Gmbh & Co Kg liga de alumínio fundida por injeção
JP5075222B2 (ja) 2010-05-11 2012-11-21 Ｔｄｋ株式会社 電子部品及びその製造方法
US8758529B2 (en) * 2010-06-30 2014-06-24 GM Global Technology Operations LLC Cast aluminum alloys
EP2597169A4 (en) 2010-07-20 2015-02-25 Furukawa Electric Co Ltd ALUMINUM ALLOY AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
CN101914708B (zh) 2010-08-20 2012-12-19 安徽省惠尔电气有限公司 一种Al-Fe-Cu合金材料及其制备方法
RU2446222C1 (ru) * 2010-10-29 2012-03-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Термостойкий сплав на основе алюминия и способ получения из него деформированных полуфабрикатов
BR112013019053A2 (pt) 2011-01-24 2016-10-04 Gift Technologies Llc condutores com núcleo de compósito com método para produzir o mesmo
JP5556723B2 (ja) 2011-03-30 2014-07-23 株式会社豊田中央研究所 耐熱高強度アルミニウム合金およびその製造方法
GB201105912D0 (en) 2011-04-07 2011-05-18 Diamond Microwave Devices Ltd Improved matching techniques for power transistors
JP6055461B2 (ja) 2011-04-12 2016-12-27 ティコナ・エルエルシー 電送ケーブルのための複合コア
CN102230113B (zh) 2011-07-18 2013-06-26 中南大学 一种耐热铝合金导体材料及其制备方法
CN102363849B (zh) 2011-10-26 2014-05-07 华北电力大学 一种大容量非热处理型高导电铝合金导体材料
US9551050B2 (en) * 2012-02-29 2017-01-24 The Boeing Company Aluminum alloy with additions of scandium, zirconium and erbium
CN102719709B (zh) 2012-05-17 2014-01-15 深圳市兆方创业科技有限公司 一种高强高导铝合金导线及其制备方法
CN102816960B (zh) 2012-08-16 2015-01-21 华北电力大学 一种非热处理型高电导率高强度耐热铝合金导体材料
CN102864344A (zh) 2012-08-30 2013-01-09 安徽太平洋电缆集团有限公司 一种电缆用稀土铝合金导体及其制造方法
FR2996951B1 (fr) 2012-10-17 2015-11-27 Nexans Fil de transport d'electricite en alliage d'aluminium
JP6272674B2 (ja) 2012-11-30 2018-01-31 日本ピストンリング株式会社 ボンディングワイヤ、接続部構造、並びに半導体装置およびその製造方法
WO2014097524A1 (ja) 2012-12-21 2014-06-26 パナソニック株式会社 半導体装置
WO2014107112A1 (en) 2013-01-03 2014-07-10 Norsk Hydro Asa Aluminium single conductor cable
WO2014155820A1 (ja) 2013-03-29 2014-10-02 古河電気工業株式会社 アルミニウム合金導体、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスおよびアルミニウム合金導体の製造方法
KR102100292B1 (ko) 2013-04-23 2020-04-14 삼성전자주식회사 금속 유리, 도전성 페이스트 및 전자 소자
DE102013213524A1 (de) 2013-07-10 2015-01-15 Robert Bosch Gmbh Elektrischer Verbinder für ein Batteriemodul
FR3011251A1 (fr) 2013-09-27 2015-04-03 Nexans Alliage d'aluminium a conductivite electrique elevee
CN103886930A (zh) 2014-03-04 2014-06-25 安徽海纳电缆集团有限公司 一种电缆导体用铝合金配方
CA2941734C (en) * 2014-03-12 2017-07-04 NanoAL LLC Aluminum superalloys for use in high temperature applications
JP6315582B2 (ja) * 2014-08-27 2018-04-25 株式会社神戸製鋼所 成形用アルミニウム合金板
EP3228718A4 (en) * 2014-12-05 2018-07-04 Furukawa Electric Co. Ltd. Aluminum alloy wire material, aluminum alloy stranded wire, covered electrical wire, wire harness, and method for producing aluminum alloy wire material
US10450637B2 (en) 2015-10-14 2019-10-22 General Cable Technologies Corporation Cables and wires having conductive elements formed from improved aluminum-zirconium alloys
CN105369077B (zh) 2015-11-27 2017-05-10 贵州航天风华精密设备有限公司 一种铝合金导体材料及其制备方法
CN105950893B (zh) 2016-06-02 2018-04-10 远东电缆有限公司 一种低成本63％iacs高导电率硬铝导线及其制造方法
KR101712328B1 (ko) 2016-09-02 2017-03-03 엘에스전선 주식회사 고가공성 알루미늄 합금

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102610293A (zh) * 2011-01-20 2012-07-25 Ls电线有限公司 具有高导电率和高强度的铝合金线及其制造方法
CN102191423A (zh) * 2011-04-14 2011-09-21 湖南长高新材料股份有限公司 一种适应于耐磨铁基合金的稀土-合金复合变质剂
WO2015003897A1 (de) * 2013-07-10 2015-01-15 Robert Bosch Gmbh Elektrischer zellverbinder für ein batteriemodul
CN104299673A (zh) * 2014-09-15 2015-01-21 安徽欣意电缆有限公司 煤矿电缆用Al-Fe-Mg-Zr铝合金及铝合金电缆及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA2997017A1 (en) 2017-04-20
ES2908777T3 (es) 2022-05-03
BR112018006233A2 (pt) 2018-10-09
EP3362581A1 (en) 2018-08-22
CN108292538A (zh) 2018-07-17
CL2018000935A1 (es) 2018-06-15
CA2997017C (en) 2024-01-02
EP3363025A1 (en) 2018-08-22
US20170306452A1 (en) 2017-10-26
EP3362581A4 (en) 2019-04-17
WO2017066638A1 (en) 2017-04-20
WO2017066609A1 (en) 2017-04-20
EP3362581B1 (en) 2022-09-14
US20170110704A1 (en) 2017-04-20
US20200283875A1 (en) 2020-09-10
US10450637B2 (en) 2019-10-22
EP3363025A4 (en) 2019-05-15
MX2018004492A (es) 2018-06-27
EP3363025B1 (en) 2021-12-08
US10633725B2 (en) 2020-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108292538B (zh) 具有由改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线和线材
JP5193374B2 (ja) アルミニウム合金導体及びその製造方法
US9580784B2 (en) Aluminum alloy wire and method of producing the same
US8951370B2 (en) Aluminum alloy wire material
JP4927366B2 (ja) アルミニウム導電線
JP4986251B2 (ja) アルミニウム合金導体
EP2383357B1 (en) Aluminum alloy wire
EP2597168B1 (en) Aluminum alloy conductor
EP2692880B1 (en) Aluminum alloy conductor
JP4986252B2 (ja) アルミニウム合金導体
WO2010084989A1 (ja) 配線用電線導体、配線用電線導体の製造方法、配線用電線および銅合金素線
JP2013044038A (ja) アルミニウム合金導体
JP5939530B2 (ja) アルミニウム合金導体
JP5486870B2 (ja) アルミニウム合金電線の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant