CN108642328A - 一种高性能架空铝合金导线材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能架空铝合金导线材料及其制备方法,涉及铝合金技术领域,该种导线材料包括以下元素成份:Al、Si、Cu、Mg、Sr、Ba、Bi、Be、Ge、Pr、La。本发明的铝合金导线材料制备能耗小,成本低,具有优良的导电率、抗蠕变性、伸长率以及力学强度等性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域,具体涉及一种高性能架空铝合金导线材料及其制备方法。
背景技术
目前电线电缆等导电线材因导电率的问题多采用铜导线,但由于铜资源紧张,铜价居高不下,铜导体占铜缆线成本的约70%,制造铜电缆的成本太大,但使用纯铝,长期运行或电流过载后发生较大的蠕变,导致接触电阻太大,易引起事故,且弯曲性能不好,易开裂或折断,同样易引发事故。
目前市场上已经出现各种各样的用于电缆的铝合金导电线,但仍然不能满足复杂恶劣外部自然环境,高温、雨雪、冰冻以及远距离阔海架线等等的需要,仍需进一步改善其综合性能。而在国内,生产工艺、产品性能、大跨距架空电缆线应用技术等于国外相比还存在较大差距,随着我国电力需求的不断增长,输电线路输送容量不断增大,对架空输电电缆线提出了更高的要求,研制出一种架空电缆用高强度、高导电性、综合性能优良的铝合金导电线相当有必要。
公开号为CN105238973A的专利申请,公开了一种铝合金导线及制备方法,该种导线组成按重量百分比为,1.0-1.1%的铜、0.1-0.3%的钼、0.3-0.5%的镁、0.01-0.03%的钴、0.03-0.05%的铁、0.001-0.0015%的碳、0.003-0.005%的钛、0.003-0.005%的钒、0.1-0.3%的镍、0.01-0.03%的钨,余量为铝及不可避免的杂质。其制备方法包括配料、熔炼、淬火等步骤。具有如下效果:在提高铝合金导线强度的同时,对导线的导电率影响很小,并且提高了铝合金导线的韧性,但其未有结合数据说明,也未阐明导线的其它性能指标;成分中含有价格昂贵的钛、铁、镍等,造价较高。
公开号为CN 104269201B的专利申请,公开了一种高性能铝合金导线及其制备方法,包括以下步骤:(1)打开高温真空熔炼炉,将真空熔炼炉温度升高至1350℃,温度稳定后加入铝块,将铝块进行高温熔融;(2)铝块高温熔融后,加入Ge和Cu,保持温度不变进行熔炼,熔炼时间为2h;(3)将真空熔炼炉温度升高至1650℃,待温度再次稳定后,再向真空熔炼炉中加入Si、Sb、Mg,在温度为1650℃下熔炼4h;(4)将真空熔炼炉内的铝合金材料浇注成铝合金杆,制备得到铝合金杆;(4)将铝合金杆采用拉丝机进行高温拉伸,拉伸后冷却,即得。而制备得到的导线具有较低的电阻率和较高的伸长率。但是制备过程中,温度过高,能耗较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能架空铝合金导线材料及其制备方法,该种铝合金导线材料制备能耗小,成本低,具有优良的导电率、抗蠕变性、伸长率以及力学强度等性能。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案来实现的:
一种高性能架空铝合金导线材料,包括以下按重量百分比计的元素成份:
Sr:0.24-0.28%;
Ba:0.10-0.15%;
Bi:0.06-0.08%;
Be:0.12-0.14%;
Ge:0.08-0.12%;
Pr:0.03-0.05%;
La:0.08-0.10%;余量为Al。
进一步地,上述铝合金导线材料包括以下按重量百分比计的元素成份:
Sr:0.26%;
Ba:0.12%;
Bi:0.07%;
Be:0.13%;
Ge:0.01%;
Pr:0.04%;
La:0.09%;余量为Al。
进一步地,上述铝合金导线材料中不可避免的杂质含量≤0.01%。
上述的一种高性能架空铝合金导线材料的制备方法,按照以下步骤进行:
步骤1:根据元素成份的重量百分比称取所需铝锭、中间合金工业原料;
步骤2:将工业原料输送至真空熔炼炉中,以速率为55℃/min升温至1420℃进行熔炼,保温后炉前分析直至合金熔液元素含量合格;
步骤3:将熔炼得到的合金材料浇铸成铝合金棒,再将其挤压至1-1.5cm的铝合金细杆,将铝合金细杆置于真空退火炉中均匀化退火处理;
步骤4:将退火后的铝合金细杆经拉拔机拉拔至1-3mm规格的铝合金导线;
步骤5:将拉拔后的铝合金导线经二段回火处理,回火时间不少于3.5h。
进一步地,在上述步骤2中,熔炼保温时间为62min。
进一步地,在上述步骤3中,铝合金棒的挤压温度为465℃。
进一步地,在上述步骤3中,铝合金细杆的退火温度为505℃,保温时间为3.5h,冷却速度为35℃/min。
进一步地,在上述步骤4中,铝合金细杆的拉拔速度为3.3m/min。
进一步地,在上述步骤5中,所述铝合金导线的二段回火处理如下:
一段回火:回火温度230-240℃,保温时间1.5-2h;
二段回火:回火温度170-180℃,保温时间2-2.5h。
更进一步地,上述铝合金导线的二段回火处理如下:
一段回火:回火温度235℃,保温时间1.8h;
二段回火:回火温度175℃,保温时间2.2h。
本发明具有如下的有益效果:本发明的架空铝合金导线材料制备简单方便,能耗小,成本低,通过对合金元素及工艺参数的优化配比,各元素在制备过程中协同形成的致密稳定的合金相,改善了合金导线的金相结构和铸态组织,使制得的导线材料达到了以下效果:
(1)容重小:本发明的铝合金导线材料密度小,质量轻,相比传统的铜合金导线密度值降低了360%-430%,相比市售现有的铝合金导线密度值降低了4.2%-5.8%,从而减少了对电缆桥架的载重负荷,提高了安全可靠性,对于架空输电电缆线的应用具有积极有利的意义;
(2)理化性:本发明的铝合金导线材料具有优良的导电率、抗蠕变性、伸长率以及力学强度等性能,其制得的铝合金导线电阻率小于等于0.0075Ω·mm2/m;抗拉强度大于等于186MPa,伸长率大于等于4.7%,耐高温高压,耐腐蚀性能好,适宜满足复杂恶劣外部自然环境,使用寿命长,有效地降低了电力资源损耗;
(3)稀土元素的影响:本发明的铝合金导线材料成分中加入的Pr、La稀土元素,能有效地对合金熔液起到除气、脱氮、造渣、中和微量低熔点杂质、改变杂质状态的作用,使得铝合金导线纯化,提高了成品合金导线的导电率和耐腐蚀性;
(4)生产成本降低:本发明的铝合金导线材料成分中减去了传统的铬、镍、铁、钛、锆等熔点高、密度大、价格昂贵的元素,降低生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述,以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种高性能架空铝合金导线材料,由以下按重量百分比计的元素成份组成:
Si:0.37%;
Cu:0.62%;
Mg:0.15%;
Sr:0.24%;
Ba:0.10%;
Bi:0.06%;
Be:0.12%;
Ge:0.08%;
Pr:0.03%;
La:0.08%;余量为Al;其中不可避免的杂质含量0.01%。
上述高性能架空铝合金导线材料的制备方法,按照以下步骤进行:
步骤1:根据元素成份的重量百分比称取所需铝锭、中间合金工业原料;
步骤2:将工业原料输送至真空熔炼炉中,以速率为55℃/min升温至1420℃进行熔炼,保温62min后炉前分析直至合金熔液元素含量达到上述要求;
步骤3:将熔炼得到的合金材料浇铸成铝合金棒,再将其在温度为465℃条件下挤压至1cm的铝合金细杆,将铝合金细杆置于温度为505℃的真空退火炉中均匀化退火3.5h,冷却速度为35℃/min;
步骤4:将退火后的铝合金细杆经拉拔机拉拔至1mm规格的铝合金导线,拉拔速度为3.3m/min;
步骤5:将拉拔后的铝合金导线经如下二段回火处理:
一段回火:回火温度230℃,保温时间2h;
二段回火:回火温度170℃,保温时间2.5h。
步骤6:上述制得的铝合金导线材料性能参数如下:
①电阻率:0.0075Ω·mm2/m;
②抗拉强度:186MPa;
③伸长率:4.7%。
对比例组A
相对于实施例1设置单因素变量对比例组,并检测其对性能参数的影响,具体结果如下表1所示:
表1
实施例2
一种高性能架空铝合金导线材料,由以下按重量百分比计的元素成份组成:
Si:0.39%;
Cu:0.63%;
Mg:0.16%;
Sr:0.26%;
Ba:0.12%;
Bi:0.07%;
Be:0.13%;
Ge:0.01%;
Pr:0.04%;
La:0.09%;余量为Al;其中不可避免的杂质含量0.01%。
上述高性能架空铝合金导线材料的制备方法,按照以下步骤进行:
步骤1:根据元素成份的重量百分比称取所需铝锭、中间合金工业原料;
步骤2:将工业原料输送至真空熔炼炉中,以速率为55℃/min升温至1420℃进行熔炼,保温62min后炉前分析直至合金熔液元素含量达到上述要求;
步骤3:将熔炼得到的合金材料浇铸成铝合金棒,再将其在温度为465℃条件下挤压至1.2cm的铝合金细杆,将铝合金细杆置于温度为505℃的真空退火炉中均匀化退火3.5h,冷却速度为35℃/min;
步骤4:将退火后的铝合金细杆经拉拔机拉拔至2mm规格的铝合金导线,拉拔速度为3.3m/min;
步骤5:将拉拔后的铝合金导线经如下二段回火处理:
一段回火:回火温度235℃,保温时间1.8h;
二段回火:回火温度175℃,保温时间2.2h。
步骤6:上述制得的铝合金导线材料性能参数如下:
①电阻率:0.0075Ω·mm2/m;
②抗拉强度:188MPa;
③伸长率:4.8%。
对比例组B
相对于实施例2设置单因素变量对比例组,并检测其对性能参数的影响,具体结果如下表2所示:
表2
实施例3
一种高性能架空铝合金导线材料,由以下按重量百分比计的元素成份组成:
Si:0.41%;
Cu:0.64%;
Mg:0.17%;
Sr:0.28%;
Ba:0.15%;
Bi:0.08%;
Be:0.14%;
Ge:0.12%;
Pr:0.05%;
La:0.10%;余量为Al;其中不可避免的杂质含量0.01%。
上述高性能架空铝合金导线材料的制备方法,按照以下步骤进行:
步骤1:根据元素成份的重量百分比称取所需铝锭、中间合金工业原料;
步骤2:将工业原料输送至真空熔炼炉中,以速率为55℃/min升温至1420℃进行熔炼,保温62min后炉前分析直至合金熔液元素含量达到上述要求;
步骤3:将熔炼得到的合金材料浇铸成铝合金棒,再将其在温度为465℃条件下挤压至1.5cm的铝合金细杆,将铝合金细杆置于温度为505℃的真空退火炉中均匀化退火3.5h,冷却速度为35℃/min;
步骤4:将退火后的铝合金细杆经拉拔机拉拔至3mm规格的铝合金导线,拉拔速度为3.3m/min;
步骤5:将拉拔后的铝合金导线经如下二段回火处理:
一段回火:回火温度240℃,保温时间1.5h;
二段回火:回火温度180℃,保温时间2h。
步骤6:上述制得的铝合金导线材料性能参数如下:
①电阻率:0.0074Ω·mm2/m;
②抗拉强度:186MPa;
③伸长率:4.7%。
对比例组C
相对于实施例3设置单因素变量对比例组,并检测其对性能参数的影响,具体结果如下表3所示:
表3
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,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。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高性能架空铝合金导线材料,其特征在于,包括以下按重量百分比计的元素成份:
Sr:0.24-0.28%;
Ba:0.10-0.15%;
Bi:0.06-0.08%;
Be:0.12-0.14%;
Ge:0.08-0.12%;
Pr:0.03-0.05%;
La:0.08-0.10%;余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种高性能架空铝合金导线材料,其特征在于,包括以下按重量百分比计的元素成份:
Sr:0.26%;
Ba:0.12%;
Bi:0.07%;
Be:0.13%;
Ge:0.01%;
Pr:0.04%;
La:0.09%;余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种高性能架空铝合金导线材料,其特征在于,所述铝合金导线材料中不可避免的杂质含量≤0.01%。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的高性能架空铝合金导线材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:根据元素成份的重量百分比称取所需铝锭、中间合金工业原料;
步骤2:将工业原料输送至真空熔炼炉中,以速率为55℃/min升温至1420℃进行熔炼,保温后炉前分析直至合金熔液元素含量合格;
步骤3:将熔炼得到的合金材料浇铸成铝合金棒,再将其挤压至1-1.5cm的铝合金细杆,将铝合金细杆置于真空退火炉中均匀化退火处理;
步骤4:将退火后的铝合金细杆经拉拔机拉拔至1-3mm规格的铝合金导线;
步骤5:将拉拔后的铝合金导线经二段回火处理,回火时间不少于3.5h。
5.根据权利要求4所述的一种高性能架空铝合金导线材料的制备方法,其特征在于,在步骤2中,所述熔炼保温时间为62min。
6.根据权利要求4所述的一种高性能架空铝合金导线材料的制备方法,其特征在于,在步骤3中,所述铝合金棒的挤压温度为465℃。
7.根据权利要求4所述的一种高性能架空铝合金导线材料的制备方法,其特征在于,在步骤3中,所述铝合金细杆的退火温度为505℃,保温时间为3.5h,冷却速度为35℃/min。
8.根据权利要求4所述的一种高性能架空铝合金导线材料的制备方法,其特征在于,在步骤4中,所述铝合金细杆的拉拔速度为3.3m/min。
9.根据权利要求4所述的一种高性能架空铝合金导线材料的制备方法,其特征在于,在步骤5中,所述铝合金导线的二段回火处理如下:
一段回火:回火温度230-240℃,保温时间1.5-2h;
二段回火:回火温度170-180℃,保温时间2-2.5h。
10.根据权利要求9所述的一种高性能架空铝合金导线材料的制备方法,其特征在于,所述铝合金导线的二段回火处理如下:
一段回火:回火温度235℃,保温时间1.8h;
二段回火:回火温度175℃,保温时间2.2h。
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