CN108754247A - 一种高强度铝合金导线及其制备方法 - Google Patents

一种高强度铝合金导线及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度铝合金导线及其制备方法，涉及导线技术领域，该导线包括以下重量份的原料：二氧化钛2‑6份，二氧化镁2‑7份，三氧化二铬3‑7份，三氧化钼4‑8份，二氧化锰5‑9份，氧化铜1‑5份，二氧化硅3‑8份，改性三氧化二硼6‑11份，氧化钕4‑8份，氧化铈7‑10份，氧化钇1‑5份，铝90‑95份；经过熔炼、浇铸、制杆、拉丝和热处理步骤；能显著提高铝合金导线的强度，而且其导电性能，伸长率也有小幅提升。

Description

一种高强度铝合金导线及其制备方法
技术领域
本发明属于导线技术领域，具体涉及一种高强度铝合金导线及其制备方法。
背景技术
随着经济和社会的发展，输电线路的建设便显得越来越重要，现有输电建设中所使用的导线已经不能满足恶劣环境对导线强度的要求，急需一种高强度的铝合金导线满足市场需求。
高强度铝合金导线具有电阻损耗低、弧垂性能好，耐腐蚀等特点，可节约电能、塔材和土地资源，提高线路运行寿命，既可用于一般架空输配电线路，也能用于1000米左右大跨越输电线路。
公告号为CN103952605B的专利，公开了一种中强度铝合金单丝的制备方法，包括Si：0.18～0.35％，Mg：0.2～0.5％，B：0.05～0.12％，Fe：0.08～0.15％，其余为铝和不可避免的杂质元素，包括冶炼、精炼、浇铸。制杆、拉丝、时效步骤。解决现有中强铝合金生产工艺复杂，成本高，产品力学性能和导电性能差的技术难题；但是，其导电性能达不到严格要求，韧性和硬度一般，导致使用范围有限。
公开号为CN106623478A的专利申请，公开了一种智能电网用高导电高强度铝合金导线的制造方法；方法为：步骤一：使用带有在线净化系统的铝合金连铸连轧机组加工制得过饱和铝合金杆；步骤二：对过饱和铝合金杆进行自然时效；步骤三：将步骤二得到的铝合金杆冷拉为铝合金线；步骤四：将铝合金线放入连续时效炉内进行人工时效强化处理；步骤五：将多根步骤四得到的单线同心绞合；经过本发明制造得到的导线具有拉力重量比大，导电性能好，抗过载能力强的特点，且工艺简单，适合工业化生产，在智能电网领域中应用，将大大节约线路的建设成本和运行成本，具有优异的经济效益。但是该专利申请的机械性能差，韧性和硬度一般，不适于大规模推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度铝合金导线及其制备方法，能显著提高铝合金导线的强度，而且其导电性能，伸长率也有小幅提升。
本发明提供如下的技术方案：一种高强度铝合金导线，包括以下重量份的原料：二氧化钛2-6份，二氧化镁2-7份，三氧化二铬3-7份，三氧化钼4-8份，二氧化锰5-9份，氧化铜1-5份，二氧化硅3-8份，改性三氧化二硼6-11份，氧化钕4-8份，氧化铈7-10份，氧化钇1-5份，铝90-95份。
优选的，包括以下重量份的原料：二氧化钛3-5份，二氧化镁3-6份，三氧化二铬4-6份，三氧化钼5-7份，二氧化锰6-8份，氧化铜2-4份，二氧化硅4-7份，改性三氧化二硼7-10份，氧化钕5-7份，氧化铈8-9份，氧化钇2-4份，铝91-94份。
优选的，包括以下重量份的原料：二氧化钛4份，二氧化镁4.5份，三氧化二铬5份，三氧化钼6份，二氧化锰7份，氧化铜3份，二氧化硅5.5份，改性三氧化二硼8.5份，氧化钕6份，氧化铈8.5份，氧化钇3份，铝92.5份。
优选的，所述改性三氧化二硼的制备方法为：将三氧化二硼在500-600℃的煅烧炉中煅烧3-4小时，后粉碎过50-60目筛，得到三氧化二硼粉末，在三氧化二硼粉末中加入其重量份8-12倍的硝酸银溶液，过滤后继续在三氧化二硼中加入酞酸酯偶联剂，搅拌混合后，静置2-3小时，过滤后用去离子水清洗至清洗后的去离子水的ph值为6.5-7.5，得到改性三氧化二硼。
优选的，所述硝酸银溶液的体积百分浓度为90-95％，和三氧化二硼搅拌混合45-60分钟。
本发明还提供一种高强度铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)将熔炼炉内的温度升至1750-1980℃，依次加入铝块、二氧化硅、二氧化镁、三氧化钼、二氧化锰和氧化铜，待上述原料全部熔炼后，再加入改性三氧化二硼、氧化钕、氧化铈和氧化钇，保温35-55分钟，后加入打渣剂并充分搅拌45-60分钟，经过过滤板得到合金液；
(2)将上述合金液浇铸成合金锭，使用铝合金轧制机组制的铝合金杆，对铝合金杆进行淬火处理和时效处理；
(3)对经过时效处理的铝合金杆拉丝，得到铝合金导线毛料，拉丝的直径为2.5-3.8mm；
(4)对铝合金导线毛料进行热处理，热处理温度为230-340℃，热处理温度为5-8小时，得到铝合金导线。
优选的，所述步骤(2)中时效处理的温度为120-180℃，处理时间为6-12小时。
优选的，所述步骤(2)中的铝合金轧制机组的进口温度为590-610℃，出口温度为230-280℃。
优选的，所述步骤(2)中的淬火温度为85-100℃，淬火时间为2小时。
优选的，所述步骤(4)中热处理温度为135℃，热处理时间为6小时。
本发明的有益效果为，能显著提高铝合金导线的强度，而且其导电性能，伸长率也有小幅提升；具体如下：
(1)本发明多采用元素的氧化物作为添加物，其中，氧化物在自然界中能稳定存在，制取简便，分布广泛，同时加入到熔炼炉中，氧元素不会对容量过程造成影响，也不会影响铝合金的纯度，其中硼的氧化物在熔炼过程中能和铝合金内的杂质进行硼化反应，吸收铝合金内的杂质，稀土元素的氧化物也可以吸收铝合金内的杂质，进一步提高铝合金的纯度，从而提高制备出来的铝合金导线的强度和导电率。
(2)本发明在铝合金内还加入了三氧化钼、二氧化镁和三氧化二铬，其中铬、钼和镁之间协同作用进一步增强铝合金导线的强度，其中钼元素在合金中一方面主要来增强铝合金导线的强度，另一方面还可以与镁和铬之间协同作用，增强镁和铬的强度。
(3)本发明在铝合金液内还加入了改性三氧化二硼，三氧化二硼可以降低金属与氧化物的熔点，便于金属及氧化物融解，降低融解所需要的时间，还可以增强合金液的流动性，便于合金液的混合，最后还可以进一步提升其与合金液中杂质的反应程度，提升其吸收杂质的能力，提高导线的强度和导电率。
(4)本发明还添加了二氧化钛，其在金属熔炼过程中会析出金属件化合物，可以钉轧位错和晶界，阻碍晶界和位错的移动，有效增强铝合金的强度、导电性和耐热性。
(5)本发明还对铝合金杆以及导线进行了时效处理、淬火处理以及热处理，可以大幅提高导线的强度、硬度、疲劳强度以及韧性，从而满足导线在不同使用条件下的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例涉及一种高强度铝合金导线，包括以下重量份的原料：二氧化钛2份，二氧化镁2份，三氧化二铬3份，三氧化钼4份，二氧化锰5份，氧化铜1份，二氧化硅3份，改性三氧化二硼6份，氧化钕4份，氧化铈7份，氧化钇1份，铝90份。
其中，所述改性三氧化二硼的制备方法为：将三氧化二硼在500℃的煅烧炉中煅烧3小时，后粉碎过50目筛，得到三氧化二硼粉末，在三氧化二硼粉末中加入其重量份8倍的硝酸银溶液，过滤后继续在三氧化二硼中加入酞酸酯偶联剂，搅拌混合后，静置2小时，过滤后用去离子水清洗至清洗后的去离子水的ph值为6.5，得到改性三氧化二硼。
其中，所述硝酸银溶液的体积百分浓度为90％，和三氧化二硼搅拌混合45分钟。
本实施例还提供一种高强度铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)将熔炼炉内的温度升至1750℃，依次加入铝块、二氧化硅、二氧化镁、三氧化钼、二氧化锰和氧化铜，待上述原料全部熔炼后，再加入改性三氧化二硼、氧化钕、氧化铈和氧化钇，保温35分钟，后加入打渣剂并充分搅拌45分钟，经过过滤板得到合金液。
(2)将上述合金液浇铸成合金锭，使用铝合金轧制机组制的铝合金杆，对铝合金杆进行淬火处理和时效处理；其中，时效处理的温度为120℃，处理时间为6小时；其中，铝合金轧制机组的进口温度为590℃，出口温度为230℃；其中，淬火温度为85℃，淬火时间为2小时。
(3)对经过时效处理的铝合金杆拉丝，得到铝合金导线毛料，拉丝的直径为2.5mm。
(4)对铝合金导线毛料进行热处理，热处理温度为230℃，热处理温度为5小时，得到铝合金导线。
实施例2
本实施例涉及一种高强度铝合金导线，包括以下重量份的原料：二氧化钛6份，二氧化镁7份，三氧化二铬7份，三氧化钼8份，二氧化锰9份，氧化铜5份，二氧化硅8份，改性三氧化二硼11份，氧化钕8份，氧化铈10份，氧化钇5份，铝95份。
其中，所述改性三氧化二硼的制备方法为：将三氧化二硼在600℃的煅烧炉中煅烧4小时，后粉碎过60目筛，得到三氧化二硼粉末，在三氧化二硼粉末中加入其重量份12倍的硝酸银溶液，过滤后继续在三氧化二硼中加入酞酸酯偶联剂，搅拌混合后，静置3小时，过滤后用去离子水清洗至清洗后的去离子水的ph值为7.5，得到改性三氧化二硼。
其中，所述硝酸银溶液的体积百分浓度为95％，和三氧化二硼搅拌混合60分钟。
本实施例还提供一种高强度铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)将熔炼炉内的温度升至1980℃，依次加入铝块、二氧化硅、二氧化镁、三氧化钼、二氧化锰和氧化铜，待上述原料全部熔炼后，再加入改性三氧化二硼、氧化钕、氧化铈和氧化钇，保温55分钟，后加入打渣剂并充分搅拌60分钟，经过过滤板得到合金液。
(2)将上述合金液浇铸成合金锭，使用铝合金轧制机组制的铝合金杆，对铝合金杆进行淬火处理和时效处理；其中，时效处理的温度为180℃，处理时间为12小时；其中，铝合金轧制机组的进口温度为610℃，出口温度为280℃；其中，淬火温度为100℃，淬火时间为2小时。
(3)对经过时效处理的铝合金杆拉丝，得到铝合金导线毛料，拉丝的直径为3.8mm。
(4)对铝合金导线毛料进行热处理，热处理温度为340℃，热处理温度为8小时，得到铝合金导线。
实施例3
本实施例涉及一种高强度铝合金导线，包括以下重量份的原料：二氧化钛3份，二氧化镁3份，三氧化二铬4份，三氧化钼5份，二氧化锰6份，氧化铜2份，二氧化硅4份，改性三氧化二硼7份，氧化钕5份，氧化铈8份，氧化钇2份，铝91份。
其中，所述改性三氧化二硼的制备方法为：将三氧化二硼在500℃的煅烧炉中煅烧3小时，后粉碎过50目筛，得到三氧化二硼粉末，在三氧化二硼粉末中加入其重量份8倍的硝酸银溶液，过滤后继续在三氧化二硼中加入酞酸酯偶联剂，搅拌混合后，静置2小时，过滤后用去离子水清洗至清洗后的去离子水的ph值为6.5，得到改性三氧化二硼。
其中，所述硝酸银溶液的体积百分浓度为90％，和三氧化二硼搅拌混合45分钟。
本实施例还提供一种高强度铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)将熔炼炉内的温度升至1750℃，依次加入铝块、二氧化硅、二氧化镁、三氧化钼、二氧化锰和氧化铜，待上述原料全部熔炼后，再加入改性三氧化二硼、氧化钕、氧化铈和氧化钇，保温35分钟，后加入打渣剂并充分搅拌45分钟，经过过滤板得到合金液。
(2)将上述合金液浇铸成合金锭，使用铝合金轧制机组制的铝合金杆，对铝合金杆进行淬火处理和时效处理；其中，时效处理的温度为120℃，处理时间为6小时；其中，铝合金轧制机组的进口温度为590℃，出口温度为230℃；其中，淬火温度为85℃，淬火时间为2小时。
(3)对经过时效处理的铝合金杆拉丝，得到铝合金导线毛料，拉丝的直径为2.5mm。
(4)对铝合金导线毛料进行热处理，热处理温度为230℃，热处理温度为5小时，得到铝合金导线。
实施例4
本实施例涉及一种高强度铝合金导线，包括以下重量份的原料：二氧化钛6份，二氧化镁7份，三氧化二铬7份，三氧化钼8份，二氧化锰9份，氧化铜5份，二氧化硅8份，改性三氧化二硼11份，氧化钕8份，氧化铈10份，氧化钇5份，铝95份。
其中，所述改性三氧化二硼的制备方法为：将三氧化二硼在600℃的煅烧炉中煅烧4小时，后粉碎过60目筛，得到三氧化二硼粉末，在三氧化二硼粉末中加入其重量份12倍的硝酸银溶液，过滤后继续在三氧化二硼中加入酞酸酯偶联剂，搅拌混合后，静置3小时，过滤后用去离子水清洗至清洗后的去离子水的ph值为7.5，得到改性三氧化二硼。
其中，所述硝酸银溶液的体积百分浓度为95％，和三氧化二硼搅拌混合60分钟。
本实施例还提供一种高强度铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)将熔炼炉内的温度升至1980℃，依次加入铝块、二氧化硅、二氧化镁、三氧化钼、二氧化锰和氧化铜，待上述原料全部熔炼后，再加入改性三氧化二硼、氧化钕、氧化铈和氧化钇，保温55分钟，后加入打渣剂并充分搅拌60分钟，经过过滤板得到合金液。
(2)将上述合金液浇铸成合金锭，使用铝合金轧制机组制的铝合金杆，对铝合金杆进行淬火处理和时效处理；其中，时效处理的温度为180℃，处理时间为12小时；其中，铝合金轧制机组的进口温度为610℃，出口温度为280℃；其中，淬火温度为100℃，淬火时间为2小时。
(3)对经过时效处理的铝合金杆拉丝，得到铝合金导线毛料，拉丝的直径为3.8mm。
(4)对铝合金导线毛料进行热处理，热处理温度为340℃，热处理温度为8小时，得到铝合金导线。
实施例5
本实施例涉及一种高强度铝合金导线，包括以下重量份的原料：二氧化钛4份，二氧化镁4.5份，三氧化二铬5份，三氧化钼6份，二氧化锰7份，氧化铜3份，二氧化硅5.5份，改性三氧化二硼8.5份，氧化钕6份，氧化铈8.5份，氧化钇3份，铝92.5份。
其中，所述改性三氧化二硼的制备方法为：将三氧化二硼在550℃的煅烧炉中煅烧3.5小时，后粉碎过55目筛，得到三氧化二硼粉末，在三氧化二硼粉末中加入其重量份10倍的硝酸银溶液，过滤后继续在三氧化二硼中加入酞酸酯偶联剂，搅拌混合后，静置2.5小时，过滤后用去离子水清洗至清洗后的去离子水的ph值为7，得到改性三氧化二硼。
其中，所述硝酸银溶液的体积百分浓度为92％，和三氧化二硼搅拌混合53分钟。
本实施例还提供一种高强度铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)将熔炼炉内的温度升至1860℃，依次加入铝块、二氧化硅、二氧化镁、三氧化钼、二氧化锰和氧化铜，待上述原料全部熔炼后，再加入改性三氧化二硼、氧化钕、氧化铈和氧化钇，保温45分钟，后加入打渣剂并充分搅拌52分钟，经过过滤板得到合金液。
(2)将上述合金液浇铸成合金锭，使用铝合金轧制机组制的铝合金杆，对铝合金杆进行淬火处理和时效处理；其中，时效处理的温度为150℃，处理时间为9小时；其中，铝合金轧制机组的进口温度为600℃，出口温度为155℃；其中，淬火温度为92℃，淬火时间为2小时。
(3)对经过时效处理的铝合金杆拉丝，得到铝合金导线毛料，拉丝的直径为3.1mm。
(4)对铝合金导线毛料进行热处理，热处理温度为280℃，热处理温度为6.5小时，得到铝合金导线。
对比例1
采用中国专利(公开号为CN106623478A)制得的铝合金导线。
对比例2
除无三氧化二硼外，其他原料含量及步骤与实施例一致。
对比例3
除无时效处理外，其他原料含量与步骤与实施例一致。
对比例4
采用普通三氧化二硼参与反应，其他原料含量和步骤与实施例一致。
对比例5
现有技术制备的铝合金导线。
在实施例1-5和对比例1-5的导线上取样，在DNS200型电子拉伸机上进行室温拉伸，拉伸速度是5mm/min，检测中强耐热铝合金导线的室温抗拉强度和伸长率，结果如表1所示。在QJ44型直流双臂电桥上测定中强耐热铝合金导线的导电率，结果如表1所示。将中强耐热铝合金导线在180℃持续加热1.5小时，然后冷却至室温，在DNS200型电子拉伸机上进行室温拉伸，拉伸速度是5mm/min，检测中强耐热铝合金导线的抗拉强度，用该抗拉强度值与初始值进行比较，检测中强耐热铝合金导线的强度保持率，如表1所示。
表1：铝合金导线的拉伸力学性能、导电率和强度保持率
项目 抗拉强度(Mpa) 伸长率(％) 导电率(％IACS) 强度保持率(％)
实施例1 190 8.5 60.5 91.3
实施例2 192 7.9 60.9 91.5
实施例3 193 8.6 61.3 91.8
实施例4 193 8.9 61.5 91.5
实施例5 195 9.0 61.9 92.4
对比例1 178 7.1 58.5 88.1
对比例2 175 6.9 58.8 88.4
对比例3 173 7.2 58.1 87.9
对比例4 169 7.4 59.1 88.1
对比例5 170 6.8 59.2 87.4
从表中可以看出本发明中各组分之间协同作用，共同实现本发明的效果，通过合金间的弥散强化，制得的导线强度高，能够降低输电线路的损耗从对比例2和对比例4可以看出，改性三氧化二硼对本发明的效果起到了必不可少的作用，从对比例3可以看出稀土元素的氧化物也是实现本发明功能所必须的，本发明抗拉强度相较于现有技术提升了22％，伸长率、强度保持率和导电率对比于现有技术都有了很大的改善。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高强度铝合金导线，其特征在于，包括以下重量份的原料：二氧化钛2-6份，二氧化镁2-7份，三氧化二铬3-7份，三氧化钼4-8份，二氧化锰5-9份，氧化铜1-5份，二氧化硅3-8份，改性三氧化二硼6-11份，氧化钕4-8份，氧化铈7-10份，氧化钇1-5份，铝90-95份。
2.根据权利要求1所述的高强度铝合金导线，其特征在于，包括以下重量份的原料：二氧化钛3-5份，二氧化镁3-6份，三氧化二铬4-6份，三氧化钼5-7份，二氧化锰6-8份，氧化铜2-4份，二氧化硅4-7份，改性三氧化二硼7-10份，氧化钕5-7份，氧化铈8-9份，氧化钇2-4份，铝91-94份。
3.根据权利要求1所述的高强度铝合金导线，其特征在于，包括以下重量份的原料：二氧化钛4份，二氧化镁4.5份，三氧化二铬5份，三氧化钼6份，二氧化锰7份，氧化铜3份，二氧化硅5.5份，改性三氧化二硼8.5份，氧化钕6份，氧化铈8.5份，氧化钇3份，铝92.5份。
4.根据权利要求1所述的高强度铝合金导线，其特征在于，所述改性三氧化二硼的制备方法为：将三氧化二硼在500-600℃的煅烧炉中煅烧3-4小时，后粉碎过50-60目筛，得到三氧化二硼粉末，在三氧化二硼粉末中加入其重量份8-12倍的硝酸银溶液，过滤后继续在三氧化二硼中加入酞酸酯偶联剂，搅拌混合后，静置2-3小时，过滤后用去离子水清洗至清洗后的去离子水的ph值为6.5-7.5，得到改性三氧化二硼。
5.根据权利要求4所述的高强度铝合金导线，其特征在于，所述硝酸银溶液的体积百分浓度为90-95％，和三氧化二硼搅拌混合45-60分钟。
6.一种权利要求1至5中任意一项所述的高强度铝合金导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将熔炼炉内的温度升至1750-1980℃，依次加入铝块、二氧化硅、二氧化镁、三氧化钼、二氧化锰和氧化铜，待上述原料全部熔炼后，再加入改性三氧化二硼、氧化钕、氧化铈和氧化钇，保温35-55分钟，后加入打渣剂并充分搅拌45-60分钟，经过过滤板得到合金液；
(2)将上述合金液浇铸成合金锭，使用铝合金轧制机组制得铝合金杆，对铝合金杆进行淬火处理和时效处理；
(3)对经过时效处理的铝合金杆拉丝，得到铝合金导线毛料，拉丝的直径为2.5-3.8mm；
(4)对铝合金导线毛料进行热处理，热处理温度为230-340℃，热处理温度为5-8小时，得到铝合金导线。
7.根据权利要求6所述的高强度铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中时效处理的温度为120-180℃，处理时间为6-12小时。
8.根据权利要求6所述的高强度铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的铝合金轧制机组的进口温度为590-610℃，出口温度为230-280℃。
9.根据权利要求6所述的高强度铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的淬火温度为85-100℃，淬火时间为2小时。
10.根据权利要求6所述的高强度铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中热处理温度为135℃，热处理时间为6小时。
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