CN108893660A - 一种高导电率铝合金导线及其制备方法 - Google Patents

一种高导电率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导电率铝合金导线及其制备方法，涉及导线技术领域，包括以下重量百分比的元素：Mg为1.15‑1.28％、Si为1.21‑1.35％、Zr为0.33‑0.42％、Y为0.11‑0.15％、Ce为0.25‑0.33％、La为0.06‑0.17％、B为0.41‑0.55％、Cu为0.61‑0.85％、其他杂质含量小于0.3％，余量为Al；包括除湿、熔炼、精炼、捞渣、热处理、浇铸、轧制、拉丝和热处理步骤；该导线具有非常好的导电率，同时其伸长率也得到了非常好的改善，满足电力行业需求。

Description

一种高导电率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，具体涉及一种高导电率铝合金导线及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对电力的需求急剧增长，输电线路日益向大容量方向发展，这就要求增大导线的输电容量。铝合金导线作为一种性能良好的特种导线，可以满足以上使用的需要。在电力传输过程中，铝合金导线材料的电导率高低对制成的导线的使用有较大的决定作用。常规的铝合金导线的电导率只有50％IACS，不能较好的满足电力传输的需要，因此需要提高铝合金导线的电导率。
公告号为CN103045915B的专利，公开了一种高导电率中强耐热铝合金单丝及其制备方法，该铝合金导线由下述重量百分比的元素组成：Zr：0.05～0.09％，B：0.05～0.15％，Si：0.01～0.2％，Fe：0.05～0.3％，Mn：0.2～0.5％，Er：0.01～0.15％和/或Y：0.01～0.15％，还含有V、Ti、Cr三种元素，其余为Al和不可避免的微量杂质；该专利通过调节合金元素的加入顺序和保温时间，取消了热处理，从而简化了制备工艺节约了成本，但是该专利虽然提高了导线的导电率，但是该专利由于取消了热处理，导致该导线的机械强度差，容易折断。
公告号为CN104674074B的专利，公开了一种耐热高电导率的铝合金线材及其制备方法、用途，该发明生产的铝合金线材包括Mn、Ta、Cr、Ga、Ba、Eu、Dy、余量为Al；制备方法包括以下步骤：(1)取下述成分的单质或氧化物，Mn、Ta、Cr、Ga、Ba、Eu、Dy、余量为Al；(2)当熔炼炉内温度为725～765℃时，投入步骤(1)的混合成分，熔炼3h；(3)降低熔炼炉内温度为630～660℃，降温速率为40℃/min，再熔炼2h；(4)降低熔炼炉内温度为225～245℃后，保温2h；(5)将铝合金材料再拉伸为铝合金杆，再拉制为拉合金线材；该专利显著的提高了铝合金线材的耐热效果、电导率和拉伸强度，但是该专利对生产过程中要求很高，这些添加元素常形成固溶强化，即使形成第二相，也难以形成细小弥散强化，结果是强度上升导电性下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种高导电率铝合金导线及其制备方法，该导线具有非常好的导电率，同时其伸长率也得到了非常好的改善，满足电力行业需求。
本发明提供如下的技术方案：一种高导电率铝合金导线：包括以下重量百分比的元素：Mg为1.15-1.28％、Si为1.21-1.35％、Zr为0.33-0.42％、Y为0.11-0.15％、Ce为0.25-0.33％、La为0.06-0.17％、B为0.41-0.55％、Cu为0.61-0.85％、其他杂质含量小于0.3％，余量为Al。
优选的，包括以下重量百分比的元素：
Mg为1.18-1.25％、Si为1.23-1.32％、Zr为0.36-0.39％、Y为0.12-0.14％、Ce为0.27-0.31％、La为0.08-0.15％、B为0.43-0.51％、Cu为0.63-0.82％、其他杂质含量小于0.25％，余量为Al。
本发明还提供一种高导电率铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取纯度大于99％的铝块，将铝块放入恒温干燥箱内除湿45-60分钟；
(2)使用真空熔炼炉，将真空熔炼炉的温度控制为730-745℃，加入铝块，使铝块熔化，保温20-30分钟后，加入B，保温30-40分钟，得到熔融铝合金液；
(3)在熔融铝合金液继续加入除渣剂，充分混合40-60分钟后，捞渣；
(4)将真空熔炼炉的温度升高至1500-1630℃，继续加入Mg、Si、Zr、Y、Ce、La和Cu至真空熔炼炉中熔炼，待上述物料全部溶化后保温1-1.5小时，制得合金液；
(5)通过高速光谱分析仪进行炉前快速检测，控制炉内的有关元素百分含量为：Mg为1.15-1.28％、Si为1.21-1.35％、Cu为0.61-0.85％、Zr为0.33-0.42％、Y为0.11-0.15％，Ce为0.25-0.33％、La为0.06-0.17％、B为0.4-0.55％、Cu为0.61-0.85％得到满足要求的金属液；
(6)将真空熔炼炉内的金属液送入铝合金连铸机浇铸成铝合金铸锭；
(7)将铝合金铸锭加热至300-450摄氏度，保温45-60分钟后放入铝合金连轧机组中轧制成铝合金杆；
(8)对铝合金杆进行热处理，热处理温度为400-450℃，热处理时间为2-8小时，将经过热处理的铝合金杆送入拉拔机进行拉丝，拉丝速度控制为25-30米/min，得到铝合金导线。
优选的，所述步骤3中除渣剂为氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钠按质量比3：2：1：1混制而成，除渣剂的用量为熔融铝合金液重量份的0.1-0.2％。
优选的，所述步骤3中使熔融铝合金液经过过滤板进行捞渣，所述过滤板的间隙为49-60目。
优选的，所述步骤6中对金属液进行浇铸之前，对金属液进行变质处理，在金属液中加入变质剂，所述变质剂为NaF。
优选的，所述步骤6中铝合金连铸机的工作温度为700-720℃，控制浇铸后的温度的降低速度为20-30℃/s。
优选的，所述步骤7中连轧机组的工作温度为550-580℃。
本发明的有益效果为，该导线具有非常好的导电率，同时其伸长率也得到了非常好的改善，满足电力行业需求；具体如下：
(1)本发明在铝合金液中加入了硼，硼元素具有复杂的晶体结构，常温下不活泼，高温下硼可以和金属元素和非金属元素反应生成硼化物，而影响铝合金导电性能的主要就是在铝合金内难以去除的杂质金属和杂质非金属，硼可以和铝块中的杂质发生硼化作用，硼化物会形成沉淀，在铝合金液中，本发明加入了除渣剂，除渣剂可以去除铝合金液中的不溶物，使之易于出去，保持铝合金液的纯净度，同时除渣剂还可以溢出大量的其气泡对合金液起到一定的搅拌作用，便于除渣剂和合金液充分混合，后过滤，可以充分除去合金液中的难溶物。
(2)本发明在合金液中加入了稀土元素，稀土元素可以对铝合金的晶粒进行细化，抑制再结晶和晶粒长大，提高材料的导电率；本发明采用高速光谱分析仪，可以快速检测炉内的元素的含量，及时控制炉内的元素含量，保证元素含量满足要求；本发明还加入了镁、铜等元素，其中镁的加入可以增加合金的抗拉强度和屈服强度，增加合金的力学性能，铜的加入还可以与铝块内的杂质元素反应，使它们析出沉淀在炉内的底部，还可以避免杂质元素引起的晶格畸变，降低电子在传输过程中与畸变晶格原子之间的碰撞，从而提高导电率。
(3)本发明在合金液中加入了变质剂，钠盐变质剂可以细化化合物初晶，利于铸造和随后的拉丝处理，提高导电率。
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导电率铝合金导线，包括以下重量百分比的元素：
Mg为1.15％、Si为1.21％、Zr为0.33％、Y为0.11％、Ce为0.25％、La为0.06％、B为0.41％、Cu为0.61％、其他杂质含量小于0.3％，余量为Al。
本实施例还提供一种高导电率铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取纯度大于99％的铝块，将铝块放入恒温干燥箱内除湿45分钟；
(2)使用真空熔炼炉，将真空熔炼炉的温度控制为730℃，加入铝块，使铝块熔化，保温20分钟后，加入B，保温30分钟，得到熔融铝合金液；
(3)在熔融铝合金液继续加入除渣剂，充分混合40分钟后，捞渣；其中除渣剂为氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钠按质量比3：2：1：1混制而成，除渣剂的用量为熔融铝合金液重量份的0.1％；其中，使熔融铝合金液经过过滤板进行捞渣，过滤板的间隙为49目。
(4)将真空熔炼炉的温度升高至1500℃，继续加入Mg、Si、Zr、Y、Ce、La和Cu至真空熔炼炉中熔炼，待上述物料全部溶化后保温1小时，制得合金液；
(5)通过高速光谱分析仪进行炉前快速检测，控制炉内的有关元素百分含量为：Mg为1.15％、Si为1.21％、Cu为0.61％、Zr为0.33％、Y为0.11％，Ce为0.25％、La为0.06％、B为0.4％、Cu为0.61％得到满足要求的金属液；
(6)将真空熔炼炉内的金属液送入铝合金连铸机浇铸成铝合金铸锭；其中，对金属液进行浇铸之前，对金属液进行变质处理，在金属液中加入变质剂，所述变质剂为NaF；其中，铝合金连铸机的工作温度为700℃，控制浇铸后的温度的降低速度为20℃/s。
(7)将铝合金铸锭加热至300摄氏度，保温45分钟后放入铝合金连轧机组中轧制成铝合金杆；其中，连轧机组的工作温度为550℃。
(8)对铝合金杆进行热处理，热处理温度为400℃，热处理时间为2小时，将经过热处理的铝合金杆送入拉拔机进行拉丝，拉丝速度控制为25米/min，得到铝合金导线。
实施例2
本实施例涉及一种高导电率铝合金导线，包括以下重量百分比的元素
Mg为1.28％、Si为1.35％、Zr为0.42％、Y为0.15％、Ce为0.33％、La为0.17％、B为0.55％、Cu为0.85％、其他杂质含量小于0.3％，余量为Al。
本实施例还提供一种高导电率铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取纯度大于99％的铝块，将铝块放入恒温干燥箱内除湿60分钟；
(2)使用真空熔炼炉，将真空熔炼炉的温度控制为745℃，加入铝块，使铝块熔化，保温30分钟后，加入B，保温40分钟，得到熔融铝合金液；
(3)在熔融铝合金液继续加入除渣剂，充分混合60分钟后，捞渣；其中除渣剂为氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钠按质量比3：2：1：1混制而成，除渣剂的用量为熔融铝合金液重量份的0.2％；其中，使熔融铝合金液经过过滤板进行捞渣，过滤板的间隙为60目。
(4)将真空熔炼炉的温度升高至1630℃，继续加入Mg、Si、Zr、Y、Ce、La和Cu至真空熔炼炉中熔炼，待上述物料全部溶化后保温1.5小时，制的合金液；
(5)通过高速光谱分析仪进行炉前快速检测，控制炉内的有关元素百分含量为：Mg为1.28％、Si为1.35％、Cu为0.85％、Zr为0.42％、Y为0.15％，Ce为0.33％、La为0.17％、B为0.55％、Cu为0.85％得到满足要求的金属液；
(6)将真空熔炼炉内的金属液送入铝合金连铸机浇铸成铝合金铸锭；其中，对金属液进行浇铸之前，对金属液进行变质处理，在金属液中加入变质剂，所述变质剂为NaF；其中，铝合金连铸机的工作温度为720℃，控制浇铸后的温度的降低速度为30℃/s。
(7)将铝合金铸锭加热至450摄氏度，保温60分钟后放入铝合金连轧机组中轧制成铝合金杆；其中，连轧机组的工作温度为580℃。
(8)对铝合金杆进行热处理，热处理温度为450℃，热处理时间为8小时，将经过热处理的铝合金杆送入拉拔机进行拉丝，拉丝速度控制为30米/min，得到铝合金导线。
实施例3
本实施例涉及一种高导电率铝合金导线，包括以下重量百分比的元素
Mg为1.15％、Si为1.35％、Zr为0.33％、Y为0.15％、Ce为0.25％、La为0.17％、B为0.41％、Cu为0.85％、其他杂质含量小于0.3％，余量为Al。
本实施例还提供一种高导电率铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取纯度大于99％的铝块，将铝块放入恒温干燥箱内除湿60分钟；
(2)使用真空熔炼炉，将真空熔炼炉的温度控制为745℃，加入铝块，使铝块熔化，保温20分钟后，加入B，保温40分钟，得到熔融铝合金液；
(3)在熔融铝合金液继续加入除渣剂，充分混合40分钟后，捞渣；其中除渣剂为氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钠按质量比3：2：1：1混制而成，除渣剂的用量为熔融铝合金液重量份的0.2％；其中，使熔融铝合金液经过过滤板进行捞渣，过滤板的间隙为49目。
(4)将真空熔炼炉的温度升高至1630℃，继续加入Mg、Si、Zr、Y、Ce、La和Cu至真空熔炼炉中熔炼，待上述物料全部溶化后保温1小时，制得合金液；
(5)通过高速光谱分析仪进行炉前快速检测，控制炉内的有关元素百分含量为：Mg为1.15％、Si为1.35％、Zr为0.33％、Y为0.15％、Ce为0.25％、La为0.17％、B为0.41％、Cu为0.85％得到满足要求的金属液；
(6)将真空熔炼炉内的金属液送入铝合金连铸机浇铸成铝合金铸锭；其中，对金属液进行浇铸之前，对金属液进行变质处理，在金属液中加入变质剂，所述变质剂为NaF；其中，铝合金连铸机的工作温度为720℃，控制浇铸后的温度的降低速度为20℃/s。
(7)将铝合金铸锭加热至450摄氏度，保温45分钟后放入铝合金连轧机组中轧制成铝合金杆；其中，连轧机组的工作温度为580℃。
(8)对铝合金杆进行热处理，热处理温度为400℃，热处理时间为8小时，将经过热处理的铝合金杆送入拉拔机进行拉丝，拉丝速度控制为25米/min，得到铝合金导线。
实施例4
本实施例涉及一种高导电率铝合金导线，包括以下重量百分比的元素
Mg为1.18％、Si为1.28％、Zr为0.38％、Y为0.15％、Ce为0.28％、La为0.08％、B为0.45％、Cu为0.69％、其他杂质含量小于0.3％，余量为Al；
本实施例还提供一种高导电率铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取纯度大于99％的铝块，将铝块放入恒温干燥箱内除湿50分钟；
(2)使用真空熔炼炉，将真空熔炼炉的温度控制为738℃，加入铝块，使铝块熔化，保温25分钟后，加入B，保温35分钟，得到熔融铝合金液；
(3)在熔融铝合金液继续加入除渣剂，充分混合45分钟后，捞渣；其中除渣剂为氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钠按质量比3：2：1：1混制而成，除渣剂的用量为熔融铝合金液重量份的0.15％；其中，使熔融铝合金液经过过滤板进行捞渣，过滤板的间隙为52目。
(4)将真空熔炼炉的温度升高至1550℃，继续加入Mg、Si、Zr、Y、Ce、La和Cu至真空熔炼炉中熔炼，待上述物料全部溶化后保温1.3小时，制得合金液；
(5)通过高速光谱分析仪进行炉前快速检测，控制炉内的有关元素百分含量为：Mg为1.18％、Si为1.28％、Zr为0.38％、Y为0.15％、Ce为0.28％、La为0.08％、B为0.45％、Cu为0.69％得到满足要求的金属液；
(6)将真空熔炼炉内的金属液送入铝合金连铸机浇铸成铝合金铸锭；其中，对金属液进行浇铸之前，对金属液进行变质处理，在金属液中加入变质剂，所述变质剂为NaF；其中，铝合金连铸机的工作温度为710℃，控制浇铸后的温度的降低速度为25℃/s。
(7)将铝合金铸锭加热至450摄氏度，保温48分钟后放入铝合金连轧机组中轧制成铝合金杆；其中，连轧机组的工作温度为560℃。
(8)对铝合金杆进行热处理，热处理温度为420℃，热处理时间为5小时，将经过热处理的铝合金杆送入拉拔机进行拉丝，拉丝速度控制为30米/min，得到铝合金导线。
实施例5
本实施例涉及一种高导电率铝合金导线，包括以下重量百分比的元素
Mg为1.22％、Si为1.27％、Zr为0.37％、Y为0.13％、Ce为0.29％、La为0.11％、B为0.48％、Cu为0.73％、其他杂质含量小于0.25％，余量为Al。
本实施例还提供一种高导电率铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取纯度大于99％的铝块，将铝块放入恒温干燥箱内除湿52分钟；
(2)使用真空熔炼炉，将真空熔炼炉的温度控制为737℃，加入铝块，使铝块熔化，保温25分钟后，加入B，保温35分钟，得到熔融铝合金液；
(3)在熔融铝合金液继续加入除渣剂，充分混合50分钟后，捞渣；其中除渣剂为氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钠按质量比3：2：1：1混制而成，除渣剂的用量为熔融铝合金液重量份的0.15％；其中，使熔融铝合金液经过过滤板进行捞渣，过滤板的间隙为55目。
(4)将真空熔炼炉的温度升高至1560℃，继续加入Mg、Si、Zr、Y、Ce、La和Cu至真空熔炼炉中熔炼，待上述物料全部溶化后保温1.25小时，制得合金液；
(5)通过高速光谱分析仪进行炉前快速检测，控制炉内的有关元素百分含量为：Mg为1.22％、Si为1.27％、Zr为0.37％、Y为0.13％、Ce为0.29％、La为0.11％、B为0.48％、Cu为0.73％得到满足要求的金属液；
(6)将真空熔炼炉内的金属液送入铝合金连铸机浇铸成铝合金铸锭；其中，对金属液进行浇铸之前，对金属液进行变质处理，在金属液中加入变质剂，所述变质剂为NaF；其中，铝合金连铸机的工作温度为710℃，控制浇铸后的温度的降低速度为25℃/s。
(7)将铝合金铸锭加热至325摄氏度，保温52分钟后放入铝合金连轧机组中轧制成铝合金杆；其中，连轧机组的工作温度为565℃。
(8)对铝合金杆进行热处理，热处理温度为425℃，热处理时间为5小时，将经过热处理的铝合金杆送入拉拔机进行拉丝，拉丝速度控制为28米/min，得到铝合金导线。
对比例1
采用中国专利(公开号为CN103045915B)制得的铝合金导线。
对比例2
除无步骤8以外，其他原料含量及步骤与实施例一致。
对比例3
除无B元素外，其他原料含量与步骤与实施例一致。
对比例4
除无变质剂外，其他原料含量及步骤与实施例一致。
对比例5
现有技术制得的铝合金导线。
按照国家标准对实施例1-5和对比例1-5制备的铝合金导线进行取样检测；其结果如下：
从表中可以看出，本发明中各步骤各组分之间协同作用，共同达到本发明所期望的效果，缺少步骤或者更改原材料哦都会使制得的导线性能变差，本发明在所得的铝合金导线相对于对比例来说都得到了很大的改善，实施例5所得的铝合金导线的导电率已达到了62.1％，而伸长率和强度也得到来了很大的改善，其中抗拉强度最大已达到175MPa，和现有技术相比提升了13％。
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)

1.一种高导电率铝合金导线，其特征在于，包括以下重量百分比的元素：
Mg为1.15-1.28％、Si为1.21-1.35％、Zr为0.33-0.42％、Y为0.11-0.15％、Ce为0.25-0.33％、La为0.06-0.17％、B为0.41-0.55％、Cu为0.61-0.85％、其他杂质含量小于0.3％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的高导电率铝合金导线，其特征在于，包括以下重量百分比的元素：
Mg为1.22％、Si为1.27％、Zr为0.37％、Y为0.13％、Ce为0.29％、La为0.11％、B为0.48％、Cu为0.73％、其他杂质含量小于0.25％，余量为Al。
3.一种权利要求1或2中所述的高导电率铝合金导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取纯度大于99％的铝块，将铝块放入恒温干燥箱内除湿45-60分钟；
(2)使用真空熔炼炉，将真空熔炼炉的温度控制为730-745℃，加入铝块，使铝块熔化，保温20-30分钟后，加入B，保温30-40分钟，得到熔融铝合金液；
(3)在熔融铝合金液继续加入除渣剂，充分混合40-60分钟后，捞渣；
(4)将真空熔炼炉的温度升高至1500-1630℃，继续加入Mg、Si、Zr、Y、Ce、La和Cu至真空熔炼炉中熔炼，待上述物料全部溶化后保温1-1.5小时，制得合金液；
(5)通过高速光谱分析仪进行炉前快速检测，控制炉内的有关元素百分含量为：Mg为1.15-1.28％、Si为1.21-1.35％、Cu为0.61-0.85％、Zr为0.33-0.42％、Y为0.11-0.15％，Ce为0.25-0.33％、La为0.06-0.17％、B为0.4-0.55％、Cu为0.61-0.85％得到满足要求的金属液；
(6)将真空熔炼炉内的金属液送入铝合金连铸机浇铸成铝合金铸锭；
(7)将铝合金铸锭加热至300-450摄氏度，保温45-60分钟后放入铝合金连轧机组中轧制成铝合金杆；
(8)对铝合金杆进行热处理，热处理温度为400-450℃，热处理时间为2-8小时，将经过热处理的铝合金杆送入拉拔机进行拉丝，拉丝速度控制为25-30米/min，得到铝合金导线。
4.根据权利要求3所述的高导电率铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述步骤3中除渣剂为氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钠按质量比3：2：1：1混制而成，除渣剂的用量为熔融铝合金液重量份的0.1-0.2％。
5.根据权利要求3所述的高导电率铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述步骤3中使熔融铝合金液经过过滤板进行捞渣。
6.根据权利要求5所述的高导电率铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述过滤板的间隙为49-60目。
7.根据权利要求3所述的高导电率铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述步骤6中对金属液进行浇铸之前，对金属液进行变质处理，在金属液中加入变质剂。
8.根据权利要求7所述的高导电率铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述变质剂为NaF。
9.根据权利要求3所述的高导电率铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述步骤6中铝合金连铸机的工作温度为700-720℃，控制浇铸后的温度的降低速度为20-30℃/s。
10.根据权利要求3所述的高导电率铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述步骤7中连轧机组的工作温度为550-580℃。
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