CN109763034B - 一种变压器的导电铝合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种变压器的导电铝合金材料，其特征在于：铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁0.8‑1.2％、硅0.5‑0.8％、铜0.1‑0.15％、锌1‑1.2％、铁0.015‑0.02％、锰0.7‑1％、铯0.3‑0.5％、钼0.1‑0.2％、锶0.08‑0.12％、铒0.05‑0.08％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬。本发明中的铝合金材料抗拉强度普遍大于80MPa，屈服强度普遍为85MPa，并且导电率随温度升高而下降。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种变压器的导电铝合金材料。
背景技术
随着科学技术、电子产品市场的发展，电子变压器得到了广泛的应用，各种形式的电子变压器不断涌现，压电陶瓷变压器作为一种新型的电子变压器也逐步发展起来。由于压电陶瓷变压器是一种一体化的固体变压器，具有高升压比、体积小、重量轻、不怕高压击穿与短路烧毁、耐潮湿、不用铜铁材料以及不引起电磁干扰等特异性能，特别适应电子电路向集成化、片状化发展的趋势，引起人们的极大兴趣。目前，传统的变压器导电材料存在均匀致密性较差，机械强度低，压电活性不理想，高温烧结时能耗大、成本高、铅挥发造成环境污染和组分偏差并影响压电性能，在低温烧结时导致压电性能的降低的不足。
铝具有较好的导电性能，作为导体材料在输电线路、变电站、铝电解、建筑等领域得以广泛应用。纯铝虽然具有较高的电导率，但是强度不高、耐热性较差，合金化可以改善其耐热性和强度。
导体在载流过程中会由于欧姆效应产生热量，而使导体产生温升，导致其强度和电导率下降。针对电工铝，国家标准《GB/T30552-2014》提出了电导率和强度的要求，并且要求其在服役温度的强度残存率大于90％。但是，温度对电导率的影响是不能忽视的，对于在较高温度服役的导体材料，除了应要求其保持足够强度外，还应要求其保持一定的电导率，即电阻率随温度升高而上升的幅度不大。工程上，常用电阻温度系数α来表征温度对电阻率的影响，某个温度T的电阻率ρ(T)＝ρ(T0)[1+α(T～T0)]，其中ρ(T0)为某个参考温度T0(通常为20℃)的电阻率。电阻温度系数α越小，电阻率对温度的敏感性越低，在一定温度能保持较高的电导率，可以减小其在高温服役时的电能损耗。
发明人前期在开发高导耐热铝合金导线方面进行了较多有益的尝试，如专利CN201610177708.3中公开了一种加铁的轻质高导耐热铝导线，该铝导线主要由Al、B、Zr、Fe、La组成，兼具较高的室温电导率和强度，短时耐热温度达到了230℃，但是，该专利没有涉及高温导电性能，没有掌握其导电率随温度升高的变化规律，难以应用于服役温度较高的场合。
发明内容
为克服现有技术中存在的导电率随温度升高的变化规律，难以应用于服役温度较高的场合的问题，本发明提供了一种变压器的导电铝合金材料。
一种变压器的导电铝合金材料，铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁0.8-1.2％、硅0.3-0.6％、铜0.1-0.15％、锌1-1.2％、铁0.015-0.02％、锰0.7-1％、铯0.3-0.5％、钼0.1-0.2％、锶0.08-0.12％、铒0.05-0.08％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬。
作为本发明的一种优选方案，所述铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁0.8％、硅0.3％、铜0.1％、锌1％、铁0.015％、锰0.7％、铯0.3％、钼0.1％、锶0.08％、铒0.05％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬。
作为本发明的一种优选方案，所述铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁1％、硅0.45％、铜0.125％、锌1.1％、铁0.0175％、锰0.85％、铯0.4％、钼0.15％、锶0.1％、铒0.065％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬。
作为本发明的一种优选方案，所述铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁1.2％、硅0.6％、铜0.15％、锌1.2％、铁0.02％、锰1％、铯0.5％、钼0.2％、锶0.12％、铒0.08％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬。
作为本发明的一种优选方案，所述铝合金包括以下的制作步骤：
步骤一：配料：计算铝合金原料用量并按照配比准备原料；
步骤二：加热铝料：将铝料加入熔炼炉中，并加热至830～850℃；
步骤三：加入中间合金：保持熔炼炉内温度在810～820℃，加入锰粉，并搅拌7～9min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铜粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铯粉钼粉锶粉和铒粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将锌粉分2次加入坩埚炉内，每加一次料搅拌15～20min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将铁粉分3次加入熔炼炉内，每加一次料搅拌15～20min，扒渣；
步骤四：加入硅粉镁粉：保持熔炼炉内温度在780～800℃，加入镁粉，并搅拌20～25min，再将覆盖剂均匀覆盖在熔体表面，静置30～40min；
步骤五：除渣：对步骤4进行搅拌、扒渣，除去铝液中的大杂质，每隔10min搅拌一次，每次搅拌10min；
步骤六：除气：采用石墨转子对铝液进行除气，每个石墨转子的转速控制在400～500r/min，温度控制在760～780℃，静置40-50min；
步骤七：铸造：将除渣除气后的铝液转入熔铸静置炉中，对静置炉中的铝液采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为750～7750℃，铸造速度为25～30mm/min，控制炉温为750-760℃且炉温稳定后，将铝液倒入预热好的模具中，浇铸，静置；
步骤八：热处理:将7中的铝材料安置于600℃的温度中，保温10小时；之后自然冷却到室温，防止应力和成分不均匀造成后续的加工成型和力学性能,获得铝合金坯料。
作为本发明的一种优选方案，所述覆盖剂为膨胀珍珠岩12％、碳酸钠15％、氟化钙18％、氯化钠20％、刚玉粉15％、氯化钾15％、冰晶石5％的混合物。
作为本发明的一种优选方案，所述覆盖剂的总量为配料总量的0.02～0.025％。
作为本发明的一种优选方案，所述熔炼铝合金的熔炉选用高频感应炉。
作为本发明的一种优选方案，所述热处理包括固溶处理和时效处理。
作为本发明的一种优选方案，所述铝合金具有绝缘保护层，所述绝缘保护层厚度为2-3MM。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明中的铝合金材料抗拉强度普遍大于80MPa，屈服强度普遍为85MPa，并且导电率随温度升高而下降；2、本发明通过增加铯、钼、锶、铒等元素，使铝合金材料的性能提高；3、本发明通过增加绝缘保护层使铝合金的使用更安全。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种变压器的导电铝合金材料，铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁0.8-1.2％、硅0.3-0.6％、铜0.1-0.15％、锌1-1.2％、铁0.015-0.02％、锰0.7-1％、铯0.3-0.5％、钼0.1-0.2％、锶0.08-0.12％、铒0.05-0.08％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬。
作为本发明的一种优选方案，所述铝合金包括以下的制作步骤：
步骤一：配料：计算铝合金原料用量并按照配比准备原料；
步骤二：加热铝料：将铝料加入熔炼炉中，并加热至830～850℃；
步骤三：加入中间合金：保持熔炼炉内温度在810～820℃，加入锰粉，并搅拌7～9min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铜粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铯粉钼粉锶粉和铒粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将锌粉分2次加入坩埚炉内，每加一次料搅拌15～20min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将铁粉分3次加入熔炼炉内，每加一次料搅拌15～20min，扒渣；
步骤四：加入硅粉镁粉：保持熔炼炉内温度在780～800℃，加入镁粉，并搅拌20～25min，再将覆盖剂均匀覆盖在熔体表面，静置30～40min；
步骤五：除渣：对步骤4进行搅拌、扒渣，除去铝液中的大杂质，每隔10min搅拌一次，每次搅拌10min；
步骤六：除气：采用石墨转子对铝液进行除气，每个石墨转子的转速控制在400～500r/min，温度控制在760～780℃，静置40-50min；
步骤七：铸造：将除渣除气后的铝液转入熔铸静置炉中，对静置炉中的铝液采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为750～7750℃，铸造速度为25～30mm/min，控制炉温为750-760℃且炉温稳定后，将铝液倒入预热好的模具中，浇铸，静置，铸造时单支水流量300～310L/min，其中铝液铸造开始时先将少量铝液缓慢流进结晶器，当铝液升至结晶器石墨环下方1/3处保持50～70s时开始铸造，铸造结束后先关闭铸造冷却水；
步骤八：热处理:将7中的铝材料安置于600℃的温度中，保温10小时；之后自然冷却到室温，防止应力和成分不均匀造成后续的加工成型和力学性能,获得铝合金坯料。
作为本发明的一种优选方案，所述覆盖剂为膨胀珍珠岩12％、碳酸钠15％、氟化钙18％、氯化钠20％、刚玉粉15％、氯化钾15％、冰晶石5％的混合物。
作为本发明的一种优选方案，所述覆盖剂的总量为配料总量的0.02～0.025％。
作为本发明的一种优选方案，所述熔炼铝合金的熔炉选用高频感应炉。
作为本发明的一种优选方案，所述热处理包括固溶处理和时效处理。
作为本发明的一种优选方案，所述铝合金具有绝缘保护层，所述绝缘保护层厚度为2-3MM。
实施例2：
一种变压器的导电铝合金材料，所述铝合金包括以下的制作步骤：
步骤一：配料：计算铝合金原料用量并按照配比准备原料，所述铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁0.8％、硅0.3％、铜0.1％、锌1％、铁0.015％、锰0.7％、铯0.3％、钼0.1％、锶0.08％、铒0.05％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬；
步骤二：加热铝料：将铝料加入熔炼炉中，并加热至830～850℃；
步骤三：加入中间合金：保持熔炼炉内温度在810～820℃，加入锰粉，并搅拌7～9min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铜粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铯粉钼粉锶粉和铒粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将锌粉分2次加入坩埚炉内，每加一次料搅拌15～20min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将铁粉分3次加入熔炼炉内，每加一次料搅拌15～20min，扒渣；
步骤四：加入硅粉镁粉：保持熔炼炉内温度在780～800℃，加入镁粉，并搅拌20～25min，再将覆盖剂均匀覆盖在熔体表面，静置30～40min；
步骤五：除渣：对步骤4进行搅拌、扒渣，除去铝液中的大杂质，每隔10min搅拌一次，每次搅拌10min；
步骤六：除气：采用石墨转子对铝液进行除气，每个石墨转子的转速控制在400～500r/min，温度控制在760～780℃，静置40-50min；
步骤七：铸造：将除渣除气后的铝液转入熔铸静置炉中，对静置炉中的铝液采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为750～7750℃，铸造速度为25～30mm/min，控制炉温为750-760℃且炉温稳定后，将铝液倒入预热好的模具中，浇铸，静置，铸造时单支水流量300～310L/min，其中铝液铸造开始时先将少量铝液缓慢流进结晶器，当铝液升至结晶器石墨环下方1/3处保持50～70s时开始铸造，铸造结束后先关闭铸造冷却水；
步骤八：热处理:将7中的铝材料安置于600℃的温度中，保温10小时；之后自然冷却到室温，防止应力和成分不均匀造成后续的加工成型和力学性能,获得铝合金坯料。
作为本发明的一种优选方案，所述覆盖剂为膨胀珍珠岩12％、碳酸钠15％、氟化钙18％、氯化钠20％、刚玉粉15％、氯化钾15％、冰晶石5％的混合物。
作为本发明的一种优选方案，所述覆盖剂的总量为配料总量的0.02～0.025％。
实施例3：
一种变压器的导电铝合金材料，所述铝合金包括以下的制作步骤：
步骤一：配料：计算铝合金原料用量并按照配比准备原料，所述铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁1％、硅0.45％、铜0.125％、锌1.1％、铁0.0175％、锰0.85％、铯0.4％、钼0.15％、锶0.1％、铒0.065％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬；
步骤二：加热铝料：将铝料加入熔炼炉中，并加热至830～850℃；
步骤三：加入中间合金：保持熔炼炉内温度在810～820℃，加入锰粉，并搅拌7～9min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铜粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铯粉钼粉锶粉和铒粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将锌粉分2次加入坩埚炉内，每加一次料搅拌15～20min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将铁粉分3次加入熔炼炉内，每加一次料搅拌15～20min，扒渣；
步骤四：加入硅粉镁粉：保持熔炼炉内温度在780～800℃，加入镁粉，并搅拌20～25min，再将覆盖剂均匀覆盖在熔体表面，静置30～40min；
步骤五：除渣：对步骤4进行搅拌、扒渣，除去铝液中的大杂质，每隔10min搅拌一次，每次搅拌10min；
步骤六：除气：采用石墨转子对铝液进行除气，每个石墨转子的转速控制在400～500r/min，温度控制在760～780℃，静置40-50min；
步骤七：铸造：将除渣除气后的铝液转入熔铸静置炉中，对静置炉中的铝液采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为750～7750℃，铸造速度为25～30mm/min，控制炉温为750-760℃且炉温稳定后，将铝液倒入预热好的模具中，浇铸，静置，铸造时单支水流量300～310L/min，其中铝液铸造开始时先将少量铝液缓慢流进结晶器，当铝液升至结晶器石墨环下方1/3处保持50～70s时开始铸造，铸造结束后先关闭铸造冷却水；
步骤八：热处理:将7中的铝材料安置于600℃的温度中，保温10小时；之后自然冷却到室温，防止应力和成分不均匀造成后续的加工成型和力学性能,获得铝合金坯料。
作为本发明的一种优选方案，所述覆盖剂为膨胀珍珠岩12％、碳酸钠15％、氟化钙18％、氯化钠20％、刚玉粉15％、氯化钾15％、冰晶石5％的混合物。
作为本发明的一种优选方案，所述覆盖剂的总量为配料总量的0.02～0.025％。
实施例4：
一种变压器的导电铝合金材料，所述铝合金包括以下的制作步骤：
步骤一：配料：计算铝合金原料用量并按照配比准备原料，所述铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁1.2％、硅0.6％、铜0.15％、锌1.2％、铁0.02％、锰1％、铯0.5％、钼0.2％、锶0.12％、铒0.08％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬；
步骤二：加热铝料：将铝料加入熔炼炉中，并加热至830～850℃；
步骤三：加入中间合金：保持熔炼炉内温度在810～820℃，加入锰粉，并搅拌7～9min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铜粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铯粉钼粉锶粉和铒粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将锌粉分2次加入坩埚炉内，每加一次料搅拌15～20min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将铁粉分3次加入熔炼炉内，每加一次料搅拌15～20min，扒渣；
步骤四：加入硅粉镁粉：保持熔炼炉内温度在780～800℃，加入镁粉，并搅拌20～25min，再将覆盖剂均匀覆盖在熔体表面，静置30～40min；
步骤五：除渣：对步骤4进行搅拌、扒渣，除去铝液中的大杂质，每隔10min搅拌一次，每次搅拌10min；
步骤六：除气：采用石墨转子对铝液进行除气，每个石墨转子的转速控制在400～500r/min，温度控制在760～780℃，静置40-50min；
步骤七：铸造：将除渣除气后的铝液转入熔铸静置炉中，对静置炉中的铝液采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为750～7750℃，铸造速度为25～30mm/min，控制炉温为750-760℃且炉温稳定后，将铝液倒入预热好的模具中，浇铸，静置，铸造时单支水流量300～310L/min，其中铝液铸造开始时先将少量铝液缓慢流进结晶器，当铝液升至结晶器石墨环下方1/3处保持50～70s时开始铸造，铸造结束后先关闭铸造冷却水；
步骤八：热处理:将7中的铝材料安置于600℃的温度中，保温10小时；之后自然冷却到室温，防止应力和成分不均匀造成后续的加工成型和力学性能,获得铝合金坯料。
作为本发明的一种优选方案，所述覆盖剂为膨胀珍珠岩12％、碳酸钠15％、氟化钙18％、氯化钠20％、刚玉粉15％、氯化钾15％、冰晶石5％的混合物。
作为本发明的一种优选方案，所述覆盖剂的总量为配料总量的0.02～0.025％。
对实施2、实施例3和实施4分别作性能检测实验，包括抗拉伸强度、屈服强度和导电率，并制得下表：
从上表可以看出，制成的铝合金材料抗拉强度普遍大于80MPa，屈服强度普遍为85MPa，并且导电率随温度升高而下降。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种变压器的导电铝合金材料，其特征在于：铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁0.8-1.2％、硅0.3-0.6％、铜0.1-0.15％、锌1-1.2％、铁0.015-0.02％、锰0.7-1％、铯0.3-0.5％、钼0.1-0.2％、锶0.08-0.12％、铒0.05-0.08％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬；
包括以下的制作步骤：
步骤一：配料：计算铝合金原料用量并按照配比准备原料；
步骤二：加热铝料：将铝料加入熔炼炉中，并加热至830～850℃；
步骤三：加入中间合金：保持熔炼炉内温度在810～820℃，加入锰粉，并搅拌7～9min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铜粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，加入铯粉钼粉锶粉和铒粉，并搅拌10～15min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将锌粉分2次加入坩埚炉内，每加一次料搅拌15～20min；保持熔炼炉内温度在800～810℃，将铁粉分3次加入熔炼炉内，每加一次料搅拌15～20min，扒渣；
步骤四：加入硅粉镁粉：保持熔炼炉内温度在780～800℃，加入镁粉，并搅拌20～25min，再将覆盖剂均匀覆盖在熔体表面，静置30～40min；
步骤五：除渣：对步骤4进行搅拌、扒渣，除去铝液中的大杂质，每隔10min搅拌一次，每次搅拌10min；
步骤六：除气：采用石墨转子对铝液进行除气，每个石墨转子的转速控制在400～500r/min，温度控制在760～780℃，静置40-50min；
步骤七：铸造：将除渣除气后的铝液转入熔铸静置炉中，对静置炉中的铝液采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为750～7750℃，铸造速度为25～30mm/min，控制炉温为750-760℃且炉温稳定后，将铝液倒入预热好的模具中，浇铸，静置；
步骤八：热处理:将7中的铝材料安置于600℃的温度中，保温10小时；之后自然冷却到室温，防止应力和成分不均匀造成后续的加工成型和力学性能,获得铝合金坯料。
2.根据权利要求1所述一种变压器的导电铝合金材料，其特征在于：铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁0.8％、硅0.3％、铜0.1％、锌1％、铁0.015％、锰0.7％、铯0.3％、钼0.1％、锶0.08％、铒0.05％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬。
3.根据权利要求1所述一种变压器的导电铝合金材料，其特征在于：铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁1％、硅0.45％、铜0.125％、锌1.1％、铁0.0175％、锰0.85％、铯0.4％、钼0.15％、锶0.1％、铒0.065％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬。
4.根据权利要求1所述一种变压器的导电铝合金材料，其特征在于：铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：镁1.2％、硅0.6％、铜0.15％、锌1.2％、铁0.02％、锰1％、铯0.5％、钼0.2％、锶0.12％、铒0.08％、不可避免杂质总量不大于0.01％，其余为铝，所述杂质为钛、钒、铬。
5.根据权利要求1所述一种变压器的导电铝合金材料，其特征在于：所述覆盖剂为膨胀珍珠岩12％、碳酸钠15％、氟化钙18％、氯化钠20％、刚玉粉15％、氯化钾15％、冰晶石5％的混合物。
6.根据权利要求1所述一种变压器的导电铝合金材料，其特征在于：所述覆盖剂的总量为配料总量的0.02～0.025％。
7.根据权利要求1所述一种变压器的导电铝合金材料，其特征在于：所述熔炼铝合金的熔炉选用高频感应炉。
8.根据权利要求1所述一种变压器的导电铝合金材料，其特征在于：所述热处理包括固溶处理和时效处理。
9.根据权利要求1所述一种变压器的导电铝合金材料，其特征在于：所述铝合金具有绝缘保护层，所述绝缘保护层厚度为2-3MM。
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