CN110373577B - 一种亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法 - Google Patents

一种亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110373577B
CN110373577B CN201910808156.5A CN201910808156A CN110373577B CN 110373577 B CN110373577 B CN 110373577B CN 201910808156 A CN201910808156 A CN 201910808156A CN 110373577 B CN110373577 B CN 110373577B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
tib
boron
melt
submicron
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
CN201910808156.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110373577A (zh
Inventor
徐雪霞
范辉
王庆
冯砚厅
董国振
敬尚前
王勇
李文彬
李国维
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.)
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
State Grid Hebei Energy Technology Service Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
State Grid Hebei Energy Technology Service Co Ltd
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 State Grid Corp of China SGCC, Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd, State Grid Hebei Energy Technology Service Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201910808156.5A priority Critical patent/CN110373577B/zh
Publication of CN110373577A publication Critical patent/CN110373577A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110373577B publication Critical patent/CN110373577B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • B21C37/047—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire of fine wires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1047—Alloys containing non-metals starting from a melt by mixing and casting liquid metal matrix composites
    • C22C1/1052—Alloys containing non-metals starting from a melt by mixing and casting liquid metal matrix composites by mixing and casting metal matrix composites with reaction
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0073—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only borides
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法，其是利用海绵钛、硼含量为0.5‑5％的铝硼中间合金以及工业纯铝制备而成，本发明通过熔体中溶解态的钛与硼反应自生形成亚微米乃至纳米TiB2，然后控制熔体保温时间，在TiB2形成后迅速通过连铸连轧制备铝合金杆，以减少保温过程中TiB2粒子的长大，最后通过连铸连轧和拉拔得到亚微米TiB2复合铝导线。本发明的亚微米TiB2复合铝导线兼具较高的力学性能和优良的导电性能。

Description

一种亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法。
背景技术
铝及其合金是电力输送领域广泛应用的导线材料。近年来，随着电力和电器工业的不断发展，对铝合金导线的性能提出了更高的要求，开发兼具高的力学性能和优良导电性能的高强高导铝导线是铝导线开发和研究的重点方向。当前为实现铝导线的高强高导特性，采取的主要措施是微合金化，例如史宏伟等公开了一种高强度的铝合金导线及其制备方法(申请号：201410517710.1)，通过在铝合金中添加微量Pt等贵金属元素，在有效提高铝导线力学性能的同时，提高其导电率。除微合金化外，通过将具有较高导电性能的材料与铝及其合金复合，也是制备高强高导铝导线的重要手段。例如，郭建明等发明了一种纳米碳管复合铝导线的制备方法(专利号：CN 102864345 B)，该方法通过碳纳米管与铝合金的复合，在大幅度提高铝合金导线强度的同时改善导电性，制备的铝导线抗拉强度达到500Mpa以上，高导导电率可达到60％IACS以上。但上述方法中所用Pt、碳纳米管等较为昂贵，大大增加了铝导线的成本。
发明内容
本发明旨在提供一种低成本亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法。用该方法制备的铝导线不仅具有高的强度等力学性能，同时具有良好的导电性能。
所述亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法，其基本原理是通过将高温铝硼熔体加入到铝钛合金熔体中，使溶解态的钛与硼自生反应形成亚微米乃至纳米 TiB2，然后控制熔体保温时间，在TiB2形成后迅速通过连铸连轧制备铝合金杆，以减少保温过程中TiB2粒子的长大，最后通过拉拔得到亚微米TiB2复合铝导线。
本发明的亚微米TiB2复合铝导线，按重量百分比包含TiB2增强相及如下元素：TiB2：0.5％-3％，Fe：0.10-0.25％，Si：0.05％-0.15％，其余为Al及杂质，所述杂质中Ti、V、Mn和Cr杂质元素之和≤0.01％。
本发明的亚微米TiB2复合铝导线的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料准备：根据最终制备的铝导线的成分称取适量纯度＞99.7％工业纯铝、纯度＞99.0％海绵钛及硼含量为0.5％-5％的铝硼中间合金。其中所用海绵钛的质量与铝硼中间合金中硼的质量比值为2.2:1，工业纯铝分为两份，其中一份的量占总工业纯铝的2/3至4/5。
(2)制备铝钛合金熔体：将步骤(1)中称取的2/3至4/5份的工业纯铝放入中频感应电炉中熔化，在690℃-740℃之间精炼、除气、除渣，然后升温至850 ℃-1000℃之间后，加入步骤(1)中称取的海绵钛，具体温度的确定取决于加入钛的量，保温温度需保证尽可能多的钛不以TiAl3的形式存在，而以溶解态存在，最终得到铝钛合金熔体。
(3)制备铝硼合金熔体：将步骤(1)中称取的铝硼中间合金在另一中频感应炉中熔化并加热至950℃-1150℃之间，静置5-10min，得到铝硼合金熔体。
(4)制备TiB2复合铝杆：将步骤(3)制备的铝硼合金熔体加入到步骤(2) 制备的铝钛合金熔体中，搅拌1-3min，然后将步骤(1)中另一份未熔炼的工业纯铝加入熔体中并充分搅拌，使熔体温度迅速降低到680-720℃，然后将混合熔体通过轧机，制备成直径为9.5mm铝杆；
(5)拉丝：将步骤(4)制备的铝杆经过多道次小变形量拉丝处理，得到铝导线；
(6)退火处理：对复合铝导线进行退火处理，得到亚微米TiB2复合铝导线。
优选的，所述步骤(4)中轧机进口温度为480℃-540℃，出口温度为： 350℃-420℃。
优选的，所述步骤(5)将铝杆经过10-14道拉丝得到复合铝导线。
优选的，所述步骤(6)中的退火温度为150-220℃。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：本发明通过熔体中溶解的钛与硼反应形成自生亚微米TiB2粒子，然后控制保温温度及时间抑制TiB2的长大，最终通过连铸连轧和拉拔得到自生亚微米TiB2增强铝导线。本发明的亚微米 TiB2复合铝导线具有较高的力学性以及优良的导电性能。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种亚微米TiB2复合铝导线，包括以下步骤制备而成：
(1)原料准备：称取88.9kg纯度＞99.7％工业纯铝、1.1kg纯度＞99.0％海绵钛及10kg硼含量为5％的铝硼中间合金。将工业纯铝分为两份，其中一份质量为60kg。
(2)制备铝钛合金熔体：将步骤(1)中称取的60kg工业纯铝放入中频感应电炉中熔化，在720℃精炼、除气、除渣，然后升温至950℃之间后，加入步骤(1)中称取的海绵钛。
(3)制备铝硼合金熔体：将步骤(1)中称取的铝硼中间合金在另一中频感应炉中熔化并加热至1000℃之间，静置6min，得到铝硼合金熔体。
(4)制备TiB2复合铝杆：将步骤(3)制备的铝硼合金熔体加入到步骤(2) 制备的铝钛合金熔体中，搅拌1min，然后将步骤(1)中另一份未熔炼的工业纯铝加入熔体中并充分搅拌，使熔体温度迅速降低到720℃以下，然后将混合熔体通过轧机，轧机进口温度为500℃，出口温度为：400℃，制备成直径为9.5mm铝杆；
(5)拉丝：将步骤(4)制备的铝杆经过13道次小变形量拉丝处理，得到铝导线；
(6)退火处理：对复合铝导线在200℃下进行退火处理，得到TiB2含量为 1.6％的亚微米TiB2复合铝导线。
经检测，本发明实施1制备的复合铝导线的抗拉强度为245Mpa，导电率为 60.3％IACS。
实施例2
一种亚微米TiB2复合铝导线，包括以下步骤制备而成：
(1)原料准备：称取91.2kg纯度＞99.7％工业纯铝、0.55kg纯度＞99.0％海绵钛及8.3kg硼含量为3％的铝硼中间合金。将工业纯铝分为两份，其中一份质量为64kg。
(2)制备铝钛合金熔体：将步骤(1)中称取的64kg工业纯铝放入中频感应电炉中熔化，在700℃精炼、除气、除渣，然后升温至920℃之间后，加入步骤(1)中称取的海绵钛。
(3)制备铝硼合金熔体：将步骤(1)中称取的铝硼中间合金在另一中频感应炉中熔化并加热至950℃之间，静置4min，得到铝硼合金熔体。
(4)制备TiB2复合铝杆：将步骤(3)制备的铝硼合金熔体加入到步骤(2) 制备的铝钛合金熔体中，搅拌1min，然后将步骤(1)中另一份未熔炼的工业纯铝加入熔体中并充分搅拌，使熔体温度迅速降低到720℃以下，然后将混合熔体通过轧机，轧机进口温度为480℃，出口温度为：400℃，制备成直径为9.5mm铝杆；
(5)拉丝：将步骤(4)制备的铝杆经过12道次小变形量拉丝处理，得到铝导线；
(6)退火处理：对复合铝导线在180℃下进行退火处理，得到TiB2含量为 0.8％的亚微米TiB2复合铝导线。
经检测，本发明实施2制备的复合铝导线的抗拉强度为225Mpa，导电率为 61.7％IACS。
实施例3
一种亚微米TiB2复合铝导线，包括以下步骤制备而成：
(1)原料准备：称取84.9kg纯度＞99.7％工业纯铝、1.5kg纯度＞99.0％海绵钛及13.6kg硼含量为5％的铝硼中间合金。将工业纯铝分为两份，其中一份质量为57kg。
(2)制备铝钛合金熔体：将步骤(1)中称取的57kg工业纯铝放入中频感应电炉中熔化，在730℃精炼、除气、除渣，然后升温至1000℃之间后，加入步骤(1)中称取的海绵钛。
(3)制备铝硼合金熔体：将步骤(1)中称取的铝硼中间合金在另一中频感应炉中熔化并加热至1050℃之间，静置5min，得到铝硼合金熔体。
(4)制备TiB2复合铝杆：将步骤(3)制备的铝硼合金熔体加入到步骤(2) 制备的铝钛合金熔体中，搅拌2min，然后将步骤(1)中另一份未熔炼的工业纯铝加入熔体中并充分搅拌，使熔体温度迅速降低到720℃以下，然后将混合熔体通过轧机，轧机进口温度为490℃，出口温度为：420℃，制备成直径为9.5mm铝杆；
(5)拉丝：将步骤(4)制备的铝杆经过14道次小变形量拉丝处理，得到铝导线；
(6)退火处理：对复合铝导线在180℃下进行退火处理，得到TiB2含量为 2.2％的亚微米TiB2复合铝导线。
经检测，本发明实施2制备的复合铝导线的抗拉强度为275Mpa，导电率为 59.3％IACS。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种亚微米TiB2复合铝导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料准备：根据最终制备的铝导线的成分称取适量纯度＞99.7％工业纯铝、纯度＞99.0％海绵钛及硼含量为0.5％-5％的铝硼中间合金， 其中所用海绵钛的质量与铝硼中间合金中硼的质量比值为2.2:1，工业纯铝分为两份，其中一份的量占总工业纯铝的2/3至4/5；
(2)制备铝钛合金熔体：将步骤(1)中称取的2/3至4/5份的工业纯铝放入中频感应电炉中熔化，在690℃-740℃之间精炼、除气、除渣，然后升温至850℃-1000℃之间后，加入步骤(1)中称取的海绵钛，具体温度的确定取决于加入钛的量，保温温度需保证尽可能多的钛不以TiAl3的形式存在，而以溶解态存在，最终得到铝钛合金熔体；
(3)制备铝硼合金熔体：将步骤(1)中称取的铝硼中间合金在另一中频感应炉中熔化并加热至950℃-1150℃之间，静置5-10min，得到铝硼合金熔体；
(4)制备TiB2复合铝杆：将步骤(3)制备的铝硼合金熔体加入到步骤(2)制备的铝钛合金熔体中，搅拌1-3min，然后将步骤(1)中另一份未熔炼的工业纯铝加入熔体中并充分搅拌，使熔体温度迅速降低到680-720℃，然后将混合熔体通过轧机，制备成直径为9.5mm铝杆；
(5)拉丝：将步骤(4)制备的铝杆经过多道次小变形量拉丝处理，得到铝导线；
(6)退火处理：对复合铝导线进行退火处理，得到亚微米TiB2复合铝导线，所述亚微米TiB2复合铝导线中的元素重量百分比如下：TiB2：0.5％-3％，Fe：0.10-0.25％，Si：0.05％-0.15％，其余为Al及杂质，所述杂质中Ti、V、Mn和Cr杂质元素之和≤0.01％。
2.根据权利要求1所述的亚微米TiB2复合铝导线的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中轧机进口温度为480℃-540℃，出口温度为：350℃-420℃。
3.根据权利要求1所述的亚微米TiB2复合铝导线，的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)将铝杆经过10-14道拉丝得到铝导线。
4.根据权利要求1所述的亚微米TiB2复合铝导线的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中的退火温度为150-220℃。
CN201910808156.5A 2019-08-29 2019-08-29 一种亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法 Active CN110373577B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910808156.5A CN110373577B (zh) 2019-08-29 2019-08-29 一种亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910808156.5A CN110373577B (zh) 2019-08-29 2019-08-29 一种亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110373577A CN110373577A (zh) 2019-10-25
CN110373577B true CN110373577B (zh) 2020-08-07

Family

ID=68261114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910808156.5A Active CN110373577B (zh) 2019-08-29 2019-08-29 一种亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110373577B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101549390A (zh) * 2008-04-02 2009-10-07 通用汽车环球科技运作公司 用于消除低硅铝合金中热裂缝缺陷的金属处理
CN105886853A (zh) * 2016-06-01 2016-08-24 上海交通大学 一种纳米陶瓷颗粒增强铝硅合金及其制备方法与应用
CN106756319A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 中国科学院金属研究所 一种用于制备高强高塑铝基复合材料的铝合金和铝基复合材料

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60117916T2 (de) * 2000-12-11 2006-11-16 Novelis, Inc., Toronto Aluminiumlegierung für lithographische druckplatte

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101549390A (zh) * 2008-04-02 2009-10-07 通用汽车环球科技运作公司 用于消除低硅铝合金中热裂缝缺陷的金属处理
CN105886853A (zh) * 2016-06-01 2016-08-24 上海交通大学 一种纳米陶瓷颗粒增强铝硅合金及其制备方法与应用
CN106756319A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 中国科学院金属研究所 一种用于制备高强高塑铝基复合材料的铝合金和铝基复合材料

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"TiB2粒子的原位生成及对铝合金组织与性能的影响";崔庆玲 等;《特种铸造及有色合金2008年年会专刊》;20181231;第315页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110373577A (zh) 2019-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101525709B (zh) 电缆用高延伸率铝合金材料及其制备方法
CN103276261B (zh) 一种高导电率铝合金的制备方法
CN101914708B (zh) 一种Al-Fe-Cu合金材料及其制备方法
CN102864345B (zh) 一种纳米碳管复合铝导线的制备
CN103952605B (zh) 一种中强度铝合金单丝的制备方法
CN103343302B (zh) 一种碳纤维复合铝导线及其制备方法
CN105063433A (zh) 一种高导耐热铝合金单丝及其制备方法
WO2018045695A1 (zh) 抗软化铜合金、制备方法及其应用
CN104946936A (zh) 一种架空导线用高导电率稀土硬铝单丝材料
CN102903415B (zh) 一种异型耐氧化高导电率铝合金碳纤维导线及制造方法
CN107190182A (zh) 一种铝合金电线及其制备方法
CN107815571A (zh) 一种具有良好耐腐蚀性能的稀土铝合金材料的制备工艺
WO2020228503A1 (zh) 一种高强高导 Cu-Ag-Sc 合金及其制备方法
CN104911408B (zh) 一种硬铝导线单丝及其制备方法
CN100478473C (zh) 一种含稀土高温固溶强化耐热钛合金
CN111434789A (zh) 一种热处理型高导电率耐热Al-Zr-Er-Yb合金导线材料及其制备方法
CN109234577A (zh) 一种Al-Sc-B耐热合金单丝及其制备方法
CN110373577B (zh) 一种亚微米TiB2复合铝导线及其制备方法
CN112813331A (zh) 一种钴铬铁镍锰共晶高熵铸铁、制备方法及用途
CN105624467A (zh) 一种含Fe和Mn合金元素的α钛合金
CN101638758A (zh) Ag-Cu原位纤维复合材料及其制备方法
CN108165780A (zh) 一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法
CN101923909B (zh) 电缆用铝铁钴稀土合金导体材料及其制造方法
CN107974579A (zh) 一种稀土铝合金
CN100434553C (zh) 一种高温固溶强化耐热钛合金

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