CN110714143A - 一种导电轨用高电导率铝型材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导电轨用高电导率铝型材,所述铝型材中含有0.05‑0.15wt%Pr,0.15‑0.25wt%Nd,0.02‑0.05wt%Zr,0.01‑0.03wt%B。本发明的铝型材中,加入Zr,提高了铝型材的耐热性能,但是Zr的加入会降低材料的电导率,采用联合加入Pr,Nd,和B的方法,大幅度提高了材料的电导率,使其能够作为导电轨的制备材料,降低输电损耗,提高输电效率。
Description
技术领域
本发明属于铝型材制备技术领域,具体涉及一种导电轨用高电导率铝型材及其制备方法。
背景技术
铝型材由于其重量轻,强度高,逐渐被应用于导电轨上,但是,铝合金材料的电导率较低,造成输电损耗增加。通常在纯铝中加入微量合金元素如锆、钛等提高铝的再结晶温度来提高铝的耐热性,但锆、钛合金元素的加入虽然保证了耐热性,但却引起铝导线导电率的降低。
影响材料导电性能的因素主要有温度、化学成分、晶体结构、杂质及缺陷的浓度及其迁移率等。电导率的单位是以国际标准软铜的电导率为100%,其他材料的电导率再以相对标准软铜的百分数表示,如银的电导率为106%,铝的电导率为64.96%,在国际单位制中,电导率的单位是西门子/米。用国际标准软铜的电导率为100%来比,则单位为:西门子/米/%,即(IACS)/%。
纯金属的导电性与其在元素周期表中的位置有关,而合金的导电性比较复杂,因为金属元素之间形成合金后,其异类原子引起点阵畸变,组元间相互作用引起有效电子数的变化和能带结构的变化,以及合金组织结构的变化等,这些因素都会对合金的导电性产生明显的影响。铝型材的制备原料工业纯铝(99.7%)中通常含有微量的元素杂质,元素主要有:Fe,Si,Ti,V,Mn,Cr等,微量杂质元素在铝导体中的含量很少,但对铝导体导电率的影响却很大,Ti、V、Cr、Mn等杂质元素固溶于铝中,除造成晶格畸变增加电子散射几率以外,还很容易吸收导体材料内的自由电子而填充它们不完整的电子层,这种传导电子数目的减少导致了电导率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导电轨用高电导率铝型材及其制备方法。
一种导电轨用高电导率铝型材,所述铝型材中含有0.05-0.15wt%Pr,0.15-0.25wt%Nd,0.02-0.05wt%Zr,0.01-0.03wt%B。
所述铝型材中含有0.1wt%Pr,0.2wt%Nd,0.03wt%Zr,B0.02wt%B。
Pr(镨)是一种金属元素,属稀土金属,晶体结构为晶胞为六方晶胞。稀土元素Pr的加入可以降低合金中Si、Ti、V杂质元素对合金导电能力的有害作用,加入Pr后,改善了Si、Ti、V的存在状态与分布规律,Pr可与硅形成Pr5Si3相析出,化合物析出,使之从固溶态变为析出态,从而降低了电阻率,提高了电导率。
Nd(钕)钕为银白色金属,密度7.004克/厘米,有顺磁性。杂质Fe元素在Al99.70中主要以Al12Fe3Si以及Al9Fe2Si2的形式存在,当在Al99.70中加入Nd后,Fe则会与二者形成在晶界处析出的Al Fe Nd Si相,对铁相改性,并且细化合金的二次枝晶组织,减小共晶化合物尺寸,从而降低了电阻率,提高了电导率。
Al99.70中加入Zr会使合金中生成Al3Zr提高其耐热性,但是会降低材料的电导率,在Al-Zr中加入微量的B,B会与Zr反应生成ZrB2,会提升Al-Zr合金的导电率,B元素的加入还能够与Cr、Mn、Ti、V等杂质元素形成金属硼化物,使铝合金得到净化,提高其导电率。
上述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,按照如下步骤进行:
(1)取工业铝锭,Pr,Nd,Zr和B,电熔炉加热,制备得到熔融体;
(2)将熔融体浇注至模具中,以形成合金铸锭模型,然后进行二次水冷,得到铸锭,将铸锭进行挤压,挤压后再进行时效处理,得到铝型材。
进一步的,所述工业铝锭的纯度为99.7%。
进一步的,所述熔融体制备温度为670-720℃,加热制备时间为1.5-2.2h。
进一步的,所述挤压的温度设置为400-450℃。
优选的,浇注时,模具表面涂覆滑石粉。
本发明的有益效果:本发明的铝型材中,加入Zr,提高了铝型材的耐热性能,但是Zr的加入会降低材料的电导率,采用联合加入Pr,Nd,和B的方法,大幅度提高了材料的电导率,使其能够作为导电轨的制备材料,降低输电损耗,提高输电效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种导电轨用高电导率铝型材,所述铝型材中含有0.1wt%Pr,0.2wt%Nd,0.03wt%Zr,B0.02wt%B。
上述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,按照如下步骤进行:
(1)取工业铝锭(纯度为99.7%),Pr,Nd,Zr和B,电熔炉加热,温度设定为690℃,加热时间设定为1.8h,制备得到熔融体;
(2)将熔融体浇注至模具中,模具表面事先涂覆滑石粉,以形成合金铸锭模型,然后进行二次水冷,得到铸锭,将铸锭进行挤压,挤压的温度设定为420℃,挤压后再进行时效处理,得到铝型材。
实施例2
一种导电轨用高电导率铝型材,所述铝型材中含有0.06wt%Pr,0.18wt%Nd,0.02wt%Zr,0.01wt%B。
上述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,按照如下步骤进行:
(1)取工业铝锭(纯度为99.7%),Pr,Nd,Zr和B,电熔炉加热,温度设定为670℃,加热时间设定为1.5h,制备得到熔融体;
(2)将熔融体浇注至模具中,模具表面事先涂覆滑石粉,以形成合金铸锭模型,然后进行二次水冷,得到铸锭,将铸锭进行挤压,挤压的温度设定为400℃,挤压后再进行时效处理,得到铝型材。
实施例3
一种导电轨用高电导率铝型材,所述铝型材中含有0.15wt%Pr,0.25wt%Nd,0.05wt%Zr,0.03wt%B。
上述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,按照如下步骤进行:
(1)取工业铝锭(纯度为99.7%),Pr,Nd,Zr和B,电熔炉加热,温度设定为720℃,加热时间设定为2.2h,制备得到熔融体;
(2)将熔融体浇注至模具中,模具表面事先涂覆滑石粉,以形成合金铸锭模型,然后进行二次水冷,得到铸锭,将铸锭进行挤压,挤压的温度设定为440℃,挤压后再进行时效处理,得到铝型材。
实施例4
一种导电轨用高电导率铝型材,所述铝型材中含有0.12wt%Pr,0.16wt%Nd,0.05wt%Zr,0.03wt%B。
上述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,按照如下步骤进行:
(1)取工业铝锭(纯度为99.7%),Pr,Nd,Zr和B,电熔炉加热,温度设定为700℃,加热时间设定为1.9h,制备得到熔融体;
(2)将熔融体浇注至模具中,模具表面事先涂覆滑石粉,以形成合金铸锭模型,然后进行二次水冷,得到铸锭,将铸锭进行挤压,挤压的温度设定为420℃,挤压后再进行时效处理,得到铝型材。
对比例1
一种导电轨用高电导率铝型材,所述铝型材中含有0.1wt%Pr,0.2wt%Nd。
上述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,按照如下步骤进行:
(1)取工业铝锭(纯度为99.7%),Pr,Nd,电熔炉加热,温度设定为690℃,加热时间设定为1.8h,制备得到熔融体;
(2)将熔融体浇注至模具中,模具表面事先涂覆滑石粉,以形成合金铸锭模型,然后进行二次水冷,得到铸锭,将铸锭进行挤压,挤压的温度设定为420℃,挤压后再进行时效处理,得到铝型材。
对比例2
一种导电轨用高电导率铝型材,所述铝型材中含有0.2wt%Nd,0.03wt%Zr,B0.02wt%B。
上述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,按照如下步骤进行:
(1)取工业铝锭(纯度为99.7%),Nd,Zr和B,电熔炉加热,温度设定为690℃,加热时间设定为1.8h,制备得到熔融体;
(2)将熔融体浇注至模具中,模具表面事先涂覆滑石粉,以形成合金铸锭模型,然后进行二次水冷,得到铸锭,将铸锭进行挤压,挤压的温度设定为420℃,挤压后再进行时效处理,得到铝型材。
对比例3
一种导电轨用高电导率铝型材,所述铝型材中含有0.1wt%Pr,0.03wt%Zr,B0.02wt%B。
上述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,按照如下步骤进行:
(1)取工业铝锭(纯度为99.7%),Pr,Zr和B,电熔炉加热,温度设定为690℃,加热时间设定为1.8h,制备得到熔融体;
(2)将熔融体浇注至模具中,模具表面事先涂覆滑石粉,以形成合金铸锭模型,然后进行二次水冷,得到铸锭,将铸锭进行挤压,挤压的温度设定为420℃,挤压后再进行时效处理,得到铝型材。
对比例4
一种导电轨用高电导率铝型材,所述铝型材中含有0.03wt%Zr,B0.02wt%B。
上述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,按照如下步骤进行:
(1)取工业铝锭(纯度为99.7%),Zr和B,电熔炉加热,温度设定为690℃,加热时间设定为1.8h,制备得到熔融体;
(2)将熔融体浇注至模具中,模具表面事先涂覆滑石粉,以形成合金铸锭模型,然后进行二次水冷,得到铸锭,将铸锭进行挤压,挤压的温度设定为420℃,挤压后再进行时效处理,得到铝型材。
实验例:
采用直流数字电阻测试仪(1×10-4mΩ精度)对实施例1-4及对比例1-4制备的铝型材进行测量,测出其电阻值然后换算成电导率值,按照GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》标准中的相关规定对铝型材进行拉伸试验,测试结果见表1:
表1
注:*代表P<0.05;**代表P<0.01。
Claims (7)
1.一种导电轨用高电导率铝型材,其特征在于,所述铝型材中含有0.05-0.15wt%Pr,0.15-0.25wt%Nd,0.02-0.05wt%Zr,0.01-0.03wt%B。
2.根据权利要求1所述导电轨用高电导率铝型材,其特征在于,所述铝型材中含有0.1wt%Pr,0.2wt%Nd,0.03wt%Zr,B0.02wt%B。
3.权利要求1所述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,其特征在于,按照如下步骤进行:
(1)取工业铝锭,Pr,Nd,Zr和B,电熔炉加热,制备得到熔融体;
(2)将熔融体浇注至模具中,以形成合金铸锭模型,然后进行二次水冷,得到铸锭,将铸锭进行挤压,挤压后再进行时效处理,得到铝型材。
4.根据权利要求3所述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,其特征在于,所述工业铝锭的纯度为99.7%。
5.根据权利要求3或4所述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,其特征在于,所述熔融体制备温度为670-720℃,加热制备时间为1.5-2.2h。
6.根据权利要求3-5中任一项所述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,其特征在于,所述挤压的温度设置为400-450℃。
7.根据权利要求3所述导电轨用高电导率铝型材的制备方法,其特征在于,浇注时,模具表面涂覆滑石粉。
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