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

一种导电轨用高电导率铝型材及其制备方法
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
Figure BDA0002291628050000071
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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