CN111733349A - 一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料及其制备方法 - Google Patents

一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料，包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.85‑0.95％，Si：0.06‑0.1％，Cu：0.04‑0.08％，B：0.01‑0.02％、Zr：0.01‑0.02％、Se：0.01‑0.03％、La：0.01‑0.03％、Bi：0.005‑0.01％、Cr+Mn+V+Ti≤0.05％，余量为Al。本发明还公开了其制备方法，先通过配料、熔炼、浇注得到铝合金铸锭，然后在外加磁场条件下退火，经过热挤压、人工时效处理，即得。本发明制得的铝合金导体不仅具有高电导率，而且具有优良的拉伸强度以及抗压蠕变性能，适合风力发电系统传输电缆使用。

Description

一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其涉及一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料及其制备方法。
背景技术
铝合金是一种较为新型的电缆导体材料，具有良好的导电率、较高的机械性能以及低成本、低密度的特点，易于安装，是铜导体材料的优良替代品，广泛应用于电力线缆领域。但是，在风力发电系统中，铝合金导体的应用受到限制。这是因为风力发电系统长期位于风速较大的风场中，电缆受到的风荷载较大，容易发生折断或者应力蠕变，影响电力系统的运行稳定性。因此，为了满足风力发电系统的电力传输性能以及使用安全性需求，不仅需要保证铝合金导体的高导电性能，还对其拉伸强度以及抗压蠕变性能提出了更高的要求。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料及其制备方法。
本发明提出的一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料，包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.85-0.95％，Si：0.06-0.1％，Cu：0.04-0.08％，B：0.01-0.02％、Zr：0.01-0.02％、Se：0.01-0.03％、La：0.01-0.03％、Bi：0.005-0.01％、Cr+Mn+V+Ti≤0.05％，余量为Al。
优选地，所述的风力发电传输电缆用铝合金导体材料包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.88％，Si：0.07％，Cu：0.06％，B：0.015％、Zr：0.015％、Se：0.02％、La：0.02％、Bi：0.008％、Cr+Mn+V+Ti≤0.05％，余量为Al。
一种所述的风力发电传输电缆用铝合金导体材料的制备方法，包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料、熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将所述铝合金熔体浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在外加磁场条件下进行退火，然后水冷冷却，经过热挤压得到铝合金棒材；
S4、将所述铝合金棒材进行人工时效处理，即得。
优选地，所述退火的具体条件为：退火温度为320-380℃、退火时间为0.5-1h，外加磁场的磁感应强度为1-2T。
优选地，所述热挤压的挤压温度为430-445℃，挤压系数为24-26。
优选地，所述人工时效处理的温度为80-120℃，时间为1-2h。
优选地，所述熔炼的温度为770-780℃。
优选地，所述浇注的温度为740-755℃。
本发明的有益效果如下：
本发明通过少量添加Zr、Se、Bi合金化元素，在铝合金材料中形成多种不同的金属间化合物沉淀相，例如其Al3Zr、Al3Se、Bi2Se，通过这些金属间化合物沉淀相的多相协同，很好地起到强化钉扎位错的作用，从而在大幅度提升铝合金材料抗蠕变性能以及机械强度的同时，由于合金化元素的含量较低以及金属间化合物沉淀相对导电性能的影响较小，能够保持较高的电导率；通过在浇注后在合适的外加磁场条件下进行退火，避免了金属间化合物沉淀相的过度长大，使铝合金材料中形成的金属间化合物沉淀相细小、弥散，进一步增强了晶界强化效果，并且起到了很好的晶粒细化作用，有利于更好地提升铝合金材料抗蠕变性能以及机械强度，同时提高导电性能。本发明制得的铝合金导体不仅具有高电导率，而且具有优良的拉伸强度以及抗压蠕变性能，适合风力发电系统传输电缆使用。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料，包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.85％，Si：0.06％，Cu：0.04％，B：0.01％、Zr：0.02％、Se：0.01％、La：0.03％、Bi：0.005％、Cr+Mn+V+Ti≤0.05％，余量为Al。
风力发电传输电缆用铝合金导体材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料后在770℃条件下熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将所述铝合金熔体在740℃条件下浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在磁感应强度为1T外加磁场条件下进行退火，退火温度为320℃、退火时间为0.5h，然后水冷冷却，经过热挤压得到铝合金棒材，热挤压的挤压温度为430℃，挤压系数为24；
S4、将所述铝合金棒材进行人工时效处理，人工时效处理的温度为80℃，时间为2h，即得。
实施例2
一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料，包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.95％，Si：0.1％，Cu：0.08％，B：0.02％、Zr：0.01％、Se：0.03％、La：0.01％、Bi：0.01％、Cr+Mn+V+Ti≤0.05％，余量为Al。
风力发电传输电缆用铝合金导体材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料后在780℃条件下熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将所述铝合金熔体在755℃条件下浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在磁感应强度为2T外加磁场条件下进行退火，退火温度为380℃、退火时间为1h，然后水冷冷却，经过热挤压得到铝合金棒材，热挤压的挤压温度为445℃，挤压系数为26；
S4、将所述铝合金棒材进行人工时效处理，人工时效处理的温度为120℃，时间为1h，即得。
实施例3
一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料，包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.88％，Si：0.07％，Cu：0.06％，B：0.015％、Zr：0.015％、Se：0.02％、La：0.02％、Bi：0.008％、Cr+Mn+V+Ti≤0.05％，余量为Al。
风力发电传输电缆用铝合金导体材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料后在775℃条件下熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将所述铝合金熔体在750℃条件下浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在磁感应强度为1.5T外加磁场条件下进行退火，退火温度为350℃、退火时间为40min，然后水冷冷却，经过热挤压得到铝合金棒材，热挤压的挤压温度为435℃，挤压系数为25；
S4、将所述铝合金棒材进行人工时效处理，人工时效处理的温度为110℃，时间为1.5h，即得。
对比例1
铝合金导体材料，包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.88％，Si：0.07％，Cu：0.06％，B：0.015％、Zr：0.015％、La：0.05％、Cr+Mn+V+Ti≤0.05％，余量为Al。
铝合金导体材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料后在775℃条件下熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将所述铝合金熔体在750℃条件下浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在磁感应强度为1.5T外加磁场条件下进行退火，退火温度为350℃、退火时间为40min，然后水冷冷却，经过热挤压得到铝合金棒材，热挤压的挤压温度为435℃，挤压系数为25；
S4、将所述铝合金棒材进行人工时效处理，人工时效处理的温度为110℃，时间为1.5h，即得。
对比例2
铝合金导体材料，包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.88％，Si：0.07％，Cu：0.06％，B：0.015％、Zr：0.015％、Se：0.02％、La：0.02％、Bi：0.008％、Cr+Mn+V+Ti≤0.05％，余量为Al。
铝合金导体材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料后在775℃条件下熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将所述铝合金熔体在750℃条件下浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在退火温度为350℃条件下退火处理40min，然后水冷冷却，经过热挤压得到铝合金棒材，热挤压的挤压温度为435℃，挤压系数为25；
S4、将所述铝合金棒材进行人工时效处理，人工时效处理的温度为110℃，时间为1.5h，即得。
将实施例1-3以及对比例1-2制得的铝合金导体材料进行性能测试，结果如表1所示。其中，导电率测试参照GB/T 12966-2008；拉伸强度测试参照GB/T228-2002；抗压蠕变性能测试的试样制备参照GB/T30552-2014，测试条件为90℃、76MPa，测试时间为20h。
表1实施例以及对比例制得的铝合金导体材料的性能测试结果
Figure BDA0002562500950000061
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风力发电传输电缆用铝合金导体材料，其特征在于，包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.85-0.95％，Si：0.06-0.1％，Cu：0.04-0.08％，B：0.01-0.02％、Zr：0.01-0.02％、Se：0.01-0.03％、La：0.01-0.03％、Bi：0.005-0.01％、Cr+Mn+V+Ti≤0.05％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的风力发电传输电缆用铝合金导体材料，其特征在于，包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.88％，Si：0.07％，Cu：0.06％，B：0.015％、Zr：0.015％、Se：0.02％、La：0.02％、Bi：0.008％、Cr+Mn+V+Ti≤0.05％，余量为Al。
3.一种如权利要求1或2所述的风力发电传输电缆用铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料、熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将所述铝合金熔体浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在外加磁场条件下进行退火，然后水冷冷却，经过热挤压得到铝合金棒材；
S4、将所述铝合金棒材进行人工时效处理，即得。
4.根据权利要求3所述的风力发电传输电缆用铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，所述退火的具体条件为：退火温度为320-380℃、退火时间为0.5-1h，外加磁场的磁感应强度为1-2T。
5.根据权利要求3或4所述的风力发电传输电缆用铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，所述热挤压的挤压温度为430-445℃，挤压系数为24-26。
6.根据权利要求3-5任一项所述的风力发电传输电缆用铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，所述人工时效处理的温度为80-120℃，时间为1-2h。
7.根据权利要求3-6任一项所述的风力发电传输电缆用铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为770-780℃。
8.根据权利要求3-7任一项所述的风力发电传输电缆用铝合金导体材料的制备方法，其特征在于，所述浇注的温度为740-755℃。
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