CN112111676B - 一种高性能稀土铝合金导体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高性能稀土铝合金导体及其制备方法，以重量百分比计，该铝合金导体的组成为，0.60～1.10wt%的Fe、0.05～0.30wt%的Cu、0.001～0.03wt%的B、0.001～0.20wt%的Be、0.10～0.60wt%的稀土、Si的含量≤0.08wt%、Mg的含量≤0.01wt%、Zn的含量≤0.02wt%、杂质的含量≤0.10wt%，其余为Al，所述稀土包含有Ce、La、Y。采用本发明的质量组分和方法制得的高性能稀土铝合金导体的抗拉强度103～152MPa；断裂伸长率不小于20%；反复弯曲不小于30次；20℃时电阻率不大于27.900 nΩ•m。

Description

一种高性能稀土铝合金导体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金电缆的生产技术，特别涉及一种高性能稀土铝合金导体及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，电力系统的大发展，大规模的基础建设，我国对电线电缆的需求量快速的增长。目前我国电线电缆的导体材料大部分采用是铜导体，但由于我国铜资源紧张,铜价居高不下，铜导体材料占据铜电线电缆成本的约70%，导致制造铜电线电缆的成本太大；若使用纯铝导体材料,经过我国长期的使用发现纯铝导体材料长期运行或电流过载后会发生较大的蠕变，导致接触电阻增大，易引起事故，且弯曲性能不好，易开裂或折断，同样易引发事故。因此，铝合金导体材料的研究势在必行。
常规稀土铝合金杆的抗拉强度在98MPa～159MPa，区间范围大，产品质量不稳定，最小断裂伸长率为10%，若其生产的单丝低于1.40mm，机械性能和反复弯曲性能很不稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种性能稳定性高的高性能稀土铝合金导体。
本发明所要解决的另一技术问题是针对现有技术的不足，提供一种上述高性能稀土铝合金导体的制备方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种高性能稀土铝合金导体，其特点是，该铝合金导体的组成为，0.60～1.10wt%的Fe、0.05～0.30wt%的Cu、0.001～0.03wt%的B、0.001～0.20wt%的Be、0.10～0.60wt%的稀土、Si的含量≤0.08wt%、Mg的含量≤0.01wt%、Zn的含量≤0.02wt%、杂质的含量≤0.10wt%，其余为Al。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述稀土包含有Ce、La、Y，铈Ce的含量≥0.05wt%，镧的含量La≥0.02wt%，钇Y的含量≥0.03wt%。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述杂质中每一种杂质的含量≤0.03wt%。
本发明所要解决的另一技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种制备上述高性能稀土铝合金导体的方法，其特点是，该方法包括如下具体步骤，
（1）制备铝液：将铝锭加温至730℃～760℃熔化，得到铝液；
（2）熔炼铝合金液：将铝液放入740℃～780℃的保温炉中，向铝液中加入含有上述组分的铝中间合金，充分搅拌混合后得到铝合金液；
（3）铸造：将熔炼的铝合金液放入除气机，在730℃～750℃温度下进行除气精炼；将除气精炼的铝合金液在720℃～730℃下保温静置40分钟～60分钟，浇涛得到铸锭；将铸锭冷却、热轧，冷却后升温至520℃～540℃下，保温3.0小时～4.0小时，得到稀土铝合金杆；将稀土铝合金杆人工时效3.5小时～4.0小时，保持温度155℃±3℃，待冷却后即可得到高性能稀土铝合金杆；
（4）制备导体：将高性能稀土铝合金杆通过拉丝机设备一次拉丝制成最小规格为1.00mm的单丝，再将规格单丝通过绞线设备制成绞合导体，将绞合导体或单丝放置时效炉中，在温度280℃～350℃保持10小时～12小时，待冷却后即可得到高性能稀土铝合金导体。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述铝锭的牌号选用Al99.85。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，步骤（2）所述上述组分的铝中间合金包括铝稀土中间合金、铝硼中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝铍中间合金。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，步骤（3）制得的稀土铝合金杆的直径为9.5mm。
与现有技术相比，采用本发明的质量组分和方法制得的高性能稀土铝合金杆的抗拉强度100MPa～150MPa；断裂伸长率不小于13%；20℃时电阻率不大于28.750 nΩ•m，制得的单丝的抗拉强度103MPa～152MPa；断裂伸长率不小于20%；反复弯曲不小于30次；20℃时电阻率不大于27.900 nΩ•m。
具体实施方式
进一步描述本发明的具体技术方案，以使本技术领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对本发明权利的限制。
一种高性能稀土铝合金导体，以重量百分比计，该铝合金导体的组成为，0.60～1.10wt%的Fe、0.05～0.30wt%的Cu、0.001～0.03wt%的B、0.001～0.20wt%的Be、0.10～0.60wt%的稀土、Si的含量≤0.08wt%、Mg的含量≤0.01wt%、Zn的含量≤0.02wt%、杂质的含量≤0.10wt%，其余为Al，所述稀土包含有Ce、La、Y，所述杂质中每一种杂质的含量≤0.03wt%，其中稀土包主要含有Ce、La、Y这三种元素，每种元素均占稀土总重量的25～32%，优选30%。
一种制备上述高性能稀土铝合金导体的方法，该方法包括如下具体步骤，
（1）制备铝液：选用牌号为Al99.85的铝锭加温至730℃～760℃熔化，得到铝液；
（2）熔炼铝合金液：将铝液放入740℃～780℃的保温炉中，向铝液中加入含有上述组分的铝中间合金，充分搅拌混合后得到铝合金液；
（3）铸造：将熔炼的铝合金液放入除气机，在730℃～750℃温度下进行除气精炼；将除气精炼的铝合金液在720℃～730℃下保温静置40分钟～60分钟，浇涛得到铸锭；将铸锭冷却、热轧，冷却后升温至520℃～540℃下，保温3.0小时～4.0小时，得到直径为9.5mm的稀土铝合金杆；将稀土铝合金杆人工时效3.5小时～4.0小时，保持温度155℃±3℃，待冷却后即可得到高性能稀土铝合金杆，其抗拉强度100MPa～150MPa；断裂伸长率不小于13%；20℃时电阻率不大于28.750 nΩ•m；
（4）制备导体：将高性能稀土铝合金杆通过拉丝机设备制成最小规格为1.00mm的单丝，再将规格单丝通过绞线设备制成绞合导体，将绞合导体或单丝放置时效炉中，在温度280℃～350℃保持10小时～12小时，待冷却后即可得到高性能稀土铝合金导体，其抗拉强度103MPa～152MPa；断裂伸长率不小于20%；反复弯曲不小于30次；20℃时电阻率不大于27.900 nΩ•m。
步骤（2）所述上述组分的铝中间合金包括铝稀土中间合金、铝硼中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝铍中间合金，其中，铝稀土中间合金中含有9.0～11.0wt%稀土或5.0～7.5wt%稀土，铝硼中间合金中含有2.5～3.5wt%的B、铝铁中间合金中含有18.0～22.0wt%的Fe、铝铜中间合金中含有48.0～52.0wt%的Cu或57.0～63.0wt%的Cu、铝铍中间合金中含有2.0～4.0wt%的Be。
本发明所述的高性能稀土铝合金导体采用主要含有Ce、La、Y的稀土和0.60～1.10wt%的Fe实现后续单丝生产的高性能，通过控制其他元素保证稀土铝合金杆的基本性能。采用同等生产设备及加工方式性能对常规稀土铝合金杆生产单丝和本发明所述成分的稀土铝合金杆生产单丝的性能进行对比，其对比结果为，
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由上可知，采用本发明所述的成分及方法制得的稀土铝合金导体的机械性能和反复弯曲性能稳定，而且制得的高性能稀土铝合金杆的抗拉强度100MPa～150MPa；断裂伸长率不小于13%；20℃时电阻率不大于28.750 nΩ•m，采用上述高性能稀土铝合金杆一次拉制最小规格1.00mm单丝，单丝的性能为抗拉强度103MPa～152MPa；断裂伸长率不小于20%；反复弯曲不小于30次；20℃时电阻率不大于27.900 nΩ•m。
以上实施方式仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，本发明的保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的权利要求书的且任何所示技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种高性能稀土铝合金导体的制备方法，其特征在于：该铝合金导体的组成为，0.60～1.10wt％的Fe、0.05～0.30wt％的Cu、0.001～0.03wt％的B、0.001～0.20wt％的Be、0.10～0.60wt％的稀土、Si的含量≤0.08wt％、Mg的含量≤0.01wt％、Zn的含量≤0.02wt％、杂质的含量≤0.10wt％，其余为Al，所述杂质中每一种杂质的含量≤0.03wt％；
该方法包括如下具体步骤，
(1)制备铝液：将铝锭加温至730℃～760℃熔化，得到铝液；
(2)熔炼铝合金液：将铝液放入740℃～780℃的保温炉中，向铝液中加入含有上述组分的铝中间合金，充分搅拌混合后得到铝合金液，所述上述组分的铝中间合金包括铝稀土中间合金、铝硼中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝铍中间合金，其中，铝稀土中间合金中含有9.0～11.0wt％稀土或5.0～7.5wt％稀土，铝硼中间合金中含有2.5～3.5wt％的B、铝铁中间合金中含有18.0～22.0wt％的Fe、铝铜中间合金中含有48.0～52.0wt％的Cu或57.0～63.0wt％的Cu、铝铍中间合金中含有2.0～4.0wt％的Be；
(3)铸造：将熔炼的铝合金液放入除气机，在730℃～750℃温度下进行除气精炼；将除气精炼的铝合金液在720℃～730℃下保温静置40分钟～60分钟，浇涛得到铸锭；将铸锭冷却、热轧，冷却后升温至520℃～540℃下，保温3.0小时～4.0小时，得到稀土铝合金杆；将稀土铝合金杆人工时效3.5小时～4.0小时，保持温度155℃±3℃，待冷却后即可得到高性能稀土铝合金杆；
(4)将步骤(3)制得的高性能稀土铝合金杆通过拉丝机设备一次拉丝制成单丝，再将单丝通过绞线设备制成绞合导体，将绞合导体或单丝放置时效炉中，在温度280℃～350℃保持10小时～12小时，待冷却后即可得到高性能稀土铝合金导体。
2.根据权利要求1所述的一种高性能稀土铝合金导体的制备方法，其特征在于：所述稀土包含有铈Ce、镧La、钇Y。
3.根据权利要求2所述的一种高性能稀土铝合金导体的制备方法，其特征在于：铈Ce的含量≥0.05wt％，镧La的含量La≥0.02wt％，钇Y的含量≥0.03wt％。
4.根据权利要求1所述的一种高性能稀土铝合金导体的制备方法，其特征在于：所述铝锭的牌号选用Al99.85。
5.根据权利要求1所述的一种高性能稀土铝合金导体的制备方法，其特征在于：步骤(3)制得的稀土铝合金杆的直径为9.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种高性能稀土铝合金导体的制备方法，其特征在于：步骤(4)制得的单丝的最小规格为1.00mm。
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