CN112951474A - 一种航空航天电缆用铝合金导体 - Google Patents
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Abstract
本发明一种航空航天电缆用铝合金导体及其制备方法，铝合金导体照质量百分比包括以下组分：Si:0.035%‑0.065%，Fe:0.2%‑0.38%，Cu:＜0.05%，Mn:＜0.01%，B:0.01%‑0.03%，稀土:0.02%‑0.03%，单个杂质＜0.03%，杂质总量＜0.1%，余量为铝；本发明制备方法包括：熔炼、精炼、铸造、轧制、多次拉丝、热处理以及绞合；本发明提高了飞机动力线用铝合金电缆的抗拉强度及导电率，兼顾了导电性能及强度性能，解决了以铝代铜的可能性，降低了航空航天线的制造成本，实现了有效减重要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金导体，具体涉及一种航空航天电缆用铝合金导体及其制备方法，属于航空航天电缆用铝合金导体及其制造方法技术领域。
背景技术
随着航空航天工业的飞速发展，航空航天设备的减重要求不断提高，对航空航天所用电缆的轻量化要求也越来越高，但目前市场上航空航天用电缆由于使用镀锡铜、镀锡银、铜合金、铜包铝合金等导体，相比于铝合金导体电缆整体重量较重。同时目前市场上其他用途的铝合金导体情况为：纯铝的导电性能好，但强度低，铝合金的强度高，但导电性能差无法满足航空航天系统大多数情况下的性能要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种航空航天用铝合金导体以及制造方法，本发明提高了航空航天用铝合金线缆导体的抗拉强度，兼顾了导电性能及强度性能，解决了纯铝的导电性能好，但强度低，铝合金的强度高，但导电性能差的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明一种航空航天电缆用铝合金导体，铝合金导体按照质量百分比包括以下组分：Si:0.035%-0.065%，Fe:0.2%-0.38%，Cu:＜0.05%，Mn:＜0.01%，B:0.01%-0.03%，稀土:0.02%-0.03%，单个杂质＜0.03%，杂质总量＜0.1%，余量为铝；所述铝合金导体由经过热处理的0.361mm铝合金单丝或0.5mm铝合金单丝绞合而成；所述铝合金单丝的导电率不低于59%IACS，延伸率不低于1%，抗拉强度不低于159Mpa；所述热处理包括以下步骤：采用箱式加热炉热处理的工艺，温度控制在300℃-350℃，加热时间为0.5-2小时，保温时间为3-10小时，保温完成后采用空气冷却。
进一步地，一种航空航天电缆用铝合金导体，铝合金导体按照质量百分比包括以下组分：Si:0.045%-0.060%，Fe:0.29%-0.32%，Cu:＜0.03%，Mn:＜0.007%，B:0.012%-0.02%，稀土:0.02%-0.025%，单个杂质＜0.03%，杂质总量＜0.1%，余量为铝。
进一步地，所述铝合金导体的制备方法包括以下步骤：
（1）将铝锭进行熔炼，铝水温度控制在720℃-750℃，熔炼过程中加入铝铁、铝硼、铝稀土并进行搅拌；使用精炼喷粉机以氩气为载体，将无钠精炼剂通入铝合金溶液底部并均匀分布于熔炼炉内，时间为5-8分钟；取样分析、组分调整后采用氩气除气5-8分钟，保温静置5-10分钟，得到铝合金溶液；
（2）将步骤（1）得到的铝合金溶液经过在线除气、在线过滤，浇入连铸机，铸造成铝合金铸条，铝合金铸条进入连轧机，轧制成直径为9.5mm的铝合金线杆；
（3）将步骤（2）得到的铝合金线杆经过拉丝机进行拉丝，得到直径为3mm的铝合金单丝，3mm的铝合金单丝进入箱式加热炉热处理，热处理温度控制在320-350℃，热处理时间为0.5-2小时，保温时间为3-10小时，空气冷却6小时；
（4）将步骤（3）热处理后的3mm的铝合金单丝进行拉丝，得到直径为1.2mm的铝合金单丝，1.2mm的铝合金单丝进入箱式加热炉热处理，热处理温度控制在300-330℃，热处理时间为0.5-1小时，保温时间为5-8小时，空气冷却6小时；
（5）将步骤（4）热处理后的1.2 mm的铝合金单丝进行拉丝，得到直径为0.361mm或0.5mm的铝合金单丝；
（6）将步骤（5）得到的0.361mm或0.5mm的铝合金单丝进行多根绞合，得到铝合金导体，铝合金导体横截面为7.88mm2_102.25mm2。
进一步地，所述步骤（1）中无钠精炼剂与铝合金溶液的质量比为0.15-0.2:100。
进一步地，所述步骤(1)中添加无钠精炼剂时氩气的压力为0.3Mpa-0.5Mpa，流量控制在1m3/hr-3m3/hr，所述氩气除气的压力为0.3Mpa-0.4Mpa,流量控制在1.5m3/hr -2.5m3/hr。
进一步地，所述步骤（2）中铸造温度为670-690℃， 铸造速度为350m/min，冷却水流量150L/min。
进一步地，所述步骤（2）中铝合金铸条温度460-540℃，铝合金线杆温度220-320℃。
进一步地，所述步骤（6）中的绞合使用二次绞合、正反绞合的方式形成圆形紧压的铝合金导体。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明技术方案提高了航空航天用铝合金线缆导体的抗拉强度，兼顾了导电性能及强度性能。
（2）本发明技术方案实现了航空航天用线缆的轻量化要求；解决了以铝代铜的可能性，降低了航空航天用线缆的制造成本。
（3）本发明技术方案化学成分的调配，各元素含量之间的配比以及铝合金导体的制备方法，决定了铝合金线杆的性能指标，硼化处理及稀土化处理，提高的铝合金线杆的导电性能及延伸性能。
（4）本发明技术方案中炉内处理工艺：氩气精炼及无钠精炼剂精炼，最大化的得到纯净的铝熔体；无钠精炼剂精炼使用精炼喷粉机以氩气为载体，将无钠精炼剂通入铝合金溶液底部，精炼剂分布更均匀，采用无钠精炼剂可以避免铝合金导体表面产生白斑点和钠脆现象，提高质量；然后，采用双室在线除气装置，使用氩气精炼，利用氢的扩散性，在铝液中通入高纯惰性气体，形成小气泡，游离的氢将会扩散到惰性气体的气泡中，并随着惰性气体气泡的上升带出铝液，达到除气的效果，提高了铝合金线杆的拉丝性能及加工性能。
（5）本发明技术方案的热处理工艺：采用箱式加热炉热处理的工艺，温度控制在300℃-350℃，加热时间为0.5-2小时，保温时间为3-10小时，保温完成后采用空气冷却；热处理消除轧制和拉丝过程产生的内应力，使得铝合金导体获得更好的电性能及延伸率，进一步的优化拉丝性能及绞合性能。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，但应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部的实施例，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种航空航天电缆用铝合金导体，铝合金导体按照质量百分比包括以下组分：
Si:0.056%，Fe:0.31%，Cu:＜0.03%，Mn:0.003%，B:0.012%，稀土:0.022%，单个杂质＜0.02%，杂质总量＜0.08%，余量为铝。
铝合金导体的制备方法包括以下步骤：
（1）将铝锭进行熔炼，铝水温度控制在720℃-750℃，熔炼过程中按以上组分质量百分比加入铝铁、铝硼、铝稀土并进行搅拌；使用精炼喷粉机以氩气为载体，将无钠精炼剂通入铝合金溶液底部并均匀分布于熔炼炉内，无钠精炼剂与铝合金溶液的质量比为0.2:100，压力为0.3Mpa-0.35Mpa，流量控制在1m3/hr，时间为8分钟；取样分析、组分调整后采用氩气除气，氩气压力为0.3Mpa-0.35Mpa，流量控制在1.5m3/hr，时间为8分钟，之后保温静置20分钟，得到铝合金溶液；
（2）将步骤（1）得到的铝合金溶液经过过滤，浇入连铸机，铸造成铝合金铸条，铸造温度为690℃，铸造速度为350m/min，冷却水流量150L/min，铝合金铸条进入连轧机，轧制成直径为9.5mm的铝合金线杆，铝合金铸条温度460-540℃，铝合金线杆温度220-320℃；
（3）将步骤（2）得到的铝合金线杆经过拉丝机进行拉丝，得到直径为3mm的铝合金单丝，3mm的铝合金单丝进入箱式加热炉热处理，热处理温度控制在320-350℃，热处理时间为1小时，保温时间为6小时，空气冷却6小时；
（4）将步骤（3）热处理后的3mm的铝合金单丝进行拉丝，得到直径为1.2mm的铝合金单丝，1.2mm的铝合金单丝进入箱式加热炉热处理，热处理温度控制在300-330℃，热处理时间为1小时，保温时间为5小时，空气冷却6小时；
（5）将步骤（4）热处理后的1.2 mm的铝合金单丝进行拉丝，得到直径为0.361mm的铝合金单丝；
（6）将步骤（5）得到的0.361mm的铝合金单丝进行多根绞合，绞合使用二次绞合、正反绞合的方式形成圆形紧压的铝合金导体，铝合金导体横截面为7.88mm2-102.25mm2。
0.361mm的铝合金单丝的性能：抗拉强度178Mpa；延伸率1.3%；电阻率0.02915Ω•mm2/m。
实施例2
一种航空航天电缆用铝合金导体，铝合金导体按照质量百分比包括以下组分：
Si:0.045%，Fe:0.32%，Cu:＜0.02%，Mn:0.005%，B:0.014%，稀土:0.020%，单个杂质＜0.02%，杂质总量＜0.08%，余量为铝。
铝合金导体的制备方法包括以下步骤：
（1）将铝锭进行熔炼，铝水温度控制在720℃-750℃，熔炼过程中按以上组分质量百分比加入铝铁、铝硼、铝稀土并进行搅拌；使用精炼喷粉机以氩气为载体，将无钠精炼剂通入铝合金溶液底部并均匀分布于熔炼炉内，无钠精炼剂与铝合金溶液的质量比为0.15:100，压力为0.35Mpa-0.40Mpa，流量控制在2m3/hr，时间为8分钟；取样分析、组分调整后采用氩气除气，氩气压力为0.3Mpa-0.35Mpa，流量控制在1.5m3/hr，时间为8分钟，之后保温静置20分钟，得到铝合金溶液；
（2）将步骤（1）得到的铝合金溶液经过过滤，浇入连铸机，铸造成铝合金铸条，铸造温度为690℃，铸造速度为350m/min，冷却水流量150L/min，铝合金铸条进入连轧机，轧制成直径为9.5mm的铝合金线杆，铝合金铸条温度460-540℃，铝合金线杆温度220-320℃；
（3）将步骤（2）得到的铝合金线杆经过拉丝机进行拉丝，得到直径为3mm的铝合金单丝，3mm的铝合金单丝进入箱式加热炉热处理，热处理温度控制在320-350℃，热处理时间为2小时，保温时间为8小时，空气冷却6小时；
（4）将步骤（3）热处理后的3mm的铝合金单丝进行拉丝，得到直径为1.2mm的铝合金单丝，1.2mm的铝合金单丝进入箱式加热炉热处理，热处理温度控制在300-330℃，热处理时间为1小时，保温时间为8小时，空气冷却6小时；
（5）将步骤（4）热处理后的1.2 mm的铝合金单丝进行拉丝，得到直径为0.361mm的铝合金单丝；
（6）将步骤（5）得到的0.361mm的铝合金单丝进行多根绞合，绞合使用二次绞合、正反绞合的方式形成圆形紧压的铝合金导体，铝合金导体横截面为7.88mm2-102.25mm2。
0.361mm的铝合金单丝的性能：抗拉强度182Mpa；延伸率1.5%；电阻率0.02905Ω•mm2/m。
实施例3
一种航空航天电缆用铝合金导体，铝合金导体按照质量百分比包括以下组分：
Si:0.060%，Fe:0.29%，Cu:＜0.001%，Mn:0.007%，B:0.02%，稀土:0.025%，单个杂质＜0.02%，杂质总量＜0.08%，余量为铝。
铝合金导体的制备方法包括以下步骤：
（1）将铝锭进行熔炼，铝水温度控制在720℃-750℃，熔炼过程中按以上组分质量百分比加入铝铁、铝硼、铝稀土并进行搅拌；使用精炼喷粉机以氩气为载体，将无钠精炼剂通入铝合金溶液底部并均匀分布于熔炼炉内，无钠精炼剂与铝合金溶液的质量比为0.20:100，压力为0.35Mpa-0.40Mpa，流量控制在2m3/hr，时间为8分钟；取样分析、组分调整后采用氩气除气，氩气压力为0.3Mpa-0.35Mpa，流量控制在1.5m3/hr，时间为8分钟，之后保温静置15分钟，得到铝合金溶液；
（2）将步骤（1）得到的铝合金溶液经过过滤，浇入连铸机，铸造成铝合金铸条，铸造温度为690℃，铸造速度为350mm/min，冷却水流量150L/min，铝合金铸条进入连轧机，轧制成直径为9.5mm的铝合金线杆，铝合金铸条温度460-540℃，铝合金线杆温度220-320℃；
（3）将步骤（2）得到的铝合金线杆经过拉丝机进行拉丝，得到直径为3mm的铝合金单丝，3mm的铝合金单丝进入箱式加热炉热处理，热处理温度控制在320-350℃，热处理时间为2小时，保温时间为6小时，空气冷却6小时；
（4）将步骤（3）热处理后的3mm的铝合金单丝进行拉丝，得到直径为1.2mm的铝合金单丝，1.2mm的铝合金单丝进入箱式加热炉热处理，热处理温度控制在300-330℃，热处理时间为1小时，保温时间为6小时，空气冷却6小时；
（5）将步骤（4）热处理后的1.2 mm的铝合金单丝进行拉丝，得到直径为0.50mm的铝合金单丝；
（6）将步骤（5）得到的0.50mm的铝合金单丝进行多根绞合，绞合使用二次绞合、正反绞合的方式形成圆形紧压的铝合金导体，铝合金导体横截面为7.88mm2-102.25mm2。
0.50mm的铝合金单丝的性能：抗拉强度192.4Mpa；延伸率1.2%；电阻率0.02901Ω•mm2/m。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种航空航天电缆用铝合金导体，其特征在于，铝合金导体按照质量百分比包括以下组分：Si:0.035%-0.065%，Fe:0.2%-0.38%，Cu:＜0.05%，Mn:＜0.01%，B:0.01%-0.03%，稀土:0.02%-0.03%，单个杂质＜0.03%，杂质总量＜0.1%，余量为铝；所述铝合金导体由经过热处理的0.361mm铝合金单丝或0.5mm铝合金单丝绞合而成；所述铝合金单丝的导电率不低于59%IACS，延伸率不低于1%，抗拉强度不低于159Mpa；所述热处理包括以下步骤：采用箱式加热炉热处理的工艺，温度控制在300℃-350℃，加热时间为0.5-2小时，保温时间为3-10小时，保温完成后采用空气冷却。
2.根据权利要求1所述的一种航空航天电缆用铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体按照质量百分比包括以下组分：Si:0.045%-0.060%，Fe:0.29%-0.32%，Cu:＜0.03%，Mn:＜0.007%，B:0.012%-0.02%，稀土:0.02%-0.025%，单个杂质＜0.03%，杂质总量＜0.1%，余量为铝。
3.权利要求1或2所述的一种航空航天电缆用铝合金导体的制备方法，其特征在于，所述铝合金导体的制备方法包括以下步骤：
（1）将铝锭进行熔炼，铝水温度控制在720℃—750℃，熔炼过程中加入铝铁、铝硼、铝稀土并进行搅拌；使用精炼喷粉机以氩气为载体，将无钠精炼剂通入铝合金溶液底部并均匀分布于熔炼炉内，时间为5-8分钟；取样分析、组分调整后采用氩气除气5-8分钟，保温静置5-10分钟，得到铝合金溶液；
（2）将步骤（1）得到的铝合金溶液经过在线除气、在线过滤，浇入连铸机，铸造成铝合金铸条，铝合金铸条进入连轧机，轧制成直径为9.5mm的铝合金线杆；
（3）将步骤（2）得到的铝合金线杆经过拉丝机进行拉丝，得到直径为3mm的铝合金单丝，3mm的铝合金单丝进入箱式加热炉热处理，热处理温度控制在320-350℃，热处理时间为0.5-2小时，保温时间为3-10小时，空气冷却6小时；
（4）将步骤（3）热处理后的3mm的铝合金单丝进行拉丝，得到直径为1.2mm的铝合金单丝，1.2mm的铝合金单丝进入箱式加热炉热处理，热处理温度控制在300-330℃，热处理时间为0.5-1小时，保温时间为5-8小时，空气冷却6小时；
（5）将步骤（4）热处理后的1.2 mm的铝合金单丝进行拉丝，得到直径为0.361mm或0.5mm的铝合金单丝；
（6）将步骤（5）得到的0.361mm或0.5mm的铝合金单丝进行多根绞合，得到铝合金导体，铝合金导体横截面为7.88mm2_102.25mm2。
4.根据权利要求3所述的一种航空航天电缆用铝合金导体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中无钠精炼剂与铝合金溶液的质量比为0.15-0.2:100。
5.根据权利要求3所述的一种航空航天电缆用铝合金导体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中添加无钠精炼剂时氩气的压力为0.3Mpa-0.5Mpa，流量控制在1m3/hr-3m3/hr，所述氩气除气的压力为0.3Mpa-0.4Mpa，流量控制在1.5m3/hr -2.5m3/hr。
6.根据权利要求3所述的一种航空航天电缆用铝合金导体的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中铸造温度为670-690℃， 铸造速度为350m/min，冷却水流量150L/min。
7.根据权利要求3所述的一种航空航天电缆用铝合金导体的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中铝合金铸条温度460-540℃，铝合金线杆温度220-320℃。
8.根据权利要求3所述的一种航空航天电缆用铝合金导体的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中的绞合使用二次绞合、正反绞合的方式形成圆形紧压的铝合金导体。
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