CN113088774B - 一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高电阻Al‑Mg‑Mn‑Ti铝合金及制备工艺，铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg为4.0％‑5.0％、Mn为1.5％‑2.5％、Ti为0.04％‑0.10％、Fe为0.03％‑0.07％、Si为0.03％‑0.11％，不可避免的杂质总和≤0.15％，余量为Al。本发明，在铸态下，铝合金电阻率达到9.5‑10.4×10‑2Ω·mm2·m‑1，相比纯铝提高了3倍以上，抗拉强度257MPa‑277MPa，屈服强度为127MPa‑156MPa，断裂伸长率7％‑20％。

Description

一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及有色金属材料技术领域，具体地，涉及一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金及其制备工艺。
背景技术
采暖发热电缆由于具有安全、方便、舒适、环保等特点，因此被称为冬季最理想的采暖方式，其需求量也不断增加。目前，常用采暖发热电缆中的电热合金材料有镍铬、镍铬铁以及铁铬铝合金，近年来由于镍、铬资源逐渐缺乏，采暖发热电缆的成本也越来越高，限制了其使用。
我国铝资源相对丰富且国内电解铝产能严重过剩，而且铝及铝合金具有密度小、耐腐蚀、比强度和比刚度高、热膨胀系数低以及尺寸稳定性较好等优点。
因此，为了实现发热电缆的低成本和轻量化，需要开发一种新的高电阻铝合金，试图“以铝代镍、铬”制备电热合金，对于发热电缆的广泛使用具有重要的意义。
经检索发现，公布号为CN103328668A的中国专利，公开了一种韧性优异的高电阻铝合金铸件，具有以下组成，含有Si:11.0-13.0％、Fe：0.2-1.0％、Mn：0.2-2.2％、Mg：0.7-1.3％、Cr：0.5-1.3％和Ti:0.1-0.5％，剩余部分包括Al和不可避免的杂质。但是，上述专利中制备的铝合金的电阻率和延伸率存在不足，无法达到制备发热电缆中的电热合金对电阻率和延伸率的性能要求。
发明内容
针对现有高电阻铝合金中电阻率和断裂伸长率技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有更高电阻率的Al-Mg-Mn-Ti铝合金及其制备工艺。
根据本发明的第一个方面，提供一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，所述铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg为4.0％-5.0％、Mn为1.5％-2.5％、Ti为0.04％-0.10％、Fe为0.03％-0.07％、Si为0.03％-0.11％，不可避免的杂质总和≤0.15％，余量为Al。
优选地，所述铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg为4.5％-4.8％、Mn为1.7％-2.0％、Ti为0.05％-0.08％、Fe为0.03％-0.05％、Si为0.03％-0.10％，不可避免的杂质总和≤0.15％，余量为Al。
优选地，铸态下，所述铝合金的电阻率达到9.5～10.4×10-2Ω·mm2·m-1。
优选地，铸态下，所述铝合金的抗拉强度为257MPa-277MPa，屈服强度为127MPa-156MPa，断裂伸长率7％-20％。
本发明第二个方面，提供一种所述的高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1，合金熔炼：
在电阻炉中，先加入工业纯铝，温度升至500℃～600℃时，加入覆盖剂，之后过热到750℃～800℃，加入Al-Mn中间合金，当所述Al-Mn中间合金全部熔化，搅拌熔体，调整熔体温度到720℃～730℃，在Ar气保护下加入Al-Mg中间合金，当所述Al-Mg合金熔化后，搅拌Al-Mn-Mg合金熔体，加入Al-Ti中间合金，当所述Al-Ti合金熔化后，充分搅拌，然后除气精炼，停电，静置熔体；熔体温度为710℃～720℃时出炉浇铸，得到Al-Mg-Mn-Ti合金；
步骤2，重熔浇铸：
将步骤1制备得到的所述Al-Mg-Mn-Ti合金加入中频感应炉，通Ar气保护，温度升至710℃～720℃，保温，当合金全部熔化，注入片状铜模冷却，获得所述Al-Mg-Mn-Ti铝合金。
优选地，步骤1中所述除气精炼，是指：将合金熔体的温度调整至720℃-730℃，向所述合金熔体中加入C2Cl6精炼剂进行精炼，之后静置除渣除气。
优选地，所述工艺还包括：熔炼之前，将所述工业纯铝、所述Al-Mn中间合金、所述Al-Mg中间合金、所述Al-Ti中间合金在烘干箱中150℃-250℃温度下保温60min-120min，保证合金足够干燥；将浇注用所述片状铜模在烘干箱中150℃-250℃下保温60min-120min，取出备用。
优选地，所述工艺还包括：在熔炼之前，将所述电阻炉的石墨黏土坩埚在200℃、400℃、600℃和800℃下分别烘60min，保证所述石墨黏土坩埚充分干燥和高温下无裂纹。
优选地，步骤1中在除气精炼之前，将除渣过程中使用的扒渣工具及精炼用钟罩除锈涂上氧化锌涂料，并烘干。
目前利用铝合金良好的导电性将其用于架空导线的研究较多，而用于电热合金的高电阻铝合金研究较少，本发明根据铝合金中各合金元素的作用，“以铝代镍、铬”制备得到一种高电阻铝合金。
具体的，本发明研究表明：Zr、Cr、V、Mn、Li和Ti等元素对铝合金导体材料的电阻率有严重的影响，且合金元素固溶于铝基体中对电阻率的影响较大。Mn元素是铝基体中常见的添加元素，Mn在Al中的最大固溶度为1.82％，高于Zr、Cr、V、Ti、Si、Fe等；在固溶状态下，Mn对电阻率影响高于Ti、Mg、Fe、Si；在析出状态下，Mn对电阻率的影响高于V、Ti、Si、Mg、Fe。Al-Mn合金在结晶过程中过冷度很大，因此在快速冷却过程中，Mn会在Al中形成过饱和固溶体，Mn原子固溶在铝合金中打破铝点阵的周期性，使点阵产生畸变，电子被Mn原子偏转而增加电阻率。
Mg是提高Al合金力学性能的常加元素之一且不与Mn结合形成析出相，而且快速冷却能够分别提高两种元素在铝基体中的固溶度，使得合金电阻率大幅度提高；Mg在铝基体中的固溶度较大为18.9％，因此，Mg不但可以提高铝合金力学性能而且能进一步提高电阻率。Ti加入铝基体中可细化基体晶粒，并进一步提高力学性能和电阻率。例如在Mn元素含量达到1.7％时，合金晶粒明显细化，且快速凝固使得Al6Mn析出相尺寸减小，合金延伸率较高为18％，相比1.5％Mn合金的20％仅减少了2％。当Mn含量≥1.7％时，合金电阻率高于10.0×10-2Ω·mm2·m-1，抗拉强度为257～275MPa，屈服强度为136～156MPa，断裂伸长率为7～18％。因此，铝合金中添加不同含量的Mg、Mn、Ti元素必定会对铝合金的电阻率和力学性能产生影响。
与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：
本发明上述铝合金的化学成分中，通过调整Al基体中Mg、Mn和Ti元素的含量及熔炼工艺，提高各元素在Al基体中的固溶度，控制析出相的含量、分布和尺寸及基体晶粒尺寸，充分发挥各合金元素的作用，显著提高铝合金的电阻率和力学性能。
铸态下，铝合金电阻率达到9.5-10.4×10-2Ω·mm2·m-1，相比纯铝提高了3倍以上，抗拉强度为257-277MPa，屈服强度为127-156MPa，断裂伸长率为7-20％。其电阻率可达到发热电缆的要求(电阻率≥10.0×10-2Ω·mm2·m-1)，同时力学性能也满足使用要求，这将对制备铝合金发热电缆具有重要的意义。
本发明中“以铝代镍、铬”制备电热合金，降低发热电缆的成本和重量，实现发热电缆的广泛使用。
附图说明
图1为本发明实施例中表示用于评价实施例的电阻率的实验片形状图；
图2为发明实例中合金电阻率图；
图3为本发明实施例中表示用于评价实施例的强度特性的拉伸试验片的形状图；
图4为本发明实施例2拉伸性能的形状图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg为4.5％、Mn为1.5％、Ti为0.07％、Fe为0.03％、Si为0.03％，余量为Al。
本实施例上述高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，可以采用以下工艺制备，具体步骤如下：
第一步，准备：
1)、将扒渣工具及精炼用钟罩除锈并涂上氧化锌涂料，并在烘干箱中烘干；浇注用铜模在烘干箱烘干后放在室温备用。
2)、预热：将工业纯铝、Al-Mg、Al-Mn、Al-Ti中间合金在烘干箱中150℃温度下保温60min。
3)、准备坩埚：在熔炼之前，将石墨黏土坩埚分别在200℃、400℃、600℃和800℃下烘60min，保证坩埚充分干燥和高温下无裂纹。
第二步，合金熔炼：
1)、在电阻炉中，将工业纯Al置于石墨黏土坩埚熔化，温度升至500℃加入覆盖剂(NaCl:KCl＝1:1)，之后过热到800℃，加入Al-Mn中间合金，当Al-Mn中间合金全部熔化，搅拌Al-Mn熔体10min。
2)、调整Al-Mn合金熔体温度到730℃，在Ar气保护下加入Al-Mg中间合金，熔化后用石墨棒搅拌Al-Mn-Mg合金熔体保温10min。
3)、在Al-Mn-Mg合金熔体中加入Al-Ti中间合金，保温10min，搅拌2min，形成Al-Mn-Mg-Ti合金熔体。
4)、调整Al-Mn-Mg-Ti合金熔体温度到725℃，用C2Cl6精炼剂进行精炼，静置除渣除气，710℃浇入石墨模具，得到Al-Mn-Mg-Ti合金。
第三步，重熔浇铸：
将制备的Al-Mn-Mg-Ti合金加入中频感应炉，通Ar气保护，当温度升至710℃，保温，当合金全部熔化，注入片状铜模冷却，获得Al-Mn-Mg-Ti铝合金，得到的薄片状试样尺寸：长80mm×宽80mm×厚1.5mm。
本实施例得到的产品试样分别用X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)检测相的种类，用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察组织形貌、大小和分布。参照图1所示，用于评价电阻率的实验片形状图，通过将本实施例产品试样制成如图1所示的φ30×5mm的试验片，利用数字便携式涡流导电仪(XIAMEN FIRST ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD)测定电导率，经测试，给出值是5个测定值的平均值，铝合金材料的电阻率为9.50×10-2Ω·mm2·m-1。参照图3所示，用于评价强度特性的拉伸试验片的形状图，通过线切割从各试验材料制成如图3所示形状的拉伸试片，试片表面清洗抛光，在Zwick/Roell万能材料试验机上进行力学性能测试，拉伸速率为1mm/min，给出值是3个产品试样测试值的平均，抗拉强度(Rm/MPa)为277MPa，屈服强度(Rp0.2/MPa)为127MPa，断裂伸长率20％。
实施例2
本实施例提供了一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg 4.6％、Mn 1.7％、Ti 0.06％、Fe 0.05％、Si 0.06％，余量为Al。
本实施例上述高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，可以采用以下工艺制备，具体步骤如下：
第一步，准备：
1)、将扒渣工具及精炼用钟罩除锈并涂上氧化锌涂料，并在烘干箱中烘干；浇注用铜模在烘干箱烘干后放在室温备用。
2)、预热：将工业纯铝、Al-Mg、Al-Mn、Al-Ti中间合金在烘干箱中150℃温度下保温60min。
3)、准备坩埚：在熔炼之前，将石墨黏土坩埚分别在200℃、400℃、600℃和800℃下烘60min，保证坩埚充分干燥和高温下无裂纹。
第二步，熔炼：
1)、在电阻炉中，将工业纯Al置于石墨黏土坩埚熔化，温度升至500℃加入覆盖剂(NaCl:KCl＝1:1)，之后过热到750℃，加入Al-Mn中间合金，当Al-Mn中间合金全部熔化，搅拌Al-Mn合金熔体10min。
2)、调整Al-Mn合金熔体温度到730℃，在Ar气保护下加入Al-Mg中间合金，熔化后石墨棒搅拌Al-Mn-Mg合金熔体保温10min。
3)、在Al-Mn-Mg合金熔体中加入Al-Ti中间合金，保温10min，搅拌2min，形成Al-Mn-Mg-Ti合金熔体。
4)、调整Al-Mn-Mg-Ti合金熔体温度到730℃，用C2Cl6精炼剂进行精炼，静置除渣除气，710℃浇入石墨模具，得到Al-Mn-Mg-Ti合金。
第三步，重熔浇铸：
将制备的Al-Mn-Mg-Ti合金加入中频感应炉，通Ar气保护，当温度升至710℃，保温，当合金全部熔化，注入片状铜模冷却，获得Al-Mn-Mg-Ti铝合金，得到的薄片状试样尺寸：长80mm×宽80mm×厚1.5mm。
本实施例得到的产品试样分别用X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)检测相的种类，用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察组织形貌、大小和分布。参照图1所示，用于评价电阻率的实验片形状图，通过将本实施例产品试样制成如图1所示的φ30×5mm的试验片，利用数字便携式涡流导电仪(XIAMEN FIRST ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD)测定电导率，经测试，给出值是5个测定值的平均值，铝合金材料的电阻率为10.11×10-2Ω·mm2·m-1。参照图3所示，用于评价强度特性的拉伸试验片的形状图通过线切割从各试验材料制成如图3所示形状的拉伸试片，试片表面清洗抛光，在Zwick/Roell万能材料试验机上进行力学性能测试，参照图4所示本实施例中拉伸性能的形状图所示，拉伸速率为1mm/min，分别给出值是3个产品试样测试值的平均，合金抗拉强度(Rm/MPa)为271MPa，屈服强度(Rp0.2/MPa)为136MPa，断裂伸长率18％。
实施例3
本实施例提供了一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg 4.8％、Mn 1.7％、Ti 0.10％、Fe 0.07％、Si 0.11％，余量为Al。
本实施例上述高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，可以采用以下工艺制备，具体步骤如下：
第一步，准备：
1)、将扒渣工具及精炼用钟罩除锈并涂上氧化锌涂料，并在烘干箱中烘干；浇注用铜模在烘干箱烘干后放在室温备用。
2)、预热：将工业纯铝、Al-Mg、Al-Mn、Al-Ti中间合金在烘干箱中150℃温度下保温60min。
3)、准备坩埚：在熔炼之前，将石墨黏土坩埚分别在200℃、400℃、600℃和800℃下烘60min，保证坩埚充分干燥和高温下无裂纹。
第二步，熔炼：
1)、在电阻炉中，将工业纯Al置于石墨黏土坩埚熔化，温度升至500℃加入覆盖剂(NaCl:KCl＝1:1)，之后过热到800℃，加入Al-Mn中间合金，当中间合金全部熔化，搅拌Al-Mn熔体10min。
2)、调整Al-Mn合金熔体温度到730℃，在Ar气保护下加入Al-Mg中间合金，熔化后石墨棒搅拌Al-Mn-Mg熔体保温10min。
3)、在Al-Mn-Mg合金熔体中加入Al-Ti中间合金，保温10min，搅拌2min，形成Al-Mn-Mg-Ti合金熔体。
4)、调整Al-Mn-Mg-Ti合金熔体温度到730℃，用C2Cl6精炼剂进行精炼，静置除渣除气，710℃浇入石墨模具。
第三步，重熔浇铸：
将制备的Al-Mn-Mg-Ti铝合金加入中频感应炉，通Ar气保护，当温度升至720℃，保温，当合金全部熔化，注入片状铜模冷却，获得铝合金，得到的薄片状试样尺寸：长80mm×宽80mm×厚1.5mm。
本实施例得到的产品试样分别用X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)检测相的种类，用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察组织形貌、大小和分布。参照图1所示，用于评价电阻率的实验片形状图，通过将本实施例产品试样制成如图1所示的φ30×5mm的试验片，利用数字便携式涡流导电仪(XIAMEN FIRST ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD)测定电导率，经测试，给出值是5个测定值的平均值，铝合金材料的电阻率为10.27×10-2Ω·mm2·m-1。参照图3所示，用于评价强度特性的拉伸试验片的形状图，通过线切割从各试验材料制成如图3所示形状的拉伸试片，试片表面清洗抛光，在Zwick/Roell万能材料试验机上进行力学性能测试，拉伸速率为1mm/min，分别给出值是3个产品试样测试值的平均，合金抗拉强度(Rm/MPa)为275MPa，屈服强度(Rp0.2/MPa)为137MPa，断裂伸长率15％。
实施例4
本实施例提供了一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg 4.4％、Mn 2.0％、Ti 0.06％、Fe 0.03％、Si 0.06％，余量为Al。
本实施例上述高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，可以采用以下工艺制备，具体步骤如下：
第一步，准备：
1)、将扒渣工具及精炼用钟罩除锈并涂上氧化锌涂料，并在烘干箱中烘干；浇注用铜模在烘干箱烘干后放在室温备用。
2)、预热：将工业纯铝、Al-Mg、Al-Mn、Al-Ti中间合金在烘干箱中150℃温度下保温60min。
3)、准备坩埚：在熔炼之前，将石墨黏土坩埚分别在200℃、400℃、600℃和800℃下烘60min，保证坩埚充分干燥和高温下无裂纹。
第二步，熔炼：
1)、在电阻炉中，将工业纯Al置于石墨黏土坩埚熔化，温度升至500℃加入覆盖剂(NaCl:KCl＝1:1)，之后过热到770℃，加入Al-Mn中间合金，当Al-Mn中间合金全部熔化，搅拌Al-Mn合金熔体10min。
2)、调整Al-Mn合金熔体温度到720℃，在Ar气保护下加入Al-Mg中间合金，熔化后石墨棒搅拌Al-Mn-Mg合金熔体保温10min。
3)、在Al-Mn-Mg合金熔体中加入Al-Ti中间合金，保温10min，搅拌2min，形成Al-Mn-Mg-Ti合金熔体。
4)、调整Al-Mn-Mg-Ti合金熔体温度到720℃，用C2Cl6精炼剂进行精炼，静置除渣除气，710℃浇入石墨模具，得到Al-Mn-Mg-Ti合金。
第三步，重熔浇铸：
将制备的Al-Mn-Mg-Ti合金加入中频感应炉，通Ar气保护，当温度升至715℃，保温，当合金全部熔化，注入片状铜模冷却，获得Al-Mn-Mg-Ti铝合金，得到的薄片状试样尺寸：长80mm×宽80mm×厚1.5mm。
本实施例得到的产品试样分别用X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)检测相的种类，用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察组织形貌、大小和分布。参照图1所示，用于评价电阻率的实验片形状图，通过将本实施例产品试样制成如图1所示的φ30×5mm的试验片，利用数字便携式涡流导电仪(XIAMEN FIRST ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD)测定电导率，经测试，给出值是5个测定值的平均值，铝合金材料的电阻率为10.40×10-2Ω·mm2·m-1。参照图3所示，用于评价强度特性的拉伸试验片的形状图，通过线切割从各试验材料制成如图3所示形状的拉伸试片，试片表面清洗抛光，在Zwick/Roell万能材料试验机上进行力学性能测试，拉伸速率为1mm/min，分别给出值是3个产品试样测试值的平均，合金抗拉强度(Rm/MPa)为263MPa，屈服强度(Rp0.2/MPa)为150MPa，断裂伸长率8％。
实施例5
本实施例提供了一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg 4.0％、Mn 2.1％、Ti 0.10％、Fe 0.07％、Si 0.11％，余量为Al。
本实施例上述高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，可以采用以下工艺制备，具体步骤如下：
第一步，准备：
1)、将扒渣工具及精炼用钟罩除锈并涂上氧化锌涂料，并在烘干箱中烘干；浇注用铜模在烘干箱烘干后放在室温备用。
2)、预热：将工业纯铝、Al-Mg、Al-Mn、Al-Ti中间合金在烘干箱中150℃温度下保温60min。
3)、准备坩埚：在熔炼之前，将石墨黏土坩埚分别在200℃、400℃、600℃和800℃下烘60min，保证坩埚充分干燥和高温下无裂纹。
第二步，熔炼：
1)、在电阻炉中，将工业纯Al置于石墨黏土坩埚熔化，温度升至500℃加入覆盖剂(NaCl:KCl＝1:1)，之后过热到800℃，加入Al-Mn中间合金，当Al-Mn中间合金全部熔化，搅拌Al-Mn合金熔体10min。
2)、调整Al-Mn合金熔体温度到730℃，在Ar气保护下加入Al-Mg中间合金，熔化后石墨棒搅拌Al-Mn-Mg合金熔体保温10min。
3)、在Al-Mn-Mg合金熔体中加入Al-Ti中间合金，保温10min，搅拌2min，形成Al-Mn-Mg-Ti合金熔体。
4)、调整Al-Mn-Mg-Ti合金熔体温度到730℃，用C2Cl6精炼剂进行精炼，静置除渣除气，710℃浇入石墨模具，得到Al-Mn-Mg-Ti合金。
第三步，重熔浇铸：
将制备的Al-Mn-Mg-Ti合金加入中频感应炉，通Ar气保护，当温度升至720℃，保温，当合金全部熔化，注入片状铜模冷却，获得Al-Mn-Mg-Ti铝合金，得到的薄片状试样尺寸：长80mm×宽80mm×厚1.5mm。
本实施例得到的产品试样分别用X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)检测相的种类，用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察组织形貌、大小和分布。参照图1所示，用于评价电阻率的实验片形状图，通过将本实施例产品试样制成如图1所示的φ30×5mm的试验片，利用数字便携式涡流导电仪(XIAMEN FIRST ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD)测定电导率，经测试，给出值是5个测定值的平均值，铝合金材料的电阻率为10.43×10-2Ω·mm2·m-1。参照图3所示，用于评价强度特性的拉伸试验片的形状图，通过线切割从各试验材料制成如图3所示形状的拉伸试片，试片表面清洗抛光，在Zwick/Roell万能材料试验机上进行力学性能测试，拉伸速率为1mm/min，分别给出值是3个产品试样测试值的平均，合金抗拉强度(Rm/MPa)为258MPa，屈服强度(Rp0.2/MPa)为142MPa，断裂伸长率10％。
实施例6
本实施例提供了一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg 4.9％、Mn 1.9％、Ti 0.05％、Fe 0.04％、Si 0.08％，余量为Al。
本实施例上述高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，可以采用以下工艺制备，具体步骤如下：
第一步，准备：
1)、将扒渣工具及精炼用钟罩除锈并涂上氧化锌涂料，并在烘干箱中烘干；浇注用铜模在烘干箱烘干后放在室温备用。
2)、预热：将工业纯铝、Al-Mg、Al-Mn、Al-Ti中间合金在烘干箱中150℃温度下保温60min。
3)、准备坩埚：在熔炼之前，将石墨黏土坩埚分别在200℃、400℃、600℃和800℃下烘60min，保证坩埚充分干燥和高温下无裂纹。
第二步，熔炼：
1)、在电阻炉中，将工业纯Al置于石墨黏土坩埚熔化，温度升至500℃加入覆盖剂(NaCl:KCl＝1:1)，之后过热到780℃，加入Al-Mn中间合金，当中间合金全部熔化，搅拌Al-Mn熔体10min。
2)、调整Al-Mn合金熔体温度到720℃，在Ar气保护下加入Al-Mg中间合金，熔化后石墨棒搅拌Al-Mn-Mg熔体保温10min。
3)、在Al-Mn-Mg合金熔体中加入Al-Ti中间合金，保温10min，搅拌2min，形成Al-Mn-Mg-Ti合金熔体。
4)、调整Al-Mn-Mg-Ti合金熔体温度到720℃，用C2Cl6精炼剂进行精炼，静置除渣除气，710℃浇入石墨模具，得到Al-Mn-Mg-Ti合金。
第三步，重熔浇铸：
将制备的Al-Mn-Mg-Ti合金加入中频感应炉，通Ar气保护，当温度升至720℃，保温，当合金全部熔化，注入片状铜模冷却，获得Al-Mn-Mg-Ti铝合金，得到的薄片状试样尺寸：长80mm×宽80mm×厚1.5mm。
本实施例得到的产品试样分别用X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)检测相的种类，用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察组织形貌、大小和分布。参照图1所示，用于评价电阻率的实验片形状图，通过将本实施例产品试样制成如图1所示的φ30×5mm的试验片，利用数字便携式涡流导电仪(XIAMEN FIRST ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD)测定电导率，经测试，给出值是5个测定值的平均值，铝合金材料的电阻率为10.38×10-2Ω·mm2·m-1。参照图3所示，用于评价强度特性的拉伸试验片的形状图，通过线切割从各试验材料制成如图3所示形状的拉伸试片，试片表面清洗抛光，在Zwick/Roell万能材料试验机上进行力学性能测试，拉伸速率为1mm/min，分别给出值是3个产品试样测试值的平均，合金抗拉强度(Rm/MPa)为274MPa，屈服强度(Rp0.2/MPa)为156MPa，断裂伸长率8％。
实施例7
本实施例提供了一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg 4.6％、Mn 2.5％、Ti 0.04％、Fe 0.04％、Si 0.07％，余量为Al。
本实施例上述高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，可以采用以下工艺制备，具体步骤如下：
第一步，准备：
1)、将扒渣工具及精炼用钟罩除锈并涂上氧化锌涂料，并在烘干箱中烘干；浇注用铜模在烘干箱烘干后放在室温备用。
2)、预热：将工业纯铝、Al-Mg、Al-Mn、Al-Ti中间合金在烘干箱中150℃温度下保温60min。
3)、准备坩埚：在熔炼之前，将石墨黏土坩埚分别在200℃、400℃、600℃和800℃下烘60min，保证坩埚充分干燥和高温下无裂纹。
第二步，熔炼：
1)、在电阻炉中，将工业纯Al置于石墨黏土坩埚熔化，温度升至500℃加入覆盖剂(NaCl:KCl＝1:1)，之后过热到790℃，加入Al-Mn中间合金，当中间合金全部熔化，搅拌Al-Mn熔体10min。
2)、调整Al-Mn合金熔体温度到730℃，在Ar气保护下加入Al-Mg中间合金，熔化后石墨棒搅拌Al-Mn-Mg熔体保温10min。
3)、在Al-Mn-Mg合金熔体中加入Al-Ti中间合金，保温10min，搅拌2min，形成Al-Mn-Mg-Ti合金熔体。
4)、调整Al-Mn-Mg-Ti合金熔体温度到730℃，用C2Cl6精炼剂进行精炼，静置除渣除气，710℃浇入石墨模具，得到Al-Mn-Mg-Ti合金。
第三步，重熔浇铸：
将制备的Al-Mn-Mg-Ti合金加入中频感应炉，通Ar气保护，当温度升至710℃，保温，当合金全部熔化，注入片状铜模冷却，获得Al-Mn-Mg-Ti铝合金，得到的薄片状试样尺寸：长80mm×宽80mm×厚1.5mm。
本实施例得到的产品试样分别用X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)检测相的种类，用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察组织形貌、大小和分布。参照图1所示，用于评价电阻率的实验片形状图，通过将本实施例产品试样制成如图1所示的φ30×5mm的试验片，利用数字便携式涡流导电仪(XIAMEN FIRST ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD)测定电导率，经测试，给出值是5个测定值的平均值，铝合金材料的电阻率为10.19×10-2Ω·mm2·m-1。参照图3所示，用于评价强度特性的拉伸试验片的形状图，通过线切割从各试验材料制成如图3所示形状的拉伸试片，试片表面清洗抛光，在Zwick/Roell万能材料试验机上进行力学性能测试，拉伸速率为1mm/min，分别给出值是3个产品试样测试值的平均，合金抗拉强度(Rm/MPa)为257MPa，屈服强度(Rp0.2/MPa)为154MPa，断裂伸长率7％。
由上述实施例表明：合金成分是控制材料电阻率和力学性能的关键因素之一。在本发明中，Mn元素是提高合金电阻率的主要元素，在试验条件下得到Mn在铝基体中的固溶度达到1.3％，Mn原子固溶在铝基体中打破铝点阵的周期性，使点阵产生畸变，电子被Mn原子偏转而使电阻率显著提高；过量Mn元素在铝基体中形成Al6Mn相，Al6Mn相虽然是脆生相，但其在快速冷却过程中相尺寸较小，此外当Mn含量达到1.7％时，基体晶粒明显细化，使得合金延伸率变化较小的同时电阻率进一步提高。
在本发明中，Mg在铝基体中的固溶度达到3.8％，过量的Mg元素在铝基体中形成Al3Mg2相，Mg和Mn元素不会相互作用形成析出相，因此，Mg的添加对Mn在铝基体中的固溶度影响较小，Mg元素不仅大大提高了合金强度，而且也提高了合金电阻率。Ti元素是微量元素，主要作用是细化基体晶粒。
参考图2所示，铸态下，高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金电阻率达到9.5～10.4×10-2Ωmm2m-1，相比纯铝提高了3倍以上，同时力学性能也满足使用要求，这将对制备铝合金发热电缆具有重要的意义。
上述实施例的铝合金的组成(质量％)
序号 Mg Mn Ti Fe Si Al
实施例1 4.5 1.5 0.07 0.03 0.03 剩余部分
实施例2 4.6 1.7 0.06 0.05 0.06 剩余部分
实施例3 4.8 1.7 0.07 0.05 0.07 剩余部分
实施例4 4.4 2.0 0.06 0.03 0.06 剩余部分
实施例5 4.0 2.1 0.10 0.07 0.11 剩余部分
实施例6 4.9 1.9 0.05 0.04 0.08 剩余部分
实施例7 4.6 2.5 0.05 0.04 0.07 剩余部分
上述实施例的铸态下试验材料的特性评价
Figure BDA0002965226110000141
Figure BDA0002965226110000151
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，其特征在于，所述铝合金由以下质量百分含量的元素组成：Mg为4.0％-4.4％、Mn为2.1％-2.5％、Ti为0.04％-0.10％、Fe为0.03％-0.07％、Si为0.03％-0.11％，不可避免的杂质总和≤0.15％，余量为Al；铸态下，所述铝合金的电阻率达到9.5～10.4×10-2Ω·mm2·m-1。
2.根据权利要求1所述的一种高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金，其特征在于，铸态下，所述铝合金的抗拉强度为257MPa-277MPa，屈服强度为127MPa-156MPa，断裂伸长率7％-20％。
3.一种权利要求1-2中任一项所述的高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，合金熔炼：
在电阻炉中，先加入工业纯铝，温度升至500℃～600℃时，加入覆盖剂，之后过热到750℃～800℃，加入Al-Mn中间合金，当所述Al-Mn中间合金全部熔化，搅拌熔体，调整熔体温度到720℃～730℃，在Ar气保护下加入Al-Mg中间合金，当所述Al-Mg合金熔化后，搅拌Al-Mn-Mg合金熔体，加入Al-Ti中间合金，当所述Al-Ti合金熔化后，充分搅拌，然后除气精炼，停电，静置熔体；熔体温度为710℃～720℃时出炉浇铸，得到Al-Mg-Mn-Ti合金；
步骤2，重熔浇铸：
将步骤1制备得到的所述Al-Mg-Mn-Ti合金加入中频感应炉，通Ar气保护，温度升至710℃～720℃，保温，当合金全部熔化，注入片状铜模冷却，获得所述Al-Mg-Mn-Ti铝合金。
4.根据权利要求3所述的高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金的制备工艺，其特征在于，步骤1中所述除气精炼，是指：将合金熔体的温度调整至720℃-730℃，向所述合金熔体中加入C2Cl6精炼剂进行精炼，之后静置除渣除气。
5.根据权利要求3所述的高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金的制备工艺，其特征在于，所述工艺还包括：熔炼之前，将所述工业纯铝、所述Al-Mn中间合金、所述Al-Mg中间合金、所述Al-Ti中间合金在烘干箱中150℃-250℃温度下保温60min-120min，保证合金足够干燥；将浇注用所述片状铜模在烘干箱中150℃-250℃下保温60min-120min，取出备用。
6.根据权利要求3所述的高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金的制备工艺，其特征在于，所述工艺还包括：在熔炼之前，将所述电阻炉的石墨黏土坩埚在200℃、400℃、600℃和800℃下分别烘60min，保证所述石墨黏土坩埚充分干燥和高温下无裂纹。
7.根据权利要求3所述的高电阻Al-Mg-Mn-Ti铝合金的制备工艺，其特征在于，步骤1中在除气精炼之前，将除渣过程中使用的扒渣工具及精炼用钟罩除锈涂上氧化锌涂料，并烘干。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2192258T3 (es) * 1997-11-20 2003-10-01 Alcan Tech & Man Ag Procedimiento para la fabricacion de un componente de estructuras de una aleacion de aluminio de moldeo a presion.
JP2011144440A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Sumitomo Light Metal Ind Ltd リチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔
CN102363850A (zh) * 2011-11-03 2012-02-29 无锡欧亚精密冲压件有限公司 一种电机转子用铝合金的生产工艺
CN102886618A (zh) * 2012-10-19 2013-01-23 东北大学 一种提高Mn含量的铝镁合金焊丝
CN103328668A (zh) * 2011-01-27 2013-09-25 日本轻金属株式会社 高电阻铝合金
CN108472770A (zh) * 2015-11-13 2018-08-31 伊利诺斯工具制品有限公司 铝焊接填充金属
CN109554589A (zh) * 2018-10-20 2019-04-02 江苏中色锐毕利实业有限公司 一种高导热稀土铝合金、制备方法及其应用
CN110724862A (zh) * 2019-10-24 2020-01-24 广西南南铝加工有限公司 一种船舶用铝合金型材制备工艺
CN111378878A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 嘉丰工业科技（惠州）有限公司 一种高延展性非热处理压铸铝合金及其制备方法
WO2020214750A1 (en) * 2019-04-19 2020-10-22 Magna International Inc. Non-heat-treated casting alloys for automotive structural applications

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2192258T3 (es) * 1997-11-20 2003-10-01 Alcan Tech & Man Ag Procedimiento para la fabricacion de un componente de estructuras de una aleacion de aluminio de moldeo a presion.
JP2011144440A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Sumitomo Light Metal Ind Ltd リチウムイオン電池電極集電体用アルミニウム合金箔
CN103328668A (zh) * 2011-01-27 2013-09-25 日本轻金属株式会社 高电阻铝合金
CN102363850A (zh) * 2011-11-03 2012-02-29 无锡欧亚精密冲压件有限公司 一种电机转子用铝合金的生产工艺
CN102886618A (zh) * 2012-10-19 2013-01-23 东北大学 一种提高Mn含量的铝镁合金焊丝
CN108472770A (zh) * 2015-11-13 2018-08-31 伊利诺斯工具制品有限公司 铝焊接填充金属
CN109554589A (zh) * 2018-10-20 2019-04-02 江苏中色锐毕利实业有限公司 一种高导热稀土铝合金、制备方法及其应用
CN111378878A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 嘉丰工业科技（惠州）有限公司 一种高延展性非热处理压铸铝合金及其制备方法
WO2020214750A1 (en) * 2019-04-19 2020-10-22 Magna International Inc. Non-heat-treated casting alloys for automotive structural applications
CN110724862A (zh) * 2019-10-24 2020-01-24 广西南南铝加工有限公司 一种船舶用铝合金型材制备工艺

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