CN113151716A

CN113151716A - 一种电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金及其制备方法

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Publication number: CN113151716A
Application number: CN202110249327.2A
Authority: CN
Inventors: 周细应; 黄崇祺; 种鹏蛟; 王兵胜; 王博; 吴恺威; 杨燕平
Original assignee: Shanxi Shipping Aluminum Technology Co ltd; Wenzhou Anneng Technology Co ltd; Shanghai University of Engineering Science
Current assignee: Shanxi Shipping Aluminum Technology Co ltd; Wenzhou Anneng Technology Co ltd; Shanghai University of Engineering Science
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2041-03-08
Also published as: CN113151716B

Abstract

本发明公开了一种电缆屏蔽用Al‑Fe‑Mg‑Cu系铝合金及其制备方法，包括，以改进的8000系铝合金作为基体，使用熔化炉将铝锭加热至液态，加入适量有关元素使基体合金化，通过使用此配方的铝合金代替铜制造电缆屏蔽带，有效解决了传统铜制屏蔽带材的铜消耗问题，实现节约铜资源的目的；有效解决了普通铝制屏蔽带强度、伸长率、导电率等性能相互制约的问题；有望成为低成本电缆屏蔽材料，大幅降低了电缆的原材料成本，提高了产品的市场竞争力。

Description

一种电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金及其制备方法

技术领域

本发明属于电磁屏蔽材料领域，具体涉及到一种电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金及其制备方法。

背景技术

电缆具有劳动密集、资金密集、科技含量低等特征，金属屏蔽带是中低压电力电缆的必要结构，起到电磁脉冲屏蔽功能，高压电缆主要使用波纹铝护套，中低压电缆以铜带为主。中国铜资源储量仅约2600万吨，难以满足国内行业的生产使用。与之形成鲜明对比的是，中国的铝资源储量丰富，约为27亿吨。使用铝材生产屏蔽带以代替现有的铜制产品可以大大降低铜资源消耗，降低成本，促进行业的可持续性发展。

纯铝具有密度小，熔点低，塑性高，抗腐蚀性好，导电性能较好等优点，但是强度较低，不能直接用于制造屏蔽带使用。

为保证实际使用中对抗拉强度、伸长率、导电率等性能的要求，需要采用合金化方法对其进行改进。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金，包括，元素Fe、元素Mg、元素Si、元素Cu、元素Re、元素B和元素Al；其中，所述铝合金配方按照以下质量百分比组成：0.7～0.8％的Fe，0.8～0.9％的Mg，小于0.07％的Si，0.40％的Cu，0.17～0.20％的Re，0.005～0.007％的B，余量为Al补足至100％。

作为本发明所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金的一种优选方案，其中：所述元素Al，来源于铝基体，所述铝基体为改进型的8000系合金，其基础导电率在60％IACS。

作为本发明所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金的一种优选方案，其中：所述元素Fe、元素Mg、元素Si、元素Cu、元素Re、元素B来源于掺杂相应金属元素的中间合金锭。

作为本发明所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金的一种优选方案，其中：所述中间合金锭中基础铝为Al99.7E。

作为本发明所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金的一种优选方案，其中：所述铝合金配方按照以下质量百分比组成：0.743％的Fe，0.795～0.793％的Mg，0.0426～0.0433％的Si，0.428～0.436％的Cu，0.177～0.18％的Re，0.0047～0.0064％的B，余量为Al补足至100％。

作为本发明所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金的一种优选方案，其中：所述铝合金配方按照以下质量百分比组成：0.743％的Fe，0.795％的Mg，0.0426％的Si，0.428％的Cu，0.177％的Re，0.0347％的B，余量为Al补足至100％。

本发明的再一个目的是克服现有技术不足，提供一种电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金的制备方法，包括，

基体材料选择：选择改进的8000系铝合金作为基体材料；

设置熔化炉温度为750℃，将铝锭加热至液态；

制备铝合金：添加元素以铝-添加元素的中间合金形式在保温炉或熔化炉之间的流槽中加入，铝-添加元素中间合金锭的基础铝为Al99.7E；

搅拌：采用人工搅拌和电磁搅拌的方法，首先在中间合金锭压入铝液后使用人工搅拌使之均匀化，然后在保温炉采用左旋、右旋、前、后的电磁搅拌，进一步保证其成分均匀，加入表面覆盖剂；

炉内除气、扒渣；

炉外除气和过滤，即得电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金。

本发明有益效果：

(1)本发明使用铝合金材料生产电缆屏蔽带，可实现代替现有的铜制电缆屏蔽带的目的，可以大大降低铜资源消耗。

(2)本发明通过采用合金化方法对铝基体材料进行改进，提高在实际使用中屏蔽带的抗拉强度、伸长率、导电率性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明实施例1中铝熔炉工作示意图。

图2为本发明实施例2中铝合金在不同处理状态的金相组织图。

图3为本发明实施例2中铝合金X-Ray衍射分析图。

图4为本发明实施例4中铝带合金不同退火温度下的抗拉强度和延伸率曲线图。

图5为本发明实施例5中铝合金带拉伸试样外观形貌图。

图6为本发明实施例5中铝合金带拉伸断口扫描电镜组织图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

一种新型电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金配方及其制备方法，包括以下步骤：

第一步、基体材料选择

使用牌号为A199.7E的铝锭(采购于广西平果铝厂)，其特点是Ti+V+Mn+Cr的总含量低，Si含量低。

所述8000系铝合金牌号A199.7E，标准成分如表1

表1 A199.7E的化学成分(质量分数)％

第二步、设置熔化炉温度为750℃，将铝锭加热至液态；在加热完成后需要进行保温。

第三步、制备铝合金

通过图1的铝熔炉工作示意图，包括人工搅拌装置100、金属笼200、熔炉300和电磁搅拌器400，其中，人工搅拌100设置在熔炉300腔体内，金属笼200可移动设在熔炉300腔体中，磁搅拌器400设置在熔炉300内部底端。

添加适量的中间合金锭，包含铝铁、铝镁、铝铜、铝稀土、铝硼。使用氧化铝制金属笼200将中间合金快速压入铝液中，制得铝合金。

中间合金锭中铝铁成分为4％Fe，基础铝牌号A199.7E，使用的是低碳铁，可增加强度，降低导电率较少。

中间合金锭中铝镁成分为10％Mg，基础铝牌号A199.7E，可增加强度，并降低导电率。

中间合金锭中铝铜成分为10％Cu，基础铝牌号A199.7E，使用的是二号铜，可增加强度。

中间合金锭中铝稀土成分为10％Re，基础铝牌号A199.7E，是以La为主的混合稀土元素，牌号为194020A，可提高导电率，提高加工性能，所使用混合稀土金属的化学成分如表2。

表2 194020牌号稀土金属的化学成分(GB/T 4153-2008)

中间合金锭中铝硼成分为3％B，基础铝牌号A199.7E，可细化晶粒，增加强度并降低Ti+V+Mn+Cr微量元素对导电率的有害影响，

第四步、搅拌

在加入中间合金后首先使用人工搅拌装置100使之均匀化，然后在保温炉采用左旋、右旋、前后的电磁搅拌器400，进一步保证其成分的均匀，在铝液盖表面加入表面覆盖剂，静置；

第五步、炉内除气、扒渣；

第六步、炉外除气和过滤，出炉，即得合金锭。

第三步中，带材设计的铝合金配方如表3。

表3带材设计的铝合金配方

余量以Al补足至100％。

使用铝-硼中间合金中的硼含量为≥3％B，原材料铝用的是A199.7E。

根据标准GB/T1196-2017规定Ti+V+Mn+Cr≤0.02％，本发明要求为Ti+V+Mn+Cr≤0.01％，如果达不到0.01％的要求，按表3要求铝合金配方中控制的化学成分硼，其含量应控制在0.007％。在第三步中，对加入添加元素的铝液取样分析成分，如不合格需要迅速调整成分。

可以看到人工搅拌装置和电磁搅拌器共同使用可以提高铝锭熔化效果，并且长时间的搅拌对于调整成分和成分的均匀性改善显得尤为重要。使用金属笼快速压入中间合金锭也可提高添加元素的均匀性。

实施例2

(1)按照实施例1中的工艺条件，制得铝合金，并将其制备成铝合金带，铝合金带具体成分如表4所示。

表4铝合金带的元素含量(质量分数wt％)

(2)铝合金带材加工工艺，包括以下步骤：

第一步、铣面

对铝合金进行加工，铣面参数：最低点6～8mm/单面，刀痕深度≤0.1mm，铣面后表面光洁，无裂纹、夹渣。

第二步、对铝合金进行两次均匀化加热

第一阶段炉气设定510℃，测锭温到495℃时，保温4h转第二阶段；

第二阶段炉气设定600℃，测锭温到585℃时，保温8h转第三阶段；

第三阶段停加热器，当测锭温到510℃时设定炉气520℃，保温2h后出炉轧制；

第三步、进行热轧制加工(初轧)

目标规格：

开轧温度：470～490℃

终轧温度270～290℃

轧制工艺见表5。

表5

第四步、进行中间退火

中间退火厚度：0.8mm、1.0mm

中间退火取样：0.8mm、1.0mm头部取样(为中间退火确定温度)

中间退火工艺：

目标金属温度：320℃～350℃，保温2h；

200℃×2h(挥发除油)+420℃×3h+360℃×3h

第五步、进行冷轧制加工(精轧)

冷轧成品目标规格：

轧制工艺见表6。

表6

第六步、进行成品退火

目标温度250℃～320℃

180℃×2h+220℃×2h+275℃×6h

第七步、检测

经检测抗拉强度为150～155Mpa，伸长率14～16％，折弯性：反复12次。

(3)测定铝合金在不同处理状态的金相组织，结果见图2，其中，图2(a)为铸前铝合金金相组织图，图2(b)为热轧处理的铝合金金相组织图，图2(c)铝合金带材金相组织图。

可以看出，熔炼后铸前的铝合金金相组织主体均为铝合金α固溶体，且铝合金没有出现明显的共晶组织，热轧后铝合金和产品的金相组织除有一定程度的带状组织外，没有明显不同。

(3)XRD微观组织

对铝合金进行X-Ray衍射分析，图谱如图3所示。

由图3可以看出，铝合金带热轧和铸前的组织主要为α固溶体，未发现明显的第二相组织。

实施例3

将实施例2制得的铝合金带，测定力学性能：

对不同尺寸的铝合金带进行了拉伸实验，结果如表2所示。

表2铝合金带性能参数

由表2可见：铝合金带的平均强度为143MPa，延伸率平均为15.8％，不同尺寸的铝合金带展现出的力学拉伸性能相对稳定，未出现显著的差异性，铝合金带的延伸率均高于12％。

实施例4

不同退火温度(成品退火目标温度)下的铝合金带力学性能：

在实施例3的工艺条件下，测定不同退火温度下的铝合金带力学性能，表3为铝合金带不同退火温度下的力学性能参数。铝带合金不同退火温度下的抗拉强度和延伸率曲线图见图4。

由表3可以看出，随着退火温度从100℃升高到360℃，配方成分铝带的抗拉强度数值由280MPa逐渐降低至122MPa，而延伸率表现为先增大后减小，当退火温度为320℃时，配方成分铝带的延伸率均达到最大值为16.3％。

表3铝合金带不同热处理温度下力学性能参数

实施例5

拉伸断口形貌

铝合金带拉伸试样外观形貌如图5所示，由图可以看出，试样拉伸断口总体呈现一般铝合金板拉伸断口，对于铝合金带而言，断口为45°左右夹角，具有典型的韧性断口形貌。应该注意到，由于铝合金带厚度较薄，断口容易出现在刻划标线之外，从而造成一定程度的偏差。

铝合金带拉伸断口扫描电镜组织如图6所示，由图可以看出，铝合金带拉伸断口扫描电镜均呈现典型的韧窝结构。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金，其特征在于：包括，

元素Fe、元素Mg、元素Si、元素Cu、元素Re、元素B和元素Al；其中，

所述铝合金配方按照以下质量百分比组成：0.7～0.8％的Fe，0.8～0.9％的Mg，小于0.07％的Si，0.40％的Cu，0.17～0.20％的Re，0.005～0.007％的B，余量为Al补足至100％。

2.如权利要求1所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金，其特征在于：所述元素Al，来源于铝基体，所述铝基体为改进型的8000系合金，其基础导电率在60％IACS。

3.如权利要求2所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金，其特征在于：所述元素Fe、元素Mg、元素Si、元素Cu、元素Re、元素B来源于掺杂相应金属元素的中间合金锭。

4.如权利要求3所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金，其特征在于：所述中间合金锭中基础铝为Al99.7E。

5.如权利要求1或2所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金，其特征在于：所述铝合金配方按照以下质量百分比组成：0.743％的Fe，0.795～0.793％的Mg，0.0426～0.0433％的Si，0.428～0.436％的Cu，0.177～0.18％的Re，0.0047～0.0064％的B，余量为Al补足至100％。

6.如权利要求5所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金，其特征在于：所述铝合金配方按照以下质量百分比组成：0.743％的Fe，0.795％的Mg，0.0426％的Si，0.428％的Cu，0.177％的Re，0.0347％的B，余量为Al补足至100％。

7.如权利要求1～6中任一所述电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金的制备方法，其特征在于：包括，

基体材料选择：选择改进的8000系铝合金作为基体材料；

设置熔化炉温度为750℃，将铝锭加热至液态；

炉内除气、扒渣；

炉外除气和过滤，即得电缆屏蔽用Al-Fe-Mg-Cu系铝合金。