CN114774743A - 一种新能源汽车用实芯铝合金导体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车用实芯铝合金导体及其制备方法，其中铝合金导体的组成及配比按质量份数计为：Si：0.30～0.60wt％、Fe：0.10～0.40wt％、Cu≤0.01wt％、Mg:0.40～0.65wt％、Re+B：0.11～0.4wt％、Ti+V+Mn+Cr≤0.015wt％、Al≥98.5wt％，Mg与Si的质量比例为1～1.5，且所述Si与Fe的质量比例为1.0～3.5。本发明采用特殊的配方，通过添加适量的Re和B进行铝液净化、晶粒细化处理，从而实现在保证机械性能的前提下，提升导电率和伸长率，使得铝合金导体具有强度高、重量轻、载流量大以及抗蠕变性好的特点，满足高压供电系统要求，降低故障率，减少维修成本，通过将制得的铝合金杆依次进行一级时效处理和二级热处理工艺(退火)，从而保证制得实芯铝合金导体性能稳定且优异。

Description

一种新能源汽车用实芯铝合金导体及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种新能源汽车用实芯铝合金导体及其制备方法。
背景技术
随着人们环保意识的加强以及节能减排策略的推动，新能源汽车始终保持快速发展趋势。目前，新能源汽车高压连接线的导体大多采用多根绞合的铜导体，具有良好的导电性能和优异的机械性能，但是随着新能源汽车提升续航里程的需求，汽车的轻量化是未来主要发展趋势。为此，以铝代铜可大幅降低线缆重量，但是由于常规铝导体存在强度低、抗蠕变性差，无法满足新能源汽车长期振动环境下的要求，因此需要设计一种新的铝合金导体材料以解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足之处而提出一种新能源汽车用实芯铝合金导体及其制备方法，所制备出的铝合金导体不仅强度高、重量轻、载流量大，同时抗蠕变性好，满足高压供电系统要求，降低故障率，减少维修成本。
实现本发明目的技术方案是：
一种新能源汽车用实芯铝合金导体，所述铝合金导体的组成及配比按质量份数计为：Si：0.30～0.60wt％、Fe：0.10～0.40wt％、Cu≤0.01wt％、Mg:0.40～0.65wt％、Re+B：0.11～0.4wt％、Ti+V+Mn+Cr≤0.015wt％、Al≥98.5wt％，所述Mg与Si的质量比例为1～1.5，且所述Si与Fe的质量比例为1.0～3.5。
进一步地，所述实芯铝合金导体的直径为8.0～30.0mm。
进一步地，所述实芯铝合金导体的截面面积为50～500mm2。
进一步地，所述实芯铝合金导体的截面为圆形、环形、长方形或瓦形。
一种如上所述的新能源汽车用实芯铝合金导体的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1:制备铝合金溶液，将99.7％的铝锭进行高温熔炼得到铝溶液，首先在所述铝溶液中按比例分别添加Al-Fe合金锭和Al-Si合金锭，并进行充分搅拌15～20分钟，然后依次均匀加入镁锭、稀土、铝硼合金锭，充分搅拌20～30分钟，得到所述铝合金溶液；
步骤S2：制备铝合金导体坯，通过对所述铝合金溶液进行在线分析，确保各成分满足要求，然后经过搅拌、精炼除气、扒渣、静置、在线除气、过滤、浇铸，制得直径为100～300mm的铝合金导体坯；
步骤S3:将所述铝合金导体坯经高频感应加热后通过康仿挤出机连续挤出铝合金杆，所述康复挤出机的挤出压缩比大于5.0，然后经过冷却制得直径为8.0～30.0mm的铝合金杆；
步骤S4:将所述铝合金杆放入时效炉中进行时效处理，再放入退火炉中进行退火处理，制得实心铝合金导体。
进一步地，步骤S3中，所述高频感应加热为连续在线加热，加热温度为500～540℃。
进一步地，步骤S3中，所述冷却采用水槽冷却或风冷，保证铝合金杆温度降低到100℃以内。
进一步地，步骤S4中，所述时效处理的温度为150～180℃，时间为4～8h。
进一步地，步骤S4中，所述退火处理的温度为240～300℃的，时间为2～6h。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
(1)本发明铝合金导体采用特殊配方，通过添加Re和B进行铝液净化、晶粒细化处理，并限定Mg与Si以及Si与Fe的质量比，从而实现在保证机械性能的前提下，提升导电率和伸长率，使得铝合金导体具有强度高、重量轻、载流量大以及抗蠕变性好的特点，满足高压供电系统要求，降低故障率，减少维修成本。
(2)本发明铝合金导体的直径为8.0～30.0mm，截面积达到50～500mm2，常规5.0mm及以上导体采用多根0.10～4.20mm单线绞合而成，即使是独根导体直径也不大于5.0mm，本发明采用独根实芯导体，与常规导体相比，制成的电缆外径更小，强度大，减小新能源汽车内部布线空间要求，从而满足不同新能源汽车高压连接线的使用需求。
(3)本发明铝合金导体的截面为圆形、环形或瓦形，满足不同使用需求，特别是瓦形截面，在后续压扁和弯折过程受力会更加均匀，从而易于弯折，提升产品性能稳定性。
(4)本发明制备方法通过对铝合金导体坯进行高频感应加热处理，软化铝合金导体坯，降低挤出压力，实现连续挤出，从而降低能耗，提升可加工性；通过将制得的铝合金杆依次进行一级时效处理和二级热处理工艺(退火)，从而制得性能稳定且优异的实芯铝合金导体，抗张强度达到115～135MPa，伸长率达到10.0～20.0％，导电率≧59.5％IACS，屈服强度≥65MPa。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例4的结构示意图；
图3为实施例5的结构示意图
图4为实施例6的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
(实施例1)
如图1所示的新能源汽车用实芯铝合金导体，截面为圆形，直径为10mm，截面积为78.5mm2。常规直径为5.0mm及以上的导体采用多根0.10～4.20mm单线绞合而成，即使是独根导体直径也不大于5.0mm，本实施例采用独根实芯导体，与常规导体相比，制成的电缆外径更小，强度大，减小新能源汽车内部布线空间要求，从而满足不同新能源汽车高压连接线的使用需求。
铝合金导体的组成及配比按质量份数计为：Si：0.45wt％、Fe：0.16wt％、Cu：0.007wt％、Mg:0.58wt％、Re+B：0.19wt％、Ti+V+Mn+Cr：0.013wt％、Al：98.6wt％。其中Si：Fe＝2.8，Mg：Si＝1.29，采用特殊配方，通过添加相应比例的Re和B进行铝液净化和晶粒细化处理，从而实现在保证机械性能的前提下，提升导电率和伸长率，使得铝合金导体具有强度高、重量轻、载流量大以及抗蠕变性好的特点，满足高压供电系统要求，降低故障率，减少维修成本；
本实施例的新能源汽车用实芯铝合金导体的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1:制备铝合金溶液，将99.7％的铝锭进行高温熔炼得到铝溶液，首先在铝溶液中按比例分别添加Al-Fe合金锭和Al-Si合金锭，并进行充分搅拌15～30分钟，然后依次均匀加入镁锭，同时每吨铝液添加10kg的AlRe10合金锭、3kg的AlB3合金锭进行铝液净化、晶粒细化处理，充分搅拌20～30分钟，得到铝合金溶液；在此过程中Re和B形成杂质沉入炉底或在铝液表面；
步骤S2：制备铝合金导体坯，通过对铝合金溶液进行在线分析，确保各成分满足上述配比要求，然后经过搅拌、精炼除气、扒渣、静置、在线除气、过滤、浇铸，制得直径为100～300mm的铝合金导体坯；
步骤S3:将铝合金导体坯经高频感应加热后通过康仿挤出机连续挤出铝合金杆，其中高频感应为在线连续加热，加热的温度为500～540℃，康复挤出机的挤出压缩比大于5.0，通过高频感应加热软化铝合金导体坯，降低挤出压力，实现连续挤出，从而降低能耗，提升可加工性，然后经过淬火冷却制得直径为15.00mm的铝合金杆；
步骤S4:将铝合金杆放入时效炉中进行时效处理，温度为150～180℃，时间为4～8h；再放入退火炉中进行退火处理，温度为240～300℃的，时间为2～6h，制得实心铝合金导体。通过将铝合金杆依次进行一级时效处理和二级热处理工艺，从而制得性能稳定且优异的实芯铝合金导体。
(实施例2)
本实施例的新能源汽车用实芯铝合金导体的结构和工艺与实施例1相同，区别在于铝合金导体的组成及配比有所不同，具体的，本实施例铝合金导体的组成及配比按质量份数计为：Si：0.41wt％、Fe：0.30wt％、Cu：0.001wt％、Mg:0.54wt％、Re+B：0.237wt％、Ti+V+Mn+Cr：0.012wt％、Al：98.50wt％。其中Si：Fe＝1.37，Mg：Si＝1.32。
(实施例3)
本实施例的新能源汽车用实芯铝合金导体的结构和工艺与实施例1相同，区别在于铝合金导体的组成及配比有所不同，具体的，本实施例铝合金导体的组成及配比按质量份数计为：Si：0.55wt％、Fe：0.16wt％、Cu：0.001wt％、Mg:0.65wt％、Re+B：0.125wt％、Ti+V+Mn+Cr：0.014wt％、Al：98.5wt％。其中Si：Fe＝3.37，Mg：Si＝1.18。
(实施例4)
本实施例的新能源汽车用实芯铝合金导体的组成及配比以及工艺与实施例1相同，区别在于铝合金导体的截面形状为环形，满足不同使用需求，在后续压扁和弯折过程受力会更加均匀，从而易于弯折，提升产品性能稳定性。
(实施例5)
本实施例的新能源汽车用实芯铝合金导体的组成及配比以及工艺与实施例1相同，区别在于铝合金导体的截面形状为长方形，且各边角呈圆弧过度，满足不同使用需求，并且扁形结构更好固定，占用布线空间相对较小。
(实施例6)
本实施例的新能源汽车用实芯铝合金导体的组成及配比以及工艺与实施例1相同，区别在于铝合金导体的截面形状为瓦形，且各边角均呈圆弧过度，满足不同使用需求，在后续压扁和弯折过程受力会更加均匀，从而易于弯折，提升产品性能稳定性。
(对比例1)
对比例1的新能源汽车用实芯铝合金导体的结构以及组成与配比与实施例1相同，区别在于工艺与实施例1不同，具体地，对比例1的步骤S1至步骤S3与实施例1相同，其中步骤S4经过淬火冷却后制得直径为15.0mm的铝合金导体，与实施例1相比，不进行步骤S4的一级时效处理和二级热处理。
(对比例2)
对比例2的新能源汽车用实芯铝合金导体的结构以及组成与配比与实施例1相同，区别在于工艺与实施例1不同，具体地，对比例1的步骤S1至步骤S3与实施例1相同，步骤S4中，将铝合金杆放入时效炉中进行时效处理，温度为150～180℃，时间为4～8h，制得实心铝合金导体。与实施例1相比，仅仅进行一级时效处理，不进行二级热处理。
(对比例3)
对比例3的新能源汽车用实芯铝合金导体的结构和工艺与实施例1相同，区别在于铝合金导体的组成及配比有所不同，具体的，对比例3铝合金导体的组成及配比按质量份数计为Si：0.77wt％、Fe：0.28wt％、Cu：0.001wt％、Mg:0.621wt％、Ti+V+Mn+Cr：0.028wt％、Al：98.3wt％。其中Si：Fe＝2.75，Mg：Si＝0.8。
将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2和对比例3制成的新能源汽车用实芯铝合金导体进行相关性能测试，结果如下表：
抗张强度 伸长率 导电率 屈服强度 洛式硬度
实施例1 120MPa 16.0％ 59.9％IACS 70MPa 41
实施例2 125MPa 19.0％ 59.6％IACS 72MPa 41
实施例3 117MPa 15.0％ 59.5％IACS 70MPa 40
对比例1 127MPa 24.0％ 51.8％IACS 75MPa 40
对比例2 201MPa 12.0％ 57.2％IACS - -
对比例3 121MPa 13.5％ 57.7％IACS 72MPa 43
由上表可知，对比例2与对比例1相比，增加了一级时效处理，即析出Mg2Si强化相，抗拉强度明显提高至201MPa，导电率从51.8％IACS提升57.2％IACS，伸长率明显降低；实施例1与对比例2相比，增加了二级热处理，导电率进一步提高，导电率从57.2％IACS提升至59.8％IACS，抗拉强度回落至120MPa，伸长率明显提升，对比例3的导电率为57.7IACS，同样低于59.5IACS。针对新能源汽车导体，首先要求导电性能要好(导电率≥59.5％IACS)，其次韧性(伸长率)要较好，满足后道工序弯曲的要求，很难实现。采用本发明的配比及制备方法所生产出来的铝合金导体的抗张强度达到115～135MPa，伸长率达到10.0～20.0％，导电率≧59.5％IACS，屈服强度≥65MPa，不仅解决了行业难题，同时强度高、重量轻、载流量大，同时抗蠕变性好，满足高压供电系统要求，降低故障率，减少维修成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新能源汽车用实芯铝合金导体，其特征在于：所述铝合金导体的组成及配比按质量份数计为：Si：0.30～0.60wt％、Fe：0.10～0.40wt％、Cu≤0.01wt％、Mg:0.40～0.65wt％、Re+B：0.11～0.4wt％、Ti+V+Mn+Cr≤0.015wt％、Al≥98.5wt％，所述Mg与Si的质量比例为1～1.5，且所述Si与Fe的质量比例为1.0～3.5。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用实芯铝合金导体，其特征在于：所述实芯铝合金导体的直径为8.0～30.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用实芯铝合金导体，其特征在于：所述实芯铝合金导体的截面面积为50～500mm2。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用实芯铝合金导体，其特征在于：所述实芯铝合金导体的截面为圆形、环形、长方形或瓦形。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的新能源汽车用实芯铝合金导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:制备铝合金溶液，将99.7％的铝锭进行高温熔炼得到铝溶液，首先在所述铝溶液中按比例分别添加Al-Fe合金锭和Al-Si合金锭，并进行充分搅拌15～20分钟，然后依次均匀加入镁锭、稀土、铝硼合金锭，充分搅拌20～30分钟，得到所述铝合金溶液；
步骤S2：制备铝合金导体坯，通过对所述铝合金溶液进行在线分析，确保各成分满足要求，然后经过搅拌、精炼除气、扒渣、静置、在线除气、过滤、浇铸，制得直径为100～300mm的铝合金导体坯；
步骤S3:将所述铝合金导体坯经高频感应加热后通过康仿挤出机连续挤出铝合金杆，所述康复挤出机的挤出压缩比大于5.0，然后经过冷却制得直径为8.0～30.0mm的铝合金杆；
步骤S4:将所述铝合金杆放入时效炉中进行时效处理，再放入退火炉中进行退火处理，制得实心铝合金导体。
6.根据权利要求5所述的一种新能源汽车用实芯铝合金导体的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述高频感应加热为在线连续加热，加热温度为500～540℃。
7.根据权利要求5所述的一种新能源汽车用实芯铝合金导体的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述冷却采用水槽冷却或风冷。
8.根据权利要求5所述的一种新能源汽车用实芯铝合金导体的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述时效处理的温度为150～180℃，时间为4～8h。
9.根据权利要求5所述的一种新能源汽车用实芯铝合金导体的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述退火处理的温度为240～300℃的，时间为2～6h。
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