CN115011821B - 一种高导铝基合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高导铝基合金及其制备方法，属于铝基合金技术领域。本发明提供的高导铝基合金的制备方法，包括以下步骤：(1)向熔融铝基合金中加入铜球进行合金化，然后进行连铸，得到合金圆杆；所述合金化的时间为0.5～5min；所述连铸的过冷度为Δ20～80℃；(2)对所述步骤(1)得到的合金圆杆进行大塑性变形轧制，得到合金丝材；所述大塑性变形轧制的总变形量≥60％；(3)对所述步骤(2)得到的合金丝材进行拉丝，得到高导铝基合金。实施例的结果显示，本发明提供的高导铝基合金中含有呈纤维状分布的铜，高导铝基合金的抗拉强度≥260MPa，导电率≥60％IACS。

Description

一种高导铝基合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝基合金技术领域，尤其涉及一种高导铝基合金及其制备方法。
背景技术
铝基合金导线主要以铝镁硅合金为主，主要是该合金具有良好的力学性能、导电性、塑性成形性及耐腐蚀性，能够被应用于远距离、大跨越输电线路中。目前，铝镁硅合金往往采用加入其它元素实现微合金化，再通过细晶强化、固溶强化、沉淀强化等方式提高强度，例如通过加入少量的Mn元素可以强化合金，使合金具有较好的强塑性配合，Ti元素可以有效细化晶粒，提高合金成形性能，Zr元素可以细化铝基合金的晶粒，显著提高铝基合金的强度。但是，细晶粒由于界面的增加，增强了对电子的散射导致导电性降低；固溶强化由于引起晶格畸变，增强了对电子的散射导致导电性降低；沉淀强化由于第二相对电子的散射导致导电性降低，使得铝基合金导线具有较高的强度，但是导电性能并不理想。
因此，如何在保证铝基合金具有高强度的情况下提高铝基合金的导电性能，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高导铝基合金及其制备方法，本发明提供的高导铝基合金的抗拉强度高，导电性能优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高导铝基合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)向熔融铝基合金中加入铜球进行合金化，然后进行连铸，得到合金圆杆；
所述合金化的时间为0.5～5min；所述连铸的过冷度为Δ20～80℃；
(2)对所述步骤(1)得到的合金圆杆进行大塑性变形轧制，得到合金丝材；所述大塑性变形轧制的总变形量≥60％；
(3)对所述步骤(2)得到的合金丝材进行拉丝，得到高导铝基合金。
优选地，所述步骤(1)中的熔融铝基合金包括0.1～5wt.％的镁、0.1～5wt.％的硅和余量的铝。
优选地，所述步骤(1)中铜球的直径为1～50mm。
优选地，所述步骤(1)中合金化的温度为700～800℃，合金化的气氛为真空气氛。
优选地，所述真空气氛的真空度为1×10-3Pa～1×10-5Pa。
优选地，所述步骤(1)中连铸的过冷度为Δ40～60℃。
优选地，所述步骤(1)中合金圆杆的直径为8～12mm。
优选地，所述步骤(2)中大塑性变形轧制的单道次变形量≥10％。
优选地，所述步骤(2)中合金丝材的直径为1～3mm。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高导铝基合金，所述高导铝基合金包括0.1～4wt.％的镁、0.1～4wt.％的硅、3～25wt.％的铜和余量的铝。
本发明提供了一种高导铝基合金的制备方法，包括以下步骤：(1)向熔融铝基合金中加入铜球进行合金化，然后进行连铸，得到合金圆杆；所述合金化的时间为0.5～5min；所述连铸的过冷度为Δ20～80℃；(2)对所述步骤(1)得到的合金圆杆进行大塑性变形轧制，得到合金丝材；所述大塑性变形轧制的总变形量≥60％；(3)对所述步骤(2)得到的合金丝材进行拉丝，得到高导铝基合金。本发明向熔融铝基合金中加入铜球进行短时间的合金化，可以使铜球在熔融铝基合金中不完全溶解，从而使合金圆杆中残留部分聚集的铜，为后续铜在铝基合金中的纤维分布打下基础；通过在一定过冷度条件下进行铸造，提高铜在铝中的固溶量并使铝与铜形成固溶强化，从而提高合金的强度；通过大塑性变形轧制，可以使合金圆杆的直径在外力作用下大幅度降低，同时这个过程中，合金圆杆内部残留的铜随着合金圆杆的变形逐渐形成纤维状分布，从而提高了铝基合金的导电性能；同时大塑性变形轧制能够进一步促进铝与铜的固溶强化，保证了在提高铝基合金导电性能的情况下使其具有优异的力学性能。实施例的结果显示，本发明提供的高导铝基合金包括0.1～4wt.％的镁、0.1～4wt.％的硅、3～25wt.％的铜和余量的铝，高导铝基合金中含有呈纤维状分布的铜，高导铝基合金的抗拉强度≥260MPa，导电率≥60％IACS。
具体实施方式
本发明提供了一种高导铝基合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)向熔融铝基合金中加入铜球进行合金化，然后进行连铸，得到合金圆杆；
所述合金化的时间为0.5～5min；所述连铸的过冷度为Δ20～80℃；
(2)对所述步骤(1)得到的合金圆杆进行大塑性变形轧制，得到合金丝材；所述大塑性变形轧制的总变形量≥60％；
(3)对所述步骤(2)得到的合金丝材进行拉丝，得到高导铝基合金。
本发明向熔融铝基合金中加入铜球进行合金化，然后进行连铸，得到合金圆杆。
在本发明中，所述熔融铝基合金优选包括0.1～5wt.％的镁、0.1～5wt.％的硅和余量的铝，更优选为0.2～3wt.％的镁、0.2～3wt.％的硅和余量的铝，进一步优选为0.5～2wt.％的镁、0.5～2wt.％的硅和余量的铝。本发明采用上述铝基合金作为原料，可以进一步提高高导铝基合金的力学性能。
在本发明中，所述熔融铝基合金的制备方法优选为：将铝熔化后依次加入铝镁中间合金和铝硅中间合金进行预合金化，得到熔融铝基合金。
在本发明中，所述熔化的加热方式优选为电磁加热或天然气加热；所述熔化的温度优选为700～800℃，更优选为720～780℃，进一步优选为750～770℃；所述熔化的气氛优选为真空气氛；所述真空气氛的真空度优选为1×10-3Pa～1×10-5Pa，更优选为1×10-4Pa～1×10-5Pa。本发明通过在上述条件下进行铝的熔化，可以避免铝的烧损和氧化，从而进一步提高铝基合金的力学性能。
在本发明中，所述铝镁中间合金中镁的含量优选为20wt.％；所述铝硅中间合金中硅的含量优选为20wt.％。本发明通过采用上述中间合金，有利于进一步提高熔融铝基合金中各种成分的均匀性。
在本发明中，所述预合金化优选在搅拌条件下进行。本发明对所述预合金化的时间没有特殊的限定，能够使铝镁中间合金和铝硅中间合金完全熔化即可。
预合金化结束后，本发明优选对预合金化的产物进行静置，得到熔融铝基合金。在本发明中，所述静置的时间优选为1～3min。本发明通过静置处理，可以使熔融铝基合金中的成分更加均匀。
在本发明中，所述铜球的直径优选为1～50mm，更优选为5～40mm，进一步优选为10～30mm。本发明通过控制铜球的大小，有利于控制合金化时残留的铜形成球状聚集，更有利于使铜在变形过程中形成纤维状分布。
在本发明中，所述合金化的温度优选为700～800℃，更优选为720～780℃，进一步优选为750～770℃；所述合金化的时间为0.5～5min，优选为0.5～3min，更优选为1～2min；所述合金化的气氛优选为真空气氛；所述真空气氛的真空度优选为1×10-3Pa～1×10-5Pa，更优选为1×10-4Pa～1×10-5Pa。本发明通过控制合金化的参数，有利于进一步提高熔化的效果。
在本发明中，所述合金化优选在电磁搅拌条件下进行。本发明通过电磁搅拌的方式可以使铜球在熔融铝基合金中分散更加均匀。
合金化结束后，本发明优选将所述合金化的产物进行静置。在本发明中，所述静置的时间优选为0.5～5min，更优选为1～3min。本发明通过静置，可以使各组分更加均匀。
在本发明中，所述连铸的过冷度为Δ20～80℃，优选为Δ40～60℃。本发明通过在一定过冷度条件下进行连铸，能够提高铜在铝中的固溶量并使铝与铜形成固溶强化，从而提高合金的强度。
本发明对所述连铸的具体操作没有特殊的限定，能够使合金圆杆的直径满足要求即可。
在本发明中，所述合金圆杆的直径优选为8～12mm，更优选为9～11mm，进一步优选为10mm。本发明通过将合金圆杆的直径控制在上述范围内，便于后续进行大塑性变形轧制，从而进一步提高合金的性能。
得到合金圆杆后，本发明对所述合金圆杆进行大塑性变形轧制，得到合金丝材。
在本发明中，所述大塑性变形轧制的总变形量≥60％，优选为60～90％，更优选为70～85％，进一步优选为75～80％；所述大塑性变形轧制的单道次变形量优选≥10％，更优选为15～25％，进一步优选为18～20％。本发明通过大塑性变形轧制，使合金圆杆在外力作用下直径大幅度降低，同时使合金圆杆内部残留的铜球随着合金圆杆的变形而变形，最终形成纤维状分布，从而提高合金的导电性能和力学性能。
在本发明中，所述合金丝材的直径优选为1～3mm，更优选为2mm。本发明将合金丝材的直径控制在上述范围内，便于后续进行拉丝处理。
得到合金丝材后，本发明对所述合金丝材进行拉丝，得到高导铝基合金。
本发明对所述拉丝的具体操作没有特殊的限定，根据所需高导铝基合金的尺寸规格进行拉丝即可。
本发明向熔融铝基合金中加入铜球进行短时间的合金化，可以使铜球在熔融铝基合金中不完全溶解，从而使合金圆杆中残留部分聚集的铜，为后续铜在铝基合金中的纤维分布打下基础；通过在一定过冷度条件下进行铸造，提高铜在铝中的固溶量并使铝与铜形成固溶强化，从而提高合金的强度；通过大塑性变形轧制，可以使合金圆杆的直径在外力作用下大幅度降低，同时这个过程中，合金圆杆内部残留的铜随着合金圆杆的变形逐渐形成纤维状分布，从而提高了铝基合金的导电性能；同时大塑性变形轧制能够进一步促进铝与铜的固溶强化，保证了在提高铝基合金导电性能的情况下使其具有优异的力学性能。
本发明的制备方法简单，可使高导铝基合金具有高强度和高导电性，为后续高导铝基合金的研究和制备打下了基础。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高导铝基合金，所述高导铝基合金包括0.1～4wt.％的镁、0.1～4wt.％的硅、3～25wt.％的铜和余量的铝，优选为0.2～3wt.％的镁、0.2～3wt.％的硅、5～20wt.％的铜和余量的铝，更优选为0.5～2wt.％的镁、0.5～2wt.％的硅、10～18wt.％的铜和余量的铝。在本发明中，所述高导铝基合金中含有呈纤维状分布的铜。
本发明提供的高导铝基合金具有高强高导性能，可广泛应用于远距离、大跨越输电线路。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高导铝基合金的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将铝熔化后依次加入铝镁中间合金和铝硅中间合金进行预合金化，待铝镁中间合金和铝硅中间合金完全熔化后静置2min，再加入铜球进行合金化，静置2min，然后进行连铸，得到合金圆杆；所述熔化的加热方式为天然气加热，熔化的温度为700℃，熔化的气氛为真空气氛，真空气氛的真空度为1×10-4Pa；所述铝镁中间合金中镁的含量为20wt.％，铝硅中间合金中硅的含量为20wt.％；所述铜球的直径为5mm；所述合金化的方式为电磁搅拌，合金化的温度为710℃，合金化的时间为0.5min，合金的气氛为真空气氛，真空气氛的真空度为1×10-4Pa；所述连铸的过冷度为Δ20℃；所述合金圆杆的直径为8mm；
(2)对所述步骤(1)得到的合金圆杆进行大塑性变形轧制，得到合金丝材；所述大塑性变形轧制的总变形量为80％；所述大塑性变形轧制的单道次变形量为18％；所述合金丝材的直径为2mm；
(3)对所述步骤(2)得到的合金丝材进行拉丝，得到高导铝基合金。
实施例1制备的高导铝基合金的组成为0.5wt.％的镁、0.8wt.％的硅、10wt.％的铜和余量的铝。
对实施例1制备的高导铝基合金的抗拉强度和导电性能进行测试，最终测得，高导铝基合金的抗拉强度为260MPa，导电率为62％IACS，说明本发明制备得到的高导铝基合金的抗拉强度高，导电性能优异。
实施例2
一种高导铝基合金的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将铝熔化后依次加入铝镁中间合金和铝硅中间合金进行预合金化，待铝镁中间合金和铝硅中间合金完全熔化后静置3min，再加入铜球进行合金化，静置2min，然后进行连铸，得到合金圆杆；所述熔化的加热方式为天然气加热，熔化的温度为750℃，熔化的气氛为真空气氛，真空气氛的真空度为1×10-4Pa；所述铝镁中间合金中镁的含量为20wt.％，铝硅中间合金中硅的含量为20wt.％；所述铜球的直径为16mm；所述合金化的方式为电磁搅拌，合金化的温度为700℃，合金化的时间为0.5min，合金的气氛为真空气氛，真空气氛的真空度为1×10-4Pa；所述连铸的过冷度为Δ20℃；所述合金圆杆的直径为10mm；
(2)对所述步骤(1)得到的合金圆杆进行大塑性变形轧制，得到合金丝材；所述大塑性变形轧制的总变形量为85％；所述大塑性变形轧制的单道次变形量为15％；所述合金丝材的直径为2mm；
(3)对所述步骤(2)得到的合金丝材进行拉丝，得到高导铝基合金。
实施例2制备的高导铝基合金的组成为0.5wt.％的镁、0.8wt.％的硅、12wt.％的铜和余量的铝。
对实施例2制备的高导铝基合金的抗拉强度和导电性能进行测试，最终测得，高导铝基合金的抗拉强度为270MPa，导电率为65％IACS，说明本发明制备得到的高导铝基合金的抗拉强度高，导电性能优异。
实施例3
一种高导铝基合金的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将铝熔化后依次加入铝镁中间合金和铝硅中间合金进行预合金化，待铝镁中间合金和铝硅中间合金完全熔化后静置1min，再加入铜球进行合金化，静置2min，然后进行连铸，得到合金圆杆；所述熔化的加热方式为天然气加热，熔化的温度为780℃，熔化的气氛为真空气氛，真空气氛的真空度为1×10-4Pa；所述铝镁中间合金中镁的含量为20wt.％，铝硅中间合金中硅的含量为20wt.％；所述铜球的直径为16mm；所述合金化的方式为电磁搅拌，合金化的温度为720℃，合金化的时间为3min，合金的气氛为真空气氛，真空气氛的真空度为1×10-4Pa；所述连铸的过冷度为Δ40℃；所述合金圆杆的直径为12mm；
(2)对所述步骤(1)得到的合金圆杆进行大塑性变形轧制，得到合金丝材；所述大塑性变形轧制的总变形量为90％；所述大塑性变形轧制的单道次变形量为25％；所述合金丝材的直径为2mm；
(3)对所述步骤(2)得到的合金丝材进行拉丝，得到高导铝基合金。
实施例3制备的高导铝基合金的组成为0.5wt.％的镁、0.8wt.％的硅、18wt.％的铜和余量的铝。
对实施例3制备的高导铝基合金的抗拉强度和导电性能进行测试，最终测得，高导铝基合金的抗拉强度为280MPa，导电率为70％IACS，说明本发明制备得到的高导铝基合金的抗拉强度高，导电性能优异。
通过实施例1～3的记载可知，本发明制备的高导铝基合金具有抗拉强度高、导电性能优异的特点，可应用于远距离、大跨越输电线路。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高导铝基合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)向熔融铝基合金中加入铜球进行合金化，然后进行连铸，得到合金圆杆；
所述合金化的时间为0.5～5min；所述连铸的过冷度为Δ20～80℃；
(2)对所述步骤(1)得到的合金圆杆进行大塑性变形轧制，得到合金丝材；所述大塑性变形轧制的总变形量≥60％；
(3)对所述步骤(2)得到的合金丝材进行拉丝，得到高导铝基合金。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的熔融铝基合金包括0.1～5wt.％的镁、0.1～5wt.％的硅和余量的铝。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中铜球的直径为1～50mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中合金化的温度为700～800℃，合金化的气氛为真空气氛。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述真空气氛的真空度为1×10-3Pa～1×10-5Pa。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中连铸的过冷度为Δ40～60℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中合金圆杆的直径为8～12mm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中大塑性变形轧制的单道次变形量≥10％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中合金丝材的直径为1～3mm。
10.权利要求1～9任意一项所述制备方法制备得到的高导铝基合金，所述高导铝基合金包括0.1～4wt.％的镁、0.1～4wt.％的硅、3～25wt.％的铜和余量的铝。
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