一種高導電率稀土鋁合金線及其製備方法與流程
2023-10-11 16:50:39 1
本發明屬於電線電纜導體用材料領域，具體地，本發明涉及一種高導電率稀土鋁合金線及其製備方法。
背景技術：
目前電線電纜導體絕大部分採用銅導體，由於我國銅資源相對匱乏，銅價居高不下，銅導體佔銅電纜成本的約70％，製造銅電纜的成本太高。鋁合金電纜相對於銅電纜，其重量更輕，便於敷設，至少可以減少20%-40%的安裝費用。然而鋁合金導體的導電率是銅導體導電率的61.5%，載流量是銅導體的79%，每單位體積的銅導體導電率要大大優於鋁合金導體的導電率。
如何在保證鋁合金力學、韌性、耐腐蝕性能的前提下提高鋁合金線的電導率，減少輸電損，成為目前鋁合金導線最為迫切的技術需求。
技術實現要素：
針對現有的鋁合金導線存在的缺陷，本發明一個目的是提供一種高導電率稀土鋁合金線，該稀土鋁合金線同時具有優異的導電率、耐腐蝕性、耐磨性、韌性，作為導線使用性能優良、安全可靠。
本發明的另一個目的是提供上述高導電率稀土鋁合金線的製備方法。
本發明的再一個目的是提供上述高導電率稀土鋁合金線的用途。
為了實現上述目的，本發明的一個技術方案提供了一種高導電率稀土鋁合金線，其由包含下列組分的稀土鋁合金材料製成：0.05-0.5wt%的Ag，0.01-0.1wt%的Si，0.01-0.2wt%的Fe，0.01-0.1wt%的Zn，0.01-0.03wt%的Ga，0.05-0.25wt%的稀土元素，其餘為鋁和不可避免的雜質，
其中，所述稀土元素包含下列組分：0.02-0.1wt%的Ce，0.02-0.05wt%的Nd，0.005-0.01wt%的Pr，0.0001-0.001wt%的Sm，0.0001-0.02wt%的La，
所述不可避免的雜質的單種雜質元素的含量為0-0.01wt%，其雜質的總含量為0-0.03wt%。
進一步地，上述稀土鋁合金材料包含下列組分：0.2-0.5wt%的Ag，0.01-0.05wt%的Si，0.01-0.1wt%的Fe，0.01-0.05wt%的Zn，0.01-0.02wt%的Ga，0.05-0.25wt%的稀土元素，其餘為鋁和不可避免的雜質。
更進一步地，上述稀土鋁合金材料包含下列組分：0.2wt%的Ag，0.04wt%的Si，0.05wt%的Fe，0.01wt%的Zn，0.01wt%的Ga，0.2wt%的稀土元素，其餘為鋁和不可避免的雜質。
本發明提供的技術方案主要通過控制鋁合金線包含的金屬元素的種類和含量使該鋁合金的導電率達到101.2％IACS(導電率)。
本發明的另一個技術方案還提供了一種上述稀土鋁合金線的製備方法，該方法包括以下步驟：
（a）將鋁錠加入熔爐中，在3.5-4.5h內將溫度從室溫升至665-680℃，保溫80-100min，加入上述合金元素，保溫30-50min，以上步驟在吹氮氣且攪拌的條件下進行；
（b）通過連鑄、連軋製成φ9.5mm鋁合金杆，將其鋁合金杆進行三次拉拔，第一次拉拔後在370-390℃下球化退火230-260min，第二次拉拔後在370-390℃下球化退火170-190min，最後進行第三次拉拔至所需尺寸。
進一步地，上述稀土鋁合金線的製備方法包括以下步驟：
（a）將鋁錠加入熔爐中，在4h內將溫度從室溫升至670℃，保溫90min，加入上述合金元素，保溫40min，以上步驟在吹氮氣且攪拌的條件下進行，
（b）通過連鑄、連軋製成φ9.5mm鋁合金杆，將製成的鋁合金杆進行三次拉拔，第一次拉拔後在380℃下球化退火240min，第二次拉拔後在380℃下球化退火180min，最後進行第三次拉拔至所需尺寸。
上述技術方案中，所述鋁錠採用純度大於99.6wt％的高純度鋁錠。
本發明的再一個技術方案還提供了上述高導電率稀土鋁合金線應用於製備實心導體、多股絞合導體或漆包線的用途。
相對於現有技術，本發明提供的稀土鋁合金線具有以下有益效果：
1、加入的微量的稀土元素釹（Nd）、鐠（Pr）、釤（Sm）、鑭（La）、鈰（Ce）改變了合金的結晶條件，主要表現在細化晶粒和結晶，改善鋁合金的耐熱性，增加了鋁合金線的伸長率、斷裂韌度和耐磨性能等。稀土鋁合金還會使表面氧化膜結構發生變化，提高產品的耐腐蝕性能。
2、加入的銀及其合金有益於提高鋁合金的導電率、抗氧化能力和延展性。
3、加入的微量的鎵使鋁合金的腐蝕失重值減少，可以抑制鋁合金的腐蝕。
4、加入的鐵對提高鋁合金的耐熱性具有較為明顯的效果，可以提高鋁合金長期運行的熱穩定性。
5、加入的矽作為還原劑和脫氧劑，使鋁合金具有較好的鑄造性能和抗蝕性，能顯著提高金屬的彈性極限。
6、加入的一定量的Zn對於提高合金的耐磨性能起到很好的效果，可以提高合金的使用壽命。
另外，本發明提供的稀土鋁合金線製備方法中的球化退火再結晶步驟消除了拉拔和絞制過程中產生的內應力並且改善了合金的組織結構，使合金具有較高的導電率。
本發明製備的稀土鋁合金線用做導線與銅導線相比具有良好的韌性，抗擊穿性能大幅提高，導電率接近或優於銅導線，具有良好的安全性，較好的經濟和社會效益。
具體實施方式
以下通過實施例來詳細說明本發明的技術方案，以下的實施例僅能用來解釋本發明，但不構成對本發明的限定。
實施例1
鋁合金材料包含下列組分：0.05wt%的Ag，0.01wt%的Si，0.01wt%的Fe，0.01wt%的Zn，0.01wt%的Ga，0.05wt%的稀土元素，其餘為鋁和不可避免的雜質。所述稀土元素的化學成分為：0.02wt%的Ce，0.02wt%的Nd，0.005wt%的Pr，Sm的0.0008wt%，La的0.02wt%。所述不可避免的雜質的單種雜質元素的含量0-0.01wt%，其雜質的總含量0-0.03wt%。
氮氣氛圍下，在4h內，將鋁錠（鋁含量不低於99.6wt％）進行勻速升溫至670℃，將熔鋁攪拌90min後加入合金元素，繼續攪拌40min，精煉、除渣。通過連鑄、連軋製成φ9.5mm鋁合金杆。將φ9.5mm的鋁杆進行第一次拉拔，之後在380℃下球化退火240min，空氣冷卻至常溫，進行第二次拉拔至φ4mm，在380℃下球化退火180min，空氣冷卻至常溫，進行第三次拉拔，至所需尺寸。
本實施例製得的稀土鋁合金導體性能檢測如下：
導電率99.5%IACS，抗拉強度110Mpa，延長率31%，耐磨性能相比於純鋁提高1.4倍，耐腐蝕性能相比於純鋁提高1.3倍，熱衝擊實驗為在200℃下30min和300℃下2min均未擊穿。
實施例2
鋁合金材料包含下列組分：0.5wt%的Ag，0.1wt%的Si，0.2wt%的Fe，0.1wt%的Zn，0.03wt%的Ga，0.25wt%的稀土元素，其餘為鋁和不可避免的雜質。所述稀土元素的化學成分為：0.1wt%的Ce，0.05wt%的Nd，0.01wt%的Pr，0.0009wt%的Sm，0.01wt%的La。所述不可避免的雜質的單種雜質元素的含量0-0.01wt%，其雜質的總含量0-0.03wt%。
在氮氣氛圍下，在4h內，將鋁錠（鋁含量不低於99.6wt％）進行勻速升溫至670℃，將熔鋁攪拌90min後添加上述合金元素，繼續攪拌40min，精煉、除渣。通過連鑄、連軋製成φ9.5mm鋁合金杆。將φ9.5mm的鋁杆進行第一次拉拔，之後在380℃下球化退火240min，空氣冷卻至常溫，進行第二次拉拔至φ4mm，在380℃下球化退火180min，空氣冷卻至常溫，進行第三次拉拔，至所需尺寸。
本實施例製得的稀土鋁合金導體性能檢測如下：
導電率101.2%IACS，抗拉強度105Mpa，延長率33%，耐磨性能相比於純鋁提高1.8倍，耐腐蝕性能相比於純鋁提高1.5倍，熱衝擊實驗為在200℃下30min和300℃下2min均未擊穿。
實施例3
鋁合金材料按下列組分：0.2wt%的Ag，0.04wt%的Si，0.05wt%的Fe，0.01wt%的Zn，0.01wt%的Ga，0.2wt%的稀土元素，其餘為鋁和不可避免的雜質。所述稀土元素的化學成分的重量百分比為：0.05wt%的Ce，0.04wt%的Nd，0.007wt%的Pr，0.0009wt%的Sm，0.01wt%的La。所述不可避免的雜質的單種雜質元素的含量0-0.01wt%，其雜質的總含量0-0.03wt%。
在氮氣氛圍下，在4h內，將鋁錠（鋁含量不低於99.6wt％）進行勻速升溫至670℃，將熔鋁攪拌90min後添加上述合金元素，繼續攪拌40min，精煉、除渣。通過連鑄、連軋製成φ9.5mm鋁合金杆。將φ9.5mm的鋁杆進行第一次拉拔，之後在380℃下球化退火240min，空氣冷卻至常溫，進行第二次拉拔至φ4mm，在380℃下球化退火180min，空氣冷卻至常溫，進行第三次拉拔，至所需尺寸。
本實施例製得的稀土鋁合金導體性能檢測如下：
導電率99.9%IACS，抗拉強度101Mpa，延長率32%，耐磨性能相比於純鋁提高1.3倍，耐腐蝕性能相比於純鋁提高1.2倍，熱衝擊實驗為在200℃下30min和300℃下2min均未擊穿。