Al-Fe-Zn-RE鋁合金及其製備方法和電力電纜的製作方法

2023-05-11 12:56:06

專利名稱：Al-Fe-Zn-RE鋁合金及其製備方法和電力電纜的製作方法
技術領域：
本發明涉及合金技術領域，尤其涉及Al-Fe-Zn-RE鋁合金及其製備方法和電力電纜。
背景技術：
鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械製造、船舶及化學工業中得到廣泛應用。隨著科學技術以及工業經濟的飛速發展，鋁合金的需求日益增多，則鋁合金的研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金在電力行業的發展，同時電力行業的發展又拓展了鋁合金的應用領域。
電力電纜是用來輸送和分配電能的資源，其基本結構由線芯、絕緣層、屏蔽層和保護層四部分組成。其中，線芯是電力電纜的導電部分，用來輸送電能，其是電力電纜的主要部分；絕緣層將線芯與大地以及不同相的線芯間在電氣間彼此隔離，保證電能輸送，其是電力電纜結構中不可缺少的組成部分；保護層是保護電力電纜免受外界雜質和水分的侵入， 以及防止外力直接損壞電力電纜。由於銅具有良好的導電性，銅廣泛用於電力電纜的線芯。 但是隨著銅資源的日益匱乏，而鋁的含量很豐富，以鋁代替銅受到了研究者的關注，因此鋁合金作為電纜導體成為了研究的熱點。
鋁合金電力電纜替代銅纜逐漸成為一種趨勢，並得到了廣泛應用。現有技術中的鋁合金導體材料，在電性能、耐腐蝕性能和機械性能等方面較為優異，但是在抗疲勞性能方面還是比較差，從而容易出現質量問題，影響鋁合金材料的使用壽命或帶來安全隱患，因此，鋁合金電力電纜綜合性能仍較差。發明內容
本發明解決的技術問題在於提供一種綜合性能較好的用於電力電纜的鋁合金及其製備方法。
有鑑於此，本發明提供了一種Al-Fe-Zn-RE鋁合金，包括
O. 01 I. 6wt% 的 Fe ；
O. 001 O. 3wt% 的 Cu ；
O. 001 O. 3wt% 的 Mg ；
O. 001 O. 3wt% 的 Co ；
O. 001 O. 2wt% 的 Be ；
O. 001 O. 3wt% 的 Ca ；
O. 001 O. 2wt% 的 Zn ；
O. OI 3. 0wt% 的 RE ；
餘量的鋁。
優選的，包括O. 25 O. 6wt%的Fe。
優選的，包括O. Γ0. 6wt%的RE。
優選的，包括0. oro. 15wt% 的 Zn。本發明提供了一種Al-Fe-Zn-RE鋁合金的製備方法，包括以下步驟a)鑄造如下成分的鋁合金鑄錠0. 01 I. 6wt%的Fe，0. OOTO. 3wt%的Cu，0. ooro. 3wt% 的 Mg,0. ooro. 3wt% 的 Co，0. 001 0. 2wt% 的 Be，0. 001 0. 3wt% 的 Ca,0. OOTO. 2wt% 的 Zn，0. 01 3. 0wt% 的 RE 和餘量的鋁；b)將所述鋁合金鑄 錠進行均勻化處理，將均勻化處理後的鋁合金鑄錠進行軋制，得到鋁合金杆材；c)將步驟b)得到的鋁合金杆材進行間歇式退火處理；d)將步驟c)得到的鋁合金杆材進行時效處理，得到鋁合金。優選的，所述均勻化處理的溫度為45(T550°C，所述均勻化處理的時間為6 16h，所述均勻化處理的升溫速度為3 8°C /min。優選的，所述步驟c)具體為將步驟b)得到的鋁合金杆材加熱至28(T350°C，保溫2 8h後進行降溫，溫度降至150^200 0C，保溫2 4h後冷卻。優選的，所述時效處理在電場強度為5 15KV/cm均勻電場中進行。優選的，所述時效處理的溫度為25(T320°C，所述時效處理的時間為4 20h。本發明還提供了一種電力電纜，包括線芯、絕緣層、屏蔽層和保護層，所述線芯為上述方案所述的鋁合金或上述方案所製備的鋁合金。本發明提供了一種Al-Fe-Zn-RE 鋁合金，包括0. 01 I. 6wt% 的 Fe，0. OOTO. 3wt%的 Cu, 0. OOTO. 3wt% 的 Mg, 0. OOTO. 3wt% 的 Co，0. 001 0. 2wt% 的 Be，0. 001 0. 3wt% 的 Ca,0. ooro. 2wt%的Zn，0. 01 3. 0wt%的RE和餘量的鋁。本發明以鋁為基，添加了微量的鐵，鋁能與鐵形成Al3Fe,析出的Al3Fe彌散粒子抑制了合金的蠕變變形，部分Fe還與RE形成AlFeRE化合物析出，析出相AlFeRE能增強合金的抗疲勞性能和高溫運行的耐熱性能，且稀土化合物析出相還能提高屈服極限強度；添加的銅元素與鋁形成9相，而9相起固溶強化和彌散強化作用，提高了鋁合金的拉伸強度和屈服強度；鈷在合金中形成多種彌散性高溫強化相，提高鋁合金的耐熱性；鋅與Al形成REAl2Zn3、Fe3Al2Zn等多種金屬化合物，起到改善合金的抗拉性能，且在一定程度有效的改善鋁合金的高溫防腐蝕性能；稀土元素作為表面活性元素，可集中分布在晶界上，降低相與相之間的拉力，從而使晶粒細化。本發明通過對合金元素的選擇及含量的控制，有利於鋁合金綜合性能的提高。本發明還提供了一種Al-Fe-Zn-RE鋁合金的製備方法，首先通過鑄錠進行均勻化處理，均勻化處理使鑄錠受熱均勻，且優化合金的組織結構；然後將均勻化處理的鋁合金鑄錠軋製成杆材進行間歇式退火處理，消除機械加工過程中產生的內應力和對微觀結構的損傷，優化晶體結構，恢復線材的電性能，優化機械性能，使材料的拉伸性能、柔韌性能和抗疲勞性能保持較好的匹配；再將退火處理後的鋁合金杆材在均勻電場中進行時效處理，通過時效處理可以使整個材料的性能達到均勻分布，各項性能綜合指標達到俱佳的匹配。本發明通過對鋁合金製備方法的優化，使材料的拉伸性能、柔韌性能、電性能、耐腐蝕性能和抗疲勞性能方面保持較好的匹配，並且使整個材料的性能達到均勻分布，從而得到綜合性能較好的鋁合金。
具體實施例方式為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特徵和優點，而不是對本發明權利要求的限制。本發明實施例公開了一種Al-Fe-Zn-RE鋁合金，包括0. 01 I. 6wt% 的 Fe ；0. OOTO. 3wt% 的 Cu ；0. 001 0. 3wt% 的 Mg ;0. OOTO. 3wt% 的 Co ； 0. OOTO. 2wt% 的 Be ；0. OOTO. 3wt% 的 Ca ；0. OOTO. 2wt% 的 Zn ；0. 01 3. 0wt% 的 RE ;餘量的鋁。按照本發明，鐵作為特徵微合金元素，由於鋁能與鐵形成Al3Fe,析出的Al3Fe彌散顆粒抑制了合金的蠕變變形，並提高連接的穩定性。Fe可以提高鋁基的抗張強度、屈服極限以及耐熱性能，同時還可以提高合金的塑性。在鋁合金的製備過程中，合金中部分Fe以Al3Fe的形式析出，部分Fe與RE形成AlFeRE化合物析出，高溫退火處理後，Fe在鋁基中的固溶更小，則Fe對合金的電性能影響很小；但是這些彌散析出相能增強合金的抗疲勞性能和高溫運行的耐熱性能，且稀土化合物析出相還能提高屈服極限強度。合金中Fe的含量在0. 01wt%以下，對鋁基性能改變很小，起不到效果，但是Fe的含量不能太高，若超過I. 6wt%,鋁基電性能的削弱較為明顯，對於用於電線電纜導體、電纜附件及電器領域方面的使用會有影響，因此總體含量控制I. 6wt%以下效果較好。所述Fe的含量為0. Ori. 6wt%，優選為0. 20 1. 0wt%,更優選為 0. 25 0. 6wt%,更優選為 0. 30 0. 45wt%。銅是鋁合金中的基本強化元素，它與鋁形成0 (Al2Cu)相，而0相具有固溶強化和彌散強化的作用，能夠有效的提高鋁合金的拉伸強度和屈服強度。若銅的含量小於0. 001wt%，則對鋁合金的機械性能改善不明顯，若含量超過0. 3wt%，則降低電導率。另外，Cu還能改善鋁合金熱性能。所述Cu的含量為0. OOrO. 3wt%，優選為0. 008 0. 28wt%，更優選為0. 01 0. 25wt%，更優選為0. 05 0. 20wt%，最優選為0. 10 0. 15wt%。本發明在鋁合金中還添加了原子半徑比較大的鎂元素，鎂能夠使晶格產生畸變，引起固溶硬化；同時鎂還可以提高鋁合金的耐腐蝕性和耐熱性能。但是鎂的含量不應超過0. 3wt%，太高則會導致電阻過多增大以及耐熱性能的降低。所述鎂的含量為0. OOrO. 3wt%,優選為0. 005 0. 25wt%，更優選為0. 01 0. 20wt%，最優選為0. 05 0. 15wt%。按照本發明，選用高活性元素鈷作為合金化微量添加元素，鈷在合金中能夠形成A1Co、A13Co2、A1Co2等多種彌散性高溫強化相；它與鐵共存時在枝晶間形成Al4 (CoFe)等複雜的強化相，阻礙位錯、阻止晶粒滑移，有效地提高了合金室溫和高溫下的抗疲勞和抗蠕變性能，從而提高鋁合金的耐熱性。所述鈷的含量為0. OOrO. 3wt%，優選為0. 003 0. 28wt%,更優選為0. 005 0. 25wt%，最優選為0. OTO. 20wt%，最優選為0. 055 0. 18wt%。鈹(Be)在合金中形成a、^彌散性高溫強化相，可防止合金元素的氧化、燒損和吸氣，提高合金的冶煉質量及表面氧化膜的緻密度。Be還能使雜質鐵由針狀變為團粒狀，可防止澆注時砂型鑄件與模型反衝。由於Be對氧和氮有高度親和力，所以它在熔體脫氣時是高效的，從而能夠得到表面光潔度較好，強度較高，以及延展性得到改善的優質鑄件。另一方面，合金中加入Be能使脆性的Fe金屬間晶體由大的針狀形和層狀形轉變成小的等軸晶體，改善合金的強度和延展性，並能夠允許鋁合金中有較高的Fe含量。Be還能改善鋁合金的流動性，使熔體的流動性增加，並能提高合金的抗拉強度和屈服極限。按照本發明，所述 Be的含量為O. 001 O. 2wt%，優選為O. 005 O. 18wt%，更優選為O. 10 0· 15wt%。
鈣(Ca)元素作為複雜化合物的特徵添加元素，在合金熔體中形成Al4Ca、Al2Ca3、 AlCa2等金屬化合物，能夠強化鋁合金的高溫性能，增強鋁合金的耐熱性能和抗疲勞性能， 其在O. 3wt%以下不會對鋁合金的電性能造成太大影響。所述鈣的含量為O. 00Γ0. 3wt%, 優選為O. 004 O. 28wt%,更優選為O. Ο ΓΟ. 25wt%,最優選為0. 05 0. 20wt%,最優選為 0. 08 0. 15wt%，最優選為 0. 10 0· 12wt%0
本發明在鋁合金中添加了微量的鋅，鋅在熔體中與Al形成REAl2Zn3、Fe3Al2Zn 等多種金屬化合物，能起到改善鋁合金的抗拉性能，且在一定程度能有效的改善鋁合金的高溫防腐蝕性能，還能夠提高鋁合金的耐磨性能。所述鋅的含量為0.001、. 2wt%， 優選為0. 005 0. 18wt%,更優選為0. ΟΓΟ. 15wt%,更優選為0. 05 0. 12wt%,最優選為 0. 08 0. 10wt%o
本發明在鋁合金中添加了稀土元素，所述稀土元素能提高合金的導電性，由於稀土元素能細化晶粒，並與合金中的Fe、Cu等元素形成穩定的化合物從晶體中析出，降低電解質的初晶溫度，使離子在電場的作用下運動速度加快，減少濃差過電位，從而使鋁合金的電阻率降低。另一方面，稀土元素與氫、氧、氮等元素的親和力比鋁更大，形成多種化合物， 因而稀土是合金中除氣、脫氮、造渣、中和微量低熔點雜質和改變雜質狀態的淨化機，能夠起到較好的精煉作用，使得合金變得更純淨，從而使電阻率得到很大的提高，導電率能達到60%IACS。另一方面，稀土元素能形成緻密氧化膜結構，對於提高合金的氧化性和耐電化學腐蝕起到極好的效果，提高了鋁合金的使用壽命。此外，稀土為表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低相與相之間的拉力，因此使形成臨界尺寸晶核的功減小，結晶核數量增加，從而使晶粒細化。其次，經過熔煉、高溫退火和均勻電場中時效處理後，Fe在Al中與RE 形成複雜的鋁鐵稀土金屬，提高了合金的抗疲勞極限和屈服極限，增加合金在實際應用中的使用效果和使用壽命。
所述稀土元素RE 為鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉕(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、 釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鑥(Lu) JjUSc)和釔(Y)中的一種或多種，優選為Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm和Lu中的一種或多種。其中，稀土 Pm在合金中形成Al11PmfAlPm2等6種活性金屬化合物；稀土 Sm在合金中形成AlnSm4、Al3Snu Al2Snu AISm、AlSm3等活性金屬化合物；稀土 Eu在合金中形成EuA14、EuAl2> EuAl等活性金屬化合物；稀土 Gd在合金中形成Al4GcTAl17Gd2等7種難熔性金屬化合物；稀土 Tb在合金中形成Al3Tb、Al2Tb, AlTb, AlTb2, AlTb3等難熔活性金屬化合物；稀土 Dy在合金中形成 Al5Dy^Al17Dy2等8種難熔活性金屬化合物；稀土 Ho在合金中形成A15H03、A13H0、A1H02、A1H03 等難熔活性金屬化合物；稀土 Tm在合金中形成Al3Tm2、Al3Tnu AlTm, AlTm3等難熔活性金屬化合物；稀土 Lu在合金中形成A17Lu3、A15Lu3、A12Lu3、A1Lu2、AlLu3等難熔活性金屬化合物。上述高熔點的活性金屬化合物彌散分布於呈網狀或骨架狀的晶間和枝晶間，並與基體牢固結合，起到了強化和穩定晶界的作用。同時，還可中和金屬液中的Fe、Cu等元素，形成高熔點的化合物或使它們從枝晶間整個晶體組織內均勻分布，消除了枝晶組織，以提高合金材料的綜合性能。所述稀土元素的含量為0. Of 3. 0wt%，優選為0. 03^2. 5wt%，更優選為0. 05 I. 5wt%，最優選為 0. ro. 6wt%0按照本發明，對於鋁合金中的基體鋁，可以採用工業用的A199. 70的純鋁，使本發明製備的鋁合金具有原料供應充足、成本低、採購方便等優勢；同時鋁基還可以採用精鋁或高純級鋁作為基體合金，該鋁基比普通鋁基材料具有更高的品質，加工成的產品在電性能和機械性能方面更具優勢。 本發明提供了一種Al-Fe-Zn-RE 鋁合金，包括0. 01 I. 6wt% 的 Fe，0. OOTO. 3wt%的 Mg，0. OOTO. 3wt% 的 Co，0. OOTO. 2wt% 的 Be，0. 001 0. 3wt% 的 Ca，0. 001 0. 2wt% 的 Zn,0.0r3. 0被％的1 和餘量的鋁。本發明以鋁為基，添加了微量的鐵，鋁能與鐵形成Al3Fe,析出的Al3Fe彌散粒子抑制了合金的蠕變變形，部分Fe還與RE形成AlFeRE化合物析出，析出相AlFeRE能增強合金的抗疲勞性能和高溫運行的耐熱性能，且稀土化合物析出相還能提高屈服極限強度；銅與鋁形成9相，對於提高鋁合金的拉伸強度和屈服強度起到了較好的效果；本發明還添加了鎂元素，鎂使晶格產生畸變，引起固溶硬化；同時鎂還能提高鋁合金的耐腐蝕性和耐熱性能；鈷在合金中形成多種彌散性高溫強化相，提高了合金室溫和高溫下的抗疲勞、抗蠕變性能和耐熱性；鈹改善了鋁合金的加工性能，並能提高合金的抗拉強度、屈服極限以及抗氧化性能；鈣在合金熔體中能夠形成金屬化合物，從而強化合金的高溫性能，增強合金的耐熱性能和抗疲勞性能；鋅與Al形成REAl2Zn3、Fe3Al2Zn等多種金屬化合物，起到改善合金的抗拉性能，且在一定程度有效的改善鋁合金的高溫防腐蝕性能；稀土元素為表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低相與相之間的拉力，從而使晶粒細化。本發明通過添加多種金屬元素及對元素含量的控制，有利於鋁合金綜合性能的提高。本發明還提供了一種Al-Fe-Zn-RE鋁合金的製備方法，包括以下步驟a)將如下成分的原料鑄造，得到鋁合金鑄錠0. 01 I. 6wt%的Fe，0. 001 0. 3wt%的 Cu，0. OOTO. 3wt% 的 Mg，0. OOTO. 3wt% 的 Co，0. 001 0. 2wt% 的 Be，0. 001 0. 3wt% 的 Ca,0. ooro. 2wt% 的 Zn, 0. 01 3. 0wt% 的 RE 和餘量的鋁；b)將所述鋁合金鑄錠進行均勻化處理，將均勻化處理後的鋁合金鑄錠進行軋制，得到鋁合金杆材；c)將步驟b)得到的鋁合金杆材進行間歇式退火處理；d)將步驟c)得到的鋁合金杆材進行時效處理，得到鋁合金。按照本發明，步驟a)為鑄造工序，得到鋁合金鑄錠，為了使各種元素充分熔解，均勻分布，作為優選方案，上述鑄造工藝具體包括將鋁錠投入熔爐中，在密閉環境中加熱至72(T800°C並保溫，待鋁錠熔化後再加入 Fe、Cu、Mg、Co、Be、Ca、Zn 或 Al_Fe、Al_Cu、Al-Mg,Al-Co、Al-Be, Al-Ca、Al-Zn中間合金，攪拌均勻後，加入稀土元素RE，得到合金熔體；將所述合金熔體加入精煉劑，進行爐內精煉，保溫2(T40min，得到合金液；將所述合金液經除氣、除渣，進入鑄造機進行鑄造，得到鋁合金鑄錠。由於鋁不易燒損，且加入量較多，因此先將鋁加入熔煉爐，而後加入其它金屬元素。本發明合金元素優選採用上述順序加入，使各種元素熔煉後不發生損耗，同時各種元素能夠充分熔解，均勻分布。
步驟b)為均勻化處理階段，所述均勻化處理的溫度優選為45(T550°C，更優選為4800C 520°C，所述均勻化處理的時間優選為2 8h，更優選為3 6h。將鋁合金鑄錠進行均勻化處理，能夠保證鑄錠在軋制杆材的過程中，其強度和延展性具有較好的匹配，從而避免採用傳統方式導致材料微觀結構的破壞而進一步影響加工性能。為了保證鑄錠受熱均勻，優化合金的組織結構，避免合金在加工過程中由於升溫或降溫過快導致內部結構缺陷的產生，所述均勻化處理的升溫速度優選為3 8°C /min，更優選為5°C /min。將鋁合金鑄錠進行均勻化處理後，則將鋁合金鑄錠軋制，得到鋁合金杆材。隨後將鋁合金杆材進行熱處理，首先將鋁合金杆材在退火爐中進行間歇退火處理。所述間歇退火處理具體為將所述鋁合金杆材加熱至28(T350°C，保溫2 8h後進行降溫，溫度降至15(T20(TC，保溫2 4h後冷卻。為了避免鋁合金材料在高溫下發生氧化而導致材料在電性能和表面耐腐蝕性能方面減弱，所述退火處理優選在惰性氣氛下進行。本發明採用間歇式分步退火處理，並逐步降溫冷卻，該種處理方式可以消除機械加工過程中產生的內應力和對微觀結構的損傷，優化晶體結構，恢復線材的電性能，優化機械性能，使材料的拉伸性能、柔韌性能和抗疲勞性能方面保持較好的匹配。在將鋁合金杆材進行退火處理後，則將退火處理後的鋁合金杆材進行時效處理。所述時效處理優選在電場強度為5 15KV/cm均勻電場中進行。所述時效處理的溫度優選為25(T320°C，更優選為28(T300°C，所述時效處理的時間優選為4 20h，更優選為8 15h，最優選為l(Tl3h。在退火處理技術的基礎上進行時效處理，可以進一步彌補退火處理過程中熱量傳導不均，導致材料內外性能分布不均或局部缺陷的特點。通過時效處理可以使整個材料的性能達到均勻分布，各項性能綜合指標達到俱佳的匹配。因此退火處理和時效處理，兩者有效的結合，對於材料整體性能的優化起到了至關重要的作用，二者缺一不可。本發明優選在高強度的均勻電場中進行時效處理，第一方面改變了原子的排列、匹配和遷移，第二方面，提高了合金元素的固溶程度，誘發了 Tl相的均勻形核，提高了合金的屈服強度；使均勻化處理的樣品進行時效處理後，析出相均勻彌散分布，合金的力學性能大大提高；第三方面，改變了細小晶體組織的析出形態和數量，使材料固態相變中發生形態、大小、分布等取向得以控制，從而控制材料的組織，最終獲得優良的機械性能和電氣性能。本發明還提供了一種鋁合金的製備方法，首先通過鑄錠進行均勻化處理，然後將均勻化處理的鋁合金鑄錠軋製成杆材再放入退火爐中，進行退火處理，再在均勻電場中進行時效處理，使材料的拉伸性能、柔韌性能、電性能、耐腐蝕性能和抗疲勞性能方面保持較好的匹配，並且使整個材料的性能達到均勻分布，從而得到綜合性能較好的鋁合金。本發明的鋁合金材料通過添加多種合金元素以及採用熱處理技術，極大的提高了純鋁的耐熱性能，使得該鋁合金材料長期運行溫度在220°C，蠕變現象較小，抗拉強度保持93%的殘存率，保障了在高溫運行下機械性能改變較小，同時抗疲勞性能也獲得了很好的提高，鋁合金的反覆彎折次數達到36次，這樣可避免用作導體線芯在安裝過程中出現的不同程度的損失；且通過熱處理技術使得合金的柔韌性相當好，電纜安裝彎曲半徑在4倍電纜外徑以上，大大提高了鋁合金的延展性，延伸率超過30%，不會由於拉力作用而容易出現損傷現象，且加工性能非常好，適用於拉製成單絲直徑在0. Imm以上大小不等的單絲。本發明還提供了一種電力電纜，所述電力電纜包括線芯、絕緣層、屏蔽層和保護層，所述線芯為鋁合金，所述鋁合金含有0.01 I. 6wt%的Fe，0. ooro. 3wt%的Cu，O. ΟΟΓΟ. 3wt% 的 Mg,0. ΟΟΓΟ. 3wt% 的 Co,0. OOΓθ. 2wt% 的 Be,0. ΟΟΓΟ. 3wt% 的 Ca, 0. ΟΟΓΟ. 2被％的211，0. 0Γ3. 0被％的1 ，餘量的鋁；所述鋁合金的製備方法由按照上述方案的方法製備。所述電力電纜的製備方法本發明沒有特殊的限制，為本領域技術人員熟知的方式即可。
將本發明上述方案中的鋁合金作為電力電纜的線芯，可使電力電纜具有較好的綜合性能，實驗結果表明本發明製備的鋁合金導電率大於60%，抗拉強度大於115MPa，斷裂伸長率大於30%，長期運行耐熱溫度能達到220°C，且耐熱運行試驗後強度殘存率能達到 93%, 90度反覆彎折次數達到36次，400h耐腐蝕性能質量損失小於0. 9g/m2 · hr,最小彎曲半徑大於4倍電纜外徑，單絲最小直徑大於0. lm。
為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的鋁合金及其製備方法進行詳細說明，本發明的保護範圍不受以下實施例的限制。
實施例I
(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化並在720°C下保溫，熔化過程在密封環境內完成；先加入Fe、Cu、Mg、Co、Be、Ca和Zn純金屬,攪拌均勻後再加入稀土 RE攪拌20min直至充分攪拌均勻，靜置保溫30min ;然後對上述合金熔體進行爐內精煉；在合金熔體中加入精煉劑，並攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環境中操作；精煉後打渣、靜置、 調溫至650°C，合金液傾倒出爐，再經除氣、除渣處理後，進入鑄造機進行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列於表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進行5°C /min的速度升溫，溫度至450°C，保溫 6h後軋製成杆材；
(3)將步驟(2)得到的杆材在惰性氣氛下進行退火處理，加熱至280°C保溫2h，再將退火溫度降至150°C保溫3h，冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)得到的杆材在電場強度為5kV/cm的均勻電場中進行時效處理，時效溫度為250°C，時效時間為4h，得到鋁合金。
將按照上述方法製備的鋁合金進行性能測試，結果參見表2。
實施例2
(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化並在740°C下保溫，熔化過程在密封環境內完成；先加入Al-Fe、Al-Cu、Al-Mg, Al_Co、Al_Be、Al-Ca和Al-Zn中間合金，攪拌均勻後再加入稀土 RE攪拌20min直至充分攪拌均勻，靜置保溫30min ;然後對上述合金熔體進行爐內精煉；在合金熔體中加入精煉劑，並攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環境中操作；精煉後打渣、靜置、調溫至720°C，合金液傾倒出爐，再經除氣、除渣處理後，進入鑄造機進行鑄造，得到招合金鑄錠，鑄錠成分列於表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進行3°C /min的速度升溫，溫度至550°C，保溫 16h後軋製成杆材；
(3)將步驟(2)得到的杆材在惰性氣氛下進行退火處理，加熱至360°C保溫8h，再將退火溫度降至200°C保溫2h，冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)得到的杆材在電場強度為15kV/cm的均勻電場中進行時效處理，時效溫度為320°C，時效時間為20h，得到鋁合金。
將按照上述方法製備的鋁合金進行性能測試，結果參見表2。
實施例3(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化並在760°C下保溫，熔化過程在密封環境內完成；先加入Fe、Cu、Mg、Co、Be、Ca和Zn純金屬,攪拌均勻後再加入稀土 RE攪拌20min直至充分攪拌均勻，靜置保溫30min ;然後對上述合金熔體進行爐內精煉；在合金熔體中加入精煉劑，並攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環境中操作；精煉後打渣、靜置、調溫至680°C，合金液傾倒出爐，再經除氣、除渣處理後，進入鑄造機進行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列於表I ;(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進行8°C /min的速度升溫，溫度至500°C，保溫IOh後軋製成杆材；(3)將步驟(2)得到的杆材在惰性氣氛下進行退火處理，加熱至300°C保溫4h，再將退火溫度降至160°C保溫3h，冷卻至室溫； (4)將步驟(3)得到的杆材在電場強度為10kV/cm的均勻電場中進行時效處理，時效溫度為260°C，時效時間為10h，得到鋁合金。將按照上述方法製備的鋁合金進行性能測試，結果參見表2。實施例4(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化並在780°C下保溫，熔化過程在密封環境內完成；先加入Fe、Cu、Mg、Co、Be、Ca和Zn純金屬,攪拌均勻後再加入稀土 RE攪拌20min直至充分攪拌均勻，靜置保溫30min ;然後對上述合金熔體進行爐內精煉；在合金熔體中加入精煉劑，並攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環境中操作；精煉後打渣、靜置、調溫至750°C，合金液傾倒出爐，再經除氣、除渣處理後，進入鑄造機進行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列於表I ;(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進行5°C /min的速度升溫，溫度至480°C，保溫8h後軋製成杆材；(3)將步驟(2)得到的杆材在惰性氣氛下進行退火處理，加熱至350°C保溫4h，再將退火溫度降至170°C保溫3h，冷卻至室溫；(4)將步驟(3)得到的杆材在電場強度為12kV/cm的均勻電場中進行時效處理，時效溫度為260°C，時效時間為14h，得到鋁合金。將按照上述方法製備的鋁合金進行性能測試，結果參見表2。實施例5(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化並在800°C下保溫，熔化過程在密封環境內完成；先加入Al-Fe、Al-Cu、Al-Mg, Al_Co、Al_Be、Al-Ca和Al-Zn中間合金，攪拌均勻後再加入稀土 RE攪拌20min直至充分攪拌均勻，靜置保溫30min ;然後對上述合金熔體進行爐內精煉；在合金熔體中加入精煉劑，並攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環境中操作；精煉後打渣、靜置、調溫至700°C，合金液傾倒出爐，再經除氣、除渣處理後，進入鑄造機進行鑄造，得到招合金鑄錠，鑄錠成分列於表I ;(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進行6°C /min的速度升溫，溫度至490°C，保溫18h後軋製成杆材；(3)將步驟(2)得到的杆材在惰性氣氛下進行退火處理，加熱至320°C保溫6h，再將退火溫度降至190°C保溫3h，冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)得到的杆材在電場強度為12kV/cm的均勻電場中進行時效處理，時效溫度為310°C，時效時間為16h，得到鋁合金。
將按照上述方法製備的鋁合金進行性能測試，結果參見表2。
實施例6
(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化並在730°C下保溫，熔化過程在密封環境內完成；先加入Al-Fe、Al-Cu、Al-Mg, Al_Co、Al_Be、Al-Ca和Al-Zn中間合金，攪拌均勻後再加入稀土 RE攪拌20min直至充分攪拌均勻，靜置保溫30min ;然後對上述合金熔體進行爐內精煉；在合金熔體中加入精煉劑，並攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環境中操作；精煉後打渣、靜置、調溫至800°C，合金液傾倒出爐，再經除氣、除渣處理後，進入鑄造機進行鑄造，得到招合金鑄錠，鑄錠成分列於表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進行7V /min的速度升溫，溫度至460°C，保溫 14h後軋製成杆材；
(3)將步驟(2)得到的杆材在惰性氣氛下進行退火處理，加熱至350°C保溫7h，再將退火溫度降至190°C保溫4h，冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)得到的杆材在電場強度為llkV/cm的均勻電場中進行時效處理，時效溫度為305°C，時效時間為18h，得到鋁合金。
將按照上述方法製備的鋁合金進行性能測試，結果參見表2。
實施例7
(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化並在750°C下保溫，熔化過程在密封環境內完成；先加入Al-Fe、Al-Cu、Al-Mg, Al_Co、Al_Be、Al-Ca和Al-Zn中間合金，攪拌均勻後再加入稀土 RE攪拌20min直至充分攪拌均勻，靜置保溫30min ;然後對上述合金熔體進行爐內精煉；在合金熔體中加入精煉劑，並攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環境中操作；精煉後打渣、靜置、調溫至720°C，合金液傾倒出爐，再經除氣、除渣處理後，進入鑄造機進行鑄造，得到招合金鑄錠，鑄錠成分列於表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進行4°C /min的速度升溫，溫度至470°C，保溫 12h後乳製成杆材；
(3)將步驟(2)得到的杆材在惰性氣氛下進行退火處理，加熱至340°C保溫5h，再將退火溫度降至170°C保溫4h，冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)得到的杆材在電場強度為12. 5kV/cm的均勻電場中進行時效處理， 時效溫度為315°C，時效時間為17h，得到鋁合金。
將按照上述方法製備的鋁合金進行性能測試，結果參見表2。
實施例8
(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化並在790°C下保溫，熔化過程在密封環境內完成；先加入Fe、Cu、Mg、Co、Be、Ca和Zn純金屬,攪拌均勻後再加入稀土 RE攪拌20min直至充分攪拌均勻，靜置保溫30min ;然後對上述合金熔體進行爐內精煉；在合金熔體中加入精煉劑，並攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環境中操作；精煉後打渣、靜置、 調溫至750°C，合金液傾倒出爐，再經除氣、除渣處理後，進入鑄造機進行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列於表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進行5°C /min的速度升溫，溫度510°C，保溫13h後乳製成杆材；(3)將步驟(2)得到的杆材在惰性氣氛下進行退火處理，加熱至310°C保溫5h，再將退火溫度降至170°C保溫4h，冷卻至室溫；(4)將步驟(3)得到的杆材在電場強度為8kV/cm的均勻電場中進行時效處理，時效溫度為285°C，時效時間為14h，得到鋁合金。將按照上述方法製備的鋁合金進行性能測試，結果參見表2。對比例I選取99. 7%純度的標準鋁錠，其雜質除矽、鐵、銅外含量不超過0. 02wt% ;將所述鋁錠放入熔鋁爐中熔化，加入0. 15wt%的鋯、0. 25wt%的銅、0. 70wt%的鐵以及0. 25wt%的釔，合金化溫度為750°C ;經均勻化攪拌、精煉除氣、造渣、除渣，鋁合金液精煉溫度為725°C，用 固體覆蓋劑覆蓋鋁合金液表面，靜置60min，進行爐前化學成分分析，監測、調整以控制元素含量；將鋁液進行連續澆鑄，得到鋁合金鑄條；將鋁合金鑄條軋成鋁合金杆，鋁合金鑄條進軋溫度為500°C，鋁合金杆的終軋溫度為250°C ;將鋁合金杆進行拉線處理，拉線速度為20米/秒，多次拉線後，拉製成所需的高強度耐熱鋁合金圓線；將所述鋁合金圓線進行調質熱處理，溫度為200°C，時間為120min，將熱處理後的鋁合金圓線冷卻，得到耐熱鋁合金圓線。將製備的鋁合金圓線進行性能測試，結果參見表2。對比例2選用八噸鋁錠，其雜質含量(矽、鐵、銅除外)不超過0.02wt%，放入圓形熔鋁爐熔化，同時加入0. 10wt%的鋯、0. 02wt%的銅、0. 35wt%的鐵、0. 20wt%的矽以及0. 35wt%的稀土，合金化溫度為730°C;經均勻化攪拌、精煉除氣、造渣、除渣，鋁合金液精煉溫度為725°C，用固體覆蓋劑覆蓋鋁合金液表面，靜置40min，進行爐前化學成分分析，監測、調整以控制元素含量；將鋁液進行連續澆鑄，得到鋁合金鑄條；將鋁合金鑄條軋成鋁合金杆，鋁合金鑄條進軋溫度為500°C，鋁合金杆的終軋溫度為250°C ;將鋁合金杆進行拉線處理，拉線速度為10米/秒，多次拉線後，拉製成所需的高強度耐熱鋁合金圓線；將所述鋁合金圓線進行調質熱處理，溫度為200°C，時間為200min，將熱處理後的鋁合金圓線冷卻，得到耐熱鋁合金圓線。將製備的鋁合金圓線進行性能測試，結果參見表2。對比例3在豎爐中加入純度大於99. 70wt%的鋁錠，升溫至750°C，使鋁錠熔化，將溫度升高至 750 °C，依次加入 0. 86wt% 的 Fe、0. llwt% 的 Cu、0. 15wt% 的 Mg、0. 13wt% 的 Zr、0. 29wt%的Ca、0. 13wt%的Sc、0. 33wt%的Y、0. 23wt%的Er，使其完全溶解，並調節合金成分至設定範圍，合金元素都是以鋁中間合金的形式加入；在7601保溫30min，再加入0. 15wt%的精煉齊IJ，進行除渣、除氣，然後再澆鑄成鋁合金鑄件；將鋁合金鑄件導入軋機，導入軋機的溫度為450°C，導入軋機成鋁合金杆的終軋溫度為300°C ;將鋁合金杆進行冷拉加工成3. Omm的鋁合金線，將7根拉製成鋁合金線進行絞合，製備成導體線芯；將所述鋁合金導體進行退火處理，退火溫度為370°C，時間為12h，停止對爐體加熱，再退火爐中日然冷卻，24h後從爐中取出，得到鋁合金導線。將製備的鋁合金導線進行性能測試，結果參見表2。表I實施例製備的鋁合金的成分表(wt%)
權利要求
1.ー種Al-Fe-Zn-RE鋁合金，包括O. Ol I. 6wt% 的 Fe ；O. 001 O. 3wt% 的 Cu ；O. 001 O. 3wt% 的 Mg ；O. 001 O. 3wt% 的 Co ；O. 001 O. 2wt% 的 Be ；O. 001 O. 3wt% 的 Ca ；O. 001 O. 2wt% 的 Zn ；O. OI 3. 0wt% 的 RE ； 餘量的招。
2.根據權利要求I所述的鋁合金，其特徵在於，包括O.25、. 6wt%的Fe。
3.根據權利要求I所述的鋁合金，其特徵在於，包括O.Γ0. 6wt%的RE。
4.根據權利要求I所述的鋁合金，其特徵在於，包含O.ΟΓΟ. 15wt%的Zn。
5.ー種Al-Fe-Zn-RE鋁合金的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟 a)鑄造如下成分的鋁合金鑄錠0.01 I. 6wt9^々Fe，0. ΟΟΓΟ. 3wt%的Cu，0. 00Γ0. 3wt%的 Mg，O. 00Γ0. 3wt% 的 Co，(λ 00Γ0. 2wt% 的 Be，O. 00Γ0. 3wt% 的 Ca，O. 00Γ0. 2wt% 的 Zn,0.0Γ3. 0wt%的RE和餘量的鋁； b)將所述鋁合金鑄錠進行均勻化處理，將均勻化處理後的鋁合金鑄錠進行軋制，得到鋁合金杆材； c)將步驟b)得到的鋁合金杆材進行間歇式退火處理； d)將步驟c)得到的鋁合金杆材進行時效處理，得到鋁合金。
6.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述均勻化處理的溫度為45(T550°C，所述均勻化處理的時間為6 16h，所述均勻化處理的升溫速度為3 8°C /min。
7.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟c)具體為 將步驟b)得到的鋁合金杆材加熱至28(T350°C，保溫2 8h後進行降溫，溫度降至150^200 0C，保溫2 4h後冷卻。
8.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述時效處理在電場強度為5 15KV/cm均勻電場中進行。
9.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述時效處理的溫度為25(T320°C，所述時效處理的時間為4 20h。
10.ー種電カ電纜，包括線芯、絕緣層、屏蔽層和保護層，其特徵在於，所述線芯為權利要求f 4任意ー項所述的鋁合金或權利要求5、任意一項所製備的鋁合金。
全文摘要
本發明提供了一種Al-Fe-Zn-RE鋁合金，本發明還提供了一種Al-Fe-Zn-RE鋁合金的製備方法，包括以下步驟a)鑄造鋁合金鑄錠；b)將所述鋁合金鑄錠進行均勻化處理，將均勻化處理後的鋁合金鑄錠進行軋制，得到鋁合金杆材；c)將步驟b)得到的鋁合金杆材進行間歇式退火處理；d)將步驟c)得到的鋁合金杆材進行時效處理，得到鋁合金。本發明還提供了一種電力電纜。本發明通過對添加元素的選擇和控制，並採用合理的製備工藝，使鋁合金具有較好的綜合性能。
文檔編號H01B1/02GK102978474SQ20121044537
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者林澤民 申請人:安徽欣意電纜有限公司