一種電纜用鋁合金線材及其製備方法
2023-06-03 20:28:46 1
專利名稱：一種電纜用鋁合金線材及其製備方法
技術領域：
本發明涉及有色金屬線材領域，特別是涉及一種電纜用鋁合金線材及其製備方法。
背景技術：
由於銅的優良的電性能，目前國內市場大多採用銅作為主要導體材料製備電纜。但是資源匱乏等各種原因的影響，使得銅價越來越高，很大程度上限制了銅芯電纜的應用和發展。因此，近年來很多研究者都致力於尋找一種能夠替代銅作為 電纜芯材的價廉物美的新材料。因為鋁資源豐富且成本低，以鋁代替銅作為導體用於電線電纜將是一種趨勢。在同樣體積下，鋁合金的實際重量大約是銅的三分之一。按照該計算，在滿足相同導電性能的前提下，相同重量鋁合金電纜的長度是銅電纜的兩倍。因此，相同載流量時鋁合金電纜的重量大約是銅纜的一半。採用鋁合金電纜取代銅纜，可以減輕電纜重量，降低安裝成本，減少設備和電纜的磨損，使安裝工作更輕鬆。但是用普通的鋁線材用作電線電纜時，其延伸率、柔韌性和抗蠕變性能無法達到要求，且使用安全穩定性低。因而近年來對鋁合金線材的改性，以使其獲得優越的電性能，已經成為一個熱門的研究課題。在面對鋁合金導體的合金材料改性時，主要需要改進性能包括抗蠕變性能、拉伸強度、延伸率和電導率等。抗蠕變性能的提高能夠減少了導體在受熱和壓力下的「蠕變」傾向，避免由於冷流或蠕變引起的鬆弛問題，而拉伸強度和延伸率的提高能夠使鋁合金導體使用更加安全可靠。
發明內容
鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種電纜用鋁合金線材，用於解決現有技術中的問題。為實現上述目的及其他相關目的，本發明第一方面提供一種電纜用鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分矽Si O. 04-0. 15wt% ；鐵Fe O. 5-0. 9wt% ；銅Cu O. 1-0. 3wt% ；鋅Zn O. 06-0. 08wt% ; | B O. 05-0. 2wt% ；銻Sb O. 01-0. 04wt% ;If Ni O. 05-0. 08wt% ；鋯Zr 0· 05-0. 09wt% ;稀土O. 05-0. 08wt% ;
餘量為鋁及不可避免的雜質。優選的，所述電纜用鋁合金線材中，其鋁的含量> 98. lwt%。優選的，所述稀土組分，以鋁合金中稀土總重量為基準，組成如下輕稀土70_80wt% ；中稀土5_10wt%;
重稀土15_20wt%。所述輕稀土選自鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd和鉕Pm中的一種或多種，其中La、Ce、P、Nd的重量之和佔輕稀土總重量的90wt%以上。優選的，所述輕稀土為鑭La、鈰Ce、鐠Pr和釹Nd的混合，其中鑭La、鈰Ce、鐠Pr和釹 Nd 的重量比為 30-39. 98 :60-69. 98 0. 01-0.1 0. 01-0.1。所述中稀土選自釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb和鏑Dy中的一種或多種。優選的，所述中稀土為Eu。所述重稀土選自欽Ho、鉺Er、銩Tm、鐿Yb、鑥Lu、釔Y和鈧Sc中的一種或多種，其中Sc佔重稀土重量的50wt%以上。優選的，所述重稀土為Sc。本發明第二方面提供所述電纜用鋁合金線材的製備方法，包括如下步驟I)熔煉先按配比將鋁和鋁-鐵合金在720_730°C下熔化，再升溫至780_790°C下按配比加入銅、鋅、鋪、鎳、鋯；充分混合後，在760-770°C下按配比加人輕稀土 ；充分混合後，在730-740°C下按配比加入中稀土 ；充分混合後，在780-790°C下按配比加入重稀土和硼；充分混合後通入精煉劑進行精煉、扒渣；再對鋁液進行爐前化學快速分析，分析後根據配方中各組分的重量比調整鋁液組分，對鋁液進行補料；2)保溫將步驟I所得鋁液在720-730°C下保溫15_20min ；3)連鑄連軋將步驟2所得鋁液進行連鑄連軋工藝，各項指標的控制範圍為澆鑄溫度為710-720°C，燒鑄速度為7. 4-7. 6m/min，冷卻速度為20_22°C /s，軋區的進軋溫度為490-500°C，出軋溫度為 255-265°C ；優選的，所述銅、鋅、銻、鎳、鋯、輕稀土、中稀土、重稀土、硼均以該物質與鋁的中間合金的方式加入。在中間合金加入時，應儘可能在鋁液的不同位置進行投料，使得中間合金的成分能夠更快速、均勻地在鋁液中分散。此外，由於生產所用鋁錠及鋁合金中均不可避免的含有少量矽，因此矽無需額外加入。優選的，所述步驟I中精煉劑由NaNO3、石墨和冰晶石組成，精煉劑的導入溫度為775-785°C，精煉劑與鋁液的重量比為2-3:6000，所述精煉劑中各組分的重量百分比為硝酸鈉(NaNO3) 50-70wt%、石墨粉(C) 5_15wt%、冰晶石(Na3AlF6) 20_40wt%。優選的，所述精煉劑中各組分的重量百分比為硝酸鈉60wt%、石墨粉10wt%、冰晶石 30wt%。所述精煉劑的加入時應壓入鋁液面下。優選的，所述步驟I中，精煉劑加入後，採用永磁攪拌的方式攪動鋁液，使其均勻溶化，分散於招液內，以提聞精煉劑的精煉效果。優選的，所述步驟I中，精煉劑的反應時間為15分鐘以上，即在精煉劑加入15分鐘以後再進行扒洛操作。在進行扒渣操作時，應儘量扒除表面浮渣，以減少精煉劑引入所帶來的雜質。整個精煉過程中無需外加覆蓋劑。製備本發明的鋁合金線材，在熔煉時無需加入覆蓋劑，且相比添加覆蓋劑工藝所得線材的電性能無不良影響，所得鋁杆與單絲不會起皮，雜質去除更加容易，整體操作步驟大大簡化。其具體體現在鋁液在精煉扒渣以後，不再需要外加覆蓋劑，直接靜置後即可進行連鑄連軋操作。本發明免去覆蓋劑的使用，不僅減少了操作步驟，節省了時間和原材料成本，更避免了覆蓋劑加入時可能引入其他雜質的可能。所述爐前化學快速分析按照ASTM B800-2005的規定執行，其具體方法為在靠近鋁液中央位置用專用工具取樣，取好試樣後及時用水冷卻成型，對兩個端面進行打磨後直接用光譜儀進行成分檢測分析。 優選的，所述步驟3中，軋區的長度為51m，機架數為15，軋制速度為3. 6-3. 8m/s,出杆直徑為9-10mm。所述步驟3中，連鑄連軋工藝中連鑄輪機內外冷卻水量之比為3 :2，冷卻水溫低於50°C。鑄機電壓為60-90V。當鋁液進行上下澆包操作時，要保持鋁液表面穩定，並保持平穩連續，不得抖動和停頓，另外無需對鋁液表面的氧化皮進行挑除。本發明所提供的電纜用鋁合金線材，通過對線材中稀土元素含量的調整，並引入其他摻雜元素，所製得的鋁合金線材其電導率達到62%IACS以上，拉伸強度最高可達135MPa，且伸長率均達到30%左右，尤其是其抗蠕變性質得到明顯改善，綜合電性能得到明顯提高，可以作為一種優良的電纜線材。另外，本發明所提供的鋁合金線材在製備鋁合金單絲導線時，在冷拉絲過程中很少出現起皮現象，使得鋁合金單絲導線的質量以及生產效率都得到了大幅提高，更提高了使用單絲製備電纜線材時的生產效率。本發明第三方面提供一種稀土鋁合金絞合導體，其製備方法包括如下步驟I)冷拉絲由所述電纜用鋁合金線材通過冷拉絲工藝製備稀土鋁合金單絲導線；2)絞合由多根所述鋁合金單絲導線，通過同心層絞工藝絞合；3)退火將步驟2所得的鋁合金絞合導體裝盤後進行退火處理。所述步驟2中，退火的方法為三段式退火，所述三段式退火具體指將步驟I所得的鋁合金絞合導體盤和後，置於退火裝置中，所述退火裝置分為上、中、下三個溫區，其中上溫區的溫度最低，且下溫區的溫度不低於中溫區，所述上溫區的溫度範圍為340-360°C，所述中溫區的溫度範圍為350-370°C，所述下溫區的溫度範圍為360-370°C，退火的時間為4-10h。優選的，所述上、中、下三個溫區為退火裝置中，自上而下等分其中回火爐工藝盤的三個溫區。所述退火工藝可使鋁合金絞合導體中各單絲之間更加緊密地結合，減少單絲之間的空隙，大大提高了鋁合金絞合導體的緻密度，填充係數達到92%以上。所得的鋁合金絞合導體可直接包覆用於均衡電場的屏蔽層，且所包覆的屏蔽層不會出現滲入鋁合金絞合導體的現象，保證了屏蔽層的均勻分布，確保了導體的優良性能。
所得包覆有屏蔽層的鋁合金絞合導體可根據需要，進一步包覆絕緣層和保護層，從而獲得所需的鋁合金電纜。本發明第四方面提供一種稀土鋁合金異形絞合導體，為由多根鋁合金單絲導線同心層絞而成，除絞線中心外，各層均由多根異形鋁合金單絲導線同心絞合而成，所述異形鋁合金單絲導線的橫截面為異形等腰梯形，所述異形等腰梯形為長底邊替換為圓弧的等腰梯形，所述圓弧的圓心與所述異形等腰梯形的腰線的延長線的交點重合，所述異形鋁合金絞合導體的絞線中心由多根扇形鋁合金單絲導線絞合而成，或者由多根所述異形鋁合金單絲導線絞合而成，或者為單根圓形鋁合金單絲導線。所述各鋁合金單絲導線由所述電纜用鋁合金線材製備。具體的，所述各異形鋁合金單絲導線由圓形鋁合金單絲導線擠壓生成，所述圓形鋁合金單絲導線由所述電纜用鋁合金線材通過冷拉絲工藝製備。
所述圓形鋁合金單絲導線的橫截面為圓形。所述扇形鋁合金單絲導線的橫截面為扇形。進一步的，所述異形等腰梯形的四個角均為圓角。進一步的,所述扇形的三個角均為圓角。所述異形等腰梯形除長底邊外，其餘各邊的主體部分基本呈直線。進一步的，同一層所用異形鋁合金單絲導線的橫截面形狀一致。各層所用異形鋁合金單絲導線的數量η為
權利要求
1.一種電纜用鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分矽O.04-0. 15wt% ；鐵O. 5—0. 9wt% ；銅O.1-0. 3wt% ；鋅O. 06-0. 08wt% ；硼O.05-0. 2wt% ；銻O. 01-0. 04wt% ；鎳O.05-0. 08wt% ；鋯O.05-0. 09wt% ；稀土O.05-0. 08wt% ；餘量為鋁及不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的一種電纜用鋁合金線材，其特徵在於，所述稀土組分，以鋁合金中稀土總重量為基準，組成如下輕稀土 70-80wt% ；中稀土 5_10wt% ；重稀土 15-20wt%。
3.如權利要求2所述的一種電纜用鋁合金線材，其特徵在於，所述輕稀土選自鑭、鈰、 鐠、釹和鉕中的一種或多種，其中鑭、鈰、鐠、釹的重量之和佔輕稀土總重量的90wt%以上。
4.如權利要求2所述的一種電纜用鋁合金線材，其特徵在於，所述中稀土選自釤、銪、 釓、鋱和鏑中的一種或多種。
5.如權利要求4所述的一種電纜用鋁合金線材，其特徵在於，所述中稀土為銪。
6.如權利要求2所述的一種電纜用鋁合金線材，其特徵在於，所述重稀土選自欽、鉺、 銩、鐿、鑥、釔和鈧中的一種或多種,其中鈧佔重稀土重量的50wt%以上。
7.如權利要求6所述的一種電纜用鋁合金線材，其特徵在於，所述重稀土為鈧。
8.如權利要求1-7任一權利要求所述的電纜用鋁合金線材的製備方法，包括如下步驟1)熔煉先按配比將鋁和鋁-鐵合金在720-730V下熔化，再升溫至780-790 V下按配比加入銅、鋅、鋪、鎳、鋯；充分混合後，在760-770°C下按配比加人輕稀土 ；充分混合後，在 730-740°C下按配比加入中稀土 ；充分混合後，在780-790°C下按配比加入重稀土和硼；充分混合後通入精煉劑進行精煉、扒渣；再對鋁液進行爐前化學快速分析，分析後根據配方中各組分的重量比調整鋁液組分，對鋁液進行補料；2)保溫將步驟I所得鋁液在720-730°C下保溫15_20min；3)連鑄連軋將步驟2所得鋁液進行連鑄連軋工藝，各項指標的控制範圍為澆鑄溫度為710-720°C，燒鑄速度為7. 4-7. 6m/min，冷卻速度為20-22°C /s，軋區的進軋溫度為 490-500°C，出軋溫度為 255-265°C ；
9.一種稀土鋁合金絞合導體，其製備方法包括如下步驟1)冷拉絲由權利要求1-7任一權利要求所述的電纜用鋁合金線材通過冷拉絲工藝製備稀土鋁合金單絲導線；2)絞合由多根所述鋁合金單絲導線，通過同心層絞工藝絞合；3)退火將步驟2所得的鋁合金絞合導體裝盤後進行退火處理。
10.一種稀土鋁合金異形絞合導體，為由多根鋁合金單絲導線同心層絞而成，除絞線中心外，各層均由多根異形鋁合金單絲導線同心絞合而成，所述異形鋁合金單絲導線的橫截面為異形等腰梯形，所述異形等腰梯形為長底邊替換為圓弧的等腰梯形，所述圓弧的圓心與所述異形等腰梯形的腰線的延長線的交點重合，所述異形鋁合金絞合導體的絞線中心由多根扇形鋁合金單絲導線絞合而成，或者由多根所述異形鋁合金單絲導線絞合而成，或者為單根圓形鋁合金單絲導線，所述各鋁合金單絲導線由權利要求1-7任一權利要求所述電纜用鋁合金線材製備。
全文摘要
本發明涉及有色金屬線材領域，特別是涉及一種電纜用鋁合金線材及其製備方法。一種電纜用鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分矽0.04-0.15wt%；鐵0.5-0.9wt%；銅0.1-0.3wt%；鋅0.06-0.08wt%；硼0.05-0.2wt%；銻0.01-0.04wt%；鎳0.05-0.08wt%；鋯0.05-0.09wt%；稀土0.05-0.08wt%；餘量為鋁及不可避免的雜質。本發明所提供的電纜用鋁合金線材，通過對線材中稀土元素含量的調整，並引入其他摻雜元素，所製得的鋁合金線材其電導率達到62%IACS以上，拉伸強度最高可達135MPa，且伸長率均達到30%左右，尤其是其抗蠕變性質得到明顯改善，綜合電性能得到明顯提高。
文檔編號C22F1/04GK102994818SQ201210512910
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者黃誠, 王業山, 王永海 申請人:安徽太平洋電纜股份有限公司