專利名稱：一種稀土鋁合金導(dǎo)體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電線電纜導(dǎo)體材料領(lǐng)域，具體涉及一種稀土鋁合金導(dǎo)體及其制備方法。
背景技術(shù)：
在電工圓鋁桿的生產(chǎn)中，有幾項質(zhì)量指標(biāo)是非常重要的其一是電阻率，電阻率的 大小直接影響到最終產(chǎn)品-電線電纜的導(dǎo)電效果，決定電阻率的因素主要和原材料的化學(xué) 成分相關(guān)，特別是在鋁合金中，如果增加銅、鐵等其它雜質(zhì)元素，將會使電線電纜的導(dǎo)電效 果變差；其二是力學(xué)性能，普通電工鋁作為導(dǎo)體時電線電纜的延伸率、柔韌性和抗蠕變性能 都較差，且使用安全穩(wěn)定性低；其三是抗腐蝕能力，普通的電工鋁抗腐蝕性不強(qiáng)，使用壽命 相對較短。由上述可知，開發(fā)耐腐蝕的稀土鋁合金桿是電線電纜發(fā)展的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種稀土鋁合金導(dǎo)體，采用本發(fā)明中的稀土鋁合金導(dǎo)體制成 的電線電纜具有較好的機(jī)械性能和優(yōu)越的導(dǎo)電性能，且使用安全穩(wěn)定性高，抗腐能力強(qiáng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種稀土鋁合金桿，按重量百分比 含量，其包括下列組分0. 20 0. 的銅，0. 12 0. 20%的稀土元素，0. 05 0. 15%的 鐵，0. 02 0. 10%的硅，余量為鋁以及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的另外一個目的是提供一種制備稀土鋁合金導(dǎo)體的方法，包括如下步驟1)向沖天爐中加入91 97重量份的鋁、0. 1 0. 85重量份的鐵鋁合金、0. 75 3. 50重量份的銅鋁合金以及0. 8 2. 8重量份的稀土鋁合金，加熱熔化流入保溫爐，提升鋁 液溫度750 800°C。2)向保溫爐爐內(nèi)加入0. 25 0. 55重量份的硼鋁合金并充分?jǐn)嚢琛?)向保溫爐投加0. 04 0. 06重量份的粉末精煉劑，精煉8 12分鐘。4)靜置保溫25 35分鐘后，進(jìn)行連鑄連軋。本發(fā)明所得的稀土鋁合金導(dǎo)體為新型的Al-Cu系耐腐蝕合金材料，具有如下優(yōu)占.
^ \\\ ·1)本發(fā)明中銅的含量控制在0.20 0.35%之間，能提高鋁合金的抗拉強(qiáng)度，同時 提高伸長率，易于拉制加工。2)本發(fā)明中鐵元素含量控制在0.05 0. 15%之間，能提高鋁合金的強(qiáng)度，同時還 提高了鋁合金的抗蠕變性和熱穩(wěn)定性。3)本發(fā)明中硅的含量控制在0. 02% -0. 10%之間，保證了一定量的硅對鋁合金強(qiáng) 度的增強(qiáng)作用。4)本發(fā)明中的稀土元素能降低鋁固溶體中硅的含量，從而將鐵，尤其是硅對鋁合 金導(dǎo)電率的影響減小至非常低的水平，同時稀土元素的加入還改善了鋁合金材料中晶體的 組織結(jié)構(gòu)，提高了鋁合金的工藝性能，有利于鋁合金的加工處理。再者極大提高了鋁合金的抗腐蝕能力，增加了使用壽命。5)本發(fā)明中的稀土元素以鈰和鑭為主，能夠良好的實現(xiàn)4)中的性能。6)本發(fā)明中的硼元素可與Ti、V、Mn、Cr等雜質(zhì)元素反應(yīng)，形成化合物后被沉淀排 除，從而降低Ti、V、Mn、Cr等雜質(zhì)元素對鋁合金導(dǎo)電率的影響，有利于提高鋁合金的導(dǎo)電率。7)本發(fā)明中制備的稀土鋁合金導(dǎo)體改善了拉制、絞制過程中應(yīng)力作用對導(dǎo)體組織 結(jié)構(gòu)的不利影響，本發(fā)明的稀土鋁合金桿強(qiáng)度提高10%，延伸率達(dá)到30%，抗腐蝕能力提 高1. 5倍，而電阻率保持在0. 02810 Ω · mm2/m之內(nèi)。
具體實施例方式實施例1 一、熔鑄工藝1、配料8480kg的鋁錠(99. 70%鋁含量、0.05% Si含量、0. 07% ！^含量)、80Kg銅鋁合金 (26 % Cu含量)、117kg稀土鋁合金(10 %稀土含量)、28kg硼鋁合金(3. 5 % B含量)、IOkg 精煉齊U (NaCl · KCl · Na3AlF6 · ZnCl2)。本實施例中鋁錠中的鐵含量已足以使制備得到的稀土鋁合金導(dǎo)體中的鐵含量滿 足要求，故本實施例不再另行添加鐵鋁合金。2、加料方式加料時銅鋁合金、稀土鋁合金隨鋁錠搭配均勻分批地從沖天爐加入，以保證成分 盡可能的均勻。3、保溫工藝由鋁錠、銅鋁合金以及稀土鋁合金熔化后得到的鋁合金液體流入保溫爐時溫度控 制在720 750°C ；所述的進(jìn)入保溫爐中的鋁合金液體的容積為其鋁合金液體總?cè)莘e的一 半時加入三分之一重量的硼鋁合金，當(dāng)所述的鋁合金液體全部進(jìn)入保溫爐中后，向前述鋁 合金液體中加入另外三分之二的硼鋁合金時溫度應(yīng)提升至750 800°C，此時升高溫度有 利于硼鋁合金的熔融，從而提高了硼化處理效果。4、硼化處理4. 1保溫爐鋁合金液體充滿一半時加入IOkg硼鋁合金。4. 2保溫爐鋁合金液體充滿后加入其余18kg硼鋁合金。在不同時間段內(nèi)加入硼鋁 合金是為了使硼元素能充分發(fā)揮作用，提高其作用效果。4. 3硼鋁合金投加的位置在保溫爐內(nèi)均勻的分布。5、精煉(除渣、除氣、攪拌、扒渣)5. 1為了保證整爐鋁合金液體的成份分布均勻，應(yīng)對鋁合金液體進(jìn)行攪拌，并攪拌 到爐的邊角。5.2當(dāng)鋁合金液體充滿爐后，通過管道由高純度氮?dú)鈱Okg的粉末精煉劑 (NaCl -KCl · Na3AlF6 · ZnCl2)吹入鋁合金液體底部，吹入口應(yīng)在鋁合金液體的底部移動，使 氣體及夾渣物沿鋁合金液體的表面均勻地上浮，時間為5 10分鐘。上浮的氧化鋁渣應(yīng)全 部扒出爐外，以盡量減少精煉劑所引入的新雜質(zhì)。
6、爐前快速分析及靜置保溫當(dāng)扒渣后的鋁合金液體通過“爐前樣品”分析確定Cu、Fe、Si及稀土含量符合要求 時，靜置時間25 35分鐘。7、連鑄連軋工藝控制7. 1溫度控制7. 1. 1澆包鋁水溫度710 740°C7. 1. 2 入軋溫度460 500°C7. 1.3 終軋溫度300°C7. 1.4軋制乳液溫度50°C7. 2澆鑄冷卻水的控制冷卻水溫度為25 30°C，壓力為0. 3MPa。7. 3鑄機(jī)電壓70 90V7. 4軋機(jī)速度7. 5 8. 5m/s ；軋制乳液的壓力為0. 16MPa。由此獲得的稀土鋁合金桿，按照重量百分含量，包含下述組分CuO. 20%、稀土元 素 0. 12%, FeO. 07%, SiO. 05%、A199%，其余為雜質(zhì)。本實例稀土鋁合金桿的性能為抗拉強(qiáng)度134Mpa、延伸率30%、抗蠕變相對電工 用鋁提高310%，抗腐蝕能力提高1. 5倍。實施例2一、熔鑄工藝1、配料6390kg的鋁錠(99. 70%鋁含量、0.06% Si含量、0. 10% ！^含量)、78Kg銅鋁合金 (24% Cu含量)、121kg稀土鋁合金(10%稀土含量)、21kg硼鋁合金(3. 5 % B含量)、8kg 精煉齊U (NaCl · KCl · Na3AlF6 · ZnCl2)。本實施例中鋁錠中的鐵含量已足以使制備得到的稀土鋁合金導(dǎo)體中的鐵含量滿 足要求，故本實施例不再另行添加鐵鋁合金。2、加料方式加料時銅鋁合金、稀土鋁合金隨鋁錠搭配均勻分批地從沖天爐加入，以保證成分 盡可能的均勻。3、保溫工藝由鋁錠、銅鋁合金以及稀土鋁合金熔化后得到的鋁合金液體流入保溫爐時溫度控 制在720 750°C ；所述的進(jìn)入保溫爐中的鋁合金液體的容積為其鋁合金液體總?cè)莘e的一 半時加入三分之一重量的硼鋁合金，當(dāng)所述的鋁合金液體全部進(jìn)入保溫爐中后，向前述鋁 合金液體中加入另外三分之二的硼鋁合金時溫度應(yīng)提升至750 800°C，此時升高溫度有 利于硼鋁合金的熔融，從而提高了硼化處理效果。4、硼化處理4. 1保溫爐鋁合金液體充滿一半時加入7kg硼鋁合金。4. 2保溫爐鋁合金液體充滿后加入其余14kg硼鋁合金。在不同時間段內(nèi)加入硼鋁合金是為了使硼元素能充分發(fā)揮作用，提高其作用效果。
4. 3硼鋁合金投加的位置在保溫爐內(nèi)均勻的分布。5、精煉(除渣、除氣、攪拌、扒渣)5. 1為了保證整爐鋁合金液體的成份分布均勻，應(yīng)對鋁合金液體進(jìn)行攪拌，并攪拌 到爐的邊角。5. 2當(dāng)鋁合金液體充滿爐后，通過管道由高純度氮?dú)鈱g的粉末精煉劑 (NaCl -KCl · Na3AlF6 · ZnCl2)吹入鋁合金液體底部，吹入口應(yīng)在鋁合金液體的底部移動，使 氣體及夾渣物沿鋁合金液體的表面均勻地上浮，時間為5 10分鐘。上浮的氧化鋁渣應(yīng)全 部扒出爐外，以盡量減少精煉劑所引入的新雜質(zhì)。6、爐前快速分析及靜置保溫當(dāng)扒渣后的鋁合金液體通過“爐前樣品”分析確定Cu、Fe、Si及稀土含量符合要求 時，靜置時間25 35分鐘。7、連鑄連軋工藝控制7. 1溫度控制7. 1. 1澆包鋁水溫度710 740°C7. 1. 2 入軋溫度460 500°C7. 1. 3 終軋溫度300°C7. 1.4軋制乳液溫度50°C7. 2澆鑄冷卻水的控制冷卻水溫度為25 30°C，壓力為0. 3MPa。7. 3鑄機(jī)電壓70 90V7. 4軋機(jī)速度7. 5 8. 5m/s ；軋制乳液的壓力為0. 16MPa。由此獲得的稀土鋁合金桿，按照重量百分含量，包含下述組分CuO.觀％、稀土元 素 0. 16%, FeO. 10%, SiO. 10%、A199%，其余為雜質(zhì)。本實例稀土鋁合金桿的性能為抗拉強(qiáng)度124Mpa、延伸率31%、抗蠕變相對電工 鋁提高330%，抗腐蝕能力提高1. 5倍。實施例3一、熔鑄工藝1、配料8520kg 的鋁錠(0.07% Si 含量，0. 12 % ！^ 含量)、395kg 鋁鐵合金(21 % ！^ 含 量)、139Kg鋁銅合金( % Cu含量)、126kg稀土鋁合金(9.8%稀土含量)、觀1^硼鋁合金 (3. 5% B 含量)UOkg 精煉劑(NaCl · KCl · Na3AlF6 · ZnCl2)。2、加料方式加料時鋁鐵合金、鋁銅合金隨鋁錠搭配均勻分批地從沖天爐加入，以保證成分盡 可能的均勻。3、保溫工藝由鋁錠、銅鋁合金、鋁鐵合金以及稀土鋁合金熔化后得到的鋁合金液體流入保溫 爐時溫度控制在720 750°C ；所述的進(jìn)入保溫爐中的鋁合金液體的容積為其鋁合金液體 總?cè)莘e的一半時加入三分之一重量的硼鋁合金，當(dāng)所述的鋁合金液體全部進(jìn)入保溫爐中 后，向前述鋁合金液體中加入另外三分之二的硼鋁合金時溫度應(yīng)提升至750 800°C，此時升高溫度有利于硼鋁合金的熔融，從而提高了硼化處理效果。4、稀土處理和硼化處理4. 1保溫爐鋁合金液體充滿一半時IOkg硼鋁合金。4. 2保溫爐鋁合金液體充滿后加入其余18kg硼鋁合金。在不同時間段內(nèi)加入硼鋁合金是為了使硼元素能充分發(fā)揮作用，提高其作用效果。4. 3硼鋁合金投加的位置在保溫爐內(nèi)均勻的分布。5、精煉(除渣、除氣、攪拌、扒渣)5. 1為了保證整爐鋁合金液體的成分分布均勻，應(yīng)對鋁合金液體進(jìn)行攪拌，并攪拌 到爐的邊角。5.2當(dāng)鋁合金液體充滿爐后，通過管道由高純度氮?dú)鈱Okg的粉末精煉劑 (NaCl -KCl · Na3AlF6 · ZnCl2)吹入鋁合金液體底部，吹入口應(yīng)在鋁合金液體的底部移動，使 氣體及夾渣物沿鋁合金液體的表面均勻地上浮，時間為5 10分鐘。上浮的氧化鋁渣應(yīng)全 部扒出爐外，以盡量減少精煉劑所引入的新雜質(zhì)。6、爐前快速分析及靜置保溫當(dāng)扒渣后的鋁合金液體通過“爐前樣品”分析確定Cu、Fe、Si含量符合要求時，靜 置時間25 35分鐘。7、連鑄連軋工藝控制7. 1溫度控制7. 1. 1澆包鋁水溫度710 740°C7. 1. 2 入軋溫度460 500°C7. 1. 3 終軋溫度300°C7. 1.4軋制乳液溫度50°C7. 2澆鑄冷卻水的控制冷卻水溫度為25 30°C，壓力為0. 3MPa。7.3鑄機(jī)電壓70 90V7. 4軋機(jī)速度7. 5 8. 5m/s ；軋制乳液的壓力為0. 16MPa。由此獲得的鋁合金材料，按照重量百分含量，包含下述組分Cu0.30%、稀土元素
0.12%, FeO. 15%, SiO. 10%、A199%，其余為雜質(zhì)。本實例稀土鋁合金桿的性能為抗拉強(qiáng)度132Mpa、延伸率33%、導(dǎo)電率61.0% IACS、7倍彎曲半徑后局部放電試驗合格、抗蠕變相對電工鋁提高330%，抗腐蝕能力提高1.5 倍。
權(quán)利要求
1.一種稀土鋁合金導(dǎo)體，其特征在于，按重量百分比含量，其包括下列組分0. 20 0. 的銅，0. 12 0.20%的稀土元素，0.05 0. 15%的鐵，0. 02 0. 10%的硅。余量為 鋁以及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋁合金導(dǎo)體，其特征在于所述的稀土元素包括鈰和鑭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土鋁合金導(dǎo)體，其特征在于按重量百分比，所述的鈰的含 量為0. 009 0. 09%，鑭的含量為0. 005 0. 08%。
4.制備權(quán)利要求1所述的稀土鋁合金導(dǎo)體的方法，其特征在于包括如下步驟1)向沖天爐中加入91 97重量份的鋁、0.1 0. 85重量份的鐵鋁合金、0. 75 3. 50 重量份的銅鋁合金以及0. 8 2. 8重量份的稀土鋁合金，加熱熔化流入保溫爐，提升鋁液溫 度 750 800 0C ο2)向保溫爐爐內(nèi)加入0.25 0. 55重量份的硼鋁合金并充分?jǐn)嚢琛?)向保溫爐投加0.04 0. 06重量份的粉末精煉劑，精煉8 12分鐘。4)靜置保溫25 35分鐘后，進(jìn)行連鑄連軋。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備稀土鋁合金導(dǎo)體的方法，其特征在于所述的銅鋁合金 中銅的含量為23 27%，稀土鋁合金中稀土的含量在9 10%。所述的鐵鋁合金中鐵的 含量為18 22%，硼鋁合金中硼的含量為2. 5 3. 5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備稀土鋁合金導(dǎo)體的方法，其特征在于所述的鋁、銅鋁合 金、稀土鋁合金及鐵鋁合金熔化后得到的鋁合金液體流入保溫爐，此時溫度為720 750°C ； 當(dāng)向保溫爐中投加硼鋁合金時，溫度應(yīng)提升至750 800°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備稀土鋁合金導(dǎo)體的方法，其特征在于所述的進(jìn)入保溫 爐中的鋁合金液體的容積為其鋁合金液體總?cè)莘e的一半時加入三分之一重量的硼鋁合金， 當(dāng)所述的鋁合金液體全部進(jìn)入保溫爐中后加入剩余的硼鋁合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備稀土鋁合金導(dǎo)體的方法，其特征在于所述的粉末精煉 劑為Na3Al · F6, KCl、NaCl和ZnCl2組成的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備稀土鋁合金導(dǎo)體的方法，其特征在于連鑄連軋時，澆包 鋁水溫度為710 740°C，入軋溫度為460 500°C，終軋溫度為300°C，軋制乳化液的溫度 為 50 0C ο
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種稀土鋁合金導(dǎo)體及其制備方法。所述稀土鋁合金桿含有重量百分比為0.20～0.35％的銅，0.12～0.20％的稀土元素，0.05～0.15％的鐵，0.02～0.10％的硅，其余為鋁以及不可避免的雜質(zhì)。所述稀土鋁合金導(dǎo)體由原料經(jīng)過熔煉工藝和連鑄連軋工藝而制成。本發(fā)明中制備的稀土鋁合金導(dǎo)體改善了拉制、絞制過程中應(yīng)力作用對導(dǎo)體組織結(jié)構(gòu)的不利影響，本發(fā)明的稀土鋁合金導(dǎo)體的強(qiáng)度增加10％，延伸率達(dá)到30％，抗腐蝕能力提高1.5倍，而電阻率保持在0.02810Ω·mm2/m之內(nèi)。
文檔編號C22C21/14GK102127666SQ20111005134
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者薩意達(dá)·尼卡因 申請人:安徽省惠爾電氣有限公司