專(zhuān)利名稱(chēng)：一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電線(xiàn)電纜用導(dǎo)體材料，具體是指一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及其制備方法，屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電網(wǎng)負(fù)荷的增加，電力輸送朝高壓化、大容量化、遠(yuǎn)距離化方向發(fā)展，對(duì)輸電導(dǎo)線(xiàn)提出了苛刻的要求，一方面要求輸電導(dǎo)線(xiàn)具有較高的導(dǎo)電率，降低輸送線(xiàn)損，提高輸送效率，另一方面要求輸電導(dǎo)線(xiàn)具有良好的耐熱性能和抗弧垂特性，減少線(xiàn)路建設(shè)成本，節(jié)約緊張的走廊資源。但是，鋁導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性和耐熱性能是一對(duì)矛盾體，兩者往往陷入此消彼長(zhǎng)的困境，是開(kāi)發(fā)耐熱鋁導(dǎo)體材料的技術(shù)瓶頸。微合金化是改善鋁導(dǎo)體材料綜合性能的最有效手段之一。Er是鋁合金微合金化研究的熱點(diǎn)，中國(guó)專(zhuān)利CN 101418401B公開(kāi)發(fā)明了一種Al-Er合金導(dǎo)線(xiàn)材料，表明純鋁中添加適量Er可在保持較高導(dǎo)電率的前提下提高合金的硬度，然而該專(zhuān)利并未證實(shí)Er對(duì)耐熱性能的有益作用。^ 是耐熱鋁導(dǎo)體材料中最常用的微合金化元素，中國(guó)專(zhuān)利CN 19M053A公開(kāi)發(fā)明了一種含ττ的高導(dǎo)電超耐熱鋁合金導(dǎo)線(xiàn)，其ττ添加量數(shù)倍于普通耐熱合金導(dǎo)線(xiàn)，Zr 添加量過(guò)高時(shí)會(huì)顯著減低導(dǎo)電率，采用長(zhǎng)時(shí)間熱處理能使部分固溶態(tài)^ 析出，在基體中形成彌散的AlJr金屬化合物，減小ττ對(duì)導(dǎo)電率的有害影響并提高耐熱性能，因此該高導(dǎo)電超耐熱鋁合金導(dǎo)線(xiàn)生產(chǎn)時(shí)必須在一定溫度下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理，能耗較高且不易實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。Zr、Er具有相近的物理、化學(xué)性質(zhì)，兩者復(fù)合添加可對(duì)鋁合金的耐熱性能產(chǎn)生積極的影響，《稀有金屬材料與工程》2009年第38卷發(fā)表論文“微量Zr、Er對(duì)Al-Zn-Mg合金組織與性能的影響”，表明Er、&復(fù)合添加能顯著抑制Al-Zn-Mg合金的再結(jié)晶行為，大幅提高合金的耐熱性能。本發(fā)明在工業(yè)純鋁中復(fù)合添加Zr、Er,并控制合理的狗含量，無(wú)需熱處理即獲得一種耐熱溫度達(dá)到180°C的鋁合金導(dǎo)體材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種組分配比合理、制備工藝簡(jiǎn)單，鑄造后直接軋制即獲得具有較高電導(dǎo)率以及較好耐熱性能的耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及其制備方法。本發(fā)明一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，包括下述組份按重量百分比組成鋯0.06-0.15%;鉺0. 15-0. 30% ；鐵0. 10-0. 20% ；硅<0.05%;鈦、釩、鉻、錳元素總含量小于0.01% ；余量為鋁。本發(fā)明一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率在59. 5 60. 5% IACS，長(zhǎng)期耐熱溫度達(dá)到180°C，短期耐熱溫度達(dá)到210°C。
本發(fā)明一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的制備方法，是取純度大于99. 7%的工業(yè)純鋁錠熔化，向熔體中加入鋯、鉺、鐵的中間合金，于750°C -760°C保溫，待中間合金完全熔化后， 攪拌，將合金熔液降至730°C保溫，依次進(jìn)行精煉、靜置、扒渣，然后通過(guò)連鑄連軋獲得耐熱鋁合金導(dǎo)體材料。本發(fā)明一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的制備方法中，所述純度大于99. 7%的工業(yè)純鋁錠中，含鐵、硅的質(zhì)量百分比為鐵< 0. 15%，硅< 0. 05%。本發(fā)明一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的制備方法中，所述加入鋯、鉺、鐵的中間合金， 控制合金熔液中各元素的質(zhì)量百分比為鋯0. 06-0. 15%;鉺0· 15-0. 30%;鐵0· 10-0. 20%； 硅<0. 05% ；鈦、釩、鉻、錳元素總量小于0.01% ；余量為鋁。本發(fā)明一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的制備方法中，所述鋯的中間合金為A1-11. 34% Zr ；所述鉺的中間合金為A1-4. 7% Er ；所述鐵的中間合金為A1-5. 0%狗。本發(fā)明一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的制備方法中，所述連鑄連軋工序中進(jìn)軋溫度為 4800C _530°C，終軋溫度為200°C _280°C，軋制的總變形量為96. 4%。本發(fā)明由于采用上述組份配比，制備的耐熱鋁合金導(dǎo)體材料無(wú)需熱處理，熔鑄后直接軋制，即可獲得導(dǎo)電率介于59. 5 60. 5% IACS之間，長(zhǎng)期耐熱溫度為180°C，短期耐熱溫度為210°C的導(dǎo)體材料。本發(fā)明組份中采用了 &、Er復(fù)合微合金化和控鐵處理，其中& 的添加量限制在較低水平，目的是在提高耐熱性能的前提下盡量降低對(duì)導(dǎo)電率的影響，同時(shí)與Er復(fù)合添加進(jìn)一步提高了耐熱性能，此外，F(xiàn)e對(duì)鋁導(dǎo)體材料導(dǎo)電率的影響很小，控鐵處理也有益于耐熱性能的提高。按照本發(fā)明組份配比的合金液，通過(guò)連鑄連軋就能使鋁基體形成彌散分布的納米級(jí)第二相，相比于固溶態(tài)，微合金化元素的這種存在形式對(duì)導(dǎo)電率的影響小得多，且納米級(jí)的第二相還能有效釘扎位錯(cuò)和晶界，抑制變形組織發(fā)生再結(jié)晶，大幅度提高鋁導(dǎo)體材料的耐熱性能。該耐熱鋁合金導(dǎo)體材料采用連鑄連軋的方式生產(chǎn)，無(wú)需對(duì)合金錠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理，因此可以節(jié)省熱處理所需的能耗，減低生產(chǎn)成本，并且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。該耐熱鋁導(dǎo)體材料是一種潛力巨大的電線(xiàn)電纜用導(dǎo)體材料，用于架空導(dǎo)線(xiàn)將大大減少輸電線(xiàn)損，增大輸電線(xiàn)路塔桿間距，降低線(xiàn)路建設(shè)成本，節(jié)約緊張的走廊資源， 具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保意義。綜上所述，本發(fā)明組分配比合理、制備工藝簡(jiǎn)單，鑄造后直接軋制即獲得具有較高電導(dǎo)率以及較好耐熱性能的耐熱鋁合金導(dǎo)體材料；便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，可有效減低耐熱鋁合金的生產(chǎn)成本以及能源消耗，適于工業(yè)化應(yīng)用。


附圖1 為本發(fā)明實(shí)施例2制備的合金的透射電鏡觀(guān)察組織。由圖可知，合金材料的基體上分布有納米級(jí)的第二相。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 以純度大于99. 7% 的工業(yè)純鋁錠(其中 i^e<0. 15%,Si <0. 05% ) ,Al-11. 34% ^ 中間合金、Al-4. 7% Er中間合金和Al-5.0% Fe中間合金為原料，先將工業(yè)純鋁放入熔爐中熔化，合金液在750°C -760°C保溫，加入鋁鋯中間合金、鋁鉺中間合金和鋁鐵中間合金，使各元素的質(zhì)量百分比為鋯為0. 06%，鉺為0.，鐵為0. 12%，硅為0. 03%，鈦、釩、 鉻、錳等雜質(zhì)元素總和為0. 0058%，鋁為余量。待中間合金完全熔化后，攪拌，將合金熔液降至730°C保溫，依次進(jìn)行攪拌、精煉、靜置、扒渣，通過(guò)連鑄連軋獲得耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，其中進(jìn)軋溫度為530°C，終軋溫度為280°C，軋制的總變形量為96. 4%。對(duì)鋁導(dǎo)體材料進(jìn)行導(dǎo)電率和耐熱性能測(cè)試，結(jié)果如表1所示。
表1耐熱鋁合金導(dǎo)體材料綜合性能評(píng)價(jià)表
工藝號(hào)導(dǎo)電率 (%IACS)抗拉強(qiáng)210°C短期(1180°C 長(zhǎng)期 000度 (MPa)小時(shí))耐熱性能(％)小時(shí))耐熱性能 (%)實(shí)施例160.514892.490.7實(shí)施例2 以純度大于99. 7% 的工業(yè)純鋁錠(其中 i^e<0. 15%,Si <0. 05% ) ,Al-11. 34% ^ 中間合金、Al-4. 7% Er中間合金和Al-5.0% Fe中間合金為原料，先將工業(yè)純鋁放入熔爐中熔化，合金液在750°C -760°C保溫，加入鋁鋯中間合金、鋁鉺中間合金和鋁鐵中間合金，使各元素的質(zhì)量百分比為鋯為0. 11%，鉺為0. 22%，鐵為0. 19%，硅為0. 04%，鈦、釩、 鉻、錳等雜質(zhì)元素總和為0. 071 %，鋁為余量。待中間合金完全熔化后將，將合金熔液降至 730°C保溫，依次進(jìn)行攪拌、精煉、靜置、扒渣，通過(guò)連鑄連軋獲得耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，其中進(jìn)軋溫度為500°C，終軋溫度為240°C，軋制的變形量為96. 4%。對(duì)鋁導(dǎo)體材料進(jìn)行導(dǎo)電率和耐熱性能測(cè)試，結(jié)果如表2所示。圖1為實(shí)施例2合金的透射電鏡觀(guān)察組織，由圖可知， 合金材料的基體上分布有納米級(jí)的第二相，相比于固溶態(tài)，微合金化元素以這種形式存在對(duì)合金導(dǎo)電率的影響要小得多，同時(shí)能較大幅度提高材料的耐熱性能。表2耐熱鋁合金導(dǎo)體材料綜合性能評(píng)價(jià)表
工藝號(hào)導(dǎo)電率 (%IACS)抗拉強(qiáng)210°C短期(1180°C長(zhǎng)期度小時(shí))耐熱性(400小時(shí))耐(MPa)能(％)熱性能(%)實(shí)施例259.615794.291.6實(shí)施例3 以純度大于99. 7% 的工業(yè)純鋁錠(其中 i^e<0. 15%,Si <0. 05% ) ,Al-11. 34% ^ 中間合金、Al-4. 7% Er中間合金和Al-5.0% Fe中間合金為原料，先將工業(yè)純鋁放入熔爐中熔化，合金液在750°C -760°C保溫，加入鋁鋯中間合金、鋁鉺中間合金和鋁鐵中間合金，使各元素的質(zhì)量百分比為鋯為0. 15%，鉺為0. 15%，鐵為0. 16%，硅為0. 03%，鈦、釩、 鉻、錳等雜質(zhì)元素總和為0. 063%，鋁為余量。待中間合金完全熔化后，攪拌，將合金熔液降至730°C保溫，依次進(jìn)行攪拌、精煉、靜置、扒渣，通過(guò)連鑄連軋獲得耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，其中進(jìn)軋溫度為480°C，終軋溫度為200°C，軋制的總變形量為96. 4%。對(duì)鋁導(dǎo)體材料進(jìn)行導(dǎo)電率和耐熱性能測(cè)試，結(jié)果如表3所示。 表3耐熱鋁合金導(dǎo)體材料綜合性能評(píng)價(jià)表
權(quán)利要求
1.一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，包括下述組份按重量百分比組成鋯 0.06-0.15%;鉺 0. 15-0. 30% ；鐵 0. 10-0. 20% ；硅 <0. 05% ；鈦、釩、鉻、錳元素總含量小于0. 01% ；余量為鋁。
2.制備如權(quán)利要求1所述的一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的方法，是取純度大于99.7 %的工業(yè)純鋁錠熔化，向熔體中加入鋯、鉺、鐵的中間合金，于750°C -760°C保溫，待中間合金完全熔化后，攪拌，將合金熔液降至730°C保溫，依次進(jìn)行精煉、靜置、扒渣，然后通過(guò)連鑄連軋獲得耐熱鋁合金導(dǎo)體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于所述純度大于99. 7%的工業(yè)純鋁錠中，含鐵、硅的質(zhì)量百分比為鐵< 0. 15%，硅< 0.05%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于所述向熔體中加入鋯、鉺、鐵的中間合金，控制合金熔液中各元素的質(zhì)量百分比為鋯 0. 06-0. 15% ；鉺 0. 15-0. 30% ；鐵 0. 10-0. 20% ；硅< 0. 05% ；鈦、釩、鉻、錳元素總量小于 0.01% ；余量為鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于所述鋯的中間合金為Al-11. 34% Zr ；所述鉺的中間合金為A1-4. 7% Er ；所述鐵的中間合金為 A1-5. 0% Fe。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任意一項(xiàng)所述的一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于所述連鑄連軋工序中，進(jìn)軋溫度為480°C -530°C，終軋溫度為200°C -280°C，軋制的總變形量為96.4%。
全文摘要
一種耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及其制備方法。包括下述組分組成鋯0.06-0.15％；鉺0.15-0.30％；鐵0.10-0.20％；硅小于0.05％；鈦、釩、鉻、錳等不可避免雜質(zhì)總和小于0.01％；鋁為余量。其制備方法是將各組分熔鑄后直接軋制即可。該導(dǎo)體材料不需進(jìn)行熱處理即可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電率在59.5～60.5％IACS之間，長(zhǎng)期耐熱溫度達(dá)到180℃，短期耐熱溫度達(dá)到210℃，是一種極具潛力的電線(xiàn)電纜用導(dǎo)體材料。該導(dǎo)體材料可廣泛用于電力工程的建設(shè)和擴(kuò)容改造，大幅提高輸電線(xiàn)容量，減少輸送線(xiàn)損，同時(shí)可以增加輸電線(xiàn)路塔桿間距，減少線(xiàn)路建設(shè)成本，節(jié)約緊張的走廊資源，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保意義。本發(fā)明組分配比合理、制備工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，可有效減低耐熱鋁合金的生產(chǎn)成本以及能源消耗，適于工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)C22F1/04GK102230113SQ20111020195
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者賓杰, 巫榮海, 李紅英 申請(qǐng)人:中南大學(xué)