專利名稱：一種大容量非熱處理型高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電線電纜導(dǎo)體用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大容量非熱處理型高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料。
背景技術(shù)：
在國家電網(wǎng)“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”形勢下，長距離、大容量、高電壓輸電線路越來越多。大容量輸電導(dǎo)線主要有以下兩種形式大截面硬鋁導(dǎo)線和大電流量鋁合金導(dǎo)線。在輸送電流密度一定的條件下，采用增加硬鋁導(dǎo)體材料的截面積提高輸送容量的優(yōu)點在于線損小，存在的問題是導(dǎo)線重量大，需要消耗更多的導(dǎo)體材料和需要強度更高的桿塔和金具，施工較困難；在導(dǎo)線截面一定的條件下，采用耐受較高電流密度的耐熱鋁合金導(dǎo)線提高輸送容量的優(yōu)點是對桿塔、金具的強度要求較低，施工較容易，存在的問題是現(xiàn)有耐熱鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率為58% IACS和60% IACS，比硬鋁導(dǎo)線低1 3% IACS，增加輸電損耗。如果將耐熱鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率提高至硬鋁導(dǎo)線水平，則可解決耐熱鋁合金導(dǎo)線輸電損耗大的問題，傳輸相同容量的電能其直徑比硬鋁導(dǎo)線的直徑小，可減輕隨風(fēng)舞動，降低材料消耗既提高安全性又帶來顯著的經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種不需熱處理的可在150°C下長期運行的導(dǎo)電率大于 61% IACS的鋁合金導(dǎo)體材料。本發(fā)明提供一種大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，該鋁合金導(dǎo)體材料主要由以下 4種元素組成鋁、鉺、釔和鐵，各種元素的質(zhì)量百分比如下鉺為0. 21 0. 30%，釔為 0. 26 0. 30%，鐵為0. 15 0. 25%，雜質(zhì)硅彡0. 06%，雜質(zhì)鉻、錳、釩、鈦之和彡0. 012% (Mn+Cr+V+Ti 彡 0. 012% )，余量為鋁。所述大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料還可以含有鑭、鈰或鑭鈰混合稀土，所含的鑭、 鈰或鑭鈰混合稀土的質(zhì)量百分比大于0小于等于0. 15% ；所述大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料還可以含有硼，所含硼的質(zhì)量百分比大于0小于等于0. 03%。所述大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料還可以含有鋯，所含鋯的質(zhì)量百分比大于0小于等于0. 03%。上述大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，可采用如下工藝制備先將純度為99. 7wt% 以上的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為720 750°C，進行爐前化學(xué)分析，若雜質(zhì)硅含量> 0. 06%時，采用鑭、鈰或鑭鈰混合稀土優(yōu)化處理鋁液，稀土元素的加入量約占鋁液質(zhì)量的0. 005 0.2%，控制雜質(zhì)硅含量< 0.06%，若雜質(zhì)鉻、錳、釩、鈦之和 (Cr+Mn+Ti+V)彡0. 012%，采用加硼處理鋁液，硼元素的加入量約占鋁液質(zhì)量的0. 05 0. 1%，控制雜質(zhì)鉻、錳、釩、鈦之和(Cr+Mn+Ti+V)彡0. 012%，然后在保溫爐溫度為740 760°C時添加鋁鉺合金、鋁釔合金、鋁鐵合金，也可同時加入鋁鋯合金以及鋁硼合金中的至少一種，使元素鉺、釔、鐵、鋯、硼分別占熔體總質(zhì)量的0. 21 0. 30%，0. 26 0. 30%， 0. 15 0. 25 %，0 0. 03 %，0 0. 03 %，再保溫30 45min，然后澆鑄軋制拉拔成型，得高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料。本發(fā)明大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料中的鉺、鋯用以提高該導(dǎo)電鋁合金的耐熱性，鋁合金導(dǎo)體材料中的鐵，鉺用以提高該導(dǎo)電鋁合金的強度，鋁合金導(dǎo)體材料中的釔、硼和鑭、鈰及鑭鈰混合稀土用以提高該導(dǎo)電鋁合金的導(dǎo)電性。本發(fā)明的有益效果為使用本發(fā)明的材料制造大容量導(dǎo)線時，可以采用連鑄連軋方式生產(chǎn)，不需要對合金錠材或合金棒材進行均勻化處理，也不需要對合金線材進行時效處理，就可達(dá)到抗拉強度大于160MPa，延伸率大于2.0%，導(dǎo)電率大于61% IACS。常溫力學(xué)性能和電學(xué)性能方面達(dá)到甚至超過硬鋁導(dǎo)體材料，在耐熱性方面達(dá)到耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的耐熱性要求，可以替代硬鋁導(dǎo)體材料制備較小直徑的大容量輸電導(dǎo)線，減輕導(dǎo)線的隨風(fēng)舞動，與60% IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線相比，可減低線損1.5%，取得顯著的經(jīng)濟效益。本發(fā)明主要通過加入鋁釔合金輔之于加入鋁硼合金和鋁鑭合金、鋁鈰合金或鋁鑭鈰混合稀土合金提高鋁合金的導(dǎo)電性，使之達(dá)到大于61% IACS的要求，通過加入鋁鉺合金輔之加入鋁鋯合金提高鋁合金的耐熱性，使之滿足可在150°C下長期運行。通過加入鋁鉺合金和鋁鐵合金保證合金的強度。本發(fā)明的導(dǎo)電鋁合金可以取代硬鋁導(dǎo)體材料，在相同的輸送容量條件下，使導(dǎo)線的線徑更小，減輕隨風(fēng)舞動，提高輸電線路的安全性，有效解決大容量輸電和新老線路的增容問題。
具體實施例方式下面的實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實施例1一種大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，該高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料主要由鋁、鉺、釔、 鐵組成。各種元素的質(zhì)量百分比如下鉺為0. 21%，釔為0.沈％，鐵為0. 23%，雜質(zhì)元素硅為0. 06%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為0. 012%，其余為鋁。上述大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，可采用如下工藝制備先將純度為99. 7wt% 的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為720°C，進行爐前化學(xué)分析，雜質(zhì)元素硅為0. 06 %，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和(Cr+Mn+Ti+V)為0. 012%，然后在保溫爐鋁液溫度為740°C時添加鋁鉺合金，鋁釔合金和鋁鐵中間合金使元素鉺、釔、鐵分別占熔體總質(zhì)量的0. 21%,0. 26%, 0. 23%。中間合金熔化后攪拌、精煉，再保溫30min，然后澆鑄、軋制、冷拔成型，得大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料。所制的大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率61. 6% IACS，抗拉強度165MPa， 延伸率2.9%，耐熱性91.8%。實施例2一種大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，該高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料主要由鋁、鉺、釔、 鐵組成。各種元素的質(zhì)量百分比如下鉺為0. 30%，釔為0. 27%，鐵為0. 22%，雜質(zhì)元素硅為0. 06%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為0. 011%，其余為鋁。上述大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，可采用如下工藝制備先將純度為99. 7wt%的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為730°C，進行爐前化學(xué)分析雜質(zhì)元素硅為0. 06%, Cr+Mn+Ti+V為0. 011 %，然后在保溫爐鋁液溫度為750°C時添加鋁鉺合金，鋁釔合金和鋁鐵中間合金使元素鉺、釔、鐵分別占熔體總質(zhì)量的0. 30%,0. 27%,0. 22%。中間合金熔化后攪拌、精煉，再保溫35min，然后澆鑄、軋制、冷拔成型，得大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料。所制的大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率61. 5% IACS，抗拉強度166MPa， 延伸率2.8%，耐熱性93. 7%。實施例3一種大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，該高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料主要由鋁、鉺、釔、 鐵組成。各種元素的質(zhì)量百分比如下鉺為0.23%，釔為0.觀％，鐵為0. 18%，雜質(zhì)元素硅為0. 06%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為0. 012%，其余為鋁。上述大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，可采用如下工藝制備先將純度為99. 7wt% 的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為725 °C，進行爐前化學(xué)分析雜質(zhì)元素硅為0. 06%, Cr+Mn+Ti+V為0. 012%，然后在保溫爐鋁液溫度為750°C時添加鋁鉺合金，鋁釔合金和鋁鐵中間合金使元素鉺、釔、鐵分別占熔體總質(zhì)量的0. 23%,0. 28%,0. 18%。中間合金熔化后攪拌、精煉，再保溫35min，然后澆鑄、軋制、冷拔成型，得大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料。所制的大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率61. 4% IACS，抗拉強度165MPa， 延伸率2.7%，耐熱性92. 3%。實施例4一種大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，該高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料主要由鋁、鉺、釔、 鐵組成。各種元素的質(zhì)量百分比如下鉺為0. 30%，釔為0.四％，鐵為0. M%，雜質(zhì)元素硅為0. 06%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為0. 012%，其余為鋁。上述大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，可采用如下工藝制備先將純度為99. 7wt% 的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為730°C，進行爐前化學(xué)分析雜質(zhì)元素硅為0. 06%, Cr+Mn+Ti+V為0. 012%，然后在保溫爐鋁液溫度為750°C時添加鋁鉺合金，鋁釔合金和鋁鐵中間合金使元素鉺、釔、鐵分別占熔體總質(zhì)量的0. 30%,0. 29%,0.對％。中間合金熔化后攪拌、精煉，再保溫35min，然后澆鑄、軋制、冷拔成型，得大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料。所制的大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率61. 2% IACS，抗拉強度171MPa， 延伸率2.5%，耐熱性93. 8%。實施例5一種大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，該高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料主要由鋁、鉺、釔、 鐵和硼組成。各種元素的質(zhì)量百分比如下鉺為0.觀％，釔為0. 30 %，鐵為0. 15 %，硼為 0.01%,雜質(zhì)元素硅為0. 05%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為0. 009%,其余為鋁。上述大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，可采用如下工藝制備先將純度為99. 7wt% 的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為740°C，進行爐前化學(xué)分析雜質(zhì)元素硅為0. 05%, Cr+Mn+Ti+V為0. 012 %，然后在保溫爐鋁液溫度為760°C時添加鋁鉺合金，鋁釔合金、鋁鐵合金和鋁硼中間合金使元素鉺、釔、鐵和硼分別占熔體總質(zhì)量的0. 28%,0. 30%,0. 15%, 0.01%。中間合金溶化后攪拌、精煉，再保溫40min，然后澆鑄、軋制、冷拔成型，得大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料。所制的大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率61. 6% IACS，抗拉強度167MPa，延伸率2.4%，耐熱性92. 7%。實施例6一種大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，該高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料主要由鋁、鉺、釔、 鐵、硼和鋯組成。各種元素的質(zhì)量百分比如下鉺為0. 25%，釔為0.觀％，鐵為0. 15%，硼為0. 014%，鋯為0. 02%，雜質(zhì)元素硅為0. 06%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為0. 009%，其余為鋁。上述高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，可采用如下工藝制備先將純度為99. 7wt%的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為750°C，進行爐前化學(xué)分析雜質(zhì)元素硅為0. 06%, Cr+Mn+Ti+V 為0. 012%，然后在保溫爐鋁液溫度為760°C時添加鋁鉺合金，鋁釔合金，鋁鐵合金，鋁硼合金和鋁鋯中間合金使元素鉺、釔、鐵、硼和鋯分別占熔體總質(zhì)量的0. 25%,0. 28%,0. 15%, 0. 014%和0. 02%，控制雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為0. 009%，中間合金熔化后攪拌、精煉，再保溫35min，然后澆鑄、軋制、冷拔成型，得大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料。所制的大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率61. 2% IACS，抗拉強度167MPa， 延伸率2. 1%，耐熱性94. 8%。實施例7一種大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，該高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料主要由鋁、鉺、釔、 鐵、硼和鋯組成。各種元素的質(zhì)量百分比如下鉺為0.四％，釔為0.四％，鐵為0. 18%，硼為0. 028%，鋯為0. 03%，鑭為0. 10%，雜質(zhì)元素硅為0. 05%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為 0.011%，其余為鋁。上述高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，可采用如下工藝制備先將純度為99. 7wt%的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為720°C，進行爐前化學(xué)分析雜質(zhì)元素硅為0. 12%, Cr+Mn+Ti+V 為0. 016 %，采用鑭稀土優(yōu)化處理，鑭加入量占鋁液質(zhì)量的0. 15%，控制硅含量為0. 05 %， 采用加硼處理，硼加入量占鋁液質(zhì)量的0. 08%，控制Cr+Mn+Ti+V為0. 011 %，然后在保溫爐鋁液溫度為750°C時添加鋁鉺合金，鋁釔合金，鋁鐵合金，鋁硼合金和鋁鋯中間合金使元素鉺、釔、鐵、硼和鋯分別占熔體總質(zhì)量的0. 29%,0. 29%,0. 18%,0. 0沘％和0. 03%。中間合金熔化后攪拌、精煉，再保溫45min，然后澆鑄、軋制、冷拔成型，得大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料，合金材料中，鑭的質(zhì)量百分比為0. 10%。所制的大容量高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率61. 3% IACS，抗拉強度168MPa， 延伸率2.6%，耐熱性95. 4%。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種大容量非熱處理型高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，其特征在于該鋁合金導(dǎo)體材料主要由以下4種元素組成鋁、鉺、釔和鐵，各種元素的質(zhì)量百分比如下鉺為0. 21 0. 30%，釔為0.洸 0. 30%，鐵為0. 15 0. 25%，雜質(zhì)硅<0. 06%，雜質(zhì)鉻、錳、釩、鈦之和 ^ 0.012%，余量為鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金導(dǎo)體材料，其特征在于所述鋁合金導(dǎo)體材料還含有硼，其質(zhì)量百分比大于0小于等于0. 03%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金導(dǎo)體材料，其特征在于所述鋁合金導(dǎo)體材料還含有鑭、鈰或鑭鈰混合稀土，其質(zhì)量百分比大于0小于等于0. 15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一個權(quán)利要求所述的鋁合金導(dǎo)體材料，其特征在于所述鋁合金導(dǎo)體材料還含有鋯，其質(zhì)量百分比大于0小于等于0. 03%。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于電線電纜導(dǎo)體用技術(shù)領(lǐng)域的一種大容量高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體材料，其主要由以下4種元素組成鋁、鉺、釔和鐵，各種元素的質(zhì)量百分比如下鉺為0.21～0.30％，釔為0.26～0.30％，鐵為0.15～0.25％，雜質(zhì)硅≤0.06％，雜質(zhì)鉻、錳、釩、鈦之和≤0.012％，余量為鋁。本發(fā)明鋁合金導(dǎo)體材料抗拉強度大于160MPa，延伸率大于2.0％，導(dǎo)電率大于61％IACS。常溫力學(xué)性能和電學(xué)性能方面達(dá)到甚至超過硬鋁導(dǎo)體材料，在耐熱性方面達(dá)到耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的耐熱性要求，與60％IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線相比，可減低線損1.5％，取得顯著的經(jīng)濟效益。
文檔編號C22C21/00GK102363849SQ201110329589
公開日2012年2月29日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者侯世香, 劉東雨, 張彬 申請人:華北電力大學(xué)