專利名稱：一種電纜用鋁合金線材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬線材領(lǐng)域，特別是涉及一種電纜用鋁合金線材及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于銅的優(yōu)良的電性能，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大多采用銅作為主要導(dǎo)體材料制備電纜。但是資源匱乏等各種原因的影響，使得銅價(jià)越來(lái)越高，很大程度上限制了銅芯電纜的應(yīng)用和發(fā)展。因此，近年來(lái)很多研究者都致力于尋找一種能夠替代銅作為 電纜芯材的價(jià)廉物美的新材料。因?yàn)殇X資源豐富且成本低，以鋁代替銅作為導(dǎo)體用于電線電纜將是一種趨勢(shì)。在同樣體積下，鋁合金的實(shí)際重量大約是銅的三分之一。按照該計(jì)算，在滿足相同導(dǎo)電性能的前提下，相同重量鋁合金電纜的長(zhǎng)度是銅電纜的兩倍。因此，相同載流量時(shí)鋁合金電纜的重量大約是銅纜的一半。采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(shè)備和電纜的磨損，使安裝工作更輕松。但是用普通的鋁線材用作電線電纜時(shí)，其延伸率、柔韌性和抗蠕變性能無(wú)法達(dá)到要求，且使用安全穩(wěn)定性低。因而近年來(lái)對(duì)鋁合金線材的改性，以使其獲得優(yōu)越的電性能，已經(jīng)成為一個(gè)熱門的研究課題。在面對(duì)鋁合金導(dǎo)體的合金材料改性時(shí)，主要需要改進(jìn)性能包括抗蠕變性能、拉伸強(qiáng)度、延伸率和電導(dǎo)率等?？谷渥冃阅艿奶岣吣軌驕p少了導(dǎo)體在受熱和壓力下的“蠕變”傾向，避免由于冷流或蠕變引起的松弛問(wèn)題，而拉伸強(qiáng)度和延伸率的提高能夠使鋁合金導(dǎo)體使用更加安全可靠。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種電纜用鋁合金線材，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明第一方面提供一種電纜用鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分硅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% ;
余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選的，所述電纜用鋁合金線材中，其鋁的含量> 98. lwt%。優(yōu)選的，所述稀土組分，以鋁合金中稀土總重量為基準(zhǔn)，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和钷Pm中的一種或多種，其中La、Ce、P、Nd的重量之和占輕稀土總重量的90wt%以上。優(yōu)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(yōu)選的，所述中稀土為Eu。所述重稀土選自欽Ho、鉺Er、銩Tm、鐿Yb、镥Lu、釔Y和鈧Sc中的一種或多種，其中Sc占重稀土重量的50wt%以上。優(yōu)選的，所述重稀土為Sc。本發(fā)明第二方面提供所述電纜用鋁合金線材的制備方法，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；充分混合后，在760-770°C下按配比加人輕稀土 ；充分混合后，在730-740°C下按配比加入中稀土 ；充分混合后，在780-790°C下按配比加入重稀土和硼；充分混合后通入精煉劑進(jìn)行精煉、扒渣；再對(duì)鋁液進(jìn)行爐前化學(xué)快速分析，分析后根據(jù)配方中各組分的重量比調(diào)整鋁液組分，對(duì)鋁液進(jìn)行補(bǔ)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(jìn)行連鑄連軋工藝，各項(xiàng)指標(biāo)的控制范圍為澆鑄溫度為710-720°C，燒鑄速度為7. 4-7. 6m/min，冷卻速度為20_22°C /s，軋區(qū)的進(jìn)軋溫度為490-500°C，出軋溫度為 255-265°C ；優(yōu)選的，所述銅、鋅、銻、鎳、鋯、輕稀土、中稀土、重稀土、硼均以該物質(zhì)與鋁的中間合金的方式加入。在中間合金加入時(shí)，應(yīng)盡可能在鋁液的不同位置進(jìn)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，由于生產(chǎn)所用鋁錠及鋁合金中均不可避免的含有少量硅，因此硅無(wú)需額外加入。優(yōu)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(dǎo)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(yōu)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(shí)應(yīng)壓入鋁液面下。優(yōu)選的，所述步驟I中，精煉劑加入后，采用永磁攪拌的方式攪動(dòng)鋁液，使其均勻溶化，分散于招液內(nèi)，以提聞精煉劑的精煉效果。優(yōu)選的，所述步驟I中，精煉劑的反應(yīng)時(shí)間為15分鐘以上，即在精煉劑加入15分鐘以后再進(jìn)行扒洛操作。在進(jìn)行扒渣操作時(shí)，應(yīng)盡量扒除表面浮渣，以減少精煉劑引入所帶來(lái)的雜質(zhì)。整個(gè)精煉過(guò)程中無(wú)需外加覆蓋劑。制備本發(fā)明的鋁合金線材，在熔煉時(shí)無(wú)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(wú)不良影響，所得鋁桿與單絲不會(huì)起皮，雜質(zhì)去除更加容易，整體操作步驟大大簡(jiǎn)化。其具體體現(xiàn)在鋁液在精煉扒渣以后，不再需要外加覆蓋劑，直接靜置后即可進(jìn)行連鑄連軋操作。本發(fā)明免去覆蓋劑的使用，不僅減少了操作步驟，節(jié)省了時(shí)間和原材料成本，更避免了覆蓋劑加入時(shí)可能引入其他雜質(zhì)的可能。所述爐前化學(xué)快速分析按照ASTM B800-2005的規(guī)定執(zhí)行，其具體方法為在靠近鋁液中央位置用專用工具取樣，取好試樣后及時(shí)用水冷卻成型，對(duì)兩個(gè)端面進(jìn)行打磨后直接用光譜儀進(jìn)行成分檢測(cè)分析。 優(yōu)選的，所述步驟3中，軋區(qū)的長(zhǎng)度為51m，機(jī)架數(shù)為15，軋制速度為3. 6-3. 8m/s,出桿直徑為9-10mm。所述步驟3中，連鑄連軋工藝中連鑄輪機(jī)內(nèi)外冷卻水量之比為3 :2，冷卻水溫低于50°C。鑄機(jī)電壓為60-90V。當(dāng)鋁液進(jìn)行上下澆包操作時(shí)，要保持鋁液表面穩(wěn)定，并保持平穩(wěn)連續(xù)，不得抖動(dòng)和停頓，另外無(wú)需對(duì)鋁液表面的氧化皮進(jìn)行挑除。本發(fā)明所提供的電纜用鋁合金線材，通過(guò)對(duì)線材中稀土元素含量的調(diào)整，并引入其他摻雜元素，所制得的鋁合金線材其電導(dǎo)率達(dá)到62%IACS以上，拉伸強(qiáng)度最高可達(dá)135MPa，且伸長(zhǎng)率均達(dá)到30%左右，尤其是其抗蠕變性質(zhì)得到明顯改善，綜合電性能得到明顯提高，可以作為一種優(yōu)良的電纜線材。另外，本發(fā)明所提供的鋁合金線材在制備鋁合金單絲導(dǎo)線時(shí)，在冷拉絲過(guò)程中很少出現(xiàn)起皮現(xiàn)象，使得鋁合金單絲導(dǎo)線的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率都得到了大幅提高，更提高了使用單絲制備電纜線材時(shí)的生產(chǎn)效率。本發(fā)明第三方面提供一種稀土鋁合金絞合導(dǎo)體，其制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(guò)冷拉絲工藝制備稀土鋁合金單絲導(dǎo)線；2)絞合由多根所述鋁合金單絲導(dǎo)線，通過(guò)同心層絞工藝絞合；3)退火將步驟2所得的鋁合金絞合導(dǎo)體裝盤后進(jìn)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(dǎo)體盤和后，置于退火裝置中，所述退火裝置分為上、中、下三個(gè)溫區(qū)，其中上溫區(qū)的溫度最低，且下溫區(qū)的溫度不低于中溫區(qū)，所述上溫區(qū)的溫度范圍為340-360°C，所述中溫區(qū)的溫度范圍為350-370°C，所述下溫區(qū)的溫度范圍為360-370°C，退火的時(shí)間為4-10h。優(yōu)選的，所述上、中、下三個(gè)溫區(qū)為退火裝置中，自上而下等分其中回火爐工藝盤的三個(gè)溫區(qū)。所述退火工藝可使鋁合金絞合導(dǎo)體中各單絲之間更加緊密地結(jié)合，減少單絲之間的空隙，大大提高了鋁合金絞合導(dǎo)體的致密度，填充系數(shù)達(dá)到92%以上。所得的鋁合金絞合導(dǎo)體可直接包覆用于均衡電場(chǎng)的屏蔽層，且所包覆的屏蔽層不會(huì)出現(xiàn)滲入鋁合金絞合導(dǎo)體的現(xiàn)象，保證了屏蔽層的均勻分布，確保了導(dǎo)體的優(yōu)良性能。
所得包覆有屏蔽層的鋁合金絞合導(dǎo)體可根據(jù)需要，進(jìn)一步包覆絕緣層和保護(hù)層，從而獲得所需的鋁合金電纜。本發(fā)明第四方面提供一種稀土鋁合金異形絞合導(dǎo)體，為由多根鋁合金單絲導(dǎo)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(dǎo)線同心絞合而成，所述異形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面為異形等腰梯形，所述異形等腰梯形為長(zhǎng)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(zhǎng)線的交點(diǎn)重合，所述異形鋁合金絞合導(dǎo)體的絞線中心由多根扇形鋁合金單絲導(dǎo)線絞合而成，或者由多根所述異形鋁合金單絲導(dǎo)線絞合而成，或者為單根圓形鋁合金單絲導(dǎo)線。所述各鋁合金單絲導(dǎo)線由所述電纜用鋁合金線材制備。具體的，所述各異形鋁合金單絲導(dǎo)線由圓形鋁合金單絲導(dǎo)線擠壓生成，所述圓形鋁合金單絲導(dǎo)線由所述電纜用鋁合金線材通過(guò)冷拉絲工藝制備。
所述圓形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面為圓形。所述扇形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面為扇形。進(jìn)一步的，所述異形等腰梯形的四個(gè)角均為圓角。進(jìn)一步的,所述扇形的三個(gè)角均為圓角。所述異形等腰梯形除長(zhǎng)底邊外，其余各邊的主體部分基本呈直線。進(jìn)一步的，同一層所用異形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面形狀一致。各層所用異形鋁合金單絲導(dǎo)線的數(shù)量η為
權(quán)利要求
1.一種電纜用鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分硅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% ；余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電纜用鋁合金線材，其特征在于，所述稀土組分，以鋁合金中稀土總重量為基準(zhǔn)，組成如下輕稀土 70-80wt% ；中稀土 5_10wt% ；重稀土 15-20wt%。
3.如權(quán)利要求2所述的一種電纜用鋁合金線材，其特征在于，所述輕稀土選自鑭、鈰、 鐠、釹和钷中的一種或多種，其中鑭、鈰、鐠、釹的重量之和占輕稀土總重量的90wt%以上。
4.如權(quán)利要求2所述的一種電纜用鋁合金線材，其特征在于，所述中稀土選自釤、銪、 釓、鋱和鏑中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求4所述的一種電纜用鋁合金線材，其特征在于，所述中稀土為銪。
6.如權(quán)利要求2所述的一種電纜用鋁合金線材，其特征在于，所述重稀土選自欽、鉺、 銩、鐿、镥、釔和鈧中的一種或多種,其中鈧占重稀土重量的50wt%以上。
7.如權(quán)利要求6所述的一種電纜用鋁合金線材，其特征在于，所述重稀土為鈧。
8.如權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的電纜用鋁合金線材的制備方法，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；充分混合后，在760-770°C下按配比加人輕稀土 ；充分混合后，在 730-740°C下按配比加入中稀土 ；充分混合后，在780-790°C下按配比加入重稀土和硼；充分混合后通入精煉劑進(jìn)行精煉、扒渣；再對(duì)鋁液進(jìn)行爐前化學(xué)快速分析，分析后根據(jù)配方中各組分的重量比調(diào)整鋁液組分，對(duì)鋁液進(jìn)行補(bǔ)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(jìn)行連鑄連軋工藝，各項(xiàng)指標(biāo)的控制范圍為澆鑄溫度為710-720°C，燒鑄速度為7. 4-7. 6m/min，冷卻速度為20-22°C /s，軋區(qū)的進(jìn)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(dǎo)體，其制備方法包括如下步驟1)冷拉絲由權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的電纜用鋁合金線材通過(guò)冷拉絲工藝制備稀土鋁合金單絲導(dǎo)線；2)絞合由多根所述鋁合金單絲導(dǎo)線，通過(guò)同心層絞工藝絞合；3)退火將步驟2所得的鋁合金絞合導(dǎo)體裝盤后進(jìn)行退火處理。
10.一種稀土鋁合金異形絞合導(dǎo)體，為由多根鋁合金單絲導(dǎo)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(dǎo)線同心絞合而成，所述異形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面為異形等腰梯形，所述異形等腰梯形為長(zhǎng)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(zhǎng)線的交點(diǎn)重合，所述異形鋁合金絞合導(dǎo)體的絞線中心由多根扇形鋁合金單絲導(dǎo)線絞合而成，或者由多根所述異形鋁合金單絲導(dǎo)線絞合而成，或者為單根圓形鋁合金單絲導(dǎo)線，所述各鋁合金單絲導(dǎo)線由權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述電纜用鋁合金線材制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及有色金屬線材領(lǐng)域，特別是涉及一種電纜用鋁合金線材及其制備方法。一種電纜用鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分硅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%；余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明所提供的電纜用鋁合金線材，通過(guò)對(duì)線材中稀土元素含量的調(diào)整，并引入其他摻雜元素，所制得的鋁合金線材其電導(dǎo)率達(dá)到62%IACS以上，拉伸強(qiáng)度最高可達(dá)135MPa，且伸長(zhǎng)率均達(dá)到30%左右，尤其是其抗蠕變性質(zhì)得到明顯改善，綜合電性能得到明顯提高。
文檔編號(hào)C22F1/04GK102994818SQ201210512910
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者黃誠(chéng), 王業(yè)山, 王永海 申請(qǐng)人:安徽太平洋電纜股份有限公司