一種Al-Fe-Cu-Mg鋁合金及其制造的低壓電纜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Al-Fe-Cu-Mg鋁合金，本發(fā)明通過加入Fe元素，可以改善合金的機(jī)械強(qiáng)度和拉伸性能，F(xiàn)e在合金中能明顯的提高導(dǎo)體高溫時的抗蠕變性能，以及提高合金的抗疲勞性能，Cu、Mg的加入可以提高合金的強(qiáng)度以及高溫蠕變性能，并能改善抗疲勞性能。合金中加入B可以明顯改善鋁合金的冷加工性能，使得本發(fā)明的鋁合金桿在冷拔加工過程中不會因應(yīng)力集中而出現(xiàn)蝕點(diǎn)甚至發(fā)生斷裂，拉絲后鋁合金導(dǎo)體單絲直徑可以達(dá)到0.3mm。本發(fā)明對Si的含量作了限定，是因?yàn)檫^多的Si會導(dǎo)致拉伸性能降低，影響到電纜的加工性能，并且可能會降低導(dǎo)體的疲勞彎曲性能，且過多的Si還會降低電性能。
【專利說明】—種Al-Fe-Cu-Mg鋁合金及其制造的低壓電纜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有色金屬【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種Al-Fe-Cu-Mg鋁合金及其制造的低壓電纜。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鋁合金的需求日益增多，則鋁合金的研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金在電力行業(yè)的發(fā)展，同時電力行業(yè)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]電力電纜是用來輸送和分配電能的資源，其基本結(jié)構(gòu)由線芯、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層四部分組成。其中，線芯是電力電纜的導(dǎo)電部分，用來輸送電能，其是電力電纜的主要部分；絕緣層將線芯與大地以及不同相的線芯間在電氣間彼此隔離，保證電能輸送，其是電力電纜結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分；保護(hù)層是保護(hù)電力電纜免受外界雜質(zhì)和水分的侵入，以及防止外力直接損壞電力電纜。由于銅具有良好的導(dǎo)電性，銅廣泛用于電力電纜的線芯。但是隨著銅資源的日益匱乏，而鋁的含量很豐富，以鋁代替銅受到了研究者的關(guān)注，因此鋁合金作為電纜導(dǎo)體成為了研究的熱點(diǎn)。
[0004]鋁合金電力電纜替代銅纜逐漸成為一種趨勢，并得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中的鋁合金導(dǎo)體材料，在電性能、耐腐蝕性能和機(jī)械性能等方面較為優(yōu)異，但是在抗疲勞和高溫蠕變性能方面還是比較差，從而容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，影響鋁合金材料的使用壽命或帶來安全隱患，因此，鋁合金電力電纜綜合性能仍較差。
[0005]如專利文獻(xiàn)1、2、3等列舉的合金，雖然鋁合金的延展性能得到了改善，但是抗疲勞性能沒有得到改善，且雖然也提到了抗蠕變性能得到了提高，但是改善的具體指標(biāo)沒有明確。
[0006]又如專利文獻(xiàn)4列舉的合金，抗疲勞性能和抗蠕變性能得到了改善，特別是抗疲勞性能有顯著改善，但抗蠕變性能改善具體技術(shù)效果也沒有。
[0007]又如專利文獻(xiàn)5列舉的合金，雖然抗蠕變性能得到了顯著改善，但在延展性和抗疲勞性能沒有很好的體現(xiàn)出改善的效果，因而依然存在不足。
[0008]又如日本專利文獻(xiàn)6列舉的合金，在強(qiáng)度和延展性方面得到了提高，且具有較好的彈性極限應(yīng)力和耐沖擊性能，但是抗疲勞性能和抗蠕變性能沒有得到提高。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:申請公布號:CN101525709A
[0011]專利文獻(xiàn)2:申請公布號:CN101914708A
[0012]專利文獻(xiàn)3:申請公布號:CN102222546A
[0013]專利文獻(xiàn)4:申請公布號:CN103103390A
[0014]專利文獻(xiàn)5:申請公布號:CN102360624A [0015]專利文獻(xiàn)6:申請公布號:CN102119233A
【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種綜合性能較好的用于低壓電纜的一種Al-Fe-Cu-Mg鋁合金及其制造的低壓電纜。
[0017]一種 Al-Fe-Cu-Mg 招合金,包括:
[0018]Fe，含量為 0.4 ~0.6wt%，
[0019]Cu+Mg,含量為 0.1 ~0.3wt%,
[0020]Si，含量為 O ~0.lwt%,
[0021]B，含量為 O ~0.3wt%，
[0022]余量為Al和雜質(zhì)；
[0023]其中，所述的鋁合金電阻率不大于0.02800 Ω.mm2/m，斷裂伸長率不低于
[0024]25%，溫度120°C、120MPa壓應(yīng)力條件下，I~100小時的平均蠕變速度為
[0025]5X 10_2%/h或更低，且疲勞彎折次數(shù)達(dá)到30或更高。
[0026]Al-Fe-Cu-Mg鋁合金中還含有0.1-0.3wt%的RE，其中Ce、La占稀土總量的50%以上。
[0027]Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜的制備方法為:將所述的Al-Fe-Cu-Mg合金通過熔煉、鑄造、軋制而成鋁`合金桿，再經(jīng)拉制、緊壓絞合、回火而成鋁合金導(dǎo)體線芯，導(dǎo)體線芯再依次通過擠包絕緣、成纜、擠包護(hù)套而得所述鋁合金低壓電纜。
[0028]Al-Fe-Cu-Mg招合金導(dǎo)體線芯采用反向緊壓絞合結(jié)構(gòu)。
[0029]Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜的鋁合金導(dǎo)體線芯的緊壓系數(shù)為0.93或更大。
[0030]Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜的絕緣和護(hù)套材料采用低壓無鹵阻燃聚烯烴材料。
[0031]Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜的導(dǎo)體線芯外繞包一層耐火云母帶。
[0032]Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜的低壓電纜的最小彎曲半徑為6倍電纜外徑。
[0033]Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜與電纜裝置連接時采用銅鋁過渡端子、針形過渡端子或銅鋁過渡板。
[0034]Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜，的該鋁合金電可用于3kV以下的電能傳輸。
[0035]本發(fā)明鋁合金導(dǎo)體制造方法包括以下步驟:
[0036]a)按配方比例加入Al錠、Al-Fe錠、Al-Cu錠、Al-Mg錠或純金屬錠在700°C或更高的溫度下熔煉處理；
[0037]b)熔煉后的金屬液在750°C保溫爐中按比例加入精煉劑，采用耐高溫合金鋼雙葉攪拌器以20轉(zhuǎn)/分鐘的速率攪拌10分鐘，攪拌結(jié)束后升溫至820°C靜置保溫30分鐘；
[0038]c)合金液在680°C以下的溫度進(jìn)行鑄造；
[0039]d)將步驟c)得到的鑄錠進(jìn)行固溶處理和時效處理，再軋制成合金桿。
[0040]優(yōu)選的，本發(fā)明鋁合金導(dǎo)體制造方法包括以下步驟:
[0041]a)按配方比例加入Al錠、Al-Fe錠、Al-Cu錠、Al-Mg錠、Al-B錠或純金屬錠在700°C或更高的溫度下熔煉處理；[0042]b)熔煉后的金屬液在750°C保溫爐中按比例加入精煉劑，采用耐高溫合金鋼雙葉攪拌器以20轉(zhuǎn)/分鐘的速率攪拌10分鐘，攪拌結(jié)束后升溫至820°C靜置保溫30分鐘；
[0043]c)合金液在680°C以下的溫度進(jìn)行鑄造；
[0044]d)將步驟c)得到的鑄錠進(jìn)行固溶處理和時效處理，再軋制成合金桿。
[0045]更優(yōu)選的，本發(fā)明鋁合金導(dǎo)體制造方法包括以下步驟:
[0046]a)按配方比例加入Al錠、Al-Fe錠、Al-Cu錠、Al-Mg錠、Al-B錠、Al-RE錠或純金屬錠在700°C或更高的溫度下熔煉處理；
[0047]b)熔煉后的金屬液在750°C保溫爐中按比例加入精煉劑，采用耐高溫合金鋼雙葉攪拌器以20轉(zhuǎn)/分鐘的速率攪拌10分鐘，攪拌結(jié)束后升溫至820°C靜置保溫30分鐘；
[0048]c)合金液在680°C以下的溫度進(jìn)行鑄造；
[0049]d)將步驟c)得到的鑄錠進(jìn)行固溶處理和時效處理，再軋制成合金桿。
[0050]優(yōu)選的，所述步驟d)所述的鑄錠固溶處理和時效處理溫度分別為480~600°C、350 ~450O。
[0051]本發(fā)明的鋁合金低壓電纜制造方法包括以下步驟:
[0052]本發(fā)明的鋁合金桿經(jīng)過冷拔拉絲成直徑不小于2.0mm的導(dǎo)電單絲；
[0053]導(dǎo)電單絲經(jīng)過緊壓絞合形成橫截面積為1Omm2~1000mm2的導(dǎo)電線芯；
[0054]導(dǎo)低壓電纜芯在真 空環(huán)境或惰性氣體保護(hù)環(huán)境中退火處理3~5h ;
[0055]在退火處理后的導(dǎo)低壓電纜芯外依次繞包耐火云母帶和擠包一層絕緣層而形成電纜導(dǎo)線線芯。
[0056]電纜導(dǎo)線線芯再一次通過填充、繞包、成纜、擠包護(hù)套即得所述低壓電纜。
[0057]優(yōu)選的，所述步驟c)所述的退火溫度為250°C~300°C。
[0058]優(yōu)選的，所述步驟d)所述的絕緣層采用105°C低煙無鹵阻燃聚烯烴材料。
[0059]經(jīng)過上述步驟所制得的低壓電纜在安全工作溫度為-40°C~90°C，可以達(dá)到61.5%IACS或更高的導(dǎo)電率。在高導(dǎo)電率的同時，本發(fā)明的鋁合金低壓電纜具有更好的柔韌彎曲性能，在安全安裝前提下，本發(fā)明低壓電纜的最小彎曲半徑為6倍的低壓電纜半徑，安裝使用較為方便。
[0060]經(jīng)過上述步驟所制得的電纜可用于3kV以下的電能傳送。
[0061]本發(fā)明的鋁合金低壓電纜在90°C長期運(yùn)行載流量能達(dá)到不低于相同截面銅電纜的 78%ο
[0062]本發(fā)明的有益效果為:
[0063]本發(fā)明優(yōu)選Fe、Cu、Mg、B、RE作為合金的添加元素，通過加入Fe元素，可以改善合金的機(jī)械強(qiáng)度和拉伸性能，F(xiàn)e在合金中能明顯的提高導(dǎo)體高溫時的抗蠕變性能，以及提高合金的抗疲勞性能，CiuMg的加入可以提高合金的強(qiáng)度以及高溫蠕變性能，并能改善抗疲勞性能。合金中加入B可以明顯改善鋁合金的冷加工性能，使得本發(fā)明的鋁合金桿在冷拔加工過程中不會因應(yīng)力集中而出現(xiàn)蝕點(diǎn)甚至發(fā)生斷裂，拉絲后鋁合金導(dǎo)體單絲直徑可以達(dá)到0.3mm。本發(fā)明對Si的含量作了限定，是因?yàn)檫^多的Si會導(dǎo)致拉伸性能降低，影響到電纜的加工性能，并且可能會降低導(dǎo)體的疲勞彎曲性能，且過多的Si還會降低電性能。本發(fā)明還優(yōu)選RE元素，其中Ce、La占RE總含量中的50%以上，稀土可以顯著提高合金的電性能，本發(fā)明中稀土還能起到提高合金抗疲勞彎曲性能的效果，延長了電纜的使用壽命，優(yōu)選Ce和La，是因?yàn)檫@兩種元素在本發(fā)明中效果較其他稀土元素改善效果更明顯。同時鋁合金材料通過熔煉、鑄造、固溶與時效處理、軋制工藝后，使得合金具有61.5%IACS或更高的導(dǎo)電率，斷裂伸長率不低于25%，溫度120°C、120MPa壓應(yīng)力條件下，I~100小時的平均蠕變速度為5X10-2 (%/h)或更低，且疲勞彎折次數(shù)達(dá)到30或更高。
【具體實(shí)施方式】
[0064]實(shí)施例1
[0065]一種Al-Fe-Cu-Mg鋁合金，其中組分和組分含量如下表所示
[0066]
【權(quán)利要求】
1.一種Al-Fe-Cu-Mg鋁合金，其特征在于，包括:
Fe，含量為 0.4~0.6wt%,
Cu+Mg，含量為 0.1~0.3wt%, Si，含量為0~0.lwt%, B，含量為0~0.3wt%, 余量為Al和雜質(zhì)； 其中，所述的鋁合金電阻率不大于0.02800 Ω.mm2/m,斷裂伸長率不低于25%，溫度120°C、120MPa壓應(yīng)力條件下，1~100小時的平均蠕變速度為5 X 10_2%/h或更低，且疲勞彎折次數(shù)達(dá)到30或更高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金，其特征在于鋁合金中還含有0.1-0.3wt%的RE，其中Ce、La占稀土總量的50%以上。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜，其特征在于:制備方法為:將所述的Al-Fe-Cu-Mg合金通過熔煉、鑄造、軋制而成鋁合金桿，再經(jīng)拉制、緊壓絞合、回火而成鋁合金導(dǎo)體線芯，導(dǎo)體線芯再依次通過擠包絕緣、成纜、擠包護(hù)套而得所述鋁合金低壓電纜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜，其特征在于鋁合金導(dǎo)體線芯采用反向緊壓絞合結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜，其特征在于鋁合金導(dǎo)體線芯的緊壓系數(shù)為0.93或更大。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜，其特征在于絕緣和護(hù)套材料采用低壓無鹵阻燃聚烯烴材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜，其特征在于導(dǎo)體線芯外繞包一層耐火云母帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求3、或6、或7所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜，其特征在于該低壓電纜的最小彎曲半徑為6倍電纜外徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8電纜所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜，其特征在于，所述的鋁合金電纜與電纜裝置連接時采用銅鋁過渡端子、針形過渡端子或銅鋁過渡板。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的低壓電纜，其特征在于該鋁合金電纜可用于3kV以下的電能傳輸。
【文檔編號】C22F1/04GK103757485SQ201310733044
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】林澤民 申請人:安徽欣意電纜有限公司