一種Al-Fe-Cu-Mg鋁合金及其制造的中壓電纜的制作方法
【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)蝕點甚至發(fā)生斷裂，拉絲后鋁合金單絲直徑最小可以達到0.3mm。本發(fā)明對Si的含量作了限定，是因為過多的Si會導致拉伸性能降低，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，是因為這兩種元素在本發(fā)明中效果較其他稀土元素改善效果更明顯。
【專利說明】—種A1-Fe-Cu-Mg鋁合金及其制造的中壓電纜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有色金屬領(lǐng)域，確切地說是一種Al-Fe-Cu-Mg鋁合金及其制造的中壓電纜。
【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、機械制造、船舶及化學工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。隨著科學技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(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、屏蔽層和保護層四部分組成。其中，線芯是電力電纜的導電部分，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；保護層是保護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體成為了研究的熱點。
[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)中的鋁合金材料，在電性能、耐腐蝕性能和機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沒有明確。`
[0006]又如專利文獻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6列舉的合金，在強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
[0010]專利文獻1:申請公布號:CN 101525709 A
[0011]專利文獻2:申請公布號=CN 101914708 A
[0012]專利文獻3:申請公布號:CN 102222546 A
[0013]專利文獻4:申請公布號:CN 103103390 A
[0014]專利文獻5:申請公布號:CN 102360624 A
[0015]專利文獻6:申請公布號:CN 102119233 A
【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的在于提供一種綜合性能較好的用于中壓電纜Al-Fe-Cu-Mg鋁合金及其制造的中壓電纜。
[0017]上述目的通過以下方案實現(xiàn):
[0018]本發(fā)明提供一種Al-Fe-Cu-Mg鋁合金，包括:
[0019]Fe，含量為 0.6 ~0.8wt%，
[0020]Cu+Mg,含量為 0.005 ~0.lwt%,
[0021 ] Si，含量為 O ~0.lwt%, [0022]B,含量為 O ~0.3wt%,
[0023]余量為Al和雜質(zhì)。
[0024]其中，所述的鋁合金通過熔煉、鑄造、軋制而成鋁合金桿，再經(jīng)拉制、緊壓絞合、退火而成鋁合金線芯，導體線芯通過三層共擠方式擠包絕緣而成電纜導線線芯，電纜導線線芯通過繞包銅帶、成纜、擠包護套而成本發(fā)明所述中壓電纜。
[0025]其中，所述的鋁合金電阻率不大于0.02800Ω.mm2/m，斷裂伸長率不低于10%，溫度120°C、120MPa壓應(yīng)力條件下，I~100小時的平均蠕變速度為3 X 1(T2 (%/h)或更低，且疲勞彎折次數(shù)達到30或更高。
[0026]優(yōu)選的，所述的鋁合金中Si的含量不超過0.lwt% ；
[0027]優(yōu)選的,所述的招合金中還含有含量不超過0.3wt%的B ；
[0028]優(yōu)選的，所述的鋁合金中還含有0.1-0.3wt%的RE，其中Ce、La占稀土總量的50%以上。
[0029]本發(fā)明鋁合金制造方法包括以下步驟:
[0030]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；
[0031]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；
[0032]c)合金液在680°C以下的溫度進行鑄造；
[0033]d)將步驟c)得到的鑄錠進行固溶處理和時效處理，再軋制成合金桿。
[0034]優(yōu)選的，本發(fā)明鋁合金制造方法包括以下步驟:
[0035]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；
[0036]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；
[0037]c)合金液在680°C以下的溫度進行鑄造；
[0038]d)將步驟c)得到的鑄錠進行固溶處理和時效處理，再軋制成合金桿。
[0039]更優(yōu)選的，本發(fā)明鋁合金制造方法包括以下步驟:
[0040]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；
[0041]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；
[0042]c)合金液在680°C以下的溫度進行鑄造；
[0043]d)將步驟c)得到的鑄錠進行固溶處理和時效處理，再軋制成合金桿。
[0044]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。
[0045]本發(fā)明的鋁合金中壓電纜制造方法包括以下步驟:
[0046]a)本發(fā)明的鋁合金桿經(jīng)過冷拔拉絲成直徑不小于2.0mm的導電單絲；
[0047]b)導電單絲經(jīng)過緊壓絞合形成橫截面積為50mm2~2000mm2的導電線芯；
[0048]c)導中壓電纜芯在真空環(huán)境或惰性氣體保護環(huán)境中退火處理3~4.5h ;
[0049]d)在退火處理后的導中壓電纜芯外通過三層共擠半屏蔽絕緣層而形成電纜導線線芯。
[0050]e)電纜導線線芯 再一次通過繞包銅帶屏蔽層、填充、成纜、擠包護套即得所述中壓電纜。。
[0051]優(yōu)選的，所述步驟c)所述的退火溫度為250°C~350°C。
[0052]優(yōu)選的，所述步驟d)所述的絕緣層采用低煙無鹵阻燃交聯(lián)聚乙烯材料。
[0053]優(yōu)選的，所述步驟e)所述的護套材料采用105°C低煙無鹵阻燃聚烯烴材料。
[0054]經(jīng)過上述步驟所制得的中壓電纜在安全工作溫度為-40°C~90°C，可以達到61.5%IACS或更高的導電率。在高導電率的同時，本發(fā)明的鋁合金中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)明中壓電纜的最小彎曲半徑為7倍的中壓電纜半徑，安裝使用較為方便。
[0055]經(jīng)過上述步驟所制得的電纜可用于6kV~35kV的電能傳送。
[0056]本發(fā)明的鋁合金中壓電纜在90°C長期運行載流量能達到不低于相同截面銅電纜的 78%ο
[0057]本發(fā)明的有益效果為:
[0058]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，可以改善合金的機械強度和拉伸性能，F(xiàn)e在合金中能明顯的提高導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)蝕點甚至發(fā)生斷裂，拉絲后鋁合金單絲直徑最小可以達到
0.3mm。本發(fā)明對Si的含量作了限定，是因為過多的Si會導致拉伸性能降低，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，是因為這兩種元素在本發(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或更高的導電率，斷裂伸長率不低于30%，溫度120°C、120MPa壓應(yīng)力條件下，I~100小時的平均蠕變速度為3 X IO-2 (%/h)或更低，且疲勞彎折次數(shù)達到30或更高。
【具體實施方式】[0059]具體實施例
[0060]實施例1
[0061]—種Al-Fe-Cu-Mg招合金，其中組分和組分含量如下表所不
[0062]
【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 0.6~0.8wt%,
Cu+Mg，含量為 0.005~0.lwt%, 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10%，抗拉強度不低于200MPa，溫度120°C、120MPa壓應(yīng)力條件下，I~100小時的平均蠕變速度為3Χ10-2(%/h)或更低，且疲勞彎折次數(shù)達到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鋁合金制造的中壓電纜，其特征在于:制備方法為:將合金通過熔煉、鑄造、軋制而成鋁合金桿，再經(jīng)拉制、緊壓絞合而成鋁合金線芯，導體線芯再依次通過三層共擠、成纜、擠包護套而得所述鋁合金電纜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的中壓電纜，其特征在于鋁合金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鋁合金制造的中壓電纜，其特征在于鋁合金線芯的緊壓系數(shù)為0.93或更大。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的中壓電纜，其特征在于護套材料采用低煙無鹵阻燃聚烯烴材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的中壓電纜，其特征在于該電線的最小彎曲半徑為7倍電纜外徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求8電纜所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的中壓電纜，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。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的Al-Fe-Cu-Mg鋁合金制造的中壓電纜，其特征在于該鋁合金電可用于6kV_35kV的電能傳輸。
【文檔編號】C22C21/00GK103725927SQ201310733065
【公開日】2014年4月16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