一種汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系鋁合金及其線束的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系鋁合金及其制備方法及其制備而得的汽車線束，該汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系包括以下成分：Fe，含量為0.2-1.4wt%，Cu，含量為0.01-0.5wt%，Sr，含量為0.001-0.2wt%，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過(guò)加入Fe元素，改善合金的機(jī)械強(qiáng)度和拉伸性能，Cu、Mg元素合理搭配改善合金耐疲勞性能，Sr、Be、Sb中至少兩種改善其抗蠕變速率及耐疲勞性能。
【專利說(shuō)明】—種汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系鋁合金及其線束
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可用作移動(dòng)載體中的蓄電池線纜、線束或發(fā)動(dòng)機(jī)用線纜的線束，屬于鋁合金領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】 [0002]目前世界范圍內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，汽車工業(yè)不僅成為美國(guó)，日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，也成為包括中國(guó)在內(nèi)的一些發(fā)展中國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，作為汽車重要配套產(chǎn)品之一的汽車線，無(wú)論在規(guī)模產(chǎn)量還是品種需求上均有良好的市場(chǎng)前景。
[0003]同時(shí)汽車向小型化、輕量化方向發(fā)展，各種電子設(shè)備的控制電路增加，機(jī)動(dòng)車內(nèi)的配線位置增多，為了達(dá)到節(jié)能降耗目的，要求汽車低壓電線向縮小尺寸的性能方向發(fā)展。因此，為了減輕重量，已經(jīng)嘗試使用導(dǎo)體由鋁材料制成的鋁電線。
[0004]導(dǎo)體由鋁基材料制成的鋁電線由于重量輕且導(dǎo)電性優(yōu)異，因而常規(guī)地用于設(shè)置高架輸電線的電力工業(yè)領(lǐng)域中。鋁合金已越來(lái)越多地用于鋁電線的導(dǎo)體以提高強(qiáng)度和耐彎曲性，另外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)。
[0005]例如，日本專利特開2006-19163號(hào)公報(bào)公開了一種鋁導(dǎo)體，它是通過(guò)將鋁合金線材捻合而制成的絞合線，所述鋁合金線材含有1.10-1.50質(zhì)量％的Fe、0.03-0.25質(zhì)量％的Mg、0.02-0.06%質(zhì)量％的Si，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。該篇專利提到的鋁合金線材是一種硬質(zhì)拉絲線，從而所述導(dǎo)線盡管強(qiáng)度有所提高，但伸長(zhǎng)率差，這導(dǎo)致耐彎曲性和耐沖擊性下降。
[0006]日本專利汽車用鋁電線及其制造方法(申請(qǐng)?zhí)?200820111739.2)中提供的導(dǎo)體有IlOMPa以上的拉伸強(qiáng)度、15%以上的斷裂伸長(zhǎng)率和58%IACS以上的電導(dǎo)率，但是，該篇專利對(duì)于導(dǎo)體的抗蠕變性沒有體現(xiàn)出很好的改善效果。
[0007]然而作為移動(dòng)體的電氣配線體的導(dǎo)體，其中最重要的一個(gè)問(wèn)題就是對(duì)耐蠕變特性的要求。因?yàn)殇X容易蠕變的環(huán)境溫度約140°C，而移動(dòng)體的熱環(huán)境譬如汽車的引擎室、驅(qū)動(dòng)用發(fā)動(dòng)機(jī)這些部分在盛夏就易達(dá)到這個(gè)溫度。另外，移動(dòng)體的電氣配線體電線鉚接于端子，如果發(fā)生了蠕變，則有脫落的隱患。
[0008]因此，耐蠕變特性優(yōu)異的鋁導(dǎo)體的開發(fā)是有必要的。另外，為防止在無(wú)限多次交變載荷作用下對(duì)作為移動(dòng)體的電氣配線體的導(dǎo)體造成破壞，耐疲勞性的提高也是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種質(zhì)輕、有優(yōu)異電導(dǎo)率、拉伸強(qiáng)度、加工性、抗蠕變性能的汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系鋁合金及其制備方法及其制備而得的汽車線束。
[0010]上述目的通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn):
[0011]—種汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系招合金,包括以下成分:[0012]Fe，含量為 0.2-1.4wt%，
[0013]Cu+Mg，含量為 0.01-0.5wt%，
[0014]Sr、Be、Sb中兩種或兩種以上，含量為0.001-0.2wt%，
[0015]余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
[0016]所述的合金還含有不超過(guò)0.lwt%的Si。
[0017]所述的合金中還含有0.1-0.3wt%的RE，其中Ce、La占稀土總量的50%以上。
[0018]所述的鋁合金電阻率不大于0.028264 Ω.mm2/m，斷裂伸長(zhǎng)率不低于10%，溫度140°C、120MPa壓應(yīng)力條件下，1-100小時(shí)的平均蠕變速度為1X1(T3 (%/h)或更低，且90度疲勞彎折次數(shù)達(dá)到30或更高。
[0019]所述的汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系鋁合金的制備方法，通過(guò)熔煉、鑄造、軋制而成鋁合金桿。
[0020]所述的利用汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系鋁合金而制得的汽車線束，通過(guò)熔煉、鑄造、軋制而成鋁合金桿，再經(jīng)拉制、束絞、軟化而成鋁合金導(dǎo)體線芯，導(dǎo)體線芯外擠包一層絕緣而制得。
[0021]所述的導(dǎo)體線芯由10-1000根0.2-0.5mm的單絲束絞而成。
[0022]所述的絕緣層外擠包一 層護(hù)套；所述絕緣和護(hù)套材料采用聚氯乙烯、聚氯乙烯-丁腈聚合物、聚酰胺、氟化乙丙烯或聚丙烯材料。
[0023]所述的汽車線束可用于-40-150°C環(huán)境下。
[0024]所述的汽車線束可用作移動(dòng)體載體中的蓄電池線纜、線束或發(fā)動(dòng)機(jī)用線纜。
[0025]用于制備本發(fā)明鋁合金的方法包括以下步驟:
[0026]a)通過(guò)對(duì)熔融招合金進(jìn)行鑄造得到鑄造材料:按配方比例加入Al錠、Al-Fe錠、Al-Mg錠、Al-Cu錠及Al-Sr錠、Al-Sb錠、Al-Be錠至少兩種或純金屬錠在700°C或更高的溫度下熔煉處理；680°C以下的溫度進(jìn)行鑄造；
[0027]b)將步驟a)得到的鑄錠進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理，再軋制成合金桿；
[0028]c)將步驟b)軋制成的合金桿經(jīng)過(guò)冷拔、絞合、軟化，擠包絕緣制成合金電線。
[0029]優(yōu)選的，用于制備本發(fā)明合金電線的方法包括以下步驟:
[0030]a)通過(guò)對(duì)熔融招合金進(jìn)行鑄造得到鑄造材料:按配方比例加入Al錠、Al-Fe錠、Al-Mg錠、Al-Cu錠及Al-Sr錠、Al-Sb錠、Al-Be錠至少兩種、Al-RE錠或純金屬錠在700°C或更高的溫度下熔煉處理；680°C以下的溫度進(jìn)行鑄造；
[0031]b)將步驟a)得到的鑄錠進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理，再軋制成合金桿；
[0032]c)將步驟b)軋制成的合金桿經(jīng)過(guò)冷拔、絞合、軟化，擠包絕緣制成合金電線。
[0033]本發(fā)明的導(dǎo)體線芯退火后被同心壓縮，由10~1000根0.2mm~0.5mm的單絲束絞而成。
[0034]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明優(yōu)選Fe、Cu、Mg、Sr、Sb、Be作為合金的添加元素，通過(guò)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還能明顯的提高高溫抗蠕變性能，以及提高合金的抗疲勞性能，Cu的加入有一定的固溶強(qiáng)化效果，此外時(shí)效析出的CuAl2有著明顯的時(shí)效強(qiáng)化效果，合金中銅含量在0.01%-0.3%最適宜，若超過(guò)這個(gè)范圍，則會(huì)削弱其時(shí)效強(qiáng)化效果及其抗蝕性。Mg的加入和硅能形成鋁硅鎂系合金，強(qiáng)化相為MgSi，可以提高合金強(qiáng)度，然后過(guò)量的Mg則會(huì)使合金變脆，在微拉過(guò)程中線材易斷裂，因此，通過(guò)合理搭配Cu、Mg的加入在0.01%-0.5%范圍內(nèi)，可以在提高合金的強(qiáng)度以及高溫蠕變性能的同時(shí)，改善其抗疲勞性能。
[0035]Sr是表面活性元素，在結(jié)晶學(xué)上鍶能改變金屬間化合物相的行為。因此用鍶元素進(jìn)行變質(zhì)處理能改善合金的塑性加工性和最終產(chǎn)品質(zhì)量。鍶的變質(zhì)有效時(shí)間長(zhǎng)、效果和再現(xiàn)性好，使鑄錠中β -AlFeSi相變成漢字形a -AlFeSi相，減少了鑄錠均勻化時(shí)間60%_70%，提高材料力學(xué)性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度。在共晶Al-Si合金中，能減小初晶硅粒子尺寸，使初晶減少至最低限度，改善塑性加工性能，可順利地?zé)彳埡屠滠?，減少工藝成本，提高一次性加工成功率，并且其力學(xué)性能、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率均有顯著提高。鍶元素作為復(fù)雜化合物的特征添加元素，在熔體中能夠形成Al7Sr8、AlSr2和AlSr3等多種合金元素，能起到高溫強(qiáng)化作用，提高高溫蠕變性能。
[0036]Sb與鋁形成的高熔點(diǎn)化合物在合金凝固過(guò)程中呈彌散質(zhì)點(diǎn)首先析出，其質(zhì)點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)可作為異質(zhì)晶核，大量的彌散晶核促使晶粒細(xì)化，提高合金的屈服極限，由于鋁合金凝固溫度范圍寬，偏析傾向大，緩冷時(shí)低熔點(diǎn)的初生富鋁α相支晶由于比重輕而上浮，高熔點(diǎn)的富鐵、鎂、銅液體則沉積到鑄件底部而最后凝固。凝固末期，支晶形成網(wǎng)路，殘余液相由于能潤(rùn)濕晶面而上升，流入支晶以補(bǔ)縮凝固收縮，從而出現(xiàn)底部縮空、縮松的問(wèn)題，影響合金的塑性，而在鋁合金中加入Sb后，能同合金中的鋁、鐵、鎂、銅形成穩(wěn)定的多元化合物，這些化合物的密度與合金液的相近，當(dāng)合金凝固時(shí)，他們首先析出，形成網(wǎng)絡(luò)框架，懸浮于合金液中，對(duì)富鋁相的上浮和富鐵、鎂、銅相的下落起阻礙作用從而抑制了合金的比重偏析易造成下表面收縮的缺陷，使合金具有超塑性有利于拉制成非常細(xì)的合金線。 [0037]Be在合金中形成α、β彌散性高溫強(qiáng)化相，可防止合金元素的氧化、燒損和吸氣，提高合金的冶煉質(zhì)量及表面氧化膜的致密度。Be還能使雜質(zhì)鐵由針狀變?yōu)閳F(tuán)粒狀，可防止?jié)沧r(shí)砂型鑄件與模型反沖。由于Be對(duì)氧和氮有高度的親和力，所以它在熔體脫氣時(shí)具有高效性，從而能夠得到表面光潔度較好，強(qiáng)度較高，以及延展性得到改善的優(yōu)質(zhì)鑄件。另一方面，合金中加入Be能使脆性的Fe金屬間晶體由大的針狀形和層狀形轉(zhuǎn)變成小的等軸晶體，改善合金的強(qiáng)度和延展性，并能夠允許鋁合金中有較高的Fe含量。Be還能改善鋁合金的流動(dòng)性,使熔體的流動(dòng)性增加,并能提高合金的抗拉強(qiáng)度和屈服極限。
[0038]本發(fā)明對(duì)Si的含量作了限定，是因?yàn)檫^(guò)多的Si會(huì)導(dǎo)致拉伸性能降低，影響到電纜的加工性能，并且可能會(huì)降低導(dǎo)體的疲勞彎曲性能，且過(guò)多的Si還會(huì)降低電性能。
[0039]本發(fā)明中Fe 含量為 0.2-1.4wt%，Cu+Mg 含量為 0.01-0.05wt%，Sr、Be、Sb 中兩種或兩種以上，含量為0.001-0.2wt%,以及含量不超過(guò)0.^^%的Si和含有0.1-0.3wt°/c^^RE，其中Ce、La占稀土總量的50%以上，通過(guò)這樣制定合金配方，既可以改善合金的性能，又不至于過(guò)多的量會(huì)惡化的合金的性能，特別是電性能和延伸性能，通過(guò)合理的配比關(guān)系來(lái)很好的保障合金的性能匹配，本發(fā)明優(yōu)選的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)明中稀土加入鋁合金中，使鋁合金熔鑄時(shí)增加成分過(guò)冷，細(xì)化晶粒，減少二次晶間距，減少合金中的氣體和夾雜，并使夾雜相趨于球化。還可降低熔體表面張力，增加流動(dòng)性，有利于澆鑄成錠，對(duì)工藝性能有著明顯的影響，還能起到提高合金抗疲勞彎曲性能的效果，延長(zhǎng)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(shí)鋁合金材料通過(guò)熔煉、鑄造、固溶與時(shí)效處理、軋制工藝后，使得鋁合金電阻率不大于0.028264 Ω.πιπ?/πι，斷裂伸長(zhǎng)率不低于10%，溫度140°C、120MPa壓應(yīng)力條件下，1-100小時(shí)的平均蠕變速度為1X10—3 (%/h)或更低，且90度疲勞彎折次數(shù)達(dá)到30或更高。
[0040]通過(guò)本發(fā)明制備而成的汽車線束，既實(shí)現(xiàn)了作為導(dǎo)體所必須的電氣性能，又克服了鋁合金作為汽車線束導(dǎo)體存在的加工性能、抗蠕變性能和抗疲勞性能方面的不足，并實(shí)現(xiàn)了作為汽車線束的所要求的輕量化問(wèn)題，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益方面具有非常重要的意義。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0042]實(shí)施例1
[0043]一種汽車線用鋁合金，組分及各組分的重量百分比如下(總重量:1T):
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系鋁合金，其特征在于:包括以下成分:
Fe，含量為 0.2-1.4wt%,
Cu+Mg，含量為 0.01-0.5wt%, Sr、Be、Sb中兩種或兩種以上，含量為0.001-0.2wt%, 余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系鋁合金，其特征在于:所述的合金還含有不超過(guò)0.lwt%的Si。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系鋁合金，其特征在于:所述的合金中還含有0.1-0.3wt%的RE，其中Ce、La占稀土總量的50%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種汽車線用Al-Fe-Cu-Mg-Sr-Be系鋁合金，其特征在于:所述的鋁合金電阻率不大于0.028264 Ω.πιπι2/πι，斷裂伸長(zhǎng)率不低于10%，溫度140°C、120MPa壓應(yīng)力條件下，1-100小時(shí)的平均蠕變速度為I X 1(T3 (%/h)或更低，且90度疲勞彎折次數(shù)達(dá)到30或更高。
5.一種利用權(quán)利要求4所述的鋁合金而制得的汽車線束，其特征在于:所述的導(dǎo)體線芯由10-1000根0.2-0.5mm的單絲束絞而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線束，其特征在于:所述的絕緣層外擠包一層護(hù)套，絕緣和護(hù)套材料采用聚氯乙烯、聚氯乙烯-丁腈聚合物、聚酰胺、氟化乙丙烯或聚丙烯材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的線束，其特征在于:所述的汽車線束可用于-40-150°C環(huán)境`下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的線束，其特征在于:所述的汽車線束可用作移動(dòng)體載體中的蓄電池線纜、線束或發(fā)動(dòng)機(jī)用線纜。
【文檔編號(hào)】C22C21/08GK103757502SQ201310733625
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)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(qǐng)人:安徽欣意電纜有限公司