一種制備高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金的方法，其步驟為：將純鋁粉裝入到球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，然后將球磨之后的鋁粉裝入到冷等靜壓包套中進(jìn)行冷等靜壓。將冷等靜壓之后的壓坯放入保護(hù)性氣氛中進(jìn)行燒結(jié)致密化，燒結(jié)溫度為600-640℃。對(duì)燒結(jié)之后的鋁棒進(jìn)行熱擠壓和冷拉拔，即可得到高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金。本發(fā)明制備的高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金中不含有其他的合金元素，僅含有納米級(jí)的細(xì)小的氧化物質(zhì)點(diǎn)作為強(qiáng)化相，該強(qiáng)化相細(xì)小均勻，提高材料的強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)材料的導(dǎo)電性影響小。并且該氧化物強(qiáng)化相在高溫下也能穩(wěn)定存在，可以顯著阻礙材料的回復(fù)再結(jié)晶，阻止晶粒長(zhǎng)大，因此其強(qiáng)度在高溫下也可以維持，顯著提高材料的耐熱性。
【專利說(shuō)明】一種制備高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，涉及采用粉末冶金的方法制備出性能優(yōu)異的高強(qiáng)度高導(dǎo)電導(dǎo)熱高耐熱性鋁合金的方法。適用于各類要求高強(qiáng)高導(dǎo)鋁合金的生產(chǎn)。

【背景技術(shù)】
[0002]銅是電線電纜的常用材質(zhì)，具有良好的導(dǎo)電性和強(qiáng)度，但是我國(guó)銅資源十分稀缺，價(jià)格十分昂貴。鋁也是良好的導(dǎo)電金屬材料，純鋁的導(dǎo)電率為64IACS%，并且價(jià)格、低廉加工方便，因此在電纜工業(yè)中受到廣泛關(guān)注。但是純鋁的質(zhì)地較軟，抗拉強(qiáng)度僅為60-70MPa，屈服強(qiáng)度為20MPa，難以滿足使用需求。目前通用的做法是向純鋁里加入少量的合金元素，起到固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化的作用，以提高純鋁的強(qiáng)度。但是加入的合金元素會(huì)大大影響鋁的導(dǎo)電性，比如6061鋁合金，其中Mg含量為0.8-1.2%, Si含量為0.4-0.8%，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到160MPa，但是其導(dǎo)電性僅有57IACS%，相對(duì)于純鋁的64IACS%下降了 11%。并且其耐熱性較差，輸電時(shí)溫度升高，其強(qiáng)度下降較快，會(huì)產(chǎn)生安全隱患。因此目前我國(guó)鋁合金高壓架空遠(yuǎn)距離輸電線主要采用鋼芯鋁絞線，在鋁絞線芯部增加鋼絲以起到支撐的作用，但是這種做法增加了電線的質(zhì)量，提高了架設(shè)成本。隨著我國(guó)“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的輸電戰(zhàn)略部署的形成，輸電距離越來(lái)越遠(yuǎn)，輸電容量也越來(lái)越大，對(duì)輸電線提出了更高的要求。一方面要求輸電線有較高的導(dǎo)電率，降低輸送損耗，提高輸送效率，另一方面要求輸電線具有良好的耐熱性能和抗弧垂特性，減少線路建設(shè)成本，節(jié)省資源。
[0003]本發(fā)明采用粉末冶金的方法，以純鋁粉為原料，通過(guò)球磨、冷等靜壓、燒結(jié)以及擠壓拉拔，得到高強(qiáng)度高導(dǎo)電性耐熱性良好的純鋁。本發(fā)明通過(guò)將純鋁粉表面的氧化物薄膜破碎并通過(guò)燒結(jié)、擠壓以及拉拔使之進(jìn)入到基體中去，形成細(xì)小得到氧化物質(zhì)點(diǎn)，起到很好的強(qiáng)化作用。該氧化物質(zhì)點(diǎn)能顯著阻礙晶粒長(zhǎng)大，并且在高溫下也不會(huì)溶解到基體中去，因此材料的耐熱性十分優(yōu)異。由于基體為純鋁，不含有其他的合金元素，而且其中的氧化物質(zhì)點(diǎn)細(xì)小均勻，因此該材料的導(dǎo)電性十分優(yōu)異。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制備高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金的方法，該材料的室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)200MPa，延伸率為20%，并且其導(dǎo)電性為61IACS %以上，其長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)200°C。該材料可以廣泛用于制備高壓架空輸電線以及鋁母排等輸電設(shè)施，提高輸電容量，減少電力損耗。其具體制備工藝如下:
[0005]I)將純鋁粉和鋼球按球料體積比為3:1的比例放入球磨罐中，并向球磨罐中加入鋁粉質(zhì)量I%的球磨助劑硬脂酸。
[0006]2)對(duì)裝好的料進(jìn)行球磨,其球磨時(shí)間為5-10h,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為30_50rpm。
[0007]3)將球磨之后的鋁粉取出，裝入包套進(jìn)行冷等靜壓，冷等靜壓壓力為150-200MPa，保壓時(shí)間為 2min。
[0008]4)將冷等靜壓之后得到的坯料放入保護(hù)氣氛爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為600-640。。。
[0009]5)對(duì)燒結(jié)之后得到的鋁棒進(jìn)行熱擠壓，其擠壓比為4-40。
[0010]6)對(duì)擠壓之后得到的棒材進(jìn)行冷拉拔成所需尺寸的絲材即可。
[0011]本發(fā)明所使用的鋁粉的純度在99.9%以上。燒結(jié)時(shí)所用的保護(hù)氣氛為N2、Ar、H2、NH3中的任一一種或者混合氣體。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備的高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金中不含有其他的合金元素，僅含有納米級(jí)的細(xì)小的氧化物質(zhì)點(diǎn)作為強(qiáng)化相，該強(qiáng)化相細(xì)小均勻，提高材料的強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)材料的導(dǎo)電性影響小。并且該氧化物強(qiáng)化相在高溫下也能穩(wěn)定存在，可以顯著阻礙材料的回復(fù)再結(jié)晶，阻止晶粒長(zhǎng)大，因此其強(qiáng)度在高溫下也可以維持，顯著提高材料的耐熱性。該材料的室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)200MPa，延伸率為20%，并且其導(dǎo)電性為61IACS%以上，其長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)200°C。該材料可以廣泛用于制備高壓架空輸電線以及鋁母排等輸電設(shè)施，提聞?shì)旊娙萘浚瑴p少電力損耗。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]附圖1為實(shí)施例3所制備的高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金的透射電鏡組織。
[0014]附圖2為實(shí)施例3所制備的高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金的透射電鏡高倍組織。
[0015]由圖1可以看出，采用該方法制備的材料的晶粒十分細(xì)小，晶粒僅為200_400nm。
[0016]由圖2可以看出，材料中存在有細(xì)小的第二相，該第二相的大小僅為10nm，因此材料的強(qiáng)度高，并且對(duì)導(dǎo)電性的影響較小。

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1:
[0018]I)將純鋁粉和鋼球按球料體積比為3:1的比例放入球磨罐中，并向球磨罐中加入鋁粉質(zhì)量I%的球磨助劑硬脂酸。
[0019]2)對(duì)裝好的料進(jìn)行球磨，其球磨時(shí)間為5h，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為30rpm。
[0020]3)將球磨之后的鋁粉取出，裝入包套進(jìn)行冷等靜壓，冷等靜壓壓力為150MPa，保壓時(shí)間為2min。
[0021]4)將冷等靜壓之后得到的坯料放入氣氛爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為600°C。
[0022]5)對(duì)燒結(jié)之后得到的鋁棒進(jìn)行熱擠壓，其擠壓比為4。
[0023]6)對(duì)擠壓之后得到的棒材進(jìn)行冷拉拔成所需尺寸的絲材即可。
[0024]實(shí)施例2:
[0025]I)將純鋁粉和鋼球按球料體積比為3:1的比例放入球磨罐中，并向球磨罐中加入鋁粉質(zhì)量I%的球磨助劑硬脂酸。
[0026]2)對(duì)裝好的料進(jìn)行球磨，其球磨時(shí)間為8h，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為40rpm。
[0027]3)將球磨之后的鋁粉取出，裝入包套進(jìn)行冷等靜壓，冷等靜壓壓力為180MPa，保壓時(shí)間為2min。
[0028]4)將冷等靜壓之后得到的坯料放入氣氛爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為620°C。
[0029]5)對(duì)燒結(jié)之后得到的鋁棒進(jìn)行熱擠壓，其擠壓比為20。
[0030]6)對(duì)擠壓之后得到的棒材進(jìn)行冷拉拔成所需尺寸的絲材即可。
[0031]實(shí)施例3:
[0032]I)將純鋁粉和鋼球按球料體積比為3:1的比例放入球磨罐中，并向球磨罐中加入鋁粉質(zhì)量I%的球磨助劑硬脂酸。
[0033]2)對(duì)裝好的料進(jìn)行球磨，其球磨時(shí)間為10h，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為50rpm。
[0034]3)將球磨之后的鋁粉取出，裝入包套進(jìn)行冷等靜壓，冷等靜壓壓力為200MPa，保壓時(shí)間為2min。
[0035]4)將冷等靜壓之后得到的坯料放入氣氛爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為600-640。。。
[0036]5)對(duì)燒結(jié)之后得到的鋁棒進(jìn)行熱擠壓，其擠壓比為40。
[0037]6)對(duì)擠壓之后得到的棒材進(jìn)行冷拉拔成所需尺寸的絲材即可。
【權(quán)利要求】
1.一種制備高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金的方法，其特征在于具體工藝為: 1)將純鋁粉和鋼球按球料體積比為3:1的比例放入球磨罐中，并向球磨罐中加入鋁粉質(zhì)量I %的球磨助劑硬脂酸； 2)對(duì)裝好的料進(jìn)行球磨，其球磨時(shí)間為5-10h,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為30_50rpm； 3)將球磨之后的鋁粉取出，裝入包套進(jìn)行冷等靜壓，冷等靜壓壓力為150-200MPa，保壓時(shí)間為2min ； 4)將冷等靜壓之后得到的坯料放入保護(hù)氣氛爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為600-640 0C ； 5)對(duì)燒結(jié)之后得到的鋁棒進(jìn)行熱擠壓，其擠壓比為4-40； 6)對(duì)擠壓之后得到的棒材進(jìn)行冷拉拔成所需尺寸的絲材即可。
2.如權(quán)利要求1所述制備高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金的方法，其特征在于，所用的鋁粉的純度在99.9%以上。
3.如權(quán)利要求1所述制備高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金的方法，其特征在于，燒結(jié)時(shí)所用的保護(hù)氣氛為N2、Ar、H2、NH3中的任意一種或者混合氣體。
【文檔編號(hào)】C22C1/04GK104263983SQ201410482230
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】羅驥, 曹慧欽, 郭志猛, 楊薇薇, 葉安平 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)