本發(fā)明涉及一種中強(qiáng)稀土鋁合金電纜材料，特別涉及一種中強(qiáng)Al-Mg-Si-Cu-Pr-Nd稀土鋁合金電纜材料。
背景技術(shù)：
：全鋁合金架空導(dǎo)線是目前被廣泛推廣應(yīng)用的一種具有優(yōu)異性能的架空導(dǎo)線線路。Al-Mg-Si系合金具有合金密度低、延伸率大、耐腐蝕好、高溫特性好、抗蠕變性好并且能通過(guò)熱處理強(qiáng)化得到良好的綜合機(jī)械性能，從而能夠開(kāi)發(fā)滿足各方各面的要求，所以相比起其他系列的架空導(dǎo)線，Al-Mg-Si系合金的研究最廣泛且應(yīng)用最普遍。隨著Al-Mg-Si系合金被學(xué)術(shù)界的廣泛研究，發(fā)現(xiàn)在該合金的抗拉強(qiáng)度與導(dǎo)電率之間存在對(duì)立關(guān)系，增加導(dǎo)電率就會(huì)降低抗拉強(qiáng)度這一規(guī)律被大家廣泛證實(shí)和接受。并通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在獲得與高強(qiáng)度合金差距不太大的電學(xué)性能和力學(xué)性能的情況下，中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的電學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線。根據(jù)中國(guó)能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，中強(qiáng)度鋁合金線定義為：20℃時(shí)導(dǎo)電率不小于57.0％IACS，抗拉強(qiáng)度在230MPa～295MPa之間所有類(lèi)型的鋁合金線。常規(guī)的6系鋁合金導(dǎo)線強(qiáng)度每升高10Mpa，導(dǎo)電率就會(huì)減少1％左右，在保證不降低過(guò)多導(dǎo)線強(qiáng)度，導(dǎo)電率很難提高至62％IACS以上。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供基于上述的中強(qiáng)Al-Mg-Si-Cu-Pr-Nd稀土鋁合金材料，以解決現(xiàn)存電纜鋁導(dǎo)線導(dǎo)電性能和力學(xué)性能的匹配問(wèn)題。本發(fā)明可通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種稀土鋁合金電力電纜材料，其含有Pr和Nd兩種稀土元素。所述稀土鋁合金電力電纜材料中Pr和Nd兩種稀土元素的重量百分比分別為：Pr0.6wt％～0.8wt％，Nd0.6wt％～0.8wt％。作為優(yōu)選的，所述稀土鋁合金電力電纜材料中Pr和Nd兩種稀土元素的含量比例為：M(Pr)：M(Nd)＝1：1。所述稀土鋁合金電力電纜材料中還含有Al、Mg、Si、Cu，其中Mg、Si、Cu三種元素的含量比為M(Mg)：M(Si)：M(Cu)＝(14-16)：(10-11)：(20-22)。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述稀土鋁合金電力電纜材料由以下重量百分比的組分組成：一種稀土鋁合金電力電纜材料的制備方法，包括如下步驟：(1)以純Mg、Al-5％Si中間合金、純銅、及Al-20％Pr、Al-20％Nd中間合金為原料，按以上所述的稀土鋁合金電力電纜材料中各組分的比例進(jìn)行配料；(2)將步驟(1)配好的材料在熔煉爐中，750℃～780℃熔煉；(3)將合金熔體澆注在模具內(nèi)并攪拌，冷卻得到鑄錠；(4)將鑄錠擠壓拉拔成導(dǎo)線，擠壓溫度為470℃～500℃，拉拔后對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行固溶和時(shí)效熱處理，即得稀土鋁合金電力電纜材料。作為優(yōu)選的，熔煉時(shí)加入多元復(fù)合精煉劑，精煉劑與熔煉配料質(zhì)量比為(1～3)：100，除氣后鑄錠；所述多元復(fù)合精煉劑的組成包括：20wt％NaCl、20wt％KCl、35wt％NaF、25wt％LiF。作為優(yōu)選的，攪拌時(shí)使用雙向?qū)α麟姶艛嚢?，頻率為15Hz～30Hz。作為優(yōu)選的，步驟(4)固溶溫度為530℃～560℃，時(shí)間為18-22h，處理完畢后室溫水淬。作為優(yōu)選的，步驟(4)熱處理人工時(shí)效為165-180℃，時(shí)間6-10h，室溫水淬。本發(fā)明的有益效果是：(1)添加元素組分含量比M(Mg):M(Si):M(Cu)＝(14-16):(10-11):(20-22)，由于添加稀土Pr和Nd具有擴(kuò)散遲滯性，所以Mg、Si和Cu三種元素能首先全部反應(yīng)，時(shí)效后析出強(qiáng)化相β’(Mg2Si)、S’(Al2CuMg)和θ’(Al2Cu)相，使沉淀相從過(guò)飽和固溶體中完全析出，無(wú)剩余，使固溶體中的電子散射減少，減少晶格畸變，使導(dǎo)電率增加。(2)本發(fā)明公開(kāi)的稀土鋁合金電纜材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，并且還大大提升了導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度和延伸率。本發(fā)明公開(kāi)的制備方法對(duì)電纜材料各種組分進(jìn)行了調(diào)優(yōu)配比，尤其是在等量添加稀土Pr和Nd后，M(Pr):M(Nd)＝1:1。在時(shí)效析出后，沉淀相為Al3(Pr,Nd)相，在透射電鏡觀察下該相為圓球狀，具有L12立方的核殼結(jié)構(gòu)，平均尺寸為12nm～30nm左右。由于Pr原子比Nd原子擴(kuò)散速度慢，所以形成了以Nd原子聚集為中心，Pr原子聚集在中心外緣的核殼結(jié)構(gòu)，所以Al3Pr抑制了從過(guò)飽和固溶體析出沉淀相的粗化作用，Al3Nd加速了Al3Pr相的析出，所以元素Pr和Nd具有協(xié)同作用。該時(shí)效后析出后的納米尺度Al3(Pr,Nd)相不僅能提高合金強(qiáng)度，還可減少基體中的電子散射，使得合金導(dǎo)電率增加。(3)在熱處理(固溶+時(shí)效):530℃～560℃/18-22h+175℃/6h，制定的固溶溫度和時(shí)間能把所有鑄態(tài)生成的強(qiáng)化相β(Mg2Si)、S(Al2CuMg)和θ(Al2Cu)溶于基體中，無(wú)殘留強(qiáng)化相；在175℃峰值時(shí)效溫度下，所有的強(qiáng)化相重新析出成β’(Mg2Si)、S’(Al2CuMg)和θ’(Al2Cu)彌散沉淀強(qiáng)化相，均勻分布在基體表面，在峰值時(shí)效時(shí)間6h下，此時(shí)所有沉淀強(qiáng)化相為尺寸最為細(xì)小，并通過(guò)具有協(xié)同作用的Al3(Pr,Nd)相，抑制了其他沉淀強(qiáng)化相的長(zhǎng)大粗化速率，提高了合金導(dǎo)電性和強(qiáng)度。并結(jié)合無(wú)污染的低頻電磁攪拌技術(shù)非常顯著的提高了電纜材料的導(dǎo)電性、抗拉強(qiáng)度、抗蠕變性能高及延伸率。同時(shí)制備過(guò)程簡(jiǎn)單且對(duì)環(huán)境不造成污染，適用于批量生產(chǎn)。本發(fā)明制備的中強(qiáng)Al-Mg-Si-Cu-Pr-Nd稀土鋁合金電力電纜材料，其力學(xué)性能指標(biāo)如下：抗拉強(qiáng)度范260-290MPa；延伸率15～20％；電導(dǎo)率62％IACS～64％IACS。附圖說(shuō)明圖1是實(shí)驗(yàn)的最終樣品；圖2是樣品均勻化后的金相顯微組織；圖3是樣品的透射圖。具體實(shí)施方式Al-Mg-Si系鋁合金是熱處理可強(qiáng)化鋁合金，中強(qiáng)度高導(dǎo)電率鋁合金需要結(jié)合合金的各種強(qiáng)化措施主要包括細(xì)晶強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化。Al-Mg-Si系合金的時(shí)效析出序列為：飽和固溶體→Mg/Si原子團(tuán)簇→GP(Ⅰ)區(qū)(→GP(Ⅱ)區(qū))→β’相→β’相→β相。合金中強(qiáng)化相主要是β’(Mg2Si)相，通過(guò)時(shí)效析出彌散的β’相進(jìn)行沉淀強(qiáng)化。中強(qiáng)高導(dǎo)鋁合金導(dǎo)線要有良好的力學(xué)性能，應(yīng)該控制M(Mg/Si)<1.65，過(guò)剩Si原子會(huì)從基體中析出，減小基體的晶格畸變，有利于導(dǎo)電性能的提高，Mg含量每增加1％，電阻會(huì)增加0.54×10-8Ω·m，所以控制M(Mg/Si)比可以控制合金導(dǎo)電性能的大小。同時(shí)，在Al-Mg-Si合金中添加Cu后，當(dāng)Cu含量較多且M(Mg/Si)<1.65時(shí)，可能形成S’(Al2CuMg)和θ’(Al2Cu)相。當(dāng)M(Mg):M(Si):M(Cu)＝(14-16):(10-11):(20-22)，元素能全部反應(yīng)，時(shí)效后析出強(qiáng)化相β’(Mg2Si)、S’(Al2CuMg)和θ’(Al2Cu)相，使沉淀相從過(guò)飽和固溶體中完全析出，無(wú)剩余，所以使固溶體中電子散射減少，減少晶格畸變，也阻礙了沉淀強(qiáng)化相的粗化速率，從而使合金的導(dǎo)電性和強(qiáng)度有大幅度的提升。隨著時(shí)效的溫度與時(shí)間增加，沉淀強(qiáng)化相會(huì)隨之緩慢的粗化，此時(shí)添加稀土元素組分含量比M(Pr):M(Nd)＝1:1，通過(guò)時(shí)效能析出沉淀相Al3(Pr,Nd)相，該相為納米尺度相，Pr和Nd由于擴(kuò)散速度的差異能形成核殼結(jié)構(gòu)，減緩了β’(Mg2Si)、S’(Al2CuMg)和θ’(Al2Cu)相的長(zhǎng)大速率，并通過(guò)等比稀土添加，在固溶體中能完全生成Al3(Pr,Nd)相，無(wú)剩余Pr和Nd原子，進(jìn)一步的減少了固溶體中的電子散射，提高了合金導(dǎo)電率和強(qiáng)度。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此。實(shí)施例1(1)按照組成元素重量百分比取Mg:1.7wt％、Si:1.2wt％、Cu:2.4wt％、Pr:0.5wt％、Nd:0.6wt％、余量為Al。將上述材料在熔煉爐中進(jìn)行高溫熔煉，溫度為750℃，直至熔融為止；(2)按精煉劑與熔煉配料質(zhì)量比為1：100的比例添加精煉劑(20wt％NaCl+20wt％KCl+35wt％NaF+25wt％LiF)進(jìn)行除氣后，靜置10min；(3)將合金熔體澆注在電磁攪拌裝置中的圓柱模具內(nèi)，進(jìn)行低頻電磁攪拌15Hz，時(shí)間為30s，隨后水冷成為鑄錠；(4)將鑄錠進(jìn)行擠壓拉拔，擠壓溫度為470℃，拉拔后導(dǎo)線直徑為6mm；(5)拉拔后對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行熱處理(固溶+時(shí)效):530℃/10h+165℃/6h，熱處理為制備鋁合金電纜材料。實(shí)施例2(1)按照組成元素重量百分比取Mg:1.8wt％、Si:1.2wt％、Cu:2.6wt％、Pr:0.6wt％、Nd:0.7wt％、余量為Al。將上述材料在熔煉爐中進(jìn)行高溫熔煉，溫度為760℃，直至熔融為止；(2)按精煉劑與熔煉配料質(zhì)量比為2：100的比例添加精煉劑(20wt％NaCl+20wt％KCl+35wt％NaF+25wt％LiF)進(jìn)行除氣后，靜置10min；(3)將合金熔體澆注在電磁攪拌裝置中的圓柱模具內(nèi)，進(jìn)行低頻電磁攪拌20Hz，時(shí)間為30s，隨后水冷成為鑄錠；(4)將鑄錠進(jìn)行擠壓拉拔，擠壓溫度為480℃，拉拔后導(dǎo)線直徑為6mm；(5)拉拔后對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行熱處理(固溶+時(shí)效):540℃/20h+170℃/6h，熱處理為制備鋁合金電纜材料。實(shí)施例3(1)按照組成元素重量百分比取Mg:1.9wt％、Si:1.3wt％、Cu:2.4wt％、Pr:0.6wt％、Nd:0.6wt％、余量為Al。將上述材料在熔煉爐中進(jìn)行高溫熔煉，溫度為770℃，直至熔融為止；(2)按精煉劑與熔煉配料質(zhì)量比為1：100的比例添加精煉劑(20wt％NaCl+20wt％KCl+35wt％NaF+25wt％LiF)進(jìn)行除氣后，靜置10min；(3)將合金熔體澆注在電磁攪拌裝置中的圓柱模具內(nèi)，進(jìn)行低頻電磁攪拌25Hz，時(shí)間為30s，隨后水冷成為鑄錠；(4)將鑄錠進(jìn)行擠壓拉拔，擠壓溫度為490℃，拉拔后導(dǎo)線直徑為6mm；(5)拉拔后對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行熱處理(固溶+時(shí)效):550℃/22h+175℃/6h，熱處理為制備鋁合金電纜材料。實(shí)施例4(1)按照組成元素重量百分比取Mg:2.0wt％、Si:1.3wt％、Cu:2.6wt％、Pr:0.6wt％、Nd:0.8wt％、余量為Al。將上述材料在熔煉爐中進(jìn)行高溫熔煉，溫度為780℃，直至熔融為止；(2)按精煉劑與熔煉配料質(zhì)量比為3：100的比例添加精煉劑(20wt％NaCl+20wt％KCl+35wt％NaF+25wt％LiF)進(jìn)行除氣后，靜置10min(3)將合金熔體澆注在電磁攪拌裝置中的圓柱模具內(nèi)，進(jìn)行低頻電磁攪拌30Hz，時(shí)間為30s，隨后水冷成為鑄錠；(4)將鑄錠進(jìn)行擠壓拉拔，擠壓溫度為500℃，拉拔后導(dǎo)線直徑為6mm；(5)拉拔后對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行熱處理(固溶+時(shí)效):555℃/21h+175℃/8h，熱處理為制備鋁合金電纜材料。實(shí)施例5(1)按照組成元素重量百分比取Mg:2.0wt％、Si:1.4wt％、Cu:2.8wt％、Pr:0.8wt％、Nd:0.6wt％、余量為Al。將上述材料在熔煉爐中進(jìn)行高溫熔煉，溫度為780℃，直至熔融為止；(2)按精煉劑與熔煉配料質(zhì)量比為1：100的比例添加精煉劑(20wt％NaCl+20wt％KCl+35wt％NaF+25wt％LiF)進(jìn)行除氣后，靜置10min；(3)將合金熔體澆注在電磁攪拌裝置中的圓柱模具內(nèi)，進(jìn)行低頻電磁攪拌30Hz，時(shí)間為30s，隨后水冷成為鑄錠；(4)將鑄錠進(jìn)行擠壓拉拔，擠壓溫度為500℃，拉拔后導(dǎo)線直徑為6mm；(5)拉拔后對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行熱處理(固溶+時(shí)效):560℃/19h+180℃/10h，熱處理為制備鋁合金電纜材料。實(shí)施例6(1)按照組成元素重量百分比取Mg:1.7wt％、Si:1.2wt％、Cu:2.4wt％、余量為Al。將上述材料在熔煉爐中進(jìn)行高溫熔煉，溫度為750℃，直至熔融為止；(2)按精煉劑與熔煉配料質(zhì)量比為1：100的比例添加精煉劑(20wt％NaCl+20wt％KCl+35wt％NaF+25wt％LiF)進(jìn)行除氣后，靜置10min；(3)將合金熔體澆注在電磁攪拌裝置中的圓柱模具內(nèi)，進(jìn)行低頻電磁攪拌15Hz，時(shí)間為30s，隨后水冷成為鑄錠；(4)將鑄錠進(jìn)行擠壓拉拔，擠壓溫度為470℃，拉拔后導(dǎo)線直徑為6mm；(5)拉拔后對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行熱處理(固溶+時(shí)效):530℃/10h+165℃/6h，熱處理為制備鋁合金電纜材料。實(shí)施例7(1)按照組成元素重量百分比取Mg:2.0wt％、Si:1.4wt％、Cu:2.8wt％、Pr:0.8wt％、Nd:0.6wt％、余量為Al。將上述材料在熔煉爐中進(jìn)行高溫熔煉，溫度為780℃，直至熔融為止(不添加精煉劑)；(2)將合金熔體澆注在電磁攪拌裝置中的圓柱模具內(nèi)，進(jìn)行低頻電磁攪拌30Hz，時(shí)間為30s，隨后水冷成為鑄錠；(3)將鑄錠進(jìn)行擠壓拉拔，擠壓溫度為500℃，拉拔后導(dǎo)線直徑為6mm；(4)拉拔后對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行熱處理(固溶+時(shí)效):560℃/20h+180℃/6h，熱處理為制備鋁合金電纜材料。實(shí)施例8(1)按照組成元素重量百分比取Mg:0.1wt％、Si:2wt％、Cu:0.1wt％、Pr:0.6wt％、Nd:0.6wt％、余量為Al。將上述材料在熔煉爐中進(jìn)行高溫熔煉，溫度為780℃，直至熔融為止；(2)按精煉劑與熔煉配料質(zhì)量比為1：100的比例添加精煉劑(20wt％NaCl+20wt％KCl+35wt％NaF+25wt％LiF)進(jìn)行除氣后，靜置10min；(3)將合金熔體澆注在電磁攪拌裝置中的圓柱模具內(nèi)，進(jìn)行低頻電磁攪拌30Hz，時(shí)間為30s，隨后水冷成為鑄錠；(4)將鑄錠進(jìn)行擠壓拉拔，擠壓溫度為500℃，拉拔后導(dǎo)線直徑為6mm；(5)拉拔后對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行熱處理(固溶+時(shí)效):560℃/20h+180℃/6h，熱處理為制備鋁合金電纜材料。實(shí)施例9(1)按照組成元素重量百分比取Mg:2.5wt％、Si:2.5wt％、Cu:2.5wt％、Pr:0.5wt％、Nd:0.5wt％、余量為Al。將上述材料在熔煉爐中進(jìn)行高溫熔煉，溫度為780℃，直至熔融為止；(2)按精煉劑與熔煉配料質(zhì)量比為1：100的比例添加精煉劑(20wt％NaCl+20wt％KCl+35wt％NaF+25wt％LiF)進(jìn)行除氣后，靜置10min；(3)將合金熔體澆注在電磁攪拌裝置中的圓柱模具內(nèi)，進(jìn)行低頻電磁攪拌30Hz，時(shí)間為30s，隨后水冷成為鑄錠；(4)將鑄錠進(jìn)行擠壓拉拔，擠壓溫度為500℃，拉拔后導(dǎo)線直徑為6mm；(5)拉拔后對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行熱處理(固溶+時(shí)效):500℃/20h+150℃/15h，熱處理為制備鋁合金電纜材料。上述的新型中強(qiáng)Al-Mg-Si-Cu-Pr-Nd稀土鋁合金電纜材料性能如下：導(dǎo)電率(％IACS)抗拉強(qiáng)度(MPa)延伸率(％)實(shí)施例162.128616.2實(shí)施例262.528017.1實(shí)施例363.530519.4實(shí)施例463.127118.2實(shí)施例562.827517.8實(shí)施例655.724015.0實(shí)施例762.027017.3實(shí)施例856.529315.6實(shí)施例958.928316.0本發(fā)明制備的中強(qiáng)Al-Mg-Si-Cu-Pr-Nd稀土鋁合金電力電纜材料，其力學(xué)性能指標(biāo)如下：抗拉強(qiáng)度范260-290MPa；延伸率15～20％；電導(dǎo)率62％IACS～64％IACS。以上實(shí)施例僅為介紹本發(fā)明的優(yōu)選案例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)所進(jìn)行的任何顯而易見(jiàn)的變化和改進(jìn)，都應(yīng)被視為本發(fā)明的一部分。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3