本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金材料、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

我國對電線電纜的需求量巨大，隨著銅價格迅猛提升和資源日益匱乏，鋁質(zhì)導(dǎo)體的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展備受關(guān)注。相較于銅，鋁的價格便宜且質(zhì)輕，相同質(zhì)量下，鋁的載流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銅。因此，鋁是在輸電線路上最有望代替銅的金屬材料。

但是，鋁的強度和韌性不足，易折斷，且其電導(dǎo)率僅為61％iacs(國際退火銅標(biāo)準(zhǔn))。通過在鋁中添加微量的其他元素，形成鋁合金材料，能夠?qū)︿X材具有較強的變質(zhì)作用，使材料的拉伸強度和延伸率得到提高，但是也會破壞鋁晶體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生晶體缺陷和固溶強化效應(yīng)，導(dǎo)致電導(dǎo)率下降。因此，鋁合金材料的強度和電導(dǎo)率往往難以兼顧。開發(fā)高強度高電導(dǎo)率的鋁合金材料，是實現(xiàn)“以鋁代銅”迫切要解決的問題。

cn104152760a公開了一種高電導(dǎo)率、高強度鋁合金及其制備方法，雖然通過添加貴金屬銀使鋁合金材料的電導(dǎo)率達(dá)到69.5％iacs，但其拉伸強度最大僅為152mpa，不能滿足中強度(230-265mpa)鋁合金導(dǎo)線的要求。cn104264003a公開了一種耐拉伸的節(jié)能鋁合金導(dǎo)線及其制備方法，cn104233010a公開了一種高電導(dǎo)率的鋁合金導(dǎo)線及其制備方法，cn104911411a公開了一種高電導(dǎo)率的電纜用鋁合金導(dǎo)線材料及其制備方法，cn105018803a公開了一種抗折耐拉伸的鋁合金導(dǎo)線材料及其制備方法。上述文件提供的鋁合金材料也存在同樣的問題，即雖然電導(dǎo)率達(dá)到了60％iacs以上，但拉伸強度較低，不能滿足中強度鋁合金導(dǎo)線的要求。

現(xiàn)有的中高強度鋁合金材料的電導(dǎo)率基本在60％iacs以下，而電導(dǎo)率在60％iacs以上的鋁合金材料的拉伸強度基本在200mpa以下。因此，如何同時提高鋁合金材料的拉伸強度和電導(dǎo)率，是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金材料、其制備方法及應(yīng)用。該鋁合金材料同時具有較高的拉伸強度、延伸率和電導(dǎo)率。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種鋁合金材料，包括如下質(zhì)量百分比的組分：

鐵(fe)0.25-0.35％、銅(cu)0.1-0.25％、鎂(mg)0.2-0.4％、鋅(zn)0.05-0.15％、硅(si)0.1-0.3％、硼(b)0.01-0.05％、鈧(sc)0.2-0.35％和釕(ru)0.05-0.15％，余量為鋁。

本發(fā)明通過選擇鋅、鈧和釕，并調(diào)節(jié)三者的比例，使其相互配合，減少鋁合金材料內(nèi)的固溶體并細(xì)化鋁合金晶粒尺寸，再配合其他組分，從而使得到的鋁合金材料同時具有較高的拉伸強度、延伸率和電導(dǎo)率。

本發(fā)明中，所述鐵的質(zhì)量百分比可以是0.25％、0.255％、0.26％、0.265％、0.27％、0.275％、0.28％、0.285％、0.29％、0.295％、0.3％、0.305％、0.31％、0.315％、0.32％、0.325％、0.33％、0.335％、0.34％、0.345％或0.35％等。

所述銅的質(zhì)量百分比可以是0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％或0.25％等。

所述鎂的質(zhì)量百分比可以是0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％或0.4％等。

所述鋅的質(zhì)量百分比可以是0.05％、0.055％、0.06％、0.065％、0.07％、0.075％、0.08％、0.085％、0.09％、0.095％、0.1％、0.105％、0.11％、0.115％、0.12％、0.125％、0.13％、0.135％、0.14％、0.145％或0.15％等。

所述硅的質(zhì)量百分比可以是0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.24％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％或0.3％等。

所述硼的質(zhì)量百分比可以是0.01％、0.015％、0.02％、0.025％、0.3％、0.035％、0.4％、0.045％或0.05％等。

所述鈧的質(zhì)量百分比可以是0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％或0.35％等。

所述釕的質(zhì)量百分比可以是0.05％、0.055％、0.06％、0.065％、0.07％、0.075％、0.08％、0.085％、0.09％、0.095％、0.1％、0.105％、0.11％、0.115％、0.12％、0.125％、0.13％、0.135％、0.14％、0.145％或0.15％等。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述鋁合金材料包含如下質(zhì)量百分比的組分：

鐵0.28-0.32％、銅0.15-0.2％、鎂0.26-0.34％、鋅0.08-0.12％、硅0.15-0.2％、硼0.01-0.03％、鈧0.25-0.32％和釕0.08-0.12％，余量為鋁。

通過對各組分的含量進(jìn)行優(yōu)化，能夠使鋁合金材料的拉伸強度和電導(dǎo)率進(jìn)一步提高。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述鋁合金材料包含如下質(zhì)量百分比的組分：

鐵0.3％、銅0.18％、鎂0.32％、鋅0.1％、硅0.17％、硼0.025％、鈧0.3％和釕0.1％，余量為鋁。

第二方面，本發(fā)明提供一種上述鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鋁錠熔化后，按配方加入鐵、銅、鎂、鋅、硅、硼、鈧和釕，進(jìn)行熔煉，然后澆鑄成鋁合金鑄錠；

(2)對所述鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，然后水淬，得到均勻化的鋁合金鑄錠；

(3)對所述均勻化的鋁合金鑄錠進(jìn)行時效處理，得到所述鋁合金材料。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(1)中所述熔煉是在真空熔煉爐中進(jìn)行。

優(yōu)選地，所述熔煉的溫度為1200-1500℃；例如可以是1200℃、1220℃、1250℃、1280℃、1300℃、1320℃、1350℃、1380℃、1400℃、1420℃、1450℃、1480℃或1500℃等。

優(yōu)選地，所述熔煉的時間為2-6h；例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h或6h等。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(2)中所述均勻化處理的溫度為500-550℃；例如可以是500℃、505℃、510℃、515℃、520℃、525℃、530℃、535℃、540℃、545℃或550℃等。

優(yōu)選地，所述均勻化處理的時間為16-28h；例如可以是16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h、24h、25h、26h、27h或28h等。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(3)中所述時效處理的溫度為130-180℃；例如可以是130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃等。

優(yōu)選地，所述時效處理的時間為6-12h；例如可以是6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述制備方法包括如下步驟：

(1)將鋁錠在真空熔煉爐中熔化后，按配方加入鐵、銅、鎂、鋅、硅、硼、鈧和釕，在1200-1500℃下熔煉2-6h，然后澆鑄成鋁合金鑄錠；

(2)將所述鋁合金鑄錠在500-550℃下均勻化處理16-28h，然后水淬，得到均勻化的鋁合金鑄錠；

(3)將所述均勻化的鋁合金鑄錠在130-180℃下進(jìn)行時效處理6-12h，得到所述鋁合金材料。

第三方面，本發(fā)明提供一種上述鋁合金材料作為導(dǎo)線的應(yīng)用。

第四方面，本發(fā)明提供一種鋁合金導(dǎo)線，由上述鋁合金材料經(jīng)熱軋成桿，然后拉絲得到。

優(yōu)選地，所述熱軋的溫度為450-550℃；例如可以是450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃、540℃或550℃等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過選擇鋅、鈧和釕，并調(diào)節(jié)三者的比例，使其相互配合，減少鋁合金材料內(nèi)的固溶體并細(xì)化鋁合金晶粒尺寸，再配合其他組分，從而使得到的鋁合金材料同時具有較高的拉伸強度、延伸率和電導(dǎo)率。

本發(fā)明提供的鋁合金材料的拉伸強度為230-245mpa，延伸率為13-15.5％，電導(dǎo)率達(dá)到61-63.1％iacs。

通過對各組分的含量進(jìn)行優(yōu)選，能夠使鋁合金材料的拉伸強度和電導(dǎo)率進(jìn)一步提高，其拉伸強度達(dá)到238-245mpa，電導(dǎo)率達(dá)到62.5-63.1％iacs。

具體實施方式

下面通過具體實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。

實施例1

一種鋁合金材料，包含如下質(zhì)量百分比的組分：

鐵0.25％、銅0.25％、鎂0.2％、鋅0.15％、硅0.1％、硼0.05％、鈧0.2％和釕0.15％，余量為鋁。

上述鋁合金材料的制備方法如下：

(1)將鋁錠在真空熔煉爐中熔化后，按配方加入鐵、銅、鎂、鋅、硅、硼、鈧和釕，在1200℃下熔煉6h，然后澆鑄成鋁合金鑄錠；

(2)將上述鋁合金鑄錠在500℃下均勻化處理28h，然后水淬，得到均勻化的鋁合金鑄錠；

(3)將上述均勻化的鋁合金鑄錠在130℃下進(jìn)行時效處理12h，得到上述鋁合金材料。

實施例2

一種鋁合金材料，包含如下質(zhì)量百分比的組分：

鐵0.35％、銅0.1％、鎂0.4％、鋅0.05％、硅0.3％、硼0.01％、鈧0.35％和釕0.05％，余量為鋁。

上述鋁合金材料的制備方法如下：

(1)將鋁錠在真空熔煉爐中熔化后，按配方加入鐵、銅、鎂、鋅、硅、硼、鈧和釕，在1500℃下熔煉2h，然后澆鑄成鋁合金鑄錠；

(2)將上述鋁合金鑄錠在550℃下均勻化處理16h，然后水淬，得到均勻化的鋁合金鑄錠；

(3)將上述均勻化的鋁合金鑄錠在180℃下進(jìn)行時效處理6h，得到上述鋁合金材料。

實施例3

一種鋁合金材料，包含如下質(zhì)量百分比的組分：

鐵0.26％、銅0.23％、鎂0.22％、鋅0.14％、硅0.13％、硼0.04％、鈧0.23％和釕0.135％，余量為鋁。

上述鋁合金材料的制備方法如下：

(1)將鋁錠在真空熔煉爐中熔化后，按配方加入鐵、銅、鎂、鋅、硅、硼、鈧和釕，在1300℃下熔煉4h，然后澆鑄成鋁合金鑄錠；

(2)將上述鋁合金鑄錠在520℃下均勻化處理24h，然后水淬，得到均勻化的鋁合金鑄錠；

(3)將上述均勻化的鋁合金鑄錠在150℃下進(jìn)行時效處理8h，得到上述鋁合金材料。

實施例4

一種鋁合金材料，包含如下質(zhì)量百分比的組分：

鐵0.28％、銅0.2％、鎂0.26％、鋅0.12％、硅0.15％、硼0.03％、鈧0.25％和釕0.12％，余量為鋁。

上述鋁合金材料的制備方法如下：

(1)將鋁錠在真空熔煉爐中熔化后，按配方加入鐵、銅、鎂、鋅、硅、硼、鈧和釕，在1400℃下熔煉5h，然后澆鑄成鋁合金鑄錠；

(2)將上述鋁合金鑄錠在530℃下均勻化處理18h，然后水淬，得到均勻化的鋁合金鑄錠；

(3)將上述均勻化的鋁合金鑄錠在160℃下進(jìn)行時效處理10h，得到上述鋁合金材料。

實施例5

一種鋁合金材料，包含如下質(zhì)量百分比的組分：

鐵0.32％、銅0.15％、鎂0.34％、鋅0.08％、硅0.2％、硼0.01％、鈧0.32％和釕0.08％，余量為鋁。

上述鋁合金材料的制備方法如下：

(1)將鋁錠在真空熔煉爐中熔化后，按配方加入鐵、銅、鎂、鋅、硅、硼、鈧和釕，在1100℃下熔煉5h，然后澆鑄成鋁合金鑄錠；

(2)將上述鋁合金鑄錠在530℃下均勻化處理26h，然后水淬，得到均勻化的鋁合金鑄錠；

(3)將上述均勻化的鋁合金鑄錠在135℃下進(jìn)行時效處理12h，得到上述鋁合金材料。

實施例6

一種鋁合金材料，包含如下質(zhì)量百分比的組分：

鐵0.3％、銅0.18％、鎂0.32％、鋅0.1％、硅0.17％、硼0.025％、鈧0.3％和釕0.1％，余量為鋁。

上述鋁合金材料的制備方法如下：

(1)將鋁錠在真空熔煉爐中熔化后，按配方加入鐵、銅、鎂、鋅、硅、硼、鈧和釕，在1500℃下熔煉3h，然后澆鑄成鋁合金鑄錠；

(2)將上述鋁合金鑄錠在520℃下均勻化處理24h，然后水淬，得到均勻化的鋁合金鑄錠；

(3)將上述均勻化的鋁合金鑄錠在165℃下進(jìn)行時效處理8h，得到上述鋁合金材料。

對比例1

與實施例1的區(qū)別在于，鋅的質(zhì)量百分比為0.04％，其他元素、用量及制備方法與實施例1相同。

對比例2

與實施例1的區(qū)別在于，鋅的質(zhì)量百分比為0.17％，其他元素、用量及制備方法與實施例1相同。

對比例3

與實施例1的區(qū)別在于，鈧的質(zhì)量百分比為0.18％，其他元素、用量及制備方法與實施例1相同。

對比例4

與實施例1的區(qū)別在于，鈧的質(zhì)量百分比為0.37％，其他元素、用量及制備方法與實施例1相同。

對比例5

與實施例1的區(qū)別在于，釕的質(zhì)量百分比為0.04％，其他元素、用量及制備方法與實施例1相同。

對比例6

與實施例1的區(qū)別在于，釕的質(zhì)量百分比為0.17％，其他元素、用量及制備方法與實施例1相同。

對上述實施例1-6和對比例1-6提供的鋁合金材料的性能進(jìn)行測試，測試標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)果如下表1所示。

表1

由表1的性能數(shù)據(jù)可知，當(dāng)鋅的含量過低，或鈧、釕的含量過高時，得到的鋁合金材料的拉伸強度雖然有所提升，但電導(dǎo)率卻大幅下降；當(dāng)鋅的含量過高，或鈧、釕的含量過低時，得到的鋁合金材料的電導(dǎo)率沒有明顯的變化，但拉伸強度明顯下降，達(dá)不到中強度鋁合金導(dǎo)線的要求。只有當(dāng)各組分在本發(fā)明限定的范圍內(nèi)相互配合時，才能使得到的鋁合金材料既具有較高的拉伸強度，又具有較高的電導(dǎo)率。

申請人聲明，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。