高壓電力控制組件用鑄造鋁合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓電力控制組件用鑄造鋁合金及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑄造鋁合金是以鋁為基礎(chǔ)，在熔融狀態(tài)下填充鑄型獲得一定形狀和尺寸鑄件毛坯 的鋁合金，具有比重低、比強(qiáng)度高、易加工、低成本和耐腐蝕性好等特點(diǎn)，用于制造形狀復(fù)雜 的零件，例如儀表、內(nèi)燃機(jī)活塞、飛機(jī)等殼體零件，在機(jī)械、汽車、建筑、電力電氣行業(yè)等領(lǐng)域 得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 近年來，電力電氣行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，對導(dǎo)電材料的需求量日益增大。鑄造 鋁合金作為傳統(tǒng)的金屬材料，相對于銅類導(dǎo)電材料而言具有價格低廉、密度小等特點(diǎn)，更適 合作為生產(chǎn)高壓電力控制組件的導(dǎo)電材料。高壓電力控制組件首先要求導(dǎo)電材料的導(dǎo)電 率> 55%IACS ;同時要求導(dǎo)電材料需具備一定的力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度> 160MPa，屈服強(qiáng)度 > llOMPa，延伸率> 8%;并且要求其具有優(yōu)良的鑄造性能，如流動性好、收縮率低以及熱裂 傾向性小。
[0004] 盡管鋁硅合金具有優(yōu)良的鑄造性能，如流動性好、氣密性好、收縮率小和熱烈傾向 小，經(jīng)變質(zhì)和熱處理之后，具有較好的力學(xué)性能，是目前應(yīng)用最為廣泛的鋁合金，但是，現(xiàn)有 技術(shù)中的鋁硅合金的導(dǎo)電性能較差，不能同時滿足高壓電力控制組件在力學(xué)性能和導(dǎo)電性 能的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種高壓電力控制組件用鑄造鋁合金及其制備 方法，具有良好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。
[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種高壓電力控制組件用鑄造鋁合金，包括以下重量百 分比的成分： Si ：0. 70^1. 50% ； B :0? 05~0? 12% ; Mg ：0. 03^0. 10% ； La ：0. 10^0. 18% ； 余量為A1和不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 優(yōu)選的，所述不可避免的雜質(zhì)包括以下重量百分比的成分： Fe :彡 0? 15%、Sn :彡 0? 03%、Cu :彡 0? 03%、Mn :彡 0? 005%、Ti :彡 0? 01%、V :彡 0? 007% 和 Cr :彡 0? 005%。
[0008] 優(yōu)選的，所述不可避免的雜質(zhì)由以下重量百分比的成分組成： V :彡 0? 007%、Cr :彡 0? 005%、Ti :彡 0? 01% 和 Mn :彡 0? 005%。
[0009] 優(yōu)選的，包括以下重量百分比的成分： Si :0. 8(Tl. 40% ; B ：0. 06^0. 10% ； Mg ：0. 05^0. 09% ； La :0? 12~0? 17% ; 余量為A1和不可避免的雜質(zhì)。
[0010] 優(yōu)選的，鑄態(tài)下的導(dǎo)電率彡55%IACS。
[0011] 優(yōu)選的，鑄態(tài)下的導(dǎo)電率為55. 2~57%IACS。
[0012] 優(yōu)選的，抗拉強(qiáng)度為18擴(kuò)194MPa，屈服強(qiáng)度為128~136Mpa。
[0013] 相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種高壓電力控制組件用鑄造鋁合金的制備方法，包括以 下步驟： 向熔煉爐中投入鋁錠與AlSi25中間合金，加熱至74(T760°C進(jìn)行熔煉，調(diào)整Si含量； 向所述熔煉爐中加入投料總量〇. 〇6wt%的硼，攪拌均勻后靜置； 取熔煉爐上層熔體樣品，檢測樣品的V含量達(dá)到0.005 wt %以下、電導(dǎo)率達(dá)到 31. 5~32MS/m ; 加入投料總量〇. 15wt%的La，充分熔化后輕微攪拌上層熔體至組分均勻； 在氦氣中精煉，針孔達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)，精煉完畢后加入〇. 〇7wt%的Mg,靜置； 取熔體上層鋁液做光譜樣塊，檢測樣品中V、Ti含量降至0. 005wt%以下，B含量降至 0. 007wt %以下，電導(dǎo)率達(dá)到32MS/m以上，得到高壓電力控制組件用鑄造鋁合金。
[0014] 本發(fā)明提供了一種高壓電力控制組件用鑄造鋁合金及其制備方法，包括Si、B、Mg、 La，余量為A1和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明制備的鑄造鋁合金為鋁硅合金，通過控制Si元素 加入量，在改善力學(xué)性能的同時滿足高壓電力控制組件對導(dǎo)電性能要求。其次，加入B元 素，使其與合金中降低導(dǎo)電率的雜質(zhì)元素反應(yīng)，使它們由固溶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲龀鰬B(tài)并沉積于熔 體底部，減少鋁導(dǎo)體內(nèi)部晶格的畸變，從而減少晶格缺陷，提升電導(dǎo)率。再次，添加稀土元素 La與鋁液中的氫等氣體及一些金屬或者非金屬雜質(zhì)有較強(qiáng)的親和力，生成熔點(diǎn)高的化合 物，故其具有一定除氫、精煉、凈化和變質(zhì)的作用，從而提高鋁合金的導(dǎo)電性能。實驗結(jié)果表 明，本發(fā)明制備的鑄造鋁合金在鑄態(tài)下的導(dǎo)電率彡55%IACS，抗拉強(qiáng)度為189~194MPa，屈服 強(qiáng)度為128~136Mpa，具有良好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。
【具體實施方式】
[0015] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。
[0016] 本發(fā)明實施例公開了一種高壓電力控制組件用鑄造鋁合金，包括以下重量百分比 的成分： Si ：0. 70^1. 50% ； B :0? 05~0? 12% ; Mg ：0. 03^0. 10% ； La ：0. 10^0. 18% ； 余量為A1和不可避免的雜質(zhì)。
[0017] 作為優(yōu)選方案，所述不可避免的雜質(zhì)包括以下重量百分比的成分：Fe 0. 15%、 Sn :彡 0? 03%、Cu :彡 0? 03%、Mn :彡 0? 005%、Ti :彡 0? 01%、V :彡 0? 007% 和 Cr :彡 0? 005%。更 優(yōu)選的，所述不可避免的雜質(zhì)由以下重量百分比的成分組成：V 0. 007%、Cr 0. 005%、 Ti :彡 0? 01% 和 Mn :彡 0? 005%。
[0018] 本發(fā)明依據(jù)的原理是：在外電場作用下，電子以電子波的形式在金屬內(nèi)部傳播，當(dāng) 碰撞到作為傳播障礙的晶格結(jié)點(diǎn)時造成散射即形成電阻。當(dāng)原來排列整齊的晶格的規(guī)律性 遭到破壞時，電子波在其中的傳播受到的阻力將加強(qiáng)，導(dǎo)致電阻增大。與金屬導(dǎo)電理論相符 合，金屬的晶體越完整，異類原子等引起的晶格畸變、晶界等缺陷越少，其電阻越小。
[0019] 鋁合金中的必要添加元素的加入量是影響其導(dǎo)電性能的主要因素之一，本發(fā)明通 過正交試驗，確定影響鋁合金導(dǎo)電性能的必要添加元素的優(yōu)選范圍。
[0020] 硅元素是保證材料具備一定力學(xué)性能和鑄造性能的基礎(chǔ)合金元素，而通過對合金 主要添加元素進(jìn)行對比試驗，確定了硅是對該鋁合金材料導(dǎo)電率影響最大的合金元素。因 此，控制該鋁合金材料的含硅量是保證材料力學(xué)性能和導(dǎo)電率同時得到滿足的首要因素。
[0021] 本發(fā)明中，通過添加B元素，使其與合金中降低導(dǎo)電率的雜質(zhì)元素Ti、V、Cr、Mn、Fe 等反應(yīng)，使它們由固溶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲龀鰬B(tài)并沉積于熔體底部，減少鋁導(dǎo)體內(nèi)部晶格的畸變，從 而減少晶格缺陷。但B元素還能增加錯液中的結(jié)晶核心數(shù)量，細(xì)化晶粒。因此，B的加入對 導(dǎo)電鋁合金的強(qiáng)度與導(dǎo)電率都有益處，是提升電導(dǎo)率的有效元素。隨B含量降低導(dǎo)電率明 顯提升，而當(dāng)B超過一定量時，對電導(dǎo)率的提升作用趨于平緩，過量B元素的作為雜質(zhì)固溶 于鋁基體，從而降低電導(dǎo)率。因此根據(jù)生產(chǎn)原料的雜質(zhì)含量確定B的加入量是保證熔體凈 化效果的主要控制參數(shù)。
[0022] 通過添加稀土元素La，（l)RE與鋁液中的氫等氣體及一些金屬或者非金屬雜質(zhì) 有較強(qiáng)的親和力，能生成熔點(diǎn)高的化合物，故它有一定除氫、精煉、凈化和變質(zhì)的作用，從而 提高鋁合金的導(dǎo)電性能；（2)稀土元素比較活潑，它熔于鋁液中，極易填補(bǔ)合金相的表面缺 陷，從而降低新舊兩相界面上的表面張力，使得晶核生長的速度增快，同時還在晶粒與合金 液之間形成表面活性膜，阻止生成的晶粒長大，使合金的組織細(xì)化，強(qiáng)化基體，顯著改善鋁 合金的金相組織，減少鋁合金的裂紋源，并使合金斷裂過程中裂紋萌生位置與擴(kuò)展途徑發(fā) 生改變，有利于合金的韌化，從而提高其強(qiáng)度、裂韌性和塑性等；通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，稀土元 素中，單一稀土 La對改善高硅鋁合金的導(dǎo)電性效果比較大，La元素可以大大細(xì)化合金晶 粒，提高導(dǎo)電性能。
[0023] 另外，過量的稀土加入也會使鋁合金的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能降低。究其原因，一方面是 稀土的加入，引起了鋁合金晶粒組織的細(xì)化，增加了電子通過的難度，另一方面稀土量的增 加導(dǎo)致部分稀土固溶于鋁合金晶體中。因此根據(jù)合金熔體雜質(zhì)含量，必須對稀土添加量加 以控制。
[0024] 按照本發(fā)明，所述高壓電力控制組件用鑄造鋁合金優(yōu)選包括以下重量百分比的成 分：Si :0? 80~1. 40% ;B :0? 06~0? 10% ;Mg :0? 05~0? 09% ;La :0? 12~0? 17% ;余量為 A1 和不可避 免的雜質(zhì)。
[0025] 其中，所述不可避免的雜質(zhì)包括以下重量百分比的成分：Fe :彡0. 15%、Sn: 彡 0? 03%、Cu :彡 0? 03%、Mn :彡 0? 005%、Ti :彡 0? 01%、V :彡 0? 007% 和 Cr :彡 0? 005%。更優(yōu) 選的，所述不可避免的雜質(zhì)由以下重量百分比的成分組成：V:< 0. 007%、Cr :< 0. 005%、Ti : 彡 0? 01% 和 Mn :彡 0? 005%。
[0026] 相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種上述技術(shù)方案所述高壓電力控制組件用鑄造鋁合金的 制備方法，包括以下步驟： 向熔煉爐中投入鋁錠與AlSi25中間合金，加熱至74(T760°C進(jìn)行熔煉，調(diào)整Si含量； 向所述熔煉爐中加入投料總量〇. 〇6wt%的硼，攪拌均勻后靜置； 取熔煉爐上層熔體樣品，檢測樣品的V含量達(dá)到0.005 wt %以下、電導(dǎo)率達(dá)到 31. 5~32MS/m ; 加入投料總量〇. 15wt%的La，充分熔化后輕微攪拌上層熔體至組分均勻； 在氦氣中精煉，針孔達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)，精煉完畢后加入〇. 〇7wt%的Mg,靜置； 取熔體上層鋁液做光譜樣塊，檢測樣品中V、Ti含量降至0. 005wt%以下，B含量降至 0. 007wt %以下，電導(dǎo)率達(dá)到32MS/m以上，進(jìn)行鑄造。
[0027] 作為優(yōu)選方案，在熔煉步驟之前，為保證制備過程中熔體純凈，優(yōu)選徹底清理熔煉 坩堝，保證坩堝內(nèi)無殘留物。
[0028] 在加入硼的步驟中，靜置時間優(yōu)選為5(Tl20min，更優(yōu)選為60min。另外，在所述取 熔煉爐上層熔體樣的步驟在中，取樣時嚴(yán)禁攪動熔體。所述在氬氣中精煉的步驟中，靜置時 間優(yōu)選為l(T30