專利名稱：一種高導電率稀土硬鋁導線及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁導線及其制備方法，尤其涉及一種高導電率稀土硬鋁導線及制備方法。
背景技術：
我國的架空輸電導線主要是以鋁為導體，鋼芯為支撐構(gòu)件的鋼芯鋁絞線，所用的鋁線導電率要求為>61%IACS，電阻率在0.0279(Γ0.028264 Ω.mm2/m。為了響應國家產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展“節(jié)能減排”的政策方針，國家電網(wǎng)公司提出了建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、新技術、新材料、新工藝”的新型智能電網(wǎng)。近三十年來，架空導線行業(yè)都在不斷研發(fā)導電率更高的架空導線，以減少線路能耗，降低線路的運行成本。在高導電率鋁架空導線的研發(fā)中，目前主要以完全退火再結(jié)晶的軟鋁導線為載流體，軟鋁線的導電率可達到63%IASC，電阻率一般在0.027151、.027586 Ω.mm2/m。然而，軟鋁導線雖然提高了鋁線的導電率，但是也使鋁線的強度及表面硬度明顯降低，導致施工中展放困難，較大的表面擦傷會增大線路運行噪音、增強電磁干擾、降低起暈電壓，大大削弱低阻軟鋁導線的低阻節(jié)能效果。因此，盡管軟鋁導線開發(fā)已有10年時間，至今仍未大規(guī)模推廣，僅在極少數(shù)特殊線路的擴容中得到應用。而硬鋁作為傳輸導線導體，在國際上已經(jīng)使用了 100多年，運行安全、可靠，并已建立了一整套施工展放，以及線路維護的工藝方法和專用工具設備。因此，如何在盡量不影響現(xiàn)有線路施工工藝的基礎上提高導線強度、提高導電率、控制導電率下降的幅度，是各國研究者努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種能提高導電率、工藝寬容性更好的高導電率稀土硬鋁導線；本發(fā)明的另一目的是提供該硬鋁導線的制備方法。技術方案:本發(fā)明所述的高導電率稀土硬鋁導線，按重量百分比其組分為:鐵0.0875% 0.145%，鐵硅比例控制在1.7 2.5之間，硼0.01 0.12%，釓0.01 0.15%，其余為鋁。本發(fā)明的硬鋁導線添加了稀土釓元素，可以提高導線強度，同時，導電率下降的幅度減小。本發(fā)明所述高導電率稀土硬鋁導線的制備方法，由以下步驟組成:(a)選配鋁錠，用熔煉爐熔煉，使鋁液中鐵含量為0.0875% 0.145%，鐵硅比例控制在1.7 2.5之間；(b)鋁錠完全熔化后，加入鋁硼合金，控制鋁液中硼含量為0.0Γ0.12%，然后加入精煉劑，攪拌、靜置、凈化鋁熔體，清理鋁液表面鋁渣，過程中保持鋁液溫度基本上為一定值；(c)往步驟(b)處理后的鋁液中添加鋁釓合金，確保鋁液中釓含量為0.0Γ0.15%，攪拌、靜置、凈化鋁熔體，清理鋁 液表面鋁渣，過程中保持鋁液溫度基本上為一定值；(d)步驟(C)處理后的鋁液采用鐵模澆鑄成鋁桿，待鋁桿冷卻至室溫，用拉絲機將其拉制成硬鋁單線；(e)將步驟(d)制得的硬鋁單線進行低溫回復處理，溫度控制在100 250°C，制得高導電率稀土硬鋁導線。所述步驟(a)中選配AL99.70A或其以上牌號的鋁錠，熔煉溫度720 760V。所述步驟(b)中鋁硼合金中硼含量為1.8 2.2%，鋁液中硼含量優(yōu)選為0.01 0.06%，同時，所述步驟(b)中精煉劑由15 25%的氯化鈉、30 40%的氯化鉀、5 12%的六氯甲烷、3^7%的氟硼酸鉀、12 16%的氟鋁酸鈉、1(Γ20%的木炭粉混合而成，其含量為0.Γθ.5%。所述步驟(C)中鋁釓合金中釓含量為1.8 2.2%。所述步驟(b)或(C)中采用吹入氮氣或惰性氣體的方式攪拌鋁熔體，攪拌2 3分鐘，靜置3 10分鐘，保持鋁液溫度720 760V。所述步驟⑷中鐵模預熱100°C，用其澆鑄的鋁桿直徑為12mm。所述步驟(d)中拉絲機的道次壓縮率為25 30%，拉拔速度f 10米/分鐘，拉制的硬鋁單線直徑為3mm。有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點為用重稀土元素釓微合金化的方法，降低Fe、Si等雜質(zhì)元素的固溶度，并通過低溫時效過程中析出的鋁釓金屬間化合物，起析出強化作用。在保證強化效果的前提下，減小對硬鋁導線導電率的影響，同時，嚴格控制Fe、Si含量及其比例，并經(jīng)過硼化、精煉等工藝處理，可制得導線強度160Mpa、導電率63% IACS，抗拉強度160MPa的硬鋁導線。利用該導線生產(chǎn)的電纜,可繼續(xù)使用傳統(tǒng)的施工工藝架設；在線路運行過程中，降低線路損耗，節(jié)省施工費用。
具體實施例方式實施例1:選配2千克牌號為99.70A的鋁錠，在井式爐中進行熔化，熔煉溫度720°C，剛玉坩堝，鋁錠熔化后加入50克鋁硼合金，然后加入6克的精煉劑，精煉劑由18%的氯化鈉、32 %的氯化鉀、10 %的六氯甲烷、6 %的氟硼酸鉀、15 %的氟鋁酸鈉與19 %的木炭粉混合而成，然后吹入氮氣攪拌鋁熔體，攪拌3分鐘后，靜置8分鐘，清理鋁液表面鋁渣，過程中保持鋁液溫度725°C ;除渣結(jié)束后，加入100克鋁釓合金，吹入氮氣攪拌鋁熔體，攪拌2分鐘后，靜置3分鐘后取樣，采用直讀光譜分析鋁液中的硅元素含量0.048%，鐵元素含量0.115%,鐵娃含量比例為2.40,硼元素含量0.024%,禮元素含量0.10% ;靜置2分鐘后，采用鐵模澆鑄成直徑為12_的鋁桿，鐵模預熱至100°C ;鋁桿冷卻至室溫后，采用拉絲機按照道次壓縮率為25%，拉拔速度I米/分鐘拉制成直徑為3mm的鋁線，共進行六道次變形；將鋁線放入馬弗爐進行低溫時效回復，時效溫度120°C，保溫180分鐘；出爐冷卻后檢測鋁線導電性能和機械性能，其電阻率為0.027302±0.000011 Ω.πιπι2/πι，導電率為63.14±0.03%IACS，延伸率為2.0%，抗拉強度168±3MPa。實施例2:選配2.5千克牌號為99.70A的鋁錠，在井式爐中進行熔化，熔煉溫度735°C，剛玉坩堝，鋁錠熔化后加入75克鋁硼合金，然后加入5克的精煉劑，精煉劑由20%的氯化鈉、35 %的氯化鉀、10 %的六氯甲烷、4 %的氟硼酸鉀、14 %的氟鋁酸鈉與17 %的木炭粉混合而成，然后吹入氮氣攪拌鋁熔體，攪拌3分鐘后，靜置10分鐘，清理鋁液表面鋁渣，過程中保持鋁液溫度730°C ;除渣結(jié)束后，加入150克鋁釓合金，吹入氮氣攪拌鋁熔體，攪拌2分鐘后，靜置3分鐘后取樣，采用直讀光譜分析鋁液中的硅元素含量0.052%，鐵元素含量
0.105%,鐵娃含量比例為2.02,硼元素含量0.06%,禮元素含量0.12% ;加入招鐵合金靜置2分鐘后，采用鐵模澆鑄成直徑為12_的鋁桿，鐵模預熱至100°C ;鋁桿冷卻至室溫后，采用拉絲機按照道次壓縮率為30%，拉拔速度10米/分鐘拉制成直徑為3mm的鋁線，共進行七道次變形；將鋁線放入馬弗爐進行低溫時效回復，時效溫度135°C，保溫240分鐘；出爐冷卻后檢測鋁線導電性能和機械性能，其電阻率為0.027256±0.000021 Ω.mm2/m，導電率為63.25±0.05% IACS，延伸率為 2.1%，抗拉強度 165±2MPa。實施例3:選配3千克牌號為99.70A的鋁錠，在井式爐中進行熔化，熔煉溫度720°C，剛玉坩堝，鋁錠熔化后加入20克鋁硼合金，然后加入8克的精煉劑，精煉劑由15%的氯化鈉、30 %的氯化鉀、5 %的六氯甲烷、3 %的氟硼酸鉀、12 %的氟鋁酸鈉與IO %的木炭粉混合而成，然后吹入氮氣攪拌鋁熔體，攪拌3分鐘后，靜置10分鐘，清理鋁液表面鋁渣，過程中保持鋁液溫度720°C ;除渣結(jié)束后，加入20克鋁釓合金，吹入氮氣攪拌鋁熔體，攪拌2分鐘后，靜置3分鐘后取樣，采用直讀光譜分析鋁液中的硅元素含量0.0515%，鐵元素含量
0.0875%,鐵娃含量比例為1.7,硼元素含量0.01%,禮元素含量0.01% ;加入招鐵合金靜置2分鐘后，采用鐵模澆鑄成直徑為12_的鋁桿，鐵模預熱至100°C ;鋁桿冷卻至室溫后，采用拉絲機按照道次壓縮率為30%，拉拔速度7米/分鐘拉制成直徑為3mm的鋁線，共進行七道次變形；將鋁線放入馬弗爐進行低溫時效回復，時效溫度200°C，保溫240分鐘；出爐冷卻后檢測鋁線導電性能和機械性能，其電阻率為0.027226±0.000015 Ω.mm2/m，導電率為63.32±0.04% IACS，延伸率為 2.0%，抗拉強度 162±2MPa。實施例4:選配2.5千克牌號為99.85A的鋁錠，在井式爐中進行熔化，熔煉溫度760°C，剛玉坩堝，鋁錠熔化后加入160克鋁硼合金，然后加入12.5克的精煉劑，精煉劑由25%的氯化鈉、40%的氯化鉀、12%的六氯甲烷、7%的氟硼酸鉀、16%的氟鋁酸鈉與20%的木炭粉混合而成，然后吹入氬氣攪拌鋁熔體，攪拌3分鐘后，靜置10分鐘，清理鋁液表面鋁渣，過程中保持鋁液溫度760V ;除渣結(jié)束后，加入200克鋁釓合金，吹入氮氣攪拌鋁熔體，攪拌2分鐘后，靜置3分鐘后取樣，采用直讀光譜分析鋁液中的硅元素含量0.058%，鐵元素含量0.145%,鐵娃含量比例為2.5,硼元素含量0.12%,禮元素含量0.15%;加入招鐵合金靜置2分鐘后，采用鐵模澆鑄成直徑為12_的鋁桿，鐵模預熱至100°C ;鋁桿冷卻至室溫后，采用拉絲機按照道次壓縮率為28%，拉拔速度8米/分鐘拉制成直徑為3mm的鋁線，共進行七道次變形；將鋁線放入馬弗爐進行低溫時效回復，時效溫度165°C，保溫240分鐘；出爐冷卻后檢測鋁線導電性能和機械性能，其電阻率為0.027213±0.000013 Ω.mm2/m，導電率為 63.35±0.04% IACS，延伸率為 2.3%，抗拉強度 164±3MPa。
權(quán)利要求
1.一種高導電率稀土硬鋁導線，按重量百分比其組分為:鐵0.0875% 0.145%，鐵硅比例控制在1.T2.5之間，硼0.0Γ0.12%，釓0.0Γ0.15%，其余為鋁。
2.備權(quán)利要求1所述高導電率稀土硬鋁導線的方法，其特征在于該方法由以下步驟組成: (a)選配鋁錠，用熔煉爐熔煉，使鋁液中鐵含量為0.0875% 0.145%，鐵硅比例控制在1.7 2.5之間； (b)鋁錠完全熔化后，加入鋁硼合金，控制鋁液中硼含量為0.0Γ0.12%，攪拌、靜置、凈化鋁熔體，清理鋁液表面鋁渣，過程中保持鋁液溫度基本上為恒溫； (c)往步驟(b)處理后的鋁液中添加鋁釓合金，確保鋁液中釓含量為0.0f0.15%，攪拌、靜置、凈化鋁熔體，清理鋁液表面鋁渣，過程中保持鋁液溫度基本上為恒溫； (d)步驟(C)處理后的鋁液澆鑄成鋁桿，待鋁桿冷卻至室溫，將其拉制成硬鋁單線； (e)將步驟(d)制得的硬鋁單線進行低溫回復處理，溫度控制在100 250°C，制得高導電率稀土硬鋁導線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高導電率稀土硬鋁導線的制備方法，其特征在于:所述步驟(a)中選配AL99.70A或其以上牌號的鋁錠。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所 述高導電率稀土硬鋁導線的制備方法，其特征在于:所述步驟(a)中熔煉溫度720 760°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述高導電率稀土硬鋁導線的制備方法，其特征在于:所述步驟(b)控制鋁液中硼含量為0.01 0.06%，同時，鋁硼合金中硼含量為1.8 2.2%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述高導電率稀土硬鋁導線的制備方法，其特征在于:所述步驟(b)中加入精煉劑，該精煉劑由15 25%的氯化鈉、30 40%的氯化鉀、5 12%的六氯甲烷、3 7%的氟硼酸鉀、12 16%的氟鋁酸鈉、1(Γ20%的木炭粉混合而成，其含量為0.Γ0.5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述高導電率稀土硬鋁導線的制備方法，其特征在于:所述步驟(c)中鋁釓合金中釓含量為1.8 2.2%。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述高導電率稀土硬鋁導線的制備方法，其特征在于:所述步驟(b)或(c)中采用吹入氮氣或惰性氣體的方式攪拌鋁熔體，攪拌2 3分鐘，靜置3 10分鐘，保持鋁液溫度720 760V。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述高導電率稀土硬鋁導線的制備方法，其特征在于:所述步驟(d)中采用鐵模將鋁液澆鑄成鋁桿，鐵模預熱100°c，澆鑄成的鋁桿直徑為12mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述高導電率稀土硬鋁導線的制備方法，其特征在于:所述步驟(d)中用拉絲機拉制鋁桿，該拉絲機的道次壓縮率為25 30%，拉拔速度f 10米/分鐘，拉制的硬鋁單線直徑為3mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高導電率稀土硬鋁導線，按重量百分比其組分為鐵0.0875％～0.145％，鐵硅比例控制在1.7～2.5，硼0.01～0.12％，釓0.01～0.15％，其余為鋁。本發(fā)明還公開了該高導電率稀土硬鋁導線的制備方法，主要是選配鋁錠，熔煉，再進行硼化、精煉等處理，制得導線強度160Mpa、導電率63％IACS，抗拉強度160MPa的硬鋁導線。利用該導線生產(chǎn)的電纜，可繼續(xù)使用傳統(tǒng)的施工工藝架設；在線路運行過程中，降低線路損耗，節(jié)省施工費用。
文檔編號C22C21/02GK103093855SQ20131003680
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者涂益友, 葉勝平, 蔣建清, 項建新, 張德忠, 鞠霖, 楊懷 申請人:東南大學, 無錫華能電纜有限公司