一種高鐵鋁合金導體材料及其退火工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高鐵鋁合金導體材料的退火工藝，通過加入0.6-0.9wt％的Fe，以及微量合金化元素Mn、Ti、Ce、Pr，控制各個成分的含量，并且，控制退火過程中的溫度和時間，調(diào)整導體材料的微觀組織，提高了鋁合金導體材料的導電率和抗拉強度。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明退火后的鋁合金導體材料的導電率為62％IACS(20℃)、抗拉強度為270MPa。
【專利說明】一種高鐵紹合金導體材料及其退火工藝

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金【技術(shù)領域】，尤其涉及一種高鐵鋁合金導體材料及其退火工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]在相同重量的前提下，鋁的導電能力是銅的兩倍；在相同導電流能力的前提下，鋁的價格是銅的六分之一，鋁芯電纜性價比遠高于銅芯電纜，因此，鋁芯電纜的應用越來越受到行業(yè)的重視。
[0003]與以往純鋁電纜相比，鋁合金電纜一定程度上彌補了導電性能、彎曲性能、抗蠕變性能和耐磨性能等方面的不足，能夠保證電纜在長時間過載和過熱時保持連續(xù)性能穩(wěn)定，特別是加入稀土元素后，可以細化金屬導體中的晶體結(jié)構(gòu)，從而大大提高導體的導電率、耐高溫性同時解決了導體電化學腐蝕等問題。
[0004]但國內(nèi)高強全鋁合金的導電率較低，線損較大；而國內(nèi)中強全鋁合金導線導電率雖比高強全鋁合金導線有所提升，但生產(chǎn)工藝復雜，成本高，產(chǎn)品綜合性能與國外也存在較大差距。申請?zhí)枮?01210146914.X的中國專利文獻報道了一種高電導率抗蠕變鋁合金電纜線的熱處理方法，將待熱處理的鋁合金鑄錠經(jīng)過38(T450°C微波均勻化8?16h、51(T550°C微波均勻化12?24h，空冷，隨后經(jīng)過熱擠壓、冷拉絲制成鋁合金線材，絞合后制成導電線芯，最后在20(T500 °C無氧退火fl200min，制得了鋁合金導線?？蔁崽幚淼匿X合金電纜為:Al-Fe-Cu-Zr-Ce-B合金、Al-Fe-Cu-Sc-Ce-B合金、Al-Fe-Cu-Hf-Ce-B。申請?zhí)枮?01210453197.5的中國專利文獻報道了一種電纜用鋁及鋁合金帶、箔材的退火方法，其退火包括如下四個步驟:第一步，將箱式退火爐的爐溫加熱到190-250°C，溫度升高梯度為2-3°C /小時，保溫時間60-250分鐘；第二步，將箱式退火爐的爐溫加熱到380-435°C，溫度升高梯度為2-3°C /小時，保溫時間10-20小時；第三步，將箱式退火爐的爐溫降低到340-370°C，溫度降低梯度為5-6°C /小時，保溫時間4-15小時；第四步，將箱式退火爐的爐溫降低到190-220°C，溫度降低梯度為5-6°C /小時，保溫時間1-4小時；冷卻方式采用出爐空冷。但是，上述報道的鋁合金材料的導電率較低，因此，開發(fā)具有較高導電率的鋁合金導體材料線是目前國內(nèi)全鋁合金導線技術(shù)發(fā)展的趨勢和亟待解決的技術(shù)難題。


【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鐵鋁合金導體材料及其退火工藝，退火后的高鐵鋁合金導體材料的導電率為64%IACS，抗拉強度為266MPa。
[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種高鐵鋁合金導體材料，包括以下成分:
Fe 0.6-0.9wt% ；
Mn 0.02-0.08wt% ；
Ti 0.2-0.4 wt% ；
Ce 0.01-0.05 wt% ；
Pr 0.002-0.008 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]優(yōu)選的，包括以下成分:
Fe 0.65-0.8wt% ；
Mn 0.03-0.07wt% ；
Ti 0.25-0.35 wt% ；
Ce 0.02-0.04 wt% ；
Pr 0.004-0.007 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]優(yōu)選的，包括以下成分:
Fe 0.7-0.8wt% ；
Mn 0.04-0.06wt% ；
Ti 0.3-0.34 wt% ；
Ce 0.02-0.03 wt% ；
Pr 0.005-0.006 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0009]相應的，本發(fā)明還提供一種上述技術(shù)方案所述的高鐵鋁合金導體材料的退火工藝，包括以下步驟:
步驟a)將上述技術(shù)方案所述的高鐵鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至40(T46(TC保溫30?60min ；
步驟b)降溫至35(T380°C保溫5?20min ；
步驟c)降溫至28(T330°C保溫l(T20min ；
步驟d)降溫至24(T270°C保溫20?40min。
[0010]優(yōu)選的,步驟a)的升溫速度為1?3°C /min。
[0011]優(yōu)選的，步驟a)的保溫溫度為42(T450°C。
[0012]優(yōu)選的，步驟b)的降升溫速度為1?3°C /min。
[0013]優(yōu)選的，步驟b)的保溫溫度為35(T370°C。
[0014]優(yōu)選的，步驟c)的保溫溫度為29(T320°C。
[0015]優(yōu)選的，步驟d)的保溫溫度為25(T260°C。
[0016]本發(fā)明提供了一種高鐵鋁合金導體材料的退火工藝，包括以下步驟:步驟a)將上述技術(shù)方案所述的高鐵鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至40(T46(TC保溫3(T60min ；步驟b)降溫至35(T380°C保溫5?20min ;步驟c)降溫至28(T330°C保溫l(T20min ;步驟d)降溫至24(T270°C保溫2(T40min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過加入0.6-0.9?七％的Fe，以及微量合金化元素Mn、T1、Ce、Pr，控制各個成分的含量，并且，控制退火過程中的溫度和時間，調(diào)整導體材料的微觀組織，提高了鋁合金導體材料的導電率和抗拉強度。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明退火后的鋁合金導體材料的導電率為62% IACS(200C )、抗拉強度為270MPa。

【具體實施方式】
[0017]為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0018]本發(fā)明實施例公開了一種高鐵鋁合金導體材料，包括以下成分:
Fe 0.6-0.9wt% ；
Mn 0.02-0.08wt% ；
Ti 0.2-0.4 wt% ；
Ce 0.01-0.05 wt% ；
Pr 0.002-0.008 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0019]作為優(yōu)選方案，所述高鐵鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.65-0.8wt% ；
Mn 0.03-0.07wt% ；
Ti 0.25-0.35 wt% ；
Ce 0.02-0.04 wt% ；
Pr 0.004-0.007 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0020]更優(yōu)選的，所述高鐵鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.7-0.8wt% ；
Mn 0.04-0.06wt% ；
Ti 0.3-0.34 wt% ；
Ce 0.02-0.03 wt% ；
Pr 0.005-0.006 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0021]其中，鋁中含有一定量的鐵，一定程度上提高了鋁的硬度，但使鋁的塑性降低。最新研究表明，鐵可以提高鋁導體強度，并不顯著降低其導電性。但是，鐵含量過高則會使其電阻率顯著升高，所以也應該注意控制鐵的含量。
[0022]Mn、Ti具有細化晶粒、提高鋁合金室溫抗拉強度及改善耐熱性的效果。
[0023]本發(fā)明中采用合適的Ce、Pr添加量，并且與其他成分復合，使合金元素能夠充分的析出，所以合金能夠保持高電導率。同時大量彌散析出相能夠起到強化和穩(wěn)定組織的作用，使合金導體的強度和耐熱性能都能得到極大的提高。
[0024]相應的，本發(fā)明還提供一種上述技術(shù)方案所述的高鐵鋁合金導體材料的退火工藝，包括以下步驟:
步驟a)將上述技術(shù)方案所述的高鐵鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至40(T46(TC保溫30?60min ；
步驟b)降溫至35(T380°C保溫5?20min ；
步驟c)降溫至28(T330°C保溫l(T20min ；
步驟d)降溫至24(T270°C保溫20?40min。
[0025]作為優(yōu)選方案，步驟a的升溫速度為1?3°C /min，更優(yōu)選為1.5?2.5°C /min，更優(yōu)選為2V Mn ;步驟a的保溫溫度優(yōu)選為42(T450°C，更優(yōu)選為43(T450°C，更優(yōu)選為440°C ；步驟a的保溫時間優(yōu)選為40?60min,更優(yōu)選為40?50min,更優(yōu)選為45min。
[0026]然后，將步驟a得到的高鐵鋁合金導體材料降溫至35(T380°C保溫5?20min。步驟b的降溫速度為1?3°C /min，更優(yōu)選為2?3°C /min，更優(yōu)選為2.5?3°C /min;步驟b的保溫溫度優(yōu)選為35(T370°C，更優(yōu)選為35(T360°C，更優(yōu)選為355°C ;步驟b的保溫時間優(yōu)選為lCT20min,更優(yōu)選為12?18min,更優(yōu)選為15min。
[0027]在步驟c中，降溫速度優(yōu)選為1?3°C /min，更優(yōu)選為f 2 °C /min，更優(yōu)選為1.5?2°C /min ;步驟c的保溫溫度優(yōu)選為29(T320°C，更優(yōu)選為295?310°C，更優(yōu)選為300°C ；步驟c的保溫時間優(yōu)選為12?18min,更優(yōu)選為14?16min,更優(yōu)選為15min。
[0028]然后，降溫至24(T270°C保溫2(T40min。步驟d的降溫速度優(yōu)選為I?4°C /min,更優(yōu)選為2?4°C /min,更優(yōu)選為3?4°C /min ;步驟d的保溫溫度優(yōu)選為25(T260°C，更優(yōu)選為252?258°C，更優(yōu)選為255°C ;步驟d的保溫時間優(yōu)選為25?35min，更優(yōu)選為25?30min，更優(yōu)選為30min。
[0029]從以上方案可以看出，本發(fā)明通過加入0.6-0.9￥七％的Fe，以及微量合金化元素Mn、T1、Ce、Pr，控制各個成分的含量，并且，控制退火過程中的溫度和時間，調(diào)整導體材料的微觀組織，提高了鋁合金導體材料的導電率和抗拉強度。對本發(fā)明退火工藝處理后的高鐵鋁合金導體材料的性能進行檢測，實驗結(jié)果表明，本發(fā)明退火后的鋁合金導體材料的導電率為62% IACS (200C )、抗拉強度為270MPa。
[0030]為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進行詳細說明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。
[0031 ] 本發(fā)明實施例采用的原料和化學試劑均為市購。
[0032]實施例1
本實施例退火工藝采用的高鐵鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.8wt % ；
Mn 0.05 wt % ;
Ti 0.2 wt % ；
Ce 0.04 wt % ；
Pr 0.006 wt % ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0033]退火工藝如下:
步驟a)將高鐵鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至440°C保溫45min，升溫速度為2 °C /min ；
步驟b)降溫至355°C保溫15min,降溫速度為3°C /min ；
步驟c)降溫至300°C保溫15min,降溫速度為2V /min ；
步驟d)降溫至255°C保溫30min,降溫速度為3°C /min。
[0034]對本實施例退火處理后的高鐵鋁合金導體材料進行性能檢測，結(jié)果顯示:導電率為62% IACS (200C )、抗拉強度為270MPa，延伸率為3.4%。
[0035]實施例2
本實施例退火工藝采用的高鐵鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.6wt % ； Mn 0.07 wt% ；
Ti 0.3 wt % ；
Ce 0.01 wt % ;
Pr 0.002 wt % ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0036]退火工藝如下:
步驟a)將高鐵鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至450°C保溫45min，升溫速度為2 °C /min ；
步驟b)降溫至380°C保溫15min,降溫速度為3°C /min ；
步驟c)降溫至290°C保溫15min,降溫速度為2V /min ；
步驟d)降溫至255°C保溫30min,降溫速度為3°C /min。
[0037]對本實施例退火處理后的高鐵鋁合金導體材料進行性能檢測，結(jié)果顯示:導電率% 63% IACS (20 0C )、抗拉強度為272MPa，延伸率為3.2%0
[0038]實施例3
本實施例退火工藝采用的高鐵鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.8wt % ；
Mn 0.03 wt % ;
Ti 0.4 wt % ；
Ce 0.03 wt % ；
Pr 0.005 wt % ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0039]退火工藝如下:
步驟a)將高鐵鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至410°C保溫45min，升溫速度為2 °C /min ；
步驟b)降溫至350°C保溫15min,降溫速度為3°C /min ；
步驟c)降溫至280°C保溫15min,降溫速度為2V /min ；
步驟d)降溫至260°C保溫30min,降溫速度為3°C /min。
[0040]對本實施例退火處理后的高鐵鋁合金導體材料進行性能檢測，結(jié)果顯示:導電率% 63% IACS (20 0C )、抗拉強度為275MPa，延伸率為3.3%0
[0041]以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本【技術(shù)領域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
[0042]對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高鐵鋁合金導體材料，其特征在于，包括以下成分:
Fe 0.6-0.9wt% ；
Mn 0.02-0.08wt% ；
Ti 0.2-0.4 wt% ；
Ce 0.01-0.05 wt% ；
Pr 0.002-0.008 wt% ； 余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鐵鋁合金導體材料，其特征在于，包括以下成分:
Fe 0.65-0.8wt% ；
Mn 0.03-0.07wt% ；
Ti 0.25-0.35 wt% ；
Ce 0.02-0.04 wt% ；
Pr 0.004-0.007 wt% ； 余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高鐵鋁合金導體材料，其特征在于，包括以下成分:
Fe 0.7-0.8wt% ；
Mn 0.04-0.06wt% ；
Ti 0.3-0.34 wt% ；
Ce 0.02-0.03 wt% ；
Pr 0.005-0.006 wt% ； 余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
4.一種權(quán)利要求f 3任意一項所述的高鐵鋁合金導體材料的退火工藝，其特征在于，包括以下步驟: 步驟a)將權(quán)利要求f 3任意一項所述的高鐵鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至40(T460°C保溫 30?60min ； 步驟b)降溫至35(T380°C保溫5?20min ； 步驟c)降溫至28(T330°C保溫l(T20min ； 步驟d)降溫至24(T270°C保溫20?40min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟a)的升溫速度為f3°C/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟a)的保溫溫度為42(T450°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟b)的降升溫速度為f3°C/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟b)的保溫溫度為35(T370°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟c)的保溫溫度為29(T320°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟d)的保溫溫度為25(T260°C。
【文檔編號】C22C21/00GK104264009SQ201410517679
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】史宏偉, 劉守明, 韓愛芝, 張洪濤 申請人:國網(wǎng)河南省電力公司周口供電公司