專(zhuān)利名稱(chēng)：鋁鐵鋅鎂稀土合金電線及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金電纜領(lǐng)域，具體涉及一種鋁鐵鋅鎂稀土合金電線及其制造方 法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在的民用、商業(yè)及工業(yè)用電線電纜導(dǎo)體，特別是民用布線，使用的都是銅導(dǎo)體。 上世紀(jì)80、90年代，由于當(dāng)時(shí)銅價(jià)高漲，銅資源處于緊張狀況，國(guó)家提出以鋁節(jié)銅的經(jīng)濟(jì)政 策，當(dāng)時(shí)鋁導(dǎo)體電線電纜使用比較普通，使用的也較為廣泛，但隨著時(shí)間的推移，人們?cè)谑?用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)純鋁導(dǎo)體在使用過(guò)程中出現(xiàn)各種各樣的情況，其中常見(jiàn)的有，純鋁導(dǎo)體在使 用彎曲過(guò)程中易開(kāi)裂或折斷現(xiàn)象，易發(fā)生氧化以及電化學(xué)腐蝕，特別是在連接頭部位以及 鋁電線與銅電線的直接連接部位，這些質(zhì)量問(wèn)題容易導(dǎo)致斷路、短路或過(guò)載，引發(fā)質(zhì)量事 故。由于鋁導(dǎo)體在使用過(guò)程中存在著種種問(wèn)題，因而人們對(duì)于純鋁的印象逐漸變差，純鋁電 線也逐漸遠(yuǎn)離人們的視線，純鋁導(dǎo)體的應(yīng)用局限于以架空導(dǎo)線為主。在新版的GB/T3956-2008中明確規(guī)定，鋁或鋁合金導(dǎo)體只適用于IOmm2以上的截 面，對(duì)于IOmm2以下的只適宜采用銅導(dǎo)體。這一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，是建立在對(duì)鋁導(dǎo)體應(yīng)用實(shí)際情 況總結(jié)的基礎(chǔ)上得出的，并且由于技術(shù)上的不足，用作更細(xì)的導(dǎo)體性能上得不到保障，因而 也大大限制了鋁導(dǎo)體推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種導(dǎo)電性好、力學(xué)性能高、耐腐蝕性高的鋁鐵鋅鎂稀土合金電線及 其制造方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種鋁鐵鋅鎂稀土合金電線，組成及百分含量為 0. 3-1. 2wt% 的鐵，0. 01-0. 3wt% 的鋅，0. 01-0.鎂以及 0. 1-1.稀土元素，其 余為鋁及不可避免的雜質(zhì)。上述技術(shù)方案中所述的稀土元素為鈰、鑭、釹、釔中的一種或幾種。所述的合金硅的含量彡0. Iwt %，釩、鈦、鉻、錳重金屬總重量百分含量 彡0. Olwt%。稀土元素優(yōu)選為鑭，其占鋁合金的重量百分含量為0. 9wt%。本發(fā)明提供的一種鋁鐵鋅鎂稀土合金電線的制造方法為，將所述配比的鋁合金， 經(jīng)熔煉、鑄軋成鋁合金桿，再在240-320°C下進(jìn)行10-20小時(shí)的保溫處理，再拉絲、擠包絕 緣。本發(fā)明提供的另一種鋁鐵鋅鎂稀土合金布電線的制造方法為，將所述成分的鋁合 金，經(jīng)熔煉、鑄軋成鋁合金桿，由鋁合金桿拉制成鋁合金線，再在340-380°C下進(jìn)行5-10小 時(shí)的半退火處理，最后擠包絕緣。本發(fā)明獲得如下技術(shù)效果本發(fā)明還通過(guò)控制硅等雜質(zhì)的含量，提高了鋁合金的導(dǎo)電性，使其符合標(biāo)準(zhǔn)。由于 硅及重金屬釩、鈦、鉻、錳對(duì)導(dǎo)體的導(dǎo)電性能影響較大，為了盡量減小這些雜質(zhì)元素的影響，使影響減小至最低，本發(fā)明對(duì)硅的重量百分含量控制在0. 以?xún)?nèi)，釩、鈦、鉻、錳等重金屬 元素總百分含量控制在0. 01 %以?xún)?nèi)。所述合金中加入0. 3-1. 2%的重量百分含量的鐵，鐵可以起到對(duì)鋁合金增強(qiáng)作用， 而過(guò)多對(duì)鋁合金導(dǎo)電性能造成影響，同時(shí)加入適量的鐵有利于提高連接的熱穩(wěn)定性及減小 蠕變的效果，本發(fā)明中鐵的含量太小會(huì)起不到預(yù)期的效果，太大會(huì)導(dǎo)致電阻過(guò)多增大，導(dǎo)電 率達(dá)不到61% IACS，且影響耐腐蝕性能。所述合金中加入0.01-0. 3%的重量百分含量的鋅，鋅可以起到提高鋁合金在空氣 中的抗氧化能力，減小空氣環(huán)境對(duì)鋁合金的腐蝕，同時(shí)也可以減小連接頭部位的電化學(xué)腐 蝕；鋅的加入也可以增加鋁合金的強(qiáng)度。更低的含量影響實(shí)現(xiàn)效果，更高影響電導(dǎo)率，也容 易導(dǎo)致加工性能變差以及密度的增加。適量的鋅加入還將使得鋁合金的強(qiáng)度增加。由于高 空風(fēng)力的擾動(dòng)，容易使得鋁合金導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，從而加速連接處的疲勞破壞，若引 起共振，還容易使得鋁合金電纜斷裂。形成的一些與鋁基體硬度差異較大的相能夠在一定 程度上增加鋁合金線本身材料的阻尼性能，使得鋁鋅合金導(dǎo)線能夠消減振動(dòng)，從而提高導(dǎo) 線的可靠性。加入0.01-0. 4%的重量百分含量的鎂，在本發(fā)明中，少量鎂元素的加入能夠與鋅 一起綜合提高鋁合金的強(qiáng)度，同時(shí)鎂可以進(jìn)一步提高合金的耐腐蝕性能；鎂的加入還能夠 與少量雜質(zhì)硅形成硅鎂化合物，進(jìn)一步增加鋁合金的強(qiáng)度。在上述鋁合金中鋅的含量下，過(guò) 多的鎂的加入容易導(dǎo)致合金的塑性等其它性能下降。稀土元素是一組化學(xué)性能極其相似的17種金屬元素的通稱(chēng)，是一種極活潑的金 屬元素。如果數(shù)量較少，不出現(xiàn)稀土相，因而作用效果不明顯，加入過(guò)大成本高且可能產(chǎn)生 負(fù)面作用。本發(fā)明加入0. 1-1. 5%的重量百分含量的稀土，稀土主要包含鈰、鑭、釹、釔中的 一種或多種，實(shí)驗(yàn)證明該四種稀土元素能起到除雜作用，特別是硅的含量。稀土元素能俘獲 鐵，細(xì)化FeAl3晶粒結(jié)構(gòu)，降低粗大FeAl3晶粒對(duì)合金機(jī)械性能和電性能的影響。且稀土能 有效優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)，改善鋁合金的強(qiáng)度和提高延伸性能。由于稀土元素能形成致密氧化膜 結(jié)構(gòu)，對(duì)于提高合金的氧化性和耐電化學(xué)腐蝕起到極好的效果。鋅和鎂的加入通常容易導(dǎo) 致合金流動(dòng)性下降，稀土的加入使得合金的流動(dòng)性增加，能夠進(jìn)一步改善鋅、鎂在鋁合金熔 體中的分布，從而避免因比重偏析等因素引起的成分不均勻，使得合金性能均勻化。尤其是 適量鑭的加入，使得鋅鎂等元素分布均勻，能夠達(dá)到耐腐蝕性、強(qiáng)度、韌性、阻尼性能的良好 匹配。本發(fā)明合金材料的制造方法是在豎爐中加入鋁錠，使溫度保持在730 780°C，在 熔鋁中加入上述合金元素，合金元素是以中間合金的形式加入，經(jīng)攪拌、精煉、除■，40分鐘 后進(jìn)行進(jìn)行爐前取樣分析，在軋機(jī)中鑄成鋁合金鑄條。將鋁合金鑄條導(dǎo)入軋機(jī)，導(dǎo)入軋機(jī)的 溫度為450 500°C，導(dǎo)出軋機(jī)成鋁合金桿的終軋溫度為260 330°C。將鋁合金桿放入帶加熱裝置的保溫罩中，在240_320°C下、10-20小時(shí)的保溫處 理，再拉絲；經(jīng)過(guò)上述處理，能夠減少鋁合金組織中的缺陷，獲得更均勻的性能?；?qū)X合金 桿冷拉制成鋁合金線，在退火爐中340-380°C下、5-10小時(shí)的半退火處理，經(jīng)過(guò)退火處理， 鋁合金中間能夠析出彌散的鋅、鎂、稀土等形成的彌散相，降低缺陷密度，使得鋁合金能夠 得到更良好的強(qiáng)度和韌性的匹配，并能夠增加導(dǎo)電性。由此制備的鋁合金電線電導(dǎo)率能達(dá) 到61% IACS，斷裂伸長(zhǎng)率超過(guò)10%，抗拉強(qiáng)度不低于130Mpa，且具有優(yōu)異的柔韌性及耐腐蝕性，可用于電線電纜導(dǎo)體，特別適用作布線導(dǎo)體。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種鋁鐵鋅鎂稀土合金電線，組成及重量百分含量為0. 3-1. 2%的鐵，例如可 以選取為 0. 4%，0. 5%，0. 6%，0. 7%，0. 9%，1. 1 % ;0. 01-0. 3 % 的鋅，例如可以選取為 0. 05%,0. 1%,0. 2%,0. 22% ；0. 01-0. 4% 的鎂，例如鎂可以選取為 0. 05%,0. 1%,0. 2%, 0. 22%,0. 3%,0. 35 ；0. 1-1. 5 % 的稀土元素，稀土可以選取為 0. 3%,0. 5%,0.8%,1. 2%, 1.4%，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)。所述的稀土元素為鈰、鑭、釹、釔中的一種或幾種，如果 是混合物，可以是任意配比。所述的合金硅的含量<0. 1%，釩、鈦、鉻、錳重金屬總重量百分 含量< 0.01%。實(shí)施例21、一種鋁鐵鋅鎂稀土合金布電線的制造方法，將實(shí)施例1所述配比，將鋁錠加入 豎爐熔融，鋁合金液體流入保溫爐時(shí)溫度控制在710-750°C。2、將熔爐溫度升至750-780°C，依次加入鋁鐵中間合金、鋁鋅中間合金、鋁鎂，采用 電動(dòng)攪拌10分鐘，使其分布均勻。3、加入鋁稀土中間合金，前10分鐘加入2/3的鋁稀土中間合金，攪拌5分鐘，10分 鐘后再加入1/3的鋁稀土中間合金，攪拌10分鐘，充分?jǐn)嚢枋菫榱耸购辖鸪煞旨跋⊥帘M可 能的分布均勻，使稀土處理的效果達(dá)到最佳。4、當(dāng)鋁合金液體充滿(mǎn)爐后，通過(guò)管道由高純度氮?dú)鈱?. 1-5. 6kg的粉末精煉劑 (23% Na3Al · F6+47% KCl+30% NaCl)吹入鋁合金液體底部，吹入口應(yīng)在鋁合金液體的底 部移動(dòng)，使氣體及夾渣物沿鋁合金液體的表面均勻地上浮，時(shí)間為3 5分鐘。上浮的氧化 鋁渣應(yīng)全部扒出爐外，以盡量減少精煉劑所引入的新雜質(zhì)。扒渣后靜置時(shí)間30 40分鐘。 40分鐘后進(jìn)行爐前取樣分析，符合后進(jìn)行進(jìn)入下道工序。5、連鑄連軋工藝控制5. 1溫度控制5. 1. 1 上澆包溫度730 750°C5. 1. 2進(jìn)軋機(jī)鑄條溫度450 500°C5. 1.3鋁桿終軋溫度260_330°C左右5. 2連鑄機(jī)冷卻水的控制連鑄輪內(nèi)外水量之比3 2，二次冷卻水量根據(jù)鑄條溫度作適當(dāng)調(diào)整。5. 3鑄機(jī)電壓60 90V5. 4 軋機(jī)電流200 280A ；軋機(jī)速度7. 5 8. 5m/min。6、鋁合金桿出來(lái)后成圈，將鋁合金桿放入帶加熱裝置的保溫罩中，再在240-320°C 下進(jìn)行10-20小時(shí)的保溫處理，再拉絲、擠包絕緣。實(shí)施例3一種鋁鐵鋅鎂稀土合金布電線的制造方法，按實(shí)施例1所述成分配比，按實(shí)施例 2所述的工藝方法軋制成鋁合金，由鋁合金桿冷拉制成鋁合金線，再在340-380°C下進(jìn)行 5-10小時(shí)的半退火處理，最后擠包絕緣，例如溫度可以選取為350°C，360°C，365°C，處理時(shí)間可以選取為6小時(shí)，7. 5小時(shí)，9小時(shí)。實(shí)施例4在豎爐中加入純度大于99. 70的鋁，加熱至710 750°C熔化，再加熱至730 780°C保溫，保溫20分鐘后；加入0. 3-1. Owt %的鐵，0. 01-0. 3wt%的鋅，0. 01-0. 4wt%的鎂 以及0. 1-1. 5襯％的稀土元素，其中合金元素分別以鋁鐵合金、鋁鋅合金、鋁鎂合金以及稀 土合金的形式加入，其合金配方如表1所示。隨后投加0. 04wt%的精煉劑精煉8 20分鐘，再加入0. 02wt%的硼鋁合金，然 后靜置保溫20 40分鐘后，進(jìn)行鑄造；將鋁合金鑄條導(dǎo)入軋機(jī)，導(dǎo)入軋機(jī)的溫度為450 500°C，導(dǎo)出軋機(jī)成鋁合金桿的終軋溫度為260 330°C。將鋁合金桿放入帶加熱裝置的保 溫罩中，在240-320°C下、10-20小時(shí)的保溫處理，例如溫度可以分別選取為260，275，290， 310，時(shí)間可以選取為12小時(shí)，14小時(shí)，18小時(shí)，19小時(shí)，再拉絲，其制造工藝及對(duì)應(yīng)的性能 對(duì)比如表2、3所示?；?qū)X合金桿拉制成鋁合金線，再在退火爐中340-380°C下、5-10小時(shí)的半退火 處理，其制造工藝及對(duì)應(yīng)的性能對(duì)比如表2、3所示。表1鋁合金線配方 表2鋁合金線制造工藝及性能 表3鋁合金線與純鋁耐腐蝕性能比較
權(quán)利要求
一種鋁鐵鋅鎂稀土合金電線，其特征在于合金組成及重量百分含量為0.3-1.2wt％的鐵，0.01-0.3wt％的鋅，0.01-0.4wt％的鎂以及0.1-1.5wt％的稀土元素，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鐵鋅鎂稀土合金電線，其特征在于所述的稀土元素為鈰、 鑭、釹、釔中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鐵鋅鎂稀土合金電線，其特征在于所述的合金硅的含量 ^ 0. lwt%，釩、鈦、鉻、錳重金屬總重量百分含量彡0.01wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鐵鋅鎂稀土合金電線，所述的稀土元素為鑭，其占鋁合金 的重量百分含量為0.9%。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鐵鋅鎂稀土合金電線的制造方法，其特征在于將所述 配比的鋁合金，經(jīng)熔煉、鑄軋成鋁合金桿，再在240-320°C下進(jìn)行10-20小時(shí)的保溫處理，再 拉絲、擠包絕緣。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鐵鋅鎂稀土合金電線的制造方法，其特征在于將所述 配比的鋁合金，經(jīng)熔煉、鑄軋成鋁合金桿，由鋁合金桿拉制成鋁合金線，再在340-380°C下進(jìn) 行5-10小時(shí)的半退火處理，最后擠包絕緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋁鐵鋅鎂稀土合金電線的制造方法，其特征在于合金中 加入的元素鐵、鋅、鎂、稀土都是以鋁鐵中間合金、鋁鋅中間合金、鋁鎂中間合金和鋁稀土中 間合金的形式加入熔爐中熔煉而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鐵鋅鎂稀土合金電線的制造方法，其特征在于在熔煉過(guò)程 中采用電動(dòng)攪拌方式，持續(xù)攪拌20分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種鋁鐵鋅鎂稀土合金電線及其制造方法，該鋁合金包含合金元素及百分含量為0.3-1.2wt％的鐵，0.01-0.3wt％的鋅，0.01-0.4wt％的鎂以及稀土元素，稀土元素由鈰、鑭、釹、釔中的一種或幾種組成，總含量0.1-1.5wt％，其余為鋁及不可避免的雜質(zhì)。該鋁合金線的制造方法為，經(jīng)熔煉、鑄軋成鋁合金桿，再在保溫罩中240-320℃下、10-20小時(shí)的保溫處理，再拉絲、擠包絕緣，或經(jīng)熔煉、鑄軋成鋁合金桿，由鋁合金桿拉制成鋁合金線，再在退火爐中340-380℃下、5-10小時(shí)的半退火處理，最后擠包絕緣。由此制備的鋁合金電線具有優(yōu)異的電性能、機(jī)械性能及耐腐蝕性，可用于電線電纜導(dǎo)體。
文檔編號(hào)H01B5/02GK101880799SQ201010225398
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者林澤民 申請(qǐng)人:安徽欣意電纜有限公司