專利名稱：一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線及制造方法。
背景技術(shù)：
對于鋁合金導體，有兩大質(zhì)量指標是至關(guān)重要的其一是電阻率，電阻率的大小直接影響到鋁合金導體的導電效果，電阻率主要由原材料的化學成分所決定，特別是在鋁合金中，如果增加銅、鐵、鋅、鎂等其它雜質(zhì)元素，將會使電線電纜的導電效果變差；其二是力學性能，普通電工鋁作為導體時電線電纜的延伸率、柔韌性和抗蠕變性能都較差，且使用安全穩(wěn)定性低。對于碳纖維作為承載導線的主體將取代傳統(tǒng)的鍍鋅鋼絞線，同樣起到耐腐蝕的效果
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線及制造方法。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線，其是由異型鋁合金單絲和復合碳纖維絞合緊壓制成，其中，所述的異型鋁合金單絲是由以下質(zhì)量百分含量的成分組成0. 1(Γ0. 80%的鐵、O. 15 O. 30% 的銅、O. 05 O. 10% 的硅、O. 05 O. 10% 的鋅、O. 01 O. 05% 的鎂、O. 02 O. 12%的稀土元素、98-99%的招,余量為雜質(zhì)。緊壓系數(shù)為95%或以上。所述的稀土元素為鈰和鑭。制造一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線的方法，包括以下步驟
O熔鑄向熔化爐中加入91 97重量份的鋁、O. 75 3. 50重量份的鋁銅合金以及O. 8 2. 8重量份的鋁鐵合金，加熱熔化后得到的金屬液體的一部分流入720 750°C的保溫爐中；升溫至750 800°C，再向金屬液體中投加一部分稀土鋁合金，以及一部分的硼鋁合金并攪拌；再將保溫爐的溫度控制在720 750°C，將剩余的金屬液體流入保溫爐中，再升溫至750 800°C，再投加剩余的稀土鋁合金、剩余的硼鋁合金、1-2. 20重量份的鋁鋅合金，O. 5-2. 00重量份的鋁鎂合金，隨后投加O. 04 O. 06重量份精煉劑精煉8 12分鐘；然后靜置保溫25 35分鐘后，進行鑄造；其中，稀土鋁合金的總用量為I 2. 50重量份，硼鋁合金的總用量為O. 25 O. 55重量份；
2)調(diào)質(zhì)處理鑄造所得鋁合金桿在255 415°C下保溫4 9個小時，然后取出自然冷卻至環(huán)境溫度；
3)異型拉拔、絞合及緊壓將調(diào)質(zhì)處理好的鋁合金桿經(jīng)過鋁合金拉絲機拉拔成異型鋁合金單絲，然后用絞絲機把異型鋁合金單絲及復合碳纖維進行絞合及緊壓。所述的招銅合金中銅的含量為23 27%,所述的招鐵合金中鐵的含量為18 22%，鋁硼合金中硼的含量為2. 5 3. 5%，稀土鋁合金中稀土的含量為9 10%，鋁鋅合金中鋅含量為10-12%，鋁鎂合金中鎂的含量為8-10%。
所述的稀土鋁合金和硼鋁合金是分批加入的。所述的精煉劑為NaCl · KCl · Na3AlF6 · ZnCl2。步驟I)中，硼鋁合金是分兩批加入的，第一批加入的硼鋁合金的量為硼鋁合金加入總量的1/3-1/2。步驟I)中，稀土鋁合金是分兩批加入的，第一批加入的稀土鋁合金的量為稀土鋁合金加入總量的I/3-1/2。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所得的鋁合金為新型的Al-Cu-Fe系合金材料，其抗拉強度高，伸長率較高，易于拉制加工，最后制成的導線的電阻率小，伸長率高。具體說來· I)本發(fā)明中銅的含量控制在O. 15 O. 30%之間，能提高鋁合金的抗拉強度，同時提高伸長率，易于拉制加工。2)本發(fā)明中鐵元素含量控制在O. 10 O. 80%之間，能提高鋁合金的強度，同時還提高了鋁合金的抗蠕變性和熱穩(wěn)定性；而且鐵還能使鋁合金的韌性增強，保證了鋁合金在緊壓絞制過程中的緊壓系數(shù)達到較高的水平。3)本發(fā)明中娃的含量控制在O. 05%-0. 10%之間,保證了一定量的娃對招合金強度的增強作用。4)本發(fā)明中的稀土元素能降低鋁固溶體中硅的含量，從而將鐵、尤其是硅對鋁合金導電率的影響減小至非常低的水平，同時稀土元素的加入還改善了鋁合金材料中晶體的組織結(jié)構(gòu)，提高了耐氧化程度，同時也提高了鋁合金的工藝性能，有利于鋁合金的加工處理。5)本發(fā)明中的稀土元素以鈰和鑭為主，能夠良好的實現(xiàn)4)中的性能；
6)本發(fā)明中的硼元素可與Ti、V、Mn、Cr等雜質(zhì)元素反應，形成化合物后被沉淀排除，從而降低Ti、V、Mn、Cr等雜質(zhì)元素對鋁合金導電率的影響，有利于提高鋁合金的導電率。7)本發(fā)明中的鋅元素控制在O. 05-0. 10%，鎂元素控制在O. 01-0. 05%能保證鋁合金的強度增加作用。8)本發(fā)明中制備鋁合金時對鋁合金進行了調(diào)質(zhì)處理，改善了拉制、絞制過程中應力作用對導體組織結(jié)構(gòu)的不利影響，使導電率達到甚至超過63%IACS(普通電工用鋁導體的導電率標準是61%IACS)，延伸率較高。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明
實施例I:
一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線的制造方法，包括以下步驟
I)配料8480kg的鋁錠(O. 05wt%Si含量，O. 08%Fe含量)、65kg鋁鐵合金(22wt%Fe含量)、85kg鋁銅合金(26wt%Cu含量)、42kg稀土鋁合金(10wt%稀土含量，稀土為鑭和鈰)、28kg硼鋁合金(3. 5wt%B含量)、30kg鋁鋅合金(llwt%鋅含量)、26kg (9wt%鎂含量)鋁鎂
I=I -Wl O2)加料加料時鋁鐵合金、鋁銅合金隨鋁錠搭配均勻，分三批等量從沖天爐加入；
3)將鋁錠、鋁鐵合金以及鋁銅合金熔化后得到的鋁合金液體流入720 750°C的保溫爐中，當流入的鋁合金液體為自身總量的一半時，將保溫爐的溫度提升至750 800°C，再加入22kg稀土鋁合金和14kg硼鋁合金；再將保溫爐的溫度控制在720 750°C，剩余的另一半鋁合金液體再流入保溫爐中，再依次加入20kg稀土鋁合金、14kg硼鋁合金、30kg鋁鋅合金和26kg鋁鎂合金；在此步驟中，為使得各成份分散均勻，不斷對保溫爐中的金屬液體進行攪拌混合；
4)再通過管道由高純度氮氣(純度為99. 9996%)將IOkg的粉末精煉劑(NaCl -KCl -Na3AlF6-ZnCl2)吹入鋁合金液體底部，管道吹入口在鋁合金液體的底部移動，使氣體及夾渣物沿鋁合金液體的表面均勻地上浮，時間為5 10分鐘，上浮的氧化鋁渣全部扒出爐外，以盡量減少精煉劑所引入的新雜質(zhì)。5)靜置保溫，保溫時間為25 35分鐘。6)連鑄連軋成鋁合金桿，連鑄連軋的工藝條件參數(shù)為
溫度控制·
澆包鋁水溫度710 740°C 入軋溫度460 500°C ；
終軋溫度300°C ；
軋制乳液溫度50°C ；
澆鑄冷卻水的控制
冷卻水溫度為25 30°C，壓力為O. 3MPa。鑄機電壓7O 9OV;
軋機速度7· 5 8. 5m/s ;軋制乳液的壓力為O. 16MPa。7)由鋁合金材料軋制成的鋁合金桿放置于退火爐中，于270°C 400°C下保溫7個小時，然后取出自然冷卻至環(huán)境溫度；
由此獲得的鋁合金桿，按照重量百分含量，由以下成分組成FeO. 10%、CuO. 15%、SiO. 06%、稀土元素鑭和鈰總量O. 02%、ZnO. 07%、MgO. 01%, A199%,其余為雜質(zhì)。經(jīng)測試，鋁合金桿的性能為抗拉強度134Mpa、延伸率30%、導電率63. 0%IACS。8)所得到的鋁合金桿經(jīng)鋁合金高速拉絲機拉拔成截面為Z型的異型線，然后用絞絲機把異型鋁合金單絲(即截面為Z型的異型線)及復合碳纖維進行絞合及緊壓，并使緊壓系數(shù)達到95%以上，所制得的導線的中心為復合碳纖維。實施例2
一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線的制造方法，包括以下步驟
I)配料8520kg 的鋁錠(O. 07wt%Si 含量，O. 12wt%Fe 含量)、395kg 鋁鐵合金(21wt%Fe含量)、139Kg鋁銅合金(26wt%Cu含量)、126kg稀土鋁合金(9. 8wt%稀土含量，稀土為鑭和鈰)、28kg硼鋁合金(3. 5wt%B含量)、31Kg鋁鋅合金(10wt%Zn含量)、27Kg鋁鎂合金(10wt%Mg 含量)。2)加料加料時鋁鐵合金、鋁銅合金隨鋁錠搭配均勻，分三批等量從沖天爐加入；
3)將鋁錠、鋁鐵合金以及鋁銅合金熔化后得到的鋁合金液體流入720 750°C的保溫
爐中，當流入的鋁合金液體為自身總量的一半時，將保溫爐的溫度提升至750 800°C，再加入60kg稀土鋁合金和14kg硼鋁合金；再將保溫爐的溫度控制在720 750°C，剩余的另一半鋁合金液體再流入保溫爐中，再依次加入66kg稀土鋁合金、14kg硼鋁合金、31kg鋁鋅合金和27kg鋁鎂合金；在此步驟中，為使得各成份分散均勻，不斷對保溫爐中的金屬液體進行攪拌混合；
4)再通過管道由高純度氮氣(純度為99.9996%)將IOkg的粉末精煉劑(NaCl -KCl -Na3AlF6-ZnCl2)吹入鋁合金液體底部，管道吹入口在鋁合金液體的底部移動，使氣體及夾渣物沿鋁合金液體的表面均勻地上浮，時間為5 10分鐘，上浮的氧化鋁渣全部扒出爐外，以盡量減少精煉劑所引入的新雜質(zhì)；
5)靜置保溫，保溫時間為25 35分鐘；
6)連鑄連軋成鋁合金桿，連鑄連軋的工藝條件參數(shù)為
溫度控制
澆包鋁水溫度710 740°C 入軋溫度460 500°C ；
終軋溫度300°C ；
軋制乳液溫度50°C ;
澆鑄冷卻水的控制
冷卻水溫度為25 30°C，壓力為O. 3MPa。鑄機電壓70 90V;
軋機速度7· 5 8. 5m/s ;軋制乳液的壓力為O. 16MPa。7)由鋁合金材料軋制成的鋁合金桿放置于退火爐中，于270°C 400°C下保溫8個小時，然后取出自然冷卻至環(huán)境溫度；
由此獲得的鋁合金桿，按照重量百分含量，包含下述組分FeO. 80%、CuO. 30%、SiO. 10%、稀土元素鑭和鈰總量O. 12%、ZnO. 06%、MgO. 01%、A198%，其余為雜質(zhì)。經(jīng)測試，鋁合金桿的性能為抗拉強度132Mpa、延伸率33%、導電率63%IACS。8)所得到的鋁合金桿經(jīng)鋁合金高速拉絲機拉拔成截面為Z型的異型線，然后用絞絲機把異型鋁合金單絲及復合碳纖維進行絞合及緊壓，并使緊壓系數(shù)達到95%以上，所制得的導線的中心為復合碳纖維。本實施例制成的導線的延伸率達到28%。
權(quán)利要求
1.一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線，其特征在于其是由異型鋁合金單絲和復合碳纖維絞合緊壓制成，其中，所述的異型鋁合金單絲是由以下質(zhì)量百分含量的成分組成0. 10 0· 80% 的鐵、O. 15 O. 30% 的銅、O. 05 O. 10% 的硅、O. 05 O. 10% 的鋅、O. 01 O. 05%的鎂、O. 02、. 12%的稀土元素、98-99%的鋁，余量為雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線，其特征在于緊壓系數(shù)為95%或以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線，其特征在于所述的稀土元素為鈰和鑭。
4.制造權(quán)利要求I所述的一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線的方法，其特征在于包括以下步驟 O熔鑄向熔化爐中加入91 97重量份的鋁、O. 75 3. 50重量份的鋁銅合金以及O.8 2. 8重量份的鋁鐵合金，加熱熔化后得到的金屬液體的一部分流入720 750°C的保溫爐中；升溫至750 800°C，再向金屬液體中投加一部分稀土鋁合金，以及一部分的硼鋁合金并攪拌；再將保溫爐的溫度控制在720 750°C，將剩余的金屬液體流入保溫爐中，再升溫至750 800°C，再投加剩余的稀土鋁合金、剩余的硼鋁合金、1-2. 20重量份的鋁鋅合金，O. 5-2. 00重量份的鋁鎂合金，隨后投加O. 04 O. 06重量份精煉劑精煉8 12分鐘；然后靜置保溫25 35分鐘后，進行鑄造；其中，稀土鋁合金的總用量為I 2. 50重量份，硼鋁合金的總用量為O. 25 O. 55重量份； 2)調(diào)質(zhì)處理鑄造所得鋁合金桿在255 415°C下保溫4 9個小時，然后取出自然冷卻至環(huán)境溫度； 3)異型拉拔、絞合及緊壓將調(diào)質(zhì)處理好的鋁合金桿經(jīng)過鋁合金拉絲機拉拔成異型鋁合金單絲，然后用絞絲機把異型鋁合金單絲及復合碳纖維進行絞合及緊壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線的制造方法，其特征在于所述的鋁銅合金中銅的含量為23 27%，所述的鋁鐵合金中鐵的含量為18 22%，鋁硼合金中硼的含量為2. 5 3. 5%，稀土鋁合金中稀土的含量為9 10%，鋁鋅合金中鋅含量為10-12%，鋁鎂合金中鎂的含量為8-10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線的制造方法，其特征在于所述的稀土鋁合金和硼鋁合金是分批加入的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線的制造方法，其特征在于所述的精煉劑為NaCl · KCl · Na3AlF6 · ZnCl2。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線的制造方法，其特征在于步驟I)中，硼鋁合金是分兩批加入的，第一批加入的硼鋁合金的量為硼鋁合金加入總量的1/3-1/2。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線的制造方法，其特征在于步驟I)中，稀土鋁合金是分兩批加入的，第一批加入的稀土鋁合金的量為稀土鋁合金加入總量的1/3-1/2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異型耐氧化高導電率鋁合金碳纖維導線，其是由異型鋁合金單絲和復合碳纖維絞合緊壓制成，其中，所述的異型鋁合金單絲是由以下質(zhì)量百分含量的成分組成0.10~0.80%的鐵、0.15~0.30%的銅、0.05~0.10%的硅、0.05~0.10%的鋅、0.01~0.05%的鎂、0.02~0.12%的稀土元素、98-99%的鋁，余量為雜質(zhì)。本發(fā)明所得的鋁合金為新型的Al-Cu-Fe系合金材料，其抗拉強度高，伸長率較高，易于拉制加工，最后制成的導線的電阻率小，伸長率高。
文檔編號H01B1/02GK102903415SQ20121035395
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者朱硯 申請人:佛岡鑫源恒業(yè)電纜科技有限公司