專利名稱：一種高導(dǎo)電鋁合金線材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬線材領(lǐng)域，特別是涉及一種高導(dǎo)電鋁合金線材及其制備方法。
背景技術(shù)：
銅是一種優(yōu)良的線材，但是由于其資源匱乏且價格過高，很大程度上限制了銅芯線材的應(yīng)用。而鋁資源相對于銅資源，雖然在導(dǎo)電率等電性能上略遜于銅，但是鋁線材也具有諸多優(yōu)點，尤其是其重量輕、成本低的雙重優(yōu)勢。因此，近年來大量的研究者致力于通過對鋁線材中摻雜元素含量的調(diào)整，并引入其他摻雜元素，對鋁線材的性能進(jìn)行改進(jìn)，以獲得一種具有優(yōu)良電性能的鋁合金線材。在我國，鋁合金線材的研制受到國家的高度重視，高導(dǎo)電鋁合金導(dǎo)體研制曾經(jīng)是 “八五”的重要科技攻關(guān)項目。而在諸多鋁合金種類中，稀土鋁合金是一種優(yōu)良的品種。稀土招合金(RE containing aluminium alloy)泛指含稀土金屬的招合金,主要指Al-RE系合金。稀土元素非?；顫?，極易與氣體(如氫)、非金屬(如硫)及金屬作用，生成相應(yīng)的穩(wěn)定化合物。稀土元素的原子半徑大于常見的金屬如鉛、鎂等，在這些金屬中的固溶度極低，幾乎不能形成固溶體。一般認(rèn)為，稀土元素加入到鋁合金中可起到微合金化的作用；此外，它與氫等氣體和許多非金屬有較強的親和力，能生成熔點高的化合物，故它有一定的除氫、精煉、凈化作用；同時，稀土元素化學(xué)活性極強，它可以在長大的晶粒界面上選擇性地吸附，阻礙晶粒的生長，結(jié)果導(dǎo)致晶粒細(xì)化，有變質(zhì)的作用。所以近年來這一領(lǐng)域受到人們的廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種高導(dǎo)電鋁合金線材，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明第一方面提供一種高導(dǎo)電鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分硅0. 03-0. 15wt% ；鐵0. 4-1. 0wt% ；鎂0. 1-0. 4wt% ；鋅0. 05-0. lwt% ；銻0. 01-0. 03wt% ;鎳0. 05-0. 08wt% ;錳0. 05-0. 09wt% ;銀0. 01-0. 03wt% ;稀土0. 05-0. 06wt% ;余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選的，所述高導(dǎo)電鋁合金線材中，其鋁的含量> 98. lwt%。優(yōu)選的，所述稀土組分，以鋁合金中稀土總重量為基準(zhǔn)，組成如下輕稀土70_80wt%;中稀土5_10wt%;重稀土15_20wt%。所述輕稀土選自鑭La、鈰Ce、鐠P r、釹Nd和钷Pm中的一種或多種，其中La、Ce、P、Nd的重量之和占輕稀土總重量的90wt%以上。優(yōu)選的，所述輕稀土為鑭La、鈰Ce、鐠Pr和釹Nd的混合，其中鑭La、鈰Ce、鐠Pr和釹 Nd 的重量比為 30-39. 98 :60-69. 98 :0. 01-0.1 :0. 01-0.1。所述中稀土選自釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb和鏑Dy中的一種或多種。優(yōu)選的,所述中稀土為Eu。所述重稀土選自欽Ho、鉺Er、錢Tm、鐿Yb、镥Lu、乾Y和鈧Sc中的一種或多種,其中Sc占重稀土重量的50wt%以上。優(yōu)選的，所述重稀土為Sc。本發(fā)明第二方面提供所述高導(dǎo)電鋁合金線材的制備方法，包括如下步驟I)熔煉先按配比將鋁和鋁-鐵合金在720_730°C下熔化，再升溫至780_790°C下按配比加入鎂、鋅、銻、鎳、錳、銀；充分混合后，在760-770°C下按配比加入輕稀土 ；充分混合后，在730-740°C下按配比加入中稀土 ；充分混合后，在780-790°C下按配比加入重稀土 ；充分混合后通入精煉劑進(jìn)行精煉、扒渣；再對鋁液進(jìn)行爐前化學(xué)快速分析，分析后根據(jù)配方中各組分的重量比調(diào)整鋁液組分，對鋁液進(jìn)行補料；2)保溫將步驟I所得鋁液在720_730°C下保溫15_20min ；3)連鑄連軋將步驟2所得鋁液進(jìn)行連鑄連軋工藝，各項指標(biāo)的控制范圍為澆鑄溫度為700-710°C，燒鑄速度為7. 5-7. 7m/min，冷卻速度為21_23°C /s，軋區(qū)的進(jìn)軋溫度為485-495°C，出軋溫度為 260-270°C ；優(yōu)選的，所述鎂、鋅、銻、鎳、錳、銀、輕稀土、中稀土、重稀土均以該物質(zhì)與鋁的中間合金的方式加入。在中間合金加入時，應(yīng)盡可能在鋁液的不同位置進(jìn)行投料，使得中間合金的成分能夠更快速、均勻地在鋁液中分散。此外，由于生產(chǎn)所用鋁錠及鋁合金中均不可避免的含有少量硅，因此硅無需額外加入。優(yōu)選的，所述步驟I中精煉劑由NaCl、KCl和Na3AlF6組成，精煉劑的導(dǎo)入溫度為775-785°C，精煉劑與鋁液的重量比為2-3:6000，所述精煉劑中各組分的重量百分比為NaC130-45wt %、KC130_45wt %、Na3AlF625_35wt %。優(yōu)選的，所述精煉劑中各組分的重量百分比為NaC135wt %、KC135wt %、Na3AlF630wt %。所述精煉劑的加入時應(yīng)壓入鋁液面下。優(yōu)選的，所述步驟I中，精煉劑加入后，采用永磁攪拌的方式攪動鋁液，使其均勻溶化，分散于招液內(nèi)，以提聞精煉劑的精煉效果。優(yōu)選的，所述步驟I中，精煉劑的反應(yīng)時間為15分鐘以上，即在精煉劑加入15分鐘以后再進(jìn)行扒洛操作。
在進(jìn)行扒渣操作時，應(yīng)盡量扒除表面浮渣，以減少精煉劑引入所帶來的雜質(zhì)。整個精煉過程中無需外加覆蓋劑。制備本發(fā)明的鋁合金線材，在熔煉時無需加入覆蓋劑，且相比添加覆蓋劑工藝所得線材的電性能無不良影響，所得鋁桿與單絲不會起皮，雜質(zhì)去除更加容易，整體操作步驟大大簡化。其具體體現(xiàn)在鋁液在精煉扒渣以后，不再需要外加覆蓋劑，直接靜置后即可進(jìn)行連鑄連軋操作。本發(fā)明免去覆蓋劑的使用，不僅減少了操作步驟，節(jié)省了時間和原材料成本，更避免了覆蓋劑加入時可能引入其他雜質(zhì)的可能。所述爐前化學(xué)快速分析按照ASTM B800-2005的規(guī)定執(zhí)行，其具體方法為在靠近鋁液中央位置用專用工具取樣，取好試樣后及時用水冷卻成型，對兩個端面進(jìn)行打磨后直接用光譜儀進(jìn)行成分檢測分析。優(yōu)選的，所述步驟3中，軋區(qū)的長度為51m，機(jī)架數(shù)為15，軋制速度為3. 5-3. 7m/s, 出桿直徑為9. 5-10. 5mm。所述步驟3中，連鑄連軋工藝中連鑄輪機(jī)內(nèi)外冷卻水量之比為3 :2，冷卻水溫低于50°C。鑄機(jī)電壓為60-90V。當(dāng)鋁液進(jìn)行上下澆包操作時，要保持鋁液表面穩(wěn)定，并保持平穩(wěn)連續(xù)，不得抖動和停頓，另外無需對鋁液表面的氧化皮進(jìn)行挑除。本發(fā)明所提供的高導(dǎo)電鋁合金線材，通過對線材中稀土元素含量的調(diào)整，并引入其他摻雜元素，所制得的鋁合金線材其電導(dǎo)率高達(dá)到62. 3%IACS以上，且伸長率均達(dá)到28%以上，拉伸強度以及抗蠕變性質(zhì)也得到改善，綜合電性能得到明顯提高。另外，本發(fā)明所提供的鋁合金線材在制備鋁合金單絲導(dǎo)線時，在冷拉絲過程中很少出現(xiàn)起皮現(xiàn)象，使得鋁合金單絲導(dǎo)線的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率都得到了大幅提高，尤其是其高電導(dǎo)率的特點，使其成為一種優(yōu)良的招合金線材。本發(fā)明第三方面提供一種稀土鋁合金絞合導(dǎo)體，其制備方法包括如下步驟I)冷拉絲由所述高導(dǎo)電鋁合金線材通過冷拉絲工藝制備稀土鋁合金單絲導(dǎo)線；2)絞合由多根所述鋁合金單絲導(dǎo)線，通過同心層絞工藝絞合；3)退火將步驟2所得的鋁合金絞合導(dǎo)體裝盤后進(jìn)行退火處理。所述步驟2中，退火的方法為三段式退火，所述三段式退火具體指將步驟I所得的鋁合金絞合導(dǎo)體盤和后，置于退火裝置中，所述退火裝置分為上、中、下三個溫區(qū)，其中上溫區(qū)的溫度最低，且下溫區(qū)的溫度不低于中溫區(qū)，所述上溫區(qū)的溫度范圍為340-360°C，所述中溫區(qū)的溫度范圍為350-370°C，所述下溫區(qū)的溫度范圍為360-370°C，退火的時間為
4-10h。優(yōu)選的，所述上、中、下三個溫區(qū)為退火裝置中，自上而下等分其中回火爐工藝盤的三個溫區(qū)。所述退火工藝可使鋁合金絞合導(dǎo)體中各單絲之間更加緊密地結(jié)合，減少單絲之間的空隙，大大提高了鋁合金絞合導(dǎo)體的致密度，填充系數(shù)達(dá)到92%以上。所得的鋁合金絞合導(dǎo)體可直接包覆用于均衡電場的屏蔽層，且所包覆的屏蔽層不會出現(xiàn)滲入鋁合金絞合導(dǎo)體的現(xiàn)象，保證了屏蔽層的均勻分布，確保了導(dǎo)體的優(yōu)良性能。所得包覆有屏蔽層的鋁合金絞合導(dǎo)體可根據(jù)需要，進(jìn)一步包覆絕緣層和保護(hù)層，從而獲得所需的鋁合金電纜。本發(fā)明第四方面提供一種稀土鋁合金異形絞合導(dǎo)體，為由多根鋁合金單絲導(dǎo)線同心層絞而成，除絞線中心外，各層均由多根異形鋁合金單絲導(dǎo)線同心絞合而成，所述異形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面為異形等腰梯形，所述異形等腰梯形為長底邊替換為圓弧的等腰梯形，所述圓弧的圓心與所述異形等腰梯形的腰線的延長線的交點重合，所述異形鋁合金絞合導(dǎo)體的絞線中心由多根扇形鋁合金單絲導(dǎo)線絞合而成，或者由多根所述異形鋁合金單絲導(dǎo)線絞合而成，或者為單根圓形鋁合金單絲導(dǎo)線。所述各鋁合金單絲導(dǎo)線由所述高導(dǎo)電鋁合金線材制備。具體的，所述各異形鋁合金單絲導(dǎo)線由圓形鋁合金單絲導(dǎo)線擠壓生成，所述圓形鋁合金單絲導(dǎo)線由所述高導(dǎo)電鋁合金線材通過冷拉絲工藝制備。所述圓形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面為圓形。
所述扇形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面為扇形。進(jìn)一步的，所述異形等腰梯形的四個角均為圓角。進(jìn)一步的,所述扇形的三個角均為圓角。所述異形等腰梯形除長底邊外，其余各邊的主體部分基本呈直線。進(jìn)一步的，同一層所用異形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面形狀一致。各層所用異形鋁合金單絲導(dǎo)線的數(shù)量n為
360
mmm
'L 8 _其中，0為該層所用異形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面中，所述異形等腰梯形兩腰的夾角。進(jìn)一步的，所述0滿足下列條件<■；; 0
R ..-K所述h為所述異形鋁合金單絲導(dǎo)線所在層的厚度；所述R為所述異形鋁合金單絲導(dǎo)線所在層的外半徑。各層所用異形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面中，所述異形等腰梯形的高h(yuǎn)’與該層厚度h基本相當(dāng)，考慮到絞合可能產(chǎn)生的微量變形，優(yōu)選等于或略高于該層厚度h，如為該層厚度h的1-1. 05倍。各層所用異形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面中，所述異形等腰梯形的圓弧半徑R’略大于該層的外半徑R。較佳的，所述圓弧半徑R’為該層的外半徑R的1. 02-1. 05倍。h的值可根據(jù)實際需要設(shè)定，如1. 6mm彡h彡3. 7mm。R的值也根據(jù)常規(guī)絞合導(dǎo)線的實際需要設(shè)定，如2. 4mm彡R彡12mm。進(jìn)一步的，所述9還同時滿足下列條件
I 360 0 ^ ^
0.91 ^ - ' TTT ^ I
LeJ 360滿足上述條件時，各同層的異形鋁合金單絲導(dǎo)線之間配合得更為密切。
更佳的，所述0還同時滿足的條件為
權(quán)利要求
1.一種高導(dǎo)電鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分娃 O.03-0. 15wt% ；鐵 O. 4-1. 0wt% ；鎂 O. 1-0. 4wt% ；鋅 O. 05-0. lwt% ；鋪 O.01-0. 03wt% ；鎳 O.05-0. 08wt% ；猛 O.05-0. 09wt% ；銀 O.01-0. 03wt% ；稀土 O. 05-0. 06wt% ；余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)電鋁合金線材，其特征在于，所述稀土組分，以鋁合金中稀土總重量為基準(zhǔn)，組成如下輕稀土 70-80wt% ；中稀土 5_10wt% ；重稀土 15-20wt%。
3.如權(quán)利要求2所述的一種高導(dǎo)電鋁合金線材，其特征在于，所述輕稀土選自鑭、鈰、 鐠、釹和钷中的一種或多種，其中鑭、鈰、鐠、釹的重量之和占輕稀土總重量的90wt%以上。
4.如權(quán)利要求2所述的一種高導(dǎo)電鋁合金線材，其特征在于，所述中稀土選自釤、銪、 釓、鋱和鏑中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求4所述的一種高導(dǎo)電鋁合金線材，其特征在于，所述中稀土為銪。
6.如權(quán)利要求2所述的一種高導(dǎo)電鋁合金線材，其特征在于，所述重稀土選自欽、鉺、 銩、鐿、镥、釔和鈧中的一種或多種,其中鈧占重稀土重量的50wt%以上。
7.如權(quán)利要求6所述的一種高導(dǎo)電鋁合金線材，其特征在于，所述重稀土為鈧。
8.如權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的高導(dǎo)電鋁合金線材的制備方法，包括如下步驟1)熔煉先按配比將鋁和鋁-鐵合金在720-730°C下熔化，再升溫至780-790°C下按配比加入鎂、鋅、鋪、鎳、猛、銀；充分混合后，在760-770°C下按配比加人輕稀土 ；充分混合后， 在730-740°C下按配比加入中稀土 ；充分混合后，在780-790°C下按配比加入重稀土 ；充分混合后通入精煉劑進(jìn)行精煉、扒渣；再對鋁液進(jìn)行爐前化學(xué)快速分析，分析后根據(jù)配方中各組分的重量比調(diào)整鋁液組分，對鋁液進(jìn)行補料；2)保溫將步驟I所得鋁液在720-730°C下保溫15_20min；3)連鑄連軋將步驟2所得鋁液進(jìn)行連鑄連軋工藝，各項指標(biāo)的控制范圍為澆鑄溫度為700-710°C，燒鑄速度為7. 5-7. 7m/min，冷卻速度為21-23°C /s，軋區(qū)的進(jìn)軋溫度為 485-495°C，出軋溫度為 260-270°C ；
9.一種稀土鋁合金絞合導(dǎo)體，其制備方法包括如下步驟1)冷拉絲由權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的高導(dǎo)電鋁合金線材通過冷拉絲工藝制備稀土鋁合金單絲導(dǎo)線；2)絞合由多根所述鋁合金單絲導(dǎo)線，通過同心層絞工藝絞合；3)退火將步驟2所得的鋁合金絞合導(dǎo)體裝盤后進(jìn)行退火處理。
10. 一種稀土鋁合金異形絞合導(dǎo)體，為由多根鋁合金單絲導(dǎo)線同心層絞而成，除絞線中心外，各層均由多根異形鋁合金單絲導(dǎo)線同心絞合而成，所述異形鋁合金單絲導(dǎo)線的橫截面為異形等腰梯形，所述異形等腰梯形為長底邊替換為圓弧的等腰梯形，所述圓弧的圓心與所述異形等腰梯形的腰線的延長線的交點重合，所述異形鋁合金絞合導(dǎo)體的絞線中心由多根扇形鋁合金單絲導(dǎo)線絞合而成，或者由多根所述異形鋁合金單絲導(dǎo)線絞合而成，或者為單根圓形鋁合金單絲導(dǎo)線，所述各鋁合金單絲導(dǎo)線由權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述高導(dǎo)電鋁合金線材制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及有色金屬線材領(lǐng)域，特別是涉及一種高導(dǎo)電鋁合金線材及其制備方法。一種高導(dǎo)電鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分硅0.03-0.15wt%；鐵0.4-1.0wt%；鎂0.1-0.4wt%；鋅0.05-0.1wt%；銻0.01-0.03wt%；鎳0.05-0.08wt%；錳0.05-0.09wt%；銀0.01-0.03wt%；稀土0.05-0.06wt%；余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明所提供的鋁合金線材其電導(dǎo)率、伸長率、拉伸強度以及抗蠕變性質(zhì)均得到改善，綜合電性能得到明顯提高，尤其是其高電導(dǎo)率的特點，使其成為一種優(yōu)良的鋁合金。
文檔編號H01B1/02GK103014424SQ20121051249
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者黃誠, 王業(yè)山, 王永海 申請人:安徽太平洋電纜股份有限公司