專利名稱：一種高強度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，特別是涉及一種高強度鋁合金線材及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋁是一種常用的電導(dǎo)體線材，相對于銅線材，其在導(dǎo)電性能、延伸率、抗拉伸強度等發(fā)面均不及銅線材。在導(dǎo)電性能方面，軟銅在20攝氏度時的電阻率為O. 0172*10_6歐姆·米，電導(dǎo)率為100%IACS，而鋁的電導(dǎo)率約為61%IACS。在機械性能方面，銅線材相對于鋁線材亦具有一定優(yōu)勢，包括延伸率、抗拉強度等均優(yōu)于傳統(tǒng)鋁線材。但是，鋁線材相比于銅線材，其價格便宜且質(zhì)量較輕，以相同重量的銅、鋁導(dǎo)體做比較，鋁線材的載流量大大高于銅線材，且其成本相對于銅線材大大降低。因此，在以節(jié)能 環(huán)保為大前提的情況下，鋁線材具有巨大的優(yōu)勢。在眾多招合金線材中，稀土招合金(RE containing aluminium alloy)以其優(yōu)異的性能受到人們的廣泛關(guān)注。稀土元素非常活潑，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。當(dāng)稀土元素加入鋁合金后，可起到微合金化、精煉凈化、晶粒細化變質(zhì)等作用，在改進鋁合金線材的電性能的同時，亦使其延伸率、抗拉伸強度、抗蠕變等一系列力學(xué)性能亦得到大幅改善。由于稀土鋁合金的優(yōu)異性能，越來越多的研究者開始致力于稀土鋁合金線材的改性研究，而稀土鋁合金線材亦成為本領(lǐng)域近年來的熱門課題。

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強度鋁合金線材，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強度鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分硅O. 05-0. lwt% ；
鐵O. 5-0. 8wt% ；
銅O. 1-0. 4wt% ；
鋅O. 06-0. 09wt% ；
硼0. l-o. 4% ；
銻0. 02—0. 04wt% ；
鍶0. 01-0. 02wt%
鈦0. 01-0. 02wt%
稀土0. 02-0. 04wt%余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選的，所述高強度鋁合金線材中，其鋁的含量> 98. lwt%0
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Pr、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、銩Tm、鐿Yb、镥Lu、釔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強度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 下按配比加入銅、鋅、銻、鍶、鈦；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和硼；充分混合后通入精煉劑進行精煉、扒渣；再對鋁液進行爐前化學(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所得鋁液進行連鑄連軋工藝，各項指標(biāo)的控制范圍為澆鑄溫度為690-700°C，燒鑄速度為7. 4-7. 6m/min，冷卻速度為20_22°C /s，軋區(qū)的進軋溫度為 460-470°C，出軋溫度為 275-285°C ；
優(yōu)選的，所述銅、鋅、銻、鍶、鈦、輕稀土、中稀土、重稀土、硼均以該物質(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 NaCl 30-45wt%,KCl 30_45wt%、Na3AlF6 25_35wt%。
優(yōu)選的，所述精煉劑中各組分的重量百分比為NaCl 35wt%,KCl 35wt%,Na3AlF6 30wt % ο
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分鐘以后再進行扒洛操作。
在進行扒渣操作時，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，對兩個端面進行打磨后直接用光譜儀進行成分檢測分析。
優(yōu)選的，所述步驟3中，軋區(qū)的長度為51m，機架數(shù)為15，軋制速度為3. 7-3. 9m/s,出桿直徑為8. 5-9. 5mm。所述步驟3中，連鑄連軋工藝中連鑄輪機內(nèi)外冷卻水量之比為3 :2，冷卻水溫低于50。。。鑄機電壓為60-90V。當(dāng)鋁液進行上下澆包操作時，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行挑除。本發(fā)明所提供的高強度鋁合金線材，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)率得到提升，且其伸長率、拉伸強度以及抗蠕變性質(zhì)得到明顯提高，機械綜合性能大幅改善。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。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)冷拉絲由所述高強度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
4-10ho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，進一步包覆絕緣層和保護層，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)線由所述高強度鋁合金線材制備。
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)線由所述高強度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。
進一步的，所述異形等腰梯形的四個角均為圓角。
進一步的,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η為
其中，Θ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。
進一步的，所述Θ滿足下列條件

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’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。
進一步的，所述Θ還同時滿足下列條件
360 i O. 91 < - ■ <1....L (:)」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Θ還同時滿足的條件為
權(quán)利要求
1.一種高強度鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分娃 O. 05-0. lwt% ；鐵 O. 5-0. 8wt% ；銅 O. 1-0. 4wt% ；鋅 O. 06-0. 09wt% ；硼 O. 1-0. 4% ；鋪 O.02-0. 04wt% ；銀 O.01-0. 02wt% ；鈦 O.01-0. 02wt% ；稀土 O. 02-0. 04wt% ；余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高強度鋁合金線材，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所述的一種高強度鋁合金線材，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所述的一種高強度鋁合金線材，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所述的一種高強度鋁合金線材，其特征在于，所述中稀土為銪。
6.如權(quán)利要求2所述的一種高強度鋁合金線材，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所述的一種高強度鋁合金線材，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)利要求所述的高強度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下按配比加入銅、鋅、銻、鍶、鈦；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和硼；充分混合后通入精煉劑進行精煉、扒渣；再對鋁液進行爐前化學(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所得鋁液進行連鑄連軋工藝，各項指標(biāo)的控制范圍為澆鑄溫度為690-700°C，燒鑄速度為7. 4-7. 6m/min，冷卻速度為20-22°C /s，軋區(qū)的進軋溫度為 460-470°C，出軋溫度為 275-285°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)利要求所述的高強度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)利要求所述高強度鋁合金線材制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及有色金屬線材領(lǐng)域，特別是涉及一種高強度鋁合金線材及其制備方法。一種高強度鋁合金線材，按重量百分比，包括如下組分硅0.05-0.1wt%；鐵0.5-0.8wt%；銅0.1-0.4wt%；鋅0.06-0.09wt%；硼0.1-0.4%；銻0.02-0.04wt%；鍶0.01-0.02wt%；鈦0.01-0.02wt%；稀土0.02-0.04wt%；余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明所提供的高強度鋁合金線材，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)率得到提升，且其伸長率、拉伸強度以及抗蠕變性質(zhì)得到明顯提高，機械綜合性能得到大幅改善。
文檔編號H01B13/00GK102994816SQ201210512500
公開日2013年3月27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