專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯及其制備方法
一種電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電線(xiàn)電纜行業(yè)領(lǐng)域，具體涉及一種電纜用高Sc含量導(dǎo)電線(xiàn)芯鋁合金材料及其制造方法。二、背景技術(shù)
在我國(guó)，作為輸電線(xiàn)用的電線(xiàn)主要成分是銅，占總用銅量的約70%。但我國(guó)銅資源非常短缺，隨著中國(guó)銅礦資源的枯竭，中國(guó)銅礦80%需要進(jìn)口，依賴(lài)性大。隨著銅價(jià)的不斷攀升，以鋁節(jié)銅是電線(xiàn)電纜發(fā)展的必然趨勢(shì)。法國(guó)的電線(xiàn)電纜80%以上為鋁導(dǎo)體，日本的鋁導(dǎo)線(xiàn)也占50%以上。我國(guó)鋁資源十分豐富，但應(yīng)用量不到1%，主要還是因?yàn)殇X導(dǎo)線(xiàn)制造技術(shù)的不成熟所致，因此獲得技術(shù)上的突破是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。
過(guò)去純鋁用作電線(xiàn)電纜導(dǎo)體存在很多不足，很少用于絕緣線(xiàn)芯，對(duì)于拉制成更細(xì)的線(xiàn)材，用作布線(xiàn)、電磁線(xiàn)以及通信電纜，更是困難。由于鋁的強(qiáng)度和延伸率滿(mǎn)足不了要求， 所以國(guó)內(nèi)外鋁合金基本上都是用作架空導(dǎo)線(xiàn)，很少用于制備絕緣線(xiàn)芯。三、發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種電纜用高鈧(Sc )含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯及其制備方法，在保證材料導(dǎo)電性的同時(shí)提高其抗拉強(qiáng)度、延伸率和屈服強(qiáng)度。
本發(fā)明電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯，其組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為
ScO. 4-0. 8wt%, FeO. 01-0. lwt%,富鈰稀土 O. 01-0. lwt%，余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)。雜質(zhì)包括單質(zhì)雜質(zhì)及氧化物雜質(zhì)，Si及其它單質(zhì)雜質(zhì)含量小于O. 01wt%且雜質(zhì)總量小于 O. 15wt%0
所述富鋪稀土為鋪(Ce)和鑭(La),其中鋪的含量不少于富鋪稀土總質(zhì)量的75%。
本發(fā)明電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯的制備方法，包括混料、精煉、鑄造、軋制、 冷拉成型和后處理各單元過(guò)程
所述混料是按配比量將純度彡99. 80%的高純鋁加入豎爐中并升溫至750_770°C， 加入鐵鋁中間合金、富鈰稀土中間合金和鈧鋁中間合金，攪拌混合均勻，保溫10分鐘后用光譜分析儀進(jìn)行爐前分析，檢查成分是否符合要求以作調(diào)整，得到合金熔體；
在氮?dú)鈿夥罩邢蛩龊辖鹑垠w中加入精煉劑于740-760°C進(jìn)行精煉，氮?dú)鈮毫刂圃贠. 06-0. 12kg/mm2，精煉時(shí)間為6_12分鐘，以消除熔體內(nèi)的氣體、氧化膜以及非金屬雜質(zhì)，精煉結(jié)束后靜置15min并扒渣，再經(jīng)鑄造和軋制(包括粗軋、細(xì)軋和終軋)后得到鋁合金桿；鑄造溫度控制在650-690°C，粗軋溫度控制在580-610°C，細(xì)軋溫度控制在470-500°C， 終軋溫度控制在330-340°C。
將所述鋁合金桿于280-290°C保溫2_5小時(shí)以去除應(yīng)力，隨后冷拉(包括大拉、中拉和微拉)制成鋁合金線(xiàn)，再于360-380°C經(jīng)6-10小時(shí)的時(shí)效處理即得導(dǎo) 電線(xiàn)芯，可作為實(shí)心導(dǎo)電線(xiàn)芯或絞合型導(dǎo)電線(xiàn)芯。
所述精煉劑由Na2SiF6、C2Cl6和NaF混合構(gòu)成；所述精煉劑中Na2SiF6的質(zhì)量百分比為24. 5-24. 9%，所述精煉劑中C2Cl6的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，余量為NaF ;所述精煉劑的添加量為所述合金熔體質(zhì)量的O. 05-0. 1%。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在
1、本發(fā)明采用了少量的鐵元素。由于鐵在鋁中的溶解度相對(duì)較小，加入少量的鐵對(duì)鋁的導(dǎo)電率影響不大，且鐵可以起到對(duì)鋁合金的增強(qiáng)作用，提高鋁的抗拉強(qiáng)度、屈服極限和合金的熱穩(wěn)定性，減少蠕變作用且有較好的延展性。
2、鈧元素能提高合金材料的強(qiáng)度，同時(shí)幾乎不降低材料的電導(dǎo)率，又能提高材料的耐熱性能。鈧也具有稀土的除氣、脫氮、造渣、中和微量低熔點(diǎn)雜質(zhì)、改變雜質(zhì)狀態(tài)的功能以及明顯的細(xì)化晶粒的作用。
3、為了使鋁合金的電性能、機(jī)械性能與耐熱性能同時(shí)達(dá)到最佳的效果，鐵的最優(yōu)化的選擇是O. 01-0. lwt%，Sc的最優(yōu)選擇為O. 4-0. 8wt%。
4、富鈰稀土與氫、氧、氮、硅、錳、釩、鉻等元素的親和力比鋁大，能形成多種化合物，稀土是鋁合金中一種理想的除氣、脫氮、造渣、中和微量低熔點(diǎn)雜質(zhì)、改變雜質(zhì)狀態(tài)的凈化劑，起到一定的精煉作用、使鋁合金純化，使電導(dǎo)率得到提高。
5、稀土元素的原子半徑比鋁的原子半徑大，能阻礙晶粒長(zhǎng)大，使晶粒細(xì)化，從而起到改變強(qiáng)度和改善延伸性能的作用。
6、本發(fā)明鋁合金材料的導(dǎo)電率彡60. 4%IACS，硬態(tài)合金線(xiàn)的抗拉強(qiáng)度可達(dá) 244MPa，軟態(tài)合金線(xiàn)的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別可達(dá)123MPa和30%，屈服極限為100-116MPa， 可拉制成O. 3mm或更細(xì)的鋁合金線(xiàn)。四

圖1是純鋁線(xiàn)材(A199. 80%)的斷面SEM圖。從圖1中可以看出鋁晶粒飽滿(mǎn)，棱角分明晶粒大小為10-30 μ m。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋁合金線(xiàn)材的斷面SEM圖。從圖2中可以看出由于加入了大量的稀土元素和Sc，阻礙了鋁合金溶液中鋁結(jié)晶的晶粒長(zhǎng)大，晶粒大小為5-10 μ m。 與圖1的純鋁的SEM圖片比較，晶粒減小了 5-20 μ m,同時(shí)鋁晶粒間有大量的晶間物質(zhì)，可能是鋁和稀土及Sc的合金，由于降溫快速而未完全晶化，從而提高了強(qiáng)度和延伸率。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制備的鋁合金線(xiàn)材的斷面SEM圖。從圖3中可以看出加入較實(shí)例I少的稀土和Sc，同樣具有阻礙了晶粒長(zhǎng)大的作用，但作用減小，晶粒大小為 10-15 μ m,晶間相減少；但與純鋁相比，強(qiáng)度增加，延伸率增加。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例3制備的鋁合金線(xiàn)材的斷面SEM圖。從圖4中可以看出隨著稀土和Sc的進(jìn)一步減少，招的晶粒大小為10-30 μ m,與純招的晶粒大小一致，但晶粒周?chē)霈F(xiàn)了其他相，導(dǎo)致合金的強(qiáng)度和延伸率提高，說(shuō)明O. 4%的Sc是加入的下限。五具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 :
本實(shí)施例電纜用高鈧`含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯的組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為
ScO. 6wt%, FeO. 01wt%,富鈰稀土 O. 04wt% (鑭 O. 01wt%,鈰 O. 03wt%)，鋁 99. 35%。
本實(shí)施例電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯的制備方法如下
按配比量將純度為99. 80%的工業(yè)純鋁、鐵鋁中間合金(20%Fe+80%Al)、富鈰稀土中間合金(20%富鈰稀土 +80%A1)和鈧鋁中間合金(20%Sc+80%Al)加入豎爐中并升溫至750-770°C，熔化后得到合金熔體，將合金熔體流入保溫爐(或稱(chēng)精煉爐)，在氮?dú)鈿夥罩邢虮貭t中加入合金熔體質(zhì)量O. 05%的精煉劑于740-760°C精煉6_12分鐘，精煉劑為 24. 5-24. 9wt%Na2SiF6,75wt%C2Cl6以及余量的NaF的混合物壓制成的餅，精煉的過(guò)程中間歇性通過(guò)電磁攪拌器攪拌，精煉結(jié)束后靜置保溫15分鐘并扒渣，用光譜分析儀進(jìn)行爐前分析，檢查成分是否符合要求以作調(diào)整；
將精煉后的合金熔體送入鋁桿連鑄連軋機(jī)組進(jìn)行鑄坯和軋制，其中鑄坯溫度為 650°C，得到ΦΙΟπιπι的鋁合金桿，將鋁合金桿置于熱處理爐內(nèi)于280-290°C保溫3_5小時(shí)以去應(yīng)力，自然冷卻；隨后在鋁合金拉絲機(jī)上拉絲，控制潤(rùn)滑溫度< 100°C，經(jīng)過(guò)大拉和中拉， 得到直徑為Φ3πιπι的鋁合金線(xiàn)，再于360-380°C經(jīng)6-10小時(shí)的時(shí)效處理，自然冷卻即得導(dǎo)電線(xiàn)芯，再絞合成高強(qiáng)度高導(dǎo)鋁合金導(dǎo)線(xiàn)，在絞合過(guò)程中不能損傷鋁合金單線(xiàn)的表面。經(jīng)測(cè)試其強(qiáng)度231MPa，導(dǎo)電率62. 2%IACS，延伸率31. 1%，屈服強(qiáng)度116MPa。其斷面SEM圖見(jiàn)圖2。
實(shí)施例2
本實(shí)施例電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯的組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為
ScO. 5wt%, FeO. 01wt%,富鈰稀土 O. 04wt% (鑭 O. 01wt%,鈰 O. 03wt%)，鋁 99. 45%。
本實(shí)施例電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯的制備方法如下
按配比量將純度為99. 80%的工業(yè)純鋁、鐵鋁中間合金(20%Fe+80%Al)、富鈰稀土中間合金(20%富鈰稀土 +80%A1)和鈧鋁中間合金(20%Sc+80%Al)加入豎爐中并升溫至750-770°C，熔化后得到合金熔體，將合金熔體流入保溫爐(或稱(chēng)精煉爐)，在氮?dú)鈿夥罩邢虮貭t中加入合金熔體質(zhì)量O. 08%的精煉劑于740-760°C精煉6_12分鐘，精煉劑為 24. 5-24. 9wt%Na2SiF6,75wt%C2Cl6以及余量的NaF的混合物壓制成的餅，精煉的過(guò)程中間歇性通過(guò)電磁攪拌器攪拌，精煉結(jié)束后靜置保溫15分鐘并扒渣，用光譜分析儀進(jìn)行爐前分析，檢查成分是否符合要求以作調(diào)整；
將精煉后的合金熔體送入鋁桿連鑄連軋機(jī)組進(jìn)行鑄坯和軋制，其中鑄坯溫度為 650°C，得到ΦΙΟπιπι的鋁合金桿，將鋁合金桿置于熱處理爐內(nèi)于280-290°C保溫3_5小時(shí)以去應(yīng)力，自然冷卻；隨后在鋁合金拉絲機(jī)上拉絲，控制潤(rùn)滑溫度< 10(TC，經(jīng)過(guò)大拉和中拉， 得到直徑為Φ3πιπι的鋁合金線(xiàn)，再于360-380°C經(jīng)6-10小時(shí)的時(shí)效處理，自然冷卻即得導(dǎo)電線(xiàn)芯，再絞合成高強(qiáng)度高導(dǎo)鋁合金導(dǎo)線(xiàn)，在絞合過(guò)程中不能損傷鋁合金單線(xiàn)的表面。經(jīng)測(cè)試其強(qiáng)度226MPa，導(dǎo)電率61. 7%IACS，延伸率31. 3%，屈服強(qiáng)度112MPa。其斷面的SEM圖見(jiàn)圖3。
實(shí)施例3
本實(shí)施例電纜用高 鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯的組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為
ScO. 4wt%, FeO. 01wt%,富鈰稀土 O. 04wt% (鑭 O. 01wt%,鈰 O. 03wt%)，鋁 99. 55%。
本實(shí)施例電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯的制備方法如下
按配比量將純度為99. 80%的工業(yè)純鋁、鐵鋁中間合金(20%Fe+80%Al)、富鈰稀土中間合金(20%富鈰稀土 +80%A1)和鈧鋁中間合金(20%Sc+80%Al)加入豎爐中并升溫至750-770°C，熔化后得到合金熔體，將合金熔體流入保溫爐(或稱(chēng)精煉爐)，在氮?dú)鈿夥罩邢虮貭t中加入合金熔體質(zhì)量O. 1%的精煉劑于740-760°C精煉6-12分鐘，精煉劑為24. 5-24. 9wt%Na2SiF6,75wt%C2Cl6以及余量的NaF的混合物壓制成的餅，精煉的過(guò)程中間歇性通過(guò)電磁攪拌器攪拌，精煉結(jié)束后靜置保溫15分鐘并扒渣，用光譜分析儀進(jìn)行爐前分析，檢查成分是否符合要求以作調(diào)整；
將精煉后的合金熔體送入鋁桿連鑄連軋機(jī)組進(jìn)行鑄坯和軋制，其中鑄坯溫度為 650°C，得到ΦΙΟπιπι的鋁合金桿，將鋁合金桿置于熱處理爐內(nèi)于280-290°C保溫3_5小時(shí)以去應(yīng)力，自然冷卻；隨后在鋁合金拉絲機(jī)上拉絲，控制潤(rùn)滑溫度< 10(TC，經(jīng)過(guò)大拉和中拉， 得到直徑為Φ3πιπι的鋁合金線(xiàn)，再于360-380°C經(jīng)6-10小時(shí)的時(shí)效處理，自然冷卻即得導(dǎo)電線(xiàn)芯，再絞合成高強(qiáng)度高導(dǎo)鋁合金導(dǎo)線(xiàn)，在絞合過(guò)程中不能損傷鋁合金單線(xiàn)的表面。經(jīng)測(cè)試其強(qiáng)度211MPa，導(dǎo)電率60. 4%IACS，延伸率31. 8%，屈服強(qiáng)度 IlOMPa0其斷面的SEM圖見(jiàn)圖 4。
權(quán)利要求
1.一種電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯，其特征在于其組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為Sc0. 4-0. 8wt%, Fe0. 01-0. lwt%,富鈰稀土 0. 01-0. lwt%，余量為鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯，其特征在于所述富鋪稀土為鋪和鑭，其中鋪的含量不少于富鋪稀土總質(zhì)量的75%。
3.—種權(quán)利要求1所述的電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯的制備方法，包括混料、精煉、鑄造、軋制、冷拉成型和后處理各單元過(guò)程，其特征在于所述混料是按配比量將純度> 99. 80%的高純鋁加入豎爐中并升溫至750-770°C，加入鐵鋁中間合金、富鈰稀土中間合金和鈧鋁中間合金，攪拌混合均勻得到合金熔體；向合金熔體中加入精煉劑在氮?dú)鈿夥罩杏?40-760°C進(jìn)行精煉，精煉結(jié)束后靜置15min并扒渣，再經(jīng)鑄造和軋制后得到鋁合金桿；將所述鋁合金桿于280-290°C保溫2-5小時(shí)以去除應(yīng)力，隨后冷拉制成鋁合金線(xiàn)，再于360-380°C經(jīng)6-10小時(shí)的時(shí)效處理即得導(dǎo)電線(xiàn)芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述精煉劑由Na2SiF6、C2Cl6和NaF混合構(gòu)成；所述精煉劑中Na2SiF6的質(zhì)量百分比為 24. 5-24. 9%，所述精煉劑中C2Cl6的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，余量為NaF ;所述精煉劑的添加量為所述合金熔體質(zhì)量的0. 05-0. 1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于鑄造溫度為650-690°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電纜用高鈧含量鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯及其制備方法，其中導(dǎo)電線(xiàn)芯的組成按質(zhì)量百分比構(gòu)成為Sc0.4-0.8wt%，F(xiàn)e0.01-0.1wt%，富鈰稀土0.01-0.1wt%，余量為鋁；具體是將鋁錠加入豎爐中，在750-780℃加入鋁鐵中間合金、富鈰稀土中間合金和鈧鋁中間合金進(jìn)行熔煉，對(duì)熔體精煉、凈化、除氣、扒渣處理后，進(jìn)行連續(xù)澆鑄和軋制成合金，制備的鋁合金導(dǎo)電線(xiàn)芯的導(dǎo)電率≥60.4%IACS，硬態(tài)合金線(xiàn)的抗拉強(qiáng)度大于240MPa，延伸率大于30%，屈服極限為100～116MPa，可拉制成0.3mm或更細(xì)的鋁合金線(xiàn)。
文檔編號(hào)H01B1/02GK103060623SQ201310014680
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者仲洪海, 蔣陽(yáng), 李萬(wàn)松, 閔澤宇 申請(qǐng)人:安徽凌宇電纜科技有限公司