CN104213003B - 一种导电率为61%iacs的中强铝合金单丝及其制备方法 - Google Patents
一种导电率为61%iacs的中强铝合金单丝及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的制备方法，通过加入微量合金化元素Si、Ti、V、Mo、La、Be，调整各个成分的含量，并且控制合金中杂质元素含量，并通过热处理工艺来调整合金的微观组织，制备得到具有高导电率的中强铝合金单丝。实验结果表明，本发明制备的导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的抗拉强度为250MPa，延伸率为3.5％。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种导电率为61%IACS的中强铝合金单丝及其制备方法。
背景技术
随着我国经济建设的快速发展以及电力需求逐年攀升，如何充分利用现有线路走廊及线路设施，尽可能多输送电量、降低线损，提高输电效率已成为电力运行部门必须考虑的问题。
目前，我国架空输电线路导线的现状是以钢芯铝绞线为主，若采用增加导线截面积制造大截面钢芯铝绞线方式提高输送容量，必须建造更高强度的杆塔来实现，不仅增加线路走廊面积而且加大建设成本，不符合“资源节约型，环境友好型，新技术，新材料，新工艺”输电线路建设的指导方针。
为了解决输电线路的节能改造，降低输电线损，提高线路寿命，采用高导电率的全铝合金导线替代钢芯铝绞线实现输电线路的节能降耗是发展的趋势之一。但国内高强全铝合金导线导电率较低，线损较大；而国内中强全铝合金导线导电率虽比高强全铝合金导线有所提升，但生产工艺复杂，成本高，产品综合性能与国外也存在较大差距。
现有技术中，铝合金及其制备方法得到了广泛的报道，例如，申请号为201010290234.6的中国专利文献报道了一种特软铝合金导体及其制备方法，以重量百分比计，该铝合金导体材料的组成为 ：0.3 ～ 1.5wt％的 Fe，0.001 ～ 0.3wt％的 Be，0.005～ 0.6wt ％的 Cu，0.1 ～ 1.5wt ％的稀土，Si 的含量≤ 0.08wt％，不可避免的杂质的总含量≤ 0.15wt％，其余为铝。申请号为201010286764.3的中国专利文献报道了一种电缆用耐热型铝合金导体材料及其制备方法，该铝合金的组成及重量百分含量为 ：0.3 ～1.0wt ％ 的 Fe、0.01 ～ 0.3wt ％ 的 Cu、0.01 ～0.3wt％的 Mg，Ca、Mo、Sb 中的一种、两种或三种，总量为 0.01 ～ 0.3wt％，0.05 ～ 0.8wt％的稀土元素，稀土元素由 Sc、Y和 Er 中的一种或多种组成，Si ≤ 0.1wt％，其它杂质总含量≤ 0.15wt％，其余为 Al。但是，上述报道了的铝合金的导电率和抗拉强度较低，因此，开发高导电率（≥59.2%IACS）中强铝合金导体材料及其导线是目前国内全铝合金导线技术发展的趋势和亟待解决的技术难题。
发明内容
发明解决的技术问题在于提供一种导电率为61%IACS的中强铝合金单丝及其制备方法，抗拉强度为250MPa，延伸率为3.5％。
有鉴于此，本发明提供了一种导电率为61%IACS的中强铝合金单丝，包括以下成分：
Si 0.02 wt％~ 0.09 wt％；
Ti 0.18wt％~0.35 wt％；
V 0.05 wt％~ 0.12wt％；
Mo 0.08 wt％~0.15wt％；
La 0.1 wt％~0.2 wt％；
Be 0.01 wt％~0.2wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
优选的，包括以下成分：
Si 0.04 wt％~ 0.08 wt％；
Ti 0.2wt％~0.3 wt％；
V 0.08 wt％~ 0.12wt％；
Mo 0.09 wt％~0.14wt％；
La 0.12 wt％~0.17 wt％；
Be 0.05 wt％~0.1wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
优选的，包括以下成分：
Si 0.05 wt％~ 0.07 wt％；
Ti 0.22wt％~0.28 wt％；
V 0.09 wt％~ 0.11wt％；
Mo 0.1 wt％~0.14wt％；
La 0.14 wt％~0.16 wt％；
Be 0.07 wt％~0.09wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
相应的，本发明还提供一种导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤a）将铝锭熔化后在 700 ～ 740℃下依次加入Si、Ti、V、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在700 ～ 740℃下合金化 30 ～ 70min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 220 ～ 240℃后保温，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到高导电率的中强铝合金单丝。
优选的，步骤a中搅拌时间为8~20min。
优选的，步骤a中合金化温度为720 ～ 740℃。
优选的，步骤a中合金化温度为730 ～ 740℃。
优选的，步骤a中合金化时间为40 ～ 60min。
优选的，步骤b中模具的预热温度为230 ～ 240℃。
优选的，步骤b中保温时间为5~20min。
本发明提供了一种导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的制备方法，包括以下步骤：步骤a）将铝锭熔化后在 700 ～ 740℃下依次加入Si、Ti、V、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在700 ～ 740℃下合金化 30 ～ 70min，得到混合液；步骤b）将模具预热至 220 ～240℃后保温，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到中强铝合金单丝。与现有技术相比，本发明通过加入微量合金化元素Si、Ti、V、Mo、La、Be，调整各个成分的含量，并且控制合金中杂质元素含量，并通过热处理工艺来调整合金的微观组织，制备得到具有高导电率的中强铝合金单丝。实验结果表明，本发明制备的导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的抗拉强度为250MPa，延伸率为3.5％。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种导电率为61%IACS的中强铝合金单丝，包括以下成分：
Si 0.02 wt％~ 0.09 wt％；
Ti 0.18wt％~0.35 wt％；
V 0.05 wt％~ 0.12wt％；
Mo 0.08 wt％~0.15wt％；
La 0.1 wt％~0.2 wt％；
Be 0.01 wt％~0.2wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
作为优选方案，所述中强铝合金单丝包括以下成分：
Si 0.04 wt％~ 0.08 wt％；
Ti 0.2wt％~0.3 wt％；
V 0.08 wt％~ 0.12wt％；
Mo 0.09 wt％~0.14wt％；
La 0.12 wt％~0.17 wt％；
Be 0.05 wt％~0.1wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
更优选的，所述中强铝合金单丝包括以下成分：
Si 0.05 wt％~ 0.07 wt％；
Ti 0.22wt％~0.28 wt％；
V 0.09 wt％~ 0.11wt％；
Mo 0.1 wt％~0.14wt％；
La 0.14 wt％~0.16 wt％；
Be 0.07 wt％~0.09wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
相应的，本发明还提供一种上述技术方案所述的导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤a）将铝锭熔化后在 700 ～ 740℃下依次加入Si、Ti、V、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在700 ～ 740℃下合金化 30 ～ 70min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 220 ～ 240℃后保温，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到高导电率的中强铝合金单丝。
从上述技术方案可以看出，本发明通过加入微量合金化元素Si、Ti、V、Mo、La、Be，调整各个成分的含量，并且控制合金中杂质元素含量，并通过热处理工艺来调整合金的微观组织，制备得到具有高导电率的中强铝合金单丝。
其中，硅是铝合金的最普通的合金元素之一，硅能提高铝合金的铸造性能及焊接流动性，还能使铝合金有较高的力学性能，由于其在合金中能形成一些化合物，使合金成为可热处理强化的。随着 Si 含量升高，合金的电导率下降。这是由于提高合金中 Si 含量，铝基体中游离 Si 数量增加，Si 是半导体，较铝基体的电阻率高得多，因此 Si 含量的提高减少铝基体的有效导电截面积，降低合金的电导率。
Ti、V具有细化晶粒、提高铝合金室温抗拉强度及改善耐热性的效果。
Mo具有高温强度好、硬度高、密度大、抗腐蚀能力强、热膨胀系数小、良好的导电和导热等特性。
稀土镧 La 在铝合金单丝中起到良好的净化除杂作用，在加入稀土前杂质多以游离状态存在，加入稀土后，稀土与固溶于铝中的有害杂质形成了稳定的金属间化合物，并在晶界析出，降低了杂质元素在基体中的固溶度，从而提高铝的导电性。但稀土含量的增加会使母线材料的抗拉强度先升高后降低，为了达到最大的抗拉强度及最良的导电性，优选控制稀土镧 La的用量。
Be与其他微量元素共同作用，提高了铝合金单丝的机械性能，且抗腐蚀性好，还保持有很高的导电性。
在制备导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的过程中，步骤a中搅拌时间优选为8~20min，更优选为10~20min，更优选为12~18min；合金化温度优选为730 ～ 740℃，更优选为735 ～ 740℃；合金化时间优选为40 ～ 60min，更优选为50 ～ 60min，更优选为50 ～55min。
步骤b中模具的预热温度优选为230 ～ 240℃，更优选为232 ～ 238℃，更优选为234 ～ 236℃；保温时间优选为5~20min，更优选为8~18min，更优选为12~16min。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
本发明实施例采用的原料和化学试剂均为市购。
实施例1
本实施例制备的导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的成分如下：
Si 0.06wt％；
Ti 0.26 wt％；
V 0.1 wt％；
Mo 0.12wt％；
La 0.15wt％；
Be 0.08％；
余量为 Al。
制备方法如下：
步骤a）将铝锭熔化后在735℃下依次加入Si、Ti、V、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在735℃下合金化 60min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 230℃后保温20min，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到中强铝合金单丝。
对本实施例制备的中强铝合金单丝进行性能检测，结果显示：导电率为61％ IACS(20℃)、抗拉强度为250MPa，延伸率为3.5％。
实施例2
本实施例制备的导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的成分如下：
Si 0.08wt％；
Ti 0.20 wt％；
V 0.12 wt％；
Mo 0.15wt％；
La 0.18wt％；
Be 0.08％；
余量为 Al。
制备方法如下：
步骤a）将铝锭熔化后在738℃下依次加入Si、Ti、V、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在735℃下合金化 60min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 235℃后保温20min，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到中强铝合金单丝。
对本实施例制备的中强铝合金单丝进行性能检测，结果显示：导电率为61％ IACS(20℃)、抗拉强度为251MPa，延伸率为3.5％。
实施例3
本实施例制备的导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的成分如下：
Si 0.06wt％；
Ti 0.35 wt％；
V 0.06 wt％；
Mo 0.08wt％；
La 0.15wt％；
Be 0.08％；
余量为 Al。
制备方法如下：
步骤a）将铝锭熔化后在733℃下依次加入Si、Ti、V、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在733℃下合金化 60min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 230℃后保温20min，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到中强铝合金单丝。
对本实施例制备的中强铝合金单丝进行性能检测，结果显示：导电率为61％ IACS(20℃)、抗拉强度为251MPa，延伸率为3.6％。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种导电率为61%IACS的中强铝合金单丝，其特征在于，包括以下成分：
Si 0.02 wt％~ 0.09 wt％；
Ti 0.18wt％~0.35 wt％；
V 0.05 wt％~ 0.12wt％；
Mo 0.08 wt％~0.15wt％；
La 0.1 wt％~0.2 wt％；
Be 0.01 wt％~0.2wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的中强铝合金单丝，其特征在于，包括以下成分：
Si 0.04 wt％~ 0.08 wt％；
Ti 0.2wt％~0.3 wt％；
V 0.08 wt％~ 0.12wt％；
Mo 0.09 wt％~0.14wt％；
La 0.12 wt％~0.17 wt％；
Be 0.05 wt％~0.1wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的中强铝合金单丝，其特征在于，包括以下成分：
Si 0.05 wt％~ 0.07 wt％；
Ti 0.22wt％~0.28 wt％；
V 0.09 wt％~ 0.11wt％；
Mo 0.1 wt％~0.14wt％；
La 0.14 wt％~0.16 wt％；
Be 0.07 wt％~0.09wt％；
余量为 Al 和不可避免的杂质。
4.一种权利要求1~3任意一项所述的导电率为61%IACS的中强铝合金单丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a）将铝锭熔化后在 700 ～ 740℃下依次加入Si、Ti、V、Mo、La、Be，搅拌后除氢、除渣，在700 ～ 740℃下合金化 30 ～ 70min，得到混合液；
步骤b）将模具预热至 220 ～ 240℃后保温，将所述混合液浇铸至模具内制得铝锭，热挤压后得到铝合金杆；
步骤c）将所述铝合金杆进行拉丝，得到中强铝合金单丝。
5.如权利要求 4 所述的制备方法，其特征在于，步骤a中搅拌时间为8~20min。
6.如权利要求 4 所述的制备方法，其特征在于，步骤a中合金化温度为720 ～ 740℃。
7.如权利要求 6 所述的制备方法，其特征在于，步骤a中合金化温度为730 ～ 740℃。
8.如权利要求 4 所述的制备方法，其特征在于，步骤a中合金化时间为40 ～ 60min。
9.如权利要求 4 所述的制备方法，其特征在于，步骤b中模具的预热温度为230 ～240℃。
10.如权利要求 4 所述的制备方法，其特征在于，步骤b中保温时间为5~20min。
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2014
- 2014-09-28 CN CN201410506717.3A patent/CN104213003B/zh active Active
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