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CN117867334A - 一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线及其制备方法 - Google Patents

一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线及其制备方法 Download PDF

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CN117867334A
CN117867334A CN202410081654.5A CN202410081654A CN117867334A CN 117867334 A CN117867334 A CN 117867334A CN 202410081654 A CN202410081654 A CN 202410081654A CN 117867334 A CN117867334 A CN 117867334A
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China
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aluminum alloy
resistant
alloy wire
corrosion
strength
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CN202410081654.5A
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杨舜明
王岗
陈杰
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Guangya Guangdong Aluminum Co ltd
Guangya Aluminium Co ltd
Original Assignee
Guangya Guangdong Aluminum Co ltd
Guangya Aluminium Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线，所述8系铝合金导线主要由Al、Fe、Cu、Sc、Zr、B、Er、Y及不可避免的杂质元素组成。本发明通过工艺与组分的协同作用得到晶粒细小、强度高、耐热、耐腐蚀性能好的铝合金导线。本发明高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的电导率大于等于61％IACS，抗拉强度大于等于240MPa，240℃/1h的强度残存率大于90％，长期耐热温度高达220℃，在耐盐雾测试中，腐蚀120h无明显变化，能够满足沿海工业城市电线电缆日益提高的应用需求。

Description

一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金制造领域，具体而言，涉及一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线及其制备方法。
背景技术
电线电缆广泛应用于电气、通信、交通和能源等基础性产业，被喻为国民经济的“血管”与“神经”。电线电缆多以铜为原料，但铜价格高昂且受国际期货波动影响较大，而铝合金导线成本优势明显，性价比高，价格波动小，随着铝合金导线技术的发展，电线电缆领域以铝代铜成为了必然。然而，在工业发达的沿海城市，电力需求旺盛，对铝合金导线的要求更高，尤其需要优异的耐腐蚀性能来应对工业污染和高盐潮湿环境。
已有专利公开了一种高导耐热耐蚀的铝合金导线及制备工艺，其电导率高达61.8％IACS，长期运行温度为210℃，230℃/1h的强度残存率大于90％，具有优良的耐腐蚀性能，但其抗拉强度仅为190MPa左右。另有专利公开了一种高强度耐热铝合金导线及其制备方法，其室温抗拉强度＞320MPa，导250℃保温1小时退后的抗拉强度＞290MPa，抗拉强度残存率＞91％，但电导率仅为56％IACS，且不涉及耐腐蚀性能。
综上所述，经过申请人的海量检索，目前暂未发现有产品能够兼具高强度、高耐热、耐腐蚀和良好导电性能。以Al、Fe、Cu为主要元素的8系铝合金具有良好的耐热性能、导电性能和中等强度，足以保证高输电容量下铝合金导线的安全使用。在此基础上通过添加微量元素、优化制备工艺和表面处理有望开发出高强耐热耐蚀的铝合金导线，以满足沿海工业城市电线电缆日益提高的应用需求。
发明内容
基于此，为了解决目前应用于沿海地区的铝合金导线强度、耐热性、耐腐蚀性不能平衡的问题，本发明提供了一种高强耐热耐蚀铝的8系合金导线及其制备方法，具体技术方案如下：
一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线，包括以下质量百分比的成分：Fe:0.6％～0.7％、Cu:0.15％～0.2％、B:0.03％～0.06％、Sc:0.03％～0.07％、Zr:0.07％～0.12％、(Er+Y)0.05％～0.1％、余量为Al。
进一步地，本申请还包括其它杂质，所述其它杂质总量≤0.1％。
进一步地，所述高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的电导率大于等于61％IACS，抗拉强度大于等于240MPa，240℃/1h的强度残存率大于90％，长期耐热温度高达220℃，在耐盐雾测试中，腐蚀120h无明显变化。
另外，本申请还提供一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1：选用Al-20Fe合金、Al-20Cu合金、Al-10Er合金、Al-10Y合金、Al-2Sc合金、Al-4B合金、Al-10Zr合金和纯度为99.8％的铝锭作为原材料；
S2：将铝锭放置于720℃～750℃的条件下加热熔化，然后依次加入剩下的原材料，搅拌熔化成铝合金熔体；
S3：用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，喷吹精炼温度为720℃～750℃，喷吹精炼若干次次，喷吹精炼完毕进行扒渣；
S4：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理；
S5：将铝合金熔体依次进行在线除气过滤处理；
S6：将铝合金熔体在铸造温度为710℃～740℃、铸造速度为90mm/min～120mm/min、冷却水压力为0.1MPa～0.2MPa的条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
S7：将铝合金铸锭加热至490℃～530℃均匀化处理20h～28h，然后水雾强制冷却至室温；
S8：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至410℃～450℃，在挤压速度为1m/s～3mm/s的条件下进行挤压成形得到挤压铝合金棒材，然后穿水冷却至室温；
S9：利用拉丝机将挤出棒材拉制成直径为2mm～5mm的铝合金线材，之后对铝合金线材进行退火处理，制得铝合金导线。
进一步地，在S3中，无钠精炼剂的添加量为按每吨铝合金熔体配比3公斤精炼剂计算。
进一步地，在S3步骤中，喷吹精炼时间为25min～40min，扒渣后需要静置25min～35min。
进一步地，在S4步骤中，所述超声波处理的功率为100W～200W，施振时间为1min～15min。
进一步地，在S4步骤中，在线除气过滤处理为铝合金熔体流过设置在流槽上旋转速度为200～300转/分钟、氩气流量为4～5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板。
进一步地，在S8步骤中，挤压的模具温度为420℃～460℃，挤压筒温度为400℃～450℃。
进一步地，在S9步骤中，所述退火处理为330℃～370℃下保温1h～3h。
本发明的高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的电导率大于等于61％IACS，抗拉强度大于等于240MPa，240℃/1h的强度残存率大于90％，长期耐热温度高达220℃，在耐盐雾测试中，腐蚀120h无明显变化。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线，包括以下质量百分比的成分：Fe:0.6％～0.7％、Cu:0.15％～0.2％、B:0.03％～0.06％、Sc:0.03％～0.07％、Zr:0.07％～0.12％、(Er+Y)0.05％～0.1％、余量为Al。
在其中一个实施例中，本申请还包括其它杂质，所述其它杂质总量≤0.1％。
在其中一个实施例中，所述高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的电导率大于等于61％IACS，抗拉强度大于等于240MPa，240℃/1h的强度残存率大于90％，长期耐热温度高达220℃，在耐盐雾测试中，腐蚀120h无明显变化。
在其中一个实施例中，本申请还提供一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1：选用Al-20Fe合金、Al-20Cu合金、Al-10Er合金、Al-10Y合金、Al-2Sc合金、Al-4B合金、Al-10Zr合金和纯度为99.8％的铝锭作为原材料；
S2：将铝锭放置于720℃～750℃的条件下加热熔化，然后依次加入剩下的原材料，搅拌熔化成铝合金熔体；
S3：用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，喷吹精炼温度为720℃～750℃，喷吹精炼若干次次，喷吹精炼完毕进行扒渣；
S4：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理；
S5：将铝合金熔体依次进行在线除气过滤处理；
S6：将铝合金熔体在铸造温度为710℃～740℃、铸造速度为90mm/min～120mm/min、冷却水压力为0.1MPa～0.2MPa的条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
S7：将铝合金铸锭加热至490℃～530℃均匀化处理20h～28h，然后水雾强制冷却至室温；
S8：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至410℃～450℃，在挤压速度为1m/s～3mm/s的条件下进行挤压成形得到挤压铝合金棒材，然后穿水冷却至室温；
S9：利用拉丝机将挤出棒材拉制成直径为2mm～5mm的铝合金线材，之后对铝合金线材进行退火处理，制得铝合金导线。
在其中一个实施例中，在S3中，无钠精炼剂的添加量为按每吨铝合金熔体配比3公斤精炼剂计算。
在其中一个实施例中，在S3步骤中，喷吹精炼时间为25min～40min，扒渣后需要静置25min～35min。
在其中一个实施例中，在S4步骤中，所述超声波处理的功率为100W～200W，施振时间为1min～15min。
在其中一个实施例中，在S4步骤中，在线除气过滤处理为铝合金熔体流过设置在流槽上旋转速度为200～300转/分钟、氩气流量为4～5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板。
在其中一个实施例中，在S8步骤中，挤压的模具温度为420℃～460℃，挤压筒温度为400℃～450℃。
在其中一个实施例中，在S9步骤中，所述退火处理为330℃～370℃下保温1h～3h。
本发明的高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的电导率大于等于61％IACS，抗拉强度大于等于240MPa，240℃/1h的强度残存率大于90％，长期耐热温度高达220℃，在耐盐雾测试中，腐蚀120h无明显变化。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1：
铝合金导线由以下质量百分比的成分组成：Fe:0.6％、Cu:0.15％、B:0.03％、Sc:0.03％、Zr:0.07％、(Er+Y)：0.05％，余量为Al和不可避免的其他杂质，杂质总量≤0.1％。
铝合金导线的制备方法包括以下步骤：
S1：选用Al-20Fe合金、Al-20Cu合金、Al-10Er合金、Al-10Y合金、Al-2Sc合金、Al-4B合金、Al-10Zr合金和纯度为99.8％的铝锭作为原材料；
S2：将铝锭在720℃条件下加热熔化，然后加入剩下原材料，搅拌熔化成铝合金熔体；
S3：按3公斤精炼剂/吨铝合金熔体的比例，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，喷吹精炼温度为720℃，喷吹精炼2次，每次时间为40min；喷吹精炼后进行扒渣，扒渣后静置35min；
S4：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，所述超声波处理的功率为120W，施振时间为10min；
S5：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为300转/分钟、氩气流量为5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
S6：将铝合金液在铸造温度为710℃、铸造速度为90mm/min、冷却水压力为0.1MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
S7：将铝合金铸锭加热至490℃均匀化处理28h，然后水雾强制冷却至室温；
S8：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至410℃，在模具温度为420℃、挤压筒温度为400℃、挤压速度为3m/s的条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
S9：利用拉丝机将挤出棒材拉制成直径为2mm的铝合金线材，之后对铝合金线材加热至330℃退火处理3h，制得铝合金导线。
实施例2：
铝合金导线由以下质量百分比的成分组成：Fe:0.7％、Cu:0.2％、B:0.06％、Sc:0.07％、Zr:0.12％、(Er+Y)：0.1％，余量为Al和不可避免的其他杂质，杂质总量≤0.1％。
铝合金导线制备方法包括以下步骤：
S1：选用Al-20Fe合金、Al-20Cu合金、Al-10Er合金、Al-10Y合金、Al-2Sc合金、Al-4B合金、Al-10Zr合金和纯度为99.8％的铝锭作为原材料；
S2：将铝锭在750℃加热熔化，然后加入剩下原材料，搅拌熔化成铝合金熔体；
S3：按3公斤精炼剂/吨铝合金熔体的比例，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，喷吹精炼温度为750℃，喷吹精炼2次，每次时间为25min；喷吹精炼后进行扒渣，扒渣后静置25min；
S4：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，所述超声波处理的功率为150W，施振时间为5min；
S5：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为200转/分钟、氩气流量为4立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
S6：将铝合金液在铸造温度为740℃、铸造速度为120mm/min、冷却水压力为0.2MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
S7：将铝合金铸锭加热至530℃均匀化处理20h，然后水雾强制冷却至室温；
S8：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至450℃，在模具温度为460℃、挤压筒温度为420℃、挤压速度为1m/s的条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
S9：利用拉丝机将挤出棒材拉制成直径为5mm的铝合金线材，之后对铝合金线材加热至370℃退火处理1h，制得铝合金导线。
实施例3：
铝合金导线由以下质量百分比的成分组成：Fe:0.65％、Cu:0.18％、B:0.05％、Sc:0.05％、Zr:0.1％、(Er+Y)：0.08％，余量为Al和不可避免的其他杂质，杂质总量≤0.1％。
铝合金导线的制备方法包括以下步骤：
S1：选用Al-20Fe合金、Al-20Cu合金、Al-10Er合金、Al-10Y合金、Al-2Sc合金、Al-4B合金、Al-10Zr合金和纯度为99.8％的铝锭作为原材料；
S2：将铝锭在730℃加热熔化，然后加入剩下原材料，搅拌熔化成铝合金熔体；
S3：按3公斤精炼剂/吨铝合金熔体的比例，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，喷吹精炼温度为730℃，喷吹精炼2次，每次时间为30min，喷吹精炼后扒渣，扒渣后静置30min；
S4：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为140W，施振时间为8min；
S5：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为250转/分钟、氩气流量为4.5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
S6：将铝合金液在铸造温度为720℃、铸造速度为110mm/min、冷却水压力为0.15MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
S7：将铝合金铸锭加热至510℃均匀化处理24h，然后水雾强制冷却至室温；
S8：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至430℃，在模具温度为440℃、挤压筒温度为410℃、挤压速度为2m/s的条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
S9：利用拉丝机将挤出棒材拉制成直径为4mm的铝合金线材，之后对铝合金线材加热至350℃退火处理1.5h，制得铝合金导线。
对比例1：
对比例1与实施例3的区别在于，铝合金导线由以下质量百分比的成分组成：Fe:0.5％、Cu:0.10％、B:0.05％、Sc:0.05％、Zr:0.1％、(Er+Y)：0.08％，余量为Al和不可避免的其他杂质，杂质总量≤0.1％。
其它制备工艺与实施例3相同。
对比例2：
对比例2与实施例3的区别在于，铝合金导线由以下质量百分比的成分组成：Fe:0.8％、Cu:0.25％、B:0.05％、Sc:0.05％、Zr:0.1％、(Er+Y)：0.08％，余量为Al和不可避免的其他杂质，杂质总量≤0.1％。
其它制备工艺与实施例3相同。
对比例3：
对比例3与实施例3的区别在于，铝合金导线由以下质量百分比的成分组成：Fe:0.65％、Cu:0.18％、Sc:0.05％、Zr:0.1％、(Er+Y)：0.08％，余量为Al和不可避免的其他杂质，杂质总量≤0.1％。
其它制备工艺与实施例3相同。
对比例4：
对比例4与实施例3的区别在于，铝合金导线由以下质量百分比的成分组成：Fe:0.65％、Cu:0.18％、B:0.05％、Sc:0.05％、Zr:0.1％，余量为Al和不可避免的其他杂质，杂质总量≤0.1％。
其它制备工艺与实施例3相同。
对比例5：
对比例5与实施例3的区别在于，铝合金导线由以下质量百分比的成分组成：Fe:0.65％、Cu:0.18％、B:0.05％、Zr:0.1％、(Er+Y)：0.08％，余量为Al和不可避免的其他杂质，杂质总量≤0.1％。
其它制备工艺与实施例3相同。
对比例6：
对比例6与实施例3的区别在于，铝合金导线由以下质量百分比的成分组成：Fe:0.65％、Cu:0.18％、B:0.05％、Sc:0.05％、(Er+Y)：0.08％，余量为Al和不可避免的其他杂质，杂质总量≤0.1％。
其它制备工艺与实施例3相同。
对比例7：
对比例7与实施例3的区别在于，不进行S4所述的超声波处理。
其它制备工艺与实施例3相同。
对比例8：
对比例8与实施例3的区别在于，将挤出棒材拉制成铝合金线材后，不进行退火处理。
其它制备工艺与实施例3相同。
对实施例1-3以及对比例1-10制备的铝合金导线进行相关性能测试，结果如下表1所示。其中，按照GB/T228.1-2021《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对产品进行力学性能测试；按GB/T 12966-2022铝及铝合金电导率涡流测试方法对产品进行电导率测试，按照GB/T2423.17.2008/IEC60068-2-11:1981《电工电子产品环境试验——盐雾》用盐雾试验箱来检测耐盐雾强度。
表1：
实施例1-3的区别在于铝合金导线的原料添加量不同，由表1得知，实施例1-3所制备的铝合金导线电导率大于等于61％IACS，抗拉强度大于等于240MPa，240℃/1h的强度残存率大于90％，长期耐热温度高达220℃，在耐盐雾测试中，腐蚀120h无明显变化；
对比例1与实施例3的区别在于，所添加的原料中Fe含量为0.5％，Cu含量为0.1％。Fe、Cu是该系列铝合金的主要合金元素，Fe在合金中可以形成热稳定性极好的Al3Fe，提高了合金的强度和耐热性能；Cu主要通过固溶强化和析出强化，即形成强化效果明显的CuAl2相，提高合金强度。由表1可知对比例1的抗拉强度、耐热性能均比实施例3的低，结合实施例1-3可知当Fe含量小于0.6％，Cu含量少于0.15％时，铝合金导线的抗拉强度不能达到240MPa，240℃/1h的强度残存率和220℃/400h的强度残存率不能达到90％以上；
对比例2与实施例3的区别在于，所添加的原料中Fe含量为0.8％，Cu含量为0.25％。Fe、Cu是该系列铝合金的主要合金元素，但过高的Fe会导致材料的电导率、耐腐蚀性降低；过高的Cu元素加入，产生点蚀的倾向加大。由表1可知对比例2的电导率和耐盐雾时间均比实施例3的小，结合实施例1-3可知当Fe含量大于0.7％，Cu含量大于0.2％时，铝合金导线的电导率不能达到61％IACS，耐盐雾时间不能达到120h；
对比例3与实施例3的区别在于不添加一定量的B元素，一定量的B元素可以净化合金基体，使得合金中的固溶原子从固溶态转变为析出态，降低固溶原子引起的晶格畸变，减少电子的散射，从而改善合金导电性能。同时，能够细化合金晶粒，使得合金的抗拉强度得以提高，进一步的，B也能够净化晶界，从而提高合金的耐腐蚀性能。由表1数据可知，对比例3与实施例3相比较，对比例3的抗拉强度、电导率、耐盐雾性能均有所下降，不能达到实施例3所制备的铝合金导线抗拉强度大于等于240Mpa、电导率大于等于61％IACS、耐盐雾时间大于等于120h的性能效果；
对比例4与实施例3的区别在于不添加一定量的Er和Y元素，Er、Y可以与Zr形成一种特殊热稳定相Al3(Zr，Er/Y)，提高合金的耐热性和强度。同时，Er和Y也能与Fe元素反应生成细小弥散的化合物，一方面由于Al中的Fe被置换出来，使Fe析出，降低了电阻率，另一方面由于析出相细小且均匀分布，可以起到细化晶粒的作用。进一步的，Er与Y皆能净化晶界，减少Si等杂质原子在晶界聚集，有利于耐腐蚀性的提高。由表1数据可知，对比例4与实施例3相比较，对比例4的抗拉强度、电导率、耐热性能、耐盐雾性能均有所下降，不能达到实施例3所制备的铝合金导线抗拉强度大于等于240Mpa、电导率大于等于61％IACS、240℃/1h的强度残存率和220℃/400h的强度残存率大于90％、耐盐雾时间大于等于120h的性能效果；
对比例5与实施例3的区别在于不添加一定量的Sc元素，Sc元素能够显著提高合金的强度、高温性能和再结晶温度，这是因为Sc能与Al形成稳定的Al3Sc相，它与铝基体错配度小，能有效抑制晶粒长大，提高合金强度和高温性能；同时能够钉扎位错、晶界，阻碍再结晶，提高再结晶温度,抑制再结晶行为，提高合金的耐腐蚀性能。由表1数据可知，对比例5与实施例3相比较，对比例6的抗拉强度、耐热性能、耐盐雾性能均有所下降，不能达到实施例3所制备的铝合金导线抗拉强度大于等于240Mpa、240℃/1h的强度残存率和220℃/400h的强度残存率大于90％、耐盐雾时间大于等于120h的性能效果；
对比例6与实施例3的区别在于不添加一定量的Zr元素，一定量的Zr能与Sc形成具有核壳结构、热稳定性很好的Al3(Sc，Zr)相，其强化效果比单独添加Sc或Zr更好，核壳结构在本质上改变了沉淀相富集的动力学行为，增加微观结构的稳定性，防止第二相发生粗化，因此具有更好的高温性能，其对耐腐蚀性能的有益效果与Sc相似。由表1数据可知，对比例6与实施例3相比较，对比例6的抗拉强度、耐热性能、耐盐雾性能均有所下降，不能达到实施例3所制备的铝合金导线抗拉强度大于等于240Mpa、240℃/1h的强度残存率和220℃/400h的强度残存率大于90％、耐盐雾时间大于等于120h的性能效果；
对比例7与实施例3的区别在于不进行超声波处理，合金在熔铸时采用超声铸造技术，对熔体进行最优频率的超声波处理，通过“空化效应”促使晶粒形核增多、破碎晶粒，实现晶粒细化，提高合金的抗拉强度。由表1数据可知，对比例7与实施例3相比较，对比例7的抗拉强度有所下降，不能达到实施例3所制备的铝合金导线抗拉强度大于等于240Mpa的性能效果；
对比例8与实施例3的区别在于拉制成铝合金线材后，不进行退火处理，退火处理使得各强化相充分析出，合金中的固溶原子减少，提高了材料的导电性能。由表1数据可知，对比例8与实施例3相比较，对比例8的电导率有所下降，不能达到实施例3所制备的铝合金导线大于等于61％IACS的性能效果；
本发明中，Fe、Cu是该系列铝合金的主要合金元素，Fe在合金中可以形成热稳定性极好的Al3Fe，提高了合金的强度和耐热性能，但过高的Fe会导致材料的电导率、耐腐蚀性降低。因此控制Fe含量在0.6％-0.7％。Cu主要通过固溶强化和析出强化，即形成强化效果明显的CuAl2相，提高合金强度，同时Cu利于合金的导电性，但Cu元素的加入有产生点蚀的倾向，因此控制Cu含量在0.15％-0.2％。Zr和Sc是主要添加元素，能够极大提高材料的耐热性能。其中Sc元素能够显著提高合金的强度、高温性能和再结晶温度，这是因为Sc能与Al形成稳定的Al3Sc相，它与铝基体错配度小，能有效抑制晶粒长大，提高合金强度和高温性能；同时能够钉扎位错、晶界，阻碍再结晶，提高再结晶温度,抑制再结晶行为，提高合金的耐腐蚀性。但是Sc比较昂贵，一般选择复合添加Sc、Zr，形成具有核壳结构、热稳定性更好的Al3(Sc，Zr)相，其强化效果比单独添加Sc或Zr更好，核壳结构在本质上改变了沉淀相富集的动力学行为，增加微观结构的稳定性，防止第二相发生粗化，因此具有更好的高温性能，其对耐腐蚀性的有益效果与Sc相似。但是Zr的加入会引起铝基体的晶体点阵畸变，增加电子散射从而降低导电率，因此控制Sc含量在0.03％-0.07％，Zr含量在0.07％-0.12％。一定量的B元素可以净化合金基体，使得合金中的固溶原子从固溶态转变为析出态，降低固溶原子引起的晶格畸变，减少电子的散射，从而改善合金导电性能。同时，能够细化合金晶粒，从而使得合金的抗拉强度得以提高，但过高的B元素对合金电导率不利，因此控制B含量在0.03％-0.06％。Er、Y和Sc一样，可以与Zr形成一种类似的热稳定相Al3(Zr，Er/Y)，提高合金的耐热性和强度。同时，Er和Y也能与Fe元素反应生成细小弥散的化合物，一方面由于Al中的Fe被置换出来，使Fe析出，降低了电阻率，另一方面由于析出相细小且均匀分布，可以起到细化晶粒的作用。进一步的，B、Er与Y皆能净化晶界，减少Si等杂质原子在晶界聚集，有利于耐腐蚀性的提高。但晶粒细化，晶界面积增多，对合金的导电性能不利，因此不宜过多加入细化晶粒的元素，综合考虑Zr、Sc、Er、Y四元复合添加的效果，发现在特定的Zr、Sc含量下，控制Er+Y含量在0.05％～0.1％能够获得强度和电导率的平衡。
提高铝合金的纯净度是保障铝合金获得高综合性能的基础，本发明先是通过向熔体吹入带有无钠精炼剂的氩气，对熔体进行混合除气除杂，然后将熔体依次流过除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，对熔体进行深度净化，减少气孔和夹杂对铝合金力学性能和耐腐蚀性能的影响。
铸锭的晶粒细化是通过各添加元素的协同作用以及超声处理完成的。超声波穿透熔体时在熔体内部形成一定的空化区域，这些区域会形成大量的空泡，并从附近的熔体中吸收热量，导致熔体出现大量的局部过冷，形核增多，从而实现晶粒细化。另一方面，不稳定的气泡破碎所产生的局部高温高压还能造成二次晶粒破碎、细化。本发明控制超声波功率在120W～150W，施振时间在5min～10min，可以获得的铸造晶粒尺寸在120微米～150微米。
均匀化处理能够改善合金内部的元素偏析，提高成分均匀性和可挤压性，对合金最终的力学性能有一定的提高作用。本案发明人大量实验研究后发现，本发明所述铝合金的理想均匀化温度和时间是490℃～530℃和20小时～28小时，可以完全消除铸锭内部元素的宏微观偏析，使元素和粗大金属间化合物充分固溶。
挤压后穿水冷却能够使挤出棒材在高温下停留时间变短，较少发生静态再结晶，更多停留在动态回复阶段，使合金内部具有更多的亚晶，拉拔后具有更高的位错密度，在随后的退火热处理中晶粒长大不明显。同时，退火处理使得各强化相充分析出，合金中的固溶原子减少，提高了材料的导电性能。申请人通过对本发明所述铝合金导线的退火处理工艺研究后发现，最佳的退火处理工艺为330～370℃下保温1～3h。如果退火温度低于330℃或者保温时间少1h,则强化相析出不充分，材料的导电性能不足，如果退火温度高于330℃或者保温时间多于3h,则晶粒长大明显，强度显著下降。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线，其特征在于，包括以下质量百分比的成分：Fe:0.6％～0.7％、Cu:0.15％～0.2％、B:0.03％～0.06％、Sc:0.03％～0.07％、Zr:0.07％～0.12％、(Er+Y)0.05％～0.1％、余量为Al。
2.根据权利要求1所述的高强耐热耐蚀的8系铝合金导线，其特征在于，还包括其它杂质，所述其它杂质总量≤0.1％。
3.根据权利要求1所述的高强耐热耐蚀的8系铝合金导线，其特征在于，所述高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的电导率大于等于61％IACS，抗拉强度大于等于240MPa，240℃/1h的强度残存率大于90％，长期耐热温度高达220℃，在耐盐雾测试中，腐蚀120h无明显变化。
4.一种高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1～3任一项所述8系铝合金导线，所述制备方法包括以下步骤：
S1：选用Al-20Fe合金、Al-20Cu合金、Al-10Er合金、Al-10Y合金、Al-2Sc合金、Al-4B合金、Al-10Zr合金和纯度为99.8％的铝锭作为原材料；
S2：将铝锭放置于720℃～750℃的条件下加热熔化，然后依次加入剩下的原材料，搅拌熔化成铝合金熔体；
S3：用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，喷吹精炼温度为720℃～750℃，喷吹精炼若干次次，喷吹精炼完毕进行扒渣；
S4：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理；
S5：将铝合金熔体依次进行在线除气过滤处理；
S6：将铝合金熔体在铸造温度为710℃～740℃、铸造速度为90mm/min～120mm/min、冷却水压力为0.1MPa～0.2MPa的条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
S7：将铝合金铸锭加热至490℃～530℃均匀化处理20h～28h，然后水雾强制冷却至室温；
S8：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至410℃～450℃，在挤压速度为1m/s～3mm/s的条件下进行挤压成形得到挤压铝合金棒材，然后穿水冷却至室温；
S9：利用拉丝机将挤出棒材拉制成直径为2mm～5mm的铝合金线材，之后对铝合金线材进行退火处理，制得铝合金导线。
5.根据权利要求4所述的高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的制备方法，其特征在于，在S3中，无钠精炼剂的添加量为按每吨铝合金熔体配比3公斤精炼剂计算。
6.根据权利要求4所述的高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的制备方法，其特征在于，在S3步骤中，喷吹精炼时间为25min～40min，扒渣后需要静置25min～35min。
7.根据权利要求4所述的高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的制备方法，其特征在于，在S4步骤中，所述超声波处理的功率为100W～200W，施振时间为1min～15min。
8.根据权利要求4所述的高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的制备方法，其特征在于，在S4步骤中，在线除气过滤处理为铝合金熔体流过设置在流槽上旋转速度为200～300转/分钟、氩气流量为4～5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板。
9.根据权利要求4所述的高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的制备方法，其特征在于，在S8步骤中，挤压的模具温度为420℃～460℃，挤压筒温度为400℃～450℃。
10.根据权利要求4所述的高强耐热耐蚀的8系铝合金导线的制备方法，其特征在于，在S9步骤中，所述退火处理为330℃～370℃下保温1h～3h。
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