CN103146960B - 一种实芯铝合金导体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实芯铝合金导体及其制备方法，其成分中按重量百分百含量含有0.40-1.00%铁，0.05-0.20%铜，0.05-0.10%硅，0.02-0.12%锌，0.01-0.05%镁，0.02-0.12%稀土元素，其余为铝以及不可避免的杂质。通过将铝锭全部熔化后用专用工具添加镁锭，待熔化后依次加入不同重量成分的锰铝合金、锌铝合金、铜铝合金、铁铝合金、硅铝合金和稀土铝合金，经过充分搅拌，精炼，炉前分析，待成分完全合格后进行浇铸、轧制成所需的铝合金杆，经时效处理，根据要求挤出所需的实芯导体，再经过特殊的热处理，达到相应的各项性能指标，满足电线电缆材料代替传统铜芯电线电缆的需求。

Description

一种实芯铝合金导体及其制备方法

技术领域

本发明涉及电工行业的制造技术领域，具体涉及一种可替代传统铜芯电线电缆的实芯铝合金导体及其制备方法。

背景技术

铝合金导线1921年开始用于架空线路，由于其强度高、重量轻，并有较好的导电性能（各种不同品牌的铝合金具有不同的性能特点），被广泛地使用并获得良好的经济效果。我国的铝合金导线生产经过几次设备、工艺的改革，产品性能亦已达到IEC、JEC等标准要求，并用于架空线路上。然而，由于种种原因，目前我国输配电线路中铝合金导线的使用量仅占7%左右，而国际上铝合金导线早已成为输电线路的主要线种。其中，法国使用最为普遍，他们在平原地区使用铝合金绞线，在山区则用钢芯铝合金绞线，目前几乎已全部代替了钢芯铝绞线。在日本，耐热铝合金作为导电铝合金的主要品种被大量使用，日本六大电力公司使用的耐热铝合金系列导线占日本架空输配电线路用导线70%以上。

近年来，随着我国电力工业的蓬勃发展，对铝合金导线所具有的优点、经济效果有了更深的了解。输配电线路用铝合金导线已呈强劲的上升势头，尽管我国目前的铝合金导线产量不大，但已有不少铝合金导线产品销往新加坡、马来西亚、香港、巴基斯坦、印度、澳大利亚等国。近悉，比利时、南朝鲜也有意从我国进口铝合金导线，而且数量可观，国内华北地区城市旧电网改造、三峡工程都急需大量不同品牌的铝合金导线。因此，高质量、价格合理的铝合金导线将成为今后输配电线路中用线的必然产品。

由于铝较铜软，因此作为替代铜导线的铝合金导体除了达到所需导体的各项性能指标外，还必须具备一定的强度和伸长率，还要具有一定的蠕变性能，抗氧化能力强。中国专利申请CN102119233A明提供一种具有高韧性和高导电率的铝合金、铝合金线、铝合金绞合线、包覆电线和束线，以及一种制造铝合金线的方法。所述铝合金线包含：大于或等于0.005 质量％且小于或等于2.2质量％的Fe，并且余量为Al 和杂质。该铝合金线还可以包含总量大于或等于0.005 质量％且小于或等于1.0 质量％的选自Mg、Si、Cu、Zn、Ni、Mn、Ag、Cr 和Zr 中的至少一种添加元素。所述铝合金线的导电率不低于58％ IACS，并且伸长率不低于10％。所述铝合金线是通过铸造、轧制、拉丝以及软化处理这些连续的步骤而制成的。进行软化处理以提供优异的韧性( 例如，伸长率和耐冲击性)，从而使得在安装束线时，电线在端子部附近处的断裂情况得以减轻。这种铝合金韧性较好，但因铝导体的内部结构问题，导致抗氧化性能差。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能替代铜导线的实芯铝合金导体，其具有良好的导电性能，又具有较好的强度和伸长率，且抗氧化性能强。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种实芯铝合金导体，其特征在于其成分中按重量百分百含量含有0.40-1.00%的铁，0.05-0.20%的铜，0.05-0.10%的硅，0.02-0.12%的锌，0.01-0.05%的镁，0.02-0.12%的稀土元素，其余为铝以及不可避免的杂质。

在一个具体的实施方式中，所述的稀土元素包括铈和镧，所述的稀土元素铈的含量为0.009-0.09%，镧的含量为0.05-0.08%。

在一个优选的实施方式中，所述实芯铝合金导体的成分中按重量百分百含量含有0.50-0.80%的铁，0.06-0.15%的铜，0.06-0.09%的硅，0.03-0.10%的锌，0.02-0.04%的镁，0.03-0.10%的稀土元素，其余为铝以及不可避免的杂质。

上述实芯铝合金导体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）熔炼、浇铸和轧制

a）将铝合金熔化炉升温至780℃及以上，停火停止加温，把铝锭迅速加进铝合金熔化炉内，然后关闭炉门重新起火升温；当铝锭全部融化并升温到820℃及以上时，停止加热后用专用工具把一定重量成分的镁锭、铁铝合金、铜铝合金、锌铝合金、硅铝合金先后加入铝合金熔化炉内，待全部融化后，陆续加入稀土铝合金，待稀土铝合金熔化后开动永磁搅拌机进行5分钟至10分钟的充分搅拌；

b）搅拌结束用99.99%的高纯氮气将无毒精炼剂和除渣剂一起通入铝合金熔炼炉的铝液内，通气1分钟左右，确保将精炼剂和除渣剂能通到到铝液的任何部位，以底部为最佳，然后将铝液上的铝渣扒出，铝液静置20分钟，期间取样进行迅速炉前分析；

c）分析成份合格后，开始放铝液进行浇铸轧制，浇包温度700-730℃，铸机冷却水的压力2公斤以上，且要内冷比外冷要大，浇铸后铝合金铸条温度入轧机前500℃及以上，乳化液温度不超过45℃；铝合金杆出轧机后进行适当的冷却，并加3号钙基脂进行润滑，保证铝合金杆在爬杆的管道内顺利甩出；

2）时效和挤压

a）将铝合金杆放入时效炉内升温至150℃保温12小时，然后自然放置七天后方可使用，并进行检测，检测电阻率、强度和伸长率的试验；

b）根据所需导体的截面积将不同根数的铝合金杆用挤压机进行挤压，得到所需的截面积；

3）特殊热处理

将得到的不同截面积的导体根据不同的规格进行300-380℃内3-6小时的保温处理，等在自然冷却后检测导体电阻率、强度和伸长率试验，确保在合格范围内方才转入挤塑，进行绝缘、成缆和外护的生产工序。

在一个具体的实施方式中，所述步骤1）的a）工序采用含铝量99.70%及以上的铝锭和含镁量99.995%及以上的镁锭。

根据本发明的实芯铝合金导体及其制备方法，，所述的实芯可根据不同电缆的截面积进行所需铝合金杆的规格及性能的设计和时效，并对铝合金杆进行挤压和热处理，使其达到所需的导体截面和所需的电气和机械性能。

根据本发明的实芯铝合金导体及其制备方法，加入的铁元素、铜元素和锌元素可以增加铝合金导体的强度和伸长率，并且提高了导体的蠕变性能；加入的稀土元素可改善铝导体的内部结构，提高了抗氧化能力；加入的镁元素和硅元素可以增加铝合金导体的强度。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步展开说明，但需要指出的是，本发明的发明并不限于下面的实施方式，这些实施方式不以任何方式限制本发明的范围。本领域的技术人员在权利要求的范围内所作出的某些改变和调整也应认为属于本发明的范围。

一种实芯铝合金导体，按重量百分百含量其成分中含有0.40-1.00%的铁，0.05-0.20%的铜，0.05-0.10%的硅，0.02-0.12%的锌，0.01-0.05%的镁，0.02-0.12%的稀土元素，其余为铝以及不可避免的杂质。所述的稀土元素包括铈和镧，铈的含量为0.009-0.09%；镧的含量为0.05-0.08%，此元素可改善铝导体的内部结构，提高了抗氧化能力。所述不可避免的杂质包括Ni、Mn、Ag、Cr、 V、Ti、B、Sr和/或Zr，但不限于此。优选地，所述实芯铝合金导体的成分中按重量百分百含量含有0.50-0.80%的铁，0.06-0.15%的铜，0.06-0.09%的硅，0.03-0.10%的锌，0.02-0.04%的镁，0.03-0.10%的稀土元素，其余为铝以及不可避免的杂质。通过加入稀土元素铈和镧来改善铝导体的内部结构，提高实芯铝合金导体的抗氧化能力，同时，通过加入铁元素、铜元素和锌元素增加铝合金导体的强度和伸长率，并且提高导体的蠕变性能；加入镁元素和硅元素增加铝合金导体的强度，使实芯铝合金导体达到所需导体的各项性能指标。

所述实芯铝合金导体的制备方法，包括以下步骤：

1）熔炼、浇铸和轧制

a）将铝合金熔化炉升温至780℃及以上，停火停止加温，把含铝量99.70%及以上的铝锭迅速加进铝合金熔化炉内，然后关闭炉门重新起火升温；当铝锭全部融化并升温到820℃及以上时，停止加热后用专用工具把一定重量成分的含镁量99.995%及以上的镁锭、铁铝合金、铜铝合金、锌铝合金、硅铝合金先后加入铝合金熔化炉内，待全部融化后，陆续加入硼铝合金和稀土铝合金，待硼铝合金和稀土铝合金熔化后开动永磁搅拌机进行5分钟至10分钟的充分搅拌；

b）搅拌结束用99.99%的高纯氮气将无毒精炼剂和除渣剂一起通入铝合金熔炼炉的铝液内，通气1分钟左右，确保将精炼剂和除渣剂能通到到铝液的任何部位，以底部为最佳，然后将铝液上的铝渣扒出，铝液静置20分钟，期间取样进行迅速炉前分析；

c）分析成份合格后，开始放铝液进行浇铸轧制，浇包温度700-730℃，铸机冷却水的压力2公斤以上，且要内冷比外冷要大，浇铸后铝合金铸条温度入轧机前500℃及以上，乳化液温度不超过45℃；铝合金杆出轧机后进行适当的冷却，并加3号钙基脂进行润滑，保证铝合金杆在爬杆的管道内顺利甩出；

2）时效和挤压

a）将铝合金杆放入时效炉内升温至150℃保温12小时，然后自然放置七天后方可使用，并进行检测，检测电阻率、强度和伸长率的试验；

b）根据所需导体的截面积将不同根数的铝合金杆用挤压机进行挤压，得到所需的截面积；

3）特殊热处理

将得到的不同截面积的导体根据不同的规格进行300-380℃内3-6小时的保温处理，等在自然冷却后检测导体电阻率、强度和伸长率试验，确保在合格范围内方才转入挤塑，进行绝缘、成缆和外护的生产工序。

下面将通过实施例来进一步描述本发明，但并非用于限定本发明。

实施例1

按照前述详细的方法，先加两吨的铝锭，镁锭和相应铝合金按0.40%的铁，0.05%的铜，0.05%的硅，0.02%的锌，0.01%的镁，0.02%的稀土元素的最低比例添加，进行熔炼、浇铸、轧制、时效、挤压、热处理。相应工艺水平按前面设计，得到的数据设计在铝合金杆ø9.50㎜的铝合金杆强度123MPa、伸长率12%，电阻率为0.02865欧姆.平方毫米每米。把铝合金杆挤压成25平方毫米的导体，放入退火炉内，升温至320℃保温4小时。等冷却后检测，导体电阻1.18欧姆每千米，强度90MPa，伸长率29%。

实施例2

按照前述详细的方法，加入两吨的铝锭，镁锭和相应铝合金锭按1.00%的铁0.20%的铜， 0.10%的硅， 0.12%的锌， 0.05%的镁， 0.12%的稀土元素的最高比例添加，进行熔炼、浇铸、轧制、时效挤压热处理。等到的试验数据为铝合金杆ø9.50㎜，铝合金杆的强度135MPa、伸长率9%、电阻率0.02884欧姆平方毫米每米。把铝合金杆挤压成150平方毫米的导体，放入退火炉内，升温380℃，保温6小时。冷却后检测，导体电阻0.200欧姆每千米，强度93MPa、伸长率25%。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.权利要求1所述的实芯铝合金导体的制备方法，所述实芯铝合金导体成分中按重量百分百含量含有1.00%的铁，0.20%的铜，0.10%的硅，0.12%的锌，0.05%的镁，0.12%的稀土元素，其余为铝以及不可避免的杂质，其特征在于包括以下步骤：

1）熔炼、浇铸和轧制

a）将铝合金熔化炉升温至780℃以上，停火停止加温，把铝锭迅速加进铝合金熔化炉内，然后关闭炉门重新起火升温；当铝锭全部融化并升温到820℃及以上时，停止加热后用专用工具把一定重量成分的镁锭、铁铝合金、铜铝合金、锌铝合金、硅铝合金先后加入铝合金熔化炉内，待全部融化后，陆续加入稀土铝合金，待稀土铝合金熔化后开动永磁搅拌机进行5分钟至10分钟的充分搅拌；

b）搅拌结束用99.99%的高纯氮气将无毒精炼剂和除渣剂一起通入铝合金熔炼炉的铝液内，通气1分钟左右，确保将精炼剂和除渣剂能通到到铝液的任何部位，以底部为最佳，然后将铝液上的铝渣扒出，铝液静置20分钟，期间取样进行迅速炉前分析；

c）分析成份合格后，开始放铝液进行浇铸轧制，浇包温度700-730℃，铸机冷却水的压力2公斤以上，且要内冷比外冷要大，浇铸后铝合金铸条温度入轧机前500℃及以上，乳化液温度不超过45℃；铝合金杆出轧机后进行适当的冷却，并加3号钙基脂进行润滑，保证铝合金杆在爬杆的管道内顺利甩出；

2）时效和挤压

a）将铝合金杆放入时效炉内升温至150℃保温12小时，然后自然放置七天后方可使用，并进行检测，检测电阻率、强度和伸长率；

b）根据所需导体的截面积将不同根数的铝合金杆用挤压机进行挤压，得到所需的截面积；

3）特殊热处理

将得到的不同截面积的导体根据不同的规格进行300-380℃内3-6小时的保温处理，等在自然冷却后检测导体电阻率、强度和伸长率，确保在合格范围内方才转入挤塑，进行绝缘、成缆和外护的生产工序。

2.根据权利要求1所述的实芯铝合金导体的制备方法，其特征在于所述步骤1）的a）工序采用含铝量99.70%及以上的铝锭和含镁量99.995%及以上的镁锭。