CN107267793A - 一种铝合金电线的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金电线的制备方法，涉及电线导体技术领域，包括以下步骤：1)将金属原料分阶段熔炼并加入覆盖剂保温，得铝合金熔液；2)根据各元素成分含量要求进行补料；3)对铝合金熔液搅拌加入精炼剂进行精炼；4)将铝合金熔液连铸连轧成铝合金棒材，且对铝合金棒材进行退火处理；5)将退火后的铝合金棒材经拉丝机拉制成铝合金单线；6)最后将铝合金单线输送至热处理炉中进行时效处理即可。通过本发明的方法制得的铝合金电线力学强度高，导电性能好，使用寿命长，性能优越，适宜推广应用。

Description

一种铝合金电线的制备方法
技术领域
本发明涉及电线导体技术领域，具体涉及一种铝合金电线的制备方法。
背景技术
在近年来的移动体的轻质化进程中，使用比铜或铜合金更轻的铝或铝合金作为电气配线体的导体技术发展迅猛。
众所周知，铝的比重为铜的约1/3，而铝的导电率为铜的约2/3(以纯铜为100％IACS的基准时，纯铝为约66％IACS)。因此，为了使纯铝导体线材中流过与纯铜导体线材相同的电流，纯铝导体线材的截面积需要为纯铜导体线材的约1.5倍，即便如此，在重量方面铝仅为铜的约一半，这就是铝的优势。而纯铝的强度、抗疲劳性能、韧性等均较铜低，因此纯铝不能单独做为导线使用，特别是在要求导线的截面较小的领域内。现有技术中，使用铝合金来制造导线已经非常普遍，甚至在人们寻常生活的周边就能发现有铝合金制品及导线的存在，这主要是因为掺和了其他元素的铝合金材料具有密度低、强度高、塑性好、优良的导电性、导热性和抗蚀性等特性，一些铝合金材料的强度甚至接近或超过优质钢，如今，工业上铝合金已广泛使用，其使用量仅次于钢。而掺和的铝合金元素普遍包括有铁、镁、硅、锰、铬、钛、镍、铜等等。
铝合金线材作为导线线材的一种，具有优越的导电性、耐腐蚀性、重量轻及良好的导热性、优越的强度与耐疲劳的性能，得到当前社会的普遍的广泛应用。例如室外的传输电线，基本上都是采用铝合金线材传输电能的，因此研发出一种铝合金线材，使其具有更高的强度，优良的导电性能，耐高温耐磨以及寿命高的特质尤为重要，而这种不断完善的铝合金线材对能源消耗具有重大意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种铝合金电线的制备方法，通过该种方法制得的铝合金电线力学强度高，导电性能好，使用寿命长。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种铝合金电线的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将原料Al加入到高频感应炉中，将炉温加热至680-720℃，待单质Al熔化后，加入覆盖剂保温25-35min，再将炉温升至1260-1380℃，除去铝液表面的覆盖剂，加入Si、Cu、Mg、B和Zn金属单质进行熔制，同时在合金液表面覆盖一层覆盖剂，保温25-35min，随后将炉温升至1380-1520℃，除去合金液表面的覆盖剂，加入Ni、Mn和Ce金属单质进行熔制，同时在合金液表面覆盖一层覆盖剂，保温30-40min，得铝合金熔液；
(2)对铝合金熔液进行炉内化学成分含量快速分析，使得铝合金熔液中各元素成分的重量百分比符合下列要求：Si 1.20-1.62％、Cu 0.83-1.35％、Mg 0.68-1.04％、B0.50-0.94％、Zn 0.45-0.85％、Ni 0.26-0.72％、Mn 0.20-0.50％和Ce 0.16-0.38％，余量为Al及不可避免的杂质，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整补料；
(3)对铝合金熔液搅拌均匀后加入精炼剂进行精炼5-15min，精炼剂的添加量为铝合金熔液质量的0.1-0.2％，精炼结束后将铝合金熔液降温至680-720℃静置35-45min，随后去除铝合金熔液表面的精炼剂和浮渣；
所述精炼剂由下列重量份的成分制得：珍珠岩4-8份、铝矾土4-6份、丝光沸石3-5份、氟化钙2-4份、锰矿渣1-3份、氟钛酸钾2-4份、明矾粉1.5-2.5份、冰晶石粉2-4份、纳米氮化硅1-2份和硅烷偶联剂KH-5501-2份；
(4)将铝合金熔液连铸连轧成5-15cm的铝合金棒材，且对铝合金棒材进行退火处理；
(5)将退火后的铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为1-5mm的铝合金单线；
(6)最后将铝合金单线输送至热处理炉中进行时效处理即可。
进一步地，在步骤(1)中，所述高频感应炉的升温速率为20-40℃/min。
进一步地，在步骤(2)中，所述铝合金熔液中各元素成分的重量百分比符合下列要求：Si 1.41％、Cu 1.09％、Mg 0.82％、B 0.72％、Zn 0.65％、Ni 0.59％、Mn 0.35％和Ce0.24％，余量为Al及不可避免的杂质。
进一步地，所述不可避免的杂质的含量≤0.05。
进一步地，所述精炼剂由下列重量份的成分制得：珍珠岩6份、铝矾土5份、丝光沸石4份、氟化钙3份、锰矿渣2份、氟钛酸钾3份、明矾粉2份、冰晶石粉3份、纳米氮化硅1.5份和硅烷偶联剂KH-5501.5份。
进一步地，所述精炼剂的制备方法是先将珍珠岩、铝矾土和丝光沸石混合均匀送入525-545℃下煅烧2-4h，取出粉碎过120-160目筛，加水打浆制成45-55％的浆液，然后加入浓度为15-25％的盐酸溶液调节浆液PH至4.5-5.5，之后在转速为2000-3000rpm高速下研磨5-15min，再用浓度为15-25％的氢氧化钠溶液调节研磨液PH值为中性，喷雾干燥得粉末，再加入其余原料，在转速为1500-2000rpm高速下搅拌5-15min，最后经烘干、粉碎，过160-220目筛即得。
进一步地，在步骤(4)中，所述退火处理温度为520-560℃，保温时间为40-50min。
进一步地，在步骤(6)中，所述时效处理是先以4-8℃/min速率升温至240-280℃，保温1-2h，再以3-6℃/min速率升温至380-420℃，保温1-2h，之后以6-10℃/min速率降温至160-200℃，保温40-60min，最后空冷至室温。
本发明具有如下的有益效果：本发明通过对铝合金电线的化学组份含量及制备工艺及参数的改进使得成品铝合金电线性能增强；本发明在实施中将铝合金电线中Si的含量控制在1.20-1.62％，增强了成品铝合金电线的抗氧化性和耐热性能，而过多会对铝合金的导电性能造成影响；将铝合金电线中Mn的含量控制在0.20-0.50％以及Ni的含量控制在0.26-0.72％，增强了成品铝合金电线的力学强度、耐磨性能、塑形及韧性，而过多会对铝合金的导电性能造成影响；将铝合金电线中Ce的含量控制在0.16-0.38％，可改善成品铝合金电线中晶体的组织结构，提高了铝合金电线的力学性能，有利于铝合金的加工处理；将铝合金电线中B的含量控制在0.50-0.94％，可与影响导电性的杂质元素形成化合物，有利于增强成品铝合金电线的导电性能，经研发技术人员的检测，通过本发明制得的铝合金电线，抗拉强度可达225Mpa以上，导电率可达到63.7％IACS以上，远远超出国家对铝合金电线性能的标准要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种铝合金电线的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将原料Al加入到高频感应炉中，控制感应炉的升温速率在20℃/min，先将炉温加热至680℃，待单质Al熔化后，加入覆盖剂保温25min，再将炉温升至1260℃，除去铝液表面的覆盖剂，加入Si、Cu、Mg、B和Zn金属单质进行熔制，同时在合金液表面覆盖一层覆盖剂，保温25min，随后将炉温升至1380℃，除去合金液表面的覆盖剂，加入Ni、Mn和Ce金属单质进行熔制，同时在合金液表面覆盖一层覆盖剂，保温30min，得铝合金熔液；
(2)对铝合金熔液进行炉内化学成分含量快速分析，使得铝合金熔液中各元素成分的重量百分比符合下列要求：Si 1.20％、Cu 0.83％、Mg 0.68％、B 0.50％、Zn 0.45％、Ni 0.26％、Mn 0.20％和Ce 0.16％，余量为Al及不可避免的杂质，且控制杂质的含量≤0.05，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整补料；
(3)对铝合金熔液搅拌均匀后加入精炼剂进行精炼5min，精炼剂的添加量为铝合金熔液质量的0.1％，精炼结束后将铝合金熔液降温至680℃静置35min，随后去除铝合金熔液表面的精炼剂和浮渣；
所述精炼剂由下列成分制得：珍珠岩4kg、铝矾土4kg、丝光沸石3kg、氟化钙2kg、锰矿渣1kg、氟钛酸钾2kg、明矾粉1.5kg、冰晶石粉2kg、纳米氮化硅1kg和硅烷偶联剂KH-5501kg；其制备方法是先将珍珠岩、铝矾土和丝光沸石混合均匀送入525℃下煅烧2h，取出粉碎过120目筛，加水打浆制成45％的浆液，然后加入浓度为15％的盐酸溶液调节浆液PH至4.5，之后在转速为2000rpm高速下研磨5min，再用浓度为15％的氢氧化钠溶液调节研磨液PH值为中性，喷雾干燥得粉末，再加入其余原料，在转速为1500rpm高速下搅拌5min，最后经烘干、粉碎，过160目筛即得。
(4)将铝合金熔液连铸连轧成5cm的铝合金棒材，且对铝合金棒材进行退火处理，且退火处理温度控制在520℃，保温时间设定为40min；
(5)将退火后的铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为1mm的铝合金单线；
(6)最后将铝合金单线输送至热处理炉中进行时效处理，具体的是先以4℃/min速率升温至240℃，保温1h，再以3℃/min速率升温至380℃，保温1h，之后以6℃/min速率降温至160℃，保温40min，最后空冷至室温即完成本发明的铝合金电线的制备。
实施例2
一种铝合金电线的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将原料Al加入到高频感应炉中，控制感应炉的升温速率在30℃/min，先将炉温加热至700℃，待单质Al熔化后，加入覆盖剂保温30min，再将炉温升至1320℃，除去铝液表面的覆盖剂，加入Si、Cu、Mg、B和Zn金属单质进行熔制，同时在合金液表面覆盖一层覆盖剂，保温30min，随后将炉温升至1450℃，除去合金液表面的覆盖剂，加入Ni、Mn和Ce金属单质进行熔制，同时在合金液表面覆盖一层覆盖剂，保温35min，得铝合金熔液；
(2)对铝合金熔液进行炉内化学成分含量快速分析，使得铝合金熔液中各元素成分的重量百分比符合下列要求：Si 1.41％、Cu 1.09％、Mg 0.82％、B 0.72％、Zn 0.65％、Ni 0.59％、Mn 0.35％和Ce 0.24％，余量为Al及不可避免的杂质，且控制杂质的含量≤0.05，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整补料；
(3)对铝合金熔液搅拌均匀后加入精炼剂进行精炼10min，精炼剂的添加量为铝合金熔液质量的0.15％，精炼结束后将铝合金熔液降温至700℃静置40min，随后去除铝合金熔液表面的精炼剂和浮渣；
所述精炼剂由下列成分制得：珍珠岩6kg、铝矾土5kg、丝光沸石4kg、氟化钙3kg、锰矿渣2kg、氟钛酸钾3kg、明矾粉2kg、冰晶石粉3kg、纳米氮化硅1.5kg和硅烷偶联剂KH-5501.5kg；其制备方法是先将珍珠岩、铝矾土和丝光沸石混合均匀送入535℃下煅烧3h，取出粉碎过140目筛，加水打浆制成50％的浆液，然后加入浓度为20％的盐酸溶液调节浆液PH至5.0，之后在转速为2500rpm高速下研磨10min，再用浓度为20％的氢氧化钠溶液调节研磨液PH值为中性，喷雾干燥得粉末，再加入其余原料，在转速为1800rpm高速下搅拌10min，最后经烘干、粉碎，过190目筛即得。
(4)将铝合金熔液连铸连轧成10cm的铝合金棒材，且对铝合金棒材进行退火处理，且退火处理温度控制在540℃，保温时间设定为45min；
(5)将退火后的铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为3mm的铝合金单线；
(6)最后将铝合金单线输送至热处理炉中进行时效处理，具体的是先以6℃/min速率升温至260℃，保温1.5h，再以5℃/min速率升温至400℃，保温1.5h，之后以8℃/min速率降温至180℃，保温50min，最后空冷至室温即完成本发明的铝合金电线的制备。
实施例3
一种铝合金电线的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将原料Al加入到高频感应炉中，控制感应炉的升温速率在40℃/min，先将炉温加热至720℃，待单质Al熔化后，加入覆盖剂保温35min，再将炉温升至1380℃，除去铝液表面的覆盖剂，加入Si、Cu、Mg、B和Zn金属单质进行熔制，同时在合金液表面覆盖一层覆盖剂，保温35min，随后将炉温升至1520℃，除去合金液表面的覆盖剂，加入Ni、Mn和Ce金属单质进行熔制，同时在合金液表面覆盖一层覆盖剂，保温40min，得铝合金熔液；
(2)对铝合金熔液进行炉内化学成分含量快速分析，使得铝合金熔液中各元素成分的重量百分比符合下列要求：Si 1.62％、Cu 1.35％、Mg 1.04％、B 0.94％、Zn 0.85％、Ni 0.72％、Mn 0.50％和Ce 0.38％，余量为Al及不可避免的杂质，且控制杂质的含量≤0.05，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整补料；
(3)对铝合金熔液搅拌均匀后加入精炼剂进行精炼15min，精炼剂的添加量为铝合金熔液质量的0.2％，精炼结束后将铝合金熔液降温至720℃静置45min，随后去除铝合金熔液表面的精炼剂和浮渣；
所述精炼剂由下列成分制得：珍珠岩8kg、铝矾土6kg、丝光沸石5kg、氟化钙4kg、锰矿渣3kg、氟钛酸钾4kg、明矾粉2.5kg、冰晶石粉4kg、纳米氮化硅2kg和硅烷偶联剂KH-5502kg；其制备方法是先将珍珠岩、铝矾土和丝光沸石混合均匀送入545℃下煅烧4h，取出粉碎过160目筛，加水打浆制成55％的浆液，然后加入浓度为25％的盐酸溶液调节浆液PH至5.5，之后在转速为3000rpm高速下研磨15min，再用浓度为25％的氢氧化钠溶液调节研磨液PH值为中性，喷雾干燥得粉末，再加入其余原料，在转速为2000rpm高速下搅拌15min，最后经烘干、粉碎，过220目筛即得。
(4)将铝合金熔液连铸连轧成15cm的铝合金棒材，且对铝合金棒材进行退火处理，且退火处理温度控制在560℃，保温时间设定为50min；
(5)将退火后的铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为5mm的铝合金单线；
(6)最后将铝合金单线输送至热处理炉中进行时效处理，具体的是先以8℃/min速率升温至280℃，保温2h，再以6℃/min速率升温至420℃，保温2h，之后以10℃/min速率降温至200℃，保温60min，最后空冷至室温即完成本发明的铝合金电线的制备。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铝合金电线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将原料Al加入到高频感应炉中，将炉温加热至680-720℃，待单质Al熔化后，加入覆盖剂保温25-35min，再将炉温升至1260-1380℃，除去铝液表面的覆盖剂，加入Si、Cu、Mg、B和Zn金属单质进行熔制，同时在合金液表面覆盖一层覆盖剂，保温25-35min，随后将炉温升至1380-1520℃，除去合金液表面的覆盖剂，加入Ni、Mn和Ce金属单质进行熔制，同时在合金液表面覆盖一层覆盖剂，保温30-40min，得铝合金熔液；
(2)对铝合金熔液进行炉内化学成分含量快速分析，使得铝合金熔液中各元素成分的重量百分比符合下列要求：Si 1.20-1.62％、Cu 0.83-1.35％、Mg 0.68-1.04％、B 0.50-0.94％、Zn 0.45-0.85％、Ni 0.26-0.72％、Mn 0.20-0.50％和Ce 0.16-0.38％，余量为Al及不可避免的杂质，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整补料；
(3)对铝合金熔液搅拌均匀后加入精炼剂进行精炼5-15min，精炼剂的添加量为铝合金熔液质量的0.1-0.2％，精炼结束后将铝合金熔液降温至680-720℃静置35-45min，随后去除铝合金熔液表面的精炼剂和浮渣；
所述精炼剂由下列重量份的成分制得：珍珠岩4-8份、铝矾土4-6份、丝光沸石3-5份、氟化钙2-4份、锰矿渣1-3份、氟钛酸钾2-4份、明矾粉1.5-2.5份、冰晶石粉2-4份、纳米氮化硅1-2份和硅烷偶联剂KH-5501-2份；
(4)将铝合金熔液连铸连轧成5-15cm的铝合金棒材，且对铝合金棒材进行退火处理；
(5)将退火后的铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为1-5mm的铝合金单线；
(6)最后将铝合金单线输送至热处理炉中进行时效处理即可。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金电线的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述高频感应炉的升温速率为20-40℃/min。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金电线的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述铝合金熔液中各元素成分的重量百分比符合下列要求：Si 1.41％、Cu 1.09％、Mg 0.82％、B 0.72％、Zn 0.65％、Ni 0.59％、Mn 0.35％和Ce 0.24％，余量为Al及不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金电线的制备方法，其特征在于，所述不可避免的杂质的含量≤0.05。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金电线的制备方法，其特征在于，所述精炼剂由下列重量份的成分制得：珍珠岩6份、铝矾土5份、丝光沸石4份、氟化钙3份、锰矿渣2份、氟钛酸钾3份、明矾粉2份、冰晶石粉3份、纳米氮化硅1.5份和硅烷偶联剂KH-5501.5份。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金电线的制备方法，其特征在于，所述精炼剂的制备方法是先将珍珠岩、铝矾土和丝光沸石混合均匀送入525-545℃下煅烧2-4h，取出粉碎过120-160目筛，加水打浆制成45-55％的浆液，然后加入浓度为15-25％的盐酸溶液调节浆液PH至4.5-5.5，之后在转速为2000-3000rpm高速下研磨5-15min，再用浓度为15-25％的氢氧化钠溶液调节研磨液PH值为中性，喷雾干燥得粉末，再加入其余原料，在转速为1500-2000rpm高速下搅拌5-15min，最后经烘干、粉碎，过160-220目筛即得。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金电线的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述退火处理温度为520-560℃，保温时间为40-50min。
8.根据权利要求1所述的一种铝合金电线的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述时效处理是先以4-8℃/min速率升温至240-280℃，保温1-2h，再以3-6℃/min速率升温至380-420℃，保温1-2h，之后以6-10℃/min速率降温至160-200℃，保温40-60min，最后空冷至室温。
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