CN107338373A - 一种轻质合金导电线材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质合金导电线材的制备方法，涉及导电线材领域，包括以下步骤：1)预备以下原料单质：Al、Si、Cu、Mn、Zn、Sc、Y、Co、Dy和Be；2)将原料单质分三批、三个阶段加入到高频感应炉中进行熔炼；3)将精炼剂喷入合金熔液中精炼处理；4)将精炼后的合金熔液连铸连轧成铝合金棒材；5)将铝合金棒材经拉丝机拉制成铝合金单线，并置于热处理炉中进行时效处理即可。该种导电线材制备简单方便，容重值小，质轻，具有优良的导电率、延伸率及力学强度，应用领域广泛，使用寿命长，适宜推广应用。

Description

一种轻质合金导电线材的制备方法
技术领域
本发明涉及导电线材领域，具体涉及一种轻质合金导电线材的制备方法。
背景技术
目前电线电缆等导电线材因导电率的问题多采用铜导线，但由于铜资源紧张，铜价居高不下，铜导体占铜缆线成本的约70％，制造铜电缆的成本太大，但使用纯铝，长期运行或电流过载后发生较大的蠕变，导致接触电阻太大，易引起事故，且弯曲性能不好，易开裂或折断，同样易引发事故。
目前广泛使用的铝合金电线电缆的导电率为61％IACS，如果铝合金电线电缆的导电率能从61％IACS升高到62％IACS及以上时，则线路的损耗可以减少1.5％以上，另外，降低铝合金的容重值，这对于导线支架的负载也大大减小，更对于我国这样一个能耗大国来说，能源的节约则是相当客观的，因此，开发研制新型的轻质高导电率合金导电线材并加以推广应用将具有很大的社会和经济意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种轻质合金导电线材的制备方法，该种导电线材制备简单方便，容重值小，质轻，具有优良的导电率、延伸率及力学强度，应用领域广泛，使用寿命长，适宜推广应用。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种轻质合金导电线材的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)预备以下按重量份计的原料单质：Al90-110份、Si0.7-2.1份、Cu1.4-2.6份、Mn0.7-1.5份、Zn1.6-3.4份、Sc0.8-1.6份、Y0.9-2.1份、Co0.4-1.2份、Dy0.3-0.9份和Be0.2-0.6份；
(2)将原料单质分三批、三个阶段加入到高频感应炉中进行熔炼，待所有的原料熔化后，在合金熔液表面覆盖一层覆盖剂，保温40-50min；
(3)利用氩气或者氮气将精炼剂喷入合金熔液中精炼处理25-35min，该精炼剂为NaCl、KCl和Na3AlF6组成的混合物，三者之间的质量比1:1:3；
(4)待炉温降至860-920℃，将精炼后的合金熔液连铸连轧成8-12cm的铝合金棒材，待铝合金棒材降至室温进行均匀化退火处理；
(5)将铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为1-5mm的铝合金单线，并置于热处理炉中进行时效处理即可。
进一步地，所述合金导电线材由以下按重量份计的原料单质制成：Al100份、Si1.4份、Cu2.0份、Mn1.1份、Zn2.5份、Sc1.2份、Y1.5份、Co0.8份、Dy0.6份和Be0.4份。
进一步地，在步骤(2)中，熔炼分为三个阶段：阶段一温度区间为650-670℃，保温时间40-50min；阶段二温度区间为1080-1360℃，保温时间30-40min；阶段三温度区间为1480-1560℃，保温时间2-3h。
进一步地，阶段一时，将Al和Zn加入到高频感应炉中熔制；阶段二时，将Cu、Si、Mn和Be加入到高频感应炉中熔制；阶段三时，将Dy、Co、Y和Sc加入到高频感应炉中熔制。
进一步地，在步骤(3)中，所述精炼剂用量为合金熔液重量的0.2-0.4％。
进一步地，在步骤(4)中，所述均匀化退火处理的温度为480-520℃，时间为40-50min。
进一步地，在步骤(5)中，所述时效处理是先将炉温升至240-280℃，保温25-35min；再将炉温升至380-420℃，保温30-40min；最后将炉温降至180-220℃，保温30-40min。
进一步地，所述炉温的升温速率为10-20℃/min，炉温的降温速率为5-15℃/min。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的导电线材制备简单方便，容重值小，质轻，相比传统的铜合金容重值降低了98％以上，相比传统的铝合金容重值降低了15％以上；该种导电线材具有优良的导电率、延伸率及力学强度，经检测，其成品合金的导电率达到65.7％以上，相比传统的铝合金提高了4.7百分点以上；抗拉强度达到177MPa，相比传统的铝合金提高了55％以上，且整体性能良好，应用领域广泛，使用寿命长，适宜推广应用；
(2)本发明的合金导电线材成分中，通过将Si的含量控制在1.4％左右，增强了成品合金线材的抗氧化性和耐高热性能，而过多会对合金的导电性能造成影响；通过将Mn的含量控制在1.1％左右，提高了成品合金线材的力学强度及抗热震性，而过多会对合金的导电性能造成影响；通过将Y的含量控制在1.5％左右，提高了成品合金线材的韧性及机械加工性能，而过多会对合金的导电性能造成影响。
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
一种轻质合金导电线材的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)称取以下原料单质：Al90kg、Si0.7kg、Cu1.4kg、Mn0.7kg、Zn1.6kg、Sc0.8kg、Y0.9kg、Co0.4kg、Dy0.3kg和Be0.2kg；
(2)将原料单质分三批、三个阶段加入到高频感应炉中进行熔炼：
阶段一，将Al和Zn加入到高频感应炉中，熔制温度区间为650℃，保温时间40min；
阶段二，将Cu、Si、Mn和Be加入到高频感应炉中，熔制温度区间为1080℃，保温时间30min；
阶段三，将Dy、Co、Y和Sc加入到高频感应炉中，熔制温度区间为1480℃，保温时间2h；
待所有的原料熔化后，在合金熔液表面覆盖一层覆盖剂，保温40min；
(3)利用氩气或者氮气将精炼剂喷入合金熔液中精炼处理25min，该精炼剂为NaCl、KCl和Na3AlF6组成的混合物，三者之间的质量比1:1:3，且该精炼剂用量为合金熔液重量的0.2％；
(4)待炉温降至860℃，将精炼后的合金熔液连铸连轧成8cm的铝合金棒材，待铝合金棒材降至室温输送至马弗炉中进行均匀化退火处理，退火处理温度控制在480℃，保温时间设定为40min；
(5)将铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为1mm的铝合金单线，并置于热处理炉中进行时效处理即制得本发明的轻质合金导电线材；
具体的，上述的时效处理是先将炉温升至240℃，保温25min；再将炉温升至380℃，保温30min；最后将炉温降至180℃，保温30min；且在上述过程中，所述热处理炉的升温速率控制在10℃/min，炉温的降温速率控制在5℃/min。
实施例2
一种轻质合金导电线材的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)称取以下原料单质：Al100kg、Si1.4kg、Cu2.0kg、Mn1.1kg、Zn2.5kg、Sc1.2kg、Y1.5kg、Co0.8kg、Dy0.6kg和Be0.4kg；
(2)将原料单质分三批、三个阶段加入到高频感应炉中进行熔炼：
阶段一，将Al和Zn加入到高频感应炉中，熔制温度区间为660℃，保温时间45min；
阶段二，将Cu、Si、Mn和Be加入到高频感应炉中，熔制温度区间为1220℃，保温时间35min；
阶段三，将Dy、Co、Y和Sc加入到高频感应炉中，熔制温度区间为1520℃，保温时间2.5h；
待所有的原料熔化后，在合金熔液表面覆盖一层覆盖剂，保温45min；
(3)利用氩气或者氮气将精炼剂喷入合金熔液中精炼处理30min，该精炼剂为NaCl、KCl和Na3AlF6组成的混合物，三者之间的质量比1:1:3，且该精炼剂用量为合金熔液重量的0.3％；
(4)待炉温降至890℃，将精炼后的合金熔液连铸连轧成10cm的铝合金棒材，待铝合金棒材降至室温输送至马弗炉中进行均匀化退火处理，退火处理温度控制在500℃，保温时间设定为45min；
(5)将铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为3mm的铝合金单线，并置于热处理炉中进行时效处理即制得本发明的轻质合金导电线材；
具体的，上述的时效处理是先将炉温升至260℃，保温30min；再将炉温升至400℃，保温35min；最后将炉温降至200℃，保温35min；且在上述过程中，所述热处理炉的升温速率控制在15℃/min，炉温的降温速率控制在10℃/min。
实施例3
一种轻质合金导电线材的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)称取以下原料单质：Al110kg、Si2.1kg、Cu2.6kg、Mn1.5kg、Zn3.4kg、Sc1.6kg、Y2.1kg、Co1.2kg、Dy0.9kg和Be0.6kg；
(2)将原料单质分三批、三个阶段加入到高频感应炉中进行熔炼：
阶段一，将Al和Zn加入到高频感应炉中，熔制温度区间为670℃，保温时间50min；
阶段二，将Cu、Si、Mn和Be加入到高频感应炉中，熔制温度区间为1360℃，保温时间40min；
阶段三，将Dy、Co、Y和Sc加入到高频感应炉中，熔制温度区间为1560℃，保温时间3h；
待所有的原料熔化后，在合金熔液表面覆盖一层覆盖剂，保温50min；
(3)利用氩气或者氮气将精炼剂喷入合金熔液中精炼处理35min，该精炼剂为NaCl、KCl和Na3AlF6组成的混合物，三者之间的质量比1:1:3，且该精炼剂用量为合金熔液重量的0.4％；
(4)待炉温降至920℃，将精炼后的合金熔液连铸连轧成12cm的铝合金棒材，待铝合金棒材降至室温输送至马弗炉中进行均匀化退火处理，退火处理温度控制在520℃，保温时间设定为50min；
(5)将铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为5mm的铝合金单线，并置于热处理炉中进行时效处理即制得本发明的轻质合金导电线材；
具体的，上述的时效处理是先将炉温升至280℃，保温35min；再将炉温升至420℃，保温40min；最后将炉温降至220℃，保温40min；且在上述过程中，所述热处理炉的升温速率控制在20℃/min，炉温的降温速率控制在15℃/min。
实施例4
一种轻质合金导电线材的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)称取以下原料单质：Al100kg、Si1.4kg、Cu2.0kg、Mn1.1kg、Zn2.5kg、Sc1.2kg、Y1.5kg、Co0.8kg、Dy0.6kg和Be0.4kg；
(2)将原料单质分三批、三个阶段加入到高频感应炉中进行熔炼：
阶段一，将Al和Zn加入到高频感应炉中，熔制温度区间为650℃，保温时间50min；
阶段二，将Cu、Si、Mn和Be加入到高频感应炉中，熔制温度区间为1080℃，保温时间40min；
阶段三，将Dy、Co、Y和Sc加入到高频感应炉中，熔制温度区间为1480℃，保温时间3h；
待所有的原料熔化后，在合金熔液表面覆盖一层覆盖剂，保温40min；
(3)利用氩气或者氮气将精炼剂喷入合金熔液中精炼处理35min，该精炼剂为NaCl、KCl和Na3AlF6组成的混合物，三者之间的质量比1:1:3，且该精炼剂用量为合金熔液重量的0.2％；
(4)待炉温降至920℃，将精炼后的合金熔液连铸连轧成8cm的铝合金棒材，待铝合金棒材降至室温输送至马弗炉中进行均匀化退火处理，退火处理温度控制在520℃，保温时间设定为40min；
(5)将铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为2mm的铝合金单线，并置于热处理炉中进行时效处理即制得本发明的轻质合金导电线材；
具体的，上述的时效处理是先将炉温升至240℃，保温35min；再将炉温升至380℃，保温40min；最后将炉温降至180℃，保温40min；且在上述过程中，所述热处理炉的升温速率控制在10℃/min，炉温的降温速率控制在15℃/min。
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)

1.一种轻质合金导电线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预备以下按重量份计的原料单质：Al 90-110份、Si 0.7-2.1份、Cu 1.4-2.6份、Mn0.7-1.5份、Zn 1.6-3.4份、Sc 0.8-1.6份、Y 0.9-2.1份、Co 0.4-1.2份、Dy 0.3-0.9份和Be0.2-0.6份；
(2)将原料单质分三批、三个阶段加入到高频感应炉中进行熔炼，待所有的原料熔化后，在合金熔液表面覆盖一层覆盖剂，保温40-50min；
(3)利用氩气或者氮气将精炼剂喷入合金熔液中精炼处理25-35min，该精炼剂为NaCl、KCl和Na3AlF6组成的混合物，三者之间的质量比1:1:3；
(4)待炉温降至860-920℃，将精炼后的合金熔液连铸连轧成8-12cm的铝合金棒材，待铝合金棒材降至室温进行均匀化退火处理；
(5)将铝合金棒材经拉丝机拉制成直径为1-5mm的铝合金单线，并置于热处理炉中进行时效处理即可。
2.根据权利要求1所述的一种轻质合金导电线材的制备方法，其特征在于，所述合金导电线材由以下按重量份计的原料单质制成：Al 100份、Si 1.4份、Cu 2.0份、Mn 1.1份、Zn2.5份、Sc 1.2份、Y 1.5份、Co 0.8份、Dy 0.6份和Be 0.4份。
3.根据权利要求1所述的一种轻质合金导电线材的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，熔炼分为三个阶段：阶段一温度区间为650-670℃，保温时间40-50min；阶段二温度区间为1080-1360℃，保温时间30-40min；阶段三温度区间为1480-1560℃，保温时间2-3h。
4.根据权利要求3所述的一种轻质合金导电线材的制备方法，其特征在于，阶段一时，将Al和Zn加入到高频感应炉中熔制；阶段二时，将Cu、Si、Mn和Be加入到高频感应炉中熔制；阶段三时，将Dy、Co、Y和Sc加入到高频感应炉中熔制。
5.根据权利要求1所述的一种轻质合金导电线材的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述精炼剂用量为合金熔液重量的0.2-0.4％。
6.根据权利要求1所述的一种轻质合金导电线材的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述均匀化退火处理的温度为480-520℃，时间为40-50min。
7.根据权利要求1所述的一种轻质合金导电线材的制备方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述时效处理是先将炉温升至240-280℃，保温25-35min；再将炉温升至380-420℃，保温30-40min；最后将炉温降至180-220℃，保温30-40min。
8.根据权利要求7所述的一种轻质合金导电线材的制备方法，其特征在于，所述炉温的升温速率为10-20℃/min，炉温的降温速率为5-15℃/min。
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