CN107675048A - 一种高导电中强度铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种高导电中强度铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公共了一种高导电中强度铝合金及其制备方法，所述铝合金各组分及其重量百分比为：Mg含量为0.35～0.65％，Zn含量为0.4～1.0％，Cu含量为0.20～0.40％，Zr含量为0.30～0.60％，Er含量为0.15～0.35％，B含量0.01～0.06％，杂质元素Si含量≤0.1％，Fe含量≤0.15％，其它杂质元素总的含量≤0.15％，Al为平衡元素。其制备过程包括配比原料、原料熔炼、精炼、浇注、三级均匀化处理、挤压变形处理、时效处理、拉伸变形处理，其制备过程简单易行。所述铝合金力学性能良好，且具有高的导电性能。

Description

一种高导电中强度铝合金及其制备方法
技术领域
本发明属于有色金属技术领域，特别涉及一种高导电中强度铝合金。
背景技术
随着经济社会的发展，电力需求不断提升，对材料的导电性能越来越高。铝合金凭借良好的导电性能、成形性能与相对低廉的价格而日益成为主要导电材料。传统的导电材料大多采用铜合金加工而成，但成本较高。在相同电阻率条件下铝合金质量仅为铜合金50％。而且，铝合金表面形成氧化层，耐蚀性较好，“以铝代铜”已经成为当前发展趋势。铝合金的强度与导电性能存在根本性的矛盾。针对导电用6000系铝合金而言，需要进一步降低铝合金的成分，以提高合金导电性，但会降低合金强度。因此，需要研发出一种新型高导电铝合金。
微合金化和形变强化是提高合金性能的有效手段。例如，添加微量的Sc可提高Al-Mg合金的力学性能和再结晶温度，但Sc价格过于昂贵。稀土元素Er与Sc类似，能与铝形成与基体共格Al3Er弥散相，提高合金强度。另一方面，铝合金进行加工硬化，有效提高合金强度，但对导电性能影响较小。因此，本发明通过复合微合金化与形变强化提高以铝合金强度与导电性能。
发明内容
本发明提供一种高导电中强度铝合金及其制备方法，所述铝合金具有高导电性能及良好的力学性能，并且其制备方法简单易行。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种高导电中强度铝合金，各组分及其重量百分比为：Mg含量为0.35～0.65％，Zn含量为0.4～1.0％，Cu含量为0.20～0.40％，Zr含量为0.30～0.60％，Er含量为0.15～0.35％，B含量0.01～0.06％，杂质元素Si含量≤0.1％，Fe含量≤0.15％，其它杂质元素总的含量≤0.15％，Al为平衡元素。
进一步地，Zn与Mg的重量百分比为1∶1～2∶1。
进一步地，Cu与Mg的重量百分比为1∶3～1.2∶1。
一种高导电中强度铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照权利要求1中所述的成分及含量配比原料；
(2)原料熔炼：在温度750～770℃的条件下，先将高纯铝铝锭熔化，随后加入Al-Zr、Al-Er、Al-Cu、Al-B中间合金，待中间合金熔化后加入纯锌、纯镁及覆盖剂，
(3)精炼：在金属熔液中加入六氯乙烷进行除气处理，并充分搅拌，精炼时金属温度维持在730℃～750℃的范围内，精炼后应进行充分静置，静置时间不低于25分钟；
(4)浇注：当温度降至710℃～730℃，将充分静置后的合金熔液浇入温度为430℃～450℃金属模具内，即可获得合金铸锭；
(5)三级均匀化处理：对步骤(4)获得的合金铸坯进行三级均匀化，第一阶段在330～350℃下保温3～15h，第二阶段在400～440℃下保温15～35h，第三阶段在450～480℃下保温15～35h；
(6)挤压变形处理：对步骤(5)获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为470℃～500℃，变形系数为15～20，挤压变形处理后，对合金跟采用强制空冷冷却方式；
(7)时效处理：对步骤(6)获得的合金进行时效处理，时效温度100～140℃，时效时间为10～30h；
(8)拉伸变形处理：对步骤(7)获得的合金进行拉伸变形，拉伸变形量为50％～80％，拉伸变形处理后，最终获得所述铝合金。
本发明的有益效果为：①合理添加适量Cu、Zn元素，人工时效处理过程中可析出T相，从而提高所述铝合金的强度；②添加微量B元素，消除或者减弱V、Ti等微量元素对所述铝合金导电性能的有害影响，进一步提高导电性能；③采用Er元素细化晶粒，纯净合金熔体质量，抑制高温挤压再结晶，提高所述铝合金强度韧性；④采用多级均匀化处理工艺，使Al3Er、Al3Zr相在组织中均匀弥散析出，在不降低合金导电性的基础上，进一步提高所述铝合金强度与断裂韧性；④采用形变强化工艺，进一步提高所述铝合金强度，而不明显降低所述铝合金导电性；⑤利用Er替代Sc元素，获得良好的力学综合性能，同时降低了所述铝合金制备成本。
具体实施方式
实施例1
表1为高导电中强度铝合金中组分成分及重量百分比。
表1
铸锭号 Mg Zn Cu Zr Er B Fe Si Al
1# 0.38 0.90 0.30 0.45 0.25 0.03 <0.15 <0.10 余量
2# 0.55 0.7 0.35 0.5 0.225 0.05 <0.15 <0.10 余量
3# 0.63 0.60 0.24 0.35 0.30 0.06 <0.15 <0.10 余量
制备过程为：
(1)按照表1所示组分成分及重量百分比进行原料配料；
(2)熔炼：在760℃温度条件下，先将高纯铝铝锭熔化，随后加入Al-Zr、Al-Er、Al-Cu、Al-B中间合金，待中间合金熔化后加入纯锌、纯镁及覆盖剂；
(3)精炼：在合金熔液中加入六氯乙烷进行除气处理，并充分搅拌，精炼时金属熔液温度维持在740℃的范围内，精炼后应进行充分静置，静置时间不低于25分钟；
(4)浇注：当温度降至720℃，充分静置后将合金溶液浇入温度为440℃的金属模具中，即可获得合金铸锭；
(5)三级均匀化处理：对步骤(4)所得的合金铸坯进行三级均匀化处理，第一阶段在340℃下保温12h，第二阶段在420℃下保温24h，第三阶段在460℃下保温24h；
(6)挤压变形处理：对步骤(5)中获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为480℃，变形系数为22，挤压变形处理后采用强制空冷冷却方式；
(7)时效处理：对步骤(6)获得的合金进行时效处理，时效温度120℃，时效时间为24h；
(8)拉伸变形处理：对步骤(7)时效后合金进行拉伸变形处理，拉伸变量60％，最终获得本发明中所述铝合金。
表2为所获得合金性能列表。
表2
从表2可以看出：本发明所述铝合金在所述的制备工艺下可稳定的制备出时效抗拉强度超过250MPa，延伸率达到3.0％，电导率超过59.0ICAS％。在延伸率和电导率相同的前提下，该铝合金的力学性能超过传统导电铝合金(抗拉强度低于200MPa)，且成本相对较低，因而在导电电线、电导体等领域存在很大的应用潜力。
实施例2
表3为高导电中强度铝合金中组分成分及重量百分比。
表3
铸锭号 Mg Zn Cu Zr Er B Fe Si Al
4# 0.46 0.85 0.30 0.55 0.25 0.03 <0.15 <0.10 余量
5# 0.38 0.92 0.25 0.46 0.225 0.05 <0.15 <0.10 余量
6# 0.60 0.70 0.35 0.35 0.25 0.06 <0.15 <0.10 余量
制备过程为：
(1)按照表3所示组分成分及重量百分比进行原料配料；
(2)熔炼：在750℃温度条件下，先将高纯铝铝锭熔化，随后加入Al-Zr、Al-Er、Al-Cu、Al-B中间合金，待中间合金熔化后加入纯锌、纯镁及覆盖剂；
(3)精炼：在合金熔液中加入六氯乙烷进行除气处理，并充分搅拌，精炼时金属熔液温度维持在750℃的范围内，精炼后应进行充分静置，静置时间不低于25分钟；
(4)浇注：当温度降至730℃，充分静置后将合金溶液浇入温度为450℃的金属模具中，即可获得合金铸锭；
(5)三级均匀化处理：对步骤(4)所得的合金铸坯进行三级均匀化处理，第一阶段在350℃下保温12h，第二阶段在440℃下保温24h，第三阶段在450℃下保温24h；
(6)挤压变形处理：对步骤(5)中获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为490℃，变形系数为16，挤压变形处理后采用强制空冷冷却方式；
(7)时效处理：对步骤(6)获得的合金进行时效处理，时效温度140℃，时效时间为24h；
(8)拉伸变形处理：对步骤(7)时效后合金进行拉伸变形处理，拉伸变量80％，最终获得本发明中所述铝合金。
表4为为所获得合金性能列表。
表4
从表4可以看出：本发明所述铝合金在所述的制备工艺下可稳定的制备出时效抗拉强度超过250MPa，延伸率达到3.0％，电导率超过59.0ICAS％。在延伸率和电导率相同的前提下，该铝合金的力学性能超过传统导电铝合金(抗拉强度低于200MPa)，且成本相对较低，因而在导电电线、电导体等领域存在很大的应用潜力。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种高导电中强度铝合金，其特征在于，各组分及其重量百分比为：Mg含量为0.35～0.65％，Zn含量为0.4～1.0％，Cu含量为0.20～0.40％，Zr含量为0.30～0.60％，Er含量为0.15～0.35％，B含量0.01～0.06％，杂质元素Si含量≤0.1％，Fe含量≤0.15％，其它杂质元素总的含量≤0.15％，Al为平衡元素。
2.根据权利要求1所述的一种高导电中强度铝合金，其特征在于，Zn与Mg的重量百分比为1∶1～2∶1。
3.根据权利要求1所述的一种高导电中强度铝合金，其特征在于，Cu与Mg的重量百分比为1∶3～1.2∶1。
4.一种高导电中强度铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照权利要求1中所述的成分及含量配比原料；
(2)原料熔炼：在温度750～770℃的条件下，先将高纯铝铝锭熔化，随后加入Al-Zr、Al-Er、Al-Cu、Al-B中间合金，待中间合金熔化后加入纯锌、纯镁及覆盖剂，
(3)精炼：在金属熔液中加入六氯乙烷进行除气处理，并充分搅拌，精炼时金属温度维持在730℃～750℃的范围内，精炼后应进行充分静置，静置时间不低于25分钟；
(4)浇注：当温度降至710℃～730℃，将充分静置后的合金熔液浇入温度为430℃～450℃金属模具内，即可获得合金铸锭；
(5)三级均匀化处理：对步骤(4)获得的合金铸坯进行三级均匀化，第一阶段在330～350℃下保温3～15h，第二阶段在400～440℃下保温15～35h，第三阶段在450～480℃下保温15～35h；
(6)挤压变形处理：对步骤(5)获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为470℃～500℃，变形系数为15～20，挤压变形处理后，对合金注定跟采用强制空冷冷却方式；
(7)时效处理：对步骤(6)获得的合金进行时效处理，时效温度为100～140℃，时效时间为10～30h；
(8)拉伸变形处理：对步骤(7)获得的合金进行拉伸变形，拉伸变形量为50％～80％，拉伸变形处理后，最终获得所述铝合金。
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