CN112662923B

CN112662923B - 铝合金导体及其制备方法

Info

Publication number: CN112662923B
Application number: CN202011372997.5A
Authority: CN
Inventors: 罗天纵; 姚茂海; 王选理; 王志坚; 吕晶; 李�杰
Original assignee: Hunan rare earth metal material research institute
Current assignee: Hunan rare earth metal material research institute
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2040-11-30
Also published as: CN112662923A

Abstract

本发明提供一种铝合金导体及其制备方法，其中，铝合金导体包括如下质量百分比的元素：镁：0.50％～0.70％、硅：0.35％～0.60％、铜：0.05％～0.15％、铁：0.05％～0.20％、锆：0.01％～0.15％、钇：0.03％～0.15％、钛：0.003％～0.015％、硼：0.03％～0.05％、锰：0.001％～0.015％、不可避免杂质：总含量<0.15％、余量为铝。利用本发明，能够解决现有技术中现有的导电铝合金由于加入提高强度的合金元素，大幅降低铝合金的导电率等问题。

Description

铝合金导体及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电材料技术领域，更为具体地，涉及一种铝合金导体及其制备方法。

背景技术

目前在电力工业领域中，由于铝合金导体具有价格低廉、重量轻、强度高、加工性能良好、导电性和耐腐蚀性能优异等优势，“以铝代铜”成为主要的发展趋势。铝合金导体已应用于电线电缆、交轨型材、电极等领域，取得了良好的经济效益和社会效益。

随着工业的发展，对铝合金提出了更高的要求，铝合金的强度、塑性等指标已经无法满足使用要求。在满足力学性能的基础上，铝合金产品还应满足导电性能的要求，同时铝合金的导电能力可反应其成分均匀性和内部组织。对于Al-Mg-Si系铝合金而言，可通过热处理工艺调控合金组织，从而制备出满足力学性能与导电性能的铝合金。

当前的导电铝合金力学性能与导电性能难以兼顾，这是由于加入提高强度的合金元素，通常在铝中有一定的固溶度，当合金元素固溶到铝中，大幅降低铝合金的导电率。作为导电率合金，导电性能下降，导致使用能耗增加。为了节能减排，提高能源利用率，设计开发一种兼顾强度及导电性能的铝合金变得势在必行。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种铝合金导体及其制备方法，以解决现有技术中现有的导电铝合金由于加入提高强度的合金元素，大幅降低铝合金的导电率等问题。

本发明提供一种铝合金导体，包括如下质量百分比的元素：

镁：0.50％～0.70％、硅：0.35％～0.60％、铜：0.05％～0.15％、铁：0.05％～0.20％、锆：0.01％～0.15％、钇：0.03％～0.15％、钛：0.003％～0.015％、硼：0.03％～0.05％、锰：0.001％～0.015％、不可避免杂质：总含量<0.15％、余量为铝。

此外，优选的方案是，所述不可避免杂质的单个杂质的含量<0.04％。

此外，优选的方案是，所述不可避免杂质包括：钒、铬。

本发明提供一种如上所述的铝合金导体的制备方法，所述方法包括如下步骤：

按照铝合金导体的元素质量百分比，称取铝锭、镁锭和铝中间合金作为制备原料；其中，所述铝中间合金包括：铝硅合金、铝铜合金、铝铁合金、铝锆合金、铝钇合金、铝钛合金、铝硼合金和铝锰合金；

将所述铝锭、所述镁锭和所述铝中间合金加入到690℃～710℃的熔炼炉中，待所有所述制备原料完全熔化，得到第一熔体；

对所述第一熔体进行精炼、除气、除渣，得到第二熔体；

将所述第二熔体在740℃～750℃的温度下，静置30min～60min，浇铸得到合金铸锭；

将所述合金铸锭在530℃～560℃的温度下进行均匀化处理，并将均匀化处理后的合金铸锭水冷处理，得到均匀化的合金铸锭；

将所述均匀化的合金铸锭保温后热挤压，并对热挤压后的合金铸锭通过风机冷却或水冷处理后，得到合金棒材；

将所述合金棒材进行时效处理，并对时效处理后的合金棒材进行水冷处理后，得到铝合金导体；其中，所述时效温度为175℃～240℃，时效时间为6h～12h。此外，优选的方案是，所述铝锭的纯度大于99.7％；和/或，所述镁锭的纯度大于99.99％。

此外，优选的方案是，在所述对所述第一熔体进行精炼、除气、除渣，得到第二熔体的过程中，

所述精炼和所述除气的温度均为730℃～750℃；和/或，

采用氩气对所述第一熔体进行除气，其中，所述氩气流量为3L/min～8L/min，除气的时间为3min～6min；和/或，

所述精炼时采用的精炼剂为六氯乙烷，所述六氯乙烷的用量为所述铝锭、所述镁锭和所述铝中间合金总质量的0.30％～0.1％。

此外，优选的方案是，在将所述第二熔体在740℃～750℃的温度下，静置30min～60min，浇铸得到合金铸锭的过程中，

通过双层泡沫陶瓷对所述第二熔体进行过滤，得到滤后的第二熔体，其中，所述双层泡沫陶瓷的陶瓷孔径为20～40/40～50ppi；

将所述滤后的第二熔体浇铸至预热水冷模具中，得到合金铸锭；其中，所述预热水冷模具的预热温度为200℃～300℃。

此外，优选的方案是，在将所述合金铸锭在530℃～560℃的温度下进行均匀化处理，并将均匀化处理后的合金铸锭水冷处理，得到均匀化的合金铸锭的过程中，，

所述均匀化处理的时间为6h～12h。

此外，优选的方案是，在将所述均匀的合金铸锭保温后热挤压，并对热挤压后的合金铸锭通过风机冷却或水冷处理后，得到合金棒材的过程中，

挤压温度为490℃～520℃，挤压筒温度460℃～490℃，保温时间1h～2h，冷却方式为风机冷却或水冷。

此外，优选的方案是，所述铝合金导体的抗拉强度≥230MPa；和/或，断后伸长率≥11％；和/或，导电率≥55％IACS。

从上面的技术方案可知，本发明提供的铝合金导体及其制备方法，通过铝合金导体包括的各种元素以及各元素的量，能够有效解决现有技术中导电铝合金由于加入提高强度的合金元素，大幅降低铝合金的导电率的问题；通过加入铁、铜可提高铝合金导体的力学性能，生成金属间化合物，这些金属间化合物提高合金的力学性能，铁在625℃下在铝中固溶度为0.043％，铁在铝中的固溶度较小，对导电率影响较小；锆、钛、锰、硼、钇是有效的晶粒细化元素，通过细化晶粒，提高铝合金的力学性能，但微量的锆、钛、锰、可大幅降低铝合金的导电率。通过控制锆、钛、锰的含量，提高力学性能的前提下，小幅降低导电率。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的铝合金导体的制备方法流程示意图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

针对前述提出的现有的导电铝合金由于加入提高强度的合金元素，大幅降低铝合金的导电率，目前缺少一种兼顾强度及导电性能的铝合金等问题，本发明提出了一种铝合金导体及其制备方法。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1示出了根据本发明实施例的铝合金导体的制备方法流程。

如图1所示，本发明提供的铝合金导体的制备方法，包括如下步骤：

S1、按照铝合金导体的元素质量百分比，称取铝锭、镁锭和铝中间合金作为制备原料；其中，所述铝中间合金包括：铝硅合金、铝铜合金、铝铁合金、铝锆合金、铝钇合金、铝钛合金、铝硼合金和铝锰合金。

其中，铝合金导体包括如下质量百分比的元素：

具体的，不可避免杂质的单个杂质的含量<0.04％。铝合金导体的杂质是不可避免的，某种单个杂质的含量过多，对铝合金导体的性能，会产生一定的影响，因此，需要对不可避免杂质的单个杂质的含量进行控制。

不可避免杂质包括：钒、铬。铝合金导体中主要的不可避免杂质为钒、铬，但不排除还可能包括其它杂质。

铝锭的纯度大于99.7％；和/或，镁锭的纯度大于99.99％。高含量纯度的铝锭和镁锭能够减少对杂质的引入。

S2、将铝锭、镁锭和铝中间合金加入到690℃～710℃的熔炼炉中，待所有制备原料完全熔化，得到第一熔体。

其中，铝锭、镁锭和铝中间合金按熔点加入熔炼炉，熔炼炉预先加热至690℃～710℃，能够使合金化效果更好。

S3、对第一熔体进行精炼和除气，得到第二熔体。

具体的，在对第一熔体进行精炼、除气、除渣，得到第二熔体的过程中，

精炼和除气的温度均为730℃～750℃；和/或，

采用氩气对第一熔体进行除气，其中，氩气流量为3L/min～8L/min，除气的时间为3min～6min；和/或，

精炼时采用的精炼剂为六氯乙烷，六氯乙烷的用量为铝锭、镁锭和铝中间合金总质量的0.30％～0.1％。S4、将第二熔体在740℃～750℃下，静置30min～60min，浇铸得到合金铸锭。

具体的，在将第二熔体在740℃～750℃的温度下，静置30min～60min，浇铸得到合金铸锭的过程中，

通过双层泡沫陶瓷对第二熔体进行过滤，得到滤后的第二熔体，其中，双层泡沫陶瓷的陶瓷孔径为20～40/40～50ppi；

将滤后的第二熔体浇铸至预热水冷模具中，得到合金铸锭；其中，预热水冷模具的预热温度为200℃～300℃。

S5、将合金铸锭在530℃～560℃的温度下进行均匀化处理，并将均匀化处理后的合金铸锭水冷处理，得到均匀化的合金铸锭。

具体的，在将合金铸锭在530℃～560℃的温度下进行均匀化处理，并将均匀化处理后的合金铸锭水冷处理，得到均匀化的合金铸锭的过程中，

均匀化处理的时间为6h～12h，冷却方式为水冷。

S6、将均匀化的合金铸锭保温后热挤压，并对热挤压后的合金铸锭通过风机冷却或水冷处理后，得到合金棒材。

具体的，在将均匀化的合金铸锭保温后热挤压，并对热挤压后的合金铸锭通过风机冷却或水冷处理后，得到合金棒材的过程中，

S7、将合金棒材进行时效处理，并对时效处理后的合金棒材进行水冷处理后，得到铝合金导体；其中，时效温度为175℃～240℃，时效时间为6h～12h。

作为本发明的优选实施例，铝合金导体的抗拉强度≥230MPa；和/或，断后伸长率≥11％；和/或，导电率≥55％IACS。

通过下述具体实施例对本发明进行进一步描述。

实施例1

铝合金导体的元素质量百分比如下：

镁：0.60％、硅:0.45％、铜：0.15％、铁：0.05％、锆：0.03％、钇：0.13％、钛:0.015％、硼：0.03％、锰：0.005％，余量为Al和不可避免杂质。

S1、按照上述铝合金导体的元素质量百分比，称取纯度为99.99％的铝锭、纯度为99.99％的镁锭和铝中间合金作为制备原料；其中，铝中间合金包括：铝硅合金、铝铜合金、铝铁合金、铝锆合金、铝钇合金、铝钛合金、铝硼合金和铝锰合金；

S2、将纯度为99.99％的铝锭、纯度为99.99％的镁锭和铝中间合金加入到700℃的熔炼炉中，待所有制备原料完全熔化，得到第一熔体；

S3、在740℃的温度下，对第一熔体进行精炼、除气、除渣，得到第二熔体；其中，采用流量为5L/min的氩气对第一熔体进行除气，除气时间为3min；精炼时采用的精炼剂为六氯乙烷，用量为铝锭、镁锭和铝中间合金总质量的0.50％；

S4、将第二熔体在740℃的温度下，静置45min后，通过双层泡沫陶瓷对第二熔体进行过滤，得到滤后的第二熔体，其中，双层泡沫陶瓷的陶瓷孔径为20/40ppi；将滤后的第二熔体浇铸至预热温度为260℃的预热水冷模具中，得到合金铸锭。

S5、将合金铸锭在560℃的温度下进行均匀化处理12h，并将均匀化处理后的合金铸锭水冷处理，得到均匀化的合金铸锭；

S6、将均匀化的合金铸锭在500℃的温度下保温2h后热挤压，并对挤压后的合金铸锭通过风机冷却后，得到合金棒材；其中；挤压筒温度490℃，挤压比为36；

S7、将合金棒材进行时效处理，时效处理后的合金棒材经过水冷处理后，得到铝合金导体；其中，时效温度为200℃，时效时间为12h。

实施例2

铝合金导体的元素质量百分比如下：

镁：0.50％、硅:0.35％、铜：0.10％、铁：0.15％、锆：0.08％、钇：0.1％、钛:0.005％、硼：0.03％、锰：0.001％，余量为Al和不可避免杂质。

S4、将第二熔体在740℃的温度下，静置30min后，通过双层泡沫陶瓷对第二熔体进行过滤，得到滤后的第二熔体，其中，双层泡沫陶瓷的陶瓷孔径为30/40ppi；将滤后的第二熔体浇铸至预热温度为260℃的预热水冷模具中，得到合金铸锭。

S5、将合金铸锭在550℃的温度下进行均匀化处理12h，并将均匀化处理后的合金铸锭水冷处理后，得到均匀化的合金铸锭；

S6、将均匀化的合金铸锭在520℃的温度下保温2h后热挤压，并对挤压后的合金铸锭通过风机冷却后，得到合金棒材；其中；挤压筒温度490℃，挤压比为36；

S7、将合金棒材进行时效处理，时效处理后的合金棒材经过水冷处理后，得到铝合金导体；其中，时效温度为190℃，时效时间为12h。

实施例3

铝合金导体的元素质量百分比如下：

镁：0.50％、硅:0.35％、铜：0.10％、铁：0.10％、锆：0.05％、钇：0.05％、钛:0.004％、硼：0.05％、锰：0.008％，余量为Al和不可避免杂质。

S4、将第二熔体在750℃的温度下，静置30min后，通过双层泡沫陶瓷对第二熔体进行过滤，得到滤后的第二熔体，其中，双层泡沫陶瓷的陶瓷孔径为20/40ppi；将滤后的第二熔体浇铸至预热温度为260℃的预热水冷模具中，得到合金铸锭。

S7、将合金棒材进行时效处理，时效处理后的合金棒材经过水冷处理后，得到铝合金导体；其中，时效温度为210℃，时效时间为10h。

对比例1

铝合金导体的元素质量百分比如下：

镁：0.60％、硅:0.45％、铜：0.05％、铁：0.05％、锆：0.01％，余量为Al和不可避免杂质。

按照本领域常规的铝合金导体的制备方法，制备出铝合金导体。

对比例2

铝合金导体的元素质量百分比如下：

镁：0.60％、硅:0.50％，余量为Al和不可避免杂质。

表1为对上述各实施例及对比例得到的铝合金导体进行导电率和力学性能测试得到的结果。

表1

根据表1得到的对各个实施例及对比例得到的铝合金导体的导电率和力学性能测试得到的结果，明显看出，本发明提供的铝合金导体及其制备方法制备出的铝合金导体能够在提高力学性能的前提下，小幅降低导电率。解决现有技术中导电铝合金由于加入提高强度的合金元素，大幅降低铝合金的导电率等问题。

通过上述实施方式可以看出，本发明提供的铝合金导体及其制备方法，通过铝合金导体包括的各种元素以及各元素的量，能够有效解决现有技术中导电铝合金由于加入提高强度的合金元素，大幅降低铝合金的导电率的问题；通过加入铁、铜可提高铝合金导体的力学性能，生成金属间化合物，这些金属间化合物提高合金的力学性能，铁在625℃下在铝中固溶度为0.043％，铁在铝中的固溶度较小，对导电率影响较小；锆、钛、锰、硼、钇是有效的晶粒细化元素，通过细化晶粒，提高铝合金的力学性能，但微量的锆、钛、锰、可大幅降低铝合金的导电率。通过控制锆、钛、锰的含量，提高力学性能的前提下，小幅降低导电率。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的铝合金导体及其制备方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的铝合金导体及其制备方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims

1.一种铝合金导体，其特征在于，包括如下质量百分比的元素：

镁：0.50％～0.70％、硅：0.35％～0.60％、铜：0.05％～0.15％、铁：0.05％～0.20％、锆：0.01％～0.15％、钇：0.03％～0.15％、钛：0.003％～0.015％、硼：0.03％～0.05％、锰：0.001％～0.015％、不可避免杂质：总含量<0.15％、余量为铝；其中，所述不可避免杂质的单个杂质的含量<0.04％。

2.根据权利要求1所述的铝合金导体，其特征在于，

所述不可避免杂质包括：钒、铬。

3.一种如权利要求1或2任意一项所述的铝合金导体的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

对所述第一熔体进行精炼、除气、除渣，得到第二熔体；

将所述合金棒材进行时效处理，并对时效处理后的合金棒材进行水冷处理后，得到铝合金导体；其中，所述时效温度为175℃～240℃，时效时间为6h～12h。

4.根据权利要求3所述的铝合金导体的制备方法，其特征在于，

所述铝锭的纯度大于99.7％；和/或，

所述镁锭的纯度大于99.99％。

5.根据权利要求3所述的铝合金导体的制备方法，其特征在于，

在所述对所述第一熔体进行精炼、除气、除渣，得到第二熔体的过程中，

所述精炼和所述除气的温度均为730℃～750℃；和/或，

6.根据权利要求3所述的铝合金导体的制备方法，其特征在于，

在将所述第二熔体在740℃～750℃的温度下，静置30min～60min，浇铸得到合金铸锭的过程中，

7.根据权利要求3所述的铝合金导体的制备方法，其特征在于，

在将所述合金铸锭在530℃～560℃的温度下进行均匀化处理，并将均匀化处理后的合金铸锭水冷处理，得到均匀化的合金铸锭的过程中，

所述均匀化处理的时间为6h～12h。

8.根据权利要求3所述的铝合金导体的制备方法，其特征在于，

在将所述均匀化的合金铸锭保温后热挤压，并对热挤压后的合金铸锭通过风机冷却或水冷处理后，得到合金棒材的过程中，

挤压温度为490℃～520℃，挤压筒温度460℃～490℃，保温时间1h～2h，冷却方式为风机快冷或水冷。

9.根据权利要求3所述的铝合金导体的制备方法，其特征在于，

所述铝合金导体的抗拉强度≥230MPa；和/或，

断后伸长率≥11％；和/或，

导电率≥55％IACS。