一种Al-Er-B耐热合金单丝及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种Al‑Er‑B耐热合金单丝及其制备方法，合金单丝由下述重量百分比的合金元素制成：B：0.01～0.02％，Er：0.08～0.15％，Si:≤0.06％，Fe:≤0.2％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.012％，余量为铝和不可避免的其它杂质。该合金中加入微量合金元素，添加微量稀土Er元素对合金进行改性并优化调整合金元素含量，保证了合金力学性能，提高了导电率，单丝导电率≥62.3％IACS，20℃、抗拉强度≥161MPa、延伸率为2.5％、230℃保温1h强度残存率≥90％、满足了长期运行温度为150℃的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种Al-Er-B耐热合金单丝及其制备方法
本专利技术属于输电线路架空导线制造
，具体讲涉及一种Al-Er-B耐热合金单丝及其制备方法。
技术介绍
合金材料架空导线的研究和应用已有进一个世纪的历程，由于其强度高、重量轻，并有较好的导电性能，1921年美国就开始采用铝合金材料作为导体。现有的电网建设对架空输电导线的要求越来越高，远距离、大容量、大跨度的新型输电线路呈增长趋势。输电线路的高压化、远距离和大容量化对输电线路的耐热性和强度的要求越来越高，为了使铝合金导线在正常运行温度下长期运行过程中强度不降低，不增加导线弧垂，通常在电工纯铝中加入锆、钛等提高铝的再结晶温度从而提高铝合金导线的耐热性。但是锆、钛合金元素的加入虽然保证了耐热性，会引起铝合金导线导电率的降低。而铝合金中的杂质元素V、Ti、Cr对其导电性能影响也很大，实验表明每1％的(Cr+Ti+Mn+V)对其导电性能的降低是每1％的Si的5倍。铝导体中的Ti、V、Cr等杂质元素在固溶态存在时，很容易吸收导体材料内的自由电子而填充它们不完整的电子层。这种传导的电子数目的减少无疑导致了铝导体导电性的降低。膨化处理使杂质元素发生反应，使之由固态转变为化合态并沉积于溶体底部，对铝合金导电性能得到一定的提高，但是锆、钛合金元素的存在，会与过量的B产生一定的晶粒细化效果，使合金高温强度降低，耐热性变差。名称为一种高导耐热铝合金单丝及其制备方法的2015102005542.9号中国专虽然保证了耐热性，但降低了合金的导电性。因此，需提供一种耐热性好，导电性能优异的合金。
技术实现思路
为克服现有技术存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种高导耐热合金单丝及其制备方法，在不添加锆元素的前提下，通过加入微量Er、B元素改善了合金的微观组织与综合性能，该合金导电率不低于62.3％IACS(20℃)、抗拉强度不低于161MPa、延伸率不低于2.5％、长期耐热温度≥150℃(230℃保温1h强度残存率≥90％)。为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种Al-Er-B耐热合金单丝，所述合金单丝由下述重量百分比的合金元素制成：硼B：0.01～0.02％，铒Er：0.08～0.15％，硅Si:≤0.06％，铁Fe:≤0.2％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)≤0.012％，余量为铝和不可避免的其它杂质。优选的，所述合金单丝由下述重量百分比的合金元素制成：B：0.02％，Er：0.13％，Si:0.04％，Fe:0.08％，V+Ti+Cr+Mn0.005％，余量为铝和不可避免的杂质。优选的，所述合金单丝由下述重量百分比的合金元素制成：B：0.015％，Er：0.14％，Si:0.03％，Fe:0.04％，V+Ti+Cr+Mn0.008％，余量为铝和不可避免的杂质。优选的，所述合金单丝由下述重量百分比的合金元素制成：B：0.012％，Er：0.15％，Si:0.05％，Fe:0.2％，V+Ti+Cr+Mn0.011％，余量为铝和不可避免的杂质。一种制备如上述任一项所述Al-Er-B耐热合金单丝的方法，所述方法包括如下步骤：(1)于730～750℃下，向纯度≥99.7％的铝锭熔融物中加入所述合金元素；(2)搅拌下于步骤1)的熔融物中710～730℃下喷吹氮气5～15min，扒渣或加入C2Cl6，730～750℃下保温静置10～20min，扒渣；(3)700～720℃下将步骤2)得到的铝合金液浇入金属模具；520～530℃下入轧，经5道次轧制成φ9.5mm的铝合金圆杆；(4)将步骤4)制得铝合金圆杆拉丝，得Φ3～4mm的单丝；(5)将步骤5)制得的单丝在180～220℃下保温3～10h。优选的，步骤1)中按下述顺序加入所述合金元素：铝锭完全熔化后加入铝-硼Al-B中间合金进行硼化处理；730～750℃下加入铝-铒Al-Er中间合金熔化、搅拌10～15min和静置15～20min。优选的，所述步骤2)中在740℃下，按铝液质量0.1％的比例加入除渣剂。优选的，所述步骤2)中喷吹氮气并按铝液质量4％的比例加入精炼剂或喷吹六氯乙烷，喷吹35min，在740℃下保温静置40min；所述精炼剂包括按重量份数计的氯化钾24；氯化钠35；氟化钙14；碳酸钠50；硫酸钠15；六氟铝酸钠12和六氯乙烷6。优选的，所述步骤3)浇入金属模具，在700℃下，将步骤2)得到的铝合金液浇入结晶轮内得连铸坯，555℃下，以10m/min的出坯速度出坯。优选的，所述步骤1)加入的合金元素为中间合金。硼B：在众多的影响因素中，化学成分是影响铝导体电导率最基本的因素，因此降低杂质元素对电导率的影响是提高铝导体电导率的关键之举。杂质元素如果以固溶状态存在，对导电性能的影响更大。硼化处理是降低杂质含量的一种有效方法，即在铝合金中加入一定量的B元素后，能够和过渡族杂质元素Cr、Mn、V、Ti等发生反应，使之由固溶态转变为化合态并沉积于熔体底部，从而提高铝合金的导电性能。铒Er：本专利技术中加入稀土Er可以显著提高铝合金的导电率、强度和耐热性。通过热处理Er与Al反应生成Al3Er沉淀相，从而提高合金强度；Al3Er为耐高温相，因此可保证合金的耐热性能；由于Er元素还能与Fe、Si等杂质元素反应，使杂质元素从固溶态转变为析出态，从而可提高合金的导电性能。硅Si：硅是工业铝中的主要杂质元素之一，Si可与Fe、Re等元素反应生成第二相，从而提高铝合金的力学性能。铁Fe：铝中含有一定量的铁，是工业铝中的一种主要杂质。铁对铸造铝的力学性能是有害的，因为其通常以粗大的一次晶体出现，或以铝-铁-硅化合物形式存在，它们一定程度上都提高了铝的硬度，但使铝的塑性降低。研究表明，铁可以提高铝导体强度，并不显著降低其导电性。但也有资料表明在实际生产中，铝导体中的Fe过高则会使其电阻率显著升高，所以也应该注意控制铁的含量。钒V、锰Mn、铬Cr、钛Ti：这几种元素均为合金中的杂质元素，对铝合金的导电性能影响较大。铝导体中的Ti、V、Mn、Cr等杂质元素在固溶态存在时，很容易吸收导体材料内的自由电子而填充它们不完整的电子层。这种传导电子数目的减少导致了铝导体导电性的降低。研究表明，每1％(Cr+Ti+Mn+V)的有害作用为每1％硅对铝导电性有害作用的5倍。由此可以看出严格控制这几种元素的含量对保证铝导体的质量具有重要的实际应用意义。与最接近的现有技术比，本专利技术的有益效果包括：1、本专利技术提供的技术方案在不添加锆元素的前提下，合金中加入微量稀土Er元素，通过本专利技术提供热处理形成Al3Er相，该AlEr相具有较好的高温稳定性，且Er元素可使Fe、Si从固溶原子转变为第二相，从而减小了晶格畸变，在保证合金力学性能和耐热性能的基础上又提高了导电率，20℃下的单丝导电率≥62.3％IACS。2、本专利技术提供的高导耐热合金单丝，通过控制合金中杂质元素含量，较低的铒含量能达到较高的导电率和较高的强度，降低了成本。3、本专利技术提供的高导耐热合金单丝，通过控制合金中杂质元素含量，抗拉强度≥161MPa。4、本专利技术提供的高导耐热合金单丝，通过控制合金中杂质元素含量，其延伸率≥2.5％。5、本专利技术提供的高导耐热合金单丝，控制合金中杂质元素含量，230℃保温1h强度残余率≥90％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Al‑Er‑B耐热合金单丝，其特征在于，所述合金单丝由下述重量百分比的合金元素制成：硼B：0.01～0.02％，铒Er：0.08～0.15％，硅Si:≤0.06％，铁Fe:≤0.2％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)≤0.012％，余量为铝和不可避免的其它杂质。

【技术特征摘要】
1.一种Al-Er-B耐热合金单丝，其特征在于，所述合金单丝由下述重量百分比的合金元素制成：硼B：0.01～0.02％，铒Er：0.08～0.15％，硅Si:≤0.06％，铁Fe:≤0.2％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)≤0.012％，余量为铝和不可避免的其它杂质。2.如权利要求1所述的一种Al-Er-B耐热合金单丝，其特征在于：所述合金单丝由下述重量百分比的合金元素制成：B：0.02％，Er：0.13％，Si:0.04％，Fe:0.08％，V+Ti+Cr+Mn:0.005％，余量为铝和不可避免的杂质。3.如权利要求1所述的一种Al-Er-B耐热合金单丝，其特征在于：所述合金单丝由下述重量百分比的合金元素制成：B：0.015％，Er：0.14％，Si:0.03％，Fe:0.04％，V+Ti+Cr+Mn：0.008％，余量为铝和不可避免的杂质。4.如权利要求1所述的一种Al-Er-B耐热合金单丝，其特征在于：所述合金单丝由下述重量百分比的合金元素制成：B：0.012％，Er：0.15％，Si:0.05％，Fe:0.2％，V+Ti+Cr+Mn：0.011％，余量为铝和不可避免的杂质。5.一种制备如权利要求1～4任一项所述Al-Er-B耐热合金单丝的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)于730～750℃下，向纯度≥99.7％的铝锭熔融物中加入所述合金元素；(2)搅拌下于步骤1)的熔融物中710～730℃下喷吹氮气5～15min，扒渣或加入六氯乙烷，730～750℃下保温静置1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈保安，祝志祥，张强，韩钰，陈新，潘学东，丁一，葛维春，杨长龙，黄旭，张宏宇，李悦悦，陈川，刘昕，马光，聂京凯，程灵，王广克，赵蕊，王晓芳，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司，国网辽宁省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11