一种全铝合金架空导线及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种全铝合金架空导线及其制备的方法，所述全铝合金架空导线的成分由Al、Mg、Si、Mo、Re、Se、Sc、Nb、Ru、Zr构成，其的维氏硬度不小于100HV，室温抗拉强度不小于330Mpa，伸长率不小于7%，导电率不小于57%IACS；产品长时间使用温度不小于100℃，通过230℃连续加热1小时后,强度残存率不低于85%。本发明专利技术所述的方法，通过三次合金化、变质处理、熔体精炼、铸态杆料退火处理、冷拉拔等步骤处理获得，最终实现具有优良物化性能的产品。本发明专利技术采用普通工业级铝锭为原料生产，生产成本与常规铝合金导线成本相当，而其维氏硬度、室温抗拉强度、伸长率，导电率较现有产品显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于输电设备
，尤其涉及架空输电线材及其制备技术，具有高强度和高导电率，具体涉及一种全铝合金导线及其制备方法。
技术介绍
近些年来，随着我国经济的持续快速健康发展，电力行业作为国民经济的保障发展十分迅速，逐渐形成“西电东送、南北互供、全国联网”的战略格局，远距离、大容量输电线路的新建与改造也势在必行。架空输电导线及其基础设施作为输送电路的载体，在输电线路中占有十分重要的地位。我国目前现有架空输电线路所使用的导线大部分仍旧是传统的钢芯铝绞线，存在拉重比较低、弧垂性能差、载流量小、耐腐蚀性差等非常明显的缺点。与传统的钢芯铝绞线相比，铝合金架空导线具有轻质节能、比强度高、耐腐蚀性好等非常明显的优势，因而近些年来得到了越来越多的关注。然而由于材料设计与制造技术的问题，现有铝合金导线制造技术存在难以兼顾导电率与强度的突出问题，其强度-导电率综合性能未能达到理想水平。此外，架空输电线路的使用范围特别广泛，如何在保证产品强度的前提下，进一步提高架空导线的耐热性能，从而提高输电线路的载流量，将具有极大的经济效益与社会效益。综上所述，针对输电网络实际使用环境与技术发展趋势的要求：首先急需解决的是现有架空导线制备技术中存在的无法兼顾导电率和强度的突出问题，即如何提供一种同时具备高强度高导电率的铝合金导线与制备方法，是科研机构与生产企业急需解决的重点课题。此外，若能同时再兼顾导线的耐热性能，将能够提高材料的使用温度，在相同导电率条件下，能够提供更大的电力输送能力，此类产品的应用将具有更好的社会推广潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有架空导线制备技术存在的无法兼顾导电率和强度的突出问题，提供一种获得高强度高导电率的铝合金导线及其制备方法。本专利技术实现上述目的所采取的技术方案是：一种全铝合金架空导线，由0.05-0.4wt%Mg,0.05-0.4wt%Si,0.02-0.1wt%Mo,0.05-0.1wt%Re,0.05-0.1wt%Se,0.05-0.3Scwt%,0.02-0.1wt%Nb,0.02-0.3Ru,0.02-0.5wt%Zr,余量为Al的元素成分组成。在室温下，本全铝合金架空导线的维氏硬度不小于100HV，室温抗拉强度不小于330Mpa，伸长率不小于7%，导电率不小于57.0%IACS，（InternationalAnnealedCopperStandard）。由本全铝合金架空导线绞制而成的截面积为400mm2、长度为10m的输电线，通电直至输电线自身的温度上升并稳定在100℃时，其载流量不小于1400A。制备本专利技术所述的全铝合金架空导线的方法，按如下步骤进行:步骤1：合金配料，进行一次合金化熔炼：取工业用铝、Al-Si中间合金、金属Re、Al2(SeO3)3粉末、Al-Sc中间合金、金属Ru块和Al-Zr中间合金，均匀混合后装入熔炼炉熔化和保温，得到一次合金化铝合金熔体。步骤2:球磨Mo，Nb粉，制备合金化添加剂，进行二次合金化熔炼。步骤3:将二次合金化熔体加入一次合金熔体,制备综合合金化熔体。步骤4:在综合合金化熔体中加入Mg，Zr元素，进行三次合金化及变质处理。步骤5:铝合金熔体精炼。步骤6：通过上引法制备直径为10.0-12.0mm的铝合金杆材。步骤7：铸态杆料退火处理。步骤8：在室温下,通过5-7道次,将退火杆料冷拉拔成3.0-4.0mm线材。步骤9：冷拉拔线材低温时效处理。进一步说，制备本专利技术所述的全铝合金架空导线的方法，具体按如下步骤实现：步骤1：取物料：90.000Kg工业用铝、0.250-2.000Kg的Al-Si中间合金、0.050-0.100Kg金属Re，0.090-0.180Kg的Al2(SeO3)3粉末，2.500kg-15.000Kg的Al-Sc中间合金，0.020-0.300Kg金属Ru块，均匀混合后装入熔炼炉炉膛，加热熔炼炉的炉体使物料充分熔化后，再将温度升至700-750℃，保温1小时后，停止加热，得到一次合金化铝合金熔体。步骤2：将0.500Kg的Mo粉与0.500Kg的Nb粉均匀混合，进行球磨后，取出球磨粉料，压制成直径10.0mm，高度6.0mm的块体材料，并在1200-1300℃进行烧结处理，随后将块体材料破碎成小块样品后，称重0.040-0.200Kg，与10.000Kg工业用铝均匀混合后，装入炉膛，加热炉体，令Mo粉、Nb粉与工业用铝的混合物充分熔化，随后加热到800-850℃，保温1小时后，停止加热，得到二次合金化铝合金熔体。步骤3：将步骤2得到的二次合金化铝合金熔体，通过平稳注入步骤1所得的一次合金化铝合金熔体中，加热炉体，使炉体在700-750℃保温10分钟后，开启电磁搅拌器，搅拌30分钟后，得到综合合金化铝合金熔体。步骤4：用干燥的铝箔紧密包裹0.050-0.400Kg金属Mg块，利用压勺将包裹的金属Mg块与0.400-10.000Kg的Al-Zr中间合金依次压入步骤3中所得的综合合金化铝合金熔体，使炉体在750-800℃保温30分钟后,得到变质处理铝合金熔体。步骤5：开启电磁搅拌器，对由步骤4获得的变质处理铝合金熔体进行30分钟的电磁搅拌，且加热熔炼炉，使炉体在700-750℃保温10分钟后，加入0.500Kg六氯乙烷精炼剂进行精炼并除渣，得到精炼后铝合金熔体。步骤6：将步骤5所得的精炼后铝合金熔体在700℃保温静置1小时后，将上引装置插入铝液进行引杆，制备铝合金直径为10.0-12.0mm的铝合金杆料，并卷曲成直径为1.5-2.0m的盘线，得到铸态盘线。步骤7：将步骤6所得铸态盘线放置入退火炉进行退火处理，保温温度200-400℃，保温时间2-4小时后，取出盘线，置于空气中使之自然冷却，得到退火盘线。步骤8：将步骤7所得退火盘线，利用连续拉拔机，在室温下进行5-7道次拉拔，制备成直径为3.0-4.0mm的线材，得到冷拉拔线材。步骤9：将步骤8所得冷拉拔线材放置进低温时效炉，在160-180℃条件下保温3-5小时后，取出后置于空气中自然冷却，得到成品。更进一步说，在步骤1中，工业用铝的纯度为99.7%。Al-Si中间合金的成分为20%wtSi与80wt%Al。Al-Sc中间合金的成分为2wt%Sc与98wt%Al。Al-Zr中间合金的成分为5wt%Zr，95wt%Al。更进一步说，在步骤2中，Mo粉的纯度为99.9%。工业用铝的纯度为99.7%。更进一步说，在步骤4中，金属Mg块与铝箔与的质量比不小于5:1。Al-Zr中间合金的成分为5wt%Zr，95wt%Al。更进一步说，在步骤8中，在室温下进行5-7道次的拉拔。更进一步说，5-7道次拉拔中的前三道次拉拔减径率控制在2.5~3:2-~2.5:1的范围内。有益的技术效果本专利技术提供一种全铝合金架空导线制备方法，通过成分与制备工艺的双重优化设计，通过特定的工艺条件，最大化发挥每种合金化元素的有益影响，使最终产品性能达到优异的力学-导电综合性能：室温维氏硬度不小于100HV，室温抗拉强度不小于330Mpa，伸长率不小于7%，导电率不小于57%IACS。本专利技术采用普通工业级铝锭(99.7%)为原料生产，采用添加微量元素的方式对其性能进行调整，且可采用工厂现有的设备进行生产，无需添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全铝合金架空导线，其特征在于: 由0.05‑0.4wt%Mg, 0.05‑0.4 wt% Si, 0.02‑0.1wt% Mo, 0.05‑0.1wt%Re, 0.05‑0.1wt%Se, 0.05‑0.3Sc wt%, 0.02‑0.1 wt% Nb, 0.02‑0.3Ru, 0.02‑0.5 wt% Zr, 余量为Al的元素成分组成； 在室温下，本全铝合金架空导线的维氏硬度不小于100HV，抗拉强度不小于330Mpa，伸长率不小于7%，导电率不小于57.0% IACS。

【技术特征摘要】
1.一种全铝合金架空导线，其特征在于:由0.05-0.4wt%Mg,0.05-0.4wt%Si,0.02-0.1wt%Mo,0.05-0.1wt%Re,0.05-0.1wt%Se,0.05-0.3Scwt%,0.02-0.1wt%Nb,0.02-0.3Ru,0.02-0.5wt%Zr,余量为Al的元素成分组成；在室温下，本全铝合金架空导线的维氏硬度不小于100HV，抗拉强度不小于330Mpa，伸长率不小于7%，导电率不小于57.0%IACS。2.根据权利要求1所述的一种全铝合金架空导线，其特征在于：在230℃下连续加热1小时后,本全铝合金架空导线的强度残存率不低于85%；本全铝合金架空导线在通电工作状态下，稳定输电的耐热值不低于100℃。3.制备权利要求1、2或3所述的一种全铝合金架空导线的方法，其特征在于：按如下步骤进行：步骤1:合金配料，进行一次合金化熔炼：取工业用铝、Al-Si中间合金、金属Re、Al2(SeO3)3粉末、Al-Sc中间合金、金属Ru块和Al-Zr中间合金，均匀混合后装入熔炼炉熔化和保温，得到一次合金化铝合金熔体；步骤2：球磨Mo，Nb粉，制备合金化添加剂，进行二次合金化熔炼；步骤3：将二次合金化熔体加入一次合金熔体,制备综合合金化熔体；步骤4：在综合合金化熔体中加入Mg，Zr元素，进行三次合金化及变质处理；步骤5：铝合金熔体精炼；步骤6：通过上引法制备直径为10.0-12.0mm的铝合金杆材；步骤7：铸态杆料退火处理；步骤8：在室温下,通过5-7道次,将退火杆料冷拉拔成3.0-4.0mm线材；步骤9：冷拉拔线材低温时效处理。4.根据权利要求3所述的制备一种全铝合金架空导线的方法，其特征在于：各步骤的具体方法为：步骤1：取物料：90.000Kg工业用铝、0.250-2.000Kg的Al-Si中间合金、0.050-0.100Kg金属Re，0.090-0.180Kg的Al2(SeO3)3粉末，2.500kg-15.000Kg的Al-Sc中间合金，0.020-0.300Kg金属Ru块，均匀混合后装入熔炼炉炉膛，加热熔炼炉的炉体使物料充分熔化后，再将温度升至700-750℃，保温1小时后，停止加热，得到一次合金化铝合金熔体；步骤2：将0.500Kg的Mo粉与0.500Kg的Nb粉均匀混合，进行球磨后，取出球磨粉料，压制成直径10.0mm，高度6.0mm的块体材料，并在1200-1300℃进行烧结处理，随后将块体材料破碎成小块样品后，称重0.040-0.200Kg，与10.000Kg工业用铝均匀混合后，装入炉膛，加热炉体，令Mo粉、Nb粉与...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉程，张真，周士昂，闫华，李萍，黄新民，李亨，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34