Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料技术领域，具体涉及一种Al‑Si‑Mg‑Fe‑Cu导电合金杆及其制备方法。所述导电合金杆以质量百分比计，其元素组成为，Si：3.8‑4.0％，Mg：0.5‑0.8％，Fe：0.1‑0.3％，Cu：0.08‑0.1％，B：0.05‑0.1％，Sr：0.01‑0.04％，其余为Al。本发明专利技术在合金熔炼过程中中加入B和Sr进行硼化及变质复合处理，浇铸成铸件后，利用挤压变形，固溶、时效热处理改变共晶Si、AlFeSi、Mg2Si等第二相的颗粒尺寸和分布，使其呈现细小颗粒状、弥散分布。本发明专利技术导电合金杆具有优异的力学性能，良好的导电率，且成本低、工艺简单、成品率高。

Al Si Mg Fe Cu conductive alloy rod and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of metal materials, in particular to a Al Si Mg Fe Cu conductive alloy rod and preparation method thereof. The conductive alloy rod with the mass percent, the elements of Si:3.8, Mg:0.5 4%, 0.8%, 0.3% Cu:0.08 0.1% Fe:0.1,, B:0.05 0.1%, Sr:0.01 0.04%, the rest is Al. The present invention added B and Sr in the process of melting alloy of boride and metamorphic composite processing, casting casting, using extrusion, solid solution and aging treatment to change the particle size and distribution of eutectic Si, AlFeSi and Mg2Si second phase, so as to make the fine particles, dispersion distribution. The conductive alloy rod has excellent mechanical properties, good electric conductivity, low cost, simple process and high yield.

【技术实现步骤摘要】
Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆及其制备方法
本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆及其制备方法。
技术介绍
铝合金导电材料是目前电气工业的重要基础材料之一。铝及铝合金具有密度小、比强度高、导电导热性能好等优点，在汽车制造、航空航天等领域得到广泛应用。近年来，随着电气电工行业的发展，铝及铝合金越来越多地应用于电线电缆、电器开关等领域，以取代目前广泛应用的铜及铜合金导体。从国家资源战略的角度，扩大铝合金导电材料在电线电缆产品中的应用范围，“以铝节铜”成为导电材料的一个重要发展趋势并且对于产业的可持续发展具有重要战略意义。目前，铝合金导电材料广泛应用于架空输电线、大跨度电线、电力电缆和通信电缆等领域。其中，架空输电线要求铝合金材料具有低密度、低线损、高强度、抗蠕变、耐高温、耐腐蚀等特性，尤其是要求其抗拉强度不低于300MPa，导电率高于53.0％IACS。亚共晶Al-Si合金具有流动性好、导电导热性好、力学性能优异等特性，常用于制作架空输电线，其应用可加大杆塔档距、减少杆塔用量、减少线路损耗、降低项目总成本等。但是，亚共晶Al-Si合金的导电性与力学性能兼顾性差，很难同时满足架空输电线的性能需求，成为限制其推广应用的瓶颈问题。中国专利CN103397226A公开一种元素组成含有Al、Si、Mg、Fe、Cu、Zn及B的铝合金杆材，其组成元素的含量极低，特别是Si元素含量仅为0.08％-0.1％，相应合金导电率仅为59.5％-60％，且未提及该材料的力学性能。中国专利CN104805335A公开一种低电阻率铝合金杆，其组成元素含量均较低，其中Si元素含量0.04％-0.06％且含有稀土元素，其目的是仅利用稀土来提高合金的导电率。现有技术中，导电铝合金的组成元素含量较低，获得的铝合金杆强度不高，属于中强度铝合金，废品率较高，而废品产生的主要原因是由于中强度铝合金杆工艺性能波动引起断线，以及电性能波动引起电阻率超标，如此高的废品率不仅降低了中强度铝合金杆的生产效率，而且加大了中强度铝合金杆的生产成本。通常条件下，保持合金组成元素含量在低水平下可保证其导电率达到使用要求，但力学性能很难得到大幅度提升；提高铝合金组成元素的含量易导致铝合金导电率的迅速降低，从而很难满足铝合金有效传输电流的目的，增加电能损耗，故铝合金的导电率和力学性能的匹配性成为限制铝合金杆发展的瓶颈问题。基于以上问题的存在，亟需研发一种既能保证良好的电导率又能满足力学性能的铝合金材料的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强、高导、高合金化的Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆；本专利技术同时提供其制备方法。本专利技术所述的Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆，以质量百分比计，其元素组成为：Si：3.8-4.0％，Mg：0.5-0.8％，Fe：0.1-0.3％，Cu：0.08-0.1％，B：0.05-0.1％，Sr：0.01-0.04％，其余为Al。本专利技术所述的Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆的制备方法为：先向熔化后的Al中加入Si、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、Mg，得到合金熔体，再向合金熔体中加入Al-B-Sr中间合金进行硼化与变质复合处理，浇铸成铸件后，将其进行均匀化热处理、热挤压，最后再进行固溶、时效热处理，得到Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆；具体步骤如下：(1)将Al熔化并升温，依次加入Si、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、Mg，搅拌均匀后保温，形成合金熔体；(2)向步骤(1)得到的合金熔体中加入Al-B-Sr中间合金，进行硼化与变质复合处理，搅拌后除渣，保温；(3)浇铸得到铸件；(4)将步骤(3)所得的铸件进行均匀化热处理、热挤压，得到挤压杆；(5)将步骤(4)中的挤压杆进行固溶、时效热处理，改善其微观组织并优化其综合性能，得到Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆。其中：所述的Al的纯度≥99.7％，Si的纯度≥99.9％，Mg的纯度≥99.9％。所述的Al-Fe中间合金中Fe的质量百分含量为：4-7％，其余为Al。所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分含量为：4-7％，其余为Al。所述的Al-B-Sr中间合金中各元素的质量百分含量为B：2-4％，Sr：4-6％，其余为Al，优选B：3％，Sr：5％。步骤(1)中升温至720-750℃，保温时间为5-10min。步骤(2)中保温温度为720-750℃，保温时间为15-20min。步骤(3)中铸件可以为铸棒、铸锭等，当铸件为铸棒时，其直径为75-85mm，高度为0.4-0.6m，优选直径80mm，高度0.5m。步骤(4)中均匀化热处理的温度为540-560℃；热挤压参数为：挤压力1000-1200N、挤压速度2-5mm/s、挤压温度和模具预热温度400-420℃。步骤(5)中固溶温度为510-530℃，固溶时间为3-6h；时效温度为200-220℃，时效时间为12-18h。所述的Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆的室温极限拉伸强度≥350MPa，延伸率≥10％，导电率≥60％IACS。本专利技术制备的Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆组成元素含量较高，即合金化程度高，其中Si含量可达到3.8％-4.0％，Mg含量0.5-0.8％，一方面大大提高合金的力学性能，另一方面可改善熔体粘度、流动性，提高合金杆的成品率；另外，本专利技术在熔体处理过程中加入了硼和锶进行硼化、变质处理，利用B与熔体中V、Ti、Cr、Zr等杂质元素的反应，降低杂质元素含量，有利于提高合金的导电率，通过Sr变质改善共晶Si形貌，使其由板片状\针条状变为珊瑚状，减少对导电率和力学性能的损害；而且剩余的B和Sr以SrB6形式存在于合金中，起到颗粒增强的作用；最后利用挤压变形，固溶、时效热处理改变共晶Si、AlFeSi、Mg2Si等第二相的颗粒尺寸和分布，使其呈现细小颗粒状、弥散分布，在保证合金杆优异力学性能的同时使其具有良好的导电率。本专利技术Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆制备过程中，主要组成元素Si、Fe、Cu、Mg的添加顺序对合金杆综合性能的影响至关重要，先添加元素Si能明显改善熔体的流动性，减少熔体中气泡杂质的卷入；再添加Fe至熔体中优先形成AlFeSi三元相，一方面减少了Si、Fe在Al中的固溶，有利于提高合金杆导电率，另一方面可以明显改善Fe的形貌，减小针条状Fe对合金力学性能的损害作用；然后依次加入Cu最后添加Mg，有利于Cu的充分溶解且减少Mg的烧损，保证合金主要组成元素的正常配比和对合金微观组织的改善。以Al-B-Sr中间合金形式引入B和Sr，该中间合金的主要物相组成是α-Al、AlSrB6、AlB2、Al4Sr，引入Al熔体后AlB2、Al4Sr以及部分亚微米级别的SrB6受熔体环境影响而发生分解释放部分B和Sr，从而能够同时发挥硼化及Sr变质的作用，使得合金强度增大、导电率提高，另外剩余的B和Sr以SrB6形式存在于合金中。由于SrB6是一种高熔点、高硬度的硼化物颗粒，可作为本合金中的颗粒增强相来提高其力学性能。如果先添加B后添加Sr，则B与熔体中的V、Ti、Cr、Zr等杂质元素反应后，剩余的B优先与后添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Al‑Si‑Mg‑Fe‑Cu导电合金杆，其特征在于：以质量百分比计，其元素组成为：Si：3.8‑4.0％，Mg：0.5‑0.8％，Fe：0.1‑0.3％，Cu：0.08‑0.1％，B：0.05‑0.1％，Sr：0.01‑0.04％，其余为Al。

【技术特征摘要】
1.一种Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆，其特征在于：以质量百分比计，其元素组成为：Si：3.8-4.0％，Mg：0.5-0.8％，Fe：0.1-0.3％，Cu：0.08-0.1％，B：0.05-0.1％，Sr：0.01-0.04％，其余为Al。2.一种权利要求1所述的Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆的制备方法，其特征在于：先向熔化后的Al中加入Si、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、Mg，得到合金熔体，再向合金熔体中加入Al-B-Sr中间合金进行硼化与变质复合处理，浇铸成铸件后，将其进行均匀化热处理、热挤压，最后再进行固溶、时效热处理，得到Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆。3.根据权利要求2所述的Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将Al熔化并升温，依次加入Si、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、Mg，搅拌均匀后保温，形成合金熔体；(2)向步骤(1)得到的合金熔体中加入Al-B-Sr中间合金，进行硼化与变质复合处理，搅拌后除渣，保温；(3)浇铸得到铸件；(4)将步骤(3)所得的铸件进行均匀化热处理、热挤压，得到挤压杆；(5)将步骤(4)中的挤压杆进行固溶、时效热处理，得到Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆。4.根据权利要求2-3任一所述的Al-Si-Mg-Fe-Cu导电合金杆的制备方法，其特征在于：所述的Al的纯度≥99.7％，Si的纯度≥99.9％，Mg的纯度≥9...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔晓丽，崔红卫，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37