具有由改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线和线材制造技术

由改进的铝‑锆合金形成的缆线或线材的导电元件。所述铝‑锆合金进一步包括变质剂。所述铝‑锆合金呈现优异的极限抗张强度值和耐热性。还描述了由呈现一定的极限抗张强度值、抗疲劳性和/或蠕变速率的改进的铝‑锆合金形成的接合线材。也进一步公开了形成缆线和线材的方法。

Cables and wires with conductive elements formed by an improved al Zr alloy.

A conductive element of a cable or wire formed by an improved aluminum zirconium alloy. The aluminum zirconium alloy is further included in the modifier. The aluminum zirconium alloy exhibits excellent ultimate tensile strength and heat resistance. An improved aluminum wire zirconium alloy formed by improved tensile strength value, fatigue resistance and / or creep rate is also described. A method of forming cables and wires is also further disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有由改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线和线材相关申请的引用本申请要求于2015年10月14日提交的名称为CABLESHAVINGCONDUCTIVEELEMENTSFORMEDFROMIMPROVEDALUMINUM-ZIRCONIUMALLOYS的美国临时申请序列号62/241,543的优先权，并且在此通过引用将该申请以其整体并入本文。
总的来说，本公开涉及包括由改进的铝-锆合金形成的导电元件的缆线和线材(电线，金属丝，wire)的构造。所述铝-锆合金呈现改进的电和机械性质。
技术介绍
用于电力缆线(电缆)和线材的导电元件可基于该缆线或线材的预期用途连同实现该缆线或线材的预期用途所需要的必要的电和机械性质来选择。例如，已知的是，在需要相对轻质缆线的缆线应用中，由于铝的相对低的密度以及通常令人满意的电和机械性质的缘故，使用铝或铝合金作为导电元件。然而，铝和一些铝合金诟病于有损它们在一些缆线应用中作为导电元件的用途的多个害处。例如，一些铝导体可诟病于费时和能量密集的加工步骤且当用作导电元件时或当在高温使用时可呈现差的电或机械性质。因此，制作如下改进的铝合金将是合乎需要：其制造更简易，同时还提供改进的电和机械性质。
技术实现思路
根据一实施方式，接合线材(焊线，bondingwire)是由铝-锆合金形成的。所述铝-锆合金包含变质剂(孕育剂，inoculant)。所述接合线材呈现如下的至少两者：当根据ASTMB941测试时，未时效的极限抗张强度值的约90％或更大的在280℃热时效1小时之后的极限抗张强度值；当根据ASTME466测试时，至少约106次循环的在85MPa的外加应力下的抗疲劳失效性；当根据ASTME139测试时，一小时约500％或更小的在50MPa外加应力和约185℃温度下的蠕变速率。根据另一实施方式，缆线包括由铝-锆合金形成的至少一个导电元件。所述铝-锆合金进一步包括变质剂。所述至少一个导电元件具有约120MPa或更大的在400℃热时效48小时之后的极限抗张强度，且呈现在持续时间上为不使用变质剂形成的类似铝-锆合金的约2倍长的当根据ASTME328测量时的达到初始应力的约85％的应力弛豫时间。根据另一实施方式，制造缆线的方法包括：连续铸造由铝-锆合金形成的铸态(as-cast)成型体(shape)，热轧所述铸态成型体以形成再拉拔(redraw)棒；将所述再拉拔棒拉拔成线材；和使所述线材退火以形成缆线。所述铝-锆合金进一步包含变质剂。所述导电元件呈现以下的至少两者：当根据ASTMB941测试时，未时效的极限抗张强度值的约90％或更大的在280℃热时效1小时之后的极限抗张强度值；当根据ASTME466测试时，至少约106次循环的在85MPa的外加应力下的抗疲劳失效性；当根据ASTME139测试时，一小时约50％或更小的在50MPa外加应力和约185℃温度下的蠕变速率。附图说明图1描绘了说明根据一个实施方式的改进的铝-锆合金的室温应力弛豫时间和常规的铝-锆合金的室温应力弛豫时间的图。图2描绘了说明根据一个实施方式的改进的铝-锆合金的室温疲劳性质和常规的8000系列的铝-锆合金的室温疲劳性质的图。图3描绘了说明展示根据一个实施方式的改进的铝-锆合金的接合性能的20密耳(0.508mm)剪切测试的结果的图。具体实施方式当在缆线和线材中用作导电元件时，在高温下呈现改善的导电性和机械性质的铝合金可以提供大量益处。在一些实施方式中，呈现这样的特征的改进的铝合金可以是包含变质剂的铝-锆合金，该变质剂增大锆在铝中的扩散性。根据一些实施方式，适宜的变质剂的实例可以包括如下的任意金属或类金属：其相比于在不含变质剂的α-Al基体中扩散所需的活化能，该金属或类金属降低在α-Al基体中扩散需要的活化能。这样的变质剂的非限制实例可包括第3A族、第4A族和第5A族的金属和类金属以及锌。例如，可提高在α-Al基体中锆扩散的动力学的适宜的变质剂可以包括锡、铟、锑、镁、锌、镓、锗，以及在一些实施方式中与其它变质剂硅的组合。在不受理论约束的情况下，据信在铝-锆合金中包含适宜的变质剂提高锆在铝合金中的扩散性，这导致锆的过饱和与锆的沉淀温度下降两者。如可领会的，这样的扩散性可容许与不含这样的变质剂的类似铝-锆合金相比采用较低的温度和/或较少的时间使大密度的相对小的沉淀物沉淀。例如，包含变质剂的铝-锆合金的热时效，对于时间恒定(相同)的热时效可以在比不含变质剂的类似铝-锆合金低的温度(例如，在一些实施方式中低约45℃的温度)下进行和/或对于温度恒定的热时效可进行比不含变质剂的类似铝-锆合金短的持续时间(例如，根据一些实施方式的短约50小时的持续时间)。如可领会的，具有较大量的较小沉淀物的铝-锆合金可以呈现比具有较大沉淀物的类似合金高的强度。在一些实施方式中，纳米级沉淀物可包括在α-Al(f.c.c.)基体中具有L12-结构的Al3Zr沉淀物以及Al-Zr-变质剂沉淀物。在一些实施方式中，改进的铝合金可主要由铝(例如，约99％重量或更多的铝)以及少量的锆和变质剂形成。例如，适宜的铝合金可包括以重量百分比计约0.1％至约0.4％的锆和约0.01％至约0.2％的变质剂，其中铝合金的余下部分为铝和微量的另外元素。这样的微量元素可以为铝合金的约1％或更少。例如，在一些铝合金中可以找到或包括铁、硅、铜、锰、镁、铬、锌、钛、硼、镓、钒、镍、锑、钪或其他元素的一种或多种。在包括这样的其他元素或杂质的一些实施方式中，可包括以重量百分比计约0.3％至约0.7％的铁；可包括以重量百分比计约0.06％或更少的硅；可包括以重量百分比计约0.007％或更少的铜；可包括以重量百分比计约0.005％或更少的锰；可包括以重量百分比计约0.015％或更少的镁；可包括以重量百分比计约0.002％或更少的铬；可包括以重量百分比计约0.04％或更少的锌；可包括以重量百分比计约0.008％或更少的钛；可包括以重量百分比计约0.001％至约0.006％重量的硼；可包括以重量百分比计约0.03％或更少的镓；可包括以重量百分比计约0.004％或更少的钒；可包括以重量百分比计约0.03％或更少的镍；以及可包括以重量百分比计单独的约0.03％或更少或总共的约0.1％的任何其它微量元素(痕量元素，traceelement)。铝、锆和变质剂可构成这样的铝合金的余下部分。与其他已知的具有纳米级铝-锆沉淀物的铝-锆合金相比，将变质剂包含于铝-锆合金中可以容许用于促进沉淀的多个热时效步骤的持续时间减少。例如，在铝-锆合金中包含锡作为变质剂可容许热时效步骤的总持续时间在一些实施方式中为约24小时或更短，在一些实施方式中为约12小时或更短；或者在一些实施方式中为约8小时或更短。另外，将变质剂包含于铝-锆合金还可促进如下沉淀物的形成：其具有比在不使用这样的变质剂形成的铝-锆合金上形成的相当的沉淀物小的直径。还可观察到因包含变质剂所导致的其他益处。例如，由不含变质剂的铝-锆合金形成的线材样品在热时效方案(protocol)期间可逐渐变得更弱(weak)。相反地，包含这样的变质剂的类似样品在热时效方案期间可变强。这两种样品之间的强度区别据信是一直由不含变质剂的铝-锆合金样品不能产生小如在具有锆和变质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.由铝‑锆合金形成的接合线材，所述铝‑锆合金包含变质剂，其中所述接合线材呈现以下的至少两者：当根据ASTM B941测试时，在280℃热时效1小时之后的极限抗张强度值是未时效的极限抗张强度值的约90％或更大；当根据ASTM E466测试时，在85MPa外加应力下至少约106次循环的抗疲劳失效性；当根据ASTM E139测试时，在50MPa外加应力和约185℃温度下一小时约50％或更小的蠕变速率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.14 US 62/241,5431.由铝-锆合金形成的接合线材，所述铝-锆合金包含变质剂，其中所述接合线材呈现以下的至少两者：当根据ASTMB941测试时，在280℃热时效1小时之后的极限抗张强度值是未时效的极限抗张强度值的约90％或更大；当根据ASTME466测试时，在85MPa外加应力下至少约106次循环的抗疲劳失效性；当根据ASTME139测试时，在50MPa外加应力和约185℃温度下一小时约50％或更小的蠕变速率。2.如权利要求1所述的接合线材，其中所述变质剂包含锡、铟、锑和镁的一种或多种。3.如权利要求1所述的接合线材，其中所述铝-锆合金包含：以重量计约99％的铝；以重量计约0.2％至约0.4％的锆；以重量计约0.3％至约0.5％的铁；和以重量计约0.01％至约0.2％的锡。4.如权利要求1所述的接合线材，其具有约300μm至约500μm的直径。5.如权利要求4所述的接合线材，其中当所述接合线材具有约387μm的直径时，根据ASTMF459的用于使所述接合线材断裂需要的拉力为约1,000cN或更大；和根据JESD22-B116A的用于使所述接合线材断裂需要的剪切力为约2,500克力或更大。6.如权利要求1所述的接合线材，其具有约100:1至约1:1的长径比。7.车辆用的电池系统，所述电池系统包含至少两个电池单元和权利要求1的接合线材，其中所述至少两个电池单元通过所述接合线材连接。8.包含权利要求1的接合线材的微电子设备。9.缆线，其包含：由铝-锆合金形成的至少一个导电元件，所述铝-锆合金包含变质剂；和其中所述至少一个导电元件在于400℃热时效48小时之后具有约120MPa或更大的极限抗张强度；并且呈现当根据ASTME328测量时在持续时间上为不使用变质剂形成的类似铝-锆合金的约2倍长的达到初始应力的约85％的应力弛豫时间。10.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：S西里普拉普，CA穆奥杰克乌，JS塞孔达，RS贝克，NJ杜尔，NQ沃，
申请(专利权)人：通用线缆技术公司，纳米铝有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US