一种变压器导电材料制造技术

本发明专利技术提供一种变压器导电材料，通过Yb、Zr、Hf、Fe等元素的复合微合金化，配合复合热处理制度，对合金的导电性和耐热性进行综合调控，获得了低电阻温度敏感的高导耐热铝合金，在较高温度下能保持一定的电导率和强度，即具有较好的高温导电性能和耐热性能。本发明专利技术所开发和设计的铝合金，在较高温度使用时，由于电导率下降的幅度相对较小，能显著减少电能损耗，这对于节能减排具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器导电材料本专利技术涉及一种变压器领域，具体涉及一种变压器导电材料。
技术介绍
随着科学技术、电子产品市场的发展，电子变压器得到了广泛的应用，各种形式的电子变压器不断涌现，压电陶瓷变压器作为一种新型的电子变压器也逐步发展起来。由于压电陶瓷变压器是一种一体化的固体变压器，具有高升压比、体积小、重量轻、不怕高压击穿与短路烧毁、耐潮湿、不用铜铁材料以及不引起电磁干扰等特异性能，特别适应电子电路向集成化、片状化发展的趋势，引起人们的极大兴趣。目前，传统的变压器导电材料存在均匀致密性较差，机械强度低，压电活性不理想，高温烧结时能耗大、成本高、铅挥发造成环境污染和组分偏差并影响压电性能，在低温烧结时导致压电性能的降低的不足。铝具有较好的导电性能，作为导体材料在输电线路、变电站、铝电解、建筑等领域得以广泛应用。纯铝虽然具有较高的电导率，但是强度不高、耐热性较差，微合金化可以改善其耐热性和强度，但是，会对其导电性能产生非常不利的影响。导体在载流过程中会由于欧姆效应产生热量，而使导体产生温升，导致其强度和电导率下降。针对电工铝，国家标准《GB/T30552-2014》提出了电导率和强度的要求，并且要求其在服役温度的强度残存率大于90％。但是，温度对电导率的影响是不能忽视的，对于在较高温度服役的导体材料，除了应要求其保持足够强度外，还应要求其保持一定的电导率，即电阻率随温度升高而上升的幅度不大。工程上，常用电阻温度系数α来表征温度对电阻率的影响，某个温度T的电阻率ρ(T)＝ρ(T0)[1+α(T～T0)]，其中ρ(T0)为某个参考温度T0(通常为20℃)的电阻率。电阻温度系数α越小，电阻率对温度的敏感性越低，在一定温度能保持较高的电导率，可以减小其在高温服役时的电能损耗。专利技术人前期在开发高导耐热铝合金导线方面进行了较多有益的尝试，如专利CN201610177708.3中公开了一种加铁的轻质高导耐热铝导线，该铝导线主要由Al、B、Zr、Fe、La组成，兼具较高的室温电导率和强度，短时耐热温度达到了230℃，但是，该专利没有涉及高温导电性能，没有掌握其导电率随温度升高的变化规律，难以应用于服役温度较高的场合。本专利技术通过Yb、Zr、Hf、Fe等元素的复合微合金化，配合复合热处理制度，对合金的导电性和耐热性进行综合调控，获得了低电阻温度敏感的高导耐热铝合金，在较高温度下能保持一定的电导率和强度，即具有较好的高温导电性能和耐热性能。本专利技术所开发和设计的铝合金，在较高温度使用时，由于电导率下降的幅度相对较小，能显著减少电能损耗，这对于节能减排具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种组分配比合理、高导耐热且电阻温度敏感性较低的铝合金及其制备工艺和应用。本专利技术一种变压器导电材料，所述铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：Zr：0.02～0.15％；Hf：0.02～0.15％；Yb：0.06～0.22％；Fe：0.05～0.15％；所述铝合金中，Yb与Zr元素的质量之比大于1，Zr和Hf元素的含量总和小于等于0.15％，杂质Si的含量小于0.05％，Fe的含量总和小于0.18％，杂质Ti、V、Cr、Mn的含量总和小于0.01％，余量为Al。作为优选方案，所述铝合金按质量百分比计，由以下组分组成：Zr：0.05～0.10％；Hf：0.01～0.05％；Yb：0.10～0.20％；Fe：0.08～0.15％；Yb与Zr元素的质量之比大于1，Zr和Hf元素的含量总和小于等于0.15％，杂质Si的含量小于0.05％，Fe的含量总和小于0.18％，杂质Ti、V、Cr、Mn等的含量总和小于0.01％，余量为Al。作为进一步的优选方案，所述铝合金按质量百分比计，由以下组分组成：Zr：0.05～0.10％；Hf：0.01～0.03％；Yb：0.10～0.20％；Fe：0.09～0.12％；Yb与Zr元素的质量之比大于1，Zr和Hf元素的含量总和小于等于0.13％，杂质Si的含量小于0.05％，Fe的含量总和小于0.18％，杂质Ti、V、Cr、Mn等的含量总和小于0.01％，余量为Al。Zr、Hf、Fe均为对合金的电导率损伤很大的过渡族元素，特别是当其以固溶态存在时。本专利技术通过微量合金元素的复合添加并辅以特殊的双级时效工艺，充分发挥Yb、Zr、Hf、Fe元素的协同作用，在降低电阻方面产生了令人意想不到的效果。在本专利技术中，Zr和Hf的总含量在0.06～0.15wt％范围，优选为0.06～013wt％；Yb和Zr的质量之比大于1，优选为大于等于1.5，进一步优选为1.5-5，更进一步优选为1.5-2。通过合理控制Yb与Zr的比值及Zr和Hf的总含量，结合先低温后高温的双级时效工艺，充分发挥元素间的诱导脱溶和抑制粗化作用，如图1(a)-图1(c)所示，形成粒径小于50nm的Al3(Hf、Zr、Yb)复合粒子，其内核为Al3Yb相，Zr、Hf元素富集在Al3Yb相外层。Yb在铝合金中具有较高的扩散速率，在较低的温度范围进行热处理时，可析出细小弥散分布的Al3Yb相，在随后的高温时效过程中成为Al3(Hf、Zr、Yb)复合粒子的核心，扩散速率较低的Zr、Hf元素富集在Al3Yb相外层。Al3Yb促进Zr、Hf元素脱溶，使Zr、Hf在合金基体中的固溶程度降到最低，从而达到提高合金电导率的目的，Zr、Hf抑制Al3Yb粒子粗化，进而达到改善合金耐热性能的目的。此外，通过适量的Hf元素配合适量的Zr元素，利用Hf更低的扩散速率和更小的原子半径，减少溶质原子在铝基体中引起的晶格畸变以及析出相界面上的错配度，在温度升高时，可以有效抑制析出相粗化，并降低原子热振动导致的电阻升高效应，改善合金的高温导电性能。本专利技术一种变压器导电材料的制备工艺，取纯度为99.7％的工业纯铝锭重熔，或者采用电解铝液作为铝源，在760℃-780℃熔炼，加入中间合金，待中间合金熔化后，搅拌、精炼、炉前成分快速分析，按设计的材料组分配比进行成分调整，在710℃-730℃保温静置，然后铸造、热处理，获得铝合金锭坯。在本专利技术中，所用铝源为工业纯铝。作为优选方案，本专利技术一种变压器导电材料的制备工艺，按所用工业纯铝总质量的0.02～0.10％配取B元素，所述B元素以Al-B中间合金的形式且先于其他中间合金加入，搅拌、静置之后再加入Al-Zr、Al-Hf、Al-Yb。当所述工业纯铝中Fe元素的含量低于其设计含量时，添加Al-Fe中间合金。由图2(a)(b)可以看出，相比熔炼时加了Al-B中间合金的实施例1的合金，未加B元素的对比例6合金中含有较多可见质点且晶粒较粗大。本专利技术一种变压器导电材料的制备工艺，所述铸造为快速冷却铸造，所述快速冷却铸造包含但不限于水冷铸造；所述快速冷却铸造的冷却速度为20-100℃/min；所述锭坯包括半连续铸锭或者连铸坯。本专利技术一种变压器导电材料的制备工艺，所述热处理为双级时效，所述双级时效的第一级时效温度为250～350℃，保温时间为4～8h，所述双级时效的第二级时效温度为400℃～450℃，保温时间为24～48h。对比图1(a)和图3可以看出，未采用双级时效的合金的析出相大小极其不均匀，并且有粗化现象，析出相粒径大于50nm。本专利技术所设计和制备的低电阻温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器导电材料，其特征在于；所述铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：Zr：0.02～0.15％；Hf：0.02～0.15％；Yb：0.06～0.22％；Fe：0.05～0.15％；所述铝合金中，Yb与Zr元素的质量之比大于1，Zr和Hf元素的含量总和小于等于0.15％，杂质Si的含量小于0.05％，Fe的含量总和小于0.12％，杂质Ti、V、Cr、Mn的含量总和小于0.01％，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种变压器导电材料，其特征在于；所述铝合金由以下质量百分比的合金元素组成：Zr：0.02～0.15％；Hf：0.02～0.15％；Yb：0.06～0.22％；Fe：0.05～0.15％；所述铝合金中，Yb与Zr元素的质量之比大于1，Zr和Hf元素的含量总和小于等于0.15％，杂质Si的含量小于0.05％，Fe的含量总和小于0.12％，杂质Ti、V、Cr、Mn的含量总和小于0.01％，余量为Al。2.如权利要求1所述的一种变压器导电材料，其特征在于：所述铝合金中，Yb与Zr元素的质量之比为1.5～5:1。3.如权利要求1所述的一种变压器导电材料，其特征在于：所述铝合金按质量百分比计，由以下组分组成：Zr：0.06～0.11％；Hf：0.03～0.06％；Yb：0.15～0.22％；Fe：0.08～0.10％；杂质Si的含量小于0.05％；Fe的含量总和小于0.12％；杂质Ti、V、Cr、Mn的含量总和小于0.01％；余量为Al。4.如权利要求1所述的一种变压器导电材料，其特征在于：所述铝合金中含有Al3(Hf、Zr、Yb)复合粒子和二价Fe与三价Fe的官能团粒子(Fe2O3)；所述Al3(Hf、Zr、Yb)复合粒子的内核为Al3Yb，Zr、Hf元素富集在Al3Yb粒子外层；所述Al3(Hf、Zr、Yb)复合粒子的粒径小于50nm。5.一种制备如权利要求1-4任意一项所述的低电阻温度敏感的高导耐热铝合金的工艺，其特征在于：取纯度为99.7％的工业纯铝锭重熔，或者采用电解铝液作为铝源，控制熔炼温度为760℃-780...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红彬，毛忠来，汤彬富，
申请(专利权)人：江苏恒炫电气有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32