一种高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高导电率耐热Al‑Zr‑Er合金导线材料，所述合金含按质量百分比计的以下组份：Zr 0.02‑0.15％，Er 0.01‑0.2％，B 0.01‑0.04％，Fe≤0.20％，Si≤0.05％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.01％，余量为铝。该合金添加Zr元素的同时还添加了微量稀土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，制得的耐热铝合金单丝材料的导电率≥61.5％IACS，抗拉强度≥160MPa，延伸率＞3.5％，耐热温度≥150℃，于230℃下加热1h后强度残存率大于90％。

A high conductivity and heat resistant al Zr Er alloy wire material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料及其制备方法
本专利技术属于铝合金
,具体涉及一种高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料及其制备方法。
技术介绍
耐热铝合金导线是一种性能良好的特种扩容导线，采用大容量耐热铝合金导线进行现有线路扩容改造，在尽量不更换杆塔的原则下，不但能提高线路的输送能力，并且能降低工程的整体造价。目前现有的耐热铝合金导线耐热温度为150℃的产品导电率仅为60％IACS，难以满足远距离、大容量输电线路建设工程及电网扩容改造工程的需求。随着经济的快速发展，电力需求逐年攀升，如何提高输电效率、降低线路损耗等问题日益显示其迫切性。而提高导线导电率是降低输电损耗最有效的方法。高导电率耐热铝合金导线可以在较高运行温度下稳定工作，允许承载的电流更大，既可提高线路运行的安全性、稳定性，还可减少施工、维护成本，延长输电线路寿命和节约线路走廊资源，同时还可减少碳排放，具有显著的经济效益和社会效益。在城网线路扩容改造工程中，尤其在线路走廊狭窄地区，用截面规格相近的高导耐热导线更换在役导线，可提高输电容量40％～60％，不需要更换铁塔也能满足强度和导线对地弛度安全的要求，可大量节约工程投资。而对于耐热铝合金导线来说，在现有基础上提高1％导电率的技术壁垒难度极大。日本早在1970年就已实现60％耐热铝导线的工业化应用，但直到2010年仍然没有完全突破61％IACS，使用温度150℃的耐热铝导线的工程化应用。日本输电线市场占用率高达70％的耐热铝导线的导电率仍为60％IACS。而在我国将普通硬铝导线的导电率从60％IACS提高到61％IACS这一过程用了几十年时间。这其中，上海电缆研究所黄崇祺院士为我国电工用铝导体和稀土电工铝导体提高导电率、解决量大面广的国产的材料来源和达到工业化的稳定生产做出了突出贡献。对于Al-Zr系耐热铝导线其在长达1000h的极限退火条件下，导电率极限为62％IACS。我国耐热铝导线在长达20年时间内长期处于58％IACS导电率级别，导致线损增加，综合经济效益较差。因此，在较低成本下，突破导电率大于61％IACS，使用温度150℃的耐热铝合金导线技术难度较大，而提高导电率带来的经济和社会效益巨大，符合现有技术中人们对于加快资源节约型，环境友好型智能电网建设的期待。专利201010106186.0专利技术了一种高导电非热处理型稀土耐热铝合金导体材料，各种元素的质量百分比如下：Zr0.03-0.06％，Er0.05-0.20％，Y0.10-0.25％，Fe0.05-0.12％，Ti0.01-0.03％，杂质元素Si≤0.06％，其他杂质含量≤0.10％，其余为铝。其加入多种稀土元素，导电率仅为60％IACS。专利201010593503.6提供了一种高导电耐热铝合金导线及其制备方法，铝合金导线的化学成分及质量百分比为：Zr0.1-0.3％，Y0.02-0.2％，Sc0.01-0.15％，其余是Al和不可避免的其它杂质元素，退火后导电率为61％IACS。但是上述专利合金往往通过添加多组元稀土元素Er，Y等和贵金属元素Sc，铸锭制备工艺复杂，热处理和制备过程难控制，并且使得合金成本较高，不适用于工业化大批量推广应用。因此，需要提供一种既能保证较高载流量的同时，又能提高耐热铝合金的导电率，减少输电线损的适用于工业化大批量推广的合金导线。
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电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料及其制备方法，通过复合添加Zr和Er，并合理控制的Fe，Si元素含量，同时精确控制杂质元素含量，结合合理的加工制备工艺获得一种耐热温度达到150℃，导电率为≥61.5％IACS的高导电率耐热铝合金导体材料。为实现上述专利技术目的，采取以下技术方案：一种高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料，其改进之处在于，所述合金含按质量百分比计的以下组份：锆Zr0.02-0.15％，铒Er0.01-0.2％，硼B0.01-0.04％，铁Fe≤0.20％，硅Si≤0.05％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)≤0.01％，余量为铝。优选，所述合金含按质量百分比计的以下组分：锆Zr0.02-0.1％，铒Er0.01-0.15％，硼B0.01-0.04％，铁Fe≤0.15％，硅Si≤0.04％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)≤0.01％，余量为铝。优选，所述合金由按质量百分比计的以下原料组成：所述合金含按质量百分比计的以下组分：锆Zr0.02-0.08％，铒Er0.05-0.15％，硼B0.01-0.04％，铁Fe≤0.13％，硅Si≤0.04％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)≤0.01％，余量为铝。优选，所述合金含按质量百分比计的以下组分：锆Zr0.06％，铒Er0.1％，硼B0.02％，铁0.1％，硅0.04％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)0.01％，余量为铝。一种制备如权利要求1～3任一项所述的高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料的方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：(1)于660-750℃下，向铝锭熔融物中加入Al-B中间合金，搅拌5-60min和静置30-300min后转炉；(2)向步骤1)的熔融物中加入铝锆和铝铒中间合金，搅拌5-15min；(3)向步骤2)的熔融物中加入精炼剂，精炼10-30min，扒渣；(4)扒渣后保温静置30min-300min，进行在线除气除渣处理；(5)采用水冷铜连铸轮的方法进行连铸；(6)将步骤5)得到的铸坯轧制成直径9.5mm的圆杆；(7)将步骤6)的圆杆从室温升至200-350℃，保温3-10h；然后再升至350-450℃，保温为5-30h；(8)将步骤7)的铝合金圆杆经过4-10道次拉丝得铝合金单丝。优选，所述步骤3)中精炼剂的加入量为铝锭熔融物总质量的0.1-0.5％。优选，所述步骤5)连铸过程中铝液浇铸温度为650-730℃，铸锭的冷却速率为1-50℃/s。优选，所述步骤6)中轧制开始温度为500-580℃，轧制终了温度为250-400℃。优选，所述步骤8)中铝合金单丝的直径为4mm，导电率≥61.5％IACS，长期耐热温度达到150℃，短期耐热温度达到230℃。各合金元素的作用及机理如下：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。锆Zr：适量锆的加入能明显改善铝合金的耐热性能，这主要是由于，锆原子半径比铝原子半径略大，锆在铝中以置换方式进行扩散，其扩散激活能高，向亚结晶晶粒边界析出细微的Al3Zr相，它不易聚集长大，稳定性高，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料，其特征在于，所述合金含按质量百分比计的以下组份：锆Zr 0.02-0.15％，铒Er 0.01-0.2％，硼B 0.01-0.04％，铁Fe≤0.20％，硅Si≤0.05％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)≤0.01％，余量为铝。/n

【技术特征摘要】
1.一种高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料，其特征在于，所述合金含按质量百分比计的以下组份：锆Zr0.02-0.15％，铒Er0.01-0.2％，硼B0.01-0.04％，铁Fe≤0.20％，硅Si≤0.05％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)≤0.01％，余量为铝。


2.如权利要求1所述的高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料，其特征在于，所述合金含按质量百分比计的以下组分：锆Zr0.02-0.1％，铒Er0.01-0.15％，硼B0.01-0.04％，铁Fe≤0.15％，硅Si≤0.04％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)≤0.01％，余量为铝。


3.如权利要求2所述的高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料，其特征在于，所述合金含按质量百分比计的以下组分：锆Zr0.03-0.08％，铒Er0.05-0.15％，硼B0.01-0.04％，铁Fe0.002-0.13％，硅Si0.002-0.04％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)≤0.01％，余量为铝。


4.如权利要求3所述的高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料，其特征在于，所述合金含按质量百分比计的以下组分：锆Zr0.06％，铒Er0.1％，硼B0.02％，铁0.1％，硅0.04％，(钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn)0.01％，余量为铝。


5.一种制备如权利要求1～4任一项所述的高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)于660-750℃下，向铝锭熔融物中加入Al-...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖翔，郑志凯，吴浩，杨中玉，周泽宇，李红英，
申请(专利权)人：中铝材料应用研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11