一种高强度高导电率的变形铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度高导电率的变形铝合金，其组成及合金元素含量为：Mg：0.3～0.8％；Si：0.2～0.6％；Fe：0.1～0.3％；Ni：0.2～0.5％；Cu：0.05～0.3％；B：0.05～0.2％；余量为Al。本发明专利技术还公开了上述高强度高导电率的变形铝合金制备方法，具体步骤为：熔化纯铝、基础合金化处理、熔体变质处理、亚快速凝固、轧制塑性成型、固溶

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高导电率的变形铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及变形铝合金
，尤其涉及一种高强度高导电率的变形铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电力传输技术的快速发展，电力传输领域对导电材料的力学及导电性能的要求也越来越高。然而，对于现有金属导电材料，因受金属自身强度和导电微观机理的影响，金属强度和导电性能之间相互制约，即强化效果越好，则导电性能越低。
[0003]金属材料的主要强化机理包括：固溶强化、形变强化、细晶强化以及第二相强化。而根据金属导电的微观机理，合金中的空位、间隙、固溶原子、位错、晶界等晶体缺陷以及第二相的存在都会增加自由电子的散射概率，从而恶化合金的导电性能。相对而言，位错、晶界以及第二相对合金导电性的不利影响远小于固溶原子。因此，选择固溶度较低的合金化元素并结合塑性变形手段以实现第二相强化、形变强化及细晶强化是开发高导电高强度6xxx系铝合金的途径之一。此外，采用低固溶度的元素来改善第二相形态，或促进固溶元素时效沉淀析出强化相，是解决铝合金中力学性能和导电性能相互掣肘问题的“良方”，能够同步提升材料的导电和力学性能。
[0004]6xxx系合金以Mg和Si为主要强化元素，根据不同的性能要求，还存在Fe、Mn、Cu等元素。其中Fe元素主要防止合金在挤压或轧制过程中产生粘模现象。Mn可变质富Fe相，提高力学和耐腐蚀性能。Cu可以进一步提高其时效强化效果，改善力学性能。但合金元素的加入往往会导致导电性能的下降，其中Mn的下降幅度更为显著。硕士论文《元素变质对含Mn铝合金导电性能的影响机制研究》中证实，Mn显著降低铝及其合金的导电性与其为过渡族元素，化合价较大有关。化合价大于Al的合金元素会导致Al基体中每个原子拥有的平均自由电子数增加，此时布里渊区向各个方向发生膨胀作用和重叠，使基体的晶格畸变加剧，导致合金电导率快速下降。此外Al
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Mn为包晶反应，会促使Al基体发生严重的晶格畸变，且d层电子空位数均≥5，几种因素共同作用导致合金电导率快速下降。因此，在高导电的6xxx系合金中，如何有效避免和消除Mn等元素的不利影响，寻找具有与Mn相近变质作用的元素，对于兼顾导电性能和力学性能的合金设计与制备较为关键。
[0005]专利《一种高导电率和高强度的铝合金制备工艺及其铝合金》(专利号：CN109207817B)公布了一种高导电率和高强度的铝合金制备工艺及铝合金。该专利控制Si含量在0.15～0.3％，Mg含量在0.3～0.5％，复合微量元素Cu、Mn和Zn，经过时效热处理之后，合金的导电率可达59％IACS，但是合金的抗拉强度仅为176MPa。合金获得了优异的导电性能，但力学性能较低。该技术并未综合考虑材料的导电性能和力学性能，无法满足电力传输设备结构件的强度需求。塑性变形是提高金属材料力学性能的有效途径。专利《一种高导电率高强度铝合金电气设备用型材生产工艺方法》(专利号：CN111961890A)通过优化合金成分，严格控制均质工艺、挤压工艺、固溶
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时效工艺，得到抗拉强度为350MPa的铝合金，但合金最终电导率仅为46％IACS，无法满足电力传输设备的导电需求，限制了其在高能耗电
子传输设备上的应用。
[0006]上述专利技术均涉及到均匀化处理工艺，对于生产流程和成本均有较大限制。为了实现铝合金的短流程，低成本制备，亚快速凝固受到了人们的广泛关注。铝合金亚快速凝固能够得到细小均匀的铸态组织，从而代替生产流程中均匀化热处理这一步骤。然而现有的铝合金亚快速凝固方法中，所用的合金元素含量相对较高且成分复杂，对铝合金的导电性有比较不利的影响。专利《一种能够提升加工成形性与时效强化效果的6XXX系铝轧板制备方法》(专利号：CN108994267B)公布了一种能够提升加工成形性和时效强化效果的6xxx系铝轧板制备方法，该专利控制Si含量在1.0～1.6％，Mg含量在0.4～0.9％，利用高导热水冷铸轧辊实现亚快速凝固。该技术能够有效提高合金的加工成形性，但该专利未分析该合金的导电性能。
[0007]铝合金作为应用最为广泛的轻金属结构材料，在电力传输领域有着广阔的发展前景；传统的Al
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Mg
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Si系变形铝合金生产流程包括半连续铸造，均匀化热处理，挤压，固溶
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时效热处理等步骤，其工艺复杂，生产周期长且能耗较大。因此，基于当前电力传输领域对Al
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Mg
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Si系变形铝合金的强度、导电性和加工变形性能的综合要求，需要开发出高强度高导电率的变形铝合金。

技术实现思路

[0008]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高强度高导电率的变形铝合金，旨在解决现有技术中的问题。
[0009]本专利技术的技术方案如下：
[0010]一种高强度高导电率的变形铝合金及，其多组元体系及加入量按质量百分比为：Mg：0.3～0.8％；Si：0.2～0.6％；Fe：0.1～0.3％；Ni：0.2～0.5％；Cu：0.05～0.2％；B：0.05～0.1％；余量为Al。
[0011]本专利技术的另一个目的在于提供一种高强度高导电率的变形铝合金的制备方法，其中，所述方法包括：
[0012](1)熔化纯铝；具体步骤为：
[0013]以工业纯Al为原材料，熔化铝合金，待合金全部熔化后，静置保温5～20min；
[0014](2)基础合金化处理，添加元素为Mg、Si、Fe和Cu；具体步骤为：
[0015]根据性能要求设计合金成分，向步骤(1)熔化的铝熔体中加入Al
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10Mg、Al
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20Si、Al
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20Fe和Al
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50Cu中间合金，进行微合金化处理，充分搅拌至熔体成分均匀，静置保温5～30min；
[0016](3)熔体变质处理，添加元素为Ni、B；具体步骤为：
[0017]扒去铝合金熔体表面浮渣，向步骤(2)熔化的铝合金熔体中加入Al
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10Ni中间合金进行变质处理，充分搅拌至成分均匀，静置保温10
‑
20min；再向熔体中加入Al
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3B中间合金，充分搅拌至成分均匀，获得已处理的铝合金熔体，静置保温10～30min。
[0018](4)熔体精炼除渣；具体步骤为：
[0019]对步骤(3)处理后的熔体进行精炼除渣处理；扒去铝合金熔体表面浮渣，加入精炼剂和除渣剂，进行精炼除渣，静置保温5～15min；
[0020](5)亚快速凝固；具体步骤为：
[0021]对步骤(4)所得的铝合金熔体进行亚快速凝固处理；扒去铝合金熔体表面浮渣，将熔体浇注到水冷铜模中，得到Al
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Mg
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Si系变形铝合金铸件；
[0022](6)轧制塑性成型；具体步骤为：
[0023]对步骤(5)所得的Al
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度高导电率的变形铝合金，其多组元体系及加入量按质量百分比为：Mg：0.3～0.8％；Si：0.2～0.6％；Fe：0.1～0.3％；Ni：0.2～0.5％；Cu：0.05～0.2％；B：0.05～0.1％；余量为Al。2.一种如权利要求1所述高强度高导电率的变形铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)熔化纯铝；以工业纯Al为原材料，熔化铝合金，待合金全部熔化后，静置保温5～20min；(2)基础合金化处理，添加元素为Mg、Si、Fe和Cu；根据性能要求设计合金成分，向步骤(1)熔化的铝熔体中加入Al
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10Mg、Al
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20Si、Al
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20Fe和Al
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50Cu中间合金，进行微合金化处理，充分搅拌至熔体成分均匀，静置保温5～30min；(3)熔体变质处理，添加元素为Ni、B；扒去铝合金熔体表面浮渣，向步骤(2)熔化的铝合金熔体中加入Al
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10Ni中间合金进行变质处理，充分搅拌至成分均匀，静置保温10
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20min；再向熔体中加入Al
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3B中间合金，充分搅拌至成分均匀，获得已处理的铝合金熔体，静置保温10～30min；(4)熔体精炼除渣；对步骤(3)处理后的熔体进行精炼除渣处理；扒去铝合金熔体表面浮渣，加入精炼剂和除渣剂，进行精炼除渣，静置保温5～15min；(5)亚快速凝固；对步骤(4)所得的铝合金熔体进行亚快速凝固处理；扒去铝合金熔体表面浮渣，将熔体浇注到水冷铜模中，得到Al
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Mg
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Si系变形铝合金铸件；(6)轧制塑性成型；对步骤(5)所得的Al
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Mg
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Si系变形铝合金铸件进行室温冷轧塑性成型，得到Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜军，黄嘉俊，郭加林，周明君，曾阳阳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：