基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及有色金属加工的技术领域，公开了基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料及其制备方法，包括以下步骤：合金成分选择、合金熔炼、均匀化处理、热挤压变形、固溶处理、时效处理和搅拌摩擦加工。还公开了一种高性能铝合金导线材料，由0.05～0.08wt.％Sc，0.1～0.2wt.％Zr，0.08～0.12wt.％Er，余量为铝元素成分组成，在室温下的抗拉强度为120－140MPa，延伸率为30－34％，电导率为57－60％，使用温度范围在250－350℃。本发明专利技术的基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料的制备方法，其制备的铝合金导线材料的具有强度及延伸率高、电导率高和耐热性好的特点。率高和耐热性好的特点。率高和耐热性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及有色金属加工的
，特别涉及基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金导线由于重量轻、耐腐蚀性好，在架空电力线路中得到广泛应用。近年来电力传输需求不断增加，要求导线承载大电流，这不可避免地导致导线温度升高明显。这种温升可能导致铝导线的机械性能显著下降，从而降低电力线路的可靠性。Al－Mg－Si合金是目前架空电力线路中使用最广泛的铝导线材料之一，但其在230℃下暴露3小时后，其硬度降低约74％。由于耐热性能差，Al－Mg－Si合金在长期运行时的使用温度被限制在90℃，严重阻碍了提高导线载流能力的可行性。Al－Mg－Si合金力学性能的下降主要归因于强化析出相在高温下的粗化和溶解。因此，迫切需要开发热稳定性好的铝合金导线材料，以满足提高导线传输功率能力的要求。
[0003]耐热铝合金导线材料已有部分研究，主要通过微合金化提高合金的耐热性。但目前耐热铝合金导线材料，尤其是低合金含量的铝合金材料，存在强度低的问题，制约了其工业化应用。主要由于合金中析出强化的作用有限，需要结合其他强化方式，如细晶强化和位错强化等强化方法，来进一步提高合金的力学性能。而对金属材料而言，强度和电导率通常是此消彼长的关系，提高抗拉强度，常常会导致电导率和延伸率的下降，尤其是有位错或空位引入时。例如，冷变形可产生显著的位错强化提高合金的力学性能，但冷变形过程中引入的位错会加剧电子散射，从而导致电导率降低。因此，找到合适的工艺及方法实现合金力学性能和电导率的协同提高，可推动耐热铝合金导线材料的工业化应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：提供一种强度及延伸率高、电导率高和耐热性好的基于搅拌摩擦加工的铝合金导线材料及其制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：原料按照重量百分比计量取以下组分：Sc：0.05～0.08wt.％，Zr：0.1～0.2wt.％，Er：0.08～0.12wt.％，余量为铝，合金熔炼温度设置为720－780℃，得到铸锭；
[0007]步骤2：将所述铸锭进行均匀化处理，得到均匀化铸锭；
[0008]步骤3：将所述均匀化铸锭进行热挤压，得到板材；
[0009]步骤4：将所述板材进行固溶处理后进行时效处理，所述固溶处理的温度设置为640－650℃，保温22－25小时，水冷至室温，所述时效处理的为双级时效工艺，其中一级时效温度设置为280－320℃，保温23－26小时后，水冷至室温；二级时效温度设置在380－420℃，保温48－52小时后，水冷至室温，得到时效处理板材；
[0010]步骤5：将所述时效处理板材进行搅拌摩擦加工得到搅拌摩擦加工板材，将搅拌摩
擦加工板材加工成棒材，对所述棒材进行冷拉拔处理，得到铝合金导线。
[0011]作为优选方案，在所述步骤1中，所述熔炼温度设置为720－780℃，所述铝熔化后，加入Al－Zr、Al－Er和Al－Sc中间合金，所述Al－Sc中间合金在熔炼温度为720－740℃作为最后加入。
[0012]作为优选方案，在所述步骤1中，所述原料全部熔化形成熔体，将所述熔体静置0.5－1小时。
[0013]作为优选方案，在所述步骤1中，将熔体搅拌后浇注于模具，空冷后得到所述铸锭，在浇铸前将所述模具预热至180－220℃。
[0014]作为优选方案，在所述步骤2中，将所述均匀化处理温度设置在640－650℃，保温时间设置在22－26小时。
[0015]作为优选方案，在所述步骤3中，热挤压温度设置在380－420℃，将所述均匀化铸锭在热挤压前在所述热挤压温度保温2－5小时。
[0016]作为优选方案，在所述步骤5中，在所述搅拌摩擦加工中的搅拌头的转速设置在400－1200rpm，行进速度设置在25－200mm/min，搅拌头的倾斜角度设置在2－3
°
，下压量设置在0.1－0.3mm，所述搅拌头下压后停留3－6秒。
[0017]作为优选方案，所述搅拌头的搅拌针的针长小于所述时效处理板材厚度0.1－0.3mm，所述搅拌头为钢质搅拌头，所述搅拌针形状为锥形，所述搅拌针外周壁设有螺纹。
[0018]作为优选方案，在所述步骤5中，在所述搅拌摩擦加工过程中采用液氮对加工区域进行冷却；
[0019]在所述步骤1中，所述铝为高纯铝；
[0020]在所述步骤3中，对所述均匀化铸锭进行热挤压前，去除所述均匀化铸锭表面氧化皮。
[0021]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高性能铝合金导线材料，由0.05～0.08wt.％Sc，0.1～0.2wt.％Zr，0.08～0.12wt.％Er，余量为铝元素的成分组成，在室温下的抗拉强度为120－140MPa，延伸率为30－34％，电导率为57－60％IACS，使用温度范围在250－350℃。
[0022]本专利技术实施例基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料的制备方法与现有技术相比，其有益效果在于：工艺方法简单，操作方便。专利技术基于多元复合微合金化的成分设计，采用双级时效和搅拌摩擦加工处理方法，保证材料中形成具有显著强化作用且与基体共格的第二相以提高合金强度、电导率和耐热性，同时形成微米级的细小等轴晶粒，提高强度和延伸率的同时不降低材料电导率。本专利技术制备的铝合金具有热稳定性好、电导率高、强度和延伸率高等综合性能优异的特点，可满足导线增容扩容对铝导线材料的需求，为制备高强耐热铝合金导线材料提供了一种切实可行的方法，具有工业应用潜力。
[0023]本专利技术实施例制备的高性能铝合金导线材料与现有技术制备的材料相比，其有益效果在于：热稳定性好、电导率高、强度和延伸率高等综合性能优异的特点，可满足导线增容扩容对铝导线材料的需求。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例制备的Al－Sc－Zr－Er合金的晶粒组织图。
[0025]图2是常规方法制备的Al－Sc－Zr－Er合金的晶粒组织图。
[0026]图3是本专利技术实施例制备的Al－Sc－Zr－Er合金的透射组织图。
[0027]图4是本专利技术实施例制备的Al－Sc－Zr－Er合金的拉伸性能曲线图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0029]在本专利技术的描述中，应当理解的是，本专利技术中采用术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0030]在本专利技术的描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：原料按照重量百分比计量取以下组分：Sc：0.05～0.08wt.％，Zr：0.1～0.2wt.％，Er：0.08～0.12wt.％，余量为铝，合金熔炼温度设置为720－780℃，得到铸锭；步骤2：将所述铸锭进行均匀化处理，得到均匀化铸锭；步骤3：将所述均匀化铸锭进行热挤压，得到板材；步骤4：将所述板材进行固溶处理后进行时效处理，所述固溶处理的温度设置为640－650℃，保温22－25小时，水冷至室温，所述时效处理为双级时效工艺，其中一级时效温度设置为280－320℃，保温23－26小时后，水冷至室温；二级时效温度设置为380－420℃，保温48－52小时后，水冷至室温，得到时效处理板材；步骤5：将所述时效处理板材进行搅拌摩擦加工得到搅拌摩擦加工板材，将搅拌摩擦加工板材加工成棒材，对所述棒材进行冷拉拔处理，得到铝合金导线。2.根据权利要求1所述的基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤1中，所述熔炼温度设置为720－780℃，所述铝熔化后，加入Al－Zr、Al－Er和Al－Sc中间合金，所述Al－Sc中间合金在熔炼温度为720－740℃作为最后加入。3.根据权利要求1所述的基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤1中，所述原料全部熔化形成熔体，将所述熔体静置0.5－1小时。4.根据权利要求3所述的基于搅拌摩擦加工的高性能铝合金导线材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤1中，将熔体搅拌后浇注于模具，空冷后得到所述铸锭，在浇铸前将所述模具预热至180－220℃。5.根据权利要求1所述的基于搅拌摩擦加工的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莉，刘喆，林志成，董春林，赵运强，苗澍，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：