一种耐热铝合金、铝合金导线及其制备方法技术

本发明专利技术属于有色金属或合金的制造技术领域，具体公开了一种耐热导电铝合金、由其制备的铝合金导线，以及铝合金与导线制备方法，所述合金成分及质量百分比为：Nb 0.15～1.0％，Zr 0.1～0.5％，B 0.05～0.2％，Er≤0.3％，Y≤0.3％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质总量≤0.1％。其制造方法包括备料、熔炼配制铝合金液、炉内精炼除气除渣处理、连续铸轧、固溶和时效处理、拉拔成线、退火处理。本发明专利技术所述的耐热铝合金导线具有强度高、塑性好、导电率高和耐热性能优良的特点，适合于制造城市电网增容扩容和长距离大容量输电工程建设用铝合金电缆，具有广阔的市场应用前景。具有广阔的市场应用前景。具有广阔的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热铝合金、铝合金导线及其制备方法


[0001]本专利技术属于有色金属或合金的制造
，尤其涉及铝合金的加工和制备，具体涉及一种耐热导电铝合金、铝合金导线及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝以其资源丰富、重量轻、机械性能好、优异的耐腐蚀性和导电性，被广泛应用于包装领域、建筑领域、运输领域和电气材料等许多领域。耐热铝合金导线是指在高温下仍具有较高的力学性能，可以在一定温度范围内使用的导体材料。导线的耐热性能主要采用强度残存率来衡量，是将材料在较高温度下保温一段时间，随后冷却至室温进行拉伸，其抗拉强度与保温前抗拉强度的比值为该温度下的强度残存率，以强度残存率为90％时对应的最高温度，作为铝合金导线耐热性能的评价指标。随着我国经济的快速发展，居民和工业用电量急剧增长，导线载荷的大幅增加使得导线应具有较强的热稳定性。目前，我国应用广泛的超耐热铝合金导线NRLH3的抗拉强度为160MPa，可以在210℃下长时使用，但导电率仅为60％IACS，难以实现导电性能和耐热性能的良好匹配。随着我国城市电网增容扩容改造以及长距离大容量输电工程的建设，迫切需要开发出新型的具有高强度、高导电率、高耐热性能的铝合金导线。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种强度高、塑性好、导电率高、耐热性能优良的铝合金导线及其制备方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术完整的技术方案包括：
[0005]本专利技术所述的耐热铝合金导线，由以下质量百分比的成分组成：Nb：0.15～1.0％，Zr：0.1～0.5％，B：0.05～0.2％，Er≤0.3％，Y≤0.3％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质总量≤0.1％。
[0006]优选地，本专利技术所述的耐热铝合金导线，由以下质量百分比的成分组成：Nb：0.20～0.60％，Zr：0.20～0.40％，B：0.05～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质总量≤0.1％。
[0007]优选地，本专利技术所述的耐热铝合金导线，由以下质量百分比的成分组成：Nb：0.15～0.40％，Zr：0.15～0.30％，B：0.05～0.15％，Er：0.10～0.25％，Y：0.05～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质总量≤0.1％。
[0008]本专利技术所述的耐热铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)选用工业纯铝锭、Al
‑
5Nb合金、Al
‑
5Zr合金、Al
‑
3B合金、Al
‑
5Er合金、Al
‑
5Y合金作为原材料，按照设计成分进行配料；
[0010](2)在700℃～750℃将工业纯铝加热熔化，并依次加入上述中间合金，熔融后进行充分搅拌使铝合金液的成分均匀；
[0011](3)对铝合金液进行炉内精炼除气除杂处理，随后在700℃～720℃连续铸轧成铝
合金圆杆；
[0012](4)将铝合金圆杆在580℃～620℃固溶20～35h，随后在350℃～450℃时效30～65h；
[0013](5)将铝合金圆杆拉拔成铝合金线材，最后在150℃～250℃退火1～10h，得到耐热铝合金导线。
[0014]本专利技术与现有技术相比的有益效果为：
[0015](1)采用在Al中扩散系数小的Nb作为重要的合金化元素，经过制备工艺调控与另外加入的合金元素形成高热稳定性的粒子，使导线能够在较高温度下连续使用，提高铝合金导线的耐热性能。为了确保导线获得足够的强度、导电率以及耐热性能。
[0016](2)选取适量的Zr元素阻碍晶界迁移和位错运动，提高变形组织中亚结构的稳定性，抑制高温下位错重新排列形成大角度晶界，发生再结晶形核和晶粒长大的过程，使导线具有良好的耐热性能。但由于Zr与Al的原子半径相差较大，固溶时会产生严重的晶格畸变，使铝合金导线的导电率严重降低，因而本专利技术选择了合适的Zr元素以在提高耐热性能的前提下不影响导电率。
[0017](3)选用稀土元素Er、Y促进溶质原子的析出，降低晶格畸变，提高导电率。虽然Er、Y元素在其它报道的耐热导电铝合金中被采用，但本专利技术通过大量对比研究发现，Er、Y与Nb、Zr复合作用可以促进Al3(Nb，Zr)高热稳定粒子的形成，降低粒子的粗化速率，对铝合金的导电性能和耐热性能产生了意想不到的效果。
[0018]本专利技术耐热铝合金导线的室温抗拉强度大于160MPa，导电率大于61％IACS，在280℃保温1h后的强度残存率大于90％，具有强度高、导电率高和耐热性能优良的特点，适合于制造城市电网增容扩容和长距离大容量输电工程建设用铝合金电缆，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1中铝合金导线的SEM图，其中，图1(a)为拉拔退火态，图1(b)为280℃/1h耐热测试，图1(c)为图a中的方框放大图，图1(d)为图c的EDS元素分布图。
[0020]图2为本专利技术实施例1
‑
4耐热铝合金导线的拉伸曲线。
[0021]图3为本专利技术实施例3铝合金导线的IPF图：其中，图3(a)为拉拔退火态，图3(b)为280℃/1h耐热测试。
具体实施方式
[0022]下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅作为例示，并非用于限制本次申请。
[0023]本专利技术所述的耐热铝合金导线，由以下质量百分比的成分组成：Nb：0.15～1.0％，Zr：0.1～0.5％，B：0.05～0.2％，Er≤0.3％，Y≤0.3％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质总量≤0.1％。
[0024]其中一种成分及质量百分比为：Nb：0.20～0.60％，Zr：0.20～0.40％，B：0.05～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质总量≤0.1％。
[0025]在上述合金组分中，本专利技术首先选择采用在Al中扩散系数小的Nb和用以阻碍晶界
迁移和位错运动的Zr元素，并考虑两者的协同作用，以提高铝合金导线的强度、导电率以及耐热性能。其中，Nb和Zr两种元素相对合金整体的的含量，以及相互之间的比例关系尤为重要。研究发现，Nb作为重要的合金化元素，经过制备工艺调控与另外加入的合金元素形成高热稳定性的粒子，使导线能够在较高温度下连续使用，提高铝合金导线的耐热性能。而Zr元素能够阻碍晶界迁移和位错运动，提高变形组织中亚结构的稳定性，抑制高温下位错重新排列形成大角度晶界，发生再结晶形核和晶粒长大的过程，使导线具有良好的耐热性能。但由于Zr与Al的原子半径相差较大，固溶时会产生严重的晶格畸变，使铝合金导线的导电率严重降低。基于上述情况，经过设计与实验验证，更优选的，使两者之间的比例关系为W
t(Nb)
＝(0.3～～2.4)W
t(Zr)
，其中W
t(Nb)
为Nb的质量百分含量，W
t(Zr)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热导电铝合金，其特征在于，所述耐热导电铝合金成分及质量百分比组成如下：Nb 0.15～1.0％，Zr 0.1～0.5％，B 0.05～0.2％，Er≤0.3％，Y≤0.3％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质总量≤0.1％。2.根据权利要求1所述的耐热导电铝合金，其特征在于，所述的耐热铝合金导线，由以下质量百分比的成分组成：Nb：0.20～0.60％，Zr：0.20～0.40％，B：0.05～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质总量≤0.1％。3.根据权利要求1所述的耐热导电铝合金，其特征在于，所述的耐热铝合金导线，由以下质量百分比的成分组成：Nb：0.15～0.40％，Zr：0.15～0.30％，B：0.05～0.15％，Er：0.10～0.25％，Y：0.05～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质总量≤0.1％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的耐热导电铝合金，其特征在于，所述耐热导电铝合金的组织中在铝基体中存在第二相，第二相为高热稳定性Al3(Nb,Zr)相。5.根据权利要求3项所述的耐热导电铝合金，其特征在于，所述耐热导电铝合金的组织中在铝基体中存在第二相，第二相为高热稳定性Al3(Nb,Zr)相，Al3(Nb,Zr)相并含有Er、Y元素。6.根据权利要求1
‑
3任一项所述的耐热导电铝合金，其特征在于，所述耐热铝合金导线导电率≥61％IACS，280℃保温1h后强度残存...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文龙，金世霖，马朝利，
申请(专利权)人：北京航空航天大学云南创新研究院，
类型：发明
国别省市：