一种导电Al2O3/Al基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种导电Al2O3/Al基复合材料及其制备方法，该复合材料中氧化铝颗粒的含量为0.1～0.5wt.％，铜、锆和铈的含量总和为0.34～2wt.％，余量为铝；其制备方法为：将纯铝块加热熔炼得到铝熔液；向铝熔液中加入原位反应粉末预制块进行原位反应，反应结束后降温，得到铝基熔液；向铝基熔液中依次加入铝锆中间合金和铝铈中间合金，搅拌至完全熔融，得到混合熔体；采用近液相线浇铸法浇铸，得到铝基复合材料铸锭；对铝基复合材料铸锭进行固溶处理，得到铝基复合材料；对铝基复合材料进行轧制和时效的交替处理。本发明专利技术的铝基复合材料力学性能和导电性能兼具，可以解决现有的铝导线力学性能偏低的问题。能偏低的问题。能偏低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种导电Al2O3/Al基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铝基复合材料
具体地说是一种导电Al2O3/Al基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铜和铝都是优质的导体材料，其中铜材料具有出色的导电性、良好的柔韧性、优异的抗腐蚀性、较高的延展性以及可再生性，一直以来在电线电缆的应用中都占据主导地位。据统计，铜在地壳中的含量约为0.01％，属于稀缺资源，而铝在地壳中的含量约为7.45％，是储量最丰富的金属，其密度大约铜的1/3，相对电导率为63％IACS，价格仅纯铜的30％左右。随着我国倡导节约型社会发展方向，“以铝代铜”是必然趋势。但是相对于铜导线，纯铝导线存在力学性能偏低的问题。
[0003]全铝合金绞线(AAAC)，其全部线股由同质铝合金线构成，具有高延伸率、耐蚀性好、便于回收再次使用等优点；其抗拉强度略低于钢芯铝合金绞线(AACSR)，但其相对电导率较高。常用的全铝合金绞线为中强度铝合金绞线(如LHA3)，符合GB/T42042
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2014，工艺指标中单线抗拉强度≥235MPa，20℃时电导率ρ20≥58.5％IACS，绞后单线的断后延伸率＞3.5％。随着铝合金应用需求的扩大，对导电铝合金的力学要求也越来越高，因此有必要制备更高力学强度的导电铝合金。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种导电Al2O3/Al基复合材料及其制备方法，以解决现有的铝导线力学性能偏低的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种导电Al2O3/Al基复合材料，氧化铝颗粒的含量为0.1～0.5wt.％，铜、锆和铈的含量总和为0.34～2wt.％，余量为铝。若氧化铝颗粒含量大于0.5wt％，在后续的轧制变形中铸件容易发生开裂，且过高的含量对导电性能影响较大；氧化铝颗粒含量升高也就意味铜元素含量的升高，这会使得复合材料在轧制过程中易发生开裂，而锆与铈含量的增加会使得在固溶过程中合金元素无法全部固溶进基体的晶格点阵中，进而影响材料性能。
[0007]上述导电Al2O3/Al基复合材料，铜、锆和铈三种元素的质量之比为(8～10):(1～2):1。
[0008]上述导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤(1)、将纯铝块加热熔炼得到铝熔液；
[0010]步骤(2)、向铝熔液中加入原位反应粉末预制块进行原位反应，反应结束后进行降温，得到铝基熔液；
[0011]步骤(3)、向铝基熔液中依次加入铝锆中间合金和铝铈中间合金，搅拌使两种中间合金完全熔融并混合均匀，得到混合熔体；
[0012]步骤(4)、采用近液相线浇铸法将混合熔体浇铸，得到铝基复合材料铸锭；
[0013]步骤(5)、对铝基复合材料铸锭进行固溶处理，得到铝基复合材料；
[0014]步骤(6)、对铝基复合材料进行轧制和时效的二级交替处理，即得到导电Al2O3/Al基复合材料。
[0015]上述导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，步骤(1)中，纯铝块的纯度大于或等于99.996wt.％，加热熔炼的温度为660～800℃；步骤(2)中，原位反应的温度为900～920℃，原位反应的时间为10～30s，铝基熔液的温度降至740～750℃。
[0016]上述导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，步骤(2)中，原位反应粉末预制块的制备方法为：将铝粉和氧化铜粉混合后研磨，得到混合粉末；利用粉末压片机将混合粉末压制成原位反应粉末预制块。
[0017]上述导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，铝粉过300目筛，铝粉的纯度大于或等于99.9wt.％；氧化铜粉过300目筛，氧化铜粉的纯度大于或等于99.9wt.％；若铝粉或氧化铜粉粒径过大会导致反应生成的氧化铝颗粒尺寸较大，导致其对复合材料的强化效果减弱；氧化铜粉与铝粉的质量之比为1:4～5；研磨时间为1～1.5h；研磨后，混合粉末的粒径为5～20μm(研磨后Al粉5～20μm，CuO粉5～10μm)；压制时，成型压力为10～12MPa，保压时间为3～5min；原位反应粉末预制块为的圆片状；当预制块尺寸过大块体过厚时，加入纯铝熔体中，最外层的反应物粉末急剧升温到达反应温度后开始反应，此时通过热的传递，内部反应物并未达到反应温度，而最外层反应物粉末已开始进行原位反应，原位反应放出的热量一方面会使块体周围的铝液温度急剧升高，另一方面，放出的热量会使得块体内部尚未反应的反应物粉体温度升高，原位反应进行的速度也会更快，反应会更加剧烈；而且，预制块体过厚意味着反应物的增加，也就是反应所放出的热量也会更多，铝热反应属于热爆反应，其反应速率较快且反应极为剧烈，反应物的增加会使得反应的剧烈程度加剧，产生爆炸与铝液飞溅现象。
[0018]上述导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，步骤(3)中，铝锆中间合金中锆元素的质量分数为10wt.％，铝铈中间合金中铈元素的质量分为10wt.％；步骤(4)中，浇铸前模具的预热温度为300～320℃，浇铸温度为660～680℃。
[0019]上述导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，步骤(5)中，固溶处理的条件为：将铝基复合材料铸锭直接置于400℃环境下保温1h，然后用常温水进行水淬。
[0020]上述导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，步骤(6)中，轧制和时效的二级交替处理过程为：
[0021]将铝基复合材料在室温下进行一次室温轧制，变形量为75～85％；
[0022]将一次轧制后的铝基复合材料在160℃条件下进行一级时效处理8h；
[0023]将一级时效处理后的铝基复合材料进行二次室温轧制，变形量为60～70％；
[0024]将二次轧制后的铝基复合材料在150℃条件下进行二级时效处理8h。
[0025]上述导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，步骤(1)中，纯铝块的纯度大于或等于99.996wt.％，加热熔炼的温度为730℃；步骤(2)中，原位反应的温度为900℃，原位反应的时间为10～30s(在该反应条件下原位反应的剧烈程度适中，且能够使得反应后生成的氧化铝颗粒均匀的分散在铝基熔液中)，铝基熔液的温度降至750℃(在该温度下加入中间合金能够有效降低中间合金的烧损，并使得锆和铈快速熔融分散在熔体中)；
[0026]原位反应粉末预制块的制备方法为：将铝粉和氧化铜粉混合后研磨，得到混合粉
末；利用粉末压片机将混合粉末压制成原位反应粉末预制块；铝粉过300目筛，铝粉的纯度大于或等于99.9wt.％；氧化铜粉过300目筛，氧化铜粉的纯度大于或等于99.9wt.％；氧化铜粉与铝粉的质量之比为1:5(在该比例下进行原位反应能够降低因反应过于剧烈而导致的安全风险，同时能够使得原位反应生成的氧化铝颗粒均匀的分散到铝基熔液中)；研磨时间为1h；研磨后，混合粉末的粒径为5～20μm；压制时，成型压力为10MPa，保压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电Al2O3/Al基复合材料，其特征在于，氧化铝颗粒的含量为0.1～0.5wt.％，铜、锆和铈的含量总和为0.34～2wt.％，余量为铝。2.根据权利要求1所述的导电Al2O3/Al基复合材料，其特征在于，铜、锆和铈三种元素的质量之比为(8～10):(1～2):1。3.一种导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)、将纯铝块加热熔炼得到铝熔液；步骤(2)、向铝熔液中加入原位反应粉末预制块进行原位反应，反应结束后进行降温，得到铝基熔液；步骤(3)、向铝基熔液中依次加入铝锆中间合金和铝铈中间合金，搅拌使两种中间合金完全熔融并混合均匀，得到混合熔体；步骤(4)、采用近液相线浇铸法将混合熔体浇铸，得到铝基复合材料铸锭；步骤(5)、对铝基复合材料铸锭进行固溶处理，得到铝基复合材料；步骤(6)、对铝基复合材料进行轧制和时效的二级交替处理，即得到导电Al2O3/Al基复合材料；导电Al2O3/Al基复合材料中：氧化铝颗粒的含量为0.1～0.5wt.％，铜、锆和铈的含量总和为0.34～2wt.％，余量为铝；铜、锆和铈三种元素的质量之比为(8～10):(1～2):1。4.根据权利要求3所述的导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，纯铝块的纯度大于或等于99.996wt.％，加热熔炼的温度为660～800℃；步骤(2)中，原位反应的温度为900～920℃，原位反应的时间为10～30s，铝基熔液的温度降至740～750℃。5.根据权利要求3所述的导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，原位反应粉末预制块的制备方法为：将铝粉和氧化铜粉混合后研磨，得到混合粉末；利用粉末压片机将混合粉末压制成原位反应粉末预制块。6.根据权利要求5所述的导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，其特征在于，铝粉过300目筛，铝粉的纯度大于或等于99.9wt.％；氧化铜粉过300目筛，氧化铜粉的纯度大于或等于99.9wt.％；氧化铜粉与铝粉的质量之比为1:4～5；研磨时间为1～1.5h；研磨后，混合粉末的粒径为5～20μm；压制时，成型压力为10～12MPa，保压时间为3～5min；原位反应粉末预制块为φ15mm
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2mm的圆片状。7.根据权利要求3所述的导电Al2O3/Al基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，铝锆中间合金中锆元素的质量分数为10wt.％，铝铈...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘慧敏，王逸，敖敏，彭荣立，翟景宇，刘丽珍，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：