專利名稱：Al-Fe-RE鋁合金及其制備方法和電力電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及Al-Fe-RE鋁合金及其制備方法和電力電纜。
背景技術(shù)：
鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鋁合金的需求日益增多，則鋁合金的研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金在電力行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)電力行業(yè)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域。電力電纜是用來輸送和分配電能的資源，其基本結(jié)構(gòu)由線芯、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層四部分組成。其中，線芯是電力電纜的導(dǎo)電部分，用來輸送電能，其是電力電纜的主要部分；絕緣層將線芯與大地以及不同相的線芯間在電氣間彼此隔離，保證電能輸送，其是電力電纜結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分；保護(hù)層是保護(hù)電力電纜免受外界雜質(zhì)和水分的侵入，以及防止外力直接損壞電力電纜。由于銅具有良好的導(dǎo)電性，銅廣泛用于電力電纜的線芯。但是隨著銅資源的日益匱乏，而鋁的含量很豐富，以鋁代替銅受到了研究者的關(guān)注，因此鋁合金作為電纜導(dǎo)體成為了研究的熱點(diǎn)。鋁合金電力電纜替代銅纜逐漸成為一種趨勢(shì)，并得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中的鋁合金導(dǎo)體材料，在電性能、耐腐蝕性能和機(jī)械性能等方面較為優(yōu)異，但是在抗疲勞性能方面還是比較差，從而容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，影響鋁合金材料的使用壽命或帶來安全隱患，因此，鋁合金電力電纜綜合性能仍較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種綜合性能較好的用于電力電纜的鋁合金及其制備方法。有鑒于此，本發(fā)明提供了一種Al-Fe-RE鋁合金，包括0. 01 I. 6wt% 的 Fe ；0. 01 3. 0wt% 的 RE ；余量的鋁。優(yōu)選的，包括0. 25 0. 6wt%的Fe。優(yōu)選的，包括0. ro. 6wt% 的 RE。優(yōu)選的，所述RE為Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm和Lu中的一種或多種。本發(fā)明提供了一種Al-Fe-RE鋁合金的制備方法，包括以下步驟a)鑄造如下成分的鋁合金鑄錠0. 01 I. 6wt%的Fe，0. 01 3. Owt%的RE和余量的招;b)將所述鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，將均勻化處理后的鋁合金鑄錠進(jìn)行軋制，得到鋁合金桿材；c)將步驟b)得到的鋁合金桿材進(jìn)行間歇式退火處理；
d)將步驟c)得到的鋁合金桿材進(jìn)行時(shí)效處理，得到鋁合金。
優(yōu)選的，所述均勻化處理的溫度為45(T550°C，所述均勻化處理的時(shí)間為6 16h， 所述均勻化處理的升溫速度為3 8°C /min。
優(yōu)選的，所述步驟c)具體為
將步驟b)得到的鋁合金桿材加熱至28(T350°C，保溫2 8h后進(jìn)行降溫，溫度降至 150^200 0C，保溫2 4h后冷卻。
優(yōu)選的，所述時(shí)效處理在電場(chǎng)強(qiáng)度為5 15KV/cm均勻電場(chǎng)中進(jìn)行。
優(yōu)選的，所述時(shí)效處理的溫度為25(T320°C，所述時(shí)效處理的時(shí)間為4 20h。
本發(fā)明還提供了一種電力電纜，包括線芯、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層，所述線芯為上述方案所述的鋁合金或上述方案所制備的鋁合金。
本發(fā)明提供了一種Al-Fe-RE 鋁合金，包括0. 01 I. 6wt9^9Fe，0. 01 3. 0wt% 的 RE 和余量的鋁。本發(fā)明以鋁為基，添加了微量的鐵，鋁能與鐵形成Al3Fe,析出的Al3Fe彌散粒子抑制了合金的蠕變變形，部分Fe還與RE形成AlFeRE化合物析出，析出相AlFeRE能增強(qiáng)合金的抗疲勞性能和高溫運(yùn)行的耐熱性能，且稀土化合物析出相還能提高屈服極限強(qiáng)度； 稀土元素對(duì)氧、硫、氮和氫的親和力都很強(qiáng)，因而其脫氧、脫硫、去除氫氣和氮?dú)獾淖饔枚己軓?qiáng)，稀土為表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低相與相之間的拉力，從而使晶粒細(xì)化，通過對(duì)合金元素的選擇和含量的控制，有利于鋁合金綜合性能的提高。
本發(fā)明還提供了一種Al-Fe-RE鋁合金的制備方法，首先通過鑄錠進(jìn)行均勻化處理，均勻化處理使鑄錠受熱均勻，且優(yōu)化合金的組織結(jié)構(gòu)；然后將均勻化處理的鋁合金鑄錠軋制成桿材進(jìn)行間歇式退火處理，消除機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的損傷，優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)，恢復(fù)線材的電性能，優(yōu)化機(jī)械性能，使材料的拉伸性能、柔韌性能和抗疲勞性能方面保持較好的匹配；再將退火處理后的鋁合金桿材在均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理， 通過時(shí)效處理可以使整個(gè)材料的性能達(dá)到均勻分布，各項(xiàng)性能綜合指標(biāo)達(dá)到俱佳的匹配。 本發(fā)明通過對(duì)鋁合金制備方法的優(yōu)化，使材料的拉伸性能、柔韌性能、電性能、耐腐蝕性能和抗疲勞性能方面保持較好的匹配，并且使整個(gè)材料的性能達(dá)到均勻分布，從而得到綜合性能較好的鋁合金。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種Al-Fe-RE鋁合金，包括
O. OI I. 6wt% 的 Fe ；
O. OI 3. 0wt% 的 RE ；
余量的鋁。
按照本發(fā)明，鐵作為特征微合金元素，由于鋁能與鐵形成Al3Fe,析出的Al3Fe彌散粒子抑制了合金的蠕變變形，并提高連接的穩(wěn)定性。Fe可以提高鋁基的抗張強(qiáng)度、屈服極限以及耐熱性能，同時(shí)還可以提高合金的提高塑性。在鋁合金的制備過程中，合金中部分Fe 以Al3Fe的形式析出，部分Fe與RE形成AlFeRE化合物析出，高溫退火處理后，F(xiàn)e在鋁基中的固溶更小，則Fe對(duì)合金的電性能影響很??；但是這些彌散析出相能增強(qiáng)合金的抗疲勞性能和高溫運(yùn)行的耐熱性能，且稀土化合物析出相還能提高屈服極限強(qiáng)度，合金中Fe的含量在O. 01wt%以下，對(duì)鋁基性能改變很小，起不到效果，因此Fe的含量不能低于O. 01wt%, 但是Fe的含量不能太高，若超過I. 6wt%，鋁基電性能的削弱較為明顯，對(duì)于用于電線電纜導(dǎo)體、電纜附件及電器領(lǐng)域方面的使用會(huì)有影響，因此總體含量控制1.2wt%以下，效果較好。所述Fe的含量為O. 01 I. 6wt%，優(yōu)選為O. 20 1· 0wt%,更優(yōu)選為O. 25 O. 6wt%，更優(yōu)選為 O. 3(T0. 45wt%0
本發(fā)明在鋁合金中添加了稀土元素，所述稀土元素能提高合金的導(dǎo)電性，由于稀土元素能細(xì)化晶粒，并與合金中的Fe形成穩(wěn)定的化合物，從晶體內(nèi)析出，降低電解質(zhì)的初晶溫度，使離子在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)速度加快，減少濃差過電位，從使鋁合金的電阻率降低。另一方面，稀土元素與氫、氧、氮等元素的親和力比鋁更大，形成多種化合物，因而稀土是合金中一種除氣、脫氮、造渣、中和微量低熔點(diǎn)雜質(zhì)、改變雜質(zhì)狀態(tài)的凈化機(jī)，可以起到較好的精煉作用，使得合金變得更純凈，從而使電阻率得到很大的提高，導(dǎo)電率能達(dá)到 60%IACS。另一方面，稀土元素能形成致密氧化膜結(jié)構(gòu)，對(duì)于提高合金的氧化性和耐電化學(xué)腐蝕起到極好的效果，提高了鋁合金的使用壽命。此外，稀土為表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低相與相之間的拉力，因此使形成臨界尺寸晶核的功減小，結(jié)晶核數(shù)量增加，從而使晶粒細(xì)化。其次，經(jīng)過熔煉、高溫退火和均勻電場(chǎng)中時(shí)效處理后，F(xiàn)e在Al中與RE 形成復(fù)雜的鋁鐵稀土金屬，提高了合金的抗疲勞極限和屈服極限，增加合金在實(shí)際應(yīng)用中的使用效果和使用壽命。
所述稀土元素RE 為鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、 釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鈧(Sc)和釔(Y)中的一種或多種，優(yōu)選為Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm和Lu中的一種或多種。其中，稀土 Pm在合金中形成Al11PmfAlPm2等6種活性金屬化合物；稀土 Sm在合金中形成AlnSm4、Al3Snu Al2Snu AISm、AlSm3等活性金屬化合物；稀土 Eu在合金中形成EuA14、EuAl2> EuAl等活性金屬化合物；稀土 Gd在合金中形成Al4GcTAl17Gd2等7種難熔性金屬化合物；稀土 Tb在合金中形成Al3Tb、Al2Tb, AlTb, AlTb2, AlTb3等難熔活性金屬化合物；稀土 Dy在合金中形成Al5Dyll17Dy2等8種難熔活性金屬化合物；稀土 Ho在合金中形成Al5Ho3、Al3Ho, AlHo2, AlHo3等難熔活性金屬化合物；稀土 Tm在合金中形成Al3Tm2、Al3Tnu AlTm、AlTm3等難熔活性金屬化合物；稀土 Lu在合金中形成A17Lu3、A15Lu3、A12Lu3、A1Lu2、AlLu3等難熔活性金屬化合物。上述高熔點(diǎn)的活性金屬化合物彌散分布于呈網(wǎng)狀或骨架狀的晶間和枝晶間，并與基體牢固結(jié)合，起到了強(qiáng)化和穩(wěn)定晶界的作用。同時(shí)，還可中和金屬液中的元素Fe，形成高熔點(diǎn)的化合物或使它們從枝晶間整個(gè)晶體組織內(nèi)均勻分布，消除了枝晶組織，以提高合金材料的綜合性能。所述稀土元素的含量為O. 0Γ3. Owt%，優(yōu)選為O. 03^2. 5wt%,更優(yōu)選為 O. 05 I. 5wt%，最優(yōu)選為 O. Γθ. 6wt%0
按照本發(fā)明，對(duì)于鋁合金中的基體鋁，可以采用工業(yè)用的A199. 70的純鋁，使本發(fā)明制備的鋁合金具有原料供應(yīng)充足、成本低、采購(gòu)方便等優(yōu)勢(shì)；同時(shí)鋁基還可以采用精鋁或高純級(jí)鋁作為基體合金，該鋁基比普通鋁基材料具有更高的品質(zhì)，加工成的產(chǎn)品在電性能和機(jī)械性能方面更具優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明還提供了一種Al-Fe-RE鋁合金的制備方法，包括以下步驟
a)將如下成分的原料鑄造，得到鋁合金鑄錠0. Ori. 6wt%的Fe，0. 01^3. Owt%的RE和余量的鋁；b)將所述鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，將均勻化處理后的鋁合金鑄錠進(jìn)行軋制，得到鋁合金桿材；c)將步驟b)得到的鋁合金桿材進(jìn)行間歇式退火處理；d)將步驟c)得到的鋁合金桿材進(jìn)行時(shí)效處理，得到鋁合金。
按照本發(fā)明，步驟a)為鑄造工序，得到鋁合金鑄錠，為了使各種元素充分熔解，均勻分布，作為優(yōu)選方案，上述鑄造工藝具體包括將鋁錠投入熔爐中，在密閉環(huán)境中加熱至72(T800°C并保溫，待鋁錠熔化后再加入Fe或Al-Fe中間合金，攪拌均勻后，加入稀土元素RE,得到合金熔體；將所述合金熔體加入精煉劑，進(jìn)行爐內(nèi)精煉，保溫2(T40min,得到合金液；將所述合金液經(jīng)除氣、除渣，進(jìn)入鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，得到鋁合金鑄錠。由于鋁不易燒損，且加入量較多，因此先將鋁加入熔煉爐，而后加入鐵和稀土。本發(fā)明合金元素優(yōu)選采用上述順序加入，使各種元素熔煉后不發(fā)生損耗，同時(shí)各種元素能夠充分熔解，均勻分布。步驟b)為均勻化處理階段，所述均勻化處理的溫度優(yōu)選為45(T550°C，更優(yōu)選為4800C 520°C，所述均勻化處理的時(shí)間優(yōu)選為2 8h，更優(yōu)選為3 6h。將鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，能夠保證鑄錠在軋制桿材的過程中，其強(qiáng)度和延展性具有較好的匹配，從而避免采用傳統(tǒng)方式導(dǎo)致材料微觀結(jié)構(gòu)的破壞而進(jìn)一步影響加工性能。為了保證鑄錠受熱均勻，優(yōu)化合金的組織結(jié)構(gòu)，避免合金在加工過程中由于升溫或降溫過快導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生，所述均勻化處理的升溫速度優(yōu)選為3 8°C /min，更優(yōu)選為5°C /min。將鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理后，則將鋁合金鑄錠軋制，得到鋁合金桿材。隨后將鋁合金桿材進(jìn)行熱處理，首先將鋁合金桿材在退火爐中進(jìn)行間歇退火處理。所述間歇退火處理具體為將所述鋁合金桿材加熱至28(T350°C，保溫2 8h后進(jìn)行降溫，溫度降至15(T200°C，保溫2 4h后冷卻。為了避免鋁合金材料在高溫下發(fā)生氧化而導(dǎo)致材料在電性能和表面耐腐蝕性能方面減弱，所述退火處理優(yōu)選在惰性氣氛下進(jìn)行。本發(fā)明采用間歇式分步退火處理，并逐步降溫冷卻，該種處理方式可以消除機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的損傷，優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)，恢復(fù)線材的電性能，優(yōu)化機(jī)械性能，使材料的拉伸性能、柔韌性能和抗疲勞性能方面保持較好的匹配。在將鋁合金桿材進(jìn)行退火處理后，則將退火處理后的鋁合金桿材進(jìn)行時(shí)效處理。所述時(shí)效處理優(yōu)選在電場(chǎng)強(qiáng)度為5 15KV/cm均勻電場(chǎng)中進(jìn)行。所述時(shí)效處理的溫度優(yōu)選為25(T320°C，更優(yōu)選為28(T300°C，所述時(shí)效處理的時(shí)間優(yōu)選為4 20h，更優(yōu)選為8 15h，最優(yōu)選為l(Tl3h。在退火處理技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)效處理，可以進(jìn)一步彌補(bǔ)退火處理過程中熱量傳導(dǎo)不均，導(dǎo)致材料內(nèi)外性能分布不均或局部缺陷的特點(diǎn)。通過時(shí)效處理可以使整個(gè)材料的性能達(dá)到均勻分布，各項(xiàng)性能綜合指標(biāo)達(dá)到俱佳的匹配。因此退火處理和時(shí)效處理，兩者有效的結(jié)合，對(duì)于材料整體性能的優(yōu)化起到了至關(guān)重要的作用，二者缺一不可。本發(fā)明優(yōu)選在高強(qiáng)度的均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理，第一方面改變了原子的排列、匹配和遷移，第二方面，提高了合金元素的固溶程度，誘發(fā)了 Tl相的均勻形核，提高了合金的屈服強(qiáng)度；使均勻化處理的樣品進(jìn)行時(shí)效處理后，析出相均勻彌散分布，合金的力學(xué)性能大大提高；第三方面，改變了細(xì)小晶體組織的析出形態(tài)和數(shù)量，使材料固態(tài)相變中發(fā)生形態(tài)、大小、分布等取向得以控制，從而控制材料的組織，最終獲得優(yōu)良的機(jī)械性能和電氣性能。
本發(fā)明提供了一種Al-Fe-RE 鋁合金，包括0· θΓ . 6wt9^9Fe，0. 0Γ3. 0wt% 的 RE 和余量的鋁。本發(fā)明以鋁為基，添加了微量的鐵，鋁能與鐵形成Al3Fe,析出的Al3Fe彌散粒子抑制了合金的蠕變變形，部分Fe還與RE形成AlFeRE化合物析出，析出相AlFeRE能增強(qiáng)合金的抗疲勞性能和高溫運(yùn)行的耐熱性能，且稀土化合物析出相還能提高屈服極限強(qiáng)度； 稀土元素對(duì)氧、硫、氮和氫的親和力都很強(qiáng)，因而其脫氧、脫硫、去除氫氣和氮?dú)獾淖饔枚己軓?qiáng)，稀土為表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低相與相之間的拉力，從而使晶粒細(xì)化。本發(fā)明還提供了一種鋁合金的制備方法，首先通過鑄錠進(jìn)行均勻化處理，然后將均勻化處理的鋁合金鑄錠軋制成桿材再放入退火爐中，進(jìn)行退火處理，再在均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理，使材料的拉伸性能、柔韌性能、電性能、耐腐蝕性能和抗疲勞性能方面保持較好的匹配，并且使整個(gè)材料的性能達(dá)到均勻分布，從而得到綜合性能較好的鋁合金。
本發(fā)明的鋁合金材料通過添加多種合金元素以及采用熱處理技術(shù)，極大的提高了純鋁的耐熱性能，使得該鋁合金材料長(zhǎng)期運(yùn)行溫度在200°C，蠕變現(xiàn)象較小，抗拉強(qiáng)度保持 90%的殘存率，保障了在高溫運(yùn)行下機(jī)械性能改變較小，同時(shí)抗疲勞性能也獲得了很好的提高，鋁合金的反復(fù)彎折次數(shù)達(dá)到34，這樣可避免用作導(dǎo)體線芯在安裝過程中出現(xiàn)的不同程度的損失；且通過熱處理技術(shù)使得合金的柔韌性相當(dāng)好，電纜安裝彎曲半徑在4倍電纜外徑以上，大大提高了鋁合金的延展性，延伸率超過30%，不會(huì)由于拉力作用而容易出現(xiàn)損傷現(xiàn)象，且加工性能非常好，適用于拉制成單絲直徑在O. Imm以上大小不等的單絲。
本發(fā)明還提供了一種電力電纜，所述電力電纜包括線芯、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層，所述線芯為鋁合金，所述鋁合金含有O. 0Γ1. 6wt°/c^^Fe ；0. 0Γ3. Owt%的RE ;余量的鋁； 所述鋁合金的制備方法由按照上述方案的方法制備。所述電力電纜的制備方法本發(fā)明沒有特殊的限制，為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式即可。
將本發(fā)明上述方案中的鋁合金作為電力電纜的線芯，可使電力電纜具有較好的綜合性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明制備的鋁合金導(dǎo)電率大于60%，抗拉強(qiáng)度大于90MPa，斷裂伸長(zhǎng)率大于30%，長(zhǎng)期運(yùn)行耐熱溫度能達(dá)到200°C，且耐熱運(yùn)行試驗(yàn)后強(qiáng)度殘存率能達(dá)到90%， 90度反復(fù)彎折次數(shù)達(dá)到34次，400h耐腐蝕性能質(zhì)量損失小于I. Og/m2 · hr，最小彎曲半徑大于4倍電纜外徑，單絲最小直徑大于O. lm。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的鋁合金及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
實(shí)施例I
(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化并在720°C下保溫，熔化過程在密封環(huán)境內(nèi)完成；先加入Fe純金屬或Al-Fe中間合金，攪拌均勻后再加入稀土 RE攪拌20min直至充分?jǐn)嚢杈鶆?，靜置保溫30min ;然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；在合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環(huán)境中操作；精煉后打渣、靜置、調(diào)溫至650°C，合金液傾倒出爐，再經(jīng)線除氣、除渣處理后，進(jìn)入鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列于表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進(jìn)行5°C /min的速度升溫，溫度至450°C，保溫 6h后軋制成桿材；
(3)將步驟(2)得到的桿材在惰性氣氛下進(jìn)行退火處理，加熱至280°C保溫2h，再將退火溫度降至150°C保溫3h，冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)得到的桿材在電場(chǎng)強(qiáng)度為5kV/cm的均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為250°C，時(shí)效時(shí)間為4h，得到鋁合金。
將按照上述方法制備的鋁合金進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。
實(shí)施例2
(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化并在740°C下保溫，熔化過程在密封環(huán)境內(nèi)完成；先加入Fe純金屬或Al-Fe中間合金，攪拌均勻后再加入稀土 RE攪拌20min直至充分?jǐn)嚢杈鶆?，靜置保溫30min ;然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；在合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環(huán)境中操作；精煉后打渣、靜置、調(diào)溫至720°C，合金液傾倒出爐，再經(jīng)線除氣、除渣處理后，進(jìn)入鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列于表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進(jìn)行3°C /min的速度升溫，溫度至550°C，保溫 16h后軋制成桿材；
(3)將步驟(2)得到的桿材在惰性氣氛下進(jìn)行退火處理，加熱至360°C保溫8h，再將退火溫度降至200°C保溫2h，冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)得到的桿材在電場(chǎng)強(qiáng)度為15kV/cm的均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為320°C，時(shí)效時(shí)間為20h，得到鋁合金。
將按照上述方法制備的鋁合金進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。
實(shí)施例3
(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化并在760°C下保溫，熔化過程在密封環(huán)境內(nèi)完成；先加入Fe純金屬或Al-Fe中間合金，攪拌均勻后再加入稀土 RE攪拌20min直至充分?jǐn)嚢杈鶆?，靜置保溫30min ;然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；在合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環(huán)境中操作；精煉后打渣、靜置、調(diào)溫至680°C，合金液傾倒出爐，再經(jīng)線除氣、除渣處理后，進(jìn)入鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列于表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進(jìn)行8°C /min的速度升溫，溫度至500°C，保溫 IOh后軋制成桿材；
(3)將步驟(2)得到的桿材在惰性氣氛下進(jìn)行退火處理，加熱至300°C保溫4h，再將退火溫度降至160°C保溫3h，冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)得到的桿材在電場(chǎng)強(qiáng)度為10kV/cm的均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為260°C，時(shí)效時(shí)間為10h，得到鋁合金。
將按照上述方法制備的鋁合金進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。
實(shí)施例4
(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化并在780°C下保溫，熔化過程在密封環(huán)境內(nèi)完成；先加入Fe純金屬或Al-Fe中間合金，攪拌均勻后再加入稀土 RE攪拌20min直至充分?jǐn)嚢杈鶆?，靜置保溫30min ;然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；在合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環(huán)境中操作；精煉后打渣、靜置、調(diào)溫至750°C，合金液傾倒出爐，再經(jīng)線除氣、除渣處理后，進(jìn)入鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列于表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進(jìn)行5°C /min的速度升溫，溫度至480°C，保溫8h后軋制成桿材；(3)將步驟(2)得到的桿材在惰性氣氛下進(jìn)行退火處理，加熱至350°C保溫4h，再將退火溫度降至170°C保溫3h，冷卻至室溫；(4)將步驟(3)得到的桿材在電場(chǎng)強(qiáng)度為12kV/cm的均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為260°C，時(shí)效時(shí)間為14h，得到鋁合金。將按照上述方法制備的鋁合金進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。實(shí)施例5(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化并在800°C下保溫，熔化過程在密封環(huán)境內(nèi)完成；先加入Fe純金屬或Al-Fe中間合金，攪拌均勻后再加入稀土 RE攪拌20min直至充分?jǐn)嚢杈鶆?，靜置保溫30min ;然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；在合金熔體中加入精煉 齊IJ，并攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環(huán)境中操作；精煉后打渣、靜置、調(diào)溫至700°C，合金液傾倒出爐，再經(jīng)線除氣、除渣處理后，進(jìn)入鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列于表I ;(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進(jìn)行6°C /min的速度升溫，溫度至490°C，保溫18h后軋制成桿材；(3)將步驟(2)得到的桿材在惰性氣氛下進(jìn)行退火處理，加熱至320°C保溫6h，再將退火溫度降至190°C保溫3h，冷卻至室溫；(4)將步驟(3)得到的桿材在電場(chǎng)強(qiáng)度為12kV/cm的均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為310°C，時(shí)效時(shí)間為16h，得到鋁合金。將按照上述方法制備的鋁合金進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。實(shí)施例6(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化并在730°C下保溫，熔化過程在密封環(huán)境內(nèi)完成；先加入Fe純金屬或Al-Fe中間合金，攪拌均勻后再加入稀土 RE攪拌20min直至充分?jǐn)嚢杈鶆?，靜置保溫30min ;然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；在合金熔體中加入精煉齊IJ，并攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環(huán)境中操作；精煉后打渣、靜置、調(diào)溫至800°C，合金液傾倒出爐，再經(jīng)線除氣、除渣處理后，進(jìn)入鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列于表I ;(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進(jìn)行7V /min的速度升溫，溫度至460°C，保溫14h后軋制成桿材；(3)將步驟(2)得到的桿材在惰性氣氛下進(jìn)行退火處理，加熱至350°C保溫7h，再將退火溫度降至190°C保溫4h，冷卻至室溫；(4)將步驟(3)得到的桿材在電場(chǎng)強(qiáng)度為llkV/cm的均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為305°C，時(shí)效時(shí)間為18h，得到鋁合金。將按照上述方法制備的鋁合金進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。實(shí)施例7(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化并在750°C下保溫，熔化過程在密封環(huán)境內(nèi)完成；先加入Fe純金屬或Al-Fe中間合金，攪拌均勻后再加入稀土 RE攪拌20min直至充分?jǐn)嚢杈鶆?，靜置保溫30min ;然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；在合金熔體中加入精煉齊IJ，并攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環(huán)境中操作；精煉后打渣、靜置、調(diào)溫至720°C，合金液傾倒出爐，再經(jīng)線除氣、除渣處理后，進(jìn)入鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列于表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進(jìn)行4°C /min的速度升溫，溫度至470°C，保溫 12h后乳制成桿材；
(3)將步驟(2)得到的桿材在惰性氣氛下進(jìn)行退火處理，加熱至340°C保溫5h，再將退火溫度降至170°C保溫4h，冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)得到的桿材在電場(chǎng)強(qiáng)度為12. 5kV/cm的均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理， 時(shí)效溫度為315°C，時(shí)效時(shí)間為17h，得到鋁合金。
將按照上述方法制備的鋁合金進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。
實(shí)施例8
(I)將鋁錠投入熔爐中，加熱使之熔化并在790°C下保溫，熔化過程在密封環(huán)境內(nèi)完成；先加入Fe純金屬或Al-Fe中間合金，攪拌均勻后再加入稀土 RE攪拌20min直至充分?jǐn)嚢杈鶆颍o置保溫30min ;然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；在合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，再靜置保溫30min，熔體精煉在密封環(huán)境中操作；精煉后打渣、靜置、調(diào)溫至750°C，合金液傾倒出爐，再經(jīng)線除氣、除渣處理后，進(jìn)入鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，得到鋁合金鑄錠，鑄錠成分列于表I ;
(2)將步驟(I)得到的鋁合金鑄錠進(jìn)行5°C /min的速度升溫，溫度510°C，保溫13h 后乳制成桿材；
(3)將步驟(2)得到的桿材在惰性氣氛下進(jìn)行退火處理，加熱至310°C保溫5h，再將退火溫度降至170°C保溫4h，冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)得到的桿材在電場(chǎng)強(qiáng)度為8kV/cm的均勻電場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為285°C，時(shí)效時(shí)間為14h，得到鋁合金。
將按照上述方法制備的鋁合金進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。
對(duì)比例I
選取99. 7%純度的標(biāo)準(zhǔn)鋁錠，其雜質(zhì)除硅、鐵、銅外含量不超過O. 02wt% ;將所述鋁錠放入熔鋁爐中熔化，加入O. 15wt%的鋯、O. 25wt%的銅、O. 70wt%的鐵以及O. 25wt%的釔， 合金化溫度為750°C ;經(jīng)均勻化攪拌、精煉除氣、造渣、除渣，鋁合金液精煉溫度為725°C，用固體覆蓋劑覆蓋鋁合金液表面，靜置60min，進(jìn)行爐前化學(xué)成分分析，監(jiān)測(cè)、調(diào)整以控制元素含量；將鋁液進(jìn)行連續(xù)澆鑄，得到鋁合金鑄條；將鋁合金鑄條軋成鋁合金桿，鋁合金鑄條進(jìn)軋溫度為500°C，鋁合金桿的終軋溫度為250°C ;將鋁合金桿進(jìn)行拉線處理，拉線速度為20 米/秒，多次拉線后，拉制成所需的高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線；將所述鋁合金圓線進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，溫度為200°C，時(shí)間為120min，將熱處理后的鋁合金圓線冷卻，得到耐熱鋁合金圓線。 將制備的鋁合金圓線進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。
對(duì)比例2
選用八噸鋁錠，其雜質(zhì)含量(硅、鐵、銅除外)不超過0.02wt%，放入圓形熔鋁爐熔化，同時(shí)加入加入O. 10wt%的鋯、O. 02wt%的銅、O. 35wt%的鐵、O. 20wt%的硅以及O. 35wt% 的稀土，合金化溫度為730°C ;經(jīng)均勻化攪拌、精煉除氣、造渣、除渣，鋁合金液精煉溫度為 725°C，用固體覆蓋劑覆蓋鋁合金液表面，靜置40min，進(jìn)行爐前化學(xué)成分分析，監(jiān)測(cè)、調(diào)整以控制元素含量；將鋁液進(jìn)行連續(xù)澆鑄，得到鋁合金鑄條；將鋁合金鑄條軋成鋁合金桿，鋁合金鑄條進(jìn)軋溫度為500°C，鋁合金桿的終軋溫度為250°C;將鋁合金桿進(jìn)行拉線處理，拉線速度為10米/秒，多次拉線后，拉制成所需的高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線；將所述鋁合金圓線進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，溫度為200°C，時(shí)間為200min，將熱處理后的鋁合金圓線冷卻，得到耐熱鋁合金圓線。將制備的鋁合金圓線進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。
對(duì)比例3
在豎爐中加入純度大于99. 70wt%的鋁錠，升溫至750°C，使鋁錠熔化，將溫度升高至 750 °C，依次加入 O. 86wt% 的 Fe,O. llwt% 的 Cu,O. 15wt% 的 Mg,O. 13wt% 的 Zr,O. 29wt% 的Ca、0. 13wt%的Sc、0. 33wt%的Y、0. 23wt%的Er，使其完全溶解，并調(diào)節(jié)合金成分至設(shè)定范圍，合金元素都是以鋁中間合金的形式加入；在7601保溫30min，再加入O. 15wt%的精煉劑，進(jìn)行除渣、除氣，然后再澆鑄成鋁合金鑄件；將鋁合金鑄件導(dǎo)入軋機(jī)，導(dǎo)入軋機(jī)的溫度為450°C，導(dǎo)入軋機(jī)成鋁合金桿的終軋溫度為300°C ;將鋁合金桿進(jìn)行冷拉加工成3. Omm的鋁合金線，將7根拉制成鋁合金線進(jìn)行絞合，制備成導(dǎo)體線芯；將所述鋁合金導(dǎo)體進(jìn)行退火處理,退火溫度為370°C，時(shí)間為12h，停止對(duì)爐體加熱，再退火爐中日然冷卻，24h后從爐中取出，得到鋁合金導(dǎo)線。將制備的鋁合金導(dǎo)線進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表2。
表I實(shí)施例制備的鋁合金的成分表(wt%)
權(quán)利要求
1.ー種Al-Fe-RE鋁合金，包括O. Ol I. 6wt% 的 Fe ；O.OI 3. 0wt% 的 RE ； 余量的招。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁合金，其特征在于，包括O.25、. 6wt%的Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁合金，其特征在于，包括O.Γ0. 6wt%的RE。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁合金，其特征在于，所述RE為Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm和Lu中的ー種或多種。
5.ー種Al-Fe-RE鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟a)鑄造如下成分的鋁合金鑄錠0.ΟΓ . 6wt%的Fe，O. 01 3. Owt%的RE和余量的鋁； b)將所述鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，將均勻化處理后的鋁合金鑄錠進(jìn)行軋制，得到鋁合金桿材； c)將步驟b)得到的鋁合金桿材進(jìn)行間歇式退火處理； d)將步驟c)得到的鋁合金桿材進(jìn)行時(shí)效處理，得到鋁合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述均勻化處理的溫度為45(T550°C，所述均勻化處理的時(shí)間為6 16h，所述均勻化處理的升溫速度為3 8°C /min。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟c)具體為 將步驟b)得到的鋁合金桿材加熱至28(T350°C，保溫2 8h后進(jìn)行降溫，溫度降至150^200 0C，保溫2 4h后冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述時(shí)效處理在電場(chǎng)強(qiáng)度為5 15KV/cm均勻電場(chǎng)中進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述時(shí)效處理的溫度為25(T320°C，所述時(shí)效處理的時(shí)間為4 20h。
10.ー種電カ電纜，包括線芯、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層，其特征在于，所述線芯為權(quán)利要求f 4任意ー項(xiàng)所述的鋁合金或權(quán)利要求5、任意一項(xiàng)所制備的鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種Al-Fe-RE鋁合金，包括0.01～1.6wt%的Fe；0.01～3.0wt%的RE和余量的鋁。本發(fā)明還提供了一種Al-Fe-RE鋁合金的制備方法，包括以下步驟a)鑄造如下成分的鋁合金鑄錠0.01～1.6wt%的Fe，0.01～3.0wt%的RE和余量的鋁；b)將所述鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，將均勻化處理后的鋁合金鑄錠進(jìn)行軋制，得到鋁合金桿材；c)將步驟b)得到的鋁合金桿材進(jìn)行間歇式退火處理；d)將步驟c)得到的鋁合金桿材進(jìn)行時(shí)效處理，得到鋁合金。本發(fā)明還提供了一種電力電纜。本發(fā)明通過對(duì)添加元素的選擇和控制，并采用合理的制備工藝，使鋁合金具有較好的綜合性能。
文檔編號(hào)C22F1/04GK102978469SQ20121044532
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者林澤民 申請(qǐng)人:安徽欣意電纜有限公司