專利名稱：具有高導(dǎo)電率和高強(qiáng)度的鋁合金線及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金線，更具體地涉及一種具有導(dǎo)電體所需的高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率的鋁合金線，以及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，鋁合金線具有優(yōu)異的導(dǎo)電率，并且重量輕，因此廣泛用作高架或地下傳輸線，或用作建筑物電纜的導(dǎo)電體。未合金化的純鋁(Al)的導(dǎo)電率為大約62%。然而，由于鋁較軟，為了用作電線，其需要與少量的合金元素形成合金以改善強(qiáng)度，盡管這會降低導(dǎo)電率。鋁合金線的技術(shù)趨勢的界定為在20世紀(jì)60年代為60TAL(耐熱鋁合金線)，具有60% IACS的導(dǎo)電率和150°C的連續(xù)工作溫度；在20世紀(jì)80年代為XTAL (特種耐熱鋁合金線)，具有58% IACS的導(dǎo)電率和230°C的連續(xù)工作溫度；在1985年為STAL或ZTAL (超級耐熱鋁合金線)，具有60% IACS的導(dǎo)電率和210°C的連續(xù)工作溫度；在1993年為XTAL， 具有58% IACS的導(dǎo)電率和230°C的連續(xù)工作溫度。當(dāng)鋁合金線的導(dǎo)電率高時，難以保證高溫強(qiáng)度，而當(dāng)高溫強(qiáng)度高時，導(dǎo)電率又較低。由于連續(xù)工作溫度下的高溫強(qiáng)度和導(dǎo)電率之間的上述關(guān)系，需要優(yōu)化加工硬化和熱處理的條件以改善這兩種要素。在這種情況下，對Al-Zr合金線進(jìn)行了積極的研究。已知的Al-Zr合金線包含 作為有效合金元素的O. 07重量％ O. 2重量％的鎂(Mg)和O. 02重量％ O. 05重量％的鋯(Zr);作為其他合金元素的O. 15重量％或更少的硅61)、1.0重量％的鐵(Fe)、0. 2重量％或更少的鋅(Zn)，O. 05重量％或更少的硼(B)和O. 05重量％或更少的鎵(Ga);以及作為雜質(zhì)的O. 01重量％或更少的鈦(Ti)、0. 01重量％或更少的釩(V)、0. 01重量％或更少的錳(Mn)和O. 01重量％或更少的鉻(Cr)。另外，還可以包含銅(Cu) ,Cu的含量不多于 [O. 05+2 (O. 2-m)]重量％。這里，“m”是指Mg的含量。具有上述組成的鋁合金線經(jīng)由下列步驟制造鑄造，拉拔，在225°C 275°C下進(jìn)行I小時 24小時的熱處理。雜質(zhì)會降低導(dǎo)電率。為提高導(dǎo)電率，Al-Zr合金線需要析出最大量的細(xì)小的ZrAl3。 而且，為提高連續(xù)工作溫度，Al-Zr合金線應(yīng)當(dāng)消除在高溫條件下可能發(fā)生的Al的原始結(jié)構(gòu)置換或者再結(jié)晶。然而，均勻和細(xì)小的ZrAl3的析出涉及高溫?zé)崽幚硭璧拇罅康募庸ず蜁r間，這為大批量生產(chǎn)帶來了困難。同時，日本公報(bào)第05-70905號提出了一種制造鋁合金線的方法，該鋁合金線包含O.15重量％ O. 4重量％的Zr、0. I重量％ O. 5重量％的Fe、0. 05重量％ O. 2重量％ 的Si和O. 005重量％ O. 05重量％的Be，其中Si和Be的總含量為O. 035重量％ O. 11
重量％。然而，由于用于提高高溫強(qiáng)度的Be是一種對于環(huán)境有害且受管制的物質(zhì)，'905 面臨著環(huán)境問題。而且，使用Be會增加制造成本。此外，'905的制造過程復(fù)雜，必須在鑄造和熱加工之后經(jīng)過兩次冷加工和熱處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)用來解決上述問題，因此本發(fā)明的目的是提供一種鋁合金線以及其制造方法，該鋁合金線包含能夠在熱處理期間容易地析出的元素，以保證高導(dǎo)電率和高強(qiáng)度。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種鋁合金線，其包含作為主要元素的Al，以及作為合金元素的O. 3重量％ 0. 6重量％的？6、0. 3重量％ 0. 5重量％的Cu，0. 03重量％ O. 06重量％的]\%和O. 01重量％ O. 10重量％的B。本發(fā)明的鋁合金線具有61. 6% IACS或更高的導(dǎo)電率，以及125MPa或更高的抗張強(qiáng)度。優(yōu)選地，F(xiàn)e的含量可以為O. 50重量％ O. 60重量％，Cu的含量可以為O. 3重
量 O. 4重量％。本發(fā)明的鋁合金線可進(jìn)一步包含O. 01重量％或更少的Ti、O. 01重量％或更少的 V、0. 01重量％或更少的Cr和O. 01重量％或更少的Ni作為雜質(zhì)，并且雜質(zhì)的總含量可以優(yōu)選為O. I重量％或更少。依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造鋁合金線的方法，包括(a)使用合金熔體鑄造招合金線材，該熔體包含作為主要元素的Al,以及作為合金元素的O. 3重量％
O.6重量％的Fe、0. 3重量％ O. 5重量％的Cu、0. 03重量％ O. 06重量％的]\%和O. 01 重量％ O. 10重量％的B，(b)對鑄造的鋁合金線材進(jìn)行拉拔，并且(C)在250V 400°C 下對拉拔后的鋁合金線材進(jìn)行2小時 24小時的熱處理。優(yōu)選地，步驟(a)中合金熔體的溫度可以為750°C 900°C。在步驟(a)中，可添加O. 01重量％或更少的Ti、0. 01重量％或更少的V、0. 01重量％或更少的Cr和O. 01重量％或更少的Ni作為雜質(zhì)。優(yōu)選地,步驟(a)中的招合金線材可以具有8. Omm 15mm的直徑。有益效果本發(fā)明的鋁合金線不含污染環(huán)境的物質(zhì)，這不同于傳統(tǒng)的含Be鋁合金線，因此具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性。同時，本發(fā)明的鋁合金線相對于傳統(tǒng)的含Zr鋁合金線具有更簡便的工藝和更高的生產(chǎn)率，因此有利于大批量生產(chǎn)。


了本公開的優(yōu)選實(shí)施方式，并結(jié)合上文公開的內(nèi)容，用于提供對本公開的技術(shù)主旨的進(jìn)一步理解。然而，并不應(yīng)將本公開解讀為限于這些附圖。圖I為圖示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的制造鋁合金線的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下，將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。在進(jìn)行描述之前，首先要了解說明書和所附權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應(yīng)被解讀為限于通常的和詞典上的意思，而應(yīng)當(dāng)基于允許發(fā)明人為進(jìn)行最佳說明而適當(dāng)?shù)囟x術(shù)語的原則，依據(jù)對應(yīng)于本發(fā)明的技術(shù)方面的意思和概念來進(jìn)行理解。因此，本文提出的描述僅是用于說明目的的優(yōu)選實(shí)例，并不意在限制本發(fā)明的范圍，所以應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到在不偏離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，可以對其做出其他等價(jià)形式或修改。本發(fā)明的鋁合金線可以包含作為主要元素的Al和作為有效的合金元素的Fe、Cu、 Mg 及 B。Fe可以在不降低導(dǎo)電率的情況下提高鋁合金線的強(qiáng)度，這是因?yàn)樵谥圃熹X合金線時的熱處理期間析出了大部分Fe。特別是，在制造鋁合金線時的熱處理期間Fe的析出抑制了晶粒的生長，因此防止了合金強(qiáng)度的降低。當(dāng)Fe的含量為鋁合金總重量的O. 3重量％
O.6重量％時，這種效果可以非常顯著。就此而言，當(dāng)Fe的含量超過O. 6重量％時，導(dǎo)電率明顯下降，當(dāng)Fe含量小于O. 3重量％時，該強(qiáng)度提高效果不足。在制造鋁合金線時的熱處理期間，Cu可以產(chǎn)生析出物，例如Al-CuAl2，從而提高了鋁合金線的強(qiáng)度。特別是，同F(xiàn)e—樣，在制造鋁合金線時的熱處理期間，Cu的析出也阻止晶粒的生長，因此防止了合金強(qiáng)度的降低。當(dāng)Cu的含量為鋁合金總重量的O. 3重量％ O. 5 重量％時，這種效果可以非常顯著。就此而言，當(dāng)Cu的含量超過O. 5重量％時，導(dǎo)電率明顯下降，當(dāng)Cu的含量小于O. 3重量％時，難以預(yù)期該強(qiáng)度提高效果。而且，O. 3重量％ O. 5 重量％的Cu可以增加鋁合金線的腐蝕電位，從而提高耐腐蝕性。Fe的含量越高，Cu導(dǎo)致導(dǎo)電率迅速下降的程度也越高。因此，當(dāng)Fe的含量為O. 5 重量％或更高時，Cu的含量優(yōu)選限于O. 3重量％ O. 4重量％。Mg即使含量較少也可與Si形成化合物，因此可以在不降低導(dǎo)電率的情況下提高鋁合金線的強(qiáng)度，同時還能改善柔韌性。在使用鋁合金線時，Mg可以降低鋁合金線與接線端子之間的接觸電阻，從而降低電損耗。當(dāng)Mg的含量為鋁合金總重量的O. 03重量％或更多時，這些效果可以非常顯著。然而，過量的Mg會降低導(dǎo)電率。因此，Mg含量限于O. 06重量％或更低。在制造鋁合金線時的熱處理期間，B可以抑制晶粒粗化，并可以促進(jìn)元素特別是以下雜質(zhì)的析出，從而提高強(qiáng)度并防止導(dǎo)電率的下降。當(dāng)B的含量為鋁合金總重量的O. 01重量％ O. 10重量％時，這些效果可以非常顯著。就此而言，當(dāng)B的含量超過O. 10重量％時， 會產(chǎn)生金屬間化合物，導(dǎo)致導(dǎo)電率的下降，當(dāng)B的含量小于O. 01重量％時，不足以使降低導(dǎo)電率的元素析出。具有上述組成的鋁合金線具有61. 6% IACS或更高的導(dǎo)電率，以及125MPa或更高的抗張強(qiáng)度。而且，本發(fā)明的鋁合金線可進(jìn)一步包含O. 01重量％或更少的Ti、0. 01重量％或更少的V、O. 01重量％或更少的Cr和O. 01重量％或更少的Ni作為雜質(zhì)，并且雜質(zhì)的總含量可以優(yōu)選為O. I重量％或更少。當(dāng)雜質(zhì)總含量不在該范圍中時，雜質(zhì)會導(dǎo)致導(dǎo)電率迅速下降。圖I為圖示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的制造鋁合金線的方法的流程圖。參見圖1，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的制造鋁合金線的方法可以依次包括普羅佩茲工藝(連鑄連軋)(SlO)、 拉拔(S20)、和熱處理(S30)。在連鑄連軋(SlO)中，可以在750°C 900°C下使鋁合金線的原料熔化以制得合金熔體，并可以將該合金熔體鑄成鋁合金線材。在此情況下，鋁合金線的原料包含作為主要元素的Al,作為合金元素的O. 3重量％ O. 6重量％的Fe、0. 3重量％ O. 5重量％的Cu、
O.03重量％ O. 06重量％的Mg和O. 01重量％ O. 10重量％的B，以及作為雜質(zhì)的O. 01 重量％或更少的Ti、O. 01重量％或更少的V、O. 01重量％或更少的Cr和O. 01重量％或更少的Ni。合金熔體的溫度范圍是獲得具有細(xì)小顯微結(jié)構(gòu)的鑄成品的一個必要條件。當(dāng)合金熔體溫度超過900°C時，鑄成品的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生粗化，導(dǎo)致沖擊韌性降低，而當(dāng)合金熔體溫度低于750°C時，由于熔體的流動性較差，難以將熔體密實(shí)地注入鑄造模具中。連鑄連軋可由連鑄替代。優(yōu)選的，鋁合金線材的直徑為8. Omm 15mm，以適用于建筑物電纜，然而本發(fā)明并不限于此。在拉拔(S20)中，鑄造的鋁合金線材可以經(jīng)加工而減小橫截面，從而制成具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的鋁合金線。在熱處理(S30)中，可以在250°C 400°C下對經(jīng)拉拔(S20)的鋁合金線材進(jìn)行2 小時 24小時的熱處理。在250°C 400°C的溫度范圍內(nèi)，合金元素的析出量可以得到優(yōu)化，以使導(dǎo)電率和強(qiáng)度最大化。當(dāng)熱處理溫度低于250°C時，熱處理效果不足；當(dāng)熱處理溫度超過400°C時，合金結(jié)構(gòu)變軟，且強(qiáng)度迅速降低。另外，當(dāng)熱處理時間少于2小時時，熱處理效果不足，當(dāng)熱處理時間超過24小時時，強(qiáng)度降低。為了確定上述制成的鋁合金線的性質(zhì)，制成了具有不同含量的Fe、Cu、Mg和B的鋁合金線。為此，通過對包含上述合金元素的750°C 900°C的合金熔體進(jìn)行連鑄連軋、隨后用線材拉拔機(jī)進(jìn)行拉拔并在250°C 40(TC下進(jìn)行熱處理，制備了鋁合金線材。對實(shí)施例和比較例的鋁合金線的元素分析列在下面的表I中。表I
權(quán)利要求
1.一種鋁合金線，所述鋁合金線包含作為主要元素的鋁(Al);和作為合金元素的O. 3重量％ O. 6重量％的鐵(Fe)、0. 3重量％ O. 5重量％的銅 (Cu)、0. 03重量％ 0. 06重量％的鎂(Mg)和0.01重量％ 0. 10重量％的硼(B)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁合金線，其中，所述鋁合金線的導(dǎo)電率為61.6% IACS或更高，抗張強(qiáng)度為125MPa或更高。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁合金線，其中，F(xiàn)e的含量為O.50重量％ O. 60重量％，Cu 的含量為O. 3重量％ O. 4重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁合金線，其中，所述鋁合金線包含作為雜質(zhì)的O.01重量％ 或更少的鈦(Ti)、O. 01重量％或更少的釩(V)、O. 01重量％或更少的鉻(Cr)和O. 01重量％ 或更少的鎳(Ni)，且雜質(zhì)總含量為O. I重量％或更少。
5.一種制造鋁合金線的方法，該方法包括(a)使用合金熔體鑄造鋁合金線材，所述合金熔體包含作為主要元素的Al，以及作為合金元素的O. 3重量％ O. 6重量％的Fe、0. 3重量％ O. 5重量％的Cu、0. 03重量％ O. 06重量％的Mg和O. 01重量％ O. 10重量％的B ；(b)對鑄造的鋁合金線材進(jìn)行拉拔；和(c)在250°C 400°C下對拉拔后的鋁合金線材進(jìn)行2小時 24小時的熱處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造鋁合金線的方法，其中，步驟(a)中的所述合金熔體的溫度為 750°C~ 9000C ο
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造鋁合金線的方法，其中，步驟(a)包括添加O.01重量％ 或更少的Ti、0. 01重量％或更少的V、0. 01重量％或更少的Cr和O. 01重量％或更少的Ni 作為雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造鋁合金線的方法，其中，步驟(a)中鋁合金線材的直徑為8.Omm 15mm0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有高導(dǎo)電率和高強(qiáng)度的鋁合金線及其制造方法，所述鋁合金線包含作為主要元素的鋁(Al)，以及作為合金元素的0.3重量％～0.6重量％的鐵(Fe)、0.3重量％～0.5重量％的銅(Cu)、0.03重量％～0.06重量％的鎂(Mg)和0.01重量％～0.10重量％的硼(B)。
文檔編號H01B13/00GK102610293SQ201210055340
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者尹鐘瑞, 崔雄喆, 金賢洙 申請人:Ls電線有限公司