專利名稱：一種實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電工行業(yè)的制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可替代傳統(tǒng)銅芯電線電纜的實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋁合金導(dǎo)線1921年開始用于架空線路，由于其強(qiáng)度高、重量輕，并有較好的導(dǎo)電性能(各種不同品牌的鋁合金具有不同的性能特點(diǎn))，被廣泛地使用并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。我國的鋁合金導(dǎo)線生產(chǎn)經(jīng)過幾次設(shè)備、工藝的改革，產(chǎn)品性能亦已達(dá)到IEC、JEC等標(biāo)準(zhǔn)要求，并用于架空線路上。然而，由于種種原因，目前我國輸配電線路中鋁合金導(dǎo)線的使用量僅占7%左右，而國際上鋁合金導(dǎo)線早已成為輸電線路的主要線種。其中，法國使用最為普遍，他們在平原地區(qū)使用鋁合金絞線，在山區(qū)則用鋼芯鋁合金絞線，目前幾乎已全部代替了鋼芯鋁絞線。在日本，耐熱鋁合金作為導(dǎo)電鋁合金的主要品種被大量使用，日本六大電力公司使用的耐熱鋁合金系列導(dǎo)線占日本架空輸配電線路用導(dǎo)線70%以上。近年來，隨著我國電力工業(yè)的蓬勃發(fā)展，對鋁合金導(dǎo)線所具有的優(yōu)點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)效果有了更深的了解。輸配電線路用鋁合金導(dǎo)線已呈強(qiáng)勁的上升勢頭，盡管我國目前的鋁合金導(dǎo)線產(chǎn)量不大，但已有不少鋁合金導(dǎo)線產(chǎn)品銷往新加坡、馬來西亞、香港、巴基斯坦、印度、澳大利亞等國。近悉，比利時(shí)、南朝鮮也有意從我國進(jìn)口鋁合金導(dǎo)線，而且數(shù)量可觀，國內(nèi)華北地區(qū)城市舊電網(wǎng)改造、三峽工程都急需大量不同品牌的鋁合金導(dǎo)線。因此，高質(zhì)量、價(jià)格合理的鋁合金導(dǎo)線將成為今后輸配電線路中用線的必然產(chǎn)品。由于鋁較銅軟，因此作為替代銅導(dǎo)線的鋁合金導(dǎo)體除了達(dá)到所需導(dǎo)體的各項(xiàng)性能指標(biāo)外，還必須具備一定的強(qiáng)度和伸長率，還要具有一定的蠕變性能，抗氧化能力強(qiáng)。中國專利申請CN102119233A明提供一種具有高韌性和高導(dǎo)電率的鋁合金、鋁合金線、鋁合金絞合線、包覆電線和束線，以 及一種制造鋁合金線的方法。所述鋁合金線包含:大于或等于0.005質(zhì)量％且小于或等于2.2 質(zhì)量％的Fe,并且余量為Al和雜質(zhì)。該招合金線還可以包含總量大于或等于0.005質(zhì)量％且小于或等于1.0質(zhì)量％的選自Mg、S1、Cu、Zn、N1、Mn、AgXr和Zr中的至少一種添加元素。所述鋁合金線的導(dǎo)電率不低于58% IACS，并且伸長率不低于10%。所述鋁合金線是通過鑄造、軋制、拉絲以及軟化處理這些連續(xù)的步驟而制成的。進(jìn)行軟化處理以提供優(yōu)異的韌性(例如，伸長率和耐沖擊性)，從而使得在安裝束線時(shí)，電線在端子部附近處的斷裂情況得以減輕。這種鋁合金韌性較好，但因鋁導(dǎo)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題，導(dǎo)致抗氧化性能差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能替代銅導(dǎo)線的實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體，其具有良好的導(dǎo)電性能，又具有較好的強(qiáng)度和伸長率，且抗氧化性能強(qiáng)。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
一種實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體，其特征在于其成分中按重量百分百含量含有0.40-1.00%的鐵，0.05-0.20% 的銅，0.05-0.10% 的硅，0.02-0.12% 的鋅，0.01-0.05% 的鎂，0.02-0.12% 的稀土
元素，其余為鋁以及不可避免的雜質(zhì)。在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，所述的稀土元素包括鈰和鑭，所述的稀土元素鈰的含量為 0.009-0.09%，鑭的含量為 0.05-0.08%。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體的成分中按重量百分百含量含有0.50-0.80% 的鐵，0.06-0.15% 的銅，0.06-0.09% 的硅，0.03-0.10% 的鋅，0.02-0.04% 的鎂，0.03-0.10%的稀土元素，其余為鋁以及不可避免的雜質(zhì)。上述實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
1)熔煉、澆鑄和軋制
a)將鋁合金熔化爐升溫至780°C及以上，?；鹜Ｖ辜訙?，把鋁錠迅速加進(jìn)鋁合金熔化爐內(nèi)，然后關(guān)閉爐門重新起火升溫；當(dāng)鋁錠全部融化并升溫到820°C及以上時(shí)，停止加熱后用專用工具把一定重量成分的鎂錠、鐵鋁合金、銅鋁合金、鋅鋁合金、硅鋁合金先后加入鋁合金熔化爐內(nèi)，待全部融化后，陸續(xù)加入稀土鋁合金，待稀土鋁合金熔化后開動永磁攪拌機(jī)進(jìn)行5分鐘至10分鐘的充分?jǐn)嚢瑁?br>
b)攪拌結(jié)束用99.99%的高純氮?dú)鈱o毒精煉劑和除渣劑一起通入鋁合金熔煉爐的鋁液內(nèi)，通氣I分鐘左右，確保將精煉劑和除渣劑能通到到鋁液的任何部位，以底部為最佳，然后將鋁液上的鋁渣扒出，鋁液靜置20分鐘，期間取樣進(jìn)行迅速爐前分析；
c)分析成份合格后，開始放鋁液進(jìn)行澆鑄軋制，澆包溫度700-730°C，鑄機(jī)冷卻水的壓力2公斤以上，且要內(nèi)冷比外冷要大，澆鑄后鋁合金鑄條溫度入軋機(jī)前500°C及以上，乳化液溫度不超過45°C ;鋁合金桿出軋機(jī)后進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s，并加3號鈣基脂進(jìn)行潤滑，保證鋁合金桿在爬桿的管道內(nèi)順利甩出；`
2)時(shí)效和擠壓
a)將鋁合金桿放入時(shí)效爐內(nèi)升溫至150°C保溫12小時(shí)，然后自然放置七天后方可使用，并進(jìn)行檢測，檢測電阻率、強(qiáng)度和伸長率的試驗(yàn)；
b)根據(jù)所需導(dǎo)體的截面積將不同根數(shù)的鋁合金桿用擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，得到所需的截面
積；
3)特殊熱處理
將得到的不同截面積的導(dǎo)體根據(jù)不同的規(guī)格進(jìn)行300-380°C內(nèi)3-6小時(shí)的保溫處理，等在自然冷卻后檢測導(dǎo)體電阻率、強(qiáng)度和伸長率試驗(yàn)，確保在合格范圍內(nèi)方才轉(zhuǎn)入擠塑，進(jìn)行絕緣、成纜和外護(hù)的生產(chǎn)工序。在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，所述步驟I)的a)工序采用含鋁量99.70%及以上的鋁錠和含鎂量99.995%及以上的鎂錠。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體及其制備方法，，所述的實(shí)芯可根據(jù)不同電纜的截面積進(jìn)行所需鋁合金桿的規(guī)格及性能的設(shè)計(jì)和時(shí)效，并對鋁合金桿進(jìn)行擠壓和熱處理，使其達(dá)到所需的導(dǎo)體截面和所需的電氣和機(jī)械性能。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體及其制備方法，加入的鐵元素、銅元素和鋅元素可以增加鋁合金導(dǎo)體的強(qiáng)度和伸長率，并且提高了導(dǎo)體的蠕變性能；加入的稀土元素可改善鋁導(dǎo)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高了抗氧化能力；加入的鎂元素和硅元素可以增加鋁合金導(dǎo)體的強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步展開說明，但需要指出的是，本發(fā)明的發(fā)明并不限于下面的實(shí)施方式，這些實(shí)施方式不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在權(quán)利要求的范圍內(nèi)所作出的某些改變和調(diào)整也應(yīng)認(rèn)為屬于本發(fā)明的范圍。一種實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體，按重量百分百含量其成分中含有0.40-1.00%的鐵，0.05-0.20% 的銅，0.05-0.10% 的硅，0.02-0.12% 的鋅，0.01-0.05% 的鎂，0.02-0.12% 的稀土元素，其余為招以及不可避免的雜質(zhì)。所述的稀土元素包括鋪和鑭，鋪的含量為0.009-0.09% ;鑭的含量為0.05-0.08%，此元素可改善鋁導(dǎo)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高了抗氧化能力。所述不可避免的雜質(zhì)包括N1、Mn、Ag、Cr、V、T1、B、Sr和/或Zr,但不限于此。優(yōu)選地，所述實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體的成分中按重量百分百含量含有0.50-0.80%的鐵，0.06-0.15%的銅，
0.06-0.09%的硅，0.03-0.10%的鋅，0.02-0.04%的鎂，0.03-0.10%的稀土元素，其余為鋁以及不可避免的雜質(zhì)。通過加入稀土元素鈰和鑭來改善鋁導(dǎo)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體的抗氧化能力，同時(shí)，通過加入鐵元素、銅元素和鋅元素增加鋁合金導(dǎo)體的強(qiáng)度和伸長率，并且提高導(dǎo)體的蠕變性能；加入鎂元素和硅元素增加鋁合金導(dǎo)體的強(qiáng)度，使實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體達(dá)到所需導(dǎo)體的各項(xiàng)性能指標(biāo)。所述實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體的制備方法，包括以下步驟:
1)熔煉、澆鑄和軋制
a)將鋁合金熔化爐升溫至780°C及以上，?；鹜Ｖ辜訙兀押X量99.70%及以上的鋁錠迅速加進(jìn)鋁合金熔化爐內(nèi)，然后關(guān)閉爐門重新起火升溫；當(dāng)鋁錠全部融化并升溫到820°C及以上時(shí)，停止加熱后用專用工具把一定重量成分的含鎂量99.995%及以上的鎂錠、鐵鋁合金、銅鋁合金、鋅鋁合金、硅鋁合金先后加入鋁合金熔化爐內(nèi)，待全部融化后，陸續(xù)加入硼鋁合金和稀土鋁合金，待硼鋁合金和稀土鋁合金熔化后開動永磁攪拌機(jī)進(jìn)行5分鐘至10分鐘的充分?jǐn)嚢瑁?
b)攪拌結(jié)束用99.99%的高純氮?dú)鈱o毒精煉劑和除渣劑一起通入鋁合金熔煉爐的鋁液內(nèi)，通氣I分鐘左右，確保將精煉劑和除渣劑能通到到鋁液的任何部位，以底部為最佳，然后將鋁液上的鋁渣扒出，鋁液靜置20分鐘，期間取樣進(jìn)行迅速爐前分析；
c)分析成份合格后，開始放鋁液進(jìn)行澆鑄軋制，澆包溫度700-730°C，鑄機(jī)冷卻水的壓力2公斤以上，且要內(nèi)冷比外冷要大，澆鑄后鋁合金鑄條溫度入軋機(jī)前500°C及以上，乳化液溫度不超過45°C ;鋁合金桿出軋機(jī)后進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s，并加3號鈣基脂進(jìn)行潤滑，保證鋁合金桿在爬桿的管道內(nèi)順利甩出；
2)時(shí)效和擠壓
a)將鋁合金桿放入時(shí)效爐內(nèi)升溫至150°C保溫12小時(shí)，然后自然放置七天后方可使用，并進(jìn)行檢測，檢測電阻率、強(qiáng)度和伸長率的試驗(yàn)；
b)根據(jù)所需導(dǎo)體的截面積將不同根數(shù)的鋁合金桿用擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，得到所需的截面
積；
3)特殊熱處理
將得到的不同截面積的導(dǎo)體根據(jù)不同的規(guī)格進(jìn)行300-380°C內(nèi)3-6小時(shí)的保溫處理，等在自然冷卻后檢測導(dǎo)體電阻率、強(qiáng)度和伸長率試驗(yàn)，確保在合格范圍內(nèi)方才轉(zhuǎn)入擠塑，進(jìn)行絕緣、成纜和外護(hù)的生產(chǎn)工序。下面將通過實(shí)施例來進(jìn)一步描述本發(fā)明，但并非用于限定本發(fā)明。實(shí)施例1
按照前述詳細(xì)的方法，先加兩噸的鋁錠，鎂錠和相應(yīng)鋁合金按0.40%的鐵，0.05%的銅，
0.05%的硅，0.02%的鋅，0.01%的鎂，0.02%的稀土元素的最低比例添加，進(jìn)行熔煉、澆鑄、軋制、時(shí)效、擠壓、熱處理。相應(yīng)工藝水平按前面設(shè)計(jì)，得到的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)在鋁合金桿09.50 mm的鋁合金桿強(qiáng)度123MPa、伸長率12%，電阻率為0.02865歐姆.平方毫米每米。把鋁合金桿擠壓成25平方毫米的導(dǎo)體，放入退火爐內(nèi)，升溫至320°C保溫4小時(shí)。等冷卻后檢測，導(dǎo)體電阻1.18歐姆每千米，強(qiáng)度90 MPa，伸長率29%。實(shí)施例2
按照前述詳細(xì)的方法，加入兩噸的鋁錠，鎂錠和相應(yīng)鋁合金錠按1.00%的鐵0.20%的銅，0.10%的硅，0.12%的鋅，0.05%的鎂，0.12%的稀土元素的最高比例添加，進(jìn)行熔煉、澆鑄、軋制、時(shí)效擠壓熱處理。等到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為鋁合金桿09.50 mm，鋁合金桿的強(qiáng)度135MPa、伸長率9%、電阻率0.02884歐姆平方毫米每米。把鋁合金桿擠壓成150平方毫米的導(dǎo)體，放入退火爐內(nèi)，升溫380°C，保溫6小時(shí)。冷卻后檢測，導(dǎo)體電阻0.200歐姆每千米，強(qiáng)度93MPa、伸長率25%。盡管上文對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
給予了詳細(xì)描述和說明，但是應(yīng)該指明的是，我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體，其特征在于其成分中按重量百分百含量含有0.40-1.00%的鐵，0.05-0.20% 的銅，0.05-0.10% 的硅，0.02-0.12% 的鋅，0.01-0.05% 的鎂，0.02-0.12% 的稀土元素，其余為鋁以及不可避免的雜質(zhì)。
2..根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體，其特征在于所述的稀土元素包括鈰和鑭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體，其特征在于所述的稀土元素鈰的含量為0.009-0.09%，鑭的含量為 0.05-0.08%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體，其特征在于其成分中按重量百分百含量含有 0.50-0.80% 的鐵，0.06-0.15% 的銅，0.06-0.09% 的硅，0.03-0.10% 的鋅，0.02-0.04% 的鎂，0.03-0.10%的稀土元素，其余為鋁以及不可避免的雜質(zhì)。
5.權(quán)利要求1所述的實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)熔煉、澆鑄和軋制 a)將鋁合金熔化爐升溫至780°C及以上，?；鹜Ｖ辜訙兀唁X錠迅速加進(jìn)鋁合金熔化爐內(nèi)，然后關(guān)閉爐門重新起火升溫；當(dāng)鋁錠全部融化并升溫到820°C及以上時(shí)，停止加熱后用專用工具把一定重量成分的鎂錠、鐵鋁合金、銅鋁合金、鋅鋁合金、硅鋁合金先后加入鋁合金熔化爐內(nèi)，待全部融化后，陸續(xù)加入稀土鋁合金，待稀土鋁合金熔化后開動永磁攪拌機(jī)進(jìn)行5分鐘至10分鐘的充分?jǐn)嚢瑁? b)攪拌結(jié)束用99.99%的高純氮?dú)鈱o毒精煉劑和除渣劑一起通入鋁合金熔煉爐的鋁液內(nèi)，通氣I分鐘左右，確保將精煉劑和除渣劑能通到到鋁液的任何部位，以底部為最佳，然后將鋁液上的鋁渣扒出，鋁液靜置20分鐘，期間取樣進(jìn)行迅速爐前分析； c)分析成份合格后，開始放鋁液 進(jìn)行澆鑄軋制，澆包溫度700-730°C，鑄機(jī)冷卻水的壓力2公斤以上，且要內(nèi)冷比外冷要大，澆鑄后鋁合金鑄條溫度入軋機(jī)前500°C及以上，乳化液溫度不超過45 °C ;鋁合金桿出軋機(jī)后進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s，并加3號鈣基脂進(jìn)行潤滑，保證鋁合金桿在爬桿的管道內(nèi)順利甩出； 2)時(shí)效和擠壓 a)將鋁合金桿放入時(shí)效爐內(nèi)升溫至150°C保溫12小時(shí)，然后自然放置七天后方可使用，并進(jìn)行檢測，檢測電阻率、強(qiáng)度和伸長率的試驗(yàn)； b)根據(jù)所需導(dǎo)體的截面積將不同根數(shù)的鋁合金桿用擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，得到所需的截面積； 3)特殊熱處理 將得到的不同截面積的導(dǎo)體根據(jù)不同的規(guī)格進(jìn)行300-380°C內(nèi)3-6小時(shí)的保溫處理，等在自然冷卻后檢測導(dǎo)體電阻率、強(qiáng)度和伸長率試驗(yàn)，確保在合格范圍內(nèi)方才轉(zhuǎn)入擠塑，進(jìn)行絕緣、成纜和外護(hù)的生產(chǎn)工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體的制備方法，其特征在于所述步驟I)的a)工序采用含鋁量99.70%及以上的鋁錠和含鎂量99.995%及以上的鎂錠。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種實(shí)芯鋁合金導(dǎo)體及其制備方法，其成分中按重量百分百含量含有0.40-1.00%鐵，0.05-0.20%銅，0.05-0.10%硅，0.02-0.12%鋅，0.01-0.05%鎂，0.02-0.12%稀土元素，其余為鋁以及不可避免的雜質(zhì)。通過將鋁錠全部熔化后用專用工具添加鎂錠，待熔化后依次加入不同重量成分的錳鋁合金、鋅鋁合金、銅鋁合金、鐵鋁合金、硅鋁合金和稀土鋁合金，經(jīng)過充分?jǐn)嚢?，精煉，爐前分析，待成分完全合格后進(jìn)行澆鑄、軋制成所需的鋁合金桿，經(jīng)時(shí)效處理，根據(jù)要求擠出所需的實(shí)芯導(dǎo)體，再經(jīng)過特殊的熱處理，達(dá)到相應(yīng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，滿足電線電纜材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)銅芯電線電纜的需求。
文檔編號H01B13/00GK103146960SQ20121043674
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者葉明高, 葉卓俊 申請人:安徽南洋電纜有限公司