一種稀土鋁合金導體材料及其退火工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種稀土鋁合金導體材料及其退火工藝，包括：步驟a）將稀土鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至350~380℃保溫10~40min；步驟b）降溫至300~330℃保溫20~30min；步驟c）降溫至260~290℃保溫10~20min；步驟d）降溫至200~250℃保溫60~150min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過加入微量合金化元素Fe、Mn、Ni、Ce、Nd，控制各個成分的含量，并且，控制退火過程中的溫度和時間，調(diào)整導體材料的微觀組織，提高了鋁合金導體材料的導電率和抗拉強度。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明退火后的鋁合金導體材料的導電率為67％IACS(20℃)、抗拉強度為258MPa。
【專利說明】一種稀土紹合金導體材料及其退火工藝

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金【技術(shù)領域】，尤其涉及一種稀土鋁合金導體材料及其退火工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著銅資源的緊缺，人類在鋁合金導體材料方面開發(fā)日見成效，開始突破傳統(tǒng)的局限，將鋁合金導體材料應運到電力電纜中，開發(fā)具有多功能特性的鋁合金導體是電線電纜發(fā)展的必然要求。在輸電領域，鋁質(zhì)輕、價廉，且導電性較好、比強度高、耐磨損性好，因而在電工領域占據(jù)優(yōu)勢地位。在架空輸電線路，尤其是超高壓線路和大跨越線路上，鋁合金電纜線逐漸成為架空輸電電纜線的主體材料。
[0003]現(xiàn)有電纜用鋁合金導體材料多從線材的結(jié)構(gòu)設計出發(fā)，很少著重從線材的成分去設計，使得鋁合金電纜的性能沒有達到最優(yōu)化。同時，每種鋁合金導體材料，雖然都要經(jīng)過熱處理，但是由于金屬元素的不同，及晶格能的不同，每種鋁合金導體材料的熱處理方法均直接影響到合金的微觀結(jié)構(gòu)，進而影響合金的導電性能和機械性能。
[0004]目前，鋁合金的退火方法得到了較為廣泛的報道，例如，申請?zhí)枮?01210453197.5的中國專利文獻報道了一種電纜用鋁及鋁合金帶、箔材的退火方法，其退火包括如下四個步驟:第一步，將箱式退火爐的爐溫加熱到190-250°C，溫度升高梯度為2-3°C /小時，保溫時間60-250分鐘；第二步，將箱式退火爐的爐溫加熱到380-435°C，溫度升高梯度為2-3°C /小時，保溫時間10-20小時；第三步，將箱式退火爐的爐溫降低到340-370°C，溫度降低梯度為5-6°C /小時，保溫時間4-15小時；第四步，將箱式退火爐的爐溫降低到190-220°C，溫度降低梯度為5-6°C /小時，保溫時間1_4小時；冷卻方式采用出爐空冷。申請?zhí)枮?01110216825.3的中國專利文獻報道了一種鋁合金電纜的退火方法，所述電纜材料的組合物按重量百分比的組分為=Fe 0.4-0.8%, Mg 0.3-0.5%, Ti 0.02-0.04%,B 0.001-0.002%, Zn 0.002-0.0035 %，余量是鋁和不可避免的雜質(zhì)，在氬氣氣氛下，400-600°C下，退火處理6-7h。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的鋁合金導體材料，盡管在耐腐蝕性能和機械性能等方面較為優(yōu)異，但其導電性能還沒得到最大發(fā)揮，與鋁合金導體材料應有的導電性能存在較大差距，從而其導電性能還需進一步提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種稀土鋁合金導體材料及其退火工藝，退火后的稀土鋁合金導體材料的導電率為67%IACS，抗拉強度為258MPa。
[0007]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種稀土鋁合金導體材料，包括以下成分:
Fe 0.05-0.2wt% ；
Mn 0.01-0.1 wt% ；
Ni 0.1-0.3 wt% ；
Ce 0.001-0.006 wt% ；
Nd 0.01-0.05 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]優(yōu)選的，包括以下成分:
Fe 0.08-0.16wt% ；
Mn 0.03-0.08 wt% ；
Ni 0.15-0.25 wt% ；
Ce 0.002-0.005 wt% ；
Nd 0.02-0.04 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0009]優(yōu)選的，包括以下成分:
Fe 0.1-0.15wt% ；
Mn 0.04-0.06 wt% ；
Ni 0.18-0.22 wt% ；
Ce 0.003-0.004 wt% ；
Nd 0.03-0.04 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0010]相應的，本發(fā)明還提供一種上述技術(shù)方案所述的稀土鋁合金導體材料的退火工藝，包括以下步驟:
步驟a)將上述技術(shù)方案所述的稀土鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至35(T380°C保溫10?40min ；
步驟b)降溫至30(T330°C保溫2(T30min ；
步驟c)降溫至26(T290°C保溫l(T20min ；
步驟d)降溫至20(T250°C保溫60?150min。
[0011]優(yōu)選的,步驟a)的升溫速度為3°C /min。
[0012]優(yōu)選的，步驟a)的保溫溫度為36(T370°C。
[0013]優(yōu)選的，步驟b)的降升溫速度為1?3°C /min。
[0014]優(yōu)選的，步驟b)的保溫溫度為31(T330°C。
[0015]優(yōu)選的，步驟c)的保溫溫度為27(T280°C。
[0016]優(yōu)選的，步驟d)的保溫溫度為22(T240°C。
[0017]本發(fā)明提供了一種稀土鋁合金導體材料及其退火工藝，包括以下步驟:步驟a)將稀土鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至35(T380°C保溫1lOmin ;步驟b)降溫至30(T330°C保溫2(T30min ;步驟c)降溫至26(T290°C保溫l(T20min ;步驟d)降溫至200^250 V保溫6(Tl50min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過加入微量合金化元素Fe、Mn、N1、Ce、Nd，控制各個成分的含量，并且，控制退火過程中的溫度和時間，調(diào)整導體材料的微觀組織，提高了鋁合金導體材料的導電率和抗拉強度。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明退火后的鋁合金導體材料的導電率為67% IACS (200C )、抗拉強度為258MPa。

【具體實施方式】
[0018]為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0019]本發(fā)明實施例公開了一種稀土鋁合金導體材料，包括以下成分:
Fe 0.05-0.2wt% ；
Mn 0.01-0.1 wt% ；
Ni 0.1-0.3 wt% ；
Ce 0.001-0.006 wt% ；
Nd 0.01-0.05 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0020]作為優(yōu)選方案，所述稀土鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.08-0.16wt% ；
Mn 0.03-0.08 wt% ；
Ni 0.15-0.25 wt% ；
Ce 0.002-0.005 wt% ；
Nd 0.02-0.04 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0021]更優(yōu)選的，所述稀土鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.1-0.15wt% ；
Mn 0.04-0.06 wt% ；
Ni 0.18-0.22 wt% ；
Ce 0.003-0.004 wt% ；
Nd 0.03-0.04 wt% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0022]其中，鋁中含有一定量的鐵，一定程度上提高了鋁的硬度，但使鋁的塑性降低。最新研究表明，鐵可以提高鋁導體強度，并不顯著降低其導電性。但是，鐵含量過高則會使其電阻率顯著升高，所以也應該注意控制鐵的含量。
[0023]Mn具有細化晶粒、提高鋁合金室溫抗拉強度及改善耐熱性的效果。
[0024]本發(fā)明中采用合適的N1、Ce、Nd添加量，通過相互之間的復合，使合金元素能夠充分的析出，所以合金能夠保持高電導率。同時大量彌散析出相能夠起到強化和穩(wěn)定組織的作用，使合金導體的強度和耐熱性能都能得到極大的提高。
[0025]相應的，本發(fā)明還提供一種上述技術(shù)方案所述的稀土鋁合金導體材料的退火工藝，包括以下步驟:
步驟a)將上述技術(shù)方案所述的稀土鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至35(T380°C保溫10?40min ；
步驟b)降溫至30(T330°C保溫2(T30min ；
步驟c)降溫至26(T290°C保溫l(T20min ；
步驟d)降溫至20(T250°C保溫60?150min。
[0026]作為優(yōu)選方案，步驟a的升溫速度為1?3°C /min，更優(yōu)選為1.5?2.5°C /min，更優(yōu)選為2V Mn ;步驟a的保溫溫度優(yōu)選為36(T370°C，更優(yōu)選為365?370°C，更優(yōu)選為365°C ；步驟a的保溫時間優(yōu)選為15?35min，更優(yōu)選為2(T35min，更優(yōu)選為30min。
[0027]然后，將步驟a得到的稀土鋁合金導體材料降溫至30(T330°C保溫2(T30min。步驟b的降溫速度為f 3°C /min,更優(yōu)選為2?3°C /min,更優(yōu)選為2.5^3°C /min ;步驟b的保溫溫度優(yōu)選為31(T330°C，更優(yōu)選為315?330°C，更優(yōu)選為320°C ;步驟b的保溫時間優(yōu)選為22?28min，更優(yōu)選為24?26min，更優(yōu)選為25min。
[0028]在步驟c中，降溫速度優(yōu)選為1?3°C /min，更優(yōu)選為f 2 °C /min，更優(yōu)選為Γ1.5V /min ;步驟c的保溫溫度優(yōu)選為27(T280°C，更優(yōu)選為272?276°C，更優(yōu)選為275°C ；步驟c的保溫時間優(yōu)選為12?18min,更優(yōu)選為14?16min,更優(yōu)選為15min。
[0029]然后，降溫至20(T250°C保溫6(Tl50min。步驟d的降溫速度優(yōu)選為I?4°C /min,更優(yōu)選為2?4°C /min，更優(yōu)選為:T4°C /min ;步驟d的保溫溫度優(yōu)選為22(T240°C，更優(yōu)選為22(T230°C，更優(yōu)選為225°C;步驟d的保溫時間優(yōu)選為7(Tl40min，更優(yōu)選為8(Tl40min，更優(yōu)選為10(Tl40min。
[0030]從以上方案可以看出，本發(fā)明通過加入微量合金化元素Fe、Mn、N1、Ce、Nd，控制各個成分的含量，并且，控制退火過程中的溫度和時間，調(diào)整導體材料的微觀組織，提高了鋁合金導體材料的導電率和抗拉強度。對本發(fā)明退火工藝處理后的稀土鋁合金導體材料的性能進行檢測，實驗結(jié)果表明，本發(fā)明退火后的鋁合金導體材料的導電率為67%IACS (200C )、抗拉強度為 258MPa。
[0031]為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進行詳細說明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。
[0032]本發(fā)明實施例采用的原料和化學試劑均為市購。
[0033]實施例1
本實施例退火工藝采用的稀土鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.05wt % ；
Mn 0.05 wt % ;
Ni 0.2 wt % ；
Ce 0.004 wt % ；
Nd 0.03 wt % ;
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0034]退火工藝如下:
步驟a)將稀土鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至365°C保溫30min，升溫速度為2 °C /min ；
步驟b)降溫至320°C保溫25min，降溫速度為3°C /min ；
步驟c)降溫至275°C保溫15min,降溫速度為1°C /min ；
步驟d)降溫至225°C保溫lOOmin，降溫速度為3°C /min。
[0035]對本實施例退火處理后的稀土鋁合金導體材料進行性能檢測，結(jié)果顯示:導電率為67% IACS (200C )、抗拉強度為258MPa，延伸率為3.3%。
[0036]實施例2
本實施例退火工藝采用的稀土鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.015wt% ；
Mn 0.09 wt % ;
Ni 0.1 wt % ；
Ce 0.002 wt % ；
Nd 0.01 wt % ;
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0037]退火工藝如下:
步驟a)將稀土鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至380°C保溫30min，升溫速度為2 °C /min ；
步驟b)降溫至310°C保溫25min,降溫速度為3°C /min ；
步驟c)降溫至270°C保溫15min,降溫速度為1°C /min ；
步驟d)降溫至225°C保溫lOOmin，降溫速度為3°C /min。
[0038]對本實施例退火處理后的稀土鋁合金導體材料進行性能檢測，結(jié)果顯示:導電率為68% IACS (200C )、抗拉強度為259MPa，延伸率為3.2%。
[0039]實施例3
本實施例退火工藝采用的稀土鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.018wt% ；
Mn 0.04 wt% ；
Ni 0.28 wt% ；
Ce 0.005 wt% ；
Nd 0.02 wt % ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0040]退火工藝如下:
步驟a)將稀土鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至370°C保溫30min，升溫速度為2 °C /min ；
步驟b)降溫至330°C保溫25min,降溫速度為3°C /min ；
步驟c)降溫至260°C保溫15min,降溫速度為1°C /min ；
步驟d)降溫至210°C保溫10min,降溫速度為3°C /min。
[0041]對本實施例退火處理后的稀土鋁合金導體材料進行性能檢測，結(jié)果顯示:導電率為69% IACS(20°C )、抗拉強度為258MPa，延伸率為3.1%。
[0042]以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本【技術(shù)領域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
[0043]對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種稀土鋁合金導體材料，其特征在于，包括以下成分:
Fe 0.05-0.2wt% ；
Mn 0.01-0.1 wt% ；
Ni 0.1-0.3 wt% ；
Ce 0.001-0.006 wt% ；
Nd 0.01-0.05 wt% ； 余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋁合金導體材料，其特征在于，包括以下成分:
Fe 0.08-0.16wt% ；
Mn 0.03-0.08 wt% ；
Ni 0.15-0.25 wt% ；
Ce 0.002-0.005 wt% ；
Nd 0.02-0.04 wt% ； 余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土鋁合金導體材料，其特征在于，包括以下成分:
Fe 0.1-0.15wt% ；
Mn 0.04-0.06 wt% ；
Ni 0.18-0.22 wt% ；
Ce 0.003-0.004 wt% ；
Nd 0.03-0.04 wt% ； 余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
4.一種權(quán)利要求廣3任意一項所述的稀土鋁合金導體材料的退火工藝，其特征在于，包括以下步驟: 步驟a)將權(quán)利要求f 3任意一項所述的稀土鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至350?380°C保溫 10?40min ； 步驟b)降溫至30(T330°C保溫2(T30min ； 步驟c)降溫至26(T290°C保溫l(T20min ； 步驟d)降溫至20(T250°C保溫60?150min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟a)的升溫速度為f3°C/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟a)的保溫溫度為36(T370°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟b)的降升溫速度為f3°C/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟b)的保溫溫度為31(T330°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟c)的保溫溫度為27(T280°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟d)的保溫溫度為22(T240°C。
【文檔編號】H01B1/02GK104240791SQ201410517651
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】史宏偉, 劉守明, 韓愛芝, 張洪濤 申請人:國網(wǎng)河南省電力公司周口供電公司