一种高强高导铝合金导线及其制备方法技术

本发明专利技术涉及铝合金导线线材及其制备方法。通过超低温快速拉拔获得一种具有高度丝织构的高强高导铝合金导线，铝合金导线丝织构度达60%以上，抗拉强度达到130Mpa以上，导电率可达到63%IACS。本发明专利技术采用能形成Al3Me型共格化合物质点的铁、钪几种元素的复合，进行微合金化设计；通过控制连铸连轧工艺，拉丝工艺获得一定的丝织构；通过超低温快速拉拔大幅提高丝织构和降低常温变形造成的畸变；通过退火处理调整拉丝结束后的铝导线织构取向和织构度，松弛拉拔应力，恢复导线塑性，降低电阻提高导电性。本发明专利技术的与现有技术相比，可以在微合金化的条件下，控制变形工艺大幅度提高导线强度和导电性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铝合金导线的制造技术，具体是一种用于制造输电电缆的具有高强度、高导电率的导线及其制备方法。
技术介绍
铜是输电电缆常用材质，但国际国内铜资源都极为短缺。铝也是导电金属材料，只是纯铝的导电能力仅为铜的64%。但是，铝资源十分丰富，价格便宜(当前价格约为铜的1/3，甚至更低)，比重是铜的30%左右，综合比较铝电缆有非常突出的优越性。正因为如此，国际上铝电缆使用率很高，法国的电线电缆80%以上为铝导体，日本的铝导线也占50%以上。国际上早在上世纪50年代就开始生产应用铝导线，形成了一系列标准导电铝合金，如美国的1035、8030、8016、5005铝合金，联邦德国的SOOSA铝合金等等。近年来，随着科技的进步和制造技术的发展，我国铝合金导线的应用比例在不断的增加。为保证铝导线的电阻满足国家标准GB/T 1179-83 (2. 8264X10-8 Q m)的前提下，采用微合金化提高铝导线的强度和延伸率。这类专利技术专利已有数十个。另外，国内铝杆加工企业早在20多年前就在电工圆铝杆中添加稀土元素，用来除气、除杂、细化晶粒、提高铝导线的导电率和耐蚀性。在电工圆铝杆的国家标准GB/T3954-2001中有确定的稀土电工圆铝杆的系列型号。目前，所有国内外的铝合金导线都是通过微合金化方法，在导电率降低不多的情况下，尽可能地提高强度，提高耐高温性能，对于组织结构对铝合金导线性能影响很少提及。分析我国铝合金导线电缆的应用量不到1%。主要原因还是铝导线制造技术的不成熟，不能满足用户对性能的要求。其中最突出的是解决强度、延伸率与导电性的矛盾。材料强化的诸多方法大多是以牺牲导电性来换取的，如细晶强化，晶界多了电子传输就困难；固溶强化，晶格畸变，电子传输变得困难；第二相强化，化合物阻挡电子传输；变形强化，强烈的晶格畸变，电阻急剧升高。目前铝导线的研究集中在这些强化方法的选择上，致力于寻求强度提高和导电性下降的恰当配合。各种文章、专利都是探索合金化方法，忽略了从组织结构着手来提高铝导线性能，尤其是忽略了织构的利用。当铝导线形成织构后，原来的晶粒从紊乱的取向转变到沿形变方向一致排列，电子传输通畅，导电性大大提高；同时，高度织构也使得铝导线沿长度方向的强度得以提高。铝尽管合金导线是微合金化，合金含量很少，但组织结构的变化还是存在的。尤其是从铸造后的铝棒到轧制成圆铝杆再到拉拔成细线，铝合金要经历巨大的塑性变形过程。如果通过控制成分和加工工艺，获得丝织构，那么不仅导线的导电性提高，强度也同样会提高。形成丝织构对铝合金导线来说是非常有利的组织形态。怎样才能获得满意的织构度和织构取向是需要通过恰当的成分设计和变形工艺控制。对于铝合金这样的面心立方晶体的金属，常温下塑性变形，由于滑移方向多，滑移变形容易，所以拉拔变形中不如钢铁那样易于获得丝织构。要想获得高度丝织构，必须采取特殊的变形方式。在液氮附近温度下快速变形，铝合金的滑移受到抑制，只能以切变变形方式进行塑性变形。此时，超低温快速变形大大促进铝合金形成高度丝织构。同时，切变还有助于消除之前滑移变形导致的严重晶格畸变，使后续热处理更加容易。为了获得高度丝织构，合金成分需要恰当设计。铝合金中加入铁、锆、釔、钪等元素时，易于在合金中形成Al3Me型共格化合物质点。这些小质点在材料塑性变形时有利于晶粒转动到一致的取向形成织构。Al3Me型共格化合物质点数量要恰当，少了起不到促进形成织构的作用，多了会阻碍织构的形成，因此需要通过大量试验来确定添加的合金量范围。另夕卜，不同的金属元素所形成的Al3Me型共格化合物质点的贡献、效果也不尽相同。Al3Me型共格化合物质点在合金中不仅有利于织构形成，对提高材料强度，耐高温性能也非常明显，同时对导电性影响较小。为了获得高度丝织构，除超低温快速变形外，前面的制备工艺也需要恰当配合。铝合金塑性变形工艺对形成织构影响很大，变形温度、载荷类型、润滑状态、模具设计等都影响织构的形成和取向差别。连铸连轧过程中，变形温度对形成织构影响较大，再结晶温度以下变形有利于织构形成；拉拔过程中，模具设计的恰当，润滑充分，则摩擦力作用较小，在挤压与拉伸复合作用下，有利形成织构，取向多为铜织构、黄铜织构和立方织构。 变形后退火处理有利于降低强度、应力、恢复塑性、提高导电性。同时，由于原子活动能力增加，变形时形成的织构也进一步趋于一致，一些高指数取向将向低指数取向转变。
技术实现思路
本专利技术立足于超低温快速变形结合微合金化成分设计和加工工艺控制，提供制备一种具有高度丝织构的高强高导铝合金导线的方法。高度丝织构铝合金导线不仅具有高强、高导、耐热等优点，而且成本低廉，易于生产，制造的输电电缆重量轻，柔韧度高，易于运输和安装。实现上述目的的技术解决方案如下一种高强高导铝合金导线，按重量百分比包含如下元素铁Fe 0. 13%_0. 72%，铜Cu 0. 11%-0. 45%,钪 Sc 0. 007%-0. 1%，硅 Si 彡 0. 07%,混合稀土 (镧 + 铈)0. 03-0. 04%,硼B^O. 004%,铝Al及其他杂质。所述杂质中钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr元素之和彡0. 01%。所述杂质中其它不可避免杂质总量< 0. 01%。所述铝合金导线按重量百分比包含如下元素铁Fe 0.553%，铜Cu 0. 322%，钪ScO. 051%,硅SiO. 051%,混合稀土 (镧+铈)0. 033%,硼B 0. 004%,铝Al及其他杂质，所述杂质中钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和彡0. 01%。所述铝合金导线电阻为2. 72-2. 95 X 10_8 Q .m，即58. 3-63. 2IACS ;抗拉强度o为112-132MPa，延伸率 8 为 24-38%。所述铝合金导线丝织构度达45%以上，为单一取向织构或多取向的复合织构。所述铝合金导线是通过超低温快速拉拔定形而成的。一种高强高导铝合金导线的制造方法，如图5，包括以下步骤步骤一配料；步骤二 熔炼；步骤三连铸连轧；步骤四拉丝；步骤五退火处理；其中所述步骤四拉丝中最后一道拉拔为超低温快速拉拔定形。所述超低温快速拉拔定性工艺为将已拉拔成直径03. 0±0. Imm的铝导线锭，放入液氮冷却槽中，待导线冷到-100°C以下，快速拉拔成型，获得最终截面为5±0. Imm2异形截面导线。所述步骤一配料按重量百分比铁Fe 0. 13%_0. 72%,铜 Cu 0. 11%_0. 45%,钪 Sc 0. 007%_0. 1%，硅Si ( 0. 07%,混合稀土(镧+铈)0. 03-0. 04%,硼B彡0. 004%,钒、钛、锰、铬四种元素及其他不可避免杂质总量< 0. 01% ;余量为招配料；所述步骤二 熔炼 先将99. 7%的工业纯铝锭放入炉中熔化，再加入各元素的中间合金；熔炼炉的铝液进入保温炉，加铝硼中间合金，搅拌除杂质；以氮气由炉底输送精炼剂对铝液进行精炼、除气；除渣后的铝合金液体静置30分钟，温度控制在750-800°C之间；期间对炉内成分进行分析和调整；所述步骤三连铸连轧轧机进口温度为480°C_560°C，出口温度为270°C -320°C ；所述步骤四拉丝拉丝得到直径09. 5±0. Imm的铝合金杆经过拉丝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高导铝合金导线，其特征在于，所述铝合金导线按重量百分比包含如下元素:铁 Fe 0. 13%-0. 72%，铜 Cu 0. 11%-0. 45%，钪 Sc 0. 007%-0. 1%，硅 Si ( 0. 07%，混合稀土(镧+铈)0. 03-0. 04%,硼B彡0. 004%,铝Al及其他杂质。2.根据权利要求I所述的铝合金导线，其特征在于，所述杂质中钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr元素之和< 0. 01%。3.根据权利要求2所述的铝合金导线，其特征在于，所述杂质中其它不可避免杂质总量彡0. 01%。4.根据权利要求I所述的铝合金导线，其特征在于，所述铝合金导线按重量百分比包含如下元素铁Fe 0. 553%,铜Cu 0. 322%,钪ScO. 051%,硅SiO. 051%,混合稀土(镧+铈)0. 033%,硼B 0. 004%,铝Al及其他杂质，所述杂质中钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和< 0. 01%。5.根据权利要求1-4中任一项所述的铝合金导线，其特征在于，所述铝合金导线电阻 % 2. 72-2. 95X IO^8Q m，即 58. 3-63. 2IACS ;抗拉强度 o 为 112_132MPa，延伸率 8 为24-38%o6.根据权利要求5所述的铝合金导线，其特征在于，所述铝合金导线丝织构度达45%以上，为单一取向织构或多取向的复合织构。7.根据权利要求6所述的铝合金导线，其特征在于，所述铝合金导线是通过超低温快速拉拔定形而成的。8.—种权利要求I所述的高强高导铝合金导线的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一配料； 步骤二 熔炼； 步骤三连铸连轧； 步骤四拉丝； 步骤五退火处理； 其中所述步骤四拉丝中最...

【专利技术属性】
技术研发人员：於国良，刘士斌，侯科峰，
申请(专利权)人：深圳市兆方创业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：