高导电率含稀土、硼的铝基材料及制备方法

摘要

本发明涉及一种高导电率含稀土、硼的铝基材料及制备方法。它以铝、铝稀土中间合金、铝硼中间合金为原料，通过添加少量的锆、银、铜、钛、镁等元素中的一种、或几种为性能调整元素，经合金熔炼、浇注、锻造或挤压、轧制、拉拔成为铝合金丝材，或直接采用连铸连轧、拉拔来制备铝合金丝材。本材料可显著增强导电率，并有效提升力学性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝基材料及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种含稀土、硼的铝基材料及其制备方法。

背景技术

在导电铝的研究与生产中，降低铝的电阻率，提高其导电性，一直是本领域不断追求的目标。目前对铝导体的导电性进行的研究和应用，比较成功的是稀土铝材料和含硼铝材料的研究和应用。但前者虽然提高了铝合金的强度，却影响了铝合金的导电性；后者虽然能够在一定程度上提高铝合金的导电性，但强度只能达到纯铝的水平。公知的制备高导电铝基材料采用的技术有：熔炼法、电解法、铝热还原法。

上述几种制备方法的不足之处是对于制备稀土、硼这样的高导电铝基材料则不能够满足要求，主要是因为硼元素太轻，在采用熔炼法、电解法和铝热还原法中容易上浮，造成所获得的材料组织不均匀，影响材料性能；且稀土元素在长时间的熔炼中容易烧损、氧化等，影响材料的最终性能。

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术存在的不足，提供了一种具有优良导电性，又有较好的力学性能的含稀土、硼的铝基材料。本发明的另一个目的是克服了传统生产铝基材料方法的不足，提供了一种能生产具有高导电性又有较好的力学性能的铝基材料的方法。

本发明是通过下面的技术方案实现的：按重量百分比计，该材料由：

铝(Al)：99.2～99.7％；富镧的混合稀土(Re)：0.02～0.5％；硼(B)：0.02％～0.2％；及由锆(Zr)：0～0.15％；银(Ag)：0～0.15％；铜(Cu)：0～0.25％；钛(Ti)：0～0.15％；镁(Mg)：0～0.45％组合组成的添加元素组成。其制造步骤为：1)将石墨坩埚加热到730-740℃，加入工业纯铝和/或添加元素使之熔化；2)在熔化的铝液中加入占原料总重量的0.2～5％的铝稀土中间合金和占原料总重量的0.6～6％的铝硼中间合金，并用碳罩将两种中间合金压入铝液中；3)将上述铝液保温8-15分钟后，充入氩气进行气体精炼；4)在700-710℃的温度条件下，将熔液浇入铁模中进行浇注、脱模，经空冷至室温，制成铝合金锭坯；5)将上述铝合金锭坯挤压成线杆后，在轧机上轧成方条，然后在拉丝机上进行冷拉拔，制成线材；6)在320-380℃、保温20-120分钟的工艺条件下对线材进行退火处理。其中：添加元素可以为锆(Zr)，也可以为锆(Zr)和钛(Ti)；也可以为银(Ag)、铜(Cu)和镁(Mg)。

本发明的有益效果为：为了能够同时提高铝合金的导电性和力学性能，本发明在铝中同时加入稀土和硼元素，并添加一些其他元素做为调节剂，然后通过加工及退火等处理工艺，制备出了导电性好、强度高、延伸率好、耐腐蚀的高导电铝基材料。在输电线路中使用该铝导体，能满足超高压架空导线对材质、性能提出的更高要求。其经济效益主要体现在降低电网因电阻率过高而造成的大量电能损耗。将给输变电行业和生产企业带来巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为熔铸工艺流程图；

图2为铝合金加工工艺图；

图3为铝合金连铸连轧工艺图；

具体实施例

实施例一：

先将石墨坩埚加热到730℃，加入工业纯铝使之熔化，然后用碳罩将铝稀土中间合金和铝硼中间合金压入铝液中，使稀土元素含量占熔体总重量的0.2％，使硼元素含量占熔体总重量的0.1％。保温30min后，充入氩气进行气体精炼；并在710℃的温度条件下，将熔液浇入铁模中进行浇注、脱模，最后空冷至室温，制成Φ27mm×30mm的铝合金锭坯。

将浇铸成的Φ27mm×30mm的锭坯在400℃条件下，锻造成Φ20mm的线杆后，在轧机上轧成Φ5～6mm左右方条，然后在拉丝机上进行10道次冷拉拔，制成Φ3.25mm线材，最后在350℃、保温10min的工艺条件下对丝材进行退火处理。

实施例二：

先将石墨坩埚加热到730℃，加入工业纯铝使之熔化，然后用碳罩将铝稀土中间合金和铝硼中间合金压入铝液中，使稀土元素含量占熔体总重量的0.5％，使硼元素含量占熔体总重量的0.07％；同时添加铝锆合金，使锆元素在熔体中占0.15％。保温30min后，充入氩气进行气体精炼；并在710℃的温度条件下，将熔液浇入铁模中进行浇注、脱模，最后空冷至室温，制成Φ27mm×30mm的铝合金锭坯。

将浇铸成的Φ27mm×30mm的锭坯在400℃条件下，锻造成Φ20mm的线杆后，在轧机上轧成Φ5～6mm左右方条，然后在拉丝机上进行10道次冷拉拔，制成Φ3.25mm线材，最后在350℃、保温30min的工艺条件下对丝材进行退火处理。

实施例三：

先将石墨坩埚加热到730℃，加入工业纯铝和铝锆合金、铝钛合金使之熔化，使锆的含量在熔体中占0.05％、钛的含量在熔体中占0.15％。然后加入铝稀土中间合金和铝硼中间合金，用碳罩将两种中间合金压入铝液中，使稀土元素在熔体中占0.5％，硼元素在熔体中占0.02％。保温20min后，充入氯气进行气体精炼；并在715℃的温度条件下，将熔液浇入石墨模中进行浇注、脱模，最后空冷至室温，制成Φ27mm×30mm的铝合金锭坯。

将浇铸成的Φ27mm×30mm的锭坯在400℃、挤压压力为350MPa的条件下，挤压成Φ9.5mm的线杆后，在轧机上轧成Φ5～6mm左右方条，然后在拉丝机上进行10道次冷拉拔，制成Φ3.0mm线材，最后在300℃、保温180min的工艺条件下对丝材进行退火处理。

实施例四：

先将石墨坩埚加热到730℃，加入工业纯铝和铝银、铝铜中间合金使之熔化，使银的含量在熔体中占0.015％、铜的含量在熔体中占0.005％。然后用碳罩将铝稀土中间合金、铝硼、铝镁中间合金压入铝液中，使稀土元素在熔体中占0.25％，硼元素在熔体中占0.06％，镁元素在熔体中占0.01％。保温15min后，充入四氯化碳气体进行气体精炼；并在720℃的温度条件下，将熔液浇入连续结晶器中进行结晶，再采用连铸连轧工艺手段制成Φ5～6mm的线杆，然后在拉丝机上进行10道次冷拉拔，制成Φ2.28mm线材，最后在250℃、保温100min的工艺条件下对丝材进行退火处理。

实施例五：

先将石墨坩埚加热到730℃，加入工业纯铝和铝锆、铝钛、铝银、铝铜中间合金使之熔化，使锆的含量在熔体中占0.05％、钛的含量在熔体中占0.09％、银的含量在熔体中占0.1％、铜的含量在熔体中占0.13％。然后用碳罩将铝稀土中间合金、铝硼、铝镁中间合金压入铝液中，使稀土元素在熔体中占0.02％，硼元素在熔体中占0.2％，镁元素在熔体中占0.21％。保温15min后，充入四氯化碳气体进行气体精炼；并在720℃的温度条件下，将熔液浇入连续结晶器中进行结晶，再采用连铸连轧工艺手段制成Φ5～6mm的线杆，然后在拉丝机上进行10道次冷拉拔，制成Φ2.28mm线材，最后在250℃、保温100min的工艺条件下对丝材进行退火处理。

对Φ9.5mm的铝合金线杆取长1200mm小样，采用GB/T 3048.2-1994电线电缆电性能试验方法(DQ-1型电桥夹具，SB2230型直流数字电阻测试仪)测试铝合金线杆材料的电阻率(20℃)达27.05～27.28nΩ·m(工业纯铝为27.90～28.15nΩ·m)；采用GB/T 4909.3-1985裸电线试验方法测试铝合金线杆材料的力学性能σ_b＝105～115MPa，δ＝14～17％。

试验材料成分(％重量百分比)

    Al    Re    B    Zr    Ag    Cu    Ti    Mg  Al-Re  99.80    0.2    0    0    0    0    0    0  Al-B  99.90    0    0.1    0    0    0    0    0  实施例1  99.70    0.2    0.1    0    0    0    0    0  实施例2  99.28    0.5    0.07    0.15    0    0    0    0  实施例3  99.28    0.5    0.02    0.05    0    0    0.15    0  实施例4  99.66    0.25    0.06    0    0.015    0.005    0    0.01  实施例5  99.20    0.02    0.2    0.05    0.1    0.13    0.09    0.21

试验材料性能对比

    电阻率nΩ·m    抗拉强度N/mm²    伸长率％    国际同类技术标准    27.85    80-100    14    Al-Re    28.00    101    14    Al-B    27.85    83.36    13    实施例1    27.28    105    15    实施例2    27.20    115    14    实施例3    27.16    106    16    实施例4    27.05    108    17    实施例5    27.21    109    17

从以上性能对比可以看出：本发明的效果是使铝导体的电阻率降至27.05～27.28nΩ·m，力学性能满足国际标准值，导电性能大幅度提高，同时力学性能也有改善。