專利名稱：一種電纜用稀土鋁合金導體及其制造方法
技術領域：
本發明是電纜用導體材料領域，具體涉及ー種電纜用稀土鋁合金導體及其制造方法。
背景技術：
多年來，國人一直期望能開發出ー種導體，能繼續推行以鋁代銅，但始終未能從技術上取得突破，因而一直未能實現這歷史性的使命。針對純鋁作為電纜導體存在的眾多不足，美國和加拿大等發達國家在這方面做了大量的研究，于20世紀60年代末開發出了鋁合金導體，鋁合金導體在北美地區至今已運用40多年的時間，得到美國和加拿大等發達國家廣大用戶的一致認可，美國90%的民用及エ商業建筑使用的都是鋁合金電纜。
通過科研攻關發明稀土鋁合金導體及其制造方法，具有優越的推廣應用價值，能起到“以鋁代銅”的目的，極大地節約我國緊缺的銅資源并創造巨大的經濟社會效益。與傳統的銅芯電纜不同，這種鋁合金電纜采用高延伸率鋁合金材料，在純鋁中通過加入鐵、銅、稀土和硼等鋁基合金材料，并經過緊壓絞合エ藝及特殊的退火處理，將合金鋁中的空隙“擠壓”干凈減少截面積并具有較好的柔韌性、耐腐蝕性和良好的連接性能。據悉，鋁合金電纜因為技術先進成熟，廣泛使用于世界許多著名工程項目，如亞特蘭大奧運會場館、華盛頓會展中心、紐約機場等。使用表明，按照規范要求生產和安裝的鋁合金電纜在使用中從未發生任何故障。
發明內容
本發明的目的是提供一種電纜用稀土鋁合金導體及其制造方法，采用本發明中的稀土鋁合金作為導體時電線電纜具有較好的機械性能、耐腐蝕性能、連接性能和抗蠕變性能，其導電率達到國際退火銅標準(IACS)的61%，且使用安全穩定性高。為了實現上述目的本發明采用如下技術方案
電纜用稀土鋁合金導體，包括下列組分0. 05 O. 15%的銅，O. 40 I. 0%的鐵，O. 03
0.15%的硅，O. 02 O. 12%的稀土元素，余量為鋁。電纜用稀土鋁合金導體的制造方法，包括如下步驟
(1)、熔煉
首先將熔鋁爐堂溫度加熱至720 780°C開始加入鋁錠并熔化，然后投入鋁錠量的
1.9 2. 3%的AlFe20鋁基鐵合金錠和鋁錠量的O. 70 O. 95%的AlCu25鋁基銅合金錠，進行熔煉，得到招錠、招基鐵合金錠以及招基銅合金錠熔化后的招合金液體；
(2)、保溫和精煉過程
當步驟(I)的鋁合金液體溫度達到780 800°C開始放鋁水并流入保溫爐，控制保溫爐的溫度為720 740°C，當鋁液放出后，再添加鋁錠量的O. 45 O. 56%的AlRelO鋁基稀土鋁合金和鋁錠量的O. 50 O. 61%的A1B3鋁基硼合金，開啟永磁攪拌器攪拌均勻，此時保溫爐的爐膛溫度提高至750 800°C，隨后投加鋁錠量的O. 13 O. 18%的粉末精煉劑精煉10 12分鐘后扒渣；然后靜置保溫20 30分鐘后，鋁液溫度在720 740°C范圍內即可鑄造；
(3)、連鑄連軋過程
鋁液在下澆包的溫度為700±20°C，澆鑄機和連軋機聯動配合，鋁鑄條進連軋機時溫度應保持在490±20°C范圍內，終軋溫度控制在200 300°C之間；
(4)、回火處理
連鑄連軋工序所生產的稀土鋁合金桿經過拉絲和絞合緊壓工序制造成不同規格的導體，然后所有導體放入井式回火爐中，控制回火溫度在340 370°C;控制保溫時間在6 12個小時，然后將整盤導體吊出爐，讓其自然冷卻至環境溫度，得到電纜用稀土鋁合金導體。
電纜用稀土鋁合金導體的制造方法，所述的步驟(2)中粉末精煉劑選自DLJ-2鋁合金精煉劑。本發明的優點
I、本發明中銅的含量控制在O. 05 O. 15%之間，能提高鋁合金的抗拉強度、伸長率，易于拉制加工，同時起到調整合金成分的作用。2、本發明中鐵元素含量控制在O. 40 I. 0%之間，能提高鋁合金的強度，同時還提高了鋁合金的抗蠕變性和熱穩定性，抗蠕變性相對普通電工用鋁提高300% ;而且鐵還能使鋁合金的韌性增強，保證了鋁合金在緊壓絞制過程中的緊壓系數達到較高的水平。3、本發明中娃的含量控制在O. 05%-0. 15%之間,保證了一定量的娃對招合金強度的增強作用。4、本發明中的稀土元素能降低鋁液中硅的含量，從而將鐵、尤其是硅對鋁合金導電率的影響減小至非常低的水平，同時稀土元素的加入還改善了鋁合金材料中晶體的組織結構，提高了鋁合金的工藝性能，有利于鋁合金的加工處理。5、本發明中的稀土元素以鈰和鑭為主，能夠起到晶粒細化，增強合金材料強度的作用。6、本發明中的硼元素可與Ti、V、Mn、Cr等雜質元素反應，形成化合物后被沉淀排除，從而降低Ti、V、Mn、Cr等雜質元素對鋁合金導電率的影響，有利于提高鋁合金的導電率。7、本發明中制備的稀土鋁合金導體進行了回火處理，改善了拉制、絞制過程中應力作用和加工硬化對導體組織結構的不利影響，使導電率達到甚至超過61%IACS，同時退火處理能極大的提高稀土鋁合金的延伸率和柔韌性及降低導體電阻；由本發明的鋁合金材料制成的電纜的導體強度相對與純鋁提高了 10%，延伸率達到30%，柔韌性比銅纜高25%，而導體電阻保持在較低水平。
具體實施例方式實施例I :
一、熔鑄工藝
I、配料
8680kg的鋁錠(O. 06%Si含量，O. 09%Fe含量)、174kg鋁基鐵合金錠(20%Fe含量)、78Kg鋁基銅合金錠(25%Cu含量)、43kg鋁基稀土合金錠(10%稀土含量)、45kg鋁基硼合金(2· 5 3· 5%Β 含量),12. 5kg 精煉劑(NaCl · KCl · Na3AlF6 · ZnCl2 )。2、加料方式
加料時鋁基鐵合金錠、鋁基銅合金錠隨鋁錠搭配均勻分批地從熔鋁爐加入，以保證成分盡可能的均勻。3、保溫エ藝
由鋁錠、鋁基鐵合金錠以及鋁基銅合金錠熔化后得到的鋁合金液體流入保溫爐時溫度控制在720 740 V ;向前述鋁合金液體中加入鋁基稀土合金錠和鋁基硼合金錠時爐膛溫度應提高至750 800°C，此時升高溫度有利于稀土鋁合金和硼鋁合金的熔融，從而提高了稀土和硼的優化效果。
4、稀土處理和硼化處理
4. I保溫爐鋁合金液體充滿一半時加入22kg稀土鋁合金和23kg硼鋁合金；
4. 2保溫爐招合金液體充滿后加入其余21kg稀土招合金和22kg硼招合金；
在不同鋁合金液體容積加入稀土鋁合金和硼鋁合金是為了使稀土和硼元素能充分發揮作用，提高其作用效果；
4.3稀土鋁合金和硼鋁合金投加的位置在保溫爐內均勻的分布。5、精煉(除渣、除氣、攪拌、扒洛)
5.I為了保證整爐鋁合金液體的成分分布均勻，開啟永磁攪拌器對鋁合金液體進行攪
拌;
5.2當鋁合金液體充滿爐后，通過管道由高純度氮氣將12kg的粉末精煉劑(NaCl -KCl -Na3AlF6-ZnCl2)吹入鋁合金液體底部，吹入口應在鋁合金液體的底部移動，使氣體及夾渣物沿鋁合金液體的表面均勻地上浮，時間為5 10分鐘；上浮的氧化鋁渣應全部扒出爐外，以盡量減少精煉劑所引入的新雜質。 6、爐前快速分析及靜置保溫
當扒渣后的鋁合金液通過“爐前試樣”快速分析確定Fe、Si、Cu含量符合要求時，靜置時間20 30分鐘。7、連鑄連軋エ藝控制 7. I溫度控制
7. I. I澆包鋁水溫度690 720°C
7. I. 2入軋溫度:470 5000C
7. I. 3終軋溫度彡3000C
7. I. 4軋制乳液溫度彡500C
7. 2澆鑄冷卻水的控制
冷卻水溫度為25 40°C，壓カ為O. 3MPa。7. 3 澆鑄速度7. 6-15m/min
7.4軋機速度6. 2m/s。ニ、回火エ藝
由鋁合金材料軋制成的鋁合金桿經拉制、絞合緊壓成線后放置于退火爐中，結合具體導體規格和長度不同，選擇回火溫度和保溫時間，回火溫度控制在340 370°C ;保溫時間控制在6 12個小時，然后將整盤導體吊出爐，讓其自然冷卻至環境溫度。
由此獲得的鋁合金材料的化學成分為Fe O. 49%, Cu O. 08%, Si O. 07%, Re 0.02%、Al 99. 7%,其余為雜質。 本實例稀土鋁合金材料的性能為抗拉強度126Mpa、延伸率30%、導電率61. 5%IACS、柔韌性比銅纜提高了 25%、抗蠕變相對電工用鋁提高300%。
權利要求
1.一種電纜用稀土鋁合金導體，其特征在于包括下列組分0. 05 O. 15%的銅，0.40 I. 0%的鐵，O. 03 O. 15%的硅，O. 02 O. 12%的稀土元素，余量為鋁。
2.一種如權利要求I所述的電纜用稀土鋁合金導體的制造方法，其特征在于包括如下步驟(1)、熔煉 首先將熔鋁爐堂溫度加熱至720 780°C開始加入鋁錠并熔化，然后投入鋁錠量的1.9 2. 3%的AlFe20鋁基鐵合金錠和鋁錠量的O. 70 O. 95%的AlCu25鋁基銅合金錠，進行熔煉，得到招錠、招基鐵合金錠以及招基銅合金錠熔化后的招合金液體； (2)、保溫和精煉過程 當步驟(I)的鋁合金液體溫度達到780 800°C開始放鋁水并流入保溫爐，控制保溫爐的溫度為720 740°C，當鋁液放出后，再添加鋁錠量的O. 45 O. 56%的AlRelO鋁基稀土鋁合金和鋁錠量的O. 50 O. 61%的A1B3鋁基硼合金，開啟永磁攪拌器攪拌均勻，此時保溫爐的爐膛溫度提高至750 800°C，隨后投加鋁錠量的O. 13 O. 18%的粉末精煉劑精煉10 12分鐘后扒渣；然后靜置保溫20 30分鐘后，鋁液溫度在720 740°C范圍內即可鑄造； (3)、連鑄連軋過程 鋁液在下澆包的溫度為700±20°C，澆鑄機和連軋機聯動配合，鋁鑄條進連軋機時溫度應保持在490±20°C范圍內，終軋溫度控制在200 300°C之間； (4)、回火處理 連鑄連軋工序所生產的稀土鋁合金桿經過拉絲和絞合緊壓工序制造成不同規格的導體，然后所有導體放入井式回火爐中，控制回火溫度在340 370°C;控制保溫時間在6 12個小時，然后將整盤導體吊出爐，讓其自然冷卻至環境溫度，得到電纜用稀土鋁合金導體。
3.根據權利要求2所述的電纜用稀土鋁合金導體的制造方法，其特征在于所述的步驟(2)中粉末精煉劑選自DLJ-2鋁合金精煉劑。
全文摘要
本發明公開了一種電纜用稀土鋁合金導體及其制造方法，化學成分包括下列組分0.05～0.15%的銅，0.40～1.0%的鐵，0.03～0.15%的硅，0.02～0.12%的稀土元素，余量為鋁。本發明中制備的稀土鋁合金導體進行了回火處理，改善了拉制、絞制過程中應力作用和加工硬化對導體組織結構的不利影響，使導電率達到甚至超過61%IACS，同時退火處理能極大的提高稀土鋁合金的延伸率和柔韌性及降低導體電阻；由本發明的鋁合金材料制成的電纜的導體強度相對與純鋁提高了10%，延伸率達到30%，柔韌性比銅纜高25%，而導體電阻保持在較低水平。
文檔編號C22C21/00GK102864344SQ201210314419
公開日2013年1月9日 申請日期2012年8月30日 優先權日2012年8月30日
發明者黃誠 申請人:安徽太平洋電纜集團有限公司