一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Mn系鋁合金及鋁合金電纜的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Mn系鋁合金及鋁合金電纜，其中，鋁合金材料包括的組分及各組分的重量百分比如下：Fe：0.2-1.1％；Mg：0.01-0.4％；Mn：0.001-0.2％；Si：0-0.1％；B：0-0.2％；余量為Al和雜質；將上述鋁合金材料通過熔煉、鑄造、軋制工藝得到鋁合金桿，再經拉制、束絞、軟化而成鋁合金線芯，再將導體線芯經過擠包絕緣、成纜、擠包護套或鎧裝制成鋁合金電纜。提供一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Mn系鋁合金，具有高強度、高導電率、彎曲性能良好等特性；由該鋁合金制成的鋁合金電纜能滿足煤礦領域中對電纜性能的要求。
【專利說明】-種煤礦電纜用A卜Fe-Mg-Mn系鋁合金及鋁合金電纜
【技術領域】
[0001] 本發明涉及煤礦電纜【技術領域】，具體涉及一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Mn系鋁合金 及鋁合金電纜。
【背景技術】
[0002] 煤礦用電纜由于使用的環境復雜、工作條件惡劣、且移動頻繁，使用壽命不長，瓦 斯積聚的區域又十分危險，因此不僅對電纜本身安全性要求很高，而且對頻繁移動場合用 電纜的耐磨性、抗外界拉力性能要求很高。因此，煤礦用電纜屬于電纜行業中技術含量較高 的產品。
[0003] 普通的電纜采用銅芯導線，隨著對銅資源的過度開采，銅資源日益緊張，且瀕臨匱 乏，因此需要使用其他材料的導線代替銅芯導線，才能滿足市場的需求。金屬材料中，鋁具 有導電效果好、質輕、價格低廉等特性，且近年來，出于環保意識的加強，強烈需要減輕重量 以提高機械燃料利用率，因此，以鋁芯電纜代替銅芯電纜已是大勢所趨。現有技術中，已研 制出鋁芯電纜，然而普通鋁芯電纜存在機械性能和抗腐蝕性能較差等缺陷，不具備滿足煤 礦用電纜頻繁移動的良好的彎曲性能；且根據煤礦用電纜的惡劣環境，對電纜導體的導電 率和機械強度有較高的要求，而現有普通的鋁芯電纜的導電率和機械強度性能不能滿足煤 礦用電纜的要求。因此，開發出一種能滿足煤礦業中使用要求的鋁合金電纜具有十分廣闊 的市場前景。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是克服以上缺點，提供一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Mn系鋁合金及鋁 合金電纜，該鋁合金具有高強度、高導電率、彎曲性能良好等特性，由該鋁合金制成的鋁合 金電纜能滿足煤礦領域中對電纜性能的要求。
[0005] 本發明的技術方案是：
[0006] -種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Mn系鋁合金，包括的組分及各組分的重量百分比如 下：
[0007] Fe ：0. 2-1. 1% ；
[0008] Mg ：0. 01-0. 4% ；
[0009] Mn ：0. 001-0. 2% ；
[0010] Si :0-0.1%;
[0011] B :0-0.2%;
[0012] 余量為Al和雜質；
[0013] 所述鋁合金的電阻率小于等于0. 028264 Ω .mmVm,電導率大于等于61 % IACS，斷 裂伸長率不低于1〇%，90度疲勞彎折次數大于等于30次。
[0014] 進一步地，所述鋁合金在溫度120°C、壓應力120MPa條件下，1-100小時的平均蠕 變速度小于等于IX KT2 (% /h)。
[0015] 進一步地，所述鋁合金還包括稀土元素，所述稀土元素的含量占鋁合金成分總重 量的 0. 1-0. 3%。
[0016] 更進一步地，所述稀土元素包括Ce、La,所述Ce和La占稀土元素總量的至少 50%。
[0017] 一種煤礦用鋁合金電纜，所述鋁合金電纜的加工工藝包括如下步驟：
[0018] a、將上述鋁合金經過熔煉、鑄造、乳制得到鋁合金桿；
[0019] b、將步驟a得到的鋁合金桿經過拉制、束絞、軟化處理得到鋁合金導體線芯；
[0020] c、將步驟b得到的導體線芯經過擠包絕緣、成纜、擠包護套或鎧裝制成鋁合金電 纜。
[0021] 進一步地，所述鋁合金導體線芯由10-2000根直徑分別為0. 2-0. 5mm的單絲束絞 制成，所述單絲由所述鋁合金桿經過拉制得到。
[0022] 進一步地，所述鋁合金電纜適用于_40°C -90°C的礦井環境。
[0023] 進一步地，所述鋁合金電纜適用于額定電壓8. 7/10kV及以下等級的煤礦用移動 類橡套軟電纜。
[0024] 進一步地，所述鋁合金電纜在90°C長期運行情況下，載流量不低于相同截面銅電 纜的80%。
[0025] 進一步地，所述鋁合金電纜經過9000次抗彎曲試驗后不短路、不斷路。
[0026] 本發明提供的煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Mn系鋁合金及鋁合金電纜，具有如下優點：
[0027] 1、本發明提供的煤礦用鋁合金，對鋁合金的元素進行優化，從而改善該鋁合金的 性能。本發明提供的煤礦用鋁合金，選用Al-Fe-Mg-Mn系列，通過加入Fe元素，可以改善合 金的機械強度和拉伸性能，Fe還能明顯提高高溫抗蠕變性能，以及提高合金的抗疲勞性能。 在錯合金中加入少量的Mg,細化鑄造組織。
[0028] 該鋁合金材料中，加入Mn元素能改變抗腐蝕性，并且可以有效的降低鋁合金的熱 導率和比熱容，從而減小鋁合金的熱膨脹系數，提高鋁合金電纜的連接性能和安全性能。Mn 能阻止鋁合金的再結晶過程，提高再結晶溫度，并能顯著細化再結晶晶粒，再結晶晶粒的細 化主要是通過MnAl6化合物彌散質點對再結晶晶粒長大起阻礙作用。同時Mn元素還可以 很好的屏蔽雜質Si,減少Si的有害作用，同時與稀土元素作用，可顯著改性合金的抗疲勞 彎曲性能，提高電纜的使用壽命。
[0029] 本發明提供的煤礦用鋁合金，選擇在合金中添加少量的Si, Si與Mg形成MgSi強 化相提高再結晶溫度和改變時效行為，使制品的再結晶晶粒得以細化，強度、韌性得以提 高，塑性、耐蝕性得到改善，提高鋁合金的屈服強度及延伸率，避免鋁合金產品的再加工，提 高生產效率，降低生產成本。
[0030] 本發明還優選加入一定量的B，可以改善加工性能，特別是單絲微拉和束絞方面的 加工性能。
[0031] 本發明提供的煤礦用鋁合金，還優選添加一定量的稀土元素 RE，其中Ce、La占稀 土元素總含量的至少50%，稀土元素不僅可以顯著提高合金的電性能，還能起到提高合金 抗疲勞彎曲性能的效果，延長了電纜的使用壽命。優選Ce和La,是因為這兩種元素在本發 明中效果較其他稀土元素改善效果更明顯。
[0032] 本發明通過優化選擇合金成分和合理調整合金成分的含量，制定合金配方，既可 以改善合金的性能，又不會因過多的量會惡化合金的性能，特別是電性能和延伸性能。本發 明提供的鋁合金材料，通過合理的合金成分配比來保障合金的性能。
[0033] 本發明提供的煤礦用鋁合金材料，通過熔煉、鑄造、固溶與時效處理、乳制工藝后， 得到的鋁合金的電阻率小于等于0. 028264Ω · mm2/m，電導率大于等于61% IACS，斷裂伸 長率不低于10%，溫度120°C、120MPa壓應力條件下，1-100小時的平均蠕變速度小于等于 I X KT2 (% /h)，90度疲勞彎折次數大于等于30次，且單絲直徑最小可拉到0. 2mm。
[0034] 2、本發明提供的煤礦用鋁合金電纜，由本發明提供的鋁合金制成，得到的煤礦用 鋁合金電纜不僅具有很好的導電性能、拉伸性能、抗蠕變性能和抗疲勞性能，特別是抗彎曲 性能也達到了煤礦用銅芯的技術要求；同時，煤礦用鋁合金電纜由于柔韌性好，且重量較 銅輕很多，因而作為煤礦用軟電纜使用起來更加方便，有效的降低了煤礦用電纜的成本，提 高了工作效率，具有非常好技術經濟效益。本發明提供的煤礦用鋁合金電纜，適用于煤礦 用移動類橡套軟電纜、額定電壓8. 7/10kV及以下煤礦用橡套軟電纜，在90°C長期運行條件 下，載流量不低于相同截面銅電纜的80% ;且本發明提供的煤礦用鋁合金電纜經9000次抗 彎曲試驗后不短路、不斷路，其中，9000次抗彎曲試驗按MT818. 1規定的試驗方法進行。
【具體實施方式】
[0035] 下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范 圍。
[0036] 本發明中，煤礦用鋁合金電纜所用的鋁合金導體線芯的制備方法，包括以下步 驟：
[0037] a、通過對熔融鋁合金進行鑄造得到鑄造材料：按比例加入本發明中提到的鋁合金 成分，在700-80(TC條件下進行熔煉工藝，然后在650-680°C條件下進行鑄造，得到鑄錠；
[0038] b、將步驟a得到的鑄錠在460_550°C范圍內固溶處理2_6h，然后在20-KKTC的冷 卻水中快速淬火；
[0039] c、將步驟b得到的鑄錠在150-250°C范圍內時效處理6-10h，再升溫至300-400°C， 乳制成合金桿；
[0040] d、在280-300°C范圍內，將步驟C軋制成的合金桿進行拉制處理，使截面積縮小至 步驟c中合金桿截面積的50-60%，得到鋁合金線；
[0041] e、在形成鋁合金核的溫度條件下，將步驟d得到的鋁合金線再次進行拉制處理， 使截面積縮小至步驟d中鋁合金線截面積的70-100%，得到鋁合金導體單絲；
[0042] f、將若干根步驟e得到的鋁合金導體單絲絞合，在230-320°C條件下進行第一次 熱處理3-6h，然后在300-400°C條件下將再次熱處理8-14h，得到鋁合金導體線芯。
[0043] 上述鋁合金導體線芯的制備方法中，鑄造步驟中，加熱應當緩慢，再加入多種合金 錠時，應在300°C以下裝爐，以保證鑄件加熱均勻，在盡可能高的溫度下（接近于共晶的熔 點）通過較長時間的固容熱處理使合金元素與第二相溶于基體，由于微量合金元素的融 入，使基體成為亞飽和狀態，通過固容處理可以大幅提高合金的強度和塑性，改善合金的耐 腐蝕性能；在固溶后快速冷卻（從鑄件吊起到鑄件完全浸入冷卻介質中時間不宜超過15s， 以使鑄件淬火均勻）提高鑄件的拉伸性能和柔韌性；在時效開始階段，基體飽和度很大，鑄 件的硬度會大幅提高，隨著時效時間的增加，基體和析出物之間的濃度達到平衡，此時析出 物析出開始變慢，此時在經過較短的保溫時間，可以抑制晶粒生長，從而得到較少粗精的鋁 合金，由此獲得優良的力學性能即較高的強度，良好的塑性和韌性；步驟f中兩次退火處理 可以最大限度的鋁合金絞線的內應力，穩定合金線的電學性能，穩定尺寸減少變形，大大提 高合金線的拉伸性和彎曲性。
[0044] 以下將針對本發明提供的鋁合金及鋁合金電纜的技術方案分別進行詳細闡述：
[0045] 實施例1
[0046] 一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Mn系鋁合金，組分及各組分的重量百分比如下（總重 量：ιτ):
[0047]
【權利要求】
1. 一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Mn系鋁合金，其特征在于，所述鋁合金包括的組分及各 組分的重量百分比如下： Fe ：0. 2-1. 1% ； Mg ：0. 01-0. 4% ； Μη ：0. 001-0. 2% ； Si ：0-0. 1% ； B ：0-0. 2% ； 余量為A1和雜質； 所述鋁合金的電阻率小于等于〇.〇28264〇*臟2/111，電導率大于等于61(%^^5，斷裂 伸長率不低于1〇%，90度疲勞彎折次數大于等于30次。
2. 根據權利要求1所述的鋁合金，其特征在于，所述鋁合金還包括稀土元素，所述稀土 元素的含量占錯合金成分總重量的〇. l-o. 3%。
3. 根據權利要求2所述的鋁合金，其特征在于，所述稀土元素包括Ce、La，所述Ce和La 占稀土元素總量的至少50%。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的鋁合金，其特征在于，所述鋁合金在溫度 120°C、壓應力120MPa條件下，1-100小時的平均蠕變速度小于等于1Χ1(Γ 2(% /h)。
5. -種煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金電纜的加工工藝包括如下步驟： a、 將權利要求1至4中任一項所述的鋁合金經過熔煉、鑄造、乳制得到鋁合金桿； b、 將步驟a得到的鋁合金桿經過拉制、束絞、軟化處理得到鋁合金導體線芯； c、 將步驟b得到的導體線芯經過擠包絕緣、成纜、擠包護套或鎧裝制成鋁合金電纜。
6. 根據權利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金導體線芯由 10-2000根直徑分別為0. 2-0. 5mm的單絲束絞制成，所述單絲由所述鋁合金桿經過拉制得 到。
7. 根據權利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金電纜適用 于-40°C -90°C的礦井環境。
8. 根據權利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金電纜適用于額 定電壓8. 7/10kV及以下等級的煤礦用移動類橡套軟電纜。
9. 根據權利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金電纜在90°C長 期運行情況下，載流量不低于相同截面銅電纜的80 %。
10. 根據權利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金電纜經過9000 次抗彎曲試驗后不短路、不斷路。
【文檔編號】C22F1/047GK104294114SQ201410469688
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】林澤民 申請人:安徽欣意電纜有限公司