專利名稱：電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料及其制造方法
技術領域：
本發明屬于電線電纜行業領域，具體涉及一種電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料及 其制造方法。
背景技術：
中國每年的用銅量超過500萬噸，而電線電纜領域用銅量占總用銅量的約70%， 是用銅大戶，隨著中國銅礦資源的枯竭，中國銅礦80%需要依賴進口，以及隨著銅價的不斷 攀升，以鋁節銅是中國有色金屬發展的必然趨勢。由于以單純的以純鋁導體代替銅導體被 實踐證明在很多場合是不可行的，因此獲得技術上的突破是解決這一問題的關鍵。過去純鋁用作電線電纜導體存在很多不足，因而也很少用于絕緣線芯，對于拉制 成更細的線材，用作布線、電磁線以及通信電纜，更是不可行的，由于鋁的強度和延伸率滿 足不了要求，要拉制成0. 5mm或更細的很困難，除非在材質和工藝上很好的控制，才能做 到。所以以鋁節銅在技術上存在很大的問題，想獲得突破面臨巨大的困難。雖然國內有很多關于鋁合金的專利，但基本上都是用作架空導線，很少用于絕緣 線芯的鋁合金方面的專利，關于Co元素用在合金上的報道的更少。
發明內容
本發明的目的是提供一種導電性、抗拉強、延伸率和屈服極限高的電纜用鋁鐵鈷 稀土合金導體材料。本發明的另一目的是提供一種電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料的制造方法。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案一種電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料，配比為Fe 0. 4-1. 2wt %, Co 0. 4-1. 2wt%，稀土 0. 01-1. 5wt%, Si的含量小于0. Iwt%，其它單個雜質小于0. 01wt%, 且雜質總量小于0. 15wt%，其余為鋁及不可避免的雜質。上述技術方案中所述稀土至少含有一種或多種稀土元素，其中鑭至少占混合稀土總質量的70 %。 Fe的含量控制在在0. 4-0. 8wt%。Co的含量控制在在0. 4-0. 8wt%。所述稀土的含量控制 在 0. 3-1. Owt %。一種電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料的制造方法如下1)按合金成分及重量百分含量Fe 0. 4-1.2wt%, Co 0. 4-1. 2wt %，混合稀土 0. 01-1. 5wt%，其余為Al，進行配料，其中Fe、Co分別選取純Fe (純度大于99. 7% )、Co (純 度大于99. 7% )或鋁鐵中間合金、鋁鈷中間合金形式，混合稀土選擇鋁稀土中間合金形式， 鋁作為原材料，選取純度大于99. 70wt%的鋁錠；2)將配置好的高純鋁加入豎爐中，升溫至710_750°C，待溫度升至730_760°C加入 純鐵或鋁鐵中間合金，溫度繼續升至750-800°C，加入純鈷或鋁鈷中間合金，利用電動攪拌 裝置攪拌均勻，待全部融化后，在720-760°C保溫20min，加入鋁稀土中間合金，攪拌10分鐘，充分攪拌均勻；3)保溫30min后，進行爐前分析，看成分控制是否符合要求；4)加入精煉劑對熔體進行精煉，以消除熔體內的氣體、氧化膜以及非金屬雜質，使 熔體凈化均勻后，扒渣后進行靜止20min，準備鑄造；5)采用連續鑄造機進行鑄造，鑄造溫度為660_690°C ；6)對鑄錠進行均勻化熱處理；7)對鑄錠先進行粗軋，粗軋溫度為580-610°C，然后再進行細軋，細軋溫度為 470-500°C鋁合金桿終軋溫度為330-340°C ；8)鋁合金桿成圈后放入保溫地窖中在200-280°C下進行保溫處理，處理時間為 IOh ；9)將鋁合金桿進行冷拉制成鋁合金線，如果要用于制造布線、電磁線或通信電纜， 可以在大拉、中拉的基礎上，再在微拉設備上拉制成特細的鋁合金線。導體線芯可以用作實 心導體或絞合線芯。10)實心導體或絞合線芯在280_360°C下，15_30h的熱處理。本發明獲得如下技術效果1.本發明采用了適量的鐵元素。由于鐵在鋁中固熔度相對于其他金屬元素較小的 一種，加入一定量的鐵對鋁導電率影響不大，且鐵可以起到對鋁基的增強作用，提高鋁的抗 拉強度和屈服極限，有好的延展性，因而可以拉制成很細的單絲。鐵還能提高合金的連接熱 穩定性，減小蠕變作用。可用于電力電纜、布線、電磁線及通信電纜等絕緣線芯。2.鈷具有鐵類似的性質，它在鋁中的固熔度相對較小，因而一定量的加入一定量 的鈷對鋁的電導率影響不大，加入可以明顯細化鋁-鐵合金組織，使粗大的組織結構變成 短小的板條狀組織，能明顯起到增加抗拉強度和屈服極限，而又不會惡化延伸率，因而可以 拉制成0. 3mm或更細的單絲，可大大減少電纜在生產過程中線徑被局部拉細的現象，以防 止在電氣上的不對稱性。鈷還可以提高鋁的耐熱性能，蠕變作用很小。3.為了使鋁合金的電性能、機械性能與耐熱性能同時達到最佳的效果，鐵最優選 擇為0. 4-0. 8wt %，鈷最優選擇為0. 4-0. 8wt %。4.鋁液中的氣體主要是氫，其次是氧和氮。氫在鋁鑄錠中產生針孔，在變形鋁合金 中會引起各種裂紋，加入富鑭稀土能起到除氣作用，消除氣體對電性能和機械性能的不利影響。5.富鑭稀土與氫、氧、氮、硅、錳、釩、鉻等元素的親和力比鋁更大，形成多種化合 物。因而稀土是鋁合金中一種十分理想的除氣、脫氮、造渣、中和微量低熔點雜質、改變雜質 狀態的凈化劑。可以起到很好的精煉作用、使得鋁合金變得更加純凈，因而能使導電率得到 很大的提高。6.稀土元素的原子半徑在1.74A與2.04 A之間，比鋁的原子半徑1.43 A大。它很容 易填充在生長中新相的表面缺陷上，生成阻礙品粒繼續生長的膜，從而是品粒細化，因而起 到體改強度和改善延伸性能的目的。7.由此制造的鋁合金導體導電率彡60% IACS，硬態合金線的抗拉強度可達 到240Mpa，軟態合金線的抗拉強度和延伸率分別可達到120MPa和30%，屈服極限為 100-115Mpa，可拉制成0. 3mm或更細的鋁合金線。
具體實施例方式實施例1一種電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料，配比為Fe :0.4-1.2襯％，例如0.5襯％、
0.6wt%,0. 7wt%,0. 8wt%U. Iwt % ；Co :0· 4-1. 2wt%，例如 0. 5wt%,0. 7wt%,0. 8wt%,
1.Owt %、1. Iwt % ；稀土 :0. 01-1. 5wt %,例如 0. 05wt %,0. Iwt %,0. 3wt %,0. 5wt
0. 8wt %U. Owt 1. 2wt %、1. 4wt % ;Si的含量小于0. Iwt %，其它單個雜質小于 0. 01wt%,且雜質總量小于0. 15wt%，其余為鋁及不可避免的雜質。上述技術方案中所述稀土至少含有一種或多種稀土元素，其中鑭至少占混合 稀土總質量的70%。優選方案Fe的含量控制在在0.4-0. Swt %。Co的含量控制在在 0. 4-0. 8wt%0所述稀土的含量控制在0. 05-1. Owt % ο實施例2鋁合金中各元素重量百分含量按如下配料Fe 0. 43wt %, Co 0.45wt%，富鑭 稀土 0.03wt%，純度大于99.70襯％的鋁錠。將配置好的高純鋁的加入豎爐中，升溫 至710-750 °C，待溫度升至730-760 °C加入純鐵(純度大于99. wt % )，溫度繼續升至 750-800。C，加入純鈷(純度大于99. wt%),利用電動攪拌裝置攪拌均勻，待全部融化后，在 720-760°C保溫20min，加入鋁稀土中間合金，攪拌10分鐘，充分攪拌均勻。保溫30min后，進行爐前分析，看成分控制是否符合要求。加入精煉劑對熔體進行 精煉，以消除熔體內的氣體、氧化膜以及非金屬雜質，使熔體凈化均勻后，扒渣后進行靜止 20min，準備鑄造。采用連續鑄造機進行鑄造，鑄造溫度為660-690°C。對鑄錠進行均勻化熱處理。對 鑄錠先進行粗軋，粗軋溫度為580-610°C，然后再進行細軋，細軋溫度為470-500°C鋁合金 桿終軋溫度為330-340°C。鋁合金桿成圈后放入保溫地窖中在200-250°C下進行保溫處理，處理時間為10h。將鋁合金桿進行冷拉制成鋁合金線，拉制成2. 5mm的合金單絲，在280-320°C下， 進行15h的熱處理。在常溫下制得的本鋁合金線測得導電率> 61% IACS，硬態合金線的抗拉強度可達到245MPa，軟態合金線的抗拉強 度和延伸率分別可達到124MPa和33%，屈服極限為112Mpa。實施例3鋁合金中各元素重量百分含量按如下配料Fe 0. 6wt %, Co 0. 75wt%，富鑭 稀土 0. 8wt %，純度大于99. 70wt %的鋁錠。將配置好的高純鋁的加入豎爐中，升溫至 710-7500C，待溫度升至730-760°C加入鋁鐵中間合金，溫度繼續升至750_800°C，加入鋁鈷 中間合金，利用電動攪拌裝置攪拌均勻，待全部融化后，在720-760°C保溫20min，加入鋁稀 土中間合金，攪拌10分鐘，充分攪拌均勻。保溫30min后，進行爐前分析，看成分控制是否符合要求。加入精煉劑對熔體進行 精煉，以消除熔體內的氣體、氧化膜以及非金屬雜質，使熔體凈化均勻后，扒渣后進行靜止 20min，準備鑄造。采用連續鑄造機進行鑄造，鑄造溫度為660-690°C。對鑄錠進行均勻化熱處理。對 鑄錠先進行粗軋，粗軋溫度為580-610°C，然后再進行細軋，細軋溫度為470-500°C鋁合金桿終軋溫度為330-340°C。鋁合金桿成圈后放入保溫地窖中在250-280°C下進行保溫處理，處理時間為10h。將鋁合金桿進行冷拉制成鋁合金線，拉制成2. 5mm的合金單絲，在340-360°C下， 進行20h的熱處理。在常溫下制得的本鋁合金線測得導電率> 61% IACS，硬態合金線的抗拉強度 可達到244MPa，軟態合金線的抗拉強度和延伸率分別可達到120MPa和35%，屈服極限為 11OMpa。實施例4鋁合金中各元素重量百分含量按如下配料Fe 0. 45wt %, Co 1. Iwt %，富鑭 稀土 1. 32wt %，純度大于99. 70wt %的鋁錠。將配置好的高純鋁的加入豎爐中，升溫 至710-750 °C，待溫度升至730-760 °C加入純鐵(純度大于99. wt % )，溫度繼續升至 750-8000C，加入純鈷(純度大于99. wt%),利用電動攪拌裝置攪拌均勻，待全部融化后，在 720-760°C保溫20min，加入鋁稀土中間合金，攪拌10分鐘，充分攪拌均勻。保溫30min后，進行爐前分析，看成分控制是否符合要求。加入精煉劑對熔體進行 精煉，以消除熔體內的氣體、氧化膜以及非金屬雜質，使熔體凈化均勻后，扒渣后進行靜止 20min，準備鑄造。采用連續鑄造機進行鑄造，鑄造溫度為660-690°C。對鑄錠進行均勻化熱處理。對 鑄錠先進行粗軋，粗軋溫度為580-610°C，然后再進行細軋，細軋溫度為470-500°C鋁合金 桿終軋溫度為330-340°C。鋁合金桿成圈后放入保溫地窖中在250-280°C下進行保溫處理，處理時間為10h。將鋁合金桿進行冷拉制成鋁合金線，拉制成1. 2mm的合金單絲，在320-340°C下， 進行25h的熱處理。在常溫下制得的本鋁合金線測得導電率> 60% IACS，硬態合金線的抗拉強度可達到250MPa，軟態合金線的抗拉強 度和延伸率分別可達到122MPa和35%，屈服極限為115Mpa。實施例5鋁合金中各元素重量百分含量按如下配料Fe 1. 15wt%, Co 0.51wt%，富鑭 稀土 0.35wt%，純度大于99.70襯％的鋁錠。將配置好的高純鋁的加入豎爐中，升溫至 710-7500C，待溫度升至730-760°C加入鋁鐵中間合金，溫度繼續升至750-800°C，加入鋁鈷 中間合金，利用電動攪拌裝置攪拌均勻，待全部融化后，在720-760°C保溫20min，加入鋁稀 土中間合金，攪拌10分鐘，充分攪拌均勻。保溫30min后，進行爐前分析，看成分控制是否符合要求。加入精煉劑對熔體進行 精煉，以消除熔體內的氣體、氧化膜以及非金屬雜質，使熔體凈化均勻后，扒渣后進行靜止 20min，準備鑄造。采用連續鑄造機進行鑄造，鑄造溫度為660-690°C。對鑄錠進行均勻化熱處理。對 鑄錠先進行粗軋，粗軋溫度為580-610°C，然后再進行細軋，細軋溫度為470-500°C鋁合金 桿終軋溫度為330-340°C。鋁合金桿成圈后放入保溫地窖中在250-280°C下進行保溫處理，處理時間為10h。將鋁合金桿進行冷拉制成鋁合金線，拉制成0. 3mm的合金單絲，在280-320°C下，進行30h的熱處理。在常溫下制得的本鋁合金線測得導電率> 60% IACS，硬態合金線的抗拉強度可達到245MPa，軟態合金線的抗拉強 度和延伸率分別可達到122MPa和30%，屈服極限為115Mpa。實施例6本發明的一種適用于電線電纜線芯的鋁鐵鈷稀土合金導體材料的制造方法，包 括如下步驟(1)按合金成分及重量百分含量Fe 0.4-1.2wt%，例如可以選取0.6%， 0.8%,0.9%,1. 1 %, Co 0. 4-1.2wt%，例如可以選取0. 6 %，0. 9 %，1. 0 %，混合稀土 0. 01-1. 5wt%，例如可以選取 0. 1%,0.6%,0.9%,1. 1%,1.2%,1. 4%，其余為 Al，進行配 料，其中Fe、Co分別選取純Fe (純度大于99. 7% )、Co (純度大于99. 7% )或鋁鐵中間合 金、鋁鈷中間合金形式，混合稀土選擇鋁稀土中間合金形式，鋁作為原材料，選取純度大于 99. 鋁錠。(2)將配置好的高純鋁的加入豎爐中，升溫至710_750°C，待溫度升至730_760°C 加入純鐵或鋁鐵中間合金，溫度繼續升至750-800°C，加入純鈷或鋁鈷中間合金，利用電動 攪拌裝置攪拌均勻，待全部融化后，在720-760°C保溫20min，加入鋁稀土中間合金，攪拌10 分鐘，充分攪拌均勻。(3)保溫30min后，進行爐前分析，看成分控制是否符合要求。(4)加入精煉劑對熔體進行精煉，以消除熔體內的氣體、氧化膜以及非金屬雜質， 使熔體凈化均勻后，扒渣后進行靜止20min，準備鑄造。(5)采用連續鑄造機進行鑄造，鑄造溫度為660_690°C。(6)對鑄錠進行均勻化熱處理。(7)對鑄錠先進行粗軋，粗軋溫度為580-610°C，然后再進行細軋，細軋溫度為 470-500°C鋁合金桿終軋溫度為330-340°C。(8)鋁合金桿成圈后放入保溫地窖中在200-280°C下進行保溫處理，處理時間為 10h。(9)將鋁合金桿進行冷拉制成鋁合金線，如果要用于制造布線、電磁線或通信電 纜，可以在大拉的基礎上，在微拉設備上拉制成特細的鋁合金線。導體線芯可以用作實心導 體或絞合線芯。(10)實心導體或絞合線芯在280_360°C下，15_30h的熱處理。步驟(7)中進行粗軋和細致，是為了減少粗枝晶粒的形成，使晶粒細化，提高強度 和延伸率。步驟(8)中的保溫處理是為了保證在合金線在細拉時具有足夠的強度和延伸率。步驟(10)中的熱處理使為了消除拉制過程中產生的冷硬化，減小對電阻的影響 以及提高鋁合金導體線芯的柔韌性。通過本發明制造的鋁合金導體線芯具有如下優點導體導電率彡61% IACS，硬態合金線的抗拉強度可達到240MPa，軟態合金線的抗 拉強度和延伸率分別可達到120MPa和30%，屈服極限為100_115MPa，可拉制成0. 3mm或 更細的鋁合金線，導體連接熱穩定性好，使鋁的蠕變性能顯著提高，因而可用于電力電纜導 體，布線，電磁線以及通信電纜導體。
由于本實施例未詳盡所有情況，對于本領域的技術人員來說，在本發明構思的啟 示下，你能夠從本專利公開的內容聯想出一些變形，或現有技術中常用公知技術的替代，只 要未對本專利做實質性該進而實現相同的功能和效果的均屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料，其特征在于配比為Fe0.4 1.2wt％，Co0.4 1.2wt％，稀土0.01 1.5wt％，Si的含量小于0.1wt％，其它單個雜質小于0.01wt％，且雜質總量小于0.15wt％，其余為鋁及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料，其特征在于所述稀土至少 含有一種或多種稀土元素，其中鑭至少占混合稀土總質量的70%。
3.根據權利要求1所述的電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料，其特征在于Fe的含量控制 在在 0. 4-0. 8wt%。
4.根據權利要求1所述的電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料，其特征在于Co的含量控制 在在 0. 4-0. 8wt%。
5.根據權利要求1或2所述的電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料，其特征在于所述稀土 的含量控制在0. 3-1. Owt %。
6.一種根據權利要求1所述的電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料的制造方法，其特征在于1)按照成分配比要求進行配料，將Fe、Co，以及混合稀土加入Al中，進行配料，其中Fe、 Co分別選取純度大于99. 7%純Fe、純度大于99. 7% Co或鋁鐵中間合金、鋁鈷中間合金形 式，混合稀土選擇鋁稀土中間合金形式，鋁作為原材料，選取純度大于99. 70wt%的鋁錠；2)將配置好的高純鋁加入豎爐中，升溫至710-750°C，待溫度升至730-760°C加入純鐵 或鋁鐵中間合金，溫度繼續升至750-800°C，加入純鈷或鋁鈷中間合金，利用電動攪拌裝置 攪拌均勻，待全部融化后，在720-760°C保溫20min，加入鋁稀土中間合金，攪拌10分鐘，充 分攪拌均勻；3)保溫30min后，進行爐前分析，看成分控制是否符合要求；4)加入精煉劑對熔體進行精煉，以消除熔體內的氣體、氧化膜以及非金屬雜質，使熔體 凈化均勻后，扒渣后進行靜止20min，準備鑄造；5)采用連續鑄造機進行鑄造，鑄造溫度為660-690°C；6)對鑄錠進行均勻化熱處理；7)對鑄錠先進行粗軋，粗軋溫度為580-610°C，然后再進行細軋，細軋溫度為 470-500°C鋁合金桿終軋溫度為330-340°C ；8)鋁合金桿成圈后放入保溫地窖中在200-280°C下進行保溫處理，處理時間為IOh；9)將鋁合金桿進行冷拉制成鋁合金線，如果要用于制造布線、電磁線或通信電纜，可以 在大拉、中拉的基礎上，再在微拉設備上拉制成特細的鋁合金線。導體線芯可以用作實心導 體或絞合線芯；10)實心導體或絞合線芯在280-360°C下，15-30h的熱處理；
7.根據權利要求6所述的電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料的制造方法，其特征在于鋁 合金桿成圈后，放入保溫窖中自退火10h，用于電線電纜導體線芯。
8.根據權利要求6所述的電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料的制造方法，其特征在于鋁 合金冷拉制成鋁合金單絲后可用于實心導體或絞合線芯。
9.根據權利要求6所述的電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料的制造方法，其特征在于實 心導體或絞合線芯用于電線電纜導體線芯在280-360°C下、15-30h熱處理。
全文摘要
本發明公布了一種電纜用鋁鐵鈷稀土合金導體材料及其制造方法，合金成分含量Fe，Co，富鑭稀土，Si，其它單個雜質＜0.01wt％，且總量＜0.15wt％，其余為鋁及不可避免的雜質。制造方法為將純度大于99.70wt％的鋁錠加入豎爐中，在不同溫度階段加入鋁鐵中間合金、鋁鈷中間合金和鋁稀土中間合金進行熔煉，對熔體凈化處理后，進行鑄條軋制成合金。由此制造的鋁合金導體導電率≥60％IACS，硬態合金線的抗拉強度可達到240MPa，軟態合金線的抗拉強度和延伸率分別可達到120MPa和30％，屈服極限為100-115MPa，可拉制成0.3mm或更細的鋁合金線。
文檔編號H01B13/00GK101923909SQ20101025984
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月20日 優先權日2010年8月20日
發明者林澤民 申請人:安徽欣意電纜有限公司