專利名稱：具有高導電率和高強度的鋁合金線及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁合金線，更具體地涉及一種具有導電體所需的高強度和高導電率的鋁合金線，以及其制造方法。
背景技術：
通常，鋁合金線具有優異的導電率，并且重量輕，因此廣泛用作高架或地下傳輸線，或用作建筑物電纜的導電體。未合金化的純鋁(Al)的導電率為大約62%。然而，由于鋁較軟，為了用作電線，其需要與少量的合金元素形成合金以改善強度，盡管這會降低導電率。鋁合金線的技術趨勢的界定為在20世紀60年代為60TAL(耐熱鋁合金線)，具有60% IACS的導電率和150°C的連續工作溫度；在20世紀80年代為XTAL (特種耐熱鋁合金線)，具有58% IACS的導電率和230°C的連續工作溫度；在1985年為STAL或ZTAL (超級耐熱鋁合金線)，具有60% IACS的導電率和210°C的連續工作溫度；在1993年為XTAL， 具有58% IACS的導電率和230°C的連續工作溫度。當鋁合金線的導電率高時，難以保證高溫強度，而當高溫強度高時，導電率又較低。由于連續工作溫度下的高溫強度和導電率之間的上述關系，需要優化加工硬化和熱處理的條件以改善這兩種要素。在這種情況下，對Al-Zr合金線進行了積極的研究。已知的Al-Zr合金線包含 作為有效合金元素的O. 07重量％ O. 2重量％的鎂(Mg)和O. 02重量％ O. 05重量％的鋯(Zr);作為其他合金元素的O. 15重量％或更少的硅61)、1.0重量％的鐵(Fe)、0. 2重量％或更少的鋅(Zn)，O. 05重量％或更少的硼(B)和O. 05重量％或更少的鎵(Ga);以及作為雜質的O. 01重量％或更少的鈦(Ti)、0. 01重量％或更少的釩(V)、0. 01重量％或更少的錳(Mn)和O. 01重量％或更少的鉻(Cr)。另外，還可以包含銅(Cu) ,Cu的含量不多于 [O. 05+2 (O. 2-m)]重量％。這里，“m”是指Mg的含量。具有上述組成的鋁合金線經由下列步驟制造鑄造，拉拔，在225°C 275°C下進行I小時 24小時的熱處理。雜質會降低導電率。為提高導電率，Al-Zr合金線需要析出最大量的細小的ZrAl3。 而且，為提高連續工作溫度，Al-Zr合金線應當消除在高溫條件下可能發生的Al的原始結構置換或者再結晶。然而，均勻和細小的ZrAl3的析出涉及高溫熱處理所需的大量的加工和時間，這為大批量生產帶來了困難。同時，日本公報第05-70905號提出了一種制造鋁合金線的方法，該鋁合金線包含O.15重量％ O. 4重量％的Zr、0. I重量％ O. 5重量％的Fe、0. 05重量％ O. 2重量％ 的Si和O. 005重量％ O. 05重量％的Be，其中Si和Be的總含量為O. 035重量％ O. 11
重量％。然而，由于用于提高高溫強度的Be是一種對于環境有害且受管制的物質，'905 面臨著環境問題。而且，使用Be會增加制造成本。此外，'905的制造過程復雜，必須在鑄造和熱加工之后經過兩次冷加工和熱處理。
發明內容
本發明設計用來解決上述問題，因此本發明的目的是提供一種鋁合金線以及其制造方法，該鋁合金線包含能夠在熱處理期間容易地析出的元素，以保證高導電率和高強度。為了實現本發明的目的，依據本發明的一個方面，提供了一種鋁合金線，其包含作為主要元素的Al，以及作為合金元素的O. 3重量％ 0. 6重量％的？6、0. 3重量％ 0. 5重量％的Cu，0. 03重量％ O. 06重量％的]\%和O. 01重量％ O. 10重量％的B。本發明的鋁合金線具有61. 6% IACS或更高的導電率，以及125MPa或更高的抗張強度。優選地，Fe的含量可以為O. 50重量％ O. 60重量％，Cu的含量可以為O. 3重
量 O. 4重量％。本發明的鋁合金線可進一步包含O. 01重量％或更少的Ti、O. 01重量％或更少的 V、0. 01重量％或更少的Cr和O. 01重量％或更少的Ni作為雜質，并且雜質的總含量可以優選為O. I重量％或更少。依據本發明的另一個方面，提供了一種制造鋁合金線的方法，包括(a)使用合金熔體鑄造招合金線材，該熔體包含作為主要元素的Al,以及作為合金元素的O. 3重量％
O.6重量％的Fe、0. 3重量％ O. 5重量％的Cu、0. 03重量％ O. 06重量％的]\%和O. 01 重量％ O. 10重量％的B，(b)對鑄造的鋁合金線材進行拉拔，并且(C)在250V 400°C 下對拉拔后的鋁合金線材進行2小時 24小時的熱處理。優選地，步驟(a)中合金熔體的溫度可以為750°C 900°C。在步驟(a)中，可添加O. 01重量％或更少的Ti、0. 01重量％或更少的V、0. 01重量％或更少的Cr和O. 01重量％或更少的Ni作為雜質。優選地,步驟(a)中的招合金線材可以具有8. Omm 15mm的直徑。有益效果本發明的鋁合金線不含污染環境的物質，這不同于傳統的含Be鋁合金線，因此具有環境和經濟上的優越性。同時，本發明的鋁合金線相對于傳統的含Zr鋁合金線具有更簡便的工藝和更高的生產率，因此有利于大批量生產。
了本公開的優選實施方式，并結合上文公開的內容，用于提供對本公開的技術主旨的進一步理解。然而，并不應將本公開解讀為限于這些附圖。圖I為圖示了本發明優選實施方式的制造鋁合金線的方法的流程圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖對本發明的優選實施方式進行詳細描述。在進行描述之前，首先要了解說明書和所附權利要求中使用的術語不應被解讀為限于通常的和詞典上的意思，而應當基于允許發明人為進行最佳說明而適當地定義術語的原則，依據對應于本發明的技術方面的意思和概念來進行理解。因此，本文提出的描述僅是用于說明目的的優選實例，并不意在限制本發明的范圍，所以應當認識到在不偏離本發明的主旨和范圍的情況下，可以對其做出其他等價形式或修改。本發明的鋁合金線可以包含作為主要元素的Al和作為有效的合金元素的Fe、Cu、 Mg 及 B。Fe可以在不降低導電率的情況下提高鋁合金線的強度，這是因為在制造鋁合金線時的熱處理期間析出了大部分Fe。特別是，在制造鋁合金線時的熱處理期間Fe的析出抑制了晶粒的生長，因此防止了合金強度的降低。當Fe的含量為鋁合金總重量的O. 3重量％
O.6重量％時，這種效果可以非常顯著。就此而言，當Fe的含量超過O. 6重量％時，導電率明顯下降，當Fe含量小于O. 3重量％時，該強度提高效果不足。在制造鋁合金線時的熱處理期間，Cu可以產生析出物，例如Al-CuAl2，從而提高了鋁合金線的強度。特別是，同Fe—樣，在制造鋁合金線時的熱處理期間，Cu的析出也阻止晶粒的生長，因此防止了合金強度的降低。當Cu的含量為鋁合金總重量的O. 3重量％ O. 5 重量％時，這種效果可以非常顯著。就此而言，當Cu的含量超過O. 5重量％時，導電率明顯下降，當Cu的含量小于O. 3重量％時，難以預期該強度提高效果。而且，O. 3重量％ O. 5 重量％的Cu可以增加鋁合金線的腐蝕電位，從而提高耐腐蝕性。Fe的含量越高，Cu導致導電率迅速下降的程度也越高。因此，當Fe的含量為O. 5 重量％或更高時，Cu的含量優選限于O. 3重量％ O. 4重量％。Mg即使含量較少也可與Si形成化合物，因此可以在不降低導電率的情況下提高鋁合金線的強度，同時還能改善柔韌性。在使用鋁合金線時，Mg可以降低鋁合金線與接線端子之間的接觸電阻，從而降低電損耗。當Mg的含量為鋁合金總重量的O. 03重量％或更多時，這些效果可以非常顯著。然而，過量的Mg會降低導電率。因此，Mg含量限于O. 06重量％或更低。在制造鋁合金線時的熱處理期間，B可以抑制晶粒粗化，并可以促進元素特別是以下雜質的析出，從而提高強度并防止導電率的下降。當B的含量為鋁合金總重量的O. 01重量％ O. 10重量％時，這些效果可以非常顯著。就此而言，當B的含量超過O. 10重量％時， 會產生金屬間化合物，導致導電率的下降，當B的含量小于O. 01重量％時，不足以使降低導電率的元素析出。具有上述組成的鋁合金線具有61. 6% IACS或更高的導電率，以及125MPa或更高的抗張強度。而且，本發明的鋁合金線可進一步包含O. 01重量％或更少的Ti、0. 01重量％或更少的V、O. 01重量％或更少的Cr和O. 01重量％或更少的Ni作為雜質，并且雜質的總含量可以優選為O. I重量％或更少。當雜質總含量不在該范圍中時，雜質會導致導電率迅速下降。圖I為圖示了本發明優選實施方式的制造鋁合金線的方法的流程圖。參見圖1，本發明優選實施方式的制造鋁合金線的方法可以依次包括普羅佩茲工藝(連鑄連軋)(SlO)、 拉拔(S20)、和熱處理(S30)。在連鑄連軋(SlO)中，可以在750°C 900°C下使鋁合金線的原料熔化以制得合金熔體，并可以將該合金熔體鑄成鋁合金線材。在此情況下，鋁合金線的原料包含作為主要元素的Al,作為合金元素的O. 3重量％ O. 6重量％的Fe、0. 3重量％ O. 5重量％的Cu、
O.03重量％ O. 06重量％的Mg和O. 01重量％ O. 10重量％的B，以及作為雜質的O. 01 重量％或更少的Ti、O. 01重量％或更少的V、O. 01重量％或更少的Cr和O. 01重量％或更少的Ni。合金熔體的溫度范圍是獲得具有細小顯微結構的鑄成品的一個必要條件。當合金熔體溫度超過900°C時，鑄成品的顯微結構發生粗化，導致沖擊韌性降低，而當合金熔體溫度低于750°C時，由于熔體的流動性較差，難以將熔體密實地注入鑄造模具中。連鑄連軋可由連鑄替代。優選的，鋁合金線材的直徑為8. Omm 15mm，以適用于建筑物電纜，然而本發明并不限于此。在拉拔(S20)中，鑄造的鋁合金線材可以經加工而減小橫截面，從而制成具有標準尺寸的鋁合金線。在熱處理(S30)中，可以在250°C 400°C下對經拉拔(S20)的鋁合金線材進行2 小時 24小時的熱處理。在250°C 400°C的溫度范圍內，合金元素的析出量可以得到優化，以使導電率和強度最大化。當熱處理溫度低于250°C時，熱處理效果不足；當熱處理溫度超過400°C時，合金結構變軟，且強度迅速降低。另外，當熱處理時間少于2小時時，熱處理效果不足，當熱處理時間超過24小時時，強度降低。為了確定上述制成的鋁合金線的性質，制成了具有不同含量的Fe、Cu、Mg和B的鋁合金線。為此，通過對包含上述合金元素的750°C 900°C的合金熔體進行連鑄連軋、隨后用線材拉拔機進行拉拔并在250°C 40(TC下進行熱處理，制備了鋁合金線材。對實施例和比較例的鋁合金線的元素分析列在下面的表I中。表I
權利要求
1.一種鋁合金線，所述鋁合金線包含作為主要元素的鋁(Al);和作為合金元素的O. 3重量％ O. 6重量％的鐵(Fe)、0. 3重量％ O. 5重量％的銅 (Cu)、0. 03重量％ 0. 06重量％的鎂(Mg)和0.01重量％ 0. 10重量％的硼(B)。
2.根據權利要求I所述的鋁合金線，其中，所述鋁合金線的導電率為61.6% IACS或更高，抗張強度為125MPa或更高。
3.根據權利要求I所述的鋁合金線，其中，Fe的含量為O.50重量％ O. 60重量％，Cu 的含量為O. 3重量％ O. 4重量％。
4.根據權利要求I所述的鋁合金線，其中，所述鋁合金線包含作為雜質的O.01重量％ 或更少的鈦(Ti)、O. 01重量％或更少的釩(V)、O. 01重量％或更少的鉻(Cr)和O. 01重量％ 或更少的鎳(Ni)，且雜質總含量為O. I重量％或更少。
5.一種制造鋁合金線的方法，該方法包括(a)使用合金熔體鑄造鋁合金線材，所述合金熔體包含作為主要元素的Al，以及作為合金元素的O. 3重量％ O. 6重量％的Fe、0. 3重量％ O. 5重量％的Cu、0. 03重量％ O. 06重量％的Mg和O. 01重量％ O. 10重量％的B ；(b)對鑄造的鋁合金線材進行拉拔；和(c)在250°C 400°C下對拉拔后的鋁合金線材進行2小時 24小時的熱處理。
6.根據權利要求5所述的制造鋁合金線的方法，其中，步驟(a)中的所述合金熔體的溫度為 750°C~ 9000C ο
7.根據權利要求5所述的制造鋁合金線的方法，其中，步驟(a)包括添加O.01重量％ 或更少的Ti、0. 01重量％或更少的V、0. 01重量％或更少的Cr和O. 01重量％或更少的Ni 作為雜質。
8.根據權利要求5所述的制造鋁合金線的方法，其中，步驟(a)中鋁合金線材的直徑為8.Omm 15mm0
全文摘要
本發明涉及一種具有高導電率和高強度的鋁合金線及其制造方法，所述鋁合金線包含作為主要元素的鋁(Al)，以及作為合金元素的0.3重量％～0.6重量％的鐵(Fe)、0.3重量％～0.5重量％的銅(Cu)、0.03重量％～0.06重量％的鎂(Mg)和0.01重量％～0.10重量％的硼(B)。
文檔編號H01B13/00GK102610293SQ201210055340
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月20日 優先權日2011年1月20日
發明者尹鐘瑞, 崔雄喆, 金賢洙 申請人:Ls電線有限公司