[發明專利]一種高強、高導電率、耐熱鋁合金導體材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210076890.5
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN102534318A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 聶祚仁;李燕;文勝平;高坤元;黃暉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03;H01B1/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及一種電線電纜用的高強高導電率耐熱鋁合金導體材料，屬于合金材料技術領域。

技術背景

高強耐熱電工鋁合金是具有較高抗拉強度，又有很好耐熱性能的鋁合金導體材料，制成導線后具有使用溫度高、耐熱性好、載流量大、抗拉強度較高、質量輕、弧垂特性好以及焊接性能、耐蝕性能優良等突出優點，因此在輸電線路上使用高強耐熱鋁合金絞線能顯著增加線路容量，且能夠避免鋼芯鋁絞線所帶來的腐蝕問題和磁滯損耗，已在國際上受到普遍關注。但是據IEC?62004標準，目前所用的強度在220MPa以上的高強耐熱鋁合金導線AT2的導電率僅55％IACS，而高導電率耐熱鋁合金強度不高，導電率大于60％IACS的兩種耐熱鋁合金AT1和AT3強度只有170MPa左右。并沒有一種鋁合金導線材料既有高強度和耐熱性，同時具有高導電率，限制了耐熱鋁合金導線作為增容導線的應用范圍。

這是因為強度和導電率提高之間存在相互矛盾之處，提高強度必然要提高合金元素的含量或者提高加工變形量，而合金元素含量的提高和加工量的提高都將使電導率下降。同時，一般耐熱合金導線中Zr的添加雖然能夠提高合金的耐熱性能，但是Zr含量較低的Al-Zr合金的時效強化效果較差，其對強度提高的作用并不明顯；增加Zr元素的含量能夠起到一定的析出強化作用，但合金的導電率顯著下降。這意味著強度和耐熱性的提高都將使電導率相應下降。因此要得到高強度、高耐熱性能、高導電率三者結合的鋁合金導體材料，則必須要找到一種新的導向合金成分及其制備方法，在添加很少量的合金元素的條件下就能析出大量均勻彌散分布、且具有熱穩定性的強化相。

研究表明Er的添加能夠增加合金的強度，而對電導率的影響卻很小，而且Er、Zr的復合添加能夠進一步提高合金從析出相的數量，從而提高合金的強度和耐熱性能。中國專利CN102230113A公布了一種Al-Er-Zr合金導體，由于其成分配比的問題，其導電率和耐熱性能較好，但是強度較低。本發明在純鋁中添加適量的Er、Zr微合金化元素，并通過合適的制備方法，以得到高強、高電導率、耐熱鋁合金導體材料。

發明內容

本發明的目的在于克服現有耐熱鋁合金導體材料技術的不足，通過Er、Zr復合微合金化的方法，尋找一種可以同時達到高強、高電導率、耐熱的鋁合金導體材料及其制備方法。

本發明所提供的高強、高導電率、耐熱Al-Er-Zr合金導體材料，其特征在于，包括以下質量百分含量組份：Zr??0.2～0.3％；Er0.15～0.25％；雜質含量＜0.3％；余量為鋁。

本發明上述高強、高導電率、耐熱Al-Er-Zr合金導體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：在熔煉鋁的過程中加入AlEr和AlZr中間合金，熔煉溫度為780±10℃，到達熔煉溫度保溫30分鐘后澆鑄；隨后依次對鑄錠進行均勻化處理、軋制、熱處理，以獲得高強、高電導率耐熱鋁合金導體。

本發明所提供的高強、高導電率、耐熱Al-Er-Zr合金導體材料的制備方法中，均勻化處理優選溫度為635±10℃，時間為20小時，處理結束后水淬。

本發明所提供的高強、高導電率、耐熱Al-Er-Zr合金導體材料的制備方法中，優選軋制采用冷軋方式，變形量為70％；優選軋制后的熱處理溫度范圍為200～300℃之間，時間為3小時。

本發明所提供的高強、高導電率、耐熱Al-Er-Zr合金導體材料的制備方法中所用的純鋁雜質含量＜0.3％，所加入的AlEr和AlZr中間合金分別為Al6％Er和Al4％Zr中間合金。

本發明由于采用了上述成分配比的Er和Zr復合微合金化，通過上述的工藝過程可以析出大量彌散分布的析出相，同時變形組織能夠大量保存，所以在保持合金的高電導率的同時(電導率在59.6～60％IACS之間)，能夠同時具有較高的強度(硬度在維氏硬度62.5～66.5之間)和耐熱性能(短時耐熱375℃，長期耐熱225℃)。本發明中采用合適的Zr添加量，并通過與Er的復合，使合金元素能夠充分的析出，所以合金能夠保持高電導率。同時大量彌散析出相能夠起到強化和穩定組織的作用，使合金導體的強度和耐熱性能都能得到極大的提高。同時由于采用Er、Zr復合和變形相結合的方式，可以使得熱處理時間相比只含Zr的耐熱鋁合金導體極大的縮短，從而減低能耗，節約成本。

附圖說明

圖1：Al0.25Er0.2Zr不同溫度下熱處理3h后的硬度變化曲線；

圖2：Al0.25Er0.3Zr不同溫度下熱處理3h后的硬度變化曲線；